DE2913576A1 - CONTROL CIRCUIT FOR INDUCTIVE CONSUMERS - Google Patents
CONTROL CIRCUIT FOR INDUCTIVE CONSUMERSInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für induktive Lasten oder Verbraucher und dient insbesondere für eine elektronische Kraftstoffeinspritzanlage, bei welcher Magnetspulen zur Steuerung der hochtourigen Ventilarbeit dienen.The invention relates to a control circuit for inductive loads or consumers and is used in particular for an electronic one Fuel injection system in which solenoid coils are used to control the high-speed valve work.
Eine elektronische Kraftstoffeinspritzanlage verwendet meist Magnetspulen zur Steuerung des Öffnens und Schließens von Einspritzventilen. Die Magnetspulen müssen eine genügend schnelle Ansprechzeit aufweisen, um auf ein Anschalt- oder Abschaltsignal zu reagieren und damit eine genaue Taktfolge und genaue Zumessung der Kraftstoffeinspritzung zu bieten.Most electronic fuel injection systems use solenoids to control the opening and closing of injection valves. The solenoid coils must have a sufficiently fast response time have in order to react to a switch-on or switch-off signal and thus a precise clock sequence and precise metering of the fuel injection to offer.
Eine Steuerschaltung ist den Magnetspulen zugeordnet, um deren Betätigung und Freigabe in Abhängigkeit von Anschalt- und Abschaltsignalen zu steuern. Um einen Schnellbetrieb zu erreichen, muß die Steuerschaltung die Magnetspulenwicklung zur Betätigung schnell erregen und für die Freigabe sehr schnell abschalten.A control circuit is assigned to the solenoid coils in order to actuate them and control release depending on switch-on and switch-off signals. To achieve high-speed operation, the Control circuit excite the solenoid winding quickly for actuation and switch it off very quickly for release.
Ein früheres Verfahren zur Erleichterung der Schnellerregung eines induktiven Verbrauchers besteht darin, eine Zünd- oder Anlaßspule zusammen mit der induktiven Last zu verwenden. Die Zündspule wird zunächst vor Anschaltung der Lastspule erregt, und wenn diese angeschaltet ist, wird der in der Zündspule anstehende Strom an die Lastspule abgegeben, um deren Erregung zu beschleunigen. Dies ist im US-Patent 3 211 963 näher dargestellt. Dieses Patent zeigt eine Schaltung zur abwechselnden Erregung zweier Lastspulen, die durch eine einzige Spule mit einem Mittelabgriff gebildet werden. Eine Zündspule ist mit der Spannungsquelle und dem Mittelabgriff der Spulen in Reihe geschaltet. Ein erster Schalttransistor ist in Rei-An earlier technique used to facilitate quick excitation of a inductive load consists in using an ignition or starting coil together with the inductive load. The ignition coil will initially excited before the load coil is switched on, and when this is switched on, the current in the ignition coil is passed to the Load coil released to accelerate its excitation. This is illustrated in more detail in U.S. Patent 3,211,963. This patent shows one Circuit for the alternating excitation of two load coils, which are formed by a single coil with a center tap. One The ignition coil is connected in series with the voltage source and the center tap of the coils. A first switching transistor is in series
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he zwischen einen Anschluß der ersten Lastspule und der anderen Klemme der Spannungsquelle geschaltet, und ein zweiter Transistor ist in Serie zwischen dem Anschluß der zweiten Lastspule und der anderen Klemme der Spannungsquelle gelegt. Wenn ein Schalttransistor angesteuert wird, wird die erste Lastspule erregt, und die Zündspule führt den Laststrom. Wenn der erste Transistor abgeschaltet und der zweite angesteuert wird, ergibt die in der Zündspule gespeicherte Energie eine erhöhte Spannung am Mittelabgriff, um eine schnelle Erregung der zweiten Lastspule herbeizuführen. Eine Zenerdiode am Mittelabgriff dient zur Begrenzung der Einschwingspannungsstöße auf einen passenden Wert.he between one terminal of the first load coil and the other Terminal of the voltage source connected, and a second transistor is in series between the terminal of the second load coil and the connected to the other terminal of the voltage source. When a switching transistor is activated, the first load coil is excited and the ignition coil carries the load current. When the first transistor turned off and If the second is activated, the energy stored in the ignition coil results in an increased voltage at the center tap, in order to achieve a fast one Bring about excitation of the second load coil. A Zener diode at the center tap is used to limit the transient voltage surges a suitable value.
Obwohl das angezogene Patent den Gesamtgedanken der Verwendung einer Zünd- oder Anlaßspule mit der Lastspule offenbart, ist es in einem wichtigen Gesichtspunkt begrenzt. Es erfordert die Erregung der Zündspule auf einem Strompfad, der mit der einen oder anderen Lastspule gemeinsam ist, d.h. die Zündspule kann nicht unabhängig von den Lastspulen erregt werden. Für eine elektronische Kraftstoffeinspritzung mit einer Anzahl von parallelgeschalteten Magnetspulen, die einzeln zum öffnen oder Schließen eines Ventils auf einer Anzahl von Zylindern ansteuerbar sindr bedeutet dieses Merkmal eine unzweckmäßige Einschränkung.Although the cited patent discloses the overall concept of using an ignition or starting coil with the load coil, it is limited in one important aspect. It requires the ignition coil to be excited on a current path that is common to one or the other load coil, ie the ignition coil cannot be excited independently of the load coils. For an electronic fuel injection with a number of parallel-connected magnet coils to open individually or closing a valve on a number of cylinders can be driven r is this feature an inappropriate restriction.
