DE3734415A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR ACCELERATING THE SUPPLY OF AN ELECTROMAGNETIC CONSUMER - Google Patents
CIRCUIT ARRANGEMENT FOR ACCELERATING THE SUPPLY OF AN ELECTROMAGNETIC CONSUMERInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ver sorgung eines elektromagnetischen Verbrauchers mit einer Versorgungsspannung, mit einer in Reihe zum Verbraucher angeordneten Treiberschaltung, die von einem Löschkreis zur Abschaltung des Verbrauchers überbrückbar ist. Eine derartige Schaltungsanordnung ist beispielsweise aus der DE-OS 29 05 900 bekannt und dient zur Steuerung der Entregungszeit, also des Abschaltverhaltens, eines elektro magnetischen Einspritzventils bei Brennkraftmaschinen. Hierzu ist bei der bekannten Schaltung der Löschkreis als Schaltungsanordnung mit steuerbarer Ausgangsspannung ausgelegt; die Schaltungsanordnung funktioniert wie eine Zenerdiode. Nach diesem Stand der Technik kann eine Zener diode vorgesehen werden oder, falls eine Zenerdiode zu schwach ist, ein Verstärker mit nachgeschaltetem Transis tor. Das Einschaltverhalten des elektromagnetischen Verbrau chers läßt sich mit der bekannten Schaltungsanordnung nicht beeinflussen.The invention relates to a circuit arrangement for Ver supply of an electromagnetic consumer with a Supply voltage, with one in series to the consumer arranged driver circuit by an erase circuit can be bridged to switch off the consumer. A such circuit arrangement is, for example, from the DE-OS 29 05 900 known and is used to control the De-excitation time, i.e. the switch-off behavior of an electro magnetic injection valve in internal combustion engines. For this purpose, the quenching circuit is used in the known circuit as a circuit arrangement with controllable output voltage designed; the circuit arrangement works like one Zener diode. According to this state of the art, a Zener diode are provided or, if a zener diode too is weak, an amplifier with a downstream Transis gate. The switch-on behavior of the electromagnetic consumption chers can with the known circuit arrangement do not affect.
Weiterhin ist beispielsweise aus der DE-OS 20 06 835 eine Schaltungsanordnung zum schnellen Öffnen eines Magnet ventils bekannt, bei welchem nach Ende der Anzugszeit das Magnetventil für einen solchen Zeitraum stromlos gehalten wird, daß ein sicherer Abfall des Magnetventils erfolgt. Dann wird ein derartiger Stromfluß bereitgestellt, daß das Magnetventil gerade noch nicht anspricht. Im Anzugszeitpunkt wird ein Zusatzsignal dem Magnetventil zugeführt; dieses Zusatzsignal wird einem Speicher ent nommen, beispielsweise einem Kondensator.Furthermore, for example from DE-OS 20 06 835 a circuit arrangement for quickly opening a magnet valve known, at which after the tightening period the solenoid valve is de-energized for such a period is held that a safe drop of the solenoid valve he follows. Then such current flow is provided that the solenoid valve just does not respond. in the An additional signal is sent to the solenoid valve fed; this additional signal is ent a memory take, for example a capacitor.
Schließlich ist beispielsweise aus der US-PS 37 05 333 eine einstellbare aktive Klemmschaltung für einen induktiven Verbraucher bekannt, der im Betrieb vom einem Treiber transistor mit Strom versorgt wird. Zum schnellen Abschalten des induktiven Verbrauchers sind ein Spannungsteiler mit nachgeschaltetem Darlingtontransistor vorgesehen. Der Darlingtontransistor ist abgeschaltet, während der Treibertransistor gesättigt ist und daher den Verbraucher mit Strom versorgt. Beim Abschalten des Treibertransis tors schaltet der Spannungsteiler den Darlingtontran sistor ein und dieser leitet die Energie des induktiven Verbrauchers ab.Finally, for example, from US-PS 37 05 333 an adjustable active clamp circuit for an inductive Consumer known to be operating from a driver transistor is powered. For quick shutdown of the inductive consumer are a voltage divider provided with a downstream Darlington transistor. The Darlington transistor is turned off during the Driver transistor is saturated and therefore the consumer powered. When switching off the driver transis the voltage divider switches the Darlington train sistor and this conducts the energy of the inductive Consumer.
