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Title:
VEHICLE CIRCUIT ASSEMBLY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/219288
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a vehicle circuit assembly (1) for electrically supplying a first electric load (R8) of a vehicle with a voltage (Uv1) which is stepped down relative to a vehicle on-board voltage (UFB) and for supplementally supplying at least one second electric load (R1) with a non-converted vehicle on-board voltage (UFB) in a polarity reversal-protected manner, wherein the second electric load (R1) comprises a controller for controlling a vehicle function. The vehicle circuit assembly (1) comprises the following: - a vehicle on-board voltage input (E1) for supplying the vehicle on-board voltage (UFB) and - a linear regulator (2) which can be electrically connected to the vehicle on-board voltage input (E1) for outputting the voltage (Uv1) that has been stepped down relative to the vehicle on-board voltage (UFB) in order to electrically supply the first load (R8).

Inventors:
GUTH CHRISTIAN (AT)
Application Number:
PCT/EP2021/056847
Publication Date:
November 04, 2021
Filing Date:
March 17, 2021
Export Citation:
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Assignee:
ZKW GROUP GMBH (AT)
International Classes:
H02H11/00; B60R16/03
Foreign References:
DE102013222862A12014-09-11
EP1193824A22002-04-03
EP2713492A12014-04-02
US5519557A1996-05-21
Attorney, Agent or Firm:
PATENTANWALTSKANZLEI MATSCHNIG & FORSTHUBER OG (AT)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE

1. Fahrzeugschaltungsanordnung (1) zur elektrischen Versorgung eines ersten elektrischen Verbrauchers (R8) eines Fahrzeuges mit einer gegenüber einer Fahrzeugbordspannung (UFB) abwärts gewandelten Spannung (Uvi) und zur ergänzenden verpolungssicheren Versorgung zumindest eines zweiten elektrischen Verbrauchers (RI) mit einer ungewandelten Fahrzeugbordspannung (UFB)/ wobei der zweite elektrische Verbraucher (RI) ein Steuergerät zur Steuerung einer Fahrzeugfunktion umfasst, wobei die Fahrzeugschaltungsanordnung (1) folgendes umfasst:

- einen Fahrzeugbordspannungseingang (El) zur Zufuhr der Fahrzeugbordspannung (UFB),

- einen mit dem Fahrzeugbordspannungseingang (El) elektrisch verbindbaren Linearregler (2) zur Ausgabe der gegenüber der Fahrzeugbordspannung (UFB) abwärts gewandelten Spannung (Uvi) zur elektrischen Versorgung des ersten Verbrauchers (R8), dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugschaltungsanordnung (1) ferner

- einen mit dem Fahrzeugbordspannungseingang (El) verbundenen vom Linearregler (2) gesonderten DCDC-Spannungswandler (3) mit einem Spannungsausgang (Al) aufweist, wobei der Spannungsausgang (Al) mit dem Linearregler (2) zur elektrischen Versorgung des Linearreglers (2) verbunden ist, wobei der DCDC-Spannungswandler (3) zur Ausgabe einer gegenüber der zuführbaren Fahrzeugbordspannung (UFB) gesenkten Grundspannung (UL) und einer gegenüber der zuführbaren Fahrzeugbordspannung erhöhten Spannung (UH) auf denselben Spannungsausgang (Al) eingerichtet ist, wobei die erhöhte Spannung (UH) und die Grundspannung (UL) getaktet in einem Zeitdauerverhältnis ausgegeben werden, wobei die gesenkte Grundspannung (UL) größer oder gleich der abwärts gewandelten Spannung des Linearreglers (Uvi) ist, wobei die zweite Last (RI) mit dem Fahrzeugbordspannungseingang (El) über einen in Serie geschalteten n-Kanal Mosfet (Ql) verbunden ist, der als Verpolschutz vorgesehen ist, wobei der Source-Anschluss (SQ1) des n-Kanal Mosfets (Ql) mit dem Fahrzeugbordspannungseingang (El) verbunden ist, der Drain- Anschluss (DQ1) des n-Kanal Mosfets (Ql) mit der zweiten Last (RI) verbunden ist und das Gate (GQ1) des n-Kanal Mosfets (Ql) durch die gegenüber der Fahrzeugbordspannung (UFB) erhöhten Spannung (UH) bei Vorliegen korrekter Polung der Fahrzeugbordspannung (UFB) dauerhaft über den DCDC- Wandler versorg- und durchsteuerbar ist, indem zwischen dem Spannungsausgang (Al) des DCDC-Wandlers (4) und dem Gate (GQ1) des n-Kanal Mosfets (Ql) eine Diode (Dl) zur gerichteten Versorgung des Gates (GQ1) geschaltet ist, und das Gate (GQ1) zudem mit einem Kondensator (C2) verbunden ist, der die durch die Diode (Dl) zugeführte erhöhte Spannung glättet und damit bei korrekter Polung ein dauerhaftes Durchschalten des n-Kanal Mosfets (Ql) ermöglicht, wobei im Falle der Verpolung der Fahrzeugbordspannung (UFB) an dem Fahrzeugbordspannungseingang (El) der n-Kanal Mosfet (Ql) mangels Durchsteuerung des Gates (GQ1) automatisch sperrt und damit den zweiten Verbraucher (RI) elektrisch von dem Fahrzeugbordspannungseingang (El) und damit von der verpolten Fahrzeugbordspannung (UFB) trennt.

2. Fahrzeugschaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1, wobei der DCDC-Wandler dergestalt ausgebildet und angesteuert ist, dass die erhöhte Spannung (UH) zumindest 3V oberhalb einer zugeführten Bordspannung liegt.

3. Fahrzeugschaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Grundspannung (UL) zwischen 3V und 10V, insbesondere 5 V, beträgt.

4. Fahrzeugschaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die gesenkte Grundspannung (UL) dergestalt gewählt ist, dass die Differenz aus Grundspannung (UL) und der abwärts gewandelten Spannung des Linearreglers (Uvi) im Volllastbetrieb maximal 0,5V beträgt.

5. Fahrzeugschaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fahrzeugschaltungsanordnung (1) zudem den ersten Verbraucher (R8) und den zweiten Verbraucher (RI) umfasst.

6. Fahrzeugschaltungsanordnung (1) nach Anspruch 5, wobei der DCDC-Spannungswandler (3) mit dem Steuergerät verbunden und durch dieses steuerbar ist.

7. Fahrzeugschaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der

DCDC-Spannungswandler (3) dazu eingerichtet ist, dass die erhöhte Spannung (UH) und die Grundspannung (UL) durch den DCDC-Spannungswandler (3) getaktet in einem

Zeitdauerverhältnis ausgegeben werden, wobei im Normalbetrieb der Tastgrad der erhöhten Spannung zwischen 0,05% und 5%, insbesondere zwischen 0,1% und 1% liegt und für die verbleibende Zeitdauer die Grundspannung (UL) ausgegeben wird.

8. Fahrzeugschaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der

DCDC-Spannungswandler (3) dazu eingerichtet ist, dass die erhöhte Spannung (UH) und die Grundspannung (UL) durch den DCDC-Spannungswandler (3) getaktet in einem

Zeitdauerverhältnis ausgegeben werden, wobei die Fahrzeugschaltungsanordnung (1) ferner dazu eingerichtet ist, die verpolungssichere Versorgung des zumindest einen zweiten elektrischen Verbrauchers (RI) in einem Teilbetrieb zumindest zwischenzeitlich einzustellen, indem der Tastgrad zur Ausgabe der erhöhten Spannung (UH) gegen 0% gesenkt wird, sodass das Gate (GQ1) des n-Kanal-Mosfets Ql nach Abfallen der Spannung an dem Kondensator (C2) nicht mehr durchgesteuert wird.

9. Fahrzeugschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die von dem DCDC-Spannungswandler (3) an den Spannungsausgang (Al) ausgegebenen Spannungen zwischen 5 V und 25 V liegen.

10. Fahrzeugschaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine dritte Last (R7) vorgesehen ist, die entweder parallel zu der zweiten Last geschaltet ist, oder über den Fahrzeugbordspannungseingang (El) in Serie zu einem weiteren analog verschalteten n-Kanal Mosfet (Q3) versorgt ist, wobei Drain- und Source- Anschluss dieses n- Kanal Mosfets (Q3) gegenüber dem die zweite Last versorgenden n-Kanal Mosfets (Ql) vertauscht sind.

11. Fahrzeugschaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fahrzeugschaltungsanordnung (1) dazu eingerichtet ist, über den Fahrzeugbordspannungseingang (El) mit einer Spannung zwischen 8V und 19V versorgt zu werden.

12. Fahrzeugschaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der DCDC-Spannungswandler (3) ein SEPIC-Wandler ist.

13. Fahrzeugschaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1 bis 11, wobei der DCDC- Spannungswandler (3) ein kaskadierter Ab- Aufwärtswandler ist.

14. Elektrisches Fahrzeugsystem, umfassend eine Fahrzeugschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine Fahrzeugbatterie zur Ausgabe der Fahrzeugbordspannung, wobei die Fahrzeugbatterie mit dem Fahrzeugbordspannungseingang (El) der Fahrzeugschaltungsanordnung (1) elektrisch verbunden ist.

15. Fahrzeugscheinwerfer, umfassend eine Fahrzeugschaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

16. Fahrzeug, umfassend eine Fahrzeugschaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ein Fahrzeugsystem nach Anspruch 14 und/ oder einen Fahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 15.

Description:
FAHRZEUGSCHALTUNGSANORDNUNG

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugschaltungsanordnung zur elektrischen Versorgung eines ersten elektrischen Verbrauchers eines Fahrzeuges mit einer gegenüber einer Fahrzeugbordspannung abwärts gewandelten Spannung und zur ergänzenden verpolungssicheren Versorgung zumindest eines zweiten elektrischen Verbrauchers mit einer ungewandelten Fahrzeugbordspannung, wobei der zweite elektrische Verbraucher ein Steuergerät zur Steuerung einer Fahrzeugfunktion umfasst, wobei die Fahrzeugschaltungsanordnung einen Fahrzeugbordspannungseingang zur Zufuhr der Fahrzeugbordspannung und einen mit dem Fahrzeugbordspannungseingang elektrisch verbindbaren Finearregler umfasst, der zur Ausgabe der gegenüber der Fahrzeugbordspannung abwärts gewandelten Spannung zur elektrischen Versorgung des ersten Verbrauchers eingerichtet ist.

Weiters betrifft die Erfindung ein elektrisches Fahrzeugsystem umfassend eine erfindungsgemäße Fahrzeugschaltungsanordnung und eine Fahrzeugbatterie zur Ausgabe der Fahrzeugbordspannung, wobei die Fahrzeugbatterie mit dem Fahrzeugbordspannungseingang der Fahrzeugschaltungsanordnung elektrisch verbunden ist.

Ebenso betrifft die Erfindung einen Fahrzeugscheinwerfer, umfassend eine erfindungsgemäße Fahrzeugschaltungsanordnung. Weiters betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, umfassend eine erfindungsgemäße Fahrzeugschaltungsanordnung und/oder ein erfindungsgemäßes Fahrzeugsystem und/ oder einen erfindungsgemäßen Fahrzeugscheinwerfer.

Zur Versorgung von Fogikschaltungen (z.B. in Form einer OnBoard-Fogik), Microkontrollern, OnBoard-ICs, etc. ist es bei Fahrzeugen erforderlich, die von einer Fahrzeugbatterie zur Verfügung gestellte Fahrzeugbordspannung (die übrigens Schwankungen unterworfen sein kann), auf das für diese Verbraucher erforderliche Spannungsniveau zu reduzieren. Typischerweise wird dabei eine Bordspannung von 12 V auf eine Versorgungsspannung in Höhe von 5V oder 3,3 V reduziert. Zur Reduktion dieser Spannung werden Finearregler eingesetzt (die z.B. Bestandteil eines System-Basis-Chips SBC sein können). Solche Finearregler umfassen beispielsweise einen Transistor, der dergestalt in Serie zu dem lastseitigen Verbraucher geregelt wird, dass die gewünschte Spannungsdifferenz zwischen Bordspannung und Versorgungsausgang an dem Linearregler abfällt (z.B. 7V bzw. 8,7 V bei den vorherigen Beispielen). Dieser Spannungsabfall führt zu beträchtlichen Wärmever lüsten an dem Linearregler.

