AT374062B - Schaltungsanordnung fuer einen impulssteuersatz mit zwei steuerimpulsfolgen - Google Patents

Description

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   Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung für einen Impulssteuersatz mit zwei Steuerimpulsfolgen, die zur Ansteuerung der Transistoren eines in Brückenschaltung aufgebauten und mit versetzter Pulsbreitenmodulation betriebenen Transistorstellers für einen Gleichstrommotor dienen und aus dem Schnitt zweier symmetrischer Steuerspannungen mit Dreiecksimpulsen gewonnen werden, wobei die Schaltungsanordnung aus zwei identisch aufgebauten Zweigen besteht und zwei Ausgänge aufweist, an denen jeweils ein Ansteuersignal für einen Zweigtransistor der Transistor-   - Brückenschaltung   auftritt, das den beiden Transistoren jedes Querzweiges in zueinander inverser Polarität zugeführt wird. 



   Schaltungsanordnungen, die aus zwei identisch aufgebauten Zweigen bestehen und zwei Ausgänge aufweisen, sind bekannt, etwa durch die GB-PS Nr. 1, 293, 652, die eine Überstrom-Schutzschaltung für einen Brückenverstärker angibt. 



   Bei Transistorschaltungen der Leistungselektronik werden häufig bekannte Entlastungsnetzwerke vorgesehen. Diese Entlastungsnetzwerke sind passive Stromkreise, die aus Dioden, Widerständen und Impedanzen bestehen. Sie haben zwei wesentliche Aufgaben zu erfüllen, nämlich erstens die im Transistor während der Schaltvorgänge entstehenden Verluste zu mindern und zweitens die Lastkurve beim Ein- und Ausschalten möglichst weit von den Grenzen des sicheren Arbeitsbereiches   wegzulegen.   



   Einschalt-Entlastungsnetzwerke dienen ausser zur Verringerung der Einschaltverluste auch zur Verminderung von Überströmen, die kurzzeitig beim Einschalten auftreten können und durch die Verwendung einer zu langsamen Freilaufdiode, die Entladung parasitärer Kapazitäten sowie die Entladung des Kondensators des Entlastungsnetzwerkes verursacht sein können. Das Einschalt- - Entlastungsnetzwerk besteht aus einer Drossel mit geringer Induktivität, der eine Diode als Freilaufdiode parallel geschaltet ist. Diese Diode, der noch ein Widerstand in Reihe geschaltet sein kann, verhindert Überspannungen beim Ausschalten und entlädt die Induktivität. 



   Bei Entlastungsnetzwerken ist zwischen den Schaltvorgängen eine Mindesterholzeit notwendig. 



  Das Einschalt-Entlastungsnetzwerk für eine Transistor-Brückenschaltung, die im 4-Quadrantenbetrieb betrieben werden kann, ist im Motorbetrieb beim Einschalten an das Netz und im Generatorbetrieb beim Abschalten vom Netz wirksam, so dass als Anfangsbedingung für die Drossel des Entlastungsnetzwerkes im Motorbetrieb ein Stromwert = 0 und im Generatorbetrieb ein Stromwert = voller Generatorstrom gegeben ist. Im Generatorbetrieb muss daher der Strom solange über das Entlastungsnetzwerk fliessen, bis die Drossel den gesamten Strom übernommen hat. Diese Zeit wird als Erholzeit definiert und muss bei Anwendung der versetzten Pulsbreitensteuerung auch im Steuerspannungsbereich um 0 V gewährleistet bleiben. 



   Es könnte nun als einfache Lösung angesehen werden, durch Einfügung von Zeitstufen in alle Steuerimpulsleitungen die Steuerimpulse bei allen Betriebsarten um die der Erholzeit entsprechende Dauer zu verlängern und so bei jeder noch so kleinen vorgegebenen Impulsdauer die Erholzeit sicherzustellen. Diese Lösung wäre aber besonders bei Verwendung des durch den Transistorsteller gespeisten Motors als Stellmotor für eine Werkzeugmaschinensteuerung sehr nachteilig, da ein derartiger Stellmotor gerade in dem Bereich, der durch Drehzahlwerte Null oder nahezu Null gekennzeichnet ist, sehr präzise steuerbar sein muss, da von diesem   sogenannten"Positionieren"   die Arbeitsgenauigkeit der Werkzeugmaschine in grossem Masse abhängt. Hier wäre eine Verlängerung der Impulsdauer sehr nachteilig. 



   Durch die Erfindung wird daher eine Schaltungsanordnung für einen Impulssteuersatz angegeben, die aus gegebenen Kriterien den Motor-Betriebszustand erkennt und für diesen die ansonsten wirksame Impulsverlängerung unwirksam macht. 



   Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ausgangsstufen aus je einer Flip- - Flop-Stufe gebildet sind, die einen durch einem dem logischen   Wert "1" entsprechenden   Spannungswert aktivierbaren Sperreingang aufweist und an deren Setzeingang ein den logischen Steuergrössen entsprechendes Abbild der Steuerimpulsspannung geführt ist, dass an den Sperreingang der Flip- - Flop-Stufe je eine aus einem über ein Integrierglied angesteuerten Schwellwertschalter bestehende Verzögerungsleitung zur Durchschaltung eines Sprunges des logischen Wertes eines Steuerimpulses angeschlossen ist, dass weiters eingangsseitig eine, durch UND-,   NAND- und   NOR-Glieder gebildete Koinzidenzgatter aufweisende Verriegelungsschaltung vorgesehen ist,

   durch die bei Koinzidenz der 

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 Steuerimpulse die eine ausgangsseitige Flip-Flop-Stufe sperrbar ist und dagegen die andere ausgangsseitige Flip-Flop-Stufe freigebbar ist, wobei jeweils die Auswahl des Zweiges durch Auswertung des aus der Motorstromrichtung abgeleiteten logischen "1" oder "0"-Wertes erfolgt, dass bei Aufhören der Koinzidenz durch Binäränderung eines Impulswertes ein aus dieser Binäränderung abgeleitetes Freigabesignal über die der gesperrten Flip-Flop-Stufe zugeordnete Verzögerungsleitung an deren Sperreingang geschaltet wird und weiterhin ein aus dieser Binäränderung, insbesondere bei Motorbetrieb, abgeleitetes Steuersignal zur unverzögerten Freigabe der gesperrten Flip-Flop- - Stufe an deren Sperreingang geführt wird. 



   Teil der Schaltung ist ein Verriegelungsnetzwerk. Dieses enthält eine UND-Stufe --1--, an deren Eingänge die Signalimpulsfolgen a und d geführt sind und deren Ausgang an je einen ersten Eingang der UND-Stufen --2 und 3-- geschaltet ist. Der zweite Eingang der UND-Stufe --2-- ist mit dem Ausgang --11-- einer Stromrichtungserkennungsstufe --9-- verbunden, der Ausgang dieser UND-Stufe --2-- ist mit dem ersten Eingang einer NOR-Stufe --4-- verbunden, deren zweiter Eingang 
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 einen Eingang der NOR-Stufe --8-- geschaltet. Die Ausgänge der   NOR-Stufen --4   und 8-- bilden die Ausgangspunkte für die zu beschreibenden anschliessenden Leitungszüge, die ebenso zueinander symmetrisch aufgebaut sind wie die Verriegelungsschaltung bezüglich der   Stufen-l,   2, 3, 4 bzw. 



  5,6, 7, 8--. 



   Die Stromrichtungserkennungsstufe --9--, die in einer andern Druckschrift beschrieben ist, gibt bei einer Richtung des Motorstroms, die als positiv angesehen wird, an einem Ausgang --10--   ein"l"-Signal   und bei einer Richtung des Motorstroms, die als negativ angesehen wird, ein 
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 impulssignal b=   a   beaufschlagt wird, deren dritter Eingang mit dem Ausgang --10-- der Stromrichtungserkennungsstufe --9-- verbunden ist und deren Ausgang an den ersten Eingang einer UND-Stufe -   geführt   ist, sowie eine NAND-Stufe --13--, deren erster Eingang mit dem Steuerimpulssignal c = d, deren dritter Eingang mit dem Steuerimpulssignal a = b beaufschlagt ist, deren zweiter Eingang an den Ausgang --11-- der Stromrichtungserkennungsstufe --9-- und deren Ausgang an den zweiten Eingang der UND-Stufe --14-- geschaltet ist. 



   Die Ausgänge der NOR-Stufen --4, 8-- sind über aus   Widerständen --15, 16-- und   Kondensatoren --17, 18-- gebildete Integrierglieder an die invertierenden Eingänge von Operationsver-   stärkern --19, 20-- geschaltet,   deren nichtinvertierende Eingänge am   positiven"l"-Potential   liegen, wodurch diese Operationsverstärker als Schwellwertschalter mit verzögerter Umschaltung wirken. 



  Die Ausgänge dieser   Operationsverstärker --19, 20-- sind   über aus   Widerständen --21,   22 bzw. 



  23, 24-- gebildete Spannungsteiler an positives Potential geschaltet. Von den Verbindungspunkten der   Widerstände --21,   22 bzw. 23, 24-- sind Kondensatoren --25, 26-- an die   Setzeingänge --S--   zweier Kippstufen --27, 28--, die zugleich über Dioden --29, 30-- mit dem Null-Potential verklammert sind, geschaltet.

   Die den Setzeingängen zugeordneten Ausgänge der Kippstufen --27, 28-- sind über   Inverterstufen --31, 32-- an die "Hold"-Eingänge   zweier   Ansteuerstufen --33, 34-- für   die Ausgangskippstufen --35, 36-- geschaltet, an deren Ausgängen die beiden Ausgangssignale für beide Transistoren je eines Querzweiges der Transistorbrücke abnehmbar sind, wobei durch hier nicht gezeigte Stufen noch dafür gesorgt wird, dass jedes Ausgangssignal den Transistoren in zu- 
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 gängen, wobei ein Eingang der ersten NOR-Stufe als Setzeingang dient, der zweite Eingang mit einem Eingang der zweiten NOR-Stufe verbunden ist und den Sperreingang "Hold" bildet und der Ausgang der ersten NOR-Stufe an den andern Eingang der zweiten NOR-Stufe geschaltet ist.

