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Die
Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Ansteuerung von mehreren
induktiven Lasten, wobei in Reihe zu den Induktivitäten jeweils
ein Schalter angeordnet ist. Aus der
DE 29 05 900 A1 ist bereits eine Vorrichtung
zur Ansteuerung einer einzelnen induktiven Last bekannt, wobei in
Reihe zu der Induktivität
ein Schalter angeordnet ist. Zwischen dem Schalter und der Induktivität ist ein
Abgriff für
ein Klammerelement vorgesehen, durch das die in der Induktivität gespeicherte
Energie abgebaut wird, wenn der Stromfluss durch den Schalter unterbrochen
wird.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
mit den Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruchs hat demgegenüber
den Vorteil, dass bei mehreren induktiven Lasten eine vorteilhafte
Anordnung der mehreren Schalter und des Klammerelements realisiert
ist. Es wird nicht einfach eine Vervielfachung der bereits bekannten
Vorrichtung vorgeschlagen sondern eine Anordnung der Schalter und
des Klammerelements die sich technologisch besonders einfach realisieren lässt. Durch
die Integration der mehreren Schalter in einem einzigen Bauelement
können
diese Schalter besonders einfach und kostengünstig und hinsichtlich ihres
Durchlasswiderstandes optimiert ausgeführt werden. Dabei müssen keine
weiteren Überlegungen
hinsichtlich der Auslegung des Klammerelementes mit in Betracht
gezogen werden. Das Klammerelement wiederum kann unabhängig von
den integrierten Schaltern an die jeweils in den Induktivitäten gespeicherte
und somit abzubauende Energie angepasst werden.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen ergeben sich durch die Merkmale
der abhängigen
Patentansprüche.
Um eine ausreichende Entkopplung zwischen den verschiedenen Induktivitäten und
Schaltern zu gewährleisten
ist zwischen den Abgriffen und dem Klammerelement jeweils eine Entkopplungsdiode
angeordnet. Besonders einfach können
diese Dioden gemeinsam mit den Halbleiterschaltern auf einem Halbleitersubstrat
integriert sein. Das Klammerelement wird besonders einfach als Zehnerdiode,
Varistor oder Transistor, dessen Steuerelement über eine Zehnerdiode mit dem
Abgriff verbunden ist, ausgebildet.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen 1 eine Schaltung mit mehreren
Induktivitäten,
Schaltern und einem Klammerelement und 2 und 3 verschiedene
Ausführungsformen
des Klammerelements.
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Beschreibung
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In
der 1 wird schematisch eine Schaltung dargestellt,
bei der mehrere Induktivitäten 1 jeweils
mit einem Ende elektrisch mit einer positiven Spannungsversorgung,
beispielsweise eine Batterie 4 verbunden sind. Das jeweils
andere Ende der Induktivitäten 1 ist über einen
Schalter 2 mit einem Masseanschluss 3 verbunden.
Durch Öffnen
und Schließen
der Schalter 2 kann so ein Stromfluss durch die Induktivitäten 1 erzeugt
werden. Wenn ein Strom durch die Induktivitäten 1 fließt, so wird
ein Magnetfeld erzeugt durch das die Induktivitäten 1 eine Kraftwirkung
auf ein magnetisches Material erzeugen können. Derartige Induktivitäten werden
beispielsweise bei Einspritzventilen genutzt um bei einem Kraftfahrzeug
in Abhängigkeit
von Ansteuersignalen an den Schaltern 2 Ventile zu betätigen und
Kraftstoff in einem Brennraum eines Verbrennungsmotors einzuspritzen.
Weitere Anwendungen betreffen beispielsweise Abgasrückführsteller,
Druckregelventile oder elektropneumatische Wandler.
