KR20010034146A

KR20010034146A - 자동차의 안전 장치용 점화 시스템 감시 회로

Info

Publication number: KR20010034146A
Application number: KR1020007007766A
Authority: KR
Inventors: 슈마허하르트무트; 쉬르머귄테르; 베르너프랑크
Original assignee: 클라우스 포스; 로베르트 보쉬 게엠베하; 게오르그 뮐러
Priority date: 1998-01-21
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2001-04-25
Also published as: AU2509699A; EP1047582B1; US6486566B1; JP2002500984A; DE59811022D1; EP1047582A1; AU733441B2; DE19802042A1; WO1999037508A1

Abstract

본 발명은 매우 높은 신뢰성으로 안전 장치의 점화 시스템상의 결함을 검출할 수 있는 회로에 관한 것이다. 상기 회로는 트랜지스터 브리지 회로(T1, T2, T3, T4)를 포함하고, 그의 분기에 점화 수단(Rz)과 커패시터(Ck)가 위치한다. 측정 전류원은 상기 트랜지스터 브리지 회로(T1, T2, T3, T4)와 연결되어 있다. 제어 장치(SG)는 감시 사이클 동안 상기 트랜지스터(T1, T2, T3, T4)와 측정 전류원을 제어하므로, 상기 커패시터(Ck)는 측정 전류(Im)로 충전된다. 상기 제어 장치(SG)에 의해 제어되는 샘플 및 홀드 회로(SH)는 상기 커패시터(Ck)의 충전 후에 점화 시스템에서 강하하는 제 1 전압(Um1)을 검출하고 상기 측정 전류(Im)의 차단 후에는 점화 시스템에서 강하하는 제 2 전압(Um2)을 검출한다. 그 후, 상기 제어 장치(SG)는 상기 양 전압(Um1, Um2)으로부터 상기 커패시턴스(Ck)와 점화 수단의 저항(Rz)을 결정한다.

Description

자동차의 안전 장치용 점화 시스템 감시 회로{Circuit For Monitoring The Ignition System For A Safety Device In An Automobile}

에어백 또는 벨트 텐셔너(belt tensioner)를 위한 이러한 종류의 교류 점화는 EP 0 577 988 A1호에 개시되어 있다. 안전 장치의 점화 시스템은 충돌의 경우에 에러 없이 작동하도록 하기 위해, 상기 점화 시스템은 지속적으로 감시되어야 한다. 상기 점화 시스템에서 에러가 확인되면, 그것은 차량에서 광학적으로 또는 음향적으로 신호화된다. 실제로 다음의 에러는 점화 시스템에서 발생할 수 있다. 프라이밍 캡(priming cap)과 배터리 전압 또는 접지 사이에 단락이 발생할 수 있다. 그 외에도 상기 점화 시스템 자체의 공급선들 사이 또는 점화 시스템 커패시터에 대해 병렬로 단락이 발생할 수 있다. 상기 EP 0 577 988 A1호에 공지된 감시 회로에 따르면 상기 점화 시스템에서 강하하는 전압이 점화 시스템에 위치하는 커패시터의 여러 충전 상태 동안 측정되고 전압의 크기로부터 상기 프라이밍 캡 또는 커패시터에 에러가 수반되었는지 여부가 도출된다.

본 발명은 점화 시스템이 전기 저항을 나타내는 점화 수단을 가지며, 이 점화 수단은 커패시터와 직렬로 연결되어 있으며, 상기 커패시터를 충전 및 방전하기 위한 스위칭 수단 및 측정 장치가 제공되고, 이들은 점화 시스템에서 강하하는 전압을 검출하여, 이로부터 점화 수단의 저항과 커패시턴스를 판정하는, 자동차의 안전 장치용 점화 시스템의 감시를 위한 회로에 관한 것이다.

도 1은 안전 장치의 점화 시스템을 위한 감시 회로.

도 2는 점화 시스템에서 커패시터의 충전 곡선.

