Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für Flugtriebwerksregler.

Als Flugtriebwerksregler kommen zunehmend digitale Regler zum Einsatz, die in der Lage sind, komplexe Regelalgorithmen innerhalb kürzester Zeit abzuarbeiten. Die digitalen Regler verdrängen zunehmend in analoger Tech¬ nik ausgeführte Regler. Digitale Flugtriebwerksregler dienen insbesondere der Ansteuerung von mit Gleichstrom zu betreibenden Aktuatoren, wobei es sich bei einem solchen Aktuator z. B. um einen Torque-Motor handeln kann. Mit einem solchen Torque-Motor bzw. einem gleichstrombetriebenen Aktuator kann z. B. die Treibstoffzufuhr am Flugtriebwerk beeinflusst werden. Wei¬ tere Anwendungsbereiche, in welchen Torque-Motoren bzw. gleichstrombe¬ triebene Aktuatoren zum Einsatz kommen, sind z. B. die Verstellung der Leitschaufeln an einem Flugtriebwerk bzw. die Düsenverstellung an Flug¬ triebwerken. Digitale Flugtriebwerksregler stellen in der Regel ein digi¬ tales Ausgangssignal bereit, wobei es zur Ansteuerung eines gleichstrom¬ betriebenen Aktuators mit einem derartigen digitalen Ausgangssignal er¬ forderlich ist, das digitale Ausgangssignal des digitalen Flugtriebwerk¬ reglers in ein Gleichstromsignal zu wandeln.

Nach dem Stand der Technik erfolgt die Wandlung von digitalen Ausgangs- signalen in ein Gleichstromsignal unter Verwendung teurer Digital/Analog- Wandler oder unter Verwendung teurer Ein-Bit-Wandler und der Verwendung analoger Verstärkerstufen. Die aus dem Stand der Technik bekannten Schal¬ tungen sind demnach allesamt aufwendig und teuer.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, eine neuartige Schaltungsanordnung für Flugtriebwerksregler zu schaffen.

Dieses Problem wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß dient die Schaltungsanordnung für Flugtriebwerks¬ regler der Bereitstellung bzw. Erzeugung eines bipolaren Ausgangsgleich¬ stromsignals als Funktion mindestens eines pulsweitenmodulierten Ein¬ gangssignals. Die Schaltungsanordnung umfasst mindestens zwei Treiberstu¬ fen, wobei jede Treiberstufe von einem pulsweitenmodulierten Eingangssig¬ nal ansteuerbar ist, und wobei die oder jede Treiberstufe mit vorzugswei¬ se einer Tiefsetzstellerstufe derart verschaltet ist, dass bei Ansteue¬ rung einer ersten Treiberstufe mit einem pulsweitenmodulierten Eingangs¬ signal eine erste Schalteinrichtung einer Tiefsetzstellerstufe eine Tief¬ passeinrichtung der Tiefsetzstellerstufe ansteuert, und dass bei Ansteue- rung einer zweiten Treiberstufe mit einem pulsweitenmodulierten Eingangs¬ signal eine zweite Schalteinrichtung der Tiefsetzstellerstufe die Tief¬ passeinrichtung der Tiefsetzstellerstufe ansteuert.

Mit Hilfe der hier vorliegenden Erfindung wird eine Schaltungsanordnung für Flugtriebwerksregler zur Bereitstellung eines Ausgangsgleichstromsig- nals als Funktion mindestens eines pulsweitenmodulierten, digitalen Ein¬ gangssignals vorgeschlagen, welche ohne teure Digital/Analog-Wandler oder teure Ein-Bit-Wandler auskommt. Die erfindungsgemäße Schaltung erlaubt die Verwendung kleiner, preiswerter Ausgangshalbleiter. Die erfindungsge¬ mäße Schaltung zeichnet sich durch eine geringe Baugröße, ein geringes Gewicht sowie eine hohe Zuverlässigkeit aus. Mit der hier vorliegenden Erfindung ist eine einfache Erzeugung einer variablen, steuerbaren sowie bipolaren Gleichstromquelle möglich.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran¬ sprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Er¬ findung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Flugtriebwerksreglers mit der erfin¬ dungsgemäßen Schaltungsanordnung; und Fig. 2 ein detailiertes Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schal¬ tungsanordnung.

