DE4021486A1 - Schaltungsanordnung zum betrieb von elektromagnetischen verbrauchern - Google Patents
Schaltungsanordnung zum betrieb von elektromagnetischen verbrauchernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Ober
begriff des Hauptanspruches.
Um elektromagnetische Verbraucher möglichst schnell in ihren
Nenn-Erregungszustand zu versetzen, ist es bekannt, sie beim Ein
schalten für kurze Zeit an eine höhere Spannung zu legen, als es für
den Nenn-Erregungszustand notwendig ist.
Betrachtet man als elektromagnetische Verbraucher insbesondere
schnell zu betätigende Magnetventile wie sie beispielsweise in
Kraftstoffzumeßsystemen von Brennkraftmaschinen oder in Dämpfer
systemen, die durch den Einsatz dieser Magnetventilen in ihren
Dämpfereigenschaften verstellbar ausgelegt sind, zum Einsatz kommen,
so wird deutlich, daß solche elektromagnetische Verbraucher durch
Anlegen einer höheren Anzugsspannung möglichst schnell einzuschalten
sind und anschließend mit möglichst geringer Energie durch Anlegen
einer niedrigeren Haltespannung im Einschaltzustand zu halten sind.
Aus der DE-OS 28 41 781 ist eine getaktete zweistufige Versorgung in
Form eines elektronischen Schalters mit einer Freilauf-Diode
bekannt, wobei über das Taktverhältnis der Anzug- und Haltestrom
einstellbar beziehungsweise regelbar ist. Derart getaktete Endstufen
sind im Hinblick auf ihre elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)
unbefriedigend.
Die in der DE-Patentanmeldung P 39 20 064.7 vorgestellte Schaltungs
anordnung arbeitet im stationären, also nicht im getakteten,
Betrieb. Der zu betreibende elektromagnetische Verbraucher wird über
zwei ansteuerbare Schalteinrichtungen mit zwei unterschiedlich
großen Spannungen, der Anzugsspannung und der Haltespannung im Falle
eines Magnetventils, beaufschlagt. Hierbei ist der die Haltespannung
aufweisende Stromkreis für jeden einzelnen Verbraucher mit einer
Stromregelung versehen.
Diese Anordnung ist im Hinblick auf niedrige Verlustleistungen und
eine geringe Anzahl von Bauelementen nachteilig, da für jeden
Verbraucher jeweils eine Stromreglung benötigt wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ausgehend von
einer Schaltungsanordnung, wie sie in der DE-Patentanmeldung
P 39 20 064.7 beschrieben wird, eine möglichst verlustarme Schal
tungsanordnung zum Betrieb von einem oder mehreren elektro
magnetischen Verbrauchern bei möglichst geringer Anzahl der Bau
elemente zu erlangen.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale
gelöst.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sieht die Beaufschlagung
eines oder mehrerer Verbraucher durch je zwei ansteuerbare Schalt
einrichtungen pro Verbraucher mit zwei unterschiedlich großen
Spannungen vor, wobei die niedrigere Spannung, die der Mindest-Er
regerspannung der Verbraucher entspricht, regelbar ausgelegt ist.
Gegenüber dem in der DE-Patentanmeldung P 39 20 064.7 beschriebenen
Stand der Technik wird der Strom, der in dem Stromkreis der
Mindest-Erregerspannung fließt, nicht für jeden einzelnen Ver
braucher geregelt. Vielmehr ist eine Strombegrenzung in diesem
Stromkreis für alle Verbraucher vorgesehen.
Im Stromkreis mit der niedrigeren Spannung ist eine Spannungs
regelung auf die Mindest-Erregerspannung immer dann wirksam, wenn
die Stromstärke in diesem Stromkreis einen Stromwert Imax nicht
überschreitet. Wird jedoch Imax überschritten, so wird die
niedrigere Spannung derart gewählt, daß die Stromstärke wieder auf
den Wert Imax abgesenkt werden. Für einen Grenzwert Imax geht also
die Spannungsregelung, im Sinne einer Strombegrenzung auf Imax, über
in eine Stromregelung.
Der Grenzwert Imax wird hierbei so gewählt, daß er größer oder
gleich der Summe der Mindest-Erregerströme aller Verbraucher ist.
Dies hat den Vorteil, daß die Mittel zur Bereitstellung der
niedrigeren Spannung, die von allen Verbrauchern gemeinsam benutzt
werden, lediglich auf einen maximalen Strom Imax ausgelegt sein
müssen.
Der Wegfall der separaten Stromregelung für jeden einzelnen Ver
braucher erniedrigt zum einen die Verlustleistung der gesamten
Anordnung und reduziert zum anderen die Anzahl der benötigten Bau
elemente.
Eine besonders vorteilhafte Auslegung der erfindungsgemäßen Schal
tungsanordnung ist die Bereitstellung der niedrigeren Spannung
mittels eines Spannungswandlers aus einer höheren Spannung, die im
Falle einer Anwendung in einem Personen- und/oder Nutzkraftwagen die
Batteriespannung sein kann. Ist das Spannungswandlungsverhältnis des
Spannungswandlers veränderbar ausgelegt, so erfolgt die Regelung der
niedrigeren Spannung durch eine Regelung des Spannungswandlungs
verhältnises des Spannungswandlers. Ebenso geschieht die Imax-Strom
begrenzung durch Veränderungen des Spannungswandlungsverhältnises
des Spannungswandlers.
Um eine gegenseitige Beeinflussung der die Spannungen UH und UBat
aufweisenden Stromkreise und/oder der ansteuerbaren Schalteinrich
tungen, durch die die Verbraucher mit den beiden unterschiedlich
großen Spannungen beaufschlagt werden, zu verhindern, ist als
Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die beiden Schaltein
richtungen über Entkopplungsschaltungen mit den Verbrauchern ver
bunden sind. Diese Entkopplungsschaltungen werden vorzugsweise von
einer Diodenanordnung derart gebildet, daß ein oder zwei Dioden in
Durchlaßrichtung mit gleichartigen Elektroden (Anoden oder Kathoden)
an die Verbraucher angeschlossen sind und daß deren andere Elektrode
(Kathode oder Anode) jeweils in Verbindung zu einem der Schalt
einrichtungen stehen. Hierdurch werden unerwünschte Ausgleichsströme
zwischen den Stromkreisen mit den beiden unterschiedlich großen
Spannungen vermieden.
Eine besonders einfache Auslegung der Entkopplungsschaltungen sieht
lediglich jeweils eine einzige Diode vor, die sich in der oben
beschriebenen Art und Weise in dem Stromkreis mit der niedrigeren
Spannung befindet. Hierdurch wird eine Beeinflussung des Strom
kreises, der die niedrigere Spannung aufweist, durch den Stromkreis
mit der höheren Spannung bei gleichzeitiger Beaufschlagung eines
Verbrauchers mit beiden Spannungen vermieden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dar
gestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
In diesem Ausführungsbeispiel soll anhand der Zeichnung die erfin
dungsgemäße Schaltanordnung dargestellt werden.
In der Fig. 1 werden mit der Position 1 ein Spannungswandler, mit
der Position 2 eine Stromerkennung und mit der Position 3 eine
Spannungserkennung bezeichnet. Die Positionen 11 und 12 stellen 1.
und 2. Schalteinrichtungen dar, während mit der Position 13 Entkopp
lungsschaltungen beschrieben werden. Die Fig. 1 weist mit den
Positionen 14 Magnetventile und mit den Positionen 15 Steuer
schaltungen auf. Mit der Position 8 ist eine Strom/Spannungseinheit
und mit der Position 9 eine Regeleinheit bezeichnet. Position 10
stellt eine Vergleichseinheit dar.
Die Fig. 2 und 3 zeigen die Steuersignale S1 und S2. Die Fig. 4
zeigt den zeitlichen Spannungsverlauf an den Magnetventilen 14.
Der mit Position 1 bezeichnete Spannungswandler wandelt die
Betriebsspannung UBat, die bei der Verwendung der Schaltungs
anordnung in einem Kraftfahrzeug im allgemeinen die Batteriegleich
spannung UBat ist, in die Gleichspannung UH um, die kleiner als UBat
ist. Das Spannungswandlungsverhältnis alpha = UH : UBat des Spannungs
wandlers 1 ist veränderbar ausgelegt.
In der Stromerkennung 2 und der Spannungserkennung 3 werden die
Stromstärkewerte IH und die Sannungswerte UH ermittelt. In der
Strom/Spannungswandlereinheit 8 werden die in der Stromerkennung 2
ermittelten Stromstärken IH nach der Vorschrift
UI = (UHsoll/Imax)*IH (1)
in proportionale Spannungswerte UI umgewandelt und diese Spannungs
signale UI der Vergleichseinheit 10 als Eingangssignale zugeführt.
Der Wert Imax wird so gewählt, daß er größer oder gleich der Summe
der Mindest-Erregerströme aller Verbraucher ist.
In der Vergleichseinheit 10 werden die UI Werte mit den ebenfalls
als Eingangssignale anliegenden UH Werten der Spannungserkennung 3
derart verglichen, daß jeweils die größere der beiden Spannungen UI
und UH am Ausgang der Vergleichseinheit 10 ansteht.
Die Vergleichseinheit 10 kann beispielsweise als Anordnung zweier
Dioden derart ausgebildet sein, daß in den die Spannungen UH und UI
aufweisenden Stromkreisen jeweils eine Diode vor einer Kontaktstelle
a, an der die beiden Stromkreise kontaktiert werden, angebracht
sind. Die Dioden sind mit ihrer Durchlaßrichtung in Richtung der
Kontaktstelle a anzuordnen. Hierdurch wird erreicht, daß die jeweils
größere Spannung ausgangsseitig der Vergleichseinheit 10 anliegt.
Die Ausgangsspannungen der Vergleichseinheit 10 werden der Regel
einheit 9 zugeführt.
Weiterhin werden vorgegebene Spannungswerte UHsoll der Regeleinheit
9 zugeleitet. Diese UHsoll Werte entsprechen den Mindest-Erreger
spannungen der Verbraucher, das heißt den Haltespannungen der
Magnetventile 14.
In der Reglereinheit 9 wird das Spannungswandlungsverhältnis alpha
des Spannungswandlers 1 im Sinne einer Minimierung der betraglichen
Differenz der Eingangssignale gewählt. Berücksichtigt man die
Funktionsweise der Vergleichseinheit 10, so heißt dies:
- - für UI < UH wird alpha im Sinne einer Minimierung des Wertes |UH-UHsoll| beeinflußt, das heißt, UH wird auf den Sollwert UHsoll geregelt;
- - für UI < UH wird alpha im Sinne einer Minimierung des Wertes |UI-UHsoll| = |(UHsoll/Imax)*(IH-Imax)| (nach Gleichung (1)) beeinflußt. Da die Größen UHsoll und Imax konstante Größen sind, bedeutet dies, daß im Falle UI < UH alpha derart gewählt wird, daß IH auf Imax abgesenkt wird. Zur Verdeutlichung sei darauf verwiesen, daß gemäß der Gleichung (1) UI < UH äquivalent ist mit (IH/Imax) * UHsoll < UH und dies immer dann erfüllt ist, wenn IH < Imax ist, da UH auf den Sollwert UHsoll geregelt wird.
Die quantitativen Abhängigkeiten zwischen den betraglichen
Differenzen und der Veränderung von alpha kann beispielsweise in
Kennlinien abgespeichert sein.
Durch diese Maßnahmen wird eine Spannungsregelung der Spannung UH
auf den Sollwert UHsoll erreicht solange IH kleiner als Imax ist.
Wird IH größer als Imax, so geht die Spannungsregelung über in eine
Stromregelung im Sinne einer Strombegrenzung von IH auf Imax.
Die Steuerschaltungen 15 werden durch Signale zum Öffnen oder
Schließen der der Magnetventile 14 beaufschlagt. Diese Signale
können beispielsweise Ausgangssignale von Steuer- und/oder Rege
lungseinheiten sein. Das Öffnen und Schließen der Magnetventile 14
geschieht nun gesteuert von den Steuerschaltungen 15 in der
folgenden Weise:
Für das Öffnen der Magnetventile 14 stellen die Steuerschaltungen 15
die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Steuersignale S1 und S2 zur
Verfügung. Beide Steuersignale S1 und S2 werden zum gleichen Zeit
punkt t1 abgegeben. Zum Zeitpunkt t2 geht das die 1. Schalteinrich
tungen 11 ansteuernde Signal S2 wieder auf Null zurück, während das
die 2. Schalteinrichtungen 12 ansteuernde Signal S1 bis zum Zeit
punkt t3 aufrecht erhalten wird.
Durch die Ansteuerung der 1. Schalteinrichtungen 11 durch das Signal
S2 wird den Magnetventilen 14 die höhere Spannung UBat zugeführt. Da
die Anzugsspannung UBat größer als die Haltespannung UH ist, werden
durch dieses Vorgehen schnelle Einschaltvorgänge der Magnetventile
in den Zeiträumen zwischen t1 und t2 erreicht. Die kleinere Halte
spannung UH wird erst zum Zeitpunkt t2 wirksam und bewirkt, daß die
Magnetventile 14 bis zum Zeitpunkt t3 offen bleiben.
Um eine gegenseitige Beeinflussung der ansteuerbaren Schalteinrich
tungen zu vermeiden, sind Entkopplungsschaltungen 13 vorgesehen.
Diese Entkopplungsschaltungen werden vorzugsweise von einer Dioden
anordnung derart gebildet, daß jeweils eine Diode in Durchlaßrich
tung mit gleichartigen Elektroden (Anoden oder Kathoden) an die
Magnetventile 14 angeschlossen ist und daß deren andere Elektrode
(Kathode oder Anode) jeweils in Verbindung zu den Schalteinrich
tungen 12 stehen. Hierdurch werden unerwünschte Ausgleichsströme
zwischen dem Stromkreis mit der höheren Spannung UBat und dem Strom
kreis mit der niedrigeren Spannung UH vermieden.
Eine andere vorteilhafte Ausführung der Schaltungsanordnung sieht
vor, daß die Signale S1 und S2 nie gleichzeitig an den Schaltein
richtungen 11 und 12 anliegen. Dies kann durch eine entsprechende
Auslegung der Steuerschaltungen 15 erreicht werden.
In diesem Falle sind die Entkopplungsschaltungen 13 unnötig und
können deshalb im Sinne einer Reduzierung der Bauelemente weg
gelassen werden.
Die Schalteinrichtungen 11 und 12 können beispielsweise als
Bipolar- oder MOS-Transistoren oder als intelligente Endstufen
bausteine ausgelegt sein.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann zur unabhängigen
Schaltung von mehreren Verbrauchern benutzt werden. Dies wird durch
voneinander unabhängig arbeitenden Steuerschaltungen 15 erreicht.
Weiterhin können mehrere Verbraucher zu Gruppen zusammengefaßt
werden, die jeweils durch eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
mit den beiden Spannungen beaufschlagt werden.
Besonders ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Betrieb
von Verbraucher geeignet, die Dämpfungs- und/oder Federungseigen
schaften von Dämpfungs- und/oder Federungssystemen regel- und/oder
steuerbarer Fahrwerke beeinflussen. Eine weitere Anwendungs
möglichkeit der Schaltungsanordnung ist der Betrieb von Ver
brauchern, insbesondere von Magnetventilen, die zu einem Kraftstoff
zumeßsystemen gehören.
Claims (11)
1. Schaltungsanordnung zum Betrieb eines oder mehrerer elektro
magnetischer Verbraucher, insbesondere von Magnetventilen, wobei
jeder Verbraucher (14) über eine ansteuerbare 1. Schalteinrichtung
(11) mit einer 1. Spannung (UBat) und über eine ansteuerbare
2. Schalteinrichtung (12) mit einer 2. Spannung (UH), die niedriger
als die 1. Spannung (UBat) ist, beaufschlagbar ist, dadurch gekenn
zeichnet, daß die 2. Spannung (UH) regelbar ausgelegt ist und für
die Stromstärke (IH), mit der die Verbraucher durch die 2. Schalt
einrichtung (12) beaufschlagt werden, eine Maximal- Begrenzung
vorgesehen ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
als Maximal-Begrenzung für die Stromstärke (IH) ein Stromwert Imax
gewählt wird, der größer oder gleich der Summe der Mindest-Erreger
ströme ist, die in den die 2. Spannungen (UH) aufweisenden Strom
kreis bei geschlossenen 2. Schalteinrichtung (12) fließen, und die
Mittel zur Bereitstellung der 2. Spannung (UH) etwa auf den Strom
wert Imax ausgelegt sind.
3. Schaltungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bereitstellung der kleineren
Spannung (UH) mittels eines Spannungswandlers (1) aus der höheren
Spannung (UBat) gebildet wird und das Spannungswandlungsverhältnis
alpha = UH : UBat des Spannungswandlers (1) veränderbar ausgelegt ist
und die Regelung der kleineren Spannung (UH) auf den Sollwert UHsoll
durch eine Regelung des Spannungswandlungsverhältnisses alpha des
Spannungswandlers (1) erfolgt.
4. Schaltungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Spannungswandlungs
verhältnisses alpha derart geschieht, daß
- - UH für IH-Werte, die kleiner oder gleich dem Wert Imax sind, der Mindest-Erregerspannungen UHsoll der Verbraucher (14) entspricht und
- - UH für IH-Werte, die größer als der Wert Imax sind, derart gewählt wird, daß die IH-Werte wieder auf den Wert Imax abgesenkt werden.
5. Schaltungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß im Falle von Magnetventilen als Ver
braucher die Mindest-Erregerspannungen die Haltespannung der Magnet
ventile und die Mindest-Erregerströme die Halteströme der Magnet
ventile und die größere Spannung (UBat) die Anzugsspannungen der
Magnetventile sind.
6. Schaltungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zum Betrieb von
Verbrauchern angewendet wird, die Dämpfungs- und/oder Federungs
eigenschaften von Dämpfungs- und/oder Federungssystemen
regel- und/oder steuerbarer Fahrwerke beeinflussen und/oder die
Schaltungsanordnung zum Betrieb von Verbrauchern angewendet wird,
die zu Kraftstoffzumeßsystemen gehören.
7. Schaltungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtungen (11, 12) über
Entkopplungsschaltungen (13) mit den Verbrauchern (14) verbunden
sind.
8. Schaltungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungsschaltungen (13) eine
oder mehrere Dioden enthalten, die in Durchlaßrichtung mit gleich
artigen Elektroden (Anoden oder Kathoden) an die Verbraucher (14)
angeschlossen sind und deren andere Elektrode (Kathode oder Anode)
jeweils in Verbindung zu einem der Schalteinrichtungen stehen.
9. Schaltungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer Verwendung der Schal
tungsanordnung in einem Personen- und/oder Nutzkraftwagen die 1.
Spannung (UBat) die Batteriespannung des Personen- und/oder Nutz
kraftwagens ist.
10. Schaltungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtungen (11 und 12) als
Bipolar- oder MOS-Transistoren oder als intelligente Endstufenbau
steine ausgelegt sind und durch Signale von Steuerschaltungen (15)
derart gesteuert werden, daß die Verbraucher (14) durch definierte
Ansteuerungen der Schalteinrichtungen (11 und 12) (Steuersignal S2
und S1) bestimmte Zeiten mit den beiden Spannungen UBat und UH
beaufschlagt werden.
11. Schaltungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis
10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke (IH) in
Strom/Spannungswandlereinheiten (8) in proportionale Spannungswerte
(UI) nach der Vorschrift UI = (UHsoll/Imax) * IH umgewandelt wird und
diese Spannungswerte (UI) neben den Spannungswerten (UH) als Ein
gangssignale an der Vergleichseinheit (10) anliegen und als Aus
gangssignale der Vergleichseinheit (10) die jeweils größere der
beiden Eingangssignale anliegen und die Ausgangssignale der Ver
gleichseinheit (10) der Regeleinheit (9) neben dem Spannungswert
UHsoll als Eingangssignale zugeführt werden und in der Regeleinheit
(9) das Spannungswandlungsverhältnis alpha im Sinne einer Mini
mierung der betraglichen Differenz der Eingangssignale gewählt wird.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904021486 DE4021486A1 (de) | 1990-07-05 | 1990-07-05 | Schaltungsanordnung zum betrieb von elektromagnetischen verbrauchern |
JP3150749A JPH04233819A (ja) | 1990-07-05 | 1991-06-24 | 電磁負荷を駆動する回路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904021486 DE4021486A1 (de) | 1990-07-05 | 1990-07-05 | Schaltungsanordnung zum betrieb von elektromagnetischen verbrauchern |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4021486A1 true DE4021486A1 (de) | 1992-01-16 |
Family
ID=6409741
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19904021486 Withdrawn DE4021486A1 (de) | 1990-07-05 | 1990-07-05 | Schaltungsanordnung zum betrieb von elektromagnetischen verbrauchern |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04233819A (de) |
DE (1) | DE4021486A1 (de) |
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1990
- 1990-07-05 DE DE19904021486 patent/DE4021486A1/de not_active Withdrawn
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1991
- 1991-06-24 JP JP3150749A patent/JPH04233819A/ja active Pending
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04233819A (ja) | 1992-08-21 |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |