WO2009030691A1 - Circuit arrangement for switching an inductive load - Google Patents

Abstract

The invention relates to a circuit arrangement (10) for switching an inductive load (L1) that is series-connected to an activatable switch element (T) at the poles of a voltage source (Vbat), a protective circuit (14) being provided for protecting the switch element (T) from excessively high interrupting voltages that forcibly routes the switch element (T) into a conducting state if a predetermined protective threshold is exceeded by the interrupting voltage. In order to improve such a circuit arrangement (10) with regard to the selection of the protective threshold, the invention is characterized by a temperature sensor (16) for detecting a temperature in the region of the switch element (T) and a controller (18) for reducing the protective threshold in case of an excessive temperature. In this manner, for example, particularly rapid interrupting operations are enabled without increasing the risk of damage to the switch element.

Description

Beschreibungdescription

Schaltungsanordnung zum Schalten einer induktiven LastCircuit arrangement for switching an inductive load

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem O- berbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a circuit arrangement according to the O-term of claim 1.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist beispielsweise aus der DE 198 41 227 Cl bekannt. Die bekannte Schaltungsanordnung dient zum Schalten einer induktiven Last, die in Reihenschaltung mit einem ansteuerbaren Schaltelement an den Polen einer Spannungsquelle liegt, wobei eine Schutzbeschaltung zum Schutz des Schaltelements vor zu hohen Abschaltspannungen vorgesehen ist, welche im Falle einer Überschreitung einer vorbestimmten Schutzschwelle durch die Abschaltspannung dasSuch a circuit arrangement is known for example from DE 198 41 227 Cl. The known circuit arrangement is used for switching an inductive load, which is connected in series with a controllable switching element to the poles of a voltage source, wherein a protective circuit for protecting the switching element is provided against excessive shutdown voltages, which in case of exceeding a predetermined protection threshold by the shutdown voltage

Schaltelement zwangsweise in einen leitenden Zustand steuert.Forcibly controls switching element in a conductive state.

Zum Schutz vor zu hohen Abschaltspannungen am Drain des als FET ausgebildeten Schaltelements ist als Schutzbeschaltung zwischen dem Gate und dem Drain des FET eine Reihenschaltung einer zum Drain hin stromleitenden Zenerdiode, einer zum Gate hin stromleitenden Sperrdiode und eines Widerstandes angeordnet. Wenn beim Abschalten des FET eine im Wesentlichen durch die Zenerspannung der Zenerdiode bestimmte Schutzschwelle durch die Abschaltspannung überschritten wird, so bricht die Zenerdiode durch und es fließt ein Strom vom Drain zum Gate, so dass der FET zwangsweise wieder in einen leitenden Zustand gesteuert wird, bis die gespeicherte Energie in der induktiven Last nennenswert abgebaut ist (so genanntes "clamping" der Abschaltspannung) .To protect against excessive shutdown voltages at the drain of the switching element designed as FET, a series connection of a Zener diode which conducts current to the drain, a blocking diode which conducts to the gate, and a resistor is arranged as a protective circuit between the gate and the drain of the FET. If, when the FET is switched off, a protection threshold determined essentially by the zener voltage of the zener diode is exceeded by the switch-off voltage, the zener diode breaks through and a current flows from the drain to the gate, so that the FET is forcibly returned to a conducting state until the stored energy in the inductive load is degraded appreciably (so-called "clamping" of the cut-off voltage).

