EP1285489A2 - Schaltungsanordnung mit einem leistungsschalter - Google Patents
Schaltungsanordnung mit einem leistungsschalterInfo
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- EP1285489A2 EP1285489A2 EP01947313A EP01947313A EP1285489A2 EP 1285489 A2 EP1285489 A2 EP 1285489A2 EP 01947313 A EP01947313 A EP 01947313A EP 01947313 A EP01947313 A EP 01947313A EP 1285489 A2 EP1285489 A2 EP 1285489A2
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- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- voltage
- interface
- switch
- circuit arrangement
- determined
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/18—Modifications for indicating state of switch
Definitions
- the invention relates to a circuit arrangement with a circuit breaker, a control unit and an evaluation or diagnostic method with such a circuit arrangement or with such a control unit.
- Circuit arrangements with a circuit breaker are used in electronic control units, for example engine control units or transmission control units, and offer the possibility of digital
- Control circuits that represent a switch due to the monolithically integrated interconnection of a circuit and a power semiconductor and at the same time are able to take over control, protection and monitoring functions.
- This power semiconductor comprises a complex architecture with fields of resistors and
- Diodes and an internal voltage source Diodes and an internal voltage source.
- the module can only be switched as an output, it must be controlled via special interfaces by CMOS circuits.
- CMOS circuits Various logic channels are integrated in the module, which link the external control signals with internal signals and from them the
- the complicated structure, in particular the circuit breaker and its limitation can only be used as a pure output.
- the known circuit breakers in the circuit arrangements are rigid and inflexible with regard to their diagnostic function, since the diagnosed states are divided into fixed grids, the limit values of which cannot be changed, and thus restrict the applicability of the circuit arrangement in different systems.
- control devices have the disadvantage that they have to be designed for the individual area of application, in particular because of their circuit arrangements with inflexible circuit breakers.
- control devices are available that can be used to detect the state of an electrical component, such as a switch or sensor, that is, that can only be used or connected as an input.
- These known control units also have the disadvantage that their response thresholds or idle levels are fixed by the hardware used.
- the control devices of the other type, which is available, can only take on control functions, that is, they can only be used as an output or as
- Power output can be used.
- the object of the present invention is therefore to avoid the disadvantages of the prior art described and to provide a control device, the manufacture of which can be carried out in a standardized manner to a greater extent than the control devices of the prior art.
- control device should be specified that is universal can be used and has such flexible hardware that it can be used both as an input and as an output.
- Circuit arrangement or be represented with such a control unit.
- the control device comprises an on / off switch, which is used in particular as a relay or semiconductor switch, e.g. Power MOSFET or transistor can be designed, a connection for an external voltage supply and a ground connection.
- the control device further comprises two interfaces, a first interface being connected such that it is input or output.
- the same hardware can be used either to detect an external input signal or level or for diagnosis - by connecting the first interface as an input - or for power control - by connecting the first interface as an output. Even when the first interface is connected as an output, the state of the first interface is diagnosed possible, for example whether the circuit is interrupted, a short circuit is present or a consumer is connected to ground or a voltage supply.
- the second interface is used to connect an evaluation or diagnostic unit and thus enables extremely flexible evaluation of the recorded data / states.
- the control device comprises a voltage divider, which can advantageously be implemented by two ohmic resistors. The voltage divider enables the idle level of the first interface of the control unit to be set. Since the control unit and thus the voltage divider are connected to an external power supply, the idle level is set in
- a second voltage divider is connected upstream of the second interface and is used to adapt the voltage, in particular to the subsequent evaluation unit. This is particularly advantageous if one is connected to the second interface
- Evaluation unit is connected, the input of which is designed for lower voltages.
- an attenuator can be connected particularly advantageously in front of the second interface.
- the voltage divider is implemented by two ohmic resistors.
- the open circuit level of the circuit breaker, ie for the first interface, can be set by selecting the resistance value.
- Two identical ohmic resistors can advantageously be switched so that the idle level corresponds to 50% of the voltage of the voltage supply.
- a version with different ohmic resistances for shifting the idle level in the direction of ground is particularly advantageous when the on / off switch is switched as a high-side switch.
- it is particularly advantageous to shift the idle level in the direction of the voltage of the voltage supply which can be, for example, 24 volts.
- the control device comprises an on / off switch, which in a special embodiment is a low-side switch. This is particularly advantageous when a load is connected to the voltage supply.
- the on / off switch is a high-side switch, which is particularly advantageous when a load is connected to ground.
- the invention comprises an electronic circuit arrangement with a circuit breaker, which has the same features as the control device according to the invention.
- An analog-digital converter can be connected particularly advantageously behind the second interface.
- a computer is additionally connected behind the second interface. That's the way it is for example, it is possible to connect the analog input of the analog-digital converter directly to the second interface, and to connect the digital output of the analog-digital converter to the computer. Of course, it is also possible to connect a computer directly behind or to the second interface. Also a
- Voltage divider or an attenuator can be connected behind the second interface, with the advantage of a lower voltage amplitude or lower vibrations in the voltage, which is passed on to the subsequent evaluation / diagnosis unit.
- circuit arrangements mentioned with an arrangement according to the invention of a circuit breaker and an evaluation or diagnosis unit is above all the great flexibility in evaluating the states.
- the electronic circuit arrangement comprises a consumer which is connected to the first interface.
- the circuit breaker works as an output. The diagnosis of the states of the consumer or of the circuit arrangement itself is possible.
- the interface is switched as an input and the on / off switch remains deactivated.
- An external switch is then advantageously connected between the first interface and the voltage supply, or in another embodiment an external switch is connected between the interface and ground. This enables signals from external sensors to be detected.
- an input can be made by software from an output if necessary, and thereby, for example, at
- control unit is much more flexible.
- the same circuit arrangement or the same control unit can thus be used for power control and for diagnosing the state of an electrical consumer or for evaluating external switching elements, sensors or transmitters. Accordingly, the
- the invention comprises a method for evaluating or diagnosing a state of an electronic
- the voltage present at the second interface is determined using an evaluation / diagnosis unit which is connected to the second interface.
- the evaluation unit or the diagnosis unit particularly advantageously comprises an analog-digital converter with a downstream computer or a computer with such an interface. The process differentiates whether the first interface is switched as an output or an input, i.e. whether the interface of the control unit / the circuit arrangement as
- Output for power control or as an input for status detection of an external switching element / sensor is used.
- Another input variable of the evaluation process is the position of the on / off switch.
- the voltage determined at the second interface is compared with a voltage band which is divided into voltage ranges.
- the reference voltage band can be stored particularly advantageously in the evaluation / diagnosis unit, in particular the limits of the voltage bands for
- the method according to the invention takes into account when evaluating the
- the voltage divider is used to set an idle level for an open interface. This can be done in particular by selecting appropriate ohmic resistors. According to the invention, however, a voltage divider is also conceivable, which keeps the setting of the idle level variable.
- the voltage of the voltage supply and / or the voltage level of the idle level can advantageously be measured in order to obtain an exact reference for a later comparison. If the interface is switched as an output and the on / off switch is a high-side
- Switch that is open, in the method according to the invention a distinction is made between four different states of the electronic circuit arrangement on the basis of the voltage determined at the second interface.
- a hysteresis is advantageously implemented in the transition area between the individual bands, which prevents constant switching in the border area.
- the four different states of the electronic circuit arrangement mentioned, which can be diagnosed on the basis of the voltage determined at the second interface are as follows:
- the voltage determined is in a voltage band below the voltage band around the idle level and above the
- Idle level there is a general error in the Circuit arrangement before, in particular a short circuit against an external external voltage or a defective on / off switch;
- the on / off switch is a high-side switch and is open, then according to the invention, the one on the second
- Interface determined voltage makes it possible to differentiate between three different states of the electronic circuit arrangement:
- the detection of the state is not limited to an external switch; of course, external transmitters or sensors can of course also be identified with regard to their state or with regard to the voltage level transmitted by them.
