本發(fā)明涉及用于例如在機動車輛中對電子開關(guān)進行過電流保護的方法和裝置，以及涉及用于執(zhí)行所述方法的計算機程序。

背景技術(shù)：

在機動車輛中，大多使用晶體管、例如雙極型晶體管或mosfet晶體管（金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管）作為開關(guān)，用于操控負(fù)載、例如閥門、噴射器或執(zhí)行元件。對這樣的開關(guān)的操控大多經(jīng)由微控制器或控制設(shè)備進行。對于機動車輛的無錯誤運行非常重要的是，保護這樣的開關(guān)免受過電流和從而免受所引起的缺陷。

例如由us2015/0123629a1已知用于場效應(yīng)晶體管的過電流保護。為此目的，確定mosfet的電壓、例如漏極源極電壓降。如果所確定的電壓達到參考值，那么輸出過電流信號，并且接著切斷mosfet。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

按照本發(fā)明，建議具有獨立專利權(quán)利要求的特征的用于（例如在機動車輛中）對電子開關(guān)、尤其半導(dǎo)體開關(guān)進行過電流保護的方法和裝置以及用于執(zhí)行所述方法的計算機程序。有利的擴展方案是從屬權(quán)利要求以及隨后的描述的主題。

用于過電流保護的裝置尤其在硬件技術(shù)上和/或在程序技術(shù)上被設(shè)立用于，執(zhí)行按照本發(fā)明的方法的優(yōu)選的實施方式。從隨后的描述中以類似的方式得出用于過電流保護的所述方法以及所述裝置的擴展方案。

適宜地，晶體管、尤其雙極型晶體管或mosfet晶體管被用作電子開關(guān)，并且在本發(fā)明的范圍中被保護免受過電流。借助于開關(guān)，在運行中尤其操控負(fù)載，以機動車輛為例，例如閥門、噴射器或執(zhí)行元件。電子開關(guān)尤其由微控制器操控、也即接通和關(guān)斷。微控制器可以集成到（機動車輛的）控制設(shè)備中、例如集成在電動機控制設(shè)備中。

本發(fā)明的核心是，使用所謂的全局時間管理模塊作為信號處理模塊用于對尤其構(gòu)造為晶體管的開關(guān)進行過電流保護。這樣的全局時間管理模塊以名稱“全局定時器模塊（globaltimermodule）”或“通用定時器模塊（generictimermodule）”（gtm）由申請人銷售。這樣的全局時間管理模塊（在下文中也稱作gtm）尤其可以被理解為計時器模塊或時間管理模塊，借助于所述計時器模塊或時間管理模塊，不僅可以基于硬件地而且可以基于軟件地執(zhí)行信號處理。

為了處理輸入信號，所述gtm具有特殊的硬件模塊以及計算核心或處理器核心、例如所謂的risc核心（精簡指令集計算（reducedinstructionsetcomputing））和/或可編程狀態(tài)機（zustandsmaschinen）。在本發(fā)明的范圍內(nèi)所使用的gtm模塊至少包括以下硬件模塊：路由單元（高級路由單元（advancedroutingunit、aru））、輸入模塊（所謂的定時器輸入模塊（timerinputmodule、tim））、多通道定序器模塊（所謂的多通道定序器（multichannelsequencer、mcs））和輸出模塊（所謂的高級定時器輸出模塊（advancedtimeroutputmodule、atom））。一方面，輸入模塊tim和多通道定序器模塊mcs經(jīng)由路由單元以數(shù)據(jù)傳輸方式彼此連接，并且另一方面，多通道定序器模塊mcs和輸出模塊atom經(jīng)由路由單元同樣以數(shù)據(jù)傳輸方式連接。

輸入模塊tim尤其被設(shè)置為用于接收信號的模塊。tim為此目的例如可以與信號處理模塊的輸入引腳或反饋引腳連接。

輸出模塊atom適宜地被設(shè)置為用于發(fā)出信號的模塊。電子開關(guān)尤其可以通過所發(fā)出的信號相應(yīng)地被操控。atom適宜地具有輸出引腳，相應(yīng)的信號可以經(jīng)由所述輸出引腳被發(fā)出給與gtm連接的組件。

多通道定序器模塊mcs尤其被設(shè)置為數(shù)據(jù)處理模塊，所述數(shù)據(jù)處理模塊進一步處理輸入模塊tim的信息，并且將相應(yīng)的結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)給atom。為此目的，mcs尤其可以具有處理器核心、適宜地risc核心以及具有存儲單元、例如ram存儲器或閃存（flash）存儲器。由于gtm的模塊化結(jié)構(gòu)，多通道定序器模塊mcs尤其不具有至輸入引腳或輸出引腳的直接連接。輸入模塊或者輸出模塊分別用作在引腳和mcs之間的傳送器（vermittler）。

路由單元aru被設(shè)置用于gtm的各個模塊彼此間通信或者傳輸數(shù)據(jù)。為此目的，路由單元aru執(zhí)行與該路由單元aru以數(shù)據(jù)傳輸方式連接的模塊、也即輸入模塊tim、多通道定序器模塊mcs和輸出模塊atom的仲裁。在所述仲裁過程中，路由單元aru管理：各個模塊什么時候可以彼此通信以及交換數(shù)據(jù)。適宜地，路由單元允許與該路由單元連接的各個模塊相繼地以確定的順序傳輸數(shù)據(jù)。通過路由單元aru使gtm的各個模塊靈活地并且可配置地彼此連接，并且實現(xiàn)gtm的各個模塊的并行工作方式，由此高數(shù)量的要求可以在短時間之內(nèi)被滿足（bedient）。尤其通過由aru執(zhí)行的仲裁可以保證各個模塊以用于傳輸消息的最大等待時間進行確定性通信。

對于全局時間管理模塊gtm的更詳細的闡述，應(yīng)在這一點上參考申請人的公開文獻de102010003530a1，所述公開文獻一般而言描述稱作“定時器模塊”的gtm。

在本方法的范圍中，由測量單元確定開關(guān)的電參量，并且與閾值比較。如果電參量達到或超過閾值，那么由測量單元產(chǎn)生信號，并且作為輸入信號傳送給構(gòu)造為全局時間管理模塊gtm的信號處理模塊。測量單元可以優(yōu)選地被構(gòu)造為比較器或比較元件。

輸入信號在信號處理模塊中由輸入模塊接收，接著由輸入模塊產(chǎn)生接收信息，并且經(jīng)由路由單元aru轉(zhuǎn)發(fā)給多通道定序器模塊。輸入信號尤其被傳送給信號處理模塊的輸入引腳或者反饋引腳，所述輸入引腳或者反饋引腳由輸入模塊tim監(jiān)控。例如如果上升沿施加在輸入引腳上，那么在tim中生成相應(yīng)的事件，并且產(chǎn)生相應(yīng)的接收信息并且經(jīng)由路由單元aru轉(zhuǎn)發(fā)給多通道定序器模塊mcs。

由多通道定序器模塊mcs根據(jù)接收信息產(chǎn)生輸出信息，并且經(jīng)由路由單元aru轉(zhuǎn)發(fā)給輸出模塊atom。為此目的，可以由mcs尤其基于硬件地和/或基于軟件地實施過程，所述過程產(chǎn)生輸出信息并且寫入mcs的存儲器中、尤其寫入ram存儲器中。

輸出模塊atom根據(jù)輸出信息產(chǎn)生輸出信號，由此開關(guān)被操控，并且用于對開關(guān)進行過電流保護的保護措施被執(zhí)行。有利地，開關(guān)作為保護措施被切斷，以便有效地保護所述開關(guān)免受過電流。輸出信號適宜地被施加在與atom連接的輸出引腳上。

對于過電流保護，在本發(fā)明的范圍中尤其不需要使用中斷。而對于傳統(tǒng)的過電流保護措施，大多將中斷發(fā)出給微控制器的處理器單元，所述微控制器被設(shè)置用于操控開關(guān)。然而由處理器單元執(zhí)行這樣的中斷一般而言不是確定性的，因此在傳統(tǒng)過電流保護措施的過程中不能或者幾乎不能保證：可以實時地或者在預(yù)先給定的時間間隔之內(nèi)執(zhí)行相應(yīng)的對策（gegenma?nahme）。

與此相比，通過使用用于對開關(guān)進行過電流保護的gtm尤其可以保證：在預(yù)先給定的時間間隔之內(nèi)對過電壓或過電流作出反應(yīng)，并且執(zhí)行相應(yīng)的保護措施。尤其可以在探測到過電流之后10μs執(zhí)行對策。因為通過由路由單元aru所執(zhí)行的仲裁可以保證gtm的各個模塊以最大等待時間進行確定性通信，所以可以保證在探測tim處的輸入信號與在atom上施加輸出信號之間、尤其在在輸入引腳處產(chǎn)生事件與在輸出引腳上施加輸出信號之間的最大反應(yīng)時間。

