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WO2010052187A2 - Treiberschaltung zum bereitstellen einer lastspannung - Google Patents

Treiberschaltung zum bereitstellen einer lastspannung Download PDF

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WO2010052187A2
WO2010052187A2 PCT/EP2009/064457 EP2009064457W WO2010052187A2 WO 2010052187 A2 WO2010052187 A2 WO 2010052187A2 EP 2009064457 W EP2009064457 W EP 2009064457W WO 2010052187 A2 WO2010052187 A2 WO 2010052187A2
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WO
WIPO (PCT)
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load
voltage
unit
supply voltage
driver circuit
Prior art date
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PCT/EP2009/064457
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Jürgen Kellner
Jürgen Stuber
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Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to JP2011535088A priority patent/JP5362021B2/ja
Publication of WO2010052187A2 publication Critical patent/WO2010052187A2/de
Publication of WO2010052187A3 publication Critical patent/WO2010052187A3/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • H03K19/00384—Modifications for compensating variations of temperature, supply voltage or other physical parameters in field effect transistor circuits
    • H02J2105/33—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a driver circuit for providing a load voltage for supplying a load, in particular a load of a vehicle.
  • the invention relates to a vehicle.
  • the invention further relates to a method for providing a load voltage for supplying a load, in particular a load of a vehicle.
  • the invention relates to a program element.
  • the invention further relates to a computer-readable storage medium.
  • Modern motor vehicles form complex systems of hardware and software.
  • automotive regulation and control a large number doctorster STEU ⁇ ergerate is used.
  • the totality of all control devices forms a highly networked system based on different bus systems or communication devices.
  • the heterogeneity of hardware and software with such a system is highly complex.
  • the power supply auto Mobi ⁇ len is a critical component especially with comfortable furnishings.
  • different dene loads such as relays, other control units or motors with power or voltage supplied to ⁇ to activate it and to keep active.
  • Such relays require some voltage to be activated and low voltage to stay active.
  • a driver circuit can be used.
  • Conventional semiconductor driver circuits can provide high voltages. If the supply voltage of these driver circuits drops, then However, the driver circuit switched off, since such driver circuits can usually only be operated at high voltages.
  • the invention has for its object to provide theistsver ⁇ supply for a load, in particular a load of a vehicle.
  • a driver circuit for providing a load voltage for supplying a load, in particular a load of a vehicle, wherein the driver circuit comprises a supply voltage source for providing a supply voltage, a buffer unit for buffering electrical energy the buffer unit is coupled to a supply voltage source for supplying the electrical energy, and has a driver unit, which can be supplied with the electrical energy as required by means of the buffer unit, whereby the load voltage can be provided to the load when the supply voltage drops.
  • a vehicle that provides a driver circuit having the features described above for providing a load voltage for supplying a load of a vehicle.
  • a method for providing a load voltage for supplying a load, in particular a load of a vehicle is provided, wherein a supply voltage through a
  • Supply voltage source is stored, electrical energy is stored in a buffer unit, wherein the buffer unit with a supply supply voltage source is coupled to provide the electrical energy, and wherein the electrical energy is supplied to a drive unit, whereby the load at a drop in the supply voltage, the load voltage can be provided.
  • a program for providing a load voltage for supplying a load, in particular a load of a vehicle is stored, which program, when executed by a processor, controls the method steps described above. carried out.
  • Em program element (computer program element) according to an exemplary embodiment of the present invention to provide a load voltage for supplying a load, particularly a load of a vehicle, the above-described ⁇ NEN method steps (or controls or leads them through) when is executed by a processor.
  • Exemplary embodiments of the present invention can be realized both by means of a computer program, that is to say a software, and by means of one or more special electrical circuits, that is to say in hardware, or in any hybrid form, that is to say by means of software components and hardware components.
  • a driver circuit for a vehicle system (for example, an automobile or motor vehicle) is provided, which supplies a load with a load voltage.
  • the driver circuit can also be used for various electrical devices.
  • Such a driver circuit contains an internal elec- ⁇ sche supply voltage source for providing electrical ⁇ shear energy for powering various loads in the vehicle or can be coupled to such an external voltage source.
  • the voltage source may be For example, to a battery act. Electric energy in this context is to be understood as meaning both electrical and electrochemical energy.
  • a load can be, for example, a relay, another control unit or motors here.
  • An intermediate storage unit is connected to a supply voltage source.
  • the supply voltage source may be the supply voltage source of the driver circuit or an external supply voltage source, for example a decoupled battery. While a proper or normal operation of the supply voltage source ⁇ the intermediate storage unit is loaded. This may be, for example, a capacitor or a battery. By charging, the buffer unit provides electrical or electrochemical energy.
  • a driver unit may be connected to the intermediate unit. This drive unit, the electric power provided by the insectspei ⁇ cherü with a drop in supply voltage or failure of the supply voltage source, to supply the load with a load voltage. In this case, the supply voltage that has dropped off can be supplied to the load as a load voltage. This can ensure that the load can be supplied even with a drop in the supply voltage at least with a low voltage. For example, a voltage of 1.5 or 2 V may be sufficient to keep relays active.
  • driver circuit In the following, preferred embodiments of the driver circuit will be described. These also apply to the procedure, the vehicle, the program element and the computer-readable storage medium.
  • the load voltage may be smaller than the supply voltage in a proper operation of the supply voltage source.
  • the load voltage may follow the drop in the supply voltage.
  • the driver unit can serve to supply the load with the currently available supply voltage.
  • the load voltage may be greater than or equal to a load-dependent predetermined threshold. This threshold can be determined from the voltage required for a given load.
  • the buffer unit and the driver unit can be dimensioned accordingly.
  • the driver unit may be a low-voltage side driver unit. For low voltages this driver unit can be used. Usual driver units were turned off at low voltages.
  • the driver unit may be a ground switching element. This can be used as a positive switching element.
  • a release unit may be provided which may be coupled between the buffer unit and the driver unit. This release unit can release the power supply for the driver unit, that is, it can close a connection between the buffer unit and the driver ⁇ unit. This allows control of the driver unit.
  • the driver circuit may further comprise a high voltage side driver unit, wherein the high voltage side driver unit, the electrical energy can be supplied, and wherein the high voltage side driver unit of the load can provide the load voltage.
  • a high voltage side driver unit wherein the high voltage side driver unit, the electrical energy can be supplied, and wherein the high voltage side driver unit of the load can provide the load voltage.
  • the high voltage side driver unit may be a positive switching element.
  • providing can mean that connections between the load and the supply voltage are closed by the driver units, or that the driver units switch to allow corresponding connections.
  • a microcontroller may be provided, which is coupled to the high-voltage side driver unit and the release unit in order to control these. In this way, an optimal and efficient control of the driver units and the provision of the load voltage is made possible.
  • the driver units preferably have switches. This can be a simple and inexpensive way to implement the driver units.
  • the switches may be transistors, for example MOSFETs, or integrated driver devices.
  • the vehicle may be, for example, an automobile (for example a motor vehicle, in particular a passenger car or a lorry). But it is also possible, the erfmdungsgedorfe driver circuit in a train, in a
  • Aircraft for example, an airplane, a helicopter or a zeppelin
  • Aircraft for example, an airplane, a helicopter or a zeppelin
  • to implement in a ship for example, an airplane, a helicopter or a zeppelin
  • FIG. 1 shows a schematic driver circuit for a
  • Figure 2 shows an exemplary embodiment of a driver scarf ⁇ processing of FIG. 1
  • FIG. 3 shows a possible voltage curve of a load without the use of a driver circuit according to the invention.
  • FIG. 4 shows possible voltage characteristics in a system using a driver circuit according to the invention.
  • Charge pump supply or DC / DC boost converters Charge pump supply or DC / DC boost converters.
  • discrete solutions such as bipolar transistors can be used, but these are not compatible with an output current in the can be operated rich of more than 500 mA.
  • such solutions do not always meet the specifications of vehicle manufacturers. It is therefore desirable to provide a driver circuit that can provide a satisfactory voltage supply to a load.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a driver circuit 100 according to the invention, which provides a voltage supply for a load of a vehicle.
  • the driver circuit has a supply voltage source U B , for example a battery.
  • An intermediate storage unit 101 is coupled to the supply voltage source U B.
  • the latch unit 101 is charged.
  • a high-voltage side driver unit
  • the driver unit 102 which is connected to the supply voltage source U B operated.
  • the driver unit 102 is controlled by a microcontroller 103, wherein the microcontroller 103 and the driver unit 102 are connected.
  • the microcontroller 103 controls the driver unit 102 so that a load 104 is supplied with the supply voltage.
  • the load 104 is connected to the driver unit 102.
  • the driver unit 102 may comprise a transistor, for example a MOSFET.
  • the gate terminal is connected to the microcontroller, the dram connection with the supply voltage source U B and the source terminal to the load 104.
  • the driver unit 105 is connected on the one hand via a release unit 106 to the latch 101, on the other hand, the driver unit 105 with the supply voltage source U B and further with the load 104 verbun ⁇ the.
  • the driver unit 105 may also comprise a transistor, for example a MOSFET, wherein the drain terminal is connected to the supply voltage source U B , the gate terminal to the release unit 106 and the source terminal to the load 104.
  • the release unit 106 is further connected to the microcontroller.
  • the high-voltage side Driver unit 102 is used to supply the output or the load 104 with the supply voltage.
  • the buffer unit 101 is loaded.
  • the high-voltage side driver unit 102 is turned off due to a too low voltage.
  • the release unit 106 is switched by the microcontroller 103 so that the release unit 106 turns on the connection between the latch unit 101 and the low-voltage side drive unit 105.
  • the input of the low voltage side driver unit 105 is then energized by the latch unit 101 whose voltage level is higher than that of the supply voltage.
  • the low-voltage side driver unit 105 is activated because the voltage between gate and source
  • the virtual grounding potential of this system is the output to the load.
  • the high-voltage side driver unit 102 is turned on again.
  • the virtual Erdungsspan- voltage level is then close to the supply voltage level and the low side driver unit 105 is again switched from ⁇ .
  • the low-voltage side drive unit 105 is turned on to supply the load with a voltage.
  • this voltage can drop to 2V.
  • the load may, for example, be a relay which may remain activated even at a low voltage.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a driver circuit 100 according to the invention.
  • the latch unit 101 may have, for example, a capacitor 111 which is charged during normal operation.
  • the intermediate storage unit has in this case further ver ⁇ different resistors and diodes.
  • the microcontroller 103 controls a switch 120, for example a transistor, in the release unit 106, as a result of which a further switch 121, for example a MOSFET, switches through in the enable unit so that the low-voltage-side driver unit 105 is supplied with a voltage from the Buffer unit 101 is supplied.
  • the latch unit 101 may be a Batte ⁇ rie further provides an electrochemical energy.
  • the low-voltage side driver unit 105 then provides a minimum voltage to the load 104.
  • the high voltage side driver unit 102 may include a switch 125 instead of a transistor.
  • a possible voltage waveform of the supply voltage is shown.
  • the supply voltage U B drops in this case to the value U 3 , and remains at this value over a longer period.
  • a conventional driver circuit was switched off without the use of a driver circuit according to the invention and an external load was no longer supplied.
  • FIG. 4 shows a voltage curve with the use of a driver circuit according to the invention.
  • the supply voltage U B and the output voltage U ou t / which is the ⁇ supplied leads are 12 V, as well as the voltage U z in the buffer.
  • the supply voltage U B drops below 4V, the output voltage U out follows.
  • the supply voltage U B rises again to 12V, as does the output voltage U out following it.
  • the voltage U z in the buffer also drops at the time t1, since it is no longer charged by the supply voltage U B , but drops only to 8V at time t2. This ensures a power supply for the low-voltage side driver unit.
  • the low-voltage side driver unit is turned on by the release unit 106, which is already turned on by the microcontroller at a time t ⁇ .
  • Can t ⁇ time both lie in time before the drop of the supply voltage U B the time tl, but can also be at the same time at the time tl. If the release unit activates the low-voltage side driver unit before the supply voltage drops, it is achieved that the voltage at the input to the load is intercepted in good time. This may be necessary for some loads, but for other loads it may also be sufficient to activate the low-voltage side driver unit only at time t1. Activation in the time between t1 and t2 is also possible.

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Abstract

Treiberschaltung (100) zum Bereitstellen einer Lastspannung zum Versorgen einer Last (104), insbesondere eine Last eines Fahrzeugs, wobei die Treiberschaltung (100) eine Versorgungsspannungsquelle (UB) zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung, eine Zwischenspeichereinheit (101) zum Zwischenspeichern elektrischer Energie, wobei die Zwischenspeichereinheit (101) mit einer Versorgungsspannungsquelle zum Bereitstellen der elektrischen Energie gekoppelt ist, und eine Treibereinheit (105) aufweist, der mittels der Zwischenspeichereinheit (101) bedarfsweise die elektrische Energie zuführbar ist, womit der Last (104) bei einem Abfall der Versorgungsspannung die Lastspannung bereitstellbar ist.

Description

Beschreibung
Treiberschaltung zum Bereitstellen einer Lastspannung
Die Erfindung betrifft eine Treiberschaltung zum Bereitstellen einer Lastspannung zum Versorgen einer Last, insbesondere eine Last eines Fahrzeugs.
Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Bereitstellen einer Lastspannung zum Versorgen einer Last, insbesondere eine Last eines Fahrzeugs.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Programm-Element.
Die Erfindung betrifft ferner ein computerlesbares Speichermedium.
Moderne Kraftfahrzeuge bilden komplexe Systeme von Hardware und Software. Zur Regelung und Steuerung des mechatronischen Systems Automobil kommt eine hohe Zahl verschiedenster Steu¬ ergerate zum Einsatz. Die Gesamtheit aller Steuergerate bildet ein hochgradig vernetztes System auf Grundlage unter- schiedlicher Bussysteme bzw. Kommunikationseinrichtungen. Die mit einem solchen System gegebene Heterogenitat von Hard- und Software ist hochkomplex. Die Energieversorgung von Automobi¬ len ist besonders bei komfortabler Ausstattung eine kritische Komponente. So müssen beispielsweise in Fahrzeugen verschie- dene Lasten, beispielsweise Relais, andere Steuergerate oder Motoren, mit Energie beziehungsweise Spannung versorgt wer¬ den, um diese zu aktivieren und aktiv zu halten. Solche Relais benotigen eine gewisse Spannung, um aktiviert zu werden, und eine geringe Spannung, um aktiv zu bleiben. Um ein Relais mit Spannung zu versorgen, kann beispielsweise eine Treiberschaltung verwendet werden. Herkömmliche Halbleitertreiber- schaltungen können hohe Spannungen bereitstellen. Falls die Versorgungsspannung dieser Treiberschaltungen abfallt, wird jedoch die Treiberschaltung abgeschaltet, da solche Treiberschaltungen gewöhnlich nur bei hohen Spannungen betrieben werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Spannungsver¬ sorgung für eine Last, insbesondere eine Last eines Fahrzeugs, bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelost durch die Gegenstande der unabhan- gigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausfuhrungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhangigen Ansprüchen beschrieben .
