DE19963154A1

DE19963154A1 - Verfahren zur Vorgabe des Stroms durch ein induktives Bauteil

Info

Publication number: DE19963154A1
Application number: DE19963154A
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Heinke
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2001-06-28
Anticipated expiration: 2019-12-25
Also published as: US6721158B2; DE19963154B4; US20020191424A1; WO2001048776A1; BR0017032A

Abstract

Vorgeschlagen wird eine einfache und kostengünstige Schaltungsanordnung zur Vorgabe des Stroms durch ein induktives Bauteil, bei der das induktive Bauteil über ein Schaltelement mit der Versorgungsspannung beaufschlagt wird. DOLLAR A Zur Gewährleistung eines schnellen und sicheren Anstiegs des Stroms in einer ersten Phase der Bestromungsphase wird das induktive Bauteil während der ersten Phase der Bestromungsphase mit einer von einer Konstantspannungsquelle generierten Konstantspannung und während einer nachfolgenden zweiten Phase der Bestromungsphase mit der Versorgungsspannung beaufschlagt.

Description

Induktive Bauteile, bsp. induktive Aktoren, werden in vielen Anwendungsgebieten eingesetzt, bsp. im Kraftfahrzeugbereich in Steuergeräten als elektro-pneumatische Wandler oder Proportionalventile (Magnetventile). Diese induktiven Bauteile beste hen in der Regel aus einem Elektromagneten (einer Spule) und einem beweglichen Anker, wobei die mit dem Elektromagneten erzeugte und den Anker bewegende magnetische Feldstärke proportional zum Strom durch den Elektromagneten (die Spule) ist.

In einigen Anwendungsfällen ist es erforderlich, dem mittels einer Versorgungsspan nung (Betriebsspannung) versorgten induktiven Bauteil einen bestimmten magneti schen Fluß und damit eine bestimmte magnetische Feldstärke aufzuprägen; hierzu muß während einer Bestromungsphase ein Strom mit einer bestimmten vorgegebe nen Stromstärke durch das induktive Bauteil fließen. Insbesondere bei dynamisch sehr schnellen Applikationen (bsp. dem Einspritzvorgang von Kraftstoff in die Brenn kraftmaschine eines Kraftfahrzeugs) ist darüber hinaus eine schnelle Aktivierung und Deaktivierung der Bestromungsphase, d. h. ein schnelles Einschalten und Abschalten des Stroms durch das induktive Bauteil (des Spulenstroms) erforderlich.

Wie in der DE 195 33 131 A1 beschrieben wird, kann zum schnellen Einschalten des Stroms durch das induktive Bauteil das induktive Bauteil während einer ersten Pha se (Einschaltphase) der Bestromungsphase mit einer höheren Spannung als der normalen Versorgungsspannung (Betriebsspannung) beaufschlagt wird, so daß wäh rend der Einschaltphase ein Einschaltstrom mit einer hohen Stromstärke fließt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vorgabe des Stroms durch ein induktives Bauteil anzugeben, bei dem ein vorteilhafter Stromverlauf wäh rend der Bestromungsphase, insbesondere bei der Aktivierung der Bestromungs phase, auf einfache und kostengünstige Weise mit einer geringen Anzahl an Bau elementen realisiert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Merkmal im Kennzeichen des Pa tentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den weiteren Patent ansprüchen.

