WO2018146063A1 - Circuit arranged for increasing the open-circuit voltage of an inductive load, and output stage - Google Patents

Circuit arranged for increasing the open-circuit voltage of an inductive load, and output stage Download PDF

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WO2018146063A1
WO2018146063A1 PCT/EP2018/052882 EP2018052882W WO2018146063A1 WO 2018146063 A1 WO2018146063 A1 WO 2018146063A1 EP 2018052882 W EP2018052882 W EP 2018052882W WO 2018146063 A1 WO2018146063 A1 WO 2018146063A1
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semiconductor switch
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Frank Hettrich
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Robert Bosch Gmbh
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    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
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    • H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
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    • H03K17/063—Modifications for ensuring a fully conducting state in field-effect transistor switches

Definitions

  • the present invention relates to a circuit arrangement for increasing the freewheeling voltage of an inductive load and an output stage with such a circuit arrangement.
  • loads can be provided in motor vehicles which can be controlled by high-side or low-side switches in output stages.
  • loads can also be inductive loads, such as magnetic actuators, for example injection valves.
  • MOSFET lowside switches in the form of output stage ASIC can be used.
  • the valves are usually in the on / off mode with a maximum frequency of e.g. 50 Hz operated.
  • a maximum frequency e.g. 50 Hz operated.
  • US 8468810 B2 proposes to increase the voltage across the valve by means of an additional voltage source for faster switching off an injector for an exhaust aftertreatment system.
  • the highest possible freewheeling voltage (induction voltage after opening the switch) can be allowed even after opening the output stage (switching to the non-conductive state) so that the current through the valve decays as quickly as possible and the valve closes quickly.
  • a protective circuit comprising a reverse-biased zener diode in series with a diode in parallel with the drain-gate path of the semiconductor switch. The drain-source voltage and thus the free-wheeling voltage are thereby clamped substantially to the sum of the zener voltage and the threshold voltage of the diode.
  • the maximum free-wheeling voltage is determined by the design of the final stage brick, in particular the diodes used, in which case values of e.g. 50 V are possible. If higher freewheeling voltages are desired, the complete amplifier module must be redesigned.
  • a circuit arrangement is now presented which can be connected upstream of a conventional output stage module, that is, for example, between load and load terminal of the output stage module, and serves to increase the free-wheeling voltage.
  • the power amp module itself can remain unchanged. Its functions, in particular also with regard to a diagnosis of errors (eg open load, bridged switch, ground short circuit, voltage short circuit), are not impaired. Also, the switch-on is not adversely affected.
  • the invention proposes an effective and above all cost-effective way to increase the free-wheeling voltage.
  • one type of power amplifier module can be used for different applications with different free-wheeling voltages.
  • the circuit arrangement has a load connection (to the load) and a ground connection (to the output module), between which a semiconductor switch with its two working connections (eg drain / source or emitter / collector) and a protective circuit is connected, wherein the Protective circuit between a control connection (eg gate or
  • the Base of the semiconductor switch and the load terminal of the circuit arrangement and is adapted to clamp the falling between the load terminal and the control terminal voltage to a Freilaufêtserhöhungs- value.
  • the total freewheeling voltage is then composed of the freewheeling voltage that the output stage module permits and the freewheeling voltage increase value.
  • the protective circuit has a reverse-biased zener diode in series with a diode.
  • the free-wheeling voltage boosting value is then composed essentially of the magnitude of the Zener voltage, the threshold voltage of the diode and the voltage between the control terminal and the load-side working terminal of the semiconductor switch (MOSFET gate-source voltage).
  • MOSFET gate-source voltage the voltage between the control terminal and the load-side working terminal of the semiconductor switch
  • the circuit arrangement preferably has a control voltage supply for the control connection of the semiconductor switch and a voltage drop element, in particular a resistance element, between the control connection of the semiconductor switch and the ground connection. This serves to ensure that the semiconductor switch in dependence on the voltage applied to the ground terminal
  • the control voltage supply has a control voltage source protected by a diode from being fed back from the load circuit.
  • the circuit arrangement preferably has a conducting element which is connected in parallel with the semiconductor switch and ensures a current-conducting state of the circuit arrangement between the load connection and the ground connection, even in the event that the semiconductor switch is in a non-conducting state.
  • a conducting element which is connected in parallel with the semiconductor switch and ensures a current-conducting state of the circuit arrangement between the load connection and the ground connection, even in the event that the semiconductor switch is in a non-conducting state.
