DE102016109185A1 - Switching device and method - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Schaltvorrichtung (1, 20) zum Schalten einer elektrischen Last (2, 26, R8), welche in einer ersten Spannungsebene (3) angeordnet ist, aus einer zweiten Spannungsebene (4) heraus, mit einem steuerbaren Signalgenerator (5, 22), welcher in der zweiten Spannungsebene (4) angeordnet ist, und ausgebildet ist, ein Ausgangssignal (6, 32) mit einer vorgegebenen Frequenz auszugeben, mit einem steuerbaren Schaltelement (7, 25), welches einen Lastpfad (8, 33) aufweist, der mit der elektrischen Last (2, 26, R8) gekoppelt ist, und welches einen Steuereingang (9, 34) aufweist, mit einem Übertragungselement (10, 23), welches eingangsseitig mit dem steuerbaren Signalgenerator (5, 22) und ausgangsseitig mit dem Steuereingang (9, 34) des Schaltelements (7, 25) gekoppelt ist und ausgebildet ist, das Ausgangssignal (6, 32) kontaktlos von der zweiten Spannungsebene (4) an den Steuereingang (9, 34) zu übertragen. Ferner offenbart die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren.The present invention discloses a switching device (1, 20) for switching an electrical load (2, 26, R8), which is arranged in a first voltage plane (3), out of a second voltage plane (4), with a controllable signal generator (5 , 22), which is arranged in the second voltage plane (4) and is adapted to output an output signal (6, 32) having a predetermined frequency, with a controllable switching element (7, 25) which has a load path (8, 33). comprising, which is coupled to the electrical load (2, 26, R8), and which has a control input (9, 34), with a transmission element (10, 23), which on the input side with the controllable signal generator (5, 22) and the output side is coupled to the control input (9, 34) of the switching element (7, 25) and is adapted to transmit the output signal (6, 32) contactlessly from the second voltage level (4) to the control input (9, 34). Furthermore, the present invention discloses a corresponding method.

Description

Technisches Gebiet Technical area

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung zum Schalten einer elektrischen Last und ein entsprechendes Verfahren. The present invention relates to a switching device for switching an electric load and a corresponding method.

Technischer Hintergrund Technical background

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden hauptsächlich in Verbindung mit elektrischen Einrichtungen in einem Automobil beschrieben. Es versteht sich aber, dass die vorliegende Erfindung in beliebigen Anwendung eingesetzt werden kann, in denen elektrische Lasten geschaltet werden. The present invention will be described below mainly in connection with electrical devices in an automobile. It is understood, however, that the present invention may be used in any application in which electrical loads are switched.

In modernen Automobilen wird eine Vielzahl elektrischer Verbraucher eingesetzt. Insbesondere kommen dabei auch Verbraucher mit erhöhtem Leistungsbedarf zum Einsatz. Solche Verbraucher können z.B. hydraulische Pumpen oder Elektromotoren sein. Um die hohen Leistungen bereitzustellen, die solche Verbraucher benötigen, werden neben der üblichen 12-Volt-Spannungsebene auch Spannungsebenen mit höheren Spannungen, wie z.B. 48 Volt, eingesetzt. In modern automobiles, a large number of electrical consumers are used. In particular, consumers with increased power requirements are also used. Such consumers may e.g. be hydraulic pumps or electric motors. In order to provide the high levels of power that such consumers require, in addition to the usual 12 volt voltage level, voltage levels with higher voltages, e.g. 48 volts, used.

Schaltet nun z.B. ein Steuergerät aus der 12-Volt-Spannungsebene ein Steuergerät aus der 48-Volt-Spannungsebene ein und aus, sollen häufig die zwei Spannungsebenen galvanisch voneinander entkoppelt werden. Das Schaltsignal kann z.B. optisch, also über Optokoppler, übertragen werden. Ferner können Reed-Relais oder dergleichen genutzt werden. Now switch e.g. a control unit from the 12-volt voltage level, a control unit from the 48-volt voltage level on and off, often the two voltage levels are to be galvanically decoupled from each other. The switching signal may e.g. optically, so via optocouplers, transferred. Furthermore, reed relays or the like can be used.

Reed-Relais und Optokoppler haben jedoch den Nachteil, dass sie zum einen relativ teuer sind und zum anderen, im eingeschalteten Zustand eine relativ hohe Leistungsaufnahme haben. However, reed relays and opto-couplers have the disadvantage that, on the one hand, they are relatively expensive and, on the other hand, they have a relatively high power consumption when they are switched on.

Beschreibung der Erfindung Description of the invention

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit zum Schalten einer elektrischen Last mit minimierten Ruhestrom bereitzustellen. The object of the present invention is therefore to provide a possibility for switching an electrical load with minimized quiescent current.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. The object is solved by the subject matters of the independent claims.

Demgemäß ist eine Schaltvorrichtung zum Schalten einer elektrischen Last, z.B. eines Motors, eines Steuergeräts oder dergleichen, vorgesehen. Die Last ist dabei in einer ersten Spannungsebene angeordnet und wird aus einer zweiten Spannungsebene heraus geschaltet. Das Signal zum Schalten der Last wird also in der zweiten Spannungsebene erzeugt. Die Schaltvorrichtung weist einen steuerbaren Signalgenerator auf, welcher in der zweiten Spannungsebene angeordnet ist, und ausgebildet ist, ein Ausgangssignal mit einer vorgegebenen Frequenz größer 0 Hz auszugeben. Ferner ist ein steuerbares Schaltelement vorgesehen, welches einen Lastpfad aufweist, der mit der elektrischen Last gekoppelt ist, und welches einen Steuereingang aufweist. Schließlich ist ein Übertragungselement vorgesehen, welches eingangsseitig mit dem steuerbaren Signalgenerator und ausgangsseitig mit dem Steuereingang des Schaltelements gekoppelt ist und ausgebildet ist, das Ausgangssignal, also die in dem Ausgangssignal enthaltene elektrische Energie, kontaktlos von der zweiten Spannungsebene an den Steuereingang in der ersten Spannungsebene zu übertragen. Accordingly, a switching device for switching an electric load, e.g. an engine, a controller or the like provided. The load is arranged in a first voltage level and is switched out of a second voltage level. The signal for switching the load is thus generated in the second voltage level. The switching device has a controllable signal generator, which is arranged in the second voltage level, and is designed to output an output signal with a predetermined frequency greater than 0 Hz. Furthermore, a controllable switching element is provided, which has a load path which is coupled to the electrical load, and which has a control input. Finally, a transmission element is provided, which is coupled on the input side with the controllable signal generator and the output side to the control input of the switching element and is formed, the output signal, that is, the electrical energy contained in the output, contactlessly from the second voltage level to the control input in the first voltage level transfer.

Ferner ist ein Verfahren zum Schalten einer elektrischen Last, welche in einer ersten Spannungsebene angeordnet ist, aus einer zweiten Spannungsebene heraus, vorgesehen. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Erzeugen eines Ausgangssignals, also der in dem Ausgangssignal enthaltenen elektrischen Energie, mit einer vorgegebenen Frequenz in der zweiten Spannungsebene, kontaktloses Übertragen des Ausgangssignals von der zweiten Spannungsebene in die erste Spannungsebene, und Bereitstellen des Ausgangssignals an einem Steuereingang eines steuerbaren Schaltelements, welches einen Lastpfad aufweist, der mit der elektrischen Last gekoppelt ist. Furthermore, a method is provided for switching an electrical load, which is arranged in a first voltage level, out of a second voltage level. The method comprises the following steps: generating an output signal, ie the electrical energy contained in the output signal, with a predetermined frequency in the second voltage level, contactlessly transmitting the output signal from the second voltage level into the first voltage level, and providing the output signal at a control input a controllable switching element having a load path coupled to the electrical load.

