EP0590340B1 - Schaltungsanordnung - Google Patents

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EP0590340B1
EP0590340B1 EP93114072A EP93114072A EP0590340B1 EP 0590340 B1 EP0590340 B1 EP 0590340B1 EP 93114072 A EP93114072 A EP 93114072A EP 93114072 A EP93114072 A EP 93114072A EP 0590340 B1 EP0590340 B1 EP 0590340B1
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capacitor
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    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
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    • H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
    • H01F7/1805—Circuit arrangements for holding the operation of electromagnets or for holding the armature in attracted position with reduced energising current
    • H01F7/1816—Circuit arrangements for holding the operation of electromagnets or for holding the armature in attracted position with reduced energising current making use of an energy accumulator
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/002—Monitoring or fail-safe circuits
    • H01H2047/006—Detecting unwanted movement of contacts and applying pulses to coil for restoring to normal status

Definitions

  • the invention relates to an electronic circuit arrangement, in particular for controlling a coil provided with a switching magnet, with a capacitor which can be charged by means of a supply voltage source, by means of whose charging voltage, after comparison with a reference voltage source, a power transistor can be activated, by means of which the circuit is closed by the coil.
  • EP-A-0 267 455 relates to a surge generator connected to a load, in which a capacitor is charged to a higher voltage than the supply voltage. As soon as the charging voltage has reached a predetermined value, the capacitor is connected to the load and releases the required switch-on power through its discharge.
  • the load then remains coupled to the supply voltage source via a diode and receives the lower holding power compared to the switch-on power.
  • the object of the invention in relation to this prior art is to develop a circuit arrangement of the type mentioned at the outset such that, in addition to reducing the power consumption of the switching magnet, undesired armature movements of the magnet system can also be detected and evaluated.
  • an electronic circuit arrangement connected in parallel to the coil which detects an unwanted drop in the armature of the coil and initiates countermeasures.
  • a voltage divider formed from two resistors R4, R5 is preferably connected in parallel to the coil L1, the medium voltage of which is connected to the base of a transistor V4, the emitter of which is connected to the positive supply voltage + U o and the collector of which is connected to the negative supply voltage -U o .
  • a resistor R6 is preferably connected between the negative supply voltage -U o on the one hand and the collector of the transistor V4 and the gate of the power transistor V3 on the other hand.
  • a voltage divider formed from two resistors R1, R2 is advantageously connected in parallel with the capacitor C1, the medium voltage of which is connected to an input of an operational amplifier N1, the voltage of the reference voltage source V1 is at the other input thereof.
  • the output of the operational amplifier N1 is expediently connected to the gate of the power transistor V3 via a diode V2.
  • a coil L1 is connected via lines 12, 14 to a supply voltage U 0 . It is in particular via line 12 at + U 0 and via line 14 at -U 0 . There is also a power transistor V3 in line 14. Between the lines 12 and 14 there is a capacitor C1 and in parallel therewith a voltage divider consisting of two resistors R1 and R2 connected in series. Parallel to the voltage divider is a reference voltage source V1 on the lines 12 and 14 and in series with this a resistor R3, which serves to limit the current and thus to stabilize the temperature-independent voltage of the reference voltage source V1.
  • an operational amplifier N1 is connected to the lines 12, 14, one input of which is connected to a point 16 between the two resistors R1 and R2 and the other input of which is connected to a point 18 between the resistor R3 and the reference voltage source V1.
  • the output of the operational amplifier N1 is connected to the gate of the power transistor V3 via a diode V2.
  • Parallel to the coil L1 is a voltage divider on the lines 12, 14 connected, which is formed from series resistors R4, R5.
  • a point 20 between the two resistors R4, R5 is connected to the base of a transistor V4, the emitter of which is connected to the voltage + U 0 via the line 12 and the collector of which is connected to the line 14 and thus to the voltage -U via a resistor R6 0 is set.
  • the line leading from the output of the diode V2 to the gate of the power transistor V3 is linked at a point 22 to the line leading from the transistor V4 to the resistor R6, so that the gate of the power transistor V3 is connected to the voltage -U 0 via the resistor R6.
  • a protective diode V5 is connected to the lines 12, 14 in order to avoid switch-off voltage peaks.
  • the circuit arrangement according to the invention works as follows.
  • the capacitor C1 is charged by applying the supply voltage U 0 .
