DE4133016C2 - Strombegrenzer in einer Zündvorrichtung für Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Strombegrenzer in einer Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im allgemeinen besitzen Verbrennungsmotoren sowie Auto-Benzinmotoren eine Vielzahl von Zylindern, bei denen die Reihenfolge der Kraftstoffeinspritzung, die Zündreihenfolge und ähnliches in einer optimalen Weise durch eine computergesteuerte elektronische Steuereinheit, genannt "ECU", gesteuert werden.

Der Zündzeitpunkt der Zylindern eines solchen Motors wird durch Unterbrechung der Stromzuführung an die Primärwicklung einer Zündspule bestimmt, und die Sekundärwicklungsspannung, die über der Sekundärwicklung der Zündspule aufgrund des Unterbrechens der Primärstromversorgung entsteht, muß zur Erzeugung eines Funkens zwischen den Elektroden einer an die Sekundärwicklung der Zündspule angeschlossenen Zündkerze eine ausreichend hohe Energie besitzen. Zusätzlich ist es notwendig, die so erzeugte Sekundärwicklungsspannung auf einen geeigneten Energiepegel, der keinen dielektrischen Durchbruch von elektronischen oder elektrischen Komponenten der Zündvorrichtung verursacht, zu begrenzen, wobei die Durchbruchspannungen der Komponenten entsprechend von bewerteten, für die Komponenten vorbestimmten Widerstandsspannungen, bestimmt werden. Deswegen muß ein maximaler Wert des Primärwicklungsstromes auf einen vorbestimmten Wert begrenzt werden. Jedoch ändert sich aufgrund der Betriebsbedingungen des Motors die Größe der Spannung, die von einer Gleichstromenergieversorgung, wie zum Beispiel einer Speicherbatterie, an die Zündspule zur richtigen Zündung angelegt wird, so daß üblicherweise die Zündvorrichtung mit einem Strombegrenzer ausgerüstet ist, um den Primärwicklungsstrom auf einen geeigneten Pegel entsprechend der Betriebsbedingungen des Motors zu begrenzen.

Herkömmliche Strombegrenzer werden durch die Basis-Emitterspannung eines Leistungstransistors betrieben, der eine Zündspule steuert, um die Stromversorgung an ihre Primärwicklung anzulegen oder zu trennen.

Fig. 3 zeigt die Schaltungsanordnung eines typischen Beispiels eines derartigen Strombegrenzers, der im allgemeinen in einer Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor verwendet wird. In dieser Figur ist eine Gleichstromenergiequelle 1 in Form einer mit einer Quellenspannung VB verbundenen Speicherbatterie an eine Zündspule 2 angeschlossen, die eine Primärwicklung 2a und eine Sekundärwicklung 2b besitzt, wovon die letztere mit einer der Elektroden einer Zündspule 3 verbunden ist, dessen andere Elektrode mit der Erdung verbunden ist. Ein Leistungstransistor 4, der ein Transistorenpaar zur Bildung einer Darlington-Schaltung enthält, weist einen gemeinsamen, an die Primärwicklung 2a der Zündspule 2 angeschlossenen Kollektor auf, und eine Basis, die an einen Knotenpunkt zwischen einem mit einem Knotenpunkt zwischen der Speicherbatterie 1 und der Primärwicklung 2a angeschlossenen Widerstand 5 und einem Kollektor eines Steuer-Transistors 6 angeschlossen ist, der einen Emitter mit der Erdung verbundenen Emitter aufweist. Der Steuer-Transistor 6 ist in eine ECU (nicht gezeigt) eingebaut. Ein Strombegrenzer, der im allgemeinen durch die Bezugszahl 10 bezeichnet ist, ist an den Emitter und den Kollektor des Leistungstransistors 4 angeschlossen. Der Strombegrenzer 10 enthält einen Strom-fühlenden Widerstand 11, der mit dem Emitter des Leistungstransistors 4 und mit der Erdung verbunden ist, um eine Primärspannung VD entsprechend eines durch den Leistungstransistor 4 fließenden Primärstromes I1 zu fühlen, eine Bezugsspannungsquelle 12 zur Erzeugung einer Bezugsspannung VR zum Vergleich mit der Primärspannung VD wie durch den Strom-fühlenden Widerstand 11 gefühlt, und einen Differenzverstärker 20 zur Absorption eines Senkenstroms IS von einem Basisstrom IB4, der an die Basis des Leistungstransistors 4 im Verhältnis zu einer Abweichung oder Differenz der gefühlten Primärspannung VD und der Bezugsspannung VR angelegt wird. Der Differenzverstärker 20 weist einen ersten oder nicht invertierten Eingang auf, der mit der Bezugsspannungsquelle 12 zur Zuführung der Bezugsspannung VR verbunden ist, einen zweiten oder invertierten Eingang, der mit einem Knotenpunkt zwischen dem Emitter des Leistungstransistors 4 und dem Widerstand 11 verbunden ist, um darauf die Primärspannung VD über den Widerstand 11 einzuprägen, und einen Ausgang S, der mit einem Knotenpunkt zwischen der Basis des Leistungstransistors 4 und dem Knotenpunkt zwischen dem Widerstand 5 und dem Kollektor eines Steuertransistors 6 verbunden ist. Der Differenzverstärker 20 wird durch die Summe einer Emitter-Basisspannung des Leistungstransistors 4 und der Spannung über dem Strom-fühlenden Widerstand 11 gesteuert, zur Absorption eines Teils des Basisstroms 1B4, der von der Speicherbatterie 1 an die Basis des Leistungstransistors 4 durch den Widerstand 5 als ein Senken-Strom IS fließt.

