WO2008003534A1 - Verfahren und vorrichtung zum erkennen eines kurzschlusses an einer schaltungsanordnung - Google Patents

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WO2008003534A1
WO2008003534A1 PCT/EP2007/054052 EP2007054052W WO2008003534A1 WO 2008003534 A1 WO2008003534 A1 WO 2008003534A1 EP 2007054052 W EP2007054052 W EP 2007054052W WO 2008003534 A1 WO2008003534 A1 WO 2008003534A1
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circuit
voltage
short
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PCT/EP2007/054052
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Thomas Maier
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Continental Automotive Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/122—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. dc/ac converters
    • H02H7/1227—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. dc/ac converters responsive to abnormalities in the output circuit, e.g. short circuit

Definitions

  • the invention relates to a method and a corresponding apparatus for detecting a short circuit on a circuit arrangement comprising at least one upper and one lower switching element and which are arranged in particular in an H-bridge.
  • the switching elements are in particular designed as discrete components.
  • electric motors are used for control purposes.
  • a transfer case drive in motor vehicles with four-wheel ⁇ ge ⁇ driven by an electric motor has, for example, a power consumption of up to 40 amperes.
  • Such electric motors are driven, for example via an H-bridge. A short circuit to the H-bridge can lead to destruction of the switching ⁇ elements in the H-bridge.
  • the object of the invention is to provide a method and an ent ⁇ speaking device for detecting a short circuit, which is or is reliable.
  • the invention is characterized by a method and a corresponding device for detecting a short circuit on a circuit arrangement comprising at least one upper switching element and at least one lower switching element.
  • the Upper switching element is arranged electrically between a supply potential and a first terminal.
  • the un ⁇ tere switching element is electrically connected between a second terminal and a reference potential.
  • the first and the second connection are coupled with an electrical load ⁇ bar.
  • a first quantity is detected which is representative of a current flowing through the current-carrying lower switching element.
  • a second size is detected, the re presentative ⁇ is for a current flowing through the respective current-carrying upper switching element.
  • the first, or the two ⁇ te size is detected by use of a physical property of the respective switching element.
  • the short circuit is detected when the current represented by the first quantity deviates by at least a predetermined amount or a predetermined factor from the current represented by the second quantity.
  • the short circuit of the first or the second connection to the supply potential or to the reference potential is detected.
  • the circuit arrangement is in particular an H-bridge.
  • the upper and the lower switching element are preferably ⁇ power transistors, in particular butterfeldef ⁇ fect transistors, which are designed in particular as discrete components, that is, not together with a Ansteu ⁇ ersciens as an integrated circuit are formed. It is further preferred either the first or the second large ⁇ SSE detected using the physical property of the respective switching element. However, alternatively, both the first and the second size can be grasped using the physical property of the respective switching element.
  • the advantage is that for the detection of the short circuit on the circuit, the current flowing through the current-carrying lower switching element, and the current flowing through the current-carrying upper switching element, that is, the currents representing these currents, not with must be compared to an absolute threshold.
  • a switch-off threshold for switching off the at least one upper or lower switching element for protecting the respective switching element from overloading can be low.
  • the turn-off threshold can also be lower than a predetermined maximum current through the electrical load.
  • even a particularly reliable protection against overloading of the upper or lower switching element is possible when the current through the electrical load is currently less than the predetermined maximum current through the electrical load.
  • even such short circuits are reliably recognizable, which are relatively high impedance and result in only a short-circuit current, which is less than the predetermined maximum current through the electrical load.
  • Another advantage is that not both the upper switching element and the lower switching element in each case a measuring resistor for detecting the first and the second size must be assigned, but that used to detect the first or the second size, the physical property of each ⁇ respective switching element becomes.
  • the circuit arrangement can therefore be designed particularly inexpensive.
  • the physical property is an on-resistance.
  • a switching element voltage which is detected as the respective variable, drops across the current-carrying switching element. is representative of the flowing through the respective switching element ⁇ sequent stream.
  • the on-resistance is in particular an ohmic resistance which the switching element has in the switched-on state.
  • the on-resistance is in particular a minimum ohmic resistance of the switching element.
  • At least one measuring resistor is provided, which is assigned to either the at least one lower switching element or the at least one upper switching element.
  • Via the sensing resistor is a precision resistor voltage drops, comprising a lower or upper switching element and the first or the second size is detected according to the Alloc ⁇ voltage for at least.
  • the advantage is that the first or the second size is so be ⁇ particularly easy and precise detectable.
  • the measurement resistance voltage and / or the switching element voltage are fed to a matching circuit for adapting the measuring resistance voltage and the switching element voltage to one another.
  • the measurement resistance voltage which is optionally matched by the matching circuit, is fed to an adder.
  • a reference value is either added or subtra ⁇ hiert, representing the predetermined amount.
  • a reference signal provided on the output side of the adder is supplied to at least one comparator.
  • the at least one comparator is further supplied with the switching element voltage of the respective switching element, which is optionally adapted by the matching circuit.
  • On the output side of the at least one Comparator a short-circuit signal is provided, which signals the short circuit to the circuit arrangement as a function of exceeding or falling below the optionally adapted switching element voltage with respect to the reference signal.
  • a level of the measuring resistor voltage and of the switching element voltage is adapted in accordance with the respectively represented currents.
  • the adjustment takes place Be ⁇ vorzugt so that in case of equality of the leading through the respective current lower switching element and the respective leading through the current upper switching element flowing ⁇ the currents and the measuring resistor voltage, and the switching element voltage are approximately equal.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a circuit arrangement and a first evaluation unit
  • FIG. 2 shows the first evaluation unit according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the circuit arrangement and a second evaluation unit
  • FIG. 4 shows the second evaluation unit according to FIG. 3
  • Figure 5 shows a third embodiment of the circuit arrangement and a third evaluation
  • FIG. 6 is a flow chart.
  • a circuit arrangement comprises at least one upper switching element and at least one lower switching element.
  • the at least one upper switching element is for example gebil ⁇ det by a first upper switching element SHl and the mindes ⁇ least a lower switching element is formed for example by a first lower switching element SLL ( Figure 1).
  • the at least one upper switching element can also be formed by a second upper switching element SH2 and the at least one lower switching element by a second lower switching element SL2.
  • the first and the second upper switching element SHl, SH2 and the first and the second un ⁇ tere switching element SLL, SL2 are electrically arranged and coupled with ⁇ each other that they form an H-bridge.
  • the first upper switching element SHL is electrically disposed between a supply potential VBAT ⁇ and a first terminal of Al
  • the second upper switching element SH2 is disposed electrically between the supply potential VBAT, and a second terminal A2.
  • the first lower switching element SLl is disposed electrically between the second terminal A2 and a reference potential GND and the second lower scarf Tele ⁇ ment SL2 is disposed electrically between the first terminal Al and the reference potential GND.
  • an electrical load can be coupled.
  • the electrical load formed as a motor M.
  • the motor M controls, for example ⁇ a function of a transfer case in a power ⁇ vehicle with all-wheel drive. However, it may also be provided another motor or another electrical load.
  • the first and the second upper switching element SHl, SH2 and the first and the second lower switching element SLL, SL2 are formed as discrete semiconductor switching elements, in particular as power transistors and in particular as a power field effect transistors.
  • the power field effect transistors are preferably each formed as an N-channel MOS field effect transistor.
  • the first and second lower switching element SLl, SL2 is assigned a common measurement resistor RM, which is electrically connected between the first lower switching element SLl and the reference potential GND or electrically ⁇ arranged between the second lower switching element SL2 and the reference potential GND.
