[发明专利]用于对电容负载进行充电和放电的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用来扩展开关电源（DC-DC转换器）的工作范围的电路技术措施，所述开关电源例如用于对压电喷射阀门（喷射器）进行充电和放电。这里，压电阀门（压电喷射器）对于转换器来说是电容负载。

背景技术

使用压电喷射阀门所具有的优点是，在内燃机的情况下，每燃烧冲程的燃料可以被划分成多个精准的份额，并且这样可以实现燃料与氧气的更好的混合。由此，燃烧过程可以被构造得有害物质更少并且更高效。

尤其是在直接驱动的压电喷射阀门的情况下，燃料流量被调整，其方式是，与喷嘴针耦合的压电驱动装置（反应堆（Stack））加载有被限定的电荷/能量。所引入的能量在驱动装置处产生成比例的力，所述成比例的力在机械或液压耦合的喷嘴针处产生偏转并且因此能够实现燃料流量调节。

为此，对大多以DC-DC转换器的形式来实施的充电/放电电子设备提出了高要求。该电子设备必须以高的精确度、鲁棒性和效率以及良好的可重复性在短时间内给压电喷射器的以电容方式作用的驱动装置加载被限定的电荷/能量，以及在喷射过程结束时再次以所限定的方式对所述驱动装置进行放电。这样，针对每个燃烧冲程，可以生成大量一个紧接一个的喷射，以便产生尽可能均匀的染料-空气混合物。

转换器必须在短时间内以电流调节的方式将所限定的电荷输送给压电喷射器，并且将负载从0V充电至高达250V。同样，在喷射过程结束时，必须将负载从高达250V放电到0V。出于损耗功率、成本和效率原因，所希望的是，将所转移的电荷的尽可能高的份额从喷射器回收回到转换器中。

为此，大多使用二象限开关电源，以便在双向运行时将电荷从转换器的内部储能器转移到负载中并且再次转移回到转换器中。

EP 0 871 230 B1公开了一种用于对压电元件进行充电和放电的装置和方法，如其在图1中所示。

在那里，涉及简单的降压-升压转换器BUCK/BOOST，所述降压-升压转换器BUCK/BOOST具有前置的第一DC-DC转换器DCDC1、放电路径LINEAR DISCHARGE和选择电路SELECTION以及代表喷射阀门的压电元件的电容负载C_PIEZO。

降压-升压转换器BUCK/BOOST被构造成具有第一晶体管M1和与之串联的第二晶体管M2的半桥，其中分别有一个例如以衬底二极管的形式的二极管D1或D2与所述晶体管M1、M2并联。两个晶体管M1、M2的连接点通过主线圈L_MAIN和LC低通滤波器与电容负载C_PIEZO的供电接线端子连接。LC低通滤波器是利用滤波电容器C_FILT和滤波线圈L_EMC形成的，并且通过用于电流测量的第一分流电阻R_SH1与电路的接地端子GND连接。

第一DC-DC转换器DCDC1在所示出的实施方式中被构造成反激转换器（Sperrwandler），但是也可以通过其它转换器类型来实现。该第一DC-DC转换器DCDC1具有变压器，所述变压器的一次绕组PW一方面通过EMC（电磁兼容性（Electro Magnetic Compatibility））滤波器与电池电压的正接线端子VBAT连接，而另一方面通过具有并联二极管的晶体管M0与电池电压的接地端子GND连接。二次绕组SW的一个接线端子通过二极管D_DCDC与中间电路电容器C_DCDC的引导正电压的接线端子连接，而二次绕组SW的另一接线端子与接地端子GND连接，中间电路电容器C_DCDC的另一接线端子也与所述接地端子GND连接。

电容负载C_PIEZO的供电接线端子通过放电晶体管M7（所述放电晶体管M7具有并联二极管以及与所述放电晶体管M7串联的电流测量电阻R_SP）与接地端子GND连接。

电容负载C_PIEZO的另一接线端子通过选择晶体管M3（所述选择晶体管M3具有并联二极管以及与所述选择晶体管M3串联的用于电流测量的第二分流电阻R_SH2）与电路的接地端子GND连接。可以与由电容负载C_PIEZO与选择晶体管M3以及第二分流电阻R_SH2构成的串联电路并联的是另外这种串联电路，这在针对内燃机的喷射阀门的应用中经常是这种情况。