KR20130061687A - 측정 신호의 프로파일 내의 최고치를 검출하기 위한 회로 어레인지먼트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 측정 신호(VBEMF)의 프로파일 내의 최고치를 검출하기 위한 회로 어레인지먼트에 관한 것으로, 상기 회로 어레인지먼트는, 연산(operational) 증폭기(IC1B) ― 상기 연산 증폭기(IC1B)의 넌-인버팅 입력부(5)는 기준 전위에 연결되고, 상기 연산 증폭기(IC1B)의 출력부(7)는 제1 저항기(R2)를 통해 인버팅 입력부(6)에 연결됨 ―, 입력 연결부 ― 상기 입력 연결부에 상기 측정 신호(VBEMF)가 인가되고 그리고 상기 입력 연결부는, 커패시터(C1)와 제2 저항기(R1)를 포함하는 직렬 회로를 통해 상기 연산 증폭기(IC1B)의 상기 인버팅 입력부(6)에 연결됨 ― 를 갖는다. 상기 커패시터(C1)와 상기 제2 저항기(R1) 사이의 연결점이 제3 저항기(R3)와 제1 역-바이어스 다이오드(D1)를 통해 상기 연산 증폭기(IC1B)의 네거티브 공급 전위에 연결된다. 상기 제3 저항기(R3)와 상기 제1 다이오드(D1) 사이의 연결점이 제2 순-바이어스 다이오드(D2)를 통해 상기 연산 증폭기(IC1B)의 상기 출력부(7)에 연결된다. 상기 기준 전위는 포지티브 전위(+0.5 V)이다.

Description

측정 신호의 프로파일 내의 최고치를 검출하기 위한 회로 어레인지먼트{CIRCUIT ARRANGEMENT FOR DETECTING A MAXIMUM IN THE PROFILE OF A MEASUREMENT SIGNAL}

본 발명은 측정 신호의 프로파일 내의 최고치를 검출하기 위한 회로 어레인지먼트에 관한 것이다.

최신 연소 엔진들에서는, 연료가 주입기들을 통해 연소 챔버 안으로 이입된다. 배기 가스 내의 오염물질들의 농도에 관한 엄격한 요건들 및 이로써 연소의 품질을 충족시킬 수 있기 위하여, 주입 순간과 주입 지속기간을 가능한 한 정확하게 알고 그리고 결정하는 것이 필요하다.

연료 주입기들은 코일들에 의해 종종 동작되고, 이로써 전기자가 이동되어, 코일 내에서 전류가 흐를 때 밸브를 개방시킨다. 개방 순간은 코일의 에너지공급의 시작으로부터 충분히 정확하게 결정될 수 있다. 그러나, 폐쇄 순간은 문제가 있는 것으로 남는데, 그 이유는 코일을 통과해 흐르는 전류가 코일의 능동적 에너지공급이 스위칭 오프 된 이후 갑자기 중지하는 것이 아니라 코일 내에 저장된 자기 에너지 때문에 프리휠링 회로 내에서 감쇠되어야 하기 때문이다. 그러나, 정확하게 알려지지 않은 크기를 갖는 전류가 코일 내에서 계속 흐르는 동안에는, 전기자 상의 자기장에 의해 생성된 힘이, 자기장의 힘에 반대하여 작용하는 스프링 힘이 밸브를 폐쇄하도록 허용하기에 충분히 작게 되는 때를 예상하는 것이 어렵다. 부가하여, 코일의 자기-인덕턴스에 의해 생성된 역(reverse) EMF ― 전류의 흐름 및 이로써 자기장을 유지시킴 ― 뿐만 아니라, 유도된 전압의 추가 컴포넌트도 전기자의 이동을 통해 이러한 역(reverse) EMF에 중첩된다.

밸브가 개방되는지 또는 폐쇄되는지의 여부의 문제는 전기자의 포지션에 따라 좌우되고, 그래서 폐쇄 순간이 전기자 포지션의 지식으로부터 추론될 수 있다.

