DE69535610T2 - Ansteuervorrichtung für eine induktive Last - Google Patents

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Induktivlast-Ansteuerungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Technischer Hintergrund
  • Aus der US-A-4 148 090 ist eine Vorrichtung zum Steuern eines Elektromagnetventils bekannt, die zur Verwendung mit Kraftstoffeinspritzsystemen von Verbrennungsmotoren in der Lage ist, wobei nach Ablaufen einer vorbestimmten Zeit die Steuerung der Stromversorgung der Elektromagnetspule des Elektromagnetventils von einer Konstantspannungssteuerung in eine Dauerstromsteuerung geändert wird, und jede während der Steuerungsänderung verursachte Stoßspannung gezielt absorbiert wird, wodurch eine stabile Stromversorgung des Elektromagnetventils trotz Schwankungen in der Versorgungsspannung oder dergleichen sichergestellt wird.
  • Im Allgemeinen ist es zum Hochgeschwindigkeitsbetrieb eines elektromagnetischen Stellglieds wie eines Elektromagnetventils erforderlich, einen raschen 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.
  • Folglich ist es zum Erreichen eines schnellen Betriebs mit einem raschen Stromanstieg in einer Spule, in der R und L festgelegt sind, erforderlich, eine große angelegte Spannung E zu verwenden. Wenn die angelegte Spannung jedoch erhöht wird, wird der Dauerstrom ebenfalls größer als notwendig, wodurch in der Spule Wärme erzeugt wird, die dazu neigt, ein Ausbrennen zu bewirken oder zu vergrößerten Abmessungen der Vorrichtung oder einem Anstieg im Energieverbrauch führt. Zudem ist bei Maschinen in beispielsweise einem sich bewegenden Fahrzeug, das durch eine im Fahrzeug montierte Batterie angetrieben wird, die Spannung, die angelegt werden kann, begrenzt, so dass häufig nicht ausrechend Spannung erhalten wird.
  • Zur Lösung dieses Problems sind eine Aufwärtsspannungsschaltung (z. B. ein Sperrwandler-Gleichstromwandler) zum Erhöhen der an die Spule angelegten Spannung und eine Stromsteuerungsspannung zum Steuern des Dauerstroms geschaffen worden, um einen raschen Anstieg des Stroms durch Anlegen einer hohen Spannung bei Stromanstieg zu erreichen und einen Anstieg des Stroms um einen mehr als erforderlichen Betrag zu verhindern, indem die Stromsteuerungsschaltung verwendet wird, um die angelegte Spannung zu unterdrücken, wenn der Strom einen vorgeschriebenen Wert erreicht.
  • 31 zeigt ein Beispiel einer herkömmlichen Induktivlastansteuerung unter Verwendung eines Sperrwandler-Gleichstromwandlers als Aufwärtsspannungsschaltung. In dieser Figur steht das Bezugszeichen 1 für eine Aufladeschaltung, die einen Sperrwandler-Gleichstromwandler enthält.
  • Eines der Probleme bei der Verwendung von Sperrwandler-Gleichstromwandlern als Aufwärtsspannungsschaltung ist das Problem der Effizienz und der vergrößerten Abmessungen der Vorrichtung. Herkömmlicherweise werden als Induktanz der Aufladeschaltung häufig eine Drosselspule oder ein Transformator verwendet, um Energie zu speichern, doch bei diesen bestand leider das Problem, dass sie die Abmessungen der Vorrichtung vergrößerten und den Wirkungsgrad der Schaltung verringerten. Insbesondere bei Anwendungen, in denen ein Speichern und Entladen von Energie an die Spule mit einer hohen Rate wiederholt wird, wie beispielsweise in einem Sperrwandler-Gleichstromwandler oder einem Spannungs-Aufwärtszerhacker, wurde ein Halbleiterschalter als Schalteinrichtung zum Speichern der Energie in der Spule verwendet. Der Wirkungsgrad der Schaltung wurde durch die durch den Spannungsabfall beim Schließen dieser Halbleiterschalteinrichtung erzeugten Verluste und durch Schaltverluste im Öffnungs-/Schließvorgang beeinträchtigt. Neben dem Aufwand an Zusatzvorrichtungen, die zum Verteilen der Wärme notwendig sind, die durch die Vorrichtung aufgrund eines Leistungsverlusts in der Halbleiterschalteinrichtung erzeugt wird, und dem Aufwand an Spulen oder des Transformators zum Speichern dieser Energie bestand bei der Vorrichtung insgesamt die Tendenz zu größeren Abmessungen und einem komplexeren Aufbau.
  • Zudem stellen in einer wie vorstehend beschriebenen Gleichstromwandlerschaltung, wie sie derzeit zur Energieversorgung von elektronischen Vorrichtungen bzw. Bauelementen verwendet wird, die Auswirkungen der Welligkeit des von der Schaltung verwendeten Stroms der Leistungsquelle auf die Einrichtung als Ganzes ein Problem.
  • Die erfindungsgemäße Induktivlast-Ansteuerungsvorrichtung kann mit einem Gleichstromwandler unter Verwendung einer Spule oder eines Transformators, die mit einem Magnetkern versehen sind, in dem ein Vorgang wiederholt wird, kombiniert werden, wodurch Energie von einer Leistungsquelle in den Kern eingeführt wird, und sobald die Energie im Kern gespeichert worden ist, wird die in dem Kern gespeicherte Energie an eine Last entladen, die Energie, die in diesem Kern gespeichert werden kann, durch magnetisches Vorspannen des Kerns der Spule zur Energiespeicherung in die entgegengesetzte Richtung zur der sie magnetisiert wird, wenn die Energie eingeführt wird, erhöht.
  • Die Tatsache, dass, wenn Energie durch eine Spule mit einem Kern gespeichert wird, die Energie, die in dem Kern gespeichert werden kann, durch magnetisches Vor spannen dieses Kerns in die zum Magnetfeld entgegengesetzte Richtung erhöht werden kann, das durch den Strom erzeugt werden kann, der hindurchgelangt, wenn die Energie gespeichert wird, ist in der japanischen Patentschrift H. 2-37705 und in der japanischen Gebrauchsmusterschrift Sho. 48-49425 etc. offenbart. Diese Schriften beziehen sich jedoch alle auf Zündvorrichtungen für Verbrennungsmotoren und lösen nicht die verschiedenartigen Probleme, wie sie bei Anwendungen wie den vorstehend beschriebenen Gleichstromwandlerschaltungen vorliegen.
  • Zudem ist die Vorspannung des Magnetkerns eines Transformators, der in einer Gleichstromwandlerschaltung mittels eines Gleichstrommagnetfelds vorhanden ist, in der japanischen Gebrauchsmusterschrift Sho. 57-58986 offenbart, doch handelt es sich dabei um eine Erfindung, die einen sogenannten Vorwärts-Gleichstromwandler betrifft: denn diese hat keine Auswirkung auf eine Erhöhung der auf dem Transformator gespeicherten Energie und löst somit die vorstehend beschriebenen Probleme nicht.
  • Somit kam es bei herkömmlichen Induktivlastansteuerungen, mit denen versucht wurde, die Anstiegscharakteristik der Induktivlast zu verbessern, wenn ein Sperrwandler-Gleichstromwandler verwendet wird, zu Problemen bezüglich vergrößerter Abmessungen und Komplexität der Vorrichtung.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Induktivlast-Ansteuerungsvorrichtung zu schaffen, die mit einer Gleichstromwandlerschaltung kombiniert werden kann, die all diese Probleme löst und die kleine Abmessungen und ein leichtes Gewicht aufweist und deren Schaltungsaufbau unkompliziert und effizient ist.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe weist die Induktivlast-Ansteuerungsvorrichtung die Merkmale nach Anspruch 1 auf.
  • Die verbesserten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Induktivlast-Ansteuerungsvorrichtung resultieren aus den Unteransprüchen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Ausführungsform einer Gleichstromwandlerschaltung darstellt;
  • 2 ist ein Diagramm, das darstellt, wie die Energiedichte durch Anlegen einer Vorspannung an den Kern erhöht wird;
  • 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein spezifisches Beispiel einer Ausführungsform einer Gleichstromwandlerschaltung darstellt, die in 1 gezeigt ist;
  • 4(a) u. (b) sind Diagramme, die die B-H-Kennlinie des Kerns einer Spule darstellen, und die Betriebsstromkennlinie in einem Beispiel des Stands der Technik;
  • 5(a) u. (b) sind Diagramme, die die B-H-Kennlinie des Kerns in der Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist, und deren Betriebsstromkennlinie darstellen;
  • 6(a) u. (b) sind Diagramme, die die B-H-Kennlinie des Kerns einer Spule und die Betriebsstromkennlinie darstellen, wenn die Anzahl der Wicklungen der Spule in einem Beispiel des Stands der Technik halbiert wird;
  • 7(a) u. (b) sind Diagramme, die die B-H-Kennlinie des Kerns und der Betriebsstromkennlinie darstellen, wenn die magnetische Vorspannung in der Ausführungsform in 3 weiter erhöht wird;
  • 8 ist ein Diagramm, das die Betriebsstromkennlinie einer Spule darstellt, wenn die Anzahl der Wicklungen der Spule um einen Faktor von 1/4 in einem Beispiel des Stands der Technik reduziert wird;
  • 9 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine andere Ausführungsform einer Gleichstromwandlerschaltung darstellt;
  • 10(a), (b) u. (c) sind Schaltungsdiagramme, die eine Modifizierung einer in 9 gezeigten Ausführungsform eine Gleichstromwandlerschaltung darstellt;
  • 11 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine andere Modifizierung der in 9 gezeigten Ausführungsform einer Gleichstromwandlerschaltung darstellt;
  • 12(a) u. (b) sind Schaltungsdiagramme, die noch eine weitere Ausführungsform einer Gleichstromwandlerschaltung darstellen;
  • 13 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Modifizierung der in 12 gezeigten Ausführungsform der Gleichstromwandlerschaltung darstellt;
  • 14(a), (b), (c) sind Schaltungsdiagramme, die noch eine weitere u. Ausführungsform der Gleichstromwandlerschaltung darstellen;
  • 15(a) u. (b) sind Diagramme, die ein Beispiel des Stands der Technik einer Stromresonanz-Gleichstromwandlerschaltung darstellen;
  • 16(a) u. (b) sind Diagramme, die noch eine weitere Ausführungsform der Gleichstromwandlerschaltung darstellen;
  • 17(a) u. (b) sind Schaltungsdiagramme, die noch eine weitere Ausführungsform der Gleichstromwandlerschaltung darstellen;
  • 18 ist ein Schaltungsdiagramm, das noch eine weitere Ausführungsform der Gleichstromwandlerschaltung darstellt;
  • 19 ist ein Schaltungsdiagramm einer Ausführungsform einer Induktivlast-Ansteuerungsvorrichtung unter Verwendung der Gleichstromwandlerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 20 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Einrichtung zum Erzeugen eines Zerhackersignals, das in der in 19 gezeigten Induktivlast-Ansteuerungsvorrichtung verwendet wird;
  • 21 ist ein Wellenformdiagramm von verschiedenartigen Teilen der Induktivlast-Ansteuerungsvorrichtung, die 19 gezeigt ist;
  • 22 ist ein Wellenformdiagramm von verschiedenartigen Teilen einer Induktivlast-Ansteuerungsvorrichtung, die 19 gezeigt ist;
  • 23 ist ein Schaltungsdiagramm einer weiteren Ausführungsform der Induktivlast-Ansteuerungsvorrichtung unter Verwendung der Gleichstromwandlerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 24 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Signalverarbeitungsschaltung, die in der in 23 gezeigten Induktivlast-Ansteuerung verwendet wird.
  • 25 ist ein Wellenformdiagramm von verschiedenartigen Teilen der in 24 gezeigten Signalverarbeitungsschaltung;
  • 26 ist ein Wellenformdiagramm eines Ansteuerungssignals, das in die in 25 gezeigte Signalverarbeitungsschaltung eingegeben;
  • 27 ist ein Wellenformdiagramm eines Ansteuerungssignals, das in die in 25 gezeigte Signalverarbeitungsschaltung eingegeben wird;
  • 28 ist ein Wellenformdiagramm eines Ansteuerungssignals, das in die in 25 gezeigte Signalverarbeitungsschaltung eingegeben wird;
  • 29 ist ein Konfigurationsdiagramm einer analogen Konstantstromschaltung, die in einer in 23 gezeigten Induktivlast-Ansteuerung verwendet wird;
  • 30 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Überwachungsschaltung, die in der in 23 gezeigten Induktivlast-Ansteuerungsvorrichtung gezeigt wird; und
  • 31 ist ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels des Stands der Technik einer Gleichstromwandlerschaltung.
  • BESTE ART UND WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • Ausführungsformen der Gleichstromwandlerschaltung und der Induktivlast-Ansteuerungsvorrichtung unter Verwendung dieser Gleichstromwandlerschaltung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
  • 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Gleichstromwandlerschaltung.
  • Der Betrieb dieser Schaltung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Ein Kondensator C wird durch eine Leistungsquelle E mit einer Leistungsquellenspannung aufgeladen. Eine geschlossene Schaltung A wird dann durch Schließen eines Schalters Sw gebildet. Dabei wird verhindert, dass die auf dem Kondensator C gespeicherte Ladung durch die Gleichrichteinrichtung D zurückfließt und wird so auf dem Kondensator C gehalten. Die Leistungsquellenspannung E wird zudem an die Induktanz L angelegt, wodurch der Strom einer geschlossenen Schaltung A erhöht wird. Mit Anstieg dieses Stroms wird die Energie im Kern der Induktanz L gespeichert.
