DE4329981A1

DE4329981A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers

Info

Publication number: DE4329981A1
Application number: DE19934329981
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Fischer; Viktor Dipl Ing Kahr
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-09-04
Filing date: 1993-09-04
Publication date: 1995-03-09
Also published as: FR2709594B1; GB2281667A; JPH0786030A; FR2709594A1; GB2281667B; GB9417275D0

Description

Stand der Technik

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung von elektromagne tischen Verbrauchern ist beispielsweise aus der DE-OS 29 05 900 (OS-A-4 327 692) bekannt. Dort ist ein Verfahren und eine Vorrich tung zur Steuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers insbeson dere von elektromagnetischen Einspritzventilen bei Brennkraftmaschi nen beschrieben.

Bei dieser Vorrichtungen wird der induktive Verbraucher aus einer Spannungsquelle über einen in Reihe geschalteten Transistor ge speist, der von Ansteuermitteln ansteuerbar ist. Ein angestrebter schneller Stromabbau beim Abschalten des Transistors kann durch eine parallel zum Transistor geschaltete Zenerdiode, bzw. einen entspre chend betriebenen Transistor mit einer Zenerspannung erreicht wer den, die höher ist als die Betriebsspannung im Augenblick des Ab schaltens.

Nachteilig an solchen Verfahren und Vorrichtungen ist, daß die Löschspannung von der Batteriespannung abhängig ist. Da die Ab schaltzeit von der Löschspannung abhängt, ergeben sich unterschied liche Abschaltzeiten, was insbesondere bei der Steuerung der Kraft stoffmenge nachteilig ist. Ferner kann bei solchen Vorrichtungen die Löschspannung nicht beliebig klein gewählt werden, da ansonsten das Schaltmittel bei überhöhter Batteriespannung durchgeschaltet werden kann.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrau chers, eine definierte Löschspannung vorzugeben.

Vorteile der Erfindung

Bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise erfolgt die Stromlöschung durch eine konstante, von der Batteriespannung unabhängigen Lösch spannung am elektromagnetischen Verbraucher. Des weiteren kann eine beliebige Löschspannung gewählt werden.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend anhand den in der Zeichnung darge stellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schema tische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 den zeitlichen Verlauf verschiedener Signale und die Fig. 3 und 4 weitere Ausführungsformen der Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung darge stellt. Ein Verbraucher 100, insbesondere ein induktiver Verbrau cher, ist mit einem Schaltmittel 110 in Reihe zwischen Masse und Batteriespannung U_bat geschaltet. Der Anschluß der auf Batterie spannung U_bat liegt, ist über einen Punkt 101 mit einer Stromquel le 120 verbunden. Der Verbindungspunkt 102 zwischen der Last 100 und dem Schaltmittel 110 ist ebenfalls mit der Stromquelle 120 verbun den.

Das Schaltmittel 110 ist vorzugsweise als Feldeffekttransistor realisiert. Der Sourceanschluß S steht dabei vorzugsweise mit Masse und der Drainanschluß D über den Punkt 102 mit dem Verbraucher 100 in Verbindung. Der Gateanschluß G des Schaltmittels 110 wird über eine Verbindungsleitung 115 von einer Steuereinheit 130 mit einem Strom beaufschlagt. Des weiteren steht die Stromquelle 120 über den Punkt 122 mit der Verbindungsleitung 115 in Verbindung. Über diese Leitung beaufschlagt die Stromquelle 120 das Gate G mit einem Strom I.

Die Steuereinrichtung 130 umfaßt im wesentlichen eine erste Strom quelle 132 und eine zweite Stromquelle 134. Alternativ können an stelle der Stromquellen auch Spannungsquellen verwendet werden. Die se beiden Stromquellen sind über den gemeinsamen Punkt 133 mit der Verbindungsleitung verbunden. Wird die erste Stromquelle 132 akti viert, so fließt über die Verbindungsleitung 115 ein Strom, der das Gate G auf eine vorgegebene Spannung auflädt, was wiederum zum Durchschalten des Schaltmitteis 110 führt. In diesem Fall bei akti ver erster Stromquelle 132 wird der Verbraucher mit Spannung und damit mit Strom beaufschlagt.

Wird die zweite Stromquelle 134 aktiviert, so fließt ebenfalls ein Strom über die Verbindungsleitung 115 die das Gate auf Massepoten tial zieht. Dies bewirkt, daß das Schaltmittel 110 öffnet und der Verbraucher von Masse getrennt wird.

