DE102009045132A1

DE102009045132A1 - Vorrichtung zum Schalten eines Verbrauchers

Info

Publication number: DE102009045132A1
Application number: DE200910045132
Authority: DE
Inventors: Patrick Bauer; Mehmet Oencel; Ralph Bauer; Bernd Schelling; Thomas Holst; Georg Hoegele
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2011-03-31
Also published as: WO2011038993A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Schalten mindestens eines Verbrauchers (2), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einer zwischen Pluspol und Minuspol einer Spannungsquelle (3) liegenden Reihenschaltung (6) aus einem ersten Schalter (7) und dem Verbraucher (2), sowie mit einer dem Verbraucher (2) parallel geschalteten Freilaufdiode (10), und mit einer Schutzschaltung (12) gegen Verpolung der Spannungsquelle (3), dadurch gekennzend der Freilaufdiode (10) eine Halbleiterdiode (13) als Überspannungsschutz geschaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schalten eines Verbrauchers, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einer zwischen Pluspol und Minuspol einer Spannungsquelle liegenden Reihenschaltung aus einem ersten Schalter und dem Verbraucher, sowie mit einer dem Verbraucher parallel geschalteten Freilaufdiode, und mit einer Schutzschaltung gegen Verpolung der Spannungsquelle.
Stand der Technik
Vorrichtungen der hier angesprochenen Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Schaltungsteile, die in einem Kraftfahrzeug an eine Batteriespannung angeschlossen sind, müssen gegen Überspannungspulse geschützt werden. Werden über ein Steuergerät Verbraucher versorgt, so sind die zur Ansteuerung verwendeten Schaltelemente normalerweise über einen zentralen Überspannungsschutz, wie zum Beispiel mittels einer Freilaufdiode geschützt. Werden Verbraucher von einer nicht-geschützten Spannung versorgt, muss der entsprechende erste Schalter separat geschützt sein oder entsprechend spannungsfest ausgeführt werden. Eine spannungsfeste Ausführung eines Schalters ist jedoch teuer und bedeutet einen höheren elektrischen Widerstand, der oft schaltungstechnisch nicht akzeptabel ist.
Aus der Offenlegungsschrift DE 198 06 311 A1 ist beispielsweise eine Vorrichtung zum Schalten induktiver Verbraucher bekannt, bei der einem Verbraucher eine Freilaufdiode als Supressordiode parallel geschaltet ist. Dabei ist eine Schutzschaltung gegen eine Verpolung der Spannungsquelle vorgesehen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass parallel zu dem ersten Schalter und der Freilaufdiode eine Halbleiterdiode als Überspannungsschutz geschaltet ist. Die Halbleiterdiode ist somit ebenfalls zwischen Pluspol und Minuspol der Spannungsquelle geschaltet und liegt dabei parallel zu dem ersten Schalter und der Freilaufdiode. Hierdurch wird gewährleistet, dass die den zentralen Überspannungsschutz bildende Halbleiterdiode als Schutzelement wirken kann.
Bevorzugt ist die Halbleiterdiode als Z-Diode oder als Suppressordiode ausgebildet. Die Z-Diode weist einen scharf ausgeprägten Knick und einen steilen Verlauf der Durchbruchkennlinie auf. Z-Dioden sind als Silizium-Dioden ausgebildet, deren gewünschte Kennliniencharakteristik durch eine spezielle Dotierung mit der Zonenfolge n⁺np⁺ erreicht wird. Die Durchbruchspannung und der Leckstrom der Suppressordiode haben – außer bei einem Überspannungsereignis – idealer Weise keinen Einfluss auf die zu schützende Schaltung. Zeckmäßigerweise ist die Freilaufdiode ebenfalls als Halbleiterdiode ausgebildet.
Zweckmäßigerweise ist der erste Schalter als Feldeffekttransistor, insbesondere als MOSFET ausgebildet, der ein einfaches und schnelles Schalten des Verbrauchers zulässt.
Weiterhin ist vorgehsehen, dass der erste Schalter vorteilhafterweise als Low-Side-Schalter ausgebildet ist. Somit schaltet der erste Schalter die negative Betriebsspannung des Verbrauchers. Zusätzlich kann natürlich auch noch ein High-Side-Schalter dem Verbraucher zugeordnet sein, um die positive Betriebsspannung zu schalten.