  • a simple resistance element is particularly suitable for this purpose. This measure ensures, in particular, that diagnostic functions of the downstream output module that apply a voltage to the load in the off state, e.g. to detect faults such as open load, bridged switch, ground short circuit, short circuit, continue to work.
  • Figure 1 shows a preferred embodiment of an output stage according to the invention comprising a conventional power amplifier module and a preferred embodiment of a circuit arrangement according to the invention for increasing the free-wheeling voltage of an inductive load.
  • FIG. 1 a preferred embodiment of an output stage according to the invention is shown as a circuit diagram and designated by 100.
  • the output stage 100 has an output stage module 10 and a circuit arrangement 20 arranged upstream of it for increasing the freewheeling voltage of an inductive load 1, for example As an injection valve, on.
  • an inductive load for example As an injection valve, on.
  • it is a low-side circuit in which the load 1 is permanently connected to the supply voltage and the output stage 100 is connected between the load 1 and ground.
  • the power amplifier module 10 has a semiconductor switch S1 to a conductive
  • the power amplifier module 10 has a control logic 13, which can fulfill other functions in addition to the function F1 of the control of the semiconductor switch S1.
  • diagnostic function of the power amplifier module 10 has a diagnostic circuit part 14th
  • the power amplifier module 10 also has a corresponding protective circuit 15, which has a reverse-biased zener diode in series with a diode.
  • the circuit arrangement 20 can now be connected upstream of the final-stage module 10 in the manner of a ballast module.
  • the circuit arrangement 20 has a load terminal 21 to the load 1 and a ground terminal 22 to the output stage module 10. Between the load terminal 21 and the ground terminal 22 is a semiconductor switch S2 with its two working terminals D, S, e.g. a MOSFET with drain and source, switched.
  • the control terminal (gate) G of the semiconductor switch S2 is connected via a
  • the protective circuit 30 connected to the load terminal 21.
  • the protective circuit 30 has a reverse-connected zener diode 31 in series with a diode 32.
  • the protective circuit 30 clamps the falling voltage to the sum of the level of the Zener voltage and the threshold voltage of the diode.
  • the protective circuit 20 also has a control voltage supply 40 for the control terminal G of the semiconductor switch S2.
  • the control voltage supply has a series circuit comprising a control voltage source VS, a resistance element 41 and a diode 42 as feedback protection at the control connection G, and a voltage drop element formed here as a resistance element 43 between the control voltage connection G and the ground connection 22.
  • the protective circuit 20 has a parallel to the semiconductor switch S2 switched on guide element, which is designed here as Wderstandselement 50.
  • the resistance element 50 ensures a current-conducting state of the circuit arrangement between the load terminal 21 and ground terminal 22, even in the event that the semiconductor switch S2 is in a non-conductive state. As a result, the functionality of the diagnostic circuit 14 is maintained in the power amplifier module 10.
  • the protective circuit 20 in the present example also has a capacitor 60 for ESD protection (electrostatic discharge, English: electrostatic discharge).
  • the battery potential Ubat is essentially set at the ground connection 22 (depending on the resistances involved in the components of the circuit arrangement 20 and the load 1).
  • the gate-source voltage at the semiconductor switch S2 is negative and the semiconductor switch S2 also does not conduct.
  • the total (negative) free-wheeling voltage across the load 1 is therefore composed of the sum of the terminal voltage of the output stage module 10 and the terminal voltage or free-wheeling voltage of the circuit arrangement 20 minus the supply voltage Ubat.

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Abstract

The invention relates to a circuit arrangement (20) for increasing the open-circuit voltage of an inductive load, having a load terminal (21) and a ground terminal (22), a semiconductor switch (S2) having two working terminals and a control terminal (G) and a protection circuit (30), wherein one of the two working terminals of the semiconductor switch (S2) is electrically conductively connected to the load terminal (21), and the other of the two working terminals of the semiconductor switch (S2) is electrically conductively connected to the ground terminal (22), wherein the protection circuit (30) is connected between the load terminal (21) and the control terminal (G) of the semiconductor switch (S2) and is configured to clamp the voltage drop between the load terminal (21) and the control terminal (G) at an elevated open-circuit voltage value.

Description

Beschreibung Titel  Description title
Schaltungsanordnung zum Erhöhen der Freilaufspannung einer induktiven Last und Endstufe  Circuit arrangement for increasing the freewheeling voltage of an inductive load and output stage
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erhöhen der Freilaufspannung einer induktiven Last und eine Endstufe mit einer solchen Schaltungsanordnung. The present invention relates to a circuit arrangement for increasing the freewheeling voltage of an inductive load and an output stage with such a circuit arrangement.
