CN107269426A - 用于对压电致动器进行充电和放电的电路装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于对压电致动器进行充电和放电的电路装置。本发明涉及电路装置，所述电路装置具有第一DC‑DC变换器（DC1），所述第一DC‑DC变换器（DC1）在输出侧与电容器（C）连接，其中电容器（C）的第一端子（A1）是供应电压端子并且电容器（C）的第二端子（A2）是参考电势端子；第二DC‑DC变换器（DC2），所述第二DC‑DC变换器（DC2）在输入侧与电容器（C）连接并且在输出侧与压电致动器（PA）的第一端子连接，其中压电致动器（PA）的第二端子与电容器（C）的第一端子（A1）连接。
Description
技术领域
本发明涉及用于对压电致动器进行充电和放电的电路装置。
背景技术
当压电致动器（Piezo-Aktoren）被施加电压时，所述压电致动器改变其形状、例如其长度，并且在此可以例如对阀门的挺杆（Stößel）施加显著的力。因此，所述压电致动器例如被用在燃料喷射阀中，在此处然而所述压电致动器由于所需要的高动态特性（Dynamik）必须以耗费的末级和操控方案来运行。
在DE 10 2006 019 404 A1中描述了压电致动器的另一使用。在那里，压电致动器作用于CNG驱动机动车辆（CNG：compressed natural gas（压缩天然气））的、在压力调节器中运行的减压器的活塞面上。借助于对溢流装置（Überströmeinrichtung）的阀门起作用的压电致动器，控制单元的工作室中的气压可以有针对性地被改变，同时减压器的溢流装置的阀门的位置可以被影响，并且因此其输出压力可以被调整为预先给定的额定值。
为了操控压电致动器所需要的末级（Endstufe）必须能够静态地调整在压电致动器处的电压，而与压电燃料喷射阀相比地对动态特性提出小的要求。然而，末级即使在非常小的电压的情况下也仍然必须能够精确地调整（einstellen）电压。因为减压器应当与未经调节的（ungeregelten）系统竞争，所以当然存在着特殊的成本压力。
为了对压电致动器进行电压供应或操控，考虑如在DE 10 2012 204 576 A1中所描述的DC-DC（直流-直流）变换器。那里的DC-DC变换器被构造为H桥变换器，其中为了使压电致动器放电，设置附加的耗散路径。
替代于此，DE 10 2005 016 279 A1公开一种DC-DC变换器，所述DC-DC变换器被构造为反激变换器（Sperrwandler），所述反激变换器在输入侧与电容器连接，所述电容器由上游的另一DC-DC变换器馈电。这里也存在附加的耗散路径，用于使所连接的压电致动器放电。
发明内容
因此，本发明的任务是，说明用于对压电致动器进行充电和放电的电路装置，所述电路装置即使在非常小的电压的情况下也仍然能够精确地调整电压，并且在此可以成本低地被实现。
通过按照权利要求1的电路装置解决所述任务。在从属权利要求中说明有利的改进方案。
依此，利用第一DC-DC变换器和第二DC-DC变换器构成电路装置，所述第一DC-DC变换器在输出侧与电容器连接，其中电容器的第一端子是供应电压端子，并且电容器的第二端子是参考电势端子，所述第二DC-DC变换器在输入侧与电容器连接并且在输出侧与压电致动器的第一端子连接，其中压电致动器的第二端子与电容器的供应电压端子连接。
首先，借助于第一DC-DC变换器使车载电网电压稳定，所述第一DC-DC变换器在一种有利的改进方案中被构造为升压转换器，并且在所述升压转换器的一种有利的构造方案中被构造为半控式（halb gesteuerten）半桥变换器。压电致动器不利用一个端子被置于（aufgesetzt）通常是接地电势的参考电势上，而是被置于电容器处的进行供应的电压上。反转式电压变换器被用作充电末级（Endstufe），所述反转式电压变换器将在电容器处的经稳定的供应电压作为参考（sich auf …bezieht），并且将相对于该电势为负的参考电势转换为正的电压。仅仅使用独立工作的耗散路径作为放电末级。
在按照本发明的电路装置的一种构造方案中，第一DC-DC变换器被构造为升压转换器，其中在一种构造方案中，所述升压转换器利用半桥构成，所述半桥的第一桥分支利用由第一晶体管和第一二极管组成的串联电路构成，并且所述半桥的第二桥分支利用由第二二极管和第二晶体管组成的串联电路构成，并且线圈被布置在所述半桥的桥中。
在所述半桥变换器情况下，由于小功率可以放弃用于操控晶体管的耗费的模式（Schema），并且一般可以同时运行两个半桥。这样获得的电压可以同时被用作功率供应和用作MOS晶体管的栅极操控的供应。
在一种有利的构造方案中，第二DC-DC变换器利用被接线在所述第二DC-DC变换器的输入端子之间的由线圈和开关元件组成的串联电路构成，所述线圈和开关元件的连接点经由在正向上接入的二极管与第二DC-DC变换器的输出端子连接。
充电末级因此非常简单地得以构建。所述充电末级仅由扼流圈（Drossel）、以参考电势作为参考的开关元件（通常为MOSFET）和空转二极管组成。
放电末级同样可以简单地被实现。同样参考接地的（massebezogen）、然而以电流调节的方式运行的同样通常作为MOSFET实现的开关元件使压电致动器的正端子向参考电势放电。因此，在压电致动器处用于放电的低的电压不是特殊的状态，其中所述电压以经缓冲的供应作为参考（auf…bezogen）。即使在压电致动器处的电压为0伏特的情况下，几伏特的电压仍然落在电流吸收晶体管（Stromsenkentransistor）上。
附图说明
随后应当根据实施例借助于图进一步阐述本发明。在此：
图1示出按照本发明的DC-DC变换器的电路原理图。
具体实施方式
利用第一DC/DC变换器DC1构成按照图1的用于对压电致动器PA进行充电和放电的电路装置，所述第一DC/DC变换器DC1将输入电压Ubat转换成在电容器C处的电压，并且因此使输入电压Ubat稳定，其中所述输入电压Ubat例如可以是机动车辆电池的电压。电容器C处的电压经由第二DC/DC变换器DC2被传输给压电致动器PA，其中所述电容器C被接线（verschaltet）在两个端子A1和A2之间，其中端子A2是参考电势端子，其中所述压电致动器PA被接线在第二DC/DC变换器DC2的输出端子和电容器C的供应电势端子A1之间。此外，压电致动器PA的、与第二DC/DC变换器DC2的输出端连接的端子经由放电开关装置T4和电阻R与参考电势端子A2连接。压电致动器PA可以通过所述放电开关装置T4被放电。
在该示出的实施例中，利用切换式（geschalteten）桥电路构成第一DC/DC变换器DC1，其中在第一桥柱（Brückenpfeiler）中，由第一开关装置T1和第一二极管D1组成的串联电路被接线在输入电压Ubat的端子之间，其中所述第一开关装置被构造为MOSFET，所述第一二极管在截止方向（Sperrrichtung）上被极化（gepolt）。由第二二极管D2和第二开关装置T2组成的第二串联电路作为第二桥柱被接线在供应电势端子A1和参考电势端子A2之间，其中所述第二二极管在截止方向上被极化，所述第二开关装置同样被构造为MOSFET。第一线圈L1作为桥电路的桥被接线在第一开关装置T1与第一二极管D1的连接点以及第二二极管D2与第二开关装置T2的连接点之间。通过（借助于未示出的调节电路（Regelschaltung））切换的该DC-DC变换器可以使输入电压Ubat稳定，使得在电容器C处的电压具有期望的、几乎恒定的值，其中所述输入电压经常是交替地加载荷的机动车辆电池。
在该示出的实施例中，第二DC/DC变换器以特别优选的方式被构造为利用少量构件构成的升压转换器，其中由第二线圈L2和第三开关装置T3组成的串联电路被接线在供应电势端子A1和参考电势端子A2之间，其中所述第三开关装置同样被构造为MOSFET。在第二线圈L2与第三开关装置T3的连接点和第二DC/DC变换器DC2的输出端子之间在正向上（inFlussrichtung）接入第三二极管D3。在压电致动器PA处的电压也通过未示出的调节电路以已知的方式（例如借助于脉冲宽度调制地操控开关装置T3）被充电到期望的电压。
如果供应电势A1被视为新的参考电势并且在参考电势端子A2处的电势与此相对地被看作负电势，则第二DC/DC变换器DC2也可以被视为反转式（invertierender）变换器，其中所述负电势被变换成压电致动器PA处的正电势。
通过用于对压电致动器PA进行充电和放电的电路装置示出能利用少量的且适宜的器件实现的电路装置，所述电路装置能够以简单的和成本低的方式实现用于运行CNG驱动机动车辆中的减压器用的压力调节器的要求。
Claims (6)
1.电路装置，具有：
-第一DC-DC变换器（DC1），所述第一DC-DC变换器（DC1）在输出侧与电容器（C）连接，其中所述电容器（C）的第一端子（A1）是供应电压端子，并且所述电容器（C）的第二端子（A2）是参考电势端子，
-第二DC-DC变换器（DC2），所述第二DC-DC变换器（DC2）在输入侧与所述电容器（C）连接，并且在输出侧与压电致动器（PA）的第一端子连接，
-其中所述压电致动器（PA）的第二端子与所述电容器（C）的所述第一端子（A1）连接。
2.按照权利要求1所述的电路装置，其特征在于，所述压电致动器（PA）的所述第一端子经由开关元件（T4）与所述参考电势端子（A2）连接。
3.按照权利要求1或2所述的电路装置，其特征在于，所述第二DC-DC变换器（DC2）被构造为升压转换器。
4.按照权利要求1至3之一所述的电路装置，其特征在于，所述第一DC-DC变换器（DC1）被构造为升压转换器。
5.按照权利要求4所述的电路装置，其特征在于，利用桥电路构成所述第一DC-DC变换器（DC1），其中利用由第一晶体管（T1）和第一二极管（D1）组成的串联电路构成所述桥电路的第一桥柱，并且利用由第二二极管（D2）和第二晶体管（T2）组成的串联电路构成所述桥电路的第二桥柱，并且在所述桥电路的桥中布置线圈（L2）。
6.按照权利要求3所述的电路装置，其特征在于，所述第二DC-DC变换器（DC2）利用在其输入端子（A1、A2）之间接线的、由第二线圈（L2）和第三开关元件（T3）组成的串联电路构成，所述第二线圈（L2）和所述第三开关元件（T3）的连接点经由在正向上接入的第三二极管（D3）与所述第二DC-DC变换器（DC2）的输出端子连接。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20230423 Address after: Regensburg, Germany Patentee after: WeiPai Technology Co.,Ltd. Address before: Hannover Patentee before: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GmbH |