Die Spannungsebenen können z.B. unterschiedliche Nennspannungen aufweisen. Dies ist aber nicht zwingend nötig. Die Spannungsebenen können also auch die gleiche Nennspannung aufweisen. Die einzelnen Spannungsebenen sind aber immer durch das Entkopplungselement galvanisch voneinander getrennt. Bei einem Einsatz in einem Automobil kann die erste Spannungsebene z.B. eine Nennspannung von 48 Volt aufweisen. Die zweite Spannungsebene kann eine Nennspannung von 12 Volt aufweisen. Unter dem Begriff einer Spannungsebene sind dabei jeweils elektrisch miteinander gekoppelte Elemente, z.B. Spannungsquellen, Verbraucher, Steuergeräte, Aktoren und dergleichen, zusammengefasst. Der Begriff Spannungsebene grenzt die einzelnen Elemente also lediglich in elektrischer Hinsicht voneinander ab. Selbstverständlich können also z.B. Elemente der ersten Spannungsebene in einem Fahrzeug örtlich in der Nähe von Elementen der zweiten Spannungsebene angeordnet sein. The voltage levels may be e.g. have different rated voltages. But this is not absolutely necessary. The voltage levels can therefore also have the same nominal voltage. However, the individual voltage levels are always galvanically separated from each other by the decoupling element. When used in an automobile, the first voltage plane may be e.g. have a nominal voltage of 48 volts. The second voltage level may have a nominal voltage of 12 volts. In this context, the term "voltage plane" means in each case electrically coupled elements, e.g. Voltage sources, consumers, control devices, actuators and the like, summarized. The term voltage plane thus separates the individual elements from each other only in electrical terms. Of course, therefore, e.g. Elements of the first voltage level in a vehicle may be arranged locally in the vicinity of elements of the second voltage level.

Um das Schaltelement aus der zweiten Spannungsebene heraus in der ersten Spannungsebene einzuschalten, sieht die vorliegende Erfindung einen steuerbaren Signalgenerator vor. Der steuerbare Signalgenerator kann z.B. über ein Steuersignal ein- und ausgeschaltet werden und erzeugt im eingeschalteten Zustand das Ausgangssignal mit der vorgegebenen Frequenz. Das Ausgangssignal kann z.B. eine Ausgangsspannung oder ein Ausgangsstrom sein. Das Ausgangssignal kann dabei z.B. als Wechselsignal, d.h. als Wechselspannung oder als Wechselstrom, gegenüber einer Referenzspannung, z.B. der Fahrzeugmasse, ausgebildet sein. Alternativ kann das Ausgangssignal aber auch als Mischsignal ausgebildet sein, also als ein Wechselsignal, welches von einem Gleichsignal überlagert wird. Das Mischsignal kann also z.B. ausschließlich positive Signalanteile (z.B. gegenüber der Fahrzeugmasse) aufweisen, während ein Wechselsignal einen Gleichwert von null aufweist, also gleichwertige positive und negative Signalanteile gegenüber der Fahrzeugmasse aufweist. To turn on the switching element from the second voltage level out in the first voltage level, the present invention provides a controllable signal generator. The controllable signal generator can be switched on and off, for example via a control signal and generates the output signal at the predetermined frequency in the on state. The output signal can For example, be an output voltage or an output current. The output signal may be formed, for example, as an alternating signal, ie as an alternating voltage or as an alternating current, with respect to a reference voltage, for example the vehicle mass. Alternatively, however, the output signal can also be embodied as a mixed signal, that is to say as an alternating signal which is superimposed by a direct signal. The mixed signal can thus have, for example, only positive signal components (for example, compared to the vehicle mass), while an alternating signal has a zero value, that is to say equivalent positive and negative signal components relative to the vehicle mass.

Die vorliegende Erfindung nutzt nun die Tatsache aus, dass zeitlich veränderliche Signale, also z.B. eine Ausgangsspannung mit veränderlichem Signalpegel, kontaktlos übertragen werden können. The present invention now exploits the fact that signals which vary with time, that is, e.g. an output voltage with variable signal level, can be transmitted without contact.

Mit Hilfe des Übertragungselements kann das Ausgangssignal von der zweiten in die erste Spannungsebene übertragen werden. Es wird dabei nicht nur, wie z.B. bei einer optischen Signalübertragung, eine Schaltinformation übertragen. Vielmehr wird das gesamte Ausgangssignal, also auch die in diesem Ausganssignal bereitgestellte elektrische Energie, von der zweiten in die erste Spannungsebene übertragen. Diese elektrische Energie kann dann genutzt werden, um das Schaltelement anzusteuern. Es ist also keine aktive Energieversorgung aus der ersten Spannungsebene für das Schaltelement notwendig. Damit tritt auch kein erhöhter Ruhestrom in dem Schaltelement auf. With the aid of the transmission element, the output signal can be transmitted from the second to the first voltage level. It is not only, as in an optical signal transmission, a switching information transmitted. Rather, the entire output signal, including the electrical energy provided in this output signal, is transmitted from the second to the first voltage level. This electrical energy can then be used to control the switching element. Thus, no active power supply from the first voltage level for the switching element is necessary. Thus, no increased quiescent current occurs in the switching element.

Gleichzeitig kann die galvanische Entkopplung sichergestellt werden, da das Ausgangssignal kontaktlos übertragen wird. At the same time, the galvanic decoupling can be ensured since the output signal is transmitted without contact.

Die Schaltvorrichtung kann beispielsweise in ein Steuergerät eines Automobils integriert werden. Dabei können sowohl die Bauteile der ersten Spannungsebene als auch die Bauteile der zweiten Spannungsebene zumindest teilweise in das Steuergerät integriert werden. The switching device can be integrated, for example, in a control unit of an automobile. In this case, both the components of the first voltage level and the components of the second voltage level can be at least partially integrated into the control unit.

Lediglich beispielhaft kann die Schaltvorrichtung z.B. in ein 12-Volt-Steuergerät integriert werden, welches eine 48-Volt-Last schalten soll. Dabei kann das 12-Volt-Steuergerät die notwendige Recheneinrichtung, z.B. einen Mikrocontroller, aufweisen, der die für eine Fahrzeugfunktion notwendigen Berechnungen ausführt. Über die Schaltvorrichtung kann aus dem Steuergerät heraus dann z.B. ein 48-Volt-Elektromotor angesteuert werden. Selbstverständlich kann in der 48-Volt-Spannungsebene aber auch ein weiteres Steuergerät anstelle des Elektromotors aktiviert werden. Genauso kann z.B. aus der 48-Volt-Spannungsebene heraus eine Last in der 12-Volt-Spannungsebene geschaltet werden. For example only, the switching device may e.g. be integrated into a 12 volt control unit, which should switch a 48 volt load. In this case, the 12-volt control device, the necessary computing device, e.g. a microcontroller that performs the calculations necessary for a vehicle function. Via the switching device can then be out of the controller then e.g. a 48-volt electric motor can be controlled. Of course, in the 48-volt voltage level but also another control device can be activated instead of the electric motor. Likewise, e.g. from the 48 volt voltage level, a load is switched in the 12 volt voltage plane.

Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden können. Insbesondere können die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein. Further, particularly advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description, wherein the features of various embodiments may be combined to form new embodiments. In particular, the independent claims of a claim category can also be developed analogously to the dependent claims of another claim category.

In einer Ausführungsform kann das Übertragungselement als kapazitives Übertragungselement ausgebildet sein. Das Übertragungselement kann also z.B. Kondensatoren aufweisen, welche das Ausgangssignal von der zweiten Spannungsebene in die erste Spannungsebene übertragen. Bei einem einphasigen System, also einem System mit einer Masseleitung und einer spannungsführenden Leitung, kann z.B. ein Kondensator die Masseleitungen der ersten und der zweiten Spannungsebene verbinden. Ein zweiter Kondensator kann die spannungsführenden Leitungen der ersten und der zweiten Spannungsebene verbinden. Ein Signal mit variierendem Signalpegel auf der spannungsführenden Leitung der zweiten Spannungsebene wird somit auf die spannungsführende Leitung der ersten Spannungsebene übertragen. Kondensatoren sind in sehr kleinen Bauformen verfügbar und können sehr einfach und vollautomatisiert verbaut werden. Die kapazitive Kopplung der ersten Spannungsebene mit der zweiten Spannungsebene kann daher sehr platzsparend und einfach, damit also wenig fehleranfällig, ausgeführt werden. In one embodiment, the transmission element may be formed as a capacitive transmission element. The transmission element may thus be e.g. Have capacitors which transmit the output signal from the second voltage level in the first voltage level. In a single-phase system, ie a system with a ground line and a live line, e.g. a capacitor connecting the ground lines of the first and second voltage levels. A second capacitor may connect the live lines of the first and second voltage levels. A signal with varying signal level on the live line of the second voltage level is thus transmitted to the live line of the first voltage level. Capacitors are available in very small designs and can be installed very easily and fully automatically. The capacitive coupling of the first voltage level with the second voltage level can therefore be very space-saving and simple, so that little error-prone running.

In einer Ausführungsform kann das Übertragungselement als induktives Übertragungselement ausgebildet sein. Das induktive Übertragungselement kann z.B. als eine Art Transformator ausgebildet sein. Dabei kann das induktive Übertragungselement einen Übertragungsfaktor von 1 aufweisen. Bei einem induktiven Übertragungselement kann aber auch bewusst ein anderer Übertragungsfaktor gewählt werden. So kann z.B. eine Spannung des Ausgangssignals in der zweiten Spannungsebene an das Schaltelement in der ersten Spannungsebene angepasst werden. In one embodiment, the transmission element may be formed as an inductive transmission element. The inductive transmission element may e.g. be designed as a kind of transformer. The inductive transmission element may have a transmission factor of 1. In an inductive transmission element but also a different transmission factor can be deliberately chosen. Thus, e.g. a voltage of the output signal in the second voltage level are adapted to the switching element in the first voltage level.

In einer Ausführungsform kann das induktive Übertragungselement als Planartransformator ausgebildet sein. Bei einem Planartransformator können die Wicklungen z.B. aus Leiterbahnen einer Leiterplatte bestehen. Ein solcher Planartransformator kann also z.B. direkt auf einer Platine eines Fahrzeugsteuergeräts integriert werden, ohne dass weitere Bauteile auf der Platine angebracht werden müssten. In one embodiment, the inductive transmission element may be formed as a planar transformer. In a planar transformer, the windings may be e.g. consist of printed conductors of a printed circuit board. Such a planar transformer can therefore be used e.g. be integrated directly on a board of a vehicle control unit, without the need for additional components would be mounted on the board.

In einer Ausführungsform kann die Schaltvorrichtung einen Gleichrichter aufweisen, welcher in der ersten Spannungsebene elektrisch zwischen dem Übertragungselement und dem steuerbaren Schaltelement angeordnet ist und ausgebildet ist, das Ausgangssignal gleichzurichten und an den Steuereingang des steuerbaren Schaltelements weiterzuleiten. Wird das Ausgangssignal gleichgerichtet, kann dieses direkt als Schaltsignal einem beliebigen herkömmlichen Schaltelement, also z.B. einem Transistor oder dergleichen zugeführt werden. Dabei ist zum Schalten des Schaltelements lediglich relevant, dass der Pegel des gleichgerichteten Ausgangssignals einen durch das jeweilige Schaltelement vorgegebenen minimalen Schwellwert übersteigt. In one embodiment, the switching device may comprise a rectifier, which in the first voltage level is electrically arranged between the transmission element and the controllable switching element and is adapted to rectify the output signal and forward it to the control input of the controllable switching element. If the output signal rectified, this can be fed directly as a switching signal to any conventional switching element, so as a transistor or the like. It is only relevant for switching the switching element that the level of the rectified output signal exceeds a predetermined by the respective switching element minimum threshold.

In einer Ausführungsform kann die Schaltvorrichtung einen als halbeiterbasierten Oszillator ausgebildeten steuerbaren Signalgenerator aufweisen. Der halbeiterbasierte Oszillator kann z.B. einen Schmitt-Trigger mit einem entsprechend angeordneten Widerstand und einem entsprechend angeordneten Kondensator aufweisen. Ein solcher Oszillator kann sehr einfach und kostengünstig mit wenigen Bauteilen aufgebaut werden. Ferner kann dieser einfach durch einen Schaltausgang z.B. eines Mikrocontrollers oder eines Steuergeräts ein- bzw. ausgeschaltet, also aktiviert und deaktiviert werden. In one embodiment, the switching device may comprise a controllable signal generator designed as a semiconductor-based oscillator. The semiconductor-based oscillator may be e.g. a Schmitt trigger having a correspondingly arranged resistor and a capacitor arranged accordingly. Such an oscillator can be very easily and inexpensively constructed with few components. Further, this can be easily controlled by a switching output e.g. a microcontroller or a controller on or off, so be activated and deactivated.

In einer Ausführungsform kann das steuerbare Schaltelement einen NPN-Transistor und einen entsprechenden komplementären PNP-Transistor aufweisen. Die zwei Transistoren können in einer sog. Sziklai-Konfiguration bzw. einer Komplementär-Darlington-Schaltung angeordnet sein. Diese Konfiguration hat z.B. gegenüber einer Darlington-Schaltung den Vorteil, dass lediglich eine Basis-Emitter-Spannung von 0,6 Volt (im Gegensatz zu 1,2 Volt bei einer Darlington-Schaltung) nötig ist, um den Lastpfad durchzuschalten. In an embodiment, the controllable switching element may comprise an NPN transistor and a corresponding complementary PNP transistor. The two transistors can be arranged in a so-called Sziklai configuration or a complementary Darlington circuit. This configuration has e.g. over a Darlington circuit the advantage that only a base-emitter voltage of 0.6 volts (as opposed to 1.2 volts in a Darlington circuit) is necessary to turn on the load path.

