本发明涉及一种用于切换消耗装置并且尤其用于切换促动器的开关设备和方法。
背景技术：
为了避免在安全相关的应用中无意地激活消耗装置(例如促动器)，在控制器中经常不仅要接通正接头而且要接通负接头。这种双重保护例如使用在防抱死系统或电子制动系统中，其中所述促动器例如是压力控制阀(pcv)。在此，两个开关中的一个开关可以同时对于多个促动器公共地实施并且可以在运行期间持续地保持接通。此外，可以设置另外的开关，所述另外的开关可以通过连接各个接头单个地激活所述促动器(例如在控制干预时)，使得可以有针对性地操控各个促动器。
对于应当通过公共的开关(高位开关)接通去往正接头的连接情况，经常存在以下问题：持续作用的正电势导致去往促动器的插头腐蚀。因此，在常规系统中，对于负接头(低位开关)使用公共的开关并且各个促动器的激活通过单个的高位开关进行。因此，由于持续地打开(闭合)低位开关，在促动器和地(例如车辆地)之间不存在电势。由此避免了腐蚀的问题。通常，在高位开关之前布置另一附加的高位开关，该附加的高位开关例如可以构造为中继器或半导体开关并且该附加的高位开关在系统断开或在一个高位开关故障时使电池的正电势与系统分离。
图7示出这样的常规切换构思。该切换构思基于公共的低位开关和单个的高位开关。例如，在用于abs或abs控制器的促动器中，对每个阀存在独立的高位开关。
详细地，图7示出第一促动器101、第二促动器102、第一高位开关610、第二高位开关620、第三高位开关615和低位开关630。此外，在图7的开关构思中存在电压源105，该电压源以一极接地107。另一极(高位)是用于该电路的电流供应。
在此，低位开关630不但在第一促动器101和地107之间而且在第二促动器102和地107之间电切换。第一促动器101布置在第一高位开关610和低位开关630之间。第二促动器102布置在第二高位开关620和低位开关630之间。第三高位开关615不仅连接在电压源101(即不接地的极)和第一高位开关610之间，而且连接在电压源101和第二高位开关620之间。低位开关630、第一高位开关610、第二高位开关620和第三高位开关615通过控制线路685操控并且因此可以由控制单元(在图7中未示出)选择性地打开或闭合，以便选择性地提供或中断流经第一促动器101和/或第二促动器102的电流路径。
此外，可以存在另外的促动器，这些促动器在图7中未示出，然而，它们同样具有独立的、另外的高位开关，其中，在各另外的高位开关和低位开关630之间分别连接一促动器。因此，所述另外的、附加的促动器也通过第三低位开关630与地107连接。因此，在错误情况中，公共的低位开关630可以将所有促动器切换为无电流。同样，在图7中作为中继器示出的第三高位开关615用于在错误情况中将促动器切换为无电流并且使电池电压101的正电势与系统分离。所述促动器例如可以是电子气动阀或电子液压阀。
然而，高位开关一般昂贵并且不能作为低成本的大量产品提供。另一方面，可提供的专用集成电路(asics)通常包含高效的低位开关，其功能通常不被优化地使用。同样，可提供的单低位开关或多低位开关比相应的高位开关价格更低并且更高效。为了可以在系统中和为促动器的切换使用这样的开关，必须改变开关构思或切换方案。
技术实现要素：
本发明的任务是，提供一种克服上述缺点的用于切换消耗装置的开关设备和方法。
该任务通过按照权利要求1的开关设备和按照权利要求15的用于切换的方法来解决。从属权利要求涉及独立权利要求内容的有利的扩展方式。
本发明涉及一种用于切换电流供给装置和地之间的第一促动器和第二促动器的开关设备。该设备包括用于切换第一促动器和地之间的第一电流路径的第一开关；用于切换第二促动器和地之间的第二电流路径的第二开关；和用于切换电流供给装置和第一促动器之间的电流路径并且切换电流供给装置和第二促动器之间的电流路径的第三开关。通过所述切换，第三开关闭合或打开去往第一促动器和同时去往第二促动器的电流路径。
“切换”应当理解为不但打开而且闭合电流路径，从而使得电载流子可以沿着电流路径运动。同样，术语“促动器”应广义地解释并且可以包括所有形式的、可通过电流供应而相应地运行或激活的消耗装置和负载。
在另外的实施例中，第一开关和第二开关分别是低位开关，并且第三开关是高位开关。
