FR2506097A1 - Switching circuit for solenoid valve - has latching transistors controlled by pulses applied to one transistor base - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un dispositif pour commuter au moins un circuit selfique, alimenté en courant continue
On sait que la coupure et la fermeture d'un circuit selwique, alimente' en courant continu, donnent lieu à des régimes transitoires dont la durée est d'autant plus longue que la self-inductance du circuit considéré est élevée. On connaît depuis longtemps des moyens pour interrompre rapidement le courant transitoire,dit "extra- courant de rTlpturet,qui persiste après la coupure d'un circuit selfique.Les moyens déjà proposés pour réduire la durée du transitoire d' tablissement, c'est-à-dire pour permettre l'établissement très rapide du courant continu traversant un circuit selfique à sa valeur nominale, sont par contre beaucoup moins satisfaisants. The present invention relates to a device for switching at least one inductive circuit, supplied with direct current
It is known that the breaking and closing of a selwic circuit, supplied with direct current, give rise to transient regimes whose duration is all the longer as the self-inductance of the circuit considered is high. Means have been known for a long time for rapidly interrupting the transient current, known as "extra-current of rTlpturet, which persists after the interruption of an inductive circuit. The means already proposed for reducing the duration of the transient of establishment, that is to say that is to say, to allow very rapid establishment of the direct current flowing through an inductive circuit at its nominal value, are however much less satisfactory.
Le brevet des E.U.A. Nos 3 682 144 décrit notamment un circuit pour commuter l'enroulement de commande d'une valve électromagnétique 3 dans sa forme de réalisation la plus simple, ce circuit comprend notamment un condensateur eonrLecté en série entre l'enroulement selfique et le commutateur, constitué notamment par un transistor ; la présence de ce condensateur en série avec l'enroulement selfique a pour effet de créer, à la fermeture du commutateur transistorisé, une pointe de tension, d'amplitude notablement supérieure à celle de la tension de maintien de la valve électromagnétique, ce qui a pour z4iLttd'accélérer ltétablisse- ment du courant de maintien.La figure 4 de ce brevet montre cependant que, avant d'atteindre son maximum, le courant transitoire d'établissement commence par croître avec une pente modérée, insuffisante pour certaines applications qui exigent un établissement très rapide du courant continu nominal ; il s'agit notamment des applications exigeant un temps de réponse extrêmement bref d'un organe commandé électromagnétiquement. The U.S. Patent Nos 3 682 144 describes in particular a circuit for switching the control winding of an electromagnetic valve 3 in its simplest embodiment, this circuit notably includes a capacitor eonrLecté en série between le indique coil et le switch, constituted in particular by a transistor; the presence of this capacitor in series with the inductive winding has the effect of creating, at the closing of the transistorized switch, a voltage spike, of amplitude significantly greater than that of the holding voltage of the electromagnetic valve, which has for z4iLtt to accelerate the establishment of the holding current. FIG. 4 of this patent shows however that, before reaching its maximum, the transient establishment current begins to increase with a moderate slope, insufficient for certain applications which require a very rapid establishment of the nominal direct current; these include applications requiring an extremely short response time from an electromagnetically controlled member.
Le brevet des R.U.A. No, 3 646 402 décrit un cir cuit comportant un condensateur unique, permettant, au moyen de commutateurs commandées suivant une séquence appropriée, de faire passer une même quantité d'énergie électrique successivement dans plusieurs inductances, connectées en parallèle aux bornes d'une source de courant continu de faible tension
Le dispositif selon la présente invention comporte également au moins un condensateur, et il permet d'obtenir un temps d'établissement très court d'un courant continu dans un circuit selfique ; le dispositif selon la présente invention est caractérisé par des moyens pour, à la coupure du circuit selfique, faire charger le condensateur par l'extra-courant de rupture dudit circuit, à une tension très supérieure à celle de la source de courant continu, ainsi que des moyens pour, à la fermeture du circuit selfique, faire décharger le condensateur à travers ledit circuit, de manière que le courant de décharge traversant le circuit selfique ait le même sens que le courant qu'y envoie la source en régime permanent.The patent of RUA No, 3 646 402 describes a circuit cooked comprising a single capacitor, making it possible, by means of switches controlled in an appropriate sequence, to pass the same quantity of electrical energy successively through several inductors, connected in parallel to the terminals a low voltage direct current source
The device according to the present invention also comprises at least one capacitor, and it makes it possible to obtain a very short establishment time of a direct current in a inductive circuit; the device according to the present invention is characterized by means for, when the inductive circuit is cut off, causing the capacitor to be charged by the breaking extra-current of said circuit, at a voltage much higher than that of the direct current source, thus that means for closing the inductive circuit, discharging the capacitor through said circuit, so that the discharge current passing through the inductive circuit has the same direction as the current sent there by the source in steady state.
