DE3508187C2

DE3508187C2 -

Info

Publication number: DE3508187C2
Application number: DE3508187A
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Ing. 1000 Berlin De Orlowski
Original assignee: OELSCH KG 1000 BERLIN DE
Current assignee: Fernsteuergeraete Kurt Oelsch GmbH
Priority date: 1985-03-05
Filing date: 1985-03-05
Publication date: 1988-11-10
Also published as: DE3660225D1; WO1986005236A1; EP0215828B1; EP0215828A1; DE3508187A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilsteuerschaltung zur Regelung des elektrischen Stromes durch die Erregerwicklung eines elektromagnetisch betätigbaren Ventils, enthaltendThe invention relates to a valve control circuit to regulate the electrical current through the excitation winding of an electromagnetically actuated Valve containing

(a) an electrical controller to which a setpoint is specifiable and a feedback signal receives,
(b) a pulse width modulator controlled by the controller,
(c) a switching transistor

(C₁) is in series with the excitation winding on a supply voltage and

(c₂) can be opened and closed by the pulse width modulator,
(d) one connected in parallel to the field winding Diode, via which when the switching transistor is blocked one by the collapse of the magnetic field Current induced in the field winding flows, and
(e) feedback means for generating the feedback signal

(e 1) with a switching resistor lying in series with the switching transistor outside the circuit formed by the field winding and diode and

(e₂) a resistor-capacitor combination, the feedback signal being derived from the voltage of the capacitor.

Eine solche Ventilsteuerschaltung ist bekannt durch die DE-OS 33 22 006.Such a valve control circuit is known from DE-OS 33 22 006.

Bei dieser bekannten Schaltung handelt es sich um eine Vorrichtung zur Steuerung eines Vergasers mit einem digitalen Regler in Form eines Mikrocomputers, welcher einen Schalttransistor mit veränderlichem Pulsverhältnis steuert. Der Schalttransistor liegt im Stromkreis einer Erregerwicklung. In diesem Stromkreis liegen in Reihe an einer Versorgungsspannung die Erregerwicklung, die Emitter-Kollektor-Strecke des Schalttransistors und ein Meßwiderstand. Zu der Erregerwicklung ist eine Diode parallelgeschaltet, über welche bei gesperrtem Schalttransistor ein durch das Zusammenbrechen des Magnetfeldes in der Erregerwicklung induzierter Strom fließt. Bei einer solchen Anordnung fließt in der Praxis ständig Strom in der Erregerwicklung. Bei leitendem Schalttransistor steigt der Strom näherungsweise linear an, weil die Induktivität der Erregerwicklung einem sprunghaften Anstieg des Stromes entgegenwirkt. Wenn der Schalttransistor gesperrt wird, wird der Strom nicht abrupt unterbrochen. Vielmehr wird durch das Zusammenbrechen des Magnetfeldes in der Erregerwicklung eine Spannung induziert, welche über die Diode einen weiteren Stromfluß bewirkt. Dieser Strom sinkt infolge der Verluste durch Joulsche Wärme näherungsweise linear mit der Zeit ab, bis der Schalttransistor wieder leitend wird. Aus dem Anstieg und Absinken des Stromes stellt sich ein mittleres Niveau der Stromstärke ein, welches von der Pulsbreite, also dem Verhältnis von Einschaltzeit zu Ausschaltzeit des Schalttransistors abhängt.This known circuit is a Device for controlling a carburetor with a digital controller in the form of a microcomputer, which a switching transistor with a variable pulse ratio controls. The switching transistor is in the circuit an excitation winding. In this circuit lie in Row at a supply voltage the field winding, the emitter-collector path of the switching transistor and a measuring resistor. To the excitation winding a diode is connected in parallel, via which at blocked switching transistor on by collapse of the magnetic field induced in the excitation winding Electricity flows. With such an arrangement In practice, current flows continuously in the field winding. When the switching transistor is conductive, the Current approximately linear because of inductance the excitation winding a sudden increase in Counteracts current. If the switching transistor is blocked, the current is not abruptly interrupted. Rather, the collapse of the Magnetic field in the excitation winding a voltage which induces another via the diode Current flow causes. This current drops as a result of Approximate losses due to Joule heat linearly with time until the switching transistor becomes leading again. From the rise and fall the current turns to a medium level of Current intensity, which depends on the pulse width, ie the ratio of switch-on time to switch-off time of the switching transistor depends.

Ein solcher ständiger Strom fließt jedoch nur in dem von Erregerwicklung und Diode gebildeten Kreis, nicht aber über den periodisch gesperrten Schalttransistor und durch den Meßwiderstand. An dem Meßwiderstand tritt daher nur ein Strom in Form von Impulsen auf, wenn der Schalttransistor leitend ist. Der Strom durch den Meßwiderstand umfaßt nicht den während der Sperrphase des Schalttransistors in der Erregerwicklung fließenden Strom. Die an dem Meßwiderstand abfallende Spannung liefert daher nur sehr bedingt ein Maß für die mittlere Stromstärke in der Erregerwicklung.However, such a constant current only flows into the circle formed by the field winding and diode, but not via the periodically blocked switching transistor and through the measuring resistor. To the Measuring resistance therefore only occurs in the form of a current of pulses when the switching transistor is conductive is. The current through the measuring resistor does not include during the blocking phase of the switching transistor current flowing in the field winding. The on that Measuring resistance dropping voltage therefore only delivers a measure of the average current is very limited in the excitation winding.

Bei der DE-OS 33 22 006 werden die an dem Meßwiderstand abfallende Spannungsimpulse durch ein RC-Siebglied geglättet und dies liefert eine Rückführspannung, die durch einen A/D-Wandler digitalisiert und dem Mikrocomputer zugeführt wird. Bei dem RC-Siebglied wird ein Kondensator über einen ohmschen Widerstand aufgeladen, d. h. der Kondensator liegt in Reihe mit dem ohmschen Widerstand des RC-Gliedes an dem Meßwiderstand, an welchem die zu mittelnde Spannung abfällt. In DE-OS 33 22 006 are on the measuring resistor falling voltage pulses through an RC filter element smoothed and this provides a feedback voltage, which is digitized by an A / D converter and fed to the microcomputer. With the RC filter element becomes a capacitor across an ohmic Resistor charged, i.e. H. the capacitor lies in series with the ohmic resistance of the RC element on the measuring resistor at which the average to be averaged Voltage drops.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Rückführspannung zu erzeugen, deren Verlauf auch während der Sperrphasen des Schalttransistors dem des Stromes durch die Erregerwicklung entspricht.The invention is based on the object to generate a feedback voltage whose Course also during the blocking phases of the switching transistor that of the current through the field winding corresponds.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daßAccording to the invention, this object is achieved by that

(f) the return means a peak rectifier included, at which the on the measuring resistor falling voltage is present,
(g) the capacitor of the resistor-capacitor combination directly at the top rectifier is applied and by this to the manager Switching transistor with an on time small time constant on the at the measuring resistor decreasing, increasing in time Voltage is rechargeable, and
(h) the resistance of the resistor-capacitor combination arranged in parallel to the capacitor is so that the capacitor when locked Discharge switching transistor through the resistor will, and
(i) that of the capacitor and the resistor formed time constant equal to the ratio the inductance of the excitation winding to the ohmic resistance of excitation winding and diode formed circuit.

Es wird auf diese Weise über den Spitzengleichrichter der Kondensator aufgeladen. Da die Zeitkonstante von Spitzengleichrichter und Kondensator klein ist, folgt die Kondensatorspannung bei leitendem Schalttransistor der ansteigenden Spannung am Meßwiderstand. Wenn der Schalttransistor sperrt, verhindert der Spitzengleichrichter eine Entladung des Kondensators über den Meßwiderstand. Der Kondensator entlädt sich dann über den ohmschen Widerstand der Widerstands-Kondensator-Kombination. Deren Zeitkonstante ist so gewählt, daß die Spannung am Kondensator in gleichem Maße absinkt wie der Strom in der Erregerwicklung. Am Kondensator entsteht daher eine abwechselnd ansteigende und absinkende Spannung, deren Verlauf genau dem Stromverlauf in der Erregerspule entspricht. Daraus wird das Rückführsignal abgeleitet. It gets over the top rectifier this way the capacitor is charged. Because the time constant of peak rectifier and capacitor is small, the capacitor voltage follows with a conductive switching transistor the rising Voltage at the measuring resistor. If the switching transistor blocks, the peak rectifier prevents discharge of the capacitor via the measuring resistor. The capacitor then discharges through the ohmic resistance of the resistor-capacitor combination. Their time constant is chosen that the voltage across the capacitor to the same extent drops like the current in the field winding. At the The capacitor therefore has an alternating rise and decreasing tension, its course corresponds exactly to the current profile in the excitation coil. The feedback signal is derived from this.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:An embodiment of the invention is as follows with reference to the related Drawings explained in more detail:

Fig. 1 zeigt eine Ventilsteuerschaltung zur Regelung des elektrischen Stromes durch die Erregerwicklung eines elektromagnetisch betätigbaren Ventils. Fig. 1 shows a valve control circuit for regulating the electrical current through the excitation winding of an electromagnetically actuated valve.

Fig. 2 zeigt Signalverläufe, die in der Ventilsteuerschaltung von Fig. 1 auftreten. FIG. 2 shows waveforms that occur in the valve control circuit of FIG. 1.

Die Ventilsteuerschaltung enthält einen integrierenden elektrischen Regler 10. Dieser besteht praktisch aus einem Operationsverstärker 12, dessen Ausgang mit dem invertierenden Eingang über einen Kondensator 14 verbunden ist. An dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 12 ist über einen Widerstand 16 eine Signalspannung U _G von einem (nicht dargestellten) Geber angelegt. Diese Signalspannung U _G dient als Führungsgröße. Weiterhin liegt an dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 12 mit entgegengesetztem Vorzeichen noch eine Rückführspannung. Die Rückführspannung wird in noch zu beschreibender Weise von Rückführmitteln 18 geliefert.The valve control circuit contains an integrating electrical regulator 10 . This practically consists of an operational amplifier 12 , the output of which is connected to the inverting input via a capacitor 14 . At the inverting input of the operational amplifier 12 , a signal voltage U _G from a (not shown) encoder is applied via a resistor 16 . This signal voltage U _G serves as a reference variable. Furthermore, a feedback voltage is present at the inverting input of the operational amplifier 12 with the opposite sign. The feedback voltage is supplied in a manner to be described by feedback means 18 .

Der Ausgang des Reglers 10 steuert einen Pulsbreitenmodulator 20. Der Pulsbreitenmodulator 20 steuert seinerseits über einen Transistor 22 und eine Hilfsspeisespannung U _b einen Schalttransistor 24.The output of the controller 10 controls a pulse width modulator 20 . The pulse width modulator 20 in turn controls a switching transistor 24 via a transistor 22 and an auxiliary supply voltage U _b .