Problematisch ist bei diesem Stand der Technik in vielen Anwendungsfällen die "richtige Wahl" der Schutzschwelle (Zenerspannung) , die einerseits nicht zu klein sein sollte, um ein möglichst rasches Abschalten der induktiven Last zu ermöglichen, und andererseits nicht zu groß sein sollte, um eine Schädigung oder gar Zerstörung des ansteuerbaren Schaltelements zuverlässig zu verhindern. In der Praxis muss daher eine Schutzschwelle gewählt werden, die mit einem gewissen Sicherheitsabstand unterhalb der eigentlich optimalen Schutzschwelle liegt.The problem with this prior art in many applications, the "right choice" of the protection threshold (Zener voltage), on the one hand should not be too small to allow the fastest possible shutdown of the inductive load, and on the other hand should not be too large to a Damage or even destruction of the controllable switching element reliably prevent. In practice, therefore a protection threshold can be selected that lies below the actually optimal protection threshold with a certain safety distance.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art hinsichtlich der Wahl der Schutzschwelle zu verbessern. Insbesondere soll die Erfindung besonders rasche Abschaltvorgänge ermöglichen, ohne hierbei jedoch die Gefahr einer Schädigung des Schaltelements zu vergrößern.It is an object of the present invention to improve a circuit arrangement of the type mentioned in terms of the choice of the protection threshold. In particular, the invention should allow particularly rapid shutdown, but without increasing the risk of damage to the switching element.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.This object is achieved by a circuit arrangement with the features of claim 1. The dependent claims relate to advantageous developments of the invention.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist gekennzeichnet durch einen Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur im Bereich des Schaltelements und eine Steuereinrichtung zur Absenkung der Schutzschwelle im Falle einer übermäßigen Tem- peratur.The circuit arrangement according to the invention is characterized by a temperature sensor for detecting a temperature in the region of the switching element and a control device for lowering the protection threshold in the event of an excessive temperature.

Die Grundidee der Erfindung besteht somit darin, die Schutzschwelle bedarfsweise abzusenken, nämlich in Abhängigkeit von einem Parameter (Temperatur des Schaltelements) , welcher e- benso wie der Wert der Abschaltspannung selbst die Gefahr einer Schädigung des Schaltelements beeinflusst.The basic idea of the invention thus consists in lowering the protection threshold as required, namely as a function of a parameter (temperature of the switching element) which, like the value of the cut-off voltage, itself influences the risk of damage to the switching element.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schutzbeschaltung eine Zenerdiodenanordnung zwischen einem Steueranschluss des Schaltelements und dem mit der Last verbundenen Anschluss des Schaltelements umfasst. Zu der oder den betreffenden Zenerdioden kann in Reihenschaltung in an sich bekannter Weise z. B. ein Widerstand und/oder eine Sperrdiode angeordnet sein. Im Normalfall (bei nicht abge- senkter Schutzschwelle) kann die Schutzschwelle dann z. B. im Wesentlichen der Zenerspannung bzw. der Summe der Zenerspan- nungen entsprechen. Bei Verwendung der vorstehend erwähnten Zenerdiodenanordnung für die Schutzbeschaltung ergeben sich vielfältige Möglichkeiten zur Realisierung der Absenkung der Schutzschwelle im Falle einer übermäßigen Temperatur. Gemäß einer schaltungs- technisch besonders einfachen und somit sehr vorteilhaftenIn a preferred embodiment, it is provided that the protective circuit comprises a Zener diode arrangement between a control terminal of the switching element and the terminal of the switching element connected to the load. To the one or more Zener diodes can be connected in series in a conventional manner z. B. a resistor and / or a blocking diode may be arranged. In the normal case (not lowered protection threshold), the protection threshold can then z. B. substantially equal to the Zener voltage or the sum of the Zener voltages. When using the above-mentioned zener diode arrangement for the protective circuit, there are many possibilities for realizing the lowering of the protection threshold in the event of excessive temperature. According to a circuit technically particularly simple and thus very advantageous

Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Zenerdiodenanordnung mehrere, in Reihenschaltung angeordnete Zenerdioden umfasst und die Absenkung der Schutzschwelle durch eine Überbrückung eines Teils dieser Zenerdioden bewerkstelligt wird. Im ein- fachsten Fall umfasst die Schutzbeschaltung wenigstens einen Überbrückungsschalter, welcher der bzw. den zu überbrückenden Zenerdioden parallel geschaltet ist, um diesen Teil der Zenerdioden zu überbrücken. Die Überbrückung ist bevorzugt nie- derohmig vorgesehen. Es soll jedoch nicht ausgeschlossen sein, dass ein bedarfsweise mittels eines Überbrückungsschal- ters aktivierter "Bypass-Strompfad" noch weitere Komponenten wie z. B. einen Widerstand enthält.Embodiment is provided that the Zener diode arrangement comprises a plurality of series-connected Zener diodes and the lowering of the protection threshold is accomplished by bridging a portion of these Zener diodes. In the simplest case, the protective circuit comprises at least one bridging switch, which is connected in parallel with the Zener diode (s) to be bridged in order to bridge this part of the Zener diodes. The bridging is preferably provided with low impedance. However, it should not be ruled out that a "bypass current path" that is activated as required by means of a bypass switch may also contain other components, such as eg. B. contains a resistor.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Temperatur- sensor als Halbleitersensor auf dem selben Substrat wie das Schaltelement ausgebildet ist. In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass noch weitere Komponenten der Schaltungsanordnung als integrierte Schaltung auf dem selben Substrat ausgebildet sind.In one embodiment, it is provided that the temperature sensor is designed as a semiconductor sensor on the same substrate as the switching element. In a further development, it is provided that even further components of the circuit arrangement are formed as an integrated circuit on the same substrate.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist beispielsweise vorgesehen, dass alle wesentlichen Komponenten der Schaltungsanordnung in einer integrierten Schaltung zusammengefasst sind. Dabei kann es sich insbesondere um eine integrierte Leis- tungsendstufe zum Schalten der induktiven Last handeln, wobei das ansteuerbare Schaltelement, der Temperatursensor, die Steuereinrichtung, die Schutzbeschaltung sowie die Mittel zur bedarfsweisen Absenkung der Schutzschwelle auf dem selben Substrat ausgebildet sind.In a preferred embodiment, for example, it is provided that all essential components of the circuit arrangement are combined in an integrated circuit. This may in particular be an integrated power output stage for switching the inductive load, wherein the controllable switching element, the temperature sensor, the control device, the protective circuit and the means for reducing the demand threshold are formed on the same substrate.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass wenigstens eine Temperaturschwelle vorgesehen ist, bei deren Überschreitung die Steuereinrichtung die Absenkung der Schutzschwelle be- wirkt. In einer Weiterbildung ist die Temperaturschwelle mit einer Hysterese (im Hinblick auf deren Über-/Unterschreitung) vorgesehen. In diesem Fall erfolgt also die Anhebung der zuvor abgesenkten Schutzschwelle bei Unterschreitung einer Tem- peraturschwelle, die etwas niedriger als die für die Absenkung der Schutzschwelle maßgebliche Temperaturschwelle liegt.In one embodiment, it is provided that at least one temperature threshold is provided, beyond which the control device suppresses the lowering of the protection threshold. acts. In a further development, the temperature threshold is provided with a hysteresis (with regard to its overshoot / undershoot). In this case, the increase in the previously lowered protection threshold occurs when the temperature falls below a temperature threshold which is slightly lower than the temperature threshold relevant for lowering the protection threshold.

Auch können mehrere verschiedene Temperaturschwellen vorgesehen sein, deren sukzessive Überschreitung eine entsprechende sukzessive Absenkung der Schutzschwelle bewirkt. Mit anderen Worten kann die Absenkung der Schutzschwelle auch in mehreren diskreten Stufen erfolgen. Mit einer solchen Weiterbildung ist es vorteilhaft möglich, die Schutzschwelle noch genauer den momentanen Erfordernissen anzupassen.It is also possible to provide a plurality of different temperature thresholds whose successive overshoot causes a corresponding successive lowering of the protection threshold. In other words, the lowering of the protection threshold can also take place in several discrete stages. With such a development, it is advantageously possible to more precisely adapt the protection threshold to the current requirements.

Eine besonders bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht für eine Leistungsendstufe zum Schalten einer oder mehrerer induktiver Lasten im Bereich einer Automobilelektronik. Insbesondere kann die Schaltungsan- Ordnung in einem Motorsteuergerät zur Steuerung von Funktionen einer Brennkraftmaschine vorgesehen sein.A particularly preferred use of the circuit arrangement according to the invention is for a power output stage for switching one or more inductive loads in the field of automotive electronics. In particular, the Schaltungsan- order may be provided in an engine control unit for controlling functions of an internal combustion engine.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die induktive Last eine Erregerwicklung eines Magnetaktors, insbesondere die Erregerwicklung eines Magnetventils darstellt. Im Bereich der Automobilelektronik kann die induktive Last beispielsweise die Erregerwicklung eines Kraftstoffeinspritzventils einer Brennkraftmaschine darstellen. Insbesondere in einem derartigen Anwendungsfall müssen die einzelnen Lasten mit möglichst exakt einzuhaltenden Schaltzeiten angesteuert werden, wofür die Realisierbarkeit von raschen Abschaltvorgängen von besonderem Vorteil ist.In one embodiment, it is provided that the inductive load represents an excitation winding of a magnetic actuator, in particular the excitation winding of a solenoid valve. In the field of automotive electronics, the inductive load may represent, for example, the field winding of a fuel injection valve of an internal combustion engine. In particular, in such an application, the individual loads must be controlled with as accurately as possible to be observed switching times, for which the feasibility of rapid shutdown is particularly advantageous.

