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Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung zur Steuerung einer induktiven Last. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Diagnose einer solchen Steuerschaltung und eine Steuereinheit, die zur Durchführung eines derartigen Verfahrens ausgelegt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Schaltgerät, das von Steuereinheit umfasst, mit der das erfindungsgemäße Verfahren umgesetzt wird.
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Aus
DE 42 27 165 A1 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, die zwei Transistoren umfasst, die in Reihe mit einem elektrischen Verbraucher geschaltet sind, der als Magnetventil ausgebildet ist. Parallel zu einem Transistor ist ein Diodenkreis angeordnet. Des Weiteren weist die Schaltungsanordnung einen weiteren Diodenkreis auf, der parallel zum Transistor mit dem ersten Diodenkreis und dem elektrischen Verbraucher geschaltet ist. Die Transistoren werden in der Schaltungsanordnung über eine gemeinsame Ansteuerung betätigt, und sind über ein UND-Gatter miteinander verknüpft.
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Es besteht Bedarf an einer verbesserten Steuerschaltung zum Betrieb einer induktiven Last, die eine selbsttätige Diagnose erlaubt und mit einem Minimum an Bauteilen auskommt. Ferner wird ein hohes Maß an Zuverlässigkeit angestrebt um die Anforderungen von sicherheitskritischen Anwendungen zu erfüllen. Ferner besteht Bedarf an einem Schaltgerät, das eine solche Diagnosefähigkeit und Zuverlässigkeit aufweist und in einfacher Weise herstellbar ist.
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Die zugrundeliegende Aufgabenstellung wird durch eine Steuerschaltung gelöst, die dazu ausgebildet ist, eine induktive Last zu steuern. Die Steuerschaltung umfasst einen ersten Halbleiter, der elektrisch in Reihe mit der zu schaltenden induktiven Last angeordnet ist. Der erste Halbleiterschalter kann dabei beispielsweise als Transistor oder Feldeffekttransistor ausgebildet sein. Die induktive Last kann beispielweise als Spule ausgebildet sein. Parallel zum ersten Halbleiterschalter ist ein Diodenkreis angeordnet, der zumindest eine Diode umfasst und den ersten Halbleiterschalter oder die induktive Last überbrückt. Ferner weist die Steuerschaltung einen zweiten Diodenkreis mit mindestens einer Diode auf, der den ersten Halbleiterschalter und die induktive Last überbrückt. Der erste Halbleiterschalter ist elektrisch in Reihe mit einem zweiten Halbleiterschalter angeordnet. Der erste und zweite Halbleiterschalter liegen dabei in einem Strompfad der induktiven Last und sind jeweils dazu ausgebildet, den Stromfluss durch die induktive Last zu unterbrechen. Erfindungsgemäß ist die Steuerschaltung mit einer zugehörigen Steuereinheit verbunden, die jeweils mit dem ersten und zweiten Halbleiterschalter verbunden ist. Die Steuereinheit kann dabei unmittelbar in die Steuerschaltung integriert sein oder als separate Einheit ausgebildet sein, die mit der Steuerschaltung verbunden ist. Es besteht jeweils eine separate Verbindung zwischen der Steuereinheit und dem ersten bzw. zweiten Halbleiterschalter, die voneinander galvanisch getrennt sind. Hierdurch sind der erste und der zweite Halbleiterschalter stets einzeln, also unabhängig voneinander, durch die Steuereinheit betätigbar. Hierzu ist die Steuereinheit jeweils mit einem geeigneten Anschluss des ersten und zweiten Halbleiterschalters verbunden, beispielsweise einem Gate-Anschluss.