此外，微控制器可以通過使用全局時間管理模塊被減輕負(fù)荷（entlastet）。通過gtm的模塊化結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)高的靈活性。尤其可以gtm的硬件模塊的特殊（spezielle）配置適配于相應(yīng)的要求或者適配于要由gtm執(zhí)行的操作。gtm因此可以執(zhí)行對于過電流保護所需要的相應(yīng)操作，而為此不向微控制器的處理器單元發(fā)出中斷。

本發(fā)明尤其適用于機動車輛中的離散輸出級（diskreteendstufen），并且在短路的情況下避免這樣的輸出級破壞。本發(fā)明尤其適用于用于操控負(fù)載的單開關(guān)，其不能經(jīng)由集成式輸出級被控制。簡單的標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)、適宜地標(biāo)準(zhǔn)晶體管尤其可以被用作輸出級或者被用作輸出級晶體管（endstufentransistor），而不必實現(xiàn)用于過電流保護的昂貴的保護電路。

電參量的閾值尤其表征用于通過開關(guān)的負(fù)載電流的（下）極限值，所述極限值對應(yīng)于過電流，并且從所述極限值起開關(guān)可能受損壞。極限值例如可以為50ma。在電流在所述極限值之上時，尤其執(zhí)行保護措施，并且優(yōu)選地切斷開關(guān)。在所述閾值之下，不必一定執(zhí)行特別的措施。這里（例如作為變通方案（workaround）或者備用措施）可能足夠的是，僅限制短路的影響（auswirkungen）。開關(guān)為此目的例如可以被使用用于限制短路電流，例如其方式是構(gòu)造為晶體管的開關(guān)經(jīng)由電阻作為模擬電流源或者恒流源限制短路電流。

適宜地，gtm可以被用作微控制器之內(nèi)的模塊，由此可以減輕微控制器的cpu的快速和復(fù)雜的實時控制功能（von…entlastet），所述實時控制功能可以通過gtm的并行工作的硬件單元來實施。gtm因此負(fù)責(zé)簡單的和復(fù)雜的定時器輸入和定時器輸出。

gtm特點尤其在于，可以基于硬件地或者在硬件層面上通過硬件構(gòu)件的使用和特殊布線、而不僅僅通過所實施的軟件或者微代碼來實施功能性、數(shù)據(jù)處理、過程或者運算操作（rechenoperationen）。為此目的，gtm尤其具有risc核心（精簡指令集計算（reducedinstructionsetcomputing））和/或可編程狀態(tài)機，以便基于硬件地實施確定的功能性。

可編程狀態(tài)機可以并行地工作，而在此不影響微控制器的處理器核心的負(fù)荷（auslastung）（負(fù)載（load））。狀態(tài)機是時序系統(tǒng)（sequentiellessystem），所述時序系統(tǒng)以預(yù)先確定的順序經(jīng)歷確定的狀態(tài)。為此目的，狀態(tài)機尤其具有存儲器和組合邏輯電路，尤其用于檢測輸入或者輸入條件并且創(chuàng)建（erstellen）輸出。借助于組合邏輯電路，尤其根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)和所檢測的輸入，來確定狀態(tài)機的下一狀態(tài)。例如基于eprom或eeprom存儲器的使用，可編程（和可擦除）邏輯裝置（pld）可以被用作組合邏輯電路。因此，可以在一個唯一的芯片上實現(xiàn)大數(shù)量的邏輯功能。

risc核心尤其被用于處理數(shù)據(jù)和產(chǎn)生復(fù)雜的輸出序列。risc核心是所設(shè)計的特殊處理器核心，對于所述處理器核心使用經(jīng)簡化的指令集，并且所述處理器核心的硬件架構(gòu)根據(jù)所述指令集被適配，使得指令集的各個指令可以以高的效率快速地被實施。對于一個指令的實施，大多僅需要一個時鐘脈沖（takt）。因此能夠?qū)崿F(xiàn)高的時鐘頻率。

通過使用這樣的risc核心和/或可編程狀態(tài)機、尤其通過使用大量自給自足的risc核心，能夠?qū)崿F(xiàn)有效的并行數(shù)據(jù)處理，所述自給自足的risc核心可以經(jīng)由aru直接地訪問tim和atom。通過與aru連接的模塊的仲裁并且通過aru的所定義的所確定的循環(huán)時間以及通過mcs中的所決定的（determinierte）程序執(zhí)行，可以保證gtm的確定性架構(gòu)。