Die Aktivierung der ersten Stromquelle 132 und der zweiten Strom quelle 134 erfolgt abhängig von verschiedenen Signalen verschiedener Sensoren. Diese Sensoren 145 und 140 erfassen verschiedene Betriebs kenngrößen wie unter anderem die Fahrpedalstellung oder die Drehzahl der Brennkraftmaschine.

Die Funktionsweise dieser Einrichtung soll nun mittels der zeitli chen Verläufe der einzelnen Spannungswerte und Stromwerte anhand der Fig. 2 erläutert werden.

In Fig. 2a ist die Gatespannung U_g über der Zeit aufgetragen. In Fig. 2b ist die Drainspannung U_d und in Fig. 2c der Strom IL durch den Verbraucher 100 aufgetragen. Die Drainspannung U_d ent spricht dem Potential am Punkt 102. Die Drainspannung liegt um die Batteriespannung U_bat über der am Verbraucher abfallenden Spannung U_m. Die Gatespannung U_g entspricht dem Potential am Gate des Schaltmittels 110.

Bis zum Zeitpunkt t0 ist die erste Stromquelle 132 aktiv. Dies be deutet, das Schaltmittel befindet sich in seinem geschlossenen Zu stand und der maximal mögliche Strom I_L fließt durch den Verbrau cher 100. Zum Zeitpunkt t0 wird die erste Stromquelle 132 deakti viert und die zweite Stromquelle 134 aktiviert. Dies bedeutet, die Gatespannung fällt über der Zeit ab. Die Drainspannung U_d und der Strom IL verbleiben vorerst auf ihren Werten.

Zum Zeitpunkt t1 ist die Gatespannung bis zum Millerplateau abgesun ken. Ab diesem Zeitpunkt t1 steigt der Widerstand am Feldeffekttran sistor 110 an. Somit steigt ab dem Zeitpunkt t1 die Drainspannung U_d ebenfalls an. Die Drainspannung U_d steigt so lang an, bis die am Verbraucher abfallende Löschspannung U_m einen vorgegebenen Wert U_z erreicht hat. Gleichzeitig verringert sich der Strom IL.

Zum Zeitpunkt t2 ist die Spannung U_m am Verbraucher gleich der vorgegebenen Löschspannung U_z. Ab diesem Zeitpunkt liefert die Stromquelle 120 einen Strom an das Gate des Schaltmittels 110. Die ser Strom bewirkt, daß das Schaltmittel nicht mehr seinen Widerstand erhöht. Dies bewirkt wiederum, daß die Drainspannung U_d bzw. die Löschspannung U_m nicht mehr weiter ansteigt, sondern auf einem konstanten Wert bleibt. Die im Verbraucher 100 gespeicherte Energie wird also über das Schaltmittel 110 abgebaut. Während der Löschung wird die Löschspannung am Verbraucher U_m auf den konstanten Wert U_z gehalten.

Zum Zeitpunkt t3 ist der Strom IL durch den Verbraucher soweit abge sunken, daß die Löschspannung U_Z nicht mehr gehalten werden kann. Die Spannung am Verbraucher fällt daraufhin auf 0 ab und die Span nung am Drain fällt auf Batteriespannung Ubat ab. Des weiteren wird das Gate über die Stromquelle 134 vollständig entladen und der das Schaltmittel 110 öffnet.

Das Schaltmittel 110 arbeitet während der Stromlöschung nicht als Schalter sondern als variabler Widerstand. Der Verbraucher 100 wird so abgeschaltet bzw. das Schaltmittel 110 so gesteuert, daß die am Verbraucher 100 abfallende Spannung U_m konstant ist. Da die Ab schaltzeit des Verbrauchers durch die am Verbraucher abfallende Spannung U_m bestimmt wird, ergibt sich bei konstanter Spannung U_m eine konstante Abschaltzeit.

Durch Einstellen einer definierten Spannung U_m am Verbraucher kann eine definierte Abschaltzeit des Verbrauchers erzielt werden.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Stromquelle 120 detaillierter dargestellt. Der Punkt 101 steht über einen Widerstand 230 und einen Punkt 235 mit der Basis eines Transistors 250 in Verbindung. Der Kollektor des Transistors 250 steht wiederum mit dem Punkt 122 in Verbindung. Der Punkt 102 steht über die Anode einer Diode 210 in Verbindung. Die Kathode der Diode 210 steht mit der Kathode einer Zenerdiode 220 in Verbindung. Die Anode der Zenerdiode 220 steht mit einem Punkt 245 über einen Widerstand 240 mit dem Punkt 235 und über den Punkt 245 mit dem Emitter des Transistors 250 in Verbindung.

Der Transistor 250, die Widerstände 230 und 240, sowie die Diode 210 und die Zenerdiode 220 wirken als spannungsabhängige Stromquelle. Sobald die am Verbraucher anliegende Spannung U_m die Zenerspannung U_Z der Zenerdiode 220 übersteigt, fließt ein Strom vom Punkt 102 zum Punkt 245, und über den Widerstand 240. Dies ist gemäß Fig. 2 zum Zeitpunkt t2 der Fall. Der daraus resultierende Spannungsabfall über den Widerstand 240 bewirkt wiederum, daß der Transistor 250 durchsteuert, und ein entsprechender Strom zum Verbindungspunkt 122 fließt. Durch geeignete Wahl der Zenerdiode läßt sich die Spannung am Verbraucher während des Abschaltvorgangs einstellen.

Die Zenerdiode 220 arbeitet hier als Löscheinrichtung. Die Ansteue rung des Schaltmittels erfolgt abhängig von dem durch die Löschein richtung fließenden Strom. Dies bedeutet solange die am Verbraucher 100 abfallende Spannung kleiner als die Zenerspannung U_z der Zenerdiode ist, liefert die Stromquelle keinen Strom. Übersteigt die am Verbraucher abfallende Spannung die Zenerspannung so liefert die Stromquelle einen Strom. Dieser von der Stromquelle 120 gelieferte Strom bewirkt, daß die Gatespannung U_g auf dem erreichten Wert verbleibt, bis die am Verbraucher abfallende Spannung unter die Zenerspannung abfällt.

In Fig. 4 ist eine Schaltung mit einem sogenannten Stromspiegel aufgezeigt. Der Punkt 101 steht über einen Punkt 301 mit dem Kollek tor eines Transistors 300 in Verbindung. Der Kollektor des Transi stors 300 ist über einen Verbindungspunkt 303 mit der Basis des Kollektors 300 verbunden. Des weiteren befinden sich der Punkt bei 303 auf dem gleichen Potential wie die Basis eines weiteren Transi stors 310. Der Emitter des Transistors 310 und der Emitter des Transistors 300 stehen mit dem Punkt 302 in Verbindung, der wiederum mit der Anode einer Zenerdiode 220 in Kontakt steht. Die Kathode der Zenerdiode 220 ist mit dem Punkt 102 der auf Drainspannung liegt verbunden. Der Kollektor des Transistors 310 steht wiederum mit dem Punkt 122 der Verbindungsleitung in Verbindung.

Solange die Spannung U_m am Verbraucher 100 kleiner ist, als die Zenerspannung der Zenerdiode 220 arbeitet die Stromquelle 120 nicht. Sobald die Zenerspannung überschritten wird, fließt vom Punkt 302 über den Transistor 300 zum Punkt 301 ein Strom. Dieser Strom be wirkt im Transistor 310 einen Strom vom Punkt 302 zum Punkt 122. Dieser Strom bewirkt wiederum, daß die Gatespannung nicht weiter ab sinkt. Die am Verbraucher abfallende Spannung U_m übersteigt zum Zeitpunkt t2 die Zenerspannung der Zenerdiode 220.

Claims

1. Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrau chers mit einer Serienschaltung des elektromagnetischen Verbrauchers und eines Schaltmittels, mit Ansteuermitteln zur Betätigung des Schaltmittels und einer Löscheinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die das Schaltmittel während des Ab schaltvorgangs derart ansteuern, daß während des Abschaltvorgangs am Verbraucher eine vorgebbare Spannung anliegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die am Verbraucher anliegende Spannung unabhängig von der Batteriespannung ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abschalten eine spannungsabhängige Stromquelle das Schaltmittel ansteuert.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die spannungsabhängige Stromquelle einen Strom spiegel umfaßt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß parallel zum Verbraucher eine Reihenschaltung aus Zenerdiode, Diode und wenigstens einem ohmschen Widerstand geschal tet ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltmittel ausgehend vom Spannungsabfall an dem Widerstand an steuerbar ist.

7. Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers mit einer Serienschaltung des elektromagnetischen Verbrauchers und eines Schaltmittels, mit Ansteuermitteln zur Betätigung des Schalt mittels und einer Löscheinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltmittel während des Abschaltvorgangs so gesteuert wird, daß während des Abschaltvorgangs am Verbraucher eine konstante Spannung anliegt.