DE2159369B2 - Schaltungsanordnung zum Einschalten und Ausschalten einer Induktivität - Google Patents

Description

dem Einschaltnetzwerk liegende Kondensator bei ist Eine Steuereinrichtung 16 ist über einen Ein-

jedem Abschalten der Induktivität mittels des Lade- gangswiderstand 18 zwischen Erde und die Basis des

kreises, mit dem er so lange, wie der gesteuerte Transistors 14 geschaltet

Gleichrichter aufgetastet ist, einen Parallelschwing- Die Leitfähigkeit des Transistors 14 ist durch die kreis bildet, in einer solchen Richtung auflädt, daß er 5 Steuereinrichtung 16 geregelt, indem der Transistor in der gleichen Richtung wie die Gleichstromquelle 14 durch ein Steuersignal von der Steuereinrichtung gepolt ist. Der Kondensator kann sich bis zu dem 16 über den Widerstand 18 in Vorwärtsrichtung vornächsten Einschalten der Induktivität nicht wieder gespannt wird und durch die Wegnahme des Steuerentladen, da einerseits der Paralielschwingkreis nicht signals von der Steuereinrichtung 16 in entgegenzurückschwingen kann, weil der gesteuerte Gleich- io gesetzter Richtung vorgespannt wird. Der Tranrichter wieder gesperrt ist, und da andererseits die sistorl4 wird voll leitfähig oder gesperrt, um die Diode eine Entladung des Kondensators über den Induktivität 10 zu erregen oder zu entregen, wenn Widerstand verhindert. der Transistor in Vorwärtsrichtung bzw. in entgegen-

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungs- gesetzter Richtung vorgespannt ist

gemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß 15 Auf Grund ihrer induktiven Eigenschaften wird

bei jedem Einschalten der Induktivität zu Beginn der eine Rückschaltspannung an der Induktivität ent-

Erregungsstrom ohne Überlagerung durch einen wickelt, wenn der Transistor 14 abgeschaltet wird,

zweiten Strom überhöht wird, da sich der Konden- welche die Tendenz besitzt, den Erregerstrom durch

sator in der Stromrichtung der Gleichstromquelle die Induktivität aufrechtzuerhalten und in typischer

entlädt. 20 Weise dazu führt, die maximal zulässige Spannung

Schließlich ist noch ein Vorteil darin zu sehen, für den Transistor 14 zu überschreiten. In ähnlicher daß der bei jedem Abschalten der Induktivität er- Weise verhindert die Induktivität 10, daß der Erzeugte, über das Überbrückungsnetzwerk fließende regerstrom durch die Induktivität sich augenblick-Rücklaufstrom ausgenutzt wird, indem die über den lieh mit der Betätigung des Steuertransistors 14 Widerstand des Überbrückungsnetzwerks abfallende 25 ändert. Somit besteht ein Intervall zwischen dem Spannung zur Steuerung des gesteuerten Gleichrich- Zeitpunkt, zu welchem der Transistor 14 voll leitters herangezogen wird. fähig wird, und dem Zeitpunkt, zu welchem der

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist bei Erregerstrom durch die Induktivität 10 auf einen *>esonders einfachem Aufbau zum Einschalten und gewünschten Pegel aufgebaut ist, und dieses Intervall Abschalten einer Induktivität besonders whkungs- 3° läßt sich als »Auferregungszeit« der Induktivität bevoll, da der Kondensator bereits zu Beginn des Ein- zeichnen. In umgekehrter Weise läßt sich das Interschaltens in der Stromrichtung der Gleichstromquelle vall, welches zwischen dem Abschalten des Tranaufgeladen wird und somit beim Einschalten der sistors 14 und dem Abbau des Stroms durch die Induktivität nicht nur keine Energie verbraucht, son- Induktivität auf einen bestimmten Wert als »Abfalldern sogar noch die zur Überhöhung des Erregungs- 35 zeit« der Ind"ktivität bezeichnen.
Stroms erforderliche Energie liefert. Während des Die Auferregungs- und die Abfallzeit der Induk-Einschaltvorgangs lädt sich zwar der Kondensator in tivität 10 bestimmen die Ansprechzeit derjenigen der Gegenrichtung auf, doch wird diese gespeicherte Einrichtung, welche durch die Induktivität betätigt elektrostatische Energie beim nächsten Zünden des ist, und es ist wünschenswert, diese Ansprechzeit beigesteuerten Gleichrichters als Energie in den Par- 40 spielsweise insbesondere dann auf ein Minimum zu allelschwingkreis eingebracht und wieder in Gegen- bringen, wenn die Induktivität eine Einrichtung wie richtung auf den Kondensator gegeben, wo sie für einen elektromagnetischen Treibstoffinjektor für eine den nächsten Einschaltvorgang zur Verfügung steht. Brennkraftmaschine betätigt, bei welcher eine kurze

