Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung zur Ermittlung des Laststroms einer getaktet ange¬ steuerten, zumindest einen induktiven Anteil auf¬ weisenden Last nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Bekannt ist es, mittels einer getaktet arbeitenden Endstufe eine Last zu versorgen, die neben einem ohmschen auch einen induktiven Widerstandsanteil aufweist. Die Endstufe weist mindestens einen End¬ stufentransistor auf, der mit einem Serienwider¬ stand in Reihe liegt, so daß der Spannungsabfall am Serienwiderstand als Maß für den durch die Endstufe fließenden Strom herangezogen werden kann. Da die Last einen induktiven Anteil aufweist, ist ihr ein Freilaufkreis zugeordnet, das heißt, daß der Last- strom über den Freilaufkreis weiterfließen kann, wenn -aufgrund des getakteten Betriebs- die Verbin-

dung zur Versorgungsspannung unterbrochen ist. Da der Freilaufkreis direkt parallel zur Last liegt und hierzu in Reihe der Serienwiderstand geschaltet ist, kann der Serienwiderstand nicht den Laststrom, sondern nur den Zuleitungsstrom messen, das heißt, der im Freilaufkreis fließende Strom wird nicht er¬ faßt, was zu Ungenauigkeiten führt.

Vorteile der Erfindung

Wird der ein Shunt bildende, zur Stromermittlung herangezogene Widerstand im Freilaufkreis angeord¬ net, so daß er den Freilaufström ermittelt, so kann der Freilaufstro als Maß für die Bestimmung des Laststroms herangezogen werden. Die Anordnung des Shunts im Freilaufkreis bedeutet, daß parallel zur Last die Reihenschaltung eines Freilaufelementes, beispielsweise einer Freilaufdiode, und des Shunts liegt und daß die Versorgungsspannung parallel zur Last liegt, wobei mittels eines geeigneten Schal¬ ters, beispielsweise eines Transistors, die Versor¬ gungsspannung getaktet an die Last angelegt wird. Hierdurch wird es in Kenntnis des Tastverhältnisses D möglich, aus dem ermittelten Freilaufstrom I _p den Motorstrom I _M zu ermitteln. Es ist ferner möglich, daß der Shunt in Reihe zur Last liegt und daß der Freilaufkreis parallel zu der Reihenschaltung von Last und Shunt angeordnet ist. Die Versorgungsspan¬ nung liegt parallel zur Reihenschaltung von Last und Shunt. Durch diese Anordnung fließt der Last- strom, also der Motorstrom I _M , durch den Shunt und während der Freilaufphase fließt der Freilaufstrom Ip durch den Shunt, so daß eine präzise Messung möglich ist.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann vorge¬ sehen sein, daß die Last ein Elektromotor, insbe¬ sondere ein permanent erregter Gleichstrommotor ist.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Widerstand des Shunts sehr viel kleiner als der ohmsche Anteil der Last gewählt ist.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgese¬ hen, daß das Tastverhältnis definiert ist durch den Quotienten der Lastspannung, insbesondere Motor¬ spannung, und der Versorgungsspannung.

Die Dimensionierung ist vorzugsweise derart ge¬ wählt, daß während der Freilaufzeit der Laststrom, insbesondere Motorstrom, in gleicher oder fast gleicher Höhe weiterfließt; er passiert den Frei¬ laufkreis.

Insbesondere ist vorgesehen, daß der Motorstrom aus der Beziehung

^Λ \ - D

bestimmt wird. Dies gilt für die Lösung nach An¬ spruch 1 und auch für die Lösung gemäß Anspruch 2.

Für die Ausgestaltung nach Anspruch 1, also der An¬ ordnung des Shunts im Freilaufzweig, gilt die Bezie¬ hung

Zeichnung

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 eine Schaltung zur Ermittlung eines Last- stroms,

Figur 2 eine weitere Schaltung zur Ermittlung eines Laststroms,

Figur 3 ein Diagramm der Shunt-Spannungen nach den Schaltungen der Figuren 1 und 2 ,

Figur 4 ein Diagramm der Verlustleistungen im Shunt nach den Schaltungen der Figuren 1 und 2 und

Figur 5 ein Diagramm der Verlustleistungen im Shunt nach den Schaltungen der Figuren 1 und 2 bei quadratischer Lastkennlinie.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Die Figur 1 zeigt eine Schaltung 1, die eine Ver¬ sorgungsspannung U _ß aufweist, die über ein Schalter S an eine Last 2 angelegt werden kann. Der Schalter S kann beispielsweise durch einen Endstufentransi- stor realisiert werden. Die Last 2 weist einen ohm- schen und einen induktiven Anteil auf. Der ohmsche Anteil ist mit dem Widerstand R _A und der induktive Anteil durch die Spule L _A gekennzeichnet. Die Last kann beispielsweise von einem Elektromotor, insbe¬ sondere einem permanent erregten Gleichstrommotor, gebildet sein. In der Zuleitung 3 fließt der Ver- sorgungsstro Ig (zum Beispiel im Bereich der Zu-

leitung 3 zwischen dem einen Pol der Versorgungs¬ spannung U _ß und dem Schalter S) . Über der Last 2, also über der Reihenschaltung von dem Widerstand R, und der Spule L», liegt die Lastspannung; im vor¬ liegenden Fall die Motorspannung U^. Parallel zur Last 2 liegt ein Freilaufkreis 4, der ein Freilauf¬ element F aufweist, das den Freilaufstrom nur in einer Richtung passieren laßt. Insbesondere ist das Freilaufelement F als Freilaufdiode ausgebildet. Ferner liegt im Freilaufkreis 4 ein Shunt S _H , der als ohmscher Widerstand R _s ausgebildet ist. Die Reihenschaltung aus Freilaufelement F und Shunt Su liegt parallel zur Reihenschaltung vom Widerstand R, und Spule L _A der Last 2. Im Freilauf reis 4 fließt bei leitendem Freilaufelement F der Frei¬ laufstrom Ip, der zu einem Spannungsabfall an dem Shunt S _H fuhrt, nämlich zur Shunt-Spannung U _RS .

