КОММУТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ КОММУТАЦИИ НАГРУЗОК Российский патент 2019 года по МПК H03K17/687 

Изобретение относится к коммутационному устройству и способу коммутации нагрузок, в частности коммутации исполнительных устройств.

Уровень техники

Чтобы избежать нежелательного активирования нагрузок (например, исполнительных устройств) в релевантных для безопасности случаях применения, в блоках управления зачастую коммутируются как положительный, так и отрицательны выводы. Такая двойная защита используется, например, в антиблокировочных системах (ABS) или электронных тормозных системах (EBS), причем исполнительными устройствами являются, например, управляемые давлением клапаны (PCV). При этом один из обоих выключателей может быть выполнен сообща для нескольких исполнительных устройств и во время работы оставаться длительно включенным. Кроме того, могут быть предусмотрены дополнительные выключатели, которые за счет соединения отдельных выводов могут по отдельности активировать исполнительные устройства (например, при регулирующем вмешательстве), благодаря чему можно целенаправленно управлять отдельными исполнительными устройствами.

На случай, если соединение с положительным выводом должно коммутироваться одним общим выключателем (выключатель с «высокой» стороны), зачастую возникает проблема, заключающаяся в том, что длительно приложенный положительный потенциал приводит к коррозии на соединителях с исполнительными устройствами. Поэтому в традиционных системах используются общие выключатели для отрицательного вывода (выключатели с «низкой» стороны), а активирование отдельных исполнительных устройств происходит за счет отдельных выключателей с «высокой» стороны. За счет длительно включенного (замкнутого) выключателя с «низкой» стороны, тем самым, отсутствует потенциал между исполнительными устройствами и массой (например, массой транспортного средства). Это позволяет избежать проблемы коррозии. Зачастую перед выключателями с «высокой» стороны устанавливается дополнительный выключатель с «низкой» стороны, который может быть выполнен, например, в виде реле или полупроводникового выключателя и который при отключении системы или в случае неисправности одного выключателя с «высокой» стороны отделяет положительный потенциал аккумулятора от системы.

На фиг. 7 изображена традиционная концепция системы. Она основана на одном общем выключателе с «низкой» стороны и отдельных выключателях с «высокой» стороны. Например, для каждого клапана в исполнительных устройствах для блоков управления ABS или EBS может быть предусмотрен отдельный выключатель с «высокой» стороны.

Подробно на фиг. 7 изображено первое исполнительное устройство 101, второе исполнительное устройство 102, первый выключатель 610 с «высокой» стороны, второй выключатель 620 с «высокой» стороны, третий выключатель 615 с «высокой» стороны и выключатель 630 с «низкой» стороны. Кроме того, в концепции коммутации на фиг. 7 имеется источник 105 напряжения, который одним полюсом соединен с массой 107. Другой полюс («высокая» сторона) обеспечивает электропитание для электрической цепи.

Выключатель 630 с «низкой» стороны электрически подключен между исполнительным устройством 101 и массой 107, а также между исполнительным устройством 102 и массой 107. Исполнительное устройство 101 расположено между выключателем 610 с «высокой» стороны и выключателем 630 с «низкой» стороны. Исполнительное устройство 102 расположено между выключателем 620 с «высокой» стороны и выключателем 630 с «низкой» стороны. Выключатель 615 с «высокой» стороны подключен между источником 105 напряжения (т.е. полюсом, не соединенным с массой) и выключателем 610 с «высокой» стороны, а также между источником 105 напряжения и выключателем 620 с «высокой» стороны. Выключатели 630 с «низкой» стороны и выключатели 610, 620, 615 с «высокой» стороны, управление которыми происходит по управляющим проводам 685, могут, тем самым, выборочно размыкаться или замыкаться блоком управления (на фиг. 7 не показан), чтобы выборочно создавать или прерывать пути тока через исполнительное устройство 101 и/или исполнительное устройство 102.

Кроме того, могут быть предусмотрены дополнительные исполнительные устройства, которые на фиг. 7 не показаны, однако также содержат отдельные дополнительные выключатели с «высокой» стороны, причем каждое дополнительное исполнительное устройство подключено между дополнительным выключателем с «высокой» стороны и выключателем 630 с «низкой» стороны. Таким образом, также эти дополнительные исполнительные устройства соединены через выключатель 630 с «низкой» стороны с массой 107. В случае неисправности выключатель 630 с «низкой» стороны может поэтому обесточить все исполнительные устройства. Точно так же изображенный на фиг. 7 в виде реле выключатель 615 с «высокой» стороны служит для того, чтобы в случае неисправности обесточить исполнительные устройства и отделить положительный потенциал напряжения 101 аккумулятора от системы. Исполнительные устройства могут представлять собой, например, электропневматические или электродинамические клапаны.