有利地，路由單元aru允許與所述路由單元aru以數(shù)據(jù)傳輸方式連接的各個模塊（tim、mcs、atom）相繼地按照循環(huán)方法或者循環(huán)賽方法（round-robin-verfahren）傳輸數(shù)據(jù)。在其過程中相繼地給各個模塊分派時隙，在所述時隙的過程中模塊可以彼此通信。以這種方式，可以保證模塊彼此間的確定性通信，并且作為用于模塊彼此間傳遞數(shù)據(jù)的最大等待時間，可以保證所謂的“往返時間（roundtriptime）”（rtt），其中所述最大等待時間尤其僅取決于與aru以數(shù)據(jù)傳輸方式連接的模塊的數(shù)量。有利地，信號處理模塊集成到機動車輛的控制設(shè)備中或微控制器中、優(yōu)選地集成到微控制器中，所述微控制器被設(shè)置用于操控開關(guān)。因此，過電流保護可以從微控制器的處理器單元被轉(zhuǎn)移到信號處理模塊中，由此可以可靠地和確定性地執(zhí)行過電流保護，并且由此可以提供處理器單元的計算容量用于其他運算操作。

可替代地或附加地，測量單元可以優(yōu)選地集成到微控制器中或者控制設(shè)備中。為此目的，例如具有可編程閾的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器或可編程比較器可以集成在微控制器中。適宜地，不僅測量單元和信號處理模塊而且開關(guān)均可以集成到控制設(shè)備中，尤其集成到電動機控制設(shè)備中。

優(yōu)選地，作為開關(guān)的電參量，確定通過開關(guān)的負(fù)載電流。為此目的，可以檢測在分流電阻處的電壓降，并且由此確定負(fù)載電流。如果超過作為閾值的負(fù)載電流的允許最大值，那么可以推斷出過電流，并且由測量單元產(chǎn)生輸入信號。

優(yōu)選地，作為開關(guān)的電參量，確定構(gòu)造為mosfet晶體管的開關(guān)的漏極和源極之間的電壓降和/或構(gòu)造為雙極型晶體管的開關(guān)的集電極和發(fā)射極之間的電壓降。相應(yīng)的閾值尤其表征表明過電流的電壓降。電壓降適宜地在接通開關(guān)之后并且尤其僅在激活的開關(guān)的情況下只有在預(yù)先確定的時間間隔之后才被確定。

尤其當(dāng)進行實施的控制設(shè)備還被用于其他任務(wù)，并且因此反正是存在的時，以計算機程序的形式實現(xiàn)本方法也是有利的，因為這引起特別低的成本。用于提供計算機程序的適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)載體尤其是磁存儲器、光學(xué)存儲器和電存儲器、諸如硬盤、閃存存儲器、eeprom、dvd以及其他等等。經(jīng)由計算機網(wǎng)絡(luò)（因特網(wǎng)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)等）下載程序也是可能的。

從說明書和附圖中得出本發(fā)明的其他優(yōu)點和擴展方案。

本發(fā)明根據(jù)實施例在附圖中示意性地示出，并且在下文中參照附圖被描述。

附圖說明

圖1示意性地示出機動車輛的控制設(shè)備，所述控制設(shè)備分別具有按照本發(fā)明的裝置的一種優(yōu)選的擴展方案，所述裝置被設(shè)立用于，執(zhí)行按照本發(fā)明的方法的優(yōu)選的實施方式。

圖2示意性地示出按照本發(fā)明的裝置的一種優(yōu)選的擴展方案的信號處理模塊，所述裝置被設(shè)立用于，執(zhí)行按照本發(fā)明的方法的優(yōu)選的實施方式。

具體實施方式

圖中相同的附圖標(biāo)記分別表示相同的或相同地起作用的元件。

在圖1a和1b中分別示意性地示出了機動車輛的控制設(shè)備100或者100'。示例性地，控制設(shè)備100或者100'可以分別被構(gòu)造為電動機控制設(shè)備。

控制設(shè)備100或者100'具有構(gòu)造為mosfet晶體管的電子開關(guān)110，負(fù)載101、例如內(nèi)燃機的噴射器可以經(jīng)由所述電子開關(guān)110被操控。為此目的，晶體管110相應(yīng)地由微控制器130操控、也即接通和關(guān)斷。

