DE102014225765A1

DE102014225765A1 - Eingangsschaltung einer Signalerfassungsschaltung, Verfahren für eine Eingangsschaltung einer Signalerfassungsschaltung und Computerprogramm

Info

Publication number: DE102014225765A1
Application number: DE102014225765.4A
Authority: DE
Inventors: Josef Haberer; Matthias Leiter; Alexander Ernst
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2016-06-16

Abstract

Gemäß einem ersten Aspekt beziehen sich Ausführungsbeispiele auf eine Eingangsschaltung 250 einer Signalerfassungsschaltung 200. Die Eingangsschaltung 200 umfasst einen Pulsweitenmodulator 210 und einen elektrischen Kontakt 220. Dabei ist die Eingangsschaltung 250 dazu ausgebildet, basierend auf einer Versorgungsspannung ein Eingangssignal an den Pulsweitenmodulator 210 bereitzustellen. Der Pulsweitenmodulator 210 ist dazu ausgebildet, basierend auf dem Eingangssignal ein Steuersignal an einen Haupttransistor 240 zum Verändern eines durch die Versorgungsspannung hervorgerufenen Kontaktstromes an dem elektrischen Kontakt 220 bereitzustellen. Der Kontaktstrom bewirkt eine Verlangsamung oder Umkehr eines Korrosionsprozesses eines Materials des elektrischen Kontaktes 220.

Description

Nachfolgende Ausführungsbeispiele liegen auf dem Gebiet der Eingangsschaltungen einer Signalerfassungsschaltung.
Schaltungen zum Erfassen von Signalen kommen in verschiedenen Bereichen der Technik zum Einsatz, wie beispielsweise im Bereich der Fahrzeugtechnik. In einigen Fällen umfassen solche Schaltungen Steckerkontakte, welche im Laufe der Zeit korrodieren können, was die Funktion, und damit unter Umständen die Zuverlässigkeit der Schaltung beeinträchtigen kann. Um elektrische Steckerkontakte von Korrosion zu befreien, wird aktuell ein Kontaktstrom für digitale Eingänge verwendet. Der Kontaktstrom bewegt sich dabei in vielen Fällen zwischen 10 und 20 mA. Gemäß konventionellen Lösungen ist die Kontaktstrombegrenzung beispielsweise durch eine Kombination von einem Messwiderstand (Shunt) und einem Feldeffekttransistor in Drainschaltung realisiert. Bei dieser Lösung kann es jedoch zu einer hohen Verlustleistung am Feldeffekttransistor im digitalen Eingang kommen, wenn dieser beispielsweise in 24V-Systemen gegen das Bordnetz geschaltet wird. Um die Schaltung dennoch in 24V-Systemen oder Systemen mit einer noch höheren Spannung mit Kontaktstrom nutzen zu können, könnte ein deutlich größerer Feldeffekttransistor verwendet werden. Dieser wiederum könnte jedoch unnötig Verlustleistung im Steuergerät produzieren. Neben Schaltungen zur Signalerfassung bei einem Fahrzeug können weiterhin auch andere Anwendungsbereiche hiervon betroffen sein.
Es ist daher wünschenswert, ein verbessertes Konzept für einen Korrosionsschutz eines Kontaktes einer Eingangsschaltung einer Signalerfassungsschaltung zu schaffen.
Diesem Bedarf tragen eine Eingangsschaltung einer Signalerfassungsschaltung, ein Verfahren für eine Eingangsschaltung einer Signalerfassungsschaltung und ein Computerprogramm gemäß den unabhängigen Patentansprüchen Rechnung.
Gemäß einem ersten Aspekt beziehen sich Ausführungsbeispiele auf eine Eingangsschaltung einer Signalerfassungsschaltung. Die Eingangsschaltung umfasst einen Pulsweitenmodulator und einen elektrischen Kontakt. Dabei ist die Eingangsschaltung dazu ausgebildet, basierend auf einer Versorgungsspannung ein Eingangssignal an den Pulsweitenmodulator bereitzustellen. Der Pulsweitenmodulator ist dazu ausgebildet, basierend auf dem Eingangssignal ein Steuersignal an einen Haupttransistor zum Verändern eines durch die Versorgungsspannung hervorgerufenen Kontaktstromes an dem elektrischen Kontakt bereitzustellen. Der Kontaktstrom bewirkt eine Verlangsamung oder Umkehr eines Korrosionsprozesses eines Materials des elektrischen Kontaktes. Hierdurch kann eine Verlustleistung bei dem Haupttransistor unter Umständen vermindert werden. Ferner kann ein Abschalten der Eingangsschaltung bei erhöhter Versorgungsspannung und damit des Kontaktstromes unter Umständen vermieden werden. Zusätzliche Schaltungsbauteile, die hierzu erforderlich wären, können damit ggf. eingespart werden, was einen Kostenaufwand verringern kann. Bei dem elektrischen Kontakt kann es sich insbesondere um einen Steckkontakt, Schneidkontakt, Lötkontakt etc. handeln.
Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Eingangssignal ferner einen Maximalwert oder Minimalwert eines Tastgrads für das Steuersignal. Dabei entspricht das Steuersignal dem Maximalwert, wenn die Versorgungsspannung unter einem unteren Grenzwert liegt oder dem Minimalwert, wenn die Versorgungsspannung über einem oberen Grenzwert liegt. Somit kann eine individuelle Anpassung des Tastgrads an einen verwendeten Haupttransistortyp oder eine aktuell anliegende Versorgungsspannung erfolgen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der Minimalwert des Tastgrads derart gewählt, dass das dem Minimalwert entsprechende Steuersignal bei dem Haupttransistor eine Verlustleistung bewirkt, welche unterhalb eines vorgegebenen Höchstwertes liegt. Dadurch kann es möglich sein, eine Belastungsgrenze des Haupttransistors, beispielsweise gegeben durch Wärmeentwicklung, zu berücksichtigen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Eingangsschaltung ferner einen weiteren elektrischen Kontakt. Dabei ist der Pulsweitenmodulator dazu ausgebildet, basierend auf dem Eingangssignal ein weiteres Steuersignal an einen weiteren Haupttransistor zum Verändern eines weiteren Kontaktstromes an dem weiteren elektrischen Kontakt bereitzustellen. Der weitere Kontaktstrom bewirkt eine Verlangsamung oder Umkehr eines Korrosionsprozesses eines Materials des weiteren elektrischen Kontaktes. Die Eingangsschaltung kann somit dazu ausgebildet sein, mehr als einen elektrischen Kontakt vor Korrosion zu schützen und dabei eine Verlustleistung an mehr als einem Haupttransistor zu verringern.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Eingangsschaltung dazu ausgebildet, basierend auf einer sich von der Versorgungsspannung unterscheidenden weiteren Versorgungsspannung das Eingangssignal an den Pulsweitenmodulator bereitzustellen. Dabei bewirkt das weitere Steuersignal ein Verändern eines durch die weitere Versorgungsspannung hervorgerufenen weiteren Kontaktstromes an dem weiteren elektrischen Kontakt. Ist mehr als ein elektrischer Kontakt vorhanden, so kann es möglich sein, die Eingangsschaltung bei jeweils unterschiedlichen, die Kontaktströme erzeugenden Versorgungsspannungen zu betreiben.
Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Eingangsschaltung ferner eine Kontrollschaltung. Dabei ist die Kontrollschaltung dazu ausgebildet, ein auf dem Eingangssignal basierendes Spannungssignal und ein auf der Versorgungsspannung basierendes Referenzsignal zu empfangen. Die Kontrollschaltung ist dazu ausgebildet, das Steuersignal für den Haupttransistor derart zu verändern, dass eine Verringerung des Kontaktstromes bewirkt wird, falls das Spannungssignal einen vordefinierten Wert annimmt. Dies kann es ermöglichen, bei einem Ausfall des Pulsweitenmodulators den Haupttransistor vor einer Überlastung zu schützen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst die Kontrollschaltung ferner einen Komparator, welcher dazu ausgebildet ist, das Referenzsignal und das Spannungssignal zu empfangen, und ein Überbrückungssignal bereitzustellen, sobald das Spannungssignal einen kleineren Wert als das Referenzsignal annimmt. Dabei bewirkt das Überbrückungssignal ein Verändern des Steuersignals. Es kann somit eine Möglichkeit zur Feststellung gegeben werden, ob der Pulsweitenmodulator aktiv ist oder ein gewünschtes Signal bereitstellt.
Bei manchen Ausführungsbeispielen basiert das Spannungssignal auf einer Summe aus einem Mittelwert des Eingangssignals und einem konstanten Spannungswert. Hierdurch kann ggf. eine Methode zum Erzeugen des Überbrückungssignals vereinfacht werden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Kontrollschaltung ferner dazu ausgebildet, ein auf einer weiteren Versorgungsspannung basierendes Referenzsignal zu empfangen, und das Überbrückungssignal für einen weiteren Haupttransistor zu erzeugen, welches eine Verringerung eines weiteren Kontaktstromes bewirkt, falls das Spannungssignal einen vordefinierten Wert annimmt. Ein Überlastschutz kann dadurch unter Umständen auch für mehr als einen Haupttransistor implementiert werden.
Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst der Pulsweitenmodulator ferner einen internen Transistor. Dabei ist der interne Transistor dazu ausgebildet, ein auf dem Eingangssignal basierendes internes Signal an einem Steueranschluss zu empfangen, und in Reaktion auf das interne Signal das Steuersignal an einem ersten oder zweiten Anschluss an den Haupttransistor bereitzustellen. Somit kann es möglich sein, das Steuersignal mit Hilfe des internen Transistors individuell anzupassen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der interne Transistor ein P-Kanal-Feldeffekttransistor. Ein Einfluss einer zwischen Anschlüssen des internen Transistors abfallenden Spannung auf den Kontaktstrom kann so möglicherweise verringert oder sogar verhindert werden.
Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Eingangsschaltung ferner ein kapazitives Element, welches zwischen einen Steuereingang und einen ersten Anschluss des Haupttransistors gekoppelt ist, sodass bei Verändern der Versorgungsspannung das Steuersignal durch das kapazitive Element derart verändert wird, dass ein Spannungsabfall zwischen dem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss des Haupttransistors erhöht wird. Hierdurch kann eine Schaltflanke bei dem Haupttransistor angepasst, und möglicherweise eine elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) erhöht werden.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Wendegetriebe für ein Kraftfahrzeug mit einer Eingangsschaltung. Dabei ist das Wendegetriebe ferner an einen mechanischen Schalter gekoppelt. Die Versorgungsspannung ist eine Versorgungsspannung des mechanischen Schalters. Hierdurch kann es ermöglicht werden, konkrete Anwendungsgebiete zu erschließen.
Gemäß einem weiteren Aspekt beziehen sich Ausführungsbeispiele auf ein Verfahren für eine Eingangsschaltung einer Signalerfassungsschaltung. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Eingangssignals an einen Pulsweitenmodulator der Eingangsschaltung basierend auf einer Versorgungsspannung. Das Verfahren umfasst außerdem ein Bereitstellen des Steuersignals basierend auf dem Eingangssignal an einen Haupttransistor zum Verändern eines durch die Versorgungsspannung hervorgerufenen Kontaktstromes bei einem elektrischen Kontakt der Eingangsschaltung. Das Verfahren umfasst ferner ein Bewirken einer Verlangsamung oder Umkehr eines Korrosionsprozesses eines Materials des elektrischen Kontaktes durch den Kontaktstrom. Dies kann eine Senkung von Verlustleistung bei dem Haupttransistor bewirken. Ferner kann ein Abschalten des Kontaktstromes bei erhöhter Versorgungsspannung umgangen werden. Dadurch kann möglicherweise eine zusätzliche Schaltungsanordnung zum Abschalten bei erhöhter Versorgungsspannung entfallen, wodurch Kosten eingespart werden können.
Die Erfindung wird bevorzugt in einem Kraftfahrzeug, wie beispielsweise einem Personen- oder Nutzfahrzeug eingesetzt, insbesondere also in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz. Bei der Eingangsschaltung kann es sich um diejenige eines in dem Kraftfahrzeug-Bordnetz eingesetzten Steuergerätes handeln. Die Erfindung kann sich daher auch auf ein Kraftfahrzeug-Steuergerät beziehen, das über die erfindungsgemäße Eingangsschaltung verfügt.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt beziehen sich Ausführungsbeispiele auf ein Programm mit einem Programmcode zum Durchführen des Verfahrens, wenn der Programmcode auf einem Computer, einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen, auf welche Ausführungsbeispiele jedoch nicht beschränkt sind, näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Schaltungsanordnung gemäß einem Vergleichsbeispiel;
2 ein Blockschaltbild einer Eingangsschaltung einer Signalerfassungsschaltung gemäß einem einfachen Ausführungsbeispiel;
3 ein Blockschaltbild einer Eingangsschaltung einer Signalerfassungsschaltung gemäß einem erweiterten Ausführungsbeispiel;
4 ein Blockschaltbild eines Pulsweitenmodulators gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5 ein Blockschaltbild einer Eingangsschaltung einer Signalerfassungsschaltung gemäß einem detaillierten Ausführungsbeispiel;
6 ein Verfahren für eine Eingangsschaltung einer Signalerfassungsschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Figuren, die lediglich einige exemplarische Ausführungsbeispiele zeigen, bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
1 zeigt eine Schaltungsanordnung 100 bei einer digitalen Eingangsstufe für ein Steuergerät gemäß einer konventionellen Lösung, die in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz einsetzbar ist. Wie eingangs erwähnt, kann an einem Feldeffekttransistor 102 eine unerwünscht hohe Verlustleistung auftreten. Durch Schaltungsanordnung 100 kann es ermöglicht werden, das Verlustleistungsproblem durch eine Überspannungsabschaltung zu beheben. Ein extern angeschlossener Sensor wird hierbei durch einen Schalter 104 gebildet. Schalter 104 wird über eine auch als Supply bezeichnete Spannungsquelle 106 eingangsseitig versorgt, und ist ausgangsseitig an einen Digitaleingang 108 gekoppelt. Eine Zenerdiode 110 (abgekürzt Z-Diode) ist derart zwischen Digitaleingang 108 und einen ersten Widerstand 112 gekoppelt, dass deren Sperrrichtung von dem Digitaleingang 108 zu dem ersten Widerstand 112 verläuft. Widerstand 112 ist ferner gegen Masse/Erdung (GND) verbunden. Mittels Zenerdiode 110 kann ein Schwellwert für die Überspannungsabschaltung eingestellt werden. Parallel zu dem ersten Widerstand 112 ist ein Spannungsteiler geschaltet. Dieser wird durch einen zweiten Widerstand 114 und einen masseseitigen dritten Widerstand 116 gebildet. Zwischen dem zweiten Widerstand 114 und dem dritten Widerstand 116 befindet sich ferner eine Verbindung an einen Steueranschluss eines weiteren Transistors 118.
