DE102018103653B4

DE102018103653B4 - Ansteuerschaltung mit stromrückkopplung

Info

Publication number: DE102018103653B4
Application number: DE102018103653.1A
Authority: DE
Inventors: Martin Gräfling; Heimo Hartlieb; Michael Hausmann; Hannes Reinisch
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2018-02-19
Publication date: 2024-03-28
Anticipated expiration: 2038-02-20
Also published as: DE102018103653A1; CN108459648B; CN108459648A; US20180241298A1; US10229802B2

Abstract

Schaltungsanordnung, die aufweist:zumindest einen Ausgangskanal, der dazu ausgebildet ist, mit zumindest einer Last (L1) gekoppelt zu werden, wobei ein moduliertes Ausgangssignal (O1) des Ausgangskanals einer Steuerelektrode eines Schalters (SW1) zugeführt ist, der mit einer Last (L1) gekoppelt und dazu ausgebildet ist, den durch die Last (L1) fließenden Laststrom (iL) ein- und auszuschalten,wobei die Schaltungsanordnung in dem zumindest einen Ausgangskanal aufweist:eine Ansteuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, das moduliertes Ausgangssignal (O1) zu liefern;eine Stromerfassungsschaltung (AMP1, ADC1), die dazu ausgebildet ist, den durch die Last (L1) fließenden Laststrom (iL) zu erfassen; undeine Rückkopplungsschaltung (13), die dazu ausgebildet ist, das modulierte Ausgangssignal (O1) zu empfangen und basierend auf dem modulierten Ausgangssignal (O1) zumindest einen Digitalwert (TC1), der einen Mittelwert des Laststroms repräsentiert, zu bestimmen.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet von Ansteuerschaltungen zum Ansteuern elektrischer Lasten, insbesondere induktiver Lasten wie beispielsweise Solenoid-Aktoren.
Maschinen wie zum Beispiel Automobile werden zunehmend komplexer. Ein Grund für diese Entwicklung besteht neben anderen in der Ersetzung mechanischer Komponenten durch elektrische oder elektromechanische Komponenten und die Verwendung elektronischer Controller (elektronische Steuereinheiten; engl.: „electronic control units“; ECUs). Erhöht komplexe Systeme fallen wahrscheinlicher aus und somit ist die funktionale Sicherheit ein wichtiger Aspekt bei der Auslegung technischer Sub-Systeme komplexer Maschinen. Im Automotive-Sektor wurde der internationale Standard ISO 26262 mit dem Titel „Straßenfahrzeuge -funktionale Sicherheit“ (engl.: „Road vehicles - Functional safety“) in 2011 festgeschrieben und er betrifft die funktionale Sicherheit elektrischer und elektronischer Systeme, die in einem Automobil verwendet werden.
Automotive-Sicherheitsintegritätslevel (engl.: „Automotive Safety Integrity Level“; ASIL) bezieht sich auf eine abstrakte Klassifizierung des Sicherheitsrisikos, das in einem Automotive-System oder Sub-Systemen und Elementen derartiger Systeme inhärent enthalten ist. Bei dem Standard ISO 26262 wird ein bestimmter ASIL durch Durchführen einer Risikoanalyse einer potentiellen Gefahr festgeschrieben, indem man die Schwere, die Exposition und die Beherrschbarkeit des Fahrzeugbetriebsszenarios betrachtet. Es gibt vier ASILs, die durch den Standard bezeichnet werden: ASIL A, ASIL B, ASIL C, ASIL D. ASIL D definiert die höchsten Integritätserfordernisse bei einem bestimmten System, und ASIL A die geringsten. Entsprechend muss der gewünschte oder erforderliche ASIL-Pegel für ein bestimmtes elektrisches oder elektronisches System zur Zeit der Systemauslegung berücksichtigt werden.
Der Antriebsstrang eines modernen Automobils enthält verschiedene ECUs, die zum Beispiel zur Motorsteuerung und zur Getriebesteuerung verwendet werden. Diese ECUs sind zum Beispiel zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzungen, eines Automatikgetriebes und vieler anderer Sub-Systeme verantwortlich. Bei verschiedenen Anwendungen, z. B. bei Kraftstoffinjektoren oder Solenoid-Ventilen, werden Solenoid-Aktoren verwendet, die dazu verwendet werden können, den Öldruck in hydraulischen Sub-Systemen (z. B. hydraulischen Aktoren) zu steuern. Abhängig von der jeweiligen Anwendung müssen die elektronischen Steuerschaltungen, die verwendet werden, um elektrische Lasten wie beispielsweise Solenoid-Aktoren zu steuern und anzusteuern, so ausgelegt werden, dass sie einen bestimmten ASIL erfüllen. Ein Ansatz, um das Risiko eines Systemausfalls zu verringern (und damit den ASIL zu erhöhen) besteht darin, die Redundanz in den ECUs zu erhöhen. Allerdings bringen redundante Komponenten erhöhte Komplexität und Kosten mit sich. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, redundante Komponente bei der Auslegung von ECUs zu vermeiden, ohne das Risiko eines Systemausfalls zu erhöhen. Die Publikation DE 10 2014 203 970 A1 betrifft eine Stromsteuerungseinrichtung zur Ansteuerung von elektromagnetischen Ventilen. Die dort beschriebene Schaltung dient der Steuerung des Spulenstroms mittels eines Transistors unter Verwendung einer Pulsweitenmodulation. Die Publikation DE 10 2008 003 631 A1 beschreibt eine Schaltung und ein Verfahren zum Regeln eines Stroms durch eine z.B. induktive Last. Des Weiteren wird auf die Publikation DE 10 2008 015 619 A1 verwiesen, die ebenfalls eine Schaltung zur Stromregelung bei induktiven Lasten betrifft.
Das erwähnte Ziel wird durch die Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1 und die ECU gemäß Anspruch 25 gelöst. Verschiedene Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen werden durch die abhängigen Ansprüche erfasst.
Hierin wird eine Schaltungsanordnung beschrieben. Gemäß einer Beispiel-Ausgestaltung enthält die Schaltungsanordnung zumindest einen Ausgangskanal, der dazu ausgebildet ist, operabel mit zumindest einer Last, die durch die Schaltungsanordnung anzusteuern ist, gekoppelt zu werden. In dem zumindest einen Ausgangskanal enthält die Schaltungsanordnung eine Ansteuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein moduliertes Ausgangssignal bereitzustellen, eine Stromerfassungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, einen durch die Last fließenden Laststrom zu erfassen, und eine Rückkopplungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, das modulierte Ausgangssignal zu empfangen, und basierend auf dem modulierten Ausgangssignal zumindest einen Digitalwert, der einen Mittelwert des Laststroms repräsentiert, zu bestimmen.
Hierin wird eine elektronische Steuerschaltung (ECU) zum Ansteuern zumindest einer Last beschrieben. Gemäß einer Beispiel-Ausgestaltung enthält die ECU zumindest einen Schalter, der mit zumindest einer Last gekoppelt ist und der dazu ausgebildet ist, einen durch eine Last fließenden Laststrom ein- und auszuschalten.
Weiterhin enthält die ECU eine Schaltungsanordnung mit zumindest einem Ausgangskanal. Der zumindest eine Ausgangskanal liefert ein moduliertes Ausgangssignal, das einer Steuerelektrode des zumindest einen Schalters zugeführt wird. Die Schaltungsanordnung enthält in dem zumindest einen Ausgangskanal eine Ansteuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein moduliertes Ausgangssignal zu liefern, eine Stromerfassungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, einen durch die Last fließenden Laststrom zu erfassen, und eine Rückkopplungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, das modulierte Ausgangssignal zu empfangen, und basierend auf dem modulierten Ausgangssignal zumindest einen Digitalwert, der einen Mittelwert des Laststroms repräsentiert, zu bestimmen.
Die Erfindung lässt sich unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die Zeichnungen besser verstehen. Die Komponenten in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstäblich, vielmehr wurde Wert auf die Darstellung der Prinzipien der Erfindung gelegt. Weiterhin bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile. Zu den Zeichnungen:

1 zeigt ein Beispiel einer ECU, die eine integrierte Stromsteuerschaltung (Stromsteuer-IC) zum Steuern des einem Solenoid-Aktor zugeführten Stroms und einen zusätzlichen externen Stromrückkopplungspfad aufweist.
2 zeigt ein Beispiel der Stromsteuerschleife, die in dem in 1 gezeigten Stromsteuer-IC enthalten ist.
3 zeigt ein Beispiel einer Stromsteuerschaltung mit einem redundanten internen Stromrückkopplungspfad, die verwendet werden kann, um elektrische Lasten wie beispielsweise Solenoid-Aktoren anzusteuern.
4 ist ein Beispiel-Timingdiagramm, das den Laststrom durch einen Solenoid-Aktor zeigt.
Die 5A-E zeigen verschiedene Varianten eines weiteren Beispiels einer Stromsteuerschaltung mit einem redundanten internen Stromrückkopplungspfad und einer Batteriespannungsüberwachung.
6 zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem es sich um eine Modifikation des Beispiels von 5A handelt.
7 zeigt eine weitere Modifikation des Beispiels von 5A.
8 zeigt ein anderes Beispiel einer Stromsteuerschaltung ähnlich zu 5A, wobei der mittlere Laststrom innerhalb der Stromsteuerschaltung bestimmt wird.

