DE102007053038A1

DE102007053038A1 - Ansteuerschaltung

Info

Publication number: DE102007053038A1
Application number: DE200710053038
Authority: DE
Inventors: Stefan Doehren; Andreas Koch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-11-07
Filing date: 2007-11-07
Publication date: 2009-05-14
Also published as: CN101429899A; CN101429899B

Abstract

Eine Ansteuerschaltung (100) mit einem Niederspannungsbereich und einem Hochspannungsbereich weist einen Stromregler (110) mit einem ersten Komparator (131) mit Hysterese zum Regeln eines bereitzustellenden Stroms auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Bei Brennkraftmaschinen kann die Kraftstoffzumessung mittels Ventilen oder Injektoren erfolgen. Eine Ansteuerung der Injektoren kann dabei durch Einspritzendstufenkonzepte bestimmt werden. Mittels einer Boosterstufe kann zu Beginn einer Einspritzung mit einer über der Batteriespannung liegenden Spannung von typischerweise 48 V ein schnelles Öffnen des Injektors erwirkt werden. Steuergeräte-Einspritzendstufenkonzepte für Common-Rail mit Magnetventilinjektoren, d. h. Spulen oder Aktoren, können über einen integrierten Schaltkreis mit integrierter Statemachine bzw. integriertem Zustandsautomaten gesteuert werden. Der integrierte Schaltkreis kann dabei einen High-Side-Pfad und einen Low-Side-Pfad aufweisen, die jeweils mit einer Anschlussseite des Injektors verbunden sind. Über einen High-Side-Shunt kann ein Strom im High-Side-Pfad kontinuierlich gemessen und mit einem Strom im Low-Side-Pfad verglichen werden. So können Kurzschlussströme auf beiden Anschlussseiten des Injektors detektiert werden. Eine Abschaltung der Common Rail-Endstufe nach einem Kurzschluss gegen Batteriespannung oder Masse ist somit innerhalb weniger Mikrosekunden möglich. Eine Zerstörung oder Beschädigung der Common-Rail-Endstufe durch Kurzschlüsse kann somit vermieden werden.
Die Common-Rail Konzepte halten auch in Schwellenländern Einzug. Insbesondere für Dreirad-Fahrzeuge mit Ein- und Zwei-Zylinder-Motoren sind die in Europa bekannten Einspritzendstufenkonzepte zu teuer. Zudem liegen die Systemanforderungen in Schwellenländern deutlich unter denen in Europa. Typische Systemanforderungen in Schwellenländern sind beispielsweise Ein- und Zwei-Zylinder-Motoren mit maximal 2000 ... 4500 U/min, 1100 ... 1450 bar Systemdruck und maximal drei Einspritzungen/Zylinder.
Common Rail Ansteuerschaltkreise ohne eine Boosterstufe und ohne eine Stromerfassung im High-Side-Strompfad sind zwar kostengünstiger zu realisieren, bieten dafür aber nur eingeschränkte Diagnosemöglichkeiten.
Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung eine Ansteuerschaltung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
Kern der Erfindung ist eine kostengünstige elektronische Ansteuerschaltung, die beispielsweise für eine Common-Rail Endstufe in einem Steuergerät geeignet ist. Unter Verwendung von einfachen und kostengünstigen elektronischen Schaltkreisen und ausgeweiteten Diagnosefunktionen kann eine Ansteuerelektronik realisiert werden, die beispielsweise als Schaltkreis für eine Common-Rail Endstufe eines Dieselsteuergeräts eingesetzt werden kann. Die Schaltungstopologie eignet sich prinzipiell auch für BDE-Systeme, d. h. Benzin-Diesel-Einspritzsysteme.
