JP4001641B2 - 過電圧を低減するための方法及び装置 - Google Patents

Description

技術分野
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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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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