EP1627143A1 - Treiberstufe f r ein solenoidventil - Google Patents

Treiberstufe f r ein solenoidventil

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EP1627143A1
EP1627143A1 EP04739099A EP04739099A EP1627143A1 EP 1627143 A1 EP1627143 A1 EP 1627143A1 EP 04739099 A EP04739099 A EP 04739099A EP 04739099 A EP04739099 A EP 04739099A EP 1627143 A1 EP1627143 A1 EP 1627143A1
Authority
EP
European Patent Office
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driver stage
diode
switching
connection
solenoid
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04739099A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gianni Padroni
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHO Holding GmbH and Co KG
Original Assignee
INA Schaeffler KG
Schaeffler KG
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Filing date
Publication date
Application filed by INA Schaeffler KG, Schaeffler KG filed Critical INA Schaeffler KG
Publication of EP1627143A1 publication Critical patent/EP1627143A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/081—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0814—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the output circuit
    • H03K17/08142—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the output circuit in field-effect transistor switches
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D2041/001—Controlling intake air for engines with variable valve actuation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2041—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit for controlling the current in the free-wheeling phase
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/2068—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the circuit design or special circuit elements
    • F02D2041/2075—Type of transistors or particular use thereof

Definitions

  • the invention relates to a driver stage for a solenoid valve of an internal combustion engine.
  • a solenoid valve is used to control a valve lift of an intake or exhaust valve by a hydraulic system.
  • the control takes place as a function of a crankshaft angle, a cycle being generally achieved by two crankshaft revolutions (720 ° crankshaft angle).
  • Solenoid valves of this type generally require a comparatively large amount of energy when they are actuated, which correspondingly leads to additional consumption of the motor for generating the auxiliary energy and requires complex cooling of the valve and the driver stage in order to dissipate the heat generated.
  • JP 2000145568 A shows a driver stage for a solenoid injection valve, in which two inductors are each connected to ground with one connection via a transistor with a surge protection diode connected in parallel and with the other connection to another supply voltage connection.
  • the invention has for its object to provide a driver stage for a solenoid valve that enables safe operation and yet requires a relatively low amount of energy.
  • driver stage with the features of claim 1.
  • the sub-claims describe preferred further developments.
  • a driver device with the driver stage according to the invention and a control device is provided, which is implemented in the engine control unit of the vehicle or can also be provided as a separate device.
  • the invention relates to a driver stage for a solenoid valve of an internal combustion engine, which has the following components: a first and a second driver stage connection A1, A2 for applying a supply voltage, an inductance L of the solenoid valve, one arranged between a first inductance connection L1 and the first driver stage connection A1 first functional device T1 with a first control input G1, a second functional device T2 arranged between a second inductance connection L2 and the second driver stage connection A2, a third functional device T3 arranged between the first inductance connection L1 and the second driver stage connection A2, the third functional device T3 being a third diode device DM3 and a third switching device M3 bridging the third diode device DM3 with a third control input G3 and two third switching connections S3, D3 and the third Control input G3 is switchable depending on a crankshaft angle.
  • a driver device and a control device for this driver stage are provided, which transmit control signals to the control inputs G1, G2, G3 for setting conductive or blocking states of the switching devices M1, M2, M3 outputs.
  • an active functional device namely the third functional device
  • the third functional device has a diode junction and a switching device that short-circuits the diode junction.
  • the diode junction can be used as an internal diode of the switching device - i.e. a suitable pn junction of a semiconductor component - or as an external diode connected in parallel.
  • the diode transition is short-circuited by correspondingly controlling a control input of the third switching device, as a result of which the voltage drop in the forward voltage of the diode is eliminated and the electrical resistance is significantly reduced.
