DE2437316A1 - CONTROL CIRCUIT FOR FAST AND LOW-LOSS SWITCHING OF INDUCTIVITIES - Google Patents
CONTROL CIRCUIT FOR FAST AND LOW-LOSS SWITCHING OF INDUCTIVITIESInfo
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Description
Den 12. 11. 1973November 12, 1973
Ansteuerechaltung zum schnellen und verlustarmen Schalten von InduktivitätenControl circuit for fast and low-loss Switching of inductances
Die Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung zum schnellen und verlustarmen Schalten von Induktivitäten, die nach dem Schaltregler- und MehrBpannungsansteuerprinzip arbeitet, insbesondere für Schrittmotoren."The invention relates to a control circuit for the fast and low-loss switching of inductances, which works according to the switching regulator and multi-voltage control principle, especially for stepper motors. "
Es sind bereite Ansteuerschaltungen bekannt, die als Schaltregler wirken.Ready control circuits are known which act as switching regulators.
Die Abschaltenergie wird über Löschkombinationen vernichtet, wodurch sich neben der Wärmeentwicklung ein ungünstiger Wirkungsgrad ergibt. Nachteilig ist gleichermaßen der langsame Stromanstieg bei Inbetriebnahme der Ansteuerschaltung. The switch-off energy is destroyed by extinguishing combinations, which, in addition to the development of heat, results in an unfavorable Efficiency results. The slow current rise when the control circuit is put into operation is equally disadvantageous.
Bekannt ist weiterhin die Methode der Zweispannungs- . ansteuerung."The two-voltage method is also known. control. "
Die zwei notwendigen niederohmigen Stromversorgungen, von denen die.Unterspannung stabilisiert sein muß, bedeuten jedoch einen hohen technischen Aufwand. Der Zweck der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu.beseitigen.The two necessary low-resistance power supplies, of which the undervoltage must be stabilized mean however, a high technical effort. The purpose of the invention is to eliminate the disadvantages mentioned.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln eine Ansteuerschaltung nach dem Stromreglerbzw. Mehrspannungsansteuerungsprinaip zu realisieren, die sich durch kurze Schaltzeiten und einen möglichst hohen Wirkungsgrad ■ auszeichnet.The invention is therefore based on the object with simple means a control circuit after the Stromreglerbzw. To realize the multi-voltage control principle characterized by short switching times and the highest possible ■ efficiency.
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Diese Aufgabe wird in einer Ansteuerschaltung zum Schalten einer Induktivität erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Verwendung der Ausschaltenergie der Induktivität als Einschaltenergie beim Wiedereinschalten der Induktivität ein Energiespeicher und zwei Schaltelemente vorgesehen sind, durch die der Energiespeicher beim Ausschaltvorgang in Reihe und beim Einschaltvorgang parallel zur Induktivität geschaltet werden kann·This task is performed in a control circuit for switching an inductance according to the invention achieved in that to use the switch-off energy of the inductance an energy store and two switching elements as switch-on energy when the inductance is switched on again are provided through which the energy storage device in series during the switch-off process and in parallel during the switch-on process can be switched to inductance
Es ist vorteilhaft, wenn die Schaltelemente aus einer Diode und einem Transistor bestehen.It is advantageous if the switching elements consist of a diode and a transistor.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn der Energiespeicher mit einer hochohmigen Spannungsquelle verbunden ist, deren Spannung größer als die Eingangsspannung des Schaltreglers ist·It is also advantageous if the energy store is connected to a high-resistance voltage source, whose voltage is greater than the input voltage of the switching regulator
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden·The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the drawing will·
Der Spannungsabfall über einem Widerstand 1 ist einem Strom iT durch eine zu schaltende Induktivität 2 proportional und wird in einer Vergleichsstufe 3 mit einer Sollspannung Ug-,, verglichen· Sind die beiden Spannungswerte gleich, wird durch eine Treiberstufe 4 ein Transistor 5, der mit der Induktivität 2 in Reihe geschaltet ist, gesperrt· Parallel zur Induktivität 2 mit dem WiderstandThe voltage drop across a resistor 1 is proportional to a current i T through an inductance 2 to be switched and is compared in a comparison stage 3 with a nominal voltage Ug- of inductance 2 is connected in series, blocked · Parallel to inductance 2 with the resistor
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liegt eine aue einem Transistor 6 und einer Diode 7 bestehende Reihenschaltung, Der Transistor 6 wird nur vom Takt gesteuert· Ist der Transistor 5 infolge der Stromregelung gesperrt, der Transistor 6 jedoch durch den Takt geöffnet, bilden der Transietor 6 und die Freilaufdiode 7 einen niederohmigen Stromzweig parallel zur Induktivität 2 mit dem Widerstand 1. Dadurch wird eine große Abschaltdauer und eine niedrige Schaltfrequenz während der Stromregelphase erzielt, wae den V/irkungsgrad des Stromreglers verbessert· Der Transistor 5 schaltet wieder ein, wenn ein durch die Hysterese der Vergleichsstufe 3 bestimmter unterer Wert des Stromes ir erreicht wird. Zum Ausschalten der Induktivität 2 werden durch den Steuertakt die Transistoren 5 und 6 gesperrt· Ein Kondensator 8t der einerseits mit dem Transistor 6 und der Diode 7 und andererseits mit Masse verbunden ist« wird durch den Abschaltstrom der Induktivität 2 aufgeladen* Da der Kondensator 8 zu Beginn des Ausscheltevorgangee bereite auf die Spannung Uß aufgeladen ist, erfolgt die Abschaltung der Induktivität 2 "auf Gegenspannung11, wodurch ein schnelles Ab-If there is a series circuit consisting of a transistor 6 and a diode 7, the transistor 6 is only controlled by the clock If the transistor 5 is blocked as a result of the current regulation, but the transistor 6 is opened by the clock, the transistor 6 and the freewheeling diode 7 form a low-resistance Current branch parallel to inductance 2 with resistor 1.This results in a long switch-off time and a low switching frequency during the current control phase, which would improve the efficiency of the current regulator Value of the current ir is reached. To switch the inductor 2, transistors 5 and 6 are locked by the control clock · A capacitor 8 t on the one hand with the transistor 6 and the diode 7 and the other hand connected to ground "is charged by the cut-off current of the inductor 2 * Since the capacitor 8 At the beginning of the shackling process, ready to be charged to the voltage U ß , the inductance 2 ″ is switched off to the counter voltage 11 , which results in a rapid switch-off
schalten erreicht wird·switching is achieved
Die Aufladezeit t& beträgt näherungsweise»The charging time t & is approximately »
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L = Wert der Induktivität 2L = value of inductance 2
C = Kapazität des Kondensators 8.C = capacitance of the capacitor 8.
Die Spannung Uq am aufgeladenen Kondensator 8 beträgt ungefähr:The voltage Uq across the charged capacitor 8 is approximately:
J0 = Dauerstrom durch die Induktivität 2.J 0 = continuous current through inductance 2.
Zum erneuten Einschalten der Induktivität 2 werden die Transistoren 5 und 6 durch den Steuertakt geöffnet.To switch on the inductance 2 again, the transistors 5 and 6 are opened by the control clock.
Eine Entkoppeldiode 9 wird gesperrt, da die Spannung Uq am Kondensator 8 größer ist als die Betriebsspannung U-Q. Der Kondensator 8 wird über der Induktivität 2 entladen. Ist die Kondensatorspannung U« auf den Wert der Betriebsspannung U-n abgesunken, wird die Entkoppeldiode 9 wieder geöffnet und die Betriebsspannung UB liefert den Dauerstrom JQ für die Induktivität 2.A decoupling diode 9 is blocked because the voltage Uq across the capacitor 8 is greater than the operating voltage UQ. The capacitor 8 is discharged across the inductance 2. If the capacitor voltage U «has fallen to the value of the operating voltage Un, the decoupling diode 9 is opened again and the operating voltage U B supplies the continuous current J Q for the inductance 2.
Um beim ersten Einschalten der Induktivität 2 gleich einen schnellen Stromanstieg zu erreichen, wird der Kondensator 8 über einen Widerstand 10 auf eine Spannung UQ, die größer als die Betriebsspannung Ug ist, aufgeladen. Die Spannung Uq kann durch einfache Spannungsvervielfachung aus dem Netzteil für die Betriebsspannung Ug gewonnen werden. Durch das erfindungsgemäße Aus- und Einschalten der Induktivität 2 sind die Schaltzeiten sehr kurz und der Wirkungs grad günstig, da keine Abschaltenergie vernichtet, sondernIn order to achieve a rapid current rise when the inductance 2 is switched on for the first time, the capacitor 8 is charged via a resistor 10 to a voltage U Q which is greater than the operating voltage Ug. The voltage Uq can be obtained for the operating voltage Ug by simply multiplying the voltage from the power supply unit. By switching the inductance 2 on and off according to the invention, the switching times are very short and the degree of effectiveness is favorable, since no switching off energy is destroyed, but rather
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als Einschaltenergie verwendet wird. Die Schaltungsanordnung
beinhaltet nicht nur das Stromregler-, sondern auch das Zweispannungsansteuerungsprinzip· Der Vorteil
der erfindungsgemäßen Ansteuerung ist die netzseitige
Einsparung der Oberspannungsquelle und der notwendigen Stabilisierung der Unterspannung.gegenüber den Zweispannungsschaltern,
is used as switch-on energy. The circuit arrangement includes not only the current regulator, but also the two-voltage control principle. The advantage of the control according to the invention is that on the network side
Saving the high voltage source and the necessary stabilization of the undervoltage compared to the two-voltage switches,
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