DE102016100224B3

DE102016100224B3 - Switching device, method and manufacturing method

Info

Publication number: DE102016100224B3
Application number: DE102016100224.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Wortberg
Original assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Current assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Priority date: 2016-01-07
Filing date: 2016-01-07
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2036-01-08

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Schaltvorrichtung (100) zum Schalten einer Mehrzahl von elektrischen Lasten (44, 45), mit einem spannungsgesteuerten Schaltelement (2, 7) für jede der elektrischen Lasten (44, 45), dessen Leistungspfad (3, 8) zwischen einer Versorgungsspannung (40) und der entsprechenden Last (44, 45) angeordnet ist, und mit einem Potentialausgleichselement (12, 14) für jedes der spannungsgesteuerten Schaltelemente (2, 7), welches ausgebildet ist, das Potential zwischen einem Steuereingang (6, 11) des entsprechenden spannungsgesteuerten Schaltelements (2, 7) und einem Leistungsausgang (5, 10) des entsprechenden spannungsgesteuerten Schaltelements (2, 7) auszugleichen, wenn das entsprechende spannungsgesteuerte Schaltelement (2, 7) geöffnet wird. Ferner offenbart die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren und ein entsprechendes Herstellungsverfahren.The present invention discloses a switching device (100) for switching a plurality of electrical loads (44, 45) with a voltage controlled switching element (2, 7) for each of the electrical loads (44, 45) whose power path (3, 8) between a supply voltage (40) and the corresponding load (44, 45) is arranged, and with a potential equalization element (12, 14) for each of the voltage controlled switching elements (2, 7), which is formed, the potential between a control input (6, 11 ) of the corresponding voltage-controlled switching element (2, 7) and a power output (5, 10) of the corresponding voltage-controlled switching element (2, 7), when the corresponding voltage-controlled switching element (2, 7) is opened. Furthermore, the present invention discloses a corresponding method and a corresponding production method.

Description

Technisches Gebiet Technical area

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung zum Schalten einer Mehrzahl von elektrischen Lasten. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Schalten einer Mehrzahl von elektrischen Lasten und ein Herstellungsverfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung. The present invention relates to a switching device for switching a plurality of electrical loads. Furthermore, the present invention relates to a corresponding method for switching a plurality of electrical loads and a manufacturing method for producing a switching device according to the invention.

Technischer Hintergrund Technical background

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden hauptsächlich in Verbindung mit Fahrzeugbordnetzen in 12V-Technologie beschrieben. Es versteht sich, dass diese Erfindung aber in jeder anderen Anwendung eingesetzt werden kann, in der elektrische Lasten geschaltet werden. The present invention will be described below mainly in connection with vehicle on-board networks in 12V technology. It is understood, however, that this invention can be used in any other application in which electrical loads are switched.

In modernen Fahrzeugen wird heute eine Vielzahl elektrischer Verbraucher eingesetzt. Die Summe des elektrischen Stroms, der von den Verbrauchern aus der Fahrzeugbatterie entnommen wird, wenn dieses abgestellt ist, wird dabei als Ruhestrom bezeichnet. Üblicherweise soll der Ruhestrom so gering wie möglich sein, um ein Entladen der Fahrzeugbatterie während der Abstellzeit zu vermeiden. In modern vehicles today a variety of electrical consumers is used. The sum of the electrical current that is taken from the consumers of the vehicle battery, when this is turned off, is referred to as quiescent current. Usually, the quiescent current should be as low as possible in order to avoid discharging the vehicle battery during the shutdown time.

Die elektrischen Verbraucher können dazu z.B. über Relais und Sicherungen von der Batterie getrennt werden. Beim Abstellen des Fahrzeugs werden die Relais geöffnet und der jeweilige Verbraucher kann keinen elektrischen Strom aus der Fahrzeugbatterie entnehmen. The electrical consumers can be used e.g. be disconnected from the battery via relays and fuses. When parking the vehicle, the relays are opened and the respective consumer can not remove electrical power from the vehicle battery.

Da Relais mechanische Bauteile sind, sind diese störanfällig und nehmen gegenüber elektrischen Schaltern einen größeren Bauraum ein. Since relays are mechanical components, they are susceptible to faults and occupy a larger space than electrical switches.

Aus diesem Grund ist es wünschenswert, elektrische oder elektronische Schalter zum Schalten der elektrischen Lasten in einem Fahrzeug zu verwenden. Allerdings führen elektrische oder elektronische Schalter zu Problemen beim Schalten induktiver Lasten. Insbesondere kann ein elektrischer oder elektronischer Schalter durch die Induktivität ungewünscht geschlossen und infolgedessen thermisch geschädigt werden. For this reason, it is desirable to use electric or electronic switches for switching the electrical loads in a vehicle. However, electrical or electronic switches lead to problems when switching inductive loads. In particular, an electrical or electronic switch can be closed undesirably by the inductance and consequently be thermally damaged.

In der US 2015/0222262 A1 wird eine Schaltvorrichtung zum Schalten einer elektrischen Last offenbart. Die Schaltvorrichtung umfasst ein spannungsgesteuertes Schaltelement, dessen Leistungspfad zwischen einer Versorgungsspannung und der Last angeordnet ist, und ein Potentialausgleichselement für das Schaltelement, welches ausgebildet ist, das Potential zwischen einem Steuereingang des Schaltelements und einem Leistungsausgang des Schaltelements auszugleichen, wenn das entsprechende Schaltelement geöffnet wird. In the US 2015/0222262 A1 a switching device for switching an electric load is disclosed. The switching device comprises a voltage-controlled switching element, whose power path is arranged between a supply voltage and the load, and a potential compensation element for the switching element, which is designed to compensate for the potential between a control input of the switching element and a power output of the switching element when the corresponding switching element is opened.

Aus DE 102 57 203 A1 ist eine Lastansteuerungsschaltung bekannt, bei der eine Freilaufdiode zwischen dem Steuerausgang einer Steuereinrichtung und dem Steuereingang eines spannungsgesteuerten Schaltelements in Sperrrichtung angeordnet ist. Out DE 102 57 203 A1 a load drive circuit is known in which a freewheeling diode between the control output of a control device and the control input of a voltage-controlled switching element is arranged in the reverse direction.

Beschreibung der Erfindung Description of the invention

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Schalten induktiver Lasten in einem Fahrzeug mit elektrischen oder elektronischen Schaltelementen zu ermöglichen. An object of the present invention is therefore to enable a switching of inductive loads in a vehicle with electrical or electronic switching elements.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. This object is solved by the subject matters of the independent claims.

Demgemäß ist eine Schaltvorrichtung zum Schalten einer Mehrzahl von, also mindestens zwei, elektrischen Lasten vorgesehen. Dabei kann mindestens eine der Lasten eine induktive Last sein, bei der Last handelt es sich also z.B. um eine Spule oder ein anderes Bauelement mit einer primär induktiven Last. Die Schaltvorrichtung weist jeweils ein spannungsgesteuertes Schaltelement für jede der elektrischen Lasten auf, deren Leistungspfade jeweils zwischen einer Versorgungsspannung und der entsprechenden Last angeordnet sind. An einem Steuereingang des spannungsgesteuerten Schaltelements wird folglich eine Spannung angelegt, die gegenüber der Spannung an einem Leistungsausgang des spannungsgesteuerten Schaltelements positiv ist, um das spannungsgesteuerten Schaltelement anzusteuern bzw. durchzuschalten. Dies steht im Gegensatz zu sog. stromgesteuerten Schaltelementen, bei welchen ein Strom fließen muss, um diese anzusteuern. Die Schaltvorrichtung weist ferner ein Potentialausgleichselement für mindestens eines der spannungsgesteuerten Schaltelemente auf. Diese gleichen das Potential zwischen einem Steuereingang des entsprechenden spannungsgesteuerten Schaltelements und einem Leistungsausgang des entsprechenden spannungsgesteuerten Schaltelements aus, wenn das entsprechende spannungsgesteuerte Schaltelement geöffnet wird, und damit die entsprechende Last, insbesondere induktive Last, abgeschaltet wird. Accordingly, a switching device for switching a plurality of, so at least two, electrical loads is provided. In this case, at least one of the loads can be an inductive load, ie the load is, for example, a coil or another component with a primary inductive load. The switching device each has a voltage-controlled switching element for each of the electrical loads whose power paths are each arranged between a supply voltage and the corresponding load. Consequently, a voltage which is positive with respect to the voltage at a power output of the voltage-controlled switching element is applied to a control input of the voltage-controlled switching element in order to activate or switch-through the voltage-controlled switching element. This is in contrast to so-called current-controlled switching elements, in which a current must flow in order to control them. The switching device further comprises an equipotential bonding element for at least one of the voltage-controlled switching elements. These equal the potential between a control input of the corresponding one voltage-controlled switching element and a power output of the corresponding voltage-controlled switching element when the corresponding voltage-controlled switching element is opened, and thus the corresponding load, in particular inductive load is switched off.

Ferner ist ein Verfahren zum Schalten einer Mehrzahl von elektrischen, insbesondere induktiven, Lasten in einer Schaltvorrichtung mit einem spannungsgesteuerten Schaltelement und einem Potentialausgleichselement für jede der elektrischen Lasten vorgesehen. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Öffnen eines spannungsgesteuerten Schaltelements, und Ausgleichen des Potentials zwischen dem Steuereingang des entsprechenden spannungsgesteuerten Schaltelements und einem Leistungsausgang des entsprechenden spannungsgesteuerten Schaltelements. Furthermore, a method is provided for switching a plurality of electrical, in particular inductive, loads in a switching device with a voltage-controlled switching element and an equipotential bonding element for each of the electrical loads. The method comprises the steps of: opening a voltage controlled switching element, and equalizing the potential between the control input of the corresponding voltage controlled switching element and a power output of the corresponding voltage controlled switching element.