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Treiber- Schaltung zum Bereitstellen einer Lastspannung zum Versorgen einer Last, insbesondere eine Last eines Fahrzeugs, bereitgestellt, wobei die Treiberschaltung eine Versorgungsspannungs- quelle zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung, eine Zwischenspeichereinheit zum Zwischenspeichern elektrischer Ener- gie, wobei die Zwischenspeichereinheit mit einer Versorgungs- spannungsquelle zum Bereitstellen der elektrischen Energie gekoppelt ist, und eine Treibereinheit aufweist, der mittels der Zwischenspeichereinheit bedarfsweise die elektrische E- nergie zufuhrbar ist, womit der Last bei einem Abfall der Versorgungsspannung die Lastspannung bereitstellbar ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug geschaffen, das eine Treiberschaltung mit den oben beschriebenen Merkmalen zum Bereitstellen einer Lastspannung zum Ver- sorgen einer Last eines Fahrzeugs bereitstellt.
Gemäß noch einem anderen Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zum Bereitstellen einer Lastspannung zum Versorgen einer Last, insbesondere eine Last eines Fahrzeugs, bereitgestellt, wobei eine Versorgungsspannung durch eine
Versorgungsspannungsquelle bereitgestellt wird, elektrische Energie in einer Zwischenspeichereinheit zwischengespeichert wird, wobei die Zwischenspeichereinheit mit einer Versor- gungsspannungsquelle zum Bereitstellen der elektrischen Energie gekoppelt ist, und wobei die elektrische Energie an eine Treibereinheit zugeführt wird, womit der Last bei einem Abfall der Versorgungsspannung die Lastspannung bereitstellbar ist.
In einem computerlesbaren Speichermedium gemäß einem Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Programm zum Bereitstellen einer Lastspannung zum Versorgen einer Last, insbesondere eine Last eines Fahrzeugs, gespeichert, welches Programm, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, die oben beschriebenen Verfahrensschritte steuert, aufweist bzw. durchfuhrt .
Em Programm-Element (Computerprogramm-Element) gemäß einem Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zum Bereitstellen einer Lastspannung zum Versorgen einer Last, insbesondere eine Last eines Fahrzeugs, weist die oben beschriebe¬ nen Verfahrensschritte auf (bzw. steuert oder fuhrt diese durch), wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird.
Ausfuhrungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können sowohl mittels eines Computerprogramms, das heißt einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, das heißt in Hardware, oder in beliebig hybrider Form, das heißt mittels Software-Komponenten und Hardware- Komponenten, realisiert werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist eine Treiberschaltung für ein Fahrzeugsystem (zum Beispiel ein Automobil bzw. Kraftfahrzeug) geschaffen, welche eine Last mit einer Lastspannung versorgt. Die Treiberschaltung kann auch für diverse elektrische Gerate verwendet werden. Eine solche Treiberschaltung enthalt eine interne elekt- πsche Versorgungsspannungsquelle zum Bereitstellen elektri¬ scher Energie zum Versorgen von unterschiedlichen Lasten in dem Fahrzeug oder ist mit einer solchen externen Spannungsquelle koppelbar. Bei der Spannungsquelle kann es sich bei- spielsweise um eine Batterie handeln. Unter elektrischer E- nergie ist in diesem Zusammenhang sowohl elektrische als auch elektro-chemische Energie zu verstehen. Eine Last kann hier beispielsweise ein Relais, ein anderes Steuergerat oder Moto- ren sein. Eine Zwischenspeichereinheit ist mit einer Versor- gungsspannungsquelle verbunden. Bei der Versorgungsspannungs- quelle kann es sich um die Versorgungsspannungsquelle der Treiberschaltung oder eine externe Versorgungsspannungsquelle, beispielsweise eine entkoppelte Batterie handeln. Wahrend eines ordnungsgemäßen oder normalen Betriebs der Versorgungs¬ spannungsquelle wird die Zwischenspeichereinheit geladen. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Kondensator oder eine Batterie handeln. Durch den Ladevorgang stellt die Zwischenspeichereinheit elektrische oder elektro-chemische Ener- gie bereit. Eine Treibereinheit kann mit der Zwischeneinheit verbunden sein. Dieser Treibereinheit kann bei einem Abfall der Versorgungsspannung oder Ausfall der Versorgungsspannungsquelle die elektrische Energie von der Zwischenspei¬ chereinheit bereitgestellt werden, um die Last mit einer Lastspannung versorgen zu können. Hierbei kann die Versorgungsspannung, die abgefallen ist, der Last als Lastspannung zugeführt werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Last auch bei einem Abfall der Versorgungsspannung zumindest mit einer geringen Spannung versorgt werden kann. Bei- spielsweise kann zum Aktivhalten von Relais eine Spannung von 1,5 oder 2 V ausreichend sein.