청구항 1의 특징들을 통해 점화 시스템의 커패시터와 점화 수단은 트랜지스터 브리지 회로의 분기에 배치되어 있다. 이 트랜지스터 브리지 회로에는 측정 전류원이 연결되어 있다. 이 제어 장치는 감시 사이클 동안 트랜지스터와 측정 전류원을 제어하므로, 커패시터는 측정 전류에 의해 충전된다. 제어 장치에 의해 제어되는 샘플 및 홀드 회로는 이 커패시터의 충전 후에는 점화 시스템에서 강하하는 제 1 전압을 검출하고 측정 전류의 차단 후에는 점화 시스템에서 강하하는 제 2 전압을 검출하므로, 이 제어 장치는 상기 양 전압으로부터 점화 수단의 저항과 커패시턴스를 검출할 수 있다.

이러한 회로 장치를 이용해 상기 측정 전압은 점화 시스템에서 매우 빠르고 정확하게 검출되므로, 큰 신뢰성을 가지고 에러가 점화 시스템에서 검출될 수 있다. 이 트랜지스터 브리지를 이용할 때의 장점으로는 역전류 보호를 위해 트랜지스터 브리지의 한 쪽이 단락될지라도 안전 장치의 점화가 가능하다는 것이다. 또한 상기 트랜지스터 브리지는 개별 트랜지스터들에서 균일한 온도 부담을 갖는다. 종래 기술에서 처럼, 점화 시스템의 외부 저항은 본 발명에 따른 장치에서는 생략될 수 있으므로, 시간 단위마다 에너지 전달이 프라이밍 캡에서 높아진다.

본 발명의 유리한 다른 구성들은 종속항으로부터 도출된다.

그러므로 상기 측정 전류원은 스위칭 트랜지스터와 측정 저항의 직렬 회로로 이루어지고, 이것은 한편으로는 트랜지스터 브리지 회로의 분기에 연결되고 다른 한편으로는 트랜지스터 브리지 전압에서 공급 전압이 인가되는 포인트에 연결되어 있다. 역전류 보호 장치로서 다이오드가 스위칭 트랜지스터에 직렬로 연결되어 있다.

이 제어 장치는 측정 전류원의 스위칭 트랜지스터와 샘플 및 홀드 회로의 스위치를 동시에 제어한다. 이 샘플 및 홀드 회로의 입력에 연산 증폭기가 위치하고, 그의 출력 전류는 스위치를 통해 흐르고, 스위치를 흐르는 전류는 증폭기에 공급되며, 이것은 피드백 분기 안에서 저장 커패시터를 포함하고 있다. 이 샘플 및 홀드 회로의 출력은 연산 증폭기의 입력에 피드백된다. 이 샘플 및 홀드 회로의 스위치는 트랜스미션 게이트 트랜지스터이다. 이 증폭기의 입력 스테이지는 하나 또는 다수의 MOS-트랜지스터로 이루어진다.

도면에 도시된 실시예를 이용해 하기에서 본 발명이 상술된다.

도 1에 도시된 회로는 4개의 기능 1그룹으로, 즉 점화 시스템(ZK), 측정 전류원(MS), 샘플 및 홀드 회로(SH) 및 제어 장치(SG)로 이루어진다. 상기 제어 장치(SG)는 하나 또는 다수의 가속도 센서 또는 크래시 센서(crash sensor)로부터 하나 또는 다수의 입력 신호(SI)를 받는다. 상기 입력 신호(SI)의 평가 후에 보조 장치(예를 들어 에어백 또는 벨트 텐셔너)가 해방되면, 상기 제어 장치는 그에 상응하는 제어 신호를 상기 점화 시스템(ZK)에 전송하고, 이 경우 이 점화 시스템은 유지 장치의 점화를 개시시킨다. 상기 제어 장치(SG)에서 입력 신호(SI)를 종래와 같이 평가하는 것은 여기에서 상세히 설명하지 않는데, 이는 그것이 본 발명의 대상이 아니기 때문이다.

