DE102004003838A1 - Schaltungsanordnung zum Aufladen und Entladen von mehreren kapazitiven Stellgliedern - Google Patents
Schaltungsanordnung zum Aufladen und Entladen von mehreren kapazitiven Stellgliedern Download PDFInfo
- Publication number
- DE102004003838A1 DE102004003838A1 DE102004003838A DE102004003838A DE102004003838A1 DE 102004003838 A1 DE102004003838 A1 DE 102004003838A1 DE 102004003838 A DE102004003838 A DE 102004003838A DE 102004003838 A DE102004003838 A DE 102004003838A DE 102004003838 A1 DE102004003838 A1 DE 102004003838A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- charging
- circuit
- discharge
- capacitive actuators
- circuits
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000007599 discharging Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 9
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods
- H02N2/065—Large signal circuits, e.g. final stages
- H02N2/067—Large signal circuits, e.g. final stages generating drive pulses
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
- F02D41/2096—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
- F02D2041/2003—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils using means for creating a boost voltage, i.e. generation or use of a voltage higher than the battery voltage, e.g. to speed up injector opening
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
- F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
- F02D2041/2041—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit for controlling the current in the free-wheeling phase
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
- F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
- F02D2041/2058—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit using information of the actual current value
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
- F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
- F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
Abstract
Es wird eine Schaltungsanordnung zum Aufladen und Entladen einer Mehrzahl von kapazitiven Stellgliedern bereitgestellt,, welche mit geringem Bauteileaufwand bei gleichzeitig minimierter Verlustleistung realisiert werden kann, umfassend: DOLLAR A - einen Ladekondensator (C1), der auf eine bezüglich eines Bezugspotentials (GND) vorgegebene Ladespannung (U) aufgeladen wird, DOLLAR A - Ladekreis zum Aufladen jeweils eines der kapazitiven Stellglieder (P1, P2...), welche parallel zu dem Ladekondensator (C1) geschaltet sind und in welchen jeweils eines der kapazitiven Stellglieder (P1, P2...) in Reihenschaltung mit einer Drossel (L) und einem Auswahl/Ladeschalter (T2', T2''...) angeordnet ist, wobei die Ladekreise einen die Drossel (L) enthaltenden gemeinsamen Ladekreisabschnitt aufweisen, und DOLLAR A - Entladekreis zum Entladen jeweils eines der kapazitiven Stellglieder (P1, P2...), welche parallel zu den aus der Drossel (L) und den kapazitiven Stellgliedern (P1, P2...) gebildeten Reihenschaltungen geschaltet sind und einen Entladeschalter (T1) enthalten, wobei die Entladekreise einen den Entladeschalter (T1) enthaltenden gemeinsamen Entladekreisabschnitt aufweisen.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Aufladen und Entladen einer Mehrzahl von kapazitiven Stellgliedern, insbesondere von Piezoelementen in einer Kraftstoffinjektoranordnung einer Brennkraftmaschine.
- Insbesondere die in letzter Zeit strenger gewordenen Abgasnormen für Motoren haben in der Kraftfahrzeugindustrie die Entwicklung von Kraftstoffinjektoren mit schnell und verzögerungsfrei ansprechenden Stellgliedern bzw. Aktoren ausgelöst. Bei der praktischen Realisierung derartiger Stellglieder haben sich insbesondere piezoelektrische Elemente als vorteilhaft erwiesen. Derartige Piezoelemente sind üblicherweise als ein Stapel von Piezokeramikscheiben zusammengesetzt, die über eine elektrische Parallelschaltung betrieben werden, um die für einen ausreichenden Hub notwendigen elektrischen Feldstärken erreichen zu können.
- Die Verwendung von piezoelektrischer Keramik zur Betätigung von Kraftstoffeinspritzventilen einer Brennkraftmaschine stellt erhebliche Anforderungen an die Elektronik zum Aufladen und Entladen der Piezokeramik. Es müssen dabei vergleichsweise große Spannungen (typisch 100V oder mehr) und kurzzeitig vergleichsweise große Ströme zur 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 Bruchteilen von Millisekunden mit gleichzeitig weitgehender Kontrolle über Strom und Spannung erfolgen. Die Eigenheit der Piezokeramik als nahezu rein kapazitive Last mit nur vergleichsweise geringer umgesetzter Wirkleistung, aber andererseits hoher Blindleistung erfordert mehr oder weniger aufwändige Schaltungskonzepte für die Elektronik zur Ansteuerung der Piezoelemente.
- Aus der
DE 199 44 733 A1 ist eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern wenigstens eines kapazitiven Stellgliedes bekannt. Diese bekannte Anordnung basiert auf einem bidirektional betriebenen Sperrwandler und ermöglicht eine exakte Zumessung von Energieportionen beim Laden und Entladen des Stellgliedes, so dass nahezu beliebige gemittelte Stromverläufe beim Laden und Entladen realisiert werden können. Durch das Sperrwandlerprinzip werden jedoch nicht unerhebliche Belastungen an den verwendeten Schalttransistoren hervorgerufen, die sich tendenziell negativ auf den elektrischen Wirkungsgrad und damit verbunden die thermische Belastung der Schaltungsanordnung auswirken können. Dies ist bei der Auswahl der für die Schaltungsanordnung verwendeten elektrischen Komponenten zu berücksichtigen. Wenngleich diese bekannte Lösung funktional vollkommen zufriedenstellend ist, so besitzt diese noch ein gewisses Verbesserungspotential hinsichtlich der Kosten, der elektrischen Verlustleistung sowie der elektromagnetischen Verträglichkeit, welches für künftige Anwendungen interessant sein könnte. - In der
DE 198 14 594 A1 ist eine Schaltungsanordnung zum Laden und Entladen eines einzigen piezoelektrischen Elements beschrieben. Diese bekannte Ansteuerschaltung basiert auf einer Halbbrücken-Endstufe, die über eine Induktivität (Drossel) das Piezoelement ansteuert, wobei diese Drossel in erster Linie dazu dient, den beim Laden auftretenden Ladestrom und den beim Entladen auftretenden Entladestrom zu begrenzen. - Wenngleich bei dieser Ansteuerung die Aufladung mit einem unterbrechungsfreien Stromfluss und daher mit sehr gutem Wirkungsgrad erfolgen kann und die Belastung der verwendeten Komponenten niedriger als bei der vorher erwähnten Sperrwandler-Anordnung ist, so ist die Schaltungsanordnung als solche noch nicht zur Ansteuerung einer Mehrzahl von kapazitiven Stellgliedern geeignet.
- Bekannte Schaltungsanordnung zum Aufladen und Entladen einer Mehrzahl von kapazitiven Stellgliedern (vgl. z. B.
DE 199 44 733 A1 ) weisen – zusätzlich zu wenigstens einem Lade- und einem Entladeschalter – für jedes Stellglied jeweils einen so genannten Auswahlschalter auf, mittels welchem das zu ladende oder zu entladene Stellglied zunächst ausgewählt wird. - Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung zum Aufladen und Entladen einer Mehrzahl von kapazitiven Stellgliedern, insbesondere von Piezoelementen in einer Kraftstoffinjektoranordnung einer Brennkraftmaschine, bereitzustellen, welche die oben erwähnten Nachteile des Stands der Technik vermeidet und insbesondere mit geringem Bauteileaufwand bei gleichzeitig minimierter Verlustleistung realisiert werden kann.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
- Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Aufladen und Entladen einer Mehrzahl von kapazitiven Stellgliedern, insbesondere von Piezoelementen in einer Kraftstoffinjektoranordnung einer Brennkraftmaschine, umfasst:
- – einen Ladekondensator, der von einer Energiequelle auf eine bezüglich eines Bezugspotentials vorgegebene Ladespannung aufgeladen wird,
- – Ladekreise zum Aufladen jeweils eines der kapazitiven Stellglieder, welche parallel zu dem Ladekondensator geschaltet sind und in welchen jeweils eines der kapazitiven Stellglieder in Reihenschaltung mit einer Drossel und einem Auswahl/Ladeschalter angeordnet ist, wobei die Ladekreise einen die Drossel enthaltenden gemeinsamen Ladekreisabschnitt und entsprechend der Anzahl an kapazitiven Stellgliedern mehrfach parallel zueinander ausgeführte Ladekreisabschnitte aufweisen, die jeweils einen der den kapazitiven Stellgliedern in Reihe geschalteten Auswahl/Ladeschalter enthalten, und
- – Entladekreise zum Entladen jeweils eines der kapazitiven Stellglieder, welche parallel zu den aus der Drossel und den kapazitiven Stellgliedern gebildeten Reihenschaltungen geschaltet sind und einen Entladeschalter enthalten, wobei die Entladekreise einen den Entladeschalter enthaltenden gemeinsamen Entladekreisabschnitt und entsprechend der Anzahl an kapazitiven Stellgliedern mehrfach parallel zueinander ausgeführte Entladekreisabschnitte aufweisen, die jeweils eine Entkopplungsdiode enthalten.
- Im Hinblick auf den anvisierten geringen Bauteileaufwand weisen gemäß der Erfindung die Ladekreise wie auch die Entladekreise vorteilhaft jeweils einen gemeinsamen Ladekreisabschnitt bzw. Entladekreisabschnitt auf. Einen Teil sowohl des gemeinsamen Ladekreisabschnitts als auch des gemeinsamen Entladekreisabschnitts bildet hierbei die verwendete Drossel, die somit vorteilhaft sowohl beim Laden als auch beim Entla den genutzt wird. Im Hinblick auf den geringen Bauteileaufwand ist es ferner vorteilhaft, dass die in den mehrfach parallel zueinander ausgeführten Ladekreisabschnitten enthaltenen Auswahl/Ladeschalter die Funktionen der Auswahl eines zu ladenden Stellglieds als auch der Initiierung eines entsprechenden Ladestroms erfüllen können. Mithin entfällt die Notwendigkeit, separate Auswahlschalter zur Auswahl des zu ladenden Stellglieds anzuordnen. Schließlich ist es aufgrund der Anordnung von Entkopplungsdioden in mehrfach parallel zueinander ausgeführten Entladekreisabschnitten möglich, die Entladung über einen einzigen Entladeschalter zu initiieren, der zu diesem Zweck in dem gemeinsamen Entladekreisabschnitt angeordnet ist. Insgesamt ergibt sich somit eine minimale Anzahl von Leistungsbauteilen, seien es aktive oder passive Bauteile.
- Bevorzugt ist zwischen der Drossel und jedem der kapazitiven Stellglieder jeweils ein eine Freilaufdiode enthaltender Lade-Freilaufpfad gebildet, um jeweils einen Freilaufstromkreis zu bilden, über welchen nach einem Ausschalten des betreffenden Auswahl/Ladeschalters der Ladestrom weiter fließen kann.
- Um eine geregelte Aufladung und Entladung der Stellglieder zu realisieren, wie dies insbesondere bei Verwendung der Stellglieder in einer Kraftstoffinjektoranordnung einer Brennkraftmaschine von großem Vorteil ist, muss eine den Ladungszustand der kapazitiven Stellglieder charakterisierende physikalische Größe erfasst werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist daher vorgesehen, dass den Stellgliedern oder jedem der Stellglieder in Reihenschaltung ein Strommesswiderstand zugeordnet ist, über welchen der Ladestrom und/oder der Entladestrom des betreffenden Stellglieds fließt und an welchem der diesen Strom repräsentierende Spannungsabfall gemes sen werden kann. Weiter bevorzugt ist hierbei, dass ein Strommesswiderstand vorgesehen ist, der einen Teil des gemeinsamen Ladekreisabschnitts und/oder des gemeinsamen Entladekreisabschnitts bildet.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:
-
1 eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern einer Mehrzahl von Piezoelementen gemäß einer ersten Ausführungsform, und -
2 eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern einer Mehrzahl von Piezoelementen gemäß einer weiteren Ausführungsform. -
1 zeigt eine insgesamt mit10 bezeichnete Schaltungsanordnung zum Aufladen und Entladen mehrerer kapazitiver Stellglieder in Form von Piezoelementen einer Kraftstoffeinspritzanlage eines Kraftfahrzeugs. Der Übersichtlichkeit halber sind von dieser Mehrzahl an Piezoelementen lediglich zwei in der Figur dargestellt (und mit P1 und P2 bezeichnet) und nachfolgend beschrieben. Tatsächlich besitzt die Kraftstoffeinspritzanlage beispielsweise vier Injektoren und dementsprechend vier Piezoelemente. Die Piezoelementanordnung P1, P2 ... befindet sich unmittelbar an der betreffenden Brennkraftmaschine, wohingegen der Rest der dargestellten Schaltungsanordnung10 in einem so genannten Motorsteuergerät des Kraftfahrzeugs untergebracht und über einen Kabelbaum mit den Injektoren verbunden ist. - Die Schaltungsanordnung
10 umfasst einen Ladekondensator C1, der im Betrieb der Schaltungsanordnung von einem DC/DC-Wandler12 auf eine bezüglich eines Bezugspotentials GND (elektrische Fahrzeugmasse) vorgegebene Ladespannung von U = 200V aufgeladen wird. Der DC/DC-Wandler12 wird hierbei von einer nicht dargestellten Kraftfahrzeugbatterie mit einer Kraftfahrzeugbordspannung von beispielsweise 12V versorgt. - Des weiteren umfasst die Schaltungsanordnung
10 eine Ladekreisanordnung sowie eine Entladekreisanordnung zum Aufladen der Piezoelemente P1, P2 ... bezüglich des Bezugspotentials GND ausgehend von der Ladespannung U bzw. zum Entladen dieser Piezoelemente P1, P2 .... In an sich bekannter Weise sind diese Piezoelemente jeweils als ein Aktor in einem Servoeinspritzventil verwendet, welches beim Aufladen des Piezoelements einen Kraftstoffeinspritzvorgang beginnt, der mit dem Entladen dieses Piezoelements wieder beendet wird. - Die Ladekreisanordnung umfasst einen parallel zu dem Ladekondensator C1 geschalteten Ladekreis, in welchem das kapazitive Stellglied P1 in Reihenschaltung mit einem induktiven Element bzw. einer Drossel L und einem Ladeschalter in Form eines FET T2' angeordnet ist. Im dargestellten Beispiel verläuft dieser Ladekreis ausgehend von dem aufgeladenen Anschluss des Ladekondensators C1 über einen Strommesswiderstand Rs1, die Drossel L, das Piezoelement P1 und den Ladeschalter T2' zur Fahrzeugmasse GND. Der in
1 eingezeichnete Widerstand Rs2 stellt eine Alternative der Anordnung des Strommesswiderstands dar. Bevorzugt ist lediglich einer der beiden eingezeichneten Strommesswiderstände Rs1, Rs2 tatsächlich vorhanden. - Ferner ist wie dargestellt eine Freilaufdiode D1' zwischen einem das Piezoelement P1 und den Ladeschalter T2' verbindenden Schaltungsknoten und einem den Ladekondensator C1 und den Strommesswiderstand Rs1 verbindenden Schaltungsknoten angeordnet, so dass während eines getakteten Betriebs des Schalters T2' mit einer Ladeschaltfrequenz, die typischerweise in einem Bereich von 1 kHz bis 100 kHz liegt, im eingeschalteten Zustand von T2' ein Ladestrom von dem Kondensator C1 über den Strommesswiderstand Rs1, die Drossel L, das Piezoelement P1 und den Schalter T2' zur Fahrzeugmasse GND fließt, wohingegen im ausgeschalteten Zustand von T2' ein Ladestrom in einem Lade-Freilaufpfad fließt, der gebildet ist von der Drossel L, dem Piezoelement P1, der Freilaufdiode D1' und dem Strommesswiderstand Rs1.
- Wie dargestellt ist ein ähnlicher Ladekreis samt Freilaufstromkreis für jedes weitere Piezoelement gebildet, für das Piezoelement P2 beispielsweise durch den Strommesswiderstand Rs1, die Drossel L, das Piezoelement P2 selbst, sowie einen Auswahl/Ladeschalter T2'' bzw. eine Freilaufdiode D1''. Die Ladekreise weisen somit einen die Drossel L und den Strommesswiderstand Rs1 enthaltenden gemeinsamen Ladekreisabschnitt und entsprechend der Anzahl an Piezoelementen P1, P2 ... mehrfach parallel zueinander ausgeführte Ladekreisabschnitte auf, die jeweils das betreffende Piezoelement P1, P2 ... und in Reihe dazu geschaltet den Auswahl/Ladeschalter T2', T2'' ... enthalten und über jeweilige Freilaufdioden D1', D1'' ... mit dem in
1 linken Anschluss des Strommesswiderstands Rs1 verbunden sind. - Die Auswahl/Ladeschalter T2', T2'' dienen hierbei also sowohl zum Einschalten des gewünschten Ladestroms als auch zur Auswahl des Piezoelements aus der Mehrzahl von verwendeten Pie zoelementen. An der durch den Ladekondensator C1 gebildeten Spannungsversorgung können somit vorteilhaft mehrere Piezoelemente in schaltungstechnisch sehr einfacher Weise geladen werden. Dies gilt auch für das Entladen dieser Piezoelemente, wie nachfolgend erläutert.
- Die Entladekreisanordnung weist zum Entladen des Piezoelements P1 einen parallel zu der aus der Drossel L und dem kapazitiven Stellglied P1 gebildeten Reihenschaltung geschalteten Entladekreis auf. Dieser Entladekreis für das Piezoelement P1 ist gebildet aus einer Reihenschaltung aus dem Strommesswiderstand Rs1, einem Entladeschalter in Form eines FET T1 sowie einer Entkopplungsdiode D2'. Für alle weiteren Piezoelemente sind hierbei ähnliche Entladekreise gebildet, für das Piezoelement P2 beispielsweise durch den Strommesswiderstand Rs1, den Entladeschalter T1 und eine Entkopplungsdiode D2''. Die Entladekreise weisen somit einen den Strommesswiderstand Rs1 und den Entladeschalter T1 enthaltenden gemeinsamen Entladekreisabschnitt und entsprechend der Anzahl an Piezoelementen P1, P2 ... mehrfach parallel zueinander ausgeführte Entladekreisabschnitte auf, die jeweils durch eine der Entkopplungsdioden D2', D2'' ... gebildet sind.
- Zum Entladen sämtlicher Piezoelemente P1, P2 ... wird der Entladeschalter T1 (ähnlich den Auswahl/Ladeschaltern T2', T2'' ... beim Laden) getaktet betrieben, wodurch das zuletzt aufgeladene Piezoelement in kontrollierter Weise über den entsprechenden Entladekreis entladen wird.
- Beim getakteten Betrieb des Entladeschalters T1 kommt es vorteilhaft zu einer Rückspeisung von elektrischer Energie aus dem betreffenden Piezoelement in den Ladekondensator C1. Die se rückgespeicherte Energie steht somit für den nächsten Ladevorgang zur Verfügung.
- Mit der Schaltungsanordnung
10 kann daher eine Mehrzahl von kapazitiven Stellgliedern in schaltungstechnisch einfacher Weise mit minimalem Bauteileaufwand und mit hohem Wirkungsgrad und dementsprechend niedriger Verlustleistung auf- und entladen werden. Es befindet sich jeweils nur ein Schaltelement in Reihenschaltung zum Piezoelement bei dessen Ladung und Entladung. Die dargestellte Kombination eines "Auswahlschalters" mit einem "Ladeschalter" erspart einen wie im Stand der Technik vorgesehenen (relativ teuren) zusätzlichen Schalter. Die dargestellte Entkopplung der Lade- und Entladezweige über eine Diodenanordnung ist ebenfalls günstig hinsichtlich der Kosten der Schaltungsanordnung. Schließlich genügt bei der dargestellten Schaltung ein einziger Strommesswiderstand (Rs1) zur Messung sowohl des Lade- als auch des Entladestroms. Die Anzahl von Leistungsbauteilen, seien es passive Bauteile wie die Drossel und die Dioden oder aktive Bauteile wie die Schalttransistoren, ist minimal. - Wenn bei der Schaltungsanordnung nach
1 der Strommesswiderstand Rs2 eingesetzt wird, so ergibt sich der Vorteil, dass der den Stromfluss repräsentierende Spannungsabfall an diesem Widerstand bezüglich des festen Potentials der Fahrzeugmasse GND gemessen werden kann. Im Gegensatz zu dem Strommesswiderstand Rs1 ist also der zu messende Spannungsabfall nicht "floatend". Damit vereinfacht sich der schaltungstechnische Aufwand des hier nicht dargestellten Teils der Motorsteuerelektronik, welcher diesen Spannungsabfall erfasst. - Bei der nachfolgenden Beschreibung eines weiteren Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die
2 werden für analoge e lektronische Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu der bereits mit Bezug auf die1 beschriebenen Ausführungsform eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die diesbezügliche Beschreibung verwiesen. -
2 zeigt eine gegenüber der Schaltungsanordnung von1 modifizierte Schaltungsanordnung10 , die wieder zur Ansteuerung einer beliebigen Anzahl von kapazitiven Stellgliedern geeignet ist, von denen in der Figur der Klarheit der Darstellung halber lediglich eines dieser Stellglieder in Form eines Piezoelements P1 eingezeichnet ist. - Bei der Schaltungsanordnung nach
2 wird der Ladekondensator C1 von dem DC/DC-Wandler12 auf eine bezüglich des Bezugspotentials GND negative Ladespannung U aufgeladen. Daraus ergibt sich in der Praxis in der Regel kein Mehraufwand, da diese Ladespannung ohnehin durch den Wandler12 aus der Fahrzeugbordspannung abgeleitet werden muss und die hierzu gängigen Wandlungsverfahren die Polarität der erzeugten Wandlerausgangsspannung nicht einschränken. - Gegenüber der Schaltung nach
1 werden zwei Vorteile erzielt. Zum einen liegt das auf Fahrzeugmasse GND bezogene Betriebspotential nicht permanent an den Stellgliedern an sondern nur im aktivierten Zustand (beim Laden eines Stellglieds). Damit wird die Problematik von etwaig in der Praxis auftretenden Kurzschlüssen an den Leitungen zwischen der Motorsteuerelektronik und der Kraftstoffinjektoranordnung entschärft. Zum anderen liegt der Strommesswiderstand Rs1 in der Masseleitung, so dass die Erfassung der daran abfallenden Spannung aufgrund des festen Bezugspotentials vereinfacht ist (kein so genannter "level shift" notwendig). - Die Ansteuerelektronik zur Ansteuerung der Transistoren T1, T2', ... kann vorteilhaft auf die Fahrzeugmasse GND bezogen aufgebaut werden, wenngleich hierbei die Auswahl/Ladeschalter T2', T2'', ... floatend angesteuert werden müssen.
- Schließlich ist eine weitere Modifikation der in
2 dargestellten Schaltung möglich, bei welcher gegenüber der in2 dargestellten Schaltung lediglich die Polarität der Ladespannung U vertauscht ist. In diesem Fall ist dann die gesamte Ansteuerelektronik floatend auf den negativen Bezug GND aufzubauen.
Claims (3)
- Schaltungsanordnung zum Aufladen und Entladen einer Mehrzahl von kapazitiven Stellgliedern (P1, P2 ...), insbesondere von Piezoelementen in einer Kraftstoffinjektoranordnung einer Brennkraftmaschine, umfassend – einen Ladekondensator (C1), der von einer Energiequelle (
12 ) auf eine bezüglich eines Bezugspotentials (GND) vorgegebene Ladespannung (U) aufgeladen wird, – Ladekreise zum Aufladen jeweils eines der kapazitiven Stellglieder (P1, P2 ...), welche parallel zu dem Ladekondensator (C1) geschaltet sind und in welchen jeweils eines der kapazitiven Stellglieder (P1, P2 ...) in Reihenschaltung mit einer Drossel (L) und einem Auswahl/Ladeschalter (T2', T2'' ...) angeordnet ist, wobei die Ladekreise einen die Drossel (L) enthaltenden gemeinsamen Ladekreisabschnitt und entsprechend der Anzahl an kapazitiven Stellgliedern (P1, P2 ...) mehrfach parallel zueinander ausgeführte Ladekreisabschnitte aufweisen, die jeweils einen der den kapazitiven Stellgliedern (P1, P2 ...) in Reihe geschalteten Auswahl/Ladeschalter (T2', T2'') enthalten, und – Entladekreise zum Entladen jeweils eines der kapazitiven Stellglieder (P1, P2 ...), welche parallel zu den aus der Drossel (L) und den kapazitiven Stellgliedern (P1, P2 ...) gebildeten Reihenschaltungen geschaltet sind und einen Entladeschalter (T1) enthalten, wobei die Entladekreise einen den Entladeschalter (T1) enthaltenden gemeinsamen Entladekreisabschnitt und entsprechend der Anzahl an kapazitiven Stellgliedern (P1, P2 ...) mehrfach parallel zueinander ausgeführte Entladekreisabschnitte aufweisen, die jeweils eine Entkopplungsdiode (D2', D2'' ...) enthalten. - Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei zwischen der Drossel (L) und jedem der kapazitiven Stellglieder (P1, P2 ...) jeweils ein eine Freilaufdiode (D1', D1'', ...) enthaltender Lade-Freilaufpfad gebildet ist.
- Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Strommesswiderstand (Rs1, Rs2) vorgesehen ist, der einen Teil des gemeinsamen Ladekreisabschnitts und/oder des gemeinsamen Entladekreisabschnitts bildet.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102004003838A DE102004003838B4 (de) | 2004-01-26 | 2004-01-26 | Schaltungsanordnung zum Aufladen und Entladen von mehreren kapazitiven Stellgliedern |
FR0500586A FR2865500B1 (fr) | 2004-01-26 | 2005-01-20 | Montage pour charger et decharger une pluralite d'actionneurs capacitifs |
US11/043,321 US7336018B2 (en) | 2004-01-26 | 2005-01-26 | Circuit configuration for charging and discharging a plurality of capacitive actuators |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102004003838A DE102004003838B4 (de) | 2004-01-26 | 2004-01-26 | Schaltungsanordnung zum Aufladen und Entladen von mehreren kapazitiven Stellgliedern |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102004003838A1 true DE102004003838A1 (de) | 2005-08-18 |
DE102004003838B4 DE102004003838B4 (de) | 2007-12-13 |
Family
ID=34716730
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102004003838A Expired - Fee Related DE102004003838B4 (de) | 2004-01-26 | 2004-01-26 | Schaltungsanordnung zum Aufladen und Entladen von mehreren kapazitiven Stellgliedern |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7336018B2 (de) |
DE (1) | DE102004003838B4 (de) |
FR (1) | FR2865500B1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006031079A1 (de) * | 2006-07-05 | 2008-01-10 | Siemens Ag | Piezoaktor |
WO2008116747A1 (de) * | 2007-03-26 | 2008-10-02 | Robert Bosch Gmbh | Ansteuerschaltung und ansteuerverfahren für ein piezoelektrisches element |
DE102008029798A1 (de) * | 2008-06-24 | 2009-12-31 | Continental Automotive Gmbh | Schaltungsanordnung zum Laden eines Piezoaktors |
DE102013220611A1 (de) * | 2013-10-11 | 2015-04-16 | Continental Automotive Gmbh | Schaltungsanordnung zum Laden und Entladen eines kapazitiven Aktuators |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7190102B2 (en) * | 2002-09-05 | 2007-03-13 | Viking Technologies, L.C. | Apparatus and method for charging and discharging a capacitor to a predetermined setpoint |
US7643951B2 (en) * | 2005-05-06 | 2010-01-05 | Stragent, Llc | Battery monitor |
US9717896B2 (en) | 2007-12-18 | 2017-08-01 | Gearbox, Llc | Treatment indications informed by a priori implant information |
US8636670B2 (en) | 2008-05-13 | 2014-01-28 | The Invention Science Fund I, Llc | Circulatory monitoring systems and methods |
US20090287120A1 (en) | 2007-12-18 | 2009-11-19 | Searete Llc, A Limited Liability Corporation Of The State Of Delaware | Circulatory monitoring systems and methods |
US8130904B2 (en) * | 2009-01-29 | 2012-03-06 | The Invention Science Fund I, Llc | Diagnostic delivery service |
US8116429B2 (en) * | 2009-01-29 | 2012-02-14 | The Invention Science Fund I, Llc | Diagnostic delivery service |
US8674663B2 (en) | 2010-03-19 | 2014-03-18 | Texas Instruments Incorporated | Converter and method for extracting maximum power from piezo vibration harvester |
DE102016206476B3 (de) * | 2016-04-18 | 2017-06-14 | Continental Automotive Gmbh | Verfahren zum Betreiben eines diesel-common-rail-piezobetriebenen Servoinjektors und Kraftfahrzeug |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19723935C1 (de) * | 1997-06-06 | 1998-12-17 | Siemens Ag | Vorrichtung und Verfahren zum Ansteuern wenigstens eines kapazitiven Stellgliedes |
DE19814594A1 (de) * | 1998-04-01 | 1999-10-07 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und Vorrichtung zum Laden und Entladen eines piezoelektrischen Elements |
DE19944733A1 (de) * | 1999-09-17 | 2001-03-29 | Siemens Ag | Vorrichtung zum Ansteuern wenigstens eines kapazitiven Stellgliedes |
DE10158553A1 (de) * | 2000-11-30 | 2002-06-13 | Denso Corp | Ansteuerschaltung für einen piezoelektrischen Aktuator und Kraftstoffeinspritzsystem |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BR9007546A (pt) * | 1990-05-08 | 1992-06-30 | Caterpillar Inc | Dispositivo e metodo para acionar um atuador piezoeletrico |
DE19632871C2 (de) * | 1996-08-14 | 1998-07-02 | Siemens Ag | Vorrichtung und Verfahren zum Ansteuern wenigstens eines kapazitiven Stellgliedes |
DE19831599A1 (de) * | 1998-07-14 | 2000-01-20 | Siemens Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern wenigstens eines kapazitiven Stellgliedes |
EP1139448B1 (de) * | 2000-04-01 | 2009-10-21 | Robert Bosch GmbH | Verfahren und Vorrichtung zur Regelung von Spannungen und Spannungsgradienten zum Antrieb eines piezoelektrischen Elements |
EP1138903B1 (de) * | 2000-04-01 | 2004-05-26 | Robert Bosch GmbH | Zeit und Fall-kontrolliertes Aktivierungssystem für die Aufladung und die Entladung von piezoelektrischen Elementen |
JP3765282B2 (ja) * | 2002-04-01 | 2006-04-12 | 株式会社デンソー | ピエゾアクチュエータ駆動回路および燃料噴射装置 |
-
2004
- 2004-01-26 DE DE102004003838A patent/DE102004003838B4/de not_active Expired - Fee Related
-
2005
- 2005-01-20 FR FR0500586A patent/FR2865500B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 2005-01-26 US US11/043,321 patent/US7336018B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19723935C1 (de) * | 1997-06-06 | 1998-12-17 | Siemens Ag | Vorrichtung und Verfahren zum Ansteuern wenigstens eines kapazitiven Stellgliedes |
DE19814594A1 (de) * | 1998-04-01 | 1999-10-07 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und Vorrichtung zum Laden und Entladen eines piezoelektrischen Elements |
DE19944733A1 (de) * | 1999-09-17 | 2001-03-29 | Siemens Ag | Vorrichtung zum Ansteuern wenigstens eines kapazitiven Stellgliedes |
DE10158553A1 (de) * | 2000-11-30 | 2002-06-13 | Denso Corp | Ansteuerschaltung für einen piezoelektrischen Aktuator und Kraftstoffeinspritzsystem |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006031079A1 (de) * | 2006-07-05 | 2008-01-10 | Siemens Ag | Piezoaktor |
DE102006031079B4 (de) * | 2006-07-05 | 2010-04-08 | Siemens Ag | Werkzeugmaschine mit einem Piezoaktor |
US8040017B2 (en) | 2006-07-05 | 2011-10-18 | Siemens Aktiengesellschaft | Piezoelectric actuator |
WO2008116747A1 (de) * | 2007-03-26 | 2008-10-02 | Robert Bosch Gmbh | Ansteuerschaltung und ansteuerverfahren für ein piezoelektrisches element |
DE102008029798A1 (de) * | 2008-06-24 | 2009-12-31 | Continental Automotive Gmbh | Schaltungsanordnung zum Laden eines Piezoaktors |
DE102008029798B4 (de) * | 2008-06-24 | 2010-06-02 | Continental Automotive Gmbh | Schaltungsanordnung zum Laden eines Piezoaktors |
DE102013220611A1 (de) * | 2013-10-11 | 2015-04-16 | Continental Automotive Gmbh | Schaltungsanordnung zum Laden und Entladen eines kapazitiven Aktuators |
DE102013220611B4 (de) * | 2013-10-11 | 2021-01-28 | Vitesco Technologies GmbH | Schaltungsanordnung zum Laden und Entladen eines kapazitiven Aktuators |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102004003838B4 (de) | 2007-12-13 |
US7336018B2 (en) | 2008-02-26 |
US20050231170A1 (en) | 2005-10-20 |
FR2865500A1 (fr) | 2005-07-29 |
FR2865500B1 (fr) | 2011-03-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1792069B1 (de) | Schaltungsanordnung und verfahren zum laden und entladen wenigstens einer kapazitiven last | |
DE60011038T2 (de) | Zeit und Fall-kontrolliertes Aktivierungssystem für die Aufladung und die Entladung von piezoelektrischen Elementen | |
EP0929911B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum laden und entladen eines piezoelektrischen elements | |
EP0871230B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Laden und Entladen eines piezoelektrischen Elements | |
DE19632872C2 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Ansteuern eines kapazitiven Stellgliedes | |
DE102004003838B4 (de) | Schaltungsanordnung zum Aufladen und Entladen von mehreren kapazitiven Stellgliedern | |
EP2828969B1 (de) | Verfahren zum betrieb eines kapazitiven stellgliedes | |
EP0951741B1 (de) | Vorrichtung und verfahren zum ansteuern wenigstens eines kapazitiven stellgliedes | |
DE19931235C2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Laden eines kapazitiven Stellgliedes | |
DE19734895C2 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Ansteuern wenigstens eines kapazitiven Stellgliedes | |
DE60018549T2 (de) | Brennstoffeinspritzanlage | |
DE10033343A1 (de) | Kraftstoffeinspritzanlage für einen Verbrennungsmotor | |
DE602004004664T2 (de) | Vorrichtung zum Steuern der Elektroeinspritzventile und Elektroventile einer Brennkraftmaschine und eine Methode dafür | |
EP0986704B1 (de) | Vorrichtung und verfahren zum ansteuern wenigstens eines kapazitiven stellgliedes | |
EP1628010A2 (de) | Verfahren und Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Piezoaktors | |
DE60023796T2 (de) | Anordnung und Steuerschaltung eines piezoelektrisches Antriebs | |
DE10303779A1 (de) | Vorrichtung zum Laden und Entladen piezoelektrischer Elemente | |
DE10307000B4 (de) | Leistungsendstufe für kapazitive Lasten und Verfahren zu deren Betrieb | |
DE102004003836B4 (de) | Schaltungsanordnung zum Aufladen und Entladen eines kapazitiven Stellglieds | |
DE102009006618A1 (de) | Schaltungsanordnung zum Betreiben eines elektrischen Verbrauchers und Verfahren zum Schalten eines Halbleiterschalters, insbesondere eines MOSFETs | |
DE10314566A1 (de) | Ansteuerschaltung für piezoelektrische Bauteile | |
DE10328623B4 (de) | Konverterschaltung und Brennkraftmaschine | |
DE102004058671A1 (de) | Elektrische Schaltung zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Elements insbesondere einer Kraftstoffeinspritzanlage eines Kraftfahrzeugs | |
DE102009056802B4 (de) | Ansteuerelektronik für ein elektromagnetisch betätigtes Ventil zum Betrieb einer hydrostatischen Verdrängereinheit | |
DE102005050551A1 (de) | Energieversorgungseinheit für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Energieversorgungseinheit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH, 30165 HANNOVER, DE |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: VITESCO TECHNOLOGIES GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH, 30165 HANNOVER, DE |