Zur Realisierung des vorgestellten Verfahrens sind zwei Spannungsquellen mit un terschiedlichem Potential vorgesehen: eine Versorgungsspannungsquelle zur Bereit stellung einer Versorgungsspannung mit einem bestimmten Spannungswert (bsp. 12 V) und eine Konstantspannungsquelle (bsp. ein Schaltnetzteil) zur Bereitstellung eines höheren Spannungswerts (bsp. 55 V) als demjenigen der Versorgungsspan nung. Damit nach der Aktivierung der Bestromungsphase ein schneller Anstieg des Stroms durch das induktive Bauteil erfolgt, wird zur Spannungsversorgung des in duktiven Bauteils während einer ersten Phase der Bestromungsphase (der Ein schaltphase) die Konstantspannungsquelle und während einer auf die erste Phase folgenden zweiten Phase der Bestromungsphase (nach der Einschaltphase) die Ver sorgungsspannung verwendet. Zur abwechselnden Verbindung der beiden Span nungsquellen mit dem induktiven Bauteil bzw. zum Umschalten der Spannungsver sorgung zwischen den beiden Spannungsquellen sind zwei in Reihe geschaltete Um schaltelemente und ein Sperrelement vorgesehen, wobei das erste Umschaltele ment (bsp. ein Feldeffekt-Transistor FET) mit der Konstantspannungsquelle verbun den ist, das Sperrelement (bsp. eine Sperrdiode oder ein Feldeffekt-Transistor FET) zwischen dem Anschluß der Versorgungsspannung und dem Verbindungspunkt der beiden Umschaltelemente angeordnet ist und das zweite Umschaltelement (bsp. ein Feldeffekt-Transistor FET) mit einem Anschluß des induktiven Bauteils verbunden ist. Zur Spannungsversorgung des induktiven Bauteils wird die Konstantspannungsquelle mindestens solange aktiviert, bis der durch das induktive Bauteil fließende Strom einen vorgegebenen Stromschwellwert erreicht, d. h. die Mindestdauer der ersten Phase der Bestromungsphase wird durch den Stromschwellwert festgelegt; optional kann die Konstantspannungsquelle auch noch nach dem Erreichen des Strom schwellwerts angelegt werden, um auch bei ungünstigen Eigenschaften des indukti ven Bauteils einen sicheren Stromfluß durch das induktive Bauteil mit der gewünsch ten Stromstärke zu gewährleisten. Während der zweiten Phase der Bestromungs phase kann die Stromstärke des durch das induktive Bauteil fließenden Stroms von einem ersten Stromwert (d. h. dem Stromschwellwert) auf einen zweiten Stromwert reduziert werden; Zeitpunkt, Zeitverhalten und die betreffenden Stromwerte werden in Abhängigkeit der Eigenschaften des induktiven Bauteils gewählt: der erste Stromwert (der Stromschwellwert) wird dabei als "Fangstrom" so gewählt, daß der Anker des induktiven Bauteils sicher vom Elektromagneten "eingefangen" wird, der zweite Stromwert wird als "Haltestrom" so gewählt, daß der Anker des induktiven Bauteils sicher vom Elektromagneten "gehalten" wird; das Zeitverhalten beim Über gang vom ersten Stromwert auf den zweiten Stromwert wird so gewählt, daß die Eigenschaften des induktiven Bauteils optimal ausgenützt bzw. verbessert werden - bsp. wird die Stromstärke des durch das induktive Bauteil fließenden Stroms glei tend reduziert, bsp. exponentiell reduziert, um bei einem Einspritzventil ein bestimm tes Einspritzverhalten zu gewährleisten; der Zeitpunkt für das Umschalten der Stromstärke wird anhand einer Optimierung der Eigenschaften des das induktive Bauteil (bsp. ein Einspritzventil) aufweisenden Systems vorgegeben.

Die zeitliche Steuerung des Stromflusses durch das induktive Bauteil, d. h. insbeson dere die Aktivierung und Deaktivierung der Bestromungsphase, wird durch eine Steuereinheit (bsp. durch einen Mikroprozessor) vorgenommen. Damit nach der Deaktivierung der Bestromungsphase ein schneller Stromabfall erfolgt (schnelles Abschalten des induktiven Bauteils), muß die während der Bestromungsphase im induktiven Bauteil gespeicherte Energie rasch abgeführt werden; hierzu ist ein zwi schen dem induktiven Bauteil und dem Anschluß der Versorgungsspannung ange ordnetes Abschaltelement vorgesehen (bsp. ein Abschalttransistor): dieses Abschal telement kann bei der Deaktivierung der Bestromungsphase entweder hochohmig geschaltet und die im Magnetkreis des induktiven Bauteils vorhandene Energie in Wärme umgesetzt werden, wobei der Stromabfall bei der Deaktivierung der Be stromungsphase mittels der Höhe einer Klemmspannung beeinflußt werden kann; oder dieses Abschaltelement wird geöffnet, und durch ein zwischen dem induktiven Bauteil und dem Anschluß der Konstantspannungsquelle angeordnetes Rückspei seelement (bsp. eine Diode) eine Rückspeisung der im induktiven Bauteil gespei cherten Energie in die Konstantspannungsquelle vorgenommen.