  • a current I flowing through the motor M also flows through the measuring resistor RM.
  • the current flowing through the measuring resistor Rm ⁇ current is referred to as a current-Messwiderstands- I_RM.
  • the measuring resistance current I_RM can be detected very easily. For this purpose, a voltage drop across the measuring resistor RM is detected. This voltage drop is referred to as a measuring resistor voltage.
  • a resistance value of the measurement resistor RM is small and be ⁇ for example, contributes about two milliohms. Accordingly, the sense resistor voltage also has a small value when the measuring resistance current I_RM is for example only a few amperes.
  • a first measuring amplifier MV1 is therefore provided for amplifying the measuring resistor voltage by a predetermined amplification factor.
  • a second measuring amplifier MV2 and the second upper switching element SH2 associated with a third measuring amplifier MV3.
  • the second measuring amplifier MV2 and the third measuring amplifier MV3 are supplied with a voltage drop across the respective switching element. Due to a physical property of each ⁇ bib switching element, in particular a passage resistance ⁇ stands or minimum resistance in the on state of each switching element falls over each switching element in each case a switching element voltage when the respective switching element current is leading. If the forward ⁇ resistance of the respective switching element is known, it can be concluded by detecting the switching element voltage to a switching element current flowing through the respective switching element.
  • the switching element voltage is in particular a drain-source voltage of the respective power field effect transistor.
  • the sense resistor voltage corresponds to a first magnitude representative of the current flowing through the respective lower current switching element.
  • the scarf Tele ⁇ element voltage corresponding to a second size, the representative tiv is for the switching element current flowing through the current-carrying upper switching element.
  • the first measuring amplifier MV1 provides a first measuring signal MS1.
  • the second measuring amplifier MV2 provides a second measuring signal MS2.
  • the third measuring ⁇ amplifier MV3 depending on the switching element voltage of the second upper switching element SH2 a third measurement signal MS3 ready.
  • the first, second and third measuring amplifiers MV1, MV2, MV3 are each coupled to a first evaluation unit AE1 and supply the first, second and third measuring signals MS1, MS2, MS3 to same. Determines the first evaluation unit AEI from ⁇ pending from the first, second and third measurement signal MSl, MS2, MS3, a first short circuit signal KSL and a second short-circuit ⁇ signal KS2.
  • Figure 2 shows the first evaluation unit which rator ⁇ a voltage divider having a first and a second resistor Rl, R2, an adder ADD and a first and a second compati- CMPL, CMP2 comprises.
  • the second resistor R2 the first measurement signal MSl is supplied at its first terminal.
  • the second resistor R2 is connected at its second terminal to a first input of the adder ADD and to a first terminal of the first resistor Rl.
  • the first Wi ⁇ resistor Rl is connected with its second terminal to the reference potential GND ⁇ .
  • the adder ADD is further supplied to a predetermined input value D at a second input.
  • the adder ADD provides a reference signal REF on the output side.
  • the adder ADD is respectively coupled to an inverting input of the first comparator CMPL and the second comparator CMP2.
  • the adder ADD supplies the first and second comparators CMPL, CMP2 with the reference signal REF.
  • the first comparator CMPL is supplied to the second measuring signal MS2 at its non-inverting input.
  • the second comparator CMP2 is supplied to be ⁇ nem non-inverting input of the third measuring signal MS3.
  • the first short-circuit signal is provided KSL ⁇ and output side of the second comparator CMP2 is the second short-circuit signal provided ⁇ KS2.
  • the mode of operation of the circuit arrangement and of the first evaluation unit AE1 is explained by way of example by considering only the first upper and the first lower switching element SH1, SL1. However, the same applies equally to the second upper and the second lower switching element SH2, SL2.
  • the second upper switching element SH2 and the second lower switching element SL2 are in their off state.
  • the first lower switching element SLl is turned on, the first upper switching element SHl is preferably driven by a pulse width modulated drive signal, that is clocked on and off.
  • a pulse width modulated drive signal that is clocked on and off.
  • the adapter scarf ⁇ tion is preferably dimensioned so that the following equation is satisfied:
  • R1 / (R1 + R2) R_SW / (RM * k).
  • the predetermined reference value D represents a secure ⁇ integrated supplement for detecting a short circuit in the circuit arrangement.
  • a short circuit at the circuit arrangement is therefore only detected and signaled by the first short-circuit signal KSl when the second measurement signal MS2 is greater than a sum of the reduced amplitude of the first measurement signal MSl and the predetermined reference value D.
  • the reference signal REF thus provides a threshold , when exceeded, the short circuit is detected.
  • the operation of the circuit arrangement is preferably terminated by switching off the switching elements.
  • the threshold thus corresponds to a shutdown ⁇ threshold for switching off the switching elements.
  • the second measuring signal MS2 is increased by the short-circuit current, but not the first measuring signal MS1.
  • the second measuring signal MS2 therefore exceeds the reference signal REF and the first comparator CMPL signals the short-circuit through the first short-circuit signal KS1.
  • the second measurement signal MS2 for the detection of the short circuit does not have to be compared with an absolute threshold value, but rather that the comparison of the second measurement signal MS2 with the reference signal REF takes place relative to the first measurement signal MS1.
  • the current flowing through the current-conducting upper switching element is compared with the threshold value, which depends on the current flowing through the current-carrying lower scarf Tele ⁇ ment.
  • the threshold for detecting the short circuit is small when the current through the electric load is small.
  • the first upper switching element SH1 can be reliably protected from being overloaded by preventing excessive current flow through the first upper switching element SH1.
  • Characterized a ⁇ verfactes to switch off the first upper switching element SHL is in particular also possible, when the short circuit occurs comparatively high impedance, that is, the resulting short-circuit current is smaller than a predetermined maximum current through the electric load.
  • the predetermined maximum current through the electrical load is about 40 amperes.
  • the predetermined reference value of 200 mV is selected as the safety margin for detecting the short circuit.
  • the short circuit can be detected even if the short circuit comparatively high impedance takes place and thereby the short-circuit current is correspondingly lower.
  • the measuring resistor RM for determining the current through the respective current leading lower switching element. Determining the first size can then be very precise and the reference signal REF and the comparator level are thereby also given ⁇ Sonders be precise. However, the first size can also be detected differently.
  • the respective un ⁇ tere switching element may comprise a current measurement device and provide the first size.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the circuit arrangement.
  • the second embodiment of the circuit arrangement differs from the first embodiment of the circuit arrangement in that each of the lower switching elements, that is, the first lower switching element SLl and the second lower switching element SL2, respectively associated with a measuring resistor RM.
  • the first lower switching element SLl is a first measuring resistor RMl associated and second un ⁇ direct shifting element SL2 is associated with a second measuring resistance RM2.
  • Via the first measuring resistor RMl a ⁇ ers th measurement resistor voltage is detected, which is representative of the current flowing through the first lower switch element SLl.
  • a second sensing resistor voltage is sensed across the second measuring resistor RM2, which representa tive ⁇ is for a current flowing through the second lower switching element ⁇ SL2.
  • the first measuring signal MS1 is provided by the first measuring amplifier MV1 as a function of the first measuring resistor voltage.
  • a fourth measuring amplifier MV4 is provided, to which the second measuring resistor Voltage is supplied and provides a fourth measurement signal MS4.
  • a second evaluation unit AE2 is supplied with the first measurement signal MS1 and the second measurement signal MS2. From the second ⁇ evaluation unit AE2 is the first short-circuit signal KSL be ⁇ riding. Furthermore, a further second evaluation unit AE2 'is provided, which is the fourth measurement signal MS4 and the third measurement signal MS3 supplied and which provides the second short-circuit ⁇ signal KS2.
