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Title:
CIRCUIT SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING AN INDUCTIVE CONSUMER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/055387
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed are a circuit system and a method for controlling an inductive consumer, especially protecting the consumer from being accidentally turned on. Said circuit system comprises a free-wheeling circuit (FLK) for reducing energy stored in the consumer (5). In order to prevent the consumer (5) from being accidentally turned on when the grounding wire between an energy store (6) and the circuit system is interrupted, said free-wheeling circuit (FLK) is interrupted after a given period of time (?t) once the consumer (5) has been turned off such that the consumer (5) is prevented from being charged by a current flowing from the positive pole (+) of the energy store (6) via the electronics (7) of the circuit system and the free-wheeling circuit (FLK).

Inventors:
BAUER BERNHARD (DE)
HERNANDEZ-DISTANCIA MAURICIO (DE)
KRSTEV MILAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/053147
Publication Date:
June 16, 2005
Filing Date:
November 29, 2004
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
BAUER BERNHARD (DE)
HERNANDEZ-DISTANCIA MAURICIO (DE)
KRSTEV MILAN (DE)
International Classes:
H02H5/10; H02H9/04; H02H11/00; (IPC1-7): H02H5/10; H02H11/00
Foreign References:
US5166852A1992-11-24
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34, München, 80506, DE)
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Claims:
Patentansprüche 520
1. Schaltungsanordnung zum Steuern eines induktiven Verbrauchers, insbesondere Schutzschaltung zum sicheren Betrieb eines induktiven Verbrauchers, die aufweist : 525einen ersten und einen zweiten Eingang (1, 2), wobei der erste Eingang (1) mit einem ersten Potenzial (+) einer Versorgungsspannungsquelle (6) und der zweite Eingang (2) mit einem zweiten Potenzial () der Versorgungsspan nungsquelle (6) verbunden ist, 530einen Ausgang (3), an den der Verbraucher (5) ange schlossen ist, wobei der Verbraucher (5) einerseits mit dem Ausgang (3) und andererseits mit dem zweiten Poten zial () der Versorgungsspannungsquelle (6) verbunden ist, 535einen ersten durch ein erstes Steuersignal (UST1) steu erbaren Schalter (S1) zum Einund Ausschalten des Verbrauchers (5), der einerseits mit dem ersten Eingang (1) und andererseits mit dem Ausgang (3) verbunden ist, einen Freilaufkreis (FLK), der einerseits mit dem zwei 540 ten Eingang (2) und andererseits mit dem Ausgang (3) verbunden ist und einen zweiten Schalter (S2) aufweist, eine Überwachungseinheit (8,11), die ein Potenzial (UA) im Freilaufkreis (FLK) überwacht und den zweiten Schal ter (S2) in Abhängigkeit von diesem Potenzial (UA) über 545 ein zweites Steuersignal (UST2) einund/oder ausschal tet, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (8) ein Zeitverzögerungsglied (12) aufweist, das nach Unteroder Überschreiten des vorbestimmten Spannungsschwellwerts (UA, Min) den zweiten 550 Schalter (S2) nach einer vorbestimmten Zeitdauer (At) ausschaltet, so dass nach der vorbestimmten Zeitdauer (At) die in dem Verbraucher (5) gespeicherte Energie ü ber den Freilaufkreis abgebaut ist.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Überwachungseinheit (8) eine Verknüp fungseinheit (9) mit zwei Eingängen (ENA ; UE, Reset) und einem Ausgang (UST1) aufweist, wobei das erste Steuer signal (UST1) vom Pegel und dem zeitlichen Verlauf der 560 Signale an den Eingängen (ENA ; UE, Reset) abhängig ist.
3. Verfahren zum Steuern eines elektrischen Verbrauchers, dass die folgenden Schritte aufweist : 565Überprüfen eines Schaltzustands eines ersten Schalters (S1), Vergleichen einer ersten Spannung (UA) mit einem vorbe stimmten Spannungsschwellwert (UA, Min) t wobei abhängig von diesem Vergleich und dem Schaltzustand des ersten 570 Schalters (S1) ein Fehlerfall festgestellt wird, Schalten eines zweiten Schalters (S2) in Abhängigkeit von diesem Vergleich und/oder dem Schaltzustand des ersten Schalters (S1), dadurch gekennzeichnet, dass das Schalten des zweiten Schalters (S2) um eine vorbe 575 stimmte Zeitdauer (At) verzögert wird, so dass nach der vorbestimmten Zeitdauer (At) die in dem Verbraucher (5) gespeicherte Energie über den Freilaufkreis abgebaut ist.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Schalters (S1) einem Fehlerfall durch ein Wiedereinschaltsignal eingeschaltet wird.
Description:
Beschreibung Schaltungsanordnung und Verfahren zum Steuern eines indukti- ven Verbrauchers Die Erfindung betrifft einen Schaltungsanordnung und ein Ver- fahren zum Steuern eines induktiven Verbrauchers, insbesonde- re eine Schutzschaltung, die das Einschalten eines Aktors im Fehlerfall verhindert.

