DE102008001114A1

DE102008001114A1 - Steuerschaltung und Steuerverfahren für Glühstiftkerzen zum Schutz vor Verpolung

Info

Publication number: DE102008001114A1
Application number: DE200810001114
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Schmidt; Ulrich Kawa; Frank Lehmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-04-10
Filing date: 2008-04-10
Publication date: 2009-10-15
Also published as: FR2930092A1; CN101557218A; ITMI20090546A1; IT1393819B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerschaltung (10) und ein Steuerverfahren für Glühstiftkerzen zum Schutz vor Verpolung, mit einer Steuereinheit (30) zum Ansteuern einer Glühkerze (20), wobei die Steuereinheit einen ersten Feldeffekttransistor (FET1) umfasst, der mit der Glühkerze in einem gemeinsamen Strompfad (P) verschaltet ist, und ein zweiter Feldeffekttransistor (FET2) vorgesehen ist, der gegenläufig mit dem ersten Transistor (FET1) verbunden ist, so dass der Stromfluss in dem Strompfad (P) in beiden Richtungen blockiert ist, und eine Schalteinheit (40) vorgesehen ist, die zum Aktivieren des zweiten Transistors (FET2) ausgebildet ist, so dass der Stromfluss in Richtung (D) des Strompfads (S) freigegeben werden kann, die der vorgeschriebenen Polung der Glühkerze (20) entspricht.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für Glühstiftkerzen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuerverfahren für Glühstiftkerzen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10 und die spezifische Verwendung eines ASICs nach Anspruch 12 in der Schaltung und dem Verfahren.
Ein aktuelles Glühzeitsteuergerät der vier Weltmarktführer Nagarez, Bosch, BERU und NGK mit erheblichem Stückzahlanteil ist mit dem ASIC L9524 der Firma STM ausgerüstet. Dieser ASIC ist ein stand-alone ASIC, der von der EDC (Electronic Data Control) mit eigener Spannungsversorgung im Master-Slave Prinzip gesteuert wird. Ein solches Glühzeitsteuergerät kann selbst beschädigt werden oder Schäden verursachen, wenn es z. B. beim Verbau in ein Fahrzeug durch den Kunden falsch angeschlossen wird.
Immer mehr Kunden fordern deshalb einen Verpolschutz, um bei falsch angeschlossener Batterie in dem Fahrzeug die angeschlossenen Kerzen und das Steuergerät nicht durch einen Stromfluss über die parasitäre Diode in einem Ansteuer-FET (Feldeffekttransistor) zu schädigen.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verpolschutz für Steuerschaltungen von Glühstiftkerzen bereitzustellen, der zuverlässig, einfach realisierbar und kostengünstig ist. Grundsätzlich gibt es verschiedene Möglichkeiten, einen solchen Verpolschutz zu realisieren.
So kann der Einbau eines Relais im Hauptpfad der Steuerschaltung für Glühstiftkerzen erwogen werden. Dadurch entsteht aber bei hohen Strömen ein erhöhter Platzbedarf durch ein großes Relais. Zudem bestehen Grenzen der Schüttelbelastbarkeit, und die Wärmeableitung ist problematisch.
Andererseits ist auch der Einbau einer Diode im Hauptpfad möglich. Der Spannungsverlust durch die Diode beträgt aber bis zu 1 V, womit Funktionseinschränkungen bei tiefen Spannungen entstehen. Außerdem ist die Diodengröße und -leistung bei hohen Strömen problematisch.
Abweichend davon wird die gestellte Aufgabe aber durch eine Steuerschaltung für Glühstiftkerzen nach dem kennzeichnenden Teil der Anspruchs 1 gelöst.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung besteht dabei in dem einfachen Aufbau der Steuerschaltung, nach der lediglich ein zweiter Feldeffekttransistor vorgesehen ist, der gegenläufig mit dem ersten Transistor verbunden ist, so dass der Stromfluss in dem Strompfad in beiden Richtungen blockiert ist, und eine Schalteinheit vorgesehen ist, die zum Aktivieren des zweiten Transistors ausgebildet ist, so dass der Stromfluss in der Richtung des Strompfads freigegeben werden kann, die der vorgeschriebenen Polung der Glühkerze entspricht. Durch ihren unkomplizierten Aufbau ist eine solche Verpolschutzschaltung besonders zuverlässig und zudem kostengünstig realisierbar.
Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Steuerschaltung sind in den Ansprüchen 2 bis 9 angegeben.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass die zwei Feldeffekttransistoren als jeweilige P-Kanal- oder als jeweilige N-Kanal-Transistoren ausgeführt sind. Der Einbau von P-Kanal FETs lässt dabei die einfache Aktivierung des Transistors ohne Ladungspumpe zu. Gleichzeitig ist eine gute Wärmeableitung realisierbar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Schalteinheit eine Ladungspumpe umfasst, insbesondere in dem Fall, in dem die Feldeffekttransistoren als N-Kanal-Transistoren ausgeführt sind. Auch dadurch lässt sich eine gute Wärmeableitung realisieren. Zudem ist der Einbau von N-Kanal FETs deutlich günstiger als der von vergleichbaren P-Kanal FETS.
In einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Schutzeinheit vorgesehen, die zum Überwachen der Schalteinheit und zum Deaktivieren des ersten Feldeffekttransistors ausgebildet ist, wenn ein Deaktivierungskriterium erfüllt ist. Dadurch kann ein Stromfluss unter definierten Bedingungen blockiert werden.
Das Deaktivierungskriterium ist dabei in vorteilhafter Weise dann erfüllt, wenn der Aktivierungswert einer elektrischen Kenngröße der Schalteinheit kleiner oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert dieser Größe ist. Dadurch kann z. B. ein Fehler der Schalteinheit auf besonders einfache Art und Weise erkannt und eine Fehlfunktion der Steuerschaltung ausgeschlossen werden.
Die elektrische Kenngröße ist dabei bevorzugt eine Spannung, die besonders leicht messbar ist bzw. als Steuergröße schon einer Überwachung unterliegt.
Wenn der vorgegebene Grenzwert der Spannung wenigstens 3,5 Volt über einer Versorgungsspannung der Schaltung liegt ist zudem eine besonders zuverlässige Deaktivierung möglich.
Unter Gesichtspunkten der Platzersparnis ist es von Vorteil, wenn die Steuereinheit einen elektrischen oder elektronischen Baustein umfasst, der zum anwendungsspezifischen Steuern des ersten Feldeffekttransistors angepasst ist, und die Schutzeinheit einheitlich mit diesem Baustein ausgebildet ist.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Ladungspumpe einheitlich mit dem Baustein ausgeführt ist. Dadurch wird diese als separates Bauteil überflüssig, was den Aufbau der Steuerschaltung vereinfacht und zudem Kosten spart.
Die vorstehend gestellt Aufgabe wird auch durch ein Steuerverfahren für Glühstiftkerzen nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 10 gelöst.
Ein wesentlicher Punkt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht dabei in dem einfachen Steuerungsablauf, nach dem ein zweiter Feldeffekttransistors in dem Strompfad verschaltet wird, so dass dieser gegenläufig mit dem ersten Transistor verbunden ist, und ein Stromfluss in diesem Strompfad in beiden Richtungen blockiert ist, und der zweite Transistor aktiviert wird, so dass der Stromfluss in der Richtung des Strompfads freigegeben ist, die der vorgeschriebenen Polung der Glühkerzen entspricht. Auch hier gewährleistet der einfache Verfahrensablauf einen zuverlässigen und kostengünstigen Schutz vor Verpolung.
Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind im Unteranspruch 11 angegeben.
Danach wird der Aktivierungswert einer elektrischen Kenngröße am zweiten Feldeffekttransistor bevorzugt überwacht, und der erste Feldeffekttransistor deaktiviert, wenn dieser Wert einem vorgegebenem Grenzwert dieser Größe entspricht oder darunter fällt. Dadurch kann ein Stromfluss zuverlässig blockiert werden, selbst wenn die Steuerschaltung einen Fehler aufweisen sollte.
Ein besonders einfacher und dadurch zuverlässiger sowie platzsparender Aufbau der erfindungsgemäßen Steuerschaltung ergibt sich, indem die Ladungspumpe eines ASICs in einer Schalteinheit zum Aktivieren des zweiten Feldeffekttransistors verwendet wird.