  • FIG. 1 is a block diagram of a driver stage according to the invention
  • FIG. 2 shows a time diagram of a switching-on process of the active third functional device with the courses of the relevant voltages and currents of the driver stage
  • FIG. 3 shows a time diagram of a switching-off process of the active third functional device with the courses of the relevant voltages and currents of the driver stage
  • the driver stage 1 shown in FIG. 1 has a first connection A1 for connection to a positive supply voltage and a second connection A2 for connection to a negative supply voltage terminal - generally ground GND - of a vehicle.
  • a solenoid valve with inductance L and a first and second inductance connection L1, L2 is provided for controlling a hydraulic circuit (not shown further).
  • a first functional device T1 is connected between the first inductance connection L1 and the first connection terminal A1
  • a third functional device T3 is connected between the first inductance connection L1 and the ground connection A2
  • a second functional device T2 is connected between the second inductance connection L2 and the ground connection A2.
  • Each functional device T1, T2, T3 each has an n-channel depletion mosfet M1, M2, M3 serving as a switching device and a diode transition DM1, DM2, running in the forward direction from the source S1, S2, S3 to the drain D1, D2, D3, DM3 on.
  • the diode transitions DM1, DM2, DM3 can each be connected in parallel as external components to the MOSFETs or as internal diode transitions of the MOSFETs, i.e. be designed as suitable pn junctions between correspondingly doped regions.
  • the switching devices M1, M2, M3 are designed as solid-state power switching devices, preferably as transistors such as MOSFETs, but in particular, as already mentioned, as n-channel enhancement MOSFETs and / or JFETs, HEXFETs or bipolar transistors.
  • FIG. 2 shows the switching-on process of the third functional device T3 serving as the active functional device. 2 shows:
  • the gate voltage Vgate M1 ie voltage between G1 and ground GND
  • the gate-source voltage Vgate-source M1 between gate G1 and Sour ce S1
  • the drain-source current Idrain-sourcel through M1 d) the voltage V DM3 dropping at DM3, e) the current I DM3 flowing through DM3, f) a voltage Vgate M3 present at the gate G3 of M3 (which is equal to the Gate-source voltage of M3 is, since the source S3 is grounded GND).
  • the voltage V DM3 present at the diode DM3 increases simultaneously according to FIG. 2d and reaches the limit voltage Vthreshold DM3 for controlling DM3 at t2, so that according to FIG. 2e the diode current I DM3 increases and the current Idrain-source M1 drops accordingly.
  • the limit voltage Vthreshold of M1 is reached, so that M1 completely blocks and I DM3 absorbs the complete solenoid current I solenoid.
  • the solenoid current I solenoid thus flows through DM3 instead of M1.
  • the control voltage required for a diode transition now drops at DM3, which does not drop in the initial state when the MOSFET M1 is conductive, so that the power consumption is initially increased.
  • the voltage Vgate M3 is reduced from t6, so that the gate-source voltage drops and the voltage V DM3 present at DM3 increases accordingly until the limit voltage V threshold DM3 is reached at t7 and an increasing current I DM3 flows through DM 3 , At t ⁇ locks M3, so the full solenoid current. I solenoid flows through DM 3. Furthermore, the voltage V gate M1 at G1 is increased and reaches the threshold value V threshold M1 for modulating M1 at t9, so that an increasing current flows through M1 according to FIG. 3g, which, when DM3 is blocked, the full value I solenoid at time t10 occupies.
  • the functional devices T1 and T3 can be operated alternately as active functional devices according to the invention, since a diode junction DM 1 is provided in parallel with M1.
  • M2 only serves as an enable input and is always open.
  • 4a shows the state when the Mosfet M1 is closed.
  • the time sequence and the respective relationships are shown by arrows in the characteristic fields of the Mosfet M1 and the diode DM3.
  • 4b shows the state when the Mosfet M3 is closed.
  • the time sequence and the respective relationships are also shown by arrows in the characteristic fields of the Mosfet M3 and the diode DM3.
  • FIGS. 4a, 4b show the time course of the phases shown in FIGS. 2 and 3 on the basis of the characteristic curves of the power devices.