Однако выключатели с «высокой» стороны, как правило, сложны и не имеются в распоряжении в качестве массового изделия по небольшим ценам. С другой стороны, имеющиеся в распоряжении, специфические для соответствующего применения интегральные схемы (ASIC) зачастую содержат силовые выключатели с «низкой» стороны, функции которых нередко используются неоптимально. Точно так же имеющиеся в распоряжении отдельные выключатели с «низкой» стороны или многопозиционные выключатели с «низкой» стороны дешевле и производительнее, чем соответствующие выключатели с «высокой» стороны. Чтобы можно было использовать также выключатели в системе и для коммутации исполнительных устройств, следует изменить концепцию.

В основе изобретения лежит задача создания коммутационного устройства и способа коммутации нагрузок, которые позволили бы избежать названных недостатков.

Раскрытие сущности изобретения

Эта задача решается посредством коммутационного устройства по п. 1 и способа по п. 15 формулы. Зависимые пункты относятся к предпочтительным вариантам осуществления объектов независимых пунктов.

Изобретение относится к коммутационному устройству для коммутации первого и второго исполнительных устройств между источником электропитания и массой. Устройство содержит первый выключатель для коммутации первой токовой цепи между первым исполнительным устройством и массой, второй выключатель для коммутации второй токовой цепи между вторым исполнительным устройством и массой, и третий выключатель для коммутации токовой цепи между источником электропитания и первым исполнительным устройством и токовой цепи между источником электропитания и вторым исполнительным устройством. В результате коммутации третий выключатель замыкает или размыкает токовую цепь к первому и одновременно ко второму исполнительным устройствам.

Под коммутацией следует понимать как размыкание, так и замыкание цепи ток, так что носители электрических зарядов могут перемещаться вдоль токовой цепи. Также термин «исполнительное устройство», который следует толковать широко, может охватывать любые формы нагрузок, которые соответственно эксплуатируются или активируются за счет токоподвода.

В других примерах первым и вторым выключателями являются выключатели с «низкой» стороны, а третьим выключателем является выключатель с «высокой» стороны.

В других примерах первый и/или второй и/или третий выключатель содержат полупроводниковый коммутационный блок или реле. В других примерах полупроводниковый коммутационный блок содержит полевой транзистор. Последний может включать в себя любой тип полевых транзисторов, который подходит для коммутации, например MOSFET, MISFET, JFET, IGFET. В других примерах полевой транзистор может быть заменен биполярным транзистором или иным обладающим коммутационной способностью полупроводниковым элементом.

В других примерах полевой транзистор первого выключателя является первым полевым транзистором, полевой транзистор второго выключателя - вторым транзистором, а коммутационное устройство содержит также первый ограничитель напряжения (например, диод Зенера) и второй ограничитель напряжения (например, диод Зенера). Первый ограничитель напряжения может быть подключен параллельно первому полевому транзистору, а второй ограничитель напряжения - параллельно второму полевому транзистору, причем первый и второй ограничители напряжения расположены таким образом, что они в нормальном режиме подавляют протекание тока, а при превышении минимального напряжения становятся проводящими, чтобы, таким образом, избежать пиков напряжения через первый и второй полевые транзисторы.

Ограничитель напряжения может быть любым видом полупроводникового элемента, который подходит для создания защиты от перенапряжения, т.е. имеет зависимое от напряжения сопротивление и становится проводящим, в частности, при превышении минимального напряжения.

В других примерах третий выключатель содержит первый и второй коммутационные блоки, которые включены последовательно и коммутируются независимо друг от друга.

В других примерах первый и второй коммутационные блоки третьего выключателя содержат по одному полупроводниковому элементу (например, полевому транзистору) и соединены между собой встречно-последовательно, обеспечивая защиту от переполюсовки.

В других примерах первый коммутационный блок включен между вторым коммутационным блоком и источником электропитания, а параллельно полупроводниковому элементу второго коммутационного блока выполнен ограничитель напряжения.

Многие исполнительные устройства функционируют с использованием магнитного поля и содержат, например, электромагнит, который при протекании тока, например, открывает или закрывает клапаны или совершает иные операции. При внезапном отключении таких исполнительных устройств электромагнитное поле все еще содержит достаточно энергии, которая не может быть сразу отключена. Поэтому может быть целесообразным «вывод из работы» исполнительных устройств, при котором устраняется эта еще имеющаяся энергия поля в системе. При этом вывод из работы может происходить медленно или быстро.