Nachfolgend wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 in größerem Detail beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Flugtriebwerkreglers 10 zur An¬ steuerung eines mit Gleichstrom zu betreibenden Aktuators 11. Bei dem gleichstrombetriebenen Aktuator 11 handelt es sich insbesondere einen so¬ genannten Torque-Motor. wie Fig. 1 entnommen werden kann, stellt der zu betreibende bzw. anzusteuernde Aktuator 11 eine ohmsche Last und eine in¬ duktive Last dar, wobei der ohmsche Widerstand des Aktuators 11 in Fig. 1 mit R0 und die Induktivität desselben mit Ltq dargestellt ist.

Die Aufgabe des Flugtriebwerkreglers besteht darin, den Aktuator 11 mit einem definierten Gleichstromsignal Iact anzusteuern. Hierzu wird der tat¬ sächliche Steuerstrom gemessen und ein entsprechendes Messsignal 12 wird einem Block 13 zugeführt, wobei der Block 13 eine Differenzverstärkerstu- fe mit nachgeschaltetem Analog/Digital-Wandler darstellt. Das Ausgangs- signal 14 des Blocks 13 stellt demnach ein digitalisiertes Messsignal dar, welches im Flugtriebweirksregler 10 mit einem digitalen Sollsignal 15 verglichen wird. Die Regeldifferenz ε(t) zwischen dem digitalisierten Messsignal 14 und dem entsprechenden Sollsignal 15 wird einem digitalen Stromregler 16 zugeführt. Der digitale Stromregler 16 ist vorzugsweise als PID-Regler ausgebildet und stellt ein Ausgangssignal Iun bereit, wo¬ bei das Ausgangssignal I1In in den Blöcken 17 und 18 linearisiert und in pulsweitenmodulierte Ausgangssignale D und D* des Flugtriebwerkreglers 10 gewandelt wird.

Die hier vorliegende Erfindung betrifft nun eine Schaltung 19 um aus den vom digitalen Flugtriebwerkregler 10 bereitgestellten, digitalen pulswei- tenmodulierten AusgangsSignalen D und D* ein entsprechendes Gleich- stromsteuersignal Iact zur Ansteuerung des Aktuators 11 bereitzustellen. Wie Fig. 1 entnommen werden kann, werden die pulsweitenmodulierten Aus¬ gangssignale D, D* des Flugtztriebwerkreglers 10 der erfindungsgemäßen Schaltung 19 als Eingangssignale zugeführt. Als Ausgangssignal gibt die erfindungsgemäße Schaltung 19 ein Gleichstromsignal Iact aus.

Die erfindungsgemäße Steuerschaltung 19 ist in Fig. 2 in größerem Detail gezeigt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 umfasst die erfin¬ dungsgemäße Schaltung 19 zwei Treiberstufen 20 und 21. Beide Treiberstu¬ fen 20 und 21 sind mit einer Tiefsetzstellerstufe 22 verschaltet. Wie der Fig. 2 entnommen werden kann, ist jede der beiden Treiberstufen 20 und 21 mit einem pulsweitenmodulierten Eingangssignal D bzw. D* ansteuerbar, die Tiefsetzstellerstufe 22 gibt das gewünschte Gleichstromsignal Iact aus.

Gemäß Fig. 2 umfasst die erste Treiberstufe 20 einen Transistor Ql, wobei an einer Basis BQi des Transistors Ql ein pulsweitenmoduliertes Eingangs¬ signal D unter Zwischenschaltung eines Widerstands Rl anlegbar ist. Pa¬ rallel zum Widerstand Rl ist ein Kondensator Cl geschaltet. Zwischen die Basis BQ1 und den Emitter EQ1 des Transistors Ql der ersten Treiberstufe 20 ist ein weiterer Widerstand R2 geschaltet. Am Kollektor CQi des Tran¬ sistors Ql der ersten Treibexstufe 20 greifen gemäß Figur 2 weitere Wi¬ derstände R4, R5, R6 und R7 an, die im Sinne von Fig. 2 mit einem Konden¬ sator C2 verschaltet sind. Der Transistors Ql der ersten Treiberstufe 20 ist als sogenannter NPN-Transistor ausgebildet.

Die zweite Treiberstufe 21 umfasst ebenfalls einen Transistor Q2. An die Basis BQ2 des Transistors Q2 der zweiten Treiberstufe 20 ist unter Zwi¬ schenschaltung der Widerstände R8 und R9 das pulsweitenmodulierte Signal D* anlegbar. Parallel zum Widerstand R9 ist ein Kondensator C3 geschal¬ tet. Weiterhin sind parallel zum Widerstand R9 weitere Widerstände RIO und RlI geschaltet, wobei die Widerstände und RIO und RIl ebenfalls an dem Emitter EQ2 des Transistors Q2 der- zweiten Treiberstufe 21 angreifen. Am Kollektor CQ2 des Transistors Q2 der zweiten Treiberstufe 21 greifen im Sinne von Fig. 2 weitere Widerstände R12, R13, R14, R15 sowie ein wei¬ terer Kondensator C4 an. Die genaue Verschaltung dieser Baugruppen kann Fig. 2 entnommen werden. Der Transistors Q2 der zweiten Treiberstufe 21 ist als sogenannter PNP-Transistor ausgebildet. Wie Fig. 2 entnommen wer¬ den kann, liegt an dem Emitter EQ2 des Transistors Q2 eine Versorgungs- spannung UAUX für die zweite Treiberstufe 21 an, die vorzugsweise der Ver¬ sorgungsspannung der Mikroprozessors c3.es digitalen Flugtriebwerkreglers 10 entspricht.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass in dem Fall, in dem ein po¬ sitives Gleichstromausgangssignal Iact bereitzustellen ist, die erste Treiberstufe 20 mit dem pulsweitenmodulierten Eingangssignal D beauf¬ schlagt wird, die zweite Treiberstufe 21 hingegen mit einem konstanten bzw. permanenten High-Pegelsignal beaufschlagt ist. Soll ein negativer Ausgangsstrom Iact bereitgestellt werden, so wird die zweite Treiberstufe 21 mit dem pulsweitenmodulierten EingangsSignal D* beaufschlagt, die ers¬ te Treiberstufe 20 hingegen ist mit einem konstanten bzw. permanenten Low-Pegelsignal beaufschlagt. Soll ein Nullstrom als Ausgangssignal der Schaltung 19 bereitgestellt werden, so ist die erste Treiberstufe 20 dau¬ erhaft bzw. permanent mit dem Low-Pegelsignal und die zweite Treiberstufe 21 dauerhaft bzw. permanent mit dem High-Pegelsignal beaufschlagt.

Wie Fig. 2 entnommen werden kann, umfasst die Tiefsetzstellerstufe 22 ei¬ nen Tiefpassfilter 23, der eine Induktivität LTP und einen Kondensator CTP umfasst. Die Induktivität LTP des Tiefpassfilters 23 arbeitet im soge¬ nannten lückenden Betrieb. Die Tiefsetzstellerstufe 22 umfasst neben dem Tiefpassfilter 23 zwei Schalteinrichtungen.

Eine erste Schalteinrichtung wird von einem Transistor Tl und einer Diode Dl bereitgestellt, wobei die erste Schalteinrichtung aus Transistor Tl und Diode Dl mit der ersten Treiberstufe 20 zusammenwirkt. Eine zweite Schalteinrichtung der Tiefsetzstellerstufe 22 wird von einem Transistor T2 und einer Diode D2 gebildet, wobei der Transistor T2 und die Diode D2 dieser zweiten Schalteinrichtung mit cler zweiten Treiberstufe 21 zusam¬ menwirken. Wird zur Bereitstellung eines positiven Ausgangsstromsignals die erste Treiberstufe 20 mit dem pulsweitenmodulierten Signal D und die zweite Treiberstufe 21 mit einem dauerhaften High-Pegelsignal beauf¬ schlagt, so steuert die erste Schalteinrichtung aus Transistor Tl und Di¬ ode Dl den Tiefpassfilter 23 der Tiefsetzstellerstufe 22 an. Wird hinge- gen zur Bereitstellung eines negativen Gleichstromausgangsignals die zweite Treiberstufe 21 mit dem pulsweitenmodulierten Signal D* und die erste Treiberstufe 20 mit einem permanenten Low-Pegelsignal beaufschlagt, so steuert die zweite Schalteinrichtung bestehend aus dem Transistor T2 und der Diode D2 den Tiefpass 23 der Tiefsetzstellerstufe 22 an.

Wie Fig. 2 entnommen werden kann, ist der Transistor Tl der ersten Schalteinrichtung als sogenannter PNP-Transistor ausgebildet, wobei am Emitter Eτl des PNP-Transistors Tl einerseits die Widerstände R5 und R6 der ersten Treiberstufe 20 und andererseits ein positiver Versorgungs- spannungsanschluss +U3 für die Schaltung 19 angreift. Der Transistor T2 der zweiten Schalteinrichtung der Tiefsetzstellerstufe 22 ist hingegen als NPN-Transistor ausgebildet, wobei am Emitter Eτ2 des NPN-Transistors T2 einerseits die Widerstände R13 und Rl4 der zweiten Treiberstufe 21 und andererseits der negative Versorgungsspannungsanschluss -U3 angreifen. Der Kollektor Cn. des PNP-Transistors Tl der ersten Schalteinrichtung so¬ wie der Kollektor Cτ2 des NPN-Transistors T2 der zweiten Schalteinrich¬ tung sind miteinander gekoppelt. An die Kollektoren Cτχ und Cτ2 dieser beiden Transistoren Tl und T2 greift weiterhin die Induktivität LTP des Tiefpassfilters 23 an.

