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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeugsteuereinheit,
die einen Sturzstrom zu einem Kondensator reduziert, d. h. einen
Sturzstrom, der durch den Relaiskontakt fliest durch Laden eines Glättungskondensators
zum Reduzieren von Welligkeitskomponenten in einem Betriebsstrom,
und danach den Betriebsstrom zu einer Last von einer DC-Leistungseinheit
durch Schließen
des Relaiskontaktes zuführt,
wenn der Betriebsstrom zu der Last über den Relaiskontakt von der
DC-Leistungseinheit zugeführt
wird.
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Eine
Fahrzeugsteuereinheit gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 ist aus
JP 7101345 bekannt.
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Hintergrundtechnik
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Eine
elektrische Servolenkungs-Steuereinheit wird unten als eine konventionelle
Fahrzeugsteuereinheit beschrieben. 4 ist ein
Schaltkreisdiagramm, das eine konventionelle elektrische Servolenkungs-Steuereinheit
zeigt, die beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung Nr.
5-64268 offenbart ist, in der die Steuereinheit lokal durch ein
Blockdiagramm dargestellt ist. In 4 bezeichnet
das Symbol 40 einen Motor zum Ausgeben eines Hilfsdrehmoments
an das Lenkrad (nicht dargestellt) eines Fahrzeugs, und das Symbol 41 bezeichnet
eine Batterie zum Zuführen
eines Motorstroms IM zum Antreiben des Motors 41.
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Das
Symbol 42 bezeichnet eine große Kapazität (1000 bis 3600 μF) zum Absorbieren
der Welligkeitskomponente des Motorstroms IM, 43 bezeichnet einen
Abzweig-Widerstand zum Detektieren des Motorstroms IM, und 44 bezeichnet
einen Brückenschaltkreis
umfassend eine Vielzahl von Halbleiter-Schaltvorrichtungen (z. B.
FETs) Q1 bis Q4 zum Schalten des Motorstroms IM in Übereinstimmung mit
der Größe und Richtung
des Hilfsdrehmoments. Das Symbol 46 bezeichnet ein normalerweise
geöffnetes
Relais zum Zuführen
und Abschneiden des Motorstroms IM gemäß dem Bedarf.
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Das
Symbol 47 bezeichnet einen Antriebsstrom zum Antreiben
des Motors 40 über
den Brückenschaltkreis 44 und
zum Antreiben des Relais 46, und 48 bezeichnet
eine Motorstrom-Detektierungseinrichtung zum Detektieren des Motorstroms
IM über
ein Ende des Abzweigwiderstandes 43. Der Antriebsschaltkreis 47 und
die Motorstrom-Detektierungseinrichtung 48 bilden das periphere
Schaltkreiselement eines später
zu beschreibenden Mikrocomputers.
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Das
Symbol 50 bezeichnet einen Drehmomentsensor zum Detektieren
des Lenkdrehmoments T eines Lenkrads, und 51 bezeichnet
einen Geschwindigkeitssensor zum Detektieren der Geschwindigkeit
V eines Fahrzeugs.
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Das
Symbol 55 bezeichnet einen Mikrocomputer (ECU) zum Berechnen
des Hilfsdrehmoments gemäß dem Lenkdrehmoment
V und der Fahrzeuggeschwindigkeit V, und darüber hinaus wird ein Antriebssignal
erzeugt, das dem Hilfsdrehmoment entspricht, durch Zurückgeben
des Motorstroms IM, der einen Drehrichtungsbefehl D0 und
eine stromgesteuerte Variable I0 zum Steuern
des Brückenschaltkreis 44 in
den Antriebsschaltkreis 47 als Antriebssignale eingibt.
