DE69533962T2 - Gleichstromwandler und denselben verwendende steuereinrichtung für induktive last - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung gemäß Anspruch 1.
  • STAND DER TECHNIK
  • Aus der EP-A-0 243 862 ist ein elektrischer Umformer bekannt, der nach dem Sperr- oder nach dem Flußwandlerprinzip arbeitet und für ein Schaltnetzteil und/oder einen Zeilentranformator für ein Fernsehgerät benutzt wird. Dieser bekannte elektrische Umformer umfaßt eine Spule einschließlich eines Kerns in Form eines Permanentmagneten.
  • Im allgemeinen ist es zur Betätigung eines elektromagnetischen Aktuators, wie eines Solenoidventils, mit hoher Geschwindigkeit erforderlich, einen schnellen Anstieg des Erregerstroms zu erreichen, um die Induktivität zu überwinden.
  • Wenn der Innenwiderstand der Spule R und die Induktion L ist, ist die Transferfunktion G(S) des Erregerstroms in Bezug auf die angelegte Spannung E bekannt als G(S) = (1/R)·(1/1 + L – S/R)) (1)und, wie aus dieser Gleichung deutlich wird, ist der Gradient der Spannungsanstiegs unmittelbar nach der Anlegung der Spannung E in dem Zustand, in dem I = 0, E/L, während der Ruhestrom E/R ist; es ist bekannt, daß die Verzögerung erster Ordnung der Zeitkonstante L/R erzeugt wird.
  • Deshalb ist es zum Erreichen einer schnellen Aktion mit raschem Stromanstieg bei festem R und L erforderlich, eine hohe Spannung E anzulegen. Wenn die angelegte Spannung erhöht wird. wird jedoch der Ruhestrom ebenfalls höher als notwendig, was zur Wärmeerzeugung in der Spule führt, was eine Neigung zum Durchbrennen verursachen kann oder zu einer Vergrößerung der Vorrichtung oder Energieverschwendung führt. Im Falle von Maschinen in beispielsweise einem sich bewegenden Fahrzeug, das von einer im Fahrzeug angeordneten Batterie angetrieben wird, kann die Spannung begrenzt sein, die angelegt werden kann, so daß oft eine ausreichende Spannung nicht erhalten werden kann.
  • Um dieses Problem zu lösen, wurden eine Spannungsaufwärtsschaltung (z.B. ein Gleichstrom-Gleichstrom-Sperrumformer) zur Anhebung der an die Spule angelegten Spannung und eine Stromsteuerschaltung zur Steuerung des Ruhestroms vorgesehen, um einen raschern Anstieg des Stroms vorgesehen, um einen schnellen Anstieg des Stroms durch Anlegen einer Hochspannung beim Stromanstieg zu erreichen und einen mehr als nötigen Anstieg des Stroms zu verhindern, durch Benutzung der Stromsteuerschaltung zur Unterdrückung der angelegten Spannung, wenn der Strom einen vorgegebenen Wert erreicht.
  • Die 31 zeigt ein Beispiel einer konventionellen Treibereinrichtung für eine induktive Last unter Verwendung eines Gleichstrom-Gleichstrom-Umformers der Bauart als Sperrumformer zur Aufwärtsschaltung der Spannung. In dieser Figur bezeichnet 1 eine Laderschaltung, die einen Gleichstrom-Gleichstrom-Sperrumformer enthält.
  • Eines der Probleme bei Benutzung eines Gleichstrom-Gleichstrom-Sperrumformers zur Aufwärtsschaltung der Spannung ist das Problem der Leistungsfähigkeit und der erhöhten Größe der Einrichtung. Herkömmlich wurden oft eine Drosselspule oder ein Transformator benutzt, um Energie zu speichern, was aber unter dem Problem litt, daß dadurch die Größe der Einrichtung zunahm und ihre Leistungsfähigkeit abnahm.
  • Insbesondere bei Anwendungen, bei denen in schneller Folge die Ladung und Entladung von Energie in der Spule wiederholt wird, wie beispielsweise in einem Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer oder die Spannung aufwärtsschaltenden Zerhacker, wurde ein Halbleiterschalter als Schaltmittel zur Speicherung der Energie in der Spule verwendet. Jedoch wurde der Wirkungsgrad der Schaltung nachteilig beeinflußt durch Verluste, die durch den Spannungsabfall beim Schließen des Halbleiterschaltmittels entstanden und durch Schaltverluste während des Öffnens und Schließens. Außerdem neigt die Einrichtung als Ganzes dazu, zusätzlich zum Volumen der Zusatzvorrichtungen, die benötigt werden, um die Wärme zu beseitigen, die durch die Einrichtung aufgrund der Energieverluste im Halbleiterschaltmittel erzeugt wird, und zum Volumen der Spulen oder des Transformators für die Speicherung der Energie, größer und komplizierter zu werden.
  • Auch bilden bei einer Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung, wie sie oben beschrieben ist und derzeit für die Energieversorgung von Elektronikeinrichtungen benutzt wird, die Auswirkungen der Welligkeit des von der Schaltung verwendeten Stroms der Leistungsquelle auf die Einrichtung als Ganzes ein Problem.
  • Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in einer Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung, die eine Spule oder einen Transformator mit einem magnetischen Kern verwendet, in dem ein Vorgang wiederholt wird, durch welchen von einer Leistungsquelle Energie in den Kern eingeleitet wird und, wenn die Energie im Kern gespeichert worden ist, die im Kern gespeicherte Energie an die Last entladen wird, die Energie, die im Kern gespeichert werden kann, dadurch erhöht wird, daß der Kern der Spule zur Speicherung der Energie in einer Richtung vormagnetisiert wird, die der Richtung entgegengesetzt ist, in der er bei Einleitung der Energie magnetisiert wird.
  • Die Tatsache, daß dann, wenn Energie durch eine Spule mit einem Kern gespeichert wird, die Energie, die im Kern gespeichert werden kann, dadurch erhöht werden kann, daß der Kern der Spule entgegengesetzt zu dem Magnetfeld vormagnetisiert wird, das durch den Strom erzeugt wird, der bei der Speicherung der Energie fließt, ist durch die japanische Patent Kokai Veröffentlichung Nr. H.2-37705 und die japanische Gebrauchsmuster Kokai Veröffentlichung Nr. Sho.48-49425 etc. offenbart. Jedoch beziehen sich diese alle auf Zündvorrichtungen für Verbrennungsmotoren und lösen nicht die verschiedenen Probleme, die bei Anwendungen, wie Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltungen, wie oben beschrieben auftreten.
  • Auch ist die Vormagnetisierung eines Magnetkerns eines in einer Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung vorgesehenen Transformators durch ein Gleichstrommagnetfeld in der japanischen Gerbrauchsmuster Kokai Veröffentlichung Nr. Sho.57-58986 offenbart, dies ist jedoch eine Erfindung, die einen sogenannten Vorwärts-Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer betrifft: sie hat keine Auswirkung auf die im Transformator gespeicherte Energie und löst deshalb die oben beschriebenen Probleme nicht.
  • Bei konventionellen Treibern für induktive Lasten führt deshalb der Versuch, die Anstiegscharakteristik der induktiven Last zu verbessern, bei Verwendung eines Gleichstrom-Gleichstrom-Sperrumformers zu den Problemen erhöhter Größe und Komplexität der Vorrichtung.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung vorzusehen, die alle diese Probleme löst und eine geringe Größe und ein geringes Gewicht aufweist und deren Schaltung unkompliziert und wirkungsvoll ist, und eine Treibereinrichtung für eine induktive Last, die eine solche Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung anwendet.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die vorstehende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 oder durch die Merkmale des Anspruchs 4 oder die Merkmale des Anspruchs 7 gelöst.
  • Verbesserte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gleichrichter-Gleichrichter-Umformerschaltung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Um die obengenannte Aufgabe zu lösen, ist bei einer Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung mit einer Leistungsquelle und einer Spule oder einem Transformator, die mit einem mit der Leistungsquelle verbundenen Kern versehen sind, wobei die Energie durch Anlegen der Spannung der Leistungsquelle an die Spule oder den Transformator auf dem Kern gespeichert wird und die gespeicherte Energie dann an eine Last entladen und dieses Verfahren wiederholt durchgeführt wird, die Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Spule oder dem Transformator gespeicherte magnetische Energie erhöht wird durch Vormagnetisierung des Kerns der Spule oder des Transformators in Gegenrichtung zu der Magnetisierung durch den von der Leistungsquelle zugeführten Strom.
  • Weiter ist eine Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung, die die Leistungsquelle, eine mit der Leistungsquelle verbundene Spule mit einem Kern, ein einen geschlossenen, die Leistungsquelle und die Spule enthaltenden Kreis öffnendes und schließendes Schaltmittel, einen mit einem Ende mit dem Schaltmittel verbundenen Gleichrichter zur Verhinderung eines Rückstroms, und einen über den Gleichrichter mit dem Schaltmittel parallel geschalteten Kondensator umfaßt, wobei Energie auf der Spule durch das Schließen des Schaltmittels und das dadurch bewirkte Anlegen der Spannung der Leistungsquelle an die Spule gespeichert wird, und die auf der Spule gespeicherte Energie auf dem Kondensator gespeichert und über den Gleichrichter durch Öffnen des Schaltmittels zu einem beliebig festgelegten Zeitpunkt abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern der Spule in Gegenrichtung zu dem durch den von der Leistungsquelle zugeführten Strom induzierten Magnetfeld vormagnetisiert ist.
  • Weiter ist eine Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung, die die Leistungsquelle, eine mit der Leistungsquelle verbundene erste Spule mit einem Kern, ein einen geschlossenen, die Leistungsquelle und die erste Spule enthaltenden Kreis öffnendes und schließendes Schaltmittel, wenigstens eine zweite Spule, die den Kern mit der ersten Spule gemeinsam hat, mit einem Ende der zweiten Spulen verbundene Gleichrichter zur Verhinderung eines Rückstroms, und über die Gleichrichter mit den zweiten Spulen parallel geschaltete Kondensatoren umfaßt, wobei Energie auf dem Kern der ersten Spule durch das Schließen des Schaltmittels und das dadurch bewirkte Anlegen der Spannung der Leistungsquelle an die erste Spule gespeichert wird, und die auf dem Kern gespeicherte Energie auf den entsprechenden Kondensatoren gespeichert wird durch Ströme, die über die Gleichrichter in den zweiten Spulen induziert werden durch Öffnen des Schaltmittels zu einem beliebig festgelegten Zeitpunkt, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der ersten Spule gespeicherte, magnetische Energie durch Vormagnetisierung des Kerns in der Gegenrichtung zu dem durch den Strom von der Leistungsquelle induzierten Magnetfeld erhöht ist.
  • Weiter ist eine Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung, die die Leistungsquelle, eine mit der Leistungsquelle verbundene Spule mit einem Kern, ein einen geschlossenen, die Leistungsquelle und die gesamte Wicklung oder eine Teilwicklung der Spule enthaltenden Kreis öffnendes und schließendes Schaltmittel, einen mit einem Ende der gesamten Wicklung oder einer Teilwicklung der Spule verbundenen Gleichrichter zur Verhinderung eines Rückstroms, und einen über den Gleichrichter mit der gesamten Wicklung oder einer Teilwicklung der Spule parallel geschalteten Kondensator umfaßt, wobei das Schließen des Schaltmittels die Spannung der Leistungsquelle an die gesamte Wicklung oder einer Teilwicklung der Spule legt und dadurch Energie auf dem Kern der Spule gespeichert wird, und wobei die auf dem Kern gespeicherte Energie auf wenigstens einem der Kondensatoren als elektrische Energie, die in der gesamten Wicklung oder einer Teilwindung an wenigstens einem Ort der Spule über den Gleichrichter induzieret wurde, gespeichert wird, bevor sie ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Spule gespeicherte magnetische Energie durch Vormagnetisierung des Kerns in der Gegenrichtung zu dem durch den Strom von der Leistungsquelle induzierten Magnetfeld erhöht ist.
  • Weiter ist eine Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung, die die Leistungsquelle, eine mit der Leistungsquelle verbundene erste Spule mit einem Kern, ein einen geschlossenen, die Leistungsquelle und die erste Spule enthaltenden Kreis öffnendes und schließendes Schaltmittel, einen ersten Gleichrichter zur Verhinderung eines Rückstroms und verbunden mit wenigstens einem Ende des Schaltmittels, einen ersten Kondensator über den ersten Gleichrichter parallel geschaltet mit dem Schaltmittel, eine zweite, mit dem ersten Kondensator verbundene Spule, einen zweiten Gleichrichter zur Verhinderung eines Rückstroms des über die zweite Spule fließenden Stroms, und einen zweiten Kondensator verbunden mit der zweiten Spule über den zweiten Gleichrichter umfaßt, wobei das Schließen des Schaltmittels die Spannung der Leistungsquelle an die erste Spule legt, so daß auf dem Kern der Spule Energie gespeichert wird und durch Öffnen des Schaltmittels zu einem beliebigen Zeitpunkt die auf der ersten Spule gespeicherte Energie über den ersten Gleichrichter auf dem ersten Kondensator gespeichert wird, und die von der ersten Spule abgegebene Energie einschließlich der Ladung des ersten Kondensators auf dem zweiten Kondensator über die zweite Spule und den zweiten Gleichrichter gespeichert wird, bevor sie ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch Vormagnetisierung des Kerns der ersten Spule in der Gegenrichtung zu dem durch den Strom von der Leistungsquelle induzierten Magnetfeld die auf der Spule gespeicherte, magnetische Energie erhöht ist.
  • Weiter ist eine Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung, die die Leistungsquelle, eine mit der Leistungsquelle verbundene erste Spule mit einem Kern, ein einen geschlossenen, die Leistungsquelle und die erste Spule enthaltenden geschlossenen Kreis öffnendes und schließendes Schaltmittel, wenigstens eine zweite Spule, die den Kern gemeinsam mit der ersten Spule hat, mit einem Ende der zweiten Spulen verbundene erste Gleichrichter zur Verhinderung eines Rückstroms, und über die ersten Gleichrichter mit den zweiten Spulen parallel geschaltete erste Kondensatoren umfaßt, eine wenigstens mit einem der ersten Kondensatoren verbundene dritte Spule, zweite Gleichrichter zur Verhinderung eines Rückstroms des über die dritte Spule fließenden Stroms, und einen dritten Kondensator, der mit der dritten Spule über diese zweiten Gleichrichter verbunden ist, umfaßt, wobei durch Schließen des Schaltmittels die Span nung der Leistungsquelle an die erste Spule gelegt wird, die auf dem Kern gespeicherte Energie durch Öffnen des Schaltmittels auf den entsprechenden ersten Kondensatoren mittels des in der zweiten Spule über die ersten Gleichrichter induzierten Stroms gespeichert wird, und von der zweiten Spule ausgegebene Energie einschließlich der Ladung des ersten Kondensators auf dem dritten Kondensator über die erste Spule und die zweiten Gleichrichter gespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch Vormagnetisierung des Kerns in der Gegenrichtung zu dem durch den Strom von der Leistungsquelle induzierten Magnetfeld die auf der ersten Spule gespeicherte, magnetische Energie erhöht ist.
