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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen eines
Fehlers in einer Leistungsbrückenschaltung
mit einer Last, einem High-Side-Zweig, in dem ein High-Side-Leistungsschalter
zwischen einem High-Side-Anschluss der Last und einem Versorgungsanschluss
für ein High-Potential
einer Versorgungsspannung angeordnet ist, und einem Low-Side-Zweig,
in dem ein Low-Side-Leistungsschalter zwischen einem Low-Side-Anschluss der
Last und einem Versorgungsanschluss für ein Low-Potential der Versorgungsspannung
angeordnet ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes
Verfahren zum Erkennen eines Fehlers in einer Leistungsbrückenschaltung.
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Eine
derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren sind aus der
DE 44 13 194 A1 bekannt.
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Die
dortige Vorrichtung weist eine Diagnosevorrichtung zum Überwachen
der Steuerschaltung auf Fehler auf. Hierzu werden Signale zum abwechselnden
Einschalten der ersten und der zweiten Schaltvorrichtung ausgegeben
und das Ausgangspotential der jeweiligen, aufgrund der Ausgabe der
Signale wirksamen Schaltvorrichtung mit einem bekannten Ausgangspotential
derselben Schaltvorrichtung, die im normalen Betrieb wirksam ist,
verglichen.
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Aus
der
DE 10 2006
045 308 A1 ist ein Verfahren zum Detektieren des Zustandes
einer an einen Schaltanschluss verbindbaren Lasteinrichtung bekannt,
bei dem der Schaltanschluss an ein vorgegebenes Schaltpotenzial
koppelbar und entkoppelbar ist, wobei ein Verbundensein der Lasteinrichtung an
dem Schaltanschluss, ein nicht Verbundensein der Lasteinrichtung
an dem Schaltanschluss oder ein Kurzschluss zwischen dem Schaltanschluss
und einem ersten oder einem zweiten Schaltpotenzial in Abhängigkeit
von einem Spannungsabfall an dem Schaltanschluss erkannt wird, und
wobei zeitgleich mit einem Entkoppeln des Schaltanschlusses von dem
vorgegebenen Schaltpotenzial eine Zusatzstromquelle mit dem Schaltanschluss
verbunden wird.
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Insbesondere
in der Automobiltechnik sind die Erkennung und Unterscheidung verschiedener Fehlerfälle, wie
Kurzschlüsse über einzelne
Elemente, sowie der Schutz vor destruktiver Überlast besonders wichtig.
Gerade aus Kostengründen
muss hier die Diagnose mit möglichst
geringem Aufwand gelöst werden.
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Bei
einer solchen Leistungsbrückenschaltung
können
Kurzschlüsse über den
High-Side-Leistungsschalter (Fehlerfall SCB1), über die Reihenschaltung aus
dem High-Side-Leistungsschalter
und der Last (Fehlerfall SCB2), über
den Low-Side-Leistungsschalter (Fehlerfall SCG1) und über die
Reihenschaltung aus dem Low-Side-Leistungsschalter und der Last
(Fehlerfall SCG2) auftreten. In der Folge eines solchen Kurzschlusses
kann es zu übermäßig hohen
Strömen
kommen. Zusätzlich
kann es zu einer offenen Last kommen, wobei dann die Verbindung
zu der Last unterbrochen ist (Fehlerfall OL). Die Fehler können prinzipiell
vor dem Einschalten der Last, aber auch während des Betriebs der Last
auftreten.
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1 zeigt
einen grundsätzlichen
Aufbau einer Leistungsbrückenschaltung 1 mit
einem High-Side-Zweig und einem Low-Side-Zweig. Die Leistungsbrückenschaltung 1 enthält eine
Last L, die auf ihrer High-Side über
einen High-Side-Leistungsschalter
B an einer Versorgungsspannung VSupply anliegt.
Auf ihrer Low-Side ist die Last L über einen Low-Side-Leistungsschalter
G mit Masse M verbunden. Die beiden Leistungsschalter B und G sind
hier in ihren geschlossenen Zuständen
dargestellt.
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Mögliche Fehler
sind hier ein Kurzschluss über
den High-Side-Leistungsschalter
B allein, was dem Fehlerfall SCB1 entspricht, und ein Kurzschluss über die
Reihenschaltung aus High-Side-Leistungsschalter B und Last L, was
dem Fehlerfall SCB2 entspricht, sowie eine Unterbrechung der Verbindung
zu der Last, was dem Fehlerfall OL entspricht.
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2 zeigt
die Leistungsbrückenschaltung 1 mit
korrespondierenden, möglichen
Fehlern über
den Low-Side-Leistungsschalter
G. Diese Fehler sind Kurzschlüsse über den
Low-Side-Leistungsschalter G allein, was dem Fehlerfall SCG1 entspricht,
und über
die Reihenschaltung aus Low-Side-Leistungsschalter
G und Last L, was dem Fehlerfall SCG2 entspricht.
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Es
sind bereits Kontrollvorrichtungen bekannt, die in der Lage sind
die verschiedenen Fehlerfälle
zu unterscheiden. Insbesondere auf der High-Side der Leistungsbrückenschaltung
entsteht dabei jedoch ein erheblicher Schaltungsaufwand, da sämtliche
Schaltungsteile für
hohe Spannungen ausgelegt sein müssen.
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Die
Fehler SCB1 und SCB2 können
im abgeschalteten Zustand der Last diagnostiziert werden, indem
eine Spannung auf den High-Side-Ausgang oder
den Low-Side-Ausgang der Leistungsbrückenschaltung eingeprägt und der
Strom nachgemessen wird, oder umgekehrt. Alternativ kann der Low-Side-Leistungsschalter
se parat eingeschaltet und der Strom im Diagnosemodus bestimmt werden.
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Die
Fehler SCG1 und SCG2 werden durch Einprägen einer Spannung im abgeschalteten
Zustand auf den High-Side-Ausgang oder den Low-Side-Ausgang und
Nachmessen des Stroms bestimmt, oder umgekehrt. Alternativ kann
der High-Side-Leistungsschalter einzeln eingeschaltet und die Strommessung
im Diagnosemodus durchgeführt
werden.
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Der
Fehler OL kann durch Einprägen
einer Spannung im abgeschalteten Zustand auf den High-Side-Ausgang
und Nachmessen der Spannung am Low-Side-Ausgang bestimmt werden,
oder umgekehrt. Alternativ kann der Fehler OL durch Einprägen eines
Stroms im abgeschalteten Zustand der Last auf den High-Side-Ausgang und Nachmessen des
Stroms am Low-Side-Ausgang bestimmt werden, oder umgekehrt.
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Ein
wesentlicher Nachteil des Stands der Technik ist, dass zum Feststellen
der verschiedenen Fehlerfälle
aufwändige
Kontrollschaltungen mit einer Vielzahl von Komponenten zum Einprägen von
Strömen
und Spannungen und zum Messen von Strömen und Spannungen erforderlich
sind.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, diesen
Nachteil zu überwinden und
ein Erkennen von verschiedenen Fehlern in einer Leistungsbrückenschaltung
auf technisch einfache Weise mit geringem, insbesondere schaltungstechnischem
Aufwand zu ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird vorrichtungsseitig durch die technische Lehre des Anspruchs
1 gelöst.
Die Aufgabe wird ferner verfahrensseitig durch die technische Lehre
des Anspruchs 22 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den abhängigen Ansprüchen entnommen
werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Erkennen eines Fehlers in einer Leistungsbrückenschaltung enthält eine
erste ge schaltete Stromquelle, die mit der Last und einem Diagnoseanschluss
für ein High-Potential
einer Diagnosespannung verbunden ist, und eine zweite geschaltete
Stromquelle, die mit der Last und einem Diagnoseanschluss für ein Low-Potential
der Diagnosespannung verbunden ist. Ferner ist eine Steuereinrichtung
zum Ansteuern der ersten geschalteten Stromquelle und der zweiten
geschalteten Stromquelle vorhanden, wobei die Steuereinrichtung
so ausgestaltet ist, dass sie bei geöffnetem High-Side-Leistungsschalter
und geöffnetem Low-Side-Leistungsschalter
eine der geschalteten Stromquellen einschaltet, während die
andere der geschalteten Stromquellen ausgeschaltet ist, und anschließend die
eine der geschalteten Stromquellen ausschaltet und die andere der
geschalteten Stromquellen einschaltet. Eine Überprüfungseinrichtung dient zum Überprüfen einer
Spannung an der Last, wenn die eine der geschalteten Stromquellen
eingeschaltet und die andere der geschalteten Stromquellen ausgeschaltet
ist, sowie wenn die eine der geschalteten Stromquellen ausgeschaltet
und die andere der geschalteten Stromquellen eingeschaltet ist. Die
Funktion einer solchen Stromquelle kann auch durch eine Spannungsquelle
mit in Reihe dazu angeordnetem Widerstand realisiert werden.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Erkennen eines Fehlers in einer Leistungsbrückenschaltung, wobei eine erste
geschaltete Stromquelle mit der Last und einem Diagnoseanschluss
für ein High-Potential
einer Diagnosespannung und eine zweite geschaltete Stromquelle mit
der Last und einem Diagnoseanschluss für ein Low-Potential der Diagnosespannung
verbunden sind, werden die erste geschaltete Stromquelle und die
zweite geschaltete Stromquelle mittels einer Steuereinrichtung angesteuert.
Dies erfolgt so, dass bei geöffnetem
High-Side-Leistungsschalter und geöffnetem Low-Side-Leistungsschalter
eine der geschalteten Stromquellen eingeschaltet wird, während die
andere der geschalteten Stromquellen ausgeschaltet ist. Anschließend wird
die eine der geschalteten Stromquellen ausgeschaltet und die andere
der geschalteten Stromquellen eingeschaltet. Eine Spannung an der Last
wird mittels einer Überprüfungseinrichtung überprüft, wenn
die eine der geschalteten Stromquellen eingeschaltet und die andere
der geschalteten Stromquellen ausgeschaltet ist, sowie wenn die
eine der geschalteten Stromquellen ausgeschaltet und die andere
der geschalteten Stromquellen eingeschaltet ist.
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Aufgrund
der vorliegenden Erfindung werden wenigstens zwei geschaltete Stromquellen,
d. h. die erste und die zweite geschaltete Stromquelle, nach dem
High- und dem Low-Potential der Diagnosespannung verwendet. Diese
Verwendung erfolgt in Verbindung mit einer sequentiellen Abfolge
von Bestromungs- und Überprüfungsphasen,
wobei in den Überprüfungsphasen
das Überprüfen der
Spannung an der Last mittels der Überprüfungseinrichtung durchgeführt wird.
Die Bestromungs- und Überprüfungsphasen
können
statt sequentiell auch gleichzeitig erfolgen. In jedem Fall werden
zumindest zwei Bestromungsphasen verwendet, in denen auch überprüft werden
kann. Durch das Ein- und Ausschalten der wenigstens zwei geschalteten
Stromquellen kann die ausgeschaltete Last sowohl auf das Low- als auch
auf das High-Potential der Diagnosespannung gezogen werden. Dies
erfolgt vorteilhafterweise nacheinander, wobei in jedem dieser nacheinander eingenommenen
Spannungszustände
der Last mittels der Überprüfungseinrichtung
das Überprüfen der Spannung
an der Last erfolgt. Durch das Einschalten der ersten und/oder der
zweiten geschalteten Stromquelle werden die Potentiale an der Last
vorteilhafterweise stabilisiert, da diese in abgeschaltetem Zustand,
d. h. bei geöffnetem
High-Side- und Low-Side-Leistungsschalter,
schwimmt. Die Potentiale an der Last sind dann unbestimmt. Ausgangssignale
der Überprüfungseinrichtung
dienen dabei einfachheitshalber als Fehlererkennungsergebnis. Aufgrund
der vorliegenden Erfindung kann eine besonders schnelle Überprüfung der
Leistungsbrückenschaltung
und Diagnose der Fehlerfälle
erfolgen, da vergleichsweise große Ströme zum Erkennen eines Fehlers
verwendet werden können.
Dies ist insbesondere deshalb möglich,
da die beiden Stromquellen zur Diagnose jeweils nur kurzzeitig eingeschaltet
werden müssen,
so dass eine auftretende Ver lustleistung sehr gering bleibt. Die
Stärke
der einzelnen Stromquellen kann dabei vorteilhaft an bestimmte Anforderungen
angepasst werden. Es ist auch möglich
die Stärke
der Stromquellen – beispielsweise
nach dem Einschalten – zu
erhöhen
und nach einer vorgegebenen Zeit zu verringern, um im Falle eines
Kurzschlusses die Verlustleistung in der Stromquelle zu begrenzen.
Die erfindungsgemäße Fehlererkennung lässt sich
ferner vorteilhafterweise mit einem äußerst geringen Schaltungsaufwand
umsetzen. Des Weiteren fließt
vorteilhafterweise außerhalb
der Überprüfungsphase
zum Erkennen der Fehler keine Ruhestrom. Mittels der vorliegenden
Erfindung kann insbesondere ein Kurzschluss als Fehler erkannt werden.
Als Fehler können
insbesondere Kurzschlüsse über den
High-Side-Leistungsschalter
(Fehlerfall SCB1), über
die Reihenschaltung aus dem High-Side-Leistungsschalter und der
Last (Fehlerfall SCB2), über
den Low-Side-Leistungsschalter (Fehlerfall SCG1) und über die
Reihenschaltung aus dem Low-Side-Leistungsschalter
und der Last (Fehlerfall SCG2) erkannt werden. Es ist aber ebenso
möglich, eine
Unterbrechung der elektrischen Verbindung zu der Last (Fehlerfall
OL), d. h. eine offene Last, zu erkennen. Die offene Last kann durch
eine Unterbrechung der Verbindung zu der Last im High-Side-Zweig und/oder im
Low-Side-Zweig der Leistungsbrückenschaltung
auftreten. Prinzipiell kann die Last insbesondere eine ohmsche,
eine ohmsch-induktive, eine induktive oder eine kapazitive Last
sein.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Überprüfungseinrichtung
eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der Spannung an der Last
mit einer vorgegebenen Vergleichsspannung auf. Mit einer solchen
Vergleichseinrichtung lässt
sich das Überprüfen der
Spannung an der Last besonders einfach und kostengünstig realisieren.
Als Vergleichseinrichtung kann dabei insbesondere ein Komparator
dienen. Es ist aufgrund der vorliegenden Erfindung einfachheitshalber
möglich,
zum Erkennen der Fehlerfälle
einen Komparator ausschließlich
auf einer der beiden Seiten, d. h. der High- oder der Low-Side,
der Last einzusetzen.
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In
einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Überprüfungseinrichtung
mit dem Low-Side-Anschluss der Last verbunden und die von der Überprüfungseinrichtung
zu überprüfende Spannung
an der Last ist eine an dem Low-Side-Anschluss der Last auftretende Low-Side-Spannung.
Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist der Schaltungsaufwand
zum Erkennen der verschiedenen Fehlerfälle besonders gering.
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Bevorzugt
ist eine weitere Überprüfungseinrichtung
zum Überprüfen einer
weiteren Spannung an der Last vorhanden. In diesem Fall kann das
Erkennen und Feststellen der Fehlerfälle noch schneller erfolgen,
da insbesondere der Fehlerfall OL der offenen Last durch die weitere Überprüfungseinrichtung
selbstständig
erkannt werden kann. Es ist daher eine geringere Anzahl von nacheinander
auszuführenden
Diagnoseschritten erforderlich.
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Besonders
bevorzugt weist die weitere Überprüfungseinrichtung
eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der weiteren Spannung
mit einer vorgegebenen weiteren Vergleichsspannung auf. Mit der Vergleichseinrichtung
lässt sich
das Überprüfen der weiteren
Spannung an der Last besonders einfach und kostengünstig realisieren.
Als Vergleichseinrichtung kann dabei insbesondere ein Komparator
dienen.
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Des
Weiteren vorzugsweise ist die weitere Überprüfungseinrichtung mit dem High-Side-Anschluss
der Last verbunden und die von der Überprüfungseinrichtung zu überprüfende weitere
Spannung an der Last ist eine an dem High-Side-Anschluss der Last
auftretende High-Side-Spannung. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung
kann das Erkennen der verschiedenen Fehlerfälle, insbesondere des Fehlerfalles
OL der offenen Last, mit begrenztem Schaltungsaufwand besonders
effizient durchgeführt
werden.
