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Dokumentenidentifikation DE4414609B4 22.12.2005
Titel Einrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Kahr, Viktor, Dipl.-Ing., 70192 Stuttgart, DE
DE-Anmeldedatum 27.04.1994
DE-Aktenzeichen 4414609
Offenlegungstag 16.11.1995
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 22.12.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.12.2005
IPC-Hauptklasse H01F 7/18
IPC-Nebenklasse G05F 1/56   H02M 3/10   F02D 41/32   
IPC additional class // F02D 41/32  

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Einrichtung ist beispielsweise aus der DE 38 05 031 A1 bekannt. Dort wird eine Einrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers, insbesondere eines elektromagnetischen Verbrauchers, beschrieben. Mittels einer Iststrommessung wird der durch den Verbraucher fließende Strom gemessen und auf einen Sollwert eingeregelt. Abhängig von dem durch den Verbraucher fließenden Strom wird dann ein in Reihe zum Verbraucher liegender Schalter angesteuert.

Aus der DE 36 11 221 A1 ist eine Einrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers beschrieben, bei dem die anzusteuernde Last während der Anzugsphase mittels einis in Serie geschalteten Thyristor gesteuert und anschließend einen dazu geschalteten "Transistor für die Bereitstellung des getakteten Haltestroms zu verwenden.

Aus der US 4,360,855 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der in Reihe mit der Last eine Parallelschaltung aus einem Steuermittel und einem Schaltmittel in Form zweier unterschiedlicher Transistoren für die beiden Ansteuerphasen vorgesehen ist.

Als Schalter werden vorzugsweise Leistungstransistoren verwendet. Wird der Strom mittels einer Analogregelung eingestellt, so entsteht im Leistungstransistor eine sehr hohe Verlustleistung. Die Leistungsaufnahme von Transistoren ist im wesentlichen von der maximal zulässigen Temperatur und von der Wärmeanbindung an die Umgebung abhängig. Übersteigt die Verlustleistung die maximale Leistungsaufnahme des Transistors, so wird üblicherweise ein Transistor mit höherer maximaler Verlustleistung eingesetzt und/oder die Verlustleistung auf mehrere Transistoren aufgeteilt. Diese Maßnahmen sind oft zu teuer oder reichen nicht aus.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Einrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers der eingangs genannten Art eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie die Verlustleistung des Leistungstransistors vermindert werden kann.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung können Leistungstransistoren mit wesentlich geringerer maximaler Leistungsaufnahme und damit billigere Transistoren verwendet werden.

Zeichnung

Die 1 zeigt schematisch die wesentlichsten Elemente der erfindungsgemäßen Einrichtung. Die 2 zeigt verschiedene in der Einrichtung auftretende Signale.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei dem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Verbraucher um die Spule eines Magnetventils, das die Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine beeinflußt. Durch Ansteuerung dieses Magnetventils kann der Einspritzbeginn, das Einspritzende und damit auch die eingespritzte Kraftstoffmenge gesteuert werden. Hierzu ist es erforderlich, daß das Magnetventil zu einem definierten Zeitpunkt öffnet und/oder schließt. Desweiteren ist erforderlich, daß das Magnetventil nach Ausgabe des Ansteuersignals möglichst schnell seine neue Endlage erreicht.

In 1 sind die wesentlichsten Elemente der erfindungsgemäßen Einrichtung schematisch dargestellt. Mit 100 ist der elektromagnetische Verbraucher bezeichnet. Dieser ist mit seinem einen Anschluß mit Batteriespannung verbunden. Mit seinen anderen Anschluß steht er mit einem Steuermittel 110 in Verbindung.

Bei dem Steuermittel 110 handelt es sich vorzugsweise um einen Transistor, insbesondere um einen Feldeffekttransistor. In diesem Fall steht der zweite Anschluß des Verbrauchers mit dem Drain-Anschluß des Feldeffekttransistors 110 in Verbindung. Der Source-Anschluß des Transistors 110 steht mit einem Strommeßmittel 120 zur Erfassung des durch den Verbraucher fließenden Stroms in Verbindung. Der zweite Anschluß des Strommeßmittels 120 steht mit Masse in Verbindung.

Die Anordnung dieser drei Elemente ist nur beispielhaft dargestellt. So können diese Elemente auch in anderer Reihenfolge angeordnet sein. So können beispielsweise Masse und Batterieanschlüsse vertauscht sein.

Der Verbindungspunkt zwischen dem zweiten Anschluß des Verbrauchers 100 und dem Steuermittel 110 steht mit dem ersten Anschluß eines Widerstands 150 in Verbindung. Der zweite Anschluß des Widerstands 150 ist mit einem Schaltmittel 140 verbunden. Als Schaltmittel 140 wird vorzugsweise ein Transistor, insbesondere ein Feldeffekttransistor eingesetzt. In diesem Fall steht der zweite Anschluß des Widerstands 150 mit dem Drain-Anschluß des Transistors 150 in Verbindung. Der Source-Anschluß des Transistors 140 steht in Kontakt mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Steuermittel 110 und dem Strommeßmittel 120.

Der Gate-Anschluß des Transistors 140 und der Gate-Anschluß des Transistors 110 werden von einer Steuereinheit 130 mit Ansteuersignalen beaufschlagt.

Das Strommeßmittel 120 ist vorzugsweise als Widerstand realisiert. Die beiden Anschlüsse des Widerstands 120 werden von der Steuereinheit 130 abgetastet. Die beiden Spannungswerte werden einer Stromerfassung 132 zugeführt, die ausgehend von dem Spannungsabfall am Widerstand 120 einen Stromistwert Iist, bereitstellt. Dieser Istwert List wird einem Regler 133 als Istwert zugeführt. Der zweite Anschluß des Reglers 133 steht mit einer Sollwertvorgabe 131 in Verbindung, die den zweiten Eingang mit einem Sollwert Isoll beaufschlagt. Der Ausgang des Reglers 133 beaufschlagt das Gate des Transistors 110 mit einem entsprechenden Signal.

Zur Bildung der Ansteuersignale wertet die Steuereinrichtung 130 verschiedene Ausgangssignale von Sensoren 135 aus.

Die Funktionsweise dieser Einrichtung wird im folgenden anhand der 2 beschrieben. In der ersten Zeile der Figur ist das Ansteuersignal für das Steuermittel 110, in der zweiten Zeile das Ansteuersignal für das Schaltmittel 140 und in der dritten Zeile der Strom durch das Schaltmittel 140 als gestrichelte Linie und der Gesamtstromqq, der durch das Magnetventil 100 fließt, als durchgezogene Linie aufgetragen.

Bei Ansteuerbeginn zum Zeitpunkt T1, wird der Schaltmittel 140 und das Steuermittel 110 voll durchgeschaltet. Der Strom, der durch das Magnetventil fließt, steigt bis zu dem Sollwert für den Anzugstrom Isoll1 an. Zum Zeitpunkt T2 wird der Anzugstrom erreicht. Solange das Steuermittel 110 zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 voll durchgeschaltet ist, ist der Widerstand des Steuermittels 110 gleich oder kleiner als der Widerstand des Schaltmittels 140 und des Widerstands 150. In dieser Phase fließt der größte Teil des Stroms durch das Steuermittel 110 und nur ein geringer Teil durch das Schaltmittel 140.

Ab dem Zeitpunkt T2 wird die Ansteuerung des Steuermittels 110 zurückgenommen. Dies bedeutet der Widerstand des Steuermittels 110 vergrößert sich. Hieraus resultiert, daß der Strom, der durch das Schaltmittel 140 fließt, ansteigt.

Zum Zeitpunkt T3 wird der Sollwert für den Strom auf sein Haltestromniveau Isoll2 abgesenkt. Dies bedeutet, die Ansteuerung für das Steuermittel 110 wird weiter reduziert. Der Widerstand des Steuermittels 110 und damit der Strom durch das Schaltmittel 140 steigen dadurch an.

