JP5372266B2

JP5372266B2 - 電気構成部材を制御する方法および制御ユニット

Info

Publication number: JP5372266B2
Application number: JP2012548428A
Authority: JP
Inventors: シューラーハラルト; ハートマンスヴェン; トゥンバックシュテファン
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-01-14
Filing date: 2011-01-13
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2031-01-13
Also published as: US20130049819A1; EP2524387B1; WO2011086112A1; CN102725813B; CN102725813A; EP2524387A1; US8760836B2; DE102010029231A1; JP2013517414A

Description

従来の技術
本発明は、誘導負荷を有するリレー、変圧器または電磁石などの電気構成部材を制御することに関する。

このような電気構成部材の例は、自動車のスタータのオールオアナッシングリレーおよび噛合いリレーである。このようなオールオアナッシングリレーおよび／または噛合いリレーには、主コイルおよび消去コイルを備え付けることができる。上記の主コイルは、噛合いリレーを引き込むためのプルインコイルの機能を有している。第２コイルは、動作時に保持コイルとして機能することができる。２つのコイルをスイッチオンするため、１つずつの電界効果トランジスタが設けられている。

本出願人に内部的に知られている従来技術によれば、電気構成部材は２つのコイルを有しており、ここでは上記の磁束を消去する際、実質的に電界効果トランジスタによってエネルギを運び去る。

発明の開示
本発明は、上記のような消去時に解放されるエネルギを少なくとも２つの電界効果トランジスタに分配して、個々の電界効果トランジスタの過負荷を回避するという知識に基づいている。上記のコイル電流を消去するためのエネルギを２つの電界効果トランジスタに分配できることにより、これらの２つの電界効果トランジスタのサイズを一層小さく設計することができる。さらに、有利にも上記のコイル電流を消去するための付加的な構成部材を省略することができる。

本発明では電気構成部材を制御する方法が提案され、この方法はつぎのステップを有する。すなわち、主コイルと、この主コイルのスイッチとして構成されかつ主コイルをスイッチオンする第１電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と、主コイルを遮断した際の主コイルの誘導負荷を消去する消去コイル、この消去コイルのスイッチとして構成されかつ消去コイルをスイッチオンする第２電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）とを準備するステップと、上記の消去コイルのスイッチオフ過程において第２電界効果トランジスタを線形動作で動作させるか、または線形動作とスイッチオフ状態との間のクロック動作で動作させ、また第１電界効果トランジスタを線形動作で動作させるステップとを有する。

本発明ではさらに電気構成部材を制御する制御ユニットが提案され、ここでこの電気構成部材は、主コイルと、主コイルのスイッチとして構成されかつこの主コイルをスイッチングする第１電界効果トランジスタと、主コイルをスイッチオフした際の主コイルの誘導負荷を消去する消去コイルと、この消去コイルのスイッチとして構成されかつこの消去コイルをスイッチングする第２電界効果トランジスタとを有する。この制御装置は、消去コイルのスイッチオフ過程において、第２電界効果トランジスタを線形動作で動作させるかまたは線形動作とスイッチオフ状態との間のクロック動作で動作させ、また第１電界効果トランジスタを線形動作で動作させるのに適している。

この制御ユニットは、ハードウェア技術的に実現することができ、またはハードウェアおよびソフトウェア技術的に実現することもできる。ハードウェア技術的に実現する場合、この制御ユニットは、装置として構成することができ、例えばマイクロプロセッサ、機器としてまたはシステムの一部として、例えば自動車制御装置の一部として構成することも可能である。ハードウェアおよびソフトウェア技術的に実現する場合、上記の制御ユニットは、コンピュータプログラム製品として、機能として、ルーチンとして、プログラムコードの一部として、または実行可能なオブジェクトとして構成することができる。

本発明ではさらに、上で説明した制御ユニットを有する電気構成部材が提案される。

ここでこの電気構成部材は、有利には自動車のオールオアナッシングリレーおよび／またはスイッチオンリレーである。

さらに本発明では、１つまたは複数の上記のような電気構成部材を有するスタータまたはスタータシステムが提案される。

従属請求項には、請求項１に記載した方法および請求項８に記載した制御ユニットの有利な発展形態および実施形態が記載されている。

有利な１つの発展形態によれば、主コイルが消去された後かつ消去コイルがスイッチオフされる前の消去コイルのスイッチオフ過程において第２電界効果トランジスタは、線形領域で動作されるかまたはクロック制御された領域で動作され、第１電界効果トランジスタは、線形領域で動作される。これにより、主コイルを消去した際に解放されるエネルギを２つの電界効果トランジスタに分配することができ、この際に消去コイルをスイッチオフする際に２つの電界効果トランジスタのうちの１つを破壊してしまう危険性がない。