Im Weiteren werden bevorzugte Ausfuhrungsformen der Treiberschaltung beschrieben. Diese gelten auch für das Verfahren, für das Fahrzeug, für das Programm-Element und für das computerlesbare Speichermedium.
Bei einem Ausfall der Versorgungsspannungsquelle kann die Lastspannung kleiner als die Versorgungsspannung bei einem ordnungsgemäßen Betrieb der Versorgungsspannungsquelle sein. Wenn die Versorgungsspannung abfallt, kann die Lastspannung dem Abfall der Versorgungsspannung folgen. Durch die Verwendung einer Treibereinheit bei einem Ausfall der Versorgungs- Spannungsquelle kann jedoch die Lastspannung großer als die momentan vorhandene Versorgungsspannung und kleiner als die Versorgungsspannung bei einem ordnungsgemäßen Betrieb der Versorgungsspannungsquelle sein, wodurch verhindert werden kann, dass an den Lasten, beispielsweise Relais, keinerlei Spannung mehr vorhanden ist. Die Treibereinheit kann dazu dienen, der Last die momentan vorhandene Versorgungsspannung zuzuführen .
Die Lastspannung kann großer oder gleich einem lastabhangigen vorbestimmten Schwellwert sein. Dieser Schwellwert kann anhand der für eine bestimmte Last benotigten Spannung bestimmt werden. Die Zwischenspeichereinheit und die Treibereinheit können dementsprechend dimensioniert sein.
Die Treibereinheit kann eine niederspannungsseitige Treibereinheit sein. Für niedrige Spannungen kann diese Treibereinheit verwendet werden. Übliche Treibereinheiten wurden bei niedrigen Spannungen abgeschaltet werden. Die Treibereinheit kann ein Masse schaltendes Element sein. Dieses kann als plusschaltendes Element verwendet werden.
Eine Freigabeeinheit kann vorgesehen sein, die zwischen der Zwischenspeichereinheit und der Treibereinheit gekoppelt sein kann. Diese Freigabeeinheit kann die Spannungsversorgung für die Treibereinheit freigeben, das heißt, sie kann eine Verbindung zwischen der Zwischenspeichereinheit und der Treiber¬ einheit schließen. Dadurch wird eine Steuerung der Treibereinheit ermöglicht.
Die Treiberschaltung kann des Weiteren eine hochspannungssei- tige Treibereinheit aufweisen, wobei der hochspannungsseiti- gen Treibereinheit die elektrische Energie zufuhrbar sein kann, und wobei die hochspannungsseitige Treibereinheit der Last die Lastspannung bereitstellen kann. Dadurch kann es ermöglicht werden, dass bei hohen Spannungen die hochspannungsseitige Treibereinheit eine Lastspannung bereitstellt und bei niedrigen Spannungen, bei denen diese Treibereinheit abge- schaltet wird oder aufgrund der niedrigen Spannung ausfallt, die niederspannungsseitige Treibereinheit die Lastspannung bereitstellt. Die hochspannungsseitige Treibereinheit kann ein plusschaltendes Element sein. Bereitstellen kann in die- sem Zusammenhang bedeuten, dass durch die Treibereinheiten Verbindungen zwischen der Last und der Versorgungsspannung geschlossen werden, beziehungsweise, dass die Treibereinhei- ten schalten, um entsprechende Verbindungen zu ermöglichen.
Des Weiteren kann ein Mikrokontroller vorgesehen sein, der mit der hochspannungsseitigen Treibereinheit und der Freigabeeinheit gekoppelt ist, um diese zu steuern. Auf diese Weise wird eine optimale und effiziente Steuerung der Treibereinheiten und der Bereitstellung der Lastspannung ermöglicht.
Bevorzugt weisen die Treibereinheiten Schalter auf. Dies kann eine einfache und kostengünstige Möglichkeit sein, die Treibereinheiten zu realisieren. Insbesondere können die Schalter Transistoren, beispielsweise MOSFETs, oder integrierte Trei- berbausteme sein.
Im Weiteren werden zusatzliche Ausgestaltungen des Fahrzeugs beschrieben. Diese gelten auch für die Treiberschaltung, für das Verfahren, für das Programm-Element und für das computer- lesbare Speichermedium.
Das Fahrzeug kann zum Beispiel ein Automobil (zum Beispiel ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftfahrzeug o- der Lastkraftfahrzeug) sein. Es ist aber auch möglich, die erfmdungsgemaße Treiberschaltung in einem Zug, in einem
Luftfahrzeug (zum Beispiel einem Flugzeug, einem Hubschrauber oder einem Zeppelin) oder in einem Schiff zu implementieren.
