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WO1998020400A2 - Schaltungsanordnung zur anpassung des stromes eines ventiltreibers an den benötigten strom zur betätigung des ventiles - Google Patents

Schaltungsanordnung zur anpassung des stromes eines ventiltreibers an den benötigten strom zur betätigung des ventiles Download PDF

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Publication number
WO1998020400A2
WO1998020400A2 PCT/EP1997/005807 EP9705807W WO9820400A2 WO 1998020400 A2 WO1998020400 A2 WO 1998020400A2 EP 9705807 W EP9705807 W EP 9705807W WO 9820400 A2 WO9820400 A2 WO 9820400A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
current
valve
circuit arrangement
coils
switched
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP1997/005807
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English (en)
French (fr)
Other versions
WO1998020400A3 (de
Inventor
Olaf Zinke
Mario Engelmann
Wolfgang Fey
Michael Zydek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ITT Manufacturing Enterprises LLC
Original Assignee
ITT Manufacturing Enterprises LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ITT Manufacturing Enterprises LLC filed Critical ITT Manufacturing Enterprises LLC
Publication of WO1998020400A2 publication Critical patent/WO1998020400A2/de
Publication of WO1998020400A3 publication Critical patent/WO1998020400A3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/32—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration
    • B60T8/34—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration having a fluid pressure regulator responsive to a speed condition
    • B60T8/36—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration having a fluid pressure regulator responsive to a speed condition including a pilot valve responding to an electromagnetic force
    • B60T8/3615—Electromagnetic valves specially adapted for anti-lock brake and traction control systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
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    • B60T8/32—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration
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    • B60T8/36—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration having a fluid pressure regulator responsive to a speed condition including a pilot valve responding to an electromagnetic force

Definitions

  • Circuit arrangement for adapting the current of a valve driver to the current required to actuate the valve
  • the invention relates to a circuit arrangement for adapting the current of a valve driver to the current required to actuate the valve, the valve being actuated electromagnetically by supplying current to a valve coil.
  • valves of a blocking-slotted brake system are switched electromagnetically in a motor vehicle.
  • the switching is carried out by means of transistors which, when switched on, allow current to flow through a valve coil. Since this application is a safety-relevant function, the transistor and valve coil must be designed so that the valve can be switched even under unfavorable conditions.
  • Unfavorable conditions can, for example, be that the vehicle electrical system voltage has dropped.
  • unfavorable conditions can be that the valve coil has heated up and, as a result, its ohmic resistance is correspondingly high.
  • the present invention is therefore based on the object of solving problems associated with the occurrence of power loss.
  • this object is achieved by providing a plurality of valve coils for actuating the valve, which can be supplied with current individually or in groups.
  • the power which is consumed when the valve is actuated can advantageously be adapted to the power which is required to actuate the valve. This means that savings can be made with regard to the measures of heat dissipation. Overall, this results in the possibility of providing higher integration of the components on a chip.
  • the invention can be used particularly advantageously in a motor vehicle.
  • fluctuations in the vehicle electrical system voltage can be compensated for, as Changes in the valve coils as a result of temperature changes that can occur especially in the motor vehicle and there in particular in the valves of anti-lock brake systems.
  • a minimum current is set which is required to actuate the valve. Furthermore, all valve coils are initially supplied with current, a measurement of the current is then used to infer the flowing current, this value of the current is compared to the minimum current and the current through one or more valve coils is switched off depending on the extent to which the value of the flowing Current exceeds the minimum current.
  • the circuit arrangement according to claim 4 has two valve coils, the windings of which are wound on the same winding support.
  • valve coil arrangement is easy to manufacture.
  • a conclusion is drawn from a measurement of the current through one of the valve coils on the flowing current, the measurement of the current in the valve coil taking place at a Current application for actuating the valve is switched on first or last switched off.
  • valve coils are switched on and off by means of semiconductor switches such as transistors.
  • the reduction in power loss has a particularly advantageous effect here, since the integration density on the chip can thereby be increased. For example, a larger number of valve driver stages, that is to say a plurality of semiconductor switches, can take place on one chip. Smaller and cheaper housings can also be used. The routing within the circuit housing and the routing on the circuit board are also simplified. This affects, for example, the size of the pads on the chip, the cross-section and the number of bonding wires, and the cross-section of the circuit pins.
  • Fig. 1 shows the current conditions in a valve coil for actuating a valve.
  • Curves 1, 2 and 3 have in common that the current only rises to its maximum value after a certain time delay after the semiconductor switch has been switched. This is due to the fact that the inductance of the valve coil counteracts a current rise in the start-up phase.
  • Reference number 4 shows a dashed line, which represents the minimum current that must flow in order to enable actuation of the valve.
