DE19922982A1 - Arrangement for driving load e.g. magnetic valve or pump in motor vehicle, has switching arrangement with control connection connected to first switch connection via resistance controlled by signal applied to control connection - Google Patents

Abstract

The arrangement has a first switching arrangement (100) with at least a first switch connection (2) and a control connection (1). The load (110) and at least the first switching arrangement are arranged in series between two voltage supply connections. The switching arrangement control connection is connected via a variable resistance to the first switch connection, and the resistance value of the resistance depends on the signal applied to the control connection.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ansteuerung ei­ nes Verbrauchers gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen An­ spruchs.The invention relates to a device for controlling egg consumer according to the generic term of the independent An saying.

Üblicherweise wird bei Vorrichtungen zur Ansteuerung eines Verbrauchers ein erstes Schaltmittel eingesetzt, daß wenig­ stens einen ersten Schalt-Anschluß und einen Steuer-Anschluß aufweist. Der Verbraucher und das wenigstens erste Schalt­ mittel sind in Reihe zwischen zwei Anschlüssen einer Span­ nungsversorgung angeordnet. Häufig ist ein zweites Schalt­ mittel vorgesehen, mittels dem der Stromfluß durch den, Ver­ braucher gesteuert und/oder geregelt wird. Das erste Schalt­ mittel dient als Sicherheitsschalter und ist im normalen Be­ trieb in seinem geschlossenen Zustand. Bei einem erkannten Fehler wird das erste Schaltmittel geöffnet und der Strom­ fluß durch den Verbraucher unterbunden.Usually, in devices for controlling a Consumer a first switching means that little least a first switching connection and a control connection having. The consumer and the at least first switch medium are in series between two connections of a span power supply arranged. Often there is a second shift means provided by means of which the current flow through the, Ver user controlled and / or regulated. The first shift medium serves as a safety switch and is in normal loading floated in its closed state. With a recognized Fault, the first switching device is opened and the current flow prevented by the consumer.

Bei Anwendungen in Kraftfahrzeugen werden für das erste Schaltmittel üblicherweise Relais eingesetzt. Bei moderneren Systemen wird angestrebt, daß dieses Relais durch einen Fel­ deffekt Transistor ersetzt werden soll. Bei solchen Feldef­ fekt Transistoren tritt das Problem auf, daß unter ungünsti­ gen Umständen auch bei einer Unterbrechung des Ansteuersi­ gnals für den Sicherheitsschalter der Sicherheitsschalter den Stromfluß nicht sicher unterbindet.In automotive applications, for the first Switching means usually relays used. With more modern ones Systems is aimed at that this relay by a Fel defective transistor to be replaced. With such Feldef fect transistors, the problem arises that under unfavorable  under certain circumstances, even if the control is interrupted gnals for the safety switch the safety switch does not safely prevent current flow.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrich­ tung zur Ansteuerung eines Verbrauchers der eingangs genann­ ten Art im Fehlerfall ein Leiten des Sicherheitsschalters sicher zu unterbinden.The invention has for its object in a Vorrich device for controlling a consumer named at the beginning In the event of a fault, the safety switch is routed prevent it safely.

Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.This task is accomplished by the in the independent claims marked features solved.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise kann ein Feldef­ fekt Transistor als Sicherheitsschalter verwendet werden, der den Stromfluß durch den Lastkreis und damit den Verbrau­ cher bei einem Fehler sicher und garantiert unterbricht.A field ref perfect transistor can be used as a safety switch, the current flow through the load circuit and thus the consumption safe and guaranteed interrupts in the event of an error.

