CN107002622A - 起动器的螺线管的电力供应的控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种起动器(300)的螺线管(200)的电力供应的控制装置(100)，该装置(100)通过电压源(1)在输入端进行供电，该装置(100)包括与机电继电器(17)串联连接的功率晶体管(16)，将功率晶体管(16)和机电继电器(17)切换到导通状态在装置(100)的输出端提供控制信号(7)，该信号(7)控制螺线管(200)的电力供应。
Description
技术领域
本发明涉及一种热力发动机起动器的螺线管的电力供应的控制装置，尤其用于包括自动起动和停止系统的公路车辆。
背景技术
起动器旨在通过电动机自动激活热力发动机。为此，起动器包括螺线管，其是机电继电器，在供应电力时螺线管主要确保两个功能：关闭允许起动器的电动机供应电力的接触器以及为了驱动热力发动机而使电动机的小齿轮与热力发动机的小齿轮啮合。起动器的电力供应在上游通过电力供应的控制装置进行控制。在机动车辆的情况下，起动器的螺线管的电力供应的控制装置应该同时禁止起动控制中不当起动和停用的风险，同时对于其电子组件则表现出较高的使用寿命和鲁棒性。由于英语称之为“停止和起动”的自动起动和停止系统产生大量的重新起动循环，因此这些控制装置的实现对于配备这些系统的车辆而言更为关键。实际上，这些系统的电子组件在连续的起动/重新起动的过程中可能承受较高的电流和温度、电压和电流反转或者短路。
因此，文献FR2812036描述了一种通过起动器的绕组(螺线管)的彼此串联的两个晶体管的控制装置的实施例。晶体管中的一个是英语通常称为“低侧(low-side)”的“低侧”晶体管，而另一个是替代起动接触装置(防盗装置)的英语为高侧(high-side)的“高侧”晶体管。电子起动控制装置操纵这两个晶体管并且因此分别允许它们对控制进行授权并控制起动器的螺线管。然而，这种装置具有多个缺点。使用“高侧”类型的晶体管是昂贵的，并且需要具有电荷泵，尤其是对于n沟道的MOSFET晶体管。此外，通过功率晶体管进行控制的解决方案需要在功率晶体管的电力供应的极性反转的情况下实施保护装置，作为示例，该保护装置通过特定的二极管和/或功率晶体管来实现，而这些特定的二极管和/或功率晶体管应该承受可能高达四十安培的电流。由于这些解决方案通常需要集成在例如称为“BICD”的起动器控制接口盒的专用盒中的硅上，因此这些解决方案更加昂贵。另一种已知的解决方案在于使用控制起动器的螺线管的可能供应的机电继电器，继电器的状态由一个或多个计算机控制。然而，使用这种类型的组件不允许考虑在车辆的使用寿命期间的起动循环的次数：实际上，机电继电器具有不超过几十万次循环的电耐久性。因此，对于该解决方案，通常优选使用可移除继电器以允许在超出循环的预定次数后进行预防性维护，从而需要实施激活计数器。此外，该解决方案的主要缺点是具有继电器的接触粘着的风险，这妨碍了起动器的所有停用。另一个解决方案是使用串联安装的两个机械继电器，并且这两个继电器的状态由一台或多台计算机交替控制。这种解决方案允许防止继电器中一个的接触粘着的风险，并且还允许相对于前述解决方案使继电器的使用寿命增加一倍。然而，这种解决方案仍然需要实施这些组件的激活计数器并且为了提供替代控制而需要配置特定的计算机，以避免所有不当控制的风险。
发明内容
第一目的是，提出一种允许克服上述所有缺陷的起动器的螺线管的电力供应的控制装置，尤其是旨在满足以下约束条件：可靠性、使用寿命、实施成本以及与不同计算机配置的兼容性。
第二个目的是，提出一种机动车辆，其包括满足上述目的的起动器的螺线管的电力供应的控制装置。
为此，根据第一个方面，提供了一种起动器的螺线管的电力供应的控制装置，该装置通过电压源在输入端进行供电，该装置包括与机电继电器串联连接的功率晶体管，将功率晶体管和机电继电器的切换到导通状态在该装置的输出端提供控制信号，该信号控制螺线管的电力供应。
有利地，在该装置中，功率晶体管和机电继电器的切换状态分别基于由至少一个电子计算机生成的第一命令和第二命令来控制，电子计算机配置为生成这些命令，使得：
-机电继电器总是在功率晶体管切换到导通状态之前，切换到导通状态；
-机电继电器总是在功率晶体管切换到截止状态之后，切换到截止状态。
有利地，在该装置中，第一命令和第二命令被传输到：
-第一“与”逻辑门的输入端，第一“与”逻辑门在其输出端生成功率晶体管的操纵请求信号；
