DE3034176C2 - Eingangsstufe einer Zündsteuerschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Eingangsstufe einer Zündsteuerschaltung zur Erzeugung eines Ausgangssignals unter Verwendung eines Komparators, nach den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Eingangsstufe ist aus dir DE-OS 29 09 540 bekannt

Eingangsstufen für Zündsteuerschaltungen werden insbesondere für die Zündung von Kraftfahrzeugmetoren benötigt Die Zündspule liefert dabei zeiiilich gesteuert den Zündfunken für die Motorzylinder. Früher wurde dieser Zündvorgang durch mechanisch betätigte elektrische Kontakte gesteuert, doch wird zunehmend dazu übergegangen, elektronische Zündsysteme einzuseu-en, die dafür sorgen, daß die Zündspulen nur während der Zeit dem Ladevorgang ausgesetzt sind, die zum Aufbau der Zündenergie erforderlich ist Dadurch läßt sich eine erhebliche Energieeinsparung erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine integrationsfähige Eingangsstufe einer Zündsteuerschaltung der bekannten Art anzugeben, die jedoch einen extrem geringen Leistungsbedarf aufweist. Diese Schaltung erzeugt gleichfalls Impulse, die den Beginn der Ladezeit einer Zündspule so steuern, daß in der Spule nur während der erforderlichen Mindestzeit ein Ladestrom fließt. Der den Ladesti*..ir auslösende Impuls wird daher von der Eingangsstufe unmittelbar vor dem Zündzeitpunkt geliefert. Die genannte Aufgabe wird mit den i'm Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst

Bei der erfindungsgemäßen Eingangsstufe werden die beiden Kondensatoren gleichzeitig aufgeladen bzw. entladen. Hierbei wird ein Teil des Lade- bzw. des Entladestroms für den ersten Kondensator an einer Stromspiegelschaltung gespiegelt. Der gespiegelte Strom dient zur Auf- bzw. Entladung des zweiten Kondensators. Diese Schaltungsweise hat gegenüber dem Stand der Technik — wie er sich aus der DE-OS 29 09 540 ergibt - den großen Vorteil, daß alle die Stromspiegelschaltungen durchfließenden Ströme zur Auf- bzw. Entladung der vorhandenen Kondensatoren Ci bzw. C₂ herangezogen werden. So dient der beispielsweise den Transistor Γκ, durchfließende Strom zur Aufladung des Kondensators Ci und der den Transistor T\_c durchfließende Strom zur Aufladung des Kondensators C₂

Beim Stand der Technik wird der Ladestrom eines Kondensators zweifach gespiegelt und nur der eine Spiegelstrom dient zur Entladung eines anderen Kondensators. D'er andere Spiegelstrom trägt dagegen nichts zur Auf- bzw. Entladung der Kondensatoren bei. Ähnlich verhält es sich beim Stand der Technik mit dem Entladestrom des zuerst genannten Kondensators. Es war nicht naheliegend, die an sich zufriedenstellende bekannte Schaltung in der erfindungsgemäßen Art zur Verringerung des Leistungsbedarfs zu verändern.

Die beiden Stromvervielfacher bestehen bei der Erfindung vorzugsweise aus je zwei Transistoren gleicher jedoch zu den Transistoren im jeweils anderen Stromvervielfacher entgegengesetzter Polarität, wobei die Emitter- und die Basiselektroden beider Transistoren in den Stromvervielfachern jeweils miteinander verbunden sind. Dadurch ist sicnergestellt, daß jeweils nur einer der Stromvervielfacher -Strom führt.

Der Kollektor des das Eingangssignal invertierenden Invertertransistors ist mit dem Abgriff eines Spannungsteilers verbunden, wobei der dem Lade- und Entladestromzweig des ersten Kondensators gemeinsame Widerstand des Spannungsteilers mit je einem Transistor der beiden Stromvervielfacher verbunden ist.

