DE19963154B4 - Verfahren zur Vorgabe des Stroms durch ein induktives Bauteil - Google Patents

Verfahren zur Vorgabe des Stroms durch ein induktives Bauteil Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Vorgabe des Stroms durch ein induktives Bauteil (1), das während einer Bestromungsphase (ΔtB) mit einer Spannung beaufschlagt wird, die während einer ersten Phase (Δt2) der Bestromungsphase (ΔtB) größer als während einer nachfolgenden zweiten Phase (Δt3–Δt6) der Bestromungsphase (ΔtB) gewählt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß das induktive Bauteil (1) während der ersten Phase (Δt2) der Bestromungsphase (ΔtB) mit einer von einer Konstantspannungsquelle (13) generierten Konstantspannung (UK) und während der zweiten Phase (Δt3–Δt6) der Bestromungsphase (ΔtB) mit der Versorgungsspannung (UB) beaufschlagt wird und 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 (IS) auf einen zweiten Stromwert (IH) mit einem vorgegebenen Zeitverhalten reduziert wird.

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 bestehen 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 Versorgungsspannung (Betriebsspannung) versorgten induktiven Bauteil einen bestimmten magnetischen Fluß und damit eine bestimmte magnetische Feldstärke aufzuprägen; hierzu muß während einer Bestromungsphase ein Strom mit einer bestimmten vorgegebenen Stromstärke durch das induktive Bauteil fließen. Insbesondere bei dynamisch sehr schnellen Applikationen (bsp. dem Einspritzvorgang von Kraftstoff in die Brennkraftmaschine 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 die Spule während einer ersten Phase (Einschaltphase) der Bestromungsphase mit einer höheren Spannung als der normalen Versorgungsspannung (Betriebsspannung) beaufschlagt werden, so daß während der Einschaltphase ein Einschaltstrom mit einer hohen Stromstärke fließt.
  • Die DE 39 20 064 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestromung eines induktiven Bauteils, in dem das Bauteil in einer ersten Phase der Bestromungsphase mit der Versorgungsspannung und in einer zweiten Phase mit einer kleineren Spannung, die mittels eines Gleichspannungswandlers aus der Versorgungsspannung erzeugt wird, beaufschlagt wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vorgabe des Stroms durch ein induktives Bauteil anzugeben, bei dem ein vorteilhafter Stromverlauf während der Bestromungsphase, sowohl bei der Aktivierung als auch bei der Deaktivierung der Bestromungsphase, auf einfache und kostengünstige Weise mit einer geringen Anzahl an Bauelementen realisiert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den weiteren Patentansprüchen.
  • Zur Realisierung des vorgestellten Verfahrens sind zwei Spannungsquellen mit unterschiedlichem Potential vorgesehen: eine Versorgungsspannungsquelle zur Bereitstellung 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 Versorgungsspannung. Damit nach der Aktivierung der Bestromungsphase ein schneller Anstieg des Stroms durch das induktive Bauteil erfolgt, wird zur Spannungsversorgung des induktiven Bauteils während einer ersten Phase der Bestromungsphase (der Einschaltphase) die Konstantspannungsquelle und während einer auf die erste Phase folgenden zweiten Phase der Bestromungsphase (nach der Einschaltphase) die Versorgungsspannung verwendet. Zur abwechselnden Verbindung der beiden Spannungsquellen mit dem induktiven Bauteil bzw. zum Umschalten der Spannungsversorgung zwischen den beiden Spannungsquellen sind zwei in Reihe geschaltete Umschaltelemente und ein Sperrelement vorgesehen, wobei das erste Umschaltelement (bsp. ein Feldeffekt-Transistor FET) mit der Konstantspannungsquelle verbunden 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 Spannungs versorgung 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 induktiven Bauteils einen sicheren Stromfluß durch das induktive Bauteil mit der gewünschten Stromstärke zu gewährleisten. Während der zweiten Phase der Bestromungsphase 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 Übergang 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 gleitend reduziert, bsp. exponentiell reduziert, um bei einem Einspritzventil ein bestimmtes 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. insbesondere 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 zwischen dem induktiven Bauteil und dem Anschluß der Versorgungsspannung angeordnetes Abschaltelement vorgesehen (bsp. ein Abschalttransistor): dieses Abschaltelement 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 Bestromungsphase 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 gespeicherten Energie in die Konstantspannungsquelle vorgenommen.
