SE515322C2 - Elektroniskt styrd strömställarkrets - Google Patents

Description

25 515 322 varigenom styrenheten kan detektera vilken brytare av ett flertal i larmkretsen ingående brytare som aktiverats.

Uppfinningens ändamål.

Ett ändamål med uppfinningen är att reducera antalet ledningar i elnät där en manuell brytare är seriekopplad med en elektriska last, exempelvis en bakluckepåverkad brytare för bagagerumsbelysning i fordon, och där en central elektronikenhet på ett kontrollerbart sätt skall kunna bryta förbindelsen till lasten under vissa omständigheter. Genom att reducera antalet ledningar erhålles en billigare och säkrare lösning samtidigt som man sparar vikt vilket är väsentligt för exempelvis ett fordons bränsleförbrukning. Extra stor vinst emås således om brytaren är placerad långt från elektronikenheten.

I dessa syften kännetecknas den uppfinningsenliga elektriska kretsen av vad som anges i patentkravets l kännetecknade del, och vad avser fördelaktiga detaljerade utföringsforrner för ovannämnda ändamål av de särdrag som anges i underordnade krav.

Ett speciellt ändamål med den i patentkravet 3 angivna lösningen med low-side placerad andra brytare är att den detekteringskrets som används kan vara densamma som den strömmätningskrets som används för kortslutningsskydd i den elektriska kretsen.

Ytterligare ändamål och fördelar framgår av efterföljande beskrivning av ett utföringsexempel.

Figurförteckning.

Figur l visar schematiskt en elektrisk krets där en styrbar kontrollbrytaren är placerad mellan spänningskällan och lasten, så kallad high-side placerad kontrollbrytare.

Figur 2 visar schematiskt en elektrisk krets där kontrollbrytaren är placerad mellan lasten och 30 jord, så kallad low-side placerad kontrollbrytare. 35 Figur 3 visar tillståndet på kontrollbrytaren som funktion av tiden.

Figur 4 visar potentialen över ett ingående mätmotstånd som funktion av tiden.

Beskrivning av utföringsexempel. l0 20 25 30 515 522 3 I figur 1 visas en elektrisk krets tillhörande ett motorfordon där en elektrisk last kan regleras genom en till en spänningskälla +30 seriellt ansluten manöverbrytare 2. Spänningskällan +30 är här en konstant batterispänning som ej kopplas bort när tändningen slås av. Lampan är exempelvis en bagagerumslampa som kan tändas eller släckas med manöverbrytaren 2, antingen genom manuell påverkan eller vid öppning eller stängning av bagagerumsluckan.

Ifigur 1 anges kontinuerlig spänningsmatning från batteriet med +30 och spänningsmatning via fordonets tändningslås med +15.

Iden uppfinningsenliga lösningen användes en kontrollbrytare 4, företrädesvis en halvledarbrytare av FET-typ. Kontrollbrytaren 4 är placerad mellan spänningskällan +30 och lampan 1, en så kallad high-side placerad brytare. Kontrollbrytaren 4 har två fimktioner. Den första fimktionen är vid detektering om manöverbrytaren 2 är sluten eller öppen. Denna första funktion erhålles genom en pulsningskrets 6 som cykliskt omställer kontrollbrytaren 4 till ett kortvarigt ledande tillstånd där manöverbrytarens 2 läge detekteras. Den andra funktionen hos kontrollbrytaren 4 är att hålla kretsen sluten när manöverbrytaren 2 är sluten.

Ett mätmotstånd 3 är anordnat i kretsen varigenom sluten krets detekteras genom en komparator 5 ansluten över mätmotståndet. Mätmotståndet har en så låg impedans, storleksordningen några rnilliohm i bilars 12-volts system med ett försumbart spänningsfall över mätmotståndet, att lampan l ej påverkas i någon märkbar omfattning. När komparatom 5 detekterar att spänning föreligger över mätmotståndet 3, vilket inträffar när kretsen och sålunda manöverbrytaren 2 samt kontrollbrytaren 4 är slutna, läggs en hög signal ut på komparatorutgången ll. Denna signal detekteras av en hållkrets 16 anordnad i eller vid pulskretsen 6 på en pulskretsingång 12. Hållkretsen 16 är utformad så att utsignalen på utgången 14 hålls hög när signalen på hållkretsens 16 ingång 12 är hög. Härigenom hålls brytaren 4 sluten och lampan l tänds när manöverbrytaren 2 sluts, med en responstid som motsvaras av pulsningskretsens 6 repeteringsfrekvens. För en bagagerumslampa kan det vara tillräckligt att pulsningskretsen cykliskt skickar kortvariga pulser med mellanrum av några tiondelar av en sekund. Pulsens längd kan under kontrollfasen vara mycket kort, av storleksordningen någon hundrade! av en sekund, vilket ej hinner tända lampan 1, altemativt aktivera en annan elektrisk last. Pulslängden kan anpassas beroende på typ av last.

