CN105706193A - 用于车辆中的感应负载的电流调节器 - Google Patents

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CN105706193A CN201480061406.9A CN201480061406A CN105706193A CN 105706193 A CN105706193 A CN 105706193A CN 201480061406 A CN201480061406 A CN 201480061406A CN 105706193 A CN105706193 A CN 105706193A
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Abstract

本发明涉及一种用于车辆中的感应负载(ZL)的电流调节器(1A),具有:评估和控制单元(22);至少一个与感应负载(ZL)串联形成回路的断路器(T2),其连接用于为感应负载(ZL)充磁;续流装置(10A),其在断开断路器(T2)时引起感应负载(ZL)的退磁;和测量装置(24),其测定通过感应负载(ZL)的电流(IL)的当前的电流值。根据本发明,续流装置(10A)包括至少一个开关(TF1),其能够实现在感应负载(ZL)处的至少两个有效的续流电压之间的转换,其中,评估和控制单元(22)在额定值预设改变的基础上经由驱控信号(GHS,GLS)设定通过感应负载(ZL)的电流(IL),这些驱控信号施加在至少一个断路器(T2)和续流装置(10A)的至少一个开关(TF1)上。

Description

用于车辆中的感应负载的电流调节器
技术领域
本发明涉及一种根据独立权利要求1的类别的用于车辆中的感应负载的电流调节器。
背景技术
在来自现有技术的已知的电流调节器中,在最简单的情况下应用二极管作为用于感应负载的续流。当应当减小续流电压的时候,能够作为替换地也采用场效应晶体管作为接入的二极管。充磁持续的时间基本上通过有效的灭弧电压或者续流电压确定。在此适用的是,该电压越大,该过程持续时间越长。为了实现电感或者因此的动态的系统中的能量的更快的衰退,在可能的情况下应用有源的钳位。在此,通常为接入的输出级设置附加的齐纳二极管链。低侧调节器的实例意味着,用于为电感负载充磁的输出级接地,从而在电感负载上施加电池电压。为了使感应负载退磁而断开输出级,并且输出端的电压升高到设定的钳位电压。随后在该电压的情况下输出级由于设定的钳位电压而导通,并且只要有电流流动就保持电压。在此的缺点在于,续流电压取决于电池电压。这意味着,电池电压越高,结果的续流电压就越低。在低电池电压的情况下得到非常高的续流电压,并且因此有可能得到比期望的更快的退磁。
可替换地也能够经由电阻实现退磁,然而这导致了过大的取决于电流的退磁时间。作为上述方法的另外的主要缺点,能够注意到灭弧元件中的高的局域出现的损失。特别地在PWM应用中,其通常要求附加的措施用以散热。
在DE102005027442B4中描述了例如用于快速接入感应负载的电路装置。该电路装置包括至少一个高侧开关、至少一个续流二极管和至少一个构造为限制器二极管的钳位电路,该高侧开关利用其控制的路线与负载串联布置并且布置在具有第一供应电势的供应端口和具有相对第一供应电势更低的第二供应电势的第二供应端口之间,该续流二极管布置在设置在高侧开关和负载之间的第一抽头上,该钳位电路连接在高侧开关的控制端口和第二供应端口之间并且对此设计为,在断开高侧开关的情况下将施加在控制端口上的控制电势钳制在预设的电势值上。
发明内容
