DE4329917A1

DE4329917A1 - Schaltungsanordnung zur getakteten Versorgung eines elektromagnetischen Verbrauchers

Info

Publication number: DE4329917A1
Application number: DE4329917A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Vogel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-09-04
Filing date: 1993-09-04
Publication date: 1995-03-09

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur getakteten Ver sorgung eines elektromagnetischen Verbrauchers.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedenste Systeme bekannt, die kontinuierlich verstellbare Magnetventile aufweisen. So werden bei spielsweise für Fahrwerkregelungssysteme verstellbare Magnetventile zur Verstellung der Dämpfungseigenschaften der Stoßdämpfer oder bei Systemen zur Niveauregelung verstellbare Magnetventile zur Ver stellung des Niveaus benötigt. Durch entsprechende Auslegung der Endstufe der Ventile ist es möglich, einen kontinuierlich einstell baren Strom durch die Last (Ventil) zu realisieren.

Ein solcher kontinuierlicher Strom läßt sich durch linear geregelte Endstufen einstellen. Mit getakteten Endstufen ist ebenfalls eine kontinuierliche Stromregelung möglich. Bei diesen Verfahren muß der Strom erfaßt werden, der dann in der Stromregelung als Istwert zur Verfügung steht. Die Regelung kann sowohl analog als auch digital durchgeführt werden.

In der DE-OS 38 05 031 wird eine Schaltungsanordnung zur getakteten Versorgung eines elektromagnetischen Verbrauchers beschrieben. Hier bei wird in bekannter Weise ein Steuersignal zur Ansteuerung des elektromagnetischen Verbrauchers abhängig von der Differenz zwischen der wählbaren Führungsgröße und der momentanen Istgröße an dem Ver braucher gebildet. Zur Regelung des Stroms des Verbrauchers, der sich in Parallelschaltung mit einer Freilaufdiode befindet, ist ein Leistungsschalter vorgesehen, wobei eine Iststrommeßvorrichtung den Strom an dem Leistungsschalter erfaßt und der erfaßte Strom einem Spitzenwertgleichrichter mit einer bestimmten Entladungszeit zuge führt wird.

Weiterhin wird auch in der DE-OS 36 16 974 eine Schaltungsanordnung zur getakteten Ansteuerung der Induktivität eines Druckregelventils beschrieben. Neben der parallel zur Induktivität angeordneten Frei laufdiode wird in Reihe mit der Induktivität ein Meßwiderstand ge schaltet, an dem die Istspannung der Induktivität abgegriffen wird. Abhängig von dem Vergleich der Soll- mit der Istspannung wird dann die Lade- bzw. Entladegeschwindigkeit eines Kondensators zur Veränderung der Ansteuerimpulse zur Ansteuerung der Induktivität verän dert.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schal tungsanordnung zur getakteten Versorgung eines elektromagnetischen Verbrauchers insbesondere bezüglich des Aufwands an Bauteilen zu optimieren.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur getakteten Ver sorgung eines elektromagnetischen Verbrauchers, bei dem eine Regler einheit vorgesehen ist, mittels der abhängig von der Differenz zwischen einem Momentanwertsignal (Istwert) am Verbraucher und einem festlegbaren Führungssignal (Sollwert) ein pulsweitenmoduliertes Steuersignal gebildet wird. Mit diesem pulsweitenmodulierten Steuer signal wird ein Leistungsschalter angesteuert, durch den der elek tromagnetische Verbraucher mit einem elektrischen Strom beaufschlagt wird. Kern der Erfindung ist die Auslegung einer Erfassungsvorrich tung zur Erfassung einer an dem Leistungsschalter anliegenden Mo mentangröße, die beispielsweise den an dem elektromagnetischen Ver braucher anliegenden elektrischen Strom repräsentiert. Hierzu ist die Erfassungsvorrichtung derart ausgelegt, daß sie die an dem Lei stungsschalter anliegende Momentangröße abhängig von dem pulsweiten modulierten Steuersignal erfaßt.