在另外的实施例中，第一开关和/或第二开关和/或第三开关包括半导体开关单元或中继器(或继电器)。在另外的实施例中，半导体开关单元包括场效应晶体管。该场效应晶体管可以包括任何类型的、适用于切换的场效应晶体管，例如mosfet、misfet、jfet、igfet。在另外的实施例中，场效应晶体管可以由双极晶体管或其它可切换的半导体结构元件代替。
在另外的实施例中，第一开关的场效应晶体管是第一场效应晶体管并且第二开关的场效应晶体管是另一场效应晶体管并且开关设备进一步包括第一限压元件(例如齐纳二极管)和另一限压元件(例如齐纳二极管)。第一限压元件可以与第一场效应晶体管并联并且另一限压元件可以与另外的场效应晶体管并联构造(或者说连接)，其中，所述第一限压元件和所述另一限压元件如此布置，以至于它们在正常运行中抑制电流流动并且在超过最小电压时变为导通，以便因此通过第一和另外的场效应晶体管避免电压高峰。
限压元件可以是任何类型的、适合于提供过压保护的半导体结构元件，即具有电压相关的电阻并且尤其在最小电压以上是可导通的。
在另外的实施例中，第三开关包括第一开关单元和第二开关单元，它们串联并且可彼此独立地切换。
在另外的实施例中，第三开关的第一开关单元和第二开关单元分别包括半导体结构元件(例如，场效应晶体管)并且反串联地彼此互联，以便提供反极性保护。
在另外的实施例中，第一开关单元连接在第二开关单元和电流供给装置之间并且与第二开关单元的半导体结构元件并联地构造有限压元件。
很多促动器是以磁方式运行的并且例如包括电磁体，该电磁体例如在电流流动时打开或闭合阀门或实施其它操作。在这种促动器突然断开的情况下，电磁场仍然包含足够的、不能立即断开的场能量。因此，“关灭”促动器可以是有意义的，在该关灭时，清除系统中这些仍然存在场能量。在此，关灭可以缓慢或快速地进行。
在另外的实施例中通过以下方式提供这些功能：开关设备包括至少一个附加二极管和至少一个附加开关，它们分别串联并且将跨接第一促动器和/或第二促动器，以便通过切换该至少一个附加开关来使第一促动器和/或第二促动器的关灭加速或减速。
可选地，在另外的实施例中，所述至少一个附加二极管可以包括多个附加二极管并且所述至少一个附加开关可以是附加开关，该附加开关如此切换，以至于所述多个附加二极管中的一个和所述附加开关分别并联到第一促动器和第二促动器，从而使得为第一促动器和第二促动器构造通过闭合该一个附加开关闭合的电流回路，以便使第一促动器和第二促动器的关灭加速(快速关灭)。闭合的电流回路引导通过各促动器、附加二极管和附加开关。附加开关的闭合现在引起各促动器的加速的关灭并且打开引起减速的关灭。该减速通过闭合的电流流动进行，该闭合的电流流动导致促动器的缓慢消退。
在另外的实施例中，开关设备包括控制单元，其中，构造该控制单元，以便第一开关与第三开关一起或第二开关与第三开关一起闭合或打开。
可选地，在另外的实施例中，构造控制单元，以便第三开关在第一开关之前或之后或在第二开关之前或之后闭合或打开。
可选地，在另外的实施例中，构造控制单元，以便通过第一和/或第二开关单元的打开和/或所述至少一个附加开关的闭合实现第一促动器和/或第二促动器的缓慢关灭。此外，可以构造控制单元，以便通过第一和/或第二开关单元和/或所述至少一个附加开关的打开实现第一促动器和/或第二促动器的快速关灭。
本发明还涉及一种车辆的制动系统，其具有至少第一压力控制阀和第二压力控制阀以及上面所说明的开关设备，其中，第一促动器是第一压力控制阀并且第二促动器是第二压力控制阀。
本发明还涉及一种用于切换电流供给装置和地之间的至少第一促动器和第二促动器的方法。该方法包括以下步骤：切换第一开关，以便建立或中断第一促动器和地之间的第一电流路径，和/或切换第二开关，以便建立或中断第二促动器和地之间的第二电流路径。该方法进一步包括切换第三开关，以便建立或中断电流供给装置和第一促动器之间的电流路径和/或电流供给装置和第二促动器之间的电流路径，其中，第三开关的切换闭合或打开去往第一促动器和同时去往第二个促动器的电流路径。
所述步骤的顺序没有隐含时间的次序或仅在绝对必要的范围内隐含时间的次序。同样地，之前所说明的设备的所有功能可以作为该方法的一部分执行。同样地，被控压力阀和/或促动器的数量是任意的，即在另外的实施例中，还包括附加的压力阀和/或促动器。
附图说明