상기 점화 시스템은 공급 전압(Uv)이 인가되는 트랜지스터 브리지 회로로 이루어진다. 상기 트랜지스터 브리지 회로는 도시된 실시예에서 4개의 트랜지스터(전계 효과 트랜지스터)(T1, T2, T3, T4)를 갖는다. 트랜지스터 브리지 회로의 분기에 전기 저항(Rz)을 가지는 점화 수단(프라이밍 캡)이 위치한다. 프라이밍 캡 저항(priming cap resistor)(Rz)에 커패시터(Ck)가 직렬로 연결되어 있다. 상기 트랜지스터 브리지 회로는 2개의 프라이밍 캡 저항(Rz)에 점화 전류를 공급하는 2가지 다른 방법을 제공한다. 이 때 정상 동작과 푸시풀 동작(push-pull operation) 사이에는 차이가 있다. 전압(Uv)이 큰(예를 들어 45V) 경우의 정상 동작에서는 상기 트랜지스터(T1, T2)는 교대로 제어되고, 이 때 상기 트랜지스터(T4)는 계속적으로 제어되고 트랜지스터(T3)는 차단된다. 또는 그 대신에 상기 트랜지스터(T3, T4)는 교대로 제어되며, 트랜지스터(T2)는 계속적으로 제어되며, 트랜지스터(T1)는 차단된다. 상기 전압(Uv)이 작은(예를 들어 자동차의 배터리 전압) 경우의 푸시풀 동작에서는, 트랜지스터(T3, T2)에는 전류가 흐르고 트랜지스터(T1, T4)가 스위칭 오프되거나 트랜지스터(T1, T4)에는 전류가 흐르고 트랜지스터(T3, T2)가 스위칭 오프되면, 상기 점화 전류가 전압원(Uv)으로부터 상기 프라이밍 캡 저항(Rz)에 도달하게 된다.

각각의 동작에서 - 정상 동작 또는 푸시풀 동작 - 상기 트랜지스터(T1, T2, T3, T4)의 제어 조합 각각이 교대로 이루어지기 때문에, 점화 시스템의 단자가 단락되면, 그 때 점화 전류 흐름이 보장된다.

상기 트랜지스터(T1, T2, T3, T4)의 제어를 위해 상기 제어 장치(SG)로부터 제어 신호들이 트랜지스터(T1, T2, T3, T4)의 제어 전극들 쪽으로 전송된다. 이 제어 신호 라인들은 도 1에서 파선으로 도시되어 있다.

상기 점화 시스템에 대해 일정한 간격으로 계속 반복되는 감시 사이클에서 먼저 트랜지스터(T4)가 스위칭 온되고 다른 모든 트랜지스터(T1, T2, T3)는 스위칭 오프된다. 한편으로 상기 트랜지스터(T1, T2) 사이의 단자에 연결되고 다른 한편으로는 상기 트랜지스터 브리지 회로의 공급 전압(Uv)에 연결된 측정 전류원(MS)의 스위칭 온 후에 프라이밍 캡 저항(Rz)과 커패시터(Ck)의 직렬 회로를 통해 측정 전류(Im)가 흐른다. 이 측정 전류원(MS)은 측정 저항(Rm) 및 이것과 직렬로 연결된 스위칭 트랜지스터(T5)로 이루어진다. 이 스위칭 트랜지스터(T5)에 역류 보호 장치로서 다이오드(D)가 하나 더 연결되어, 점화 시에 발생할 수 있는 과대 전압으로 인한 손상으로부터 스위칭 트랜지스터(T5)를 보호하는 것이 적합하다.

상기 측정 전류원(MS)의 출력에서 측정 전압(Um)이 출력된다. 측정 과정 동안 상기 측정 전압(Um)의 그래프는 도 2에 도시되어 있다. 시점(t1)에서 제어 장치(SG)에 의해 제어되는 스위칭 트랜지스터(T5)에 전류가 흐른다. 그 시점부터 흐르는 측정 전류(Im)는 프라이밍 캡(Rz)을 통해 흐르고 커패시터(Ck)를 충전한다. 상기 커패시터(Ck)가 어느 정도 충전된 후에, 시점(t2)에서 상기 측정 전압(Um)은 값(Um1)으로 상승한다. 이 시점(t2)에서 상기 스위칭 트랜지스터(T5)는 다시 스위칭 오프된다. 이 측정 전압(Um)은 상기 점화 시스템의 저항 소자에서 전압 강하만큼 감소된다. 도 2에서 알 수 있는 것처럼, 인덕턴스가 공급선에서 작용하기 때문에 측정 전압(Um)의 진동이 사라진다. 이 진동이 완전히 사라질 때, 상기 측정 전압(Um2)이 시점(t3)에서 검출된다.

상기 샘플 및 홀드 회로(SH)는 시점(T2, T3)에서 인가되는 측정 전압(Um1, Um2)을 검출하여 제어 장치(Sg)에 전송한다. 상기 샘플 및 홀드 회로(SH)의 입력에 연산 증폭기(OP)가 위치하고, 그의 반전 입력에 상기 측정 전압(Um)이 저항(R)에 의해 인가된다. 상기 연산 증폭기(OP)의 출력 전류는 전기적으로 제어 가능한 스위치(S1)에 의해 저장 커패시터(Cs)와 피드백되어 있는 증폭기(V)로 흘러간다. 이 증폭기의 출력은 상기 연산 증폭기(OP)의 포지티브 입력(positive input)에 다시 연결되어 있다. 이 시점(t1)에서 상기 제어 장치(SG)에 의해 제어되는 스위칭 트랜지스터(T5)와 동시에 상기 샘플 및 홀드 회로(SH)의 스위치(S1)가 닫혀있다. 역시 동시에 상기 스위치(S1)와 스위칭 트랜지스터(T5)는 시점(t2)에서 개방된다. 그 후, 상기 증폭기(V)의 출력에 측정 전압(Um1)이 이용된다. 이 제 2 측정 전압(Um2)의 검출을 위해 상기 스위치(S1)는 시점(t3)에서 한 번 더 동작된다.

이는 상기 연산 증폭기(OP)는 전류원처럼 스위치(S1)에 작용하기 때문에, (각각 n-채널 트랜지스터와 p-채널 트랜지스터로 이루어지는) 트랜스미션 게이트 트랜지스터를 가지는 스위치가 이용될 수 있다. 트랜스미션 게이트 트랜지스터의 기하학적 크기가 작기 때문에, 스위칭 과정에서 기생 트랜지스터 커패시턴스가 매우 작으므로 저장 커패시터(Cs)에서 최소의 전하 전달 만이 발생한다.

상기 연산 증폭기(OP)의 출력에 전류 공급이 이루어지기 때문에, 상기 스위치(S1)의 높은 내부 저항이 시간 지연이라는 단점을 야기하지 않는다. 상기 스위치(S1)의 내부 저항은 크며, 이는 그의 트랜지스터가 기생 커패시턴스의 회피를 위해 매우 작게 선택되기 때문이다. 상기 연산 증폭기(OP)로부터 원전류(source current)는 스위치(S1)의 내부 저항을 통해 현저히 감소되지는 않는다.

상기 증폭기(V)는 입력 스테이지에서 하나 또는 다수의 MOS-트랜지스터를 갖는다. 그 때문에 저장 커패시터(Cs)로부터 전하 방전이 이루어지지 않으며, 측정 전압의 에러 없는 저장이 가능해진다. 이는 MOS-입력은 제어를 위해 정전류를 필요로하기 때문이 아니라 오히려 전압 제어되기 때문이다. 증폭기(V)의 입력 전류 때문에 상기 저장 커패시턴스(Cs)의 충전 또는 방전은 배제된다.

상기 양 측정 전압(Um1, Um2)으로부터 다음과 같이 제어 장치(SG)에 의해 프라이밍 캡(Rz)의 저항 및 점화 시스템의 커패시턴스가 검출된다.

상기 양 측정 전압(Um1, Um2)의 차, 스위칭 트랜지스터(T4)의 온상태 직류 저항(on-state direct current reistor)(Rd) 및 측정 전류(Im)로부터 상기 프라이밍 캡(Rz)의 저항이 도출된다.

수학식 1에서 상기 측정 전류(Im)는 공급 전압(Uv), 측정 전압(Um) 및 측정 저항(Rm)으로부터 도출된다.

상기 트랜지스터 브리지 회로의 트랜지스터(T2, T4)의 체적 저항(Rd)이 동일한 크기라는데 근거한다. 그러므로, 상기 트랜지스터(T2, T5)에 전류가 흐르고 다른 모든 트랜지스터(T1, T3, T4)는 차단됨으로써, 간단하게 체적 저항(Rd)이 검출된다. 그 후, 상기 체적 저항(Rd)은 트랜지스터(T2)에서 전압 강하(Um)와 측정 전류(Im)로부터 도출된다.