Was die Ausbildung des ansteuerbaren Schaltelements anbe- langt, so kann vorteilhaft auf an sich bekannte Gestaltungen aus dem Bereich von Schaltungsanordnungen der hier interessierenden Art zurückgegriffen werden. Bevorzugt ist ein ansteuerbares Halbleiterschaltelement wie ein Transistor vorge- sehen. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein solcher Transistor in DMOS (="doppelt dotiert MOS") -Technologie (z. B. als DMOS-FET) ausgebildet.With regard to the design of the controllable switching element, it is advantageously possible to resort to designs known per se from the field of circuit arrangements of the type of interest here. Preferably, a controllable semiconductor switching element such as a transistor is provided. see. In an advantageous embodiment, such a transistor is formed in DMOS (= "double-doped MOS") technology (eg as DMOS-FET).

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung weiter beschrieben. Es stellt dar:The invention will be further described by means of an embodiment with reference to the accompanying drawings. It shows:

Fig. 1 ist ein Schaltbild einer Leistungsendstufe zum Schalten einer induktiven Last.Fig. 1 is a circuit diagram of a power output stage for switching an inductive load.

Fig. 1 zeigt eine Endstufe 10 zum Schalten einer induktiven Last Ll (z. B. Erregerwicklung eines Kraftstoffeinspritzven- tils) , die in Reihenschaltung mit einem Schalttransistor T an den Polen einer Spannungsquelle Vbat liegt, bei welcher es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel z. B. um die Batterie eines Kraftfahrzeuges handelt.1 shows an output stage 10 for switching an inductive load L1 (for example, a field winding of a fuel injection valve) which is connected in series with a switching transistor T to the poles of a voltage source Vbat, in which, for example, in the exemplary embodiment shown. B. is the battery of a motor vehicle.

Der in der Figur eingezeichnete Widerstand R2 symbolisiert den in der Praxis stets vorhandenen ohmschen Anteil der betreffenden Lastimpedanz.The resistor R2 drawn in the figure symbolizes the ohmic component of the respective load impedance which is always present in practice.

Das Einschalten und Ausschalten des hier als FET ausgebildeten Schalttransistors T wird durch eine Steuerspannung Us ge- steuert, welche durch einen (nicht dargestellten) Schaltungsteil der Endstufe 10 erzeugt wird und an einem Steuereingang 12 anliegt, der über einen Widerstand Rl mit dem Steueran- schluss (hier: Gate) des Schalttransistors T verbunden ist. Das Potenzial am Gate bzw. einem Schaltungsknoten Kl bestimmt den Zustand des Transistors T. Der Transistor T beginnt zu leiten, wenn dessen Gate-Source-Spannung die betreffende Schwellenspannung des Transistors übersteigt.The switching on and off of the here designed as FET switching transistor T is controlled by a control voltage Us, which is generated by a (not shown) circuit part of the output stage 10 and applied to a control input 12, the connection via a resistor Rl with the control (Here: gate) of the switching transistor T is connected. The potential at the gate or a circuit node K1 determines the state of the transistor T. The transistor T begins to conduct when its gate-source voltage exceeds the relevant threshold voltage of the transistor.