När manöverbrytaren 2 är öppen är kretsen bruten, varvid komparatom 5 detekterar att det ej 10 15 20 25 30 515 322 4 föreligger någon spänning över mätmotsåndet 3. Därmed läggs ingen signal ut till hållkretsen 16 varvid pulskretsen 6 fortsätter att ge en pulserande utsignal.

Enligt den föredragna utföringsformen i figur 1 används även en andra kontrollerande strömbrytare 9 anordnad mellan komparatorns 5 utgång 11 och pulsningskretsens ingång 12 i syfte att tvångsmässigt bryta signalen för att släcka lampan 1. Hos fordon kan ett flertal olika strömförbrukare, exempelvis lampor, aktiveras även efter det att motom stängts av och tändningsnyckeln tagits ur tändningslåset. Ett problem är att en aktiverad elektrisk last kan ladda ur batteriet om den får ligga uppkopplad mot batteriet för länge, vilket kan leda till att motom ej kan startas. För att lösa detta problem är en varvtalsgivare 8 anordnad att detektera om fordonets drivmotor 20 är igång. Varvtalsgivaren 8 ger signal till en inkopplad tidskrets 7 som lämpligen är utformad så att en klocka startas när förbränningsmotorn 20 stannar, och att signalen mellan komparatorns signalutgång 11 och pulsningskretsens ingång 12 bryts när en förbestämd tid förflutit.

Både pulsningskretsen 6 och tidskretsen 7 kan vara uppkopplade mot kontinuerlig spänningsmatning +30 såväl som via tändningslåset +15.

I figur 1 föregås tidskretsen 7 av en villkorskrets 26, här en och-grind (and-grind), som ger en utsignal på en ledning 18 för start av tidskretsens nedräkning under förutsättning att två villkor är uppfyllda. Det första villkoret är att förbränningsmotorn är avslagen, vilket detekteras genom en avsaknad av signal från givaren 8 på villkorskretsens inverterande ingång 27. Det andra villkoret är att lampan är tänd, vilket detekteras genom en signal från ledningen 11 på villkorskretsens ingång 28. När tändningen slagits av, vilket detekteras genom att +15 går låg, kan lampan hållas tänd eller släckas och åter tändas under den aktuella stilleståndsperioden.

Tidskretsen håller sålunda brytaren 9 ledande och pulsningskretsens 6 ingång 12 hög och därmed brytaren 4 ledande när något av dessa villkor ej är uppfyllda. När båda dessa villkor är uppfyllda startar tidskretsen sin nedräkning och om lasten fortfarande är inkopplad när den förbestämda begränsningstiden utlöper ställs brytaren 9 om till ett icke ledande tillstånd varigenom hållkretsens ingång går låg varvid pulskretsen 6 åter ger en pulserande utsignal.

Detta gör att brytaren 4 intar ett icke ledande tillstånd varigenom lampan 1 släcks.

Vidare måste systemet kunna nollställas. Tidskretsen 7 bör därvid utformas så att nedräkningstiden nollställs och att brytaren 9 återställs till ett ledande tillstånd automatiskt vid 15 20 25 30 515 322 5 vissa villkor. Sådana villkor kan vara att tändningspåslag via +15 eller att manöverbrytaren 2 öppnas åter utan att spänningstillslag skett. En bagagerumslampa bör vidare kunna frånkopplas vid färd med öppen bagagelucka, såsom vid transport av skrymmande gods.

Den förbestämda begränsningstiden kan exempelvis utgöras av en eller ett fåtal timmar, alternativt vara beroende av den elektriska lastens storlek så att större elektriska laster medför en kortare tillåten aktivering än lägre laster.