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Der
Mikrocomputer 55 wird bereitgestellt mit einer Motorstrom-Entscheidungseinheit 56 zum
Erzeugen des Drehrichtungsbefehls D0 des
Motors 40 und des Motorstrombefehls Im entsprechend des Hilfsdrehmoments,
Subtraktionseinrichtung 57 zum Berechnen der Stromabweichung ΔI zwischen
einem Motorstrombefehl Im und dem Motorstrom IM, und PID Betriebseinrichtung 58 zum
Berechnen von Korrekturwerten des P-(Proportion) Ausdrucks, I-(Integration)
Ausdrucks, und D-(Differenzierung)
Ausdrucks von der Stromabweichung ΔI, und zum Erzeugen der stromgesteuerten
Variablen I0, die einem PWM-Arbeitsverhältnis entspricht.
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Obwohl
nicht dargestellt, beinhaltet der Mikrocomputer 55 des
weiteren eine öffentlich
bekannte Selbstdiagnosefunktion zusätzlich zu einem A-D-Konverter
und einen PWM-Zeitgeberschaltkreis, detektiert einen Fehler des
Relais 46 oder führt
eine Fehlersuche eines Systems beim Start des System durch, und
solange kein Fehler detektiert wird, wird das Relais 46 angeschaltet
zum Zuführen
von Energie zu dem Brückenschaltkreis.
Während
das System im Betrieb ist, führt
der Mikrocomputer 55 immer Selbstdiagnosen durch, ob das
System normal funktioniert. Wenn ein Fehler auftritt, gibt der Mikrocomputer 55 das
Relais 46 über
den Antriebsschaltkreis 47 frei, um den Motorstrom IM abzuschalten.
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Dann
werden Operationen einer elektrischen Servolenkungs-Steuereinheit
mit Bezug auf 4 beschrieben. Der Mikrocomputer 55 erfasst
das Steuerdrehmoment T und die Fahrzeuggeschwindigkeit V über den
Drehmomentsensor 50 und den Geschwindigkeitssensor 51,
führt eine
Rückführungseingabe
des Motorstroms von dem Abzweigwiderstand 43 durch, und
erzeugt den Drehrichtungsbefehl D0 einer
Servolenkung und die stromgesteuerte Variable I0,
die dem Hilfsdrehmomentwert entspricht, um diese in den Antriebsschaltkreis 47 einzugeben.
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Der
Antriebsschaltkreis 47 schließt das normalerweise geöffnete Relais 46 unter
einem stetigen Antriebszustand. Wenn jedoch der Drehrichtungsbefehl
D0 und die stromgesteuerte Variable I0 angegeben werden, erzeugt der Schaltkreis 47 ein
PWM-Antriebssignal, um das Signal an die Halbleiter-Schaltvorrichtungen
Q1 bis Q4 des Brückenschaltkreises 44 anzulegen.
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Dabei
wird der Motorstrom IM dem Motor 40 von der Batterie 41 über das
Relais 46, dem Abzweigwiderstand 43 und dem Brückenschaltkreis 44 zugeführt. Der
Motor 40 wird angetrieben über den Motorstrom IM, um einen
benötigten
Betrag von Hilfsdrehmoment in einer benötigten Richtung auszugeben.
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In
diesem Fall wird der Motorstrom IM detektiert über den Abzweigwiderstand 43 und
die Motorstrom-Detektierungseinrichtung 48 und zurückgegeben
zu der Subtraktionseinrichtung 57 in den Mikrocomputer 55,
und wird dadurch so gesteuert, dass sich dieser mit dem Motorstrombefehl
Im deckt. Darüber
hinaus beinhaltet der Motorstrom IM Welligkeitskomponenten aufgrund
der Schaltoperation des Brückenschaltkreises 44 unter
PWM-Antrieb, wird jedoch geglättet
und gesteuert durch den Großkapazitätswiderstand 42.
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Wenn
dieser Typ der elektrischen Servolenkungs-Steuereinheit gestartet
wird, führt
diese Fehlersuche durch, und schaltet das Relais 46 an,
um einen Steuerungsstrom, der dem gewünschten Steuerungsdrehmoment
T entspricht, zu dem oben beschriebenen Motor zuzuführen, und
arbeitet so, dass ein gewünschter
Betrag von Hilfsdrehmoment ausgegeben wird. Da jedoch der Kondensator 42 eine
große
Kapazität
aufweist, fließt
ein überhöhter Sturzstrom
durch den Relaiskontakt, wenn das Relais 46 angeschaltet
wird. Wenn die Steuereinheit wiederholt gestartet wird, wird als
ein Ergebnis der Kontakt aufgrund von Übergang verschweit, und der
dem Motor 40 zugeführte
Strom kann nicht abgeschaltet werden, wenn ein Systemfehler auftritt.
