EP3069355A1 - Stromregler für eine induktive last in einem fahrzeug - Google Patents
Stromregler für eine induktive last in einem fahrzeugInfo
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- EP3069355A1 EP3069355A1 EP14776882.4A EP14776882A EP3069355A1 EP 3069355 A1 EP3069355 A1 EP 3069355A1 EP 14776882 A EP14776882 A EP 14776882A EP 3069355 A1 EP3069355 A1 EP 3069355A1
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Definitions
- a first circuit breaker can be, for example, a high-side switch, which connects the inductive load for magnetization with a first supply voltage, preferably a positive voltage.
- a second power switch can be, for example, a low-side switch, which connects the inductive load for magnetization with a second supply voltage, preferably with a ground voltage.
- the first power switch can be executed, for example, as a PMOS FET.
- the second power switch can be executed, for example, as an NMOS FET.
- FIG. 1 shows a schematic block diagram of a first exemplary embodiment of a current regulator for an inductive load in a vehicle according to the invention.
- Control with constant frequency and variable duty cycle as possible as a scheme in which the respective circuit breaker T1, T2 is turned on for a constant period of time and a turn-off of the power switch T1, T2 is varied, or in which the respective power switch T1, T2 is turned off for a constant period of time and a duty cycle of the power switch T1, T2 is varied.
- Free-running voltage represents, while in the off state, the first switch T F i locks in the freewheel and the freewheeling current flows completely through the clamp diode Z D.
- the current flows in the freewheel either through the first switch T F i or through the clamp diode Z D to the first supply voltage
- the diode D arranged in series with the source terminal S prevents a current flow via the resistors R GS and R G or the parasitic diode of the first switch T F i when the power switch T2 is turned on. If the amplitude of the drive signal GHS corresponds to the first supply voltage U B , the
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Stromregler (1A) für eine induktive Last (ZL) in einemFahrzeug mit einer Auswerte-und Steuereinheit (22), mindesten einem in Reihe zur induktiven Last (ZL) eingeschleiften Leistungsschalter (T2), welcher zur Aufmagnetisierung der induktiven Last (ZL) geschlossen ist, einer Freilaufanordnung (10A), welche eine Abmagnetisierung der induktiven Last (ZL) bei geöffnetem Leistungsschalter (T2) bewirkt, und einer Messvorrichtung (24), welche einen aktuellen Stromwert eines Stromflusses (IL) durch die induktiven Last (ZL) ermittelt. Erfindungsgemäß umfasst die Freilaufanordnung (10A) mindestens einen Schalter (TF1), welcher ein Umschalten zwischen mindestens zwei wirksamen Freilaufspannungen an der induktiven Last (ZL) ermöglicht, wobei die Auswerte-und Steuereinheit (22) basierend auf einer Änderung einer Sollwertvorgabe den Stromfluss (IL) durch die induktive Last (ZL) über Ansteuersignale (GHS, GLS) einstellt, welche an dem mindestens einen Leistungsschalter (T2) und dem mindestens einen Schalter (TF1) der Freilaufanordnung (10A) angelegt sind.
Description
Beschreibung
Titel
Stromregler für eine induktive Last in einem Fahrzeug Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Stromregler für eine induktive Last in einem Fahrzeug nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1. In aus dem Stand der Technik bekannten Stromreglern wird als Freilauf für eine induktive Last im einfachsten Fall eine Diode verwendet. Wenn die
Freilaufspannung reduziert werden soll, kann stattdessen auch ein Feldeffekttransistor als geschaltete Diode eingesetzt werden. Die Zeit für die Dauer der Abmagnetisierung wird im Wesentlichen durch die effektive Löschspannung bzw. Freilaufspannung bestimmt. Hierbei gilt, je geringer diese Spannung ist, umso länger dauert der Vorgang. Um ein schnelleres Abbauen der Energie in der Induktivität und somit dynamischere Systeme zu erreichen, wird gegebenenfalls eine aktive Klammer verwendet. Dabei wird typischerweise die geschaltete Endstufe mit einer zusätzlichen Zenerdiodenkette versehen. Am Beispiel eines Lowside-Reglers bedeutet dies, dass die Endstufe zum Aufmagnetisieren der induktiven Last nach Masse schaltet, so dass an der induktiven Last die
Batteriespannung anliegt. Zum Abmagnetisieren der induktiven Last wird die Endstufe abgeschaltet und die Spannung am Ausgang erhöht sich bis auf die eingestellte Klammerspannung. Bei dieser Spannung wird dann die Endstufe aufgrund der eingestellten Klammerspannung leitend und hält die Spannung aufrecht, solange Strom fließt. Als nachteilig kann dabei angesehen werden, dass die Freilaufspannung von der Batteriespannung abhängig ist. Das bedeutet, dass je höher die Batteriespannung ist, desto niedriger ist die resultierende Freilaufspannung. Bei niedriger Batteriespannung ergibt sich eine sehr hohe Freilaufspannung und damit unter Umständen eine Abmagnetisierung, die schneller als gewünscht ist.
Alternativ kann auch eine Abmagnetisierung über einen Widerstand erfolgen, was aber zu stark stromabhängigen Abmagnetisierungszeiten führt. Als weiterer wesentlicher Nachteil der oberen Methoden kann die hohe lokal entstehende Verlustleistung im Löschelement angesehen werden. Insbesondere bei PWM- Anwendungen erfordert dies oft zusätzliche Maßnahmen zur Entwärmung.
In der DE 10 2005 027 442 B4 wird beispielsweise eine Schaltungsanordnung zum schnellen Schalten einer induktiven Last beschrieben. Die Schaltungsanordnung umfasst zumindest einen Highside-Schalter, der mit seiner gesteuerten Strecke in Reihe zur Last und zwischen einem ersten Versorgungsanschluss mit einem ersten Versorgungspotential und einem zweiten Versorgungsanschluss mit einem zweiten, gegenüber dem ersten Versorgungspotential niedrigeren Versorgungspotential angeordnet ist, zumindest eine Freilaufdiode, die an einem zwischen dem Highside-Schalter und der Last vorgesehenen ersten Abgriff an- geordnet ist, und zumindest einer als Begrenzerdiode ausgebildeten Klemmschaltung, die zwischen dem einem Steueranschluss des Highside-Schalters und dem zweiten Versorgungsanschluss angeschlossen ist und die dazu ausgelegt ist, beim Ausschalten des Highside-Schalters das am Steueranschluss anliegende Steuerpotential auf einen vorgegebenen Potentialwert zu klemmen.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Sensoreinheit für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass zwischen einer erhöhten und einer„normalen" Freilaufspannung umgeschaltet werden kann. Dadurch regeln Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung basierend auf der Kenntnis einer Änderung der Sollwertvorgabe den Strom durch die induktive Last dynamisch, indem situationsabhängig zwischen der erhöhten und nicht erhöhten bzw. normalen Freilaufspannung umgeschaltet wird. Das bedeutet, dass in Abhängigkeit von der Änderung der Sollwertvorgabe bzw. Sollstromvorgabe des Stromreglers die erhöhte oder die nicht erhöhte bzw. normale Freilaufspannung zur Abmagnetisierung der induktiven Last eingesetzt wird. Zu Erreichung einer hohen Dynamik unterscheiden sich die beiden Freilaufspannungen deutlichen voneinander. Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Stromreg- lers ermöglichen in vorteilhafter Weise eine Verlustleistungsoptimierung im
Gesamtsystem, da nach Vorgabe einer Auswerte- und Steuereinheit basierend
auf der Änderung einer Sollwertvorgabe die Freilaufspannung nach Bedarf umgeschaltet und an eine erforderliche Abmagnetisierung der induktiven Last angepasst werden kann. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen einen Stromregler für eine induktive Last in einem Fahrzeug zur Verfügung, welcher eine Auswerte- und Steuereinheit, mindesten einen in Reihe zur induktiven Last eingeschleiften Leistungsschalter, welcher zur Aufmagnetisierung der induktiven Last geschlossen ist, einer Freilaufanordnung, welche eine Abmagnetisierung der induktiven Last bei geöffnetem Leistungsschalter bewirkt, und eine Messvorrichtung umfasst, welche einen aktuellen Stromwert eines Stromflusses durch die induktive Last ermittelt. Erfindungsgemäß umfasst die Freilaufanordnung mindestens einen Schalter, welcher ein Umschalten zwischen mindestens zwei wirksamen Freilaufspannungen an der induktiven Last ermöglicht, wobei die Auswerte- und Steuereinheit basierend auf einer Änderung einer Sollwertvorgabe den Strom- fluss durch die induktive Last über Ansteuersignale einstellt, welche an dem mindestens einen Leistungsschalter und dem mindestens einen Schalter der Freilaufanordnung angelegt sind. Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Stromreglers ermöglichen beispielsweise eine batteriespannungsunabhängige Erhöhung der Freilaufspannung oder eine batteriespannungsproportionale Erhöhung der Freilaufspannung. Der Freilauf der induktiven Last erfolgt beispielsweise über eine Klammerdiode, deren Klammerspannung größer als eine Durchlassspannung einer Diode ist und die beispielsweise als Zenerdiode ausgeführt ist, zu der ein Schalter parallel angeordnet ist. Alternativ erfolgt der Freilauf der induktiven Last über einen Schalter, bei dem die Spannung über den Schalter mittels zusätzlicher ohmscher Widerstände definiert werden kann. Als weitere Alternative kann der Freilauf der induktiven Last über zwei Dioden umgesetzt werden, wobei eine erste Diode mit einer ersten Versorgungsspannung und eine zweite Diode mit einer zweiten Versorgungsspannung verbunden ist, und wobei zwei Leistungsschalter in Reihe zur induktiven Last angeordnet sind und zur Aufmagnetisierung der induktiven Last geschlossen werden. Als weitere Alternative kann der Freilauf über eine Diode gegen die erste Versorgungsspannung bei gleichzeitigem Umschalten der Spannung am anderen Anschluss der induktiven Last umgesetzt werden.