I figur 2 visas en alternativ lösning i enlighet med uppfinningen. Komponenter som har samma funktion som den i figur l visade varianten har här samma hänvisningsbeteckningar.

Kontrollbrytaren 4 är här placerad mellan lampan l och jord 29, en så kallad low-side placerad brytare. På samma sätt är mätmotståndet 3 anordnat mellan lampan 1 och jord 29. Fördelen med detta arrangemang är att mätmotståndet är placerat så att man mäter potentialen i punkten 21 relativt jord, vilket medför att endast en mätledning 22 erfordras. Mätmotståndet 3 har på samma sätt som i figur l en mycket låg impedans och är företrädesvis samma mätmotstånd som används i elsystemets kortslutningskydd. Kortslutningskyddets uppgifi är att detektera om strömrusningar uppstår i kretsen på grund av kortslutningar i den elektriska lasten.

De diskreta kretsar som schematiskt visats i figur 1 är i figur 2 ersatta av en mikrodatorbaserad styrenhet 10, eller en användarspecifik krets (så kallad ASIC-krets). Strömmätningen med low- side placerat mätmotstånd blir enklare eftersom man kan mata spänningen över det lågohmiga motståndet direkt till en A/D omvandlare 25 som kan vara inbyggd i styrenheten/ASIC-kretsen 10. Funktionen på styrenheten 10 motsvaras av funktionen på kretsarna 5,6,7,26 i figur 1.

Funktion kan kontrolleras av en rnikrodator 23 i styrenheten 10 beroende av ett i rnikrodatorns minne 24 förlagrat program.

I figur 3 visas hur ledningstillståndet for brytaren 4 kontrolleras som funktion av tiden T, mellan ett icke ledande tillstånd 0 och ett ledande tillstånd 1, d v s låg respektive hög nivå. På motsvarande sätt visas i figur 4 spänningen över mätmotståndet 3 som fimktion av tiden T, där spänningen varierar mellan 0 volt, och den spänning H som bildas över mätmotståndet 3 när den elektriska kretsen är sluten och leder ström.

Vid tidpunkten tl alstrar pulsningskretsen 6, eller styrenheten 10, en kortvarig puls på kontrollbrytarens styringång 17 som medför att kontrollbrytaren 4 intar ett strömledande 20 25 30 515 322 6 tillstånd. Om manöverbrytaren 2 vid detta tillfälle är öppen, d v s är i ett icke strömledande tillstånd, bildas ingen ström. Därmed uppstår ej heller någon potential över mätmotståndet 3.

Detta upprepas cykliskt så att eller en viss tid, företrädesvis efter några tiondelar av en sekund, alstras ännu en kortvarig puls på brytarens 4 styringång.

När manöverbrytaren 2 ställs om till ett slutet strömledande tillstånd efter tidpunkten tg, medför nästa puls vid tidpunkten t3 att en potential över mätmotståndet 3 uppstår på grund av att kretsen under pulsningen blir sluten. Denna potential detekteras av styrenheten 10 som ger en kontinuerligt hög signal till kontrollbrytarens 4 styringång 17 när signalen på ledningen 11,22 är hög, eller att något annat villkor, såsom tidskretsen, anger att lampan skall släckas.

Härigenom sluts kretsen när manöverbrytaren 4 omställes till ett stabilt ledande tillstånd varigenom lampan 1 tänds.

När manöverbrytaren 2 vid tidpunkten t4 ställs om till ett icke strömledande tillstånd bryts strömmen i kretsen varvid lampan 1 omedelbart släcks och potentialen över mätmotståndet 3 faller till noll. Signalen på ledningen 11,22 går då också låg vilket medför att pulskretsen 6 respektive styrenheten 10 ställer om den kontinuerligt höga signalen till en pulserande signal till kontrollbrytarens 4 styringång 17. Därmed bryts även kretsen 4-3-1-2.

Styrenheten 10 övergår härefter att cykliskt generera kortvariga pulser på styringången 17 till kontrollbrytaren 4, vid tidpunkten t5 o.s.v för att ånyo möjliggöra detektering av manöverbrytarens 2 läge.

