Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
CURRENT REGULATOR FOR AN INDUCTIVE LOAD IN A VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/067410
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a current regulator (1A) for an inductive load (ZL) in a vehicle, comprising an analyzing and control unit (22); at least one circuit breaker (T2) which is looped-in serially to the inductive load (ZL) and which is closed off from the magnetization of the inductive load (ZL); a freewheel arrangement (10A) which causes a demagnetization of the inductive load (ZL) when the circuit breaker (T2) is open; and a measuring device (24) which ascertains a current value of a current (IL) flowing through the inductive load (ZL). According to the invention, the freewheel arrangement (10A) comprises at least one switch (TF1) which allows a switchover between at least two active freewheel voltages on the inductive load (ZL), said analyzing and control unit (22) adjusting the current (IL) flowing through the inductive load (ZL) by means of control signals (GHS, GLS) on the basis of a change of a specified target value, said control signals being applied to the at least one circuit breaker (T2) and the at least one switch (TF1) of the freewheel arrangement (10A).

Inventors:
REINHARDT, Steffen (Spichernstr. 36, Pforzheim, 75173, DE)
MUELLER, Bernd (Waldstr. 10/3, Reutlingen, 72766, DE)
Application Number:
EP2014/070748
Publication Date:
May 14, 2015
Filing Date:
September 29, 2014
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
International Classes:
H01F7/18; F02D41/00; H02H9/00; H02M3/00
Foreign References:
DE102004062032A12006-07-13
DE102004032721A12006-02-16
DE3741765A11989-06-22
DE102005027442B42008-10-30
Download PDF:
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.

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 Z L in einem Fahrzeug jeweils eine Auswerte- und Steuereinheit 22, mindesten einen in Reihe zur induktiven Last Z L eingeschleiften Leistungsschalter T1 , T2, welcher zur Aufmagnetisierung der induktiven Last Z L geschlossen ist, eine Freilaufanordnung 10A, 10B, 10C, 10D, welche eine Abmagnetisierung der in- duktiven Last Z L bei geöffnetem Leistungsschalter T1 , T2 bewirkt, und eine

Messvorrichtung 24, welche einen aktuellen Stromwert eines Stromflusses l L durch die induktive Last Z L ermittelt. Erfindungsgemäß umfasst die Freilaufanordnung 10A, 10B, 10C, 10D mindestens einen Schalter T F i , T F 2, welcher ein Umschalten zwischen mindestens zwei wirksamen Freilaufspannungen an der induktiven Last Z L ermöglicht, wobei die Auswerte- und Steuereinheit 22 basierend auf einer Änderung einer Sollwertvorgabe den Stromfluss l L durch die induktive Last Z L über Ansteuersignale GHS, GLS einstellt, welche an dem mindestens einen Leistungsschalter T1 , T2 und dem mindestens einen Schalter T F i , T F 2 der Freilaufanordnung 10A, 10B, 10C, 10D angelegt sind.

Wie aus Fig. 1 bis 4 weiter ersichtlich ist, wird der Stromfluss l L durch die induktive Last Z L 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 Z L wirksam wird, die zu einer Aufmagnetisierung der induktiven Last Z L führt. Wird der mindestens eine Leistungsschalter T1 , T2 geöffnet, dann wird die induktive Last Z L

abmagnetisiert. Dabei wird stets der Stromwert des aktuellen Stromflusses l L durch die induktive Last Z L 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 Z L in einem Fahrzeug ein als Lowside-Schalter ausgeführter Leistungsschalter T2 in Reihe zur induktiven Last Z L angeordnet. Der Leistungsschalter T2 ist als NMOS- FET ausgeführt und verbindet die induktive Last Z L zur Aufmagnetisierung mit einer zweiten Versorgungsspannung GND, welche im dargestellten Ausführungs- beispiel einem Massepotential entspricht. Eine parallel zur induktiven Last Z L geschaltete erste Freilaufanordnung 10A umfasst eine Klammerdiode Z D mit einer vorgegebenen Klammerspannung und einen parallel zur Klammerdiode Z D angeordneten ersten Schalter T F i . Bei geöffnetem ersten Schalter T F i stellt sich eine erste Freilaufspannung an der induktiven Last Z L ein, welche etwa um die vorge- gebene Klammerspannung der Klammerdiode Z D höher als eine zweite Freilaufspannung ist, welche sich bei geschlossenem ersten Schalter T F1 an der induktiven Last Z L einstellt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Klammerdiode Z D als Zenerdiode ausgeführt, deren Durchbruchspannung höher als eine Durchlassspannung einer normalen Diode ist. Der erste Schalter T F1 ist im dargestell- ten Ausführungsbeispiel als PMOS-FET ausgeführt und so parallel zur Klammerdiode Z D geschaltet, dass er im eingeschalteten Zustand den Strom übernimmt und nur die Spannung über dem erste Schalter T F i einen Beitrag zur

