DE19704808A1 - Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zur An­ steuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers, insbeson­ dere eines Magnetventils, sind aus der DE-OS-44 26 021 be­ kannt. Dort werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers beschrie­ ben, wobei der Verbraucher durch zwei Teilinduktivitäten ge­ bildet wird. Über ein Schaltmittel ist der Verbraucher mit Masse verbindbar. Eine Teilinduktivität ist über ein zweites Schaltmittel ebenfalls mit Masse verbindbar.

Dadurch ist es möglich, nur die Teilinduktivität oder die gesamte Induktivität des Verbrauchers zu bestromen. Beim Öffnen der Schaltmittel treten bedingt durch die Induktivi­ tät des Verbrauchers am Verbindungspunkt zwischen Induktivi­ tät und Schaltmittel sehr hohe Spannungen auf, die zu einer Beschädigung des Schaltmittels führen können.

Es ist bekannt, daß zum Schutz der Schaltmittel zwischen dem Verbindungspunkt zwischen dem Schaltmittel und der Indukti­ vität sowie dem Steuereingang des entsprechenden Schaltmit­ tels eine Zenerdiode geschaltet wird.

Wird nun der Verbindungspunkt zwischen der Gesamtinduktivi­ tät und dem Schaltmittel, das die Gesamtinduktivität steu­ ert, mit einer Zenerdiode verbunden, so treten beim Abschal­ ten sehr hohe Spannungen auf. Aus diesem Grund werden Zener­ dioden mit einer entsprechenden Spannungsfestigkeit benö­ tigt. Diese sind zum einen teuer und können nur schwer in einen integrierten Schaltkreis realisiert werden.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfah­ ren einer Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagneti­ schen Verbrauchers der eingangs genannten Art einen Schutz des Schaltmittels vor Überspannungen mit geringem Aufwand zu gewährleisten.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren haben den Vorteil, daß die Schaltmittel sicher vor Überspannungen geschützt sind, wobei der Aufwand sehr gering ist.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbil­ dungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn­ zeichnet.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Blockdiagramm der wesentlichen Elemente der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung und Fig. 2 verschiedene über der Zeit aufgetragene Signale.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist schematisch eine Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Bei dem elektro­ magnetischen Verbraucher handelt es sich vorzugsweise um ei­ ne Spule 100 eines Magnetventils, das im Bereich der Kraft­ stoffzumessung eingesetzt wird. Die Verwendung der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens ist aber nicht auf den Einsatz bei der Kraftstoffzumessung beschränkt. Es kann bei allen elektromagnetischen Verbrau­ chern vorzugsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, bei dem es auf einen schnellen Schaltvorgang beim Ein- und Aus­ schalten ankommt.

Erfindungsgemäß weist die Spule 100 des Verbrauchers drei Anschlüsse auf. Ein erster Anschluß 101 steht mit der Ver­ sorgungsspannung Ubat in Verbindung. Der zweite Anschluß 102 steht über ein erstes Schaltmittel 105 sowie über ein Strom­ meßmittel 110 mit Masse 111 in Verbindung. Der dritte An­ schluß 103, bei dem es sich vorzugsweise um einen Mittelab­ griff der Spule handelt, steht über ein zweites Schaltmittel 115 und ein weiteres Strommeßmittel 120 ebenfalls mit Masse 111 in Verbindung. Eine Steuereinheit 130 bestimmt ausgehend von verschiedenen Signalen, die von Sensoren 140 oder ande­ ren Steuereinheiten bereitgestellt werden, Ansteuersignale für das erste und zweite Schaltmittel.

Die Windungen zwischen den Anschlüssen 101 und 103 bilden eine erste Teilinduktivität. Wobei der Stromfluß durch diese Teilinduktivität mittels des Schaltmittels 115 steuerbar ist. Die Windungen zwischen den Anschlüssen 102 und 103 bil­ den eine zweite Teilinduktivität. Die Windungen zwischen den Anschlüssen 101 und 102 bilden die Gesamtinduktivität. Wobei der Stromfluß durch diese Gesamtinduktivität mittels des Schaltmittels 105 steuerbar ist.