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausfuhrungsformen der Erfin- düng mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstande be¬ schrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausfuhrungsformen der Erfindung mit Vorπchtungsanspruchen und andere Ausfuhrungsformen der Erfindung mit Verfahrensanspruchen beschrie- ben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine be- liebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfmdungsgegenstanden gehören.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung der- zeit bevorzugter Ausfuhrungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.
Figur 1 zeigt eine schematische Treiberschaltung für ein
Fahrzeug gemäß einem Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung .
Figur 2 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel einer Treiberschal¬ tung von Figur 1.
Figur 3 zeigt einen möglichen Spannungsverlauf einer Last ohne Verwendung einer erfmdungsgemaßen Treiberschaltung.
Figur 4 zeigt mögliche Spannungsverlaufe in einem System mit Verwendung einer erfmdungsgemaßen Treiberschaltung.
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich. Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen .
Es gibt verschiedene Ansätze, einen Spannungsabfall in einer Treiberschaltung zu kompensieren wie diskrete Losungen mit
Ladepumpenversorgung oder DC/DC Aufwartswandlern . Des Weiteren können diskrete Losungen wie Bipolartransistoren verwendet werden, die jedoch nicht mit einem Ausgangsstrom im Be- reich von mehr als 500 mA betrieben werden können. Zusatzlich erfüllen solche Losungen nicht immer die Spezifikationen von Fahrzeugherstellern. Es ist daher wünschenswert, eine Treiberschaltung bereitzustellen, die eine zufriedenstellende Spannungsversorgung für eine Last bereitstellen kann.
Fig. 1 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemaßen Treiberschaltung 100, die eine Spannungsversorgung für eine Last eines Fahrzeugs bereitstellt. In diesem Ausfuhrungsbei- spiel weist die Treiberschaltung eine Versorgungsspannungs- quelle UB, beispielsweise eine Batterie, auf. Eine Zwischenspeichereinheit 101 ist mit der Versorgungsspannungsquelle UB gekoppelt. Wahrend des normalen Spannungsbetriebs wird die Zwischenspeichereinheit 101 aufgeladen. Des Weiteren wird im normalen Betrieb eine hochspannungsseitige Treibereinheit
102, die mit der Versorgungsspannungsquelle UB verbunden ist, betrieben. Die Treibereinheit 102 wird durch einen Mikrokon- troller 103 gesteuert, wobei der Mikrokontroller 103 und die Treibereinheit 102 verbunden sind. Der Mikrokontroller 103 steuert die Treibereinheit 102 so, dass eine Last 104 mit der Versorgungsspannung versorgt wird. Die Last 104 ist mit der Treibereinheit 102 verbunden. Die Treibereinheit 102 kann ei¬ nen Transistor, beispielsweise einen MOSFET aufweisen. Hierbei ist der Gate-Anschluss mit dem Mikrokontroller verbunden, der Dram-Anschluss mit der Versorgungsspannungsquelle UB und der Source-Anschluss mit der Last 104. Des Weiteren weist die Treiberschaltung 100 eine niederspannungsseitige Treiberein¬ heit 105 auf. Die Treibereinheit 105 ist zum einen über eine Freigabeeinheit 106 mit dem Zwischenspeicher 101 verbunden, zum anderen ist die Treibereinheit 105 mit der Versorgungsspannungsquelle UB und des Weiteren mit der Last 104 verbun¬ den. Die Treibereinheit 105 kann ebenfalls einen Transistor, beispielsweise einen MOSFET aufweisen, wobei der Drain- Anschluss mit der Versorgungsspannungsquelle UB, der Gate- Anschluss mit der Freigabeeinheit 106 und der Source- Anschluss mit der Last 104 verbunden ist. Die Freigabeeinheit 106 ist des Weiteren mit dem Mikrokontroller verbunden. Bei einem normalen Spannungsbetrieb wird die hochspannungsseitige Treibereinheit 102 verwendet, um den Ausgang bzw. die Last 104 mit der Versorgungsspannung zu versorgen. Zur selben Zeit wird die Zwischenspeichereinheit 101 geladen. Bei einem Abfall oder Ausfall der Versorgungsspannung beziehungsweise der Versorgungsspannungsquelle UB wird die hochspannungsseitige Treibereinheit 102 aufgrund einer zu niedrigen Spannung abgeschaltet. Die Freigabeeinheit 106 wird durch den Mikrokon- troller 103 geschaltet, so dass die Freigabeeinheit 106 die Verbindung zwischen der Zwischenspeichereinheit 101 und der niederspannungsseitigen Treibereinheit 105 durchschaltet. Der Eingang der niederspannungsseitigen Treibereinheit 105 wird daraufhin von der Zwischenspeichereinheit 101 mit Energie versorgt, deren Spannungsniveau hoher ist als das der Versorgungsspannung. Die niederspannungsseitige Treibereinheit 105 wird aktiviert, da die Spannung zwischen Gate- und Source-
Anschluss hoch genug ist. Das virtuelle Erdungspotential dieses Systems ist der Ausgang an die Last. Wenn die Versorgungsspannung wieder zu einem normalen Niveau, beispielsweise 12 V, zurückkehrt, wird die hochspannungsseitige Treiberein- heit 102 wieder eingeschaltet. Das virtuelle Erdungsspan- nungsniveau ist dann nahe dem Versorgungsspannungsniveau und die niederspannungsseitige Treibereinheit 105 wird wieder ab¬ geschaltet. Durch dieses System wird erreicht, dass die Spannung an der Last zwar mit der Versorgungsspannung abfallt, jedoch nicht unter ein bestimmtes Niveau fallt, da bei einem Abfall der Versorgungsspannung die niederspannungsseitige Treibereinheit 105 eingeschaltet wird, um die Last mit einer Spannung zu versorgen. Diese Spannung kann beispielsweise bis auf 2 V abfallen. Die Last kann beispielsweise ein Relais sein, welches auch bei einer niedrigen Spannung aktiviert bleiben kann. Bei modernen Fahrzeugarchitekturen ist es gewünscht, dass die Halbleitertreiberausgange auch bei sehr niedrigen Versorgungsspannungen für kurze Zeit, beispielsweise wahrend des Startens, zur Verfugung stehen. Zur selben Zeit wachst die Treiberleistungsfahigkeit hin zu hohen Aus¬ gangsstromen, beispielsweise mehr als 500 inA. Konventionelle integrierte Halbleitertreiber sind nur in der Lage, den Ausgang mit einer höheren Spannung zu betreiben. Um Ausgange wie beispielsweise die Zündung (Terminal 15) oder den Starter (Terminal 50) zu betreiben, ist es aber notig, die Halblei- tertreiberschaltungen durchgehend zu betreiben.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel einer erfin- dungsgemaßen Treiberschaltung 100 gezeigt. Aus dieser Treiberschaltung ist ersichtlich, dass die Zwischenspeichereinheit 101 beispielsweise einen Kondensator 111 aufweisen kann, der wahrend des normalen Betriebs aufgeladen wird. Die Zwi- schenspeichereinheit weist in diesem Fall des Weiteren ver¬ schiedene Widerstände und Dioden auf. Bei einem Abfall der Versorgungsspannung steuert der Mikrokontroller 103 einen Schalter 120, beispielsweise einen Transistor, in der Freigabeeinheit 106, wodurch ein weiterer Schalter 121, beispiels- weise ein MOSFET, in der Freigabeeinheit durchschaltet, so dass die niederspannungsseitige Treibereinheit 105 mit einer Spannung aus der Zwischenspeichereinheit 101 versorgt wird. Die Zwischenspeichereinheit 101 kann des Weiteren eine Batte¬ rie sein, die eine elektrochemische Energie bereitstellt. Die niederspannungsseitige Treibereinheit 105 stellt daraufhin eine Minimalspannung an der Last 104 bereit. Wie in Fig. 2 gezeigt, kann die hochspannungsseitige Treibereinheit 102 statt eines Transistors auch einen Schalter 125 aufweisen.
In Fig. 3 ist ein möglicher Spannungsverlauf der Versorgungsspannung gezeigt. Die Versorgungsspannung UB fallt hierbei auf den Wert U3 ab, und bleibt auf diesem Wert über einen längeren Zeitraum. Durch diesen Abfall wurde ohne Verwendung einer erfmdungsgemaßen Treiberschaltung eine herkömmliche Treiberschaltung abschalten und eine externe Last nicht mehr weiter versorgt werden.
Aus Fig. 4 ist ein Spannungsverlauf mit Verwendung einer er- fmdungsgemaßen Treiberschaltung gezeigt. Die Versorgungs- Spannung UB und die Ausgangsspannung Uout/ die der Last zuge¬ führt wird, betragen 12 V, ebenso wie die Spannung Uz in dem Zwischenspeicher. Zum Zeitpunkt tl fallt die Versorgungsspannung UB auf unter 4V ab, wobei die Ausgangsspannung Uout folgt. Zum Zeitpunkt t2 steigt die Versorgungsspannung UB wieder auf 12V an, ebenso wie die ihr folgende Ausgangsspannung Uout. Die Spannung Uz in dem Zwischenspeicher fallt ebenfalls zum Zeitpunkt tl ab, da sie nicht mehr von der Versor- gungsspannung UB geladen wird, fallt jedoch bis zum Zeitpunkt t2 lediglich auf 8V ab. Dadurch ist eine Spannungsversorgung für die niederspannungsseitige Treibereinheit gewährleistet. Die niederspannungsseitige Treibereinheit wird durch die Freigabeeinheit 106 eingeschaltet, die bereits zu einem Zeit- punkt tθ von dem Mikrokontroller eingeschaltet wird. Der
Zeitpunkt tθ kann sowohl zeitlich vor dem Abfall der Versorgungsspannung UB zum Zeitpunkt tl liegen, kann aber auch zeitgleich zum Zeitpunkt tl sein. Wenn die Freigabeeinheit die niederspannungsseitige Treibereinheit bereits vor dem Ab- fall der Versorgungsspannung aktiviert, wird erreicht, dass die Spannung an dem Eingang zur Last rechtzeitig abgefangen wird. Dies kann bei manchen Lasten erforderlich sein, bei anderen Lasten kann es auch ausreichend sein, die niederspannungsseitige Treibereinheit erst zum Zeitpunkt tl zu aktivie- ren. Eine Aktivierung in der Zeit zwischen tl und t2 ist e- benfalls möglich.
Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausfuhrungsformen lediglich eine beschrankte Auswahl an mogli- chen Ausfuhrungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausfuhrungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fach¬ mann mit den hier expliziten Ausfuhrungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausfuhrungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.

Claims

Patentansprüche
1. Treiberschaltung (100) zum Bereitstellen einer Lastspannung zum Versorgen einer Last (104), insbesondere einer Last eines Fahrzeugs, wobei die Treiberschaltung (100) aufweist :
• eine Versorgungsspannungsquelle (UB) zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung;
• eine Zwischenspeichereinheit (101) zum Zwischenspeichern elektrischer Energie, wobei die Zwischenspeichereinheit
(101) mit einer Versorgungsspannungsquelle zum Bereitstellen der elektrischen Energie gekoppelt ist; und
• eine Treibereinheit (105), der mittels der Zwischenspei¬ chereinheit (101) bedarfsweise die elektrische Energie zufuhrbar ist, womit der Last (104) bei einem Abfall der Versorgungsspannung die Lastspannung bereit-stellbar ist.
2. Treiberschaltung (100) nach Anspruch 1, wobei bei einem Ausfall der Versorgungsspannungsquelle (UB) die Lastspannung kleiner als die Versorgungsspannung bei ordnungsgemäßem Betrieb der Versorgungsspannungsquelle (UB) ist .
3. Treiberschaltung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lastspannung großer oder gleich einem lastabhangigen vorbestimmten Schwellwert ist.
4. Treiberschaltung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Treibereinheit (105) eine mederspannungssei- tige Treibereinheit ist.
5. Treiberschaltung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Freigabeeinheit (106) vorgesehen ist, die zwischen der Zwischenspeichereinheit (101) und der Treibereinheit (105) gekoppelt ist.
6. Treiberschaltung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Treiberschaltung (100) eine hochspan- nungsseitige Treibereinheit (102) aufweist, wobei der hochspannungsseitigen Treibereinheit (102) die Versor- gungsspannung zufύhrbar ist, und wobei die hochspan- nungsseitige Treibereinheit (102) der Last (104) die Lastspannung bereitstellt.
7. Treiberschaltung (100) nach Anspruch 6, wobei ein Mikro- kontroller (103) vorgesehen ist, der mit der hochspan¬ nungsseitigen Treibereinheit (102) und der Freigabeeinheit (106) gekoppelt ist, um diese zu steuern.
8. Treiberschaltung (100) nach einem der vorhergehenden An- sprύche, wobei die Treibereinheiten (102, 105) Schalter aufweisen .
9. Treiberschaltung (100) nach Anspruch 6, wobei die Schalter Transistoren, insbesondere MOSFETs, oder integrierte Treiberbausteine sind.
10. Fahrzeug, aufweisend eine Treiberschaltung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Bereitstellen einer Lastspannung zum Versorgen einer Last (104) eines Fahr- zeugs.
11. Fahrzeug nach Anspruch 10, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einem Automobil, einem Personenkraftfahrzeug, einem Lastkraftfahrzeug, einem Bus, einem Zug, ei- nem Luftfahrzeug und einem Schiff.
12. Verfahren zum Bereitstellen einer Lastspannung zum Versorgen einer Last, insbesondere einer Last eines Fahrzeugs, das Verfahren aufweisend: • Bereitstellen einer Versorgungsspannung durch eine Ver- sorgungsspannungsquelle (UB) ;
• Zwischenspeichern elektrischer Energie in einer Zwischenspeichereinheit (101), wobei die Zwischenspei- chereinheit (101) mit einer Versorgungsspannungsquelle zum Bereitstellen der elektrischen Energie gekoppelt ist; und
• Zuführen der elektrischen Energie an eine Treibereinheit (105), womit der Last (104) bei einem Abfall der Versor¬ gungsspannung die Lastspannung bereitstellbar ist.
13. Computerlesbares Speichermedium, in dem ein Programm zum Bereitstellen einer Lastspannung zum Versorgen einer Last, insbesondere einer Last eines Fahrzeugs, gespei¬ chert ist, wobei das Programm, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen oder Steuern des Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 bis 14 eingerichtet ist.
14. Programm-Element zum Bereitstellen einer Lastspannung zum Versorgen einer Last, insbesondere einer Last eines Fahrzeugs, wobei das Programm-Element, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen oder Steuern des Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 bis 14 eingerichtet ist.
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