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Besonders
bevorzugt ist die erste geschaltete Stromquelle mit dem Low-Side-Anschluss
der Last verbunden. Dies ermöglicht vorteilhafterweise
das Erkennen der verschiedenen Fehlerfälle, insbesondere der Fehlerfälle SCG1,
SCG2 und OL, mit besonders geringem Schaltungsaufwand.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste geschaltete
Stromquelle mit dem High-Side-Anschluss der Last verbunden. Dadurch kann
eine ebenfalls ein besonders geringer Schaltungsaufwand zum Erkennen
der Fehlerfälle
gewährleistet
werden. Zudem wird eine hohe Flexibilität beim Erkennen der Fehler
erreicht. Dies gilt insbesondere in dem Fall, in dem mehrere Lasten
in der Leistungsbrückenschaltung
vorhanden sind, die einen gemeinsamen High-Side-Leistungsschalter verwenden.
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In
einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist eine dritte
geschaltete Stromquelle vorhanden, die mit dem Low-Side-Anschluss
der Last und dem Diagnoseanschluss für das High-Potential der Diagnosespannung
verbunden ist. Die Steuereinrichtung ist ferner zum Ansteuern der
dritten geschalteten Stromquelle ebenfalls mit dieser verbunden.
Diese dritte Stromquelle kann besonders gut zum sicheren Erkennen
des Fehlerfalls der offenen Last eingesetzt werden.
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Bevorzugt
ist die Steuereinrichtung so ausgestaltet, dass sie die dritte geschaltete
Stromquelle einschaltet, wenn die erste geschaltete Stromquelle eingeschaltet
ist und die Low-Side-Spannung
bei eingeschalteter erster Stromquelle niedriger ist, als die vorgegebene
Vergleichsspannung. Dies gewährleistet
vorteilhafterweise ein besonders sicheres Erkennen des Fehlerfalls
der offenen Last.
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Besonders
bevorzugt ist die zweite geschaltete Stromquelle mit dem High-Side-Anschluss
der Last verbunden. Durch diese Ausgestaltung können die Fehlerfälle SCB1
und SCB2 besonders sicher erkannt oder ausgeschlossen werden.
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Des
Weiteren vorzugsweise ist der Low-Side-Anschluss der Last mit einem
geschalteten Entlastungszweig für
ein Abfließen
von Leckströmen verbunden.
Dies trägt
zu einem noch sichereren Erkennen der Fehlerfälle bei. Solche Leckströme können insbesondere über den
High-Side-Leistungsschalter auftreten. Alternativ ließe sich
auch der High-Side-Anschluss mit einem geschalteten Entlastungszweig
verbinden. Ggf. könnte
man auch weitere Stromquellen geeignet verschieben, um diesen Effekt
zu erzielen.
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Besonders
bevorzugt weist der Entlastungszweig eine vierte geschaltete Stromquelle
auf, die mit dem Low-Side-Anschluss der Last und dem Diagnoseanschluss
für das
Low-Potential der Diagnosespannung verbunden ist. Auf diese Weise
kann das Behandeln von Leckströmen
besonders gut und sicher gewährleistet
werden. Es ist hier auch möglich, die
vierte geschaltete Stromquelle mittels eines Widerstands zu realisieren,
dem ein Schalter in Reihe geschaltet ist. Über diesen Widerstand können die Leckströme bei geschlossenem
Schalter abfließen.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der High-Side-Anschluss
und der Low-Side-Anschluss der Last über Kondensatoren mit dem Versorgungsanschluss
für das
Low-Potential der
Versorgungsspannung verbunden. Die Kapazitäten können parasitär oder absichtlich
vorgesehen sein.
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In
einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind der High-Side-Anschluss
der Last mit der Kathode einer ersten Freilaufdiode, der Versorgungsanschluss
für das
Low-Potential der Versorgungsspannung mit der Anode der ersten Freilaufdiode,
der Low-Side-Anschluss der Last mit der Anode einer zweiten Freilaufdiode
und der Versorgungsanschluss für
das High-Potential
der Versorgungsspannung mit der Kathode der zweiten Freilaufdiode
verbunden. Diese Freilaufdioden sind insbesondere im Falle einer
induktiven oder ohmsch-induktiven Last vorteilhaft, da bei Abschalten
der Last durch Öffnen
von High-Side- und Low-Side-Leistungsschalter über die Freilaufdioden ein
Ausgleichsstrom fließen
kann.
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Bevorzugt
weist die Leistungsbrückenschaltung
wenigstens eine weitere Last auf, deren High-Side-Anschluss mit
dem High-Side-Leistungsschalter verbunden
und deren Low-Side-Anschluss über
einen weiteren Low-Side-Leistungsschalter an den Versorgungsanschluss
für das
Low-Potential der Versorgungsspannung angeschlossen ist. Es ist
des Weiteren eine zusätzliche Überprüfungseinrichtung zum Überprüfen einer
Low-Side-Spannung der wenigstens einen weiteren Last vorhanden,
wobei die zusätzliche Überprüfungseinrichtung
mit dem Low-Side-Anschluss der wenigstens einen weiteren Last verbunden
ist. Dadurch können
vorteilhafterweise Fehlerfälle
der mehreren in der Leistungsbrückenschaltung
vorhandenen Lasten sicher und auf technisch einfache Weise erkannt
werden. Der Schaltungsaufwand ist dabei sehr gering, da die erste
und die zweite Stromquelle für
die Fehlererkennung bei den mehreren Lasten eingesetzt werden können. Ferner
sind die Lasten über
einen gemeinsamen High-Side-Leistungsschalter mit dem High-Potential der Versorgungsspannung
verbunden. Vorzugsweise sind dabei die Stärken der Stromquellen geeignet
zu wählen.
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Besonders
bevorzugt weist die Leistungsbrückenschaltung
wenigstens eine weitere Last auf, deren Low-Side-Anschluss mit dem
Low-Side-Leistungsschalter verbunden und deren High-Side-Anschluss über einen
weiteren High-Side-Leistungsschalter an den Versorgungsanschluss
für das High-Potential
der Versorgungsspannung angeschlossen ist. Es ist ferner eine weitere
geschaltete Stromquelle vorhanden, die mit der wenigstens einen weiteren
Last und dem Diagnoseanschluss für
das Low-Potential
der Diagnosespannung verbunden ist. Dadurch können hier ebenfalls vorteilhafterweise Fehlerfälle der
mehreren in der Leistungsbrückenschaltung
vorhandenen Lasten sicher und auf technisch einfache Weise erkannt
werden. Der Schaltungsaufwand ist dabei sehr gering, insbesondere
da eine einzige Überprüfungseinrichtung
für die
Fehlererkennung bei den mehreren Lasten eingesetzt werden kann.
Ferner sind die Lasten über
einen gemeinsamen Low-Side-Leistungsschalter mit dem High-Potential
der Versorgungsspannung verbunden.
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Des
Weiteren vorzugsweise ist die Steuereinrichtung ferner so ausgestaltet,
dass sie bei geöffneten
High-Side-Leistungsschaltern
und geöffnetem Low-Side-Leistungsschalter
entweder die zweite geschaltete Stromquelle oder die weitere geschaltete Stromquelle
einschaltet. Dieses Einschalten der Stromquellen erfolgt insbesondere
nacheinander, wobei beim Einschalten der nachfolgenden der Stromquellen
die zuvor eingeschaltete der Stromquellen zunächst wieder ausgeschaltet wird.
Auf diese Weise kann das Erkennen eines der Fehlerfälle an den
Lasten besonders effizient und einfach ohne großen Aufwand durchgeführt werden.