Somit besteht die Aufgabe der Erfindung, eine Schnellsteuerschaltung für induktive Lasten oder Verbraucher wie eine Magnetspule zu schaffen, welche eine schnelle Betätigung und Freigabe des induktiven Verbrauchers ohne Abhängigkeit von der vorhergehenden Erregung einer anderen induktiven Last bietet. Erfindungsgeraäß ist eine schnell arbeitende Steuerschaltung mit Magnetspulen vorgese-The object of the invention is thus to provide a high-speed control circuit for inductive loads or consumers such as a solenoid to create a fast actuation and release of the inductive Consumer offers without dependence on the previous excitation of another inductive load. Invention device is a fast-working control circuit with solenoid coils is provided
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hen, die sich für eine elektronische Kraftstoffeinspritzanlage eignet, und die dank der integrierten Schalttechnik wirtschaftlich herzustellen ist.hen suitable for an electronic fuel injection system, and which can be manufactured economically thanks to the integrated switching technology is.
Die erfindungsgemäße Steuerschaltung dient zur Steuerung von mindestens einem induktiven Verbraucher durch Steuerung der Erregung seiner Lastspule. Sie umfaßt eine Zündspule, deren einer Anschluß an eine Versorgungsklemme und deren anderer Anschluß an einen Schaltungsteil angekoppelt ist, welcher die Lastspulenwicklung und eine erste in Abhängigkeit von einem Ansteuerungssignal arbeitende Schalteinrichtung umfaßt. Erfindungsgemäß ist der andere Anschluß der Zünd- oder Speicherspule ebenfalls an eine zweite in Abhängigkeit von einem Vorerregungs- oder Vorbereitungssignal arbeitende Schalteinrichtung gekoppelt. Die Erregung der Lastspulenwicklung erfolgt durch ihre Zusammenschaltung mit der Zündspule in Abhängigkeit vom Erregersignal und unabhängig vom Schaltzustand eines anderen induktiven Verbrauchers.The control circuit according to the invention is used to control at least an inductive load by controlling the excitation of its load coil. It includes an ignition coil, one terminal of which is coupled to a supply terminal and the other connection to a circuit part, which the load coil winding and a first operating as a function of a control signal Switching device includes. According to the invention, the other connection of the ignition or storage coil is also dependent on a second one coupled by a pre-excitation or preparation signal operating switching device. The excitation of the load coil winding takes place through their interconnection with the ignition coil depending on the excitation signal and independent of the switching status of another inductive consumer.
Vorteilhafterweise kann der ersten und der zweiten Schalteinrichtung ein Spannungsbegrenzer zugeordnet werden, wie auch Strombegrenzungswiderstände der Speicher- oder Zündspule und der Lastspule zugeschaltet werden können.Advantageously, the first and the second switching device a voltage limiter can be assigned, as well as current limiting resistors of the storage or ignition coil and the load coil can be switched on.
Bei einem Ausführungsbexspiel der Erfindung ist eine erste Diode zwischen die Zündspule und den Schaltungsteil geschaltet, welcher die Lastspule und die erste Schalteinrichtung umfaßt, und eine zweite Diode ist zwischen die Versorgungsklemme und den Schaltungsteil gelegt.In an exemplary embodiment of the invention, a first diode is connected between the ignition coil and the circuit part, which comprises the load coil and the first switching device, and a second diode is between the supply terminal and the circuit part placed.
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In Fällen, in welchen die Steuerschaltung mehr als einen induktiven Verbraucher steuert, können weitere Schaltungsteile mit jeweils einer Lastspule und der zugeordneten Schalteinrichtung parallel zum ersten Schaltungsteil geschaltet werden.In cases where the control circuit has more than one inductive Consumer controls, further circuit parts each with a load coil and the associated switching device can be parallel to the first circuit part are switched.
Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Die Zeichnungen zeigen:The invention is explained in more detail below. All in the description Features and measures contained therein can be essential to the invention. The drawings show:
Fig. 1 einen Stromlaufplan einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung für induktive Lasten.1 shows a circuit diagram of a control circuit according to the invention for inductive loads.
Fig. 2 einen Stromlaufplan einer gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 abgeänderten Steuerschaltung für induktive Verbraucher.Fig. 2 is a circuit diagram compared to the embodiment 1 modified control circuit for inductive loads.
Fig. 3 ein Kurvenbild für die Taktfolgen der verschiedenen Signale für den Betrieb der Steuerschaltung für induktive Lasten der Fig. 1.3 shows a graph for the clock sequences of the various signals for operating the inductive load control circuit of FIG. 1.