Beim Einschalten des Transistors T kommt es in an sich be- kannter Weise zu einem Anstieg des durch die induktive LastWhen the transistor T is switched on, an increase in the current through the inductive load occurs in a manner known per se

Ll fließenden Laststromes bis maximal auf einen Wert, der dem Quotienten aus der Versorgungsspannung (Spannungsquelle Vbat) und dem ohmschen Widerstandsanteil R2 entspricht. Beim Ausschalten des Transistors T, z. B. durch Anlegen eines Potenzials "0" an dem Steuereingang 12, welches der elektrischen Masse GND entspricht) , baut sich auf Grund der Selbst- induktion in der induktiven Last Ll eine mehr oder weniger große Abschaltspannung zwischen dem Drain und der Source des Transistors T auf, die in der Praxis zumeist auf einen Wert ansteigt, der ein Vielfaches der Versorgungsspannung darstellt. Da der Transistor T auch in seinem ausgeschalteten Zustand keinen unendlich großen Widerstand besitzt, fließt in dieser Abschaltphase ein gewisser Strom durch den Transistor T, der zu einer unter Umständen gefährlich großen Verlustleistung im Transistor führt. Insbesondere besteht in dieser Abschaltphase aufgrund des erhöhten Stroms und/oder der er- höhten Spannung die Gefahr einer Schädigung wenn nicht sogar Zerstörung des Transistors T bzw. eines diesen Transistor enthaltenden elektronischen Bausteins.Ll flowing load current up to a maximum value corresponding to the quotient of the supply voltage (voltage source Vbat) and the ohmic resistance R2. When turning off the transistor T, z. B. by applying a potential "0" to the control input 12, which corresponds to the electrical ground GND), built on the basis of self-induction in the inductive load Ll a more or less large cut-off voltage between the drain and the source of the transistor T. which, in practice, usually rises to a value which is a multiple of the supply voltage. Since the transistor T has no infinite resistance even in its off state, flows in this shutdown phase, a certain current through the transistor T, which leads to a possibly dangerously large power loss in the transistor. In particular, in this shutdown phase due to the increased current and / or the increased voltage the risk of damage if not destruction of the transistor T or an electronic module containing this transistor.

Um diese Gefahr zu beseitigen, ist zwischen dem mit der Last Ll verbundenen Anschluss (Drain) des Transistors T bzw. einem Schaltungsknoten K2 und dem Steueranschluss (Gate) des Transistors T bzw. dem Schaltungsknoten Kl eine Schutzbeschaltung 14 vorgesehen, welche im Falle einer Überschreitung einer vorbestimmten Schutzschwelle durch die Abschaltspannung den Transistor T zwangsweise in einen leitenden Zustand steuert.In order to eliminate this risk, a protective circuit 14 is provided between the terminal (drain) of the transistor T connected to the load L 1 or a circuit node K 2 and the control terminal (gate) of the transistor T or the circuit node K 1, which in the event of overshoot a predetermined protection threshold by the turn-off voltage forcibly controls the transistor T into a conductive state.

Die Schutzbeschaltung 14 besteht wie dargestellt aus einer Reihenschaltung von 8 Zenerdioden D2 bis D9 sowie einer Sperrdiode Dl. In diesem Beispiel ergibt sich die Schutz- schwelle im Wesentlichen durch die Summe der einzelnen Ze- nerspannungen (die Flussspannung der Sperrdiode Dl und die Gate-Source-Spannung des Transistors T sind demgegenüber in erster Näherung vernachlässigbar) . Wenn die Abschaltspannung diese Schutzschwelle überschreitet, so brechen die Zenerdio- den D2 bis D9 durch und es fließt ein das Potenzial am Schaltungsknoten Kl erhöhender Strom über die Dioden Dl bis D9, so dass auf Grund eines leitenden Zustands des Transistors T eine Verringerung bzw. Begrenzung der Abschaltspannung auf ein unbedenkliches Maß bewirkt wird. Dieses Maß entspricht etwa der Summe der 8 Zenerspannungen .The protective circuit 14 consists, as shown, of a series connection of 8 Zener diodes D2 to D9 and a blocking diode D1. In this example, the protection threshold essentially results from the sum of the individual cell voltages (the forward voltage of the blocking diode D1 and the gate source Voltage of the transistor T are negligible in the first approximation). When the cut-off voltage exceeds this protection threshold, the zener diodes D2 to D9 break down and a current which increases the potential at the circuit node K1 flows through the diodes D1 to D9, so that, due to a conductive state of the transistor T, a reduction or limitation the shutdown voltage on a harmless level is effected. This measure corresponds approximately to the sum of the 8 zener voltages.

Eine Besonderheit der Endstufe 10 besteht darin, dass außer- dem ein Temperatursensor 16 zur Erfassung der Temperatur des Transistors T und eine Steuereinrichtung 18 zur Absenkung der Schutzschwelle im Falle Einer Erfassung einer übermäßigen Temperatur vorgesehen sind.A special feature of the output stage 10 is that in addition a temperature sensor 16 for detecting the temperature of the transistor T and a control device 18 for lowering the protection threshold in case of detection of an excessive temperature are provided.

Diese bedarfsweise Absenkung der Schutzschwelle funktioniert im dargestellten Ausführungsbeispiel wie folgt:This, if necessary, lowering the protection threshold works in the illustrated embodiment as follows:

Wenn der z. B. als Halbleitersensor in der Nähe des Transistors T ausgebildete Temperatursensor 16 erfasst, dass die Temperatur eine z. B. fest vorgegebene Temperaturschwelle ü- berschreitet, so bewirkt die Steuereinrichtung 18 das Schließen eines ansteuerbaren Schaltelements Ul. Ein Ausgangssignal st des Temperatursensors 16 wird hierzu der Steuereinrichtung 18 zugeführt. Der Schalter Ul ist bevorzugt als Transistor, insbesondere FET ausgebildet und im dargestellten Ausführungsbeispiel in Reihenschaltung mit einem Widerstand RIO zwischen dem Schaltungsknoten K2 und einem Schaltungsknoten K3 angeordnet, der sich zwischen den Zenerdioden D4 und D5 befindet .If the z. B. detected as a semiconductor sensor in the vicinity of the transistor T formed temperature sensor 16 that the temperature of a z. B. fixed predetermined temperature threshold ü exceeds, the control device 18 causes the closing of a controllable switching element Ul. An output signal st of the temperature sensor 16 is supplied to the control device 18 for this purpose. The switch Ul is preferably formed as a transistor, in particular FET and arranged in the illustrated embodiment in series with a resistor RIO between the circuit node K2 and a circuit node K3, which is located between the Zener diodes D4 and D5.

Beim Schließen des Schalters Ul wird somit ein Teil der in Reihenschaltung angeordneten Zenerdioden D2 bis D9 (nämlich der Teil D5 bis D9) überbrückt. Dies hat zur Folge, dass der Schutzmechanismus (Durchbrechen der Zenerdioden) empfindli- eher reagiert bzw. die Schutzschwelle abgesenkt wird. Die abgesenkte Schutzschwelle entspricht dann der Summe nurmehr der Zenerspannungen der Zenerdioden D2 bis D4. Der Spannungsabfall an dem Widerstand RIO wie auch die Flussspannung der in Durchlassrichtung gepolten Sperrdiode Dl sind gegenüber die- ser Summe der verbleibenden Zenerspannungen praktisch vernachlässigbar. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Zenerdioden D2 bis D9 identisch ausgebildet und besitzen folglich identische Zenerspannungen . In diesem Fall ergibt sich durch das temperaturabhängige Schließen des Schalters bzw. Schalttransistors Ul eine abgesenkte Schutzschwelle von etwa 3/8 des ursprünglichen Werts der Schutzschwelle. Ganz allgemein ist eine Absenkung um wenigstens 30% bevorzugt (im dargestellten Ausführungsbeispiel: ca. 60%) .When closing the switch Ul thus a part of the arranged in series circuit Zener diodes D2 to D9 (namely, the part D5 to D9) is bridged. As a result, the protective mechanism (breaking through of the zener diodes) is more sensitive and / or the protection threshold is lowered. The lowered protection threshold then corresponds to the sum of only the zener voltages of the zener diodes D2 to D4. The voltage drop across the resistor RIO as well as the forward voltage of the forward-biased blocking diode D1 are practically negligible compared to this sum of the remaining zener voltages. In a preferred embodiment, the Zener diodes D2 to D9 are formed identically and thus have identical Zener voltages. In this case results from the temperature-dependent closing of the switch or switching transistor Ul a lowered protection threshold of about 3/8 of the original value of the protection threshold. In general, a reduction of at least 30% is preferred (in the illustrated embodiment: about 60%).

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist folgende, selbstverständlich lediglich beispielhaft zu verstehende Bauelement- Dimensionierung vorgesehen:In the illustrated embodiment, the following, of course only to be understood by way of example component dimensioning is provided:

Vbat: 14 V Ll: 13 mH R2: 13 ΩVbat: 14V Ll: 13 mH R2: 13 Ω

Zenerspannungen der Zenerdioden D2 bis D9: jeweils 6 V RIO: 1 kΩ Rl : 1 kΩZener voltages of Zener diodes D2 to D9: each 6 V RIO: 1 kΩ Rl: 1 kΩ

Die Absenkung der Schutzschwelle im Falle der übermäßigen Temperatur des Schalttransistors T wird in der Praxis dazu führen, dass bei nachfolgenden Abschaltvorgängen die Schutz- beschaltung 14 entsprechend empfindlicher bzw. bei einem kleineren Überspannungswert reagiert. Dementsprechend verringert sich die Verlustleistung im Schalttransistor T, so dass dessen Temperatur sich wieder normalisiert.The lowering of the protection threshold in the case of the excessive temperature of the switching transistor T will in practice lead to the protective circuit 14 being correspondingly more sensitive or reacting at a lower overvoltage value during subsequent switch-off operations. Accordingly, the power loss in the switching transistor T decreases, so that its temperature is normalized again.

Eine fest vorgegebene Temperaturschwelle, bei deren Über- schreitung die Steuereinrichtung 18 das Schließen des Schalters Ul bewirkt, kann beispielsweise einen Wert besitzen, der 50 bis 100⁰C über einer im "Normalbetrieb" zu erwartenden Temperatur im Bereich des Schaltelements T liegt.A fixed predetermined temperature threshold, the override of which causes the control device 18 to close the switch U1, may for example have a value which is 50 to 100 ^° C. above a temperature to be expected in "normal operation" in the region of the switching element T.

Wenn die von dem Temperatursensor 16 erfasste Temperatur wieder dieselbe (oder eine andere) vorbestimmte Temperaturschwelle unterschreitet, so bewirkt die Steuereinrichtung 18 das Ausschalten des Schalters Ul und somit wieder eine Anhebung der Schutzschwelle auf den ursprünglichen Schwellenwert.When the temperature detected by the temperature sensor 16 falls below the same (or another) predetermined temperature threshold, the control device 18 causes switching off the switch Ul and thus again raising the protection threshold to the original threshold.

Zusammenfassend wird mit der beschriebenen Endstufe und deren Schutzbeschaltung eine Temperatur des die induktive Last schaltenden Schaltelements überwacht und bei der Festlegung der Schutzschwelle berücksichtigt. Ein besonderer Vorteil ergibt sich bei der Ausbildung der Schaltung als integrierte Schaltung, weil in diesem Fall durch einen "flächenmäßig knapp bemessenen" und somit kostengünstigen Schalttransistor (z. B. DMOS-FET) dennoch ein zuverlässiger und den Betriebsbedingungen angepasster Schutzmechanismus bereitgestellt wird. Der Schutzmechanismus passt sich dynamisch den aktuellen Erfordernissen an.In summary, with the described output stage and its protective circuit, a temperature of the switching element switching the inductive load is monitored and taken into account when determining the protection threshold. A particular advantage results from the design of the circuit as an integrated circuit, because in this case a reliable and operating conditions adapted protective mechanism is nevertheless provided by a "space-limited" and therefore inexpensive switching transistor (eg DMOS-FET). The protection mechanism adapts dynamically to current requirements.

Wenngleich die Erfindung beispielhaft anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert wurde, so können in der Praxis zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden.Although the invention has been described by way of example with reference to an embodiment, numerous modifications can be made in practice.

Eine solche Modifikation könnte beispielsweise darin bestehen, die Anordnung des Schaltelements im Laststrompfad anstatt masseseitig ("low side", wie z. B. in Fig. 1 dargestellt) versorgungsseitig ("high side") vorzusehen.Such a modification could be, for example, to provide the arrangement of the switching element in the load current path instead of the low side ("low side", as shown, for example, in FIG. 1) on the supply side ("high side").

Eine andere Modifikation könnte z. B. darin bestehen, eine Mehrzahl von Überbrückungsschaltern (wie den dargestellten Überbrückungsschalter Ul) vorzusehen und mittels der Steuereinrichtung anzusteuern, um wahlweise verschiedene Teile der in Reihe geschalteten Zenerdioden zu überbrücken. Solche wei- teren Überbrückungspfade könnten z. B. ausgehend von demAnother modification could, for. Example, to provide a plurality of bypass switches (such as the bridging switch Ul shown) and to control by means of the control device to selectively bridge different parts of the series-connected zener diodes. Such further bridging paths could e.g. B. starting from the

Schaltungsknoten K2 über einen jeweiligen Schalter (und gegebenenfalls Widerstand) zu anderen Schaltungsknoten zwischen zwei benachbarten der Zenerdioden D2 bis D9 verlaufen.Circuit node K2 via a respective switch (and optionally resistor) to other circuit nodes between two adjacent Zener diodes D2 to D9 run.

Auch die Anzahl von Zenerdioden lässt sich selbstverständlich auch abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel modifizieren . Of course, the number of Zener diodes can also be modified differently from the illustrated embodiment.

Claims

Patentansprüche claims

1. Schaltungsanordnung zum Schalten einer induktiven Last (Ll), die in Reihenschaltung mit einem ansteuerbaren Schaltelement (T) an den Polen einer Spannungsquelle (Vbat) liegt, wobei eine Schutzbeschaltung (14) zum Schutz des Schaltelements (T) vor zu hohen Abschaltspannungen vorgesehen ist, welche im Falle einer Überschreitung einer vorbestimmten Schutzschwelle durch die Ab- schaltspannung das Schaltelement (T) zwangsweise in einen leitenden Zustand steuert,1. Circuit arrangement for switching an inductive load (Ll), which is connected in series with a controllable switching element (T) at the poles of a voltage source (Vbat), wherein a protective circuit (14) for protecting the switching element (T) provided before high shutdown voltages is, which in the case of exceeding a predetermined protection threshold by the cut-off voltage forcibly controls the switching element (T) to a conducting state,

g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Temperatursensor (16) zur Erfassung einer Temperatur im Bereich des Schaltelements (T) und eine Steuereinrichtung (18) zur Absenkung der Schutzschwelle im Falle einer übermäßigen Temperatur .For example, a temperature sensor (16) for detecting a temperature in the region of the switching element (T) and a control device (18) for lowering the protection threshold in the event of an excessive temperature.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Schutzbe- Schaltung (14) eine Zenerdiodenanordnung (D2-D9) zwischen einem Steueranschluss des Schaltelements (T) und dem mit der Last (Ll) verbundenen Anschluss des Schaltelements (T) umfasst.2. A circuit arrangement according to claim 1, wherein the Schutzbe- circuit (14) comprises a Zener diode arrangement (D2-D9) between a control terminal of the switching element (T) and connected to the load (Ll) connection of the switching element (T).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, wobei die Zenerdiodenanordnung (D2-D9) mehrere, in Reihenschaltung angeordnete Zenerdioden umfasst und die Absenkung der Schutzschwelle durch eine Überbrückung eines Teils (D5-D9) dieser Zenerdioden (D2-D9) bewerkstelligt wird.3. Circuit arrangement according to claim 2, wherein the Zener diode arrangement (D2-D9) comprises a plurality of series-connected Zener diodes and the lowering of the protection threshold by bridging a portion (D5-D9) of these Zener diodes (D2-D9) is accomplished.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Temperatursensor (16) als Halbleitersensor auf dem selben Substrat wie das Schaltelement (T) ausgebildet ist.4. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein the temperature sensor (16) is designed as a semiconductor sensor on the same substrate as the switching element (T).

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine Temperaturschwelle vorgesehen ist, bei deren Überschreitung die Steuereinrichtung (18) die Absenkung der Schutzschwelle bewirkt.5. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein at least one temperature threshold is provided, when exceeded, the control device (18). causes the lowering of the protection threshold.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die induktive Last (Ll) eine Erregerwicklung eines Magnetaktors, insbesondere die Erregerwicklung eines Magnetventils darstellt. 6. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein the inductive load (Ll) is an exciter winding of a magnetic actuator, in particular the exciter winding of a solenoid valve.