In einer Ausführungsform können die erste Spannungsebene und die zweite Spannungsebene eine Masseleitung und eine spannungsführenden Leitung aufweisen, also einphasig ausgebildet sein. Es kann ferner ein Steuerelement vorgesehen sein, welches mit dem steuerbaren Signalgenerator gekoppelt ist und ausgebildet ist, diesen bedarfsmäßig zu aktivieren und zu deaktivieren, also z.B. einzuschalten, wenn die Last betrieben werden soll, und abzuschalten, sobald kein Bedarf mehr besteht, die Last zu betreiben. Ferner kann ein als halbeiterbasierter Oszillator ausgebildeter steuerbarer Signalgenerator vorgesehen sein, welcher einen Schmitt-Trigger aufweist und ausgebildet ist, das Ausgangssignal auf der spannungsführenden Leitung der zweiten Spannungsebene auszugeben. Ein zwei Kondensatoren aufweisendes Übertragungselement kann ebenfalls vorgesehen sein, wobei einer der Kondensatoren die Masseleitung der ersten Spannungsebene mit der Masseleitung der zweiten Spannungsebene koppelt und einer der Kondensatoren die spannungsführende Leitung der ersten Spannungsebene mit der spannungsführenden Leitung der zweiten Spannungsebene koppelt. Es kann ferner ein Gleichrichter mit zwei Dioden vorgesehen sein, welcher in der ersten Spannungsebene nach dem Übertragungselement angeordnet ist, wobei eine der Dioden zwischen der Masseleitung und der spannungsführenden Leitung in Durchlassrichtung (in Richtung der Spannungsführenden Leitung, bzw. ausgehend von der Masseleitung) angeordnet ist und eine der Dioden in der spannungsführenden Leitung ausgehend von dem Übertragungselement in Durchlassrichtung angeordnet ist. Schließlich kann das Schaltelement als Komplementär-Darlington-Schaltung ausgebildet sein, dessen Steuereingang mit einem positiven Ausgang des Gleichrichters gekoppelt ist und dessen Lastpfad zwischen einer Spannungsquelle und der Last angeordnet ist. Eine solche Ausführung ermöglicht es, die gesamte Schaltvorrichtung z.B. in einem einzelnen Steuergerät für ein Automobil zu integrieren. In one embodiment, the first voltage level and the second voltage level can have a ground line and a live line, that is to say be single-phase. Furthermore, a control element can be provided which is coupled to the controllable signal generator and is designed to activate and deactivate it according to requirements, for example, to turn it on when the load is to be operated and to switch it off as soon as there is no need to operate the load. Furthermore, a controllable signal generator designed as a semiconductor-based oscillator may be provided, which has a Schmitt trigger and is designed to output the output signal on the voltage-carrying line of the second voltage level. A transmission element having two capacitors may also be provided, wherein one of the capacitors couples the ground line of the first voltage level to the ground line of the second voltage level, and one of the capacitors couples the voltage-carrying line of the first voltage level to the voltage-carrying line of the second voltage level. Furthermore, a rectifier with two diodes may be provided, which is arranged in the first voltage plane after the transmission element, one of the diodes between the ground line and the live line in the forward direction (in the direction of the voltage-carrying line, or starting from the ground line) is and one of the diodes in the live line is arranged starting from the transmission element in the forward direction. Finally, the switching element may be designed as a complementary Darlington circuit whose control input is coupled to a positive output of the rectifier and whose load path is arranged between a voltage source and the load. Such an embodiment makes it possible to use the entire switching device e.g. to integrate in a single control unit for an automobile.

Kurze Figurenbeschreibung Short description of the figures

Das Prinzip der Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren beispielshalber noch näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Es zeigen: The principle of the invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying figures by way of example. The same components are provided with identical reference numerals in the various figures. Show it:

1 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung; 1 a block diagram of an embodiment of a switching device according to the invention;

2 ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung; 2 a block diagram of another embodiment of a switching device according to the invention;

3 eine Schaltungsanordnung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung; und 3 a circuit arrangement of another embodiment of a switching device according to the invention; and

4 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 4 a flowchart of an embodiment of a method according to the invention.

Detaillierte Beschreibung Detailed description

1 zeigt die Schaltvorrichtung 1 mit zwei Spannungsebenen 3, 4. Lediglich beispielhaft z.B. für eine Anwendung im Automobilbereich kann die erste Spannungsebene eine Nennspannung von 48 Volt aufweisen. Die zweite Spannungsebene kann z.B. eine Nennspannung von 12 Volt aufweisen. Selbstverständlich sind andere Nennspannungen, auch identische Nennspannungen möglich. Die jeweiligen Nennspannungen sind jeweils durch die Spannungsquellen 11 und 12 in den Spannungsebenen 3, 4 angedeutet. 1 shows the switching device 1 with two voltage levels 3 . 4 , For example only, for example, for an automotive application, the first voltage level may have a nominal voltage of 48 volts. The second voltage level may have, for example, a rated voltage of 12 volts. Of course, other rated voltages, even identical nominal voltages are possible. The respective nominal voltages are in each case due to the voltage sources 11 and 12 in the voltage levels 3 . 4 indicated.

Die Schaltvorrichtung 1 dient dazu, die Last 2 in der ersten Spannungsebene 3 aus der zweiten Spannungsebene 4 heraus ein- und auszuschalten. Während dem Betrieb der Schaltvorrichtung 1 sind dabei die erste Spannungsebene 3 und die zweite Spannungsebene 4 galvanisch entkoppelt. Um dies zu erreichen ist in der zweiten Spannungsebene 4 ein steuerbarer Signalgenerator 5 vorgesehen, der z.B. über das Schaltsignal 13 ein- und ausgeschaltet werden kann. The switching device 1 serves the load 2 in the first voltage plane 3 from the second voltage level 4 to turn it on and off. During operation of the switching device 1 are the first voltage level 3 and the second voltage level 4 galvanically decoupled. To achieve this is in the second voltage plane 4 a controllable signal generator 5 provided, for example via the switching signal 13 can be switched on and off.

Der Signalgenerator 5 erzeugt eine Mischspannung als Ausgangssignal 6. Das Ausgangssignal 6 besteht folglich aus einer Gleichspannung und einer Wechselspannung, es besitzt also nur positive Signalanteile gegenüber einer Fahrzeugmasse (siehe 3, 35). Unter einer Wechselspannung wird an dieser Stelle jede Spannung verstanden, die einen variablen Signalpegel aufweist. Eine Wechselspannung kann also z.B. eine Rechteckspannung oder eine Dreiecksspannung sein oder jeden anderen möglichen Spannungsverlauf aufweisen. In weiteren Ausführungsform kann das Ausgangssignal 6 auch bipolar sein, also positive und negative Signalanteile aufweisen. Der Signalgenerator 5 kann z.B. jede Art von Oszillatorschaltungen aufweisen. Mögliche Varianten solcher Schaltungen sind z.B. ein astabiler Multivibrator und Kippschwinger mit R-C-Komponenten. Diese eignen sich vorwiegend für Niederfrequenz mit geringen Ansprüchen an Genauigkeit und Stabilität. Ferner können Oszillatoren mit L-C-Schwingkreis und einer Verstärkerstufe genutzt werden. Weitere mögliche Varianten sind z.B. Phasenschieber-Oszillatoren mit RC-Gliedern, Ringoszillatoren aufgebaut aus digitalen Bauelementen, und Quarzoszillatoren. The signal generator 5 generates a mixed voltage as an output signal 6 , The output signal 6 Consequently, it consists of a DC voltage and an AC voltage, so it has only positive signal components compared to a vehicle mass (see 3 . 35 ). Under an AC voltage is understood at this point any voltage having a variable signal level. An alternating voltage can thus be, for example, a square-wave voltage or a triangular voltage or have any other possible voltage characteristic. In another embodiment, the output signal 6 also bipolar, so have positive and negative signal components. The signal generator 5 For example, it can have any kind of oscillator circuits. Possible variants of such circuits are, for example, an astable multivibrator and tilt oscillator with RC components. These are mainly suitable for low frequency with low demands on accuracy and stability. Furthermore, oscillators with LC resonant circuit and an amplifier stage can be used. Other possible variants are, for example, phase shifter oscillators with RC elements, ring oscillators constructed from digital components, and quartz oscillators.