Mit dem PNP-Transistor Tl der ersten Schalteinrichtung des Tiefsetzstel- lers 22 wirkt die Diode Dl zusammen. Die Diode Dl ist dabei derart mit dem NPN-Transistor T2 verschaltet, dass die Anode AD1 der Diode Dl am E- mitter Eτ2 des Transistors T2 angreift und die Kathode KD1 der Diode Dl am Kollektor Tτ2 des Transistors T2 angreift. Mit dem NPN-Transistor T2 der zweiten Schalteinrichtung wirkt die Diode D2 zusammen, die gemäß Figur 2 derart mit dem Transistor Tl der zweiten Schalteinrichtung verschaltet ist, dass die Kathode KD2 der Diode D2 an dem Emitter Eτl des PNP- Transistors Tl und die Anode AD2 der Diode D2 an den Kollektor CTχ des Transistors Tl gekoppelt ist. Da die beiden Dioden Dl und D2 derart mit¬ einander verschaltet sind, dass die Kathode KD1 der Diode Dl mit der Ano¬ de AD2 der Diode D2 gekoppelt ist, ist die Kathode KD1 der Diode Dl wei¬ terhin mit dem Kollektor Cτi des PNP-Taransistors Tl gekoppelt, die Anode AD2 der Diode D2 ist mit dem Kollektor Cτ2 des NPN-Transistors T2 ver¬ schaltet.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 19 umfasst demnach zwei Treiber¬ stufen 20 und 21, die mit einer Tiefsetzstellerstufe 22 zusammenwirken. Die Tiefsetzstellerstufe 22 umfasst für jede der Treiberstufen 20 und 21 eine Schalteinrichtung, wobei jede der beiden Schalteinrichtungen vor¬ zugsweise von einem Transistor Tl bzw. T2 sowie einer mit dem Transistor Tl bzw. T2 zusammenwirkenden Diode Dl bzw. D2 gebildet wird. Abhängig von der Ansteuerung der Treiberstufen 20 und 21 mit pulsweitenmodulierten Signalen D bzw. D* wird ein Tiefpassfilter- 23 der Tiefsetzstellerstufe 22 entweder über die mit der ersten Treiberstufe 20 zusammenwirkende erste Schalteinrichtung aus Transistor Tl und D±ode Dl oder über die mit der zweiten Treiberstufe 21 zusammenwirkende zweite Schalteinrichtung aus Transistor T2 und Diode D2 der Tiefsetzstellerstufe 22 beaufschlagt.

Sind z. B. zur Bereitstellung eines positiven Gleichstromausgangsignals Iact die erste Treiberstufe 20 mit dem pulsweitenmodulierten Signal D und die zweite Treiberstufe 21 mit einem permanenten High-Pegelsignal beauf¬ schlagt, so wird der Tiefpassfilter 23 der Tiefsetzstellerstufe 22 von der mit der ersten Treiberstufe 20 zusammenwirkenden, vom Transistor Tl und der Diode Dl gebildeten Schalteinrichtung beaufschlagt. Die zweite Schalteinrichtung umfassend den Transistor T2 und die Diode D2 spielen in diesem Fall dann eine untergeordnete Rolle. Ist in diesem Fall das puls- weitenmodulierte Signal D auf einem High-Pegel, so ist der Transistor Tl der ersten Schalteinrichtung der Tiefsetzstellerstufe 22 leitend und es fließt ein entsprechender Strom in Richtung auf den Tiefpassfilter 23. Liegt hingegen das pulsweitenmodulierte Signal D auf einem Low-Pegel, so ist der Transistor Tl der ersten Schalteinrichtung geschlossen und der Drosselstrom ITP im Teifpassfilter 23 kommutiert vom Transistor Tl der Tiefsetzstellerstufe 22 auf die Diode Dl euer Tiefsetzstellerstufe 22. Ei¬ ne entsprechende Funktionsweise der erfinetungsgemäßen Schaltung 19 ergibt sich dann, wenn zur Bereitstellung eines negativen Gleichstromausgangsig¬ nals die erste Treiberstufe 20 mit einem permanenten Low-Pegelsignal und die zweite Treiberstufe 21 mit dem pulsweitenmodulierten Signal D* beauf¬ schlagt ist.