  • the second evaluation unit AE2 comprises the voltage divider with the first resistor R1 and the second resistor R2, the adder ADD and the first comparator CMPL.
  • FIG. 5 shows a third embodiment of the circuit arrangement.
  • the third embodiment differs from the first embodiment of the circuit arrangement essentially in that the measuring resistor RM is assigned to the upper switching elements and the second measuring amplifier MV2 is assigned to the second lower switching element SL2 and the third measuring amplifier MV3 is assigned to the first lower switching element SL1.
  • the measuring resistor RM is electrically connected between the supply supply potential VBAT and the first and the second upper switching element SHl, SH2 arranged.
  • the measuring resistor voltage then corresponds to the second quantity, which is representative of the current flowing through the current-carrying upper switching element.
  • the respective switching element voltage corresponds to the first variable, which is representative of the current flowing through the respective current leading lower Druckele ⁇ ment.
  • a third evaluation unit AE3 is provided which is, and the first, second and third measurement signal MSl, MS2, MS3 supplied ⁇ leads on the output side, the first and second short-circuit signal KSL, KS2 provides.
  • the mode of operation of the third evaluation unit AE3 corresponds to the mode of operation of the first evaluation unit AE1.
  • the third embodiment of the circuit arrangement is particularly suitable for detecting a short circuit of the first or the second terminal Al, A2 to the supply potential VBAT.
  • FIG. 6 shows a flow diagram of a method for detecting the short circuit on the circuit arrangement.
  • the method begins in a step Sl.
  • a step S2 that quantity is detected which is representative of the current flowing through the current-carrying switching element to which the measuring resistor RM is assigned.
  • This current ent ⁇ speaks to the sense resistor current I_RM.
  • the size is the first size in the circuit arrangement according to Figures 1 and 3 and the second variable in the circuit arrangement according to FIG 5.
  • the reference signal REF or the further reference signal REF ' is ermit ⁇ telt.
  • a third step S3 that quantity is detected which is representative of the current flowing through the respective current-carrying switching element to which the measuring resistor RM is not assigned, that is, the detection of this current takes place using the physical property of the switching element.
  • This current corresponds to the switching element ⁇ current I_SW.
  • the size is the second size in the scarf ⁇ tion arrangement according to Figures 1 and 3 and is the first size in the circuit arrangement according to Figure 5.
  • the second measurement signal MS2 or the third measurement signal MS3 is determined.
  • a short circuit signal KS for signaling the short circuit at the circuit arrangement is produced, for example, the first or the second short ⁇ circuit signal KSL, KS2, and the process in step S6 ends, or for continuous monitoring of Circuit continued in step Sl.
  • the method is likewise ended in step S6 or preferably continued in step S1.
  • the process is preferably carried out continuously currency ⁇ rend the operation of the circuit arrangement. Fer ⁇ ner the operation of the circuit arrangement is preferably terminated depending on the short-circuit signal KS when the short circuit has been detected.
  • step S7 it is also possible to check in a step S7 whether the second or the third measuring signal MS2, MS3 is smaller than the reference signal REF or the further reference signal REF '.
  • the reference signal REF or the further reference signal REF 'formed by a subtraction of the respective reduced measuring resistor voltage and the predetermined reference value D that is, the adder ADD or the further Addie ⁇ rer ADD' performs a subtraction instead of the addition.
  • the predetermined reference value D then corresponds to a security ⁇ tee.
  • Steps S4 and S7 can also be combined. It is then checked whether the second or the third measurement signal MS2, MS3 is greater than an upper reference signal or a wide ⁇ res upper reference signal, or is smaller than a lower reference signal or another lower reference signal.
  • the upper or the further upper reference signal is based on the addition of the predetermined reference value D to the reduced first measuring signal MS1, and the lower or the further lower reference signal is based on the subtraction of the predetermined reference value D from the reduced first measuring signal MS1. Since ⁇ by the short-circuit is detected when the value represented by the first variable current differs by at least a predetermined amount from the current represented by the second variable.
  • the predetermined amount is represented by the reference value D.
  • the first, second, third and further second An Kunststoffschal ⁇ tung AEI, AE2, AE2 ', AE3 may also be formed, that is provided instead of the predetermined reference value D, a pre give ⁇ ner factor.
  • the first, second, further second and third drive circuits AE1, AE2, AE2 ', AE3 each form a device for detecting a short circuit at the circuit arrangement, in particular at the H-bridge.
  • the device may additionally comprise the first and / or second and / or third and / or fourth measuring amplifier MVl, MV2, MV3, MV4.
  • the device is preferably designed as an integrated circuit and is preferably integrated in a drive circuit for the H-bridge.

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Abstract

Eine Schaltungsanordnung umfasst mindestens ein oberes Schaltelement und mindestens ein unteres Schaltelement, die in einer H-Brücke angeordnet sind. Das obere Schaltelement ist elektrisch zwischen einem Versorgungspotenzial (VBAT) und einem ersten Anschluss (A1) angeordnet. Das untere Schaltelement ist elektrisch zwischen einem zweiten Anschluss (A2) und einem Bezugspotenzial (GND) angeordnet. Der erste und der zweite Anschluss (A1, A2) sind mit einem Motor (M) gekoppelt. Eine erste Größe wird erfasst, die repräsentativ ist für einen Strom, der durch das jeweils Strom führende untere Schaltelement fließt. Eine zweite Größe wird erfasst, die repräsentativ ist für einen Strom, der durch das jeweils Strom führende obere Schaltelement fließt. Die erste oder die zweite Größe wird erfasst unter Nutzung einer physikalischen Eigenschaft des jeweiligen Schaltelements. Ein Kurzschluss wird erkannt, wenn der durch die erste Größe repräsentierte Strom um mindestens einen vorgegebenen Betrag oder einen vorgegebenen Faktor vom durch die zweite Größe repräsentierten Strom abweicht.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen eines Kurzschlusses an einer Schaltungsanordnung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Erkennen eines Kurzschlusses an einer Schaltungsanordnung, die mindestens ein oberes und ein unteres Schaltelement umfasst und die insbesondere in einer H-Brücke angeordnet sind. Die Schaltelemente sind insbesondere als diskrete Bauelemente ausgebildet.
In Kraftfahrzeugen werden Elektromotoren für Steuerungszwecke eingesetzt. Insbesondere wird bei Kraftfahrzeugen mit Allrad¬ antrieb ein Verteilergetriebe durch einen Elektromotor ge¬ steuert. Ein solcher Elektromotor hat beispielsweise eine Stromaufnahme von bis zu 40 Ampere. Solche Elektromotoren werden beispielsweise über eine H-Brücke angesteuert. Ein Kurzschluss an der H-Brücke kann zur Zerstörung der Schalt¬ elemente in der H-Brücke führen.
Die Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine ent¬ sprechende Vorrichtung zum Erkennen eines Kurzschlusses zu schaffen, das beziehungsweise die zuverlässig ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Erkennen eines Kurzschlusses an einer Schaltungsanordnung, die mindestens ein oberes Schaltelement und mindestens ein unteres Schaltelement umfasst. Das obere Schaltelement ist elektrisch zwischen einem Versorgungspotenzial und einem ersten Anschluss angeordnet. Das un¬ tere Schaltelement ist elektrisch zwischen einem zweiten Anschluss und einem Bezugspotenzial angeordnet. Der erste und der zweite Anschluss sind mit einer elektrischen Last koppel¬ bar. Eine erste Größe wird erfasst, die repräsentativ ist für einen Strom, der durch das jeweils Strom führende untere Schaltelement fließt. Eine zweite Größe wird erfasst, die re¬ präsentativ ist für einen Strom, der durch das jeweils Strom führende obere Schaltelement fließt. Die erste oder die zwei¬ te Größe wird erfasst unter Nutzung einer physikalischen Eigenschaft des jeweiligen Schaltelements. Der Kurzschluss wird erkannt, wenn der durch die erste Größe repräsentierte Strom um mindestens einen vorgegebenen Betrag oder einen vorgegebenen Faktor von dem durch die zweite Größe repräsentierten Strom abweicht.
