DE2707524A1

DE2707524A1 - Treibschaltung

Info

Publication number: DE2707524A1
Application number: DE19772707524
Authority: DE
Inventors: Duncan Barry Hodgson
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1976-02-24
Filing date: 1977-02-22
Publication date: 1977-09-15
Also published as: US4109174A; FR2342616A1; IT1126203B; FR2342616B1; GB1571304A; JPS52125316A

Description

COHAUSZ Si PLORACK

D-4 DÜSSELDORF · SCHUMANNSTH. 97

PATENTANWÄLTE:
Dipl.-Ing. W. COHAUSZ ■ Dipl.-In₀. W. FLORACK · Dipl.-Ing. R. KNAUF Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER Dipl -Ing H B. COHAUSZ

Lucas Industries Limited Great King Street GB-Birmingham 18. Februar 1977 Treibschaltung

Die Erfindung betrifft eine Treibschaltung für einen Stoß piezoelektrischer Kristalle, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Schaltung in einfacher und zweckmäßiger Form vorzusehen.

Erfindungsgemäß ist eine Treibschaltung für einen Stoß piezoelektrischer Kristalle gekennzeichnet durch einen Induktor, einen ersten Schaltkreis, durch den der Induktor an eine Gleichstromquelle zum Durchfließenlassen eines Strome durch ihn anschließbar ist und der Mittel zum schnellen Verringern des Stromflusses zum Induktor von der Stromquelle aufweist, einen zweiten Schaltkreis, durch den Energie auf den Kristalletoß vom Induktor übertragen wird, wenn der von der Stromquelle fließende Strom verringert wird, und Mittel zum Übertragen von Energie auf den Induktor vom Kristallstoß dann, wenn der Stromfluß in dem Induktor zu erhöhen ist.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der erste Schaltkreis eine Diode in Reihe mit dem Induktor auf.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der zweite Schaltkreis eine weitere Diode auf, die in Reihe mit dem Stoß geschaltet ist, wobei der Stoß und die weitere Diode parallel zu der ersten Diode und zum Induktor parallelgesohaltet sind.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfhdung bestehen die Mittel zur

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Übertragung von iiergie aus einem Thyristor.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand von Treibschaltungen näher erläutert, die in den Schaltbildern in den Zeichnungen dargestellt sind.

Gemäß Fig. 1 sind Anschlüsse 10, 11 zum Anschluß an den PIu- und Minuspol einer Gleichstromquelle vorgesehen. Ferner ist eine Diode 12 vorgesehen, deren Anode mit dem Anschluß 10 und deren Kathode mit einem lüde eines Induktors 13 verbunden sind, dessen anderes Ende mit dem Kollektor eines n-p-n-Transistors 14 verbunden ist, dessen itaissionselektrode mit dem Anschluß 11 über einen Widerstand 15 verbunden ist.

Die Steuerelektrode des Traensistors ist mit dem Ausgangsanschluß eines ^erstärkers 16 verbunden, der mit Strom von den Anschlüssen 10, 11 versorgt wird und von dem ein .ingang mit der tmissionselek-

trode des Transistors und der andere Aßingang mit dem Anschluß 11 über einen Widerstand 17 verbunden sind. Ferner ist der andere .Jingangsanschluß des Verstärkers mit dem Anschluß 11 Über einen Widerstand 17 verbindbar. Außerdem kann der andere eingang mit dem Anschluß 10 über einen oder beide von zwei Widerständen 18, 19 verbunden werden. Schalter 20, 21 sind vorgesehen, um diese Verbindung herzustellen.

Der ^ristallstoß ist bei 22 gezeigt, und eine Platte ist mit dem Anschluß 10 verbünden, während die andere Platte 4mit der Kathode eier Diode 23 verbunden ist, deren Anode mit dem Kollektor des Transistors verbunden ist. Ferner ist die genannte andere Platte des Stosses mit der Anode eines Thyristors 24 verbunden, dessen Kathode mit der Kathode der Diode 12 verbunden ist. Ferner ist ein Zündkreis für den Thyristor vorgesehen, der einen Impulstransformator 25 aufweist.

