DE3237942A1 - Device for sequentially switching-on at least two components which store power - Google Patents
Device for sequentially switching-on at least two components which store powerInfo
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Abstract
Description
29-9.1982 Wt/Hm29-9.1982 Wt / Hm
ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1
Einrichtung zum sequentiellen Einschalten wenigstens zweier leistungsspeichernder Bauelemente Device for sequentially switching on at least two power-storing components
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention is based on a device according to the preamble of the main claim.
Es ist "bekannt, daß beim Ein- oder Ausschalten von leistungsspeichernden, also induktiven oder kapazitiven Bauelementen die im Bauelement zu speichernde oder gespeicherte Energie zunächst auf- bzw. abgebaut werden muß. Dies bedeutet, daß ein vollständiges Ein- bzw. Ausschalten des betreffenden Bauelementes erst nach einer gewissen Zeit möglich ist, die von der Zeitkonstante des Schaltkreises bestimmt ist. Dient das Bauelement dabei zum mittelbaren Betätigen weiterer Schaltmittel, entsteht zwischen Einschaltbefehl und eigentlichem Schaltvorgang eine Totzeit, die in vielen Anwendungsfällen störend ist.It is "known that when switching on or off power-storing, that is inductive or capacitive Components, the energy to be stored or stored in the component is initially built up or removed must become. This means that a complete switching on or off of the relevant component is only possible after a certain time, which is determined by the time constant of the circuit is. If the component is used for the indirect actuation of further switching means, it arises between the switch-on command and the actual switching process, there is a dead time that is disruptive in many applications.
— 2Γ _- 2Γ _
Dies trifft beispielsweise auf Magnetventile in hydraulischen Aggregaten von Kraftfahrzeugen zu, da "bei derartigen Magnetventilen erst das Magnetfeld in der Erregerspule des Magnetventils auf- "bzw. abgebaut werden muß. Die vom Magnetventil zu schaltende hydraulische Funktion wird damit verzögert gegenüber dem elektrischen Schaltbefehl ausgelöst. Bei der genannten Anwendung in Kraftfahrzeugen kann dies dann besonders nachteilig sein, wenn hydraulische Schaltfunktionen in unmittelbarer zeitlicher Folge nacheinander eingestellt werden müssen. Dies ist z.B. in einem Antiblockiersystem der Fall, in dem nacheinander Phasen des Druckanstiegs, des Druckkonstanthaltens und des Druckabsenkens eingestellt und derart ablaufende Regelspiele mehrfach nacheinander eingesteuert werden, wobei die zeitliche Abfolge besonders schnell ist. Ein weiteres Beispiel sind automatische Stufengetriebe in Kraftfahrzeugen, bei denen die Umschaltung von einem Ga'ng in einen anderen Gang ebenfalls durch Umschalten von Magnetventilen bewirkt wird.This applies, for example, to solenoid valves in hydraulic units of motor vehicles, since "with such Solenoid valves, the magnetic field in the excitation coil of the solenoid valve can only be built up or reduced got to. The hydraulic function to be switched by the solenoid valve is thus delayed compared to the electrical one Switching command triggered. In the case of the mentioned application in motor vehicles, this can then be particularly true be disadvantageous if hydraulic switching functions are set one after the other in immediate chronological order Need to become. This is e.g. in an anti-lock braking system the case in which successive phases of pressure increase, pressure maintenance and Pressure drop is set and control cycles that run in this way are controlled several times in succession, the time sequence being particularly fast. Another example is automatic multi-step transmissions in motor vehicles, in which switching from one gear to another gear is also carried out Switching of solenoid valves is effected.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß beim Umschalten von einem leistungsspeichernden Bauelement auf ein anderes leistungsspeicherndes Bauelement praktisch keine Schaltunterbrechung eintritt.The device according to the invention with the characteristic Features of the main claim has the advantage that when switching from a power storage Component to another power-storing component practically no switching interruption entry.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich.The measures listed in the subclaims are advantageous developments of the main claim specified facility possible.