Allen Lösungen ist gemein, dass ein Stromfluss durch die induktive Last geregelt wird. Dazu wird in regelmäßigen Abständen mindestens ein Leistungsschalter geschlossen, welcher in Reihe zur induktiven Last angeordnet ist, so dass eine Spannung über der induktiven Last wirksam wird, welche zu einer
Aufmagnetisierung der induktiven Last führt. Wenn der mindestens eine Leistungsschalter geöffnet wird, wird die induktive Last abmagnetisiert. Dabei wird stets der Stromfluss durch die induktive Last gemessen. Der Stromfluss kann beispielsweise über eine an einem Messwiderstand gemessene Spannung ermittelt werden. Das Öffnen und Schließen des mindestens einen Leistungsschalters kann nach unterschiedlichen Vorgaben durch die Auswerte- und Steuereinheit geschehen. So ist eine Regelung mit konstanter Frequenz und variablem
Tastverhältnis genauso möglich wie eine Regelung, bei welcher der jeweilige Leistungsschalter für eine konstante Zeitspanne eingeschaltet wird und eine Ausschaltdauer des Leistungsschalters variiert wird, oder bei welcher der jeweili- ge Leistungsschalter für eine konstante Zeitspanne ausgeschaltet wird und eine
Einschaltdauer des Leistungsschalters variiert wird.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentan- spruch 1 angegebenen Stromreglers für eine induktive Last in einem Fahrzeug möglich.
Besonders vorteilhaft ist, dass ein erster Leistungsschalter beispielsweise ein Highside-Schalter sein kann, welcher die induktive Last zur Aufmagnetisierung mit einer ersten Versorgungsspannung, vorzugweise einer positiven Spannung, verbindet. Ein zweiter Leistungsschalter kann beispielsweise ein Lowside- Schalter sein, welcher die induktive Last zur Aufmagnetisierung mit einer zweiten Versorgungsspannung, vorzugsweise mit einer Massespannung, verbindet. Der erste Leistungsschalter kann beispielsweise als PMOS-FET ausgeführt werden. Der zweite Leistungsschalter kann beispielsweise als NMOS-FET ausgeführt werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stromreglers kann eine parallel zur induktiven Last geschaltete erste Freilaufanordnung eine Klammerdi- ode, welche eine vorgegebene Klammerspannung aufweist, und einen parallel zur Klammerdiode angeordneten ersten Schalter umfassen. Hierbei stellt sich bei
geöffnetem erstem Schalter eine erste Freilaufspannung an der induktiven Last ein, welche etwa um die vorgegebene Klammerspannung der Klammerdiode höher als eine zweite Freilaufspannung ist, welche sich bei geschlossenem erstem Schalter an der induktiven Last einstellt.
In alternativer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stromreglers kann eine zweite Freilaufanordnung einen parallel zur induktiven Last angeordneten ersten Schalter und zwei ohmsche Widerstände umfassen. Hierbei ist ein erster Widerstand in einen Ansteuerstrompfad eingeschleift, welcher einen Steueranschluss des ersten Schalters mit einem korrespondierenden Ansteuersignal verbindet, und ein zweiter Widerstand verbindet einen ersten Ausgangsanschluss des ersten Schalters, welcher mit der induktiven Last verbunden ist, mit dem Steueranschluss des ersten Schalter. Hierbei stellt sich bei geöffnetem erstem Schalter eine Freilaufspannung an der induktiven Last ein, welche vom Ansteuersignal abhängig ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stromreglers kann in Reihe zur ersten oder zweiten Freilaufanordnung eine Diode
eingeschleift werden, welche während der Aufmagnetisierung der induktiven Last einen Stromfluss durch die erste oder zweite Freilaufanordnung verhindert.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stromreglers kann ein erster Leistungsschalter die induktive Last mit einer ersten Versorgungsspannung verbinden und ein zweiter Leistungsschalter kann die induktive Last mit einer zweiten Versorgungsspannung verbinden, wobei die Auswerte- und Steuereinheit beide Leistungsschalter zur Aufmagnetisierung der induktiven Last schließt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stromreglers kann eine dritte Freilaufanordnung eine erste Freilaufdiode, welche einen An- schluss der induktiven Last mit der ersten Versorgungsspannung verbindet, und eine zweite Freilaufdiode umfassen, welche einen anderen Anschluss der induktiven Last mit der zweiten Versorgungsspannung verbindet, wobei sich bei geöffnetem ersten und zweiten Leistungsschalter eine erste Freilaufspannung an der induktiven Last einstellt, welche höher als eine zweite Freilaufspannung ist, welche sich an der induktiven Last einstellt, wenn entweder der erste Leistungs-
