DE4403375A1 - Device and method for controlling an inductive load - Google Patents
Device and method for controlling an inductive loadInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Steuern eines induktiven Verbrauchers gemäß Oberbegriff von Patentan spruch 1 und ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Patentan spruch 4.The invention relates to a device for controlling a inductive consumer according to the preamble of Patentan award 1 and a method according to the preamble of patent saying 4.
Bei einer Einrichtung zum Steuern eines induktiven Verbrau chers (EP 0 314 681), ist der Verbraucher in einem Brücken querzweig einer aus vier Feldeffekttransistoren aufgebauten Brückenschaltung angeordnet. Die Transistoren werden paar weise eingeschaltet und somit fließt ein Strom durch den Verbraucher.In a device for controlling inductive consumption chers (EP 0 314 681), the consumer is in a bridge transverse branch one made up of four field effect transistors Bridge circuit arranged. The transistors are paired switched on wisely and thus a current flows through the Consumer.
Bei der bekannten Einrichtung ist eine Überwachungsschaltung vorgesehen, die den Strom überwacht, der durch die Brücken schaltung fließt. Hierzu wird der Strom mit Hilfe eines Vorwiderstands in einem Brückenzweig gemessen. Diese Strom überwachungsschaltung hat den Nachteil, daß ein Teil des Stroms für die Überwachung abgezapft und damit einen Teil der zur Verfügung stehenden Leistung verbraucht wird.In the known device is a monitoring circuit provided that monitors the current flowing through the bridges circuit flows. To do this, the current is Series resistance measured in a bridge branch. This stream Monitoring circuit has the disadvantage that part of the Electricity tapped for surveillance and thus a part the available power is consumed.
Das Problem der Erfindung ist es, eine Einrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines induktiven Verbrauchers zu schaffen, wobei die Einrichtung und der Verbraucher ver lustleistungsarm überwacht werden können.The problem of the invention is a device and a Method for controlling an inductive consumer too create, with the facility and the consumer ver low power can be monitored.
Das Problem wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung nach Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren nach Patent anspruch 4 gelöst.According to the invention, the problem is solved by a device according to claim 1 and by a method according to patent Claim 4 solved.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteran sprüchen gekennzeichnet. Wenn Schalter der Brückenschaltung als Feldeffekttransistoren ausgebildet sind, wird zum Steu ern des Verbrauchers wenig Verlustleistung verbraucht. Leistungsvermindernd und zudem platzsparend wirkt es sich aus, wenn die Brückenschaltung und die Überwachungsschal tung als integrierter Schaltkreis ausgebildet sind. Wird bei der Überwachung des Verbrauchers und der Brückenschal tung ein Fehler detektiert, so kann ein Fehlersignal ausge löst und/oder der Verbraucher nicht wieder eingeschaltet werden.Advantageous embodiments of the invention are in Unteran sayings marked. If switch of the bridge circuit are designed as field effect transistors, is used for control consumed little power loss. It reduces performance and also saves space off when the bridge circuit and the monitoring scarf device are designed as an integrated circuit. Becomes in monitoring the consumer and the bridge scarf device detects an error, an error signal can be emitted triggers and / or the consumer is not switched on again become.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung näher er läutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is as follows with reference to the schematic drawing he closer purifies. Show it:
Fig. 1 eine Brückenschaltung zum Steuern eines induktiven Verbrauchers Fig. 1 shows a bridge circuit for controlling an inductive consumer
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Einrichtung zum Steuern des Verbrauchers (Blockschaltbild) Fig. 2 shows a device according to the invention for controlling of the consumer (block diagram)
Fig. 3 eine prinzipielle Schaltungsanordnung der Einrich tung nach Fig. 2 Fig. 3 is a basic circuit arrangement of Einrich processing of FIG. 2
Fig. 4 ein Flußdiagramm zum Steuern des Verbrauchers. Fig. 4 is a flow chart for controlling the consumer.