具有独立权利要求1的特征的用于车辆的根据本发明的传感器单元对此具有的优势在于,能够在提高的和“正常的”续流电压之间转换。由此,本发明的实施方式在改变额定值预设的认知的基础上通过感应负载的动态地调节电流,其中,取决于情况地在提高的和未提高或者正常的续流电压之间转换。这意味着,取决于电流调节器的额定值预设或者额定电流预设的改变地采用提高的和未提高或者正常的续流电压以用于感应负载的退磁。为了实现高的动态,两个续流电压明显相互不同。根据本发明的电流调节器的实施方式能够以有利的方式实现总体系统中的损失功率优化,因为在预设评估和控制单元之后在改变额定值预设的基础上根据需要转换续流电压,并且能够匹配感应负载的要求的退磁。
本发明的实施方式提供了一种用于车辆中的感应负载的电流调节器,其包括:评估和控制单元;至少一个与感应负载串联形成回路的断路器,其连接用于为感应负载充磁;续流装置,其在断开感应负载时引起感应负载的退磁;和测量装置,其测定通过感应负载的电流的当前的电流值。根据本发明,续流装置包括至少一个开关,其能够实现在感应负载上的至少两个有效的续流电压之间的转换,其中,评估和控制单元在额定值预设改变的基础上经由驱控信号设定通过感应负载的电流,该驱控信号施加在至少一个断路器和续流装置的至少一个开关上。
根据本发明的电流调节器的实施方式例如能够实现续流电压的独立于电池电压的升高或者续流电压的与电池电压成比例的升高。感应负载的续流例如经由钳位二极管实现,其钳位电压大于二极管的导通电压并且例如实施为齐纳二极管,其与开关并联布置。可替换地,感应负载的续流经由开关实现,在该情况下,电压能够经由该开关借助于附加的欧姆电阻限定。作为另外的替换,感应负载的续流能够经由两个二极管转换,其中,第一二极管第一供应电压连接并且第二二极管与第二供应电压连接,并且其中,第二断路器与感应负载串联布置并且为了使感应负载充磁而连接。作为另外的替换,续流能够经由对抗第一供应电压的二极管在同时转换感应负载的其它的端口上的电压的情况下进行转换。
所有的解决方案都是普遍的,即通过感应负载调节电流。对此以均匀的间距连接至少一个与感应负载串联布置的断路器,从而使电压经过感应负载起作用,这导致了感应负载的充磁。当断开至少一个断路器的时候,使感应负载退磁。在此,持续地测量通过感应负载的电流。电流能够例如经由在测量电阻处测量的电压测定。至少一个断路器的断开和闭合能够根据不同的预设通过评估和控制单元实现。因此,利用恒定的频率和变化的占空比的调节能够与这样的调节相同,即在其中相应的断路器以恒定的时间间隔接通并且改变断路器的断开持续时间,或者在其中相应的断路器以恒定的时间间隔断开并且改变断路器的接通持续时间。
通过从属权利要求实施的措施和改进方案能够实现在独立权利要求1中给出的用于车辆中的感应负载的电流调节器的有利的改善方案。
特别有利的是,第一断路器能够例如是高侧开关,其以第一供应电压、优选正电压连接感应负载以用于充磁。第二断路器能够例如是低侧开关,其以第二供应电压、优选接地电压连接感应负载以用于充磁。第一断路器能够例如实施为PMOS-FET。第二断路器能够例如实施为NMOS-FET。
在根据本发明的电流调节器的有利的设计方案中,与感应负载并联的续流装置能够包括具有预设的钳位电压的钳位二极管和与钳位二极管并联布置的第一开关。在此,在断开第一开关时设定感应负载处的第一续流电压,其比第二续流电压高出钳位二极管的预设的钳位电压,第二续流电压在闭合第一开关时在感应负载处设定。
在根据本发明的电流调节器的可替换的设计方案中,第二续流装置包括与感应负载并联布置的第一开关和两个欧姆电阻。在此,第一电阻加入到驱控电流路径中形成回路,第一电阻使得第一开关的控制端口与相应的驱控信号连接,并且第二电阻使得与感应负载连接的第一开关的第一输出端口与第一开关的控制端口连接。在此,在断开第一开关时设定感应负载处的续流电压,该续流电压取决于驱控信号。
在根据本发明的电流调节器的另外的有利的设计方案中,能够与第一续流装置或第二续流装置串联地接入二极管形成回路,该二极管在感应负载充磁期间阻止电流通过第一续流装置或第二续流装置。