Die Treibschaltung ist zur Lieferung einer Ladung von im wesentlichen Null am Kristallstoß zusammen mit zwei Ladungswerten vorgesehen.

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Die Arbeitsweise der Schaltung wird betrachtet, indem von dem Zeitpunkt auegegangen wird, bei dem beide Schalter 20, 21 geschlossen sind und der Kristallstoß 22 entladen ist. Bei geschlossenen Schaltern 20, 21 entsteht eine Spannung am Widerstand I7 durch eine Potentiometerwirkung, und der Verstärker 16 liefert Strom an die Steuerelektrode des Transistors, der dadurch leitend gemacht wird. Der entstehende Stromfluß in der Diode 12, in dem Induktor 13 und im Transistor 14 und im Widerstand I5 baut sich auf, bis die am Widerstand 15 entstandene Spannung gleich der ist, die am Widerstand I7 entstanden ist. Wenn nun beispielsweise der Schalter 21 geöffnet wird, fällt die am Widerstand 17 entstandene Spannung ab, und der Transistor hört zu leiten auf. Die Diode 23 leitet nun,und hnergie wird vom Induktor auf den Kristallstoß übertragen. Der im Induktor fließende Strom fällt, bis der Transistor wieder zu leiten beginnt, und zwar bei einer niedrigeren Stromstärke, die durch die Spannung am Widerstand 17 bestimmt wird. Der Kristallstoß wird deshalb auf einen ersten Spannungswert aufgeladen.

Wenn nun der andere Schalter geöffnet wird, wiederholt sich der Vorgang, und der Kristallstoß wird auf einen zweiten höheren Spannungswert aufgeladen. In diesem Falle jedoch fällt dier Strom im Induktor auf Null, weil keine Spannung am Widerstand I7 entsteht.

Um zum ursprünglichen Zustand zurückzukehren, werden beide Schalter geschlossen, und zur gleichen Zeit wird der Thyristor 24 gezündet. Der Kristallstoß entlädt sich nun durch den Thyristor, und weil der Stoß effektiv in Reihe mit der Gleichstromquelle verbunden ist, erfolgt ein schneller Anstieg im Stromfluß im Induktor, wenn die Diode 12 zu leiten beginnt, hört der Thyristor zu leiten auf und schaltet sich deshalb ab. Die Energie im Kristallstoß wird deshalb benutzt, um die Anstiegsrate des Stromflusses im Induktor zu beschleunigen, und damit kann die Schaltung mit einer höheren Frequenz arbeiten.

Der Kristallstoß im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird benutzt, um einen Kolben zu treiben, der einen Druckgeber zur Betätigung zweier auf Druck ansprechender Ventile bildet. Die Ventile arbeiten bei ver-

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schiedenen Drücken und dienen zur Regelung des Fließens von Treibmedium zu und von einem iJide eines Zylinders, der einen Betätigungskolben enthält, welcher einen Teil des Kraftstoffsystems eines Brennkraftmotors bildet.

Ls versteht sich, daß in einer praxis-nahen Schaltung die Schalter 20, 21 elektronische Schalter sind, die in einer Regelschaltung des Kraftstoffsystems eingebaut sind. Die Regelschaltung ist kferner dazu eingerichtet, den Zündimpuls für den Thyristor zu liefern.

In Fig. 2 ist eine Alternativanordnung der Schaltung gezeigt, in der die Positionen der Diode 12a und des Induktors 15 umgekehrt sind, ebenso die Positionen des Kristallstosses 22a und der Diode 2Ja.

Ferner ist in Fig. 3 eine weitere Alternative der Schaltung nach -"'ig. 1 gezeigt. In dieser ist der Widerstand in Reihe mit dem Kollektorjänissionswelektrodenweg des Transistors in eine andere Stelle in der Reihenschaltung gesetzt. Wie zu sehen ist, sitzt der Widerstand 25 zwischen dem AnsohluB 10 und der Diode 12. Die »Eingänge zum Verstfcker 16 sind ebenfalls geändert, ebenso die Positionen der Widerstände 17a, 18a, 19a in der Kette zwischen den »ÜngangsanschlüBsen 10 und

Fig. 4 und 5 zeigen Alternativpositionen für den Kristallstoß 22b, 22c im Vergleich zu den Schaltungen in Fig. 1 und J. Das ermöglicht es, daß eine Platte des Kristallstosses sich unter Hassespannung befindet, wenn die Schaltung in einem Negativmassensystem benutzt wird. -*

Fig. 6 zeigt eine Alternative zur Schaltung nach Fig. 4. In diesem Fall ist ein Eingang des Verstärkers mit einen Punkt zwischen dem Widerstand 17 und den beiden Widerständen 18, 19 verbunden, und der andere Eingang ist mit einem Punkt zwischen zwei reihengeschalteten Widerständen 26, 27 verbunden, die parallel zum Kristallstoß 22b geschaltet sind. Die Spannung an der Verbindung zwisohen den Widerständen 26, 27 wird deshalb vom Verstärker 16 mit der Spannung verglichen, die von den Schaltern 20, 21 eingestellt wird. Ferner ist die Vor-

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spannung am Verstärker 16 so eingerichtet, daß dann, wenn der Stoß entladen ist und die Schalter 20 und 21 geöffnet sind, der Transistor 14 leitet und ein Stromfluß im Induktor vonetattengeht.

Wenn nun der Schalter 20 geschlossen wird, hört der Transistor zu leiten auf, und die Energieübertragung zum Kristallstoß erfolgt. Die Spannung am Kristallstoß steigt, bis die beiden Eingangsspannungen, die an den Verstärker angelegt werden, gleich sind, und zu diesem Zeitpunkt beginnt der Transistor zu leiten, und eine weitere Energieübertragung zwischen dem Induktor und dem Stoß hört auf.

Wenn nun dar Schalter 21 geschlossen wird, erfolgt eine weitere Energieübertragung. Wenn der Kristallstoß entladen werden muß, werden die Schalter 20, 21 geöffnet, und der Thyristor wird gezündet, und wiederum wirkt die Entladung des Stosses zur Beschleunigung der Anstiegsrate im Stromfluß Ib Induktor.

In Fig. 7 ist eine Schaltungsanordnung gezeigt, die eine Abwandlung der Schaltung naoh Fig. 4 ist, die jedoch ein Entladen des Stosses 22b in zwei Stufen gestattet. Parallel zum Stoß kist eine Reihenschaltung geschaltet, beetehtend aus einem Kondensator 26, einem Widerstand 31 und einem weiteren Thyristor 30, dessen Kathode mit dem Anschluß 11 verbunden ist. Ferner ist ein Punkt zwischen dem Kondensator 28 und dem Widerstand 31 mit der Kathode einer Diode 29 verbunden, deren Anode mit dem Anschluß 11 verbunden ist.

Wenn bei Aufladung des Stosses 22b auf seinen höheren Wert der Thyristor 30 gezündet wird, wird der Stoß in den Kondensator 28 entladen. Als Folge davon ist die Gesamtänderung die gleiche, die Ladung am Stoß wird jedoch verringert. Der Widerstand 31 sorgt für eine Begrenzung des Stromflusses, und wenn die Ladungβteilung abgeschlossen ist, whört der Thyristor 30 zu leiten auf. Wenn eine vollständige iäntladung des Stosses erforderlich ist und die Schalter 20 und 21 geöffnet sind und der Thyristor 24 gezündet ist. Die endgültige Entladung des Stosses bwirkt auch eine Entladung des Kondensators 28 über die Diode 29.

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Die beschriebenen Schaltungen ermöglichen ein schnelles Laden und jint· laden des Kristallstosses. Ferner geht die Aufladen des Stosaes Kristalle erforderliche iaiergie während des ^ntladungsvorgangs nicht v&rloren, wiel sie benutzt wird, um die Rate zu erhöhen, mit der der Anstieg im Stromfluß im Induktor vonstatteng&ht. üs versteht sich, daß ein gewisser Verlust von %ergie in den Schaltungsbauteilen als Folge von Widerstandsverluaten auftritt.

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Claims

Ansprüche

1. Treibschaltung für einen Stoß piezoelektrischer Kristalle, gekennzeichnet durch einen Induktor, einen ersten Schaltkreis, durch den der Induktor an eine Gleichstromquelle zum Durchfliegenlassen von Strom durch ihn anschließbar ist und der Mittel zum schnellen Verringern des Etromflusses zum Induktor von der Stromquelle aufweist, einen zweiten Schaltkreis, durch den energie auf den Kristallstoß vom Induktor übertragen wird, wenn der von der Stromquelle fließende Strom verringert wird, und Mittel zum übertragen von Energie auf den Induktor vom Kristallstoß dann, wenn der Stromfluß in dem Induktor zu erhöhen ist.

2. Treibschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schaltkreis eine Diode, die in Reihe mit dem Induktor geschaltet ist, und weitere Mittel aufweist, die in Reihe mit der Diode und dem Induktor zur Bestimmung des Stromflusses durch den Induktor von der Stromquelle geschaltet sind.

5. Treibschaltung nach Anspruch 2, dadurch)* gekennzeichnet, daß die weiteren Mittel einen Transistor, dessen Kollektor-cinissionselektrodenweg in Reihe mit dem Induktor geschaltet ist, und eine Schalteranordnung aufweisen, die so betätigbar ist, daß der Stromfluß in dem Transistor geändert wird.

4· Treibsohaltung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Verstärker zur Versorgung des Transistors mit Steuerelektrodenstrom, wobei der Verstärker zwei Eingänge hat, von denen einer von der Schalteranordnung gesteuert wird.

5« Treibschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteranordnung zwei Schalter aufweist, die so betätigbar sind, daß an dem einen Eingang des Verstärkers mindestens drei Spannungswerte anlegbar sind.

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6. Treibschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der andere τ ingang des Verstärkers mit einem Punkt im ersten Schaltkreis verbunden ist, dessen Spannung sich entsprechend dem Stromfluß im Induktor ändert.

7. Treibschaltung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Widerstand im ersten Schaltkreis, der mit einem Ende mit einem von zweien der Anschlüsse und mit dem anderen ende mit dent übrigen Teil des ersten Schaltkreises verbunden ist, wobei das andere Ende des Widerstands mit dem anderen Eingang des Verstärkers verbunden ist.

8. Treibschaltung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß der andere der Eingänge des Verstärkers mit einem Punkt zwischen zwei Widerständen verbunden ist, die parallel zu dem Stoß Kristalle geschaltet sind.

9. Treibschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schaltkreis eine weitere Diode aufweist, die so gepolt ist, daß ein Aufladen des Stosses Kristalle dann ermöglicht wird, wenn der Stromfluß durch den Induktor verringert ist.

10. Treibschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladestrom der Kristalle durch die erstgenannte Diode fließt.

11. Treibschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Übertragen von Energie auf den Induktor einen Thyristor aufweisen und daß Mittel zum Zünden des Thyristors vorgesehen sind, wenn der Stoß Kristalle im wesentlichen zu entladen ist.

12. Treibschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor zwischen einen Anschluß des Stosses Kristalle und einen Punkt zwischen der erstgenannten Diode und dem Induktor geschaltet ist und daß der andere Anschluß des Stosses mit

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einem der beiden Anschlüsse verbunden ist.

13· Treibschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die so betätigbar sind, daß die Ladung an dem Stoß Kristalle verringerbar ist.

14· Treibschaltung nach Anspruch 15» dadurch gekennz eichnet, daß die Mittel, die zum Verringern der Ladung betätigbar sind, einen Kondensator und einen weiteren Thyristor in Reihe mit dem Kondensator aufweisen, wobei der wei tere» Thyristor und der Kondensator zu dem Sto£ Kristalle parallelgeschaltet sind, wobei Mittel zum Zünden des weiteren Thyristors vorgesehen sind, derart, daß der Stoß Kristalle seine Ladung mit dem Kondensator teilt.

15· Treibschaltung nach Anspruch 14» gekennzeichnet durch eine Diode parallel zum weiteren Thyristor, derart, daß bei einer Betätigung der Mittel zum Übertragen von Snergie die Ladung an dem Kondensator auch zur Verstärkung des Streomflusses im Induktor benutzt wird.

16. Treibschaltung nach Anspruch 13» gekennzeichnet durch einen Widerstand in Reihe mit dem weiteren Thyristor.

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