  • the voltage of the capacitor C1 is compared via the voltage divider R1, R2 with the reference voltage source V1.
  • the operational amplifier N1 switches over and thus activates the power transistor V3.
  • the resistor R3 only serves to limit the current and thus to stabilize the voltage of the reference voltage source V1 independently of the temperature).
  • the power transistor V3 now closes the circuit through the coil L1.
  • the stored charge of the capacitor C1 is sufficient to allow the current required for the attraction to flow through the coil L1 for a limited period of time.
  • the supply voltage U 0 breaks down to the value of the coil voltage UL and the voltage drop across the power transistor V3.
  • the operational amplifier N1 would now block the power transistor V3, since the medium voltage of the voltage divider R1, R2 would become lower than the voltage of the reference voltage source V1.
  • the diode V2 prevents the operational amplifier N1 from controlling the power transistor V3.
  • the voltage divider R4, R5 has yet another function. If, for example, the armature of the magnet system should start to move due to a vibration during operation, a current is induced in the coil L1 as a result of this movement.
  • the circuit can detect an armature movement z. B. was forced by an external influence, voltage peaks generated by self-induction being used to decide whether the armature is still tightened or not. Based on the evaluation of the armature movement, a new charging process is initiated, which automatically brings the fallen magnet system back on.
  • the circuit arrangement according to the invention is thus able to detect an undesired armature movement and to evaluate it automatically.
  • the voltage divider R4, R5 can carry out a minimum current monitoring with respect to the coil L1.
  • the voltage divider R4, R5 also responds in the manner described above and with the described consequences because of the voltage drop across the coil L1.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltungsanordnung, insbesondere zur Ansteuerung einer mit einem Schaltmagneten versehene Spule, mit einem mittels einer Versorgungs-Spannungsquelle aufladbaren Kondensator, durch dessen Ladespannung nach Vergleich mit einer Bezugsspannungsquelle ein Leistungstransistor aktivierbar ist, durch welchen der Stromkreis durch die Spule geschlossen wird.
  • Es ist bekannt, daß ein Schaltmagnet zum Anziehen eine um ein Vielfaches höhere Leistung benötigt als zum Halten. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, mit Hilfe eines Kondensators, der auf eine Ladespannung aufgeladen wird, kurzzeitig einen Stromfluß zu erzeugen, der einem Schaltmagneten die nötige Kraft zu, Anziehen ermöglicht. Nachdem der Magnet angezogen hat, wird die Spule nur noch mit einem niedrigeren Haltestrom versorgt. Aus der US-A-4 399 483 ist ein Solenoid bekannt, mit welchem ein Transistor und eine Spannungsquelle in Reihe geschaltet sind. Nach Empfang eines Steuersignales wird der Transistor gesättigt und dadurch der Stromfluß durch die Spule des Solenoids so weit erhöht, daß der Anker des Solenoides angezogen wird. Sobald sich der Anker bewegt hat, wird der Solenoid-Strom auf die zur Aufrechterhaltung des magnetischen Feldes erforderliche Höhe reduziert.
    Die EP-A-0 267 455 betrifft einen an eine Last geschalteten Stromstoßgenerator, bei welchem ein Kondensator auf eine gegenüber der Speisespannung höhere Spannung aufgeladen wird. Sobald die Ladespannung einen vorgegebenen Wert erreicht hat, wird der Kondensator an die Last angeschlossen und gibt an diese durch seine Entladung die erforderliche Einschaltleistung ab.
  • Danach bleibt die Last über eine Diode an die Speisespannungsquelle gekoppelt und erhält von dieser die gegenüber der Einschaltleistung niedrigere Halteleistung.
  • Der Erfindung liegt diesem Stand der Technik gegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß außer einer Reduzierung der Leistungsaufnahme des Schaltmagneten auch ungewollte Ankerbewegungen des Magnetsystemes erfaßt und ausgewertet werden können.
  • Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß eine zu der Spule parallegeschaltete elektronische Schaltungsanordnung vorgesehen ist, die einen ungewollten Abfall des Ankers der Spule erkennt und Gegenmaßnahmen einleitet.
    Vorzugsweise ist hierbei ein aus zwei Widerständen R4, R5 gebildeter Spannungsteiler zur Spule L1 parallelgeschaltet, dessen Mittelspannung an die Basis eines Transistors V4 gelegt ist, dessen Emitter an die positive Versorgungsspannung +Uo und dessen Kollektor an der negative Versorgungsspannung -Uo gelegt ist.
    Vorzugsweise ist zwischen der negative Versorgungsspannung -Uo einerseits und dem Kollektor des Transistors V4 sowie dem Gate des Leistungstransistors V3 andererseits ein Widerstand R6 geschaltet.
  • Vorteilhafterweise ist parallel zum Kondensator C1 ein aus zwei Widerständen R1, R2 gebildeter Spannungsteiler geschaltet, dessen Mittelspannung an einen Eingang eines Operationsverstärkers N1 gelegt ist, an dessen anderem Eingang die Spannung der Bezugsspannungsquelle V1 liegt.
    Der Ausgang des Operationsverstärkers N1 ist zweckmäßigerweise über eine Diode V2 an das Gate des Leistungstransistors V3 gelegt.
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellt ist, nachstehend erläutert.
  • Eine Spule L1 ist über Leitungen 12, 14 an eine Versorgungsspannung U0 angeschlossen. Sie liegt insbesondere über die Leitung 12 an +U0 und über die Leitung 14 an -U0. In der Leitung 14 liegt ferner ein Leistungstransistor V3.
    Zwischen den Leitungen 12 und 14 liegt ein Kondensator C1 und parallel hierzu ein Spannungsteiler, bestehend aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen R1 und R2. Parallel zu dem Spannungsteiler liegt eine Bezugsspannungsquelle V1 an den Leitungen 12 und 14 und in Reihe mit dieser ein Widerstand R3, der zur Strombegrenzung und damit zur temperaturunabhängigen Spannungsstabilisierung der Bezugsspannungsquelle V1 dient. Weiterhin ist an die Leitungen 12, 14 ein Operationsverstärker N1 angeschlossen, dessen einer Eingang mit einem Punkt 16 zwischen den beiden Widerständen R1 und R2 und dessen anderer Eingang mit einem Punkt 18 zwischen dem Widerstand R3 und der Bezugsspannungsquelle V1 verbunden ist.
    Der Ausgang des Operationsverstärkers N1 ist über eine Diode V2 an das Gate des Leistungstransistors V3 gelegt.
  • Parallel zur Spule L1 ist an die Leitungen 12, 14 ein Spannungsteiler angeschlossen, der aus in Reihe liegenden Widerständen R4, R5 gebildet ist. Ein Punkt 20 zwischen den beiden Widerständen R4, R5 ist mit der Basis eines Transistors V4 verbunden, dessen Emitter über die Leitung 12 an der Spannung +U0 liegt und dessen Kollektor über einen Widerstand R6 an die Leitung 14 und damit an die Spannung -U0 gelegt ist. Die vom Ausgang der Diode V2 zum Gate des Leistungstransistors V3 führende Leitung ist an einen Punkt 22 mit der vom Transistor V4 zum Widerstand R6 führenden Leitung verknüpft, womit das Gate des Leistungstransistors V3 über den Widerstand R6 an der Spannung -U0 liegt.
    Parallel zur Spule L1 ist ferner eine Schutzdiode V5 an die Leitungen 12, 14 geschaltet, um Abschalt-Spannungsspitzen zu vermeiden.
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung arbeitet folgendermaßen.
    Der Kondensator C1 wird durch Anlegen der Versorgungsspannung U0 aufgeladen. Die Spannung des Kondensators C1 wird über den Spannungsteiler R1, R2 mit der Bezugsspannungsquelle V1 verglichen. Sobald der Kondensator C1 seine Ladespannung erreicht hat, schaltet der Operationsverstärker N1 um und aktiviert damit den Leistungstransistor V3.
    (Der Widerstand R3 dient nur zur Strombegrenzung und damit zur temperaturunabhängigen Spannungsstabilisierung der Bezugsspannungsquelle V1).
    Der Leistungstransistor V3 schließt nun den Stromkreis durch die Spule L1. Die gespeicherte Ladung des Kondensators C1 reicht aus, um den zum Anziehen erforderlichen Strom für eine zeitlich begrenzte Dauer durch die Spule L1 fließen zu lassen. Durch die Aktivierung des Leistungstransistors V3 und der nun im Stromkreis befindlichen Spule L1 bricht die Versorgungsspannung U0 auf den Wert der Spulenspannung UL und den Spannungsabfall über dem Leistungstransistor V3 zusammen.