在根据本发明的电流调节器的另外的有利的设计方案中,第一断路器能够使得感应负载与第一供应电压连接,并且第二断路器能够使得感应负载与第二供应电压连接,其中,评估和控制单元使得两个断路器闭合以用于感应负载的充磁。
在根据本发明的电流调节器的另外的有利的设计方案中,第三续流装置能够包括使得感应负载的端口与第一供应电压连接的第一续流二极管和使得感应负载的另外的端口与第二供应电压连接的第二续流二极管,其中,在断开第一断路器和第二断路器时设定感应负载处的第一续流电压,该第一续流电压比第二续流电压高,当要么闭合第一断路器、要么闭合第二断路器的时候在感应负载处设定第二续流电压。作为另外的替换方案,第四续流装置能够包括使得感应负载的端口与第一供应电压连接的第一续流二极管和钳位二极管,该钳位二极管使得感应负载的另外的端口与第一供应电压连接。在此,在断开第一断路器和第二断路器时设定感应负载处的第一续流电压,该第一续流电压比第二续流电压高,当闭合第一断路器并且断开第二断路器的时候在感应负载处设定第二续流电压。
在根据本发明的电流调节器的另外的有利的设计方案中,第一续流二极管和/或第二续流二极管能够实施为开关。
附图说明
在附图中示出本发明的实施例并且在接下来的描述中详细阐述。在附图中以相同的标号标注实施相同的或者类似的功能的部件或者元件。
图1示出用于车辆中的感应负载的根据本发明的电流调节器的第一实施例的示意性框图。
图2示出用于车辆中的感应负载的根据本发明的电流调节器的第二实施例的示意性框图。
图3示出用于车辆中的感应负载的根据本发明的电流调节器的第三实施例的示意性框图。
图4示出用于车辆中的感应负载的根据本发明的电流调节器的第四实施例的示意性框图。
具体实施方式
如从图1至4中看出的那样,用于车辆中的感应负载ZL的根据本发明的电流调节器1A,1B,1C,1D的所示的实施例分别包括:评估和控制单元22;至少一个与感应负载ZL串联形成回路的断路器T1,T2,其连接用于为感应负载ZL充磁;续流装置10A,10B,10C,10D,其在断开断路器T1,T2时引起感应负载ZL的退磁;和测量装置24,其测定通过感应负载ZL的电流IL的当前的电流值。根据本发明,续流装置10A,10B,10C,10D包括至少一个开关TF1,TF2,其能够实现在感应负载ZL上的至少两个有效的续流电压之间的转换,其中,评估和控制单元22在额定值预设改变的基础上经由驱控信号GHS,GLS设定通过感应负载ZL的电流IL,这些驱控信号施加在至少一个断路器T1,T2和续流装置10A,10B,10C,10D的至少一个开关TF1,TF2上。
如从图1至4中另外看出的那样,由评估和控制单元22调节通过感应负载ZL的电流IL。对此,评估和控制单元22以均匀的间距经由驱控信号GHS,GLS闭合至少一个断路器T1,T2,从而使电压经过感应负载ZL起作用,这导致了感应负载ZL的充磁。如果断开至少一个断路器T1,T2,那么感应负载ZL就退磁。在此,持续地测量通过感应负载ZL的电流IL。这例如由此实现,即测量装置24测量关于测量电阻的电压,并且从该电压中计算出相应的电流值。至少一个断路器T1,T2的断开和闭合能够根据不同的预设通过评估和控制单元22实现。因此,在额定值预设的改变的基础上利用恒定的频率和变化的占空比的调节能够与这样的调节相同,即在其中相应的断路器T1,T2以恒定的时间间隔接通并且改变断路器T1,T2的断开持续时间,或者在其中相应的断路器T1,T2以恒定的时间间隔断开并且改变断路器T1,T2的接通持续时间。
如从图1至4中另外看出的那样,将评估和控制单元22和具有相应的测量电阻R的测量装置24集成到ASIC20(具体应用的集成的电路回路)中,并且不同的续流装置10A,10B,10C,10D的各个部件、例如开关和/或二极管和/或Z二极管布置在ASIC20的外部。然而也能够实现的是,将测量电阻R放置在ASIC20的外部,如能够实现的那样,将续流装置10A,10B,10C,10D的各个部件集成到ASIC20中。所有在车辆中的变速器控制的低侧调节器的实例中示出的实施例能够相应地传输到变速器控制的高侧调节器。
