DE2412016A1 - DRIVER CIRCUIT FOR A MAGNETIC COIL - Google Patents
DRIVER CIRCUIT FOR A MAGNETIC COILInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Treiberschaltung für eine Magnetspule, die schnelle Ansprech- und Abfallzeiten aufweist und zur Energieübertragung das Prinzip des die Hagnetspule durchfließenden Stromes benutzt. Die Erfindung findet insbesondere Anwendung zur Speisung der Ilagnetspulen von Druckliär.imern und Lochstempeln, die mit verhältnismäßig hohen FolgefrequenzenThe invention relates to an improved driver circuit for a solenoid that has fast response and fall times and for energy transfer the principle of the magnet coil current flowing through it. The invention finds particular application for feeding the Ilagnetspulen of Druckliär.imern and punches that operate with relatively high repetition rates
arbeiten.work.
In der Vergangenheit wurde in den meisten Treiberschaltungen für Hagnetspulen eine Kombination von Transistoren mit Widerständen und Kondensatoren benutzt, um eine schnelle Betriebsweise zu erreichen. Obgleich diese Schaltungen gewöhnlich zufriedenstellend arbeiten, verbrauchen sie mehr Leistung und erfordern Bauteile mit ■ größeren Abmessungen als das bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist. Daher werden durch die vorliegende Erfindung die Kosten gesenkt, da die Anforderungen an die Stromversorgung reduziert werden und die Hagnettreiberschaltung wirksamer gepackt werden kann. Der Wirkungsgrad der Treiberschaltung gemäß der Erfindung wird verbessert, da ohne einen Widerstand in der Schaltung die volle Betriebsspannung sowohl für das Erregen als auch das Entregen der Magnetspule verfügbar ist.In the past, most magnet coil driver circuits used a combination of transistors and resistors and capacitors are used to achieve fast operation. Although these circuits usually work satisfactorily, they consume more power and require components with larger dimensions than that in the present invention Case is. Therefore, the present invention lowers costs because the power supply requirements are reduced and the magneto driver circuit can be packaged more efficiently. The efficiency of the driver circuit according to the invention is improved, since without a resistor in the circuit, the full operating voltage for both energizing and de-energizing the Solenoid is available.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Treiberschaltung für eine Magnetspule anzugeben, die: (a) mit verhältnis mäßig geringem Energieverbrauch arbeitet, (b) verhältnismäßig hohe Folgefrequenzen ermöglicht, (c) mit gutem Wirkungsgrad arbeitet, (d) aus Bauteilen aufgebaut ist, die leicht dichtgepackt werden kennen und (e) relativ billig ist.The invention is based on the object of an improved driver circuit to be specified for a solenoid that: (a) operates with relatively low energy consumption, (b) relatively enables high repetition rates, (c) with good efficiency operates, (d) is constructed from components that are easily known to be densely packed, and (e) is relatively inexpensive.
Diese Aufgabe wird durch eine Treiberschaltung für eine Magnetspule gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das erste linde der Magnetspule über einen ersten Transistor mit der., an das Bezugs potential angeschlossenen ersten Pol der iietriebsspannungsquelle und der ersten Elektrode einer ersten Diode verbunden ist, deren zweite Kleiraae an den zweiten Pol der Detriebsspannungsquelle führt,This task is accomplished by a driver circuit for a solenoid solved, which is characterized in that the first linde of the solenoid via a first transistor with the first pole of the., connected to the reference potential ii operating voltage source and the first electrode of a first Diode is connected, the second Kleiraae to the second pole of the The operating voltage source leads,
daß das zweite 2nde der Magnetspule über einen zweiten Transistor vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der erste an den zweiten Pol der Betriebsspannungsquelle und an die erste Elektrode einer zweiten Diode angeschlossen ist, deren andere Klemme mit dem Bezugspotential verbunden ist,that the second 2nde of the solenoid via a second transistor of the same conductivity type as the first to the second pole the operating voltage source and is connected to the first electrode of a second diode, the other terminal of which is connected to the reference potential connected is,
daß die Basis des ersten Transistors an einen Vorverstärker angeschlossen ist, der von einer, monostabilen IIuItivibrator angesteuert wird, der mit der äingangsklemrae der Treiberschaltung verbunden ist, und daß die Basis des zweiten Transistors über einan Vorverstärker direkt an die Eingangsklemme angeschlossen ist.that the base of the first transistor is connected to a preamplifier is controlled by a monostable IIuItivibrator that with the äingangsklemrae of the driver circuit and that the base of the second transistor is connected directly to the input terminal via a preamplifier is.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben, in der zeigt:In the following an embodiment of the invention is in connection described in more detail with the drawing, which shows:
Fig. 1 ein Schaltbild der Treiberschaltung nach derFig. 1 is a circuit diagram of the driver circuit according to the
I-rfindung undI-invention and
Fig. 2 ein Seitdiagramui der Kurvenverläufe in derFig. 2 is a Seitdiagramui the curves in the
Schaltung nach Figur 1, in dem der Kurvenverlauf A das Eingangssteuersignal darstellt, der Kurvenverlauf B den von dem monostabilenCircuit according to Figure 1, in which curve A represents the input control signal, the curve B of the monostable
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Multivibrator abgegebenen Aus gangs impuls, der Kurvenverlauf C das Spannungssignal am Kollektor eines Steuertransistors, der Spannungsverlauf D das Spannungssignal am Emitter des anderen Steuertransistors und der Kurvenverlauf E den Strom in der Magnetspule.Multivibrator output impulse, curve shape C is the voltage signal at the collector of a control transistor, the voltage curve D the voltage signal at the emitter of the other Control transistor and the curve shape E shows the current in the solenoid.