Fig. 4 ist ein Schaltplan, der eine genauere Struktur des Differenzverstärkers 20 aus Fig. 3 zeigt. In dieser Figur enthält die Bezugsspannungsquelle 12 von Fig. 3 eine an die Speicherbatterie 1 durch den Widerstand 5 angeschlossene Konstantstromquelle 12a zur Erzeugung eines konstanten Stroms, und einen NPN-Transistor 12b, der zwischen die Konstantstromquelle 12a und der Erdung geschaltet ist. Der Transistor 12b weist einen Kollektor auf, der an die Konstantstromquelle 12a angeschlossen ist, eine Basis, die direkt an seinen Kollektor zur Bildung einer Diodenstrecke angeschlossen ist, und einen geerdeten Emitter. Ein Knotenpunkt zwischen der Konstantstromquelle 12a und dem Kollektor des Transistors 12b ist an den ersten oder nicht invertierten Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 20 angeschlossen, um daran über den Transistor 12b eine Bezugsspannung VR anzulegen.

Der Differenzverstärker 20 enthält einen NPN-Transistor 21, der eine Basis aufweist, die an den Knotenpunkt zwischen der Konstantstromquelle 12a und dem Kollektor des Transistors 12b angeschlossen ist, wobei die Basis als der erste oder Bezugseingangs des Differenzverstärkers 20 arbeitet, einen NPN-Transistor 22, der eine Basis aufweist, die an einen Knotenpunkt zwischen dem Kollektor eines Leistungstransistors 4 und dem Widerstand 11 angeschlossen ist, wobei die Basis als ein zweiter oder fühlender Eingang des Differenzverstärkers 20 arbeitet, einen PNP-Transistor 23, der einen Kollektor aufweist, der an den Kollektor des Transistors 21 angeschlossen ist, einen PNP-Transistor 24, der einen Kollektor aufweist, der an den Kollektor des Transistors 22 angeschlossen ist, einen NPN-Transistor 25, der einen Kollektor aufweist, der an die Basis des Leistungstransistor 4 angeschlossen ist, wobei der Kollektor als der Ausgang des Differenzverstärkers 20 dient, eine Basis, die an einen Knotenpunkt zwischen den Kollektoren der Transistoren 21, 23 angeschlossen ist und einen geerdeten Emitter, und einen Widerstand 26, dessen einer Anschluß mit einem Knotenpunkt A zwischen den Basen der Transistoren 21, 22 und dessen anderer Anschluß mit der Erdung verbunden ist. Die Emitter der Transistoren 23, 24 sind zusammen an die Basis eines Leistungstransistors 4 angeschlossen und seine Basen sind zur Bildung einer Stromspiegelschaltung miteinander verbunden. Die Basis und der Kollektor des Transistors 24 sind direkt miteinander verbunden, um einen Kurzschluß zu bilden.

Die Funktionsweise des oben erwähnten Strombegrenzers aus Fig. 4 wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 3 weiter beschrieben. Wenn der Steuertransistor 6 in einer nicht gezeigten ECU ausgeschaltet wird, um der Zündspule 2 die Energieversorgung zuzuführen, wird die Quellenspannung VB der Speicherbatterie 1 auf die Basis des Leistungstransistors 4 durch den Widerstand 5 eingeprägt, wodurch der Transistor 4 leitend wird. Als Folge davon beginnt ein Primärstrom I1 von der Primärwicklung 2a der Zündspule 2 an den Emitter des Leistungstransistors 4 durch dessen Kollektor zu fließen. Ein Teil des Primärstromes I1 verzweigt sich in den Strom-fühlenden Widerstand 11 von einem begrenzten Widerstandswert, so daß sich dort ein Spannungsabfall VD über dem Widerstand 11 ergibt.