Der in den Stromvervielfachern erzeugte und der t5 Vergrößerung des Lade- bzw. Entladestroms dienende zusätzliche Strom fließt über einen Transistor der dem Stromverviflfacher zugeordneten Spiegelschaltung, so daß ein vom zusätzlichen Strom abgeleiteter Strom im zweiten Stromzweig der jeweiligen Stromspiegelschaltung fließt und den in diesem Stromzweijr angeordneten zweiten Kondensator auf- bzw. entlädt Die Kondensatoren werden folglich — wie bereits erwärmt — gleichsinnig auf bzw. entladen. Der Lade- bzvi. der Entladestrom des ersten Kondensators besteht jeweils aus der Summe zweier Teilströme, wobei einer dieser Teilströine über die angeschlossenen Stromspiegelschaltungen das Maß für den Auf- bzw. Entladestrom des zweiten Kondensators bildet.

Parallel zum zweiten Kondensator liegt die Kollektor-Emitter-Strecke eines an seiner Basis vom Ausgang des Komparators angesteuerten Schalttransistors.

Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung wird anhand eines Ausführungsbeispieles noch näher erläutert.

Die F i g. 1 zeigt die vereinfachte Schaltung der Eingangsstufe samt dem angeschlossenen Komparator.

Die F i g. 2a zeigt den Verlauf des Eingangssignals U_1n.

In F i g. 2b ist der durch den Widerstand R\ fließende Teil des Ladestroms für den Kondensator Q dargestellt. «

In F i g. 2c ist der durch den Spannungsteiler R₁ + R₂ fließende Teil des Entladestroms des Kondensators Q dargestellt.

In Fig.2d wird der Verlauf der Spannung am Kondensator Q wiedergegeben und "5

Fig.2e zeigt den Verlauf der Spannung am Kondensator C₂ sowie die am Komparator anliegende Referenzspannung.

In Fig.2f ist das Ausgangssignal am Ausgang des Komparators dargestellt. '

F i g. 2g zeigt schließlich noch den Verlauf der Spannung am Kondensator C₂ unter Berücksichtigung der Rückkopplungschleife aus den Widerständen Rm und dem Transistor Γη zwischen dem Ausgang des Komparators und ein em Eingang.

Gemäß der F i g. I wird mit dem Eingangssignal Uis über die Widerstände An. Ra und /?u der Invertertransistor Ti 1 basisseitig angesteuert.

Der Emitter des Transistors Γη ist mit der Versorgungsspannung verbunden, während der Kollektor zum Abgriff des Spannungsteilers aus den Widerständen R\ + R2 führt. Das andere Ende des Widerstandes R\ ist an den Transistor Ti des ersten Strornvervielfachers angeschlossen. Dieser Stromvervielfacher besteht aus den Transistoren T\ und Ti₃, deren Basis- und Emitterelektroden jeweils zusammengeschaltet sind. Beim Transistor Ti ist die Basis-Kollektor-Strecke kurzgeschlossen.