- the on / off switch When switching the on / off switch as a low-side switch, a distinction must also be made as to whether the interface is an input or an output is switched, and whether the low-side switch is open or closed. If the interface is switched as an output and the low-side switch is open, the voltage determined at the second interface can be used to distinguish between four different states of the electronic circuit arrangement:
- the voltage determined is in a voltage band above the voltage band around the idle level and below the
- the determined voltage is in a voltage band around the
- Idle level the circuit at the interface is interrupted, especially by an open external switch
- variable definition of the limits of the individual voltage bands does not restrict the diagnosis of a circuit arrangement expanded with further components and advantageously enables the detection of a wide variety of states.
- the defective or a vulnerable component for example the on / off switch
- the defective or a vulnerable component can be deactivated particularly advantageously in order to prevent further damage.
- warning signals in particular optical or acoustic signals, can be output and error entries can be made in the error memory, for example of a control unit.
- the circuit breaker can be an independent component in an electronic circuit arrangement, but can of course also be integrated in other components. For example, the integration into a
- both the high-side switches and the low-side switches are integrated in the circuit breaker of the circuit arrangement or in the control device, which can be controlled optionally, for example via a computer.
- Figure 1 shows a circuit arrangement according to the invention with the
- Figure 2 shows a circuit arrangement according to the invention using the first interface as an input and one between the
- Figure 3 shows a circuit arrangement according to the invention using the first interface as an input and one between the
- Figure 4 shows a circuit arrangement according to the invention with a
- Figure 5 shows a flow chart of the method according to the invention
- FIG. 6 shows a voltage band when the first interface is used as an output and the on / off switch is open
- FIG. 7 shows a voltage band when the first interface is used as an output and the high-side switch is closed
- Figure 8 shows a voltage band when using the first interface as an input and open on / off switch
- Figure 9 shows an inventive control device using the first
- FIG. 10 shows a control device according to the invention using the first interface as an input for evaluating the state of an external low-side switch
- Figure 11 shows an inventive control device using the first
- Interface as an input for evaluating the status of an external high-side switch.
- FIG. 1 shows a circuit arrangement with a circuit breaker 10.
- the circuit breaker 10 includes an on / off switch 1, which here
- High-side switch is because it is connected to a connection for a voltage supply 4. Furthermore, a (first) interface 2 can be seen, to which a consumer 9 is connected.
- a voltage divider 3 comprises a connection for a voltage supply 4 and a ground connection 5 and in the embodiment shown is a second
- a second voltage divider 7 is connected behind the second interface 6, which can of course also be connected before the second interface 6 according to the invention.
- An attenuator 8 is connected behind the second voltage divider 7. This attenuator 8 can also be connected in front of the second interface 6.
- AD converter 11 is connected behind the attenuator 8 and is in turn connected to a computer 12.
- AD converter 11 and computer 12 are to be regarded as the evaluation / diagnostic unit. It is also conceivable that the computer 12 is connected directly to the second interface 8 if it has a corresponding input. Since a consumer 9 is connected to interface 2 in the circuit arrangement shown, interface 2 is used as an output in this case.
- Figure 2 shows a circuit arrangement according to the invention with circuitry or when using the interface 2 as an input.
- the structure of the circuit breaker 10 and the circuit strand in front of or behind the interface 6 does not differ from the circuit arrangement from FIG. 1.
- the same elements have the same reference symbols.
- An external switch 13 is connected between interface 2 and voltage supply 14.
- Figure 3 shows a further circuit arrangement using the interface 2 as an input. Again, the structure of the circuit breaker 10 and the line in front of or behind the second interface 6 does not differ from FIG. 1 and FIG. 2.
- an external switch 13 is connected between the interface 2 and ground 15 in this embodiment.
- FIG. 4 shows a special circuit arrangement according to the invention with an embodiment of the voltage dividers through the interconnection of ohmic resistors.
- the voltage divider 3 is implemented by connecting an ohmic resistor against the connection to the voltage supply 4 and another ohmic resistor, which according to the invention can have the same size, against the ground connection 5.
- the second voltage divider 7 is implemented by the
- the attenuator 8 is advantageously designed with a capacitor connected to the ground connection 5.
- Interface 2 is used as an output.
- a consumer 9 is between the
- FIG. 5 shows a flow diagram of the method according to the invention.
- the idle level is set. According to the invention, this can be done by the selected design of the voltage divider 3. But it is also the targeted setting of the idle level via, for example, adjustable Resistance conceivable.
- the voltage at interface 2 will be set depending on the voltage applied to the voltage supply and the load present.
- a step of measuring the voltage of the voltage supply and / or the voltage level of the idle level can advantageously be introduced in order to have an exact reference value for the subsequent comparison, but is not shown in the embodiment of the method according to the invention described in FIG. 5.
- the voltage at the interface 2 is subsequently determined, for example via the voltage at the interface 6, and then it is decided on the basis of the states of the interface 2 and the switch 1 with which voltage band the voltage applied to the interface 2 must be compared. If interface 2 is used as an input, care should be taken that the components of the circuit arrangement or in particular the external components e.g. No damage is done to switches, sensors or sensors. This can be ensured, for example, that switch 1 must not be closed.
- FIG. 6 shows a voltage band with which the voltage determined at the interface 2 can be compared if the interface 2 is switched as an output and the on / off switch 1 is open. If the on / off switch 1 is a high-side switch, then the four regions 34.4 (a) to 34.4 (d) result as useful voltage bands with which the voltage determined at the interface 2 is compared.
- Ubatt is the one
- FIG. 7 shows a voltage band which can be used for comparison with the voltage present at interface 2 if the interface is switched as an output and switch 1 is closed.
- the meaning of the individual voltage bands can be found in claim 39.4.
- FIG. 8 shows a voltage band for comparison with the voltage determined at interface 2 when interface 2 is switched as input and the on / off switch 1 is open.
- the meaning of the voltage bands can be found in claim 40.
- FIG. 9 shows a control device 16 according to the invention, in which the interface 2 is used as an output.
- the control device 16 comprises a high-side switch 1, for example PRÜFET, transistor or relay, which is connected to the external voltage + Ubatt.
- PRÜFET high-side switch 1
- Ubatt external voltage + Ubatt
- Closing or switching on / off of this switch 1 is controlled by a microcontroller 17.
- the microcontroller 17 detects the voltage present at the interface 2.
- voltage dividers - comprising the resistors R1 to R4 - and an attenuator with a capacitor
- the voltage divider and attenuator set a suitable voltage level which is input to an AD converter and / or comparators 18 connected in front of the input of the microcontroller 17.
- the voltage dividers and the attenuator are connected in accordance with the voltage dividers 4, 7 and attenuator 8 from FIG. 4 between + Ubatt and the ground GND.
- An external load (consumer) is connected between interface 2 and ground GND, which is shown here as resistor R5.
- This consumer is controlled by means of the control unit 16, ie one predetermined power of the consumer is set by means of the control unit 16.
- FIG. 10 shows the same control unit 16, which this time is used to record or evaluate the state of the external low-side
- SW1 switch is used.
- Interface 2 is used as an input.
- the low-side switch SW1 is connected between interface 2 and GND (ground).
- the state of the switch can be determined on the basis of the voltage determined at the interface 2, by means of a voltage divider, attenuator, AD converter and / or comparators 18 and microcontroller 17
- the internal high-side switch 1 always remains in the switched-off state during the detection or evaluation, i. H. always open.
- FIG 11 shows the identical control unit 16 when using the
- Interface 2 as an input for recording or evaluating the state of an external high-side switch SW1.
- the high-side switch SW1 is connected between the interface 2 and + Ubatt. Its state can be inferred from the voltage determined at interface 2. Even with this application, the internal high
Landscapes
- Keying Circuit Devices (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Abstract
Die erfindung betrifft eine elektronische Schaltungsanordnung mit einem Leistungsschalter (10) der Leistungsschalter umfaßt einen Ein-/Ausschalter; (1) eine erste Schnittstelle (2); einen Spannungsteiler (3); einen Anschluß für eine externe Spannungsversorgung (4); einen Masseanschluß (5); die Schnittstelle (2) ist derart flexibel geschaltet, daß sie sowohl Eingang zur Zustandserfassung als auch Ausgang zur Leistungssteuerung ist; der Leistungsschalter umfaßt eine zweite Schnittstelle (6) für den Anschluß einer Auswerte- und/oder Diagnostiziereinheit.