Wie oben erwähnt erfordern viele Systeme eines Automobils eine präzise Messung und Steuerung des Laststroms, der einer Last, z. B. einer induktiven Last wie beispielsweise einem Solenoid-Aktor oder einem Solenoid-Ventil, zugeführt wird. Wenn für eine ECU ein hoher ASIL erforderlich ist (z. B. ASIL C oder ASIL D), muss ein zusätzlicher redundanter Stromrückkopplungspfad innerhalb der ECU bereitgestellt werden, um die durch die gewünschte ASIL bestimmte Risikoverringerung zu erreichen. Dieser zusätzliche Stromrückkopplungspfad, der unabhängig von dem zur Stromsteuerung verwendeten Stromrückkopplungspfad arbeitet, ermöglicht eine Stromüberwachung in der ECU und damit die Detektion einer Störung (d. h. wenn der Ist-Laststrom um mehr als eine definierte maximale Abweichung von einem Sollwert abweicht), und das Reagieren auf eine detektierte Störung innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls. Die erwähnte Reaktion besteht üblicherweise darin, die Aktoren innerhalb des Fehlertoleranzzeitintervalls (engl.: „fault tolerant time interval“; FTTI) in einen sicheren Zustand zu schalten. Wie der ASIL können FTTIs ebenfalls durch den ISO 26262-Standard definiert werden.
Ein illustratives Beispiel einer sicherheitskritischen ECU ist die Getriebesteuereinheit (engl.: „transmission control unit“; TCU), die verwendet werden kann, um das Automatikgetriebe eines Automobils zu steuern. Bei diesem Beispiel beträgt die FTTI annäherungsweise 150-300 ms für das elektromechanische System (TCU zuzüglich Solenoid-Aktoren und andere damit gekoppelte mechanische Komponenten), und näherungsweise 50-100 ms für das elektrische Sub-System (im Wesentlichen die ECU). Bei diesem Beispiel können die Sollwerte des Laststroms, die den Solenoid-Aktoren zugeführt werden, zwischen näherungsweise 0,2 und 1,5 A betragen, die Genauigkeit der Stromsteuerung (Steuerfehler) beträgt üblicherweise 1-2 Prozent, wobei die Genauigkeit der Stromüberwachung im Bereich von 10-30 Prozent liegen kann. Bei Hydraulikanwendungen wie beispielsweise der Getriebesteuerung kann der Solenoid-Strom proportional zu einem Öldruck sein. Es wird jedoch betont, dass die Getriebesteuerung lediglich eine von einer Vielzahl von Anwendungen, bei denen eine ECU einen Laststrom unter Verwendung einer Laststromsteuerschleife ansteuert, darstellt. Bei der angesteuerten Last handelt es sich nicht notwendigerweise um eine induktive Last. Des Weiteren sind die oben angegebenen numerischen Werte ebenfalls grobe Abschätzungen und hängen stark von der tatsächlichen Anwendung ab.
1 ist ein schematisches Blockschaltbild, das eine Beispiel-ECU, die verwendet werden kann, um Solenoid-Lasten anzusteuern, zeigt. Allerdings kann eine beliebige andere Art von Last (z. B. eine resistive, kapazitive) auf ähnliche Weise angesteuert werden. Die Beispiel-ECU 1 von 1 enthält eine Stromsteuerschaltung 10, eine Controllerschaltung 20 (z. B. eine Mikrocontrollereinheit, engl: „micro controller unit“; MCU), eine Versorgungsschaltung 30 und elektronische Schalter SW₁ und SW_1A, um den Laststrom iL, der durch die (induktive) Last L₁ fließt, ein- und auszuschalten. Die elektronischen Schalter SW₁ und SW_1A können als Transistoren, z. B. MOSFETs, implementiert sein. Ein Shunt-Widerstand Rs kann zu der Last L₁ in Reihe geschaltet sein; der Spannungsabfall Vsi über dem Shunt-Widerstand kann durch die Stromsteuerschaltung 10 (an Eingangspins P₁ und N₁) erfasst und zur Laststromsteuerung verwendet werden. Anstelle des Shunt-Widerstands können beliebige andere Stromerfassungstechniken verwendet werden (z. B. ein Sense-FET, der in dem den Schalter SW₁ bildenden MOSFET enthalten ist). Im Fall einer induktiven Last kann eine Freilaufdiode D₁ an die Last L₁ angeschlossen sein. Bei dem vorliegenden Beispiel ist die Freilaufdiode D₁ parallel zu der Reihenschaltung aus der Last L₁ und dem Shunt-Widerstand Rs geschaltet. Der (optionale) Schalter SW_1A, die Last L₁, der Shunt-Widerstand R_S und der Schalter SW₁ sind zwischen einem Versorgungsanschluss, der eine Batteriespannung V_BAT liefert, und Masse GND in Reihe gekoppelt. Das Stromsteuer-IC 10 kann an einem Eingangspin BAT ebenfalls die Batteriespannung V_BAT empfangen.
Bei der Stromsteuerschaltung 10 kann es sich um eine integrierte Schaltung (IC), die als Stromsteuer-IC bezeichnet wird, handeln. Einer oder beide der elektronischen Schalter SW₁ und SW_1A ebenso wie der Shunt-Widerstand R_S können in das Stromsteuer-IC 10 integriert sein. Allerdings sind die elektronischen Schalter SW₁ und SW_1A und der Shunt-Widerstand R_S bei den vorliegenden Beispielen externe Komponenten (außerhalb des Stromsteuer-ICs). Der Schalter SW₁ wird durch das Stromsteuer-IC 10 über einen Ausgangspin OUT₁, an dem das Ansteuersignal O₁ bereitgestellt wird, gesteuert. Der Schalter SW_1A ist optional und kann durch die MCU 20, die ein Ansteuersignal O_1A erzeugt, gesteuert werden. Falls die Schalter als MOSFETs implementiert sind, werden die Ansteuersignale den Gateanschlüssen des betreffenden MOSFETs zugeführt.
Die Schaltungskomponenten der in 1 gezeigten ECU 1 können auf einer oder mehr Leiterplatten (PCBs, engl.: „printed circuit boards“) montiert sein. Die Last L₁ selbst ist selbstverständlich nicht Teil der ECU sondern extern an diese angeschlossen. Die Versorgungsschaltung 30 empfängt die Batteriespannung V_BAT und ist dazu ausgebildet, basierend auf der Batteriespannung V_BAT eine Versorgungsspannung V_DD für die MCU 20 und das Stromsteuer-IC 10 (z. B. 5 V oder 3,3 V) zu erzeugen. Die MCU 20 ist der Master-Controller in der ECU 1. Sie kann an einen Bus wie zum Beispiel einen Feldbus wie FlexRay, CAN (Controller Area Network) oder dergleichen angeschlossen werden, um mit externen Einrichtungen (anderen ECUs, Sensoren, etc.) zu kommunizieren. Die MCU 20 empfängt ein oder mehr Sensorsignale S₁, die über das erwähnte Bussystem (CAN, FlexRay, etc.) oder über eine separate Schnittstelle wie zum Beispiel eine LIN-(„local interface network“)-Busschnittstelle empfangen werden können. Die Sensorsignale S₁ können verwendet werden, um den Betrieb der angeschlossenen Last L₁ zu steuern, zum Beispiel um den Sollwert des Laststroms iL zu bestimmen. Der Mechanismus, wie der Stromsollwert bestimmt wird, ist als solcher bekannt und wird deshalb hierin nicht ausführlicher erläutert. Die MCU 20 kann unter Verwendung analoger oder digitaler Signale mit dem Stromsteuer-IC 10 kommunizieren. Bei dem vorliegenden Beispiel sind die MCU 20 und das Stromsteuer-IC 10 über einen SPI-(Seriellen Peripheren Schnittstellen; engl.: „Serial Peripheral Interface“)-Bus, welcher ein serieller Bus ist, verbunden. Allerdings können andere Arten von Bussen (z. B. ein I²C-Bus) ebenso verwendet werden.
Wie oben erwähnt kann eine Stromüberwachung, die von der Stromsteuerschleife unabhängig ist, erforderlich sein, um einen gewünschten ASIL, z. B. ASIL C, zu erfüllen. Ein herkömmlicher Ansatz könnte darin bestehen, eine separate Stromrückkopplungsschaltung (siehe 1, Schaltung 15) außerhalb des Stromsteuer-ICs bereitzustellen. Bei dem vorliegenden Beispiel ist ein zusätzlicher Shunt-Widerstand R_F zwischen Masse und dem elektronischen Schalter SW₁ angeschlossen; die Spannung V_F1 über dem Widerstand R_F wird der Stromrückkopplungsschaltung 15, die dazu ausgebildet ist, das Spannungssignal V_F1 zu verarbeiten und die Strominformation der MCU 20 zuzuführen, zugeführt. Zum Beispiel kann die Stromrückkopplungsschaltung 15 dazu ausgebildet sein, über den SPI-Bus mit der MCU 20 auf dieselbe Weise wie das Stromsteuer-IC 10 zu kommunizieren. Anstelle eines SPI-Busses kann eine beliebige andere analoge oder digitale Signalübertragung verwendet werden. Des Weiteren versteht es sich, dass anstelle des zusätzlichen Shunt-Widerstands R_F eine beliebige andere Stromerfassungstechnik verwendet werden kann. Gemäß einer beispielhaften Alternative kann anstelle der Spannung V_F auch die Spannung Vs über dem Shunt-Widerstand R_S der Stromrückkopplungsschaltung 15 zugeführt werden.
Wie in 1 zu sehen ist, erfordert die externe Rückkopplungsschaltung 15 eine zusätzliche externe Schaltungstechnik und erhöht damit die Kosten des Gesamtsystems. Des Weiteren kann die zusätzliche Schaltungstechnik zusätzliche Eingangspins der MCU 20 besetzen und Rechenleistung der MCU 20 verbrauchen. Die erwähnten Konsequenzen der zusätzlichen externen Schaltungstechnik sind sogar noch schlechter, wenn man berücksichtigt, dass ein reales Stromsteuer-IC 10 nicht nur einen Ausgangskanal (zum Anschließen einer einzelnen Last L₁) aufweist, sondern vielmehr eine Vielzahl von Ausgangskanälen (zum Anschließen einer Vielzahl von Lasten L₁, L₂, L₃ ...), die simultan arbeiten können. Aus Gründen der Einfachheit enthält 1 nur einen Ausgangskanal. Allerdings versteht es sich, dass sämtliche externen Komponenten (außerhalb des Stromsteuer-ICs) wie die Schalter SW₁, SW_1A, die Shunt-Widerstände R_S, R_F, die Freilaufdiode D₁, etc. für jeden zusätzlichen Ausgangskanal dupliziert werden müssen.