So eignet sich die erfindungsgemäße Einrichtung insbesondere für Antiblockiersysteme und automatische Stufengetriebe in Kraftfahrzeugen, da mit Hilfe dieserThe device according to the invention is particularly suitable for anti-lock braking systems and automatic multi-step transmissions in motor vehicles, as with the help of this
Einrichtungen präzise und schnell aufeinanderfolgende Schaltsequenzen von Magnetventilen möglich sind« Bei hydraulischen Aggregaten mit "besonders hohen Sicherheitsanforderungen ist dies "besonders vorteilhaft, da keine Undefinierten Zwischenzustände auftreten können.Establishments precisely and in rapid succession Switching sequences of solenoid valves are possible "For hydraulic units with" particularly high safety requirements this "is particularly advantageous, since no undefined intermediate states occur can.
Eine zeitlich besonders präzise Schaltfolge ergibt sich "bei Verwendung von Schalttransistoren zum Ein- und Ausschalten "bzw. Ableiten der gespeicherten Energie.A switching sequence that is particularly precise in terms of time results "when using switching transistors for switching on and off Switch off "or divert the stored energy.
Ein einfacherer Aufbau, insbesondere eine Reduzierung von Schaltbefehlen, -wird dadurch möglich, daß in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein Teil der Transistoren durch Dioden ersetzt wird.A simpler structure, in particular a reduction in switching commands, is made possible by the fact that in further Embodiment of the invention, part of the transistors is replaced by diodes.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.Further advantages emerge from the description and the attached drawing.
Zeichnungdrawing
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung; Figur 2a bis g Zeitdiagramme von Schaltsignalen bzw, Stromverläufen der Einrichtung gemäß Figur 1; Figur 3 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung; Figur h ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung; Figur 5a bis f Zeitdiagramme von Sehaltsignalen bzw. Stromverläufen 'der Einrichtung gemäß Figur h. The invention is shown in the drawing and is explained in more detail in the following description. FIG. 1 shows a circuit diagram of a first embodiment of a device according to the invention; 2a to g time diagrams of switching signals or current profiles of the device according to FIG. 1; FIG. 3 shows a circuit diagram of a second embodiment of a device according to the invention; FIG. H shows a circuit diagram of a further embodiment of a device according to the invention; Figure 5a to f time diagrams of Sehaltsignalen or current profiles' of the device according to Figure h.
- X-6,- X-6,
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments
In Figur 1 bezeichnet 1 ein elektronisches Steuergerät, vorzugsweise ein Antiblockiersystem ABS oder eine elektronische Getriebesteuerung eines Kraftfahrzeuges. Zwischen einer Versorgungsleitung 10 und einer Masseleitung 11 ist einmal die Reihenschaltung eines Schalttransistors 12, einer Erregerspule 13 eines ersten Magnetventils sowie eines zweiten Schalttransistors sowie zum anderen die Reihenschaltung eines Schalttransistors 1T5 einer Erregerspule 18 eines zweiten Magnetventils sowie eines weiteren Schalttransistors 19 geschaltet. Die Schalttransistoren 12, Ik weisen dabei Steuerelektroden 15, und die Schalttransistoren 1J5 19 weisen Steuerelektroden 20, 21 auf. Das der Versorgungsleitung TO zugewandte Ende der Spule 13 ist über einen Schalttransistor 22 mit dem der Masseleitung 11 zugewandten Ende der .Erregerspule 18 verbunden und entsprechend sind die entgegengesetzten Enden der Spulen 13, 18 kreuzweise mit einem Schalttransistor 2k verbunden. Die Schalttransistoren 22, 2k weisen Steuerelektroden 23 bzw. 25 auf. Die Steuerelektroden 15, 16, 20, 21, 22, 2k sind mit dem Steuergerät 1 verbunden. Die Versorgungsspannung ist mit UL, der Strom durch die Spule 13 ist mit I1- und der Strom durch die Spule 18 mit I1Q bezeichnet.In FIG. 1, 1 denotes an electronic control device, preferably an anti-lock braking system ABS or an electronic transmission control of a motor vehicle. The series connection of a switching transistor 12, an excitation coil 13 of a first solenoid valve and a second switching transistor and, on the other hand, the series connection of a switching transistor 1T 5, an excitation coil 18 of a second solenoid valve and a further switching transistor 19 are connected between a supply line 10 and a ground line 11. The switching transistors 12, Ik have control electrodes 15, and the switching transistors 1J 5 19 have control electrodes 20, 21. The end of the coil 13 facing the supply line TO is connected via a switching transistor 22 to the end of the excitation coil 18 facing the ground line 11 and correspondingly the opposite ends of the coils 13, 18 are cross-connected to a switching transistor 2k . The switching transistors 22, 2k have control electrodes 23 and 25, respectively. The control electrodes 15, 16, 20, 21, 22, 2k are connected to the control device 1. The supply voltage is labeled UL, the current through coil 13 is labeled I 1 - and the current through coil 18 is labeled I 1 Q.