Эти функции обеспечиваются в других примерах за счет того, что коммутационное устройство содержит по меньшей мере один дополнительный диод и по меньшей мере один дополнительный выключатель, которые включены последовательно и перекрывают первое и/или второе исполнительное устройство, чтобы ускорить или замедлить вывод из работы первого и/или второго исполнительного устройства за счет коммутации по меньшей мере одного дополнительного выключателя.

В качестве варианта в других примерах по меньшей мере один дополнительный диод может содержать несколько дополнительных диодов или по меньшей мере один дополнительный выключатель может быть дополнительным выключателем, которые включены таким образом, что параллельно первому и второму исполнительным устройствам включены соответственно один из нескольких дополнительных диодов и дополнительный выключатель, так что за счет замыкания одного дополнительного выключателя образуются замкнутые токовой цепи для первого и второго исполнительных устройств, чтобы ускорить их вывод из работы (быстрый вывод из работы). Замкнутая токовая цепь ведет через соответствующее исполнительное устройство, дополнительный диод и дополнительный выключатель. Замыкание дополнительного выключателя вызывает ускоренный вывод из работы, а размыкание - замедленный вывод из работы соответствующего исполнительного устройства. Замедление происходит за счет замкнутого протекания тока, которое приводит к медленному затуханию исполнительного устройства.

В других примерах коммутационное устройство содержит блок управления, причем он выполнен для замыкания или размыкания первого выключателя вместе с третьим выключателем или второго выключателя вместе с третьим выключателем.

В качестве варианта в других примерах блок управления выполнен таким образом, чтобы замыкать или размыкать третий выключатель до или после первого выключателя или до или после второго выключателя.

В качестве варианта в других примерах блок управления выполнен таким образом, чтобы за счет размыкания первого и/или второго коммутационного блока и/или замыкания по меньшей мере одного дополнительного выключателя обеспечить медленный вывод из работы первого и/или второго исполнительного устройства. Кроме того, блок управления может быть выполнен таким образом, чтобы за счет размыкания первого и/или второго коммутационного блока и/или замыкания по меньшей мере одного дополнительного выключателя обеспечить быстрый вывод из работы первого и/или второго исполнительного устройства.

Изобретение относится также к тормозной системе транспортного средства по меньшей мере с одним первым и одним вторым, управляемыми давлением клапанами и описанным выше коммутационным устройством, причем первым исполнительным устройством является первый управляемый давлением клапан, а вторым исполнительным устройством - второй управляемый давлением клапан.

Изобретение относится также к способу коммутации по меньшей мере одного первого и одного второго исполнительных устройств между источником электропитания и массой. Способ включает в себя следующие этапы: коммутацию первого включателя для образования или прерывания первой токовой цепи между первым исполнительным устройством и массой и/или коммутацию второго включателя для образования или прерывания второй токовой цепи между вторым исполнительным устройством и массой. Способ включает в себя также коммутацию третьего включателя для образования или прерывания токовой цепи между источником электропитания и первым исполнительным устройством и/или для образования или прерывания токовой цепи между источником электропитания и вторым исполнительным устройством, причем коммутация третьего включателя замыкает или размыкает токовую цепь к первому и одновременно ко второму исполнительным устройствам.

Названный порядок этапов не подразумевает никакой временнóй последовательности или же лишь в той степени, насколько это обязательно необходимо. Точно так же все функции описанного устройства могут быть частью способа. Точно так же число управляемых клапанов давления и/или исполнительных устройств является произвольным, т.е. в других примерах содержатся еще дополнительные клапаны давления и/или исполнительные устройства.

Краткое описание чертежей

Примеры осуществления изобретения лучше понимаются благодаря нижеследующему подробному описанию и прилагаемым чертежам различных примеров, которое, однако, не следует понимать так, что они ограничивает раскрытие специфических вариантов, а служат лишь для пояснения и понимания.

На чертежах изображены:

- фиг. 1 - концепция коммутации в соответствии с примером осуществления изобретения;

- фиг. 2 - другой пример с двумя выключателями с «высокой» стороны;

- фиг. 3 - пример с полупроводниковыми элементами в качестве выключателей;

- фиг 4 - другой пример с полупроводниковыми элементами в качестве выключателей;

- фиг. 5 - другой оптимизированный пример;

- фиг. 6 - блок-схема способа коммутации в соответствии с примером осуществления изобретения;

- фиг. 7 - традиционная концепция коммутации.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 изображено коммутационное устройство в соответствии с примером осуществления изобретения. Коммутационное устройство предназначено для коммутации первого 101 и второго 102 исполнительных устройств между источником 105 электропитания и массой 107. Коммутационное устройство содержит следующие признаки: первый выключатель 110 для коммутации первой токовой цепи между первым исполнительным устройством 101 и массой 107, второй выключатель 120 для коммутации второй токовой цепи между вторым исполнительным устройством 102 и массой 107 и третий выключатель 130 для коммутации токовой цепи между источником 105 электропитания и вторым исполнительным устройством 102, причем коммутация третьего выключателя 130 замыкает или размыкает токовую цепь к первому 101 и одновременно второму 102 исполнительным устройствам. Как видно на фиг. 1, для этого токовая цепь может разветвляться за третьим выключателем 130 (от источника 105 электропитания) и вести к первому 101 и второму 102 исполнительным устройствам.

