DE102007036680A1

DE102007036680A1 - Schaltungsvorrichtung zur Erkennung einer unterbrochenen Masseleitung

Info

Publication number: DE102007036680A1
Application number: DE102007036680A
Authority: DE
Inventors: Hermann Königsreuther
Original assignee: Buehler Motor GmbH
Current assignee: Buehler Motor GmbH
Priority date: 2007-08-03
Filing date: 2007-08-03
Publication date: 2009-02-26
Anticipated expiration: 2027-08-04
Also published as: DE102007036680B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsvorrichtung (2) für einen elektrischen Antrieb (1), mit einem eine Wicklung aufweisenden Gleichstrommotor (6), welche Schaltungsvorrichtung (2) einen Versorgungsspannungsanschluss (14), einen Masseanschluss (15) und einen Diagnoseanschluss (13) aufweist und eine Spannungsstabilisierungsschaltung (3), eine Logikschaltung (16) und eine Leistungsschaltung (17) umfasst, wobei die Logikschaltung (16) an eienr stabilisierten Spannung, die durch die Spannungsstabilisierungsschaltung (3) bereitgestellt wird, anliegt, und die Leistungsschaltung (16) von der Logikschaltung (2) gesteuert wird und zur Spannungsversorgung der Motorwicklung dient. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsvorrichtung darzustellen, welche den Spannungsverlust am Diagnoseanschluss auf einen Bruchteil reduziert oder ganz verhindert, dass eine unterbrochene Masseleitung zuverlässig erkannt wird und eine universelle Einsetzbarkeit der Schaltungsvorrichtung oder eines Antriebs mit dieser Schaltungsvorrichtung möglich ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Spannungsstabilisierungsschaltung (3) eine Vorrichtung (4) enthält, welche bei einer Kontaktunterbrechnung der Masseleitung bewirkt, dass die Spannungsstabilisierungsschaltung (3) und damit die Logikschaltung (16) und der Diagnoseanschluss (13) hochohmig gegenüber der Versorgungsspannung sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsvorrichtung (2) für einen elektrischen Antrieb (1), mit einem eine Wicklung aufweisenden Gleichstrommotor (6), welche Schaltungsvorrichtung (2) einen Versorgungsspannungsanschluss (14), einen Masseanschluss (15) und einen Diagnoseanschluss (13) aufweist und eine Spannungsstabilisierungsschaltung (3), eine Logikschaltung (16) und eine Leistungsschaltung (17) umfasst, wobei die Logikschaltung (16) an einer stabilisierten Spannung, die durch die Spannungsstabilisierungsschaltung (3) bereitgestellt wird, anliegt, und die Leistungsschaltung (16) von der Logikschaltung (2) gesteuert wird und zur Spannungsversorgung der Motorwicklung dient.
Es ist üblich, z. B. im Kraftfahrzeug, Antriebe oder Aktuatoren einzusetzen, welche mit zwei Anschlüssen am Bordnetz angeschlossen sind und über einen dritten Anschluss Vorgaben oder Befehle von einem Steuergerät erhalten, wobei dieser dritte Anschluss auch für Diagnosefunktionen verwendet wird. Eine dieser Diagnosefunktionen ist das Erkennen einer unterbrochenen oder abgefallenen Masseleitung. Im Diagnosefall prägt das Steuergerät einen Diagnosestrom gegen Masse am Diagnoseanschluss ein und misst dabei am Diagnoseanschluss den Spannungspegel gegen Masse. Ist der Widerstand des Stromkreises zwischen Diagnoseanschluss und positiver Versorgungsspannung hochohmig, so unterschreitet der Spannungspegel am Diagnoseanschluss gegen Masse einen bestimmten Wert und das Steuergerät diagnostiziert z. B. „open loop" (offener Stromkreis) und löst eine Fehlerroutine aus. Für die Schaltungsvorrichtung bedeutet dies, dass der Diagnoseanschluss bei einer unterbrochenen Anschlussleitung hochohmig gegenüber der positiven Versorgungsspannung sein muss. Dies wird nach heutigem Stand der Technik mit einem PNP-Transistor am Diagnoseanschluss oder in der