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In
dem Fall des Relais 46 wird jedoch die Haltbarkeit des
Kontakts gegen den Sturzstrom wichtig, wenn die Steuereinheit wiederholt
gestartet wird zusätzlich
zu der Tatsache des Erfüllens
eines gewünschten
maximalen Zuführungsstroms.
Daher wird ein Relais mit einer höheren Stromzuführungs-Performanz
als eine Gegenmaßnahme
verwendet, und dadurch steigen Teilekosten, und folglich steigen
die Produktkosten.
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In
dem Fall eines Systems, das ein großes Hilfsdrehmoment benötigt, steigt
der Steuerungsstrom weiter und die Impedanz muss reduziert werden,
um die Hitze zu reduzieren, die durch den Kondensator 42 aufgrund
der Erhöhung
des Welligkeitsstroms erzeugt wird, wodurch die Kapazität erhöht wird.
Daher erhöht
sich der Sturzstrom weiter, und nicht lediglich nur die Kosten erhöhen sich,
sondern es entsteht auch ein Problem, das die Zuverlässigkeit der
Steuereinheit verschlechtert wird.
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Die
vorliegende Erfindung wurde gemacht zum Verbessern der Zuverlässigkeit
der Steuereinheit, und um die Produktkosten zu reduzieren, und macht
es möglich,
ein Relais in Übereinstimmung
mit einem maximalen Steuerungsstromwert durch Reduzieren eines Sturzstroms
auszuwählen.
Im Genaueren wurde die vorliegende Erfindung gemacht, um sichere
Fehlersuche durchzuführen,
ob ein Relaiskontakt in der Fahrzeugsteuereinheit verschweißt ist. Daher
ist es möglich,
ein Relais zu verwenden, das niedrigere Kosten als ein konventionelles
aufweist, wodurch die Produktionskosten verringert werden und die
Zuverlässigkeit
erhöht
wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Vorteilhafte
Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
dargestellt.
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Offenbarung der Erfindung
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- 1. Das folgende wird verwendet: Relaiskontakt zum
Ausgeben eines Treiberstroms zu einer Großstrom-Last von einer Gleichstromversorgung und
Steuern des Stroms, wobei ein Glättungskondensator
zwischen der Großstrom-Last
auf der Seite des Relaiskontaktes und der Erde verbunden ist, und
eine Reserveladungs-Steuereinrichtung zum Laden des Kondensators
für eine
vorbestimmte Zeit vor dem Schließen des Relaiskontakt, dadurch
gekennzeichnet, dass die Reserve-Ladungs-Steuerungseinrichtung 60 angepasst ist
zum Laden des Kondensators auf ein Reserveladungs-Spannungsniveau
V1, das niedriger ist als ein Systemfehler-Ermittlungsspannungsniveau
V2; und die Fahrzeugsteuereinheit angepasst
ist zum Bestimmen eines Systemfehlers, wenn die Reserveladungsspannung
des Kondensators 42 vor dem Schließen des Relaiskontaktes oberhalb
des Systemfehler-Ermittlungsspannungsniveaus V2 ist.
- 2. Die Reserveladungs-Steuerungseinrichtung stellt ein Reserveladungs-Spannungsniveau
für einen
Kondensator auf ein optimales Niveau ein.
- 3. Die Reserveladungs-Steuerungseinrichtung stoppt das Laden,
nachdem ein Kondensator für eine
vorbestimmte Zeit geladen wurde.