Eine zusätzliche Spannungsquelle 120, beispielsweise mit einer elektrischen Spannung von 5V, ist an einen vierten Widerstand 122 gekoppelt, welcher wiederum an einen Primäranschluss des weiteren Transistors 118 gekoppelt ist. Der weitere Transistor 118 ist dabei mit einem Sekundäranschluss gegen Masse gekoppelt. Zwischen dem vierten Widerstand 122 und dem weiteren Transistor 118 zweigt über einen fünften Widerstand 124 ein Anschluss an einen Gateanschluss (Steueranschluss) des Feldeffekttransistors 102 ab.
Feldeffekttransistor 102 ist primärseitig mit Digitaleingang 108 und sekundärseitig über einen sechsten Widerstand 126 gegen Masse verbunden. Weiterhin ist Digitalanschluss 108 über einen siebten Widerstand 128 mit einem Steckerkontakt 130 verbunden. Zwischen dem siebten Widerstand 128 und Steckerkontakt 130 zweigt ferner ein Masseanschluss über einen achten Widerstand 132 und ein Masseanschluss über einen Kondensator 134 ab. Mit anderen Worten bilden siebter Widerstand 128, achter Widerstand 132 und Kondensator 134 ein Tiefpassfilter 136.
Wird eine Zenerspannung der Zenerdiode 110 überschritten, beginnt ein Strom über den ersten Widerstand 112 zu fließen und schaltet über den Spannungsteiler (Widerstände 114; 116) den weiteren Transistor 118 ein. Ist der weitere Transistor 118 eingeschaltet, wird über den fünften Widerstand 124 das Gate des Feldeffekttransistors 102 gegen Masse gezogen. Dadurch wird Feldeffekttransistor 102 geschlossen und der Kontaktstrom deaktiviert. So kann Feldeffekttransistor 102 vor zu hoher Verlustleistung geschützt werden. Der vierte Widerstand 122 sorgt dafür, dass der weitere Transistor 118 im normalen Betrieb geöffnet bleibt. Das Tiefpassfilter 136 (oder siebter Widerstand 128, achter Widerstand 132 und Kondensator 134) können beispielsweise spezifizierte Schaltschwellen an die eines Mikrocontrollers anpassen, oder das an dem Digitaleingang 108 anliegende Signal filtern.
Bei älteren Steuergeräten, z.B. bei Steuergeräten für 12V-Bordnetze kann in einigen Fällen eine Überspannungsabschaltung oder sogar der Feldeffekttransistor 102 entfallen. Jedoch kann es hierbei erforderlich sein, den sechsten Widerstand 126 oder, sofern verwendet, den Feldeffekttransistor 102 erheblich größer auszulegen.
Durch Ausführungsbeispiele kann es ermöglicht werden, die hohe Verlustleistung des Feldeffekttransistors 102, bei bordnetzgeschalteten Digitaleingänge (z.B. 12V, 24V, 48V) bei weiterhin fließendem Kontaktstrom zu senken. Zusätzlich kann unter Umständen eine Vorrichtung zur Überspannungsabschaltung oder zumindest einzelne Komponenten derselben (Zenerdiode 110, Widerstände 112, 114, 116 oder 124) entfallen, und somit zusätzliche Kosten gespart werden. Auch kann ggf. ein Abschalten des Kontaktstromes bei höheren Bordnetzspannungen durch Ausführungsbeispiele vermieden werden.
Ausführungsbeispiele beziehen sich daher auf eine, beispielhaft in 2 dargestellte, Eingangsschaltung 250 einer Signalerfassungsschaltung 200. Die Eingangsschaltung 250 wird bevorzugt in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz eingesetzt, vorzugsweise als Eingangsschaltung 250 eines in dem Kraftfahrzeug-Bordnetz eingesetzten (Kraftfahrzeug-)Steuergerätes.
Die Eingangsschaltung 250 umfasst einen Pulsweitenmodulator 210 und einen elektrischen Kontakt 220, beispielsweise einen Steckkontakt oder Schneidkontakt. Dabei ist die Eingangsschaltung 250 dazu ausgebildet, basierend auf einer Versorgungsspannung 230 (U_V) ein Eingangssignal an den Pulsweitenmodulator 210 bereitzustellen. Der Pulsweitenmodulator 210 ist dazu ausgebildet, basierend auf dem Eingangssignal ein Steuersignal an einen Haupttransistor 240 zum Verändern eines durch die Versorgungsspannung 230 hervorgerufenen Kontaktstromes an dem elektrischen Kontakt 220 bereitzustellen. Der Kontaktstrom bewirkt eine Verlangsamung oder Umkehr eines Korrosionsprozesses eines Materials des elektrischen Kontaktes 220.
Das Eingangssignal ist in 2 in Form eines zu dem Pulsweitenmodulator hin weisenden Pfeils dargestellt. Entsprechend ist das Steuersignal in Form eines von dem Pulsweitenmodulator weg weisenden Pfeils dargestellt. Die Versorgungsspannung 230 (U_V) kann beispielsweise eine Versorgungsspannung der Eingangsschaltung 250, der Signalerfassungsschaltung 200 oder einer anderen Komponente sein. Die andere Komponente kann z.B. ein Schalter oder Sensor sein, welcher mit der Eingangsschaltung 250 oder der Signalerfassungsschaltung 200 gekoppelt ist. Die Versorgungsspannung 230 ist bei einigen Ausführungsbeispielen eine zeitlich konstante Spannung. Bei der Versorgungsspannung 230 handelt es sich insbesondere um eine Batteriespannung.