Schalter oder der zweite Leistungsschalter geschlossen ist. Als weitere Alternative kann eine vierte Freilaufanordnung eine erste Freilaufdiode, welche einen An- schluss der induktiven Last mit der ersten Versorgungsspannung verbindet, und eine Klammerdiode umfassen, welche einen anderen Anschluss der induktiven Last mit der ersten Versorgungsspannung verbindet. Hierbei bildet sich bei geöffnetem erstem und zweitem Leistungsschalter eine erste Freilaufspannung an der induktiven Last ein, welche höher als eine zweite Freilaufspannung ist, welche sich an der induktiven Last einstellt, wenn der erste Leistungsschalter geschlossen und der zweite Leistungsschalter geöffnet ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stromreglers kann die erste Freilaufdiode und/oder die zweite Freilaufdiode als Schalter ausgeführt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stromreglers für eine induktive Last in einem Fahrzeug.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stromreglers für eine induktive Last in einem Fahrzeug.
Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stromreglers für eine induktive Last in einem Fahrzeug.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stromreglers für eine induktive Last in einem Fahrzeug.
Ausführungsformen der Erfindung
Wie aus Fig. 1 bis 4 ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbei- spiele eines erfindungsgemäßen Stromreglers 1 A, 1 B, 1 C, 1 D für eine induktive
Last ZL in einem Fahrzeug jeweils eine Auswerte- und Steuereinheit 22, mindesten einen in Reihe zur induktiven Last ZL eingeschleiften Leistungsschalter T1 , T2, welcher zur Aufmagnetisierung der induktiven Last ZL geschlossen ist, eine Freilaufanordnung 10A, 10B, 10C, 10D, welche eine Abmagnetisierung der in- duktiven Last ZL bei geöffnetem Leistungsschalter T1 , T2 bewirkt, und eine
Messvorrichtung 24, welche einen aktuellen Stromwert eines Stromflusses lL durch die induktive Last ZL ermittelt. Erfindungsgemäß umfasst die Freilaufanordnung 10A, 10B, 10C, 10D mindestens einen Schalter TFi , TF2, welcher ein Umschalten zwischen mindestens zwei wirksamen Freilaufspannungen an der induktiven Last ZL ermöglicht, wobei die Auswerte- und Steuereinheit 22 basierend auf einer Änderung einer Sollwertvorgabe den Stromfluss lL durch die induktive Last ZL über Ansteuersignale GHS, GLS einstellt, welche an dem mindestens einen Leistungsschalter T1 , T2 und dem mindestens einen Schalter TFi , TF2 der Freilaufanordnung 10A, 10B, 10C, 10D angelegt sind.
Wie aus Fig. 1 bis 4 weiter ersichtlich ist, wird der Stromfluss lL durch die induktive Last ZL von der Auswerte- und Steuereinheit 22 geregelt. Dazu schließt die Auswerte- und Steuereinheit 22 in regelmäßigen Abständen den mindestens einen Leistungsschalter T1 , T2 über korrespondierende Ansteuersignale GLS, GHS, so dass eine Spannung über der induktiven Last ZL wirksam wird, die zu einer Aufmagnetisierung der induktiven Last ZL führt. Wird der mindestens eine Leistungsschalter T1 , T2 geöffnet, dann wird die induktive Last ZL
abmagnetisiert. Dabei wird stets der Stromwert des aktuellen Stromflusses lL durch die induktive Last ZL gemessen. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass die Messvorrichtung 24 eine Spannung über einem Messwiderstand misst und aus der Spannung der korrespondierende Stromwert berechnet wird. Das Öffnen und Schließen des mindestens einen Leistungsschalters T1 , T2 kann nach unterschiedlichen Vorgaben durch die Auswerte- und Steuereinheit 22 geschehen. So ist basierend auf der Änderung der Sollwertvorgabe eine
Regelung mit konstanter Frequenz und variablem Tastverhältnis genauso möglich wie eine Regelung, bei welcher der jeweilige Leistungsschalter T1 , T2
für eine konstante Zeitspanne eingeschaltet wird und eine Ausschaltdauer des Leistungsschalters T1 , T2 variiert wird, oder bei welcher der jeweilige Leistungsschalter T1 , T2 für eine konstante Zeitspanne ausgeschaltet wird und eine Einschaltdauer des Leistungsschalters T1 , T2 variiert wird.