Fig. 1 ist ein Stromlaufplan einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung 10 für induktive Verbraucher. Die Steuerschaltung 10 kann in zwei Hauptstufen unterteilt werden: eine Verstärkerstufe sowie eine Lastschaltstufe. Die Steuerschaltung 10 umfaßt eine Lastschaltstufe für jede zu steuernde induktive Last. Es folgt eine Beschreibung der beiden Hauptstufen.Fig. 1 is a circuit diagram of a control circuit according to the invention 10 for inductive consumers. The control circuit 10 can be divided into two main stages: an amplifier stage as well a powershift stage. The control circuit 10 includes a load switching stage for each inductive load to be controlled. A description follows of the two main stages.
Die Verstärkerstufe umfaßt eine Anlaß- oder Speicherspule 12. An einer Klemme der Anlaßspule 12 liegt eine Versorgungsspannung V0 an, die beispielsweise eine ungeregelte Batteriespannung sein kann. Ein Widerstand 14 ist in Reihe mit der Speicherspule 12 geschaltet. Der Widerstand 14 kann sowohl den Wert des Innenwiderstandes derThe amplifier stage comprises a starting or storage coil 12. A supply voltage V 0 is applied to one terminal of the starting coil 12, which supply voltage can be, for example, an unregulated battery voltage. A resistor 14 is connected in series with the storage coil 12. The resistor 14 can have both the value of the internal resistance
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Zündspule 12 als auch ein eigener Strombegrenzungswiderstand sein, andererseits kann er den Innenwiderstand der Spule und den Sättigungswider st and eines nachstehend beschriebenen Transistors 16 darstellen. In diesem Falle ist kein eigener Widerstand erforderlich, und es werden Kosten gespart. Der ohmische Wert des Widerstandes 14 beträgt R . Der durch die Serienverbindung von Zündspule 12 und Widerstand 14 fließende Strom ist mit I bezeichnet und wird imIgnition coil 12 as well as its own current limiting resistor, on the other hand, it can control the internal resistance of the coil and the saturation resistor stand and represent a transistor 16 described below. In this case no own resistance is necessary, and costs are saved. The ohmic value of the resistor 14 is R. The series connection of ignition coil 12 and Resistor 14 flowing current is denoted by I and is im
folgenden Vorsteuerstrom genannt.called the following pilot current.
Die Verstärkerstufe umfaßt auch einen Verstärkerschalter in der Form eines zweipoligen Flächentransistors 16. Ein Kollektor 18 des zweipoligen Flächentransistors oder BJT16 ist an einen Anschluß des Widerstandes 14, ein Emitter 20 an Masse geführt, und an einer Basis 22 liegt ein Vorerregungs- oder VorSteuersignal E über einenThe amplifier stage also comprises an amplifier switch in the form of a two-pole junction transistor 16. A collector 18 of the bipolar junction transistor or BJT16 is on one terminal of the resistor 14, an emitter 20 led to ground, and at a base 22 is a pre-excitation or pre-control signal E via a
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Basiswiderstand 24 her an. Der Verstärkerschalter 16 kann auch durch andere steuerbare Halbleiter-Leistungssteuerschalter ausgeführt werden, z.B. einen torgesteuerten Silizium-Gleichrichter, einen VMOS-Leistungstransistor, einen Darlington-Leis-tungsschalter usw.Base resistor 24 on. The amplifier switch 16 can also performed by other controllable semiconductor power control switches e.g. a gated silicon rectifier, a VMOS power transistor, a Darlington power switch etc.
Eine Zenerdiode 26 ist parallel zum BJT16 geschaltet, um eine obere Begrenzung der Spannungsdifferenz zwischen dem Kollektor 18 und dem Emitter 20 zu bieten und damit den BJT 16 gegenüber Spannungen zu schützen. Die Kathode der Zenerdiode 26 ist an den Kollektor 18 geführt und ihre Anode an den Emitter 20. Die Zenerabbruchspannung der Zenerdiode 26 ist mit V17n bezeichnet.A Zener diode 26 is connected in parallel to the BJT16 in order to offer an upper limit to the voltage difference between the collector 18 and the emitter 20 and thus to protect the BJT 16 from voltages. The cathode of the Zener diode 26 is led to the collector 18 and its anode to the emitter 20. The Zener breakdown voltage of the Zener diode 26 is denoted by V 17n.
Jede Lastschaltstufe steuert die An- und Abschaltung ihres zugeordneten induktiven Verbrauchers. Im vorliegenden Fall ist eineEach load shift stage controls the activation and deactivation of its assigned inductive consumer. In the present case is one
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Klemme eines induktiven Verbrauchers oder einer induktiven Last 30, die beispielsweise eine Magnetspule sein kann, an den gemeinsamen Knotenpunkt vom Kollektor des BJT 16 und der Kathode der Zenerdiode 26 geführt. Die andere Klemme des induktiven Verbrauchers 30 ist, wie nachstehend näher erläutert wird, mit der Lastschaltstufe verbunden .Terminal of an inductive consumer or an inductive load 30, which can be a magnetic coil, for example, to the common node of the collector of the BJT 16 and the cathode of the Zener diode 26 led. The other terminal of the inductive load 30 is, as will be explained in more detail below, connected to the load switching stage .