Des weiteren verarbeitet die Steuereinheit 130 ein Signal, des dem durch die Strommeßmittel 110 und 120 fließenden Strom entspricht.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgese­ hen, daß anstelle der beiden Strommeßmittel 110 und 120 le­ diglich ein Strommeßmittel 150 vorgesehen ist.

Die ersten und zweiten Schaltmittel sind vorzugsweise als Transistoren insbesondere als Feldeffekttransistoren reali­ siert.

Die Strommeßmittel 110 und 120 sind vorzugsweise als ohmsche Widerstände realisiert, wobei der Spannungsabfall an den beiden Anschlüssen der Widerstände als Signal bezüglich des durch die Verbraucher fließenden Ströme verwendet wird. Ins­ besondere ist vorgesehen, daß die Steuereinheit 130 den durch die Spulen fließenden Strom auf vorgegebene Werte ein­ regelt. Besonders vorteilhaft ist die eingezeichnete Reali­ sierung, daß jedem Schaltmittel ein Strommeßwiderstand zuge­ ordnet ist. Dadurch ist es möglich, den Strom durch beide Teilspulen jeweils auf vorgegebene Werte zu regeln.

Zwischen dem zweiten Anschluß 102 der Spule und dem Gate- Anschluß des ersten Schaltmittels 105 ist eine Diode 160 ge­ schaltet. Diese Diode ist so geschaltet, daß sie bei durch­ geschaltetem Schaltmittel 105 den Stromfluß von der Versor­ gungsspannung zur Masse 111 freigibt.

Beim Öffnen eines der Schaltmittel steigt die Spannung am Verbindungspunkt zwischen dem Schaltmittel und der Indukti­ vität stark an. Dieser Spannungsanstieg kann zu einer Be­ schädigung des Schaltmittels führen.

Wird eine Zenerdiode zwischen dem Anschluß 102 und dem Steu­ eranschluß des Schaltmittels 105 geschaltet, so muß eine Zenerdiode mit einer sehr hohen Spannungsfestigkeit verwen­ det werden, um die gewünschte Spannungswerte am Anschluß 102 erzielen zu können.

Wird die Zenerdiode zwischen dem Anschluß 103 und dem Steu­ eranschluß des Schaltmittels 115 geschaltet, so ist eine Be­ grenzung der Spannung am Anschluß 102 nicht möglich.

Um die Spannung am Anschluß 102 auf einen Wert zu begrenzen, der größer ist als die verwendete Zenerdiode, wird erfin­ dungsgemäß vorgeschlagen, daß eine Zenerdiode 170 zwischen dem dritten Anschluß 103 der Spule 100 und dem Gate-Anschluß des ersten Schaltmittels 105 geschaltet wird. Diese Zenerdi­ ode 170 ist derart beschaltet, daß die Zenerdiode 170 den Stromfluß freigibt, wenn beim Abschalten die Spannung am dritten Anschluß 103 die Zenerspannung der Zenerdiode 170 übersteigt.

Der Verbindungspunkt zwischen der Teilinduktivität und dem Schaltmittel, das die Teilinduktivität steuert, steht über eine Zenerdiode mit dem Steueranschluß des Schaltmittels in Verbindung, das die Gesamtinduktivität steuert.

Dies bedeutet, daß der Spannungsabfall an der Teilinduktivi­ tät, die durch die Spule zwischen den Anschlüssen 101 und 103 gebildet wird, zur Steuerung des Stromflusses durch die Gesamtinduktivität, die durch die Spule zwischen den An­ schlüssen 101 und 102 gebildet wird, verwendet wird.

In Fig. 2 sind verschiedene Signale über der Zeit t aufge­ tragen. In Teilfigur 2a ist der Strom I, der durch den Ver­ braucher fließt, über der Zeit t aufgetragen. In Teilfi­ gur 2b ist die Spannung U1, die am dritten Anschluß 103 der Spule anliegt, eingezeichnet. Die Fig. 2c zeigt die Span­ nung U2, die am zweiten Anschluß 102 der Spule anliegt. Es ist der Verlauf eines Einspritzvorganges über der Zeit auf­ getragen.

Bis zum Zeitpunkt t1 wird die Spule nicht bestromt. Dies be­ deutet, die beiden Schaltmittel 105 und 115 sind in ihrem offenen Zustand. Dies bedeutet, der Strom nimmt den Wert 0 an. Die Spannungen an den Anschlüssen 102 und 103 liegen auf einem Wert, der deutlich über 0 liegt.