2 ist ein schematisches Blockschaltbild, das eine Beispiel-Implementierung der in dem Stromsteuer-IC 10 enthaltenen Stromsteuerschleife ausführlicher darstellt. Gemäß dem vorliegenden Beispiel enthält das Stromsteuer-IC 10 (für jeden Kanal, allerdings ist nur ein Kanal dargestellt) einen Verstärker AMP₁, der die Spannung V_S1, die den Laststrom i_L1 durch die Last L₁ repräsentiert, empfängt (V_S1=R_S1·i_L1). Eine komplexere Schaltungstechnik kann erforderlich sein, wenn andere Stromerfassungstechniken verwendet werden. Das Ausgangssignal der Verstärkers AMP₁ wird einem Analog-Digital-Wandler ADC₁ zugeführt, der das verstärkte Stromerfassungssignal (z. B. die Spannung Vsi) in das digitale Stromerfassungssignal CS₁ wandelt. Das digitale Stromerfassungssignal CS₁ wird einem Stromregler REG₁, der auch einen Stromsollwert SP₁ empfängt, als Eingangssignal zugeführt. Der Stromregler REG₁ bestimmt basierend auf dem Stromerfassungssignal CS₁ und dem Stromsollwert SP₁ ein Controllerausgangssignal DS₁. In dem Stromregler RG₁ kann ein beliebiges bekanntes Steuerschema implementiert sein; zum Beispiel kann der Stromregler REG₁ ein Proportional-Integral-(PI)-Regler, ein Proportional-(P)-Regler oder ein Proportional-Integral-Differenzial-(PID)-Regler sein. Als Alternative können auch andere Arten von Reglern verwendet werden.
Bei dem vorliegenden Beispiel repräsentiert das Controllerausgangssignal DS₁ den gewünschten Tastgrad einer Ansteuerschaltung, bei der es sich um einen Modulator MOD₁ (z. B. einen Pulsweitenmodulator, PWM), der dazu ausgebildet ist, das Controllerausgangssignal DS₁ gemäß einem definierten Modulationsschema (z. B. Pulsweitenmodulation) zu modulieren, handeln oder die einen solchen enthalten kann. Bei dem Modulatorausgangssignal O₁ handelt es sich um ein Binärsignal, das nur zwei Zustände, ein (High-Pegel) und aus (Low-Pegel), aufweist. Wie in 2 gezeigt wird das Modulatorausgangssignal O₁ verwendet, um den elektronischen Schalter SW₁ ein- und auszusteuern. Falls der Schalter SW₁ als MOSFET implementiert ist, wird das Modulatorausgangssignal O₁ dem Gateanschluss des MOSFETs zugeführt. Abhängig von der Anwendung kann eine Gatetreiberschaltung (nicht gezeigt) verwendet werden. Der Verstärker AMP₁, der Analog-Digital-Wandler ADC₁, der Stromregler REG₁ und der Modulator MOD₁ bilden eine Steuerschleife CL₁ innerhalb des Stromsteuer-ICs 10.
Wie in 2 gezeigt kann das Stromsteuer-IC 10 eine Logikschaltung 11 und eine Kommunikationsschnittstelle 12, bei der es sich - wie bei dem vorliegenden Beispiel - um eine SPI-Busschnittstelle handeln kann, enthalten. Die Kommunikationsschnittstelle 12 kann verwendet werden, um mit einer übergeordneten Controllerschaltung wie beispielsweise der MCU 20 einer ECU (siehe 1) zu kommunizieren. Die Steuerlogik 11 ist dazu ausgebildet, den Sollwert SP₁ für den Stromregler REG₁ basierend auf einer von der MCU 20 über die Kommunikationsschnittstelle 12 empfangenen Information zu bestimmen. Die Logikschaltung 11 kann von der MCU 20 über die Kommunikationsschnittstelle 12 zum Beispiel einen aktualisierten Stromsollwert SP_1A empfangen und auf diesen Sollwert SP_1A einen Dither (der eine bestimmte Frequenz aufweist) anwenden. Das heißt, bei dem dem Stromregler REG₁ zugeführten Stromsollwert SP₁ handelt es sich um eine Überlagerung des von der MCU 20 empfangenen ursprünglichen Sollwerts SP_1A und des erwähnten Dithers. Das Anwenden eines Dithers ist eine bekannte Technik, um Haftgleiteffekte bei elektromagnetischen Lasten wie beispielsweise Solenoid-Aktoren oder Solenoid-Ventilen zu verhindern. An dieser Stelle sollte erwähnt werden, dass die Trägerfrequenz des Modulators MOD₁ (die PWM-Frequenz), die Dither-Amplitude und -Frequenz ebenfalls durch die MCU 20 über die Kommunikationsschnittstelle 12 eingestellt werden können. Deshalb kann das Stromsteuer-IC 10 durch den ECU-Entwickler konfigurierbar sein und an die gewünschte Anwendung und die anzuschließenden Lasten angepasst werden.
Nochmals bezugnehmend auf 1 wird darauf hingewiesen, dass die externe Stromrückkopplung 15, die unabhängig von dem Stromsteuer-IC 10 arbeitet, - falls das Stromsteuer-IC 10 wie oben erwähnt Dithering anwendet - eine Mittelwertbildung ausführen muss, um den Teil des Laststroms, der durch Dithering verursacht wird, auszumitteln. Wenn das Stromsteuer-IC 10 korrekt arbeitet, sollte der mittlere Laststrom (innerhalb gegebener Toleranzen) mit dem durch die Stromsteuerschaltung 10 von der MCU 20 empfangenen Sollwert SP_1A (bevor der Dither angewendet wird) übereinstimmen. Da sich sowohl die Trägerfrequenz des Modulators MOD₁ als auch die Dither-Frequenz bei verschiedenen Anwendungen unterscheiden können, muss die externe Stromrückkopplung 15 speziell an die gewünschte Anwendung angepasst werden. Zum Beispiel kann eine Mittelwertbildungszeit, die in der Stromrückkopplung 15 verwendet wird, um den Mittelwert des Rückkopplungssignals (z. B. der Spannung V_F1) zu bilden, mit der Zeitperiode des Dithers synchronisiert werden. Eine derartige Synchronisation kann mit einem redundanten externen Rückkopplungspfad schwierig sein.
3 zeigt ein weiteres Beispiel des Stromsteuer-ICs 10, das eine zusätzliche (redundante) interne Rückkopplungsschaltung 13, die dazu ausgebildet ist, eine Information über den mittleren Laststrom bereitzustellen, enthält. Die Komponenten, die die Stromsteuerschleife CL₁ bilden, die Kommunikationsschnittstelle 12 und (in großen Teilen) die Logikschaltung 11 sind identisch mit dem Beispiel von 2, und es wird auf die entsprechende Beschreibung oben verwiesen. Bei dem vorliegenden Beispiel empfängt die Rückkopplungsschaltung 13 das Modulatorausgangssignal O₁ als Eingangssignal und bestimmt basierend auf dem Eingangssignal zumindest einen Digitalwert TC1, der den mittleren Laststrom i_LA repräsentiert, so dass sich Störungen wie beispielsweise Rauschen und der erwähnte Dither ausmitteln (d. h. durch Mittelwertbildung ausgleichen). Der durch die Rückkopplungsschaltung 13 bestimmte Digitalwert TC1 wird über die Kommunikationsschnittstelle 12 (z. B. eine SPI-Bussschnittstelle) an die MCU 20 übermittelt. Zu diesem Zweck wird der durch die Rückkopplungsschaltung 13 bestimmte, zumindest eine Digitalwert TC1 regelmäßig in zumindest ein in der Logikschaltung 11 enthaltenes Register REGS geschrieben. Die aktuellen Registerwerte, die eine Information über den mittleren Laststrom i_LA enthalten, können dann an die MCU 20 übermittelt werden. Zum Beispiel kann die MCU 20 die Registerwerte regelmäßig über den SPI-Bus abfragen. Alternativ kann das Stromsteuer-IC 10 dazu ausgebildet sein, die Registerwerte in bestimmten Zeitintervallen aktiv an die MCU 20 zu senden. Basierend auf dem zumindest einen Digitalwert TC1 und weiteren bekannten Parametern (z. B. der von dem Modulator MOD₁ verwendeten PWM-Trägerfrequenz) kann die MCU 20 den mittleren Laststrom i_LA berechnen.
An dieser Stelle soll betont werden, dass die Rückkopplungsschaltung 13 - auch wenn die Rückkopplungsschaltung 13 in das Stromsteuer-IC 10 integriert ist - vollständig unabhängig von der Stromregelschleife CL₁ arbeitet. In anderen Worten, die Rückkopplungsschaltung 13 und die Stromsteuerschleife CL₁ sind funktional voneinander getrennt. Das heißt, die Rückkopplungsschaltung 13 und die Schaltungskomponenten, die die Stromsteuerschleife CL₁ bilden, können in einem Halbleiter-Die oder in zwei getrennten Halbleiter-Dies in einer Chip-Packung angeordnet sein; in jedem Fall enthält die Stromsteuerschaltung 10 eine Schaltungstechnik, die dazu ausgebildet ist, Störungen der Rückkopplungsschaltung 13 und der Stromsteuerschleife CL₁ aufgrund gemeinsamer Ursachen (engl.: „common cause failures“; CCF) zu detektieren und/oder zu verhindern. Wenn Störungen aufgrund einer gemeinsamen Ursache verhindert werden, kann der Betrieb der Rückkopplungsschaltung 13 und der Stromsteuerschleife CL₁ als voneinander unabhängig (d. h. funktional getrennt) angesehen werden. Bei Verwendung der Stromsteuerschaltung 10 gemäß 3 kann die MCU 20 eine vom Betrieb der Stromregelschleife CL₁ unabhängige Stromüberwachung durchführen, ohne dass eine separate externe Stromrückkopplungsschaltung, wie dies bei dem Beispiel von 1 der Fall ist (bei dem Beispiel von 3 ist auch der zweite Shunt-Widerstand R_F weggelassen) erforderlich ist. Des Weiteren ermöglicht der bei dem Beispiel von 3 gezeigte Ansatz zum Beispiel, das Zeitintervall, das zur Mittelwertbildung des geschätzten Laststroms und zum Synchronisieren der Mittelwertbildung mit z. B. der Dither-Periode verwendet wird, flexibel einzustellen. Zum Beispiel kann das Zeitintervall gleich der oder einem ganzzahligen Vielfachen der Periode des Dithers, der wie oben beschriebenen auf den Sollwert SP_1A angewandt wird, eingestellt werden. Das zur Mittelwertbildung verwendete Zeitintervall kann z. B. die MCU 20 über die Kommunikationsschnittstelle 12 eingestellt werden.