Elektrische Verbraucher und Stellglieder werden durch elekt- ronische Steuergeräte ein-und ausgeschaltet. In der Automo- biltechnik werden elektrische Verbraucher, wie beispielsweise die Erregerspule eines Kraftstoffeinspritzventils oder eines Anlassermotors üblicherweise durch ein Schaltelement betä- tigt, das in Reihe mit dem Verbraucher geschaltet ist. Dieses Schaltelement ist häufig Teil eines Steuergerätes, das ein- gangsseitig mit den beiden Polen einer Versorgungsspannungs- quelle verbunden ist. Häufig wird nur ein Potenzial der Ver- sorgungsspannungsquelle über das Steuergerät dem Verbraucher zugeführt. Das zweite Potenzial wird in der Automobiltechnik üblicherweise über die Karosserie, die auf Massepotenzial liegt, dem Verbraucher zugeführt.

Bei einer Unterbrechung der Masseleitung, die vom negativen Anschluss der Versorgungsspannungsquelle zum Steuergerät führt, kann es bei bestimmten Verbrauchern nicht ausgeschlos- sen werden, dass der Verbraucher auch ungewollt mit Energie versorgt wird.

Speziell bei induktiven Verbrauchern, die die in ihnen ge- speicherte Energie nach dem Abschalten über einen Freilauf- kreis abbauen müssen, kann es bei einer Masseunterbrechung zu ungewollten Energieversorgung des Verbrauchers kommen.

Hierbei können zwei Fälle unterschieden werden, zum einen wird bei eingeschaltetem Schaltelement der Verbraucher auch

weiterhin durch einen vom positiven Potenzial der Versor- gungsspannungsquelle über das Schaltelement und den Verbrau- cher zum externen Masseanschluss fließenden Strom mit Energie versorgt. Zum anderen wird bei ausgeschaltetem Schaltelement die interne Masse des Steuergeräts abhängig von der Beschaf- fenheit der Steuerelektronik und des elektrischen Verbrau- chers in Richtung des positiven Potenzials der Versorgungs- spannungsquelle"gezogen". Hierdurch kommt es zu einem Strom- fluss vom Pluspol der Versorgungsspannungsquelle über den Freilaufkreis und den nach externer Masse. Problematisch hierbei ist die Gefahr, dass der elektrische Verbraucher auf- grund dieses Stromflusses ungewollt eingeschaltet werden kann. Für das Beispiel des Starterrelais kommt es in diesem Fall zu einem ungewollten Startvorgang, der aus sicherheits- technischen Gründen unbedingt verhindert werden muss.

Eine bekannte Lösungsmöglichkeit dieses Problems ist es, ei- nen solchen sicherheitskritischen Verbraucher mit einer zwei- ten Masseleitung zu versehen, so dass der Verbraucher direkt mit der Masse des Steuergeräts elektrisch verbunden ist. Dies erweist sich jedoch bei mehreren Verbrauchern als aufwendig und sehr kostenintensiv.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung (US 5,166, 852 A) wird bei einem Masseverlust die Last ausgeschaltet. So wird jedoch der oben erläuterte zweite Fall, das Wiedereinschalten der Last, nicht verhindert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Steuern eines induktiven Verbrauchers zu schaffen, die auch im Fehlerfall ein Einschalten des indukti- ven Verbrauchers verhindert.

Die Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung mit den Merk- malen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.

Die Schaltungsanordnung weist einen ersten und einen zweiten Eingang sowie einen Ausgang auf. Der erste Eingang ist mit einem ersten Potenzial einer Versorgungsspannungsquelle und der zweite Eingang mit einem zweiten Potenzial der Versor- gungsspannungsquelle elektrisch verbunden. Der Verbraucher ist einerseits mit dem Ausgang und andererseits mit dem zwei- ten Potenzial der Versorgungsspannungsquelle verbunden.