Stand der Technik State of the art
Schaltungsanordnungen zum Ansteuern von Lasten finden oftmals Anwendung im Kraftfahrzeugbereich. Beispielsweise können in Kraftfahrzeugen Lasten vorgesehen sein, welche durch Highside- oder Lowside-Schalter in Endstufen angesteuert werden können. Derartige Lasten können insbesondere auch induktive Lasten, wie magnetische Aktoren, beispielsweise Einspritzventile, sein. Circuit arrangements for driving loads are often used in the automotive sector. For example, loads can be provided in motor vehicles which can be controlled by high-side or low-side switches in output stages. In particular, such loads can also be inductive loads, such as magnetic actuators, for example injection valves.
Beispielsweise für die Ansteuerung von Saugrohr-Einspritzventilen können MOSFET-Lowside-Schalter in Form von Endstufen-ASIC verwendet werden. Die Ventile werden üblicherweise im Ein/Aus- Modus mit einer maximalen Frequenz von z.B. 50 Hz betrieben. Für eine genaue Dosierung der Einspritzmenge ist es erforderlich, dass der Zustand des Ventils dem Schaltsignal im Wesentlichen verzögerungsfrei folgt. Die US 8468810 B2 schlägt vor, zum schnelleren Ausschalten eines Injektors für ein Abgasnachbehandlungssystem die Spannung über dem Ventil mittels einer zusätzlichen Spannungsquelle zu erhöhen. For example, for the control of intake manifold injectors, MOSFET lowside switches in the form of output stage ASIC can be used. The valves are usually in the on / off mode with a maximum frequency of e.g. 50 Hz operated. For a precise metering of the injection quantity, it is necessary for the state of the valve to follow the switching signal substantially instantaneously. US 8468810 B2 proposes to increase the voltage across the valve by means of an additional voltage source for faster switching off an injector for an exhaust aftertreatment system.
Um ein schnelles Entmagnetisieren zu erreichen, kann auch nach dem Öffnen der Endstufe (Schalten in den nicht-leitenden Zustand) eine möglichst hohe Freilaufspannung (Induktionsspannung nach dem Öffnen des Schalters) zugelassen werden, damit der Strom durch das Ventil möglichst schnell abklingt und das Ventil definiert schnell schließt. Eine solche hohe Freilaufspannung ist beispielsweise durch eine Schutzbeschaltung umfassend eine in Sperrrichtung betriebene Zenerdiode in Reihe mit einer Diode parallel zur Drain-Gate-Strecke des Halb- leiterschalters möglich. Die Drain-Source-Spannung und damit die Freilaufspannung werden dadurch im Wesentlichen auf die Summe aus der Zenerspannung und der Schwellspannung der Diode geklemmt. In order to achieve a fast demagnetization, the highest possible freewheeling voltage (induction voltage after opening the switch) can be allowed even after opening the output stage (switching to the non-conductive state) so that the current through the valve decays as quickly as possible and the valve closes quickly. Such a high freewheeling voltage is possible for example by a protective circuit comprising a reverse-biased zener diode in series with a diode in parallel with the drain-gate path of the semiconductor switch. The drain-source voltage and thus the free-wheeling voltage are thereby clamped substantially to the sum of the zener voltage and the threshold voltage of the diode.
Die maximale Freilaufspannung ist jedoch durch die Bauart des Endstufenbau- steins, insbesondere die verwendeten Dioden, festgelegt, wobei hier Werte von z.B. 50 V möglich sind. Sind höhere Freilaufspannungen erwünscht, muss der komplette Endstufenbaustein neu designt werden. However, the maximum free-wheeling voltage is determined by the design of the final stage brick, in particular the diodes used, in which case values of e.g. 50 V are possible. If higher freewheeling voltages are desired, the complete amplifier module must be redesigned.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird eine Schaltungsanordnung zum Erhöhen der Freilaufspannung einer induktiven Last und eine Endstufe aufweisend eine solche Schaltungsanordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. According to the invention, a circuit arrangement for increasing the freewheeling voltage of an inductive load and an output stage having such a circuit arrangement having the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.
