DE3212942A1 - POWER DRIVER CIRCUIT FOR AN ELECTROMECHANICAL ACTUATOR - Google Patents

POWER DRIVER CIRCUIT FOR AN ELECTROMECHANICAL ACTUATOR

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Description

H. 1TT26H. 1TT26

10.3. 1 962 Lr/Wl10.3. 1 962 Lr / Wl

ROBERT 30SCH GMBH, TOOO Stuttgart 1ROBERT 30SCH GMBH, TOOO Stuttgart 1

Stromtreiber schaltung für einen elektromechanischen Steller Current driver circuit for an electromechanical Controller

Die Erfindung betrifft eine Stromtreiberschaltung für einen elektro-mechanischen Steller, dessen getakteter Spulenstrom gemessen und von einer Steuerspannung bestimmt vird.The invention relates to a current driver circuit for an electro-mechanical actuator, its clocked Coil current measured and determined by a control voltage.

Zlektro-mechanische Steller haben im allgemeinen eine nichtlineare Strom/Kraft- oder Strom/Momentkennlinie und zeigen fast immer eine mechanische und/oder magnetische Hysterese.Electro-mechanical actuators generally have one non-linear current / force or current / torque characteristic and almost always show a mechanical and / or magnetic hysteresis.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromtreiber se haltung zu schaffen, die einen durch die Spule des elektro-mechanise hen Steller= fließenden Strom liefere, der zu der Steuerspannung proportional ist und außerdem Hystereseeffekte zu eliminieren gestattet. Zur Lösung dieser Aufgabe sind die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen vorgesehen.The invention is based on the object of a current driver This posture to create a current flowing through the coil of the electro-mechanical actuator = supply which is proportional to the control voltage and also allows hysteresis effects to be eliminated. To the This problem is solved by the measures specified in the characterizing part of claim 1.

R. 17723R. 17723

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung in seinem Schaltbild wiedergegebenen Ausführungsbeispieles näher beschrieben, zu welchem in den Figuren 1 bis 3 verschiedene Schaubilder dargestelllt sind. Zusätzlich zu dem in Figur k dargestellten Schaltplan zeigen die Schaltungsausschnitte nach den Figuren 5 und 6 abgewandelte Ausführungsformen für die in Figur 4 mit strichpunktierten Linien angedeutete Endstufe der Stromtreiberschaltung. The invention is described in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in its circuit diagram in the drawing, for which various diagrams are shown in FIGS. 1 to 3. In addition to the circuit diagram shown in FIG. K , the circuit details according to FIGS. 5 and 6 show modified embodiments for the output stage of the current driver circuit indicated by dash-dotted lines in FIG.

Im Schaltbild nach Figur k ist die Spule eines im übrigen nicht dargestellten, elektro-mechanischen Stellers mit L bezeichnet und liegt zwischen einem unmittelbar an die Plusleitung 10 angeschlossenen Meßwiderstand Ri5 und den beiden Kollektoren eines bipolaren, als elektronischem Leistungsschalter verwendeten Darlingtons T2, dessen Emitter an die mit dem Minuspol einer nicht dargestellten Sammlerbatterie verbundene Minusleitung 11 angeschlossen ist. Der Darlington T2 wird in rascher Folge stronileitend und wieder gesperrt, wobei durch die Spule L ein Strom i fließt, welcher infolge der Freilaufdiode 33 um einen Sollwert 12 mit einer Amplitude I„„ pendelt.In the circuit diagram according to Figure k , the coil of an electromechanical actuator, otherwise not shown, is labeled L and is located between a measuring resistor Ri5 connected directly to the positive line 10 and the two collectors of a bipolar Darlington T2, used as an electronic circuit breaker, whose emitter is applied the negative line 11 connected to the negative pole of a collector battery (not shown) is connected. The Darlington T2 is current-conducting and blocked again in rapid succession, with a current i flowing through the coil L which, as a result of the freewheeling diode 33, oscillates around a desired value 12 with an amplitude I "".

Der zeitliche Mittelwert 12 des die Spule L durchfließenden Stromes i kann als Sollwert mit Hilfe einer Steuerspannung Ue eingestellt werden, die über einen aus einem Längswiderstand R20 und einem Querwiderstand R1 bestehenden Spannungsteiler an den Pluseingang eines als Impedanzwandler geschalteten ersten Operationsverstärkers 0" gelegt ist. Der Operationsverstärker 01 ist als Integrier schaltung ausgebildet und unter der Bezeichnung LM 2902 im Handel erhältlich; er kann durch die angegebene 3eschaltung wie im Falle des zweiten OperationsverstärkersThe temporal mean value 12 of the value flowing through the coil L. Current i can be set as a setpoint with the help of a control voltage Ue, which is generated from a Series resistance R20 and a transverse resistance R1 existing Voltage divider to the positive input of a first operational amplifier connected as an impedance converter 0 " is laid. The operational amplifier 01 is designed as an integrator circuit formed and available in stores under the designation LM 2902; he can through the specified 3 circuit as in the case of the second operational amplifier

:-:·· Ο.::! 32 129A2: -: ·· Ο. ::! 32 129A2

- <&—■ R. 17728 - <& - ■ R. 17728

02 als Integralregler oder im Fall des Operationsverstärkers 03 als Komparator oder im Falle des Operationsverstärkers Ok als Oszillator verwendet werden.02 as an integral controller or in the case of the operational amplifier 03 can be used as a comparator or, in the case of the operational amplifier Ok, as an oscillator.

Die beabsichtigte Verwendung der dargestellten Stromtreiberschaltung macht es erforderlich, daß Kurzschlußfestigkeit gegen Masse gewährleistet ist und demgemäß der Meßwiderstand RI5 an der Plusleitung 10 liegt. Das der Größe des Stromes i entsprechende Signal muß auf Masse bezogen werden. Deshalb ist eine Stromspiegelschaltung SS mit einem aus den vier Transistoren T39 TU, T5 und Τβ bestehenden Transistor-Array vorgesehen, welches an den Steuerwiderstand R16 eine zum Spulenstrom i proportionale Spannung liefert.The intended use of the current driver circuit shown makes it necessary that short-circuit resistance to ground is guaranteed and accordingly the measuring resistor RI5 is connected to the positive line 10. The signal corresponding to the magnitude of the current i must be related to ground. A current mirror circuit SS is therefore provided with a transistor array consisting of the four transistors T3 9 TU, T5 and Τβ, which supplies a voltage proportional to the coil current i to the control resistor R16.

Die am Steuerwiderstand R16 erzeugte Spannung ist direkt auf den Minuseingang des Komparators 03 und über einen Widerstand RS auf den Minuseingang des Integralreglers gegeben. Wie das Schaubild nach Figur 2 zeigt, weist die elektromotorische oder elektromagnetische Stellkraft M des Stellers eine Hysterese auf, welche durch die Kurve 1^· und die Kurve 1? angedeutet ist, wobei die Kurve 15 bei ansteigendem Strom einen höheren Stromwert i benötigt, als bei dem durch die Kurve 1U angedeuteten Verlauf bei fallendem Wert des Stroms i. Zur Vermeidung dieser Hysterese ist ein bei 16 angedeuteter Rütteleffekt vorgesehen, der dadurch zustande kommt, daß der in Figur 1 dargestellten Oszillator schwingung eine Rechteckschwingung überlagert wird, deren Hub H und Frequenz konstant sind und optimal an den Steller angepaßt werden können. Diesen Rütteleffekt liefert der vierte Operationsverstärker Ο*. Die Amplitude H dieser Rechteckschwingung muß gerade ausreichen, um die Hysterese zu überwinden. Die Frequenz der Rechteckschwingung darf nur so groß sein,The voltage generated at the control resistor R16 is direct to the minus input of the comparator 03 and via a resistor RS to the minus input of the integral controller given. As the diagram according to FIG. 2 shows, the electromotive or electromagnetic actuating force M of the controller has a hysteresis, which is determined by the curve 1 ^ · and the curve 1? is indicated, the curve 15 when the current rises, a higher current value i is required than in the case of the course indicated by the curve 1U with falling value of the current i. To avoid this hysteresis, there is a shaking effect indicated at 16 provided, which comes about in that the oscillator shown in Figure 1 is oscillating a square wave is superimposed, the stroke H and frequency of which are constant and can be optimally adapted to the actuator. The fourth operational amplifier provides this shaking effect Ο *. The amplitude H of this square wave must just enough to overcome the hysteresis. The frequency of the square wave may only be so large

- ._ii - R. 177- ._ii - R. 177

daß der Steller ihr noch nicht zu folgen vermag, sie muß also kleiner als iie Resonanzfrequenz des Stellars sein. Die mechanische Wirkung ist eine drastische Verminderung der Hysterese mit sehr kleinem Momentenhub des Moments M.that the controller is not yet able to follow it, so it must be smaller than the resonance frequency of the stellar be. The mechanical effect is a drastic reduction in the hysteresis with a very small torque stroke of the moment M.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der zwischen der für sämtliche Operationsverstärker 01 bis C·+ wirksamen Masseleitung 13 und der mit dem Emitter des Darlingtons T2 verbundenen Masseleitung 11 ein Kohleschichtwiderstand R25 von etwa hl Ohm geschaltet. Dies hat den Vorteil, daß Unempfindlichkeit gegenüber langen Leitungen zwischen der Signalquelle Ue und der Stromtreiberschaltung SS erreicht wird, da kein störender Spannungsabfall auf der Signalmasse erzeugt werden kann. Hierdurch entfällt die Erdschleife zwischen Signalmasse und Spulenstrommasse. In the illustrated embodiment, a carbon film resistor R25 of approximately hl ohms is connected between the ground line 13, which is effective for all operational amplifiers 01 to C * +, and the ground line 11 connected to the emitter of the Darlington T2. This has the advantage that insensitivity to long lines between the signal source Ue and the current driver circuit SS is achieved, since no disruptive voltage drop can be generated on the signal ground. This eliminates the ground loop between signal ground and coil current ground.

In der abgewandelten Ausführungsform der Leistungsstufe nach Figur 5 ist dem Leitungstransistor T7 ein Treibertransistor Τ3 vorgeschaltet, welcher über den Widerstand R11 angesteuert wird und unmittelbar auf die Basis des Transistors T7 einwirkt.In the modified embodiment of the power level According to FIG. 5, the line transistor T7 is a driver transistor Τ3 connected upstream, which via the resistor R11 is controlled and immediately based on the Acts transistor T7.

3eim Ausführungsbeispiel nach Figur 6 ist als Leistungsendstufe für den die Spule L durchfließenden Strom i ein 3IPMQS-Transistör T9 vorgesehen, dessen durchgehendes gate G über den Widerstand R11 mit dem Ausgang des dritten Operationsverstärkers 03 verbunden ist und außerdem mit einer Zenerdiode 11 an der Minusleitung 11 und über einen Widerstand RIO am Pluseingang ies dritten Operationsverstärkers 03 liegt. Die rechts vom SIPMOS-Transistors T9 dargestellte Stromspiegelschaltung SS entspricht in allen wesentlichen Funkten derjenigen nach Figur -.In the exemplary embodiment according to FIG. 6, the power output stage for the current i flowing through the coil L is a 3IPMQS transistor T9 provided, its continuous gate G through resistor R11 to the output of the third Operational amplifier 03 is connected and also with a zener diode 11 on the negative line 11 and above a resistor RIO at the plus input ies third operational amplifier 03 lies. The one to the right of the SIPMOS transistor T9 corresponds to the current mirror circuit SS shown in all essential points of those according to figure -.

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Claims (2)

R". 17723R ". 17723 10.3.1932 Lr/Wl3/10/1932 Lr / Wl ROBERT 30SCH GMBH, 7000 Stuttgart -ιROBERT 30SCH GMBH, 7000 Stuttgart -ι Ansprüche -Expectations - 0 St r ojnt r eiber schaltung für einen elektro-mechanischen Steiler, dessen Spulenstrom gemessen und von einer St euer spannung bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer spannung über einen als Impedanzwandler geschalteten Operationsverstärker (01) auf einen als Integralregler geschalteten zweiten Operationsverstärker {02) einwirkt, dessen Minus-Eingang mit dem Minus-Eingang eines als Komparator geschalteten dritten Operationsverstärkers (03) und außerdem mit einem im Ausgangskreis ein'er Stromspiegelschaltung liegenden Widerstand (R1"6) verbunden ist, wobei ein vierter, als Oszillator geschalteter Operationsverstärker [Ou-) vorgesehen ist, der eine in ihrer Frequenz unterhalb der Resonanzfrequenz des Stellers liegende Rechteckspannung an den Pluseingang des zweiten Operationsverstärkers liefert, die eine geringfügig größer als die Hysterese ausgebildete Amplitude hat.0 St r ojnt over circuit for an electro-mechanical amplifier, the coil current of which is measured and determined by a control voltage, characterized in that the control voltage via an operational amplifier (01) connected as an impedance converter to a second operational amplifier connected as an integral controller { 02) acts, the minus input of which is connected to the minus input of a third operational amplifier (03) connected as a comparator and also to a resistor (R1 "6) in the output circuit of a current mirror circuit, a fourth operational amplifier connected as an oscillator [Ou-) is provided, which supplies a square-wave voltage whose frequency is below the resonance frequency of the controller to the positive input of the second operational amplifier and which has an amplitude that is slightly larger than the hysteresis. 2. Stronitreiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der für die Operationsverstärker '01 bis 04) gemeinsamen Masseleitung und der Masseleitung (11) für die Stromspiegelschaltung (SS) ein Kopplungswiderstand (R25) angeordnet ist.2. Stronite driver circuit according to claim 1, characterized in that that between the common ground line for the operational amplifiers '01 to 04) and the Ground line (11) for the current mirror circuit (SS) a coupling resistor (R25) is arranged. 3· Stromtreiberschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lieferung des die Spule3 · Current driver circuit according to claim 1 or 2, characterized characterized in that for delivery of the coil - 2 - R. 17728- 2 - R. 17728 (L) des Stellers durchfließenden Stromes (i) ein Darlington-Transistor (T2), vorzugsweise ein bipolarer Darlington, vorgesehen ist.(L) of the current flowing through the controller (i) Darlington transistor (T2), preferably a bipolar Darlington, is provided. h. Stromtreiberschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lieferung des die Spule (L) durchfließenden Stromes (i) ein Leistungstransistor (T7) vom npn-Typ vorgesehen ist, bei welchem die Basis mit der Plusleitung (10) über die Emitter-Kollektor-Strecke eines Treibertransistors (T8) vom pnp-Typ verbunden ist, der mit seiner Basis an den Ausgang des als Komparator geschalteten dritten Operationsverstärkers (03) angeschlossen ist. H. Current driver circuit according to Claim 1 or 2, characterized in that a power transistor (T7) of the npn type is provided for supplying the current (i) flowing through the coil (L), in which the base is connected to the positive line (10) via the emitter Collector path of a driver transistor (T8) of the pnp type is connected, the base of which is connected to the output of the third operational amplifier (03), which is connected as a comparator. 5· Stromtreiberschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lieferung des die Spule (L) durchfließenden Stromes (i) ein SIPMOS-Transistor (T9) vorgesehen ist, dessen Steuerelektrode (3) mit der Mas se-(Minus-)-Leitung (11) über eine Zenerdiode (Z) verbunden i st.5 · Current driver circuit according to claim 1 or 2, characterized characterized in that a SIPMOS transistor is used to supply the current (i) flowing through the coil (L) (T9) is provided, the control electrode (3) with the Ground (minus) line (11) is connected via a Zener diode (Z).
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