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Durch die unabhängige Betätigung der Halbleiterschalter ist eine Mehrzahl an definierten Schaltzuständen der Steuerschaltung einstellbar. Durch eine Messung oder Erfassung einer elektrischen Größe und Abgleich mit einem bestimmungsgemäßen Wert der elektrischen Größe für den vorliegenden Schaltzustand ist der Zustand der Steuerschaltung erkennbar. Die unabhängige Betätigung des ersten und zweiten Halbleiterschalters dient somit dazu, eine Diagnosefunktion für die Steuerschaltung bereitzustellen. Insbesondere ist ein nicht bestimmungsgemäßer Zustand des ersten und/oder zweiten Halbleiterschalters diagnostizierbar. Ferner wird hierdurch eine Redundanz an Halbleiterschaltern hergestellt. Auch bei einem Ausfall eines Halbleiterschalters ist durch die separate galvanisch getrennte Ansteuerung ein Durchschlagen eines Defekts eines Halbleiterschalters auf den anderen Halbleiterschalter ausgeschlossen. Infolgedessen liegt eine verbesserte Redundanz vor. Auch bei einem Versagen eines Halbleiterschalters ist der Stromfluss durch die induktive Last mittels des jeweils anderen Halbleiterschalters unterbrechbar. Hierdurch wird ein hohes Maß an Sicherheit erreicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Gate-Anschluss des ersten Halbleiterschalters zur Betätigung mit einem Schaltelement verbunden, das eine galvanisch getrennte Übertragung aufweist. Unter dem Gate-Anschluss ist dabei derjenige Anschluss zu verstehen, durch den ein Strompfad durch den ersten Halbleiterschalter unterbrechbar ist. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der erste Halbleiterschalter als Feldeffekttransistor ausgebildet ist. Bei Halbleiterschaltern, die in anderen Bauformen ausgebildet sind, ist unter dem Gate-Anschluss das entsprechende technische Äquivalent der jeweiligen Bauform zu verstehen. Ein Schaltelement mit galvanisch getrennter Übertragung ist beispielsweise ein Optokoppler, ein Isolationsverstärker oder ein digitaler Koppler. Hierdurch ist für den ersten Halbleiterschalter gegenüber einer Steuereinheit, die über das Schaltelement mit galvanisch getrennter Übertragung mit der Steuerschaltung verbunden ist, ein erhöhtes Spannungsniveau erzielbar. Hierdurch können die Steuerschaltung und die zugehörige Steuereinheit in puncto Spannung unabhängig voneinander dimensioniert werden, was ein hohes Maß an Skalierbarkeit gewährleistet.
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Darüber hinaus kann der Gate-Anschluss des ersten Halbleiterschalters über das Schaltelement mit galvanisch getrennter Übertragung mit einem Source-Anschluss oder einem Drain-Anschluss des ersten Halbleiterschalters verbunden sein. Dies erlaubt in einfacher Weise die Auslegung des ersten Halbleiterschalters für ein Spannungsnivea, das gegenüber den bisher bekannten Lösungen erhöht ist. Gemäß dem Stand der Technik wird in derartigen Schaltungen das Gate-Potential auf Masse gezogen.
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Besonders bevorzugt weist der Halbleiterschalter eine Sperrspannung von bis zu 600 V auf. Eine derartige Sperrspannung erlaubt auch ohne Weiteres den Betrieb von großen induktiven Lasten, beispielsweise besonders leistungsfähigen Magnetspulen, die mit einer Spannung von bis zu 400 V betrieben werden. Die erfindungsgemäße Lösung ist folglich in einfacher Weise skalierbar und weist ein breites mögliches Einsatzspektrum auf.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerschaltung ist dem Gate-Anschluss des ersten Halbleiterschalters mindestens ein Kondensator vorgeschaltet, in dem ausreichend Energie zur Betätigung des zugehörigen Gates des ersten Halbleiterschalters gespeichert ist. Der Kondensator ist insbesondere dazu ausgebildet, eine Gate-Spannung bereitzustellen, so dass der erste Halbleiterschalter während des Betriebs konstant in einem geschlossenen Zustand bleibt. Bei einer Deaktivierung des zweiten Halbleiterschalters wird durch den Kondensator die Gate-Spannung am ersten Halbleiterschalter im Wesentlichen konstant gehalten, so dass der erste Halbleiterschalter aktiviert, also in einem geschlossenen Schaltzustand, bleibt. Dies erlaubt einen sicheren Betrieb, wenn der zweite Halbleiterschalter über eine Pulsweitenmodulationssteuerung, kurz PWM-Steuerung, betrieben wird.