   Der Ausgang der ersten NOR-Stufe ist mit dem R-Eingang und der Ausgang der zweiten NOR-Stufe mit dem S-Eingang der nachgeschalteten   Flip-Flop-Stufe --35   bzw. 36-- verbunden. 



   Der Ausgang der UND-Stufe --14-- ist an erste Eingänge zweier NAND-Stufen --37, 38-- geführt, deren zweite Eingänge an die Verbindungspunkte der Spannungsteilerwiderstände --21. 22 bzw. 23, 24-- geschaltet sind und deren Ausgänge an die   Rücksetzeingänge --R-- der   Kippstu-   fen --27, 28-- geführt   sind. 

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   In den Fig. 2 und 3 sind in vier Impulsdiagrammen, die jeweils auf die   Zustände "Motor"   und "Generator" bei beiden möglichen Stromflussrichtungen bezogen sind, die Signalzustände an den wesentlichen Schaltungspunkten, die durch Kleinbuchstaben bezeichnet sind, verdeutlicht. 



   Zur. Verdeutlichung sind die Signalzustände, ausser in den Impulsdiagrammen für den speziellen Betriebszustand, für den Zeitpunkt    t 0'der   als Ausgangszustand angenommen ist, oberhalb der Eingangs- oder Ausgangsleitung jeder entsprechenden Stufe eingetragen und die Signalzustände, die sich während oder nach der Änderung eines Signalzustandes, etwa zur Zeit    t1   ergeben, sind unterhalb der betreffenden Leitungen eingetragen. Es ergibt sich dabei jeweils ein über die ganze Schaltung gleichzeitig erkennbarer Signalzustand, aus dem auch die Funktion der Stufen erkennbar ist. Dies wurde in   Fig. l   für den Motorzustand bei als positiv anzusehender Stromflussrichtung durchgeführt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH : Schaltungsanordnung für einen Impulssteuersatz mit zwei Steuerimpulsfolgen, die zur Ansteuerung der Transistoren eines in Brückenschaltung aufgebauten und mit versetzter Pulsbreitenmodulation betriebenen Transistorstellers für einen Gleichstrommotor dienen und aus dem Schnitt zweier symmetrischer Steuerspannungen mit Dreiecksimpulsen gewonnen werden, wobei die Schaltungsanordnung aus zwei identisch aufgebauten Zweigen besteht und zwei Ausgänge aufweist, an denen jeweils ein Ansteuersignal für einen Zweigtransistor der Transistor-Brückenschaltung auftritt, das den beiden Transistoren jedes Querzweiges in zueinander inverser Polarität zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ausgangsstufen (AI, A4) aus je einer Flip-Flop-Stufe (35,36) gebildet sind,

   die einen durch einem dem logischen Wert "1" entsprechenden Spannungswert aktivierbaren Sperreingang aufweist und an deren Setzeingang ein den logischen Steuergrössen entsprechendes Abbild der Steuerimpulsspannung geführt ist, dass an den Sperreingang der Flip- - Flop-Stufe (35, 36) je eine aus einem über ein Integrierglied (15, 17 bzw. 16,18) angesteuerten Schwellwertschalter (19 bzw.

   20) bestehende Verzögerungsleitung zur Durchschaltung eines Sprunges des logischen Wertes eines Steuerimpulses angeschlossen ist, dass weiters eingangsseitig eine, durch UND-, NAND- und NOR-Glieder (1 bis 8,12 bis 14) gebildete Koinzidenzgatter aufweisende Verriegelungsschaltung vorgesehen ist, durch die bei Koinzidenz der Steuerimpulse die eine ausgangsseitige Flip-Flop-Stufe (35, 36) sperrbar ist und dagegen die andere ausgangsseitige Flip- - Flop-Stufe (35, 36) freigebbar ist, wobei jeweils die Auswahl des Zweiges durch Auswertung des aus der Motorstromrichtung abgeleiteten logischen "1" oder "O"-Wertes erfolgt, dass bei Aufhören der Koinzidenz durch Binäränderung eines Impulswertes ein aus dieser Binäränderung abgeleitetes Freigabesignal über die der gesperrten Flip-Flop-Stufe (35, 36)

   zugeordnete Verzögerungsleitung an deren Sperreingang geschaltet wird und weiterhin ein aus dieser Binäränderung, insbesondere bei Motorbetrieb, abgeleitetes Steuersignal zur unverzögerten Freigabe der gesperrten Flip-Flop- - Stufe (35, 36) an deren Sperreingang geführt wird.