  • Wenn der Schalter Sw geöffnet wird, wobei der Zeitpunkt dafür ausgewählt werden kann, wird anschließend die geschlossene Schaltung A geöffnet, doch, da die Induktanz L so wirkt, als versuche sie mittels ihrer Selbstinduktivität den Strom aufrechtzuerhalten, fließt der Schaltungsstrom durch die geschlossene Schaltung B, die eine Induktanz L, eine Gleichrichteinrichtung D und einen Kondensator C aufweist, so dass die in der Induktanz L gespeicherte Energie auf den Kondensator C geladen wird.
  • Durch Wiederholung dieses Vorgangs wird der Kondensator C allmählich auf eine hohe Spannung aufgeladen. Ein Zurückfließen der auf diesem Kondensator C gespeicherten Spannung wird durch die Gleichrichteinrichtung D verhindert, so dass diese Spannung weiterhin jedesmal ansteigt, wenn Energie von der Induktanz L zugeführt wird, so dass eine Spannung, die höher ist als die Quellenspannung, erhalten werden kann.
  • Wenn die Spannung des Kondensators C den gewünschten Wert übersteigt, wird dies mittels der Spannungserfassung, die nicht gezeigt ist, erfasst, und das Öffnen und Schließen des Schalters Sw wird gestoppt; wenn während des Stoppens des Öffnungs- und Schließvorgangs des Schalters Sw der Wert der Spannung geringer wird als der gewünschte Wert, wird ein Öffnen und Schließen des Schalters Sw empfohlen.
  • In dieser Ausführungsform wird ein Dauermagnet Mg verwendet, um eine Magnetverspannung an den Kern der Induktanz L zum Laden des Kondensators C anzulegen, wobei diese Vorspannung in die entgegengesetzte Richtung zum Magnetfeld angelegt wird, das durch den von der Leistungsquelle zugeführten Strom erzeugt wird: Dadurch kann mehr Energie durch die Induktanz L in einem einzigen Strompassierungszyklus 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. Zur Vereinfachung dieser Figur wird auf die Kennlinie der Magnethysterese, die dem Kern eigen ist, verzichtet. Zudem zeigt 2(b) zu Veranschaulichungszwecken eine vereinfachte Version dieser Figur, wobei der Sättigungskennlinie des Kerns besondere Beachtung geschenkt wird.
  • Wenn nun ein Strom IL(A) in dieser Spule fließt, wird eine magnetomotorische Kraft a durch die Wicklung angelegt, so dass eine Energie Wa auf dem Kern gespeichert wird.
  • Wenn in diesem Vorgang der Strom IL mit dem Ziel der Erhöhung dieser gespeicherten Energie Wa erhöht wird, wodurch die magnetomotorische Kraft a, sobald der Sättigungspunkt c des Kerns überschritten wird, erhöht wird, ist ein weiterer Anstieg der gespeicherten Energie unerwünscht. Ferner zeigt der Strom, der bislang gemäß der Beziehung IL = E/L × t (wobei L die Induktanz am Magnetfeld 0 ist, die in 2(b) gezeigt ist) aufgrund der abrupten Abnahme der Induktanz erhöht worden ist, bei Sättigung des Kerns der Spule eine abrupte Erhöhung der Stromerhöhungsrate pro Zeiteinheit, wodurch die Gefahr der Zerstörung der Schalteinrichtung etc. bestehen kann.
  • Anschließend wird in 2(c) die B-H-Kennlinie gezeigt, wenn eine magnetische Vorspannung in der Richtung entgegengesetzt zur Richtung der Erregung durch den Strom IL des Kerns dieser Spule angelegt wird.
  • Wenn in 2(c) aufgrund des Magnetvorspannungsfelds kein Strom in der Spule fließt, befindet sich der Kern in einem praktisch gesättigten Zustand in der entgegengesetzten Richtung zum Magnetfluss, der durch den Strom IL erregt wird. Wenn in diesem Zustand ein Strom IL durch die Spule fließt, wird eine Energie Wb, die in der Figur gezeigt ist, auf dem Kern gespeichert.
  • Wenn in diesem Zustand der Strom auf den Sättigungspunkt c des Kerns erhöht wird, wird aus der Figur deutlich, dass die gespeicherte Energie Wb viermal der gespeicherten Energie Wa ist, die in dem Fall erhalten wird, wenn der Spulenkern nicht vorgespannt ist.
  • Diese Beziehung wird unter Bezugnahme auf 3 bis 6 ausführlich beschrieben.
  • In 3 bis 6 werden zur Vereinfachung der Darstellung reale Zahlen verwendet, und die Kapazität des Energiespeicherkondensators wird als unendlich groß angenommen, d. h. sie wird als Spannungsquelle betrachtet. In einer tatsächlichen Gleichstromwandlerschaltung fluktuiert die Klemmspannung des Energiespeicherkondensators, doch dadurch wird der Effekt der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt.
  • 3 zeigt ein Schaltungsdiagramm der Gleichstromwandlerschaltung. Der Kondensator C, der mit der Leistungsquelle E parallel geschaltet ist, ist ein Filterkondensator zum Absorbieren einer Welligkeit des Leistungsquellenstroms, der durch die Schaltung verbraucht wird.
  • 4(a) zeigt nun die B-H-Kennlinie, wenn auf den Kern der Spule L keine magnetische Vorspannung angelegt ist. Der Einfachheit halber wird angenommen, dass die Induktanz dieser Spule L 10 Mh beträgt, und dass der Kern der Spule L magnetisch gesättigt wird, wenn ein Strom 10 A die Spule passiert.
  • Der Betriebsstrom dieses Gleichstromwandlers, wenn keine magnetische Vorspannung angelegt ist, ist in 4(b) gezeigt.
  • Wenn die Schalteinrichtung Sw zum Zeitpunkt t = 0 geschlossen wird, beträgt der Spulenstrom IL:
    IL = E/L × t, d. h. er nimmt mit einem Gradienten von 1000 A/sec zu, wobei der Sättigungspunktstrom 10 A der Spule in 10 msec erreicht wird.
  • An diesem Punkt beträgt die der Spule von der Leistungsquelle zugeführte Energie 1/2 × (10 A) × (10 V) × (10 msec) = 0.5 J.
  • Wenn anschließend die Schalteinrichtung Sw zu diesem Zeitpunkt geöffnet wird, wird aus der Schaltung eine geschlossene Schaltung, die aus der Leistungsquelle E, der Spule L, der Gleichrichteinrichtung D und der ausgangsseitigen Spannungsquelle Ce besteht.
  • Wenn nun die Spannung der ausgangsseitigen Spannungsquelle Ce als 110 V angenommen wird, und angenommen wird, dass an der Gleichrichteinrichtung D kein Spannungsabfall vorliegt, wird eine Spannung von 100 V von zur Richtung dieses Stromflusses entgegengesetzter Polarität an die Spule angelegt, so dass IL = IL(MAX) – 100/L × td. h. er nimmt bei einer Rate von 10000 A/sec ab.
  • Da die IL(MAX) = 10 Ma, beträgt der Spulenstrom nach 1 msec 0 A. Somit wird in diesem Vorgang eine Energie
    1/2 × (10 A) × (100 V) × (1 msec) = 0.5 J auf der Ausgangsseite entladen. Die Energie von {1/2 × (10 A) × (100 V) × (1 msec)} liegt an, die direkt an der Ausgangsseite von der Leistungsquelle an diesem Punkt übertragen wird; doch in diesem Zusammenhang geht es uns um die Speicherung der Energie durch die Spule, und, da der Ausdruck der Energie, der von dieser Leistungsquelle zur Ausgangsseite direkt übertragen wird, nicht direkt auf die wesentlichen Gesichtspunkte dieser Ausführungsform bezogen ist, und auf eine Beschreibung diese Energie betreffend verzichtet wird, wird diese Abhandlung in der nachstehenden Beschreibung fortgesetzt.
  • Die für die Speicherung und Entladung dieser Energie notwendige Zeit ist die Summe der Zeit t0 = 10 msec für die Speicherung der Energie der Spule und der Zeit tb = 1 msec für die Entladung der Energie von der Spule, d. h. 11 msec. Diese Schaltung ist daher in der Lage, die Energie von 0.5 J dem Ausgang von der Leistungsquelle in einer Zeitspanne von 11 msec zuzuführen.
  • Es erfolgt nun eine Beschreibung des Falls, in dem die selbe Spule verwendet wird, doch deren Kern magnetisch vorgespannt wird.
  • 5(a) zeigt die Kennlinie dieser vorgespannten Spule.
  • Wenn ein Dauermagnet verwendet wird, um eine Vorspannung anzulegen, würde normalerweise ein Anstieg des Werts der Induktanz und des Betrags des magnetischen Sättigungsflusses aufgrund der Hinzufügung des durch den Dauermagneten gebildeten, magnetischen Körpers zum Kern der Spule stattfinden; doch in diesem Fall liegen diese Effekte entweder nicht vor oder können in Bezug auf den Fall beschrieben werden, in dem eine magnetische Vorspannung angelegt wird, indem ein Konstantstrom zu einer zweiten Wicklung geleitet wird, die nicht gezeigt wird.
  • In anderen Worten ändert sich die Induktanz in diesem Fall nicht und die Sättigungskennlinie des Kerns bleibt ebenfalls unverändert, so dass, wie in 5(a) gezeigt ist, die Kennlinie dieser Spule einfach aus einer Kennlinie besteht, die durch Verschieben der Kennlinie von 4(a) parallel nach rechts erhalten wird.
  • Wenn die Schalteinrichtung Sw dann geschlossen wird, wird eine Leistungsquelle E an die Spule L wie vorstehend beschrieben angelegt, wodurch der Spulenstrom IL um 1000 A/sec erhöht wird. Wenn dieser Spulenstrom IL, wie vorstehend beschrieben, auf den Sättigungspunkt des Kerns erhöht wird, beträgt IL(MAX) an diesem Punkt 20 A, und die für die Erhöhung des Stroms notwendige Zeit beträgt dann 20 msec. Dieser Vorgang ist in 5(b) gezeigt. Die auf der Spule gespeicherte Energie während diese Vorgangs beträgt also 1/2 × (20 A) × (10 V) × (20 msec) = 2.0 Jwas viermal der auf der Spule gespeicherten Energie entspricht, wenn keine Vorspannung wie vorstehend beschrieben angelegt wird.
  • Wenn zu diesem Zeitpunkt die Schalteinrichtung Sw geöffnet wird, wie soeben vorstehend beschrieben, nimmt der Spulenstrom mit der Rate 10000 A/sec ab und erreicht nach 2 msec einen Wert von 0 A. Während dieser Zeitspanne beträgt die durch die Spule entladene Energie 1/2 × (20 A) × (100 V) x (2 msec) = 2.0 Jund, da in 5(b), to = 20 msec und tb = 2 msec, kann die Energie von 2.0 J auf der Ausgangsseite von der Leistungsquelle in 22 msec zugeführt werden.
  • Somit wird im Vergleich zu dem vorstehend beschriebenen Fall, wenn eine nicht vorgespannte Spule verwendet wird, der Betrag der durch die Schaltung pro Zeiteinheit passierenden Energie verdoppelt.
  • In der Gleichstromwandlerschaltung ist nicht der Betrag der in der Spule pro Zyklus gespeicherten Energie von Belang, sondern vielmehr der Betrag der Energie, die durch die Schaltung pro Zeiteinheit gehandhabt werden kann. Eine eingehendere Erläuterung dieses Punkts erfolgt sogleich.
  • Wir beschäftigen uns nun mit der Aufgabe, den Betrag des Energiedurchsatzes pro Zeiteinheit der Gleichstromwandlerschaltung mit Kernen eines identischen Volumens zu erhöhen. Ein Verfahren zum Lösen dieses Problems, das seit langem bekannt ist, ist die Reduzierung des Werts der Induktanz.
  • 6(a) zeigt eine Induktanzkennlinie basierend auf diesem Grundsatz. In diesem Beispiel wird von einer Spule ausgegangen, bei der die Anzahl der auf den Kern gewundenen Wicklungen um die Hälfte der des vorausgehenden Beispiels reduziert wird. Ist dies geschehen, wird der Strom, der am Sättigungspunkt des Kerns vorbeifließen kann, verdoppelt und die Induktanz wird um einen Faktor von 1/4 reduziert.
  • Es erfolgt nun eine Beschreibung des Betriebs unter Verwendung der Schaltung von 3, in der eine solche Spule verwendet wird. Wenn die Schalteinrichtung Sw zum Zeitpunkt t = 0 geschlossen wird, wird die Leistungsquellenspannung E auf die Spule L angelegt, wodurch bewirkt wird, dass der Spulenstrom gemäß IL = E/L × t ansteigt. Da die Induktanz der Spule L 1/4 des obigen Werts beträgt, d. h. 2.5 Mh, nimmt dieser Strom mit der Rate 4000 Ma/sec zu. Ferner ist der Spulenstrom am Sättigungspunkt des Kerns dieser Spule zweimal größer als der Wert im vorhergehenden Beispiel, d. h. er beträgt 20 A. Die für die Erregung bis zur Sättigung der Spule notwendige Zeit beträgt daher (20 A)/(4000 Ma/sec) = 5 msec.
  • Die auf der Spule gespeicherte Energie während dieser Zeitspanne beträgt 1/2 × (20 A) × (10 V) × (50 msec) = 0.5 J
  • Da der Wert der Induktanz 2.5 Mh beträgt, wird auch die Rate des Rückgangs des Spulenstroms zu diesem Zeitpunkt, wenn die Schalteinrichtung Sw geöffnet wird, 40000 A/sec, so dass der Strom von 20 A nach 0,5 msec zu 0 A wird. Auch die Energie, die die Spule L während dieser Zeitspanne dem Ausgang zuführt beträgt 1/2 × (20 A) × (1,00 V) × (0,5 msec) = 0.5 J
  • Wie in 6(b) gezeigt ist, heißt dass, dass die zum Speichern der Energie auf diese Spule notwendige Zeit to = 5 msec ist und die zum Entladen derselben am Ausgang tb = 0.5 msec beträgt, was insgesamt eine Zeit von 5,5 msec ergibt, die durch die Schaltung zur Übertragung der Energie von 0.5 J von der Leistungsquelle zur Last erforderlich ist. Durch viermaliges Wiederholen dieses Vorgangs kann der gleiche Energiebetrag in der gleichen Zeit wie in dem Fall, in dem die vorstehend beschriebene vorgespannte Spule verwendet wurde, der Last von der Leistungsquelle zugeführt werden.