如从图1中进一步看出的那样,在示出的用于车辆中的感应负载ZL的根据本发明的电流调节器1A的第一实施例中,作为低侧开关实施的第二断路器T2与感应负载ZL串联布置。第二断路器T2实施为NMOS-FET并且以第二供应电压GND连接感应负载ZL以用于充磁,该第二供应电压在所示的实施例中对应接地电势。与感应负载ZL并联的第一续流装置10A包括具有预设的钳位电压的钳位二极管ZD和与钳位二极管ZD并联布置的第一开关TF1。在断开第一开关TF1时设定感应负载ZL处的第一续流电压,该第一续流电压比第二续流电压高出大约钳位二极管ZD的预设的钳位电压,该第二续流电压在闭合第一开关TF1时在感应负载ZL处设定。在示出的实施例中钳位二极管ZD实施为齐纳二极管,其击穿电压比普通二极管的击穿电压高。第一开关TF1在所示的实施例中实施为PMOS-FET并且与钳位二极管ZD并联,以使得其在接通的状态中接收电流并且仅使经过第一开关TF1的电压表现为用于续流电压的值,同时在断开的状态中第一开关TF1在续流中截止并且续流电流完全流过钳位二极管ZD。因此,电流在续流中要么流过第一开关TF1要么流过用于车辆电池的第一供应电压UB的钳位二极管ZD,该供应电压对应正电势,从而使施加在感应负载ZL上的续流电压不取决于第一供应电压UB。当第二断路器T2导通的时候,与由第一开关TF1和钳位二极管ZD组成的并联电路串联布置的二极管D阻碍可电流经过钳位二极管ZD或者第一开关TF1的寄生二极管。
如从图2中进一步看出的那样,在示出的用于车辆中的感应负载ZL的根据本发明的电流调节器1B的第二实施例中,作为低侧开关实施的第二断路器T2与感应负载ZL串联布置。类似于第一实施例地,第二断路器T2实施为NMOS-FET并且以第二供应电压GND连接感应负载ZL以用于充磁,该第二供应电压对应接地电势。第二续流装置10B包括与感应负载ZL并联布置的第一开关TF1和两个欧姆电阻RG,RGS。第一开关TF1也类似于第一实施例地实施为PMOS-FET。第一电阻RG接入到驱控电流路径中形成回路,该第一电阻使得第一开关TF1的控制端口G与相应的驱控信号GHS连接。第二电阻RGS使得与感应负载ZL连接的第一开关TF1的第一输出端口S与第一开关TF1的控制端口G连接,其中,在断开第一开关TF1时设定感应负载ZL处的续流电压,该续流电压取决于驱控信号GHS。当第一开关的源极栅极电压Vth的值超过确定的阙值的时候,在此应用为第一开关TF1的PMOS-FET导通。这在续流情况下实现,在其中电流总是经过实施为PMOS-FET的第一开关TF1从源极端口S流向漏极端口D,因为一方面电流通过感应负载ZL施加,并且另一方面实施为PMOS-FET的第一开关TF1的反向二极管在此选择的布置中在截止方向上耦连。电压Vth经由第二电阻RGS下降。在此流过第二电阻RGS的电流也流过第一电阻RG,从而通过驱控信号GHS的幅度和电阻RGS和RG上的电压确定。类似于第一实施例地,当第二断路器T2导通的时候,与源极端口S串联布置的二极管D阻止电流经过电阻RGS和RG或者第一开关TF1的反向二极管。当驱控信号GHS的幅度对应第一供应电压UB的时候,施加在感应负载ZL上的续流电压既独立于第一供应电压UB又大于二极管前向电压。当驱控信号GHS的幅度小于第一供应电压UB的时候,在感应负载ZL上设定较低的续流电压。