파일 레퍼런스 10 2009 032 521.2-26를 갖는 이전에 공개되지 않은 출원은 코일에 의해 동작되는 밸브의 폐쇄 순간을 결정하기 위한 방법을 개시하고, 여기서 코일의 능동적 에너지공급이 스위칭 오프 된 이후 이루어지는, 코일 내에 저장된 자기 에너지의 감쇠 때문에, 그리고 또한 전기자의 이동으로부터 야기되는 인덕턴스 때문에, 코일 내에서 흐르는 전류를 표현하는 제1 전압과, 순수하게 코일 내에 저장된 자기 에너지의 감쇠 때문에 코일 내에서 흐르는 전류의 컴포넌트를 표현하는 제2 전압 사이에 차이가 형성되어, 전기자 이동으로부터 야기되는 인덕턴스에 의해 생성되는 전압의 컴포넌트만이 획득될 뿐이다. 여기서 제2 전압은 방전 커패시터에서 획득되고, 이로써 커패시터의 충전은 능동적 에너지공급이 스위칭 오프 된 이후 코일 양단에서 발전하는 높은 전압 스파이크에 의해 트리거링된다. 분압기를 갖는 회로 어레인지먼트의 결과로서, 제1 전압 그리고 상기 제1 전압으로부터 획득되는, 커패시터에 대한 충전 전압은 코일 양단에서 발전되는 전압으로부터 분압기를 통해 도출된다.

이러한 제1 전압 및 제2 전압은 차동 증폭기에 공급되고, 상기 차동 증폭기의 출력 신호는 단지 밸브 전기자의 이동에 의해 유도되는 코일 전압의 컴포넌트이다. 이러한 출력 신호의 크기는 신호 프로파일 내의 적어도 하나의 최고치를 포함하고, 이때 상기 최고치는 전기자가 상기 전기자의 엔드 포지션에 도달하기 때문에 밸브가 폐쇄될 때 발생한다. 물론, 차동 증폭기에 대한 어느 입력들이 제1 전압 및 제2 전압으로 공급되는지에 따라, 신호 프로파일 내의 최고치는 또한 최소치로서 수학적으로 간주될 수 있다.

미분(differentiation)을 통해 이러한 신호 프로파일 내의 최고치를 검출하는 것은 DE 101 50 199 AI로부터 이미 알려진다. 미분을 통해 획득되는, 이러한 신호의 제로-트랜싯(zero-transit)은 폐쇄 순간을 표시하고, 그리고 쉽게 검출된다.

연산(operational) 증폭기 ― 상기 연산 증폭기의 넌-인버팅 입력부는 기준 전위에 연결되고, 상기 연산 증폭기의 출력부는 제1 저항기를 통해 인버팅 입력부에 연결됨 ―, 그리고 입력 연결부 ― 상기 입력 연결부에 측정 신호가 인가되고 그리고 상기 입력 연결부는, 커패시터와 제2 저항기를 포함하는 직렬 회로를 통해 상기 연산 증폭기의 상기 인버팅 입력부에 연결됨 ― 를 갖는, 측정 신호의 프로파일 내의 최고치를 검출하기 위한 회로 어레인지먼트가 예컨대 Tietze/Schenk에 의해 저술된 "Halbleiterschaltungstechnik"(반도체 회로 기술) 7판(1985년, 312-313쪽)으로부터 알려지고, 이로써 그곳의 기준 전위는 접지 전위이다. 제2 저항기는 미분기에 더 큰 안정성을 주지만, 출력 신호에서 페이즈-시프트를 유도하고, 그 결과로 측정 신호의 최고치를 표시하는 제로-트랜싯이 출력 신호 내에서 너무 늦게 발생한다. 이는, 연료 밸브의 폐쇄 순간을 정확하게 검출하는데 충분히 좋지 않다.

그러므로, 본 발명의 과제는, 거의 노력 없이, 더 우수한 해결책이 이용가능하도록 그리고 그에 따라 경제적이도록 하는 회로 어레인지먼트를 제공하는 것이다.

상기 과제는, 연산 증폭기 ― 상기 연산 증폭기의 넌-인버팅 입력부는 기준 전위에 연결되고, 상기 연산 증폭기의 출력부는 제1 저항기를 통해 인버팅 입력부에 연결됨 ―, 입력 연결부 ― 상기 입력 연결부에 측정 신호가 인가되고 그리고 상기 입력 연결부는, 커패시터와 제2 저항기를 포함하는 직렬 회로를 통해 상기 연산 증폭기의 상기 인버팅 입력부에 연결됨 ― 를 갖는, 측정 신호의 프로파일 내의 최고치를 검출하기 위한 회로 어레인지먼트에 의해 충족되고, 이로써 상기 커패시터와 상기 제2 저항기 사이의 연결점이 제3 저항기와 제1 역-바이어스 다이오드를 통해 상기 연산 증폭기의 네거티브 공급 전위에 연결되고, 그리고 이로써 상기 기준 전위는 포지티브 전위이다 ― 유리하게, +5 V의 포지티브 공급 전위와 0 V의 네거티브 공급 전위를 갖는 연산 증폭기의 경우에, 대략 +0.5 V이다. 또한, 상기 제3 저항기와 상기 제1 다이오드 사이의 연결점이 제2 순-바이어스 다이오드를 통해 상기 연산 증폭기의 상기 출력부에 연결된다.

제1 다이오드는 연산 증폭기의 인버팅 입력부에 대한 네거티브 전압 이탈(excursion)들을 제한시키는 역할을 하고, 상기 연산 증폭기의 네거티브 공급 전위는 기준 전위에 있다. 여기서 제3 저항기는 전류를 제한시키는 역할을 하고, 그래서 측정 신호를 공급하는 소스는 너무 심하게 부하가 걸리지 않는다. 대부분의 경우들에서, 이러한 소스는 전압 증폭기로서 구성된 연산 증폭기의 출력부이다. 이러한 출력부가 너무 낮은 저항으로 부하가 걸리면, 이는, 페이즈 시프트들 및 기생 오실레이션들을 야기시킬 수 있다.

제2 다이오드는 상기 제2 다이오드의 애노드 단자를, 인버팅 미분기의 출력 전위를 순 바이어스 전압의 크기만큼 초과하는 값으로 제한시킨다. 이러한 클램핑은 미분기가 응답하는 정확도를 크게 증가시키면서, 동시에, 측정 신호의 상승 페이즈 동안 신호 잡음에 대한 미분기의 감도를 강력하게 감소시킨다. 유리하게 +0.5 V의 연산 증폭기의 넌-인버팅 입력부에서의 포지티브 기준 전압이 요구되는데, 그 이유는 제2 다이오드의 순 전압이 0 V가 아니라, 0.5 V 내지 0.7 V의 영역 내에 있기 때문이다. 미분기의 기준 전위에서의 이러한 0.5 V 시프트를 통해, 상기 미분기의 임계점이 제2 다이오드의 순 전압 바로 아래에 놓인다. 측정 신호의 상승 페이즈 동안, 미분기에 대한 인버팅 입력부에서의 전압이 대략 제2 다이오드의 순 전압의 값을 가지므로, 이러한 전위는 넌-인버팅 입력부에서의 전압을 초과한다. 이의 결과로서, 미분기의 출력부는 네거티브 포화에 대하여 구동된다.

본 발명은 예시적 실시예에 기초하여 도면들을 이용하여 더욱 상세히 아래에 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트이다.
도 2는 본 발명에 따른 더욱 발전된 회로 어레인지먼트이다.
도 3은 도 1의 회로 어레인지먼트에 있는 입력부, 출력부 그리고 뒤를 잇는 커패시터에서의 신호 곡선들이다.
도 4는 도 2의 회로 어레인지먼트에 있는 입력부, 출력부 그리고 뒤를 잇는 커패시터에서의 신호 곡선들이다.

도 1은 연산 증폭기(IC1B)를 나타내고, 상기 연산 증폭기(IC1B)의 포지티브 공급 전위는 +5 V이고, 그리고 상기 연산 증폭기(IC1B)의 네거티브 공급 전위는 0 V이다. 상기 연산 증폭기(IC1B)의 넌-인버팅 입력부(5)는 +0.5 V의 기준 전위에 연결된다. 상기 연산 증폭기(IC1B)의 출력부(7)는 제1 저항기(R2)를 통해 인버팅 입력부(6)에 연결된다. 회로 어레인지먼트의 하나의 입력부(VBEMF)는, 커패시터(C1)와 제2 저항기(R1)를 포함하는 직렬 회로를 통해, 상기 연산 증폭기(IC1B)의 인버팅 입력부(6)에 연결된다. 그 정도로, 회로 어레인지먼트는 알려진 미분기의 회로어레인지먼트에 대체로 대응한다.

본 발명에 따르면, 커패시터(C1)와 제2 저항기(R1)의 연결점이, 제3 저항기(R3)와 제1 다이오드(D1)를 포함하는 직렬 회로를 통해, 네거티브 공급 전위 0 V에 연결된다. 또한, 제3 저항기(R3)와 제1 다이오드(D1) 사이의 연결점이 제2 다이오드(D2)를 통해 연산 증폭기(IC1B)의 출력부(7)에 연결된다.

도 3의 중간에 도시된 곡선이 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 출력부에서의 신호 프로파일을 표현하는 반면에, 그 하위 곡선은, 그 상위 그래프 상에 도시된 바와 같은 입력 신호의 존재시, 커패시터(C1)와 제2 저항기(R1)의 연결점에서의 신호 프로파일을 나타낸다. 명확하게 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 회로 어레인지먼트는 단지 입력 신호의 비교적 큰 변화들에 응답하여 출력 신호에서의 제로 트랜싯을 표시하고, 이로써 코일에 의하여 작동되는 연료 주입 밸브의 전기자 이동의 엔드로부터 야기되는, 입력 신호에서의 최고치를 표시하는 관심대상 트랜싯은 약 2.6 ㎳에서 발생한다. 하위 곡선에서는, 연산 증폭기의 인버팅 입력부(6)에서의 전압에 대략 대응하는, 커패시터(C1)와 제2 저항기(R1) 사이의 연결점에서의 전압이 약 -0.7 V 내지 +1 V 사이에 있고, 그 효과로, 제2 저항기(R1)에도 불구하고, 미분기가 페이즈 지연을 나타내지 않음을 볼 수 있다.

절대 최고치를 추출하기 위해 도 2에 따른 판별기(discriminator) 회로가 유리한 방식으로 사용될 수 있다. 측정 신호의 프로파일 내의 최고치를 검출하기 위한 본 발명의 회로 어레인지먼트에 부가하여, 도 1의 참조 번호들과 동일한 참조 번호들을 갖는 상기 판별기 회로는, 슈미트 트리거들로서 구성된 두 개의 비교기들(IC2A, IC2B)로 구성된 회로에 대한 연장부를 포함한다. 이를 위해, 비교기들(IC2A 및 IC2B)의 각각의 출력부들(1 및 7)은, 각각 제4 저항기(R6)와 순-바이어스 다이오드들(D3, D4)을 통해, 각자의 넌-인버팅 입력부들(3, 5)에 각각 연결된다.

한편으로 회로 어레인지먼트의 VBEMF 입력부로부터의 측정 신호, 그리고 다른 한편으로 +1.5 V의 기준 전압이 비교기(IC2A)에 공급된다. 한편으로 미분기로부터의 출력 신호, 그리고 다른 한편으로 +2 V의 기준 전압이 비교기(IC2B)에 공급된다. 물론, 기준 전압들은 특정한 애플리케이션에 따라 선택될 수 있고, 그리고 예컨대 공급 전압들로부터 분압기에 의하여 도출될 수 있다.

비교기들의 출력부들은 서로 연결되고, 그리고 제5 저항기(R7)를 통해 포지티브 공급 전위에 연결된다. 상기 비교기들의 출력부들은 논리적 AND 조합을 생성하고, 그래서 미분기의 출력과 측정 신호 자체 둘 다가 각각에 할당된 기준 전위들을 초과하는 전위들에 있을 때 그리고 미분기의 출력과 측정 신호 자체 둘 다가 각각에 할당된 기준 전위들을 초과하는 전위들에 있는 동안에는, 신호가 단지 이러한 판별기 회로의 출력부에 나타난다.

Claims (1)

1. 측정 신호(VBEMF)의 프로파일 내의 최고치를 검출하기 위한 회로 어레인지먼트로서,
   연산(operational) 증폭기(IC1B) ― 상기 연산 증폭기(IC1B)의 넌-인버팅 입력부(5)는 기준 전위에 연결되고, 상기 연산 증폭기(IC1B)의 출력부(7)는 제1 저항기(R2)를 통해 인버팅 입력부(6)에 연결됨 ―,
   입력 연결부 ― 상기 입력 연결부에 상기 측정 신호(VBEMF)가 인가되고 그리고 상기 입력 연결부는, 커패시터(C1)와 제2 저항기(R1)를 포함하는 직렬 회로를 통해 상기 연산 증폭기(IC1B)의 상기 인버팅 입력부(6)에 연결됨 ―
   를 갖고,
   상기 커패시터(C1)와 상기 제2 저항기(R1) 사이의 연결점이 제3 저항기(R3)와 제1 역-바이어스 다이오드(D1)를 통해 상기 연산 증폭기(IC1B)의 네거티브 공급 전위에 연결되고,
   상기 제3 저항기(R3)와 상기 제1 다이오드(D1) 사이의 연결점이 제2 순-바이어스 다이오드(D2)를 통해 상기 연산 증폭기(IC1B)의 상기 출력부(7)에 연결되고,
   상기 기준 전위는 포지티브 전위(+0.5 V)인,
   측정 신호(VBEMF)의 프로파일 내의 최고치를 검출하기 위한 회로 어레인지먼트.

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