本发明的实施例由下面的详细说明和不同实施例的附图中更好地理解，然而，这些实施例不应理解为它们将本公开局限于特定的实施方式，而是仅用于解释和理解。
图1示出根据本发明的第一实施例的开关构思；
图2示出具有两个高位开关的另一实施例；
图3示出具有半导体结构元件作为开关的一个实施例；
图4示出具有半导体结构元件作为开关的另一实施例；
图5示出另一优化的实施例；
图6示出根据本发明的一个实施例的用于切换的方法的流程图；
图7示出常规的开关构思。
具体实施方式
图1示出根据本发明一个实施例的开关设备。该开关设备适用于切换电流供给装置105和地107之间的第一促动器101和第二促动器102。开关设备包括以下特征：第一开关110，用于切换第一促动器101和地107之间的第一电流路径；第二开关120，用于切换第二促动器102和地107之间的第二电流路径；和第三开关130，用于切换电流供给装置105和第一促动器101之间的电流路径以及电流供给装置105和第二促动器102之间的电流路径，其中，第三开关130的切换闭合或打开去往第一促动器101并且同时去往第二促动器102的电流路径。如图1所示，电流路径为此可以在第三开关的下游(从电流供给装置105起)分支并且去往第一促动器101和第二促动器101。
在另外的实施例中，促动器是任意的消耗装置或负载，所述消耗装置或负载不需属于开关设备，而是仅通过该开关设备连接到电流或电压供给装置上。
图2示出本发明的另一实施例，其中，第三开关130具有第一开关单元131和第二开关单元132。第一开关单元131连接在第二开关单元132和电流供给装置105(或电压源)之间。在第二开关单元132和地107之间，第二促动器102与第二开关120串联。此外，在第二开关单元132和地107之间，第一促动器101和第一开关110串联。在所述串联中，第二开关120连接在第二促动器102和地107之间并且第一开关110连接在第一促动器101和地107之间。
根据所示实施例的开关设备进一步包括控制单元180。此外，第一开关单元131、第二开关单元132、第一开关110和第二开关120通过控制线路185与控制单元180连接。该控制单元180构造为用于选择性地打开和闭合各单个开关110,120,130或者开关单元131,132。
第一促动器101和第二促动器102例如可以是磁控阀或其它促动器，它们可以通过压-或电流供应而被操纵。在另外的实施例中，除第一促动器101和第二促动器102外，还设置有另外的促动器，所述另外的促动器同样在第二开关单元132和地107之间与另外的开关串联，确切地说以与图2中的第一促动器101和第二促动器102相同的方式布置。在图2中，所述另外的促动器的存在通过第二促动器102上方的虚线表示。
因此，在图2所示的实施例中，第一电流路径从电流或电压源105经由第一开关单元131、第二开关单元132、第一促动器101和第一开关110延伸到地107(或反过来)。第二电流路径从电流或电压源105经由第一开关单元131、第二开关单元132、第二促动器102和第二开关102延伸到地107(或反过来)。
电压供给装置的一极接地107，从而使得另一个极是电流供给装置105或高位(与地107相比高电势)。因此，第一开关单元131和第二开关单元132是高位开关。另一方面，第一开关110和第二开关120分别是低位开关，因为它们直接耦合到地107。
现在，控制单元180构造为当应当操控促动器101,102之一时，切换第三开关130(第一开关单元131和/或第二开关单元132)。同时，控制单元180切换低位开关110,120中的至少一个，以便因此闭合(或打开)至少一个电流路径。为了避免频繁地切换，控制单元180可以进一步构造为，只有当刚好面临控制干预时才仅激活高位开关130。这样的控制干预例如可以是用于操纵促动器的末级的操控，例如压力控制阀或类似装置的打开或闭合。
在另外的实施例中有利的是，高位开关130在时间上在相应的促动器101,102所希望的接通时刻稍之前接通和/或在所述时刻稍之后切换。当面临重新控制干预时，这例如可以是有意义的。
