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WO2025181069A1 - Elektronische schaltvorrichtung zur steuerung von lasten in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Elektronische schaltvorrichtung zur steuerung von lasten in einem kraftfahrzeug

Info

Publication number
WO2025181069A1
WO2025181069A1 PCT/EP2025/055020 EP2025055020W WO2025181069A1 WO 2025181069 A1 WO2025181069 A1 WO 2025181069A1 EP 2025055020 W EP2025055020 W EP 2025055020W WO 2025181069 A1 WO2025181069 A1 WO 2025181069A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
terminal
switching device
transistor
designed
switched
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
PCT/EP2025/055020
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Abel
André Sudhaus
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Elmos Semiconductor SE
Original Assignee
Elmos Semiconductor SE
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elmos Semiconductor SE filed Critical Elmos Semiconductor SE
Publication of WO2025181069A1 publication Critical patent/WO2025181069A1/de
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/12—Modifications for increasing the maximum permissible switched current
    • H03K17/122—Modifications for increasing the maximum permissible switched current in field-effect transistor switches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for DC mains or DC distribution networks
    • H02J1/06—Two-wire systems
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/18—Modifications for indicating state of switch
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0027—Measuring means of, e.g. currents through or voltages across the switch
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0036—Means reducing energy consumption
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0063—High side switches, i.e. the higher potential [DC] or life wire [AC] being directly connected to the switch and not via the load

Definitions

  • the present invention relates to an electronic switching device for controlling loads in a motor vehicle.
  • Electronic switching devices are generally known from the prior art and described in various embodiments. These are sometimes used in electronic fuses, which serve to interrupt the flow of current to one or all consumers if a fault (e.g., a short circuit) has been detected.
  • a fault e.g., a short circuit
  • the switching devices known from the prior art offer various advantages. However, no switching devices are known to date that allow a standby mode with reduced energy consumption and, at the same time, an efficient switching mechanism between the standby mode and an active mode.
  • the present invention proposes an electronic switching device for controlling loads in a motor vehicle, comprising a first switching device which is designed as a first transistor and has a control terminal, a first terminal and a second terminal, wherein the first terminal is connected to a supply voltage terminal and the second terminal is connected to a load terminal is connected; wherein the first switching device is designed to provide a supply voltage at the load terminal in a switched-on state, whereby a first current flows through the first load; a second switching device which is designed as a second transistor and which has a control terminal, a first terminal, and a second terminal, wherein the first terminal is connected to the supply voltage terminal and the second terminal is connected to a load terminal; wherein the second switching device is designed to provide the supply voltage at the load terminal in a switched-on state, whereby a second current flows through the first load; wherein the first switching device and the second switching device are designed such that the second current is greater than the first current; a control unit which is designed to transfer the first
  • the first load may have several partial loads, whereby it may be provided that some partial loads remain permanently switched on (i.e. also in standby mode) and some partial loads are switched off in standby mode.
  • the present invention allows to provide a standby mode with reduced energy consumption, whereby an efficient switching between the Standby mode and active mode are enabled by the control unit.
  • a further advantage of the present invention is that the partial loads that are to be permanently supplied are supplied without interruption, since the first transistor can remain permanently switched on.
  • the first transistor and the second transistor can preferably each be embodied as a MOSFET transistor.
  • the first terminal of the first transistor can be a source terminal, while the second terminal of the first transistor can be a drain terminal.
  • the first terminal of the second transistor can be a source terminal, while the second terminal of the second transistor can be a drain terminal.
  • the switching device may comprise a voltage evaluation unit designed to detect a voltage at the first transistor and to generate an output signal as a function of the detected voltage, wherein the voltage evaluation unit is designed to transmit the output signal to the control unit.
  • a voltage evaluation unit designed to detect a voltage at the first transistor and to generate an output signal as a function of the detected voltage, wherein the voltage evaluation unit is designed to transmit the output signal to the control unit.
  • the voltage evaluation unit can be designed as a comparator with two input terminals and one output terminal, wherein the first input terminal of the comparator is connected to the second terminal of the first transistor; the second input terminal of the comparator is connected to a reference voltage, wherein preferably the second input terminal of the comparator is connected to the first terminal of the first transistor; the output terminal of the comparator is connected to an input terminal of the control unit.
  • the first terminal of the first transistor can be a source terminal, while the second terminal of the first transistor can be a drain terminal.
  • the control unit can be designed to switch to the active mode if the voltage measured at the first transistor exceeds a predetermined threshold value.
  • the switching device may comprise a current blocking device designed to block any currents from the load terminal in the direction of the first transistor.
  • the current blocking device can be designed as a diode arranged between the first terminal of the first transistor and the supply voltage terminal, the diode being connected on the anode side to the supply voltage terminal and on the cathode side to the first terminal of the first transistor; or arranged between the second terminal of the first transistor and the load terminal, the diode being connected on the anode side to the second terminal of the first transistor and on the cathode side to the load terminal.
