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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
zur Steuerung und Erfassung des Laststroms durch eine Last mit einem
Lasttransistor und wenigstens einem Hilfstransistor, die einen Steueranschluss und
jeweils eine Laststrecke und einen ersten Laststreckenanschluss
und einen zweiten Laststreckenanschluss aufweisen, wobei die Last
in Reihe zur Laststrecke des Lasttransistors angeschlossen und diese
Reihenschaltung zwischen Klemmen für Versorgungspotential und
Bezugspotential geschaltet ist, einer Strommessanordnung, die einen
ersten und zweiten Eingang, die jeweils an den ersten Laststreckenanschluss
des Lasttransistors und an den ersten Laststreckenanschluss des
wenigstens einen Hilfstransistors angeschlossen sind und einen Ausgang hat,
an dem ein von dem Laststrom abhängiges
Signal abgreifbar ist, und einer an den Steueranschluss angeschlossenen
Ansteuereinheit.
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Die Messung des Laststroms durch
die Last erfolgt bei derartigen Schaltungsanordnungen nach dem so
genannten "Strom-Sense-Prinzip". Hierbei wird der über den
Lasttransistor in die Last fließende unter
Umständen
sehr große
Laststrom indirekt über einen
durch den Hilfstransistor fließenden
Messstrom bestimmt, wobei das Verhältnis IL/IS von Laststrom zu Messstrom, das so genannte
Sense-Verhältnis
dem Verhältnis
der Transistorflächen
bzw. Transistorzellenanzahl von Lasttransistor und des Hilfstransistor
entspricht, wenn diese beiden Transistoren im selben Arbeitspunkt
betrieben werden. Zur Einstellung des gemeinsamen Arbeitspunktes
besitzen der Lasttransistor und der Hilfstransistor einen gemeinsamen Steueranschluss,
und sie sind an ein identisches Versorgungspotential angeschlossen. Eine
Regelanordnung, die Teil der Messanordnung ist, bewirkt ferner,
dass sich das Potential an dem ersten Laststreckenanschluss des
Hilfstransistors auf den Wert des Potentials des ersten Laststreckenanschlusses
des Lasttransistors einstellt. Zwischen dem gemeinsamen Steueranschluss
und den ersten Laststreckenanschlüssen der beiden Transistoren liegt
damit jeweils die gleiche Spannung an. Ebenfalls entspricht die
Spannung über
der Laststrecke des Lasttransistors der Spannung über der
Laststrecke der Hilfstransistoren, so dass die beiden Transistoren
im selben Arbeitspunkt betrieben werden.
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Die beiliegende 1 zeigt ein mit der Bezugsziffer 1 bezeichnetes
Beispiel der oben beschriebenen bekannten Schaltungsanordnung zur
Steuerung und Erfassung des Laststroms durch eine Last RL. Wie erwähnt, liegen der Lasttransistor
LTR, hier ein n-Kanal-FET und der Hilfstransistor STR, der hier ebenfalls
ein n-Kanal-FET ist und die drainseitig und gateseitig zusammengeschaltet
sind, am selben Versorgungspotential Vbb.
Die Laststrecke D-S des Lasttransistors LTR liegt in Reihe zu der
am Ausgang A angeschlossenen Last, hier beispielhaft durch einen Lastwiderstand
RL angedeutet, durch den der Laststrom IL fließt.
An demselben Schaltungspunkt, das heißt an der Sourceelektrode S
des Lasttransistors LTR liegt ein erster Eingang einer Strommessanordnung
MA, die aus einem Operationsverstärker OPV, einem p-Kanal-Regeltransistor
PTR und einem Messwiderstand RS besteht.
