DE3871890T2

DE3871890T2 - Steuerschaltungsvorrichtung fuer induktive last.

Info

Publication number: DE3871890T2
Application number: DE8888309032T
Authority: DE
Inventors: Ryoichi C O Diesel Kiki Harada; Masami C O Diesel Kiki C Okano; Hidekazu C O Diesel K Oshizawa
Original assignee: Diesel Kiki Co Ltd
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1987-10-02
Filing date: 1988-09-29
Publication date: 1993-02-04
Anticipated expiration: 2008-09-30
Also published as: KR910003489B1; KR890007320A; EP0310383B1; EP0310383A1; US4845420A; DE3871890D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsvorrichtung zum Treiben einer induktiven Last auf der Basis eines Steuersignals.
Es sind verschiedene herkömmliche Treiberschaltungsvorrichtungen zum Antreiben eines Elektromagneten (induktive Last) eines elektromagnetischen Ventils bekannt. Eine der bekannten Vorrichtungen ist offenbart in Fig. 4(A) und 4(B) der offengelegten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 61- 108577. Die im japanischen Gebrauchsmuster offenbarte Treiberschaltungsvorrichtung weist eine Basiskomponente mit einer Stromversorgungsschaltung mit einer Stromquelle und einen Antriebstransistor auf. Der Elektromagnet, der der Gegenstand der Steuerung ist, ist eingebaut in der Stromversorgungsschaltung in Serie mit dem Antriebstransistor.
In der obigen Treiberschaltungsvorrichtung wird Strom, der durch den Elektromagneten fließt, gesteuert ohne einem Einfluß von Schwankungen in der Stromquellenspannung zu unterliegen. Insbesondere ist ein Erfassungswiderstand in der Stromversorgungsschaltung in Serie zu dem Elektromagneten und dem Antriebstransistor eingebaut. Ein Spannungsabfall entsteht an dem Erfassungswiderstand proportional zu dem durch den Elektromagneten fließenden Strom. Die abgefallene Spannung dient als Erfassungsspannung. Eine Bezugsspannung wird an einen nicht invertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers angelegt, während die Erfassungsspannung von dem Erfassungswiderstand an einen invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers angelegt wird. Der Operationsverstärker steuert den Basisstrom des Antriebtransistors derart, daß die Spannung an dem Erfassungswider stand im wesentlichen gleich gemacht ist der Bezugsspannung, wodurch der durch den Elektromagneten fließende Strom auf einen vorbestimmten Wert eingeregelt wird.
In der obigen Treiberschaltungsvorrichtung wird die Stromzufuhr zu dem Elektromagneten und der Stop der Stromzufuhr durch ein Steuersignal gesteuert. Insbesondere hat ein Schalttransistor eine Kollektor-Emitter-Schaltung, die zwischengelagert ist zwischen der Basis des Antriebstransistors und der Masseseite bzw. Erdungsseite. Der Schalttransistor wird an- und ausgeschalten auf Reaktion auf das Steuersignal, das durch eine Basis des Schalttransistors empfangen wird. Wenn der Schalttransistor eingeschaltet ist, wird der Antriebstransistor ausgeschaltet, so daß die Stromzufuhr zu dem Elektromagneten gestoppt wird. Wenn auf der anderen Seite der Schalttransistor aus, geschaltet wird, wird der Antriebstransistor eingeschaltet, so daß die Stromversorgung zum Elektromagneten durchgeführt wird,
Die oben beschriebene herkömmliche Treiberschaltungsvorrichtung hat den Nachteil, daß ein erhebliches Überschwingen in dem Versorgungsstrom auftritt, das nachstehend beschrieben wird, wenn der Strom dem Elektromagneten zugeführt wird.
Wenn insbesondere der Schalttransistor eingeschaltet und der Antriebstransistor ausgeschaltet wird, fließt der Strom nicht durch den Elektromagneten, den Antriebstransistor und den Erfassungswiderstand, so daß die in den Operationsverstärker von dem Erfassungswiderstand eingegebene Erfassungsspannung auf Null gebracht wird. Der Operationsverstärker gibt die Maximalspannung (im wesentlichen gleich der Stromquellenspannung) in einem Versuch aus, die Erfassungsspannung auf die Bezugsspannung anzuheben, so daß der Operationsverstärker gesättigt ist.
In einem Moment, in dem der Schalttransistor ausgeschaltet ist, wird dementsprechend eine hohe Ausgangsspannung oder ein großer Ausgangsstrom von dem Operationsverstärker der Basis des Antriebstransistors zugeführt, so daß der Antriebstransistor zeitweilig gesättigt ist. Somit überschreitet der Versorgungsstrom zu dem Elektromagneten bei weitem den vorbestimmten Wert, der durch die Steuerung des Operationsverstärkers zu erwarten war. Ein solches Phänomen, daß der Versorgungsstrom zeitweilig übersteuert, wird "Überschwingen" genannt.
Das Überschwingen ist nicht steuerbar und behindert daher eine stabile Steuerung des Elektromagneten. Wenn beispielsweise die oben-genannte Treiberschaltungsvorrichtung für ein Elektromagnetventil verwendet wird, das bei hoher Frequenz geoffnet und geschlossen wird, wird die Stromversorgung zum Elektromagneten des Elektromagnetventils und der Stop der Stromversorgung in kurzen Intervallen oder Zyklen wiederholt, Daher ist die Steuerung des Elektromagnetventils stark einem Einfluß des Überschwingens unterworfen, das übergangsweise auftritt. Da ein Spitzenwert des Versorgungsstroms beim Überschwingen in Reaktion auf die Stromquellenspannung schwankt, unterliegt die Steuerung des Elektromagnetventils dem Einfluß der Schwankung der Stromquellenspannung. Im Ergebnis kann ein Fall auftreten, bei dem die Zeit des Öffnens und des Schließens des Elektromagnetventils außer Kontrolle gerät.
Ferner verursacht nach dem Überschwingen die Steuerung durch den Operationsverstärker, daß der Versorgungsstrom in einer Wellenform sich ändert und auf einen vorbestimmten Wert hin konvergiert, bei dem der Versorgungsstrom stabil ist. Während einer Zeitdauer bis zu einem Zeitpunkt, bei dem der Versorgungsstrom stabilisiert ist, ist die Steuerung des Elektromagneten instabil.
Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 61-144476 offenbart eine solche Anordnung, daß eine Zenerdiode zwischen dem Ausgangsanschluß und dem invertierenden Eingangsanschluß der Operationsverstärkers zwischengeschaltet ist, um die Ausgangsspannung von dem Operationsverstärker während des Stops der Stromversorgung zum Elektromagneten zu begrenzen, wodurch versucht wird, das Überschwingen zu Beginn der Stromversorgung zum Elektromagneten zu begrenzen. Auch in diesem Fall wird jedoch eine Differenz zwischen der Bezugsspannung an dem nicht invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers und der Spannung, die an dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers anliegt, während des Stops der Stromversorgung zum Elektromagneten nicht ausgeschaltet, so daß der Operationsverstärker gesättigt ist. Dementsprechend befindet sich der Operationsverstärker nicht in einem normalen Betriebszustand, wenn der Schalttransistor ausgeschaltet und der Antriebstransistor eingeschaltet ist. Somit braucht es eine Zeit, bis der Operationsverstärker zum normalen Betriebszustand zurückgekehrt ist, so daß das Überschwingen, das während der Zeitdauer auftritt, nicht ausreichend begrenzt werden kann.
Die Erfindung versucht, eine Treiberschaltungsvorrichtung zu liefern, bei dem ein Operationsverstärker nicht gesättigt ist, jedoch sich in einem normalen Zustand auch während einer Zeitdauer befindet, in der kein Strom einer induktiven Last zugeführt wird, wodurch ein Überschwingen des Versorgungsstroms zur induktiven Last genügend klein gehalten werden kann.
Die Erfindung liefert eine Treiberschaltungsvorrichtung für eine induktive Last, mit
a) einer Strom-Versorgungsschaltung mit einer Leistungsquelle und einer Treibertransistoreinrichtung, die vorgesehen ist zur Verbindung in Reihe mit der induktiven Last;
b) einer Erfassungswiderstandseinrichtung, die in Reihe mit der Treibertransistoreinrichtung so geschaltet ist, daß, wenn die Treibertransistoreinrichtung eingeschaltet ist, ein Spannungsabfall an der Erfassungswiderstandseinrichtung proportional zu dem Versorgungsstrom auftritt, der durch die induktive Last fließt, wobei der Spannungsabfall als Erfassungsspannung dient;
c) einem Operationsverstärker mit einem Ausgangsanschluß, einem nicht invertierenden Eingangsanschluß und einem invertierenden Eingangsanschluß; einer Einrichtung zum Zuführen einer Bezugsspannung an den nicht invertierenden Eingangsanschluß; wobei die Erfassungsspannung an den invertierenden Eingangsanschluß angelegt wird und der Ausgangsanschluß mit einem Steueranschluß der Treibertransistoreinrichtung verbunden ist; wobei der Operationsverstärker die Treibertransistoreinrichtung derart steuert, daß die Erfassungsspannung an der Erfassungswiderstandseinrichtung im wesentlichen gleich ist der Bezugsspannung, wodurch der Versorgungsstrom, der durch die induktive Last fließt, auf einen vorbestimmten Wert gesteuert bzw. geregelt wird;
d) einer Schalteinrichtung, die in Reaktion auf ein Steuersignal betriebsbereit ist, um die Treibertransistoreinrichtung ein- oder auszuschalten, um die Zufuhr des Versorgungsstroms zur induktiven Last zu steuern; und
e) eine erste Rückkopplungschaltung, um Strom von der Treibertransistoreinrichtung zu dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers rückzukoppeln, um die Versorgung des Stroms, der durch die induktive Last fließt, auf einen vorbestimmten Wert zu steuern, gekennzeichnet durch:
f) eine Hilfsrückkopplungsschaltung mit einer Reaktionseinrichtung und einer Rückkopplungswiderstandseinrichtung, wobei die Reaktionseinrichtung in Reaktion auf das Ausschalten der Treibertransistoreinrichtung betriebsbereit ist, um Rückkopplungsstrom der Rückkopplungswiderstandseinrichtung zuzuführen, um eine Rückkopplungsspannung zu erzeugen, die dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers zugeführt wird, so daß der Operationsverstärker den Strom, der durch die Rückkopplungswiderstandseinrichtung fließt, derart steuert, um zu veranlassen, daß die Rückkopplungsspannung im wesentlichen gleich ist der Bezugsspannung, wobei die Sättigung des Operationsverstärkers vermieden ist, wobei die Reaktionseinrichtung ferner in Reaktion auf das Einschalten der Treibertransistoreinrichtung betriebsbereit ist, um die Zufuhr von Rückkopplungsstrom in die Rückkopplungswiderstandseinrichtung zu stoppen.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, in welcher
Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm einer Treiberschaltungsvorrichtung für eine induktive Last ist, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht ist, jedoch eine zweite Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Detaillierte Beschreibung