Uppfinningen kan inom ramen för det självständiga patcntkravet modifieras på ett flertal sätt för andra applikationsområden utöver de varianter som anges i de två föredragna utföringsformema samt underkraven och speciellt de varianter som är avsedda för en applikation av den uppfinningsenliga kretsen i motorfordon. Exempelvis kan de villkor eller den villkorskrets 26 som visas i figur 1 ersättas med andra typer av villkor för tvångsmässig bortkoppling av aktiverad last. Figur 1 visar endast schematiskt en möjlig utföringsform av kretsen applicerad i motorfordon. Tidskretsen 7 eller styrenheten 10 kan även detektera tillgänglig batterispänning och tvångsmässigt bortkoppla aktiverad last när tillgänglig batterispänning sjunker under ett förbestämt tröskelvärde.

Claims (10)

»M 10 15 20 25 515 322 7 Patentkrav.

1. Elektrisk krets for kontrollerbar kontinuerlig spänningssättning från en strömkälla (+30) av en elektrisk last (1) och en till lasten seriekopplad manöverbrytare (2), kännetecknad av att en pulsningskrets (6;10) är anordnad att intermittent spänningsätta lasten när manöverbrytaren (2) är omställd i ett ledande tillstånd, vilken spänningssättning âstadkommes med en via pulsningskretsen (6; 10) påverkningsbar och med manöverbrytaren 2 seriekopplad kontrollbrytare (4), att en detekteringskrets (3,5;l0) är anordnad seriekopplad med lasten (1), vilken detekteringskrets (3,5;10) känner av elektrisk ström som passerar genom lasten (1), och vilken detekteringskrets (3,5;lO) är anordnad att aktivera en hållkrets (16;10) anordnad att hålla kontrollbrytaren (4) sluten när ström detekteras i detekteringskretsen (3,5;l0).

2. Elektrisk krets enligt kravet 1, kännetecknad av att den kontrollbrytaren (4) utgöres av en elektriskt brytare av halvledartyp .

3. Elektrisk krets enligt krav 1 eller 2, kännelecknad av att kontrollbrytaren (4) är inkopplad mellan lasten (1) och jord (29), så kallad low-side placerad brytare.

4. Elektrisk krets enligt kravet 3, kânnetecknad av att detekteringskretsen (10) är anordnad mellan den andra kontrollbrytaren (4) och jord (29).

5. Elektrisk krets enligt krav 1 eller 2, kánnetecknad av att kontrollbrytaren (4) är inkopplad mellan lasten (1) och strömkällan (+30), så kallad high-side placerad brytare.

6. Elektrisk krets enligt krav 5, kánnetecknad av att detekteringskretsen (3,5) är anordnad mellan den andra kontrollbrytaren (4) och lasten (1).

7. Elektrisk krets enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att detekteringskretsen (3,5;10) innefattar ett mätmotstånd (3) anordnat i serie med lasten (1) över vilket mätmotstånd detekteringskretsen (3,5/10) mäter spänningen. 515 322 8

8. Elektrisk krets enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att lasten (1) utgöres av en lampa och att den första manöverbrytaren (2) utgöres av en mekaniskt påverkningsbar brytare för påverkan antingen manuellt eller vid separering alternativt sammanföring av fysiska komponenter, såsom öppning eller stängning av en dörr.

9. Elektrisk krets enligt något av föregående patentkrav, kânnetecknad av att pulsningskretsen (6), detekteringskretsen (3,5) och hållkretsen (16) är integrerade i en elektronisk kontrollenhet (10), företrädesvis en mikrodatorbaserad kontrollenhet, och att detekteringskretsen innefattar en A/D omvandlare (25) för omvandling av en relativt den detekterade strömmen representativ analog signal till en för kontrollenheten (10) hanterbar digital signal.

10. Elektrisk krets anordnad i ett motorfordon enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att en tidskrets (7) är anordnad att påverka hållkretsen (16) så att kontrollbrytaren (4) omställes till ett icke ledande tillstånd efter en förfluten förbestämd begränsningstid, där tidskretsen (7) har en tillnordnad villkorskrets (26) detekterande åtminstone ett tillstånd, hög eller låg signal, i den elektriska kretsen och/eller ett tillstånd hos fordonet, såsom på- eller avslagen drivmotor.