Das Ausgangssignal 6 wird von dem Übertragungselement 10 aufgenommen und kontaktlos, also galvanisch entkoppelt, von dem Übertragungselement 10 aus der zweiten Spannungsebene 4 in die erste Spannungsebene 3 übertragen. Dabei überträgt das Übertragungselement 10 nicht nur die in dem Ausgangssignal 6 enthaltene Information zum Ein- bzw. Ausschalten der Last 2. Vielmehr überträgt das Übertragungselement 10 die in dem Ausgangssignal 6 enthaltene elektrische Energie, sodass mit dieser Energie in der ersten Spannungsebene 3 das steuerbare Schaltelement 7 betätigt werden kann. Das Übertragungselement 10 kann dazu z.B. als kapazitives oder induktives Übertragungselement 10 ausgebildet sein. Es kann also z.B. Kondensatoren (siehe 3) oder Transformatoren, insbesondere auch Planartransformatoren, aufweisen. The output signal 6 is from the transmission element 10 recorded and contactless, so galvanically decoupled, from the transmission element 10 from the second voltage level 4 in the first voltage level 3 transfer. In this case, the transmission element transmits 10 not just those in the output signal 6 contained information for switching on or off the load 2 , Rather, transmits the transmission element 10 in the output signal 6 contained electrical energy, so with this energy in the first voltage plane 3 the controllable switching element 7 can be operated. The transmission element 10 can do so eg as a capacitive or inductive transmission element 10 be educated. So it can be eg capacitors (see 3 ) or transformers, in particular planar transformers.

Wird also der Signalgenerator 5 aktiviert, erzeugt er das Ausgangssignal 6, welches von dem Übertragungselement 10 in die erste Spannungsebene 3 übertragen wird und dort das Schaltelement 7 durchschaltet. Damit wird der Lastpfad 8 des Schaltelements 7 geschlossen und der Stromkreis aus Spannungsquelle 11 und Last 2 geschlossen. So will the signal generator 5 activated, it generates the output signal 6 that of the transmission element 10 in the first voltage level 3 is transmitted and there the switching element 7 turns on. This will be the load path 8th of the switching element 7 closed and the circuit from voltage source 11 and load 2 closed.

Da die elektrische Energie zum Betätigen des Schaltelements 7 aus der zweiten Spannungsebene 4 in die erste Spannungsebene 3 übertragen wird, ist keine separate Versorgung des Schaltelements 7 mit elektrischer Energie nötig, wie dies z.B. bei Reed-Relais oder optischen Elementen nötig ist. Die Schaltvorrichtung 1 kann also in einem Automobil mit minimierten Ruhestrombedarf betrieben werden. As the electrical energy for actuating the switching element 7 from the second voltage level 4 in the first voltage level 3 is transmitted, is not a separate supply of the switching element 7 necessary with electrical energy, as is necessary, for example, with reed relays or optical elements. The switching device 1 So it can be operated in a car with minimized power consumption.

2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Schaltvorrichtung 1 der 1. Die Schaltvorrichtung 1 weist zusätzlich zu den Elementen der 1 in 2 ein Steuerelement 15, z.B. einen Controller 15 oder Prozessor 15 auf, der das Schaltsignal 13 erzeugt und dem Signalgenerator 5 bereitstellt. 2 shows a further embodiment of the switching device 1 of the 1 , The switching device 1 indicates in addition to the elements of 1 in 2 a control 15 , eg a controller 15 or processor 15 on, the switching signal 13 generated and the signal generator 5 provides.

Es versteht sich, dass der Controller 15 in eine Fahrzeuginfrastruktur eingebettet sein kann und z.B. über Fahrzeugbussysteme oder diskrete Signalleitungen mit weiteren Systemen des Fahrzeugs kommunizieren kann. Ja nach Anwendung, in welcher die Schaltvorrichtung 1 eingesetzt wird, kann z.B. von einem übergeordneten Fahrzeugsystem der Befehl zum Einschalten der Last 2 erteilt werden. Diese Information wird von dem Controller 15 in das Schaltsignal 13 umgesetzt und damit der Signalgenerator 5 eingeschaltet. It is understood that the controller 15 can be embedded in a vehicle infrastructure and can communicate with other systems of the vehicle, for example via vehicle bus systems or discrete signal lines. Yes after application, in which the switching device 1 is used, for example, from a parent vehicle system, the command to turn on the load 2 be granted. This information is provided by the controller 15 in the switching signal 13 implemented and thus the signal generator 5 switched on.

Das Ausgangssignal 6 ist ein variables Signal, weist also keinen konstanten Signalpegel auf. Es kann also z.B. sehr einfach galvanisch entkoppelt aus der zweiten Spannungsebene 4 in die erste Spannungsebene 3 übertragen werden. Dazu kann ein kapazitives, z.B. Kondensator-basiertes, oder induktives, z.B. Transformator-basiertes, Übertragungselement 10 eingesetzt werden. The output signal 6 is a variable signal, so has no constant signal level. It can, for example, very easily galvanically decoupled from the second voltage level 4 in the first voltage level 3 be transmitted. For this purpose, a capacitive, eg capacitor-based, or inductive, eg transformer-based, transmission element 10 be used.

Dies führt aber auch dazu, dass am Ausgang des Übertragungselements 10 in der ersten Spannungsebene 3 eine Wechselspannung ausgegeben wird. Das Schaltelement 7 ist allerdings ausgelegt, mit einem konstanten Signal eingeschaltet zu werden. Wird die Wechselspannung direkt an das Schaltelement 7 angelegt, schaltet dieses mit der Frequenz der Wechselspannung ein und aus. But this also leads to the fact that at the output of the transmission element 10 in the first voltage plane 3 an AC voltage is output. The switching element 7 However, it is designed to be switched on with a constant signal. Is the AC voltage directly to the switching element 7 applied, this switches on and off with the frequency of the AC voltage.

Aus diesem Grund ist in 2 zwischen dem Übertragungselement 10 und dem Schaltelement 7 ein Gleichrichter 14 vorgesehen. Der Gleichrichter 14 richtet die von dem Übertragungselement 10 ausgegebene Wechselspannung gleich und stellt diese an dem Steuereingang 9 des Schaltelements 7 bereit. Das Schaltelement 7 wird also permanent durchgeschaltet, solange der Signalgenerator 5 das Ausgangssignal 6 erzeugt. Der Gleichrichter 10 kann z.B. Dioden aufweisen. This is why in 2 between the transmission element 10 and the switching element 7 a rectifier 14 intended. The rectifier 14 aligns with the transmission element 10 output AC voltage equal and puts them at the control input 9 of the switching element 7 ready. The switching element 7 is thus permanently switched through, as long as the signal generator 5 the output signal 6 generated. The rectifier 10 may have diodes, for example.

Die Schaltungsanordnung 20 der 3 zeigt eine mögliche Schaltungstechnische Umsetzung der Schaltvorrichtung 1 der 2. The circuit arrangement 20 of the 3 shows a possible circuit implementation of the switching device 1 of the 2 ,

Die Schaltungsanordnung 20 ist von links nach rechts in sieben funktionale Blöcke 21–27 untergliedert. Die Blöcke 21 und 22 bilden die zweite Spannungsebene 4 ab. Die Blöcke 24–27 bilden die erste Spannungsebene 3 ab. Schließlich stellt der Block 23 das Übertragungselement 23 dar, welches die erste Spannungsebene 3 mit der zweiten Spannungsebene 4 koppelt. Die Schaltungsanordnung 20 ist einphasig ausgeführt. Die erste Spannungsebene 3 und die zweite Spannungsebene 4 weisen also jeweils eine Masseleitung 28, 29 und eine spannungsführende Leitung 30, 31 auf. The circuit arrangement 20 is from left to right in seven functional blocks 21 - 27 subdivided. The blocks 21 and 22 form the second voltage level 4 from. The blocks 24 - 27 form the first voltage level 3 from. Finally, the block represents 23 the transmission element 23 which is the first voltage level 3 with the second voltage level 4 coupled. The circuit arrangement 20 is single-phase. The first voltage level 3 and the second voltage level 4 So each have a ground line 28 . 29 and a live wire 30 . 31 on.