Zeichnungdrawing

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 2 eine detaillierte Darstellung eines möglichen Sicherheits­ schalters.The invention is explained below with reference to the drawings Darge presented embodiments. In the drawings Fig. 1 is a block diagram of the apparatus and FIG. 2 is a detailed representation of a possible safety switch.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorgehensweise am Beispiel eines Verbrauchers, der im Bereich eines Kraftfahr­ zeuges eingesetzt wird, beschrieben. Bei einem solchen Ver­ braucher handelt es sich beispielsweise um ein Magnetventil, das den Fluß von Flüssigkeiten und/oder Gasen steuert. Fer­ ner kann es sich bei dem Verbraucher um eine Pumpe handeln. Die beschriebene Vorgehensweise ist aber nicht auf diese Verbraucher eingeschränkt, sie kann grundsätzlich bei allen Verbrauchern, die in Kraftfahrzeugen verwendet werden, ein­ gesetzt werden. Prinzipiell ist die Erfindung auch bei ande­ ren Verbrauchern bei anderen Anwendungen verwendbar. Die Vorteile treten aber insbesondere bei der Anwendung im Kraftfahrzeugbereich besonders hervor.The procedure according to the invention is described below on Example of a consumer in the field of a motor vehicle stuff is used. With such a ver for example, it is a solenoid valve,  that controls the flow of liquids and / or gases. Fer The consumer can be a pump. The procedure described is not based on this Restricted consumers, it can in principle apply to everyone Consumers used in motor vehicles be set. In principle, the invention is also in others consumers can be used in other applications. The However, there are particular advantages when used in Motor vehicle sector is particularly prominent.

In der Fig. 1 ist ein erstes Schaltmittel mit 100 bezeich­ net. Dieses Schaltmittel 100 wird im folgenden auch als Si­ cherheitsschalter bezeichnet. Das erste Schaltmittel 100 weist einen ersten Schalt-Anschluß 2 und einen zweiten Schalt-Anschluß 3 auf. Desweiteren besitzt das erste Schalt­ rnittel 100 einen Steuer-Anschluß 1.In Fig. 1, a first switching means is designated by 100 net. This switching means 100 is also referred to below as a safety switch. The first switching means 100 has a first switching connection 2 and a second switching connection 3 . Furthermore, the first switching device 100 has a control connection 1 .

Der Verbraucher ist mit 110 bezeichnet. Der Verbraucher 110 und das erste Schaltmittel 100 sind in Reihe geschaltet und zwischen den Anschlüssen einer Spannungsversorgung angeord­ net. Die beiden Anschlüsse der Spannungsversorgung sind mit UBAT und mit GND bezeichnet.The consumer is designated 110 . The consumer 110 and the first switching means 100 are connected in series and net angeord between the terminals of a voltage supply. The two connections of the power supply are labeled UBAT and GND.

Desweiteren ist in der Fig. 1 ein zweites Schaltmittel 120 dargestellt, das ebenfalls drei Anschlüsse aufweist, die aber nicht näher bezeichnet sind.Furthermore, a second switching means 120 is shown in FIG. 1, which also has three connections, but which are not identified in more detail.

In der dargestellten Ausführungsform ist der zweite Schalt- Anschluß 3 mit dem Anschluß UBAT der Versorgungsspannung verbunden. Der erste Schalt-Anschluß des ersten Schaltmit­ tels 100 steht mit dem Verbraucher 110 in Verbindung. Des­ weiteren steht der Verbraucher 110 über das zweite Schalt­ mittel 120 mit dem Masse-Anschluß GND der Spannungsversor­ gung in Kontakt. In the illustrated embodiment, the second switching connection 3 is connected to the connection UBAT of the supply voltage. The first switching connection of the first switching means 100 is connected to the consumer 110 . Furthermore, the consumer 110 is in contact via the second switching means 120 with the ground connection GND of the voltage supply.

Die Anordnung des ersten Schaltmittels 100, des zweiten Schaltmittels 120 und des Verbrauchers 110 ist in Fig. 1 nur beispielhaft dargestellt. Die Schaltmittel und der Ver­ braucher können auch in anderer Reihenfolge angeordnet sein. Bei anderen Schaltmitteln können auch der erste Schalt- Anschluß und der zweite Schalt-Anschluß vertauscht sein.The arrangement of the first switching means 100 , the second switching means 120 and the consumer 110 is only shown as an example in FIG. 1. The switching means and the consumer can also be arranged in a different order. With other switching means, the first switching connection and the second switching connection can also be interchanged.

