DE4329917A1 - Set arrangement for the switched feeding of an electromagnetic load - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur getakteten Ver sorgung eines elektromagnetischen Verbrauchers.The invention relates to a circuit arrangement for clocked Ver supply of an electromagnetic consumer.
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.A wide variety of systems are known from the prior art have continuously adjustable solenoid valves. So at for example adjustable solenoid valves for chassis control systems to adjust the damping properties of the shock absorbers or at Level control systems adjustable solenoid valves for ver position of the level required. By appropriate interpretation of the The final stage of the valves makes it possible to set one continuously realizable current through the load (valve).
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. Such a continuous flow can be controlled by linearly regulated Set power amplifiers. With clocked amplifiers is also one continuous current control possible. In these procedures, the Current are recorded, which is then used in the current control as the actual value Available. The control can be both analog and digital be performed.
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.In DE-OS 38 05 031 a circuit arrangement for clocked Supply of an electromagnetic consumer described. Here is a control signal for controlling the electromagnetic consumer depending on the difference between the selectable reference variable and the current actual variable on the ver educated users. To regulate the current of the consumer, the is in parallel with a freewheeling diode, is a Circuit breaker provided, with an actual current measuring device Current detected at the circuit breaker and the detected current one Peak rectifier with a certain discharge time leads.
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.Furthermore, a circuit arrangement is also in DE-OS 36 16 974 for clocked control of the inductance of a pressure control valve described. In addition to the free arrangement parallel to the inductance Running diode is a measuring resistor in series with the inductance switches at which the actual voltage of the inductance is tapped. Depending on the comparison of the target with the actual voltage the charging or discharging speed of a capacitor for changing of the control pulses for controlling the inductance different.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schal tungsanordnung zur getakteten Versorgung eines elektromagnetischen Verbrauchers insbesondere bezüglich des Aufwands an Bauteilen zu optimieren.The object of the present invention is a scarf arrangement for the pulsed supply of an electromagnetic Consumers especially with regard to the cost of components optimize.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.This object is solved by the features of the main claim.
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.The invention relates to a circuit arrangement for clocked Ver supply of an electromagnetic consumer, in which a regulator unit is provided by means of depending on the difference between an instantaneous value signal (actual value) at the consumer and a definable command signal (setpoint) a pulse width modulated Control signal is formed. With this pulse width modulated control signal is triggered by a circuit breaker through which the elec tromagnetic consumers are supplied with an electrical current becomes. The essence of the invention is the design of a detection device device for detecting a mo menta size, for example, the electromagnetic ver represented electrical current. This is the detection device is designed so that it is connected to the Lei current switch depending on the pulse width modulated control signal detected.
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.Advantageously, by means of the circuitry according to the invention order of the current at the electromagnetic consumer current can be measured by the current through the Lei device (generally the one modulated by the pulse width modulation Signals driven circuit breaker) is detected. The Erfas Solution of the current flowing through the power device happens according to the invention during the switch-on phase of the power component and is stored with a sample and hold member. If the scanning neck triggered by the pulse width modulated control signals, see above one arrives at a constant momentary magnitude, which is due to the lei device or by the electromagnetic consumer Represent flowing electrical current during the switch-on phases animals.
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. In an advantageous embodiment of the circuit arrangement provided that the output signal of the detection device as Instantaneous value signal at the consumer to the controller for comparison with the definable command signal is supplied.
Zur Ausbildung der Erfassungsvorrichtung kann eine Meßvorrichtung vorgesehen sein, die ein dem durch den Leistungsschalter fließenden Strom proportionales Signal abgibt.A measuring device can be used to form the detection device be provided, the one flowing through the circuit breaker Outputs proportional signal.
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.As already mentioned, it is particularly advantageous to hold a sample to provide the device to that through the circuit breaker flowing current proportional signal is supplied, the Ab Key holding device depending on the pulse width modulated control signal is controlled. Here, the sample and hold device Art to be designed so that it to that by the circuit breaker flowing current proportional signal samples at the times where the electromagnetic consumer by the power electrical voltage is applied to the switch.
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.The sample and hold device stores the sampled signal up to next scan and emits a related output signal. This output from the sample and hold device can be sent to an Ana log / digital converter unit are supplied to the output signal this analog / digital converter unit as a digital instantaneous value on Consumers of the controller unit for comparison with the, also digi tal present definable command signal.
Besonders vorteilhaft ist es, die Abtasthaltevorrichtung und/oder die Analog/Digitalwandlereinheit und/oder die Reglereinheit als Mikrocomputer oder Teil eines Mikrocomputers auszubilden.It is particularly advantageous to hold the scanning device and / or the analog / digital converter unit and / or the controller unit as To train microcomputers or part of a microcomputer.
Der erwähnte elektromagnetische Verbraucher kann als wenigstens ein kontinuierlich einstellbares Magnetventil ausgelegt sein.The electromagnetic consumer mentioned can be considered at least one continuously adjustable solenoid valve.