  • the switching device can comprise a third switching device, which is designed as a third transistor and has a control terminal, a first terminal and a second terminal, wherein the first terminal is connected to the supply voltage terminal and the second terminal is connected to a second load terminal; wherein the third switching device is designed to provide a supply voltage at the second load terminal in a switched-on state, whereby a third current flows through a second load; the control unit is designed to transfer the third switching device into a switched-on state and a switched-off state by providing a third control signal at the control terminal of the third switching device; and the control unit is further designed to transfer the electronic switching device into a standby mode and into an active mode, wherein in the standby mode the first switching device is switched on and the second switching device and the third switching device are switched off, and in active mode the first switching device, the second switching device and the third switching device are switched on.
  • a third switching device which is designed as a third transistor and has a control terminal, a first terminal and a second terminal, wherein the first
  • the switching device may comprise a second current blocking device designed to block any currents from the second load terminal in the direction of the first transistor.
  • the second current blocking device can be designed as a second diode which is arranged between the second terminal of the first transistor and the second load terminal, wherein the second diode is connected on the anode side to the second terminal of the first transistor and on the cathode side to the second load terminal.
  • the switching device can comprise a fourth switching device, which is designed as a fourth transistor and has a control terminal, a first terminal, and a second terminal, wherein the first terminal is connected to the supply voltage terminal and the second terminal is connected to a third load terminal; wherein the fourth switching device is designed to provide a supply voltage at the third load terminal in a switched-on state, whereby a fourth current flows through a third load; the control unit is designed to transfer the fourth switching device into a switched-on state and a switched-off state by providing a fourth control signal at the control terminal of the fourth switching device; and the control unit is further designed to transfer the electronic switching device into a standby mode and into an active mode, wherein in the standby mode the first switching device is switched on and the second switching device, the third switching device, and the fourth switching device are switched off, and in the active mode, the first switching device, the second switching device, the third switching device and the fourth switching device are switched on.
  • a fourth switching device which is designed as a fourth transistor and has a control terminal,
  • the switching device may comprise a third current blocking device designed to block any currents from the third load terminal in the direction of the first transistor.
  • the second current blocking device can be designed as a second diode which is arranged between the second terminal of the first transistor and the third load terminal, wherein the third diode is connected on the anode side to the second terminal of the first transistor and on the cathode side to the third load terminal.
  • the first transistor may have an on-resistance Ds(on) that is greater than the on-resistance Ds(on) of the second transistor.
  • Fig. 1 shows a switching device according to the prior art
  • Fig. 2 shows a first embodiment of the switching device according to the invention
  • Fig. 3 shows a second embodiment of the switching device according to the invention
  • Fig. 4 shows a third embodiment of the switching device according to the invention.
  • Fig. 5 shows a fourth embodiment of the switching device according to the invention.
  • Fig. 1 a switching device known from the prior art is shown
  • the switching device 10 for controlling loads in a motor vehicle is shown schematically.
  • the loads are simplified in this figure as a (total) load 16.
  • the switching device 10 has a control unit 14 designed to control a switching device 12.
  • the switching device 12 is embodied as a MOSFET transistor and is connected between a supply terminal 26 and a load terminal 28.
  • Vss supply voltage
  • Such a switching device can be used, for example, in electronic fuses, so that the switching device 12 is deactivated by the control unit 14 as soon as an excessive current through the load 16 is detected.
  • Such a switching device has the disadvantage that it can only switch between an switched-on and an switched-off state. Providing a standby mode in which a reduced current is made available to the load 16 is not readily possible with the switching device 10 shown in Fig. 1.
  • Fig. 2 shows a first embodiment of the switching device 10 according to the invention.
  • the switching device 10 has a control unit 14, a first switching device 12a, and a second switching device 12b.
  • the switching devices 12a and 12b are each implemented as transistors. In the illustrated embodiment, the switching devices 12a and 12b are designed as MOSFET transistors.
  • the control unit 14 is configured to switch the first switching device 12a and the second switching device 12b on and off. In particular, it can be provided that a lower current can flow through the switching device 12a than through the second switching device 12b. This can be achieved by the first transistor having a higher on-resistance R.Ds(on) than the second transistor.
  • the bypass transistor can remain switched on in standby mode, while the second transistor is switched off in standby mode. This provides a relatively small current, which is used to operate those components in a vehicle that should remain permanently switched on. In contrast, in In standby mode, the second transistor is switched off, thereby switching off those loads in the vehicle that have high consumption.
  • the first switching device 12a which is designed as the first transistor, can preferably be equipped with a current-limiting circuit designed to limit the current flowing through the switching device 12a.
  • Fig. 3 schematically shows a second embodiment of the switching device 10 according to the invention.
  • a voltage evaluation unit 18 is provided, which serves to evaluate a voltage at the first transistor.
  • the voltage evaluation unit 18 is designed as a comparator 20.
  • the comparator is designed to evaluate the voltage between the second terminal (drain terminal) of the first transistor and a reference voltage.
  • the reference voltage can, for example, be the voltage at the first terminal (source terminal) of the first transistor.
  • the comparator 20 is designed to deliver an output signal that signals to the control unit 14 that a predetermined threshold voltage at the first transistor has been exceeded. If the threshold voltage is exceeded, this can be interpreted as an indication that individual loads of the motor vehicle have been switched on, so that the control unit 14 can switch from standby mode to active mode.