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Darüber hinaus kann dem zweiten Halbleiterschalter eine Messvorrichtung nachgeschaltet sein, die dazu ausgebildet ist, zumindest eine elektrische Größe im Strompfad der induktiven Last zu erfassen und/oder zu messen. Beispielsweise kann die Messvorrichtung als Mess-Shunt oder Messwandler ausgebildet sein, durch den ein Stromfluss im Strompfad der induktiven Last erkennbar ist. Alternativ oder ergänzend können auch andere elektrische Größen erfasst werden. Die Messvorrichtung ist mit der Steuereinheit der Steuerschaltung verbunden und liefert Messdaten an die Steuereinheit. Im Zusammenspiel mit einem bekannten Schaltzustand des ersten und zweiten Halbleiterschalters ist anhand der Messdaten der Messvorrichtung ein ordnungsgemäßer Zustand der Steuerschaltung bzw. ein Defekt in der Steuerschaltung diagnostizierbar. Die erfindungsgemäße Lösung kommt hierbei mit einem Minimum an Messtechnik aus, ohne die Genauigkeit der Diagnose zu beeinträchtigen. Infolgedessen ist die erfindungsgemäße Steuerschaltung auch einfach und wirtschaftlich herstellbar.
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In der erfindungsgemäßen Steuerschaltung ist vorzugsweise der erste und/oder zweite Halbleiterschalter zur Betätigung mittels eines modulierten Signals ausgebildet. Das modulierte Signal ist dabei beispielsweise als Pulsweitenmodulationssignal, kurz PWM-Signal, ausgebildet. Durch eine Pulsweitenmodulation ist ein energiesparender Betrieb der induktiven Last möglich. Beispielsweise kann so eine Haltekraft der Magnetspule, die einen Schütz antreibt, im Dauerbetrieb exakt einstellbar. Hierdurch ist die erfindungsgemäße Steuerschaltung ohne weiteres in bestehende Schaltgeräte integrierbar.
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Die skizzierte Aufgabenstellung wird auch durch ein Verfahren zur Diagnose einer Steuerschaltung gelöst, über die eine induktive Last geschaltet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist bei einer Steuerschaltung anwendbar, die einen ersten und einen zweiten Halbleiterschalter umfasst, die in Reihe in einem Strompfad der induktiven Last angeordnet sind. Die Halbleiterschalter sind dabei mit einer Steuereinheit verbunden, über die die Halbleiterschalter betätigbar sind. Die Halbleiterschalter sind separat mit der Steuereinheit verbunden, so dass eine unabhängige Betätigung der Halbleiterschalter gewährleistet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst einen ersten Schritt, in dem der erste und zweite Halbleiterschalter geöffnet werden. Hierdurch wird ein definierter Ausgangszustand hergestellt, in dem bestimmungsgemäß kein Stromfluss im Strompfad der induktiven Last vorliegt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird der erste Halbleiterschalter geschlossen und im Strompfad der induktiven Last ein Stromfluss gemessen. Erfindungsgemäß wird ein Defekt des zweiten Halbleiterschalters erkannt, wenn nach dem Schließen des ersten Halbleiterschalters im Strompfad der induktiven Last das Vorliegen eines Stromflusses festgestellt wird. Hierdurch wird identifiziert, dass der zweite Halbleiterschalter nicht mehr betätigbar ist und stattdessen permanent leitend ist.
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Alternativ oder ergänzend wird in analoger Weise der erste Halbleiterschalter auf einen Defekt geprüft. Dazu wird zunächst der Ausgangszustand wiederhergestellt, in dem der erste und zweite Halbleiterschalter geöffnet sind. Hierbei wird der erste Halbleiterschalter wieder geöffnet.
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In einem weiteren Schritt wird der zweite Halbleiterschalter geschlossen und ein Stromfluss im Strompfad der induktiven Last erfasst. Der zweite Halbleiterschalter wird in diesem Verfahrensschritt auch wieder geöffnet. Erfindungsgemäß wird ein Defekt des ersten Halbleiterschalters erkannt, wenn nach dem Schließen des zweiten Halbleiterschalters im Strompfad der induktiven Last das Vorliegen eines Stromflusses festgestellt wird. Das Feststellen des Vorliegens eines Stromflusses erfolgt über eine geeignete Messvorrichtung, die in der Steuerschaltung angeordnet ist.