Schließlich ist vorgesehen, dass die Spannungsquelle als Energiespeicher, insbesondere als wiederaufladbarer Energiespeicher ausgebildet ist. Bei Kraftfahrzeugen wird die Spannungsquelle zweckmäßigerweise von der wiederaufladbaren Autobatterie gebildet. Alternativ oder zusätzlich ist auch eine Spannungsquelle in Form einer generatorisch arbeitenden elektrischen Maschine einer Antriebsvorrichtung des Kraftfahrzeugs denkbar.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dazu zeigt die
Figur ein vereinfachtes Schaltbild einer vorteilhaften Vorrichtung zum Schalten eines Verbrauchers.
Die 1 zeigt ein Schaltbild einer vorteilhaften Vorrichtung 1 zum Schalten eines Verbrauchers 2. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Spannungsquelle 3, die von einem wiederaufladbaren Energiespeicher 3 in Form einer Autobatterie 5 gebildet ist. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 eine zwischen Pluspol und Minuspol der Spannungsquelle 3 geschaltete Reihenschaltung 6, die von dem Verbraucher 2 und einem ersten Schalter 7 zum Schalten des Verbrauchers 2 gebildet ist. Der Schalter 7 ist vorliegend als Feldeffekttransistor 8, insbesondere als MOSFET 9 ausgebildet. Parallel zu dem Verbraucher 2 ist eine Freilaufdiode 10 geschaltet. In Reihe mit der Freilaufdiode 10 ist weiterhin eine Schutzschaltung 12 geschaltet, die gegen Verpolung der Spannungsquelle 3 wirkt. Insbesondere bewirkt die Schutzschaltung 12, dass bei verpolter Spannungsquelle ein Stromfluss unterbunden wird. Zwischen Pluspol und Minuspol der Spannungsquelle 3 ist weiterhin eine Halbleiterdiode 13 als Überspannungsschutz angeordnet. Letztendlich ist die Halbleiterdiode 13 somit parallel zu der Freilaufdiode 10 und dem Schalter 7 geschaltet. Der Schalter 7 bildet vorteilhafterweise einen Low-Side-Schalter 14 für den Verbraucher 2. Zusätzlich kann, wie dargestellt, ein High-Side-Schalter 15 vorgesehen sein, der beispielsweise ebenfalls als Feldeffekttransistor, insbesondere als MOSFET ausgebildet ist. Bevorzugt sind die Schutzschaltung 12, die Dioden 13, 10 sowie der Schalter 7 in ein Steuergerät 16 eines Kraftfahrzeugs integriert ausgebildet, wie durch einen gestrichelten Rahmen angedeutet.
Die Halbleiterdiode 13, die bevorzugt als Suppressordiode 11 oder als Z-Diode 17 – wie dargestellt – ausgebildet ist, gewährleistet, dass die Freilaufdiode 10 als Schutzelement in dem Steuergerät 16 wirken kann. Durch die vorteilhafte Schaltung liegt an dem Schalter 7 maximal die Spannung U₇ = U₁₃ + U₁₀ an, wobei U₁₃ der Spannung der Halbleiterdiode 13 und U₁₀ der Spannung an der Freilaufdiode 10 entspricht.
Bei einem Nutz-Kraftfahrzeug, das eine Bordnetzspannung von 24 V aufweist, ergibt dies typischerweise 58 V + 1 V = 59 V. Dadurch ist zum Beispiel der Einsatz eines 75 V-MOSFET als Schalter 7 über den gesamten zu erwartenden Temperaturbereich möglich. Die Durchschlagspannung ist bei tiefen Temperaturen niedriger.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19806311 A1 [0003]

Claims

Vorrichtung (1) zum Schalten mindestens eines Verbrauchers (2), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einer zwischen Pluspol und Minuspol einer Spannungsquelle (3) liegenden Reihenschaltung (6) aus einem ersten Schalter (7) und dem Verbraucher (2), sowie mit einer dem Verbraucher (2) parallel geschalteten Freilaufdiode (10), und mit einer Schutzschaltung (12) gegen Verpolung der Spannungsquelle (3), dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu dem ersten Schalter (7) und der Freilaufdiode (10) eine Halbleiterdiode (13) als Überspannungsschutz geschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Halbleiterdiode (13) als Suppressordiode (11) oder als Z-Diode (17) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Freilaufdiode (10) als Halbleiterdiode ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schalter (7) als Feldeffekttransistor (8), insbesondere als MOSFET (9) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schalter (7) als Low-Side-Schalter (14) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (3) als Energiespeicher (4), insbesondere als wiederaufladbarer Energiespeicher (4) ausgebildet ist.