CH659345A5 - ELECTRONIC CIRCUIT ARRANGEMENT FOR CONTROLLING AN ELECTROMAGNETIC COMPONENT. - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to an electronic circuit arrangement according to the preamble of patent claim 1.
Elektromagnetische Bauelemente, wie Schaltrelais und Schütze sind in zahlreichen Ausführungsvarianten allgemein bekannt. Derartige Schaltgeräte bestehen aus einem Joch mit einer oder mehreren Spulen und aus einem Anker, der nach Anlegen einer Steuerspannung an die Spule vom Joch magnetisch angezogen wird und hierdurch Schaltkontakte betätigt. Electromagnetic components, such as switching relays and contactors, are generally known in numerous design variants. Such switching devices consist of a yoke with one or more coils and an armature which is magnetically attracted by the yoke after application of a control voltage to the coil and thereby actuates switching contacts.
Aus der DE-A 2 513 043 ist eine Schaltung zum Gleichstrombetrieb für Schütze oder Relais bekannt, bei der die Speisespannung über einen elektronischen Schalter impulsweise an die Erregerspule gelegt wird. Frequenz und/oder Dauer der Impulse werden durch Vergleich einer dem Erregerstrom proportionalen Spannung mit einer Referenzspannung bestimmt. Die Referenzspannung wird nach einer Ausführungsform durch ein einstellbares Zeitglied für eine Zeit länger als die Dauer der Anzugsphase von dem zum Halten erforderlichen Wert auf oder über den zum Anziehen erforderlichen Wert angehoben. From DE-A 2 513 043 a circuit for direct current operation for contactors or relays is known, in which the supply voltage is applied to the excitation coil in pulses via an electronic switch. The frequency and / or duration of the pulses are determined by comparing a voltage proportional to the excitation current with a reference voltage. According to one embodiment, the reference voltage is raised by an adjustable timer for a time longer than the duration of the tightening phase from the value required for holding to or above the value required for tightening.
Auch aus der DE-A-2 425 585 ist eine Anordnung zum schnellen und verlustarmen Schalten von Induktivitäten bekannt. Dabei ist die zu schaltende Induktivität in Reihe mit einem Schalttransistor und einem Messwiderstand geschaltet, wobei der Messwiderstand einen Stromistwert an eine Vergleichsstufe abgibt. Die Vergleichsstufe empfängt desweiteren einen Stromsollwert und steuert den Schalttransistor in Abhängigkeit der auftretenden Regelabweichung über eine Treiberstufe an. Hier ist nicht vorgesehen, verschieden hohe Stromsollwerte für den Anzugstrom bzw. den Haltestrom vorzugeben. From DE-A-2 425 585 an arrangement for fast and low-loss switching of inductors is known. The inductance to be switched is connected in series with a switching transistor and a measuring resistor, the measuring resistor giving an actual current value to a comparison stage. The comparison stage also receives a current setpoint and controls the switching transistor as a function of the control deviation that occurs via a driver stage. It is not intended here to specify different current setpoints for the pull-in current or the holding current.
Aus der DE-A-2 601 799 ist eine Schaltungsanordnung zur Betätigung eines Elektromagnetsystems bekannt, dem ein elektronisches Schaltelement in Reihe liegt. Es ist ein den Augenblickswert des Betriebszustandes des Elektromagnetsystems erfassender Fühler vorgesehen, dessen Signale das elektronische Schaltelement beeinflussen. Infolge der Beeinflussung des elektronischen Schaltelementes durch die Signale des Fühlers kann die Erregerleistung des Elektromagnetsystems entsprechend dem Augenblickswert des Betriebszustandes geändert werden. Zur Bestimmung des Augeblickswertes des Schaltzustandes From DE-A-2 601 799 a circuit arrangement for actuating an electromagnetic system is known, to which an electronic switching element lies in series. A sensor is provided, which detects the instantaneous value of the operating state of the electromagnetic system, the signals of which influence the electronic switching element. As a result of the influence of the electronic switching element by the signals from the sensor, the excitation power of the electromagnetic system can be changed in accordance with the instantaneous value of the operating state. To determine the instantaneous value of the switching status
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wird die Feldstärke, der Weg, die Beschleunigung, die Geschwindigkeit oder der Strom im Magnetsystem aufgenommen. the field strength, the path, the acceleration, the speed or the current are recorded in the magnet system.
Aus der GB-A 2 025 183 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betrieb eines elektromagnetischen Verbrauchers bekannt, insbesondere eines Einspritzventils in Brennkraftmaschinen. Dabei ist vorgesehen, einem elektromagnetischen Verbraucher zu Beginn eines Betätigungssignales einen hohen und anschliessend einen reduzierten Strom zuzuführen. Die Stromzufuhr zum Verbraucher soll dabei nach Erreichen einer bestimmten Stromstärke getaktet und/oder geregelt werden. Der Schaltpunkt der Stromzuführung während des Taktens soll Strom- und/oder zeitabhängig sein. From GB-A 2 025 183 a method and a device for operating an electromagnetic consumer are known, in particular an injection valve in internal combustion engines. It is provided to supply a high and then a reduced current to an electromagnetic consumer at the beginning of an actuation signal. The power supply to the consumer should be clocked and / or regulated after reaching a certain current. The switching point of the power supply during clocking should be current and / or time-dependent.
Ein Nachteil der bekannten elektromagnetischen Schaltgeräte ist in der grossen Typenvielfalt, bedingt durch die unterschiedlichen Erregerspannungen bei gleicher Schaltleistung, dem grossen Bauvolumen und der grossen notwendigen Steuerleistung zu sehen. Die bekannten elektromagnetischen Schaltgeräte sind in der Regel entweder nur für Gleichstrom oder nur füre Wechselstrom einsetzbar. Ausserdem kann eine Spule nur für einen engen Erregerspannungsbereich eingesetzt werden, um ein sicheres Anziehen des Ankers zu gewährleisten. A disadvantage of the known electromagnetic switching devices can be seen in the large variety of types, due to the different excitation voltages with the same switching power, the large construction volume and the large necessary control power. The known electromagnetic switching devices can generally be used either only for direct current or only for alternating current. In addition, a coil can only be used for a narrow excitation voltage range to ensure that the armature is securely tightened.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Bauelements zu schaffen, die einen universellen Einsatz des elektromagnetischen Bauelements ermöglicht, d.h. einen Betrieb für Gleich- und Wechselstrom erlaubt, der in weiten Grenzen unabhängig von der Höhe der Spannung ist und ausserdem die Baugrösse und die Leistungsaufnahme des Bauelementes reduziert. The invention has for its object to provide an electromagnetic circuit arrangement for controlling an electromagnetic component, which enables universal use of the electromagnetic component, i.e. allows operation for direct and alternating current, which is largely independent of the level of the voltage and also reduces the size and power consumption of the component.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. This object is achieved according to the invention by the features in the characterizing part of patent claim 1.
Die mit de.r Erfindung erzielbaren Vorteile liegen insbesondere darin, dass die Regelung den Einfluss der Versorgungsspannung auf den Spulenstrom unterdrückt, so dass eine weitgehende Unabhängigkeit von der Versorgungsspannung erreicht wird. Im theoretischen Fall gilt als untere Spannungsgrenze für die Versorgungsspannung nur die Minimalspannung der Elektronikversorgung, z.B. ca. 5V Gleichspannung und als obere Spannungsgrenze die maximale Spannungsbelastbarkeit der elektronischen Bauelemente, z.B. ca. 1000V Gleichspannung. Hierdurch kann die aufgrund der verschiedenen Versorgungsspannungen (Erregerspannungen, Steuerspannungen) hervorgerufene Typenvielfalt bei elektromagnetischen Bauelementen, insbesondere Schaltgeräten, drastisch reduziert werden. Für den gesamten Spannungsbereich zwischen 5V und 1000V kann beispielsweise das gleiche Schaltgerät eingesetzt werden, wobei stets ein sicheres Anziehen des Ankers gewährleistet ist. The advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that the control suppresses the influence of the supply voltage on the coil current, so that a large degree of independence from the supply voltage is achieved. In the theoretical case, the lower voltage limit for the supply voltage is only the minimum voltage of the electronics supply, e.g. approx. 5V DC voltage and as the upper voltage limit the maximum voltage capacity of the electronic components, e.g. approx. 1000V DC voltage. This can drastically reduce the variety of types caused by the various supply voltages (excitation voltages, control voltages) in electromagnetic components, in particular switching devices. For the entire voltage range between 5V and 1000V, for example, the same switching device can be used, whereby a safe tightening of the armature is always guaranteed.
An den Anschlüssen für die Versorgungsspannung tritt keine induktive Schaltspannung auf. Die Leistungsaufnahme im eingeschalteten Zustand des Schaltgerätes im Falle eines gleichstrombetätigten Schaltgerätes mit der erfindungsgemässen elektronischen Schaltungsanordnung wird deutlich reduziert. No inductive switching voltage occurs at the connections for the supply voltage. The power consumption in the switched-on state of the switching device in the case of a DC-operated switching device with the electronic circuit arrangement according to the invention is significantly reduced.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet. Advantageous embodiments of the invention are characterized in the dependent claims.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung hervor, die nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert werden. Further advantages of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments of the invention, which are explained below with reference to the drawings.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 und 2 elektronische Schaltungsanordnungen zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Bauelementes, wobei der magnetische Fluss im Bauelement auf einen konstanten Wert geregelt wird, 1 and 2 electronic circuit arrangements for controlling an electromagnetic component, the magnetic flux in the component being regulated to a constant value,
Fig. 3 und 4 elektronische Schaltungsanordnungen zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Bauelementes, wobei zwischen einem erhöhten Anzugstrom und einem niedrigeren Haltestrom umgeschaltet wird, 3 and 4 electronic circuit arrangements for controlling an electromagnetic component, with a switch being made between an increased pull-in current and a lower holding current,
Fig. 5A, B, C, D die zeitlichen Verläufe der interessierenden Ströme und Spannungen zur Anordnung gemäss Fig. 1. 5A, B, C, D the temporal profiles of the currents and voltages of interest for the arrangement according to FIG. 1.
In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform einer elektronischen Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Bauelementes dargestellt. Ein Schalttransistor 1 (pnp-Typ) ist über seinen Emitter mit der Eingangsklemme El der Schaltungsanordnung verbunden. An der Eingangsklemme El liegt als Steuerspannung die Versorgungsspannung +UV an. Die Versorgungsspannung +UV ist über einen externen Schalter S schaltbar. Der Kollektor des Schalttransistors 1 ist mit einem elektromagnetischen Bauelement 2 (z.B. Spule eines Schaltrelais, Drossel usw.) verbunden. Das elektromagnetische Bauelement 2 weist einen ohmschen Widerstand Ri und eine Induktivität L auf. 1 shows a first embodiment of an electronic circuit arrangement for controlling an electromagnetic component. A switching transistor 1 (pnp type) is connected via its emitter to the input terminal El of the circuit arrangement. The supply voltage + UV is applied to the input terminal El as the control voltage. The supply voltage + UV can be switched via an external switch S. The collector of the switching transistor 1 is connected to an electromagnetic component 2 (e.g. coil of a switching relay, choke, etc.). The electromagnetic component 2 has an ohmic resistance Ri and an inductance L.
Das elektromagnetische Bauelement 2 ist über seine weitere Klemme mit einem steuerbaren Widerstand 3 (z.B. Feldeffekttransistor) verbunden. Der ohmsche Widerstand des steuerbaren Widerstandes 3 ist mit Rw bezeichnet. Der weitere An-schluss des steuerbaren Widerstandes 3 liegt über einem Messwiderstand R2 (Shunt) an der Eingangsklemme E2 und damit an Masse. Der Kollektor des Schalttransistors 1 ist ferner mit der Kathode einer Freilaufdiode 4 verbunden, deren Anode an Masse liegt. The electromagnetic component 2 is connected via its further terminal to a controllable resistor 3 (e.g. field effect transistor). The ohmic resistance of the controllable resistor 3 is denoted by Rw. The further connection of the controllable resistor 3 is via a measuring resistor R2 (shunt) to the input terminal E2 and thus to ground. The collector of the switching transistor 1 is also connected to the cathode of a free-wheeling diode 4, the anode of which is connected to ground.
Die beiden Anschlusspunkte des steuerbaren Widerstandes 3 sind mittels eines Spannungsteilers, bestehend aus den hochoh-migen Widerständen R3 und R4, überbrückt. Der Widerstand R3 ist dabei mit dem elektromagnetischen Bauelement 2 und der Widerstand R4 mit dem Messwiderstand R2 verbunden. Das Widerstandsverhältnis R3/R4 entspricht dabei dem Verhältnis R1/R2. Damit ist zu jedem Widerstandswert Rw des steuerbaren Widerstandes 3 der Spannungsabfall über R2 + R4 proportional zum Spannungsabfall über den gesamten ohmschen Widerstand Ri + R2 + Rw. Am gemeinsamen Verbindungspunkt der Widerstände R3, R4 wird der Stromistwert U(IiSt) als Spannungswert abgegriffen und dem ersten Eingang eines Kompara-tors 5 zugeführt. The two connection points of the controllable resistor 3 are bridged by means of a voltage divider consisting of the high-impedance resistors R3 and R4. The resistor R3 is connected to the electromagnetic component 2 and the resistor R4 to the measuring resistor R2. The resistance ratio R3 / R4 corresponds to the ratio R1 / R2. For each resistance value Rw of controllable resistor 3, the voltage drop across R2 + R4 is proportional to the voltage drop across the entire ohmic resistance Ri + R2 + Rw. At the common connection point of the resistors R3, R4, the actual current value U (IiSt) is tapped as a voltage value and fed to the first input of a comparator 5.
Der zweite Eingang des Komparators 5 wird mit einem Stromsollwert U(ISoii2) beaufschlagt. Der Komparator 5 ist aus-gangsseitig mit einem monostabilen Kippglied 6 verbunden und steuert das Kippglied 6 immer dann an, wenn der Stromistwert U(IiSt) kleiner oder gleich dem Stromsollwert U(Isoii 2) ist. Das monostabile Kippglied 6 seinerseits steuert ausgangsseitig den Schalttransistor 1 über dessen Basis an. Die Einschaltdauer tem des monostabilen Kippgliedes 6 ist dabei konstant. A current setpoint value U (ISoii2) is applied to the second input of the comparator 5. The comparator 5 is connected on the output side to a monostable flip-flop 6 and controls the flip-flop 6 whenever the current actual value U (IiSt) is less than or equal to the current setpoint U (Isoii 2). The monostable multivibrator 6 in turn controls the switching transistor 1 on its output side via its base. The duty cycle tem of the monostable multivibrator 6 is constant.
Der Stromistwert U(Ijs,) wird desweiteren dem ersten Eingang eines Subtrahierers 7 zugeführt. Der zweite Eingang des Subtrahierers 7 wird mit dem Stromsollwert U(ISOii 2) beaufschlagt. Der Subtrahierer 7 bildet die Differenzspannung U(IjM) - U(Isoii 2) = U(i), also den Wechselstromanteil des über das elektromagnetische Bauelement 2 fliessenden Stromes U(I,sl). Die Ausgangsspannung U(i) des Subtrahiererers 7 wird einem Glättungsglied 8 (z.B. PTi-Glied) zugeleitet. Das Glättungsglied 8 bildet den Mittelwert U(i) des Wechselstromanteiles U(i) und führt diesen Wert dem ersten Eingang eines Subtrahierers 9 zu. Der zweite Eingang des Subtrahierers 9 wird mit einem Stromsollwert U(Isoii 1) beaufschlagt. Der Subtrahierer 9 bildet den Differenzwert U(Ison2) = U(L0n 1) - U(i) und leitet diesen Stromsollwert U(IS0n 2) den zweiten Eingängen des Komparators 5 und des Subtrahierers 7 zu. The actual current value U (Ijs,) is also fed to the first input of a subtractor 7. The current input value U (ISOii 2) is applied to the second input of the subtractor 7. The subtractor 7 forms the differential voltage U (IjM) - U (Isoii 2) = U (i), that is to say the AC component of the current U (I, sl) flowing through the electromagnetic component 2. The output voltage U (i) of the subtractor 7 is fed to a smoothing element 8 (e.g. PTi element). The smoothing element 8 forms the mean value U (i) of the AC component U (i) and feeds this value to the first input of a subtractor 9. A current setpoint U (Isoii 1) is applied to the second input of the subtractor 9. The subtractor 9 forms the difference value U (Ison2) = U (L0n 1) - U (i) and passes this current setpoint U (IS0n 2) to the second inputs of the comparator 5 and the subtractor 7.
Ein aus zwei Widerständen R5, R6 bestehender Spannungsteiler 10 wird mit seinem durch Widerstand R5 gebildeten An-schluss mit der Versorgungsspannung + Uv beaufschlagt und liegt mit seinem durch Widerstand R6 gebildeten Anschluss auf Masse. Das Widerstandsverhältnis Rs/R(, entspricht dabei dem Verhältnis R1/R2. Am gemeinsamen Verbindungspunkt beider Widerstände R5/R6 ist somit der Spannungswert R:/(R| + R2) •Uv abgreifbar und dieser Spannungswert wird dem ersten Eingang eines Subtrahierers 11 zugeleitet. A voltage divider 10 consisting of two resistors R5, R6 is acted upon by its connection formed by resistor R5 with the supply voltage + Uv and is connected to ground by its connection formed by resistor R6. The resistance ratio Rs / R (, corresponds to the ratio R1 / R2. The voltage value R: / (R | + R2) • Uv can thus be tapped at the common connection point of both resistors R5 / R6 and this voltage value is fed to the first input of a subtractor 11 .
Dem zweiten Eingang des Subtrahierers 11 liegt wiederum der Stromsollwert U(ISOii 2) an. Der Subtrahierer 11 bildet den The current input value U (ISOii 2) is in turn applied to the second input of the subtractor 11. The subtractor 11 forms the
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Differenzwert Ud = R.2/(Ri + R2) • Uv - U(Isoii2) und gibt die Differenzspannung Ud als Sollwert einem PI-Regler 12 vor. Differential value Ud = R.2 / (Ri + R2) • Uv - U (Isoii2) and specifies the differential voltage Ud as a setpoint to a PI controller 12.
Der Ausgangs wert U(i) des Subtrahierers 7 wird einem Scheitelwertmesser 13 zugeleitet. Der Scheitelwertmesser 13 bildet den Scheitelwert U(I) des Wechselstromanteiles U(i) und führt diesen Scheitelwert dem PI-Regler 12 als Istwert zu. Der PI-Regler 12 steuert ausgangsseitig den steuerbaren Widerstand 3 über dessen Steuereingang an und verändert auf diese Weise den ohmschen Widerstandswert Rw des Widerstandes 3 in Abhängigkeit des Scheitelwertes U(i) und der Differenzspannung UD. The output value U (i) of the subtractor 7 is fed to a peak value meter 13. The peak value meter 13 forms the peak value U (I) of the AC component U (i) and feeds this peak value to the PI controller 12 as an actual value. On the output side, the PI controller 12 controls the controllable resistor 3 via its control input and in this way changes the ohmic resistance value Rw of the resistor 3 as a function of the peak value U (i) and the differential voltage UD.
Zur nachfolgenden Beschreibung der Funktionsweise der elektronischen Schaltungsanordnung gemäss Fig. 1 wird auf die Figuren 5A, B, C, D verwiesen. In Fig. 5A ist der zeitliche Verlauf des Stromistwertes U(IiSt) dargestellt. Der Stromsollwert U(Isoii 2) ist als konstanter Wert eingetragen. Die Einschaltdauer des monostabilen Kippgliedes 6 bzw. des Schalttransistors 1 ist mit tein bezeichnet. In Fig. 5B ist der zeitliche Verlauf des Wechselstromanteiles U(i) = U(IiSt) - U(Isoii2) des Stromistwertes dargestellt. Der Scheitelwert des Wechselstromteiles beträgt U(i). Der Mittelwert des Wechselstromanteiles ist mit U(i) bezeichnet. In Fig. 5C ist der zeitliche Verlauf des über den Schalttransistor 1 fliessenden Stromes Ii dargestellt. In Fig. 5D ist der zeitliche Verlauf des über die Freilaufdiode 4 während der Sperrzeiten des Schalttransistors 1 fliessenden Stromes I4 gezeigt. Die Ströme Ii und I4 sowie der über das elektromagnetische Bauelement 2 fliessende Summenstrom Ii + I4 sind jeweils in den Figuren 1, 2, 3, 4 eingetragen. For the following description of the mode of operation of the electronic circuit arrangement according to FIG. 1, reference is made to FIGS. 5A, B, C, D. 5A shows the course over time of the actual current value U (IiSt). The current setpoint U (Isoii 2) is entered as a constant value. The duty cycle of the monostable multivibrator 6 and the switching transistor 1 is denoted by tein. 5B shows the time profile of the AC component U (i) = U (IiSt) - U (Isoii2) of the actual current value. The peak value of the AC part is U (i). The mean value of the AC component is designated U (i). 5C shows the time profile of the current Ii flowing through the switching transistor 1. 5D shows the time profile of the current I4 flowing through the freewheeling diode 4 during the blocking times of the switching transistor 1. The currents Ii and I4 and the total current Ii + I4 flowing through the electromagnetic component 2 are each shown in FIGS. 1, 2, 3, 4.
In der Schaltung der Fig. 1 wird der Schalttransistor 1 mittels des monostabilen Kippgliedes 6 abwechselnd durchgesteuert bzw. gesperrt, wobei die Einschaltdauer tein des Schalttransistors stets konstant ist. Die Sperrdauer des Transistors 1 ist nicht konstant. Bei durchgesteuertem Schalttransistor 1 ergibt sich ein Stromfluss Ii von der Eingangsklemme über die Emitter-Kollektor-Strecke des Schalttransistors 1, das elektromagnetische Bauelement 2, den steuerbaren Widerstand 3 und den Messwiderstand R2. Bei gesperrtem Schalttransistor 1 ergibt sich ein Stromfluss I4 über die Freilaufdiode 4, das elektromagnetische Bauelement 2, den steuerbaren Widerstand 3 und den Messwiderstand R2. Über das elektromagnetische Bauelement 2 fliesst ein Summenstrom Ii + I4. Der Stromistwert U(IjSt) entspricht diesem Summenstrom Ii + I4. In the circuit of FIG. 1, the switching transistor 1 is alternately turned on or off by means of the monostable multivibrator 6, the on-time tein of the switching transistor always being constant. The blocking period of transistor 1 is not constant. When the switching transistor 1 is turned on, there is a current flow Ii from the input terminal via the emitter-collector path of the switching transistor 1, the electromagnetic component 2, the controllable resistor 3 and the measuring resistor R2. When the switching transistor 1 is blocked, there is a current flow I4 via the freewheeling diode 4, the electromagnetic component 2, the controllable resistor 3 and the measuring resistor R2. A total current Ii + I4 flows via the electromagnetic component 2. The actual current value U (IjSt) corresponds to this total current Ii + I4.
Zwischen dem magnetischen Fluss 0 im elektromagnetischen Bauelement 2 und dessen Induktivität L besteht folgende Beziehung: 0 = L • I/n The following relationship exists between the magnetic flux 0 in the electromagnetic component 2 and its inductance L: 0 = L • I / n
Hierbei ist mit n die Windungsanzahl im elektromagnetischen Bauelement 2 (Spule, Drossel) bezeichnet, die einen konstanten Faktor darstellt. Mit Hilfe der elektronischen Schaltungsanordnung gemäss Fig. 1 wird durch messtechnische Erfassung der Induktivität L der Strom Ii + I4 durch das Bauelement 2 so geregelt, dass unabhängig von der Versorgungsspannung Uv der magnetische Fluss 0 konstant bleibt. Für den den Summenstrom Ii + I4 nachbildenden Stromistwert U(IjSt) gilt zum Zeitpunkt des Einschaltens des Schalttransistors 1 : Here n is the number of turns in the electromagnetic component 2 (coil, choke), which represents a constant factor. With the aid of the electronic circuit arrangement according to FIG. 1, the current Ii + I4 through the component 2 is controlled by measuring the inductance L such that the magnetic flux 0 remains constant regardless of the supply voltage Uv. For the current actual value U (IjSt) emulating the total current Ii + I4, the following applies at the time when the switching transistor 1 is switched on:
U(Ijst) = U(Isoii 2) + Uo/Rges (1 - e -t/x), d.h. der Wechselstromanteil U(i) = Uo/Rges (1 - e -t/r) für den Einschaltvorgang, wobei mit Rges = Ri + R2 + Rw der gesamte Widerstand des Stromkreis und mit x die Zeitkonstante x = L/Rees bezeichnet sind. U (Ijst) = U (Isoii 2) + Uo / Rges (1 - e -t / x), i.e. the AC component U (i) = Uo / Rges (1 - e -t / r) for the switch-on process, with Rges = Ri + R2 + Rw denoting the total resistance of the circuit and x denoting the time constant x = L / Rees.
