Die Erfindung betrifft eine Stromregelschaltung für ein elektromagnetisches Proportional-Stellglied mit einer Magnetspule, deren Speisestrom von einem Leistungstransistor in Abhängigkeit einer gepulsten Spannung geregelt wird. Diese wird von einem Impulsgenerator erzeugt und von einem Modulator in Abhängigkeit einer Sollwert-Spannung und einer Istwert- Spannung moduliert, wobei eine Meßeinrichtung die Istwert- Spannung mit Hilfe eines Meßwiderstands proportional zum Magnetspulenstrom erzeugt und entsprechende Spannungssignale dem Modulator zuführt.

Elektromagnetische Proportional-Stellglieder werden in der Technik für die verschiedensten Regelaufgaben angewendet, z. B. bei Servolenkungs-Steuervorrichtungen in Kraftfahrzeugen. Dabei betätigt das Proportional-Stellglied ein Hydraulikventil, um die Servowirkung in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern, z. B. der Fahrzeug- Geschwindigkeit, zu beeinflussen. In der Regel werden bei Kraftfahrzeugen die elektrischen Einrichtungen mit einer VersorgungsSpannung betrieben, die zwischen einem Pluspotential und einem Minuspotential, das dem Massepotential entspricht, liegt. Um TemperaturSchwankungen während des Betriebes des Proportional-Stellgliedes auszugleichen, wird der Strom durch die Magnetspule des Proportional-Stellgliedes geregelt.

Es ist bekannt (EP 01 41 626 Bl) , den Strom durch die Magnetspule mit einem Meßwiderstand zu erfassen, der zwischen der Magnetspule und dem Minuspotential der VersorgungsSpannung angeordnet ist. Falls an der

Anschlußstelle zwischen der Magnetspule und dem Meßwiderstand versehentlich das Pluspotential der VersorgungsSpannung angelegt wird, fließt über den Meßwiderstand ein so hoher Strom, daß er augenblicklich zerstört wird. Ferner wird bei einem Masseschluß in der Verbindungsleitung zwischen der Magnetspule und dem Meßwiderstand derselbe überbrückt. Das hat zur Folge, daß die Stromregelschaltung keinen oder einen zu kleinen Iststrom durch die Magnetspule erfaßt und den Strom entsprechend erhöht, so daß es zu einer ungewollten

Beeinflussung der Servolenkung kommt, deren nachteilige Auswirkungen nur durch besondere Maßnahmen verhindert werden können. Tritt ein Masseschluß in der Leitung zwischen dem Leistungstransistor und der Magnetspule auf, wird der Leistungstransistor zerstört.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromregelschaltung zu schaffen, bei der der Meßwiderstand durch Anschlußfehler nicht zerstört werden kann. Sie wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst.

Da durch den Meßwiderstand, unabhängig von der äußeren Beschaltung, stets ein geregelter Strom fließt, kann es nicht zur Uberbelastung des Meßwiderstandes bzw. des

Leiätungstransistors kommen. Ferner führt ein Schluß gegen Masse in der Zuleitung zur Magnetspule nicht zu einer Erhöhung des Magnetspulenstroms.

Der erste Meßwiderstand erfaßt sowohl den Speisestrom als auch den Freilaufström. Die erfindungsgemäße Stromregelschaltung ermöglicht, daß am Eingang des ersten Operationsverstärkers keine negative Spannung auftritt, obwohl beim Abschalten des ersten Leistungstransistors infolge der Schleusenspannung der Freilaufdiode der erste

Meßwiderstand ein negatives Spannungspotential hat. Dadurch kann die Regelschaltung mit einer VersorgungsSpannung zwischen Masse und einem Pluspotential betrieben werden.

Die beiden stromproportionalen Spannungssignale des ersten Meßwiderstandes werden über die Meßeinrichtung dem Modulator zugeführt. Die Meßeinrichtung besteht im wesentlichen aus einem Differenzverstärker, dessen Bezugspunkt durch die erfinderische Beschaltung mit dem Ausgangswiderstand, der Offset-Diode und dem zweiten Meßwiderstand ein positives Spannungspotential erhält.

Bei der erfindungsgemäßen Regelschaltung wird der zweite Spannungsteiler-Widerstand sehr viel größer gewählt als der Ausgangswiderstand, um den Strom durch den zweiten Spannungsteiler-Widerstand vernachlässigbar klein zu halten.

In Ausgestaltung der Erfindung kann wischen dem Knotenpunkt und dem zweiten Widerstand des Spannungsteilers ein zweiter Operationsverstärker eingefügt werden, der als Spannungsfolger geschaltet ist. Dadurch fließt der gesamte Strom des Ausgangswiderstands auch durch den zweiten Meßwiderstand.

Die Betriebssicherheit der Stromregelschaltung kann für 'den Fall erhöht werden, daß der Leistungstransistor durchlegiert, indem ein zweiter Leistungstransistor zwischen dem Fußpunkt der Magnetspule und dem Minuspotential der VersorgungsSpannung angeordnet ist. Dieser Transistor wird über ein NAND-Glied angesteuert. Bei normalem Betrieb, wenn der erste Leistungstransistor ordnungsgemäß arbeitet, fließt über den zweiten Transistor ein ständiger Basisstrom, weil die Und-Bedingung des NAND-Gliedes nie erfüllt ist. Die Funktion der Stromregelschaltung entspricht hierbei der oben beschriebenen Funktion.

Ist der erste Leistungstransistor überbrückt, indem seine Emitter-Kollektor-Strecke durchlegiert hat, liegt sein Kollektor ständig am hohen Pluspotential. Falls nun auch am Ausgang des Modulators ein High-Pegel liegt, nimmt der Ausgang des NAND-Gliedes einen Low-Pegel an, und der zweite Leistungstransistor schaltet ab. Andererseits fließt immer dann ein Strom durch die Magnetspule, wenn der Ausgang des Modulators einen Low-Pegel hat. Der zweite Leistungstransistor taktet somit den Speisestrom durch die Magnetspule und übernimmt die Funktion des durchlegierten ersten Leistungstransistors.

Damit angezeigt wird, ob der erste Leistungstransistor ausgefallen ist und bei der nächsten Gelegenheit ersetzt werden muß, ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung parallel zum zweiten Leistungstransistor eine Kontrollampe vorgesehen. Diese leuchtet auf, sobald der zweite Leistungstransistor taktet.

Durch den redundanten, zweiten Leistungstransistor liegt der Fußpunkt der Magnetspule nicht mehr unmittelbar am Minus-Spannungspotential der VersorgungsSpannung. Falls versehentlich der Fußpunkt der Magnetspule mit dem Pluspotential der VersorgungsSpannung verbunden würde, könnte der zweite Leistungstransistor beschädigt werden. Ferner könnte bei Masseschluß des Kollektors des ersten Leistungstransistors über den ersten Strommeß-Widerstand ein unzulässig hoher Strom fließen. Zur Vermeidung dieser Folge wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine Kurzschluß-Schutzschaltung vorgeschlagen, die einen dritten, vierten und fünften Transistor enthält, von denen der dritte mit der Basis am Emitter des ersten Leistungstransistors und über einen Widerstand mit dem Pluspotential der VersorgungsSpannung sowie mit seinem Kollektor über einen Widerstand am Ausgang des zweiten Leistungstransistors einerseits und andererseits an der

Basis des vierten Transistors liegt. Der vierte Transistor ist kollektorseitig über einen Widerstand mit der Basis des fünften Transistors verbunden, die über einen weiteren Widerstand am Pluspotential der Versorgungsspannung liegt. Parallel zum vierten Transistor ist ein Kondensator geschaltet. Der fünfte Transistor ist emitterseitig mit dem Pluspotential der VersorgungsSpannung und kollektorseitig mit dem nicht-invertierenden Eingang des Modulators verbunden.

Bei einem Masseschluß des Kollektors des ersten Leistungstransistors wird infolge des Spannungsabfalles an dem ersten Strommeß-Widerstand der dritte Transistor aufgesteuert und dadurch ebenfalls der vierte Transistor. über den vierten Transistor entlädt sich der Kondensator.

Ferner wird gleichzeitig der fünfte Transistor aufgesteuert, wodurch am nicht-invertierenden Eingang des Modulators das Spannungspotential soweit angehoben wird, daß der erste Leistungstransistor abgeschaltet wird.

Da mit Abschalten des ersten Leistungstransistors über den ersten Meßwiderstand kein Strom mehr fließt, schalten ebenfalls der dritte und vierte Transistor ab. Dadurch lädt sich der Kondensator über die Widerstände langsam wieder auf, wodurch sich das Pluspotential am nicht- invertierenden Eingang des Modulators absenkt und infolge dessen der erste Leistungstransistor wieder eingeschaltet wird. Der Zyklus wiederholt sich so lange, wie der Masseschluß am Kollektor des ersten Leistungstransistors besteht.

Fügt man emitterseitig zum zweiten Leistungstransistor einen weiteren Strommeß-Widerstand und einen Koppelwiderstand hinzu, kann mit Hilfe derselben Kurzschluß-SchutzSchaltung der zweite Leistungstransistor gegen versehentlichen Verbinden seines Kollektors mit dem

Pluspotential der VersorgungsSpannung geschützt werden. In diesem Fall wird zunächst der vierte Transistor leitend, über den sich der Kondensator entlädt. Gleichzeitig wird der fünfte Transistor leitend, über den Modulator und das NAND-Glied wird nunmehr der zweite Leistungstransistor zyklisch abgeschaltet.

Die Ansprüche enthalten sinnvolle Kombinationen der erfinderischen Lδsungsmerkmale. Der Fachmann wird ohne weiteres weitere Unterkombinationen, die zur Lösung der Aufgabe geeignet sind, in Betracht ziehen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt:

Fig. 1 zeigt eine Stromregelschaltung mit einem Leistungstransistor und einem Operationsverstärker;

Fig. 2 zeigt eine Stromregeleinrichtung mit zwei

Leistungstransistoren, bei der die Meßeinrichtung zwei Operationsverstärker enthält;

Fig. 3 zeigt eine Stromregelschaltung nach Fig. 2 mit einer Kurzschluß-SchutzSchaltung.

Die Stromregelschaltung nach Fig. 1 hat einen ersten Leistungstransistor 1, dessen Emitter 2 am Pluspotential 4 der VersorgungsSpannung anliegt. Ein Kollektor 5 des ersten Leistungstransistors 1 ist über einen ersten Meßwiderstand 3 und eine Leitung 6 mit einer Magnetspule 7 eines nicht dargestellten Proportional-Stellgliedes verbunden. Die Magnetspule 7 liegt mit ihrem Fußpunkt 8 am Minuspotential 9, in diesem Fall an der Masse, der VersorgungsSpannung.

Ein Modulator, der einen Komparator 10 enthält, steuert über einen Widerstand 11 den ersten Leistungstransistor 1 an dessen Basis 12, und zwar fließt über den ersten Leistungstransistor 1 ein Speisestrom zur Magnetspule 7, wenn am Ausgang 13 des Komparators 10 ein Low-Pegel-Signal erzeugt wird.

Am invertierenden Eingang 14 des Komparators 10 liegt ein Sollwert-Signal 18 an, das konstant sein kann, jedoch bei Bedarf von beliebigen Parametern, z. B. der Fahrzeuggeschwindigkeit, gesteuert wird.

Ein nicht-invertierender Eingang 15 des Komparators 10 ist über einen Widerstand 16 mit einem Impulsgenerator 17 verbunden. Diese Impulse werden überlagert von stromproportionalen Ausgangssignalen einer Meßeinrichtung.

Parallel zum ersten Meßwiderstand 3 und zur Magnetspule 7 ist eine Freilaufdiode 19, die in Richtung auf den Meßwiderstand 3 leitend ist.

Die Meßeinrichtung ist im wesentlichen ein Differenzverstärker mit einem ersten Operationsverstärker 34, der mit einem ersten und zweiten Widerstand 20, 22 eines Spannungsteilers und einem

Vorwiderstand 21 sowie einem Gegenkopplungswiderstand 23 beschaltet ist. Der invertierende Eingang ist mit 24, während der nicht invertierende Eingang mit 25 bezeichnet ist. Der Ausgang 26 des ersten Operationsverstärkers 34 ist über einen Ausgangswiderstand 27 und eine Offset- Diode 32 mit dem Ausgang 28 der Meßeinrichtung verbunden, der seinerseits mit einer Leitung über einen Widerstand 30, an dem nicht invertierenden Eingang 15 des Komparators 10 und über einen Widerstand 31 am Minuspotential 9 liegt.

Zwischen dem Ausgangswiderstand 27 und der Offset-Diode 32 befindet sich ein Knotenpunkt 73, mit dem der zweite Widerstand 22 des Spannungsteilers verbunden ist.

Erzeugt der Komparator 10 in Abhängigkeit von dem

Sollwert-Signal 18, dem stromproportionalen Ausgangssignal der Meßeinrichtung und dem Impulssignal ein Low-Pegel- Signal an seinem Ausgang 13 - und zwar ist das der Fall, wenn das Sollwert-Signal 18 größer ist als das Signal am nicht invertierenden Eingang 15 - schaltet der

Leistungstransistor 1. Nun fließt durch den ersten Meßwiderstand 3 und die Magnetspule 7 ein Speisestrom. Dieser erzeugt am ersten am Meßwiderstand 3 einen proportionalen Spannungsabfall, der durch die Meßeinrichtung erfaßt wird, indem die Spannungspotentiale an den Enden des ersten Meßwiderstands 3 voneinander subtrahiert und die Differenz am Ausgang 28 ein verstärktes Ausgangssignal erzeugt. Der Spannungsabfall, der durch die Schleusenspannung der Freilaufdiode 19 entsteht, wird durch die Offset-Diode 32 kompensiert. Am zweiten Meßwiderstand 31 erhält man so ebenfalls einen stromproportionalen Spannungsabfall.

Erzeugt der Komparator 10 an seinem Ausgang 13 ein High-Pegel-Signal, ist der Leistungstransistor 1 gesperrt. Durdh die Magnetspule 7 und durch den ersten Meßwiderstand fließt nun über die Freilaufdiode 19 ein Freilaufstrom, der am Ausgang 28 der Meßeinrichtung ein entsprechendes Ausgangssignal erzeugt.

Die Stromregelschaltung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der Stromregelschaltung nach Fig. 1 dadurch, daß vor dem zweiten Widerstand 23 des Spannungsteilers ein zweiter Operationsverstärker 33 vorgesehen ist, der als Spannungsfolger beschaltet ist.

Die Stromregelschaltung nach Fig. 3 entspricht im wesentlichen der nach Fig. 1, jedoch ist am Fußpunkt 8 der Magnetspule 7 ein zweiter, redundanter Leistungstransistor 45 mit seinem Kollektor 46 angeschlossen, während er mit seinem Emitter am

Minuspotential der VersorgungsSpannung liegt. Seine Basis 48 wird durch ein NAND-Glied 49 angesteuert, dessen erster Eingang 50 mit der Leitung 6 und dessen zweiter Eingang 51 mit dem Ausgang 13 des Komparators 10 verbunden ist.

Im Normalfall ist der zweite Leistungstransistor 45 stets durchgeschaltet, da die Und-Bedingungen des NAND- Gliedes 49 nie erfüllt werden; entweder erzeugt nämlich der Komparator 10 an seinem Ausgang 13 ein Low-Pegel-Signal mit der Folge, daß über den ersten Leistungstransistor 1 am ersten Eingang 50 des NAND-Gliedes 49 ein High-Pegel-Signal anliegt, oder es liegt umgekehrt am ersten Eingang 50 ein Low-Pegel-Signal und am zweiten Eingang 51 ein High-Pegel- Signal an.

Ist der erste Leistungstransistor 1 beschädigt, indem seine Emitter-Kollektor-Strecke 2, 5 durchlegiert ist, liegt am ersten Eingang 50 des NAND-Gliedes 49 stets ein High-Pegel-Signal an. Tritt nun am zweiten Eingang 51 des NANÖ-Gliedes 49 ebenfalls ein High-Pegel-Signal auf, entsteht durch Inversion am Ausgang 52 des NAND-Gliedes 49 ein Low-Pegel-Signal, durch das der zweite Leistungstransistor 45 gesperrt wird, und zwar im gleichen Takt wie der erste Leistungstransistor 1 im normalen Zustand schalten würde.

Eine Kontrollampe 54, die zum zweiten Leistungstransistor 45 parallel geschaltet ist, leuchtet auf, wenn der zweite Leistungstransistor 45 taktet.

Ferner ist mit drei weiteren Transistoren eine Kurzschluß-SchutzSchaltung hinzugefügt worden. Dabei liegt ein dritter Transistor 55 mit seiner Basis 56 emitterseitig am ersten Leistungstransistor 1 und mit seinem Emitter 57 über einen Widerstand 58 am Pluspotential 4 der

VersorgungsSpannung. Sein Kollektor 59 ist einerseits über einen Widerstand 60 mit dem Emitter 47 des zweiten Leitungstransistors 45 und andererseits mit der Basis 61 eines vierten Transistors 62 verbunden. Zwischen dem zweiten Leistungstransistor und dem Minus-Bezugspotential 9 der Versorgungsspannung ist ein weiterer Strommeß- Widerstand 63 geschaltet.

Der vierte Transistor 62 liegt mit seinem Emitter 64 am Minuspotential 9 der Versorgungsspannung, während sein Kollektor 65 über einen Widerstand 66 einerseits mit der Basis 67 eines fünften Transistors 68 und andererseits über einen weiteren Widerstand 69 mit dem Pluspotential 4 der VersorgungsSpannung verbunden ist. Parallel zum vierten Transistor 62 ist ein Kondensator 70 geschaltet. Der fünfte Transistor 68 liegt mit seinem Emitter 71 am Pluspotential 4 der VersorgungsSpannung und mit seinem Kollektor 72 am nicht-invertierenden Eingang 15 des Komparators 10.

¹ Bei einem Masseschluß in der Leitung 6 und geöffnetem Leistungstransistor 1 würde über den Meßwiderstand 3 ein zu hoher Strom fließen, durch den ein Spannungsabfall am Meßwiderstand 3 auftritt. Durch diesen wird der dritte Transistor 55 und weiter der vierte Transistor 62 aufgesteuert. Dadurch entlädt sich der Kondensator 70. Ferner tritt am Widerstand 69 ebenfalls ein Spannungsabfall auf, wodurch der fünfte Transistor 68 aufgeschaltet wird. Dadurch erhöht sich der Spannungspegel am nicht-

invertierenden Eingang des Komparators 15 derart, daß am Ausgang 13 des Komparators 10 ein High-Pegel entsteht und dadurch der erste Leistungstransistor 1 abgeschaltet wird.

Da nun der Strom durch den ersten Meßwiderstand 3 nicht mehr fließt, schalten der dritte Transistor 55 und anschließend der vierte Transistor 62 ab. Allerdings bleibt der fünfte Transistor 68 solange geöffnet, wie ein ausreichender Ladestrom zum Kondensator 70 fließt. Schließt dann auch der fünfte Transistor 68, beginnt der Regelzyklus von vorn.

Wird versehentlich der Fußpunkt 8 der Magnetspule mit dem Pluspol verbunden, könnte der zweite Leistungstransistor 45 beschädigt werden. Durch den Strommeß-Widerstand 63 wird jedoch infolge des entsprechenden Spannungsabfalls der vierte Transistor 62 und in Folge der fünfte Transistor 68 geschaltet, so daß über das NAND- Glied 49 nun der zweite Leistungstransistor 45 in gleicher Weise abgeschaltet wird wie zuvor der erste Leistungstransistor 1. Die Schaltung ist somit gegen die häufigsten Störungen abgesichert.

Bezugszeichen

1 erster Leistungstransistor

2 Emitter 3 erster Meßwiderstand

4 Pluspotential

5 Kollektor

6 Leitung

7 Magnetspule 8 Fußpunkt

9 Minuspotential (Masse)

10 Komparator (Modulator)

11 Widerstand

12 Basis 13 Ausgang

14 invertierender Eingang

15 nicht-invertierender Eingang

16 Widerstand

17 Impulsgenerator 18 Sollwert-Signal

19 Freilaufdiode

20 erster Widerstand eines Spannungsteilers

21 Vorwiderstand

22 zweiter Widerstand eines Spannungsteilers 23 Gegenkopplungs-Widerstand

24 ' invertierender Eingang

25 nicht-invertierender Eingang

26 Ausgang

27 Ausgangswiderstand 28 Ausgang der Meßeinrichtung

29 Leitung

30 Widerstand

31 zweiter Meßwiderstand

32 Offset-Diode 33 zweiter Operationsverstärker

34 erster Operationsverstärker