JP4001641B2 - 過電圧を低減するための方法及び装置 - Google Patents
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Description
本発明は独立請求項の上位概念記載の過電圧を低減するための方法及び装置に関する。
背景技術
過電圧を低減するための方法及び装置はDE−OS4433045(特開平8−182188号公報)から公知である。そこでは、保護ダイオードが使用される。このような保護ダイオード又は類似の保護モジュールは通常非常に高価である。
発明の開示
1.本発明の課題および解決手段
本発明の課題は、過電圧を低減するための方法及び装置において高価な保護ダイオード又は保護モジュールを節減することである。
上記の課題は独立請求項の特徴部分記載の構成によって解決される。
2.本発明の利点
本発明の装置及び本発明の方法によって高価な保護モジュールを節減することができる。というのも、既存のエレメントが使用されるからである。
【図面の簡単な説明】
本発明を次に図面に基づいて説明する。図1は本発明の装置の原理的なブロック回路図である。図2は本発明の装置の詳細な図面である。図3は時間tに対して様々な信号を示す信号図である。図4は有利な実施形態のフローチャートである。
発明を実施するための形態
図1には本発明の装置が概略的に図示されている。負荷100は第1のスイッチング手段110を介して接続点A及び電圧Uに接続されている。負荷100の第2の接続端子はアースに接続されている。第1のスイッチング手段110の制御によって、負荷100には電圧Uが印加される。負荷100は有利には誘導性負荷又は容量性負荷であり、例えば電気モータ又はマグネットバルブである。このような電気モータは例えば自動車において液圧液体をブレーキシステムに供給するためのポンプを駆動するために使用される。短時間の電圧の印加にすぐには応答しない誘導性負荷及び容量性負荷はこれに特に適している。
第1のスイッチング手段110は第2のスイッチング手段120によって制御信号を印加される。このために第1のスイッチング手段110の制御入力側は第2のスイッチング手段120を介して電圧Uに接続可能である。電圧Uはさらに監視装置130に供給され、この監視装置130は遅延装置140を介して第2のスイッチング手段120に制御信号を印加する。
この回路が組み込まれている自動車では非常に頻繁に過電圧が発生する。これは、接続点Aでの電圧Uが例えば12Vの通常値をはるかに越える値となることを意味する。このような過電圧は通常はロードダンプパルス(Load Dump Impuls)と呼ばれる。この過電圧はモジュールの破壊、とりわけ電子モジュールの破壊をまねく。
本発明ではこのようなロードダンプパルスを接続点Aでの電圧Uを評価することにより監視装置130によってセンシングする。この電圧Uを以下では監視すべき電圧と呼ぶ。例えば30Vの制限電圧から、負荷100は第1のスイッチング手段110によってスイッチオンされる。電圧源に印加される電圧Uが閾値を越えると、この負荷を通過する電流フローが開始される。
ロードダンプパルスは第1のスイッチング手段のアクティブなスイッチオンによって低減される。ロードダンプパルスのエネルギはこれによって大部分が負荷に加えられる。第1のスイッチング手段を操作するための制御信号は待機時間の後にリセットされる。負荷を通過する電流フローは待機時間の経過した後で遮断される。
産業上の利用可能性
負荷100は有利にはポンプとして、とりわけABS、駆動スリップ制御及び/又は走行ダイナミック制御システムの再循環ポンプとして構成される。このポンプは、自動車のブレーキ作用を制御するシステムの液圧回路の液圧液体を供給する。これが液圧液体を格納器又は貯蔵タンクに供給するととりわけ有利である。
ロードダンプパルスを低減するための負荷として再循環ポンプを使用すると有利である。というのも、再循環ポンプは短時間の過電圧によっては損傷を受けないからである。通常、ロードダンプパルスはポンプの始動及び液圧液体の供給を引き起こさない。再循環ポンプの代わりに、供給電圧より高い電圧を短時間印加しても損傷を受けずに耐えうる負荷、及び/又は、高い電圧を短時間印加してもポンプの作動又はマグネットバルブの切り換えを惹起しない負荷など、他の負荷を使用することもできる。
実施例の説明
図2には監視装置及び遅延装置を詳しく図示している。既に図1に図示したエレメントは相応の参照符号で示されている。第1のスイッチング手段110は図2ではトランジスタT1として示されている。トランジスタT1は有利には電界効果トランジスタとして構成されている。このトランジスタT1のゲートは第1の抵抗R1を介してアースに接続され、さらにPNPトランジスタT2のエミッタコレクタ区間を介して接続点Aに接続されている。このトランジスタT2は図1における第2のスイッチング手段120に相応する。