Zum Zeitpunkt T4 endet die Ansteuerung des Magnetventils. Dies bedeutet zum Beispiel, das Schaltmittel 140 wird geöffnet und das Steuermittel 110 wird so angesteuert, daß der durch das Schaltmittel 110 fließende Strom langsam auf Null zurück geht. Der Strom durch das Steuermittel 140 fällt sofort ab.

Der Widerstand 150 ist so dimensioniert, daß ab dem Zeitpunkt T3 der größte Stromanteil durch das Schaltmittel 140 und den Widerstand 150 fließt. Lediglich ein kleiner Stromanteil fließt über das Steuermittel 110. Dies wird dadurch erreicht, daß im Zeitraum zwischen T3 und T4 der Zweig bestehend aus dem Widerstandsmittel 150 und dem Schaltmittel 140 einen kleineren Widerstand aufweist als das Steuermittel 110.

Dies bedeutet, daß der Zweig bestehend aus dem Widerstandsmittel 150 und dem Schaltmittel 140 auch den größten Teil der Verlustleistung aufnimmt. Nach Erreichen des Sollwerts für den Anzugsstrom wird das Steuermittel soweit zurückgeregelt, daß der Strom, der durch das Steuermittel 110 fließt, nunmehr dem Differenzbetrag zwischen dem Sollwert Isoll und dem durch das Schaltmittel 140 fließenden Strom entspricht.

Das Schaltmittel 140 wird jeweils voll durchgeschaltet und arbeitet als Schalter. Durch das Schaltmittel 140 fließt der größte Teil des Stroms. Der Zweig bestehend aus Widerstand 150 und Schaltmittel 140 nimmt auch den größten Teil der Verlustleistung auf. Das Steuermittel 110 arbeitet als Analogstromregler. Das Steuermittel 110 nimmt den Differenzstrom zwischen dem Sollwert und dem Strom, der durch das Schaltmittel 140 fließt, auf.

Der wesentliche Teil der Verlustenergie wird im Widerstand 150 umgesetzt und nicht in einem Transistor. Widerstände können im Vergleich zu Transistoren bei gleichen Kosten für wesentlich höhere Temperaturen ausgelegt werden. Mit geringem Aufwand kann eine gute Wärmeanbindung zur Umgebung, bzw. zu Kühlkörpern erzielt werden. Die Ansteuerung der Endstufen ist einfach im Vergleich zu dem erforderlichen Schaltungsaufwand bei der Aufteilung der Verlustleistung auf mehrere Leistungstransistoren.

Der Leistungswiderstand 150 braucht keine enge Toleranz aufweisen, da das Steuermittel 110 eine Stromregelung durchführt. Desweiteren kann der Widerstand 150 extern vom Steuergerät, beispielsweise in der Nähe des Verbrauchers 100 angebracht werden.


Anspruch[de]
  1. Einrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers (100) insbesondere eines elektromagnetischen Verbrauchers, mit Mitteln (120) zur Erfassung des durch den Verbraucher fließenden Stroms, mit einem zum Verbraucher in Reihe geschalteten Steuermittel (110), das abhängig von dem durch den Verbraucher fließenden Strom ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Steuermittel (110) ein Schaltmittel (140) angeordnet ist wobei in Reihe zu dem Schaltmittel (140) ein Widerstandsmittel (150) angeordnet ist.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (110) als Analogstromregler arbeitet.
  3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (110) abhängig von dem Vergleich zwischen dem durch den Verbraucher (100) fließenden Strom und einem Sollstrom ansteuerbar ist.
  4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmittel (140) als Schalter arbeitet.
  5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ansteuerbeginn das Schaltmittel (140) und das Steuermittel (110) voll durchgesteuert werden.
  6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsmittel (150) so dimensioniert ist, dass der Zweig bestehend aus Widerstandsmittel (150) und Schaltmittel (140) einen kleineren Widerstand aufweist als das Steuermittel (110).
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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