電容執(zhí)行器充電和放電電路裝置的運(yùn)行方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及至少一個(gè)電容執(zhí)行器的充電和放電電路裝置的運(yùn)行方法，電路裝置包括由分別具有并聯(lián)的二極管的第一和第二功率晶體管組成的串聯(lián)電路，其連接在供電電壓源的電位之間，兩個(gè)功率晶體管的連接節(jié)點(diǎn)通過線圈與至少一個(gè)電容執(zhí)行器的端子相連接，為了對(duì)電容執(zhí)行器充電，將電容執(zhí)行器與供電電壓源的正電位相連接的第一功率晶體管在可預(yù)先給定的時(shí)間段期間被控制為周期性導(dǎo)通的，和在由流經(jīng)電容執(zhí)行器的電流達(dá)到預(yù)先給定的第一閾值時(shí)又被控制為截止的，直至通過執(zhí)行器電流達(dá)到比第一閾值更低的預(yù)先給定的第二閾值，對(duì)于執(zhí)行器電流不再達(dá)到預(yù)先給定的第一閾值的情況，第一功率晶體管在與由執(zhí)行器電流最大達(dá)到的值相對(duì)應(yīng)的時(shí)間之后被控制為截止的。
【專利說明】電容執(zhí)行器充電和放電電路裝置的運(yùn)行方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于運(yùn)行用于對(duì)至少一個(gè)電容執(zhí)行器充電和放電的電路裝置的方法，所述電路裝置包括分別具有并聯(lián)的二極管的第一和第二功率晶體管組成的串聯(lián)電路，所述串聯(lián)電路被連接在供電電壓源的電位之間，其中兩個(gè)功率晶體管的連接節(jié)點(diǎn)通過線圈與至少一個(gè)電容執(zhí)行器的端子相連接。為了對(duì)電容執(zhí)行器充電，將電容執(zhí)行器與供電電壓源的正電位連接的第一功率晶體管在可預(yù)先給定的時(shí)間段期間被控制為周期性導(dǎo)通的，并且當(dāng)通過流經(jīng)電容執(zhí)行器的電流達(dá)到預(yù)先給定的第一閾值時(shí)又被控制為截止的，直至通過執(zhí)行器電流達(dá)到比第一閾值更低的預(yù)先給定的第二閾值為止。

【背景技術(shù)】
[0002]由DE 198 14 594 Al已知這樣的方法。
[0003]在圖1中示出了由該文獻(xiàn)已知的用于對(duì)電容執(zhí)行器充電和放電的電路裝置，其中電容執(zhí)行器在那里可以例如是用來操作燃料噴射閥中的噴嘴針的壓電執(zhí)行器。但是為了執(zhí)行該方法，重要的僅僅是充電和放電電路中的其電容特性。
[0004]在已知的電路裝置中，由分別具有并聯(lián)的二極管Dl、D2的第一和第二功率晶體管T1、T2組成的串聯(lián)電路連接在供電電壓源Vtl的電位之間，其中供電電壓源V C1的負(fù)電位用作基準(zhǔn)電位。如在圖1的所示的示例中一樣可以將功率晶體管T1、T2構(gòu)造為MOSFET，但也可以如在DE 198 14 594 Al中一樣將其構(gòu)造為IGBT，或者以其它合適的方式來構(gòu)造。二極管D1、D2連接在供電電壓源Vtl的正電位及在截止方向上的其負(fù)電位之間，并且可以要么明確地被設(shè)置成單構(gòu)件，而要么可以作為襯底二極管是晶體管半導(dǎo)體芯片的組成部分。
[0005]兩個(gè)功率晶體管的連接節(jié)點(diǎn)通過線圈1^?與在所示示例中的起電容執(zhí)行器作用的兩個(gè)壓電執(zhí)行器P1、P2的端子相連接。兩個(gè)壓電執(zhí)行器P1、P2的相應(yīng)其它端子通過與分別給其分配的選擇晶體管AT1、AT2與基準(zhǔn)電位相連接。在所示的電路示例中，在線圈Lmain與電容執(zhí)行器PU P2的接線電子之間接入由濾波電容器Cfiu和濾波線圈Lfiu構(gòu)成的低通濾波器用于對(duì)充電電流進(jìn)行平滑。
[0006]在圖1中所示的電路示例中，具有各自的選擇晶體管AT1、AT2的兩個(gè)電容執(zhí)行器P1、P2相互并聯(lián)，但也可以有更多或者只有一個(gè)電容執(zhí)行器，視電容執(zhí)行器用于何種應(yīng)用而定。在使用于燃料噴射閥中時(shí)，對(duì)于四缸發(fā)動(dòng)機(jī)而言通常四個(gè)這樣的電容執(zhí)行器將相互并聯(lián)。當(dāng)在燃料噴射閥中使用壓電執(zhí)行器形式的電容執(zhí)行器時(shí)，壓電執(zhí)行器應(yīng)該用于在盡可能短的時(shí)間內(nèi)噴射盡可能精確的燃料量，為此需要壓電執(zhí)行器的精確伸展(Ausdehnung)。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，必須在確定的時(shí)間內(nèi)將準(zhǔn)確地確定的電荷量施加給起電容作用的壓電執(zhí)行器。由此如在DE 198 14 594 Al中所述的，對(duì)將電容執(zhí)行器與供電電壓源相連接的功率開關(guān)進(jìn)行脈沖式操控被證明是有利的。
[0008]在圖2中為了對(duì)如在圖1中所示的電容執(zhí)行器充電而示出這樣的操控，其中對(duì)于放電得出僅具有相反的電流方向的類似變化曲線。
[0009]在圖2的下圖表中示出了流過電容執(zhí)行器Pl的電流Ipi，其中通過閉合第一功率晶體管Tl實(shí)現(xiàn)從供電電壓源Vtl經(jīng)由線圈Lmain、第一電容執(zhí)行器Pl和與分配給該第一電容執(zhí)行器的的選擇晶體管ATl的電流流動(dòng)。盡管由線圈1^_的電感引起地，電流上升受到扼制，但是由于在電容執(zhí)行器Pl處起初尚有小的電壓Upi，上升盡管如此仍然將相對(duì)陡峭。
[0010]電流上升直至達(dá)到第一閾值SW1，這通常利用在圖1中沒有示出的電流測(cè)量電阻來確定，其中通過在圖1中同樣沒有示出的控制電路根據(jù)該事件的出現(xiàn)將第一功率晶體管Tl又切換為截止的。隨后通過電流流過與第二功率晶體管T2并聯(lián)的二極管D2，存儲(chǔ)在線圈Lmain中的磁場(chǎng)又減弱，其中電流減小，直至該電流要么達(dá)到具有比第一閾值SWl低的值的第二閾值SW2，要么如在圖2的示例中一樣達(dá)到值O安，這意味著電流流動(dòng)停頓，因?yàn)橛捎诙O管D2的截止作用，現(xiàn)在存儲(chǔ)在電容執(zhí)行器Pl中的電荷不可能經(jīng)由線圈Lmain回振(Zurueckschwingen)。在要預(yù)先給定的時(shí)間段期間周期性重復(fù)該過程。
[0011]要預(yù)先給定的時(shí)間段指的是要么被預(yù)先給定為定義的持續(xù)時(shí)間、而要么直至達(dá)到電容執(zhí)行器處的確定的電壓UpiS止所經(jīng)過的時(shí)間段。
[0012]由于電容執(zhí)行器Pl處的電壓！^逐充電周期地(von Ladeper1de zuLadeper1de)隨著由此所施加的電荷上升，因此電容執(zhí)行器Pl處的電壓Upi與供電電壓源V。的電壓之間的電壓差不斷變小，由此電流I P1的上升斜率越來越多地減小，如從圖2中可看出的。但是，同時(shí)在閉合第一功率晶體管Tl之后，電流的減小逐充電周期地越來越快地進(jìn)行。這在圖2中也可以看出。
[0013]在圖2中所示的充電電流Ipi的理想變化曲線以及由此得出的在電容執(zhí)行器Pl處的電壓Upi的上升中，得出平均的充電電流/I !^其幾乎是恒定的，并且導(dǎo)致電容執(zhí)行器Pl處的電壓Up1相應(yīng)地線性上升。
[0014]現(xiàn)在一方面希望獲得盡可能高的執(zhí)行器電壓，但是另一方面希望保持供電電壓源的輸出電壓受限制，因?yàn)楸仨毨缃柚贒C/DC轉(zhuǎn)換器從機(jī)動(dòng)車電池的電壓中獲取該輸出電壓。供電電壓源的輸出電壓越高，通常所需的DC/DC轉(zhuǎn)換器就越昂貴。
[0015]現(xiàn)在如果執(zhí)行器電壓在充電過程期間越來越多地增大，那么供電電壓源的輸出電壓與執(zhí)行器電壓之差因此不斷變小，從而在供電電壓源的輸出電壓受限制時(shí)可能發(fā)生充電電流不再達(dá)到預(yù)先給定的上閾值，并且相應(yīng)地只有當(dāng)充電振蕩的第一半波結(jié)束時(shí)，充電電流才停頓。
[0016]這在圖3中示出。曲線I)示出電容執(zhí)行器P1、P2和供電電壓源Vtl之間的電壓差足夠大時(shí)的電流變化曲線。達(dá)到上限值SWl，并且在斷開第一功率晶體管Tl之后，充電電流將流經(jīng)空轉(zhuǎn)二極管D2并且減小，直至存儲(chǔ)在線圈Lmain中的能量被轉(zhuǎn)移到電容執(zhí)行器Pl、P2中為止。然后新的充電脈沖通常開始，直至充電過程結(jié)束為止。
[0017]曲線2)現(xiàn)在示出以下情況:充電電流在時(shí)刻Ton_max正好仍達(dá)到上閾值SW1，并且因此第一功率晶體管Tl仍能夠被關(guān)斷。利用每個(gè)另外的充電脈沖，如由曲線3)所示，不再達(dá)到上閾值3)，并且因此不再關(guān)斷第一功率晶體管Tl。電流因此以正弦半波方式伸展，并且只有當(dāng)電流又變?yōu)榱?O安(這在時(shí)刻TOSC進(jìn)行)時(shí)，充電脈沖才結(jié)束。
[0018]通過充電電流脈沖施加的電荷(Ladung)相應(yīng)于曲線3)下方的面積，其中可以識(shí)別出，所述電荷明顯大于充電曲線I)和2)時(shí)的所施加的電荷，由此得出不均勻的充電變化曲線，和從而得出通過電容執(zhí)行器例如驅(qū)動(dòng)的燃料噴射閥噴嘴針的不均勻的運(yùn)動(dòng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]因此，本發(fā)明的任務(wù)是避免該問題。
[0020]通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法來解決該任務(wù)。
[0021]按照本發(fā)明，因此在按照權(quán)利要求1的前序部分所述的方法中對(duì)于執(zhí)行器電流不再達(dá)到預(yù)先給定的第一閾值的情況，應(yīng)該在與由執(zhí)行器電流最大達(dá)到的值相對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間之后控制第一功率晶體管為截止的，其中所述持續(xù)時(shí)間緊接在達(dá)到最大值的時(shí)刻之后。
[0022]因此，通過時(shí)間控制切斷充電電流，其中直至切斷的時(shí)間應(yīng)取決于要確定的最大達(dá)到的電流。該電流最大值越小，則第一功率晶體管保持接通就越長(zhǎng)，使得在每個(gè)充電脈沖時(shí)將大致相同的電荷施加給電容執(zhí)行器。
[0023]可替代地，按照權(quán)利要求2可以在固定地預(yù)先給定的持續(xù)時(shí)間之后進(jìn)行切斷，所述固定地預(yù)先給定的持續(xù)時(shí)間緊接在達(dá)到最大值的時(shí)刻之后。因此盡管僅實(shí)現(xiàn)對(duì)電容執(zhí)行器的不太精確的充電，但是該方法是較少耗費(fèi)的。
[0024]在權(quán)利要求3中說明另外的和導(dǎo)致較好結(jié)果的替代方案。如果在達(dá)到最大值的時(shí)刻之后，與由執(zhí)行器電流最大達(dá)到的值、至達(dá)到該值的持續(xù)時(shí)間和預(yù)先給定的閾值有關(guān)的持續(xù)時(shí)間已結(jié)束，則應(yīng)該進(jìn)行切斷。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]以下應(yīng)根據(jù)實(shí)施例借助于圖對(duì)本發(fā)明更詳細(xì)地進(jìn)行描述。
[0026]在此所述圖:
[0027]圖1示出按照現(xiàn)有技術(shù)用于對(duì)至少一個(gè)電容執(zhí)行器充電和放電的電路裝置，
[0028]圖2示出電容執(zhí)行器處的充電電流和充電電壓的時(shí)間變化曲線，
[0029]圖3示出在預(yù)先給定的切斷閾值時(shí)的不同大小的充電電流的變化曲線，以及
[0030]圖4示出充電電流的根據(jù)本發(fā)明的時(shí)間控制式切斷。

【具體實(shí)施方式】
[0031]如已經(jīng)在圖3中那樣，在圖4中首先示出在以下情況下通過電容執(zhí)行器Pl的電流Ip1的變化曲線，其中該電流足夠大以仍達(dá)到上切斷閾值SW1。這是曲線I。如果該電流不會(huì)被切斷，則如虛線所示那樣，該電流將會(huì)經(jīng)歷完全的正弦半波，直至該電流又衰減到O安為止。
[0032]此外作為曲線II示出以下情況:充電電流Ip1E好仍達(dá)到上切斷閾值SW1，并且因此第一功率晶體管Tl被關(guān)斷，隨后電流經(jīng)由具有二極管D2的空轉(zhuǎn)路徑(圖1)發(fā)生衰減。這里也以虛線示出完全的正弦半波。
[0033]最后以曲線II1、IV和V表示根據(jù)本發(fā)明時(shí)間控制式切斷過程。在那里，在時(shí)間!^工工或T ?或T v切斷通過電容執(zhí)行器Pl的電流，其方式是在剛好這些時(shí)刻T m、TIV、Tv又?jǐn)嚅_第一功率開關(guān)Tl，由此電流Ipi可以經(jīng)由空轉(zhuǎn)路徑衰減。
[0034]通過在圖1中沒有示出的流程控制電路進(jìn)行該切斷控制，所述流程控制電路例如可以用微處理器實(shí)現(xiàn)。由未示出的電流測(cè)量電路將通過電容執(zhí)行器Ρ1、Ρ2的所測(cè)量的電流輸送給該流程控制電路。流程控制電路從中確定最大值，并且必要時(shí)確定直至達(dá)到該值為止的持續(xù)時(shí)間，并且給這些(diesen)分配切斷時(shí)刻Tm或T IV或T v。這可以通過要實(shí)施的算法或者也可通過所存儲(chǔ)的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行。在此，由直至由流過電容執(zhí)行器的電流達(dá)到最大值為止的時(shí)間和在緊接其之后的根據(jù)本發(fā)明所確定的持續(xù)時(shí)間之和得出切斷時(shí)刻。
[0035]以這種方式能按照本發(fā)明所述的方式在整個(gè)充電持續(xù)時(shí)間上以大致相同大小的電荷量進(jìn)行充電，從而能夠?qū)崿F(xiàn)執(zhí)行器的均勻伸展。
【權(quán)利要求】
1.用于運(yùn)行用于對(duì)至少一個(gè)電容執(zhí)行器(P1，P2)充電和放電的電路裝置的方法，所述電路裝置包括由分別具有并聯(lián)的二極管(Dl，D2)的第一和第二功率晶體管(Tl，T2)組成的串聯(lián)電路，所述串聯(lián)電路連接在供電電壓源(Vtl)的電位之間，其中兩個(gè)功率晶體管(Tl，T2)的連接節(jié)點(diǎn)通過線圈(Lmain)與至少一個(gè)電容執(zhí)行器(Pl，P2)的端子相連接，其中為了對(duì)電容執(zhí)行器(P1，P2)充電，將電容執(zhí)行器(P1，P2)與供電電壓源(Vtl)的正電位相連接的第一功率晶體管(Tl)在可預(yù)先給定的時(shí)間段期間被控制為周期性導(dǎo)通的，并且在通過流經(jīng)電容執(zhí)行器(P1，P2)的電流(Ipi)達(dá)到預(yù)先給定的第一閾值(SWl)時(shí)又被控制為截止的，直至通過執(zhí)行器電流(Ipi)達(dá)到比第一閾值更低的預(yù)先給定的第二閾值(SW2)為止，其特征在于，對(duì)于執(zhí)行器電流(Ipi)不再達(dá)到預(yù)先給定的第一閾值(SWl)的情況，第一功率晶體管(Tl)在達(dá)到最大值的時(shí)刻后緊接著的、與由執(zhí)行器電流(Ipi)最大達(dá)到的值相對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間之后被控制為截止的。
2.用于運(yùn)行用于對(duì)至少一個(gè)電容執(zhí)行器(P1，P2)充電和放電的電路裝置的方法，所述電路裝置包括由分別具有并聯(lián)的二極管(Dl，D2)的第一和第二功率晶體管(Tl，T2)組成的串聯(lián)電路，所述串聯(lián)電路連接在供電電壓源(Vtl)的電位之間，其中兩個(gè)功率晶體管(Tl，T2)的連接節(jié)點(diǎn)通過線圈(Lmain)與至少一個(gè)電容執(zhí)行器(Pl，P2)的端子相連接，其中為了對(duì)電容執(zhí)行器(P1，P2)充電，將電容執(zhí)行器(P1，P2)與供電電壓源(Vtl)的正電位相連接的第一功率晶體管(Tl)在可預(yù)先給定的時(shí)間段期間被控制為周期性導(dǎo)通的，并且在通過流經(jīng)電容執(zhí)行器(P1，P2)的電流(Ipi)達(dá)到預(yù)先給定的第一閾值(SWl)時(shí)又被控制為截止的，直至通過執(zhí)行器電流(Ipi)達(dá)到比第一閾值更低的預(yù)先給定的第二閾值(SW2)為止，其特征在于，對(duì)于執(zhí)行器電流(Ipi)不再達(dá)到預(yù)先給定的第一閾值(SWl)的情況，第一功率晶體管(Tl)在達(dá)到最大值的時(shí)刻后緊接著的、預(yù)先給定的持續(xù)時(shí)間之后被控制為截止的。
3.用于運(yùn)行用于對(duì)至少一個(gè)電容執(zhí)行器(P1，P2)充電和放電的電路裝置的方法，所述電路裝置包括由分別具有并聯(lián)的二極管(Dl，D2)的第一和第二功率晶體管(Tl，T2)組成的串聯(lián)電路，所述串聯(lián)電路連接在供電電壓源(Vtl)的電位之間，其中兩個(gè)功率晶體管(Tl，T2)的連接節(jié)點(diǎn)通過線圈(Lmain)與至少一個(gè)電容執(zhí)行器(Pl，P2)的端子相連接，其中為了對(duì)電容執(zhí)行器(P1，P2)充電，將電容執(zhí)行器(P1，P2)與供電電壓源(Vtl)的正電位相連接的第一功率晶體管(TI)在可預(yù)先給定的時(shí)間段期間被控制為周期性導(dǎo)通的，并且在通過流經(jīng)電容執(zhí)行器(P1，P2)的電流(Ipi)達(dá)到預(yù)先給定的第一閾值(SWl)時(shí)又被控制為截止的，直至通過執(zhí)行器電流(Ipi)達(dá)到比第一閾值更低的預(yù)先給定的第二閾值(SW2)為止，其特征在于，對(duì)于執(zhí)行器電流(Ipi)不再達(dá)到預(yù)先給定的第一閾值(SWl)的情況，第一功率晶體管(Tl)在達(dá)到最大值的時(shí)刻后緊接著的、與由執(zhí)行器電流(Ipi)最大達(dá)到的值、至達(dá)到該值的持續(xù)時(shí)間和預(yù)先給定的閾值有關(guān)的持續(xù)時(shí)間之后被控制為截止的。
【文檔編號(hào)】H02N2/06GK104518705SQ201410605654
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】C·哈根米勒, R·L·阿利馬里努托羅克, E·G·盧基克 申請(qǐng)人:大陸汽車有限公司