Für das Steuern eines induktiven Verbrauchers 1 (Fig. 1) können Brückenschaltungen eingesetzt werden. Sollen Gleich strommotoren oder bipolare Schrittmotoren, beispielsweise zum Regulieren der Drosselklappe in einem Kraftfahrzeug, gesteuert werden, so ist es sinnvoll diese abhängig von der Stromrichtung und der Stromstärke zu steuern. Hierfür wer den sogenannte H-Brücken 2 verwendet, bei denen der induk tive Verbraucher 1 in dem Brückenquerzweig angeordnet ist.Bridge circuits can be used to control an inductive consumer 1 ( FIG. 1). If direct current motors or bipolar stepper motors are to be controlled, for example for regulating the throttle valve in a motor vehicle, it makes sense to control them depending on the current direction and the current intensity. For this, who uses the so-called H-bridges 2 , in which the inductive consumer 1 is arranged in the cross bridge branch.
Die H-Brücke 2 besteht aus vier Schaltern S1-S4, die unab hängig voneinander von einer in Fig. 1 nicht dargestellten Ansteuerschaltung 3 gesteuert werden können (in Fig. 1 durch die Pfeile angedeutet). Die H-Brücke 2 ist mit dem Pluspol einer Versorgungsspannungsquelle UO und Masse ver bunden. Wenn eine Brückendiagonale stromleitend ist, d. h. wenn die Schalter S1 und S4 geschlossen sind, so fließt ein Strom durch den Verbraucher 1. Sind dagegen die Schalter S2 und S3 geschlossen, so fließt der Strom in die entgegenge setzte Richtung durch den Verbraucher 1.The H-bridge 2 comprises four switches S1-S4 that can be inde pendent controlled by a not shown in FIG. 1, drive circuit 3 from each other (in FIG. 1, indicated by the arrows). The H-bridge 2 is connected to the positive pole of a supply voltage source U O and ground. If a bridge diagonal is conductive, ie if the switches S1 and S4 are closed, a current flows through the consumer 1 . However, if the switches S2 and S3 are closed, the current flows in the opposite direction through the consumer 1 .
Treten Fehler an den Schaltern S1-S4 der H-Brücke 2 auf, so kann der induktive Verbraucher 1 nicht mehr kontrolliert bestromt werden. Je nach eingesetztem Motor kann dies zu einem Blockieren oder Durchgehen führen, so daß die Sicher heit nicht mehr gewährleistet ist.If errors occur at the switches S1-S4 of the H-bridge 2 , the inductive consumer 1 can no longer be energized in a controlled manner. Depending on the motor used, this can lead to blocking or runaway, so that safety is no longer guaranteed.
In sicherheitskritischen Anwendungen werden daher die Ab schaltbarkeit der Schalter S1-S4 und auch der Verbraucher 1 überwacht. Hierzu wird eine Einrichtung eingesetzt, bei der die Spannungspegel an den Klemmen des Verbrauchers 1 (dies entspricht der Spannung in dem Brückenquerzweig, im folgen den als Brückenquerspannung UB bezeichnet) zu Eingängen einer Spannungsvergleicherschaltung 4 (Fig. 2) geführt sind.In safety-critical applications, the switchability of switches S1-S4 and also consumer 1 are therefore monitored. For this purpose, a device is used in which the voltage levels at the terminals of the consumer 1 (this corresponds to the voltage in the bridge cross branch, hereinafter referred to as the bridge cross voltage U B ) are led to inputs of a voltage comparator circuit 4 ( FIG. 2).
Ein oder mehrere Ausgänge der Spannungsvergleicherschaltung 4 sind mit Eingängen einer Auswerteschaltung 5 verbunden, die ihrerseits an die Ansteuerschaltung 3 angeschlossen ist. Über die Ansteuerschaltung 3 wird die H-Brücke 2 ge steuert. Die Spannungsvergleicherschaltung 4, die Auswerte schaltung 5 und die Ansteuerschaltung 3 können auch als Überwachungsschaltung bezeichnet werden.One or more outputs of the voltage comparator circuit 4 are connected to inputs of an evaluation circuit 5 , which in turn is connected to the control circuit 3 . The H-bridge 2 is controlled via the control circuit 3 . The voltage comparator circuit 4 , the evaluation circuit 5 and the control circuit 3 can also be referred to as a monitoring circuit.
Ein Verfahren zum Steuern eines induktiven Verbrauchers 1 wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels (Fig. 3) und einem Flußdiagramm (Fig. 4) näher erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Schalter S1-S4 als Feldeffekttransistoren ausgebildet und die Spannungsver gleicherschaltung 4 weist zwei Komparatoren 41 und 42 auf.A method for controlling an inductive consumer 1 is explained in more detail below using an exemplary embodiment ( FIG. 3) and a flow chart ( FIG. 4). In this embodiment, the switches S1-S4 are designed as field effect transistors and the voltage comparator circuit 4 has two comparators 41 and 42 .
Damit ein Strom durch den Verbraucher 1 fließt, muß eine Brückendiagonale stromleitend sein, d. h. die Schalter S1 und S4 oder die Schalter S2 und S3 müssen eingeschaltet sein. Dabei kann die Stromstärke durch einen oder beide Schalter einer Brückendiagonale gesteuert werden. Dieser Strom durch den Verbraucher 1 verursacht einen Spannungsab fall. Die Spannungspegel am den Klemmen des Verbrauchers 1 (dies entspricht der Brückenquerspannung UB) werden in den Komparatoren 41 und 42 mit einer Referenzspannung Uref ver glichen, die jeweils an dem Minuseingang der Komparatoren 41 und 42 anliegen. Die Referenzspannung Uref wird in be kannter Weise durch einen Spannungsteiler, dessen Wider stände 43 und 44 mit einer Spannungsquelle U1 verbunden sind, durch entsprechende Dimensionierung der Widerstands werte eingestellt.In order for a current to flow through the consumer 1 , a diagonal bridge must be conductive, ie the switches S1 and S4 or the switches S2 and S3 must be switched on. The current strength can be controlled by one or both switches of a bridge diagonal. This current through the consumer 1 causes a voltage drop. The voltage levels at the terminals of the consumer 1 (this corresponds to the bridge transverse voltage U B ) are compared in the comparators 41 and 42 with a reference voltage U ref , which are respectively applied to the minus input of the comparators 41 and 42 . The reference voltage U ref is set in a known manner by a voltage divider, whose resistors 43 and 44 are connected to a voltage source U 1 , by appropriate dimensioning of the resistance values.
Die Ausgangssignale der Komparatoren 41 und 42 werden in der Auswerteschaltung 5 mit Sollwerten verglichen, die mit Hilfe der bei stromleitender Brückendiagonale gemessenen Brückenquerspannung UB ermittelt wurden. Die Sollwerte sind in der Auswerteschaltung 5 gespeichert. Wenn die Brücken querspannung UB von einem ermittelten Sollwert abweicht, wird ein Fehlersignal an die Ansteuerschaltung 3 ausgege ben.The output signals of the comparators 41 and 42 are compared in the evaluation circuit 5 with setpoints which were determined with the aid of the bridge transverse voltage U B measured with the current-conducting bridge diagonal. The setpoints are stored in the evaluation circuit 5 . If the bridge transverse voltage U B deviates from a determined target value, an error signal is output to the control circuit 3 .
Die Ansteuerschaltung 3 kann dann einen Fehler optisch oder akustisch anzeigen. Sie kann aber auch die H-Brücke 2 sper ren, d. h. alle Schalter S1-S4 ausschalten, so daß kein Strom mehr durch den Verbraucher 1 fließt.The control circuit 3 can then indicate an error optically or acoustically. However, it can also block the H-bridge 2 , ie turn off all switches S1-S4, so that no more current flows through the consumer 1 .
Zum Überprüfen des ordnungsgemäßen Steuerns des Verbrau chers 1, wird die H-Brücke 2 und damit der Verbraucher 1 während des Betriebs immer wieder mal kurzzeitig ausge schaltet, d. h. alle Schalter S1-S4 werden kurzzeitig ausge schaltet. Die Überprüfung findet nur in der Ausschaltphase statt. Die Ausschaltphase ist so kurz gehalten, daß der normale Betrieb, d. h. die Funktion des Verbrauchers 1 nicht gestört wird. To check the correct control of the consumer 1 , the H-bridge 2 and thus the consumer 1 are switched off briefly from time to time during operation, ie all switches S1-S4 are switched off briefly. The check only takes place in the switch-off phase. The switch-off phase is kept so short that normal operation, ie the function of consumer 1, is not disturbed.
Wenn beispielsweise die Brückendiagonale mit den Schaltern S1 und S4 aktiviert ist, so liegt die Spannung an der - in Fig. 3 - oberen Klemme des Verbrauchers 1 nahe der Versor gungsspannung und die untere Klemme nahe dem Massepotenti al. Die Brückenquerspannung UB wird von der Spannungsver gleicherschaltung 4 erfaßt und ein Ausgangssignal an die Auswerteschaltung 5 gegeben.If, for example, the bridge diagonal is activated with the switches S1 and S4, the voltage at the - in Fig. 3 - upper terminal of the consumer 1 is close to the supply voltage and the lower terminal near the ground potential. The bridge cross voltage U B is detected by the voltage comparator circuit 4 and an output signal is given to the evaluation circuit 5 .
Wird der Verbraucher 1 abgeschaltet, so wird durch die Induktivität des Verbrauchers 1 ein Spannung induziert, die der Brückenquerspannung UB im eingeschalteten Zustand ent gegengesetzt ist. Die zuvor nahe der Versorgungsspannung befindliche Klemme des Verbraucher 1 nimmt nun ein Poten tial nahe dem Massepotential ein und die andere Klemme ein Potential nahe der Versorgungsspannung.If the consumer 1 is switched off, a voltage is induced by the inductance of the consumer 1 , which is opposite the bridge cross voltage U B ent when switched on. The previously located near the supply voltage terminal of the consumer 1 now takes up a potential near the ground potential and the other terminal has a potential near the supply voltage.
Beim fehlerfreien Betrieb der H-Brücke 2 muß nach dem Aus schalten ein Kippen der Brückenquerspannung UB und damit auch ein Ändern des Ausgangssignals der Komparatoren 41, 42 eintreten, andernfalls liegt ein Fehler vor. Wenn die Brückenquerspannung UB nach dem Ausschalten der H-Brücke 2 von dem Sollwert abweicht, weil sich beispielsweise die Schalter S1 und S4 nicht ausschalten lassen, wird sofort ein Fehler durch die Auswerteschaltung 5 erkannt. Das da nach erzeugte Fehlersignal veranlaßt dann die Ansteuer schaltung 3 die H-Brücke 2 nicht wieder einzuschalten. Gleichzeitig kann der Fehler optisch oder akustisch ange zeigt werden.If the H-bridge 2 is operating correctly, after switching off, the cross-over voltage U B has to flip and thus the output signal of the comparators 41 , 42 must also change, otherwise there is an error. If the bridge cross voltage UB deviates from the target value after the H bridge 2 has been switched off, for example because the switches S1 and S4 cannot be switched off, an error is immediately detected by the evaluation circuit 5 . The error signal generated after then causes the control circuit 3, the H-bridge 2 does not turn on again. At the same time, the error can be indicated optically or acoustically.
Liegt kein Fehler vor, so wird die H-Brücke 2 wieder einge schaltet und die Überwachung, d. h. das kurzzeitige Aus schalten der H-Brücke 2, wird periodisch wiederholt.If there is no error, the H-bridge 2 is switched on again and the monitoring, ie the temporary switching off of the H-bridge 2 , is repeated periodically.
Ein Fehler wird auch erkannt, wenn der Verbraucher 1 von der H-Brücke 2 getrennt ist oder wenn der Verbraucher 1 gegen Masse oder eine positive Spannung kurzgeschlossen ist. Ein Fehler wird ebenso erkannt, wenn die Spannungsver gleicherschaltung 4 fehlerhaft arbeitet.A fault is also recognized if the consumer 1 is disconnected from the H-bridge 2 or if the consumer 1 is short-circuited to ground or a positive voltage. An error is also recognized if the voltage comparison circuit 4 is operating incorrectly.
Da die Brückenquerspannung UB ausgewertet wird, ist das Verfahren zum Steuern des Verbrauchers 1 weitgehend unab hängig von der Höhe des Nennstroms des Verbrauchers 1 und damit auch von der Dimensionierung der Feldeffekttransisto ren der H-Brücke 2.Since the bridge cross voltage U B is evaluated, the method for controlling the consumer 1 is largely independent of the level of the nominal current of the consumer 1 and thus also of the dimensioning of the field effect transistors of the H-bridge 2 .
Die H-Brücke 2 und die Spannungsvergleicherschaltung 4 können als integrierter Schaltkreis (ASIC) ausgebildet sein. Dadurch wird der Platzbedarf gering. Die Auswerte schaltung 5 und die Ansteuerschaltung 3 können durch je einen oder einen einzigen Rechner realisiert werden. Auf Grund dessen kann die Überwachungsschaltung zusammen mit der H-Brücke 2, d. h. die gesamte Einrichtung zum Steuern eines Verbrauchers 1 auf einem einzigen ASIC integriert ausgebildet sein.The H-bridge 2 and the voltage comparator circuit 4 can be designed as an integrated circuit (ASIC). As a result, the space requirement is small. The evaluation circuit 5 and the control circuit 3 can be implemented by one or a single computer. Because of this, the monitoring circuit together with the H-bridge 2 , ie the entire device for controlling a consumer 1, can be integrated on a single ASIC.
Wenn als induktiver Verbraucher 1 ein Schrittmotor einge setzt wird, so wird für jede Wicklung des Motors je eine erfindungsgemäße Einrichtung einsetzen, d. h. jede H-Brüc ke 2 und jede Wicklung wird einzeln überwacht. Die Auswer te- und die Ansteuerschaltung 3 und 5 können aber auch durch einen einzigen Rechner ersetzt werden.If a stepper motor is inserted as an inductive consumer 1, a device according to the invention will be used for each winding of the motor, ie each H-bridge 2 and each winding is monitored individually. The evaluation and the control circuit 3 and 5 can also be replaced by a single computer.
BezugszeichenlisteReference list
1 Verbraucher
2 H-Brücke
3 Ansteuerschaltung
4 Spannungsvergleicherschaltung
41, 42 Komparator
43, 44 Widerstand
5 Auswerteschaltung
UB Brückenquerspannung
UO Versorgungsspannung
Uref Referenzspannung
S1-S4 Schalter 1 consumer
2 H bridge
3 control circuit
4 voltage comparator circuit
41 , 42 comparator
43 , 44 resistance
5 evaluation circuit
U B cross-section voltage
U O supply voltage
U ref reference voltage
S1-S4 switch
Claims (5)
- - nach dem Einschalten des Verbrauchers (1) dieser kurzzei tig abgeschaltet wird,
- - der Spannungsabfall (UB) über den Verbraucher (1) mit der Spannungsvergleicherschaltung (4) gemessen und in der Auswerteschaltung (5) mit einem Sollwert verglichen wird und
- - bei Abweichung von dem Sollwert ein Fehlersignal ausge löst wird.
- - after switching on the consumer ( 1 ) it is switched off for a short time,
- - The voltage drop (U B ) across the consumer ( 1 ) with the voltage comparator circuit ( 4 ) is measured and compared in the evaluation circuit ( 5 ) with a target value and
- - If there is a deviation from the setpoint, an error signal is triggered.
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| EP93103491 | 1993-03-04 |
Publications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19944403375 Withdrawn DE4403375A1 (en) | 1993-03-04 | 1994-02-03 | Device and method for controlling an inductive load |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8130 | Withdrawal |