  • Dies bedeutet, dass der Energiebetrag, der pro Zeiteinheit unter Verwendung des gleichen Kerns übertragen wird, erhöht werden kann. Bei Anwendungen wie Gleichstromwandlern ist es wünschenswert, dass möglichst viel Energie pro Zeiteinheit übertragen werden soll.
  • Wenn jedoch unter, Verwendung einer solchen nicht vorgespannten Spule der Wert der Induktanz verringert wird, mit dem gleichen maximalen Strom wie in dem Fall einer vorgespannten Spule, muss die Schalteinrichtung Sw, die in der Schaltung von 3 verwendet wird, bei einer Frequenz abgeschaltet werden, die viermal höher ist; insbesondere, wenn ein kleiner Kern verwendet wird, um die Gesamtabmessungen zu verkleinern, wird ein Schaltverlust an dieser Schalteinrichtung Sw nicht vernachlässigbar. Das Verfahren gemäß dieser Ausführungsform, bei dem eine vorgespannte Spule verwendet wird, beweist somit dahingehend seine Überlegenheit, dass es zu einem nied rigeren Schaltverlust als ein Verfahren führt, bei dem der Wert der Induktanz verringert wird.
  • In dem Beispiel von 5 wird beim Vorspannen des Kerns der Spule der Vorspannwert, bei dem der Kern sich durch sich selbst magnetisch sättigt, in genau der entgegensetzten Richtung in dem Zustand ausgewählt, in dem kein Spulenstrom hindurchfließt. Was passiert, wenn dieser magnetische Vorspannwert sogar noch geringer ausgeführt wird, wird unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
  • 7(a) zeigt die in diesem Fall vorliegende B-H-Kennlinie.
  • Die Spule weist den Wert 10 Mh wie in dem Fall des Beispiels von 4 und 5 auf; für den magnetischen Vorspannwert wird ein Wert ausgewählt, so dass die magnetische Sättigung in der entgegengesetzten Richtung durch einen Spulenstrom von 10 A erreicht wird. Das Verhalten einer solchen Spule wird nun beschrieben, wenn die Schaltung von 3 für die Spule L übernommen wird.
  • Wenn nun eine Schalteinrichtung Sw geschlossen wird, wird eine Leistungsquellenspannung an die Spule L angelegt, da jedoch der Kern in der Rückwärtsrichtung gesättigt wird, während der Strom immer noch gering ist, ist der Wert der Induktanz sehr gering, und infolge dessen steigt der Spulenstrom rasch an, wobei praktisch sofort 10 A erreicht werden. Man betrachte nun der Wert des Stroms unter diesen Bedingungen als den minimalen Stromwert IL(MIN), für den die Spule L den vorgeschriebenen Induktanzwert annehmen kann. Daher nimmt der Spulenstrom gemäß IL = IL(MIN) + E/L × t zu, bis er den Sättigungspunkt in der Richtung des durch den Strom erzeugten Magnetfelds erreicht.
  • Da das Volumen des Kerns dieser Spule und die Anzahl der Wicklungen der Spule mit denen im Fall des Beispiels von 4 und 5 identisch sind, beträgt der Spulenstrom am Sättigungspunkt 30 A. Die Zeit zum Schließen der Schalteinrichtung Sw, bis der Strom diesen Sättigungspunkt erreicht, beträgt (30 A – 10 A)/(1000 A/sec) = 20 msec.
  • Ferner beträgt die während dieser Zeitspanne von der Leistungsquelle zur Spule L zugeführte Energie 1/2 × (10 A + 30 A) × (10 V) × (20 msec) = 4,0 J.
  • Während des Vorgangs, in dem eine Schalteinrichtung Sw dann aus diesem Zustand geöffnet wird, so dass die in der Spule L gespeicherte Energie am Ausgang entladen wird, beträgt die durch die ausgangsseitige Spannungsquelle C an die Spule L angelegte Spannung in der entgegengesetzten Richtung 100 V, und die Rate der Verringerung des Spulenstroms dieser Spule L 10000 A/sec. Der anfängliche Strom von 30 A fällt daher nach 2 msec auf 10 A ab. Wenn der Stromwert auf unterhalb 10 A abfällt, wie vorstehend beschrieben, wird der Kern der Spule L in der Umkehrrichtung magnetisch gesättigt, so dass der Spulenstrom unmittelbar auf 0 A abfällt. In diesem Vorgang beträgt die durch die Spule L auf der Ausgangsseite entladene Energie 1/2 × (30 A + 10 A) × (100 V) × (2 msec) = 4,0 J.
  • Die Art und Weise, in der der Strom sich während dieser Zeitspanne ändert, ist in 7(b) gezeigt.
  • Nachdem die Schalteinrichtung Sw bei t = 0 geschlossen wird, beträgt die Zeit, die für die Energie von 4.0 J erforderlich ist, um in der Spule L gespeichert zu werden to = 20 msec, und die Zeit, die für die gespeicherte Energie erforderlich ist, um entladen zu werden, beträgt tb = 2 msec, d. h. die Schaltung kann Energie von 4.0 J von der Leistungsquelle zum Ausgang in 22 msec übertragen.
  • Würde man versuchen, dies mit einer nicht vorgespannten Spule zu erreichen, verwendete man dazu einen identischen Kern, würde dies heißen, dass eine Spule von 1/4 der Anzahl der Wicklungen verwendet werden müsste. Deren Induktanzcharakteristik wäre wie in 8 gezeigt.
  • Da die Anzahl der Wicklungen % ist, würde der Strom am Sättigungspunkt des Kerns 40 A betragen und dessen Induktanz würde 1/16 betragen, d. h. 0,625 Mh. Es erfolgt nun die Beschreibung des Betriebs, der erhalten wird, wenn eine solche Spule auf die Schaltung von 3 angewendet werden würde.
  • Wenn nun die Schalteinrichtung Sw bei t = 0 geschlossen wird, steigt der Spulenstrom gemäß IL = E/L × t mit einer Anstiegsrate von 16000 A/sec an. Da der Stromwert am Sättigungspunkt dieser Spule dann 40 A beträgt, ist die zum Erreichen dazu erforderliche Zeit 40/16000 A/sec = 2.5 msec. In diesem Vorgang beträgt die der Spule von der Leistungsquelle zugeführte Energie 1/2 × (40 A) × (10 V) × (2.5 msec) = 0.5 J.
  • Auch wenn man annimmt, dass die auf dieser Spule gespeicherte Energie an der Ausgangsseite durch den Öffnungsschalter Sw zu diesem Zeitpunkt entladen wird, beträgt die Rate der Abnahme des Spulenstroms während dieses Vorgangs 16000 A/sec, und die Entladezeit beträgt 0,25 msec. Somit beträgt die an der Ausgangsseite während dieser Zeitspanne entladene Energie 1/2 × (40 A) × (100 V) × (0,25 msec) = 0,5 J.
  • Somit wäre die Schaltung in der Lage, von der Leistungsquelle zur Ausgangsseite eine Energie von 0,5 J in einer Zeitspanne von 2,75 msec zu übertragen. Somit kann durch achtmaliges Wiederholen einer solchen Speicherung von Energie auf die Spule und Entladung am Ausgang der gleiche Energiebetrag auf die Ausgangsseite in der gleichen Zeit übertragen werden, mit dem gleichen Kernvolumen wie, wenn eine vorgespannte Spule verwendet wird. Wenn jedoch diese magnetisch nicht vorgespannte Spule verwendet wird, muss die Schalteinrichtung Sw einen Strom von 40 A achtmal hintereinander abschalten, um die gleiche Energieübertragungsrate pro Zeiteinheit zu erhalten.
  • Somit wird klar, dass durch Vorspannen des Kerns der Spule der Vorteil erhalten wird, dass die Kapazität der Schalteinrichtung um 3/4 und deren Schaltfrequenz auf 1/8 reduziert werden kann.
  • Im Vorstehenden ist der Einfachheit halber die Beschreibung von vielen der strukturellen Elemente idealisiert oder vereinfacht worden, doch selbst in einer tatsächlichen Anwendung einer Schaltung, in einer Gleichstromwandlerschaltung, bei der der Kern der Spule somit in die entgegengesetzte Richtung zu der Richtung der Magnetisierung, die durch den von der Leistungsquelle zugeführten Strom erzeugt wird, magnetisch vorgespannt wird, und Energie auf ihr gespeichert wird, hat man festgestellt, dass für das gleiche Kernvolumen die Erhöhung des Betrags dieser Vorspannung es ermöglicht, die Schaltfrequenz der Schalteinrichtung zu senken und die Kapazität der Schalteinrichtung an sich zu senken.
  • Die Gesamtvorteile, die erreicht werden können, beinhalten daher: eine Reduktion des Stroms, der durch die Schalteinrichtung gelangt, und eine Reduktion des aus der Schalteinrichtung resultierenden Energieverlustes, und aufgrund dessen einen erhöhten Wirkungsgrad, eine Vereinfachung der Wärmeabgabestruktur, eine verlängerte Lebensdauer der Schalteinrichtung und eine sehr deutliche Reduktion der Gesamtabmessungen der Vorrichtung.
  • Wenn zudem eine geringe Sperrvorspannung des Spulenkerns verwendet wird, wie in 7(b) gezeigt ist, zeigt der Teil des Stroms, der in dieser Spule fließt, der unter IL(MIN) liegt, einen sehr raschen Rückgang/Anstieg, so dass er ohne Weiteres durch einen Filterkondensator absorbiert werden kann, der an der Leistungsquelleneingangseinheit der Schaltung angeordnet ist; somit kann die Stromwelligkeit der Leistungsquelle, die in einem Sperrwandler unweigerlich erzeugt wird, in der Gleichstromwandlerschaltung der vorliegenden Erfindung reduziert werden.
  • Die Schaltung einer zweiten Ausführungsform einer Gleichstromwandlerschaltung ist in 9 gezeigt.
  • Das Grundprinzip dieser Ausführungsform ist mit dem der ersten Ausführungsform identisch, doch wird ein Multiwicklungs-Transformator T anstelle der einzelnen Spule der ersten Ausführungsform verwendet. Auch in diesem Transformator T wird eine Vorspannung in der entgegengesetzten Richtung zur Richtung des Magnetflusses, der durch das Hindurchfließen von Strom erzeugt wird, unter Verwendung eines für diesen Zweck passenden Dauermagneten Mg angelegt, um die Energiedichte pro Bereichseinheit des Kerns zu erhöhen. Auf diese Weise kann eine kleine, leichte Ladeeinheit implementiert werden, da ein kleinerer Transformator verwendet werden kann, um ein Ladegerät mit gleicher Leistung zu implementieren.
  • Der Betrieb dieser Schaltung wird nun unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
  • Eine geschlossene Schaltung A entsteht durch Schließen des Schalters Sw. Die von der Leistungsquelle zugeführte Energie wird auf der Primärspule L1 des Multiwicklungs-Transformators T gespeichert. Wenn der Schalter Sw geöffnet wird, wird die in der Primärspule L1 gespeicherte Energie auf die Sekundärspule L2 verschoben, mit dem Ergebnis, dass ein Strom in der geschlossenen Schaltung B fließt und der Kondensator C aufgeladen wird. Auf den Kondensator C kann mehr Energie geladen werden, indem dieser Öffnungs-/Schließbetrieb des Schalters Sw wiederholt wird.
  • Die Schaltung dieser Ausführungsform weist folgende weitere Vorteile auf.
    • 1) Die Imdpedanz kann auf der Primärseite und auf der Sekundärseite geändert werden.
  • Das heißt, dass durch Verwenden einer größeren Anzahl von Wicklungen auf der Primärspule des Transformators T wie in 10(a) und einer kleineren Anzahl von Wicklungen auf der Sekundärseite die Impedanz auf der Sekundärseite verringert werden kann. Der Kondensator C, der auf der Sekundärseite bereitgestellt werden kann, kann dadurch mit einer geringen Spannung aufgeladen werden.
  • Wenn, wie in 10(b) gezeigt ist, zudem die Anzahl der Wicklungen auf der Primärseite geringer ausgeführt ist, während die Anzahl der Wicklungen auf der Sekun därseite größer ausgeführt wird, kann auch die Impedanz auf der Sekundärseite höher ausfallen. Der Kondensator C, der auf der Sekundärseite angeordnet ist, kann dadurch mit einer hohen Spannung aufgeladen werden. In diesem Fall, wenn die Ladespannung des Kondensators C als Vc angenommen wird, und das Wicklungsverhältnis des Transformators r = n2/n1 (wobei n1 und n2 jeweils die Anzahl der Wicklungen der Primärspule L1 und der Sekundärspule L2 sind), kann die Stehspannung des Schalters Sw im Verhältnis Vc/r geringer ausgeführt werden.
    • 2) Zwischen der Primär- und der Sekundärseite kann eine elektrische Isolation erreicht werden.
  • Das heißt, dass eine elektrische Isolation erreicht werden kann, da die Massen der Primärseite und der Sekundärseite getrennt sein können, wie in 10(c) gezeigt ist.
  • In 11 ist noch eine weitere Ausführungsform unter Verwendung eines Transformators gezeigt.