Nach dem Stand der Technik wird daher beim Abschalten
die im elektromagnetischen Verbraucher enthaltene Energie
entweder durch eine Schaltungsanordnung mit steuerbarer
Ausgangsspannung oder aber durch einen Darlingtontransistor
mit vorgeschaltetem Spannungsteiler abgebaut. Die wie
eine Zenerdiode arbeitende bekannte Schaltung ist zwar
relativ einfach aufgebaut, jedoch aufgrund des festen
Schaltpunkts einer Zenerdiode unflexibel. Die bekannte
aktive Klemmschaltung, die mit einem Spannungsteiler
und Darlingtontransistor arbeitet, ist dagegen verhältnis
mäßig aufwendig. Bei beiden bekannten Schaltungen, die
zur Steuerung des Ausschaltverhaltens eines elektromagne
tischen Verbrauchers vorgesehen sind, fließt die in dem
elektromagnetischen Verbraucher gespeicherte Energie
beim Abschalten gleichsam nutzlos ab.
According to the prior art, the energy contained in the electromagnetic consumer is therefore reduced either by a circuit arrangement with controllable output voltage or by a Darlington transistor with an upstream voltage divider when it is switched off. The known circuit operating like a Zener diode is of relatively simple construction, but is inflexible due to the fixed switching point of a Zener diode. The known active clamp circuit, which works with a voltage divider and Darlington transistor, is relatively moderately complex. In both known circuits, which are provided for controlling the switch-off behavior of an electromagnetic consumer, the energy stored in the electromagnetic consumer flows away uselessly when switched off.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Versorgung eines elektromagnetischen Verbrauchers mit einer Ver sorgungsspannung, mit einer in Reihe zum Verbraucher angeordneten Treiberschaltung, die von einem Löschkreis zur Abschaltung des Verbrauchers überbrückbar ist, und bei welcher im Löschkreis zumindest ein Energiespeicher zur Aufnahme der im Verbraucher gespeicherten Energie vorgesehen ist, hat insbesondere den Vorteil eines besonders einfachen Aufbaus. Ein derartiger Energiespeicher läßt sich beispielsweise als kapazitiver Energiespeicher reali sieren, also als Kondensator. Durch den erfindungsgemäßen Energiespeicher läßt sich die dort gespeicherte Energie, wie nachstehend noch genauer erläutert wird, in vorteil hafter Weise für weitere Zwecke nutzen.The circuit arrangement according to the invention for supply of an electromagnetic consumer with a ver supply voltage, with one in line to the consumer arranged driver circuit by an erase circuit can be bridged to switch off the consumer, and in which at least one energy storage device in the extinguishing circuit to absorb the energy stored in the consumer is particularly advantageous simple construction. Such an energy store leaves for example as a capacitive energy storage sieren, so as a capacitor. By the invention Energy storage, the energy stored there, as will be explained in more detail below, advantageously use it for other purposes.
Vorteilhafterweise weist der Löschkreis eine Schalteinrich tung auf, die in Serie zwischen dem Verbraucher und dem Energiespeicher angeordnet ist. Durch Schalten der Schalt einrichtung in einem gewünschten Zeitpunkt läßt sich das Abschaltverhalten der erfindungsgemäßen Schaltungs anordnung variieren und damit an unterschiedliche Einsatz zwecke oder Betriebsparameter anpassen. Hierzu ist vorteil hafterweise die Schalteinrichtung als ein elektronischer Schalter ausgebildet, der einen Eingangsanschluß aufweist, an den ein Abschaltsignal anlegbar ist. Durch ein externes Abschaltsignal, welches in Abhängigkeit von beispielsweise Betriebsparametern erzeugt wird, läßt sich auf einfache Weise und sehr präzise das beschleunigte Ausschalten des elektromagnetischen Verbrauchers variabel steuern. Ein besonders deutlicher Vorteil ergibt sich, wenn gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die im Energiespeicher gespeicherte Energie dem Verbraucher steuerbar beim Einschalten zuführbar ist. Hierdurch läßt sich nicht nur das Ausschaltverhalten des elektromagneti schen Verbrauchers steuern, sondern ebenfalls dessen Einschaltverhalten, und zwar mit äußerst geringem zusätz lichem Bauteilaufwand, da ja derselbe Energiespeicher, der beim Abschalten des Verbrauchers die Energie aufnimmt, diese Energie beim Einschalten des elektromagnetischen Verbrauchers diesem zur Beschleunigung des Einschaltens zuführt.The quenching circuit advantageously has a switching device device that is in series between the consumer and the consumer Energy storage is arranged. By switching the switch can be set up at a desired time the switch-off behavior of the circuit according to the invention arrangement vary and thus to different use Customize purposes or operating parameters. This is advantageous the switchgear as an electronic Formed switch, which has an input terminal, to which a shutdown signal can be applied. By an external Switch-off signal, which depending on, for example Operating parameters generated can be easily Accelerated switching off wisely and very precisely control the electromagnetic consumer variably. A particularly clear advantage arises if according to a particularly advantageous embodiment of the invention the energy stored in the energy storage to the consumer controllable when switched on. This leaves not only the switch-off behavior of the electromagnetic control consumer, but also its Switch-on behavior, with extremely little additional Lich component effort, since the same energy storage, which absorbs the energy when the consumer is switched off, this energy when you turn on the electromagnetic Consumer this to accelerate the switching on feeds.
Daher ist vorteilhafterweise auch zum Einschalten eine zwischen dem Energiespeicher und der Versorgungsspannung des Verbrauchers angeordnete Schalteinrichtung vorgesehen, die ebenso wie die Schalteinrichtung für das Ausschalten vorzugsweise ein elektronischer Schalter ist, der einen Eingangsanschluß aufweist, an den ein Einschaltsignal anlegbar ist. Auf diese Weise läßt sich mittels geeigneter Ein- beziehungsweise Ausschaltsignale unabhängig vonein ander das Ein- beziehungsweise Ausschalten des elektromagne tischen Verbrauchers beeinflussen.Therefore, it is also advantageous to switch on between the energy storage and the supply voltage switching device arranged by the consumer is provided, which as well as the switching device for switching off is preferably an electronic switch that one Has input connection to which a switch-on signal can be created. In this way, by means of suitable Switch-on and switch-off signals independently of one another differently the switching on or off of the electromagnetic influence the consumer.
