DE3805031A1 - Schaltungsanordnung zur getakteten versorgung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur getakteten Versorgung eines elektromagnetischen Verbrau­ chers mit einer von einem Steuersignal, welches die Differenz zwischen dem Momentansignal am Verbraucher und einem festlegbaren Führungssignal repräsentiert, beaufschlagten Regelung.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist beispielsweise aus der US-PS 44 52 210 bekannt und umfaßt eine Treiberschaltung für ein Einspritzventil einer Brennkraftmaschine. Bei der bekannten Treiberschal­ tung wird bei offenem Einspritzventil der Erregerstrom festgestellt und hiervon ein Signal abgeleitet. Aus der Differenz zwischen diesem Momentansignal und einem fest­ legbaren Referenzsignal wird ein Steuersignal erzeugt, das als Grundlage eines Pulsbreitenmodulationssignals dient. Der Erregerstrom für das Einspritzventil wird daher durch Beeinflussung der Impulsbreite des Erreger­ stromssignals, also impulsbreitenmoduliert, gesteuert.

Eine derartige Regelung mit Hilfe einer Impulsbreitenmodulation hat jedoch zur Folge, daß Oberwellen aufgrund der sich beim Regelungsvorgang ändernden Breite der Starkstrom­ impulse für den Erregerstrom des Einspritzventils auftreten.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur getakteten Versorgung eines elektromagnetischen Verbrauchers mit einer von einem Steuersignal, welches die Differenz zwi­ schen dem Momentansignal am Verbraucher und einem fest­ legbarem Führungssignal repräsentiert, beaufschlagten Regelung, bei welcher ein getakteter Stromregler vorgesehen ist, dessen Taktfrequenz nachregelbar ist, hat insbesondere den Vorteil, daß die grundsätzlichen Vorteile eines Strom­ reglers zur Verfügung stehen, nämlich eine Ausregelung der Gegen-EMK des elektromagnetischen Verbrauchers und eine Totzeit von Null für eine Sprungantwort. Gemäß der Erfindung werden diese Vorteile kombiniert mit der vor­ teilhaften Eigenschaft, daß im stationären Zustand eine feste, konstante Frequenz für die Taktung erreicht wird.

Zur Nachregelung der Taktfrequenz ist vorzugsweise eine Schaltungseinheit vorgesehen, die einen Frequenz-/Spannungs­ wandler mit nachgeschaltetem Integrator aufweist. Störungen auf der Taktfrequenz können so infolge der Integration wirksam unterdrückt werden, da sich das Integrations­ signal nur unwesentlich ändert, wenn auf der Taktfrequenz zusätzliche Störimpulse vorhanden sind. Zur Ausbildung des Frequenz-/Spannungswandlers ist vorzugsweise ein Komparator vorgesehen.

Zur Ankopplung der Schaltungseinheit für die Nachregelung an den Stromregler ist vorteilhafterweise ein dem Ver­ braucher zugeordneter, diesen beaufschlagender Leistungs­ schalter vorgesehen, dessen Ansteuersignal der Schaltungsein­ heit zuführbar ist, und weiterhin zur Ansteuerung des Leistungsschalters eine Triggerschaltung vorgesehen, deren Hysterese durch die Schaltungseinheit änderbar ist.

Hierzu ist vorteilhafterweise die Triggerschaltung als Schmitt-Trigger ausgebildet. Ein Schmitt-Trigger weist eine Hysterese auf, die üblicherweise durch entsprechende Beschaltung des Schmitt-Triggers festgelegt wird und durch eine andere Beschaltung gegebenenfalls geändert werden kann. Durch die Beschaltung des Schmitt-Triggers ist gemäß der Erfindung daher die Stromhysterese des Stromreglers an unterschiedliche Verhältnisse anpaßbar.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfin­ dungsgemäßen Schaltung ist ein zusätzlicher Steuereingang vorgesehen, an welchen eine Spannung zur Steuerung der Stromhysterese des Stromreglers anlegbar ist. Statt einer durch feste Beschaltung eingestellten Spannung für den Schmitt-Trigger wird daher bei dieser Ausführungsform eine einstellbare Spannung verwendet.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines zeichnerisch dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus welchem weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Fig. 1 zeigt ein schematisch stark vereinfachtes Blockschaltbild zur Veranschaulichung des Prinzips der erfindungsgemäßen Nachregelung, Fig. 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungs­ einheit zur Nachregelung der Taktfrequenz, Fig. 3 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Stromreglers und Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungs­ gemäßen Stromregler.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Beim Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Stromreg­ lerschaltung, bei der durch eine besondere Schaltungs­ einheit eine Nachregelung der Taktfrequenz erfolgt, mit der über einen Leistungsschalter ein Verbraucher (Last) versorgt wird. Die Last kann beispielsweise eine Induk­ tivität sein, etwa eine Erregerspule für ein Brennstoff- Einspritzventil einer Brennkraftmaschine.

Die in Fig. 1 schematisch stark vereinfacht und in Fig. 2 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dargestellte Schaltungseinheit mit Anschlußpunkten A und B ist dazu vorgesehen, in einer in Fig. 4 im einzelnen dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stromreglers zwischen dort ebenfalls mit A, B bezeichneten Punkten eingefügt zu werden.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, umfaßt die Schaltungs­ einheit einen an einen Anschluß A angeschlossenen Frequenz-/ Spannungswandler 10, dem ein Integrator 20 nachgeschaltet ist, dem ein Ausgangsanschluß B nachfolgt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltungseinheit ent­ sprechen der Eingangsanschluß A und der Ausgangsanschluß B den entsprechenden Anschlüssen des Blockschaltbilds gemäß Fig. 1. An den Eingangsanschluß A sind in Serie ein Widerstand R 11 und ein Kondensator C 11 angeschlossen, der mit einem Widerstand R 13 sowie einem Widerstand R 12 und der Kathode einer Diode D 11 verbunden ist. Die jeweils anderen Anschlüsse des Widerstands R 12 beziehungsweise der Diode D 11 sind an Masse (GND) gelegt. Das andere Ende des Widerstands R 13 ist mit dem negativen Eingang eines Komparators IC11 sowie mit einem Widerstand R 14 verbunden, dessen anderes Ende an einer Versorgungsspannung (5 Volt) liegt. Der Komparator IC11 ist in sogenannter "open-collector"-Ausführung ausgebildet.

Der andere, positive Eingang des Komparators IC11 ist über einen Widerstand R 15 mit der Versorgungsspannung (5 Volt) und über einen Widerstand R 16 mit Masse verbunden. Der Ausgang des Komparators IC11 ist über einen Widerstand R 17 an die Versorgungsspannung rückgeführt und weiterhin an einen Widerstand R 18 angeschlossen, dessen anderes Ende mit einem Widerstand R 19 und einem Kondensator C 12 verbunden ist, dessen anderer Anschluß an Masse liegt. Das andere Ende des Widerstands R 19 ist an den negativen Eingang eines Operationsverstärkers IC12 gelegt, dessen Ausgang mit dem Ausgangsanschluß B der Schaltungseinheit verbunden ist. Der negative Eingang und der Ausgang des Operationsverstärkers IC12 sind über eine Integrations­ kapazität C 13 überbrückt. Am positiven Eingang des Opera­ tionsverstärkers IC12 liegen ein Widerstand R 110, der an die Versorgungsspannung geführt ist, und ein Widerstand R 111, dessen anderer Anschluß an Masse gelegt ist.

Fig. 3 der Zeichnung zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Stromreglerschaltung, die in Fig. 4 detailliert in einem bevorzugten Ausführungs­ beispiel dargestellt ist. Im Blockschaltbild gemäß Fig. 3 liegt am Eingang eine Sollspannung U _Soll an, die proportional zum Sollstrom an einer induktiven Last ist. Die Sollspannung wird über einen Begrenzer dem positiven Eingang eines Komparators zugeführt, an dem nunmehr also eine dem Sollstrom I _Soll proportionale Spannung anliegt, und an dessen negativen Eingang eine gemittelte Istspannungs­ größe, die dem gemittelten Iststrom I _Ist proportional ist.

Das Ausgangssignal des Komparators wird auf einen Schmitt- Trigger gegeben, der einen elektronischen Leistungsschalter S ansteuert. Im Takt der vom Schmitt-Trigger abgegeben Impulse wird von dem Leistungsschalter S eine induktive Last angesteuert, deren einer Anschluß am Schalter S anliegt und deren anderer Anschluß zu einer positiven Versorgungsspannung +U _Batt. geführt ist. Die Last ist durch eine Diode D 5 überbrückt.

Der andere Anschluß des Leistungsschalters S ist an eine Einrichtung zur Messung des Ist-Stroms geführt, die wiederum an einer negativen Versorgungsspannung -U _Batt. liegt.

Das von der Ist-Strommeß-Vorrichtung abgegebene Signal wird einem Spitzenwertgleichrichter zugeführt, der eine Entladezeitkonstante τ ₁ aufweist. Der Spitzenwertgleich­ richter gibt daher ein gemitteltes Iststromsignal I _ist ab, welches, wie bereits erwähnt, dem negativen Eingang des Komparators zugeführt wird.

Die anhand des Blockschaltbilds von Fig. 3 erläuterte erfindungsgemäße Stromregelschaltung soll nachstehend anhand der bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 4 näher erläutert werden.

Die Sollspannung U _Soll wird über in Serie geschaltete Widerstände R 1, R 2 und R 3 in einer Spannungsteilerschaltung mit einem Widerstand R 4, dessen anderer Anschluß an Masse (GND) angeschlossen ist, dem positiven Eingang + eines Komparators K 1 zugeführt. Zwischen den Widerständen R 1 und R 2 ist noch die Anode einer Diode D 1 angeschlossen, deren Kathode an eine stabilisierte Referenzspannung U _stab. gelegt ist.

Ebenfalls an die stabilisierte Spannung U _stab. ist ein Widerstand R 5 angeschlossen, der mit zwei Widerständen R 7 und R 6 verbunden ist. Der andere Anschluß des Widerstands R 6 ist an Masse gelegt, der andere Anschluß des Widerstands R 7 an den negativen Eingang des Komparators K 1 und an einen die beiden Eingänge des Komparators überbrückenden Kondensator C 1. Weiterhin liegt zwischen dem negativen Eingang - des Komparators K 1 und Masse noch ein Kondensator C 2.

Vom Verbindungspunkt der Widerstände R 2 und R 3 führt eine Leitung zu einem Widerstand R 8, dessen anderer Anschluß mit einem Widerstand R 9 und der Anode einer Diode D 2 verbunden ist. Der andere Anschluß des Widerstands R 9 ist über einen Anschlußpunkt B, der bereits anhand der Fig. 1 und 2 besprochen wurde, an die stabilisierte Versorgungsspannung U _stab. geführt.

Die Kathode der Diode D 2 ist mit einem Widerstand R 10 und dieser wiederum mit der stabilisierten Versorgungs­ spannung verbunden, und weiterhin ist der kathodenseitige Anschluß der Diode D 2 über einen Anschlußpunkt A, der bereits anhand der Fig. 1 und 2 erläutert wurde, an den Ausgang des Komparators K 1 angeschlossen.

Die anhand der Fig. 1 und 2 erläuterte Schaltungsein­ heit zur Nachregelung der Taktfrequenz wird daher mit ihren Anschlußpunkten A, B an die entsprechenden Anschluß­ punkte A, B des erfindungsgemäßen Stromreglers gemäß Fig. 4 angeschlossen.

Der Ausgang des Komparators K 1 ist an einen Anschluß eines Widerstands R 11 angeschlossen, dessen anderer An­ schluß mit der Basis eines Transistors T 1 verbunden ist, dessen Kollektor-Basisanschlüsse durch einen Widerstand R 12 verbunden sind und dessen Emitteranschluß zum negativen Eingang des Komparators K 1 führt.

Ebenfalls an den Ausgang des Komparators beziehungsweise den Anschlußpunkt A geführt ist ein Widerstand R 14, dessen Anschluß mit dem Gate-Anschluß eines Feldeffekt-Leistungs­ transistors T 3 verbunden ist. Der Source-Anschluß des Transistors T 3 ist mit der Anode einer Diode D 4 verbunden, deren Kathode an den Gate-Anschluß angeschlossen ist, und weiterhin mit dem Verbindungspunkt zwischen Widerstand R 12 und Kollektor des Transistors T 1 sowie mit einem Verbindungspunkt von Widerständen R 15, R 16 verbunden. Die jeweils anderen Anschlüsse der Widerstände R 15, R 16 sind miteinander verbunden und an die negative Versorgungs­ spannung -U _Batt. angeschlossen.

Der Drain-Anschluß des Transistors T 3 ist mit einer Last­ induktivität verbunden, deren anderer Anschluß an der positiven Versorgungsspannung +U _Batt. liegt und die durch eine Diode D 5 überbrückt ist, deren Anode mit dem Drain-Anschluß des Transistors T 3 verbunden ist.

Der Steueranschluß B für die in den Fig. 1 und 2 dar­ gestellte Schaltungseinheit ist bei der in Fig. 4 darge­ stellten Ausführungsform direkt an die stabilisierte Spannung U _stab. angeschlossen. Der Schmitt-Trigger arbeitet daher mit einer festen Hysterese, die durch die dem Anschlußpunkt B nachgeschaltetem Widerstände bestimmt wird.

Wird dagegen die Verbindung zwischen dem Anschlußpunkt B und der stabilisierten Versorgungsspannung U _stab. aufgetrennt, so kann an den Anschlußpunkt B eine einstell­ bare Steuerspannung angelegt werden, die dann die Hysterese des Schmitt-Triggers und damit die Stromhysterese des gesamten Stromreglers einstellbar festlegt.

Claims (6)

1. Schaltungsanordnung zur getakteten Versorgung eines elektromagnetischen Verbrauchers mit einer von einem Steuersignal, welches die Differenz zwischen dem Momen­ tansignal am Verbraucher und einem festlegbaren Führungs­ signal repräsentiert, beaufschlagten Regelung, dadurch gekennzeichnet, daß ein getakteter Stromregler vorgesehen ist, dessen Taktfrequenz nachregelbar ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Nachregelung der Taktfrequenz eine einen Frequenz-/Spannungswandler (10) mit nachgeschaltetem Integrator (20) aufweisende Schaltungseinheit vorgesehen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Frequenz-/Spannungswandler einen Kompa­ rator (IC1) aufweist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Verbraucher zugeordneter Leistungsschalter vorgesehen ist, dessen Ansteuersignal der Schaltungseinheit zuführbar ist, und daß zur Ansteu­ erung des Leistungsschalters eine Triggerschaltung vor­ gesehen ist, deren Hysterese durch die Schaltungsein­ heit (10, 20) verändert werden kann.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Triggerschaltung als Schmitt-Trigger ausgebildet ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Steuereingang (STE) vorgesehen ist, an welchen eine Spannung zur Steuerung der Stromhysterese des Stromreglers anlegbar ist.