Zugleich beginnt der Strombegrenzer 10, den Basisstrom IB4 an den Leistungstransistor 4 zu steuern, so daß die gefühlte Spannung VD über dem Widerstand 11, die dem Primärstrom II entspricht, gleich der Bezugsspannung VR über der Kollektor-Emitter Strecke des Transistors 12b, wie auf die Basis des Transistors 21 eingeprägt, eingestellt wird. Das bedeutet, wenn die gefühlte Spannung VD gleich der Bezugspannung VR wird, wird ein Teil des Basistroms IB4, der an die Basis des Leistungstransistors 11 zugeführt werden soll, als ein sogenannter Senkenstrom IS durch den Differenzverstärker 20 absorbiert, der einen negativen Regelkreis bildet, und dadurch wird die Größe des Basisstroms IB4 verkleinert. Als Folge davon wird der Primärstrom I1 gesteuert oder auf einen Pegel begrenzt, der einer vorbestimmten Bezugsspannung VR entspricht. In diesem Zusammenhang wird, wie in Fig. 4 gezeigt, ein konstanter Strom von einer Konstantstromquelle 12a an den Transistor 12b der Bezugsspannungsquelle 12 zugeführt, so daß die Bezugsspannung VR, die auf die Basis des Transistors 21 eingeprägt ist, auf einem konstanten Pegel gehalten wird. Im voraus ist die Bezugsspannung VR auf einen Wert gleich der gefühlten Spannung VD über dem Widerstand 11, der zu dem Zeitpunkt erzeugt wird, wenn der Primärstrom I1, der in die Primärwicklung 2a der Zündspule 2 fließt, einen vorbestimmten Grenzwert erreicht.

Falls die gefühlte Spannung VD die Bezugsspannung VR überschreitet, erhöht sich die Basisspannung des Transistors 22 an dem Strom-fühlenden Eingang des Differenzverstärkers 20, während die Basisspannung des Transistors 21 an den Bezugseingang des Differenzverstärkers 20 konstant bleibt. Deswegen wird der Transistor 22 durchgeschaltet, so daß sich die Spannung an dem Knotenpunkt A zwischen den Basen der Transistoren 21, 22 entsprechend erhöht, wobei der Transistor 21 in Richtung seines Ausschaltens beeinflußt wird.

Auf der anderen Seite arbeiten die Transistoren 23, 24, die zusammen eine Stromspiegelschaltung bilden, um Ströme derselben Größe fließen zu lassen, so daß, wenn der Transistor 21 ausgeschaltet wird, der Strom sich erhöht, der von dem Transistor 23 in den Ausgangstransistor 25 fließt. Als Folge davon absorbiert der Ausgangstransistor 25 einen Senkenstrom IS des Basisstroms IB4, der an die Basis des Leistungstransistors 4 im Verhältnis der Größe der gefühlten Spannung VD zugeführt wird, wobei der Primärstrom I1 dementsprechend auf einen vorbestimmten Wert entsprechend der Bezugsspannung VR abnimmt.

Diesbezüglich wird für den Strombegrenzer 10 gefordert, daß er so arbeitet, daß der Differenzverstärker 20 zur Steuerung des Basisstrom IB4 des Leistungstransistors 4 auf der Basis der Summe der Spannungen über der Basisemitterstrecke des Leistungstransistors 4 und der Spannung über dem Strom-fühlenden Widerstand 11 arbeitet. Jedoch ist die Größe des Basisstroms IB4 so groß, daß falls die Kapazität des Differenzverstärkers 20 unzureichend ist, der Pegel der gefühlten Primärspannung VD von seinem eigentlichen Pegel abweicht, und es dadurch für den Strombegrenzer 10 erschwert eine unerwartete vorbestimmte Begrenzungscharakteristik aufzuzeigen. Das bedeutet, daß der Ausgangstransistor 25 den Basisstrom IB4, der an die Basis des Leistungstransistors 4 angelegt wird, nicht zu einem befriedigenden Ausmaß absorbieren kann, sogar dann wenn die gefühlte Spannung VD einen dynamischen Eingangsbereich des Differenzverstärkers 20 überschreitet und den Basisstrom des Ausgangstransistors 25 auf einen Höchstwert bringt. Genau dann, wenn es einen Offset in dem Pegel der Spannung VD über den Widerstand 11 gibt, wie durch den Differenzverstärker 20 gefühlt, ist die Betriebskennlinie des Strombegrenzers 10 Spannungsabhängigkeit. Mit anderen Worten, die Betriebscharakteristik variiert abhängig von der so gefühlten Spannung, so daß der Strombegrenzungswert, auf den der Strombegrenzer 11 den Primärstrom I1 begrenzt, ansteigt, und eine Situation wird erreicht, bei der ein großer Sekundärstrom weit über einer vorbestimmten zulässigen Grenze entstehen kann, wenn der Leistungstransistor 4 abgeschaltet wird.

