Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltungsanordnung, insbesondere zur Ansteuerung einer mit einem Schaltmagneten versehene Spule, mit einem mittels einer Versorgungs-Spannungsquelle aufladbaren Kondensator, durch dessen Ladespannung nach Vergleich mit einer Bezugsspannungsquelle ein Leistungstransistor aktivierbar ist, durch welchen der Stromkreis durch die Spule geschlossen wird.
Es ist bekannt, daß ein Schaltmagnet zum Anziehen eine um ein Vielfaches höhere Leistung benötigt als zum Halten. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, mit Hilfe eines Kondensators, der auf eine Ladespannung aufgeladen wird, kurzzeitig einen Stromfluß zu erzeugen, der einem Schaltmagneten die nötige Kraft zu, Anziehen ermöglicht. Nachdem der Magnet angezogen hat, wird die Spule nur noch mit einem niedrigeren Haltestrom versorgt. Aus der US-A-4 399 483 ist ein Solenoid bekannt, mit welchem ein Transistor und eine Spannungsquelle in Reihe geschaltet sind. Nach Empfang eines Steuersignales wird der Transistor gesättigt und dadurch der Stromfluß durch die Spule des Solenoids so weit erhöht, daß der Anker des Solenoides angezogen wird. Sobald sich der Anker bewegt hat, wird der Solenoid-Strom auf die zur Aufrechterhaltung des magnetischen Feldes erforderliche Höhe reduziert.
Die EP-A-0 267 455 betrifft einen an eine Last geschalteten Stromstoßgenerator, bei welchem ein Kondensator auf eine gegenüber der Speisespannung höhere Spannung aufgeladen wird. Sobald die Ladespannung einen vorgegebenen Wert erreicht hat, wird der Kondensator an die Last angeschlossen und gibt an diese durch seine Entladung die erforderliche Einschaltleistung ab.
Danach bleibt die Last über eine Diode an die Speisespannungsquelle gekoppelt und erhält von dieser die gegenüber der Einschaltleistung niedrigere Halteleistung.
Der Erfindung liegt diesem Stand der Technik gegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß außer einer Reduzierung der Leistungsaufnahme des Schaltmagneten auch ungewollte Ankerbewegungen des Magnetsystemes erfaßt und ausgewertet werden können.
Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß eine zu der Spule parallegeschaltete elektronische Schaltungsanordnung vorgesehen ist, die einen ungewollten Abfall des Ankers der Spule erkennt und Gegenmaßnahmen einleitet.
Vorzugsweise ist hierbei ein aus zwei Widerständen R4, R5 gebildeter Spannungsteiler zur Spule L1 parallelgeschaltet, dessen Mittelspannung an die Basis eines Transistors V4 gelegt ist, dessen Emitter an die positive Versorgungsspannung +Uo und dessen Kollektor an der negative Versorgungsspannung -Uo gelegt ist.
Vorzugsweise ist zwischen der negative Versorgungsspannung -Uo einerseits und dem Kollektor des Transistors V4 sowie dem Gate des Leistungstransistors V3 andererseits ein Widerstand R6 geschaltet.
Vorteilhafterweise ist parallel zum Kondensator C1 ein aus zwei Widerständen R1, R2 gebildeter Spannungsteiler geschaltet, dessen Mittelspannung an einen Eingang eines Operationsverstärkers N1 gelegt ist, an dessen anderem Eingang die Spannung der Bezugsspannungsquelle V1 liegt.
Der Ausgang des Operationsverstärkers N1 ist zweckmäßigerweise über eine Diode V2 an das Gate des Leistungstransistors V3 gelegt.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellt ist, nachstehend erläutert.
Eine Spule L1 ist über Leitungen 12, 14 an eine Versorgungsspannung U0 angeschlossen. Sie liegt insbesondere über die Leitung 12 an +U0 und über die Leitung 14 an -U0. In der Leitung 14 liegt ferner ein Leistungstransistor V3.
Zwischen den Leitungen 12 und 14 liegt ein Kondensator C1 und parallel hierzu ein Spannungsteiler, bestehend aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen R1 und R2. Parallel zu dem Spannungsteiler liegt eine Bezugsspannungsquelle V1 an den Leitungen 12 und 14 und in Reihe mit dieser ein Widerstand R3, der zur Strombegrenzung und damit zur temperaturunabhängigen Spannungsstabilisierung der Bezugsspannungsquelle V1 dient. Weiterhin ist an die Leitungen 12, 14 ein Operationsverstärker N1 angeschlossen, dessen einer Eingang mit einem Punkt 16 zwischen den beiden Widerständen R1 und R2 und dessen anderer Eingang mit einem Punkt 18 zwischen dem Widerstand R3 und der Bezugsspannungsquelle V1 verbunden ist.
