DE4329981A1 - Method and device for controlling an electromagnetic consumer - Google Patents
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Abstract
Description
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung von elektromagne tischen Verbrauchern ist beispielsweise aus der DE-OS 29 05 900 (OS-A-4 327 692) bekannt. Dort ist ein Verfahren und eine Vorrich tung zur Steuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers insbeson dere von elektromagnetischen Einspritzventilen bei Brennkraftmaschi nen beschrieben.A method and a device for controlling electromagnetic tables consumers is for example from DE-OS 29 05 900 (OS-A-4 327 692). There is a procedure and a device device for controlling an electromagnetic consumer in particular of electromagnetic injectors in internal combustion engines NEN described.
Bei dieser Vorrichtungen wird der induktive Verbraucher aus einer Spannungsquelle über einen in Reihe geschalteten Transistor ge speist, der von Ansteuermitteln ansteuerbar ist. Ein angestrebter schneller Stromabbau beim Abschalten des Transistors kann durch eine parallel zum Transistor geschaltete Zenerdiode, bzw. einen entspre chend betriebenen Transistor mit einer Zenerspannung erreicht wer den, die höher ist als die Betriebsspannung im Augenblick des Ab schaltens. In these devices, the inductive consumer becomes one Voltage source via a transistor connected in series feeds that can be controlled by control means. A desired one faster current reduction when switching off the transistor can be achieved by a Zener diode connected in parallel with the transistor, or a corresponding one accordingly operated transistor with a Zener voltage who reached the one that is higher than the operating voltage at the moment of Ab switch.
Nachteilig an solchen Verfahren und Vorrichtungen ist, daß die Löschspannung von der Batteriespannung abhängig ist. Da die Ab schaltzeit von der Löschspannung abhängt, ergeben sich unterschied liche Abschaltzeiten, was insbesondere bei der Steuerung der Kraft stoffmenge nachteilig ist. Ferner kann bei solchen Vorrichtungen die Löschspannung nicht beliebig klein gewählt werden, da ansonsten das Schaltmittel bei überhöhter Batteriespannung durchgeschaltet werden kann.A disadvantage of such methods and devices is that the Extinguishing voltage depends on the battery voltage. Since the Ab switching time depends on the extinguishing voltage, there are differences switch-off times, especially when controlling the power amount of substance is disadvantageous. Furthermore, in such devices Extinguishing voltage should not be chosen arbitrarily small, otherwise the Switching means are switched through when the battery voltage is too high can.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrau chers, eine definierte Löschspannung vorzugeben.The invention has for its object in a method and a device for controlling an electromagnetic consumption chers to specify a defined quenching voltage.
Bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise erfolgt die Stromlöschung durch eine konstante, von der Batteriespannung unabhängigen Lösch spannung am elektromagnetischen Verbraucher. Des weiteren kann eine beliebige Löschspannung gewählt werden.In the procedure according to the invention, the current is extinguished through a constant extinction independent of the battery voltage voltage at the electromagnetic consumer. Furthermore, one any extinguishing voltage can be selected.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous and expedient refinements and developments of Invention are characterized in the subclaims.
Die Erfindung wird nachstehend anhand den in der Zeichnung darge stellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigenThe invention is based on the Darge in the drawing presented embodiments explained. Show it
Fig. 1 eine schema tische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 den zeitlichen Verlauf verschiedener Signale und die Fig. 3 und 4 weitere Ausführungsformen der Erfindung. Fig. 1 is a schematic representation of the device according to the invention, Fig. 2 shows the temporal course of various signals and Figs. 3 and 4 further embodiments of the invention.