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Besonders
bevorzugt ist die Last eine kapazitive Last. Des Weiteren ist die
erste geschaltete Stromquelle mit dem High-Side-Anschluss der Last verbunden. Ferner
ist eine erste zusätzliche
geschaltete Stromquelle vorhanden, die mit dem Low-Side-Anschluss der
kapazitiven Last und dem Diagnoseanschluss für das High-Potential der Diagnosespannung
verbunden ist. Es ist darüberhinaus
eine zweite zusätzliche
geschaltete Stromquelle vorhanden, die mit dem Low-Side-Anschluss
der kapazitiven Last und dem Diagnoseanschluss für das Low-Potential der Diagnosespannung
verbunden ist. Die Steuereinrichtung ist zum Ansteuern der ersten und
der zweiten zusätzlichen
geschalteten Stromquellen ebenfalls mit diesen verbunden und so
ausgestaltet, dass sie bei geöffnetem
High-Side-Leistungsschalter
und geöffnetem
Low-Side-Leistungsschalter die erste geschaltete Stromquelle und
die erste zusätzliche
geschaltete Stromquelle einschaltet, während die zweite geschaltete
Stromquelle und die zweite zusätzliche
geschaltete Stromquelle ausgeschaltet sind, und die zweite geschaltete
Stromquelle und die zweite zusätzliche
geschaltete Stromquelle einschaltet, während die erste geschaltete Stromquelle
und die erste zusätzliche
geschaltete Stromquelle ausgeschaltet sind.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der High-Side-Leistungsschalter
und der Low-Side-Leistungsschalter
so ansteuerbar und die Steuereinrichtung zum Ansteuern der ersten
geschalteten Stromquelle, der zweiten geschalteten Stromquelle,
der dritten geschalteten Stromquelle und der zusätzlichen geschalteten Stromquelle
ist ferner so ausgestaltet, dass zunächst ein Aufladen und anschließend ein
Entladen der kapazitiven Last erfolgt. Es ist zusätzlich eine
Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Lade- und Entladezeit beim Auf- und Entladen
der kapazitiven Last vorhanden. Dies ermöglicht vorteilhafterweise ein
Bestimmen der vorhandenen Kapazität der kapazitiven Last. Dadurch ist
ggf. ein Rückschluss
auf einen bestimmten Zustand der Last möglich, beispielsweise ob die
Last ordnungsgemäß arbeitet.
Dadurch können
weitere Fehler an der Last und in deren Betrieb erkannt werden.
Prinzipiell ist die Zeitdauer zum Laden und Entladen der kapazitiven
Last proportional zu deren Kapazität.
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In
einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung
so ausgestaltet, dass sie bei geöffnetem
High-Side-Leistungsschalter und geschlossenem Low-Side-Leistungsschalter
zum Laden der kapazitiven Last zunächst die erste geschaltete
Stromquelle einschaltet, während
die zweite geschaltete Stromquelle ausgeschaltet ist, und anschließend zum
Entladen der kapazitiven Last die erste geschaltete Stromquelle
ausschaltet sowie die zweite geschaltete Stromquelle einschaltet.
Dies ermöglicht
auf einfache und sichere Weise insbesondere ein Erkennen des Fehlerfalls
OL der offenen Last sowie ein Abschätzen der Kapazität der kapazitiven
Last. Zusätzlich
oder alternativ könnte
man auch den High-Side-Leistungsschalter
schließen,
um das Auf- und Entladen der kapazitiven Last mit den Stromquellen
auf der versorgungsspannungsniedrigeren Seite (Low-Side) vorzunehmen.
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Nachfolgend
werden die Erfindung und ihre Vorteile anhand von Beispielen und
Ausführungsbeispielen
und der beigefügten
Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Beispiel eines bekannten, prinzipiellen Aufbaus einer Leistungsbrückenschaltung
mit einer Darstellung von an einem High-Side-Leistungsschalter möglicherweise
auftretenden Fehlern,
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2 die
bekannte Leistungsbrückenschaltung
nach 1 mit einer Darstellung von an einem Low-Side-Leistungsschalter
möglicherweise
auftretenden Fehlern,
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3 ein
erstes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer mit dem Low-Side-Anschluss der Last verbundenen geschalteten
Stromquelle, die mit einem High-Potential
einer Diagnosespannung verbunden ist,
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4 ein
zweites Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer mit dem High-Side-Anschluss der Last verbundenen geschalteten
Stromquelle, die mit dem High-Potential
der Diagnosespannung verbunden ist, und einer mit dem Low-Side-Anschluss
der Last verbundenen weiteren geschalteten Stromquelle, die ebenfalls
mit dem High-Potential der Diagnosespannung verbunden ist,
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5 ein
drittes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer mit dem High-Side-Anschluss der Last verbundenen geschalteten
Stromquelle, die mit dem High-Potential
der Diagnosespannung verbunden ist, und einer mit dem High-Side-Anschluss
der Last verbundenen Überprüfungseinrichtung,
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6 ein
viertes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit mehreren Lasten, die an einen gemeinsamen High-Side-Leistungsschalter
angeschlossen sind,
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7 ein
fünftes
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit mehreren Lasten, die an einen gemeinsamen Low-Side-Leistungsschalter
angeschlossen sind,
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8 ein
sechstes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer kapazitiven Last und einer Erfas sungseinrichtung zum Erfassen
einer Lade- und Entladezeit beim Auf- und Entladen der kapazitiven
Last und
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9 ein
siebtes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit der kapazitiven Last.
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In
den Figuren sind nachfolgend gleiche oder funktionsgleiche Elemente – sofern
nichts Anderes angegeben ist – mit
denselben Bezugszeichen versehen.
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3 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum
Erkennen eines Fehlers in einer Leistungsbrückenschaltung 12.
Die Leistungsbrückenschaltung 12 weist eine
Last 14 auf, die einen High-Side-Anschluss 16 und
einen Low-Side-Anschluss 18 hat. Die Last 14 ist im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
eine ohmsch-induktive Last. Es ist aber prinzipiell auch möglich, dass
die Last 14 eine rein ohmsche oder rein induktive Last
oder eine kapazitive Last ist. Der High-Side-Anschluss 16 der
Last 14 ist über
einen High-Side-Leistungsschalter 20 mit einem High-Potential 22 einer
Versorgungsspannung Vsupply verbunden. Der
Low-Side-Anschluss 18 der
Last 14 ist über einen
Low-Side-Leistungsschalter 24 mit
einem Low-Potential 26 der Versorgungsspannung Vsupply verbunden. Das Low-Potential 26 der
Versorgungsspannung Vsupply ist in den hier
beschriebenen Ausführungsbeispielen
Masse. Der High-Side-Anschluss 16 ist über eine Freilaufdiode 28 mit
dem Low-Potential 26 verbunden, wobei die Anode der Freilaufdiode 28 mit
dem Low-Potential 26 und Kathode der Freilaufdiode 28 mit
dem High-Side-Anschluss 16 verbunden ist. Der Low-Side-Anschluss 18 der
Last 14 ist über
eine Freilaufdiode 30 mit dem High-Potential 22 verbunden,
wobei die Kathode der Freilaufdiode 30 mit dem High-Potential 22 und
die Anode der Freilaufdiode 30 mit dem Low-Side-Anschluss 18 verbunden
ist. Der High-Side-Anschluss 16 ist ferner über einen
Kondensator 32 und der Low-Side-Anschluss 18 über einen
Kondensator 34 mit dem Low-Potential 26 verbunden.
Die Kondensatoren 32 und 34 können parasitär oder absichtlich
eingebaut sein.
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Die
Vorrichtung 10 weist eine mit dem Low-Side-Anschluss 18 der
Last 14 verbundene geschaltete Stromquelle 36 auf.
Die geschaltete Stromquelle 36 ist des Weiteren mit einem
High-Potential 38 einer
Diagnosespannung VDIAG verbunden. Die Vorrichtung 10 weist
ferner eine mit dem High-Side-Anschluss 16 der Last 14 verbundene
geschaltete Stromquelle 40 auf. Die geschaltete Stromquelle 40 ist
des Weiteren mit einem Low-Potential 42 der
Diagnosespannung VDIAG verbunden. Das Low-Potential 42 der
Diagnosespannung VDIAG ist in den hier beschriebenen
Ausführungsbeispielen
Masse. Die Vorrichtung 10 weist darüberhinaus eine mit dem Low-Side-Anschluss 18 der
Last 14 verbundene weitere geschaltete Stromquelle 44 auf.
Die geschaltete Stromquelle 44 ist mit einem Low-Potential 42 der
Diagnosespannung VDIAG verbunden. Die in
diesem Ausführungsbeispiel
verwendeten geschalteten Stromquellen 36, 40 und 44 sowie
die in den anderen Ausführungsbeispiel
eingesetzten geschalteten Stromquellen stellen jeweils einen Strom
einer konstanten Stromstärke
zur Verfügung,
der über
einen Schalter in einen geschlossenen Stromkreis eingeprägt werden
kann. Eine solche geschaltete Stromquelle kann beispielsweise mittels
eines Transistors realisiert werden. Es ist auch möglich, die
geschalteten Stromquellen mittels geschalteter Widerstände zu realisieren.
Hier stellt die geschaltete Stromquelle 36 einen Strom
I1, die geschaltete Stromquelle 40 einen Strom I2 und die
geschaltete Stromquelle 44 einen Strom I3 zur Verfügung. Die
geschalteten Stromquellen sind mit einer Steuereinrichtung 46 verbunden,
die die geschalteten Stromquellen zum Ein- und Ausschalten ansteuert.