Freilaufspannung darstellt, während im ausgeschalteten Zustand der erste Schalter T F i im Freilauf sperrt und der Freilaufstrom vollständig durch die Klammerdiode Z D fließt. Somit fließt der Strom im Freilauf entweder durch den ersten Schalter T F i oder durch die Klammerdiode Z D zur ersten Versorgungsspannung

U B einer Fahrzeugbatterie, welche einem positiven Spannungspotential entspricht, so dass die über die induktive Last Z L anliegende Freilaufspannung nicht von der ersten Versorgungsspannung U B abhängig ist. Eine in Reihe zur

Parallelschaltung aus erstem Schalter T F i und Klammerdiode Z D angeordnete Diode D verhindert einen Stromfluss über die Klammerdiode Z D oder eine parasitäre Diode des ersten Schalters T F i , 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 Z L in einem Fahrzeug ein als Lowside-Schalter ausgeführter Leistungsschalter T2 in Reihe zur induktiven Last Z L angeordnet. Analog zum ersten Ausführungsbeispiel ist der Leistungsschalter T2 ist als NMOS-FET ausgeführt und verbindet die induktive Last Z L zur Aufmagnetisierung mit der zweiten Versorgungsspannung GND, welche dem Massepotential entspricht. Eine zweite Freilaufanordnung 10B umfasst einen parallel zur induktiven Last Z L angeordneten ersten Schalter T F i und zwei ohmsche Widerstände R G , RGS- Der erste Schalter T F1 ist analog zum ersten Ausführungsbeispiel auch als PMOS-FET ausgeführt. Ein erster Widerstand R G ist in einen Ansteuerstrompfad eingeschleift, welcher einen Steueran- schluss G des ersten Schalters T F1 mit einem korrespondierenden Ansteuersig- nal GHS verbindet. Ein zweiter Widerstand R G s verbindet einen ersten Aus- gangsanschluss S des ersten Schalters T F1 , welcher mit der induktiven Last Z L verbunden ist, mit dem Steueranschluss G des ersten Schalters T F1 , wobei sich bei geöffnetem ersten Schalter T F1 eine Freilaufspannung an der induktiven Last Z L einstellt, welche vom Ansteuersignal GHS abhängig ist. Der hier als erster

Schalter T F1 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 T F1 von einem Source-Anschluss S nach einem Drain-Anschluss D fließt, immer, da einerseits der Strom durch die induktive Last Z L eingeprägt wird, und andererseits eine Rückwärtsdiode des als PMOS-FET ausgeführten Schalters T F i bei der hier gewählten Anordnung in Sperrrichtung gepolt ist. Die Spannung Vth fällt über dem zweiten Widerstand R GS ab. Der Strom, der dabei durch den zweiten Widerstand R G s fließt, fließt auch durch den ersten Widerstand R G , so dass die Spannung am Sourceanschluss S durch die Amplitude des Ansteuersignais GHS und die Spannung über den Widerständen R G s und R G bestimmt wird. Analog zum ersten Ausführungsbeispiel verhindert die in Reihe zum Sourceanschluss S angeordnete Diode D einen Stromfluss über die Widerstände R GS und R G oder die parasitäre Diode des ersten Schalters T F i, wenn der Leistungsschalter T2 leitend geschaltet ist. Wenn die Amplitude des Ansteuer- Signals GHS der ersten Versorgungsspannung U B entspricht, ist die

Freilaufspannung, die an der induktiven Last Z L anliegt, sowohl unabhängig von der ersten Versorgungsspannung U B als auch größer als eine

Diodendurchlassspannung. Wenn die Amplitude des Ansteuersignais GHS niedriger als die erste Versorgungsspannung U B ist, stellt sich eine niedrigere Freilaufspannung an der induktiven Last Z L ein.