In Fig. 1 ist schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung darge stellt. Ein Verbraucher 100, insbesondere ein induktiver Verbrau cher, ist mit einem Schaltmittel 110 in Reihe zwischen Masse und Batteriespannung Ubat geschaltet. Der Anschluß der auf Batterie spannung Ubat liegt, ist über einen Punkt 101 mit einer Stromquel le 120 verbunden. Der Verbindungspunkt 102 zwischen der Last 100 und dem Schaltmittel 110 ist ebenfalls mit der Stromquelle 120 verbun den.In Fig. 1, the device according to the invention is shown schematically Darge. A consumer 100 , in particular an inductive consumer, is connected in series with a switching means 110 between ground and battery voltage U bat . The connection of the battery voltage U bat is connected via a point 101 to a current source 120 . The connection point 102 between the load 100 and the switching means 110 is also connected to the power source 120 .
Das Schaltmittel 110 ist vorzugsweise als Feldeffekttransistor realisiert. Der Sourceanschluß S steht dabei vorzugsweise mit Masse und der Drainanschluß D über den Punkt 102 mit dem Verbraucher 100 in Verbindung. Der Gateanschluß G des Schaltmittels 110 wird über eine Verbindungsleitung 115 von einer Steuereinheit 130 mit einem Strom beaufschlagt. Des weiteren steht die Stromquelle 120 über den Punkt 122 mit der Verbindungsleitung 115 in Verbindung. Über diese Leitung beaufschlagt die Stromquelle 120 das Gate G mit einem Strom I.The switching means 110 is preferably implemented as a field effect transistor. The source terminal S is preferably connected to ground and the drain terminal D to the consumer 100 via the point 102 . The gate terminal G of the switching means 110 is supplied with a current by a control unit 130 via a connecting line 115 . Furthermore, the current source 120 is connected to the connecting line 115 via the point 122 . The current source 120 applies a current I to the gate G via this line.
Die Steuereinrichtung 130 umfaßt im wesentlichen eine erste Strom quelle 132 und eine zweite Stromquelle 134. Alternativ können an stelle der Stromquellen auch Spannungsquellen verwendet werden. Die se beiden Stromquellen sind über den gemeinsamen Punkt 133 mit der Verbindungsleitung verbunden. Wird die erste Stromquelle 132 akti viert, so fließt über die Verbindungsleitung 115 ein Strom, der das Gate G auf eine vorgegebene Spannung auflädt, was wiederum zum Durchschalten des Schaltmitteis 110 führt. In diesem Fall bei akti ver erster Stromquelle 132 wird der Verbraucher mit Spannung und damit mit Strom beaufschlagt. The control device 130 essentially comprises a first current source 132 and a second current source 134 . Alternatively, voltage sources can be used instead of the current sources. These two current sources are connected to the connecting line via the common point 133 . If the first current source 132 is activated, a current flows via the connecting line 115 , which charges the gate G to a predetermined voltage, which in turn leads to the switching means 110 being switched on . In this case with active first current source 132 , the consumer is supplied with voltage and thus with current.
Wird die zweite Stromquelle 134 aktiviert, so fließt ebenfalls ein Strom über die Verbindungsleitung 115 die das Gate auf Massepoten tial zieht. Dies bewirkt, daß das Schaltmittel 110 öffnet und der Verbraucher von Masse getrennt wird.If the second current source 134 is activated, a current also flows via the connecting line 115, which pulls the gate to ground potential. This causes the switching means 110 to open and the consumer to be disconnected from ground.
Die Aktivierung der ersten Stromquelle 132 und der zweiten Strom quelle 134 erfolgt abhängig von verschiedenen Signalen verschiedener Sensoren. Diese Sensoren 145 und 140 erfassen verschiedene Betriebs kenngrößen wie unter anderem die Fahrpedalstellung oder die Drehzahl der Brennkraftmaschine.The activation of the first current source 132 and the second current source 134 takes place depending on different signals from different sensors. These sensors 145 and 140 record various operating parameters such as the accelerator pedal position or the speed of the internal combustion engine.
Die Funktionsweise dieser Einrichtung soll nun mittels der zeitli chen Verläufe der einzelnen Spannungswerte und Stromwerte anhand der Fig. 2 erläutert werden.The operation of this device will now be explained by means of the temporal course of the individual voltage values and current values with reference to FIG. 2.
In Fig. 2a ist die Gatespannung Ug über der Zeit aufgetragen. In Fig. 2b ist die Drainspannung Ud und in Fig. 2c der Strom IL durch den Verbraucher 100 aufgetragen. Die Drainspannung Ud ent spricht dem Potential am Punkt 102. Die Drainspannung liegt um die Batteriespannung Ubat über der am Verbraucher abfallenden Spannung Um. Die Gatespannung Ug entspricht dem Potential am Gate des Schaltmittels 110.In Fig. 2a, the gate voltage U g is plotted against time. In Fig. 2b, the drain voltage U d and in Fig., The current IL applied by the consumer 100 2c. The drain voltage U d corresponds to the potential at point 102 . The drain voltage is around the battery voltage U bat above the voltage U m dropping across the load. The gate voltage U g corresponds to the potential at the gate of the switching means 110 .
Bis zum Zeitpunkt t0 ist die erste Stromquelle 132 aktiv. Dies be deutet, das Schaltmittel befindet sich in seinem geschlossenen Zu stand und der maximal mögliche Strom IL fließt durch den Verbrau cher 100. Zum Zeitpunkt t0 wird die erste Stromquelle 132 deakti viert und die zweite Stromquelle 134 aktiviert. Dies bedeutet, die Gatespannung fällt über der Zeit ab. Die Drainspannung Ud und der Strom IL verbleiben vorerst auf ihren Werten. The first current source 132 is active until the time t0. This means that the switching means is in its closed state and the maximum possible current I L flows through the consumer 100 . At time t0, the first current source 132 is deactivated and the second current source 134 is activated. This means that the gate voltage drops over time. The drain voltage U d and the current IL initially remain at their values.
Zum Zeitpunkt t1 ist die Gatespannung bis zum Millerplateau abgesun ken. Ab diesem Zeitpunkt t1 steigt der Widerstand am Feldeffekttran sistor 110 an. Somit steigt ab dem Zeitpunkt t1 die Drainspannung Ud ebenfalls an. Die Drainspannung Ud steigt so lang an, bis die am Verbraucher abfallende Löschspannung Um einen vorgegebenen Wert Uz erreicht hat. Gleichzeitig verringert sich der Strom IL.At time t1, the gate voltage has dropped to the Miller plateau. From this time t1, the resistance at the field effect transistor 110 increases . Thus, the drain voltage U d also increases from the time t1. The drain voltage U d rises until the quenching voltage U m dropping at the consumer has reached a predetermined value U z . At the same time, the current IL decreases.
Zum Zeitpunkt t2 ist die Spannung Um am Verbraucher gleich der vorgegebenen Löschspannung Uz. Ab diesem Zeitpunkt liefert die Stromquelle 120 einen Strom an das Gate des Schaltmittels 110. Die ser Strom bewirkt, daß das Schaltmittel nicht mehr seinen Widerstand erhöht. Dies bewirkt wiederum, daß die Drainspannung Ud bzw. die Löschspannung Um nicht mehr weiter ansteigt, sondern auf einem konstanten Wert bleibt. Die im Verbraucher 100 gespeicherte Energie wird also über das Schaltmittel 110 abgebaut. Während der Löschung wird die Löschspannung am Verbraucher Um auf den konstanten Wert Uz gehalten.At time t2, the voltage U m at the consumer is equal to the specified quenching voltage U z . From this point in time, the current source 120 supplies a current to the gate of the switching means 110 . The water current causes the switching means no longer increases its resistance. This in turn has the effect that the drain voltage U d or the erasing voltage U m no longer increases, but remains at a constant value. The energy stored in the consumer 100 is thus dissipated via the switching means 110 . During the extinguishing, the extinguishing voltage at the consumer U m is kept at the constant value U z .