Durch den oben beschriebenen bekannten Strombegrenzer für einen Verbrennungsmotor, bei dem der Senkenstrom IS nur durch den einzigen Ausgangstransistor 25 absorbiert wird, ist es jedoch schwierig, den Basisstrom IB4 zu dem Leistungstransistor 4 zu einem befriedigenden Maße zu verringern, was das Problem zur Folge hat, daß ein übermäßiger Anstieg des in der Zündspule 2 fließenden Zündstroms nicht unterdrückt werden kann.

Um mit dieser Situation fertig zu werden, wird erwogen, den Verstärkungsfaktor des Ausgangstransistors 25 zu erhöhen, aber solch eine Maßnahme ist gewissen Beschränkungen und Nachteilen unterworfen. Insbesondere ist es allgemein bekannt, daß, wenn der Verstärkungsfaktor über einen gewissen Wert (z. B. größer als "1") erhöht wird und falls dann eine Phasendrehung in einem Rückkopplungssignal größer als 180° ist, der Strombegrenzer im allgemeinen Schwingungen erzeugt. Um dies zu verhindern, müssen teuere Maßnahmen getroffen werden, was eine komplizierte Anordnung und erhöhte Herstellungskosten zur Folge hat.

Ein bekannter Strombegrenzer mit den Oberbegriffsmerkmalen des Anspruchs 1 (US-A-4 899 715) ist dafür bestimmt, einen Teil des Stroms zu absorbieren, der von der Batterie zur Basis des Leistungstransistors zugeführt wird, und zwar in Übereinstimmung mit einer Spannungsdifferenz zwischen der Referenzspannung und der durch den stromfühlenden Widerstand erfaßten Spannung.

Dieser bekannte Strombegrenzer weist jedoch einen Strombegrenzungswert mit spannungsabhängiger Kennlinie auf.

Eine bekannte Impulsbreiten-Steuerschaltung (US-A-4 469 082), bei der ein Rückkopplungsbetrag in Abhängigkeit von einer Betriebstemperatur variiert wird, enthält einen Stromerfassungswiderstand 9, der mit einer aus einem Transistor und einer Stromquelle aufgebauten Referenzspannungsquelle verbunden ist. Dabei kann die Benutzung einer zweiten Referenzspannungsquelle zum Anpassen einer erfaßten Spannung dienen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Strombegrenzer der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß er den Primärwicklungsstrom einer Zündspule auf einen vorbestimmten Grenzwert begrenzen kann, der unabhängig von einer Spannung ist, die von dem stromfühlenden Widerstand gefühlt wird, um somit ein hochstabiles Betriebsverhalten zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Strombegrenzer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Der erfindungsgemäße Strombegrenzer, der einfach in seiner Konstruktion und preiswert in der Herstellung ist, besitzt den Vorteil, daß der Verstärkungsfaktor eines Differenzverstärkers ohne begleitende Schwingungen des Strombegrenzers erhöht werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung und deren Vorteile werden anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Schaltplan eines Strombegrenzers in einer Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor entsprechend eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 ist ein ähnliche Ansicht wie in Fig. 1, zeigt aber ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 ist ein Schaltplan einer bekannten Zündvorrichtung mit einem bekannten Strombegrenzer für einen Verbrennungsmotor; und

Fig. 4 ist ein Schaltplan des bekannten Strombegrenzers aus Fig. 3.

In den Zeichnungen werden die gleichen oder entsprechenden Teile durch die gleichen Symbole bezeichnet.

Mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genauer erläutert.

Fig. 1 zeigt zunächst einen Strombegrenzer 100 in einer Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor entsprechend eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Der angegebene Strombegrenzer 100 ist im wesentlichen ähnlich dem oben beschriebenen bekannten Strombegrenzer aus Fig. 4, und enthält deswegen eine Bezugsspannungsquelle 12, die eine Konstantstromquelle 12a und einen Transistor 12b, einen Differenzverstärker 20 enthält, der die Transistoren 21 bis 25 und einen Widerstand 26 enthält, und einen Strom-fühlenden Widerstand 11, wobei all diese dieselben Elemente sind, wie jene des bekannten Strombegrenzers 10 aus Fig. 4. Zusätzlich zu diesen Bauelementen enthält der Strombegrenzer 100 dieses Ausführungsbeispiels einen Widerstand 101, der zwischen einem Emitter des Transistors 25 und der Erdung geschaltet ist, und einen Transistor 102, der mit dem Transistor 25 in einer Emitterfolgerart verbunden ist, um eine Darlington-Schaltung zu bilden. Der Transistor 102 weist einen Kollektor auf, der mit einem Knotenpunkt zwischen einer Knotenpunkt IB4 und einem Kollektor des Transistors 25 verbunden ist, eine Basis, die mit dem Emitter des Transistors 25 verbunden ist und einen mit der Erdung verbundenen Emitter.

Die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels wird im folgenden unter der Annahme, daß der Strombegrenzer 100 dieses Ausführungsbeispiels in die bekannte Zündvorrichtung aus Fig. 3 eingebaut ist unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 3 beschrieben. Wenn ein in der Primärwicklung 2a der Zündspule 2 fließender Primärstrom I1 einen Grenzwert überschreitet, um einen Basisstrom zu erhöhen, der an die Basis des Ausgangstransistors 25 zu einem Aktivierungspegel zugeführt wird, wird der Ausgangstransistor 25 durchgeschaltet, so daß ein anderer Ausgangstransistor 102, der zur Bildung eines Darlington-Paares mit dem Transistor 25 verbunden ist auch durchgeschaltet wird. Als Folge davon besteht ein Senkenstrom IS, der ein Teil des zu absorbierenden Basisstroms IB4 an dem Leistungstransistor 4 ist, aus der Summe der Ströme durch den Transistor 25 und den Transistor 102.

In diesem Fall dient der Basisstrom des Ausgangstransistors 25 zur Steuerung des Basisstroms IB4 des Leistungstransistors 4 auf der Basis der Gesamtverstärkung der Stromvergrößerung, die durch den Stromverstärkungsfaktor des Transistors 25 multipliziert mit dem des Transistors 102 vorgegeben ist. Das bedeutet, daß die Größe des Senkenstromes IS abhängt von einem großen Wert der Gesamtstromvergrößerungs-Verstärkung, der durch das Produkt der einzelnen Stromvergrößerungs- Verstärkungen oder Faktoren der Transistoren 25, 102 gegeben ist, und deswegen so groß wird, daß sogar ein großer Basisstrom IB4 in einer zufriedenstellenden Art gesteuert werden kann.

Unter der Annahme, daß die Ausgangstransistoren 25, 102 zur Bildung einer Darlington-Schaltung in der oben beschriebenen Art verbunden sind, besteht andererseits die Gefahr, daß der niedrigere Grenzwert zur Aktivierung des Differenzverstärkers 20 die Basisspannung des Leistungstransistors 4 überschreitet. Falls die Quellenspannung VB der Speicherbatterie 1, die den Basisstrom IB4 an die Basis des Leistungstransistors 4 zuführt, ansteigt, wird die Steuer- oder Aktivierungsspannung zur Steuerung des Differenzverstärkers 20, der den an die Basis des Leistungstransistors 4 zugeführten Basisstrom IB4 steuert, durch die Basisspannung des Leistungstransistors 4 unterdrückt. Demzufolge wird der Grenzwert zur Begrenzung der Größe des Primärstroms I1 beeinflußt oder von der Basisspannung des Leistungstransistors 4 abhängig gemacht. Mit anderen Worten ausgedrückt, der Strombegrenzungswert besitzt eine spannungsabhängige Kennlinie.

Genauer ausgedrückt, wenn der Basisstrom IB4 entsprechend der ansteigenden Quellenspannung VB ansteigt, wird es schwierig, den Primärwicklungsstrom I1 auf einem vorbestimmten Wert zu halten oder zu begrenzen, es sei denn, ein die ursprüngliche oder normale Quellenspannung überschreitender zusätzlicher oder extra Strom, wird absorbiert.

Andererseits wird die Basisspannung des Ausgangstransistors 25 durch die Emitterströme der Ausgangstransistoren 25, 102 bestimmt. Dementsprechend wird, um die niedrigere Grenzaktivierungsspannung für den Differenzverstärker 20 sicherzustellen, gefordert, daß die Summe der Basisspannung des Transistors 25 und der Kollektor-Emitterspannung des Transistors 23 zu dem Zeitpunkt, wenn der Senkenstrom IS im Bereich einer Änderung der Quellenspannung VB am größten wird, kleiner ist als die Basisspannung des Leistungstransistors 4.

Das bedeutet, falls die Summe der Basis-Emitterspannungen der Ausgangstransistoren 25, 102 und die Kollektor-Emitterspannung des Transistors 23 kleiner als die Summe der Basis-Emitterspannung des Leistungstransistors 4 und der Spannung über dem Strom-fühlenden Widerstand 11 eingestellt wird, daß es keine Abweichung in dem Differenzverstärker 20 auftritt, so daß der Strombegrenzungswert keine Spannungs­ abhängigkeit zeigt.