  • Curve 3 thus shows the current profile under the most unfavorable conditions that usually occur.
  • the current after the start-up time is just above the minimum current 4.
  • the value of the ohmic resistance of the valve coil and other resistance values such as, for example, along the switching path of the semiconductor switch must be coordinated so that the current 3 is still above the worst case Minimum current 4 is.
  • Curve 1 shows the current that can be set as a maximum in the design according to curve 3. This can happen, for example, if the vehicle electrical system voltage assumes equally large values and the valve coil is comparatively cold, so that its ohmic resistance is correspondingly low.
  • Fig. 2 shows a circuit arrangement which is already known to the applicant.
  • the valve coil 5 of the valve is switched on and off via the transistor 6.
  • the maximum current flowing through the valve coil 5 and the transistor 6 in the switched-on state is dependent on the operating voltage Vcc, on the ohmic resistance s pu i e5 of the valve coil winding and on the on-state resistance R KE6 of the transistor 6 between the collector and emitter in the switched-on state.
  • the valve coil 5 is dimensioned in terms of its magnetic properties, the winding wire cross-section and the number of turns in such a way that at the lowest available operating voltage Vcc a sufficiently large current flows through the valve to ensure the valve function. Since the operating voltage, which essentially corresponds to the vehicle electrical system voltage, and the ohmic resistance R Spu i e5 are subject to very large fluctuations curve curves corresponding to curves 1 to 3 of FIG. 1. The fluctuations in the ohmic resistance R coil5 are essentially based on the change in resistance with temperature.
  • FIG. 3 shows a circuit arrangement according to the present invention.
  • two valve coils 7 and 9 are provided in FIG. 3. These two valve coils 7 and 9 also each have n turns, as does the valve coil 5, but their ohmic resistance Rs pu i e7 and R s pu i e9 are each twice as great as the ohmic resistance Rs pu i e5 of the valve coil 5.
  • the two windings of the valve coils 7 and 9 are advantageously identical. These two windings can be bifilar wound on a winding body or on two separate winding bodies located one behind the other.
  • the two valve coils 7 and 9 are switched by separate driver transistors 8 and 10. These driver transistors 8 and 10 can be switched on and off individually.
  • the two transistors 8 and 10 When integrated on an IC chip, the two transistors 8 and 10 take up the same area as the transistor 6 according to the circuit example in FIG. 2. As a result, the on- resistance R KE8 and R KEIO of each of these transistors 8 and 10 is twice as large like the on resistance R KE6 of the transistor 6.
  • both valve coils 7 and 9 In order to ensure a safe and fast response of the valve, current is first applied to both valve coils 7 and 9 by switching both driver transistors 8 and 10 through. In the embodiment according to FIG. 3, the further sequence is particularly simple because both valve coils are identical. It is checked in the next step whether the current flow exceeds twice the value of the minimum current 4 according to FIG. 1. In this case, reliable functioning of the valve is ensured even if one of the two valve coils 7 or 9 is switched off. The transistor 8 is switched off, for example, by means of a corresponding control circuit. After a decay phase in which the current through the valve coil 7 drops to "0", only current flows through the valve coil 9. This current is greater than the minimum current 4 according to FIG. 1. The current is advantageously measured in order to switch on the second valve coil 7 again when the current drops below the minimum current 4.
  • the power loss P 2 was :
  • the power loss P 3 in the driver stage is at 3 with the valve coil 9 switched on:
  • R REIO is twice as large as R RE6 an d R s pu i e9 is twice as large as R Spule5 ri st power dissipation in the circuit arrangement of Fig. 3 with respect to the circuit of Fig. 2 is reduced to half, when only one the valve coils 7 and 9 is switched on.
  • the current can be measured in a manner known per se. If necessary, the current can be measured in one of the two windings.
  • this is the winding that is energized in each case when the valve is actuated, since the current can then be measured continuously, and thus the other valve coil can also be switched on again when the current drops.
  • the measurement method here is the measurement of the voltage drop via an ohmic shunt, the current level measurement of the current in the driver transistor or a brief redirection of the current via an external resistor, combined with a measurement of the voltage drop. The last-mentioned method is explained, for example, in the patent application ....
  • FIG. 4 shows the configuration of a circuit arrangement in which the current measurement in the circuit of the valve coil 9 takes place by means of the shunt resistor 11. Identical components for the circuit arrangement according to FIG. 3 are provided with the same reference symbols.
  • the valve driver stage is switched on and off by means of the signal ON switched off.
  • the driver transistor 10 is switched directly by means of this signal.
  • a reference voltage is applied to one input 13 of the comparator 12.