Vorteilhafterweise kann mittels der erfindungsgemäßen Schaltungsan ordnung der momentan an dem elektromagnetischen Verbraucher anlie gende Strom dadurch gemessen werden, daß der Strom durch das Lei stungsbauelement (im allgemeinen der durch die pulsweitenmodulierten Signale angesteuerte Leistungsschalter) detektiert wird. Die Erfas sung des durch das Leistungsbauelement fließenden Stroms geschieht erfindungsgemäß während der Einschaltphase des Leistungsbauelements und wird mit einem Abtasthalteglied gespeichert. Wird das Abtasthal teglied durch die pulsweitenmodulierten Steuersignale getriggert, so gelangt man zu einer stetigen Momentangröße, die den durch das Lei stungsbauelement bzw. durch den elektromagnetischen Verbraucher fließenden elektrischen Strom während der Einschaltphasen repräsen tiert.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Schaltungsanordnung ist vorgesehen, daß das Ausgangssignal der Erfassungsvorrichtung als Momentanwertsignal am Verbraucher dem Regler zum Vergleich mit dem festlegbaren Führungssignal zugeführt wird.

Zur Ausbildung der Erfassungsvorrichtung kann eine Meßvorrichtung vorgesehen sein, die ein dem durch den Leistungsschalter fließenden Strom proportionales Signal abgibt.

Wie schon erwähnt, ist es besonders vorteilhaft, eine Abtasthalte vorrichtung vorzusehen, der das zu dem durch den Leistungsschalter fließenden Strom proportionale Signal zugeführt wird, wobei die Ab tasthaltevorrichtung abhängig von dem pulsweitenmodulierten Steuer signal gesteuert wird. Hierbei kann die Abtasthaltevorrichtung der art ausgelegt sein, daß sie das zu dem durch den Leistungsschalter fließenden Strom proportionale Signal zu den Zeitpunkten abtastet, bei denen der elektromagnetische Verbraucher durch den Leistungs schalter mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt wird.

Die Abtasthaltevorrichtung speichert das abgetastete Signal bis zur nächsten Abtastung und gibt ein diesbezügliches Ausgangssignal ab. Dieses Ausgangssignal der Abtasthaltevorrichtung kann einer Ana log/Digitalwandlereinheit zugeführt werden, um das Ausgangssignal dieser Analog/Digitalwandlereinheit als digitalen Momentanwert am Verbraucher der Reglereinheit zum Vergleich mit dem, ebenfalls digi tal vorliegenden festlegbaren Führungssignal zuzuführen.

Besonders vorteilhaft ist es, die Abtasthaltevorrichtung und/oder die Analog/Digitalwandlereinheit und/oder die Reglereinheit als Mikrocomputer oder Teil eines Mikrocomputers auszubilden.

Der erwähnte elektromagnetische Verbraucher kann als wenigstens ein kontinuierlich einstellbares Magnetventil ausgelegt sein.

Der größte Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung liegt in der Einfachheit und damit in den Kosten der Schaltung. Mit sehr geringem Bauelementeaufwand läßt sich eine stromgeregelte Endstufe zur Magnetventilansteuerung herstellen. Der Strom kann gegen Masse erfaßt werden, wobei alle Ventile, sofern mehrere benötigt werden, einen gemeinsamen Spannungspunkt, das heißt eine gemeinsame Versor gungsspannung, aufweisen. Durch das Prinzip der getakteten Endstufen ist auch die Verlustleistung in den Elektronikbauelementen geringer als bei einer linear geregelten Endstufenvariante.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Zeichnung

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist der Zeichnung anhand der Fig. 1 und 2 zu entnehmen. Die Fig. 1 zeigt dabei ein Schaltbild der Schaltungsanordnung und die Fig. 2 die dazugehörigen Signalverläufe.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung soll im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt werden.

In der Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 eine Rechnereinheit bzw. ein Mikrocomputer bzw. ein Mikrocontroller zu sehen. Dem Rechner 10 wird als Eingangssignal die Führungsgröße Sd zugeführt. Diese Füh rungsgröße Sd repräsentiert den Sollstrom für das mit dem Bezugszei chen 15 gekennzeichnete Magnetventil. Der Sollstrom Sd liegt in die sem Ausführungsbeispiel als digitaler Wert vor und wird mittels der Einheit 20 mit dem entsprechenden Istwert des durch das Magnetventil 15 fließenden elektrischen Stroms verglichen. Abhängig von der Dif ferenz zwischen dem Sollstrom Sd und dem Iststrom Sa wird das Magnetventil 15 über den Regler 11, die Pulsweitenmodulation PWM 12 und über das Leistungsbauelement 13 derart getaktet angesteuert, daß der durch das Magnetventil fließende Strom I1 dem Sollwert Sd entspricht. Es handelt sich also um eine getaktete Endstufe wobei die Regelung durch einen Mikrocontroller 10 durchgeführt wird. Die ser steuert mittels eines PWM-Signals U1 (Pulse-Width-Modulation) ein Leistungsbauelement 13 (Transistor) an. Durch das Ein- und Aus schalten des Leistungsbauelementes 13 und der für die getakteten Endstufen notwendigen und parallel zum Magnetventil 15 angeordneten Freilaufdiode 14 entsteht ein kontinuierlicher Strom I1 durch das Ventil 15. Dies ist den oberen beiden Signalzügen der Fig. 2 zu sehen.

In der Fig. 2 erkennt man im obersten Signalzug den zeitlichen Ver lauf des pulsweitenmodulierten Signals U1. Abhängig von dem Signal U1 wird der Transistor 13 aus- und eingeschaltet, wodurch die Ver sorgungsspannung U an dem Verbraucher 15 getaktet anliegt. Wie schon erwähnt entsteht durch das Ein- und Ausschalten der Versorgungsspan nung U durch die Freilaufdiode 14 der durch das Magnetventil 15 fließende Strom I1, dessen Verlauf in der Fig. 2 im 2. Signalverlauf von oben zu sehen ist.

Gleichzeitig fließt der in der Fig. 2 zu sehende Strom I2 durch den Transistor 13. Dieser durch den Transistor 13 fließende Strom I2 kann mittels des Strommeßwiderstands 16 gemessen werden. Der Strom I2 entspricht dem Spannungsabfall U2 über dem Strommeßwiderstand 16, der mittels des Verstärkers 17 zu dem Signal U3 verstärkt wird. Dies ist im mittleren Signalzug der Fig. 2 zu sehen. Die Spannung U3 ist somit ein Abbild des Stroms I2 durch den Transistor 13. Die Spannung U3 wird im Mikrocontroller 10 mittels eines Abtasthaltegliedes 18 erfaßt. Hierzu wird das Abtasthalteglied durch das pulsweitenmodu lierte Signal S1 derart angesteuert, daß der Strom I2 während der Einschaltzeit des Transistors 13 erfaßt wird und bis zum nächsten Erfassungszeitpunkt gespeichert wird. Damit ist es möglich, aufgrund des Stromes I2, der durch das Leistungsbauelement fließt, auf den Ventilstrom I2 zu schließen. Andernfalls wäre eine Stromerfassung für die Regelung nur in der Ventilleitung möglich.

Das pulsweitenmodulierte Signal S1, das das Abtasthalteglied an steuert, kann in der gesamten Einschaltzeit des Transistors 13 den Abtasthaltevorgang auslösen. Dies ist in dem vorletzten Signalzug der Fig. 2 zu sehen. Je nach Größe der Frequenz des pulsweitenmodu lierten Signals und der Zeitkonstanten des Ventils 13 tritt ein Feh ler bei der Erfassung des mittleren Ventilstroms I1 bei der beschrie benen Istwerterfassung auf. Allgemein läßt sich sagen, daß bei hohen Taktfrequenzen nur ein sehr geringer Fehler auftritt. Ausgangsseitig des Abtasthaltegliedes 18 liegt das im untersten Signalzug der Fig. 2 zu sehende Signal Sa′ an, das den Iststrom I1 in der Ventilleitung repräsentiert. Das Signal Sa kann mittels des Digitalanalogwandlers 19 in einen digitalen Wert Sa umgewandelt werden, um es mit dem ebenfalls digital vorliegenden Sollwert Sd wie oben beschrieben zu vergleichen.

Die Verbindung des Strommeßwiderstands 16 mit Masse hat zwar meß technische Vorteile (keine Differenzverstärkung nötig), bedingt aber, daß die Strommessung nur dann durchgeführt werden darf, wenn der Transistor 13 leitend geschaltet ist. Dies bedingt die erfin dungsgemäße Synchronisation der Strommessung mit dem Schaltzustand des Transistors durch das Abtasthalteglied 18, das von derselben Quelle 12 wie der Transistor 13 angesteuert wird.

Die Frequenz des pulsweitenmodulierten Signals U1 bzw. S1 wird fest eingestellt, während die Pulsweite je nach Abweichung des Magnetven tilstroms von dem Sollwert Sd eingestellt wird.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur getakteten Versorgung eines elektromagne tischen Verbrauchers (15), bei dem

- eine Reglereinheit (11, 12, 20) vorgesehen ist, mittels der ab hängig von der Differenz zwischen einem Momentanwertsignal (Sa) am Verbraucher (15) und einem festlegbaren Führungssignal (Sd) ein pulsweitenmoduliertes Steuersignal (U1) gebildet wird, und
- ein durch das pulsweitenmodulierte Steuersignal (U1) angesteuer ter Leistungsschalter (13) vorgesehen ist, durch den der elektro magnetische Verbraucher (15) mit einer elektrischen Spannung (U) beaufschlagt wird, und
- eine Erfassungsvorrichtung (16, 17, 18, 19) zur Erfassung einer an dem Leistungsschalter (13) anliegenden Momentangröße (I2, U2, U3) vorgesehen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Erfassungsvorrichtung (16, 17, 18, 19) die an dem Leistungs schalter (13) anliegende Momentangröße (I2, U2, U3) abhängig von dem pulsweitenmodulierten Steuersignal (U1) erfaßt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (Sa) der Erfassungsvorrichtung (16, 17, 18, 19) als Momentanwertsignal am Verbraucher (15) dem Regler (11, 12, 20) zum Vergleich mit dem festlegbaren Führungssignal (Sd) zugeführt wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß zur Ausbildung der Erfassungsvorrichtung (16, 17, 18, 19) eine Meßvorrichtung (16) vorgesehen ist, die ein dem durch den Lei stungsschalter (13) fließenden Strom (I2) proportionales Signal (U2, U3) abgibt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abtast-Haltevorrichtung (18) vorgesehen ist, der das zu dem durch den Leistungsschalter (13) fließenden Strom (I2) proportionale Signal (U2, U3) zugeführt wird, wobei die Abtast-Haltevorrichtung (18) abhängig von dem pulsweitenmodulierten Steuersignal (U1) ge steuert wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtast-Haltevorrichtung (18) das zu dem durch den Leistungs schalter (13) fließenden Strom (I2) proportionale Signal (U3) zu Zeitpunkten abtastet, bei denen der elektromagnetische Verbraucher (15) durch den Leistungsschalter (13) mit Spannung (U) beaufschlagt wird.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtast-Haltevorrichtung (18) das abgetastete Signal (U3) bis zur nächsten Abtastung speichert und ein diesbezügliches Ausgangssignal (Sa′) abgibt.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (Sa′) der Abtast-Halte vorrichtung (18) einem Analog/Digitalwandlereinheit (19) zugeführt wird.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (Sa) der Analog/Digitalwandlereinheit (19) als Momentanwertsignal am Verbraucher der Reglereinheit (11, 12, 20) zum Vergleich mit dem festlegbaren Führungssignal (Sd) zugeführt wird.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Abtast-Haltevorrichtung (18) und/oder die Analog/Digitalwandlereinheit (19) und/oder die Reglereinheit (11, 12, 20) als Mikrocomputer (10) ausgebildet sind.

10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der elektromagnetische Verbraucher (15) als wenigstens ein kontinuierlich verstellbares Magnetventil ausge legt ist.