Der zweite Eingang der Strommessanordnung MA ist zusammen mit. der Sourceelektrode
des Regeltransistors PTR an die Sourceelektrode S des Hilfstransistors
STR angeschlossen, so dass sich das Potential an der Sourceelektrode
S des Hilfstransistors STR auf den Wert des Sourcepotentials des
Lasttransistors LTR einstellt. Durch den Messwiderstand RS fließt
der Strom IS der, wie erwähnt, im
idealen Fall in einem festen Verhältnis zum Laststrom IL steht, so dass am Messwiderstand RS eine dem Strom IS proportionale
Spannung US abfällt, welche einem Analog-Digital-Wandler ADC
einer Ansteuereinheit μC
eingegeben wird. Die Ansteuereinheit μC liefert ein Ansteuersignal
an einen Eingangsanschluss E der Schaltungsanordnung. Für den Fall,
dass das Versorgungspotential Vbb das höhere Potential
und das Bezugspotential M das niedrigere Potential, zum Beispiel
Masse ist und der Lasttransistor ein n-Kanal-FET ist, bildet die
in 1 dargestellte Schaltungsanordnung
einen so genannten "High-Side-Schalter".
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Nachteiligerweise besitzen Komparatoren, wie
der mit OPV bezeichnete Operationsverstärker der Strommessanordnung
MA und insbesondere Komparatoren, die in integrierter CMOS-Technologie hergestellt
sind, einen unvermeidlichen Spannungs-Offset, der in der in 1 dargestellten Schaltungsanordnung
bewirkt, dass eine Nachregelung des Regeltransistors PTR schon dann
nicht mehr stattfindet, wenn eine dem Spannungsoffset des Komparators
OPV entsprechende Spannungsdifferenz zwischen den Potentialen der
ersten Laststreckenanschlüsse,
das heißt
den Sourceelektroden des Lasttransistors und des Hilfstransistors
besteht. Die Spannung über
der Laststrecke D-S des Hilfstransistors STR weicht damit immer
um den Betrag des Spannungs-Offset des Komparators OPV von der Spannung über der
Laststrecke des Lasttransistors ab. Das heißt, dass der Lasttransistor
LTR und der Hilfstransistor STR nicht exakt am selben Arbeitspunkt
arbeiten.
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Bei großen Lastströmen und einem dadurch entsprechend
großen
Spannungsabfall über
der Laststrecke des Lasttransistors fällt diese Abweichung der Laststreckenspannung
des Hilfstransistors STR um den Wert des Spannungs-Offsets des Komparators
OPV, der üblicherweise
im Bereich von einigen Millivolt liegt, kaum ins Gewicht. Fließen allerdings
sehr kleine Lastströme,
die über
der Laststrecke des Lasttransistors LTR einen sehr kleinen Spannungsabfall
hervorrufen, der im Extremfall im Bereich des Spannungs-Offset des
Komparators OPV liegt, so wirkt sich dieser Spannungs-Offset erheblich
auf die Arbeitspunkteinstellung des Hilfstransistors STR aus, so
dass die Arbeitspunkte der beiden Transistoren erheblich voneinander
abweichen und der Messstrom IS nicht mehr
proportional zum Laststrom IL ist. Dadurch
wird das Messergebnis deutlich verfälscht.
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Die oben erwähnte
DE 198 12 920 A1 schlägt zur Lösung dieses
Problems vor, zu dem Lasttransistor LTR wenigstens noch einen zweiten Lasttransistor
parallel zu schalten, der über
einen zweiten Steueranschluss von der Ansteuereinheit μC abhängig vom
Laststrom oder abhängig
von einer über
der Laststrecke der Lasttransistoren anfallenden Laststreckenspannung
ansteuerbar ist.
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Eine andere in der Praxis nicht verwendete Möglichkeit
wäre es,
den Wert des Messwiderstandes RS bei kleinen
Messströmen
IS zu erhöhen, so dass man bei gleichem
Strom IS einen höheren Spannungsabfall US erhält.
Nachteilig ist dabei der externe Schaltungsaufwand zum Umschalten
des Widerstandes.
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Das so genannte Sense-Verhältnis nL/nS kann
derzeit durch eine Erhöhung
der Anzahl der Hilfstransistoren STR nicht beliebig verkleinert
werden, da durch den damit erreichten höheren Messstrom IS der
Regeltransistor PTR für
den oberen Strombereich bei dem recht große Messströme IS fließen, aufgrund
der von ihm verbrauchten Verlustleistung recht groß und damit
teuer werden würde.
Praktisch ist heute das Sense-Verhältnis nL/nS
nach unten auf zum Beispiel 5.000/1 begrenzt.