Schließlich ist ein Herstellungsverfahren zum Herstellen einer Schaltvorrichtung zum Schalten einer Mehrzahl von elektrischen Lasten vorgesehen. Das Herstellungsverfahren weist die Schritte auf: Anordnen jeweils eines spannungsgesteuerten Schaltelements für jede der elektrischen Lasten in der Schaltvorrichtung derart, dass dessen Leistungspfad jeweils zwischen einer Versorgungsspannung und der entsprechenden Last angeordnet ist, und Anordnen jeweils eines Potentialausgleichselements zwischen einem Steuereingang des entsprechenden spannungsgesteuerten Schaltelements und einem Leistungsausgang des entsprechenden spannungsgesteuerten Schaltelements, welches ausgebildet ist, das Potential zwischen dem Steuereingang des entsprechenden spannungsgesteuerten Schaltelements und dem Leistungsausgang des entsprechenden spannungsgesteuerten Schaltelements auszugleichen, wenn das entsprechende spannungsgesteuerte Schaltelement geöffnet wird. Finally, a manufacturing method for manufacturing a switching device for switching a plurality of electrical loads is provided. The manufacturing method comprises the steps of arranging each of a voltage-controlled switching element for each of the electrical loads in the switching device such that its power path is respectively between a supply voltage and the corresponding load, and arranging each of an equipotential bonding element between a control input of the corresponding voltage-controlled switching element and a Power output of the corresponding voltage-controlled switching element, which is designed to compensate for the potential between the control input of the corresponding voltage-controlled switching element and the power output of the corresponding voltage-controlled switching element when the corresponding voltage-controlled switching element is opened.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass es vorteilhaft ist, in elektrischen Anwendungen Standardbauelemente, wie z.B. C-MOS Halbleiterschalter, verwenden zu können, da diese in einer Vielzahl von Varianten verfügbar und kostengünstig in der Beschaffung sind. The present invention is based on the realization that it is advantageous to use standard components in electrical applications, such as e.g. C-MOS semiconductor switch, as they are available in a variety of variants and cost in procurement.

Solche Schaltelemente werden regelmäßig in dem Lastpfad zwischen einer Versorgungsspannung und einer elektrischen Last angeordnet. Das jeweilige Schaltelement liegt dabei in Serie zu der entsprechenden Last. Mehrere unabhängige elektrische Lasten werden mit dem jeweiligen Schaltelement zusammen regelmäßig parallel zwischen der Versorgungsspannung und der elektrischen Masse angeordnet (siehe 1). Such switching elements are regularly arranged in the load path between a supply voltage and an electrical load. The respective switching element lies in series with the corresponding load. Several independent electrical loads are arranged together with the respective switching element regularly in parallel between the supply voltage and the electrical ground (see 1 ).

Allerdings ist dieser Aufbau problematisch, wenn eine induktive Last abgeschaltet wird. Spannungsgesteuerte Schaltelemente, wie z.B. MOSFETs, schalten z.B. dann durch, wenn die elektrische Spannung an deren Steuereingang höher ist, typischerweise ca. 10V höher, als die elektrische Spannung an deren Lastausgang. Im durchgeschalteten Zustand beträgt diese regelmäßig 12V, was der Batterienennspannung in einem Fahrzeug entspricht. In der Ansteuerschaltung wird daher üblicherweise eine Steuerspannung von ca. 22V erzeugt und an den Steuereingang des jeweiligen Schaltelements angelegt. Analog muss die Ansteuerschaltung die Differenz aus Steuerspannung und Ausgangsspannung 0V senken, um die Last abzuschalten. Aufgrund der Induktivität der Zuleitung springt die Eingangsspannung des Schaltelements beim Abschalten von 12V aber auf einen höheren Wert, z.B. 23V. Gleichzeitig springt die Ausgangsspannung auf einen niedrigen Wert (z.B. –20V) da die Induktivität in der Last versucht den Strom weiter zu treiben. However, this structure is problematic when an inductive load is turned off. Voltage controlled switching elements, such as MOSFETs, switch e.g. then by, when the electrical voltage at the control input is higher, typically about 10V higher than the voltage at the load output. When switched on, this is regularly 12V, which corresponds to the battery voltage in a vehicle. In the drive circuit therefore usually a control voltage of about 22V is generated and applied to the control input of the respective switching element. Similarly, the drive circuit must lower the difference between the control voltage and the output voltage 0V in order to switch off the load. However, due to the inductance of the lead, when 12V is turned off the input voltage of the switching element will jump to a higher value, e.g. 23V. At the same time, the output voltage jumps to a low value (e.g., -20V) as the inductance in the load tries to drive the current further.

Da, wie z.B. in 1 ersichtlich, die Bezugsspannung der Ansteuerschaltung üblicherweise die Fahrzeugmasse, also 0V, ist, kann die Steuerspannung nur bis 0V abgesenkt werden. There, such as in 1 can be seen, the reference voltage of the drive circuit usually the vehicle ground, so 0V, the control voltage can only be lowered to 0V.

Wird die Ausgangsspannung nun aber aufgrund der induktiven Wirkung der Last negativ, so wird die Differenz aus Steuerspannung und Ausgangsspannung wieder positiv, denn 0V – (–20V) = 20V. Das Schaltelement wird durch die induktive Wirkung also wieder eingeschaltet. Folglich wird das Schaltelement die in der Induktivität gespeicherte Energie im linearen Bereich abbauen. Hierdurch kann das Schaltelement aber thermisch geschädigt werden. However, if the output voltage becomes negative due to the inductive effect of the load, the difference between the control voltage and the output voltage becomes positive again, because 0V - (-20V) = 20V. The switching element is thus switched on again by the inductive effect. Consequently, the switching element will degrade the energy stored in the inductance in the linear region. As a result, however, the switching element can be thermally damaged.

Um dies zu verhindern, müsste die Steuerspannung mit der Ausgangsspannung ins Negative absinken können. Da das Bezugspotential der Ansteuerschaltung aber das Massepotential ist, ist dies nicht möglich. In order to prevent this, the control voltage would have to be able to sink into negative with the output voltage. However, since the reference potential of the drive circuit is the ground potential, this is not possible.

Die vorliegende Erfindung umgeht dieses Problem durch ein Potentialausgleichselement, welches das Potential zwischen einem Steuereingang des entsprechenden spannungsgesteuerten Schaltelements und einem Leistungsausgang des entsprechenden spannungsgesteuerten Schaltelements ausgleicht. The present invention circumvents this problem by an equipotential bonding element that balances the potential between a control input of the corresponding voltage-controlled switching element and a power output of the corresponding voltage-controlled switching element.

Das Potentialausgleichselement sorgt also dafür, dass beim Abschalten einer Last an dem Steuereingang des entsprechenden spannungsgesteuerten Schaltelements und an dem Leistungsausgang des entsprechenden spannungsgesteuerten Schaltelements das gleiche elektrische Potential anliegt. Die Differenz zwischen Steuerspannung und Ausgangsspannung an dem spannungsgesteuerten Schaltelement ist also 0V. The potential equalization element thus ensures that the same electrical potential is applied to the control input of the corresponding voltage-controlled switching element and to the power output of the corresponding voltage-controlled switching element when switching off a load. The difference between the control voltage and the output voltage at the voltage-controlled switching element is therefore 0V.

Das Potentialausgleichselement macht also eine entsprechende Absenkung der Steuerspannung durch eine Ansteuerschaltung überflüssig und ermöglicht das Abschalten induktiver Lasten mit spannungsgesteuerten Schaltelementen, ohne dass diese durch den Abschaltvorgang belastet würden. The potential equalization element thus makes a corresponding reduction of the control voltage by a drive circuit superfluous and makes it possible to switch off inductive loads with voltage-controlled switching elements, without them being burdened by the switch-off process.

Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden können. Insbesondere können die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein. Further, particularly advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description, wherein the features of various embodiments may be combined to form new embodiments. In particular, the independent claims of a claim category can also be analogous to the dependent claims of another claim category be further developed.

Die Schaltvorrichtung weist ein als stromgesteuertes Schaltelement ausgebildetes Potentialausgleichselement auf, wobei der Leistungspfad des stromgesteuerten Schaltelements elektrisch zwischen dem Steuereingang des jeweiligen spannungsgesteuerten Schaltelements und einem Leistungsausgang des jeweiligen spannungsgesteuerten Schaltelements angeordnet sein kann. Das Potentialausgleichselement ist folglich ein nicht permanent aktives bzw. eingeschaltetes Element. Der Ausgleich zwischen dem Potential des Steueranschlusses und des Leistungsausgangs des spannungsgesteuerten Schaltelements kann folglich je nach Bedarf, also z.B. nur beim Abschalten der Last, gesteuert werden. The switching device has an equipotential bonding element configured as a current-controlled switching element, wherein the power path of the current-controlled switching element can be arranged electrically between the control input of the respective voltage-controlled switching element and a power output of the respective voltage-controlled switching element. The equipotential bonding element is therefore a non-permanently active or switched-on element. The balance between the potential of the control terminal and the power output of the voltage controlled switching element can thus be adjusted as needed, e.g. only when switching off the load to be controlled.

Dazu ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, welche für jedes der spannungsgesteuerten Schaltelemente einen Steuerausgang und für jedes der stromgesteuerten Schaltelemente einen Stromausgang aufweist. Die Steuerausgänge sind jeweils mit den Steuereingängen der entsprechenden spannungsgesteuerten Schaltelemente gekoppelt und die Stromausgänge sind jeweils mit den Steuereingängen der entsprechenden stromgesteuerten Schaltelemente gekoppelt. Der Stromausgang ist dabei ein Ausgang, der einen Strom mit einem vorgegebenen Mindestbetrag oder einem konstanten Betrag bereitstellt. Ein solcher Strom kann von der Steuereinrichtung insbesondere auch dann ausgegeben werden, wenn die Versorgungsspannung der Steuereinrichtung nicht ausreichend hoch ist, um eine Steuerspannung für die spannungsgesteuerten Schaltelemente zu erzeugen. Die Schaltfunktion des stromgesteuerten Schaltelements kann folglich unabhängig von einer Versorgungsspannung der Steuereinrichtung bereitgestellt werden. Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein, beim Öffnen eines der spannungsgesteuerten Schaltelemente das entsprechende stromgesteuerte Schaltelement zu schließen bzw. durchzusteuern. Dies kann insbesondere beim Abschalten einer induktiven Last vorgesehen sein. Beim Abschalten der entsprechenden Last ist folglich das Potential am Steuereingang des jeweiligen spannungsgesteuerten Schaltelements gleich dem Potential des Leistungsausgangs des entsprechenden spannungsgesteuerten Schaltelements. Ein erneutes Einschalten oder Übergehen des spannungsgesteuerten Schaltelements in den linearen Bereich wird dadurch ausgeschlossen. For this purpose, a control device is provided which has a control output for each of the voltage-controlled switching elements and a current output for each of the current-controlled switching elements. The control outputs are respectively coupled to the control inputs of the respective voltage controlled switching elements and the current outputs are respectively coupled to the control inputs of the respective current controlled switching elements. The current output is an output that provides a current with a predetermined minimum amount or a constant amount. Such a current can also be output by the control device even if the supply voltage of the control device is not sufficiently high in order to generate a control voltage for the voltage-controlled switching elements. The switching function of the current-controlled switching element can consequently be provided independently of a supply voltage of the control device. The control device can be designed to close or to control the corresponding current-controlled switching element when one of the voltage-controlled switching elements is opened. This can be provided in particular when switching off an inductive load. When switching off the corresponding load consequently the potential at the control input of the respective voltage-controlled switching element is equal to the potential of the power output of the corresponding voltage-controlled switching element. A re-switching or transition of the voltage-controlled switching element in the linear range is thereby excluded.