Die erfindungsgemäße Steuerschaltung und das Steuerverfahren werden im Folgenden anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Gleiche oder gleichwirkende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 eine erfindungsgemäße Steuerschaltung für Glühstiftkerzen in einer standardmäßigen (vorgeschriebenen) Polung, mit einer Schalt- und Schutzeinheit, die weitgehend in die Steuereinheit integriert ist;
2 die erfindungsgemäße Steuerschaltung der 1 in einer nicht standardmäßigen (umgekehrten) Polung, bei der die Schalt- und Schutzeinheit nicht dargestellt sind;
3 eine bekannte Steuerschaltung für Glühstiftkerzen in einer standardmäßigen (vorgeschriebenen) Polung, und
4 die bekannte Steuerschaltung der 3 in einer nicht standardmäßigen (umgekehrten) Polung.
Ausführungsformen der Erfindung
Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Steuerschaltung 10 für Glühstiftkerzen 20 in einer standardmäßigen (vorgeschriebenen) Polung, mit einer Schalt- und Schutzeinheit 40 bzw. 50, die weitgehend in eine Steuereinheit 30 der Schaltung 10 integriert ist. Im Hauptstrompfad P (Path) der Schaltung 10 sind erfindungsgemäß zwei gegenläufig verschaltete Feldeffekttransistoren FET1 und FET2 angeordnet, die polungsgemäß von einem Strom in Richtung D (Direction) durchflossen werden. Ohne Aktivierung des Transistors FET2 fließt dabei der Strom durch dessen parasitäre Diode (dargestellt durch die gepunktete Linie), wodurch der Transistor FET2 überladen wird. Um den Transistor FET2 zu aktivieren, wird eine Spannung U > Ubatt + 3,5 V am Gattereingang angelegt, die eine zuverlässige Aktivierung gewährleistet. Dies wird durch eine separate Ladungspumpe der Schalteinheit 40 oder – wie hier gezeigt – durch Verwendung einer schon vorhandenen Ladungspumpe 41 eines elektronischen Bausteins A (ASIC) realisiert, in diesem Beispiel einem ASIC L9524. Die Ladungspumpe 41 ist dabei über einen Schalttransistor 42 mit dem Transistor FET2 verbunden. Ist die Spannung der Ladungspumpe 41 zu niedrig, wenn die Transistoren FET1 und FET2 im aktiven Zustand arbeiten, wird dies durch die Schutzeinheit 50 zur Überwachung der Ladungspumpe detektiert und der Transistor FET1 über das Signal GTx (General Timer) deaktiviert. Die Schutzeinheit 50 ist hier wie die Schalteinheit 40 in dem Baustein A integriert, womit diese Lösung jegliche zusätzliche Teile vermeidet und somit besonders platzsparend aufgebaut ist. Bei Überladung des Transistors FET2 kann dadurch kein Strom fließen und die Schaltung 10 ist auf einfache und zuverlässige Weise geschützt.
2 zeigt die erfindungsgemäße Steuerschaltung 10 der 1 in einer nicht standardmäßigen (umgekehrten) Polung, bei der die Schalt- und Schutzeinheit 40 bzw. 50 nicht dargestellt sind. Diese sind grundsätzlich auch als separate Einheiten oder in andere geeignete Funktionsgruppen der Fahrzeugelektronik integriert ausführbar. Unter der Bedingung umgekehrter Polung der 2 wird der Stromfluss durch den gegenläufig verschalteten Transistor FET2 verhindert. Seine parasitäre Diode und der gesperrte, d. h abgeschaltete Transistor blockieren den Stromfluss in Richtung D des Strompfads P. Damit erfüllt FET2 seine Funktion und eine Beschädigung der Glühstiftkerze 20 und/oder der Transistoren FET1, FET2 ist einfach und zuverlässig ausgeschlossen.
3 zeigt dagegen eine bekannte Steuerschaltung 10 für Glühstiftkerzen 20 in einer standardmäßigen (vorgeschriebenen) Polung. Im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Ausführung einer Steuerschaltung ist in dem Hauptstrompfad P der Steuerschaltung 10' allein der Feldeffekttransistor FET1 angeordnet. Eine Steuereinheit 30' umfasst hier neben dem Transistor FET1 auch einen elektronischen Baustein A' (ASIC), ebenfalls einen ASIC L9524. Dieser steuert den Transistor FET1 über das Signal GTx an, worauf dieser wiederum die Glühstiftkerze 20 lädt.
4 zeigt die bekannte Steuerschaltung 10 der 3 in einer nicht standardmäßigen (umgekehrten) Polung. Bei einer solchen Fehlschaltung fließt der Strom in Richtung D des Strompfads P und damit durch die parasitäre Diode des Transistors FET1. Dadurch werden entweder die Glühkerze oder der Transistor beschädigt, was durch die erfindungsgemäße Gestaltung einer Steuerschaltung auf einfache, zuverlässige und kostengünstige Art und Weise ausgeschlossen wird.

Claims

Steuerschaltung (10) für Glühstiftkerzen zum Schutz vor Verpolung, mit einer Steuereinheit (30) zum Ansteuern einer Glühkerze (20), wobei die Steuereinheit einen ersten Feldeffekttransistor (FET1) umfasst, der mit der Glühkerze in einem gemeinsamen Strompfad (P) verschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Feldeffekttransistor (FET2) vorgesehen ist, der gegenläufig mit dem ersten Transistor (FET1) verbunden ist, so dass der Stromfluss in dem Strompfad (P) in beiden Richtungen blockiert ist, und eine Schalteinheit (40) vorgesehen ist, die zum Aktivieren des zweiten Transistors (FET2) ausgebildet ist, so dass der Stromfluss in der Richtung (D) des Strompfads (S) freigegeben werden kann, die der vorgeschriebenen Polung der Glühkerze (20) entspricht.
Schaltung (10) nach Anspruch 1, bei der die zwei Feldeffekttransistoren (21, FET2) als jeweilige P-Kanal- oder als jeweilige N-Kanal-Transistoren ausgeführt sind.
Schaltung (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Schalteinheit (40) eine Ladungspumpe (41) umfasst, insbesondere in dem Fall, in dem die Feldeffekttransistoren (FET1, FET2) als N-Kanal-Transistoren ausgeführt sind.
Schaltung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der eine Schutzeinheit (50) vorgesehen ist, die zum Überwachen der Schalteinheit (40) und zum Deaktivieren des ersten Feldeffekttransistors (FET1) ausgebildet ist, wenn ein Deaktivierungskriterium erfüllt ist.
Schaltung (10) nach Anspruch 4, bei der das Deaktivierungskriterium erfüllt ist, wenn der Aktivierungswert einer elektrischen Kenngröße der Schalteinheit (40) kleiner oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert dieser Größe ist.
Schaltung (10) nach Anspruch 5, bei der die elektrische Kenngröße eine Spannung ist.
Schaltung (10) nach Anspruch 6, bei welcher der vorgegebene Grenzwert der Spannung wenigstens 3,5 Volt über einer Versorgungsspannung der Schaltung (10) liegt.
Schaltung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei der die Steuereinheit (30) einen elektrischen oder elektronischen Baustein (A) umfasst, der zum anwendungsspezifischen Steuern des ersten Feldeffekttransistors (FET1) angepasst ist, und die Schutzeinheit (50) einheitlich mit diesem Baustein (A) ausgebildet ist.
Schaltung (10) nach Anspruch 8, bei der die Ladungspumpe (41) einheitlich mit dem Baustein (A) ausgeführt ist.
Steuerverfahren für Glühstiftkerzen zum Schutz vor Verpolung, mit einer Steuereinheit (30) zum Ansteuern einer Glühkerze (20), wobei die Steuereinheit einen ersten Feldeffekttransistor (FET1) umfasst, der mit der Glühkerze (20) in einem gemeinsamen Strompfad (P) verschaltet ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Verschalten eines zweiten Feldeffekttransistors (FET2) in dem Strompfad (S), so dass dieser gegenläufig mit dem ersten Transistor (FET1) verbunden ist, und ein Stromfluss in diesem Strompfad (S) in beiden Richtungen blockiert ist, und Aktivieren des zweiten Transistors (FET2), so dass der Stromfluss in der Richtung (D) des Strompfads (S) freigegeben ist, die der vorgeschriebenen Polung der Glühkerzen (20) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Aktivierungswert einer elektrischen Kenngröße am zweiten Feldeffekttransistor (FET2) überwacht wird, und der erste Feldeffekttransistor (FET1) deaktiviert wird, wenn dieser Wert einem vorgegebenem Grenzwert dieser Größe entspricht oder darunter fällt.
Verwendung der Ladungspumpe (41) eines ASICs in einer Schalteinheit (40) zum Aktivieren des zweiten Feldeffekttransistors (FET2) nach einem der vorstehenden Ansprüche.