DE69702314T2 - Vorrichtung zum steuerung einer induktiven last - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung einer induktiven Last, insbesondere einer Elektromagnetspule, der eine Rückspeisediode zugeordnet ist, wobei diese Vorrichtung einen elektronischen Zerhackerschalter umfasst, der mit der Spule in Serie geschaltet ist und von einem Impulsbreitenmodulator entsprechend einem von einem Messorgan des Spulenstroms gelieferten Signal gesteuert wird.
• Spulensteuervorrichtungen dieses Typs sind gut bekannt. Der vom Impulsbreitenmodulator gesteuerte Schalter ermöglicht, die Spule zunächst mit einem hohen, sogenannten Rufstrom zu versorgen, um den Magnetkreis des Elektromagneten zu schliessen, und dann mit einem kleineren, sogenannten Haltestrom, der gerade ausreichend ist, um den Magnetkreis geschlossen zu halten. Weiters ist bekannt, den Impulsbreitenmodulator mittels eines Gleichspannungskreises ab einer Gleichstromquelle oder ab dem Wechselstromnetz zu versorgen.
• Bei einer derartigen Vorrichtung wird zuweilen eine schnelle Öffnung des Magnetkreises des Elektromagneten gewünscht; diese Öffnung wird jedoch vom Freilaufstrom verzögert, der nach dem Blockieren des Zerhackertransistors weiterhin über die Rückspeisediode in der Spule fliesst. Daher wird in bekannter Weise ein zweiter, sogenannter Schnellöffnungs- oder Schnelleinfall-Transistor mit der Spule in Serie oder parallel zur Spule geschaltet, der von einem Öffnungssteuerkreis beaufschlagt wird (siehe beispielsweise Unterlage DE-42 27 165).
• Die Erfindung soll ermöglichen, den Schnellöffnungstransistor über grosse Versorgungsspannungsbereiche und unter einer in Bezug auf die Spannung an den Spulenklemmen schwebenden Spannung zu steuern.
• Erfindungsgemäss ist der Versorgungskreis des Impulsbreitenmodulators ein Wandler mit Transformator mit zwei Sekundärwicklungen, wovon die eine am Impulsbreitenmodulator angeschlossen ist und die andere am Gate des Öffnungstransistors über einen vom Öffnungssignal beaufschlagten Öffnungsschalter. Der Öffnungsschalter ist vorzugsweise ein Optotransistor, dessen Öffnung zur Entladung der Gate-Kapazität des Schnellöffnungstransistors führt.
• Er wird vorteilhafterweise von einem Kreis gesteuert, der einen Komparator der Versorgungsgleichspannung mit mindestens einem Grenzwert umfasst, wobei der Ausgang des Komparators mit einem Ruf-/Halte-Verzögerungselement und mit einem Öffnungsverzögerungsorgan verbunden ist, und zwar über ein logisches Element, das einen Eingang für ein niedriges Ein-/Aus-Signal aufweist.
• Die nachfolgende Beschreibung einer nicht begrenzenden Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren wird erläutern, wie die Erfindung in die Praxis umgesetzt werden kann.
• Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Steuervorrichtung für eine Schützspule.
• Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Steuerung des Öffnungstransistors in der Vorrichtung nach Fig. 1.
• Die dargestellte Vorrichtung dient zur Steuerung einer Spule B eines elektromagnetischen Schützes oder eventuell der Spulen von zwei gegenseitig verbundenen, umgekehrt montierten Schützen. Sie umfasst einen Zerhackertransistor T1, der mit der Spule zwischen derselben und einem niedrigen Potentialpunkt, beispielsweise 0 Volt, in Serie angeordnet ist, und einen Schnellöffnungstransistor T2, der ebenfalls mit der Spule in Serie angeordnet ist, zwischen derselben und einer Leitung mit hohem Potential V+. Eine Rückspeisediode D ist parallel zur Serienmontage der Spule B und des Transistors T2 angeordnet. Die Transistoren T1 und T2 sind vorzugsweise Transistoren mit isoliertem Gate; es handelt sich hier um MOS- Transistoren, es kann sich jedoch ebenfalls um zweipolige Transistoren mit isoliertem Gate, den sogenannten IGBT handeln. Bei einer Variante ist die Spule B direkt an die Leitung V+ angeschlossen, und der Transistor T2 ist mit der Spule zwischen derselben und ihrem Anschlusspunkt an die Diode D in Serie angeordnet. Bei einer anderen Variante sind der Transistor T2 und die Diode D in Serie geschaltet und die Spule B ist parallel zur Baugruppe T2, D angeordnet.