Im Rahmen der Erfindung wird nun eine Schaltungsanordnung vorgestellt, die einem herkömmlichen Endstufenbaustein vorgeschaltet werden kann, also beispielsweise zwischen Last und Lastanschluss des Endstufenbausteins, und dazu dient, die Freilaufspannung zu erhöhen. Der Endstufenbaustein selbst kann unverändert bleiben. Seine Funktionen, insbesondere auch hinsichtlich einer Diagnose von Fehlern (z.B. offene Last, überbrückter Schalter, Massekurzschluss, Spannungskurschluss), werden nicht beeinträchtigt. Auch der Einschaltvorgang wird nicht negativ beeinflusst. Somit schlägt die Erfindung eine effektive und vor allem kostengünstige Möglichkeit zur Erhöhung der Freilaufspannung vor. Somit kann eine Art von Endstufenbaustein für unterschiedliche Anwendungen mit unterschiedlichen Freilaufspannungen verwendet werden. Dies ist insbesondere bei Mehrfach-Endstufenbausteinen vorteilhaft, die zahlreiche identische Endstufenschaltungen aufweisen und von denen nun ein Teil mit der designgemäßen Frei- laufspannung und ein anderer Teil mit einer erhöhten Freilaufspannung betrieben werden kann. Ebenso ist dies vorteilhaft, um den gleichen Endstufenbaustein für unterschiedliche Anwendungsfälle, z.B. unterschiedliche Einspritzventile mit unterschiedlichen Freilaufspannungen, verwenden zu können. In the context of the invention, a circuit arrangement is now presented which can be connected upstream of a conventional output stage module, that is, for example, between load and load terminal of the output stage module, and serves to increase the free-wheeling voltage. The power amp module itself can remain unchanged. Its functions, in particular also with regard to a diagnosis of errors (eg open load, bridged switch, ground short circuit, voltage short circuit), are not impaired. Also, the switch-on is not adversely affected. Thus, the invention proposes an effective and above all cost-effective way to increase the free-wheeling voltage. Thus, one type of power amplifier module can be used for different applications with different free-wheeling voltages. This is particularly advantageous in the case of multiple output stage modules, which have numerous identical output stage circuits and of which one part is now equipped with the design-based release circuit. operating voltage and another part can be operated with an increased free-wheeling voltage. This is likewise advantageous in order to be able to use the same final-stage module for different applications, for example different injection valves with different free-wheeling voltages.
Erreicht wird dies dadurch, dass die Schaltungsanordnung einen Lastanschluss (zur Last) und einen Masseanschluss (zum Endstufenbaustein) aufweist, zwischen denen ein Halbleiterschalter mit seinen beiden Arbeitsanschlüssen (z.B. Drain/Source bzw. Emitter/Kollektor) und eine Schutzbeschaltung geschaltet ist, wobei die Schutzbeschaltung zwischen einem Steueranschluss (z.B. Gate oderThis is achieved by virtue of the fact that the circuit arrangement has a load connection (to the load) and a ground connection (to the output module), between which a semiconductor switch with its two working connections (eg drain / source or emitter / collector) and a protective circuit is connected, wherein the Protective circuit between a control connection (eg gate or
Basis) des Halbleiterschalters und dem Lastanschluss der Schaltungsanordnung geschaltet und dazu eingerichtet ist, die zwischen dem Lastanschluss und dem Steueranschluss abfallende Spannung auf einen Freilaufspannungserhöhungs- wert zu klemmen. Die gesamte Freilaufspannung setzt sich dann zusammen aus der Freilaufspannung, die der Endstufenbaustein zulässt, und dem Freilaufspan- nungserhöhungswert. Base) of the semiconductor switch and the load terminal of the circuit arrangement and is adapted to clamp the falling between the load terminal and the control terminal voltage to a Freilaufspannungserhöhungs- value. The total freewheeling voltage is then composed of the freewheeling voltage that the output stage module permits and the freewheeling voltage increase value.
Vorzugsweise weist die Schutzbeschaltung eine in Sperrrichtung betriebene Zenerdiode in Reihe mit einer Diode auf. Der Freilaufspannungserhöhungswert setzt sich dann zusammen im Wesentlichen aus der Höhe der Zenerspannung, der Schwellspannung der Diode und der Spannung zwischen dem Steueranschluss und dem lastseitigen Arbeitsanschluss des Halbleiterschalters (Gate- Source-Spannung bei MOSEFT). Vorteilhaft sind hier die sehr geringe Abfallverzögerung und der einfache Schaltungsaufbau. Preferably, the protective circuit has a reverse-biased zener diode in series with a diode. The free-wheeling voltage boosting value is then composed essentially of the magnitude of the Zener voltage, the threshold voltage of the diode and the voltage between the control terminal and the load-side working terminal of the semiconductor switch (MOSFET gate-source voltage). Advantageous here are the very low waste delay and the simple circuit design.