-“或”逻辑门的输入端，“或”逻辑门在其输出端生成机电继电器的操纵请求信号。
有利地，该装置包括诊断和保护模块，该模块配置为在其输入端接收与装置的运行有关的信息的集合，这些信息包括：
-在功率晶体管和机电继电器之间的中间点处的重读信息；
-在装置的输出端处的重读信息；
-第一命令和第二命令；
诊断和保护模块还配置为比较这些信息并根据该比较的结果将诊断信号反馈到电子计算机，该信号描述装置的运行状态，电子计算机还配置为根据由诊断和保护模块反馈的诊断信号来生成第一命令和第二命令。
有利地，在该装置中，由诊断和保护模块所接收的与装置的运行有关的信息包括来自功率晶体管的至少一个反馈信息，并：
-如果该晶体管是智能功率晶体管，则该反馈信息为由功率晶体管所测量并提供的功率晶体管的运行状态信息；
-否则，该反馈信息为外部测量的功率晶体管中的温度信息或电流信息。
有利地，在该装置中，诊断和保护模块还配置为在其输出端生成功率晶体管的切换授权信号和机电继电器的切换授权信号，这些信号根据与装置的运行有关的信息的比较结果而生成。
有利地，该装置包括第二“与”逻辑门，该第二“与”逻辑门配置为：
-接收功率晶体管的操纵请求信号或第一命令来作为第一输入；
接收功率晶体管的切换授权信号来作为第二输入；
-第二“与”逻辑门根据其第一输入和第二输入来生成传输到晶体管的控制信号，该控制信号能够切换功率晶体管。
优选地，该装置包括第三“与”逻辑门，其配置为：
-接收机电继电器的操纵请求信号或第二命令来作为第一输入；
接收机电继电器的授权信号来作为第二输入；
-第三“与”逻辑门根据其第一和第二输入来生成传输到晶体管的控制信号，晶体管配置为基于控制信号生成传输到机电继电器的继电器控制信号，该继电器控制信号能够切换机电继电器。
有利地，在该装置中，在没有来自功率晶体管的反馈信息的情况下，电保护元件与功率晶体管和机电继电器串联安装。
有利地，该装置包括：
-防止电压源极反转的保护二极管，该二极管在电压源和机电继电器的线圈的输入接线端之间或者在机电继电器的线圈的输出接线端和地线之间在功率晶体管的导通方向上串联连接；
-防止过压的保护二极管，其连接到电力供应的控制装置的输出端。
根据第二个方面，提供了一种包括起动器的机动车辆，该起动器电连接到如上所述的电力供应的控制装置。
如在下文中借助示例所详细描述的，本发明综合地涉及功率晶体管和在其线圈的控制装置处具有二极管的机电继电器的使用，以及操纵晶体管和继电器的诊断和逻辑。
附图说明
根据以下参照附图所做的对实施例的描述，本发明的其它目的和优点得以显现，在附图中：
图1示出了根据第一实施例的用于起动器的螺线管的电力供应的控制装置；
图2示出了根据第二实施例的用于起动器的螺线管的电力供应的控制装置；
图3示出了根据第三实施例的用于起动器的螺线管的电力供应的控制装置。
具体实施方式
图1、图2和图3示出了起动器300的螺线管200的电力供应的控制装置100的实施例，起动器300能够起动内燃发动机(未示出)。
有利地，起动器300和电力供应的控制装置100装配在包括内燃发动机的例如配备有或未配备“停止和起动”的自动起动和停止系统的私人车辆、实用车辆、卡车、建筑机械等机动车辆中。更通常地，起动器300和电力供应的控制装置100装配到例如发电机组或机动泵等所有发动机装置中。
在图1、图2和图3中，起动器300的螺线管200的电力供应的控制装置100在输入端通过例如车辆电池的电压源1来供电。电压源1在连接到电力供应的控制装置100的正接线端+和连接到一个或多个地线2,3,4,5(分开的或在同一平面中)的负接线端-之间的提供电势差。
此外，起动器300的螺线管200的电力供应的控制装置100还通过例如机动车辆的发动机控制的至少一个电子计算机6来操纵。
有利地，通过一个或多个电子计算机6对电力供应的控制装置100的操纵允许在其输出端可能将控制信号7发送到起动器300的螺线管200，这允许实现螺线管的运行。作为示例，电力供应的控制装置100的输出端的控制信号7是电压和/或电流的模拟信号、数字信号或者“全或无(tout ou rien)”的信号。
因此，起动器300通过其螺线管200电连接到电力供应的控制装置100的输出端和电压源1。
在图1、图2和图3中，简化地示出起动器300，以便联想到其功能。
