DE3535844C2 - Schaltungsanordnung zur elektrischen Ansteuerung eines Verbrauchers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur elektrischen Ansteuerung eines Verbrauchers mit induktiver Blindwiderstand- Komponente mit einem Ansteuersignal.

Aus der DE 31 20 695 A1 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, die einen Leistungstransistor aufweist, zwischen dessen Kollektor und dem einen Pol der Betriebsspannungsquelle der Verbraucher eingeschaltet ist. Es ist auch noch ein weiterer Transistor vorgesehen, dessen Emitter-Kollektor-Strecke zwischen dem gleichen Pol der Betriebsspannungsquelle und der Basis des Leistungstransistors eingeschaltet ist. Der Leistungstransistor wird über einen Ansteuertransistor angesteuert. Der oben erwähnte weitere Transistor wird beginnend mit dem Ansteuern des Leistungstransistors über seine Basis wenigstens eine Zeitlang auf Durchlaß gesteuert, um einen großen Strom an der Basis des Leistungstransistors zu bewirken. Der Ansteuertransistor bildet mit dem Leistungstransistor eine Darlingtonschaltung.

Der oben angesprochene Verbraucher mit induktiver Komponente kann z. B. ein Elektromagnet sein und soll insbesondere ein Magnetventil sein. Bei der Ansteuerung solcher Ventile ist für deren Anzugszeit die über dem Ventil liegende Spannung ausschlaggebend. Bei Anwendung von Ventilen z. B. in Kraftfahrzeugen ist die Bordnetzspannung gering und starken Schwankungen unterlegen.

Es ist deshalb bei solchen Anwendungen von Interesse, die Schaltung so zu verbessern, daß trotz der beschränkten Spannung das Ventil schneller schaltet bzw. bei gleicher Schaltzeit das Ventil anders ausgelegt werden kann.

Eine solche Verbesserung wird mit der Schaltungsordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung und ihre vorteilhaften Anwendungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung.

Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 zugehörige Diagramme,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 4 zugehörige Diagramme.

In Fig. 1 ist mit 1 der eine Pol einer Betriebsspannungsquelle (z. B. des Bordnetzes) bezeichnet und mit 2 ein Magnetventil. Mit dem Magnetventil 2 in Reihe liegt die Emitter-Kollektorstrecke eines Leistungstransistors T2 und ein an Masse liegender Meßwiderstand.

Der Leistungstransistor T2 bildet mit einem Treibertransistor 11 eine sogenannte Darlingtonschaltung. Durch Aussteuerung des Transistors T1 mit einem Schaltsignal an seiner Basis wird das Magnetventil 2 betätigt. Im vorliegenden Fall erfolgt die Ansteuerung durch ein Signal E auf einer Klemme 6, wodurch ein Regelkomperator 4 aktiviert wird, der dann über einen Regelverstärker 5 und den Transistor T1 den Leistungstransistor T2 durch­ schaltet. Der Stromanstieg durch das Magnetventil 2 erfolgt z. B. ent­ sprechend Kurve 20 der Fig. 2a. Der Meßwiderstand 3, der Regelkomperator 4 und der Regelverstärker 5 bewirken, daß jeweils bei Erreichen eines be­ stimmten Betriebsstromes durch das Magnetventil 2 (bei dem es geschaltet hat) die Ansteuerung 20 so kurzzeitig unterbrochen wird, daß das Ventil 2 angezogen bleibt.

Erfindungsgemäß ist zwischen dem Pol 1 und die Basis des Leistungstran­ sistors T2 (bzw. dem Emitter von T1) die Reihenschaltung der Emitter- Kollektorstrecke eines weiteren Transistors T3 und eines Begrenzungswider­ stand 7 eingeschaltet. Zu dessen Ansteuerung sind Inversionsglieder 8 und 9, ein bistabiles Glied 10 und ein Und-Gatter 11 vorgesehen.

Das Anlegen des Steuersignals E an die Klemme 6 bewirkt über das Inversions­ glied 8 ein Schalten des bistabilen Glieds 10, so daß es am Q-Ausgang Signal abgibt (s. h. die Signalverläufe E und Q in Fig. 2b und c). Durch das Inver­ sionsglied 9 liegt auch Signal am zweiten Eingang des Und-Gatters 11, so daß der Transistor T3 angesteuert wird. Hierdurch wird an der Basis des Transistors T2 ein wesentlich höherer Strom als bei der üblichen Darlington­ schaltung bewirkt. Dieser wird durch den Widerstand 7 begrenzt. Die Spannung am Kollektor des Transistors T2 ist nun

U_T2 = U_{CE sat1} + I_E2·RM.

Damit geht der Transistor T2 in die Sättigung. Die Sättigungsspannung als Funktion des Basis- und Kollektorstroms ist nunmehr jedoch wesentlich kleiner als beim Normaldarlington. In Fig. 2a ist der Verlauf des Stroms I_MV durch das Magnetventil 2 mit 21 bezeichnet. Man erkennt, daß der Strom­ anstieg größer als normal ist und auch der erreichbare Endwert (bei P₁) höher liegt. Damit schaltet das Magnetventil auch früher.

