专利摘要:

公开号:WO1989007831A1
申请号:PCT/DE1988/000786
申请日:1988-12-30
公开日:1989-08-24
发明作者:Johannes Locher;Werner Fischer;Joachim Tauscher
申请人:Robert Bosch Gmbh;
IPC主号:F02D41-00
专利说明:
[0001] r
[0002] -Λ-
[0003] Schaltungsanordnung zur getakteten Versorgung
[0004] Stand der Technik
[0005] Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordπung zur getakteten Versorgung eines elektromagnetischen Verbrau¬ chers mit einer von einem Steuersignal, welches die Differenz zwischen dem Momentansignal am Verbraucher und einem festlegbaren Führungssignal repräsentiert, beaufschlagten Regelung. Eine derartige Schaltungsanordπung ist beispielsweise aus der US-PS 4 452 210 bekannt und umfaßt eine Treiberschaltung für ein Einspritzventil einer Brennkraftmaschine. Bei der bekannten Treiberschal¬ tung wird bei offenem Einspritzventil der Erregerstrom festgestellt und hiervon ein Signal abgeleitet. Aus der .Differenz zwischen diesem Momentansignal und einem fest¬ legbaren Referenzsignal wird ein Steuersignal erzeugt, das als Grundlage eines Pulsbreitenmodulationssignals dient. Der Erregerstrom für das Einspritzventil wird daher durch Beeinflussung der Impulsbreite des Erreger¬ stromssignals, also impulsbreitenmoduliert, gesteuert.
[0006] Eine derartige Regelung mit Hilfe einer Impulsbreitenmodulation hat jedoch zur Folge, daß Oberwellen aufgrund der sich beim Regelungsvorgang ändernden Breite der Starkstrom- impulse für den Erregerstrom des Einspritzventilε auftreten.
[0007] Vorteile der Erfindung
[0008] Die erfinduπgsgemäße Schaltungsanordnung zur getakteten Versorgung eines elektromagnetischen Verbrauchers mit einer von einem Steuersignal, welches die Differenz zwi¬ schen dem Momentansignal am Verbraucher und einem fest¬ legbarem Führungssignal repräsentiert, beaufschlagten Regelung, bei welcher ein getakteter Stromregler vorgesehen ist, dessen Taktfrequenz nachregelbar ist, hat insbesondere den Vorteil, daß die grundsätzlichen Vorteile eines Strom¬ reglers zur Verfügung stehen, nämlich eine Ausregelung der Gegen-EMK des elektromagnetischen Verbrauchers und eine Totzeit von Null für eine Sprungantwort. Gemäß der Erfindung werden diese Vorteile kombiniert mit der vor¬ teilhaften Eigenschaft, daß im stationären Zustand eine feste, konstante Frequenz für die Taktung erreicht wird.
[0009] Zur Nachregelung der Taktfrequenz ist vorzugsweise eine Schaltungseinheit vorgesehen, die einen Frequenz-/Spannungs- wandler mit nachgeschaltetem Integrator aufweist. Störungen auf der Taktfrequeπz können so infolge der Integration wirksam unterdrückt werden, da sich das Integrations¬ signal nur unwesentlich ändert, wenn auf der Taktfrequenz zusätzliche Störimpulse vorhanden sind. Zur Ausbildung des Frequenz-/Spannungswandlers ist vorzugsweise ein Ko parator vorgesehen.
[0010] Zur Ankopplung der Schaltungseinheit ftjr die Nachregelung an den Stromregler ist vorteilhafterweise ein dem Ver¬ braucher zugeordneter, diesen beaufschlagender Leistungs¬ schalter vorgesehen, dessen Ansteuersignal der Schaltungsein- heit zuführbar ist, und weiterhin zur Aπsteuerung des Leistungsschalters eine Triggerschaltung vorgesehen, deren Hysterese durch die Schaltungseinheit änderbar ist.
[0011] Hierzu ist vorteilhafterweise die Triggerschaltung als Schmitt-Trigger ausgebildet. Ein Schmitt-Trigger weist eine Hysterese auf, die üblicherweise durch entsprechende Beschaltung des Schmitt-Triggers festgelegt wird und durch eine andere Beschaltung gegebenenfalls geändert werden kann. Durch die Beschaltung des Schmitt-Triggers ist gemäß der Erfindung daher die Stromhysterese des Stromreglers an unterschiedliche Verhältnisse anpaßbar.
