用于运行电容调整构件的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于运行电容调整构件（PI）的方法，所述电容调整构件（PI）与一装置的输出接线端子（A）连接，所述装置利用下列各项形成：第一电容器（C1），其布置在所述装置的输入接线端子（E）与参考电势（GND）之间；由四个功率开关元件（T1，T2，T3，T3）构成的与第一电容器（C1）并联的全桥；第一线圈（L1），其接线在桥分支之间。为了对电容调整构件（PI）进行充电，首先由控制电路（Control）将第一和第三功率开关元件（T1，T3）控制为导通的，使得电流能够从第一电容器（C1）经过第一线圈（L1）流动，由此能量被储存到线圈（L1）中。在达到预先给定的最大电流值时，之前接通的第一和第三功率开关元件（T1，T3）再次被关断，使得储存在第一线圈（L1）中的磁能通过流经第二功率开关元件（T2）的二极管（D2）和第四功率开关元件（T4）的二极管（D4）的电流被削减，由此电容调整构件（PI）被充电到相应的电压，并且通过必要时重复地接通和关断第一和第三功率开关元件（T1，T3）来将电容调整构件（PI）充电到预先给定的电压。
【专利说明】用于运行电容调整构件的方法
【背景技术】
[0001]在具有燃料喷射的现代内燃机的情况下，所使用的燃料喷射器应当能够尽可能无延迟地响应。该要求由电容调整构件以及在此尤其是电容式作用的压电元件来满足。这样的电容调整构件对于相应供电电路而言是强电容负载，其必须在非常短的时间段中被充电到预先给定的电压并且接着非常快速地再次被放电。此外，操控以及由此充电必须非常精确和可再现地进行，使得对于最小的燃料量也可以实现所定义的喷射。为了打开相应的燃料喷射器，电容调整构件被充电到一定的电荷并且为了闭合该调整构件再次被放电。
[0002]为了操控压电执行器，用于充电和放电的装置是常用的，这如在EP O 871 230 BI中所描述的那样。在那里，从对车辆的电池电压进行升压的直流电压转换器对电容器充电。通过与该电容器并联的由两个功率开关元件构成的串联电路以及通过扼流线圈来对压电执行器进行充电和放电。但是在该电路的情况下，压电执行器最大能够充电到电容器处的电压值，使得直流电压转换器必须被相应地设计为高效的，这是高成本的。
[0003]可替代于此地，存在用于电容调整构件的操控单元，该操控单元如在DE 199 52950 Al中描述的那样是利用变压器形成的，其中在第一操控阶段中，能量被储存在变压器中，该能量在第二阶段中通过削减变压器中的磁场而被转移到电容调整构件上。
[0004]被称为反激变换器或逆向变换器的装置作为升压变换器来运行，也就是说，可以与输入端处的电压相比在其输出端处提供明显更高的电压。但是为此需要昂贵的变压器。
[0005]在DE 103 28 623 Al中描述了另一替代方案，该替代方式是升压转换器与反激变换器的组合，其方式是，根据EP O 871 230 BI将升压转换器的输出侧扼流线圈与输入侧扼流线圈电感式地弱耦合。那里的转换器电路是用连接成半桥的功率元件形成的，但是也应当可以用全桥来运行，但是其中不能看出应当如何连接该全桥。
[0006]DE 199 27 087 AU DE 101 55 388 Al 和 DE 102 15 630 Al 公开了用于对压电喷射器进行充电和放电的装置，其具有:电容器，其布置在该装置的输入接线端子与参考电势之间；第一和第二功率开关元件的与该电容器并联的第一串联电路；以及线圈，该线圈的接线端子与第一串联电路的中间分接头连接，其中线圈的第二接线端子通过第三功率开关元件与参考电势连接并且通过第四功率开关元件与压电喷射器连接，其中与功率开关元件并联有二极管，使得所述二极管从输入接线端子或输出接线端子到参考电势在截止方向上被极化。
[0007]为了对压电喷射器进行充电，第一和第四功率开关元件被操控，由此电流可以从电容器经过线圈流入到压电喷射器中，由此该压电喷射器充电。但是在此，也可以如在EP O871 230 BI中那样将压电喷射器最大地充电到电容器处的电压值。
【发明内容】
[0008]因此，本发明的任务是，说明一种用于运行电容调整构件的方法，该方法避免了现有技术的缺点。
[0009]根据权利要求1，该任务通过一种用于运行电容调整构件的方法来解决，该电容调整构件与一装置的输出接线端子连接，该装置具有:第一电容器，其布置在该装置的输入接线端子与参考电势之间；第一和第二功率开关元件的与第一电容器并联的第一串联电路；第一线圈，其第一接线端子与第一串联电路的中间分接头连接，并且其第二接线端子通过第三功率开关元件与参考电势并且通过第四功率开关元件与输出接线端子连接，其中与功率开关元件并联有二极管，使得所述二极管从输入接线端子或输出接线端子到参考电势在截止方向上被极化。按照根据本发明的方式，为了对电容调整构件进行充电，首先由控制电路将第一和第三功率开关元件控制为导通的，使得电流可以从第一电容器通过第一线圈流动，由此能量被储存到该线圈中，在达到预先给定的最大电流值时，之前接通的第一和第三功率开关元件再次被关断，使得储存在第一线圈中的磁能通过流经第二功率开关元件的二极管和第四功率开关元件的二极管的电流被削减，由此电容调整构件被充电到相应的电压，并且通过必要时重复地接通和关断第一和第三功率开关元件来将电容调整构件充电到预先给定的电压。
[0010]在本发明的一个有利的改进方案中，为了对电容调整构件进行放电，由控制电路接通第二和第四功率开关元件，使得电流从电容调整构件经过第一线圈流到参考电势。
[0011]具有接线为全桥的功率开关元件的装置的根据本发明的运行允许按照所需的最大电压来优化所有开关元件，其中所述功率开关元件优选地构造成具有反向二极管的功率晶体管。全桥电路最小化所有内部电路节点的测定电压，并且将内部绝缘距离保持得尽可能小。
[0012]根据本发明的方法可以应用于一种具有并联电路中的多个电容调整构件的装置，其中有利地与每个的电容调整构件串联地布置有选择开关元件，使得调整构件可以有针对性地被操控。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]下面借助于附图根据实施例进一步阐述本发明。在此:
图1示出了用于利用根据本发明的方法来应用的装置的电路原理图。
【具体实施方式】
[0014]图1示出了对构造为压电喷射器PI的电容调整构件进行充电和放电的装置，其中布置在输入接线端子E与参考电势GND之间的第一电容器Cl与直流电压转换器DCDC连接并且可以由该直流电压转换器充电到输入电压。直流电压转换器DCDC在其一侧从例如机动车的电池电压中生成该装置的相应所需的输入电压。
[0015]与第一电容器Cl并联有串联电路，该串联电路由被构造成η沟道MOS功率晶体管Tl的第一功率开关元件、被构造成η沟道MOS晶体管Τ2的第二功率开关元件、以及被构造成分流电阻的第一电流测量电路Rl接线而成。第一线圈LI的第一接线端子与第一和第二功率开关元件Tl、Τ2的第一串联电路的中间分接头连接，而第一线圈的第二接线端子一方面通过被构造成η沟道MOS功率晶体管Τ3的第三功率开关元件并通过与其串联的被构造成分流电阻的第二电流测量元件R2与参考电势GND接线。第一线圈LI的第二接线端子另一方面通过同样被构造成η沟道MOS功率晶体管Τ4的第四功率开关元件并通过与其串联的第二线圈L2与该装置的输出接线端子A连接。
[0016]第四功率开关元件T4的未与第一线圈LI连接的接线端子通过第二电容器C2和被构造成分流电阻的第三电流测量元件R3与参考电势GND连接。第二电容器C2和第二线圈L2形成低通滤波器，以便对由于功率开关元件Tl - T4的开关过程而出现的电流和电压尖峰平滑化。
[0017]电流测量元件Rl至R3以及另外的电流测量元件因此替代于由分流电阻形成，也可以由电流镜或者用于电流检测的其它本领域技术人员常用的装置来形成。尽管所述电流测量元件在图1的图示中被设置在所有通向参考电势GND的电流支路中,但是在对相应电流不感兴趣时也可以被部分地省略，或者设置在其它支路中。
[0018]尤其是可以在该装置的构造中将第二和第三功率开关元件T2、T3或者第三功率开关元件T3和第二电容器C2通过仅仅各一个共同的电流测量元件与参考电势GND连接，因为在按照规定的运行的情况下不会同时有电流流经相应的电流路径。
[0019]在该装置的输出接线端子A与参考电势GND之间，在图1的所示电路中布置有串联电路，该串联电路由被构造成压电喷射器PI的电容调整构件和同样被构造成η沟道功率晶体管的选择功率开关元件Τ5以及同样被构造成分流电阻的电流测量元件R5构成。
[0020]通过由压电喷射器PI和选择功率开关元件Τ5的串联电路的边框以及在其之后示出的边框表明了:多个这样的压电喷射器可以与所示压电喷射器并联地同该装置连接，并且通过相应地操控所属的选择开关Τ5可以选择其中之一。在多个并联的压电喷射器PI的情况下，每个压电喷射器可以串联地具有分流电阻，或者所有压电喷射器都与所示分流电阻R5连接。这是可能的，因为通常在同一时间选择仅仅一个压电喷射器。
[0021]在该装置的输出接线端子A与参考电势之间，第六功率开关元件Τ6与被构造成分流电阻的第四电流测量元件R4串联。借助于该第六功率开关元件Τ6，一个或多个压电喷射器必要时可以被快速地放电。
[0022]分流电阻Rl - R3用于探测流经相应电流支路的电流，以便能够将在其上下降的电压用于在控制电路Control中调节压电喷射器处的电压。控制电路Control为此通过相应线路和驱动电路TRl - TR4以公知方式来操控功率开关元件Tl - T4的控制输入端。分流电阻Rl至R5的相应分接头到控制电路Control的连接线路为清楚起见被省略。
[0023]与功率开关元件Tl - T6分别并联有二极管Dl — D6，具体而言以如下方式:所述功率开关兀件Tl — T6在输入接线端子E与参考电势GND之间或在输出接线端子A与参考电势GND之间以在截止方向上被极化的方式接线。在使用所示η沟道MOS功率晶体管的情况下，这些二极管Dl — D6由技术条件决定地作为本征二极管存在。
[0024]为了根据本发明对压电喷射器PI进行充电，首先由控制电路Control将第一和第三η沟道MOS功率晶体管Τ1、Τ3控制为导通，使得电流可以从第一电容器Cl经过第一线圈LI流动，由此能量被储存在线圈LI中。流经第一线圈LI的电流通常线性升高，其中在达到由第一分流电阻Rl确定的预先给定的最大电流值时，之前接通的功率晶体管Τ1、Τ3被再次关断。储存在第一线圈LI中的磁能通过流经第二功率晶体管Τ2的二极管D2和第四功率晶体管Τ4的二极管D4的电流削减，该电流经平滑化地通过滤波电路C2、L2流入通过操控第五功率晶体管Τ5所选择的压电喷射器PI中，并且将该压电喷射器PI充电到相应电压。通过重复地接通和关断第一和第三功率晶体管Tl、Τ3，可以通过接通过程的次数和时长根据对压电喷射器PI处的电压的测量来由控制电路Control将压电喷射器充电到预先给定的电压。
[0025]为了放电，由控制电路Control以相应方式将第二和第四功率晶体管T2、T4接通，使得现在电流可以从压电喷射器PI经过第二线圈L2和第一线圈LI流到参考电势GND。在关断第二和第四功率晶体管Τ2、Τ4以后，储存在第一线圈LI中的磁能通过第一和第三功率晶体管Τ1、Τ3的本征二极管Dl、D3被储存回到第一电容器Cl中。
[0026]由于在压电喷射器PI放电时还有电流经过第二 (滤波)电容器C2流到参考电势GND,因此设置有第三电流测量元件R3，以便能够从流经第二功率开关元件T2以及流经第二电容器C2的电流之和中确定从压电喷射器PI中取得的精确电荷。
[0027]根据本发明的装置可以在连续、不连续或(优选)谐振模式中运行。当该装置的输入端E处的由直流电压转换器DCDC提供的电压大约对应于在该装置的输出端A处为了给压电喷射器PI供电所需的电压时，该装置允许特别有利的运行。
【权利要求】
1.一种用于运行电容调整构件(PI)的方法，所述电容调整构件(PI)与一装置的输出接线端子(A)连接，所述装置利用下列各项形成:第一电容器(Cl)，其布置在所述装置的输入接线端子(E)与参考电势(GND)之间；第一和第二功率开关元件(Tl，T2)的与第一电容器(Cl)并联的第一串联电路；第一线圈(LI)，其第一接线端子与第一串联电路的中间分接头连接并且其第二接线端子通过第三功率开关元件(T3)与参考电势(GND)并且通过第四功率开关兀件(T4)与输出接线端子(A)连接,其中与功率开关兀件(Tl — T4)并联有二极管(Dl — D4)，使得所述二极管(Dl — D4)从输入接线端子(E)或输出接线端子(A)到参考电势(GND)在截止方向上被极化， 其特征在于， 为了对电容调整构件(PI)进行充电，首先由控制电路(Control)将第一和第三功率开关元件(Tl，T3)控制为导通的，使得电流能够从第一电容器(Cl)经过第一线圈(LI)流动，由此能量被储存到线圈(LI)中，在达到预先给定的最大电流值时，之前接通的第一和第三功率开关元件(T1，T3)再次被关断，使得储存在第一线圈(LI)中的磁能通过流经第二功率开关元件(Τ2)的二极管(D2)和第四功率开关元件(Τ4)的二极管(D4)的电流被削减，由此电容调整构件(PI)被充电到相应的电压，以及 通过必要时重复地接通和关断第一和第三功率开关元件(Tl，Τ3)来将电容调整构件(PI)充电到预先给定的电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了对电容调整构件(PI)进行放电，由控制电路(Control)接通第二和第四功率开关元件(T2，T4)，使得电流从电容调整构件(PI)经过第一线圈(LI)流到参考电势(GND)。
【文档编号】H02N2/06GK104205609SQ201380015549
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年3月19日 优先权日:2012年3月22日
【发明者】D.埃茨勒, W.施罗德 申请人:大陆汽车有限公司