Ein weiterer Nachteil des Standes der Technik besteht darin, dass üblicherweise aufwendige SBCs mit entsprechend komplexen High-Side-Switch eingesetzt werden mussten, um einen Verpolschutz von direkt mit Fahrzeugbordspannung versorgten Verbrauchern - wie z.B. von Steuergeräten - zu realisieren. Die hierfür eingesetzten High-Side-Switch-Schaltungen sind sehr kostenintensiv.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die genannten Nachteile des Standes der Technik überwindet. Diese Aufgabe wird mit einer Fahrzeugschaltungsanordnung der eingangs genannten Art gelöst, indem erfindungsgemäß die Fahrzeugschaltungsanordnung ferner einen mit dem Fahrzeugbordspannungseingang verbundenen vom Linearregler gesonderten DCDC-Spanmmgswandler mit einem Spannungsausgang aufweist, wobei der Spannungsausgang mit dem Linearregler zur elektrischen Versorgung des Linearreglers verbunden ist, wobei der DCDC- Spanmmgswandler zur Ausgabe einer gegenüber der zuführbaren Fahrzeugbordspannung gesenkten Grundspannung und einer gegenüber der zuführbaren Fahrzeugbordspannung erhöhten Spannung auf denselben Spannungsausgang eingerichtet ist, wobei die erhöhte Spannung und die Grundspannung getaktet in einem Zeitdauerverhältnis ausgegeben werden, wobei die gesenkte Grundspannung größer oder gleich der abwärts gewandelten Spannung des Linearreglers ist, wobei die zweite Last mit dem Fahrzeugbordspannungseingang über einen in Serie geschalteten n-Kanal Mosfet verbunden ist, der als Verpolschutz vorgesehen ist, wobei der Source- Anschluss des n-Kanal Mosfets mit dem Fahrzeugbordspannungseingang verbunden ist, der Drain-Anschluss des n-Kanal Mosfets mit der zweiten Last verbunden ist und das Gate des n-Kanal Mosfets durch die gegenüber der Fahrzeugbordspannung erhöhten Spannung bei Vorliegen korrekter Polung der Fahrzeugbordspannung dauerhaft über den DCDC-Wandler versorg- und durchsteuerbar ist, indem zwischen dem Spannungsausgang des DCDC-Wandlers und dem Gate des n-Kanal Mosfets eine Diode zur gerichteten Versorgung des Gates geschaltet ist, und das Gate zudem mit einem Kondensator verbunden ist, der die durch die Diode zugeführte erhöhte Spannung glättet und damit bei korrekter Polung ein dauerhaftes Durchschalten des n-Kanal Mosfets ermöglicht, wobei im Falle der Verpolung der Fahrzeugbordspannung an dem Fahrzeugbordspannungseingang der n-Kanal Mostet mangels Durchsteuerung des Gates automatisch sperrt und damit den zweiten Verbraucher elektrisch von dem Fahrzeugbordspannungseingang und damit von der verpolten Fahrzeugbordspannung trennt.

Durch die erfindungsgemäße Fahrzeugschaltungsanordnung werden mehrere Nachteile des Standes der Technik gleichzeiüg behoben: Einerseits ermöglicht die interne Ausgabe einer gegenüber der Fahrzeugbordspannung reduzierten Grundspannung eine deutliche Reduktion bis hin zur vollkommenen Vermeidung von Verlusten an dem Linearregler. Wird nämlich die Grundspannung beispielsweise 1% oberhalb der Ausgangsspannung des Linearreglers gewählt, z.B. 5,05 V für eine Ausgangsspannung von 5,0 V, so ergibt sich daraus eine Reduktion des Spannungsabfalls an dem Linearregler von beispielsweise ursprünglich 7V (im Falle einer Bordspannung in Höhe von 12V) hin zu nunmehr 0,05 V. Die Reduktion der Verluste an dem Linearregler erfolgt in diesem Beispiel um den Faktor 140. Die Verluste am DCDC-Wandler sind grundsätzlich äußerst gering, da dieser für die möglichst verlustfreie Wandlung der Spannungen optimiert ist und hierfür elektrische und/ oder magnetische Energiespeicher aufweist, die zur effizienten Wandlung der Spannungsniveaus eingesetzt werden. Der Einsatz eines DCDC-Wandlers wird in der Erfindung zusätzlich technisch genutzt, um eine gegenüber der Grundspannung erhöhte Spannung auszugeben. Die Ausgabe erfolgt dabei getaktet, und zwar wechselweise mit der Grundspannung. Die erhöhte Spannung wird typischerweise nur kurzzeitig ausgegeben, sodass nur geringfügige zusätzliche Verlustleistungen an dem Linearregler verursacht werden. Die erhöhte Spannung wird zur Durchsteuerung eines High-Side-Switches in Form eines n-Kanal-Mosfets genutzt, der zwischen einem Fahrzeugbordspannungseingang und der mit Bordspannung zur versorgenden Last geschaltet ist, und zwar in Serie zu dieser Last.

