• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung zum Aufladen und Entladen wenigstens eines kapazitiven Stellglieds, insbesondere eines Piezoelemments in einem Kraftstoffinjektor einer Brennkraftmaschine, bereitzustellen, welche mit geringem schaltungstechnischen Aufwand bei gleichzeitig hohem elektrischen Wirkungsgrad realisiert werden kann. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung, umfassend: DOLLAR A - einen ersten Kondensator (C1), der auf eine vorgegebene Betriebsspannung (Ub) aufgeladen wird, DOLLAR A - einen mit der Betriebsspannung (Ub) des ersten Kondensators (C1) versorgten DC/DC-Wandler (L1', T1, L1'', D1) zum Aufladen eines zweiten Kondensators (C2) auf eine Zwischenkreisspannung (Uz), wobei der DC/DC-Wandler eine erste Wicklung (L1') und eine mit der ersten Wicklung gekoppelte zweite Wicklung (L1'') aufweist, DOLLAR A - einen Ladekreis (P1, L2, T2') zum Aufladen des kapazitiven Stellglieds (P1) und DOLLAR A - einen Entladekreis (L1''', T3, P1), umfassend eine Reihenschaltung aus einer induktiv mit der ersten und/oder zweiten Wicklung (L1', L1'') gekoppelten dritten Wicklung (L1''').It is an object of the present invention to provide a circuit arrangement for charging and discharging at least one capacitive actuator, in particular a piezoelectric element in a fuel injector of an internal combustion engine, which can be realized with low circuit complexity with high electrical efficiency. This object is achieved by a circuit arrangement comprising: DOLLAR A - a first capacitor (C1) which is charged to a predetermined operating voltage (Ub), DOLLAR A - a DC / DC supplied with the operating voltage (Ub) of the first capacitor (C1) DC converter (L1 ', T1, L1' ', D1) for charging a second capacitor (C2) to an intermediate circuit voltage (Uz), wherein the DC / DC converter has a first winding (L1') and one with the first winding coupled second winding (L1 ''), DOLLAR A - a charging circuit (P1, L2, T2 ') for charging the capacitive actuator (P1) and DOLLAR A - a discharge circuit (L1' '', T3, P1), comprising a Series connection of a third winding (L1 '' ') inductively coupled to the first and / or second winding (L1', L1 '').
    公开号:DE102004003836A1
    申请号:DE200410003836
    申请日:2004-01-26
    公开日:2005-08-18
    发明作者:Christian Georg Dr. Augesky
    申请人:Siemens AG；
    IPC主号:F02D41-20
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Aufladenund Entladen wenigstens eines kapazitiven Stellglieds, insbesondereeines Piezoelements in einem Kraftstoffinjektor einer Brennkraftmaschine.TheThe present invention relates to a charging circuitand discharging at least one capacitive actuator, in particulara piezoelectric element in a fuel injector of an internal combustion engine.
    [0002] Insbesonderedie in letzter Zeit strenger gewordenen Abgasnormen für Motorenhaben in der Kraftfahrzeugindustrie die Entwicklung von Kraftstoffinjektorenmit schnell und verzögerungsfreiansprechenden Stellgliedern bzw. Aktoren ausgelöst. Bei der praktischen Realisierungderartiger Stellglieder haben sich insbesondere piezoelektrischeElemente als vorteilhaft erwiesen. Derartige Piezoelemente sind üblicherweiseals ein Stapel von Piezokeramikscheiben zusammengesetzt, die über eine elektrischeParallelschaltung betrieben werden, um die für einen ausreichenden Hub notwendigenelektrischen Feldstärkenerreichen zu können.Especiallythe recently tightened emission standards for engineshave in the automotive industry the development of fuel injectorswith fast and delay-freeresponsive actuators or actuators triggered. In the practical realizationSuch actuators have in particular piezoelectricElements proved to be advantageous. Such piezo elements are commonassembled as a stack of Piezokeramikscheiben, which has an electricalBe operated in parallel to those necessary for a sufficient strokeelectric field strengthsto reach.
    [0003] DieVerwendung von piezoelektrischer Keramik zur Betätigung von Kraftstoffeinspritzventileneiner Brennkraftmaschine stellt erhebliche Anforderungen an dieElektronik zum Aufladen und Entladen der Piezokeramik. Es müssen dabeivergleichsweise großeSpannungen (typisch 100V oder mehr) und kurzzeitig vergleichsweisegroßeStrömezur Ladung und Entladung (typisch mehr als 10A) bereitgestellt werden.Zur Optimierung der Motoreigenschaften (z.B. Abgaswerte, Leistung,Verbrauch etc.) sollten diese Lade- und Entladevorgänge in Bruchteilenvon Millisekunden mit gleichzeitig weitgehender Kontrolle über Stromund Spannung erfolgen. Die Eigenheit der Piezokeramik als nahezurein kapazitive Last mit nur vergleichsweise geringer umgesetzterWirkleistung, aber andererseits hoher Blindleistung erfordert mehroder weniger aufwändigeSchaltungskonzepte fürdie Elektronik zur Ansteuerung der Piezoelemente.TheUse of piezoelectric ceramic for actuating fuel injection valvesan internal combustion engine makes considerable demands on theElectronics for charging and discharging the piezoceramic. It must be therecomparatively largeVoltages (typically 100V or more) and for a short time comparativelysizestreamsfor charging and discharging (typically more than 10A).To optimize engine characteristics (e.g.Consumption, etc.) should these load and unload operations in fractionsof milliseconds with at the same time extensive control of electricityand tension done. The peculiarity of the piezoceramic as nearpurely capacitive load with only comparatively low conversionActive power, but on the other hand high reactive power requires moreor less elaborateCircuit concepts forthe electronics for controlling the piezo elements.
    [0004] Ausder DE 199 44 733A1 ist eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern wenigstenseines kapazitiven Stellgliedes bekannt. Diese bekannte Anordnungbasiert auf einem bidirektional betriebenen Sperrwandler und ermöglicht eineexakte Zumessung von Energieportionen beim Laden und Entladen desStellgliedes, so dass nahezu beliebige gemittelte Stromverläufe beimLaden und Entladen realisiert werden können. Das zeitliche Verhaltenist durch ein konstantes Raster, das den einzelnen Schaltvorgängen unterlagertist, ebenfalls unter voller Kontrolle. Durch das Sperrwandlerprinzipwerden andererseits jedoch nicht unerhebliche Belastungen an denverwendeten Schalttransistoren hervorgerufen, die sich tendenziellnegativ auf den elektrischen Wirkungsgrad und damit verbunden diethermische Belastung der Schaltungsanordnung auswirken können. Dies istbei der Auswahl der fürdie Schaltungsanordnung verwendeten elektrischen Komponenten zuberücksichtigen.Wenngleich diese bekannte Lösungfunktional vollkommen zufriedenstellend ist, so besitzt diese nochein gewisses Verbesserungspotential hinsichtlich der Kosten, derelektrischen Verlustleistung sowie der elektromagnetischen Verträglichkeit,welches fürkünftigeAnwendungen interessant sein könnte.From the DE 199 44 733 A1 a circuit arrangement for driving at least one capacitive actuator is known. This known arrangement is based on a bidirectionally operated flyback converter and allows an accurate metering of energy portions when loading and unloading the actuator, so that almost any average current characteristics during charging and discharging can be realized. The temporal behavior is also under full control by a constant grid, which is subordinated to the individual switching operations. On the other hand, the flyback converter principle, however, causes not insignificant loads on the switching transistors used, which can have a negative effect on the electrical efficiency and, associated therewith, the thermal load on the circuit arrangement. This is to be considered in the selection of the electrical components used for the circuit arrangement. Although this known solution is functionally completely satisfactory, it still has some potential for improvement in terms of cost, electrical power dissipation and electromagnetic compatibility, which could be of interest for future applications.
