WO2004003944A2 - Electric circuit for controlling an electromagnetic load - Google Patents

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WO2004003944A2
WO2004003944A2 PCT/DE2003/001740 DE0301740W WO2004003944A2 WO 2004003944 A2 WO2004003944 A2 WO 2004003944A2 DE 0301740 W DE0301740 W DE 0301740W WO 2004003944 A2 WO2004003944 A2 WO 2004003944A2
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Klaus Dressler
Rainer Winkler
Bernd Wichert
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Robert Bosch Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/081—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0814—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the output circuit
    • H03K17/08142—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the output circuit in field-effect transistor switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0036—Means reducing energy consumption

Definitions

  • the invention is based on an electrical circuit for controlling an electromagnetic consumer according to the preamble of claim 1.
  • the two switches are controlled by a control unit.
  • the first switch is turned on in order to supply a current to the electromagnetic consumer. If the first switch is switched off again, the second switch is switched on in order to dissipate the electrical energy present in the electromagnetic consumer via the freewheeling circuit.
  • the object of the invention is to provide an electrical circuit with which, on the one hand, the timings of the controls of the two switches can be carried out precisely and reliably, and on the other hand, which has as little electrical losses in the freewheeling circuit as possible.
  • a transistor and a diode connected in parallel with it are used as the second switch. This ensures that the electrical losses in the
  • Freewheeling circuit are almost 0 through the use of the transistor.
  • the transistor is turned on when the voltage across the diode in the reverse direction becomes less than 0 volts.
  • This enables extremely precise and, above all, absolutely reliable control of the second switch in the freewheeling circuit.
  • the voltage across the diode in the reverse direction can only become less than 0 volts when the first switch is in its blocked state.
  • This means that the second switch in the freewheeling circuit can only be turned on when the first switch is locked. A simultaneous switching of the first and the second switch and the resulting damage to the entire electrical circuit are no longer possible.
  • the dependence of the second switch on the voltage across the diode in Blocking direction ensures that in the event of a short circuit in the electromagnetic consumer and the resulting increase in the voltage across the diode in the blocking direction, the second switch is switched to its blocked state in any case. A defect in the second switch which may result from such a short circuit is thus also avoided.
  • the control device only switches the transistor conductive when the voltage across the diode in the reverse direction becomes less than about -0.3 volts or about -0.5 volts.
  • the second switch is therefore no longer switched to its locked state when the voltage falls below exactly 0 volts, but only when the voltage falls below approximately -0.3 volts or approximately -0.5 volts. In this way, circuit and component tolerances of the entire electrical circuit can be taken into account or compensated for.
  • control unit switches the transistor off when the voltage across the diode in the reverse direction becomes greater than 0 volts. This ultimately represents the switching process in the opposite direction.
  • control unit switches the transistor off when the first switch is turned on. In this way, a direct link between the two switches is achieved.
  • FET field effect transistor
  • MOS-FET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • Figure 1 shows a schematic circuit diagram of a
  • FIG. 2 shows six schematic timing diagrams of
  • FIG. 1 An electrical circuit 10 is shown in FIG. 1, in which an electromagnetic consumer 11 and a first switch 12 form a series circuit.
  • the series circuit is connected between a positive battery voltage + UB and a negative battery voltage - ÜB, in particular ground.
  • the current i Ll flows via the electromagnetic consumer 11 and the current i_Sl flows through the first switch 12.
  • the voltage u_21 a drops at the electromagnetic consumer 11.
  • a second switch 13 is connected in parallel with the electromagnetic consumer 11.
  • This second switch 13 is designed as a so-called active diode and consists of a transistor 14 and a diode 15.
  • MOS-FET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • the transistor 14 and the diode 15 are preferably integrated in a common semiconductor component.
  • the diode 15 is connected in parallel to the drain-source path of the transistor 14.
  • the anode of diode 15 is connected to the collector of transistor 14 at a node K1 and the cathode of diode 15 is connected to the emitter of transistor 14 at a node K2.
  • the current i_AD flows into the second switch 13 and thus into the parallel connection of the transistor 14 and the diode 15.
  • the voltage u_21 drops at the second switch 13.
  • the electromagnetic consumer 11 and the second switch 13 form a so-called free-wheeling circuit.
  • the direction of the current flowing in this freewheeling circuit is determined by the anode-cathode path of the diode 15.
  • a control device 16 is provided, which is connected via control lines to the first switch 12 and the second switch 13, specifically to the base or the gate of the existing transistor.
  • the control device 16 is suitable for supplying a first control signal S1 for actuating the first switch 12 and a second control signal S2 for actuating the second switch 13 produce.
  • the two control signals S1, S2 can be used to switch the two switches 12, 13 into their conductive and blocking states.
  • the control signals S1, S2 are generated by the control unit 16 completely independently of one another.
  • a comparator 17 is provided, the two input signals of which are connected to the nodes K1, K2 of the drain-source path of the transistor 14 and the anode-cathode path of the diode 15.
  • the output signal of the comparator 17 acts on the control device 16.
  • the electromagnetic consumer 11 can be, for example, a solenoid valve of an internal combustion engine, in particular a motor vehicle.
  • the first switch 12 can be any semiconductor transistor, in particular one
  • the control device 16 is preferably an analog or digital circuit or a programmable digital microprocessor.