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Die vorliegende Erfindung zielt daher
darauf ab, durch eine Bereichsumschaltung die absolute Größe des Signals
am Messwiderstand zu erhöhen, um
die Auflösung
des Analog-Digital-Wandlers
ADC besser auszunutzen.
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Die Erfindung stellt dazu eine Schaltungsanordnung
zur Steuerung und Erfassung des Laststroms durch eine Last zur Verfügung, die
auch bei kleinen Lastströmen
bzw. kleinen Spannungsabfällen über der
Laststrecke des Lasttransistors ein exaktes zu dem Laststrom proportionales
Messsignal liefert und die an unterschiedliche Lastströme anpassbar oder
sich selbsttätig
an unterschiedliche Lastströme unter
Beibehaltung der Genauigkeit der Laststrommessung anpasst.
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Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.
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Gemäß einem wesentlichen Aspekt
ist eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung
zur Steuerung und Erfassung des Laststroms durch eine Last dadurch
gekennzeichnet, dass wenigstens ein zweiter mit dem wenigstens einen
Hilfstransistor gleichartiger Hilfstransistors, der einen mit dem
Steueranschluss des Lasttransistors verbundenen oder verbindbaren
Steueranschluss und Schaltmittel vorgesehen sind, durch die die
Hilfstransistoren wahlweise oder abhängig vom Laststrom oder abhängig von
einer über
der Laststrecke des Lasttransistors anfallenden Laststreckenspannung
parallel zum wenigstens einen Hilfstransistor einzeln oder zu mehreren
schaltbar sind.
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Die Flexibilität und Anpassbarkeit der erfindungsgemäßen. Schaltungsanordnung
wird dadurch verbessert, wenn die Schaltmittel zur Parallelschaltung
der Laststrecken von n Hilfstransistoren eingerichtet sind, wobei
n ≧ 2 ist.
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Um die Hilfstransistoren abhängig vom
Laststrom oder abhängig
von einer über
der Laststrecke des Lasttransistors abfallenden Laststreckenspannung
parallel zu schalten, kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung vorteilhafterweise
Erfassungsmittel aufweisen, die erfassen, wenn der Laststrom eine
vorbestimmte Schwelle unterschreitet und daraufhin ein Aus gangssignal
erzeugen, mit dem die Schaltmittel beaufschlagt werden.
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Die Erfassungsmittel können vorteilhaft
dadurch weitergebildet werden, dass sie n Schwellwerte für den Laststrom
vorgeben und das Ausgangssignal der Erfassungsmittel zur Beaufschlagung
von n Schaltmitteln entsprechend der jeweiligen Schwellwertunterschreitung
des Laststroms eingerichtet ist.
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Die Erfassungsmittel können auch
in der Ansteuereinheit integriert sein, wenn diese einen programmgesteuerten
Mikroprozessor enthält
und damit die Schwellwertunterschreitung des Laststroms aufgrund
einer entsprechenden Schwellwertunterschreitung des analog/digitalgewandelten
Messstroms auswertet und ein entsprechendes Ausgangssignal erzeugt,
um die Schaltmittel zur laststromabhängigen Parallelschaltung der
Hilfstransistoren zu beaufschlagen.
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In einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
können
alle Hilfstransistoren mit ihren Steueranschlüssen mit dem Steueranschluss
des Lasttransistors und ihre zweiten Laststreckenanschlüsse zusammen
mit dem zweiten Laststreckenanschluss des Lasttransistors verbunden
sein, wobei in diesem Fall die Schaltmittel so eingerichtet sind,
dass sie wahlweise oder abhängig
vom Laststrom die ersten Laststreckenanschlüsse der Hilfstransistoren miteinander
und mit dem zweiten Eingang der Strommessanordnung verbinden.
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Die Schaltmittel können bei
einem Ausführungsbeispiel
n einzelne Schalter mit jeweils einem ersten Pol und einem durch
ein Schaltsignal mit dem ersten Pol verbindbaren zweiten Pol aufweisen,
von denen der erste Pol jeweils am ersten Laststreckenanschluss
jedes der Hilfstransistoren angeschlossen ist und die zweiten Pole
aller Schalter gemeinsam am zweiten Eingang der Strommessanordnung
angeschlossen sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Ansteuereinheit
die Schaltsigna le zur wahlweisen Betätigung jedes einzelnen Schalters
uncodiert zuführen.