• Der Zerhackertransistor T1 ist mit dem Ausgang eines Impulsmodulatorenkreises 11 verbunden, der in einem Kontrollkreis 10 enthalten ist. Ein Sensor 12 des in der Spule B fliessenden Stroms ist über einen Spitzenstromdetektor 13 am Kreis 11 angeschlossen. Die Bestandteile des Kreises 11 oder die mit dem Kreis 11 in Verbindung stehen sind üblich und werden nicht weiter beschrieben. Die Transistoren T1, T2 sind IGBT- oder MOS-Komponenten mit n-Kanal.
• Die Vorrichtung weist einerseits Versorgungs- und Steuerklemmen 14 auf, um die einzelnen Elektronikkreise zu versorgen und das Ein- und Ausschalten des Schützes mittels eines nicht dargestellten Schalters zu steuern, und andererseits eine Steuerklemme 15, um das Ein- und Ausschalten des Schützes über ein niedriges Signal S zu steuern, das beispielsweise von einem industriellen Bus oder einem geeigneten Steuerorgan wie beispielsweise einer vorprogrammierbaren Steuerung geliefert wird. Die Versorgungs- und Steuerklemmen 14 sind über ein Filter 16 mit einem Gleichrichter 17 verbunden, dessen Ausgang mit Potential V+, das nachstehend als Gleichpotential bezeichnet wird, am Transistor T2, am Kontrollkreis 10 und an einem Transformatoren-Wandler 20 angeschlossen ist.
• Erfindungsgemäss umfasst der Wandler 20 zwei Sekundärwicklungen 21, 22 (siehe Fig. 2). Die Wicklungen 21, 22 sind jeweils mit den Leitern 23, 24 am Kontrollkreis 10 angeschlossen, um diesen zu versorgen, und an einem Öffnungsschalter mit isolierter Steuerung 25; der Schalter 25, beispielsweise ein Optotransistor, wird vom Kontrollkreis 10 über einen Leiter 26 gesteuert, um den Transistor T2 durchlässig zu machen oder ihn zu blockieren, um die Spule zu versorgen oder nicht. Der Leiter 26 ist an einem Öffnungssteuerkreis 27 angeschlossen, der einen analogischen oder digitalen Komparator 28 der Spannung umfasst, von der der Kontrollkreis 10 über den Leiter 23 beaufschlagt wird. Ein logisches Element 29 erhält einerseits das vom Komparator 28 kommende Signal und andererseits das Signal S, mit dem der Kreis 10 über die Klemme 15 beaufschlagt wird; der Ausgang des logischen Elements 29 ist einerseits an ein mit dem Modulator 1 verbundenem Ruf-/Halte-Verzögerungsorgan 30a angeschlossen, und andererseits an ein Öffnungsverzögerungsorgan 30b, an dem der Leiter 26 angeschlossen wird. Das Öffnungsverzögerungsorgan 30b, beispielsweise des Typs RC, ermöglicht die Einstellung der Blockierverzögerung des Transistors T2 und demnach der Einfallzeit des Elektromagneten.
• Wie auf Fig. 2 ersichtlich, ist der Transistor T3 der optischen Komponente 25 so angeordnet, dass er die Entladung der Kapazität des Gates des Transistors T2 ermöglicht, wenn T3 blockiert. Parallel zu T2 ist eine Zener-Diode Z angeordnet, um T2 zu schützen.
• Der Kontrollkreis 10 kann ein Mikrocontroller mit Eingängen 31 sein, um das Kaliber der Spule des zugeordneten Schützes zu wählen. Der Mikrocontroller kann ebenfalls verdoppelte Eingänge und Ausgänge 26, 26' aufweisen, um die Spulen von zwei gegenseitig umgekehrt verbundenen Schützen zu steuern.
• Die dargestellte Vorrichtung funktioniert folgendermassen.
• Man geht davon aus, dass die Spule B ursprünglich nicht angespeist ist, so dass der Magnetkreis des Elektromagneten des Schützes geöffnet ist. Um diesen Magnetkreis zu schliessen, schliesst man den nicht dargestellten Schalter, der den Klemmen 14 zugeordnet ist, wodurch der Drain von T2, der Kontrollkreis 10 und der Wandler 20 mit der Gleichspannung V+ beaufschlagt werden. Der Transistor des Öffnungsschalters 25 wird durch den Kreis 10 durchlässig gemacht, und das Gate des Öffnungstransistors T2 ist demnach polarisiert; daraus ergibt sich, dass T2 durchlässig ist und dass, da T1 ebenfalls durchlässig ist, die Spule B mit einem Rufstrom versorgt wird, und dann mit einem kleineren Haltestrom als der Rufstrom, wenn der Impulsmodulatorenkreis 11 einschaltet.
• Zum Öffnen des Magnetkreises öffnet man den den Klemmen 14 zugeordneten Schalter, so dass die Versorgungsspannung des Kreises ab seiner Höhe V+ abnimmt. Wenn sie den Grenzwert des Komparators 28 erreicht, beaufschlagt das Verzögerungsorgan 30 mit der vorgegebenen Verzögerung den Optotransistor 25 mit einem Signal, der sich dann blockiert. Das Gate von T2 entlädt sich und T2 blockiert sich. Dadurch erhält man ein schnelles Einfallen des Elektromagneten. Der gleiche Schnellöffnungsvorgang kann durch Umschalten des niedrigen Signals S an der Klemme 15 erzielt werden.