Die interne Funktion der Rückkopplungsschaltung 13 hängt davon ab, wie die Last an das Stromasteuer-IC 10 angeschlossen ist, und davon, wie die Stromerfassung und der Freilauf implementiert sind. Die Zeitverlaufsdiagramme von 4 zeigen Beispiel-Kurvenverläufe. Das obere Diagramm von 4 zeigt einen Beispiel-Kurvenverlauf des Ausgangssignals O₁ des Modulators MOD₁ (siehe 3), das auch von der Rückkopplungsschaltung 13 empfangen wird. Bei dem vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem Ausgangssignal O₁ um ein PWM-Signal. Die Periode des PWM-Signals O₁ ist mit T bezeichnet, die Ein-Zeit als t_ON und die Aus-Zeit als t_OFF, wobei die Periode T die Summe der Ein-Zeit t_ON und der Aus-Zeit t_OFF ist (T=t_ON+t_OFF), und der Tastgrad D ist das Verhältnis t_ON/T (D=t_ON/T). Unten wird die Induktivität der Last L₁ mit L bezeichnet, und der von dem Laststrom „gesehene“ (ohmsche) Gesamtwiderstand wird mit R_T bezeichnet. Während der Ein-Zeit ist der Widerstand R_T die Summe der Widerstände des Shunt-Widerstands R_S, des Ein-Widerstands R_ON des Schalters SW₁ und des ohmschen Widerstandes R_L der Last L₁ (R_T=R_S+R_ON+R_L). Während der Aus-Zeit ist der Widerstand R_T die Summe der Widerstände des Shunt-Widerstands R_S, des Ein-Widerstands R_D der Freilaufdiode D₁ und des ohmschen Widerstands R_L der Last L₁ (R_T=R_S+R_D+R_L). Entsprechend ist der theoretische maximale Laststrom i_MAX gleich V_BAT/R_T (i_MAX=V_BAT/(R_S+R_ON+R_L)).
Das untere Diagramm von 4 zeigt einen Beispiel-Kurvenverlauf des durch die Last L₁ fließenden Laststroms i_L. Der Kurvenverlauf des Laststroms korrespondiert mit dem Kurvenverlauf des PWM-Signals. Der Kurvenverlauf des Laststroms ist aus ansteigenden Zweigen und fallenden Zweigen zusammengesetzt, und der Laststrom verändert sich zwischen den Spitzenwerten i₀ und i₁. Während der Ein-Zeit (ansteigender Zweig i_ON (t)) wird der Laststrom durch folgende Funktion repräsentiert $i_{O N} (t) = i_{M A X} + e^{\frac{- t}{τ_{O N}}} (i_{0} - i_{M A X}),$
während der Laststrom während der Aus-Zeit (abfallender Zweig i_OFF (t)) durch folgende Funktion repräsentiert ist $i_{O F F} (t) = i_{1} \cdot e^{\frac{- t}{τ_{O F F}}} .$
Der mittlere Strom i_LA kann durch folgende Gleichung repräsentiert werden $i_{L A} = \frac{1}{T} (\int_{0}^{t_{O N}} i_{O N} (t) d t + \int_{0}^{t_{O F F}} i_{O F F} (t) d t),$
wobei die Mittelwertbildungsperiode T gleich der Periode der von dem Modulator MOD₁ verwendeten (PWM)-Trägerfrequenz sein kann. Das Lösen des Intergrals in Gleichung 3 ergibt $i_{L A} = i_{M A X} \cdot D + (i_{1} - i_{0}) \frac{τ_{O F F} - τ_{O N}}{T} = i_{M A X} \cdot D + offset,$
wobei die Zeitkonstanten τ_ON und τ_OFF durch folgende Gleichungen ausgedrückt werden können $τ_{O N} = \frac{L}{R_{L} + R_{S} + R_{O N}} und τ_{O F F} = \frac{L}{R_{L} + R_{S} + R_{D}} .$
Durch Ersetzen der Zeitkonstanten τ_ON und τ_OFF kann Gleichung 4 umgeformt werden zu $i_{L A} = i_{M A X} \cdot (D + \frac{(1 - e^{- a}) (1 - e^{- b})}{1 - e^{- (a + b)}} \cdot \frac{τ_{O F F} - τ_{O N}}{T}),$
wobei a = t_OFF/τ_OFF, b = t_ON/τ_ON, und wobei D der Tastgrad des PWM-Signals ist. Es wird darauf hingewiesen, dass der mittlere Strom i_LA in den Gleichungen 3 bis 6 den mittleren Laststrom in einer PWM-Periode repräsentiert, da die Zeitperiode T die PWM-Zeitperiode ist. Eine Mittelwertbildung über mehr oder mehr PWM-Perioden hinweg kann einfach erreicht werden, indem die Zeitperiode T (siehe Gl. 6) auf ein ganzzahliges Vielfaches der PWM-Periode eingestellt wird. In diesem Fall sind die Zeitperioden t_ON und t_OFF die kumulierten Ein-Zeiten und Aus-Zeiten über die Zeitperiode T (Mittelwertbildungszeit) hinweg. Es versteht sich, dass von der Ein-Zeit t_ON und der Aus-Zeit t_OFF nur eine gemessen werden muss, da t_OFF = T-t_ON. Die Messung der (kumulierten) Ein-Zeit t_ON (oder Aus-Zeit t_OFF) kann durch Verwendung bekannter Schaltungstechnik wie beispielsweise Gatter und Zähler erreicht werden. Es versteht sich, das ein moduliertes Signal wie beispielsweise das PWM-Signal als Binärsignal angesehen werden kann, d. h. als Sequenz aufeinanderfolgender Pulse, wobei jeder Puls eine Pulslänge (d. h. die Ein-Zeit) gefolgt von einer Pause (d. h. die Aus-Zeit) aufweist. Die kumulierte Ein-Zeit t_ON über eine Mittelwertbildungszeitperiode T hinweg ist somit die Summe aller Pulslängen aller Pulse innerhalb der Mittelwertbildungszeitperiode T. Analog ist die kumulierte Aus-Zeit t_OFF über die Mittelwertbildungszeitperiode T hinweg die Summe sämtlicher den Pulsen folgenden Pausenlängen innerhalb der Mittelwertbildungszeitperiode T. Wenn die Mittelwertbildungszeitperiode T gleich nur einer einzigen PWM-Periode ist, ist die kumulierte Ein-Zeit t_ON gleich der Ein-Zeit der gegenwärtigen PWM-Periode. Wenn die Mittelwertbildungszeitperiode T gleich einem ganzzahligen Vielfachen der PWM-Periode ist, kann der mittlere Tastgrad D berechnet werden gemäß D = t_ON/T (im Fall von Pulsweitenmodulation), wobei t_ON die erwähnte kumulierte Ein-Zeit über eine Mittelwertbildungszeitperiode T hinweg ist.
Die obigen Gleichungen 1 bis 6 zeigen, dass der mittlere Laststrom i_LA basierend auf der Ein-Zeit und der Aus-Zeit (Tastgrad D=t_ON/(t_ON+t_OFF)) und den erwähnten Zeitkonstanten τ_ON und τ_OFF leicht berechnet werden kann. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzlich zu den Ein- und Aus-Zeiten der Maximalstrom i_MAX bekannt sein muss. Dieser Strom i_max (1_MAX=V_BAT/(R_S+R_ON+R_L) kann als konstanter Faktor angesehen werden, wenn die Batteriespannung V_BAT als konstant angesehen wird. Bei einigen Anwendungen kann es ausreichen, i_MAX als konstanten Faktor anzusehen. Wenn allerdings eine präzise Abschätzung gewünscht ist, kann die Spannung V_BAT auch überwacht und dazu verwendet werden, einen genaueren Wert des Stroms i_MAX zu bestimmen.
Die 5A-D zeigen vier verschiedene Varianten eines weiteren Beispiels eines Stromsteuer-ICs mit einer internen redundanten Rückkopplungsschaltung 13, die eine Batteriespannungsüberwachung enthält. Das Beispiel von 5A ist im Wesentlichen dasselbe wie das vorangehende Beispiel von 3 mit der Ausnahme, dass die Rückkopplungsschaltung 13 ausführlicher dargestellt ist und eine zusätzliche Batteriespannungsüberwachung bietet. Die Schaltungskomponenten, die die Stromsteuerschleife CL₁ bilden, die Logikschaltung 11 und die Kommunikationsschnittstelle 12 sind im Wesentlichen dieselben wie in 3 und es wird Bezug genommen auf die entsprechenden Erläuterungen. Die Rückkopplungsschaltung 13 enthält eine Schaltung 131, die dazu ausgebildet ist, die Ein-Zeit t_ON des modulierten Ausgangssignals O₁ zu messen. Die Messung der Ein-Zeit t_ON kann ausreichen, da t_OFF gleich T-t_ON und da T üblicherweise die bekannte Periode der (PWM)-Trägerfrequenz ist. Alternativ kann die Aus-Zeit t_OFF gemessen werden. Die Mittelwertbildung der Ein-Zeit t_ON wird durch die Schaltung 135, die der Schaltung 131 nachgeschaltet und mit dieser verbunden ist, repräsentiert. Abhängig von der jeweiligen Implementierung kann die durch die Schaltungen 131 und 135 bereitgestellte Funktion auch durch eine einzige Schaltung bereitgestellt werden. Wie erwähnt kann die Schaltung 135 einen Zähler enthalten, der dazu ausgebildet ist, Taktzyklen eines Taktsignals während der Ein-Zeit-Perioden des modulierten Ausgangssignals O₁ über eine Mittelwertbildungszeitperiode T (z. B. die PWM-Periode oder ein ganzzahliges Vielfaches hiervon oder die Dither-Periode oder ein ganzzahliges Vielfaches hiervon) hinweg zu zählen. Am Ende einer jeden Mittelwertbildungsperiode wird ein aktualisierter Digitalwert TC1 bereitgestellt, der die (kumulierte) Ein-Zeit t_ON über die Mittelwertbildungszeitperiode T hinweg repräsentiert.