Wie aus Fig. 3 weiter ersichtlich ist, ist im dargestellten dritten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stromreglers 1 C für eine induktive Last Z L 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 Z L angeordnet. Der erste Leistungsschalter T1 ist als PMOS- FET ausgeführt und verbindet die induktive Last Z L mit der ersten Versorgungsspannung U B . Der zweite Leistungsschalter T2 ist als NMOS-FET ausgeführt und verbindet die induktive Last Z L mit der zweiten Versorgungsspannung GND. Zur Aufmagnetisierung der induktiven Last Z L schließt die Auswerte- und Steuereinheit 22 beide Leistungsschalter T1 , T2 über die Ansteuersignale GLS, GHS. Eine dritte Freilaufanordnung 10C umfasst eine erste Freilaufdiode D F i, welche einen Anschluss der induktiven Last Z L mit der ersten Versorgungsspannung U B verbindet, und eine zweite Freilaufdiode D F 2, welche einen anderen Anschluss der induktiven Last Z L mit der zweiten Versorgungsspannung GND verbindet. Bei geöffnetem ersten und zweiten Leistungsschalter T1 , T2 stellt sich eine erste Freilaufspannung an der induktiven Last Z L eint, welche höher als eine zweite Freilaufspannung ist, welche sich an der induktiven Last Z L 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 T F1 bzw. T F2 der dritten Freilaufanordnung 10C, welche ein Umschalten zwischen den verschiedenen Freilaufspannungen ermöglichen. Bei der dargestellten dritten Freilaufanordnung 10C ist die an der induktiven Last Z L anliegende Freilaufspannung um zwei Diodendurchlassspannungen größer als die erste Versorgungsspannung U B . Daraus ergibt sich eine sehr große

Freilaufspannung, welche sogar größer als die Spannung zur Aufmagnetisierung der induktiven Last Z L ist. Der Vorteil diese Lösung im Vergleich zu aktiven Klammern liegt darin, dass die Freilaufspannung sich proportional zur ersten Versorgungsspannung U B verhält, so dass bei geregelten Systemen nur eine geringe Abhängigkeit des Tastverhältnis von der ersten Versorgungsspannung U B besteht. Zudem wird die Energie der induktiven Last Z L in vorteilhafter Weise im Wesentlichen über die Versorgungsspannung U B und nicht über die Freilaufschaltung abgebaut. Die dritte Freilaufanordnung 10C kann noch dahingehend variiert werden, dass die beiden Freilaufdioden D F i , D f2 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 Z L 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 Z L angeordnet. Analog zum dritten Ausführungsbeispiel ist der erste Leistungsschalter T1 ist als PMOS-FET ausgeführt und verbindet die induktive Last Z L mit der ersten Versorgungsspannung U B . Der zweite Leistungs- Schalter T2 ist als NMOS-FET ausgeführt und verbindet die induktive Last Z L mit der zweiten Versorgungsspannung GND. Zur Aufmagnetisierung der induktiven Last Z L schließt die Auswerte- und Steuereinheit 22 beide Leistungsschalter T1 , T2 über die Ansteuersignale GLS, GHS. Eine vierte Freilaufanordnung 10D um- fasst eine Freilaufdiode D F i , welche einen Anschluss der induktiven Last Z L mit der ersten Versorgungsspannung U B verbindet, und eine Klammerdiode Z D , welche einen anderen Anschluss der induktiven Last Z L mit der ersten Versorgungsspannung U B verbindet. Bei geöffnetem ersten und zweiten Leistungsschalter T1 , T2 stellt sich eine erste Freilaufspannung an der induktiven Last Z L ein, welche höher als eine zweite Freilaufspannung ist, welche sich an der induktiven Last Z L 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 D F i gegen die erste Versorgungsspannung U B . Zur Erhöhung der Freilaufspannung kann gleichzeitig der andere Anschluss der induktive Last Z L über den ersten Leistungsschalter T1 umgeschaltet werden, welcher als Schalter T F i der vierten Freilaufanordnung 10D wirkt. In der Regel ist dieser Anschluss der induktiven Last Z L fest mit der ersten Versorgungsspannung U B bzw. einem Batteriekontakt verbunden. Wenn dieser Anschluss der induktiven Last Z L über den Schalter T F i mit der Batterie verbunden ist, dann ist bei geschlossenem Schalter die Freilaufspannung unverändert ungefähr eine Diodendurchlassspannung. Zur Erhöhung der Freilaufspannung kann der Schal- ter T F i geöffnet, d.h. hochohmig geschaltet werden. Dann fließt der Strom über die Klammerdiode Z D , 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.