DE3233536A1 - Einrichtung zum getakteten regeln eines eine spule durchfliessenden stromes - Google Patents

Einrichtung zum getakteten regeln eines eine spule durchfliessenden stromes

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Description

1 .9. 1982 Wt/Hm
ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1
Einrichtung zum getakteten Regeln eines eine Spule durchfließenden Stromes
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist bekannt, zum Regeln eines eine Spule durchfliessenden Stromes im Spulenstromkreis einen Meßwiderstand anzuordnen, an dem eine dem Spulenstrom proportionale Spannung abfällt. Das Spannungssignal kann dann zur Regelung des die Spule durchfließenden Stromes herangezogen werden, Es ist weiter bekannt, derartige Regelungen getaktet auszuführen, -wobei die Spule von einem Freilauf element, üblicherweise einer Diode oder einem entsprechend gesteuerten Thyristor überbrückt ist. Dabei ist es bekannt, den Spulenstrom entlang einer durch die Spuleninduktivität und den Meßwiderstand bestimmten Exponentialfunktion ansteigen zu lassen und bei Erreichen eines vorgegebenen Schwellwertes einen im
Spulenstromkreis befindlichen Schalter zu öffnen, so daß der Spulenstrom wiederum nach einer Exponentialfunktion abfällt. Nach Durchlaufen einer Hysterese, die bei den bekannten Einrichtungen als feste Zeitspanne eingestellt ist, wird der Schalter im Spulenstromkreis wieder geschlossen, so daß sich" ein periodischer Regelungsvorgang ergibt. Eine derartige Einrichtung ist beispielsweise in der US-PS 3 575 151+ beschrieben.
Bei den bekannten Einrichtungen ist jedoch problematisch, daß der einzuregelnde Stromwert fest vorgegeben ist, so daß keine unterschiedlichen Stromwerte eingeregelt werden können. Außerdem neigen die bekannten Schaltungen, sofern sie aus wenigen Bauelementen aufgebaut sind, zu Eigenschwingungen .
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß eine Stromregelung auf beliebige vorgegebene Eingangswerte möglich ist, so daß der Spulenstrom in weiten Bereichen regelbar ist. Dies ist von besonderem Vorteil, wenn die erfindungsgemäße Einrichtung zum Ansteuern von Magnetventilen in elektronisch gesteuerten Automatgetrieben vor Kraftfahrzeugen verwendet wird. Dabei werden nämlich Magnetventile zur Einstellung des Hauptdruckes des Getriebes verwendet, wobei ein weiter Druckbereich einregelbar sein muß.
Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Einrichtung aufgrund ihres mehrstufigen Aufbaues zwar einerseits einfach aufzubauen, da nur wenige Bauelemente benötigt werden, andererseits ergibt sich aufgrund der gewählten Anordnung jedoch eine hohe T'nempfindlichkeit gegen Eigenschwingungen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich. So wird in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung die Taktzeit des Reglers einstellbar gemacht, so daß auch hier eine individuelle Anpassung an unterschiedliche Anwendungsfälle möglich ist.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird beim Wiedereinschalten des Spulenstromes das Signal vom Meßwiderstand unterdrückt, so daß Störunger durch den Einschaltvorgang der Spule unterdrückt wercen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
Zeichnung
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung als Blockschaltbild; Figuren 2 und 3 zwei praktische schaltungstechnische Ausführungen der in Figur 1 schematisch dargestellten Einrichtung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele '
In Figur 1 bezeichnet 10 eine Spule, der eine Freilaufdiode 11 parallel geschaltet ist. Die Spule 10 ist über einen Schalter 12 zwischen eine Spannung U und Masse schaltbar, wobei im Spulenstromkreis weiterhin noch ein Meßwiderstand 13 angeordnet ist. Das am Meßwiderstand 13 abgreifbare Signal wird dem invertierenden Eingang eines !Comparators zugeführt, dessen nichtinvertierendem Eingang ein Sollwert U zuführbar ist. Der Ausgang des
V *t
-y-c- 323353B
Komparators 1k ist über ein Verzögerungsglied 15 mit dem Eingang eines Hystereseschalters 16 verbunden, dessen Ausgang den Schalter 12 steuert. Weiterhin betätigt der Ausgang des Hystereseschalters 16 einen Zeitschalter 17, der in oder an der Verbindung von Meßwiderstand 13 zum Komparator 1h angeordnet ist.
Ist ein Sollwert U -vorgegeben und wird die Anordnung
gemäß Figur 1 durch Schließen des Schalters 12 erstmals in Betrieb genommen, steigt der Strom im Spulenstromkreis entlang einer Exponentialfunktion, die im wesentlichen durch die Induktivität der Spule 10 sowie den Widerstandswert des Widerstandes 13 bestimmt ist. Bei. geschlossenem Zeitschalter 17 gelangt damit ein diesem ansteigenden Spulenstrom entsprechendes Signal auf den invertierenden Eingang des Komparators ~\h, der dann umschaltet, wenn · der Sollwert U erreicht ist. Der Komparator 1h stößt
nun das Verzögerungsglied 15 an, das nach einer vorgegebenen Zeit über den Hystereseschalter 16 den Schalter 12 öffnet. Der Spulenstrom sinkt nun ab und führt zum Zurückkippen des Komparators ]k sowie über das Verzögerungsglied 15 wiederum zum Zurückschalten des Hystereseschalters 16, der den Schalter 12 wieder schließt. Insgesamt ergibt sich damit ein Regelungsspiel, das in Abhängigkeit vom eingestellten Sollwert U , der Verzögerungszeit des Verzögerungsgliedes 15 sowie der Breite des Hystereseschalters 16 den Schalter 12 für eine bestimmte Zeit ausschaltet. Um dabei Störungen beim Wiederschließen des Schalters 12 in der Regelung auszuschließen, wird beim Zurückkippen des Hystereseschalters 16, das ein Schließen des Schalters 12 bewirkt, der Zeitschalter 17 für eine vorbestimmte Zeit geöffnet, so daß kein Signal vom Meßwiderstand 13 zum Komparator 1^ gelangt.
Ein praktisches Ausführungsbeispiel einer in Figur 1 als Blockschaltbild dargestellten Einrichtung ist in Figur dargestellt. Gleiche Elemente sind dabei mit gleichen Bezugs zeichen versehen.
Der Sollwert U wird beim Ausführungsbeispiel gemäß Fi-
gur 2 über einen Spannungsteiler 20, 21 aus der Betriebsspannung U_ erzeugt. Das Signal vom Meßwiderstand 13 wird wiederum dem Komparator 1h zugeführt, so daß der Ausgang des Komparators 1U ein positives logisches Signal führt, wenn das Signal vom Meßwiderstand 13 den Sollwert überschreitet. Ein Kondensator 25 im Ausgang des Komparators 1k kann nun über einen Widerstand 23 und eine Diode 22 geladen werden. Die Spannung am Kondensator 25 bestimmt das Schaltverhalten eines nachgeschalteten Komparators 26, der mit einer Diode 27 rückgekoppelt ist und damit als Hystereseschalter* wirkt. Das Ausgangssignal des Komparators 26 ist einmal an einer Buchse 28 abnehmbar und wird zum anderen über ein RC-Glied 30, 31 einem weiteren Komparator 29 zugeführt, dessen Ausgang mit dem Eingang des Komparators 1 it- verbunden ist, dem das Signal vom Meßwiderstand 13 zugeleitet wird. An der Buchse 28 kann durch einen weiteren externen Schalter gegen Masse die Stromregelung unabhängig von der Taktung abgeschaltet werden. Dies ist von besonderem Vorteil bei der Ansteuerung der Spule durch pulsbreitenmodulierte Signale, gesteuert von einem Mikroprozessor.
Überschreitet die Spannung am Kondensator 25 die Einschaltschwelle des Komparators 26, so blockiert dessen Ausgang den Schalter 12. Nach Abschalten des Spulenstromes durch Öffnen des Schalters 12 schaltet der Ausgang des Komparators 1h auf Masse, so daß der
Kondensator 25 über den Widerstand 2U entladbar ist. Die Diode 22 dient dabei zur Entkopplung des Widerstandes 23 der zum Entladen des Kondensators 25 dient. Unterschreitet nun die Spannung am Kondensator 25 wiederum die untere Schaltschwelle des Komparators 26, so wird der Schalter 12 wieder eingeschaltet und gleichzeitig wird über das RC-Glied 30, 31 und dem Komparator 29 das Signal des Meßwiderstandes 13 kurzzeitig auf Masse geschaltet, so daß keine Störungen auf den Eingang des Komparators 1U übertragen werden können. Derartige Störungen sind nämlich dadurch möglich, daß bei zu schaltenden hohen Spulenströmen die Freilaufdiode 11 relativ großflächig sein muß, so daß beim Wiedereinschalten der Spule 10 eine kurze Stromspitze auftritt» da vor dem Sperren der Diode zunächst die im pn-übergang vorhandenen Ladungen abfließen müssen.
In Figur 3 ist eine weitere schaltungstechnische Realisierung einer Einrichtung gemäß Figur 1 dargestellt, bei der die Funktionen mehr zusammengefaßt sind, als dies bei der Schaltung gemäß Figur 2 der Fall ist, so daß sich ein noch geringerer Bauelementeaufwand ergibt.
Auch bei der Schaltung gemäß Figur 3 ist ein Eingangskomparator 1U vorgesehen, der über einen Eingangsspannungsteiler 20, 21 mit einem Sollwert U beschaltet ist. Der Ausgang des Komparators 1h ist einmal über einen Widerstand 1+.1 an den nicht invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers k2 und zum anderen über einen Widerstand UO an die Betriebsspannung U-, angeschlossen. Der Operationsverstärker U2 ist mit einem Kondensator U3 rückgekoppelt und an seinen invertierenden Eingang ist»eine Referenzspannung UR angeschlossen. Der Ausgang des Operationsverstärkers 5-2 steuert den Schalter 12.
. 1 ö O ^ 7 ■
Ist der Schalter 12 durchgesteuert, steigt der Strom durch die Spule 10, wie oben beschrieben. Die am Meßwiderstand 13 abfallende Spannung wird nun im Komparator
1k wiederum mit dem Sollwert ü verglichen. Übersteigt die Spannung am Meßwiderstand 13 den Sollwert U , so
schaltet der Komparator 1U auf Masse. Die Spannung am
invertierenden Eingang des Operationsverstärkers k2
sinkt dann nach einer Exponentialfunktion, die im wesentlichen durch den Widerstand kl und den Kondensator U 3 bestimmt ist. Erreicht die Spannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers U"2 die Referenzspannung Ux,, schaltet der Operationsverstärker k2 durch und die Spannung am nichtinvertierenden Eingang wird schlagartig wegen des aufgeladenen Kondensators U3 in negative Richtung verschoben. Von diesem neuen Ausgangswert steigt die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers h2 nun entlang einer Exponentialfunktion wieder an, die durch den Kondensator k3 sowie die Summe der Widerstände kO und kl bestimmt ist. Erreicht die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers k2 nun von unten wiederum die Referenzspannung, kippt der Operationsverstärker k2 wieder in seine Ausgangslage. Durch die beiden Kippvorgänge
wird die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers k2 und damit der Schalter 12 umgeschaltet. Damit ergibt sich ein Schaltvorgang, bei dem die Ausschaltphase des Schalters 12 im wesentlichen durch Bauelementewerte
bestimmt ist und die Einschaltphase durch den Stroman-. stieg in der Spule 10. Damit ist die Schaltung kurzschlußsicher, da im Falle eines Spulenkurzschlusses der fließende Strom auf einen niedrigen Betrag begrenzt wird.
Es versteht sich, daß auch beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ein Zeitschalter 17 verwendet werden kann.
- 40. Leerseite

Claims (1)

  1. R I ο ι f 4
    1.9.1982 Wt/Hm
    ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1
    Ansprüche
    1.) Einrichtung zum getakteten Regeln eines eine Spule (10) durchfließenden Stroms, bei der der Spule (10) ein Freilaufelement (11) parallel geschaltet ist und ferner im Spulenstromkreis ein Schalter (12) und ein Meßwiderstand (13) angeordnet sind, die über Schaltm'ittel miteinander in Wirkverbindung stehen, ^derart, daß der Schalter (12) bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromwertes geöffnet und nach Durchlaufen einer vorgegebenen Hysterese wieder geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel einen Komparator (1*0 aufweisen, in dem ein am Meßwiderstand (13) abgegriffenes Signal mit einem frei wählbaren Schwellwert (U ) verglichen wird und daß der Komparator (^h) über ein Verzögerungsglied (15) an einen Hystereseschalter (16) angeschlossen ist, der den Schalter (12) steuert.
    2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hystereseschalter (16) aus einem mit einer Diode (27) rückgekoppelten Komparator (26) besteht.
    3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hystereseschalter (16) und das Verzögerungsglied (15) aus einem mit einem Kondensator (U3) rückgekoppelten Operationsverstärker (U2) besteht, wobei der
    — Ο —
    Kondensator (!+3) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Komparators (1U) lad- und entladbar ist,
    h. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Hystereseschalters (16) einen Zeitschalter (17) steuert, der die Verbindung zwischen Meßwiderstand (13) und Komparator (1U) steuert und beim Einschalten des Schalters (12) die Verbindung kurzzeitig sperrt.
    5· Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnt, daß die Spule (10) die Erregerspule eines Magnetvnetils in einer automatischen Getriebesteuerung eines Kraftfahrzeuges ist.
    6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (10) eine Zündspule eines Kraftfahrzeuges ist.
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