- 4. Die Reserveladungs-Steuerungseinrichtung ist ein Schaltkreis,
der so gebildet ist, dass dieser die Ladespannung eines Kondensators
nicht beeinflusst zum Bestimmen eines abnormalen Zustandes, so wie
das Verschweißen
eines Relais.
- 5. Die Reserveladungs-Steuerungseinrichtung startet die Steuereinrichtung
und startet simultan den Betrieb eines internen Konstantspannungs-Schaltkreises,
und startet dann sofort das Laden des Kondensators.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm einer elektrischen Servolenkungs-Steuereinheit
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
ein Vorladungs-Schaltkreis einer elektrischen Servolenkungs-Steuereinheit
der Ausführungsform
in 1;
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3 ist
ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb beim Start des Systems der elektrischen
Servolenkungs-Steuereinheit der Ausführungsform in 1 zeigt;
und
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4 ist
ein Blockdiagramm einer konventionellen elektrischen Servolenkungs-Steuereinheit.
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Bester Modus
zum Ausführen
der Erfindung
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Ausführungsform 1
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Die
Ausführungsform
1 einer elektrischen Servolenkungs-Steuereinheit der vorliegenden
Erfindung wird unten mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 ist
ein Blockdiagramm der elektrischen Servolenkungs-Steuereinheit dieser Ausführungsform.
In 1 wird ein Teil, das das gleiche ist oder dem
Teil in 4 entspricht, mit demselben
Symbol bereitgestellt. In 1 bezeichnet
das Symbol 60 einen Vorladungs-Schaltkreis. Der Vorladungs-Schaltkreis
lädt den
Kondensator 42 vor und stoppt dann das Laden des Kondensators 42 gemäß eines
Steuerungssignals, das von dem Mikrocomputer 45 zugeführt wird.
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Wie
in 2 gezeigt ist der Vorladungs-Schaltkreis 60 gebildet
mit einem Emitter geerdeten Transistor Q1, der verbunden ist mit
einem Widerstand R1, dessen Basis ein Steuerungssignal von dem Mikrocomputer 55 empfängt, und
der einen Basisstrom gemäß einer
Spannung Vcc zuführt,
einen Leistungstransistor Q2, dessen Basis verbunden ist mit dem
Kollektor des Transistors Q1, und an dessen Emitter eine Batteriespannung
VB angelegt ist durch Verbinden eines Bias-Widerstandes
R2 zwischen der Basis und dem Emitter, eine umgekehrte Stehspannungs-Schutzdiode
D1, deren Anode verbunden ist mit dem Kollektor des Leistungswiderstandes
Q2, einem Widerstand R2, der zwischen der Kathode der umgekehrten
Stehspannungs-Schutzdiode D1 und dem positiven Anschluss des Kondensators 42 verbunden
ist, und einem Widerstand R4, der zwischen dem Widerstand R3, der
Verbindungsseite des Kondensators 42 und der Erde verbunden
ist.
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Die
Basis des Transistors Q1 ist verbunden mit einem Steuerungslogik-Schaltkreis
auf der Seite des Mikrocomputers 55. Wenn Vorladung nicht
notwendig ist, führt
der Steuerungslogik-Schaltkreis ein Signal, das zu einem Minus-Niveau
für die
Spannung Vcc wird, der Basis des Transistors Q1 zu, um den Transistor
Q1 auszuschalten, durch Abschneiden des Basisstroms und Abschneiden
des Vorladungs-Schaltkreises 60. Um die Transistoren Q1
und Q2 durch Zuführen
der Spannungen Vcc und VB zu diesen anzuschalten,
und um einen Ladestrom den Kondensator 42 zuzuführen, werden
die Spannungen Vcc und VB jeweils den Transistoren
Q1 und Q2 über
einen nicht dargestellten Konstantspannungs-Schaltkreis von der
Batterie 41 durch Anschalten des Zündschlüssels SW zugeführt. Wenn
die Spannung Vcc zugeführt
wird, wird der Transistor Q1 angeschaltet, und die Spannung VB wird erzeugt zwischen Bias-Widerständen R2.