Der Ausgang des Operationsverstärkers N1 ist über eine Diode V2 an das Gate des Leistungstransistors V3 gelegt.
Parallel zur Spule L1 ist an die Leitungen 12, 14 ein Spannungsteiler angeschlossen, der aus in Reihe liegenden Widerständen R4, R5 gebildet ist. Ein Punkt 20 zwischen den beiden Widerständen R4, R5 ist mit der Basis eines Transistors V4 verbunden, dessen Emitter über die Leitung 12 an der Spannung +U0 liegt und dessen Kollektor über einen Widerstand R6 an die Leitung 14 und damit an die Spannung -U0 gelegt ist. Die vom Ausgang der Diode V2 zum Gate des Leistungstransistors V3 führende Leitung ist an einen Punkt 22 mit der vom Transistor V4 zum Widerstand R6 führenden Leitung verknüpft, womit das Gate des Leistungstransistors V3 über den Widerstand R6 an der Spannung -U0 liegt.
Parallel zur Spule L1 ist ferner eine Schutzdiode V5 an die Leitungen 12, 14 geschaltet, um Abschalt-Spannungsspitzen zu vermeiden.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung arbeitet folgendermaßen.
Der Kondensator C1 wird durch Anlegen der Versorgungsspannung U0 aufgeladen. Die Spannung des Kondensators C1 wird über den Spannungsteiler R1, R2 mit der Bezugsspannungsquelle V1 verglichen. Sobald der Kondensator C1 seine Ladespannung erreicht hat, schaltet der Operationsverstärker N1 um und aktiviert damit den Leistungstransistor V3.
(Der Widerstand R3 dient nur zur Strombegrenzung und damit zur temperaturunabhängigen Spannungsstabilisierung der Bezugsspannungsquelle V1).
Der Leistungstransistor V3 schließt nun den Stromkreis durch die Spule L1. Die gespeicherte Ladung des Kondensators C1 reicht aus, um den zum Anziehen erforderlichen Strom für eine zeitlich begrenzte Dauer durch die Spule L1 fließen zu lassen. Durch die Aktivierung des Leistungstransistors V3 und der nun im Stromkreis befindlichen Spule L1 bricht die Versorgungsspannung U0 auf den Wert der Spulenspannung UL und den Spannungsabfall über dem Leistungstransistor V3 zusammen.
Der Operationsverstärker N1 würde nun den Leistungstransistor V3 sperren, da die Mittelspannung des Spannungsteilers R1, R2 kleiner werden würde als die Spannung der Bezugsspannungsquelle V1.
Durch den Spannungsteiler R4, R5 wird aber der Transistor V4 aktiviert, dessen Kollektor über den Verknüpfungspunkt 22 mit dem Gate des Leistungstransistors V3 verbunden ist, und der dadurch die Aktivierung des Leistungstransistors V3 gewährleistet, nachdem die Versorgungsspannung zusammengebrochen ist. Die Diode V2 verhindert, daß der Operationsverstärker N1 den Leistungstransistor V3 zusteuern kann.
Der Spannungsteiler R4, R5 hat noch eine weitere Funktion. Wenn beispielsweise durch eine Erschütterung im Betrieb der Anker des Magnetsystems in Bewegung geraten sollte, so wird infolge dieser Bewegung in der Spule L1 ein Strom induziert. Aufgrund dieses induzierten Stromes kommt es zu einer Spannungsschwankung am Spannungsteiler R4, R5. Wenn dabei der Spannungsabfall über den Widerstand R4 kleiner wird als die Basis-Emitter-Spannung des Transistors V4, so schließt der letztere. Der Leistungstransistor V3 liegt dann nur noch über den Widerstand R6 an der Spannung -U0 und schließt damit auch. Durch die Abschaltung des Leistungstransistors V3 kann der Kondensator C1 wieder geladen werden.
Auf diese Weise kann die Schaltung eine Ankerbewegung erkennen, die z. B. durch einen äußeren Einfluß erzwungen wurde, wobei durch Selbstinduktion erzeugte Spannungsspitzen ausgenutzt werden, um zu entscheiden, ob der Anker noch angezogen ist oder nicht.
Aufgrund der Auswertung der Ankerbewegung wird ein neuer Ladevorgang eingeleitet, der das abgefallene Magnetsystem selbsttätig wieder zum Anzug bringt.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist somit in der Lage, eine ungewollte Ankerbewegung zu erkennen und selbsttätig auszuwerten.
Darüber hinaus kann der Spannungsteiler R4, R5 eine Mindeststromüberwachung bezüglich der Spule L1 durchführen.
Wenn nämlich der Strom in der Spule L1 unter einen vorgegebenen Wert fällt, spricht der Spannungsteiler R4, R5 wegen des Spannungsabfalles an der Spule L1 ebenfalls in der oben geschilderten Weise und mit den beschriebenen Folgen an.