Ein erweitertes Ausführungsbeispiel der Eingangsschaltung 250 ist in 3 dargestellt. Im Folgenden sind Komponenten, welche eine Entsprechung in einer vorherigen Figur haben, nicht nochmals erklärt; vielmehr wird lediglich auf die Unterschiede eingegangen. Auch hierbei handelt es sich insbesondere um die Eingangsschaltung 250 eines bzw. in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz, vorzugsweise eines in dem Kraftfahrzeug-Bordnetz eingesetzten (Kraftfahrzeug-)Steuergerätes.
Bei 3 dient die Versorgungsspannung 230 (U_VPE) der Versorgung eines Schalters 302. Der Schalter 302 ist zwischen eine Versorgungsspannungsquelle 304 und einen Digitaleingang 306 der Eingangsschaltung 250 gekoppelt. Ferner umfasst die Eingangsschaltung 250 einen Mikrocontroller 308. Der Mikrocontroller 308 ist dazu ausgebildet, das auf der Versorgungsspannung 230 basierende Eingangssignal zu erzeugen und an den Pulsweitenmodulator 210 (im Folgenden auch als PWM-Generator bezeichnet) bereitzustellen. Ferner ist der Mikrocontroller 308 dazu ausgebildet, das Eingangssignal basierend auf einer vordefinierten Frequenz für das Steuersignal, einem Minimalwert und einem Maximalwert eines Tastgrads (engl.: Duty Cycle) zu erzeugen. Basierend auf dem Eingangssignal erzeugt der PWM-Generator 210 das Steuersignal. Dieses kann über einen optionalen Ausgangswiderstand 310 an einen Steueranschluss des Haupttransistors 240 bereitgestellt werden.
Ferner umfasst die Eingangsschaltung 250 eine Kontrollschaltung 312. Dabei ist die Kontrollschaltung 312 dazu ausgebildet, ein auf dem Eingangssignal basierendes Spannungssignal und ein auf der Versorgungsspannung 230 basierendes Referenzsignal zu empfangen. Die Kontrollschaltung 312 ist dazu ausgebildet, das Steuersignal für den Haupttransistor 240 derart zu verändern, dass eine Verringerung des Kontaktstromes bewirkt wird, falls das Spannungssignal einen vordefinierten Wert annimmt.
Entsprechend der in 1 gezeigten Anordnung ist der Haupttransistor 240 an den Digitaleingang 306 und über einen masseseitigen Widerstand 314 gegen Masse gekoppelt. Dabei kann ein eingangsseitiger Anschluss des Haupttransistors 240 je nach Polung und/ oder Transistortyp ein Emitter- oder Kollektoranschluss, bzw. Quell- oder Senkenanschluss (Source- oder Drainanschluss), und ein masseseitiger Anschluss das entsprechende Gegenstück sein. Zwischen Digitaleingang 306 und Haupttransistor 240 zweigt eine Leiterbahn zu dem elektrischen Kontakt (beispielsweise Steckerkontakt) 220 ab. Dabei ist dem Kontakt 220 ein optionales Tiefpassfilter 316 (oder eine Kontrolleinrichtung für einen digitalen Eingang) vorgeschaltet bzw. zwischen Haupttransistor 240 und Kontakt 220 ist der optionale Tiefpassfilter 316 zwischengeschaltet. Das Tiefpassfilter 316 umfasst einen (vorderen) Tiefpasswiderstand 318, welcher zwischen dem Digitaleingang 306 und dem Kontakt 220 angeordnet ist. Das Tiefpassfilter 316 umfasst ferner eine Parallelschaltung eines hinteren Tiefpasswiderstands 320 und eines Tiefpasskondensators 322, welche zwischen einen Knotenpunkt zwischen (vorderem) Tiefpasswiderstand 318 und Kontakt 220 auf einer Seite, und Masse auf einer Gegenseite gekoppelt ist.
Durch diesen Aufbau kann ein Takten des Haupttransistors 240 in Abhängigkeit der Versorgungsspannung 230 bei geschlossenem Schalter 302 ermöglicht werden. Dadurch kann ggf. die Verlustleistung sowohl bei dem Haupttransistor 240 als auch bei dem masseseitigen Widerstand 314 im Verhältnis des Duty-Cycle-Taktes reduziert werden. Der Kontaktstrom kann dabei zeitweise während des Einschaltens ebenfalls erhalten bleiben. Dadurch kann es möglich sein, dass an dem Schalter 302 beim Schließen noch Strom fließt. Zusätzlich kann, auch abhängig von Anforderungen an die Signalerfassungsschaltung 200, die Überspannungsabschaltung (vgl. 1) entfallen. Dabei kann bei einer Fehlfunktion des Taktgenerators oder Mikrocontrollers 308 oder einer zu hohen Spannung an dem Digitaleingang 306 der Kontaktstrom, je nach Auslegung der Eingangsschaltung 250, beispielsweise deaktiviert oder lediglich auf einen vordefinierten Mindeststrom reduziert werden. Dies kann unter Umständen eine Beschädigung oder Zerstörung des Haupttransistors 240 verhindern. Ein Deaktivieren oder Reduzieren des Kontaktstromes kann dabei durch die Kontrollschaltung 312 realisiert werden.
Wie 3 zu entnehmen ist, schaltet der PWM-Generator 210 über den Ausgangswiderstand 310 das Gate des Haupttransistors 240. Der PWM-Generator 210 kann bei einem Ausführungsbeispiel einen Mikrocontroller-Port, einen PNP-Transistor oder P-Kanal-Feldeffekt-Transistor umfassen. Der PWM-Generator 240 kann bei weiteren Ausführungsbeispielen auch durch den Mikrocontroller 308 realisiert oder als analoge Schaltung implementiert sein. Als Eingangsgröße für eine Berechnung der Pulsweitenmodulation (PWM) wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Frequenz des Duty-Cycle (Tastverhältnis) und dessen Minimal- und Maximalwert definiert, welche basierend auf einem geforderten Kontaktlaststrom ermittelbar sind. Der geforderte Kontaktlaststrom kann dabei individuell von einzelnen Betriebsbedingungen, wie z.B. Betriebsspannung, Temperatur, verwendeter Schalter oder Sensor, abhängen, und dementsprechend eingestellt werden.