Der Steuer-Anschluß 1 des Sicherheitsschalters 100 und der Steuer-Anschluß des zweiten Schaltmittels 120 werden von ei­ ner Steuerung 130 mit Ansteuersignalen beaufschlagt.The control connection 1 of the safety switch 100 and the control connection of the second switching means 120 are acted upon by control signals from a controller 130 .

Im normalen Betrieb wird beim Start des Kraftfahrzeuges der Sicherheitsschalter 100 geschlossen. Abhängig davon, ob der Verbraucher 110 bestromt werden soll oder nicht, steuert die Steuerung 130 das zweite Schaltmittel 120 an. Dabei kann vorgesehen sein, daß auch der Strom durch den Verbraucher mittels des zweiten Schaltmittels auf einen vorgegebenen Wert geregelt werden kann. Um dies zu ermöglichen, kann auch vorgesehen sein, daß ein Strommeßmittel vorgesehen ist. Des­ weiteren kann bei einer Ausgestaltung vorgesehen sein, daß noch weitere Schaltmittel in Reihe geschaltet sind. Sind mehrere Verbraucher vorgesehen, so kann bei einer verein­ fachten Ausgestaltung vorgesehen sein, daß ein Sicherheits­ schalter 100 mit mehreren Verbrauchern 110 verbunden ist.In normal operation, the safety switch 100 is closed when the motor vehicle is started. Depending on whether the consumer 110 is to be energized or not, the controller 130 controls the second switching means 120 . It can be provided that the current through the consumer can also be regulated to a predetermined value by means of the second switching means. To make this possible, it can also be provided that a current measuring means is provided. Furthermore, it can be provided in one configuration that further switching means are connected in series. If several consumers are provided, it can be provided in a simplified configuration that a safety switch 100 is connected to several consumers 110 .

Erkennt die Steuerung 130, daß ein Fehler vorliegt, so gibt sie ein solches Signal an den Steuer-Anschluß 1 des Sicher­ heitsschalters 100, daß dieser den Stromfluß unterbricht. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Sicherheitsschalter 100 den Stromfluß unterbricht, wenn an seinem Steuer- Anschluß kein Potential anliegt, d. h. wenn dieser mit Masse, d. h. dem Masse-Anschluß GND der Spannungsversorgung verbun­ den ist oder der Steuer-Anschluß unterbrochen ist. If the controller 130 detects that there is an error, it outputs such a signal to the control connection 1 of the safety switch 100 that this interrupts the current flow. It when the safety switch 100 interrupts the flow of current when there is no potential at its control connection, ie when this is connected to ground, ie the ground connection GND of the voltage supply, or the control connection is interrupted is particularly advantageous.

Wird als Sicherheitsschalter 100 ein Feldeffekt-Transistor verwendet, so kann der Fall eintreten, daß bei einer Unter­ brechung der Leitung zwischen der Steuerung 130 und dem Steuer-Anschluß 1 des Sicherheitsschalters der Sicherheits­ schalter 100 den Stromfluß freigibt und sich derart zer­ stört, daß er ständig leitet. Dies kann dadurch verhindert werden, daß zwischen dem Steuer-Anschluß 1 und dem Schalt- Anschluß 2 ein Widerstand angeordnet wird, der den Sicher­ heitsschalter 100 definiert abschaltet.Is a field effect transistor used as a safety switch 100, the case may occur that at a Headed refraction between the controller 130 and the control terminal 1 releases the safety switch of the safety switch 100 the current flow and disturbs such zer that he constantly leads. This can be prevented by arranging a resistor between the control connection 1 and the switching connection 2 , which switches off the safety switch 100 in a defined manner.