第2のトランジスタT2のベースは抵抗R6及びR7の直列回路を介して同様に接続点Aに接続されている。抵抗R6と抵抗R7との間の接続点はダイオードD1を介してアースに接続されている。ダイオードD1は有利にはツェナーダイオードとして構成されており、このダイオードのアノードはアースに接続されている。
図示された実施例ではこのツェナーダイオードD1のツェナー電圧は再循環ポンプに印加される電圧の制限値に相応する。
抵抗R6と抵抗R7との間の接続点はさらに2つのトランジスタT3及びT4の直列回路を介してアースに接続されている。トランジスタT3のベースは抵抗R2を介してトランジスタT1のゲート端子に接続されている。トランジスタT4のベースは抵抗R3、抵抗R4及びコンデンサC4から成るRC回路網へ接続されており、さらにダイオードD3及び抵抗R8を介して接続点Aへ接続されている。
この場合、トランジスタT4のベースは抵抗R3、ダイオードD3及び抵抗R8を介して直接に接続点Aに接続されている。ダイオードD3と抵抗R3との間の接続点はコンデンサC4及び抵抗R4の並列回路を介してアースに接続されている。ダイオードD3のカソードは抵抗R4及びR3に接続されている。
抵抗R8とダイオードD3との間の接続点はトランジスタT5を介してアースに接続されている。トランジスタT5のベースは抵抗R5及びコンデンサC5の並列回路を介して同様にアースに接続されている。
さらに、トランジスタT5のベースはダイオードD5を介してトランジスタT3のベースに接続されている。この場合、ダイオードD5のアノードがトランジスタT3のベースに接続されている。
トランジスタT3、T4及びT5は有利にはNPNトランジスタとして構成されている。他のトランジスタ及びスイッチング手段が選択される場合にはそれらは相応に接続される。
接続点Aにおいて過電圧が発生すると、トランジスタT3によってトランジスタT2がオンとなり、これによりトランジスタT1もオンとなる。ロードダンプパルスのエネルギはこの切り換えによってモータに加えられる。従って、パルスの過電圧はモータの始動によって完全に低減される。
遅延装置として作動する相応のRC素子を有するトランジスタT4及びT5によってスイッチT1は時間遅延されてスイッチオフされる。
この回路は部分的に又は完全に集積回路として構成されうる。この場合、エレメント140、130及びトランジスタT2の機能は集積回路に移される。第1の時限素子は負荷を通過する電流フローが第1の待機時間の経過後に遮断されることを保証する。図2の実施例では抵抗R3及びコンデンサC4から構成されるRC素子が第1の時限素子を形成する。第1の時限素子により形成される第1の待機時間は、負荷が応答しない程度の短い時間である。第2の時限素子は、第2の待機時間の経過後に第1の待機時間が経過し始めることを保証する。図2の実施例では抵抗R5及びコンデンサC5から構成されるRC素子が第2の時限素子を形成する。とりわけこの時限素子はロジックモジュールとして構成できる。有利には、負荷100及びスイッチング手段T1を除く全てのエレメントが1つのモジュールに集積される。
図3に基づいて図2の回路の作動方法を詳しく説明する。部分図3aには接続点Aにおける電圧Uが示されている。部分図3bにはトランジスタT2のベースにおける電圧BT2及びトランジスタT2のスイッチング状態が示されている。部分図3cにはトランジスタT1のゲートにおける電圧GT1及びトランジスタT1のスイッチング状態が示されている。部分図3d、3e及び3fにはそれぞれトランジスタT3、T4及びT5のベースにおける電圧BT3、BT4及びBT5ならびにトランジスタT3、T4及びT5のスイッチング状態が示されている。
ノーマル状態では接続点Aではほぼ12Vの電圧が印加されている。これは、トランジスタT2のベース端子が同様に12Vの電圧にあることを意味する。これは、トランジスタT2が阻止状態にあることを意味する。トランジスタT2が阻止状態にある場合、トランジスタT1のゲート端子は0Vの電圧にある。よって、トランジスタT1は阻止されている。トランジスタT3のベースには同様に0Vの電圧が印加されている。これによりトランジスタT3も同様に阻止される。分圧器R8及びR4を介してコンデンサC4は充電され、トランジスタT4のベースにおける電圧BT4は明らかに0より大きい値をとる。これによりトランジスタT4は導通する。コンデンサC5は放電されており、このためトランジスタT5のベースには値0をとる電圧BT5が印加され、トランジスタT5は阻止される。
