説明

ハイサイド負荷に印加される電圧を調整するための調整システム

ハイサイド負荷(M)、特に、自動車用のファン制御ユニットに印加される電圧(Umot)を調整するための、アースに関連するパルス幅変調された信号(SG)によって制御される電子制御システムに対する発明。パルス幅変調された信号(SG)を調整のために必要な基準入力変数(U−)に変換する回路部分が電源電圧(V2)の正電位を基準電位として使用することにより、前記基準入力変数(U−)が同様に前記電源電圧の正電位に対するものとなり、前記制御信号(SG)が、ツェナーダイオード(D1)、及び前記ツェナーダイオード(D1)に並列接続されている抵抗(R5)を用いて前記正の電源電位に関連する制御信号に変換され、さらに低域フィルタ(R7、C1)によって、入力基準変数(U−)として働く線形制御信号に変換される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ハイサイド負荷に印加される電圧を調整するための、具体的には自動車用のファンレギュレータを調整するための、パルス幅変調信号によって制御される電子調整システムに関する。
【背景技術】
【0002】
このような調整システムは、自動車で使用されており、一般によく知られている。
【0003】
日本国特許第JP01302409AA号公報は、調整用の電源電圧の正電位に関する基準入力変数を有する、電圧を調整するための電子調整システムを開示している。
【0004】
日本国特許第JP09215321AA号公報は、パルス幅変調された信号を調整に必要な基準入力変数に変換する回路部分を有する調整システムを開示している。ここではアースが基準電位として使用されている。
【0005】
調整システムの重要な基本機能は、制御信号の関数としてモータ電圧を調整することである。この制御信号は、アナログ制御電圧、アナログ制御電流、又はディジタル信号でもよい。従来技術の教示に係るファンを制御するシステムは、内部で制御電流及びディジタル制御信号を制御電圧に変換し、それによってモータ電圧を制御電圧の関数として調整する閉ループ回路が原理的に常時存在する。制御信号がディジタル制御信号である場合には、そのディジタル制御信号からアナログ制御電圧を発生させる装置が設けられる。アナログ制御電圧は、ディジタル制御信号に、明確かつ機能的に関連している。一般的に言えばディジタル制御信号はPWM信号であり、所望の設定値がアクティブと非アクティブ制御信号間のパルスデューティサイクルで符号化されている。
【0006】
ディジタル制御信号を有する既知のファン用の線形制御システムは、一般的に、図3に示されている回路トポロジを使用する。車両バッテリV2は機構全体に対する電流源を提供している。線形制御システムは制御ユニットの出力部に接続されており、ディジタル制御信号S1がこの制御ユニットを経由して伝送される。制御ユニットでは、この信号は普通トランジスタで生成され、そのトランジスタはアクティブ状態でこの信号をアースに落とし、非アクティブ状態で回線をオープンにしたままにする。モータ電圧の所望値の大きさは、制御信号のアクティブ状態と非アクティブ状態を含むパルスデューティサイクルで符号化されるのが一般的である。設定値に比例する制御電圧V1は、このパルス幅変調された信号から、例えば低域通過フィルタをかけることによって生成することができる。オペアンプU1Aはその出力電圧を、したがってMOSトランジスタM1のゲート・ソース間電圧を、U+がU−にほぼ等しくなるように調整する。その構成は、次の方程式で説明することができる。R8/R9=R10/R11が選択される場合、制御電圧V1とモータ電圧Umotの相関関係は、
mot=V1(R9/R8)
である。
【0007】
ファン用の制御システムの重要な要件は、オンボード電圧変動を平滑化することである。UmotはV2に依存するべきではない。これは、まさにR8/R9=R10/R11であるときだけに適用される。したがって、オンボード電圧変動dV2が起こった場合、図3による制御システムの応答は、分圧器R8/R9及びR10/R11を組み合わせた時の許容値に依存する。
【0008】
構成部品が理想的であり、R8/R9=R10/R11を組み合わせた時の許容値が理想的であると仮定すると、相関関係Umot=f(V1)は、R8/R9の抵抗比によってのみ決定される。UmotはV2とほとんど無関係である。オペアンプはオンボード電圧変動を平滑する。
【0009】
スタンバイ動作では、V1=0である。この場合、構成の電流消費量Ibは零入力電流と呼ばれ、バッテリを放電させないようにできるだけ低くするべきである。
【0010】
V1=0である場合、Umot=0であるため、Id=0となる(最新のMOSFETではオフ状態電流が非常に少ない)。したがってIb=I1+I2+I3である。I3は、超低電力オペアンプを使用することによって非常に低いレベルに保つことができる。
【0011】
コストの理由でレギュレータ調整器の電子部品の包装を省くことが望まれている場合には、高インピーダンス抵抗の使用は問題である。結露及びそれに関連して車両で発生する回路基板表面上の汚染は、漏洩電流につながり、その漏洩電流は、高インピーダンスで設計されたスイッチング回路の機能に影響を与える。したがってR8からR11は、恣意的に高インピーダンスで組むことはできない。したがって、スタンバイ動作で、I1及びI2はバッテリに負荷をかけない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明は、調整を改善するという問題を取り扱う。
【課題を解決するための手段】
【0013】
この変圧器そのものは、従来技術による変圧器に比べて改善された特性を有してはいない。改善点は、GNDではなく+Ubが変圧器に対する基準点に選定されていることある。
【0014】
問題点は、請求項1に係る制御システムによって解決される。本発明の有利な改良点は、請求項2から5に含まれている。
【0015】
本発明は、制御システム、特にファン用の制御システムを比較的少ない個別構成部品で構築することを可能にする。この制御システムは、良好な制御応答及び極めて低い零入力電流消費で際立っている。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
本発明の2つの好ましい例示的な実施の形態を図面で以下に説明する。
【0017】
図1によれば、空調システムの制御ユニットSGのパルス幅変調された制御信号S1が、制御電圧U−を生成するために使用されており、その制御電圧は、第1に正の電源電圧V2に関連しており、その大きさは、明確に制御信号S1のデューティファクタに機能的に関連している。
【0018】
この好ましい実施の形態では、パルス幅変調された制御信号S1はアースに対するものである。
【0019】
レギュレータU1Aの2つの入力電圧は正の電源電圧U2に関係している。したがって図1の回路図によれば、Umotは、
【0020】
【数1】

であり、したがってV2に依存していない。
【0021】
図1とは対照的に、相関dUmot=f(dV2)では抵抗許容値組み合わせは考慮されていない。
【0022】
したがって、本発明の教示によれば、オンボード電圧変動が、改善された方法で平滑化される。
【0023】
PWM/DCインバータの出力信号、すなわちUが特定の閾値を下回ると、レギュレータU1Aがこれを認識し、その場合、それ自体及び下流にあるトランジスタM1を零電流の停止状態に移行させる。次いでIが0にほぼ等しくなり、Iが0にほぼ等しくなり、Iが0にほぼ等しくなり、したがってIが0にほぼ等しくなる。したがって、制御ユニットのトランジスタQ1が恒久的に遮断されているときには、回路の電流消費は極めて少ない。
【0024】
低インピーダンス設計であっても、アイドル動作ではI2及びI3はバッテリV2に負荷を与えない。
【0025】
図2に係る他の実施の形態では、アースに対する制御信号S1は、分圧器R5/R6およびツェナーダイオードD1によって、正の電源電圧に対するパルス幅変調された信号S2に変換される。この信号は、低域フィルタR7/C1で線形制御電圧U−に変換され、その制御電圧の近似は制御信号S1のデューティファクタに比例する。この装置は、トランジスタQ1が恒久的にスイッチオフされているときには電流が流れず、回路のさらなる複雑さをもたらすことなく低零入力電流消費に対する要件を満たす。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】本発明の第1の制御システムの回路図である。
【図2】本発明の第2の制御システムの回路図である。
【図3】既知の制御システムの回路図である。
【符号の説明】
【0027】
M ハイサイド負荷
mot 制御ユニットに印加される電圧
SG パルス幅変調された信号
U− 基準入力変数
V2 電源電圧
D1 ツェナーダイオード
R3,R4,R5 抵抗
R7,C1 低域フィルタ
U1A レギュレータ
M1 トランジスタ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ハイサイド負荷(M)、特に、自動車用のファン制御ユニットに印加される電圧(Umot)を調整するための、アースに関連するパルス幅変調された信号(SG)によって制御される電子制御システムであって、前記パルス幅変調された信号(SG)を調整のために必要な基準入力変数(U−)に変換する回路部分が電源電圧(V2)の正電位を基準電位として使用することにより、前記基準入力変数(U−)が同様に前記電源電圧の正電位に対するものとなり、前記制御信号(SG)が、ツェナーダイオード(D1)、及び前記ツェナーダイオード(D1)に並列接続されている抵抗(R5)を用いて前記正の電源電位に関連する制御信号に変換され、さらに、低域フィルタ(R7,C1)によって、入力基準変数(U−)として働く線形制御信号に変換される電子制御システム。
【請求項2】
レギュレータ(U1A)に供給される入力電圧が、負荷に給電する電源の前記正の電源電位に関連することを特徴とする請求項1に記載の制御システム。
【請求項3】
電源電圧が変動する間の負荷電圧の調整が抵抗組み合わせに依存しないことを特徴とする請求項1又は2記載の制御システム。
【請求項4】
レギュレータ(U1A)がPWM/DCインバータの出力電圧がある閾値を下回った、ことを認識し、その場合、前記レギュレータ(U1A)は、それ自体及び下流にあるトランジスタ(M1)を零電流の停止状態に移行させることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の制御システム。
【請求項5】
零入力電流消費が抵抗(R3,R4)の値に依存しないことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の制御システム。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公表番号】特表2009−532787(P2009−532787A)
【公表日】平成21年9月10日(2009.9.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−503396(P2009−503396)
【出願日】平成19年2月14日(2007.2.14)
【国際出願番号】PCT/DE2007/000269
【国際公開番号】WO2007/112713
【国際公開日】平成19年10月11日(2007.10.11)
【出願人】(503145110)シトリニック ゲス フュール エレクトロテクニッシュ オウスルゥスタング エム ベー ハー ウント コー カー ゲー (12)
【氏名又は名称原語表記】sitronic Ges.  fur elektrotechnische Ausrustung mbH & Co. KG
【Fターム(参考)】