Für den Stromanstieg zum Zeitpunkt des Einschaltens des Schalttransistors 1 ist die Differenzspannung Ud von Bedeutung, die der Spannung Uv abzüglich dem ohmschen Spannungsabfall über den Widerständen Ri, Rw, R2 zum Einschaltmoment des Schalters 1 entspricht. Der Einfluss der Differenzspannung Ud lässt sich in grossem Masse eliminieren, indem der Scheitelwert U(I) des Wechselstromanteils U(i) auf eine Grösse ausgeregelt wird, die proportional zur Differenzspannung Ud ist. Dies erfolgt durch den PI-Regler 12, der den ohmschen Widerstand Rw des steuerbaren Widerstandes 3 und damit x entsprechend verändert. For the current increase at the time the switching transistor 1 is switched on, the differential voltage Ud is important, which corresponds to the voltage Uv minus the ohmic voltage drop across the resistors Ri, Rw, R2 at the moment when the switch 1 is switched on. The influence of the differential voltage Ud can be largely eliminated by regulating the peak value U (I) of the AC component U (i) to a size that is proportional to the differential voltage Ud. This is done by the PI controller 12, which changes the ohmic resistance Rw of the controllable resistor 3 and thus x accordingly.
Aufgrund der Ausregelung des Scheitelwertes U(î) proportional zur Differenzspannung Ud hängt die Anstiegszeit des Stromes U(i) nur noch von der Zeitkonstanten x = L/Rges ab. Da eine sich ändernde Induktivität L durch die Veränderung des Gesamtwiderstandes Rges über Rw schaltungstechnisch ausgeglichen wird, bleibt die Zeitkonstante x konstant. Die Induktivität L ändert sich, je nachdem ob der Anker des als Schaltgerät ausgeführten Bauelementes 2 angezogen ist oder nicht. Die Induktivität ändert sich ferner bei Sättigung des Magnetwerkstoffes von Joch und Anker des Bauelementes 2. Due to the regulation of the peak value U (î) proportional to the differential voltage Ud, the rise time of the current U (i) depends only on the time constant x = L / Rges. Since a changing inductance L is compensated for in terms of circuitry by changing the total resistance Rges via Rw, the time constant x remains constant. The inductance L changes depending on whether the armature of the component 2 designed as a switching device is attracted or not. The inductance also changes when the magnetic material of the yoke and armature of the component 2 is saturated.
Wird der Stromsollwert U(Isou 2) umgekehrt proportional zum Gesamtwiderstand Rges geändert, so gilt x ~ L • U(Isou 2) und damit ist x ~ 0. Über das Verhältnis U(i)/Ud und eine vorgegebene Zeitkonstante x lässt sich die Zeitdauer bestimmen, die der Strom Ii bei vorgegebenem magnetischen Fluss 0 benötigt, um zum Maximalwert anzusteigen. Diese Zeitdauer entspricht der Einschaltdauer tein des Schalttransistors 1 und wird vom monostabilen Kippglied 6 vorgegeben und konstant gehalten. Die elektronische Schaltungsanordnung regelt über den PI-Regler 12 und den steuerbaren Widerstand 3 die Zeitkonstante x so aus (hält x konstant), dass der Strom Ii durch das elektromagnetische Bauelement 2 bei gegebener Einschaltdauer tein des Schalttransistors 1 den durch die Differenzspannung Ud vorgegebenen Maximalwert erreicht. If the current setpoint U (Isou 2) is changed inversely proportional to the total resistance Rges, then x ~ L • U (Isou 2) applies and thus x ~ 0. The ratio U (i) / Ud and a predetermined time constant x can be used Determine the length of time that the current Ii needs for a given magnetic flux 0 to rise to the maximum value. This time period corresponds to the on-time tein of the switching transistor 1 and is predetermined and kept constant by the monostable multivibrator 6. The electronic circuit arrangement regulates the time constant x via the PI controller 12 and the controllable resistor 3 (keeps x constant) such that the current Ii through the electromagnetic component 2 reaches the maximum value given by the differential voltage Ud for a given switch-on time tein of the switching transistor 1 .
Um den Fluss 0 auf einen Mittelwert auszuregeln, muss der vorgegebene Sollwert U(Isoii 1) um den Mittelwert U(i) des Wechselstromanteiles U(i) verringert werden. Der Wechselstromanteil U(i) wird durch den Subtrahierer 7 gebildet. Dieser zieht vom .Stromistwert U(IjSt) den Stromsollwert U(Isoii 2) ab. Der Mittelwert U(i) des Wechselstromanteils U(i) wird durch das Glättungsglied 8 gebildet und auf den Subtrahierer 9 gegeben, dem eingangsseitig ferner der Stromsollwert U(Ison 1) anliegt. Der ausgangsseitige Stromsollwert U(IS0n 2) des Subtrahierers 9 ist um den Mittelwert U(i) von U(i) kleiner als der Stromsollwert U(IS0n 1). Wenn der Fluss 0 auf einen Minimalwert ausgeregelt werden soll und nicht auf einen Mittelwert, entfällt die Korrektur des Stromsollwertes U(Is0n 1) um den Mittelwert U(i), d.h. der Stromsollwert U(IS0n 1) wird direkt dem Komparator 5 zugeleitet. In order to regulate the flow 0 to an average value, the predefined setpoint value U (Isoii 1) must be reduced by the average value U (i) of the AC component U (i). The AC component U (i) is formed by the subtractor 7. This subtracts the current setpoint U (Isoii 2) from the current actual value U (IjSt). The mean value U (i) of the alternating current component U (i) is formed by the smoothing element 8 and passed to the subtractor 9, to which the current setpoint U (Ison 1) is also applied on the input side. The output current setpoint U (IS0n 2) of the subtractor 9 is smaller than the current setpoint U (IS0n 1) by the mean value U (i) of U (i). If the flow 0 is to be regulated to a minimum value and not to an average value, the correction of the current setpoint U (Is0n 1) by the average value U (i), i.e. the current setpoint U (IS0n 1) is fed directly to the comparator 5.
Der Scheitelwert U(T) des Stromes U(i), der nach dem Einschalten des Schalttransistors 1 erreicht wird, hängt von der Zeitkonstante x und der Differenzspannung Ud ab. Bei konstanter Zeitkonstante x und konstanter Einschaltdauer tein erreicht der Strom U(i) einen Scheitelwert U(î), der immer proportional zur Differenzspannung Ud ist. Diese Differenzspannung Ud wird als Sollwert auf den PI-Regler 12 gegeben. Als Istwert wird der Scheitelwert U(i) des Wechselstromanteils U(i) auf den Regler 12 gegeben. Der zur Bildung des Scheitelwertes U(î) dienende Scheitelwertmesser 13 gibt dabei den Scheitelwert U(i) in Form einer Gleichspannung an den Regler 12. The peak value U (T) of the current U (i), which is reached after the switching transistor 1 is switched on, depends on the time constant x and the differential voltage Ud. With a constant time constant x and a constant duty cycle tein, the current U (i) reaches a peak value U (î), which is always proportional to the differential voltage Ud. This differential voltage Ud is given to the PI controller 12 as a setpoint. The peak value U (i) of the AC component U (i) is given to the controller 12 as the actual value. The peak value meter 13 used to form the peak value U (î) gives the peak value U (i) in the form of a direct voltage to the controller 12.
Zur Ermittlung der Differenzspannung Ud wird die Spannung, die über den Widerständen Ri + R2 + R3 + R4 im Einschaltaugenblick des Transistors 1 anliegt, von der Versorgungsspannung Uv abgezogen. Da die Spannung über den Widerständen Ri + R2 + R3 + R4 zum Zeitpunkt des Einschaltens des Transistors 1 proportional zu U(Is0n 2) ist, wird dieser Wert U(Isoli 2) mit Hilfe des Subtrahierers 11 von der bewerteten (angepassten) Versorgungsspannung R2/(Ri + R2) • Uv abgezogen. Der Spannungsteiler 10 dient dabei zur Anpassung der Versorgungsspannung Uv an den Wert U(Isou 2)- To determine the differential voltage Ud, the voltage which is present across the resistors Ri + R2 + R3 + R4 at the instant when the transistor 1 is switched on is subtracted from the supply voltage Uv. Since the voltage across the resistors Ri + R2 + R3 + R4 at the time of switching on the transistor 1 is proportional to U (Is0n 2), this value U (Isoli 2) with the help of the subtractor 11 is from the rated (adjusted) supply voltage R2 / (Ri + R2) • Uv subtracted. The voltage divider 10 serves to adapt the supply voltage Uv to the value U (Isou 2) -
Im eingeschwungenen Zustand bietet der Spannungsabfall über dem Messwiderstand R2 die Möglichkeit, eine Aussage über den momentanen Zustand des elektromagnetischen Bauelementes 2 zu machen und elektronisch auszuwerten (Induktivitätsauswertung). Bei Verwendung eines Schaltrelais als elektromagnetisches Bauteil 2 kann beispielsweise auf diese Weise In the steady state, the voltage drop across the measuring resistor R2 offers the possibility of making a statement about the current state of the electromagnetic component 2 and of evaluating it electronically (inductance evaluation). When using a switching relay as an electromagnetic component 2, for example, in this way
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
5 5
659 345 659 345
der Schaltzustand des Relais festgestellt werden, d.h. ob der Anker angezogen ist oder nicht. the switching state of the relay can be determined, i.e. whether the anchor is drawn or not.
In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform einer elektronischen Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Bauelementes dargestellt. Der Schalttransistor 1 liegt wiederum über seinen Emitter an der Versorgungsspannung Uv und ist über seinen Kollektor mit dem elektromagnetischen Bauelement 2 sowie mit der Freilaufdiode 4 verbunden. Das elektromagnetische Bauelement 2 ist andererseits jedoch direkt an den Messwiderstand R2 angeschlossen. 2 shows a second embodiment of an electronic circuit arrangement for controlling an electromagnetic component. The switching transistor 1 is in turn connected to the supply voltage Uv via its emitter and is connected via its collector to the electromagnetic component 2 and to the free-wheeling diode 4. On the other hand, the electromagnetic component 2 is connected directly to the measuring resistor R2.
Der Stromsollwert U(IiSt) wird am gemeinsamen Verbindungspunkt von elektromagnetischem Bauelement 2 und Messwiderstand R2 als Spannungswert abgegriffen und dem ersten Eingang des Komparators 5 zugeleitet. Der zweite Eingang des Komparators 5 wird wiederum mit dem Stromsollwert U(Ison2) beaufschlagt. Der Komparator 5 vergleicht Stromsollwert und Stromistwert und steuert ausgangsseitig direkt den Schalttransistor 1 immer dann an, wenn der Stromistwert U(Ijst) den Stromsollwert U(Isoii 2) unterschreitet. The current setpoint U (IiSt) is tapped at the common connection point between the electromagnetic component 2 and the measuring resistor R2 as a voltage value and fed to the first input of the comparator 5. The second input of the comparator 5 is in turn supplied with the current setpoint U (Ison2). The comparator 5 compares the current setpoint and the actual current value and controls the switching transistor 1 directly on the output side whenever the current actual value U (Ijst) falls below the current setpoint U (Isoii 2).
Es ist wiederum ein Spannungsteiler 10 mit Widerständen R5, Rs wird vorgesehen, der zwischen Versorgungsspannung + UV und Masse geschaltet ist. Am gemeinsamen Verbindungspunkt der Widerstände R5, Rß wird der Spannungswert R2/(Ri + R2) • Uv abgegriffen und dem ersten Eingang eines Subtrahierers 14 zugeleitet. Der zweite Eingang des Subtrahierers 14 wird mit dem Stromsollwert U(IS0n 1) beaufschlagt. Der Subtrahierer 14 bildet die Differenzspannung Ud = R2/(Ri + R2) ' Uv - U(ISou 1) und leitet diesen Wert dem ersten Eingang eines steuerbaren Addierers 15 zu. Die Differenzspannung Ud entspricht dabei der Spannung Uv abzüglich dem ohmschen Spannungsabfall über den Widerständen Ri, R2 im Einschaltmoment von Schalter 1. A voltage divider 10 with resistors R5, Rs is again provided, which is connected between supply voltage + UV and ground. At the common connection point of the resistors R5, Rß, the voltage value R2 / (Ri + R2) • Uv is tapped and fed to the first input of a subtractor 14. The current input value U (IS0n 1) is applied to the second input of the subtractor 14. The subtractor 14 forms the differential voltage Ud = R2 / (Ri + R2) 'Uv - U (ISou 1) and passes this value to the first input of a controllable adder 15. The differential voltage Ud corresponds to the voltage Uv minus the ohmic voltage drop across the resistors Ri, R2 when switch 1 is switched on.
Der zweite Eingang des steuerbaren Addierers 15 wird mit dem Stromsollwert U(Ison 1) beaufschlagt. Der Steuereingang des Addierers 15 ist mit dem Ausgang des Komparators 5 verbunden. Der steuerbare Addierer 15 gibt immer dann einen Stromsollwert U(Isoii2) = U(Isou 1) ausgangsseitig ab, wenn der Schalttransistor 1 sperrt, d.h., wenn U(IiSt) grösser als U(ISOii2) ist und gibt immer dann einen Stromsollwert u (Isoli 2) = U(Is0u.) + Ud ausgangsseitig ab, wenn der Schalttransistor 1 leitet, d.h. wenn U(Iist) kleiner als U(ISOii 2) ist. The current input value U (Ison 1) is applied to the second input of the controllable adder 15. The control input of the adder 15 is connected to the output of the comparator 5. The controllable adder 15 always outputs a current setpoint U (Isoii2) = U (Isou 1) on the output side when the switching transistor 1 blocks, ie when U (IiSt) is greater than U (ISOii2) and always gives a current setpoint u ( Isoli 2) = U (Is0u.) + Ud on the output side when the switching transistor 1 conducts, ie if U (Iist) is less than U (ISOii 2).
Das Ausgangssignal des Komparators 5 wird dem Eingang einer Zeiterfassungseinrichtung 16 zugeleitet. Die Zeiterfassungseinrichtung 16 ermittelt die variable Einschaltdauer tein des Schalttransistors 1 und führt diesen Wert einem Sollwertgeber 17 zu. Der Sollwertgeber 17 gibt ausgangsseitig den Stromsollwert U(Isoii 1) in Abhängigkeit der Einschaltdauer tein des Schalttransistors 1 ab. Dieser Stromsollwert U(Isou 1) wird, die bereits erwähnt, dem Subtrahierer 14 und dem steuerbaren Addierer 15 zugeleitet. The output signal of the comparator 5 is fed to the input of a time recording device 16. The time recording device 16 determines the variable duty cycle tein of the switching transistor 1 and feeds this value to a setpoint generator 17. On the output side, the setpoint generator 17 outputs the current setpoint U (Isoii 1) as a function of the on-time tein of the switching transistor 1. This current setpoint U (Isou 1), which has already been mentioned, is fed to the subtractor 14 and the controllable adder 15.
Zwischen Zeiterfassungseinrichtung 16 und Sollwertgeber 17 kann gegebenenfalls ein Glättungsglied (z.B. PT|-Glied) zur Mittelwertbildung geschaltet werden. If necessary, a smoothing element (e.g. PT | element) can be connected between the time recording device 16 and the setpoint generator 17 for averaging.
Während bei der elektronischen Schaltungsanordnung gemäss Fig. 1 die Einschaltdauer tein des Schalttransistors 1 konstant gehalten und die Zeitkonstante x durch Veränderung des Gesamtwiderstandes Rges geregelt wird, um den Scheitelwert U(T) des Wechselstromanteils proportional zu Ud zu halten, verändert sich bei der elektronischen Schaltungsanordnung gemäss Fig. 2 die Zeitkonstante t in Abhängigkeit von L und die Einschaltdauer tCin des Schalttransistors 1 wird nachgeführt. 1, the on time tein of the switching transistor 1 is kept constant and the time constant x is regulated by changing the total resistance Rges in order to keep the peak value U (T) of the AC component proportional to Ud, changes in the electronic circuit arrangement 2, the time constant t as a function of L and the duty cycle tCin of the switching transistor 1 is tracked.
Der Sollwertgeber 17 gibt dabei einen hohen Stromsollwert U(Isoii 1) ab, wenn die Einschaltdauer tein des Schalttransistors 1 klein ist und er gibt einen kleinen Stromsollwert U(ISoii 1) ab, wenn die Einschaltdauer tein gross ist, d.h. der Sollwertgeber 17 verändert kontinuierlich oder in einzelnen Stufen den Stromsollwert U(ISOii 1) in Abhängigkeit von der über die Zeiterfassungseinrichtung 18 ermittelten Einschaltdauer tein. The setpoint generator 17 emits a high current setpoint U (Isoii 1) when the duty cycle tein of the switching transistor 1 is short and it outputs a small current setpoint U (ISoii 1) when the duty cycle tein is long, i.e. the setpoint generator 17 changes the current setpoint U (ISOii 1) continuously or in individual stages depending on the on-time tein determined via the time recording device 18.
Der Stromsollwert U(Isoii 1) wird dem Komparator 5 über den steuerbaren Addierer 15 während der Sperrzeiten des Sehalttransistors 1 direkt vorgegeben, d.h. während der Sperrzeiten des Transistors 1 gilt The current setpoint U (Isoii 1) is directly given to the comparator 5 via the controllable adder 15 during the blocking times of the switching transistor 1, i.e. applies during the blocking times of transistor 1
U(Iso|| 2) = Udsoll 1). U (Iso || 2) = Udsoll 1).
Der Transistor 1 wird über den Komparator 5 durchgesteuert, wenn The transistor 1 is turned on via the comparator 5 when
U(Iist) s U(IS011 1). U (Iist) s U (IS011 1).
Nach dem Einschalten des Transistors 1 wird der dem Komparator 5 zugeführte Stromsollwert U(IS0n 2) mittels des steuerbaren Addierers 15 erhöht und es gilt After switching on the transistor 1, the current setpoint value U (IS0n 2) supplied to the comparator 5 is increased by means of the controllable adder 15 and it applies
U(Iso„ 2) = U(ISOii 1) + UD-Erreicht der Stromistwert U(Iist) den erhöhten Stromsollwert U(ISoii 1) + Ud, so wird der Transistor 1 gesperrt und gleichzeitig wird der Stromsollwert U(Ison 2) wieder auf den geringeren Wert U(Isoii 1) umgeschaltet. Auf diese Weise ergibt sich eine Regelcharakteristik mit Hysterese. U (Iso „2) = U (ISOii 1) + UD-If the current actual value U (Iist) reaches the increased current setpoint U (ISoii 1) + Ud, transistor 1 is blocked and at the same time the current setpoint U (Ison 2) becomes again switched to the lower value U (Isoii 1). This results in a control characteristic with hysteresis.
In Fig. 3 ist eine dritte Ausführungsform einer elektronischen Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Bauelementes dargestellt. Der Schalttransistor 1 wird wiederum über seinen Emitter mit der Versorgungsspannung + UV beaufschlagt und ist über seinen Kollektor mit dem elektromagnetischen Bauelement 2 sowie mit der Freilaufdiode 4 verbunden. Das elektromagnetische Bauelement 2 ist über den Messwiderstand R2 wiederum direkt an Masse angeschlossen. 3 shows a third embodiment of an electronic circuit arrangement for controlling an electromagnetic component. The switching transistor 1 is in turn supplied with the supply voltage + UV via its emitter and is connected via its collector to the electromagnetic component 2 and to the free-wheeling diode 4. The electromagnetic component 2 is in turn connected directly to ground via the measuring resistor R2.
Der Stromistwert U(IiSi) wird am gemeinsamen Verbindungspunkt von elektromagnetischem Bauelement 2 und Messwiderstand R2 als Spannungswert abgegriffen und dem ersten Eingang eines Komparators 18 zugeführt. Der zweite Eingang des Komparators 18 wird mit dem Stromsollwert U(ISOii) beaufschlagt. Der Komparator 18 vergleicht die Werte U(l,st) und U(Isoii) und steuert ausgangsseitig das monostabile Kippglied 6 immer dann an, wenn U(IjSt) s U(Ison). The actual current value U (IiSi) is tapped at the common connection point between the electromagnetic component 2 and the measuring resistor R2 as a voltage value and fed to the first input of a comparator 18. The current input value U (ISOii) is applied to the second input of the comparator 18. The comparator 18 compares the values U (l, st) and U (Isoii) and controls the monostable multivibrator 6 on the output side whenever U (IjSt) s U (Ison).
Das monostabile Kippglied 6 steuert nach Triggerung durch den Komparator 18 ausgangsseitig den Schalttransistor 1 mit einer konstanten Einschaltdauer tein an. After triggering by the comparator 18, the monostable multivibrator 6 controls the switching transistor 1 on the output side with a constant duty cycle tein.
Es ist wiederum ein zwischen + Uv und Masse geschalteter Spannungsteiler 10 mit den Widerständen R5, Rô vorgesehen. Am gemeinsamen Verbindungspunkt der Widerstände R5, Rs wird die Spannung Rz/(Ri + R2) • Uv abgegriffen und dem ersten Eingang des Subtrahierers 19 zugeleitet. Der zweite Eingang des Subtrahierers 19 wird mit dem Stromsollwert U(ISOii) beaufschlagt. Der Subtrahierer 19 bildet die Differenzspannung A voltage divider 10 with resistors R5, Rô is again provided between + Uv and ground. At the common connection point of the resistors R5, Rs, the voltage Rz / (Ri + R2) • Uv is tapped and fed to the first input of the subtractor 19. The second input of the subtractor 19 is supplied with the current setpoint U (ISOii). The subtractor 19 forms the differential voltage
UD = R2/(Ri + R2) ' Uv - U(I,ou) UD = R2 / (Ri + R2) 'Uv - U (I, ou)
und leitet diesen Wert an den ersten Eingang eines Sollwertgebers 20. and passes this value to the first input of a setpoint generator 20.
Der zweite Eingang des Sollwertgebers 20 wird mit dem Scheitelwert U(i) des Wechselstromanteiles des Stromistwertes beaufschlagt. Der Sollwertgeber 20 vergleicht die beiden Eingangssignale und gibt immer dann einen Stromsollwert U(ISOii) = Udsoii 1) ausgangsseitig ab, wenn U(i) > Ud, sowie immer dann einen Stromsollwert U(Ison) = U(ISoii 2) ausgangsseitig ab, wenn U(i) < Ud. Der Stromsollwert U(Isoii) wird dem Komparator 18, dem Subtrahierer 19 sowie dem ersten Eingang eines Subtrahierers 21 zugeführt. The peak input U (i) of the alternating current component of the actual current value is applied to the second input of the setpoint generator 20. The setpoint generator 20 compares the two input signals and always outputs a current setpoint U (ISOii) = Udsoii 1) on the output side if U (i)> Ud, and always outputs a current setpoint U (Ison) = U (ISoii 2) on the output side, if U (i) <Ud. The current setpoint U (Isoii) is fed to the comparator 18, the subtractor 19 and the first input of a subtractor 21.
Der zweite Eingang des Subtrahierers 21 wird mit dem Stromistwert U(Ilst) beaufschlagt. Der Subtrahierer 21 bildet die Differenz U(i) = U(IjSt) - U(Ison) und führt diesen Wechselstromanteil U(i) des Stromistwertes dem Scheitelwertmesser 13 zu. The current input value U (Ilst) is applied to the second input of the subtractor 21. The subtractor 21 forms the difference U (i) = U (IjSt) - U (Ison) and feeds this AC component U (i) of the current actual value to the peak value meter 13.
Bei der elektronischen Schaltungsanordnung gemäss Fig. 3 wird der magnetische Fluss 0 im elektromagnetischen Bauelement 2 nicht mehr auf einen konstanten Wert ausgeregelt, sondern es wird der augenblickliche Zustand des elektromagnetischen Bauelementes 2 (Schaltzustand des Schaltrelais) erfasst und der Stromsollwert U(IS0n) wird entsprechend dem Zustand In the electronic circuit arrangement according to FIG. 3, the magnetic flux 0 in the electromagnetic component 2 is no longer regulated to a constant value, but the current state of the electromagnetic component 2 (switching state of the switching relay) is detected and the current setpoint U (IS0n) is correspondingly the condition
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
659 345 659 345
6 6
des Bauelementes 2 zwischen zwei verschieden hohen Werten umgeschaltet. Dabei wird die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes im elektromagnetischen Bauelement 2 ausgewertet, die ein Mass für die Induktivität L des Bauelementes 2 ist und damit eine Aussage über den augenblicklichen Zustand des elektromagnetischen Bauelementes 2 erlaubt. Die Einflüsse einer sich ändernden Versorgungsspannung Uv und eines sich ändernden ohmschen Spannungsabfalles über Ri und R2 infolge eines sich ändernden Stromsollwertes oder einer Widerstandsänderung aufgrund einer Temperaturänderung werden vorteilhaft ausgeschaltet. Der Einfluss einer Widerstandsänderung von Ri aufgrund einer Temperaturänderung wird bei der Festlegung des Referenzwertes für den Sollwertgeber 20 berücksichtigt. of the component 2 switched between two different high values. The rate of rise of the current in the electromagnetic component 2 is evaluated, which is a measure of the inductance L of the component 2 and thus allows a statement to be made about the current state of the electromagnetic component 2. The influences of a changing supply voltage Uv and a changing ohmic voltage drop across Ri and R2 as a result of a changing current setpoint or a change in resistance due to a change in temperature are advantageously eliminated. The influence of a change in resistance of Ri due to a change in temperature is taken into account when determining the reference value for setpoint generator 20.
Bei der Schaltungsanordnung gemäss Fig. 3 ist die Einschaltdauer tein des über den Komparator 19 getriggerten monostabilen Kippgliedes 6 konstant. Die Bewertung des Zustandes (Schaltzustandes) des elektromagnetischen Bauelementes (Schaltrelais) 2 erfolgt über den Scheitelwert U(I) des Wechselstromanteiles U(i) des erfassten Stromistwertes U(IiSt). Dabei wird davon ausgegangen, dass bei konstanter Einschaltdauer tein des Schalttransistors 1 der Scheitelwert U(î) des Wechselstromanteils U(i) abhängig von der Induktivität L des Bauelementes 2 und der Differenzspannung Ud ist. Die Differenzspannung Ud, die wiederum der Spannung Uv abzüglich der Spannungsabfälle über Ri, R2 entspricht, geht dabei proportional in die Höhe des Scheitelwertes U(î) ein. In the circuit arrangement according to FIG. 3, the on-time tein of the monostable multivibrator 6 triggered by the comparator 19 is constant. The state (switching state) of the electromagnetic component (switching relay) 2 is assessed via the peak value U (I) of the AC component U (i) of the detected current actual value U (IiSt). It is assumed that with a constant duty cycle tein of the switching transistor 1, the peak value U (î) of the AC component U (i) is dependent on the inductance L of the component 2 and the differential voltage Ud. The differential voltage Ud, which in turn corresponds to the voltage Uv minus the voltage drops across Ri, R2, is proportional to the height of the peak value U (î).
Für die Auswertung des Zustandes des Bauelementes 2 gibt die Differenzspannung Ud die Referenz für den Scheitelwert U(T) vor. Der Sollwertgeber 20 vergleicht die beiden Grössen Ud und U(I). Ist das elektromagnetische Bauelement (Schaltrelais) 2 nicht angezogen, so ist die Induktivität L gering, d.h. der Scheitelwert U(T) gross und überschreitet die Differenzspannung Ud. Deshalb wird ein hoher Stromsollwert U(Isoii 1) als Anzugsstrom vom Sollwertgeber 20 vorgegeben. Ist das elektromagnetische Bauelement (Schaltrelais) 2 angezogen, so ist die Induktivität L gross, d.h. der Scheitelwert U(î) gering. Der Referenzwert Ud wird vom Scheitelwert U(I) nicht mehr erreicht und der Sollwertgeber 20 gibt einen reduzierten Stromsollwert X_J(Isoli 2) als Haltestrom vor. For the evaluation of the state of the component 2, the differential voltage Ud provides the reference for the peak value U (T). The setpoint generator 20 compares the two quantities Ud and U (I). If the electromagnetic component (switching relay) 2 is not energized, the inductance L is low, i.e. the peak value U (T) is large and exceeds the differential voltage Ud. Therefore, a high current setpoint U (Isoii 1) is specified as a starting current by the setpoint generator 20. If the electromagnetic component (switching relay) 2 is energized, the inductance L is large, i.e. the peak value U (î) is low. The reference value Ud is no longer reached by the peak value U (I) and the setpoint generator 20 specifies a reduced current setpoint X_J (Isoli 2) as the holding current.
In Fig. 4 ist eine vierte Ausführungsform einer elektronischen Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Bauelementes dargestellt. Diese Ausführungsform ist im wesentlichten gleichartig aufgebaut wie die Schaltungsanordnung gemäss Fig. 2, nur ist bei der Anordnung gemäss Fig. 4 der Sollwertgeber 17 ersetzt durch einen Sollwertgeber 22. 4 shows a fourth embodiment of an electronic circuit arrangement for controlling an electromagnetic component. This embodiment has essentially the same structure as the circuit arrangement according to FIG. 2, only in the arrangement according to FIG. 4 the setpoint generator 17 is replaced by a setpoint generator 22.
Der erste Eingang des Sollwertgebers 22 wird mit der von der Zeiterfassungseinrichtung 16 ermittelten Einschaltdauer tein des Schalttransistors 1 beaufschlagt. Der zweite Eingang des Sollwertgebers 22 wird mit einer Referenzzeit tref beaufschlagt. Der Sollwertgeber 22 vergleicht die Werte von trer und tein und gibt immer dann einen Stromsollwert U(Ison 1) = U(IS0n i") ausgangsseitig ab, wenn tein > tref. Der Sollwertgeber 22 gibt immer dann einen Stromsollwert U(Isoii 1) = U(Isoii r) ab, wenn tein < trer. The first input of the setpoint generator 22 is acted upon by the on-time tein of the switching transistor 1 determined by the time recording device 16. A reference time tref is applied to the second input of the setpoint generator 22. The setpoint generator 22 compares the values of trer and tein and always outputs a current setpoint U (Ison 1) = U (IS0n i ") on the output side when tein> Tref. The setpoint generator 22 always outputs a current setpoint U (Isoii 1) = U (Isoii r) if t <<.
Bei der elektronischen Schaltungsanordnung gemäss Fig. 4 wird ebenfalls der magnetische Fluss 0 im elektromagnetischen Bauelement 2 nicht auf einen konstanten Wert ausgeregelt, sondern es wird der augenblickliche Zustand des elektromagnetischen Bauelementes 2 erfasst und der Stromsollwert wird entsprechend dem Zustand des Bauelements 2 zwischen zwei verschieden hohen Werten umgeschaltet. Dabei wird der Scheitelwert U(T) des Wechselstromanteils U(i) fest vorgegeben und die Bewertung des Zustandes des elektromagnetischen Bauelementes 2 erfolgt über die Einschaltdauer tein des Schalttransistors 1. In the electronic circuit arrangement according to FIG. 4, the magnetic flux 0 in the electromagnetic component 2 is also not regulated to a constant value, but the instantaneous state of the electromagnetic component 2 is detected and the current setpoint is between two different levels according to the state of the component 2 Values switched. The peak value U (T) of the alternating current component U (i) is fixed and the state of the electromagnetic component 2 is assessed via the on-time tein of the switching transistor 1.
Die Differenzspannung Ud zum Zeitpunkt des Einschaltens des Schalttransistors 1 gibt die Referenz für den Scheitelwert U(T) des Wechselstromanteiles vor. Da der Scheitelwert U(T) bei konstantem Gesamtwiderstand Ri + R2, konstanter Induktivität L und konstanter Einschaltdauer tein proportional zur Differenzspannung Ud ist, sind damit die Einflüsse einer sich verändernden Versorgungsspannung Uv und eines sich verändernden Spannungsabfalls über Ri, R2 durch Veränderung des Stromsollwertes ausgeschaltet. Bei einer derartigen Änderung von Uv und IS0n ändert sich ebenfalls die Differenzspannung Ud und damit proportional hierzu der Scheitelwert U(T). Der Einfluss einer Widerstandsänderung von Ri aufgrund einer Temperaturerhöhung wird bei der Festlegung des Referenzwertes für den Sollwertgeber 22 berücksichtigt. The differential voltage Ud at the time the switching transistor 1 is switched on specifies the reference for the peak value U (T) of the AC component. Since the peak value U (T) is proportional to the differential voltage Ud with constant total resistance Ri + R2, constant inductance L and constant duty cycle tein, the influences of a changing supply voltage Uv and a changing voltage drop across Ri, R2 are switched off by changing the current setpoint . With such a change in Uv and IS0n, the differential voltage Ud also changes and thus the peak value U (T) is proportional to this. The influence of a change in resistance of Ri due to an increase in temperature is taken into account when determining the reference value for setpoint generator 22.