Das Erzeugen des Eingangssignals für den PWM-Generator 210 wird hier anhand eines Beispiels näher beschrieben. Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Eingangssignal ferner einen Maximalwert oder Minimalwert eines Tastgrads für das Steuersignal. Dabei entspricht das Steuersignal dem Maximalwert, wenn die Versorgungsspannung unter einem unteren Grenzwert liegt oder dem Minimalwert, wenn die Versorgungsspannung über einem oberen Grenzwert liegt. Befindet sich genauer gesagt die Versorgungsspannung (dies kann bei verschiedenen Ausführungsbeispielen z.B. U_VPE oder eine bei dem Digitaleingang 306 auftretende Spannung sein) unterhalb der Spannung U_TH1, wird der Haupttransistor 240 noch mit einem Steuersignal (PWM-Signal) von 100% angesteuert und ist somit komplett geöffnet. Der maximal fließende Kontaktstrom ist dabei über den masseseitigen Widerstand 314 einstellbar. Steigt nun die Versorgungsspannung über den vordefinierten Wert U_TH1, so wird der PWM-Duty-Cycle verringert. Der Haupttransistor 240 beginnt zu takten. Dadurch kann sich seine Verlustleistung verringern, was beispielsweise in einer geringeren Eigenerwärmung resultieren kann. Übersteigt die Versorgungsspannung die Schwelle U_TH2, wird die PWM auf den vordefinierten Minimalwert verringert. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der Minimalwert des Tastgrads derart gewählt, dass das dem Minimalwert entsprechende Steuersignal bei dem Haupttransistor 240 eine Verlustleistung bewirkt, welche (z.B. wenn die Versorgungsspannung eine maximale Bordnetzspannung ist) unterhalb eines vorgegebenen Höchstwertes liegt. Dabei kann die Frequenz variabel oder fest vorgegeben sein. Fällt nun die Ansteuerung des PWM-Generators 210 aus, während der Haupttransistor 240 durchgesteuert wird, und übersteigt die Spannung am Digitaleingang 306 eine Schwelle, bei der der Höchstwert der Verlustleistung des Haupttransistors 240 überschritten wird, kann eine Aktivierung der Kontrollschaltung 312 zum Überlastschutz erfolgen.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Pulsweitenmodulators 400 oder PWM-Generators. Beispielhaft wird hierbei eine Implementierung gezeigt, welche einen als PNP-Transistor ausgeführten internen Transistor 410 umfasst. Ein Signaleingang 420 (PWM_IN) ist mit einem Steueranschluss des internen Transistors 410 verbunden. Ein erster Widerstand 430 ist auf einer Seite mit einer Spannungsquelle 440, und auf einer Gegenseite mit einer Leiterbahn zwischen Signaleingang 420 und Steueranschluss des internen Transistors 410 verbunden. Ein zweiter Widerstand 450 ist auf einer Seite ebenfalls mit der Spannungsquelle 440, und auf einer Gegenseite mit einem ersten Anschluss des internen Transistors 410 verbunden. Ein zweiter Anschluss des internen Transistors 410 ist an einen Signalausgang 460 (PWM_OUT) gekoppelt.
Es kann über den Signaleingang 420 vom Mikrocontroller aus die PWM eingeprägt werden, und über den Signalausgang 460 der interne Transistor 410 angesteuert werden. Beispielsweise kann der PWM-Generator 400 dazu ausgebildet sein, ein Eingangssignal mit vordefinierter Spannung und Frequenz in ein Ausgangssignal mit derselben Frequenz und einer gegenüber dem Eingangssignal veränderten Spannung umzuwandeln. An dem Signalausgang 460 können auch weitere Haupttransistoren von weiteren Kontakten oder Digital-Schnittstellen angeschlossen werden. Dadurch kann es möglich werden, mit lediglich einem gemeinsamen PWM-Generator oder einer gemeinsamen Software-Implementierung mehrere Kontakte vor Korrosion zu schützen, oder eine unerwünscht hohe Verlustleistung bei mehreren Haupttransistoren zu vermeiden. Anders ausgedrückt können mehrere Schnittstellen z.B. gemeinsam, oder auch verschieden getaktet werden. Letzteres kann z.B. verwendet werden, wenn mehrere Schnittstellen unterschiedlich behandelt werden sollen (abhängig von z.B. einem Sensortyp oder einer Versorgungsspannung).
Bei Verwendung des PNP-Transistors 410 kann unter Umständen eine an dem PNP-Transistor 410 abfallende Spannung (zwischen einem Kollektor- und einem Emitteranschluss) den Kontaktstrom beeinflussen. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der interne Transistor 410 ein P-Kanal-Feldeffekttransistor. Ein Einfluss einer zwischen Anschlüssen des internen Transistors abfallenden Spannung auf den Kontaktstrom kann so möglicherweise verringert oder sogar auf einen Widerstand zwischen Drain- und Sourceanschluss des internen Transistors 410 beschränkt werden. Ein Duty-Cycle für den Kontaktstrom kann z.B. gesteuert werden, auch für zwei oder mehrere Stufen. Auch kann der Duty-Cycle für den Kontaktstrom z.B. basierend auf der Bordnetzspannung oder einer Digitaleingangsspannung geregelt werden.
In 5 ist ein Ausführungsbeispiel vorgestellt, bei dem die Eingangsschaltung 250 neben dem elektrischen Kontakt 220-1 ferner einen weiteren elektrischen Kontakt 220-2 umfasst. Entsprechend 2 und 3 kann es sich auch hierbei um die Eingangsschaltung 250 in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz, vorzugsweise eines in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz eingesetzten (Kraftfahrzeug-)Steuergerät handeln.
Dabei ist der Pulsweitenmodulator 210 dazu ausgebildet, basierend auf dem Eingangssignal ein weiteres Steuersignal an den Haupttransistor 240-1 oder einen weiteren Haupttransistor 240-2 zum Verändern eines weiteren Kontaktstromes an dem weiteren elektrischen Kontakt 220-2 bereitzustellen. Der weitere Kontaktstrom bewirkt eine Verlangsamung oder Umkehr eines Korrosionsprozesses eines Materials des weiteren elektrischen Kontaktes 220-2.
Die Signalerfassungsschaltung 200 umfasst zwei (optional auch weitere) identisch aufgebaute Eingangsstufen 510-1; 510-2. Die Eingangsstufen 510-1; 510-2 umfassen jeweils einen Digitaleingang 306-1; 306-2, der als elektrischer Kontakt 220-1 bzw. 220-2 ausgeführt ist. Der Digitaleingang 306-1; 306-2 dient insbesondere als Signal-Eingang für ein Steuergerät, d.h. er bildet den Ausgang der Eingangsschaltung 250 für das eigentliche Steuergerät, in dem die über den Digitaleingang 306-1; 306-2 eingehenden Signale verarbeitet werden.
Der Digitaleingang 306-1; 306-2 ist an ein Tiefpassfilter 316-1; 316-2 (umfassend einen vorderen Tiefpasswiderstand 318-1; 318-2, einen hinteren Tiefpasswiderstand 320-1; 320-2 und einen Tiefpasskondensator 322-1; 322-2) gekoppelt, dessen Aufbau dem in 3 gezeigten entspricht. Das Tiefpassfilter 316-1; 316-2 ist dem Kontakt 220-1; 220-2 vorgeschaltet. Der Digitaleingang 306-1; 306-2 ist also über das Tiefpassfilter 316-1; 316-2 an einen ersten Anschluss des Haupttransistors 240-1; 240-2 gekoppelt. Ein zweiter Anschluss des Haupttransistors 240-1; 240-2 ist über einen masseseitigen Widerstand 314-1; 314-2 gegen Masse verbunden. Zwischen erstem Anschluss des Haupttransistors 240-1; 240-2 und einem Steueranschluss des Haupttransistors 240-1; 240-2 besteht eine elektrische Verbindung über einen Schaltflanken-Kondensator 512-1; 512-2. Eine Nebenspannungsquelle 514-1; 514-2 ist über einen Nebenwiderstand 516-1; 516-2 an den Steueranschluss des Haupttransistors 240-1; 240-2 gekoppelt.