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Alternativ können die Schaltmittel Decodiermittel
aufweisen, wobei in diesem Fall die Ansteuereinheit ein codiertes
Schaltsignal zuführt,
das von den Decodiermitteln decodiert wird. Die Decodiermittel können eine
Decodierlogik oder einen Demultiplexer aufweisen.
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Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
sind alle Hilfstransistoren mit ihren Laststrecken parallel geschaltet
und die Schaltmittel so eingerichtet, dass sie wahlweise die Steueranschlüsse der
Hilfstransistoren miteinander und mit dem Steueranschluss des Lasttransistors
verbinden.
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In letzterem Fall können die
Schaltmittel n einzelne Schalter mit jeweils einem ersten Pol und
einem durch ein Schaltsignal mit dem ersten Pol verbindbaren zweiten
Pol aufweisen, von denen der erste Pol jeweils am Steueranschluss
jedes der Hilfstransistoren angeschlossen ist und die zweiten Pole aller
Schalter gemeinsam am Steueranschluss des Lasttransistors angeschlossen
sind. In diesem Fall kann wie beim ersten Ausführungsbeispiel die Ansteuereinheit
Schaltsignale zur wahlweisen Betätigung
jedes einzelnen Schalters uncodiert oder alternativ codiert zuführen, wobei
im letztgenannten Fall die Schaltmittel Decodiermittel aufweisen,
die das Schaltsignal decodieren. Auch in dieser alternativen Ausführungsform
können
die Decodierlogik eine Decodiermittel oder einen Demultiplexer aufweisen.
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Bei dem zuletzt erwähnten Ausführungsbeispiel,
wo die Steueranschlüsse
der Hilfstransistoren durch die Schaltmittel geschaltet werden,
können
die Schaltmittel in der Ansteuereinheit integriert sein, wobei letztere
einzelne Ansteuersignale zur wahlweisen Ansteuerung der Steueranschlüsse der
Hilfs transistoren zuführt
oder alternativ ein codiertes Ansteuersignal zuführt, das durch Decodiermittel
in der Schaltungsanordnung zu einzelnen Ansteuersignalen decodiert
wird.
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Bevorzugt sind der Lasttransistor
und die Hilfstransistoren der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung n-Kanal-FETs
und der Regeltransistor ein p-Kanal-FET und die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
ist als High-Side-Schalter eingerichtet.
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Die obigen und weitere vorteilhafte
Merkmale der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden
anhand von Ausführungsbeispielen
in der nachstehenden Beschreibung, die sich auf die beiliegende
Zeichnung bezieht, ausführlich
erläutert.
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Die Zeichnungsfiguren zeigen im einzelnen:
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1 schematisch
die bereits beschriebene bekannte Schaltungsanordnung zur Steuerung
und Erfassung des Laststroms durch eine Last;
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2A schematisch
ein erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
bei der in den Schaltmitteln einzelne Schalter zur Verbindung der
ersten Laststreckenanschlüsse
der Hilfstransistoren vorgesehen sind;
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2B ein
zweites Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
in einer ersten Variante, bei der die Steueranschlüsse der Hilfstransistoren
durch in den Schaltmitteln vorgesehene einzelne Schalter verbunden
werden;
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2C eine
zweite Variante des zweiten Ausführungsbeispiels,
bei der die Ansteuereinheit die Signale zur Parallelschaltung der
Hilfstransistoren einzeln zu deren Steueranschlüsse führt;
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3A ein
drittes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
mit Erfassungsmitteln zur Laststromerfassung und davon abhängigen Parallelschaltung
der Hilfstransistoren und zwar durch Verbindung ihrer ersten Laststreckenanschlüsse, und
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3B das
dritte Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
in einer zweiten Variante, bei der statt den ersten Laststreckenanschlüssen die
Steueranschlüsse
zur Parallelschaltung der Hilfstransistoren abhängig von einer von den Erfassungsmitteln
erfassten Schwellenüberschreitung
des Laststroms verbunden werden.
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In 2A ist
ein erstes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
mit der Bezugsziffer 2a bezeichnet, und dieselben Elemente
wie in 2 sind mit denselben
Bezugszeichen versehen. In diesem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
sind n Hilfstransistoren STR1, STR2,..., STRn so vorgesehen, dass
ihre Steueranschlüsse
G1, G2,..., Gn gemeinsam mit dem Steueranschluss G des Lasttransistors
LTR und ihre zweiten Laststreckenanschlüsse D gemeinsam mit dem Laststreckenanschluss
D des Lasttransistors verbunden sind. Zur wahlweisen Parallelschaltung
der Hilfstransistoren STR1, STR2, STRn weisen Schaltmittel Sch n
einzelne Schalter S1, S2,..., Sn auf, die mit ihren ersten Polen
gemeinsam mit dem zweiten Eingang der Strommessanordnung und mit
ihren zweiten Polen einzeln mit den ersten Laststreckenanschlüssen S der
einzelnen Hilfstransistoren STR1, STR2,..., STRn verbunden. Ein jeweiliges
diskretes Schaltsignal CA1, CA2,..., CAn von der Ansteuereinheit μC dient zur
wahlweisen Einschaltung der Schalter S1, S2,..., Sn. Wie in dem
in 1 gezeigten Beispiel
des Standes der Technik fällt
am Strommesswiderstand RS eine dem Messstrom
IS proportionale Spannung US ab,
die dem Analog- Digital-Wandler
ADC zugeführt
wird. Die Schaltereinstellung durch die Schaltsignale CA1, CA2,..., CAn
in den Schaltmitteln Sch ist quasi statisch und kann vom Anwender
der Schaltungsanordnung entschieden werden.
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Auf diese Weise lässt sich mit dem der Schaltungsanordnung 2a von
außen
von der Ansteuereinheit μC
zugeführten
Schaltsignal CA1, CA2,..., CAn wahlweise die Anzahl parallel geschalteter
Hilfstransistoren STR1, STR2,..., STRn und damit das Sense-Verhältnis IL/IS = nL/nS umschalten,
so dass sich die in 2A gezeigte
Schaltungsanordnung 2a an unterschiedliche Lastströme anpassen
lässt.
Bei sehr kleinen Lastströmen
oder wenn der Lastwiderstand RL sehr groß ist, kann
der Messstrom IS durch eine Parallelschaltung
mehrerer Hilfstransistoren erhöht
und damit das Messsignal am ADC vergrößert werden, um den Messbereich
des ADC besser auszunutzen und damit höhere Genauigkeit zu erzielen. Durch
Betätigung
der n Schalter S1, S2,..., Sn lassen sich n2–1
Verhältnisse
für den
Messstrom IS einstellen. Statt die Schaltsignale
CA1, CA2,..., CAn diskret, das heißt uncodiert zuzuführen, kann
die Ansteuereinheit μC
diese auch codiert erzeugen und der Schaltungsanordnung 2a anlegen.
Dann können
die Schaltmittel Sch Decodiermittel enthalten, die aus dem codierten
Schaltsignal die einzelnen diskreten Schaltsignale für die Schalter
S1, S2, ..., Sn decodieren. Dem Fachmann ist ohne Weiteres ersichtlich, dass
derartige Decodiermittel z. B. einen Demultiplexer aufweisen können.
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Die Funktion der in 2A gezeigten Schaltungsanordnung 2a ist
folgende. Jeder der n Hilfstransistoren STR1, STR2,..., STRn besteht
aus einer oder mehreren Sensezellen nS1, nS2, ..., nSn. Wird Schalter
S1 mit dem Schaltsignal CR1 geschlossen, so gilt das Sense-Verhältnis IL/IS1 = nL/nS1. Wird
zusätzlich
zu S1 der Schalter S2 mit Hilfe des Schaltsignals CA2 geschlossen,
so ergibt sich ein neues Sense-Verhältnis mit IL/IS2 = nL/(nS1 + nS2). Durch wahlweise Betätigung der
n Schalter S1, S2,..., Sn lassen sich somit n2–1
Sense-Verhältnisse
einstellen. Durch eine von der Ansteuereinheit μC ausgeführte Messung des Sensestroms
IS kann diese auch dazu eingerichtet sein,
die Schaltsignale CA1, CA2,..., CRn automatisch abhängig von
der gemessenen Sensestromstärke
IS zu erzeugen und zuzuführen.