  • Zur Erfassung des während der Bestromungsphase durch das induktive Bauteil fließenden Stroms kann eine mit dem induktiven Bauteil verbundene Strommeßeinrichtung vorgesehen werden; mit dieser Strommeßeinrichtung – bsp. ein Meßwiderstand (Shunt), der während der Bestromungsphase den durch das induktive Bauteil fließenden Strom als Meßspannung erfaßt – kann das Erreichen des Stromschwellwerts (zur Festlegung der Mindestdauer der ersten Phase der Bestromungsphase) bestimmt werden: hierzu wird dem Stromschwellwert ein bestimmter Spannungswert zugeordnet, der mit der durch den Meßwiderstand erfaßten Meßspannung verglichen wird.
  • Der zeitliche Stromfluß des Stroms durch das induktive Bauteil wird über ein mit dem induktiven Bauteil verbundenes Schaltelement vorgegeben: mit diesem Schaltelement kann die Aktivierung und Deaktivierung der Bestromungsphase vorgenommen 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 Pulsweitenmodulation (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 Bestromungsphase vorgesehene Reduzierung der Stromstärke und das zeitliche Verhalten bei der Reduzierung der Stromstärke auf einfache Weise durch Variation des Tastverhältnisses 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 Bauteilen 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 Abschaltvorgang 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 (insbesondere konstanten) Eigenschaften festgelegt werden.
  • Die Erfindung soll nachstehend im Zusammenhang mit der Zeichnung beschrieben werden.
  • Dabei zeigen:
  • 1 das Prinzipschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Realisierung des Verfahrens zur Vorgabe des Stroms durch das induktive Bauteil,
  • 2 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise und des zeitlichen Ablaufs des Verfahrens (2a zeitlicher Spannungsverlauf an der Spule des induktiven Bauteils, 2b zeitlicher Stromverlauf, 2c Ansteuersignal der PWM),
  • 3 ein weiteres Zeitdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise und des zeitlichen Ablaufs des Verfahrens (3a zeitlicher Spannungsverlauf an der Spule des induktiven Bauteils, 3b zeitlicher Stromverlauf, 3c Ansteuersignal der PWM),
  • Gemäß dem Prinzipschaltbild der 1 ist der erste Anschluß des induktiven Bauteils 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 ausgebildeter Umschalttransistor) mit dem Anschluß der die Konstantspannung UK generierenden Konstantspannungsquelle 13 (bsp. ein Schaltnetzteil zur Generierung einer Konstantspannung UK 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 Versorgungsspannung UB generierenden Versorgungsspannungsquelle 14 (bsp. eine Batterie mit der Versorgungsspannung US von bsp. 12 V) verbunden. Weiterhin ist am ersten Anschluß des induktiven Bauteils 1 eine Abschaltdiode 10 gegen Bezugspotential (GND) angeschlossen. Die Steuereingänge der beiden Umschaltelemente 7, 8 sind mit der Steuereinheit 6 verbunden und werden von dieser mittels Schaltsignalen 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 induktiven 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 SAN beaufschlagt wird; das Ansteuersignal SAN dient zur Aktivierung und Deaktivierung der Bestromungsphase und damit des Stromflusses I durch das induktive Bauteil 1, durch die Steuerlogik 3 wird ein PWM-Signal SPWM zur Realisierung variabler Ströme I durch das induktive Bauteil 1 und damit variabler magnetischer Feldstärken während der zweiten Phase der Bestromungsphase mittels Pulsweitenmodulation (PWM) erzeugt (Ansteuerphase mit dem Ansteuerstrom IA). Weiterhin ist zur Aufrechterhaltung eines Stromflusses während der Freilaufphase (Freilaufstrom IF) 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 angeschlossen. Darüber hinaus ist am zweiten Anschluß des induktiven Bauteils 1 ein Meßwiderstand 2 (Shunt) gegen Bezugspotential (GND) angeschlossen; die Spannung UM am Meßwiderstand 2 ist ein Maß für den durch das induktive Bauteil 1 fließenden Strom I.
  • Im Zeitdiagramm der 2 ist der zeitliche Verlauf der Spannung U an der Spule des induktiven Bauteils 1 (2a), der zeitliche Verlauf des Stroms I durch das induktive Bauteil 1 (2b) und die Ansteuerung des Stromflusses während der Bestromungsphase ΔtB durch das Pulsweitenmodulationssignal SPWM (2c) dargestellt.
  • Bis zum Zeitpunkt t1 (im Zeitintervall Δt1) ist der Stromfluß durch das induktive Bauteil 1 von der Steuereinheit 6 deaktiviert (Deaktivierung der Bestromungsphase ΔtB); der Schalttransistor 4 ist über das Ansteuersignal SAN und der Umschalttransistor 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 Spannung 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 Steuereinheit 6 aktiviert (Aktivierung der Bestromungsphase ΔtB); der Schalttransistor 4 wird über das Ansteuersignal SAN 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 1 durch das induktive Bauteil 1 zu fließen.
  • Im Zeitintervall Δt2 (Zeitpunkt t1 bis Zeitpunkt t2), d. h. in der ersten Phase der Bestromungsphase 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 induktive Bauteil 1 mit der Konstantspannungsquelle 13 verbunden wird (die Sperrdiode 9 ist gesperrt, da die Konstantspannung UK der Konstantspannungsquelle 13 größer als die Versorgungsspannung UB der Versorgungsspannungsquelle 14 ist), d. h. im Zeitintervall Δt2 wird die Konstantspannung UK an das induktive Bauteil 1 angelegt und es fließt ein Strom I mit einer von der Konstantspannung UK abhängigen Stromstärke und hohen Anstiegsrate dl/dt durch das induktive Bauteil 1.
  • Zum Zeitpunkt t2 wird der Stromschwellwert IS durch den Strom I erreicht (Ende der ersten Phase der Bestromungsphase ΔtB, Beginn der zweiten Phase der Bestromungsphase 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 UB beaufschlagt wird (die Sperrdiode 9 ist leitend), d. h. im Zeitintervall Δt3 (Zeitpunkt t2 bis Zeitpunkt t3) wird die Versorgungsspannung UB an das induktive Bauteil 1 angelegt und es fließt ein Strom I mit einer von der Versorgungsspannung UB 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 Umschalttransistor 7 aktiviert: gemäß der 2c wird das Schaltelement 4 durch die Steuerlogik 3 mit dem als Rechtecksignal ausgebildeten PWM-Signal SPWM mit einer bestimmten Ansteuerfrequenz und einem vorgebbaren Tastverhältnis (Verhältnis von Pulsdauer zur Pulspause bzw. von Pulsdauer zur Periodendauer der Ansteuerperiode) beaufschlagt und das induktive Bauteil 1 hierdurch variierbar getaktet bestromt. 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 Versorgungsspannung UB beaufschlagt, so daß der Ansteuerstrom IA im Ansteuerkreis durch das induktive Bauteil 1 und den Meßwiderstand 2 fließt; während der Pulspause (Freilaufphase) ist das Schaltelement 4 geöffnet und das induktive Bauteil 1 wird von der Versorgungsspannung UB getrennt, so daß der Freilaufstrom IF im Freilaufkreis über die Freilaufdiode 5 (Entkoppeldiode) und das geschlossene Abschaltelement 11 (den Abschalttransistor) über die leitende Sperrdiode 9 und den Umschalttransistor 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 induktiven Bauteils 1 vorgesehenen Zeitintervalls Δt4) wird der Strom I durch das induktive Bauteil 1 vom Stromschwellwert IS (Fangstrom) auf den Haltestrom IH 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 IH vorgegeben, d. h. das Tastverhältnis der PWM wird so eingestellt, daß sich als mittlerer Stromfluß während der Ansteuerphase und der Freilaufphase der Haltestrom IH ergibt.
  • Zum Zeitpunkt t6 (nach Ablauf des Zeitintervalls Δt6) wird der Stromfluß durch das induktive Bauteil 1 von der Steuereinheit 6 deaktiviert (Deaktivierung der Bestromungsphase ΔtB); der Schalttransistor 4 wird über das Ansteuersignal SAN gesperrt (geöffnet), durch entsprechende Schaltsignale der Steuereinheit 6 wird der Umschalttransistor 7 geöffnet (der Umschalttransistor 8 ist bereits geöffnet), wodurch das induktive Bauteil 1 von der Versorgungsspannungsquelle 14 (von der Versorgungsspannung UB) und von der Konstantspannungsquelle 13 (von der Versorgungsspannung UK) getrennt wird, d. h. die Spannung U am induktiven Bauteil 1 wird aufgrund von Induktionseffekten negativ. Um ein schnelles Abfallen des Stromflusses durch das induktive Bauteil 1 zu erreichen, kann der Abschalttransistor 11 unterschiedlich angesteuert werden: wird der Abschalttransistor 11 in den hochohmigen Zustand gebracht, wird über die Abschaltdiode 10, die Freilaufdiode 5 und den Abschalttransistor 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 Klemmspannung der Stromabfall (das Zeitverhalten des Stromabfalls) beeinflußt werden kann; wird der Abschalttransistor 11 dagegen (vollständig) geöffnet, steigt die Spannung am induktiven Bauteil 1 so lange an, bis das induktive Bauteil 1 als Spannungsquelle wirkt – der Stromfluß wird über die Abschaltdiode 10 und die Rückspeisediode 12 aufrechterhalten, so daß eine Rückspeisung in die Konstantspannungsquelle 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 UB von bsp. 13.5 V ver sorgt. Als alternative Spannungsquelle ist eine Konstantspannungsquelle 13 vorgesehen, die eine Konstantspannung UK 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 IS 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 IS auf den Haltestrom IH reduziert; bsp. ist dem induktiven Bauteil 1 ein Fangstrom IS von 16 A und ein Haltestrom IH von 9 A zugeordnet, wobei die Reduzierung der Stromstärke I bsp. durch eine gleitende Reduzierung des Tastverhältnisses der PWM als Verhältnis von Pulsdauer zur Periodendauer in einem Zeitintervall Δt5 von bsp. 250 μs erfolgt.
  • Im Zeitdiagramm der 3 ist ein gegenüber der 2 modifizierter zeitliche Verlauf der Spannung U an der Spule des induktiven Bauteils 1 (3a) vorgegeben. Weiterhin ist wie in der 2 der zeitliche Verlauf des Stroms I durch das induktive Bauteil 1 (3b) und die Ansteuerung des Stromflusses während der Bestromungsphase durch das Pulsweitenmodulationssignal SPWM (3c) dargestellt.
  • Bis zum Zeitpunkt t1 ist der Stromfluß durch das induktive Bauteil 1 von der Steuereinheit 6 deaktiviert (Deaktivierung der Bestromungsphase ΔtB). Vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 wird ein schneller Anstieg des Stromflusses durch das induktive Bauteil 1 erreicht, indem das induktive Bauteil 1 mit der Konstantspannungsquelle 13 verbunden wird, d. h. es wird die Konstantspannung UK an das induktive Bauteil 1 angelegt und es fließt ein Strom I mit einer von der Konstantspannung UK abhängigen Stromstärke und einer hohen Anstiegsrate dl/dt durch das induktive Bauteil 1.
  • Zum Zeitpunkt t2 wird der Stromschwellwert IS durch den Strom I erreicht; das induktive Bauteil 1 bleibt jedoch mit der Konstantspannungsquelle 13 verbunden und wird somit weiterhin mit der Konstantspannung UK beaufschlagt.
  • Zum Zeitpunkt t3 wird durch die Steuereinheit 6 die PWM aktiviert. Die Konstantspannung UK bleibt auch vom Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t4 am induktiven Bauteil 1 angelegt und es fließt ein Strom I mit einer von der Konstantspannung UK 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 UK beaufschlagt.
  • Zum Zeitpunkt t4 (nach Ablauf der zum sicheren „Einfangen” des Ankers des induktiven Bauteils 1 vorgesehenen „Fangphase”) wird einerseits das induktive Bauteil 1 mit der Versorgungsspannungsquelle 14 verbunden und somit mit der Versorgungsspannung UB beaufschlagt, d. h. ab dem Zeitintervall t4 wird die Versorgungsspannung US an das induktive Bauteil 1 angelegt (Ende der ersten Phase der Bestromungsphase, Beginn der zweiten Phase der Bestromungsphase) und es fließt ein Strom I mit einer von der Versorgungsspannung UB abhängigen Stromstärke durch das induktive Bauteil 1; andererseits wird der Strom I durch das induktive Bauteil 1 vom Stromschwellwert IS (Fangstrom) auf den Haltestrom IH reduziert.
  • Vom Zeitpunkt t4 an entsprechen die zeitlichen Verläufe der Spannung U an der Spule des induktiven Bauteils 1 (3a), des Stroms I durch das induktive Bauteil 1 (3b) und des Pulsweitenmodulationssignals SPWM (3c) denen gemäß 2 beschriebenen zeitlichen Verläufen.
  • Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird das induktive Bauteil 1 mit einer von einer Batterie 14 gelieferten Batteriespannung als Versorgungsspannung UB von bsp. 24 V versorgt. Als alternative Spannungsquelle ist eine Konstantspannungsquelle 13 vorgesehen, die eine Konstantspannung UK von bsp. 80 V zur Verfügung stellt. Dem induktiven Bauteil 1 ist ein Fangstrom IS von 15 A und ein Haltestrom IH 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 UK beaufschlagt.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Vorgabe des Stroms durch ein induktives Bauteil (1), das während einer Bestromungsphase (ΔtB) mit einer Spannung beaufschlagt wird, die während einer ersten Phase (Δt2) der Bestromungsphase (ΔtB) größer als während einer nachfolgenden zweiten Phase (Δt3–Δt6) der Bestromungsphase (ΔtB) gewählt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das induktive Bauteil (1) während der ersten Phase (Δt2) der Bestromungsphase (ΔtB) mit einer von einer Konstantspannungsquelle (13) generierten Konstantspannung (UK) und während der zweiten Phase (Δt3–Δt6) der Bestromungsphase (ΔtB) mit der Versorgungsspannung (UB) beaufschlagt wird und 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 (IS) auf einen zweiten Stromwert (IH) mit einem vorgegebenen Zeitverhalten reduziert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke des durch das induktive Bauteil (1) fließenden Stroms (I) gleitend reduziert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschalten von der Konstantspannung (UK) 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 Konstantspannungsquelle (13) verbundenen zweiten Umschaltelements (8) vorgenommen wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß das induktive Bauteil (1) mit der Konstantspannung (UK) zumindest bis zum Erreichen eines Stromschwellwerts (IS) durch den nach der Aktivierung der Bestromungsphase (ΔtB) durch das induktive Bauteil (1) fließenden Stroms (I) beaufschlagt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom (I) durch das induktive Bauteil (1) durch einen Meßwiderstand (2) als Meßspannung (UM) erfaßt wird, und daß das Erreichen des Stromschwellwerts (IS) mittels des Meßwiderstands (2) detektiert wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 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.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet dass das Schaltelement (4) während der zweiten Phase (Δt3–Δt6) der Bestromungsphase (ΔtB) mittels einer Pulsweitenmodulation (PWM) angesteuert wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das induktive Bauteil (1) mit der Konstantspannung (UK) bis zum Erreichen des Stromschwellwerts (IS) beaufschlagt wird, und daß die Pulsweitenmodulation (PWM) erst nach einem vorgegebenen Zeitintervall (Δt3) nach dem Umschaltzeitpunkt (t2) des Umschaltens von der Konstantspannung (UK) auf die Versorgungsspannung (UB) aktiviert wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke des durch das induktive Bauteil (1) fließenden Stroms (I) durch schrittweise Variation des Tastverhältnisses der Pulsweitenmodulation (PWM) reduziert wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierung und Deaktivierung der Bestromungsphase (ΔtB) durch eine Steuereinheit (6) vorgenommen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Deaktivierung der Bestromungsphase (ΔtB) ein zwischen dem induktivem Bauteil (1) und dem Anschluß der Versorgungsspannungsquelle (14) angeordnetes Abschaltelement (11) durch die Steuereinheit (6) hochohmig geschaltet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Deaktivierung der Bestromungsphase (ΔtB) ein zwischen dem induktiven Bauteil (1) und dem Anschluß der Versorgungsspannungsquelle (14) angeordnetes Abschaltelement (11) durch die Steuereinheit (6) geöffnet wird, und daß durch ein zwischen dem induktiven Bauteil (1) und dem Anschluß der Konstantspannungsquelle (13) angeordnetes Rückspeiseelement (12) eine Rückspeisung der im induktiven Bauteil (1) gespeicherten Energie in die Konstantspannungsquelle (13) vorgenommen wird.
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