Die Eingangsschaltung 250 umfasst die Kontrollschaltung 312 („PWM-Monitor“) und den PWM-Generator 210, welcher seinerseits den Mikrocontroller 308 umfasst. Der Mikrocontroller 308 ist an einen Steueranschluss eines vorderen Transistors 518 gekoppelt. Der vordere Transistor 518 ist mit einem ersten Anschluss gegen Masse gekoppelt, und mit einem zweiten Anschluss über einen Vorwiderstand 520 gegen eine interne Spannungsquelle 522. Zwischen vorderem Transistor 518 und Vorwiderstand 520 bestehen über einen internen Kondensator 524 eine Verbindung nach Masse sowie jeweils eine Verbindung an einen Steueranschluss eines ersten Transistors 526-1 und eines zweiten Transistors 526-2. Erster bzw. zweiter Transistor 526-1; 526-2 sind jeweils mit einem ersten Anschluss gegen Masse und mit einem zweiten Anschluss über einen Ausgangswiderstand 310-1; 310-2 an den Steueranschluss des ersten bzw. zweiten Haupttransistors 240-1; 240-2 gekoppelt.
Die Kontrollschaltung 312 umfasst eine erste Diode 528-1, welche mit dem ersten Digitaleingang 306-1 gekoppelt ist und eine zweite Diode 528-2, welche mit dem zweiten Digitaleingang 306-2 gekoppelt ist. Dabei weist die Sperrrichtung der ersten und zweiten Diode 528-1; 528-2 zu dem Digitaleingang 306-1; 306-2 hin. Außerdem umfasst die Kontrollschaltung 312 einen Komparator 530 mit einem invertierenden Eingang, einem nichtinvertierenden Eingang und einem Ausgang. Erste und zweite Diode 528-1; 528-2 sind über ein gemeinsames Eingangs-Tiefpassfilter 532 an den invertierenden Eingang gekoppelt. Der Aufbau des Eingangs-Tiefpassfilters 532 entspricht dem des ersten und zweiten Tiefpassfilters 316-1; 316-2. Dabei können dessen vorderer Widerstand 533 und hinterer Widerstand 535 auch als Spannungsteiler fungieren. Über einen Koppelwiderstand 534 ist der Mikrocontroller 308 an den nichtinvertierenden Eingang des Komparators 530 gekoppelt. Zwischen Koppelwiderstand 534 und Komparator 530 ist über einen Zwischenwiderstand 538 eine Hilfsspannungsquelle 536 verbunden, und über einen weiteren Kondensator 540 eine Verbindung nach Masse hergestellt.
Ferner kann eine Messung der Versorgungsspannung, z.B. Bordnetzspannung durch den Mikrocontroller 308 erfolgen. Den Digitaleingängen 306-1; 306-2 vorgeschaltete, extern eingesetzte Schalter 542-1; 542-2 (External switch) sowie optional vorhandene weitere Eingänge (Input – EDx) sind durch gestrichelte Boxen angedeutet. Für einen weiteren Digitaleingang kann die Signalerfassungsschaltung 200 einen weiteren Transistor, der parallel zur Basis am zweiten Transistor 526-2 angeschlossen ist, und eine weitere Diode, die mit der Kathodenseite an das Eingangs-Tiefpassfilter 532 angeschlossen ist, aufweisen.
Ein digitaler Eingang kann durch die Eingangsstufe 510-1; 510-2 realisiert sein. Die Nebenspannung V1, V2 zieht über den Nebenwiderstand 516-1; 516-2 die Basis des Haupttransistors 240-1; 240-2 nach oben. Dadurch wird, sobald der externe, gegen die Versorgungsspannung angeschlossene Schalter 542-1; 542-2 geschlossen wird, ein Stromfluss über die Kollektor-Emitterstrecke des Haupttransistors 240-1; 240-2 ermöglicht. Dabei kann der Haupttransistor 240-1; 240-2 in Verbindung mit dem masseseitigen Widerstand 314-1; 314-2 als Stromquelle fungieren. Mit Hilfe des Ausgangswiderstands 310-1; 310-2 kann diese Stromquelle innerhalb eines zwischen zwei begrenzenden Strompegeln liegenden Bereichs umgeschaltet werden. Über das Tiefpassfilter 316-1; 316-2 wird die Spannung an dem Kontakt 220-1; 220-2 (z.B. digitalen Steckereingang) eingelesen. Dadurch kann auf eine Schalterstellung des externen Schalters 542-1; 542-2 zurück geschlossen werden. Die Basis des Haupttransistors 240-1; 240-2 kann über den Ausgangswiderstand 310-1; 310-2 durch den ersten bzw. zweiten Transistor 526-1; 526-2 auf eine niedrigere Spannung gezogen werden. Durch Takten kann der Stromfluss in einem Bereich zwischen zwei definierten Stromwerten kontinuierlich verändert, und somit die Verlustleistung im Haupttransistor 240-1; 240-2 reduziert werden. Mit dem Schaltflanken-Kondensator 512-1; 512-2 kann die Schaltflanke des Haupttransistors 240-1; 240-2 angepasst werden, wodurch eine elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) verbessert werden kann. Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Funktionsweisen der beiden Eingangsstufen 510-1; 510-2 im Wesentlichen identisch.