Zur Erfassung des während der Bestromungsphase durch das induktive Bauteil flie ßenden Stroms kann eine mit dem induktiven Bauteil verbundene Strommeßeinrich tung vorgesehen werden; mit dieser Strommeßeinrichtung - bsp. ein Meßwiderstand (Shunt), der während der Bestromungsphase den durch das induktive Bauteil flie ßenden Strom als Meßspannung erfaßt - kann das Erreichen des Stromschwellwerts (zur Festlegung der Mindestdauer der ersten Phase der Bestromungsphase) be stimmt werden: hierzu wird dem Stromschwellwert ein bestimmter Spannungswert zugeordnet, der mit der durch den Meßwiderstand erfaßten Meßspannung vergli chen wird.

Der zeitliche Stromfluß des Stroms durch das induktive Bauteil wird über ein mit dem induktiven Bauteil verbundenes Schaltelement vorgegeben: mit diesem Schalt element kann die Aktivierung und Deaktivierung der Bestromungsphase vorge nommen werden; weiterhin kann auch der zeitliche Verlauf bzw. die Stromstärke des Stroms durch das induktive Bauteil während der Bestromungsphase beeinflußt werden, insbesondere bei Ansteuerung des Schaltelements mittels einer Pulswei tenmodulation (PWM) während der zweiten Phase der Bestromungsphase.

Um Umschalteffekte und deren Auswirkungen auf den Stromfluß des Stroms durch das induktive Bauteil beim Umschalten der Spannungsquellen zu unterbinden, kann die Pulsweitenmodulation (PWM) erst nach einem vorgegebenen Zeitintervall nach dem Umschalten von der Konstantspannung auf die Versorgungsspannung aktiviert werden. Hierdurch kann auch die während der zweiten Phase der Bestromungspha se vorgesehene Reduzierung der Stromstärke und das zeitliche Verhalten bei der Reduzierung der Stromstärke auf einfache Weise durch Variation des Tastverhältnis ses der Pulsweitenmodulation (PWM) vorgegeben werden.

Vorteilhafterweise wird beim vorgestellten Verfahren eine Vorgabe des Stroms durch das induktive Bauteil auf einfache und kostengünstige Weise mit nur wenigen Bau teilen ermöglicht, wobei insbesondere ein schnelles Einschalten des Stroms durch das induktive Bauteil ermöglicht wird; weiterhin kann ein schnelles Abschalten des Stroms durch das induktive Bauteil und ein definiertes zeitliches Verhalten des Stroms durch das induktive Bauteil beim Einschaltvorgang und beim Abschaltvor gang sowie während der Bestromungsphase vorgegeben werden. Demzufolge kann das induktive Bauteil je nach Anwendungsfall hinsichtlich Zeitverhalten und Leistung optimiert angesteuert werden und ein weiter Arbeitsbereich mit definierten (insbe sondere konstanten) Eigenschaften festgelegt werden.

Die Erfindung soll nachstehend im Zusammenhang mit der Zeichnung beschrieben werden.

Dabei zeigen:

Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Realisierung des Ver fahrens zur Vorgabe des Stroms durch das induktive Bauteil,

Fig. 2 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise und des zeitlichen Ab laufs des Verfahrens (Fig. 2a zeitlicher Spannungsverlauf an der Spule des induktiven Bauteils, Fig. 2b zeitlicher Stromverlauf, Fig. 2c Ansteuersignal der PWM),

Fig. 3 ein weiteres Zeitdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise und des zeit lichen Ablaufs des Verfahrens (Fig. 3a zeitlicher Spannungsverlauf an der Spule des induktiven Bauteils, Fig. 3b zeitlicher Stromverlauf, Fig. 3c An steuersignal der PWM).