Zum Zeitpunkt t3 ist der Strom IL durch den Verbraucher soweit abge sunken, daß die Löschspannung UZ nicht mehr gehalten werden kann. Die Spannung am Verbraucher fällt daraufhin auf 0 ab und die Span nung am Drain fällt auf Batteriespannung Ubat ab. Des weiteren wird das Gate über die Stromquelle 134 vollständig entladen und der das Schaltmittel 110 öffnet.At time t3, the current IL has dropped so far through the consumer that the quenching voltage U Z can no longer be maintained. The voltage at the consumer then drops to 0 and the voltage at the drain drops to the battery voltage Ubat. Furthermore, the gate is completely discharged via the current source 134 and which opens the switching means 110 .
Das Schaltmittel 110 arbeitet während der Stromlöschung nicht als Schalter sondern als variabler Widerstand. Der Verbraucher 100 wird so abgeschaltet bzw. das Schaltmittel 110 so gesteuert, daß die am Verbraucher 100 abfallende Spannung Um konstant ist. Da die Ab schaltzeit des Verbrauchers durch die am Verbraucher abfallende Spannung Um bestimmt wird, ergibt sich bei konstanter Spannung Um eine konstante Abschaltzeit. The switching means 110 does not operate as a switch but as a variable resistor during the current quenching. The consumer 100 is switched off or the switching means 110 is controlled such that the voltage U m dropping across the consumer 100 is constant. Since the switch-off time of the consumer is determined by the voltage U m dropping at the consumer, a constant switch-off time results at constant voltage U m .
Durch Einstellen einer definierten Spannung Um am Verbraucher kann eine definierte Abschaltzeit des Verbrauchers erzielt werden.A defined switch-off time of the consumer can be achieved by setting a defined voltage U m at the consumer.
In Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Stromquelle 120 detaillierter dargestellt. Der Punkt 101 steht über einen Widerstand 230 und einen Punkt 235 mit der Basis eines Transistors 250 in Verbindung. Der Kollektor des Transistors 250 steht wiederum mit dem Punkt 122 in Verbindung. Der Punkt 102 steht über die Anode einer Diode 210 in Verbindung. Die Kathode der Diode 210 steht mit der Kathode einer Zenerdiode 220 in Verbindung. Die Anode der Zenerdiode 220 steht mit einem Punkt 245 über einen Widerstand 240 mit dem Punkt 235 und über den Punkt 245 mit dem Emitter des Transistors 250 in Verbindung.In Fig. 3, an embodiment of the power source is shown in greater detail 120th The point 101 is connected to the base of a transistor 250 via a resistor 230 and a point 235 . The collector of transistor 250 is in turn connected to point 122 . The point 102 is connected via the anode of a diode 210 . The cathode of diode 210 is connected to the cathode of a zener diode 220 . The anode of zener diode 220 is connected to a point 245 via a resistor 240 to point 235 and via point 245 to the emitter of transistor 250 .
Der Transistor 250, die Widerstände 230 und 240, sowie die Diode 210 und die Zenerdiode 220 wirken als spannungsabhängige Stromquelle. Sobald die am Verbraucher anliegende Spannung Um die Zenerspannung UZ der Zenerdiode 220 übersteigt, fließt ein Strom vom Punkt 102 zum Punkt 245, und über den Widerstand 240. Dies ist gemäß Fig. 2 zum Zeitpunkt t2 der Fall. Der daraus resultierende Spannungsabfall über den Widerstand 240 bewirkt wiederum, daß der Transistor 250 durchsteuert, und ein entsprechender Strom zum Verbindungspunkt 122 fließt. Durch geeignete Wahl der Zenerdiode läßt sich die Spannung am Verbraucher während des Abschaltvorgangs einstellen.The transistor 250 , the resistors 230 and 240 , as well as the diode 210 and the zener diode 220 act as a voltage-dependent current source. As soon as the voltage U m applied to the consumer exceeds the Zener voltage U Z of the Zener diode 220 , a current flows from point 102 to point 245 and via resistor 240 . This is the case according to FIG. 2 at time t2. The resulting voltage drop across resistor 240 in turn causes transistor 250 to turn on and a corresponding current flows to connection point 122 . The voltage at the consumer can be set during the switch-off process by suitable selection of the Zener diode.