Die Rückkopplungsschaltung 13 enthält weiterhin einen Analog-Digital-Wandler 132, der dazu ausgebildet ist, die Batterie-Spannung V_BAT zu digitalisieren und ein entsprechendes Digitalsignal bereitzustellen. Die digitale Repräsentation der Batteriespannung V_BAT kann gemittelt werden (siehe 5A, Schaltung 133), und der resultierende gemittelte Batteriespannungswert V_BAT' kann bei der Stromabschätzung (siehe Gleichung 6) verwendet werden, wobei der Maximalstrom I_MAX basierend auf dem Wert V_BAT' berechnet werden kann, zum Beispiel ist i_MAX=V_BAT'/R_S+R_ON+R_L). Das Mitteln der Batteriespannung kann gut zur Unterdrückung unerwünschter Spannungsspitzen oder anderer Störungen auf der Batterieleitung sein. Allerdings kann der Mittelwertbildungsblock 133 abhängig von der Anwendung weggelassen werden. Des Weiteren kann anstelle der Mittelwertbildungsschaltung 133 eine dem Analog-Digital-Wandler 132 vorgeschaltete, analoge Tiefpassfilterung eingesetzt werden.
Die tatsächliche Berechnung des mittleren Laststroms i_LA kann später durch die MCU 20 (siehe 1) entsprechend Gleichung 6 durchgeführt werden. Wie in 1 gezeigt, kann die MCU 20 über einen digitalen Bus, über den der Digitalwert TC1 und der gemittelte Batteriespannungswert V_BAT' empfangen werden können, an die Stromsteuerschaltung 10 angeschlossen sein. Wie erwähnt hängt die Stromberechnung, wie sie durch Gleichung 6 repräsentiert wird, davon ab, wie die Last an die Stromsteuerschaltung 10 angeschlossen ist, wie die Stromerfassung und der Freilauf erreicht werden. Bei anderen Beispielen kann eine andere Gleichung verwendet werden. Weiterhin kann die Mittelwertbildung mit dem Betrieb der Stromsteuerschleife CL₁ synchronisiert werden. Zum Beispiel kann die Mittelwertbildung (die Schaltungen 135 und 133) zurückgesetzt werden (durch die Logikschaltung 11 bereitgestelltes Rücksetzsignal RES), wenn von der MCU 20 ein neuer Sollwert SP_1A empfangen wird. Daher kann die Mittelwertbildung auch mit dem auf den Sollwert SP_1A angewandten Dither synchronisiert werden.
An dieser Stelle sollte erwähnt werden, dass die durch die Schaltungen 133 und 135 erzielte Mittelwertbildung - da die Rückkopplungsschaltung 13 in denselben Chip wie die Stromsteuerschleife CL₁ integriert ist - nicht nur mit der Trägerfrequenz des (PWM)-Modulators MOD₁ und/oder mit der Frequenz des oben erwähnten, in dem Stromsollwert SP₁ enthaltenen Dithering synchronisiert werden kann; die Mittelwertbildungszeitperiode kann durch die MCU 20 über die Kommunikationsschnittstelle 12 auch willkürlich eingestellt werden.
Abhängig von der Anwendung der Stromsteuerschaltung 10 kann es gewünscht sein, den Stromregler REG₁ zu überbrücken und den Tastgrad DS₁ des Modulators MOD₁ direkt einzustellen oder eine Schaltungstechnik bereitzustellen, die es erlaubt, ein (z. B. durch die MCU 20) extern erzeugtes, moduliertes Signal O₁, das zum Ein- und Ausschalten des Schalters SW₁ verwendet wird, durchzuleiten. Das in 5B gezeigte Beispiel stellt eine kleinere Modifikation des Beispiels von 5A dar. Im Vergleich zu 5A enthält 5B eine zusätzliche Leitung, die einen Eingangspin X₁ über einen einfachen Puffer B₁ (siehe 5B, gestrichelte Linie) mit dem Ausgangspin OUT₁ koppelt, was es ermöglicht, das modulierte Ausgangssignal O₁ an dem Eingangspin X₁ zu empfangen und den Stromregler REG₁ und den Modulator MOD₁ zu überbrücken. In diesem Fall können der Stromregler REG₁ und der Modulator MOD₁ deaktiviert werden. Die Stromregelung und die Erzeugung des modulierten Ausgangssignals O₁ können somit durch eine andere Schaltungstechnik (z. B. die MCU 20, siehe 1) erreicht werden. Alternativ kann die Logikschaltung 11 dazu ausgebildet sein, über die Kommunikationsschnittstelle 12 eine Information betreffend den Tastgrad des Modulators MOD₁ zu empfangen und den von dem Modulator MOD₁ verwendeten Tastgradwert DS₁ entsprechend einzustellen. In diesem Fall wird nur der Stromregler REG₁ überbrückt. Um das Obige zusammenzufassen: das Beispiel 5B erlaubt drei verschiedene Betriebsarten. In der ersten Betriebsart stellt die Logikschaltung 11 den durch den Regler REG₁ verwendeten Stromsollwert SP₁ basierend auf einer über die Kommunikationsschnittstelle 12 empfangenen Stromsollwertinformation (z. B. Sollwert SP_1A) ein. In der zweiten Betriebsart stellt die Logikschaltung 11 den Tastgrad des Modulators MOD₁ direkt ein (und überbrückt damit den Regler REG₁). In der dritten Betriebsart wird das modulierte Ausgangssignal O₁, das an dem Ausgangspin OUT₁ bereitgestellt und dazu verwendet wird, den Schalter SW₁ ein- und auszuschalten, durch eine andere Schaltungstechnik erzeugt und durch die Stromsteuerschaltung 10 geleitet (und überbrückt dabei den Regler REG₁ und den Modulator MOD₁). Es wird darauf hingewiesen, dass die Ansteuerschaltung bei dem vorliegenden Beispiel neben dem Modulator MOD₁ den Puffer Bi enthält. Allerdings können der Modulator MOD₁ und der Regler REG₁ abhängig von der jeweiligen Implementierung weggelassen werden.
Das Beispiel von 5C ist im Wesentlichen dasselbe wie das Beispiel von 5A mit der Ausnahme, dass der Schalter SW₁ in der Stromsteuerschaltung 10 enthalten ist. Im Gegensatz zu 5A liefert der Ausgangspin OUT₁ nicht das modulierte Ausgangssignal O₁, sondern ist an einen ersten Lastanschluss (z. B. den Drainanschluss im Fall eines n-Kanal-MOSFETs) des Schalters SW₁, der nun in der Stromsteuerschaltung 10 enthalten ist, angeschlossen. Ein zweiter Lastanschluss (z. B. ein Sourceanschluss im Fall eines n-Kanal-MOSFETs) des Schalters SW₁ ist intern mit einem Massepin Gi verbunden. Der Spannungsabfall Vsi über dem Shunt-Widerstand R_S wird zwischen dem Ausgangspin OUT₁ und dem Erfassungspin P₁ erfasst. Die Last L₁ und die Freilaufdiode D₁ sind wie bei dem Beispiel von 5A an die Stromsteuerschaltung angeschlossen.
Das Beispiel von 5D ist im Wesentlichen dasselbe wie das Beispiel von 5C mit der Ausnahme, dass ein aktiver Freilauf verwendet wird (d. h. die Diode D₁ ist durch einen zweiten internen elektronischen Schalter SW₂ ersetzt), und dass der Shunt-Widerstand R_S ebenfalls in der Stromsteuerschaltung 10 enthalten ist. Wie in 5D zu sehen ist, wird der zweite Schalter SW₂ invertiert zu dem ersten Schalter SW₁ geschaltet. Das heißt, der zweite Schalter SW₂ empfängt an seiner Steuerelektrode das (durch einen Inverter I₁ erzeugte) invertierte modulierte Ausgangssignal O ₁. Bei dem vorliegenden Beispiel bilden die Schalter SW₁ und SW₂ eine Halbbrücke, und der interne Shunt-Widerstand R_S koppelt den Ausgang der Halbbrücke mit dem Ausgangspin OUT₁. Die Last L₁ ist zwischen der Batterieleitung und dem Ausgangspin OUT₁ angeschlossen. Bei einem weiteren Beispiel (nicht gezeigt) kann die Stromsteuerschaltung eine Halbbrücke wie in 5D enthalten, aber einen extern angeschlossenen Shunt-Widerstand R₂.
Das Beispiel von 5E ist im Wesentlichen dasselbe wie das Beispiel von 5D mit der Ausnahme, dass die aus den Schaltern SW₁ und SW₂ zusammengesetzte Transistorhalbbrücke extern an die Stromsteuerschaltung 10 angeschlossen ist. Entsprechend wird das invertierte modulierte Ausgangssignal O ₁ einem Ausgangspin OUT₁ zugeführt, wobei die Last L₁ zwischen dem Pin P₁ und dem Versorgungspotential V_BAT angeschlossen ist. Ein Pin N₁ ist an den Ausgangsknoten (Mittelabgriff) der Transistorhalbbrücke angeschlossen. Die elektrische Funktion des Beispiels von 5E kann identisch zu der elektrischen Funktion des vorangehenden Beispiels von 5D sein.
6 zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem es sich um eine Modifikation des Beispiels von 5A handelt. Das Beispiel von 6 ist nahezu identisch mit dem vorangehenden Beispiel von 5A mit der Ausnahme, dass die Zeitperiode des PWM-Trägersignals, zusätzlich zu der Ein-Zeit t_ON, ebenfalls erfasst und gemittelt wird. Eine Schaltung 136 zum Erfassen der Zeitperiode T und eine Schaltung 137 zum Durchführen der erwähnten Mittelwertbildung können im Wesentlichen auf dieselbe Weise wie die Schaltungen 131 bzw. 135 implementiert werden. Analog zu der Ein-Zeit-Messung kann sich die Zeitperiode T über eine PWM-Periode oder ein ganzzahliges Vielfaches hiervon erstrecken. Der durch die Schaltung 137 bereitgestellte Digitalwert TC2 repräsentiert daher die Mittelwertbildungszeit T (eine oder mehr PWM-Perioden), während der Digitalwert TC1 die kumulierte Ein-Zeit t_ON repräsentiert. Diese Werte TC1, TC2 können in den Registern REGS gespeichert und regelmäßig aktualisiert und der MCU 20, die in der Lage ist, den gesuchten mittleren Laststrom i_LA (siehe Gleichung 6) basierend auf diesen Werten zu berechnen, mitgeteilt werden.
7 zeigt ein weiteres Beispiel einer Stromsteuerschaltung 10 mit einer redundanten Rückkopplungsschaltung 13. Das Beispiel von 7 ist im Wesentlichen dasselbe wie in 6, jedoch mit einer zusätzlichen Mittelwertbildungsschaltung 139, die dazu ausgebildet ist, das bei der Stromsteuerschaltung CL₁ zur Stromsteuerung verwendete Stromerfassungssignal CS₁ zu mitteln. Der Betrieb der Mittelwertbildungsschaltung 139 kann auch mit dem Betrieb der Mittelwertbildungsschaltungen 133, 135 und 137 synchronisiert werden, so dass am Ende einer jeden Mittelwertbildungszeitperiode T ein aktualisiertes gemitteltes Signal in die Register REGS geschrieben wird. Das gemittelte Stromerfassungssignal CS₁ kann dann zusammen mit den anderen Digitalwerten TC1, TC2 und V_BAT' an die MCU 20 übermittelt werden. Das gemittelte Stromerfassungssignal kann dann für Plausibilitätsprüfungen durch die MCU 20 verwendet werden.
Bei den oben unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 beschriebenen Beispielen wird der Istwert des gegenwärtigen mittleren Laststroms i_LA basierend auf den von der Stromsteuerschaltung 10 empfangenen Digitalwerten (z. B. TC1, TC2, etc.) durch die MCU 20 berechnet. Bezug nehmend auf Gleichung 6 hängt der mittlere Laststrom i_LA im Wesentlichen von der (kumulierten) Ein-Zeit t_ON (alternativ der Aus-Zeit t_OFF), der Mittelwertbildungszeitperiode T, der gemittelten Batteriespannung V_BAT', die den Parameter i_MAX bestimmt, und weiteren konstanten Parametern, die a-priori bekannt sind, ab. Abhängig von der Anwendung kann es nützlich sein, die mittleren Laststromwerte i_LA innerhalb der Stromsteuerschaltung 10 zu berechnen. Das Beispiel von 8 ist im Wesentlichen dasselbe wie das Beispiel von 6 mit der Ausnahme, dass die Logikschaltung 11 eine Berechnungsschaltung ALU (z. B. eine arithmetische Logikeinheit; engl. „arithmetic logic unit“), die dazu ausgebildet ist, einen aktualisierten mittleren Laststromwert i_LA basierend auf dem Digitalwert TC1 und, optional, weiterhin basierend auf dem weiteren Digitalwerten TC2 und V_BAT', zu berechnen (z. B. regelmäßig in der Mittelwertbildungszeitperiode T), enthält. Bei dem vorliegenden Beispiel wertet die Berechnungseinheit ALU im Wesentlichen Gleichung 6 aus. Der berechnete mittlere Laststromwert i_LA kann dann an die MCU 20 übermittelt werden. Gemäß einem Beispiel kann die Berechnungsschaltung ALU von der verbleibenden Logikschaltung 1 funktional getrennt sein (d. h. unabhängig arbeiten), um die Funktionssicherheit zu erhöhen. Diese funktionale Trennung kann durch Detektieren und/oder Vermeiden von Störungen der Berechnungsschaltung ALU und der verbleibenden Teile der Logikschaltung 11 aufgrund gemeinsamer Ursache (CCF) erreicht werden.
Wie erwähnt kann die Stromsteuerschaltung 10 in einer zugehörigen Chippackung enthalten sein. Üblicherweise ist die MCU 20 ebenfalls in einer separaten Chippackung enthalten (siehe 1). Wie erwähnt kann die Stromsteuerschaltung 10 mehrere Ausgangskanäle aufweisen, um mehrere Lasten anzusteuern. Für jeden Ausgangskanal können ein Ausgangspin OUT_i und Erfassungspins Pi und N_i (i=1, 2, ..., N) bereitgestellt werden. Aus Gründen der Einfachheit ist bei den hierin beschriebenen Beispielen lediglich ein Ausgangskanal gezeigt.
Beispielhafte Ausgestaltungen werden unten zusammengefasst. Es wird jedoch betont, dass das Folgende keine abschließende Aufzählung von Beispielen ist, sondern vielmehr einen beispielhaften Überblick darstellt. Die verschiedenen Merkmale der beispielhaften Ausgestaltungen können auf beliebige Weise miteinander kombiniert werden, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben. Ein erstes Beispiel (Beispiel 1) enthält eine Schaltungsanordnung, die zumindest einen Ausgangskanal, der dazu ausgebildet ist, mit zumindest einer Last, die durch die Schaltungsanordnung anzusteuern ist, operabel gekoppelt zu werden, enthält. In dem zumindest einen Ausgangskanal enthält die Schaltungsanordnung eine Ansteuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein moduliertes Ausgangssignal zu liefern, eine Stromerfassungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, einen durch die Last fließenden Laststrom zu erfassen, und eine Rückkopplungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, das modulierte Ausgangssignal zu empfangen und basierend auf dem modulierten Ausgangssignal zumindest einen Digitalwert, der einen Mittelwert des Laststroms repräsentiert, zu bestimmen.
Beispiel 2: Schaltungsanordnung gemäß Beispiel 1, wobei die Stromerfassungsschaltung dazu ausgebildet ist, ein Stromerfassungssignal, das den Laststrom repräsentiert, zu liefern, und wobei der zumindest eine Ausgangskanal weiterhin einen Regler, der dazu ausgebildet ist, einen Stromsollwert und das Stromerfassungssignal zu empfangen und basierend auf dem Stromsollwert und dem Stromerfassungssignal ein Reglerausgangssignal zu erzeugen, enthält.
Beispiel 3: Schaltungsanordnung gemäß Beispiel 2, wobei die Ansteuerschaltung in dem zumindest einen Ausgangskanal einen Modulator, der mit dem Regler gekoppelt und dazu ausgebildet ist, das modulierte Ausgangssignal basierend auf dem Reglerausgangssignal zu erzeugen, enthält.
Beispiel 4: Schaltungsanordnung gemäß Beispiel 3, wobei die Stromerfassungsschaltung, der Regler und der Modulator in dem zumindest einen Ausgangskanal eine Laststromsteuerschleife bilden.
Beispiel 5: Schaltungsanordnung gemäß einem der vorangehenden Beispiele, wobei die Ansteuerschaltung in dem zumindest einen Ausgangskanal einen Modulator, der dazu ausgebildet ist, das modulierte Ausgangssignal basierend auf einem von einem Controller empfangenen Tastgradwert zu erzeugen, enthält.
Beispiel 6: Schaltungsanordnung gemäß einem der vorangehenden Beispiele, wobei die Ansteuerschaltung in dem zumindest einem Ausgangskanal einen Eingang, der dazu ausgebildet ist, ein Eingangssignal, das das modulierte Ausgangssignal repräsentiert, zu empfangen, enthält.
Beispiel 7: Schaltungsanordnung gemäß einem der vorangehenden Beispiele, wobei die Rückkopplungsschaltung in dem zumindest einen Ausgangskanal von der Stromerfassungsschaltung funktional getrennt ist.
Beispiel 8: Schaltungsanordnung gemäß einem der vorangehenden Beispiele, wobei die Rückkopplungsschaltung in dem zumindest einen Ausgangskanal ausgebildet ist, eine kumulierte Ein-Zeit des modulierten Ausgangssignals oder eine kumulierte Aus-Zeit des modulierten Ausgangssignals über eine Mittelwertbildungszeitperiode hinweg zu erfassen; der zumindest eine Digitalwert, der den Mittelwert des Laststroms repräsentiert, enthält die kumulierte Ein-Zeit bzw. die kumulierte Aus-Zeit.
Beispiel 9: Schaltungsanordnung gemäß einem der vorangehenden Beispiele, wobei das modulierte Ausgangssignal ein Binärsignal, das eine Sequenz von Pulsen enthält, ist, wobei jeder Puls eine Pulslänge gefolgt von einer Pause aufweist; die kumulierte Ein-Zeit über die Mittelwertbildungszeitperiode hinweg ist eine Summe der Pulslängen sämtlicher Pulse innerhalb der Mittelwertbildungszeitperiode, und die kumulierte Aus-Zeit über die Mittelwertbildungszeitperiode hinweg ist eine Summe der Pulslängen sämtlicher Pulse innerhalb der Mittelwertbildungszeitperiode hinweg.
Beispiel 10: Schaltungsanordnung gemäß Beispiel 8 oder 9, wobei die Rückkopplungsschaltung in dem zumindest einen Ausgangskanal dazu ausgebildet ist, ein Signal, das auf eine Versorgungsspannung schließen lässt, zu empfangen und eine digitale Repräsentation eines Mittelwerts der Versorgungsspannung bereitzustellen; der zumindest eine Digitalwert, der den Mittelwert des Laststroms repräsentiert, enthält weiterhin die mittlere Versorgungsspannung.
Beispiel 11: Schaltungsanordnung gemäß Beispiel 2 (oder jedem anderen Beispiel, das den Regler enthält), die weiterhin eine Logikschaltung, die dazu ausgebildet ist, für den zumindest einen Ausgangskanal den Stromsollwert dem Regler zuzuführen und den zumindest einen Digitalwert, der den Mittelwert des Laststroms repräsentiert, zu empfangen, enthält.
Beispiel 12: Schaltungsanordnung gemäß Beispiel 11, die weiterhin eine Kommunikationsschnittstelle, die mit der Logikschaltung gekoppelt ist, enthält, wobei die Logikschaltung dazu ausgebildet ist, mit einem Controller über die Kommunikationsschnittstelle bidirektional Information auszutauschen.
Beispiel 13: Schaltungsanordnung gemäß Beispiel 11 oder 12, wobei die Logikschaltung dazu ausgebildet ist, eine Stromsollwertinformation von einem Controller zu empfangen und für den zumindest einen Ausgangskanal den Stromsollwert für den Regler basierend auf der empfangenen Sollwertinformation zu bestimmen.
Beispiel 14: Schaltungsanordnung gemäß Beispiel 13, wobei die Logikschaltung dazu ausgebildet ist, eine Dither-Periode von dem Controller zu empfangen und für den zumindest einen Ausgangskanal den Stromsollwert basierend auf der empfangenen Sollwertinformation zu bestimmen, so dass der Stromsollwert ein Dithering entsprechend der Dither-Periode zeigt.
Beispiel 15: Schaltungsanordnung gemäß Beispiel 14, wobei die Logikschaltung dazu ausgebildet ist, eine Mittelwertbildungszeitperiode basierend auf der Dither-Periode einzustellen.
Beispiel 16: Schaltungsanordnung gemäß Beispiel 15, wobei die Rückkopplungsschaltung weiterhin dazu ausgebildet ist, den zumindest einen Digitalwert, der den Mittelewert des Laststroms repräsentiert, in jeder Mittelwertbildungszeitperiode zu aktualisieren.
Beispiel 17: Schaltungsanordnung gemäß einem der Beispiele 11 bis 16, wobei die Logikschaltung dazu ausgebildet ist, eine Mittelwertbildungszeitperiode von einem Controller zu empfangen, und wobei die Rückkopplungsschaltung weiterhin dazu ausgebildet ist, den zumindest einen Digitalwert, der den Mittelwert des Laststroms repräsentiert, in jeder Mittelwertbildungszeitperiode zu aktualisieren.
Beispiel 18: Schaltungsanordnung gemäß einem der vorangehenden Beispiele, wobei die Stromerfassungsschaltung einen Verstärker, der dazu ausgebildet ist, ein Signal, das den Laststrom repräsentiert, zu empfangen und ein verstärktes Signal, das den Laststrom repräsentiert, zu erzeugen, enthält.
Beispiel 19: Schaltungsanordnung gemäß Beispiel 18, wobei die Stromerfassungsschaltung weiterhin einen Analog-Digital-Wandler, der zwischen den Verstärker und den Regler gekoppelt und dazu ausgebildet ist, das verstärkte Signal zu digitalisieren und damit ein digitalisiertes Stromerfassungssignal bereitzustellen, enthält.
Beispiel 20: Schaltungsanordnung gemäß Beispiel 2 (oder jedem anderen Beispiel, das den Regler enthält), die weiterhin eine Logikschaltung, die dazu ausgebildet ist, eine Stromsollwertinformation von einem Controller zu empfangen und für den zumindest einen Ausgangskanal den Stromsollwert für den Regler basierend auf der empfangenen Stromsollwertinformation zu bestimmen, enthält, wobei die Logikschaltung weiterhin dazu ausgebildet ist, auf den Empfang einer neuen Stromsollwertinformation von dem Controller hin eine neue Mittelwertbildungszeitperiode auszulösen.
Beispiel 21: Schaltungsanordnung gemäß Beispiel 2 (oder jedem anderen Beispiel, das den Regler enthält), die weiterhin eine Logikschaltung enthält, die dazu ausgebildet ist, eine Stromsollwertinformation und eine Dither-Periode von einem Controller zu empfangen und für den zumindest einen Ausgangskanal den Stromsollwert für den Regler basierend auf der empfangenen Sollwertinformation zu bestimmen, so dass der Stromsollwert ein Dithering entsprechend der empfangen Dither-Periode zeigt, und wobei die Logikschaltung weiterhin dazu ausgebildet ist, auf den Empfang einer neuen Stromsollwertinformation und einer neuen Dither-Periode von dem Controller hin eine neue Mittelwertbildungszeitperiode auszulösen.
Beispiel 22: Schaltungsanordnung gemäß einem der vorangehenden Beispiele, die weiterhin einen Halbleiter-Die, der für den zumindest einen Ausgangskanal die Ansteuerschaltung, die Stromerfassungsschaltung und die Rückkopplungsschaltung enthält, enthält, wobei die Rückkopplungsschaltung von der Stromerfassungsschaltung funktional getrennt ist.
Beispiel 23: Schaltungsanordnung gemäß einem der vorangehenden Beispiele, die in dem zumindest einen Ausgangskanal weiterhin einen Schalter, der mit der Last operabel verbunden ist, enthält, wobei der Schalter dazu ausgebildet ist, das modulierte Ausgangssignal zu empfangen und die Last mit einer Versorgungsspannung oder einem Massepotential zu verbinden und die Last von der Versorgungsspannung oder dem Massepotential zu trennen.
Beispiel 24: Schaltungsanordnung gemäß Beispiel 23, die in dem zumindest einen Ausgangskanal weiterhin einen Shunt-Widerstand, der mit der Last gekoppelt ist, enthält, wobei die Stromerfassungsschaltung dazu ausgebildet ist, ein Stromerfassungssignal basierend auf dem Spannungsabfall über dem Shunt-Widerstand zu erzeugen.
Ein weiteres Beispiel (Beispiel 25) betrifft eine elektronische Steuereinheit (ECU) zum Ansteuern zumindest einer Last. Entsprechend enthält die ECU zumindest einen Schalter, der mit der zumindest einen Last gekoppelt und dazu ausgebildet ist, einen durch die zumindest eine Last fließenden Laststrom ein- und auszuschalten. Weiterhin enthält die ECU eine Schaltungsanordnung mit zumindest einem Ausgangskanal. Der zumindest eine Ausgangskanal liefert ein moduliertes Ausgangssignal, das einer Steuerelektrode des zumindest einen Schalters zugeführt wird. Die Schaltungsanordnung enthält in dem zumindest einen Ausgangskanal eine Ansteuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein moduliertes Ausgangssignal zu liefern, eine Stromerfassungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, einen durch die Last fließenden Laststrom zu erfassen, und eine Rückkopplungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, das modulierte Ausgangssignal zu empfangen und basierend auf dem modulierten Ausgangssignal zumindest einen Digitalwert, der einen Mittelwert des Laststroms repräsentiert, zu bestimmen. Dieses Beispiel kann mit einem beliebigen der vorangehenden Beispiele kombiniert oder erweitert werden.
Auch wenn die Erfindung in Bezug auf eine oder mehr Implementierungen dargestellt und beschrieben wurde, können an den dargestellten Beispielen Änderungen und/oder Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Gedanken und Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Zum Beispiel kann die Modifikation der 5B bis 5D auch auf ein beliebiges der Beispiele der 6 bis 8 angewandt werden. Insbesondere bezüglich der verschiedenen Funktionen, die von den oben beschriebenen Komponenten oder Strukturen (Baugruppen, Vorrichtungen, Schaltungen, Systemen, usw.) ausgeführt werden, sollen die Bezeichnungen (einschließlich eines Bezugs auf ein „Mittel“), die verwendet werden, um solche Komponente zu beschreiben, auch jeder anderen Komponente oder Struktur entsprechen, die die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente ausführt (d. h. die funktional gleichwertig ist), auch wenn sie der offenbarten Struktur, die in den hier dargestellten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung die Funktion ausführt, nicht strukturell gleichwertig ist.
Zusätzlich kann ein derartiges Merkmal, auch wenn ein bestimmtes Merkmal der Erfindung möglicherweise nur im Hinblick auf eine von mehreren Implementierungen offenbart ist, nach Wunsch und wie es für eine gegebene bestimmte Anwendung vorteilhaft ist, mit anderen oder mehreren anderen Merkmalen der anderen Implementierungen kombiniert werden.

Claims

Schaltungsanordnung, die aufweist: zumindest einen Ausgangskanal, der dazu ausgebildet ist, mit zumindest einer Last (L₁) gekoppelt zu werden, wobei ein moduliertes Ausgangssignal (O₁) des Ausgangskanals einer Steuerelektrode eines Schalters (SW₁) zugeführt ist, der mit einer Last (L₁) gekoppelt und dazu ausgebildet ist, den durch die Last (L₁) fließenden Laststrom (i_L) ein- und auszuschalten, wobei die Schaltungsanordnung in dem zumindest einen Ausgangskanal aufweist: eine Ansteuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, das moduliertes Ausgangssignal (O₁) zu liefern; eine Stromerfassungsschaltung (AMP₁, ADC₁), die dazu ausgebildet ist, den durch die Last (L₁) fließenden Laststrom (i_L) zu erfassen; und eine Rückkopplungsschaltung (13), die dazu ausgebildet ist, das modulierte Ausgangssignal (O₁) zu empfangen und basierend auf dem modulierten Ausgangssignal (O₁) zumindest einen Digitalwert (TC1), der einen Mittelwert des Laststroms repräsentiert, zu bestimmen.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, wobei die Stromerfassungsschaltung dazu ausgebildet ist, ein Stromerfassungssignal (CS₁), das den Laststrom (i_L) repräsentiert, zu liefern, und wobei der zumindest eine Ausgangskanal weiterhin aufweist: einen Regler (REG₁), der dazu ausgebildet ist, einen Stromsollwert (SP₁) und das Stromerfassungssignal (CS₁) zu empfangen und basierend auf dem Stromsollwert und dem Stromerfassungssignal (CS₁) ein Reglerausgangssignal (DS₁) zu erzeugen.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 2, wobei die Ansteuerschaltung in dem zumindest einen Ausgangskanal aufweist: einen Modulator (MODi), der mit dem Regler (REG₁) gekoppelt und dazu ausgebildet ist, das modulierte Ausgangssignal (O₁) basierend auf dem Reglerausgangssignal (DS₁) zu erzeugen.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 3, wobei die Stromerfassungsschaltung (AMP₁, ADC₁), der Regler (REG₁) und der Modulator (MODi) in dem zumindest einen Ausgangskanal eine Regelschleife zur Regelung des Laststroms (i_L) bilden.
Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Ansteuerschaltung in dem zumindest einen Ausgangskanal aufweist: einen Modulator (MOD1), der dazu ausgebildet ist, das modulierte Ausgangssignal (O₁) basierend auf einem von einem Controller (20) empfangenen Tastgradwert (DS1) zu erzeugen.
Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Ansteuerschaltung in dem zumindest einem Ausgangskanal aufweist: einen Eingang, der dazu ausgebildet ist, ein Eingangssignal, das das modulierte Ausgangssignal repräsentiert, zu empfangen.
Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Rückkopplungsschaltung (13) in dem zumindest einen Ausgangskanal von der Stromerfassungsschaltung (AMP₁, ADC₁) funktional getrennt ist.
Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Rückkopplungsschaltung (13) in dem zumindest einen Ausgangskanal dazu ausgebildet ist, eine kumulierte Ein-Zeit des modulierten Ausgangssignals oder eine kumulierte Aus-Zeit des modulierten Ausgangssignals über eine Mittelwertbildungszeitperiode hinweg zu erfassen, und wobei der zumindest eine Digitalwert (TC1), der den Mittelwert des Laststroms repräsentiert, die kumulierte Ein-Zeit bzw. die kumulierte Aus-Zeit aufweist.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 8, wobei das modulierte Ausgangssignal (O₁) ein Binärsignal, das eine Sequenz von Pulsen aufweist, ist, wobei jeder Puls eine Pulslänge gefolgt von einer Pause aufweist; und wobei die kumulierte Ein-Zeit über die Mittelwertbildungszeitperiode hinweg eine Summe der Pulslängen sämtlicher Pulse innerhalb der Mittelwertbildungszeitperiode ist, und die kumulierte Aus-Zeit über die Mittelwertbildungszeitperiode hinweg eine Summe der Pulslängen sämtlicher Pulse innerhalb der Mittelwertbildungszeitperiode hinweg ist.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 8, wobei die Rückkopplungsschaltung (13) in dem zumindest einen Ausgangskanal dazu ausgebildet ist, ein Signal, das auf eine Versorgungsspannung (V_BAT) schließen lässt, zu empfangen und eine digitale Repräsentation eines Mittelwerts der Versorgungsspannung (V_BAT') bereitzustellen, und wobei der zumindest eine Digitalwert (TC1), der den Mittelwert des Laststroms repräsentiert, weiterhin die mittlere Versorgungsspannung aufweist.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 2, die weiterhin aufweist: eine Logikschaltung (11), die dazu ausgebildet ist, für den zumindest einen Ausgangskanal den Stromsollwert (SP₁) dem Regler (REG₁) zuzuführen und den zumindest einen Digitalwert (TC₁), der den Mittelwert des Laststroms repräsentiert, zu empfangen.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 11, die weiterhin aufweist: eine Kommunikationsschnittstelle (12), die mit der Logikschaltung (11) gekoppelt ist, wobei die Logikschaltung (11) dazu ausgebildet ist, mit einem Controller (20) über die Kommunikationsschnittstelle (12) bidirektional Information auszutauschen.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die Logikschaltung (11) dazu ausgebildet ist, eine Stromsollwertinformation von einem Controller (20) zu empfangen und für den zumindest einen Ausgangskanal den Stromsollwert (SP₁) für den Regler basierend auf der empfangenen Sollwertinformation zu bestimmen.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 13, wobei die Logikschaltung (11) dazu ausgebildet ist, eine Dither-Periode von dem Controller (20) zu empfangen und für den zumindest einen Ausgangskanal den Stromsollwert (SP₁) basierend auf der empfangenen Sollwertinformation zu bestimmen, so dass der Stromsollwert ein Dithering entsprechend der Dither-Periode zeigt.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 14, wobei die Logikschaltung (11) dazu ausgebildet ist, eine Mittelwertbildungszeitperiode basierend auf der Dither-Periode einzustellen.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 15, wobei die Rückkopplungsschaltung (13) weiterhin dazu ausgebildet ist, den zumindest einen Digitalwert (TC1), der den Mittelewert des Laststroms repräsentiert, in jeder Mittelwertbildungszeitperiode zu aktualisieren.
Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die Logikschaltung (11) dazu ausgebildet ist, eine Mittelwertbildungszeitperiode von einem Controller (20) zu empfangen, und wobei die Rückkopplungsschaltung (13) weiterhin dazu ausgebildet ist, den zumindest einen Digitalwert (TC1), der den Mittelwert des Laststroms repräsentiert, in jeder Mittelwertbildungszeitperiode zu aktualisieren.
Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Stromerfassungsschaltung einen Verstärker (AMP₁), der dazu ausgebildet ist, ein Signal, das den Laststrom repräsentiert, zu empfangen und ein verstärktes Signal, das den Laststrom repräsentiert, zu erzeugen, enthält.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 18, wobei die Stromerfassungsschaltung weiterhin einen Analog-Digital-Wandler (ADC₁), der zwischen den Verstärker (AMP₁) und den Regler (REG₁) gekoppelt und dazu ausgebildet ist, das verstärkte Signal zu digitalisieren und damit ein digitalisiertes Stromerfassungssignal (CS1) bereitzustellen, enthält.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 2, die weiterhin aufweist: eine Logikschaltung (11), die dazu ausgebildet ist, eine Stromsollwertinformation von einem Controller (20) zu empfangen und für den zumindest einen Ausgangskanal den Stromsollwert (SP1) für den Regler (REG₁) basierend auf der empfangenen Stromsollwertinformation zu bestimmen, wobei die Logikschaltung (11) weiterhin dazu ausgebildet ist, auf den Empfang einer neuen Stromsollwertinformation von dem Controller (20) hin eine neue Mittelwertbildungszeitperiode auszulösen.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 2, die weiterhin aufweist: eine Logikschaltung (11), die dazu ausgebildet ist, eine Stromsollwertinformation und eine Dither-Periode von einem Controller (20) zu empfangen und für den zumindest einen Ausgangskanal den Stromsollwert (SP₁) für den Regler basierend auf der empfangenen Sollwertinformation zu bestimmen, so dass der Stromsollwert (SP₁) ein Dithering entsprechend der empfangen Dither-Periode zeigt, und wobei die Logikschaltung (11) weiterhin dazu ausgebildet ist, auf den Empfang einer neuen Stromsollwertinformation und einer neuen Dither-Periode von dem Controller (20) hin eine neue Mittelwertbildungszeitperiode auszulösen.
Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21, die weiterhin aufweist: einen Halbleiter-Chip, der für den zumindest einen Ausgangskanal die Ansteuerschaltung, die Stromerfassungsschaltung (AMP₁, ADC₁) und die Rückkopplungsschaltung (13) aufweist, wobei die Rückkopplungsschaltung (13) von der Stromerfassungsschaltung (AMP₁, ADC₁) funktional getrennt ist.
Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, die in dem zumindest einen Ausgangskanal weiterhin aufweist: einen Schalter (SW₁), der im Betrieb mit der Last verbunden ist, wobei der Schalter (SW₁) dazu ausgebildet ist, das modulierte Ausgangssignal (O₁) zu empfangen und nach Maßgabe des modulierten Ausgangssignals (O₁) entweder die Last (L₁) mit einer Versorgungsspannung zu verbinden und zu trennen oder die Last (L₁) mit einem Massepotential zu verbinden und zu trennen.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 23, die in dem zumindest einen Ausgangskanal weiterhin aufweist: einen Shunt-Widerstand (Rs), der mit der Last (L₁) gekoppelt ist, wobei die Stromerfassungsschaltung (AMP₁, ADC₁) dazu ausgebildet ist, ein Stromerfassungssignal basierend auf dem Spannungsabfall (V_S1) über dem Shunt-Widerstand (Rs) zu erzeugen.
Elektronische Steuereinheit (ECU) zum Ansteuern zumindest einer Last, wobei die ECU aufweist: zumindest einen Schalter (SW₁), der mit der zumindest einen Last (L₁) gekoppelt und dazu ausgebildet ist, einen durch die zumindest eine Last (L₁) fließenden Laststrom (i_L) ein- und auszuschalten; eine Schaltungsanordnung mit zumindest einem Ausgangskanal, wobei der zumindest eine Ausgangskanal ein moduliertes Ausgangssignal (O₁) liefert, das einer Steuerelektrode des zumindest einen Schalters (SW₁) zugeführt wird; wobei die Schaltungsanordnung in dem zumindest einen Ausgangskanal aufweist: eine Ansteuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, das modulierte Ausgangssignal (O₁) zu liefern; eine Stromerfassungsschaltung (AMP₁, ADC₁), die dazu ausgebildet ist, einen durch die Last (L₁) fließenden Laststrom (i_L) zu erfassen; und eine Rückkopplungsschaltung (13), die dazu ausgebildet ist, das modulierte Ausgangssignal (O₁) zu empfangen und basierend auf dem modulierten Ausgangssignal (O₁) zumindest einen Digitalwert (TC1), der einen Mittelwert des Laststroms (i_L) repräsentiert, zu bestimmen.