positiven Spannungsversorgungsleitung der Schaltungsvorrichtung erreicht. Bei einer unterbrochenen Masseleitung wird der PNP-Transistor gesperrt und macht damit die Ausgangsleitung hochohmig gegenüber der positiven Versorgungsspannung. Nachteilig ist dabei der Spannungsabfall über dem Transistor für die anderen Betriebszustände und der relativ hohe Strom, welcher durch den Transistor fließt und Verlustleistung erzeugt. Im Normalfall darf die Spannung am Diagnoseanschluss einen bestimmten Schwellwert nicht unterschreiten, da sonst das Steuergerät eine Funktionsstörung, wie z. B. Kurzschluss nach Masse, diagnostizieren würde. Ein Spannungsabfall über dem PNP-Transistor in der Ausgangsleitung oder in der Versorgungsspannung würde die Spannung am Diagnosepin reduzieren und damit den Spannungsbereich der Schaltung und des Antriebes einschränken.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Schaltungsvorrichtung darzustellen, welche den Spannungsverlust am Diagnoseanschluss auf einen Bruchteil reduziert oder ganz verhindert, dass eine unterbrochenen Masseleitung zuverlässig erkannt wird und eine universelle Einsetzbarkeit der Schaltungsvorrichtung oder eines Antriebs mit dieser Schaltungsvorrichtung möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Die in der Spannungsstabilisierungsschaltung (3) enthaltene Vorrichtung (4) bewirkt, dass die Spannungsstabilisierungsschaltung (3) und damit die Logikschaltung (16) und der Diagnoseanschluss (13) hochohmig gegenüber der Versorgungsspannung sind. Die Anordnung der Vorrichtung (4) in der Spannungsstabilisierungsschaltung hat den Vorteil, dass nur ein geringer Steuerstrom über die Vorrichtung (4) fließt und die Spannungsstabilisierungsschaltung (3) im Normalbetrieb niederohmig hält, wodurch ein zu großer Spannungsabfall vermieden wird, der für andere Funktionen des Diagnoseausgangs, der auch als Steuereingang, z. B. für ein PWM-Signal verwendet werden kann, nachteilig wäre. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird der Wirkungsgrad und die Zuverlässigkeit und Aussagefähigkeit der Diagnosefunktionen gegenüber bekannten Lösungen deutlich erhöht. Grundsätzlich gilt: je hochohmiger sich die Schaltungsvorrichtung bei Masseabriss verhält, umso unabhängiger ist sie von der Art eines Steuergerätes, z. B. einer zentralen Steuereinheit im Kraftfahrzeug und desto universeller ist sie einsetzbar.
Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen dargestellt. Es ist vorgesehen, dass der Gleichstrommotor ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor ist. Grundsätzlich kann auch ein Kommutatormotor mit einer solchen Schaltungsvorrichtung gesteuert werden.
Aus Sicherheitsgründen ist ein Verpolungsschutz (5) vorgesehen, wobei dieser hier in der Masseleitung zwischen der Vorrichtung (4) und der übrigen Beschaltung des Antriebs (1) angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird der Gesamtwiderstand zwischen dem Diagnoseanschluss (13) und dem Versorgungsanschluss (14) bei Masseabriss weiter vergrößert und die Zuverlässigkeit der Diagnosefunktion dadurch entsprechend verbessert. Der hohe Widerstand verhindert einen zu hohen Stromfluss vom Versorgungsspannungsanschluss und der übrigen Beschaltung über den Verpolungsschutz zur Vorrichtung (4).
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung (4) aus einem PNP-Transistor (8) und einem Netzwerk (9) besteht, wobei der PNP-Transistor zwischen der positiven Versorgungsspannungsleitung (14) und der Spannungsstabilisierungsschaltung (3) angeordnet ist und das Netzwerk (9) die Basis des PNP-Transistors (8) mit der Masse verbindet. Bei einem Masseabriss wird der PNP-Transistor hochohmig und sperrt dadurch die Leitung.