Der erfindungsgemäße Ansatz bietet beim Einsatz in einer Common-Rail Ansteuerschaltung eine Reihe von Vorteilen. Insbesondere kann sich eine Kosteneinsparung gegenüber einem bisher eingesetzten Standardmodul ergeben, gemäß dem die Ansteuerung der Common-Rail Endstufe über einen eigens entwickelten Peripherie-Baustein erfolgt. Durch eine diskrete Realisierung kann sich auch eine Variabilität der Ansteuerschaltung erhöhen. Bei einem Entfall von Komponenten braucht beispielsweise ein Vorhalt in einem Peripherie-IC (IC = Integrierte Schaltung), die auf ein Sechs-Zylinderbetrieb-Hüllkurvendesign ausgelegt bzw. optimiert ist, nicht unbenutzt mit in einem Steuergerät für ein Schwellenland verbaut werden. Ein Entfall von Komponenten ergibt sich beispielsweise durch einen Unterschied zwischen Ein- und Zwei-Zylinder Applikationen. Ferner kann unter Verwendung von geschützten High-Side-Schaltern mit einer Kurzschlussbegrenzung und einem Diagnoseausgang auf eine Messung des High-Side-Stroms verzichtet werden. Eine Stromregelung kann durch Schwellwertkomparatoren erfolgen. Minimale und maximale Stromregelschwellen können kostengünstig über eine Hysterese eines Schwellwertkomparators realisiert werden. Dabei ist keine Software-Regelung erforderlich. Eine Vorgabe der unterschiedlichen Stromschwellen für eine Boosterphase, Anzugsstromphase, Haltestromphase und Rechargestromphase kann über eine Pulszählermodulation, beispielsweise über ein PWM-Ausgangssignal auf einem RC-Glied oder einen Spannungsteiler mit Umschaltfunktion realisiert werden. Bei einem Überstrom im Low-Side-Pfad kann eine automatische Abschaltung eines Low-Side-Schalters erfolgen. Ferner sind ein Aufladen oder Rechargen über eine Injektorinduktivität zur Erzeugung einer Boosterspannung möglich. Dabei können bekannte Konzepte und Schaltungen ohne große Änderung wieder verwendet werden.
Gemäß einer Ausgestaltung schafft die vorliegende Erfindung eine Ansteuerschaltung mit einem Niederspannungsbereich bzw. Low-Side-Bereich und einem Hochspannungsbereich bzw. High-Side-Bereich, wobei die Ansteuerschaltung einen Stromregler aufweist, der einen ersten Komparator mit Hysterese zum Regeln eines bereitzustellenden Stroms aufweist.
Der Stromregler kann einen kurzschlussfesten Schalter zum Bereitstellen des Stroms im Hochspannungsbereich aufweisen. Dieser Schalter kann über einen Diagnoseausgang verfügen. Dadurch kann auf eine Messung des Stroms im Hochspannungsbereich verzichtet werden.
Ferner kann der Stromregler einen Differenzverstärker aufweisen, der ausgebildet ist, um an einen ersten Eingang des ersten Komparators eine Differenzverstärkerspannung bereitzustellen, die einem Stromwert im Niederspannungsbereich entspricht. Alternativ kann ggf. ein Operationsverstärker mit Rail to Rail-Bereich verwendet werden. Dadurch lässt sich der Strom im Niederspannungsbereich einfach und kostengünstig erfassen.
Zusätzlich kann der Stromregler eine Einstelleinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, um an einem zweiten Eingang des ersten Komparators mindestens eine vorbestimmte Ein stellspannung bereitzustellen, um den ersten Komparator auf mindestens eine Stromschwelle einzustellen. Somit können kostengünstig unterschiedliche Werte des bereitzustellenden Stroms eingestellt werden.
Der erste Komparator kann eine Rückkoppelschaltung aufweisen, die ausgebildet ist, um den ersten Komparator auf ein Stromband einzustellen. Über das Stromband können minimale und maximale Werte des bereitzustellenden Stroms eingestellt werden.
Ferner kann die Ansteuerschaltung einen Energiespeicher aufweisen, der mittels des Stroms aufladbar ist. Dadurch eignet sich die Ansteuerschaltung beispielsweise als Boosterschaltung für einen Injektor.