Unter Bezugnahme zunächst auf Fig. 1 ist dort eine Treiberschaltungsvorrichtung für eine induktive Last gezeigt, und zwar gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Treiberschaltungsvorrichtung weist eine Stromversorgungsschaltung 10 auf, die eine Batterie oder Stromquelle 11 und einen Treibertransistor 12 aufweist. Die Batterie 11 hat einen negativen Pol, der mit Masse bzw. Erde verbunden ist. In der Stromversorgungsschaltung 10 ist die induktive Last 1 zwischen einem positiven Pol der Batterie 11 und einem Kollektor des Treibertransistors 12 geschaltet. Die induktive Last 1 kann ein Elektromagnet sein, der verwendet wird, um beispielsweise das Einspritzen von Kraftstoff in einen Dieselmotor zu steuern.
Eine Zenerdiode 13 ist zwischen dem Kollektor und einer Basis oder einem Steueranschluß des Treibertransistors 12 geschaltet, um denselben gegen eine gegengerichtete elektromotorische Kraft zu schützen, die an dem Elektromagneten 1 erzeugt wird.
Eine Steuerschaltung zum Steuern von Versorgungsstrom Ia zum Elektromagneten 1 auf einen vorbestimmten Wert wird nachstehend beschrieben. Die Steuerschaltung hat Basiskomponenten einschließlich eines Erfassungswiderstandes 15, eines Operationsverstärkers 20 und einer Bezugsspannungs-Erzeugsschaltung 30.
Der obige Erfassungswiderstand 15 ist extrem klein bezüglich des Widerstandswertes und sein eines Ende P ist mit einem Emitter des Treibertransistors 12 verbunden. Das andere Ende des Erfassungswiderstands 12 ist mit einem Masseleiter 40 verbunden. Wenn der Antriebstransistor 12 angeschaltet wird, so daß die Stromversorgung Ia zum Elektromagneten 1 durch den Erfassungswiderstand 15 fließt, tritt ein Spannungsabfall an dem Erfassungswiderstand 15 auf, so daß die Spannung Vp an dem einen Ende P der Erfassungsschaltung 15 auf einen Wert angehoben wird, der höher ist als die Massespannung 0 (null) V. Die Spannung Vp ist proportional zum Versorgungsstrom Ia und dient als Erfassungsspannung. Das eine Ende P des Erfassungswiderstands 15 ist mit einem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 20 durch einen Widerstand 16 von relativ hohem Widerstandswert verbunden, Dementsprechend wird die Erfassungsspannung Vp zum invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 20 rückgekoppelt.
Der Operationsverstärker 20 hat ein Paar von Stromquellenanschlüssen, die jeweils mit dem Masseleiter 40 und einer Steuerleitung 41 an der Stromquellenseite verbunden sind. Die Steuerleitung 41 hat ein Ende, das mit dem positiven Pol der Batterie 11 durch einen Widerstand 42 verbunden ist, und ist ferner verbunden mit dem Masseleiter 40 durch eine Zenerdiode 43. Somit wird die Steuerleitung 41 auf konstanter Spannung gehalten, Ein Kondensator 44 ist parallel zur Zenerdiode 43 geschaltet.
Die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 30 weist einen Feldeffekttransistor FET 31 und eine Zenerdiode 32 auf, die in Serie miteinander zwischen der Steuerleitung 41 und dem Masseleiter 40 geschaltet sind, und eine Serienschaltung, die parallel zur Zenerdiode 32 geschaltet ist, Die Serienschaltung weist eine Temperatur-Kompensationsdiode 33, einen Widerstand 34 und einen variablen Bezugswiderstand 35 auf. Ein konstanter Strom fließt durch den Bezugswiderstand 35, und eine konstante Spannung an der Verbindung zwischen dem Bezugswiderstand 35 und dem Widerstand 34 wird auf Bezugsspannung VR gebracht, die in einen nicht invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 20 eingegeben wird.
Eine Integrierschaltung mit einem Widerstand 21 und einem Kondensator 22 wird zwischen den Ausgangsanschluß und den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 20 geschaltet. Ein Kondensator 23 ist parallel zu der Integrierschaltung geschaltet.
Der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 20 ist mit einer Basis oder einem Steueranschluß eines Hilfstransistors 50 verbunden. Ein Kollektor des Hilfstransistors 50 ist mit dem positiven Pol der Batterie 11 verbunden, während ein Emitter des Hilfstransistors 50 mit der Basis des Treibertransistors 12 verbunden ist. Strom Ib, der durch eine Kollektor-Emitter-Schaltung des Hilfstransistors fließt, wird in Reaktion auf den Ausgangsstrom von dem Operationsverstärker 20 gesteuert. Der Strom Ib dient als Steuerstrom oder Basisstrom des Treibertransistors 12. Der durch die Kollektor-Emitter-Schaltung des Treibertransistors 12 fließende Strom wird in Reaktion auf den Basisstrom gesteuert. In dieser Weise wird eine Rückkopplungs-Steuerschleife gebildet.
Der Operationsverstärker 20 steuert die Ausgangsspannung des Ausgangsstroms derart, daß die Erfassungsspannung Vp in Koinzidenz mit der Bezugsspannung Vr gebracht wird. Dementsprechend wird der Strom, der durch die Kollektor-Emitter- Schaltung des Treibertransistors 12 fließt, d.h. der Versorgungsstrom Ia zum Elektromagneten 1 auf einen vorbestimmten Wert Vr/R&sub1;&sub5; gesteuert bzw. geregelt, und zwar unabhängig von einer Schwankung im Verstärkungsfaktor des Treibertransistors 12 aufgrund einer Temperaturänderung und Schwankung der Spannung der Batterie 11. In diesem Zusammenhang ist R&sub1;&sub5; ein Widerstandswert des Widerstands 15.
Die Stromversorgung zum Elektromagneten 1 und der Stop der Stromversorgung werden gesteuert durch einen Schalttransistor 60, der als Schalteinrichtung dient. Der Schalttransistor 60 hat einen Kollektor, der mit der Basis des Hilfstransistors 50 verbunden ist. Ein Emitter des Schalttransistors 60 ist mit dem Masseleiter 40 verbunden. Eine Basis des Schalttransistors 60 ist durch ein Paar von Widerständen 62 und 63 mit einem Eingangsanschluß 61 verbunden, an dem das Steuersignal eingegeben wird Ferner ist ein Vorspannungswiderstand 64 zwischen Basis und Emitter des Schalttransistors 60 geschaltet. Ein Kondensator 65 ist zwischen dem Eingangsanschluß 61 und dem Masseleiter 40 zwischengeschaltet.
Die Verbindung zwischen den Widerständen 62 und 63 ist verbunden mit der Steuerleitung 41 durch einen Widerstand 66 und ist ferner verbunden mit dem Masseleiter 40 durch eine Zenerdiode 67. Somit wird verhindert, daß eine Überspannung an den Schalttransistor 60 angelegt wird.
Wenn sich das Steuersignal auf einem Tiefpegel befindet, wird der Schalttransistor 60 abgeschaltet, so daß der Ausgangsstrom von dem Operationsverstärker 20 der Basis des Hilfstransistors 50 zugeführt wird, um diesen anzuschalten. Daher wird veranlaßt, daß der Strom Ib, der nachfolgend beschrieben wird, zur Basis des Treibertransistors 12 durch den Hilfstransistor 50 fließt, um den Treibertransistor 12 anzuschalten. Im Ergebnis wird der Strom Ia dem Elektromagneten 1 zugeführt. Da in diesem Zustand die zuvor erwähnte Rückkopplungs-Steuerschleife gebildet ist, wird der Versorgungsstrom Ia auf den vorbestimmten Wert gesteuert bzw. eingeregelt.
Wenn das Steuersignal sich auf einem Hochpegel befindet, wird der Schalttransistor 60 eingeschaltet und daher fließt der Ausgangsstrom von dem Operationsverstärker 20 zum Masseleiter 40 durch die Kollektor-Emitter-Schaltung des Schalttransistors 60, wird jedoch nicht der Basis des Hilfstransistors 50 zugeführt, Dementsprechend wird der Hilfstransistor 50 ausgeschaltet, so daß der Basisstrom Ib nicht zum Treibertransistor 12 fließt. Somit wird auch der Treibertransistor 12 ausgeschaltet. In der Konsequenz wird die Stromversorgung zum Elektromagneten 1 gestoppt.
Die oben beschriebene Anordnung ähnelt im wesentlichen der vorausgehend beschriebenen herkömmlichen Treiberschaltungsvorrichtung.
Die Treiberschaltungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform weist ferner eine Rückkopplungsschaltung 70 auf. Die Rückkopplungsschaltung 70 weist einen Vorspannungswiderstand 71 mit einem extrem kleinen Widerstandswert auf, der zwischen dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 20 und die Basis des Hilfstransistors 50 geschaltet ist, einen Antworttransistor 72 mit einer Basis und einem Emitter, die jeweils mit gegenüberliegenden Enden des Vorspannungswiderstands 71 verbunden sind, und einen Rückkopplungswiderstand 73 mit einem relativ hohen Widerstandswert, der zwischen einem Kollektor des Antworttransistors 72 und den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 20 geschaltet ist.
Darüberhinaus weist die Treiberschaltungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform eine Strombegrenzungsschaltung 80 auf. Die Strombegrenzungsschaltung 80 weist einen Vorspannungswiderstand 81 mit einem extrem kleinen Widerstandswert auf, der zwischen dem Kollektor des Hilfstransistors 50 und die Batterie 11 geschaltet ist, einen Rückkopplungstransistor 82 mit einer Basis und einem Emitter, die jeweils mit gegenüberliegenden Enden des Vorspannungswiderstands 81 verbunden sind, und einen weiteren Rückkopplungswiderstand 83 mit einem relativ hohen Widerstandswert, der zwischen einen Kollektor des Rückkopplungstransistors 82 und den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 20 geschaltet ist.
Der zuvor genannte Widerstand 16, der zwischen dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 20 und dem Erfassungswiderstand 15 zwischengeschaltet ist, wirkt mit dem Rückkopplungswiderstand 73 zusammen, um eine Rückkopplungs-Widerstandseinrichtung für die Rückkopplungsschaltung 70 zu bilden. Ferner wirkt der Widerstand 16 mit dem Rückkopplungswiderstand 83 zusammen, um eine Rückkopplungs-Widerstandseinrichtung für die Strombegrenzungsschaltung 80 zu bilden.
In der wie oben aufgebauten Treiberschaltungsvorrichtung wiederholt das dem Eingangsanschluß 61 eingegebene Steuersignal den Hochpegel und den Tiefpegel abwechselnd in kurzen Zyklen. Wie vorausgehend beschrieben, wird der Schalttransistor 60 ein- und ausgeschaltet auf der Basis des Steuersignals. In Reaktion auf das Einschalten und Ausschalten des Schalttransistors 60 wird der Treibertransistor 12 wiederholt abwechselnd ein- und ausgeschaltet, so daß die Versorgung des Stroms Ia zum Elektromagneten 1 und der Stop der Stromversorgung wiederholt werden. Somit wird das Elektromagnetventil wiederholt in kurzen Zyklen geöffnet und geschlossen.
In einem Zustand, in dem der Schalttransistor 60 eingeschaltet ist, so daß der Strom nicht dem Elektromagneten zugeführt wird, fließt der Strom von dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 20 zum Masseleiter 40 durch den Vorspannungswiderstand 71 und die Kollektor-Emitter-Schaltung des Schalttransistors 60, wie zuvor erwähnt. Dieser Strom ist jedoch höher als der, welcher zur Basis des Hilfstransistors 50 fließt, wenn der Schalttransistor 60 ausgeschaltet ist. Aus diesem Grund erhöht sich der Spannungsabfall am Vorspannungswiderstand 71, so daß der Antworttransistor 72 vom "Aus"-Zustand in den "Ein"-Zustand umgeschaltet wird. Im Ergebnis fließt ein Teil des Stroms vom Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 20 als Rückkopplungsstrom zum Masseleiter 40 durch die Kollektor-Emitter-Schaltung des Antworttransistors 72, den Rückkopplungswiderstand 73, den Widerstand 16 und den Erfassungswiderstand 15. Eine Spannung, die an einem Ende P' des Rückkopplungswiderstandes 73 erzeugt wird, dient als Rückkopplungsspannung Vp', die an den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 20 angelegt wird.
In der oben beschriebenen Weise wird in einem Zustand, in dem der Treibertransistor 12 ausgeschaltet ist, so daß kein Strom dem Elektromagneten 1 zugeführt wird, die Rückkopplungsschaltung 70 geschlossen, wodurch die Rückkopplungsspannung Vp' dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 20 eingegeben wird, und zwar anstelle der zuvor erwähnten Erfassungsspannung Vp. Dementsprechend wird der Ausgangsstrom von dem Operationsverstärker 20 derart gesteuert, daß die Rückkopplungsspannung Vp' gleich gemacht ist der Differenzspannung Vr. Da eine weitere Rückkopplungsschleife auf diese Weise gebildet ist, ist der Operationsverstärker 20 nicht gesättigt, sondern wird im normalen Betriebszustand erhalten, Die Ausgangsspannung im Operationsverstärker 20 wird nicht angehoben und der Ausgangsstrom von ihm wird daher nicht überschüssig.
Wenn der Schalttransistor 60 von dem "Ein"-Zustand in den "Aus"-Zustand umgeschaltet wird, so daß der Ausgangsstrom von dem Operationsverstärker 20 zur Basis des Hilfstransistors 50 zu fließen beginnt, wird der Treibertransistor 12 eingeschaltet. Da jedoch der Ausgangsstrom von dem Operationsverstärker 20 nicht übermäßig bzw. überschüssig ist, wie zuvor erwähnt, kann der Basisstrom des Treibertransistors 12 unterdrückt bzw. tief gehalten werden, was es ermöglicht, das Überschwingen des Versorgungsstroms Ia gering zu halten.
Da darüberhinaus der Operationsverstärker 20 nicht im gesättigten Zustand ist, sondern in seinem normalen Betriebszustand ist, auch wenn der Versorgungsstrom zum Elektromagneten 1 gestoppt ist, wie zuvor beschrieben, kann der Versorgungsstrom Ia prompt auf den vorbestimmten Wert stabilisiert werden, und zwar in schneller Antwort auf die Erfassungsspannung Vp, die an dem Erfassungswiderstand 15 auftritt, wenn der Schalttransistor 60 von dem "Ein"-Zustand in den "Aus"-Zustand umgeschaltet wird. Auch in dieser Hinsicht kann das Überschwingen gering gehalten werden. Somit ist es möglich, eine stabile Steuerung bzw. Regelung der Stromversorgung zum Elektromagneten 1 durchzuführen,
Da das Überschwingen des Versorgungsstroms Ia gering gehalten ist, wie zuvor erwähnt, unterliegt der Versorgungsstrom nur einem kleinen Einfluß der Schwankung der Stromquellenspannung, auch an einem Zeitpunkt des Anstiegs des Versorgungsstroms. Somit kann gewährleistet werden, daß eine Störung der Öffnungs- und Ausschaltzeit des Elektromagnetventils verhindert wird.
Wenn der Treibertransistor 12 eingeschaltet ist, antwortet der Operationsverstärker 20 in einem Moment übermäßig, da eine Verzögerung im Anstieg des Stroms Ia aufgrund der Selbstinduktion des Elektromagneten 1 auftritt, was verursacht, daß ein überschüssiger Basisstrom unmittelbar zum Hilfstransistor 50 fließt. In dieser Ausführungsform kann jedoch der Basisstrom Ib, der zum Treibertransistor 50 fließt, unter der Wirkung der Strombegrenzungsschaltung 80 begrenzt werden. Es wird angenommen, daß Vbe die Spannung zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 41 ist, wenn derselbe eingeschaltet wird, und R&sub8;&sub1; ein Widerstandswert des Widerstands 81 ist. Wenn sodann der durch den Vorspannungswiderstand 81 fließende Strom Ib größer als Vbe/R&sub8;&sub1; ist, schaltet der Spannungsabfall am Vorspannungswiderstand 81 den Rückkopplungstransistor 82 ein, so daß ein Teil des Stroms oder ein geringer Strom von der Batterie 11 fließt, und zwar als Rückkopplungsstrom, zum Masseleiter 40 durch den Rückkopplungstransistor 82, den Rückkopplungswiderstand 83, den Widerstand 16 und den Erfassungswiderstand 15. Zu diesem Zeitpunkt wird die Rückkopplungsspannung Vp' an dem einen Ende P' des Rückkopplungswiderstands 83 dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 20 eingegeben. Der Operationsverstärker 20 steuert seinen Ausgangsstrom dergestalt, daß die Rückkopplungsspannung Vp' gleich gemacht ist der Bezugsspannung Vr. Wenn im Ergebnis eine Verzögerung im Anstieg des Versorgungsstroms Ia auftritt, kann der Basisstrom des Treibertransistors 12 auf einen Wert begrenzt werden, der gleich ist oder kleiner als Vbe/R&sub8;&sub1;. Somit kann auch in dieser Hinsicht gewährleistet werden, daß ein Überschwingen verhindert ist.
Wie in der zuvor erwähnten Treiberschaltungsvorrichtung ist der Strombegrenzungswiderstand mit einem hohen Widerstandswert zwischen den Hilfstransistor und die Batterie zwischengeschaltet, um den überschüssigen Basisstrom Ib zu begrenzen. In dieser Ausführungsform ist es jedoch ausreichend, den Vorspannungswiderstand 81 mit geringem Widerstandswert zu verwenden, und zwar anstelle des Strombegrenzungswiderstandes. Wenn dementsprechend die Spannung der Batterie 11 klein ist, wird ein ausreichender Basisstrom gewährleistet, so daß eine stabile Stromversorgung zum Elektromagneten 1 gewährleistet werden kann, was es ermöglicht, den Spannungsbereich der Batterie 11 zu vergrößern, innerhalb der die Treiberschaltungsvorrichtung normal betrieben werden kann.
Die Integrierschaltung mit dem Kondensator 21 und dem Widerstand 22 dient dazu, Vibrationen des Versorgungsstroms in der Zeit zu begrenzen, wenn der Versorgungsstrom auf den vorbestimmten Wert aus dem Überschwingen konvergiert bzw. zuläuft. Da in diesem Zusammenhang das Überschwingen klein ist, kann die Zeitkonstante des Versorgungsstroms vermindert werden. Auch in dieser Hinsicht ist es möglich, die Antwortfähigkeit des Operationsverstärkers 20 zu verbessern.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist eine Treiberschaltungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. In Fig. 2 sind Komponenten, die gleich oder ähnlich den in der ersten Ausführungsform in Fig. 1 erläuterten sind, mit denselben oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, und die Beschreibung solcher oder ähnlicher Komponenten wird hier ausgelassen, um unnötige Wiederholung zu vermeiden, In der zweiten Ausführungsform wird der Treibertransistor 12 durch ein Paar von Transistorelementen gebildet, die als Darlington-Transistoren miteinander verbunden sind.
Eine Bezugsspannung-Erzeugerschaltung 30A, eine Rückkopplungsschaltung 70A und eine Strombegrenzungsschaltung 80A der zweiten in Fig. 2 erläuterten Ausführungsform sind jeweils unterschieden von der Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 30, der Rückkopplungsschaltung 70 und der Strombegrenzungsschaltung 80 der ersten Ausführungsform.
Die Bezugsspannung-Erzeugerschaltung 30A weist eine Konstantstromschaltung mit einem Feld-Effekt-Transistor 31A und einem Vorspannungswiderstand 34A auf, sowie einen Bezugswiderstand 35A, der in Reihe mit der Konstantstromschaltung geschaltet ist.
Die Rückkopplungsschaltung 70A ist mit einem Antworttransistor 72A versehen, der als Antworteinrichtung dient. Der Antworttransistor 72A hat einen Emitter, der mit dem Emitter des Hilfstransistors 50 verbunden ist, und ferner verbunden ist mit der Basis des Treibertransistors 12. Auf der anderen Seite ist eine Basis des Antworttransistors 72A mit dem Kollektor des Schalttransistors 60 verbunden, und ist ferner verbunden mit der Steuerleitung 41 durch einen Widerstand 71A. Die Rückkopplungsschaltung 70A ist ferner versehen mit einem Rückkopplungswiderstand 73A, der im Widerstandswert erheblich höher ist als der Erfassungswiderstand 15. Ein Ende P' des Rückkopplungswiderstands 73A ist verbunden mit einem Kollektor des Antworttransistors 72A und ist ferner verbunden mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 20. Das andere Ende des Rückkopplungswider stands 73A ist verbunden mit dem einen Ende P des Erfassungswiderstands 15. Wenn der Schalttransistor 60 ausgeschaltet wird, wird die Spannung an der Steuerleitung 41 der Basis des Antworttransistors 72A durch den Widerstand 71A angelegt, so daß der Antworttransistor 72A ausgeschaltet ist. In der Konsequenz fließt der Strom Ib, der aus dem Hilfstransistor 50 fließt, als Steuerstrom zur Basis des Treibertransistors 12, um denselben einzuschalten, so daß der Strom dem Elektromagneten 1 zugeführt wird.
Wenn der Schalttransistor 60 eingeschaltet ist, ist die Basis des Antworttransistors 72A mit Masse verbunden, um den Antworttransistor 72A einzuschalten. Im Ergebnis fließt der Strom Ib, der durch die Kollektor-Emitter-Schaltung des Hilfstransistors 50 fließt, als Rückkopplungsstrom zum Masseleiter 40 durch die Kollektor-Emitter-Schaltung des Antworttransistors 72A und ferner durch den Rückkopplungswiderstand 73A und den Erfassungswiderstand 15. Dementsprechend ist der Treibertransistor 12 ausgeschaltet, so daß die Stromversorgung zum Elektromagneten 1 unterbrochen ist und die Rückkopplungsspannung Vp' an dem einen Ende P' des Rückkopplungswiderstands 73A dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 20 eingegeben ist. Der Operationsverstärker 20 steuert seinen Ausgangsstrom dergestalt, daß die Rückkopplungsspannung Vp' in Koinzidenz mit der Bezugsspannung Vr gebracht wird, wodurch der durch die Rückkopplungsschaltung 70A fließende Strom gesteuert bzw. geregelt wird. Da dementsprechend ähnlich der ersten Ausführungsform eine weitere Rückkopplungsschleife gebildet ist, ist der Operationsverstärker 20 nicht gesättigt, sondern wird in einem normalen Betriebszustand gehalten, sogar dann, wenn der Strom nicht dem Elektromagneten 1 zugeführt wird.
Es ist bevorzugt, daß der Widerstandswert R&sub7;&sub3; des Rückkopplungswiderstands 73A und der Widerstandswert R&sub1;&sub5; des Erfassungswiderstands 15 so eingestellt sind, daß die folgende Gleichung erfüllt ist:
R&sub7;&sub3; + R&sub1;&sub5; = Vr/Ib
Da R&sub1;&sub5; einen extrem kleinen Wert im Vergleich zu R&sub7;&sub3; hat, kann die obige Gleichung in der folgenden Weise wiedergegeben werden:
R&sub7;&sub3; = Vr/Ib
In den obigen Gleichungen stellt Ib einen Strom dar, der durch die Kollektor-Emitter-Schaltung des Hilfstransistors 50 fließt, d.h. einen Steuerstrom, der der Basis des Treibertransistors 12 zugeführt wird, wenn der letztere eingeschaltet ist, so daß der Konstantstrom dem Elektromagneten 1 zugeführt wird.
Durch Einstellen der Widerstandswerte in der oben beschriebenen Weise kann der Strom, der durch die Kollektor-Emitter-Schaltung des Hilfstransistors 50 fließt, wenn der Treibertransistor 12 ausgeschaltet ist, im wesentlichen gleich gemacht werden dem Strom zur Zeit, wenn der Treibertransistor 12 eingeschaltet wird. Somit entsteht keine große Schwankung im Ausgangsstrom von dem Operationsverstärker 20 beim Umschalten zwischen dem "Ein"-Zustand und dem "Aus"-Zustand des Treibertransistors 12, was es ermöglicht, weiterhin zu gewährleisten, daß das Überschwingen begrenzt ist.
Die Strombegrenzungsschaltung 80A hat einen Transistor 82A. Der Transistor 82A ist mit einem Emitter versehen, der mit der Batterie 11 durch einen Widerstand 81A verbunden ist Ein Kollektor des Transistors 82A ist mit dem Kollektor des Hilfstransistors 50 verbunden. Eine Basis des Transistors 82A ist mit Masse durch einen Widerstand 83A verbunden, Eine Zenerdiode 84A ist zwischen die Basis und den Emitter des Transistors 82A geschaltet. Die Strombegrenzungsschaltung 80A dient dazu, eine obere Grenze des Stroms Ib zu bestimmen, der durch die Kollektor-Emitter-Schaltung des Hilfstransistors 50 fließt. Der Grund dafür liegt darin, daß die Obergrenze des Spannungsabfalls, der an dem Vorspannungswiderstand 81A auftritt, wenn der Strom Ib durch diesen hindurchfließt, durch die Einstellspannung der Zenerdiode 84A bestimmt ist.
In der zweiten Ausführungsform, die in Fig. 2 erläutert ist, ist ein Widerstand 100 zwischen den Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 20 und die Basis des Hilfstransistors 50 geschaltet, Eine Sicherung 101 ist zwischen die Batterie 11 und den Elektromagneten 1 geschaltet. Ein Widerstand 102 und ein Kondensator 103 sind parallel zum Elektromagneten 1 geschaltet, um die gegenwirkende elektromotorische Kraft aufzunehmen.
In dieser Beschreibung wird jeder bipolare Transistor, der in der Treiberschaltungsvorrichtung gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform eingesetzt ist, lediglich als "Transistor" bezeichnet, Eine Unterscheidung zwischen Transistoren vom NPN-Typ und vom PNP-Typ ist in den Figuren erläutert, jedoch in der Beschreibung ausgelassen. Feld-Effekt- Transistoren können anstelle von bipolaren Transistoren eingesetzt werden.

Claims

1. Treiberschaltungsvorrichtung für eine induktive Last (1), mit:

(a) einer Strom-Versorgungsschaltung mit einer Leistungsquelle (1), und einer Treibertransistoreinrichtung (12), die vorgesehen ist zur Verbindung in Reihe mit der induktiven Last (1);

(b) einer Erfassungswiderstandseinrichtung (15), die in Reihe mit der Treibertransistoreinrichtung (12) so geschaltet ist, daß, wenn die Treibertransistoreinrichtung (12) eingeschaltet ist, ein Spannungsabfall an der Erfassungswiderstandseinrichtung (15) proportional zu dem Versorgungsstrom auftritt, der durch die induktive Last (1) fließt, wobei der Spannungsabfall als Erfassungsspannung dient;

(c) einem Operationsverstärker (20) mit einem Ausgangsanschluß, einem nichtinvertierenden Eingangsanschluß und einem invertierenden Eingangsanschluß; einer Einrichtung zum Zuführen einer Bezugsspannung (Vr) an den nichtinvertierenden Eingangsanschlus; wobei die Erfassungsspannung an den invertierenden Eingangsanschluß angelegt wird und der Ausgangsanschluß mit einem Steueranschluß der Treibertransistorein richtung (12) verbunden ist; wobei der Operationsverstärker (20) die Treibertransistoreinrichtung (12) derart steuert, daß die Erfassungsspannung an der Erfassungswiderstandseinrichtung (15) im wesentlichen gleich ist der Bezugsspannung (Vr), wodurch der Versorgungsstrom, der durch die induktive Last (1) fließt, auf einen vorbestimmten Wert gesteuert wird;

(d) einer Schalteinrichtung (60), die in Reaktion auf ein Steuersignal betriebsbereit ist, um die Treibertransistoreinrichtung ein- oder auszuschalten, um die Zufuhr des Versorgungsstroms zu der induktiven Last (1) zu steuern; und

(e) einer ersten Rückkopplungsschaltung (71, 50, 16; 100, 50, 73A, 16), um Strom von der Treibertransistoreinrichtung (12) zu dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (20) rückzukoppeln, um die Versorgung des Storms, der durch die induktive Last (1) fließt, auf einen vorbestimmten Wert zu steuern,

gekennzeichnet durch:

(f) eine Hilfsrückkopplungsschaltung (70; 70A) mit einer Reaktionseinrichtung (72; 72A) und einer Rückkopplungswiderstandseinrichtung (73; 100, 16), wobei die Reaktionseinrichtung (72, 72A) in Reaktion auf das Ausschalten der Treibertransistoreinrichtung (12) betriebsbereit ist, um Rückkopplungsstrom der Rückkopplungswiderstandseinrichtung zuzuführen, um eine Rückkopplungsspannung zu erzeugen, die dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers (20) zugeführt wird, so daß der Operationsverstärker den Strom, der durch die Rückkopplungswiderstandseinrichtung (73; 100, 16) strömt, derart steuert, um zu veranlassen, daß die Rückkopplungsspannung im wesentlichen gleich ist der Bezugsspannung (Vr), wobei die Sättigung des Operationsverstärkers (20) vermieden ist, wobei die Reaktionseinrichtung (72, 72A) ferner in Reaktion auf das Einschalten der Treibertransistoreinrichtung (20) betriebsbereit ist, um die Zufuhr von Rückkopplungsstrom in die Rückkopplungswiderstandseinrichtung (73; 100, 16) zu stoppen.

2. Treiberschaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Reaktionseinrichtung einen Reaktionstransistor (72) aufweist, der durch einen Widerstand (71) vorgespannt ist, der zwischen dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers (20) und dem Steueranschluß der Treibertransistoreinrichtung (12) zwischengeschaltet ist, wobei der Reaktionstransistor (72) zwischen den Ausgangsanschluß und den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers (20) geschaltet ist; wobei die Hilfsrückkopplungsschaltung (70) eine zweite Rückkopplungswiderstandseinrichtung (73) aufweist, die zwischen den Ausgangsanschluß und den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers (20) in Reihe mit dem Reaktionstransistor (72) geschaltet ist; wobei die erste Rückkopplungsschaltung eine erste Rückkopplungswiderstandseinrichtung (16) aufweist, die zwischen den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers (20) und die Treibertransistoreinrichtung (12) geschaltet ist; wobei die Anordnung dergestalt ausgewählt ist, daß, wenn die Treibertransistoreinrichtung (12) ausgeschaltet ist, ein Spannungsabfall an dem Vorspannungswiderstand (71) zunimmt und der Reaktionstransistor (72) eingeschaltet ist, wobei der Rückkopplungsstrom der zweiten Rückkopplungswiderstandseinrichtung (73) zugeführt wird, und eine Spannung (Vp'), die in einer Verbindung (T') zwischen der ersten und zweiten Rückkopplungswiderstandseinrichtung (16, 73) aufgetreten ist, als die Rückkopplungsspannung dient, die an den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers (20) angelegt ist.

3. Treiberschaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einem Hilfstransistor (50) und einer Strombegrenzungsschaltung (80) wobei der Hilfstransistor (50) einen Steueranschluß hat, der mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers (20) verbunden ist, wobei der Hilfstransistor (50) einen Strompfad zu dem Steueranschluß der Treibertransistoreinrichtung (12) bereitstellt, wodurch der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers und der Steueranschluß der Treibertransistoreinrichtung (12) miteinander indirekt durch den Hilfstransistor (50) verbunden sind, wodurch ein Steuerstrom dem Steueranschluß der Treibertransistoreinrichtung (12) von dem Hilfstransistor (50) unter der Steuerung des Operationsverstärkers (12) zugeführt wird, wobei der Steuerstrom durch den Hilfstransistor (50) fließt, der begrenzt ist durch die Strom-Begrenzungsschaltung (80), wobei die Strombegrenzungsschaltung einen Vorspannungswiderstand (81) aufweist, der zwischen den Hilfstransistor (50) und die Leistungsquelle geschaltet ist, einen Rückkopplungstransistor (82), der zwischen die Leistungsquelle und den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers geschaltet ist, und eine Rückkopplungswiderstandseinrichtung (81), die zwischen der Leistungsquelle und dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers in Reihe zu dem Rückkopplungstransistor geschaltet ist; wobei die erste Rückkopplungsschaltung eine erste Rückkopplungswiderstandseinrichtung (16) aufweist, die zwischen den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers und die Treibertransistoreinrichtung (12) geschaltet ist; wobei die Anordnung dergestalt ausgebildet ist, daS, wenn der Rückkopplungstransistor in Reaktion auf einen Anstieg eines Spannungsabfalls an dem Vorspannungswiderstand (81) eingeschaltet ist, Strom in den Rückkopplungswiderstand (16, 83) zurückgeführt ist, wodurch eine Spannung (Vp'), die an einer Verbindung (P') zwischen der ersten und zweiten Widerstandseinrichtung entwickelt ist, als eine Rückkopplungsspannung dient, die an den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers angelegt ist.

4. Treiberschaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Reaktionseinrichtung (72; 72A) ein Reaktionstransistor (72A) ist mit einem Strompfad, durch welchen der Steueranschluß der Treibertransistoreinrichtung (12) mit der Erdseite (40) verbunden ist, wobei der Reaktionstransistor (72A) durch die Schalteinrichtung (60) so gesteuert ist, daß der Strompfad des Reaktionstransistors geöffnet und geschlossen wird durch die Schalteinrichtung, wobei ein Ende der Rückkopplungswiderstandseinrichtung (73A) mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers (20) durch den Reaktionstransistor (72A) verbunden ist und ferner durch die Rückkopplungswiderstandseinrichtung (16) mit dem invertierenden Eingangsanschlug des Operationsverstärkers (20) verbunden ist, wobei das andere Ende der Rückkopplungswiderstandseinrichtung (72A) geerdet ist, so daß, wenn der Reaktionstransistor (72A) eingeschaltet ist, der Rückkopplungsstrom, der durch den Operationsverstärker (20) gesteuert wird, der Rückkopplungswiderstandseinrichtung (16) zugeführt wird, und wobei eine Spannung (Vp'), die zwischen (P') der Rückkopplungswiderstandseinrichtung (16, 73A) entwickelt ist, als Rückkopplungsspannung dient, die an den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers (20) angelegt ist.

5. Treiberschaltungsvorrichtung nach Anspruch 4, ferner mit einem Hilfstransistor (50), dessen Steueranschluß mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers (20) verbunden ist, wobei der Hilfstransistor (50) einen Strompfad hat, der mit dem Steueranschlug der Treibertransistoreinrichtung (12) verbunden ist, wobei der Strom, der dem Steueranschluß der Treibertransistoreinrichtung (12) von dem Hilfstransistor (50) zugeführt ist, durch den Operationsverstärker gesteuert wird, wobei der Reaktionstransistor (72A) einen Strompfad hat, der mit dem Strompfad des Hilfstransistors (50) verbunden ist, wobei die Rückkopplungswiderstandseinrichtung (73A) einen Widerstandswert (R) hat, der durch die folgende Gleichung gegeben ist:

R Vr/Ib

wobei Vr der Bezugsspannungseingang zu dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers (20) ist, und Ib einen Wert des Steuerstroms darstellt, der durch den Hilfstransistor (50) fließt, wenn der Reaktionstransistor (72A) ausgeschaltet ist und die Treibertransistoreinrichtung (12) eingeschaltet ist.