起动器300的螺线管200由保持线圈8、呼叫线圈9和接触器10形成。螺线管200和电力供应的控制装置100之间的电连接通过保持线圈8的输入接线端和呼叫线圈9的输入接线端以共同的方式实现。起动器300还包括电动机M以及与接触器10串联安装的电感器11。电动机M通过第一接线端12电连接到电感器11，并通过第二接线端13电连接到地线5。保持线圈8也通过其输出接线端电连接在地线5和电动机M的第二接线端13之间，而呼叫线圈9通过其输出接线端电连接在接触器10和电感器11之间。
在保持线圈8和呼叫线圈9中没有电流通路的情况下，接触器10默认处于打开状态，并且起动器300的电动机M未被供电。相反，在保持线圈8和呼叫线圈9中的电流通路产生场并使栓塞芯(未示出)移位。有利地，该栓塞芯(noyau plongeur)的移位同时允许接触器10的闭合，因此允许电力供应起动器300的电动机M，并且允许电动机M的小齿轮与内燃发动机的小齿轮啮合，从而驱动内燃发动机的小齿轮。
因此，在电力供应的控制装置100的输出处，控制信号7因此允许控制起动器300的运行，即控制其停用或其使用。
在图1、图2和图3中，螺线管200的电力供应的控制装置100包括功率晶体管14,15,16，这些功率晶体管与机电继电器17(也称为电磁继电器)的接触器17_1的输入接线端串联电连接。然而，在另一个实施例中，晶体管14,15,16的输入端可以与机电继电器17的输出端串联连接。机电继电器17的接触器17_1的输出接线端在此与螺线管200的保持线圈8和呼叫线圈9串联电连接。机电继电器17还包括线圈17_2。作为提醒，在没有电流的情况下，这种机电继电器17默认处于“打开”状态，在本文献中也称为“截止”状态，即不允许电流通路的状态。更准确地，接触器17_1默认处于“打开”状态，并且只有其线圈17_2中的电流通路才允许通过产生磁场使接触器17_1闭合。机电继电器17然后处于导通状态，在本文献中也称为“闭合”状态，即允许电流通路的状态。
作为示例，图1、图2和图3中所示的功率晶体管14,15,16是MOSFET类型的并且包括反平行的本征二极管D，该本征二极管允许保护晶体管免受电流反转。特别地，在图1中，功率晶体管14是通常称为“智能功率”晶体管的“智能型”MOSFET功率晶体管。然而，对于这些图中的每一个，可以考虑例如JFET或双极类型晶体管的任何其它类型的功率晶体管14,15,16。
有利地，当功率晶体管14,15,16和机电继电器17处于“闭合”(导通)状态时，控制信号7允许控制起动器300的螺线管的供应，并因此允许控制起动器300的运行，即，允许每个电流通路穿过整个电力供应的控制装置100。有利地，在电力供应的控制装置100中：
-基于来自电子计算机6的第一命令18操纵功率晶体管14,15,16，并且允许控制起动器300的螺线管200的电力供应；
-基于来自电子计算机6(或另一台计算机)的第二命令19操纵机电继电器17，并且允许防范起动器300的螺线管200的电力供应的所有不当控制或保持情况。这种情况例如可能在功率晶体管14,15,16发生故障的情况下，由于转入或保持在“闭合”状态的控制信号，还或者电压源1的极反向而突然发生。因此，机电继电器17在控制装置100中确保电力安全的作用。
为此，来自电子计算机6(或不同的计算机)的第一命令18和第二命令19通过电子计算机6顺序地生成，使得：
-为了允许螺线管200的电力供应，在功率晶体管14,15,16切换到导通状态之前，机电继电器17切换到导通状态；
-为了关闭螺线管200的电力供应，在功率晶体管14,15,16切换到截止状态之后，机电继电器17切换到截止状态。
根据不同的实施例，第一命令18和第二命令19是“全或无”类型的信号、在电压源1的正接线端+或地线2,3,4,5处于“激活”状态的信号、还或者是可以通过串行链路(例如SPI链路)或复用网络(例如LIN、CAN、VAN、FLEXRAY或ETHERNET网络)传输的模拟信号。
在一个实施例中，为了确保第一命令18和第二命令19的正确顺序，可以分别将这些命令用作“与”逻辑门20和“或”逻辑门21的输入，这些逻辑门能够分别向其输入施加逻辑运算“与”或“或”并且在其输出端提供该操作的结果。因此，在“与”逻辑门20的输出端获得功率晶体管14,15,16的操纵请求信号22，并在“或”逻辑门的输出端获得机电继电器17的操纵请求信号23。有利地，该控制逻辑与来自一个(或多个)电子计算机的所有交替命令的装置兼容，并设计为与以交替方式进行电控制的组件的装置一起运行。因此，无论第一命令18和第二命令19的时间顺序如何，机电继电器17总是在功率晶体管14,15,16之前被激活，并且总是在功率晶体管14,15,16之后被停止。