Der Takt wird hier wie oben beschrieben durch den Mikrocontroller 308 als Taktgeneratorblock vorgegeben. Fällt jedoch der Mikrocontroller 308 aus oder befindet sich in einem Reset-Modus, kann dies dazu führen, dass der Haupttransistor 240-1; 240-2 dauerhaft durchgeschalten ist. Außerdem kann eine ungeplant höhere Spannung an dem Digitaleingang 306-1; 306-2 auftreten, beispielsweise, wenn der Digitaleingang 306-1; 306-2 bzw. der Kontakt 220-1, 220-2 als 5V-Pin ausgelegt ist, und direkt auf einen zu der Versorgungsspannung bezogenen Schalter verdrahtet ist. Dadurch kann die Verlustleistung ab einer bestimmten Bordnetzspannung ggf. zu hoch werden. Über die Kontrollschaltung 312 wird eine Leistungsüberwachung realisiert, wodurch die Verlustleistung unter Umständen reduziert werden kann.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Kontrollschaltung 312 dazu ausgebildet, ein auf dem Eingangssignal basierendes Spannungssignal und ein auf der Versorgungsspannung basierendes Referenzsignal zu empfangen. Die Kontrollschaltung 312, oder genauer gesagt, der Komparator 530, ist dazu ausgebildet, das Steuersignal für den Haupttransistor 240-1; 240-2 derart zu verändern, dass eine Verringerung des Kontaktstromes bewirkt wird, falls das Spannungssignal einen vordefinierten Wert annimmt. Über die Dioden 528-1; 528-2 wird die Spannung am ersten Anschluss des Haupttransistors 240-1; 240-2 zurückgekoppelt und als Referenzspannung am invertierenden (negativen) Eingang des Komparators 530 angelegt. Der vom Mikrocontroller 308 generierte Takt lädt über den Koppelwiderstand 534 den weiteren Kondensator 540 in etwa auf den arithmetischen Mittelwert der PWM und einem zusätzlich durch V2 generierten Offset auf. Anders ausgedrückt kann das Spannungssignal auf einer Summe aus einem Mittelwert des Eingangssignals und einem konstanten Spannungswert basieren. Zeitgleich wird der weitere Kondensator 540 über den Zwischenwiderstand 538 wieder entladen. Fällt nun die PWM aus, so entlädt sich die Spannung am weiteren Kondensator 540 unter die Referenzspannung an dem Eingangs-Tiefpasskondensator 544 und der Komparator 530 schaltet mit seinem Open-Kollektor Ausgang die Basis der Transistoren 526-1; 526-2 gegen Masse. Mit anderen Worten ist die Kontrollschaltung 312 dazu ausgebildet, das Steuersignal für den Haupttransistor 240-1; 240-2 derart zu verändern, dass eine Verringerung des Kontaktstromes bewirkt wird, falls das Spannungssignal einen vordefinierten Wert annimmt. Dadurch werden die Haupttransistoren 240-1; 240-2 geöffnet und der Kontaktstrom reduziert. Sobald der Mikrocontroller 308 mit dem Takten wieder beginnt, wird die Spannung am weiteren Kondensator 540 wieder steigen und die Digitaleingänge 306-1; 306-2 arbeiten wieder mit einem getakteten (und höheren) Kontaktstrom. Die Spannungsquelle V2 dient hierbei als Hilfsspannungsquelle, wodurch unterhalb der Verlustleistungsgrenze eine 100%-PWM auftreten kann. Durch die Spannungsquelle V3 kann es ermöglicht werden, die Transistoren 518; 526-1; 526-2 zu schalten.
Einige Ausführungsbeispiele können beispielsweise bei einem Wendegetriebe für ein Kraftfahrzeug mit einer Eingangsschaltung zum Einsatz kommen. Dabei ist das Wendegetriebe ferner an einen mechanischen Schalter gekoppelt. Die Versorgungsspannung ist eine Versorgungsspannung des mechanischen Schalters.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 600 für eine Eingangsschaltung einer Signalerfassungsschaltung. Das Verfahren 600 umfasst ein Bereitstellen 610 eines Eingangssignals an einen Pulsweitenmodulator der Eingangsschaltung basierend auf einer Versorgungsspannung. Das Verfahren 600 umfasst außerdem ein Bereitstellen 620 des Steuersignals basierend auf dem Eingangssignal an einen Haupttransistor zum Verändern eines durch die Versorgungsspannung hervorgerufenen Kontaktstromes bei einem elektrischen Kontakt der Eingangsschaltung. Das Verfahren 600 umfasst ferner ein Bewirken 630 einer Verlangsamung oder Umkehr eines Korrosionsprozesses eines Materials des elektrischen Kontaktes durch den Kontaktstrom. Dies kann eine Senkung von Verlustleistung bei dem Haupttransistor bewirken. Ferner kann ein Abschalten des Kontaktstromes bei erhöhter Versorgungsspannung umgangen werden. Dadurch kann möglicherweise eine zusätzliche Schaltungsanordnung zum Abschalten bei erhöhter Versorgungsspannung entfallen, wodurch Kosten eingespart werden können.
Ausführungsbeispiele können beispielsweise bei elektronischen Steuergeräten bei Eingangsschaltungen zur Signalerfassung zum Einsatz kommen. Die vorgeschlagene Eingangsschaltung kann an allen Signaleingängen angewendet werden, bei denen ein Status eines mechanischen Schalters erfasst wird. Beispiele hierfür sind z.B. Fahrschaltersignale im Automotive-Bereich, Druck- oder Positionsschalter, oder auch ein Einsatz im Bereich der Wendegetriebe. Mit Hilfe einer hier beschriebenen Eingangsschaltung kann es gegebenenfalls möglich sein, einen verlustleistungsoptimierten und kontaktstromgeregelten digitalen Steuergeräteeingang für universelle Bordnetze zu implementieren, um nur ein Beispiel zu nennen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefügten Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und implementiert werden.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrens-schritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Bezugszeichenliste

100: Schaltungsanordnung
102: Feldeffekttransistor
104: Schalter
106: Spannungsquelle
108: Digitaleingang
110: Zenerdiode
112: Erster Widerstand
114: Zweiter Widerstand
116: Dritter Widerstand
118: Weiterer Transistors
120: Zusätzliche Spannungsquelle
122: Vierter Widerstand
124: Fünfter Widerstand
126: Sechster Widerstand
128: Siebter Widerstand
130: Steckerkontakt
132: Achter Widerstand
134: Kondensator
136: Tiefpassfilter
200: Signalerfassungsschaltung
210: Pulsweitenmodulator
220; 220-1; 220-2: Elektrischer Kontakt
230: Versorgungsspannung
240; 240-1; 240-2: Haupttransistor
250: Eingangsschaltung
302: Schalter
304: Versorgungsspannungsquelle
306; 306-1; 306-2: Digitaleingang
308: Mikrocontroller
310; 310-1; 310-2: Ausgangswiderstand
312: Kontrollschaltung
314; 314-1; 314-2: Masseseitiger Widerstand
316; 316-1; 316-2: Tiefpassfilter
318; 318-1; 318-2: Vorderer Tiefpasswiderstand
320; 320-1; 320-2: Hinterer Tiefpasswiderstand
322; 322-1; 322-2: Tiefpasskondensator
400: Pulsweitenmodulator
410: Interner Transistor
420: Signaleingang
430: Erster Widerstand
440: Spannungsquelle
450: Zweiter Widerstand
460: Signalausgang
510-1; 510-2: Eingangsstufe
512-1; 512-2: Schaltflanken-Kondensator
514-1; 514-2: Nebenspannungsquelle
516-1; 516-2: Nebenwiderstand
518: Vorderer Transistor
520: Vorwiderstand
522: Interne Spannungsquelle
524: Interner Kondensator
526-1: Erster Transistor
526-2: Zweiter Transistor
528-1: Erste Diode
528-2: Zweite Diode
530: Komparator
532: Eingangs-Tiefpassfilter
533: Vorderer Widerstand
534: Koppelwiderstand
535: Hinterer Widerstand
536: Hilfsspannungsquelle
538: Zwischenwiderstand
540: Weiterer Kondensator
542-1; 542-2: Externer Schalter
544: Eingangs-Tiefpasskondensator
600: Verfahren
610: Bereitstellen
620: Bereitstellen
630: Bewirken

Claims

Eingangsschaltung (250) einer Signalerfassungsschaltung (200), umfassend einen Pulsweitenmodulator (210) und einen elektrischen Kontakt (220), wobei die Eingangsschaltung (250) dazu ausgebildet ist, basierend auf einer Versorgungsspannung ein Eingangssignal an den Pulsweitenmodulator (210) bereitzustellen, und wobei der Pulsweitenmodulator (210) dazu ausgebildet ist, basierend auf dem Eingangssignal ein Steuersignal an einen Haupttransistor (240) zum Verändern eines durch die Versorgungsspannung hervorgerufenen Kontaktstromes an dem elektrischen Kontakt (220) bereitzustellen, wobei der Kontaktstrom eine Verlangsamung oder Umkehr eines Korrosionsprozesses eines Materials des elektrischen Kontaktes (220; 220-1, 220-2) bewirkt.