  • Fig. 4 schematically shows a third embodiment of the switching device 10 according to the invention.
  • a current blocking device 22 is additionally provided, which is designed to block any currents from the load terminal 28 to the first transistor.
  • the current blocking device 22 is designed as a diode 24.
  • the diode 24 is connected on the anode side to the second terminal (drain terminal) of the first transistor and on the cathode side to the load terminal 28.
  • the diode 24 could also be arranged between the supply voltage terminal 26 and the first terminal (source terminal) of the first transistor, wherein the diode 24, in this case, is connected on the anode side to the supply voltage terminal 26 and on the cathode side to the first terminal (source terminal) of the first transistor (not shown in Fig. 4).
  • the current blocking device 22 can alternatively also be implemented by a switching device (in particular by a transistor) which, in the event of reverse currents, prevents this reverse current from flowing into the first transistor. This protects the first transistor (not shown in Fig. 4).
  • Fig. 5 schematically shows a fourth embodiment of the switching device 10 according to the invention.
  • the first switching device 12a is connected to a plurality of switching devices 12b, 12c via a plurality of channels (two channels are shown in Fig. 5).
  • the connection is made via the second terminal of the first transistor (drain terminal), which is connected via a first diode 24a to the second terminal of the second transistor and via a second diode 24b to the second terminal of the third transistor.
  • Different consumers in a motor vehicle can be supplied with energy via the individual channels.
  • the first diode 24a and the second diode 24b ensure that the first transistor is protected from reverse currents (for example, in the event of faults, such as a short circuit).
  • the embodiment shown in Fig. 5 offers the advantage that only a single bypass transistor (first switching device 12a) is required when multiple channels need to be supplied.
  • the embodiment shown in Fig. 5 is particularly advantageous if the switching device 10 has a voltage evaluation unit, in particular in the form of a comparator, which is designed to evaluate a voltage at the first transistor (as shown in Fig. 3).
  • a single voltage evaluation unit in particular in the form of a single comparator, can be used to generate a trigger signal (for example the output signal of the comparator) that causes the control unit 14 to switch from the standby mode to the active mode.
  • a trigger signal for example the output signal of the comparator

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltvorrichtung (10) zur Steuerung von Lasten in einem Kraftfahrzeug, mit - einer ersten Schalteinrichtung (12a), die als erster Transistor ausgebildet ist und einen Steueranschluss, einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, wobei der erste Anschluss mit einem Versorgungsspannungsanschluss (26) und der zweite Anschluss mit einem Lastanschluss (28) verbunden ist; wobei die erste Schalteinrichtung (12a) dazu ausgelegt ist, in einem eingeschalteten Zustand eine Versorgungsspannung an dem Lastanschluss (28) bereitzustellen, wodurch ein erster Strom durch die erste Last fließt; - einer zweiten Schalteinrichtung (12b), die als zweiter Transistor ausgebildet ist und die einen Steueranschuss, einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, wobei der erste Anschluss mit dem Versorgungsspannungsanschluss (26) und der zweite Anschluss mit einem Lastanschluss (28) verbunden ist; wobei die zweite Schalteinrichtung dazu ausgelegt ist, in einem eingeschalteten Zustand die Versorgungsspannung an dem Lastanschluss (28) bereitzustellen, wodurch ein zweiter Strom durch die erste Last fließt; wobei die erste Schalteinrichtung (12a) und die zweite Schalteinrichtung (12b) derart ausgelegt sind, dass der zweite Strom größer ist als der erste Strom; und - einer Steuereinheit (14), die dazu ausgelegt ist, durch Bereitstellen eines ersten Steuersignals an dem Steueranschluss der ersten Schalteinrichtung (12a) und eines zweiten Steuersignals an dem Steueranschluss der zweiten Schalteinrichtung (12b) die erste Schalteinrichtung (12a) und die zweite Schalteinrichtung (12b) jeweils in einen eingeschalteten Zustand und einen ausgeschalteten Zustand zu überführen.

Description

Elektronische zur von Lasten in einem
Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Schaltvorrichtung zur Steuerung von Lasten in einem Kraftfahrzeug.
Elektronische Schaltvorrichtungen sind im Allgemeinen aus dem Stand der Technik bekannt und in unterschiedlichen Ausführungsformen beschrieben. Diese werden teilweise in elektronischen Sicherungen eingesetzt, die dazu dienen, den Stromfluss zu einem oder sämtlichen Verbrauchern zu unterbrechen, wenn zuvor ein Fehler (beispielsweise ein Kurzschluss) detektiert wurde.
Beispielsweise sind in der DE 10 2017 108 872 Al und in der DE 10 2019 121 685 Al diverse elektronische Schalter beschrieben.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Schaltvorrichtungen bieten diverse Vorteile. Jedoch sind bislang keine Schaltvorrichtungen bekannt, die einen Standby-Modus mit reduzierter Energieaufnahme und gleichzeitig einen effizienten Schaltmechanismus zwischen dem Standby-Modus und einem aktiven Modus erlauben.
Ausgehend von den oben genannten Einschränkungen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltvorrichtung bereitzustellen, die einen Standby-Modus mit reduzierter Energieaufnahme bietet und gleichzeitig einen effizienten Schaltmechanismus zum Umschalten zwischen dem Standby-Modus und einem aktiven Modus erlaubt.
Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe wird mit der vorliegenden Erfindung eine elektronische Schaltvorrichtung zur Steuerung von Lasten in einem Kraftfahrzeug vorgeschlagen, mit einer ersten Schalteinrichtung, die als erster Transistor ausgebildet ist und einen Steueranschluss, einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, wobei der erste Anschluss mit einem Versorgungsspannungsanschluss und der zweite Anschluss mit einem Lastanschluss verbunden ist; wobei die erste Schalteinrichtung dazu ausgelegt ist, in einem eingeschalteten Zustand eine Versorgungsspannung an dem Lastanschluss bereitzustellen, wodurch ein erster Strom durch die erste Last fließt; einer zweiten Schalteinrichtung, die als zweiter Transistor ausgebildet ist und die einen Steueranschuss, einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, wobei der erste Anschluss mit dem Versorgungsspannungsanschluss und der zweite Anschluss mit einem Lastanschluss verbunden ist; wobei die zweite Schalteinrichtung dazu ausgelegt ist, in einem eingeschalteten Zustand die Versorgungsspannung an dem Lastanschluss bereitzustellen, wodurch ein zweiter Strom durch die erste Last fließt; wobei die erste Schalteinrichtung und die zweite Schalteinrichtung derart ausgelegt sind, dass der zweite Strom größer ist als der erste Strom; einer Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist, durch Bereitstellen eines ersten Steuersignals an dem Steueranschluss der ersten Schalteinrichtung und eines zweiten Steuersignals an dem Steueranschluss der zweiten Schalteinrichtung die erste Schalteinrichtung und die zweite Schalteinrichtung jeweils in einen eingeschalteten Zustand und einen ausgeschalteten Zustand zu überführen; wobei die Steuereinheit zudem dazu ausgelegt ist, die elektronische Schaltvorrichtung in einen Standby-Modus und in einen aktiven Modus zu überführen, wobei im Standby-Modus die erste Schalteinrichtung eingeschaltet ist und die zweite Schalteinrichtung ausgeschaltet ist, und im aktiven Modus die erste Schalteinrichtung eingeschaltet ist und die zweite Schalteinrichtung ebenfalls eingeschaltet ist.
Die erste Last kann mehrere Teillasten aufweisen, wobei es vorgesehen sein kann, dass einige Teillasten permanent eingeschaltet bleiben (also auch im Standby-Modus) und einige Teillasten hingegen im Standby-Modus ausgeschaltet werden.
Die vorliegende Erfindung erlaubt es, einen Standby-Modus mit reduzierter Energieaufnahme bereitzustellen, wobei ein effizientes Schalten zwischen dem Standby-Modus und dem aktiven Modus durch die Steuereinheit ermöglicht wird. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass die Teillasten, die permanent versorgt werden sollen, unterbrechungsfrei versorgt werden, da der erste Transistor dauerhaft eingeschaltet bleiben kann.
Der erste Transistor und der zweite Transistor können bevorzugt jeweils als ein MOSFET-Transistor ausgebildet sein. Der erste Anschluss des ersten Transistors kann ein Source-Anschluss sein, während der zweite Anschluss des ersten Transistors ein Drain-Anschluss sein kann. Ebenso kann der erste Anschluss des zweiten Transistors ein Source-Anschluss sein, während der zweite Anschluss des zweiten Transistors ein Drain-Anschluss sein kann.
Bevorzugt kann die Schaltvorrichtung eine Spannungsauswerteeinheit aufweisen, die dazu ausgelegt ist, eine Spannung an dem ersten Transistor zu erfassen und in Abhängigkeit von der erfassten Spannung ein Ausgangssignal zu erzeugen, wobei die Spannungsauswerteeinheit dazu ausgelegt ist, das Ausgangssignal an die Steuereinheit zu übermitteln.
Bevorzugt kann die Spannungsauswerteeinheit als ein Komparator mit zwei Eingangsanschlüssen und einem Ausgangsanschluss ausgebildet sein, wobei der erste Eingangsanschluss des Komparators mit dem zweiten Anschluss des ersten Transistors verbunden ist; der zweite Eingangsanschluss des Komparators mit einer Referenzspannung verbunden ist, wobei bevorzugt der zweite Eingangsanschluss des Komparators mit dem ersten Anschluss des ersten Transistors verbunden ist; der Ausgangsanschluss des Komparators mit einem Eingangsanschluss der Steuereinheit verbunden ist.
Der erste Anschluss des ersten Transistors kann dabei ein Source-Anschluss sind, während der zweite Anschluss des ersten Transistors ein Drain-Anschluss sein kann. Bevorzugt kann die Steuereinheit dazu ausgelegt sein, in den aktiven Modus zu schalten, sofern die am ersten Transistor gemessene Spannung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
Bevorzugt kann die Schaltvorrichtung eine Stromsperreinrichtung aufweisen, die dazu ausgelegt ist, etwaige Ströme von dem Lastanschluss in Richtung des ersten Transistors zu sperren.