  • Weiter ist eine Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung, die die Leistungsquelle, eine mit der Leistungsquelle verbundene Spule mit einem Kern, ein einen geschlossenen, die Leistungsquelle und die gesamte Wicklung oder eine Teilwicklung der Spule enthaltenden Kreis öffnendes und schließendes Schaltmittel, mit einem Ende der gesamten Wicklung oder einer Teilwicklung der Spule verbundene erste Gleichrichter zur Verhinderung eines Rückstroms, über die ersten Gleichrichter mit der gesamten Wicklung oder einer Teilwicklung der Spule parallel geschaltete erste Kondensatoren, eine zweite, mit wenigstens einem der ersten Kondensatoren verbundene Spule, zweite Gleichrichter zur Verhinderung eines Rückstroms des über die zweite Spule fließenden Stroms, und zweite Kondensatoren, die über die zweiten Gleichrichter mit der zweiten Spuleverbunden sind, umfaßt, wobei das Schließen der Schaltmittel die Spannung der Leistungsquelle an die gesamte Wicklung oder eine Teilwicklung legt und die Speicherung von Energie auf dem Kern der Spule veranlaßt, und wobei die auf dem Kern gespeicherte Energie durch Öffnung des Schaltmittels zu einem beliebigen Zeitpunkt auf wenigstens einem der ersten Kondensatoren als elektrische Energie gespeichert wird, die in der gesamten Wicklung oder an wenigstens einem Ort der Teilwicklung der ersten Spule über die ersten Gleichrichter induziert wird, und die Energie, die aus der ersten Spule ausgegeben wird, einschließlich der Ladung der ersten Kondensatoren, über die zweite Spule und die zweiten Gleichrichter, auf den zweiten Kondensatoren gespeichert und ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der ersten Spule gespeicherte magnetische Energie erhöht wird durch Vormagnetisierung des Kerns der ersten Spule in der Gegenrichtung zu dem durch den Strom von der Leistungsquelle induzierten Magnetfeld.
  • Die Vormagnetisierung kann mittels eines auf dem Kern angeordneten Permanentmagneten bewirkt werden, oder durch Beaufschlagung einer auf dem Kern angeordneten Vormagnetisierungsspule mit einem gewünschten Strom aus einer Konstantstromquelle.
  • Weiter ist sie dadurch gekennzeichnet, daß eine Leistungsquelle vorgesehen ist, die Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung, die eine höhere Spannung erzeugt als die Leistungsquelle und mit der Leistungsquelle verbunden ist, und Hochspannungsschaltmittel zur Beaufschlagung einer induktiven Last mit dem Ausgang der Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung.
  • Weiter bei einer Treibereinrichtung für eine induktive Last, die eine Leistungsquelle umfaßt, eine Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung 1, die mit der Leistungsquelle verbunden ist und eine höhere Spannung als die Spannung der Leistungsquelle erzeugt, Hochspannungsschaltmittel, die den Ausgang der Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung an- oder abschalten, eine logische Additionsschaltung, die fähig ist, das Hochspannungsschaltmittel ansprechend auf jedes oder wenigstens eines von ankommenden Hochspannungsschaltmittel-Treibersignalen anzusteuern, wenigstens ein Hochspannungsverteilungsschaltmittel zur Verbindung des Ausgangs des Hochspannungsschaltmittels mit wenigstens einer induktiven Last, eine mit der Leistungsquelle verbundene Niederspannungsleistungsquelle, die eine veränderliche Ausgangsspannung in Höhe oder unter der Spannung der Leistungsquelle, Laststromdetektierungsmittel, die das Fließen des Laststroms zur induktiven Last feststellen, wenigstens eine analoge Konstantstromausgangsschaltung, die mit der Niederspannungsleistungsquelle verbunden ist und ein Haltestromwertsignal und ein Laststromrückkopplungssignal vom Laststromdetektierungsmittel aufnimmt und den Laststrom auf einen Wert steuert, der dem Haltestromwertsignal angepaßt ist, eine Einstellschaltung für die Niederspannungsleistungsquelle die den Betrag des Spannungsabfalls an Ausgangsmit teln dieser analogen Konstantstromausgangsschaltung aufnimmt und ein Signal zur Senkung der Ausgangsspannung der Niederspannungsleistungquellenschaltung falls dieser Spannungsabfallbetrag einen vorgegebenen Wert übersteigt, wenigstens ein Niederspannungsverteilungsschaltmittel zur Verbindung des Ausgangs der analogen Konstantstromausgangsschaltung mit der wenigstens einen induktiven Last, und wenigstens ein Spannungssicherungsmittel, das die Selbstinduktionsenergie der Last aufnimmt, die erzeugt wird, wenn der Ansteuerungsstrom der wenigstens einen induktiven Last reduziert wird, und eine Signalverarbeitungssschaltung, die wenigsten ein Lastansteuerungssignal aufnimmt und in Bezug auf diese jeweiligen Lastansteuerungssignale während einer vorgegebenen festen Periode von einem den Beginn der fraglichen Lastansteuerung kennzeichnenden Zeitpunkt an ein Hochspannungsschaltmittelansteuersignal ausgibt, um das Hochspannungsschaltmittel anzusteuern, und ein Ansteuerungssignal für das Hochspannungsverteilungsschaltmittel zur Verbindung des Ausgang des Hochspannungsschaltmittels mit der anzusteuernden Last, die durch das Lastansteuerungssignal bestimmt wird, sowie, während einer Periode, in der das eingegebene Lastansteuerungssignal die Kontinuität der Lastansteuerung anzeigt, ein einem vorgegebenen Haltestromwert zugeordnetes Signal an die analoge Konstantstromausgangsschaltung ausgibt, und gleichzeitig ein Ansteuerungssignal des Niederspannungsverteilungsschaltmittels zur Verbindung des Ausgangs der analogen Konstantstromausgabeschaltung mit der anzusteuernden Last, die in Übereinstimmung mit dem Lastansteuerungssignal bestimmt wird.
  • Bei dieser Erfindung wird der Betriebspunkt durch die Anwendung einer Vormagnetisierung beim Magnetfeld der Spule verschoben. Durch diese Maßnahme kann die Energiedichte pro Flächeneinheit des Magnetkerns angehoben und die in der Spule gespeicherte Energie vermehrt werden. Demzufolge kann durch die Verwendung einer vergleichsweise kleinen Spule ein Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer geringer Größe und hoher Leistungsfähigkeit erhalten werden, und durch Anwendung eines solchen Gleichstrom-Gleichstrom-Umformers kann eine Treibereinrichtung für eine induktive Last mit hohem Wirkungsgrad erhalten werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Schaltbild das eine Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 2 ist ein Diagramm, das zeigt, wie die Energiedichte durch Anwendung einer Vormagnetisierung ansteigt,
  • 3 ist ein Schaltbild, das eine spezielle Ausführungsform einer Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung nach 1 zeigt,
  • 4(a) und 4(b) sind Diagramme, die die B-H-Kennlinie des Kerns einer Spule zeigen und die Betriebsstromkennlinie eines Beispiels nach dem Stand der Technik,
  • 5(a) und 5(b) sind Diagramme, die die B-H-Kennlinie des Kerns in einer in 3 gezeigten Ausführungsform und ihre Betriebsstromkennlinie zeigen,
  • 6(a) und 6(b) sind Diagramme, die die B-H-Kennlinie des Kerns einer Spule und Betriebsstromkennlinie zeigen, wenn die Zahl der Windungen der Spule eines Beispiels nach dem Stand der Technik halbiert ist,
  • 7(a) und 7(b) sind Diagramme, die die B-H-Kennlinie des Kerns und die Betriebsstromkennlinie zeigen, wenn die in 3 gezeigte Vormagnetisierung weiter erhöht ist,
  • 8 ist ein Diagramm, das die Betriebsstromkennlinie einer Spule zeigt, wenn die Zahl der Windungen der Spule um den Faktor ¼ in einem Beispiel nach dem Stand der Technik reduziert ist,
  • 9 ist ein Schaltbild zur Darstellung einer anderen Ausführungsform einer Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 10(a), 10(b) und 10(c) sind Schaltbilder zur Darstellung einer Abwandlung der in 9 gezeigten Ausführungsform einer Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 11 ist ein Schaltbild zur Darstellung einer anderen Abwandlung der in 9 gezeigten Ausführungsform Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 12(a) und 12(b) sind Schaltbilder zur Darstellung noch einer weiteren Ausführungsform einer Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 13 ist ein Schaltbild zur Darstellung einer Abwandlung der in 12 gezeigten Ausführungsform der Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 14(a), 14(b) und 14(c) sind Schaltbilder zur Darstellung noch einer weiteren Ausführungsform der Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 15(a) und 15(b) sind ein Schaltbild und ein Diagramm zur Darstellung einer dem Stand der Technik angehörenden Resonanz-Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung,
  • 16(a) und 16(b) sind ein Schaltbild und ein Diagramm zur Darstellung noch einer anderen Ausführungsform der Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 17(a) und 17(b) Schaltbilder zur Darstellung noch einer weiteren Ausführungsform der Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 18 ist ein Schaltbild zur Darstellung noch einer weiteren Ausführungsform der Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 19 ist ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Treibervorrichtung für eine induktive Last, die eine Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt,
  • 20 zeigt die Anordnung eines Mittels zur Erzeugung eines Zerhackersignals zur Verwendung bei der in 19 gezeigten Treibervorrichtung
  • 21 ist ein Diagramm der Wellenformen verschiedener Teile einer in 19 gezeigten Treibervorrichtung für eine induktive Last,
  • 22 ist ein Diagramm der Wellenformen der verschiedenen Teile einer in 19 gezeigten Treibervorrichtung für eine induktive Last,
  • 23 ist ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform der Treibervorrichtung für eine induktive Last unter Verwendung der Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 24 zeigt die Anordnung einer in der in 23 gezeigten Treibervorrichtung für eine induktive Last benutzten Signalverarbeitungsschaltung,
  • 25 ist ein Diagramm der Wellenformen der verschiedenen Teile einer in 24 gezeigten Signalverarbeitungsschaltung,
  • 26 ist ein Diagramm der Wellenform eines Treibersignals, das in die in 25 gezeigte Signalverarbeitungsschaltung eingegeben wird,
  • 27 ist ein Diagramm der Wellenform eines Treibersignals, das in die in 25 gezeigte Signalverarbeitungsschaltung eingegeben wird,
  • 28 ist ein Diagramm der Wellenform eines Treibersignals, das in die in 25 gezeigte Signalverarbeitungsschaltung eingegeben wird,
  • 29 zeigt die Anordnung eines Analog-Konstant-Schaltkreises, der in einer in 23 gezeigten Treibervorrichtung für eine induktive Last benutzt wird,
  • 30 zeigt die Anordnung einer Überwachungsschaltung die in der in 23 gezeigten Treibervorrichtung für eine induktive Last benutzt wird und
  • 31 ist ein Schaltbild einer dem Stand der Technik angehörenden Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung.
  • BESTE WEISE DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Ausführungsformen der Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung und der diese Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung benutzenden Treibereinrichtung für eine induktive Last gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Die 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Der Betrieb dieser Schaltung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Der Kondensator C wird durch eine Leistungsquelle E mit der Spannung der Leistungsquelle versorgt. Es wird dann durch Schließen eines Schalters Sw ein geschlossener Kreis A gebildet. An diesem Punkt wird die auf dem Kondensator C gespeicherte Ladung am Rückfluß über die Gleichrichtermittel D gehindert und so auf dem Kondensator C gehalten. Die Leistungsquelle E ist auch mit der Spule L verbunden, wodurch der Strom im geschlossenen Kreis A zunimmt. Mit Zunahme dieses Stroms wird im Kern der Spule L Energie gespeichert.
  • Als nächstes wird beim Öffnen des Schalters Sw zu einem wählbaren Zeitpunkt der geschlossene Kreis geöffnet, aber weil die Spule L so wirkt, als versuche sie mittels ihrer Selbstinduktivität den Strom aufrechtzuerhalten, fließt der Strom des Kreises durch den geschlossenen Kreis B, der die Spule L, die Gleichrichtermittel D und den Kondensator C enthält, so daß die in der Spule L gespeicherte Energie auf den Kondensator C geladen wird.
  • Durch Wiederholung dieser Aktion wird der Kondensator C schrittweise auf hohe Spannung aufgeladen. Ein Rückfluß der auf dem Kondensator C gespeicherten Spannung wird durch die Gleichrichtermittel D verhindert, so daß diese Spannung jedesmal ansteigt, wenn Energie von der Spule zugeführt wird, so daß eine Spannung höher als die Spannung der Energiequelle erreicht werden kann.
  • Wenn die Spannung des Kondensators C den gewünschten Wert überschreitet, wird dies durch nicht gezeigte Mittel zur Spannungsdetektierung festgestellt und das Öffnen und Schließen des Schalters Sw wird angehalten; falls während der Unterbrechung des Öffnens und Schließens des Schalters Sw der Wert der Spannung unter den gewünschten Wert absinkt, wird das Öffnen und Schließen des Schalters Sw wieder aufgenommen.
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein Permanentmagnet Mg benutzt, um eine Vormagnetisierung des Kerns der Spule L zur Ladung des Kondensators L zu bewirken, wobei die Vormagnetisierung in der Gegenrichtung zu dem Magnetfeld erfolgt, das durch den von der Leistungsquelle zugeführten Strom erzeugt wird: dadurch kann mehr Energie während eines einzigen Stromdurchgangszyklus von der Spule L gespeichert werden.
  • Das dabei zugrundeliegende Prinzip wird nun unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Eine typische B-H-Kurve einer Spule ist in 2(a) gezeigt. Um diese Figur zu vereinfachen, ist die typische Hysteresecharakteristik des Kerns weggelassen. Auch zeigt für die Zwecke der Erläuterung die 2(b) eine vereinfachte Form dieser Form, wobei die Sättigungscharakteristik des Kerns besondere Beachtung findet.
  • Wenn nun ein Strom L(A) in diese Spule fließt, wird durch die Wicklung eine elektromotorische Kraft (Leerlaufspannung) erzeugt, so daß eine Energie Wa auf dem Kern gespeichert wird.
  • Falls bei diesem Vorgang in der Absicht, die gespeicherte Energie Wa zu erhöhen, der Strom IL verstärkt wird, und dadurch die Leerlaufspannung a erhöht wird, ist, wenn einmal der Sättigungspunkt c überschritten wird, ein weiterer Anstieg der Energie unerwünscht. Außerdem zeigt mit der Sättigung des Spulenkerns der Strom, der bis dahin nach der Beziehung IL = E/L·t zunahm (wobei L die Induktivität beim in 2(b) gezeigten Magnetfeld 0 ist), aufgrund des abrupten Absinkens der Induktivität eine abrupte Zunahme gemessen als Stromsteigerung pro Zeiteinheit, was das Risiko einer Zerstörung der Schaltmittel etc. in sich birgt.
  • Als nächstes wird in 2(c) die B-H-Charakteristik für den Fall gezeigt, daß eine Vormagnetisierung des Spulenkerns entgegen der Erregungsrichtung durch den Strom IL erfolgt.
  • In 2(c) ist aufgrund des durch die Vormagnetisierung erzeugten Magnetfelds der Kern in einem praktisch gesättigten Zustand in der Gegenrichtung zu dem durch den Strom IL erzeugten Magnetfluß, wenn in der Spule kein Strom fließt. Wenn in diesem Zustand ein Strom IL die Spule durchquert, wird die in der Figur gezeigte Energie Wb im Kern gespeichert.