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2B zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, die
hier mit dem Bezugszeichen 2b bezeichnet ist. Statt wie
in 2A die ersten Laststreckenanschlüsse der
Hilfstransistoren zu schalten, werden bei dem in 2B gezeigten Ausführungsbeispiel 2b die Steueranschlüsse G1,
G2,..., Gn der Hilfstransistoren STR1, STR2, ..., STRn mit einzelnen
Schaltern S1, S2,..., Sn in den Schaltmitteln Sch geschaltet, wozu
die Ansteuereinheit μC
von außen
diskrete Schaltsignale CA1, CA2,..., CAn zuführt.
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2C zeigt
eine Variante des in 2B gezeigten
zweiten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
die in 2C mit dem Bezugszeichen 2c bezeichnet
ist. Statt die Schaltmittel in der Schaltungsanordnung vorzusehen,
befinden sie sich in 2C in
der Ansteuereinheit μC,
die als Gatesignale AG1, AG2, AGn fungierende einzelne Ansteuersignale
an die Steueranschlüsse
(Gates) der einzelnen Hilfstransistoren STR1, STR2, STRn anlegt,
um diese wahlweise. parallel zu schalten. In allen anderen Merkmalen
stimmt die in 2 gezeigte
Variante des zweiten Ausführungsbeispiels
2c der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
mit der in 2B gezeigten
ersten Variante des zweiten Ausführungsbeispiels überein.
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In 3A ist
ein drittes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
gezeigt und mit dem Bezugszeichen 3a versehen. Bei dem
Ausführungsbeispiel
3a wird das Sense-Verhältnis
bei unterschiedlichen Belastungen des Lasttransistors LTR automatisch
umgeschaltet. Dazu dient eine Erfassungsschaltung, die einen zweiten
Komparator OPV2 aufweist, der mit seinem ersten Eingang mit dem
ersten Eingang der Strommessanordnung und mit seinem zweiten Eingang
mit einem Schwellenpotential Vbb – UDS0 beaufschlagt ist. Am Ausgang des Komparators
OPV2 wird ein Schaltsignal zum Schalten eines Schalters Sch abgegeben. 3A zeigt ein vereinfachtes
Beispiel mit zwei Hilfstransistoren STR1 und STR2, die laststromabhängig einzeln
oder parallel geschaltet betrieben werden. Wenn die am Ausgangsanschluss
A abgegriffene und dem Laststrom IL entsprechende
Spannung die durch Vbb – VDS0 gegebene
Schwelle unterschreitet, wird vom Komparator OPV2 das Schaltsignal
zum Einschalten des Schalters Sch erzeugt, so dass beide Hilfstransistoren
STR1, STR2 parallel geschaltet sind. Für höhere Belastungen, zum Beispiel
bei IL1 = 50 A ist der Schalter Sch geöffnet, und
das Sense-Verhältnis
wird durch die Zellenzahl (Fläche)
NS1 des Hilfstransistors STR1 bestimmt. Wird die Belastung des Lasttransistors
LTR kleiner, wenn zum Beispiel ein Laststrom IL2 =
0,5 A fließt,
wird mit dem Ausgangssignal des Komparators OPV2 der Schalter Sch
geschlossen, und es gilt IL2/IS2 =
nL/(nS1 + nS2). Die Schaltungsanordnung 3a der 3A ist zur einfacheren Erläuterung
mit nur zwei Hilfstransistoren STR1 und STR2 gezeigt. Sie lässt sich
ebenfalls mit n Schaltern und n Hilfstransistoren STR realisieren.
Damit von der Ansteuereinheit μC
erkannt wird, welches Sense-Verhältnis
momentan aktiv ist, wird mit dem Signal SH die Schalterposition
des Schalters Sch nach außen
gegeben. Bei mehreren Schaltern kann das zum Beispiel durch einen
Multiplexer oder durch ein Schieberegister erfolgen.
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In 3B ist
eine mit dem Bezugszeichen 3b bezeichnete Variante des
in 3A gezeigten ersten
Ausführungsbeispiels
gezeigt, bei der ebenfalls vereinfachend zwei Hilfstransistoren
STR1 und STR2 durch einen Schalter Sch parallel geschaltet werden
können.