Im Gegensatz zu der aus der USA.-Patentschrift Ansprechzeit erforderlich ist, um eine exakte Dimen-

3 411 045 bekannten Schaltungsanordnung muß also 45 sionierung des Treibstoffs für die Maschine zu ge-

die von dem Kondensator gespeicherte Energie in währleisten.

keinem Fall vernichtet werden, da sie vor dem Ein- Die erfindungsgemäße Einrichtung vermindert die schalten in der gleichen Richtung wie die Gleich- Auferregungs- und die Abfallzeit der Induktivität stromquelle gepolt ist und nach dem Umpolen wäh- mit Hilfe eines Netzwerks 20, welches ein Einschaltrend des Einschaltvorgangs und während des nach- 50 netzwerk 22 und ein Überbrückungsnetzwerk 24 aufsten Abschaltvorgangs über den ParallelLchwingkreis weist. Das Einschaltnetzwerk 22 ist mit der Indukwieder umgepolt wird. tivität zwischen der positiven Klemme der Span-Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise an nungsquelle 12 und der anderen Klemme der Induk-Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt tivität in Reihe geschaltet. Das Überbrückungsnetz-

die einzige Figur ein Schaltschema einer erfin- 55 werk 24 ist mit den zwei Klemmen der Induktivität

dungsgemäßen Schaltungsanordnung. 10 parallel geschaltet. Das Einschaltnetzwerk 22 er-

Die Zeichnung stellt eine Schaltungsanordnung höht den Erregerstrom durch die Induktivität vormit einer Induktivität 10 dar, welche mit einer übergehend, wenn der Transistor 14 eingeschaltet Gleichspannungsversorgung 12 und einem Steuer- wird, so daß die Auferregungszeit der Induktivität schalter 14 ausgestattet ist. Die Spannungsquelle 12 60 iuf ein Minimum gebracht wird. Das Überbrückungsist eine Batterie, deren negative Klemme geerdet ist. netzwerk 24 steuert die Rückschaltspannung, die an der Steuerschalter 14 ist vorzugsweise ein Tran- der Induktivität entwickelt wird, wenn der Transistor, es könnte jedoch auch eine beliebige andere sistor 14 abgeschaltet wird, so daß die Abfallzeit der Schalteinrichtung verwendet werden. Induktivität auf ein Minimum gebracht wird.

Der Steuertransistor 14 hat seinen Emitter und 65 Das Überbrückungsnetzwerk 24 umfaßt eine Reiseinen Kollektor mit der Induktivität 10 in Reihe ge- henkombination einer Zenerdiode 26, einer Diode 28 schaltet, wobei der Emitter geerdet ist und der KoI- und eines Begrenzerwiderstands 30. Die Zenerdiode lektor mit einer Klemme der Induktivität verbunden 26 begrenzt die Rückschaltspannung auf einen maxi-

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malen Pegel, welcher durch den Durchbruchspegel einer Spule 42 und eines gesteuerten Gleichrichters der Zenerdiode 26 bestimmt ist. Wenn somit die an 44, wobei der letztere vorzugsweise ein Thyristor ist, der Induktivität entwickelte Rückschaltspannung den obwohl auch eine andere Schalteinrichtung verwen-Durchbruchspegel der Zenerdiode 26 erreicht, leitet det werden könnte. Der Thyristor 44 hat eine Anode die letztere einen Rückschaltstrom durch das Über- 5 und eine Kathode in Reihe mit der Spule 42 geschalbrückungsnetzwerk 24, um die Rückschaltspannung tet, und ein Steuereingang ist mit der Verbindung auf einen maximalen oder Durchbruchspegel zu be- zwischen der Diode 28 und dem Begrenzungswidergrenzen, stand 30 im Überbrückungsnetzwerk 24 verbunden.