Die Lastschaltstufe umfaßt einen Widerstand 32, dessen eine Klemme an die induktive Last 30 gekoppelt ist. Der Widerstand 32 kann sowohl den Innenwiderstand der induktiven Last als auch einen getrennten Strombegrenzungswiderstand darstellen, der zum Verbraucher in Reihe geschaltet ist, andererseits kann er den Innenwiderstand des Verbrauchers 30 und den Sättigungswiderstand eines nachfolgend beschriebenen Transistors 34 darstellen. Der ohmische Wert des Widerstandes 32 ist R.. Der durch die Serienverbindung von induktivem Verbraucher 30 und Widerstand 32 fließende Strom wird mit I. und im folgenden als Erreger- oder Steuerstrom bezeichnet.The load switching stage comprises a resistor 32, one terminal of which is coupled to the inductive load 30. The resistor 32 can be both represent the internal resistance of the inductive load as well as a separate current limiting resistor, which is connected to the consumer in Is connected in series, on the other hand it can reduce the internal resistance of the Load 30 and the saturation resistance of one described below Represent transistor 34. The ohmic value of the resistor 32 is R .. The series connection of inductive Current flowing through loads 30 and resistor 32 is denoted by I. and in the following as excitation or control current.
Die Lastschaltstufe umfaßt auch einen spannungsgesteuerten Schalter in der Form eines anderen zweipoligen Flächentransistors (BJT) 34. Ein Kollektor 36 des BJT 34 ist an eine Klemme des Widerstands 32 geführt, ein Emitter 38 mit Masse verbunden, und an einer Basis 40 liegt über einen Basiswiderstand 42 ein Erregungs- oder Steuersignal E1 an. Der BJT 34 kann auch durch eine Anzahl von gleichwertigen Vorrichtungen ersetzt werden.The load switching stage also includes a voltage controlled switch in the form of another two-pole junction transistor (BJT) 34. A collector 36 of BJT 34 is connected to a terminal of resistor 32, an emitter 38 is connected to ground, and a base 40 is connected through a base resistor 42 an excitation or control signal E 1 . The BJT 34 can also be replaced by a number of equivalent devices.
f-Jine Zenerdiode 44 ist parallel zum BJT 34 geschaltet, um die Spannungsdifferenz zwischen dem Kollektor 36 und dem Emitter 38 zu beqrr-nzfm und damit den BJT gegenüber Spannungen zu schützen. Die Ka-f-Jine Zener diode 44 is connected in parallel to the BJT 34 to reduce the voltage difference between the collector 36 and the emitter 38 to beqrr-nzfm and thus to protect the BJT against tension. The Ka-
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thode der Zenerdiode 44 ist mit dem Kollektor 36 und ihre Anode mit dem Emitter 38 verbunden. Die Abbruchspannung der Zenerdiode istmethod of the Zener diode 44 is with the collector 36 and its anode with connected to the emitter 38. The breakdown voltage of the zener diode is
Eine weitere Lastschaltstufe 60 dient für jeden zusätzlichen induktiven Verbraucher 62, der zugeschaltet werden kann. Jede solche Stufe 60 erzeugt ein richtig getastetes Erregungs- oder Steuersignal En, welches den Fluß eines Erregerstroms In im induktiven Verbraucher 62 steuert.A further load switching stage 60 is used for each additional inductive consumer 62 that can be switched on. Each such stage 60 generates a correctly keyed excitation or control signal E n , which controls the flow of an excitation current I n in the inductive load 62.
An einen Knotenpunkt 48 sind BJT 16, die Zenerdiode 26 sowie der induktive Verbraucher 30 gemeinsam zusammengeführt. Die am Knotenpunkt 48 anliegende Spannung ist mit E bezeichnet. Die effektive Streukapazität zwischen dem Knotenpunkt 48 und Masse wird durch einen Kondensator 50 dargestellt.At a node 48, the BJT 16, the Zener diode 26 and the inductive load 30 are brought together together. The one at the junction 48 applied voltage is denoted by E. The effective stray capacitance between node 48 and ground is given by a capacitor 50 is shown.
An einem Knotenpunkt 52 sind der Widerstand 32, BJT 34 und die Zenerdiode 44 gemeinsam zusammengeführt. Die am Knotenpunkt 52 anliegende Spannung wird mit En bezeichnet. Die effektive Streukapazität zwischen dem Knotenpunkt 52 und Masse wird durch einen Kondensator 54 dargestellt.Resistor 32, BJT 34 and Zener diode 44 are brought together at a node 52. The voltage present at node 52 is denoted E n. The effective stray capacitance between node 52 and ground is represented by a capacitor 54.
Es folgt eine Beschreibung der Arbeitsweise der Steuerschaltung für induktive Verbraucher.The following is a description of the operation of the control circuit for inductive loads.
Die Vorerregung der Verstärker- oder Anlaßspule 12 erfolgt in Abhängigkeit von einem Vorsteuersignal E , das als erstes Signal im TaktsteuersignalbiId der Fig. 3 gezeigt ist. Das Vorsteuersignal Ep ist darin in der Zeitspanne T-1 - T„ hochpegelig und zu alLenThe pre-excitation of the amplifier or starting coil 12 takes place as a function of a pre-control signal E, which is shown as the first signal in the clock control signal image in FIG. The pre-control signal Ep is high in the period T -1 -T "and all
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anderen Zeitpunkten niederpegelig. In der Zeit vor T., wenn E niederpegelig ist, sperrt der Transistor 16.low level at other times. In the time before T., when E If the level is low, the transistor 16 blocks.