Auf diese Weise erlaubt die erfindungsgemäße Fahrzeugschaltungsanordnung sowohl eine energieeffizientere Versorgung von Logikschaltungen mit der abwärts gewandelten Spannung als auch die Umsetzung eines leistungseffizienten kostengünstigen Verpolschutzes für Verbraucher, die direkt mit der Fahrzeugbordspannung versorgt werden sollen. Bei einem solchen Verbraucher kann es sich z.B. um ein Steuergerät handeln, das leistungsintensive elektrische Verbraucher, wie z.B. LEDs eines Fahrzeugscheinwerfers, elektrisch versorgt und ansteuert. Der Ausdruck „vom Linearregler gesonderter DCDC-Spannungswandler" bedeutet, dass der DCDC-Spannungswandler nicht in den Linearregler integriert ist, sondern gesondert ausgebildet ist.

Das automatische Sperren des n-Kanal Mosfets im Falle einer Verpolung erklärt sich dadurch, dass z.B. in Abhängigkeit von der Ausgestaltung des DCDC- Wandlers, entweder die verpolte Spannung an das Gate weitergereicht wird und der Mostet dadurch sperrt, oder der DCDC- Wandler bei Verpolung einfach keinen Betrieb aufnimmt und keine Spannungen ausgibt. Die erfindungsgemäße Verwendung eines n-Kanal-Mosfets weist einen enormen Kostenvorteil gegenüber einer Verwendung eines p-Kanal-Mosfets auf. Durch die Erfindung kann auf den Einsatz eines komplexen kostspieligen SBCs mit integrierten Hochsetzsteller verzichtet werden. Es können herkömmliche SBCs mit einfachen Linearreglern verwendet werden und dennoch wird ein Verpolschutz für die ungewandelte Bordspannung ermöglicht.

Anders ausgedrückt, kann die vorliegende Erfindung auch als Spannungsvorwandler mit modulierter Highside MOSFET Ansteuerung bezeichnet werden.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der DCDC-Wandler dergestalt ausgebildet und angesteuert ist, dass die erhöhte Spannung zumindest 3V oberhalb einer zugeführten Bordspannung liegt. Auf diese Weise kann ein vollständiges und effizientes Durchsteuern des n-Kanal-Mosfets sichergestellt werden. Die erhöhte Spannung kann z.B. zwischen 19V und 30V, insbesondere zwischen 22V und 28 V, optional genau 25V, betragen. Weiters kann vorgesehen sein, dass die Grundspannung zwischen 3V und 10V, insbesondere 5 V, beträgt.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Grundspannung dergestalt gewählt ist, dass die Differenz aus Grundspannung und der abwärts gewandelten Spannung des Linearreglers im Volllastbetrieb maximal 0,5V beträgt. Unter Volllastbetrieb wird ein Betrieb des Linearreglers verstanden, in dem dieser seine maximale Ausgangsspannung, also z.B. 5V oder 3,3V ausgibt. Das bedeutet, dass die Grundspannung in diesem Fall maximal 5,5V bzw. 3,8V beträgt. Auf diese Weise können Verluste an Linearregler minimiert werden. Technisch gesehen können auch maximal Werte bis 5V zulässig sein, wobei abhängig von der Last an der Digitalspannung auch geringere Werte erlaubt sein können. Die Verluste als Produkt aus Strom und Spannung sollten im Rahmen von maximal 1 Watt bleiben. Auch kann der Linearregler je nach Bedarf natürlich abweichend vom Volllastbetrieb niedrigere Spannungen ausgeben, wodurch die Spannungsabfälle an dem Linearregler gegenüber der Grundspannung in diesem Betriebszustand deutlich über 0,5V betragen können.

Weiters kann vorgesehen sein, dass die Fahrzeugschaltungsanordnung zudem den ersten Verbraucher und den zweiten Verbraucher umfasst.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der DCDC-Spannungswandler mit dem Steuergerät verbunden und durch dieses steuerbar ist.

