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.
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.
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.
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.
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.
