DE3819593A1 - Schaltungsanordnung fuer ein elektrisches stellglied - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein elektrisches Stellglied, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wobei dem Stellglied ein bezüglich der Stärke und der Richtung steuerbarer Strom zuführ­ bar ist und wobei eine Brückenschaltung vorgesehen ist, deren eine Diagonale den Ausgang für das Stell­ glied bildet und deren andere Diagonale mit Betriebs­ spannung beaufschlagt ist.

Zur Ansteuerung von elektrischen Stellgliedern, ins­ besondere elektro-hydraulischen und elektro-mechani­ schen Stellgliedern, werden Endstufen benötigt, welche dem Stellglied einen nach Stärke und Richtung steuerbaren Strom zuführen. Bei einer bekannten Ein­ richtung zur Steuerung und Regelung des Stroms durch einen elektro-magnetischen Verbraucher in Verbindung mit Brennkraftmaschinen liegt der Verbraucher in einer Diagonale einer Brückenschaltung, die aus vier Schalttransistoren gebildet wird und durch entspre­ chende Ansteuerung die Richtung des Stroms durch den Verbraucher bestimmt. Zur Steuerung der Stärke des Stroms ist eine steuerbare Stromquelle in Reihe mit der Brückenschaltung geschaltet. Die bekannte Ein­ richtung hat jedoch den Nachteil, daß an der steuer­ baren Stromquelle, welche durch einen Transistor gebildet ist, ein zusätzlicher Spannungsabfall (Sättigungsspannung) entsteht, was insbesondere dann nachteilig ist, wenn die Batteriespannung in einem Kraftfahrzeug unter den Sollwert sinkt - beispiels­ weise beim Anlassen des Motors. Diese Restspannung ist sogar noch größer, wenn anstelle eines einzelnen Transistors für die Stromquelle ein Darlingtontransi­ stor verwendet wird, was aus anderen Gründen, bei­ spielsweise um einen geringen Steuerstrom zu erhal­ ten, erforderlich sein kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines elektri­ schen Stellgliedes anzugeben, bei welcher die zur Verfügung stehende Betriebsspannung weitgehend aus­ genutzt wird. Außerdem soll eine möglichst genaue Messung des Stroms durch das Stellglied zu Regel­ zwecken möglich sein.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zweige der Brückenschaltung aus je einem steuerbaren Schalter und je einer steu­ erbaren Stromquelle gebildet sind. Dadurch entfällt die Sättigungsspannung jeweils eines Schalttransi­ stors, so daß zur Zuführung des maximalen Stroms zum Stellglied ein größerer Teil der Betriebsspannung zur Verfügung steht.

Eine Strommessung wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch ermöglicht, daß zur Verbindung der anderen Diagonale mit einer Betriebsspannungsquelle ein Strommeßwiderstand vorgesehen ist.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die steuerbaren Stromquellen beider Zweige mit dem Strommeßwiderstand verbunden und von Darlingtontransistoren gebildet sind. Außer der Ver­ ringerung des Steuerstroms wird durch die Verwendung von Darlingtontransistoren eine genauere Strommes­ sung ermöglicht, da ein größerer Teil des Emitter­ stroms durch das Stellglied geleitet wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß den steuerbaren Stromquellen je eine Steuerspannung und je ein Schaltsignal zuführ­ bar sind, wobei das Schaltsignal jeweils eine der steuerbaren Stromquellen in den nichtleitenden Zustand schaltet, wenn der steuerbare Schalter des anderen Brückenzweiges ebenfalls nichtleitend ist.

Hierdurch erfüllen die steuerbaren Stromquellen in einfacher Weise zusätzlich die Aufgaben der Schalt­ transistoren bei der bekannten Einrichtung.

Zur Realisierung zweier Strommeßbereiche dient eine andere Weiterbildung der Erfindung dadurch, daß der Strommeßwiderstand aus zwei Teilwiderständen be­ steht, wobei ein Teilwiderstand mit Hilfe eines wei­ teren steuerbaren Schalters überbrückbar ist, und daß der Verbindungspunkt zwischen dem einen Teil­ widerstand und der Brückenschaltung einerseits und der Verbindungspunkt zwischen den Teilwiderständen andererseits wahlweise mit Hilfe von Analogschaltern mit einem Eingang eines Differenzverstärkers verbind­ bar sind.

Durch die in den weiteren Unteransprüchen aufgeführ­ ten Maßnahmen sind weitere vorteilhafte Weiterbildun­ gen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angege­ benen Erfindung möglich.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung darge­ stellt und nachfolgend beschrieben.

Die Transistoren T 1 und T 4 bilden einen ersten Brückenzweig, wobei der Transistor T 1 als Schalter betrieben wird, während der Transistor T 4 als steuer­ bare Stromquelle ausgebildet ist. Der andere Brücken­ zweig wird von den Transistoren T 2 und T 3 gebildet. Die eine Brückendiagonale weist zwei Anschlüsse A 1 und A 2 auf, an welche das Stellglied S angeschlossen ist. Bei diesem Stellglied kann es sich beispiels­ weise um ein elektro-hydraulisches oder ein elektro- mechanisches Stellglied handeln, wobei der elektri­ sche Teil die Wicklung eines Elektromagneten oder eines Motors ist. Der anderen Brückendiagonale wird Betriebsspannung von einer Batterie B zugeführt. Über Strommeßwiderstände R 13 und R 14 ist die Brücken­ schaltung mit Massepotential und damit auch mit dem Minuspol der Batterie B verbunden.

Zur Steuerung der Richtung des Stroms durch das Stellglied S werden den Eingängen E 1 und E 2 Schalt­ signale zugeführt. Die Schaltsignale gelangen über je einen Invertierer I 1 und I 2, einen Widerstand R 3, R 6 zur Basis je eines Treibertransistors T 5, T 6. Die Treibertransistoren T 5 und T 6 sind mit je einem Arbeitswiderstand R 1, R 4 versehen und über je einen weiteren Widerstand R 2, R 5 mit den Basisanschlüssen der Transistoren T 1 und T 2 verbunden. Ferner sind die Ausgänge der Invertierer I 1 und I 2 über Dioden D 1 und D 2 an die Basisanschlüsse der Transistoren T 3 und T 4 angeschlossen, die als Darlingtontransistor ausgebildet sind.

Die zur Steuerung der Stärke des Stroms durch das Stellglied S erforderliche Steuerspannung wird den Basisanschlüssen der Transistoren T 3 und T 4 über je einen Widerstand R 9, R 7 vom Ausgang eines Differenz­ verstärkers OP zugeführt. Dieser dient als Regler, wozu dem nichtinvertierenden Eingang des Differenz­ verstärkers OP über einen weiteren Eingang E 4 und einen Spannungsteiler R 15, R 16 eine als Sollwert dienende Spannung U 1 zugeleitet wird. Der invertie­ rende Eingang des Differenzverstärkers OP erhält über einen Widerstand R 17 als Istwert eine dem Strom analoge Spannung.

Um zwei Strommeß- bzw. -regelbereiche zu erhalten, ist der Strommeßwiderstand in zwei Teilwiderstände R 13 und R 14 aufgeteilt, wobei der Teilwiderstand R 14 durch einen Darlingtontransistor T 7 überbrückt wer­ den kann. Je nach gewünschtem Meß- bzw. Regelbereich wird einer der Analogschalter S 1 oder S 2, welche als ein Bauteil ausgebildet sind, in den leitenden Zustand geschaltet. Die Analogschalter S 1 und S 2 wer­ den dabei nur mit einem geringen Strom, nämlich dem Eingangsstrom des Differenzverstärkers OP belastet. Zur Steuerung der Analogschalter S 1 und S 2 sowie des Darlingtontransistors T 7 wird ein entsprechendes Signal über einen Eingang E 3 dem Analogschalter S 1 direkt und dem Analogschalter S 2 und dem Darlington­ transistor T 7 über einen Invertierer I 3 zugeführt.

Zur Steuerung der Stromrichtung wird eines der den Steuereingängen E 1 bzw. E 2 zugeführten Steuersignale gleich "1" gesetzt. Wird beispielsweise der Eingang E 1 mit einer "1" beaufschlagt, so erhält der Ausgang des Invertierers E 1 ungefähr Massepotential. Dadurch werden die Transistoren T 5 und T 1 nichtleitend. Außerdem verhindert das Massepotential am Ausgang des Invertierers E 1, daß dem Basisanschluß des Tran­ sistors T 3 über den Widerstand R 9 eine positive Steuerspannung zugeführt wird, da die Diode D 2 dann leitend wird. Somit ist auch der Transistor T 3 gesperrt.

Während der Eingang E 1 mit "1" beaufschlagt ist, wird dem Eingang E 2 eine "0" zugeführt. Am Ausgang des Invertierers E 2 ergibt sich daher positives Potential, so daß die Transistoren T 6 und T 2 leitend werden. Außerdem bewirkt das positive Potential, daß dem Basisanschluß des Transistors T 4 über den Wider­ stand R 7 eine Steuerspannung zugeführt werden kann, da die Diode D 1 in Sperrichtung gepolt ist. Damit ergibt sich ein Strom vom positven Pol plus UB der Betriebsspannungsquelle durch den Transistor T 2, durch das Stellglied, durch den Transistor T 4 und durch die Widerstände R 14 und R 13.

Die Stärke des Stroms wird, wie bereits erläutert, mit Hilfe des Differenzverstärkers OP geregelt. Um einen Stromfluß durch das Stellglied S in andere Richtung zu bewirken, wird an den Anschluß E 1 eine "0" und an den Anschluß E 2 eine "1" gelegt, so daß die Transistoren T 1 und T 3 leitend und die Transisto­ ren T 2 und T 4 nichtleitend werden.

Claims (8)

1. Schaltungsanordnung für ein elektrisches Stell­ glied, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wobei dem Stellglied ein bezüglich der Stärke und der Richtung steuerbarer Strom zuführbar ist und wobei eine Brückenschaltung vorgesehen ist, deren eine Diagonale den Ausgang für das Stellglied bildet und deren andere Diagonale mit Betriebsspannung beauf­ schlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweige der Brückenschaltung (T 1, T 2, T 3, T 4) aus je einem steuerbaren Schalter (T 1; T 2) und je einer steuer­ baren Stromquelle (T 4; T 3) gebildet sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung der anderen Dia­ gonale (A 1, A 2) mit einer Betriebsspannungsquelle ein Strommeßwiderstand (R 13, R 14) vorgesehen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Stromquellen (T 3; T 4) beider Zweige mit dem Strommeßwiderstand (R 13, R 14) verbunden und von Darlingtontransistoren gebildet sind.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den steuerba­ ren Stromquellen (T 3; T 4) je eine Steuerspannung und je ein Schaltsignal zuführbar sind, wobei das Schalt­ signal jeweils eine der steuerbaren Stromquellen (T 3; T 4) in den nichtleitenden Zustand schaltet, wenn der steuerbare Schalter (T 1; T 2) des anderen Brückenzweiges ebenfalls nichtleitend ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Steuereingänge für die Stromrich­ tung vorgesehen sind, von denen jeweils über einen Treiber (T 5; T 6) ein steuerbarer Schalter (T 1; T 2) steuerbar ist und daß die Steuereingänge über je eine Diode (D 2; D 1) mit der Steuerelektrode der steuerbaren Stromquelle (T 3; T 4) des jeweils anderen Brückenzweiges verbunden sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Steuereingängen Invertierer (I 1; I 2) vorgeschaltet sind.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strommeß­ widerstand aus zwei Teilwiderständen (R 13; R 14) besteht, wobei ein Teilwiderstand (R 14) mit Hilfe eines weiteren steuerbaren Schalters (T 7) überbrück­ bar ist, und daß der Verbindungspunkt zwischen dem einen Teilwiderstand (R 14) und der Brückenschaltung einerseits und der Verbindungspunkt zwischen den Teilwiderständen andererseits wahlweise mit Hilfe von Analogschaltern (S 1; S 2) mit einem Eingang eines Differenzverstärkers (OP) verbindbar sind.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere steuerbare Schalter (T 7) ein Darlingtontransistor ist.