  • Diese Ausführungsform ist eine Gleichstromwandlerschaltung, in der eine erste Wicklung L1, die mit der Leistungsquelle verbunden ist, und zwei Sekundärwicklungen L2-1 und L2-2, die sich mit der ersten Wicklung L1 einen Kern teilen, bereitgestellt sind. Die Sekundärwicklungen L2-1 und L2-2 sind jeweils mit Energiespeicherkondensatoren C1, C2 zur Ausgabe und für die Gleichrichteinrichtung D1, D2 zum Verhindern eines Sperrstroms angeordnet.
  • Nachdem eine erste Speicherenergie im magnetisch vorgespannten Kern durch Leiten von Strom zur Wicklung L1 gespeichert wird, indem eine Schalteinrichtung Sw geschlossen wird, wenn eine Schalteinrichtung Sw geöffnet wird, werden jeweilige elektromotorische Kräfte in den Sekundärwicklungen L2-1 und L2-2 durch die im Kern gespeicherte Energie erzeugt.
  • Die Anzahl der Wicklungen der Sekundärwicklungen L2-1 und L2-2 und die elektromotorischen Kräfte, die darin erzeugt werden, sind proportional. Wenn die beiden Klemmspannungen der Ausgangskondensatoren C1 und C2 geringer sind als die elektromotorischen Kräfte dieser Sekundärwicklungen L2-1 und L2-2, fließt ein Strom zu der Schaltung mit dem eine geringe Abgabe aufweisenden Kondensator. Durch diese Möglichkeit kann unter Verwendung einer Mehrzahl von Wicklungen durch Einstellen des Verhältnisses der Anzahl von Wicklungen derselben, eine Mehrzahl von Leistungsquellen einer unterschiedlichen Spannung gleichzeitig erhalten werden. Ferner wird von der Mehrzahl der Ausgangsschaltungen die von der Leistungsquelle zugeführte Energie auf die Schaltung konzentriert, bei der eine Energie an die Last entladen wird, so dass der Ausgangsspannungsausgleich automatisch beibehalten wird.
  • 12 zeigt eine Schaltung einer weiteren Ausführungsform einer Gleichstromwandlerschaltung.
  • Die Grundprinzipien der Ausführungsform sind mit jenen der ersten und zweiten Ausführungsform identisch, doch wird ein Einzelwicklungstransformator Ts anstelle der Einzelspule der ersten Ausführungsform verwendet. In diesem Transformator Ts wird eine Vorspannung in der Umkehrrichtung zu der Richtung des Magnetflusses, der durch das Hindurchleiten von Strom erzeugt wird, durch einen Dauermagneten Mg angelegt, um die Energiedichte pro Bereichseinheit des Kerns zu erhöhen. Auf diese Weise kann ein kleinerer Transformator verwendet werden, um ein Ladegerät von gleichgroßer Kapazität zu implementieren, so dass eine Ladeeinheit mit kleineren Abmessungen und einem geringeren Gewicht erreicht werden kann.
  • Der Betrieb dieser Schaltung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 12 beschrieben.
  • Eine geschlossene Schaltung A entsteht durch Schließen eines Schalters Sw. Die von der Leistungsquelle E zugeführte Energie wird in der Spule L von einem Einzelwicklungstransformator T gespeichert. Wenn ein Schalter Sw geöffnet wird, wird eine geschlossene Schaltung B gebildet, und die im Kern L gespeicherte Energie wird zum Abschnitt L2 der Spule verschoben, so dass ein Strom in der geschlossenen Schaltung B fließt, wodurch ein Ladekondensator C aufgeladen wird. Die Wiederholung dieses Öffnungs-/Schließvorgangs des Schalters Sw ermöglicht, dass mehr Energie auf dem Kondensator C gespeichert werden kann.
  • Mit dieser Schaltung, wie in 12 gezeigt ist, genauso wie im Fall der zweiten Ausführungsform besteht zudem der Vorteil, dass die Impedanz auf der Primärseite und auf der Sekundärseite variiert werden kann.
  • 13 zeigt noch eine weitere Ausführungsform einer Gleichstromwandlerschaltung unter Verwendung eines Einzelwicklungstransformators.
  • In dieser Ausführungsform wird unter Verwendung eines Abschnitts einer Wicklung L eines Einzelwicklungstransformators Ts eine geschlossene Schaltung durch die Leistungsquelle und die Schalteinrichtung Sw gebildet, wodurch Energie auf dem Magnetkern eines magnetisch vorgespannten Transformators Ts gespeichert wird; eine Schalteinrichtung Sw wird dann geöffnet, und die gespeicherte Energie wird vor ihrer Ausgabe auf Energiespeicherkondensatoren C1, C2 durch die Gleichrichteinrichtungen D1, D2 zur Verhinderung eines Sperrstroms gespeichert, die an einer Mehrzahl von Stellen der Wicklung L des Einzelwicklungstransformators Ts verbunden sind.
  • In diesem Fall wie im Fall der Gleichstromwandlerschaltung unter Verwendung eines Transformators, in dem eine Mehrzahl von Sekundärwicklungen wie vorstehend beschrieben vorgesehen wurden, kann eine Mehrzahl von Ausgaben unterschiedlicher Spannungen gleichzeitig ausgegeben werden.
  • In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurde ein Dauermagnet Mg als das Verfahren zum Anlegen einer Vorspannung verwendet. Der gleiche Effekt könnte offensichtlich durch Verwendung eines Elektromagneten Me anstelle dieses Magneten erreicht werden. Ein solches Beispiel ist in 14 gezeigt. 14(a) ist ein Beispiel unter Verwendung einer einzelnen Spule; 14(b) ist ein Beispiel unter Verwendung eines Multiwicklungstransformators und 14(c) ist ein Beispiel unter Verwendung eines Einzelwicklungstransformators.
  • In 16 ist noch eine weitere Ausführungsform der Gleichstromwandlerschaltung gezeigt.
  • Durch Verwendung einer magnetischen Vorspannung wie vorstehend beschrieben kann die Frequenz des Öffnens/Schließens der Schalteinrichtung für das gleiche Kernvolumen im Vergleich zu einer herkömmlichen Schaltung unter Verwendung einer Spule, in der eine magnetische Vorspannung nicht verwendet wird, deutlich verringert werden. Für eine Gleichstromwandlerschaltung ist jedoch die Reduktion des Verlustes der Schalteinrichtung während des Schaltens ebenso wichtig.
  • 15(a) zeigt ein Beispiel des Stands der Technik einer Gleichstromwandlerschaltung, die dieser Aufgabe entspricht. Eine Energiespeicherungsspule L1 wird mit einer Leistungsquelle E verbunden und diese wird mit einer Schalteinrichtung Sw kurzgeschlossen, wobei der Spule L1 ein Strom zugeführt wird, mit dem Ergebnis, dass eine Energie im Speicher der Spule L1 gespeichert wird. Eine Schalteinrichtung Sw wird dann geöffnet, und zwar zu einem Zeitpunkt, der willkürlich gewählt werden kann. Die auf der Spule L1 gespeicherte Energie lädt dadurch den Kondensator C1 durch die Gleichrichtungseinrichtung D1 auf. Wenn diese Schalteinrichtung Sw geöffnet wird, wird keine Ladung auf dem Kondensator C1 gespeichert, so dass, selbst wenn die Speichereinrichtung Sw geöffnet wird, eine Spannung nicht an den Kontakten der Schalteinrichtung Sw erzeugt wird. Der Schaltverlust der Schalteinrichtung Sw wird daher deutlich reduziert.
  • Die Klemmspannung des Kondensators C1 steigt anschließend mit dem Laden von der Spule 1 solange an, bis die Klemmspannung des Kondensators C1 überschritten ist. Wenn dies geschieht, fließt ein Strom, der den Kondensator C2 auflädt, durch die Reihenschaltung, die aus dem Kondensator C1, der Gleichrichteinrichtung D2 und der zweiten Spule L2 besteht.
  • Bald beendet die Spule L1 die Entladung dieser gespeicherten Energie, und der Strom, der dem Kondensator C1 durch die Gleichrichteinrichtung D1 zugeführt wird, nimmt ab. Die Schaltung ist jedoch so ausgeführt, dass die Verringerung des Stroms, der durch die Spule L2 fließt, später auftritt als dieser, so dass die Ladung des Kondensators C1 auf der Ausgangsseite durch den Effekt der Eigeninduktivität der Spule L2 allmählich absorbiert wird, mit dem Ergebnis, dass der Kondensator C1 seine gespeicherte Ladung verliert.
  • Die Gleichrichteinrichtung D3 wird nach Bedarf bereitgestellt, so dass, wenn die durch den Speicher C1 gespeicherte Ladung verloren geht, ein Strom IL2 umgeleitet wird und verhindert wird, dass eine Sperrspannung an die Schalteinrichtung Sw angelegt wird.
  • Eine solche Schaltung wird als Reihenresonanzschaltung des Kondensators C1 und der Spule L2 betrieben, so dass daher sie üblicherweise als Stromresonanzschaltung bezeichnet wird. Die Resonanzdauer der aus einem Kondensator C2 und einer Spule L2 bestehenden Resonanzschaltung muss so eingestellt werden, dass die Ladung des Kondensators C1 null wird, nachdem der von der Spule L1 zugeführte Strom verschwunden ist.
  • 15(b) zeigt die an verschiedenen Stellen vorliegende Stromwellenform, wenn diese Einstellung unzureichend ist. Selbst wenn der Resonanzstrom IL2, der durch die Spule L2 und den Kondensator C1 erzeugt wird, null ist, wenn IL1 immer noch vorhanden ist, kann insbesondere die Spannung zwischen den beiden Anschlüssen des Kondensators C1 erneut ansteigen, was in einer Restspannung Rvc1 resultiert. Wenn diese Rvc1 höher ist als die Spannung des Kondensators C2, wird erneut ein Strom IL2 erzeugt. Wenn jedoch Rvc1 nicht den Wert der Spannung des Kondensators C2 erreicht, bleibt diese Spannung an den beiden Anschlüssen des Kondensators C1 unmodifiziert, und ist ein Faktor, der einen Schaltungsverlust bewirkt, wenn die Schalteinrichtung Sw erneut im nächsten Zyklus abgeschaltet wird.
  • 16(a) zeigt ein Beispiel einer Gleichstromwandlerschaltung der Stromresonanz-Schaltungskonfiguration, wenn eine magnetische Vorspannung auf die Spule L1 angelegt ist, und 16(b) zeigt die dann erhaltene Stromwellenform.
  • In diesem Fall kann dadurch, dass die magnetische Vorspannung einer Energiespeicherspule L1 ausreichend gering ist, bewirkt werden, dass der Strom, der von der Spule L1 dem Kondensator C1 zugeführt wird, rasch von 0 A auf einen mehr als ausreichenden Wert ansteigt. Durch diese Möglichkeit kann der Strom der Spule L1 auf 0 gesetzt werden, während in der Spule L2 immer noch ein ausreichend großer Strom vorhanden ist, so dass eine Zeitspanne tm erzeugt wird, wie in 16(b) gezeigt ist, und der Vorteil der Unterdrückung der Entstehung von Rvc1 erreicht wird. Natürlich werden die weiteren Vorteile wie Reduktion der Kapazität der Schalteinrichtung, eine Reduktion der Welligkeit des Eingangsstroms, eine Reduktion der Schaltfrequenz und eine Reduktion der Abmessungen der Spule nach wie vor erhalten.
  • 17(a) ist ein Schaltungsdiagramm eines Resonanz-Gleichstromwandlers, der durch einen Transformator mit einer Primär- und Sekundärwicklung, die sich einen Kern teilen, gebildet wird. Dessen Grundbetriebsweise ist mit dem Betrieb im vorstehend beschriebenen Fall der Einzelspule identisch. Wenn jedoch, wie in 17(b) gezeigt, versucht wird, eine Mehrzahl von Spannungen durch Verwendung einer Mehrzahl von Sekundärwicklungen zu erhalten, kann in einer beliebigen von der Mehrzahl von Sekundärwicklungen eine Resonanzschaltung zum Reduzieren eines Schaltungsverlusts der Schalteinrichtung Sw vorgesehen werden. Eine Entwurfsbedingung ist, das die Ladung des Kondensators C1, der für die Resonanz bereitgestellt ist, entfernt werden muss, wenn eine Schalteinrichtung Sw offen ist. Es muss zudem darauf geachtet werden, dass die anderen Ausgangssignale, die gleichzeitig bereitgestellt werden, die Werte aufweisen, die durch Umwandeln der maximalen Ladespannung des Kondensators C1 unter Verwendung des Wicklungsverhältnisses der jeweiligen Sekundärwicklungen erhalten werden.
  • 18 ist ein Schaltungsdiagramm eines Stromresonanz-Gleichstromwandlers, der unter Verwendung eines Einzelspulentransformators konstruiert wird. Die Wirkungsweise des Gleichstromwandlers und der Resonanzbetrieb sind mit jenen identisch, die unter Bezugnahme auf einen Multiwicklungstransformator bereits beschrieben wurden.
  • 19 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Induktivlast-Ansteuerungsvorrichtung unter Verwendung einer wie vorstehend beschriebenen Gleichstromwandlerschaltung.
  • In dieser Schaltung handelt es sich bei dem von gestrichelten Linien umschlossenen und mit Chg bezeichneten Abschnitt um die Gleichstromwandlerschaltung. Die Gleichstromwandlerschaltung Chg weist eine Einrichtung zum Erfassen eines Stroms Ct auf, die mit der Leistungsquelle E verbunden ist, eine Energiespeicherspule L, deren Kern magnetisch vorgespannt ist, eine erste Schalteinrichtung Tr1, die eine Leistungsquelle E mit einer Schaltung öffnet und schließt, eine Einrichtung zum Erfassen eines Stroms Ct und eine Energiespeicherspule L, eine Gleichrichteinrichtung D, deren Anode mit dem Punkt der Verbindung dieser ersten Schalteinrichtung Tr1 und der Energiespeicherspule L verbunden ist, einen Ausgangs-Energiespeicherkondensator C, der mit der Kathode der Gleichrichteinrichtung D und dem anderen Anschluss der ersten Schalteinrichtung Tr1 verbunden ist, eine Einrichtung zur Spannungserfassung Hvs, die die Ladespannung dieses Ausgangs-Energiespeicherkondensators C erfasst, und eine Einrichtung zum Erzeugen eines Zerhackersignals Chp, die das Ausgangssignal der Einrichtung zum Erfassen des Stroms Ct und einer Einrichtung zur Spannungserfassung Hvs eingibt und ein Signal erzeugt, dass die erste Schalteinrichtung Tr1 ein- und ausschaltet.