Eingangsschaltung (250) gemäß Anspruch 1, wobei das Eingangssignal ferner einen Maximalwert oder Minimalwert eines Tastgrads für das Steuersignal umfasst, wobei das Steuersignal dem Maximalwert entspricht, wenn die Versorgungsspannung unter einem unteren Grenzwert liegt oder dem Minimalwert entspricht, wenn die Versorgungsspannung über einem oberen Grenzwert liegt.
Eingangsschaltung (250) gemäß Anspruch 2, wobei der Minimalwert des Tastgrads derart gewählt ist, dass das dem Minimalwert entsprechende Steuersignal bei dem Haupttransistor (240) eine Verlustleistung bewirkt, welche unterhalb eines vorgegebenen Höchstwertes liegt.
Eingangsschaltung (250) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner umfassend einen weiteren elektrischen Kontakt (220-1; 220-2), wobei der Pulsweitenmodulator (210) dazu ausgebildet ist, basierend auf dem Eingangssignal ein weiteres Steuersignal an einen weiteren Haupttransistor (240-1; 240-2) zum Verändern eines weiteren Kontaktstromes an dem weiteren elektrischen Kontakt (220-1; 220-2) bereitzustellen, wobei der weitere Kontaktstrom eine Verlangsamung oder Umkehr eines Korrosionsprozesses eines Materials des weiteren elektrischen Kontaktes (220-1; 220-2) bewirkt.
Eingangsschaltung (250) gemäß Anspruch 4, wobei die Eingangsschaltung dazu ausgebildet ist, basierend auf einer sich von der Versorgungsspannung unterscheidenden weiteren Versorgungsspannung das Eingangssignal an den Pulsweitenmodulator (210) bereitzustellen, wobei das weitere Steuersignal ein Verändern eines durch die weitere Versorgungsspannung hervorgerufenen weiteren Kontaktstromes an dem weiteren elektrischen Kontakt (220-1; 220-2) bewirkt.
Eingangsschaltung (250) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner umfassend eine Kontrollschaltung (312), wobei die Kontrollschaltung (312) dazu ausgebildet ist, ein auf dem Eingangssignal basierendes Spannungssignal und ein auf der Versorgungsspannung basierendes Referenzsignal zu empfangen, und das Steuersignal für den Haupttransistor (240) derart zu verändern, dass eine Verringerung des Kontaktstromes bewirkt wird, falls das Spannungssignal einen vordefinierten Wert annimmt.
Eingangsschaltung (250) gemäß Anspruch 6, wobei die Kontrollschaltung (312) ferner einen Komparator (530) umfasst, welcher dazu ausgebildet ist, das Referenzsignal und das Spannungssignal zu empfangen, und ein Überbrückungssignal bereitzustellen, sobald das Spannungssignal einen kleineren Wert als das Referenzsignal annimmt, wobei das Überbrückungssignal ein Verändern des Steuersignals bewirkt.
Eingangsschaltung (250) gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei das Spannungssignal auf einer Summe aus einem Mittelwert des Eingangssignals und einem konstanten Spannungswert basiert.
Eingangsschaltung (250) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Kontrollschaltung ferner dazu ausgebildet ist, ein auf einer weiteren Versorgungsspannung basierendes Referenzsignal zu empfangen, und wobei die Kontrollschaltung (312) dazu ausgebildet ist, das Überbrückungssignal für einen weiteren Haupttransistor (240-1; 240-2) zu erzeugen, welches eine Verringerung eines weiteren Kontaktstromes bewirkt, falls das Spannungssignal einen vordefinierten Wert annimmt.
Eingangsschaltung (250) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Pulsweitenmodulator (210) ferner einen internen Transistor umfasst, wobei der interne Transistor dazu ausgebildet ist, ein auf dem Eingangssignal basierendes internes Signal an einem Steueranschluss zu empfangen, und in Reaktion auf das interne Signal das Steuersignal an einem ersten oder zweiten Anschluss an den Haupttransistor (240) bereitzustellen.
Eingangsschaltung (250) gemäß Anspruch 10, wobei der interne Transistor ein P-Kanal-Feldeffekttransistor (250) ist.
Eingangsschaltung (250) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner umfassend ein kapazitives Element (512-1; 512-2), welches zwischen einen Steuereingang und einen ersten Anschluss des Haupttransistors (240) gekoppelt ist, sodass bei Verändern der Versorgungsspannung das Steuersignal durch das kapazitive Element (512-1; 512-2) derart verändert wird, dass ein Spannungsabfall zwischen dem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss des Haupttransistors (240), erhöht wird.
Kraftfahrzeug-Steuergerät mit einer Eingangsschaltung (250) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche.
Wendegetriebe für ein Kraftfahrzeug mit einer Eingangsschaltung (250) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Wendegetriebe ferner an einen mechanischen Schalter gekoppelt ist, und wobei die Versorgungsspannung eine Versorgungsspannung des mechanischen Schalters ist.
Verfahren (600) für eine Eingangsschaltung einer Signalerfassungsschaltung, umfassend: Bereitstellen (610) eines Eingangssignals an einen Pulsweitenmodulator der Eingangsschaltung basierend auf einer Versorgungsspannung; Bereitstellen (620) des Steuersignals basierend auf dem Eingangssignal an einen Haupttransistor zum Verändern eines durch die Versorgungsspannung hervorgerufenen Kontaktstromes bei einem elektrischen Kontakt der Eingangsschaltung; und Bewirken (630) einer Verlangsamung oder Umkehr eines Korrosionsprozesses eines Materials des elektrischen Kontaktes durch den Kontaktstrom.