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.The greatest advantage of the circuit arrangement according to the invention lies in simplicity and thus in the cost of the circuit. With a lot A current-controlled output stage can be used with low component expenditure for solenoid valve control. The current can go to ground are recorded, whereby all valves, if several are required, a common point of tension, that is, a common utility supply voltage. By the principle of the clocked power amplifiers the power loss in the electronic components is also lower than with a linearly regulated output stage variant.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Further advantageous refinements can be found in the subclaims remove.
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.An embodiment of the circuit arrangement according to the invention can be seen in the drawing with reference to FIGS. 1 and 2. Fig. 1 shows a circuit diagram of the circuit arrangement, and Fig. 2 shows the corresponding waveforms.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung soll im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt werden.The circuit arrangement according to the invention will be described in the following of an embodiment.
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.A computer unit or a microcomputer or a microcontroller can be seen in FIG. 1 with reference number 10 . The command variable Sd is fed to the computer 10 as an input signal. This guide variable Sd represents the target current for the solenoid valve identified by reference numeral 15 . In this exemplary embodiment, the target current Sd is present as a digital value and is compared by means of the unit 20 with the corresponding actual value of the electrical current flowing through the solenoid valve 15 . Depending on the difference between the target current Sd and the actual current Sa, the solenoid valve 15 is controlled in a clocked manner via the controller 11 , the pulse width modulation PWM 12 and via the power component 13 such that the current I1 flowing through the solenoid valve corresponds to the target value Sd. It is therefore a clocked output stage, the regulation being carried out by a microcontroller 10 . The water controls a power component 13 (transistor) by means of a PWM signal U1 (pulse width modulation). By switching the power component 13 on and off and the freewheeling diode 14 necessary for the clocked output stages and arranged parallel to the solenoid valve 15 , a continuous current I1 is created through the valve 15 . This can be seen in the top two signal trains of FIG. 2.
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.In Fig. 2 can be seen in the uppermost signal train the temporal course of the pulse width modulated signal U1. Depending on the signal U1, the transistor 13 is switched off and on, whereby the supply voltage U is applied to the consumer 15 in a clocked manner. As already mentioned, switching the supply voltage U on and off by the freewheeling diode 14 creates the current I1 flowing through the solenoid valve 15 , the course of which can be seen in FIG. 2 in the second signal course from above.
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. At the same time, the current I2 seen in FIG. 2 flows through the transistor 13 . This current I2 flowing through the transistor 13 can be measured by means of the current measuring resistor 16 . The current I2 corresponds to the voltage drop U2 across the current measuring resistor 16 , which is amplified to the signal U3 by means of the amplifier 17 . This can be seen in the middle signal train of FIG. 2. The voltage U3 is therefore an image of the current I2 through the transistor 13 . The voltage U3 is detected in the microcontroller 10 by means of a sample and hold element 18 . For this purpose, the sample and hold element is driven by the pulse width modulated signal S1 in such a way that the current I2 is detected during the switch-on time of the transistor 13 and is stored until the next detection time. This makes it possible to infer the valve current I2 based on the current I2 flowing through the power component. Otherwise, current detection for the control would only be possible in the valve line.
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.The pulse width modulated signal S1, which controls the sample and hold element, can trigger the sample and hold process during the entire on-time of the transistor 13 . This can be seen in the penultimate signal train of FIG. 2. Depending on the size of the frequency of the pulse-width modulated signal and the time constant of the valve 13 , an error occurs in the detection of the average valve current I1 in the described actual value detection. In general it can be said that at high clock frequencies only a very small error occurs. On the output side of the sample and hold element 18 is the signal Sa 'seen in the bottom signal train of FIG. 2, which represents the actual current I1 in the valve line. The signal Sa can be converted into a digital value Sa by means of the digital-analog converter 19 in order to compare it with the setpoint value Sd, which is also digital, as described above.
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.The connection of the current measuring resistor 16 to ground has technical advantages (no differential amplification required), but it does mean that the current measurement may only be carried out when the transistor 13 is turned on. This requires the synchronization of the current measurement according to the invention with the switching state of the transistor by the sample and hold element 18 , which is driven by the same source 12 as the transistor 13 .
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.The frequency of the pulse width modulated signal U1 or S1 becomes fixed set while the pulse width depends on the deviation of the magnetic ven tilstroms is set by the target value Sd.
Claims (11)
- - 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,
- - A controller unit ( 11 , 12 , 20 ) is provided, by means of which a pulse-width modulated control signal (U1) is formed as a function of the difference between an instantaneous value signal (Sa) at the consumer ( 15 ) and a definable guide signal (Sd), and
- - A by the pulse width modulated control signal (U1) controlled ter power switch ( 13 ) is provided, through which the electromagnetic consumer ( 15 ) with an electrical voltage (U) is applied, and
- a detection device ( 16 , 17 , 18 , 19 ) is provided for detecting an instantaneous variable (I2, U2, U3) applied to the circuit breaker ( 13 ),
- - die Erfassungsvorrichtung (16, 17, 18, 19) die an dem Leistungs schalter (13) anliegende Momentangröße (I2, U2, U3) abhängig von dem pulsweitenmodulierten Steuersignal (U1) erfaßt.
- - The detection device ( 16 , 17 , 18 , 19 ) on the power switch ( 13 ) present instantaneous size (I2, U2, U3) depending on the pulse width modulated control signal (U1).
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