Die Ansteuerschaltung kann eine Abschaltsteuerung aufweisen, die ausgebildet ist, um ein Aufladen des Energiespeichers zu unterbrechen. Dadurch lässt sich ein Einspritzendstufenkonzept umsetzen.
Beispielsweise kann die Abschaltsteuerung eine Zeitüberwachungseinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, um das Aufladen abhängig von einer Aufladezeitdauer zu unterbrechen. Somit kann das Aufladen des Energiespeichers nach einer vorbestimmten Zeitdauer beendet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Abschaltsteuerung eine Stromüberwachungseinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, um den Strom zu begrenzen bzw. das Aufladen abhängig von einer Höhe des Stroms zu unterbrechen. Somit kann das Aufladen bzw. die Stromregelung beispielsweise bei Erreichen eines maximalen Stroms abgebrochen werden.
Dazu kann die Abschaltsteuerung einen zweiten Komparator aufweisen, wobei an einem ersten Eingang des zweiten Komparators die mindestens eine vorbestimmte Einstellspannung und an einem zweiten Eingang des zweiten Komparators die Differenzverstärkerspannung bereitstellbar ist.
Ferner kann die Ansteuerschaltung eine Aufladesteuerung aufweisen, die ausgebildet ist, um einen Auflademodus zu aktivieren, in dem ein Aufladen des Energiespeichers erfolgt. Damit lässt sich eine Verwendung des bereitgestellten Stroms steuern.
Die Aufladesteuerung kann ausgebildet sein, um einen Überstromerkennungsmodus zu aktivieren, wenn der Auflademodus nicht aktiviert ist, wobei in dem Überstromerkennungsmodus ein Überstrom in dem Niederspannungsbereich erkannt werden kann. Die Erkennung des Überstroms erlaubt beispielsweise eine Abschaltung, um eine Beschädigung zu vermeiden.
Dazu kann die Aufladesteuerung einen dritten Komparator aufweisen, wobei an einem ersten Eingang des dritten Komparators die Differenzverstärkerspannung bereitstellbar ist.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Ansteuerschaltung zum Ansteuern eines Injektors geeignet. Dadurch lässt sich die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung beispielsweise als kostenoptimierte Ansteuerschaltung für eine Common Rail Endstufe unter Verwendung von Schwellwertkomparatoren mit Hysterese und kurzschlussfesten High Side Schaltern einsetzen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenbeschreibung
1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung.
1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Ansteuerschaltung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Es sei zu verstehen gegeben, dass Modifikationen und/oder Ergänzungen dieses Prinzipschaltbildes möglich sind. Beispielsweise kann es sich bei der Ansteuerschaltung 100 um eine kostenoptimierte Ansteuerschaltung für eine Common Rail Endstufe unter Verwendung von Schwellwertkomparatoren mit Hysterese handeln. Die Ansteuerschaltung 100 ist ausgebildet, um einen Ansteuerstrom bereitzustellen. Der Ansteuerstrom kann zwischen einem ersten und einem zweiten Anschluss der Ansteuerschaltung 100 bereitgestellt werden. Der erste Anschluss ist in einem Hochspannungsbereich (High-Side) und der zweite Anschluss ist in einem Niederspannungsbereich (Low-Side) der Ansteuerschaltung 100 angeordnet. Zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss der Ansteuerschaltung 100 kann ein elektrischer Verbraucher geschaltet werden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist zwischen dem ersten und zweiten Anschluss der Ansteuerschaltung 100 ein Einspritzventil oder Injektor 102 angeschlossen. Ferner kann der von der Ansteuerschaltung 100 bereitgestellte Strom zum Aufladen eines Energiespeichers verwendet werden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Energiespeicher um einen gegen Masse geschalteten Kondensator 112.
Zum Regeln des von der Ansteuerschaltung 100 bereitzustellenden Stroms kann die Ansteuerschaltung 100 einen Stromregler 110 aufweisen. Der Stromregler 110 kann mit dem ersten und zweiten Anschluss der Ansteuerschaltung 100 verbunden sein. Ferner kann die Ansteuerschaltung 100 eine Boosteransteuerung 114 aufweisen. Der Kondensator 112 versorgt die Boosteransteuerung mit der Boosterspannung. Die Boosteransteuerung dient der Ansteuerung eines Ventils mit der Boosterspannung, um das Ventil schneller öffnen zu können. Ferner kann die Ansteuerschaltung 100 eine Aufladesteuerung bzw. Low-Side-Ansteuerung 116 aufweisen. Die Aufladesteuerung bzw. Low-Side-Ansteuerung 116 kann ausgebildet sein, um einen Auflademodus oder einen Überstromerkennungsmodus der Ansteuerschaltung 100 zu aktivieren.
Der Stromregler 110 kann einen Differenzverstärker oder Operationsverstärker 130, einen Komparator 131 und einen Schalter 132 aufweisen. Bei dem Schalter 132 kann es sich um einen kurzschlussfesten Schalter handeln. Der Differenzverstärker 130 kann ausgebildet sein, um einen Strom der Ansteuerschaltung 100 im Niederspannungsbereich zu erfas sen. Der Komparator kann ausgebildet sein, um eine Wert des von der Ansteuerschaltung 100 bereitzustellenden Stroms zu regeln und der Schalter 132 kann ausgebildet sein, um den von der Ansteuerschaltung 100 bereitzustellenden Strom am ersten Anschluss der Ansteuerschaltung 100 bereitzustellen.
Der Differenzverstärker 130 kann zum Erfassen des Stroms im Niederspannungsbereich zwei Eingänge aufweisen, zwischen denen ein Widerstand 134 angeordnet sein kann. Durch den Widerstand 134 kann der zu erfassende Strom im Niederspannungsbereich der Ansteuerschaltung 100 fließen. Dazu können ein Anschluss des Widerstands 134 mit dem zweiten Anschluss der Ansteuerschaltung 100 und ein zweiter Anschluss des Widerstands 134 mit Masse verbunden sein. Der Differenzverstärker 130 kann ausgebildet sein, um an einen ersten Eingang des Komparators 131 eine Spannung bereitzustellen, die einem Wert des durch den Widerstand 134 fließenden Stroms entspricht. Dazu kann ein Ausgang des Differenzverstärkers 130 über einen Widerstand 135 mit dem ersten Eingang des Komparators 131 verbunden sein. Es sei angemerkt, dass anstelle eines Differenzverstärkers auch ein Standardoperationsverstärker eingesetzt werden kann.
Der Komparator 131 kann eine Hysterese aufweisen und zum Regeln des von der Ansteuerschaltung 100 bereitzustellenden Stroms geeignet sein. Zum Einstellen einer Höhe des bereitzustellenden Stroms kann der Komparator mit einer Einstelleinrichtung gekoppelt sein. Beispielsweise kann die Einstelleinrichtung ausgebildet sein, um an den zweiten Eingang des Komparators 131 eine oder eine Mehrzahl von vorbestimmten Einstellspannungen bereitstellen. Mittels jeder der Einstellspannungen kann der Komparator 131 auf eine Stromschwelle eingestellt werden, die wiederum eine Höhe des von der Ansteuerschaltung 100 bereitstellbaren Stroms bestimmt. Die Einstelleinrichtung kann einen Spannungsteiler aufweisen, der wiederum einen Widerstand 136 und einen Widerstand 137 aufweisen kann. Der Widerstand 136 kann zwischen einer Versorgungsspannung und dem zweiten Anschluss des Komparators 131 geschaltet sein. Der Widerstand 137 kann zwischen Masse und dem zweiten Anschluss des Komparators 131 geschaltet sein. Die Einstelleinrichtung kann ferner einen Schalter aufweisen, der wiederum einen Widerstand 138 und einen Transistor 139 aufweist. Der Widerstand 138 kann zwischen dem zweiten Eingang des Komparators 131 und einem Drainanschluss des Transistors 139 geschaltet sein. Ein Sourceanschluss des Transistors 139 kann mit Masse und ein Steueranschluss mit einem Microcontroler verbunden sein. Durch eine entsprechende Ansteuerung durch den Microcontroler kann der Transistor 139 als Strompegelschalter dienen.
Der Komparator 131 kann ferner eine Rückkoppelschaltung aufweisen, mit der der Komparator 131 auf ein Stromband eingestellt werden kann. Das Stromband kann einen oberen und einen unteren Wert des von der Ansteuerschaltung 100 bereitzustellenden Stroms definieren. Dazu kann die Rückkoppelschaltung einen Widerstand 140 aufweisen, der zwischen dem ersten Eingang des Komparators 131 und einem Ausgang des Komparators 131 angeordnet ist.
Der Ausgang des Komparators 131 kann über eine Widerstand 141 mit der Versorgungsspannung verbunden sein. Ferner kann der Ausgang des Komparators 131 mit einem Steueranschluss eines Transistors 142 verbunden sein. Ein Sourceanschluss des Transistors 142 kann mit Masse verbunden sein. Ein Drainanschluss des Transistors 142 kann mit einem Drai nanschluss eines Transistors 143 verbunden sein. Ein Sourceanschluss des Transistors 143 kann mit Masse und ein Steueranschluss mit einem Microcontroler verbunden sein. Durch eine entsprechende Ansteuerung durch den Microcontroler kann der Transistor 143 einen High-Side-Auswahlschalter bilden. Der Drainanschluss des Transistors 142 kann ferner über einen Widerstand 144 mit der Versorgungsspannung und über einen Widerstand 145 mit einem Eingang des Schalters 132 verbunden sein. Der Eingang des Schalters 132 kann ferner über einen Widerstand 146 mit Masse verbunden sein.
Der Schalter 132 kann eine Kontrollschaltung und einen Transistor aufweisen. Die Kontrollschaltung kann mit einem Steueranschluss des Transistors des Schalters 132 verbunden sein. Ein Drainanschluss des Transistors des Schalters 132 kann über einen Kondensator 147 und einen Kondensator 148 mit Masse verbunden sein. Ein Sourceanschluss des Transistors des Schalters 132 kann über einen Kondensator 149 mit einem weiteren Anschluss des Schalters 132 und über eine in Durchlassrichtung geschaltete Diode 150 mit dem ersten Anschluss der Ansteuerschaltung 100 verbunden sein. Der erste Anschluss der Ansteuerschaltung 100 kann über eine weitere in Sperrrichtung geschaltete Diode 151 mit Masse verbunden sein. Die beiden Dioden können in einem Gehäuse realisiert sein.
Die Boosteransteuerung 114 kann ausgebildet sein, um eine Boosterphase zu ermöglichen. Beispielsweise kann die Abschaltsteuerung 114 ausgebildet sein, um den Boosterstrom nach einer vorbestimmten Aufladezeit oder abhängig von einer Höhe des Stroms zu unterbrechen.
Die Abschaltsteuerung 114 kann einen Komparator 160 aufweisen. Ein erster Eingang des Komparators 160 kann mit dem zweiten Eingang des Komparators 131 verbunden sein. Ein zweiter Eingang des Komparators 160 kann mit dem Ausgang des Differenzverstärkers 130 verbunden sein. Ein Ausgang des Komparators 160 kann über einen Widerstand 161 mit der Versorgungsspannung verbunden sein. Ferner kann der Ausgang des Komparators 160 mit einem Drainanschluss eines Transistors 162 verbunden sein. Ein Sourceanschluss des Transistors 162 kann mit Masse und ein Steueranschluss mit dem Microcontroler verbunden sein. Durch eine entsprechende Ansteuerung durch den Microcontroler kann der Transistor 162 einen Booster-Schalter bilden. Der Ausgang des Komparators 160 kann ferner über einen Widerstand 163 mit einem Eingang eines Schalters 165 verbunden sein. Bei dem Schalter 165 kann es sich um einen kurzschlussfesten Schalter handeln. Der Eingang des Schalters 165 kann über einen Widerstand 164 mit Masse verbunden sein. Der Schalter 165 kann eine Kontrollschaltung und einen Transistor aufweisen. Die Kontrollschaltung kann mit einem Steueranschluss des Transistors des Schalters 132 verbunden sein. Ein Sourceanschluss des Transistors des Schalters 165 kann über einen Kondensator 166 mit einem weiteren Anschluss des Schalters 165 und über eine in Durchflussrichtung geschaltete Diode 170 mit dem ersten Anschluss der Ansteuerschaltung 100 verbunden sein. Ein Drainanschluss des Transistors des Schalters 165 kann mit dem Kondensator 112 verbunden sein. Ferner kann der Drainanschluss des Transistors des Schalters 165 über eine in Sperrrichtung geschaltete Diode 171 mit dem zweiten Anschluss der Ansteuerschaltung 100 verbunden sein.
Die Aufladesteuerung bzw. Low-Side-Ansteuerschaltung 116 kann ausgebildet sein, um einen Auflademodus oder einen Überstromerkennungsmodus bzw. Strombegrenzungsmodus der Ansteuerschaltung 100 zu steuern. In dem Auflademodus kann ein Aufladen des Kondensators 112 über die Diode 171 erfolgen. In dem Überstromerkennungsmodus kann ein Überstrom in dem Niederspannungsbereich erkannt werden. Dazu kann die Aufladesteuerung 116 zwischen den zweiten Anschluss der Ansteuerschaltung 100 und den Widerstand 134 geschaltet sein.
Die Schaltung 116 kann einen Komparator 180 aufweisen. Ein erster Anschluss des Komparators 180 kann über einen Widerstand 181 mit einem Ausgang des Differenzverstärkers 130 verbunden sein. Ein zweiter Ausgang des Komparators 180 kann über einen Widerstand 182 mit der Versorgungsspannung und über einen Widerstand 183 mit einem Drainanschluss eines Transistors 184 verbunden sein. Ein Sourceanschluss des Transistors 184 kann mit Masse und ein Steueranschluss mit dem Microcontroler verbunden sein. Mittels des Microcontrolers kann der Steueranschluss des Transistors 184 über einen Schalter 185 entweder mit der Versorgungsspannung oder mit Masse verbunden werden. Somit kann der Schalter 185 einen Auflade- und Strombegrenzungsschalter bilden. Der Ausgang des Komparators 180 kann über einen Widerstand 186 mit dem ersten Eingang des Komparators 180 rückgekoppelt sein. Ferner kann der Ausgang des Komparators 180 mit einem Steueranschluss eines Transistors 187 verbunden sein. Ein Sourceanschluss des Transistors 187 kann mit Masse verbunden sein. Ein Drainanschluss des Transistors 187 kann über einen Widerstand 188 mit der Versorgungsspannung und über einen Widerstand 189 mit einem Steueranschluss eines Transistors 190 verbunden sein. Ein Steueranschluss des Transistors 190 kann mit einem Drainanschluss eines Transistors 191 verbunden sein. Ein Sourceanschluss des Transistors 191 kann mit Masse und ein Steueranschluss des Transistors 191 mit dem Microcontroller verbunden sein. Somit kann der Transistor 191 eine Low-Side-Auswahl bilden. Der Steueranschluss des Transistors 190 kann über einen Kondensator 192 und einen Widerstand 193 mit Masse verbunden sein. Ein Drainanschluss des Transistors 190 kann mit dem zweiten Ausgang der Ansteuerschaltung 100 und ein Sourceanschluss mit dem Widerstand 134 verbunden sein.
Im folgenden wird ein Funktionsprinzip der in 1 gezeigten kostenoptimierten Ansteuerschaltung 100 für eine-Common-Rail Endstufe unter Verwendung von Schwellwertkomparatoren 131, 160, 180 mit Hysteresis und kurzschlussfesten High Side Schaltern 132, 165 näher beschrieben.
Prinzipiell werden die Common Rail Einspritzendstufenkonzepte stromgetaktet betrieben. Dabei wird dem Stromregler 110 ein Stromband mit einem unteren und einem oberen Schwellwert vorgegeben. Dieser Schwellwert wird unter Verwendung des Komparators 131 mit Hysterese realisiert. Der Stromregler 110 wird über einen Differenzverstärker 130 mit dem dahinter geschalteten Komparator 131 realisiert. Eine Sollwertvorgabe geht auf den negativen Eingang des Komparators 131 und wird über den Spannungsteiler 136, 137 oder durch eine Pulszählermodulation realisiert. Durch einen zuschaltbaren Parallelpfad 138, 139 des Spannungsteilers 136, 137 lassen sich mit einem Schaltausgang bis zu drei unterschiedliche Stromschwellen realisieren. Ein Stromband für die Stromregelung ist über das Rückkoppelnetzwerk 140 des Komparators 131 am positiven Komparatoreingang realisiert. Der Strom im Low-Side-Pfad wird vom Differenzverstärker 130 in eine Spannung umgesetzt und als Istwert auf den positiven Eingang des Komparators 131 geschaltet.
Die Regelung des Stroms erfolgt über den kurzschlussgeschützten High-Side-Schalter 132, der gemäß diesem Ausführungsbeispiel als n-Kanal Feldeffekttransistor mit integriertem High-Side-Treiber realisiert ist. Der High-Side-Schalter 132 kann zusätzlich optional über einen Diagnoseausgang verfügen. Die Strommessung erfolgt über den Low-Side-Shunt 134.
Eine Boosteransteuerung mit einer Boosterspannung von typischen 48 V wird nach dem Erreichen eines maximalen Stroms oder nach dem Erreichen einer maximalen Einschaltdauer abgeschaltet.
Die Abschaltung nach Erreichen eines maximalen Boosterstromlevels ist über den einfachen Komparator 160 mit Hysterese realisiert. Das Abschalten nach einer bestimmten Zeit wird über eine Software-Ansteuerung überwacht.
Der Injektor 102 benötigt zur Optimierung einer Einschaltzeit die oben beschriebene Boosterspannung. Diese kann unter Verwendung eines DC/DC-Wandlers erzeugt werden oder durch das so genannte Rechargen über Injektor erzeugt werden.
Das Rechargen bzw. Wiederaufladen über Injektor kann nur erfolgen, wenn keine Einspritzung angefordert wird. Das Rechargen wird dann über das Schalten des Low-Side-Schalters 190 realisiert. Die Energie in dem Injektor 102 wird über eine Freilaufdiode 171 in den Boosterkondensator 112 eingespeist. Das Rechargen wird nur aktiviert, wenn die Boosterspannung kleiner typisch 48 V ist. Beim Rechargen wird auf einen Strom kleiner typisch 5 A geregelt. Die Reglung erfolgt analog zur Ansteuerung des High-Side-Schalters 132. Ist der Low-Side-Schalter 190 nicht im Rechargebetrieb, so befindet er sich im Überstromabschalterkennungsmodus. Somit kann ein Kurzschluss im Low-Side-Pfad erkannt werden und eine Zerstörung der Endstufe verhindert werden.
Die anhand von 1 beschriebenen Bauelemente der Ansteuerschaltung 100 sind lediglich beispielhaft gewählt und können durch geeignete andere Bauelemente ersetzt werden. Ebenso können einzelne Funktionselemente durch geeignete andere Funktionselemente oder Schaltungen ersetzt werden. Die genannten Größen, beispielsweise für Strom, Spannung und Widerstandswerte sind ebenfalls nur beispielhaft gewählt. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele können beispielsweise im Zusammenhang mit Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, bei denen eine Kraftstoffzumessung mittels elektromagnetischer Ventile gesteuert wird. Eine Anwendung des erfindungsgemäßen Ansatzes ist jedoch nicht auf Magnetventil Common-Rail Konzepte mit reduzierten Anforderungen beschränkt, sondern kann in allen Steuerungen eingesetzt werden, die ähnliche oder entsprechende Anforderungen aufweisen.

100: Ansteuerschaltung
102: Injektor
110: Stromregler
112: Energiespeicher
114: Ansteuerschaltung
116: Abschaltsteuerung
130: Differenzverstärker
131, 160, 180: Komparator
132, 164: kurzschlussfester Schalter
135, 136, 137, 138, 140, 141, 144, 144, 146, 161, 163, 164, 181, 182, 183, 186, 188, 189, 193: Widerstand
139, 142, 143, 162, 184, 187, 190, 191: Transistor
112, 147, 148, 149, 166, 192: Kondensator
150, 151, 170, 171: Diode
185: Schalter

Claims

Ansteuerschaltung (100) mit einem Niederspannungsbereich und einem Hochspannungsbereich, die einen Stromregler (110) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromregler (110) einen ersten Komparator (131) mit Hysterese zum Regeln eines bereitzustellenden Stroms aufweist.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromregler (110) einen kurzschlussfesten Schalter (132) zum Bereitstellen des Stroms im Hochspannungsbereich aufweist.
Ansteuerschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromregler (110) einen Differenzverstärker (130) aufweist, der ausgebildet ist, um an einem ersten Eingang des ersten Komparators (131) eine Differenzverstärkerspannung bereitzustellen, die einem Stromwert im Niederspannungsbereich entspricht.
Ansteuerschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromregler (110) eine Einstelleinrichtung (136, 137, 138, 139) aufweist, die ausgebildet ist, um an einem zweiten Eingang des ersten Komparators (131) mindestens eine vorbestimmte Einstellspannung bereitzustellen, um den ersten Komparator auf mindestens eine Stromschwelle einzustellen.
Ansteuerschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Komparator (131) eine Rückkoppelschaltung (140) aufweist, die ausgebildet ist, um den ersten Komparator auf ein Stromband einzustellen.
Ansteuerschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerschaltung einen Energiespeicher (112) aufweist, der mittels des Stromes aufladbar ist.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Boosterschaltung mit einer Abschaltsteuerung (114) aufweist, die ausgebildet ist, um die Boosterung bzw. Boosteransteuerung zu unterbrechen.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Boosterschaltung (114) eine Zeitüberwachungseinrichtung aufweist, die ausgebildet ist, um die Boosterung abhängig von einer Aufladezeitdauer zu unterbrechen.
Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Boosteransteuerung (114) eine Stromüberwachungseinrichtung aufweist, die ausgebildet ist, um den Boosterstrom zu begrenzen.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltsteuerung (114) einen zweiten Komparator (160) aufweist, wobei an einem ersten Eingang des zweiten Komparators die mindestens eine vorbestimmte Einstellspannung und an einem zweiten Eingang des zweiten Komparators die Differenzverstärkerspannung bereitstellbar ist.
Ansteuerschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerschaltung eine Aufladesteuerung (116) aufweist, die ausgebildet ist, um einen Auflademodus zu aktivieren, in dem ein Aufladen des Energiespeichers (112) erfolgt.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladesteuerung (116) ausgebildet ist, um einen Überstromerkennungsmodus zu aktivieren, wenn der Auflademodus nicht aktiviert ist, wobei in dem Überstromerkennungsmodus ein Überstrom in dem Niederspannungsbereich erkannt werden kann.
Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladesteuerung (116) einen dritten Komparator (180) aufweist und wobei an einem ersten Eingang des dritten Komparators die Differenzverstärkerspannung bereitstellbar ist.
Ansteuerschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerschaltung zum Ansteuern eines Injektors (102) geeignet ist.