  • the voltage which is to be measured by means of the shunt resistor 11 is applied to the other input 14 of the comparator 12 in order to determine the current.
  • the reference voltage is designed so that the voltage drop across the shunt resistor 11 corresponds to a current in the branch of the valve coil 9 which corresponds to the minimum current 4 according to FIG. 1.
  • This output signal like the signal "ON", is fed to an AND gate 15. Immediately after switching on, the output signal of this AND gate 15 is also at "1". This output signal is fed to transistor 8, which is therefore also switched on.
  • valve coils 7 and 9 are initially supplied with current when switched on.
  • the device is switched off by setting the ON signal to "0".
  • the transistor 10 switches off immediately. Since the ON signal is also fed to an input of the AND gate 15, its output signal also goes to "0", so that the transistor 8 also switches off.
  • FIG. 5 shows a curve 16 which shows the valve current through the valve coil 5 in the circuit arrangement according to FIG. 2. Furthermore, FIG. 5 shows a curve 17 which shows the total current through both valve coils 7 and 9 in the circuit arrangement according to FIG. 3 or FIG. 4. It can be clearly seen that the total current is reduced and thus the power loss that has to be dissipated is lower.
  • valve coil 9 further shows a curve 18 which corresponds to the current profile through the valve coil 9. This valve coil is not switched off to reduce power loss.
  • FIG. 7 shows a curve 19 which corresponds to the current profile if the valve coil 7 would not be switched off.
  • Curve 20 shows the current profile through the valve coil 7 with a shutdown of this valve coil 7 to reduce the power loss.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Anpassung des Stromes eines Ventiltreibers an den benötigten Strom zur Betätigung des Ventiles, wobei das Ventil elektromagnetisch betätigt wird, indem eine Ventilspule mit Strom beaufschlagt wird, wobei zur Betätigung des Ventiles mehrere Ventilspulen vorgesehen sind, die einzeln oder in Gruppen mit Strom beaufschlagt werden können.

Description

Schaltungsanordnung zur Anpassung des Stromes eines Ventiltreibers an den benötigten Strom zur Betätigung des Ventiles
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Anpassung des Stromes eines Ventiltreibers an den benötigten Strom zur Betätigung des Ventiles, wobei das Ventil elektromagnetisch betätigt wird, indem eine Ventilspule mit Strom beaufschlagt wird.
Der Anmelderin ist eine solche Schaltungsanordnung bekannt, bei der in einem Kraftfahrzeug Ventile einer blockiergeschlitzten Bremsanlage elektromagnetisch geschaltet werden. Die Schaltung erfolgt dabei mittels Transistoren, die im durchgeschalteten Zustand einen Stromfluß durch eine Ventilspule ermöglichen. Da es sich bei dieser Anwendung um eine sicherheitsrelevante Funktion handelt, müssen Transistor und Ventilspule so ausgelegt sein, daß ein Schalten des Ventiles auch unter ungünstigen Bedingungen möglich ist. Wesentlich für die zur Betätigung des Ventiles zur Verfügung stehende Leistung ist das Produkt aus der Windungszahl und dem Strom. Ungünstige Bedingungen können beispielsweise darin bestehen, daß die Bordnetzspannung des Kraftfahrzeuges abgesackt ist. Weiterhin können ungünstige Bedingungen darin bestehen, daß sich die Ventilspule erwärmt hat und infolgedessen deren ohmscher Widerstand entsprechend groß ist. Eine Auslegung des Systems derart, daß auch unter solchen ungünstigen Bedingungen eine sichere Funktion möglich ist, bedingt aber, daß unter normalen Bedingungen ein vergleichsweise großer Strom fließt. Die Auslegung muß nämlich so erfolgen, daß ein bestimmter Mindeststrom auch unter diesen ungünstigen Bedingungen fließt. Der Strom durch die Ventilspule führt in der Kollektor-Emitter Strecke des durchgeschalteten Transistors aufgrund des Widerstandes in dieser Strecke zu einer Verlustleistung. Diese Verlustleistung ist dabei unter Normalbedingungen vergleichsweise groß, wenn das System so ausgelegt ist, daß eine sichere Funktion auch unter ungünstigen Bedingungen gewährleistet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit dem Auftreten von Verlustleistung verbundene Probleme zu lösen.
Diese Probleme bestehen insbesondere in der Abfuhr der Verlustwärme. Um einen hinreichenden Wärmeübergang und eine hinreichende Wärmeabfuhr zu gewährleisten, sind dem Grad der Integration der Halbleiterelemente auf einem Chip Grenzen gesetzt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem zur Betätigung des Ventiles mehrere Ventilspulen vorgesehen sind, die einzeln oder in Gruppen mit Strom beaufschlagt werden können.
Dadurch kann vorteilhaft die Leistung, die bei der Betätigung des Ventiles verbraucht wird, der Leistung angepaßt werden, die zur Betätigung des Ventiles benötigt wird. Es können dadurch also Einsparungen hinsichtlich der Maßnahmen der Wärmeabfuhr erfolgen. Insgesamt ergibt sich dadurch die Möglichkeit, eine Höherintegration der Bauteile auf einem Chip vorzusehen.
Besonders vorteilhaft kann die Erfindung in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Dadurch können Schwankungen der Bordnetzspannung ausgeglichen werden ebenso wie Widerstands- änderungen der Ventilspulen infolge von Temperaturänderungen, die gerade im Kraftfahrzeug und dort insbesondere bei den Ventilen von blockiergeschützten Bremsanlagen auftreten können.
Bei der Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 wird ein Mindeststrom festgelegt, der zur Betätigung des Ventiles benötigt wird. Weiterhin werden zunächst alle Ventilspulen mit Strom beaufschlagt, aus einer Messung des Stromes wird dann auf den fließenden Strom geschlossen, dieser Wert des Stromes wird mit dem Mindeststrom verglichen und der Strom durch eine oder mehrere Ventilspulen wird abgeschaltet in Abhängigkeit davon, inwieweit der Wert des fließenden Stromes den Mindeststrom übersteigt.
Vorteilhaft zeigt sich dabei, daß ein sicheres und schnelles Ansprechen des Ventiles gewährleistet ist. Beaufschlagt man nämlich die Ventilspulen nacheinander mit Strom, so zeigt sich, daß eine Aussage darüber, ob der insgesamt fließende Strom für die Betätigung des Ventiles hinreichend ist, erst dann gemacht werden kann, wenn sich ein statischer Wert des Stromes eingestellt hat. Mit der Ausgestaltung der Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 wird dieses Problem vorteilhaft umgangen. Indem zunächst alle Ventilspulen mit Strom beaufschlagt werden, ist eine sichere Funktion des Ventiles gewährleistet, wobei das Ventil sofort ohne zeitliche Verzögerung anspricht. Wenn sich dabei herausstellt, daß der fließende Strom den Mindeststrom so weit übersteigt, daß die Funktion des Ventiles auch mit einer Strombeaufschlagung von weniger Ventilspulen möglich ist, so werden entsprechend eine oder auch mehrere Ventilspulen abgeschaltet. Der größere Strom fließt dabei nur eine vergleichsweise kurze Zeit. Da die Abschaltung der Ventilspulen sehr schnell erfolgen kann, ist es möglich, ohne besonders aufwendige Maßnahmen zur Abfuhr der Verlustwärme auszukommen. Gleichzeitig ist ein sicheres und schnelles Ansprechen des Ventiles gewähr- leistet .
Bei der Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 wird aus einer Messung des Stromes auf den fließenden Strom geschlossen, dieser Wert des Stromes mit dem Mindeststrom verglichen und - wenn nicht alle Ventilspulen mit Strom beaufschlagt sind - zumindest einzelne Ventilspulen mit Strom beaufschlagt, wenn der Wert des fließenden Stromes den Mindeststrom unterschreitet.
Dadurch kann vorteilhaft erreicht werden, daß immer genügend Energie zur Betätigung des Ventiles zur Verfügung steht. Wenn sich das mit Strom beaufschlagte Ventil durch den fließenden Strom erwärmt, steigt durch die Erwärmung der ohmsche Widerstand der Ventilspule an. Dadurch verringert sich gleichzeitig der Stromfluß durch diese Ventilspule. Wenn sich dieser Strom bis auf einen bestimmten Wert in Richtung des Mindeststromes abgesenkt hat, kann dann zumindest eine weitere Ventilspule mit Strom beaufschlagt werden, um eine hinreichende Energie zur fortdauernden Betätigung des Ventiles zur Verfügung zu stellen.
Die Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 weist zwei Ventilspulen auf, deren Wicklungen auf denselben Wicklungsträger aufgewickelt sind.
Dies ermöglicht eine besonders einfache Abschätzung, ob die Zuschaltung beider Ventilspulen notwendig ist. Weiterhin ist dadurch auch die Anzahl der benötigten Halbleiterschalter begrenzt. Weiterhin ist eine derartige Ventilspulenanordnung einfach herzustellen.
Bei der Ausgestaltung der Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 wird aus einer Messung des Stromes durch eine der Ventilspulen auf den fließenden Strom geschlossen, wobei die Messung des Stromes in der Ventilspule erfolgt, die bei einer Strombeaufschlagung für eine Betätigung des Ventiles zuerst ein- bzw. zuletzt ausgeschaltet wird.