[0012] Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfin¬ dungsgemäßen Schaltung ist ein zusätzlicher Steuereingang vorgesehen, an welchen eine Spannung zur Steuerung der Stromhysterese des Stromreglers anlegbar ist. Statt einer durch feste Beschaltung eingestellten Spannung für den Schmitt-Trigger wird daher bei dieser Ausführungsform eine einstellbare Spannung verwendet.
[0013] Zeichnung
[0014] Die Erfindung wird nachstehend anhand eines zeichnerisch dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus welchem weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Figur 1 zeigt ein schematisch stark vereinfachtes Blockschaltbild zur Veranschaulichung des Prinzips der erfindungsgemäßen Nachregelung, Figur 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfiπdungsge äßen Schaltur.gs- einheit zur Nachregelung der Taktfrequenz, Figur 3 ein - k -
[0015] Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Stromreglers und Figur 4 ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungs¬ gemäßen Stromregler.
[0016] Bes'chreibung des Ausführuπgsbeispiels
[0017] Beim Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Stromreg¬ lerschaltung, bei der durch eine besondere Schaltungs¬ einheit eine Nachregeluπg der Taktfrequenz erfolgt, mit der über einen Leistungsschalter ein Verbraucher (Last) versorgt wird. Die Last kann beispielsweise eine Induk¬ tivität sein, etwa eine Erregerspule für ein Brennεtoff- Einspritzventil einer Brennkraftmaschine.
[0018] Die in Figur 1 schematisch stark vereinfacht und in Figur 2 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dargestellte Schaltungseinheit mit Anschlußpunkten A und B ist dazu vorgesehen, in einer in Figur 4 im einzelnen dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßeπ Stromreglers zwischen dort ebenfalls mit A, B bezeichneten Punkten eingefügt zu werden.
[0019] Wie aus den Figuren 1 und 2 hervorgeht, umfaßt die Schaltungs¬ einheit einen an einen Anschluß A angeschlossenen Frequenz-/ Spanπungswandler 10, dem ein Integrator 20 nachgeεchaltet ist, dem ein Ausgangsanschluß B nachfolgt.
[0020] Bei der in Figur 2 dargestellten Schaltungseinheit ent¬ sprechen der Eingaπgsanschluß A und der Ausgangsaπschluß B den entsprechenden Anschlüssen des Blockschaltbilds gemäß Figur 1. An den Eingangsanschluß A sind in Serie ein Widerstand Rll und ein Kondensator Cll angeschlossen, der mit einem Widerstand R13 sowie einem Widerstand R12 und der Kathode einer Diode DU verbunden ist. Die jeweils anderen Anschlüsse des Widerstands R12 beziehungsweise der Diode DU sind an Masse (GND) gelegt. Das andere Ende des Widerstands R13 ist mit dem negativen Eingang eines Komparators ICH sowie mit einem Widerstand R14 verbunden, dessen anderes Ende an einer Versorgungsspannung (5 Volt) liegt. Der Komparator ICH ist in sogenannter "open-collector"-Ausführung ausgebildet.
[0021] Der andere, positive Eingang des Komparators ICH ist über einen Widerstand R15 mit der Versorgungsspannung (5 Volt) und über einen Widerstand R16 mit Masse verbunden. Der Ausgang des Komparators ICH ist über einen Widerstand R17 an die Versorgungsspannung rückgeführt und weiterhin an -einen Widerstand R18 angeschlossen, dessen anderes Ende mit einem Widerstand R19 und einem Kondensator C12 verbunden ist, dessen anderer Anschluß an Masse liegt. Das andere Ende des Widerstands R 19 ist an den negativen Eingang eines Operationsverstärkers IC12 gelegt, dessen Ausgang mit dem Ausgangsanschluß B der Schaltungseinheit verbunden ist. Der negative Eingang und der Ausgang des Operationsverstärkers IC12 sind über eine Iπtegrations- kapazität C13 überbrückt. Am positiven Eingang des Opera¬ tionsverstärkers IC12 liegen ein Widerstand R110, der an die Versorgungsspannung geführt ist, und ein Widerstand Rill, dessen anderer Anschluß an Masse gelegt ist.