在另一个实施例中，当一个或多个电子计算机6能够保证第一命令18和第二命令19的良好排序时，则这种控制逻辑的实施是可选的。
有利地，第一命令18和第二命令19的正确排序允许使机电继电器17如分离器那样运行：当螺线管200的接触器10的闭合或打开时，分离器在没有电流通过的情况下运行。因此机电继电器17切换为“空置”，并且既不会在接触器10闭合时使得用于控制起动器300的螺线管200的激活电流的峰值通过，也不会在接触器10打开时使得连接到起动器300的感应电路开口的电弧通过。
有利地，由于机电继电器的机械耐久性远大于其电耐久性(分别约一百万次循环对比几十万次)，所以使用分离器模式的机电继电器17允许限制其电磨损，并因此允许使其与严苛的任务类型(profil)兼容，例如包括时间上接近的连续起动/重新起动循环的类型。
有利地，借助这种配置，在功率晶体管14,15,16发生故障的情况下，例如如果功率晶体14,15,16不当地处于导通状态，则简单地打开机电继电器17就允许使螺线管200的电力供应停止。
此外，为了防止电压源1的极反转时螺线管200的电力供应的不当激活，例如较小的齐纳二极管的保护二极管D1在功率晶体管14,15,16的导通方向上电连接在电压源1和机电继电器17的线圈17_2的输入接线端之间或者在机电继电器17的线圈17_2的输出接线端与地线3之间。如作为示例，在图1至图3中，保护二极管D1连接在功率晶体管14,15,16(连接到电压源1)和机电继电器17的线圈17_2的输入接线端之间。在另一个未示出的示例中，保护二极管D1电连接在机电继电器17的线圈17_2的输出接线端和控制机电继电器17的线圈17_2的电流供应的晶体管之间，该控制晶体管也连接到地线3。这种晶体管稍后描述。在电流反向的情况下，保护二极管D1因此阻止机电继电器17的控制，因此机电继电器保持在打开状态，并且阻止电流通路穿过功率晶体管14,15,16的本征二极管D。
此外，可以在电力供应的控制装置100的输出端增加防止过压的保护二极管D2，其在此并联连接在机电继电器17的输出端和地线3之间。作为示例，这种二极管电连接在机电继电器17的线圈17_2的输出接线端和地线4之间。有利地，保护二极管D2是续流二极管或瞬态电压抑制二极管。这种二极管允许在接触器10打开时确保来自螺线管200的感应电流的再循环，并保护电力供应的控制装置100免受过压。更确切地，保护二极管D2在标称情况下确保了对功率晶体管14,15,16的保护，并且在其中继电器确保螺线管200的电力供应打开的功能失调的情况下确保对机电继电器17的保护。
根据不同的实施例，对功率晶体管14,15,16的控制通过功率晶体管的打开(截止状态)确保对电力供应的控制装置100的保护，特别是在短路或电流过载的情况下。该电保护的实施取决于所使用的功率晶体管14,15,16。
在图1中，功率晶体管14是智能功率晶体管，即英语中的“智能功率”。在该图中，称为“智能功率”的智能功率晶体管14包括由正方形连接器表示的输入/输出和电子组件24的集合。如所示出地，例如对于功率晶体管14，观察电子组件24与本身连接到地线GND的连接器的连接。有利地，电子组件24允许监测功率晶体管14的运行状态。作为示例，在电子组件24中，可以发现电流、电压、温度的传感器(或测量电路)以及用于监测晶体管运行的逻辑装置。这些逻辑装置尤其允许检测这种晶体管的欠压、过压、过流(短路)或过热。因此，这种逻辑装置允许在称为“智能功率”的智能功率晶体管的输出端提供与所述晶体管的运行有关的诊断信号。根据所使用的称为“智能功率”的智能功率晶体管的类型，这种诊断信号可能是晶体管的简单状态(例如：“良好状态”，“检测到过压”)、“全或无”状态、还或者是有关于通过晶体管中的电子组件24所测量的一个或多个信息(例如：电流的测量)的(数字或模拟)信号。
因此，在图1中，功率晶体管14向诊断和保护逻辑模块25提供与其运行状态有关的至少一个状态信息，例如包括与功率晶体管14运行的电流、电压和/或温度有关的信息的信号。因此，诊断和保护逻辑模块25将状态信息26与例如已知的与电流、电压和温度的限制阈值相关的信息的预先配置的信息进行比较，以确认功率晶体管14(或更通常地，电力供应的控制装置100)中的良好运行或者确认其没有良好运行。有利地，该比较因此允许诊断和保护逻辑模块25生成功率晶体管14的切换授权信号27。授权信号27允许在标准运行时授权功率晶体管14的切换成为导通状态，如果不是标准运行，例如在检测到过热、过压或过流的情况下，则允许功率晶体管14保持或切换到截止状态。