  • Diese Induktivlast-Ansteuerungsvorrichtung gibt ein Ansteuerungssignal Drv ein, dass die Ansteuerung der Induktivlast spezifiziert; sie ist mit der Last Z1 und der zweiten Schalteinrichtung Tr2 parallel geschaltet, die eine Induktivlast Z1 an den Ausgang der Gleichstromwandlerschaltung anlegt und durch dieses Ansteuerungssignal Drv geschaltet wird; es ist eine Schwungradstrom-Gleichrichteinrichtung (Schwungraddiode) FD bereitgestellt, die den durch die Eigeninduktivität dieser Last ZL erzeugten Schwungradstrom leitet, wenn der Strom der Induktivlast ZL abgeschaltet und reduziert wird.
  • 20 zeigt die Konfiguration einer Einrichtung zum Erzeugen eines Zerhackersignals Chp.
  • Eine Einrichtung zum Erzeugen eines Zerhackersignals Chp weist eine interne Referenzspannung E1 auf, einen Komparator Comp, eine Einrichtung Th zum Invertieren mit einer Hysterekennlinie, die das Signal von der Einrichtung Ct zum Erfassen eines Stroms eingibt, und eine AND-Schaltung, die einer ersten Schalteinrichtung Tr1 das logische Produkt zuführt, das durch Eingeben des Ausgangssignals des Komparators Comp und des Ausgangssignals der Einrichtung Th zum Invertieren erhalten wird.
  • Anschließend erfolgte eine Beschreibung des Betriebs dieses Gleichstromwandlers und der verschiedenen Wellenformen, die in 21 und 22 gezeigt sind.
  • Es wird davon ausgegangen, dass das Ausgangssignal des Komparators Comp normalerweise „1" (betätigter Zustand) ist.
  • Bei t = 0 wird eine erste Schalteinrichtung Tr1 geschlossen, und der Spulenstrom I1 befindet sich im Vorgang des Ansteigens. Schließlich erreicht ein Spulenstrom I1 einen Schwellwert auf der Abschaltseite einer Einrichtung Th zum Invertieren mit einer Hysteresekennlinie. Dieser abschaltseitige Schwellwert wird auf den Strom eingestellt, der erhalten wird, wenn ausreichend Energie auf der Energiespeicherspule L gespeichert worden ist.
  • Wenn der Spulenstrom I1 diesen Schwellwert überschreitet, wird der Ausgang der Einrichtung Th abgeschaltet, und gleichzeitig wird auch die erste Schalteinrichtung Tr1 abgeschaltet (Leerlauf). Durch diese Möglichkeit lädt der Strom I1 der Energiespeicherungsspule L den Ausgangs-Energiespeicherungskondensator C durch die Gleichrichteinrichtung D auf. Der Strom I1 der Energiespeicherungsspule L wird durch die Entladung der Energie an den Kondensator C verringert, bis er den Schwellwert der Einrichtung Th zum Invertieren auf der Einschaltseite erreicht hat; wenn dies geschehen ist, wird die erste Schalteinrichtung Tr1 erneut geschlossen. Durch Wiederholen dieser Vorgänge steigt die Spannung Vc zwischen den beiden Anschlüssen des Ausgangs-Energiespeicherkondensators C progressiv an.
  • Die Spannung Vc an den beiden Anschlüssen des Kondensators C wird einer Spannungsunterteilung unterzogen, um gegebenenfalls eine anschließende Verarbeitung mittels einer Spannungserfassung Hvs zu ermöglichen, oder sie wird, falls dies nicht erforderlich ist, direkt zugeführt, um mit einer Referenzspannung E1 in der Einrichtung zum Erzeugen eines Zerhackersignals Chp verglichen zu werden. Wenn die Spannung Vc an beiden Anschlüssen des Kondensators C oder der Wert, der erhalten wird, indem diese einer Spannungsteilung unterzogen wird, eine Referenzspannung E1 überschreitet, wird das Ausgangssignal des Komparators Comp abgeschaltet, und eine erste Schalteinrichtung Tr1 behält ebenfalls ihren abgeschalteten (offenen) Zustand bei.
  • Wie in 22 gezeigt ist, überschreitet die Spannung Vc an beiden Anschlüssen des Kondensators C entsprechend der Referenzspannung E1 eine Leistungsquellenspannung E der Schaltung, so dass diese Spannung durch eine Rückflussverhinderungseinrichtung D gehalten wird.
  • Wenn in diesem Zustand ein Lastansteuerungssignal Drv eingegeben wird, wird eine zweite Schalteinrichtung Tr2 geschlossen, und die Spannung Vc an beiden Anschlüssen des Ausgangs-Energiespeicherungskondensators C wird an die Induktivlast ZL angelegt. Ein Laststrom Izl steigt aufgrund der Spannung Vc an, die die an diesem Kondensator C gespeicherte Leistungsquellenspannung E übersteigt. Die Ge schwindigkeit des aktuellen Anstiegs und der maximale Stromwert an diesem Punkt werden durch die Impedanz der Last ZL, die Kapazität des Kondensators C und die Spannung Vc an beiden Anschlüssen bestimmt; die Schaltungskonstanten und die Größenordnung der Referenzspannung E1 in der Einrichtung Chp zum Erzeugen eines Zerhackersignals und das Spannungsteilungsverhältnis in einer Einrichtung zur Spannungserfassung Hvs sind so eingestellt, dass der gewünschte Laststrom erhalten wird.
  • Wenn ein Kondensator C diese gespeicherte Energie an die Last ZL entlädt, nimmt die Spannung Vc an dessen Anschlüssen ab. Dieser Vorgang wird als das Verhalten der Resonanzschaltung des Kondensators C und der Induktanzkomponente ZL überwacht; schließlich verschwindet die Ladung des Kondensators C, und die Spannung Vc an dessen beiden Anschlüssen wird zu 0 V. Der Laststrom IzL wird durch den Effekt der Eigeninduktivität der Last ZL beibehalten, doch, da in diesem Vorgang die Schwungradstrom-Gleichrichteinrichtung FD stromleitend ist, fließt der Laststrom IzL frei über den durch die Last ZL und die Schwungradstrom-Gleichrichtreinrichtung FD gebildeten Pfad und wird allmählich reduziert durch die Verteilung seiner Energie in Form von Wärme aufgrund der Widerstandskomponente der Last ZL.
  • Als Folge der Verringerung der Spannung Vc an beiden Anschlüssen des Kondensators C wird hingegen der Ausgang des Komparators Comp in einer Einrichtung zum Erzeugen eines Zerhackersignals Chp aktiviert, und infolgedessen wird der Vorgang wiederholt, bei dem eine erste Schalteinrichtung TR1 erneut geschlossen wird, das Hindurchleiten des Stroms in der Energiespeicherspule L begonnen wird, der Spulendurchfluss IL erhöht wird und eine erste Schalteinrichtung Tr1 dadurch durch die Wirkungsweise einer Einrichtung Th zum Invertieren mit einer Hysteresekennlinie offengeschaltet wird, worauf eine Entladung der auf der Spule gespeicherten Energie an den Kondensator C folgt. Zu diesem Zeitpunkt wird jedoch eine zweite Schalteinrichtung Tr2 geschlossen, so dass die von der Spule entladene Energie vorübergehend in einem Kondensator C gespeichert wird, dann gemittelt und der Last ZL zugeführt wird.
  • Durch diese Reihe von Betriebsabläufen wird ein festgelegter Strom, der mit der Energie übereinstimmt, die von der Spule zugeführt wird, der Last ZL zugeführt. Wenn dieser Vorgang ab dem Zeitpunkt beobachtet wird, zu dem das freie Fließen des Laststroms IzL nach seinem anfänglichen raschen Anstieg beendet wird, entspricht er der Zone A in 22.
  • Wenn anschließend ein Lastansteuerungssignal Drv beendet wird, nachdem die gewünschte Lastansteuerungszeit verstrichen ist, wobei der zweiten Schalteinrichtung ermöglicht wird, sich zu öffnen, nimmt der Laststrom IzL auf 0 A ab, während er einem freien Fließen durch die Schwungradstrom-Gleichrichtungseinrichtung FD unterzogen wird. Auf diese Weise wird eine die Leistungsquellenspannung E übersteigende Spannung erneut in einem Ausgangsenergie-Speicherkondensator C gespeichert.
  • Auf diese Weise kann durch Verwendung dieser Schaltung, indem in der anfänglichen Zeitspanne des Betriebs eine große Energiemenge in eine Induktivlast ZL wie beispielsweise ein Elektromagnetventil eingeführt wird, ein Öffnungsvorgang des Ventils vorverstellt werden, und der Wert des Laststroms IzL kann auf den Wert reduziert werden, bei dem der offene Zustand des Elektromagnetventils beibehalten wird: auf diese Weise kann die Entstehung von Wärme von der Last ZL auf einem niedrigen Wert beibehalten werden. Zudem können durch Verwendung eines Gleichstromwandlers, wobei der Kern der Energiespeicherspule als die in dieser Schaltung verwendete Gleichstromwandlerschaltung magnetisch vorgespannt wird, Produktionsvorteile wie Verkleinerung der Vorrichtung, verbesserte Effizienz und geringere Fertigungskosten erhalten werden.
  • 23 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Induktivlast-Ansteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Diese Vorrichtung ist so konstruiert, dass sie in der Lage ist, vier Induktivlasten ZL1 bis ZL4 anzusteuern. Die Vorrichtung weist eine Gleichstromwandlerschaltung 1 mit einer Leistungsquelle Vb und einer Energiespeicherspule auf, die mit einer Leistungsquelle Vb verbunden ist und deren Kern magnetisch vorgespannt ist, um eine Spannung zu erzeugen, die höher als die Leistungsquelle V ist; eine Hochspannungs-Schalteinrichtung 3, die die Ausgabe dieser Gleichstromwandlerschaltung 1 ein- oder ausschaltet; eine ODER-Schaltung 15, die in der Lage ist, eine Hochspannungs-Schalteinrichtung 3 als Reaktion auf das eine oder das andere von einem oder mehreren Hochspannungsschalt-Ansteuerungssignalen anzusteuern, die eingegeben werden; eine oder mehrere Hochspannungs-Verteilungsschaltungseinrichtungen 8-1 bis 8-4 zur Verbindung der Ausgabe der Hochspannungs-Schalteinrichtung 3 oder von einer oder mehr Induktivlasten ZL1 bis ZL4; eine Niederspannungsleistungs-Quellenschaltung 5, die mit einer Leistungsquelle V verbunden ist und eine variable Ausgangsspannung aufweist, die geringer ist als die Leistungsquellenspannung; eine oder mehrere analoge Konstantstrom-Ausgangsschaltungen 4-1, 4-2, die mit dieser Niederspannungs-Leistungsquellenschaltung 5 verbunden sind und die ein Haltestromsignal und ein Laststromrückmeldungssignal von einer Laststrom-Erfassungseinrichtung 10-1, 10-2 eingeben, und die einen Laststrom auf einen Wert steuern, der mit dem Haltestrom übereinstimmt; Niederspannungs-Leistungsquellen-Regelschaltungen 4-1-1, 4-2-1, die die Spannungsabfälle der Ausgangseinrichtungen dieser analogen Konstantstrom-Ausgangschaltungen 4-1, 4-2 eingeben, und die, wenn die Spannungsabfälle vorgeschriebene Werte übersteigen, Signale erzeugen, um die Ausgangsspannung einer geringen Spannungsleistungsquellenschaltung 5 zu senken; zumindest eine Spannungsstoßabsorptions-Beschaltungselement-Schaltung 16-1, 16,2, die die Eigeninduktionsenergie der Induktivlasten ZL1 bis ZL4 absorbieren, die erzeugt werden, wenn die Ansteuerungsströme von der einen oder den mehreren Induktivlasten ZL1 bis ZL4 reduziert werden; und Signalverarbeitungsschaltungen 2-1 bis 2-4 zum Eingeben von zumindest einem Lastansteuerungssignal und Ausgeben eines Hochspannungs-Schaltansteuerungssignals zum Ansteuern einer Hochspannungs-Schalteinrichtung 3 für eine vorgeschriebene festgelegte Zeit ab dem Zeitpunkt, der durch dieses Lastansteuerungssignal in Bezug auf die verschiedenen Lastansteuerungssignale bezeichnet wird, einem Ansteuerungssignal einer Hochspannungsverteilungs-Schalteinrichtung 8-1 bis 8-4 zur Verbindung des Ausgangs der Hochspannungs-Schalteinrichtungen 3 mit den anzusteuernden Lasten ZL1 bis ZL4, die durch das Lastansteuerungssignal bestimmt werden, und einem vorgeschriebenen Halte stromwertsignal mit analogen Konstantstrom-Ausgangsschaltungen 4-1, 4-2 während der Zeitspanne, in der die Eingangslast-Ansteuerungssignale als anhaltende Lastansteuerung angegeben sind, und gleichzeitig zum Ausgeben von Ansteuerungssignalen einer Niederspannungsverteilungs-Schalteinrichtung 6-1 bis 6-4 zum Verbinden des Ausgangs der analogen Konstantstrom-Ausgangsschaltungen 4-1, 4-2 mit der anzusteuernden Last, die durch das Lastansteuerungssignal bestimmt wird, und zum Ausgeben eines Ansteuerung-abgeschlossen-Signals, wenn eine Beendung der Ansteuerung der Last ZL1 bis ZL4 durch das eingegebene Lastansteuerungssignal angegeben wird.