如从图3中进一步看出的那样,在示出的用于车辆中的感应负载ZL的根据本发明的电流调节器1C的第三实施例中,实施为高侧开关的第一断路器T1和实施为低侧开关的第二断路器T2与感应负载ZL串联布置。第一断路器T1实施为PMOS-FET并且以第一供应电压UB连接感应负载ZL。第二断路器T2实施为NMOS-FET并且以第二供应电压GND连接感应负载ZL。为了使感应负载ZL充磁,评估和控制单元22经由驱控信号GHS,GLS闭合两个断路器T1,T2。第三续流装置10C包括使得感应负载ZL的端口与第一供应电压UB连接的第一续流二极管DF1和使得感应负载ZL的另外的端口与第二供应电压GND连接的第二续流二极管DF2。在断开第一断路器T1和第二断路器T2时设定感应负载ZL处的第一续流电压,其比第二续流电压高,当要么闭合第一断路器T1、要么闭合第二断路器T2的时候在感应负载ZL处设定第二续流电压。因此,两个断路器T1,T2也作为第三续流装置10C的第一开关TF1或者第二开关TF2起作用,该第三续流装置能够实现不同的续流电压之间的转换。在所示的第三续流装置10C中,施加在感应负载ZL处的续流电压比第一供应电压UB大两个二极管前向电压。此外得到了非常大的续流电压,其甚至大于用于使感应负载ZL充磁的电压。该方案的优点与有源钳位相比在于,续流电压与第一供应电压UB成比例,从而在调节的系统中仅存在与第一供应电压UB的占空比的更小的相关性。此外,感应负载ZL的能量以优选的方式主要经由第一供应电压UB并且不经由续流电路降低。第三续流装置10C还能够进行变化,以便通过开关替换两个续流二极管DF1,DF2,其由评估和控制单元22与断路器T1,T2反向地进行驱控。由此能够以有利的方式减少离散的元器件中的损失。
如从图4中进一步看出的那样,在示出的用于车辆中的感应负载ZL的根据本发明的电流调节器1D的第四实施例中,实施为高侧开关的第一断路器T1和实施为低侧开关的第二断路器T2与感应负载ZL串联布置。类似于第三实施例地,第一断路器T1实施为PMOS-FET并且以第一供应电压UB连接感应负载ZL。第二断路器T2实施为NMOS-FET并且以第二供应电压GND连接感应负载ZL。为了使感应负载ZL充磁,评估和控制单元22经由驱控信号GHS,GLS闭合两个断路器T1,T2。第四续流装置10D包括使得感应负载ZL的端口与第一供应电压UB连接的第一续流二极管DF1和钳位二极管ZD,其使得感应负载ZL的另外的端口与第一供应电压UB连接。在断开第一断路器T1和第二断路器T2时设定感应负载ZL处的第一续流电压,其比第二续流电压高,当闭合第一断路器T1并且断开第二断路器T2的时候在感应负载ZL处设定第二续流电压。在第四续流装置10D中进行经过续流二极管DF1对抗第一供应电压UB的续流。为了提高续流电压能够同时经由第一断路器T1转化感应负载ZL的其它的端口,该第一断路器作为第四续流装置10D的开关TF1起作用。通常,感应负载ZL的该端口固定地与第一供应电压UB或者电池触头连接。如果感应负载ZL的该端口经由开关TF1与电池连接,那么在开关闭合时续流电压不改变大约一个二极管前向电压。为了提高续流电压能够断开开关TF1,即高欧姆地接入。随后电流流过钳位二极管ZD,其例如实施为齐纳二极管或者具有更高电压的其它的元件,并且续流电压提高了钳位电压。
用于感应负载的根据本发明的电流调节器的实施方式能够例如用于车辆中的变速器控制。

Claims (10)

1.一种用于车辆中的感应负载(ZL)的电流调节器(1A),具有:评估和控制单元(22);至少一个与所述感应负载(ZL)串联形成回路的断路器(T1,T2),所述断路器连接用于为所述感应负载(ZL)充磁;续流装置(10A,10B,10C,10D),所述续流装置在断开所述断路器(T1,T2)时引起所述感应负载(ZL)的退磁;和测量装置(24),所述测量装置测定通过所述感应负载(ZL)的电流(IL)的当前的电流值,其特征在于,所述续流装置(10A,10B,10C,10D)包括至少一个开关(TF1,TF2),所述开关能够实现在所述感应负载(ZL)处的至少两个有效的续流电压之间的转换,其中,所述评估和控制单元(22)在额定值预设改变的基础上经由驱控信号(GHS,GLS)设定通过所述感应负载(ZL)的所述电流(IL),所述驱控信号施加在至少一个所述断路器(T1,T2)和所述续流装置(10A,10B,10C,10D)的至少一个所述开关(TF1,TF2)上。
