WO2014060144A1 - Stromregelschaltung für die ansteuerspule eines schützes - Google Patents

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WO2014060144A1
WO2014060144A1 PCT/EP2013/068248 EP2013068248W WO2014060144A1 WO 2014060144 A1 WO2014060144 A1 WO 2014060144A1 EP 2013068248 W EP2013068248 W EP 2013068248W WO 2014060144 A1 WO2014060144 A1 WO 2014060144A1
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current
control circuit
current control
output
terminal
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Application number
PCT/EP2013/068248
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English (en)
French (fr)
Inventor
Chrysanthos Tzivanopoulos
Dirk Hasenkopf
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Samsung Sdi Co., Ltd.
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01H47/22—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil
    • H01H47/32—Energising current supplied by semiconductor device
    • H01H47/325—Energising current supplied by semiconductor device by switching regulator

Definitions

  • the present invention relates to a current control circuit for the drive coil of a contactor, wherein the current control circuit comprises a switching regulator IC and a current measuring and amplifying unit connected thereto.
  • Drive motors are usually installed on both the plus pole and the negative pole of the battery contactors, which are designed for the high voltage of the battery and must be able to reliably disconnect the battery even with short-circuit currents of over 1000 A.
  • the switching on and off of the contactors usually takes place via an electronic output stage or via a current control circuit which supplies the drive coils of the contactors with power.
  • the driving power is not negligible.
  • Tightening or holding phase Significant for the particular mode is the magnitude of the drive current that is higher during the pull-up mode than during the hold mode. This is spoken of the suit and the hold level.
  • the tightening mode is only needed for switching on (closing) the contactors and is of relatively short duration. For the majority of the operating time, the contactors are operated in the more power-saving holding mode. A current control circuit for the control of shooters should therefore be able to represent both modes of operation.
  • FIG. 1 shows a current regulation circuit 40 with a switching converter of the prior art.
  • the current control circuit 40 of Figure 1 has a
  • Bipolar transistor which acts as the main switching element 1 in the illustrated current control circuit 40.
  • the emitter of the bipolar transistor is connected to the cathode of a freewheeling diode 2, while the anode of the freewheeling diode 2 and the collector of the bipolar transistor, each having a pole of a
  • Bipolar transistor via a gate driver circuit 3, which is also fed from the power source.
  • the gate drive circuit 3 provides the base of the bipolar transistor using the charge pump or the
  • Substitute circuit 4 of the contactor is connected via a shunt resistor 35 to a pole of the voltage source 5.
  • the Terminals of the shunt resistor 35 are connected to the inputs of a circuit for processing a measurement signal 7, here an amplifier.
  • the executed as an operational amplifier circuit for processing a measuring signal 7 is here connected to a voltage source 5 fed via the auxiliary voltage generating circuit 9, while another supply input of the circuit for processing a measuring signal 7 with the not connected to the auxiliary voltage generating circuit 9 Pol of the voltage source. 5 directly connected.
  • Auxiliary voltage generating circuit 9 provides the circuit for conditioning a measurement signal 7, a supply voltage.
  • the output of the circuit for conditioning a measurement signal 7 is connected to the input of a control amplifier 10, which compares the actual value of the processed measurement signal with a desired value or forms the control difference from the setpoint and the actual value of the processed measurement signal and amplified suitably. About its output, the control amplifier 10 transmits the amplified
  • Control difference a loop filter 1 1, which determines the controller transfer function of the current control circuit 40.
  • the output of the loop filter 11 is connected to the input of a PWM unit 14, which in turn is coupled to an oscillator circuit 13.
  • Control pulses for the main switching element 1 set The output of the PWM unit 14 is connected to a matching circuit 12 designed as a level shifter, which in turn is connected to the gate driver circuit 3.
  • the matching circuit 12 adapts the drive pulses of the PWM unit 14, which are usually still related to the local ground potential of the circuit, to the PWM unit 14
  • Gate driver circuit 3 on.
  • the units and components mentioned here form a control system with a closed loop, via which the current is controlled or regulated by the drive coil of a contactor.
  • the current control circuit shown in the figure 1 is usually in the art still by other supplementary components and units, such as
  • a current control circuit for the drive coil of a contactor which comprises two connections for connection to an energy store. Further, the current control circuit comprises a switching regulator IC having two supply voltage inputs, each connected to one of the two terminals. Furthermore, the switching regulator IC having two supply voltage inputs, each connected to one of the two terminals. Furthermore, the switching regulator IC having two supply voltage inputs, each connected to one of the two terminals.
  • Switching regulator IC includes a switch port, a feedback port and a compensation port. Furthermore, the current control circuit comprises a first and a second output, via which the current control circuit can be connected to the terminals of the drive coil of a contactor. According to the invention, the first output is connected to the switch terminal of the switching regulator IC and the second output is connected to a current measuring and amplifying unit whose output is connected to the feedback terminal of the switching regulator IC.
  • Contactor circuit can be extended.
  • the switching regulator IC is designed as a buck converter IC.
  • the current measuring and amplifying unit comprises a
  • Shunt resistor whose first terminal is connected to the second output and whose second terminal is connected to a constant potential.
  • Shunt resistors or shunts are very inexpensive compared to other current measuring units or current sensors and are nevertheless capable of measuring a current very precisely.
