JP2002087152A - 電子制御回路 - Google Patents

電子制御回路

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JP2002087152A
JP2002087152A JP2001199499A JP2001199499A JP2002087152A JP 2002087152 A JP2002087152 A JP 2002087152A JP 2001199499 A JP2001199499 A JP 2001199499A JP 2001199499 A JP2001199499 A JP 2001199499A JP 2002087152 A JP2002087152 A JP 2002087152A
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switch
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Olaf Minkwitz
ミンクヴィッツ オーラフ
Ulrich Neubauer
ノイバウアー ウルリッヒ
Hartmut Beeken
ベーケン ハルトムート
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Robert Bosch GmbH
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    • H01H47/325Energising current supplied by semiconductor device by switching regulator
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/18Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
    • H01F2007/1894Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings minimizing impact energy on closure of magnetic circuit
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 煩雑な制御回路なしでスイッチング素子のス
イッチングノイズを動作電圧および動作温度の共通の被
制御の動作領域で低く維持できるようにする。 【解決手段】 スイッチオンフェーズ中、所定数のn個
のスイッチングサイクルを有する所定の時間ウインドウ
内で制御信号のスイッチオン時間が段階的に増加するよ
うに可変に設定可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電機子を有する電磁
スイッチング素子を駆動するために、例えば車両ヘッド
ランプ装置のハイビームをスイッチオンする電磁石を駆
動するために、スイッチング素子の駆動をスイッチオン
フェーズ中に変化する制御信号によって行う電子制御回
路に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の電子制御回路はドイツ連邦共和
国特許出願公開第19719602号明細書から公知で
あり、有利には車両のヒータおよび/またはエアコンデ
ィショナー内で電磁弁を駆動するために使用される。そ
の場合、制御信号の周期持続時間またはスイッチオン時
間はスイッチオンフェーズ中相互に連続する時間セクシ
ョンで変化させる。これは緩慢な走行状態または車両の
停止状態では機関ノイズおよび走行ノイズが小さいた
め、これらの状態ではスイッチング素子のスイッチング
ノイズを低減しなければならないからである。
【0003】車両の動作電圧は一般に9Vから16Vま
で変化するので、ノイズの低減は不完全にしか行われな
い。最小動作電圧でスイッチング素子の確実な応答を保
証するためには、最大動作電圧での無段の制御信号によ
るノイズの低減はもはや作用しない。したがってしばし
ば動作電圧またはスイッチング素子に制御回路が設けら
れて補助とされるが、これはコストの上昇を意味する。
【0004】スイッチングノイズを小さく維持するため
に、動作領域全体で電機子の磁極コアに対する衝突速度
を均一かつできる限り小さくする必要がある。これは周
知の制御回路では電子的な電流制御部または電圧制御部
によって達成され、これらの制御部により均一なエネル
ギが電磁スイッチング素子へ動作領域全体にわたって送
出されることが保証される。9V〜16Vの動作領域で
−40℃〜+120℃の動作温度領域を考慮すると、制
御なしの場合スイッチング素子へのエネルギ送出は60
0%まで変動するので、電流制御または電圧制御に対す
るコストは著しく高くなる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は冒頭に
言及した形式の制御回路において、煩雑な制御回路なし
でスイッチング素子のスイッチングノイズを動作電圧お
よび動作温度の共通の被制御の動作領域で低く維持でき
るようにすることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この課題は、スイッチオ
ンフェーズ中、所定数のn個のスイッチングサイクルを
有する所定の時間ウィンドウ内で制御信号のスイッチオ
ン時間が段階的に増加するように可変に設定可能である
本発明の構成により解決される。
【0007】
【発明の実施の形態】スイッチング素子はスイッチオン
フェーズ中に周期的に駆動され、スイッチングサイクル
中スイッチオン時間は段階的に増大される。実際に存在
する駆動条件を検出ないし制御する必要はない。スイッ
チオンフェーズの駆動は固定に設定されており、マイク
ロプロセッサを備えた簡単な制御装置によるのみで検出
される。
【0008】更なる簡単化のために、付加的にスイッチ
ングサイクルは等しく、スイッチオン時間の上昇エッジ
により定められる。
【0009】マイクロプロセッサを備えた制御装置はそ
の場合固定に設定された基本周波数で動作する。ここで
相互に連続するスイッチングサイクルには対応する所定
のスイッチオン時間が割り当てられている。
【0010】スイッチング素子のスイッチング特性への
駆動の適合化が1つの実施形態で行われ、時間ウィンド
ウはスイッチング素子の応答時間と等しいかそれ以上の
大きさとする。従来使用されるスイッチング素子につい
ては、スイッチオンフェーズはn=13個のスイッチン
グサイクルを有し、n−1個のスイッチオン時間は2m
s〜8msの範囲で上昇し、時間ウィンドウ中最後のn
番目のスイッチングサイクルのスイッチオン時間は50
msに選定されている。
【0011】スイッチング素子の確実な応答を達成する
ために、時間ウィンドウ中に相互に連続する複数の領域
がスイッチングサイクルにおける同じ大きさのスイッチ
オン時間で形成される別の構成が設けられる。相互に連
続する領域のスイッチオン時間は段階的に増大し、スイ
ッチオンフェーズは1つまたは複数の時間ウィンドウを
有する。
【0012】スイッチオン時間は、有利な実施形態によ
れば、少なくとも時間ウィンドウの初期領域では最大動
作電圧へ適合化され、少なくとも時間ウィンドウの終期
領域では最小動作電圧へ調整されるように定められる。
【0013】別の実施形態によれば、n個のスイッチン
グサイクルを有する時間ウィンドウに先行してスイッチ
ング素子をスタート位置からトリガする短いスイッチオ
ンパルスが形成され、このパルスは約5msに選定され
る。さらに応答を確実にするために、n個のスイッチン
グサイクルを有する時間ウィンドウは複数回反復され
る。
【0014】本発明の制御回路のスイッチング構造は、
簡単な実施形態によれば次のように構成される。すなわ
ちスイッチング素子が応答コイル(Ansprechwicklung)
およびホールドコイル(Haltewicklung)を有してお
り、スイッチング素子にマイクロプロセッサによって制
御される電子スイッチが配属されており、スイッチング
素子の応答コイルは制御信号のタイミングで給電され
る。またハイビームスイッチは応答コイルと前置抵抗と
を介してマイクロプロセッサに要求信号を制御信号の所
定の時間ウィンドウにわたって供給し、制御信号の1つ
または複数の時間ウィンドウの後、スイッチング素子は
ホールドコイルによりスイッチオン状態のまま維持され
る。ここでホールドコイルはハイビームスイッチに接続
された応答コイルと直列接続されており、かつ電子スイ
ッチを介して短絡可能である。所定のスイッチング時間
のn個のスイッチングサイクルを有する時間ウィンドウ
はマイクロプロセッサ内でソフトウェアとして設定され
ている。これはマイクロプロセッサをハイビームスイッ
チのスイッチオンでトリガして電子スイッチを介してス
イッチング素子の応答コイルへn個のスイッチングサイ
クルの時間ウィンドウに相応に給電させるのに充分であ
る。
【0015】
【実施例】本発明を図示の実施例に則して詳細に説明す
る。
【0016】図1には応答コイル11とホールドコイル
12とを備えたスイッチング素子が示されており、これ
らのコイルは直列接続されている。ハイビームスイッチ
をスイッチオンすると、ハイビームスイッチ10を介し
て給電電圧Uがこの直列回路に印加される。これは図
示されていないが、電機子を備えた電磁石として構成さ
れたスイッチング素子と接触させることにより、または
電機子がアパーチャに対して機械的に運動することによ
り行われる。応答コイル11およびホールドコイル12
との間の接続位置では前置抵抗13を介してマイクロプ
ロセッサ12に対する要求信号15が導出される。この
マイクロプロセッサ14はスイッチングサイクルtpの
数nを所属のスイッチオン時間t1〜tnとともに図2
にしたがって記憶しており、出力側16に電子スイッチ
17に対する制御信号Usとして送出する。応答コイル
11への給電はこの場合相応のスイッチオン時間t1〜
tnを有するn個のスイッチングサイクルtpから成る
時間ウィンドウtfにより、図2に示されている制御信
号Usとして行われる。ここで電子スイッチ17は応答
コイル11を直接に給電電圧Uのマイナス極へ接続
し、ホールドコイル12を短絡する。
【0017】この実施例では時間ウィンドウtfは所定
数すなわちn=13個のスイッチングサイクルtpを有
している。スイッチングサイクルの開始は制御信号Us
の上昇エッジによって定められており、固定に定められ
た基本周波数で発生される。時間ウィンドウtf中のス
イッチオン時間t1〜tnは段階的に増大する。ここで
は例えばスイッチングサイクルtpと同数の4個の複数
の領域、またはスイッチオン時間の等しい3個の領域を
選定することができるが、領域ごとに段階的に例えば2
ms、4ms、6ms、8msと増大していく。これに
よる電機子の磁極コアに対する衝突速度は低くなり、ス
イッチング素子の衝突ノイズすなわちスイッチングノイ
ズを回避することができる。
【0018】スイッチングの確実性を保証するために、
時間ウィンドウtfを反復させることができ、時間ウィ
ンドウtfに先行してスイッチング素子のスタート位置
をトリガする短いスイッチオンパルスが形成される。給
電電圧Uはきわめて大きな変動を有するので、時間ウ
ィンドウtfの初期領域ではスイッチオン時間t1,t
2,...は最大給電電圧UBmaxへ適合化されてお
り、終期領域のスイッチオン時間...,tn−1,t
nは最小給電電圧UBminに適合化されている。これ
により電機子の衝突速度に関する給電電圧の変動領域を
制御することができ、こうした変動に無関係にスイッチ
ング素子のスイッチングノイズを定常的に小さくするこ
とができる。
【0019】図2に示されているように、最後のスイッ
チングサイクルtpのスイッチオン時間tnは格段に大
きく、例えば50msに選定されている。
【0020】ハイビームスイッチ10が遮断されるとマ
イクロプロセッサ14への要求信号15が中断され、さ
らに電子スイッチ17に対する制御信号Usの送出も中
断される。
【0021】時間ウィンドウtfの経過後に電子スイッ
チ17の駆動制御が維持される場合、スイッチング素子
のホールドコイル12はハイビームスイッチ10が閉成
されているあいだ持続的に給電される。
【図面の簡単な説明】
【図1】制御回路の基本回路図である。
【図2】制御信号の時間ウィンドウのダイアグラムであ
る。
【符号の説明】
10 ハイビームスイッチ 11 応答コイル 12 ホールドコイル 13 前置抵抗 14 マイクロプロセッサ 15 要求信号 16 出力側 17 電子スイッチ tf 時間ウィンドウ tp スイッチングサイクル t1〜tn スイッチオン時間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウルリッヒ ノイバウアー ドイツ連邦共和国 ヴァイルハイム カン トヴェーク 7 (72)発明者 ハルトムート ベーケン ドイツ連邦共和国 チュービンゲン ハル トマイアーシュトラーセ 99 Fターム(参考) 3K039 AA01 AA03 AA08 CC01

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電機子を有する電磁スイッチング素子を
    駆動するために、例えば車両ヘッドランプ装置のハイビ
    ームをスイッチオンする電磁石を駆動するために、スイ
    ッチング素子の駆動をスイッチオンフェーズ中に変化す
    る制御信号によって行う電子制御回路において、 スイッチオンフェーズ中、所定数のn個のスイッチング
    サイクル(tp)を有する所定の時間ウィンドウ(t
    f)内で制御信号のスイッチオン時間(t1〜tn)を
    段階的に増加するように可変に設定可能である、ことを
    特徴とする電子制御回路。
  2. 【請求項2】 スイッチングサイクル(tp)はスイッ
    チオン時間(t1〜tn)の上昇エッジにより等しく定
    められている、請求項1記載の制御回路。
  3. 【請求項3】 時間ウィンドウ(tf)はスイッチング
    素子(11)の応答時間に等しいかそれ以上である、請
    求項1または2記載の制御回路。
  4. 【請求項4】 スイッチオンフェーズはn=13個のス
    イッチングサイクル(tp)として選定されており、n
    −1個のスイッチオン時間(t1〜tn)は2msから
    8msまで上昇し、時間ウィンドウ(tf)内の最後の
    n番目のスイッチオンサイクル(tp)のスイッチオン
    時間(tn)は50msに選定されている、請求項1か
    ら3までのいずれか1項記載の制御回路。
  5. 【請求項5】 時間ウィンドウ(tf)中、相互に連続
    する複数の領域がスイッチングサイクル(tp)におけ
    る同じ大きさのスイッチオン時間(t1;t2;t3)
    で形成され、相互に連続する領域のスイッチオン時間
    (t1〜t3;t4〜t6)は段階的に増大し、スイッ
    チオンフェーズは1つまたは複数の時間ウィンドウ(t
    f)を有する、請求項1から4までのいずれか1項記載
    の制御回路。
  6. 【請求項6】 少なくとも時間ウィンドウ(tf)の初
    期領域ではスイッチオン時間(t1〜t3)が最大制御
    電圧(UBmax)へ適合化されており、少なくとも時
    間ウィンドウ(tf)の終期領域ではスイッチオン時間
    (tn)は最小制御電圧(UBmin)へ調整されてい
    る、請求項5記載の制御回路。
  7. 【請求項7】 n個のスイッチングサイクル(tp)を
    有する時間ウィンドウ(tf)前に、スイッチング素子
    をスタート位置からトリガするための短時間のスイッチ
    オンパルス(例えば5ms)が先行して形成される、請
    求項1から6までのいずれか1項記載の制御回路。
  8. 【請求項8】 n個のスイッチングサイクル(tp)を
    有する時間ウィンドウ(tf)を複数回反復可能であ
    る、請求項1から7までのいずれか1項記載の制御回
    路。
  9. 【請求項9】 スイッチング素子は応答コイル(11)
    およびホールドコイル(12)を有しており、スイッチ
    ング素子にはマイクロプロセッサ(14)によって制御
    可能な電子スイッチ(17)が配属されており、スイッ
    チング素子の応答コイル(11)は制御信号のタイミン
    グにより給電され、ハイビームスイッチ(10)は応答
    コイル(11)および前置抵抗(13)を介してマイク
    ロプロセッサ(14)へ制御信号の所定の時間ウィンド
    ウ(tf)にわたって要求信号(15)を供給し、制御
    信号の1つまたは複数の時間ウィンドウ(tf)後にス
    イッチング素子はホールドコイル(12)を介してスイ
    ッチオン状態のままホールドされ、ホールドコイル(1
    2)はハイビームスイッチ(10)に接続された応答コ
    イル(11)に直列接続され、かつ電子スイッチ(1
    7)を介して短絡可能である、請求項1から8までのい
    ずれか1項記載の制御回路。
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