  • the comparator 17 can be present as an operational amplifier or as a discrete or integrated comparator component, in particular in the form of a corresponding semiconductor component.
  • the currents i_Sl, i_Ll, i_AD, the voltage u_21 and the control signals S1 and S2 are each plotted against the time t.
  • a nonexistent signal (“0” or “low”) means that the associated switch 12, 13 is switched off, while an existing signal (“1” or “high”) has the meaning that the associated switch 12, 13 is turned on.
  • the control signal S1 is assumed. In one At time T1, the first switch 12 is switched to its conductive state. At this time, the second switch 13 is in its blocking state according to the control signal S2.
  • the current i_Sl rises from 0 via the first switch 12.
  • the current i_AD drops to the value 0. This is shown in the corresponding diagram of the current i_AD.
  • the current i_AD becomes 0.
  • the voltage u_21 which is present at the electromagnetic consumer 11 and also at the second switch 13, is greater than 0.
  • this voltage increases after the point in time T2 on and reaches a constant maximum value.
  • the current i_Sl and the current i_Ll also increase in accordance with the associated diagrams.
  • the first switch 12 is switched back to its blocking state in accordance with the associated control signal S1.
  • the second switch 13 is still in its blocking state according to the control signal S2.
  • the voltage u_21 at the electromagnetic consumer 11 or at the second switch 13 drops at a time T4.
  • the voltage u_21 becomes 0.
  • the current i_Sl via the first switch 12 and the current i_Ll via the electromagnetic consumer 11 each have reached their maximum.
  • the current i_AD remains at 0 during the entire period between times T2 and T5.
  • the voltage u_21 which is at the electromagnetic consumer 11 or at the second Switch 13 drops out, less than 0 volts. Due to the diode 15, the voltage drops to about -0.7 volts. This is indicated in the diagram of the voltage u_21.
  • the voltage u_21 is detected by the comparator 17. By comparing the corresponding comparison voltages, for example within the control unit 16, that point in time T6 is then determined at which the voltage u_21 reaches a value of, for example, -0.5 volts. At this point in time T6, the second switch 13, in particular the transistor 14, is switched into its conductive state by the control device 16 via the control signal S2.
  • the reference voltage of -0.5 volts can also be selected in another way, for example -0.3 volts. In principle, the reference voltage can be selected between 0 and -0.7 volts. So it is also possible that the reference voltage is chosen to be 0. As a result, the time T6 and the time T5 coincide identically. The latter is shown in dashed lines in the diagram of the control signal S2 in FIG.
  • the current i_AD begins to rise from the time T5.
  • the current i_AD initially flows through the diode 15.
  • the current i_AD is essentially taken over by the transistor 14.
  • the first switch 12 is still in its locked state according to the control signal S1. Overall, this has the consequence that the current i_Sl drops to 0 after the time T5. The current i ll over the electromagnetic consumer 11 also becomes smaller after time T5, but does not drop to 0. The current i_AD also becomes smaller, but does not become 0.
  • the first switch 12 is switched back to its conductive state in accordance with the control signal S1.
  • the time T7 corresponds to the time Tl already explained.
  • the transistor 14 of the second switch 13 is switched to its blocked state in accordance with the control signal S2 at the time T7.
  • the result of this is that the current i_Sl rises again from 0 via the first switch 12 from a time T8.
  • the current i_AD drops towards 0 from the time T8.
  • the current i_AD reaches the value 0 at a time T9.
  • the time T9 corresponds to the time T2 in this respect.
  • the timing T9 is recognized by the control unit 16 as a function of the voltage u_21.
  • the time T9 is when the voltage u_21 changes from the negative to the positive range, that is to say 0.
  • the second switch 13 is switched to its locked state precisely when the first switch 12 is switched to its conductive state at the time T7.
  • the transistor 14 of the second switch 13 is not already at the time T7, but is only brought into its locked state at time T9.
  • the time periods between the times T1 and T2, between the times T3 and T4 and between the times T7 and T8 represent time delays which result from the switches 12, 13 used and the electromagnetic load 11 present. These time delays can thus be significantly smaller or larger.
  • the first switch has a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOS-FET).
  • MOS-FET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • a corresponding bipolar transistor or a thyristor or the like can also be used.

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  • Electronic Switches (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

The invention relates to an electric circuit (10) for controlling an electromagnetic load (11). The electric circuit (10) is provided with a series connection consisting of the electromagnetic load (11) and of a first switch (12), and with a parallel connection, which is configured as a freewheeling circuit while consisting of the electromagnetic load (11) and of a second switch (13). In addition, the electric circuit (10) is provided with a controller (16) for controlling the first switch (12) and the second switch (13). The second switch (13) consists of a transistor (14), which conducts in the direction of the freewheeling circuit, and of a diode (15), which is connected in parallel to the transistor (14) in the direction of the freewheeling circuit. The controller (16) switches the transistor (14) on when the voltage on the diode (15) is less than 0 volts in the non-conducting direction.

Description

Elektrische Schaltung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen VerbrauchersElectrical circuit for controlling an electromagnetic consumer
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Schaltung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on an electrical circuit for controlling an electromagnetic consumer according to the preamble of claim 1.
Beispielsweise aus der DE 43 21 127 AI ist es bekannt, einen elektromagnetischen Verbraucher in Serie mit einem ersten Schalter zu verschalten. Parallel zu dem elektromagnetischen Verbraucher ist dort ein zweiter Schalter vorgesehen, der als Freilaufkreis ausgebildet ist.For example, from DE 43 21 127 AI it is known to connect an electromagnetic consumer in series with a first switch. In parallel to the electromagnetic consumer, a second switch is provided there, which is designed as a freewheeling circuit.
Die beiden Schalter werden von einem Steuergerät angesteuert. Dabei wird der erste Schalter leitend geschaltet, um dem elektromagnetischen Verbraucher einen Strom zuzuführen. Wird der erste Schalter wieder sperrend geschaltet, so wird der zweite Schalter leitend geschaltet, um die in dem elektromagnetischen Verbraucher vorhandene elektrische Energie über den Freilaufkreis abzuführen. Aufgabe und Vorteile der ErfindungThe two switches are controlled by a control unit. The first switch is turned on in order to supply a current to the electromagnetic consumer. If the first switch is switched off again, the second switch is switched on in order to dissipate the electrical energy present in the electromagnetic consumer via the freewheeling circuit. Object and advantages of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Schaltung zu schaffen, mit der einerseits die zeitlichen Abläufe der Ansteuerungen der beiden Schalter exakt und zuverlässig durchgeführt werden können, und die andererseits möglichst wenig elektrische Verluste im Freilaufkreis aufweist.The object of the invention is to provide an electrical circuit with which, on the one hand, the timings of the controls of the two switches can be carried out precisely and reliably, and on the other hand, which has as little electrical losses in the freewheeling circuit as possible.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Schaltung nach dem Anspruch 1 gelöst. Ebenfalls wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach dem Anspruch 8 gelöst.This object is achieved by an electrical circuit according to claim 1. The object is also achieved by a method according to claim 8.
Erfindungsgemäß wird als zweiter Schalter ein Transistor und eine dazu parallel geschaltete Diode verwendet. Dadurch wird erreicht, dass die elektrischen Verluste imAccording to the invention, a transistor and a diode connected in parallel with it are used as the second switch. This ensures that the electrical losses in the
Freilaufkreis durch die Verwendung des Transistors nahezu 0 sind.Freewheeling circuit are almost 0 through the use of the transistor.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Transistor leitend geschaltet wird, wenn die Spannung an der Diode in Sperrrichtung kleiner als 0 Volt wird. Dies ermöglicht eine äußerst exakte und vor allem absolut zuverlässige Steuerung des zweiten Schalters im Freilaufkreis . Die Spannung an der Diode in Sperrrichtung kann nämlich nur dann kleiner als 0 Volt werden, wenn der erste Schalter sich in seinem gesperrten Zustand befindet. Dies bedeutet, dass der zweite Schalter im Freilaufkreis nur dann leitend geschaltet werden kann, wenn der erste Schalter gesperrt ist. Eine gleichzeitige Leitendschaltung des ersten und des zweiten Schalters und daraus resultierende Schäden an der gesamten elektrischen Schaltung sind damit nicht mehr möglich.It is further provided according to the invention that the transistor is turned on when the voltage across the diode in the reverse direction becomes less than 0 volts. This enables extremely precise and, above all, absolutely reliable control of the second switch in the freewheeling circuit. The voltage across the diode in the reverse direction can only become less than 0 volts when the first switch is in its blocked state. This means that the second switch in the freewheeling circuit can only be turned on when the first switch is locked. A simultaneous switching of the first and the second switch and the resulting damage to the entire electrical circuit are no longer possible.
Ebenfalls wird durch die erfindungsgemäße Abhängigkeit des zweiten Schalters von der Spannung an der Diode in Sperrrichtung erreicht, dass bei einem Kurzschluss des elektromagnetischen Verbrauchers und der daraus resultierenden Erhöhung der Spannung an der Diode in Sperrrichtung in jedem Fall der zweite Schalter in seinen gesperrten Zustand geschaltet wird. Ein aus einem derartigen Kurzschluss möglicherweise resultierender Defekt des zweiten Schalters wird damit ebenfalls vermieden.Likewise, the dependence of the second switch on the voltage across the diode in Blocking direction ensures that in the event of a short circuit in the electromagnetic consumer and the resulting increase in the voltage across the diode in the blocking direction, the second switch is switched to its blocked state in any case. A defect in the second switch which may result from such a short circuit is thus also avoided.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung schaltet das Steuergerät den Transistor erst dann leitend, wenn die Spannung an der Diode in Sperrrichtung kleiner als etwa -0,3 Volt oder etwa -0,5 Volt wird. Der zweite Schalter wird also nicht mehr beim Unterschreiten von exakt 0 Volt in seinen gesperrten Zustand geschaltet, sondern erst bei einem Unterschreiten von etwa -0,3 Volt oder etwa -0,5 Volt. Auf diese Weise können Schaltungs- und Bauteiltoleranzen der gesamten elektrischen Schaltung berücksichtigt bzw. kompensiert werden.In an advantageous development of the invention, the control device only switches the transistor conductive when the voltage across the diode in the reverse direction becomes less than about -0.3 volts or about -0.5 volts. The second switch is therefore no longer switched to its locked state when the voltage falls below exactly 0 volts, but only when the voltage falls below approximately -0.3 volts or approximately -0.5 volts. In this way, circuit and component tolerances of the entire electrical circuit can be taken into account or compensated for.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung schaltet das Steuergerät den Transistor sperrend, wenn die Spannung an der Diode in Sperrrichtung größer als 0 Volt wird. Dies stellt letztlich den Schaltvorgang in die Gegenrichtung dar.In an advantageous embodiment of the invention, the control unit switches the transistor off when the voltage across the diode in the reverse direction becomes greater than 0 volts. This ultimately represents the switching process in the opposite direction.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Steuergerät den Transistor bereits dann sperrend schaltet, wenn der erste Schalter leitend geschaltet wird. Auf diese Weise wird eine direkte Verknüpfung der beiden Schalter erreicht.It is particularly advantageous if the control unit switches the transistor off when the first switch is turned on. In this way, a direct link between the two switches is achieved.
Besonders zweckmäßig ist es, als Transistor einen Feldeffekttransistor (FET) , insbesondere einen Metall-Oxid- Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOS-FET) vorgesehen ist. Ein derartiger Transistor weist üblicherweise herstellungsbedingt bereits eine parallelgeschaltete Diode auf und ist als einheitliches Halbleiter-Bauteil ausgebildet .It is particularly expedient if a field effect transistor (FET), in particular a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOS-FET), is provided as the transistor. Such a transistor usually already has a diode connected in parallel due to the manufacturing process and is designed as a uniform semiconductor component.
Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, die Erfindung im Zusammenhang mit einem elektromagnetischen Einspritzventil einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs zu verwenden.Furthermore, it is particularly advantageous to use the invention in connection with an electromagnetic injection valve of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle.
Weitere Merkmale Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren und der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in denFurther features, possible applications and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments of the invention, which are shown in the figures and the drawing. All of the described or illustrated features, alone or in any combination, form the subject matter of the invention, regardless of their combination in the
Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung, sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.Claims or their relationship, and regardless of their wording or representation in the description or in the drawing.
Ausführungsbeispiele der ErfindungEmbodiments of the invention
Figur 1 zeigt einen schematischen Schaltplan einesFigure 1 shows a schematic circuit diagram of a
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung, undEmbodiment of an electrical circuit according to the invention, and
Figur 2 zeigt sechs schematische Zeitdiagramme vonFigure 2 shows six schematic timing diagrams of
Signalen der elektrischen Schaltung der Figur 1.Signals of the electrical circuit of Figure 1.
In der Figur 1 ist eine elektrische Schaltung 10 dargestellt, bei der ein elektromagnetischer Verbraucher 11 und ein erster Schalter 12 einer Serienschaltung bilden. Die Serienschaltung ist zwischen einer positiven Batteriespannung +UB und einer negativen Batteriespannung - ÜB, insbesondere Masse geschaltet. Über den elektromagnetischen Verbraucher 11 fließt der Strom i Ll und über den ersten Schalter 12 fließt der Strom i_Sl. An dem elektromagnetischen Verbraucher 11 fällt die Spannung u_21 a .An electrical circuit 10 is shown in FIG. 1, in which an electromagnetic consumer 11 and a first switch 12 form a series circuit. The series circuit is connected between a positive battery voltage + UB and a negative battery voltage - ÜB, in particular ground. The current i Ll flows via the electromagnetic consumer 11 and the current i_Sl flows through the first switch 12. The voltage u_21 a drops at the electromagnetic consumer 11.
Parallel zu dem elektromagnetischen Verbraucher 11 ist ein zweiter Schalter 13 geschaltet. Dieser zweite Schalter 13 ist als sogenannte aktive Diode ausgebildet und besteht aus einem Transistor 14 und einer Diode 15. Insbesondere kann ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOS-FET) vorgesehen sein, wie dies in der Figur 1 dargestellt ist. Der Transistor 14 und die Diode 15 sind vorzugsweise in einem gemeinsamen Halbleiterbauelement integriert.A second switch 13 is connected in parallel with the electromagnetic consumer 11. This second switch 13 is designed as a so-called active diode and consists of a transistor 14 and a diode 15. In particular, a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOS-FET) can be provided, as shown in FIG. 1. The transistor 14 and the diode 15 are preferably integrated in a common semiconductor component.
Die Diode 15 ist zu der Drain-Source-Strecke des Transistors 14 parallel geschaltet. Dabei ist die Anode der Diode 15 an einem Knoten Kl mit dem Kollektor des Transistors 14 und die Kathode der Diode 15 an einem Knoten K2 mit dem Emitter des Transistors 14 verbunden. In den zweiten Schalter 13 und damit in die Parallelschaltung aus dem Transistor 14 und der Diode 15 fließt der Strom i_AD. An dem zweiten Schalter 13 fällt die Spannung u_21 ab.The diode 15 is connected in parallel to the drain-source path of the transistor 14. The anode of diode 15 is connected to the collector of transistor 14 at a node K1 and the cathode of diode 15 is connected to the emitter of transistor 14 at a node K2. The current i_AD flows into the second switch 13 and thus into the parallel connection of the transistor 14 and the diode 15. The voltage u_21 drops at the second switch 13.
Der elektromagnetische Verbraucher 11 und der zweite Schalter 13 bilden einen sogenannten Freilaufkreis . Die Richtung des in diesem Freilaufkreis fließenden Stromes wird durch die Anoden-Kathoden-Strecke der Diode 15 festgelegt .The electromagnetic consumer 11 and the second switch 13 form a so-called free-wheeling circuit. The direction of the current flowing in this freewheeling circuit is determined by the anode-cathode path of the diode 15.
Es ist ein Steuergerät 16 vorgesehen, das über Steuerleitungen mit dem ersten Schalter 12 und dem zweiten Schalter 13 verbunden ist, und zwar jeweils mit der Basis bzw. dem Gate des vorhandenen Transistors. Das Steuergerät 16 ist dazu geeignet, ein erstes Steuersignal Sl zur Ansteuerung des ersten Schalters 12 und ein zweites Steuersignal S2 zur Ansteuerung des zweiten Schalters 13 zu erzeugen. Mit den beiden Steuersignalen Sl, S2 können die beiden Schalter 12, 13 in ihre leitenden und sperrenden Zustände geschaltet werden. Die Steuersignale Sl, S2 werden dabei von dem Steuergerät 16 völlig unabhängig voneinander erzeugt.A control device 16 is provided, which is connected via control lines to the first switch 12 and the second switch 13, specifically to the base or the gate of the existing transistor. The control device 16 is suitable for supplying a first control signal S1 for actuating the first switch 12 and a second control signal S2 for actuating the second switch 13 produce. The two control signals S1, S2 can be used to switch the two switches 12, 13 into their conductive and blocking states. The control signals S1, S2 are generated by the control unit 16 completely independently of one another.
Weiterhin ist ein Komparator 17 vorgesehen, dessen beide Eingangssignale mit den Knoten Kl, K2 der Drain-Source- Strecke des Transistors 14 und der Anoden-Kathoden-Strecke der Diode 15 verbunden sind. Das Ausgangssignal des Komparators 17 beaufschlagt das Steuergerät 16.Furthermore, a comparator 17 is provided, the two input signals of which are connected to the nodes K1, K2 of the drain-source path of the transistor 14 and the anode-cathode path of the diode 15. The output signal of the comparator 17 acts on the control device 16.
Bei dem elektromagnetischen Verbraucher 11 kann es sich beispielsweise um ein Magnetventil einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs handeln. Bei dem ersten Schalter 12 kann es sich um einen beliebigen Halbleitertransistor, insbesondere einenThe electromagnetic consumer 11 can be, for example, a solenoid valve of an internal combustion engine, in particular a motor vehicle. The first switch 12 can be any semiconductor transistor, in particular one
Leistungstransistor handeln. Bei dem Steuergerät 16 handelt es sich vorzugsweise um eine analoge oder digitale Schaltung oder einen programmierbaren digitalen Mikroprozessor. Der Komparator 17 kann als Operationsverstärker oder als diskreter oder integrierter Komparatorbaustein, insbesondere in Form eines entsprechenden Halbleiterbauelements vorhanden sein.Trade power transistor. The control device 16 is preferably an analog or digital circuit or a programmable digital microprocessor. The comparator 17 can be present as an operational amplifier or as a discrete or integrated comparator component, in particular in the form of a corresponding semiconductor component.
In der Figur 2 sind die Ströme i_Sl, i_Ll, i_AD, die Spannung u_21 sowie die Steuersignale Sl und S2 jeweils über der Zeit t aufgetragen. Bei den beiden Steuersignalen Sl, S2 bedeutet ein nicht-vorhandenes Signal („0" bzw. „low"), dass der jeweils zugehörige Schalter 12, 13 sperrend geschaltet ist, während ein vorhandenes Signal („1" bzw. „high") die Bedeutung hat, dass der jeweils zugehörige Schalter 12, 13 leitend geschaltet ist.In FIG. 2, the currents i_Sl, i_Ll, i_AD, the voltage u_21 and the control signals S1 and S2 are each plotted against the time t. In the case of the two control signals S1, S2, a nonexistent signal (“0” or “low”) means that the associated switch 12, 13 is switched off, while an existing signal (“1” or “high”) has the meaning that the associated switch 12, 13 is turned on.
Es wird von dem Steuersignal Sl ausgegangen. In einem Zeitpunk Tl wird der erste Schalter 12 in seinen leitenden Zustand geschaltet. Der zweite Schalter 13 befindet sich in diesem Zeitpunkt gemäß dem Steuersignal S2 in seinem sperrenden Zustand.The control signal S1 is assumed. In one At time T1, the first switch 12 is switched to its conductive state. At this time, the second switch 13 is in its blocking state according to the control signal S2.
Daraus ergibt sich, wie dies auch in dem Diagramm des Stroms i_Sl dargestellt ist, dass der Strom i_Sl über den ersten Schalter 12 ausgehend von 0 ansteigt. Gleichzeitig fällt der Strom i_AD auf den Wert 0 ab. Dies ist in dem entsprechenden Diagramm des Stroms i_AD dargestellt.As a result of this, as is also shown in the diagram of the current i_Sl, the current i_Sl rises from 0 via the first switch 12. At the same time, the current i_AD drops to the value 0. This is shown in the corresponding diagram of the current i_AD.
In einem Zeitpunkt T2 wird der Strom i_AD zu 0. Ab diesem Zeitpunkt wird die Spannung u_21, die an dem elektromagnetischen Verbraucher 11 und auch an dem zweiten Schalter 13 anliegt, größer als 0. Gemäß dem Diagramm der Spannung u_21 steigt diese Spannung nach dem Zeitpunkt T2 an und erreicht einen konstanten Maximalwert. Ebenfalls steigt der Strom i_Sl sowie der Strom i_Ll entsprechend den jeweils zugehörigen Diagrammen an.At a point in time T2, the current i_AD becomes 0. From this point in time, the voltage u_21, which is present at the electromagnetic consumer 11 and also at the second switch 13, is greater than 0. According to the diagram of the voltage u_21, this voltage increases after the point in time T2 on and reaches a constant maximum value. The current i_Sl and the current i_Ll also increase in accordance with the associated diagrams.
In einem Zeitpunkt T3 wird der erste Schalter 12 gemäß dem zugehörigen Steuersignal Sl wieder in seinen sperrenden Zustand geschaltet. Der zweite Schalter 13 befindet sich weiterhin gemäß dem Steuersignal S2 in seinen sperrenden Zustand. Dies hat zur Folge, dass in einem Zeitpunkt T4 die Spannung u_21 am elektromagnetischen Verbraucher 11 bzw. am zweiten Schalter 13 abfällt. In einem Zeitpunkt T5 wird die Spannung u_21 zu 0. In diesem Zeitpunkt T5 hat der Strom i_Sl über den ersten Schalter 12 sowie der Strom i_Ll über den elektromagnetischen Verbraucher 11 jeweils sein Maximum erreicht. Der Strom i_AD verbleibt während des gesamten Zeitraums zwischen den Zeitpunkten T2 und T5 auf 0.At a time T3, the first switch 12 is switched back to its blocking state in accordance with the associated control signal S1. The second switch 13 is still in its blocking state according to the control signal S2. As a result, the voltage u_21 at the electromagnetic consumer 11 or at the second switch 13 drops at a time T4. At a time T5, the voltage u_21 becomes 0. At this time T5, the current i_Sl via the first switch 12 and the current i_Ll via the electromagnetic consumer 11 each have reached their maximum. The current i_AD remains at 0 during the entire period between times T2 and T5.
Nach dem Zeitpunkt T5 wird die Spannung u_21, die an dem elektromagnetischen Verbraucher 11 bzw. an dem zweiten Schalter 13 abfällt, kleiner als 0 Volt. Aufgrund der Diode 15 sinkt die Spannung auf etwa -0,7 Volt. Dies ist in dem Diagramm der Spannung u_21 angegeben.After the time T5, the voltage u_21, which is at the electromagnetic consumer 11 or at the second Switch 13 drops out, less than 0 volts. Due to the diode 15, the voltage drops to about -0.7 volts. This is indicated in the diagram of the voltage u_21.
Die Spannung u_21 wird von dem Komparator 17 erfasst. Durch einen beispielsweise innerhalb des Steuergeräts 16 durchgeführten Vergleich mit entsprechenden Vergleichsspannungen wird daraufhin derjenige Zeitpunkt T6 ermittelt, in dem die Spannung u_21 einen Wert von beispielsweise -0,5 Volt erreicht. In diesem Zeitpunkt T6 wird der zweite Schalter 13, und zwar insbesondere der Transistor 14 von dem Steuergerät 16 über das Steuersignal S2 in seinen leitenden Zustand geschaltet.The voltage u_21 is detected by the comparator 17. By comparing the corresponding comparison voltages, for example within the control unit 16, that point in time T6 is then determined at which the voltage u_21 reaches a value of, for example, -0.5 volts. At this point in time T6, the second switch 13, in particular the transistor 14, is switched into its conductive state by the control device 16 via the control signal S2.
Die Vergleichspannung von -0,5 Volt kann auch anderweitig gewählt werden, beispielsweise -0,3 Volt. Prinzipiell kann die Vergleichsspannung zwischen 0 und -0,7 Volt gewählt werden. So ist es auch möglich, dass die Vergleichsspannung zu 0 gewählt wird. Dies hat zur Folge, dass der Zeitpunkt T6 und der Zeitpunkt T5 identisch zusammenfallen. Letzteres ist in dem Diagram des Steuersignals S2 der Figur 2 gestrichelt dargestellt.The reference voltage of -0.5 volts can also be selected in another way, for example -0.3 volts. In principle, the reference voltage can be selected between 0 and -0.7 volts. So it is also possible that the reference voltage is chosen to be 0. As a result, the time T6 and the time T5 coincide identically. The latter is shown in dashed lines in the diagram of the control signal S2 in FIG.
Unabhängig von der Umschaltung des Transistors 14 in seinen leitenden Zustand beginnt der Strom i_AD bereits ab dem Zeitpunkt T5 anzusteigen. Der Strom i_AD fließt dabei zunächst über die Diode 15. Sobald der Transistor 14 ab dem Zeitpunkt T6 sich in seinem leitenden Zustand befindet, wird der Strom i_AD im wesentlichen von dem Transistor 14 übernommen.Irrespective of the switching of the transistor 14 into its conductive state, the current i_AD begins to rise from the time T5. The current i_AD initially flows through the diode 15. As soon as the transistor 14 is in its conductive state from the time T6, the current i_AD is essentially taken over by the transistor 14.
Der erste Schalter 12 befindet sich gemäß dem Steuersignal Sl weiterhin in seinem gesperrten Zustand. Dies hat insgesamt zur Folge, dass der Strom i_Sl nach dem Zeitpunkt T5 auf 0 abfällt. Der Strom i Ll über den elektromagnetischen Verbraucher 11 wird nach dem Zeitpunkt T5 ebenfalls kleiner, fällt jedoch nicht auf 0 ab. Der Strom i_AD wird ebenfalls kleiner, wird jedoch nicht zu 0.The first switch 12 is still in its locked state according to the control signal S1. Overall, this has the consequence that the current i_Sl drops to 0 after the time T5. The current i ll over the electromagnetic consumer 11 also becomes smaller after time T5, but does not drop to 0. The current i_AD also becomes smaller, but does not become 0.
In einem Zeitpunkt T7 wird der erste Schalter 12 gemäß dem Steuersignal Sl wieder in seinen leitenden Zustand geschaltet. Insoweit entspricht der Zeitpunkt T7 dem bereits erläuterten Zeitpunkt Tl. Gleichzeitig wird in dem Zeitpunkt T7 der Transistor 14 des zweiten Schalters 13 gemäß dem Steuersignal S2 in seinen gesperrten Zustand geschaltet.At a time T7, the first switch 12 is switched back to its conductive state in accordance with the control signal S1. In this respect, the time T7 corresponds to the time Tl already explained. At the same time the transistor 14 of the second switch 13 is switched to its blocked state in accordance with the control signal S2 at the time T7.
Dies hat zur Folge, dass ab einem Zeitpunkt T8 der Strom i_Sl über den ersten Schalter 12 ausgehend von 0 wieder ansteigt. Der Strom i_AD fällt ab dem Zeitpunkt T8 gegen 0 ab. Wie bereits im Zusammenhang mit dem Zeitpunkt T2 erläutert wurde, erreicht der Strom i_AD in einem Zeitpunkt T9 den Wert 0. Der Zeitpunkt T9 entspricht insoweit dem Zeitpunkt T2.The result of this is that the current i_Sl rises again from 0 via the first switch 12 from a time T8. The current i_AD drops towards 0 from the time T8. As already explained in connection with the time T2, the current i_AD reaches the value 0 at a time T9. The time T9 corresponds to the time T2 in this respect.
Der Zeitpunkt T9 wird von dem Steuergerät 16 in Abhängigkeit von der Spannung u_21 erkannt. Der Zeitpunkt T9 liegt dann vor, wenn die Spannung u_21 vom negativen in den positiven Bereich übergeht, also 0 ist.The timing T9 is recognized by the control unit 16 as a function of the voltage u_21. The time T9 is when the voltage u_21 changes from the negative to the positive range, that is to say 0.
Ab dem Zeitpunkt T8 wiederholt sich somit der bereits beschriebene Ablauf in entsprechender Weise.From the time T8, the sequence already described is repeated in a corresponding manner.
Wie vorstehend beschrieben, wird der zweite Schalter 13 genau dann in seinen gesperrten Zustand übergeführt, wenn der erste Schalter 12 im Zeitpunkt T7 in seinen leitenden Zustand geschaltet wird. Wie dies in dem Diagramm des Steuersignals S2 der Figur 2 gestrichelt dargestellt ist, besteht alternativ die Möglichkeit, dass der Transistor 14 des zweiten Schalters 13 nicht bereits im Zeitpunkt T7, sondern erst im Zeitpunkt T9 in seinen gesperrten Zustand übergeführt wird. Dies bedeutet gleichzeitig, dass der zweite Schalter 13 erst dann in seinem gesperrten Zustand übergeführt wird, wenn die Spannung u_21 wieder größer als 0 wird.As described above, the second switch 13 is switched to its locked state precisely when the first switch 12 is switched to its conductive state at the time T7. As shown in dashed lines in the diagram of the control signal S2 in FIG. 2, there is alternatively the possibility that the transistor 14 of the second switch 13 is not already at the time T7, but is only brought into its locked state at time T9. At the same time, this means that the second switch 13 is only brought into its blocked state when the voltage u_21 becomes greater than 0 again.
Die Zeiträume zwischen den Zeitpunkten Tl und T2, zwischen den Zeitpunkten T3 und T4 sowie zwischen den Zeitpunkten T7 und T8 stellen Zeitverzögerungen dar, die sich aus den verwendeten Schaltern 12, 13 sowie dem vorhandenen elektromagnetischen Verbraucher 11 ergeben. Diese Zeitverzögerungen können somit auch wesentlich kleiner oder auch größer sein.The time periods between the times T1 and T2, between the times T3 and T4 and between the times T7 and T8 represent time delays which result from the switches 12, 13 used and the electromagnetic load 11 present. These time delays can thus be significantly smaller or larger.
In der Figur 1 weist der erste Schalter einen Metall-Oxid- Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOS-FET) auf. Anstelle eines derartigen Bauteils kann auch ein entsprechender Bipolar-Transistor oder ein Thyristor oder dergleichen verwendet werden. In FIG. 1, the first switch has a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOS-FET). Instead of such a component, a corresponding bipolar transistor or a thyristor or the like can also be used.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Elektrische Schaltung (10) zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers (11) mit einer Serienschaltung aus dem elektromagnetischen Verbraucher (11) und einem ersten Schalter (12), mit einer als Freilaufkreis ausgebildeten Parallelschaltung aus dem elektromagnetischen Verbraucher (11) und einem zweiten Schalter (13) , und mit einem Steuergerät (16) zur Ansteuerung des ersten und des zweiten Schalters (12, 13), dadurch gekennzeichnet, dass als zweiter Schalter (13) ein in Richtung des Freilaufkreises leitender Transistor (14) und eine zu dem Transistor (14) in Richtung des Freilaufkreises parallelgeschaltete Diode (15) vorgesehen ist, und dass das Steuergerät (16) den Transistor (14) leitend schaltet (T5, T6) , wenn die Spannung (u_21) an der Diode (15) in Sperrrichtung kleiner als 0 Volt wird.1. Electrical circuit (10) for controlling an electromagnetic consumer (11) with a series circuit of the electromagnetic consumer (11) and a first switch (12), with a parallel circuit formed as a freewheeling circuit from the electromagnetic consumer (11) and a second switch (13), and with a control device (16) for controlling the first and the second switch (12, 13), characterized in that the second switch (13) is a transistor (14) conducting in the direction of the freewheeling circuit and one to the transistor (14) in the direction of the freewheeling circuit diode (15) is provided, and that the control device (16) turns the transistor (14) conductive (T5, T6) when the voltage (u_21) on the diode (15) is smaller in the reverse direction than 0 volts.
2. Elektrische Schaltung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (16) den Transistor (14) leitend schaltet (T6) , wenn die Spannung (u_21) an der Diode (15) in Sperrrichtung kleiner als etwa -0,3 Volt oder etwa -0,5 Volt wird. 2. Electrical circuit (10) according to claim 1, characterized in that the control device (16) turns the transistor (14) conductive (T6) when the voltage (u_21) on the diode (15) in the reverse direction is less than about -0 , 3 volts or about -0.5 volts.
3. Elektrische Schaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät3. Electrical circuit (10) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the control device
(16) den Transistor (14) sperrend schaltet (T9) , wenn die Spannung an der Diode (15) in Sperrrichtung größer als 0 Volt wird.(16) the transistor (14) turns off (T9) when the voltage across the diode (15) in the reverse direction is greater than 0 volts.
4. Elektrische Schaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (16) den Transistor (14) sperrend schaltet (T7), wenn der erste Schalter (12) leitend geschaltet wird.4. Electrical circuit (10) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the control device (16) switches the transistor (14) blocking (T7) when the first switch (12) is turned on.
5. Elektrische Schaltung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Komparator (17) vorgesehen ist, dessen Eingänge mit der Anode und der Kathode der Diode (15) verbunden sind, und dessen Ausgang mit dem Steuergerät (16) verbunden ist.5. Electrical circuit (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a comparator (17) is provided, the inputs of which are connected to the anode and the cathode of the diode (15), and the output of which is connected to the control device (16) connected is.
6. Elektrische Schaltung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Transistor (14) ein Feldeffekttransistor (FET) , insbesondere ein Metall-Oxid-Halbleiter- Feldeffekttransistor (MOS-FET) vorgesehen ist.6. Electrical circuit (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that a field effect transistor (FET), in particular a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOS-FET) is provided as transistor (14).
7. Elektrische Schaltung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als elektromagnetischer Verbraucher (11) ein elektromagnetisches Einspritzventil einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist.7. Electrical circuit (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that an electromagnetic injection valve of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, is provided as the electromagnetic consumer (11).
8. Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers (11), wobei der elektromagnetische Verbraucher (11) und ein erster Schalter (12) in Serie geschaltet sind, und wobei dem elektromagnetischen Verbraucher (11) ein als Freilaufkreis ausgebildeter zweiter Schalter (13) parallelgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass als zweiter Schalter (13) ein in Richtung des Freilaufkreises leitender Transistor (14) und eine zu dem Transistor (14) in Richtung des Freilaufkreises parallelgeschaltete Diode (15) vorgesehen ist, und dass der Transistor (14) leitend geschaltet wird (T5, T6) , wenn die Spannung an der Diode (15) in Sperrrichtung kleiner als 0 Volt wird.8. A method for controlling an electromagnetic consumer (11), the electromagnetic consumer (11) and a first switch (12) in series are connected, and the electromagnetic consumer (11) is connected in parallel with a second switch (13) designed as a freewheeling circuit, characterized in that a transistor (14) conducting in the direction of the freewheeling circuit and one to the transistor (14 ) in the direction of the freewheeling circuit diode (15) is provided, and that the transistor (14) is turned on (T5, T6) when the voltage across the diode (15) in the reverse direction becomes less than 0 volts.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Transistor (14) sperrend geschaltet wird (T9) , wenn die Spannung an der Diode (15) in Sperrrichtung größer als 0 Volt wird. A method according to claim 8, characterized in that the transistor (14) is switched off (T9) when the voltage across the diode (15) in the reverse direction is greater than 0 volts.
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