  • the current measuring and amplifying unit has a current measuring amplifier with two inputs and one output, wherein in each case one input of the
  • Current measuring amplifier is connected to the output of the current measuring and amplifier unit.
  • a current sense amplifier By using a current sense amplifier, a stable control loop can be realized within the current control circuit.
  • the current measuring amplifier is designed as an operational amplifier whose non-inverting input has a first input of the
  • Op amp forms the output of the current sense amplifier.
  • Frequency compensation have very large input voltage ranges and take up little power.
  • the current control circuit comprises a compensation network, which via a first terminal with the
  • the compensation network comprises a loop filter, which provides the current control circuit with a regulator transfer function.
  • Loop filter is used here, one through the current sense amplifier to filter generated control signal to eliminate or suppress disturbances thereof.
  • the compensation network is connected to a constant potential via a second terminal.
  • the constant potential corresponds to the mass.
  • a battery is provided with a current control circuit according to the invention, wherein the battery is particularly preferred as a
  • Lithium-ion battery is running. Advantages of such batteries include their comparatively high energy density and their high thermal stability. Another advantage of lithium-ion batteries is that they are not subject to memory effect.
  • a motor vehicle is provided with a battery with a current control circuit according to the invention, wherein the battery is connected to a drive system of the motor vehicle.
  • Figure 2 shows an embodiment of a current control circuit according to the invention for the drive coil of a contactor
  • Figure 3 shows a specific embodiment of an inventive
  • the current control circuit 40 for the drive coil of a contactor shown.
  • the current control circuit 40 comprises two terminals 21, 22, via which it can be connected to an energy store.
  • the current control circuit 40 has a switching regulator IC 25, that is, a switching regulator implemented as an integrated circuit.
  • the switching regulator IC 25 is a switching regulator, whose components or components are designed in the form of a monolithic circuit and as open or via a
  • Switching regulator IC 25 is executed in this embodiment purely by way of example as a buck converter IC. But it can also according to the invention
  • Current control circuits 40 may be realized in which the switching regulator IC 25 is not designed as a buck converter IC, but as another switching regulator IC 25.
  • the switching regulator IC 25 is not designed as a buck converter IC, but as another switching regulator IC 25.
  • Switching regulator IC 25 has two supply voltage inputs 26, 27, which are each connected to one of the two terminals 21, 22 of the current control circuit 40.
  • a first supply voltage inputs 26, 27 which are each connected to one of the two terminals 21, 22 of the current control circuit 40.
  • Supply voltage input 27 of the switching regulator IC 25 is connected to the second terminal 22 of the current control circuit 40.
  • Embodiment provides a first supply voltage input 26 is a VBAT input for connection to an energy storage, while the second supply voltage input 27 is a GND input for connection to the ground potential or for connection to the grounded pole of an energy storage.
  • this embodiment of the supply voltage inputs 26, 27 of the switching regulator IC 25 is selected purely by way of example in this embodiment.
  • Switching regulator ICs 25 may also be implemented in current-regulating circuits 40 according to the invention, which have other supply voltage inputs 26, 27.
  • the switching converter IC 25 has a switch terminal 31, a feedback terminal 32 and a compensation terminal 33, or respectively a representative terminal, which has the function of a switch terminal 31, a feedback terminal 32 or a compensation Connection 33 fulfilled.
  • the current control circuit 40 has a first and a second output 18, 19, via which the current control circuit 40 with the
  • connections of the drive coil of a contactor is connectable.
  • the first output 18 of the current control circuit 40 is connectable to the first terminal of the drive coil of a contactor, while the second output 19 of the current control circuit 40 is connectable to the second terminal of the drive coil of the contactor.
  • the first output 18 of the current control circuit 40 is connected to the switch terminal 31 of the switching regulator IC 25.
  • the second output 19 is connected to a current measuring and
  • Amplifier unit 34 whose output is connected to the feedback terminal 32 of the switching regulator IC 25.
  • the drive coil of the contactor itself acts as a smoothing inductance for the
  • the switching regulator IC 25 can be purely exemplary as a switching regulator IC 25 of the LM22677 type from National Semiconductors or purely exemplary as
  • FIG. 3 shows a specific embodiment of an inventive device
  • Amplifier unit 34 is configured concretely and the current control circuit 40 comprises a compensation network 15.
  • FIG. 3 thus correspond to those of the first exemplary embodiment of FIG. 2, so that what has been said there with regard to these components can also be transferred to the second exemplary embodiment of FIG. Therefore, no reference is made to most of the like components in the description of FIG.
  • the current measuring and amplifying unit 34 purely by way of example comprises a shunt resistor 35 whose first terminal is connected to the second output 19 of the current regulating circuit 40 and whose second terminal is connected to a constant potential.
  • the constant potential corresponds purely by way of example to the local ground of the current control circuit 40.
  • the current measuring and amplifying unit 34 comprises a current measuring amplifier 36 alone. This current measuring amplifier 36 has two inputs 37 and 38 and one output 39, wherein in each case an input 37, 38 of the current-sense amplifier 36, each having a connection of the
  • Current sense amplifier 36 is connected to the output of the current measuring and
  • Amplifier unit 34 connected.
  • the output 39 of the current sense amplifier 36 is electrically connected to the
  • the current measuring amplifier 36 is designed purely by way of example as an operational amplifier.
  • Operational amplifier forms a first input 38 of the
  • Operational amplifier forms the second input 37 of the current sense amplifier 36. Furthermore, the output of the operational amplifier forms the output 39 of the current measuring amplifier 36. Thus, in this embodiment, therefore, the output of the operational amplifier is identical to the output 39 of the
  • Connection between the shunt resistor 35 and the output 19 of the current control circuit 40 is electrically connected.
  • the inverting input of the operational amplifier is connected to the electrical connection between the local ground of the current regulating circuit 40 and the shunt resistor 35.
  • Control coil of a contactor impresses to be regulated. For example, if the current flow through the drive coil is too large or too small, the voltage drop across the shunt resistor 35, based on a predetermined setpoint, will be too large or too small. This is reflected in the output signal, which is the switching regulator IC 25 via the output 39 of the current sense amplifier 36 and the feedback terminal 32, down. Within the switching regulator IC 25, this output signal can then be evaluated and a control signal for the current control can be generated by the drive coil. Then the current can be adjusted by the drive coil.
  • the current control circuit 40 is in this case
  • a compensation network 15 which is connected via a first terminal to the compensation terminal 33 of the switching regulator IC 25. Via a second connection, the compensation network 15 is connected purely by way of example to the local ground of the current control circuit 40.
  • the compensation network 15 comprises a loop filter, which the current control circuit 40 a
  • Controller transfer function provides or sets.
  • a compensating network 15 connected to the compensation terminal 33 is optional. It is also possible to realize current control circuits 40 according to the invention without compensating network 15 or with a different design. Such different, so not executed as a loop filter
  • Compensating networks 15 may also be constant with another
  • Potential can be connected as the local ground of the current control circuit 40 or even a non-constant potential.
  • the current measuring and amplifying unit 34 of a current control circuit 40 according to the invention may also be designed differently than shown here. It may, for example, a circuit other than a current measuring amplifier 36 exhibit. Also, when implemented with a current sense amplifier 36, it may be realized differently than by an operational amplifier. Furthermore, the use of a shunt resistor 35 for a current control circuit 40 according to the invention is also optional. For example, other sensors or units that are designed to measure the current flow through a drive coil of a contactor connected to the current control circuit 40 may also be implemented in a current control circuit 40 according to the invention.

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  • Power Engineering (AREA)
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  • Control Of Voltage And Current In General (AREA)

Abstract

Erfindungsgemäß wird eine Stromregelschaltung (40) für die Ansteuerspule eines Schützes zur Verfügung gestellt, welche zwei Anschlüsse (21, 22) zur Verbindung mit einem Energiespeicher umfasst. Ferner umfasst die Stromregelschaltung einen Schaltregler-IC (25), der zwei Versorgungsspannungseingänge (26, 27) aufweist, die jeweils mit einem der zwei Anschlüsse (21, 22) verbunden sind. Ferner umfasst der Schaltregler-IC (25) einen Switch-Anschluss (31), einen Feedback-Anschluss (32) und einen Compensation-Anschluss (33). Des Weiteren umfasst die Stromregelschaltung (40) einen ersten und einen zweiten Ausgang (18, 19), über welche die Stromregelschaltung (40) mit den Anschlüssen der Ansteuerspule eines Schützes verbindbar ist. Erfindungsgemäß ist der erste Ausgang (18) mit dem Switch-Anschluss (31) des Schaltregler-ICs (25) verbunden und der zweite Ausgang (19) mit einer Strommess- und Verstärkereinheit (34) verbunden, deren Ausgang mit dem Feedback-Anschluss (32) des Schaltregler-ICs (25) verbunden ist.

Description

Beschreibung Titel
Stromregelschaltung für die Ansteuerspule eines Schützes
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromregelschaltung für die Ansteuerspule eines Schützes, wobei die Stromregelschaltung einen Schaltregler-IC sowie eine mit diesem verbundene Strommess- und Verstärkereinheit umfasst.
Stand der Technik
Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, als auch bei Fahrzeugen wie Hybrid- und Elektrofahrzeugen vermehrt
Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden, an welche sehr hohe
Anforderungen bezüglich der Zuverlässigkeit gestellt werden. Hintergrund hierfür ist, dass ein Ausfall der Batterie zu einem sicherheitsrelevanten Problem führen kann. Um die für eine jeweilige Anwendung gewünschten Leistungen zur Verfügung zu stellen, werden üblicherweise eine hohe Zahl von Batteriezellen in Reihe geschaltet, wodurch sich eine hohe Ausgangsspannung der Batterie ergibt, welche ohne geeignete Maßnahmen dauerhaft an den entsprechenden Versorgungsleitungen der durch die Batterie versorgten Vorrichtung anliegt und eine Gefährdung für Wartungspersonal oder Benutzer bedeuten kann. Aus diesem Grund werden in der Regel Schütze vorgesehen, um die Batterie elektrisch abkoppeln zu können. Bei Kraftfahrzeugen mit elektrischem
Antriebsmotor werden gewöhnlich sowohl am Pluspol wie auch am Minuspol der Batterie Schütze verbaut, welche für die hohe Spannung der Batterie ausgelegt sind und auch bei Kurzschlussströmen von über 1000 A zuverlässig die Batterie abtrennen können müssen.
Das Ein- und Ausschalten der Schütze geschieht gewöhnlich über eine elektronische Endstufe beziehungsweise über eine Stromregelschaltung, welche die Ansteuerspulen der Schütze mit Strom versorgt. Die Ansteuerleistung ist dabei nicht vernachlässigbar gering. Beim Einschaltvorgang werden zum zuverlässigen Anziehen der Schütze jedoch weitaus höhere Ansteuerströme benötigt als zum anschließenden Halten der Kontakte im geschlossenen Zustand. Aus diesem Grund ist es üblich, die Ansteuerung der Schütze in zwei Modi zu unterteilen, den Anzugsmodus und den Haltemodus (oder auch in die
Anzugs- beziehungsweise Haltephase). Bezeichnend für den jeweiligen Modus ist die Höhe des Ansteuerstroms, der während des Anzugsmodus höher ist als während des Haltemodus. Hierbei wird vom Anzugs- und vom Halteniveau gesprochen. Dabei wird der Anzugsmodus nur für das Einschalten (Schließen) der Schütze benötigt und ist von relativ kurzer Dauer. Den überwiegenden Teil der Einsatzzeit werden die Schütze im leistungssparenderen Haltemodus betrieben. Eine Stromregelschaltung für die Ansteuerung von Schützen soll daher in der Lage sein, beide Betriebsmodi darzustellen.
In Stromregelschaltungen des Standes der Technik werden zur Realisierung solcher Betriebsmodi beziehungsweise zur Realisierung der zu diesen
Betriebsmodi korrespondierenden Stromverläufe Schaltwandler verwendet. In der Figur 1 ist eine Stromregelschaltung 40 mit Schaltwandler des Standes der Technik dargestellt. Die Stromregelschaltung 40 der Figur 1 weist einen
Bipolartransistor auf, welcher in der dargestellten Stromregelschaltung 40 als Hauptschaltelement 1 fungiert. Der Emitter des Bipolartransistors ist mit der Kathode einer Freilaufdiode 2 verbunden, während die Anode der Freilaufdiode 2 sowie der Kollektor des Bipolartransistors mit jeweils einem Pol einer
Spannungsquelle 5 verbunden sind. Die Ansteuerung der Basis des
Bipolartransistors erfolgt über eine Gatetreiberschaltung 3, die ebenfalls aus der Spannungsquelle gespeist wird. Die Gatetreiberschaltung 3 stellt der Basis des Bipolartransistors unter Anwendung des Charge-Pump- oder des
Bootstrap-Prinzips die notwendige Steuerspannung sowie den notwendigen Steuerstrom zur Verfügung. Die elektrische Verbindung zwischen dem Emitter des Bipolartransistors und der Kathode der Freilaufdiode 2 ist mit einem
Anschluss der Ersatzschaltung 4 eines Schützes beziehungsweise mit der Ansteuerspule eines Schützes verbunden. Der andere Anschluss der
Ersatzschaltung 4 des Schützes ist über einen Nebenschlusswiderstand 35 mit einem Pol der Spannungsquelle 5 verbunden. Über diesen
Nebenschlusswiderstand 35 wird der Stromfluss durch die Ansteuerspule beziehungsweise die Ersatzschaltung 4 des Schützes gemessen. Die Anschlüsse des Nebenschlusswiderstandes 35 sind mit den Eingängen einer Schaltung zur Aufbereitung eines Messsignals 7, hier einem Verstärker, verbunden. Die als Operationsverstärker ausgeführte Schaltung zur Aufbereitung eines Messsignals 7 ist hier mit einer über die Spannungsquelle 5 gespeisten Hilfsspannungs-Erzeugungsschaltung 9 verbunden, während ein anderer Versorgungseingang der Schaltung zur Aufbereitung eines Messsignals 7 mit dem nicht mit der Hilfsspannungs-Erzeugungsschaltung 9 verbundenen Pol der Spannungsquelle 5 direkt verbunden ist. Die
Hilfsspannungs-Erzeugungsschaltung 9 stellt der Schaltung zur Aufbereitung eines Messsignals 7 eine Versorgungsspannung bereit. Der Ausgang der Schaltung zur Aufbereitung eines Messsignals 7 ist mit dem Eingang eines Regelverstärkers 10 verbunden, der den Istwert des aufbereiteten Messsignals mit einem Sollwert vergleicht beziehungsweise die Regeldifferenz aus dem Soll- und dem Istwert des aufbereiteten Messsignals bildet und geeignet verstärkt. Über seinen Ausgang übermittelt der Regelverstärker 10 die verstärkte
Regeldifferenz einem Schleifenfilter 1 1 , welches die Regler-Übertragungsfunktion der Stromregelschaltung 40 festlegt. Der Ausgang des Schleifenfilters 11 ist mit dem Eingang einer PWM-Einheit 14 verbunden, die selbst wiederum an eine Oszillator-Schaltung 13 gekoppelt ist. Über die Kombination aus PWM-Einheit 14 und Oszillator-Schaltung 13 werden die Frequenz sowie die Dauer der
Ansteuerimpulse für das Hauptschaltelement 1 festgelegt. Der Ausgang der PWM-Einheit 14 ist mit einer als Level-Shifter ausgeführten Anpassschaltung 12 verbunden, welche ihrerseits mit der Gatetreiberschaltung 3 verbunden ist. Die Anpassschaltung 12 passt die meist noch auf das lokale Massepotenzial der Schaltung bezogenen Ansteuerimpulse der PWM-Einheit 14 an das
Spannungsniveau beziehungsweise die Spannungslage der
Gatetreiberschaltung 3 an. Somit bilden die hier erwähnten Einheiten und Komponenten ein Regelsystem mit geschlossener Regelschleife aus, über welches der Strom durch die Ansteuerspule eines Schützes geregelt wird beziehungsweise regelbar ist.