In einer Ausführungsform kann die Schaltvorrichtung einen ersten Widerstand für jedes der spannungsgesteuerten Schaltelemente aufweisen, der zwischen dem entsprechenden Steuerausgang und dem entsprechenden Steuereingang angeordnet ist. Insbesondere beim Abschalten induktiver Lasten wird das Potential am Leistungsausgang des jeweiligen spannungsgesteuerten Schaltelements negativ. Dagegen weisen die Steuerausgänge im abgeschalteten Zustand üblicherweise Massepotential auf. Die Steuerausgänge sind üblicherweise nicht gegen Überlastung gesichert, da sie bei der Ansteuerung des Steuereingangs lediglich eine vorgegebene Spannung bereitstellen müssen und keine große Leistung. Der Widerstand begrenzt folglich den Stromfluss von Masse über den jeweiligen Steuerausgang und das entsprechende Potentialausgleichselement zu der Last. In one embodiment, the switching device may include a first resistor for each of the voltage controlled switching elements disposed between the corresponding control output and the corresponding control input. In particular, when switching off inductive loads, the potential at the power output of the respective voltage-controlled switching element is negative. In contrast, the control outputs in the off state usually have ground potential. The control outputs are usually not secured against overload, since they only have to provide a given voltage when driving the control input and no large power. The resistor consequently limits the current flow from ground via the respective control output and the corresponding equipotential bonding element to the load.

In der Schaltvorrichtung ist eine Diode für jedes der spannungsgesteuerten Schaltelemente vorgesehen, die zwischen dem entsprechenden Steuerausgang und dem entsprechenden Steuereingang in Durchlassrichtung angeordnet ist. Insbesondere bei Anwendungen im Automobil-Bereich werden Schutzschaltungen eingesetzt, die zwischen einer Spannungsversorgung und einem Versorgungseingang der Steuereinrichtung angeordnet sind (siehe 1). Solche Schutzschaltungen schützen die Steuereinrichtung vor transienten Spannungen und Spannungsspitzen in dem Fahrzeugbordnetz. Um diese Funktion erfüllen zu können, weisen die Schutzschaltungen regelmäßig ein Tiefpassverhalten sowie eine Spannungsbegrenzung auf. Auf Grund dieser Spannungsbegrenzung und dem Zeitversatz, der durch das Tiefpassverhalten hervorgerufen wird, kann die Steuereinrichtung keine hinreichend hohe Steuerspannung bereitstellen, die mindestens 10V über der Bordnetzspannung liegt. Ferner kann diese Spannung nur verzögert bereitgestellt werden. Gleichzeitig sind in dem Fahrzeugbordnetz die Lasten elektrisch parallel angeordnet und das Fahrzeugbordnetz weist eine eigene Induktivität auf. Auf Grund der Induktivität kann beim Abschalten einer Last bei einem hohen Strom oder z.B. einer Kurzschlussabschaltung die Spannung in dem Bordnetz steigen. Mit der Bordnetzspannung steigen aber auch die Eingangsspannungen der spannungsgesteuerten Schaltelemente. Bei den durchgeschalteten spannungsgesteuerten Schaltelementen steigt also auch die Ausgangsspannung. Gleichzeitig verhindert aber die Spannungsbegrenzung der Schutzschaltung, dass die Steuerspannung für die spannungsgesteuerten Schaltelemente der Bordnetzspannung folgt. Folglich sinkt die Differenz zwischen Steuerspannung und Ausgangsspannung bei den durchgeschalteten spannungsgesteuerten Schaltelementen und diese gelangen in den linearen Bereich oder schalten ab. Dieses Verhalten kann durch die erfindungsgemäßen Dioden verhindert werden, da sie ein abfließen von Ladungsträgern aus dem jeweiligen Steueranschluss der spannungsgesteuerten Schaltelemente verhindern. Die entsprechenden spannungsgesteuerten Schaltelemente bleiben also auch bei der oben geschilderten Situation durchgeschaltet. In the switching device, a diode for each of the voltage-controlled switching elements is provided, which is arranged between the corresponding control output and the corresponding control input in the forward direction. In particular, in applications in the automotive sector protective circuits are used, which are arranged between a power supply and a supply input of the control device (see 1 ). Such protection circuits protect the control device from transient voltages and voltage spikes in the vehicle electrical system. In order to fulfill this function, the protection circuits regularly have a low-pass behavior and a voltage limitation. Due to this voltage limitation and the time offset, which is caused by the low-pass behavior, the control device can not provide a sufficiently high control voltage, which is at least 10V above the vehicle electrical system voltage. Furthermore, this voltage can be provided only delayed. At the same time, the loads are electrically arranged in parallel in the vehicle electrical system and the vehicle electrical system has its own inductance. Due to the inductance, when switching off a load at a high current or, for example, a short-circuit shutdown, the voltage in the electrical system can rise. With the vehicle electrical system voltage but also increase the input voltages of the voltage-controlled switching elements. In the case of the through-connected voltage-controlled switching elements, therefore, the output voltage also increases. At the same time, however, the voltage limitation of the protective circuit prevents the control voltage for the voltage-controlled switching elements from following the vehicle electrical system voltage. As a result, the difference between the control voltage and the output voltage at the switched-through voltage-controlled switching elements decreases and these go into the linear range or switch off. This behavior can be prevented by the diodes according to the invention, since they prevent a discharge of charge carriers from the respective control terminal of the voltage-controlled switching elements. The corresponding voltage-controlled switching elements thus remain connected even in the situation described above.

In einer Ausführungsform weist die Schaltvorrichtung jeweils einen zweiten Widerstand für jede der Dioden auf, wobei der jeweilige zweite Widerstand elektrisch parallel zu der entsprechenden Diode angeordnet ist. Die Potentialausgleichselemente können regelmäßig nicht permanent durchgeschaltet bleiben. Dies ist z.B. der Fall, wenn die Schaltvorrichtung deaktiviert ist. Die Steuereingänge der spannungsgesteuerten Schaltelemente haben dann kein definiertes Bezugspotential, sie „floaten“, da sie durch die Diode von dem jeweiligen Steuereingang entkoppelt sind. Der zweite Widerstand verbindet den jeweiligen Steuereingang parallel zur Diode mit dem jeweiligen Steuerausgang, der bei deaktivierter Schaltvorrichtung Massepotential aufweist und vermeidet das sog. „Floaten“. In one embodiment, the switching device each has a second resistor for each of the diodes, wherein the respective second resistor is arranged electrically parallel to the corresponding diode. The equipotential bonding elements can not be permanently switched on regularly. This is the case, for example, when the switching device is deactivated. The control inputs of the voltage-controlled switching elements then have no defined reference potential, they "floated" because they are decoupled by the diode from the respective control input. The second resistor connects the respective control input parallel to the diode with the respective control output, which has ground potential when the switching device is deactivated and avoids the so-called "floating".

In einer Ausführungsform können die spannungsgesteuerten Schaltelemente jeweils als ein MOSFET, insbesondere ein für eine Maximalspannung (d.h. Drain-Source-Spannung) von 40V ausgelegter MOSFET, ausgebildet sein. MOSFET-Transistoren für eine Maximalspannung von 40V sind in unterschiedlichsten Varianten sehr kostengünstig verfügbar und können auf Grund geringer Übergangswiderstände im Lastpfad große Lasten schalten. Die stromgesteuerten Schaltelemente können jeweils als ein bipolarer Transistor ausgebildet sein. Der bipolare Transistor als stromgesteuertes Schaltelement kann unabhängig von einer Eingangsspannung lediglich über einen Strom gesteuert werden. Ferner sind bipolare Transistoren auch für andere maximale Spannungen von z.B. 80V oder 100V sehr günstig verfügbar. In one embodiment, the voltage controlled switching elements may each be formed as a MOSFET, in particular a MOSFET designed for a maximum voltage (i.e., drain-source voltage) of 40V. MOSFET transistors for a maximum voltage of 40V are very cost-effective in a wide variety of variants and can switch large loads due to low contact resistances in the load path. The current-controlled switching elements can each be designed as a bipolar transistor. The bipolar transistor as a current-controlled switching element can be controlled independently of an input voltage only via a current. Furthermore, bipolar transistors are also suitable for other maximum voltages of e.g. 80V or 100V very cheap available.

Kurze Figurenbeschreibung Short description of the figures

Das Prinzip der Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren beispielshalber noch näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Es zeigen: The principle of the invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying figures by way of example. The same components are provided with identical reference numerals in the various figures. Show it:

1 ein Schaltbild eines herkömmlichen Steuergeräts; 1 a circuit diagram of a conventional control device;

2 ein Diagramm mit Spannungsverläufen in dem herkömmlichen Steuergerät; 2 a diagram with voltage waveforms in the conventional control unit;

3 ein Diagramm mit Spannungsverläufen in dem herkömmlichen Steuergerät; 3 a diagram with voltage waveforms in the conventional control unit;

4 ein Diagramm mit Spannungsverläufen in dem herkömmlichen Steuergerät; 4 a diagram with voltage waveforms in the conventional control unit;

5 ein Blockschaltbild einer Schaltvorrichtung; 5 a block diagram of a switching device;

6 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung; 6 a block diagram of an embodiment of a switching device according to the invention;

7 ein Diagramm mit Spannungsverläufen in der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung der 6; 7 a diagram with voltage curves in the embodiment of the switching device according to the invention the 6 ;

8 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und 8th a flowchart of an embodiment of a method according to the invention; and

9 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens. 9 a flow diagram of an embodiment of a manufacturing method according to the invention.

Detaillierte Beschreibung Detailed description

1 zeigt ein Schaltbild eines herkömmlichen Steuergeräts SG für Fahrzeuge und dient in Kombination mit 2 und 3 der Veranschaulichung der Probleme, welche in solchen Steuergeräten SG auftreten können. 1 shows a circuit diagram of a conventional control device SG for vehicles and is used in combination with 2 and 3 to illustrate the problems that can occur in such controllers SG.

In 1 werden zwei Lasten L1, L2 über jeweils einen MOSFET-Transistor T1, T2 angesteuert, also ein- oder ausgeschaltet. Die Last L1 umfasst hier eine Induktivität, wie dies durch ein entsprechendes Schaltzeichen angedeutet ist. MOSFET-Transistoren, wie die Transistoren T1, T2, schalten regelmäßig durch, wenn die Gatespannung höher ist, als die Sourcespannung, üblicherweise bei ca. 10V höher. In 1 Two loads L1, L2 are each controlled via a MOSFET transistor T1, T2, that is, switched on or off. The load L1 here comprises an inductance, as indicated by a corresponding switching symbol. MOSFET transistors, such as transistors T1, T2, turn on regularly when the gate voltage is higher than the source voltage, usually at about 10V higher.

Die Transistoren T1, T2 sind jeweils zwischen der entsprechenden Last L1, L2 und einem Knotenpunkt K1, K2 angeordnet, der diese mit einer positiven elektrischen Versorgungsspannung +, zum Beispiel einem Batterie-Plus, koppelt. Ferner ist ein Pol der Lasten L1, L2 jeweils mit einer elektrischen Masse M gekoppelt. Die Kopplung der Massen kann z.B. auch durch die Verwendung eines gemeinsamen Substrates beider Implementierungen der Schaltung in einem integrierten Schaltkreis erfolgen. Die Last L1 ist eine induktive Last, bei dieser überwiegt also der induktive Anteil der Last. Die Last L2 dagegen ist eine hauptsächlich ohmsche Last. The transistors T1, T2 are each arranged between the corresponding load L1, L2 and a node K1, K2, which couples these with a positive electrical supply voltage +, for example a battery-plus. Furthermore, one pole of the loads L1, L2 is respectively coupled to an electrical ground M. The coupling of the masses can e.g. also be done by using a common substrate of both implementations of the circuit in an integrated circuit. The load L1 is an inductive load, in this case outweighs the inductive component of the load. In contrast, the load L2 is a mainly resistive load.

Zur Ansteuerung der Transistoren T1, T2 ist ein Steuergerät SG vorgesehen, welches über eine Schutzbeschaltung SB ebenfalls mit der positiven Versorgungsspannung + gekoppelt ist. Das Steuergerät SG ist ferner ebenfalls mit der elektrischen Masse M gekoppelt. Mit Hilfe des Steuergeräts SG sollen beide Lasten L1, L2 unabhängig voneinander geschaltet werden, ohne dass Störungen zwischen den zwei Lasten L1, L2 auftreten. For driving the transistors T1, T2, a control unit SG is provided, which is also coupled via a protective circuit SB with the positive supply voltage +. The control unit SG is further also coupled to the electrical ground M. With the aid of the control unit SG, both loads L1, L2 are to be switched independently of each other, without disturbances occurring between the two loads L1, L2.

In dem Steuergerät SG ist jeweils ein Treiber, insbesondere Gate-Treiber, TR1, TR2 für jeden der Transistoren T1, T2 vorgesehen. Die Treiber sind über entsprechende Vorwiderstände R1, R2 mit den Transistoren T1, T2 gekoppelt. In the control unit SG, a driver, in particular gate driver, TR1, TR2 for each of the transistors T1, T2 is provided in each case. The drivers are coupled via respective series resistors R1, R2 to the transistors T1, T2.

Eine Schutzbeschaltung SB weist einen Widerstand R auf, der zwischen der positiven Versorgungsspannung + und dem Spannungseingang des Steuergeräts SG angeordnet ist. Ferner sind ein Kondensator C und eine Transildiode TD zwischen dem Spannungseingang und Masse M angeordnet. A protective circuit SB has a resistor R, which is arranged between the positive supply voltage + and the voltage input of the controller SG. Further, a capacitor C and a TD diode between the voltage input and ground M are arranged.

Durch eine hier dargestellte Induktivität IND ist ferner die Induktivität des Bordnetzes der 1 angedeutet. By an inductance IND shown here is also the inductance of the electrical system of 1 indicated.

Das Zeit-Spannungs-Diagramm der 2 zeigt die Verläufe von Gate, Source und Drain Spannungen U(G1), U(S1), U(D1) in der Schaltung der 1 beim Abschalten der induktiven Last L1. The time-voltage diagram of the 2 shows the characteristics of gate, source and drain voltages U (G1), U (S1), U (D1) in the circuit of 1 when switching off the inductive load L1.

Aufgrund der Induktivität IND des Bordnetzes springt die Drainspannung U(D1) von 12V auf einen höheren Wert von z.B. 23V. Dieser Wert ist lediglich beispielhaft und kann je nach Absolutwert der Induktivität IND variieren. Due to the inductance IND of the vehicle electrical system, the drain voltage U (D1) jumps from 12V to a higher value of e.g. 23V. This value is merely exemplary and may vary depending on the absolute value of inductance IND.

Gleichzeitig sinkt die Sourcespannung U(S1) auf einen niedrigen Wert, von z.B. –20V (ebenfalls rein beispielhaft und induktivitätsabhängig), da die Induktivität in der Last L1 versucht, den Strom durch die Last L1 weiter zu treiben. At the same time, the source voltage U (S1) decreases to a low value, e.g. -20V (also purely exemplary and inductance-dependent), since the inductance in the load L1 tries to drive the current through the load L1 on.

Im durch- oder eingeschalteten Zustand des Transistors T1 beträgt die Sourcespannung U(S1) 12V, was in etwa der Batterienennspannung des Bordnetzes entspricht. When the transistor T1 is switched on or off, the source voltage U (S1) is 12V, which corresponds approximately to the rated battery voltage of the vehicle electrical system.

Um eine Spannung von U(S1) + 10V bereitstellen zu können, ist in dem Steuergerät regelmäßig ein Step-Up-Wandler (hier nicht separat dargestellt) vorgesehen, der eine Spannung von 22V oder mehr bereitstellt. Der Treiber TR1 schaltet zum Durchschalten des Transistors TR1 folglich diese Spannung von 22V auf das Gate des Transistors TR1. In order to be able to provide a voltage of U (S1) + 10 V, a step-up converter (not shown separately here) which provides a voltage of 22 V or more is regularly provided in the control unit. The driver TR1 thus switches this voltage of 22V to the gate of the transistor TR1 to turn on the transistor TR1.

Zum Ausschalten des Transistors TR1 muss der Gatetreiber die Differenzspannung U(G1) – U(S1) auf 0V herabsetzen. To turn off the transistor TR1, the gate driver must reduce the differential voltage U (G1) - U (S1) to 0V.

Da das Steuergerät aber nur die Masse M als Bezugsspannung aufweist und diese 0V beträgt, kann die Gatespannung U(G1) nur auf 0V herabgesetzt werden. Wird die Sourcespannung nun aufgrund der induktiven Wirkung der Last L1 negativ, so wird die Differenz U(G1) – U(S1) wieder positiv, denn 0V – (–20V) = 20V. Der Transistor T1 wird durch die induktive Wirkung der Last L1 folglich unerwünscht erneut eingeschaltet bzw. durchgesteuert. Since the control unit has only the ground M as the reference voltage and this is 0V, the gate voltage U (G1) can only be reduced to 0V. If the source voltage now becomes negative due to the inductive effect of load L1, the difference U (G1) - U (S1) becomes positive again, because 0V - (-20V) = 20V. The transistor T1 is thus undesirably re-activated or controlled by the inductive effect of the load L1.

Der Transistor T1 wird die Energie der induktiven Last L1 daher im linearen Bereich (halb angesteuert) abbauen, was den Transistor T1 thermisch schädigen kann. The transistor T1 will therefore reduce the energy of the inductive load L1 in the linear range (half-driven), which can thermally damage the transistor T1.

Um dies zu vermeiden, müsste die Gatespannung U(G1) mit der Sourcespannung U(S1) negativ werden, so dass U(G1) – U(S1) immer 0V bleibt. In order to avoid this, the gate voltage U (G1) would have to become negative with the source voltage U (S1), so that U (G1) -U (S1) always remains 0V.

Wie oben bereits angedeutet, kann das Bezugspotential des Treibers TR1 aber nicht ins Negative sinken, da es mit der Masse M gekoppelt ist und auch das Bezugspotential des zweiten Kanals (bzw. anderer nicht dargestellter Kanäle) ist. However, as already indicated above, the reference potential of the driver TR1 can not fall into negative, since it is coupled to the ground M and is also the reference potential of the second channel (or other channels not shown).

3 zeigt ein Zeit-Spannungs-Diagramm mit Spannungsverläufen bei einer schnellen Abschaltung des Transistors T2 bei hohen elektrischen Strömen. Dies kann z.B. bei einem Kurzschluss zwischen dem Source-Anschluss des Transistors T2 und Masse M der Fall sein. Aufgrund des Kurzschlusses steigt der Strom durch den Transistor T2 sehr schnell an und wird nur durch die Induktivität IND in der Zuleitung begrenzt. 3 shows a time-voltage diagram with voltage waveforms in a rapid shutdown of the transistor T2 at high electrical currents. This may be the case, for example, in the event of a short circuit between the source terminal of transistor T2 and ground M. Due to the short circuit, the current through the transistor T2 increases very quickly and is limited only by the inductance IND in the supply line.

An dem Source-Anschluss des Transistors T2 ist keine nennenswerte Induktivität wirksam, die diesem Stromanstieg entgegenwirken könnte. At the source terminal of the transistor T2 no significant inductance is effective, which could counteract this increase in current.

Wenn nun auf Grund des hohen Stroms eine schnelle Kurzschlussabschaltung erfolgt (z.B. bei 180A), so versucht die Induktivität IND in der Zuleitung diesen Strom weiter zu treiben. Now, if there is a fast short-circuit shutdown (e.g., at 180A) due to the high current, the inductance IND in the supply line will continue to drive this current.

Die Spannung im Bordnetz und damit an den Drain-Anschlüssen der Transistoren T1, T2 und am Eingang der Schutzbeschaltung SB steigt deshalb von 12V auf z.B. 55V an (insbesondere z.B. von der Avalanche-Spannung des Transistors und/oder der Spannung an dessen Drain/Source Klemmung abhängig). The voltage in the vehicle electrical system and thus at the drain terminals of the transistors T1, T2 and at the input of the protective circuit SB therefore increases from 12V to e.g. 55V (in particular dependent, for example, on the avalanche voltage of the transistor and / or the voltage at its drain / source clamp).

4 zeigt die Auswirkungen der Abschaltung des Transistors T2 auf den Transistor T1 bei der Schaltung der 1. 4 shows the effects of switching off the transistor T2 on the transistor T1 in the circuit of 1 ,

Die Drainspannung U(D1) des Transistors T1 ist über das Bordnetz an die Drainspannung U(D2) des Transistors T2 gekoppelt. Diese steigt also auch auf 55V. The drain voltage U (D1) of the transistor T1 is coupled via the electrical system to the drain voltage U (D2) of the transistor T2. This also increases to 55V.

Der Transistor T1 ist durchgeschaltet und soll auch weiterhin durchgeschaltet bleiben. Die Sourcespannung U(S1) liegt daher auch in etwa bei 55V. The transistor T1 is turned on and should continue to be turned on. The source voltage U (S1) is therefore also approximately at 55V.

Um den Transistor T1 weiterhin sauber durchzuschalten wäre also eine Gatespannung U(G1) von 55V + 10V = 65 V notwendig. Die maximale Spannung am Spannungseingang des Steuergeräts SG darf aber regelmäßig nur 55V betragen. Deshalb begrenzt die Schutzbeschaltung SB die Spannung bei z.B. 40V. Wegen des weichen Kennlinienverlaufs der Schutzbeschaltung SB muss ein Abstand zu den 55V eingehalten werden. Der Kondensator C und der Widerstand R haben zudem die Aufgabe die leitungsgebundenen Störungen des Step-Up-Konverters (oder der Ladungspumpe) im Steuergerät SG zu begrenzen. In order to continue to cleanly turn on the transistor T1, a gate voltage U (G1) of 55V + 10V = 65V would be necessary. The maximum voltage at the voltage input of the control unit SG may regularly be only 55V. Therefore, the protective circuit SB limits the voltage at, for example, 40V. Because of the soft characteristic curve of the protective circuit SB, a distance to the 55V must be maintained. The capacitor C and the resistor R also have the Task to limit the line-bound disturbances of the step-up converter (or the charge pump) in the control unit SG.

Die Eingangsspannung des Steuergeräts SG kann also wegen der Spannungsbegrenzung nicht mehr der gemeinsamen Drainspannung der Transistoren T1, T2 und damit der Sourcespannung von Transistor T1 folgen. The input voltage of the control unit SG can therefore no longer follow the common drain voltage of the transistors T1, T2 and thus the source voltage of transistor T1 because of the voltage limitation.

Der Ansatzpunkt der Gatespannung U(G1) ist folglich nicht die Sourcespannung U(S1) an dem Source-Anschluss des Transistors T1. The starting point of the gate voltage U (G1) is therefore not the source voltage U (S1) at the source terminal of the transistor T1.

Ferner führt der Tiefpass aus R und C zudem dazu, dass die Spannung am Eingangsanschluss des Steuergeräts SG der Drainspannung U(D1), U(D2) nur zeitverzögert folgen kann. Dies führt zusätzlich zu einem Versatz der Spannungen. Furthermore, the low pass of R and C also means that the voltage at the input terminal of the control unit SG can only follow the drain voltage U (D1), U (D2) with a time delay. This additionally leads to an offset of the voltages.

In 4 ist zu sehen, dass Transistor T1 zunächst korrekt durchgeschaltet ist, da die Gatespannung U(G1) 10V über der Sourcespannung U(S1) liegt. Dabei ist die Sourcespannung U(S1) gleich der Drainspannung U(D1), da der Transistor T1 durchgeschaltet ist. In 4 It can be seen that transistor T1 is initially correctly switched through, since the gate voltage U (G1) is 10 V above the source voltage U (S1). In this case, the source voltage U (S1) is equal to the drain voltage U (D1), since the transistor T1 is turned on.

Im Moment des Abschaltens des Transistors T2 ergibt sich aber ein Spannungssprung der Drainspannung U(D1), der dafür sorgt, dass die Schutzbeschaltung SB die Versorgungsspannung des Steuergeräts SG begrenzt. Ferner kann diese Eingangsspannung wegen des Tiefpassverhaltens der Schutzbeschaltung SB nur zeitversetzt ansteigen. At the moment of switching off the transistor T2, however, there is a voltage jump of the drain voltage U (D1), which ensures that the protective circuit SB limits the supply voltage of the control unit SG. Furthermore, because of the low-pass behavior of the protective circuit SB, this input voltage can only increase in a time-delayed manner.

Der Step-Up-Wandler, der eine für das Durchschalten der MOSFETS hinreichend hohe Gate-Ansteuerspannung an den Steuerausgängen 30, 31 zur Verfügung stellen soll, kann nun keine Gatespannung U(G1) zur Verfügung stellen, die 10V über der Drainspannung U(D1) von Transistors T1 liegt. The step-up converter, the one for the switching of the MOSFETs sufficiently high gate drive voltage at the control outputs 30 . 31 is to make available, can now provide no gate voltage U (G1), which is 10V above the drain voltage U (D1) of transistor T1.

Die Sourcespannung U(S1) müsste folglich wieder absinken, bis eine hinreichend hohe Gatespannung U(G1) bereitgestellt werden kann. In diesem Moment ergibt sich aber eine Differenzspannung ∆U = U(D1) – U(S1) an dem Transistor T1, die von der schnellen Kurzschlussabschaltung (in Steuergerät SG üblicherweise implementiert) von Kanal 1 erkannt wird. The source voltage U (S1) would consequently have to decrease again until a sufficiently high gate voltage U (G1) can be provided. At this moment, however, a difference voltage .DELTA.U = U (D1) - U (S1) results at the transistor T1, which of the rapid short-circuit shutdown (usually implemented in control unit SG) of channel 1 is recognized.

Transistor T1 wird daher abgeschaltet, obwohl an Transistor T1 kein Kurzschluss vorliegt. Dies ist konträr zur Anforderung der Versorgungssicherheit und Interferenzfreiheit der einzelnen Transistoren T1, T2 bzw. Kanäle. Transistor T1 is therefore turned off, although there is no short circuit at transistor T1. This is contrary to the requirement of security of supply and interference freedom of the individual transistors T1, T2 or channels.

Der oben genannte Effekt kann auch durch die Induktivität im Massezweig bzw. eine induktive Last verstärkt werden. Durch diese kann beim Potential der Masse ein Versatz ins Negative auftreten. The above-mentioned effect can also be enhanced by the inductance in the ground branch or an inductive load. Due to this, an offset into the negative can occur at the potential of the mass.

In den 1–4 wird deutlich, dass beim Schalten von induktiven Lasten L1 im Zusammenhang mit verbundenen Kanälen die Transienten T1, T2 der Potentiale an Drain U(D1), U(D2), Source U(S1), U(S2) und Masse M zu einem Überschreiten der Spannungsfähigkeit des Steuergeräts SG in 60V Technologie führen können. In the 1 - 4 It becomes clear that when switching inductive loads L1 in connection with connected channels, the transients T1, T2 of the potentials at drain U (D1), U (D2), source U (S1), U (S2) and ground M are exceeded the voltage capability of the controller SG in 60V technology can lead.

Das deshalb notwendige Begrenzen der Spannung kann wiederum zu einer nicht hinreichenden Ansteuerung der Gates der Transistoren T1, T2 führen, welche weiterhin durchgeschaltet bleiben sollen. The therefore necessary limiting the voltage can in turn lead to an insufficient driving of the gates of the transistors T1, T2, which should remain switched through.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung Detailed description of the invention

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung im Detail erläutert, die die oben beschriebenen Probleme insbesondere bei Schaltungen mit 60V Halbleiterbausteinen bzw. MOSFET Schaltern vermeidet. In the following, the present invention will be explained in detail, which avoids the problems described above, especially in circuits with 60V semiconductor devices or MOSFET switches.

Die elektrische Schaltvorrichtung 1 gemäß 5 ist in einem Fahrzeug-Bordnetz mit einer Versorgungsspannung 40 und einer Masse 41 angeordnet. Ferner werden von der Schaltvorrichtung 1 die Lasten 44 und 45 geschaltet, die jeweils zwischen der Schaltvorrichtung 1 und der Masse 41 angeordnet sind. Die Last 44 umfasst eine Induktivität, wie dies durch ein entsprechendes Schaltzeichen angedeutet ist. Auch das Bordnetz der 5 weist eine Induktivität 47 auf. Ferner ist eine Schutzschaltung 46 vorgesehen, welche einen Widerstand 48 zwischen der Versorgungsspannung 40 und einem Eingangsanschluss einer Recheneinrichtung 16 aufweist. Ferner sind zwischen dem Eingangsanschluss und Masse ein Kondensator 50 und eine Transildiode 49 vorgesehen. Die Schutzschaltung 46 hat die gleiche Funktion, wie bereits oben zu Schutzbeschaltung SB beschrieben. The electrical switching device 1 according to 5 is in a vehicle electrical system with a supply voltage 40 and a crowd 41 arranged. Further, by the switching device 1 the loads 44 and 45 switched, each between the switching device 1 and the crowd 41 are arranged. Weight 44 includes an inductance, as indicated by a corresponding switching symbol. Also the electrical system of the 5 has an inductance 47 on. Further, a protection circuit 46 provided, which is a resistor 48 between the supply voltage 40 and an input terminal of a computing device 16 having. Further, between the input terminal and ground, a capacitor 50 and a transiodiode 49 intended. The protection circuit 46 has the same function as described above for suppressor SB.

Die Schaltvorrichtung 1 weist eine Recheneinrichtung 16 mit zwei Steuerausgängen 30, 32 auf. Die Recheneinrichtung 16 ist hier als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) ausgeführt. Die Treiber 17, 19, welche die Steuerausgängen 30, 32 ansteuern, sind dazu ausgebildet, eine vorgegebene elektrische Spannung auszugeben. Diese Spannung wird über die Steuerausgänge 30, 32 jeweils an den Steuereingang 6, 11 eines der spannungsgesteuerten Schaltelemente 2, 7 ausgegeben. Die spannungsgesteuerten Schaltelemente 2, 7 sind dabei als MOSFET-Transistoren 2, 7 ausgebildet, die über Knotenpunkte 42, 43 jeweils mit der Versorgungsspannung 40 gekoppelt sind. Der Leistungsausgang 5, 10 der Transistoren 2, 7 ist jeweils mit einer der Lasten 44, 45 gekoppelt. The switching device 1 has a computing device 16 with two control outputs 30 . 32 on. The computing device 16 is implemented here as an application-specific integrated circuit (ASIC). The drivers 17 . 19 which the control outputs 30 . 32 to drive, are designed to output a predetermined voltage. This voltage is via the control outputs 30 . 32 each to the control input 6 . 11 one of the voltage-controlled switching elements 2 . 7 output. The voltage-controlled switching elements 2 . 7 are doing as MOSFET transistors 2 . 7 educated, which have nodes 42 . 43 each with the supply voltage 40 are coupled. The power output 5 . 10 the transistors 2 . 7 is each with one of the loads 44 . 45 coupled.

Neben den Treibern 17, 19 und den Steuerausgängen 30, 32 weist die Recheneinrichtung 16 ferner Treiber 18, 20 auf, welche ausgebildet sind, einen vorgegebenen Strom auszugeben, der über die Stromausgänge 31, 33 und die Vorwiderstände 13, 15 jeweils einem als NPN-Transistor 12, 14 ausgebildeten Potentialausgleichselement zugeführt wird. Unter „Strom ausgeben“ kann selbstverständlich auch das Einstellen einer Spannung verstanden werden, wobei der Strom, welcher fließt durch den jeweiligen Vorwiderstand 13, 15 und dem NPN-Transistor 12, 14 eingestellt wird. Ferner versteht sich, dass die Schaltung der 5 lediglich der Veranschaulichung der Erfindung dient und weitere Bauelemente, wie z.B. Widerstände oder dergleichen, vorgesehen sein können. Next to the drivers 17 . 19 and the control outputs 30 . 32 has the computing device 16 furthermore driver 18 . 20 which are configured to output a predetermined current through the current outputs 31 . 33 and the series resistors 13 . 15 one each as an NPN transistor 12 . 14 trained potential equalization element is supplied. Under "output current" can of course also be understood setting a voltage, wherein the current flowing through the respective series resistor 13 . 15 and the NPN transistor 12 . 14 is set. Furthermore, it is understood that the circuit of 5 merely serves to illustrate the invention and other components, such as resistors or the like, may be provided.

Die Leistungspfade 28, 29 der NPN-Transistoren 12, 14 sind jeweils zwischen dem Gateanschluss 6, 11 und dem Leistungsausgang 5, 10 bzw. Sourceanschluss 5, 10 des entsprechenden MOSFET-Transistors 2, 7 angeordnet und können diese folglich elektrisch gesteuert miteinander koppeln. The performance paths 28 . 29 the NPN transistors 12 . 14 are each between the gate terminal 6 . 11 and the power output 5 . 10 or source connection 5 . 10 the corresponding MOSFET transistor 2 . 7 arranged and can therefore couple electrically controlled with each other.

Die Schaltvorrichtung 1 der 5 kann das Problem des Leistungsabbaus im linearen Betrieb des MOSFET-Transistors 2 einfach verhindern. Die Recheneinrichtung 16 beaufschlagt dazu die Basis des NPN-Transistors 12 über den Stromausgang 31 mit einem Strom von z.B. 10mA. Folglich schaltet die Kollektor-Emitter-Diode des NPN-Transistors 12 durch und der Gateanschluss 6 des MOSFET-Transistors 2 wird elektrisch mit dem Sourceanschluss 5 des MOSFET-Transistors 2 verbunden. The switching device 1 of the 5 may be the problem of power dissipation in the linear operation of the MOSFET transistor 2 just prevent. The computing device 16 acts on the base of the NPN transistor 12 over the current output 31 with a current of eg 10mA. Consequently, the collector-emitter diode of the NPN transistor turns on 12 through and the gate connection 6 of the MOSFET transistor 2 becomes electrically connected to the source 5 of the MOSFET transistor 2 connected.

Der Strom aus dem Gateanschluss 6 entspricht den 10mA der Recheneinrichtung 16 multipliziert mit dem Verstärkungsfaktor des NPN-Transistors 2. Dieser Strom aus dem Gate fließt auch dann, wenn die Sourcespannung des MOSFET-Transistors 2 aufgrund der Induktivität der Last 44 ins Negative springt, die Sourcespannung also unterhalb des Massepotentials von 0V liegt. Da der Strom aus dem Stromausgang 31 nahezu unabhängig von der Spannung am Eingang der Recheneinrichtung 16 bereitgestellt werden kann, bleibt der NPN-Transistor 2 auch dann durchgeschaltet, wenn die Spannung am Sourceanschluss 5 des MOSFET-Transistors 2 ins Negative sinkt. Der NPN-Transistor 2 kann ferner z.B. auch in einer höheren Spannungsklasse gewählt werden, z.B. 80V oder 100V. The current from the gate connection 6 corresponds to the 10mA of the computing device 16 multiplied by the gain of the NPN transistor 2 , This current from the gate also flows when the source voltage of the MOSFET transistor 2 due to the inductance of the load 44 jumps into negative, so the source voltage is below the ground potential of 0V. Because the electricity from the current output 31 almost independent of the voltage at the input of the computing device 16 can be provided, the NPN transistor remains 2 also switched through when the voltage at the source terminal 5 of the MOSFET transistor 2 into negative decreases. The NPN transistor 2 can also be selected eg in a higher voltage class, eg 80V or 100V.

Da das Gate bzw. der Steuereingang 6 bei durchgeschaltetem NPN-Transistor 2 dem Sourceanschluss 5 zu negativen Spannungswerten folgt und der Steuerausgang 30 auf dem Masse-Potential steht, ist ein Widerstand 23 notwendig, der den Strom aus dem Steuerausgang 30 begrenzt. Because the gate or the control input 6 with through-connected NPN transistor 2 the source connection 5 to negative voltage values follows and the control output 30 standing on the ground potential is a resistance 23 necessary, the current from the control output 30 limited.

Mit Hilfe der Anordnung der 5 wird folglich das Abschalten induktiver Lasten 44 mit herkömmlichen 60V CMOS-Bausteinen, wie z.B. MOSFET-Transistoren 2, 7 möglich, ohne dass diese die induktiv gespeicherte Energie im linearen Bereich abbauen müssten. Eine dadurch bewirkte thermische Belastung ist somit ausgeschlossen. With the help of the arrangement of 5 Consequently, switching off inductive loads 44 with conventional 60V CMOS devices, such as MOSFET transistors 2 . 7 possible without them having to reduce the inductively stored energy in the linear range. A resulting thermal stress is thus excluded.

6 zeigt eine erweiterte Schaltvorrichtung 100, die auf der Schaltvorrichtung 1 der 5 basiert. Die Schaltvorrichtung 100 weist zusätzlich für jeden Transistor 2, 7 eine Diode 21, 25 auf, die zwischen dem Widerstand 23 und dem Steuereingang 6 bzw. dem Widerstand 27 und dem Steuereingang 11 in Durchlassrichtung angeordnet sind. Parallel zu den Dioden 21, 25 ist jeweils ein Widerstand 22, 26 angeordnet. 6 shows an extended switching device 100 on the switching device 1 of the 5 based. The switching device 100 additionally indicates for each transistor 2 . 7 a diode 21 . 25 on that between the resistance 23 and the control input 6 or the resistance 27 and the control input 11 are arranged in the forward direction. Parallel to the diodes 21 . 25 is always a resistance 22 . 26 arranged.

Wie oben bereits dargestellt, kann die Spannung am Gate- oder Steuereingang 6, 11 der Transistoren 2, 7 insbesondere beim Abschalten großer Ströme in benachbarten Transistoren 2, 7 nicht mehr hinreichen groß sein, so dass diese Kanäle wegen der zu geringen Gatespannung U(G) ungewollt abschalten können. As stated above, the voltage at the gate or control input 6 . 11 the transistors 2 . 7 especially when switching off large currents in adjacent transistors 2 . 7 no longer be large enough, so that these channels can turn off unintentionally because of too low gate voltage U (G).

Die Dioden 21, 25 verhindern den Ladungsträgerabfluss aus dem Gate bzw. Steuereingang 6, 11 des jeweiligen MOSFET-Transistors 2, 7 bei zu geringer Gatespannung U(G) (siehe 7). Somit verhindern sie, dass der MOSFET-Transistor 2, 7 in den linearen Bereich übergeht oder kurzzeitig abschaltet. The diodes 21 . 25 prevent the charge carrier outflow from the gate or control input 6 . 11 of the respective MOSFET transistor 2 . 7 if the gate voltage U (G) is too low (see 7 ). Thus, they prevent the MOSFET transistor 2 . 7 goes into the linear range or switches off for a short time.

Diese Entkopplung der Gateanschlüsse 6, 11 muss nicht absolut sein. Ein geringer Ladungsträgerabfluss und der damit verbundene geringe Spannungsabfall führen noch nicht zu dem Übergang in den linearen Bereich oder einem Abschalten. This decoupling of the gate terminals 6 . 11 does not have to be absolute. A small charge carrier drain and the associated low voltage drop do not lead to the transition to the linear range or shutdown.

Ein unerwünschter Effekt bei MOSFET-Transistoren ist aber das sog. „Floaten“ des Gateanschlusses 6, 11. Darunter versteht man ein Anliegen eines undefinierten Potentials am Gateanschluss 6, 11. Die NPN-Transistoren 12, 14 können allerdings nicht dauerhaft durchgeschaltet werden, um dies zu verhindern, denn deren Ansteuerung ist stromgeführt. Ein dauerhaftes Einschalten der NPN-Transistoren 12, 14 auch im Ruhezustand z.B. eines Fahrzeugbordnetzes würde deshalb zu einem nicht akzeptablen Ruhestrom in dem Fahrzeugbordnetz führen. An undesirable effect with MOSFET transistors, however, is the so-called "floating" of the gate connection 6 . 11 , By this one understands a concern of an undefined potential at the gate connection 6 . 11 , The NPN transistors 12 . 14 However, they can not be switched through permanently in order to prevent this because their activation is current-controlled. Permanent switching on of the NPN transistors 12 . 14 even when at rest, for example, a vehicle electrical system would therefore lead to an unacceptable quiescent current in the vehicle electrical system.

Die Pull-Schaltungen (nicht separat dargestellt) der Treiber 17, 19 verwenden allerdings regelmäßig CMOS P-MOSFETS und diese können ruhestromfrei durchgeschaltet werden. The pull circuits (not shown separately) of the drivers 17 . 19 However, CMOS P-MOSFETs are used regularly and these can be switched through without rest current.

Da die Einbrüche der Spannung am Gateanschluss 6, 11 nur sehr kurz sind (typischerweise 40 bis 80µs), kann ein Widerstand 22, 26 parallel zur Diode angeordnet werden. Dieser verbindet den Gateanschluss 6, 11 im abgeschalteten Zustand der Recheneinrichtung 16 mit dem Treiber 17 bzw. 19 und damit mit Masse 41. Der jeweilige Gateanschluss 6, 11 „floated“ also nicht. Because the burglaries of the voltage at the gate terminal 6 . 11 only very short (typically 40 up to 80μs), can be a resistor 22 . 26 be arranged parallel to the diode. This connects the gate connection 6 . 11 in the off state of the computing device 16 with the driver 17 respectively. 19 and therefore with mass 41 , The respective gate connection 6 . 11 So it does not floate.

In den 5 und 6 ist die Recheneinrichtung 16 jeweils mit externen Bauteilen dargestellt. Es versteht sich, dass die externen Bauteile, wie z.B. die NPN-Transistoren 12, 14, die Widerstände 13, 15, 22, 23, 26, 27 und/oder die Dioden 21, 25 auch in der Recheneinrichtung 16 angeordnet werden können. Dazu kann die Recheneinrichtung 16 z.B. als ASIC mit digitalem Steuer- und analogem Leistungsteil ausgebildet sein. In the 5 and 6 is the computing device 16 each represented with external components. It is understood that the external components, such as the NPN transistors 12 . 14 , the resistors 13 . 15 . 22 . 23 . 26 . 27 and / or the diodes 21 . 25 also in the computing device 16 can be arranged. For this purpose, the computing device 16 For example, be designed as ASIC with digital control and analog power unit.

7 zeigt die Spannung U(D) über eine der Dioden 21, 25 im gesperrten Zustand. Da die Gatespannung U(G) der Sourcespannung erst verzögert folgt ergibt sich kurzzeitig eine hohe Spannungsdifferenz. Diese würde das jeweilige Gate bzw. den jeweiligen Steueranschluss 6, 11 entladen, wenn die Dioden 21, 25 nicht vorhanden wären. 7 shows the voltage U (D) across one of the diodes 21 . 25 in the locked state. Since the gate voltage U (G) follows the source voltage only after a delay, a high voltage difference results for a short time. This would be the respective gate or the respective control terminal 6 . 11 discharge when the diodes 21 . 25 would not exist.

Es ist in 7 zu erkennen, dass die Spannung auf dem Gate bzw. Steuereingang 6, 11 leicht sinkt, da eine geringfügige Entladung über die Widerstände 22, 26 erfolgt. It is in 7 to recognize that the voltage on the gate or control input 6 . 11 slightly decreases, as a slight discharge over the resistors 22 . 26 he follows.

Die Auslegung der Widerstände 22, 26 hängt dabei von der Gatekapazität des jeweiligen MOSFET Transistors 2, 7 ab. The design of the resistors 22 . 26 depends on the gate capacitance of the respective MOSFET transistor 2 . 7 from.

Die Zeitkonstante der Entladung über den jeweiligen Widerstand 22, 26 kann z.B. auf 500uS ausgelegt sein. Der Wert der Widerstände ergibt sich dann zu R = 5·10^ – 3Vs/Qg mit Qg als der gesamten Gatekapazität des jeweiligen MOSFET Transistors 2, 7. The time constant of the discharge across the respective resistor 22 . 26 can be designed for 500uS, for example. The value of the resistors then results in R = 5 * 10 ^ -3Vs / Qg with Qg as the total gate capacitance of the respective MOSFET transistor 2 . 7 ,

In einer Ausführungsform kann bei der Schaltvorrichtung 1 der 5 der Widerstand 48 der Schutzschaltung 46 einen Wert von 0 Ohm (Null Ohm) aufweisen. Die Spannung am Eingang der Recheneinrichtung 16 folgt dann der positiven Versorgungsspannung 40. Die Transildiode 49 ist ferner derart dimensioniert, dass sie die induktiven Energien, die im System auftreten können, ableiten kann. In one embodiment, in the switching device 1 of the 5 the resistance 48 the protection circuit 46 have a value of 0 ohms (zero ohms). The voltage at the input of the computing device 16 then follows the positive supply voltage 40 , The transiodiode 49 is further dimensioned to derive the inductive energies that can occur in the system.

8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schalten einer Mehrzahl von elektrischen Lasten 44, 45 in einer Schaltvorrichtung 1, 100 mit einem spannungsgesteuerten Schaltelement 2, 7 und einem Potentialausgleichselement 12, 14 für jede der elektrischen Lasten 44, 45. 8th shows a flow diagram of a method according to the invention for switching a plurality of electrical loads 44 . 45 in a switching device 1 . 100 with a voltage-controlled switching element 2 . 7 and a potential equalization element 12 . 14 for each of the electrical loads 44 . 45 ,

In einem ersten Schritt S1 wird eines der spannungsgesteuerten Schaltelemente 2, 7 geöffnet. In einem zweiten Schritt S2 wird das Potential zwischen dem Steuereingang 6, 11 des entsprechenden spannungsgesteuerten Schaltelements 2, 7 und einem Leistungsausgang 5, 10 des entsprechenden spannungsgesteuerten Schaltelements 2, 7 ausgeglichen, also gleichgesetzt. Dies kann z.B. durch ein elektrisches Verbinden des Steuereingangs 6, 11 und des Leistungsausgangs 5, 10 des entsprechenden spannungsgesteuerten Schaltelements 2, 7 erfolgen. In a first step S1, one of the voltage-controlled switching elements 2 . 7 open. In a second step S2, the potential between the control input 6 . 11 the corresponding voltage-controlled switching element 2 . 7 and a power output 5 . 10 the corresponding voltage-controlled switching element 2 . 7 balanced, so equated. This can be done, for example, by electrically connecting the control input 6 . 11 and the power output 5 . 10 the corresponding voltage-controlled switching element 2 . 7 respectively.

Beispielsweise kann beim Ausgleichen des Potentials ein stromgesteuertes Schaltelement 12, 14 geschlossen werden, dessen Leistungspfad 28, 29 elektrisch zwischen dem Steuereingang 6, 11 und einem Leistungsausgang 5, 10 des jeweiligen spannungsgesteuerten Schaltelements 2, 7 angeordnet ist. For example, when balancing the potential, a current-controlled switching element 12 . 14 be closed, its power path 28 . 29 electrically between the control input 6 . 11 and a power output 5 . 10 of the respective voltage-controlled switching element 2 . 7 is arranged.

Ferner kann in dem Verfahren vorgesehen sein, den Stromfluss von dem entsprechenden Steuerausgang 30, 32 über das jeweilige Potentialausgleichselement 12, 14, insbesondere mit einem ersten Widerstand 23, 27 zu begrenzen, der zwischen dem entsprechenden Steuerausgang 30, 32 und dem entsprechenden Steuereingang 6, 11 angeordnet wird. Furthermore, it can be provided in the method, the flow of current from the corresponding control output 30 . 32 via the respective equipotential bonding element 12 . 14 , in particular with a first resistor 23 . 27 limit that between the corresponding control output 30 . 32 and the corresponding control input 6 . 11 is arranged.

Zusätzlich oder alternativ kann bei dem Verfahren ein Ladungsträgerabfluss aus den Steuereingängen 6, 11 der weiteren spannungsgesteuerten Schaltelemente 2, 7 beim Abschalten einer induktiven Last 44 mit einem der spannungsgesteuerten Schaltelemente 2, 7 verhindert werden. Dazu kann insbesondere jeweils eine Diode 21, 25, die zwischen dem entsprechenden Steuerausgang 30, 32 und dem entsprechenden Steuereingang 6, 11 angeordnet ist, genutzt werden. Additionally or alternatively, in the method, a charge carrier outflow from the control inputs 6 . 11 the other voltage-controlled switching elements 2 . 7 when switching off an inductive load 44 with one of the voltage-controlled switching elements 2 . 7 be prevented. In particular, in each case a diode 21 . 25 that between the corresponding control output 30 . 32 and the corresponding control input 6 . 11 is arranged to be used.

Schließlich kann das Bereitstellen eines Massepotentials für die Steuereingänge 6, 11 der spannungsgesteuerten Schaltelemente 2, 7 im deaktivierten Zustand der Schaltvorrichtung 1, 100 vorgesehen sein. Dazu kann z.B. jeweils ein zweiter Widerstand 22, 26 parallel zu der jeweiligen Diode 21, 25 geschaltet werden. Finally, providing a ground potential for the control inputs 6 . 11 the voltage-controlled switching elements 2 . 7 in the deactivated state of the switching device 1 . 100 be provided. For this purpose, for example, in each case a second resistor 22 . 26 parallel to the respective diode 21 . 25 be switched.

9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens zum Herstellen einer Schaltvorrichtung 100. 9 shows a flowchart of a manufacturing method according to the invention for producing a switching device 100 ,

Dazu wird jeweils ein spannungsgesteuertes Schaltelement 2, 7 für je eine elektrische Last 44, 45 in der Schaltvorrichtung 1, 100 derart angeordnet, S11, dass dessen Leistungspfad 3, 8 jeweils zwischen einer Versorgungsspannung 40 und der entsprechenden Last 44, 45 liegt. Ferner wird jeweils ein Potentialausgleichselement 12, 14 zwischen einem Steuereingang 6, 11 des entsprechenden spannungsgesteuerten Schaltelements 2, 7 und einem Leistungsausgang 5, 10 des entsprechenden spannungsgesteuerten Schaltelements 2, 7 angeordnet S12. Diese sind ausgebildet, das Potential zwischen dem Steuereingang 6, 11 des entsprechenden spannungsgesteuerten Schaltelements 2, 7 und dem Leistungsausgang 5, 10 des entsprechenden spannungsgesteuerten Schaltelements 2, 7 auszugleichen, wenn das entsprechende spannungsgesteuerte Schaltelement 2, 7 geöffnet wird. For this purpose, in each case a voltage-controlled switching element 2 . 7 for each one electrical load 44 . 45 in the switching device 1 . 100 arranged such that its power path S11 3 . 8th each between a supply voltage 40 and the corresponding load 44 . 45 lies. Furthermore, in each case a potential equalization element 12 . 14 between a control input 6 . 11 the corresponding voltage-controlled switching element 2 . 7 and a power output 5 . 10 the corresponding voltage-controlled switching element 2 . 7 arranged S12. These are formed, the potential between the control input 6 . 11 the corresponding voltage-controlled switching element 2 . 7 and the power output 5 . 10 the corresponding voltage-controlled switching element 2 . 7 compensate if the corresponding voltage controlled switching element 2 . 7 is opened.

Es wird jeweils ein stromgesteuertes Schaltelement 12, 14 als Potentialausgleichselement 12, 14 bereitgestellt werden. Der Leistungspfad 28, 29 des stromgesteuerten Schaltelements 12, 14 liegt dabei jeweils elektrisch zwischen dem Steuereingang 6, 11 des jeweiligen spannungsgesteuerten Schaltelements 2, 7 und einem Leistungsausgang 5, 10 des jeweiligen spannungsgesteuerten Schaltelements 2, 7. There is in each case a current-controlled switching element 12 . 14 as potential equalization element 12 . 14 to be provided. The performance path 28 . 29 the current-controlled switching element 12 . 14 lies in each case electrically between the control input 6 . 11 of the respective voltage-controlled switching element 2 . 7 and a power output 5 . 10 of the respective voltage-controlled switching element 2 . 7 ,

Ferner wird eine Steuereinrichtung 16 bereitgestellt, welche für jedes der spannungsgesteuerten Schaltelemente 2, 7 einen Steuerausgang 30, 32 und für jedes der stromgesteuerten Schaltelemente 12, 14 einen Stromausgang 31, 33 aufweist. Die Steuerausgänge 30, 32 sind dabei jeweils mit den Steuereingängen 6, 11 der entsprechenden spannungsgesteuerten Schaltelemente 2, 7 gekoppelt und die Stromausgänge 31, 33 werden jeweils mit den Steuereingängen der entsprechenden stromgesteuerten Schaltelemente 12, 14 gekoppelt, wobei die Steuereinrichtung 16 ausgebildet ist, beim Öffnen eines der spannungsgesteuerten Schaltelemente 2, 7 das entsprechende stromgesteuerte Schaltelement 12, 14 zu schließen. Furthermore, a control device 16 provided for each of the voltage-controlled switching elements 2 . 7 a control output 30 . 32 and for each of the current-controlled switching elements 12 . 14 a current output 31 . 33 having. The control outputs 30 . 32 are each with the control inputs 6 . 11 the corresponding voltage-controlled switching elements 2 . 7 coupled and the current outputs 31 . 33 are each with the control inputs of the corresponding current-controlled switching elements 12 . 14 coupled, wherein the control device 16 is formed when opening one of the voltage-controlled switching elements 2 . 7 the corresponding current-controlled switching element 12 . 14 close.

Schließlich können erste Widerstände 23, 27 für jedes der spannungsgesteuerten Schaltelemente 2, 7 zwischen dem entsprechenden Steuerausgang 30, 32 und dem entsprechenden Steuereingang 6, 11 angeordnet werden. Zusätzlich kann jeweils eine Diode 21, 25 für jedes der spannungsgesteuerten Schaltelemente 2, 7 zwischen dem entsprechenden Steuerausgang 30, 32 und dem entsprechenden Steuereingang 6, 11 angeordnet werden. Zusätzlich zur Diode 21, 25 kann ferner jeweils ein zweiter Widerstand 22, 26 elektrisch parallel zu den Dioden 21, 25 angeordnet werden. Finally, first resistances 23 . 27 for each of the voltage-controlled switching elements 2 . 7 between the corresponding control output 30 . 32 and the corresponding control input 6 . 11 to be ordered. In addition, one diode each 21 . 25 for each of the voltage-controlled switching elements 2 . 7 between the corresponding control output 30 . 32 and the corresponding control input 6 . 11 to be ordered. In addition to the diode 21 . 25 may also each have a second resistor 22 . 26 electrically parallel to the diodes 21 . 25 to be ordered.

Da es sich bei der vorhergehend detailliert beschriebenen Schaltvorrichtungen und Verfahren um ein Ausführungsbeispiele handelt, können sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind die mechanischen Anordnungen und die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander lediglich beispielhaft. Since the switching devices and methods described in detail above are exemplary embodiments, they may be modified in a conventional manner to a wide extent by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. In particular, the mechanical arrangements and the size ratios of the individual elements to each other are merely exemplary.

Claims

Switching device ( 100 ) for switching a plurality of electrical loads ( 44 . 45 ), with a voltage-controlled switching element ( 2 . 7 ) for each of the electrical loads ( 44 . 45 ) whose performance path ( 3 . 8th ) between a supply voltage ( 40 ) and the corresponding load ( 44 . 45 ), with a potential equalization element ( 12 . 14 ) for at least one of the voltage-controlled switching elements ( 2 . 7 ), which is designed, the potential between a control input ( 6 . 11 ) of the corresponding voltage-controlled switching element ( 2 . 7 ) and a power output ( 5 . 10 ) of the corresponding voltage-controlled switching element ( 2 . 7 ) when the corresponding voltage-controlled switching element ( 2 . 7 ), with as current-controlled switching elements ( 12 . 14 ) equipotential bonding elements ( 12 . 14 ), where the power path ( 28 . 29 ) of the current-controlled switching elements ( 12 . 14 ) each electrically between the control input ( 6 . 11 ) of the respective voltage-controlled switching element ( 2 . 7 ) and a power output ( 5 . 10 ) of the respective voltage-controlled switching element ( 2 . 7 ) is arranged with a control device ( 16 ), which for each of the voltage-controlled switching elements ( 2 . 7 ) a control output ( 30 . 32 ) and for each of the current-controlled switching elements ( 12 . 14 ) a current output ( 31 . 33 ), the control outputs ( 30 . 32 ) each with the control inputs ( 6 . 11 ) of the corresponding voltage-controlled switching elements ( 2 . 7 ) and the current outputs ( 31 . 33 ) with the control inputs of the respective current-controlled switching elements ( 12 . 14 ) and with a diode ( 21 . 25 ) for each of the voltage-controlled switching elements ( 2 . 7 ) between the corresponding control output ( 30 . 32 ) and the corresponding control input ( 6 . 11 ) is arranged in the forward direction, wherein the control device ( 16 ) is adapted, when opening one of the voltage-controlled switching elements ( 2 . 7 ) the corresponding current-controlled switching element ( 12 . 14 ) close.

Switching device ( 100 ) according to claim 1, with a first resistor ( 23 . 27 ) for each of the voltage-controlled switching elements ( 2 . 7 ) located between the corresponding control output ( 30 . 32 ) and the corresponding control input ( 6 . 11 ) is arranged.

Switching device ( 100 ) according to one of the preceding claims, with a second resistor ( 22 . 26 ) for each of the diodes ( 21 . 25 ), the respective second resistor ( 22 . 26 ) electrically parallel to the corresponding diode ( 21 . 25 ) is arranged.

Switching device ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the voltage-controlled switching element ( 2 . 7 ) as a MOSFET, in particular is designed for a maximum voltage of 60 V, and / or wherein the current-controlled switching element ( 12 . 14 ) is formed as a bipolar transistor.

Method for switching a plurality of electrical loads ( 44 . 45 ) in a switching device ( 100 ) with a voltage-controlled switching element ( 2 . 7 ) and a potential equalization element ( 12 . 14 ) for at least one of the electrical loads ( 44 . 45 ), comprising the steps of: opening (S1) a voltage-controlled switching element ( 2 . 7 ), Balancing (S2) the potential between the control input (S2) 6 . 11 ) of the corresponding voltage-controlled switching element ( 2 . 7 ) and a power output ( 5 . 10 ) of the corresponding voltage-controlled switching element ( 2 . 7 ), and preventing carrier leakage from the control inputs ( 6 . 11 ) of the further voltage-controlled switching elements ( 2 . 7 ) when switching off an inductive load ( 44 . 45 ) with one of the voltage-controlled switching elements ( 2 . 7 ), each with a diode ( 21 . 25 ), which in the forward direction between the corresponding control output ( 30 . 32 ) and the corresponding control input ( 6 . 11 ) is arranged.

Method according to claim 5, wherein when balancing the potential a current-controlled switching element ( 12 . 14 ) whose power path ( 28 . 29 ) electrically between the control input ( 6 . 11 ) of the respective voltage-controlled switching element ( 2 . 7 ) and the power output ( 5 . 10 ) of the respective voltage-controlled switching element ( 2 . 7 ) is arranged.

Method according to claim 6, comprising limiting the current flow from the corresponding control output ( 30 . 32 ) via the respective equipotential bonding element ( 12 . 14 ), in particular with a first resistor ( 23 . 27 ) located between the corresponding control output ( 30 . 32 ) and the corresponding control input ( 6 . 11 ) is arranged.

Method according to one of claims 5 to 7, comprising providing a ground potential for the control inputs ( 6 . 11 ) of the voltage-controlled switching elements ( 2 . 7 ) in the deactivated state of the switching device ( 100 ), in particular with a second resistor ( 22 . 26 ) for each of the diodes ( 21 . 25 ), the respective second resistor ( 22 . 26 ) electrically parallel to the corresponding diode ( 21 . 25 ) is arranged.

Manufacturing method for producing a switching device ( 100 ) for switching a plurality of electrical loads ( 44 . 45 ), comprising the steps: arranging (S11) in each case a voltage-controlled switching element ( 2 . 7 ) for each of the electrical loads ( 44 . 45 ) in the switching device ( 100 ) such that their performance paths ( 3 . 8th ) between a supply voltage ( 40 ) and the corresponding load ( 44 . 45 ), arranging (S12) in each case an equipotential bonding element ( 12 . 14 ) between a control input ( 6 . 11 ) of the corresponding voltage-controlled switching element ( 2 . 7 ) and a power output ( 5 . 10 ) of the corresponding voltage-controlled switching element ( 2 . 7 ), which is designed, the potential between the control input ( 6 . 11 ) of the corresponding voltage-controlled switching element ( 2 . 7 ) and the power output ( 5 . 10 ) of the corresponding voltage-controlled switching element ( 2 . 7 ) when the corresponding voltage-controlled switching element ( 2 . 7 ), providing a current-controlled switching element ( 12 . 14 ) as equipotential bonding element ( 12 . 14 ), where the power path ( 28 . 29 ) of the current-controlled switching element ( 12 . 14 ) electrically between the control input ( 6 . 11 ) of the respective voltage-controlled switching element ( 2 . 7 ) and a power output ( 5 . 10 ) of the respective voltage-controlled switching element ( 2 . 7 ) and providing a control device ( 16 ), which for each of the voltage-controlled switching elements ( 2 . 7 ) a control output ( 30 . 32 ) and for each of the current-controlled switching elements ( 12 . 14 ) a current output ( 31 . 33 ), the control outputs ( 30 . 32 ) each with the control inputs ( 6 . 11 ) of the corresponding voltage-controlled switching elements ( 2 . 7 ) and the current outputs ( 31 . 33 ) with the control inputs of the respective current-controlled switching elements ( 12 . 14 ), wherein the control device ( 16 ) is formed when opening one of the voltage-controlled switching elements ( 2 . 7 ) the corresponding current-controlled switching element ( 12 . 14 ) and placing a diode ( 21 . 25 ) for each of the voltage-controlled switching elements ( 2 . 7 ) in the forward direction between the corresponding control output ( 30 . 32 ) and the corresponding control input ( 6 . 11 ), and in particular arranging in each case a second resistor ( 22 . 26 ) electrically parallel to the diodes ( 21 . 25 ).

A manufacturing method according to claim 9, comprising arranging a first resistor ( 23 . 27 ) for each of the voltage-controlled switching elements ( 2 . 7 ) between the corresponding control output ( 30 . 32 ) and the corresponding control input ( 6 . 11 ).