В других примерах исполнительными устройствами являются любые нагрузки, которые необязательно должны входить в состав коммутационного устройства, а лишь подключаются ими к источнику электропитания.

На фиг. 2 изображен другой пример осуществления изобретения, в котором третий выключатель 130 содержит первый 131 и второй 132 коммутационные блоки. Первый коммутационный блок 131 включен между вторым коммутационным блоком 132 и источником 105 электропитания (или источником напряжения). Между вторым коммутационным блоком 132 и массой 107 последовательно со вторым выключателем 120 включено второе исполнительное устройство 102. Кроме того, между вторым коммутационным блоком 132 и массой 107 последовательно включены первое исполнительное устройство 101 и первый выключатель 110. В этих последовательных схемах второй выключатель 120 включен между вторым исполнительным устройством 102 и массой 107, а первый выключатель 110 - между первым исполнительным устройством 101 и массой 107.

В данном примере коммутационное устройство содержит также блок 180 управления. Кроме того, первый 131 и второй 132 коммутационные блоки, первый 110 и второй 120 выключатели соединены управляющими проводами 185 с блоком 180 управления. Последний выполнен таким образом, что он выборочно размыкает и замыкает отдельные выключатели 110, 120, 130 и коммутационные блоки 131, 132.

Первым 101 и вторым 102 исполнительными устройствами могут быть, например, магнитоуправляемые клапаны или другие, которые могут приводиться в действие за счет подвода напряжения или тока. В других примерах помимо первого 101 и второго 102 исполнительных устройств предусмотрены дополнительные исполнительные устройства, которые включены последовательно с дополнительными выключателями также между вторым коммутационным блоком 132 и массой 107, а именно расположены таким же образом, что и первый 101 и второй 102 исполнительные устройства на фиг. 2. Наличие этих дополнительных исполнительных устройств обозначено на фиг. 2 штриховой линией над вторым исполнительным устройством 102.

В примере на фиг. 2 первая токовая цепь проходит, тем самым, от источника 105 тока или напряжения через первый коммутационный блок 131, второй коммутационный блок 132, первое исполнительное устройство 101 и первый выключатель 110 на массу 107 (или наоборот). Вторая токовая цепь проходит источника 105 тока или напряжения через первый коммутационный блок 131, второй коммутационный блок 132, второе исполнительное устройство 102 и второй выключатель 120 на массу 107 (или наоборот).

Один полюс источника напряжения соединен с массой 107, так что другой полюс представляет собой источник 105 электропитания или Highside (высокий потенциал по сравнению с массой 107). Коммутационные блоки 131, 132 являются, тем самым, выключателями c «высокой» стороны. С другой стороны, выключатели 110, 120 являются выключателями с «низкой» стороны, поскольку они непосредственно соединены с массой 107.

Блок 180 управления выполнен для коммутации третьего выключателя 130 (первого 131 и/или второго 132 коммутационного блока), если следует управлять одним из исполнительных устройств 101, 102. В то же время блок 180 управления коммутирует, по меньшей мере, один из выключателей 110, 120 с «низкой» стороны, чтобы, таким образом, замыкать (или размыкать), по меньшей мере, одну токовую цепь. Во избежание частой коммутации блок 180 управления может быть выполнен далее таким образом, что он активирует выключатель 130 с «высокой» стороны только тогда, когда предстоит регулирующее вмешательство. Таким регулирующим вмешательством может быть, например, управление оконечными каскадами для приведения в действие исполнительных устройств, например открывание или закрывание управляемых давлением клапанов и т.п.

В других примерах предпочтительно, если выключатель 130 с «высокой» стороны по времени включается уже незадолго до нужного момента включения соответствующего исполнительного устройства 101, 102 или коммутируется вскоре после этого момента. Это может быть целесообразным, например, тогда, когда предстоит повторное регулирующее вмешательство.