Ferner führt der Widerstand R_x zum Transistor T₂ des zweiten Stromvervielfachers, der aus den Transistoren T>+ Tu besteht, wobei gleichfalls die Emitter- und die Basiselektroden jeweils miteinander verbunden sind. Auch hier ist der Transistor T₂ als Diode geschaltet Die Transistoren des ersten Stromvervielfachers weisen eine entgegengesetzte Polarität zu den Transistoren des zweiten Stromvervielfachers auf. Alle Emitterelektroden der Transistoren in den beiden Stromvervielfachern sind an den Kondensator Q angeschlossen, so daß über die genannten Stromvervielfacher die Lade- und Entladestromwege des Kondensators Q führen. In der Kollektorstrecke des Transistors Tj₃ des ersten Stromvervielfachers liegt die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Ti^, der wiederum Teil einer Stromspiegelschaltung aus den Transistoren T\b und T\_c ist Beide Transistoren der Stromspiegelschaltung sind an den Basiselektroden und an den Emitterelektroden jeweils miteinander verbunden. Der Transistor T\b ist als Diode geschaltet Der Kollektor des Transistors T\_c ist an den zweiten Kondensator C₂ angeschlossen. Tn entsprechender Weise liegt in der Kollektorstrecke <lz? Transistors T₂₃ des zweiten Stromvervielfachers der Transistor T_2b der zweiten Stromspiegelschaltung. Diese zweite Stromspiegelschaltung besteht aus den Transistoren T₂b und T₂C, wobei die Basiselektroden und die Emitterelektroden der beiden Transistoren miteinander verbunden sind. Dieser Transistor T₂b ist als Diode geschaltet Der Transistor T_2c ist mit seinem Kollektor wiederum an den Kondensator Cj angeschlossen. Da die Transistoren T\_c und T_2c entgegengesetzte Polarität aufweisen, wird der Kondensator Ci über den Transistor T_c aufgeladen und über den Transistor T_2c entladen.

Aus der F i g. 2a ist die Periodendauer T, des Zündzykluses ersichtlich. Mit der erfindungsgemäßen Schaltung wird ein Ausgangssignal LZ_01n geliefert, das erst kurz vor dem Ende der Periode Γ, nämlich zum Zeitpunkt t₂ (F i g. 2f) auftritt, und zum Einschalten des Primärstroms der Zündspule dient. Am Ende der Periode Γ wird das Signal LOm abgeschaltet und im Zündsystem die Hochspannung zur Auslösung des Zünd! jnkens erzeugt.

Am Eingang der Schaltung liegt das Eingangssignal Um. das über einen geeigneten Geber bezog«! und von der Winkelposition der Kurbelwelle gesteuert wird. Dieses Signal ist in der F i g. 2a dargestellt. In der Zeit von Ib- fi herrscht am Eingang ein Low-Pegel und in der Zeit von f| bis zum Ende der Periodendauer Tfloatet das Potential am Eingang der Schallung. Das Eingangssignal wird vom Transistor Ti 1 invertiert. Wenn Uin den Low-Pegel aufweist, wird der Transistor Tw durchgesteuert, so daß am Kollektor des Transistors Γη praktisch das Potential der Versorgungsspannungsquel-Ie liegt '.,.d über den Transistor Γη Strom fließen kann. Bei floatendem Potential am Eingang der Schaltung ist der Transistor Γη gesperrt und der Entladeiirom des Kondensators C\ kann nur über den Spannungsteiler aus den Widerständen *?, und R₂ und den Transistor T_lb der Stromspiegelschaltung fließen.

Bei Low-Potentia. am Eingang fließt somit über den Widerstand /?, und den Transistor Γ, der Ladestrom /41, der in F i g. 2b dargestellt ist, in den Kondensator C\. Ein weiterer Ladestromanteil In wird über de₍i Transistor T\_a bezogen, so daß der Strom //.1 vergrößert bzw. vervielfacht um den Strom Il₂ in den Kondensator C\ hineinfließt und diesen aufläcit. Haben die Transistoren Γι und r_la elektrisch gleiche Daten, so ist für den Kondensator G der Ladestrom Ariz. = 2 χ //, ι. In der

Regel werden die elektrisch gleichen Daten der Transistoren T₁ und T_{J dadurch hergestellt, daß die Emitterflächen der gleichzeitig erzeugten Transistoren gleich groß sind. Durch Abwandlung der Geometrie können aber auch andere Vervielfachungsverhältnisse eingestellt werden.

Der Ladestromanteil /;.» wird über den als Diode geschalteten Transistor Ti* einer Stromspiegelschaltung bezogen. Damit fließt auch durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Tu· ein Ladestrom In, der in einem definierten Verhältnis zum Ladestrom I/.2 steht. Bei gleichen elektrischen Daten der Transistoren 7i₆ und Ti₄-gilt: /(.jw/tj. Der Strom //. 1 lädt während der Zeit /0 bis fi (Fig.2a) den Kondensator C₂ auf. Die zunehmende Spannung am Kondensator C₂ ist in der F i g. 2e dargestellt.