  • Der Operationsverstärker N1 würde nun den Leistungstransistor V3 sperren, da die Mittelspannung des Spannungsteilers R1, R2 kleiner werden würde als die Spannung der Bezugsspannungsquelle V1.
    Durch den Spannungsteiler R4, R5 wird aber der Transistor V4 aktiviert, dessen Kollektor über den Verknüpfungspunkt 22 mit dem Gate des Leistungstransistors V3 verbunden ist, und der dadurch die Aktivierung des Leistungstransistors V3 gewährleistet, nachdem die Versorgungsspannung zusammengebrochen ist. Die Diode V2 verhindert, daß der Operationsverstärker N1 den Leistungstransistor V3 zusteuern kann.
    Der Spannungsteiler R4, R5 hat noch eine weitere Funktion. Wenn beispielsweise durch eine Erschütterung im Betrieb der Anker des Magnetsystems in Bewegung geraten sollte, so wird infolge dieser Bewegung in der Spule L1 ein Strom induziert. Aufgrund dieses induzierten Stromes kommt es zu einer Spannungsschwankung am Spannungsteiler R4, R5. Wenn dabei der Spannungsabfall über den Widerstand R4 kleiner wird als die Basis-Emitter-Spannung des Transistors V4, so schließt der letztere. Der Leistungstransistor V3 liegt dann nur noch über den Widerstand R6 an der Spannung -U0 und schließt damit auch. Durch die Abschaltung des Leistungstransistors V3 kann der Kondensator C1 wieder geladen werden.
    Auf diese Weise kann die Schaltung eine Ankerbewegung erkennen, die z. B. durch einen äußeren Einfluß erzwungen wurde, wobei durch Selbstinduktion erzeugte Spannungsspitzen ausgenutzt werden, um zu entscheiden, ob der Anker noch angezogen ist oder nicht.
    Aufgrund der Auswertung der Ankerbewegung wird ein neuer Ladevorgang eingeleitet, der das abgefallene Magnetsystem selbsttätig wieder zum Anzug bringt.
    Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist somit in der Lage, eine ungewollte Ankerbewegung zu erkennen und selbsttätig auszuwerten.
    Darüber hinaus kann der Spannungsteiler R4, R5 eine Mindeststromüberwachung bezüglich der Spule L1 durchführen.
  • Wenn nämlich der Strom in der Spule L1 unter einen vorgegebenen Wert fällt, spricht der Spannungsteiler R4, R5 wegen des Spannungsabfalles an der Spule L1 ebenfalls in der oben geschilderten Weise und mit den beschriebenen Folgen an.

Claims (5)

  1. Elektronische Schaltungsanordnung, insbesondere zur Ansteuerung einer mit einem Schaltmagneten versehenen Spule (L1), mit einem mittels einer Versorgungs-Spannungsquelle (UO) aufladbaren Kondensator (C1), durch dessen Ladespannung nach Vergleich mit der Spannung einer Bezugsspannungsquelle (V1) ein Leistungstransistor (V3) aktivierbar ist, durch welchen der Stromkreis durch die Spule (L1) geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine zu der Spule (L1) parallelgeschaltete elektronische Schaltungsanordnung (R4, R5) vorgesehen ist, die einen ungewollten Abfall des Ankers der Spule (L1) erkennt und Gegenmaßnahmen einleitet.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus zwei Widerständen (R4, R5) gebildeter Spannungsteiler zur Spule (L1) parallelgeschaltet ist, dessen Mittelspannung an der Basis eines Transistors (V4) liegt, dessen Emitter an die positive Versorgungsspannung (+Uo) und dessen Kollektor an die negative Versorgungsspannung (-UO) gelegt ist.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die negative Versorgungsspannung (-Uo) und den Verbindungspunkt des Kollektors des Transistors (V4) und des Gates des Leistungstransistors (V3) ein Widerstand (R6) geschaltet ist.
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Kondensator (C1) ein aus zwei Widerständen (Rl, R2) gebildeter Spannungsteiler geschaltet ist, dessen Mittelspannung an einen Eingang eines Operationsverstärkers (Nl) gelegt ist, an dessen anderem Eingang die Spannung der Bezugsspannungsquelle (V1) liegt.
  5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Operationsverstärkers (N1) über eine Diode (V2) an das Gate des Leistungstransistors (V3) geschaltet ist.
EP93114072A 1992-09-28 1993-09-02 Schaltungsanordnung Expired - Lifetime EP0590340B1 (de)

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