2.根据权利要求1所述的电流调节器,其特征在于,第一断路器(T1)是高侧开关,所述高侧开关使所述感应负载(ZL)与第一供应电压(UB)、优选正电压连接以用于充磁。
3.根据权利要求1所述的电流调节器,其特征在于,第二断路器(T2)是低侧开关,所述低侧开关使所述感应负载(ZL)与第二供应电压(GND)、优选接地电压连接以用于充磁。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电流调节器,其特征在于,与所述感应负载(ZL)并联的第一续流装置(10A)包括具有预设的钳位电压的钳位二极管(ZD)和与所述钳位二极管(ZD)并联布置的第一开关(TF1),其中,在断开所述第一开关(TF1)时设定所述感应负载(ZL)处的第一续流电压,所述第一续流电压大约比第二续流电压高出所述钳位二极管(ZD)的预设的钳位电压,所述第二续流电压在闭合所述第一开关(TF1)时在所述感应负载(ZL)处设定。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的电流调节器,其特征在于,第二续流装置(10B)包括与所述感应负载(ZL)并联布置的第一开关(TF1)和两个欧姆电阻(RG,RGS),其中,第一电阻(RG)接入到驱控电流路径中形成回路,所述第一电阻使得所述第一开关(TF1)的控制端口(G)与相应的驱控信号(GHS)连接,并且其中,第二电阻(RGS)使得与所述感应负载(ZL)连接的所述第一开关(TF1)的第一输出端口(S)与所述第一开关(TF1)的所述控制端口(G)连接,其中,在断开所述第一开关(TF1)时设定所述感应负载(ZL)处的续流电压,所述续流电压取决于所述驱控信号(GHS)。
6.根据权利要求4或5所述的电流调节器,其特征在于,与所述第一续流装置(10A)或所述第二续流装置(10B)串联地接入二极管(D)形成回路,所述二极管在所述感应负载(ZL)充磁期间阻止电流通过所述第一续流装置(10A)或所述第二续流装置(10B)。
7.根据权利要求1所述的电流调节器,其特征在于,第一断路器(T1)使得所述感应负载(ZL)与第一供应电压(UB)连接,并且第二断路器(T2)使得所述感应负载(ZL)与第二供应电压(GND)连接,其中,所述评估和控制单元(22)使得两个断路器(T1,T2)闭合以用于所述感应负载(ZL)的充磁。
8.根据权利要求7所述的电流调节器,其特征在于,第三续流装置(10C)包括使得所述感应负载(ZL)的端口与所述第一供应电压(UB)连接的第一续流二极管(DF1)和使得所述感应负载(ZL)的另外的端口与所述第二供应电压(GND)连接的第二续流二极管(DF2),其中,在断开所述第一断路器(T1)和所述第二断路器(T2)时设定所述感应负载(ZL)处的第一续流电压,所述第一续流电压比第二续流电压高,当要么闭合所述第一断路器(T1)、要么闭合所述第二断路器(T2)时在所述感应负载(ZL)处设定所述第二续流电压。
9.根据权利要求7所述的电流调节器,其特征在于,第四续流装置(10D)包括使得所述感应负载(ZL)的端口与所述第一供应电压(UB)连接的第一续流二极管(DF1)和钳位二极管(ZD),所述钳位二极管使得所述感应负载(ZL)的另外的端口与所述第一供应电压(UB)连接,其中,在断开所述第一断路器(T1)和所述第二断路器(T2)时设定所述感应负载(ZL)处的第一续流电压,所述第一续流电压比第二续流电压高,当闭合所述第一断路器(T1)并且断开所述第二断路器(T2)时在所述感应负载(ZL)处设定所述第二续流电压。
10.根据权利要求8或9所述的电流调节器,其特征在于,所述第一续流二极管(DF1)和/或所述第二续流二极管(DF2)实施为开关。
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