Während der Zeit /i bis to, also in der Restzeit der Periodendauer T, kann durch den Transistor Tn aufgrund des floatenden Potentials am Eingang der Schaltung kein Strom fließen. Folglich entlädt sich der Kondensator C\ während der Zeit fi bis to' über den als Diode geschalteten Transistor Tj und den Spannungsteiler Rx, R₂, sowie über den Transistor T23 des zweiten Stromvervielfachers. Der Entladestrom Ie ι über den Transistor T₂ ist in der F i g. 2e dargestellt. Der über den Transistor T2., fließende Entladestromanteil Iei entspricht dann dem Strom Ie\, wenn die beiden Transistoren T₂ und T_2a gleiche elektrische Daten, also im allgemeinen gleiche Emitterabmessungen, aufweisen. Dann ist für den Kondensator Ci der Entladestrom /ci£«2x /f |. Der Stromanteil Ie2 fließt über den einer Stromspiegelschaltung zugehörigen Transistor Tit. so daß im zweiten Stromzweig dieser Stromspiegelschaltung ein vom Transistor Ie₂ durch Spiegelung abgeleiteter Strom Ieι den Transistor T_2c durchfließt, der den Entladestrom des Kondensators G bildet. Die KondenciiAwn £. un/j £*.. ^vsrdsn somit "emäß den Fi** 2d u«td 2e gleichsinnig, während der Zeit fi bis ta entladen.

Ist die Zeitkonstante des Lade- und Entladestromkreises des Kondensators d; Ci · R\ bzw. C₁(R,+ R2) groß gegenüber der Periodendauer T. so wird sich am Kondensator Q ein mittleres Gleichspannungspotential Uc\M gemäß Fig.2d einstellen. Für diese Gleichspannung £/ru/gilt

Tastverhältnis ti/ti. abhängig ist, gilt für die Spannungszunahme während der Ladezeit:

AU₁

Diese Spannungszunahme muß der Spannungsabnahmc während der Entladephase entsprechen, fiir die gilt:

AU₁

ClK

_ U

^ll" Ϊ+Α

Dabei ist U₈ das Potential der Speisespannungsquelle, I U_BE I der Betrag der Basisemitterspannung des Transistors T₁ und A

Dabei ist ff die Entladezeit des Kondensators Ci, die der Zeit von fi bis to gemäß F i g. 2c entspricht f/. ist die Ladezeit der Kondensatoren C\ in der Zeit von U> bis t\. Rl ist der Wert des Ladewiderstandes R\ und foist der Wert des Entladewiderstandes R\ + /?2- Bei Transistoren gleicher elektrischer Daten bzw. gleicher Geometrie in den Stromspiegelschaltungen entspncht der Ladestrom ILi des Kondensators Ct dem Strom Ili und der Entladestrom des Kondensators CiIez dem Strom hi-Die Spannungen am Kondensator C< und C2 haben daher einen sägezahnförmigen Verlauf gemäß den F i g. 2d und 2e. Da sich der Kondensator C\ dabei auf eine mittlere Gleichspannung Uc\m einstellt, die vom Durch Gleichsetzung der beiden Gleichungen erhält i'¹ man folgende Beziehung zwischen dem Tastverhältnis und den durch G fließenden Strömen:

/nt · ti. = /(·ι£· · Ie
Entsprechend gut auch:

Il 21. ■ tL=* lcIE ■ /f

Die sägezahnföirmige Spannung gemäß der Fig. 2e am Kondensator C₂ wird dem einen Anschluß eines

-'". Spannungskomparators K zugeführt. Diese Spannung am Kondensator C₂ wird an diesem Komparator mit einer Referenzspannung Uref verglichen. Die Referenzspannung Uref wird dem Komparator im Gleichtakt mit dem Eingangssignal U_1n zugeführt. Dies geschieht über

JO die Transistoren T,₂ und Tn, die vom Eingangsanschluß aus angesteuert werden. Wenn am Eingang der ;f Low-Pegel anliegt, wird der Transistor Ti₂, dessen ' Basiselektrode über den Widerstand Au am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R\₂ und R_H liegt, durchgesteuert. Folglich wird auch der Transistor Ti 3 durchgeschaltet, so daß am zweiten Anschluß des Komparator« das Bezugspoteniia! anliegt. Floatet dagegen der Eingangsanschluß, bleibt der Transistor T\₂ und damit der ihm nachgeschaltete Transitor Tu gesperrt, so daß auf den Komparator die Referenzspannung Uref gegeben wird. Dies ergibt sich aus der Fig.2e. Am Komparatorausgang erscheint nur dann ein AusgangssignaJ Uom, wenn die Spannung Uc2 am Kondensator Ci unter die Referenzspannung Uref

■»j gefallen ist. Das den Ladevorgang der Zündspule auslösende Ausgangssignal tritt somit gemäß der F i g. 2f nur in der Zeit zwischen t₂ und ίο' auf, wobei diese Zeit ausreicht, um der Zündspule die erforderliche Zündenergie zuzuführen. Während der restlichen Zeit bleibt die Primärspule stromlos, so daß eine op»^;male ! Energieeinsparung erzielt wird. Aufgrund der Tatsache, daß die Referenzspannung Uref mit Hilfe des nicht invertierten Eingangssignals U_/N getaktet dem Komparator K zugeführt wird, ist sichergestellt, daß die ]i Referenzspannung auch dann am Komparator auftritt, wenn der Kondensator Ct bei Einleitung eines ':.'■ Zündvorganges entladen ist Somit wird auch bei _: stillstehendem Motor und eingeschalteter Zündung das Fließen eines unnötigen Ladestroms durch die Primär-

spule verhindert. A

Das Ausgangssignal U₀₀₁ am Komparator K wird über den Widerstand Λΐ6 und den Transistor Tm auf den ■: Komparatoreingang für die Spannung Uci zurückgeführt. Der Transistor Th wird bei einem vorhandenen V,

^ Ausgangssigna! U₀₀, am Komparator iCdurchgeschaltet f und entlädt den parallelgeschalteten Kondensator C₂, so _; daß sichergestellt ist, daß zu Beginn einer neuen Zündperiode am Kondensator Ci stets Nullpotential

herrscht. Dadurch wird eine Aufschaukeliing der Spannung am Kondensator Ci verhindert. Der sich daraus ergebende Spannungsverlauf am Kondensator G ist in der F i g. 2g dargestellt.

Die in den F i g. 2a - 2g dargestellten Kurvenverläufe ändern sich mit der Drehzahl des Motors bzw. des Verteilers. Beim Ansteigen der Drehzahl werden die Period /-,dauern verkürzt und die maximalen Spannungspotentiale an den Kondensatoren G und Ci reduziert. Dies bedeutet, daß mit steigender Drehzahl der Aiisgangsimpuls ίΛ,,,, einen immer größerer. Anteil des

Zeitabschnittes zwischen fi und I₀' umfaßt. Bei sehr hohen Drehzahlen wird die Dauer des Ausgangsimpulses υ,,,,, der Zeitspanne zwischen t\ und ίο' entsprechen, während bei sehr geringen Drehzahlen der Ausgangs-

■'. impuls Uoui. gemessen an der Gesamtperiodendauer T, nur einen kleinen Zeitanteil aufweist. Daher wird gerade bei geringen und mittleren Drehzahlen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltung der Stromfluß in der Primärspule zeillich eingeschränkt und damit Energie

ι» eingespart.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Eingangsstufe einer Zündsteuerschaltung zur Erzeugung eines Ausgangssignals zur En- und Ausschaltung des Zündspulenprimärstroms unter Verwendung eines !Comparators (K), bei der ein erster Kondensator (Q) abhängig vom Steuersigna! (Um) aufgeladen und entladen und ein zweiter Kondensator (Cz) abhängig von dem LadeVEntlade-Vorgang des ersten Kondensators über Stromspiegelschaltungen (T\b, T_ia Tv» Tic) geladen und entladen wird und bei der die Spannung (Uci) am zweiten Kondensator (Cz) mit einer vom Steuersignal getakteten Referenzspannung (Uref) am Komparator (K) verglichen und das am Ausgang des Komparator erzeugte Ausgangssignal (Uour) zur Einschaltung des Zündspulenprimärstroms und zusätzlich zur Entladung des zweiten Kondensators (Cz) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal (L'm}sw.zm Inverter (Tu) zugeführt wird, der zwei Stromvervielfacher (T\, Tx₁ bzw. T₂, T₂₃) im invertierten Takt des Steuersignals wechselweise schaltet, daß ein durch einen Ladewiderstand (Rt) bestimmter erster Ladestrom (Il i) durch den ersten Stromvervielfacher (Tu Tu) vergrößert um einen zweiten Ladestrom (Il₂) den ersten Kondensator (C\) auflädt und ein vom zweiten Ladestrom (Ilz) über eine Stromspiegelschaltung (Tu, T\c) abgeleiteter dritter Ladestrom (hi) gleich^T<;itig den zweiten Kondensator (C₂) auflädt, daß ein durch einen Entladewiderstand (R\ + R₂) bestimmter erster bntladestrom (Ie i) durch den zweiten Stromvervietfachf r (T₂, T₂₁) vergrößert um einen zweiten Entladestrom (Iez) den ersten Kondensator (G) entlädt und ein vom zweiten Entladestrom (Ie2) über eine Stromspiegelschaltung (T₂b, T_2c) abgeleiteter dritter Entladestrom (Ιειί gleichzeitig den zweiten Kondensator (C₂) entlädt

2. Eingangsstufe einer Zündsteuerschaltung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stromvervielfacher aus je zwei Transistoren (Ti, T\_a bzw. T₂, T₂₁) gleicher jedoch zu den Transistoren im jeweils anderen Stromvervielfacher entgegengesetzter Polarität bestehen, wobei die Emitter- und die Basiselektroden beider Transistoren in den Stromvervielfachern jeweils miteinander verbunden sind.

3. Eingangsstufe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des als Inverter dienenden Transistors (Tu) mit dem Abgriff eines Spannungsteilers (Ru R₂) verbunden ist, wobei der dem Lade- und Entladestromzweig des ersten Kondensators (C\) gemeinsame Widerstand (Ri) des Spannungsteilers mit je einem Transistor (T\ bzw. Ti) der beiden Stromvervielfacher verbunden ist.

4. Eingangsstufe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Stromvervielfachern erzeugte, der Vergrößerung des ersten Lade- (/41) bzw. Entladestroms (Ig\) dienende zusätzliche zweite Strom (Il₂ bzw. /£-2) über einen Transistor (Tu, bzw. T₂b) der dem jeweiligen Stromvervielfacher zugeordneten Stromspiegelschaltung fließt, so daß ein vom zusätzlichen zweiten Strom (Il₂ bzw. Ι_ε2) abgeleiteter Strom im zweiten Stromzweig der jeweiligen Stromspiegelschaltung fließt und den in diesem Stromzweig angeordneten zweiten Kondensator (Ci) auf- bzw.

entlädt

5. Eingangsstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum zweiten Kondensator (Ci) die Kollektor-Emitter-Strecke eines; an der Basis vom Ausgang des Komparator^ angesteuerter Schalttransistor (Tu) liegt

6. Eingangsstufe nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Verwendung in Kraftfahrzeugen.