Im Stromkreis einer Speisespannung U _a liegen in Reihe ein erster ohmscher Widerstand 26, der Schalttransistor 24 und eine Erregerwicklung 28. Durch einen Strom durch die Erregerwicklung ist ein (nicht dargestelltes) Ventil proportional verstellbar. Der ohmsche Widerstand der Erregerwicklung 28 ist durch einen Widerstand 30 dargestellt. Parallel zu der Erregerwicklung 28 ist eine Diode 32 geschaltet. Die Durchlaßrichtung der Diode 32 ist dabei so, daß durch die Diode 32 der Strom fließen kann, welcher nach Sperren des Schalttransistors 24 durch das Zusammenbrechen des Magnetfeldes in der Erregerwicklung 28 induziert wird. Bei leitendem Schalttransistor 24 fließt durch die Erregerwicklung 28 ein Strom I _L in Richtung des entsprechend bezeichneten Pfeils, d. h. von oben nach unten in Fig. 1. Die parallele Diode 32 ist für diese Stromrichtung gesperrt. Wenn der Schalttransistor 24 sperrt, wird der Stromkreis der Speisespannung U _a unterbrochen. Das zusammenbrechende Magnetfeld der Erregerspule 28 induziert weiterhin einen Strom in Richtung des Pfeiles I _L, der nun in dem von der Erregerwicklung 28, dem Widerstand 30 und der Diode 32 gebildeten, geschlossenen Stromkreis fließt. Dieser Strom nimmt bei geeigneter Bemessung der Bauteile näherungsweise linear ab.A first ohmic resistor 26 , the switching transistor 24 and an excitation winding 28 are connected in series in the circuit of a supply voltage U _a . A valve (not shown) can be proportionally adjusted by a current through the field winding. The ohmic resistance of the excitation winding 28 is represented by a resistor 30 . A diode 32 is connected in parallel with the excitation winding 28 . The forward direction of the diode 32 is such that the current can flow through the diode 32 , which is induced in the excitation winding 28 after the switching transistor 24 has been blocked by the collapse of the magnetic field. When the switching transistor 24 is conductive, a current I _L flows through the excitation winding 28 in the direction of the corresponding arrow, ie from top to bottom in FIG. 1. The parallel diode 32 is blocked for this current direction. When the switching transistor 24 blocks, the circuit of the supply voltage U _{a is} interrupted. The collapsing magnetic field of the excitation coil 28 also induces a current in the direction of arrow I _L now flows in the winding of the exciter 28, the resistor 30 and the diode 32 formed closed circuit. With a suitable dimensioning of the components, this current decreases approximately linearly.

Quantitativ ergibt sich folgendes:
Nach dem Induktionsgesetz istThe following results quantitatively:
According to the law of induction

Während der Einschaltzeit t _ein (vgl. Fig. 2, Zeile 1), während welcher der Schalttransistor 24 leitend ist, gilt näherungsweiseDuring the on-time t _a (see. Fig. 2, row 1) during which the switching transistor is conductive 24, applies approximately

wobeiin which

L die Induktivität der Erregerspule 28, Δ I _L die Gesamtänderung des Stromes in der Erregerspule 28 während der Einschaltzeit t (vgl. Fig. 2, Zeile 2), I _{L 0} der mittlere Strom in der Erregerspule 28 während der Einschaltzeit t _ein und R _L der ohmsche Widerstand (30) der Erregerspule 28 ist. L is the inductance of the excitation coil 28, Δ I _{L is} the total change in the current in the exciting coil 28 during the ON time t (see. Fig. 2, line 2), I _{L 0 is} the average current in the exciting coil 28 during the ON time t _and R _{L is} the ohmic resistance ( 30 ) of the excitation coil 28 .

Dabei ist angenommen, daßIt is assumed that

U _{R 1} « U _a (3) U _{R 1} « U _a (3)

undand

Δ I _L « I _{L 0} (4) Δ I _L « I _{L 0} (4)

ist, wobei U _{R 1} der Spannungsabfall an dem Widerstand 26 ist.where U _{R 1 is} the voltage drop across resistor 26 .

Während der Ausschaltzeit t _aus, d. h. der Zeit (vgl. Fig. 2), während welcher der Schalttransistor 24 gesperrt ist, ist näherungsweiseDuring the switch-off time t _off , ie the time (cf. FIG. 2) during which the switching transistor 24 is blocked, is approximately

wenn R _L I _{L 0} als groß gegen den Spannungsabfall an der Diode 32 angenommen wird, d. h.if R _L I _{L 0 is} assumed to be large against the voltage drop across the diode 32 , ie

R _L I _{L 0} » 0,7 V (6)
R _L I _{L 0} »0.7 V (6)

Aus den Gleichungen (2) und (5) folgtIt follows from equations (2) and (5)

Setzt manYou sit down

t _ein + t _aus = T (8) t _a + t _off = T (8)

(vgl. Fig. 2), so wird(see Fig. 2), so

Dabei istIt is

der Impulsbreitenmodulationsfaktor. Es wird alsothe pulse width modulation factor. So it will

Der mittlere Strom durch die Erregerspule 28 ist proportional dem Impulsbreitenmodulationsfaktor K.The average current through the excitation coil 28 is proportional to the pulse width modulation factor K.

