DE4226100A1 - Schaltung zur Spannungsversorgung eines Mikroprozessors in einer Zündschaltung für einen Zweitaktmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Spannungsversor­ gung eines Mikroprozessors in einer Zündschaltung für einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Zweitaktmotor in einem handgef ührten Arbeitsgerät wie Motorkettensäge, Trennschleifer, Freischneidegerät od. dgl., nach dem Ober­ begriff des Anspruches l.

Bei einer aus der DE 30 06 288 C2 bekannten Zündschaltung ist die Versorgungsspannung des Mikroprozessors über einen Kondensator abgegriffen. Der Kondensator liegt in Reihe mit einer gleichrichtenden Diode, einem den Ladestrom begren­ zenden Ladewiderstand und der Ladespule. In der Ladespule wird von dem magnetischen Abschnitt des umlaufenden Pol­ rades eine Spannung induziert, die abhängig von der Dreh­ zahl des umlaufenden Polrades ist. Bei niedriger Drehzahl ist der Energieinhalt eines induzierten Spannungsimpulses gering, bei hohen Drehzahlen sehr groß. Bei Zweitaktmotoren in handgeführten Arbeitsgeräten liegen die Drehzahlbereiche von 1000 bis 15000 U/min, teilweise bis 20000 U/min.

Die Spannungsversorgung des Mikroprozessors muß sowohl bei niedrigen Drehzahlen als auch bei hohen Drehzahlen gewähr­ leistet sein, wobei zum Schutz vor Überspannungen, die bei hohen Drehzahlen auftreten können, parallel zum Kondensator eine Z-Diode geschaltet ist, deren Durchbruchspannung etwa der maximal zulässigen Versorgungsspannung entspricht. Steigt bei hohen Drehzahlen die am Kondensator abgegriffene Versorgungsspannung über die Durchbruchspannung an, wird die Z-Diode sprunghaft leitend, so daß der Kondensator überbrückt wird und die Überspannung abgebaut werden kann. Bei hohen Drehzahlen reicht oft ein Energieimpuls aus, um den Kondensator für mehrere Kurbelwellenumdrehungen auf die notwendige Versorgungsspannung auf zuladen. Nachfolgende Energieimpulse müssen daher über die Z-Diode abgeleitet werden, wobei eine nicht unerhebliche Verlustleistung auftritt, die eine entsprechende Dimensionierung und Kühlung der Bauteile verlangt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungs­ anordnung der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß mit einfachen, wenigen Bauteilen eine geregelte Span­ nungsversorgung des Mikroprozessors über den gesamten Dreh­ zahlbereich des Verbrennungsmotors gewährleistet ist, ohne daß eine merkliche Verlustleistung auftritt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Durch die Anordnung des Thyristors wird die Möglichkeit geschaffen, im Ladestromkreis einen Strom in Abhängigkeit vom Ladezustand des Kondensators zuzulassen. Stellt das spannungsbegrenzende Bauteil den ordnungsgemäßen Ladezu­ stand des Kondensators fest, wird der Thyristor sowohl für positive wie für negative Halbwellen gesperrt. Im Lade­ stromkreis wird daher auch kein Strom fließen, der bei vollständig geladenem Kondensator zu einer merklichen Verlustleistung führen könnte.

Die Dimensionierung der Bauteile ist so getroffen, daß der Ladestromkreis ausschließlich aus der Induktionsspule, dem selbstlöschenden Thyristor und dem Kondensator aufgebaut sein kann. Aufgrund des ohmschen Widerstandes der Induk­ tionsspule ist der Kurzschlußstrom begrenzt, der bei lei­ tendem Thyristor den Kondensator lädt. Die Abstimmung der Schaltung in sich ist so vorgesehen, daß dem Kondensator ein den Halbwellen entsprechender Ladestrom nur so lange zugeführt wird, bis die vorgegebene Ladespannung des Kondensators erreicht ist. Die Ansteuerung des Thyristors kann dementsprechend von Halbwelle zu Halbwelle festgelegt werden.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist das spannungsbegrenzende Bauteil ein Komparator, an dessen erstem Vergleichseingang die Kondensatorspannung und an dessen zweitem Vergleichseingang eine Vergleichsspannung anliegt. Liegt die Kondensatorspannung unterhalb der Ver­ gleichsspannung, wird das Potential der am Ausgang des Komparators angeschlossenen Thyristor-Steuerelektrode auf die Zündspannung des Thyristors eingestellt. Der Thyristor läßt nun eine positive Halbwelle passieren und wird beim Nulldurchgang des Stromes selbsttätig gelöscht. Während der negativen Halbwelle vergleicht der Komparator erneut, ob der Ladezustand des Kondensators ausreichend ist und wird das Potential der Steuerelektrode entsprechend einstellen. Sperrt der Thyristor, ist der Ladestromkreis stromfrei; es tritt keine Verlustleistung auf.

In vereinfachter Ausbildung der Erfindung ist das span­ nungsbegrenzende Bauteil eine Z-Diode, deren Kathode mit dem Steueranschluß des Thyristors verbunden ist und deren Anode an Masse liegt. Die Durchbruchspannung der Z-Diode entspricht der maximal zulässigen Versorgungsspannung. Die Steuerelektrode des Thyristors wird daher von der Z-Diode auf diesem Potential gehalten. Die Kathodenspannung des Thyristors entspricht der Spannung am Kondensator. Sie nimmt also bei dessen Entladung ab, und der Thyristor schaltet durch, sobald die Potentialdifferenz zwischen der Kathoden- und der Steuerspannung einen vorgegebenen Wert übersteigt, so daß der Kondensator bei den nächstfolgenden positiven Halbwellen der Generatorspannung wieder aufge­ laden wird, bis er seine vorgegebene Ladespannung erreicht hat.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weite­ ren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen, in denen nachfolgend im einzelnen beschriebene Ausführungsbei­ spiele einer erfindungsgemäßen Schaltung dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer erfindungs­ gemäßen Schaltung mit einem Komparator,

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild einer erfindungs­ gemäßen Schaltung mit einer Z-Diode.

Die in den Zeichnungen schematisch dargestellte Zündschaltung für fremdgezündete Verbrennungsmotoren ist insbesondere für Zweitaktmotoren in handgeführten Arbeitsgeräten bestimmt, so z. B. in Motorkettensägen, Trennschleifern, Freischneidegeräten und ähnlichen Geräten. Im Ausführungsbeispiel wird die Magnet- bzw. Kondensator­ zündanlage von einer gehäusefesten Induktionsspule 2 gespeist, in der von einem vom Verbrennungsmotor drehend angetriebenen Polrad 3 mit einem dauermagnetischen Umfangs­ abschnitt 4 bei jeder Umdrehung des Polrades eine Spannung induziert wird, womit ein Generator gebildet ist, der eine drehzahlabhängige Wechselspannung liefert. Es ist aber auch möglich, die Spannung auf andere Weise zu erzeugen, wobei der Magnet nicht an dem Polrad angeordnet ist, sondern beispielsweise in einem Zündmodul, das Bestandteil des Generators ist. Der Generator speist über einen von einem Mikroprozessor 6 gesteuerten (nicht dargestellten) Schalter eine Zündkerze, um einen Zündfunken zu erzeugen. Die Induk­ tionsspule 2 speist ferner einen Kondensator 8. Hierzu ist die Spule 2, die in den Zeichnungen im Ersatzschaltbild als induktiver Widerstand 2a und ohmscher Widerstand 2b darge­ stellt ist, über einen Thyristor 9 in Reihe mit dem Konden­ sator 8 geschaltet. Die Versorgungsspannungsanschlüsse 5 und 7 des Mikroprozessors 6 sind mit dem positiven bzw. negativen Pol des Kondensators verbunden. Der Steueran­ schluß 10 des Thyristors 9 ist über einen ohmschen Wider­ stand 11 mit seiner Anode 9a verbunden.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 steht der Steueranschluß 10 ferner mit dem Ausgang eines Komparators 20 in Verbin­ dung, dessen erstem Vergleichseingang 20a die am Konden­ sator 8 anliegende Spannung U_V zugeführt ist. Am zweiten Vergleichseingang 20b liegt eine Vergleichsspannung U_SOLL an, die der maximal zulässigen Versorgungsspannung ent­ spricht. Liegt die Kondensatorspannung U_V unterhalb der Vergleichsspannung U_SOLL zündet der Komparator 20 über den Steueranschluß 10 den Thyristor 9, so daß dieser die positive Halbwelle eines nächsten Spannungsimpulses durch­ läßt, wodurch der Kondensator 8 geladen wird und eine ent­ sprechende Erhöhung der Kondensatorspannung auftritt. Beim Wechsel zur negativen Halbwelle sperrt der selbstlöschende Thyristor 9, und der Komparator 20 vergleicht erneut die nun anstehende Kondensatorspannung U_V mit der Vergleichs­ spannung U_SOLL. Solange die Kondensatorspannung U_V kleiner als die Vergleichsspannung U_SOLL ist, wird der Thyristor wiederholt gezündet und läßt jeweils die positive Halbwelle passieren. Entspricht die Kondensatorspannung U_V der Vergleichsspannung U_SOLL, erfolgt keine weitere Zündung, und der Thyristor 9 sperrt sowohl die positive wie die negative Halbwelle. Erst wenn die Kondensatorspannung U_V wieder unter die Vergleichsspannung U_SOLL fällt, wird durch Zündung des Thyristors 9 eine nächste positive Halbwelle zum Laden des Kondensators 8 durchgeschaltet.