Description
Schaltungsanordnung mit einem Leistungsschalter
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einem Leistungsschalter, ein Steuergerät und ein Auswerte- beziehungsweise Diagnoseverfahren mit einer solchen Schaltungsanordnung beziehungsweise mit einem solchen Steuergerät.
Schaltungsanordnungen mit einem Leistungsschalter finden einen Einsatz in elektronischen Steuergeräten, zum Beispiel Motorsteuergeräten oder Getriebesteuergeräten, und bieten die Möglichkeit digitale
Leistungsausgänge zu realisieren, bei denen gleichzeitig eine Diagnose bestimmter Zustände möglich ist.
Die Firma Infineon bietet beispielsweise einen intelligenten Leistungshalbleiter-Schalter "Smart High-Side Powerswitch BTS 723 G" für
Steuerschaltungen an, der durch die monolythisch integrierte Zusammenschaltung eines Schaltkreises und eines Leistungshalbleiters einen Schalter darstellt und gleichzeitig in der Lage ist Ansteuer-, Schutz- und Überwachungsfunktionen zu übernehmen. Dieser Leistungshalbleiter umfaßt eine aufwendige Architektur mit Feldern von Widerständen und
Dioden und weiterhin eine interne Spannungsquelle. Der Baustein kann dabei nur als Ausgang geschaltet werden, die Ansteuerung muß über spezielle Schnittstellen durch CMOS-Schaltkreise erfolgen. In den Baustein sind verschiedene Logik-Kanäle eingebracht, die die externen Ansteuersignale mit internen Signalen verknüpfen und daraus die
Ansteuersignale für einen Leistungs-Feldeffekt-Transistor - Power-MOSFET - und Statussignale generieren.
Nachteilig an den Schaltungsanordnungen mit diesen bekannten Leistungsschaltern, welche sowohl eine Schaltungs- wie auch eine
Diagnostizierfunktion aufweisen, ist zum einen der komplizierte Aufbau,
insbesondere der Leistungsschalter und deren Einschränkung nur als reiner Ausgang genutzt werden zu können. Weiterhin sind die bekannten Leistungsschalter in den Schaltungsanordnungen bezüglich ihrer Diagnosefunktion starr und unflexibel, da die diagnostizierten Zustände in feste Raster eingeteilt sind, deren Grenzwerte nicht verändert werden können, und schränken somit die Anwendbarkeit der Schaltungsanordnung in verschiedenen Systemen ein.
Die bekannten Steuergeräte weisen den Nachteil auf, daß sie insbesondere aufgrund ihrer Schaltungsanordnungen mit unflexiblen Leistungsschaltern für den einzelnen Einsatzbereich designed werden müssen. So sind zum einen Steuergeräte verfügbar, die zur Erfassung des Zustandes eines elektrischen Bauteiles, wie zum Beispiel eines Schalters oder Sensors, eingesetzt werden können, das heißt, die ausschließlich als Eingang verwendet beziehungsweise verschaltet werden können. Diese bekannten Steuergeräte weisen zudem den Nachteil auf, daß ihre Ansprechschwellen beziehungsweise Leerlaufpegel durch die eingesetzte Hardware unveränderlich festgelegt sind. Die Steuergeräte des anderen Types, welcher verfügbar ist, können auschließlich Ansteuerfunktionen übernehmen, das heißt, sie können auschließlich als Ausgang beziehungsweise als
Leistungsausgang verwendet werden.
Durch die dadurch bedingte Typenvielfalt von Steuergeräten sind die Auftragsabwicklungskosten und insbesondere die Herstellungs- und Lagerhaltungskosten, sowie die Logistikkosten hoch.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die geschilderten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein Steuergerät anzugeben, dessen Herstellung gegenüber den Steuergeräten des Standes der Technik in größerem Umfang standardisiert ausgeführt werden kann.
Insbesondere soll ein Steuergerät angegeben werden, das universell
einsetzbar ist und eine so flexible Hardware aufweist, daß es sowohl als Eingang als auch als Ausgang verwendet werden kann.
Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung mit einem Leistungsschalter zu schaffen, die sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet, sowohl als Eingang als auch als Ausgang genutzt werden kann und das Erkennen beziehungsweise die Diagnose aller Zustände ermöglicht, wobei die Erfassung und Auswertung flexibel sein soll. Zudem soll ein Verfahren zum Diagnostizieren des Zustandes einer elektronischen Schaltung mit einer solchen elektronischen
Schaltungsanordnung beziehungsweise mit einem solchen Steuergerät dargestellt werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1, durch ein Steuergerät mit den Merkmalen des
Anspruches 18 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 33 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Das Steuergerät umfaßt einen Ein-/Ausschalter, der insbesondere als Relais oder Halbleiterschalter, z.B. Power-MOSFET oder Transistor ausgeführt sein kann, einen Anschluß für eine externe Spannungsversorgung und einen Masseanschluß. Erfindungsgemäß umfaßt das Steuergerät weiterhin zwei Schnittstellen, wobei eine erste Schnittstelle derart geschaltet ist, daß sie Eingang oder Ausgang ist. Somit kann entsprechend des gewünschten
Einsatzes des Steuergerätes dieselbe Hardware entweder zum Erkennen eines externen Eingangssignales oder Pegels beziehungsweise zur Diagnose - durch Verschaltung der ersten Schnittstelle als Eingang - oder zur Leistungssteuerung - durch Verschaltung der ersten Schnittstelle als Ausgang - genutzt werden. Auch bei Verschaltung der ersten Schnittstelle als Ausgang ist eine Diagnose des Zustandes an der ersten Schnittstelle
möglich, z.B. ob die Schaltung unterbrochen ist, ein Kurzschluß vorliegt oder ein Verbraucher gegen Masse oder eine Spannungsversorgung angeschlossen ist. Die zweite Schnittstelle dient dem Anschluß einer Auswerte- beziehungsweise Diagnostiziereinheit und ermöglicht so eine äußerst flexible Auswertung der erfaßten Daten/Zustände. Weiterhin umfaßt das Steuergerät einen Spannungsteiler, der vorteilhaft durch zwei ohmsche Widerstände ausgeführt sein kann. Der Spannungsteiler ermöglicht das Setzen eines Leerlaufpegels der ersten Schnittstelle des Steuergerätes. Da das Steuergerät und damit auch der Spannungsteiler an eine externe Spannungsversorgung angeschlossen wird, stellt sich der Leerlaufpegel in
Abhängigkeit der externen Spannung ein.
Selbstverständlich ist es möglich in einem Steuergerät mehrere Gruppen dieser Schaltungsanordnungen anzuordnen, um so mehrere Schnittstellen zu erhalten.
In einer besonderen Ausführung der Erfindung ist vor die zweite Schnittstelle ein zweiter Spannungsteiler geschaltet, der der Anpassung der Spannung insbesondere an die nachfolgende Auswerteeinheit dient. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn an die zweite Schnittstelle eine
Auswerteeinheit angeschlossen wird, deren Eingang für kleinere Spannungen ausgeführt ist. Zum Dämpfen der Schwingungen der an der zweiten Schnittstelle anliegenden Spannung kann besonders vorteilhaft vor die zweite Schnittstelle ein Dämpfungsglied geschaltet sein.
In einer besonderen Ausführung der Erfindung ist der Spannungsteiler durch zwei ohmsche Widerstände ausgeführt. Durch die Wahl der Widerstandsgröße kann der Leerlaufpegel des Leistungsschalters, d.h. für die erste Schnittstelle gesetzt werden. Vorteilhaft können zwei gleiche ohmsche Widerstände so geschaltet werden, daß der Leerlaufpegel 50 % der Spannung der Spannungsversorgung entspricht.
Es kann jedoch auch in einer anderen Ausführung der Erfindung vorteilhaft sein, den Spannungsteiler mit einem anderen Leerlaufpegel auszuführen, zum Beispiel durch die Schaltung zweier unterschiedlicher ohmscher Widerstände oder einen variablen Spannungsteiler. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn zum Beispiel an die erste Schnittstelle ein weiteres, externes Steuergerät geschaltet ist, dessen Erfassungsbereich in einem bestimmten Spannungsband arbeitet. Auf diese Art und Weise kann der Leerlaufpegel der ersten Schnittstelle entsprechend verschoben werden, um zu vermeiden, daß die Eingangsbeschaltung des externen Steuergerätes bereits durch den Leerlaufpegel angesprochen wird.