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Unter dem Vorliegen eines Stromflusses ist in beiden Fällen, also beim Prüfen des ersten und zweiten Halbleiterschalters, die Messung einer Stromstärke zu verstehen, die ungleich Null ist und betragsmäßig höher ist als eine übliche Messungenauigkeit der Messvorrichtung oder ein eventueller Kriechstrom. Alternativ oder ergänzend kann der Stromfluss auch durch die Messung eines Spannungsabfalls an der induktiven Last, am ersten und/oder am zweiten Halbleiterschalter erfasst werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine exakte Diagnose der Halbleiterschalter, also der Schaltelemente, die dazu geeignet sind, die induktive Last abzuschalten. Bereits ein Defekt eines einzelnen Halbleiterschalters ist damit zuverlässig und mit einem Minimum an Mess- und Rechenaufwand erkennbar. Diese Einfachheit gewährleistet eine hohe Geschwindigkeit bei der Erkennung eines Defekts, so dass Gegenmaßnahmen schnell einleitbar sind. Folglich können weitergehende Beschädigungen an Geräten, bei denen das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird, vermieden werden. Hierdurch können insbesondere kostenintensive Schäden an Schaltgeräten und/oder den von diesen geschalteten Anlagen vermieden werden. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise bei sicherheitsrelevanten Schaltgeräten als Diagnosefunktion im laufenden Betrieb durchgeführt werden. Dies gewährleistet ein erhöhtes Maß an Sicherheit gegen Komponentenausfälle im entsprechenden sicherheitsgerichteten Schaltgerät.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in einem weiteren Schritt von der Steuereinheit ein Steuersignal zum permanenten Öffnen des ersten und/oder zweiten Halbleiterschalters ausgegeben. Das Steuersignal zum permanenten Öffnen wird ausgegeben, wenn ein Defekt mindestens eines Halbleiterschalters erkannt ist. Unter einem permanenten Öffnen ist dabei ein Öffnen zu verstehen, dass erst durch einen gezielten Eingriff einer übergeordneten Hierarchieebene, beispielsweise einem Benutzer, wieder beendet werden kann. Der Strompfad der induktiven last wird somit unterbrochen und ein gefährlicher Weiterbetrieb der induktiven Last unterbunden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist folglich ohne Weiteres mit einer schnellen und zielgerichteten Gegenmaßnahme im Falle eines Defekts erweiterbar. Die Einleitung der Gegenmaßnahme erfolgt dabei in der Steuereinheit der entsprechenden Steuerschaltung. Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Schaltgerät, das zu einem Automatisierungssystem gehört, stellt die Steuereinheit der Steuerschaltung einer niedrige Hierarchieebene dar. Für das Erkennen eines Defekts und die Einleitung einer geeigneten Gegenmaßnahme ist die Einbeziehung weiterer Hierarchieebenen in einem Automatisierungssystem entbehrlich.
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Ebenso wird die skizzierte Aufgabe von einer Steuereinheit gelöst, die dazu ausgebildet ist, eine Steuerschaltung für eine induktive Last zu steuern. Die Steuereinheit weist geeignete Anschlüsse auf um einen ersten und einen zweiten Halbleiterschalter unabhängig voneinander anzusteuern. Ferner weist die Steuereinheit einen Messsignaleingang auf, der dazu ausgebildet ist, ein Messsignal von einer Messvorrichtung zu empfangen. Die Steuereinheit kann einen Speicher und eine Recheneinheit umfassen, die dazu geeignet sind, ein Programm zu speichern und auszuführen. Das Programm ist zu ausgebildet, bei einer Steuerschaltung, wie beispielsweise oben dargestellt, zumindest eine Ausführungsform des oben beschriebenen Verfahrens durchzuführen. Alternativ oder ergänzend weist die Steuereinheit eine festverdrahtete Schaltung, beispielsweise einen ASIC, auf, die dazu geeignet ist, das erfindungsgemäße Verfahren bei einer entsprechenden Steuerschaltung zu implementieren. Die Steuereinheit kann auch eine Kombination eines Programms und einer entsprechenden festverdrahteten Schaltung aufweisen.
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Ferner wird die zugrundeliegende Aufgabenstellung von einem Schaltgerät gelöst, das dazu ausgebildet ist, eine zumindest einphasige Stromversorgung zu Schalten. Hierzu ist das Schaltgerät mit einer Magnetspule ausgestattet, die über eine Steuerschaltung angesteuert wird. Zum bestimmungsgemäßen Betrieb, der auch eine Diagnosefunktion umfasst, ist das Schaltgerät mit einer oben skizzierten Steuereinheit versehen, mit der das erfindungsgemäße Verfahren implementierbar ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand einzelner Ausführungsformen beschrieben. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen sind dabei untereinander kombinierbar. Es zeigt im Einzelnen:
- 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerschaltung;
- 2 einen Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens;
- 3 eine elektrotechnische Anwendung mit einem erfindungsgemäßen Schaltgerät.