상기 커패시터(Ck)는 상기 양 스위칭 포인트(t2, t1)의 차, 측정 전압(Um2) 및 측정 전류(Im)로부터 계산된다.

상기 프라이밍 캡 저항(Rz)에 대해 그리고 커패시터(Ck)에 대해 상기 검출된 값들이 제어 장치(SG) 안에 저장된 설정된 값들 내에 있으면, 상기 점화 시스템의 에러없는 작동이 이루어진다. 설정된 한계를 초과하거나 미달하면, 원하지 않는 단락 또는 점화 시스템 라인의 중단이 발생할 수 있고, 이는 에러로서 신호화되어야 한다.

Claims

점화 시스템이 전기 저항을 나타내는 점화 수단을 가지며, 상기 점화 수단은 커패시터와 직렬로 연결되어 있으며, 상기 점화 시스템에서 강하하는 전압을 검출하여, 이로부터 점화 수단의 저항과 커패시턴스를 판정하며 상기 커패시터를 충전 및 방전하기 위한 스위칭 수단 및 측정 장치를 포함하는 자동차의 안전 장치용 점화 시스템 감시 회로에 있어서,

상기 점화 수단(Rz)과 커패시터(Ck)는 트랜지스터 브리지 회로(T1, T2, T3, T4)의 분기에 배치되어 있으며,

측정 전류원(Ms)이 상기 트랜지스터 브리지 회로(T1, T2, T3, T4)에 연결되어 있으며,

제어 장치(SG)가 제공되어 감시 사이클 동안 상기 트랜지스터(T1, T2, T3, T4)와 측정 전류(Im)를 제어하여 상기 커패시터(Ck)는 먼저 측정 전류(Im)에 의해 충전되고 그 다음에 다시 방전되며,

상기 제어 장치(SG)에 의해 제어되는 샘플 및 홀드 회로(SH)가 상기 커패시터(Ck)의 충전 후에는 점화 시스템에서 강하하는 전압(Um1)을 검출하며 상기 측정 전류원(MS)의 스위칭 오프 후에는 점화 시스템에서 강하하는 전압(Um2)를 검출하여 상기 제어 장치(SG)는 상기 양 전압(Um1, Um2)으로부터 상기 점화 수단의 저항과 커패시턴스(Ck)를 검출할 수 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 안전 장치용 점화 시스템 감시 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 측정 전류원(MS)은 스위칭 트랜지스터(T5)와 측정 저항(Rm)의 직렬 회로로 이루어지며, 상기 회로는 한편으로는 상기 트랜지스터 브리지 회로(T1, T2, T3, T4)의 분기에, 다른 한편으로는 상기 트랜지스터 브리지 회로(T1, T2, T3, T4)에서 공급 전압(Uv)이 인가되는 포인트에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 안전 장치용 점화 시스템 감시 회로.
제 2 항에 있어서, 역전류 보호 장치로서 다이오드(D)가 상기 스위칭 트랜지스터(T5)에 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 안전 장치용 점화 시스템 감시 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 제어 장치(SG)는 상기 측정 전류원(MS)의 스위칭 트랜지스터(T5)와 샘플 및 홀드 회로(SH)의 스위치(S1)를 동시에 제어하는 것을 특징으로 하는 자동차의 안전 장치용 점화 시스템 감시 회로.
제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 샘플 및 홀드 회로(SH)의 입력에 연산 증폭기(OP)가 위치하며, 그의 출력 전류가 스위치(S1)를 흐르며, 상기 스위치(S1)에 의해 흐르게 된 전류가 증폭기(V)에 공급되며, 상기 증폭기는 저장 커패시터(Cs)를 피드백 분기에서 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 안전 장치용 점화 시스템 감시 회로.
제 5 항에 있어서, 상기 샘플 및 홀드 회로(SH)의 출력은 연산 증폭기(OP)의 입력에 피드백되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 안전 장치용 점화 시스템 감시 회로.
제 4 항 또는 5 항에 있어서, 상기 스위치(S1)는 트랜스미션 게이트 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 자동차의 안전 장치용 점화 시스템 감시 회로.
제 5 항에 있어서, 상기 증폭기(V)의 입력 스테이지가 하나 또는 다수의 MOS 트랜지스터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차의 안전 장치용 점화 시스템 감시 회로.