Таким образом, согласно изобретению, выключатели с «высокой» стороны и выключатели с «низкой» стороны соответственно поменяны местами. Поскольку выключатели с «низкой» стороны дешевле и мощнее, а, кроме того, имеется их большее разнообразие, такое устройство является недорогим и потому предпочтительным. Точно так же благодаря этой концепции можно использовать специфические для данного применения интегральные схемы, которые уже интегрированы в выключатели с «низкой» стороны. Поскольку, кроме того, выключатель 130 с «высокой» стороны управляется только тогда, когда должен управляться, по меньшей мере, один из исполнительных устройств (или в случае тестовых импульсов), возникает такая же защита от коррозии, что и в традиционных системах. Другое преимущество в том, что можно отказаться от дополнительного выключателя с «высокой» стороны, в частности тогда, когда выключатели 130 с «высокой» стороны выполнены в виде полупроводниковых элементов, которые коммутируют быстрее, чем реле, и менее восприимчивы к механическим нагрузкам, например тряске. Поэтому первый 131 или второй 132 коммутационный блок является опцией. Другие примеры включают в себя либо первый коммутационный блок 131, либо второй коммутационный блок 132, но не оба.

На фиг. 3 изображен другой пример, в котором выключатели выполнены в виде полупроводниковых элементов. На фиг. 3 изображена лишь нагрузка 101, которая может соответствовать, например, одному из исполнительных устройств 101, 102 на фиг. 2. Эту нагрузку 101, которая показана лишь для упрощения, не следует трактовать как ограничение. Напротив, в других примерах могут быть предусмотрены несколько нагрузочных элементов, которые расположены аналогично исполнительным устройствам 101, 102 на фиг. 2.

В изображенном примере первый выключатель 110 содержит первый транзистор 141 (Т1) и первый диод 151 (D1). Второй коммутационный блок 132 содержит второй транзистор 142 (Т2) и второй диод 152 (D2), а первый коммутационный блок 131 - третий транзистор 143 (Т3) и третий диод 153 (D5). Транзисторами могут быть полевые транзисторы (FET), а диоды могут быть расположены следующим образом. Параллельно первому транзистору 141 (Т1) включен первый диод 151 (D1), параллельно второму транзистору 142 (Т2) - второй диод 152 (D2), а параллельно третьему транзистору 143 (Т3) - третий диод 153 (D5). Диоды, такие как диоды 151, 152, 153, всегда имеются в полевом транзисторе, однако здесь служат лишь для наглядности (в качестве эквивалентной схемы), чтобы лучше понимать следующие функции. Эти диоды осуществляются за счет контакта подложки в полевых транзисторах, причем направление задано двумя возможностями контактирования с подложкой полевых транзисторов (соединение с истоком ли стоком). Они могут быть выполнены на выбор в виде диодов Зенера, чтобы обеспечить защиту от перенапряжения. При этом диоды включены или поляризованы таким образом, что при деактивированном исполнительном устройстве через них течет лишь небольшой ток.

Кроме того, в изображенном примере имеются первый дополнительный выключатель 160 и дополнительный диод 170, которые последовательно соединены между собой, перекрывая нагрузку 101. При этом расположение первого 131, второго 132 коммутационных блоков и третьего выключателя 130 аналогично примеру на фиг. 2. Поэтому третий выключатель 130 расположен между источником 105 напряжения и нагрузкой 101, а именно таким образом, что первый коммутационный блок 131 включен между вторым коммутационным блоком 132 и источником 105 напряжения, а второй коммутационный блок 132 - между первым коммутационным блоком 132 и нагрузкой 101. Кроме того, между массой 107 и нагрузкой 101 включен первый выключатель 110, так что токовая цепь проходит от источника 105 напряжения сначала через первый коммутационный блок 131, затем через второй коммутационный блок 132 и нагрузку 101 и наконец через первый выключатель 110, прежде чем ток попадет на массу 107 (или же ток протекает наоборот).

При этом первый 131 и второй 132 коммутационные блоки включены встречно-последовательно, создавая защиту от переполюсовки. Второй диод 152 может быть выполнен, например, в виде диода Зенера. Точно так же первый диод 151 может быть выполнен в виде диода Зенера в первом выключателе 110. Эти диоды Зенера служат для защиты. Например, при внезапном отключении нагрузки 101 могут возникнуть пики напряжения, которые не должны затронуть второй транзистор 142 или первый транзистор 141. Поскольку диоды Зенера являются ограничителями напряжения, они служат в качестве защиты для транзисторов. Диоды D1, D2 Зенера служат, однако, не только для защиты, но и обуславливают за счет высокой потери мощности, возникающей в первом Т1 или втором Т2 транзисторе при его отключении, быстрое деактивирование исполнительного устройства 101 (накопленная в исполнительном устройстве 101 энергия в результате этого быстро уменьшается). Чтобы они выполняли эти функции, диоды Зенера соответственно поляризуются. Поляризация может достигаться за счет соответствующего контактирования контакта подложки полевого транзистора.

Дополнительный выключатель 160 и дополнительный диод 170, которые последовательно включены между входом и выходом нагрузки 101, служат для вывода из работы нагрузки 101, т.е. для уменьшения энергии поля при внезапном отключении нагрузки 101 за счет размыкания первого включателя 110 и/или третьего включателя 130. Так, за счет замыкания дополнительного выключателя 160 коммутируется цепь между нагрузкой, дополнительным выключателем 160 и дополнительным диодом 170. Диод поляризован так, что при выводе из работы возбуждается токовая цепь. Поскольку в течение определенного периода времени через эту цепь течет ток, вывод из работы нагрузки 101 замедляется. Смысл медленного вывода из работы заключается в том, чтобы накопленную в исполнительном устройстве 101 энергию получить в ШИМ-режиме (через первый Т1 или второй Т2 транзистор). С другой стороны, когда транзистор Т1 открыт, вывод из работы нагрузки 101 происходит через первый выключатель 110 к массе 107. Этот процесс вывода из работы происходит быстрее, однако с тем недостатком, что могут возникнуть внезапные пики напряжения (за счет имеющейся энергии поля). Это течение тока вывода из работы происходит через первый диод 151 для изображенного исполнительного устройства 101 (или других исполнительных устройств) или аналогично через второй 152 и третий 153 диоды для всех исполнительных устройств и быстро, поскольку имеется более высокий потенциал (при разомкнутом дополнительном выключателе 160), который вызывает более сильное течение тока, чем при медленном выводе из работы.

Концепция коммутации, изображенная на фиг. 3, включает в себя, тем самым, выключатель 130 с «высокой» стороны из полевого транзистора Т3 защиты от переполюсовки (в этом случае третьего FET 143) и коммутационного полевого транзистора Т2 (в этом примере второго FET 142). Чтобы защитить выключатель 110 с «низкой» стороны (т.е. первый FET 141) при отключении от перенапряжения за счет накопленной магнитной энергии в нагрузке, используется защитный диод D1 (например, диод 151 Зенера), который при отключении и возникновении пиков напряжения становится проводящим и уменьшает эту энергию. Такой защитный диод может быть также составной частью одного или нескольких выключателей с «высокой» стороны или выключателей с «низкой» стороны (например, второй диод 152 во втором коммутационном блоке 132).

Дополнительный выключатель S1 и диод D4 (дополнительный диод 170) могут быть в качестве опции поменяны местами вдоль токовой цепи. Таким образом, также возможно переключение за счет дополнительного выключателя (в этом примере дополнительный выключатель 160) перед диодом D4 между быстрым выводом из работы (дополнительный выключатель 160 разомкнут) и медленным выводом из работы (дополнительный выключатель 160 замкнут).

На фиг. 4 изображен другой пример, отличающийся от примера на фиг. 3 только тем, что имеется один общий дополнительный выключатель 160 для нескольких нагрузочных элементов 101, 102, … Дополнительные нагрузочные элементы 102 расположены, как на фиг. 2, причем последовательно с каждым следующим нагрузочным элементом последовательно включены дополнительный диод D4 и дополнительный выключатель S1 таким образом, что следующий дополнительный диод (например, следующий дополнительный диод 172) включен между дополнительным выключателем S1 и соответствующей нагрузкой 102.

Как уже сказано, примеры на фиг. 3 и 4 могут быть аналогично реализованы соответственно для нескольких исполнительных устройств (дополнительно к нагрузке 101), и для каждой дополнительной нагрузки между нею и массой 107 может быть в качестве опции предусмотрен дополнительный выключатель. Также этим обеспечивается выборочная коммутация дополнительных нагрузочных элементов. Как показано на фиг. 4, для всех или нескольких исполнительных устройств может быть также предусмотрен один общий дополнительный выключатель 160 (однако необязательно).

Таким образом, в примере на фиг. 4 дополнительный выключатель S1 служит в качестве общего выключателя для переключения между быстрым и медленным выводами из работы для всех или, по меньшей мере, для части исполнительных устройств (нагрузочных элементов). Остальной принцип действия аналогичен варианту на фиг. 3, так что повторного описания элементов не требуется.

На фиг. 5 изображен другой пример, который можно рассматривать как оптимизацию примера на фиг. 4. Он отличается от фиг. 4 только тем, что дополнительный выключатель 160 отсутствует. Вместо этого дополнительные диоды 171, 172 контактируют с токовой цепью между первым 131 и вторым 132 коммутационными блоками. Этим достигается быстрое отключение отдельных исполнительных устройств вторым коммутационным блоком 132 (Т2/D2). В этом случае второй диод 152 (D2) берет на себя потерю мощности всех предварительно активированных исполнительных устройств. Медленная коммутация может осуществляться в этом примере (вследствие ШИМ-режима) через первый транзистор 141 (Т1) и дополнительный диод 171 (D3). Повторного описания описанных выше компонентов здесь не требуется.

В других примерах выключатели с «высокой» стороны (первый 131 и второй 132 коммутационные блоки) могут быть выполнены в виде недорогих реле. Это целесообразно, в частности, тогда, когда нежелательны никакие критические по времени применения, поскольку реле, как правило, коммутируют медленнее полупроводниковых выключателей. Предпочтительно далее, что выключатели 131, 132 с «высокой» стороны выполнены в виде полупроводниковых выключателей, а не в виде механических реле, поскольку этим можно достичь меньшего времени коммутации. Однако это не является обязательным и зависит, как уже сказано, от предусмотренного применения.

На фиг. 6 изображена блок-схема предложенного способа коммутации одного из описанных устройств. Способ включает в себя коммутацию S110 первого выключателя 110 для образования или прерывания первой токовой цепи между первым исполнительным устройством 101 и массой 107 и/или коммутацию S120 второго выключателя 120 для образования или прерывания второй токовой цепи между вторым исполнительным устройством 102 и массой 107. Способ включает в себя далее коммутацию S130 третьего выключателя 130 для образования или прерывания токовой цепи между источником 105 электропитания и первым исполнительным устройством 101 и/или токовой цепи между источником 105 электропитания и вторым исполнительным устройством 102. Третий выключатель 130 замыкает или размыкает за счет коммутации токовая цепь к первому исполнительному устройству 101 и/или одновременно ко второму исполнительному устройству 102.

Названный порядок этапов не подразумевает никакой временнóй последовательности или же лишь в той степени, насколько это обязательно необходимо.

Электрическое соединение необязательно должно включать в себя прямое электрическое соединение. В рамках изобретения под электрическим соединением следует понимать образование токовой цепи, которая обеспечивает протекание носителей электрических зарядов между компонентами. Термин «связь» следует трактовать так, что он включает в себя любое соединение, через которое может передаваться энергия.

Раскрытые в описании, формуле изобретения и на чертежах признаки изобретения могут быть существенными для его реализации как по отдельности, так и в любых комбинациях.

Перечень ссылочных позиций

101 - первое исполнительное устройство

102 - второе исполнительное устройство

105 - источник электропитания (или источник напряжения)

107 - масса

110 - первый выключатель

120 - второй выключатель

130 - третий выключатель

131 - первый коммутационный блок

132 - второй коммутационный блок

141, 142, … - транзисторы

151, 152, … - диоды

160 - дополнительный выключатель

170, 171, … - дополнительные диоды

180 - блок управления

185 - управляющие соединения

Изобретение относится к коммутационному устройству. Технический результат заключается в повышении надежности устройства. Коммутационное устройство для коммутации первого исполнительного устройства (101) и второго исполнительного устройства (102) между источником (105) электропитания и массой (107) включает в себя следующие признаки: первый выключатель (110) для коммутации первой токовой цепи между первым исполнительным устройством (101) и массой (107), второй выключатель (120) для коммутации второй токовой цепи между вторым исполнительным устройством (102) и массой (107) и третий выключатель (130) для коммутации токовой цепи между источником электропитания (105) и первым исполнительным устройством (101) и токовой цепи между источником электропитания (105) и вторым исполнительным устройством (102), причем третий выключатель (130) за счет коммутации замыкает или размыкает токовая цепь к первому исполнительному устройству (101) и одновременно ко второму исполнительному устройству (102). 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Коммутационное устройство для коммутации первого исполнительного устройства (101) и второго исполнительного устройства (102) между источником (105) электропитания и массой (107), содержащее:

первый выключатель (110) для коммутации первой токовой цепи между первым исполнительным устройством (101) и массой (107),

второй выключатель (120) для коммутации второй токовой цепи между вторым исполнительным устройством (102) и массой (107) и

третий выключатель (130) для коммутации токовой цепи между источником электропитания (105) и первым исполнительным устройством (101) и токовой цепи между источником электропитания (105) и вторым исполнительным устройством (102), причем в результате коммутации третий выключатель (130) одновременно замыкает или размыкает токовую цепь к первому исполнительному устройству (101) и ко второму исполнительному устройству (102).

2. Устройство по п. 1, в котором первый выключатель (110) и второй выключатель (120) представляют собой выключатели на «низкой» стороне, а третий выключатель (130) представляет собой выключатель на «высокой» стороне.

3. Устройство по п. 1 или 2, в котором первый выключатель (110), и/или второй выключатель (120), и/или третий выключатель (130) содержат полупроводниковый коммутационный блок или реле.

4. Устройство по п. 3, в котором полупроводниковый коммутационный блок содержит полевой транзистор (153).

5. Устройство по п. 4, в котором полевой транзистор первого выключателя (110) представляет собой первый полевой транзистор (141), а полевой транзистор второго выключателя (120) представляет собой дополнительный полевой транзистор, при этом указанное коммутационное устройство также содержит первый ограничитель (151) напряжения и дополнительный ограничитель напряжения, причем первый ограничитель (151) напряжения сформирован параллельно с первым полевым транзистором (141), а указанный дополнительный ограничитель напряжения сформирован параллельно с указанным дополнительным полевым транзистором.

6. Устройство по любому из пп. 1-5, в котором третий выключатель (130) содержит первый коммутационный блок (131) и второй коммутационный блок (132), которые включены последовательно с возможностью коммутации независимо друг от друга.

7. Устройство по п. 6, в котором первый коммутационный блок (131) и второй коммутационный блок (132) третьего выключателя (130) содержат полевой транзистор (151, 152) соответственно и соединены между собой встречно-последовательно, обеспечивая защиту от переполюсовки.

8. Устройство по п. 7, в котором первый коммутационный блок (131) подключен между вторым коммутационным блоком (132) и источником (105) электропитания, а параллельно с полевым транзистором (152) второго коммутационного блока (132) сформирован ограничитель (151) напряжения.

9. Устройство по любому из пп. 6-8, содержащее также по меньшей мере один дополнительный диод (170) и по меньшей мере один дополнительный выключатель (160), которые соединены соответственно последовательно и шунтируют первое исполнительное устройство (101) и/или второе исполнительное устройство (102) с тем, чтобы ускорять или замедлять вывод из работы первого исполнительного устройства (101) и/или второго исполнительного устройства (102) посредством коммутации по меньшей мере одного дополнительного выключателя (160).

10. Устройство по п. 9, в котором указанный по меньшей мере один дополнительный диод (170) представляет собой несколько дополнительных диодов, а указанный по меньшей мере один дополнительный выключатель (160) представляет собой один дополнительный выключатель, которые подключены таким образом, что один из указанных нескольких дополнительных диодов (170) и указанный дополнительный выключатель (160) подключены параллельно с первым и вторым исполнительными устройствами (101, 102), так что при замыкании указанного одного дополнительного выключателя (160) образуются замкнутые цепи для первого и второго исполнительных устройств (101, 102), для ускорения вывода из работы первого исполнительного устройства (101) и второго исполнительного устройства (102).

11. Устройство по любому из пп. 1-10, содержащее блок (180) управления, причем блок (180) управления выполнен с возможностью замыкания или размыкания первого выключателя (110) вместе с третьим выключателем (130) или второго выключателя (120) вместе с третьим выключателем (130).

12. Устройство по п. 11, в котором блок (180) управления выполнен также с возможностью замыкания или размыкания третьего выключателя (130) до или после первого выключателя (110) или до или после второго выключателя (120).

13. Устройство по п. 11 или 12, в случае подчинения п. 9 или 10, в котором блок (180) управления также выполнен с возможностью ускорения вывода из работы первого исполнительного устройства (101) и/или второго исполнительного устройства (102) посредством размыкания указанного по меньшей мере одного дополнительного выключателя (160).

14. Тормозная система транспортного средства с первым управляемым давлением клапаном, вторым управляемым давлением клапаном и коммутационным устройством по любому из пп. 1-13, характеризующаяся тем, что первым исполнительным устройством (101) является первый управляемый давлением клапан, а вторым исполнительным устройством (102) является второй управляемый давлением клапан.

15. Способ коммутации первого исполнительного устройства (101) и второго исполнительного устройства (102) между источником (105) электропитания и массой (107), характеризующийся тем, что:

коммутируют (S110) первый выключатель (110) для образования или прерывания первой токовой цепи между первым исполнительным устройством (101) и массой (107), и/или

коммутируют (S120) второй выключатель (120) для образования или прерывания второй токовой цепи между вторым исполнительным устройством (102) и массой (107), и

коммутируют (S130) третий выключатель (130) для образования или прерывания токовой цепи между источником (105) электропитания и первым исполнительным устройством (101) и/или токовой цепи между источником (105) электропитания и вторым исполнительным устройством (102), при этом в результате указанной коммутации третий выключатель (130) одновременно замыкает или размыкает токовую цепь к первому исполнительному устройству (101) и ко второму исполнительному устройству (102).