Bevorzugt kann die Stromsperreinrichtung als eine Diode ausgebildet sein, die zwischen dem ersten Anschluss des ersten Transistors und dem Versorgungsspannungsanschluss angeordnet ist, wobei die Diode anodenseitig mit dem Versorgungsspannungsanschluss und kathodenseitig mit dem ersten Anschluss des ersten Transistors verbunden ist; oder zwischen dem zweiten Anschluss des ersten Transistors und dem Lastanschluss angeordnet ist, wobei die Diode anodenseitig mit dem zweiten Anschluss des ersten Transistors und kathodenseitig mit dem Lastanschluss verbunden ist.
Bevorzugt kann die Schaltvorrichtung eine dritte Schalteinrichtung aufweisen, die als dritter Transistor ausgebildet ist und einen Steueranschluss, einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, wobei der erste Anschluss mit dem Versorgungsspannungsanschluss und der zweite Anschluss mit einem zweiten Lastanschluss verbunden ist; wobei die dritte Schalteinrichtung dazu ausgelegt ist, in einem eingeschalteten Zustand eine Versorgungsspannung an dem zweiten Lastanschluss bereitzustellen, wodurch ein dritter Strom durch eine zweite Last fließt; die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, durch Bereitstellen eines dritten Steuersignals an dem Steueranschluss der dritten Schalteinrichtung die dritte Schalteinrichtung jeweils in einen eingeschalteten Zustand und einen ausgeschalteten Zustand zu überführen; und die Steuereinheit zudem dazu ausgelegt ist, die elektronische Schaltvorrichtung in einen Standby-Modus und in einen aktiven Modus zu überführen, wobei im Standby-Modus die erste Schalteinrichtung eingeschaltet ist und die zweite Schalteinrichtung sowie die dritte Schalteinrichtung ausgeschaltet sind, und im aktiven Modus die erste Schalteinrichtung, die zweite Schalteinrichtung und die dritte Schalteinrichtung eingeschaltet sind.
Bevorzugt kann die Schaltvorrichtung eine zweite Stromsperreinrichtung aufweisen, die dazu ausgelegt ist, etwaige Ströme von dem zweiten Lastanschluss in Richtung des ersten Transistors zu sperren.
Bevorzugt kann die zweite Stromsperreinrichtung als eine zweite Diode ausgebildet sein, die zwischen dem zweiten Anschluss des ersten Transistors und dem zweiten Lastanschluss angeordnet ist, wobei die zweite Diode anodenseitig mit dem zweiten Anschluss des ersten Transistors und kathodenseitig mit dem zweiten Lastanschluss verbunden ist.
Bevorzugt kann die Schaltvorrichtung eine vierte Schalteinrichtung aufweisen, die als vierter Transistor ausgebildet ist und einen Steueranschluss, einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, wobei der erste Anschluss mit dem Versorgungsspannungsanschluss und der zweite Anschluss mit einem dritten Lastanschluss verbunden ist; wobei die vierte Schalteinrichtung dazu ausgelegt ist, in einem eingeschalteten Zustand eine Versorgungsspannung an dem dritten Lastanschluss bereitzustellen, wodurch ein vierter Strom durch eine dritte Last fließt; die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, durch Bereitstellen eines vierten Steuersignals an dem Steueranschluss der vierten Schalteinrichtung die vierte Schalteinrichtung jeweils in einen eingeschalteten Zustand und einen ausgeschalteten Zustand zu überführen; und die Steuereinheit zudem dazu ausgelegt ist, die elektronische Schaltvorrichtung in einen Standby-Modus und in einen aktiven Modus zu überführen, wobei im Standby-Modus die erste Schalteinrichtung eingeschaltet ist und die zweite Schalteinrichtung, die dritte Schalteinrichtung sowie die vierte Schalteinrichtung ausgeschaltet sind, und im aktiven Modus die erste Schalteinrichtung, die zweite Schalteinrichtung, die dritte Schalteinrichtung und die vierte Schalteinrichtung eingeschaltet sind.
Bevorzugt kann die Schaltvorrichtung eine dritte Stromsperreinrichtung aufweisen, die dazu ausgelegt ist, etwaige Ströme von dem dritten Lastanschluss in Richtung des ersten Transistors zu sperren.
Bevorzugt kann die zweite Stromsperreinrichtung als eine zweite Diode ausgebildet sein, die zwischen dem zweiten Anschluss des ersten Transistors und dem dritten Lastanschluss angeordnet ist, wobei die dritte Diode anodenseitig mit dem zweiten Anschluss des ersten Transistors und kathodenseitig mit dem dritten Lastanschluss verbunden ist.
Bevorzugt kann der erste Transistor einen Einschaltwiderstand Ds(on) aufweisen, der größer ist als der Einschaltwiderstand Ds(on) des zweiten Transistors.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen die
Fig. 1 eine Schaltvorrichtung gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung,
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung,
Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung, und
Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung.