因此，根据本发明，高位开关和低位开关相应地交换。因为低位开关价格更低和更高效并且此外存在更多种类的低位开关，所以这样的布置成本更低并且因此是有利的。同样，借助该构思可以使用已经集成了低位开关的专用集成电路。因为此外仅在应当操控或触发至少一个促动器时(或在测试脉冲时)才触发高位开关130，所以获得了如在常规系统中那样的抗腐蚀保护。另一优点在于，可以弃用附加的前置的高位开关，尤其当高位开关130实施为半导体结构元件时，所述半导体结构元件比中继器切换更快并且对于机械负荷、例如抖动更不敏感。因此，第一开关单元131或第二开关单元132是可选的。因此，另外的实施例或者包括第一开关单元131或者包括第二开关单元132，但不包括两者。
图3示出本发明的另一实施例，其中，开关构造为半导体结构元件。图3仅示出一个负载101，它例如可以相应于图2的促动器101,102中的一个。所述一个负载101仅简化地示出并且不应当受限制地解释。相反，在另外的实施例中，可以存在多个负载元件，它们如图2的促动器101,102类似地布置。
在所示的实施例中，第一开关110包括第一晶体管141(t1)和第一二极管151(d1)。第二开关单元132包括第二晶体管142(t2)和第二二极管152(d2)，并且第一开关单元131包括第三晶体管143(t3)和第三二极管153(d5)。晶体管可以是场效应晶体管(fet)并且二极管可以如下布置：第一二极管151与第一晶体管141并联构造，第二二极管152与第二晶体管142并联构造并且第三二极管153与第三晶体管143并联构造。二极管、如第一至第三二极管151,152,153总是存在于场效应晶体管中，然而在这里被用作说明(作为等效电路图)，以便更好地理解以下功能。所述二极管通过在场效应晶体管中的体触点(或衬底触点)实现，其中，方向通过两种接触场效应晶体管(fet)衬底的可能性给出(与源极或漏极的连接)。所述二极管可以选择性地构造为齐纳二极管，以便提供过压保护。在此，所述二极管这样地连接或极化，以至于在促动器停用时仅少量电流流过它们。
此外，在所示的实施例中存在第一附加开关160和附加二极管170，它们相互串联并且跨接负载101。在此，第一开关单元131、第二开关单元132、负载101和第三开关130的布置类似于在图2中所示的实施例。因此，在电压源105和负载101之间布置第三开关130，确切地说这样布置，使得第一开关单元131连接在第二开关单元132和电压源101之间并且第二开关单元132连接在第一开关单元131和负载101之间。此外，第一开关110连接在地107和负载101之间，使得从电压源105出发的电流路径在电流到达地107之前首先通过第一开关单元131，然后通过第二开关单元132、然后通过负载101并且最后通过第一开关110(或电流流动与之相反地进行)。
在此，第一开关单元131和第二开关单元132反串联，以便提供反极性保护。第二二极管152例如可以构造为齐纳二极管。同样，第一二极管151可以作为齐纳二极管构造在第一开关110中。这些齐纳二极管用于保护。例如，在负载101突然关断时会出现电压峰值，该电压峰值不应当作用于于第二晶体管142或者第一晶体管141。因为齐纳二极管是限压元件，所以它们用作对晶体管的保护。然而，齐纳二极管d1和d2不仅用作保护，而且通过在断开第一晶体管t1或第二晶体管t2时在此形成的高的损失功率而引起快速地停用促动器101(存储在促动器101中的能量由此更快地衰减)。为了实现该功能，齐纳二极管相应地被极化。极化可以通过fet的体触点的相应接触来实现。
在负载101的输入端和输出端之间串联的附加开关160和附加二极管170用于关灭负载101，即用于在负载101突然断开时通过打开第一开关110和/或第三开关130衰减场能量。因此，通过闭合附加开关160，切换负载、附加开关160和附加二极管170之间的回路。二极管被如此极化，以至于电流回路在关灭时被激励。因为在一定的时间周期内回路电流通过该回路流动，所以延缓了负载101的关灭。延缓关灭的意义在于：得到在(通过第一晶体管t1或第二晶体管t2)pwm(脉宽调制)运行时储存在促动器101中的能量。另一方面，当附加开关160打开时，通过第一开关110向地107进行负载101的关灭。该关灭过程更快地进行，然而缺点是，(通过已存在的场能量)会出现突然的电压峰值。该关灭电流流动通过用于所示的促动器101(或其它各个的促动器)的第一二极管151或类似地通过用于所有促动器的第二和第三二极管152，153进行并且它快速地进行，因为(在附加开关160打开时)存在更高的电势，所述更高的电势比在缓慢关灭时引起更高的电流。
如图在3中所示，该切换方案因此包括包含由反极性场效应晶体管t3(在该示例中为第三fet143)和开关场效应晶体管t2(在该示例中为第二fet142)构成的高位开关130。为了在断开时保护低位开关110(即第一fet141)免受由在负载中储存的磁能引起的过压，使用保护二极管d1(例如齐纳二极管151)，该保护二极管在断开时并且在出现电压峰值时变成导通并且衰减所述能量。这样的保护二极管也可以是一个或多个高位和/或低位开关(例如在第二开关单元132中的第二二极管152)的组成部分。
附加的开关s1和二极管d4(附加二极管170)可以可选地沿着电流路径交换。因此，同样能够通过在二极管d4之前的附加的开关(在本例中为附加开关160)在快速关灭(附加开关160打开)和缓慢关灭(附加开关160闭合)之间切换。
图4示出本发明的另一实施例，该实施例与图3的实施例的区别仅在于：对于多个负载元件101,102,...存在一个公共的附加开关160。所述附加的负载元件102如在图2中那样布置，其中，与每个另外的负载元件并联地，另一附加二极管d4和附加开关s1如此串联，以至于另外的附加二极管(例如另外的附加二极管172)连接在附加开关s1和相应的负载102之间。
如之前所述，图3和图4的实施例可以相应地对于多个促动器(除负载101外)类似地实现并且对于每个附加的负载可以可选地在附加的负载和地107之间存在另一开关。由此也能够可选择地切换另外的负载元件。然而，如在图4中所示，也可以对于全部或多个促动器存在公共的附加开关160(然而不是必须的)。
因此，在图4的实施例中，附加开关s1用作用于对全部或至少一部分促动器(负载元件)在快速关灭和缓慢关灭之间切换的公共的开关。其它的工作方式与图3的实施方式相同，因此不需要重复地说明所述元件。
图5示出另一实施例，它可以视为图4的实施例的优化。它与图4的实施例的区别仅在于没有构造附加开关160。取而代之的是，附加二极管171,172接触第一开关单元131和第二开关单元132之间的电流路径。因此实现的是，通过第二开关单元132(t2/d2)实施各个促动器的快速断开。在这种情况中，第二二极管152(d2)承接所有之前激活的促动器的断开损失功率。在该实施例中(由于pwm运行)可以通过第一晶体管141(t1)和附加二极管171(d3)实施缓慢的切换。在这里不需要重复说明之前已经所说明的零部件。
在另外的实施例中，高位开关(第一和第二开关单元131,132)可以实施为低成本的中继器(或继电器)。如果不希望时间临界的应用，则这尤其有意义，因为中继器通常比半导体开关更缓慢地切换。此外，有利的是，高位开关131,132构造为半导体开关，而不是构造为机械式中继器，因为借此可以实现更短的切换时间。然而，这不是强制性的并且如所述的那样取决于预期的应用。
图6示出根据本发明的方法的流程图。该方法用于切换之前所说明设备中的一个。该方法包括：切换s110第一开关110，以便建立或中断第一促动器101和地107之间的第一电流路径，和/或切换s120第二开关120，以便建立或中断第二促动器102和地107之间的第二电流路径。该方法进一步包括切换s130第三开关130，以便建立或中断电流供给装置105和第一促动器101之间的电流路径和/或电流供给装置105和第二促动器102之间的电流路径。第三开关130通过上述切换闭合或打开去往第一促动器101和/或同时去往第二促动器102的电流路径。
所述步骤的上述顺序没有隐含时间的次序或仅在绝对必要的范围内隐含时间的次序。
电连接不一定必须包括直接的电连接。在本发明的范畴内，电连接可以理解为构造电流路径，该电流路径允许零部件之间的电载流子的流动。术语“耦合”可以如此解释，即它包括任何可传输能量的连接。
在说明书、权利要求书和附图中公开的本发明的特征不但可以单独地而且可以以任意的组合对实现本发明是重要的。
附图标记列表
101第一促动器
102第二促动器
105电流供给装置(或电压源)
107地
110第一开关
120第二开关
130第三开关
131第一开关单元
132第二开关单元
141,142,...晶体管
151,152,...二极管
160附加开关
170,171,...附加二极管
180控制单元
185控制连接