In Figur 1 ist die Erfindung beispielsweise dargestellt als Treiberschaltung z.ur Erregung der Magnetspule 10. Die. Magnetspule 10 kann irgendeine Spule von der Art sein, wie sie zur Betätigung von Druckhämmern und Stanzraagneten in Eingabe-Ausgabe-Geräten für ein Computersystem verwendet wird. Die Magnetspulen in solchen Geräten v/erden auf einen Befehl oder auf ein Steuersignal hin betätigt, das in diesem Beispiel als Kurvenverlauf A in Figur 2 dargestellt ist und der Eingangsklemme 15 in Figur 1 zugeführt wird. Die Eingangsklemme 15 ist sowohl mit einem Vorverstärker 20 der Treiberschaltung als auch mit einem monostabilen Multivibrator 25 verbunden. Der Ausgang des monostabilen Multivibrators 25 ist mit einem Vorverstärker 30 der Treiberschaltung verbunden und die Ausgänge der Vorverstärker 20 und 30 sind mit den Basen der Transistoren Tl und T2 verbunden.In Figure 1, the invention is shown, for example, as a driver circuit for excitation of the magnetic coil 10. The. Solenoid 10 can be any coil of the type used for actuation of print hammers and stamping magnets in input-output devices is used for a computer system. The solenoids in such Devices are actuated in response to a command or a control signal, which in this example is shown as curve profile A in FIG 2 and fed to the input terminal 15 in FIG will. The input terminal 15 is connected to both a preamplifier 20 of the driver circuit and a monostable multivibrator 25 connected. The output of the monostable multivibrator 25 is connected to a preamplifier 30 of the driver circuit and the outputs of the preamplifiers 20 and 30 are connected to the bases of the transistors T1 and T2.
Die Transistoren Tl und T2 sind übliche NPN-Schalttransistoren. Der Kollektor des Transistors T2 ist mit der Klemme +Vs der Betriebsspannungsquelle verbunden und sein Emitter mit dem einen Ende der Spule 10. Der Kollektor des Transistors Tl ist an das andere Ende der Spule 10 angeschlossen und sein Emitter an die Masseklemme der Betriebsspannungsquelle. Dasjenige Ende der Spule 10, das mit dem Emitter des Transistors T2 verbunden ist, ist auch mit der Kathode der Diode D2 verbunden. Die Anode der Diode D2 ist an die Masseklemme der Betriebsspannungsquelle angeschlossen. Das andere Ende der Spule, das heißt, das Ende, das mit dem Kollektor des Transistors Tl verbunden ist, ist ebenfalls an die Anode einer Diode Dl angeschlossen. Die Kathode der Diode Dl ist mit der Klemme +Vs der Betriebsspannungsquelle verbunden. Die. Transistoren Tl und T2 sind normalerweise nichtleitend und daher sindThe transistors T1 and T2 are conventional NPN switching transistors. The collector of the transistor T2 is connected to the terminal + Vs of the operating voltage source connected and its emitter to one end of the coil 10. The collector of the transistor Tl is to the other Connected to the end of the coil 10 and its emitter to the ground terminal the operating voltage source. That end of the coil 10 which is connected to the emitter of the transistor T2 is also connected to the cathode of diode D2. The anode of the diode D2 is connected to the ground terminal of the operating voltage source. The other end of the coil, that is, the end that is connected to the collector of the transistor Tl, is also connected to the Anode of a diode Dl connected. The cathode of the diode Dl is connected to the terminal + Vs of the operating voltage source. The. Transistors T1 and T2 are normally non-conductive and therefore are
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die Dioden Dl und D2 in Sperrichtung vorgespannt, so daß normalerweise kein Strom in der Spule 10 fließt.the diodes Dl and D2 are reverse biased so that normally no current flows in the coil 10.
Wenn ein positives Signal der Eingangs klemme 15 zugeführt wird, gelangt der monostabile liultivibrator 25 in den instabilen Zustand und die beiden Vorverstärker 20 und 30 der Treiberschaltung erzeugen ein positives Signal, uir die Transistoren Tl und T2 leitend zu machen. Die Vorverstärker 20 und 30 der Treiberschaltung sind übliche Vorverstärker und dienen dazu, den Strom der Signale für das Leitendmachen der Transistoren Tl und T2 zu verstärken. Wenn die Transistoren Tl und T2 leiten, ist ein Stromweg von der Klemme +Vs der Betriebsspannungsquelle über den Transistor T2, durch die Spule 10 und durch den Transistor Tl zu der mit dem Ilassepotential verbundenen Klemme der Betriebsspannungsquelle gegeben.If a positive signal is fed to the input terminal 15, arrives the monostable liultivibrator 25 in the unstable state and the two preamplifiers 20 and 30 of the driver circuit generate a positive signal, uir the transistors T1 and T2 conductive close. The preamplifiers 20 and 30 of the driver circuit are conventional preamplifiers and are used to stream the signals for to make the transistors T1 and T2 conductive. When transistors T1 and T2 conduct, there is a current path from the terminal + Vs of the operating voltage source via the transistor T2, through the coil 10 and through the transistor Tl to the one with the Ilassepotential connected terminal of the operating voltage source.
Der die Spule 10 durchfließende Strom steigt rasch an (vergleiche Kurvenverlauf E), bis der monostabile Multivibrator 25 in seinen stabilen Sustand zurückkehrt. Der Viert der Stromspitze in der Spule lü ist proportional zur Zeitperiocle des raonostabilen Multivibrators 25, das heißt, iL (t) = - ... f worin t gleich ist der Zeitperiode des raonostabilen Multivibrators 25, Vs die Spannung der Betriebsspannungsquelle und L die Induktivität der Spule 10. Der Transistor Tl wird nichtleitend, wenn der monostabile Multivibrator 25 in seinen stabilen Zustand zurückkehrt. Das Signal des raonostabilen i-Iul ti vibrators 25 wird durch den Kurvenverlauf B in Figur 2 dargestellt. Dies ist die Ursache dafür, daß die Kollektorspannung des Transistors Tl positiv wird, Wie das durch den Kurvenverlauf C dargestellt ist, um die Diode Dl in Leitrichtung vorzuspannen, wodurch der Strom, der in der Spule 10 fließt, weiterfließt, aber während der Zeitspanne td langsam abnimmt, wie das durch den Kurvenverlauf E dargestellt ist. Der die Spule 10 durchfließende Strom fließt unter den gerade genannten Bedingungen von der Klemme +Vs der Betriebsspannungsquelle durch den Transistor T2, durch die Spule 10 und durch die Diode Dl zurück zu der Klemme +Vs der Betriebsspannungsquelle. Daher ist der Strom in der Spule 10 zu diesem Zeitpunkt etwa:The current flowing through the coil 10 increases rapidly (compare curve E) until the monostable multivibrator 25 returns to its stable state. The fourth of the current peak in the coil lü is proportional to the time period of the raonostable multivibrator 25, that is, i L (t) = - ... f where t is the time period of the raonostable multivibrator 25, Vs the voltage of the operating voltage source and L die Inductance of the coil 10. The transistor Tl becomes non-conductive when the monostable multivibrator 25 returns to its stable state. The signal from the radio-stable i-Iul ti vibrator 25 is shown by curve B in FIG. This is the reason that the collector voltage of the transistor Tl becomes positive, as shown by the curve C, in order to bias the diode Dl in the conduction direction, whereby the current flowing in the coil 10 continues to flow, but during the period td slowly decreases, as shown by curve E. The current flowing through the coil 10 flows under the conditions just mentioned from the terminal + Vs of the operating voltage source through the transistor T2, through the coil 10 and through the diode Dl back to the terminal + Vs of the operating voltage source. Therefore the current in the coil 10 at this point in time is approximately:
i(t) _ (VT2 +VDl) i (t) _ (VT2 + VDl)
t Lt L
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Die Stromabnahme erfolgt langsam genug, so daß der Llektrornagnet seine beabsichtigte Funktion durchführen kann.The current is drawn slowly enough so that the Llektrornagnet can perform its intended function.
Die Spule 10 wird schnell entregt durch das rlichtleitendwerden des Transistors T2. Dies geschieht, wenn das Eingangssignal einen niedrigen Pegel annimmt, wie das durch den Kurvenverlauf Λ dargestellt ist. Wenn der Transistor T2 sperrt, wird seine Ijmitterspannung negativ, wie das durch den Kurvenverlauf L dargestellt ist, durch den die Diode D2 in Leitrichtung vorgespannt wird. Dadurch ändert die Betriebsspannung an der Spule 10 ihre Richtung und der Strom in der Spule nimmt schnell ab, da er seine Pachtung ur.ücehrt, wie das aus dem Kurvenverlauf E zu ersehen ist.The coil 10 is quickly de-energized by becoming light-conducting of transistor T2. This happens when the input signal assumes a low level, as shown by the curve Λ is. When the transistor T2 blocks, its Ijmitters voltage negative, as shown by the curve L, by means of which the diode D2 is biased in the conduction direction. Through this the operating voltage on the coil 10 changes its direction and the current in the coil decreases quickly as it changes its lease, as can be seen from curve E.
Verschiedene andere verfahren können benutzt warden, ma das liichtleitendwerden des Transistors Tl zu steuern, ohne von dem L'rfindungsgedanken abzuweichen. Die Zeitverzögerung beeinflußt natürlich den Betrag des Stromes, der von den Transistoren Tl und T2 geführt wird. Wenn es-daher für einige Anwendungen notwendig ist, den Strom in der Hagnetspule für relativ lange Seitintervalle aufrechtzuerhalten, können intermittierende Seitverzögerungen benutzt werden, das heißt, mehrere monostabile Multivibratoren oder mehrere Verzögerungsschaltungen. Der Strom in der Spule würde nach Ablauf der ersten Verzögerungszeit abnehmen, aber er würde wieder anwachsen, wenn die nächste Seitverzögerung beginnt. In dieser Weise kann der Spulenstrom für ein verhältnismäßig langes Zeitintervall aufrechterhalten werden, ohne die Strombelastbarkeit der Transistoren Tl und T2 zu überschreiten. Das gleiche läßt sich mit einer MikroprograKuasteuerung erreichen. Eine Ilikroprogramm-Steuerroutine kann eine Periode der Seitverzögerung bewirken und eine nachfolgende Hikroprogramm-Steuerroutine oder die gleiche kann aufgerufen v/erden zu einem späteren Zeitpunkt, um eine andere Zeitverzögerungsperiode zu beginnen. Der Strom durch den I-Iagneten kann, wenn das gewünscht wird, über eine längere Zeitperiode aufrechterhalten werden durch Hinzufügen einer Induktivität in Reihe zu der Magnetspule, um die Verzögerung des durchfließenden Stromes herabzusetzen. Various other methods may warden used ma liichtleitendwerden the control of the transistor Tl, without departing from the rfindungsgedanken L'. The time delay naturally affects the amount of current that is carried by the transistors T1 and T2 . Therefore, if it is necessary for some applications to maintain the current in the magnet coil for relatively long side intervals, intermittent side delays can be used, i.e. several monostable multivibrators or several delay circuits. The current in the coil would decrease after the first delay time had elapsed, but would increase again when the next side delay began. In this way, the coil current can be maintained for a relatively long time interval without exceeding the current-carrying capacity of the transistors T1 and T2. The same can be achieved with a microprogram control. A microprogram control routine may cause a period of side delay and a subsequent microprogram control routine or the same may be called at a later time to begin another time delay period. The current through the magnet can, if so desired, be maintained for a longer period of time by adding an inductor in series to the solenoid to reduce the delay in the current flowing through it.
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Aus dem Vorstehenden ist zu ersehen, daß durch die Erfindung eine verbesserte Treiberschaltung für r.agnetspulen angegeben wird, die wegen ihrer schnellen JUisrrechzeit bei verhältnisraäßig hohen Folgefroquenzen arbeiten kann. Darüber hinaus wird durch die Erfindung ein ndLninaler Lois tun g£V3rLraucIi erzielt, da die Leistung im wesentlichen induktive blindleistung ist und die Wirkleistung begrenzt wird auf die Leistung, die von den Transistoren Tl und T2 und den Dioden Dl und D2 verbraucht wird, welche Minimal ist.From the above it can be seen that the invention provides a improved driver circuit for solenoid coils is specified, the because of their fast legal time with relatively high follow-up frequencies can work. In addition, a ndLninaler Lois tun g £ V3rLraucIi is achieved by the invention, since the performance is essentially is inductive reactive power and the active power is limited to the power generated by the transistors Tl and T2 and the Diodes Dl and D2 is consumed, which is minimal.
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