Claims (5)

1. Steuervorrichtung einer induktiven Last, insbesondere einer Elektromagnetspule (B), der eine Rückspeisungsdiode (D) zugeordnet ist, mit

- einem elektronischen Zerhackerschalter, der mit der Spule (8) in Serie geschaltet ist und von einem Impulsbreitenmodulator (11) entsprechend einem von einem Messorgan des Spulenstroms (B) gelieferten Signal gesteuert wird,

- wobei der Impulsbreitenmodulator (11) von einem Gleichspannungsversorgungskreis versorgt wird und in einem Kontrollkreis (10) enthalten ist,

- einem elektronischen Schnellöffnungsschalter, bestehend aus einem Transistor (T2) mit isoliertem Gate, der mit der Spule (B) in Serie oder parallel zur Spule (B) angeordnet ist und von einem vom Kontrollkreis (10) gelieferten Öffnungssignal gesteuert werden kann,

dadurch gekennzeichnet, dass der Versorgungskreis (20) des Impulsbreitenmodulators (11) ein Wandler mit Transformator mit zwei Sekundärwicklungen ist, wovon die eine (21) am Impulsbreitenmodulator angeschlossen ist und die andere (22) am Gate des Öffnungstransistors (T2), über einen vom Öffnungssignal beaufschlagten Öffnungsschalter (25).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsschalter (25) ein Optotransistor ist, dessen Öffnung zur Entladung der Gate-Kapazität des Schnellöffnungstransistors (T2) führt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsschalter (25) von einem Komparator (28) der Versorgungsgleichspannung mit mindestens einem Grenzwert gesteuert wird, wobei der Ausgang des Komparators mit einem Ruf-/Halte- Verzögerungselement (30a) und mit einem Öffnungsverzögerungsorgan (34b) verbunden ist, und zwar über ein logisches Element (29), das einen Eingang für ein niedriges Ein-/Aus-Signal (S) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungstransistor (T2) überbrückbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontrollkreis (10) ein Mikrocontroller mit Kaliberwahleingängen (31) der Schützspulen und mit Eingängen versehen ist, die den Spulen von zwei umgekehrt montierten Schützen zugeordnet sind.