Wird der vorgegebene Stromwert E bei P₃ erreicht (was durch den Komperator 4 festgestellt wird), so wird einmal die Ansteuerung des Transistors T₁ vom Regelverstärker 5 her für eine bestimmte Zeit unterbrochen, aber durch das Ausgangssignal des Regelkomperators 4 auch das bistabile Glied 10 rückge­ setzt und damit der Transistor T₃ unwirksam gemacht. Damit wird das Ventil 2 nicht mehr angesteuert und die Spannung am Ventil fällt langsam ab (s. h. Kurve U ab P₃); bevor es jedoch zum Abfallen des Magnetventils 2 kommt, erfolgt über den Regelkreis eine erneute Ansteuerung. Da das bistabile Glied 10 erst durch ein neu kommendes E-Signal wieder gesetzt werden kann, bleibt Transistor T3 gesperrt; er wird also immer nur bei der beginnenden Ansteuerung des Magnetventils 2 wirksam.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3, entsprechen die Bauteile 1′-11′ und T1′-T3′ den Bauteilen 1-11 und T₁ bis T₃ der Fig. 1 mit Ausnahme des Regelkomperators 4′ der nunmehr auf zwei Vergleichsschwellen schaltbar ist, das Bauteil 5′, das nun ein Steuerflip-flop ist und das Ventil 2′, das nunmehr drei Schaltstellungen haben soll.

Es ist nun aber noch eine zweite Ansteuerschaltung für den Transistor T3′ bestehend aus den Bauteilen 6′′-11′′ vorgesehen; beide Ansteuerschaltungen arbeiten über ein Oder-Gatter 30 auf den Transistor T3. Die an den Klemmen 6′ und 6′′ angelegten Signale E und A sollen das Ventil 2′ in unterschiedliche Arbeitsstellungen bringen. Dies wird dadurch realisiert, daß vom Regler 3′, 4′ und 5′ der Stromanstieg bei unterschiedlichen Stromwerten unterbrochen wird. Dies zeigt Fig. 4, wo gezeigt ist (0-6 msec), daß durch das E-Signal der Ventil-Strom anwächst und dann durch den Regelkreis 3′-5′ im Mittel auf einem Wert gehalten wird, und daß bei Auftreten des A-Signals der Strom weiter anwächst und dann (ab ca. 14 msec) wieder durch die Regelung im Mittel konstant gehalten wird. Man erkennt auch hier aufgrund des O-Signals (Ausgang von Oder-Gatter 30), daß T3 jeweils nur in den Anstiegsphasen wirksam gemacht wird. Die eingezeichneten gestrichelten Vorläufe zeigen den Anstieg ohne die Wirkung von T3. Die getaktete Regelung arbeitet wie folgt: Erreicht der Strom durch Widerstand 3′ einen von Eingang 6′ oder 6′′ vorgegebenen Wert, wird vom Komparator 4′ ein Impuls sowohl an das Steuerflip-flop 5′ als auch an die Flip-Flops 10′ und 10′′ gegeben. Das Steuerflip-flop 5′ sperrt Transistor T1 und T2 solange, bis über den Takt-Eingang ein Rück­ setzimpuls gegeben wird und folglich der Strom wieder über den Meßwiderstand 3′ fließt usw.

Die Abschaltung von T3 jeweils mit Erreichen des gewünschten Stroms hat den Vorteil, daß Verlustleistung nur entsteht, wenn die Funktion des Transistors gebraucht wird. Es wäre aus dem gleichen Grund auch denkbar, den Transistor T3 nur wirksam zu machen, wenn wegen einer augenblicklich zu niedrigen Bordnetzspannung ein schnellerer Stromanstieg besonders not­ wendig ist.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zur elektrischen Ansteuerung eines Verbrauchers (2) mit induktiver Blindwiderstandskomponente mit einem Ansteuersignal (E an Klemme 6) enthaltend einen Leistungstransistor (T2), zwischen dessen Kollektor und dem einen Pol (1) der Betriebsspannungsquelle der Verbraucher (2) eingeschaltet ist und enthaltend einen weiteren Transistor (T3), dessen Emitterkollektorstrecke zwischen dem gleichen Pol (1) der Betriebsspannungsquelle und der Basis des Leistungstransistors (T2) eingeschaltet ist und enthaltend einen Ansteuertransistor (T1), über den der Leistungstransistor angesteuert wird, wobei der weitere Transistor (T3) über seine Basis mit dem Ansteuern des Leistungstransistors beginnend wenigstens eine Zeitlang auf Durchlaß zur Einsteuerung eines großen Stroms an der Basis des Leistungstransistors (T2) angesteuert wird, wobei der Ansteuertransistor (T1) mit dem Leistungstransistor (T2) eine Darlingtonschaltung bildet und mit einer Regelschaltung, bei der bei Erreichen eines bestimmten Betriebsstroms durch einen den Verbraucher darstellenden Elektromagneten (2) die Durchsteuerung des Leistungstransistors (T2) jeweils mittels eines Reglers (3, 4, 5) kurzzeitig unterbrochen wird und der weitere Transistor (T3) bis zum Auftreten eines erneuten Ansteuersignals unwirksam gemacht wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Regelschaltung, bei der bei Erreichen zweier vorgegebener unterschiedlicher Betriebsströme durch einen den Verbraucher darstellenden und in zwei Arbeitsstellungen steuerbaren Magneten (2) aufgrund zweier unterschiedlicher Ansteuersignale (E, A) die Ansteuerung des Leistungstransistors (T2) jeweils durch einen Regler (3′, 4′, 5′) kurzzeitig unterbrochen wird und daß jeweils mit dem Erreichen der unterschiedlichen Betriebsströme der weitere Transistor (T3) unwirksam gemacht wird und erst mit Auftreten eines neuen Ansteuersignals (E, A) wieder wirksam gemacht wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem weiteren Transistor (T3) ein Begrenzungswiderstand (7) in Reihe geschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Transistor nur wirksam gemacht wird, wenn die Betriebsspannung unter einen vorgegebenen Wert abgesunken ist.