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1 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung 10, die dazu ausgebildet ist, eine induktive Last 12 zu schalten. Die induktive Last 12 ist dabei als Magnetspule eines nicht näher dargestellten Schaltgeräts 60 ausgebildet. Die induktive Last 12 wird über einen Strompfad 11 mit Strom versorgt, in dem ein erster und ein zweiter Halbleiterschalter 20, 30 in Reihe angeordnet sind. Der erste Halbleiterschalter 20 wird von einem ersten Diodenkreis 14 überbrückt, der eine erste Freilaufdiode 13 umfasst, die als Zenerdiode ausgebildet ist. Ferner ist in der Steuerschaltung 10 ein zweiter Diodenkreis 16 angeordnet, der eine zweite Freilaufdiode 15 umfasst. Der erste und zweite Diodenkreis 14, 16 dienen jeweils dazu, beim Trennen des Strompfads 11 durch den ersten und/oder zweiten Halbleiterschalter 20, 30 die induktive Last 12 schnell zu entregen, also stromfrei zu machen. Der zweite Diodenkreis 16 erlaubt einen Freilauf des Stroms durch die induktive Last. Der Strompfad 11 führt über einen Source-Anschluss 24 und einen Drain-Anschluss 26 des ersten Halbleiterschalters 20. Der erste Halbleiterschalter 20 ist in 1 ein Feldeffekttransistor und ist dazu ausgebildet, durch eine entsprechende Betätigung am Gate-Anschluss 22, also Anlegen einer entsprechenden Gate-Spannung 23, den Strompfad 11 zu schließen. Dem Gate-Anschluss 22 ist mindestens ein Kondensator 28 vorgeschaltet, der eine Kondensatorspannung 27 bereitstellt. Die Kondensatorspannung 27 ist dazu geeignet, im Zusammenspiel mit einer Diode 17 und einem Widerstand 18 zusammenzuwirken um so die zur Betätigung des Gate-Anschlusses 22 notwendige Gate-Spannung 23 bereitzustellen. Dabei ist der Widerstand 18 hochohmig ausgebildet um den an der induktiven Last 12 vorbeifließenden Strom zu begrenzen. Durch die Diode 18 wird ein Entladen des Kondensators 28 verhindert. Der weitere Kondensator 29 ist unmittelbar mit einem Schaltelement 42 mit galvanisch getrennter Übertragung verbunden und dient dazu, dieses zu entprellen. Unter dem Schaltelement 42 mit galvanischer getrennter Übertragung ist ein Schalter zu verstehen, bei dem ein eingehendes Signal 48 von einem ausgehenden Signal 49 galvanisch getrennt ist. Das Schaltelement 42 mit galvanisch getrennter Übertragung ist in 1 als Optokoppler ausgebildet, bei dem das eingehende Signal 48 durch eine optische Übertragung 41 ein ausgehendes Signal 49 hervorruft. Das Schaltelement 42 mit galvanisch getrennter Übertragung ist auf seiner Ausgangsseite 51 mit dem Gate-Anschluss 22 des ersten Halbleiterschalters 20 verbunden und auf seiner Eingangsseite 51 mit einer Steuereinheit 40. Die Steuereinheit 40 ist dazu ausgebildet, ein Steuersignal 43 auszugeben, das als eingehendes Signal 48 über das Schaltelement 42 mit galvanisch getrennter Übertragung eine Betätigung des Gate-Anschlusses 22 des ersten Halbleiterschalters 20 hervorruft. Somit wird der erste Halbleiterschalter 20 durch die Steuereinheit 40 geöffnet oder geschlossen. Ferner wird über eine Diode 19, die zwischen dem Gate-Anschluss 22 und dem Source-Anschluss 24 des ersten Halbleiterschalters 20 die dort vorliegende Gate-Source-Spannung begrenzt.
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Der zweite Halbleiterschalter 30 im Strompfad 11 der induktiven Last 12 ist auch dazu geeignet, den Strompfad 11 zu unterbrechen. Der zweite Halbleiterschalter 30 ist dabei mit einem zweiten Source-Anschluss 34 und Drain-Anschluss 36 in den Strompfad 11 geschaltet. Der Gate-Anschluss 32 des zweiten Halbleiterschalters 30 ist über eine Signalleitung 38 mit der Steuereinheit 40 gekoppelt. Die Steuereinheit 40 ist dazu ausgebildet, den Gate-Anschluss 32 über ein Steuersignal 43 zu betätigen, also einen Stromfluss 45 durch den zweiten Halbleiterschalter 30 zu ermöglichen oder zu unterbinden. Das Steuersignal 43 von der Steuereinheit 40 zum Gateanschluss 32 des zweiten Halbleiterschalters 30 ist dabei als moduliertes Signal 47 ausgebildet. Die Steuereinheit 40 ist dazu ausgebildet, die jeweiligen Steuersignale 43 an den ersten und zweiten Halbleiterschalter 20, 30 unabhängig voneinander auszugeben. Es besteht kein schaltungslogischer Zusammenhang zwischen den Betätigungen der Gate-Anschlüsse 22, 32 der Halbleiterschalter 20, 30. Im bestimmungsgemäßen Betrieb der Steuerschaltung 10 in 1 wird die Ausgabe von Steuersignalen 43 an den ersten und zweiten Halbleiterschalter 20, 30 durch ein Verfahren 100 vorgegeben. Das Verfahren 100 ist jeweils ganz oder teilweise durch ein Computerprogrammprodukt 80 umsetzbar oder durch eine feste Verdrahtung 85, die in die Steuereinheit 40 implementiert sind. Das Verfahren 100 stützt sich dabei auch auf zumindest ein Messsignal 46, das durch eine Messvorrichtung 44 erzeugt wird. Die Messvorrichtung 44 ist in Reihe mit dem ersten und zweiten Halbleiterschalter 44 derart im Strompfad 11 angeordnet, dass ein Stromfluss 45 im Strompfad 11 feststellbar bzw. messbar ist.
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Basierend hierauf sind beliebige Schaltzustände des ersten und zweiten Halbleiterschalters 20, 30, und damit Schaltzustände der Steuerschaltung 10 herstellbar. In der Steuereinheit 40 ist für jeden Schaltzustand hinterlegt, ob im Strompfad 11 bestimmungsgemäß ein Stromfluss 45 vorliegt oder nicht. Durch systematisches Einnehmen unterschiedlicher Schaltzustände des ersten und zweiten Halbleiterschalters 20, 30 und Erfassen des Stromflusses 45 im Strompfad 11 ist ein Defekt des ersten oder zweiten Halbleiterschalters 20, 30 erkennbar.
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In 2 ist schematisch der Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens 100 dargestellt. Das Verfahren 100 wird mittels einer Steuereinheit 40, wie beispielsweise in 1 dargestellt, umgesetzt. Die Umsetzung des Verfahrens 100 in der Steuereinheit 40 erfolgt dabei über ein dazu ausgebildetes Computerprogrammprodukt 80 und/oder eine feste Verdrahtung 85, die in der Steuereinheit 40 gespeichert bzw. angeordnet sind. Im Verfahren 100 wird in einem ersten Schritt 110 eine Steuerschaltung 10 zur Schaltung einer induktiven Last 12 bereitgestellt. In der Steuerschaltung 10 sind ein erster und ein zweiter Halbleiterschalter 20, 30 in Reihe angeordnet und über die Steuereinheit 40 unabhängig voneinander, also separat, betätigbar. Im ersten Schritt 110 werden der erste und zweite Halbleiterschalter 20, 30 geöffnet und somit ein definierter Ausgangszustand für das Verfahren 100 hergestellt, in dem bestimmungsgemäß ein Stromfluss 45 durch die Steuerschaltung 10 unterbrochen wird.
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In einem anschließenden zweiten Schritt 120 erfolgt ein Schließen des ersten Halbleiterschalters 20 durch Ausgeben eines entsprechenden Steuersignals 43 von der Steuereinheit 40. Ferner wird im zweiten Schritt 120 mittels einer Messvorrichtung 45 erfasst, ob im Strompfad 11 der induktiven Last 12 ein Stromfluss 45 vorliegt. Abhängig davon, ob im zweiten Schritt 120 ein Stromfluss 45 im Strompfad 11 der induktiven Last 12 erfasst wird, ergibt sich eine Verzweigung 125 des Verfahrensablaufs und es folgt ein dritter Schritt 130 oder ein vierter Schritt 140.
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Wird im zweiten Schritt 120 das Vorliegen eines Stromflusses im Strompfad 11 der induktiven Last 12 von der Steuereinheit 40 mittels der Messvorrichtung 44 erfasst, wird dadurch erkannt, dass im zweiten Halbleiterschalter 30 ein Defekt vorliegt. Der Defekt des zweiten Halbleiterschalters 30 ist dabei derart ausgebildet, dass dieser im vorliegenden Schaltzustand bestimmungswidrig stromleitend ist, was beispielsweise für ein sogenanntes Durchlegieren typisch ist. Der erfasste Defekt des zweiten Halbleiterschalters 30 stellt eine durch die Steuereinheit 40 berichtbare Information für einen Benutzer oder eine übergeordnete Steuerinstanz dar.
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Wird im zweiten Schritt 120 kein Stromfluss 45 im Strompfad 11 der induktiven Last 12 erfasst, schließt sich der dritte Schritt 130 an. Im dritten Schritt 130 wird der erste Halbleiterschalter 20 wieder geöffnet und der zweite Halbleiterschalter 30 geschlossen. Das Öffnen und Schließen der Halbleiterschalter 20, 30 erfolgt dabei über entsprechende Steuersignale 43, die von der Steuereinheit 40 separat an den ersten und zweiten Halbleiterschalter 20, 30 gesendet werden. Darauf wird im dritten Schritt 130 erfasst, ob im Strompfad 11 der induktiven Last 12 bei nunmehr geschlossenem zweiten Halbleiterschalter 30 und geöffnetem erstem Halbleiterschalter 20 ein Stromfluss 45 vorliegt. Abhängig davon, ob im dritten Schritt 130 ein Stromfluss 45 im Strompfad der induktiven Last 12 erfasst wird, ergibt sich eine zweite Verzweigung 135 des Verfahrensablaufs.
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Wird im dritten Schritt 130 ein Stromfluss 45 im Strompfad 11 der induktiven Last 12 erfasst, wird dadurch in einem fünften Schritt 150 ein Defekt des ersten Halbleiterschalters 20 erkannt. Der Defekt des ersten Halbleiterschalters 20 ist dabei derart ausgebildet, dass dieser im vorliegenden Schaltzustand bestimmungswidrig stromleitend ist, was beispielsweise für ein sogenanntes Durchlegieren typisch ist. Der erfasste Defekt des ersten Halbleiterschalters 20 stellt eine durch die Steuereinheit 40 berichtbare Information für einen Benutzer oder eine übergeordnete Steuerinstanz dar.
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Wenn im dritten Schritt 130 kein Vorliegen eines Stromflusses 45 im Strompfad 11 der induktiven Last 12 erfasst wird, folgt ein sechster Schritt 160. Im sechsten Schritt 160 findet ein Dauerbetrieb der Steuerschaltung 10 in einem nicht näher dargestellten Schaltgerät 60 statt. Es folgt darauf eine dritte Verzweigung 165 im Verfahrensablauf. Wenn der Dauerbetrieb aus dem sechsten Schritt 160 eingestellt wird, stellt sich ein Endzustand 200 des Verfahrens 100 ein. Alternativ wird eine erneute Durchführung des Verfahrens 100 angefordert. Durch eine Rückführungsschleife 170 wird das Verfahren 100 in den definierten Ausgangszustand im ersten Schritt 110 versetzt und ein erneuter Durchlauf eingeleitet.
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3 zeigt schematisch ein Schaltgerät 60, das mit einer Stromversorgung 62 verbunden ist, mit der eine elektrotechnische Anwendung 64 versorgt wird. Die elektrotechnische Anwendung 64 ist dabei als Elektromotor ausgebildet. Die Stromversorgung 62 umfasst drei Phasen 63, die über das Schaltgerät 60 geschaltet werden. Das Schaltgerät 60 weist dazu eine erfindungsgemäße Steuerschaltung 10 auf, über die eine als Magnetspule ausgebildete induktive Last 12 geschaltet wird. Mittels der Magnetspule erfolgt das Unterbrechen und Schließen der Stromversorgung 62. Die erfindungsgemäße Steuerschaltung 10 ist dabei mit einer nicht näher dargestellten erfindungsgemäßen Steuereinheit 40 gekoppelt, auf der über ein Computerprogrammprodukt 80 und/oder eine festverdrahtete Schaltung 85 das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren 100 umgesetzt wird. Die Steuereinheit 40 ist in 3 als separate Komponente ausgebildet, die mit dem Schaltgerät 60 gekoppelt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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