  • Falls in diesem Zustand der Strom auf den Sättigungspunkt c des Kerns erhöht wird, ist, wie deutlich der Figur zu entnehmen ist, die gespeicherte Energie Wb viermal so groß wie die in dem Fall gespeicherte Energie Wa, daß der Spulenkern nicht vormagnetisiert ist.
  • Diese Beziehung wird mehr im Detail unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 beschrieben.
  • In den 3 bis 6 werden zur Vereinfachung der Beschreibung reale Zahlen verwendet und die Kapazität des der Energiespeicherung dienenden Kondensators wird als unendlich groß angenommen, das heißt, er wird als Spannungsquelle angesehen. In einer aktuellen Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung schwankt die Klemmenspannung des Energiespeicherkondensators, jedoch beeinträchtigt das die Wirkung der vorliegenden Erfindung nicht.
  • Die 3 zeigt ein Schaltbild der Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer-schaltung. Der zur Leistungsquelle E parallel geschaltete Kondensator C ist ein Filterkondensator zur Absorption der Welligkeit des von der Schaltung aufgenommenen Stroms der Leistungsquelle.
  • Die 4(a) zeigt nun die B-H-Charakteristik, wenn der Kern der Spule L nicht vormagnetisiert ist. Zur Vereinfachung wird angenommen, daß die Induktivität dieser Spule L10 Mh beträgt und daß der Kern der Spule magnetisch gesättigt ist, wenn ein Strom von 10A durch die Spule fließt.
  • Der Betriebsstrom dieses Gleichstrom-Gleichstrom-Umformers, wenn keine Vormagnetisierung erfolgt ist, ist in 4(b) gezeigt.
  • Wenn zum Zeitpunkt t = 0 das Schaltmittel Sw geschlossen ist, beträgt der Spulenstrom IL:
    IL = E/L·t, das heißt er nimmt mit einem Gradient von 1000 A/sec zu und erreicht den Sättigungspunkt-Strom 10 A der Spule in 10 msec.
  • An diesem Punkt ist die der Spule von der Leistungsquelle zugeführte Energie ½ (10 A)·(10 msec) = 0,5 J.
  • Als nächstes wird, wenn zu diesem Zeitpunkt das Schaltmittel Sw geöffnet wird, der Schaltkreis ein geschlossener Kreis bestehend aus der Leistungsquelle E, der Spule L, den Gleichrichtermitteln D und der ausgangsseitigen Spannungsquelle Ce.
  • Wenn nun die Spannung der ausgangsseitigen Spannungsquelle mit 110 V angenommen wird und angenommen wird, daß kein Spannungsabfall an den Gleichrichtermitteln D auftritt, wird an der Spule L eine Spannung von 100 V von zur Richtung dieses Stromflusses entgegengesetzter Polarität anliegen, so daß IL = (MAX) – 100/L·tdas heißt, er nimmt mit einer Geschwindigkeit von 10000 A/sec ab.
  • Weil IL (MAX) = 10 Ma, ist der Spulenstrom nach 1 msec 0 A. Deshalb wird bei diesem Vorgang die Energie ½·(10 A)·(100 V)·(1 msec) = 0,5 J an der Ausgangsseite entladen. Tatsächlich ist eine Energie von {1/2·(10 A)·(10 V)·(1 msec) vorhanden, die an diesem Punkt direkt von der Leistungsquelle an die Ausgangsseite übertragen wird, jedoch haben wir es in diesem Zusammenhang mit der Energieanhäufung durch die Spule zu tun, und weil der Energiebetrag, der von dieser Leistungsquelle direkt an die Ausgangsseite übertragen wird, nicht direkt in Beziehung zum Kern der vorliegenden Erfindung steht, wird die diese Energie betreffende Beschreibung ausgelassen, diese Erörterung wird in der Beschreibung weiter unten fortgesetzt.
  • Die für die Speicherung und Entladung dieser Energie erforderliche Zeit ist die Summe der Zeit ta = 10 msec für die Ladung der Energie der Spule und die Zeit tb = 1 msec für die Entladung der Energie von der Spule, das heißt 11 msec. Die Schaltung ist deshalb in der Lage, an den Ausgang der Leistungsquelle in einer Periode von 11 msec eine Energie von 0,5 J anzugeben.
  • Es wird nun der Fall beschrieben, daß die gleiche Spule verwendet wird, aber deren Kern vormagnetisiert ist.
  • Die 5(a) zeigt die Charakteristik der vormagnetisierten Spule.
  • Wenn ein Permanentmagnet für die Vormagnetisierung benutzt wird, würde normalerweise eine Zunahme des Wertes der Induktivität und der Menge des Sättigungsmagnetflusses auftreten wegen der Addition des durch den Permanentmagneten gebildeten Magnetkörpers zum Spulenkern; in diesem Fall fehlen jedoch diese Wirkungen oder können mittels des Falles beschrieben werden, in welchem die Vormagnetisierung bewirkt wird durch den Durchfluß eines konstanten Stroms durch eine nicht gezeigte zweite Wicklung.
  • Mit anderen Worten, in diesem Falle verändert sich die Induktivität nicht und die Sättigungscharakteristik des Kerns bleibt ebenfalls unverändert, so besteht, wie in 5(a) gezeigt ist, die Kennlinie dieser Spule einfach aus einer Kennlinie, die durch eine Parallelverschiebung der Kennlinie der 4(a) nach rechts erhalten wird.
  • Wenn das Schaltmittel Sw dann geschlossen wird, wird die Leistungsquelle E wie oben beschrieben an die Spule L gelegt wodurch der Spulenstrom mit 1000 A/sec ansteigt. Wenn dieser Spulenstrom, wie oben beschrieben, bis zum Sättigungspunkt der Spule zunimmt, ist IL (MAX) an diesem Punkt 20A und die für die Stromsteigerung erforderliche Zeit ist dann 20 msec. Dieser Vorgang ist in 5(b) gezeigt. Auch ist die auf der Spule während dieses Vorgangs gespeicherte Energie ½·(20 A)·(10 V)·(20 msec) = 2,0 Jwas das Vierfache der auf der Spule gespeicherten Energie in dem Falle ist, das keine wie oben beschriebene Vormagnetisierung stattfindet.
  • Wenn zu diesem Zeitpunkt das Schaltmittel Sw geöffnet wird, wie gerade oben beschrieben, nimmt der Spulenstrom mit der Geschwindigkeit 10000 A/sec ab und wird nach 2 ms 0 A. Während dieser Zeitspanne ist die von der Spule abgegebene Energie ½·(20 A)·(100 V)·(2 msec) = 2,0 Jund weil in 5(b) ta = 20 msec und Tb = 2 msec, kann in 22 msec der Ausgangsseite eine Energie von 2,0 J von der Leistungsquelle zugeführt werden.
  • Somit wird im Vergleich mit dem oben beschriebenen Fall, wo eine nicht vormagnetisierte Spule verwendet wird, die pro Zeiteinheit durch die Schaltung fließende Energiemenge verdoppelt.
  • Was bei einer Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung wichtig ist, ist nicht die in der Spule pro Zyklus gespeicherte Energiemenge, sondern vielmehr die durch den Zyklus pro Zeiteinheit zu bewegende Energiemenge. Weitere Erläuterungen zu diesem Punkt folgen nun.
  • Laßt uns nun annehmen, es sei die Aufgabe, den Energiedurchfluß pro Zeiteinheit bei Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltungen zu erhöhen, die identische Kernvolumina aufweisen. Eine seit langem bekannte Methode, diese Aufgabe zu lösen, besteht darin, den Wert der Induktivität zu reduzieren.
  • Die 6(a) zeigt eine Induktivitätskennlinie, die auf diesem Prinzip beruht. Bei diesem Beispiel wird eine Spule zugrundegelegt, bei der die Windungszahl auf dem Kern gegenüber dem vorhergehenden Beispiel um die Hälfte verringert ist. Falls dies geschieht, wird der Strom, der beim Sättigungspunkt des Kerns durchfließen kann, verdoppelt und die Induktivität ist um den Faktor ¼ verringert.
  • Der Vorgang wird nun unter Verwendung der Schaltung nach 3 beschrieben, in der eine solche Spule benutzt wird. Wenn das Schaltmittel Sw zum Zeitpunkt t = 0 geschlossen wird, beaufschlagt die Spannung der Leistungsquelle E die Spule L und veranlaßt den Spulenstrom gemäß IL = E/L·t zuzunehmen. Weil die Induktivität der Spule ¼ des oben genannten Wertes ist, das heißt 2,5 Mh, steigt dieser Strom mit der Geschwindigkeit 4000 Ma/sec an. Außerdem ist der Spulenstrom am Sättigungspunkt der Spule bei dieser Spule doppelte so hoch wie beim vorhergehenden Beispiel, d.h. er beträgt 20 A. Die Erregerzeit bis zur Sättigung der Spule ist deshalb (20 A)/(4000 Ma/sec) = 5 msec.
  • Die während dieser Periode auf der Spulegespeicherte Energie ist ½·(20 A)·(10 V)·(50 msec) = 0,5 J.
  • Auch wird, weil der Wert der Induktivität 2,5 Mh ist, die Geschwindigkeit der Abnahme des Spulenstroms zu dem Zeitpunkt, an dem das Schaltmittel Sw geöffnet wird, 40000 A/sec. so daß der Strom von 20 A nach 9,5 msec 0 A wird. Auch ist die Energie; die die Spule L während dieser Periode dem Ausgang zuführt ½·(20 A)·(100 V)·(0,5 msec) = 0,5 J.
  • Wie in 6(b) gezeigt, bedeutet dies, daß die zum Speichern der Energie in dieser Spule benötigte Zeit Ta = 5 msec und die Zeit um sie an den Ausgang abzugeben Tb = 0,5 msec, was zusammen eine Zeit von 5,5 msec ergibt, die benötigt wird, um die Energie von 0.5 J von der Leistungsquelle zur Last zu bringen. Wiederholt man den Vorgang viermal, wird die gleiche Energiemenge in der gleichen Zeitspanne von der Leistungsquelle an die Last abgegeben, wie in dem Falle, in dem die oben beschriebene, vormagnetisierte Spule benützt wird.
  • Das bedeutet, daß die pro Zeiteinheit übertragene Energiemenge bei Benutzung der gleichen Spule erhöht werden kann. Bei Anwendungen wie einer Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung ist es erwünscht, pro Zeiteinheit soviel Energie wie möglich zu übertragen.
  • Falls jedoch, bei Benutzung solcher nicht vormagnetisierter Spulen der Wert der Induktivität abnimmt, muß bei gleichem Maximalstrom wie im Falle der Benutzung vormagnetisierter Spulen das in de3r Schaltung der 3 benutzte Schaltmittel Sw mit einer Frequenz abgeschaltet werden, die viermal größer ist, insbesondere falls ein kleiner Kern benutzt wird, um die Gesamtgröße zu reduzieren, und der Schaltungsverlust am Schaltmittel Sw erreicht eine nicht mehr vernachlässigbare Größe. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem eine vormagnetisierte Spule benutzt wird, ist deshalb überlegen, weil es geringere Schaltungsverluste verursacht als ein Verfahren, bei dem der Wert der Induktivität verringert wird.
  • Beim Beispiel nach 5 wird beim Vormagnetisieren des Kerns der Spule der Vormagnetisierungswert, bei dem der Kern durch sich selbst magnetisch gesättigt ist, in genau der entgegengesetzten Richtung in dem Zustand gewählt, in dem sie kein Spulenstrom durchquert. Was geschieht, wenn der Vormagnetisierungswert eher niedriger gemacht wird, ist unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
  • Die 7(a) zeigt die B-H-Kennlinie für diesen Fall.
  • Die Spule weist 10 Mh auf, genau wie im Falle der Beispiele nach 4 und 5; für die Vormagnetisierung wird ein Wert derart gewählt, daß die magnetische Sättigung in entgegengesetzter Richtung durcheinen Spulenstrom von 10 A erreicht wird. Das Verhalten einer solchen Spule wird nun beschrieben, wenn die Schaltung nach 3 für die Spule L verwendet wird
  • Falls nun das Schaltmittel Sw geschlossen wird, wird die Spannung der Leistungsquelle an die Spule L gelegt, weil aber der Kern in der entgegengesetzten Richtung vormagnetisiert ist, während der Strom noch klein ist, ist der Wert der Induktivität sehr klein und als Ergebnis steigt der Spulenstrom rasch an und erreicht praktisch sofort 10 A. Es wird nun der Wert des Stroms unter diesen Bedingungen als minimaler Stromwert IL (MIN) angenommen, für den die Spule L den vorgeschriebenen Induktivitätswert annimmt. Danach steigt der Spulenstrom gemäß IL = il (MIN) + E/L·t an, bis er in der Richtung des durch den Strom erzeugten Magnetfelds den Sättigungspunkt erreicht.
  • Weil das Volumen des Kerns dieser Spule und die Zahl der Windungen der Spule die gleichen sind wie bei den Beispielen in den 4 und 5, beträgt der Spulenstrom am Sättigungspunkt 30 A. Die Zeit vom Schließen des Schaltmittels Sw bis zum Erreichen dieses Sättigungspunkts durch den Strom ist (30 A – 10 A)/(1000 A/sec) = 20 msec.
  • Außerdem ist die während dieser Periode von der Leistungsquelle der Spule L zugeführte Energie ½·(10 A + 30 A)·(10 V)·(20 msec) = 4,0 J.
  • Bei dem Verfahren, bei dem das Schaltmittel Sw von diesem Zustand aus geöffnet wird, so daß die in der Spule L gespeicherte Energie am Ausgang entladen wird, beträgt die in der entgegengesetzten Richtung durch die ausgangsseitige Spannungsquelle Ce an der Spule L angelegte Spannung 100 V und die Geschwindigkeit, mit der der Spulenstrom in dieser Spule L abnimmt, beträgt 10000 A/sec. Der Anfangsstrom von 30 A fällt deshalb auf 10 A nach 2 msec. Wenn der Stromwert, wie oben beschrieben, unter 10 A sinkt, ist die Spule L in der Gegenrichtung magnetisch gesättigt, so daß der Spulenstrom plötzlich auf 0 A abnimmt. Bei diesem Vorgang ist die durch die Spule L an die Ausgangsseite abgegebene Energie ½·(30 A + 10 A)·(100 V)·(2 msec) = 4,0 J.
  • Die Weise, in der sich der Strom während dieser Periode verändert, ist in 7(b) gezeigt.
  • Wenn das Schaltmittel Sw bei T = 0 geschlossen wird, beträgt die Zeitspanne, die erforderlich ist, um in der Spule L die Energie von 4,0 J zu speichern, ta = 20 msec, und die Zeit, die für die Entladung der gespeicherten Energie erforderlich ist, tb = 2 msec. Das heißt die Schaltung kann in 22 msec eine Energie von 4,0 J von der Leistungsquelle an den Ausgang übertragen.
  • Ein Versuch, dies mit einer nicht vormagnetisierten Spule zu erreichen, falls ein identischer Kern benutzt würde, würde die Anwendung einer Spule mit ¼ der Windungszahl erfordern. Ihre Induktivitätskennlinie wäre beschaffen, wie in 8 gezeigt.
  • Weil ihre Windungszahl ¼ ist, würde der Strom am Sättigungspunkt dieses Kerns 40 A sein und ihre Induktivität würde 1/16 sein, das heißt 0,625 Mh. Die durch den Gebrauch einer solchen Spule bei der Schaltung gemäß 3 erhaltene Wirkungsweise wird nun beschrieben.