    [0005] Ausder DE 198 14 594A1 ist eine Schaltungsanordnung zum Laden und Entladeneines piezoelektrischen Elements bekannt. Diese bekannte Ansteuerschaltungbasiert auf einer Halbbrücken-Endstufe,die übereine Induktivität(Drossel) das Pie zoelement ansteuert, wobei diese Drossel in ersterLinie dazu dient, den beim Laden auftretenden Ladestrom und denbeim Entladen auftretenden Entladestrom zu begrenzen. Wenngleichbei dieser Ansteuerung die Aufladung mit einem unterbrechungsfreienStromfluss und daher mit sehr gutem Wirkungsgrad erfolgen kann unddie Belastung der verwendeten Komponenten niedriger als bei dervorher erwähntenSperrwandler-Anordnung ist, so benötigt diese Ansteuerung eineVersorgungsspannung, die überder maximalen Spannung am Piezoventil liegen muss. Ein daher inder Praxis erforderlicher DC/DC-Wandler, beispielsweise zum Wandelneiner üblichenKraftfahrzeugbordspannung von 12V oder 24V in eine geeignete Versorgungsspannung(z.B. mehrere 100V), verschlechtert den elektrischen Gesamtwirkungsgradder Ansteuerelektronik erheblich.From the DE 198 14 594 A1 For example, a circuit arrangement for charging and discharging a piezoelectric element is known. This known drive circuit is based on a half-bridge output stage which controls the Pie zoelement via an inductor (choke), this choke serves primarily to limit the charging current occurring during charging and the discharge current occurring during discharge. Although this charging can be done with an uninterrupted current flow and therefore with very good efficiency and the load of the components used is lower than in the aforementioned flyback converter arrangement, this control requires a supply voltage that is above the maximum voltage at the piezo valve got to. A therefore required in practice DC / DC converter, for example, to convert a usual motor vehicle voltage of 12V or 24V in a suitable supply voltage (eg several 100V), the overall electrical efficiency of the control electronics deteriorates considerably.
    [0006] Esist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnungzum Aufladen und Entladen wenigstens eines kapazitiven Stellglieds, insbesondereeines Piezoelements in einem Kraftstoffinjektor einer Brennkraftmaschine,bereitzustellen, welche die oben erwähnten Nachteile des Standsder Technik vermeidet und insbesondere mit geringem schaltungstechnischenAufwand bei gleichzeitig hohem elektrischen Wirkungsgrad realisiertwerden kann.ItIt is an object of the present invention to provide a circuit arrangementfor charging and discharging at least one capacitive actuator, in particulara piezoelectric element in a fuel injector of an internal combustion engine,to provide the above-mentioned disadvantages of the statethe technique avoids and in particular with little circuitryEffort realized at the same time high electrical efficiencycan be.
    [0007] DieseAufgabe wird gelöstdurch eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche betreffenvorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.TheseTask is solvedby a circuit arrangement according to claim 1. The dependent claims relateadvantageous developments of the invention.
    [0008] Dieerfindungsgemäße Schaltungsanordnungzum Aufladen und Entladen wenigstens eines kapazitiven Stellglieds,insbesondere eines Piezoelements in einem Kraftstoffinjektor einerBrennkraftmaschine umfasst: – einenersten Kondensator, der von einer Energiequelle auf eine bezüglich einesBezugspotenzials vorgegebene Betriebsspannung aufgeladen wird, – einenmit der Betriebsspannung des ersten Kondensators versorgten DC/DC-Wandlerzum Aufladen eines zweiten Kondensators bezüglich des Bezugspotenzialsauf eine Zwischenkreisspannung, die größer als die Betriebsspannungist, wobei der DC/DC-Wandler eine erste Wicklung und in Reihe dazugeschaltet einen getaktet betriebenen Wandlerschalter zur Erzeugungeines getakteten Stroms durch die erste Wicklung aufweist, und fernereine mit der ersten Wicklung gekoppelte zweite Wickung zur Erzeugungder Zwischenkreisspannung aufweist, welche über eine Diode den zweitenKondensator auflädt, – einenparallel zu dem zweiten Kondensator geschalteten Ladekreis zum Aufladendes kapazitiven Stellglieds, in welchem das kapazitive Stellgliedin Reihenschaltung mit einer Drossel und einem Ladeschalter angeordnetist, und – einenparallel zu dem kapazitiven Stellglied geschalteten Entladekreiszum Entladen des kapazitiven Stellglieds, umfassend eine Reihenschaltungaus einer induktiv mit der ersten Wicklung und/oder der zweitenWicklung gekoppelten dritten Wicklung und einem Entladeschalter. The circuit arrangement according to the invention for charging and discharging at least one capacitive actuator, in particular a piezoelectric element in a fuel injector of an internal combustion engine comprises: - A first capacitor, charged by a power source to a reference to a reference potential predetermined operating voltage becomes, - A supplied with the operating voltage of the first capacitor DC / DC converter for charging a second capacitor with respect to the reference potential to an intermediate circuit voltage which is greater than the operating voltage, wherein the DC / DC converter clocked a first winding and in series with one clocked operated converter switch for generating a pulsed current through the first winding, and further comprising a coupled to the first winding second winding for generating the intermediate circuit voltage, which charges the second capacitor via a diode, A charging circuit connected in parallel with the second capacitor for charging the capacitive actuator, in which the capacitive actuator is arranged in series with a choke and a charging switch, and - A discharge circuit connected in parallel with the capacitive actuator for discharging the capacitive actuator, comprising a series circuit of a third winding inductively coupled to the first winding and / or the second winding and a discharge switch.
    [0009] Damitwird ein zur Erzeugung der erforderlichen Ansteuerspannung (Zwischenkreisspannung) notwendigerDC/DC-Wandler mit in die Konzeptionierung der Schaltungsanordnungbzw. Endstufe einbezogen, indem die im Entladekreis vorgeseheneWicklung als induktiv gekoppelt mit der ersten und/oder zweitenWicklung des DC/DC-Wandlers ausgebildet ist und somit bei einemEntladevorgang überdiese induktive Kopplung effizient Ener gie in den Zwischenkreiszurück überträgt. DieSchaltungsanordnung kann daher mit geringem Bauteileaufwand, niedrigerVerlustleistung und hoher elektromagnetischer Verträglichkeitrealisiert werden.In order tobecomes a more necessary for the generation of the required drive voltage (DC link voltage)DC / DC converter with in the conception of the circuit arrangementor final stage included by the provided in the discharge circuitWinding as inductively coupled to the first and / or secondWinding of the DC / DC converter is formed and thus at aDischarge overthis inductive coupling efficiently energy into the DC linktransfers back. TheCircuitry can therefore with low component cost, lowerPower loss and high electromagnetic compatibilitywill be realized.
    [0010] Diezweite Wicklung des DC/DC-Wandlers ist bevorzugt auf einem gemeinsamenFerritkern mit der ersten Wicklung des DC/DC-Wandlers angeordnet und somit induktivmit dieser gekoppelt. Alternativ oder zusätzlich besteht eine elektrischeLeitungsverbindung zwischen diesen beiden Wicklungen. Bei gleichemWicklungssinn der ersten und zweiten Wicklung und demgegenüber entgegengesetztem Wicklungssinnder dritten Wicklung wirkt die dritte Wicklung als Sperrwandler,der beim Entladen des kapazitiven Stellglieds über die zweite Wicklung in denZwischenkreis zurückladenkann.Thesecond winding of the DC / DC converter is preferably on a commonFerrite core arranged with the first winding of the DC / DC converter and thus inductivelycoupled with this. Alternatively or additionally, there is an electricalLine connection between these two windings. At the sameWinding sense of the first and second winding and opposite winding sensethe third winding, the third winding acts as a flyback converter,when discharging the capacitive actuator via the second winding in theReload DC linkcan.
    [0011] Ineiner bevorzugten Ausführungsformist der DC/DC-Wandler gebildet aus: – einerdie auf Betriebsspannung bzw. Zwischenkreisspannung befindlichenAnschlüsseder beiden Kondensatoren miteinander verbindenden Reihenschaltungaus der ersten Wicklung, der induktiv damit gekoppelten zweitenWicklung und der Diode, und – demgetaktet betriebenen Wandlerschalter, der zwischen einem die ersteWicklung und die zweite Wicklung miteinander verbindenden Schaltungsknotenund dem Bezugspotenzial angeordnet ist. In a preferred embodiment, the DC / DC converter is formed from: - One of the terminals located on the operating voltage or intermediate circuit voltage connections of the two capacitors interconnected series circuit of the first winding, the inductively coupled thereto second winding and the diode, and - The clocked converter switch, which is arranged between a first winding and the second winding interconnecting circuit nodes and the reference potential.
    [0012] Diesstellt eine schaltungstechnisch einfache Realisierung der Rückladungin den Zwischenkreis beim Entladen des kapazitiven Stellglieds dar.Thisrepresents a circuitry simple implementation of the rechargein the intermediate circuit during discharge of the capacitive actuator.
    [0013] Ineiner weiteren Ausführungsformist die Schaltungsanordnung zum Aufladen und Entladen einer Mehrzahlvon kapazitiven Stellgliedern vorgesehen, wobei die Ladekreise einendie Drossel enthaltenden gemeinsamen Ladekreisabschnitt und entsprechendder Anzahl an kapazitiven Stellgliedern mehrfach parallel zueinanderausgeführteLadekreisabschnitte aufweisen, die jeweils einen dem jeweiligenkapazitiven Stellglied in Reihe geschalteten Auswahl/Ladeschalterenthalten.Ina further embodimentis the circuit arrangement for charging and discharging a pluralityprovided by capacitive actuators, wherein the charging circuits athe throttle containing common charging section and accordinglythe number of capacitive actuators multiple parallel to each otherexecutedHave charging circuit sections, each one the respectiveCapacitive actuator in series selection / charging switchcontain.
    [0014] DieAuswahl/Ladeschalter dienen hierbei sowohl zur Auswahl eines zuladenden kapazitiven Stellglieds aus der Mehrzahl von Stellgliedernals auch zur Initiierung des Ladestroms zu dem ausgewählten Stellglied.Zur exakten Zumessung von Energieportionen beim Ladevorgang werdendie Auswahl/Ladeschalter hierbei, gemessen an der Periode, mit welcherdie Stellglieder betrieben werden, mit vergleichsweise hoher Frequenzgetaktet betrieben, wie dies füreinen Ladeschalter an sich beispielsweise aus der eingangs erwähnten DE 199 44 733 A1 bekanntist. Zweckmäßig istin jedem Fall die Anordnung einer Freilaufdiode jeweils zwischeneinem Stellglied und der gemeinsam verwendeten Drossel, um jeweilseinen Freilaufstromkreis zu bilden, über welchen nach einem Ausschaltendes betreffenden Auswahl/Ladeschalters der Ladestrom weiter fließen kann.The selection / charging switches serve both to select a capacitive actuator to be charged from the plurality of actuators and to initiate the charging current to the selected actuator. For accurate metering of energy portions during the charging process, the selection / charging switch here, measured at the period, with which the actuators are operated clocked operated at a relatively high frequency, as for a charging switch itself, for example, from the above-mentioned DE 199 44 733 A1 is known. It is expedient in any case, the arrangement of a freewheeling diode respectively between an actuator and the throttle common to form in each case a freewheeling circuit through which after a turn off of the respective selection / charging switch, the charging current can continue to flow.
    [0015] Ineiner weiteren Ausführungsformist die Schaltungsanordnung zum Aufladen und Entladen einer Mehrzahlvon kapazitiven Stellgliedern vorgesehen, wobei die Entladekreiseeinen die dritte Wicklung sowie den Entladeschalter enthaltendengemeinsamen Entladekreisabschnitt und entsprechend der Anzahl ankapazitiven Stellgliedern mehrfach parallel zueinander ausgeführte Entladekreisabschnitte aufweisen,die jeweils eine Entkopplungsdiode enthalten.Ina further embodimentis the circuit arrangement for charging and discharging a pluralityprovided by capacitive actuators, wherein the discharge circuitsa third winding and the discharge switch containingcommon discharge circuit section and according to the number ofhave capacitive actuators multiply parallel discharge sections,each containing a decoupling diode.
    [0016] DieseEntkopplungsdioden bilden hierbei bevorzugt die parallel zueinanderausgeführtenEntladekreisabschnitte und sind in Reihenschaltung zwischen demgemeinsam genutzten Entladeschalter und dem betreffenden Stellgliedangeordnet.TheseDecoupling diodes preferably form parallel to one another hereexecutedDischarge circuit sections and are connected in series between theshared discharge switch and the relevant actuatorarranged.
    [0017] Wenngleichdie Verwendung von Schaltern, die sowohl zur Auswahl eines von mehrerenStellgliedern als auch zur Initiierung des Ladestroms für das ausgewählte Stellglieddienen, schaltungstechnisch aufgrund der Einsparung separater Auswahlschalter vorteilhaftist, so ist dieses Merkmal keineswegs zwingend.Although the use of switches, both for the selection of one of several actuators as well as for the initiation of the charging current for the serve selected actuator, circuit technology is advantageous due to the saving of separate selection switch, this feature is by no means mandatory.
    [0018] Beispielsweiseist gemäß einerweiteren Ausführungsformdie Schaltungsanordnung zum Aufladen und Entladen einer Mehrzahlvon kapazitiven Stellgliedern vorgesehen, wobei die Ladekreise einendie Drossel und einen Ladeschalter enthaltenden gemeinsamen Ladekreisabschnittund entsprechend der Anzahl an kapazitiven Stellgliedern mehrfachparallel zueinander ausgeführteLadekreisabschnitte aufweisen, die jeweils einen dem jeweiligen kapazitivenStellglied in Reihe geschalteten Auswahlschalter enthalten, undwobei die Entladekreise durch einen gemeinsamen Entladekreisabschnittgebildet sind, der die dritte Wicklung sowie den Entladeschalterenthält.For exampleis according to oneanother embodimentthe circuit arrangement for charging and discharging a pluralityprovided by capacitive actuators, wherein the charging circuits athe throttle and a charging switch containing common charging sectionand according to the number of capacitive actuators multiple timesrunning parallel to each otherHave charging circuit sections, each one the respective capacitiveActuator in series selection switch included, andwherein the discharge circuits through a common discharge circuit sectionare formed, the third winding and the discharge switchcontains.
    [0019] Indiesem Fall könnenbeispielsweise vorteilhaft die Entkopplungsdioden in parallel zueinander ausgeführten Entladekreisabschnittenentfallen bzw. ein einziger, füralle Stellglieder gemeinsam genutzter Entladekreis vorgesehen sein.Darüberhinaus kann in diesem Fall eine einzige, für sämtliche Stellglieder gemeinsamgenutzte Lade-Freilaufdiode verwendet werden, um nach einem Ausschaltendes Ladeschalters weiterhin einen Freilauf-Ladestrom durch den parallelzu dieser Freilaufdiode geschalteten Ladekreis fließen zu lassen.Inthis case canFor example, advantageously the decoupling diodes in parallel running discharge circuit sectionsaccounted for or a single, forall actuators may be provided shared discharge circuit.About thatIn addition, in this case, a single, common to all actuatorsUsed charging freewheeling diode can be used to turn offthe charging switch continues a freewheeling charging current through the parallelto let flow to this freewheeling diode switched charging circuit.