On comprend que, pendant le régime transitoire d'6tablissement, le circuit selfique est travers4 par un courant d'établissement produit par la décharge du condensatear et ayant le même sens que le courant permanent comme, en outre, le condensateur a été précédemment chargé à une tension très supérieure à celle de la source de courant continu, la vitesse d'augmentation du courant d'établissement est très supérieure à celle du courant d'établissement qui serait produit par la source de courant continu, si bien que le courant traversant la selon inductance atteint très rapidement l'intensité nominale, à laquelle il est ensuite maintenu par ladite source de courant continu.Ces différentes conditions impliquent donc que le condensateur du dispositif selon la présente invention soit adapté au circuit selfique, et notamment à sa self-inductance et à sa résistance ohmique, de telle façon que ledit condensateur soit chargé, par l'extra-courant de rupture, à une tension très supérieure à celle de la source de courant continu, et que, en outre, le courant de décharge dudit condensateur dans le circuit selfique soit toujours unidirectionnel. It is understood that, during the transient establishment regime, the inductive circuit is traversed by an establishment current produced by the discharge of the condensate and having the same direction as the permanent current as, moreover, the capacitor was previously charged at a voltage much higher than that of the direct current source, the rate of increase of the establishment current is much higher than that of the establishment current which would be produced by the direct current source, so that the current passing through the according to inductance very quickly reaches the nominal current, at which it is then maintained by said source of direct current. These different conditions therefore imply that the capacitor of the device according to the present invention is adapted to the inductive circuit, and in particular to its self-inductance and to its ohmic resistance, so that said capacitor is charged, by the extra-breaking current, at a voltage much higher than that d e the source of direct current, and that, in addition, the discharge current of said capacitor in the inductive circuit is always unidirectional.
Une forme de réalisation préférée du dispositif selon la présente invention permet de commuter une selfinductance, par exemple une bobine d'électro-aimnnt dont une borne est connectée à l'un des pales de la source de courant continu par l'intermédiaire d1un premier commutateur; cette forme de réalisation est caractérisée par le fait que l'autre borne de la self-inductance est reliée à l'autre pôle de la source de courant continu par l'intermédiaire d'une première diode de polarité appropriée et que les armatures du condensateur sont reliées l'une, directement au premier pale de la source, et l'autre armature aux deux bornes de la self-inductance, à travers respectivement une seconde diode de polarité appropriée, et un second commutateur, commandé en synchronisme avec le premier.De préférence, les deux commutateurs sont constitués respectivement par des composants solides, tels que par exemple des transistors, et une troisième diode est insérée entre le second transistor et l'autre pale de la source, la polarité de ladite troisième diode étant choisie pour éviter que ledit second transistor ne soit soumis à une tension inverse lors de la décharge du condensateur. A preferred embodiment of the device according to the present invention makes it possible to switch a self-inductance, for example an electromagnet coil, one terminal of which is connected to one of the blades of the direct current source by means of a first switch. ; this embodiment is characterized by the fact that the other terminal of the self-inductance is connected to the other pole of the direct current source by means of a first diode of appropriate polarity and that the armatures of the capacitor are connected one, directly to the first blade of the source, and the other armature to the two terminals of the self-inductance, respectively through a second diode of appropriate polarity, and a second switch, controlled in synchronism with the first. Preferably, the two switches are constituted respectively by solid components, such as for example transistors, and a third diode is inserted between the second transistor and the other blade of the source, the polarity of said third diode being chosen to avoid that said second transistor is not subjected to a reverse voltage during the discharge of the capacitor.
La présente invention est applicable à la commutation de tous les circuits selfiques destinés, comme on l'a déjà indiqué, à des applications nécessitant des temps de réponse extrêmement brefs, par exemple pour la commande électromagnétique de soupapes diverses, notamment de soupapes électro-hydrauliques, de soupapes électro-pneumatiques, pour la commande de diverses servo-valves, par exemple pour des freins anti-bloqueurs de véhicules divers, pour la commande de relais électromagnétiques... etc. The present invention is applicable to the switching of all inductive circuits intended, as already indicated, for applications requiring extremely short response times, for example for the electromagnetic control of various valves, in particular of electro-hydraulic valves , electro-pneumatic valves, for the control of various servo-valves, for example for anti-lock brakes of various vehicles, for the control of electromagnetic relays ... etc.
 titre d'exemples, on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé deux formes de réalisation du dispositif selon la présente invention. As examples, two embodiments of the device according to the present invention have been described below and illustrated schematically in the accompanying drawing.
Les figures 1 et 3 sont les schémas électriques simplifiés de ces deux formes de réalisation, équipées respectivement de composants solides. Figures 1 and 3 are simplified electrical diagrams of these two embodiments, respectively equipped with solid components.
La figure 2 est un diagramms illustrant l'établissement et la coupure du courant continu dans la selon inductances du circuit illustré sur la figure 1;
Sur la figure 1, 1 désigne une source de tension continue, produisant par exemple une tension à vide de 20 volts ; aux pâles positif et négatif de la source I sont connectées respectivement les armatures 2a et 2b d'un condensateur 2, de valeur C. Une self-inductance 3, par exemple l'ezroulement de commande d'une servo-valve, non représentée, a ses bornes connectées aux pales de la source de courant continu 1, en parallèle sur le condensateur 2, par l'intermédiaire respectivement de deux commutateurs, constitués, dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure 1 par deux transistors, 4a et 4b, ou par deux autres composants solides, équivalents, 'est-à-dire susceptibles de fonctionner en eommutateur. Dans l'exemple de réalisa- tion de la figure tj le transistor 4a est du type p-n-p 3 son émetteur est relié au pale positif de la source 1 b travers une diode, 5 , connectée de façon à laisser passer le courant continu sortant du p81e positif de la source 1 en direction de 1. émetteur du transistor 4a t le collecteur de ce dernier est relié directement à la borne correspondante ,3a ,de la self-inductance. La base du transistor 4a est reliée, à travers une résistance ohmique 6, de valeur appropriée, à l'autre borne, 3b, de la self-inductance 3, ainsi qu'au collecteur du transistor 4b, qui est du type n-p-n, et dont l'émetteur est relié directement au pale négatif de la source 1. Bniin, la base du transistor 4b est reliée à une borne de commande 7, à travers une résistance ohmique de valeur apropriée, 8.Une diode 9 est insérée entre la borne 3b de la self-inductance 3 et l'armature 2a du condensateur 2. Une autre diode, 10, est connectée en parallèle sur le transistor 4a et la diode 5, de manière à avoir le même sens passant que ledit transistor 4a, cest-à-dire de façon à laisser passer le courant sortant du parle positif de la source 1 vers la borne 3a de la self-inductance 3.Figure 2 is a diagrams illustrating the establishment and breaking of direct current in the inductances of the circuit illustrated in Figure 1;
In FIG. 1, 1 designates a source of direct voltage, producing for example a no-load voltage of 20 volts; to the positive and negative blades of the source I are connected respectively the armatures 2a and 2b of a capacitor 2, of value C. A self-inductance 3, for example the control winding of a servo-valve, not shown, has its terminals connected to the blades of the direct current source 1, in parallel on the capacitor 2, respectively by means of two switches, constituted, in the embodiment illustrated in FIG. 1 by two transistors, 4a and 4b , or by two other equivalent solid components, that is to say capable of operating as a switch. In the exemplary embodiment of FIG. Tj the transistor 4a is of the pnp type 3 its emitter is connected to the positive blade of the source 1b through a diode, 5, connected so as to allow the direct current leaving the p81e to pass positive from source 1 towards 1. emitter of transistor 4a t the collector of the latter is connected directly to the corresponding terminal, 3a, of the self-inductance. The base of transistor 4a is connected, through an ohmic resistor 6, of appropriate value, to the other terminal, 3b, of the self-inductance 3, as well as to the collector of transistor 4b, which is of the npn type, and whose transmitter is directly connected to the negative blade of the source 1. Bniin, the base of the transistor 4b is connected to a control terminal 7, through an ohmic resistance of suitable value, 8. A diode 9 is inserted between the terminal 3b of the self-inductance 3 and the armature 2a of the capacitor 2. Another diode, 10, is connected in parallel on the transistor 4a and the diode 5, so as to have the same passing direction as said transistor 4a, cest- that is, so as to allow the current leaving the positive talk from source 1 to pass to terminal 3a of self-inductance 3.
le mode de fonctionnement du circuit selfique illustré sur la figure 1, et précédemment décrit, est le suivant :
En régime permanent, les deux transistors 4a et 4b sont conducteurs ; le courant qui sort du pôle positi! de la source 1 est dérivé en deux fractions, dont l'une traverse en série la diode 5 et le transistor 4a, l'autre traversant la diode 10, la somme de ces deux courants dérivés traversant ensuite la self-inductance 9 et revenant au ptle négatif de la source 1 à travers le transistor 4b.the operating mode of the inductive circuit illustrated in FIG. 1, and previously described, is as follows:
In steady state, the two transistors 4a and 4b are conductive; the current which leaves the positi pole! from source 1 is derived in two fractions, one of which crosses diode 5 and transistor 4a in series, the other through diode 10, the sum of these two derivative currents then passing through self-inductance 9 and returning to source 1 negative through transistor 4b.
L'ensemble est dimensionné de manière que, compte tenu notamment de la résistance ohmique de la self-inductance 3, celle-ci soit traversée par un courant continu d'intensité prédéterminée. Lorsqu'une ir lsion 1 de polarité appropriée est anplique à la borne de commande 7, le transistor 4b est bloqué et, de ce fait, la résistance 5 transmet à la base du transistor 4a une impulsion de blocage.Le courant continu, d'intensité IN, qui circulait jusque là à travers la self-inductance 3, ne s'annule pas de façon instantanée, en raison de l'apparition d'un extra-courant de rupture, qui, à travers la diode 9, va charger l'armature 2a du condensateur 2. Selon la présente invention, l'ensemble du circuit, c'est-à-dire notamment la capacité C du condensateur 2, l'inductance X et la résistance ohmique R de la selfinductance 3, sont choisies, compte tenta notamment de la tension à vide de la source 1, de manière que l'extra- courant de rupture puisse charger le condensateur 2 à une tension très supérieure à la tension à vide de la source 1. The assembly is dimensioned so that, taking into account in particular the ohmic resistance of the self-inductance 3, it is crossed by a direct current of predetermined intensity. When an ir ion 1 of appropriate polarity is explained to the control terminal 7, the transistor 4b is blocked and, therefore, the resistor 5 transmits to the base of the transistor 4a a blocking pulse. intensity IN, which hitherto circulated through the self-inductance 3, does not cancel instantaneously, due to the appearance of an extra-breaking current, which, through the diode 9, will charge the the armature 2a of the capacitor 2. According to the present invention, the entire circuit, that is to say in particular the capacitance C of the capacitor 2, the inductance X and the ohmic resistance R of the selfinductor 3, are chosen, account attempted in particular of the open circuit voltage of the source 1, so that the extra-breaking current could charge the capacitor 2 at a voltage much higher than the open circuit voltage of the source 1.
Le condensateur 2 reste ainsi chargé tant que le circuit reste au repos, la diode 5 évitant qu'il ne se décharge à travers la source 1. Lorsqu'une impulsion i de polarité appropriée est appliquée à la borne de commande 7, le transistor 4b est débloqué, et, par l'intermédiaire de la résistance 6, il débloque le transistor 4a. Dès que le transistor 4a est devenu conducteur, il est traversé par un courant transitoire d'établissement produit par le courant de décharge du condensateur 2, de même sens, mais croissant beaucoup plus rapidement que le courant d'établis- sement, qui y serait envoyé par la source 1.Sur le iagram- me de la figure 2, la courbe en traits mixtes À montre comment un courant d'établissement produit par la source 1 commencerait à croître, de façon relativement lente, à partir de l'instant t = O, correspondant au début de l'impulsion de commande i ; on voit quet en l'absence du con- densateur 2 (figure 1), le courant traversant la seuil inductance 3 n'atteindrait une valeur voisine de l'intensité prédéterminée IN, qu'après une durée T assez longue.La courbe en traits pleins B montre par contre que le courant d'établissement produit par la décharge du condensateur 2 atteint très rapidement, en une durée ti, au moins 3 fois circuit clasaSque -. -, - plus courue que pour un/, une valeur peu mrerleure a cette valeur IN de l'intensité du courant dans la selon inductance 3 étant ensuite atteinte à un instazrtt2, encore notablement antérieur à T. The capacitor 2 thus remains charged as long as the circuit remains at rest, the diode 5 preventing it from discharging through the source 1. When a pulse i of appropriate polarity is applied to the control terminal 7, the transistor 4b is turned on, and, via resistor 6, it turns on transistor 4a. As soon as the transistor 4a becomes conductive, it is crossed by a transient establishment current produced by the discharge current of the capacitor 2, in the same direction, but increasing much faster than the establishment current, which would be there sent by the source 1. On the iagram of figure 2, the dashed line curve À shows how an establishment current produced by the source 1 would start to grow, relatively slowly, from the instant t = O, corresponding to the start of the control pulse i; it can be seen that, in the absence of the capacitor 2 (FIG. 1), the current crossing the inductance threshold 3 would not reach a value close to the predetermined intensity IN, until after a fairly long duration T. solid B shows, on the other hand, that the establishment current produced by the discharge of the capacitor 2 very quickly reaches, at a time ti, at least 3 times clasaSque circuit -. -, - more popular than for a /, a value little longer than this value IN of the intensity of the current in the inductance 3 then being reached at an instazrtt2, still notably prior to T.
Le dispositif illustré schématiquement sur la figure 3 permet de commuter alternativement deux selfinductances, 3Â et 33, par exemple deux bobines d'électroaimant. Les armatures 2Àa et 2Ba de deux condensateurs, 2A et 2B, ainsi que les bornes 3Àa et 33a des deux seuil inductances 3A et 33 sont reliées au pôle positif, +V, d'une source de ccurant continu, respectivement à travers deux diodes, 11A et 113, polarisées de façon à laisser passer le courant sortant du pôle +V ; les bornes 3Âb et 33b des inductances 3À et 3B sont reliées respectivement aux collecteurs de deux transistors commutateurs, 4A et 4ss, du type n-p-n dans l'exemple considéré ; les bases respectives de ces deux transistors, 4h et 4B, sont reliées respectivement à deux bornes de commande indépendantes, 7A et 7B, tandis que leurs émetteurs, de même que les armatures lib et 2Bb des deux condensateurs 2A et 2B, sont reliées au pôle négatif - V de la source de courant. enfin, un commutateur à seuil de tension de commande, notamment un thyristor, 12A ou 12B, est inséré entre la borne 3Àa de la self-inductance 3A ou la borne 33a de la self-inductance 33, d'une part, et la borne 33b de la self-inductance 3B ou la borne 3Ab de la self-inductance 3A, d'autre part. The device illustrated diagrammatically in FIG. 3 makes it possible to switch alternately two inductors, 3A and 33, for example two electromagnet coils. The armatures 2Aa and 2Ba of two capacitors, 2A and 2B, as well as the terminals 3Aa and 33a of the two inductance thresholds 3A and 33 are connected to the positive pole, + V, of a source of direct current, respectively through two diodes, 11A and 113, polarized so as to let the current leaving the pole + V pass; the terminals 3Ab and 33b of the inductors 3A and 3B are respectively connected to the collectors of two switching transistors, 4A and 4ss, of the n-p-n type in the example considered; the respective bases of these two transistors, 4h and 4B, are respectively connected to two independent control terminals, 7A and 7B, while their emitters, as well as the armatures lib and 2Bb of the two capacitors 2A and 2B, are connected to the pole negative - V of the current source. finally, a switch with a control voltage threshold, in particular a thyristor, 12A or 12B, is inserted between terminal 3Aa of the self-inductor 3A or terminal 33a of the self-inductor 33, on the one hand, and the terminal 33b of the self-inductance 3B or the terminal 3Ab of the self-inductance 3A, on the other hand.
Si des impulsions rectangulaires de tension} successives, iA et i3, sont appliquées aux bornes de commande 7A et 7B respectivement, de manière à rendre successivement conducteurs les transistors commutateurs 4A et 43, le circuit de la figure 3 fonctionne de la façon suivante t
À la fin d'une impulsion iÀ qui a rendu conducteur le transistor 4A, ce transistor se bloque, et ltextra-courant de rupture dans la self-inductance correspondante, 3A, va charger le condensateur 2B, par l'intermédiaire du thyristor 123, à une tension très supérieure à +T. Au début de llimpul- sion suivante iB, qui débloque le transistor 4B, le condensateur 2B se décharge dans la self-inductance 3B, qui est alors parcourue par le courant de décharge, à croissance très rapide, du condensateur 2B, Si bien que le courant traversant ladite self-inductance 33 atteint très rapidement l'intensité prédéterminée qu'il doit avoir. À la fin de l'impulsion iB, précédemment considérée, il y a blocage du transistor 43, et 1' extra-courant de rupture dans la self-inductance 33 va charger le condensateur 2A à travers le thyristor 12A. Les deux self-inductances 3A et 3B sont donc parcourues alternativement par des courants d'intensité prédéterminée, qui s'établissent très rapidement grâce au processus précédemment décrit. Chacun des thyristors 12 & et 12B pourrait titre remplacé par exemple par une diode à allumage contrôlé. If successive rectangular pulses of voltage}, iA and i3, are applied to the control terminals 7A and 7B respectively, so as to successively make the switching transistors 4A and 43 conductive, the circuit of FIG. 3 operates as follows t
At the end of a pulse iA which has made the transistor 4A conductive, this transistor is blocked, and the breaking current-current in the corresponding self-inductance, 3A, will charge the capacitor 2B, via the thyristor 123, at a voltage much higher than + T. At the start of the next pulse iB, which turns on the transistor 4B, the capacitor 2B discharges into the self-inductance 3B, which is then traversed by the very rapidly growing discharge current from the capacitor 2B, so that the current flowing through said self-inductor 33 very quickly reaches the predetermined intensity that it must have. At the end of the pulse iB, previously considered, the transistor 43 is blocked, and the extra-breaking current in the self-inductor 33 will charge the capacitor 2A through the thyristor 12A. The two self-inductors 3A and 3B are therefore traversed alternately by currents of predetermined intensity, which are established very quickly thanks to the process described above. Each of the thyristors 12 & and 12B could be replaced, for example, by a controlled-ignition diode.
La présente invention n'est pas limitée aux deux formes de réalisation précédemment décrites. Elle englobe toutes leurs variantes. Àu lieu d're constitué. The present invention is not limited to the two embodiments described above. It encompasses all their variants. Instead of being constituted.
par des composants solides, tels que les transistors 4a et 4b (figure i) ou les transistors 4A et 43 (figure 3), les commutateurs du dispositif selon la présente invention pourraient titre constitués par des contacts mécaniques, commandés électromagnétiquement. Dans le cas d'une telle réalisation, la diode 5 du circuit de la figure I pourrait être supprimée ; elle n'a, en effet, pour rôle, que d'dvi- ter l'application d'une tension inverse au transistor commutateur 4a, lors de la décharge du condensateur 2. by solid components, such as the transistors 4a and 4b (FIG. i) or the transistors 4A and 43 (FIG. 3), the switches of the device according to the present invention could be constituted by mechanical contacts, electromagnetically controlled. In the case of such an embodiment, the diode 5 of the circuit of FIG. I could be eliminated; its role, in fact, is only to divide the application of a reverse voltage to the switching transistor 4a, during the discharge of the capacitor 2.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8109486A FR2506097A1 (en) | 1981-05-13 | 1981-05-13 | Switching circuit for solenoid valve - has latching transistors controlled by pulses applied to one transistor base |
Applications Claiming Priority (1)
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| FR8109486A FR2506097A1 (en) | 1981-05-13 | 1981-05-13 | Switching circuit for solenoid valve - has latching transistors controlled by pulses applied to one transistor base |
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
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Also Published As
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