為了保證晶體管110的過電流保護，微控制器130被設(shè)立用于執(zhí)行按照本發(fā)明的方法的優(yōu)選的實施方式。為此目的，微控制器130具有信號處理模塊200，并且控制設(shè)備100具有構(gòu)造為比較器的測量單元120。

在該方法的過程中，比較器120確定晶體管110的電參量，并且將所述電參量與閾值比較。閾值在此表征通過晶體管110的最大允許電流，從所述最大允許電流起應(yīng)當(dāng)執(zhí)行用于對晶體管110進行過電流保護的保護措施。

如果電參量達到或超過閾值，那么比較器120產(chǎn)生輸入信號，并且將所述輸入信號傳送給微控制器130的輸入引腳或反饋引腳（feedback-pin）131。所述輸入信號由信號處理模塊200分析，由此產(chǎn)生輸出信號，并且施加到微控制器130的輸出引腳132上。

通過施加在輸出引腳132上的輸出信號來操控晶體管110，使得用于過電流保護的保護措施被執(zhí)行，并且晶體管110被切斷。

在按照圖1a的控制設(shè)備中，晶體管110與分流電阻125串聯(lián)。按照本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式，測量單元120在該情況下確定通過晶體管110的負(fù)載電流作為電參量。為此目的，在分流電阻125處的電壓降在測量技術(shù)上被檢測，并且從中確定負(fù)載電流。如果負(fù)載電流超過相應(yīng)的閾值或者允許最大值，那么比較器120將輸入信號發(fā)出給微控制器130。

在按照圖1b的控制設(shè)備100'中，與圖1a的示例相比，不設(shè)置分流電阻。測量單元120在該情況下布置在負(fù)載和晶體管之間，并且按照另一優(yōu)選的實施方案確定在mosfet晶體管110的漏極和源極之間的電壓降作為電參量。如果所述電壓降超過閾值或者最大值，那么輸入信號被發(fā)出。

在圖2中在一種優(yōu)選的擴展方案中示意性地示出了信號處理模塊200。在下文中，關(guān)于圖2闡述，輸入信號在該方法的過程中如何由信號處理模塊200處理。

信號處理模塊200被構(gòu)造為全局時間管理模塊（全局定時器模塊（globaltimermodule）、通用定時器模塊（generictimermodule）gtm）。所述gtm200具有路由單元（高級路由單元（advancedroutingunit，aru））240，所述路由單元被設(shè)置用于gtm200的各個模塊彼此間通信。

多通道定序器模塊（multichannelsequencer（多通道定序器），mcs）220被設(shè)置用于執(zhí)行運算操作或者應(yīng)用軟件，并且可以具有一個或多個處理器核心、例如risc核心以及具有存儲單元、尤其ram存儲器。

多通道定序器模塊mcs220經(jīng)由路由單元aru240與輸入模塊（定時器輸入模塊（timerinputmodule，tim））210和輸出模塊（高級定時器輸出模塊（advancedtimeroutputmodule，atom））230以數(shù)據(jù)傳輸方式連接。

為了在tim210、mcs220和atom230之間傳輸數(shù)據(jù)，路由單元aru240執(zhí)行各個模塊210、220和230的仲裁（arbitrierung）。為此目的，路由單元aru240在循環(huán)（rundlauf）方法的過程中將時隙分派給所述模塊210、220和230中的每一個，在所述時隙期間各個模塊可以彼此通信。以這種方式，保證各個模塊210、220和230以用于傳輸消息的最大等待時間（latenzzeit）進行確定性（deterministische）通信。

輸入模塊tim210監(jiān)控微控制器的輸入引腳131。如果輸入信號施加在輸入引腳131上，例如如果上升沿施加在輸入引腳131上，那么在輸入模塊tim210中生成相應(yīng)的事件。尤其由輸入模塊tim210產(chǎn)生接收信息，并且經(jīng)由路由單元aru240轉(zhuǎn)發(fā)給多通道定序器模塊mcs220，這通過附圖標(biāo)記211表明。

根據(jù)接收信息，由多通道定序器模塊mcs220產(chǎn)生輸出信息，并且經(jīng)由路由單元aru240轉(zhuǎn)發(fā)給輸出模塊atom230，這通過附圖標(biāo)記221表明。

輸出模塊atom230根據(jù)輸出信息產(chǎn)生輸出信號，并且將所述輸出信號轉(zhuǎn)發(fā)給輸出引腳132，由此開關(guān)110相應(yīng)地被操控和切斷（abgeschaltet）。