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Durch
Schließen
der Schalter 2 wird dabei ein Stromfluss durch die Induktivitäten 1 und
so eine Betätigung
der Einspritzventile, insbesondere ein Öffnen der Einspritzventile
bewirkt. Wenn dann die Einspritzventile wieder geschlossen werden
sollen, so werden die Schalter 2 in einen sperrenden, d.
h. nicht leitenden Zustand gebracht und es wird so der Stromfluss
durch die Induktivitäten 1 unterbrochen. Problematisch
ist dabei jedoch das in dem magnetischen Feld der Induktivitäten 1 Energie
gespeichert ist, die abgebaut werden muss damit die Kraftwirkung der
Induktivitäten 1 entsprechend
verringert wird. Durch das Öffnen
des Schalters 2 entsteht in der Induktivität 1 durch
Selbstinduktion eine sehr hohe Spannung, die zu einem Durchbruch
des Schalters 2 und damit zu einer Zerstörung des
Schalters 2 führen kann.
Durch das Klammerelement wird die zwischen der Induktivität und Masse über die
Schalter 2 anliegende Spannung auf einen für den Schalter 2 erträglichen
Wert gehalten oder „geklammert". Dazu sind zwischen
den Induktivitäten 1 und
den Schaltern 2 jeweils ein Abgriff 9 vorgesehen,
durch den ein Stromfluss nach Masse 3 möglich ist. Dabei wird die in
den Induktivitäten 1 gespeicherte
Energie im Klammerelement 6 in Wärme umgesetzt. In der 1 ist
dieses Klammerelement 6 als Zenerdiode ausgebildet. Wenn
die Schalter 2 leitend sind, so ist Spannung an den Abgriffen 9 nahezu
auf Massepotential, so dass auch die Zenerdiode 6 gesperrt
ist. Wenn die Schalter 2 geschlossen werden, so wird durch
die Selbstinduktion der Induktivitäten 1 die Spannung
an den Abgriffen 9 auf ein sehr hohes Potential angehoben, so
dass dann die Zenerdiode 6 leitend wird und aufgrund des
Stromflusses nach Masse 3 die in den Induktivitäten 1 gespeicherte
Energie abgebaut wird. Dies geht solange bis das Potential an den
Abgriffen 9 wieder einen Wert erreicht hat, bei dem das
Klammerelement 6 sperrt. Das Sperrverhalten des Klammerelements 6 muss
dabei so ausgelegt sein, dass im Ruhezustand das Klammerelement 6 gesperrt
ist. Die Zenerspannung ist dabei so gewählt, dass sie höher ist
als die Batteriespannung. Es wird so die in den Induktivitäten 1 gespeicherte
Energie nach dem Öffnen
der Schalter 2 in dem Klammerelement 6 abgebaut.
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Zwischen
den Abgriffen 9 und dem Klammerelement 6 sind
noch Dioden 5 angeordnet. Diese Dioden sind notwendig,
da die einzelnen Induktivitäten nicht
alle zeitgleich sondern jeweils für sich angesteuert werden.
Ohne diese Dioden würde
durch die Verbindung der Abgriffe 9 beim Schalten nur eines der
Schalter 2 ein Stromfluss in allen Induktivitäten 1 bewirkt.
Die Dioden dienen somit dazu, die einzelnen Schaltungsteile jeweils
bestehend aus einer Induktivität 1 und
einem der zugehörigen
Schalter 2 voneinander zu entkoppeln, so dass kein Stromfluss
zwischen diesen einzelnen Schaltungsteilen erfolgt.
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Erfindungsgemäß ist nun
vorgeschlagen, dass die Schalter 2 gemeinsam als integrierte
Halbleiterschalter in einem ersten Bauelement 8 ausgebildet
sind. Das Klammerelement 6 ist separat vom ersten Bauelement 8 als
zweites Bauelement 7 realisiert. Durch diese Vorgehensweise
wird eine besonders einfache Ausgestaltung der Schalter 2 bewirkt. Durch
Integration auf einem Bauelement 8 lassen sich die integrierten
Schalter 2 besonders kostengünstig und mit hoher Präzision fertigen.