Im hier vorliegenden Fall besteht somit keine direkte Verbin- dung zwischen dem der Schaltungsanordnung zugeführten zweiten Potenzial und dem Verbraucher. Die Schaltungsanordnung weist weiter einen ersten durch ein Signal steuerbaren Schalter zum Ein-und Ausschalten des Verbrauchers auf, der einerseits mit dem ersten Eingang und andererseits mit dem Ausgang der Schaltungsanordnung verbunden ist. Bei eingeschaltetem Schal- ter fließt im Normalbetrieb ein Strom vom ersten Potenzial der Versorgungsspannungsquelle über den steuerbaren Schalter und den Verbraucher zum zweiten Potenzial der Versorgungs- spannungsquelle.

Weiter weist die Schaltungsanordnung einen Freilaufkreis auf, der einerseits mit dem zweiten Eingang und andererseits mit dem Ausgang der Schaltungsanordnung verbunden ist und einen zweiten Schalter aufweist. Wird der Verbraucher durch Aus- schalten des ersten Schalters abgeschaltet, so entlädt sich die im Verbraucher gespeicherte Energie über diesen Freilauf- kreis. Hierzu ist der zweite Schalter geschlossen.

Eine Überwachungseinheit überwacht ein Potenzial im Freilauf- kreis und öffnet oder schließt den zweiten Schalter in Abhän- gigkeit von diesem Potenzial. Der zweite Schalter wird hier- bei vorzugsweise so angesteuert, dass der Freilaufkreis wäh- rend der Ausschaltphase des Verbrauchers eingeschaltet ist und dann, wenn der Freilaufkreis nicht benötigt wird, ausge- schaltet ist.

Die Überwachungseinheit schaltet den zweiten Schalter beim Unterschreiten oder Überschreiten eines vorbestimmten Span- nungsschwellwerts aus oder ein. Auf diese Weise wird er- reicht, dass im Fehlerfall, d. h. bei einem Masseverlust der L15 Schaltungsanordnung, der Verbraucher nicht versehentlich ein- geschaltet wird.

Die Überwachungseinheit weist weiter ein Zeitverzögerungs- glied auf, das nach Unter-oder Überschreiten des vorbestimm- L20 ten Spannungsschwellwerts den zweiten Schalter nach einer vorbestimmten Zeitdauer ausschaltet. So wird sicher gestellt, dass die im induktiven Verbraucher gespeicherte Energie in dieser Zeitspanne über den Freilaufkreis entladen wird. Nach diesem Entladevorgang bleibt der Freilaufkreis vorzugsweise L25 durch den geöffneten zweiten Schalter unterbrochen und ein Stromfluss über diesen Freilaufkreis zum Verbraucher hin wird verhindert.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter- L30 ansprüchen beschrieben.

Um im Fehlerfall ein Wiedereinschalten der Last durch Ein- schalten des ersten Schalters auszuschließen, weist die Schaltungsanordnung vorzugsweise eine Verknüpfungseinheit L35 auf, die ein Einschalten des Verbrauchers nur dann möglich macht, wenn ein unbeabsichtigtes Einschalten bei einem Feh- lerfall ausgeschlossen ist. Vorzugsweise dann, wenn der erste Schalter zunächst ein Ausschalt-und anschließend ein Ein- schaltsignal erhalten hat und/oder die Überwachungseinheit L40 den zweiten Schalter eingeschaltet hat.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Beschreibung und der Figuren eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher er- läutert. Es zeigen : -45 Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, Figur 2 ein Ablaufdiagramm, das die Schritte eines Ausfüh- rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens wie- 150 dergibt, und Figur 3 ein Ausführungsbeispiel eines Zeitverzögerungsglieds und eines Verknüpfungseinheit.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanord- 155 nung zum Steuern eines induktiven Verbrauchers 5. Der Verbraucher 5 wird hier ersatzweise als Serienschaltung einer Induktivität L und eines Widerstands R beschrieben.

Die Schaltungsanordnung weist einen ersten Eingang 1 und ei- 160 nen zweiten Eingang 2 auf, die jeweils mit einem Potenzial einer Versorgungsspannungsquelle, hier einem Akkumulator 6, elektrisch verbunden sind. Hier ist der erste Anschluss 1 mit dem positiven Pol + des Akkumulator 6 und der zweite Eingang 2 mit dem negativen Pol-des Akkumulator 6 elektrisch ver- L65 bunden. Die im Steuergerät zwischen den Eingängen 1 und 2 an- geordnete Elektronik wird hier als Ersatzwiderstand 7 wieder- gegeben. Der Ersatzwiderstand 7 entsprich einer Parallel- schaltung aller direkt oder indirekt vom Akkumulator 6 ver- sorgten Bauelemente.