[0022] Figur 3 der Zeichnung zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Stromreglerschaltung, die in Figur 4 detailliert in einem bevorzugten Ausführungs¬ beispiel dargestellt ist. Im Blockschaltbild gemäß Figur 3 liegt am Eingang eine Sollspannung U(Soll) an, die proportional zum Sollstrom an einer induktiven Last ist. Die Sollspannung wird über einen Begrenzer dem positiven Eingang eines Komparators zugeführt, an dem nunmehr also eine dem Sollstrom I(Soll) proportionale Spannung anliegt, und an dessen negativen Eingang eine gemittelte Istspannungs¬ größe, die dem gemittelten Iststrom I(Ist) proportional ist.
[0023] Das Ausgangssignal des Komparators wird auf einen Schmitt- Trigger gegeben, der einen elektronischen Leistungsschalter S ansteuert. Im Takt der vom Schmitt-Trigger abgegeben Impulse wird von dem Leistungsschalter S eine induktive Last angesteuert, deren einer Anschluß am Schalter S anliegt und deren anderer Anschluß zu einer positiven Versorgungsspaπnung + U(Batt.) geführt ist. Die Last ist durch eine Diode D5 überbrückt.
[0024] Der andere Anschluß des Leistungsschalters S ist an eine Einrichtung zur Messung des Ist-Stroms geführt, die wiederum an einer negativen Versorgungsspannung - U(Batt.) liegt.
[0025] Das von der Ist-Strommeß-Vorrichtung abgegebene Signal wird einem Spitzenwertgleichrichter zugeführt, der eine Entladezeitkonstante f 1 aufweist. Der Spitzenwertgleich¬ richter gibt daher ein gemitteltes Iststromsignal I(ist) ab, welches, wie bereits erwähnt, dem negativen Eingang des Komparators zugeführt wird.
[0026] Die anhand des Blockschaltbilds von Figur 3 erläuterte erfindungsgemäße Stromregelschaltung soll nachstehend anhand der bevorzugten Ausführungsform gemäß Figur 4 näher erläutert werden.
[0027] Die Sollspannung U(Soll) wird über in Serie geschaltete Widerstände Rl, R2 und R3 in einer Spannungsteilerschaltung mit einem Widerstand R4, dessen anderer Anschluß an Masse (GND) angeschlossen ist, dem positiven Eingang + eines Komparators Kl zugeführt. Zwischen den Widerständen Rl und R2 ist noch die Anode einer Diode Dl angeschlossen, deren Kathode an eine stabilisierte Referenzspannung U(stab.) gelegt ist.
[0028] Ebenfalls an die stabilisierte Spannung U(stab.) ist ein Widerstand R5 angeschlossen, der mit zwei Widerständen R7 und R6 verbunden ist. Der andere Anschluß des Widerstands R6 ist an Masse gelegt, der andere Anschluß des Widerstands R7 an den negativen Eingang des Komparators Kl und an einen die beiden Eingänge des Komparators überbrückenden Kondensator Cl. Weiterhin liegt zwischen dem negativen Eingang - des Komparators Kl und Masse noch ein Kondensator C2.
[0029] Vom Verbindungspunkt der Widerstände R2 und R3 führt eine Leitung zu einem Widerstand R8, dessen anderer Anschluß mit einem Widerstand R9 und der Anode einer Diode D2 verbunden ist. Der andere Anschluß des Widerstands R9 ist über einen Anεchlußpunkt B, der bereits anhand der
[0030] Figuren 1 und 2 besprochen wurde, an die stabilisierte
[0031] Versorungsspannung U(stab.) geführt.
[0032] Die Kathode der Diode D2 ist mit einem Widerstand RIO und dieser wiederum mit der stabilisierten Versorgungs¬ spannung verbunden, und weiterhin ist der kathodenseitige Anschluß der Diode D2 über einen Anschlußpunkt A, der bereits anhand der Figuren 1 und 2 erläutert wurde, an den Ausgang des Komparators Kl angeschlossen.
[0033] Die anhand der Figuren 1 und 2 erläuterte Schaltungsein¬ heit zur Nachregelung der Taktfrequenz wird daher mit ihren Anschlußpunkten A, B an die entsprechenden Anschluß- punkte A, B des erfindungsgemäßen Stromreglers gemäß Figur 4 angeschlossen.
[0034] Der Ausgang des Komparators Kl ist an einen Anschluß eines Widerstands R11 angeschlossen, dessen anderer An¬ schluß mit der Basis eines Transistors Tl verbunden ist, dessen Kollektor-Basisanschlüsse durch einen Widerstand R12 verbunden sind und dessen Emitteranschluß zum negativen Eingang des Komparators Kl führt.
[0035] Ebenfalls an den Ausgang des Komparators beziehungsweise den Anschlußpunkt A geführt ist ein Widerstand R14, dessen Anschluß mit dem Gate-Anschluß eineε Feldeffekt-Leistungs¬ transistors T3 verbunden ist. Der Source-Anschluß deε Transiεtorε T3 ist mit der Anode einer Diode D4 verbunden, deren Kathode an den Gate-Anschluß angeεchlossen iεt, und weiterhin mit dem Verbindungεpunkt zwiεchen Widerεtand R12 und Kollektor deε Tranεistors Tl sowie mit einem Verbindungspunkt von Widerständen R15, ,R16 verbunden. Die jeweils anderen Anεchlüεεe der Widerstände R15, R16 sind miteinander verbunden und an die negative Versorgungε- spanπung - U(batt.) angeschloεsen.
[0036] Der Drain-Anεchluß deε Transistors T3 ist mit einer Last¬ induktivität verbunden, deren anderer Anschluß an der positiven Versorgungsspannung +U(Batt.) liegt und die durch eine Diode D5 überbrückt ist, deren Anode mit dem Drain-Anschluß des Transistors T3 verbunden ist.
[0037] Der Steueranschluß B für die in den Figuren 1 und 2 dar¬ gestellte Schaltungseinheit ist bei der in Figur 4 darge¬ stellten Ausführungsform direkt an die stabilisierte Spannung U(stab.) angeschlossen. Der Schmitt-Trigger arbeitet daher mit einer festen Hyεterese, die durch die dem Anschlußpunkt B nachgeschaltetem Widerstände bestimmt wird.
[0038] Wird dagegen die Verbindung zwischen dem Anschlußpunkt B und der stabilisierten Versorgungεspannung U(stab.) aufgetrennt, so kann an den Anschlußpunkt B eine einstell¬ bare Steuerspannung angelegt werden, die dann die Hysterese des Schmitt-Triggers und damit die Stromhysterese des gesamten Stromreglers einstellbar festlegt.
权利要求:
ClaimsAnsprüche
1. Schaltungsaπordnung zur getakteten Versorgung eines elektromagnetischen Verbrauchers mit einer von einem Steuersignal, welcheε die Differenz zwischen dem Momen¬ tansignal am Verbraucher und einem festlegbaren Führungs¬ signal repräsentiert, beaufschlagten Regelung, dadurch gekennzeichnet, daß ein getakteter Stromregler vorgesehen ist, desεen Taktfrequenz nachregelbar ist.
2. Schaltungsanordnung nach Ariεpruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß zur Nachregelung der Taktfrequenz eine einen Frequenz-/Spannungεwandler IO) mit nachgeschaltetem Integrator (20) aufweiεende Schaltungεeinheit vorgeεehen ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Frequenz-/Spannungswandler einen Kompa- rator (IC1) aufweist.
4. Schaltungsaπordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Verbraucher zugeordneter Leistungsschalter vorgesehen ist, dessen Ansteuersignal der Schaltungseinheit zuführbar ist, und daß zur Ansteu- erung des Leistungsschalters eine Triggerschaltung vor¬ gesehen ist, deren Hysterese durch die Schaltuπgsein- heit (10,20) verändert werden kann.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Triggerschaltung als Schmitt-Trigger ausgebildet ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß ein Steuereingang (STE) vorgesehen ist, an welchen eine Spannung zur Steuerung der Stromhysterese des Stromreglers anlegbar ist.
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