DE19516208C1

DE19516208C1 - Verfahren zur Überwachung einer Leistungsendstufe und Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE19516208C1
Application number: DE19516208A
Authority: DE
Inventors: Joern Heinig
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1995-05-03
Filing date: 1995-05-03
Publication date: 1996-07-25
Anticipated expiration: 2015-05-04
Also published as: KR960043515A; GB2300530A; GB9609342D0; FR2733865A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Leistungsendstufe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug-Zünd steuergerät, gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1 (WO 91/15058) und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 2.

Aus WO 91/15058 ist eine gegen Arbeitsspannung des Verbrau chers kurzschlußfeste Transistorendstufe ohne Mikroprozessor bekannt, bei der der Schalttransistor nichtleitend gesteuert wird, wenn die Spannung am Verbraucher einen vorgebbaren Wert unterschreitet.

Aus US 4,375,073 ist eine Schutzschaltung für einen Schalt transistor bekannt, dessen Steuerspannung und Kollektorspan nung, über Optokoppler gewonnen, miteinander verglichen wer den. Diese Schaltung kann eine Leitungsunterbrechung nicht erkennen und ist für eine Anwendung im Kraftfahrzeug zu auf wendig.

Aus DE 41 00 790 ist eine weitere Schaltung bekannt, mit der Leitungsunterbrechung und Kurzschluß erkennbar sind, die dazu jedoch zwei Fensterkomparatoren, zwei Logikschaltungen und ein Flip-Flop benötigt. Für Kraftfahrzeug-Zündsteuergeräte ist diese Schaltung jedoch nicht geeignet, da die Kollektor spannung des Schalttransistors beim Ausschwingen (am Ende der auf die Schließdauer folgenden Brenndauer der Zündkerzen) we nigstens ein L-Signal erzeugt, was als Kurzschluß gewertet werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Überwachung ei ner Leistungsendstufe ein Verfahren anzugeben, welches in der Lage ist, die Leistungsendstufe, insbesondere für ein Kraft fahrzeug-Zündsteuergerät, bei Unterbrechung der Leitung vom Schalttransistor zum Verbraucher sowie bei Kurzschluß des Verbrauchers sowohl gegen Masse als auch gegen die Arbeits spannung (an der der Verbraucher liegt) zu schützen, und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, welches durch geringen Bauteileaufwand geeignet ist, im Kraftfahrzeug Verwendung zu finden und die genannten Fehler sicher zu erkennen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Pa tentansprüche 1 und 2 gelöst.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltung einer intern vorbekannten Zündungs- Leistungsendstufe,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Schaltung einer Zündungs-Lei stungsendstufe, und

Fig. 3 Signaldiagramme für verschiedene Betriebszustände der erfindungsgemäßen Schaltung,

Fig. 3a das vom Mikroprozessor ausgegebene Steuersignal st,

Fig. 3b das Kollektorpotential des Schalttransistors T2 bei ordnungsgemäßer Funktion,

Fig. 3c das Diagnosesignal d bei ordnungsgemäßer Funktion,

Fig. 3d das Diagnosesignal d bei bei einem Kurzschluß nach Batteriespannung,

Fig. 3e das Diagnosesignal d bei einem Kabelbruch oder Kurz schluß nach Masse,

Fig. 3f einen Vergleich der logischen Zustände von Steuersi gnal st (Fig. 3a) und Diagnosesignal d (Fig. 3c) zu den Abfragezeitpunkten t1 und t3 bei ordnungsgemäßer Funktion,

Fig. 3g einen Vergleich der logischen Zustände von Steuersi gnal st (Fig. 3a) und Diagnosesignal d (Fig. 3d) zu den Abfragezeitpunkten t1 und t3 bei einem Kurz schluß nach Batteriespannung U+, und

Fig. 3h einen Vergleich der logischen Zustände von Steuersi gnal st (Fig. 3a) und Diagnosesignal d (Fig. 3e) zu den Abfragezeitpunkten t1 und t3 bei einem Kabel bruch oder Kurzschluß nach Masse GND.

Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung einer intern vorbekannten, einfachen Leistungsendstufe eines Kraftfahrzeug-Zündsteuerge rätes nach dem Stand der Technik zeigt einen pnp-Steuertran sistor T1 und einen Darlington-Schalttransistor T2 in übli cher Beschaltung zur Ansteuerung einer Zündspule ZS mittels der von einem Mikroprozessor µP erzeugten Steuersignale st. Die Endstufe ist üblicherweise weder gegen Kurzschlüsse ge schützt noch diagnosefähig, was bedeutet, daß eine Leitungs unterbrechung zwischen Kollektor von T2 und dem Verbraucher, hier der Zündspule, nicht erkannt werden kann.

Es sind auch derartige Schaltungen bekannt, die mit Hilfe ei nes Strommeßwiderstandes (Shunt) und einer Zusatzschaltung eine Begrenzung des Kollektorstromes des Schalttransistors sicherstellen, jedoch ist die im Strommeßwiderstand entste hende Verlustleistung von Nachteil.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltung einer Zündungs- Leistungsendstufe als Teil eines weiter nicht dargestellten Motorsteuergerätes, die sowohl einfach in ihrem Aufbau ist als auch Leitungsunterbrechungen zwischen dem Kollektor C des Endstufen-Schalttransistors T2 und der Zündspule ZS sowie Kurzschlüsse gegen Betriebsspannung U+ und gegen Masse GND erkennen und in diesem Fall Steuersignale st unterdrücken kann, um die Endstufe vor Zerstörung zu bewahren.

Die Schaltung der Leistungsendstufe besteht aus einem Steuer transistor T1, der mittels der Widerstände R2, R3 und R4 so wie der Diode D1 als Stromquelle beschaltet ist, und aus ei nem von diesem gesteuerten Schalttransistor T2, dessen Kol lektor-Emitter-Strecke in Reihenschaltung mit der Primärwick lung ZS einer Zündspule zwischen dem Pluspol U+ und dem Mi nuspol GND einer nicht dargestellten Arbeitsspannungsquelle (12 V) liegt.

Die Leistungsendstufe wird von den Steuersignalen st eines Mikroprozessors µP des Motorsteuergerätes gesteuert. Als Steuerimpuls wird derjenige Teil des Steuersignals st be zeichnet, der die Transistoren leitend steuert (st = L). Der Mikroprozessor µP und die Leistungsendstufe werden von einer nicht dargestellten Steuerspannungsquelle (5 V), die ei nen Pluspol V_cc und einen mit dem Minuspol der Arbeitsspan nungsquelle gemeinsamen Minuspol GND aufweist, gespeist.

Zwischen dem Kollektor C des Schalttransistors T2, der als Darlington-Transistor ausgebildet ist, und dem Pluspol V_cc der Steuerspannungsquelle ist eine Diagnoseschaltung einge fügt. Sie besteht aus einem Diagnosetransistor T3, dessen Emitter E mit dem Pluspol V_cc verbunden ist, dessen Basis B über eine Diode D2 ebenfalls mit dem Pluspol V_cc und über ei nen Widerstand R5 mit dem Kollektor C des Schalttransistors T2 verbunden ist. Am Kollektor C des Diagnosetransistors T3 ist ein Diagnosesignal d abgreifbar, welches einem Diagnose eingang E_Diag des Mikroprozessors µP zugeführt wird.

Die Widerstände R6 und R7 an den Kollektoren der Transistoren T2 und T3 sind sog. "pull down"-Widerstände, welche das Po tential des zugeordneten Transistors in dessen Sperrzustand auf Minuspotential ziehen. Der Kondensator K dient zur Glät tung von Spannungsspitzen.

Das Funktionsprinzip der in Fig. 2 gezeigten Schaltung be ruht auf einer Steuerung des Schalttransistors T2 mit defi niertem Basisstrom (aus der Stromquelle T1), auf einer Über wachung seiner Sättigungsspannung (Kollektorspannung) über das Diagnosesignal d und einem Vergleich dieses Diagnosesi gnals mit dem Steuersignal im Mikroprozessor µP. Durch geeig nete Wahl des Basisstroms des Schalttransistors T2 kann si chergestellt werden, daß sich der Schalttransistor T2 bei ordnungsgemäßer Funktion, d. h., bei Stromstärken <10A in Sät tigung befindet. Bei Kollektorströmen, welche diesen Wert deutlich überschreiten, befindet sich der Transistor T2 im linearen Bereich. Dadurch erhöht sich die Kollektorspannung, da auch der Transistor T2 als Stromquelle arbeitet.

Der Diagnosetransistor T3 vergleicht die Kollektorspannung des Schalttransistors T2 mit einem Schwellwert (Vcc - 0,7 V), welcher der um die Sperrspannung der Diode D2 verminderten Steuerspannung V_cc entspricht.

In Fig. 3 sind Signaldiagramme für verschiedene Betriebszu stände der erfindungsgemäßen Schaltung dargestellt.

Liegt bei ordnungsgemäßer Funktion der Schaltung das Steuer signal st auf H-Pegel (+5 V), so sind alle drei Transistoren T1, T2 und T3 nichtleitend. Dementsprechend ist das Diagnose signal ein L-Signal (GND = 0 V). Liegt hingegen das Steuersi gnal st auf L-Pegel (0 V, Steuerimpuls von t2 bis t4 in Fig. 3a, was der Schließzeit des Primärstromkreises der Zündspule entspricht), so sind alle drei Transistoren leitend und ist das Diagnosesignal ein H-Signal (+5 V), Fig. 3a und 3c.

Zum Zeitpunkt t4 verschwindet der Steuerimpuls und die Tran sistoren werden nichtleitend. In den Zündkerzen beginnt ein Zündfunke, dessen Brenndauer sich an der erhöhten Kollektor spannung des Schalttransistors T2 in der Zeit von t4 bis t5 ablesen läßt, Fig. 3b.

Sobald ein Kurzschluß der Primärwicklung ZS der Zündspule nach Batteriespannung U+ vorhanden ist, liegt die Kollektor spannung des Schalttransistors T2 dauerhaft auf einem Wert U+ ≅ 12 V und das Diagnosesignal d ist deshalb dauerhaft ein L- Signal, Fig. 3d.

Ist jedoch ein Kurzschluß nach Masse GND oder ein Leitungs bruch zwischen dem Kollektor des Schalttransistors T2 und der Zündspule vorhanden, liegt die Kollektorspannung des Schalt transistors T2 dauerhaft auf einem Wert GND ≅ 0 V und das Dia gnosesignal d ist deshalb dauerhaft ein H-Signal, Fig. 3e.

Erfindungsgemäß wird ein zeitdiskreter Vergleich des Steuer signals st mit dem Diagnosesignal d jeweils kurz vor Beginn und kurz vor Ende des Steuerimpulses, d. h., der Schließdauer, also zu den Zeitpunkten t1 = t2 - ΔT und t3 = t4 - ΔT im Mi kroprozessor µP durchgeführt. Durch den Abbau der restlichen in der Zündspule gespeicherten Energie nach Ende der Brenn dauer in Form einer abklingenden Schwingung ist eine Messung der Signalpegel zu anderen Zeiten nicht so sicher.

Die Diagramme 3f, 3g und 3h zeigen die jeweils zu diesen Zeitpunkten gemessenen (gesampelten) logischen Pegel, und zwar oberhalb der Zeitachse jeweils die Pegel des Steuersi gnals st und unterhalb der Zeitachse die Pegel des Diagno sesignals d.

Diagramm 3f zeigt diese Pegel (aus den Fig. 3a und 3c) bei ordnungsgemäßer Funktion der Leistungsendstufe;
Diagramm 3g bei einem Kurzschluß nach Batteriespannung (aus den Fig. 3a und 3d); und
Diagramm 3h bei einem Leitungsbruch oder einem Kurzschluß nach Masse (aus den Fig. 3a und 3e).

Daraus ist ersichtlich, daß bei diesem Ausführungsbeispiel bei ordnungsgemäßer Funktion der Leistungsendstufe (Fig. 3f) die Pegel von Steuersignal st und Diagnosesignal d immer in vers zueinander sind, im Falle eines Kurzschlusses nach Bat teriespannung (Fig. 3g) jeweils im Zeitpunkt t3 beide gleich sind (L-Pegel) und im Falle eines Leitungsbruchs oder eines Kurzschlusses nach Masse (Fig. 3h) jeweils im Zeitpunkt t1 beide ebenfalls gleich sind (H-Pegel).

Diese Zustände werden vom Mikroprozessor µP erkannt und er kann daraufhin durch Abschalten der Endstufe (Steuersignal st wird dauerhaft H-Signal) den Schalttransistor T2 sicher schützen.

Claims

1. Verfahren zur Überwachung einer Leistungsendstufe, insbe sondere für ein Kraftfahrzeug-Zündsteuergerät, welche durch jeweils einen in einem Mikroprozessor (µP) des Steuergerätes erzeugten, rechteckförmigen Steuerimpuls eines Steuersignals (st) in den leitenden Zustand geschaltet wird, mittels eines Vergleiches des Steuersignals (st) mit dem Ausgangssignal (d) der Leistungsendstufe (T2), dadurch gekennzeichnet, daß der Signalvergleich zweimal pro Steuerimpuls (st = L) im Mikroprozessor (µP) stattfindet, jeweils eine vorgegebene Zeitspanne (ΔT) vor dem Beginn (t2) und vor dem Ende (t4) des Steuerimpulses, und daß bei einem erkannten Fehler (st = d) die Ausgabe eines Steuersignals (st) unterbunden wird.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer zwischen Pluspol (U+) und Minuspol (GND) einer Arbeits-Spannungsquelle liegenden, vom Mikropro zessor (µP) des Steuergerätes steuerbaren Reihenschaltung aus Verbraucher (ZS) und Schalttransistor (T2), dadurch gekennzeichnet,

- daß ein Steuertransistor (T1) vorgesehen ist, der als Stromquelle (T1, D1, R2 bis R4) beschaltet ist und seiner seits den Schalttransistor (T2) steuert, und
- daß eine Diagnoseschaltung vorgesehen ist, die einen Dia gnosetransistor (T3) aufweist, dessen erster Anschluß (E) mit dem Pluspol (V_cc) einer Steuerspannungsquelle - deren Minus pol (GND) mit dem der Arbeits-Spannungsquelle identisch ist - verbunden ist, dessen zweiter Anschluß (B) über eine Diode (D2) mit dem Pluspol (V_cc) der Steuerspannungsquelle und über einen Widerstand (R5) mit dem Kollektor des Schalttransistors (T2) verbunden ist, und dessen dritter Anschluß (C) mit einem Diagnoseeingang (E_Diag) des Mikroprozessors (µP) verbunden ist.