Der Block 21 stellt z.B. ein Steuerelement 21 mit einer entsprechenden Spannungsquelle V1 zwischen der Masseleitung 29 und der spannungsführenden Leitung 31 dar. Die Masseleitung 31 ist mit der Fahrzeugmasse 35 gekoppelt. Der Schalter S1 ist lediglich beispielhaft dargestellt und kann z.B. ein Ausgang eines Controllers sein. Block 22 stellt den steuerbaren Signalgenerator 22 dar. Eine Diode D3 verbindet den positiven Ausgang des Steuerelements 21 mit einem Versorgungseingang eines Schmitt-Triggers U2. Ein Widerstand R1 verbindet einen ersten Steuereingang des Schmitt-Triggers U2 mit dem positiven Ausgang des Steuerelements 21. Ferner ist ein zweiter Widerstand R2 zwischen dem positiven Ausgang des Steuerelements 21 und der Masseleitung 29 angeordnet. Ein Kondensator C1 verbindet den zweiten Steuereingang des Schmitt-Triggers U2 mit der Masseleitung 29. Ferner ist ein Widerstand R3 zwischen dem zweiten Steuereingang des Schmitt-Triggers U2 und dessen Ausgang angeordnet. Ein Widerstand R4 koppelt den Schmitt-Trigger U2 mit dem positiven Ausgang des Signalgenerators 22. Die Anordnung aus Schmitt-Trigger U2, Widerstand R3 und Kondensator C2 stellt einen Oszillator dar, der beginnt zu oszillieren, wenn über den Widerstand R1 eine positive Spannung an den ersten Steuereingang des Schmitt-Triggers U2 angelegt wird. Über den Widerstand R4 wird das Ausgangssignal 32 dann ausgegeben. The block 21 For example, set a control 21 with a corresponding voltage source V1 between the ground line 29 and the live wire 31 dar. The ground line 31 is with the vehicle mass 35 coupled. The switch S1 is shown by way of example only and may be, for example, an output of a controller. block 22 provides the controllable signal generator 22 A diode D3 connects the positive output of the control 21 with a supply input of a Schmitt trigger U2. A resistor R1 connects a first control input of the Schmitt trigger U2 to the positive output of the control 21 , Further, a second resistor R2 is connected between the positive output of the control element 21 and the ground line 29 arranged. A capacitor C1 connects the second control input of the Schmitt trigger U2 to the ground line 29 , Furthermore, a resistor R3 is arranged between the second control input of the Schmitt trigger U2 and its output. A resistor R4 couples the Schmitt trigger U2 to the positive output of the signal generator 22 , The arrangement of Schmitt trigger U2, resistor R3 and capacitor C2 represents an oscillator which begins to oscillate when a positive voltage is applied to the first control input of the Schmitt trigger U2 via the resistor R1. The output R4 becomes the output 32 then spent.

Der positive Ausgang des Signalgenerators 22 ist mit einem ersten Anschluss eines Kondensators C2 gekoppelt. Der Masseausgang des Signalgenerators 22, also der Masseleitung 29 der zweiten Spannungsebene, ist mit einem ersten Anschluss eines Kondensators C3 gekoppelt. Die spannungsführende Leitung 30 der ersten Spannungsebene 3 ist mit dem zweiten Anschluss des Kondensators C2 gekoppelt und die Masseleitung der ersten Spannungsebene 3 ist mit dem zweiten Anschluss des Kondensators C3 gekoppelt. Die Kondensatoren C2, C3 stellen also eine kapazitive Kopplung zwischen der zweiten Spannungsebene 4 und der ersten Spannungsebene 3 her. Das Übertragungselement 23 besteht also aus den beiden Kondensatoren C2, C3. The positive output of the signal generator 22 is coupled to a first terminal of a capacitor C2. The mass output of the signal generator 22 So the ground line 29 the second voltage level is coupled to a first terminal of a capacitor C3. The live wire 30 the first voltage level 3 is coupled to the second terminal of the capacitor C2 and the ground line of the first voltage level 3 is coupled to the second terminal of the capacitor C3. The capacitors C2, C3 thus provide a capacitive coupling between the second voltage level 4 and the first voltage level 3 ago. The transmission element 23 consists of the two capacitors C2, C3.

Der Gleichrichter 24 besteht aus einer Diode D1, die zwischen der Masseleitung 28 und der spannungsführenden Leitung 30 ausgehend von der Masseleitung in Durchlassrichtung angeordnet ist. Somit ist die Diode D1 ausgehend von der spannungsführenden Leitung in Sperrrichtung angeordnet. In der spannungsführenden Leitung 30 schließt sich an die Diode D1 eine zweite Diode D2 in Durchlassrichtung an. Nach den Dioden D1, D2 (ausgehend von dem Übertragungselement 23) verbindet Kondensator C4 die spannungsführende Leitung 30 mit der Masseleitung 28. Während die Anordnung aus Dioden D1, D2 das Ausgangssignal 6 gleichrichtet, glättet der Kondensator C4 das Signal. Wird der Signalgenerator 22 gestoppt, entlädt sich der Kondensator C4 über den Widerstand R5, der zu diesem parallel zwischen der spannungsführende Leitung 30 und der Masseleitung 28 angeordnet ist. The rectifier 24 consists of a diode D1, which is between the ground line 28 and the live wire 30 is arranged starting from the ground line in the forward direction. Thus, the diode D1 is arranged in reverse direction from the live line. In the live lead 30 The diode D1 is followed by a second diode D2 in the forward direction. After the diodes D1, D2 (starting from the transmission element 23 ) capacitor C4 connects the live line 30 with the ground line 28 , While the arrangement of diodes D1, D2 the output signal 6 rectified, capacitor C4 smooths the signal. Becomes the signal generator 22 stopped, the capacitor C4 discharges through the resistor R5, which is parallel to this between the live line 30 and the ground line 28 is arranged.

Das Schaltelement 25 weist einen NPN-Transistor Q1 auf, dessen Steuereingang 34, also dessen Basis, mit der spannungsführenden Leitung 30 gekoppelt ist. Der Emitter des NPN-Transistors Q1 ist mit der Masseleitung 28 gekoppelt. Ein Widerstand R7 koppelt den Kollektor des NPN-Transistors Q1 mit der Basis eines PNP-Transistors Q2. Der Kollektor des PNP-Transistors Q2 ist mit der Spannungsquelle V2 gekoppelt. Ferner koppelt ein Widerstand R6 den Kollektor des PNP-Transistor Q2 mit dessen Basis. Der Emitter des PNP-Transistors Q2 ist eingangsseitig mit der Last R8 gekoppelt, die ausgangsseitig mit der Masseleitung 28 gekoppelt ist. Die Strecke aus Kollektor und Emitter bildet dabei den Lastpfad 33 des PNP-Transistors Q2. Mit der Masseleitung 28 gekoppelt ist ferner der negative Ausgang der Spannungsquelle V2. The switching element 25 has an NPN transistor Q1 whose control input 34 So its base, with the live wire 30 is coupled. The emitter of the NPN transistor Q1 is connected to the ground line 28 coupled. A resistor R7 couples the collector of the NPN transistor Q1 to the base of a PNP transistor Q2. The collector of the PNP transistor Q2 is coupled to the voltage source V2. Further, a resistor R6 couples the collector of the PNP transistor Q2 to its base. The emitter of the PNP transistor Q2 is the input side coupled to the load R8, the output side to the ground line 28 is coupled. The track of collector and emitter forms the load path 33 of the PNP transistor Q2. With the ground line 28 coupled is also the negative output of the voltage source V2.