Wie aus Fig. 1 bis 4 weiter ersichtlich ist, sind die Auswerte- und Steuereinheit 22 und die Messvorrichtung 24 mit dem korrespondierenden Messwiderstand R in den dargestellten Ausführungsbeispielen in einen ASIC 20 (Anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis) integriert und die einzelnen Komponenten, wie bei- spielsweise Schalter und/oder Dioden und/oder Z-Dioden, der verschiedenen
Freilaufanordnungen 10A, 10B, 10C, 10D sind außerhalb des ASICs 20 angeordnet. Es ist aber auch möglich, den Messwiderstand R außerhalb des ASICs 20 zu platzieren, wie es möglich ist, die einzelnen Komponenten der Freilaufanordnungen 10A, 10B, 10C, 10D in den ASIC 20 zu integrieren. Alle am Beispiel eines Lowside-Reglers einer Getriebesteuerung in einem Fahrzeug dargestellten
Ausführungsbeispiele lassen sich entsprechend auf einen Highside-Regler einer Getriebesteuerung übertragen.
Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, ist im dargestellten ersten Ausführungsbei- spiel eines erfindungsgemäßen Stromreglers 1 A für eine induktive Last ZL in einem Fahrzeug ein als Lowside-Schalter ausgeführter Leistungsschalter T2 in Reihe zur induktiven Last ZL angeordnet. Der Leistungsschalter T2 ist als NMOS- FET ausgeführt und verbindet die induktive Last ZL zur Aufmagnetisierung mit einer zweiten Versorgungsspannung GND, welche im dargestellten Ausführungs- beispiel einem Massepotential entspricht. Eine parallel zur induktiven Last ZL geschaltete erste Freilaufanordnung 10A umfasst eine Klammerdiode ZD mit einer vorgegebenen Klammerspannung und einen parallel zur Klammerdiode ZD angeordneten ersten Schalter TFi . Bei geöffnetem ersten Schalter TFi stellt sich eine erste Freilaufspannung an der induktiven Last ZL ein, welche etwa um die vorge- gebene Klammerspannung der Klammerdiode ZD höher als eine zweite Freilaufspannung ist, welche sich bei geschlossenem ersten Schalter TF1 an der induktiven Last ZL einstellt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Klammerdiode ZD als Zenerdiode ausgeführt, deren Durchbruchspannung höher als eine Durchlassspannung einer normalen Diode ist. Der erste Schalter TF1 ist im dargestell- ten Ausführungsbeispiel als PMOS-FET ausgeführt und so parallel zur Klammerdiode ZD geschaltet, dass er im eingeschalteten Zustand den Strom übernimmt
und nur die Spannung über dem erste Schalter TFi einen Beitrag zur
Freilaufspannung darstellt, während im ausgeschalteten Zustand der erste Schalter TFi im Freilauf sperrt und der Freilaufstrom vollständig durch die Klammerdiode ZD fließt. Somit fließt der Strom im Freilauf entweder durch den ersten Schalter TFi oder durch die Klammerdiode ZD zur ersten Versorgungsspannung
UB einer Fahrzeugbatterie, welche einem positiven Spannungspotential entspricht, so dass die über die induktive Last ZL anliegende Freilaufspannung nicht von der ersten Versorgungsspannung UB abhängig ist. Eine in Reihe zur
Parallelschaltung aus erstem Schalter TFi und Klammerdiode ZD angeordnete Diode D verhindert einen Stromfluss über die Klammerdiode ZD oder eine parasitäre Diode des ersten Schalters TFi , wenn der Leistungsschalter T2 leitend geschaltet ist.
Wie aus Fig. 2 weiter ersichtlich ist, ist im dargestellten zweiten Ausführungsbei- spiel eines erfindungsgemäßen Stromreglers 1 B für eine induktive Last ZL in einem Fahrzeug ein als Lowside-Schalter ausgeführter Leistungsschalter T2 in Reihe zur induktiven Last ZL angeordnet. Analog zum ersten Ausführungsbeispiel ist der Leistungsschalter T2 ist als NMOS-FET ausgeführt und verbindet die induktive Last ZL zur Aufmagnetisierung mit der zweiten Versorgungsspannung GND, welche dem Massepotential entspricht. Eine zweite Freilaufanordnung 10B umfasst einen parallel zur induktiven Last ZL angeordneten ersten Schalter TFi und zwei ohmsche Widerstände RG, RGS- Der erste Schalter TF1 ist analog zum ersten Ausführungsbeispiel auch als PMOS-FET ausgeführt. Ein erster Widerstand RG ist in einen Ansteuerstrompfad eingeschleift, welcher einen Steueran- schluss G des ersten Schalters TF1 mit einem korrespondierenden Ansteuersig- nal GHS verbindet. Ein zweiter Widerstand RGs verbindet einen ersten Aus- gangsanschluss S des ersten Schalters TF1, welcher mit der induktiven Last ZL verbunden ist, mit dem Steueranschluss G des ersten Schalters TF1, wobei sich bei geöffnetem ersten Schalter TF1 eine Freilaufspannung an der induktiven Last ZL einstellt, welche vom Ansteuersignal GHS abhängig ist. Der hier als erster
Schalter TF1 verwendete PMOS-FET wird leitend, wenn der Betrag seiner Source-Gate-Spannung Vth einen bestimmten Schwellwert überschreitet. Dies geschieht im Freilauffall, bei dem der Strom durch den als PMOS-FET ausgeführten Schalter TF1 von einem Source-Anschluss S nach einem Drain-Anschluss D fließt, immer, da einerseits der Strom durch die induktive Last ZL eingeprägt wird, und andererseits eine Rückwärtsdiode des als PMOS-FET ausgeführten
Schalters TFi bei der hier gewählten Anordnung in Sperrrichtung gepolt ist. Die Spannung Vth fällt über dem zweiten Widerstand RGS ab. Der Strom, der dabei durch den zweiten Widerstand RGs fließt, fließt auch durch den ersten Widerstand RG, so dass die Spannung am Sourceanschluss S durch die Amplitude des Ansteuersignais GHS und die Spannung über den Widerständen RGs und RG bestimmt wird. Analog zum ersten Ausführungsbeispiel verhindert die in Reihe zum Sourceanschluss S angeordnete Diode D einen Stromfluss über die Widerstände RGS und RG oder die parasitäre Diode des ersten Schalters TFi, wenn der Leistungsschalter T2 leitend geschaltet ist. Wenn die Amplitude des Ansteuer- Signals GHS der ersten Versorgungsspannung UB entspricht, ist die
Freilaufspannung, die an der induktiven Last ZL anliegt, sowohl unabhängig von der ersten Versorgungsspannung UB als auch größer als eine
Diodendurchlassspannung. Wenn die Amplitude des Ansteuersignais GHS niedriger als die erste Versorgungsspannung UB ist, stellt sich eine niedrigere Freilaufspannung an der induktiven Last ZL ein.
Wie aus Fig. 3 weiter ersichtlich ist, ist im dargestellten dritten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stromreglers 1 C für eine induktive Last ZL in einem Fahrzeug ein als Highside-Schalter ausgeführter erster Leistungsschalter T1 und ein als Lowside-Schalter ausgeführter zweiter Leistungsschalter T2 in Reihe zur induktiven Last ZL angeordnet. Der erste Leistungsschalter T1 ist als PMOS- FET ausgeführt und verbindet die induktive Last ZL mit der ersten Versorgungsspannung UB. Der zweite Leistungsschalter T2 ist als NMOS-FET ausgeführt und verbindet die induktive Last ZL mit der zweiten Versorgungsspannung GND. Zur Aufmagnetisierung der induktiven Last ZL schließt die Auswerte- und Steuereinheit 22 beide Leistungsschalter T1 , T2 über die Ansteuersignale GLS, GHS. Eine dritte Freilaufanordnung 10C umfasst eine erste Freilaufdiode DFi, welche einen Anschluss der induktiven Last ZL mit der ersten Versorgungsspannung UB verbindet, und eine zweite Freilaufdiode DF2, welche einen anderen Anschluss der induktiven Last ZL mit der zweiten Versorgungsspannung GND verbindet. Bei geöffnetem ersten und zweiten Leistungsschalter T1 , T2 stellt sich eine erste Freilaufspannung an der induktiven Last ZL eint, welche höher als eine zweite Freilaufspannung ist, welche sich an der induktiven Last ZL einstellt, wenn entweder der erste Leistungsschalter T1 oder der zweite Leistungsschalter T2 ge- schlössen ist. Somit wirken die beiden Leistungsschalter T1 , T2 auch als erster bzw. zweiter Schalter TF1 bzw. TF2 der dritten Freilaufanordnung 10C, welche ein
Umschalten zwischen den verschiedenen Freilaufspannungen ermöglichen. Bei der dargestellten dritten Freilaufanordnung 10C ist die an der induktiven Last ZL anliegende Freilaufspannung um zwei Diodendurchlassspannungen größer als die erste Versorgungsspannung UB. Daraus ergibt sich eine sehr große
Freilaufspannung, welche sogar größer als die Spannung zur Aufmagnetisierung der induktiven Last ZL ist. Der Vorteil diese Lösung im Vergleich zu aktiven Klammern liegt darin, dass die Freilaufspannung sich proportional zur ersten Versorgungsspannung UB verhält, so dass bei geregelten Systemen nur eine geringe Abhängigkeit des Tastverhältnis von der ersten Versorgungsspannung UB besteht. Zudem wird die Energie der induktiven Last ZL in vorteilhafter Weise im Wesentlichen über die Versorgungsspannung UB und nicht über die Freilaufschaltung abgebaut. Die dritte Freilaufanordnung 10C kann noch dahingehend variiert werden, dass die beiden Freilaufdioden DFi , Df2 durch Schalter ersetzt werden, welche von der Auswerte- und Steuereinheit 22 gegenphasig zu den Leistungsschaltern T1 , T2 angesteuert werden. Dadurch kann die Verlustleistung in den diskreten Bauelementen in vorteilhafter Weise reduziert werden.
Wie aus Fig. 4 weiter ersichtlich ist, ist im dargestellten vierten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stromreglers 1 D für eine induktive Last ZL in ei- nem Fahrzeug ein als Highside-Schalter ausgeführter erster Leistungsschalter T1 und ein als Lowside-Schalter ausgeführter zweiter Leistungsschalter T2 in Reihe zur induktiven Last ZL angeordnet. Analog zum dritten Ausführungsbeispiel ist der erste Leistungsschalter T1 ist als PMOS-FET ausgeführt und verbindet die induktive Last ZL mit der ersten Versorgungsspannung UB. Der zweite Leistungs- Schalter T2 ist als NMOS-FET ausgeführt und verbindet die induktive Last ZL mit der zweiten Versorgungsspannung GND. Zur Aufmagnetisierung der induktiven Last ZL schließt die Auswerte- und Steuereinheit 22 beide Leistungsschalter T1 , T2 über die Ansteuersignale GLS, GHS. Eine vierte Freilaufanordnung 10D um- fasst eine Freilaufdiode DFi , welche einen Anschluss der induktiven Last ZL mit der ersten Versorgungsspannung UB verbindet, und eine Klammerdiode ZD, welche einen anderen Anschluss der induktiven Last ZL mit der ersten Versorgungsspannung UB verbindet. Bei geöffnetem ersten und zweiten Leistungsschalter T1 , T2 stellt sich eine erste Freilaufspannung an der induktiven Last ZL ein, welche höher als eine zweite Freilaufspannung ist, welche sich an der induktiven Last ZL einstellt, wenn der erste Leistungsschalter T1 geschlossen und der zweite Leistungsschalter T2 geöffnet ist. Bei der vierten Freilaufanordnung 10D erfolgt der
Freilauf über die Freilaufdiode DFi gegen die erste Versorgungsspannung UB. Zur Erhöhung der Freilaufspannung kann gleichzeitig der andere Anschluss der induktive Last ZL über den ersten Leistungsschalter T1 umgeschaltet werden, welcher als Schalter TFi der vierten Freilaufanordnung 10D wirkt. In der Regel ist dieser Anschluss der induktiven Last ZL fest mit der ersten Versorgungsspannung UB bzw. einem Batteriekontakt verbunden. Wenn dieser Anschluss der induktiven Last ZL über den Schalter TFi mit der Batterie verbunden ist, dann ist bei geschlossenem Schalter die Freilaufspannung unverändert ungefähr eine Diodendurchlassspannung. Zur Erhöhung der Freilaufspannung kann der Schal- ter TFi geöffnet, d.h. hochohmig geschaltet werden. Dann fließt der Strom über die Klammerdiode ZD, welche beispielsweise als Zenerdiode oder ein anderes Element mit höherer Spannung ausgeführt ist, und die Freilaufspannung wird um die Klammerspannung erhöht.
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Stromreglers für eine induktive Last können beispielsweise als für eine Getriebesteuerung in einem Fahrzeug eingesetzt werden.
Claims
1 . Stromregler für eine induktive Last in einem Fahrzeug mit einer Auswerte- und Steuereinheit (22), mindesten einem in Reihe zur induktiven Last (ZL) eingeschleiften Leistungsschalter (T1 , T2), welcher zur Aufmagnetisierung der induktiven Last (ZL) geschlossen ist, einer Freilaufanordnung (10A, 10B, 10C, 10D), welche eine Abmagnetisierung der induktiven Last (ZL) bei geöffnetem Leistungsschalter (T1 , T2) bewirkt, und einer Messvorrichtung (24), welche einen aktuellen Stromwert eines Stromflusses (lL) durch die induktiven Last (ZL) ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufanordnung (10A, 10B, 10C, 10D) mindestens einen Schalter (TFi , TF2) umfasst, welcher ein Umschalten zwischen mindestens zwei wirksamen Freilaufspannungen an der induktiven Last (ZL) ermöglicht, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (22) basierend auf einer Änderung einer Sollwertvorgabe den Stromfluss (lL) durch die induktive Last (ZL) über Ansteuersignale (GHS, GLS) einstellt, welche an dem mindestens einen Leistungsschalter (T1 , T2) und dem mindestens einen Schalter (TFi , TF2) der Freilaufanordnung (10A, 10B, 10C, 10D) angelegt sind.
2. Stromregler nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Leistungsschalter (T1 ) ein Highside-Schalter ist, welcher die induktive Last (ZL) zur Aufmagnetisierung mit einer ersten Versorgungsspannung (UB), vorzugweise einer positiven Spannung, verbindet.
3. Stromregler nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Leistungsschalter (T2) ein Lowside-Schalter ist, welcher die induktive Last (ZL) zur Aufmagnetisierung mit einer zweiten Versorgungsspannung (GND), vorzugsweise mit einer Massespannung, verbindet.
Stromregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine parallel zur induktiven Last (ZL) geschaltete erste Freilaufanord-
nung (10A) eine Klammerdiode (ZD), welche eine vorgegebene Klammerspannung aufweist, und einen parallel zur Klammerdiode (ZD) angeordneten ersten Schalter (TFi) umfasst, wobei sich bei geöffnetem ersten Schalter (TFi) eine erste Freilaufspannung an der induktiven Last (ZL) einstellt, welche etwa um die vorgegebene Klammerspannung der Klammerdiode (ZD) höher als eine zweite Freilaufspannung ist, welche sich bei geschlossenem ersten Schalter (TFi) an der induktiven Last (ZL) einstellt.
Stromregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Freilaufanordnung (10B) einen parallel zur induktiven Last (ZL) angeordneten ersten Schalter (TFi) und zwei ohmsche Widerstände (RG, RGs) umfasst, wobei ein erster Widerstand (RG) in einen Ansteuerstrompfad eingeschleift ist, welcher einen Steueranschluss (G) des ersten Schalters (TFi) mit einem korrespondierenden Ansteuersignal (GHS) verbindet, und wobei ein zweiter Widerstand (RGS) einen ersten Ausgangsanschluss (S) des ersten Schalters (TFi), welcher mit der induktiven Last (ZL) verbunden ist, mit dem Steueranschluss (G) des ersten Schalters (TFi) verbindet, wobei sich bei geöffnetem ersten Schalter (TFi) eine Freilaufspannung an der induktiven Last (ZL) einstellt, welche vom Ansteuersignal (GHS) abhängig ist.
Stromregler nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe zur ersten oder zweiten Freilaufanordnung (10A, 10B) eine Diode (D) eingeschleift ist, welche während der Aufmagnetisierung der induktiven Last (ZL) einen Stromfluss durch die erste oder zweite Freilaufanordnung (10A, 10B) verhindert.
Stromregler nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Leistungsschalter (T1 ) die induktive Last (ZL) mit einer ersten Versorgungsspannung (UB) verbindet und ein zweiter Leistungsschalter (T2) die induktive Last (ZL) mit einer zweiten Versorgungsspannung (GND) verbindet, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (22) beide Leistungsschalter (T1 , T2) zur Aufmagnetisierung der induktiven Last (ZL) schließt.
Stromregler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Freilaufanordnung (10C) eine erste Freilaufdiode (DF1), welche einen An- schluss der induktiven Last (ZL) mit der ersten Versorgungsspannung (UB)
verbindet, und eine zweite Freilaufdiode (DF2) umfasst, welche einen anderen Anschluss der induktiven Last (ZL) mit der zweiten Versorgungsspannung (GND) verbindet, wobei sich bei geöffnetem ersten und zweiten Leistungsschalter (T1 , T2) eine erste Freilaufspannung an der induktiven Last (ZL) einstellt, welche höher als eine zweite Freilaufspannung ist, welche sich an der induktiven Last (ZL) einstellt, wenn entweder der erste Leistungsschalter (T1 ) oder der zweite Leistungsschalter (T2) geschlossen ist.
Stromregler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine vierte Freilaufanordnung (10D) eine erste Freilaufdiode (DFi), welche einen Anschluss der induktiven Last (ZL) mit der ersten Versorgungsspannung (UB) verbindet, und eine Klammerdiode (ZD) umfasst, welche einen anderen Anschluss der induktiven Last (ZL) mit der ersten Versorgungsspannung (UB) verbindet, wobei sich bei geöffnetem ersten und zweiten Leistungsschalter (T1 , T2) eine erste Freilaufspannung an der induktiven Last (ZL) einstellt, welche höher als eine zweite Freilaufspannung ist, welche sich an der induktiven Last (ZL) einstellt, wenn der erste Leistungsschalter (T1 ) geschlossen und der zweite Leistungsschalter (T2) geöffnet ist.
Stromregler nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Freilaufdiode (DFi) und/oder die zweite Freilaufdiode (DF2) als Schalter ausgeführt sind.
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