L70 Die Schaltungsanordnung weist weiter einen ersten Schalter SI auf, der einerseits mit dem ersten Eingang 1 und andererseits mit einem Ausgang 3 elektrisch verbunden ist. Der Verbraucher 5 ist einerseits mit dem Ausgang 3 und andererseits mit Masse L75 GND2 elektrisch verbunden.

Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel existiert keine di- rekte Verbindung zwischen der internen Masse der Schaltungs- anordnung GND1 und der Masse GND2 des Verbrauchers 5. Im Be- 80 reich der Automobiltechnik wird als Masseverbindung üblicher- weise die Karosserie des Kraftfahrzeugs verwendet.

Um nach dem Abschalten des Verbrauchers (wird hier durch das Öffnen des Schalters S1 erreicht) die in der Induktivität L 185 gespeicherte Energie E abzubauen und somit ein Ausschalten des Verbrauchers 5 zu realisieren, ist zwischen dem zweiten Eingang 2 und dem Ausgang 3 ein Freilaufkreis FLK angeordnet.

Dieser Freilaufkreis FLK weist hier eine Serienschaltung ei- nes zweiten Schalters S2 und einer Diode DF auf. Ist der 190 zweite Schalter S2 geschlossen, so fließt nach dem Ausschal- ten des ersten Schalters S1 für einen begrenzten Zeitraum tentiade ein Strom I vom Verbraucher 5 über die Diode DF und den Schalter S2.

195 Der Entladezeitraum entlade ist abhängig von der in der Induk- tivität L des Verbrauchers 5 gespeicherten Energie E : E=1 L#I2 2 Beim Laden der Induktivität L nimmt die Stromstärke I zu- 200 nächst linear zu und nähert sich dem konstanten Endwert Io an: <BR> <BR> <BR> <BR> I0 = UA/D<BR> <BR> Yin. ein.

205 Die Entladezeit tentlade der Spule L lässt sich aus der Glei- chung R I=Io-e L ableiten.

210 Der hier als sogenannter"Highside"-Schalter ausgeführte ers- te Schalter S1 kann auch als"Lowside"-Schalter ausgeführt sein. Als Folge dessen ändern sich lediglich die Verbindung der Anschlüsse 1 und 2 mit den Polen des Akkumulators 6 und die Durchflussrichtung der Freilaufdiode DF. Der Verbraucher 15 5 wäre dann mit ihrem dem Ausgang 3 abgewandten Anschluss mit dem positiven Potenzial + des Akkumulators 6 elektrisch ver- bunden.

Der erste Schalter S1 und der zweite Schalter S2 sind als 220 steuerbare elektrische Schalter, beispielsweise als Leistungs-MOS Feldeffekttransistoren (MOSFETS) oder als Insu- lated-Gate-Bipolar-Transistoren (IGBT's) ausgebildet. Die Steueranschlüsse dieser Schalter S1, S2 werden von einer Steuerschaltung 8 angesteuert. Dabei ist der erste Schalter 225 S1 über eine erste Steuerleitung UST1 und der zweite Schalter S2 über eine zweite Steuerleitung UST2 mit der Steuerschal- tung 8 elektrisch verbunden.

Die Steuerschaltung 8 weist eine Verknüpfungseinheit 9, einen 230 Mikrocontroller 10, eine Versorgungsspannungsüberwachung 11 und ein Zeitverzögerungsglied 12 auf. Die Versorgungsspan- nungsüberwachung 11 weist zwei Eingänge auf, einen ersten Eingang UE, der mit dem ersten Eingang 1 der Schaltungsanord- nung elektrisch verbunden ist, und einen zweiten Eingang UA, 235 der mit dem Ausgang 3 der Schaltungsanordnung elektrisch ver- bunden ist.

Die Versorgungsspannungsüberwachung 11 weist weiter zwei Aus- gänge auf. Einer dieser Ausgänge UE, Reset ist mit der Ver- 240 knüpfungseineinheit 9 elektrisch verbunden und der zweite UA, Signal ist mit Zeitverzögerungsglied 12 elektrisch verbunden.