Weiters kann vorgesehen sein, dass der DCDC-Spannungswandler dazu eingerichtet ist, dass die erhöhte Spannung und die Grundspannung durch den DCDC-Spannungswandler getaktet in einem Zeitdauer V erhältnis ausgegeben werden, wobei im Normalbetrieb der Tastgrad der erhöhten Spannung zwischen 0,05% und 5%, insbesondere zwischen 0,1% und 1% liegt und für die verbleibende Zeitdauer die Grundspannung ausgegeben wird.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der DCDC-Spannungswandler dazu eingerichtet ist, dass die erhöhte Spannung und die Grundspannung durch den DCDC-Spannungswandler getaktet in einem Zeitdauerverhältnis ausgegeben werden, wobei die Fahrzeugschaltungsanordnung ferner dazu eingerichtet ist, die verpolungssichere Versorgung des zumindest einen zweiten elektrischen Verbrauchers in einem Teilbetrieb zumindest zwischenzeitlich einzustellen, indem der Tastgrad zur Ausgabe der erhöhten Spannung gegen 0% gesenkt wird, sodass das Gate des n-Kanal-Mosfets Ql nach Abfallen der Spannung an dem Kondensator nicht mehr durchgesteuert wird. Dadurch kann das Abschalten eines Leistungszweiges des Steuergeräts durch Abschalten der höheren Spannung erfolgen, wobei diese Abschaltung wiederum durch das Steuergerät vorgegeben werden kann. Der Tastgrad der erhöhten Spannung kann auch hierfür tatsächlich auf 0% gesenkt werden, sodass die erhöhte Spannung für eine vorgebbare Zeitdauer überhaupt nicht ausgegeben wird.

Weiters kann vorgesehen sein, dass die von dem DCDC-Spannungswandler an den Spannungsausgang ausgegebenen Spannungen zwischen 5 V und 25 V liegen.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine dritte Last vorgesehen ist, die entweder parallel zu der zweiten Last geschaltet ist, oder über den Fahrzeugbordspannungseingang in Serie zu einem weiteren analog verschalteten n-Kanal Mosfet versorgt ist, wobei Drain- und Source- Anschluss dieses n-Kanal Mosfets gegenüber dem die zweite Fast versorgenden n-Kanal Mosfets vertauscht sind.

Weiters kann vorgesehen sein, dass die Fahrzeugschaltungsanordnung dazu eingerichtet ist, über den Fahrzeugbordspannungseingang mit einer Spannung zwischen 8V und 19V versorgt zu werden. Damit ist die Fahrzeugschaltungsanordnung für die Verwendung in herkömmlichen PKWs mit Verbrennungsmotoren optimiert. Alternativ dazu kann die Fahrzeugschaltungsanordnung auch für den Einsatz bei FKWs optimiert werden, wobei hierbei die geeigneten Eingangsspannungen entsprechend erhöht werden müssen.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der DCDC-Spannungswandler ein SEPIC-Wandler ist.

Weiters kann vorgesehen sein, dass der DCDC-Spannungswandler ein kaskadierter Ab- Aufwärtswandler ist.

Weiters betrifft die Erfindimg ein elektrisches Fahrzeugsystem umfassend eine erfindungsgemäße Fahrzeugschaltungsanordnung und eine Fahrzeugbatterie zur Ausgabe der Fahrzeugbordspannung, wobei die Fahrzeugbatterie mit dem Fahrzeugbordspannungseingang der Fahrzeugschaltungsanordnung elektrisch verbunden ist.

Ebenso betrifft die Erfindung einen Fahrzeugscheinwerfer, umfassend eine erfindungsgemäße Fahrzeugschaltungsanordnung. Weiters betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, umfassend eine erfindungsgemäße Fahrzeugschaltungsanordnung und/oder ein erfindungsgemäßes Fahrzeugsystem und/ oder einen erfindungsgemäßen Fahrzeugscheinwerfer.

Die Erfindung ist im Folgenden anhand einer beispielhaften und nicht einschränkenden Ausführungsform näher erläutert, die in den Figuren veranschaulicht ist. Darin zeigt

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ersatzschaltbildes einer erfindungsgemäßen Fahrzeugschaltungsanordnung, und Figur 2 eine schematische Darstellung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Fahrzeugschaltungsanordnung.

In den folgenden Figuren bezeichnen - sofern nicht anders angegeben - gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ersatzschaltbildes einer erfindungsgemäßen Fahrzeugschaltungsanordnung 1. Die Fahrzeugschaltungsanordnung 1 ist zur elektrischen Versorgung eines ersten elektrischen Verbrauchers R8 eines Fahrzeuges mit einer gegenüber einer Fahrzeugbordspannung UFB abwärts gewandelten Spannung U vi und zur ergänzenden verpolungssicheren Versorgung zumindest eines zweiten elektrischen Verbrauchers RI mit einer imgewandelten Fahrzeugbordspannung UFB eingerichtet. Der zweite elektrische Verbraucher RI umfasst ein in den Figuren nicht dargestelltes Steuergerät zur Steuerung einer Fahrzeugfunktion. Bei dem Steuergerät kann es sich um ein herkömmliches Steuergerät handeln, das ohnehin in einem Fahrzeug vorhanden ist. Bei der Fahrzeugfunktion kann es sich beispielsweise um die Funktion von einem Fahrzeugscheinwerfer und/ oder auch um eine einfache Lüfterfunktion handeln.