Anders als bei der in 3A gezeigten
Variante der Schaltungsanordnung 3a werden bei der in 3B gezeigten Variante nicht
die ersten Laststreckenanschlüsse
der Hilfstransistoren STR1 und STR2 sondern die Steueranschlüsse G1,
G2 der Hilfstransistoren STR1, STR2 miteinander durch den Schalter
Sch verbunden. Auch hier wird der Schalter Sch gesteuert vom Ausgangssignal
des Komparators OPV2 leitend geschaltet, und damit werden die Steueranschlüsse G1,
G2 der Hilfstransistoren STR1 und STR2 miteinander verbunden, wenn
der vom Komparator OPV2 erfasste Laststrom IL eine
durch Vbb – UDS0 eingestellte
Schwelle unterschreitet, während
in den anderen Fällen
der Schalter Sch geöffnet
bleibt. Auch hier kann die Schalterstellung des Schalters Sch anhand
des der Ansteuereinheit μC
zugeführten Signals
SH abgefragt werden, so dass von außen erkennbar ist, welches
Sense-Verhältnis
momentan aktiv ist. Alle anderen zuvor für die in 3A gezeigte erste Variante 3a beschriebenen
Schaltungsdetails und Variationsmöglichkeiten gelten auch für die in 3B gezeigte zweite Variante 3b.
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Eine Realisierung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
wie sie zuvor in den Ausführungsbeispielen
und ihren Varianten beschrieben wurde, ist in MOS-Technologie mit
einfachen Mitteln möglich.
Der Lasttransistor LTR, der zur Anschaltung von Lasten verwendet
wird, wird üblicherweise
als Vertikaltransistor realisiert, der aus einer Vielzahl einzelner
FET-Zellen besteht,
deren Gate-, Source- und Drainanschlüsse zu einem Gate-Source und
Drainanschluss des Lasttransistors zusammengeschaltet sind. Wenn
Lasttransistor LTR und die Hilfstransistoren STR als n-Kanal-FETs
und der Regeltransistor PTR als p-Kanal-FET realisiert werden, kann
die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
als so genannter High-Side-Schalter
zum Beispiel im Kraftfahrzeug verwendet werden.
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Es sei erwähnt, dass die hier beschriebene wahlweise
oder laststromabhängige
automatische Parallelschaltung der Hilfstransistoren zur Einstellung
eines passenden Sense-Verhältnisses
auch mit der in der oben erwähnten
DE 198 12 920 A1 beschriebenen
Lösung
kombiniert werden kann, bei der zur Einstellung eines passenden
Sense-Verhältnisses
wahlweise oder laststromabhängig
eine Anzahl von Lasttransistoren vorgesehen und einzeln oder zu mehreren
parallel geschaltet betrieben werden können. Die Details einer derartigen
Schaltungsanordnung sind in der genannten
DE 198 12 920 A1 ausführlich beschrieben.
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- 1,
2a, 2b, 3a,3b, 3c
- Schaltungsanordnungen zur
Steuerung
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- und
Erfassung des Laststroms durch eine Last
- A
- Ausgang
- ADC
- Analog-Digital-Wandler
- D
- Drain
(zweiter Laststreckenanschluss)
- G,
G1, G2, Gn
- Gates
(Steueranschluss)
- S
- Source
(erster Laststreckenanschluss)
- IL
- Laststrom
- IS
- Sense-
oder Messstrom
- RL
- Lastwiderstand
- RS
- Messwiderstand
- US
- Messspannung
- UDS
- Drain-Source-Spannung des
Lasttransistors
-
- LTR
- OPV,
OPV1, OPV2
- Komparatoren
- PTR
- Regeltransistor
- Sch
- Schaltmittel
- S1,
S2, Sn
- Schalter
- M
- Masse
(Bezugspotential)
- Vbb
- Versorgungspotential
- CA1,
CA2, CAn; AG1, AG2, AGn
- Ansteuersignale
- SH
- Abfragesignal
für das Sense-Verhältnis
- μC
- Ansteuereinheit
(Mikrocomputer)
- nS1,
nS2, nSn
- Sensezellen
- nL
- Lastzelle