EP0387729A2 - Elektronische Schützansteuerung - Google Patents

Abstract

2.1 Elektronische Schützansteuerung zur Regelung der Gleichstromeinspeisung bei schwankender Versorgungsspannung und sich änderndem Wicklungswiderstand der Antriebsspule mittels einer Stromtaktung und einem Freilaufkreis für die Schützhaltung in den stromabschaltphasen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ansteuerung mit hoher Strombelastbarkeit zu schaffen und eine verlustarme und genaue Strommessung für die Istwerterfassung des Regelkreises zu gewährleisten. 2.2 Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied des Regelkreises eine integrierte Leistungshalbleiterschaltung ist, die eine Vielzahl von parallel geschalteten FET's enthält, von denen mindestens einer als Meßausgang (6) zur Erfassung des durch die anderen Parallelzweige fließenden Laststromes dient, daß mit einem als Strom-Spannungsumsetzer beschalteten Operationsverstärker (8) das Stromsignal des Meßausganges (6) in ein Spannungssignal (9) umgewandelt wird und als Istwert für die Regelglieder (10, 11, 12) der Stromtaktung dient. 2.3 Gleichstromschütze mit geregelter Einspeisung.

Description

• Die Erfindung betrifft eine elektronische Schützansteuerung gemäß den Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Für die Ansteuerung von elektromagnetischen Aktuatoren, die z.B.als Abschlagmagnete in Typenraddruckern, Hubmagnete oder in Magnetventilen eingesetzt werden, ist die Verwendung von Special-IC's, bekannt. Ein solcher Special-IC ist z.B. der Controller-Baustein L5832 der Firma SGS, der in der "Data­buch" dieser Firma vom Januar 1987 beschrieben ist. Der Bau­stein ermöglicht eine getaktete Stromregelung des Einschalt­stromes von Aktuatoren, wobei sein Treiberausgang für die Basisansteuerung eines Darlingtontransistors verwendet wird, der als Stellglied in dem Stromregelkreis eingesetzt ist. Die Istwerterfassung des Einschaltstromes erfolgt dabei über einen niederohmigen Meßwiderstand, wobei der Meßeingang auf ein Spannungssignal von 450 mV begrenzt ist. Nach Ablauf einer einstellbaren Einschaltstromdauer schaltet dei Bau­ste in den Betriebsstrom auf den Haltestrom um, der im Gegensatz zum Einschaltstrom nicht geregelt ist. Der Ein­schaltstromzeitgeber des Bausteins wird erst gestartet, wenn der Betriebsstrom den vorgegebenen Einschaltstromwert über­schritten hat.
• Aus der US-PS 4 453 194 ist ein integrierter, bipolarer Schaltkreis bekannt, bei dem zur Strommessung ein Bruchteil des Gesamtstromes abgezweigt und über einen Messtransistor mit einem Strom-Spannungsumsetzer verbunden ist. Das entsprechend erzeugte Signal des Strom-Spannungsumsetzers steuert die zur Stromregelung verwendete Schaltung. Der bipolaren Technik haftet der Nachteil einer begrenzten Betriebsspannung an, die für in Niederspannungsnetzen übliche Grössenordnungen nicht ausreicht.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ansteuerung mit hoher Strom- und Spannungsbelastbarkeit zu schaffen und eine verlustarme und genaue Strommessung für die Istwerterfassung des Regelkreises zu gewährleisten sowie eine definierte, betriebssichere Einschaltung.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
• Die Erfindung hat den Vorteil, daß größere Ströme als bei Verwendung des Kontrollerbausteines L5832 geregelt werden können, da der Meßeingang 3 dieses Bausteines den Ein­schaltstrom auf I_p - 0.45/R_s begrenzt. Da Meßwiderstände mit einem geringeren Wert als 0,1 Ω mit vertretbarem Aufwand nicht eingesetzt werden können, ist damit der maximal mit dem Baustein regelbare Strom auf etwa 4A begrenzt. Neben der höheren Strombelastbarkeit bietet die erfindungsgemäße Lösung noch den Vorteil, daß auf den teuren niederohmigen Meß­widerstand verzichtet werden kann, der neben dem Preisnach­teil auch mit einer schwierigen Liefersituation behaftet ist und dadurch Probleme bei der Fertigung bereiten kann.
• In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben. Dazu gehört einmal die Regelung des Einschalt- und des Ausschaltstromes, die in vorteilhafter Weise den Wirkungsgrad der Schützansteuerung verbessert. Weiterhin wird durch die Unabhängigkeit des Zeitgeberstarts von der Höhe des Einschaltstromes die Sicherheit der Schützansteuerung erhöht. Der Controller-Baustein L5832 startet den Einschaltstromzeitgeber erst nachdem der Ein­schaltstrom seinen vorgegebenen Wert erreicht hat. Wird dabei der vorgegebene Einschaltstrom nicht erreicht, dann schaltet der Baustein nicht auf Haltestrom um und die Halb­leiterbauteile werden thermisch durch den hohen Dauerstrom zerstört. Ein anderer Vorteil liegt in der Verwendung eines von der Eingangsspannung gesteuerten Schwellwertschalters im Eingang der Schützansteuerung, womit ein Flattern des Schützes infolge undefinierten Ein- und Ausschaltens ver­mieden wird.
• Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfin­dung näher erläutert.
• Fig. 1 zeigt eine elektronische Schützansteuerung mit einem Leistungs-FET,
• Fig. 2 zeigt diese Schützansteuerung für zwei Stromsoll­werte mit Umschalter, Zeitsteuerung und Schwell­wertschalter.
• Die in Fig. 1 gezeigte elektronische Schützansteuerung zur Steuerung eines Gleichstromschützes wird an der Eingangs­klemme 1 mit einer Versorgungsspannung beaufschlagt. Der Strom durch die Schützspule 2 wird mit der integrierten Lei­stungshalbleiterschaltung 3 zum Zwecke der Stromregelung getaktet. Damit das Schütz in den Abschaltphasen der Taktung nicht abfällt, ist ein für den Betrieb von Gleichstrom­schützen bekannter Freilaufkreis mit einer Diode 13 vorge­sehen. Für die Stromregelung ist eine Messung des durch die Schützspule fließenden Stroms erforderlich. Dazu dient der Meßausgang 6 der integrierten Leistungshalbleiterschaltung 3. Als Schaltung 3 ist ein HEXSense-Baustein der Firma International Rectifier eingesetzt. In diesem Baustein sind etwa 1600 MOSFET's parallel geschaltet. Der Strom teilt sich dabei gleichmäßig auf die einzelnen MOSFET's auf. Der Source-Anschluß eines MOSFET's ist mit einem Extraanschluß, dem Meßausgang 6, nach außen geführt. An diesem Anschluß wird etwa ein Eintausendsechshundertstel des Gesamtstromes erfaßt. Das genaue Verhältnis der Anzahl der MOSFET's zum messenden MOSFET wird vom Hersteller mit einem dem jeweili­gen Baustein zugeordneten Maßstabfaktor angegeben. Der Strom des Meßausganges 6 wird mit einem Operationsverstärker 8 in eine Spannung umgewandelt, die auf den negativen Eingang eines Komperators 10 gegeben wird. Auf den positiven Eingang dieses Komperators 10 ist das Ausgangssignal eines Referenz­spannungsgebers 11 geschaltet. Wenn die Istwertspannung für den Schützstrom größer ist als die Referenzspannung, dann kippt der Ausgang des Komperators von einem positiven Span­nungswert auf OV und startet damit den Ausschaltzeitgeber 12, der die Ausschaltphasen der Stromtaktung steuert.
• In Fig.2 ist eine Schützansteuerung gezeigt, mit der sowohl der Einschalt- als auch der Haltestrom eines Schützes gere­gelt wird. Dazu werden zwei unterschiedliche Referenzspan­nungen von einem Referenzspannungsgeber 14 bereitgestellt; eine im Spannungswert höhere Referenzspannung für den kurz­zeitigen Einschaltstrom und eine im Spannungswert niedrigere Referenzspannung für den Haltestrom des Schützes. Die Umschaltung der Referenzwerte erfolgt mit einem elektro­nischen Umschalter 15, der von einem elektronischen Zeitgeber 16 gesteuert wird und nacheinander die Referenz­spannungen auf den Komperator 10 schaltet. Der Zeitgeber 16 startet sofort wenn die Versorgungsspannung anliegt mit der Einschaltstromphase. Das Anliegen der Versorgungsspannung wird mit einem elektronischen Schwellwertschalter 17 kon­trolliert, der in den Eingang der Schützansteuerung angeord­net ist. Hat die Versorgungsspannung eine festgelegte Fin­schaltschwelle nicht überschritten, dann wird der Start des Zeitgebers 16 verhindert. Damit liegt an dem Komperator kein Referenzsignal an und die Drain-Source-Strecke der in­tegrierten Halbleiterschaltung 3 ist gesperrt; es fließt kein Strom durch die Schützspule 2. Der Schwellwertschalter 17 kontrolliert ebenfalls den Ausschaltvorgang der Schützan­steuerung. Sinkt die Versorgungsspannung unterhalb einer festgelegten Ausschaltschwelle, dann liegt am Komperator 10 keine Referenzspannung an und die Halbleiterschaltung 3 ist gesperrt. Mit dem Schwellwertschalter 17 wird somit ein de­finiertes Ein- und Ausschalten des Schützes erreicht und das Flattern des Schützes vermieden.