  • Falls nun das Schaltmittel Sw bei t = 0 geschlossen wird, steigt der Spulenstrom gemäß IL = E/L·t mit einer Anstiegsgeschwindigkeit von 16000 A/sec = 2,5 msec. Weil der Stromwert am Sättigungspunkt der Spule dann 40 A beträgt, ist die Zeitspanne, um diesen zu erreichen, 40 A/16000 A/sec = 2,5 msec. Bei diesem Vorgang ist die von der Leistungsquelle der Spule zugeführte Energie ½·(40 A)·(10 V)·(2,5 msec) = 0,5 J.
  • Auch ist die Abnahmegeschwindigkeit des Spulenstroms während dieses Vorgangs 160000 A/sec und die Entladungszeit 0,25 msec, wenn man annimmt, daß die auf dieser Spule gespeicherte Energie an der Ausgangsseite durch Öffnen des Schalters Sw zu diesem Zeitpunkt entladen wird. Deshalb ist die an der Ausgangsseite während dieser Periode abgegebene Energie ½·(100 V)·(0,25 msec) = 0,5 J.
  • Somit war die Schaltung in der Lage, in einer Periode von 2,75 msec von der Leistungsquelle zur Ausgangsseite eine Energie von 0,5 J zu übertragen. Somit kann durch eine achtmalige Wiederholung einer solchen Energiespeicherung auf der Spule und der Entladung am Ausgang die gleiche Energiemenge in der gleichen Zeit transportiert werden, mit dem gleichen Kernvolumen als wenn eine vormagnetisierte Spule benutzt würde. Jedoch muß das Schaltmittel Sw einen Strom von 40 A achtmal unterbrechen, um pro Zeiteinheit die gleiche Energieübertragung zu erreichen.
  • Es kann daraus ersehen werden, daß durch Vormagnetisierung des Kerns der Spule der Vorteil erreicht werden kann, daß die Kapazität des Schaltmittels auf ¾ und seine Schaltfrequenz auf 1/8 reduziert werden kann.
  • Im Vorstehenden wurde zur Vereinfachung die Beschreibung vieler Strukturelemente idealisiert oder vereinfacht, aber selbst bei tatsächlich angewandten Schaltungen, bei einer Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung, bei der der Spulenkern derart in der Gegenrichtung zu der durch die Leistungsquelle erzeugten Magnetisierung vormagnetisiert ist und Energie darauf gespeichert wird, wird festgestellt, daß es bei gleichem Kernvolumen mit zunehmender Vormagnetisierung möglich wird, die Frequenz des Schaltmittels selbst zu senken.
  • Der insgesamt erreichbare Vorteil besteht in einer Reduzierung des durch das Schaltmittel fließenden Stroms und der sich aus dem Schalten ergebenden Energieverluste und in der sich dadurch ergebenden Verbesserung des Wirkungsgrads, Vereinfachung der Wärmeableitungsstruktur, Erhöhung der Lebensdauer der Schaltmittel und sehr beachtlicher Reduzierung der Gesamtgröße der Vorrichtung.
  • Auch wenn, wie in 7(b) gezeigt, eine große Vormagnetisierung des Spulenkerns angewandt wird, zeigt der Teil des in dieser Spule fließenden Stroms, der unter IL(MIN) ist, eine sehr rasche Abnahme/Zunahme, so daß er leicht durch einen Siebkondensator absorbiert werden kann, der an der Eingangseinheit der Leistungsquelle der Schaltung vorgesehen ist, so daß die Welligkeit des Stroms der Leistungsquelle, die unvermeidbar bei einem Sperrwandler entsteht, bei der Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung reduziert werden kann.
  • Die Schaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform einer Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 9 gezeigt.
  • Das Grundprinzip dieser Ausführungsform ist das gleiche wie bei der ersten Ausführungsform, doch wird anstelle der Einzelspule der ersten Ausführungsform ein Transformator T mit Mehrfachwicklung benutzt. Bei diesem Transformator T wird ebenfalls eine Vormagnetisierung entgegen der Richtung des beim Stromdurchgang erzeugten Magnetflusses durchgeführt, indem für diesen Zweck ein Permanentmagnet Mg verwendet wird, um die Energiedichte pro Flächeneinheit des Kerns anzuheben. Auf diese Weise kann eine Ladeeinheit mit geringer Größe und geringem Gewicht realisiert werden, weil ein kleinerer Transformator benutzt werden kann, um einen Lader mit äquivalenter Leistungsfähigkeit zu verwirklichen.
  • Die Wirkungsweise dieser Schaltung wird nun unter Bezugnahme auf 9 erläutert.
  • Durch Schließen des Schalters Sw wird ein geschlossener Kreis A gebildet. Die von der Leistungsquelle zugeführte Energie wird auf der Primärspule L1 des mehrere Wicklungen aufweisenden Transformators T gespeichert. Wenn der Schalter Sw geöffnet wird, verschiebt sich die in der Primärspule L1 gespeicherte Energie auf die Sekundärspule L2 mit dem Ergebnis, daß im geschlossenen Kreis B ein Strom fließt und der Kondensator C aufgeladen wird. Durch Wiederholung des Öffnens/Schließens des Schalters Sw kann mehr Energie auf dem Kondensator C gespeichert werden.
  • Die Schaltung gemäß dieser Ausführungsform hat die folgenden, weiteren Vorteile.
    • 1) Die Impedanz kann auf der Primärseite und der Sekundärseite verändert werden. Das heißt, durch den Einsatz einer großen Windungszahl auf der Primärseite des Transformators T, wie in 10(b), und einer kleineren Windungszahl auf der Sekundärseite, kann die Impedanz auf der Sekundärseite niedriger gemacht werden. Der auf der Sekundärseite vorgesehene Kondensator C kann dadurch mit Niederspannung geladen werden. Auch kann die Impedanz auf der Sekundärseite höher gemacht werden, wenn, wie in 10(b) gezeigt, die Zahl der Windungen auf der Sekundärseite größer gemacht wird. Der Kondensator C auf der Sekundärseite kann dadurch mit Hochspannung aufgeladen werden. In diesem Falle kann auch die Spannungsfestigkeit des Schalters Sw im Verhältnis Vc/r niedriger gemacht werden, wenn die Ladespannung des Kondensators C als Vc angenommen wird und das Windungsverhältnis r = n2/n1 (wobei n1 und n2 jeweils die Windungszahl der Primärspule L1 bzw. die Windungszahl der Sekundärspule ist).
    • 2) Zwischen der Primär- und der Sekundärseite kann eine elektrische Isolation erreicht werden.
  • Das heißt, eine elektrische Isolation kann erreicht werden, weil die Erden der Primärseite und der Sekundärseite, wie in 10C gezeigt, getrennt werden können.
  • Noch eine weitere Ausführungsform mit Benutzung eines Transformators ist in 11 gezeigt.
  • Diese Ausführungsform ist eine Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung bei der eine erste, mit der Leistungsquelle verbundene Wicklung L1 und zwei Sekundärwicklungen L2-1 und L2-2 vorgesehen sind, die einen gemeinsamen Kern mit der ersten Wicklung L1 aufweisen. Die Sekundärwicklungen L2-1 und L2-2 sind jeweils mit einem Energiespeicherkondensator C1 bzw. C2 für die Ausgabe und Gleichrichtern D1 bzw. D2 zur Verhinderung von Rückstrom versehen.
  • Nachdem zunächst Energie im vormagnetisierten Kern gespeichert wird, indem durch Schließen des Schaltmittels Sw Strom durch die Wicklung L1 geschickt wird, werden beim Öffnen des Schaltmittels Sw entsprechende elektromotorische Kräfte in den Sekundärwicklungen L2-1 und L2-2 durch die im Kern gespeicherte Energie erzeugt.
  • Die Zahl der Windungen der Sekundärspulen L2-1 und L2-2 und die darin erzeugten elektromotorischen Kräfte sind proportional; falls die zwei Klemmenspannungen der Ausgangskondensatoren C1 und C2 geringer sind als die elektromotorischen Kräfte dieser Sekundärwicklungen L2-1 und L2-2, fließt Strom durch den Kreis, der den niedrigeren Ausgangskondensator hat. Durch diese Mittel, die eine Mehrzahl von Sekundärwicklungen benutzen, kann durch die Festlegung des Verhältnisses der Windungszahlen dieser Wicklungen gleichzeitig eine Mehrzahl von Leistungsquellen unterschiedlicher Spannung erhalten werden. Außerdem wird bei der Mehrzahl von Ausgangskreisen die von der Leistungsquelle zugeführte Energie auf den Kreis konzentriert, von dem Energie an die Last abgegeben wird, so daß automatisch das Gleichgewicht der Ausgangsspannung aufrechterhalten wird.
  • Die 12 zeigt die Schaltung einer anderen Ausführungsform einer Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Die Grundprinzipien dieser Ausführungsform sind die gleichen wie jene der ersten und der zweiten Ausführungsform, es wird jedoch anstelle der einzigen Spule der ersten Ausführungsform ein Transformator Ts mit einer einzigen Wicklung benutzt. Bei diesem Transformator Zs wird Vormagnetisierung in der Gegenrichtung zur Richtung des durch den Stromdurchfluß erzeugten Magnetflusses durch einen Permanentmagneten Mg bewirkt, um die Energiedichte pro Flächeneinheit des Kerns anzuheben. Auf diese Weise kann ein kleinerer Transformator eingesetzt werden, um einen Lader äquivalenter Kapazität zu realisieren, so daß eine Ladereinheit mit geringerer Größe und geringerem Gewicht erreicht werden kann.
  • Die Wirkungsweise dieser Schaltung wird nachfolgend anhand der 12 erläutert.
  • Durch Schließen des Schalters Sw wird ein geschlossener Kreis A gebildet. Die von der Leistungsquelle E zugeführte Energie wird in der Spule L des eine Windung aufweisenden Transformators Ts gespeichert. Wenn der Schalter Sw geöffnet wird, wird der geschlossene Kreis B gebildet, und die im Kern L gespeicherte Energie verschiebt sich auf den Abschnitt L2 der Spule, so daß im geschlossenen Kreis B ein Strom fließt, der den Kondensator C lädt. Durch Wiederholung des Öffnens/Schließens des Schalters Sw kann mehr Energie auf dem Kondensator C gespeichert werden.
  • Auch ergibt sich mit dieser Schaltung, wie in 12 gezeigt, ebenso wie mit der Schaltung nach der zweiten Ausführungsform der Vorteil, daß die Impedanz auf der Primärseite und der Sekundärseite verändert werden kann.
  • Die 13 zeigt noch eine weitere Ausführungsform einer Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines Transformators mit einer einzigen Wicklung.
  • Bei dieser Ausführungsform wird unter Benutzung eines Transformators Ts mit einer einzigen Wicklung ein geschlossener Kreis durch die Leistungsquelle und das Schaltmittel Sw gebildet, als dessen Ergebnis Energie auf dem magnetischen Kern des vormagnetisierten Transformators Ts gespeichert wird. Das Schaltmittel Sw wird dann geöffnet und die gespeicherte Energie wird vor ihrer Ausgabe auf Energiespeicherkondensatoren C1 und C2 durch Gleichrichter D1 und D2 zur Verhinderung eines Rückstroms gespeichert, die an einer Mehrzahl von Stellen an der Wicklung des Transformators Ts mit nur einer Wicklung angeschlossen sind.
  • Bei diesem Beispiel kann wie im Falle einer oben beschriebenen Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung unter Verwendung eines Transformators mit einer Mehrzahl von Sekundärwicklungen, eine Mehrzahl von Ausgaben unterschiedlicher Spannungen gleichzeitig erfolgen.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde als Methode zur Anwendung einer Vormagnetisierung ein Permanentmagnet Mg benutzt. Die gleiche Wirkung kann offensichtlich erreicht werden durch Benutzung eines Elektromagneten Me an seiner Stelle. Ein solches Beispiel ist in 14 gezeigt. Die 14(a) ist ein Beispiel für die Anwendung einer einzigen Spule, 14(b) ein Beispiel für die Anwendung eines Transformators mit mehreren Spulen und 14(c) ein Beispiel für die Anwendung eines Transformators mit nur einereinzigen Spule.
  • Noch eine weitere Ausführungsform der Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung der vorliegenden Erfindung ist in 16 gezeigt.
  • Durch Anwendung einer wie oben beschriebenen Vormagnetisierung kann die Frequenz der Betätigung des Schaltmittels zum Öffnen und Schließen bei gleichem Kernvolumen im Vergleich zu konventionellen Schaltungen, die eine Spule ohne Anwendung einer Vormagnetisierung benutzten, beträchtlich gesenkt werden; jedoch ist für eine Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung die Reduzierung der Verluste des Schaltmittels beim Schalten ebenfalls wichtig.
  • Die 15(a) zeigt ein dem Stand der Technik angehörendes Beispiel einer Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung die eine Antwort auf dieses Problem liefert. Eine energiespeichernde Spule L1 ist mit einer Leistungsquelle E verbunden und diese ist mittels des Schaltmittels Sw in einen geschlossenen Kreis einbezogen wodurch die Spule L1 mit Strom versorgt wird, mit dem Ergebnis, daß im Kern der Spule L1 Energie gespeichert wird. Das Schaltmittel Sw wird dann zu einem Zeitpunkt geöffnet, der beliebig gewählt werden kann. Die auf der Spule L1 gespeicherte Energie lädt da durch den Kondensator C1 über einen Gleichrichter D1. Wenn dieses Schaltmittel Sw geöffnet wird, befindet sich keine Ladung auf dem Kondensator C1, so daß selbst dann, wenn das Schaltmittel geöffnet wird, keine Spannung an den Kontakten des Schaltmittels Sw auftritt. Die Schaltverluste des Schaltmittels Sw sind deshalb beträchtlich reduziert.
  • Die Klemmenspannung des Kondensators C1 steigt dann durch die Ladung von der Spule L1 an, bis die Klemmenspannung des Kondensators C1 überschritten wird. Wenn dies stattfindet, fließt ein den Kondensator C2 aufladender Strom durch die Reihenschaltung bestehend aus dem Kondensator C1, dem Gleichrichter D2 und der zweiten Spule L2.
  • Die Spule L1 beendet bald die Entladung der gespeicherten Energie und der dem Kondensator C1 über den Gleichrichter D1 zugeführte Strom nimmt ab. Jedoch ist die Schaltung so ausgelegt, daß die Abnahme des über die Spule L2 fließenden Stroms demgegenüber später eintritt, so daß die Ladung des Kondensators C1 allmählich auf der Ausgangsseite durch die Selbstinduktionswirkung der Spule L2 aufgenommen wird, mit dem Ergebnis, daß der Kondensator C1 seine gespeicherte Ladung verliert.
  • Ein Gleichrichter D3 ist vorgesehen falls erforderlich, so daß, wenn der Kondensator C1 seine gespeicherte Ladung verliert, ein Strom IL2 vorbeigeleitet werden kann und das Auftreten einer Rückspannung am Schaltmittel Sw verhindert wird.
  • Eine solche Schaltung wird als Reihenresonanzkreis des Kondensators C1 und der Spule L2 betrieben, so daß sie gewöhnlich als Stromresonanzkreis bezeichnet wird. Die Resonanzperiode des aus dem Kondensator C2 und der Spule L2 bestehenden Resonanzkreises muß so eingestellt sein, daß die Ladung des Kondensators C1 Null wird, nachdem der von der Spule L1 zugeführte Strom verschwunden ist.