Die in der Figur 1 gezeigte Stromregelschaltung wird im Stand der Technik meist noch durch weitere Ergänzungs-Komponenten und -Einheiten, wie
beispielsweise Einheiten zum Überspannungsschutz oder durch
Schutzschaltungen für die verwandten Leistungshalbleiter erweitert. Aufgrund der Vielzahl der pro Stromreglerschaltung zu realisierenden Bauelemente, sowie der Anzahl an Stromreglerschaltungen, welche einmal je verbautem Schütz installiert werden müssen, kann der Bauteileaufwand für diese Art der Schützansteuerung erheblich werden. Andererseits existieren aufgrund noch zu geringer Stückzahlen derzeit keine integrierten Schaltungen (Integrated Circuits, ICs) für diese
Anwendung.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Stromregelschaltung für die Ansteuerspule eines Schützes zur Verfügung gestellt, welche zwei Anschlüsse zur Verbindung mit einem Energiespeicher umfasst. Ferner umfasst die Stromregelschaltung einen Schaltregler-IC, der zwei Versorgungsspannungseingänge aufweist, die jeweils mit einem der zwei Anschlüsse verbunden sind. Ferner umfasst der
Schaltregler-IC einen Switch-Anschluss, einen Feedback-Anschluss und einen Compensation-Anschluss. Des Weiteren umfasst die Stromregelschaltung einen ersten und einen zweiten Ausgang, über welche die Stromregelschaltung mit den Anschlüssen der Ansteuerspule eines Schützes verbindbar ist. Erfindungsgemäß ist der erste Ausgang mit dem Switch-Anschluss des Schaltregler-ICs verbunden und der zweite Ausgang mit einer Strommess- und Verstärkereinheit verbunden, deren Ausgang mit dem Feedback-Anschluss des Schaltregler-ICs verbunden ist.
Durch eine derartige Ausführung einer Stromregelschaltung für die
Ansteuerspule eines Schützes kann die Anzahl diskreter Bauelemente, die für die Realisierung der Stromregelschaltung benötigt werden, massiv reduziert werden. Es wird hier also ein auf dem Markt gut erhältlicher Schaltregler-IC, welcher ursprünglich für eine andere Anwendung konzipiert wurde, durch eine gegenüber der ursprünglichen Konzeption veränderte und erweiterte
Außenbeschaltung, für eine Schütz-Stromregelung nutzbar gemacht. Damit einhergehend können die Kosten für die Realisierung der Stromregelschaltung reduziert sowie der zur Verfügung stehende Bauraum innerhalb einer
Schützbeschaltung erweitert werden.
Bevorzugt ist der Schaltregler-IC als Tiefsetzsteller-IC ausgeführt. Als
Ausgangspunkt für die Realisierung einer Stromregelschaltung für die Ansteuerspule eines Schützes eignen sich als integrierte Schaltung realisierte Tiefsetzsteller besonders gut.
Bevorzugt umfasst die Strommess- und Verstärkereinheit einen
Nebenschlusswiderstand, dessen erster Anschluss mit dem zweiten Ausgang verbunden ist und dessen zweiter Anschluss mit einem konstanten Potenzial verbunden ist. Nebenschlusswiderstände beziehungsweise Shunts sind im Vergleich zu anderen Strommess-Einheiten beziehungsweise Stromsensoren sehr preiswert und vermögen einen Strom dennoch sehr genau zu messen.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung dieser Ausführungsform weist die Strommess- und Verstärkereinheit einen Strom-Messverstärker mit zwei Eingängen und einem Ausgang auf, wobei jeweils ein Eingang des
Strom-Messverstärkers mit jeweils einem Anschluss des
Nebenschlusswiderstandes verbunden ist und wobei der Ausgang des
Strom-Messverstärkers mit dem Ausgang der Strommess- und Verstärkereinheit verbunden ist. Durch die Verwendung eines Strom-Messverstärkers lässt sich eine stabile Regelschleife innerhalb der Stromregelschaltung realisieren.
Vorzugsweise ist der Strom-Messverstärker als Operationsverstärker ausgeführt, dessen nicht-invertierender Eingang einen ersten Eingang des
Strom-Messverstärkers bildet und dessen invertierender Eingang den zweiten Eingang des Strom-Messverstärkers bildet und wobei der Ausgang des
Operationsverstärkers den Ausgang des Strom-Messverstärkers bildet.
Operationsverstärker sind kurzschlussfest, benötigen keine
Frequenzkompensation, weisen sehr große Eingangsspannungsbereiche auf und nehmen wenig Leistung auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Stromregelschaltung ein Kompensationsnetzwerk, welches über einen ersten Anschluss mit dem
Compensation-Anschluss des Schaltregler-ICs verbunden ist.
Bevorzugt umfasst das Kompensationsnetzwerk ein Schleifenfilter, welches der Stromregelschaltung eine Regler-Übertragungsfunktion bereitstellt. Das
Schleifenfilter wird hier dazu verwendet, ein durch den Strom-Messverstärker erzeugtes Regelsignal zu filtern, um Störungen desselben zu eliminieren beziehungsweise zu unterdrücken.
Vorzugsweise ist das Kompensationsnetzwerk über einen zweiten Anschluss mit einem konstanten Potenzial verbunden. Bevorzugt entspricht das konstante Potenzial der Masse.
Ferner wird eine Batterie mit einer erfindungsgemäßen Stromregelschaltung bereitgestellt, wobei die Batterie besonders bevorzugt als eine
Lithium-Ionen-Batterie ausgeführt ist. Vorteile solcher Batterien sind unter anderem in ihrer vergleichsweise hohen Energiedichte sowie ihrer großen thermischen Stabilität gegeben. Ein weiterer Vorteil von Lithium-Ionen-Batterien ist, dass diese keinem Memory Effekt unterliegen.
Ferner wird ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie mit einer erfindungsgemäßen Stromregelschaltung bereitgestellt, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Stromregelschaltung mit Schaltwandler des Standes der Technik,
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stromregelschaltung für die Ansteuerspule eines Schützes, und
Figur 3 ein spezielles Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Stromregelschaltung für die Ansteuerspule eines Schützes. Ausführungsformen der Erfindung
In der Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Stromregelschaltung 40 für die Ansteuerspule eines Schützes dargestellt. Die Stromregelschaltung 40 umfasst zwei Anschlüsse 21 , 22, über welche sie mit einem Energiespeicher verbindbar ist. Ferner weist die Stromregelschaltung 40 einen Schaltregler-IC 25 auf, also einen als integrierte Schaltung realisierten Schaltregler. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist der Schaltregler-IC 25 ein Schaltregler, dessen Komponenten beziehungsweise Bauteile in Form eines monolithischen Schaltkreises ausgeführt sind und der als offenes oder über ein
Gehäuse verschlossenes, integriertes Bauteil käuflich erhältlich ist. Der
Schaltregler-IC 25 ist in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft als Tiefsetzsteller-IC ausgeführt. Es können aber auch erfindungsgemäße
Stromregelschaltungen 40 realisiert sein, in denen der Schaltregler-IC 25 nicht als Tiefsetzsteller-IC, sondern als anderer Schaltregler-IC 25 ausgeführt ist. Der
Schaltregler-IC 25 weist zwei Versorgungsspannungseingänge 26, 27 auf, die jeweils mit einem der zwei Anschlüsse 21 , 22 der Stromregelschaltung 40 verbunden sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein erster
Versorgungsspannungseingang 26 des Schaltregler-ICs 25 mit einem ersten Anschluss 21 der Stromregelschaltung 40 verbunden, während der zweite
Versorgungsspannungseingang 27 des Schaltregler-ICs 25 mit dem zweiten Anschluss 22 der Stromregelschaltung 40 verbunden ist. In diesem
Ausführungsbeispiel stellt der eine erste Versorgungsspannungseingang 26 einen VBAT-Eingang zur Verbindung mit einem Energiespeicher dar, während der zweite Versorgungsspannungseingang 27 ein GND-Eingang zur Verbindung mit dem Massepotenzial beziehungsweise zur Verbindung mit dem mit Masse verbundenen Pol eines Energiespeichers ist. Dabei ist diese Ausführung der Versorgungsspannungseingänge 26, 27 des Schaltregler-ICs 25 in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft gewählt. Es können auch Schaltregler-ICs 25 in erfindungsgemäßen Stromregelschaltungen 40 realisiert sein, welche andere Versorgungsspannungseingänge 26, 27 aufweisen. Ferner weist der Schaltwandler-IC 25 einen Switch-Anschluss 31 , einen Feedback-Anschluss 32 und einen Compensation-Anschluss 33 oder jeweils stellvertretend einen anders bezeichneten Anschluss auf, der die Funktion eines Switch-Anschlusses 31 , eines Feedback-Anschlusses 32 oder eines Compensation-Anschlusses 33 erfüllt. Des Weiteren weist die Stromregelschaltung 40 einen ersten und einen zweiten Ausgang 18, 19 auf, über welche die Stromregelschaltung 40 mit den
Anschlüssen der Ansteuerspule eines Schützes verbindbar ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist der erste Ausgang 18 der Stromregelschaltung 40 mit dem ersten Anschluss der Ansteuerspule eines Schützes verbindbar, während der zweite Ausgang 19 der Stromregelschaltung 40 mit dem zweiten Anschluss der Ansteuerspule des Schützes verbindbar ist. Der erste Ausgang 18 der Stromregelschaltung 40 ist mit dem Switch-Anschluss 31 des Schaltregler-ICs 25 verbunden. Der zweite Ausgang 19 ist mit einer Strommess- und
Verstärkereinheit 34 verbunden, deren Ausgang mit dem Feedback-Anschluss 32 des Schaltregler-ICs 25 verbunden ist.
Ist die Stromregelschaltung 40 mit einer Ansteuerspule verbunden, fungiert die Ansteuerspule des Schützes selbst als Glättungsinduktivität für die
Stromregelschaltung 40, so dass durch die Stromregelschaltung 40 der
Stromfluss durch die Ansteuerspule regelbar ist.
Der Schaltregler-IC 25 kann dabei rein beispielhaft als Schaltregler-IC 25 des Typs LM22677 der Firma National Semiconductors oder rein beispielhaft als
Schaltregler-IC 25 des Typs LM26003 der Firma National Semiconductors oder aber auch ein beliebiger anderer Schaltregler-IC 25 des Standes der Technik sein. Die Figur 3 zeigt ein spezielles Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Stromregelschaltung 40 für die Ansteuerspule eines Schützes. Diese
erfindungsgemäße Stromregelschaltung 40 ist im Wesentlichen identisch zu der in Figur 2 gezeigten, mit dem Unterschied, dass die Strommess- und
Verstärkereinheit 34 konkret ausgestaltet ist und die Stromregelschaltung 40 ein Kompensationsnetzwerk 15 aufweist. Die gleich bezeichneten Komponenten in
Figur 3 entsprechen also jenen des ersten Ausführungsbeispiels der Figur 2, so dass das dort Gesagte bezüglich dieser Komponenten auch auf das zweite Ausführungsbeispiel der Figur 3 zu übertragen ist. Auf die meisten der gleich bezeichneten Komponenten wird daher in der Beschreibung zu der Figur 3 kein Bezug genommen. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Strommess- und Verstärkereinheit 34 rein beispielhaft einen Nebenschlusswiderstand 35 auf, dessen erster Anschluss mit dem zweiten Ausgang 19 der Stromregelschaltung 40 verbunden ist und dessen zweiter Anschluss mit einem konstanten Potenzial verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel entspricht das konstante Potenzial rein beispielhaft der lokalen Masse der Stromregelschaltung 40. Des Weiteren umfasst die Strommess- und Verstärkereinheit 34 in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft einen Strom-Messverstärker 36. Dieser Strom-Messverstärker 36 weist zwei Eingänge 37 und 38 sowie einen Ausgang 39 auf, wobei jeweils ein Eingang 37, 38 des Strom-Messverstärkers 36 mit jeweils einem Anschluss des
Nebenschlusswiderstandes 35 verbunden ist. Der Ausgang 39 des
Strom-Messverstärkers 36 ist mit dem Ausgang der Strommess- und
Verstärkereinheit 34 verbunden. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist der Ausgang 39 des Strom-Messverstärkers 36 elektrisch mit dem
Feedback-Anschluss 32 des Schaltregler-ICs 25 verbunden. In diesem
Ausführungsbeispiel ist der Strom-Messverstärker 36 rein beispielhaft als Operationsverstärker ausgeführt. Der nicht-invertierende Eingang des
Operationsverstärkers bildet einen ersten Eingang 38 des
Strom-Messverstärkers 36, während der invertierende Eingang des
Operationsverstärkers den zweiten Eingang 37 des Strom-Messverstärkers 36 bildet. Ferner bildet der Ausgang des Operationsverstärkers den Ausgang 39 des Strom-Messverstärkers 36. Somit ist in diesem Ausführungsbeispiel also der Ausgang des Operationsverstärkers identisch mit dem Ausgang 39 des
Strom-Messverstärkers 36. In diesem Ausführungsbeispiel ist der
nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers mit der elektrischen
Verbindung zwischen dem Nebenschlusswiderstand 35 und dem Ausgang 19 der Stromregelschaltung 40 elektrisch leitend verbunden. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers ist mit der elektrischen Verbindung zwischen der lokalen Masse der Stromregelschaltung 40 und dem Nebenschlusswiderstand 35 verbunden.
Ist die Stromregelschaltung 40 mit der Ansteuerspule eines Schützes verbunden, fließt der durch die Ansteuerspule fließende Strom ebenfalls durch den
Nebenschlusswiderstand 35. Dieser Stromfluss bewirkt einen zu selbigem proportionalen Spannungsabfall über dem Nebenschlusswiderstand 35, welcher durch den Strom-Messverstärker 36 erfasst und verstärkt sowie über den Ausgang 39 des Strom-Messverstärkers 36 in den Feedback-Anschluss 32 eingespeist wird. Auf diese Weise kann der Strom, welchen der Schaltregler-IC 25 über den Switch-Anschluss 31 in den ersten Ausgang 18 und damit, wenn mit der Stromregelschaltung 40 verbunden, in einen ersten Anschluss der
Ansteuerspule eines Schützes einprägt, geregelt werden. Ist der Stromfluss durch die Ansteuerspule beispielsweise zu groß oder zu klein, fällt auch der Spannungsabfall über dem Nebenschlusswiderstand 35, bezogen auf einen zuvor festgelegten Sollwert, zu groß oder zu klein aus. Dies schlägt sich in dem Ausgangssignal, welches dem Schalregler-IC 25 über den Ausgang 39 des Strom-Messverstärkers 36 sowie den Feedback-Anschluss 32 übermittelt wird, nieder. Innerhalb des Schaltregler-ICs 25 kann dieses Ausgangssignal dann ausgewertet und ein Regelsignal für die Stromregelung durch die Ansteuerspule erzeugt werden. Daraufhin kann der Strom durch die Ansteuerspule angepasst werden.
Wie bereits erwähnt, weist die Stromregelschaltung 40 in diesem
Ausführungsbeispiel ein Kompensationsnetzwerk 15 auf, welches über einen ersten Anschluss mit dem Compensation-Anschluss 33 des Schaltregler-ICs 25 verbunden ist. Über einen zweiten Anschluss ist das Kompensationsnetzwerk 15 rein beispielhaft mit der lokalen Masse der Stromregelschaltung 40 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Kompensationsnetzwerk 15 ein Schleifenfilter, welches der Stromregelschaltung 40 eine
Regler-Übertragungsfunktion bereitstellt beziehungsweise festlegt. Für die Realisierung einer erfindungsgemäßen Stromregelschaltung 40 ist ein mit dem Compensation-Anschluss 33 verbundenes Kompensationsnetzwerk 15 optional. Es können auch erfindungsgemäße Stromregelschaltungen 40 ohne oder mit anders ausgeführtem Kompensationsnetzwerk 15 realisiert werden. Solche anders, also nicht als Schleifenfilter ausgeführte
Kompensationsnetzwerke 15 können auch mit einem anderen konstanten
Potenzial als der lokalen Masse der Stromregelschaltung 40 oder aber auch einem nicht konstanten Potenzial verbunden sein.
Ferner kann die Strommess- und Verstärkereinheit 34 einer erfindungsgemäßen Stromregelschaltung 40 ebenfalls anders als hier dargestellt ausgeführt sein. Sie kann beispielsweise eine andere Schaltung als einen Strom-Messverstärker 36 aufweisen. Auch kann bei Ausführung mit einem Strom-Messverstärker 36 dieser anders als durch einen Operationsverstärker realisiert sein. Ferner ist auch die Verwendung eines Nebenschlusswiderstandes 35 für eine erfindungsgemäße Stromregelschaltung 40 optional. Es können in einer erfindungsgemäßen Stromregelschaltung 40 beispielsweise auch andere Sensoren oder Einheiten realisiert sein, die dazu ausgebildet sind, den Stromfluss durch eine mit der Stromregelschaltung 40 verbundene Ansteuerspule eines Schützes zu messen.

Claims

Ansprüche
1. Stromregelschaltung (40) für die Ansteuerspule eines Schützes, umfassend
- zwei Anschlüsse (21 , 22) zur Verbindung mit einem Energiespeicher,
- einen Schaltregler-IC (25), der zwei Versorgungsspannungseingänge (26, 27) aufweist, die jeweils mit einem der zwei Anschlüsse (21 , 22) verbunden sind, wobei der Schaltregler-IC (25) ferner einen Switch-Anschluss (31 ), einen Feedback-Anschluss (32) und einen Compensation-Anschluss (33) umfasst,
- einen ersten und einen zweiten Ausgang (18, 19), über welche die Stromregelschaltung (40) mit den Anschlüssen der Ansteuerspule eines Schützes verbindbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Ausgang (18) mit dem Switch-Anschluss (31 ) des Schaltregler-ICs (25) verbunden ist und der zweite Ausgang (19) mit einer Strommess- und Verstärkereinheit (34) verbunden ist, deren Ausgang mit dem
Feedback-Anschluss (32) des Schaltregler-ICs (25) verbunden ist.
2. Stromregelschaltung (40) nach Anspruch 1 , wobei der Schaltregler-IC (25) als Tiefsetzsteller-IC ausgeführt ist.
3. Stromregelschaltung (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strommess- und Verstärkereinheit (34) einen
Nebenschlusswiderstand (35) umfasst, dessen erster Anschluss mit dem zweiten Ausgang (19) verbunden ist und dessen zweiter Anschluss mit einem konstanten Potenzial verbunden ist.
4. Stromregelschaltung (40) nach Anspruch 3, wobei die Strommess- und Verstärkereinheit (34) einen Strom-Messverstärker (36) mit zwei Eingängen (37, 38) und einem Ausgang (39) aufweist, wobei jeweils ein Eingang (37, 38) des Strom-Messverstärkers (36) mit jeweils einem Anschluss des Nebenschlusswiderstandes (35) verbunden ist und wobei der Ausgang (39) des Strom-Messverstärkers (36) mit dem Ausgang der Strommess- und Verstärkereinheit (34) verbunden ist.
Stromregelschaltung (40) nach Anspruch 4, wobei der Strom-Messverstärker (36) als Operationsverstärker ausgeführt ist, dessen nicht-invertierender Eingang einen ersten Eingang (38) des Strom-Messverstärkers (36) bildet und dessen invertierender Eingang den zweiten Eingang (37) des
Strom-Messverstärkers (36) bildet und wobei der Ausgang des
Operationsverstärkers den Ausgang (39) des Strom-Messverstärkers (36) bildet.
Stromregelschaltung (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromregelschaltung (40) ein Kompensationsnetzwerk (15) umfasst, welches über einen ersten Anschluss mit dem
Compensation-Anschluss (33) des Schaltregler-ICs (25) verbunden ist.
Stromregelschaltung (40) nach Anspruch 6, wobei das
Kompensationsnetzwerk (15) ein Schleifenfilter umfasst, welches der Stromregelschaltung (40) eine Regler-Übertragungsfunktion bereitstellt.
8. Stromregelschaltung (40) nach Anspruch 6 oder 7, wobei das
Kompensationsnetzwerk (15) über einen zweiten Anschluss mit einem konstanten Potenzial verbunden ist.
9. Batterie mit einer Stromregelschaltung (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Kraftfahrzeug mit einer Batterie nach Anspruch 9, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
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