In der Fig. 1 ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Schaltvorrichtung
10 zur Steuerung von Lasten in einem Kraftfahrzeug schematisch dargestellt. Die Lasten sind in dieser Figur vereinfachend als eine (Gesamt-)Last 16 skizziert. Die Schaltvorrichtung 10 weist eine Steuereinheit 14 auf, die dazu ausgelegt ist, eine Schalteinrichtung 12 anzusteuern. Die Schalteinrichtung 12 ist hierbei als ein MOSFET-Transistor ausgebildet und zwischen einem Versorgungsanschluss 26 und einem Lastanschluss 28. Im eingeschalteten Zustand der Schalteinrichtung 12 wird die Last 16 mit der Versorgungsspannung Vss versorgt, sodass ein Strom durch die Last 16 fließt. Eine derartige Schaltvorrichtung kann beispielsweise in elektronischen Sicherungen zum Einsatz kommen, sodass die Schalteinrichtung 12 durch die Steuereinheit 14 deaktiviert wird, sobald ein zu hoher Strom durch die Last 16 detektiert wird. Eine derartige Schaltvorrichtung hat jedoch den Nachteil, dass sie nur zwischen einem eingeschalteten und einem ausgeschalteten Zustand schalten kann. Die Bereitstellung eines Standby-Modus, in dem der Last 16 ein reduzierter Strom zur Verfügung gestellt wird, ist bei der in der Fig. 1 gezeigten Schaltvorrichtung 10 nicht ohne weiteres möglich.
In der Fig. 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 10 dargestellt. Die Schaltvorrichtung 10 weist eine Steuereinheit 14, eine erste Schalteinrichtung 12a und eine zweite Schalteinrichtung 12b auf. Die Schalteinrichtungen 12a und 12b sind jeweils als Transistoren ausgeführt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Schalteinrichtungen 12a und 12b als MOSFET-Transistoren ausgebildet. Die Steuereinheit 14 ist dazu ausgelegt, die erste Schalteinrichtung 12a und die zweite Schalteinrichtung 12b ein- und auszuschalten. Dabei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass durch die Schalteinrichtung 12a ein geringerer Strom fließen kann, als durch die zweite Schalteinrichtung 12b. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der erste Transistor einen größeren Einschaltwiderstand R.Ds(on) aufweist als der zweite Transistor. Auf diese Weise wird es ermöglicht, den ersten Transistor als sogenannten "Bypass"-Transistor zu verwenden, der einen im Vergleich zum zweiten Transistor geringeren Strom bereitstellt. Der Bypass-Transistor kann im Standby-Modus eingeschaltet bleiben, während der zweite Transistor im Standby-Modus ausgeschaltet wird. Dadurch wird ein relativ kleiner Strom bereitgestellt, der zum Betrieb derjenigen Komponenten in einem Fahrzeug dient, die permanent eingeschaltet bleiben sollen. Hingegen wird im Standby-Modus der zweite Transistor ausgeschaltet, wodurch diejenigen Lasten in dem Fahrzeug, die einen hohen Verbrauch haben, ausgeschaltet werden. Bei der als erster Transistor ausgeführten ersten Schalteinrichtung 12a kann es vorgesehen sein, dass diese bevorzugt mit einer Strombegrenzungsschaltung ausgestattet ist, die dazu ausgelegt ist, den durch die Schalteinrichtung 12a fließenden Strom zu begrenzen.
In der Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 10 schematisch dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zu den in der Fig. 2 gezeigten Komponenten eine Spannungsauswerteeinheit 18 vorgesehen, die dazu dient, eine Spannung an dem ersten Transistor auszuwerten. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Spannungsauswerteeinheit 18 als Komparator 20 ausgebildet. Der Komparator ist dazu ausgebildet, die Spannung zwischen dem zweiten Anschluss (Drain-Anschluss) des ersten Transistors und einer Referenzspannung auszuwerten. Als Referenzspannung kann beispielsweise die Spannung am ersten Anschluss (Source-Anschluss) des ersten Transistors dienen. Der Komparator 20 ist dazu ausgelegt, ein Ausgangssignal zu liefern, dass der Steuereinheit 14 gegenüber signalisiert, dass eine vorgegebene Schwellspannung am ersten Transistor überschritten ist. Ist die Schwellspannung überschritten, kann dies als ein Indiz dafür gewertet werden, dass einzelne Lasten des Kraftfahrzeugs eingeschaltet wurden, sodass die Steuereinheit 14 von dem Standby-Modus in den aktiven Modus schalten kann.
In der Fig. 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 10 schematisch dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist zusätzlich eine Stromsperreinrichtung 22 vorgesehen, die dazu ausgelegt ist, etwaige Ströme von dem Lastanschluss 28 zu dem ersten Transistor zu sperren. Bei dem in dieser Figur gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Stromsperreinrichtung 22 als Diode 24 ausgeführt. Die Diode 24 ist anodenseitig mit dem zweiten Anschluss (Drain-Anschluss) des ersten Transistors verbunden und ka- thodenseitig mit dem Lastanschluss 28. Alternativ könnte die Diode 24 auch zwischen dem Versorgungsspannungsanschluss 26 und dem ersten Anschluss (Source-Anschluss) des ersten Transistors angeordnet sein, wobei die Diode 24 in diesem Fall anodenseitig mit dem Versorgungsspannungsanschluss 26 und kathodenseitig mit dem ersten Anschluss (Source-Anschluss) des ersten Transistors verbunden ist (in der Fig. 4 nicht abgebildet). Ferner kann die Stromsperreinrichtung 22 alternativ auch durch eine Schalteinrichtung (insbesondere durch einen Transistor) realisiert sein, der im Falle von rücklaufenden Strömen diesen rücklaufenden Strom in den ersten Transistor verhindert. Dadurch wird der erste Transistor geschützt (in der Fig. 4 nicht abgebildet).