Um diesen Strom auf einen der Signalspannung U proportionalen Wert zu regeln, muß der Strom gemessen und über geeignete Rückführmittel 18 auf den Regler 10 zurückgeführt werden. Eine Messung des Stromes über den Spannungsabfall an der Erregerwicklung selbst hat den Nachteil, daß dann zwei zusätzliche Leitungen zu der Erregerwicklung geführt werden müssen, was bei handelsüblichen Bauteilen schwierig ist. Der Spannungsabfall an dem Widerstand 26 kann nicht unmittelbar als Maß für den Strom durch die Erregerwicklung dienen, weil ein Strom durch den Widerstand 26 nur während der Einschaltzeit fließt.In order to regulate this current to a value proportional to the signal voltage U , the current must be measured and fed back to the regulator 10 via suitable feedback means 18 . Measuring the current via the voltage drop at the field winding itself has the disadvantage that two additional lines then have to be led to the field winding, which is difficult with commercially available components. The voltage drop across the resistor 26 cannot directly serve as a measure of the current through the excitation winding, because a current flows through the resistor 26 only during the switch-on time.

Es wird daher der Spannungsabfall an dem Widerstand 26 über Leitungen 34 und 36 auf einen Spitzengleichrichter 38 geschaltet. Dieser lädt einen Kondensator 40 auf. Die Zeitkonstante dieser Kombination von Spitzengleichrichter 38 und Kondensator 40 ist klein gegen die Einschaltzeit t _ein. Die Spannung U _d am Kondensator 40 folgt daher während der Einschaltzeit t _ein praktisch verzögerungslos dem Spannungsabfall U _{R 1} am Widerstand 26. Das ist in der dritten und vierten Zeile von Fig. 2 dargestellt. The voltage drop across the resistor 26 is therefore switched to a peak rectifier 38 via lines 34 and 36 . This charges a capacitor 40 . The time constant of this combination of peak rectifier 38 and capacitor 40 is small compared to the on-time t _a. The voltage U _d at the capacitor 40 follows, therefore, during the on-time t _a practically without any delay to the voltage drop across the resistor _R1 U 26th This is shown in the third and fourth lines of FIG. 2.

Während der Ausschaltzeit t _aus fällt der Spannungsabfall U _{R 1} an dem Widerstand 26 weg. Der Kondensator 42 entlädt sich dann über den Widerstand 42. Es ist zu beachten, daß durch die Gegenkopplung die beiden Eingänge des Operationsverstärkers 12 stets praktisch auf gleichem Potential gehalten werden. Durch geeignete Bemessung der Bauelemente ist dafür gesorgt, daß die Spannung U _d am Kondensator 40 während der Ausschaltzeit t _aus im gleichen Maße abfällt wie der Strom I _L durch die Erregerwicklung 28. Es wird so eine Rückführspannung hergestellt, die in ihrem Verlauf dem Verlauf des Stromes durch die Erregerwicklung folgt.During the switch-off time t _off , the voltage drop U _{R 1} across the resistor 26 is eliminated. The capacitor 42 then discharges through the resistor 42 . It should be noted that the negative feedback keeps the two inputs of the operational amplifier 12 practically at the same potential. By suitable dimensioning of the components it is ensured that the voltage U _d on the capacitor 40 during the off time t _off falls to the same extent as the current I _L through the exciter winding 28th A feedback voltage is produced in this way, which follows the course of the current through the field winding in its course.

Quantitativ ergibt sich dabei folgendes:
Während der Ausschaltzeit istThe following results quantitatively:
During the switch-off time

Δ q = C Δ U _d (11) Δ q = C Δ U _d (11)

wobeiin which

Δ q die Ladungsänderung im Kondensator 40 während der Ausschaltzeit, C die Kapazität des Kondensators 40 und Δ U _d die Änderung der an dem Kondensator 40 abfallenden Spannung während der Ausschaltzeit t _aus ist (vgl. Fig. 2, Zeile 4). Δ q the change in charge in the capacitor 40 during the OFF time, C is the capacitance of the capacitor 40 and Δ U _d changing the drop across the capacitor 40 voltage during the turn-off time t _off (see. Fig. 2, line 4).