Ein Erregungssignal E1 steuert den Schaltzustand des Transistors 34. Das Erregungs- oder Steuersignal E1 ist das zweite Signal im Kurvenbild der Fig. 3. Darin ist das Steuersignal E1 zwischen den Zeitpunkten T und T-. hochpegelig und zu allen anderen Zeitpunkten niederpegelig. Somit sperren beide Transistoren 16 und 34 in der Zeit vor T-1, und der Vorsteuerstrom Ip sowie der Steuerstrom I1 sind Null. Die Spannung E,. am Knotenpunkt 48 ist gleich der Versorgungsspannung V„.An excitation signal E 1 controls the switching state of the transistor 34. The excitation or control signal E 1 is the second signal in the graph in FIG. 3. The control signal E 1 is located between the times T and T-. high level and low level at all other times. Thus, both transistors 16 and 34 block in the time before T -1 , and the precontrol current I p and the control current I 1 are zero. The voltage E ,. at node 48 is equal to the supply voltage V ".
Während der Zeitspanne zwischen T-1 und Tn, wenn das Vorsteuersignal E hochpegelig ist, wird BJT 16 gesättigt, und der Vorsteuerstrom I fließt über die Speicher- oder Verstärkerspule 12. Die Spannung E ab Knotenpunkt 48 fällt auf die Sättigungsspannung VgAT von BJT 16 ab. In diesem Zeitraum steigt der Vorsteuerstrom I der Zeit auf einen Maximalwert von Ip(WIax) an, wofür die folgende Gleichung gilt:During the period between T -1 and T n , when the precontrol signal E is high, BJT 16 is saturated and the precontrol current I flows through the storage or amplifier coil 12. The voltage E from node 48 drops to the saturation voltage V gAT of BJT 16 from. During this period, the pre-control current I increases to a maximum value of Ip (WIa x ), for which the following equation applies:
1P(MAX) = (VS " VSAT)/RP· 1 P (MAX) = (V S " V SAT ) / R P *
Der Transistor 34 sperrt während dieses Zeitraums, und der Steuerstrom I1 im induktiven Verbraucher bleibt ebenfalls auf Null.The transistor 34 blocks during this period, and the control current I 1 in the inductive consumer also remains at zero.
Zum Anschaltzeitpunkt T des induktiven Verbrauchers 30 wird das Vorsteuersignal E_ niederpegelig und das Steuersignal E1 hochpegelig. Dadurch sperrt der Transistor 16, und der Transistor 34 wird gesättigt. Der zum Transistor 16 gerichtete Vorsteuerstrom Ip At the time T of the inductive load 30 is switched on, the pilot control signal E_ is low and the control signal E 1 is high. As a result, the transistor 16 blocks and the transistor 34 is saturated. The pilot current I p directed to the transistor 16
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fließt jetzt über die dem Knotenpunkt 48 zugeordneten Streukapazität 50. Diese umlenkung des Stromflusses ergibt einen sehr schnellen Spannungsanstrieg am Knotenpunkt 48 bis er die Abbruchspannung V„p der Zenerdiode 26 erreicht. Diese verhältnismäßig hohe Spannung V„p liegt am induktiven Verbraucher 30 mit entsprechendem schnellen Anstieg des Steuerstroms I1 in der Lastspule an. Bis der Steuerstrom I1 gleich dem VorSteuerstrom Ip wird, fließt der überschüssige Vorsteuerstrom Ip zur Zenerdiode 26 und hält den verhältnismäßig hohen Spannungsabfall V17-. am induktiven Verbraucher 30 aufrecht. An dem Punkt, an welchem der Steuerstrom I1 gleich dem Vorsteuerstrom I_ ist, fällt die Spannung am Knotenpunkt 48 unter die Zenerabbruchspannung V_p ab. Dieser Spannungsabfall macht den Steuerstrom I1 gleich dem Vorsteueretrom Ip über einen nachfolgenden exponentiellen Abbau bis zu einem stabilen Kuatand oder Haltewert vonsnow flows via the stray capacitance 50 assigned to the node 48. This deflection of the current flow results in a very rapid voltage increase at the node 48 until it reaches the breakdown voltage V "p of the Zener diode 26. This relatively high voltage V "p is located on the inductive load 30 with a corresponding rapid increase of the control current I 1 in the load coil. To the control current I 1 equal to the pre-control current I is p, the excess pre-control current I flows to the Zener diode 26 and p holds the relatively high voltage drop V 17 -. upright on the inductive load 30. At the point at which the control current I 1 is equal to the pre-control current I_, the voltage at node 48 below the Zenerabbruchspannung V_ from p. This voltage drop makes the control current I 1 equal to the precontrol current I p via a subsequent exponential decrease to a stable cuatand or holding value of s
1HALT= (VS - W<RP 1 STOP = (V S - W < R P
worin in diesem Falle VgAT die Sättigungsspannung des Transistors 34 ist.where, in this case, V gAT is the saturation voltage of transistor 34.
