DE102011003737A1 - Method for operating final state transistor for controlling injector in combustion engine, involves providing voltage for switching final state transistor by bootstrap-switching part with bootstrap-condenser - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Endstufentransistors zum Ansteuern eines Injektors in einem Verbrennungsmotor, eine entsprechende Schaltung sowie ein Motorsteuergerät.The present invention relates to a method for operating an output stage transistor for driving an injector in an internal combustion engine, a corresponding circuit and an engine control unit.
Stand der TechnikState of the art
In Verbrennungsmotoren wird für das Ansteuern eines Injektors, bspw. eines Solenoid- oder Piezoinjektors, im Stand der Technik üblicherweise eine Reihe von Endstufentransistoren (FET) als Schalter eingesetzt und gezielt geschaltet. Normalerweise handelt es sich dabei um einen sog. Highside-Schalter zum Verbinden des Injektors mit der Bordspannung, einen sog. Lowside-Schalter zum Verbinden des Injektors mit Masse und ein sog. Booster-Schalter zum Verbinden des Injektors mit der sog. Boosterspannung, welche zum schnellen Schalten des Injektors dient. Prinzipiell ist eine derartige Schaltung in
Die Ansteuerung der Transistoren, wie sie bei Diesel Common Rail-(CR) oder Benzindirekteinspritz-Endstufen (BDE) eingesetzt werden, ist relativ aufwendig. Zum Durchschalten wird ein Bootstrap-Prinzip eingesetzt, bei dem ein Bootstrap-Kondensator mittels einer Ladungspumpe (Charge Pump) auf eine Spannung geladen wird, die etwa 8,5 V über der Sourcespannung des Transistors liegt.The control of the transistors, as used in diesel common rail (CR) or gasoline direct injection power amplifiers (BDE), is relatively expensive. For switching through a bootstrap principle is used, in which a bootstrap capacitor is charged by means of a charge pump (charge pump) to a voltage which is about 8.5 V above the source voltage of the transistor.
Bekannt sind kapazitiv arbeitende Charge-Pump-Schaltungen, die eine höhergesetzte Spannung erzeugen. Diese Spannung wird zum Nachladen der Bootstrap-Kondensatoren verwendet. Das Bootstrap-Prinzip erfordert bei diesen Endstufen einen getakteten Betrieb, da sich sonst der Bootstrap-Kondensator während der Ansteuerung unzulässig entlädt, was zu einer Zerstörung der Endstufe führt. Insbesondere die Haltephase ist kritisch, wobei stellenweise sogar ein Abschalten der Endstufe notwendig wird. Für diesen Taktbetrieb sind aufwendige Hardware- und Software-Funktionen im Steuergerät bereitzustellen.Capacitive charge-pump circuits are known which generate a higher voltage. This voltage is used to recharge the bootstrap capacitors. The bootstrap principle requires clocked operation in these output stages, since otherwise the bootstrap capacitor discharges inadmissibly during activation, which leads to destruction of the output stage. In particular, the holding phase is critical, sometimes even switching off the power amplifier is necessary. For this cycle operation complex hardware and software functions are to be provided in the control unit.
Es ist wünschenswert, die Ansteuerung der Endstufentransistoren zu vereinfachen.It is desirable to simplify the driving of the final stage transistors.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben eines Endstufentransistors zum Ansteuern eines Injektors in einem Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Eine erfindungsgemäße Schaltung ist so ausgebildet, dass sie erfindungsgemäß betrieben werden kann. Ein erfindungsgemäßes Motorsteuergerät weist eine erfindungsgemäße Schaltung auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for operating an output stage transistor for driving an injector in an internal combustion engine having the features of patent claim 1 is proposed. A circuit according to the invention is designed so that it can be operated according to the invention. An inventive engine control unit has a circuit according to the invention. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Erfindung schafft eine besonders einfache Möglichkeit, Leistungstransistoren mittels eines Bootstrap-Prinzips zu schalten. Insbesondere in einem BDE- oder CR-Motorsteuergerät sind ohnehin Spannungen vorhanden, die sich zum Laden eines Bootstrap-Kondensators eignen. Diese Spannungen stehen überdies – am Beispiel der Boosterspannung – im Wesentlichen permanent zur Verfügung, so dass kein getakteter Betrieb mehr notwendig ist. Der für einen Taktbetrieb im Stand der Technik notwendige Schaltungs- und Steuerungsaufwand kann eingespart werden. Weiterhin kann auf die Ladungspumpe verzichtet werden. Insgesamt kommt es zu einer Kostenersparnis. Die Erfindung erlaubt auch ein dauerhaftes Einschalten in der Haltephase. Es kommt zu einer Gesamtverbesserung der Leistungsstufe bzw. Endstufe. Die Schaltung ist einfacher und eigensicher, d. h. bei Ausfall kommt es nicht zu einer Schädigung oder Zerstörung von Bauteilen.The invention provides a particularly simple way to switch power transistors by means of a bootstrap principle. In particular, in a BDE or CR engine control unit voltages are present anyway, which are suitable for charging a bootstrap capacitor. Moreover, these voltages are essentially permanently available, using the example of the booster voltage, so that no clocked operation is necessary any more. The circuit and control effort required for a cycle operation in the prior art can be saved. Furthermore, can be dispensed with the charge pump. Overall, there is a cost savings. The invention also allows a permanent turn on in the hold phase. It comes to an overall improvement of the power level or power amplifier. The circuit is simpler and intrinsically safe, d. H. Failure does not result in damage or destruction of components.
Die Erfindung liefert eine vereinfachte, übersichtlichere Schaltungstopologie. Die Ausfallrate wird reduziert, da Hard- und Softwarebestandteile entfallen. Insbesondere die aufwendige Softwarelösung für die sicher Ansteuerung im Stand der Technik wird nicht mehr benötigt. Die erfindungsgemäße Schaltung hat nur eine sehr geringe Verlustleistung, da die Verbindung des Bootstrap-Kondensators mit der Versorgungsspannung sehr hochohmig ausgeführt werden kann. Die Schaldung ist sehr einfach zu dimensionieren, da im Wesentlichen nur Ableitströme, Umladeströme und Leckströme ausgeglichen werden müssen.The invention provides a simplified, clearer circuit topology. The failure rate is reduced as hardware and software components are eliminated. In particular, the complex software solution for safe control in the prior art is no longer needed. The circuit according to the invention has only a very low power loss, since the connection of the bootstrap capacitor with the supply voltage can be made very high impedance. The Schaldung is very easy to dimension, since essentially only leakage, Umladeströme and leakage currents must be compensated.
Die Notlauffunktion wird verbessert, da keine zentrale Treiber-Versorgungsspannung mehr benötigt wird.The emergency function is improved because no central driver supply voltage is needed anymore.
Bei Verwendung der Boosterspannung als Versorgungsspannung bleiben die Leitungswege kurz, da diese am Booster-Schalter ansteht. Die Boosterspannung beträgt bei einem Common-Rail-Einspritzsystem in einem PKW oder LKW bspw. um die 50 V, was deutlich über der Bordspannung von üblicher 12–14 V bzw. 24 V–28 V liegt und daher als Versorgungsspannung für einen Bootstrap-Kondensator leicht ausreicht.When using the booster voltage as the supply voltage, the conduction paths remain short, as this is present at the booster switch. The booster voltage is in a common rail injection system in a car or truck, for example, to the 50 V, which is well above the on-board voltage of conventional 12-14 V or 24 V-28 V and therefore as a supply voltage for a bootstrap capacitor easily enough.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained not only in the respectively specified Combination, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically with reference to an embodiment in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
In
Für diesen Zweck verfügt die Schaltung
Der Bootstrap-Schaltungsteil
Eine Schaltungsanordnung
Zum Einschalten des Leistungstransistors
In
Die Schaltung
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass solche Spannungen oftmals in Motorsteuergeräten bereits erzeugt und für andere Zwecke eingesetzt werden. Bei der Ausgestaltung gemäß
Durch die Einsparung der Ladungspumpe und die Vereinfachung der Ansteuerung, d. h. Wegfall des Taktbetriebs, wird die Schaltung wesentlich einfacher und kostengünstiger. Lediglich wenige passive Bauteile, wie z. B. Widerstände, Dioden usw. sollten ergänzt werden, um die Schaltung mittels der Boosterspannung zu optimieren.By saving the charge pump and simplifying the control, d. H. Elimination of clocking, the circuit is much easier and cheaper. Only a few passive components, such. As resistors, diodes, etc. should be supplemented to optimize the circuit by means of the booster voltage.
Der Bootstrap-Kondensator
Wenngleich die Erfindung am Beispiel eines Highside-Schalters zum Verbinden des Injektors mit der Bordspannung beschrieben wurde, ist sie prinzipiell zum Schalten jeglicher Leistungstransistoren zur Ansteuerung eines Injektors geeignet, insbesondere auch für den Lowside-Schalter zum Verbinden des Injektors mit Masse und den Booster-Schalter zum Verbinden des Injektors mit der Boosterspannung. Der Injektor selbst ist nicht Bestandteil einer erfindungsgemäßen Schaltung.Although the invention has been described using the example of a high-side switch for connecting the injector to the on-board voltage, it is in principle suitable for switching any power transistors for driving an injector, in particular also for the low-side switch for connecting the injector to ground and the booster switch for connecting the injector to the booster voltage. The injector itself is not part of a circuit according to the invention.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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