    [0020] Umeine geregelte Aufladung und Entladung der Stellglieder zu realisieren,wie dies insbesondere bei Verwendung der Stellglieder in einem Kraftstoffinjektoreiner Brennkraftmaschine von großem Vorteil ist, muss eineden Ladungszustand der kapazitiven Stellglieder charakterisierendephysikalische Größe erfasstwerden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist daher vorgesehen,wenigstens einen Strommesswiderstand in Reihenschaltung mit demoder den Stellgliedern anzuordnen, über welchen der Ladestrom und/oderder Entladestrom fließtund an welchem der diesen Strom repräsentierende Spannungsabfallgemessen werden kann. Weiter bevorzugt ist hierbei, dass ein einzigersolcher Strommesswiderstand verwendet wird, der zu diesem Zwecksowohl einen Teil des Ladekreises als auch einen Teil des Entladekreisesbildet, im Falle einer Mehrzahl von Stellgliedern einen Teil sowohldes gemeinsamen Ladekreisabschnitts als auch des gemeinsamen Entladekreisabschnittsbildet.Aroundto realize a controlled charging and discharging of the actuators,such as in particular when using the actuators in a fuel injectoran internal combustion engine is of great advantage, one mustcharacterizing the state of charge of the capacitive actuatorsphysical size detectedbecome. In a preferred embodiment it is therefore providedat least one current measuring resistor in series with theor to arrange the actuators over which the charging current and / orthe discharge current flowsand at which of the voltage drop representing that currentcan be measured. It is further preferred that a singlesuch current sense resistor is used for this purposeboth a part of the charging circuit and a part of the discharge circuitforms part in both a case of a plurality of actuatorsthe common charging circuit and the common Entladekreisabschnittsforms.
    [0021] DieErfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugauf die beigefügtenZeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:TheInvention will now be described with reference to embodiments with referenceon the attachedDrawings further described. They show:
    [0022] 1 eineSchaltungsanordnung zum Ansteuern einer Mehrzahl von Piezoelementengemäß einerersten Ausführungsform,und 1 a circuit arrangement for driving a plurality of piezo elements according to a first embodiment, and
    [0023] 2 eineSchaltungsanordnung zum Ansteuern einer Mehrzahl von Piezoelementengemäß einerweiteren Ausführungsform. 2 a circuit arrangement for driving a plurality of piezoelectric elements according to another embodiment.
    [0024] 1 zeigteine insgesamt mit 10 bezeichnete Schaltungsanordnung zumAufladen und Entladen mehrerer kapazitiver Stellglieder in Formvon Piezoelementen einer Kraftstoffeinspritzanlage eines Kraftfahrzeugs.Der Übersichtlichkeithalber sind von dieser Mehrzahl an Piezoelementen lediglich zweiin der Figur dargestellt (und mit P1 und P2 bezeichnet) und nachfolgendbeschrieben. Tatsächlichbesitzt die Kraftstoffeinspritzanlage beispielsweise vier Injektorenund dementsprechend vier Piezoelemente. Die PiezoelementanordnungP1, P2 ... befindet sich unmittelbar an der betreffenden Brennkraftmaschine, wohingegender Rest der dargestellten Schaltungsanordnung 10 in einemso genannten Motorsteuergerätdes Kraftfahrzeugs untergebracht und über einen Kabelbaum mit denInjektoren verbunden ist. 1 shows a total with 10 designated circuit arrangement for charging and discharging a plurality of capacitive actuators in the form of piezo elements of a fuel injection system of a motor vehicle. For the sake of clarity, only two of this plurality of piezo elements are shown in the figure (and designated P1 and P2) and described below. In fact, the fuel injection system has for example four injectors and accordingly four piezo elements. The Piezoelementanordnung P1, P2 ... is located directly on the relevant internal combustion engine, whereas the rest of the circuit arrangement shown 10 housed in a so-called engine control unit of the motor vehicle and connected via a cable harness with the injectors.
    [0025] DieSchaltungsanordnung 10 umfasst einen ersten KondensatorC1, der im Betrieb der Schaltungsanordnung von einer Kraftfahrzeugbatterieauf eine bezüglicheines Bezugspotentials GND (elektrische Fahrzeugmasse) vorgegebeneBetriebsspannung von Ub = 12V aufgeladen wird.The circuit arrangement 10 comprises a first capacitor C1, which is charged during operation of the circuit arrangement of a motor vehicle battery to a reference to a reference potential GND (vehicle electrical ground) predetermined operating voltage of Ub = 12V.
    [0026] Desweiteren umfasst die Schaltungsanordnung 10 einen DC/DC-Wandler 12,der mit der Betriebsspannung Ub des ersten Kondensators C1 versorgtwird und zum Aufladen eines zweiten Kondensators C2 (Zwischenkreiskondensator)auf eine Zwischenkreisspannung Uz > Ubdient. Dieser DC/DC-Wandler 12 ist gebildet aus einer dieauf Betriebsspannung Ub bzw. Zwischenkreisspannung Uz befindlichenAnschlüsseder beiden Kondensatoren C1, C2 miteinander verbindenden Reihenschaltung auseiner ersten Wicklung L1',einer induktiv damit gekoppelten zweiten, gleichsinnig gewickeltenWicklung L1'' und einer DiodeD1, sowie einem getaktet betriebenen Wandlerschalter in Form einesFET T1, der zwischen einem die erste Wicklung L1' und die zweite Wicklung L1'' miteinander verbindenden SchaltungsknotenK1 und dem Bezugspotential GND angeordnet ist. Diese Realisierungdes DC/DC-Wandlers 12 ist an sich bekannt und dient im dargestelltenBeispiel dazu, die Bordspannung (Ub) von 12V auf eine den zweitenKondensator C2 ladenden Zwischenkreisspannung von etwa 200V zu wandeln.Furthermore, the circuit arrangement comprises 10 a DC / DC converter 12 , which is supplied with the operating voltage Ub of the first capacitor C1 and serves to charge a second capacitor C2 (DC link capacitor) to an intermediate circuit voltage Uz> Ub. This DC / DC converter 12 is formed from one of the operating voltage Ub and DC link voltage Uz located terminals of the two capacitors C1, C2 interconnecting series connection of a first winding L1 ', inductively coupled thereto second wound in the same direction winding L1''and a diode D1, and a clocked operated converter switch in the form of a FET T1, which is arranged between a first winding L1 'and the second winding L1''interconnecting circuit node K1 and the reference potential GND. This realization of the DC / DC converter 12 is known per se and serves in the illustrated example to convert the on-board voltage (Ub) from 12V to a DC link voltage of about 200V charging the second capacitor C2.
    [0027] Schließlich umfasstdie Schaltungsanordnung 10 eine Ladekreisanordnung 14 sowieeine Entladekreisanordnung 16 zum Aufladen der PiezoelementeP1, P2... bezüglichdes Bezugspotentials GND ausgehend von der ZwischenkreisspannungUz bzw. zum Entladen dieser Piezoelemente P1, P2 .... In an sichbekannter Weise sind diese Piezoelemente jeweils als ein Aktor ineinem Servoeinspritzventil verwendet, welches beim Aufladen desPiezoelements einen Kraftstoffeinspritzvorgang beginnt, der mitdem Entladen dieses Piezoelements wieder beendet wird.Finally, the circuit includes 10 a charging circuit arrangement 14 and a discharge circuit arrangement 16 for charging the piezoelectric elements P1, P2... with reference to the reference potential GND, starting from the intermediate circuit voltage Uz or for discharging these piezoelectric elements P1, P2 .... In known manner, these piezoelectric elements are each used as an actuator in a servo injection valve, which starts a fuel injection process when charging the piezoelectric element, which is terminated with the discharge of this piezoelectric element again.