In Figur 2a bis f sind Spannungen U1., U1 ^, U , U?1 , U?_, U?1-über der Zeit t aufgetragen, wobei dies die Steuerspannungen an den jeweils mit dem Index bezeichneten Steuerelektroden der Schalttransistoren 12, \k, 17, 19, 22, 2k sind. Figur 2g zeigt demgegenüber denIn Figure 2a to f, voltages U 1. , U 1 ^, U, U ? 1 , U ? _, U ? 1 - plotted over time t, these being the control voltages at the control electrodes of the switching transistors 12, \ k , 17, 19, 22, 2k , each labeled with the index. In contrast, FIG. 2g shows the
Strom I4- bzw. I.. Q über der Zeit t. 13 IoCurrent I 4 - or I .. Q over time t. 13 Io
Die Wirkungsweise der in Figur 1 dargestellten Schaltung soll nun im folgenden anhand von Figur 2 beschrieben werden.The mode of operation of the circuit shown in FIG. 1 will now be described below with reference to FIG will.
Zum Zeitpunkt t„ werden über U-11. und U1,- die Transistoren 0 15 IoAt time t ", U -11 . and U 1 , - the transistors 0 15 Io
12 und 1^ eingeschaltet, so daß ein Strom I1- durch die Spule 13 exponentiell ansteigt. Bei Erreichen eines vorbestimmten Wertes des Stromes I1- wird zum Zeitpunkt t.. der Transistor 1^ über U^ abgeschaltet und gleichzeitig werden über U . und U-,. die Transistoren 2k und 19 eingeschaltet. Damit fließt der Strom I1- nicht mehr über den Transistor 1k sondern vielmehr über den Transistor 2k, die Spule 18 und den Transistor 19 nach Masse. Demzufolge wird die beim Abschalten der Spule 13 abzubauende gespeicherte Energie über den Transistor 2k zum Vorerregen der anschließend einzuschaltenden Spule 18 abgeleitet. Dieser Vorerregungszustand hält während einer Zeitdauer /^1t an, bis zum Zeitpunkt t- über U1 und U-ς die Transistoren 12 und 2k abgeschaltet und über U?Q der Transistor 17 eingeschaltet wird. Nun liegt die Spule 18 über die Transistoren 17 und 19 zwischen Betriebsspannung +U7,12 and 1 ^ switched on, so that a current I 1 - through the coil 13 increases exponentially. When a predetermined value of the current I 1 is reached, the transistor 1 ^ is switched off via U ^ at time t .. and at the same time via U. and U- ,. the transistors 2k and 19 turned on. The current I 1 - no longer flows through the transistor 1 k, but rather through the transistor 2 k , the coil 18 and the transistor 19 to ground. Accordingly, the stored energy to be dissipated when the coil 13 is switched off is diverted via the transistor 2k in order to pre-excite the coil 18 to be switched on subsequently. This pre-excitation state lasts for a period of time / ^ 1 t until the transistors 12 and 2k are switched off via U 1 and U- ς at time t and the transistor 17 is switched on via U ? Q. Now the coil 18 is via the transistors 17 and 19 between the operating voltage + U 7 ,
und Masse und der Strom I1O steigt von dem nach Abschluß der Vorerregung eingenommenen Wert auf den Endwert an, der zum Zeitpunkt t_ erreicht wird. Das vorstehend beschriebene Spiel der Schaltelemente wiederholt sich nun in entgegengesetzter Folge, so daß die Spule 13 während einer Zeit Δ ?t vorerregt wird, die bis zum Zeitpunkt t< dauert. Entsprechend wird im nachfolgenden Umschaltspieland ground and the current I 1 O increases from the value assumed after the pre-excitation to the end value, which is reached at time t_. The play of the switching elements described above is now repeated in the opposite sequence, so that the coil 13 during a time Δ ? t is pre-excited, which lasts until time t <. Correspondingly, in the following switching cycle
zwischen tc und t/- während einer Zeitdauer Δ -t wiederum 5 ο 3between t c and t / - during a period of time Δ -t again 5 ο 3
die Spule 18 vorerregt usf.the coil 18 is pre-excited, etc.