Gemäß dem Prinzipschaltbild der Fig. 1 ist der erste Anschluß des induktiven Bau teils 1 über ein erstes Umschaltelement 7 (bsp. ein als Feldeffekt-Transistor FET ausgebildeter Umschalttransistor) und ein in Reihe zum ersten Umschaltelement 7 geschaltetes zweites Umschaltelement 8 (bsp. ein als Feldeffekt-Transistor FET aus gebildeter Umschalttransistor) mit dem Anschluß der die Konstantspannung U_K ge nerierenden Konstantspannungsquelle 13 (bsp. ein Schaltnetzteil zur Generierung einer Konstantspannung U_K von bsp. 55 V) und über das erste Umschaltelement 7 und ein in Reihe zum ersten Umschaltelement 7 geschaltetes Sperrelement 9 (bsp. eine Sperrdiode oder ein Feldeffekt-Transistor FET) mit dem Anschluß der die Ver sorgungsspannung U_B generierenden Versorgungsspannungsquelle 14 (bsp. eine Batterie mit der Versorgungsspannung U_B von bsp. 12 V) verbunden. Weiterhin ist am ersten Anschluß des induktiven Bauteils 1 eine Abschaltdiode 10 gegen Bezugs potential (GND) angeschlossen. Die Steuereingänge der beiden Umschaltelemente 7, 8 sind mit der Steuereinheit 6 verbunden und werden von dieser mittels Schaltsi gnalen zeitlich (synchron) geschaltet.

Der zweite Anschluß des induktiven Bauteils 1 ist zur Verbindung des induktiven Bauteils 1 mit einer der beiden Spannungsquellen 13, 14 und zur Trennung des in duktiven Bauteils 1 von den beiden Spannungsquellen 13, 14 und damit zur Vorgabe des Stromflusses I durch das induktive Bauteil 1 über das Schaltelement 4 (bsp. ein als Feldeffekt-Transistor FET ausgebildeter Ansteuertransistor) mit einer Steuerlogik 3 verbunden, die von der Steuereinheit 6 mit einem Ansteuersignal S_AN beaufschlagt wird; das Ansteuersignal S_AN dient zur Aktivierung und Deaktivierung der Bestro mungsphase und damit des Stromflusses I durch das induktive Bauteil 1, durch die Steuerlogik 3 wird ein PWM-Signal S_PWM zur Realisierung variabler Ströme I durch das induktive Bauteil 1 und damit variabler magnetischer Feldstärken während der zwei ten Phase der Bestromungsphase mittels Pulsweitenmodulation (PWM) erzeugt (An steuerphase mit dem Ansteuerstrom I_A. Weiterhin ist zur Aufrechterhaltung eines Stromflusses während der Freilaufphase (Freilaufstrom I_F) am zweiten Anschluß des induktiven Bauteils 1 ein Freilaufkreis aus der Freilaufdiode 5 und dem von der Steuereinheit 6 angesteuerten Abschaltelement 11 (bsp. ein als Feldeffekt- Transistor FET ausgebildeter Abschalttransistor) zur Versorgungsspannungsquelle 14 hin und eine Rückspeisediode 12 zur Konstantspannungsquelle 13 hin ange schlossen. Darüber hinaus ist am zweiten Anschluß des induktiven Bauteils 1 ein Meßwiderstand 2 (Shunt) gegen Bezugspotential (GND) angeschlossen; die Span nung U_M am Meßwiderstand 2 ist ein Maß für den durch das induktive Bauteil 1 flie ßenden Strom I.

Im Zeitdiagramm der Fig. 2 ist der zeitliche Verlauf der Spannung U an der Spule des induktiven Bauteils 1 (Fig. 2a), der zeitliche Verlauf des Stroms I durch das in duktive Bauteil 1 (Fig. 2b) und die Ansteuerung des Stromflusses während der Be stromungsphase ΔtB durch das Pulsweitenmodulationssignal S_PWM (Fig. 2c) darge stellt.

Bis zum Zeitpunkt t1 (im Zeitintervall Δt1) ist der Stromfluß durch das induktive Bau teil 1 von der Steuereinheit b deaktiviert (Deaktivierung der Bestromungsphase ΔtB); der Schalttransistor 4 ist über das Ansteuersignal S_AN und der Umschalttransi stor 7 von der Steuereinheit 6 gesperrt, wodurch das induktive Bauteil 1 von den Spannungsquellen 13, 14 getrennt wird, d. h. im Zeitintervall Δt1 liegt keine Span nung U an und es fließt kein Strom I durch das induktive Bauteil 1.

Zum Zeitpunkt t1 wird der Stromfluß durch das induktive Bauteil 1 von der Steuer einheit 6 aktiviert (Aktivierung der Bestromungsphase ΔtB); der Schalttransistor 4 wird über das Ansteuersignal S_AN leitend und verbindet somit das induktive Bauteil 1 mit einer der beiden Spannungsquellen 13, 14, d. h. zum Zeitpunkt t1 wird eine Spannung U an das induktive Bauteil 1 angelegt und es beginnt ein Strom I durch das induktive Bauteil 1 zu fließen.