Ein solcher Widerstand ist nachteilig, da dadurch der Steu­ er-Anschluß niederohmig wird. Dieser Widerstand belastet die Ansteuerschaltung der Steuerung, beispielsweise eine La­ dungspumpe, zu stark und ist zum anderen nicht in der Lage, auftretende Leckströme, beispielsweise dem Drain-Gate- Leckstrom, der von der hohen Batteriespannung durch externe oder schalterinterne Zenerstrukturen fließt, eine sehr klei­ ne Gate-Source-Spannung unterhalb der Einschaltschwelle des Sicherheitsschalters 100 zu garantieren.Such a resistor is disadvantageous because it makes the control terminal low-resistance. This resistance loads the control circuit of the control, for example a charge pump, too much and is also not able to prevent leakage currents, for example the drain-gate leakage current, which flows from the high battery voltage through external or internal Zener structures, very small To guarantee a gate-source voltage below the switch-on threshold of the safety switch 100 .

Desweiteren werden Unterbrechungen in der Ansteuerleitung zwischen Steuerung 130 oder Unterbrechungen von Leiterbahnen innerhalb des Schaltmittels 100 nicht erfaßt. Andere Lö­ sungsansätze, z. B. durch eine im Schaltmittel 100 integrier­ te Zusatzlogik, haben den Nachteil, daß zusätzliche Masken­ schritte und zusätzliche Fläche benötigt wird, die die Funk­ tion verteuern oder gar technisch unmöglich macht.Furthermore, interruptions in the control line between the controller 130 or interruptions in conductor tracks within the switching means 100 are not detected. Other solution approaches, e.g. B. by an integrated in the switching means 100 te additional logic have the disadvantage that additional masks steps and additional area is required, which make the function more expensive or even technically impossible.

Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, daß in dem Schaltmit­ tel 100 durch einen zusätzlichen Maskenschritt ein Wider­ stand zwischen dem Steuer-Anschluß 1 und dem ersten Schalt- Anschluß 2 integriert wird. Dieser Widerstand hat die Aufga­ be, den an sich isolierenden hochohmige Steuer-Anschluß de­ finiert ladungsträgerfrei zu halten und somit für ein siche­ res Abschalten des Schaltmittels bei offenem Steuer-Anschluß 1 zu sorgen. Besonders vorteilhaft ist es, daß dieser Wider­ stand R als sogenannter abschnürender Widerstand ausgeführt wird. Solche abschnürenden Widerstände werden auch als pinch-off-Widerstände bezeichnet. Die Verwendung eines sol­ chen Widerstandes hat den Vorteil, daß bei Eingangsspannung am Steuer-Anschluß 1 des Feldeffekt-Transistors unterhalb eines Schwellwerts dieser niederohmig ist. Dadurch hält er den durch die Drain-Gate-Leckströme hervorgerufenen Span­ nungsabfall sicher unter der Schwellspannung des Feldeffekt- Transistors.According to the invention it is therefore provided that in the Schaltmit tel 100 by an additional mask step was a counter between the control terminal 1 and the first switching terminal 2 is integrated. This resistor has the task of keeping the isolating high-impedance control terminal defined charge carrier-free and thus ensuring a safe res switching off of the switching means when the control terminal 1 is open. It is particularly advantageous that this opposed R was executed as a so-called pinching resistance. Such resistors are also known as pinch-off resistors. The use of such a resistor has the advantage that when the input voltage at the control terminal 1 of the field effect transistor is below a threshold, this is low. As a result, it safely keeps the voltage drop caused by the drain-gate leakage currents below the threshold voltage of the field-effect transistor.

Nach Anliegen der relativ hohen Ansteuerspannung an dem Steuer-Anschluß 1 des Feldeffekt-Transistors zeigt der Wi­ derstand seinen Abschnüreffekt (pinch-off) und wird dadurch sehr hochohmig. Dadurch belastet er die Ansteuerspannung nur sehr schwach bis gar nicht, da er sehr hochohmig wird.After the relatively high drive voltage is applied to the control connection 1 of the field-effect transistor, the resistance shows its pinch-off effect and thus becomes very high-impedance. As a result, it loads the control voltage only very weakly or not at all, since it becomes very high-impedance.

Erfindungsgemäß wird also ein von der anliegenden Ansteuer­ spannung abhängiger Widerstand verwendet, der zwischen dem Steuer-Anschluß 1 und dem ersten Schalt-Anschluß 2 geschal­ tet ist.According to the invention, therefore, a voltage-dependent resistor is used which is switched between the control connection 1 and the first switching connection 2 .

Eine Ausführungsform eines entsprechenden Schalters ist in Fig. 2 detaillierter dargestellt. Bei der dargestellten Ausführungsform handelt es sich um einen N-Kanal Feldeffekt- Transistor. Die erfindungsgemäße Lösung kann aber auch mit entsprechenden Abwandlungen auch bei anderen Feldeffekt- Transistoren eingesetzt werden. Dies gilt insbesondere für P-Kanal Feldeffekt-Transistoren, die häufig als High-Side- Schalter verwendet werden.An embodiment of a corresponding switch is shown in more detail in FIG. 2. The embodiment shown is an N-channel field effect transistor. However, the solution according to the invention can also be used with corresponding modifications in other field-effect transistors. This applies in particular to P-channel field-effect transistors, which are often used as high-side switches.

Die Anschlüsse 1, 2 und 3 sind entsprechend wie in Fig. 1 bezeichnet. Eine Gate-Elektrode G steht mit dem Steuer- Anschluß 1 in Verbindung. Eine Drain-Elektrode D ist mit dem zweiten Schalt-Anschluß 3 verbunden. Eine Source-Elektrode S ist mit dem ersten Schalt-Anschluß 2 verbunden.The connections 1 , 2 and 3 are designated as in FIG. 1. A gate electrode G is connected to the control connection 1 . A drain electrode D is connected to the second switching connection 3 . A source electrode S is connected to the first switching connection 2 .

Der Widerstand zwischen der Gate-Elekrode G und der Source- Elektrode S ist mit 200 bezeichnet. Desweiteren ist eine Leiterbahn mit 210 bezeichnet, die mit dem Steuer-Anschluß 1 bzw. mit der Gate-Elektrode G verbunden ist. Die Leiterbahn 210 wird häufig auch als Deckel bezeichnet.The resistance between the gate electrode G and the source electrode S is designated by 200 . Furthermore, a conductor track 210 is designated, which is connected to the control connection 1 or to the gate electrode G. The conductor track 210 is often also referred to as a cover.

Die Gate-Elektrode G des Schaltmittels 100 ist über den spannungsabhängigen Widerstand 200 mit der Source-Elektrode S verbunden. Der Widerstandswert des Widerstandes 200 ist dabei von der am Steuer-Anschluß 1 bzw. an der Gate- Elektrode G anliegenden Spannung abhängig. Dies wird durch die Leiterbahn 210 unterstützt. Liegt an der Leiterbahn 210 und an dem Widerstand 200 eine Spannung an, so wird der Wi­ derstand 200 hochohmig. Liegt die Leiterbahn 210 auf Masse­ potential oder ist er offen, so wird der Widerstand 200 nie­ derohmig und verbindet die Gate-Elektrode G mit dem Source- Elektrode S.The gate electrode G of the switching means 100 is connected to the source electrode S via the voltage-dependent resistor 200 . The resistance value of the resistor 200 is dependent on the voltage present at the control connection 1 or at the gate electrode G. This is supported by the conductor track 210 . Is located on the conductor line 210 and the resistor 200 to a voltage, the resistor 200 is Wi high impedance. If the conductor track 210 is at ground potential or is open, the resistor 200 never becomes non-resistive and connects the gate electrode G to the source electrode S.