Die Steuereinrichtung 46 ist in der 3 exemplarisch
dargestellt und wird in den anhand der 4–9 beschriebenen
weiteren Ausführungsbeispielen
aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen.
Auch die in diesen weiteren Ausführungsbeispielen
eingesetzten geschalteten Stromquellen werden zu ihrem Ein- und
Ausschalten über
die Steuereinrichtung 46 angesteuert.
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Die
Vorrichtung 10 weist des Weiteren eine mit dem Low-Side-Anschluss 18 der
Last 14 verbundene Überprüfungseinrichtung 48 zum Überprüfen einer
an dem Low-Side-Anschluss 18 auftretenden Low-Side-Spannung 50 auf.
Die Überprüfungseinrichtung 48 weist
hier eine Vergleichseinrichtung in Gestalt eines Komparators auf.
Der Komparator vergleicht zwei an seinen Eingängen anliegende Spannungen
miteinander und gibt, je nachdem welche der beiden Spannungen größer ist,
ein entsprechendes Ausgangssignal Vout aus.
Der Komparator der Überprüfungseinrichtung 48 vergleicht
hier die Low-Side-Spannung 50 mit einer Vergleichsspannung
VTH, die von einer an dem Komparator anliegenden
Spannungsquelle 52 geliefert wird.
-
Im
Folgenden wird nun beispielhaft ein Ablauf einer Fehlerdiagnose
zum Erkennen oder zum Ausschließen
von Fehlern in der Leistungsbrückenschaltung 12 mittels
der Vorrichtung 10 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
beschrieben. Alle geschalteten Stromquellen 36, 40, 44 der
Vorrichtung 10 sind dabei zunächst ausgeschaltet. Nach einem Abschalten
der Last 14, d. h. nach dem Öffnen des High-Side-Leistungsschalters 20 und
des Low-Side-Leistungsschalters 24, fließt ein Strom
in der Last 14 über
die Freilaufdioden 28, 30 weiter, da die ohmsch-induktive Last 14 keine
spontane Stromänderung
zulässt.
Dieser Strom verringert sich allerdings stetig bis er schließlich null
ist. Der Kondensator 34 ist dann in etwa auf die Versorgungsspannung Vsupply aufgeladen. Daraufhin fließt erneut
ein Strom durch die Last 14, so dass sich die an den Kondensatoren 32 und 34 anliegenden
Spannungen einander annähern.
Hier kann ggf. zeitweise durch das Zusammenspiel von ohmsch-induktiver Last 14 und Kondensatoren 32, 34 eine
gedämpfte
Schwingung entstehen. Im Falle einer rein ohmschen Last 14 würde nach
dem Abschalten der Last 14 stattdessen der Kondensator 32 auf
die Versorgungsspannung Vsupply aufgeladen
sein.
-
In
einem nachfolgenden Schritt werden die geschalteten Stromquellen 40 und 44 durch
die Steuereinrichtung 46 eingeschaltet. Die geschaltete Stromquelle 44 wird
für ein
Abfließen
von Leckströmen
eingesetzt, die insbesondere an der Freilaufdiode 30 und
dem High-Side-Leistungsschalter 20 auftreten können. Durch
das Einschalten der geschalteten Stromquelle 40 wird der
Strom I2 an dem High-Side-Anschluss 16 eingeprägt. In denjenigen
Fällen,
in denen keine Kurzschlüsse über dem
High-Side-Leistungsschalter 20 oder der Reihenschaltung
aus High-Side-Leistungsschalter 20 und Last 14 vorliegen,
müssten
die beiden Kondensatoren 32, 34 und die ohmsch-induktive
Last 14 entladen werden. Die Low-Side-Spannung 50 müsste dann
sinken und schließlich
unter die vorgegebene Vergleichsspannung VTH fallen.
Dies würde
von der Überprüfungseinrichtung 48 festgestellt
werden, da sich das Ausgangssignal VOUT des
Komparators verändert.
Stellt die Überprüfungseinrichtung 48 somit
ein Fallen der Low-Side-Spannung 50 unter die Vergleichsspannung
VTH fest, so können die Fehlerfälle SCB1
und SCB2 ausgeschlossen werden. Stellt die Überprüfungseinrichtung 48 ein
solches Fallen der Low-Side-Spannung 50 unter die Vergleichsspannung
VTH nicht fest, so liegt einer der Fehlerfälle SCB1
und SCB2, und somit ein Kurzschluss, vor.
-
Im
nächsten
Schritt wird die geschaltete Stromquelle 40 mittels der
Steuereinrichtung 46 ausgeschaltet und die geschaltete
Stromquelle 36 eingeschaltet. Durch das Einschalten der
geschalteten Stromquelle 36 wird der Strom 11 an
dem Low-Side-Anschluss 18 eingeprägt. In denjenigen
Fällen,
in denen keine Kurzschlüsse über dem
Low-Side-Leistungsschalter 24 oder der Reihenschaltung
aus Low-Side-Leistungsschalter 24 und Last 14 vorliegen,
müsste
die Low-Side-Spannung 50 ansteigen und schließlich die
Höhe der
vorgegebenen Vergleichsspannung VTH erreichen.
Dies würde
von der Überprüfungseinrichtung 48 festgestellt
werden, da sich das Ausgangssignal VOUT des
Komparators verändert.
Stellt die Überprüfungseinrichtung 48 somit ein
Steigen der Low-Side-Spannung 50 über die Vergleichsspannung
VTH fest, so können die Fehlerfälle SCG1
und SCG2 ausgeschlossen werden. Stellt die Überprüfungseinrichtung 48 ein
solches Steigen der Low-Side-Spannung 50 über die
Vergleichsspannung VTH nicht fest, so liegt
einer der Fehlerfälle SCG1
und SCG2, und somit ein Kurzschluss, vor.
-
Zum
Erkennen einer offenen Last 14, d. h. des Fehlerfalls OL,
wird anschließend
bei weiter im eingeschalteten Zustand befindlicher geschalteter Stromquelle 36 auch
die geschaltete Stromquelle 40 erneut eingeschaltet. Die
beiden geschalteten Stromquellen 36 und 40 sind
dabei so dimensioniert, dass der von der geschalteten Stromquelle 36 eingeprägte Strom
I1 kleiner ist als der von der geschalteten Stromquelle 40 eingeprägte Strom
I2. Dies bedeutet, dass in demjenigen Fall, in dem keine offene
Last 14, d. h. keine Unterbrechung der Verbindungen der
Last 14, vorliegen, die Low-Side-Spannung 50 wieder
unter die vorgegebene Vergleichsspannung VTH fallen müsste. Wird
somit ein solches Fallen der Low-Side-Spannung 50 von der Überprüfungseinrichtung 48 festgestellt,
dann kann der Fehler OL ausgeschlossen werden. Andererseits, wird
ein solches Fallen der Low-Side-Spannung 50 von der Überprüfungseinrichtung 48 nicht
festgestellt, dann liegt der Fehler OL vor.
-
4 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Vorrichtung 10.
In diesem zweiten Ausführungsbeispiel
ist die geschaltete Stromquelle 36, die den Strom I1 zur
Verfügung
stellt, mit dem High-Side-Anschluss 16 der Last 14 verbundenen.
Die geschaltete Stromquelle 36 ist mit dem High-Potential 38 der
Diagnosespannung VDIAG verbunden. Die geschalteten
Stromquellen 40 und 44 sind wie im ersten Ausführungsbeispiel
gemäß 3 verschaltet.
Die Vorrichtung 10 weist hier eine weitere geschaltete
Stromquelle 54 auf, die einerseits mit dem High-Potential 38 der
Diagnosespannung VDIAG und andererseits
mit dem Low-Side-Anschluss 18 der Last 14 verbunden
ist. Die geschaltete Stromquelle 54 stellt einen Strom
I4 zur Verfügung.
-
Im
Folgenden wird nun beispielhaft ein Ablauf einer Fehlerdiagnose
zum Erkennen oder zum Ausschließen
von Fehlern in der Leistungsbrückenschaltung 12 mittels
der Vorrichtung 10 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
beschrieben. Alle geschalteten Stromquellen 36, 40, 44 und 54 der
Vorrichtung 10 sind dabei zunächst ausgeschaltet. Nach einem
Abschalten der Last 14 fließt ein Strom in der Last 14 über die
Freilaufdioden 28, 30 weiter. Dieser Strom verringert
sich stetig bis er schließlich
null ist. Der Kondensator 34 ist dann in etwa auf die Versorgungsspannung
Vsupply aufgeladen. Daraufhin fließt erneut
ein Strom durch die Last 14, so dass sich die an den Kondensatoren 32 und 34 anliegenden
Spannungen einander annähern.
-
Daraufhin
werden die geschalteten Stromquellen 40 und 44 eingeschaltet.
Die geschaltete Stromquelle 44 dient erneut zum Abfließen von
Leckströmen.
Durch das Einschalten der geschalteten Stromquelle 40 wird
der Strom I2 an dem High-Side-Anschluss 16 eingeprägt. In denjenigen
Fällen,
in denen keine Kurzschlüsse über dem
High-Side-Leistungsschalter 20 oder der Reihenschaltung
aus High-Side-Leistungsschalter 20 und Last 14 vorliegen,
müssten
die beiden Kondensatoren 32, 34 und die ohmsch-induktive
Last 14 entladen werden. Die Low-Side-Spannung 50 müsste dann
sinken und schließlich
unter die vorgegebene Vergleichsspannung VTH fallen.
Dies würde
von der Überprüfungseinrichtung 48 festgestellt
werden, da sich das Ausgangssignal VOUT des
Komparators verändert.
Stellt die Überprüfungseinrichtung 48 somit
ein Fallen der Low-Side-Spannung 50 unter
die Vergleichsspannung VTH fest, so können die
Fehlerfälle
SCB1 und SCB2 ausgeschlossen werden. Stellt die Überprüfungseinrichtung 48 andererseits
ein solches Fallen der Low-Side-Spannung 50 unter die Vergleichsspannung
VTH nicht fest, so liegt einer der Fehlerfälle SCB1
und SCB2, und somit ein Kurzschluss, vor. Insoweit stimmt die Vorgehensweise
mit derjenigen im ersten Ausführungsbeispiel überein.
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Im
nächsten
Schritt wird die geschaltete Stromquelle 40 ausgeschaltet
und die geschaltete Stromquelle 36 eingeschaltet. Durch
das Einschalten der geschalteten Stromquelle 36 wird der
Strom I1 an dem High-Side-Anschluss 16 eingeprägt und in
die Lastseite eingespeist. In denjenigen Fällen, in denen keine Kurzschlüsse über dem
Low-Side-Leistungsschalter 24 oder der Reihenschaltung
aus Low-Side-Leistungsschalter 24 und Last 14 und
keine Unterbrechungen der Verbindungen zur Last 14, d.
h. eine offene Last 14, vorliegen, müsste die Low-Side-Spannung 50 ansteigen
und schließlich
die Höhe der
vorgegebenen Vergleichsspannung VTH erreichen.
Dies würde
von der Überprüfungseinrichtung 48 festgestellt
werden, da sich das Ausgangssignal VOUT des
Komparators verändert.
Stellt die Überprüfungseinrichtung 48 somit
ein Steigen der Low-Side-Spannung 50 über die
Vergleichsspannung VTH fest, so können die
Fehlerfälle
SCG1, SCG2 und OL ausgeschlossen werden. Stellt die Überprüfungseinrichtung 48 ein
solches Steigen der Low-Side-Spannung 50 über die
Vergleichsspannung VTH nicht fest, so liegt
einer der Fehlerfälle
SCG1, SCG2 oder OL vor.
-
Falls
in dem vorhergehenden Schritt einer der Fehler SCG1, SCG2 oder OL
erkannt wird, wird in einem nächsten
Schritt die weitere geschaltete Stromquelle 54 durch die
Steuereinrichtung 46 eingeschaltet. Die geschaltete Stromquelle 36 bleibt
dabei ebenfalls eingeschaltet. Steigt nun die Low-Side-Spannung 50 an
und erreicht schließlich
die vorgegebene Vergleichsspannung VTH,
so wird dies von der Überprüfungseinrichtung 48 festgestellt,
da sich das Ausgangssignal Vout des Komparators
verändert. Bei
einem solchen Ansteigen der Low-Side-Spannung 50 können keine
Kurzschlüsse über dem Low-Side-Leistungsschalter 24 und
der Reihenschaltung aus Low-Side-Leistungsschalter 24 und
Last 14 vorliegen. Die Fehler SCG1 und SCG2 können daher ausgeschlossen
werden. Es wird vielmehr der Fehler OL erkannt. Bleibt die Low-Side-Spannung 50 nach dem
Einschalten der geschalteten Stromquelle 54 unterhalb der
Vergleichsspannung VTH, dann liegt einer
der Fehler SCG1 oder SCG2 vor.
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Die
zuvor beschriebene Vorgehensweise zum Erkennen, ob einer der Fehler
SCG1, SCG2 oder der Fehler OL vorliegt, kann abgeändert werden.
Dies ist im Folgenden in einem dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 anhand
der 5 beschrieben. In der Vorrichtung 10 gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
wird auf die weitere geschaltete Stromquelle 54 verzichtet.
Stattdessen ist eine weitere Überprüfungseinrichtung 56 zum Überprüfen einer
weiteren Spannung an der Last 14 vorhanden. Diese weitere Überprüfungseinrichtung 56 ist
mit dem High-Side-Anschluss 16 der Last 14 verbunden,
so dass mittels der weiteren Überprüfungseinrichtung 56 eine
High-Side-Spannung 58 überprüft werden
kann. Die weitere Überprüfungseinrichtung 56 weist
hier eine Vergleichseinrichtung in Gestalt eines Komparators auf,
der an seinen Eingängen
anliegende Spannungen miteinander vergleicht und ein entsprechendes
Ausgangssignal Vout, ausgibt. Der Komparator
der Überprüfungseinrichtung 56 vergleicht
hier die High-Side-Spannung 58 mit
einer weiteren Vergleichsspannung VTH, die
von einer an dem Komparator anliegenden weiteren Spannungsquelle 60 geliefert
wird.
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Nach
dem Ausschalten der geschalteten Stromquelle 40 und dem
Einschalten der geschalteten Stromquelle 36 kann insofern
neben dem Überprüfen der
Low-Side-Spannung 50 durch die Überprüfungseinrichtung 48 auch
die High-Side-Spannung 58 durch die weitere Überprüfungseinrichtung 56 überprüft werden.
Wird nun nach dem Einschalten der geschalteten Stromquelle 36 durch
die Überprüfungseinrichtung 48 festgestellt,
dass die Low-Side-Spannung 50 die Vergleichsspannung VTH nicht erreicht, und ferner durch die weitere Überprüfungseinrichtung 56 festgestellt,
dass allerdings die High-Side-Spannung 58 die vorgegebene
weitere Vergleichsspannung VTH, erreicht,
dann kann daraus geschlossen werden, dass eine offene Last 14,
und damit der Fehler OL, vorliegt. In demjenigen Fall, in dem die
High-Side-Spannung 58 die vorgegebene weitere Vergleichsspannung
VTH, nicht erreicht, kann daraus geschlossen
werden, dass einer der Fehler SCG1 oder SCG2 vorliegt.
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6 zeigt
ein viertes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum
Erkennen eines Fehlers in der Leistungsbrückenschaltung 12.
Die Leistungsbrückenschaltung 12 enthält hier mehrere
Lasten, die gemeinsam an den High-Side-Leistungsschalter 20 angeschlossen
sind. Neben der Last 14 ist das im vorliegenden Ausführungsbeispiel
eine Last 62. Die Last 62 ist hier ebenfalls eine ohmsch-induktive
Last. An ihrem Low-Side-Anschluss 64 ist die Last 62 über einen
eige nen Low-Side-Leistungsschalter 66 mit dem Low-Potential 26 der
Versorgungsspannung Vsupply verbunden. Die
Vorrichtung 10 enthält
eine zusätzlich Überprüfungseinrichtung 68 zum Überprüfen einer
Spannung an der Last 62. Die Überprüfungseinrichtung 68 ist
eingangsseitig mit dem Low-Side-Anschluss 64 verbunden,
so dass mittels der Überprüfungseinrichtung 68 eine
Low-Side-Spannung 70 überprüft werden
kann. Die zusätzliche Überprüfungseinrichtung 68 weist ebenfalls
eine Vergleichseinrichtung in Gestalt eines Komparators auf, der
an seinen Eingängen
anliegende Spannungen miteinander vergleicht und ein entsprechendes
Ausgangssignal Vout2 ausgibt. Der Kom parator der Überprüfungseinrichtung 68 vergleicht
hier die Low-Side-Spannung 70 mit der vorgegebenen Vergleichsspannung
VTH, die von einer an dem Komparator anliegenden
Spannungsquelle 72 geliefert wird. An den Low-Side-Anschluss 64 der
Last 62 ist eine zusätzliche
geschaltete Stromquelle 74 angeschlossen, die mit dem Low-Potential 42 der
Diagnosespannung VDIAG verbunden ist. Die
geschaltete Stromquelle 74 stellt einen Strom I5 zur Verfügung. Die
geschalteten Stromquellen 36, 40 und 44 sowie die Überwachungseinrichtung 48 sind,
wie bereits oben im Zusammenhang mit dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel
beschrieben und in den 4 und 5 dargestellt,
angeordnet. Auf die Darstellung und weitere Beschreibung von Freilaufdioden und
Kondensatoren wird hier aus Gründen
der Übersichtlichkeit
verzichtet.
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Das
grundsätzlich
Prinzip der Fehlererkennung bleibt gegenüber demjenigen des zweiten
und dritten Ausführungsbeispiels
unverändert.
Allerdings ist hier zum Unterscheiden zwischen den Fehlerfällen SCG1,
SCG2 einerseits und dem Fehlerfall OL andererseits vorteilhafterweise
weder die geschaltete Stromquelle 54 (4)
noch die Überprüfungseinrichtung 56 (5)
notwendigerweise erforderlich. Zum Erkennen der Fehlerfälle SCG1,
SCG2 und OL werden die geschalteten Stromquellen 36, 44 und 74 eingeschaltet.
Dabei sind diese geschalteten Stromquellen so dimensioniert, dass
die Ströme
I3 und I5 kleiner sind als der Strom I1. Steigen die Werte der Low-Side-Spannungen 50 und 70 auf
diejenigen der vorgegebenen Ver gleichsspannung VTH,
dann liegen weder Kurzschlüsse
noch offene Lasten vor. Steigen die Werte der Low-Side-Spannungen 50 und 70 nicht auf
diejenigen der vorgegebenen Vergleichsspannung VTH,
dann liegt entweder ein Kurzschluss oder eine offene Last vor. Steigt
nur eine der Low-Side-Spannungen 50, 70 über die
vorgegebene Vergleichsspannung und die andere nicht, so liegt an derjenigen
Last 14, 62, deren Low-Side-Spannung 50, 70 die
vorgegebene Vergleichsspannung nicht erreicht, der Fehler OL, d.
h. eine offene Last, vor.
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Liegt
eine offene Last, d. h. Fehlerfall OL, an beiden Lasten 14, 62 vor,
so kann dies festgestellt werden, indem an den High-Side-Anschluss 16 der beiden
Lasten 14, 62 eine weitere Überprüfungseinrichtung mit einem
Komparator eingesetzt wird. Würde
nach dem Einschalten der geschalteten Stromquelle 36 durch
diese weitere Überprüfungseinrichtung
ein Erreichen oder Überschreiten
einer vorgegebenen weiteren Vergleichsspannung der weiteren Überprüfungseinrichtung
festgestellt, so würde
der Fehler OL in allen Lastzweigen erkannt.
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7 zeigt
ein fünftes
Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit mehreren Lasten, die gemeinsamen an den Low-Side-Leistungsschalter 24 angeschlossen
sind. Neben der Last 14 sind das im vorliegenden Ausführungsbeispiel
eine Last 76 und eine Last 78. Die Lasten 76, 78 sind
hier ebenfalls ohmsch-induktive Lasten. An ihrem High-Side-Anschluss 80 ist
die Last 76 über
einen eigenen High-Side-Leistungsschalter 82 mit
dem High-Potential 22 der Versorgungsspannung Vsupply verbunden. An ihrem High-Side-Anschluss 84 ist
die Last 78 über
einen eigenen High-Side-Leistungsschalter 86 ebenfalls
mit dem High-Potential 22 der Versorgungsspannung Vsupply verbunden. Wie im ersten Ausführungsbeispiel
gemäß 3 ist
der Low-Side-Anschluss 18 der Last 14 mit der
geschalteten Stromquelle 36 verbunden, die wiederum mit dem
High-Potential 38 der Diagnosespannung VDIAG verbunden
ist. Die Vorrichtung 10 weist hier ferner die mit dem High-Side-Anschluss 16 der
Last 14 verbundene geschaltete Stromquelle 40 auf,
die des Weiteren mit dem Low-Potential 42 der Diagnosespannung VDIAG verbunden ist. Zusätzlich zum ersten Ausführungsbeispiel
ist hier der High-Side-Anschluss 80 der Last 76 mit
einer geschalteten Stromquelle 88 verbunden, die des Weiteren
mit dem Low-Potential 42 der Diagnosespannung VDIAG verbunden ist. Ferner ist hier der High-Side-Anschluss 84 der
Last 78 mit einer geschalteten Stromquelle 90 verbunden,
die ebenfalls mit dem Low-Potential 42 der Diagnosespannung
VDIAG verbunden ist. Die geschaltete Stromquelle 88 stellt
einen Strom I6 und die geschaltete Stromquelle 90 einen
Strom I7 zur Verfügung. Die
geschalteten Stromquellen 88, 90 sind mit der Steuereinrichtung 46 (nicht
dargestellt) verbunden, die sie zum Ein- und Ausschalten ansteuert.
Die von den geschalteten Stromquellen 40, 88 und 90 zur Verfügung gestellten
Ströme
I2, I6 und I7 sind jeweils größer als
der von der geschalteten Stromquelle 36 zur Verfügung gestellte
Strom I1. Die Vorrichtung 10 weist hier des Weiteren die
mit den Low-Side-Anschlüssen 18 der
Lasten 14, 76, 78 verbundene Überprüfungseinrichtung 48 zum Überprüfen der Low-Side-Spannung 50 auf.
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Vorzugsweise
sind die Stärken
der Stromquellen geeignet zu wählen,
z. B.:
I2 > I1;
I6 > I1;
I7 > I1.
-
Der
prinzipielle Ablauf der Fehlerdiagnose entspricht im vorliegenden
fünften
Ausführungsbeispiel
weitgehend demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels nach 3.
Dies bedeutet, dass zum Erkennen der Fehlerfälle SCB1, SCB2 an den High-Side-Leistungsschaltern 20, 82, 86 und
den Lasten 14, 76, 78 nacheinander die
geschalteten Stromquellen 40, 88, 90 eingeschaltet
werden, während
die Stromquelle 36 jeweils ausgeschaltet ist. Zum Erkennen
der Fehlerfälle
SCG1, SCG2 an dem Low-Side-Leistungsschalter 24 und den
Lasten 14, 76, 78 werden anschließend die
geschalteten Stromquellen 40, 88, 90 ausgeschaltet
und die Stromquelle 36 eingeschaltet. Zum Er kennen des
Fehlerfalls OL an der jeweiligen Last 14, 76, 78 wird
jeweils die der jeweiligen Last 14, 76, 78 zugeordnete
geschaltete Stromquelle 40, 88, 90 eingeschaltet,
während
die geschaltete Stromquelle 36 ebenfalls eingeschaltet ist.
D. h., zum Erkennen des Fehlers OL an der Last 14 werden
die geschalteten Stromquellen 36 und 40 eingeschaltet.
Zum Erkennen des Fehlers OL an der Last 76 werden die geschalteten
Stromquellen 36 und 88 eingeschaltet und zum Erkennen
des Fehlers OL an der Last 78 werden die geschalteten Stromquellen 36 und 90 eingeschaltet.
Bei dieser Verschaltung der Vorrichtung 10 ist zum Erkennen
der Fehler vorteilhafterweise nur eine einzige Überprüfungseinrichtung erforderlich.
Diese Vorgehensweise und Verschaltung zum Erkennen der Fehlerfälle kann analog übertragen
werden auf eine Leistungsbrückenschaltung 12,
in der mehrere Lasten über
einen gemeinsamen High-Side-Leistungsschalter
an das High-Potential der Versorgungsspannung und jeweils über eigene
Low-Side-Leistungsschalter an das Low-Potential der Versorgungsspannung
angeschlossen sind.