Es ist durch eine solche Messung einfach möglich, den Aufwand für die Messung zu begrenzen, indem nur der Strom durch eine der Ventilspulen gemessen wird. Durch die entsprechend vorgeschlagene Auswahl der Ventilspule ist zudem der Wert des fließenden Stromes immer bekannt.
Bei der Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 erfolgt die Ein- sowie die Ausschaltung der Ventilspulen mittels Halbleiterschaltern wie beispielsweise Transistoren.
Dadurch wird eine Integration der Schalter zu Ventiltreiberstufen auf einem Chip möglich.
Bei der Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 sind mehrere Kalbleiterschalter auf einem Chip integriert.
Dabei wirkt sich besonders vorteilhaft die Verlustleistungsreduzierung aus, weil dadurch die Integrationsdichte auf dem Chip vergrößert werden kann. Es kann beispielsweise eine größere Anzahl von Ventiltreiberstufen, das heißt mehreren Halbleiterschaltern auf einem Chip erfolgen. Ebenso können kleinere und preiswertere Gehäuse verwendet werden. Die Leitungsführung innerhalb des Schaltkreisgehäuses sowie die Leitungsführung auf der Platine wird ebenso vereinfacht. Dies betrifft beispielsweise die Größe der Pads auf dem Chip, den Querschnitt und die Anzahl der Bonddrähte sowie den Querschnitt der Schaltkreis-Pins.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung näher dargestellt. Es zeigt dabei im einzelnen:
Fig. 1: die Stromverhältnisse in einer Ventilspule zur Betätigung eines Ventiles, Fig. 2: eine Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik,
Fig. 3: eine Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4: eine Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung und
Fig. 5 - 7: die Stromverhältnisse in der Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt die Stromverhältnisse in einer Ventilspule zur Betätigung eines Ventiles. Dabei ist den Kurven 1, 2 und 3 gemeinsam, daß der Strom nach dem Schalten des Halbleiterschalters erst mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung auf seinen maximalen Wert ansteigt. Dies hängt damit zusammen, daß die Induktivität der Ventilspule in der Anschaltphase einem Stromanstieg entgegenwirkt.
Mit der Bezugsziffer 4 ist eine gestrichelte Linie dargestellt, die den Mindeststrom darstellt, der fließen muß, um eine Betätigung des Ventiles zu ermöglichen.
Die Kurve 3 zeigt also den Stromverlauf unter den ungünstigsten Bedingungen, die üblicherweise auftreten. Dabei ist der Strom nach der Anlaufzeit gerade noch oberhalb des Mindeststromes 4. Der Wert des ohmschen Widerstandes der Ventil- εpule sowie andere Widerstandswerte wie beispielsweise entlang der Schaltstrecke des Halbleiterschalters müssen also so abgestimmt sein, daß der Strom 3 im ungünstigsten Fall immer noch oberhalb des Mindeststromes 4 liegt.
Die Kurve 1 zeigt den Strom, der sich bei der Auslegung entsprechend der Kurve 3 maximal einstellen kann. Dies kann beispielsweise passieren, wenn die Bordnetzspannung ver- gleichsweise große Werte annimmt und die Ventilspule vergleichsweise kalt ist, so daß deren ohmscher Widerstand entsprechend gering ist.
Es ist ersichtlich, daß bei einer Auslegung, um einen Stromverlauf entsprechend Kurve 3 im ungünstigsten Fall zu ermöglichen, bei den Voraussetzungen, unter denen sich ein Stromverlauf nach Kurve 1 einstellt, erhebliche Verlustleistungen abgeführt werden müssen.
Außer diesen Extremfällen nach Kurve 1 und Kurve 3 stellt sich unter Normalbedingungen vielfach ein Mittelwert nach Kurve 2 ein. Auch hierbei ist noch ein erheblicher Anteil an Verlustleistung abzuführen.
Es kann also dazu kommen, daß ein Mehrfaches des benötigten Stromes fließt.
Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung , die der Anmelderin bereits bekannt ist. Dabei wird die Ventilspule 5 des Ventiles über den Transistor 6 ein- und ausgeschaltet. Der durch die Ventilspule 5 und den Transistor 6 im eingeschalteten Zustand maximal fließende Strom ist abhängig von der Betriebsspannung Vcc, vom ohmschen Widerstand spuie5 der Ventilspulenwicklung und vom Durchlaßwiderstand RKE6 des Transistors 6 zwischen Kollektor und Emitter im durchgeschalteten Zustand.
