WO2015067410A1 - Stromregler für eine induktive last in einem fahrzeug - Google Patents

Stromregler für eine induktive last in einem fahrzeug Download PDF

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WO2015067410A1
WO2015067410A1 PCT/EP2014/070748 EP2014070748W WO2015067410A1 WO 2015067410 A1 WO2015067410 A1 WO 2015067410A1 EP 2014070748 W EP2014070748 W EP 2014070748W WO 2015067410 A1 WO2015067410 A1 WO 2015067410A1
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inductive load
switch
voltage
freewheeling
diode
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Steffen Reinhardt
Bernd Mueller
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Robert Bosch Gmbh
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    • H01F7/1805—Circuit arrangements for holding the operation of electromagnets or for holding the armature in attracted position with reduced energising current
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    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
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    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
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    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2041—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit for controlling the current in the free-wheeling phase

Definitions

  • the invention relates to a current regulator for an inductive load in a vehicle according to the preamble of independent claim 1.
  • current regulators In known from the prior art current regulators is used as a freewheel for an inductive load in the simplest case, a diode. If the
  • Freewheeling voltage to be reduced instead, a field effect transistor can be used as a switched diode.
  • the time for the duration of the demagnetization is essentially determined by the effective erase voltage or free-wheeling voltage. In this case, the lower this voltage is, the longer the process takes.
  • an active clamp is optionally used.
  • the switched output stage is provided with an additional Zener diode chain. Using the example of a low-side controller, this means that the output stage switches to ground to magnetize the inductive load, so that the inductive load at the
  • the output stage is switched off and the voltage at the output increases up to the set clamping voltage. At this voltage, the output stage then becomes conductive due to the set clamp voltage and maintains the voltage while current is flowing.
  • a disadvantage may be considered that the freewheeling voltage is dependent on the battery voltage. This means that the higher the battery voltage, the lower the resulting free-wheeling voltage. At low battery voltage results in a very high freewheeling voltage and thus possibly a demagnetization, which is faster than desired. Alternatively, a demagnetization can take place via a resistor, but this leads to strongly current-dependent demagnetization times.
  • Another major disadvantage of the upper methods the high locally generated power loss can be considered in the extinguishing element. In PWM applications in particular, this often requires additional measures for heat dissipation.
  • DE 10 2005 027 442 B4 describes a circuit arrangement for fast switching of an inductive load.
  • the circuit arrangement comprises at least one high-side switch, which is arranged with its controlled path in series with the load and between a first supply terminal with a first supply potential and a second supply terminal with a second, compared to the first supply potential lower supply potential, at least one freewheeling diode, the a first tap provided between the highside switch and the load, and at least one clamp circuit formed as a limiter diode connected between the one control terminal of the highside switch and the second supply terminal and configured to turn off the highside Switch to clamp the control potential applied to the control terminal to a predetermined potential value.
  • the sensor unit according to the invention for a vehicle having the features of independent claim 1 has the advantage that it can be switched between an increased and a "normal" free-wheeling voltage dynamically inductive load by switching between the increased and non-boosted or normal freewheeling voltage depending on the situation. This means that, depending on the change in the setpoint specification or setpoint current of the current controller, the increased or not increased or normal freewheeling voltage for the demagnetization of the inductive load To achieve high dynamics, the two freewheeling voltages clearly differ from each other
  • Embodiments of the present invention provide a current regulator for an inductive load in a vehicle, comprising an evaluation and control unit, at least one circuit breaker connected in series with the inductive load, which is closed to magnetize the inductive load, a freewheel assembly, which demagnetization of causes inductive load with the circuit breaker open, and includes a measuring device which determines a current value of current flow through the inductive load.
  • the freewheel arrangement comprises at least one switch which enables switching between at least two effective free-wheeling voltages on the inductive load, wherein the evaluation and control unit sets the current flow through the inductive load via control signals based on a change in a desired value specification a circuit breaker and the at least one switch of the freewheel assembly are applied.
  • Embodiments of the current controller according to the invention allow, for example, a battery voltage-independent increase in the free-wheeling voltage or a battery voltage-proportional increase in the free-wheeling voltage.
  • the freewheeling of the inductive load takes place, for example, via a clamp diode whose clamping voltage is greater than a forward voltage of a diode and which is designed, for example, as a Zener diode, to which a switch is arranged in parallel.
  • the freewheel of the inductive load via a switch, in which the voltage across the switch can be defined by means of additional resistive resistors.
  • the freewheel of the inductive load can be implemented via two diodes, wherein a first diode is connected to a first supply voltage and a second diode to a second supply voltage, and wherein two power switches are arranged in series with the inductive load and for magnetizing the inductive Load to be closed.
  • the freewheel can be converted via a diode against the first supply voltage with simultaneous switching of the voltage at the other terminal of the inductive load.
  • All solutions have in common that a current flow is controlled by the inductive load.
  • at least one circuit breaker is closed at regular intervals, which is arranged in series with the inductive load, so that a voltage across the inductive load is effective, which to a
  • Magnetization of the inductive load leads.
  • the at least one circuit breaker is opened, the inductive load is demagnetized.
  • the current flow through the inductive load is always measured.
  • the current flow can be determined, for example, via a voltage measured at a measuring resistor.
  • the opening and closing of the at least one circuit breaker can be done according to different specifications by the evaluation and control unit. So is a control with constant frequency and variable
  • Duty cycle as well as a control in which the respective power switch is turned on for a constant period of time and a turn-off of the circuit breaker is varied, or in which the respective power switch is turned off for a constant period of time and a
  • Duty cycle of the circuit breaker is varied.
  • 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.
  • a first freewheeling arrangement connected in parallel with the inductive load may comprise a clamping diode having a predetermined clamping voltage and a first switch arranged parallel to the clamping diode. This arises open first switch a first freewheeling voltage to the inductive load, which is about the predetermined clamping voltage of the clamp diode higher than a second freewheeling voltage, which adjusts to the inductive load when the first switch is closed.
  • a second freewheeling arrangement may comprise a first switch arranged parallel to the inductive load and two ohmic resistors.
  • a first resistor is looped into a drive current path which connects a control terminal of the first switch with a corresponding drive signal
  • a second resistor connects a first output terminal of the first switch, which is connected to the inductive load, with the control terminal of the first switch.
  • a diode can be connected in series with the first or second freewheeling arrangement
  • a first power switch can connect the inductive load with a first supply voltage and a second power switch can connect the inductive load with a second supply voltage, wherein the evaluation and control unit includes both power switches for magnetizing the inductive load.
  • a third freewheeling arrangement may comprise a first freewheeling diode, which connects one terminal of the inductive load to the first supply voltage, and a second freewheeling diode, which connects another terminal of the inductive load to the second supply voltage with the first and second power switches open, setting a first freewheeling voltage at the inductive load, which is higher than a second freewheeling voltage, which adjusts itself to the inductive load, if either the first power Switch or the second circuit breaker is closed.
  • a fourth freewheeling arrangement may comprise a first freewheeling diode, which connects a connection of the inductive load to the first supply voltage, and a clamp diode, which connects another connection of the inductive load with the first supply voltage.
  • a first freewheeling voltage is formed across the inductive load, which is higher than a second freewheeling voltage, which adjusts itself to the inductive load when the first circuit breaker is closed and the second circuit breaker is open.
  • the first freewheeling diode and / or the second freewheeling diode can be designed as a switch.
  • 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.
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram of a second embodiment of a current regulator for an inductive load in a vehicle according to the invention.
  • FIG. 3 shows a schematic block diagram of a third exemplary embodiment of a current regulator for an inductive load in a vehicle according to the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic block diagram of a fourth exemplary embodiment of a current regulator for an inductive load in a vehicle according to the invention.
  • the illustrated exemplary embodiments of a current regulator 1 A, 1 B, 1 C, 1 D according to the invention comprise an inductive one
  • Load Z L in a vehicle an evaluation and control unit 22, at least one in series with the inductive load Z L looped power switch T1, T2, which is closed to magnetize the inductive load Z L , a freewheel assembly 10A, 10B, 10C, 10D, which causes a demagnetization of the inductive load Z L with the circuit breaker T1, T2 open, and a
  • the freewheel assembly 10A, 10B, 10C, 10D at least one switch T F i, T F 2, which allows switching between at least two effective free-wheeling voltages on the inductive load Z L , wherein the evaluation and control unit 22 based on a change of Setpoint input the current flow l L through the inductive load Z L via control signals GHS, GLS sets which are applied to the at least one power switch T1, T2 and the at least one switch T F i, T F 2 of the freewheel assembly 10A, 10B, 10C, 10D ,
  • the current flow I L is controlled by the evaluation and control unit 22 through the inductive load Z L.
  • the evaluation and control unit 22 closes at regular intervals the at least one power switch T1, T2 via corresponding drive signals GLS, GHS, so that a voltage across the inductive load Z L is effective, which leads to a magnetization of the inductive load Z L. If the at least one power switch T1, T2 is opened, then the inductive load Z L
  • the current value of the current flow I L is always measured by the inductive load Z L. This happens, for example, in that the measuring device 24 measures a voltage across a measuring resistor and from the voltage the corresponding current value is calculated.
  • the opening and closing of the at least one power switch T1, T2 can be done according to different specifications by the evaluation and control unit 22. Thus, based on the change in the setpoint specification, one
  • 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.
  • the evaluation and control unit 22 and the measuring device 24 with the corresponding measuring resistor R are integrated in an ASIC 20 (application-specific integrated circuit) in the illustrated exemplary embodiments and the individual components, such as, for example Switches and / or diodes and / or Zener diodes, the various
  • Freewheel assemblies 10A, 10B, 10C, 10D are disposed outside of the ASIC 20. However, it is also possible to place the measuring resistor R outside the ASIC 20, as it is possible to integrate the individual components of the freewheel assemblies 10A, 10B, 10C, 10D into the ASIC 20. All shown using the example of a low-side controller of a transmission control in a vehicle
  • Embodiments can be correspondingly transferred to a high-side controller of a transmission control.
  • a circuit breaker T2 designed as a low-side switch is arranged in series with the inductive load Z L.
  • the power switch T2 is designed as an NMOS-FET and connects the inductive load Z L for magnetization with a second supply voltage GND, which corresponds to a ground potential in the illustrated embodiment.
  • a first freewheeling arrangement 10A connected in parallel with the inductive load Z L comprises a clamp diode Z D with a predetermined clamp voltage and a first switch T F i arranged parallel to the clamp diode Z D.
  • the clamp diode Z D is designed as a Zener diode whose breakdown voltage is higher than a forward voltage of a normal diode.
  • the first switch T F1 is executed in the illustrated embodiment as a PMOS FET and connected in parallel to the clamp diode Z D , that it takes over the current in the on state and only the voltage across the first switch T F i makes a contribution to
  • 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
  • a circuit breaker T2 embodied as a low-side switch is arranged in series with the inductive load Z L.
  • the power switch T2 is designed as an NMOS FET and connects the inductive load Z L for magnetization with the second supply voltage GND, which corresponds to the ground potential.
  • a second freewheel arrangement 10B comprises a parallel to the inductive load Z L arranged first switch T F i and two ohmic resistors R G , RGS-
  • the first switch T F1 is analogous to the first embodiment designed as a PMOS FET.
  • a first resistor R G is looped into a drive current path which connects a control terminal G of the first switch T F1 to a corresponding drive signal GHS.
  • a second resistor R G s connects a first output terminal S of the first switch T F1 , which is connected to the inductive load Z L , to the control terminal G of the first switch T F1 , wherein a freewheeling voltage is applied when the first switch T F1 is open the inductive load Z L sets, which is dependent on the drive signal GHS.
  • Switch T F1 used PMOS-FET becomes conductive when the amount of its source-gate voltage Vth exceeds a certain threshold. This is done in freewheeling, in which the current flows through the designed as a PMOS FET switch T F1 from a source terminal S to a drain terminal D, always because on the one hand the current is impressed by the inductive load Z L , and on the other a backward diode of the PMOS FET Switch T F i is poled in the arrangement selected here in the reverse direction. The voltage Vth drops across the second resistor R GS .
  • 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
  • Freewheeling voltage applied to the inductive load Z L both independent of the first supply voltage U B and greater than one
  • Diode forward voltage If the amplitude of the drive signal GHS is lower than the first supply voltage U B , a lower freewheeling voltage is established at the inductive load Z L.
  • a first power switch T1 designed as a high-side switch and a second power switch T2 designed as a low-side switch are connected in series inductive load Z L arranged.
  • the first power switch T1 is designed as a PMOSFET and connects the inductive load Z L with the first supply voltage U B.
  • the second power switch T2 is designed as an NMOS-FET and connects the inductive load Z L with the second supply voltage GND.
  • the evaluation and control unit 22 includes both power switches T1, T2 via the drive signals GLS, GHS.
  • a third freewheeling arrangement 10C comprises a first freewheeling diode D F i, which connects one terminal of the inductive load Z L to the first supply voltage U B , and a second freewheeling diode D F 2, which connects another terminal of the inductive load Z L to the second supply voltage GND combines.
  • a first freewheeling voltage is established across the inductive load Z L , which is higher than a second freewheeling voltage, which adjusts itself to the inductive load Z L , when either the first power switch T1 or the second power switch T2 is closed.
  • the two power switches T1, T2 also act as first and second switches T F1 and T F2 of the third free-wheeling arrangement 10C, which one Enable switching between the different free-wheeling voltages.
  • the freewheeling voltage applied to the inductive load Z L is greater by two diode forward voltages than the first supply voltage U B. This results in a very large
  • Freewheeling voltage which is even greater than the voltage for magnetizing the inductive load Z L.
  • the advantage of this solution in comparison to active clamps is that the freewheeling voltage is proportional to the first supply voltage U B behaves, so that in controlled systems, only a small dependence of the duty ratio of the first supply voltage U B is.
  • the energy of the inductive load Z L is reduced in an advantageous manner substantially via the supply voltage U B and not via the freewheeling circuit.
  • the third freewheel arrangement 10C can still be varied to the effect that the two freewheeling diodes D F i, D f2 are replaced by switches which are controlled by the evaluation and control unit 22 in phase opposition to the circuit breakers T1, T2. As a result, the power loss in the discrete components can be reduced in an advantageous manner.
  • a first power switch T1 designed as a high-side switch and a second power switch T2 in as a low-side switch Row for inductive load Z L arranged.
  • the first power switch T1 is designed as a PMOS-FET and connects the inductive load Z L with the first supply voltage U B.
  • the second power switch T2 is designed as an NMOS FET and connects the inductive load Z L with the second supply voltage GND.
  • the evaluation and control unit 22 includes both power switches T1, T2 via the drive signals GLS, GHS.
  • a fourth freewheeling arrangement 10D comprises a freewheeling diode D F i, which connects one terminal of the inductive load Z L to the first supply voltage U B , and a clamp diode Z D , which connects another terminal of the inductive load Z L to the first supply voltage U B combines.
  • a first freewheeling voltage is established at the inductive load Z L , which is higher than a second freewheeling voltage, which adjusts itself to the inductive load Z L , when the first power switch T1 is closed and the second power switch T2 is open.
  • the Freewheeling via the freewheeling diode D F i against the first supply voltage U B.
  • the other terminal of the inductive load Z L can be simultaneously switched over via the first power switch T1, which acts as a switch T F i of the fourth freewheeling arrangement 10D.
  • this connection of the inductive load Z L is firmly connected to the first supply voltage U B or a battery contact. If this terminal of the inductive load Z L is connected to the battery via the switch T F i, then, with the switch closed, the free-wheeling voltage is unchanged at approximately one diode forward voltage.
  • the switch T F i can be opened, ie switched to high impedance. Then, the current flows through the clamp diode Z D , which is designed, for example, as a Zener diode or another element with a higher voltage, and the free-wheeling voltage is increased by the clamping voltage.
  • Embodiments of the current regulator for an inductive load according to the invention can be used, for example, as a transmission control in a vehicle.

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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

Ansprüche
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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Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14776882.4A EP3069355A1 (de) 2013-11-11 2014-09-29 Stromregler für eine induktive last in einem fahrzeug
JP2016530002A JP2016538639A (ja) 2013-11-11 2014-09-29 車両内の誘導性負荷のための電流レギュレータ
CN201480061406.9A CN105706193A (zh) 2013-11-11 2014-09-29 用于车辆中的感应负载的电流调节器
US15/035,590 US20160272133A1 (en) 2013-11-11 2014-09-29 Current regulator for an inductive load in a vehicle

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DE201310222841 DE102013222841A1 (de) 2013-11-11 2013-11-11 Stromregler für eine induktive Last in einem Fahrzeug

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WO (1) WO2015067410A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017201727A1 (de) 2017-02-03 2018-08-09 Siemens Aktiengesellschaft Steuerschaltung und Diagnoseverfahren für den Betrieb einer induktiven Last
DE102018204615A1 (de) 2018-03-27 2019-10-02 Robert Bosch Gmbh Sensoranordnung für ein Fahrzeug

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3741765A1 (de) * 1987-12-10 1989-06-22 Wabco Westinghouse Fahrzeug Stromregler
DE102004032721A1 (de) * 2004-07-07 2006-02-16 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Ansteuerung einer Induktivität
DE102004062032A1 (de) * 2004-12-23 2006-07-13 Robert Bosch Gmbh Schaltungsanordnung zur schnellen Reduzierung eines induzierten Stroms
DE102005027442B4 (de) 2005-06-14 2008-10-30 Continental Automotive Gmbh Schaltungsanordnung zum Schalten einer Last

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3520291B2 (ja) * 1998-04-20 2004-04-19 株式会社日立ユニシアオートモティブ 車両用電気負荷制御回路
JP4882148B2 (ja) * 2000-12-12 2012-02-22 株式会社デンソー 誘導性負荷の電流制御装置
JP4570982B2 (ja) * 2005-02-25 2010-10-27 日立オートモティブシステムズ株式会社 発電制御装置及び発電装置
CN100470991C (zh) * 2007-01-05 2009-03-18 清华大学 故障限流器直流控制系统
CN201285684Y (zh) * 2008-10-20 2009-08-05 美恒自动化(大连)有限公司 直流电磁铁控制装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3741765A1 (de) * 1987-12-10 1989-06-22 Wabco Westinghouse Fahrzeug Stromregler
DE102004032721A1 (de) * 2004-07-07 2006-02-16 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Ansteuerung einer Induktivität
DE102004062032A1 (de) * 2004-12-23 2006-07-13 Robert Bosch Gmbh Schaltungsanordnung zur schnellen Reduzierung eines induzierten Stroms
DE102005027442B4 (de) 2005-06-14 2008-10-30 Continental Automotive Gmbh Schaltungsanordnung zum Schalten einer Last

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