Als ein Ergebnis wird der Basisstrom dem Leistungstransistor Q2
zugeführt,
um diesen anzuschalten, wodurch die Spannung VB angelegt wird zwischen
den Widerständen R3
und R4 über
die umgekehrte Stehspannungs-Schutzdiode D1. Die Spannung VB wird aufgeteilt mit dem Widerstandswertverhältnis zwischen den
Widerständen
R3 und R4 und an beide Enden des Kondensators 42 durch
den Widerstand R4 angelegt, und der Kondensator 42 wird
geladen. Der Leistungstransistor Q2 wird geschützt vor der Ladespannung des
Kondensators 42 durch die umgekehrte Stehspannungs-Schutzdiode
D1. Da das Ladespannungsniveau des Kondensators 42 auf
jeden Wert gemäß dem Verhältnis zwischen
den Widerständen R3
und R4 eingestellt werden kann, ist es möglich, einfach ein Ladespannungsniveau
einzustellen, so dass das Niveau identisch ist oder niedriger ist
als ein Systemfehler-Detektierungsspannungsniveau, und der Sturzstrom-Präventionseffekt
wird so gut wie möglich
verbessert.
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Dann
werden Operationen des Vorladungs-Schaltkreises bei dem Start der
Steuereinheit mit Bezug auf 3 unten
beschrieben. 3 ist ein Ablaufdiagramm, das
Operationen einen elektrischen Servolenkungs-Steuereinheit bei dem
Start des Systems zeigt. In 3 bezeichnet
T0 eine Zeit zum Zurücksetzen
des Mikrocomputers 55, T1 bezeichnet eine Zeit zum Vorladen
des Kondensators 42, T2 bezeichnet eine Zeit zum Detektieren
eines Systemfehlers durch den Mikrocomputer 55, nachdem
das Vorladen beendet ist, V1 bezeichnet eine Spannung zum Einstellen
des Vorladens, V2 bezeichnet eine Spannung zum Beurteilen eines
Fehlers, so wie Relais-Verschweißung, und V3 bezeichnet eine
Sättigungsspannung
des Kondensators 42, nachdem das Relais 46 angeschaltet
ist.
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In
dem Fall der elektrischen Servolenkungs-Steuereinheit, die eine
Fahrzeugsteuereinheit als ein Beispiel nimmt, ist es notwendig,
die Zeit zu minimieren, bis das System arbeitet, nachdem der Zündschlüssel 70 angeschaltet
ist.
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In
dem Fall des Vorladungs-Schaltkreises 60 dieser Ausführungsform
startet ein nicht dargestellter Konstantspannungs-Schaltkreis zur
selben Zeit wie wenn das System gestartet wird, da der Zündschlüssel gedreht
wird, und Spannungen der Batterie 41 werden eingestellt
auf die Spannungen Vcc und VB, die den Transistoren
Q1 und Q2 und dem Mikrocomputer 55 zugeführt werden
als die Systemenergiezuführung
durch Stabilisieren der Spannungen Vcc und VH für die Energieversorgungsspannung
des Mikrocomputers.
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Die
Transistoren Q1 und Q2 werden angeschaltet, wenn die Spannungen
Vcc und VB zugeführt werden, und wenn darüber hinaus
der Mikrocomputer 55 den Betrieb startet. Darüber hinaus
wird der Kondensator 42 geladen, da eine geteilte Spannung der
Spannung VB, die bestimmt wird durch das
Widerstandswertverhältnis
zwischen den Widerständen R3
und R4, angelegt wird. Daher wird die Zeit zum Vorladen des Kondensators 42 verringert
verglichen mit dem Fall, in dem das Laden durchgeführt wird nach
der Zeit T0 zum Zurücksetzen
des Mikrocomputers 55.
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Dann
legt der Mikrocomputer 55 ein Signal, das ein Minusniveau
für die
Spannung Vcc wird, an die Basis des Transistors Q1 an, nach der
Vorladezeit T1, die die eingestellte Ladespannung V1 wird, die eingestellt
wird auf das Widerstandswertverhältnis zwischen
den Widerständen
R3 und R4, zum Abschneiden des Basisstroms, und schneidet operativ den
Vorladungs-Schaltkreis 60 von dem Kondensator 42 durch
ausschalten der Transistoren Q1 und Q2 ab.