Der Mikrocontroller 10 weist zumindest einen Ausgang ENA auf, der mit der Verknüpfungseinheit 9 verbunden ist. Die Verknüp- fungseinheit 9 ist weiter mit der Steuerleitung UST1 der 745 Steuerschaltung 8 verbunden. Das Zeitverzögerungsglied 12 ist mit der zweiten Steuerleitung UST2 der Steuerschaltung 8 ver- bunden.

Solange kein Fehlerfall vorliegt und der erste Schalter S1 '50 eingeschaltet ist, fällt über den Verbraucher 5 eine Spannung UA ab, die in etwa der Eingangsspannung UE entspricht.

Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm, anhand dessen die zum Be- trieb des Verbrauchers 5 erforderlichen Verfahrensschritte '55 näher erläutert werden.

Der Beginn des Ablaufs ist mit"Start"gekennzeichnet. Hier wird zunächst abgefragt, ob der erste Schalter S1 eingeschal- tet ist (Schritt 101). Anhand dieser Unterscheidung können zwei mögliche Fehlerfälle, nämlich der Masseverlust bei ein- 260 geschaltetem Verbraucher 5 und der Masseverlust der Schal- tungsanordnung bei ausgeschaltetem Verbraucher 5 unterschie- den werden.

Im ersten Fall bei eingeschaltetem ersten Schalter S1 wird im 265 Schritt 102 überprüft, ob vom Mikroprozessor 10 ein Aus- schaltsignal vorliegt. In diesem Fall wäre das Einschaltsig- nal ENA vom Zustand"0"auf den Zustand"1"gesetzt worden und in Folge dessen wird dann der erste Schalter S1 ausge- schaltet (ENA="1"entspricht hier einem Low-Pegel). Falls es 270 die Sicherheitsanforderungen an den Verbraucher 5 erforder- lich machen, wird nach einer vorgegebenen Zeitdauer At, wäh- rend der die in der Induktivität L gespeicherte Energie über den Freilaufkreis FLK im Wesentlichen abgebaut wird, auch der zweite Schalter S2 ausgeschaltet. Somit wäre auch im Falle 275 des dann ausgeschalten Verbrauchers 5 ein versehentliches Einschalten des Verbrauchers 5 bei einer Unterbrechung der Verbindungsleitung zwischen dem negativen Anschluss-des Ak- kumulators 6 und dem Eingang 2 ausgeschlossen (Schritt 104').

Nach Schritt 104'wird zum Ende des Ablaufdiagramms ver- 280 zweigt.

Die vorgegebene Zeitdauer At wird hier so gewählt, dass nach Ablauf dieser Zeitdauer At die Induktivität L weitestgehend entladen ist.

285 Die Zeitdauer At kann im folgenden Bereich gewählt werden : 5 T < At < 10 T mit T = L/R.

290 Wird die Zeitdauer At zu groß gewählt, so wäre in einem Feh- lerfall bereits während dieser Zeitdauer ein Wiedereinschal- ten möglich. Die Zeitdauer At muss von daher so dimensio- niert werden, wie für den Energieabbau im Verbraucher 5 nö- tig.

295 Liegt in Schritt 102 weiterhin ein Einschaltsignal ENA des Mikrocontrollers 10 vor, so wird zum Schritt 103 verzweigt und dort eine Überprüfung der Ausgangsspannung UA vorgenom- men. Im normalen Betriebsfall entspricht die Ausgangsspannung 300 UA in etwa der Eingangsspannung UE.

Bei ausgeschaltetem ersten Schalter S1 und/oder im Falle ei- nes Masseverlusts, d. h. hier einer Leitungsunterbrechung zwischen dem negativen Pol-des Akkumulators 6 und dem zwei- 305 ten Eingang 2, entspricht die Ausgangsspannung UA in etwa der Durchlassspannung der Freilaufdiode DF. Diese Durchlassspan- nung ist vom Typ der Freilaufdiode DF abhängig und beträgt im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel in etwa-0,7 Volt.

Abhängig von dieser Durchlassspannung der Diode D wird ein 310 Spannungsschwellwert UA, MIN definiert, unterhalb dessen ein Strom im Freilaufkreis FLK fließt.

Liegt die Ausgangsspannung UA oberhalb dieses vorbestimmten Schwellwertes UA, MIN so kann ein Fehlerfall ausgeschlossen 315 werden und es wird zum Ende des Ablaufsdiagramms verzweigt.