別の有利な発展形態によれば、第１電界効果トランジスタおよび第２電界効果トランジスタは、上記のスイッチオフ過程中に線形動作で動作される。

ここでは有利には上記の２つの電界効果トランジスタの２つの接合抵抗またはドレイン／ソース抵抗を制御して、全スイッチオフ過程中に上記のスイッチオフエネルギの量が２つの電界効果トランジスタにおいて等しくなるようにすることが可能である。

別の有利な発展形態によれば、上記のスイッチオフ過程中に第１電界効果トランジスタおよび第２電界効果トランジスタを駆動制御し、第１電界効果トランジスタおよび第２電界効果トランジスタのドレイン／ソース抵抗を形成して、このスイッチオフ過程中に２つの電界効果トランジスタを介して排出されるエネルギ量が有利には等しくなるようにする。

別の有利な発展形態によれば、上記のスイッチオフ過程中、第２電界効果トランジスタは、所定のドレイン／ソース抵抗を有するクロック動作で動作し、また第１電界効果トランジスタは線形領域で動作する。

この際に有利には上記のクロック動作のクロックを設定して、上記の磁束が均一に減衰し、また主コイルおよび消去コイルを流れる電流が連続して低下するようにする。これによって有利にも、上記の電流が再度増大し得ることが回避される。

別の有利な発展形態によれば、上記のクロック動作は、線形動作に対してパルスおよびパルス休止を有する。したがってここでは有利にも、固定のデューティ比を必ずしもあらかじめ設定する必要がないのである。

これは、上記の電界効果トランジスタの所定の配線に起因して、所定の接合抵抗ないしはソース／ドレイン抵抗だけしか設定できない場合に殊に有利に使用することができる。

上記の制御ユニットの別の有利な実施形態によれば、この制御ユニットはつぎのように構成される。すなわち、上記の電気構成部材を
第１電界効果トランジスタがスイッチオンされかつ第２電界効果トランジスタがスイッチオフされた動作状態において動作させ、
第１電界効果トランジスタがスイッチオフされかつ第２電界効果トランジスタがスイッチオンされた消去状態において動作させ、
第１電界効果トランジスタが線形領域にありかつ第２電界効果トランジスタが線形領域にあるかまたはクロック制御で動作するスイッチオフ状態において動作させ、また
第１電界効果トランジスタがスイッチオフされかつ第２電界効果トランジスタがスイッチオフされた静止状態において動作させるように構成されるのである。上記の動作状態、消去状態、スイッチオフ状態および静止状態を設定するため、上記の制御ユニットは有利には、第１ＦＥＴを第１制御信号で駆動制御し、また第２ＦＥＴを第２制御信号で駆動制御するように構成される。

上記のスイッチオフ過程における第２ＦＥＴの動作の２つのケースにおいて、すなわち線形動作またはクロック制御動作において、本発明の作用は、消去コイルをスイッチオフする前に主コイルをスイッチオンすることにより、消去コイルから主コイルに電流を移動させることに基づくのである。これにより、上記のスイッチオフエネルギが２つのＦＥＴに分配されるのである。殊に主コイルに対する第１ＦＥＴの接合抵抗が十分に小さくない場合、消去コイルを一時的にスイッチオフすることによってこの作用を増大させることができる。

本発明の別の実施例を図面に示し、以下の説明において詳述する。

本発明による構成部材の概略回路図である。本発明による方法の第１実施例の概略流れ図である。本発明による方法の第２実施例の概略流れ図である。図３に示した方法において、第１ＦＥＴおよび第２ＦＥＴのドレイン／ソース抵抗の時間的な経過を示す線図である。本発明による方法の第３実施例の概略流れ図である。図５に示した方法において、第１ＦＥＴおよび第２ＦＥＴのドレイン／ソース抵抗の時間的な経過を示す線図である。