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8 zeigt
ein sechstes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 mit
einer kapazitiven Last 92. Die Last 92 ist an
einem High-Side-Anschluss 94 über den High-Side-Leistungsschalter 20 mit
dem High-Potential 22 der Versorgungsspannung Vsupply und an einem Low-Side-Anschluss 96 über den
Low-Side-Leistungsschalter 24 mit dem Low-Potential 26 der
Versorgungsspannung Vsupply verbunden. Der
High-Side-Anschluss 94 ist über den
Kondensator 32 und der Low-Side-Anschluss 96 über den
Kondensator 34 mit dem Low-Potential 26 der Versorgungsspannung Vsupply verbunden. Sowohl an dem High-Side-Anschluss 94 als
auch an dem Low-Side-Anschluss 96 sind jeweils eine geschaltete
Stromquelle nach dem High-Potential 38 als auch nach dem
Low-Potential 42 der Diagnosespannung VDIAG vorhanden.
An dem High-Side-Anschluss 94 sind hier eine geschaltete Stromquelle 98 nach
dem High-Potential 38 und eine geschaltete Stromquelle 100 nach
dem Low-Potential 42 geschaltet. An dem Low-Side-Anschluss 96 sind
hier eine geschaltete Stromquelle 102 nach dem High-Potential 38 und
eine geschaltete Stromquelle 104 nach dem Low-Potential 42 ge schaltet.
Die geschaltete Stromquelle 98 stellt einen Strom I8, die
geschaltete Stromquelle 100 einen Strom I9, die geschaltete
Stromquelle 102 einen Strom I10 und die geschaltete Stromquelle 104 einen
Strom I11 zur Verfügung.
An den High-Side-Anschluss 94 ist
eine Überprüfungseinrichtung 106 zum Überprüfen der High-Side-Spannung 58 und
an den Low-Side-Anschluss 96 eine Überprüfungseinrichtung 108 zum Überprüfen der
Low-Side-Spannung 50 angeschlossen. Die Überprüfungseinrichtungen 106, 108 enthalten
jeweils einen Komparator als Vergleichseinrichtung, mit dem zwei
Spannungen an Eingängen
des Komparators miteinander verglichen werden. Die Überprüfungseinrichtung 106 vergleicht
die High-Side-Spannung 58 mit der vorgegebenen Vergleichsspannung
VTH und die Überprüfungseinrichtung 108 die
Low-Side-Spannung 50 mit der vorgegebenen Vergleichsspannung
VTH. Die geschalteten Stromquellen 98, 100, 102 und 104 werden
mittels der in 8 nicht dargestellten Steuereinrichtung 46 (3)
zum Ein- und Ausschalten angesteuert.
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Zum
Erkennen der Fehlerfälle
SCB1, SCB2, SCG1 und SCG2 sind zunächst alle geschalteten Stromquellen
im abgeschalteten Zustand der Last 92 ausgeschaltet. Dann
werden die geschalteten Stromquellen 98 und 102 eingeschaltet.
Von den Überprüfungseinrichtungen 106, 108 wird überprüft, ob die High-Side-Spannung 58 bzw.
die Low-Side-Spannung 50 jeweils die vorgegebene Vergleichsspannung
VTH übersteigen.
Anschließend
werden die geschalteten Stromquellen 98, 102 ausgeschaltet
und die geschalteten Stromquellen 100, 104 eingeschaltet.
Sinken die High-Side-Spannung 58 bzw. die Low-Side-Spannung 50 dann
jeweils wieder unter die vorgegebene Vergleichsspannung VTH, so kann festgestellt werden, dass keiner
der Fehler vorliegt. Mit dieser Vorgehensweise ist es allerdings
nicht möglich,
das Vorliegen des Fehlers OL festzustellen, da kein Gleichstrom
durch die kapazitive Last 92 fließt.
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Um
auch den Fehlerfall OL erkennen zu können, enthält die Vorrichtung 10 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel
eine Erfassungseinrichtung 110 zum Erfassen einer Lade-
und Entla dezeit bei einem Auf- und Entladen der kapazitiven Last 92.
Die Erfassungseinrichtung 110 ist mit dem Ausgang der Überprüfungseinrichtung 106 verbunden.
Zum Erfassen der Lade- und Entladezeit wird zunächst der Low-Side-Leistungsschalter 24 geschlossen
und die geschaltete Stromquelle 98 eingeschaltet. Dadurch wird
die kapazitive Last 92 aufgeladen. Gleichzeitig wird die
Zeitmessung mittels der Erfassungseinrichtung 110 gestartet.
Der Verlauf der High-Side-Spannung 58 wird nun überprüft, wozu
eine separate Spannungserfassungseinrichtung vorhanden sein kann.
Es ist aber ebenso möglich,
die Überwachungseinrichtung 106 geeignet
auszugestalten. Wenn festgestellt wird, dass die High-Side-Spannung 58 nicht
mehr signifikant steigt, wird die geschaltete Stromquelle 98 ausgeschaltet
und die geschaltete Stromquelle 100 eingeschaltet. Dadurch
wird die Last 92 wieder entladen. Das Messen der Zeit mittels der
Erfassungseinrichtung 110 wird beendet, sobald die High-Side-Spannung 58 die
vorgegebene Vergleichsspannung VTH erreicht.
Die so gemessene Zeitdauer ist proportional zur Kapazität der kapazitiven
Last 92. Sofern zuvor das Vorliegen der Fehlerfälle SCG1,
SCG2 ausgeschlossen werden konnte, liegt der Fehler OL dann vor,
wenn die gemessene Lade- und Entladezeit sehr kurz ist.
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9 zeigt
ein siebtes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Vorrichtung 10.
Die Vorrichtung 10 gemäß dem siebten
Ausführungsbeispiel entspricht
weitgehend derjenigen des sechsten Ausführungsbeispiels. Allerdings
enthält
die Überprüfungseinrichtung 106 hier
neben der Spannungsquelle 52 eine weitere Spannungsquelle 112,
die eine zusätzliche
Vergleichsspannung VTH2 zur Verfügung stellt
und die über
einen Wechselschalter 114 mit einem der Eingänge des
Komparators der Überprüfungseinrichtung 106 verbunden
ist. Die Spannungsquelle 52 ist hier ebenfalls über den
Wechselschalter 114 mit diesem Eingang des Komparators
verbunden. Die Erfassungseinrichtung 110 ist zum Ansteuern
des Wechselschalters 114 mit diesem verbunden. Durch das
Betätigen
des Wechselschalters 114 kann entweder die Vergleichsspannung
VTH der Spannungsquelle 52 oder
die Vergleichsspannung VTH2 der Spannungsquelle 112 an
den einen Eingang des Komparators der Überprüfungseinrichtung 106 angelegt
werden. Die Vergleichsspannung VTH2 ist dabei
niedriger als die Vergleichsspannung VTH.
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Bei
dieser Ausgestaltung der Überprüfungseinrichtung 106 wird
zum Messen der Lade- und Entladezeit beim Aufladen und Entladen
der kapazitiven Last 92 erneut der Low-Side-Leistungsschalter 24 geschlossen
und die geschaltete Stromquelle 98 eingeschaltet. Dadurch
wird die kapazitive Last 92 aufgeladen. Das Messen der
Lade- und Entladezeit wird bei Erreichen der niedrigeren Vergleichsspannung VTH2 durch die High-Side-Spannung 58 gestartet.
Die Last 92 wird solange weiter aufgeladen, bis die High-Side-Spannung 58 die
Vergleichsspannung VTH erreicht. Dann werden
die geschaltete Stromquelle 98 ausgeschaltet und die geschaltete
Stromquelle 100 eingeschaltet. Die Last 92 wird
dadurch wieder entladen. Sobald die High-Side-Spannung 58 wieder die
Vergleichsspannung VTH2 erreicht, wird die
Zeitmessung gestoppt.
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Durch
diese Vorgehensweise und Beschaltung kann die Genauigkeit der Bestimmung
der Kapazität
der kapazitiven Last 92 stark erhöht werden. Die Kriterien zum
Starten und Stoppen der Zeitmessung sind bei dieser Ausgestaltung
der Vorrichtung 10 exakt definiert und ihr Eintreten genau
feststellbar. Es ist auch möglich,
anstelle des Wechselschalters 114 einen zusätzlichen
Komparator in der Überprüfungseinrichtung 106 vorzusehen,
der an seinen Eingängen
die High-Side-Spannung 58 und die zusätzliche Vergleichsspannung
VTH2 empfängt.