Insbesondere können
dabei die Halbleiterschalter 2 besonders klein und mit
besonders geringen Restwiderständen
im leitenden Zustand ausgebildet werden. Derartige Halbleiterschalter
können
für eine
Vielzahl von Induktivitäten 1 verwendet
werden, ohne das dabei die in den Induktivitäten 1 gespeicherte
Energie berücksichtigt
werden muss. Diese muss nämlich
nur bei der Auslegung der Klammerelemente 6 Berücksichtigung
finden. Da der Energieabbau nicht in den Schaltern 2 erfolgt,
kann das Bauelement 8 auch bei einer Vielzahl von unterschiedlichen
großen
Induktivitäten
Verwendung finden ohne das es an die Größe der gespeicherten Energie
angepasst werden muss. Dies kann durch Wahl eines entsprechenden
Klammerelements 6 erfolgen.
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In
der 1 sind Dioden 5 die zur Entkopplung der
einzelnen Induktivitäten
gegeneinander dienen als separate Bauelemente gezeigt, die weder
in dem Bauelement 8 noch in dem Bauelement 7 integriert
sind. Besonders vorteilhaft können
diese Dioden 5 jedoch gleich mit in den Bauelement 8 integriert sein,
was die Herstellungskosten gering hält. Eine weitere Möglichkeit
wäre das
diese Dioden 5 mit in dem Bauelement 7 integriert
sind. Im Fall der Integration im Bauelement 8 wäre es jedoch
nur notwendig eine einzelne elektrische Verbindung zwischen dem Bauelement 8 und
dem Bauelement 7 zu realisieren.
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In
der 2 wird eine alternative Ausgestaltung des Bauelements 7 mit
einem anderen Klammerelement 6 gezeigt. Bei dem Klammerelement 6 der 2 handelt
es sich um einen Varistor, d. h. um einen spannungsabhängigen Widerstand.
Auch ein derartiges Bauteil zeigt das Verhalten, dass bei einer sehr
hohen Spannung am Abgriff 9 ein hoher Stromfluss in Richtung
des Masseanschlusses 3 möglich ist. Bei niedrigen Spannungen
am Abgriff 9 zeigt ein Varistor jedoch wieder einen sehr
hohen Widerstand.
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In
der 3 wird ein weiteres Bauelement 7 gezeigt,
bei dem ein Klammerelement 6 angeordnet ist. Das Klammerelement 6 der 3 weist
einen Transistor 10 und eine Zehnerdiode 11 auf,
wobei der Eingang des Bauelements 7 der ja mit den Abgriffen 9 verbunden
wird über
den Transistor 10 mit dem Masseanschluss 3 verbindbar
ist. Dazu ist der Steueranschluss des Schalters 10 über eine
Zehnerdiode 11 mit dem Eingang des Bauelements 7 bzw. über Dioden 5 mit
den Abgriffen 9 verbunden. Bei einer entspre chend hohen
Spannung an den Abgriffen 9 wird über die Zehnerdiode 11 der
Steueranschluss des Schalters 10 so geschaltet, dass der
Schalter 10 leitend wird und dann durch einen Stromfluss
nach Masse hin die Energie der Induktivitäten 1 in den Schalter 10 abgebaut
wird. Der Schalter 10 kann ähnlich wie die Schalter 2 als
beliebiges integriertes Schaltelement ausgeführt sein. Üblich für derartige Schaltungen sind
beispielsweise Feldeffekttransistoren oder bipolare Transistoren.
Der Vorteil der Ausführung
nach der 3 ist, dass der Stromfluss überwiegend über den Schalter 10 erfolgt
und nur ein geringer Strom über
die Zehnerdiode 11 fließt. Die Zehnerdiode 11 muss
daher nicht in der Lage sein eine große Energie abzubauen. Diese
Funktion wird hier von Schalter 10 der insbesondere als
Transistor ausgebildet ist übernommen.