Wenn zumindest ein weiterer Energiespeicher, zusätzlich zu dem ersten Energiespeicher, vorgesehen ist, so lassen sich mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung weitere Einsatzzwecke abdecken. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere von Vorteil, wenn der weitere Energiespeicher nicht ständig zugeschaltet ist, sondern beispielsweise in Abhängigkeit von zumindest einem Betriebsparameter der Schaltungsanordnung zuschaltbar ist. So kann bei spielsweise für den Fall, daß aufgrund der Änderung eines Betriebsparameters ein besonders schnelles Einschalten des elektromagnetischen Verbrauchers erforderlich ist, der weitere Energiespeicher zugeschaltet werden und durch die zusätzliche darin gespeicherte Energie den Einschalt vorgang des elektromagnetischen Verbrauchers weiter beschleu nigen. If at least one more energy store, additionally to the first energy store, is provided so yourself with the circuit arrangement according to the invention Cover purposes. In this context it is particularly advantageous if the further energy storage is not constantly switched on, but for example depending on at least one operating parameter the circuit arrangement can be switched on. So at for example in the event that due to the change of a Operating parameters a particularly quick turn on of the electromagnetic consumer is required the additional energy storage can be switched on and through the additional energy stored in it when switching on process of the electromagnetic consumer continues to accelerate nigen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch darge stellter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit einem Ausschaltkreis für eine Induktivität und einem zusätzlichen Einschaltkreis, Fig. 2 einen zusätzlichen Einschaltkreis, der zusätzlich bei der in Fig. 1 darge stellten Ausführungsform vorgesehen werden kann, Fig. 3a ein Diagramm zur Darstellung der zeitlichen Abhängig keit der Spannung an einem Energiespeicher und Fig. 3b die zeitliche Abhängigkeit des durch einen induktiven Verbraucher fließenden Stroms.The invention is explained in more detail below with the aid of preferred exemplary embodiments shown in the drawing, from which further advantages and features emerge. Fig. 1 shows a preferred embodiment of the invention with a switch-off circuit for an inductor and an additional switch-on circuit, Fig. 2 shows an additional switch-on circuit, which can also be provided in the embodiment shown in Fig. 1, Fig. 3a is a diagram showing the temporal dependence of the voltage on an energy store and FIG. 3b the temporal dependence of the current flowing through an inductive consumer.
Beim Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Schaltungs anordnung zur Versorgung einer Magnetspule eines Brennstoff- Einspritzventils für Brennkraftmaschinen mit beschleunigter Einschaltung und beschleunigter Ausschaltung.The exemplary embodiment is a circuit arrangement for supplying a magnetic coil of a fuel Injector for internal combustion engines with accelerated Activation and accelerated deactivation.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung ist ein unipolarer Treibertransistor TD zur Versorgung einer Magnetspule L vorgesehen. Die Magnetspule L ist mit einem Anschluß über eine Diode D 1, deren Anodenanschluß mit einer Versorgungsspannung U (Batt.) verbunden ist, an die Versorgungsspannung angeschlossen und mit ihrem anderen Anschluß an den Treibertransistor TD. An den Gate-Anschluß des Treibertransistors TD wird zu dessen Steuerung ein nicht näher bezeichnetes Schaltsignal ange legt. Weiterhin ist an den Verbindungspunkt zwischen Magnetspule L und Treibertransistor TD die Kathode einer Zenerdiode DZ angeschlossen, deren Anode mit der Anode einer weiteren Diode D 2 verbunden ist, deren Kathode mit dem anderen, der Magnetspule L abgewandten Anschluß des Treibertransistors TD verbunden ist. Insgesamt wird daher durch den Treibertransistor TD eine Spannung U G bereitgestellt.In the circuit arrangement shown in FIG. 1, a unipolar driver transistor TD is provided for supplying a magnetic coil L. The solenoid L is connected to the supply voltage with a connection via a diode D 1 , the anode connection of which is connected to a supply voltage U (Batt.), And with its other connection to the driver transistor TD . At the gate terminal of the driver transistor TD , a switching signal, not specified, is placed for the control thereof. Furthermore, the cathode of a Zener diode DZ , whose anode is connected to the anode of a further diode D 2 , whose cathode is connected to the other terminal of the driver transistor TD facing away from the magnet coil L, is connected to the connection point between the magnet coil L and the driver transistor TD . Overall, a voltage U G is therefore provided by the driver transistor TD .
Zur Beschleunigung des Ausschaltens ist an den Verbindungs punkt zwischen der Magnetspule L und dem Treibertransistor TD weiterhin ein in Fig. 1 gestrichelt umrahmter Lösch kreis angeschlossen. Im einzelnen ist hierzu der Treiber transistor TD durch die Reihenschaltung einer Diode D 3 und eines Kondensators C 1 überbrückt. Der Kondensator C 1 dient als Energiespeicher, um die vom Magnetventil L gespeicherte Energie aufzunehmen. An die mit der Magnet spule L verbundene Anode der Diode D 3 ist weiterhin der Emitter eines NPN-Transistors T 1 angeschlossen, dessen Kollektor mit der Kathode der Diode D 3 sowie mit einem Anschluß des Kondensators C 1 verbunden ist. Die Basis des Transistors T 1 ist an einen Anschlußpunkt A 1 geführt, an welchen ein Abschaltsignal angelegt werden kann. Weiterhin ist der Verbindungspunkt zwischen Kathode der Diode D 3 und dem Kondensator C 1 mit dem Kollektor eines weiteren NPN-Transistors T 2 verbunden, dessen Emitteran schluß zum Verbindungspunkt zwischen Magnetspule L und der Kathode der Diode D 1 geführt ist. Der Basisanschluß des Transistors T 2 liegt an einem Anschlußpunkt E 1, an den ein Einschaltsignal angelegt werden kann. Beim Abschalten des Treibertransistors TD wird ein ent sprechendes Abschaltsignal an den Basisanschluß A 1 des Transistors T 1 angelegt und daher die in der Magnetspule L vorhandene Energie als Spulenstrom I L in den Kondensator C 1 überführt. Der jetzt bis auf eine Spannung U C 1 aufgeladene Konden sator C 1 kann zur Beschleunigung des Einschaltens der Magnetspule L wieder entladen werden, und zwar dadurch, daß der Transistor T 2 aufgrund eines an seiner Basis über den Anschlußpunkt E 1 zugeführten Einschaltsignals durchschaltet und so das in Fig. 1 obere Ende der Magnet spule L mit Strom versorgt.In order to accelerate the switch-off, an extinguishing circuit framed in dashed lines in FIG. 1 is also connected to the connection point between the magnet coil L and the driver transistor TD . In detail, the driver transistor TD is bridged by the series connection of a diode D 3 and a capacitor C 1 . The capacitor C 1 serves as an energy store in order to absorb the energy stored by the solenoid valve L. The emitter of an NPN transistor T 1 is also connected to the anode of the diode D 3 connected to the magnet coil L , the collector of which is connected to the cathode of the diode D 3 and to a connection of the capacitor C 1 . The base of transistor T 1 is connected to a connection point A 1 , to which a switch-off signal can be applied. Furthermore, the connection point between the cathode of the diode D 3 and the capacitor C 1 is connected to the collector of a further NPN transistor T 2 , the emitter connection of which leads to the connection point between the solenoid L and the cathode of the diode D 1 . The base connection of the transistor T 2 is at a connection point E 1 , to which a switch-on signal can be applied. When the driver transistor TD is switched off , a corresponding switch-off signal is applied to the base connection A 1 of the transistor T 1 and therefore the energy present in the magnetic coil L is transferred as a coil current I L into the capacitor C 1 . The now charged up to a voltage U C 1 capacitor C 1 can be discharged again to accelerate the switching on of the solenoid L , in that the transistor T 2 switches on due to a supply signal supplied at its base via the connection point E 1 and so the upper end of the magnet coil L in FIG. 1 is supplied with current.
Weiterhin sind in Fig. 1 zusätzliche Anschlußklemmen a, b, und c vorgesehen, die zum Anschluß eines zusätz lichen Einschaltkreises mit zusätzlichem Energiespeicher dienen können. Diese zusätzliche Schaltung ist in Fig. 2 dargestellt. Bei der in Fig. 2 gezeigten Schaltung dienen Anschlußpunkte a, b, c zum Anschluß an die ent sprechenden Anschlußpunkte gemäß Fig. 1. An den Anschluß punkt b ist die Anode einer Diode D 4 angeschlossen, deren Kathode mit einem Anschluß eines weiteren Energiespeichers, eines Kondensators C 2, verbunden ist, dessen anderer Anschluß zum Anschlußpunkt c geführt ist. An den Ver bindungspunkt zwischen Diode D 4 und Kondensator C 2 ist der Kollektor eines weiteren Schalttransistors T 3 ange schlossen, dessen Emitter mit dem Anschlußpunkt a und damit dem gemeinsamen Anschluß von Diode D 1 und Magnet spule L in Fig. 1 verbunden ist. Der Basisanschluß des Schalttransistors T 3 führt zu einem Anschlußpunkt E 2, an welchen eine Einschaltsteuerspannung angelegt werden kann. Diese kann zeitsynchron mit der an der Basis des Transistors T 2 von Fig. 1 über den Anschlußpunkt E 1 zugeführten Einschaltsteuerspannung verlaufen, aber bei spielsweise auch zeitversetzt sein. Selbstverständlich ist es bei entsprechendem Bedarf auch möglich, mehrere zusätzliche Einschaltkreise, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind, an die in Fig. 1 gezeigte bevorzugte Ausführungsform anzuschließen. Fig. 3a zeigt die zeitliche Abhängigkeit der Spannung am Energiespeicher-Kondensator (C 1 oder C 2) als gestrichelte Linie sowie mit einer durchgezogenen Linie die Grenzspannung U G von Fig. 1.Furthermore, in Fig. 1 additional terminals a, b , and c are provided, which can be used to connect an additional switch-on circuit with additional energy storage. This additional circuit is shown in Fig. 2. In the circuit shown in FIG. 2, connection points a, b, c are used for connection to the corresponding connection points according to FIG. 1. At the connection point b , the anode of a diode D 4 is connected, the cathode of which is connected to a further energy store, a capacitor C 2 , is connected, the other connection of which is led to the connection point c . At the Ver connection point between diode D 4 and capacitor C 2 , the collector of a further switching transistor T 3 is connected, the emitter of which is connected to the connection point a and thus the common connection of diode D 1 and magnet coil L in FIG. 1. The base connection of the switching transistor T 3 leads to a connection point E 2 , to which a switch-on control voltage can be applied. This can be time-synchronous with the switch-on control voltage supplied to the base of transistor T 2 from FIG. 1 via connection point E 1 , but may also be time-delayed in the case of example. Of course, it is also possible, if required, to connect a plurality of additional switch-on circuits, as shown in FIG. 2, to the preferred embodiment shown in FIG. 1. Fig. 3a shows the time dependence of the voltage at the energy storage capacitor (C 1 or C 2) as a broken line and a solid line with the limit voltage U G of FIG. 1.
Wie voranstehend erwähnt ist bei dem in Fig. 1 darge stellten Ausführungsbeispiel der Erfindung der induktive Verbraucher L die Magnetspule eines Einspritzventils. Die Ladung des Kondensators C 1 in Fig. 1 kann beispiels weise in einer Raststellung des Nockens des Einspritz ventils erfolgen, da in einer derartigen Raststellung das Magnetventil L ohne definierte Arbeitsaufgabe ist. Andererseits kann aber auch, und dies ist in Fig. 3b gezeigt, eine Aufladung des Kondensators C 1 im Halte strombereich der Magnetspule L erfolgen, wobei ein getakte ter Haltestrom verwendet wird, dessen Wert größer ist als der Wert I Halt,min des minimalen, zum Halten des Magnetventils L notwendigen Stroms.As mentioned above, in the embodiment shown in FIG. 1 of the invention, the inductive consumer L is the solenoid of an injection valve. The charge of the capacitor C 1 in FIG. 1 can take place, for example, in a locking position of the cam of the injection valve, since in such a locking position the solenoid valve L is without a defined work task. On the other hand, however, and this is shown in FIG. 3b, the capacitor C 1 can also be charged in the holding current region of the magnet coil L , a clocked holding current being used, the value of which is greater than the value I Halt, min of the minimum, necessary to hold the solenoid valve L current.
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