3 zeigt anschaulich, dass eine Schaltvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit sehr einfachen elektrischen und elektronischen Bauelementen realisiert werden kann. 3 clearly shows that a switching device according to the present invention can be realized with very simple electrical and electronic components.

4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schalten einer elektrischen Last 2, 26, R8, welche in einer ersten Spannungsebene 3 angeordnet ist, aus einer zweiten Spannungsebene 4 heraus. Zum leichteren Verständnis werden in der folgenden Beschreibung die Bezugszeichen zu den 1–3 als Referenz beibehalten. 4 shows a flowchart of a method according to the invention for switching an electrical load 2 . 26 , R8, which in a first voltage level 3 is arranged, from a second voltage level 4 out. For ease of understanding, reference numerals will be used in the following description 1 - 3 retained as a reference.

In einem ersten Schritt S1 wird ein Ausgangssignal 6, 32 mit einer vorgegebenen Frequenz in der zweiten Spannungsebene 4 erzeugt. Das Ausgangssignal 6, 32 wird von der zweiten Spannungsebene 4 in die erste Spannungsebene 3 kontaktlos übertragen S2. Schließlich wird das Ausgangssignal 6, 32 an einem Steuereingang 9, 34 eines steuerbaren Schaltelements 7, 25 bereitgestellt S3, welches einen Lastpfad 8, 33 aufweist, der mit der elektrischen Last 2, 26, R8 gekoppelt ist. In a first step S1 becomes an output signal 6 . 32 with a predetermined frequency in the second voltage plane 4 generated. The output signal 6 . 32 is from the second voltage level 4 in the first voltage level 3 transmitted without contact S2. Finally, the output signal 6 . 32 at a control input 9 . 34 a controllable switching element 7 . 25 provided S3, which is a load path 8th . 33 that has to do with the electrical load 2 . 26 , R8 is coupled.

Beim kontaktlosen Übertragen S2 kann das Ausgangssignal 6, 32 kapazitiv oder induktiv übertragen werden. Ferner kann nach dem Übertragen S2 das Gleichrichten S4 des Ausgangssignals 6, 32 in der ersten Spannungsebene 3 vorgesehen sein. Es wird also das gleichgerichtete Ausgangssignal 6, 32 an den Steuereingang 9, 34 des steuerbaren Schaltelements 7, 25 übertragen, S3. In contactless transmission S2, the output signal 6 . 32 be transmitted capacitively or inductively. Furthermore, after the transmission S2, the rectification S4 of the output signal 6 . 32 in the first voltage plane 3 be provided. So it becomes the rectified output signal 6 . 32 to the control input 9 . 34 the controllable switching element 7 . 25 transferred, S3.

Da es sich bei der vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren um Ausführungsbeispiele handelt, können sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind die mechanischen Anordnungen und die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander lediglich beispielhaft. As the devices and methods described in detail above are exemplary embodiments, they may be readily modified by one skilled in the art to a wide extent without departing from the scope of the invention. In particular, the mechanical arrangements and the size ratios of the individual elements to each other are merely exemplary.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1, 20 1, 20
Schaltvorrichtung switching device
2, 26, R8 2, 26, R8
Last load
3 3
erste Spannungsebene first voltage level
4 4
zweite Spannungsebene second voltage level
5, 22 5, 22
steuerbarer Signalgenerator controllable signal generator
6, 32 6, 32
Ausgangssignal output
7, 25 7, 25
steuerbares Schaltelement controllable switching element
8, 33 8, 33
Lastpfad load path
9, 34 9, 34
Steuereingang control input
10, 23 10, 23
Übertragungselement transmission element
11, 12, 27, V1, V211, 12, 27, V1, V2
Spannungsquelle  voltage source
13 13
Schaltsignal switching signal
14, 24 14, 24
Gleichrichter rectifier
15, 21 15, 21
Steuerelement control
28, 29 28, 29
Masseleitung ground line
30, 31 30, 31
spannungsführende Leitung live line
35 35
Fahrzeugmasse vehicle mass
R1–R7 R1-R7
Widerstände resistors
D1–D3 D1-D3
Dioden diodes
C1–C4 C1-C4
Kondensatoren capacitors
S1 S1
Schalter switch
Q1, Q2 Q1, Q2
Transistoren transistors
U2 U2
Schmitt-Trigger Schmitt trigger

Claims (11)