Im allgemeinen ist die Basis-Emitterspannung eines Transistors proportional zu der Stromdichte des Emitterstroms. Wenn die Flächen der Emitterzellen größer werden, steigt deswegen die Stromdichte pro Einheitsfläche an, wobei ein Abfall in der niedrigeren Grenzaktivierungsspannung für den Differenzverstärker 20 ermöglicht wird. Deswegen ist es notwendig, zum Zweck des Herabsetzens der unteren Begrenzungsaktivierungsspannung eines Differenzverstärkers 20, daß die Emitterzellen der Ausgangstransistoren 25, 102 auf geeignete Größen vergrößert werden, die geeignet sind, die Emitterspannung der Transistoren 23, 24 kleiner als die Basisspannungen des Leistungstransistors 4 zu machen. Damit kann der Differenzverstärker 20 ohne Ausfall betrieben werden, unabhängig von Schwankungen oder einem Anstieg der Quellenspannung VB, und die Spannungsabhängigkeit der strombegrenzenden Kennlinie des Strombegrenzers 100 wird somit in einer zuverlässigen Art und Weise unterdrückt.

Obwohl in dem obigen Ausführungsbeispiel die Bezugsspannungsquelle 12, die Konstantstromquelle 12a und den Transistor 12b enthält, kann eine gewöhnliche Gleichstromenergiequelle benutzt werden, die eine Konstantspannung an die Basis des Transistors 21 anlegen kann.

Fig. 2 zeigt einen Strombegrenzer 200 entsprechend eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Der Strombegrenzer 200 dieses Ausführungsbeispiels ist im wesentlichen ähnlich dem ersten erwähnten Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 mit der Ausnahme der folgenden Kennzeichen.

Eine Bezugsspannungsquelle 12′ enthält einen Temperaturausgleicher 210 zusätzlich zu einer ersten Konstantstromquelle 12a und einem Transistor 12b. Der Temperaturausgleicher 210 enthält einen NPN-Transistor 210a, der einen Kollektor aufweist, der mit der ersten Konstantstromquelle 12a verbunden ist, einen Emitter, der mit dem Kollektor des Transistors 12b verbunden ist und eine Basis, die durch einen Widerstand 210b an die Basis des Transistors 21 angeschlossen ist, und einen Widerstand 210c, der an seinem einen Anschluß mit einem Knotenpunkt zwischen dem Widerstand 210b und der Basis des Transistors 21 verbunden ist, und an dem anderen Anschluß an einen Knotenpunkt zwischen den Emitter 210a und dem Kollektor des Transistors 12b verbunden ist. Die Basis und der Kollektor des Transistors 210 sind direkt miteinander verbunden, um einen Kurzschluß zu bilden. Die Spannung über dem Emitter-Kollektor des Transistors 12b wird durch den Widerstand 210 an die Basis des Transistors 21 als eine erste Bezugsspannung VR angelegt.

Eine weitere und zweite Bezugsspannungsquelle 12′′ ist an dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers 20 vorgesehen. Die zweite Bezugsspannungsquelle 12′′ enthält eine zweite Konstantstromquelle 201, die einen Strom zuführt, der kleiner ist als der Strom, der von der ersten Konstantstromquelle 12a zugeführt wird, und die mit ihrem einen Anschluß an die Basis des Leistungstransistors 4 und mit ihrem anderen Anschluß an den Kollektor eines Transistors 202 angeschlossen ist, der eine Basis aufweist, die mit der Basis eines Transistors 22 an einem Knotenpunkt zwischen der zweiten Konstantstromquelle 201 und dem Kollektor des Transistors 202 angeschlossen ist, und einem Emitter, der an einen Knotenpunkt zwischen dem Emitter des Leistungstransistors 4 und dem Strom-fühlenden Widerstand 11 angeschlossen ist. Eine zweite Bezugsspannung über der Emitter-Kollektor Strecke des Transistors 202 wird zu der Spannung VD über dem Strom-fühlenden Widerstand 11 addiert, so daß eine Gesamtsumme dieser Spannungen auf die Basis des Transistors 22, der als der zweite oder invertierte Eingang auf der Strom-fühlenden Seite des Differenzverstärkers 20 arbeitet, eingeprägt wird.

Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 beschrieben, wird im Betrieb, wenn ein in der Primärwicklung einer nicht gezeigten Zündspule fließender Primärstrom I1 einen Grenzwert überschreitet um einen an die Basis des Ausgangstransistors 25 zugeführten Basisstrom auf seinen Aktivierungspegel zu vergrößern, der Ausgangstransistor 25 durchgeschaltet, so daß ein anderer Ausgangstransistor 102, der mit dem Transistor 25 zur Bildung eines Darlington-Paars verbunden ist auch durchgeschaltet. Als Folge davon besteht der Senkenstrom Is, der ein Teil des zu absorbierenden Basisstroms IB4 des Leistungstransistors 4 ist, aus der Summe des Stroms durch den Transistor 25 und des Stroms durch den Transistor 102. Folglich hängt die Größe des Senkenstromes IS von der Gesamtverstärkung der Stromvergrößerung ab, die durch das Produkt der einzelnen Stromvergroßerungs-Verstärkung der Transistoren 25, 102 gegeben ist, und deswegen nimmt er einen großen Wert an, so daß ein großer Basisstrom IB4 in einer zufriedenstellenden Art gesteuert werden kann, wie in dem ersten erwähnten Ausführungsbeispiel in Fig. 1.

Nachdem die Größe des Stroms I12 (der sogenannte "erste Strom"), der durch die ersten Konstantstromquellen 12a zugeführt wird, größer ist als I201 (der sogenannte "zweite Strom") der zweiten Konstantstromquelle 201 (I12 < I201), ist diesbezüglich die Basis-Emitterspannung des Transistors 12b (das heißt, die erste Bezugsspannung VR), durch die der Strom I12 von der ersten Konstantstromquelle 12a fließt, größer als derjenige des Transistors 202 (das heißt, der zweiten Bezugsspannung VR′), durch den der Strom I201 von der zweiten Konstantstromquelle 201 fließt. Die Differenz (VR-VR′) zwischen der ersten und zweiten Bezugsspannung VR, VR′ ist proportional zu dem Verhältnis des ersten Stroms I12 zu dem zweiten Strom I201 und wird folgendermaßen ausgedrückt:

VR - VR′ = K × I12/I201

Die erste Bezugsspannung VR wird auf den nicht invertierten oder Bezugseingang des Differenzverstärkers 20 eingeprägt, wohingegen die zweite Bezugsspannung VR′ zu der gefühlten Spannung VD über den Strom-fühlenden Widerstand 11 so addiert, daß die Summe dieser Spannungen VR′, VD auf den invertierten oder Strom-fühlenden Eingang des Differenzverstärkers 20 eingeprägt wird. Als Folge davon arbeitet der Differenzverstärker 20 nach der folgenden Gleichung:

VR - VR′ + VD

Dazu ist es nicht notwendig, einen Signalverstärker mit dem Differenzverstärker 20 vorzusehen, nachdem die jeweiligen Bezugsspannungen VR, VR′ durch die Transistoren 12b bzw. 202 auf ausreichend große Werte eingestellt sind.

Zusätzlich kann die Schleifenverstärkung des Strombegrenzers 200 auf einen Wert kleiner als "1" eingestellt werden, so daß sogar dann, wenn eine Änderung in der Belastungsbedingung an dem Kollektor des Leistungstransistors 4 auftritt, Schwankungen des Strombegrenzers 200 ohne jegliche Phasenangleicheinrichtung vermieden werden können.

Außerdem kann das Verhältnis des ersten Stroms I12 der ersten Konstantstromquelle 12a und des zweiten Stroms I201 der zweiten Stromquelle 201 entsprechend der verschiedenen Bedingungen gesetzt werden, sowie zum Beispiel einen gewünschten Begrenzungswert für den Primärstrom I1, einen gewünschten Widerstand des Strom-fühlenden Widerstands 11, usw.

Claims (8)