Claims (1)

1. Elektronische Schützansteuerung zür Regelung der Gleichstromein­speisung bei schwankender Versorgungsspannung und sich änderndem Wicklungswiderstand der Antriebsspule mittels einer Stromtaktung und einem Freilaufkreis für die Schützhaltung in den Stromab­schaltphasen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   a) das Stellglied des Regelkreises ist als integrierte Leistungs­halbleiterschaltung ausgebildet, die eine Vielzahl von parallel geschalteten FET's enthält, von denen mindestens einer als Meß­ausgang (6) zur Erfassung des durch die anderen Parallelzweige fließenden Laststromes dient;

   b) das Stromsignal des Meßausganges (6) beaufschlagt einen als Strom- und Spannungsumsetzer ausgebildeten Operationsverstär­ker (8) zwecks Umwandlung in ein Spannungssignal (9), das als Istwert auf den Eingang der Regelglieder (10, 11, 12) zur Stromtaktung geschaltet ist;

   c) einen Referenzspannungsgeber (14) für zwei verschiedene Refe­renzsignale mit unterschiedlichen Spannungswerten zur Re­gelung des Einschalt- und Haltestromes;

   d) einen Zeitgeber (16) zur Umschaltung der Referenzspannungssig­nale, der beim Anlegen der Versorgungsspannung den Zeitablauf startet und die Referenzsignale in zeitlicher Reihenfolge auf den Komparator (10) der Stromtaktung aufschaltet;

   e) einen von der Eingangsspannung gesteuerten Schwellwertschalter (17), der die Schützansteuerung erst einschaltet, wenn die Versorgungsspannung eine vorgegebene Einschaltschwelle über­schreitet und die Schützansteuerung ausschaltet, wenn die Ver­sorgungsspannung eine vorgegebene Ausschaltschwelle unter­schreitet;

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