  • Die 15(b) zeigt die Wellenform des Stroms an verschiedenen Stellen, wenn die Einstellung ungenügend ist. Insbesondere wenn der durch die Spule L2 und den Kondensator C1 erzeugte Resonanzstrom IL2 Null ist, wenn IL1 noch vorhanden ist, kann die Spannung zwischen den beiden Klemmen das Kondensators C1 wieder ist als die Spannung am Kondensator C2, wird wieder ein Strom IL2 erzeugt. Falls jedoch Rvc1 das Niveau der Spannung des Kondensators C2 nicht erreicht, bleibt diese Spannung an den zwei Klemmen des Kondensators C1 unverändert und ist ein Faktor, der Schaltverluste verursacht, wenn das Schaltmittel Sw beim nächsten Zyklus ausgeschaltet wird.
  • Die 16(a) zeigt ein Beispiel einer Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung in der Ausgestaltung einer Schaltung des Stromresonanztyps, wenn die Vormagnetisierung erfindungsgemäß bei der Spule Ll vorgenommen wird, und die 16(b) zeigt die dann erhaltene Wellenform des Stroms.
  • In diesem Falle kann, wenn die Vormagnetisierung der energiespeichernden Spule L1 ausreichend groß vorgenommen ist, der von der Spule L1 dem Kondensator C1 zugeführte Strom veranlaßt werden, schnell von 0 A bis auf einen mehr als ausreichenden Wert anzusteigen. Dadurch kann der Strom der Spule L1 auf 0 gebracht werden, während noch ein ausreichend großer Strom in der Spule L2 verbleibt, so daß, wie in 16(b) gezeigt, ein Zeitspielraum tm und der Vorteil entsteht, daß die Entstehung von Rvc1 unterdrückt wird. Natürlich werden auch noch die anderen Vorteile der vorliegenden Erfindung, wie die Reduzierung der Kapazität der Schaltmittel, Reduzierung der Welligkeit des Eingangsstroms, Reduzierung der Schaltfrequenz und Reduzierung der Spulengröße erhalten.
  • Die 17(a) ist ein Schaltbild eines Gleichstrom-Gleichstrom-Umformers des Stromresonanztyps gemäß der vorliegenden Erfindung, gebildet durch einen Transformator mit Primär- und Sekundärwicklungen mit einem gemeinsamen Kern. Seine Grundfunktion ist die gleiche wie im oben beschriebenen Falle der einzelnen Spule. Jedoch kann, falls wie in 17(b) gezeigt, durch die Verwendung einer Mehrzahl von Sekundärwicklungen versucht wird, eine Mehrzahl von Spannungen zu erhalten, bei jeder der Sekundärwicklungen eine Resonanzkreis zur Reduzierung der Schaltverluste des Schaltmittels Sw vorgesehen werden. Eine Gestaltungsbedingung ist, daß die Ladung des für die Resonanz vorgesehenen Kondensators C1 gelöscht werden muß, wenn das Schaltmittel Sw offen ist. Es ist auch nötig, dafür zu sorgen, daß die anderen, gleichzeitig vorgesehenen Ausgänge die Werte haben, die erhalten werden durch Umwandlung der Maximalspannung des Kondensators C1 unter Verwendung der Windungsverhältnisse der entsprechenden Sekundärwicklungen.
  • Die 18 ist ein Schaltbild eines Gleichstrom-Gleichstrom-Umformers des Stromresonanztyps gemäß der vorliegenden Erfindung, gebildet unter Verwendung eines Transformators mit einer einzigen Wicklung. Die Funktion des Gleichstrom-Gleichstrom-Umformers und die Resonanzfunktion sind die gleichen, wie sie schon mit Bezug auf einen Mehrwicklungstransformator erläutert wurden.
  • Die 19 zeigt ein Beispiel einer Treibereinrichtung für eine induktive Last unter Verwendung einer Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung gemäß der oben beschriebenen, vorliegenden Erfindung.
  • In dieser Schaltung ist der durch eine punktierte Linier umschlossene und durch Chg gekennzeichnete Bereich die erfindungsgemäße Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung. Diese Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung Chg umfaßt ein mit der Leistungsquelle E verbundenes Mittel Ct zur Ermittlung des Stroms, eine Stromspeicherspule L mit vormagnetisiertem Kern, ein erstes Schaltmittel Tr1, das einen die Leistungsquelle E enthaltenden Kreis öffnet und schließt, ein Mittel Ct zur Ermittlung des Stroms und eine energiespeichernde Spule L, einen Gleichrichter D, dessen Anode mit dem Verbindungspunkt des ersten Schaltmittels Tr1 und der energiespeichernden Spule L verbunden ist, einen Kondensator C zur Speicherung der Ausgangsenergie, der mit der Kathode des Gleichrichters D und mit der anderen Klemme des Schaltmittels Tr1 verbunden ist, ein Mittel Hvs zur Ermittlung der Ladespannung dieses Akkumulators C zur Speicherung der Ausgangsenergie, und ein Mittel Chp zur Erzeugung eines Zerhackersignals, das Ausgangssignale des Mittels Ct zur Stromdetektierung und des Mittels Hvs zur Spannungsdetektierung aufnimmt und ein Signal erzeugt, das das erste Schaltmittel ein- und ausschaltet.
  • Diese Treibereinrichtung für eine induktive Last nimmt ein Ansteuerungssignal Drv auf, das die Steuerung der induktiven Last spezifiziert; sie ist parallel zur Last ZL und einem zweiten Schaltmittel Tr2 angeschlossen, das auf die induktive Last ZL den Ausgang des Gleichstrom-Gleichstrom-Umformers überträgt und durch dieses Ansteuerungssignal Drv geschaltet wird; wobei ein Schwungradstromgleichrichter (Schwungrad-Diode) FD vorgesehen ist, das der durch die Selbstinduktivität dieser Last ZL erzeugte Schwungrad-Strom durchfließt, wenn der Strom der induktiven Last ZL abgeschaltet oder reduziert wird.
  • Die 20 zeigt die Anordnung von Mitteln zur Erzeugung eines Zerhackersignals Chp.
  • Mittel zur Erzeugung eines Zerhackersignals Chp umfassen eine interne Bezugsspannung E1, eine Vergleichsschaltung Comp, ein invertierendes Mittel Th mit einer Hysteresekennlinie, das das Signal vom stromdetektierenden Mittel Ct aufnimmt, und eine AND-Schaltung, die einem ersten Schaltmittel Tr1 das logische Produkt zuleitet, das erhalten wird durch die Eingabe des Ausgangs der Vergleichsschaltung Comp und des Ausgangs des invertierenden Mittels Th.
  • Als nächstes werden die Funktion des Gleichstrom-Gleichstrom-Umformers und die verschiedenen in den 21 und 22 gezeigten Wellenformen erläutert.
  • Es wird angenommen, daß der Ausgang der Vergleichsschaltung normalerweise „1" ist (betätigter Zustand). Bei t = 0 ist das erste Schaltmittel Tr1 geschlossen und der Spulenstrom I1 befindet sich in einem steigenden Zustand. Schließlich erreicht der Strom I1 den Schwellenwert auf der Abschaltseite des invertierenden Mittels Th mit einer Hysteresekennlinie. Dieser Schwellenwert auf der Abschaltseite ist auf den Strom eingestellt, der erhalten wird, wenn ausreichend Energie auf der energiespeichernden Spule gespeichert wurde.
  • Wenn der Spulenstrom I1 diesen Schwellenwert überschreitet, wird der Ausgang des invertierenden Mittels Th abgeschaltet und gleichzeitig wird auch das erste Schaltmittel Tr1 ausgeschaltet (Leerlauf). Dadurch lädt der Strom I1 der energiespeichernden Spule L den Kondensator C für die Speicherung der Ausgangsenergie über den Gleichrichter D auf. Der Strom I1 der energiespeichernden Spule L nimmt durch die Entladung der Energie an den Kondensator C ab, bis er den Schwellenwert des invertierenden Mittels Th auf der Leistung-ein-Seite erreicht. Wenn dies geschieht, wird erneut das erste Schaltmittel Tr1 geschlossen. Durch Wiederholung dieser Vorgänge nimmt Spannung Vc zwischen den zwei Klemmen der Kondensators C zur Speicherung der Ausgangsenergie progressiv zu.
  • Die Spannung Vc an den beiden Klemmen des Kondensators C ist, falls nötig, der Spannungsteilung durch das Mittel Hvs zur Spannungsdetektierung unterworfen, um die nachfolgende Verfahrensweise zu ermöglichen, oder wird, falls dies nicht erforderlich ist, direkt zugeführt, um innerhalb des Mittels Chp zur Erzeugung eines Zerhackersignals mit der Bezugsspannung E1 verglichen zu werden. Falls die an beiden Klemmen des Kondensators C anliegende Spannung Vc oder der bei der bei Teilung dieser Spannung erhaltene Wert die Bezugsspannung E1 übersteigt, wird der Ausgang der Vergleichsschaltung Comp abgeschaltet und das erste Schaltmittel Tr1 behält auch seinen ausgeschalteten (offenen) Zustand bei.
  • Wie in 22 gezeigt, übersteigt die der Bezugsspannung E1 entsprechende Spannung Vc an beiden Klemmen des Kondensators C die Spannung E der Leistungsquelle E der Schaltung, so daß diese Spannung durch den einen Rückfluß verhindernden Gleichrichter D gehalten wird.
  • Wenn bei diesem Zustand das Lastansteuerungssignal Drv eingegeben wird, wird das zweite Schaltmittel Tr2 geschlossen und die Spannung Vc an beiden Klemmen des die Ausgangsenergie speichernden Kondensators C wird an die induktive Last ZL abgegeben. Der Laststrom Iz1 steigt plötzlich an, weil die Spannung Vc die auf dem Kondensator C gespeicherte Leistungsquellenspannung E übersteigt. Die Geschwindigkeit des Stromanstiegs und der maximale Stromwert an diesem Punkt werden durch die Impedanz der Last ZL, die Kapazität des Kondensators C und die Spannung Vc an seinen beiden Klemmen bestimmt; die Schaltungskonstanten und die Größe der Bezugsspannung E1 im Mittel Chp zur Erzeugung eines Zerhackersignals, sowie das Spannungsteilungsverhältnis im Mittel Hvs für die Spannungsdetektierung sind so eingestellt, daß der gewünschte Laststrom erhalten wird.
  • Wenn der Kondensator C diese gespeicherte Energie an die Last ZL abgibt, nimmt die an seinen Klemmen anliegende Spannung Vc ab. Dieser Vorgang wird als das Verhalten des Resonanzkreises des Kondensators C und der Induktivitätskomponente der Last ZL überwacht; schließlich verschwindet die Ladung des Kondensators C und die Spannung Vc an seinen beiden Klemmen wird 0 V. Der Laststrom Iz1 wird durch den Selbstinduktivitätseffekt der Last ZL aufrechterhalten, aber weil bei diesem Vorgang der Schwungradstromgleichrichter FD leitet, fließt der Laststrom Iz1 frei über den durch die Last ZL und den Schwungrad-Gleichrichter FD gebildeten Pfad und wird allmählich reduziert durch die Verteilung seiner Energie in Form von Wärme aufgrund der Widerstandskomponente der Last ZL.
  • Andererseits wird als Ergebnis der Abnahme der an den beiden Klemmen des Kondensators C anliegenden Spannung der Ausgang der Vergleichsschaltung Comp im Mittel Chp zur Erzeugung eines Zerhackersignals aktiviert und als Ergebnis der Vorgang wiederholt, bei dem das erste Schaltmittel Tr1 wieder geschlossen wird, der Stromdurchfluß durch die energiespeichernde Spule L beginnt, der die Spule durchfließende Strom IL zunimmt und das erste Schaltmittel Tr1 dadurch mittels der Aktion des invertierenden Mittels Th mit einer Hysteresekennlinie offengeschaltet wird, gefolgt von der Entladung der auf der Spule gespeicherten Energie an den Kondensator C. Jedoch ist zu diesem Zeitpunkt das zweite Schaltmittel Tr2 geschlossen, so daß die von der Spule entladene Energie zeitweilig im Kondensator C gespeichert, dann gemittelt und der Last ZL zugeführt wird.
  • Bei dieser Folge von Aktionen wird ein fester Strom der Last ZL zugeführt, der der von der Spule zugeführten Energie angepaßt ist. Wenn dieser Vorgang von dem Zeitpunkt aus beobachtet wird, zu dem der freie Fluß des Laststroms Iz1 nach seinem anfänglichen schnellen Anstieg vollendet ist, entspricht er dem Bereich A in 22.
  • Danach, wenn das Lastansteuerungssignal Drv nach Ablauf der gewünschten Lastansteuerungszeit endet, wodurch dem zweiten Schaltmittel die Öffnung gestattet wird, nimmt der Laststrom Iz1 nach 0 A ab, während er frei durch den Schwungradstromgleichrichter FD durch den Schwungradstromgleichrichter FD fließt. Auf diese Weise wird eine Spannung, die die Spannung E der Leistungsquelle überschreitet wieder auf dem Kondensator C für die Speicherung der Ausgangsenergie gespeichert.
  • Auf diese Weise kann durch Benutzung dieser Schaltung und durch Einbringen einer großen Energiemenge in eine induktive Last ZL, wie beispielsweise ein elektromagnetisches Ventil in der Anfangsphase seiner Öffnung, die Öffnung des Ventils beschleunigt werden und der Wert des Laststroms Iz1 kann auf den Wert reduziert werden, bei dem die Öffnung des Ventils aufrechterhalten wird: somit kann die Wärmeentwicklung an der Last ZL auf einem niedrigen Niveau gehalten werden. Auch können durch die Anwendung eines Gleichstrom-Gleichstrom-Umformers, dessen Kern der energiespeichernden Spule erfindungsgemäß vormagnetisiert ist, als Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung in dieser Schaltung Fertigungsvorteile, wie eine Verkleinerung der Vorrichtung, ein verbesserter Wirkungsgrad und geringere Fertigungskosten erreicht werden.