Insbesondere wird der Kurzschluss des ersten oder des zweiten Anschlusses zum Versorgungspotenzial oder zum Bezugspotenzial erkannt. Die Schaltungsanordnung ist insbesondere eine H- Brücke . Das obere und das untere Schaltelement sind vorzugs¬ weise Leistungstransistoren, insbesondere Leistungsfeldef¬ fekttransistoren, die insbesondere als diskrete Bauelemente ausgebildet sind, das heißt nicht zusammen mit einer Ansteu¬ erschaltung als eine integrierte Schaltung ausgebildet sind. Ferner wird bevorzugt entweder die erste oder die zweite Grö¬ ße erfasst unter Nutzung der physikalischen Eigenschaft des jeweiligen Schaltelements. Es können jedoch alternativ ebenso sowohl die erste als auch die zweite Größe unter Nutzung der physikalischen Eigenschaft des jeweiligen Schaltelements er¬ fasst werden. Der Vorteil ist, dass für das Erkennen des Kurzschlusses an der Schaltungsanordnung der Strom, der durch das jeweils Strom führende untere Schaltelement fließt, und der Strom, der durch das jeweils Strom führende obere Schaltelement fließt, das heißt die diese Ströme repräsentierenden Größen, nicht mit einem absoluten Schwellenwert verglichen werden müssen. Dadurch kann eine Abschaltschwelle zum Abschalten des mindestens einen oberen oder unteren Schaltelements zum Schutz des jeweiligen Schaltelements vor Überlastung gering sein. Insbesondere kann die Abschaltschwelle auch geringer sein als ein vorgegebener maximaler Strom durch die elektrische Last. Dadurch ist auch dann ein besonders zuverlässiger Schutz vor Überlastung des oberen oder des unteren Schaltelements möglich, wenn der Strom durch die elektrische Last aktuell geringer ist als der vorgegebene maximale Strom durch die elektrische Last. Ferner sind auch solche Kurzschlüsse zuverlässig erkennbar, die vergleichsweise hochohmig sind und nur einen Kurzschlussstrom zur Folge haben, der geringer ist als der vorgegebene maximale Strom durch die elektrische Last .
Ein weiterer Vorteil ist, dass nicht sowohl dem oberen Schaltelement als auch dem unteren Schaltelement jeweils ein Messwiderstand zum Erfassen der ersten und der zweiten Größe zugeordnet sein muss, sondern dass zum Erfassen der ersten oder der zweiten Größe die physikalische Eigenschaft des je¬ weiligen Schaltelements genutzt wird. Die Schaltungsanordnung kann daher besonders preisgünstig ausgebildet sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die physikalische Eigenschaft ein Durchlasswiderstand. Dadurch fällt über dem jeweils Strom führenden Schaltelement eine Schaltelementspannung ab, die als die jeweilige Größe erfasst wird, die reprä- sentativ ist für den durch das jeweilige Schaltelement flie¬ ßenden Strom. Der Durchlasswiderstand ist insbesondere ein ohmscher Widerstand, den das Schaltelement im eingeschalteten Zustand aufweist. Der Durchlasswiderstand ist insbesondere ein minimaler ohmscher Widerstand des Schaltelements. Der Vorteil ist, dass kein zusätzliches Bauelement, z.B. ein Messwiderstand, erforderlich ist und dass die jeweilige Größe sehr einfach erfassbar ist. Das Erfassen der jeweiligen Größe ist so besonders kostengünstig möglich.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist mindestens ein Messwiderstand vorgesehen, der entweder dem mindestens einen unteren Schaltelement oder dem mindestens einen oberen Schaltelement zugeordnet ist. Über den Messwiderstand fällt eine Messwiderstandspannung ab, die entsprechend der Zuord¬ nung zum mindestens einen unteren oder oberen Schaltelement als die erste oder die zweite Größe erfasst wird. Der Vorteil ist, dass die erste beziehungsweise die zweite Größe so be¬ sonders einfach und präzise erfassbar ist.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Messwi- derstandsspannung und/oder die Schaltelementspannung einer Anpassschaltung zum aneinander Anpassen der Messwiderstands- spannung und der Schaltelementspannung zugeführt werden. Die durch die Anpassschaltung gegebenenfalls angepasste Messwi- derstandsspannung wird einem Addierer zugeführt. Durch den Addierer wird ein Referenzwert entweder addiert oder subtra¬ hiert, der den vorgegebenen Betrag repräsentiert. Ein aus- gangsseitig des Addierers bereitgestelltes Referenzsignal wird mindestens einem Komparator zugeführt. Dem mindestens einen Komparator wird ferner die gegebenenfalls durch die Anpassschaltung angepasste Schaltelementspannung des jeweiligen Schaltelements zugeführt. Ausgangsseitig des mindestens einen Komparators wird ein Kurzschlusssignal bereitgestellt, das den Kurzschluss an der Schaltungsanordnung abhängig von einem Überschreiten oder Unterschreiten der gegebenenfalls ange- passten Schaltelementspannung in Bezug auf das Referenzsignal signalisiert .
Durch die Anpassschaltung wird insbesondere ein Pegel der Messwiderstandsspannung und der Schaltelementspannung entsprechend den jeweils repräsentierten Strömen angepasst. Be¬ vorzugt erfolgt die Anpassung so, dass bei Gleichheit der durch das jeweils Strom führende untere Schaltelement und des jeweils durch das Strom führende obere Schaltelement fließen¬ den Ströme auch die Messwiderstandsspannung und die Schaltelementspannung etwa gleich sind. Der Vorteil ist, dass ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung einfach und kostengünstig sind und in der Ansteuerschaltung für die Schaltungsanordnung, insbesondere als integrierte Schaltung einfach integrierbar sind.
Ausführungsbeispiele sind im Folgenden anhand der schemati¬ schen Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine erste Ausführungsform einer Schaltungsanordnung und einer ersten Auswerteeinheit,
Figur 2 die erste Auswerteeinheit gemäß Figur 1,
Figur 3 eine zweite Ausführungsform der Schaltungsanordnung und einer zweiten Auswerteeinheit,
Figur 4 die zweite Auswerteeinheit gemäß Figur 3, Figur 5 eine dritte Ausführungsform der Schaltungsanordnung und einer dritten Auswerteeinheit und
Figur 6 ein Ablaufdiagramm.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Eine Schaltungsanordnung umfasst mindestens ein oberes Schaltelement und mindestens ein unteres Schaltelement. Das mindestens eine obere Schaltelement ist beispielsweise gebil¬ det durch ein erstes oberes Schaltelement SHl und das mindes¬ tens eine untere Schaltelement ist beispielsweise gebildet durch ein erstes unteres Schaltelement SLl (Figur 1) . Das mindestens eine obere Schaltelement kann jedoch ebenso durch ein zweites oberes Schaltelement SH2 und das mindestens eine untere Schaltelement durch ein zweites unteres Schaltelement SL2 gebildet sein. Vorzugsweise sind das erste und das zweite obere Schaltelement SHl, SH2 und das erste und das zweite un¬ tere Schaltelement SLl, SL2 elektrisch so angeordnet und mit¬ einander gekoppelt, dass diese eine H-Brücke bilden. Dazu ist das erste obere Schaltelement SHl elektrisch zwischen einem Versorgungspotenzial VBAT und einem ersten Anschluss Al ange¬ ordnet, und das zweite obere Schaltelement SH2 ist elektrisch zwischen dem Versorgungspotenzial VBAT und einem zweiten Anschluss A2 angeordnet. Das erste untere Schaltelement SLl ist elektrisch zwischen dem zweiten Anschluss A2 und einem Bezugspotenzial GND angeordnet und das zweite untere Schaltele¬ ment SL2 ist elektrisch zwischen dem ersten Anschluss Al und dem Bezugspotenzial GND angeordnet. Elektrisch zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss Al, A2 ist eine elektrische Last ankoppelbar. In diesem Beispiel ist die elektrische Last als ein Motor M ausgebildet. Der Motor M steuert beispiels¬ weise eine Funktion eines Verteilergetriebes in einem Kraft¬ fahrzeug mit Allradantrieb. Es kann jedoch auch ein anderer Motor oder eine andere elektrische Last vorgesehen sein.
Bevorzugt sind das erste und das zweite obere Schaltelement SHl, SH2 und das erste und das zweite untere Schaltelement SLl, SL2 als diskrete Halbleiterschaltelemente ausgebildet, insbesondere als Leistungstransistoren und insbesondere als Leistungsfeldeffekttransistoren. Die Leistungsfeldeffekttransistoren sind bevorzugt jeweils als ein N-Kanal MOS- Feldeffekttransistor ausgebildet .
Dem ersten und dem zweiten unteren Schaltelement SLl, SL2 ist ein gemeinsamer Messwiderstand RM zugeordnet, der elektrisch zwischen dem ersten unteren Schaltelement SLl und dem Bezugspotenzial GND beziehungsweise elektrisch zwischen dem zweiten unteren Schaltelement SL2 und dem Bezugspotenzial GND ange¬ ordnet ist. Zum Betreiben des Motors M werden entweder das erste obere Schaltelement SHl und das erste untere Schaltele¬ ment SLl eingeschaltet oder das zweite obere Schaltelement SH2 und das zweite untere Schaltelement SL2 eingeschaltet. In beiden Fällen fließt ein Strom I, der durch den Motor M fließt, auch durch den Messwiderstand RM. Der durch den Mess¬ widerstand RM fließende Strom wird als ein Messwiderstands- strom I_RM bezeichnet. Der Messwiderstandsstrom I_RM kann sehr einfach erfasst werden. Dazu wird ein Spannungsabfall über dem Messwiderstand RM erfasst. Dieser Spannungsabfall wird als Messwiderstandsspannung bezeichnet.
Ein Widerstandswert des Messwiderstands RM ist klein und be¬ trägt zum Beispiel etwa zwei Milliohm. Entsprechend weist auch die Messwiderstandspannung einen kleinen Wert auf, wenn der Messwiderstandsstrom I_RM beispielsweise nur wenige Ampere beträgt. Ein erster Messverstärker MVl ist daher vorgesehen zum Verstärken der Messwiderstandsspannung um einen vorgegebenen Verstärkungsfaktor. Mittels des Messwiderstands RM und des ersten Messverstärkers MVl kann der Messwiderstands¬ strom I_RM und insbesondere der durch das jeweils Strom führende untere Schaltelement fließende Strom präzise erfasst werden .
Zum Erfassen des Stroms des jeweils Strom führenden oberen Schaltelements ist dem ersten oberen Schaltelement SHl ein zweiter Messverstärker MV2 und dem zweiten oberen Schaltelement SH2 ein dritter Messverstärker MV3 zugeordnet. Den zweiten Messverstärker MV2 und dem dritten Messverstärker MV3 wird ein Spannungsabfall über dem jeweiligen Schaltelement zugeführt. Aufgrund einer physikalischen Eigenschaft des je¬ weiligen Schaltelements, insbesondere eines Durchlasswider¬ stands oder minimalen Widerstands im eingeschalteten Zustand des jeweiligen Schaltelements, fällt über dem jeweiligen Schaltelement jeweils eine Schaltelementspannung ab, wenn das jeweilige Schaltelement Strom führend ist. Ist der Durchlass¬ widerstand des jeweiligen Schaltelements bekannt, so kann durch Erfassen der Schaltelementspannung auf einen Schaltelementstrom geschlossen werden, der durch das jeweilige Schaltelement fließt. Die Schaltelementspannung ist insbesondere eine Drain-Source-Spannung des jeweiligen Leistungsfeldeffekttransistors .
Die Messwiderstandsspannung entspricht einer ersten Größe, die repräsentativ ist für den Strom, der durch das jeweils Strom führende untere Schaltelement fließt. Die Schaltele¬ mentspannung entspricht einer zweiten Größe, die repräsenta- tiv ist für den Schaltelementstrom, der durch das jeweils Strom führende obere Schaltelement fließt.
Abhängig von der Messwiderstandsspannung stellt der erste Messverstärker MVl ein erstes Messsignal MSl bereit. Abhängig von der Schaltelementspannung des ersten oberen Schaltelements SHl stellt der zweite Messverstärker MV2 ein zweites Messsignal MS2 bereit. Entsprechend stellt der dritte Mess¬ verstärker MV3 abhängig von der Schaltelementspannung des zweiten oberen Schaltelements SH2 ein drittes Messsignal MS3 bereit .
Der erste, zweite und dritte Messverstärker MVl, MV2, MV3 sind jeweils mit einer ersten Auswerteeinheit AEl gekoppelt und führen dieser das erste, zweite und dritte Messsignal MSl, MS2, MS3 zu. Die erste Auswerteeinheit AEl ermittelt ab¬ hängig vom ersten, zweiten und dritten Messsignal MSl, MS2, MS3 ein erstes Kurzschlusssignal KSl und ein zweites Kurz¬ schlusssignal KS2.
Figur 2 zeigt die erste Auswerteeinheit, die einen Spannungs¬ teiler mit einem ersten und einem zweiten Widerstand Rl, R2, einen Addierer ADD und einen ersten und einen zweiten Kompa- rator CMPl, CMP2 umfasst. Dem zweiten Widerstand R2 wird an seinem ersten Anschluss das erste Messsignal MSl zugeführt. Der zweite Widerstand R2 ist mit seinem zweiten Anschluss mit einem ersten Eingang des Addierers ADD und mit einem ersten Anschluss des ersten Widerstands Rl verbunden. Der erste Wi¬ derstand Rl ist mit seinem zweiten Anschluss mit dem Bezugs¬ potenzial GND verbunden. Dem Addierer ADD wird ferner an einem zweiten Eingang ein vorgegebener Referenzwert D zugeführt. Der Addierer ADD stellt ausgangsseitig ein Referenzsignal REF bereit. Ausgangsseitig ist der Addierer ADD jeweils mit einem invertierenden Eingang des ersten Komparators CMPl und des zweiten Komparators CMP2 gekoppelt. Der Addierer ADD führt dem ersten und dem zweiten Komparator CMPl, CMP2 so das Referenzsignal REF zu. Dem ersten Komparator CMPl wird an seinem nicht-invertierenden Eingang das zweite Messsignal MS2 zugeführt. Entsprechend wird dem zweiten Komparator CMP2 an sei¬ nem nicht-invertierenden Eingang das dritten Messsignal MS3 zugeführt. Ausgangsseitig des ersten Komparators CMPl wird das erste Kurzschlusssignal KSl bereitgestellt und ausgangs¬ seitig des zweiten Komparators CMP2 wird das zweite Kurz¬ schlusssignal KS2 bereitgestellt.
Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung und der ersten Auswerteeinheit AEl wird beispielhaft erläutert, indem nur das erste obere und das erste untere Schaltelement SHl, SLl betrachtet werden. Entsprechendes gilt jedoch ebenso für das zweite obere und das zweite untere Schaltelement SH2, SL2.
Das zweite obere Schaltelement SH2 und das zweite untere Schaltelement SL2 befinden sich in ihrem ausgeschalteten Zustand. Das erste untere Schaltelement SLl ist eingeschaltet, das erste obere Schaltelement SHl wird vorzugsweise durch ein pulsweitenmoduliertes Ansteuersignal angesteuert, das heißt getaktet ein- und ausgeschaltet. Bei normalem Betrieb, das heißt ohne Vorliegen eines Kurzschlusses oder sonstigen Feh¬ lers, fließt ein gleich großer Strom durch das erste obere Schaltelement SHl, durch den Motor M, durch das erste untere Schaltelement SLl und durch den Messwiderstand RM, wenn so¬ wohl das erste obere Schaltelement SHl und das erste untere Schaltelement SLl eingeschaltet sind. Durch den ersten, zweiten und dritten Messverstärker MVl, MV2, MV3 und durch den Spannungsteiler mit dem ersten Widerstand Rl und dem zweiten Widerstand R2 ist eine Anpassschal¬ tung gebildet, die dafür sorgt, dass die Spannungspegel des ersten, zweiten und dritten Messsignals MSl, MS2, MS3 so aneinander angepasst werden, dass diese einfach miteinander verglichen werden können. Insbesondere erfolgt das Anpassen so, dass eine durch den Spannungsteiler reduzierte Amplitude des ersten Messsignals MSl etwa gleich groß ist wie eine Amp¬ litude des zweiten Messsignals MS2. Dazu ist die Anpassschal¬ tung vorzugsweise so dimensioniert, dass folgende Gleichung erfüllt ist:
Rl / (Rl + R2) = R_SW / (RM * k) .
In dieser Gleichung ist ein Wert des maximalen Durchlasswiderstands des jeweils Strom führenden Schaltelements reprä¬ sentiert durch R_SW und der Verstärkungsfaktor des ersten Messverstärkers MVl ist repräsentiert durch k.
Der vorgegebene Referenzwert D repräsentiert einen Sicher¬ heitszuschlag für das Erkennen eines Kurzschlusses an der Schaltungsanordnung. Ein Kurzschluss an der Schaltungsanordnung wird daher nur dann erkannt und durch das erste Kurzschlusssignal KSl signalisiert, wenn das zweite Messsignal MS2 größer ist als eine Summe aus der reduzierten Amplitude des ersten Messsignals MSl und dem vorgegebenen Referenzwert D. Das Referenzsignal REF gibt somit einen Schwellenwert vor, bei dessen Überschreiten der Kurzschluss erkannt wird. Bevorzugt wird bei Erkennen des Kurzschlusses der Betrieb der Schaltungsanordnung beendet durch Abschalten der Schaltelemente. Der Schwellenwert entspricht somit einer Abschalt¬ schwelle für das Abschalten der Schaltelemente. Ist beispielsweise der erste Anschluss Al auf das Bezugspo¬ tenzial GND kurzgeschlossen, dann fließt ein Kurzschlussstrom vom Versorgungspotenzial VBAT durch das erste obere Schalt¬ element SHl zum Bezugspotenzial GND. Der Kurzschlussstrom fließt jedoch nicht durch den Messwiderstand RM. Dadurch ist das zweite Messsignal MS2 durch den Kurzschlussstrom erhöht, nicht jedoch das erste Messsignal MSl. Bei geeigneter Wahl des vorgegebenen Referenzwerts D überschreitet das zweite Messsignal MS2 daher das Referenzsignal REF und der erste Komparator CMPl signalisiert den Kurzschluss durch das erste Kurzschlusssignal KSl.
Der Vorteil ist, dass das zweite Messsignal MS2 für das Er¬ kennen des Kurzschlusses nicht mit einem absoluten Schwellenwert verglichen werden muss, sondern dass der Vergleich des zweiten Messsignals MS2 mit dem Referenzsignal REF relativ zum ersten Messsignal MSl erfolgt. Oder anders ausgedrückt: Der Strom, der durch das Strom führende obere Schaltelement fließt, wird mit dem Schwellenwert verglichen, der abhängig ist vom Strom, der durch das Strom führende untere Schaltele¬ ment fließt. Dadurch ist der Schwellenwert für das Erkennen des Kurzschlusses klein, wenn der Strom durch die elektrische Last klein ist. Dadurch kann das erste obere Schaltelement SHl zuverlässig vor Überlastung durch Verhindern eines übermäßigen Stromflusses durch das erste obere Schaltelemente SHl geschützt werden. Dadurch ist insbesondere auch dann ein zu¬ verlässiges Abschalten des ersten oberen Schaltelements SHl möglich, wenn der Kurzschluss vergleichsweise hochohmig erfolgt, das heißt der resultierende Kurzschlussstrom kleiner ist als ein vorgegebener maximaler Strom durch die elektrische Last. Beispielsweise beträgt der vorgegebene maximale Strom durch die elektrische Last etwa 40 Ampere. Der Durchlasswiderstand der Schaltelemente beträgt beispielsweise typisch etwa 10 Milliohm und maximal etwa 12 Milliohm. Ausgehend vom vorgege¬ benen maximalen Strom durch die elektrische Last und dem maximalen Durchlasswiderstand beträgt die Schaltelementspannung etwa 40 A * 12 mΩ = 480 mV bei normalem Betrieb. Ferner wird als Sicherheitszuschlag für das Erkennen des Kurzschlusses der vorgegebene Referenzwert zu 200 mV gewählt. Dadurch würde ein absoluter Schwellenwert für das Erkennen des Kurzschlus¬ ses etwa 680 mV betragen. Ausgehend von dem typischen Durchlasswiderstand würde der Kurzschluss erst erkannt werden, wenn der Schaltelementstrom I_SW mindestens 680 mV / lOmΩ = 68 A betragen würde, und zwar unabhängig vom durch die elektrische Last oder durch den Messwiderstand RM fließenden Strom. Beträgt der Strom I durch die elektrische Last aktuell beispielsweise etwa 3 Ampere, dann müsste der Kurzschluss¬ strom mindestens 65 Ampere betragen, um den Kurzschluss zu erkennen. Das erste obere Schaltelement SHl kann jedoch be¬ reits überlastet sein und gegebenenfalls zerstört werden. Beim Vergleich des zweiten Messsignals MS2 mit dem absoluten Schwellenwert für das Erkennen des Kurzschlusses muss der Kurzschluss daher besonders niederohmig erfolgen, um auch dann zuverlässig erkannt werden zu können, wenn der Strom I durch die elektrische Last wesentlich kleiner ist als der vorgegebene maximale Strom durch die elektrische Last.
Bei der Schaltungsanordnung und der ersten Auswerteeinheit AEl gemäß Figuren 1 und 2 wird der Kurzschluss jedoch bereits erkannt, wenn der Kurzschlussstrom mindestens 200 mV / 10 mΩ = 20 A beträgt. Dadurch kann der Kurzschluss auch dann erkannt werden, wenn der Kurzschluss vergleichsweise hochohmig erfolgt und dadurch der Kurzschlussstrom entsprechend geringer ist .