在图2中，功率晶体管15是MOSFET晶体管。与图1不同，传感器(或测量电路)的外部电子器件与功率晶体管15相关联。作为示例，在图2中，温度传感器θ和电流传感器I电连接到功率晶体管15，并分别将在功率晶体管15处测量的温度信息28和电流信息29反馈到诊断和保护逻辑模块25。如前所述，诊断和保护逻辑模块25然后将这些信息与在此为电流和温度阈值的预定义阈值进行比较，并且生成授权信号27，该授权信号27将允许或不允许功率晶体管14在标准运行时切换到导通状态，并在非标准运行时切换为截止状态。
在图3中，功率晶体管16也是MOSFET晶体管。在该实施例中，功率晶体管16不向诊断和保护逻辑模块25提供反馈。然而，尽管没有反馈，并且如下所述，诊断和保护逻辑模块25总是允许生成功率晶体管16的切换授权信号。另外，在功率晶体管16未能确保短路或过载保护的情况下，则在电力供应的控制装置100中增加与功率晶体管16和机电继电器17串联安装的电保护元件30。作为示例，在图3中，电保护元件30电连接在电压源1和功率晶体管16之间。作为示例，电保护元件30是保险丝、热断路器，该元件可以自动或手动地改变或重置。
在图1至图3中，授权信号27的生成还考虑了在诊断和保护逻辑模块25的输入端所提供的以下数据：
-在功率晶体管14,15,16和机电继电器17之间的中间点处的重读信息31，以便控制装置的运行。重读信息31例如是机电继电器17的电压、电流或“全或无”状态的信息。在图1至图3中，该信息在此是在功率晶体管14,15,16的输出端与机电继电器17的输入端之间的中间点处获取的，并直接反馈到诊断和保护逻辑模块25。有利地，重读信息31允许使可能发生在电力供应的控制装置100中对故障的识别精细化；
-在电力供应的控制装置100的输出端的重读信息32，在此是机电继电器17的输出端的重读信息，以便控制装置的运行。重读信息32例如是机电继电器17的电压、电流或“全或无”状态的信息。在图1至图3中，该信息是在机电继电器17和保护二极管D2之间获取的，并直接反馈到诊断和保护逻辑模块25；
-来自一个或多个电子计算机6的第一命令18和第二命令19。有利地，与重读信息31,32相对证的关于这些命令的信息允许诊断和保护逻辑模块25准确地识别可能的故障的发生。
作为示例，对于图1和图2，只有当以下所有条件兼具时，诊断和保护模块25才生成允许功率晶体管14,15切换为导通状态的授权信号27：
-功率晶体管14,15具有标准运行的电流、电压、温度；
-机电继电器17处于导通状态，该信息通过重读信息31,32中的至少一个进行通信；
-第一命令18由诊断和保护逻辑模块25正确地接收。
此外，在图1至图3中，诊断和保护模块25生成机电继电器17的切换授权信号33。有利地，授权信号33将在标准运行时允许机电继电器17切换到导通状态，如果不在标准运行时，则允许机电继电器17保持或切换到截止状态。为此，如前所述，诊断和保护逻辑模块25考虑了向其提供的所有输入并且在它们之间进行比较，并与描述电力供应的控制装置100的标准情况或故障情况所预先记录的配置数据进行比较。作为示例，如果机电继电器17处于“打开”(或者“闭合”)状态，并且同时功率晶体管14,15,16处于不能停用的“闭合”状态，则诊断和保护逻辑模块25禁止机电继电器17闭合(或者切换到“打开”状态)。
参照所有图1至图3，诊断和保护逻辑模块25还生成与电力供应的控制装置100的运行状态有关的诊断信号34。
诊断信号34例如是描述整个装置的良好运行(“OK”状态)的信号或描述检测到该设备中(例如：在功率晶体管14,15,16或机电继电器17处)的一个或多个故障的信号。这种信号例如是由在电压源1的正接线端处或在地线2,3,4,5处的“激活”状态实现的“全或无”信号、模拟信号还或者是可以通过串行链路或复用网络传输的编码信号。
有利地，根据提供到诊断和保护模块25的所有输入来产生诊断信号34。诊断信号34传递到电子计算机6，使得电子计算机6动态地适应用于电力供应的控制装置100的运行的第一命令18和第二命令19。作为示例，诊断和保护模块25