Bei noch nicht angezogenem elektromagnetischen Bauelement (Schaltrelais) 2 ist die Induktivität L klein. Damit steigt der Strom im Bauelement 2 stark an und die Einschaltdauer tein des Schalttransistors 1 ist gering. Die Einschaltdauer tein erreicht die vorgegebene Referenzzeit trer nicht und der Sollwertgeber 22 gibt folglich einen erhöhten Stromsollwert U(Isoii l') als Anzugsstrom ab. Bei angezogenem elektromagnetischen Bauelement (Schaltrelais) 2 steigt der Strom im Bauelement 2 wegen der grossen Induktivität L nur schwach an und die Einschaltdauer tein des Schalttransitors 1 ist gross. Die Einschaltdauer tein überschreitet die vorgegebene Referenzzeit trer und der Sollwertgeber 22 gibt folglich einen reduzierten Stromsollwert U(ISoii l") als Haltestrom ab. Die Einschaltdauer tem des Schalttransistors 1 wird also jeweils über die Zeiterfassungseinrichtung 16 ermittelt und der Sollwertgeber 22 gibt je nach momentan vorliegender einschaltdauer tein einen dem Schaltzustand des elektromagnetischen Bauelements 2 angepassten Stromsollwert vor. If the electromagnetic component (switching relay) 2 is not yet tightened, the inductance L is small. The current in component 2 thus rises sharply and the on-time tein of switching transistor 1 is short. The duty cycle tein does not reach the predetermined reference time trer and the setpoint generator 22 consequently emits an increased current setpoint U (Isoii l ') as the starting current. When the electromagnetic component (switching relay) 2 is attracted, the current in the component 2 rises only slightly due to the large inductance L and the on-time tein of the switching transistor 1 is long. The switch-on time tein exceeds the predetermined reference time trer and the setpoint generator 22 consequently emits a reduced current setpoint U (ISoii l ") as the holding current. The switch-on time tem of the switching transistor 1 is thus determined in each case via the time recording device 16 and the setpoint generator 22 outputs depending on the current one Duty cycle in front of a current setpoint adapted to the switching state of the electromagnetic component 2.
Dieser vom Sollwertgeber 22 vorgegebene Stromsollwert U(Isoii 1) wird jeweils dem Subtrahierer 14 und dem steuerbaren Addierer 15 zugeleitet. Der Subtrahierer 14 subtrahiert den Stromsollwert U(Ison 1) von der bewerteten Versorgungsspannung R2/(Ri + R2) • Uv und bildet auf diese Weise die Differenzspannung Ud im Einschaltaugenblick des Schalttransistors 1. Bei durchgeschaltetem Schalttransistor 1 wird dem Komparator 5 ein erhöhter Stromsollwert U(I5oii 2) = U(IS0n 1) + Ud zugeleitet. Dieser erhöhte Stromsollwert von U(Isoii2) bestimmt den Scheitelwert U(î) des Wechselstromanteiles, d.h. der Scheitelwert U(î) ist proportional der Differenzspannung Ud. This current setpoint U (Isoii 1) predetermined by the setpoint generator 22 is fed to the subtractor 14 and the controllable adder 15, respectively. The subtractor 14 subtracts the current setpoint U (Ison 1) from the evaluated supply voltage R2 / (Ri + R2) • Uv and in this way forms the differential voltage Ud at the instant when the switching transistor 1 is switched on. When the switching transistor 1 is switched on, the comparator 5 receives an increased current setpoint U (I5oii 2) = U (IS0n 1) + Ud fed. This increased current setpoint of U (Isoii2) determines the peak value U (î) of the AC component, i.e. the peak value U (î) is proportional to the differential voltage Ud.
Erreicht der Strom U(IjSt) den Wert The current U (IjSt) reaches the value
U(ISoii2) = U(Isoiii) + UD, U (ISoii2) = U (Isoiii) + UD,
so sperrt der Komparator 5 den Schalttransistor 1 und der steuerbare Addierer 15 gibt dem Komparator 5 gleichzeitig den reduzierten Stromsollwert the comparator 5 blocks the switching transistor 1 and the controllable adder 15 simultaneously gives the comparator 5 the reduced current setpoint
U(ISoii 2) = U(IS0,i 1) für den folgenden Einschaltaugenblick des Schalttransistors 1 vor. U (ISoii 2) = U (IS0, i 1) for the following switch-on instant of the switching transistor 1 before.
Zusammenfassend ist zu den elektronischen Schaltungsanordnungen gemäss Figuren 3 und 4 festzustellen, dass bei diesen Anordnungen der zum sicheren Anziehen eines Schaltrelais notwendige hohe Anzugsstrom nach Anzug des Relais auf einen niedrigeren Haltestrom abgesenkt wird. Dies ermöglicht das Betreiben eines Wechselstrom-Schaltrelais an Gleichstrom, sowie einen verlustleistungsarmen Betrieb des Schaltrelais. Für eine sichere Betriebsweise erfolgt die Absenkung von Anzugsstrom auf den Haltestrom nur dann, wenn das Schaltrelais sicher angezogen hat. Die Erfassung des Schaltzustandes des Relais erfolgt in beiden Fällen (Fig. 3, 4) durch Auswertung der unterschiedlichen magnetischen Induktion der Relaisspule (= elektromagnetisches Bauelement 2) im angezogenen und im nicht-angezogenen Zustand durch messtechnische Erfassung der Zeitkonstanten der Relaisspule. In summary, with regard to the electronic circuit arrangements according to FIGS. 3 and 4, it can be stated that in these arrangements the high pull-in current required for safely pulling in a switching relay is reduced to a lower holding current after the relay has been energized. This enables the operation of an AC switching relay with direct current, as well as a low-loss operation of the switching relay. For safe operation, the pull-in current is only reduced to the holding current when the switching relay has picked up safely. In both cases (Fig. 3, 4), the switching state of the relay is detected by evaluating the different magnetic induction of the relay coil (= electromagnetic component 2) in the energized and in the non-energized state by measuring the time constants of the relay coil.
Eine weitere Möglichkeit, den Schaltzustand des elektromagnetischen Bauelementes zu erfassen, besteht in der Verwendung eines mechanischen Hilfskontaktes. Die Umschaltung vom hohen Anzugsstrom auf den niedrigeren Haltestrom erfolgt dann in Abhängigkeit der Hilfskontaktstellung. Another option for detecting the switching state of the electromagnetic component is to use a mechanical auxiliary contact. The switchover from the high starting current to the lower holding current then takes place depending on the auxiliary contact position.
Durch Vorschalten einer Graetz-Brückenschaltung können alle beschriebenen elektronischen Schaltungsanordnungen auch By connecting a Graetz bridge circuit, all described electronic circuit arrangements can also
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
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40 40
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659 345 659 345
mit einer Wechselspannung als Versorgungsspannung Uv betrieben werden, wodurch sich der Nachteil der Anschlusspolarität aufhebt und sich weitere Vorteile ergeben. Der magnetische Kreis weist keine Kurzschlussringe mehr auf, wodurch sich das Bauvolumen verkleinert. Der Anker weist auch bei Steuerspan-nungsnulldurchgang (Versorgungsspannung) eine konstante Anzugskraft auf, so dass der übliche Brummton verschwindet. Schliesslich wird die durch die Unterscheidung gleichstrombetätigte Schaltgeräte - wechselstrombetätigte Schaltgeräte nötige Typenvielfalt um die Hälfte reduziert. can be operated with an alternating voltage as the supply voltage Uv, which eliminates the disadvantage of the connection polarity and results in further advantages. The magnetic circuit no longer has short-circuit rings, which reduces the construction volume. The armature has a constant pulling force even when the control voltage passes through zero (supply voltage), so that the usual humming sound disappears. Finally, the type variety required by the distinction between DC-actuated switching devices and AC-actuated switching devices is reduced by half.
Mit den erfindungsgemässen elektronischen Schaltungsanordnungen ist es weiterhin in einfacher Weise möglich, gewünschte Zeitfunktionen, wie z.B. Einschaltverzögerungen oder Ausschaltverzögerungen zu realisieren. With the electronic circuit arrangements according to the invention, it is also possible in a simple manner to carry out desired time functions, such as Realize switch-on delays or switch-off delays.
5 Die Erfindung wird verwendet zur Ansteuerung von Schaltrelais und Drosseln und zur Überwachung des Schaltzustandes von Schaltrelais, ferner zur messtechnischen Ermittlung der augenblicklichen Induktivität von elektromagnetischen Bauelementen bei Gleichstrombelastung, wie z.B. Sättigung von Dros-io sein. 5 The invention is used for controlling switching relays and chokes and for monitoring the switching state of switching relays, and for measuring the instantaneous inductance of electromagnetic components under direct current load, such as e.g. Satiety of Dros-io.
v v
3 Blätter Zeichnungen 3 sheets of drawings
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