Das Kurvenbild der Fig. 3 zeigt graphisch die vorstehend erläuterten Änderungen der Signalwerte. Die Spannung I2. am Knotenpunkt 48 steigt sehr schnell vom Zeitpunkt T auf den Wert der Zenerabbruchspannung V p an. Die Spannung E bleibt auf einem verhältnismäßig hohen Wert, bis der Vorsteuerstrom Ip und der Steuerstrom I1 gleich werden, worauf sie exponentiell auf einen stabilen Zustandswert abfällt. Der in der Speicher- oder Anlaßspule 12 fließende Steuerstrom Ip erfährt einen Abfall zum Zeitpunkt TQ bis zum Zeit-The graph of FIG. 3 graphically shows the changes in the signal values explained above. The voltage I 2 . at node 48 rises very quickly from time T to the value of the Zener breakdown voltage V p . The voltage E remains at a relatively high value until the precontrol current I p and the control current I 1 become equal, whereupon it drops exponentially to a stable state value. The control current I p flowing in the storage or starting coil 12 experiences a drop at the time T Q up to the time
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punkt, an welchem er gleich mit dem Steuerstrom I1 wird, worauf er einen dem Steuerstrom identischen exponentiellen Abbau erfährt. Der Steuerstrom I1 steigt sehr schnell zum Zeitpunkt T_ an, bis er dem Vorsteuerstrom Ip gleich wird, worauf er in gleicher Weise einen exponentiellen Abbau erfährt, bis er einen Haltestromwert ITT,Tm erreicht. Der Soll-Wert des Haltestroms I„,Tr71 ist genügendpoint at which it becomes equal to the control current I 1 , whereupon it experiences an exponential decrease which is identical to the control current. The control current I 1 rises very quickly at time T_ until it becomes equal to the pre-control current I p , whereupon it undergoes an exponential decrease in the same way until it reaches a holding current value I TT , Tm . The target value of the holding current I ", Tr71 is sufficient
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hoch, um die Betätigung eines induktiven Verbrauchers, beispielsweise einer Magnetspule aufrechtzuerhalten.high to the actuation of an inductive load, for example a solenoid to maintain.
Zum Zeitpunkt T1 für die Abschaltung oder Freigabe der induktiven Last 30 wird das Steuersignal I1 niederpegelig. In Abhängigkeit von der Umpolung des Signalwerts von I1 sperrt der Transistor 34. Der durch die Speicherspule 12 und den induktiven Verbraucher 30 fließende Steuerstrom I1 wird jetzt zu den Streukondensatoren 50 und 54 an den Knotenpunkten 58 und 52 geleitet. Dieser Stromfluß bewirkt einen schnellen Anstieg der Spannung E_. am Knotenpunkt 52 auf die Abbruchspannung V21 der Zenerdiode 44. Diese sehr hohe Spannung V1 - V, die an der Serienschaltung mit der induktiven Last 30 und der Speicherspule 12 anliegt, bewirkt einen sehr schnellen Abfall des Steuerstroms I1 mit einer entsprechenden schnellen Abschaltung oder Freigabe des induktiven Verbrauchers. In der Praxis sollte die Abbruchspannung V171 der Zenerdiode 44 gleich oder größer sein als die Abbruchspannung V1711 der Zenerdiode 26 für Mehrfach-At the time T 1 for the disconnection or release of the inductive load 30, the control signal I 1 becomes low. Depending on the polarity reversal of the signal value of I 1, the transistor 34 blocks. The control current I 1 flowing through the storage coil 12 and the inductive load 30 is now conducted to the stray capacitors 50 and 54 at the nodes 58 and 52. This current flow causes the voltage E_ to rise rapidly. at node 52 to the breakdown voltage V 21 of the Zener diode 44. This very high voltage V 1 - V , which is applied to the series circuit with the inductive load 30 and the storage coil 12, causes a very rapid drop in the control current I 1 with a correspondingly rapid shutdown or release of the inductive consumer. In practice, the breakdown voltage V 171 of the Zener diode 44 should be equal to or greater than the breakdown voltage V 1711 of the Zener diode 26 for multiple
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Anlagen mit induktiven Verbrauchern, um einen Leckstrom in den anderen induktiven Lasten zu vermeiden.Systems with inductive loads to leakage current in the other avoid inductive loads.
Diese Änderungen des Signalwerts sind in dem Kurvenbild der Fig. gezeigt. Zur Abschaltzeit T wird der Steuerstrom E1 niederpegelig. Der sperrende Transistor 34 bewirkt, daß die Spannung E_, am Knoten-These changes in the signal value are shown in the graph of the figure. At the switch-off time T, the control current E 1 becomes low. The blocking transistor 34 causes the voltage E_, at the node
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punkt 52 sehr schnell ansteigt, bis sie die Abbruchspannung V- der Zenerdiode 44 erreicht. Die Spannung E_fällt dann exponentiell auf den stabilen Wert der Versorgungsspannung V0 ab. Der Vorsteuerstrom Ip und der Steuerstrom I1, die zu diesem Zeitpunkt synonym sind, fallen zum Zeitpunkt T1 sehr schnell ab. Die Spannung ΕΆ am Knotenpunkt 48 steigt zum Zeitpunkt T1 sehr schnell an, wenn sich der Kondensator 50 aufzuladen beginnt und fällt dann exponentiell auf den stabilen Wert der Versorgungsspannung V ab.Point 52 rises very quickly until it reaches the breakdown voltage V- of the Zener diode 44. The voltage E_ then drops exponentially to the stable value of the supply voltage V 0 . The pre-control current Ip and the control current I 1 , which are synonymous at this point in time, drop very quickly at the point in time T 1. The voltage Ε Ά at the node 48 rises very quickly at the time T 1 when the capacitor 50 begins to charge and then drops exponentially to the stable value of the supply voltage V.