Eine Ausführung mit unterschiedlichen ohmschen Widerständen zum Verschieben des Leerlaufpegels in Richtung Masse ist besonders bei Schaltung des Ein-/Ausschalters als High-Side Schalter vorteilhaft. Bei Verwendung eines Low-Side Schalters ist insbesondere die Verschiebung des Leerlaufpegels in Richtung der Spannung der Spannungsversorgung, die zum Beispiel 24 Volt betragen kann, vorteilhaft.
Erfindungsgemäß umfaßt das Steuergerät einen Ein-/Ausschalter, der in einer besonderen Ausführung ein Low-Side-Schalter ist. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn eine Last gegen die Spannungsversorgung geschaltet ist. In einer anderen Ausführung der Erfindung ist der Ein-/Ausschalter ein High-Side-Schalter, dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn eine Last gegen Masse geschaltet ist.
Weiterhin umfaßt die Erfindung eine elektronische Schaltungsanordnung mit einem Leistungsschalter, der dieselben Merkmale wie das erfindungsgemäße Steuergerät umfaßt.
Besonders vorteilhaft kann hinter die zweite Schnittstelle ein Analog-Digital- Wandler geschaltet sein. In einer weitergebildeten Ausführung der Erfindung ist zusätzlich ein Rechner hinter die zweite Schnittstelle geschaltet. So ist es
beispielsweise möglich, den analogen Eingang des Analog-Digital-Wandlers direkt mit der zweiten Schnittstelle zu verbinden, und den digitalen Ausgang des Analog-Digital-Wandlers mit dem Rechner zu verbinden. Selbstverständlich ist es auch möglich, einen Rechner direkt hinter beziehungsweise an die zweite Schnittstelle zu schalten. Auch ein
Spannungsteiler beziehungsweise ein Dämpfungslied kann hinter die zweite Schnittstelle geschaltet sein, mit dem Vorteil einer niedrigeren Spannungsamplitude beziehungsweise geringeren Schwingungen in der Spannung, die der nachfolgenden Auswerte-/Diagnostiziereinheit weitergeleitet wird .
Der Vorteil der genannten Schaltungsanordnungen mit einer erfindungsgemäßen Anordnung eines Leistungsschalters und einer Auswerte- beziehungsweise Diagnostiziereinheit ist vor allem die große Flexibilität bei der Auswertung der Zustände.
In einer besonderen Ausführung der Erfindung umfaßt die elektronische Schaltungsanordnung einen Verbraucher, der an die erste Schnittstelle geschaltet ist. In diesem Fall arbeitet der Leistungsschalter als Ausgang. Die Diagnose der Zustände des Verbrauchers beziehungsweise der Schaltungsanordnung selber ist möglich.
In einer anderen Ausführung der Erfindung ist die Schnittstelle als Eingang geschaltet, und der Ein-/Ausschalter bleibt deaktiviert. Ein externer Schalter ist dann vorteilhaft zwischen die erste Schnittstelle und die Spannungsversorgung geschaltet, oder in einer anderen Ausführung ist ein externer Schalter zwischen die Schnittstelle und Masse geschaltet. Dadurch können, Signale von externen Gebern erfaßt werden.
Besonders vorteilhaft ist, daß per Software aus einem Ausgang bei Bedarf ein Eingang gemacht werden kann und dadurch, zum Beispiel bei
Integration der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in einem
Steuergerät, das Steuergerät wesentlich flexibler ist. So kann diesselbe Schaltungsanordnung beziehungsweise dasselbe Steuergerät zur Leistungssteuerung und zur Diagnose des Zustandes eines elektrischen Verbrauchers oder zur Auswertung von externen Schaltelementen, Sensoren beziehungsweise Gebern genutzt werden. Entsprechend wird die
Schaltungsanordnung beziehungsweise das Steuergerät in eine externe Beschaltung/exteme Schaltungsanordnung eingebracht.
Weiterhin umfaßt die Erfindung ein Verfahren zum Auswerten beziehungsweise Diagnostizieren eines Zustandes einer elektronischen
Schaltung mit einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltungsanordnung beziehungsweise einem erfindungsgemäßen Steuergerät. Erfindungsgemäß wird dabei mit einer Auswerte- /Diagnostiziereinheit, die an der zweiten Schnittstelle angeschlossen ist, die an der zweiten Schnittstelle anliegende Spannung ermittelt. Besonders vorteilhaft umfaßt die Auswerteeinheit oder die Diagnostiziereinheit einen Analog-Digital-Wandler mit nachgeschaltetem Rechner beziehungsweise einen Rechner mit einer derartigen Schnittstelle. Das Verfahren unterscheidet dabei ob die erste Schnittstelle als Ausgang oder Eingang geschaltet ist, d.h. ob die Schnittstelle des Steuergerätes/der Schaltungsanordnung als
Ausgang zur Leistungssteuerung oder als Eingang zur Zustandserfassung eines externen Schaltelementes/Sensors verwendet wird.
Eine weitere Eingangsgröße des Auswerteverfahrens ist die Stellung des Ein-/Ausschalters. In einer weiterentwickelten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die an der zweiten Schnittstelle ermittelte Spannung mit einem Spannungsband verglichen, das in Spannungsbereiche unterteilt ist. Besonders vorteilhaft kann das Referenzspannungsband dabei in der Auswerte-/Diagnostiziereinheit hinterlegt sein, insbesondere die Grenzen der Spannungsbänder, zum
Beispiel durch Programmierung des Rechners. Auf diese Art und Weise ist
es möglich, das Referenzspannungsband flexibel zu halten, insbesondere die Grenzen der Spannungsbänder können den aktuellen Anforderungen angepaßt werden.
Das erfind ungsgemäße Verfahren berücksichtigt bei der Auswertung des
Zustandes einer elektronischen Schaltung verschiedene Eingangsgrößen. Darunter fällt die Unterscheidung, ob die erste Schnittstelle als Ein- oder Ausgang geschaltet ist. Vorteilhafterweise muß unerschieden werden, ob der Ein-/Ausschalter ein High- oder Low-Side-Schalter ist und in einer weitergebildeten Ausführung, ob der Ein-/Ausschalter geöffnet oder geschlossen ist.
Zuerst wird mit dem Spannungsteiler ein Leerlaufpegel für eine offene Schnittstelle eingestellt. Dies kann insbesondere durch Auswahl entsprechender ohmscher Widerstände erfolgen. Erfindunsgemäß ist aber auch ein Spannungsteiler denkbar, der die Einstellung des Leerlaufpegels variabel hält. Vorteilhaft kann die Spannung der Spannungsversorgung und/oder das Spannungsniveau des Leerlaufpegels gemessen werden, um eine exakte Referenz für einen späteren Vergleich zu erhalten. Ist die Schnittstelle als Ausgang geschaltet und der Ein-/Ausschalter ein High-Side-
Schalter, der geöffnet ist, so wird im erfindungsgemäßen Verfahren anhand der an der zweiten Schnittstelle ermittelten Spannung zwischen vier verschiedenen Zuständen der elektronischen Schaltungsanordnung unterschieden. Das wiederum heißt, daß das in der Auswerteeinheit insbesondere dem Rechner hinterlegte Referenzband in vier einzelne Bänder unterteilt ist. Vorteilhaft ist dabei im Übergangsbereich zwischen den einzelnen Bändern eine Hysterese implementiert, die ein ständiges Umschalten im Grenzbereich verhindert. Selbstverständlich ist es im Sinne der Erfindung auch möglich, eine Unterteilung des Spannungsbandes in eine andere Anzahl einzelner Bänder vorzunehmen. Bei Berücksichtigung eines Low-Side-Schalters wäre es zum Beispiel vorteilhaft ein fünftes Band
einzubringen. Die vier genannten verschiedenen Zustände der elektronischen Schaltungsanordnung, die anhand der an der zweiten Schnittstelle ermittelten Spannung diagnostiziert werden können, sind wie folgt:
a) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband um den Leerlaufpegel, ist die Schaltung an der Schnittstelle unterbrochen, beziehungsweise es ist keine Last angeschlossen;
b) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe von 0 Volt, so liegt an der Schnittstelle ein Kurzschluß gegen Masse vor;
c) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband unterhalb des Spannungsbandes um den Leerlaufpegel und oberhalb des
Spannungsbandes in der Nähe von 0 Volt, so liegt an der Schnittstelle eine Last gegen Masse vor;
d) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, so liegt ein Kurzschluß gegen die Spannungsversorgung vor.
