DE1051326B - Circuit arrangement for electronic pulse control of electromagnets with the aid of a blocking oscillator circuit - Google Patents

Description

DEUTSCHESGERMAN

In der elektronischen Impulstechnik tritt häufig die Aufgabe auf, mittels eines sehr kurzzeitigen und leistungsarmen Impulses einen Elektromagneten zum Ansprechen zu bringen. Da ein solcher Impuls einerseits nicht die notwendige Energie zur Betätigung eines Elektromagneten besitzt und andererseits gegenüber der mechanischen Trägheit des Elektromagneten viel zu kurzzeitig ist, ergibt sich die Notwendigkeit, diesen Impuls einmal in der Zeit zu dehnen und zum anderen in seiner Leistung zu verstärken. Üblicherweise bedient man sich hierzu einer monostabilen Kippschaltung, welche durch diesen Impuls geschaltet wird und ihrerseits einen Impuls von einer Länge abgibt, wie sie für die Erregung des Elektromagneten benötigt wird. In den Fällen, in welchen die von der monostabilen Kippschaltung abgegebene Impulsleistung zur Erregung . noch nicht ausreicht, ist es zusätzlich notwendig, dieser Kippschaltung noch einen gesonderten Verstärker nachzuschalten.In electronic impulse technology, the task often occurs by means of a very brief and low-power impulse to make an electromagnet respond. Because such an impulse on the one hand does not have the necessary energy to operate an electromagnet and on the other hand opposite the mechanical inertia of the electromagnet is much too short-term, there is a need to to stretch this impulse once in time and to strengthen it in its performance on the other. Usually a monostable multivibrator is used for this purpose, which is switched by this pulse and in turn emits an impulse of the length required for the excitation of the electromagnet is needed. In those cases in which the pulse power output by the monostable multivibrator to excitement. is not sufficient, it is also necessary to add another toggle switch to connect a separate amplifier.

Um den Raumbedarf für eine derartige Schaltanordnung, die meist nur ein Zusatzaggregat für ein elektronisches Zähl-, Rechen- oder ähnliches Gerät ist, möglichst gering zu halten, benutzt man Sperrschwinger-Transformatoren, die mittels eines Dauerrückholstromes nach jedem Kippvorgang in die Ausgangslage zurückgestellt werden. Diese Platzersparnis beim Transformator muß aber mit einem größeren Energiebedarf erkauft werden.To the space required for such a switching arrangement, which is usually only an additional unit for one Electronic counting, calculating or similar devices should be kept as low as possible if flyback transformers are used, by means of a continuous return current after each tilting process into the starting position to be postponed. However, this space saving in the transformer must come with a greater energy requirement to be bought.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, durch Vereinfachung der Schaltung den Aufwand und den Leistungsbedarf für die Erregung solcher Elektromagneten wesentlich herabzusetzen. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der zu betätigende Elektromagnet selbst als Transformator für den Sperrschwingerkreis ausgebildet ist.The invention has set itself the goal of simplifying the circuit, the effort and the Reduce the power requirement for the excitation of such electromagnets significantly. This is done according to the invention achieved in that the electromagnet to be actuated itself as a transformer for the blocking oscillator circuit is formed.

Der Elektromagnet wird also mit einer zweiten Wicklung versehen und in den Sperrschwingerkreis mit einbezogen, so daß ein gesonderter Sperrschwinger-Transformator entfallen kann. Zum Weiteren wird diese neue Sperrschwingerschaltung mit einem gesonderten Speicherkondensator versehen, aus welchem während des Schaltvorganges die zum Schalten benötigte Energie entnommen wird. In den. Schaltpausen wird dieser Speicherkondensator über einen relativ großen Widerstand wieder aufgeladen. Da der als Sperrschwinger-Transformator benutzte Elektromagnet stets einen mehr oder weniger großen Luftspalt besitzt, ist ein Rückstellstrom zur Vergrößerung des Flußhubes nicht erforderlich.The electromagnet is thus provided with a second winding and in the blocking oscillator circuit included so that a separate blocking oscillator transformer can be omitted. Furthermore this new blocking oscillator circuit is provided with a separate storage capacitor from which the energy required for switching is taken during the switching process. In the. Switching breaks this storage capacitor is charged again via a relatively large resistance. Since the As a blocking oscillator transformer, the electromagnet always used a more or less large air gap has, a reset current to increase the flow stroke is not required.

Der Aufbau einer bekannten Anordnung ist in der Fig. 1, der vereinfachte Aufbau gemäß der Erfindung ist in einer beispielsweise Ausführungsform in Fig. 2 dargestellt.The structure of a known arrangement is shown in FIG. 1, the simplified structure according to the invention is shown in an exemplary embodiment in FIG.

Die Unterschiede in dem Aufbau und die verschie-Schaltungsanordnung zur elektronischen Impulssteuerung von Elektromagneten
mit Hilfe eines SperrschwingerkreisesThe differences in the structure and the different circuit arrangement for the electronic pulse control of electromagnets
with the help of a blocking oscillator circuit

Anmelder:Applicant:

Kienzle Apparate G.m.b.H.,
Villingen (Schwarzw.)Kienzle Apparate GmbH,
Villingen (Black Forest)

Günter Martens, Schliersee,
ist als Erfinder genannt wordenGünter Martens, Schliersee,
has been named as the inventor

denen Arbeitsweisen werden an Hand der Zeichnungen nachstehend näher erläutert:These working methods are explained in more detail using the drawings below:

Gemäß der Fig. 1 bringt ein entweder dem Eingang 1 oder Eingang 2' zugeführter Steuerimpuls einen aus einem Transistor 3 und einem Transformator 4 bestehenden monostabilen Sperrschwinger zum Kippen. Die Kippzeit des Sperrschwingers wird durch die Dimensionierung des Sperrschwinger-Transformators 4 und die Höhe der Batteriespannung bestimmt. Nach Ablauf . dieses einmaligen . Kippvorganges kehrt der Sperrschwinger durch nachstehend erwähnte Mittel in seine Ruhestellung zurück und ist nach Ablauf einer gewissen Rückstellzeit wieder zur Ausführung eines erneuten Schaltvorgan·? ges bereit. Diese Rückstellzeit ist bedingt durch einen Dauerstrom, welcher eine Wicklung 4 c des Trans·^ formators 4 in einem solchen Sinne durchfließt, daß der magnetische Fluß im Transformator 4 in einen solchen Ausgangszustand gebracht wird, der während des Kippvorganges im Kern eine möglichst große Flußänderung auftreten läßt. Aus der Flußänderung vom Ausgangszustand bis zur Sättigung und der anliegenden Spannung ergibt sich dann die Kippzeit der Sperrschwingerschaltung, welche lang genug sein muß, um einen Elektromagneten 6 während dieser Zeit ansprechen zu lassen. Während dieser Kippzeit wird in eine Wicklung 4 d des Transformators 4 eine negative Spannung induziert, welche der Basis eines Transistors 5 zugeführt wird und diesen leitend macht. Der nunmehr fließende Kollektorstrom dieses Transistors 5 ist kräftig genug, den Elektromagneten 6 zu betätigen.According to FIG. 1, a control pulse fed to either input 1 or input 2 'causes a monostable blocking oscillator consisting of a transistor 3 and a transformer 4 to tilt. The breakover time of the blocking oscillator is determined by the dimensioning of the blocking oscillator transformer 4 and the level of the battery voltage. After expiration. this unique. During the tilting process, the blocking oscillator returns to its rest position by the means mentioned below and, after a certain reset time has elapsed, is ready to carry out a new switching process. ges ready. This reset time is due to a continuous current which flows through a winding 4c of the transformer 4 in such a way that the magnetic flux in the transformer 4 is brought into such an initial state that the greatest possible flux change occurs in the core during the tilting process leaves. The flux change from the initial state to saturation and the applied voltage then gives the breakover time of the blocking oscillator circuit, which must be long enough to allow an electromagnet 6 to respond during this time. During this breakover time, a negative voltage is induced in a winding 4 d of the transformer 4, which voltage is fed to the base of a transistor 5 and makes it conductive. The now flowing collector current of this transistor 5 is strong enough to actuate the electromagnet 6.

Die Dauerstromrüekholung des Transformators 4 ist erforderlich, um bei möglichst kleinen Abmessungen des Transformators 4 noch eine genügend große Fluß-The continuous current return of the transformer 4 is necessary to keep the dimensions as small as possible the transformer 4 still has a sufficiently large flux

■809 767ß65■ 809 767-65

änderung, welche ausreichend für die Erregung des Elektromagneten 6 ist, während des Kippvorganges zu erhalten.change, which is sufficient for the excitation of the electromagnet 6, during the tilting process to obtain.

In einem ausgeführten Beispiel wurden für die Erregung eines Elektromagneten Stromimpulse von etwa 0,3 A Amplitude und 6 ms Dauer benötigt. Der erforderliche Strom für die Rückstellung des Transformators 4 betrug dabei etwa 1OmA. Da in einer solchen Anlage zehn und mehr Elektromagnete vorgesehen sind, die nacheinander oder auch eventuell gleichzeitig betätigt werden müssen, war hierfür von Seiten des Netzgerätes ein Dauerstrom von wenigstens 100 mA Stromstärke notwendig. Dabei mußte der Netzteil also auch so dimensioniert sein, daß er einer möglichen Stoßbelastung von 3 A standhielt. Ein solcher Netzteil ist notwendigerweise recht groß und aufwendig.In an example carried out, current pulses of about 0.3 A amplitude and 6 ms duration are required. The current required to reset the transformer 4 was about 10 mA. Since ten or more electromagnets are provided in such a system that have to be actuated one after the other or possibly at the same time, was for this purpose from A continuous current of at least 100 mA is required on the side of the power supply unit. He had to The power supply unit must also be dimensioned in such a way that it can withstand a possible shock load of 3 A. A such a power supply unit is necessarily quite large and expensive.

In der Fig. 2 besteht der Sperrschwingefkreis aus einem Elektromagneten 17 mit den Wicklungen 17 α und 17 b, einem Transistor 12, dessen Kollektor über einen Widerstand 14 mit dem Eingang der Wicklung 17 α des Elektromagneten 17 verbunden ist, während seine Basis über -einen Widerstand 15 zu dem Eingang der Wicklung 17 b führt. Am Ausgang der Wicklung 17 a liegt ein Pol eines Speicherkondensators 18, welcher mit dem gleichen Pol über einen Widerstand 19 mit dem negativen Pol 20 der Spannungsquelle verbunden ist. Der Ausgang der Wicklung 17 b und der andere Pol des Kondensators 18 · liegen an dem positiven Pol 21 der Gleichspannunigsquelle.In Fig. 2, the blocking resonant circuit consists of an electromagnet 17 with the windings 17 α and 17 b, a transistor 12, the collector of which is connected via a resistor 14 to the input of the winding 17 α of the electromagnet 17, while its base is connected via -eine Resistor 15 leads to the input of the winding 17 b . At the output of the winding 17 a is a pole of a storage capacitor 18, which is connected to the same pole via a resistor 19 to the negative pole 20 of the voltage source. The output of the winding 17b and the other pole of the capacitor 18 · are at the positive pole 21 of the DC voltage source.

Der Emitter des Transistors 12 ist mit dem negativen Pol einer Diode 13 verbunden, deren positiver Pol wiederum zur positiven Klemme 21 der Gleichspannungsquelle führt. Im Ruhezustand befindet sich der Transistor 12 im nichtleitenden Zustand. Der in jedem Fall fließende Kollektorreststrom erzeugt an der Diode 13 einen Spannungsabfall von etwa Vio V und macht damit den Emitter des Transistors 12 negativ gegenüber seiner Basis, so daß der Transistor 12 sich mit Sicherheit im_: gesperrten Zustand befindet.The emitter of the transistor 12 is connected to the negative pole of a diode 13, the positive pole of which in turn leads to the positive terminal 21 of the DC voltage source. In the idle state, the transistor 12 is in the non-conductive state. In each case flowing collector leakage current generated across the diode 13 a voltage drop of about Vio V, thus making the emitter of the transistor 12 is negative with respect to its base, so that the transistor 12 with _security: is blocked state.

Wird nun der Eingangsklemme 11 ein negativer Steuerimpuls zugeführt, so gelangt dieser über einen Koppelkondensator 22 an die Basis des Transistors 12 und macht- diesen leitend. Hierdurch beginnt über den Widerstand 14 und die Wicklung 17 a ein Kollektorstrom zu fließen, welcher eine Flußänderung in dem Elektromagneten erzeugt. Infolge dieser Flußänderung wird eine Spannung in die Wicklung 17 b induziert, welche einen solchen Windungssinn besitzt, daß der mit ihr über den Widerstand 15 verbundenen Basis des Transistors 12 eine negative Spannung zugeführt wird. Diese negative Spannung hält den Transistor 12 nun so lange im leitenden Zustand, wie sich der Fluß im Elektromagneten 17 ändert. Infolge der durch die Wicklung 17 a gebildeten Induktivität beginnt der Kollektorstrom von Null aus etwa sägezahnförmig so lange anzusteigen, bis die Stromstärke durch die im Kollektorkreis liegenden Gleichstrom-Widerstände (einschließlich des Gleichstrpmwiderstandes des Transistors selbst und des der Diode 13) auf einen Höchstwert begrenzt wird, über welchen der Kollektorstrom nicht mehr anzusteigen vermag. Infolge der nunmehr konstant bleibenden Feldstärke im Elektromagneten 17 ändert sich auch der Fluß in diesem nicht mehr, und die in die Wicklung 17 b induzierte Spannung bricht ab. Hierdurch wird der Transistor 12 sofort wieder nichtleitend.If a negative control pulse is now fed to the input terminal 11, it arrives at the base of the transistor 12 via a coupling capacitor 22 and makes it conductive. As a result, a collector current begins to flow through the resistor 14 and the winding 17 a, which generates a change in flux in the electromagnet. As a result of this change in flux, a voltage is induced in the winding 17 b , which has such a winding sense that the base of the transistor 12 connected to it via the resistor 15 is supplied with a negative voltage. This negative voltage keeps the transistor 12 in the conductive state as long as the flux in the electromagnet 17 changes. As a result of the inductance formed by the winding 17 a, the collector current begins to rise from zero, roughly in a sawtooth shape, until the current strength is limited to a maximum value by the direct current resistances in the collector circuit (including the direct current resistance of the transistor itself and that of the diode 13) over which the collector current can no longer rise. As a result of the now remaining constant field strength in the electromagnet 17 also the flow does not change therein, and b induced in the winding 17 voltage stops. As a result, the transistor 12 immediately becomes non-conductive again.

Infolge des im Elektromagneten 17 enthaltenen Luftspaltes bricht das Feld bei Beendigung des beschriebenen Kippvorganges sofort wieder zusammen und würde dabei in die Wicklung 17 a eine für den Transistor 12 schädliche Spannungsspitze induzieren, wenn diese Spannungsspitze nicht durch eine mit dem Anfang und dem Ende der Wicklung 17 α verbundene und entsprechend gepolte Diode 16 vernichtet würde. Während des Kippvorganges wurde der Speicherkondensator 18 entladen. Die Bemessung des Kondensators 18 ist derart, daß sich die Spannung des Kondensators 18 durch den Kippvorgang nur umAs a result of the air gap contained in the electromagnet 17, the field breaks at the end of the described Tilting process immediately back together and would be in the winding 17 a for the Transistor 12 induce harmful voltage spikes if this voltage spike is not caused by one with the The beginning and the end of the winding 17 α connected and correspondingly polarized diode 16 would be destroyed. During the tipping process, the storage capacitor was 18 unloaded. The dimensioning of the capacitor 18 is such that the voltage of the Capacitor 18 by the tilting process only around

ίο etwa 10% verringert. Während der nun folgenden Impulspause wird der Kondensator 18 über den Widerstand 19 wieder auf seine ursprüngliche Spannung aufgeladen.ίο about 10% reduced. During the now following In a pulse pause, the capacitor 18 is restored to its original voltage via the resistor 19 charged.

Der Leistungsbedarf der erfindungsgemäßen An-Ordnung ist gegenüber der vorhergehend geschilderten bekannten Anordnung außerordentlich verringert. Ein Dauerstrom für einen Rückstellungsvorgang wird überhaupt nicht benötigt. Trotz der während des Kippvorganges auftretenden hohen Stromspitze mitThe power requirement of the arrangement according to the invention is extremely reduced compared to the previously described known arrangement. A Continuous current for a reset process is not required at all. Despite the during the Tipping process occurring with high current peak

ao einem maximalen Wert von 0,6 A wird die Gleichspannungsquelle hierdurch praktisch überhaupt nicht belastet, da die Energie für diesen Stromstoß aus dem Speicherkondensator 18 entnommen wird. Der Kippvorgang besitzt eine Zeitdauer von etwa 2 ms.With a maximum value of 0.6 A, the DC voltage source is practically not at all loaded, since the energy for this current surge is taken from the storage capacitor 18. Of the The tilting process takes about 2 ms.

Während dieser Zeit wird der Kondensator 18 durch die entnommene Stromspitze von beispielsweise 30 V auf etwa 27 V entladen. Die Reaktionszeit der mechanischen Teile des verwendeten Elektromagneten 17, welcher z. B. als Topfmagnet ausgebildet ist, beträgt etwa 4 ms gegenüber 6 ms bei der zuvor erwähnten Schaltung bei Verwendung des gleichen Magneten. In der Ruhezeit des Elektromagneten lädt sich der Kondensator 18 wieder auf die Spannung der Gleichspannungsquelle auf.During this time, the capacitor 18 is drawn by the current peak of 30 V, for example discharged to about 27 V. The response time of the mechanical parts of the electromagnet 17 used, which z. B. is designed as a pot magnet, is about 4 ms compared to 6 ms for the aforementioned Circuit using the same magnet. During the rest period of the electromagnet, the Capacitor 18 again to the voltage of the DC voltage source on.

Der in die neue Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 einbezogene Speicherkondensator 18 bedeutet gegenüber der in Fig. 1 beschriebenen Schaltungsanordnung keinesfalls einen Mehraufwand, da ein entsprechend großer- Speicherkondensator in dem zur Schaltung nach Fig. 1 zugehörigen Netzgerät gleichfalls vorgesehen sein muß. Die vorgeschlagene Zuordnung eines entsprechend kleineren Speicherkondensators 18 für jeden einzelnen Elektromagneten 17-bringt jedoch den Vorteil, daß bei einem gleichzeitigen Ansprechen sämtlicher Elektromagneten 17 keinerlei gegenseitige Beeinflussungen möglich sind.The storage capacitor 18 included in the new circuit arrangement according to FIG. 2 means opposite the circuit arrangement described in Fig. 1 by no means an additional expense, since a corresponding Large storage capacitor is also provided in the power supply unit associated with the circuit according to FIG. 1 have to be. The proposed assignment of a correspondingly smaller storage capacitor 18 however, for each individual electromagnet 17-brings the advantage that with a simultaneous response of all electromagnets 17 no mutual influences are possible.

Für eine Schaltung gemäß Fig. 2 werden benötigt: ein Sperrschwinger-Transformator, der mit dem zu betätigenden Elektromagneten 17 identisch ist, und ein Transistor 12. · · .For a circuit according to FIG. 2, the following are required: a blocking oscillator transformer, which is connected to the actuating electromagnet 17 is identical, and a transistor 12. · ·.

Demgegenüber gehören zu einer-Schaltung gemäß Fig. 1: Ein Elektromagnet, ein Sperrschwinger-Transformator, zwei Transistoren und ein besonderer Netzteil.In contrast, belong to a circuit according to Fig. 1: An electromagnet, a blocking oscillator transformer, two transistors and a special power supply.

Im beschriebenen Beispiel beträgt die durch den verwendeten Speicherkondensator 18 und den zugehörigen Ladewiderstand 19 bedingte Zeitkonstante V2 Sekunde. Bei dieser Zeitkonstante beträgt der maximale Ladestrom etwa 1 mA, begrenzt etwa auf die Zeitdauer der Zeitkonstante. Gegenüber der bekannten Anordnung nach Fig. 1, in welcher ein Dauerruhestrom von 10 mA benötigt wird, beweist dies eine erhebliche Stromersparnis. Hinzu kommt noch, daß bei der Anordnung nach Fig. 1 der besondere Versorgungsnetzteil in der Lage sein muß, bei Verwendung von mehreren Elektromagneten gleichzeitig die erhebliche Stromspitze von 3 A liefern zu können. Infolge des außerordentlich verringerten Leistungsbedarfs' der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 2 wird es in der Mehrzahl der Anwendungs-In the example described, the storage capacitor 18 used and the associated Charging resistor 19 conditional time constant V2 seconds. With this time constant the is maximum charging current approx. 1 mA, limited to the duration of the time constant. Compared to the known Arrangement according to Fig. 1, in which a permanent quiescent current of 10 mA is required, proves this is a considerable saving in electricity. In addition, in the arrangement according to FIG. 1, the special Power supply must be able to use several electromagnets at the same time to be able to deliver the considerable current peak of 3 A. As a result of the greatly reduced Power requirement 'of the arrangement according to the invention according to FIG. 2, it is in the majority of the application

fälle möglich sein, die Betriebsspannung aus dem Netzteil des zugehörigen elektronischen Gerätes zu entnehmen. Ein besonderer Netzteil ist bei der neuen Anordnung also überflüssig.If possible, the operating voltage from the power pack of the associated electronic device remove. A special power supply unit is therefore superfluous with the new arrangement.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der erfmdungsgemäßen Anordnung in mechanischen Zusatzgeräten für elektronische Zähl- oder auch Rechengeräte. Eine besonders vorteilhafte Anwendung ergibt sich für die Arretierungshubmagnete in Druck- oder Anzeigegeräten.The use of the arrangement according to the invention in additional mechanical devices is particularly advantageous for electronic counting or calculating devices. A particularly advantageous application results for the locking solenoids in pressure or display devices.

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Schaltungsanordnung zur elektronischen Impulssteuerung von Elektromagneten mit Hilfe eines Sperrschwingerkreises, dadurch gekennzeichnet, daß der zu betätigende Elektromagnet1. Circuit arrangement for electronic pulse control of electromagnets with the help a blocking oscillator circuit, characterized in that the electromagnet to be actuated (17) selbst als Transformator für den Sperrschwingerkreis ausgebildet ist.(17) itself is designed as a transformer for the blocking resonance circuit. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Erregung des Elektromagneten (17) notwendige Energie während des Ansprechvorganges aus einem Speicherkondensator (18) entnommen wird, welcher so geschaltet ist, daß er in den Ruhezeiten wieder aufgeladen wird.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that that the energy necessary for the excitation of the electromagnet (17) during of the response process is taken from a storage capacitor (18), which so is switched so that it is recharged during the rest periods. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrschwingerkreis aus einem Elektromagneten (17) mit zwei Wicklungen und einem Transistor (12) besteht.3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the blocking oscillator circuit an electromagnet (17) with two windings and a transistor (12). 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Emitterleitung des Transistors (12) eine Diode (13) zur Erzeugung einer gegenüber der Basis negativen Emitter-Ruhespannung vorgesehen ist.4. Arrangement according to claim 3, characterized in that in the emitter line of the transistor (12) a diode (13) for generating an emitter open circuit voltage which is negative with respect to the base is provided. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings ©80» 767/365 2.59© 80 »767/365 2.59