Schaltvorrichtung (1, 20) zum Schalten einer elektrischen Last (2, 26, R8), welche in einer ersten Spannungsebene (3) angeordnet ist, aus einer zweiten Spannungsebene (4) heraus, mit einem steuerbaren Signalgenerator (5, 22), welcher in der zweiten Spannungsebene (4) angeordnet ist, und ausgebildet ist, ein Ausgangssignal (6, 32) mit einer vorgegebenen Frequenz auszugeben, mit einem steuerbaren Schaltelement (7, 25), welches einen Lastpfad (8, 33) aufweist, der mit der elektrischen Last (2, 26, R8) gekoppelt ist, und welches einen Steuereingang (9, 34) aufweist, mit einem Übertragungselement (10, 23), welches eingangsseitig mit dem steuerbaren Signalgenerator (5, 22) und ausgangsseitig mit dem Steuereingang (9, 34) des Schaltelements (7, 25) gekoppelt ist und ausgebildet ist, das Ausgangssignal (6, 32) kontaktlos von der zweiten Spannungsebene (4) an den Steuereingang (9, 34) zu übertragen. Switching device ( 1 . 20 ) for switching an electrical load ( 2 . 26 , R8), which in a first voltage level ( 3 ) is arranged, from a second voltage level ( 4 ), with a controllable signal generator ( 5 . 22 ), which in the second voltage level ( 4 ) is arranged, and is formed, an output signal ( 6 . 32 ) with a predetermined frequency, with a controllable switching element ( 7 . 25 ), which has a load path ( 8th . 33 ), which is connected to the electrical load ( 2 . 26 , R8), and which has a control input ( 9 . 34 ), with a transmission element ( 10 . 23 ), which on the input side with the controllable signal generator ( 5 . 22 ) and the output side with the control input ( 9 . 34 ) of the switching element ( 7 . 25 ) and is adapted to output the signal ( 6 . 32 ) contactlessly from the second voltage level ( 4 ) to the control input ( 9 . 34 ) transferred to. Schaltvorrichtung (1, 20) nach Anspruch 1, wobei das Übertragungselement (10, 23) als kapazitives Übertragungselement (10, 23) ausgebildet ist. Switching device ( 1 . 20 ) according to claim 1, wherein the transmission element ( 10 . 23 ) as a capacitive transfer element ( 10 . 23 ) is trained. Schaltvorrichtung (1, 20) nach Anspruch 1, wobei das Übertragungselement (10, 23) als induktives Übertragungselement (10, 23) ausgebildet ist. Switching device ( 1 . 20 ) according to claim 1, wherein the transmission element ( 10 . 23 ) as an inductive transmission element ( 10 . 23 ) is trained. Schaltvorrichtung (1, 20) nach Anspruch 3, wobei das induktive Übertragungselement (10, 23) als Planartransformator ausgebildet ist. Switching device ( 1 . 20 ) according to claim 3, wherein the inductive transmission element ( 10 . 23 ) is designed as a planar transformer. Schaltvorrichtung (1, 20) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einem Gleichrichter (14, 24), welcher in der ersten Spannungsebene (3) elektrisch zwischen dem Übertragungselement (10, 23) und dem steuerbaren Schaltelement (7, 25) angeordnet ist und ausgebildet ist, das Ausgangssignal (6, 32) gleichzurichten und an den Steuereingang (9, 34) des steuerbaren Schaltelements (7, 25) weiterzuleiten. Switching device ( 1 . 20 ) according to one of the preceding claims, with a rectifier ( 14 . 24 ), which in the first voltage level ( 3 ) electrically between the transmission element ( 10 . 23 ) and the controllable switching element ( 7 . 25 ) is arranged and is formed, the output signal ( 6 . 32 ) and to the control input ( 9 . 34 ) of the controllable switching element ( 7 . 25 ) forward. Schaltvorrichtung (1, 20) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einem als halbeiterbasierten Oszillator ausgebildetem steuerbaren Signalgenerator (5, 22). Switching device ( 1 . 20 ) according to one of the preceding claims, having a controllable signal generator designed as a semiconductor-based oscillator ( 5 . 22 ). Schaltvorrichtung (1, 20) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das steuerbare Schaltelement (7, 25) einen NPN-Transistor (Q1) und einen entsprechenden komplementären PNP-Transistor (Q2) aufweist. Switching device ( 1 . 20 ) according to one of the preceding claims, wherein the controllable switching element ( 7 . 25 ) has an NPN transistor (Q1) and a corresponding complementary PNP transistor (Q2). Schaltvorrichtung (1, 20) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Spannungsebene (3) und die zweite Spannungsebene (4) jeweils eine Masseleitung (28, 29) und eine spannungsführenden Leitung (30, 31) aufweisen, mit einem Steuerelement (15, 21) in der zweiten Spannungsebene (4), welches mit dem steuerbaren Signalgenerator (5, 22) gekoppelt ist und ausgebildet ist diesen bedarfsmäßig zu aktivieren und zu deaktivieren, mit einem als halbeiterbasierten Oszillator ausgebildetem steuerbaren Signalgenerator (5, 22), welcher einen Schmitt-Trigger (U2) aufweist und ausgebildet ist, das Ausgangssignal (6, 32) auf der spannungsführenden Leitung (31) der zweiten Spannungsebene (4) auszugeben, mit einem zwei Kondensatoren (C2, C3) aufweisenden Übertragungselement (10, 23), wobei einer der Kondensatoren (C3) die Masseleitung (28) der ersten Spannungsebene (3) mit der Masseleitung (29) der zweiten Spannungseben (4) koppelt und einer der Kondensatoren (C2) die spannungsführende Leitung (30) der ersten Spannungsebene (3) mit der spannungsführenden Leitung (31) der zweiten Spannungsebene (4) koppelt, mit einem zwei Dioden (D1, D2) aufweisenden Gleichrichter (14, 24), welcher in der ersten Spannungsebene (3) nach dem Übertragungselement (10, 23) angeordnet ist, wobei eine der Dioden (D1) zwischen der Masseleitung (28) und der spannungsführenden Leitung (30) in Durchlassrichtung angeordnet ist und eine der Dioden (D2) in der spannungsführenden Leitung (30) ausgehend von dem Übertragungselement (10, 23) in Durchlassrichtung angeordnet ist, und mit einem als Komplementär-Darlington-Schaltung ausgebildeten steuerbaren Schaltelement (7, 25), dessen Steuereingang (9, 34) mit einem positiven Ausgang des Gleichrichters (14, 24) gekoppelt ist und dessen Lastpfad (8, 33) zwischen einer Spannungsquelle (11, V2) und der Last (2, 26, R8) angeordnet ist. Switching device ( 1 . 20 ) according to one of the preceding claims, wherein the first voltage level ( 3 ) and the second voltage level ( 4 ) in each case a ground line ( 28 . 29 ) and a live line ( 30 . 31 ), with a control ( 15 . 21 ) in the second voltage level ( 4 ), which is connected to the controllable signal generator ( 5 . 22 ) and is designed to activate and deactivate it according to need, with a controllable signal generator designed as a semiconductor-based oscillator ( 5 . 22 ), which one has a Schmitt trigger (U2) and is designed to receive the output signal ( 6 . 32 ) on the live line ( 31 ) of the second voltage level ( 4 ), with a two capacitors (C2, C3) having transmission element ( 10 . 23 ), wherein one of the capacitors (C3) is the ground line ( 28 ) of the first voltage level ( 3 ) with the ground line ( 29 ) of the second voltage level ( 4 ) and one of the capacitors (C2) the live line ( 30 ) of the first voltage level ( 3 ) with the live line ( 31 ) of the second voltage level ( 4 ) coupled with a two diodes (D1, D2) having rectifier ( 14 . 24 ), which in the first voltage level ( 3 ) after the transfer element ( 10 . 23 ) is arranged, wherein one of the diodes (D1) between the ground line ( 28 ) and the live line ( 30 ) is arranged in the forward direction and one of the diodes (D2) in the live line ( 30 ) starting from the transmission element ( 10 . 23 ) is arranged in the forward direction, and with a designed as a complementary Darlington circuit controllable switching element ( 7 . 25 ) whose control input ( 9 . 34 ) with a positive output of the rectifier ( 14 . 24 ) and its load path ( 8th . 33 ) between a voltage source ( 11 , V2) and the load ( 2 . 26 , R8) is arranged. Verfahren zum Schalten einer elektrischen Last (2, 26, R8), welche in einer ersten Spannungsebene (3) angeordnet ist, aus einer zweiten Spannungsebene (4) heraus, aufweisend die Schritte: Erzeugen (S1) eines Ausgangssignals (6, 32) mit einer vorgegebenen Frequenz in der zweiten Spannungsebene (4), kontaktloses Übertragen (S2) des Ausgangssignals (6, 32) von der zweiten Spannungsebene (4) in die erste Spannungsebene (3), und Bereitstellen (S3) des Ausgangssignals (6, 32) an einem Steuereingang (9, 34) eines steuerbaren Schaltelements (7, 25), welches einen Lastpfad (8, 33) aufweist, der mit der elektrischen Last (2, 26, R8) gekoppelt ist. Method for switching an electrical load ( 2 . 26 , R8), which in a first voltage level ( 3 ) is arranged, from a second voltage level ( 4 ), comprising the steps of: generating (S1) an output signal ( 6 . 32 ) having a predetermined frequency in the second voltage plane ( 4 ), contactless transmission (S2) of the output signal ( 6 . 32 ) from the second voltage level ( 4 ) in the first voltage level ( 3 ), and providing (S3) the output signal ( 6 . 32 ) at a control input ( 9 . 34 ) a controllable switching element ( 7 . 25 ), which has a load path ( 8th . 33 ), which is connected to the electrical load ( 2 . 26 , R8) is coupled. Verfahren nach Anspruch 9, wobei beim kontaktlosen Übertragen das Ausgangssignal (6, 32) kapazitiv oder induktiv übertragen wird. Method according to claim 9, wherein during non-contact transmission the output signal ( 6 . 32 ) is transmitted capacitively or inductively. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 9 und 10, ferner aufweisend das Gleichrichten (S4) des Ausgangssignals (6, 32) in der ersten Spannungsebene (3) und das Weiterleiten des gleichgerichteten Ausgangssignals (6, 32) an den Steuereingang (9, 34) des steuerbaren Schaltelements (7, 25). Method according to one of the preceding claims 9 and 10, further comprising rectifying (S4) the output signal ( 6 . 32 ) in the first voltage level ( 3 ) and the forwarding of the rectified output signal ( 6 . 32 ) to the control input ( 9 . 34 ) of the controllable switching element ( 7 . 25 ).
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