Die Ventilspule 5 ist hinsichtlich ihrer magnetischen Eigenschaften, des Wickeldrahtquerschnittes und der Windungszahl in der Art dimensioniert, daß bei der niedrigsten zur Verfügung stehenden Betriebsspannung Vcc ein für die Gewährleistung der Ventilfunktion ausreichend großer Strom durch das Ventil fließt. Da die Betriebsspannung, die im wesentlichen der KFZ-Bordspannung entspricht, und der ohmsche Widerstand R Spuie5 sehr großen Schwankungen unterworfen sind, stellen sich also Kurvenverläufe entsprechend den Kurven 1 bis 3 der Fig. 1 ein. Die Schwankungen des ohmschen Widerstandes Rspule5 beruhen im wesentlichen auf der Änderung des Widerstandes mit der Temperatur.
Fig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung. Anstelle der Ventilspule 5 der Fig. 2 sind in Fig. 3 zwei Ventilspulen 7 und 9 vorgesehen. Diese beiden Ventilspulen 7 und 9 weisen dabei ebenfalls jeweils n Windungen auf, wie auch die Ventilspule 5, jedoch ist deren ohmscher Widerstand Rspuie7 und Rspuie9 jeweils doppelt so groß wie der ohmsche Widerstand Rspuie5 der Ventilspule 5.
Vorteilhaft sind die beiden Wicklungen der Ventilspulen 7 und 9 identisch. Diese beiden Wicklungen können sich bifilar gewickelt auf einem Wickelkörper befinden oder aber auf zwei hintereinander befindlichen getrennten Wickelkörpern.
Die beiden Ventilspulen 7 und 9 werden von getrennten Treibertransistoren 8 und 10 geschaltet. Diese Treibertransistoren 8 und 10 sind einzeln ein- und ausschaltbar.
Bei einer Integration auf einem IC-Chip nehmen die beiden Transistoren 8 und 10 die gleiche Fläche ein wie der Transistor 6 nach dem Schaltungsbeispiel der Fig. 2. Dadurch ist der Durchlaßwiderstand RKE8 und R KEIO jedes dieser Transistoren 8 und 10 doppelt so groß wie der Durchlaßwiderstand RKE6 des Transistors 6.
Durch den doppelt so großen ohmschen Widerstand Rspuie7 und
Rspuie9 der Wicklungen der Ventilspulen 7 und 9 gegenüber dem ohmschen Widerstand Rspuie5 der Ventilspule 5 ist der Strom in den einzelnen Wicklungen der beiden Ventilspulen 7 und 9 halb so groß wie der Strom in der Wicklung der Ventilspule 5. Werden beide Ventilspulen 7 und 9 bestromt, so ist die auf das Ventil wirkende Kraft genauso groß wie im Schaltungsbeispiel der Fig. 2. Wesentlich ist auch hier das Produkt n*I. Die Windungszahlen aller Ventilspulen 5, 7 und 9 sind gleich. In den Ventilspulen 7 und 9 fließt jeweils der halbe Strom verglichen mit der Ventilspule 5. Bei einer Parallelschaltung der beiden Ventilspulen 7 und 9 ergibt sich also die gleiche Kraft auf das Ventil wie bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 durch die Ventilspule 5.
Um ein sicheres und schnelles Ansprechen des Ventiles zu gewährleisten, werden zunächst beide Ventilspulen 7 und 9 mit Strom beaufschlagt, indem beide Treibertransistoren 8 und 10 durchgeschaltet werden. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ergibt sich der weitere Ablauf besonders einfach, weil beide Ventilspulen identisch sind. Es wird im nächsten Schritt überprüft, ob der Stromfluß den doppelten Wert des Mindeststromes 4 nach Fig. 1 überschreitet. In diesem Fall ist eine sichere Funktion des Ventiles auch dann gewährleistet, wenn eine der beiden Ventilspulen 7 oder 9 abgeschaltet wird. Mittels einer entsprechenden Ansteuerschaltung wird beispielsweise der Transistor 8 abgeschaltet. Nach einer Abklingphase, in der der Strom durch die Ventilspule 7 auf "0" abfällt, fließt nur noch durch die Ventilspule 9 Strom. Dieser Strom ist dabei größer als der Mindeststrom 4 nach Fig. 1. Vorteilhaft wird der Strom weiterhin gemessen, um bei einem Absinken des Stromes unter den Mindeststrom 4 die zweite Ventilspule 7 wieder zuzuschalten.
In der Treiberstufe bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 betrug die Verlustleistung P2:
P2 = ( Vcc / ( RSpule5 + RKE6 ) )2 * R KE6
Die Verlustleistung P3 in der Treiberstufe beträgt bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 bei einer eingeschalteten Ventilspule 9:
P3 = ( VCC / ( RSpule9 + KE10 ) ) * R KE10
Da RREIO doppelt so groß ist wie RRE6 und Rspuie9 doppelt so groß ist wie RSpule5 r ist die Verlustleistung bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 gegenüber der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 auf die Hälfte reduziert, wenn nur eine der Ventilspulen 7 bzw. 9 eingeschaltet ist.