Die Induktivität 10 bedingt, daß die Abnahme des Der Thyristor 44 wird in Reaktion auf das Trigger-Erregerstroms durch die Induktivität um so schneller to signal vorwärts vorgespannt, welches am Begrenzererfolgt, je größer der Anstieg der Rückschaltspannung widerstand 30 im Überbrückungsnetzwerk 24 entist, welche an der Induktivität entwickelt wird. Dem- wickelt wird, und er wird in seinem Anoden-Kathogemäß muß der von der Zenerdiode 26 ermöglichte den-Kreis eingeschaltet, wenn er vorwärts vorgespannt maximale Pegel ausreichend hoch liegen, um eine ist, so daß die Spule 42 und der Speicherkondensator rasche Abnahme des Erregerstroms durch die Induk- 15 37 zu einem Schwingkreis zusammengeschaltet sind, tivität 10 und dadurch eine minimale Ausfallzeit der Wem. der Thyristor 44 eingeschaltet ist, werden Induktivität zu gewährleisten. Andererseits muß der die Spule 42 und der Speicherkondensator 37 in der durch die Zenerdiode 26 festgelegte maximale Pegel Weise miteinander kombiniert, daß ein Parallelausreichend niedrig sein, um den Transistor 14 gegen schwingkreis gebildet wird, welcher für etwa einen Beschädigungen auf Grund der Rückschaltspannung ao halben Zyklus schwingt, urr die Ladung auf dem zu schützen. Die Diode 28 ist in das Überbrückungs- Speicherkondensator 37 umzukehren und dadurch netzwerk 24 eingesetzt, um den Erregerstrom zu den Speicherzweig 32 zurückzustellen. Während des blockieren und den Rückschaltstrom durchzulassen. ersten Viertels des Schwingungszyklus entlädt sich Der Begrenzungswiderstand 30 ist mit dem Über- der Kondensator 37 aus seiner zweiten Aufladungsbrückungsnetzwerk 24 verbunden, um daran ein 45 richtung über den Fhyristor 44 in die Spule 42, und Triggersignal in Reaktion auf den Rückschaltstrom während des folgenden Viertels des Schwingungszu entwickeln. zyklus lädt sich der Kondensator 37 in der ersten

Das Einschaltnetzwerk 22 umfaßt einen Speicher- Äutiadungsrichtung auf, und zwar aus der Spule 42 zweig 32. einen Widerstandszweig 34 und einen über den Thyristor 44. Wenn sich der Speicherkon-Ladezweig 36. Der Speicherzweig 32 umfaßt einen 30 densator 37 in der ersten Aufladungsrichtung auf-Speicherkondensator 37 mit Platten 37 a und 37 b, lädt, ist der Thyristor 44 in umgekehrter Richtung und zu Beschreibungszwecken ist angenommen, daß vorgespannt und dadurch in seinem Anoden-Kader Kondensator 37 anfänglich so geladen ist, daß thoden-Kreis abgeschaltet, so daß die Schwingung die Platte 37 a positiv und die Platte 37 b negativ ist. des Parallelschwingkreises beendet wird. Wenn der Wenn somit der Transistor 14 eingeschaltet wird, 35 Speicherkondensator 37 in der ersten Aufladungsentlädt sich der Kondensator 37 so, daß der Erreger- richtung aufgeladen ist, ist das Netzwerk 20. das strom durch die Induktivität vorübergehend an- aus dem Eiaschaltnetzwerk 22 und dem Überbrükgehoben wird und dadurch die Einschaltzeit der kungsnetzwerk 24 besteht, bereit, einen weiteren Induktivität auf ein Minimum gebracht wird; nach- Arbeitszyklus zu beginnen, wenn der Steuertransistor dem der Kondensator 37 entladen ist, lädt er sich er- 40 erneut eingeschaltet wird,
neut in umgekehrter Richtung auf. In einer Schaltungsanordnung, welche gemäß dem

Der Widerstandszweig 34 umfaßt eine Serien- obigen Auisführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet

kombination einer Diode 38 und eines Widerstands war, haben die folgenden Schaltelemente mit de a

40, wobei die Diode 38 so geschaltet ist, daß der nachfolgend angegebenen Werten zufriedenstellende

Strom durch den Widerstand 40 um den Speicher- 45 Ergebnisse geliefert:
kondensator 37 herumgeführt ist, um die Induktivität

erregt zu halten, nachdem der Kondensator 37 von Spannungsquelle 12 12 Volt

seiner ersten Polung bei eingeschaltetem Transistor Zener-Diode 26 24 Volt

14 entladen ist. Außerdem ist die Diode 38 im Diode 28 IN4007

Widerstandszweig 34 so geschaltet, daß die Entladung 50 Diode 38 368 M

des Speicherkondensators 37 aus seiner ersten Auf- (Westinghouse)

laduns nicht durch den Widerstand 40 erfolgt, bevor . ,„'..;

der Transistor 14 eingeschaltet ist Der Widerstand Transfer 14 2N 3055

40 ist bestimmt den um den Speicherkondensator 37 Thyristor 44 C 140 B

herumgeführten Strom, der die Induktivität erregt, _5S (General Electric)

zu halten, nachdem der Kondensator 37 dort hin- Induktivität 10 1,6 Millihenry

durch entladen ist Außerdem bestimmt der Wider- Spule 42 75 Mikrohenry

stand 40 im Widerstandszweig 34 die Spannung, auf Speicherkondensator 37 .. 500 Mikrofarad

welche der Sneicnerkondensator 37 in der zweiten _. ., ._,-·> , _c ,->,_

Richtung bei eingeschaltetem Transistor 14 auf- 6o Eingangswderstand 18 1.5 Ohm

geladen wird. Begrenzerwiderstand 30 .. 100 Ohm

Der Ladezweig 36 umfaßt eine Serienkombination Widerstand 40 3,3 Ohm

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Die Auferregun^s^ and die Abfallzeiten einer

   Patentanspruch: Induktivität bestimmen die Ansprechzeit derjenigen

   Einrichtung, welche durch die Induktivität betätigt

   Schaltungsanordnung zum Einschalten und wird, und normalerweise ist es wünschenswert, so-Abschalten einer mit einer Gleichspannungs- 5 wohl die Auferregungs- als auch die Abfallzeit der quelle betriebenen Induktivität, beispielsweise Induktivität auf ein Minimum zu bringen, um die einer Wicklung eines Elektromagneten, mit einem Ansprechzeit der durch die Induktivität betätigten mit der Induktivität in Reihe angeordneten Schal- Einrichtung möglichst kurz zu halten, ter, mit einem zu der Induktivität parallel- Außerdem führen die induktiven Eigenschaften

   geschalteten Überbrückungsnetzwerk, das in io der Induktivität zu einer verhältnismäßig großen Reihe eine Diode, die den beim Abschalten in- Rückschaltspannung, welche bei Abschaltung der dozierten Strom führt, und eine Zenerdiode, die Induktivität entsteht. Normalerweise liegt die maxi- die induzierte Spannung begrenzt, aufweist, und mal zulässige Spannung für denjenigen Schalter, wel- mit einem mit der Induktivität in Reihe liegen- eher die Erregung der Induktivität steuert, unterhalb den Einschaltnetzwerk, das einen Kondensator 15 der Rückschaltspannung, welche durch die Induk- und einen dazu parallelgeschalteten Widerstand tivität erzeugt wird, und dies insbesondere dann, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß wenn der Steuerschalter ein Transistor oder ein in dem Einschaltnetzwerk (32, 34,36) eine Diode spannungsempfindlicher Halbleiter ist Demgemäß ist (38), die in Stromrichtung der Gleichstromquelle es gewöhnlich erforderlich, den Steuerschalter gegen (12) leitet, in Reihe mit dem Widerstand (40) 20 Beschädigungen auf Grund überhöhter Rückschaltangeordnet ist und dem Kondensator (37) ein spannungen zu schützen.

   Ladekreis (36) parallel geschaltet ist, der in Eine Schaltungsanordnung zum Einschalten und

   Reihe eine Spule (42) und einen gesteuerten Abschalten einer mit einer Gleichstromquelle beGleichrichter (44), der in Stromrichtung der iriebenen Induktivität ist bereits aas der USA.-Gleichstromquelle (12) angeordnet ist, aufweist, 25 Patentschrift 3 411045 bekannt. Dabei ist zu einer daß in dem Überbrückungsnetzwerk (24) ein Induktivität ein Überbrückungsnetzwerk parallel geWiderstand zwischen die Dioden (26, 28) und ein schaltet, das in Reihe eine Diode und eine Zener-Ende der Induktivität (10) geschaltet ist und daß diode aufweist, während in Reihe mit der Indukdie Steuerelektrode des gesteuerten Gleichrichters tivität ein Einschaltnetzwerk geschaltet ist, das einen (44) im Einschaltnetzwerk mit dem Überbrük- 3° Kondensator und einen dazu parallelgeschalteten kungsnetzwerk an der Verbindungsstelle des Widerstand aufweist.

   Widerstandes (30) zu den Dioden (26, 28) ver- Bei dieser bekannten Schaltungsanoidnung wird

   bunden ist. nun die Induktivität beim Einschalten gleichzeitig

   durch zwei einander überlagerte Ströme erregt, wäh-35 rend beim Abschalten der Induktivität der über das

   Uberbrückungsnetzwerk fließende Strom nicht weiter ausgenutzt wird. Die bei der Aufladung des Kondensators angesammelte, elektrostatische Energie

   Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung kann nämlich nicht ausgenutzt werden, da der Konzum Einschalten und Abschalten einer mit einer 40 densator bei dieser bekannten Schaltungsanordnung Gleichspannungsquelle betriebenen Induktivität, bei- für ein Wiedereinschalten der Induktivität in der spielsweise einer Wicklung eines Elektromagneten falschen Richtung aufgeladen wird und demzufolge mit einem mit der Induktivität in Reihe angeord- vor dem nächsten Einschalten der Induktivität entneten Schalter, mit einem zu der Induktivität par- laden werden muß.

   abgeschalteten Überbrückungsnetzwerk, das in 45 Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungs-Reihe eine Diode, die den beim Abschalten induzier- anordnung zum Einschalten und Abschalten einer ten Strom führt, und eine Zenerdiode, die die in- mit eüier Gleichstromquelle betriebenen Induktivität, duzierte Spannung begrenzt, aufweist, und mit einem wie z. B. einer Wicklung eines Elektromagneten, anmit der Induktivität in Reihe liegenden Einschalt- zugeben, bei der auf besonders einfache Weise der netzwerk, das einen Kondensator und einen dazu 50 Erregungsstrom für die Induktivität vorübergehend parallelgeschalteten Widerstand aufweist. vergrößerbar ist.

   Auf Grund der induktiven Eigenschaften einer Ausgehend von einer Schaltungsanordnung der

   Induktivität kann dann, wenn die Induktivität mit eingangs näher beschriebenen Art. wird zur Lösung einer Spannungsquelle in einen Kreis geschaltet wird, dieser Aufgabe vorgeschlagen, daß in dem Einschaltdurch die Betätigung eines Schalters der Erreger- 55 netzwerk eine Diode, die in Stromrichtung der Gleichstrom durch die Induktivität nicht augenblicklich stromquelle leitet, in Reihe mit dem Widerstand anmit der Betätigung des Schalters verändert werden. geordnet ist und dem Kondensator ein Ladekreis Die Zeit, welche zwischen der Betätigung des Schal- parallel geschaltet ist, der in Reihe eine Spule und ters und derjenigen Zeit verstreicht, zu welcher der einen gesteuerten Gleichrichter, der in Stromrichtung Erregerstrom durch die Induktivität einen vorgegebe- 60 der Gleichstromquelle angeordnet ist, aufweist, daß nen Pegel erreicht, kann als »Auferregungszeit« der in dem Überbrückungsnetzwerk ein Widerstand zwi-Induklivität bezeichnet werden. Hingegen kann das- sehen die Dioden und ein Ende der Induktivität jenige Intervall zwischen dem Zeitpunkt, zu welchem geschaltet ist und daß die Steuerelektrode des geder Schalter zur Trennung von der Spannungsquelle steuerten Gleichrichters im Einschaltnetzwerk mit betätigt wird, und demjenigen Zeitpunkt, zu welchem 65 dem überbrückungsnetzwerk an der Verbindungsder Erregerstrom durch die Induktivität auf einen stelle des Widerstandes zu den Dioden verbunden ist. vorgegebenen Pegel abfällt, als »Abfallzeit« der In- Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen

   duktivität bezeichnet werden. Schaltungsanordnung besteht darin, daß sich der in