CN104518705B - 电容执行器充电和放电电路装置的运行方法 - Google Patents

电容执行器充电和放电电路装置的运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及至少一个电容执行器的充电和放电电路装置的运行方法，电路装置包括由分别具有并联的二极管的第一和第二功率晶体管组成的串联电路，其连接在供电电压源的电位之间，两个功率晶体管的连接节点通过线圈与至少一个电容执行器的端子相连接，为了对电容执行器充电，将电容执行器与供电电压源的正电位相连接的第一功率晶体管在可预先给定的时间段期间被控制为周期性导通的，和在由流经电容执行器的电流达到预先给定的第一阈值时又被控制为截止的，直至通过执行器电流达到比第一阈值更低的预先给定的第二阈值，对于执行器电流不再达到预先给定的第一阈值的情况，第一功率晶体管在与由执行器电流最大达到的值相对应的时间之后被控制为截止的。

Description

电容执行器充电和放电电路装置的运行方法
技术领域
本发明涉及用于运行用于对至少一个电容执行器充电和放电的电路装置的方法，所述电路装置包括分别具有并联的二极管的第一和第二功率晶体管组成的串联电路，所述串联电路被连接在供电电压源的电位之间，其中两个功率晶体管的连接节点通过线圈与至少一个电容执行器的端子相连接。为了对电容执行器充电，将电容执行器与供电电压源的正电位连接的第一功率晶体管在可预先给定的时间段期间被控制为周期性导通的，并且当通过流经电容执行器的电流达到预先给定的第一阈值时又被控制为截止的，直至通过执行器电流达到比第一阈值更低的预先给定的第二阈值为止。
背景技术
由DE 198 14 594 A1已知这样的方法。
在图1中示出了由该文献已知的用于对电容执行器充电和放电的电路装置，其中电容执行器在那里可以例如是用来操作燃料喷射阀中的喷嘴针的压电执行器。但是为了执行该方法，重要的仅仅是充电和放电电路中的其电容特性。
在已知的电路装置中，由分别具有并联的二极管D1、D2的第一和第二功率晶体管T1、T2组成的串联电路连接在供电电压源V0的电位之间，其中供电电压源V0的负电位用作基准电位。如在图1的所示的示例中一样可以将功率晶体管T1、T2构造为MOSFET，但也可以如在DE 198 14 594 A1中一样将其构造为IGBT，或者以其它合适的方式来构造。二极管D1、D2连接在供电电压源V0的正电位及在截止方向上的其负电位之间，并且可以要么明确地被设置成单构件，而要么可以作为衬底二极管是晶体管半导体芯片的组成部分。
两个功率晶体管的连接节点通过线圈LMAIN与在所示示例中的起电容执行器作用的两个压电执行器P1、P2的端子相连接。两个压电执行器P1、P2的相应其它端子通过与分别给其分配的选择晶体管AT1、AT2与基准电位相连接。在所示的电路示例中，在线圈LMAIN与电容执行器P1、P2的接线电子之间接入由滤波电容器CFILT和滤波线圈LFILT构成的低通滤波器用于对充电电流进行平滑。
在图1中所示的电路示例中，具有各自的选择晶体管AT1、AT2的两个电容执行器P1、P2相互并联，但也可以有更多或者只有一个电容执行器，视电容执行器用于何种应用而定。在使用于燃料喷射阀中时，对于四缸发动机而言通常四个这样的电容执行器将相互并联。当在燃料喷射阀中使用压电执行器形式的电容执行器时，压电执行器应该用于在尽可能短的时间内喷射尽可能精确的燃料量，为此需要压电执行器的精确伸展(Ausdehnung)。
为了实现这一点，必须在确定的时间内将准确地确定的电荷量施加给起电容作用的压电执行器。由此如在DE 198 14 594 A1中所述的，对将电容执行器与供电电压源相连接的功率开关进行脉冲式操控被证明是有利的。
在图2中为了对如在图1中所示的电容执行器充电而示出这样的操控，其中对于放电得出仅具有相反的电流方向的类似变化曲线。
在图2的下图表中示出了流过电容执行器P1的电流IP1，其中通过闭合第一功率晶体管T1实现从供电电压源V0经由线圈LMAIN、第一电容执行器P1和与分配给该第一电容执行器的的选择晶体管AT1的电流流动。尽管由线圈LMAIN的电感引起地，电流上升受到扼制，但是由于在电容执行器P1处起初尚有小的电压UP1，上升尽管如此仍然将相对陡峭。
电流上升直至达到第一阈值SW1，这通常利用在图1中没有示出的电流测量电阻来确定，其中通过在图1中同样没有示出的控制电路根据该事件的出现将第一功率晶体管T1又切换为截止的。随后通过电流流过与第二功率晶体管T2并联的二极管D2，存储在线圈LMAIN中的磁场又减弱，其中电流减小，直至该电流要么达到具有比第一阈值SW1低的值的第二阈值SW2，要么如在图2的示例中一样达到值0安，这意味着电流流动停顿，因为由于二极管D2的截止作用，现在存储在电容执行器P1中的电荷不可能经由线圈LMAIN回振(Zurueckschwingen)。在要预先给定的时间段期间周期性重复该过程。
要预先给定的时间段指的是要么被预先给定为定义的持续时间、而要么直至达到电容执行器处的确定的电压UP1为止所经过的时间段。
由于电容执行器P1处的电压UP1逐充电周期地(von Ladeperiode zuLadeperiode)随着由此所施加的电荷上升，因此电容执行器P1处的电压UP1与供电电压源V0的电压之间的电压差不断变小，由此电流IP1的上升斜率越来越多地减小，如从图2中可看出的。但是，同时在闭合第一功率晶体管T1之后，电流的减小逐充电周期地越来越快地进行。这在图2中也可以看出。
在图2中所示的充电电流IP1的理想变化曲线以及由此得出的在电容执行器P1处的电压UP1的上升中，得出平均的充电电流/IP1其几乎是恒定的，并且导致电容执行器P1处的电压UP1相应地线性上升。
现在一方面希望获得尽可能高的执行器电压，但是另一方面希望保持供电电压源的输出电压受限制，因为必须例如借助于DC/DC转换器从机动车电池的电压中获取该输出电压。供电电压源的输出电压越高，通常所需的DC/DC转换器就越昂贵。
现在如果执行器电压在充电过程期间越来越多地增大，那么供电电压源的输出电压与执行器电压之差因此不断变小，从而在供电电压源的输出电压受限制时可能发生充电电流不再达到预先给定的上阈值，并且相应地只有当充电振荡的第一半波结束时，充电电流才停顿。
这在图3中示出。曲线1)示出电容执行器P1、P2和供电电压源V0之间的电压差足够大时的电流变化曲线。达到上限值SW1，并且在断开第一功率晶体管T1之后，充电电流将流经空转二极管D2并且减小，直至存储在线圈LMAIN中的能量被转移到电容执行器P1、P2中为止。然后新的充电脉冲通常开始，直至充电过程结束为止。
曲线2)现在示出以下情况：充电电流在时刻Ton_max正好仍达到上阈值SW1，并且因此第一功率晶体管T1仍能够被关断。利用每个另外的充电脉冲，如由曲线3)所示，不再达到上阈值3)，并且因此不再关断第一功率晶体管T1。电流因此以正弦半波方式伸展，并且只有当电流又变为了0安(这在时刻TOSC进行)时，充电脉冲才结束。
通过充电电流脉冲施加的电荷(Ladung)相应于曲线3)下方的面积，其中可以识别出，所述电荷明显大于充电曲线1)和2)时的所施加的电荷，由此得出不均匀的充电变化曲线，和从而得出通过电容执行器例如驱动的燃料喷射阀喷嘴针的不均匀的运动。
发明内容
因此，本发明的任务是避免该问题。
通过根据权利要求1所述的方法来解决该任务。
按照本发明，因此在按照权利要求1的前序部分所述的方法中对于执行器电流不再达到预先给定的第一阈值的情况，应该在与由执行器电流最大达到的值相对应的持续时间之后控制第一功率晶体管为截止的，其中所述持续时间紧接在达到最大值的时刻之后。
因此，通过时间控制切断充电电流，其中直至切断的时间应取决于要确定的最大达到的电流。该电流最大值越小，则第一功率晶体管保持接通就越长，使得在每个充电脉冲时将大致相同的电荷施加给电容执行器。
可替代地，按照权利要求2可以在固定地预先给定的持续时间之后进行切断，所述固定地预先给定的持续时间紧接在达到最大值的时刻之后。因此尽管仅实现对电容执行器的不太精确的充电，但是该方法是较少耗费的。
在权利要求3中说明另外的和导致较好结果的替代方案。如果在达到最大值的时刻之后，与由执行器电流最大达到的值、至达到该值的持续时间和预先给定的阈值有关的持续时间已结束，则应该进行切断。
附图说明
以下应根据实施例借助于图对本发明更详细地进行描述。
在此所述图：
图1示出按照现有技术用于对至少一个电容执行器充电和放电的电路装置，
图2示出电容执行器处的充电电流和充电电压的时间变化曲线，
图3示出在预先给定的切断阈值时的不同大小的充电电流的变化曲线，以及
图4示出充电电流的根据本发明的时间控制式切断。
具体实施方式
如已经在图3中那样，在图4中首先示出在以下情况下通过电容执行器P1的电流IP1的变化曲线，其中该电流足够大以仍达到上切断阈值SW1。这是曲线I。如果该电流不会被切断，则如虚线所示那样，该电流将会经历完全的正弦半波，直至该电流又衰减到0安为止。
此外作为曲线II示出以下情况：充电电流IP1正好仍达到上切断阈值SW1，并且因此第一功率晶体管T1被关断，随后电流经由具有二极管D2的空转路径(图1)发生衰减。这里也以虚线示出完全的正弦半波。
最后以曲线III、IV和V表示根据本发明时间控制式切断过程。在那里，在时间TIII或TIV或TV切断通过电容执行器P1的电流，其方式是在刚好这些时刻TIII、TIV、TV又断开第一功率开关T1，由此电流IP1可以经由空转路径衰减。
通过在图1中没有示出的流程控制电路进行该切断控制，所述流程控制电路例如可以用微处理器实现。由未示出的电流测量电路将通过电容执行器P1、P2的所测量的电流输送给该流程控制电路。流程控制电路从中确定最大值，并且必要时确定直至达到该值为止的持续时间，并且给这些(diesen)分配切断时刻TIII或TIV或TV。这可以通过要实施的算法或者也可通过所存储的特征数据进行。在此，由直至由流过电容执行器的电流达到最大值为止的时间和在紧接其之后的根据本发明所确定的持续时间之和得出切断时刻。
以这种方式能按照本发明所述的方式在整个充电持续时间上以大致相同大小的电荷量进行充电，从而能够实现执行器的均匀伸展。

Claims (3)

1.用于运行用于对至少一个电容执行器(P1，P2)充电和放电的电路装置的方法，所述电路装置包括由分别具有并联的二极管(D1，D2)的第一和第二功率晶体管(T1，T2)组成的串联电路，所述串联电路连接在供电电压源(V0)的电位之间，其中两个功率晶体管(T1，T2)的连接节点通过线圈(LMAIN)与至少一个电容执行器(P1，P2)的端子相连接，其中为了对电容执行器(P1，P2)充电，将电容执行器(P1，P2)与供电电压源(V0)的正电位相连接的第一功率晶体管(T1)在可预先给定的时间段期间被控制为周期性导通的，并且在通过流经电容执行器(P1，P2)的电流(IP1)达到预先给定的第一阈值(SW1)时又被控制为截止的，直至通过执行器电流(IP1)达到比第一阈值更低的预先给定的第二阈值(SW2)为止，其特征在于，对于执行器电流(IP1)不再达到预先给定的第一阈值(SW1)的情况，第一功率晶体管(T1)在达到最大值的时刻后紧接着的、与由执行器电流(IP1)最大达到的值相对应的持续时间之后被控制为截止的。
2.用于运行用于对至少一个电容执行器(P1，P2)充电和放电的电路装置的方法，所述电路装置包括由分别具有并联的二极管(D1，D2)的第一和第二功率晶体管(T1，T2)组成的串联电路，所述串联电路连接在供电电压源(V0)的电位之间，其中两个功率晶体管(T1，T2)的连接节点通过线圈(LMAIN)与至少一个电容执行器(P1，P2)的端子相连接，其中为了对电容执行器(P1，P2)充电，将电容执行器(P1，P2)与供电电压源(V0)的正电位相连接的第一功率晶体管(T1)在可预先给定的时间段期间被控制为周期性导通的，并且在通过流经电容执行器(P1，P2)的电流(IP1)达到预先给定的第一阈值(SW1)时又被控制为截止的，直至通过执行器电流(IP1)达到比第一阈值更低的预先给定的第二阈值(SW2)为止，其特征在于，对于执行器电流(IP1)不再达到预先给定的第一阈值(SW1)的情况，第一功率晶体管(T1)在达到最大值的时刻后紧接着的、预先给定的持续时间之后被控制为截止的。
3.用于运行用于对至少一个电容执行器(P1，P2)充电和放电的电路装置的方法，所述电路装置包括由分别具有并联的二极管(D1，D2)的第一和第二功率晶体管(T1，T2)组成的串联电路，所述串联电路连接在供电电压源(V0)的电位之间，其中两个功率晶体管(T1，T2)的连接节点通过线圈(LMAIN)与至少一个电容执行器(P1，P2)的端子相连接，其中为了对电容执行器(P1，P2)充电，将电容执行器(P1，P2)与供电电压源(V0)的正电位相连接的第一功率晶体管(TI)在可预先给定的时间段期间被控制为周期性导通的，并且在通过流经电容执行器(P1，P2)的电流(IP1)达到预先给定的第一阈值(SW1)时又被控制为截止的，直至通过执行器电流(IP1)达到比第一阈值更低的预先给定的第二阈值(SW2)为止，其特征在于，对于执行器电流(IP1)不再达到预先给定的第一阈值(SW1)的情况，第一功率晶体管(T1)在达到最大值的时刻后紧接着的、与由执行器电流(IP1)最大达到的值、至达到该值的持续时间和预先给定的阈值有关的持续时间之后被控制为截止的。
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