  • Der Betrieb dieser Schaltung wird nun unter Bezugnahme auf 23 beschrieben.
  • Die Ansteuerungsschaltung führt den Induktivlasten ZL1 bis ZL4 gemäß einem Ansteuerungssignal Sig, das eine Ansteuerung der Induktivlast ZL1 bis ZL4 bezeichnet, einen Strom zu; wobei ein Ansteuerungssignal Sig von einer ECU (elektronischen Steuerungseinheit), nicht gezeigt, nach Bedarf gesendet wird mit beispielsweise dem Ziel, ein hydraulisches Elektromagnetventil zum Steuern des Stellglieds einer hydraulischen Maschine oder dergleichen zu öffnen oder zu schließen, dem Ziel, das Ventil eines elektromagnetischen Einspritzdüse, die einem Verbrennungsmotor einen Kraftstoff zuführt, zu öffnen oder zu schließen, oder mit dem Ziel, ein elektromagnetisches Ventil, das einen Flüssigkeitsdruck oder einen Gasdruck steuert, zu öffnen oder zu schließen, oder mit dem Ziel, die Ansteuerungsphase einer Schrittmotorvorrichtung zu erregen/entmagnetisieren.
  • In beispielsweise dem Fall einer Vorrichtung, wo die Last beispielsweise ein Elektromagnetventil ist, müsste die für die Steuerung erforderliche Kennlinie folgendermaßen beschaffen sein: eine Hochspannung wird an die Last in der anfänglichen Zeitspanne eines Ansteuerungsbeginns der Induktivlast angelegt, um den Beginn einer Betätigung der Last vorzuverstellen, indem der Laststrom rasch erhöht wird, und in dem Schritt, in dem das Ventil gehalten wird, nachdem der Ventilöffnungsvorgang abgeschlossen worden ist, wird die Erzeugung von Wärme durch die Last durch Reduzieren des Stromwerts auf den Wert unterdrückt, der notwendig ist, um den Laststrom im Ventil-offen-Zustand zu halten, und wenn die Lastansteuerung nicht beendet ist, dass die Restenergie der Last rasch entfernt wird, so dass das Ventil rasch geschlossen wird.
  • In dem Fall, wo die Last eine Schrittmotorvorrichtung ist, beispielsweise die erforderliche Kennlinie so beschaffen wäre, dass zu Beginn der Erregung der Ansteuerungsphase eine großen Energiemenge rasch in die Spule eingeführt wird, die die Phase ausbildet, um die Bewegung des Rotors zu beschleunigen; wenn der Rotor eine festgelegte Position in Bezug auf den Pol erreicht hat, wird der Strom verringert, so dass die Erzeugung von Wärme in der Spule unterdrückt werden kann, und, wenn eine Erregung sich von dieser Phase zur nächsten 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 auf den Rotor zu unterdrücken, der der Kraft widersteht, mit der er von nächsten Phase angezogen wird.
  • Weitere Einzelheiten über die Konstruktion einer Signalverarbeitungsschaltung 2 sind in 24 gezeigt, und Wellenformen der verschiedenen Teile einer Signalverarbeitungsschaltung 2 sind in 25 gezeigt.
  • In 23 sind vier dieser Signalverarbeitungsschaltungen 2 bereitgestellt, die der Anzahl der Lasten ZL1 bis ZL4 entsprechen.
  • Eine Signalverarbeitungsschaltung 2 gibt ein Ansteuerungssignal Sig ein; ein monostabiler Multivibrator 21 wird durch dieses invertierte Ansteuerungssignal NSig betätigt. Ein monostabiler Multivibrator 21 wird durch die Anstiegsflanke eines invertierten Ansteuerungssignals Nsig betrieben, um ein Hochspannungs-Schaltsignal Vhon mit einer festgelegten Zeitspanne Tp und ein Hochspannungsverteilungsschalter-Ansteuerungssignal Ipsel auszugeben. Bei Bedarf könnte auch ein analoges Spannungssignal Ihref ausgegeben werden, das durch Spannungsteilung eines invertierten Ansteuerungssignals Nsig erhalten wird. Eine analoge Spannung Ihref bezeichnet den Halte stromwert im stationären Ansteuerungszustand der Last. Zudem wird ein Logiksignal, das einem invertierten Ansteuerungssignal Nsig an sich entspricht, als Niederspannungsverteilungsschalter-Ansteuerungssignal Ihsvl ausgegeben. Zudem wird auch ein Signal, das durch ein differenzierendes Ansteuerungssignal Sig ausgegeben wird, als Ansteuerungsbeendungssignal Irsel ausgegeben.
  • 26 bis 28 zeigen Beispiele eines Ansteuerungssignals, die in diese Schaltung eingegeben werden. Die Ansteuerungssignale werden jeweils unabhängig und nacheinander von Sig1 bis Sig4 in 26 eingegeben. Dies entspricht beispielsweise der Ansteuerungssequenz einer Einspritzventilvorrichtung, bei der ein Kraftstoff einer Vier-Zylinder-Verbrennungsmotorvorrichtung sequenziell zugeführt wird. Zudem geschieht dies auf eine Weise, dass bezüglich der Anordnung der Ansteuerungssignals Sig1 bis Sig4 in 28 das nächste Signal gleichzeitig mit der Bestimmung des jeweiligen unmittelbar vorhergehenden Signals eingegeben wird. Dies entspricht beispielsweise der Erregungssequenz der Ansteuerungsphase in einer Vierphasen-Schrittmotorvorrichtung. In 28 können ferner jeweilige Ansteuerungssignale eingegeben werden, die das jeweils unmittelbar vorhergehende Signal um eine Halbperiode überdecken. In diesem Fall weisen das Signal Sig1 und Sig3 einerseits und Sig2 und Si4 andererseits jeweils eine inverse Phase auf; Die Ausgangskanäle 1 und 3 einerseits und 2 und 4 andererseits entsprechen jeweils den Betriebssequenzen in den abwechselnd geöffneten/geschlossenen Ventilen von einem Paar von Elektromagnetventilen 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 eine Leistungsquelle Vb der Schaltung in 23 bereitgestellt wird, beginnt die Gleichstromwandlerschaltung 1 zur Hochspannungserzeugung mit dem Laden der Hochspannung, die die Leistungsquellenspannung überschreitet, wobei die Speicherung und Entladung von Energie in Bezug auf diesen Energiespeicherkondensator wiederholt wird, bis dieser die vorgeschriebene Spannung erreicht.
  • Wenn daraufhin das Eingangssignal Sig1 eingegeben wird, wird ein Hochspannungs-Schaltansteuerungssignal Vhon 1, das vorstehend beschrieben wurde, von der Signalverarbeitungsschaltung 2-1 ausgegeben, und eine Hochspannungs-Schalteinrichtung 3 wird dadurch geschlossen. Zeitgleich dazu wird das Hochspannungsverteilungssignal-Ansteuerungssignal Ipsel1, das vorstehend beschrieben wurde, ausgegeben, und eine Hochspannungseinrichtung zur Verteilung 8-1 wird ebenfalls selektiv geschlossen. Die Hochspannung, die durch eine Gleichstromwandlerschaltung 1 erhalten wird, wird dadurch an eine Induktivlast ZL1 angelegt, die den Laststrom der Induktivlast ZL1 rasch erhöht. An diesem Punkt wird ein Haltestromwertsignal Ihref1 gleichzeitig in die analoge Konstantstromschaltung 4-2 von der Signalverarbeitungsschaltung 2-1 eingegeben, und zudem wird ein Niederspannungsverteilungs-Schaltansteuerungssignal Ihsel1 ausgegeben. Eine Hochspannung wird jedoch von der Hochspannungs-Leistungsquelle nicht an den ansteuerungsseitigen Anschluss der Last ZL1 angelegt, so dass der Haltestrom nicht zur Lastseite fließen kann; zudem fließt ein großer Laststrom, der aus dem Anlegen von einer Hochspannung resultiert, durch eine Einrichtung zum Erfassen eines Stroms 10-1, so dass der Ausgang einer Zusatzschaltung, die in der Eingabeeinheit einer analogen Konstantstromschaltung 4-1 angeordnet ist, in der Richtung wirkt, um die Ausgangssignale der analogen Konstantstromschaltung 4-2 abzuschneiden, so dass diese Ausgabe nicht erzeugt wird.
  • Wenn eine Zeitspanne Tp verstrichen ist, verschwinden das Hochspannungs-Schaltansteuerungssignal und das Hochspannungsverteilungs-Schaltansteuerungssignal. Die Gleichstromwandlerschaltung 1 wird dadurch von der Last isoliert. An diesem Punkt liegt der große Laststrom, auf den vorstehend Bezug genommen wurde, immer noch in der Last vor, so dass aufgrund der Eigeninduktivität-Kennlinie der Last der Laststrom versucht, diesen Wert beizubehalten. Das Ausgangssignal der analogen Konstantstromschaltung 4-1 wird abgeschnitten, so dass der Strom, der aus der Induktivität der Last resultiert, durch die Beschaltungselementschaltung 16-1 durch die ausgewählte Niederspannungsverteilungs-Schalteinrichtung 6-1 absorbiert wird. Der Laststrom der Induktivlast ZL1 wird durch die Entladung von Energie auf eine Beschaltungsschal tung 16-1 verringert, und die Ausgabe der Einrichtung zum Erfassen eines Stroms 10-1 wird dadurch auch verringert. Wenn der Laststrom der Induktivlast ZL1 auf einen Wert abfällt, der mit dem Haltestromwert-Signal Ihref übereinstimmt, beginnt die analoge Konstantstromschaltung 4-1 mit der Zufuhr von Strom.
  • Die Konstruktion einer analogen Konstantstromschaltung 4 ist in 29 ausführlicher dargestellt.
  • Eine analoge Konstantstromschaltung 4 weist einen Addierer 41 auf, der das Haltestromwert-Signal und die Ausgabe einer Einrichtung zum Erfassen eines Stroms 10, der den Laststrom erfasst, addiert; einen Invertierverstärker 42, der das Ergebnis dieser Addition verstärkt; einen Ausgangstransistor 45, der einen Strom an die Last von der Niederspannungs-Leistungsquelle 5 unter der Steuerung des Ausgangssignals der Invertierverstärker 42 ausgibt; eine Einrichtung 44 zur Spannungserfassung, die erfasst, wann der Spannungsabfall, der an den beiden Anschlüssen dieses Transistors 45 erzeugt wird, einen vorgeschriebenen Wert übersteigt (in diesem Fall handelt es sich bei dem vorgeschriebenen Wert um die Spannung zwischen der Basis und dem Emitter eines Bipolartransistors); und einen Ausgabe-Sperrschalter 43, der das Ausgangssignal dieser Einrichtung zur Spannungserfassung 44 nur nach außerhalb abgibt, wenn der Ausgangstransistor 45 angesteuert wird.
  • Wenn nun der Ausgangsstrom, der mit dem Haltestromwertsignal Ihref von der analogen Ausgangsschaltung übereinstimmt, der Last zugeführt wird, überwacht eine Einrichtung 44 zur Spannungserfassung beständig den Spannungsabfall an beiden Anschlüssen eines Auggangstransistors 45; wenn beispielsweise die Temperatur der Last gering ist; wodurch bewirkt wird, dass der Gleichstromwiderstand gering ist, wird die an beiden Anschlüssen anliegende Spannung der Last geringer als die Ausgangsspannung der Niederspannungs-Leistungsquelle 5 mit dem Ergebnis, dass der Spannungsabfall des Ausgabetransistors 45 groß wird; wenn daraufhin die Einrichtung 44 zur Spannungserfassung dies erfasst, gibt sie ein Spannungsanpassungssignal Vladj an eine Niederspannungs-Leistungsquelle 5 aus, das bewirkt, dass sie ihre Ausgangsspannung verringert.
  • Wenn die Niederspannungs-Leistungsquelle 5 dieses Spannungsanpassungssignal Vlradj empfängt, senkt sie allmählich deren Ausgangsspannung. Wenn kein Spannungsanpassungssignal Vladj vorliegt, weist die Leistungsquelle 5 die Funktion einer allmählichen Vergrößerung von deren Ausgang auf. Folglich führt die analoge Konstantstromschaltung 4 der Last einen Konstantstrom zu und aufgrund der Wirkung der Einrichtung 44 zur Spannungserfassung wird eine Steuerung derart vorgenommen, dass der Verlust der Schaltung minimiert wird.
  • Wenn ein Ansteuerungssignal Sig beendet wird, wird deren Haltestromwertsignal Ihref zu 0, und die Ausgabe einer analogen Konstantstromschaltung 4 wird dadurch abgeschaltet. Gleichzeitig wird das Ansteuerungsbeendungssignal Irsel1 durch die Signalverarbeitungsschaltung 2-1 ausgegeben wird. Da die Ausgabe der analogen Konstantstromschaltung 4-1 dann abgeschaltet wird, wird die Stoßspannung, die durch die Induktivitätskomponente der Last erzeugt wird, durch die Beschaltungselementschaltung 16-1 absorbiert.
  • Der Betrieb dieser Schaltung in Bezug auf das Ansteuerungssignal Sig1 wurde im Vorstehenden beschrieben. In 26 werden jedoch die jeweiligen Ansteuerungssignale Sig1 bis Sig4 unabhängig von anderen Ansteuerungssignalen Sig1 bis Sig4 eingegeben, und die jeweiligen Schaltungen arbeiten in Bezug auf die jeweiligen Ansteuerungssignale Sig1 bis Sig4 identisch.