Vorzugsweise weist die Schaltungsanordnung eine Steuerspannungsversorgung für den Steueranschluss des Halbleiterschalters und ein Spannungsabfallselement, insbesondere ein Widerstandselement, zwischen dem Steueranschluss des Halbleiterschalters und dem Masseanschluss auf. Dies dient dazu, dass der Halbleiterschalter in Abhängigkeit von dem am Massenanschluss anliegendenThe circuit arrangement preferably has a control voltage supply for the control connection of the semiconductor switch and a voltage drop element, in particular a resistance element, between the control connection of the semiconductor switch and the ground connection. This serves to ensure that the semiconductor switch in dependence on the voltage applied to the ground terminal
Potential eingeschaltet wird, und er somit dem nachgeschalteten Endstufenbaustein folgen kann. Schaltet der Schalter im Endstufenbaustein ein, stellt sich am Masseanschluss der Schaltungsanordnung Massepotential ein und am Steueranschluss liegt im Wesentlichen die Steuerspannung an. Der Halbleiterschalter der Schaltungsanordnung schaltet ebenfalls ein. Vorzugsweise weist die Steuerspannungsversorgung eine Steuerspannungsquelle auf, die durch eine Diode vor einer Rückspeisung aus dem Laststromkreis geschützt ist. Potential is turned on, and thus he can follow the downstream power amplifier module. When the switch in the output stage module switches on, ground potential is established at the ground connection of the circuit arrangement, and the control connection is essentially at the control voltage. The semiconductor switch the circuit also turns on. Preferably, the control voltage supply has a control voltage source protected by a diode from being fed back from the load circuit.
Vorzugsweise weist die Schaltungsanordnung ein parallel zum Halbleiterschalter geschaltetes Leitelement auf, das einen stromleitenden Zustand der Schaltungsanordnung zwischen Lastanschluss und Masseanschluss auch für den Fall, dass der Halbleiterschalter in einem nicht-leitenden Zustand ist, sicherstellt. Hierzu eignet sich besonders bevorzugt ein einfaches Widerstandselement. Diese Maßnahme stellt insbesondere sicher, dass Diagnosefunktionen des nachgeschalteten Endstufenbausteins, die im ausgeschalteten Zustand eine Spannung an die Last anlegen, z.B. zur Erkennung von Fehlern wie offene Last, überbrückter Schalter, Massekurzschluss, Spannungskurschluss, weiter funktionieren. The circuit arrangement preferably has a conducting element which is connected in parallel with the semiconductor switch and ensures a current-conducting state of the circuit arrangement between the load connection and the ground connection, even in the event that the semiconductor switch is in a non-conducting state. Particularly suitable for this purpose is a simple resistance element. This measure ensures, in particular, that diagnostic functions of the downstream output module that apply a voltage to the load in the off state, e.g. to detect faults such as open load, bridged switch, ground short circuit, short circuit, continue to work.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. The invention is illustrated schematically with reference to an embodiment in the drawing and will be described below with reference to the drawing.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Figur 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Endstufe aufweisend einen herkömmlichen Endstufenbaustein und eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Erhöhen der Freilaufspannung einer induktiven Last. Figure 1 shows a preferred embodiment of an output stage according to the invention comprising a conventional power amplifier module and a preferred embodiment of a circuit arrangement according to the invention for increasing the free-wheeling voltage of an inductive load.
Ausführungsform(en) der Erfindung Embodiment (s) of the invention
In Figur 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Endstufe schaltplanartig dargestellt und mit 100 bezeichnet. Die Endstufe 100 weist einen Endstufenbaustein 10 und eine diesem vorgeschaltete Schaltungsanordnung 20 zum Erhöhen der Freilaufspannung einer induktiven Last 1 , beispiels- weise eines Einspritzventils, auf. Im gezeigten Beispiel handelt es sich um eine Lowside-Schaltung, bei der die Last 1 dauerhaft mit Versorgungsspannung verbunden ist und die Endstufe 100 zwischen Last 1 und Masse geschaltet ist. Der Endstufenbaustein 10 weist einen Halbleiterschalter S1 auf, um eine leitendeIn FIG. 1, a preferred embodiment of an output stage according to the invention is shown as a circuit diagram and designated by 100. The output stage 100 has an output stage module 10 and a circuit arrangement 20 arranged upstream of it for increasing the freewheeling voltage of an inductive load 1, for example As an injection valve, on. In the example shown, it is a low-side circuit in which the load 1 is permanently connected to the supply voltage and the output stage 100 is connected between the load 1 and ground. The power amplifier module 10 has a semiconductor switch S1 to a conductive
Verbindung zwischen Arbeitsanschlüssen 11 und 12 herzustellen oder aufzutrennen. Zur Ansteuerung des Halbleiterschalters S1 verfügt der Endstufenbaustein 10 über eine Kontrolllogik 13, die neben der Funktion F1 der Ansteuerung des Halbleiterschalters S1 noch weitere Funktionen erfüllen kann. Insbesondere handelt es sich dabei um Diagnosefunktionen zur Fehlererkennung, beispielsweise Über-Temperatur F2, "offene Last" F3, Massekurzschluss F4, Überstrom- begrenzung F5 und Versorgungsspannungskurzschluss F6. Zur Gewährleistung der Diagnosefunktion verfügt der Endstufenbaustein 10 über ein Diagnoseschaltungsteil 14. Connect or disconnect connection between working ports 11 and 12. For driving the semiconductor switch S1, the power amplifier module 10 has a control logic 13, which can fulfill other functions in addition to the function F1 of the control of the semiconductor switch S1. In particular, these are diagnosis functions for error detection, for example over-temperature F2, "open load" F3, ground short-circuit F4, overcurrent limiting F5 and supply voltage short-circuit F6. To ensure the diagnostic function of the power amplifier module 10 has a diagnostic circuit part 14th
Zur Bereitstellung einer ausreichend hohen Freilaufspannung für den Fall, dass von dem Endstufenbaustein 10 induktive Lasten geschaltet werden, verfügt der Endstufenbaustein 10 auch über eine entsprechende Schutzbeschaltung 15, welche eine in Sperrrichtung geschaltete Zenerdiode in Reihe mit einer Diode aufweist. To provide a sufficiently high freewheeling voltage in the event that 10 inductive loads are switched by the power amplifier module, the power amplifier module 10 also has a corresponding protective circuit 15, which has a reverse-biased zener diode in series with a diode.
In Situationen, in denen die von der Schutzbeschaltung 15 definierte Freilaufspannung zu niedrig ist, kann nun die Schaltungsanordnung 20 in Art eines Vorschaltmoduls dem Endstufenbaustein 10 vorgeschaltet werden. In situations in which the free-wheeling voltage defined by the protective circuit 15 is too low, the circuit arrangement 20 can now be connected upstream of the final-stage module 10 in the manner of a ballast module.
Die Schaltungsanordnung 20 verfügt über einen Lastanschluss 21 zur Last 1 und einen Masseanschluss 22 zum Endstufenbaustein 10. Zwischen dem Lastanschluss 21 und dem Masseanschluss 22 ist ein Halbleiterschalter S2 mit seinen beiden Arbeitsanschlüssen D, S, z.B. ein MOSFET mit Drain und Source, ge- schaltet. Der Steueranschluss (Gate) G des Halbleiterschalters S2 ist über eineThe circuit arrangement 20 has a load terminal 21 to the load 1 and a ground terminal 22 to the output stage module 10. Between the load terminal 21 and the ground terminal 22 is a semiconductor switch S2 with its two working terminals D, S, e.g. a MOSFET with drain and source, switched. The control terminal (gate) G of the semiconductor switch S2 is connected via a
Schutzbeschaltung 30 mit dem Lastanschluss 21 verbunden. Die Schutzbeschaltung 30 weist eine in Sperrrichtung geschaltete Zenerdiode 31 in Reihe mit einer Diode 32 auf. Die Schutzbeschaltung 30 klemmt die abfallende Spannung auf die Summe aus der Höhe der Zenerspannung und der Schwellspannung der Diode. Die Schutzbeschaltung 20 weist weiterhin eine Steuerspannungsversorgung 40 für den Steueranschluss G des Halbleiterschalters S2 auf. Die Steuerspannungsversorgung weist eine Reihenschaltung aus einer Steuerspannungsquelle VS, einem Widerstandselement 41 und einer Diode 42 als Rückspeiseschutz an dem Steueranschluss G sowie ein hier als Widerstandselement 43 ausgebildetes Spannungsabfallselement zwischen dem Steuerspannungsanschluss G und dem Masseanschluss 22 auf. Weiterhin weist die Schutzbeschaltung 20 ein parallel zum Halbleiterschalter S2 geschaltetes Leitelement auf, welches hier als Wderstandselement 50 ausgebildet ist. Das Widerstandselement 50 stellt einen stromleitenden Zustand der Schaltungsanordnung zwischen Lastanschluss 21 und Masseanschluss 22 auch für den Fall sicher, dass der Halbleiterschalter S2 in einem nicht-leitenden Zu- stand ist. Dadurch wird die Funktionalität der Diagnoseschaltung 14 im Endstufenbaustein 10 aufrechterhalten. Protective circuit 30 connected to the load terminal 21. The protective circuit 30 has a reverse-connected zener diode 31 in series with a diode 32. The protective circuit 30 clamps the falling voltage to the sum of the level of the Zener voltage and the threshold voltage of the diode. The protective circuit 20 also has a control voltage supply 40 for the control terminal G of the semiconductor switch S2. The control voltage supply has a series circuit comprising a control voltage source VS, a resistance element 41 and a diode 42 as feedback protection at the control connection G, and a voltage drop element formed here as a resistance element 43 between the control voltage connection G and the ground connection 22. Furthermore, the protective circuit 20 has a parallel to the semiconductor switch S2 switched on guide element, which is designed here as Wderstandselement 50. The resistance element 50 ensures a current-conducting state of the circuit arrangement between the load terminal 21 and ground terminal 22, even in the event that the semiconductor switch S2 is in a non-conductive state. As a result, the functionality of the diagnostic circuit 14 is maintained in the power amplifier module 10.
Schließlich verfügt die Schutzbeschaltung 20 im vorliegenden Beispiel auch über einen Kondensator 60 zum ESD-Schutz (elektrostatische Entladung, englisch: electrostatic discharge) auf. Finally, the protective circuit 20 in the present example also has a capacitor 60 for ESD protection (electrostatic discharge, English: electrostatic discharge).
Ausgehend von dem offenen Zustand des Schalters S1 im Endstufenbaustein 10 stellt sich am Masseanschluss 22 (in Abhängigkeit von den beteiligten Widerständen der Bauteile der Schaltungsanordnung 20 und der Last 1) im Wesentlichen das Batteriepotential Ubat ein. Die Gate-Source-Spannung am Halbleiterschalter S2 ist negativ und der Halbleiterschalter S2 leitet ebenfalls nicht. Starting from the open state of the switch S1 in the output stage module 10, the battery potential Ubat is essentially set at the ground connection 22 (depending on the resistances involved in the components of the circuit arrangement 20 and the load 1). The gate-source voltage at the semiconductor switch S2 is negative and the semiconductor switch S2 also does not conduct.
Wrd der Halbleiterschalter S1 in den leitenden Zustand geschaltet, sinkt das Potential am Masseanschluss 22 in Richtung Masse ab. Die Gate-Source- Spannung am Halbleiterschalter S2 wird irgendwann ausreichend positiv und der Halbleiterschalter S2 schaltet ebenfalls in den leitenden Zustand. When the semiconductor switch S1 is switched to the conducting state, the potential at the ground terminal 22 decreases in the direction of ground. The gate-source voltage at the semiconductor switch S2 eventually becomes sufficiently positive and the semiconductor switch S2 also switches to the conducting state.
Nach dem Öffnen des Halbleiterschalters S1 steigt das Potential am Masseanschluss 22 durch den abklingenden Laststrom stark an, bis die Spannung über dem Halbleiterschalter S1 auf den durch die Schutzbeschaltung 15 definierten Wert geklemmt wird. In gleicher Weise steigt die Spannung über dem Halbleiterschalter S2 an, bis die Schutzbeschaltung 30 auf den dadurch definierten Span- nungserhöhungswert geklemmt wird. Die gesamte (negative) Freilaufspannung über der Last 1 setzt sich somit zusammen aus der Summe aus Klemmspannung des Endstufenbausteins 10 und Klemmspannung bzw. Freilauferhöhungsspan- nung der Schaltungsanordnung 20 abzüglich der Versorgungsspannung Ubat. After opening the semiconductor switch S1, the potential at the ground terminal 22 rises sharply by the decaying load current until the voltage exceeds the semiconductor switch S1 is clamped to the value defined by the protective circuit 15. In the same way, the voltage across the semiconductor switch S2 increases until the protective circuit 30 is clamped to the voltage increase value defined thereby. The total (negative) free-wheeling voltage across the load 1 is therefore composed of the sum of the terminal voltage of the output stage module 10 and the terminal voltage or free-wheeling voltage of the circuit arrangement 20 minus the supply voltage Ubat.
Auf diese Weise kann ein schnelleres Löschen des Laststroms als ohne Schal- tungsanordnung bewirkt werden. In this way, a faster erasing of the load current as without circuit arrangement can be effected.

Claims

Schaltungsanordnung (20) zum Erhöhen der Freilaufspannung einer induktiven Last, mit Circuit arrangement (20) for increasing the freewheeling voltage of an inductive load, with
einem Lastanschluss (21) und einem Masseanschluss (22),  a load terminal (21) and a ground terminal (22),
einem Halbleiterschalter (S2) mit zwei Arbeitsanschlüssen (S, D) und einem Steueranschluss (G), und  a semiconductor switch (S2) with two working connections (S, D) and a control connection (G), and
einer Schutzbeschaltung (30),  a protective circuit (30),
wobei einer der zwei Arbeitsanschlüsse (S, D) des Halbleiterschalters (S2) elektrisch leitend mit dem Lastanschluss (21) und der andere der zwei Arbeitsanschlüsse (S, D) des Halbleiterschalters (S2) elektrisch leitend mit dem Masseanschluss (22) verbunden sind,  wherein one of the two working terminals (S, D) of the semiconductor switch (S2) is electrically conductively connected to the load terminal (21) and the other of the two working terminals (S, D) of the semiconductor switch (S2) is electrically conductively connected to the ground terminal (22),
wobei die Schutzbeschaltung (30) zwischen den Lastanschluss (21) und den Steueranschluss (G) des Halbleiterschalters (S2) geschaltet und dazu eingerichtet ist, die zwischen dem Lastanschluss (21) und dem Steueranschluss (G) abfallende Spannung auf einen Freilaufspannungserhöhungs- wert zu klemmen.  wherein the protective circuit (30) is connected between the load terminal (21) and the control terminal (G) of the semiconductor switch (S2) and configured to increase the voltage dropped between the load terminal (21) and the control terminal (G) to a free-wheeling voltage boosting value terminals.
Schaltungsanordnung (20) nach Anspruch 1 , wobei die Schutzbeschaltung (30) eine in Sperrrichtung betriebene Zenerdiode (31) in Reihe mit einer Diode (32) aufweist. Circuitry (20) according to claim 1, wherein the protective circuit (30) comprises a reverse-biased zener diode (31) in series with a diode (32).
Schaltungsanordnung (20) nach Anspruch 1 oder 2, die eine Steuerspannungsversorgung (40) für den Steueranschluss (G) des Halbleiterschalters und ein Spannungsabfallselement (43) zwischen dem Steueranschluss (G) des Halbleiterschalters (S2) und dem Masseanschluss (22) aufweist. Circuit arrangement (20) according to claim 1 or 2, which has a control voltage supply (40) for the control terminal (G) of the semiconductor switch and a voltage drop element (43) between the control terminal (G) of the semiconductor switch (S2) and the ground terminal (22).
4. Schaltungsanordnung (20) nach Anspruch 3, wobei das Spannungsabfallselement (43) ein Widerstandselement aufweist. 4. The circuit arrangement (20) according to claim 3, wherein the voltage drop element (43) has a resistance element.
5. Schaltungsanordnung (20) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Steuerspannungsversorgung (40) eine Versorgungsspannungsquelle (VS) und eine Diode aufweist. 5. Circuit arrangement (20) according to claim 3 or 4, wherein the control voltage supply (40) comprises a supply voltage source (VS) and a diode.
6. Schaltungsanordnung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ein parallel zum Halbleiterschalter (S2) geschaltetes Leitelement (50) aufweist. 6. Circuit arrangement (20) according to one of the preceding claims, which has a parallel to the semiconductor switch (S2) switched guide element (50).
7. Schaltungsanordnung (20) nach Anspruch 6, wobei das Leitelement (50) ein Widerstandselement aufweist. 7. Circuit arrangement (20) according to claim 6, wherein the guide element (50) has a resistance element.
8. Endstufe (100) aufweisend einen Endstufenbaustein (10) und eine vorgeschaltete Schaltungsanordnung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 8. output stage (100) comprising an output stage module (10) and an upstream circuit arrangement (20) according to one of the preceding claims.
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