Es ist besonders vorteilhaft, für das Ermitteln des Stroms durch das jeweils Strom führende untere Schaltelement den Messwiderstand RM vorzusehen. Das Ermitteln der ersten Größe kann dann besonders präzise erfolgen und das Referenzsignal REF und damit die Abschaltschwelle sind dadurch ebenfalls be¬ sonders präzise vorgegeben. Jedoch kann die erste Größe auch anders erfasst werden. Beispielsweise kann das jeweilige un¬ tere Schaltelement eine Strommesseinrichtung umfassen und die erste Größe bereitstellen.
Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Schaltungsanordnung. Die zweite Ausführungsform der Schaltungsanordnung unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform der Schaltungsanordnung dadurch, dass jedem der unteren Schaltelemente, das heißt dem ersten unteren Schaltelement SLl und dem zweiten unteren Schaltelement SL2, jeweils ein Messwiderstand RM zugeordnet ist. Dem ersten unteren Schaltelement SLl ist ein erster Messwiderstand RMl zugeordnet und dem zweiten un¬ teren Schaltelement SL2 ist ein zweiter Messwiderstand RM2 zugeordnet. Über den ersten Messwiderstand RMl wird eine ers¬ te Messwiderstandsspannung erfasst, die repräsentativ ist für den Strom, der durch das erste untere Schaltelement SLl fließt. Entsprechend wird über dem zweiten Messwiderstand RM2 eine zweite Messwiderstandsspannung erfasst, die repräsenta¬ tiv ist für einen Strom, der durch das zweite untere Schalt¬ element SL2 fließt. Das erste Messsignal MSl wird durch den ersten Messverstärker MVl abhängig von der ersten Messwiderstandsspannung bereitgestellt. Ferner ist ein vierter Messverstärker MV4 vorgesehen, dem die zweite Messwiderstands- Spannung zugeführt wird und der ein viertes Messsignal MS4 bereitstellt .
Einer zweiten Auswerteeinheit AE2 wird das erste Messsignal MSl und das zweite Messsignal MS2 zugeführt. Die zweite Aus¬ werteeinheit AE2 stellt das erste Kurzschlusssignal KSl be¬ reit. Ferner ist eine weitere zweite Auswerteeinheit AE2' vorgesehen, der das vierte Messsignal MS4 und das dritte Messsignal MS3 zugeführt wird und die das zweite Kurzschluss¬ signal KS2 bereitstellt.
Die zweite Auswerteeinheit AE2 und die weitere zweite Auswer¬ teeinheit AE2' sind gleichartig aufgebaut (Figur 4). Die zweite Auswerteeinheit AE2 umfasst den Spannungsteiler mit dem ersten Widerstand Rl und dem zweiten Widerstand R2, den Addierer ADD und den ersten Komparator CMPl. Entsprechend umfasst die weitere zweite Auswerteeinheit AE2' einen weiteren ersten Widerstand Rl' und einen weiteren zweiten Widerstand R2', die einen weiteren Spannungsteiler bilden, einen weiteren Addierer ADD' , der ausgangsseitig ein weiteres Referenzsignal REF' bereitstellt, und den zweiten Komparator CMP2. Die Funktionsweise der zweiten Auswerteeinheit AE2 und der weiteren Auswerteeinheit AE2 ' entspricht der Funktionsweise der ersten Auswerteeinheit AEl.
Figur 5 zeigt eine dritte Ausführungsform der Schaltungsanordnung. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführung der Schaltungsanordnung im Wesentlichen dadurch, dass der Messwiderstand RM den oberen Schaltelementen zugeordnet ist und der zweite Messverstärker MV2 dem zweiten unteren Schaltelement SL2 und der dritte Messverstärker MV3 dem ersten unteren Schaltelement SLl zugeordnet sind. Der Messwiderstand RM ist elektrisch zwischen dem Versor- gungspotenzial VBAT und dem ersten und dem zweiten oberen Schaltelement SHl, SH2 angeordnet. Die Messwiderstandsspan- nung entspricht dann der zweiten Größe, die repräsentativ ist für den Strom, der durch das jeweils Strom führende obere Schaltelement fließt. Die jeweilige Schaltelementspannung entspricht der ersten Größe, die repräsentativ ist für den Strom, der durch das jeweils Strom führende untere Schaltele¬ ment fließt.
Ferner ist eine dritte Auswerteeinheit AE3 vorgesehen, der das erste, zweite und dritte Messsignal MSl, MS2, MS3 zuge¬ führt wird und die ausgangsseitig das erste und das zweite Kurzschlusssignal KSl, KS2 bereitstellt. Die Funktionsweise der dritten Auswerteeinheit AE3 entspricht der Funktionsweise der ersten Auswerteeinheit AEl. Die dritte Ausführungsform der Schaltungsanordnung ist insbesondere geeignet, einen Kurzschluss des ersten oder des zweiten Anschlusses Al, A2 auf das Versorgungspotential VBAT zu erkennen.
Figur 6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erkennen des Kurzschlusses an der Schaltungsanordnung. Das Verfahren beginnt in einem Schritt Sl. In einem Schritt S2 wird diejenige Größe erfasst, die repräsentativ ist für den Strom, der durch das jeweils Strom führende Schaltelement fließt, dem der Messwiderstand RM zugeordnet ist. Dieser Strom ent¬ spricht dem Messwiderstandsstrom I_RM. Die Größe ist die erste Größe bei der Schaltungsanordnung gemäß Figuren 1 und 3 und ist die zweite Größe bei der Schaltungsanordnung gemäß Figur 5. Abhängig vom Messwiderstandsstrom I_RM wird das Referenzsignal REF oder das weitere Referenzsignal REF' ermit¬ telt. In einem dritten Schritt S3 wird diejenige Größe erfasst, die repräsentativ ist für den Strom, der durch das jeweils Strom führende Schaltelement fließt, dem der Messwiderstand RM nicht zugeordnet ist, das heißt das Erfassen dieses Stroms erfolgt unter Nutzung der physikalischen Eigenschaft des Schaltelements. Dieser Strom entspricht dem Schaltelement¬ strom I_SW. Die Größe ist die zweite Größe bei der Schal¬ tungsanordnung gemäß Figuren 1 und 3 und ist die erste Größe bei der Schaltungsanordnung gemäß Figur 5. Abhängig vom Schaltelementstrom I_SW wird das zweite Messsignal MS2 oder das dritte Messsignal MS3 ermittelt.
In einem Schritt S4 wird überprüft, ob das zweite oder das dritte Messsignal MS2, MS3 größer ist als das Referenzsignal REF oder das weitere Referenzsignal REF'. Ist diese Bedingung erfüllt, dann wird in einem Schritt S5 ein Kurzschlusssignal KS zum Signalisieren des Kurzschlusses an der Schaltungsanordnung erzeugt, zum Beispiel das erste oder das zweite Kurz¬ schlusssignal KSl, KS2, und das Verfahren in einem Schritt S6 beendet oder zur kontinuierlichen Überwachung der Schaltungsanordnung im Schritt Sl fortgesetzt. Ist die Bedingung im Schritt S4 jedoch nicht erfüllt, dann wird das Verfahren e- benfalls im Schritt S6 beendet oder bevorzugt im Schritt Sl fortgesetzt. Bevorzugt wird das Verfahren kontinuierlich wäh¬ rend des Betriebs der Schaltungsanordnung durchgeführt. Fer¬ ner wird der Betrieb der Schaltungsanordnung bevorzugt abhängig vom Kurzschlusssignal KS beendet, wenn der Kurzschluss erkannt wurde.