    [0028] DieLadekreisanordnung 14 umfasst einen parallel zu dem zweitenKondensator C2 geschalteten Ladekreis zum Aufladen des PiezoelementsP1, in welchem dieses kapazitive Stellglied P1 in Reihenschaltungmit einem induktiven Element bzw. einer Drossel L2 und einem Ladeschalterin Form eines FET T2' angeordnetist. Im dargestellten Beispiel verläuft dieser Ladekreis ausgehendvon dem aufgeladenen Anschluss des zweiten Kondensators C2 über dieDrossel L2, einen Strommesswiderstand Rs, das Piezoelement P1 undden Ladeschalter T2' zurFahrzeugmasse GND. Ferner ist wie dargestellt eine FreilaufdiodeD2' zwischen einemdas Piezoelement P1 und den Ladeschalter T2' verbindenden Schaltungsknoten und einemden zweiten Kondensator C2 und die Drossel L2 verbindenden Schaltungsknotenangeordnet, so dass währendeines getakteten Betriebs des Ladeschalters T2' mit einer Ladeschaltfrequenz, die typischerweisein einem Bereich von 1 kHz bis 100 kHz liegt, im eingeschaltetenZustand von T2' ein Ladestromvon dem Kondensator C2 überdie Drossel L2, den Strommesswiderstand Rs, das Piezoelement P1und den Ladeschalter T2' zurFahrzeugmasse GND fließt,wohingegen im ausgeschalteten Zustand von T2' ein Ladestrom in einem Freilaufstromkreisfließt,der gebildet ist von der Drossel L2, dem Strommesswiderstand Rs,dem Piezoelement P1 und der Freilaufdiode D2'.The charging circuit arrangement 14 comprises a parallel to the second capacitor C2 connected charging circuit for charging the piezoelectric element P1, in which this capacitive actuator P1 is arranged in series with an inductive element or a throttle L2 and a charging switch in the form of a FET T2 '. In the example shown, this charging circuit extends from the charged terminal of the second capacitor C2 via the inductor L2, a current measuring resistor Rs, the piezoelement P1 and the charging switch T2 'to the vehicle ground GND. Further, as shown, a flywheel diode D2 'is connected between a circuit node connecting the piezo element P1 and the charging switch T2' and a circuit node connecting the second capacitor C2 and the choke L2 so that during a clocked operation of the charging switch T2 'with a charging frequency which is typically is in a range of 1 kHz to 100 kHz, in the on state of T2 'a charging current from the capacitor C2 via the inductor L2, the current sense resistor Rs, the piezo element P1 and the charging switch T2' flows to the vehicle ground GND, whereas in the off state of T2 'a charging current flows in a freewheeling circuit, which is formed by the inductor L2, the current measuring resistor Rs, the piezoelectric element P1 and the freewheeling diode D2'.
    [0029] Wiedargestellt ist ein ähnlicherLadekreis samt Freilaufstromkreis für jedes weitere Piezoelementgebildet, fürdas Piezoelement P2 beispielsweise durch die Drossel L2, den Strommesswiderstand Rs,das Piezoelement P2 selbst, sowie einen Ladeschalter T2'' bzw. eine Freilaufdiode D2''. Die Ladekreise weisen somit einendie Drossel L2 und den Strommesswiderstand Rs enthaltenden gemeinsamenLadekreisabschnitt und entsprechend der Anzahl an PiezoelementenP1, P2 ... mehrfach parallel zueinander ausgeführte Ladekreisabschnitte auf,die jeweils das betreffende Piezoelement P1, P2 ... und in Reihedazu geschaltet den Auswahl/Ladeschalter T2', T2'' ... enthalten und über jeweiligeFreilaufdioden D2',D2'' ... mit dem in 1 linkenAnschluss der Drossel L2 verbunden sind.As shown, a similar charging circuit including free-wheeling circuit for each additional piezoelectric element is formed, for the piezoelectric element P2, for example, by the inductor L2, the current measuring resistor Rs, the piezoelectric element P2 itself, and a charging switch T2 '' and a freewheeling diode D2 ''. The charging circuits thus have a throttle charging section containing the inductor L2 and the current measuring resistor Rs and, corresponding to the number of piezo elements P1, P2..., Multiple charging sections running parallel to each other, each of which connects the relevant piezo element P1, P2 the selection / charging switch T2 ', T2''included ... and via respective freewheeling diodes D2', D2 '' ... with the in 1 left terminal of the inductor L2 are connected.
    [0030] DieAuswahl/Ladeschalter T2',T2'' ... dienen hierbeialso sowohl zum Einschalten des gewünschten Ladestroms als auchzur Auswahl des Piezoelements aus der Mehrzahl von verwendeten Piezoelementen.An der durch den zweiten Kondensator C2 gebildeten Zwischenkreisversorgungkönnensomit vorteilhaft mehrere Piezoelemente in schaltungstechnisch einfacherWeise geladen werden. Dies gilt auch für das Entladen dieser Piezoelemente,wie nachfolgend erläutert.TheSelection / charging switch T2 ',T2 '' ... serve hereSo both to turn on the desired charging current as wellfor selecting the piezoelectric element from the plurality of piezoelectric elements used.At the intermediate circuit supply formed by the second capacitor C2canthus advantageously several piezoelectric elements in circuitry easierWay to be loaded. This also applies to the unloading of these piezo elements,as explained below.
    [0031] DieEntladekreisanordnung 16 weist zum Entladen des PiezoelementsP1 einen parallel zu diesem kapazitiven Stellglied P1 geschaltetenEntladekreis auf, umfassend eine Reihenschaltung aus dem StrommesswiderstandRs, einer dritten Wicklung L1''', einem Entladeschalter in Form einesFET T3 sowie einer Entkopplungsdiode D3'. Füralle weiteren Piezoelemente sind hierbei ähnliche Entladekreise gebildet,für dasPiezoelement P2 beispielsweise durch den Strommesswiderstand Rs,die dritte Wicklung L1''', den Entladeschalter T3 und eine EntkopplungsdiodeD3''. Die Entladekreiseweisen somit einen den Strommesswiderstand Rs, die dritte WicklungL1''' sowie den Entladeschalter T3 enthaltenden gemeinsamenEntladekreisabschnitt und entsprechend der Anzahl an Piezoelementenmehrfach parallel zueinander ausgeführte Entladekreisabschnitte auf,die jeweils durch eine der Entkopplungsdioden D3', D3'' ... gebildet sind.The discharge circuit arrangement 16 has for discharging the piezoelectric element P1 a parallel to this capacitive actuator P1 connected discharge circuit, comprising a series circuit of the current measuring resistor Rs, a third winding L1 ''', a discharge switch in the form of a FET T3 and a decoupling diode D3'. Similar discharging circuits are formed for all other piezoelectric elements, for example piezoelectric element P2 by current measuring resistor Rs, third winding L1 ''', discharging switch T3 and a decoupling diode D3''. The discharge circuits thus have a current measuring resistor Rs, the third winding L1 '''and the discharge switch T3 containing common discharge circuit and according to the number of piezo elements repeatedly executed parallel to each other Entladekreisabschnitte, each by one of the decoupling diodes D3', D3 '.. are formed.
    [0032] ZumEntladen sämtlicherPiezoelemente P1, P2... wird der Entladeschalter T3 (ähnlich denAuswahl/Ladeschaltern T2',T2'' ... beim Laden)getaktet betrieben, wodurch das zuletzt aufgeladene Piezoelementin kontrollierter Weise überden entsprechenden Entladekreis entladen wird.To theUnloading allPiezo elements P1, P2 ... is the discharge switch T3 (similar to theSelection / charging switches T2 ',T2 '' ... when loading)operated clocked, whereby the last charged piezoelectric elementin a controlled manner overthe corresponding discharge circuit is discharged.
    [0033] Diedritte Wicklung L1''' befindet sich auf einem gemeinsamenFerritkern mit den Wicklungen L1' undL1'' des DC/DC-Wandlers 12 undist somit in der dargestellten Ausführungsform induktiv sowohlmit der ersten Wicklung L1' alsauch der zweiten Wicklung L1'' gekoppelt, besitztletzteren Wicklungen gegenüberjedoch entgegengesetzten Wicklungssinn. Beim Entladen der PiezoelementeP1, P2 ... durch einen getakteten Betrieb des Entladeschalters T3wirkt diese dritte Wicklung L1''' somit nach Art eines Sperrwandlersund überträgt hierbeivorteilhaft Energie zurückin den DC/DC-Wandler 12, wo diese ef fizient zurückübertrageneEnergie zur Aufladung des Zwischenkreiskondensators C2 (über dieDiode D1) herangezogen wird. Die Wicklung L1''' kann gewissermaßen alseine "Zusatzwicklung" des ohnehin vorgesehenenDC/DC-Wandlers 12 betrachtet werden, die gleichzeitig zurEntladestrombegrenzung als auch zur Energierückübertragung dient. Um bei dieser Rückladephasejegliche Beeinträchtigungdes DC/DC-Wandlerbetriebs zu vermeiden, wird während dieser Rückladephaseder Wandlerschalter T1 in ausgeschaltetem Zustand gehalten.The third winding L1 '''is located on a common ferrite core with the windings L1' and L1 '' of the DC / DC converter 12 and thus, in the illustrated embodiment, is inductively coupled to both the first winding L1 'and the second winding L1 ", but has opposite windings to opposite windings. When discharging the piezoelectric elements P1, P2... By a clocked operation of the discharge switch T3, this third winding L1 '"thus acts in the manner of a flyback converter and advantageously transfers energy back into the DC / DC converter 12 where this ef fizient returned energy for charging the DC-link capacitor C2 (via the diode D1) is used. The winding L1 '''can be regarded as an "additional winding" of the already provided DC / DC converter 12 considered, which serves both the discharge current limit and the energy back transmission. In order to avoid any impairment of the DC / DC converter operation during this recharge phase, the converter switch T1 is kept in the off state during this recharge phase.
    [0034] Mitder Schaltungsanordnung 10 kann daher eine Mehrzahl vonkapazitiven Stellgliedern in schaltungstechnisch einfacher Weiseund mit hohem Wirkungsgrad auf- und entladen werden. Die getrennte Ausbildungder Lade- und Entladekreise ermöglicht hierbeideren unabhängigeOptimierung, wobei trotz dieser Trennung von Lade- und Entladezweigenkeine zusätzliche,eigens zur Entladestrombegrenzung vorgesehene Induktivität benötigt wird,sondern diese Entladestrombegrenzung bereits durch eine Zusatzwicklungdes DC/DC-Wandlers erzielt wird.With the circuit arrangement 10 Therefore, a plurality of capacitive actuators can be loaded and unloaded in circuit technology simple manner and with high efficiency. The separated Forming the charge and discharge circuits allows this independent optimization, despite this separation of charging and discharging branches no additional, specially provided for Entladestrombegrenzung inductance is required, but this discharge is already achieved by an additional winding of the DC / DC converter.
    [0035] Beider nachfolgenden Beschreibung eines weiteren Ausführungsbeispielsmit Bezug auf 2 werden für analoge Schaltungsblöcke diegleichen Bezugszahlen, jedoch um 100 erhöht, verwendet, und werden für analogeelektronische Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet.Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu der bereitsmit Bezug auf 1 beschriebenen Ausführungsformeingegangen und im Übrigenhiermit ausdrücklichauf die diesbezüglicheBeschreibung verwiesen.In the following description of a further embodiment with reference to 2 For example, the same reference numbers are used for analog circuit blocks, but increased by 100, and the same reference numerals are used for analog electronic components. It is essentially based only on the differences to those already with reference to 1 described embodiment and, moreover, hereby expressly refer to the relevant description.
    [0036] 2 zeigteine gegenüberder Schaltungsanordnung 10 von 1 modifizierteSchaltungsanordnung 110, die wieder zur Ansteuerung einerbeliebigen Anzahl von kapazitiven Stell gliedern geeignet ist, vondenen in der Figur der Klarheit der Darstellung halber wieder lediglichzwei dieser Stellglieder in Form der Piezoelemente P1 und P2 eingezeichnet sind. 2 shows a relation to the circuit arrangement 10 from 1 modified circuit arrangement 110 , which is again suitable for driving any number of capacitive actuator members, of which in the figure for the sake of clarity, only two of these actuators in the form of the piezo elements P1 and P2 are shown again.
    [0037] Beider Schaltungsanordnung 110 sind die als FETs ausgebildetenSchalter T2', T2'' ... lediglich als Auswahlschalter zurAuswahl eines zu ladenden oder zu entladenden Piezoelements vorgesehen, wohingegenzum Schalten des Ladestroms ein zwischen der Diode D1 und der DrosselL2 eigens angeordneter Ladeschalter in Form eines FET T4 vorgesehenist.In the circuit arrangement 110 the switches T2 ', T2 "designed as FETs are merely provided as selection switches for selecting a piezoelement to be charged or discharged, whereas for switching the charging current a charge switch in the form of an FET arranged between the diode D1 and the inductor L2 is provided T4 is provided.
    [0038] DasAufladen eines bestimmten Piezoelements erfolgt hierbei, indem zunächst einerder Auswahlschalter T2',T2'' ... zur Auswahldes gewünschtenPiezoelements eingeschaltet wird und dann der Ladeschalter T4 (ähnlich denAuswahl/Ladeschaltern T2',T2'' ... in 1)getaktet betrieben wird.The charging of a specific piezoelectric element takes place here by first one of the selection switches T2 ', T2''is turned on to select the desired piezoelectric element and then the charging switch T4 (similar to the selection / charging switches T2', T2 '' ... in 1 ) is operated clocked.
    [0039] Diesemschaltungstechnischen Mehraufwand steht zunächst der Vorteil gegenüber, dass,wie in 2 dargestellt, mit dem Strommesswiderstand Rsein füralle Piezoelemente P1, P2... gemeinsamer Ladekreisabschnitt (undauch Entladekreisabschnitt) gebildet wird, an welchem der den StromflussrepräsentierendeSpannungsabfall an diesem Strommesswiderstand Rs bezüglich desfesten Potentials der Fahrzeugmasse GND gemessen werden kann. Im Gegensatzzu der Ausführungsformnach 1 ist also der zu messende Spannungsabfall amStrommesswiderstand Rs nicht "floatend". Damit vereinfachtsich der schaltungstechnische Aufwand des hier nicht dargestelltenTeils der Motorsteuerelektronik, welcher diesen Spannungsabfallerfasst und die dargestellten Transistoren zur geregelten Auf- und Entladungder Stellglieder P1, P2 ... an deren Gateanschlüssen ansteuert. Ein weitererVorteil der Anordnung von eigens zur Auswahl eines Piezoelementsvorgesehenen Auswahlschaltern liegt darin, dass die in der Ausführungsformnach 1 verwendete Mehrzahl von Freilaufdioden durcheine einzige Freilaufdiode ersetzt werden kann (D2 in 2),die zwischen einem den Ladeschalter T4 und die Drossel L2 verbindendenSchaltungsknoten und dem Bezugspotential GND angeordnet ist, und/oderdass die bei der Ausführungsformnach 1 verwendete Mehrzahl von Entkopplungsdioden D3', D3'' ... entfallen kann bzw., wie in 2 dargestellt,durch eine einzige Diode D3 ersetzt werden kann. Wenn diese eineLadestromrichtung im Entladekreis 116 verhindernde DiodeD3 wie dargestellt zwischen der dritten Wicklung L1''' unddem Entladeschalter T3 angeordnet wird, so ergibt sich hierbei derVorteil, dass dieser Entladeschalter T3 direkt auf die Fahrzeugmasse GNDbezogen betrieben wird. Dies gestattet wieder schaltungstechnischeVereinfachungen bei der Ansteuerung dieses als FET ausgebildetenSchalters.This circuitry-related additional effort is initially offset by the advantage that, as in 2 represented, with the current measuring resistor Rs for all piezo elements P1, P2 ... common charging circuit section (and also discharge circuit) is formed, at which the current flow representing voltage drop across this current measuring resistor Rs with respect to the fixed potential of the vehicle ground GND can be measured. In contrast to the embodiment according to 1 Thus, the measured voltage drop across the current sense resistor Rs is not "floating". This simplifies the circuit complexity of the not shown here part of the motor control electronics, which detects this voltage drop and drives the transistors shown for the controlled charging and discharging of the actuators P1, P2 ... at the gate terminals. Another advantage of the arrangement of specially provided for selecting a piezoelectric element selection switches is that in the embodiment according to 1 used plurality of freewheeling diodes can be replaced by a single freewheeling diode (D2 in 2 ), which is arranged between a charging switch T4 and the inductor L2 connecting circuit node and the reference potential GND, and / or that in the embodiment according to 1 used plurality of decoupling diodes D3 ', D3''... may be omitted or, as in 2 represented by a single diode D3 can be replaced. If this one charging current direction in the discharge circuit 116 preventing diode D3 as shown between the third winding L1 '''and the discharge switch T3 is arranged, this results in the advantage that this discharge switch T3 is operated based directly on the vehicle ground GND. This again allows circuitry simplifications in the control of this designed as a FET switch.
    [0040] Wiebei der Ausführungsformnach 1 sind Lade- und Entladezweige weiterhin getrennt ausgebildetund könnensomit unabhängigvoneinander an die im betreffenden Anwendungsfall vorliegenden Erfordernisseangepasst und optimiert werden.As in the embodiment according to 1 Charging and discharging branches are still formed separately and can thus be adapted and optimized independently of each other to the requirements present in the relevant application.
    [0041] Einweiterer, sehr wesentlicher Unterschied zur Ausführungsform nach 1 liegtauch darin, dass durch die statischen Auswahlschalter T2', T2'' ... im Fahrzeugmassezweig keine geschaltetenSpannungen direkt auf den Piezoanschlussleitungen anliegen, dievon der Motorsteuerelektronik (Motorsteuergerät) zu den einzelnen Piezoelementenführen. Durchdiesen Umstand werden die EMV-Eigenschaften der Gesamtanordnungwesentlich verbessert.Another, very significant difference to the embodiment according to 1 also lies in the fact that by the static selection switch T2 ', T2''... in the vehicle ground branch no switched voltages directly applied to the piezo connection leads, leading from the engine control electronics (engine control unit) to the individual piezo elements. This circumstance substantially improves the EMC characteristics of the overall arrangement.
    [0042] Wenngleichbei den beschriebenen Ausführungsformendie Schalter als Leistungs-MOS-Feldeffekttransistoren verwendetsind, so ist dies keineswegs zwingend. Vielmehr können andieser Stelle ganz allgemein beliebige steuerbare Schaltelemente eingesetztwerden, insbesondere beispielsweise so genannte IGBTs ("Insulated Gate-Bipolar-Transistors"), gegebenenfallsmit Paralleldioden.Althoughin the described embodimentsthe switches used as power MOS field effect transistorsthis is by no means compulsory. Rather, you canthis point generally used any controllable switching elementsIn particular, for example, so-called IGBTs ("Insulated Gate Bipolar Transistor"), if necessarywith parallel diodes.
    权利要求:
    Claims (5)
    [1]
    Schaltungsanordnung zum Aufladen und Entladenwenigstens eines kapazitiven Stellglieds (P1), insbesondere einesPiezoelements in einem Kraftstoffinjektor einer Brennkraftmaschine,umfassend: – einenersten Kondensator (C1), der von einer Energiequelle auf eine bezüglich einesBezugspotenzials (GND) vorgegebene Betriebsspannung (Ub) aufgeladenwird, – einenmit der Betriebsspannung (Ub) des ersten Kondensators (C1) versorgtenDC/DC-Wandler zum Aufladen eines zweiten Kondensators (C2) bezüglich desBezugspotenzials (GND) auf eine Zwischenkreisspannung (Uz), diegrößer alsdie Betriebsspannung (Ub) ist, wobei der DC/DC-Wandler eine erste Wicklung(L1') und in Reihedazu geschaltet einen getaktet betriebenen Wandlerschalter (T1)zur Erzeugung eines getakteten Stroms durch die erste Wicklung (L1') aufweist, und fernereine mit der ersten Wicklung (L1')gekoppelte zweite Wickung (L1'') zur Erzeugung derZwischenkreisspannung (Uz) aufweist, welche über eine Diode (D1) den zweitenKondensator (C2) auflädt, – einenparallel zu dem zweiten Kondensator (C2) geschalteten Ladekreiszum Aufladen des kapazitiven Stellglieds (P1), in welchem das kapazitiveStellglied (P1) in Reihenschaltung mit einer Drossel (L2) und einemLadeschalter (T2';T4) angeordnet ist, und – einenparallel zu dem kapazitiven Stellglied (P1) ge schalteten Entladekreiszum Entladen des kapazitiven Stellglieds (P1), umfassend eine Reihenschaltungaus einer induktiv mit der ersten Wicklung (L1') und/oder der zweiten Wicklung (L1'') gekoppelten dritten Wicklung (L1''')und einem Entladeschalter (T3).Circuit arrangement for charging and discharging at least one capacitive actuator (P1), in particular a piezoelectric element in a fuel injector of an internal combustion engine, comprising: - a first capacitor (C1) charged by a power source to an operating voltage (Ub) predetermined relative to a reference potential (GND) is, - one with the operating voltage (Ub) of the first Capacitor (C1) supplied DC / DC converter for charging a second capacitor (C2) relative to the reference potential (GND) to an intermediate circuit voltage (Uz), which is greater than the operating voltage (Ub), wherein the DC / DC converter is a first Winding (L1 ') and in series connected to a clocked operated converter switch (T1) for generating a pulsed current through the first winding (L1'), and further with the first winding (L1 ') coupled second winding (L1'' ) for generating the intermediate circuit voltage (Uz), which via a diode (D1) charges the second capacitor (C2), - a parallel to the second capacitor (C2) connected charging circuit for charging the capacitive actuator (P1), in which the capacitive Actuator (P1) in series with a throttle (L2) and a charging switch (T2 '; T4) is arranged, and - a GE parallel to the capacitive actuator (P1) switched discharge circuit for discharging the capacitive actuator ( P1), comprising a series connection of a third winding (L1 ''') inductively coupled to the first winding (L1') and / or the second winding (L1 '') and a discharge switch (T3).
    [2]
    Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der DC/DC-Wandler gebildetist aus einer die auf Betriebsspannung (Ub) bzw. Zwischenkreisspannung (Uz)befindlichen Anschlüsseder beiden Kondensatoren (C1, C2) miteinander verbindenden Reihenschaltungaus der ersten Wicklung (L1'),der induktiv damit gekoppelten zweiten Wicklung (L1'') und der Diode (D1), sowie dem getaktetbetriebenen Wandlerschalter (T1), der zwischen einem die erste Wicklung(L1') und die zweiteWicklung (L1'') miteinander verbindendenSchaltungsknoten (K1) und dem Bezugspotenzial (GND) angeordnet ist.Circuit arrangement according to claim 1, wherein the DC / DC converter is formedis from a to the operating voltage (Ub) or intermediate circuit voltage (Uz)located connectionsthe two capacitors (C1, C2) interconnecting series circuitfrom the first winding (L1 '),the inductively coupled thereto second winding (L1 '') and the diode (D1), and the clockedoperated converter switch (T1), the one between the first winding(L1 ') and the secondWinding (L1 '') interconnectingCircuit node (K1) and the reference potential (GND) is arranged.
    [3]
    Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2 zum Aufladenund Entladen einer Mehrzahl von kapazitiven Stellgliedern (P1, P2...), wobei die Ladekreise einen die Drossel (L2) enthaltenden gemeinsamenLadekreisabschnitt und entsprechend der Anzahl an kapazitiven Stellgliedern(P1, P2 ...) mehrfach parallel zueinander ausgeführte Ladekreisabschnitte aufweisen,die jeweils einen dem jeweiligen kapazitiven Stellglied (P1, P2...) in Reihe geschalteten Auswahl/Ladeschalter (T2', T2'' ...) enthalten.Circuit arrangement according to Claim 1 or 2 for chargingand discharging a plurality of capacitive actuators (P1, P2...), wherein the charging circuits a the throttle (L2) containing commonLoading circuit section and according to the number of capacitive actuators(P1, P2 ...) have a plurality of parallel running charge circuit sections,each one the respective capacitive actuator (P1, P2...) in series selection / charging switch (T2 ', T2' '...) included.
    [4]
    Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3 zumAufladen und Entladen einer Mehrzahl von kapazitiven Stellgliedern(P1, P2 ...), wobei die Entladekreise einen die dritte Wicklung(L1''') sowie den Entladeschalter (T3) enthaltendengemeinsamen Entladekreisabschnitt und ent sprechend der Anzahl ankapazitiven Stellgliedern (P1, P2 ...) mehrfach parallel zueinanderausgeführteEntladekreisabschnitte aufweisen, die jeweils eine Entkopplungsdiode(D3', D3'' ...) enthalten.Circuit arrangement according to claim 1, 2 or 3 to theCharging and discharging a plurality of capacitive actuators(P1, P2 ...), wherein the discharge circuits a the third winding(L1 '' ') and the discharge switch (T3) containingcommon Entladekreisabschnitt and accordingly the number ofcapacitive actuators (P1, P2 ...) several times parallel to each otherexecutedHave discharge circuit sections, each having a decoupling diode(D3 ', D3' '...) included.
    [5]
    Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2 zum Aufladenund Entladen einer Mehrzahl von kapazitiven Stellgliedern (P1, P2...), wobei die Ladekreise einen die Drossel (L2) und einen Ladeschalter (T4)enthaltenden gemeinsamen Ladekreisabschnitt und entsprechend derAnzahl an kapazitiven Stellgliedern (P1, P2 ...) mehrfach parallelzueinander ausgeführteLadekreisabschnitte aufweisen, die jeweils einen dem jeweiligenkapazitiven Stellglied (P1, P2 ...) in Reihe geschalteten Auswahlschalter(T2', T2'' ...) enthalten, und wobei die Entladekreisedurch einen gemeinsamen Entladekreisabschnitt gebildet sind, derdie dritte Wicklung (L1''') sowie den Entladeschalter (T3) enthält.Circuit arrangement according to Claim 1 or 2 for chargingand discharging a plurality of capacitive actuators (P1, P2...), where the charging circuits one the throttle (L2) and a charging switch (T4)containing common charging section and according to theNumber of capacitive actuators (P1, P2 ...) several times in parallelexecuted to each otherHave charging circuit sections, each one the respectiveCapacitive actuator (P1, P2 ...) connected in series selection switch(T2 ', T2' '...), and wherein the discharge circuitsare formed by a common Entladekreisabschnitt, thethe third winding (L1 '' ') and the discharge switch (T3) contains.
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    EP1985004B1|2019-03-13|Schaltnetzteil mit adaptiven und verlustfreien schaltvorgängen
    EP2737618B1|2019-03-06|Elektrisches umrichtersystem
    EP1138903B1|2004-05-26|Zeit und Fall-kontrolliertes Aktivierungssystem für die Aufladung und die Entladung von piezoelektrischen Elementen
    AT515913B1|2016-01-15|OPERATING DEVICE FOR OPERATING A LIGHT SOURCE, ESPECIALLY LED
    EP2460253B1|2017-03-01|Schaltungsanordnung für ein bordnetz
    EP2996235B1|2020-09-02|Dc/dc-wandler
    EP0934605B1|2004-11-17|Verfahren und vorrichtung zum ansteuern eines kapazitiven stellgliedes
    EP1527470B1|2007-12-19|Steueranordnung für einen elektromagnetischen antrieb
    EP1784910B1|2010-10-13|Spannungsregler mit überspannungsschutz
    EP0986702B1|2002-07-03|Verfahren zum ansteuern wenigstens eines kapazitiven stellgliedes
    DE19652801C1|1998-04-23|Method and device for controlling at least one capacitive actuator
    EP2308164B1|2018-10-17|Schaltungsanordnung für einen elektrischen antrieb
    EP1463189B1|2007-05-02|Hilfsspannungsquelle für einen spannungsseitigen NMOS-Transistor
    EP1670663B1|2007-12-26|Schaltvorrichtung zum bidirektionalen ladungsausgleich zwischen energiespeichern und verfahren
    EP2501588B1|2018-01-03|Bordnetz und verfahren und vorrichtung zum betreiben des bordnetzes
    DE19732828C2|2001-01-18|Circuit arrangement for driving a light-emitting diode array
    DE112006002875B4|2015-01-15|LED lighting device and vehicle lighting device using the same
    DE10256704B3|2004-02-26|Circuit for a vehicle electrical system and associated operating method
    CN104821717B|2018-07-03|功率转换器
    WO2017016674A1|2017-02-02|Einzelmodul, elektrisches umrichtersystem und batteriesystem
    DE102010043556A1|2011-06-16|Apparatus and method for commutating inductor currents using a matrix inverter
    DE102006000288A1|2006-12-14|Control device for piezo injection device
    EP0054703B1|1985-01-23|Schaltungsanordnung für piezoelektrisches Stellglied und dergleichen
    EP2497176B1|2017-01-25|Niedervolt-spannungsversorgung
    EP1817838B1|2012-08-15|Vorrichtung und verfahren zum laden einer elektrischen energiespeichereinrichtung
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004003836B4|2006-05-04|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-08-18| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2006-11-02| 8364| No opposition during term of opposition|
    2008-09-04| 8327| Change in the person/name/address of the patent owner|Owner name: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH, 30165 HANNOVER, DE |
    2019-08-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    2020-06-03| R081| Change of applicant/patentee|Owner name: VITESCO TECHNOLOGIES GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH, 30165 HANNOVER, DE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE200410003836|DE102004003836B4|2004-01-26|2004-01-26|Circuit arrangement for charging and discharging a capacitive actuator|DE200410003836| DE102004003836B4|2004-01-26|2004-01-26|Circuit arrangement for charging and discharging a capacitive actuator|
    [返回顶部]