Die Zenerdiode 220 arbeitet hier als Löscheinrichtung. Die Ansteue rung des Schaltmittels erfolgt abhängig von dem durch die Löschein richtung fließenden Strom. Dies bedeutet solange die am Verbraucher 100 abfallende Spannung kleiner als die Zenerspannung Uz der Zenerdiode ist, liefert die Stromquelle keinen Strom. Übersteigt die am Verbraucher abfallende Spannung die Zenerspannung so liefert die Stromquelle einen Strom. Dieser von der Stromquelle 120 gelieferte Strom bewirkt, daß die Gatespannung Ug auf dem erreichten Wert verbleibt, bis die am Verbraucher abfallende Spannung unter die Zenerspannung abfällt. The Zener diode 220 works here as an extinguishing device. The switching means are controlled depending on the current flowing through the extinguishing device. This means that as long as the voltage drop across the consumer 100 is less than the Zener voltage U z of the Zener diode, the current source does not supply any current. If the voltage drop across the consumer exceeds the Zener voltage, the current source supplies a current. This current supplied by the current source 120 causes the gate voltage U g to remain at the value reached until the voltage drop across the consumer drops below the Zener voltage.
In Fig. 4 ist eine Schaltung mit einem sogenannten Stromspiegel aufgezeigt. Der Punkt 101 steht über einen Punkt 301 mit dem Kollek tor eines Transistors 300 in Verbindung. Der Kollektor des Transi stors 300 ist über einen Verbindungspunkt 303 mit der Basis des Kollektors 300 verbunden. Des weiteren befinden sich der Punkt bei 303 auf dem gleichen Potential wie die Basis eines weiteren Transi stors 310. Der Emitter des Transistors 310 und der Emitter des Transistors 300 stehen mit dem Punkt 302 in Verbindung, der wiederum mit der Anode einer Zenerdiode 220 in Kontakt steht. Die Kathode der Zenerdiode 220 ist mit dem Punkt 102 der auf Drainspannung liegt verbunden. Der Kollektor des Transistors 310 steht wiederum mit dem Punkt 122 der Verbindungsleitung in Verbindung.In FIG. 4, a circuit is shown with a so-called current mirror. The point 101 is connected via a point 301 to the collector of a transistor 300 . The collector of the transistor 300 is connected to the base of the collector 300 via a connection point 303 . Furthermore, the point at 303 is at the same potential as the base of another transistor 310 . The emitter of transistor 310 and the emitter of transistor 300 are connected to point 302 , which in turn is in contact with the anode of a zener diode 220 . The cathode of the zener diode 220 is connected to the point 102 which is at the drain voltage. The collector of transistor 310 is in turn connected to point 122 of the connecting line.
Solange die Spannung Um am Verbraucher 100 kleiner ist, als die Zenerspannung der Zenerdiode 220 arbeitet die Stromquelle 120 nicht. Sobald die Zenerspannung überschritten wird, fließt vom Punkt 302 über den Transistor 300 zum Punkt 301 ein Strom. Dieser Strom be wirkt im Transistor 310 einen Strom vom Punkt 302 zum Punkt 122. Dieser Strom bewirkt wiederum, daß die Gatespannung nicht weiter ab sinkt. Die am Verbraucher abfallende Spannung Um übersteigt zum Zeitpunkt t2 die Zenerspannung der Zenerdiode 220.As long as the voltage U m at the consumer 100 is lower than the Zener voltage of the Zener diode 220 , the current source 120 does not work. As soon as the zener voltage is exceeded, a current flows from point 302 via transistor 300 to point 301 . This current be in transistor 310 a current from point 302 to point 122nd This current in turn causes the gate voltage to not decrease further. The voltage U m dropping at the consumer exceeds the Zener voltage of the Zener diode 220 at the time t2.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |