用于识别接通电感负载时线路短路或线路中断的方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]现代化的发动机控制设备具有大量例如大功率MOSFET或IGBT形式的，但也有其他晶体管形式的电子开关元件，必要时这些电子开关元件以专用集成电路实现，诸如用于例如喷油嘴的阀门线圈的外部负载可以连接到所述电子开关元件，以便可以将所述外部负载接通和断开。这些负载与发动机控制设备的连接大多通过布线在车辆电缆束内的线路进行。
[0002]这种与发动机控制设备连接的负载和所述负载与发动机控制设备之间的连接线路必须可以被诊断。此外，负载连接的中断或供电电压电位或地之后的负载连接的短路必须通过发动机控制设备进行识别。在高压侧开关与低压侧开关之间的电感负载所运行的半桥配置内可能也必须检测供电电压电位之后在至负载的高压侧连接或低压侧连接上的负载连接是否出现短路。
[0003]为识别负载与发动机控制设备存在的连接，例如可以在负载的接通状态下进行电流测量，其中，没有电流或电流明显过低表明连接线路中断。附加或替换地，在负载的断开状态下，可以在负载与开关元件的连接点上馈入诊断电流，在线路中断的情况下，该诊断电流调整出与供电电压源的电位不同的、可以被检测的电压水平。
[0004]应当以所谓的半桥拓扑为例展示依据现有技术确定相对于供电电压电位的短路。设置在高压侧开关与低压侧开关之间的负载在两个开关断开的断电状态下依据电压是不确定的。负载上的电压通过泄漏电流得到确定。因此典型的是在断开状态下，通过与负载阻抗相比高欧姆的诊断布线来产生在负载上调整出以下电压的诊断电流，该电压与供电电压电位和地电位不同。在无故障的状态下，断开状态下高压侧开关上出现相当于供电电压电位和诊断电压之差的电压，而在低压侧开关上出现相当于诊断电压的电压。
[0005]在断电状态下，相对于供电电压电位的短路无论是在高压侧负载连接上还是在低压侧负载连接上都将两条连接线路的电压上升到供电电压电位。因此于是高压侧开关上的电压为O伏而低压侧开关上的电压等于供电电压电位。
[0006]借助开关上电压的这种变化，可以推断出相对于供电电压电位的短路。但这样不能确定短路的位置是在高压侧连接线路上还是在低压侧连接线路上。
[0007]在借助高压侧开关调节或控制负载电流的半桥配置中，供电电压电位之后的短路在足够长的负载操控时导致低压侧开关内的过电流条件。这种过电流条件正常情况下导致输出级的保护断电。低压侧开关内出现过电流可以作为对相对于供电电压电位短路的指示使用。但这样不能确定短路的位置是在高压侧连接线路上还是在低压侧连接线路上，因为两种可能性都会导致低压侧过电流。
[0008]根据现有技术用于确定相对于供电电压电位短路的准确位置的一种解决方案在于，确定低压侧路径内电流上升的速度。高压侧连接线路上相对于供电电压电位的短路会造成通过电感负载减缓电流上升的后果，而低压侧连接线路上的短路则引起快速的电流上升，因为这种电流上升仅通过小的短路电感减缓。因此通过确定电流上升的速度可以确定短路的位置。但这一点需要复杂的诊断电路。
[0009]如果使电感负载断电和不存在与负载并联的空转电路，那么负载上的电压会上升超出供电电压。这种电压上升通过一方面使负载电流快速下降和另一方面防止所连接的电子部件免遭过压的负载电压稳压加以限制。该负载电压稳压脉冲的时间长度基本上取决于电感、齐纳元件的齐纳电压和断电时间点时的电流振幅。
[0010]DE 10 2008 035 325 Al描述了一种用于检测连接端子之间负载存在的方法，其中供电电压在接通持续时间期间周期性地被施加到连接端子上，分析在时间上处于接通持续时间之一之后的至少一个分析时间点期间连接端子之一上的电位并产生负载中断信号，该负载中断信号取决于在分析时间点时的连接端子上电位与施加供电电压时的连接端子上电位是否存在大于预先规定比较值的偏差。作为有源的稳压在这里的一个实施例中，与供电电压源的连接端子之间的电感负载串联的低压侧开关的栅极与该电感负载和低压侧开关的连接点通过导通方向上极化的第一齐纳二极管连接，其中，可选地第二齐纳二极管可以在截止方向上设置在低压侧开关的控制端子与地电位之间。但依据那里的公开内容不应当检测短路。
[0011]EP O 059 774 BI描述了一种用于监视电感直流电压消耗器的方法，其中检查运行装备、开关元件的功能和布线。在此方面，消耗器和放大器串联在供电网的正极与负极之间。在放大器与消耗器的连接点和正极之间连接有二极管和齐纳二极管。如果放大器通过控制电压的失去而被断开，那么消耗器通过齐纳二极管放电。由此产生的信号电压在电阻上被提取并在考虑预先规定的比较值情况下关于电压峰值的脉冲长度在微计算机内加以分析，以便识别干扰。
【发明内容】
[0012]本发明的任务因此在于，在对通过电感负载断电引起的感应电压进行有源或无源的稳压时，可以简单检测线路中断或存在的负载连接和/或电感负载的连接端子相对于供电电位或地的短路。
[0013]该任务依据权利要求1通过一种用于识别电路装置中线路短路或线路中断的方法得以解决，该电路装置具有由电感负载、第一可控开关元件和第二可控开关元件组成的串联电路，该串联电路连接在供电电压源的高与低电位之间，其中，电感负载利用第一连接端子通过第一开关元件与供电电压源的高电位连接并利用第二连接端子通过第二开关元件与供电电压源的低电位连接，以及其中电感负载与第一开关元件的连接点通过至少一个齐纳元件要么与供电电压源的高或低电位连接，要么与第一开关元件的控制端子连接，使得在流过电感负载的电流由于第一可控开关元件切换为不导通而中断时，储存在电感负载内的磁能可以通过变导通的齐纳元件而得到降低，其中，在第一开关元件切换为不导通后，确定电感负载与第一开关兀件的连接点上的电压并将出现的电压脉冲的持续时间与第一预先规定的持续时间进行比较，以及在持续时间短于第一预先规定的持续时间的情况下推断出线路中断或短路，其中在不出现过电流条件的情况下，仅推断出线路中断。
[0014]依据本发明检测这种具有期待的最小长度的负载电压稳压脉冲被用于推断出与电感负载存在连接。未出现期待的齐纳脉冲说明与负载的连接存在故障。识别时齐纳脉冲的最小长度是必要的，因为短路连接也具有可以产生齐纳脉冲的电感。但该齐纳脉冲与正常的负载稳压相比持续时间更短，因为短路电感与负载电感不同。
[0015]借助负载稳压脉冲识别所连接的负载的概念可以在不同的电路拓扑中应用。第一种可能性是使用仅一个低压侧开关，其中电感负载的连接端子直接与高供电电压电位连接，其中，负载的第二连接端子通过开关与中断负载电流的低供电电压电位连接。通过负载电感驱动的电压上升在开关的负载侧连接端子上进行。
[0016]第二种可能性是所谓的半桥电路，其中负载处于两个开关之间。高压侧开关将负载与供电电压的高电位连接或分离，而第二低压侧开关将该负载与供电电压的低电位或地电位连接或分离。
[0017]依据权利要求2，在如权利要求1所定义的电路拓扑中，在出现过电流条件并在第二开关元件切换为不导通后所出现的电压脉冲的持续时间长于第一预先规定的持续时间情况下，推断出电感负载的第一连接端子相对于供电电压源的高电位短路。
[0018]依据权利要求3，在出现过电流条件并在第二开关元件切换为不导通后所出现的电压脉冲的持续时间短于比第一预先规定的持续时间短的第二预先规定的持续时间情况下，推断出电感负载的第二连接端子相对于供电电压源的高电位短路。
[0019]如果识别出低压侧负载路径内的可以推断出相对于高供电电压电位短路的过电流条件，那么短路的位置是在高压侧连接线路上还是在低压侧连接线路上可以通过负载电压齐纳脉冲的出现来加以确定，其中，借助齐纳脉冲的持续时间进行区分，因为依据短路是在电感负载的高压侧上还是在低压侧上出现，由于电感负载的高压侧上短路时该电感负载内仍然流动的电流而出现更长的齐纳脉冲。
[0020]因为短路线路本身也具有电感，所以此外依据权利要求4，在出现过电流条件并在第一或第二开关元件切换为不导通后所出现的电压脉冲的持续时间长于第二预先规定的持续时间并且短于比第二预先规定的持续时间长以及比第一预先规定的持续时间短的第三预先规定的持续时间情况下，推断出电感负载上的短路。
[0021]虽然电感负载在这里短路，从而出现的齐纳脉冲短于存在电感负载时的齐纳脉冲，但由于短路电流路径的电感，齐纳脉冲长于在电感负载的低压侧连接端子相对于高供电电压电位短路时的齐纳脉冲。
[0022]因此依据本发明的方式，通过测量电感负载断电时出现的齐纳脉冲并将其持续时间与预先规定的特征性脉冲持续时间进行比较，可以区分线路中断、电感负载的高压侧连接端子相对于高供电电位的短路、电感负载的低压侧连接端子相对于高供电电位的短路和电感负载上的短路。
【附图说明】
[0023]下面借助实施例利用附图对本发明进行详细说明。其中:
[0024]图1示出依据现有技术的电路装置，包括电感负载和带有通过齐纳二极管的空转路径的低压侧开关；
[0025]图2示出依据现有技术具有无源齐纳电路的半桥拓扑内的电感负载；
[0026]图3示出具有标出故障情况的半桥拓扑；以及
[0027]图4a_4c示出相应故障情况下的齐纳脉冲持续时间。
【具体实施方式】
[0028]图1示出第一电路拓扑，用于借助例如可以作为功率MOSFET或IGBT或其他晶体管构成的第一开关元件SE接通和断开电感负载L。在此方面，电感负载L和第一开关