In der Fig. 5 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 10 schematisch dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Schalteinrichtung 12a über mehrere Kanäle (in der Fig. 5 sind zwei Kanäle dargestellt) mit mehreren Schalteinrichtungen 12b, 12c verbunden. Die Verbindung erfolgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel über den zweiten Anschluss des ersten Transistors (Drain-Anschluss), der über eine erste Diode 24a mit dem zweiten Anschluss des zweiten Transistors und über eine zweite Diode 24b mit dem zweiten Anschluss des dritten Transistors verbunden ist. Über die einzelnen Kanäle können unterschiedliche Verbraucher in einem Kraftfahrzeug mit Energie versorgt werden. Die erste Diode 24a und die zweite Diode 24b sorgen dafür, dass der erste Transistor vor rücklaufenden Strömen geschützt ist (beispielsweise im Falle von Fehlern, etwa bei einem Kurzschluss). Zudem bietet die in der Fig. 5 gezeigte Ausführungsform den Vorteil, dass lediglich ein einziger Bypass-Transistor (erste Schalteinrichtung 12a) benötigt wird, wenn mehrere Kanäle zu versorgen sind. Zudem ist die in der Fig. 5 gezeigte Ausführungsform besonders von Vorteil, wenn die Schaltvorrichtung 10 eine Spannungsauswerteeinheit, insbesondere in Form eines Komparators, aufweist, der dazu ausgelegt ist, eine Spannung am ersten Transistor auszuwerten (wie in der Fig. 3 gezeigt). In diesem Fall kann eine einzige Spannungsauswerteeinheit, insbesondere in Form eines einzigen Komparators verwendet werden, um ein Triggersignal (beispielsweise das Ausgangssignal des Komparators) zu erzeugen, dass die Steuereinheit 14 dazu veranlasst, von dem Standby-Modus in den aktiven Modus zu schalten. Ein weiterer Vorteil der in der Fig. 5 gezeigten Ausführungsform in Kombination mit der genannten Spannungsauswerteeinheit ist darin zu sehen, dass unabhängig davon, in welchem der Kanäle die Verbraucher bzw. Lasten im Kraftfahrzeug eingeschaltet werden, die Spannung am ersten Transistor zunimmt und infolgedessen von dem Standby-Modus in den aktiven Modus geschaltet werden kann. Auch wenn in der Fig. 5 zur Veranschaulichung lediglich zwei Kanäle vorgesehen sind, die mit dem ersten Transistor verbunden sind, ist es ebenso möglich, dass drei, vier oder mehr als vier Kanäle vorgesehen sind, die jeweils über eine Diode mit dem ersten Transistor verbunden sind.
BEZUGSZEICHENLISTE Schaltvorrichtung Schalteinrichtung a erste Schalteinrichtung b zweite Schalteinrichtung c dritte Schalteinrichtung Steuereinheit Last a erste Last b zweite Last Spannungsauswerteeinheit Komparator Stromsperreinrichtung Diode a erste Diode b zweite Diode Versorgungsspannungsanschluss Lastanschluss a erster Lastanschluss b zweiter Lastanschluss

Claims

ANSPRÜCHE
1. Elektronische Schaltvorrichtung (10) zur Steuerung von Lasten in einem Kraftfahrzeug, mit einer ersten Schalteinrichtung (12a), die als erster Transistor ausgebildet ist und einen Steueranschluss, einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, wobei der erste Anschluss mit einem Versorgungsspannungsanschluss (26) und der zweite Anschluss mit einem Lastanschluss (28) verbunden ist; wobei die erste Schalteinrichtung (12a) dazu ausgelegt ist, in einem eingeschalteten Zustand eine Versorgungsspannung an dem Lastanschluss (28) bereitzustellen, wodurch ein erster Strom durch die erste Last fließt; einer zweiten Schalteinrichtung (12b), die als zweiter Transistor ausgebildet ist und die einen Steueranschuss, einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, wobei der erste Anschluss mit dem Versorgungsspannungsanschluss (26) und der zweite Anschluss mit einem Lastanschluss (28) verbunden ist; wobei die zweite Schalteinrichtung dazu ausgelegt ist, in einem eingeschalteten Zustand die Versorgungsspannung an dem Lastanschluss (28) bereitzustellen, wodurch ein zweiter Strom durch die erste Last fließt; wobei die erste Schalteinrichtung (12a) und die zweite Schalteinrichtung (12b) derart ausgelegt sind, dass der zweite Strom größer ist als der erste Strom; und einer Steuereinheit (14), die dazu ausgelegt ist, durch Bereitstellen eines ersten Steuersignals an dem Steueranschluss der ersten Schalteinrichtung (12a) und eines zweiten Steuersignals an dem Steueranschluss der zweiten Schalteinrichtung (12b) die erste Schalteinrichtung (12a) und die zweite Schalteinrichtung (12b) jeweils in einen eingeschalteten Zustand und einen ausgeschalteten Zustand zu überführen; wobei die Steuereinheit (14) zudem dazu ausgelegt ist, die elektronische Schaltvorrichtung (10) in einen Standby-Modus und in einen aktiven Modus zu überführen, wobei im Standby-Modus die erste Schalteinrichtung (12a) eingeschaltet ist und die zweite Schalteinrichtung (12b) ausgeschaltet ist, und im aktiven Modus die erste Schalteinrichtung (12a) eingeschaltet ist und die zweite Schalteinrichtung (12b) ebenfalls eingeschaltet ist.