-在电力供应的控制装置100中没有检测到任何异常并且通过诊断信号34将“OK”状态反馈给电子计算机6。于是，这个或这些计算机继续按顺序发送第一命令18和第二命令19；
-检测到无论是否发送第一命令18功率晶体管14,15,16均保持导通状态，并且通过诊断信号34将该信息反馈到电子计算机6。然后，这个或这些计算机传输第二命令19，以使机电继电器17切换到截止状态，由此防止所有不当的起动；
-检测到功率晶体管14,15,16处于导通状态，而机电继电器17的重读信息31,32中的一个表示机电继电器处于截止状态。诊断和保护模块25然后基于第一命令18或第二命令19识别功率晶体管14,15,16或机电继电器17处的故障，并通过诊断信号34将该信息反馈到电子计算器6。然后，这个或这些计算机发送第二命令19，以使机电继电器17切换到截止状态，从而预防性地防止所有不当的起动。
根据不同的实施例，诊断和保护逻辑模块25由微控制器实现，微控制器包括一组预编程的软件指令，一级或多级比较器类型的电子线路，还或者通过“与”和“或”逻辑门的集合。
此外，在图1至图3中且根据不同的实施例：
-功率晶体管14,15,16的切换授权信号27和功率晶体管14,15的操纵请求信号22用作“与”逻辑门35的输入。“与”逻辑门35将逻辑运算“与”应用至其输入上，并且因此在输出端生成功率晶体管14,15,16的控制信号36。控制信号36然后直接传输到功率晶体管14,15,16，从而允许控制该晶体管的切换状态；
-机电继电器17的切换授权信号33和机电继电器17的操纵请求信号23用作“与”逻辑门37的输入。“与”逻辑门37将逻辑运算“与”应用至其输入上，并且因此在输出端生成用于功率机电继电器17的控制信号38，以便控制该晶体管的切换状态。然后将控制信号38传输到晶体管39。然后，晶体管39生成直接传输到机电继电器17的继电器操纵信号40，从而允许控制其切换状态。更准确地，晶体管39电连接到机电继电器17的线圈17_2(并且连接到地线3)，该线圈17_2中的电流通路允许使继电器闭合。作为示例，晶体管39是由MOSFET、双极或者达林顿晶体管制成的“高侧”(“高侧”)或“低侧”(“低侧”)晶体管。
在上述实施例中，功率晶体管14,15的操纵请求信号22和机电继电器17的操纵请求信号23分别被用作“与”逻辑门35,37的输入中的一个。实际上，在此假设，为了顺序地实现第一命令18和第二命令19，电力供应的控制装置100包括“与”逻辑门20和“或”逻辑门21的实施。然而，在其他实施例中，当一个或多个电子计算机6能够确保第一命令18和第二命令19的良好排序时，将第一命令18和第二命令19分别直接传输到“与”逻辑门35,37的输入端。
根据不同的实施例，为了替代“与”逻辑门20,35,37和“或”逻辑门21，逻辑运算“与”和“或”可以通过诸如二极管代替“或”且晶体管代替“与”的离散组件来实现，或者通过微型控制器中的软件指令来实现。
根据不同的实施例，构成电力供应的控制装置100的所有电子组件根据不同的物理配置来进行电连接和排序。因此：
-机电继电器17可以焊接到电子箱的印刷电路上，可以是插入到例如称为“BFRM”的发动机继电器保险丝箱的继电器保险丝箱上或者可以插入到直接集成到车辆的电线束中的门-继电器连接器上的可拆卸继电器。有利地，机电继电器17是单稳态型的。然而，通过适应电力供应的控制装置100的控制策略，尤其是在诊断和保护模块25以及电子计算机6处，可以使用双稳态继电器；
-功率晶体管14,15,16、机电继电器17和电保护元件30可以集成在单个箱中或分布在多个箱中。作为示例：
o机电继电器17和电保护元件30集成在BFRM箱上，而功率晶体管14,15,16集成在起动器300上；
o机电继电器17和电保护元件30集成在BFRM箱上，而功率晶体管14,15,16集成在专用电子箱中；
o机电继电器17和电保护元件30集成在BFRM箱上，而功率晶体管14,15,16集成在电子计算机6中，例如发动机控制中；
o机电继电器17和功率晶体管14,15,16集成在专用电子箱中，而电保护元件30集成在保险丝箱上；
o机电继电器17、晶体管14,15,16以及可选的电保护元件30集成在例如BCM(“车身控制模块”的缩写)的通常称为“智能接线盒”的“智能连接箱”上。
构成电力供应的控制装置100的电子组件的顺序也可以根据上述配置而变化。例如：
-在电力供应的控制装置100包括电保护元件30并且该电保护元件30不与其它组件集成在同一个箱中的情况下，从电压源1的正极+开始，优选地将该元件最大限度地连接在上游，以保护电力供应的控制装置100的所有电连接；
-在机电继电器17是可拆卸的情况下，电保护元件30以及功率晶体管14,15,16优选地设置在机电继电器17的上游，以保护机电继电器17的连接销免受可能的短路。
如上所述，使用与晶体管14,15,16串联连接的机电继电器17具有多个优点。
特别地，以分离器方式运行的继电器，即切换到“空置”的继电器，的使用尤其通过保护电力供应的控制装置100免受电池短路和反向来允许增加电力供应的控制装置100的耐久性。因此，电力供应的控制装置100具有大约一百万次循环的使用寿命。因此，使用这种装置尤其适用于机动车辆的“停止和起动”功能。作为示例，电力供应的控制装置100可以实施在包括其英语术语为“航行(sailing)”的“自由行驶”类型功能的车辆中：该功能在于，在某些行驶阶段期间(例如：下坡，减速)停止车辆的热力发动机并且因此需要大量的重新起动。有利地，实施电力供应的控制装置100允许在车辆的寿命期间的通过交换继电器来限制维修。
此外，实施这种器件允许使用例如较小的齐纳二极管的“简单的”保护二极管D1，以防止电池反转。有利地，这种二极管相对于现有装置而言显得便宜得多，现有装置需要为承受较高电流而特别选择的功率二极管。
使用与功率晶体管串联连接的继电器也很便宜。
如上所述，电力供应的控制装置100的另一个优点在于，尤其根据在该装置中电子组件的顺序，提供了在车辆中的物理实施的多种可能性。例如，如果使用以英文称为“智能功率”的智能功率晶体管，并且如果将设备集成在用英文称为“智能接线盒”的“智能连接箱”中，则可以省去保险丝，因为这种类型的箱已经包括用于能够操纵由一般保险丝保护的致动器的功率供应。
有利地，上述所有实施例可以应用于配备有起动电池的所有类型的公路车辆或机动车辆。
如上所述的本发明的不同优点总结如下：与具有两个机电继电器的常规解决方案相比，本发明允许通过由具有超过一百万次循环的功率晶体管来执行螺线管的控制以提高系统的耐久性，并允许使用分离器(切换为空置)式继电器，这也允许达到等于或大于一百万次循环的耐久性(继电器的“机械”耐久性)，而具有两个机电继电器的常规解决方案只可以通过使继电器作为分离器和作为开关(最多具有大约300000次循环的机电继电器的“电”耐久性)交替工作，从而达到最多600000次循环的耐久性。
功率晶体管和机电继电器的使用与控制逻辑相关联，而且，无论来自一个或多个控制计算机的顺序如何(包括利用适用于具有两个电磁继电器的解决方案的交替控制)，该控制逻辑适于确保始终是功率晶体管确保对螺线管的控制，并且确保机电继电器始终切换至“空置”。
与常规的具有三个串联的功率晶体管的解决方案相比，该方案允许获得经济收益，同时拥有差不多的耐久性。
在具有三个串联的功率晶体管的“常规”电路中，存在螺线管的控制晶体管、防止不当控制(在导通状态下控制晶体管发生故障的情况下或者对该控制晶体管的进行不当控制的情况)的安全晶体管以及在极反转的情况下(例如电池连接颠倒)的安全晶体管。
在对机电继电器的控制中，结合诊断和控制逻辑来使用具有二极管的机电继电器允许将在“传统”电路中使用的两个功率晶体管替换为串联的三个功率晶体管，同时：
-借助功率晶体管的诊断以及在检测到故障的情况下禁止继电器闭合的继电器控制逻辑，确保防止不当控制的安全性，
-借助防止继电器控制并引起保护晶体管并且避免对螺线管的不当控制的(低电流)二极管，确保极性反转情况的安全性。
Claims (10)
1.一种起动器(300)的螺线管(200)的电力供应的控制装置(100)，所述装置(100)通过电压源(1)在输入端进行供电，其特征在于，所述装置(100)包括与机电继电器(17)串联连接的功率晶体管(14,15,16)，所述功率晶体管(14,15,16)和所述机电继电器(17)切换到导通状态会在所述装置(100)的输出端提供控制信号(7)，该信号(7)控制所述螺线管(200)的电力供应。
2.根据权利要求1所述的装置(100)，其中，所述功率晶体管(14,15,16)和所述机电继电器(17)的切换状态分别基于由至少一个电子计算机(6)生成的第一命令(18)和第二命令(19)来控制，所述电子计算机(6)配置为生成这些命令，使得：
-所述机电继电器(17)总是在所述功率晶体管(14,15,16)切换到导通状态之前，切换到导通状态；
-所述机电继电器(17)总是在所述功率晶体管(14,15,16)切换到截止状态之后，切换到截止状态。
3.根据权利要求2所述的装置(100)，其中，所述第一命令(18)和所述第二命令(19)被传输到：
-第一“与”逻辑门(20)的输入端，所述第一“与”逻辑门在其输出端生成所述功率晶体管(14,15,16)的操纵请求信号(22)；
-“或”逻辑门(21)的输入端，所述“或”逻辑门在其输出端生成所述机电继电器(17)的操纵请求信号(23)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置(100)，所述装置包括诊断和保护模块(25)，所述诊断和保护模块配置为在其输入端接收与所述装置(100)的运行有关的信息的集合，这些信息包括：
-在所述功率晶体管(14,15,16)和所述机电继电器(17)之间的中间点处的重读信息(31)；
-在所述装置(100)的输出端处的重读信息(32)；
-所述第一命令(18)和所述第二命令(19)；
所述诊断和保护模块(25)还配置为比较这些信息并根据该比较的结果将诊断信号(34)反馈到所述电子计算机(6)，该信号(34)描述所述装置(100)的运行状态，所述电子计算机(6)还配置为根据由所述诊断和保护模块(25)反馈的所述诊断信号(34)来生成所述第一命令(18)和所述第二命令(19)。
5.根据权利要求4所述的装置(100)，其中，由所述诊断和保护模块(25)所接收的与所述装置(100)的运行有关的信息包括来自所述功率晶体管(14,15,16)的至少一个反馈信息，并且：
-如果该晶体管是智能功率晶体管，则该反馈信息为由所述功率晶体管(14,15,16)所测量并提供的所述功率晶体管的运行的状态信息(26)；
-否则，该反馈信息为外部测量的所述功率晶体管(14,15,16)中的温度信息(28)或电流信息(2)。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的装置(100)，其中，所述诊断和保护模块(25)还配置为在其输出端生成所述功率晶体管(14,15,16)的切换授权信号(27)和所述机电继电器(17)的切换授权信号(33)，这些信号根据与所述装置(100)的运行有关的信息的比较结果而生成。
7.根据权利要求6所述的装置(100)，所述装置包括第二“与”逻辑门(35)，所述第二“与”逻辑门配置为：
-接收所述功率晶体管(14,15,16)的所述操纵请求信号(22)或所述第一命令(18)来作为第一输入；
接收所述功率晶体管(14,15,16)的所述切换授权信号(27)来作为第二输入；
-第二“与”逻辑门根据其第一输入和第二输入来生成传输到所述晶体管(14,15,16)的控制信号(36)，所述控制信号(36)能够切换所述功率晶体管(14,15,16)。
8.根据权利要求7所述的装置(100)，所述装置包括第三“与”逻辑门(37)，其配置为：
-接收所述机电继电器(17)的所述操纵请求信号(23)或所述第二命令(19)来作为第一输入；
接收所述机电继电器(17)的所述授权信号(33)来作为第二输入；
-第三“与”逻辑门根据其第一输入和第二输入来生成传输到晶体管(39)的控制信号(38)，所述晶体管(39)配置为基于所述控制信号(38)生成传输到所述机电继电器(17)的继电器控制信号(40)，所述继电器控制信号(40)能够切换所述机电继电器(17)。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的装置(100)，其中，在没有来自所述功率晶体管(14,15,16)的反馈信息的情况下，电保护元件(30)与所述功率晶体管(14,15,16)和所述机电继电器(17)串联安装。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置(100)，所述装置包括：
-防止所述电压源(1)极反转的保护二极管(D1)，该二极管(D1)在所述电压源(1)和所述机电继电器(17)的线圈(17_2)的输入接线端之间或者在所述机电继电器(17)的线圈(17_2)的输出接线端和地线(3)之间在所述功率晶体管(14,15,16)的导通方向上串联连接；
-防止过压的保护二极管(D2)，其连接到所述电力供应的控制装置(100)的输出端。
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