Ein erfindungswesentliches Merkmal der Steuerschaltung 10 für induktive Lasten (Fig. 1) besteht darin, daß die Zenerdioden 26 und 44 des Transistors 16 der Verstärkerstufe und des Transistors 34 der Lastschaltstufe zwischen die Kollektoren und Emitter geschaltet sind. Bei der Massenfertigung können die Zenerdioden auf dem gleichen integrierten Schaltungsblättchen hergestellt werden wie die Transistoren 16 und 34, woraus sich eine Minimalisierung der Teilebestückung der Steuerschaltung ergibt. Außerdem können die Transistoren sowohl der Verstärkerstufe als auch der Lastschaltstufe mit praktisch dem gleichen Spitzenstrom und der gleichen Spitzenspannung betrieben werden und deshalb können die Transistoren und die ihnen zugeordneten Zenerdioden jeweils die gleichen Typen sein. Erfindungswesentlich ist ferner, daß die erforderlichen ohmischen Vierte Rp und R. der Strombegrenzungswiderstände durch entsprechende Wahl der Drahtstärke und -länge für die Anlaß- und Lastspule erreicht werden können, wodurch in beiden Fällen kein eigener Widerstand erforderlich ist. Dadurch ergibt sich eine weitere Verringerung der Stückliste.An essential feature of the invention of the control circuit 10 for inductive Loads (Fig. 1) is that the Zener diodes 26 and 44 of the transistor 16 of the amplifier stage and the transistor 34 of the load switching stage are connected between the collectors and emitters. In the case of mass production, the zener diodes can be based on the same Integrated circuit leaflets are produced like transistors 16 and 34, which minimizes the number of parts fitted the control circuit results. In addition, the transistors of both the amplifier stage and the load switching stage can be operated with practically the same peak current and voltage and therefore the transistors and the Zener diodes assigned to them must be of the same type. It is also essential to the invention that the required ohmic Fourth Rp and R. the current limiting resistors by corresponding Choice of wire size and length for the starter and load coil can be achieved, so in both cases no resistance of its own is required. This results in a further reduction in the parts list.
Die Steuerschaltung für induktive Verbraucher 101 (Fig. 2) ist eineThe control circuit for inductive loads 10 1 (Fig. 2) is a
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Änderung der Grundschaltung 10 der Fig. 1. Die Bezugszeichen der Fig. 1 gelten auch für die Schaltbauteile der Fig. 2.Modification of the basic circuit 10 in FIG. 1. The reference symbols in FIG. 1 also apply to the switching components in FIG. 2.
Die Änderungen der Steuerschaltung 10' betreffen die Zuschaltung von zwei Dioden 58 und 59, die eine noch schnellere Abschaltung oder Freigabe des Verbrauchers oder der Lastspule 30 bewirken. Die eine Diode 59 ist zwischen den gemeinsamen Knotenpunkt des Schalters 16, der Zenerdiode 26 sowie des Widerstandes 14 und den induktiven Verbraucher 30 geschaltet und so gerichtet, daß die Anode an den Schalter 16 und die Kathode an den induktiven Verbraucher angeschlossen ist/ um den Strom von der Verstärkerspule 12 an die induktive Laßt 30 su koppeln. Die andere Diode 58 ist zwischen die Vereorgungeepannungsquelle Ve und den gemeinsamen KnotenpunktThe changes to the control circuit 10 ′ relate to the connection of two diodes 58 and 59, which cause the consumer or load coil 30 to be switched off or released even more quickly. One diode 59 is connected between the common node of switch 16, Zener diode 26 and resistor 14 and inductive consumer 30 and is directed so that the anode is connected to switch 16 and the cathode is connected to the inductive consumer / to the current from the amplifier coil 12 to the inductive let 30 su couple. The other diode 58 is between the supply voltage source V e and the common node
der Diode Sf mit der induktiven Last 30 und möglichen anderen in duktiven Verbrauchern 62 geechaltet« Die zweite Diode 58 der po sitiven Vereorgungespannung Ve ist so gerichtet, daß ihre Anode the diode Sf is connected to the inductive load 30 and possibly other inductive loads 62. The second diode 58 of the positive supply voltage V e is directed so that its anode
an der Vereorgungsspannung V^ liegt, um den Haltestromis on the supply voltage V ^ to the holding current
ekt von der Versorgungsspannung Ve anstatt über die Verstärkerspu-Ie 12 abzuleiten.ect from the supply voltage V e instead of via the amplifier coil 12.
