JP2005012809A - 誘導負荷を制御するための回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】 一つ以上の誘導負荷を制御するための回路であって、高信頼性で、徹底的に低減された電力消費量で作動する電流の再循環手段を備えている回路を提供する。
【解決手段】 直流電源と、電源の第一端子と、負荷の対応する第一端子との間に配置された第一電子スイッチと、負荷の第二端子と、電源の第二端子との間に配置された第二電子スイッチと、負荷の第一端子と電源の第二端子との間で接続されて第一スイッチが開のときに負荷に流れる電流の循環を可能にするダイオードを含む電流再循環デバイスと、スイッチを制御するために配置された制御装置と、を含み、再循環デバイスは、負荷の第一端子と、電源の第二端子との間に配置された第三電子スイッチを含んでおり、制御装置は、第一スイッチに関して、同期しているが反対の相で第三スイッチを制御するために配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、少なくとも誘導負荷（inductive load）を制御するための回路に関し、特に、内燃機関用の燃料インジェクタのような電気アクチュエーターの誘導負荷を制御するための回路に関する。
本発明の主題は、特に、
制御回路は、
直流電源と、
直流電源の第一端子と、負荷の対応する第一端子との間に間に置かれた第一電子スイッチと、
負荷の第二端子と、直流電源の第二端子との間に置かれた第二電子スイッチと、
負荷の第一端子と、直流電源の第二端子との間で接続されたダイオードを含んでおり、第一スイッチが開いているときに、負荷における電流の循環を可能にする電流の再循環デバイス（current recirculation device）と、
予め決められる方法で前記スイッチを制御するために配置された電子制御装置と、
を備えるタイプの制御回路である。（例えば、特許文献１。）
先行技術では、かかる制御回路では、電流の再循環デバイスは、典型的にはダイオードであり、特に、ショットキー・ダイオードのような高速で直接電圧降下の小さいダイオードである。
米国特許第5 995 356号公報
本発明の1つの目的は、一つ以上の誘導負荷を制御するための回路であって、高い信頼度を持って、徹底的に低減された電力消費量で作動する簡単で経済的な方法で形成される電流再循環手段（current recirculation means）を備えている回路を提供することである。
本発明に係る他の目的は、第一スイッチに関して、最初に規定されたタイプの制御回路によって達成される。それは、前記再循環デバイスが、負荷の第一端子と直流電源の第二端子との間に配置された第三電子スイッチを備えていること、および、制御装置は、第一スイッチに関して同期しているが相が反対であるように第三スイッチを制御するために配置されていることを特徴としている。
添付図面を参照して、本発明のさらなる特徴および利点は、単に非制限的な例として与えられて、次の詳細な説明から明白になるであろう。
図１において、電気噴射器のような誘導負荷L1を効率的に制御する本発明に係る制御回路は、１で示されている。
回路1は、直流電圧VBを提供するのに操作可能な自動車の通常の蓄電池のような電源Bを備える。
直流電源Bは、正端子または正極2、およびアースのGNDに接続された負端子または負極3を有している。
制御回路1は、好ましくはMOSFETトランジスターによって構成された第一電子スイッチM1をさらに含んでいる。かかるトランジスターは、ダイオードDを通じて、直流電源Bの正極2に接続されたドレインを有する。このダイオードは、特に、電源Bに接続された正極（anode）と、トランジスターM1に接続された負極（cathode）とを有している。
トランジスターM1のソースは、負荷L1の第一端子4に接続される。また、ゲートは、電子制御装置（一般にECUで示される）の対応する出力によって制御される。
それ自身知られている方法で、MOSFETトランジスターM1は、真性（intrinsic）ダイオードd1を含んでいる。
第二電子スイッチM2は、負荷L1の第二端子5とグラウンドとの間に配置される。好ましくは、このスイッチも、MOSFETトランジスター(その真性ダイオードはd2で示される)によって構成される。
トランジスターM2のドレインは負荷L1に接続される。ソースはアースのGNDに接続される。また、ゲートは制御装置ECUの対応する出力に連結される。
好ましくは、さらにまたは第三電子スイッチM3も、MOSFETトランジスターによって構成される。このトランジスターの真性ダイオードはd3で示される。
トランジスターM3は、以下のことから明白になるように、トランジスターM1のスイッチが切られて開になったときに、負荷L1に流れる電流の再循環を制御するように働く。
特に、トランジスターM3のドレインは、負荷L1の端子4に接続される。ソースはアースのGNDに接続される。そして、ゲートは制御装置ECUの対応する出力に連結される。
以下のことから明白になるように、トランジスターM1は、負荷L1に流れる電流の流れを制御するためのものである。この負荷を可能にするか又は選択するために、負荷L1を制御することが必要なときに、トランジスターM2は、閉じられているか、またはやや導電状態にある（conductive）。
既に予想されたように、トランジスターM3は、この負荷の作動の後に、トランジスターM1が再度開かれるときに負荷L1に流れる電流の再循環を制御する役目をする。
不図示の変形された実施形態では、本発明に係る制御回路1は、選択された方法で複数の誘導負荷(例えば複数の電気噴射器)を制御しようとするものである。好ましくは単一のスイッチM1を含むことができる。スイッチM1には、それぞれ、負荷と、関係した使用可能なまたは選択のスイッチと、関係した再循環を電流制御スイッチとを含む複数の回路ブランチが接続されている。
図１を参照すると、負荷L1の制御のために、すなわち、負荷L1の作動のために、制御装置ECUは、負荷L1に電流を流れさせるように、トランジスターM2およびトランジスターM1を導電状態にする。電流は直流電源Bから来て、ダイオードDを通って流れる。この相では、再循環トランジスターM3のスイッチは切られる。
負荷L1にエネルギーが与えられていないときに、制御装置ECUは、トランジスターM1のスイッチを切り、再循環トランジスターM3を導電状態にする。このことによって、前に負荷L1に蓄えられたエネルギーに対応する電流の再循環をなすことを可能にする。
一般に、本発明に係る制御回路1では、再循環トランジスターM3は、主なトランジスターM1に対して、同期しているが反対の相で制御されている。
トランジスターM3によって、定性的に、単純な再循環ダイオードが、従来技術の制御回路の中で用いられていたのと同じ機能を果たすことができる。しかしながら、その真性のツェナーダイオードd3の存在によって、トランジスターM3(適切に操縦された)は、トランジスターM3とM2との間で電流の再循環相での電力消費量を分割することにより、電力消費量(それはRDsonI2と実質的に等しい)を低減することを可能にする。これによって、消費されたパワーを20%〜30%に低下することができる。
図１には、電子スイッチM4がさらに示されている。好ましくは、この電子スイッチM4は、MOSFETトランジスターによって構成されている。このトランジスターは、ダイオードDの負極に接続されたソースと、端子6に接続されたドレインとを備えている。そこでは、動作中、前記の電源Bの電圧VBよりも高い電圧VAUXが利用可能である。
トランジスターM4のゲートは、ユニットECUによって同様に制御される。
トランジスターM4によって、VBより高電圧の制御された直流電圧を提供するか、必要に応じて、電圧を高めるか、あるいは、直流電源Bに接続されたときに制御回路1が作動することを可能にするように、直流電源Bの損失に対して、限界で０に落ちやすい出力電圧を提供するかが可能になる。
上記の制御された回路1によって、誘導負荷での電流Iが高信頼性で且つ正確に制御される。
例として、上記タイプの回路で達成される時間tの関数として負荷に流れる電流tの変形例が定性的に示される。
図２のグラフでは、ある時間t1で、負荷L1に流れる電流の導電状態（conduction）は、トランジスターM1およびM2の導電状態を制御することによって始まる。回路における電流が所定値に達するやいなや(時間t2)、トランジスターM1は、所定の値IBIASを中心にした所定範囲内で電流Iを維持するようにオン/オフで制御されている。トランジスターM1がオン/オフ・モードで制御されている間、再循環トランジスターM3はオン/オフ・モードで同期して制御されている。
時間t3からスタートして、制御装置ECUは、負荷L1に流れる電流を増加させ、新しい所定電流値に達する(時間t4)まで、トランジスターM1を連続的に導電状態に維持する。
トランジスターM1は、所定のピーク値IPEAKを中心にした所定範囲内に電流Iを維持するようにオン/オフ・モードで制御されている。そして、同時に、再循環トランジスターM3はオン/オフ・モードで同期して制御される。
次に、時間t5では、制御装置ECUは、トランジスターM1およびM2(それが導電状態であるならばM4)を開にする。負荷L1に流れる電流Iは、所定値(時間t6)に達するまで急激に落ちる。この状態に達したとき、ユニットECUは、再度M2を閉じて、所定のメンテナンス値IHOLDを中心にして負荷L1に流れる電流を維持するようにオン/オフ法で(M3をオン/オフ法で)M1を制御する。時間t5とt6との間の相に関して上記のものに類似した方法で、負荷L1に流れる電流Iが、時間t7及びt8の間に、0に落ちる。
電流Iの制御は最終段階をさらに含むことができる。最終段階では、電流が０から所定値(時間t9とt10との間)まで増加し、所定値ITAIL(時間t10とt11との間)を中心にした値に維持され、そして、(時間t11とt12との間)0まで再び落ちる。
本発明の原理、実施形態および構造の細部は、単に非制限的な例として記載・図示されたものを参照して、添付された請求項で画定される本発明の範囲から逸脱することなく、幅広く修正することができる。
本発明に係る制御回路の回路図である。 本発明に係る制御回路で制御された、負荷に流れる電流Iを、横座標上にプロットされた時間tの関数として、典型的な変化を定性的に示す図である。

Claims (3)

  1. 直流電源(B)と、
    直流電源(B)の第一端子(2)と、負荷(L1)の対応する第一端子(4)との間に配置された第一電子スイッチ(M1)と、
    負荷(L1)の第二端子(5)と、直流電源(B)の第二端子(GND)との間に配置された第二電子スイッチ(M2)と、
    負荷(L1)の前記第一端子(4)と、直流電源(B)の第二端子(GND)との間で接続されて、前記第一スイッチ(M1)が開いているときに負荷(L1)に流れる電流の循環を可能にするダイオード(d3)を含む電流再循環デバイス(M3、d3)と、
    所定の方法で前記のスイッチ(M1、M2、M3)を制御するために配置された制御装置(ECU)と、を含み、
    前記再循環デバイスは、負荷(L1)の前記第一端子(4)と、直流電源(B)の第二端子(GND)との間に配置された第三電子スイッチ(M3)を含んでおり、
    制御装置(ECU)は、前記第一スイッチ(M1)に関して、同期しているが反対の相で前記第三スイッチ(M3)を制御するために配置されていることを特徴とする、誘導負荷(L1)を制御するための制御回路(1)。
  2. 前記直流電源(B)よりも高電圧を提供することができる第二直流電源(VAUX)をさらに含んでおり、
    前記第二電源(VAUX)と第一スイッチ(M1)との間に配置された第四電子スイッチ(M4)が少なくとも設けられており、
    制御装置(ECU)が、所定の方法で前記第四スイッチ(M4)を制御するために配置されていることを特徴とする、請求項１記載の制御回路(1)。
  3. 前記第三スイッチ(M3)がMOSFETトランジスターであり、
    関係した再循環ダイオードがこのトランジスター(M3)の真性ダイオード(d3)であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の制御回路(1)。
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