  • Die 23 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Treibereinrichtung für eine induktive Last gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Diese Einrichtung ist so konstruiert, daß sie in der Lage ist, vier induktive Lasten ZL1 bis ZL4 anzusteuern. Die Einrichtung umfaßt eine Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung 1 mit einer Leistungsquelle Vb und eine energiespeichernde Spule, die mit der Leistungsquelle Vb verbunden ist und deren Kern vormagnetisiert ist, um eine Spannung höher als die der Leistungsquelle Vb zu erzeugen; Hochspannungsschaltmittel 3, die den Ausgang der Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung 1 ein- oder ausschalten; eine ODER-Schaltung 15, die fähig ist, das Hochspannungsschaltmittel 3 entsprechend dem einen oder anderen von einem oder mehr eingegebenen Hochspannungsschalter-Ansteuerungssignalen zu steuern; ein oder mehr Hochspannungsverteilerschaltmittel 8-1 bis 8-4 zur Verbindung des Ausgangs der Hochspannungsschaltmittel 3 mit einer oder mehreren der anzusteuernden induktiven Lasten ZL1 bis ZL4 bis ZL4; eine Niederspannungsleistungsquelle 5, die mit der Leistungsquelle Vb verbunden ist und eine veränderliche Ausgangsspannung aufweist, die geringer ist als die Spannung dieser Leistungsquelle; einen oder mehr analoge Konstantstrom-Ausgangsschaltungen 4-1, 4-2, die mit dieser Niederspannungsleistungsquelle 5 verbunden sind und ein Haltestromwertsignal und ein Laststromrückkopplungssignal von Laststromdetektierungsmitteln 10-1, 10-2 aufnehmen und den Laststrom auf einen Wert regeln, der auf den Haltestrom abgestimmt ist; Niederspannungs-Leistungsquellen-Einstellschaltungen 4-1-1, 4-2-1. welche den Spannungsabfallbetrag der Ausgangsmittel dieser analogen Konstantstrom-Ausgangsschaltungen 4-1, 4-2 aufnehmen und ein Signal erzeugen, um die Ausgangsspannung der Niederspannungs-Leistungsquelle 5 abzusenken; wenigstens eine Spannungssicherungsschaitung 16-1, 16-2, die die Selbstinduktionsenergie der induktiven Lasten ZL1 bis ZL4 absorbiert, die entsteht, wenn die Ansteuerungsströme der einen oder der mehreren induktiven Lasten verringert werden; und Signalverarbeitungsschaltungen 2-1 bis 2-4 zur Aufnahme wenigstens eines Lasttreibersignals und zur Ausgabe eines Hochspannungs-Schalttreibersignals zum Betätigen der Hochspannungs-Schaltmittel 3 während einer die Spannungssicherungsschaltung 16-1 vorgegebenen festen Zeitspanne von dem durch dieses Lasttreibersignal in Bezug auf diese verschiedenen Laststreibersignale gekennzeichneten Zeitpunkt an, eines Treibersignals der Hochspannungs-Verteilungsschaltmittel 8-1 bis 8-4 zur Verbindung des Ausgangs des Hochspannungs-Schaltmittels 3 mit den anzusteuernden Lasten ZL1 bis ZL4, die durch die Lasttreibersignale bestimmt werden, und eines vorgegebenen Haltestromwertsignals an die analoge Konstantstrom-Ausgangsschaltungen 4-1, 4-2 während der Zeitspanne, in der die eingegebenen Lasttreibersignale zur Fortdauer der Lastansteuerung gekennzeichnet sind, und gleichzeitig zur Ausgabe von Treibersignalen der Niederspannungs-Verteilungsschaltmittel 6-1 bis 6-4 zur Verbindung des Ausgangs der analogen Konstantstrom-Ausgangsschaltungen 4-1, 4-2 mit der anzusteuernde Last, bestimmt durch das Lasttreibersignal, und zur Ausgabe eines Ansteuerung-beendet-Signals, wenn das Ende der Ansteuerung der Last ZL1 bis ZL4 durch das eingegebene Lasttreibersignal angezeigt wird.
  • Die Funktionsweise dieser Schaltung wird nun unter Bezugnahme auf 23 erläutert.
  • Diese Treiberschaltung versorgt die induktiven Lasten ZL1 bis ZL4 mit Strom in Übereinstimmung mit einem Treibersignal Sig, das die Ansteuerung der induktiven Last ZL1 bis ZL4 bestimmt; Das Treibersignal Sig wird nach Bedarf von einer nicht gezeigten ECU (elektronische Steuereinheit) gesandt. Beispiele sind: ein hydraulisches, elektromagnetisches Ventil zur Steuerung des Aktuators einer hydraulischen Maschine oder dergleichen mit der Aufgabe, das Ventil zu öffnen oder zu schließen, oder eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit der Aufgabe, ein Ventil der Vorrichtung zu öffnen und zu schließen, oder ein elektromagnetisches Ventil zur Steuerung eines Flüssigkeits- oder Gasdrucks mit der Aufgabe, das elektromagnetische Ventil zu öffnen oder zu schließen, oder eine Schrittmotorvorrichtung mit der Aufgabe der Erregung/Abmagnetisierung der Antriebsphase.
  • Beispielsweise in dem Falle einer Vorrichtung, bei der die Last beispielsweise ein elektromagnetisches Ventil ist, würde die erforderliche Charakteristik darin bestehen, daß zu Beginn der Startphase des Betriebs der induktiven Last die Last mit einer Hochspannung beaufschlagt wird, um den Beginn der Aktion der Last durch schnellen Anstieg des Laststroms zu fördern, und daß bei dem Schritt, der nach Vollendung der Ventilöffnung das Ventil festhält, die Wärmeentwicklung durch die Last dadurch unter drückt wird, daß der Stromwert auf den Wert abgesenkt wird, der erforderlich ist, um den Laststrom in dem das Ventil offenhaltenden Zustand zu halten, und daß, wenn die Ansteuerung der Last beendet ist, die Restenergie der Last schnell eliminiert wird, so daß das Ventil schnell geschlossen werden kann.
  • Auch in dem Falle, daß die Last beispielsweise ein Schrittmotor ist, würde die erforderliche Charakteristik derart sein, daß zu Beginn der Erregung der Ansteuerungsphase eine große Energiemenge schnell in die die Phase bildende Spule eingebracht wird, um die Bewegung des Rotors zu beschleunigen; wenn der Rotor eine feste Position in Bezug auf den Pol erreicht hat, wird der Strom gesenkt, so daß die Erzeugung von Wärme durch die Spuleunterdrückt werden kann, und, wenn sich die Erregung von dieser Phase zur nächsten Phase verschiebt, wird die Energie (der Erregerstrom) dieser Phase rasch gesenkt, so daß die Entstehung einer Kraft unterdrückt werden kann, die auf den Rotor entgegen der Kraft einwirkt, durch die er in die nächste Phase gezogen wird.
  • Weitere Einzelheiten der Konstruktion der Signalverarbeitungsschaltung 2 sind in 24 gezeigt, und die Wellenformen der verschiedenen Teile der Signalverarbeitungsschaltung 2 sind in 25 gezeigt.
  • In 23 sind vier dieser Signalverarbeitungsschaltungen gezeigt, die der Zahl der Lasten Z1 bis Z4 entsprechen.
  • Die Signalverarbeitungsschaltung 2 nimmt ein Treibersignal Sig auf; ein monostabiler Multivibrator 21 wird durch dieses invertierte Treibersignal NSig betätigt. Der monostabile Multivibrator 21 wird durch die Vorderkante des invertierten Treibersignals Nsig betätigt, um ein Hochspannungsschaltsignal Vhon mit einer festen Periode Tp auszugeben und ein Hochspannungs-Verteilungsschaltmittel-Treibersignal Ipsel. Falls gefordert, könnte auch ein analoges Spannungssignal Ihref ausgegeben werden, das durch Spannungsteilung des invertierten Treibersignals Nsig erhalten wird. Die analoge Spannung Ihref bestimmt den Haltestromwert beim stetigen Betrieb der Last. Auch wird als Niederspannungs-Verteilungsschaltmittel-Treibersignal Ihsvl ein logi sches Signal ausgegeben, das dem invertierten Treibersignal Nsig selbst entspricht. Außerdem wird ein Signal als Ansteuerungsende-Signal ausgegeben, das durch Differenzierung des Treibersignals Sig erhalten wird.
  • Die 26 bis 28 zeigen Beispiele von Treibersignalen die in diese Schaltung eingegeben werden. Die Treibersignale werden verhältnismäßig unabhängig und aufeinanderfolgend von Sig1 bis Sig4 in 26 eingegeben. Das entspricht beispielsweise der Ansteuerungsfolge einer Einspritzvorrichtung, durch die aufeinanderfolgend Kraftstoff einem Vierzylinder-Verbrennungsmotor zugeführt wird. Was weiter die Anordnung der Treibersignale Sig1 bis Sig4 in 28 betrifft, so ist diese so, daß das nächste Signal gleichzeitig mit der Bestimmung des entsprechenden, unmittelbar vorhergehenden Signals eingegeben wird. Das entspricht beispielsweise der Erregungsfolge der Antriebsphasen bei einem Schrittmotor mit vier Phasen. Weiter können in 28 entsprechende Treibersignale eingegeben werden, die sich um eine halbe Periode mit den entsprechenden, unmittelbar vorhergehenden Signalen überdecken. In diesem Falle haben Sig1 und Sig3 einerseits bzw. Sig2 und Sig4 andererseits jeweils die entgegengesetzte Phasenlage; beispielsweise entsprechend die Ausgangskanäle 1 und 3 einerseits und 2 und 4 andererseits den Aktionsfolgen der abwechselnd geöffneten/geschlossenen Ventile eines Paars von elektromagnetischen Ventilen für eine Doppelwellen-Hydraulikschaltung. Diese Schaltung hat den Vorteil, daß sie in einem weiten Anwendungsbereich benutzbar ist, weil sie das beiderseitige Verhältnis der entsprechenden Eingangssignale in dieser Weise bis hin zur Überlagerung um eine halbe Periode nach 28 ermöglicht.
  • Wenn die Leistungsquelle Vb auf die Schaltung in 23 geschaltet wird, beginnt die Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung 1 für die Erzeugung einer Hochspannung die Ladung einer die Spannung der Leistungsquelle übersteigenden Hochspannung, wobei die Speicherung und Entladung von Energie in Bezug auf einen diese Energie speichernden Kondensator wiederholt wird, bis dieser die vorgegebene Spannung erreicht.
  • Es wird dann, wenn das Treibersignal Sig1 eingegeben wird, das oben beschriebene Hochspannungsschaltsignal Vhon1 aus der Signalverarbeitungsschaltung 2-1 ausgegeben und das Hochspannungsschaltmittel 3 wird dadurch geschlossen. Zugleich damit wird das oben beschriebene Hochspannungs-Verteilungsschaltmittel-Treibersignal Ipsel ausgegeben und das Hochspannungs-Verteilungsschaltmittel 8-1 wird ebenfalls selektiv geschlossen. Die durch die Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung 1 erhaltene Hochspannung wird dadurch an die induktive Last ZL1 gelegt, wodurch der Laststrom der induktiven Last ZL1 schnell ansteigt. An diesem Punkt wird zugleich das Haltestromwertsignal Ihref1 von der Signalverarbeitungseinheit 2-1 in die analoge Konstantstrom-Schaltung 4-1 eingegeben und ein Niederspannungs-Verteilungsschaltmittel-Treibersignal Ihsel1 wird ebenfalls ausgegeben. Jedoch wird von der Hochspannungsleistungsquelle keine Spannung an die treiberseitige Klemme der Last ZL1 gelegt, so daß der Haltestrom nicht zur Lastseite fließen kann; auch fließt durch das Anlegen von Hochspannung ein großer Laststrom durch das Stromdetektierungsmittel 10-1, so daß der Ausgang einer in der Eingabeeinheit der analogen Konstantstromschaltung 4-1 angeordneten Additionsschaltung in die Richtung wirkt, den Ausgang der analogen Konstantstromschaltung 4-2 abzuschalten, so daß dieser Ausgang nicht erzeugt wird.
  • Wenn eine Periode Tp verstrichen ist, verschwinden das Hochspannungs-Schaltmittel-Treibersignal und das Hochspannungs-Verteilungsschaltmittel-Treibersignal. Die Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung 1 wird dadurch von der Last isoliert. An diesem Punkt ist der oben erwähnte große Laststrom noch an der Last vorhanden, so daß aufgrund der Selbstinduktivitätscharakteristik der Last der Laststrom versucht, diesen Wert beizubehalten. Jedoch ist der Ausgang der analogen Konstantstromschaltung 4-1 abgeschaltet, so daß der sich durch die Induktivität der Last ergebende Strom über das ausgewählte Niederspannungs-Verteilungsschaltmittel 6-1 durch die Spannungssicherungsschaltung 16-1 absorbiert wird. Der Laststrom der induktiven Last nimmt durch die Energieentladung an die Spannungssicherungsschaltung 16-1 ab und der Ausgang der Stromdetektierungsmittel 10-1 nimmt dadurch ebenfalls ab. Wenn der Laststrom der induktiven Last ZL1 auf einen auf das Haltestromwertsignal Ihref abgestimmten Wert beschränkt wird, beginnt die analoge Konstantstromschaltung 4-1 Strom zu liefern.
  • Die Konstruktion der analogen Konstantstromschaltung 5 umfaßt einen Addierer 41, der das Haltestromwertsignal und den Ausgang des den Ladestrom feststellenden Stromdetektierungsmittels 10 hinzufügt; einen invertierenden Verstärker 42, der das Ergebnis dieser Addition verstärkt; einen Ausgangstransistor 45, der von der Niederspannungs-Leistungsquelle unter der Steuerung durch den Ausgang des invertierenden Verstärkers 42 Strom an die Last ausgibt; Spannungsdetektierungsmittel 44. die feststellen, wenn der Spannungsabfall an den beiden Klemmen des Transistors 45 einen vorgegebenen Wert überschreitet (wobei in diesem Falle der vorgegebene Wert die Spannung zwischen der Basis und dem Emitter des bipolaren Transistors ist); und ein Ausgangsabschalter 43, der den Ausgang dieses Spannungsdetektierungsmittels 44 nur dann nach außen abgibt, wenn der Ausgangstransistor 45 angesteuert wird.
  • Wenn nun ein Ausgangsstrom, der dem Haltestromwertsignal Ihref angepaßt ist, von der analogen Ausgangsschaltung an die Last abgegeben wird, überwacht das Spannungsdetektierungsmittel 44 konstant den Spannungsabfall der an beiden Anschlüssen des Ausgangstransistors 45 erzeugt wird; falls beispielsweise die Temperatur der Lastgering ist, wodurch ihr Gleichstromwiderstand gering ist, wird die Zweipolspannung der Last kleiner als die Ausgangsspannung der Niederspannungs-Leistungsquelle 5, mit dem Ergebnis, daß der Spannungsabfall des Ausgangstransistors 45 groß wird: wenn dies dann das Spannungsdetektierungsmittel 44 entdeckt, gibt es an die Niederspannungs-Leistungsquelle 5 ein Spannungseinstellsignal Vladj ab, um sie zur Senkung ihrer Ausgangsspannung zu veranlassen.
  • Wenn die Niederspannungs-Leistungsquelle 5 dieses Spannungseinstellsignal Vladj empfängt, senkt sie allmählich ihre Ausgangsspannung. Falls kein Spannungseinstellsignal vorhanden ist, wird die Leistungsquelle 5 so betrieben, daß sie ihren Ausgang allmählich erhöht. Demzufolge gibt die analoge Konstantstromschaltung 4 einen kon stanten Strom an die Last ab und, aufgrund der Aktion des Spannungsdetektierungsmittels 44, erfolgt die Steuerung derart, daß der Verlust der Schaltung minimiert wird.
  • Wenn das Treibersignal Sig endet, wird das Haltestromwertsignal 0 und der Ausgang der analogen Konstantstromschaltung 4 wird dadurch abgeschaltet. Gleichzeitig wird das Ansteuerungsvollendungssignal Irsel1 durch die Signalverarbeitungsschaltung 2-lausgegeben. Weil der Ausgang der analogen Konstantstromschaltung 4-1 dann abgeschaltet wird, wird die durch die Induktivitätskomponente der Last erzeugte Stoßspannung durch die Spannungssicherungsschaltung 16-1 absorbiert.
  • Die Wirkungsweise dieser Schaltung in Bezug auf das Treibersignal Sig1 wurde vorstehend beschrieben. Jedoch werden in 26 werden entsprechende Treibersignale Sig1 bis Sig4 unabhängig von anderen Treibersignalen Sig1 bis Sig4 eingegeben, und die entsprechenden Schaltungen arbeiten hinsichtlich der entsprechenden Treibersignale Sig1 bis Sig4 identisch.
  • Als nächstes wird der Fall beschrieben, bei dem die entsprechenden Treibersignale wie in 27 kontinuierlich eingegeben werden. Wie in 23 gezeigt, sind die Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung 1 und die Hochspannungsschaltmittel 3 den vier Lasten ZL1 bis ZL4 gemeinsam zugeordnet. Jedoch ist das Schließen der Hochspannungsschaltmittel 3 und der Hochspannungsverteilerschaltmittel 8-1 bis 8-4 beschränkt auf die Periode tp in 25 nach der Eingabe der entsprechenden Signale Sig1 bis Sig4, und analoge Konstantstromschaltungen 4-1, 4-2 und Spannungssicherungsschaltungen 16-1, 16-2 sind gemeinsam den Lasten ZL1, ZL3 bzw. ZL2, ZL4 zugeordnet. Demgemäß wird die gleiche Aktion erhalten wie in dem Falle, in dem die Treibersignale Sig1 bis Sig4 unabhängig sind, wobei keine Beeinflussung zwischen den Signalen Sig1 und Sig2 besteht.
  • Selbst wenn sich gegenseitig überlappende Eingänge vorhanden sind wie in 28, führt die Schaltung auch nur die Aktion aus wie oben beschrieben, wenn die Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung 1 die Speicherung der vorgegebenen Hoch spannung auf ihrem Ausgangskondensator vollendet hat an dem entsprechenden Anfangspunkt der Ansteuerung, an dem die Hochspannung innerhalb der anschließenden Zeitspanne benötigt wird.
  • Bei der in der obigen Ausführungsform beschriebenen Treibervorrichtung für eine induktive Last fließt, abgesehen vom Haltestrom der Last, in der anfänglichen Ansteuerperiode, ein großer Strom, der durch das Anlegen einer Hochspannung erzeugt wird, in den Laststromdetektierungsmitteln 10-1, 10-2 in der anfänglichen Ansteuerungsperiode. Beispielsweise, wenn diese Laststromdetektierungsmittel Gleichstromwiderstandsmittel sind, wie etwa Parallelwiderstände, erzeugt dieser große Strom sofort eine große Wärmemenge, die nicht nur die Wärmeproduktion der Schaltung als Ganzes erhöht, sondern verhindert auch eine wirkungsvolle Nutzung der Energie aus dem Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer 1, die der Last zugeführt werden soll. Mit dem Ziel dies zu verbessern, sind Bypassmittel 11-1, 11-2 parallel zu den Stromdetektierungsmitteln 10-1, 10-2 vorgesehen, die nichtleitend sind, wenn die Spannung über die Klemmen dieser Detektierungsmittel unter einer vorgegebenen Spannung liegt, die jedoch eine konstante Spannungscharakteristik derart aufweisen, daß sie leiten und die Spannung zwischen diesen zwei Klemmen aufrechterhalten, wenn eine vorgegebene Spannung überschritten wird.
  • Auf diese Weise sind in der Durchflußperiode des Haltestroms, in der der Wert der Ausgangsspannung der Stromdetektierungsmittel 10-1, 10-2 gültig ist, die Bypassmittel 11-1, 11-2 nichtleitend, aber zu Beginn der Ansteuerung der induktiven Lasten L1 bis ZL4, während aufgrund der Anlegung einer Hochspannung an die Last ein großer Strom fließt, leiten die Bypassmittel, so daß die Spannung an den beiden Anschlüssen der Stromdetektierungsmittel 10-1. 10-2 mit einer vorgegebenen Spannung angelegt wird. die die durch den Haltestrom erzeugte Spannung überschreitet.
  • Demgemäß kann die übermäßige Erzeugung von Wärme durch die Stromdetektierungsmittel verhindert werden, während die Abschaltfunktion für die analoge Konstant stromschaltung 4 aufrechterhalten wird, wodurch die Zuführung der Energie vom Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer-1 zur Last wirksamer erfolgen kann.
  • Außerdem wurde konventionell bei einer Treiberschaltung für eine induktive Last, wie sie anhand der Ausführungsformen beschrieben wurde, der durch die Selbstinduktivität der Last und bei Vollendung der Lastansteuerung erzeugte Stoßstrom festgestellt und es wurde eine Überwachungsvorrichtung für die Lastaktivität angewandt, um die normale Beendigung des Betriebs der Last festzustellen. Die Überwachungsschaltung 14 in 23 ist eine Verbesserung einer solchen, das Betreiben der Last überwachenden Vorrichtung. Einzelheiten dieser Überwachungsschaltung 14 sind in 30 gezeigt.
  • Das Funktionsprinzip dieser Schaltung ist es, daß nach dem Ablauf der in 25 gezeigten Zeit tp nach der Zuführung des großen Laststroms durch Anlegen der Hochspannung vom Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer 1 beim Ansteuern der Last eine negative Stoßspannung durch Abschalten dieses großen Stroms erzeugt wird. Eine Überwachungsschaltung 14 nimmt die Klemmenspannung der Last über Zenerelemente 142-1 bis 142-4 zur selektiven Feststellung negativer Spannung auf. Wenn somit das Entstehen der Stoßspannung entdeckt wird, aktiviert die Überwachungsschaltung eine stabile Schaltung 141 zur Ausgabe eines Monitorausgangs ACK.
  • Weil dieser Monitorausgang ACK während einer Zeit tp nach der Eingabe der Treibersignale ausgegeben wird, hat dies den Vorteil, daß der Ansteuerzustand der Last in einem früheren Stadium festgestellt werden kann als im Falle der konventionellen Anordnung, bei der das Signal zu einem Zeitpunkt ausgegeben wird, zu dem die Ansteuerung der Last beendet wird.
  • Auch unter dem Ziel, eine Verwechslung eines durch die Beendigung der Ansteuerung der Last erzeugten negativen Spannungsstoßes mit dem durch das Abschalten der großen Spannung erzeugten Stoß zu verhindern, ist die in 23 gezeigte Überwachungsschaltung 14 im Treiberkreis in Kombination mit Schaltmitteln (Maskenschalter) 144-1 bis 144-4 vorgesehen, die das Ansteuerungsendesignal aufnehmen und die Aus gänge der Zenerelemente 142-1 bis 142-4 während einer festen Zeitspanne nach dieser Eingabe des Ansteuerungsendesignals isolieren.
  • Mit einer solchen Konstruktion ist die Überwachungsschaltung 14 in der Lage, den Ansteuerungszustand der Last in einem frühen Stadium nach der Eingabe des Treibersignals der Last festzustellen und sie ist in der Lage, eine Verwechslung mit dem Zeitpunkt der Beendigung der Lastansteuerung zu verhindern. Somit kann sie selbst in dem Falle, in dem sich die Ansteuerungszeiten der verschiedenen Lasten wie in den 27 und 28 gezeigt überdecken, exakt ein Überwachungssignal ausgeben.
  • Bei der Anordnung gemäß 23 ist typischerweise ein Halbleiterschalter als Schaltmittel 3 verwendet, um die vom Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer 1 erzeugte Hochspannung in Bezug auf die Last an- oder abzuschalten. Jedoch können bei der Verwendung eines Halbleiterschalters beim Schalten auf der Hochspannungsseite, wie in 23 gezeigt, Schwierigkeiten bei der Auswahl eines für industrielle Anwendungen geeigneten Halbleiterschalters auftreten. Beispielsweise kann im Falle eines als Schalter eingesetzten Flächentransistors der pnp-Schaltertyp für die Konstruktion eines hochspannungsseitigen Schalters geeignet sein, aber wegen der internen Struktur eines Schalters vom pnp-Typ besteht die Tendenz, daß ein Schalter mit der benötigten Stromcharakteristik und Leistungsfähigkeit eine beachtlicher Größe aufweist und hohe Kosten verursacht. Obwohl es viele Schalter vom npn-Typ gibt, die hinsichtlich Stromcharakteristik und Leistungsfähigkeit geeignet sind, weisen sie auch im Hinblick darauf, daß sie eine höhere Spannung als die durch den Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer 1 erzeugte Spannung benötigen, um die Basis eines solchen npn-Schalters anzusteuern, den Nachteil auf, daß die Leistungsquelle für die Ansteuerung dieser Basis einen gewissen Strombelastungspegel aufweisen muß.
  • Im Hinblick auf diesen Umstand wird für einen Hochspannungsschaltkreis plädiert, der ein Spannungstreiberelement gemäß der japanischen Patentanmeldung Nr. H.6-098659 benutzt, falls jedoch solche Schaltungen in Verbindung mit einer großen Zahl von Lasten eingesetzt werden, wird die Konstruktion zu kompliziert. Es sind auch Schaltungen verfügbar, die die Eigenschaft besitzen, daß bei der Eingabe eines Triggersignals bei geschlossener Schaltung, wie bei einem Tyristorelement, das Element selbst geschlossen bleibt, wenn der nachfolgende Laststrom bestehen bleibt. Jedoch ist es bei solchen Elementen erforderlich, eine große Zahl von Zusatzschaltungen vorzusehen, um das Element in den offenen Zustand zu überführen (zu löschen), obwohl die Schließschaltung vereinfacht ist und die Verluste beim Schließen angemessen gering sind.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird dadurch, daß als Hochspannungsschaltmittel 3 ein ein Hochspannungstreibertransistorelement oder dergleichen anwendendes Schaltelement benutzt wird, das fähig ist, eine Abschaltung auszuführen, und dadurch, daß als Mittel zur Verteilung von dessen Ausgang auf die mehreren Lasten (Hochspannungsverteilungsmittel 8) ein Element der durch eine Triggerschaltung angesteuerten Bauart, wie etwa ein Tyristorelement, benutzt wird, durch Kombination dieser beiden unnötig, eine Löschschaltung für ein Tyristorelement unnötig; außerdem wird es möglich, eine solche Vorrichtung, die fähig ist, eine Abschaltung mehrerer Lasten durchzuführen, diesen gemeinsam zuzuordnen, wodurch die Schaltungsanordnung wesentlich vereinfacht wird und die Kosten gesenkt werden können.
  • Auch wird in 23, was die Verteilerschaltmittel 6 zur Verbindung des Ausgangs der analogen Konstantstromschaltung 4 in verteilter Weise mit den entsprechenden Lasten betrifft, wenn der Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer 1 auf die Lasten geschaltet wird, dieser Hochspannungsausgang des Gleichstrom-Gleichstrom-Umformers 1 den Verteilerschaltmitteln 6 in Gegenrichtung zugeführt. Da die mit dem Eingang der Verteilerschaltmittel 6 verbundene analoge Konstantstromschaltung 4 nicht geeignet ist, von einer Hochspannung in Gegenrichtung beaufschlagt zu werden, wie im Falle des Ausgangs eines gewöhnlichen Gleichstrom-Gleichstrom-Umformers 1, war es erforderlich, ein Mittel zur Verhinderung eines Gegenstroms, wie eine Diode, in Reihe mit den das Betreiben der Last überwachenden Verteilerschaltmitteln 6 vorzusehen. Bei der vorliegenden Erfindung kann die Schaltung vereinfacht und die Kosten können gesenkt werden, wenn als das Verteilerschaltmittel 6 ein Element benutzt wird, das selbst eine den Gegenstrom blockierende Charakteristik aufweist, wie ein Tyristorelement.
  • GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
  • Wie oben beschrieben, kann durch die vorliegende Erfindung, wenn eine Konstruktion verwendet wird, bei der die zur Ladung des Kondensators dienende Spule in einem Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer, der die Ladeschaltung in einer Treibervorrichtung für eine induktive Last bildet, eine Spule ist, die mit größerer Energiedichte pro Flächeneinheit des Kerns magnetisiert ist, durch Vormagnetisierung des Kerns durch Verwendung eines Permanentmagneten oder eines Elektromagneten, falls die gleiche Energie erhalten wird, diese Spule mit kleinerer Größe und geringerem Gewicht ausgeführt werden. Oder es kann, wenn eine Spule der gleichen Größe verwendet wird, in einem einzigen Schaltzyklus mehr Energie erhalten werden. Demgemäß kann die Ladeschaltung mit kleinerer Größe, geringerem Gewicht und höherer Leistungsfähigkeit hergestellt werden und als Ergebnis kann die Treibereinrichtung für die induktive Last selbst mit kleinerer Größe, geringerem Gewicht und höherer Leistungsfähigkeit hergestellt werden.
  • Auch kann in der Periode, in der die Aktion der induktiven Last aufrechterhalten wird, im Gegensatz zum Pulsdauermodulationssystem mit der Verwendung einer konventionellen Schaltung der Laststrom analog gesteuert werden, die externe Rauschstrahlung kann enorm reduziert werden. Außerdem kann diese Steuerung mit der Benutzung einer Niederspannungs-Leistungsquelle kombiniert werden, so daß selbst bei Benützung einer analogen Steuerung die Wärmeentwicklung der Einrichtung auf einem sehr niedrigen Niveau gehalten werden kann.
  • Außerdem kann eine Treibereinrichtung für eine induktive Last geschaffen werden, die bei vielen Anwendungsfällen ohne Erhöhung des Schaltungsaufwands verwendet werden kann, indem der den Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer, die analoge Konstantstromschaltung und den Hochspannungsschaltkreis betreffende Schaltungskomplex soweit wie jeweils möglich einer Mehrzahl von Lastschaltungen gemeinsam zugeordnet wird.

Claims (15)

  1. Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung, welche folgendes enthält: eine Leistungsquelle (E), eine erste Spule (L1), welche mit der Leistungsquelle (E) verbunden ist und einen magnetischen Kern (Mg) besitzt, Schaltermittel (SW), welche einen geschlossenen Kreis, welcher die Leistungsquelle (E) und die erste Spule (L1) enthält, öffnen und schließen, erste Gleichrichtermittel (D1), welche mit mindestens einem Ende der Schaltermittel (SW) verbunden sind, um einen Rückstrom zu verhindern, einen ersten Kondensator (C1), der parallel zu den Schaltermitteln (SW) über die ersten Gleichrichtermittel (D1) geschaltet ist, eine zweite Spule, welche mit dem ersten Kondensator (C1) verbunden ist, zweite Gleichrichtermittel (D2) zur Verhinderung eines Rückstromes des durch die zweite Spule fließenden Stromes, und einen zweiten Kondensator (C2), der parallel zu dem ersten Kondensator (C1) über die zweiten Gleichrichtermittel (D2) und die zweite Spule geschaltet ist, wobei durch das Schließen der Schaltermittel (SW) Spannung der Leistungsquelle an die erste Spule (L1) gelegt wird, so daß sich Energie in dem magnetischen Kern (Mg) der Spule (L1) ansammelt und, durch Öffnen der Schaltermittel (SW) mit beliebig bestimmter Zeitgabe, die in der ersten Spule (L1) angesammelte Energie sich in dem ersten Kondensator (C1) über die ersten Gleichrichtermittel (D1) ansammelt und die Energie, welche von der ersten Spule (L1) abgegeben wird, einschließlich der Ladung im ersten Kondensator (C1) in dem zweiten Kondensator (C2) über die zweite Spule und die zweiten Gleichrichtermittel (D2) angesammelt wird und abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kern (Mg) der ersten Spule (L1) magnetisch in einer Richtung entgegengesetzt zu einem magnetischen Feld vorgespannt ist, das durch einen elektrischen Strom induziert wird, der durch die Leistungsquelle (E) geliefert wird, wodurch die magnetische Energie, die in der Spule (L1) angesammelt wird, erhöht wird.
  2. Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung nach Anspruch 1, bei welcher der magnetische Kern (Mg) der ersten Spule (L1) einen Permanentmagneten enthält und der magnetische Kern (Mg) mittels des magnetischen Feldes, das durch den Permanentmagneten erzeugt wird, in einer Richtung entgegengesetzt zum magnetischen Feld magnetisch vorgespannt wird, das durch den Strom induziert wird, welcher von der Leistungsquelle (E) geliefert wird.
  3. Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung nach Anspruch 1, bei welcher der magnetische Kern (Mg) der ersten Spule (L1) eine Vorspannwicklung enthält und durch Zuführung eines gewünschten elektrischen Stromes von einer Konstantstromquelle zu der Vorspannwicklung der magnetische Kern (Mg) mittels des Magnetfeldes, das durch die Wicklung erzeugt wird, in einer Richtung entgegengesetzt zum magnetischen Feld, das durch den durch die Leistungsquelle (E) gelieferten Strom induziert wird, magnetisch vorgespannt wird.
  4. Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung, welche folgendes enthält: eine Leistungsquelle (E), eine erste Spule (L1), welche einen magnetischen Kern (Mg) aufweist und mit der Leistungsquelle (E) verbunden ist, Schaltermittel (SW), welche den geschlossenen Kreis, welcher die Leistungsquelle (E) und die erste Spule (L1) enthält, öffnen und schließen, mindestens eine zweite Spule (L2; L2-1, L2-2), deren magnetischer Kern (Mg) in Gemeinsamkeit mit der ersten Spule (L1) vorgesehen ist, erste Gleichrichtermittel (D1; D1, D3), welche an ein Ende der zweiten Spule (L2; L2-1, L2-2) angeschlossen sind, um einen Rückstrom zu verhindern, erste Kondensatoren (C1, C3), welche jeweils parallel zu den zweiten Spulen (L2-1, L2-2) über die ersten Gleichrichtermittel (D1, D3) geschaltet sind, eine dritte Spule (L3), welche an mindestens einem (C1) der ersten Kondensatoren angeschlossen ist; zweite Gleichrichtermittel (D2), welche einen Rückstrom des durch die dritte Spule (L3) fließenden Stromes verhindern, und einen zweiten Kondensator (C2), welcher parallel zu dem ersten Kondensator (C1) über die zweiten Gleichrichtermittel (D2) und die dritte Spule (L3) geschaltet ist, wobei durch Schließen der Schaltermittel (SW) die Spannung der Leistungsquelle an die erste Spule (L1) gelegt wird, wodurch Energie in dem magnetischen Kern (Mg) der ersten Spule (L1) angesammelt wird, die in dem magnetischen Kern (Mg) angesammelte Energie durch Öffnen der Schaltermittel (SW) mit einer Zeitgabe, welche beliebig festgelegt werden kann, in den jeweiligen ersten Kondensatoren (C1) durch den Strom angesammelt wird, der in der zweiten Spule (L2-1) über die ersten Gleichrichtermittel (D1) induziert wird, und Energie, die von der zweiten Spule (L2-1) abgegeben wird, einschließlich der Ladung des ersten Kondensators (C1) in dem zweiten Kondensator (C2) über die dritte Spule (L3) und die zweiten Gleichrichtermittel (D2) angesammelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kern (Mg) in einer Richtung entgegengesetzt zu dem magnetischen Feld magnetisch vorgespannt ist, welches durch den Strom induziert wird, der von der Leistungsquelle (E) geliefert wird, wodurch die magnetische Energie, die in der ersten Spule (L1) gesammelt wird, erhöht wird.
  5. Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung nach Anspruch 4, bei welcher der magnetische Kern (Mg) der ersten Spule (L1) einen Permanentmagneten enthält und der magnetische Kern (Mg) durch ein Magnetfeld, das durch den Permanentmagneten erzeugt wird, in einer Richtung entgegengesetzt zum magnetischen Feld magnetisch vorgespannt wird, das durch den von der Leistungsquelle (E) gelieferten Strom induziert wird.
  6. Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung nach Anspruch 4, bei welcher der magnetische Kern (Mg) der ersten Spule (L1) eine Vorspannwicklung enthält und durch Zuführung eines gewünschten elektrischen Stromes von einer Konstantstromquelle zu der Vorspannwicklung der magnetische Kern (Mg) durch das magnetische Feld, das durch die Wicklung erzeugt wird, in einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung des Magnetfeldes magnetisch vorgespannt wird, welches durch den von der Leistungsquelle (E) gelieferten Strom induziert wird.
  7. Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung, welche folgendes enthält: eine Leistungsquelle (E), eine erste Spule (L2-1), welche mit der Leistungsquelle (E) verbunden ist und einen magnetischen Kern (Mg) aufweist, Schaltermittel (SW), welche einen geschlossenen Kreis, der die Leistungsquelle (E) und eine gesamte Wicklung oder einen Teil einer Wicklung einer ersten Spule (L2-1) enthält, öffnend und schließt, erste Gleichrichtermittel (D2), welche an ein Ende der gesamten Wicklung oder der Teilwicklung der Spule angeschlossen sind, um einen Rückstrom zu verhindern, erste Kondensatoren (C2), welche parallel zu der Gesamtwicklung oder der Teilwicklung der Spule über die ersten Gleichrichtermittel (D2) geschaltet sind, eine zweite Spule, die an mindestens einem der ersten Kondensatoren (C2) angeschlossen ist, wobei zwei deren Gleichrichtermittel (D3) einen Rückstrom des Stromes verhindern, der durch die zweite Spule fließt, und zweite Kondensatoren (C3), welche parallel zu dem ersten Kondensator (C2) über die zweiten Gleichrichtermittel (D3) und die zweite Spule geschaltet sind, wobei ein Schließen der Schaltermittel (SW) die Spannung der Leistungsquelle an die Gesamtwicklung oder die Teilwicklung der Spule legt, wodurch Energie in dem magnetischen Kern (Mg) der Spule angesammelt wird und wobei die in dem magnetischen Kern (Mg) angesammelte Energie durch öffnen der Schaltermittel (SW) mit einer beliebig bestimmten Zeitgabe in mindestens einem der ersten Kondensatoren (C2) als elektrische Energie angesammelt wird, welche in der Gesamtwicklung oder mindestens einem Ort der Teilwicklung der ersten Spule (L2-1) über die ersten Gleichrichtermittel (D2) induziert wird, und die Energie, welche von der ersten Spule (L2-1) abgegeben wird, einschließlich der Ladung der ersten Kondensatoren (C2) über die zweite Spule und die zweiten Gleichrichtermittel (D3) in den zweiten Kondensatoren (C3) angesammelt wird und abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kern (Mg) der ersten Spule (L2-1) magnetisch in einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung des Magnetfeldes vorgespannt ist, welches durch den von der Leistungsquelle (E) gelieferten Strom induziert wird, wodurch die magnetische Energie, die in der ersten Spule (L2-1) angesammelt wird, erhöht wird.
  8. Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung nach Anspruch 7, bei welcher der magnetische Kern (Mg) der ersten Spule (L2-1) einen Permanentmagneten enthält und der magnetische kern magnetisch durch das Magnetfeld, das durch den Permanentmagneten erzeugt wird, in einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung des magnetischen Feldes vorgespannt wird, das durch den Strom induziert wird, der von der Leistungsquelle (E) geliefert wird.
  9. Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung nach Anspruch 7, bei welcher der Magnetkern (Mg) der ersten Spule (L2-1) eine Vorspannungswicklung enthält und durch Liefern eines gewünschten elektrischen Stromes von einer Konstantstromquelle an die Vorspannungswicklung der magnetische Kern (Mg) mittels des durch die Wicklung erzeugten Magnetfeldes in einer Richtung entgegengesetzt zu dem magnetischen Feld magnetisch vorgespannt wird, das durch den von der Leistungsquelle (E) gelieferten Strom induziert wird.
  10. Treibereinrichtung für eine induktive Last mit einer Leistungsquelle (Vb), einer Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung nach Anspruch 1, welche eine Spannung erzeugt, welche größer als die Spannung der Leistungsquelle (Vb) ist und an die Leistungsquelle (Vb) angeschlossen ist, sowie Hochspannungs-Schaltermittel (3) zum Anlegen des Ausganges der Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung (1) an eine induktive Last.
  11. Treibereinrichtung für eine induktive Last, wobei die Einrichtung folgendes enthält: eine Leistungsquelle (Vb), eine Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung nach Anspruch 1, welche an die Leistungsqelle (Vb) angeschlossen ist und eine Spannung erzeugt, welche höher ist als die Spannung der Leistungsquelle, Hochspannungs-Schaltermittel, welche den Ausgang der Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung (1) einschalten oder ausschalten, eine logische Summationsschaltung (15), welche in der Lage ist, die Hochspannungs-Schaltermittel (3) in Abhängigkeit von einem oder mindestens einem in sie eingegebenen Hochspannungs-Schalttreibersignal zu betätigen, mindestens eine Hochspannungs-Verteilungsschaltereinrichtung (8-1 bis 8-4) zum Verbinden des Ausgangs der Hochspannungs-Schaltermittel (3) mit mindestens einer induktiven Last (ZL1 bis ZL4), wobei eine Niederspannungsleistungsquelle (5) mit der Leistungsquelle (Vb) verbunden ist und eine variable Ausgangsspannung bei der Spannung der Leistungsquelle oder darunter abgibt, Laststromdetektierungsmittel (10-1, 10-2), welche einen Laststrom detektieren, der in der induktiven Last (ZL1 bis ZL4) fließt, mindestens eine analoge Konstantstrom-Ausgangsschaltung (4-1, 4-2), welche mit der Niederspannungs-Leistungsquelle (5) verbunden ist und ein Haltestromwertsignal und ein Laststromrückkopplungssignal von den Laststrom-Detektierungsmitteln (10-1, 10-2) aufnimmt und den Laststrom auf einen Wert regelt, der auf das Haltestromwertsignal abgestimmt ist, eine Niederspannungs-Leistungsquellen-Einstellschaltung (4-1-1, 4-2-1), welche den Spannungsabfallbetrag von Ausgangsmitteln der Analog-Konstantstrom-Ausgangsschaltung (4-1, 4-2) aufnimmt und ein Signal erzeugt, um die Ausgangsspannung der Niederspannungs-Leistungsquelle (5) zu erniedrigen, wenn der Spannungsabfallbetrag einen vorbestimmten Wert überschreitet, mindestens eine Niederspannungs-Verteilungsschaltereinrichtung (6-1 bis 6-4) zur Verbindung des Ausganges der analogen Konstantstrom-Ausgangsschaltung (4-1, 4-2) mit mindestens einer induktiven Last (ZL1 bis ZL4), mindestens eine Überspannungsabsorptionseinrichtung (16-1, 16-2), welche die Selbstinduktionsenergie der Last absorbiert, welche erzeugt wird, wenn der Treiberstrom der mindestens einen induktiven Last (ZL1 bis ZL4) vermindert wird, und eine Signalverarbeitungsschaltung (2-1, 2-2, 2-3, 2-4), welche mindestens ein Lasttreibersignal aufnimmt und in Abhängigkeit von den jeweiligen Lasttreibersignalen während einer vorbestimmten festen Zeitdauer von einem Zeitpunkt aus, der den Beginn des Lastbetriebes von Interesse bezeichnet, ein Hochspannungs-Schalttreibersignal zum Betätigen der Hochspannungs-Schaltermittel (3) und ein Treibersignal der Hochspannungs-Verteilungsschaltermittel (8-1 bis 8-4) zur Verbindung des Ausganges der Hochspannungs-Schaltermittel mit der zu betreibenden Last abgibt, welche durch das Lasttreibersignal bestimmt wird, und während einer Zeitdauer, für welche das Lasttreibersignal, das eingegeben wird, die Fortdauer des Lastbetriebes anzeigt, ein vorgeschriebenes Haltestromwertsignal an die analoge Konstantstrom-Ausgangsschaltung (4-1, 4-2) abgibt und gleichzeitig ein Treibersignal der Niederspannungs-Verteilungsschaltermittel (6-1 bis 6-4) zur Verbindung des Ausganges der analogen Konstantstrom-Ausgangsschaltung (4-1, 4-1) mit der zu betreibenden Last abgibt, welche entsprechend dem Lasttreibersignal bestimmt ist.
  12. Treibereinrichtung für eine induktive Last nach Anspruch 11, bei welcher die Laststromdetektierungsmittel (10-1, 10-2) von einem Stromdetektorwiderstand gebildet sind und Nebenschlußeinrichtungen (11-1, 11-2) parallel zu dem Stromdetektierungswiderstand vorgesehen sind und eine Konstantspannungscharakteristik aufweisen, welche ein Nichtleiten vorsehen, wenn die Spannung an den beiden Anschlüssen des Stromdetektierungswiderstandes unterhalb einer vorgeschriebenen Spannung ist, welche ein Leiten vorsieht, wenn die Spannung an den beiden Anschlüssen des Stromdetektierungswiderstandes die vorgeschriebene Spannung übersteigt, so daß, wenn ein Strom über dem vorgeschriebenen Strom in Überschreitung eines Stromwertes, der dem Haltestromwertsignal entspricht, in der Last fließt, an welche der Stromdetektierungswiderstand durch die Hochspannungsschaltermittel (3) und die Hochspannungs-Verteilungsschaltermittel (8-1 bis 8-4) angeschlossen ist, was aufgrund der Spannung geschieht, die durch den Strom an den beiden Anschlüssen des Stromdetektierungswiderstandes erzeugt wird und die vorgeschriebene Spannung der Nebenschlußmittel (11-1, 11-2) überschreitet, der Laststrom zu der Nebenschlußeinrichtung abgezweigt wird, so daß die Wärmeentwicklung herabgesetzt wird, welche durch den Stromdetektierungswiderstand erzeugt wird.
  13. Treibereinrichtung für eine induktive Last nach Anspruch 11, bei welcher für die Fälle, in denen aufgrund der Betriebssequenz der induktiven Lasten (ZL1 bis ZL4) die Betriebszeiten der Hochspannungsschaltermittel (3) sich nicht überlappen, die Gleichstrom-Gleichstrom-Umformerschaltung (1) und die Hochspannungsschaltermittel (3) gemeinsam vorgesehen werden und für Fälle, in denen die Perioden, während welcher der Betrieb der entsprechenden Lasten andauert, sich nicht überlappen, die analoge Konstantstrom-Ausgangsschaltung (4-1-1, 4-2-1) und die Laststromdetektierungseinrichtungen (10-1, 10-2) gemeinsam vorgesehen werden.
  14. Treibereinrichtung für induktive Lasten nach Anspruch 11, bei welcher die Hochspannungs-Schaltermittel (3) ein Bauelement, beispielsweise einen Transistor, enthalten, der in der Lage ist, in Abhängigkeit von einem Steuereingang zu sperren, und wobei die Hochspannungs-Verteilungsschaltermittel (8-1 bis 8-4) ein Bauelement, beispielsweise ein SCR-Element mit Selbsthaltefunktion enthalten.
  15. Treibereinrichtung für induktive Lasten nach Anspruch 11, bei welcher die Niederspannungs-Verteilungsschaltermittel (6-1 bis 6-4) ein Element mit einer Selbsthaltefunktion des Leitzustandes, beispielsweise ein SCR-Element enthalten.
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