Die Dimensionierung der Bauteile ist so vorgesehen, daß der ohmsche Widerstand 2b der Induktionsspule 2 den bei leiten­ dem Thyristor 9 auftretenden Kurzschlußstrom begrenzt, wobei der Kurzschlußstrom dem maximal zulässigen Ladestrom des Kondensators 8 entspricht. Die Dimensionierung ist dabei so getroffen, daß bei leitend geschaltetem Thyristor 9 eine positive Halbwelle nicht zu einer Überladung des Kondensators 8 führen kann. Dies gewährleistet in Ver­ bindung mit dem Komparator 20 eine als Versorgungsspannung dem Mikroprozessor 6 zur Verfügung stehende Kondensator­ spannung U_V geringer Welligkeit. Da bei aufgeladenem Kon­ densator 8 der Thyristor 9 den Ladestromkreis vollständig sperrt, tritt keine merkliche Verlustleistung auf.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist als Spannungs­ begrenzendes Bauteil eine Z-Diode 20′ vorgesehen. Eine Reihenschaltung aus dem Widerstand 11 und einer Diode 12 bildet zusammen mit der in Sperrichtung betriebenen Z-Diode 20′ einen Spannungsteiler, wobei die Steuerelektrode 10 des Thyristors 9 an die Verbindung zwischen der Kathode 12a der Diode 12 und der Z-Diode 20′ angeschlossen ist. Die Durch­ bruchsspannung der Z-Diode 20′ entspricht der maximal zulässigen Versorgungsspannung U_V. Die Steuerelektrode 10 wird daher von der Z-Diode 20′ auf konstantem Potential gehalten, das der maximal zulässigen Versorgungsspannung U_V entspricht. Die Schaltung ist so dimensioniert, daß der Thyristor 9 gesperrt ist, solange die Potentialdifferenz zwischen der Kathode und der Steuerelektrode 10 einen vorgegebenen Wert nicht übersteigt, der im Ausführungs­ beispiel 0,8 V beträgt. Wenn sich daher der Kondensator 8 entlädt und damit die Anodenspannung des Thyristors 9 so weit absinkt, daß die Potentialdifferenz zur Steuerelek­ trode 10 größer wird als der vorgegebene Wert von 0,8 V, so wird der Thyristor 9 in Vorwärtsrichtung leitend, und es fließt bei der nächsten positiven Halbwelle des Generators ein Ladestrom in den Kondensator 8. Beim Nulldurchgang der Generator-Wechselspannung wird der Thyristor 9 wieder gelöscht, jedoch erneut gezündet, solange die Potential­ differenz zwischen Kathoden- und Steuerelektroden-Spannung nicht auf einen Wert unter 0,8 V abgesunken ist.

Mit der Zündschaltung gemäß Fig. 2 wird also ebenso wie mit der Schaltung nach Fig. 1 erreicht, daß die Versorgungs­ spannung U_V eine geringere Welligkeit hat, und es ist ebenfalls sichergestellt, daß bei geladenem Kondensator 8 aufgrund des gesperrten Thyristors 9 keine merklichen Verlustleistungen auftreten.

Claims (8)

1. Schaltung zur geregelten Spannungsversorgung eines Mikroprozessors in einer Zündschaltung für einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Zweitaktmotor in einem handgeführten Arbeitsgerät wie Motorkettensäge, Trennschleifer, Freischneidegerät od. dgl., mit einem Generator (1) zur Erzeugung einer drehzahlabhängigen Wechselspannung, der eine Induktionsspule (2) enthält, mit einer vom Mikroprozessor (6) gesteuerten Zündkerze, wobei die Versorgungsspannungsanschlüsse (5, 7) des Mikroprozessors (6) mit einem Kondensator (8) verbunden sind, der über einen Halbleiter (9) mit der Induktions­ spule verbunden ist und dessen Spannung von einem elektronischen Bauteil (20, 20′) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter ein Thyristor (9) ist, dessen Steuerelektrode (10) mit dem Spannungs­ begrenzenden Bauteil (20, 20′) verbunden ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (1) aus der gehäusefesten Induktionsspule (2) und einem vom Motor des Gerätes angetriebenen Polrad (3) mit einem dauermagnetischen Umfangsabschnitt (4) besteht.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladestromkreis ausschließlich aus der Induktionsspule (2), dem Thyristor (9) und dem Kondensator (8) besteht.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das spannungsbegrenzende Bauteil ein Komparator (20) ist, an dessen erstem Vergleichseingang (20a′) die Kondensatorspannung (U_V) und an dessen zweitem Vergleichseingang (20b) eine Vergleichsspannung (U_SOLL) anliegt.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das spannungsbegrenzende Bauteil eine Z-Diode (20′) ist, deren Kathode mit der Steuerelektrode (10) des Thyristors (9) und über einen Vorwiderstand (11) mit dem Generator (1) verbunden ist und deren Anode an Masse liegt, wobei die Durchbruch­ spannung der Z-Diode (20′) der maximal zulässigen Versorgungsspannung (U_V) entspricht.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem ohmschen Vorwiderstand (11) eine kathodenseitig mit dem Steueranschluß (10) des Thyristors (9) verbundene Diode (12) geschaltet ist.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (10) über einen ohmschen Widerstand (11) mit der Anode (9a) des Thyristors (9) verbunden ist.

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenspannung des Thyristors (9) der aktuellen Kondensatorspannung entspricht und der Thyristor (9) durchgeschaltet wird, sobald die Potentialdifferenz zwischen der Kathoden­ spannung und der Steuerspannung, die von der Z-Diode (20′) konstant gehalten ist, einen vorgegebenen Wert von beispielsweise 0,8 V übersteigt.