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Dann
führt der
Mikrocomputer 55 Fehlersuche des Relais 46 für die folgende
Fehlerdetektierungszeit T2 durch. Wenn das Relais 46 normal
ist, betreibt der Mikrocomputer 55 den Treiberschaltkreis 47,
um das Relais 46 einzuschalten. Da der Kondensator 42 bereits
auf eine voreingestellte Spannung V1 geladen ist, ist es möglich, den
Sturzstrom von der Batterie 41 zu dem Kondensator 42 stark
zu reduzieren, der erzeugt wird, wenn das Relais 46 weitergeladen
wird durch die Batterie 41 bis hin zur Sättigungsspannung
V3 nachdem das Relais 46 eingeschaltet ist, d. h. der Kontaktstrom
des Relais 46.
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Wenn
das Relais 46 geschlossen wird aufgrund von Kontaktverschweißung oder
eines Fehlers des Treiberschaltkreises 47, wird das Relais 46 angeschaltet
unabhängig
davon, ob die Systemstromversorgung an oder ausgeschaltet ist in
dem vorherigen Fall, und der Kondensator 42 wird auf einem
Zustand der Sättigungsspannung
V3 gehalten.
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In
dem letzten Fall wird jedoch der Kondensator 42 auf die
Sättigungsspannung
V3 über
den Kontakt des Relais 46 durch die Batterie 41 gehalten, wenn
das System angeschaltet wird. In jedem Fall wird der Kondensator 42 auf
die Sättigungsspannung V3
unabhängig
von der eingestellten Spannung V1 des Vorladungs-Schaltkreises durch
die Diode D1 geladen. Daher wird Fehlersuche sicher durchgeführt.
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Da
der Verlust einer Spannung von dem geladenen Kondensator 42 zu
einem internen Schaltkreis abgeschaltet ist wenn der Kontakt des
Relais 46 verschweißt
ist und die Systemstromversorgung ausgeschaltet ist, gibt es keine
Fehlfunktion des Systems, selbst wenn ein Fehler auftritt.
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Darüber hinaus
stoppt der Vorladungs-Schaltkreis das Laden des Kondensators 42 zu
der vorbestimmten Zeit T1 nachdem das System gestartet ist durch
den Mikrocomputer 55, wie oben beschrieben. Daher wird
selbst wenn ein Fehler durch die Fehlersuche während des Betriebs des Systems
detektiert wird das Relais 46 direkt abgeschaltet und die
Energieversorgung von der Batterie 41 zu dem Brücken-Schaltkreis
wird abgeschaltet, so dass eine Antriebsspannung nicht von dem Vorladungs-Schaltkreis
zu dem Brücken-Schaltkreis 44 leckt.
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Wie
oben beschrieben macht es die vorliegende Erfindung möglich, einen
Sturzstrom von einem Kondensator zu einem Relaiskontakt zu reduzieren
durch einen relativ einfachen Schaltkreis, der die originale Operation
eines Systems nicht stört,
und die Zuverlässigkeit
einer Steuereinheit verbessert.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Durch
vorheriges Laden eines Glättungskondensators
zum Reduzieren der Welligkeitskomponente in einem Betriebsstrom
und nachfolgendes Schließen
eines Relaiskontaktes und Zuführen
des Betriebsstromes zu einer Last von einer DC-Energieeinheit und
dadurch Reduzieren des Sturzstromes zu dem Kondensator, wenn der
Betriebsstrom der Last über
den Relaiskontakt von der DC-Energieeinheit zugeführt wird,
ist es möglich
ein Relais zu verwenden, das eine Kontaktstromkapazität aufweist,
die kleiner ist als die eines konventionellen Relais, und das niedrigere
Kosten benötigt
und die Produktionskosten reduziert.