  • Anschließend erfolgt eine Beschreibung des Falls, wo die jeweiligen Ansteuerungssignale wie in 27 durchgehend eingegeben werden.
  • Wie in 23 gezeigt ist, sind der Gleichstromwandlerschaltung 1. und einer Hochspannungs-Schalteinrichtung 3 vier Lasten ZL1 bis ZL4 gemein. Die Schließung der Hochspannungs-Schalteinrichtung 3 und einer Hochspannungsverteilungs-Schalteinrichtung 8-1 bis 8-4 werden jedoch auf die Zeitspanne tp von 25 eingeschränkt, nachdem die jeweiligen Ansteuerungssignale Sig1 bis Sig4 eingegeben worden sind, und den analogen Konstantstromschaltungen 4-1, 4-2 und Spannungssicherungsschaltungen 16-1, 16-2 sind jeweils den Lasten ZL1, ZL3 und den Lasten ZL2, /L4 gemein. Folglich wird der gleiche Betrieb erreicht wie in dem Fall, wo die Ansteuerungssignale Sig1 bis Sig4 unabhängig sind, wobei zwischen den Ansteuerungssignalen Sig1 und Sig2 keine Schaltungsinterferenz vorliegt.
  • Selbst wenn auch einander überlappende Eingaben wie in 28 vorliegen, führt die Schaltung nur einen wie vorstehend beschriebenen Betrieb aus, wenn die Gleichstromwandlerschaltung 1 eine Speicherung der vorgeschriebenen Hochspannung auf deren Ausgangskondensator durch den jeweiligen Ansteuerungsstartpunkt, an dem eine Hochspannung zum benachbarten Ansteuerungssteuerzeitpunkt benötigt wird, abgeschlossen hat.
  • In der in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform beschriebenen Induktivlast-Ansteuerungsvorrichtung fließt abgesehen von dem Haltestrom der Last in der anfänglichen Ansteuerungszeitspanne ein durch Anlegen einer Hochspannung erzeugter großer Strom in der Stromerfassungseinrichtung 10-1, 10-2 in der anfänglichen Ansteuerungszeitspanne. Wenn beispielsweise diese Laststromerfassungseinrichtung 10-1, 10-2 Gleichstromwiderstandseinrichtungen wie z. B. Nebenschlusswiderstände sind, erzeugt dieser große Strom augenblicklich eine große Wärmemenge, die nicht nur die Erzeugung der Wärme der Schaltung insgesamt erhöht, sondern auch eine effiziente Nutzung der Energie vom Gleichstromwandler 1, die an die Last angelegt werden soll, behindert. Mit dem Ziel, diesen Effekt zu mindern, sind Umgehungseinrichtungen 11-1, 11-2 parallel mit einer Einrichtung zum Erfassen eines Stroms 10-1, 10-2 bereitgestellt, die nicht leitend sind, wenn die Spannung an den Anschlüssen dieser Erfassungseinrichtung eine vorgeschriebene Spannung unterschreitet, die jedoch eine Konstantspannungskennlinie aufweisen, so dass sie Strom führen, wobei die Spannung zwischen diesen beiden Anschlüssen beibehalten wird, wenn eine vorgeschriebene Spannung überschritten wird.
  • Auf diese Weise leiten in der Durchflusszeitspanne des Haltestroms, in der der Wert der Ausgangsspannung der Einrichtung 10-1, 10-2 zum Erfassen eines Stroms gültig ist, die Umgehungseinrichtungen 11-1, 11-2 keinen Strom, doch zu Beginn der Ansteuerung der Induktivlasten ZL1 bis ZL4, während aufgrund des Anlegens einer hohen Spannung an die Last ein großer Strom durchfließt, leiten die Umgehungseinrichtungen 11-1, 11-2 einen Strom, so dass die Spannung an den beiden Anschlüssen einer Einrichtung zum Erfassen eines Stroms 10-1, 10-2 bei einer vorgeschriebenen Spannung angelegt wird, die die durch den Haltestrom erzeugte Ausgangsspannung überschreitet.
  • Folglich kann während der Beibehaltung der Funktion des Abschaltens der Ausgabe der analogen Konstantstromschaltung 4 eine Überschusserzeugung von Wärmeenergie mittels der Einrichtung zum Erfassen von Strom verhindert werden, wodurch ermöglicht wird, dass Energie vom Gleichstromwandler 1 effektiver an die Last angelegt werden kann.
  • Ferner wurde in einer Induktivlast-Ansteuerungsvorrichtung, die in den Ausführungsformen beschrieben wurde, herkömmlicherweise die Stoßspannung erfasst, die durch Eigeninduktivität der Last zustande kommt und die erzeugt wird, wenn eine Lastansteuerung abgeschlossen wird, und eine Lastbetriebs-Überwachungsvorrichtung wurde verwendet, um einen normalen Betrieb eines Lastbetriebs zu überwachen. Die Überwachungsschaltung 14, die in 23 gezeigt ist, ist eine Verbesserung einer solchen Lastbetriebsüberwachungsvorrichtung. Einzelheiten dieser Überwachungsschaltung 14 sind in 30 gezeigt.
  • Das Betriebsprinzip dieser Schaltung ist, dass nach Verstreichen einer Zeit tp, die in 25 gezeigt ist, nach der Zufuhr des großen Laststroms durch Anlegen einer großen Spannung vom Gleichspannungswandler 1 bei der Ansteuerung der Last eine große negative Stoßspannung durch Abschalten diese großen Stroms erzeugt wird. Eine Überwachungsschaltung 14 gibt die Klemmspannung der Last durch Zener-Elemente 142-1 bis 142-4 für eine selektive Erfassung einer negativen Spannung ein. Wenn eine Erzeugung der Stoßspannung somit erfasst wird, betätigt die Überwachungsschaltung eine monostabile Schaltung 141, um ein Überwachungsausgangssignal ACK auszugeben.
  • Da dieses Überwachungsausgangssignal ACK zu einer Zeit tp ausgegeben wird, nachdem die Ansteuerungssignale eingegeben werden, weist dies den Vorteil auf, dass der Ansteuerungszustand der Last zu einem früheren Zeitpunkt als in dem Fall der herkömmlichen Anordnung erfasst werden kann, in dem dieses Signal zu einem Zeitpunkt ausgegeben wird, wenn die Lastansteuerung beendet wird.
  • Mit dem Ziel der Verhinderung des Negativspannungsstoßes, der durch Beendung der Ansteuerung der Last erzeugt wird, der mit dem Stromstoß verwechselt wird, der durch Abschalten eines großen Stroms erzeugt wird, wird eine Überwachungsschaltung 14 in der Ansteuerungsschaltung, die in 23 gezeigt ist, in Kombination mit einer Schalteinrichtung (Maskenschalter) 114-1 bis 144-4 bereitgestellt, die das Ansteuerungsbeendungssignal eingeben und die Ausgaben der Zener-Elemente 142-1 bis 142-4 für eine festgelegte Zeitspanne nach dieser Eingabe des Vorrichtungsbeendungssignals isolieren.
  • Mit einer solchen Konstruktion ist die Überwachungsschaltung 14 in der Lage, den Ansteuerungszustand der Last zu einem frühen Zeitpunkt nach der Eingabe des Ansteuerungssignals der Last zu überwachen, und kann eine Verwechselung mit dem Zeitpunkt der Beendung der Lastansteuerung verhindern. Somit kann sie ein Überwachungssignal selbst in dem Fall exakt ausgeben, wenn die Ansteuerungszeitpunkte der jeweiligen Lasten einander überlappen, wie in 27 und 28 gezeigt ist.
  • In der in 23 gezeigten Konfiguration wird ein Halbleiterschalter typischerweise als Schalteinrichtung 3 verwendet, um die durch den Gleichstromwandler 1 erzeugte Hochspannung in Bezug auf die Last ein- und auszuschalten. Wenn jedoch ein Halbleiterschalter beim sogenannten Schalten auf der Hochspannungsseite verwendet wird, wie in 23 gezeigt ist, stößt man bei der Auswahl eines für industrielle An wendungen geeigneten Halbleiterschalters auf Schwierigkeiten. Im Fall eines Sperrschichttransistorschalters ist für die Konstruktion eines hochspannungsseitigen Schalters der pnp-Schalter geeignet, wobei ein Schalter mit der notwendigen Stromkennlinie und Effizienz zu großen Abmessungen neigt und teuer ist. Obwohl es auch viele pnp-Schalter gibt, die was die Stromkennlinie und Effizienz angeht, aufgrund der Notwendigkeit, eine höhere Spannung als die Hochspannung bereitzustellen, die durch den Gleichstromwandler 1 erzeugt wird, um die Basis eines solchen pnp-Schalters anzusteuern, geeignet sind, weisen sie doch leider den Nachteil auf, die die Leistungsquelle zum Ansteuern dieser Basis einen bestimmten Stromkapazitätswert aufweisen muss.
  • In Anbetracht dessen wird eine Hochspannungsschalter-Schaltung befürwortet, die ein Spannungsansteuerungselement wie in der japanischen Patentschrift H. 6-098659 verwendet, doch wenn solche Schaltungen in Bezug auf eine große Anzahl von Lasten verwendet werden, wird die Konstruktion zu kompliziert. Es stehen jedoch auch Schaltungen zur Verfügung, die die Eigenschaft besitzen, dass durch Eingeben eines Auslösesignals, wenn die Schaltung geschlossen ist, wie in einem SCR-Element, das Element an sich geschlossen bleibt, wenn der anschließende Laststrom fortgesetzt wird. Obwohl die Schließschaltung vereinfacht ist und Verluste während einer Schließung angemessen gering sind, ist es bei solchen Elementen jedoch erforderlich, eine große Menge an Zusatzschaltungen bereitzustellen, um das Element in den offenen Zustand zu überführen (zu beseitigen).
  • In der vorliegenden Erfindung wird durch Verwendung eines Schaltelements als eine Hochspannungs-Schalteinrichtung 3, das ein Hochspannungs-Ansteuerungstransistorelement oder dergleichen verwendet, das in der Lage ist, ein Abschalten zu erreichen, und durch Verwendung, als die Einrichtung zum Verteilen der Ausgabe derselben auf eine Mehrzahl von Lasten (Hochspannungseinrichtung zur Verteilung 8), eines auslösergesteuerten Elements wie eines SCR-Elements durch Kombinieren dieser beiden, eine Schaltung zur Beseitigung eines SCR-Elements überflüssig gemacht; ferner wird es möglich, solche Schalterelemente, die in der Lage sind, ein Abschalten einer Mehrzahl von Lasten zu erreichen, gemeinsam zu nutzen, wodurch der Schaltungsaufbau deutlich vereinfacht wird und Kosten reduziert werden können.
  • In 23 wird zudem bezüglich der Verteilungsschaltungseinrichtung 6 zum verteilenden Verbinden der Ausgabe einer analogen Konstantstromschaltung 4 mit den jeweiligen Lasten, wenn die Ausgabe des Gleichstromwandlers 1 auf die Lasten angelegt wird, diese Hochspannungsausgabe des Gleichstromwandlers an die Verteilungsschaltungseinrichtung 6 in die entgegengesetzte Richtung angelegt. Da eine analoge Konstantstromschaltung 4, die mit der Eingabe einer Verteilungsschalteinrichtung 6 verbunden ist, nicht so ausgelegt ist, dass an sie in der entgegengesetzten Richtung eine hohe Spannung angelegt wird, wie in dem Fall der Ausgabe eines gewöhnlichen Gleichstromwandlers 1, war es notwendig, eine Sperrstromverhinderungseinrichtung, wie eine Diode, in Reihe mit der Verteilungsschaltungseinrichtung 6 zu schalten. In der vorliegenden Erfindung kann durch Übernehmen eines Elements als Verteilungsschaltungseinrichtung 6, das eine Sperrstromblockiereigenschaft aufweist, wie ein SCR-Element, die Schaltung vereinfacht und der Verlust reduziert werden.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Wie vorstehend beschrieben, handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung, wenn eine Konstruktion übernommen wird, bei der die Spule, die zum Aufladen des Kondensators in einem Gleichstromwandler verwendet wird, der die Ladeschaltung einer Induktivlast-Ansteuerungsvorrichtung bildet, um eine Spule, die mit einer größeren Energiedichte pro Flächeneinheit des Kerns durch Anlegen einer Vorspannung an den Kern der Spule durch Verwenden eines Dauermagneten oder Elektromagneten magnetisiert wird, wenn die gleiche Energie erhalten wird, und diese Spule kann auch kleiner und leichter ausgeführt werden. Oder, wenn eine Spule mit den gleichen Abmessungen verwendet werden soll, kann mehr Energie in einem einzelnen Schaltzyklus erhalten werden. Folglich kann die Laderschaltung kleiner, leichter und effizienter ausgeführt werden, und folglich kann die Induktivlast-Ansteuerungsvorrichtung kleiner, leichter und effizienter ausgeführt werden.
  • Zudem kann in der Betriebserhaltungsperiode der Induktivlast, da im Gegensatz zum PWM-System unter Verwendung einer herkömmlichen Schaltung, der Laststrom analog gesteuert wird, eine Ausstrahlung von Geräuschen enorm reduziert werden. Ferner kann diese Steuerung mit einer Verwendung einer Niederspannungs-Leistungsquelle kombiniert werden, so dass, selbst wenn eine analoge Steuerung verwendet wird, die Entwicklung von Wärme durch die Vorrichtung auf einem sehr geringen Wert gehalten werden kann.
  • Indem der Schaltungsaufbau bezogen auf den Gleichstromwandler, eine analoge Konstantstromschaltung und eine Hochspannungsschaltschaltung, die einer Mehrzahl von Lastschaltungen soweit jeweils möglich gemein sind, ausgeführt wird, kann eine Induktivlast-Ansteuerungsvorrichtung ferner bereitgestellt werden, die auf viele Arten von Anwendungen angewendet werden kann, ohne den Umfang der Schaltungsausrüstung zu vergrößern.