Zum Zeitpunkt t1 beginnt die Ansteuerung des Magnetventils. Vorzugsweise wird in einer ersten Phase bis zum Zeitpunkt t2 nur die Teilinduktivität bestromt, d. h. es wird lediglich das Schaltmittel 115 derart angesteuert, daß es den Strom­ fluß durch die Teilspule zwischen den Anschlüssen 101 und 103 freigibt. Dies hat zur Folge, daß der Strom I schnell auf einen relativ hohen Wert, den Anzugstrom IA, ansteigt. Die Spannung U1 und die Spannung U2 fällt gleichzeitig auf einen Wert nahe 0 ab. Dabei ist die Spannung U1 geringfügig niederer als die Spannung U2.

Zum Zeitpunkt t2 wird das erste Schaltmittel 105 derart an­ gesteuert, daß es den Stromfluß durch die Gesamtspule frei­ gibt. Gleichzeitig wird der Strom auf einen niederen Hal­ testrom IH geregelt.

Zum Zeitpunkt t3 endet die Ansteuerung. Dies bedeutet, das erste Schaltmittel 105 wird wieder geöffnet. Dies hat zur Folge, daß die Spannungen U1 und U2 stark ansteigen. Auf­ grund der Induktivität steigen die beiden Spannungen deut­ lich über die Versorgungsspannung Ubat an. Da die Induktivi­ tät der Teilspule geringer ist als die der Gesamtspule, ist die U1 am dritten Anschluß 103 geringer als die Spannung U2 am Anschluß 102.

Erreicht die Spannung am Anschluß 103 die Zenerspannung UZ der Zenerdiode 170, so gibt diese den Stromfluß frei, und das Schaltmittel 105 wird derart angesteuert, daß die Span­ nung am Anschluß 103 auf dem Wert UZ verbleibt. Dies hat zur Folge, daß auch die Spannung U2 am Anschluß 102 auf ihrem erreichten Wert verbleibt. Da die Induktivität der Ge­ samtspule größer ist als die Teilinduktivität, wird diese Spannung deutlich höher sein als die Spannung am An­ schluß 103.

Mittels der Zenerdiode 170 kann die Spannung am Anschluß 103 und damit auch am Anschluß 102 auf einen konstanten Wert, der von der Zenerspannung der Diode 170 abhängt, eingestellt werden. Die Zenerdiode greift die Spannung an der Teilinduk­ tivität (Anschluß 103) ab und steuert das Schaltmittel 105 an, das den Stromfluß durch die Gesamtinduktivität steuert. Dadurch ist es möglich, die Spannung am Anschluß 102 auf ei­ nen Wert zu begrenzen, der deutlich höher ist, als die Durchbruchsspannung der Zenerdiode.

Mit einer billigen und einfachen Zenerdiode, die eine kleine Durchbruchsspannung aufweist, kann eine Spannung auf einen wesentlich größeren Wert begrenzt werden. Dadurch ist es möglich, eine wesentlich billigere Diode zu verwenden bzw. es wird sogar möglich, die Diode 170 zu integrieren.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers (100), wobei der Verbraucher (100) durch wenig­ stens zwei Teilinduktivitäten gebildet wird, daß der Ver­ braucher über ein erstes Schaltmittel (105) mit Masse und eine Teilinduktivität über ein zweites Schaltmittel (115) mit Masse verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß Mit­ tel (170) vorgesehen sind, die das erste Schaltmittel (105) abhängig von einer an einem Verbindungspunkt (103) zwischen der Teilinduktivität und dem zweiten Schaltmittel (115) an­ liegenden Spannung ansteuern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schaltmittel (105), bei einer vorgegebenen Span­ nung an dem Verbindungspunkt (103), den Stromfluß freigibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen dem Verbindungspunkt (103) und dem Steuer­ anschluß des ersten Schaltmittels (105) eine Zenerdiode (170) geschaltet ist.

4. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zenerdiode (170) derart geschaltet ist, daß das erste Schaltmittel (105) durchgesteuert wird, wenn an dem Verbindungspunkt (103) eine Spannung anliegt, die der Zenerspannung der Zenerdiode entspricht.

5. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilinduktivitäten in Reihe geschal­ tet sind.