Die Fahrzeugschaltungsanordnung 1 umfasst einen Fahrzeugbordspannungseingang El zur Zufuhr der Fahrzeugbordspannung UFB und einen mit dem Fahrzeugbordspannungseingang El elektrisch verbindbaren Linearregler 2 zur Ausgabe der gegenüber der Fahrzeugbordspannung UFB abwärts gewandelten Spannung U vi zur elektrischen Versorgung des ersten Verbrauchers R8. In Fig. 1 sind noch weitere Verbraucher CI, R5 und R4 dar gestellt, die aber für die Grundfunktion der Erfindung ohne Relevanz sind, weshalb auf diese Komponenten nicht näher eingegangen wird.

Die Fahrzeugschaltungsanordnung 1 weist ferner einen mit dem Fahrzeugbordspannungseingang El verbundenen vom Linearregler 2 gesonderten DCDC- Spannungswandler 3 mit einem Spannungsausgang Al auf. Dieser Wandler 3 ist in Figur 1 durch eine in einem punktierten Rechteck dargestellten Ersatzschaltung schematisch erkennbar. Der Spannungsausgang Al ist mit dem Linearregler 2 zur elektrischen Versorgung des Linearreglers 2 verbunden. Der DCDC-Spannungswandler 3 ist zur wechselweisen Ausgabe einer gegenüber der zuführbaren Fahrzeugbordspannung UFB gesenkten Grundspannung UL und einer gegenüber der zuführbaren Fahrzeugbordspannung UFB erhöhten Spannung UH auf denselben Spannungsausgang Al eingerichtet. Die erhöhte Spannung UH und die Grundspannung UL werden getaktet in einem Zeitdauerverhältnis ausgegeben, wobei die gesenkte Grundspannung UL größer oder gleich der abwärts gewandelten Spannung des Linearreglers U vi ist.

Die zweite Last RI ist mit dem Fahrzeugbordspannungseingang El über einen in Serie geschalteten n-Kanal Mosfet Ql verbunden, der als Verpolschutz vorgesehen ist. Dabei ist der der Source- Anschluss SQ1 des n-Kanal Mosfets Ql mit dem Fahrzeugbordspannungseingang El verbunden. Der Drain- Anschluss DQ1 des n-Kanal Mosfets Ql ist mit der zweiten Last RI verbunden. Das Gate GQ1 des n-Kanal Mosfets Ql ist durch die gegenüber der Fahrzeugbordspannung UFB erhöhte Spannung UH bei Vorliegen korrekter Polung der Fahrzeugbordspannung UFB dauerhaft über den DCDC-Wandler 3 versorg- und durchsteuerbar. Dies erfolgt, indem zwischen dem Spannungsausgang Al des DCDC- Wandlers 3 und dem Gate GQ1 des n-Kanal Mosfets Ql eine Diode Dl zur gerichteten Versorgung des Gates GQ1 geschaltet ist, und das Gate GQ1 zudem mit einem Kondensator C2 verbunden ist, der die durch die Diode Dl zugeführte erhöhte Spannung UH glättet und damit bei korrekter Polung ein dauerhaftes Durchschalten des n-Kanal Mosfets Ql ermöglicht, indem die Gate-Source Spannung in entsprechender Höhe (z.B. 3 V) positiv ist. Im Falle der Verpolung der Fahrzeugbordspannung UFB an dem Fahrzeugbordspannungseingang El wird der n-Kanal Mosfet Ql mangels Durchsteuerung des Gates GQ1 automatisch gesperrt. Damit wird der zweite Verbraucher RI elektrisch von dem Fahrzeugbordspannungseingang El und damit ebenso von einer verpolten Fahrzeugbordspannung -UFB getrennt.

Der DCDC-Wandler ist vorzugsweise dergestalt ausgebildet und angesteuert, dass die erhöhte Spannung UH zumindest 3V oberhalb einer zugeführten Bordspannung UFB liegt. Der DCDC-Spannungswandler 3 kann zu seiner Ansteuerung z.B. mit dem bereits erwähnten Steuergerät verbunden sein. Die Grundspannung UL kann beispielsweise zwischen 3V und 10V betragen. Zur Minimierung von Energieverlusten am Linearregler 2 kann vorgesehen sein, dass die Grundspannung UL dergestalt gewählt ist, dass die Differenz aus Grundspannung UL und der abwärts gewandelten Spannung des Linearreglers U vi maximal 0,5V beträgt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der DCDC-Spannungswandler 3 dazu eingerichtet ist, die erhöhte Spannung UH und die Grundspannung UL durch den DCDC- Spannungswandler 3 getaktet, also wechselweise in einem bestimmten Zeitdauerverhältnis, auszugeben. Dabei kann z.B. in einem Normalbetrieb der Tastgrad der erhöhten Spannung zwischen 0,05% und 5%, insbesondere zwischen 0,1% und 1% liegen und für die verbleibende Zeitdauer die Grundspannung UL ausgegeben werden.

Auch kann vorgesehen sein, dass die Fahrzeugschaltungsanordnung 1 ferner dazu eingerichtet ist, die verpolungssichere Versorgung des zumindest einen zweiten elektrischen Verbrauchers RI in einem Teilbetrieb zumindest zwischenzeitlich einzustellen, indem der Tastgrad zur Ausgabe der erhöhten Spannung UH gegen 0% gesenkt wird, sodass das Gate GQ1 des n-Kanal-Mosfets Ql nach Abfallen der Spannung an dem Kondensator C2 nicht mehr durchgesteuert wird. Die von dem DCDC-Spannungswandler 3 an den Spannungsausgang Al ausgegebenen Spannungen können z.B. zwischen 5 V und 25 V liegen.

Auch kann vorgesehen sein, dass eine dritte Last R7 vorgesehen ist, die entweder parallel zu der zweiten Last RI geschaltet ist, oder über den Fahrzeugbordspannungseingang El in Serie zu einem weiteren analog verschalteten n-Kanal Mosfet Q3 versorgt ist, wobei Drain- und Source- Anschluss dieses n-Kanal Mosfets Q3 gegenüber dem die zweite Last versorgenden n- Kanal Mosfets Ql vertauscht sind. Q3 dient in diesem Fall als High-Side-Switch im Gegensatz zu Ql, der als Verpolschutz eingesetzt wird. Beim Verpolschutz soll die Body-Diode des FET bei Verpolung nicht leiten. Bei Q3 soll die Body-Diode im Normalbetrieb nicht leiten (Ein/ Ausschalten von Q3).

Die Fahrzeugschaltungsanordnung 1 kann dazu eingerichtet sein, über den Fahrzeugbordspannungseingang El mit einer Spannung zwischen 8V und 19V versorgt zu werden.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Fahrzeugschaltungsanordnung. Darin ist erkennbar, wie Fahrzeugbordspannung UFB auf zwei unterschiedliche Spannungsniveaus gewandelt wird, die mit zeitlicher Taktung dem Ausgang Al wechselweise zugeführt werden. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein in den Figuren nicht dar gestelltes elektrisches Fahrzeugsystem, umfassend eine Fahrzeugschaltungsanordnung 1 nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine Fahrzeugbatterie zur Ausgabe der Fahrzeugbordspannung, wobei die Fahrzeugbatterie mit dem Fahrzeugbordspannungseingang El der Fahrzeugschaltungsanordnung 1 elektrisch verbunden ist. Ferner betrifft die Erfindung einen in den Figuren nicht dargestellten Fahrzeugscheinwerfer, umfassend eine erfindungsgemäße Fahrzeugschaltungsanordnung 1. Auch betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, umfassend eine erfindungsgemäße Fahrzeugschaltungsanordnung 1, ein erfindungsgemäßes Fahrzeugsystem und/ oder einen erfindungsgemäßen Fahrzeugscheinwerfer.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt, sondern durch den gesamten Schutzumfang der Ansprüche definiert. Auch können einzelne Aspekte der Erfindung bzw. der Ausführungsformen aufgegriffen und miteinander kombiniert werden. Etwaige Bezugszeichen in den Ansprüchen sind beispielhaft und dienen nur der einfacheren Fesbarkeit der Ansprüche, ohne diese einzuschränken.