DE29600866U1 - Circuit arrangement for controlling solenoid valves - Google Patents
Circuit arrangement for controlling solenoid valvesInfo
- Publication number
- DE29600866U1 DE29600866U1 DE29600866U DE29600866U DE29600866U1 DE 29600866 U1 DE29600866 U1 DE 29600866U1 DE 29600866 U DE29600866 U DE 29600866U DE 29600866 U DE29600866 U DE 29600866U DE 29600866 U1 DE29600866 U1 DE 29600866U1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- current
- circuit arrangement
- arrangement according
- coil
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 25
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 4
- 244000309464 bull Species 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000003079 width control Methods 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 108010076504 Protein Sorting Signals Proteins 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000003679 aging effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
- H01H47/22—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil
- H01H47/32—Energising current supplied by semiconductor device
- H01H47/325—Energising current supplied by semiconductor device by switching regulator
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F7/00—Magnets
- H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
- H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
- H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
- H01F7/1805—Circuit arrangements for holding the operation of electromagnets or for holding the armature in attracted position with reduced energising current
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F7/00—Magnets
- H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
- H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
- H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
- H01F7/1844—Monitoring or fail-safe circuits
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Magnetically Actuated Valves (AREA)
- Gear-Shifting Mechanisms (AREA)
Description
29.12.1995 G17 304- retal29.12.1995 G17 304- retal
Festo KG , 73734 EsslingenFesto KG , 73734 Esslingen
Schaltungsanordnung zur Steuerung von MagnetventilenCircuit arrangement for controlling solenoid valves
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung von Magnetventilen oder anderen Elektromagnetanordnungen, mit einem während eines vorgebbaren Zeitintervalls ab dem Beginn eines Schaltsignals für das Magnetventil dessen Magnetspule mit einem hohen Nominalstrom als Anzugsstrom beaufschlagenden Zeitglied, und mit einer Stromtakteinrichtung zur Erzeugung eines durch Taktung verringerten Haltestroms nach diesem Zeitinterval1. The invention relates to a circuit arrangement for controlling solenoid valves or other electromagnet arrangements, with a timing element that applies a high nominal current as a starting current to the solenoid valve's magnetic coil during a predeterminable time interval from the start of a switching signal for the solenoid valve, and with a current clock device for generating a holding current reduced by clocking after this time interval1.
Insbesondere wenn Magnetventile bzw. Magnetspulen zu Ventilgruppen zusammengefaßt sind, treten besonders im Dauerbetrieb Wärmeprobleme auf, da sich die dicht gepackten Spulen gegenseitig aufheizen und die nutzbare Oberfläche zur Wärmeabstrahlung reduziert ist. Kommt dann noch die Verlustwärme der Kontroll- und Steuerelektronik hinzu, so besteht die Gefahr, daß die zulässigen Temperaturgrenzen der Magnetventile bzw. Magnetspulen erreicht oder überschritten werden. Andererseits gehtIn particular, when solenoid valves or solenoid coils are combined to form valve groups, heat problems occur, especially in continuous operation, as the tightly packed coils heat each other up and the usable surface for heat radiation is reduced. If the heat loss from the control electronics is added to this, there is a risk that the permissible temperature limits of the solenoid valves or solenoid coils are reached or exceeded. On the other hand,
• ..• ..
.,&idigr; &igr;..,&idr;&igr;.
eine Reduzierung der Spulenleistung und eine Vergrößerung der Vorsteuerstufen negativ in das Schaltverhalten der Magnetventile ein. Eine Reduzierung der zulässigen maximalen Umgebungstemperatur engt die Einsatzgebiete ein und wird vom Markt nicht akzeptiert. Das gleiche gilt für eine aktive Kühlung durch Gebläse.a reduction in the coil power and an increase in the pilot stages have a negative impact on the switching behavior of the solenoid valves. A reduction in the permissible maximum ambient temperature limits the areas of application and is not accepted by the market. The same applies to active cooling by fans.
Eine elektronische Stromabsenkung, die beispielsweise aus der DE 3741619 bekannt ist, verbleibt somit als einzige Möglichkeit, die notwendige mechanische Kraft weiterhin aufzubringen, und gleichzeitig die Verlustwärme des Magnetventils zu senken. Das Prinzip der Stromabsenkung beruht darauf, daß während der Anzugsphase eine Hochstromphase (Nominal strom) die notwendige mechanische Anzugskraft garantiert, um die neue angestrebte Ventilstellung zu erreichen. Ist die neue Endlagenposition erreicht, wird der Strom auf ein Niveau abgesenkt, das noch das Beibehalten der erreichten Stellung in jedem Fall garantiert. An electronic current reduction, which is known for example from DE 3741619, therefore remains the only possibility of continuing to apply the necessary mechanical force, and at the same time reducing the heat loss of the solenoid valve. The principle of the current reduction is based on the fact that during the pull-in phase a high current phase (nominal current) guarantees the necessary mechanical pull-in force in order to reach the new desired valve position. Once the new end position is reached, the current is reduced to a level that still guarantees that the position reached is maintained in any case.
Bei der bekannten Schaltungsanordnung wird zur Herabsetzung des Nominalstroms dieser mit konstantem Taktverhältnis und konstanter Frequenz getaktet. Da jedoch der Spulenwiderstand, die Spuleninduktivität, die Streukapazität, die Versorgungsspannung, Bauteiletoleranzen und Alterungseffekte in das Betriebsverhalten stark eingehen, kann kein genauer Arbeitspunkt eingehalten werden, und der Haltestrom muß immer noch so hoch gewählt werden, daß er auch bei ungünstigster Kombination der Einflüsse nochIn the known circuit arrangement, the nominal current is clocked with a constant duty cycle and constant frequency in order to reduce it. However, since the coil resistance, the coil inductance, the stray capacitance, the supply voltage, component tolerances and aging effects have a strong influence on the operating behavior, no precise operating point can be maintained and the holding current must always be selected so high that it is still sufficient even with the most unfavorable combination of influences.
ausreicht. Hierdurch entsteht immer noch eine unnötig hohe Verlustleistung und eine entsprechende Wärmeentwicklung. Auch bei anderen bekannten Verfahren durch Vorschaltwiderstände entsteht unerwünschte Verlustleistung. Bekannt ist auch eine zentral gesteuerte Taktung der zu Ventilgruppen zusammengefaßten Magnetventile. Das gleichzeitige Schalten aller Spulen verursacht unerwünschte hochfrequente Störungen, die auf den Zuleitungen abgestrahlt werden.is sufficient. This still results in an unnecessarily high power loss and a corresponding development of heat. Other known methods using series resistors also result in undesirable power loss. Centrally controlled timing of the solenoid valves combined into valve groups is also known. The simultaneous switching of all coils causes undesirable high-frequency interference, which is radiated on the supply lines.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Absenkung des Haltestroms auf einen exakteren Wert zu erreichen, der weitgehend unabhängig von Bauteiletoleranzen und Parasitäreffekten ist.An object of the present invention is therefore to achieve a reduction of the holding current to a more precise value that is largely independent of component tolerances and parasitic effects.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Strommeßeinrichtung zu Erfassung des Spulenstroms vorgesehen ist, und daß die Stromtakteinrichtung eine Pulsweiten-Regeleinrichtung für den getakteten Haltestrom aufweist, die den Haltestrom durch Regelung des Puls-Pausenverhältnisses in Abhängigkeit des erfaßten Spulenstroms auf einen vorgebbaren Wert absenkt.This object is achieved according to the invention in that a current measuring device is provided for detecting the coil current, and in that the current clock device has a pulse width control device for the clocked holding current, which reduces the holding current to a predeterminable value by controlling the pulse-pause ratio depending on the detected coil current.
Durch die erfindungsgemäße Regelung des Spulstroms auf einen vorgebbaren Wert wird dieser auch beispielsweise bei Veränderung der Versorgungsspannung oder bei Alterungserscheinungen der beteiligten Bauelemente sicher erreicht. Er kann daher so niedrig gewählt werden, daß die erreichte Venti1stellung gerade noch beibehalten wird. Hierdurch kann die Verlustwärme deut-By regulating the coil current to a predeterminable value according to the invention, this is reliably achieved even if the supply voltage changes or if the components involved show signs of aging. It can therefore be selected so low that the valve position achieved is just about maintained. This can significantly reduce the heat loss.
lieh reduziert werden. Darüber hinaus ist ein erweiterter Betriebsspannungsbereich möglich, wobei die Betriebsspannung sogar verändert werden kann, ohne daß sich dies auf den Haltestrom auswirkt. Da jedes Magnetventil seinen eigenen Taktgenerator mit geringen Frequenzabweichungen hat, und das Impuls-Pausenverhältnis individuell geregelt wird, werden gleichzeitige Schaltflanken vermieden, die zu hochfrequenten Störungen führen könnten.can be reduced. In addition, an extended operating voltage range is possible, whereby the operating voltage can even be changed without affecting the holding current. Since each solenoid valve has its own clock generator with small frequency deviations and the pulse-pause ratio is individually controlled, simultaneous switching edges that could lead to high-frequency interference are avoided.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Schaltungsanordnung möglich.The measures listed in the subclaims enable advantageous further developments and improvements of the circuit arrangement specified in claim 1.
Der vorgebbare Wert des Haltestroms wird vorzugsweise als vorgebbarer Prozentwert des Nominalstroms festgelegt. Dabei beträgt dieser Prozentwert insbesondere 30 bis 40%.The predeterminable value of the holding current is preferably defined as a predeterminable percentage of the nominal current. This percentage is in particular 30 to 40%.
Um den Strom durch die Magnetspule zu takten, steuert die Stromtakteinrichtung zweckmäßigerweise einen in Reihe zur Magnetspule geschalteten Halbleiterschalter. Dabei enthält die Stromtakteinrichtung in einer vorteilhaften Ausführungsform einen Frequenzgenerator mit vorzugsweise fester Taktfrequenz, der insbesondere als Sägezahngenerator ausgebildet ist.In order to clock the current through the magnetic coil, the current clocking device expediently controls a semiconductor switch connected in series with the magnetic coil. In an advantageous embodiment, the current clocking device contains a frequency generator with a preferably fixed clock frequency, which is designed in particular as a sawtooth generator.
Zur Regelung des Puls-Pausenverhältnisses ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung ein ausgangssei tig die Steuertaktfolge für den Halbleiterschalter vorgebender Komparator vorgesehen,In order to regulate the pulse-pause ratio, an advantageous design provides a comparator on the output side that sets the control clock sequence for the semiconductor switch.
dessen erster Eingang mit dem Ausgang des Frequenzgenerators und dessen zweiter Eingang mit einem vom erfaßten Spulenstrom abhängigen Signal beaufschlagt ist. Eine leichte Einstellbarkeit des Puls-Pausenverhältnisses wird dadurch erreicht, daß das vom Spulenstrom abhängige Signal das Ausgangssignal eines Differenzverstärkers ist, an dessen erstem Eingang das Meßsignal des Spulenstroms und an dessen zweitem Eingang ein Sollwertsignal anliegt, durch das beispielsweise das Puls-Pausenverhältnis im Nominalbetrieb auf 50% festgelegt werden kann, so daß ein optimaler Regel Spielraum garantiert ist. Der erste Eingang ist dabei zweckmäßigerweise der invertierende Eingang.whose first input is connected to the output of the frequency generator and whose second input is connected to a signal dependent on the coil current measured. The pulse-pause ratio can be easily adjusted by the fact that the signal dependent on the coil current is the output signal of a differential amplifier, at whose first input the measurement signal of the coil current is present and at whose second input a setpoint signal is present, by means of which, for example, the pulse-pause ratio can be set to 50% in nominal operation, so that an optimal control range is guaranteed. The first input is expediently the inverting input.
Als Strommeßeinrichtung eignet sich ein Shuntwiderstand, durch den ebenfalls ein Puls-Pausenverhältnis für den Nominal betrieb vorgewählt werden kann. Durch entsprechende Anpassung des Shuntwertes kann dieser Shuntwiderstand für jede Spulengröße verwendet werden.A shunt resistor is suitable as a current measuring device, which can also be used to preselect a pulse-pause ratio for nominal operation. By adjusting the shunt value accordingly, this shunt resistor can be used for any coil size.
Eine erste vorteilhafte Möglichkeit zur Einstellung des hohen Anzugsstroms während des vorgebbaren Zeitinterva11s besteht dadurch, daß das Zeitglied einen parallel zum Shuntwiderstand geschalteten Schalter während des vorgebbaren Zeit interval 1s schließt. Dadurch ist die Stromtakteinrichtung während dieses vorgebbaren Zeitinterval1s außer Funktion.Eine andere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, daß das Zeitglied den in Reihe zur Magnetspule geschalteten Halbleiterschalter direktA first advantageous possibility for setting the high starting current during the predeterminable time interval is that the timing element closes a switch connected in parallel to the shunt resistor during the predeterminable time interval 1s. As a result, the current pulse device is not functional during this predeterminable time interval. Another advantageous possibility is that the timing element directly closes the semiconductor switch connected in series to the magnetic coil.
während des vorgebbaren Zeitintervalls schließt.closes during the specified time interval.
Bei immer kleineren Magnetventilen und damit auch kleineren Spulenströmen erreicht oder übertrifft der Betriebsstrom der obligatorischen Zustandsanzeige, die häufig durch Leuchtdioden realisiert wird, häufig die Größe des Spulenstroms. Hier ist noch eine weitere vorteilhafte Möglichkeit der zusätzlichen Wärmeeinsparung gegeben, indem parallel zur Magnetspule eine Leuchtdiode (Led) geschaltet ist. Wird die Magnetspule abgeschaltet, so entsteht eine Induktionsspannung, die üblicherweise durch Frei laufdioden begrenzt wird, d.h.,der Energieinhalt der Magnetspule wird durch die Frei laufdiode vernichtet. Durch die Leuchtdiode in diesem Freilaufpfad wird der Spulenentladestrom für die Statusanzeige verwendet, d.h., der Betrieb der Anzeige bedeutet keine zusätzliche Wärmequelle und die Spulenenergie wird dadurch praktisch zurückgewonnen. Durch die üblicherweise hohe Schaltfrequenz leuchtet die Leuchtdiode scheinbar kontinuierlich. Gleichzeitig ist die Anzeige eine Kontrolle, daß die Magnetspule tatsächlich bestromt wird, im Gegensatz zu den üblichen Anzeigen. Zweckmäßigerweise ist allerdings in Reihe zur Leuchtdiode noch eine Schutzdiode geschaltet. With ever smaller solenoid valves and thus also smaller coil currents, the operating current of the obligatory status display, which is often implemented using LEDs, often reaches or exceeds the size of the coil current. Here, there is another advantageous possibility of additional heat savings by connecting a light-emitting diode (LED) in parallel to the solenoid coil. If the solenoid coil is switched off, an induction voltage is generated, which is usually limited by freewheeling diodes, i.e. the energy content of the solenoid coil is destroyed by the freewheeling diode. The LED in this freewheeling path means that the coil discharge current is used for the status display, i.e. the operation of the display does not mean an additional heat source and the coil energy is practically recovered. Due to the usually high switching frequency, the LED lights up apparently continuously. At the same time, the display is a check that the solenoid coil is actually being energized, in contrast to the usual displays. However, it is advisable to connect a protective diode in series with the LED.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Two embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. They show:
,: j,: j
Fig. 1 das Schaltbild einäs e/stejVAiSsJ üh.r,HFiäsbei spiel s,Fig. 1 shows the circuit diagram of an example of a control system,
Fig. 2 das Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels,Fig. 2 shows the circuit diagram of a second embodiment,
Fig. 3 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der prinzipiellen Wirkungsweise undFig. 3 a signal diagram to explain the basic mode of operation and
Fig. 4 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Regelung des Puls-Pausenverhältnisses.Fig. 4 is a signal diagram to explain the operation of the pulse-pause ratio control.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Reihenschaltung der Schaltstrecke eines als Mosfet ausgebildeten Halbleiterschalters 10 mit einer Magnetspule 11 und einem Shuntwiderstand 12 mit einer Versorgungsspannung V beaufschlagt. Die schematische Darstellung der Magnetspule 11 zeigt einen ohmschen und einen induktiven Anteil. Bei dieser Magnetspule 11 handelt es sich beispielsweise um die Magnetspule eines Magnetventils, jedoch kann die Magnetspule 11 auch für einen sonstigen Elektromagneten oder ein sonstiges Stellglied vorgesehen sein.In the embodiment shown in Fig. 1, the series connection of the switching path of a semiconductor switch 10 designed as a MOSFET with a magnetic coil 11 and a shunt resistor 12 is supplied with a supply voltage V. The schematic representation of the magnetic coil 11 shows an ohmic and an inductive component. This magnetic coil 11 is, for example, the magnetic coil of a solenoid valve, but the magnetic coil 11 can also be provided for another electromagnet or another actuator.
Parallel zur Reihenschaltung der Magnetspule 11 mit dem Shuntwiderstand 12 ist die Reihenschaltung einer Leuchtdiode 13 mit einer Schutzdiode 14 geschaltet. Die am Shuntwiderstand 12 abgegriffene Spannung U12 wird in einem integrierten Schaltkreis 15 dem invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 16 zugeführt, an dessen nicht invertierenden Eingang ein Sollwert U17 eines Sollwert-Vorgabestufe 17 angelegt ist. Der AusgangParallel to the series connection of the magnetic coil 11 with the shunt resistor 12, the series connection of a light-emitting diode 13 with a protective diode 14 is connected. The voltage U12 tapped at the shunt resistor 12 is fed in an integrated circuit 15 to the inverting input of a differential amplifier 16, to whose non-inverting input a setpoint U17 of a setpoint setting stage 17 is applied. The output
des Differenzverstärkers 16 i*st nut "Jem n**ch*f invertierenden Eingang eines Komparators 18 verbunden, dessen invertierendem Eingang die Sägezahnspannung U19 eines Sägezahngenerators 19 zugeführt ist. Der Ausgang des Komparators 18 ist mit einem Eingang eines UND-Gatters 20 verbunden, dessen zweiter Eingang mit einer Eingangsklemme 21 verbunden ist, an die Steuersignale U21 zum Einschalten bzw. Erregen der Magnetspule 11 angelegt werden können.of the differential amplifier 16 is connected to only one inverting input of a comparator 18, to whose inverting input the sawtooth voltage U19 of a sawtooth generator 19 is fed. The output of the comparator 18 is connected to an input of an AND gate 20, the second input of which is connected to an input terminal 21, to which control signals U21 for switching on or energizing the magnetic coil 11 can be applied.
Der Ausgang des UND-Gatters 20 stellt gleichzeitig den Ausgang des integrierten Schaltkreises 15 dar und steuert einen als Schalter dargestellten Halbleiterschalter 22, der prinzipiell auch als Relais od.dgl. ausgebildet sein könnte. Durch diesen Halbleiterschalter 22 kann das Gate bzw. der Steueranschluß des Halbleiterschalters 11 mit Masse bzw. dem negativen Pol der Versorgungsspannung V verbunden werden. Die Gate-Source-Strecke des Halbleiterschalters 10 ist dabei in üblicher Weise durch einen Gate-Source-Widerstand 23 überbrückt.The output of the AND gate 20 simultaneously represents the output of the integrated circuit 15 and controls a semiconductor switch 22 shown as a switch, which in principle could also be designed as a relay or the like. Through this semiconductor switch 22, the gate or the control connection of the semiconductor switch 11 can be connected to ground or the negative pole of the supply voltage V. The gate-source path of the semiconductor switch 10 is bridged in the usual way by a gate-source resistor 23.
Die Eingangsklemme 21 ist weiterhin an den Triggereingang eines Zeitglieds 24 angeschlossen, dessen Ausgang einen weiteren Halbleiterschalter 25 steuert, dessen Schaltstrecke parallel zu der des Halbleiterschalters 22 geschaltet ist. Das Zeitglied 24 erzeugt ab der Anstiegsflanke des Signals U21 ein Ausgangssignal U24 während eines Ze it interval 1s ti.The input terminal 21 is also connected to the trigger input of a timing element 24, the output of which controls another semiconductor switch 25, the switching path of which is connected in parallel to that of the semiconductor switch 22. The timing element 24 generates an output signal U24 from the rising edge of the signal U21 during a time interval 1s ti.
Die Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend anhand der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Signaldiagramme erläutert. Wie bereits erläutert,The operation of the first embodiment shown in Fig. 1 is explained below using the signal diagrams shown in Figs. 3 and 4. As already explained,
wird durch die Anstiegsflanke des Schaltsignals U21 das Zeitglied 24 getriggert, so daß der Halbleiterschalter 25 durch das Ausgangssignal U24 dieses Zeitglieds 24 während des Zeitintervalls ti geschlossen wird. Entsprechend wird während dieses Intervalls der in Reihe zur Magnetspule 11 liegende Halbleiterschalter 10 stromleitend.und es fließt ein Strom 111 durch diese Magnetspule 11. Während dieses Zeitinterval1s ti liegt dadurch eine Spannung LM1 an der Magnetspule 11 an, die im wesentlichen der Versorgungsspannung V von beispielsweise 24 Volt entspricht. Während dieses Zeitintervalls fließt daher durch die Magnetspule 11 nach einer üblichen Stromanstiegsphase ein hoher Anzugsstrom Ia, der beispielsweise im Falle eines Magnetventils oder Elektromagneten die notwendige mechanische Kraft garantiert, um in die entsprechende Schaltstellung zu gelangen.the rising edge of the switching signal U21 triggers the timer 24, so that the semiconductor switch 25 is closed by the output signal U24 of this timer 24 during the time interval ti. Accordingly, during this interval the semiconductor switch 10, which is connected in series with the magnet coil 11, becomes conductive and a current 111 flows through this magnet coil 11. During this time interval ti, a voltage LM1 is therefore applied to the magnet coil 11, which essentially corresponds to the supply voltage V of, for example, 24 volts. During this time interval, a high starting current Ia therefore flows through the magnet coil 11 after a usual current rise phase, which, for example, in the case of a magnet valve or electromagnet, guarantees the necessary mechanical force to reach the corresponding switching position.
Nach dem Ende des Zeitinterval1s wird der Halbleiterschalter 10 wieder durch öffnen des Halbleiterschalters 25 gesperrt und der Strom 111 sinkt ab, bis er einen Wert Ib erreicht, der das Beibehalten der erreichten Schaltstellung des Magnetventils od.dgl. in jedem Fall garantiert. Dieser Haltestrom Ib entspricht beispielsweise 30 bis 40% des NominalStroms Ia.After the end of the time interval, the semiconductor switch 10 is blocked again by opening the semiconductor switch 25 and the current 111 drops until it reaches a value Ib that guarantees that the achieved switching position of the solenoid valve or the like is maintained in any case. This holding current Ib corresponds, for example, to 30 to 40% of the nominal current Ia.
Die Erzeugung des getakteten Haltestroms wird nun anhand des in Fig. 4 dargestellten Signaldiagramms erläutert. Dieser Haltestrom wird auf einen vorgegebenen Sollwert in Abhängigkeit des durch die Magnetspule 11 fließenden Stroms geregelt. Die amThe generation of the clocked holding current is now explained using the signal diagram shown in Fig. 4. This holding current is regulated to a predetermined setpoint depending on the current flowing through the magnetic coil 11. The
- 10 -- 10 -
Differenzverstärker 16 anliegende stromabhängige Spannung U12 und die Sollwertspannung U17 werden im Differenzverstärker 16 verstärkt und invertiert, d.h., die Ausgangssignalfolge des Differenzverstärkers 16 weist eine entgegengesetzte Steigung zur Eingangssignalfolge U12 auf. Diese Spannung U16 bildet sich während der Haltestromphase als sägezahnartige Spannung aus und wird im Komparator 18 mit der Sägezahnspannung U19 des Sägezahngenerators 19 verglichen. Jeweils bei überschreiten der Spannung U19 durch die Spannung U16 wird über den Ausgang des Komparators 18, das UND-Gatter 20 und den Halbleiterschalter der Halbleiterschalter 10 leitend, so daß der Strom durch die Magnetspule 11 und damit durch den Shuntwiderstand 12 wieder ansteigt, wie aus dem Anstieg der Spannung U12 jeweils erkennbar ist. Bei Unterschreiten der Spannung U19 durch die Spannung U16 wird umgekehrt der Halbleiterschalter 10 gesperrt, so daß der Strom durch den Shuntwiderstand 12 und damit die Spannung U12 wieder abfällt, während im gleichen Zuge die Spannung U16 wieder ansteigt.The current-dependent voltage U12 applied to the differential amplifier 16 and the setpoint voltage U17 are amplified and inverted in the differential amplifier 16, i.e. the output signal sequence of the differential amplifier 16 has an opposite gradient to the input signal sequence U12. This voltage U16 forms as a sawtooth-like voltage during the holding current phase and is compared in the comparator 18 with the sawtooth voltage U19 of the sawtooth generator 19. Whenever the voltage U19 is exceeded by the voltage U16, the semiconductor switch 10 becomes conductive via the output of the comparator 18, the AND gate 20 and the semiconductor switch, so that the current through the magnetic coil 11 and thus through the shunt resistor 12 increases again, as can be seen from the increase in the voltage U12. Conversely, if the voltage U16 falls below the voltage U19, the semiconductor switch 10 is blocked, so that the current through the shunt resistor 12 and thus the voltage U12 drops again, while at the same time the voltage U16 rises again.
Im Signaldiagramm gemäß Fig. 4 ist nun der Fall dargestellt, daß während der dargestellten Zeitdauer zwischen 0,5 ms und 1,5 ms der Strom durch die Magnetspule 11 zunächst langsam ansteigt und dann wieder abfällt. Die Gründe hierfür können beispielsweise eine sich verändernde Versorgungsspannung V sein. Infolge des Ansteigens der sägezahnartigen Spannung U12 sinkt die sägezahnartige Spannung U16 ab. Dieses Absinken der sägezahnartigen Spannung 16 hat kürzere Einschalt interval Ie des Halbleiterschalters 10 zur Folge und entsprechend kürzere Intervalle der Stromflußzeiten durch die MagnetspuleThe signal diagram according to Fig. 4 now shows the case where during the time period shown between 0.5 ms and 1.5 ms the current through the magnetic coil 11 initially increases slowly and then decreases again. The reasons for this can be, for example, a changing supply voltage V. As a result of the increase in the sawtooth-like voltage U12, the sawtooth-like voltage U16 decreases. This decrease in the sawtooth-like voltage 16 results in shorter switch-on intervals Ie of the semiconductor switch 10 and correspondingly shorter intervals of the current flow times through the magnetic coil.
- 11 -- 11 -
• ·■* &igr;* &igr; I , *..! J",• ·■* &igr;* &igr; I , *..! J",
Die Spannung U11 an der Magnetspule 11 ist in Fig. 4 ebenfalls dargestellt und es ist erkennbar, daß die Spannung im mittleren Bereich zwar höher liegt, dagegen die Einschaltzeiten sich verkürzt haben. Dies führt zu einer Rückführung des Haltestroms Ib auf den gewünschten Sollwert trotz sich veränderter Versorgungsspannung V.The voltage U11 at the magnet coil 11 is also shown in Fig. 4 and it can be seen that the voltage in the middle range is higher, but the switch-on times have become shorter. This leads to a return of the holding current Ib to the desired setpoint despite the change in the supply voltage V.
Durch eine entsprechende Anpassung des Shuntwiderstandes 12 und/oder der Sollwertspannung U17 kann die Schaltung für jede Spulengröße verwendet werden.By appropriately adjusting the shunt resistor 12 and/or the setpoint voltage U17, the circuit can be used for any coil size.
Die normalen Magnetspulen lassen eine Spannungstoleranz von minus 15 % plus 10 % zu. Nach unten ist das zuverlässige Schalten beispielsweise eines Ventils die Grenze, nach oben ist die zulässige Eigenerwärmung die Grenze.Normal magnetic coils allow a voltage tolerance of minus 15 % plus 10 % . The lower limit is the reliable switching of a valve, for example; the upper limit is the permissible self-heating.
Mit einer Stromabsenkung, wie oben beschrieben, können weitere Betriebsspannungsbereiche zugelassen werden. Zum Beispiel bei einer 12V-Spule und einer Betriebsspannung von 24V kann die Speisespannung von 12 Volt bis 40 Volt variieren. Die 40 Volt-Grenze ist durch die Halbleiterbauelemente gegeben. Bei entsprechender Auswahl der Bauelemente und Anpassung der Schaltung kann diese Grenze bis zu 400 Volt angehoben werden.With a current reduction as described above, further operating voltage ranges can be permitted. For example, with a 12V coil and an operating voltage of 24V, the supply voltage can vary from 12 volts to 40 volts. The 40 volt limit is given by the semiconductor components. With appropriate selection of components and adaptation of the circuit, this limit can be raised to up to 400 volts.
In den jeweiligen Abschaltphasen der Magnetspule 11 entsteht eine Induktionsspannung, die über die Leuchtdiode 13 und die Schutzdiode 14 kurz geschlossen wird. Dabei leuchtet jeweils die Leuchtdiode auf, wobei durch die übliche hohe Schaltfre-In the respective switch-off phases of the magnetic coil 11, an induction voltage is generated, which is short-circuited via the LED 13 and the protective diode 14. The LED lights up in each case, whereby the usual high switching frequency
- 12 -- 12 -
quenz von beispielsweise 30 bis 40 kHz die Leuchtdiode ^kontinuierlich leuchtend erscheint. Dies dient zur Kontrollanzeige, daß die Magnetspule tatsächlich mit einer Taktfrequenz beaufschlagt ist, also bestromt wird. Eine derartige Schaltung einer Leuchtdiode 13 in Verbindung mit einer Magnetspule zur Anzeige von deren Betriebszustand kann auch unabhängig von der übrigen Schaltung in Verbindung mit anderen Schaltungen eingeschätzt werden.frequency of, for example, 30 to 40 kHz, the LED appears to be continuously lit. This serves as a control indicator that the magnetic coil is actually being subjected to a clock frequency, i.e. that it is being supplied with current. Such a circuit of a LED 13 in connection with a magnetic coil to display its operating state can also be assessed independently of the rest of the circuit in connection with other circuits.
Das in Figur 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel entspricht weitgehend dem ersten Ausführungsbeispiel, so daß gleiche oder gleichwirkende Bauteile mit den selben Bezugszeichen versehen und nicht nochmals beschrieben sind. Der einzige Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß der Halbleiterschalter 25 und ein in Reihe dazu geschalteter Widerstand 26 jetzt parallel zum Shuntwiderstand 12 geschaltet s i nd.The second embodiment shown in Figure 2 corresponds largely to the first embodiment, so that identical or equivalent components are provided with the same reference numerals and are not described again. The only difference from the first embodiment is that the semiconductor switch 25 and a resistor 26 connected in series with it are now connected in parallel to the shunt resistor 12.
Durch die Parallelschaltung des Shuntwiderstands 12 mit dem Widerstand 26 ist ein höherer Strom notwendig, um am Differenzverstärker 16 eine der Sollwertspannung U17 entsprechende Spannung zu erreichen, d.h., die Nominal- bzw. Hochstromphase ist während des Zeitintervalls ti ebenfalls stromgeregelt. Der Anzugstrom wird durch den Widerstandswert des Widerstands 26 beeinflußt bzw. festgelegt.Im ungeregelten Fall gemäß Fig. 1 ist der Anzugs- bzw. Hochstrom von der Versorgungsspannung und dem Spulenwiderstand abhängig. Im geregelten Falle gemäß Fig. 2 ist die Hochstromphase unabhängigBy connecting the shunt resistor 12 in parallel with the resistor 26, a higher current is required in order to achieve a voltage at the differential amplifier 16 that corresponds to the setpoint voltage U17, i.e. the nominal or high-current phase is also current-controlled during the time interval ti. The pull-in current is influenced or determined by the resistance value of the resistor 26. In the uncontrolled case according to Fig. 1, the pull-in or high current is dependent on the supply voltage and the coil resistance. In the controlled case according to Fig. 2, the high-current phase is independent
- 13 -- 13 -
• ··
von der Versorgungsspannung.from the supply voltage.
In Abwandlung der in Fig. 1 dargestellten Schaltung können auch die beiden Halbleiterschalter 22,25 durch ein ODER-Glied ersetzt werden, dessen beiden Eingängen Ausgangsspannungen des UND-Gatters 20 und des Zeitglieds 24 zugeführt werden. Der Ausgang dieses ODER-Glieds ist dann über eine Signalverstärkeranordnung mit dem Gate des Halbleiterschalters 10 verbunden. In a modification of the circuit shown in Fig. 1, the two semiconductor switches 22, 25 can also be replaced by an OR gate, whose two inputs are supplied with output voltages of the AND gate 20 and the timing element 24. The output of this OR gate is then connected via a signal amplifier arrangement to the gate of the semiconductor switch 10.
Claims (16)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29600866U DE29600866U1 (en) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | Circuit arrangement for controlling solenoid valves |
| DE19647215A DE19647215A1 (en) | 1996-01-19 | 1996-11-15 | Control circuit for solenoid valve actuators |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29600866U DE29600866U1 (en) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | Circuit arrangement for controlling solenoid valves |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29600866U1 true DE29600866U1 (en) | 1996-03-07 |
Family
ID=8018247
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29600866U Expired - Lifetime DE29600866U1 (en) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | Circuit arrangement for controlling solenoid valves |
| DE19647215A Withdrawn DE19647215A1 (en) | 1996-01-19 | 1996-11-15 | Control circuit for solenoid valve actuators |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19647215A Withdrawn DE19647215A1 (en) | 1996-01-19 | 1996-11-15 | Control circuit for solenoid valve actuators |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (2) | DE29600866U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999046783A1 (en) * | 1998-03-11 | 1999-09-16 | Btr Industries Limited | Control of electrically powered actuation device |
| EP1400684A2 (en) * | 2002-09-20 | 2004-03-24 | Carl Freudenberg KG | Circuit for a pulse width modulation controlled electromagnetic purge valve for venting a tank of a vehicle |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19723931A1 (en) | 1997-06-06 | 1998-12-10 | Siemens Ag | Device for controlling an electromechanical actuator |
| DE19853739A1 (en) * | 1998-11-21 | 2000-05-25 | Mannesmann Rexroth Ag | Method for controlling electrically operated switching valves |
| DE19954416A1 (en) | 1999-11-12 | 2001-05-17 | Bayerische Motoren Werke Ag | Method for vibrating an electromagnetic actuator |
| SE0003716D0 (en) * | 2000-10-16 | 2000-10-16 | Abb Ab | COUPLING |
| DE10121692B4 (en) * | 2001-05-04 | 2005-12-15 | Automotive Lighting Reutlingen Gmbh | Method for controlling an electromagnet |
| DE10129153A1 (en) * | 2001-06-16 | 2003-01-09 | Festo Ag & Co | Electromagnetic valve with holding current reduction has switching arrangement that changes to lower holding current depending on parameter variation when valve switched |
| DE10134346B4 (en) | 2001-07-14 | 2010-07-15 | K.A. Schmersal Gmbh & Co | Device for controlling an electromagnet |
| DE10212092A1 (en) | 2002-03-19 | 2003-10-09 | Dbt Autom Gmbh | Method and device for operating an electromagnet on an intrinsically safe DC circuit |
| DE10232742A1 (en) * | 2002-07-19 | 2004-02-05 | Ina-Schaeffler Kg | Driver stage for solenoid valve of automobile IC engine has solenoid valve inductance coupled to each supply terminal on either side via controlled switching device and diode |
| DE10302988B3 (en) * | 2003-01-25 | 2004-10-28 | Festo Ag & Co. | Circuit device for generating a coil current flowing through a magnet coil arrangement and regulated by clocking |
| JP3798378B2 (en) * | 2003-03-10 | 2006-07-19 | 三菱電機株式会社 | Inductive load current controller |
| DE10315585A1 (en) * | 2003-04-05 | 2004-10-14 | Mahle Filtersysteme Gmbh | Operating method for electromagnetic actuator, e.g. for gas exchange valve of motor vehicle, by chopping coil current to pre-current value during first phase, and chopping with constant duty ration during second phase |
| DE10315584B4 (en) * | 2003-04-05 | 2015-01-08 | Mahle Filtersysteme Gmbh | Method for actuating an electromagnetic actuating device and device for carrying it out |
| DE102004029549A1 (en) † | 2004-06-18 | 2006-01-05 | Bosch Rexroth Aktiengesellschaft | Bus module |
| DE102005039263B4 (en) * | 2005-08-19 | 2021-07-08 | Deere & Company | Control device and method for controlling an actuator for a gear shift point |
| DE102006023606A1 (en) | 2006-05-19 | 2007-11-22 | Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH | Compressed air supply device for a commercial vehicle |
| DE102006036616B4 (en) * | 2006-08-04 | 2010-09-09 | Rausch & Pausch Gmbh | Electromagnetic switching valve |
| DE102008051818B4 (en) | 2008-10-15 | 2019-06-27 | Volkswagen Ag | Method for operating an internal combustion engine |
| DE102010031333B4 (en) | 2010-07-14 | 2012-03-15 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Method for operating an electromagnetic switching device in a household appliance, control device for carrying out the method and household appliance with such a control device |
| DE102011079547B4 (en) * | 2011-07-21 | 2017-02-09 | Lisa Dräxlmaier GmbH | Device and method for driving a relay in a vehicle |
| DE102013221476A1 (en) | 2013-10-23 | 2015-04-23 | Robert Bosch Gmbh | Electromagnet for a valve of hydraulics and valve of hydraulics with it |
| DE102014218267A1 (en) | 2014-09-12 | 2016-03-17 | Robert Bosch Gmbh | Actuating magnet for hydraulic valve |
| DE102014117818B4 (en) | 2014-12-03 | 2019-01-17 | Heinz Gödert | Circuit arrangement for actuating a solenoid valve |
| EP3340259B1 (en) * | 2016-12-21 | 2019-09-25 | CPT Zwei GmbH | Solenoid device |
| DE102020121296A1 (en) | 2020-08-13 | 2022-02-17 | Festo Se & Co. Kg | Valve system, valve assembly and method of operating a valve system |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3733091A1 (en) * | 1987-09-30 | 1989-04-20 | Siemens Ag | Method and arrangement for adjusting (setting) the load current through an inductive load, especially through a fuel injection valve |
| JP2658432B2 (en) * | 1988-12-01 | 1997-09-30 | ダイキン工業株式会社 | Hydraulic control device |
-
1996
- 1996-01-19 DE DE29600866U patent/DE29600866U1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-11-15 DE DE19647215A patent/DE19647215A1/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999046783A1 (en) * | 1998-03-11 | 1999-09-16 | Btr Industries Limited | Control of electrically powered actuation device |
| EP1400684A2 (en) * | 2002-09-20 | 2004-03-24 | Carl Freudenberg KG | Circuit for a pulse width modulation controlled electromagnetic purge valve for venting a tank of a vehicle |
| EP1400684A3 (en) * | 2002-09-20 | 2006-12-06 | Carl Freudenberg KG | Circuit for a pulse width modulation controlled electromagnetic purge valve for venting a tank of a vehicle |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19647215A1 (en) | 1997-07-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE29600866U1 (en) | Circuit arrangement for controlling solenoid valves | |
| DE3152626C1 (en) | Electronic circuit arrangements for controlling an electromagnetic component | |
| DE2828678A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR OPERATING AN ELECTROMAGNETIC CONSUMER, IN PARTICULAR AN INJECTION VALVE IN INTERNAL COMBUSTION ENGINES | |
| WO1987005075A1 (en) | Method and circuit for driving electromagnetic consumers | |
| DE3135805A1 (en) | ELECTRICAL CIRCUIT ARRANGEMENT IN CONNECTION WITH A CAR CONTROL UNIT | |
| DE19963154B4 (en) | Method for specifying the current through an inductive component | |
| DE102008036113B4 (en) | Current regulator and method for current regulation | |
| DE3507130A1 (en) | DRIVER CIRCUIT FOR A MAGNETIC COIL | |
| DE3507103A1 (en) | DRIVER CIRCUIT FOR A MAGNETIC COIL | |
| DE29715925U1 (en) | Circuit device | |
| EP0756782A1 (en) | Dc control circuit | |
| DE2423258B2 (en) | CIRCUIT ARRANGEMENT FOR THE POWER SUPPLY OF AN INDUCTIVE CONSUMER | |
| DE29503146U1 (en) | Circuit arrangement for controlling a contactor | |
| EP0965140B1 (en) | Current-controlled output stage for electromagnetic actuators | |
| DE102006053797B4 (en) | AC power controller for electromagnetic switching devices | |
| DE3121462A1 (en) | POWER RELAY WITH ECONOMY FOR THE HOLDING CURRENT | |
| EP0205806B1 (en) | Process and circuit for the control of a valve | |
| DE102009000125A1 (en) | Electromagnetic switching element i.e. relay, controlling device, has coils independently supplied with current, where magnetic force acting on electromagnetic switching element i.e. relay, is exerted by current feed of coils | |
| DE2447199A1 (en) | CIRCUIT ARRANGEMENT FOR CONTROLLING A RELAY | |
| BE1026605B1 (en) | Relay module | |
| DE4142644C1 (en) | ||
| DE10345235B4 (en) | Power supply circuit and method for powering a load | |
| DE3112621A1 (en) | Circuit arrangement for driving electromagnets | |
| DE19725317B4 (en) | Circuit arrangement for controlling a solenoid operated with DC voltage | |
| DE102022200152B4 (en) | Solenoid Actuator, Valve Assembly and Method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19960418 |
|
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: FESTO AG & CO., DE Free format text: FORMER OWNER: FESTO KG, 73734 ESSLINGEN, DE Effective date: 19970930 |
|
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 19990317 |
|
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20020515 |
|
| R158 | Lapse of ip right after 8 years |
Effective date: 20040803 |