DE3805031C2 - Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers mittels eines mit dem Verbraucher ver­ bundenen Schaltmittels (S), dem ein Ansteuersignal bestimmter Frequenz zugeführt wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektro­ magnetischen Verbrauchers ist aus der DE 33 20 110 C2 bekannt. Dort wird eine Vorrichtung beschrieben, bei der die Frequenz des Ansteuersignals abhängig von der Betriebstemperatur vorgegeben wird. Bei dieser Vorrichtung kann sich die Taktfrequenz auf Grund von Störungen ändern. Eine feste Frequenz des Ansteuersignals ist mit einer solchen Einrichtung nicht einstellbar.

Ferner ist aus der US-PS 4 452 210 eine Vorrichtung zur Steue­ rung einer Last bekannt. Diese Vorrichtung umfaßt eine Treiberschaltung für ein Einspritzventil einer Brennkraftmaschine. Bei der bekannten Treiberschal­ tung wird bei offenem Einspritzventil der Erregerstrom festgestellt und hiervon ein Signal abgeleitet. Aus der Differenz zwischen diesem Momentansignal und einem fest­ legbaren Referenzsignal wird ein Steuersignal erzeugt, das als Grundlage eines Pulsbreitenmodulationssignals dient. Der Erregerstrom für das Einspritzventil wird daher durch Beeinflussung der Impulsbreite des Erreger­ stromssignals, also impulsbreitenmoduliert, gesteuert.

Eine derartige Regelung mit Hilfe einer Impulsbreitenmodulation hat jedoch zur Folge, daß Oberwellen aufgrund der sich beim Regelungsvorgang ändernden Breite der Starkstrom­ impulse für den Erregerstrom des Einspritzventils auftreten.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Steuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers bereitzustellen, bei der die Frequenz des Ansteuersignals auf einen vorgebbaren Wert einstellbar ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur getakteten Versorgung eines elektromagnetischen Verbrauchers mit einer von einem Steuersignal, welches die Differenz zwi­ schen dem Momentansignal am Verbraucher und einem fest­ legbarem Führungssignal repräsentiert, beaufschlagten Regelung, bei welcher ein getakteter Stromregler vorgesehen ist, dessen Taktfrequenz nachregelbar ist, bat insbesondere den Vorteil, daß die grundsätzlichen Vorteile eines Strom­ reglers zur Verfügung stehen, nämlich eine Ausregelung der Gegen-EMK des elektromagnetischen Verbrauchers und eine Totzeit von Null für eine Sprungantwort. Gemäß der Erfindung werden diese Vorteile kombiniert mit der vor­ teilhaften Eigenschaft, daß im stationären Zustand eine feste, konstante Frequenz für die Taktung erreicht wird.

Zur Nachregelung der Taktfrequenz ist vorzugsweise eine Schaltungseinheit vorgesehen, die einen Frequenz-/Spannungs­ wandler mit nachgeschaltetem Integrator aufweist. Störungen auf der Taktfrequenz können so infolge der Integration wirksam unterdrückt werden, da sich das Integrations­ signal nur unwesentlich ändert, wenn auf der Taktfrequenz zusätzliche Störimpulse vorhanden sind. Zur Ausbildung des Frequenz-/Spannungswandlers ist vorzugsweise ein Komparator vorgesehen.

Zur Ankopplung der Schaltungseinheit für die Nachregelung an den Stromregler ist vorteilhafterweise ein dem Ver­ braucher zugeordneter, diesen beaufschlagender Leistungs­ schalter vorgesehen, dessen Ansteuersignal der Schaltungsein­ heit zuführbar ist, und weiterhin zur Ansteuerung des Leistungsschalters eine Triggerschaltung vorgesehen, deren Hysterese durch die Schaltungseinheit änderbar ist.

Hierzu ist vorteilhafterweise die Triggerschaltung als Schmitt-Trigger ausgebildet. Ein Schmitt-Trigger weist eine Hysterese auf, die üblicherweise durch entsprechende Beschaltung des Schmitt-Triggers festgelegt wird und durch eine andere Beschaltung gegebenenfalls geändert werden kann. Durch die Beschaltung des Schmitt-Triggers ist gemäß der Erfindung daher die Stromhysterese des Stromreglers an unterschiedliche Verhältnisse anpaßbar.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfin­ dungsgemäßen Schaltung ist ein zusätzlicher Steuereingang vorgesehen, an welchen eine Spannung zur Steuerung der Stromhysterese des Stromreglers anlegbar ist. Statt einer durch feste Beschaltung eingestellten Spannung für den Schmitt-Trigger wird daher bei dieser Ausführungsform eine einstellbare Spannung verwendet.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines zeichnerisch dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus welchem weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Fig. 1 zeigt ein schematisch stark vereinfachtes Blockschaltbild zur Veranschaulichung des Prinzips der erfindungsgemäßen Nachregelung, Fig. 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungs­ einheit zur Nachregelung der Taktfrequenz, Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Stromreglers und Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungs­ gemäßen Stromregler.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Beim Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Stromreg­ lerschaltung, bei der durch eine besondere Schaltungs­ einheit eine Nachregelung der Taktfrequenz erfolgt, mit der über einen Leistungsschalter ein Verbraucher (Last) versorgt wird. Die Last kann beispielsweise eine Induk­ tivität sein, etwa eine Erregerspule für ein Brennstoff- Einspritzventil einer Brennkraftmaschine.

Die in Fig. 1 schematisch stark vereinfacht und in Fig. 2 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dargestellte Schaltungseinheit mit Anschlußpunkten A und B ist dazu vorgesehen, in einer in Fig. 4 im einzelnen dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stromreglers zwischen dort ebenfalls mit A, B bezeichneten Punkten eingefügt zu werden.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, umfaßt die Schaltungs­ einheit einen an einen Anschluß A angeschlossenen Frequenz-/ Spannungswandler 10, dem ein Integrator 20 nachgeschaltet ist, dem ein Ausgangsanschluß B nachfolgt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltungseinheit ent­ sprechen der Eingangsanschluß A und der Ausgangsanschluß B den entsprechenden Anschlüssen des Blockschaltbilds gemäß Fig. 1. An den Eingangsanschluß A sind in Serie ein Widerstand R11 und ein Kondensator C11 angeschlossen, der mit einem Widerstand R13 sowie einem Widerstand R12 und der Kathode einer Diode D11 verbunden ist. Die jeweils anderen Anschlüsse des Widerstands R12 beziehungsweise der Diode D11 sind an Masse (GND) gelegt. Das andere Ende des Widerstands R13 ist mit dem negativen Eingang eines Komparators IC11 sowie mit einem Widerstand R14 verbunden, dessen anderes Ende an einer Versorgungsspannung (5 Volt) liegt. Der Komparator IC11 ist in sogenannter "open-collector"-Ausführung ausgebildet.

Der andere, positive Eingang des Komparators IC11 ist über einen Widerstand R15 mit der Versorgungsspannung (5 Volt) und über einen Widerstand R16 mit Masse verbunden. Der Ausgang des Komparators IC11 ist über einen Widerstand R17 an die Versorgungsspannung rückgeführt und weiterhin an einen Widerstand R18 angeschlossen, dessen anderes Ende mit einem Widerstand R19 und einem Kondensator C12 verbunden ist, dessen anderer Anschluß an Masse liegt. Das andere Ende des Widerstands R19 ist an dem negativen Eingang eines Operationsverstärkers IC12 gelegt, dessen Ausgang mit dem Ausgangsanschluß B der Schaltungseinheit verbunden ist. Der negative Eingang und der Ausgang des Operationsverstärkers IC12 sind über eine Integrations­ kapazität C13 überbrückt. Am positiven Eingang des Opera­ tionsverstärkers IC12 liegen ein Widerstand R110, der an die Versorgungsspannung geführt ist, und ein Widerstand R111, dessen anderer Anschluß an Masse gelegt ist.

Fig. 3 der Zeichnung zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Stromreglerschaltung, die in Fig. 4 detailliert in einem bevorzugten Ausführungs­ beispiel einer erfindungsgemäßen Modifikation dargestellt ist. Im Blockschaltbild gemäß Fig. 3 liegt am Eingang eine Sollspannung U(Soll) an, die proportional zum Sollstrom an einer induktiven Last ist. Die Sollspannung wird über einen Begrenzer dem positiven Eingang eines Komparators zugeführt, an dem nunmehr also eine dem Sollstrom I(Soll) proportionale Spannung anliegt, und an dessen negativen Eingang eine gemittelte Istspannungs­ größe, die dem gemittelten Iststrom I(Ist) proportional ist.

Das Ausgangssignal des Komparators wird auf einen Schmitt- Trigger gegeben, der einen elektronischen Leistungsschalter S ansteuert. Im Takt der vom Schmitt-Trigger abgegebenen Impulse wird von dem Leistungsschalter S eine induktive Last angesteuert, deren einer Anschluß am Schalter S anliegt und deren anderer Anschluß zu einer positiven Versorgungsspannung +U(Batt.) geführt ist. Die Last ist durch eine Diode D5 überbrückt.

Der andere Anschluß des Leistungsschalters S ist an eine Einrichtung zur Messung des Ist-Stroms geführt, die wiederum an einer negativen Versorgungsspannung -U(Batt.) liegt.

Das von der Ist-Strommeß-Vorrichtung abgegebene Signal wird einem Spitzenwertgleichrichter zugeführt, der eine Entladezeitkonstante τ₁ aufweist. Der Spitzenwertgleich­ richter gibt daher ein gemitteltes Iststromsignal ab, welches, wie bereits erwähnt, dem negativen Eingang des Komparators zugeführt wird.

Die bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung gemäß Fig. 4 soll nun näher erläutert werden.

Die Sollspannung U(Soll) wird über in Serie geschaltete Widerstände R1, R2 und R3 in einer Spannungsteilerschaltung mit einem Widerstand R4, dessen anderer Anschluß an Masse (GND) angeschlossen ist, dem positiven Eingang + eines Komparators K1 zugeführt. Zwischen den Widerständen R1 und R2 ist noch die Anode einer Diode D1 angeschlossen, deren Kathode an eine stabilisierte Referenzspannung U(stab.) gelegt ist.

Ebenfalls an die stabilisierte Spannung U(stab.) ist ein Widerstand R5 angeschlossen, der mit zwei Widerständen R7 und R6 verbunden ist. Der andere Anschluß des Widerstands R6 ist an Masse gelegt, der andere Anschluß des Widerstands R7 an den negativen Eingang des Komparators K1 und an einen die beiden Eingänge des Komparators überbrückenden Kondensator C1. Weiterhin liegt zwischen dem negativen Eingang - des Komparators K1 und Masse noch ein Kondensator C2.

Vom Verbindungspunkt der Widerstände R2 und R3 führt eine Leitung zu einem Widerstand R8, dessen anderer Anschluß mit einem Widerstand R9 und der Anode einer Diode D2 verbunden ist. Der andere Anschluß des Widerstands R9 ist über einen Anschlußpunkt B, der bereits anhand der Fig. 1 und 2 besprochen wurde, an die stabilisierte Versorgungsspannung U(stab.) geführt.

Die Kathode der Diode D2 ist mit einem Widerstand R10 und dieser wiederum mit der stabilisierten Versorgungs­ spannung verbunden, und weiterhin ist der kathodenseitige Anschluß der Diode D2 über einen Anschlußpunkt A, der bereits anhand der Fig. 1 und 2 erläutert wurde, an den Ausgang des Komparators K1 angeschlossen.

Die anhand der Fig. 1 und 2 erläuterte Schaltungsein­ heit zur Nachregelung der Taktfrequenz wird daher mit ihren Anschlußpunkten A, B an die entsprechenden Anschluß­ punkte A, B des erfindungsgemäßen Stromreglers gemäß Fig. 4 angeschlossen.

Somit kann an den Anschlußpunkt B eine einstell­ bare Steuerspannung angelegt werden, die dann die Hysterese des Schmitt-Triggers und damit die Stromhysterese des gesamten Stromreglers einstellbar festlegt.

Der Ausgang des Komparators K1 ist an einen Anschluß eines Widerstands R11 angeschlossen, dessen anderer An­ schluß mit der Basis eines Transistors T1 verbunden ist, dessen Kollektor-Basisanschlüsse durch einen Widerstand R12 verbunden sind und dessen Emitteranschluß zum negativen Eingang des Komparators K1 führt.

Ebenfalls an den Ausgang des Komparators beziehungsweise den Anschlußpunkt A geführt ist ein Widerstand R14, dessen Anschluß mit dem Gate-Anschluß eines Feldeffekt-Leistungs­ transistors T3 verbunden ist. Der Source-Anschluß des Transistors T3 ist mit der Anode einer Diode D4 verbunden, deren Kathode an den Gate-Anschluß angeschlossen ist, und weiterhin mit dem Verbindungspunkt zwischen Widerstand R12 und Kollektor des Transistors T1 sowie mit einem Verbindungspunkt von Widerständen R15, R16 verbünden. Die jeweils anderen Anschlüsse der Widerstände R15, R16 sind miteinander verbunden und an die negative Versorgungs­ spannung -U(batt.) angeschlossen.

Der Drain-Anschluß des Transistors T3 ist mit einer Last­ induktivität verbunden, deren anderer Anschluß an der positiven Versorgungsspannung +U(Batt.) liegt und die durch eine Diode D5 überbrückt ist, deren Anode mit dem Drain-Anschluß des Transistors T3 verbunden ist.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers mittels eines mit dem Verbraucher verbundenen Schaltmittels (S), dem von einem Stromregler ein Steuer­ signal vorbestimmter Frequenz zugeführt wird, wobei das Steuersignal die Differenz zwischen einem Momentansignal am Verbraucher und einem festlegbaren Führungssignal repräsentiert, gekennzeichnet durch ein erstes Mittel (10) zur Erfassung der Frequenz des Ansteuersignals und einem zweiten Mittel (20) zur Abgabe eines Ausgangssignal, welches ein Maß für die Abweichung der Frequenz des Ansteuersignals von dem vorbestimmten Wert ist, wobei das Ausgangssignal des zweiten Mittels (20) den Stromregler derart beeinflußt, daß die Frequenz des Ansteuersignals im wesentlichen dem vorbestimmten Wert entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Mittel (10) als Frequenz-/Spannungswandler und das zweite Mittel als Integrator ausgebildet ist, wobei der Integrator dem Frequenz-/Spannungswandler nachgeschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenz-/Spannungswandler einen Komparator (IC1) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromregler als Schmitt- Trigger ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuereingang (STE) vorgesehen ist, an welchen eine Spannung zur Steuerung des vorgegebenen Werts für die Frequenz des Ansteuersignals anlegbar ist.