図１には本発明による構成部材１の概略ブロック回路図が示されている。

本発明による構成部材１は、主コイル２と、第１ＦＥＴ３と、消去コイル４と、第２ＦＥＴ５と、コア６とを有する。主コイル２は、あらかじめ定めたインダクタンスＬ₁と、抵抗Ｒ₁と、あらかじめ定めた巻数ｎ₁とを有する。これに類似して消去コイル３は、あらかじめ定めたインダクタンスＬ₂と、あらかじめ定めた抵抗Ｒ₂と、あらかじめ定めた巻数ｎ₂とを有する。主コイル２および消去コイル４は、共通のコア６の周りに配置されており、例えばこれに巻回されている。第１ＦＥＴ３は、主コイル２をスイッチングするためのスイッチとして設けられている。さらに上記の消去コイル４をスイッチングするためのスイッチとして第２ＦＥＴ５が設けられている。ここで消去コイル４は、殊に主コイル２をスイッチオフした際の主コイル２の誘導負荷を消去するために設けられている。

さらに構成部材１は制御ユニット７を有する。制御ユニット７は、消去コイル４のスイッチオフ過程１２の際に、第２ＦＥＴ５を線形動作８で動作させるか、または線形動作８とスイッチオフ状態９との間でクロック動作１０させ、また第１ＦＥＴ３を線形動作８で動作させるために設けられている（図４および６を参照されたい）。

有利には主コイル２の消去過程の後かつ消去コイル４をスイッチオフする前の消去コイル４のスイッチオフ過程１２中、第２ＦＥＴ５をクロック動作１０させるかまたは線形動作８させ、第１ＦＥＴ３を線形動作８で動作させる。このため、上記の制御ユニットは、第１制御信号Ｓ₁を用いて第１ＦＥＴ３を駆動制御し、また第２制御信号Ｓ₂を用いて第２ＦＥＴ５を駆動制御する。

図２には、本発明の方法の第１実施例の概略流れ図が示されている。

図２の実施例には方法ステップ２０１および２０２がある。図１に関連してこの実施例を説明する。方法ステップ２０１では、主コイル２と、主コイル２をスイッチングするための主コイル２のスイッチとして構成された第１ＦＥＴ３と、主コイル２の誘導負荷を消去するための消去コイル４と、消去コイル４をスイッチングするための消去コイル４のスイッチとして構成された第２ＦＥＴ５を準備する。

方法ステップ２０２では、消去コイル４のスイッチオフ過程１２の際に第２ＦＥＴ５を線形動作８とスイッチオフ状態９との間のクロック動作１０で動作させるかまたは線形動作８で動作させ、また第１ＦＥＴ３を線形動作８で動作させる。スイッチオフ過程１２は、消去過程１１の後かつ２つのＦＥＴ３および５の実際のスイッチオフ時点の前にある（図４および６を参照されたい）。

図３には、本発明による方法の第２実施例の概略流れ図が示されている。図３の実施例には方法ステップ３０１ないし３０３がある。この実施例を図４に関連して説明する。図４には、図３の方法における第１ＦＥＴ３ないしは第２ＦＥＴ５のドレイン／ソース抵抗ＲＳ１およびＲＳ２の時間経過が示されている。ここでは図４の時間軸ｔは、構成部材１の消去状態１１と、スイッチオフ状態１２と、静止状態１３とに分けられる。

方法ステップ３０１において構成部材１は消去状態１１で動作される。消去状態１１において第１ＦＥＴ３は、スイッチオフ状態９にあり、すなわちドレイン／ソース抵抗ＲＳ１は高抵抗である。さらに消去状態１１において第２ＦＥＴ３は、スイッチオン状態１４にあり、すなわちドレイン／ソース抵抗ＲＳ２は低抵抗であるため、主コイル２をスイッチオフした際に解放されたエネルギは、消去コイル４を介して消去することができる。このことを、殊に保持状態と称する。

方法ステップ３０２において構成部材１はスイッチオフ状態１２で動作される。ここでは第１ＦＥＴ３を線形動作８で動作させる。同様に第２ＦＥＴ５も線形動作８で動作させる。

方法ステップ３０３において電気構成部材１は、静止状態１３で動作される。すなわち２つのＦＥＴ３および５は、スイッチオフ状態９にある。

図５には、本発明による方法の第３実施例の概略流れ図が示されている。図５の実施例には方法ステップ５０１ないし５０３がある。この実施例を図６に関連して説明する。図６には、図５の方法における第１ＦＥＴ３ないしは第２ＦＥＴ５のドレイン／ソース抵抗ＲＳ１およびＲＳ２の時間経過が示されている。ここでも同様に図６の時間軸ｔが、構成部材１の消去状態１１と、スイッチオフ状態１２と、静止状態１３とに分けられる。