Wenn das Steuersignal E1 niederpegelig wird und der Lastschalttransistor 34 sperrt, liegt die Zenerabbruchspannung V171 am Knotenpunkt 52 an. Bei der Steuerschaltung 10 der Fig. 1 lag diese Spannung an der Serienschaltung des induktiven Verbrauchers 30 und der Anlaßspule 12 an. In diesem Falle war die am induktiven Verbraucher 30 anliegende Spannung lediglich ein Teil der Zenerabbruchspannung vz1.When the control signal E 1 becomes low and the load switching transistor 34 blocks, the Zener abort voltage V 171 is present at the node 52. In the control circuit 10 of FIG. 1, this voltage was applied to the series circuit of the inductive load 30 and the starting coil 12. In this case, the voltage applied to the inductive load 30 was only a part of the Zener termination voltage v z1 .
Durch Beschaltung der Diode 59 in der vorbezeichneten Art fließtBy connecting the diode 59 in the aforementioned way flows
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der größte Teil oder der gesamte Haltestrom ITT_Tm des induktiven Verbrauchers 30 in Abhängigkeit von der relativen Zeitdifferenz T. - T sowie der Zeitkonstanten der Verstärkerspule 12 und des induktiven Verbrauchers 30 über die Diode 58 und nicht über die Speicher- oder Anlaßspule 12 wie im Falle der Steuerschaltung Somit liegt die Zenerabbruchspannung V71 am induktiven Verbraucher 30 und an der Diode 58 an. Somit entsteht lediglich ein Verlust von ca. 1 Volt in der Amplitude der an der Speicherspule 12 anliegenden Stufenspannung.the largest part or the entire holding current I TT _ Tm of the inductive load 30 as a function of the relative time difference T. - T and the time constants of the amplifier coil 12 and the inductive load 30 via the diode 58 and not via the storage or starting coil 12 as In the case of the control circuit, the Zener termination voltage V 71 is thus applied to the inductive load 30 and to the diode 58. Thus, there is only a loss of approximately 1 volt in the amplitude of the step voltage applied to the storage coil 12.
Die Vorsteuerspannungs- und die Ansteuerspannungspegel und -geschwindigkeiten sind bei der Steuerschaltung 10' im wesentlichen gleich denen der Grundsteuerschaltung 10. Der Haltestrom I _ derThe pre-control voltage and the drive voltage levels and speeds are essentially the same in the control circuit 10 'as those of the basic control circuit 10. The holding current I _ der
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induktiven Last ist jetzt jedoch von dem der Speicherspule 12 zugeordneten Widerstand 14 unabhängig, da der gesamte Haltestrom über die in Vorwärtsrichtung vorgespannte Diode 58 läuft. Der Haltestrom der Steuerschaltung 10* wird durch die folgende Gleichung gegeben:However, inductive load is now assigned to that of the storage coil 12 Resistor 14 independent, since the entire holding current runs through the forward biased diode 58. The holding current the control circuit 10 * is given by the following equation:
1HALT = (VS " VSAT " Vd)/R1' worin V, der Spannungsabfall an der Diode 58 von etwa 1 V ist. 1 HALT = (V S " V SAT" V d ) / R 1 'where V, the voltage drop across diode 58 of approximately 1V.
Die Verbesserung der Abschalt- oder Freigabegeschwindigkeit wird mit Hilfe von zwei 6xtra—Dioden erreicht.The improvement in the shutdown or release speed will achieved with the help of two 6xtra diodes.
Ein weiterer Vorteil der Steuerschaltung 10· der Fig. 2 besteht darin, daß ein höherer ohmischer Wert R1 des Widerstandes 32 für einen bestimmten induktiven Verbraucher mit einer gegebenen Induk- Another advantage of the control circuit 10 of FIG. 2 is that a higher ohmic value R 1 of the resistor 32 for a specific inductive load with a given inductance
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tivität und einem vorgeschriebenen Haltestrom beinhaltet, daß die Spule der induktiven Last 30 auf einem kleineren Raum gewickelt werden könnte als bei der Grundsteuerschaltung 10 der Fig. 1. Dies ist ein sehr vorteilhaftes Merkmal für auf Motoren montierte Magnetventile. Ein weiterer Vorteil der abgeänderten Schaltung 10" der Fig. 2 besteht darin, daß der Haltestrom nicht über die Anlaßspule 12 geleitet wird, und damit die Verlustleistung dieser Spule verringert.activity and a prescribed holding current includes that the Coil of the inductive load 30 could be wound in a smaller space than in the basic control circuit 10 of FIG. 1. This is a very beneficial feature for solenoid valves mounted on motors. Another advantage of the modified circuit 10 " 2 is that the holding current is not passed through the starting coil 12, and thus the power loss of this coil decreased.
Selbst wenn ein niedrigerer Haltestrom gewünscht und durch die Verwendung von nur einem Innenwiderstand des induktiven Verbrauchers erreicht wird, kann der zusätzliche Widerstand in Reihe mit der Diode 58 geschaltet werden. Der Einsatz eines solchen Widerstandes würde die Steuerstrompegel oder die Anstiegsgeschwindigkeit der Steuerschaltung 10' nicht beeinträchtigen.Even if a lower holding current is desired and through use is achieved by only one internal resistance of the inductive load, the additional resistance can be in series with the Diode 58 can be switched. The use of such a resistor would reduce the control current level or the rate of rise of the Do not affect control circuit 10 '.
Außer den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind noch weitere möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.In addition to the exemplary embodiments described above, there are still others are possible without departing from the scope of the invention.
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