Alternativ zum Schritt S4 kann auch in einem Schritt S7 überprüft werden, ob das zweite oder das dritte Messsignal MS2, MS3 kleiner ist als das Referenzsignal REF oder das weitere Referenzsignal REF'. Bei dieser weiteren Ausführungsform sind das Referenzsignal REF oder das weitere Referenzsignal REF' jedoch durch eine Subtraktion der jeweiligen reduzierten Messwiderstandsspannung und des vorgegebenen Referenzwerts D gebildet, das heißt der Addierer ADD oder der weitere Addie¬ rer ADD' führt eine Subtraktion aus anstatt der Addition. Der vorgegebene Referenzwert D entspricht dann einem Sicherheits¬ abschlag. Dadurch kann insbesondere erkannt werden, wenn durch den Kurzschluss das Referenzsignal REF oder das weitere Referenzsignal REF' gegenüber dem zweiten oder dritten Messsignal MS2, MS3 erhöht ist.
Die Schritte S4 und S7 können auch kombiniert werden. Dann wird überprüft, ob das zweite oder das dritte Messsignal MS2, MS3 größer ist als ein oberes Referenzsignal oder ein weite¬ res oberes Referenzsignal, oder kleiner ist als ein unteres Referenzsignal oder ein weiteres unteres Referenzsignal. Das obere oder das weitere obere Referenzsignal beruhen auf der Addition des vorgegebenen Referenzwerts D zum reduzierten ersten Messsignal MSl und das untere oder das weitere untere Referenzsignal beruhen auf der Subtraktion des vorgegebenen Referenzwerts D vom reduzierten ersten Messsignal MSl. Da¬ durch wird der Kurzschluss erkannt, wenn der durch die erste Größe repräsentierte Strom um mindestens einen vorgegebenen Betrag vom durch die zweite Größe repräsentierten Strom abweicht. Der vorgegebene Betrag ist repräsentiert durch den Referenzwert D. So können sowohl der Kurzschluss des ersten oder des zweiten Anschlusses Al, A2 auf das Bezugspotential GND als auch der Kurzschluss des ersten oder des zweiten Anschlusses Al, A2 auf das Versorgungspotential VBAT zuverläs¬ sig erkannt werden.
Die erste, zweite, weitere zweite und dritte Ansteuerschal¬ tung AEl, AE2, AE2 ' , AE3 können auch so ausgebildet sein, dass anstelle des vorgegebenen Referenzwerts D ein vorgegebe¬ ner Faktor vorgesehen ist. Ferner bilden die erste, zweite, weitere zweite und dritte Ansteuerschaltung AEl, AE2, AE2 ' , AE3 jeweils eine Vorrichtung zum Erkennen eines Kurzschlusses an der Schaltungsanordnung, insbesondere an der H-Brücke . Die Vorrichtung kann zusätzlich auch den ersten und/oder zweiten und/oder dritten und/oder vierten Messverstärker MVl, MV2, MV3, MV4 umfassen. Die Vorrichtung ist vorzugsweise als integrierte Schaltung ausgebildet und ist vorzugsweise in eine Ansteuerschaltung für die H-Brücke integriert.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zum Erkennen eines Kurzschlusses an einer Schaltungsanordnung, die mindestens ein oberes Schaltelement und mindestens ein unteres Schaltelement umfasst und das obere Schaltelement elektrisch zwischen einem Versorgungspotential (VBAT) und einem ersten Anschluss (Al) angeordnet ist und das untere Schaltelement elektrisch zwischen einem zweiten Anschluss (A2) und einem Bezugspotential (GND) angeordnet ist und der erste und der zweite Anschluss (Al, A2) mit einer e- lektrischen Last koppelbar sind, bei dem
- eine erste Größe erfasst wird, die repräsentativ ist für einen Strom, der durch das jeweils Strom führende untere Schaltelement fließt,
- eine zweite Größe erfasst wird, die repräsentativ ist für einen Strom, der durch das jeweils Strom führende obere Schaltelement fließt,
- die erste oder die zweite Größe erfasst wird unter Nutzung einer physikalischen Eigenschaft des jeweiligen Schaltelements und
- der Kurzschluss erkannt wird, wenn der durch die erste Größe repräsentierte Strom um mindestens einen vorgegebe¬ nen Betrag oder einen vorgegebenen Faktor vom durch die zweite Größe repräsentierten Strom abweicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die physikalische Eigenschaft ein Durchlasswiderstand ist und dadurch über dem jeweils Strom führenden Schaltelement eine Schaltelementspannung abfällt, die als die jeweilige Größe erfasst wird, die repräsentativ für den durch das jeweilige Schaltelement flie¬ ßenden Strom ist.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem mindestens ein Messwiderstand (RM) vorgesehen ist, der entwe¬ der dem mindestens einen unteren Schaltelement oder dem mindestens einen oberen Schaltelement zugeordnet ist und über dem eine Messwiderstandsspannung abfällt, die entsprechend der Zuordnung zum mindestens einen unteren oder oberen Schaltelement als die erste oder die zweite Größe erfasst wird.
4. Verfahren nach Ansprüchen 2 und 3, bei dem
- die Messwiderstandsspannung und/oder die Schaltelementspannung einer Anpassschaltung zum aneinander Anpassen der Messwiderstandsspannung und der Schaltelementspannung zugeführt werden,
- die durch die Anpassschaltung gegebenenfalls angepasste Messwiderstandsspannung einem Addierer (ADD) zugeführt wird und durch den Addierer (ADD) ein Referenzwert (D) entweder addiert oder subtrahiert wird, der den vorgegebe¬ nen Betrag repräsentiert,
- ein ausgangsseitig des Addierers (ADD) bereitgestelltes Referenzsignal (REF) mindestens einem Komparator zugeführt wird,
- dem mindestens einen Komparator ferner die gegebenenfalls durch die Anpassschaltung angepasste Schaltelementspannung des jeweiligen Schaltelements zugeführt wird und
- ausgangsseitig des mindestens einen Komparators ein Kurz¬ schlusssignal (KS) bereitgestellt wird, das den Kurz- schluss an der Schaltungsanordnung signalisiert abhängig von einem Überschreiten oder Unterschreiten der gegebenenfalls angepassten Schaltelementspannung in Bezug auf das Referenzsignal (REF) .
5. Vorrichtung zum Erkennen eines Kurzschlusses an einer Schaltungsanordnung, die mindestens ein oberes Schaltelement und mindestens ein unteres Schaltelement umfasst und das obe¬ re Schaltelement elektrisch zwischen einem Versorgungspotential (VBAT) und einem ersten Anschluss (Al) angeordnet ist und das untere Schaltelement elektrisch zwischen einem zwei¬ ten Anschluss (A2) und einem Bezugspotential (GND) angeordnet ist und der erste und der zweite Anschluss (Al, A2) mit einer elektrischen Last koppelbar sind, die ausgebildet ist
- zum Erfassen einer ersten Größe, die repräsentativ ist für einen Strom, der durch das jeweils Strom führende untere Schaltelement fließt,
- zum Erfassen einer zweiten Größe, die repräsentativ ist für einen Strom, der durch das jeweils Strom führende obere Schaltelement fließt,
- zum Erfassen der ersten oder der zweiten Größe unter Nutzung einer physikalischen Eigenschaft des jeweiligen Schaltelements und
- zum Erkennen des Kurzschlusses, wenn der durch die erste Größe repräsentierte Strom um mindestens einen vorgegebe¬ nen Betrag oder einen vorgegebenen Faktor vom durch die zweite Größe repräsentierten Strom abweicht.
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