Die Messung des Stromes kann dabei in an sich bekannter Weise erfolgen. Gegebenenfalls kann der Strom in einer der beiden Wicklungen gemessen werden. Vorteilhafterweise ist dies die Wicklung, die bei einer Betätigung des Ventiles in jedem Falle mit Strom beaufschlagt wird, da dann der Strom fortlaufend gemessen werden kann und somit auch eine Wiedereinschaltung der anderen Ventilspule erfolgen kann, wenn der Strom absinkt. Aus Gründen der Redundanz kann es auch zweckmäßig sein, den Strom in beiden Wicklungen zu messen. Als Meßverfahren kommt dabei die Messung des Spannungsabfalles über einen ohmschen Shunt in Frage, die Stromspiegelmessung der Stromes im Treibertransistor oder auch ein kurzzeitiges Umleiten des Stromes über einen externen Widerstand, verbunden mit einer Messung des Spannungsabfalles. Das zuletzt erwähnte Verfahren ist beispielsweise erläutert in der Patentanmeldung ....
Fig. 4 zeigt die Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung, bei der die Strommessung in dem Kreis der Ventilspule 9 mittels des Shunt-Widerstandes 11 erfolgt. Identische Bauteile zur Schaltungsanordnung nach Fig. 3 sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Ventiltreiberstufe wird mittels des Signales ON ein- und ausgeschaltet. Der Treibertransistor 10 wird unmittelbar mittels dieses Signales geschaltet.
An den Komparator 12 wird an den einen Eingang 13 eine Referenzspannung angelegt. An den anderen Eingang 14 des Kompa- rators 12 wird die Spannung angelegt, die mittels des Shunt- Widerstandes 11 gemessen werden soll, um den Strom zu ermitteln. Die Referenzspannung ist dabei so ausgelegt, daß der Spannungsabfall über dem Shunt-Widerstand 11 gerade einem Strom im Zweig der Ventilspule 9 entspricht, der dem Mindeststrom 4 nach Fig. 1 entspricht. Beim Einschalten des Transistors 10 fließt zunächst noch kein Strom, so daß die Spannung am Eingang 14 des Komparators 12 kleiner ist als die Referenzspannung, die am Eingang 13 des Komparators 12 anliegt. Das Ausgangssignal des Komparators 12 hat deshalb den Wert "1" .
Dieses Ausgangssignal wird ebenso wie das Signal "ON" einem UND-Glied 15 zugeführt. Unmittelbar nach dem Einschalten ist das Ausgangssignal dieses UND-Gliedes 15 ebenfalls auf "1". Dieses Ausgangssignal wird dem Transistor 8 zugeführt, der also ebenfalls eingeschaltet ist.
Dadurch werden also beim Einschalten zunächst beide Ventilspulen 7 und 9 mit Strom beaufschlagt.
Wenn nun der Strom entsprechend weit ansteigt, übersteigt die an dem Shunt-Widerstand 11 abfallende Spannung die Referenzspannung. Das Ausgangssignal des Komparators 12 geht dann auf "0". Ebenso geht das Ausgangssignal des UND-Gliedes 15 auf "0". Der Transistor 8 schaltet dann ab. Infolgedessen wird die Ventilspule 7 nicht mehr mit Strom beaufschlagt.
Wenn der Strom durch die Ventilspule 9 unter den Mindeststrom 4 nach Fig. 1 fällt, ist die an dem Shunt-Widerstand 11 abfallende Spannung kleiner als die Referenzspannung. Das Ausgangssignal des Komparators 12 geht dann wieder auf "1" und infolgedessen auch das Ausgangssignal des UND-Gliedes 15. Der Transistor 8 wird dann wieder eingeschaltet, so daß dann wieder beide Ventilspulen 7 und 9 mit Strom beaufschlagt werden.
Die Ausschaltung erfolgt, indem das ON-Signal auf "0" gesetzt wird. Der Transistor 10 schaltet unmittelbar ab. Da das ON-Signal ebenfalls einem Eingang des UND-Gliedes 15 zugeführt wird, geht dessen Ausgangssignal ebenfalls auf "0", so daß auch der Transistor 8 abschaltet.
In den Figuren 5 bis 7 ist der Mindeststrom zur sicheren Betätigung des Ventiles mit der Bezugsziffer 4 gekennzeichnet.