2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Spannungsauswerteeinheit (18), die dazu ausgelegt ist, eine Spannung an dem ersten Transistor zu erfassen und in Abhängigkeit von der erfassten Spannung ein Ausgangssignal zu erzeugen, wobei die Spannungsauswerteeinheit (18) dazu ausgelegt ist, das Ausgangssignal an die Steuereinheit (14) zu übermitteln.
3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsauswerteeinheit (18) als ein Komparator (20) mit zwei Eingangsanschlüssen und einem Ausgangsanschluss ausgebildet ist, wobei der erste Eingangsanschluss des Komparators (20) mit dem zweiten Anschluss des ersten Transistors verbunden ist; der zweite Eingangsanschluss des Komparators (20) mit einer Referenzspannung verbunden ist, wobei bevorzugt der zweite Eingangsanschluss des Komparators (20) mit dem ersten Anschluss des ersten Transistors verbunden ist; der Ausgangsanschluss des Komparators (20) mit einem Eingangsanschluss der Steuereinheit (14) verbunden ist.
4. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) dazu ausgelegt ist, in den aktiven Modus zu schalten, sofern die am ersten Transistor gemessene Spannung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
5. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Stromsperreinrichtung (22), die dazu ausgelegt ist, etwaige Ströme von dem Lastanschluss (28) in Richtung des ersten Transistors zu sperren.
6. Schaltvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsperreinrichtung (22) als eine Diode (24) ausgebildet ist, die zwischen dem ersten Anschluss des ersten Transistors und dem Versorgungsspannungsanschluss (26) angeordnet ist, wobei die Diode (24) anodenseitig mit dem Versorgungsspannungsanschluss (26) und kathodenseitig mit dem ersten Anschluss des ersten Transistors verbunden ist; oder zwischen dem zweiten Anschluss des ersten Transistors und dem Lastanschluss (28) angeordnet ist, wobei die Diode (24) anodenseitig mit dem zweiten Anschluss des ersten Transistors und kathodenseitig mit dem Lastanschluss (28) verbunden ist.
7. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung eine dritte Schalteinrichtung (12c) aufweist, die als dritter Transistor ausgebildet ist und einen Steueranschluss, einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, wobei der erste Anschluss mit dem Versorgungsspannungsanschluss (26) und der zweite Anschluss mit einem zweiten Lastanschluss (28b) verbunden ist; wobei die dritte Schalteinrichtung (12c) dazu ausgelegt ist, in einem eingeschalteten Zustand eine Versorgungsspannung an dem zweiten Lastanschluss (28b) bereitzustellen, wodurch ein dritter Strom durch eine zweite Last fließt; die Steuereinheit (14) dazu ausgelegt ist, durch Bereitstellen eines dritten Steuersignals an dem Steueranschluss der dritten Schalteinrichtung (12c) die dritte Schalteinrichtung (12c) jeweils in einen eingeschalteten Zustand und einen ausgeschalteten Zustand zu überführen; und die Steuereinheit (14) zudem dazu ausgelegt ist, die elektronische Schaltvorrichtung (10) in einen Standby-Modus und in einen aktiven Modus zu überführen, wobei im Standby-Modus die erste Schalteinrichtung (12a) eingeschaltet ist und die zweite Schalteinrichtung (12b) sowie die dritte Schalteinrichtung (12c) ausgeschaltet sind, und im aktiven Modus die erste Schalteinrichtung (12a), die zweite Schalteinrichtung (12b) und die dritte Schalteinrichtung (12c) eingeschaltet sind.
8. Schaltvorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine zweite Stromsperreinrichtung, die dazu ausgelegt ist, etwaige Ströme von dem zweiten Lastanschluss (28b) in Richtung des ersten Transistors und/oder des ersten Lastanschlusses (28a) zu sperren.
9. Schaltvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stromsperreinrichtung als eine zweite Diode (24b) ausgebildet ist, die zwischen dem zweiten Anschluss des ersten Transistors und dem zweiten Lastanschluss (28) angeordnet ist, wobei die zweite Diode (24) anodenseitig mit dem zweiten Anschluss des ersten Transistors und kathodenseitig mit dem zweiten Lastanschluss (28) verbunden ist.
10. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Transistor einen Einschaltwiderstand Ros(on) aufweist, der größer ist als der Einschaltwiderstand Ros(on) des zweiten Transistors.
11. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schalteinrichtung (12a) eine Strombegrenzungsschaltung aufweist.
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