Die Ladungsänderung Δ q ist Entladestrom i mal Ausschaltzeit t _aus. Es gibt alsoThe charge change Δ q is the discharge current i times the switch-off time t _off . So there is

i · t _aus = C Δ U _d. (12)
i · t _off = C Δ U _d . (12)

Es ist wieder U _d klein gegen die mittlere Kondensatorspannung U _do. Es wird dann der EntladestromAgain U _{d is} small compared to the average capacitor voltage U _do . It then becomes the discharge current

Daraus folgtIt follows

Schreibt man Gleichung (5) in der FormIf you write equation (5) in the form

so sieht man, daß man den Verlauf von U _d an den Verlauf von I _L anpassen kann: Wählt man nämlichyou can see that the course of U _d can be adapted to the course of I _L : namely, you choose

dann wirdThen it will be

d. h. die Spannung U _d am Kondensator 40 ändert sich im Verhältnis zu ihrem mittleren Wert während der Ausschaltzeit t _aus in gleichem Maße, wie sich der Strom I _L durch die Erregerwicklung 28 im Verhältnis zu seinem mittleren Wert verändert. Man erhält daher einen Signalverlauf der Spannung U _d am Kondensator 40, der auch während der Ausschaltzeit dem Signalverlauf des Stromes durch die Erregerwicklung entspricht. Diese Spannung ist als Rückführspannung auf den Regler 10 aufgeschaltet.ie the voltage U _d across the capacitor 40 changes in relation to its mean value during the switch-off time t _out to the same extent as the current I _L through the excitation winding 28 changes in relation to its mean value. A signal curve of the voltage U _d across the capacitor 40 is therefore obtained, which also corresponds to the signal curve of the current through the field winding during the switch-off time. This voltage is applied to the controller 10 as a feedback voltage.

Claims

Valve control circuit for regulating the electrical current (I _L ) through the excitation winding ( 28 ) of an electromagnetically actuated valve, containing

(a) an electrical controller ( 10 ) to which a setpoint can be predetermined and which receives a feedback signal,
(b) a pulse width modulator ( 20 ) controlled by the controller ( 10 ),
(c) a switching transistor ( 24 )
- (C₁) in series with the excitation winding ( 28 ) at a supply voltage (U _a ) and
- (c₂) can be opened and closed by the pulse width modulator ( 20 ),
(d) a diode ( 32 ) connected in parallel with the excitation winding ( 28 ), via which a current induced by the collapse of the magnetic field in the excitation winding ( 28 ) flows when the switching transistor ( 24 ) is blocked, and
(e) feedback means ( 18 ) for generating the feedback signal
- (e₁) with a with the switching transistor ( 24 ) outside the field formed by the field winding ( 28 ) and diode ( 32 ) in series measuring resistor ( 26 ) and
- (e₂) a resistor-capacitor combination ( 40, 42 ), the feedback signal being derived from the voltage of the capacitor,
characterized in that
(f) the feedback means ( 18 ) contain a peak rectifier ( 38 ) to which the voltage (U _{R 1} ) dropping across the measuring resistor ( 26 ) is applied,
(g) the capacitor ( 40 ) of the resistor-capacitor combination is in direct contact with the peak rectifier ( 38 ) and can be charged by the latter when the switching transistor is conductive and has a small time constant against the switch-on time to the voltage which drops across the measuring resistor ( 26 ) and rises in time , and
(h) the resistor ( 42 ) of the resistor-capacitor combination is arranged in parallel with the capacitor ( 40 ) so that the capacitor ( 40 ) is discharged via the resistor ( 42 ) when the switching transistor ( 24 ) is blocked, and
(i) the time constant (RC ) formed by the capacitor ( 40 ) and the resistor ( 42 ) is equal to the ratio of the inductance (L) of the excitation winding ( 28 ) to the ohmic resistance (R _L ) of the excitation winding ( 28 ) and diode ( 32 ) formed circuit.