Claims (5)

  1. Induktivlast-Ansteuerungsvorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: einen Überwachungsschaltkreis, in den eine ansteuerungsseitige Klemmspannung einer Induktivlast (ZL) eingegeben wird und der, wenn ein Ansteuerungsstrom der Induktivlast (ZL) abgestellt oder rasch verringert wird, ein Betriebsbestätigungssignal durch Erfassen einer Stoßspannung ausgibt, die durch Eigeninduktion der Induktivlast (ZL) erzeugt wird, wobei der Überwachungsschaltkreis die Stoßspannung erfasst und das Betriebsbestätigungssignal ausgibt, das erzeugt wird, wenn ein großer Strom, der in der Induktivlast aufgrund einer in einer anfänglichen Zeitspanne der Ansteuerung der Last (ZL) angelegten, hohen Spannung fließt, rasch verringert wird, dadurch gekennzeichnet, dass, um zu verhindern, dass die Stoßspannung mit einer Stoßspannung verwechselt wird, die erzeugt wird, wenn die Lastansteuerung beendet ist, das Betriebsbestätigungssignal durch Verwendung eines Steuerungssignals maskiert wird, das die Beendung der Ansteuerung der Induktivlast anzeigt.
  2. Induktivlast-Ansteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch deren Kombination mit einem Gleichspannungswandler-Schaltkreis, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Leistungsquelle (E); eine erste Spule (L1), die mit der Leistungsquelle (E) verbunden ist und einen Magnetkern (Mg) aufweist; eine Schalteinrichtung (SW), die einen geschlossenen Schaltkreis, der die Leistungsquelle (E) und die erste Spule (L1) beinhaltet, öffnet und schließt; eine erste Gleichrichtungseinrichtung (D1), die mit zumindest einem Ende der Schalteinrichtung (SW) verbunden ist, um einen Rückwärtsstrom zu verhindern; einen ersten Kondensator (C1), der parallel mit der Schalteinrichtung (SW) durch die erste Gleichrichtungseinrichtung (D1) geschaltet ist; eine zweite Spule, die mit dem ersten Kondensator (C1) verbunden ist; eine zweite Gleichrichtungseinrichtung (D2), die einen Rückwärtsstrom des Stroms, der durch die zweite Spule fließt, verhindert; und einen zweiten Kondensator (C2), der parallel mit dem ersten Kondensator (C1) durch die zweite Gleichrichtungseinrichtung (D2) und die zweite Spule geschaltet ist; wobei eine Schließung der Schalteinrichtung (SW) die Spannung der Leistungsquelle an die erste Spule (L1) anlegt, so dass Energie auf dem Magnetkern (Mg) der ersten Spule (L1) gespeichert wird und, durch Öffnen der Schalteinrichtung (SW) zu einem willkürlich bestimmten Steuerzeitpunkt, die auf der ersten Spule (L1) gespeicherte Energie auf dem ersten Kondensator (C1) durch die erste Gleichrichtungseinrichtung (D1) gespeichert wird, und die Energie, die von der ersten Spule (L1) abgegeben wird, einschließlich der Ladung auf dem ersten Kondensator (C1) auf dem zweiten Kondensator (C2) durch die zweite Spule und die zweite Gleichrichtungseinrichtung (D2) gespeichert und abgegeben wird; wobei der Magnetkern (Mg) der ersten Spule (L1) in einer Richtung entgegengesetzt zu einem Magnetfeld magnetisch vorgespannt wird, das durch einen elektrischen Strom induziert wird, der von der Leistungsquelle (E) zugeführt wird, wodurch die elektrische Energie, die auf der ersten Spule (L1) gespeichert wird, erhöht wird.
  3. Induktivlast-Ansteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch deren Kombination mit einem Gleichspannungswandler-Schaltkreis, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Leistungsquelle (E); eine erste Spule (L1) mit einem Magnetkern (Mg) und die mit der Leistungsquelle (E) verbunden ist; eine Schalteinrichtung, die den geschlossenen Schaltkreis öffnet und schließt, der die Leistungsquelle (E) und die erste Spule (L1) enthält; zumindest eine zweite Spule (L2; L2-1, L2-2), deren Magnetkern (Mg) dem der ersten Spule (L1) gemein ist; eine erste Gleichrichtungseinrichtung (D1; D1, D3), die mit einem Ende der zumindest einen zweiten Spule (L2; L2-1, L2-2) verbunden ist, zum Verhindern eines Rückwärtsstroms; erste Kondensatoren (C1, C3), die jeweils parallel zu den zweiten Spulen (L2-1, L2-2) durch die erste Gleichrichtungseinrichtung (D, D3) geschaltet sind; eine dritte Spule (L3), die mit zumindest einem (C1) der ersten Kondensatoren verbunden ist; zweite Gleichrichtungseinrichtungen (D2), die einen Rückwärtsstrom von einem Strom verhindern, der durch die dritte Spule (L3) fließt; und einen zweiten Kondensator (C2), der mit einem (C1) der ersten Kondensatoren durch die zweite Gleichrichtungseinrichtung (D2) und die dritte Spule (L3) parallel geschaltet ist; wobei, durch Schließen der Schalteinrichtung (SW), eine Spannung der Leistungsquelle an die erste Spule (L1) angelegt wird, wodurch eine Energie auf dem Magnetkern (Mg) der ersten Spule (L1) gespeichert wird; eine Energie, die auf dem Magnetkern (Mg) durch Öffnen der Schalteinrichtung (SW) zu einem Steuerzeitpunkt gespeichert wird, der willkürlich bestimmt werden kann, auf den jeweils ersten Kondensatoren (C1) mittels eines Stroms gespeichert wird, der in der zumindest einen zweiten Spule (L2-1) durch die erste Gleichrichtungseinrichtung (D1) induziert wird; und wobei eine Energie, die von der zumindest einen zweiten Spule (L2-1) abgegeben wird, einschließlich einer Ladung von dem einen der ersten Kondensatoren (C1), auf dem zweiten Kondensator (C2) durch die dritte Spule (L3) und die zweite Gleichrichtungseinrichtung (D2) gespeichert wird, wobei der Magnetkern (Mg) in einer Richtung entgegengesetzt zu einem Magnetfeld magnetisch vorgespannt wird, das durch einen Strom induziert wird, der von der Leistungsquelle (E) zugeführt wird, wodurch die Magnetenergie, die auf der ersten Spule (L1) gespeichert wird, erhöht wird.
  4. Induktivlast-Ansteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch deren Kombination mit einem Gleichspannungswandler-Schaltkreis, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Leistungsquelle (E); eine erste Spule (L2-1), die mit der Leistungsquelle (E) verbunden ist und einen Magnetkern (Mg), eine Schalteinrichtung (SW), die einen geschlossenen Schaltkreis einschließlich der Leistungsquelle (E) öffnet und schließt, und eine vollständige Wicklung oder Teilwicklung der ersten Spule (L2-1) aufweist, erste Gleichrichtungseinrichtungen (D2), die mit einem Ende der gesamten Wicklung oder Teilwicklung der ersten Spule verbunden sind, zum Verhindern eines Rückwärtsstroms, wobei ein erster Kondensator (C2) parallel mit der gesamten Wicklung oder Teilwicklung der ersten Spule durch die erste Gleichrichtungseinrichtung (D2) geschaltet ist; eine zweite Spule, die mit zumindest entweder dem ersten Kondensator (C2) verbunden ist, wobei eine zweite Gleichrichtungseinrichtung (D3) einen Rückwärtsstrom des Stroms verhindert, der durch die zweite Spule fließt; und zweite Kondensatoren (C3), die mit dem ersten Kondensator (C2) durch die zweite Gleichrichtungseinrichtung (D3) und die zweite Spule parallel geschaltet sind; wobei ein Schließen der Schalteinrichtung (SW) eine Spannung der Leistungsquelle an die gesamte Wicklung oder Teilwicklung der ersten Spule anlegt, wodurch bewirkt wird, dass eine Energie auf dem Magnetkern (Mg) der ersten Spule gespeichert wird, und wobei die durch Öffnen der Schalteinrichtung (SW) zu einem willkürlich bestimmen Steuerzeitpunkt auf dem Magnetkern (Mg) gespeicherte Energie auf dem ersten Kondensator (C2) als elektrische Energie gespeichert wird, die in der gesamten Wicklung oder zumindest einer Position der Teilwicklung der ersten Spule (L2-1) durch die erste Gleichrichtungseinrichtung (D2) induziert wird, und die Energie, die von der ersten Spule (L2-1), einschließlich einer Ladung des ersten Kondensators (C2), durch die zweite Spule und die zweite Gleichrichtungseinrichtung (D3) ausgegeben wird, auf den zweiten Kondensatoren (C3) gespeichert und abgegeben wird; wobei der Magnetkern (Mg) der ersten Spule (L2-1) in einer Richtung entgegensetzt zu einem Magnetfeld magnetisch vorgespannt wird, das durch einen Strom induziert wird, der von der Leistungsquelle (E) zugeführt wird, wodurch die magnetische Energie, die auf der ersten Spule (L2-1) gespeichert wird, erhöht wird.
  5. Induktivlast-Ansteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch deren Kombination mit einem Gleichspannungswandler-Schaltkreis, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Leistungsquelle (Vb), wobei der Gleichspannungswandler mit der Leistungsquelle (Vb) verbunden ist und eine Spannung erzeugt, die höher ist als eine Spannung der Leistungsquelle; wobei eine Hochspannungs-Schalteinrichtung, die die Abgabe des Gleichspannungswandler-Schaltkreises (1) ein- und ausschaltet; einen logischen Summierungs-Schaltkreis (15) der in der Lage ist, die Hochspannungs-Schalteinrichtung (3) als Reaktion auf ein beliebiges von zumindest einem Hochspannungs-Schaltsteuerungssignal anzusteuern, das in ihn eingegeben wurde; zumindest eine Hochspannungsverteilungs-Schalteinrichtung (8-1 bis 8-4) zum Verbinden eines Ausgangs der Hochspannungs-Schalteinrichtung (3) mit zumindest einer Induktivlast (Zl1 bis ZL4), eine Niederspannungs-Leistungsquelle (5), die mit der Leistungsquelle (Vb) verbunden ist und die eine variable Ausgangsspannung bei oder unterhalb der Spannung der Leistungsquelle abgibt; eine Laststrom-Erfassungseinrichtung (10-1, 10-2), die einen Laststrom erfasst, der in der zumindest einen Induktivlast (ZL1 bis ZL4) fließt; zumindest einen analogen Konstantstrom-Ausgangsschaltkreis (4-1, 4-2), der mit der Niederspannungs-Leistungsquelle (5) verbunden ist, in den ein vorgeschriebenes Haltestromwert-Signal und ein Laststrom-Rückkopplungssignal von der Laststrom-Erfassungseinrichtung (10-1, 10-2) eingegeben werden und der den Laststrom auf einen Wert steuert, der mit dem vorgeschriebenen Haltestromwert-Signal übereinstimmt; ein Niederspannungs-Leistungsquellen-Anpassungsschaltkreis (4-1-1, 4-2-1), in den eine Spannungsabfallsbetrag der Ausgabeeinrichtung des analogen Konstantstrom-Ausgangsschaltkreises (4-1, 4-2) eingegeben wird und der ein Signal erzeugt, um die Ausgangsspannung des Niederspannungs-Leistungsquellenschaltkreises (5) zu senken, wenn der Spannungsabfallbetrag einen vorgeschriebenen Wert überschreitet; zumindest eine Niederspannungs-Verteilungsschalteinrichtung (6-1 bis 6-4) zum Verbinden des Ausgangs des analogen Konstantstrom-Ausgangsschaltkreises (4-1, 4-2) mit der zumindest einen Induktivlast (ZL1 bis ZL4); zumindest eine Stoßabsorptionseinrichtung (16-1, 16-2), die eine Eigeninduktionsenergie der zumindest einen Induktivlast absorbiert, die erzeugt wird, wenn ein Ansteuerungsstrom der zumindest einen Induktivlast (ZL1 bis ZL4) reduziert wird; und einen Signalverarbeitungsschaltkreis (2-1, 2-2, 2-3, 2-4), in den zumindest ein Lastansteuerungssignal eingegeben wird, und, in Bezug auf die jeweiligen Lastansteuerungssignale, während einer vorgeschriebenen, festgelegten Zeitdauer ab einem Zeitpunkt, der den Beginn der fraglichen Lastansteuerung bezeichnet, das zumindest eine Hochspannungs-Schaltansteuerungssignal zum Ansteuern der Hochspannungs-Schalteinrichtung (3) und ein Ansteuerungssignal der Hochspannungs-Verteilungsschalteinrichtung (8-1 bis 8-4) ausgibt zum Verbinden des Ausgangs der Hochspannungs-Schalteinrichtung mit der zumindest einen Induktivlast, die angesteuert werden soll, die durch das zumindest eine Lastansteuerungssignal bestimmt wird, und, während einer Zeitspanne, für die das zumindest eine Lastansteuerungssignal, das eingegeben wird, ein Fortdauern einer Lastansteuerung bezeichnet, das vorgeschriebene Haltestromwert-Signal an den analogen Konstantstrom-Ausgangsschaltkreis (4-1, 4-2) ausgibt und gleichzeitig ein Ansteuerungssignal der zumindest einen Niederspannungs-Verteilungsschalteinrichtung (6-1 bis 6-4) zum Verbinden des Ausgangs des analogen Konstantstrom-Ausgangsschaltkreises (4-1, 4-2) mit der zumindest einen Induktivlast, die angesteuert werden soll, die gemäß dem zumindest einen Lastansteuerungssignal bestimmt wird, ausgibt.
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