DE3543055C1 - Circuit arrangement for driving an electromagnet - Google Patents

Circuit arrangement for driving an electromagnet

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Description

Beschreibung Diese Aufgabe wird gelöst durch den Hauptanspruch. Aus der DE-OS 33 26 605 oder der DE-OS 22 51 472 sind Schaltungen bekannt, die es gestatten, die Hublage des Ankers eines Magneten zu überwachen, wobei insbesondere auch in der DE-OS 22 51 472 der Wechselstromanteil durch die Magnetspule als Information ausgenutzt wird.Description This problem is solved by the main claim. From DE-OS 33 26 605 or DE-OS 22 51 472 Circuits are known which allow the stroke position of the armature of a magnet to be monitored, in particular also in DE-OS 22 51 472 the alternating current component through the magnetic coil is used as information will.

Die Erfindung geht von einer getakteten Stromversorgung in der Haltephase für den ElektromagnetenThe invention is based on a clocked power supply in the holding phase for the electromagnet

ίο aus, wobei der Versorgungsstrom für den Elektromagneten stets dann abgeschaltet wird, wenn er einen oberen Grenzwert überschreitet, und wiederum eingeschaltet wird, wenn er einen unteren Grenzwert unterschreitet. Während des Einschaltvorganges steigt der Stromfluß aufgrund der Induktivität des Magneten nicht schlagartig an, und während des Abschaltvorganges fällt er nicht schlagartig ab, wobei eine Freilaufschaltung für eine längere Aufrechterhaltung eines Stromdurchflusses durch den Magneten sorgen kann.ίο off, the supply current for the electromagnet is always switched off when it exceeds an upper limit value, and switched on again when it falls below a lower limit value. The current flow increases during the switch-on process due to the inductance of the magnet does not suddenly and falls during the switch-off process it does not suddenly drop, with a freewheeling circuit for maintaining a current flow for a longer period of time by the magnet.

Da die Regelung für die Stromversorgung von einem oberen Grenzwert und einem unteren Grenzwert abhängig ist, gehen in die sich ausbildende Taktfrequenz verschiedene Faktoren ein.
So ist die Taktfrequenz abhängig von der Versorgungsspannung, von der Temperatur der Spule und von der Induktivität des Magneten.Since the control for the power supply is dependent on an upper limit value and a lower limit value, various factors are included in the clock frequency that develops.
The clock frequency depends on the supply voltage, the temperature of the coil and the inductance of the magnet.

Überraschenderweise sind die durch Temperaturänderungen und auch durch die Änderung der Versorgungsspannung hervorgerufenen Abweichungen in der Taktfrequenz vernachlässigbar klein gegenüber den Abweichungen, die durch die Induktivitätsänderungen des Magneten hervorgerufen werden aufgrund der Tatsache, daß der Magnet im Arbeitszustand, also mit angezogener Ankerplatte eine deutlich andere Induktivität besitzt als in Ruhestellung, in dem die Ankerplatte von den Polflächen beabstandet ist.Surprisingly, they are caused by temperature changes and also by changing the supply voltage caused deviations in the clock frequency negligibly small compared to the Deviations caused by the changes in inductance of the magnet due to the fact that the magnet in the working state, i.e. with the armature plate tightened, has a significantly different inductance possesses than in the rest position in which the armature plate is spaced from the pole faces.

Erfindungsgemäß wird die dadurch hervorgerufene Änderung der Taktfrequenz ausgewertet, so daß die zuverlässige Erkennung möglich ist, ob der Magnet dieAccording to the invention, the resulting change in the clock frequency is evaluated so that the reliable detection is possible whether the magnet is the

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines einen Anker anziehenden Elektromagneten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Eine derartige Schaltung mit allen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen ist der DE-OS 24 25 585 entnehmbar. Die dort bekannte Schaltung steuert zur Energieeinsparung den den Anker anziehenden Elektromagneten in der Haltephase mit einer 40 Ankerplatte angezogen hat oder nicht, getakteten Stromversorgung an, wobei jeweils während Erfindungsgemäß ist gleichzeitig vorgesehen, daß beiThe invention relates to a circuit arrangement for controlling an electromagnet which attracts an armature according to the preamble of claim 1.
- Such a circuit with all the features mentioned in the preamble of claim 1 can be found in DE-OS 24 25 585. The circuit known there controls to save energy the electromagnet attracting the armature in the holding phase with an armature plate has attracted or not, clocked power supply, whereby in each case according to the invention it is provided at the same time that at

des abgeschalteten Stromes eine Freilaufschaltung für den Stromabfluß durch den Elektromagneten sorgt. Bei Überschreiten eines oberen Schwellwertes wird die getaktete Stromversorgung abgeschaltet und bei Unterschreiten eines unteren Schwellwertes wieder eingeschaltet. of the switched-off current, a free-wheeling circuit ensures that the current flows through the electromagnet. at If an upper threshold value is exceeded, the clocked power supply is switched off and if it is undershot of a lower threshold value is switched on again.

Dabei existiert jedoch das Problem, daß die Haltephase erst dann anlaufen kann, wenn der Anker zuverlässig vom Magneten angezogen wurde, da der Halte- so strom zwar ausreichend ist, um einen angezogenen Anker in der Arbeitsstellung zu halten, jedoch nicht, um den Anker anzuziehen.However, there is the problem that the holding phase can only start when the armature is reliable was attracted by the magnet, as the holding current is sufficient to keep an armature attracted to hold in the working position, but not to tighten the anchor.

Beispielsweise aus der DE-OS 26 01 799 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der durch einen Fühler der Betriebszustand des Elektromagnetsystems erfaßt wird und, entsprechend dem Meßergebnis, die Erregerleistung des Elektromagnetsystems verändert werden kann.For example, from DE-OS 26 01 799 a circuit arrangement is known in which by a sensor the operating state of the electromagnetic system is detected and, according to the measurement result, the excitation power of the electromagnet system can be changed.

Weiterhin ist es wünschenswert, bei einer Fehlfunktion sofort die einwandfreie Funktion wieder herzustellen, d. h. auf eine Fehlermeldung soll reagiert werden.Furthermore, it is desirable to restore proper function immediately in the event of a malfunction. d. H. an error message should be responded to.

Der vorliegenden Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung anzugeben, die es ermöglicht, festzustellen, ob der Anker eines Elektromagneten sich in der Arbeits- oder in der Ruhestellung befindet, wobei die Schaltung darüber hinaus bei einem auftretenden Fehler für eine Fehlerkorrektur sorgt.The present application is based on the object of specifying a circuit that enables determine whether the armature of an electromagnet is in the working or in the rest position, with the circuit also provides for error correction in the event of an error.

Auslösen des Fehlersignales der Ansteuervorgang erneut gestartet wird, damit der fehlerhaft nicht angezogene Anker des Magneten umgehend in die Soll-Lage gebracht wird.If the error signal is triggered, the control process is restarted so that the faulty one is not attracted Armature of the magnet is immediately brought into the target position.

Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.Further embodiments are described in the subclaims.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.The invention is explained below with reference to the drawing.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine graphische Darstellung des zeitlichen Stromverlaufs zur Erläuterung der Erfindung; und Fig. 1 is a graphical representation of the time the current waveform to illustrate the invention; and

Fig. 2 eine Schaltung zur Durchführung des Verfahrens. Fig. 2 shows a circuit for implementing the method.

In Fig. 2 ist eine Schaltung dargestellt, in der ein elektromagnetischer Verbraucher 10 eine parallel dazu liegende Freilaufschaltung 12 besitzt, was durch eine Diode angedeutet ist Dieser elektromagnetische Verbraucher 10 mit seiner Freilaufschaltung 12 ist an einer Versorgungsspannung 14 mit seiner einen Seite angeschlossen, die andere Seite ist bei 16 mit Masse verbunden.In Fig. 2 a circuit is shown in which an electromagnetic consumer 10 has a parallel freewheeling circuit 12, which is indicated by a diode. This electromagnetic consumer 10 with its freewheeling circuit 12 is connected to a supply voltage 14 with its one side, the other Side is connected to ground at 16.

Durch das Öffnen einer Endstufe 18, die hier als Transistor angedeutet ist, ist es möglich, den Strom vom Pluspol 14 durch den elektromagnetischen Verbraucher 10 zum Masseanschluß 16 fließen zu lassen. Ist die Endstufe 18 gesperrt, fließt der Strom von der Spule 10 über seine Freilaufschaltung 12.By opening an output stage 18, which is indicated here as a transistor, it is possible to switch the current from Allow positive pole 14 to flow through the electromagnetic load 10 to the ground connection 16. Is the final stage 18 blocked, the current flows from the coil 10 via its freewheeling circuit 12.

Im Freilaufkreis 10,12 ist ein Meßwiderstand 26 vor-A measuring resistor 26 is provided in the free-wheeling circuit 10, 12

. gesehen, an dem über eine Leitung 24 eine Information über die Stromstärke abgegriffen wird. Diese Information wird einer Regelungsschaltung 22 zugeführt, die außerdem über einen Eingang 20 externe Steuersignale erhält.. seen on which via a line 24 information is tapped via the amperage. This information is fed to a control circuit 22 which also receives external control signals via an input 20.

Zur Diskussion der Beschaltung des elektromagnetischen Verbrauchers 10 wird auf Fig. 1 zurückgegriffen. Wenn der Anker des Elektromagneten 10 sich in seiner angezogenen Stellung befindet, ist es zum Halten des Ankers notwendig, einen gewissen Haltestrom fließen zu lassen, wobei der Haltestrom zwischen einem oberen Stromwert I|, und einem unteren Stromwert h schwanken kann. Wird also die Endstufe 18 geöffnet, steigt der Strom an, bis er den Wert Ii erreicht hat. In diesem Fall sperrt die Regelungseinheit 22 die Endstufe 18, so daß der Strom nicht weiter ansteigen kann, sondern durch die Freilaufschaltung 12 abfließt. Dabei fällt jedoch die Stromstärke ab, abhängig von einigen Parametern, wobei die Induktivität des Elektromagneten 10 in einem Maße eingeht, daß die übrigen Parameter vernachlässigbar sind. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, daß die übrigen Parameter wie Versorgungsspannung den Stromanstiegsteil der Kurve beeinflussen, dessen Anteil an einer Frequenzperiode in der Regel kleiner als 25% ist. Die Zeitdauer des wesentlich längeren abfallenden Teils wird im wesentlichen durch die Induktivität bestimmt. Hat der Strom den unteren Wert I2 erreicht, steuert die Regelung 22 über eine Treiberstufe 28 die Endstufe 18 wiederum an, so daß der Strom wieder auf den Wert Ii ansteigen kann. Reference is made to FIG. 1 to discuss the wiring of the electromagnetic consumer 10. When the armature of the electromagnet 10 is in its attracted position, it is necessary to hold the armature to allow a certain holding current to flow, wherein the holding current can fluctuate between an upper current value I | and a lower current value h. If the output stage 18 is opened, the current increases until it has reached the value Ii. In this case, the control unit 22 blocks the output stage 18 so that the current cannot rise any further, but instead flows through the freewheeling circuit 12. In this case, however, the current intensity drops, depending on some parameters, the inductance of the electromagnet 10 being included to such an extent that the other parameters are negligible. This is due in particular to the fact that the other parameters such as supply voltage influence the current rise part of the curve, the proportion of which in a frequency period is usually less than 25%. The duration of the much longer falling part is essentially determined by the inductance. If the current has reached the lower value I 2 , the control 22 controls the output stage 18 again via a driver stage 28, so that the current can rise again to the value Ii.

In Fig. 1 ist die Anstiegsphase mit dem Buchstaben A bezeichnet, die abfallende Phase mit dem Buchstaben B. Die Zeitdauer des Intervalls A +B bestimmt die Frequenz der Taktung.In Fig. 1, the rising phase is designated with the letter A , the falling phase with the letter B. The duration of the interval A + B determines the frequency of the clocking.

Dieser Frequenzwert ist am Ausgang der Regelschaltung 22, dort sogar als sauberes Rechtecksignal, abgreifbar und wird einem Frequenzmeßglied 30 zugeführt. Das Frequenzmeßglied 30 erfaßt diese Frequenz und vergleicht sie mit einem vorgegebenen Referenzwert, und bei einer allzu großen Abweichung des Ist-Wertes vom Soll-Wert gibt das Frequenzglied 30 ein Fehlersignal an die Regelschaltung 22 ab.This frequency value can be tapped off at the output of the control circuit 22, there even as a clean square-wave signal and is fed to a frequency measuring element 30. The frequency measuring element 30 detects this frequency and compares it with a given reference value, and if the actual value deviates too much The frequency element 30 outputs an error signal from the setpoint value to the control circuit 22.

In Fig. 1 sind die Kurven für die Frequenz des Taktstromes für den elektromagnetischen Verbrauch 10 für die beiden verschiedenen Stellungen der Ankerplatte dargestellt und mit den Buchstaben K\ und K2 bezeichnet. Ein Vergleich läßt unschwer erkennen, daß die Frequenz der Kurven eine deutliche Änderung erfährt, je nach dem, ob die Ankerplatte angezogen ist oder nicht. Die Frequenzänderung beträgt dabei bis zu 50%, so daß hier ein signifikanter und leicht auswertbarer Wert vorliegt, um festzustellen, ob die Ankerplatte angezogen wurde oder nicht.In Fig. 1, the curves for the frequency of the clock current for the electromagnetic consumption 10 are shown for the two different positions of the armature plate and denoted by the letters K \ and K2. A comparison makes it easy to see that the frequency of the curves changes significantly, depending on whether the anchor plate is tightened or not. The frequency change is up to 50%, so that a significant and easily evaluable value is available here to determine whether the anchor plate has been tightened or not.

Ergibt die Auswertung der Frequenz, daß die Ankerplatte nicht angezogen ist, wird in der Regelschaltung 22, die diese Information von dem Frequenzmeßglied 30 erhalten hat, ein Signal erzeugt, und ein erneuter Einschaltvorgang in Gang gesetzt. Beim Einschaltvorgang wird ein erster Einschaltstrom mit hoher Amplitude erzeugt, während die Stromstärke des anschließenden Haltestromes deutlich geringer sein kann und eine Stromstärke hat, die nur etwa 20% des maximalen Einschaltstromes beträgt.If the evaluation of the frequency shows that the anchor plate is not attracted, the control circuit 22, which has received this information from the frequency measuring element 30, generates a signal, and a renewed switch-on process set in motion. During the switch-on process, a first inrush current with a high amplitude is generated, while the current strength of the subsequent holding current can be significantly lower and one Has amperage that is only about 20% of the maximum inrush current.

Die erfindungsgemäße Schaltung kann verwendet werden, um ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine, das in seinen Endlagen durch elektromagnetische Kraft gehalten ist, anzusteuern. Die Arbeitslage des Ankers entspricht einem erregten Magneten, der das Gaswechselventil in Öffnungsstellung hält, die zweite Arbeitslage entspricht der Erregung eines zweiten Magneten, der das Gaswechselventil in Schließstellung hält. Da hier eine Fehlfunktion zum Ausfall des Verbrennungsvorganges führen würde, ist die sofortige und zuverlässige Erkennung wesentlich. Sobald durch die erfindungsgemäße Funktionsüberwachung ein Ausfall des Systems gemeldet wird, wird ein Neustart veranlaßt, um das Gaswechselventil in die beabsichtigte Arbeitsstellung zu bringen.The circuit according to the invention can be used to switch a gas exchange valve of an internal combustion engine, which is held in its end positions by electromagnetic force. The work situation of the armature corresponds to an excited magnet that holds the gas exchange valve in the open position, the second The working position corresponds to the excitation of a second magnet that keeps the gas exchange valve in the closed position holds. Since a malfunction here would lead to the failure of the combustion process, the immediate and reliable detection is essential. As soon as a failure occurs due to the function monitoring according to the invention of the system is reported, a restart is initiated to bring the gas exchange valve into the intended working position bring to.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

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Claims (3)

1 Patentansprüche1 claims 1. Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines einen Anker anziehenden Elektromagneten, wobei der Elektromagnet zu Beginn der Ansteuerphase von einem größeren Erregungsstrom und anschließend in der Haltephase von einem geringeren Haltestrom durchflossen wird, und in der Haltephase mit getakteter Stromversorgung angesteuert wird, die bei Überschreiten eines oberen Schwellwertes abgeschaltet und bei Unterschreiten eines unteren Schwellwertes eingeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß1. Circuit arrangement for controlling an armature attracting electromagnet, wherein the Electromagnet at the beginning of the control phase from a larger excitation current and then a lower holding current flows through it in the holding phase, and with it in the holding phase clocked power supply is activated, which is switched off when an upper threshold value is exceeded and is switched on when falling below a lower threshold, characterized in that that a) die Taktfrequenz während der Haltephase von einem Frequenzmeßglied (30) erfaßt und mit einem vorgegebenen Frequenzwert verglichen wird, und bei Überschreiten einer Maximalabweichung ein Fehlersignal ausgelöst wird,a) the clock frequency is detected by a frequency measuring element (30) during the holding phase and is compared with a predetermined frequency value, and when a maximum deviation is exceeded an error signal is triggered, b) bei Auslösen des Fehlersignals der Ansteuervorgang über die Regelschaltung (22) erneut gestartet wird.b) when the error signal is triggered, the control process via the control circuit (22) is repeated is started. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maximalabweichung von der Sollfrequenz ca. 20 % beträgt.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the maximum deviation of the target frequency is approx. 20%. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Frequenzmeßglied (30) die Frequenz am Ausgang der Regelschaltung (22) abgreift. 3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the frequency measuring element (30) the Frequency at the output of the control circuit (22) taps.
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