  • Vcc is the supply voltage
  • Vd is the voltage drop across the diode
  • Vdson on the other hand, is the limit voltage from which the diode begins to conduct current
  • Vds is the drain-source voltage at the Mosfet
  • ld ! is the current through the diode
  • Vgs is the gate-source voltage on the Mosfet
  • Ids is the current flowing through the Mosfet.

Landscapes

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Abstract

Um einen sicheren Betrieb bei relativ geringem Energieaufwand zu gewährleisten, weist die Treiberstufe für ein Solenoidventil eines Innenverbrennungsmotors auf: einen ersten und einen zweiten Treiberstufsfenanschluss (A1, A2) zum Anlegen einer Versorgungsspannung, eine zwischen einem ersten Induktivitätsanschluss (L1) und dem ersten Treiberstufenanschluss (A1) angeordnete erste Funktionseinrichtung (T1), eine zwischen einem zweiten Induktivitätsanschuss (L2) und dem zweiten Treiberstufenanschluss (A2) angeordnete zweite Funktionseinrichtung (T2), eine zwischen dem ersten Induktivitätsanschluss (L1) und dem zweiten Treiberstufenanschluss (A2) angeordnete dritte Funktionseinrichtung (T3), wobei diese eine Diodeneinrichtung (DM3) und eine dieDiodeneinrichtung (DM3) überbrückende Schalteinrichtung (M3) mit einem Steuereingang (G3) in Abhängigkeit von einem Kurbelwellenwinkel schaltbar ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Treiberstufe für ein Solenoidventil
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Treiberstufe für ein Solenoidventil eines Innenverbrennungsmotors. Ein derartiges Solenoidventil wird zur Steuerung eines Ventilhubs eines Ein- oder Auslassventils durch ein hydraulisches System verwendet. Die Steuerung erfolgt hierbei in Abhängigkeit von einem Kur- belwellenwinkel, wobei im Allgemeinen ein Zyklus durch zwei Kurbelwellenumdrehungen (720° Kurbelwellenwinkel) erreicht wird.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Solenoidventile benötigen in der Regel bei ihrer Betätigung eine vergleichbar große Energie, die entsprechend zu einem Mehrverbrauch des Motors zur Erzeugung der Hilfsenergie führt und eine aufwändige Kühlung des Ventils und der Treiberstufe zur Abführung der erzeugten Wärme erfordert.
Die JP 2000145568 A zeigt eine Treiberstufe für ein Solenoid-Einspritzventil, bei der zwei Induktivitäten jeweils mit einem Anschluss über einen Transistor mit parallel geschalteter Überspannungs-Schutzdiode an Masse gelegt sind und mit dem anderen Anschluss an einen anderen Versorgungsspannungsan- schluss gelegt sind. Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Treiberstufe für ein Solenoidventil zu schaffen, die einen sicheren Betrieb ermöglicht und dennoch einen relativ geringen Energieaufwand benötigt.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch eine Treiberstufe mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen. Hierbei ist insbesondere eine Treibervorrichtung mit der erfindungsgemäßen Treiberstufe und einer Steuereinrichtung vorgesehen, die in dem Motorsteuergerät des Fahrzeuges realisiert oder auch als separate Einrichtung vorgesehen sein kann.
Demnach betrifft die Erfindung eine Treiberstufe für ein Solenoidventil eines Innenverbrennungsmotors, die über folgende Bestandteile verfügt: einen ersten und einen zweiten Treiberstufenanschluss A1 , A2 zum Anlegen einer Versorgungsspannung, eine Induktivität L des Solenoidventils, eine zwischen einem ersten Induktivitatsanschluss L1 und dem ersten Treiberstufenanschluss A1 angeordnete erste Funktionseinrichtung T1 mit einem ersten Steuereingang G1 , eine zwischen einem zweiten Induktivitatsanschluss L2 und dem zweiten Treiberstufenanschluss A2 angeordnete zweite Funktionseinrichtung T2, eine zwischen dem ersten Induktivitatsanschluss L1 und dem zweiten Treiberstufenanschluss A2 angeordnete dritte Funktionseinrichtung T3, wobei die dritte Funktionseinrichtung T3 eine dritte Diodeneinrichtung DM3 und eine die dritte Diodeneinrichtung DM3 überbrückende dritte Schalteinrichtung M3 mit einem dritten Steuereingang G3 und zwei dritten Schaltanschlüssen S3, D3 aufweist und der dritte Steuereingang G3 in Abhängigkeit von einem Kurbelwellenwinkel schaltbar ist.
Darüber hinaus ist eine Treibervorrichtung und einer Steuervorrichtung für die- se Treiberstufe vorgesehen, die Steuersignale an die Steuereingänge G1 , G2, G3 zur Einstellung leitender oder sperrender Zustände der Schalteinrichtungen M1 , M2, M3 ausgibt.
Erfindungsgemäß wird somit eine aktive Funktionseinrichtung, nämlich die drit- te Funktionseinrichtung, als einstellbarer Widerstand verwendet. Hierbei weist die dritte Funktionseinrichtung einen Diodenübergang und eine den Diodenübergang kurzschließende Schalteinrichtung auf. Der Diodenübergang kann als interne Diode der Schalteinrichtung - d.h. eine geeigneter pn-Übergang eines Halbleiterbauelementes - oder als externe, parallel geschaltete Diode ausgebildet sein. Durch entsprechende Ansteuerung eines Steuereingangs der dritten Schalteinrichtung wird der Diodenübergang kurzgeschlossen, wodurch der Spannungsabfall der Durchgangsspannung der Diode entfällt und der e- lektrische Widerstand deutlich abgesenkt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Treiberstufe,
Fig. 2 ein Zeitdiagramm eines Einschaltvorganges der aktiven dritten Funktionseinrichtung mit den Verläufen der relevanten Spannungen und Strömen der Treiberstufe,
Fig. 3 ein Zeitdiagramm eines Ausschaltvorganges der aktiven dritten Funktionseinrichtung mit den Verläufen der relevanten Spannungen und Strömen der Treiberstufe,
Fig. 4a Kennlinienfelder des Strom-/Spannungsverhaltens des Mosfet und der Diode bei geschlossenem oberen Pfad der Treiberstufe aus Fig. 1 , und
Fig. 4b Kennlinienfelder des Strom-/Spannungsverhaltens des Mosfet und der Diode bei geschlossenem unteren linken Pfad der Treiberstufe aus Fig. 1. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die in Fig. 1 gezeigte Treiberstufe 1 weist einen ersten Anschluss A1 zum An- schluss an eine positive Versorgungsspannung und einen zweiten Anschluss A2 zum Anschluss an eine negative Versorgungsspannungsklemme - im allgemeinen Masse GND - eines Fahrzeuges auf.
Ein Solenoidventil mit der Induktivität L und einem ersten und zweiten Induktivi- tätsanschluss L1 , L2 ist zur Steuerung eines nicht weiter gezeigten Hydraulikkreislaufs vorgesehen. Zwischen dem ersten Induktivitatsanschluss L1 und der ersten Anschlussklemme A1 ist eine erste Funktionseinrichtung T1 , zwischen dem ersten Induktivitatsanschluss L1 und dem Masseanschluss A2 ist eine dritte Funktionseinrichtung T3, und zwischen dem zweiten Induktivitätsan- schluss L2 und dem Masseanschluss A2 ist eine zweite Funktionseinrichtung T2 geschaltet. Jede Funktionseinrichtung T1 , T2, T3 weist jeweils einen als Schalteinrichtung dienenden n-Kanal Depletion-Mosfet M1 , M2, M3 und einen in Durchlassrichtung von der Source S1 , S2, S3 zu der Drain D1 , D2, D3 verlaufenden Diodenübergang DM1 , DM2, DM3 auf. Die Diodenübergänge DM1 , DM2, DM3 können hierbei jeweils als externe Bauelemente zu den MOSFETs parallel geschaltet sein oder als interne Diodenübergänge der MOSFETs, d.h. als geeignete pn-Übergange zwischen entsprechend dotierten Bereichen, ausgebildet sein.