Wird nun der High-Side-Schalter eingeschaltet, so ist erfindungsgemäß die Diagnose dreier Zustände möglich:
a) wandert die ermittelte Spannung in ein Spannungsband in der Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, so arbeitet die
Schaltungsanordnung fehlerfrei;
b) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband um den
Leerlauf pegel, so liegt ein allgemeiner Fehler in der
Schaltungsanordnung vor, insbesondere ein Kurzschluß gegen eine externe Fremdspannung beziehungsweise ein defekter Ein- /Ausschalter;
c) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe von 0 Volt, so liegt an der Schnittstelle ein Kurzschluß gegen Masse vor.
Ist die Schnittstelle als Eingang geschaltet, der Ein-/Ausschalter ein High- Side-Schalter und geöffnet, so ist erfindungsgemäß über die an der zweiten
Schnittstelle ermittelte Spannung die Unterscheidung dreier verschiedener Zustände der elektronischen Schaltungsanordnung möglich:
a) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband um den Leerlauf pegel, so ist die Schaltung an der Schnittstelle unterbrochen, insbesondere durch einen geöffneten externen Schalter;
b) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, ist der externe Schalter gegen die Spannungsversorgung geschlossen;
c) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe von 0 Volt, ist der externe Schalter gegen Masse geschlossen.
Dabei ist die Erkennung des Zustandes nicht auf einen externen Schalter beschränkt, selbstverständlich können beispielsweise auch externe Geber oder Sensoren hinsichtlich ihres Zustandes beziehungsweise hinsichtlich des von ihnen übertragenen Spannungspegels identifiziert werden.
Bei Schaltung des Ein-/Ausschalter als Low-Side-Schalter muß ebenfalls unterschieden werden, ob die Schnittstelle als Eingang oder als Ausgang
geschaltet ist, und ob der Low-Side-Schalter geöffnet oder geschlossen ist. Ist die Schnittstelle als Ausgang geschaltet und der Low-Side-Schalter geöffnet, so kann anhand der ermittelten Spannung an der zweiten Schnittstelle zwischen vier verschiedenen Zuständen der elektronischen Schaltungsanordnung unterschieden werden:
a) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband um den Leerlaufpegel, so ist die Schaltung an der Schnittstelle unterbrochen beziehungsweise es ist keine Last angeschlossen;
b) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe von 0 Volt, so liegt an der Schnittstelle ein Kurzschluß gegen Masse vor;
c) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, so liegt ein Kurzschluß gegen die Spannungsversorgung vor;
d) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband oberhalb des Spannungsbandes um den Leerlaufpegel und unterhalb des
Spannungsbandes in der Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, so liegt an der Schnittstelle eine Last gegen die Spannungsversorgung vor.
Wird nun der Low-Side-Schalter geschlossen, so können drei verschiedene
Zustände der elektronischen Schaltungsanordnungen anhand der ermittelten Spannung an der zweiten Schnittstelle erkannt werden:
a) wandert die ermittelte Spannung in ein Spannungsband in der Nähe von 0 Volt, so arbeitet die Schaltungsanordnung fehlerfrei;
b) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband um den Leerlaufpegel, so liegt ein allgemeiner Fehler in der Schaltungsanordnung vor, insbesondere ein Kurzschluß gegen eine externe Fremdspannung beziehungsweise ein defekter Ein- /Ausschalter;
c) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, so liegt an der Schnittstelle ein Kurzschluß gegen die Spannungsversorgung vor.
Ist hingegen die Schnittstelle als Eingang geschaltet und der Low-Side- Schalter geöffnet, so kann zwischen drei verschiedenen Zuständen der elektronischen Schaltungsanordnung anhand der an der zweiten Schnittstelle ermittelten Spannung unterschieden werden:
a) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband um den
Leerlauf pegel, so ist die Schaltung an der Schnittstelle unterbrochen, insbesondere durch einen geöffneten externen Schalter;
b) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, so ist der externe Schalter gegen die Spannungsversorgung geschlossen;
c) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe von 0 Volt, so ist der externe Schalter gegen Masse geschlossen.
Selbstverständlich ist es erfindungsgemäß auch möglich, weitere Eingangsgrößen in die Auswertung beziehungsweise Diagnose mit einzubeziehen. So ist es denkbar, daß weitere Schalter oder Relais in der Schaltungsanordnung eingebracht sind, diese können sowohl innerhalb des
Leistungsschalters als auch außerhalb desselben liegen, die Anzahl der Spannungsbänder kann dann erfindungsgemäß angepaßt werden.
Insbesondere die variable Festlegung der Grenzen der einzelnen Spannungsbänder schränkt die Diagnose einer mit weiteren Bausteinen erweiterten Schaltungsanordnung nicht ein und ermöglicht vorteilhaft das Erkennen verschiedenster Zustände.
Bei Erkennung eines Fehlers durch die erfindungsgemäße Vorrichtung beziehungsweise beim erfindungsgemäßen Verfahren kann besonders vorteilhaft das fehlerhafte beziehungsweise ein gefährdetes Bauteil, zum Beispiel der Ein-/Ausschalter deaktiviert werden, um weitere Schäden zu verhindern. Stattdessen oder auch zusätzlich können Warnsignale, insbesondere optische beziehungsweise akkustische Signale, ausgegeben sowie Fehlereinträge im Fehlerspeicher zum Beispiel eines Steuergerätes vorgenommen werden.
Der Leistungsschalter kann in einer elektronischen Schaltungsanordnung ein eigenständiger Baustein sein, selbstverständlich aber auch in andere Bausteine integriert sein. Beispielsweise sei die Integration in ein
Getriebesteuergerät genannt.
Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es denkbar, daß sowohl die High-Side-Schalter als auch die Low-Side-Schalter im Leistungsschalter der Schaltungsanordnung beziehungsweise im Steuergerät integriert sind, welche wahlweise, beispielsweise über einen Rechner, ansteuerbar sind.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit der
Verwendung der ersten Schnittstelle als Ausgang;
Figur 2 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit Verwendung der ersten Schnittstelle als Eingang und einem zwischen die
Spannungsversorgung und die Schnittstelle geschalteten externen Schalter;
Figur 3 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit Verwendung der ersten Schnittstelle als Eingang und einem zwischen die
Schnittstelle und Masse geschalteten externen Schalter;
Figur 4 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer
Ausführung der Spannungsteiler mit ohmschen Widerständen;
Figur 5 ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens mit
Ausführung des Ein-/Ausschalters als High-Side-Schalter;
Figur 6 ein Spannungsband bei Verwendung der ersten Schnittstelle als Ausgang und geöffnetem Ein-/Ausschalter;
Figur 7 ein Spannungsband bei Verwendung der ersten Schnittstelle als Ausgang und geschlossenem High-Side-Schalter;
Figur 8 ein Spannungsband bei Verwendung der ersten Schnittstelle als Eingang und geöffnetem Ein-/Ausschalter;
Figur 9 ein erfindungsgemäßes Steuergerät mit Verwendung der ersten
Schnittstelle als Ausgang zur Steuerung eines Verbrauchers;
Figur 10 ein erfindungsgemäßes Steuergerät mit Verwendung der ersten Schnittstelle als Eingang zur Auswertung des Zustandes eines externen Low-Side-Schalters;
Figur 11 ein erfindungsgemäßes Steuergerät mit Verwendung der ersten
Schnittstelle als Eingang zur Auswertung des Zustandes eines externen High-Side-Schalters.
Figur 1 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem Leistungsschalter 10. Der Leistungsschalter 10 umfaßt dabei einen Ein-/Ausschalter 1 , der hier ein
High-Side-Schalter ist, da er mit einem Anschluß für eine Spannungsversorgung 4 verbunden ist. Weiterhin erkennt man eine (erste) Schnittstelle 2, an die ein Verbraucher 9 geschaltet ist. Ein Spannungsteiler 3 umfaßt einen Anschluß für eine Spannungsversorgung 4 und einen Masseanschluß 5 und ist in der dargestellten Ausführung vor eine zweite
Schnittstelle 6 geschaltet. Hinter die zweite Schnittstelle 6 ist ein zweiter Spannungsteiler 7 geschaltet, der selbstverständlich auch erfindungsgemäß vor die zweite Schnittstelle 6 geschaltet werden kann. Hinter den zweiten Spannungsteiler 7 ist ein Dämpfungsglied 8 geschaltet. Dieses Dämpfungsglied 8 kann auch vor die zweite Schnittstelle 6 geschaltet sein.
Hinter das Dämpfungsglied 8 ist ein AD-Wandler 11 geschaltet, der wiederum mit einem Rechner 12 verbunden ist. AD-Wandler 11 und Rechner 12 sind hierbei als die Auswerte-/Diagnostiziereinheit anzusehen. Es ist auch denkbar, daß der Rechner 12 direkt an die zweite Schnittstelle 8 angeschlossen ist, wenn er über einen entsprechenden Eingang verfügt. Da in der dargestellten Schaltungsanordnung an die Schnittstelle 2 ein Verbraucher 9 geschaltet ist, wird in diesem Fall die Schnittstelle 2 als Ausgang verwendet.
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit Verschaltung beziehungsweise bei Verwendung der Schnittstelle 2 als Eingang. Der
Aufbau des Leistungsschalters 10 und des Schaltungsstranges vor beziehungsweise hinter der Schnittstelle 6 unterscheidet sich nicht gegenüber der Schaltungsanordnung aus Figur 1. Gleiche Elemente haben gleiche Bezugszeichen. Zwischen Schnittstelle 2 und Spannungsversorgung 14 ist ein externer Schalter 13 geschaltet.
Figur 3 zeigt eine weitere Schaltungsanordnung mit Verwendung der Schnittstelle 2 als Eingang. Wiederum unterscheidet sich der Aufbau des Leistungsschalters 10 und des Stranges vor beziehungsweise hinter der zweiten Schnittstelle 6 nicht gegenüber Figur 1 und Figur 2.
Erfindungsgemäß ist bei dieser Ausführung ein externer Schalter 13 zwischen die Schnittstelle 2 und Masse 15 geschaltet.
Figur 4 zeigt eine besondere erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer Ausführung der Spannungsteiler durch die Zusammenschaltung von ohmschen Widerständen. Der Spannungsteiler 3 ist durch die Schaltung eines ohmschen Widerstandes gegen den Anschluß zur Spannungsversorgung 4 und eines anderen ohmschen Widerstandes, der erfindungsgemäß die gleiche Größe haben kann, gegen den Masseanschluß 5 ausgeführt. Der zweite Spannungsteiler 7 ist ausgeführt durch die
Schaltung eines ohmschen Widerstandes gegen die zweite Schnittstelle 6 und eines ohmschen Widerstandes gegen einen Masseanschluß 5. Vorteilhaft ist, wie dargestellt, das Dämpfungsglied 8 mit einem gegen den Masseanschluß 5 geschalteten Kondensator ausgeführt. Die Schnittstelle 2 wird dabei als Ausgang verwendet. Ein Verbraucher 9 ist zwischen den
Masseanschluß 5 und die Schnittstelle 2 geschaltet.
Figur 5 zeigt ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zuerst wird der Leerlaufpegel eingestellt. Dies kann erfindungsgemäß durch die gewählte Ausführung des Spannungsteilers 3 erfolgen. Es ist aber auch die gezielte Einstellung des Leerlaufpegels über zum Beispiel regelbare
Widerstände denkbar. Die Spannung an der Schnittstelle 2 wird sich in Abhängigkeit der anliegenden Spannung der Spannungsversorgung und der anliegenden Last einstellen. Ein Schritt des Messens der Spannung der Spannungsversorgung und/oder des Spannungsniveaus des Leerlaufpegels kann vorteilhaft eingebracht werden, um so einen exakten Referenzwert für den nachfolgenden Vergleich zu haben, ist aber in der in Figur 5 beschriebenen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht dargestellt.
Nachfolgend wird die Spannung an der Schnittstelle 2, beispielsweise über die Spannung an der Schnittstelle 6, ermittelt und dann anhand der Zustände der Schnittstelle 2 und des Schalters 1 entschieden, mit welchem Spannungsband die an der Schnittstelle 2 anliegende Spannung verglichen werden muß. Wird dabei die Schnittstelle 2 als Eingang verwendet, so sollte darauf geachtet werden, daß den Bauteilen der Schaltungsanordnung oder insbesondere den externen Bauteilen z.B. Schaltern, Gebern oder Sensoren kein Schaden zugefügt wird. Dies kann zum Beispiel dadurch sichergestellt sein, daß der Schalter 1 nicht geschlossen werden darf.
Figur 6 zeigt ein Spannungsband, mit dem die an der Schnittstelle 2 ermittelte Spannung verglichen werden kann, wenn die Schnittstelle 2 als Ausgang geschaltet ist und der Ein-/Ausschalter 1 geöffnet ist. Ist der Ein- /Ausschalter 1 ein High-Side-Schalter, so ergeben sich die vier Bereiche 34.4 (a) bis 34.4 (d) als sinnvolle Spannungsbänder, mit denen die an der Schnittstelle 2 ermittelte Spannung verglichen wird. Ubatt ist dabei die
Spannung der Spannungsversorgung, die als Bezugsgröße in die Spannungsbänder einfließt. Ist der Ein-/Ausschalter 1 ein Low-Side-Schalter, so ist anstelle des Spannungsbandes 34.4 (c) das Spannungsband 37.4 (d) heranzuziehen. Die Bedeutung der Spannungsbänder können den Ansprüchen 38.4 beziehungsweise 41.4 entnommen werden.
Figur 7 zeigt ein Spannungsband, das zum Vergleich mit der an der Schnittstelle 2 anliegenden Spannung herangezogen werden kann, wenn die Schnittstelle als Ausgang geschaltet ist und der Schalter 1 geschlossen wird. Die Bedeutung der einzelnen Spannungsbänder kann dem Anspruch 39.4 entnommen werden.
Figur 8 zeigt ein Spannungsband zum Vergleich mit der an der Schnittstelle 2 ermittelten Spannung bei Schaltung der Schnittstelle 2 als Eingang und geöffnetem Ein-/Ausschalter 1. Die Bedeutung der Spannungsbänder kann dem Anspruch 40 entnommen werden.
Die Figur 9 zeigt ein erfindungsgemäßes Steuergerät 16, bei welchem die Schnittstelle 2 als Ausgang verwendet wird. Das Steuergerät 16 umfaßt einen High-Side-Schalter 1 , zum Beispiel PRÜFET, Transistor oder Relais, der gegen die externe Spannung +Ubatt geschaltet ist. Das Öffnen und
Schließen beziehungsweise das Einschalten/Ausschalten dieses Schalters 1 wird durch einen Mikrocontroller 17 gesteuert. Der Mikrocontroller 17 erfaßt die an der Schnittstelle 2 anliegende Spannung. Dazu sind zwischen Mikrocontroller 17 und Schnittstelle 2 Spannungsteiler - umfassend die Widerstände R1 bis R4 - und ein Dämpfungsglied mit einem Kondensator
C1 geschaltet. Spannungsteiler und Dämpfungsglied stellen einen geeigneten Spannungspegel ein, der einem vor den Eingang des Mikrocontrollers 17 geschalteten AD-Wandler und/oder Komparatoren 18 eingegeben wird. Die Spannungsteiler und das Dämpfungsglied sind dabei entsprechend der Spannungsteiler 4, 7 und Dämpfungsglied 8 aus Figur 4 zwischen +Ubatt und der Masse GND verschaltet.
Zwischen die Schnittstelle 2 und Masse GND ist eine externe Last (Verbraucher) geschaltet, welche hier als Widerstand R5 dargestellt ist. Dieser Verbraucher wird mittels des Steuergerätes 16 gesteuert, d. h. eine
vorgegebene Leistung des Verbrauchers wird mittels des Steuergerätes 16 eingestellt.
Figur 10 zeigt dasselbe Steuergerät 16, welches diesmal zur Erfassung beziehungsweise Auswertung des Zustandes des externen Low-Side-
Schalters SW1 eingesetzt ist. Dabei wird die Schnittstelle 2 als Eingang verwendet. Der Low-Side-Schalter SW1 ist zwischen die Schnittstelle 2 und GND (Masse) geschaltet. Anhand der an der Schnittstelle 2 ermittelten Spannung, mittels Spannungsteiler, Dämpfungsglied, AD-Wandler und/oder Komperatoren 18 und Mikrocontroller 17 kann der Zustand des Schalters
SW1 festgestellt werden. Der interne High-Side-Schalter 1 bleibt bei der Erfassung beziehungsweise Auswertung stets im ausgeschalteten Zustand, d. h. stets geöffnet.
Figur 11 zeigt das baugleiche Steuergerät 16 bei Verwendung der
Schnittstelle 2 als Eingang zur Erfassung beziehungsweise Auswertung des Zustandes eines externen High-Side-Schalters SW1. Der High-Side-Schalter SW1 ist zwischen die Schnittstelle 2 und +Ubatt geschaltet. Anhand der an der Schnittstelle 2 ermittelten Spannung kann auf seinen Zustand geschlossen werden. Auch bei dieser Anwendung bleibt der interne High-
Side-Schalter 1 stets ausgeschaltet.
Bezugszeichenliste
Ein-/Ausschalter Schnittstelle Spannungsteiler Anschluß für Spannungsversorgung Masseanschluß zweite Schnittstelle zweiter Spannungsteiler Dämpfungsglied Verbraucher Leistungsschalter Analog-Digital-Wandler / Komparatoren Rechner / Mikrocontroller externer Schalter Spannungsversorgung Masse Steuergerät Rechner / Mikrocontroller AD-Wandler / Komparatoren
Claims
1. Elektronische Schaltungsanordnung 1.1 mit einem Leistungsschalter (10); der Leistungsschalter (10) umfaßt
1.2.1 einen Ein-/Ausschalter (1);
1.2.2 eine erste Schnittstelle (2);
1.2.3 einen Spannungsteiler (3);
1.2.4 einen Anschluß für eine externe Spannungsversorgung (4); 1.2.5 einen Masseanschluß (5);
1.3 die Schnittstelle (2) ist derart flexibel geschaltet, daß sie sowohl Eingang zur Zustandserfassung als auch Ausgang zur Leistungssteuerung ist;
1.4 der Leistungsschalter umfaßt eine zweite Schnittstelle (6) für den Anschluß einer Auswerte- und/oder Diagnostiziereinheit.
2. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung frei von internen Spannungsversorgungen ist.
Elektronische Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor die zweite Schnittstelle (6) ein zweiter Spannungsteiler (7) geschaltet ist, zum Teilen der an der zweiten Schnittstelle (6) anliegenden Spannung.
4. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor die zweite Schnittstelle (6) ein Dämpfungsglied insbesondere ein Kondensator (8) geschaltet ist, zum Dämpfen der Schwingungen der an der zweiten Schnittstelle (6) anliegenden Spannung.
5. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein-/Ausschalter (1) ein Relais ist.
6. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein-/Ausschalter (1) ein Halbleiterschalter ist.
7. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (3) variabel ist.
8. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein-/Ausschalter (1) ein High- Side-Schalter ist.
9. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein-/Ausschalter (1) ein Low- Side-Schalter ist.
10. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß hinter die zweite Schnittstelle (6) ein Analogeingang eines Analog-Digital-Wandlers (11) geschaltet ist.
11. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an den digitalen Ausgang des Analag-Digital- Wandlers ein Rechner (12) geschaltet ist.
12. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß
12.1 die Schnittstelle (2) als Ausgang geschaltet ist, und
12.2 ein Verbraucher (9) an die Schnittstelle (2) geschaltet ist.
13. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß 13.1 die Schnittstelle (2) als Eingang geschaltet ist;
13.2 ein externer Schalter (13) zwischen die Schnittstelle (2) und eine Spannungsversorgung (14) geschaltet ist.
14. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß
14.1 die Schnittstelle (2) als Eingang geschaltet ist;
14.2 ein externer Schalter (13) zwischen die Schnittstelle (2) und Masse (15) geschaltet ist.
15. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsschalter (10) eine eigenständige Baueinheit ist.
16. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsschalter (10) in einem anderen Bauteil der Schaltungsanordnung integriert ist.
17. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsschalter (10) in einem Steuergerät, insbesondere Getriebesteuergerät integriert ist.
18. Elektronisches Steuergerät, insbesondere Getriebesteuergerät, umfassend:
18.1 einen Ein-/Ausschalter (1); 18.2 eine erste Schnittstelle (2);
18.3 einen Spannungsteiler (3);
18.4 einen Anschluß für eine externe Spannungsversorgung (4);
18.5 einen Masseanschluß (5);
18.6 eine zweite Schnittstelle (6) für den Anschluß einer Auswerte- und/oder Diagnostiziereinheit; 18.7 die Schnittstelle (2) ist derart flexibel geschaltet, daß sie sowohl
Eingang für eine Zustandserfassung als auch Ausgang für eine Leistungssteuerung ist.
19. Steuergerät gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät einen Mikrocontroller (17) zum Steuern des Ein-
/Ausschalters (1) umfaßt, wobei ein Eingang des Mikrocontrollers (17) zumindest mittelbar an die zweite Schnittstelle (6) gekoppelt ist.
20. Steuergerät gemäß einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät frei von internen
Spannungsversorgungen ist.
21. Steuergerät gemäß einem der Anspruch 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß vor die zweite Schnittstelle (6) ein zweiter Spannungsteiler (7) geschaltet ist, zum Teilen der an der zweiten
Schnittstelle (6) anliegenden Spannung.
22. Steuergerät gemäß einem der Ansprüche 18 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, daß vor die zweite Schnittstelle (6) ein Dämpfungsglied (8), insbesondere ein Kondensator geschaltet ist, zum Dämpfen der Schwingungen der an der zweiten Schnittstelle (6) anliegenden Spannung.
23. Steuergerät gemäß einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein-/Ausschalter (1) ein Relais ist.
24. Steuergerät gemäß einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein-/Ausschalter (1) ein Halbleiterschalter ist.
25. Steuergerät gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter ein Power-MOSFET ist.
26. Steuergerät gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter ein Transistor ist.
27. Steuergerät gemäß einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (3) so ausgeführt ist, daß er die anliegende Spannung halbiert.
28. Steuergerät gemäß einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (3) so ausgeführt ist, daß er die anliegende Spannung derart aufteilt, daß die erzeugte Spannung im Bereich zwischen der Hälfte der Ausgangsspanung und der Ausgangsspannung liegt.
29. Steuergerät gemäß einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (3) so ausgeführt ist, daß er die anliegende Spannung derart aufteilt, daß die erzeugte Spannung im Bereich zwischen Null und der Hälfte der Ausgangsspanung liegt.
30. Steuergerät gemäß einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (3) variabel ist.
31. Steuergerät gemäß einem der Ansprüche 18 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein-/Ausschalter (1) ein High-Side-Schalter ist.
32. Steuergerät gemäß einem der Ansprüche 18 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein-/Ausschalter (1) ein Low-Side-Schalter ist.
33. Verfahren zum Erfassen eines Zustandes einer elektronischen
Schaltung mit einer elektronischen Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 oder einem Steuergerät gemäß einem der Ansprüche 18 bis 32; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 33.1 zuerst wird mit dem Spannungsteiler (3) ein Leerlaufpegel für eine geöffnete Schnittstelle (2) eingestellt; 33.2 danach wird mit einer Auswerte- und/oder Diagnostiziereinheit, die an der zweiten Schnittstelle (6) angeschlossen ist, die an der zweiten Schnittstelle (6) anliegende Spannung ermittelt; 33.3 in Abhängigkeit der Verwendung der Schnittstelle (2) als Ausgang oder als Eingang und in Abhängigkeit der Stellung des Ein- /Ausschalters wird über die ermittelte Spannung der Zustand der elektronischen Schaltungsanordnung diagnostiziert.
34. Verfahren gemäß Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die
Auswerte- und/oder Diagnostiziereinheit einen Analog-Digital-Wandler (11) und einen Rechner (12) umfaßt.
35. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 33 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die an der zweiten Schnittstelle (6) ermittelte
Spannung mit einem in Spannungsbänder unterteilten Spannungsbereich verglichen wird, und dadurch auf den Zustand der elektronischen Schaltungsanordnung geschlossen wird.
36. Verfahren gemäß Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die
Spannungsbänder in ihrem Grenzbereich einander überlagert sind.
37. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 35 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzen der Spannungsbänder durch Programmierung der Auswerte- und/oder Diagnostiziereinheit, insbesondere des Rechners (12), festlegbar sind.
38. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 33 bis 37, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
38.1 die Schnittstelle (2) ist als Ausgang geschaltet;
38.2 der Ein-/Ausschalter (1) ist ein High-Side-Schalter; 38.3 der Ein-/Ausschalter (1) ist geöffnet;
38.4 über die an der zweiten Schnittstelle (6) ermittelte Spannung können vier verschiedene Zustände der elektronischen Schaltungsanordnung erkannt werden:
(a) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband um den Leerlauf pegel, ist die Schaltung an der Schnittstelle (2) unterbrochen, beziehungsweise es ist keine Last angeschlossen (34.4(a));
(b) liegt die ermittelte Spannung liegt in einem Spannungsband in der Nähe von 0 Volt, so liegt an der Schnittstelle (2) ein Kurzschluß gegen Masse vor (34.4(b));
(c) liegt die ermittelte Spannung liegt in einem Spannungsband unterhalb des Spannungsbandes um den Leerlaufpegel und oberhalb des Spannungsbandes in der Nähe von 0 Volt, so liegt an der Schnittstelle (2) eine Last gegen Masse vor (34.4(c));
(d) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, so liegt ein Kurzschluß gegen die Spannungsversorgung vor (34.4(d)).
39. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 33 bis 37, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
39.1 die Schnittstelle (2) ist als Ausgang geschaltet;
39.2 der Ein-/Ausschalter (1) ist ein High-Side-Schalter;
39.3 der Ein-/Ausschalter (1) wird geschlossen;
39.4 über die an der zweiten Schnittstelle (6) ermittelte Spannung können drei verschiedene Zustände der elektronischen Schaltungsanordnung erkannt werden:
(a) wandert die ermittelte Spannung in ein Spannungsband in der
Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, so arbeitet die
Schaltungsanordnung fehlerfrei (35.4(a)); (b) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband um den
Leerlauf pegel, liegt ein allgemeiner Fehler in der
Schaltungsanordnung vor, insbesondere ein Kurzschluß gegen eine externe Fremdspannung beziehungsweise ein defekter
Ein-/Ausschalter (1) (35.4(b)); (c) liegt die ermittelte Spannung liegt in einem Spannungsband in der Nähe von 0 Volt, so liegt an der Schnittstelle (2) ein
Kurzschluß gegen Masse vor (35.4(c)).
40. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 33 bis 37, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
40.1 die Schnittstelle (2) ist als Eingang geschaltet;
40.2 der Ein-/Ausschalter (1) ist ein High-Side-Schalter;
40.3 der Ein-/Ausschalter (1) ist geöffnet;
40.4 über die an der zweiten Schnittstelle (6) ermittelte Spannung können drei verschiedene Zustände der elektronischen Schaltungsanordnung erkannt werden:
(a) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband um den Leerlaufpegel, ist die Schaltung an der Schnittstelle (2) unterbrochen, insbesondere durch einen externen geöffneten Schalter (36.4(a));
(b) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, ist der externe Schalter (13) gegen die Spannungsversorgung geschlossen (36.4(b)); (c) liegt die ermittelte Spannung liegt in einem Spannungsband in der Nähe von 0 Volt, ist der externe Schalter (13) gegen Masse geschlossen (36.4(c)).
41. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 33 bis 37, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
41.1 die Schnittstelle (2) ist als Ausgang geschaltet;
41.2 der Ein-/Ausschalter (1) ist ein Low-Side-Schalter;
41.3 der Ein-/Ausschalter (1) ist geöffnet;
41.4 über die an der zweiten Schnittstelle (6) ermittelte Spannung können vier verschiedene Zustände der elektronischen Schaltungsanordnung erkannt werden:
(a) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband um den Leerlaufpegel, ist die Schaltung an der Schnittstelle (2) unterbrochen beziehungsweise es ist keine Last angeschlossen (37.4(a));
(b) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe von 0 Volt, so liegt an der Schnittstelle (2) ein Kurzschluß gegen Masse vor (37.4(b));
(c) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, so liegt ein
Kurzschluß gegen die Spannungsversorgung vor (37.4(c));
(d) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband oberhalb des Spannungsbandes um den Leerlaufpegel und unterhalb des Spannungsbandes in der Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, so liegt an der Schnittstelle (2) eine
Last gegen die Spannungsversorgung vor (37.4(d)).
42. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 33 bis 37, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
42.1 die Schnittstelle (2) ist als Ausgang geschaltet; 42.2 der Ein-/Ausschalter (1) ist ein Low-Side-Schalter;
42.3 der Ein-/Ausschalter (1) wird geschlossen;
42.4 über die an der zweiten Schnittstelle (6) ermittelte Spannung können drei verschiedene Zustände der elektronischen Schaltungsanordnung erkannt werden: (a) wandert die ermittelte Spannung in ein Spannungsband in der
Nähe von 0 Volt, so arbeitet die Schaltungsanordnung fehlerfrei;
(b) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband um den Leerlaufpegel, liegt ein allgemeiner Fehler in der Schaltungsanordnung vor, insbesondere ein Kurzschluß gegen eine externe Fremdspannung beziehungsweise ein defekter Ein-/Ausschalter (1);
(c) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, so liegt an der Schnittstelle (2) ein Kurzschluß gegen die
Spannungsversorgung vor.
43. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 35 bis 37, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 43.1 die Schnittstelle (2) ist als Eingang geschaltet;
43.2 der Ein-/Ausschalter (1) ist ein Low-Side-Schalter;
43.3 der Ein-/Ausschalter (1) ist geöffnet;
43.4 über die an der zweiten Schnittstelle (6) ermittelte Spannung können drei verschiedene Zustände der elektronischen Schaltungsanordnung erkannt werden:
(a) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband um den Leerlauf pegel, ist die Schaltung an der Schnittstelle (2) unterbrochen, insbesondere durch einen externen geöffneten Schalter; (b) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der
Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, ist der externe Schalter (13) gegen die Spannungsversorgung geschlossen;
(c) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe von 0 Volt, ist der externe Schalter (13) gegen Masse geschlossen.
44. Verfahren gemäß einem der Anspruch 33 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erkennen eines Fehlers das fehlerhafte bzw. gefährdete Bauteil insbesondere der Ein-/Ausschalter (1) deaktiviert wird.
45. Verfahren gemäß einem der Anspruch 33 bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erkennen eines Fehlers ein Warnsignal ausgegeben wird, insbesondere optisch und/oder akkustisch.
46. Verfahren gemäß einem der Anspruch 33 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erkennen eines Fehlers gefährdete Bauteile deaktiviert werden.
47. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 33 bis 46, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erkennen eines Fehlers ein Eintrag in einen Fehlerspeicher unternommen wird.
48. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 33 bis 47, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Spannungsversorgung gemessen wird;
9. Verfahren gemäß Anspruch 35 und 48, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessene Spannung der Spannungsversorgung als Bezugswert in die Festlegung des in Spannungsbänder unterteilten Spannungsbereichs einfließt.
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