方法ステップ５０１において構成部材１は消去状態１１で動作する。消去状態１１において第１ＦＥＴ３は、スイッチオフ状態９にある。すなわちドレイン／ソース抵抗ＲＳ１は高抵抗である。さらに消去状態１１において第１ＦＥＴ３はスイッチオフ状態１４にある。すなわちドレイン／ソース抵抗ＲＳ２は高抵抗である。このことを、殊に保持状態と称する。

方法ステップ５０２において構成部材１はスイッチオフ状態１２で動作させる。したがって第１ＦＥＴ３は線形動作８で動作する。さらに第２ＦＥＴ５をクロック動作１０で動作させる。クロック動作１０では、線形動作８とスイッチオフ状態９との間で交互に切り換えが行われる。

方法ステップ５０３において電気構成部材１は、静止状態１３で駆動される。すなわち２つのＦＥＴ３および５は、スイッチオフ状態９にあるのである。

Claims

電気構成部材（１）を制御する方法において、
主コイル（２）と、当該主コイル（２）のスイッチとして構成された、主コイル（２）をスイッチングする第１電界効果トランジスタ（３）と、前記主コイル（２）をスイッチオフした際の主コイル（２）の誘導負荷を消去する消去コイル（４）と、当該消去コイル（４）のスイッチとして構成された、消去コイル（４）をスイッチチングする第２電界効果トランジスタ（５）とを備えた電気構成部材（１）を準備するステップと、
前記消去コイル（４）のスイッチオフ過程（１２）において、第２電界効果トランジスタ（５）を線形動作（８）とスイッチオフ状態（９）との間のクロック動作（１０）で動作させるかまたは線形動作（８）で動作させ、第１電界効果トランジスタ（３）を線形動作（８）で動作させるステップとを有する、
ことを特徴とする、電気構成部材（１）を制御する方法。
請求項１に記載の方法において、
前記スイッチオフ過程（１２）は、前記主コイル（２）を消去した後かつ前記消去コイル（４）をスイッチオフする前にある、
ことを特徴とする方法。
請求項１または２に記載の方法において、
前記スイッチオフ（１２）過程中、第１電界効果トランジスタ（３）および第２電界効果トランジスタ（５）を線形動作（８）で動作させる、
ことを特徴とする方法。
請求項３に記載の方法において、
前記スイッチオフ過程（１２）中に第１電界効果トランジスタ（３）および第２電界効果トランジスタ（５）を制御して、当該スイッチオフ過程（１２）中に２つの電界効果トランジスタ（３，５）を介して排出されるエネルギが等しくなるように、第１電界効果トランジスタ（３）および第２電界効果トランジスタ（５）のドレイン／ソース抵抗（ＲＳ１，ＲＳ２）を形成する、
ことを特徴とする方法。
請求項１または２に記載の方法において、
前記スイッチオフ（１２）過程中、所定のドレイン／ソース抵抗（ＲＳ２）を有するクロック動作（１０）で第２電界効果トランジスタ（５）を動作させ、所定のドレイン／ソース抵抗（ＲＳ１）を有する線形動作（８）で第１電界効果トランジスタ（３）を動作させる、
ことを特徴とする方法。
請求項１または２に記載の方法において、
前記スイッチオフ（１２）過程中、所定のドレイン／ソース抵抗（ＲＳ２）を有するクロック動作（１０）で第２電界効果トランジスタ（５）を動作させ、所定のドレイン／ソース抵抗（ＲＳ１）を有する第１電界効果トランジスタ（３）を線形動作（８）で動作させ、
前記クロック動作（１０）のクロックを設定して、磁束が均一に減衰しかつ前記主コイル（２）および前記消去コイル（４）を通る電流が連続して減少するようにする、
ことを特徴とする方法。
請求項６に記載の方法において、
前記クロック動作は、前記線形動作（８）に対してパルスおよびパルス休止を有する、
ことを特徴とする方法。
前記電気構成部材（１）は、主コイル（２）と、当該主コイル（２）のスイッチとして構成された、主コイル（２）をスイッチングする第１電界効果トランジスタ（３）と、前記主コイル（２）をスイッチオフした際の主コイル（２）の誘導負荷を消去する消去コイル（４）と、当該消去コイル（４）のスイッチとして構成された、消去コイル（４）をスイッチングする第２電界効果トランジスタ（５）とを有する、電気構成部材（１）を制御する制御ユニット（７）において、