Die Schalteinrichtungen M1 , M2, M3 sind als Festkörper- Leistungsschalteinrich-tungen, vorzugsweise als Transistoren wie MOSFETs, insbesondere jedoch wie schon erwähnt als n-Kanal-Enhancement-MOSFETs und/oder JFETs, HEXFETs bzw. Bipolar-Transistoren ausgebildet.
Fig. 2 zeigt den Einschaltvorgang der als aktive Funktionseinrichtung dienenden dritten Funktionseinrichtung T3. In Fig. 2 sind dargestellt:
a) die Gatespannung Vgate M1 (d.h. Spannung zwischen G1 und Masse GND), b) die Gate-Source-Spannung Vgate-source M1 zwischen Gate G1 und Sour ce S1 , c) der Drain-Source-Strom Idrain-sourcel durch M1 , d) die an DM3 abfallende Spannung V DM3, e) der durch DM3 fließende Strom I DM3, f) eine am Gate G3 von M3 anliegende Spannung Vgate M3 (die gleich der Gate- Source-Spannung von M3 ist, da die Source S3 auf Masse GND liegt). g) der Drain-Source-Strom Idrain-source durch M3.
Von dem Anfangszustand der Fig. 2 mit eingeschaltetem Mosfet M1 ausge- hend, bei dem der Solenoidstrom I solenoid vollständig durch M1 fließt (bei kurzgeschlossener Diode DM1 ), wird ab einem Zeitpunkt t1 die Gatespannung Vgate M1 ausgeschaltet und fällt nachfolgend gemäß Fig. 2a ab. Entsprechend reduziert sich auch die Gate-Source-Spannung Vgate-source M1. Da M1 weiterhin leitet, bleibt der Strom Idrain-source M1 zunächst bis t2 unverän- dert.
Da der Katodenanschluss von DM3 mit der Source S1 von M1 verbunden ist, steigt gleichzeitig gemäß Fig. 2d die an der Diode DM3 anliegende Spannung V DM3 und erreicht bei t2 die Grenzspannung Vthreshold DM3 zur Aussteue- rung von DM3, so dass daraufhin gemäß Fig. 2e der Diodenstrom I DM3 ansteigt und entsprechend der Strom Idrain-source M1 abfällt. Zu einem Zeitpunkt t3 ist die Grenzspannung Vthreshold von M1 erreicht, so dass M1 vollständig sperrt und I DM3 den vollständigen Solenoidstrom I solenoid aufnimmt. Der Solenoidstrom I solenoid fließt somit durch DM3 statt durch M1. Hierbei fällt nunmehr jedoch an DM3 die für einen Diodenübergang erforderliche Aussteuerspannung ab, die im Anfangszustand bei leitendem Mosfet M1 nicht abfiel, so dass zunächst der Leistungsverbrauch erhöht ist.
Bei t3 wird weiterhin die an das Gate G3 von M3 angelegte Gatespannung Vgate M3 - die gleich der Gate-Source-Spannung von M3 ist - erhöht und erreicht bei t4 die Grenzspannung V threshold M3, so dass der Mosfet M3 leitet. Es fließt nunmehr ein steigender Teil des Solenoidstroms I solenoid durch M3 statt durch DM3. Bei t5 fließt der ganze Solenoidstrom I solenoid durch M3. Die Dode DM3 sperrt. Es ist nunmehr wiederum ein Schaltzustand mit geringem Leistungsverbrauch erreicht. Der in Fig. 3 gezeigte Anschaltvorgang von M3 entspricht im wesentlichen einem Einschaltvorgang von M1. Es ergibt sich ein entsprechender zeitlicher Verlauf wie in Fig. 2 mit vertauschter Funktion zwischen M1 und M3, wobei wiederum DM3 zeitweise den Solenoidstrom aufnimmt. In Fig. 3 sind entspre- chend dargestellt:
a) die Gatespannung Vgate M3, b) die Gate-Source-Spannung Vgate-source M3, c) der Source-Drain-Strom durch M3, d) die an DM3 abfallende Spannung V DM3, e) der durch DM3 fließende Strom I DM3, f) die am Gate G1 von M1 anliegende Spannung Vgate M1. g) der Drain-Source-Strom durch M1.
Somit wird ab t6 die Spannung Vgate M3 abgesenkt, so dass die Gate-Source- Spannung abfällt und entsprechend die an DM3 anliegende Spannng V DM3 ansteigt, bis bei t7 die Grenzspannung V threshold DM3 erreicht wird und ein zunehmender Strom I DM3 durch DM 3 fließt. Bei tδ sperrt M3, so dass der vollständige Solenoidstrom. I solenoid durch DM 3 fließt. Weiterhin wird die Spannung V gate M1 an G1 erhöht und erreicht bei t9 den Grenzwert V threshold M1 zur Aussteuerung von M1 , so dass ein zunehmender Strom gemäß Fig. 3g durch M1 fließt, der beim Sperren von DM3 zum Zeitpunkt t10 den vollständigen Wert I solenoid einnimmt.
Wie aus Fig. 1 und den Zeitverläufen von Fig. 2 beziehungsweise Fig. 3 ersichtlich ist, können die Funktionseinrichtungen T1 und T3 abwechselnd als erfindungsgemäße aktive Funktionseinrichtungen betrieben werden, da ein Diodenübergang DM 1 parallel zu M1 vorgesehen ist.
M2 dient in der Schaltung der Fig. 1 lediglich als Enable-Eingang und ist hierbei immer offen.
Fig. 4a zeigt den Zustand bei geschlossenem Mosfet M1. Hierbei sind in den Kennlinienfeldern des Mosfet M1 und der Diode DM3 der zeitliche Ablauf und die jeweiligen Beziehungen durch Pfeile eingezeichnet. Fig. 4b zeigt den Zustand bei geschlossenem Mosfet M3. Hierbei sind in den Kennlinienfeldern des Mosfet M3 und der Diode DM3 der zeitliche Ablauf und die jeweiligen Beziehungen ebenfalls durch Pfeile eingezeichnet.
Die Figuren 4a, 4b zeigen hierbei den zeitlichen Verlauf der in den Figuren 2 und 3 gezeigten Phasen anhand der Kennlinien der Leistungseinrichtungen. Vcc ist hierbei die Versorgungsspannung, Vd ist die an der Diode abfallende Spannung, Vdson ist dagegen diejenige Grenzspannung, ab der die Diode anfängt Strom zu leiten, Vds ist die Drain-Source-Spannung an dem Mosfet, ld! ist der Strom durch die Diode, Vgs ist die Gate-Source-Spannung an dem Mosfet und Ids ist der durch den Mosfet fließende Strom.

Claims

Patentansprüche
1. Treiberstufe für ein Solenoidventil eines Innenverbrennungsmotors, wobei die Stufe aufweist: einen ersten und einen zweiten Treiberstufenanschluss (A1 , A2) zum Anlegen einer Versorgungsspannung, eine Induktivität (L) des Solenoidventils, eine zwischen einem ersten Induktivitatsanschluss (L1 ) und dem ersten Treiberstufenanschluss (A1 ) angeordnete erste Funktionseinrichtung (T1 ) mit einem ersten Steuereingang (G1 ), eine zwischen einem zweiten Induktivitatsanschluss (L2) und dem zweiten Treiberstufenanschluss (A2) angeordnete zweite Funktionseinrichtung (T2), eine zwischen dem ersten Induktivitatsanschluss (L1 ) und dem zweiten Treiberstufenanschluss (A2) angeordnete dritte Funktionseinrichtung (T3), wobei die dritte Funktionseinrichtung (T3) eine dritte Diodeneinrichtung
(DM3) und eine die dritte Diodeneinrichtung (DM3) überbrückende dritte Schalteinrichtung (M3) mit einem dritten Steuereingang (G3) und zwei dritten Schaltanschlüssen (S3, D3) aufweist und der dritte Steuereingang (G3) in Abhängigkeit von einem Kurbelwellenwinkel schaltbar ist.
2. Treiberstufe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Funktionseinrichtung (T1 ) eine erste Diodeneinrichtung (DM1 ) und eine die erste Diodeneinrichtung (DM1 ) überbrückende erste Schalteinrichtung (M1 ) mit dem ersten Steuereingang (G1 ) und zwei ersten Schaltanschlüssen (S1 , D1 ) aufweist und der erste Steuereingang (G1 ) in Abhängigkeit von einem
Kurbelwellenwinkel schaltbar ist.
3. Treiberstufe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Funktionseinrichtung (T2) eine zweite Diodeneinrichtung (DM2) und eine die zweite Diodeneinrichtung (DM2) überbrückende zweite Schalteinrichtung (M2) mit einem zweiten Steuereingang (G2) und zwei zweiten Schaltanschlüssen (S2, D2) aufweist und der zweite Steuereingang (G2) in Abhängigkeit von einem Kurbelwellenwinkel schaltbar ist.
4. Treiberstufe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass bei Anlegen einer Versorgungsspannung an die Treiberstufenanschlüsse (A1 , A2) die Diodeneinrichtungen (DM1 , DM2, DM3) in Sperrrichtung geschaltet sind.
5. Treiberstufe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Schalteinrichtungen (M1 , M2, M3) Festkörper-
Leistungsschaltein-richtungen, vorzugsweise Transistoren, z. B. MOSFETs, insbesondere n-Kanal-Enhancement-MOSFETs, und/oder JFETs, HEX- FETs, Bipolar-Transistoren sind.
6. Treiberstufe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Diodeneinrichtungen aus einem internen Diodenübergang (DM1 , DM2, DM3) der jeweiligen Schalteinrichtung (M1 , M2, M3) gebildet ist.
7. Treiberstufe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Diodeneinrichtungen als zu der jeweiligen Schaltein-richtung (M1 , M2, M3) parallel geschaltete externe Diode (DM1 , DM2, DM3) gebildet ist.
8. Treibervorrichtung mit einer Treiberstufe nach einem der vorherigen Ansprüche und einer Steuervorrichtung, die Steuersignale an die Steuereingänge (G1 , G2, G3) zur Einstellung leitender oder sperrender Zustände der Schalteinrichtungen (M1 , M2, M3) ausgibt.
9. Treibervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung in einem Einschaltvorgang der dritten Funktionseinrichtung (T3) in einem ersten Schritt die erste Schalteinrichtung (M1 ) der ersten Funktionseinrichtung (T1 ) ausschaltet derartig, dass ein Solenoidstrom (I solenoid) durch die dritte Diodeneinrichtung (DM3) fließt und in einem zweiten Schritt die dritte Schalteinrichtung (M3) einschaltet und die dritte Diodeneinrichtung (DM3) kurzschließt.
10. Treibervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung in einem Ausschaltvorgang der dritten Funktionseinrichtung (T3) in einem ersten Schritt die dritte Schalteinrichtung (M3) ausschaltet derartig, dass ein Solenoidstrom (I solenoid) durch die dritte Diodenein- richtung (DM3) fließt, und in einem zweiten Schritt die erste Schalteinrichtung (M1 ) einschaltet derartig, dass der Solenoidstrom (I solenoid) durch die erste Schalteinrichtung (M1 ) fließt.
EP04739099A 2003-05-22 2004-04-23 Treiberstufe f r ein solenoidventil Withdrawn EP1627143A1 (de)

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