CN109478454B - 用于控制电感式负载的电路装置 - Google Patents

Abstract

用于控制电感式负载的电路装置。介绍一种用于操控能够与负载接头（INJ_HS）连接的电感式负载（IL）的电路装置，具有：第一MOS场效应晶体管（T1），其连接在用于第一供给电压源（VSQ1）的高电势的第一接头（UV）与所述负载接头（INJ_HS）之间；由自由振荡二极管（FD）和第二MOS场效应晶体管（T2）构成的串联电路，其连接在所述负载接头（INJ_HS）与用于所述第一供给电压源（VSQ1）的低电势的第二接头（GND）之间，其中，所述自由振荡二极管（FD）以其阴极与所述负载接头（INJ_HS）连接，其中，在所述第一MOS场效应晶体管（T1）的漏极接头和栅极接头之间连接着由至少一个沿截止方向极化的第一齐纳二极管（ZD1）和沿导通方向极化的第一二极管（D1）构成的串联电路，其中，第一控制信号接头（SA1）与所述第二MOS场效应晶体管（T2）的栅极接头连接，且通过与电路（UND）与所述第一MOS场效应晶体管（T1）的栅极接头连接。

Description

用于控制电感式负载的电路装置

技术领域

本发明涉及一种用于操控能够与负载接头连接的负载的电路装置，其具有第一MOS场效应晶体管并且具有自由振荡二极管，该第一MOS场效应晶体管连接在用于第一供给电压源的高电势的第一接头与所述负载接头之间，该自由振荡二极管连接在所述负载接头与用于第一供给电压源的低电势的第二接头之间，其中，自由振荡二极管以其阴极与所述负载接头连接。

背景技术

这种电路装置由DE 10 2014 219 048 A1已知。待操控的电感式负载可以是任何种类的磁性操纵的致动器比如燃料喷射阀，或者是如在机动车中广泛使用的那样的马达。

如DE 10 2014 219 048 A1的图4中所示，这种电路装置的运行通常如下：MOS场效应晶体管由通过对于控制电路的操控来闭合，该控制电路可以例如实现为微处理器，由此电感式负载通过由MOS场效应晶体管实现的开关从供给电压源被通电。在此，电流上升至第一预先给定的阈值，然后场效应晶体管又断开，并且蓄存在电感式负载中的磁能通过感应的流经自由振荡二极管的电流而减小，直至电流达到第二较小的阈值，然后场效应晶体管又闭合。这一点周期性地持续，从而通过该脉动式的运行而在电感式负载中产生平均的电流，并且通过由此得到的保持电流把待操控的磁性致动器保持在所希望的位置中，例如燃料喷射阀保持打开。如果随后场效应晶体管未导通，电感式负载中的磁场就借助流经自由振荡二极管的电流而几乎完全减小。

根据DE 10 2014 219 048 A1的电路装置虽然相对简单地仅构造有少量构件，并且仅仅具有用于电感式负载的接头，但蓄存在电感式负载中的磁能只有通过流经自由振荡二极管-其具有小的导通电压-的电流才能随后减小，从而此点会并非所愿地长久持续。

通过根据DE 10 2007 006 179 A1的扩展方案可以避免该问题。在那里，在图3中，电感式负载的未与负载接头连接的接头通过另一MOS场效应晶体管与基准电势连接，并且还通过另一沿导通方向极化的二极管与用于第一供给电压源的高电势的第一接头连接。此外，负载接头通过沿截止方向极化的二极管以及第三MOS场效应晶体管与用于第二供给电压源的高电势的接头连接，其中，该第二供给电压源的电压比第一供给电压源的电压低了2到3倍。

如果用于操控电感式负载的这种电路装置按照DE 10 2007 006 179 A1的图5运行，则首先通过第一和第二MOS场效应晶体管的闭合使得电流从第一供给电压源流经电感式负载，其中，该电流由于第一供给电压源的高电压而相对快速地上升，直至该电流达到第一阈值。然后第一MOS场效应晶体管闭合，随后，蓄存在电感式负载中的磁场通过流经第一二极管以及第二MOS场效应晶体管的电流而开始减小，直至电流达到第二较低的阈值，但随后，现在接通第三MOS场效应晶体管，并且因而仅仅还将第二供给电压源的明显较小的电压施加到电感式负载上。电流现在又开始上升，直至它又达到第一阈值，然后第三MOS场效应晶体管又切断。

该做法现在又周期性地持续，直到要完全切断电感式负载，这不仅通过第三而且通过第二MOS场效应晶体管的断开来进行，而后现在，蓄存在电感式负载中的磁能通过经由第一和第二二极管回到第一供给电压源的电流而减小，其中，由于第一供给电压源的电压值明显较高，电流减小明显更快地进行，如在DE 10 2007 006 179 A1的图5中的电流的斜度上也可看出。

但该优点是通过如下方式换取的：在电路装置中存在明显更多的构造元件，并且此外，通常必须在机动车中借助相应的导线与含有电路装置的控制器连接的电感式负载，现在必须通过两根这种导线予以连接，这意味着相应地较高的代价。但希望避免电缆束中的附加的导线，并避免必须引导大电流的功率开关元件。

发明内容

本发明的目的因此是，提出一种用于操控电感式负载的电路装置，其仅利用接至电感式负载的接头便足矣，并且此外需要较少的功率开关元件，却能够快速地减小蓄存在电感式负载中的磁场。

该目的通过根据权利要求1的电路装置得以实现，有利的改进在从属权利要求中给出。

该目的通过一种所述类型的电路装置得以实现，其中，在第一MOS场效应晶体管的漏极接头和栅极接头之间连接着由至少一个沿截止方向极化的齐纳二极管和沿导通方向极化的二极管构成的串联电路，并且其中，控制信号接头与第二MOS场效应晶体管的栅极接头连接，且通过与电路与第一MOS场效应晶体管的栅极接头连接。

通过该措施，由于在脉动式保持阶段期间接通的第二MOS场效应晶体管，自由振荡二极管为了电感式负载的去磁化而用作电流通路（Strompfad），而在切断过程中可以将第二MOS场效应晶体管断开，从而电流减小通过第一MOS场效应晶体管进行，由于在电感式负载中因切断过程而感应的电压，该电流减小产生流经第一齐纳二极管和第一MOS场效应晶体管的米勒电容的电流通路，该电流减小在该高电压下又使得第一MOS场效应晶体管导通，从而电感式负载中的磁场能够快速地减小。

在根据本发明的电路装置的一种有利的改进中，第二MOS场效应晶体管具有第一负载线路接头和第二负载线路接头以及栅极接头，第二负载线路接头与用于第一供给电压源的低电势的第二接头连接，其中，在第一负载线路接头和栅极接头之间连接着第三MOS场效应晶体管的负载线路，其中，第一控制信号接头通过逆变器电路与其栅极接头连接。

第二和第三MOS场效应晶体管的这种有利的连接导致，当第二MOS场效应晶体管截止时，第三MOS场效应晶体管导通，从而第二MOS场效应晶体管的截止很快地进行，并且由此很快地产生经由第一MOS场效应晶体管的导通的线路，从而可以使得蓄存在电感式负载中的磁场快速地减小。

在根据本发明的电路装置的一种有利的构造中，第二和第三MOS场效应晶体管被构造成n-MOS场效应晶体管，其分别具有衬底二极管并且经过连接，从而这些衬底二极管相对于自由振荡二极管以相反的极性连接。

由此防止，若n-MOS场效应晶体管按通常的方式连接，则由于衬底二极管和自由振荡二极管的相同极性而产生导通的线路。

在根据本发明的电路装置的一种改进中，第一控制信号接头通过第一和第二驱动电路与第二或第三MOS场效应晶体管的栅极接头连接。

由此可以采用逻辑电平来操控两个MOS场效应晶体管，并且尽管如此，可以为这些功率晶体管提供所必要的电压。

在根据本发明的电路装置的一种有利的构造中，第三MOS场效应晶体管的栅极接头通过第一电阻与用于供给电压源的低电势的第二接头连接以便其接地，并通过第二电阻与第二驱动电路的输出端连接以便限制电流。

在所述电路装置的另一有利的设计中，第二驱动电路的输出端通过沿截止方向极化的第二二极管与用于第一供给电压源的低电势的第二接头连接。这用作对在第二驱动电路的输出端上的负电压的防护。

同样为了防护负电压，第三MOS场效应晶体管的栅极接头通过沿截止方向极化的齐纳二极管与第二MOS场效应晶体管的第一负载接头连接。

附图说明

下面借助实施例参照附图详述本发明。在此：

图1为根据本发明的电路装置的方框图；

图2示出MOS场效应晶体管，其漏极接头通过至少一个沿截止方向极化的齐纳二极管与其栅极接头连接；

图3为扩展的根据本发明的电路装置的方框图；并且

图4示出在电感式执行器的操控过程中电流和电压曲线。

具体实施方式

在图1的方框图中，第一供给电压源VSQ1的第一接头UV与功率开关元件1的第一负载接头连接，该功率开关元件根据图2被构造成第一MOS场效应晶体管T1。第一MOS场效应晶体管T1的第二负载接头与节点INJ_HS连接，该节点另一方面通过沿截止方向极化的自由振荡二极管FD和与其串联连接的第二功率开关元件2与用于第一供给电压源VSQ1的低的供电电势的第二接头GND连接。此外，电感式负载IL以其第一接头连接在节点INJ_HS上，其中，电感式负载IL的第二接头与第一供给电压源VSQ1的第二接头GND连接。

在图1的例子中，作为等效电路图示出电感式负载IL，其具有电感L、与其串联连接的欧姆电阻RL1和与该串联电路并联连接的第二电阻RL2。

第一控制接头SA1一方面与第二功率开关元件2的控制接头连接并且另一方面通过与门UND与第一MOS场效应晶体管T1的控制接头连接。在与门UND的另一输入端上连接着或门ODER的输出端，该或门的两个输入端与第二或第三控制接头SA2、SA3连接。

以按照本发明的方式，在第一功率开关元件1的第一负载接头与第一功率开关元件1的控制接头之间连接着串联电路，该第一负载接头对应于第一MOS场效应晶体管T1的漏极接头，该控制接头对应于第一MOS场效应晶体管T1的栅极接头，该串联电路由沿截止方向极化的第一齐纳二极管ZD1和沿导通方向极化的第一二极管D1构成。

根据图1的电路装置带有根据图2的第一功率开关元件1，在此将参照图4通过那里示出的在电路装置的某些点的电流和电压曲线来介绍该电路装置的运行。

当在第一信号接头SA1上施加具有一定的电平-例如5伏的TTL电平-的信号时，将由此接通第二功率开关元件2。当附加地在两个其它的信号接头之一SA2或SA3上施加高电平时，在与门UND的第二输入端上也施加高电平，从而在与门UND的输出端上的信号CMD_HS具有高电平，如该高电平在图4的下面的图表中第一时间范围内示出的那样。由此同样接通利用第一MOS场效应晶体管T1形成的第一功率开关元件1，从而现在电流从第一供给电压源VSQ1经由第一功率开关元件1流入到电感式负载IL中，其中，产生了根据图4上面图表的电流曲线，该电流曲线表现出电感中的典型的根据经验上升的电流曲线。

测量该电流，并与第一阈值相比较，这在未示出的控制电路中进行，并且在达到该阈值时，通过在此前接至高电平的信号接头S2或S3上的低电平，在与门UND的输出端上的信号CMD_HS同样被接至低电平，如在图4的下面的图表中可看到。

由此第一MOS场效应晶体管T1又切断，从而在电感式负载IL中建立的磁场减小，其方式为，由感应（induzierte）电压引起流经自由振荡二极管FD以及第二功率开关元件2的电流。

在现在进行的脉冲调制的运行中，以等间距将控制信号输入端SA2和SA3上的信号周期性地接通和再切断，如在图4的下面的图表中可见，由此产生如在图4的上面的图表中所示的那样的电流曲线。在图4的中间的图表中示出了在节点INJ_HS上的电压曲线。

如果要最终切断电感式负载IL，则把第一控制接头SA1上的信号接至低电平，从而断开第二功率开关元件2，并且同样通过与门UND将第一功率开关元件1截止（sperrendgeschaltet）。由此，由于电感式负载IL-其中的磁场又减小-而在节点INJ_HS上建立起负电压，该负电压上升一定程度，直至齐纳二极管ZD1开始导通。第一MOS场效应晶体管T1的栅极通过其米勒电容而充电，并且因而又将第一MOS场效应晶体管T1导通。节点INJ_HS上的电压被固定（festgehalten）在对于齐纳二极管ZD1的导通所必需的高值上，由此可以使得电感式负载IL快速放电。

如果第一齐纳二极管ZD1的齐纳电压例如为63伏，与其串联的第一二极管D1上的电压为0.6伏，米勒平坦区电压为3伏，并且第一供给电压源VSQ1的电压为12伏，则节点INJ_HS上的用于再接通第一MOS场效应晶体管T1的必需电压为12V-63V-0.6V-3V=-54.6V，这在图4的中间的图表中可看到。

因而利用仅仅两个功率开关元件T1、T2和仅仅在这些功率开关元件与电感式负载IL之间的连接导线，就可以实现使得蓄存在电感式负载IL中的磁能快速地减小。

图3除了示出根据本发明的电路装置的如已在图1中示出的电路组成部分外，还示出了第二功率开关元件2的有利构造，其能实现很快地断开第二功率开关元件2。

第二功率开关元件2在此利用第二MOS场效应晶体管T2形成，其与自由振荡二极管FD连接的接头通过第三MOS场效应晶体管T3的负载线路与其栅极接头连接。第三MOS场效应晶体管T3的控制接头在此通过逆变器IV与第一控制接头SA1连接，从而第二和第三场效应晶体管T2、T3分别彼此相反地（gegengleich）受到操控。

如果因此第二MOS场效应晶体管T2操控为截止，则同时第三MOS场效应晶体管T3被控制成导通，从而第二MOS场效应晶体管T2快速且可靠地截止。

不仅第二而且第三场效应晶体管T2、T3都以其源极接头与自由振荡二极管FD的阳极连接，由此它们的衬底二极管相反极化地连接，就像自由振荡二极管FD一样，从而由此不会产生导通的线路（Pfad）。

在图3的实施例中，第一控制接头SA1通过第一驱动电路3和分压器（Spannungsteiler）R3、R4与第二MOS场效应晶体管T2的栅极接头连接。逆变器IV的输出端通过第二驱动电路4和限流电阻R2与第三MOS场效应晶体管T3的栅极接头连接，其中，该栅极接头还通过第一电阻R1与用于第一供给电压源VSQ1的低电势的第二接头连接，用于可靠的接地。

第二驱动电路4的输出端为了防护负电压而通过沿截止方向极化的第二二极管D2与用于第一供给电压源VSQ1的低电势GND的第二接头连接。第三MOS场效应晶体管T3的栅极-源极-线路（Gate-Source-Strecke）同样通过第二齐纳二极管ZD2被跨接，用于防护在第三MOS场效应晶体管T3的栅极接头上的负电压。

驱动电路3、4被第二供给电压源VSQ2供电。

Claims (7)

1.一种用于操控能够与负载接头（INJ_HS）连接的电感式负载（IL）的电路装置，所述电路装置具有第一MOS场效应晶体管（T1）和串联电路，所述第一MOS场效应晶体管连接在用于第一供给电压源（VSQ1）的高电势的第一接头（UV）与所述负载接头（INJ_HS）之间，所述串联电路由自由振荡二极管（FD）和第二MOS场效应晶体管（T2）构成，所述串联电路连接在所述负载接头（INJ_HS）与用于所述第一供给电压源（VSQ1）的低电势的第二接头（GND）之间，其中，所述自由振荡二极管（FD）以其阴极与所述负载接头（INJ_HS）连接，

其中，在所述第一MOS场效应晶体管（T1）的漏极接头和栅极接头之间连接着串联电路，所述串联电路由至少一个沿截止方向极化的第一齐纳二极管（ZD1）和沿导通方向极化的第一二极管（D1）构成，

其中，第一控制信号接头（SA1）与所述第二MOS场效应晶体管（T2）的栅极接头连接，且通过与电路（UND）与所述第一MOS场效应晶体管（T1）的栅极接头连接。

2.按权利要求1所述的电路装置，其特征在于，所述第二MOS场效应晶体管（T2）具有第一负载线路接头和第二负载线路接头以及栅极接头，所述第二负载线路接头与用于所述第一供给电压源（VSQ1）的低电势（GND）的接头连接，其中，在所述第一负载线路接头和所述栅极接头之间连接着第三MOS场效应晶体管（T3）的负载线路，其中，所述第一控制信号接头（SA1）通过逆变器电路（IV）与其栅极接头连接。

3.按权利要求2所述的电路装置，其特征在于，所述第二MOS场效应晶体管（T2）和所述第三MOS场效应晶体管（T3）被构造成n-MOS场效应晶体管，分别具有衬底二极管并且经过连接，从而这些衬底二极管相对于所述自由振荡二极管（FD）以相反的极性连接。

4.按权利要求2或3所述的电路装置，其特征在于，所述第一控制信号接头（SA1）通过第一驱动电路（3）和第二驱动电路（4）与第二或第三MOS场效应晶体管（T2、T3）的栅极接头连接。

5.按权利要求4所述的电路装置，其特征在于，所述第三MOS场效应晶体管（T3）的栅极接头通过第一电阻（R1）与用于所述第一供给电压源（VSQ1）的低电势（GND）的接头连接，并通过第二电阻（R2）与所述第二驱动电路（4）的输出端连接。

6.按权利要求4所述的电路装置，其特征在于，所述第二驱动电路（4）的输出端通过沿截止方向极化的第二二极管（D2）与用于所述第一供给电压源（VSQ1）的低电势（GND）的接头连接。

7.按权利要求2所述的电路装置，其特征在于，所述第三MOS场效应晶体管（T3）的栅极接头通过沿截止方向极化的第二齐纳二极管（ZD2）与所述第二MOS场效应晶体管（T2）的第一负载接头连接。

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