Liegt die Ausgangsspannung UA jedoch unterhalb des vorbe- stimmten Schwellwerts UA, MINT so ist bei eingeschaltetem ers- ten Schalter S1 von einer"abgetrennten"Masseverbindung der 320 Schaltungsanordnung auszugehen und es wird nach Schritt 104 verzweigt. Dort wird zunächst der erste Schalter S1 geöffnet, dann nach der vorbestimmten Zeitdauer At, die wie bereits beschrieben von der Entladezeit tentiade der Induktivität L ab- hängt, der zweite Schalter S2 geöffnet und somit ein Strom- 325 fluss vom Akkumulator 6 über den Eingang 1, den Ersatzwider- stand 7, den zweiten Schalter S2, die Diode D und den Verbraucher 5 unterbrochen. Nach dem Ausschalten des zweiten Schalters S2 ist somit ein unbeabsichtigtes Einschalten des Verbrauchers 5 ausgeschlossen und es wird zum Ende des Ab- 330 laufdiagramms verzweigt.

Alternativ kann hier zusätzlich ein Fehlerflag gesetzt wer- den, über das die Unterbrechung der Masseleitung an ein Steu- ergerät gemeldet wird.

335 Ist im Schritt 101 der erste Schalter S1 nicht eingeschaltet, so wird nach Schritt 202 verzweigt, in dem überprüft wird ob der zweite Schalter S2 geschlossen ist. Ist der Schalter S2 geschlossen, so wird in Schritt 203 wieder geprüft, ob die 340 Ausgangsspannung UA unterhalb des vorbestimmten Schwellwerts UA, MIN liegt. Ist dies der Fall, so wird nach Schritt 204 ver- zweigt und der Schalter S2 geöffnet und im Anschluss daran zum Ende des Ablaufdiagramms verzweigt. Ist dies nicht der Fall oder ist die Ausgangsspannung UA gleich Null, so wird 345 direkt zum Ende des Ablaufdiagramms verzweigt. Alternativ kann der zweite Schalter S2 auch erst nach der vorbestimmten Zeitdauer At geöffnet werden.

Ist der Schalter S2 im Schritt 202 geöffnet (S2=0), so wird 350 nach Schritt 203'verzweigt, wo auf ein Wiedereinschaltsignal des Mikrocontrollers 10 gewartet wird. Diese Widereinschalt- signal kann beispielsweise ein Zustandswechsel des Einschalt- signal ENA vom Zustand 0 in den Zustand 1 sein. Auf diese Weise wird verhindert, dass nach einem Masseverlust der 355 Verbraucher unbeabsichtigt wieder eingeschaltet wird.

Das Durchführen des hier beschriebenen Verfahrens kann bei- spielsweise in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Verbrauchers 5 oder des Mikrocontrollers 10 oder auch durch 360 ein externes Steuersignal gestartet werden.

Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Zeitverzögerungs- glieds 12 und der Verknüpfungseinheit 9.

365 Wird der Schalter S1 eingeschaltet, so liegt am Verbraucher 5 eine Spannung UA an, die in etwa der Eingangsspannung UE ent- spricht. Das Zeitverzögerungsglied 12 weist einen vom Schalt- element S1 unabhängigen Stromversorgungseingang 1'auf, der zur Spannungsversorgung der Schaltungsanordnung dient. Zwi- 370 schen dem Ausgang 3 und diesem Eingang 1'ist eine Reihen- schaltung aus einem ersten Widerstand R1, einer in Sperrrich- tung geschalteten Diode D1, einem zweiten Widerstand R2 und einem dritten Widerstand R3 angeordnet. Der Schalter S2 ist hier als n-Kanal-MOSFET ausgeführt, wobei sein Drainanschluss 375 mit dem zweiten Eingang 2 und sein Sourceanschluss über die in Flussrichtung geschaltete Freilaufdiode DF mit dem Ausgang 3 verbunden ist. Der Gateanschluss ist mit dem Mittelabgriff einer Serienschaltung, bestehend aus einem vierten Widerstand R4 und einem ersten Kondensators Cl, verbunden, wobei der 380 zweite Anschluss des vierten Widerstands R4 mit dem Mittelab- griff zwischen dem zweiten Widerstand R2 und dem dritten Wi- derstand R3 verbunden ist. Der zweite Anschluss des Kondensa- tors Cl ist mit dem Sourceanschluss des Schalters S2 verbun- den.

385 Ebenfalls mit dem Gateanschluss des Schalters S2 ist der Mit- telabgriff zwischen einer zweiten Diode D2 und einem fünften Widerstand R5 verbunden, wobei die zweite Diode D2 parallel zum vierten Widerstand R4 mit ihrer Durchflussrichtung in 390 Richtung des Gateanschlusses des Schalters S2 und der fünfte Widerstand R5 parallel zum ersten Kondensator Cl angeordnet ist.

Parallel zum zweiten Widerstand R2 ist die Basis-Emitter- 395 Strecke eines Transistors T1 angeordnet. Im hier dargestell- ten Ausführungsbeispiel handelt es sich beim Transistor T1 um einen pnp-Transistor. Der Basisanschluss des Transistors T1 ist mit dem Abgriff zwischen dem zweitem Widerstand R2 und der Diode D1 verbunden. Der Emitteranschluss ist mit dem Ab- 100 griff zwischen zweitem und dritten Widerstand R2 und R3 ver- bunden. Der Kollektoranschluss des Transistors T1 ist mit dem Ausgang 3 abgewandtem Anschluss der Freilaufdiode DF verbun- den.

405 Bei eingeschaltetem Schalter SI sperrt der Transistor T1 und der Kondensator Cl wird über den dritten Widerstand R3 und die zweite Diode D2 auf die am Eingang 1'anliegende Versor- gungsspannung VCC aufgeladen. Infolge dessen wird der Schal- ter S2 eingeschaltet und damit der Freilaufkreis FLK akti- 410 viert. Die Schaltungsanordnung wird so dimensioniert, dass der Schalter S2 eingeschaltet ist, bevor in der Induktivität L des Verbrauchers 5 eine größere Energiemenge gespeichert wurde.

415 Wird nun der Schalter S1 ausgeschaltet, so fließt aufgrund der in der Induktivität L des Verbrauchers 5 gespeicherten Energie ein Strom durch den aus Schalter S2 und Freilaufdiode DF gebildeten Freilaufkreis FLK. Über dem Verbraucher 5 fällt nun eine Ausgangsspannung UA von ca. 0,7 Volt ab. Dies ent- 420 spricht der Durchlassspannung der Freilaufdiode DF. Aufgrund dieser Spannung wird der Transistor T1 eingeschaltet und der Kondensator Cl entlädt sich über den Widerstand R4. Ist der Kondensator Cl entladen, so wird der Transistor T2 abgeschal- tet. Die Zeitspanne At zwischen dem Abschalten des Schalters 325 S1 und dem Abschalten des Schalters S2 wird so gewählt, dass zum Abschaltzeitpunkt des Schalters S2 die in der Induktivi- tät L gespeicherte Energie weitestgehend abgebaut ist.

Bei geöffnetem Schalter S1 und geöffnetem Schalter S2 wird 130 nun die Verbindung zwischen dem negativen Pol-des Akkumula- tors und dem zweiten Eingang 2 unterbrochen, so kann kein Strom über den Freilaufkreis FLK zum Verbraucher 5 fließen.

Die Verknüpfungseinheit 9 ist für die folgenden Eingangsgrö- 135 ßen ausgelegt : ein Einschaltsignal des Mikrocontrollers 10 (ENA = 0) entspricht einem Low-Pegel am Eingang ENA ; ein Aus- schaltsignal (ENA = 1) entspricht einem High-Pegel am Eingang ENA. Die Versorgungsspannungsüberwachung 11 liefert am Ein- gang UE, Reset ein Signal mit einem High-Pegel, solange die 440 Versorgungsspannung VCC in ausreichender Höhe vorhanden ist.

Ein Low-Pegel am Eingang UE, Reset steht für eine Versorgungs- spannung VCC, die unterhalb einem vorgegebenen Spannungs- schwellwert liegt.

445 Das vom Mikrocontroller 10 kommende Signal ENA wird in einem ersten Invertierer 13 invertiert und einem UND-Gatter 14 zu- geführt. Der zweite Eingang des UND-Gatters 14 ist mit dem Ausgang UE, Reset der Versorgungsspannungsüberwachung 11 ver- bunden. Der Ausgang des UND-Gatters 14 weist solange einen 450 High-Level auf, solange beide Eingangssignale, d. h. das in- vertierte Eingangssignal ENA und das Signal der Versorgungs- spannungsüberwachung UE, Reset. einen High-Pegel aufweisen.

Die Spannungspegel an den Ausgängen sind wie folgt den Pegeln 455"Low"und"High"zugeordnet : Low-Pegel entspricht : 0 V < U < 0,4 V High-Pegel entspricht : 3,7 V < U < 4,5 V (HCMOS-Baustein 74HC mit einer Versorgungsspannung von 460 VCC=4,5 V) Das Ausgangssignal des UND-Gatters 14 wird dem Set-Eingang S eines D-Flip-Flops 15 zugeführt. Das Ausgangssignal des ers- ten Inverters 13 wird über einen Tiefpass, bestehend aus ei- 165 nem Widerstand R6 und einem Kondensator C2 und zwei weiteren Invertern 16 und 17 dem Clock-Eingang CLK des D-Flip-Flops 15 zugeführt. Der invertierte Ausgang Q ist auf den D-Eingang D des D-Flip-Flops 15 rückgekoppelt. Der Ausgang Q des D-Flip- Flops 15 ist hier mit der Steuerleitung UST1 verbunden. Liegt 170 nun aufgrund einer Unterspannung ein Low-Pegel am Eingang UE, Reset an und ist gleichzeitig eine Einschaltanforderung des Mikrocontrollers 10 gesetzt (Low-Pegel am Eingang ENA) so liegt am Set-Eingang S des D-Flip-Flops 15 ein Low-Pegel an.

Dies hat zur Folge, dass am Ausgang Q des D-Flip-Flops 15 ein 475 High-Pegel anliegt und der erste Schalter S1 somit ausge- schaltet wird.

In dem Fall, dass der Mikrocontroller 10 einen Abschaltbefehl gibt (High-Pegel am Eingang ENA), so wird der Schalter SI e- 480 benfalls über dem Set-Eingang S ausgeschaltet. Ein High-Pegel am Eingang ENA hat einen Low-Pegel am Eingang des AND- Gatters 14 zur Folge. D. h. es liegt am Ausgang des AND- gatters unabhängig vom Signal UE, Reset ein Low-Pegel an. Dies hat einen High-Pegel am Ausgang Q des D-Flip-Flops 15 zur 485 Folge, wodurch der Schalter S1 ausgeschaltet bleibt.

Das Einschalten des ersten Schalters SI erfolgt bei einer ne- gativen Flanke am Eingang ENA, d. h. bei einem Wechsel von einem High-zu einem Low-Pegel oder bei einer positiven Flan- ke am Clock-Eingang Clk des D-Flip-Flops. Durch das Tiefpass- 490 filter R6, C2 wird eine Zeitverzögerung des Signals erreicht, die durch geeignete Wahl des sechsten Widerstands R6 und des Kondensators C2 so eingestellt ist, dass der High-Pegel am Set-Eingang S des D-Flip-Flops 15 auf jeden Fall anliegt, be- vor die positive Flanke des Signals am Clock-Eingang CLK des 495 D-Flip-Flops 15 eintrifft.

Zwischen dem Widerstand R6 und dem Clock-Eingang CLK des D- Flip-Flops 15 sind zwei Inverter 16,17 als Schmitttrigger- Inverter geschaltet, durch den die Flankensteilheit am Clock- 500 Eingang CLK verbessert wird. Alternativ kann anstelle der beiden Inverter auch ein nichtinvertierender Schmitt-Trigger- Gatter angeordnet sein.

Im Fehlerfall, wenn der Masseanschluss am Steuergerät unter- i05 brochen ist und währenddessen am Ausgang des Mikrocontrollers 10 ein Einschaltsignal ENA (Low-Pegel) anliegt, so wird über den Set-Eingang S des D-Flip-Flops 15 der erste Schalter S1 wie bereits beschrieben abgeschaltet. Nach dem Abschalten des Verbrauchers 5 steigt jedoch-wie ebenfalls bereits be- ilO schrieben-die Versorgungsspannung VCC wieder an. Um nun zu verhindern, dass-nachdem die Versorgungsspannungsüberwa-

chung 11 wieder durch einen High-Pegel anzeigt, dass eine ausreichende Versorgungsspannung VCC vorhanden ist und somit der Verbraucher 5 wieder eingeschaltet würde-ein Wiederein- schalten durch den Mikrocontroller erst möglich ist, wenn der Mikrocontroller 10 am Ausgang ENA ein Abschaltsignal (High- Pegel) und Anschluss daran ein Einschaltsignal (Low-Pegel) bereitstellt.