Fig. 5 zeigt eine Kurve 16, die den Ventilstrom durch die Ventilspule 5 bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 zeigt. Weiterhin zeigt Fig. 5 eine Kurve 17, die den Gesamtstrom durch beide Ventilspulen 7 und 9 bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 oder Fig. 4 zeigt. Es ist dabei deutlich zu sehen, daß der Gesamtstrom reduziert ist und somit auch die Verlustleistung, die abgeführt werden muß, geringer ist.
Fig. 6 zeigt weiter eine Kurve 18, die dem Stromverlauf durch die Ventilspule 9 entspricht. Diese Ventilspule wird zur Verlustleistungsreduzierung nicht abgeschaltet.
Fig. 7 zeigt eine Kurve 19, die dem Stromverlauf entspricht, wenn die Ventilspule 7 nicht abgeschaltet werden würde. Kurve 20 zeigt den Stromverlauf durch die Ventilspule 7 mit einer Abschaltung dieser Ventilspule 7 zur Reduzierung der Verlustleistung.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung zur Anpassung des Stromes eines Ventiltreibers an den benötigten Strom (4) zur Betätigung des Ventiles, wobei das Ventil elektromagnetisch betätigt wird, indem eine Ventilspule (5, 7, 9) mit Strom beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung des Ventiles mehrere Ventilspulen (7, 9) vorgesehen sind, die einzeln oder in Gruppen mit Strom beaufschlagt werden können (8, 10).
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mindeststrom (4) festgelegt wird, der zur Betätigung des Ventiles benötigt wird, daß zunächst alle Ventilspulen (7, 9) mit Strom beaufschlagt werden, daß aus einer Messung des Stromes auf den fließenden Strom geschlossen wird (11), daß dieser Wert des Stromes mit dem Mindestεtrom (4) verglichen wird und daß der Strom durch eine oder mehrere Ventilspulen (7, 9) abgeschaltet wird in Abhängigkeit davon, inwieweit der Wert des fließenden Stromes den Mindeststrom (4) übersteigt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer Messung des Stromes (11) auf den fließenden Strom geschlossen wird, daß dieser Wert des Stromes mit dem Mindeststrom (4) verglichen wird und daß - wenn nicht alle Ventilspulen (7, 9) mit Strom beaufschlagt sind - zumindest einzelne Ventilspulen (7, 9) mit Strom beaufschlagt werden, wenn der Wert des fließenden Stromes den Mindeststrom (4) unterschreitet.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Ventilspulen (7, 9) vorhanden sind, deren Wicklungen auf denselben Wicklungsträger aufgewickelt sind.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer Messung des Stromes (11) durch eine der Ventilspulen (9) auf den fließenden Strom geschlossen wird, wobei die Messung des Stromes (11) in der Ventilspule (9) erfolgt, die bei einer Strombeaufschlagung für eine Betätigung des Ventiles zuerst ein- bzw. zuletzt ausgeschaltet wird.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- sowie die Ausschaltung der Ventilspulen (7, 9) mittels Halbleiterschaltern (8, 10) wie beispielsweise Transistoren erfolgt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Halbleiterschalter (8, 10) auf einem Chip integriert sind.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19937475A1 (de) * 1999-08-07 2001-02-08 Continental Teves Ag & Co Ohg Vorrichtung und Verfahren zum Steuern einer hydraulischen Bremsanlage

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3498329A (en) * 1967-10-12 1970-03-03 Delta Hydraulics Co Servo valve
CH523583A (fr) * 1971-04-23 1972-05-31 Lucifer Sa Dispositif de commande d'un électro-aimant
DE2809905C2 (de) * 1978-03-08 1983-08-04 Felten & Guilleaume Fernmeldeanlagen GmbH, 8500 Nürnberg Relais-Halteschaltung
FR2590088B1 (fr) * 1985-11-12 1988-10-28 Leroux Gilles Verin electromagnetique a haute rapidite
KR900009058B1 (ko) * 1987-02-25 1990-12-17 미쓰비시전기 주식회사 전자 스위치 장치
DE9208271U1 (de) * 1992-06-20 1992-09-03 H. Kuhnke Gmbh Kg, 23714 Malente Betätigungsmagnet
US5377068A (en) * 1992-10-19 1994-12-27 Predator Systems Inc. Electromagnet with holding control
US5347419A (en) * 1992-12-22 1994-09-13 Eaton Corporation Current limiting solenoid driver
DE4426021A1 (de) * 1994-07-22 1996-01-25 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers
US5510951A (en) * 1994-08-01 1996-04-23 Eaton Corporation Electronic control for 3-wire DC coils
DE19539071A1 (de) * 1995-03-02 1996-09-05 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung zur Ansteuerung wenigstens eines elektromagnetischen Verbrauchers
US5568349A (en) * 1995-04-04 1996-10-22 Motorola, Inc. Apparatus and method for controlling a relay device

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