時点t1において、接続点Aの電圧は明らかに30Vを越える値に上昇する。接続点Aの電圧がダイオードD1のツェナー電圧を越えると、これによりトランジスタT2のエミッタ区間のベースにおいて電圧が0より大きい値に降下し、有利にはPNPトランジスタとして構成されたトランジスタT2は導通状態になる。
従って、トランジスタT2はトランジスタT1のゲート端子を接続点Aに接続し、この結果、トランジスタT1のゲート端子は高い電位になり、トランジスタT1は導通する。これによって負荷100を通過する電流フローが生じる。同時にトランジスタT3のベースにおける電位が上昇し、これがトランジスタT3を同様に導通状態にもたらす。従って、時点t1からトランジスタT3もトランジスタT4も導通状態である。
この結果、トランジスタT2のベース端子は持続的にアース電位にあり、トランジスタT2は導通したままである。時点t1からコンデンサC5は抵抗R2及びダイオードD5を介して充電される。これはトランジスタT5のベースにおける電圧がゆっくり上昇することを意味する。トランジスタT4のベースは同じ電位に留まる。
時点t2において、コンデンサC5の電圧は、トランジスタT5が導通状態に移行する値に到達する。この結果、時点t2からダイオードD3と抵抗R8との間の接続点はアース電位にある。これにより、コンデンサC4は抵抗R4を介して放電される。これは、トランジスタT4のベースの電圧BT4が降下することを意味する。
時点t3において、トランジスタT4のベースの電圧BT4は、トランジスタT4が阻止状態に移行するように降下する。これにより、トランジスタT2のベースにはもはやアース電位は印加されない。過電圧が低減されている場合、トランジスタT2は阻止状態に留まり、トランジスタT1、T2、T3においても初期状態が再現される。コンデンサC4はダイオードD3及び抵抗R8を介して再びバッテリ電圧に充電され、トランジスタT5のベースの電圧またはコンデンサC5の電圧は0に降下する。
過電圧はツェナーダイオードD1によってセンシングされ、トランジスタT2をオンにし、さらにスイッチT1を導通制御する。これは、電圧が閾値を越えると負荷100を通過する電流フローが開始されるようにスイッチング手段T1を制御する手段が設けられていることを意味する。この手段は、少なくとも1つの第2のスイッチング手段T2を含む。この第2のスイッチング手段T2は電圧が閾値を越えると第2の状態を取る。この場合、第2のスイッチング手段T2は第1のスイッチング手段T1を制御し、この第1のスイッチング手段T1は導通状態を取る。
トランジスタT3及びT4の直列回路によってトランジスタT2は導通状態に保持される。これは、自己保持手段によって、第2のスイッチング手段が第2の状態のまま留まるように制御されることを意味する。この場合、トランジスタT3は、トランジスタT2が再び阻止されるまで導通状態に留まる。トランジスタT4は、コンデンサC4及び抵抗R4から成るRC素子における電圧が閾値を下回るまで導通する。これによってトランジスタT2及びT1が待機時間の経過後にリセットされることが実現される。この待機時間はコンデンサC4及び抵抗R4から成るRC素子によって決定される。
コンデンサC4及び抵抗R4から成るこのRC素子の放電及びこれに相応する第1の待機時間は、第2の待機時間の経過後に開始される。この第2の待機時間はコンデンサC5及び抵抗R5から成るRC素子によって実現される。トランジスタT1及びT2の導通制御と同時に、コンデンサC5及び抵抗R5から成るRC素子は初期化される。コンデンサC5における電圧が所定の値に到達すると、トランジスタT5は導通し、これによってコンデンサC4及び抵抗R4から成るRC素子を初期化する。これは、待機時間の経過後に第2のスイッチング手段が第1の状態を取るように制御する少なくとも1つの時限素子が設けられていることを意味する。
負荷を通過する電流フローは、過電圧が識別されると、つまり電圧が閾値を越えると、開始される。この場合、この回路は、待機時間が経過しおわるまで電流フローが流れつづけるように構成される。この待機時間は少なくとも1つのRC素子によって決定される。監視すべき電圧は有利には制御機器の供給電圧U及び/又は制御機器の入力側の電圧である。
RC素子は、負荷が応答しない待機時間が選択されるように設計される。これは、ポンプを使用する場合にはこのポンプが始動しない又はほんの短時間しか始動しないことを意味する。マグネットバルブの場合には、これは、このマグネットバルブがその状態を変えないことを意味する。待機時間は、ロードダンプが確実に低減される長さに選択される。これは、スイッチング手段T1をオフにしても電圧がもはや高い値に上昇しないことを意味する。
本発明の別の実施形態が図4にフローチャートとして図示されている。第1のステップ400では第2のタイムカウンタT1が0にセットされる。次の問い合わせステップ410ではロードダンプがあるかどうかが検査される。有利にはこの問い合わせステップ410で、監視すべき電圧が閾値よりも大きいかどうかが検査される。ノーの場合、新たにステップ400が行われる。
問い合わせステップ410で、監視すべき電圧が所定の閾値LDよりも大きいと識別されると、ステップ420でこの第2のタイムカウンタが高められる。続く問い合わせステップ430では、このタイムカウンタT1が閾値TSを越えたかどうかが検査される。ノーの場合、改めて問い合わせステップ410が行われる。問い合わせステップ430で、このタイムカウンタT1が閾値TSを越えたと識別された場合、ステップ440が行われる。閾値TSは第2の待機時間である。
問い合わせステップ430及び第2のタイムカウンタによって、監視すべき電圧が第2の待機時間TSよりも長く閾値LDを越えている場合にのみロードダンプが識別される。これによって短時間の妨害パルスによってはロードダンプ機能の応答が実施されないことが保証される。
ステップ440で、負荷を通過する電流フローが初期化される。次いでステップ450で第1のタイムカウンタT2が所定の値TMにセットされる。次いでステップ460でこのタイムカウンタがインクリメントされる。続く問い合わせステップ470では、第1のタイムカウンタT2がゼロより小さいかどうかが検査される。ノーの場合、改めてステップ460が行われる。第1のタイムカウンタが0より小さい場合、ステップ480で負荷を通過する電流フローは遮断される。
問い合わせステップ470及び第1のタイムカウンタによって、ロードダンプが識別されている場合、過電圧を確実に低減するために負荷は所定の第1の待機時間TMの間通電される。
ロードダンプは、電圧が所定の第2の待機時間T1にわたって閾値よりも大きい場合にのみ識別される。ロードダンプが識別されると、第1の待機時間T2の間、監視電圧の値には依存せずに負荷への通電が行われる。
この方法によってロードダンプ機能への数回にわたるオンオフスイッチングが回避される。
タイムカウンタT1及びT2がRC素子として実現されるととりわけ有利である。この場合、有利には、両方のRC素子に対してただ1つのコンデンサが使用される。図2の実施例では、これは、エレメントT5、R5及びC5を省略することによって実現される。ロードダンプの場合には、第1の時限素子のコンデンサC4は抵抗R8及びダイオードD3を介して監視電圧で充電される。第2の待機時間TSは抵抗R8及びコンデンサC4から成るRC素子の値によって決定される。
負荷への通電が行われる第1の待機時間TMはコンデンサC4及び抵抗R4によって決定される。この負荷はこのコンデンサが抵抗R4を介して放電されるまで通電される。
有利には、電圧の問い合わせ及び監視は集積モジュールによって又はロジックモジュールによって実現される。時限素子のコンデンサは有利にはこのモジュールの外部に配置される。
Claims (7)
- 第1のスイッチング手段及び負荷が直列に電圧源の第1の接続端子と第2の接続端子との間に接続されており、前記電圧源に印加される電圧が閾値を越える場合に負荷を通過する電流フローが開始されるように前記第1のスイッチング手段が制御される、
過電圧を低減するための方法において、
前記負荷を通過する電流フローは負荷が応答しないように選択された第1の待機時間の経過後に遮断される
ことを特徴とする
過電圧を低減するための方法。 - 第1の待機時間は第2の待機時間の経過後に開始される、請求項1記載の方法。
- 第1のスイッチング手段及び負荷が直列に電圧源の第1の接続端子と第2の接続端子との間に接続されており、前記電圧源に印加される電圧が閾値を越える場合に負荷を通過する電流フローが開始されるように前記第1のスイッチング手段を制御する手段が設けられる、
過電圧を低減するための装置において、
第1の時限素子が、前記負荷を通過する電流フローを、負荷が応答しないように選択された第1の待機時間の経過後に遮断する
ことを特徴とする
過電圧を低減するための装置。 - 第2の時限素子が第2の待機時間の経過後に第1の待機時間を開始する、請求項3記載の装置。
- 負荷は自動車のブレーキ作用を制御するシステムの液圧ポンプとして構成されている、請求項3又は4記載の装置。
- 少なくとも1つの第2のスイッチング手段が設けられており、該少なくとも1つの第2のスイッチング手段は電圧が閾値を越えた場合に第2の状態を取り、これによって第1のスイッチング手段が導通状態にされる、請求項3から5までのいずれか1項記載の装置。
- 自己保持手段が設けられており、該自己保持手段は、第2のスイッチング手段が第2の状態のまま留まるように前記第2のスイッチング手段を制御する、請求項6記載の装置。
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