Im Zeitintervall Δt2 (Zeitpunkt t1 bis Zeitpunkt t2), d. h. in der ersten Phase der Be stromungsphase ΔtB (Einschaltphase), soll ein schneller Anstieg des Stromflusses durch das induktive Bauteil 1 erreicht werden; hierzu werden durch Schaltsignale der Steuereinheit 6 beide Umschalttransistoren 7, 8 geschlossen, wodurch das in duktive Bauteil 1 mit der Konstantspannungsquelle 13 verbunden wird (die Sperr diode 9 ist gesperrt, da die Konstantspannung U_K der Konstantspannungsquelle 13 größer als die Versorgungsspannung U_B der Versorgungsspannungsquelle 14 ist), d. h. im Zeitintervall Δt2 wird die Konstantspannung U_K an das induktive Bauteil 1 angelegt und es fließt ein Strom I mit einer von der Konstantspannung U_K abhängi gen Stromstärke und hohen Anstiegsrate dl/dt durch das induktive Bauteil 1.

Zum Zeitpunkt t2 wird der Stromschwellwert I_S durch den Strom I erreicht (Ende der ersten Phase der Bestromungsphase ΔtB, Beginn der zweiten Phase der Bestrom ungsphase ΔtB); durch entsprechende Schaltsignale der Steuereinheit 6 wird der Umschalttransistor 8 geöffnet, während der Umschalttransistor 7 geschlossen bleibt, wodurch das induktive Bauteil 1 mit der Versorgungsspannungsquelle 14 verbunden wird und somit mit der Versorgungsspannung U_B beaufschlagt wird (die Sperrdiode 9 ist leitend), d. h. im Zeitintervall Δt3 (Zeitpunkt t2 bis Zeitpunkt t3) wird die Versorgungsspannung U_B an das induktive Bauteil 1 angelegt und es fließt ein Strom I mit einer von der Versorgungsspannung U_B abhängigen Stromstärke durch das induktive Bauteil 1.

Zum Zeitpunkt t3 (nach Ablauf des zum Ausblenden von Umschalteffekten auf das induktive Bauteil 1 beim Umschalten der Spannungsquellen 13, 14 vorgesehenen Zeitintervalls Δt3) wird durch die Steuereinheit 6 die PWM bei geschlossenem Um schalttransistor 7 aktiviert: gemäß der Fig. 2c wird das Schaltelement 4 durch die Steuerlogik 3 mit dem als Rechtecksignal ausgebildeten PWM-Signal S_PWM mit einer bestimmten Ansteuerfrequenz und einem vorgebbaren Tastverhältnis (Verhältnis von Pulsdauer zur Pulspause bzw. von Pulsdauer zur Periodendauer der Ansteuerperi ode) beaufschlagt und das induktive Bauteil 1 hierdurch variierbar getaktet be stromt. Durch die Vorgabe des Tastverhältnisses (bsp. durch eine Stromregelung) wird der Stromfluß durch das induktive Bauteil 1 eingestellt: während der Pulsdauer (Ansteuerphase) ist das Schaltelement 4 geschlossen und das induktive Bauteil 1 wird über den Umschalttransistor 7 und die leitende Sperrdiode 9 mit der Versor gungsspannung U_B beaufschlagt, so daß der Ansteuerstrom I_A im Ansteuerkreis durch das induktive Bauteil 1 und den Meßwiderstand 2 fließt; während der Pul spause (Freilaufphase) ist das Schaltelement 4 geöffnet und das induktive Bauteil 1 wird von der Versorgungsspannung U_B getrennt, so daß der Freilaufstrom I_F im Frei laufkreis über die Freilaufdiode 5 (Entkoppeldiode) und das geschlossene Abschal telement 11 (den Abschalttransistor) über die leitende Sperrdiode 9 und den Um schalttransistor 7 weiterfließt und die Energie hierdurch im Magnetkreis belassen wird (der exponentielle Stromabfall während der jeweiligen Freilaufphase ergibt sich aus den ohmschen Widerständen des Stromkreises).

Zum Zeitpunkt t4 (nach Ablauf des zum sicheren "Einfangen" des Ankers des induk tiven Bauteils 1 vorgesehenen Zeitintervalls Δt4) wird der Strom I durch das indukti ve Bauteil 1 vom Stromschwellwert I_S (Fangstrom) auf den Haltestrom I_H reduziert; diese Reduzierung des Stroms I wird durch eine Variation des Tastverhältnisses der PWM realisiert, wobei diese Variation des Tastverhältnisses im Zeitintervalls Δt5 (Zeitpunkt t4 bis Zeitpunkt t5) gleitend erfolgt.

Im Zeitintervall Δt6 (Zeitpunkt t5 bis Zeitpunkt t6) wird als Stromstärke des Stroms I durch das induktive Bauteil 1 der Haltestrom I_H vorgegeben, d. h. das Tastverhältnis der PWM wird so eingestellt, daß sich als mittlerer Stromfluß während der Ansteuer phase und der Freilaufphase der Haltestrom I_H ergibt.

Zum Zeitpunkt t6 (nach Ablauf des Zeitintervalls Δt6) wird der Stromfluß durch das induktive Bauteil 1 von der Steuereinheit 6 deaktiviert (Deaktivierung der Bestro mungsphase ΔtB); der Schalttransistor 4 wird über das Ansteuersignal S_AN gesperrt (geöffnet), durch entsprechende Schaltsignale der Steuereinheit 6 wird der Um schalttransistor 7 geöffnet (der Umschalttransistor 8 ist bereits geöffnet), wodurch das induktive Bauteil 1 von der Versorgungsspannungsquelle 14 (von der Versor gungsspannung U_B) und von der Konstantspannungsquelle 13 (von der Versorgungs spannung U_K) getrennt wird, d. h. die Spannung U am induktiven Bauteil 1 wird auf grund von Induktionseffekten negativ. Um ein schnelles Abfallen des Stromflusses durch das induktive Bauteil 1 zu erreichen, kann der Abschalttransistor 11 unter schiedlich angesteuert werden: wird der Abschalttransistor 11 in den hochohmigen Zustand gebracht, wird über die Abschaltdiode 10, die Freilaufdiode 5 und den Ab schalttransistor 11 ein Stromfluß aufrechterhalten, wobei der Abschalttransistor 11 nur soweit durchgesteuert wird, bis eine gewünschte Klemmspannung am induktiven Bauteil 1 erreicht ist - die im induktiven Bauteil 1 gespeicherte Energie wird somit im Abschalttransistor 11 in Wärme umgesetzt (ein geringer Teil der Energie wird in die Versorgungsspannungsquelle 14 zurückgespeist), wobei über die Höhe der Klemm spannung der Stromabfall (das Zeitverhalten des Stromabfalls) beeinflußt werden kann; wird der Abschalttransistor 11 dagegen (vollständig) geöffnet, steigt die Span nung am induktiven Bauteil 1 so lange an, bis das induktive Bauteil 1 als Span nungsquelle wirkt - der Stromfluß wird über die Abschaltdiode 10 und die Rückspei sediode 12 aufrechterhalten, so daß eine Rückspeisung in die Konstantspannungs quelle 13 (höhere Spannung) ermöglicht wird.

Zum Zeitpunkt t7 (nach Ablauf des Zeitintervalls Δt7) ist die gesamte im induktiven Bauteil 1 gespeicherte Energie abgebaut und die Abschaltphase (Deaktivierung der Bestromungsphase) beendet.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird ein bsp. als Magnetventil eines Kraftfahrzeugs ausgebildetes und als Einspritzventil zur Diesel-Direkteinspritzung ("common rail") vorgesehenes induktives Bauteil 1 bsp. mit einer von einer Batterie 14 gelieferten Batteriespannung als Versorgungsspannung U_B von bsp. 13.5 V ver sorgt. Als alternative Spannungsquelle ist eine Konstantspannungsquelle 13 vorge sehen, die eine Konstantspannung U_K von bsp. 55 V zur Verfügung stellt. Bsp. wird ein Stromfluß I durch das induktive Bauteil während einer Bestromungsphase ΔtB (Zeitpunkt t1 bis Zeitpunkt t7) von bsp. 1 ms vorgegeben. Nach der Aktivierung der Bestromungsphase ΔtB (Zeitpunkt t1) wird der Stromschwellwert I_S von bsp. 16 A bsp. nach 50 µs erreicht, d. h. der Strom I durch das induktive Bauteil 1 steigt mit einer Rate von ca. 0.3 A/µs an. Nach einer Zeitdauer Δt3 + Δt4 von bsp. 380 µs wird der Strom I durch das induktive Bauteil 1 vom Fangstrom I_S auf den Haltestrom I_H reduziert; bsp. ist dem induktiven Bauteil 1 ein Fangstrom I_S von 16 A und ein Hal testrom I_H von 9 A zugeordnet, wobei die Reduzierung der Stromstärke I bsp. durch eine gleitende Reduzierung des Tastverhältnisses der PWM als Verhältnis von Puls dauer zur Periodendauer in einem Zeitintervall Δt5 von bsp. 250 µs erfolgt.

Im Zeitdiagramm der Fig. 3 ist ein gegenüber der Fig. 2 modifizierter zeitliche Verlauf der Spannung U an der Spule des induktiven Bauteils 1 (Fig. 3a) vorgegeben. Weiterhin ist wie in der Fig. 2 der zeitliche Verlauf des Stroms I durch das induktive Bauteil 1 (Fig. 3b) und die Ansteuerung des Stromflusses während der Bestro mungsphase durch das Pulsweitenmodulationssignal S_PWM (Fig. 3c) dargestellt.

Bis zum Zeitpunkt t1 ist der Stromfluß durch das induktive Bauteil 1 von der Steuer einheit 6 deaktiviert (Deaktivierung der Bestromungsphase ΔtB). Vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 wird ein schneller Anstieg des Stromflusses durch das indukti ve Bauteil 1 erreicht, indem das induktive Bauteil 1 mit der Konstantspannungs quelle 13 verbunden wird, d. h. es wird die Konstantspannung U_K an das induktive Bauteil 1 angelegt und es fließt ein Strom I mit einer von der Konstantspannung U_K abhängigen Stromstärke und einer hohen Anstiegsrate dl/dt durch das induktive Bauteil 1.

Zum Zeitpunkt t2 wird der Stromschwellwert I_S durch den Strom I erreicht; das in duktive Bauteil 1 bleibt jedoch mit der Konstantspannungsquelle 13 verbunden und wird somit weiterhin mit der Konstantspannung U_K beaufschlagt.

Zum Zeitpunkt t3 wird durch die Steuereinheit 6 die PWM aktiviert. Die Konstant spannung U_K bleibt auch vom Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t4 am induktiven Bau teil 1 angelegt und es fließt ein Strom I mit einer von der Konstantspannung U_K ab hängigen Stromstärke durch das induktive Bauteil 1; das induktive Bauteil 1 bleibt somit während der gesamten "Fangphase" mit der Konstantspannungsquelle 13 verbunden und wird mit der Konstantspannung U_K beaufschlagt.

Zum Zeitpunkt t4 (nach Ablauf der zum sicheren "Einfangen" des Ankers des induk tiven Bauteils 1 vorgesehenen "Fangphase") wird einerseits das induktive Bauteil 1 mit der Versorgungsspannungsquelle 14 verbunden und somit mit der Versorgungs spannung U_B beaufschlagt, d. h. ab dem Zeitintervall t4 wird die Versorgungsspan nung U_B an das induktive Bauteil 1 angelegt (Ende der ersten Phase der Bestrom ungsphase, Beginn der zweiten Phase der Bestromungsphase) und es fließt ein Strom I mit einer von der Versorgungsspannung U_B abhängigen Stromstärke durch das induktive Bauteil 1; andererseits wird der Strom I durch das induktive Bauteil 1 vom Stromschwellwert I_S (Fangstrom) auf den Haltestrom I_H reduziert.

Vom Zeitpunkt t4 an entsprechen die zeitlichen Verläufe der Spannung U an der Spule des induktiven Bauteils 1 (Fig. 3a), des Stroms I durch das induktive Bauteil 1 (Fig. 3b) und des Pulsweitenmodulationssignals S_PWM (Fig. 3c) denen gemäß Fig. 2 beschriebenen zeitlichen Verläufen.

Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird das induktive Bauteil 1 mit einer von einer Batterie 14 gelieferten Batteriespannung als Versorgungsspannung U_B von bsp. 24 V versorgt. Als alternative Spannungsquelle ist eine Konstantspannungsquelle 13 vorgesehen, die eine Konstantspannung U_K von bsp. 80 V zur Verfügung stellt. Dem induktiven Bauteil 1 ist ein Fangstrom I_S von 15 A und ein Haltestrom I_H von 10 A zugeordnet. Während der kompletten Fangphase (d. h. vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t4) wird das induktive Bauteil 1 mit der Konstantspannung U_K beauf schlagt.

Claims

1. Verfahren zur Vorgabe des Stroms durch ein induktives Bauteil (1), das während einer Bestromungsphase (ΔtB) mit einer Spannung beaufschlagt wird, die wäh rend einer ersten Phase (Δt2) der Bestromungsphase (ΔtB) größer als während einer nachfolgenden zweiten Phase (Δt3-Δt6) der Bestromungsphase (ΔtB) ge wählt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das induktive Bauteil (1) während der ersten Phase (Δt2) der Bestromungs phase (ΔtB) mit einer von einer Konstantspannungsquelle (13) generierten Kon stantspannung (U_K) und während der zweiten Phase (Δt3-Δt6) der Bestrom ungsphase (ΔtB) mit der Versorgungsspannung (U_B) beaufschlagt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschalten von der Konstantspannung (U_K) auf die Versorgungsspannung mittels eines mit dem induktiven Bauteil (1) verbundenen ersten Umschaltelements (7) und eines in Reihe zum ersten Umschaltelement (7) geschalteten, mit der Konstantspan nungsquelle (13) verbundenen zweiten Umschaltelements (8) vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das induktive Bauteil (1) mit der Konstantspannung (U_K) zumindest bis zum Erreichen eines Stromschwellwerts (I_S) durch den nach der Aktivierung der Bestromungsphase (ΔtB) durch das induktive Bauteil (1) fließenden Stroms (I) beaufschlagt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom (I) durch das induktive Bauteil (1) durch einen Meßwiderstand (2) als Meßspannung (U_M) erfaßt wird, und daß das Erreichen des Stromschwellwerts (I_S) mittels des Meß widerstands (2) detektiert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke des durch das induktive Bauteil (1) fließenden Stroms (I) während der zweiten Phase (Δt3-Δt6) der Bestromungsphase (ΔtB) von einem ersten Stromwert (I_S) auf einen zweiten Stromwert (I_H) reduziert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke des durch das induktive Bauteil (1) fließenden Stroms (I) mit einem vorgegebenen Zeitverhalten reduziert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke des durch das induktive Bauteil (1) fließenden Stroms (I) gleitend reduziert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Verlauf des durch das induktive Bauteil (1) fließenden Stroms (I) über ein mit dem induktiven Bauteil (1) verbundenes Schaltelement (4) vorgegeben wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (4) während der zweiten Phase (Δt3-Δt6) der Bestromungspha se (ΔtB) mittels einer Pulsweitenmodulation (PWM) angesteuert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das induktive Bauteil (1) mit der Konstantspannung (U_K) bis zum Erreichen des Stromschwellwerts (I_S) beaufschlagt wird, und daß die Pulsweitenmodulation (PWM) erst nach einem vorgegebenen Zeitintervall (Δt3) nach dem Umschaltzeitpunkt (t2) des Umschal tens von der Konstantspannung (U_K) auf die Versorgungsspannung (U_B) aktiviert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke des durch das induktive Bauteil (1) fließenden Stroms (I) durch schrittweise Variation des Tastverhältnisses der Pulsweitenmodulation (PWM) reduziert wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierung und Deaktivierung der Bestromungsphase (ΔtB) durch eine Steuer einheit (6) vorgenommen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Deaktivie rung der Bestromungsphase (ΔtB) ein zwischen dem induktivem Bauteil (1) und dem Anschluß der Versorgungsspannungsquelle (14) angeordnetes Abschalte lement (11) durch die Steuereinheit (6) hochohmig geschaltet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Deaktivie rung der Bestromungsphase (ΔtB) ein zwischen dem induktiven Bauteil (1) und dem Anschluß der Versorgungsspannungsquelle (14) angeordnetes Abschalte lement (11) durch die Steuereinheit (6) geöffnet wird, und daß durch ein zwi schen dem induktiven Bauteil (1) und dem Anschluß der Konstantspannungs quelle (13) angeordnetes Rückspeiseelement (12) eine Rückspeisung der im in duktiven Bauteil (1) gespeicherten Energie in die Konstantspannungsquelle (13) vorgenommen wird.