前記消去コイル（４）のスイッチオフ過程（１２）時に第２電界効果トランジスタ（５）を線形動作（８）とスイッチオフ状態（９）との間のクロック動作（１０）で動作させるかまたは線形動作（８）で動作させ、第１電界効果トランジスタ（３）を線形動作（８）で動作させるように前記制御装置（７）を構成した、
ことを特徴とする、電気構成部材（１）を制御する制御ユニット（７）。
請求項８に記載の制御ユニット（７）において、
第１電界効果トランジスタ（３）がスイッチオンされかつ第２電界効果トランジスタ（５）がスイッチオフされた動作状態、
第１電界効果トランジスタ（３）がスイッチオフされかつ第２電界効果トランジスタ（５）がスイッチオンされた消去状態（１１）、
第１電界効果トランジスタ（３）が線形動作（８）にありかつ第２電界効果トランジスタ（５）が線形動作（８）またはクロック動作（１０）にあるスイッチオフ過程（１２）、および
第１電界効果トランジスタ（３）がスイッチオフされかつ第２電界効果トランジスタ（５）がスイッチオフされた静止状態（１３）で前記電気構成部材（１）を動作させるように前記制御ユニット（７）を構成した、
ことを特徴とする制御ユニット（７）。
請求項９に記載の制御ユニットにおいて、
前記制御ユニット（７）は、前記動作状態、消去状態（１１）、スイッチオフ過程（１２）および静止状態（１３）を設定するため、第１制御信号（Ｓ１）を用いて第１電界効果トランジスタ（３）を駆動制御し、第２制御信号（Ｓ２）を用いて第２電界効果トランジスタ（５）を駆動制御する、
ことを特徴とする制御ユニット（７）。
主コイル（２）と、当該主コイル（２）のスイッチとして構成された、主コイル（２）をスイッチングする第１電界効果トランジスタ（３）と、前記主コイル（２）をスイッチオフした際の主コイル（２）の誘導負荷を消去する消去コイル（４）と、当該消去コイル（４）のスイッチとして構成された、消去コイル（４）をスイッチングする第２電界効果トランジスタ（５）とを有する、電気構成部材（１）において、
当該電気構成部材（１）はさらに、前記消去コイル（４）のスイッチオフ過程（１２）時に第２電界効果トランジスタ（５）を線形動作（８）とスイッチオフ状態（９）との間のクロック動作（１０）で動作させるかまたは線形動作（８）で動作させ、第１電界効果トランジスタ（３）を線形動作（８）で動作させるように制御する制御ユニット（７）を備えている、
ことを特徴とする電気構成部材（１）。
請求項１１に記載の電気構成部材（１）において、
前記制御ユニット（７）は、
第１電界効果トランジスタ（３）がスイッチオンされかつ第２電界効果トランジスタ（５）がスイッチオフされた動作状態、
第１電界効果トランジスタ（３）がスイッチオフされかつ第２電界効果トランジスタ（５）がスイッチオンされた消去状態（１１）、
第１電界効果トランジスタ（３）が線形動作（８）にありかつ第２電界効果トランジスタ（５）が線形動作（８）またはクロック動作（１０）にあるスイッチオフ過程（１２）、および
第１電界効果トランジスタ（３）がスイッチオフされかつ第２電界効果トランジスタ（５）がスイッチオフされた静止状態（１３）で前記電気構成部材（１）を動作させるように駆動制御する、
ことを特徴とする電気構成部材（１）。
請求項１２に記載の電気構成部材（１）において、
前記制御ユニット（７）は、前記動作状態、消去状態（１１）、スイッチオフ過程（１２）および静止状態（１３）を設定するため、第１制御信号（Ｓ１）を用いて第１電界効果トランジスタ（３）を駆動制御し、第２制御信号（Ｓ２）を用いて第２電界効果トランジスタ（５）を駆動制御する、ことを特徴とする電気構成部材（１）。
請求項１１から１３までのいずれか１項に記載の電気構成部材（１）において、
当該電気構成部材（１）は、自動車のスタータのオールオアナッシングリレーおよび噛合いリレーとして構成されている、ことを特徴とする電気構成部材（１）。
請求項１１からの１４までのいずれか１項に記載の電気構成部材（１）を有する、ことを特徴とするスタータ。