Wie man aus Figur 2g leicht erkennt, entsteht dabei eine qüasiüberschneidende Betriebsweise der Spulen 13 und 18, wobei die zeitliche Darstellung in Figur 2g selbstverständlich nicht maßstäblich zu sein braucht. Es versteht sich weiter, daß während der VorerregungsintervalleAs can be easily seen from FIG. 2g, this results in a quality-overlapping mode of operation of the coils 13 and 18, the time representation in FIG. 2g of course not needing to be to scale. It understands further that during the pre-excitation intervals
Δ ..t, Δρΐ,Δ-t andere Zeitkonstanten wirksam sind als während der direkten Schaltung der Spulen 13, 18 zwischen die Leitungen 10 und 11.Δ ..t, Δρΐ, Δ-t other time constants are effective than during the direct switching of the coils 13, 18 between lines 10 and 11.
Wie man weiter aus Figur 2a bis f erkennt, verlaufen die Steuersignale U1,- bis U?c- nach Einschwingen des Systems periodisch und lassen sich in einfacher Weise aus einer gemeinsamen Grundfrequenz durch Phasenverschiebung und Impulsverkürzung ableiten. Es ist jedoch in einer anderen Ausgestaltung der Erfindung auch möglich, eine vereinfachte Steuerung zu verwenden, wie dies Figur 3 zeigt.As can also be seen from FIGS. 2a to f, the control signals U 1 - to U ? C - run periodically after the system has settled and can be derived in a simple manner from a common fundamental frequency by phase shifting and pulse shortening. In another embodiment of the invention, however, it is also possible to use a simplified control, as shown in FIG.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 sind die Schalttransistoren 12, 17» 22, 2k gemäß Figur 1 durch Dioden 30, 31) 32, 33 ersetzt, während die übrigen Bauelemente gleich und insoweit mit denselben Bezugszeichen wie in Figur 1 versehen sind.In the embodiment according to FIG. 3, the switching transistors 12, 17 »22, 2k according to FIG.
Bei der Schaltung gemäß Figur 3 werden die Transistoren 16, 21 gegenphasig angesteuert, d.h., daß bei Abschalten des Transistors 1U gleichzeitig der Transistor 19 eingeschaltet wird. Dann fließt die in der Spule 13 gespeicherte Energie in Form eines Stromes über die Diode 33, die Spule 28 und den Transistor 19 solange nach Masse, bis das Kollektorpotential des Transistors 1h größer als die Versorgungsspannung +U_ abzüglich der Flußspannung der Diode 30 ist. Es versteht sich dabei, daß die Dioden 30 bis 33 Dioden mit kleiner Rückwärtserholzeit sein müssen, und die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung der Transistoren 1U und 19 kleiner sein muß als die Flußspannung der Dioden 32 und 33.In the circuit according to FIG. 3, the transistors 16, 21 are driven in phase opposition, that is to say that when the transistor 1U is switched off, the transistor 19 is switched on at the same time. The energy stored in the coil 13 then flows in the form of a current via the diode 33, the coil 28 and the transistor 19 to ground until the collector potential of the transistor 1 h is greater than the supply voltage + U_ minus the forward voltage of the diode 30. It goes without saying that the diodes 30 to 33 must be diodes with a short reverse recovery time, and the collector-emitter saturation voltage of the transistors 1U and 19 must be lower than the forward voltage of the diodes 32 and 33.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einer Schaltung gemäß Figur k wird eine Kombination der Schaltungen gemäß Figur 1 und Figur 3 verwendet. Die Spulen 13, 18 liegen entsprechend der Schaltung gemäß Figur 3 in Reihe mit Dioden 30, 31 bzw. Schalttransistoren '\h, 195 jedoch sind die Verbindungspunkte der Spulen 13, 18 mit den Dioden 30, 31 nicht über weitere Dioden verschaltet. DieseIn a further exemplary embodiment with a circuit according to FIG. K , a combination of the circuits according to FIG. 1 and FIG. 3 is used. The coils 13, 18 are in series with diodes 30, 31 or switching transistors ' \ h, 19 5 according to the circuit according to FIG. These
Verbindungspunkte sind vielmehr über die Reihenschaltung zweier Schalttransistoren 1+0, 1+2 mit jeweils zugehörigen Steuerklemmen 1+1 , 1+3 miteinander verbunden, wobei der Verbindungspunkt der Schalttransistoren ItO, 1+2 zu einem weiteren Verbindungspunkt zweier Dioden 1+5, 1+6 führt, die an die entgegengesetzten Enden der Spulen 13, 18 angeschlossen sind. Dieser gemeinsame Verbindungspunkt der Elemente Uo 9 1+2, 1+5, 1+6 ist schließlich über einen Kondensator 1+1+ an die Masseleitung 11 angeschlossen.Rather, connection points are connected to one another via the series connection of two switching transistors 1 + 0, 1 + 2 with respectively associated control terminals 1 + 1, 1 + 3, with the connection point of the switching transistors ItO, 1 + 2 being a further connection point of two diodes 1 + 5, 1 +6 leads connected to opposite ends of coils 13,18. This common connection point of the elements Uo 9 1 + 2, 1 + 5, 1 + 6 is finally connected to the ground line 11 via a capacitor 1 + 1 +.
Wie aus den Zeitdiagrammen gemäß Figur 5a und b hervorgeht, werden die Schalttransistoren 11+, 19 gegenphasig angesteuert« Die im Querzweig liegenden Schalttransistoren l+O, 1+2 werden hingegen nur kurzzeitig beim Umschalten betätigt, wie dies Figur 5c und d zeigt. Dadurch ergibt sich am Kondensator kh' eine regelmäßige Spannungsüberhöhung, wie Figur 5e zeigt. Wird beispielsweise der Transistor 11+ gesperrt und gleichzeitig der Transistor 19 leitend geschaltet, wie dies zum Zeitpunkt t1 der Fall ist, wird der Transistor 1+2 kurzzeitig aufgesteuert und die Energie der Spule 13 kurzzeitig im Kondensator 1+1+ zwischengespeichert. Dadurch ergibt sich ein wesentlich schnellerer Stromabfall in der Spule 13 bzw. Stromanstieg in der Spule -1-8 im Zeitintervall t bis t_, wie man besonders gut aus Figur 5f erkennt. Wie man sieht, ergibt die Verbesserung der Energiebilanz durch den als Zwischenspeicher wirkenden Kondensator 1+1+ eine weitere Verkürzung der Schaltzeiten, so daß die Spulen 13, 18 praktisch unmittelbar aufeinanderfolgend schalten.As can be seen from the timing diagrams according to FIGS. 5a and b, the switching transistors 11+, 19 are driven in phase opposition. The switching transistors 1 + O, 1 + 2 in the shunt branch, however, are only actuated briefly when switching over, as shown in FIGS. 5c and d. This results in a regular increase in voltage at the capacitor kh ' , as FIG. 5e shows. If, for example, transistor 11+ is blocked and transistor 19 is switched on at the same time, as is the case at time t 1 , transistor 1 + 2 is briefly turned on and the energy from coil 13 is temporarily stored in capacitor 1 + 1 +. This results in a much faster current drop in coil 13 or current rise in coil -1-8 in the time interval t to t_, as can be seen particularly well from FIG. 5f. As can be seen, the improvement in the energy balance due to the capacitor 1 + 1 + acting as an intermediate store results in a further shortening of the switching times, so that the coils 13, 18 switch practically immediately one after the other.
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |