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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung und ein Ansteuerverfahren
für ein piezoelektrisches Element zum Einspritzen von Kraftstoff
in einen Brennraum.
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STAND DER TECHNIK
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Ansteuervorrichtungen
für piezoelektrische Elemente werden z. B. in Kraftstoffeinspritzsystemen eines
Kraftfahrzeugs eingesetzt. Die piezoelektrische Elemente dienen
als Stellglieder, wobei die Funktionsfähigkeit des Kraftstoffeinspritzsystems
auf einer exakten Ansteuerung der Stellglieder mit einem Steuerstrom
beruht.
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In
der
DE 10 2004
037 720 A1 ist eine Ansteuerschaltung für ein
Stellglied beschrieben, wobei ein piezoelektrisches Element angesteuert
wird, welches beispielsweise eine Ventilnadel eines Einspritzventils
bewegt, um eine Kraftstoffeinspritzung in einen Brennraum der Brennkraftmaschine
zu bewirken.
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In
der
DE 10 2004
058 671 A1 ist eine weitere elektrische Schaltung zur Ansteuerung
von piezoelektrischen Elementen insbesondere einer Kraftstoffeinspritzanlage
eines Kraftfahrzeugs offenbart, welche Reihenschaltungen von piezoelektrischen
Elementen und Auswahltransistoren aufweist, die zueinander parallel
geschaltet sind. Die Sekundärseite eines Gleichspannungswandlers
ist über eine Diode mit einem Pufferkondensator verbunden,
welcher ein Betriebspotential von bis zu 330 V Gleichspannung gegen
ein Massenpotential des Kraftfahrzeugs bereitstellt. Das Betriebspotential
kann den Anoden der piezoelektrischen Elemente über mit
einem Steuersignal ansteuerbare Schalttransistoren zugeführt
werden, wobei jeweils ein piezoelektrisches Element mittels der
Auswahltransistoren ausgewählt wird. Hierbei sind zwei
in Serie geschaltete Schalttransistoren bereitgestellt, deren gemeinsamer
Anschlusspunkt mit einer Anode des anzusteuernden piezoelektrischen
Elements gekoppelt ist, und von welchen jeweils einer zur Aufladung
bzw. Entladung der Anode des piezoelektrischen Elements vorgesehen
ist. An der Kathode liegt dabei Massepotential an.
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Eine
anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), die das Steuersignal
für die Schalttransistoren bereitstellt, steuert und/oder
regelt den Lade- und Entladevorgang der piezoelektrischen Elemente
in Abhängigkeit vom tatsächlich gemessenen Lade-
bzw. Entladestrom. Lade- und Entladestrom sind dazu über
niederohmige Messwiderstände geführt, die an einem
Anschlussende mit dem Massepotential verbunden sind, so dass an
ihrem jeweils anderen Anschlussende eine geringe, dem zu messenden
Strom proportionale Messspannung gegenüber dem Massepotential
entsteht, die der ASIC direkt zugeführt wird.
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Firmenintern
sind weiterhin Piezo-Endstufen bekannt, bei denen die piezoelektrischen
Elemente anodenseitig auf 250 V und kathodenseitig auf 45 V geladen
werden. Es werden also zwei Gleichspannungen bereitgestellt, welche über
eine geeignete Schaltvorrichtung an die Elektroden der piezoelektrischen
Elemente gelegt werden. Dabei sind die piezoelektrischen Elemente
kathodenseitig fest mit einem Potential von 45 V verbunden.
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Bei
dieser Anordnung ist es jedoch unmöglich, einen zur Messung
des Ladestroms mit dem piezoelektrischen Element in Reihe zu schaltenden Messwiderstand
derart in den Stromkreis einzufügen, dass er an einem Anschlussende
mit dem Massepotential verbunden ist. Beide Anschlussenden des Messwiderstands,
zwischen denen die Messspannung abfällt, befinden sich
vielmehr auf einem Potential von etwa 45 V oder etwa 250 V, je nachdem,
auf welcher Seite des piezoelektrischen Elements der Messwiderstand
eingefügt ist. Da herkömmliche ASIC nur eine Spannungsfestigkeit
von beispielsweise 5 V gegenüber dem Massepotential aufweisen,
kann die am Messwiderstand abfallende Messspannung einem solchen
ASIC nicht unmittelbar zugeführt werden. Den ASIC mit einer
entsprechend höheren Spannungsfestigkeit von mindestens 45
V auszuführen würde jedoch die Herstellungs- und
Entwicklungskosten wie auch die Baugröße des ASIC
erheblich erhöhen.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher
darin, eine kostengünstige Ansteuerschaltung für
ein piezoelektrisches Element zu schaffen, die ermöglicht,
einen Lade- oder Entladestrom des piezoelektrischen Elements zu
messen, in Gegenwart einer Spannung gegenüber dem Massepotential,
die die Spannungsfestigkeit herkömmlicher integrierter
Schaltungen übersteigt.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Zur
Lösung wird erfindungsgemäß eine Ansteuerschaltung
für ein piezoelektrisches Element zum Einspritzen von Kraftstoff
in einen Brennraum mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.
Ferner wird ein Ansteuerverfahren zum Ansteuern eines piezoelektrischen
Elements zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum angegeben,
welches die in dem nebengeordneten Anspruch 11 enthaltenen Schritte
aufweist.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein
wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, eine Steuereinheit
zum Steuern des Ladestroms des piezoelektrischen Elements und eine Ladestrommesseinheit
zum Messen des Ladestroms getrennt vorzusehen. Somit kann die Ladestrommesseinheit
in einer Bauweise ausgeführt werden, die hinreichend spannungsfest
ist, um dem an der Messstelle gegenwärtigen Potential zu
widerstehen, während die Steuereinheit in herkömmlicher
Bauweise, z. B. mit einer Spannungsfestigkeit von etwa 5 V, kostengünstig
ausgeführt werden kann. Diese Trennung ist besonders vorteilhaft,
da die Steuereinheit im Vergleich zur Ladestrommesseinheit umfangreichere
Funktionen ausführt, so dass eine kostengünstige
Herstellung der Steuereinheit besonders ins Gewicht fällt.
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Ermöglicht
wird die Trennung dadurch, dass die Ladestrommesseinheit derart
ausgeführt wird, dass sie ein Messsignal abgibt, das ständig
innerhalb der Grenzen einer durch die Spannungsfestigkeit der Steuereinheit
gegebenen, maximal von der Steuereinheit tolerierten Spannung gegenüber
dem Massepotential liegt.
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Gemäß einem
allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung umfasst die erfindungsgemäße
Ansteuerschaltung eine Ladeschalteinheit, die einen durch das piezoelektrische
Element fließenden Ladestrom zwischen einem ersten und
zweiten Spannungspotential einschaltet. Angesteuert wird die Ladeschalteinheit
durch eine Steuereinheit, die eine Spannungsfestigkeit gegenüber
einem Massepotential aufweist, die geringer ist als das erste Spannungspotential.
Weiterhin vorgesehen ist eine Ladestrommesseinheit, die auf Seite
des ersten Spannungspotentials mit dem piezoelektrischen Element in
Reihe geschaltet ist. Die Ladestrommesseinheit stellt der Steuereinheit
ein Messsignal bereit, das gegenüber dem Massepotential
eine geringere Maximalspannung als die Spannungsfestigkeit der Steuereinheit
aufweist.
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Dadurch,
dass die Ladestrommesseinheit auf Seite des ersten Spannungspotentials
mit dem piezoelektrischen Element in Reihe geschaltet ist, ergibt
sich eine so genannte „high-side"-Strommessung, die von
besonderem Vorteil ist, wenn das zweite Spannungspotential mit dem
Massepotential identisch gewählt ist. Zum Beispiel kann
die Steuerschaltung einen Kurzschluss gegen Masse als einen plötzlich
auftretenden Kurzschlussstrom registrieren und entsprechende Gegenmaßnahmen
treffen. Dies ist von Bedeutung insbesondere im Kraftfahrzeugbau, wo
die Fahrzeugkarosserie als Massepotential dient.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist das zweite Spannungspotential höher
als die Spannungsfestigkeit der Steuereinheit. Eine solche Ansteuerschaltung
ermöglicht z. B. die Ansteuerung der eingangs beschriebenen
Anordnung, bei der ein Ladestrom zwischen einem Potential von 250
V und einem Potential von 45 V fließt. Vorzugsweise ist
das zweite Spannungspotential auch höher als das erste Spannungspotential,
da in diesem Fall der Ladestrom in Gegenwart des kleineren der beiden
zur Auswahl stehenden Potentiale gemessen wird, so dass es ausreicht,
die Ladestrommesseinheit mit für das erste Spannungspotential
entsprechend eingeschränkter Spannungsfestigkeit und damit
kostengünstiger hergestellt werden kann.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist weiterhin eine Entladeschalteinheit
vorgesehen, die einen Entladestrom einschaltet, der zwischen dem Massepotential
und dem ersten Spannungspotential durch das piezoelektrische Element
fließt. Hierbei ist von Vorteil, dass sowohl der Lade-
als auch der Entladestrom durch die Ladestrommesseinheit fließen und
daher von ihr erfasst werden können, da die Ladestrommesseinheit
mit dem piezoelektrischen Element auf Seite des ersten Spannungspotentials
in Reihe geschaltet ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung umfasst die Ladeschalteinheit eine Treibereinheit,
die gegenüber dem Massepotential eine höhere Spannungsfestigkeit
als das erste und zweite Spannungspotential aufweist. Hierdurch
wird ermöglicht, ein galvanisch nicht trennendes Schaltelement
wie z. B. einen bipolaren Transistor zum Schalten des Ladestroms
einzusetzen. Da die Treiberschaltung spannungsfest gegenüber
den geschalteten Potentialen ist, kann die Steuereinheit das Schaltelement über die
Treibereinheit auch dann ansteuern, wenn sie selbst nicht hinreichend
spannungsfest gegenüber den geschalteten Potentialen ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung umfasst die Ladestrommesseinheit ein Widerstandselement,
das mit dem piezoelektrischen Element in Reihe geschaltet ist und
eine Spannungsmessschaltung, die einen Spannungsabfall am Widerstandselement
misst. Für den Widerstand kann ein sehr kleiner Wert wie
z. B. 20 mΩ verwendet werden, so dass eine möglichst
geringe Leistung verbraucht wird. Dabei umfasst vorzugsweise die
Spannungsmessschaltung einen Differenzverstärker, insbesondere
einen Operationsverstärker, der die an einem kleinen Widerstand
abfallende Spannung entsprechen verstärkt.
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Vorzugsweise
umfasst die Spannungsmessschaltung weiterhin einen ersten und zweiten
Spannungsteiler. Der erste Spannungsteiler teilt eine erste Spannung
zwischen einem ersten Anschlussende des Widerstandselements und
dem Massepotential und führt eine Teilspannung der ersten
Spannung einem ersten Eingang des Differenzverstärkers
zu. Entsprechend teilt der zweite Spannungsteiler eine erste Spannung
zwischen einem zweiten Anschlussende des Widerstandselements und
dem Massepotential und führt eine Teilspannung der zweiten
Spannung einem ersten Eingang des Differenzverstärkers zu.
Auf diese Weise wird es möglich, den Differenzverstärker
kostengünstig in gegenüber dem am Messwiderstand
gegenwärtigen ersten Spannungspotential nicht spannungsfester
Bauweise auszuführen. Es reicht vielmehr aus, die Spannungsteiler
entsprechend spannungsfest vorzusehen. Die Spannungsmessschaltung
weist vorzugsweise ein Rückkopplungselement auf, das ein
Ausgangssignal des Differenzverstärkers mit einem Eingang
des Differenzverstärkers rückkoppelt.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist die Spannungsmessschaltung als Integrierte
Schaltung ausgebildet. Auf diese Weise lassen sich insbesondere
die Spannungsteiler mit besonders hoher Präzision herstellen,
was die Genauigkeit der Ladestrommessung erhöht. Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist ebenfalls die Steuereinheit kostengünstig
als Integrierte Schaltung ausgebildet.
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Gemäß dem
erfindungsgemäßen Ansteuerverfahren zum Ansteuern
eines piezoelektrischen Elements wird zunächst ein erstes
Spannungspotential relativ zu einem Massepotential vorgegeben. Sodann
wird einerseits eine Ladestrommesseinheit bereitgestellt, die an
einem ersten Anschluss mit einer ersten Elektrode des piezoelektrischen
Elements verbunden ist und eine Spannungsfestigkeit gegenüber
dem Massepotential aufweist, welche mindestens so hoch ist wie das
erste Spannungspotential. Andererseits bereitgestellt wird eine
Steuereinheit, die eine Spannungsfestigkeit gegenüber dem Massepotential
aufweist, welche niedriger ist als das erste Spannungspotential.
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In
einem weiteren Schritt wird ein zweiter Anschluss der Ladestrommesseinheit
auf das erste Spannungspotential festgelegt. Die Ladestrommesseinheit
ermittelt einen Ladestrom durch das piezoelektrische Element und übermittelt
an die Steuereinheit ein vom Ladestrom abhängiges Messsignal,
das eine Spannungsamplitude gegenüber dem Massepotential
aufweist, die die Spannungsfestigkeit der Steuereinheit nicht übersteigt.
Die Steuereinheit steuert in Abhängigkeit vom Messsignal
ein zweites Spannungspotential an einer zweiten Elektrode des piezoelektrischen
Elements.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen
und beigefügter Figuren erläutert. In den Figuren
zeigen:
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1 ein
schematisches Schaltbild einer Ansteuerschaltung für ein
piezoelektrisches Element zum Einspritzen von Kraftstoff in einen
Brennraum, gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ein
schematisches Schaltbild einer Ansteuerschaltung für ein
piezoelektrisches Element gemäß einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 ein
Schaltdiagramm einer Spannungsmesseinheit für die Ansteuerschaltung
für ein piezoelektrisches Element aus 1 oder 2.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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1 zeigt
als schematisches Schaltbild eine Ansteuerschaltung 100 für
ein piezoelektrisches Element 102, das zum Einspritzen
von Kraftstoff in einen nicht gezeigten Brennraum dient. Das piezoelektrische
Element 102 ist dazu zweckmäßigerweise
in der Nähe des Brennraums angeordnet und über Steckverbindungen 122 mit
der Ansteuerschaltung 100 verbunden. Das piezoelektrische
Element 102 ist zu einer Seite mit einem niederohmigen
Messwiderstand 114 und zur anderen Seite mit einer als
Schalttransistor 104 ausgebildeten Ladeschalteinheit 104 in
Reihe geschaltet, wobei der Kollektor des Schalttransistors 104 mit
dem piezoelektrischen Element 102 verbunden ist. Am freien
Ende des Messwiderstands sind ein gegenüber einem Massepotential 112 definiertes
erstes Spannungspotential 106, und am Emitter des Schalttransistors 104 ein
ebenso gegenüber dem Massepotential 112 definiertes
zweites Spannungspotential 108 angelegt. Das erste Spannungspotential 106 beträgt
im vorliegenden Beispiel +200 V gegenüber dem Massepotential,
während das zweite Spannungspotential 108 als
identisch mit dem Massepotential 112 angenommen werden
soll.
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Die
Basis des Schalttransistors 104 ist mit einer als Block
dargestellten Steuereinheit 110 verbunden, die den Schalttransistor 104 ansteuert.
Die Steuereinheit ist als eine anwendungsspezifische integrierte
Schaltung (ASIC) ausgeführt. Sie wird durch eine Versorgungsspannungsquelle 120 mit
Energie versorgt, die eine gegenüber dem Massepotential 122 definierte
Versorgungsspannung von 3,3 V bereitstellt. Die Steuereinheit kann
anliegenden Spannungen gegenüber dem Massepotential 112 nur
bis zu einem Grenzbetrag widerstehen, der so genannten Spannungsfestigkeit,
die bei der dargestellten Ausführungsform beispielhaft
3,6 V beträgt und damit kleiner ist als das erste Spannungspotential 106.
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Parallel
zum Messwiderstand 114 geschaltet ist eine Spannungsmesseinheit 116 vorgesehen,
die eine am Messwiderstand 114 abfallende Spannung misst
und aus dieser ein Messsignal 118 gewinnt, das sie der
Steuereinheit 110 bereitstellt. Spannungsmesseinheit 116 und
Widerstand 114 bilden eine Strommesseinheit zum Messen
eines durch den Messwiderstand 114 fließenden
Ladestroms 126. Bei dem Messsignal 118 handelt
es sich im vorliegenden Fall um ein Spannungssignal mit einer Amplitude
von maximal 3,3 V gegenüber dem Massepotential 122, d.
h. geringer als die Spannungsfestigkeit der Steuereinheit 110 von
3,6 V.
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Im
Betrieb steuert die Steuereinheit den Schalttransistor 104 an,
dessen Kollektor-Emitter-Strecke leitend wird und eine Elektrode
des piezoelektrischen Elements mit dem zweiten Spannungspotential 108,
d. h. im vorliegenden Beispiel mit einem Potential von 0 V gegenüber
dem Massepotential 112 verbindet. Dadurch beginnt ein das
piezoelektrische Element 102 aufladender Ladestrom 126 zwischen
dem ersten Spannungspotential 106 und dem zweiten Spannungspotential 108 zu
fließen. Der Ladestrom 126 durchfließt
den Messwiderstand 114, an dem eine dem Ladestrom 126 proportionale Messspannung 124 abfällt.
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Bei
einem beispielhaft angenommenen Ladestrom von 1 A und einem Widerstandswert
von 20 mΩ beträgt die Messspannung 20 mV. Da der
Messwiderstand 114 an einem Ende mit dem ersten Spannungspotential 106 von
200 V verbunden ist, liegt das andere Ende auf einem Potential von
199,98 V. Die Spannungsmesseinheit bestimmt die am Messwiderstand 114 anliegende
Spannung 124 und kodiert diese als eine Amplitude des Messsignals 118,
z. B. in diesem Fall 2 V, die gegenüber dem Massepotential 112 definiert
ist und innerhalb der durch die Spannungsfestigkeit der Steuereinheit 110 gegebenen Grenzen
liegt. Die Spannungsmesseinheit 116 führt der
Steuereinheit 110 das Messsignal 118 zu, die z. B.
bei Erreichen eines gewünschten Werts des Ladestroms 126 den
Schalttransistor 104 derart ansteuert, dass der Ladestrom 126 unterbrochen
wird.
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2 zeigt
eine Ansteuerschaltung 100 für ein piezoelektrisches
Element 102 gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform
werden durch eine nicht gezeigte Spannungsquelle ein erstes Spannungspotential 106 von
+45 V und ein zweites Spannungspotential 108 von +220 V
bereitgestellt, die jeweils gegenüber einem Massepotential 112 definiert
sind. Zur Stabilisierung der Spannungspotentiale 106, 108 sind
zwischen dem ersten 106 und zweiten 108 Spannungspotential
sowie zwischen dem Massepotential 112 und dem ersten Spannungspotential 106 jeweils
Pufferkondensatoren 204, 206 vorgesehen.
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Das
piezoelektrische Element 102 ist zu einer Seite mit einem
niederohmigen Messwiderstand 114 und zur anderen Seite
mit einer Strom begrenzenden Drossel 208 in Reihe geschaltet,
wobei das freie Ende des Messwiderstandes 114 mit dem ersten
Spannungspotential 106 verbunden ist. Das freie Ende der
Drossel ist durch eine aus einem ersten Schalttransistor 104 und
einer Treibereinheit 202 gebildete Ladeschalteinheit trennbar
mit dem zweiten Spannungspotential 108 und durch eine aus
einem zweiten Schalttransistor 200 gebildete Entladeschalteinheit 200 ebenfalls
trennbar mit dem Massepotential 112 verbunden. Zur Ansteuerung
der Ladeschalteinheit 202, 104 und die Entladeschalteinheit 200 ist eine
gemeinsame Steuereinheit 110 vorgesehen, die als integrierte
Schaltung ausgebildet ist und eine Spannungsfestigkeit von 5 V gegenüber
dem Massepotential 112 aufweist.
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Wie
in der ersten Ausführungsform ist eine Spannungsmesseinheit 116 parallel
zum Messwiderstand 114 geschaltet, die eine am Messwiderstand 114 abfallende
Spannung misst und aus dieser ein Ladestrommesssignal 118 gewinnt,
das sie der Steuereinheit 110 bereitstellt. Spannungsmesseinheit 116 und
Widerstand 114 bilden eine Ladestrommesseinheit zum Messen
eines durch den Messwiderstand 114 fließenden
Ladestroms 126. Bei dem Ladestrommesssignal 118 handelt
es sich um ein Spannungssignal mit einer Amplitude von maximal 4
V gegenüber dem Massepotential 122, d. h. geringer
als die Spannungsfestigkeit der Steuereinheit 110 von 5
V.
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Zusätzlich
ist bei der vorliegenden Ausführungsform eine Ladespannungsüberwachungseinheit 210 vorgesehen,
die die am piezoelektrischen Element 102 anliegende Ladespannung
misst und der Steuereinheit ein entsprechendes Ladespannungsüberwachungssignal 212 bereitstellt.
Bei dem Ladespannungsüberwachungssignal 212 handelt
es sich ebenfalls um ein Spannungssignal mit einer Amplitude von
maximal 4 V gegenüber dem Massepotential 122,
d. h. ebenfalls geringer als die Spannungsfestigkeit der Steuereinheit 110 von
5 V.
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Im
Betrieb steuert die Steuereinheit 110 über die
Treibereinheit 202 den ersten Schalttransistor 104 an.
Der Schalttransistor wird leitend und verbindet die nicht mit dem
Messwiderstand verbundene Elektrode des piezoelektrischen Elements über
die Drossel 288 mit dem zweiten Spannungspotential 108.
Wie für die erste Ausführungsform beschrieben, misst
die Spannungsmesseinheit 116 über den Spannungsabfall
am Messwiderstand 114 einen Ladestrom 126, der
in diesem Fall zwischen dem zweiten Spannungspotential 108 und
dem ersten Spannungspotential 106 fließt. Bei
einem angenommenen Spannungsabfall von 20 mV liegen die Anschlussenden
des Messwiderstands 114 dabei jeweils auf einem Potential
von +45,00 V bzw. +45,02 V, d. h. auf einem Potential, das höher
ist als die Spannungsfestigkeit von 5 V, die die Steuereinheit 110 gegenüber dem
Massepotential aufweist.
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Wenn
die Steuereinheit 110 den ersten Transistor 104 nichtleitend
und den zweiten Transistor leitend schaltet, fließt ein
Entladestrom 218 vom ersten Spannungspotential 106 zum
Massepotential 112 durch das piezoelektrische Element,
in umgekehrter Richtung zum Ladestrom 126. Die Spannungsmesseinheit 116 misst
nun über den Spannungsabfall am Messwiderstand 114 den
Entladestrom 218. Bei einem angenommenen Spannungsabfall
von 20 mV liegen die Anschlussenden des Messwiderstands 114 dabei
jeweils auf einem Potential von +44,98 V bzw. +45,00 V, d. h. ebenfalls
auf einem Potential, das höher ist als die Spannungsfestigkeit
der Steuereinheit 110.
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3 zeigt
ein Schaltdiagramm einer Spannungsmesseinheit 116, wie
sie in den oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung
verwendet werden kann. Die Spannungsmesseinheit 116 ist
als eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) ausgeführt
und bezieht an einem Versorgungsspannungseingang 120 eine
Versorgungsspannung von +3,3 V gegenüber dem Massepotential 112,
für das ebenfalls ein Anschlusskontakt 112 vorhanden
ist.
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Die
an den Enden des Messwiderstands abgegriffenen Potentiale 324, 326,
zwischen denen eine Spannung zu messen ist, werden der Spannungsmesseinheit 116 über
entsprechende Eingangskontakte zugeführt. Die Spannungen,
die die beiden Potentiale 324, 326 jeweils gegenüber
dem Massepotential 112 aufweisen, werden jeweils in einem
aus einer Widerstandskette 302, 306, 308 bzw. in
einem aus einer Widerstandskette 304, 310, 312 bestehenden
Spannungsteiler geteilt. Eine resultierende Teilspannung wird jeweils
einem nicht invertierenden 320 bzw. einem invertierenden 322 Eingang eines
Operationsverstärkers 300 zugeführt.
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Weiterhin
vorgesehen ist ein Rückkopplungswiderstand 314,
der einen Verstärkungsgrad des Operationsverstärkers
festlegt. Zwei Vorspannungseingänge 328, 330 können
bei Bedarf mit einem oder zwei Vorspannungspotentialen beschaltet werden,
die über Widerstände 316, 306 bzw. 318, 206 dem
nicht invertierenden Eingang 320 des Operationsverstärkers
zugeführt werden und eine Nullpunktspannung festlegen,
die am Ausgang 332 abgegeben wird, wenn die an den Eingängen 324, 326 der
Spannungsmesseinheit 116 anliegenden Potentiale identisch
sind. Auf diese Weise kann z. B. eingestellt werden, dass im Fall
der in 2 gezeigten Ausführungsform ein Messsignal
an die Steuereinheit abgegeben wird, das +2 V beträgt,
wenn kein Strom durch das piezoelektrische Element fließt,
zwischen mehr als +2 V und +3,3 V beträgt, wenn ein Ladestrom
fließt, und zwischen +0,7 V und weniger als +2 V beträgt,
wenn ein Entladestrom fließt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004037720
A1 [0003]
- - DE 102004058671 A1 [0004]