Grundsatzlich sei erwähnt, daß alle Strom- und Spannungsangaben Mittelwerte darstellen. So bildet die Motorspannung U _M den Mittelwert der an der Last 2 anliegenden Spannung, der Versorgungsstrom I _ß den Mittelwert des von der Versorgung entnommenen Stroms, der Motorstrom I _M den Mittelwert des Mo- torstroms und der Freilaufstrom Ip den Mittelwert des FreilaufStroms. Es gelten folgende Vorausset¬ zungen: Der Widerstand R _s des Shunts S _H ist derart gewählt, daß er gegenüber dem ohmschen Widerstand R _A der Last 2 vernachlässigbar klein ist. Auch ist der Spannungsabfall über dem Freilaufelement F, also über der Freilaufdiode, zu vernachlässigen. Ferner arbeitet die Endstufe im kontinuierlichen Betrieb, das heißt, für ein Tastverhältnis größer Null ist der Laststro , also der Motorstrom I _M , zu jedem Zeitpunkt ebenfalls größer Null. Als Tastver¬ hältnis können Werte zwischen 0 - 1 angenommen wer-

den, wobei das Tastverhaltnis D vom Quotienten der Motorspannung U _M und der Versorgungsspannung U _B ge¬ bildet ist oder vom Quotienten des Versorgungsstrom I _g zum Motorstrom I _M .

Da wahrend der Freilaufphase, also wenn sich der Schalter S in Offenstellung befindet, der Motor¬ strom I _M weiterfließt, gilt für den Freilaufstrom

Somit kann in Kenntnis des Tastverhaltnisses D aus dem Freilaufstrom I _F der Laststrom (Motorstrom I _M ) nach folgender Beziehung ermittelt werden

/ ^l M„ = 1-D

Für die Schaltung der Figur 1 (für die der Index "1" verwendet wird) gilt für die Verlustleistung im Shunt

= {I _M { -D)) ² - R _SI

Die Figur 2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Schaltung. Hier liegt wiederum eine Versorgungs¬ spannung U _B , die einen Versorgungsstrom I _ß liefert, über einen Schalter S, der wiederum als Endstufen-

transistor ausgebildet sein kann, an einer Reihen¬ schaltung 5, die von dem ohmschen Anteil (Wider¬ stand R _A ) , dem induktiven Anteil (Spule L _A ) der Last 2 und dem Shunt STT, also dem Widerstand R _g , gebildet ist. An der Last 2 fallt die Motorspannung U _M und an dem Shunt S _H die Spannung U _RS ab. Paral¬ lel zur Reihenschaltung 5 liegt der Freilaufkreis 4, der ein Freilaufelement F aufweist. Das Frei¬ laufelement F ist also parallel zu der Reihenschal¬ tung 5 geschaltet, die von dem Widerstand R _A , der Spule L, und dem Widerstand R _g gebildet ist. Im Freilaufkreis fließt bei geschlossenem Freilaufele¬ ment F und geöffnetem Schalter S der Freilaufstrom I _F .

Die Verlustleistung des Shunts der Schaltung der Figur 2 ergibt nach folgender Beziehung

In den Figuren 3 bis 5 sind Diagramme dargestellt, die bestimmte Parameter der Schaltungen der Figuren 1 und 2 zeigen, wobei der Index "1" für die Schal¬ tung der Figur 1 und der Index "2" für die Schal¬ tung der Figur 2 gilt.

Auf der Abszisse der Figur 3 ist das Tastverhaltnis D abgetragen. Auf der Ordinate ist die Spannung am Shunt nach der Schaltung der Figur 1 beziehungs¬ weise der Figur 2 wiedergegeben, normiert auf den Maximalwert U _RS 1. Es ist zu beachten, daß für die¬ selbe maximale Verlustleistung der Widerstand R _gl des Shunts der Schaltung der Figur 1 um den Faktor 16 großer wahlbar ist als der Widerstand R _S2 des Shunts der Schaltung der Figur 2, was einen viermal so großen Signalhub zur Folge hat.

Die Figur 4 zeigt den Verlauf der Verlustleistungen in den Widerstanden Rg-, und Rg ₂ ^ ^eΞ Shunts S _H nach den Schaltungen der Figuren 1 und 2. Auf der Ab¬ szisse ist das Tastverhaltnis D und auf der Ordi¬ nate die Verlustleistung P _RS1 beziehungsweise P _RS2 jeweils normiert auf den Maximalwert P _R gη_ darge¬ stellt. Es wird deutlich, daß die maximale Verlust¬ leistung beim Gegenstand der Figur 1 um den Faktor 16 geringer ist als beim Gegenstand der Figur 2.

Die Figur 5 zeigt schließlich ein Diagramm, bei dem auf der Abszisse wiederum das Tastverhaltnis D und auf der Ordinate die Verlustleistungen entsprechend der Figur 4 dargestellt sind. Das Diagramm der Fi¬ gur 5 gilt für Lasten mit progressiver Kennlinie I _M = f(U _M ) . Liegt beispielsweise eine quadratische Lastkennlinie I _M = k'U _M vor, so wie sie beispiels¬ weise etwa einer Lüfterkennlinie entspricht, so er¬ geben sich die ersichtlichen Kennlinienverläufe. Es wird deutlich, daß die Verlustleistung im Shunt S _H bei der Freilaufmessung gemäß Figur 1 um den Faktor 45 geringer ist als bei der Schaltung nach Figur 2.