1. Strombegrenzer (100) in einer Zündvorrichtung für Verbrennungsmotoren, die eine Batterie enthält, eine an die Batterie angeschlossene Zündspule und einen mit einem Knotenpunkt zwischen der Batterie und der Zündspule verbundenen Steuertransistor zur Ansteuerung eines Leistungstransistors (4), wobei die Zündspule eine an den Leistungstransistor (4) angeschlossene Primärwicklung und eine an eine Zündkerze angeschlossene Sekundärwicklung aufweist, umfassend:
einen stromfühlenden Widerstand (11), um eine Spannung zu fühlen, die dem durch die Primärwicklung der Zündspule und durch den Leistungstransistor (4) fließenden Strom entspricht;
eine Bezugsspannungsquelle (12, 12′) zur Erzeugung einer Bezugsspannung (VR) zum Vergleich mit der durch den stromfühlenden Widerstand (11) gefühlten Spannung;
einen Differenzverstärker (20) zur Absorption eines Teils des mit Hilfe des Steuertransistors von der Batterie zur Basis des Leistungstransistors (4) fließenden Stroms, abhängig von der ausgangsseitig als Aktivierungsspannung dargestellten Differenz zwischen der Bezugsspannung (VR) und der durch den stromfühlenden Widerstand (11) gefühlten Spannung; und
eine Mehrzahl von Ausgangstransistoren (102, 25), die zur Bildung einer Darlington-Schaltung verschaltet sind, welche zwischen dem Differenzverstärker (20), der Basis des Leistungstransistors (4) und einem Masseanschluß angeordnet ist und abhängig von der Aktivierungsspannung den absorbierten Teil des von der Batterie zur Basis des Leistungstransistors (4) fließenden Stroms führt;
dadurch gekennzeichnet, daß
die Ausgangstransistoren (102, 25) so ausgelegt sind, daß die beim Überschreiten der Bezugsspannung (VR) durch die durch den stromfühlenden Widerstand (11) gefühlte Spannung vom Differenzverstärker (20) abgegebene untere Aktivierungsspannung stets kleiner ist als die Basisspannung des Leistungstransistors (4).

2. Strombegrenzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangstransistoren umfassen:
einen ersten Transistor (25) mit einem Kollektor, der an die Basis des Leistungstransistors (4) angeschlossen ist, einer Basis, die an den Differenzverstärker (20) angeschlossen ist, und einem durch einen Widerstand (101) mit einem Masseanschluß verbundenen Emitter; und
einen zweiten Transistor (102) mit einem Kollektor, der an den Kollektor des ersten Transistors (25) angeschlossen ist, einer Basis, die mit dem Emitter des ersten Transistors (25) verbunden ist, und einem an einen Masseanschluß angeschlossenen Emitter.

3. Strombegrenzer (200) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die von der Bezugsspannungsquelle (12′) erzeugte Bezugsspannung (VR) an einen ersten Eingang des Differenzverstärkers (20) angelegt ist und
daß eine weitere Bezugsspannungsquelle (12′′) zur Erzeugung einer weiteren Bezugsspannung vorgesehen ist, wobei die weitere Bezugsspannungsquelle (12′′) zwischen dem stromfühlenden Widerstand (11) und dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers (20) angeordnet ist, um daran eine Gesamtsumme einer durch den stromfühlenden Widerstand (11) geführten Spannung und der zweiten Bezugsspannung anzulegen.

4. Strombegrenzer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dies Bezugsspannungsquelle (12, 12′) eine Konstantstromquelle (12a) zur Erzeugung eines konstanten Stroms und
einen Transistor (12b) umfaßt, der zwischen der Konstantstromquelle (12a) und einem Masseanschluß in einer diodenartigen Weise angeordnet ist, wobei ein Knotenpunkt zwischen der Konstantstromquelle (12a) und dem Transistor (12b) an den ersten Eingang des Differenzverstärkers (20) angeschlossen ist.

5. Strombegrenzer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannungsquelle (12′) einen Temperaturausgleicher (210) zum Temperaturausgleich der Bezugsspannung (VR enthält.

6. Strombegrenzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturausgleicher (210)
einen weiteren Transistor (210a) mit einem Kollektor, der an die Konstantstromquelle (12a) angeschlossen ist, einer Basis, die an seinem Kollektor und an den ersten Eingang des Differenzverstärkers (20) über einen Widerstand (210b) angeschlossen ist, und einem an den ersten Transistor (12b) angeschlossenen Emitter, und
einen Widerstand (210D) der zwischen dem ersten Eingang des Differenzverstärkers (20) und dem ersten Transistor (12b) angeordnet ist.

7. Strombegrenzer nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Bezugsspannungsquelle (12′′)
eine weitere Konstantstromquelle (201) zur Erzeugung eines weiteren konstanten Stroms, der kleiner als der von der Konstantstromquelle (12a) erzeugte konstante Strom ist, und
einen dritten Transistor (202) umfaßt, der zwischen der weiteren Konstantstromquelle (201) und einem Knotenpunkt zwischen dem Emitter des Leistungstransistors (4) und dem stromfühlenden Widerstand (11) in einer diodenartigen Weise angeordnet ist.

8. Strombegrenzer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Transistor (202) einen Kollektor, der an die weitere Konstantstromquelle (201) und an den zweiten Eingang des Differenzverstärkers (20) angeschlossen ist, einen Emitter, der an den Knotenpunkt zwischen dem Emitter des Leistungstransistors (4) und dem stromfühlenden Widerstand (11) angeschlossen ist, und eine Basis aufweist, die an dessen Kollektor angeschlossen ist.