Unabhängig vom verwendete Typ von Schaltmittel ist der Wi­ derstand 200 so ausgebildet, daß der Widerstand 200 hochohmig ist, wenn ein Signal am Steuer-Anschluß 1 anliegt, das einen Stromfluß im Verbraucher bewirkt. Andererseits ist der. Widerstand 200 niederohmig, wenn ein Signal am Steuer- Anschluß 1 anliegt, das keinen Stromfluß im Verbraucher be­ wirkt. Der Widerstand 200 ist also von dem Signalwert des Ansteuersignals an dem Steuer-Anschluß 1 abhängig.Independently of the used type of switching means of the resistor 200 Wi is formed so that the resistor has a high impedance 200, when a signal is present at the control terminal 1, which causes current to flow in the consumer. On the other hand, the. Resistor 200 low impedance when a signal is present at the control connection 1 , which has no current flow in the consumer. The resistor 200 is therefore dependent on the signal value of the control signal at the control connection 1 .

Besonders vorteilhaft ist es, daß der Widerstand 200 als so­ genannter pinch-off-Widerstand ausgebildet ist, der mit dem Schaltmittel eine bauliche Einheit bildet. Dadurch können der Widerstand 200, die Leiterbahn 210 und das Schaltmittel bestehend aus Gate-Elektrode G, Source-Elektrode S und Drain-Elektrode D in einem Arbeitsschritt auf einem Bauele­ ment integriert werden. Dadurch werden Kosten insbesondere bei der Fertigung und Fläche des Bauteils gespart. Unterbre­ chungen in der Ansteuerleitung zwischen Steuerung 130 und dem Schaltmittel 100 können keine negativen Effekte auf das Schaltmittel 100 haben.It is particularly advantageous that the resistor 200 is designed as a so-called pinch-off resistor, which forms a structural unit with the switching means. Thereby, the resistor 200 , the conductor 210 and the switching means consisting of gate electrode G, source electrode S and drain electrode D can be integrated in one work step on a component. This saves costs, particularly in the manufacture and area of the component. Interruptions in the control line between the controller 130 and the switching means 100 cannot have any negative effects on the switching means 100 .

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers mit einem ersten Schaltmittel, daß wenigstens einen ersten Schalt- Anschluß und einen Steuer-Anschluß aufweist, wobei der Verbraucher und wenigstens das erste Schaltmittel in Rei­ he zwischen zwei Anschlüssen einer Spannungsversorgung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuer- Anschluß des Schaltmittels über einen variablen Wider­ stand mit dem ersten Schalt-Anschluß verbunden ist, wobei der Widerstandswert des Widerstands von dem am Steuer- Anschluß anliegenden Signal abhängt.1. Device for controlling a consumer with a first switching means that has at least a first switching connection and a control connection, wherein the consumer and at least the first switching means are arranged in series between two connections of a voltage supply, characterized in that the Control connection of the switching means via a variable opposing was connected to the first switching connection, the resistance value of the resistance depending on the signal applied to the control connection. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand hochohmig ist, wenn ein Signal am Steuer- Anschluß anliegt, das einen Stromfluß im Verbraucher be­ wirkt.2. Device according to claim 1, characterized in that the resistance is high-resistance if a signal at the control Connection is present that be a current flow in the consumer works. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand niederohmig ist, wenn ein Signal am Steuer- Anschluß anliegt, das keinen Stromfluß im Verbraucher bewirkt. 3. Device according to claim 1, characterized in that the resistance is low when a signal at the control Connection is present that no current flow in the consumer causes.   4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß ein pinch-off-Widerstand ver­ wendet wird, der mit dem Schaltmittel eine bauliche Ein­ heit bildet.4. Device according to one of the preceding claims, there characterized in that a pinch-off resistor ver is used, a structural one with the switching means unit forms.