Zweckmäßigerweise dient eine Zenerstabilisierung (12) mit einem nachgeschalteten Verstärkertransistor (7) als Spannungsstabilisierungsschaltung (3), wobei der Verstärkertransistor (7) ein NPN-Transistor ist. Diese Lösung ist wirtschaftlich und zuverlässig.
Weiter ist die Basis des PNP-Transistors (8) vor dem Verpolungsschutz (5) mit dem Masseanschluss (15) verbunden. Dadurch wirkt der Verpolungsschutz (5) bei einem Abriss der Masseleitung (15) als zusätzlicher Widerstand und verstärkt damit die gewollte Hochohmigkeit der Spannungsstabilisierungsschaltung (3).
Die Verbindung des Netzwerks (9) nach Masse ist üblicherweise ein Widerstand (10).
Das Netzwerk kann aus einem Widerstand (10), welcher mit der Masse verbunden ist, sowie einem Widerstand (11), welcher mit der positiven Versorgungsspannung (14) verbunden ist, bestehen.
Der Verpolschutz (5) ist vorzugsweise als Transistor ausgebildet.
Als Einsatzgebiet für die erfindungsgemäße Schaltungsvorrichtung (2) ist eine Kfz-Wasserpumpe vorgesehen. Grundsätzlich eignet sich die Schaltungsvorrichtung (2) auch für nahezu beliebige sonstige Gleichstromantriebe.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert:
Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsvorrichtung mit einem Antrieb,
2 eine erste Variante eines Schaltbildes von Block 3, 4 und 5,
3 eine zweite Variante eines Schaltbildes von Block 3, 4 und 5.
1 zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltungsvorrichtung 2, welche einen Antrieb 1 zugeordnet ist und diesen betreibt. Die Schaltungsvorrichtung 2 hat drei Anschlüsse, einen positiven Versorgungsspannungsanschluss 14, einen Masseanschluss 15 und einen Diagnoseanschluss 13 und besteht aus einer Spannungsstabilisierungsschaltung 3, einem Verpolungsschutz 5, einer Logikschaltung 16 und einer Leistungsschaltung 17. Die Spannungsstabilisierungsschaltung 3 umfasst eine Vorrichtung 4 zur Erkennung einer unterbrochenen Masseleitung. Der Versorgungsspannung 14 ist mit der Spannungsstabilisierungsschaltung 3 und der Leistungsschaltung 17 verbunden. Die Leistungsschaltung 17 erhält ein Steuersignal aus der Logikschaltung 16 und ist mit Wicklungen eines elektrischen Antriebs 6 verbunden. Im Antrieb 6 ist ein Hallsensor angeordnet, dessen Signale der Logikschaltung zugeführt werden. Die Spannungsstabilisierungsschaltung 3, die Vorrichtung 4, die Logikschaltung 16, die Leistungsschaltung 17 und der elektrische Antrieb sind mit der Masse verbunden. In der Masseleitung zwischen den Verbindungspunkten der Vorrichtung 4 und der Spannungsstabilisierungsschaltung 3 mit der Masseleitung ist ein Verpolungsschutz 5 angeordnet.
2 zeigt eine erste Variante der Spannungsstabilisierungsschaltung 3 mit der Vorrichtung 4 und dem Verpolungsschutz 5. Die Spannungsstabilisierungsschaltung 3 enthält eine Zenerstabilisierung 12, die aus einem Widerstand 18 und einer Zenerdiode 19 zusammengesetzt ist. Die Vorrichtung 4, wird durch ein Netzwerk 9 und einen PNP-Transistor 8 gebildet, wobei das Netzwerk zwischen dem Versorgungsspannungsanschluss 14 und dem Masseanschluss 15 geschaltet ist und eine Verbindung mit der Basis des PNP-Transistors 8 aufweist. Der PNP-Transistor 8 ist im Versorgungskreis der Zenerstabilisierung 12 integriert und führt die Versorgungsspannung über den Widerstand 18 zu einem Verstärkertransistor 7 bzw. über die Zenerdiode 19 zur Masse. Als Verstärkertransistor 7 ist ein NPN-Transistor als Spannungsfolger eingesetzt.
3 zeigt die gleiche Anordnung wie 2, mit dem Unterschied, dass das Netzwerk 9 als Spannungsteiler aus den Widerständen 11 und 12 ausgebildet ist, wobei die Basis des PNP-Transistors 8 mit dem Knotenpunkt zwischen den beiden Widerständen verbunden ist.
Funktionsweise
Bei einem Spannungsabriss des Masseanschlusses 15 wird die Emitter-Basis-Strecke des PNP-Transistors 8 unterbrochen und der Transistor unterbricht damit die Leitung zwischen dem Versorgungsspannungsanschluss 14 und der Zenerstabilisierung 12. Damit wird der Eingang des Verstärkers 7 und damit dessen Ausgang, die Logikschaltung und der Diagnoseanschluss hochohmig gegenüber der Versorgungsspannung 14.

1: elektrischer Antrieb
2: Schaltungsvorrichtung
3: Spannungsstabilisierung
4: Vorrichtung zur Erkennung einer unterbrochenen Masseleitung
5: Verpolungsschutz
6: Gleichstrommotor
7: Verstärkertransistor
8: PNP-Transistor
9: Netzwerk
10: Widerstand
11: Widerstand
12: Zenerstabilisierung
13: Diagnoseanschluss
14: Versorgungsspannungsanschluss
15: Masseanschluss
16: Logikschaltung
17: Leistungsschaltung
18: Widerstand der Zenerstabilisierung
19: Zenerdiode
20: Stabilisierte Spannung

Claims

Schaltungsvorrichtung (2) für einen elektrischen Antrieb (1), mit einem eine Wicklung aufweisenden Gleichstrommotor (6), welche Schaltungsvorrichtung (2) einen Versorgungsspannungsanschluss (14), einen Masseanschluss (15) und einen Diagnoseanschluss (13) aufweist und eine Spannungsstabilisierungsschaltung (3), eine Logikschaltung (16) und eine Leistungsschaltung (17) umfasst, wobei die Logikschaltung (16) an einer stabilisierten Spannung, die durch die Spannungsstabilisierungsschaltung (3) bereitgestellt wird, anliegt, und die Leistungsschaltung (16) von der Logikschaltung (2) gesteuert wird und zur Spannungsversorgung der Motorwicklung dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsstabilisierungsschaltung (3) eine Vorrichtung (4) enthält, welche bei einer Kontaktunterbrechung der Masseleitung bewirkt, dass die Spannungsstabilisierungsschaltung (3) und damit die Logikschaltung (16) und der Diagnoseanschluss (13) hochohmig gegenüber der positiven Versorgungsspannung sind.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrommotor ein elektronisch kommutierter Motor ist.
Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Verpolungsschutz (5) enthält, welcher in der Masseleitung zwischen der Vorrichtung (4) und der übrigen Beschaltung des Antriebs (1) angeordnet ist.
Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (4) aus einem PNP-Transistor (8), welcher zwischen der Positiven Versorgungsspannungsleitung (14) und der Spannungsstabilisierungsschaltung (3) angeordnet ist, sowie einem Netzwerk (9), welches die Basis des PNP-Transistors (8) mit der Masse verbindet, besteht.
Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsstabilisierungsschaltung (3) eine Zenerstabilisierung (12) mit einem nachgeschalteten Verstärkertransistor (7) aufweist.
Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkertransistor ein NPN-Transistor ist.
Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis des PNP-Transistors (8) über das Netzwerk vor dem Verpolungsschutz (5) mit dem Masseanschluss (15) verbunden ist.
Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des Netzwerks (9) nach Masse ein Widerstand (10) ist.
Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 4, 5, 6, 7 oder 8 dadurch gekennnzeichnet, dass das Netzwerk aus einem Widerstand (10), welcher mit Masse verbunden ist, sowie einem Widerstand (11), welcher mit der positiven Versorgungsspannung (14) verbunden ist, besteht.
Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verpolschutz (5) ein Transistor ist.
Schaltungsvorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Diagnoseanschluss auch als Steueranschluss dient.
Schaltungsvorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb eine Pumpe ist.
Elektrischer Antrieb (1) mit einer Schaltungsvorrichtung (2) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche.