Richi´s Lab

Einspritztreiber L584

L584

Der L584 ist ein von STMicroelectronics entwickelter Treiber für elektromagnetische Einspritzventile. Dieses Bauteil wurde 1992 produziert. Wie sich noch zeigen wird, könnte das Design aus dem Jahr 1982 stammen.

 

L584 Blockschaltbild

Das Datenblatt enthält ein Blockschaltbild, das die Funktionen des L584 verständlich macht. Versorgt wird der Einspritztreiber demnach über einen integrierten Spannungsregler, der einen sehr weiten Betriebsspannungsbereich von 4,75V bis 46V ermöglicht.
Der Pin 1 (hier nicht bezeichnet, neben Pin 14) kann genutzt werden, um den Baustein vor Überspannungen zu schützen. Verbindet man den Pin 1 mit dem Pin 14, so schaltet der L584 ab 32V den Transistor Q2 aus und den Transistor Q1 ein. Die Widerstände R5/R6 bestimmen ab welcher Spannung der Transistor Q2 wieder leitend wird und damit die Überspannung begrenzt.

Angesteuert wird der L584 über den Input-Pin. Der Inhibit-Pin ermöglicht es die Funktion zu sperren. Die Steuerungslogik greift auf einen Zeitkonstantengenerator und einen Stromkomparator zu, deren Verhalten mit externen Bauteilen eingestellt werden kann. Über den Widerstand Rsense wird der Strom durch das Einspritzventil bestimmt.

Der L584 besitzt einen NPN- und einen PNP-Treiber. Der NPN-Treiber steuert den externen Lowsidetransistor, der das Einspritzventil ansteuert. Die interne Z-Diode am Pin 16 kann wie beschrieben als Überspannungschutz verwendet werden. Gleichzeitig beschreibt das Datenblatt sie als Clamping-Diode, um ein schnelles Abschalten zu realisieren. Legt man den Widerstandsteiler R5/R6 so aus, dass der Lowsidetransistor nach dem Abschalten erst bei sehr hohen Spannungen wieder leitend wird, so baut sich die im Einspritzventil gespeicherte Energie sehr viel schneller ab, als wenn man ihr nur einen relativ verlustfreien Freilaufpfad bietet. Statt dem Spannungsteiler kann wie eingezeichnet auch eine externe Z-Diode verwendet werden.
Der PNP-Treiber steuert einen Transistor, der einen Freilaufpfad für das Einspritzventil aktivieren kann. Will man den Strom im Einspritzventil erhöhen, so aktiviert man nur den Lowsidetransistor. Will man den aktuellen Strom möglichst konstant halten, so deaktiviert man den Lowsidetransistor und aktiviert den Freilaufpad. Um den Strom aktiv zu reduzieren, deaktiviert man beide Transistoren. Abhängig von der Clampingspannung des Lowsidetransistors stellt der Einspritztreiber dann eine mehr oder weniger hohe Last für das Einspritzventil dar und der Strom sinkt mit einer entsprechenden Geschwindigkeit.

Der Widerstand am Pin 9 definiert einen internen Referenzstrom, der sich auf mehrere Funktionsblöcke auswirkt und entsprechend nur in einem schmalen Bereich variiert werden darf. Die Treiberströme sind beispielsweise Vielfache des Referenzstroms: Ipnp = 35*Ir, Inpn = 100*Ir

Die Pins 4, 5, 12 und 13 stellen nicht nur den Kontakt zum Massepotential her, sie ermöglichen auch eine bessere Entwärmung des Bausteins. Diese mittig angeordneten Pins bilden im Inneren des Packages eine massive Metallfläche, auf der sich der integrierte Schaltkreis befindet.

 

L584 Konfiguration der Stromkurven

Einspritzventile will man sehr schnell öffnen und schließen. Die eingespritzte Kraftstoffmenge ist dann weniger toleranzbehaftet. Diese höhere Genauigkeit ist für einen sauberen Motorbetrieb grundsätzlich von Vorteil. Das Einspritzen sehr kleiner Mengen wird so überhaupt erst möglich.
Das schnelle Schließen lässt sich wie beschrieben mit einer hohen Clampingspannung umsetzen. Um Einspritzventile möglichst schnell öffnen zu können, werden sie so ausgelegt, dass beim harten Einschalten ein sehr hoher Strom fließen kann. Dieser Strom sorgt für ein starkes Magnetfeld und damit für eine starke Beschleunigung des Ventils. Die Spulen sind allerdings nicht darauf ausgelegt die hohen Initialströme längere Zeit zu tragen. Zum Offenhalten des Ventils sind derart hohe Ströme auch garnicht notwendig. Aus diesem Grund regelt der Einspritztreiber nach dem Öffnen des Ventils einen niedrigeren Haltestrom ein.

Der Widerstandswert des Shunts definiert die Höhe des Peakstroms. Das Potential am Pin 2 des L584 legt den Haltestrom fest. Die Beschaltung der Pins 6 und 7 definieren das zeitliche Verhalten.
Über die Kapazität am Pin 6 kann die Dauer des Peakstroms festgelegt werden. Ein Massepotential an diesem Pin führt zu einer dauerhaften Ansteuerung mit dem Peakstrom. Bleibt der Pin 6 offen, so geht der L584 nach Erreichen des Peakstroms sofort in die Haltestromregelung über.
Die Kapazität am Pin 7 legt fest, wie lange der Lowsidetransistor im Rahmen der Stromregelung abschaltet. Über diese Schnittstelle kann folglich die Zeitkonstante der Stromregelung auf die Induktivität des Einspritzventils hin optimiert werden. Verbindet man den Pin 7 mit dem Massepotential, so findet keine Stromregelung statt.

 

L584 Die

Das Die enhält eine recht umfangreiche Schaltung, die sich ohne größeren Aufwand nicht analysieren lässt. Sofort erkennbar ist aber der großflächige Transistor, der den Pin 15 und damit den externen Lowsidetransistor versorgt. Die Größe ergibt sich durch den relativ hohen Strombedarf und durch den Einsatz einen PNP-Transistors, dessen Eigenschaften oftmals etwas schlechter sind als die eines NPN-Transistors.
Passend dazu ist der Treibertransistor für den Freilaufpfad sehr viel kleiner ausgeführt. Oberhalb des zugehörigen Pin 8 befindet sich zuerst ein Shunt zum Schutz vor zu hohen Strömen und darauf folgt ein relativ kleiner NPN-Transistor. Der Strombedarf ist hier um einen Faktor 3 geringer, vor allem aber ist die Leistungsfähigkeit des NPN-Transistors höher.

In der oberen rechten Ecke befindet sich ein Testpunkt. Verfolgt man dessen Potential, so führt es unter anderem zu einem kleinen Transistor, der sehr weit links und damit abseits der eigentlich zugehörigen Schaltungsteile platziert wurde. Für diese exponierte Position scheint es keinen elektrischen Grund zu gegeben. Ganz im Gegenteil macht die Lage sehr lange Zuleitungen notwendig. Der Transistor befindet sich so allerdings relativ nah an der Treiberstufe des Lowsidetransistors. In Kombination mit dem Testpunkt kann man spekulieren, dass es sich hier um die im Datenblatt beschriebene Übertemperaturschutzschaltung handelt.

 

L584 Die Detail

Die Beschriftung 8214 könnte einen Datecode darstellen und damit das Design auf das Jahr 1982 datieren, was einigermaßen plausibel wäre.

Die 1 hinter der Bezeichnung L584 könnte für eine erste Revision stehen.

 

zurück
oder unterstützt mich über Patreon