AT376333B - Steuerimpulsgenerator zur ansteuerung von schalttransistoren - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft einen Steuerimpulsgenerator zur Erzeugung einer Impulsfolge zur Ansteuerung von Schalttransistoren, insbesondere von mit versetzter Pulsbreitensteuerung betriebenen Gleichstromstellern in Brückenschaltung, bei denen abwechselnd der obere und der untere Schalttransistor jeder Brückendiagonale für eine bestimmte, aussteuerungsabhängige Zeitspanne eingeschaltet ist, wobei ein aus einem Integrator, dessen Ausgang den invertierenden Eingang eines Komparators ansteuert, an dessen Ausgang einerseits über einen Inverter der invertierende Eingang des Integrators und anderseits über einen Spannungsteiler der nichtinvertierende Referenzeingang des Komparators geschaltet ist, bestehender Dreiecksgenerator vorgesehen ist und bei Übereinstimmung von Dreieckspannung und mindestens einer Steuerspannung ein Steuerimpuls abgegeben wird. 



   Zur Speisung von Gleichstrommotoren, bei denen eine Drehzahlregelung erforderlich ist, werden in der Leistungselektronik mit Schalt- oder Leistungstransistoren bestückte Stellglieder, vorzugsweise sogenannte Gleichstromsteller eingesetzt. Die Basis dieser Stellglieder bildet eine Brückenschaltung von vier elektronischen Schaltern zur Versorgung der in der Brückendiagonale angeordneten Last, wobei die Versorgungsspannung an diese Brückenschaltung angeschlossen ist. Der Mittelwert der den Motor speisenden Gleichspannung wird daher bei der sogenannten Pulsbreitenmodulation durch periodisches Ein- und Ausschalten geändert. Das Verhältnis von Einund Ausschaltzeit,   d. h.   die resultierende Spannungs-/Zeitfläche bestimmt mit die Motordrehzahl. 



   Zur Ansteuerung der Transistoren mit einstellbarer Phasenlage wird nach dem Stand der Technik in einem Steuersatz eine Dreieckspannung mit einer veränderlichen Steuerspannung verglichen. Bei Übereinstimmung von Dreieckspannung und Steuerspannung wird ein Steuerimpuls abgegeben, dessen Lage bezüglich der Dreieckspannung mit der Höhe der Steuerspannung vorgegeben werden kann. Um die insbesondere bei Vorschubantrieben für Werkzeugmaschinen immer höher werdenden Anforderungen an das Regelverhalten und die Nullstabilität zu erfüllen, wird unter anderem die Schaltfrequenz ständig erhöht und liegt derzeit bereits bei einigen kHz. Auch wurde für Gleichstromsteller die sogenannte versetzte Pulsbreitensteuerung der vier Brückenzweige entwickelt.

   Dabei wird abwechselnd der obere und der untere Transistorschalter jeder Brückendiagonale für eine bestimmte, aussteuerungsabhängige Zeitspanne ausgeschaltet. 



   Um, wieder vorzugsweise bei Vorschubantrieben von Werkzeugmaschinen, eine rasche Werk- 
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 muss sehr oft ganz ausgefahren werden können. Hier ist jedoch einstellungsmässig darauf zu achten, dass die Steuerspannung keine Werte annimmt, die über dem Maximalwert der Dreieckspannung liegen. Es ist sogar nötig, dass der Höchstwert dieser Steuerspannung beträchtlich unter dem theoretischen Maximalwert der Dreieckspannung festgelegt wird, da deren Spitzen nicht ausgeprägt sind, sondern es sich de facto um Kuppen handelt und schleifende Schnitte zwischen der Steuerspannung und diesen Kuppen vermieden werden müssen. Durch Änderung von Werten der Schaltung infolge Alterung oder unter dem Einfluss von Temperaturgängen ist ein weiterer Sicherheitsabstand vorzusehen.

   Bei der versetzten Pulsbreitensteuerung ist auch eine Mindestimpulsbreite einzuhalten, die bei den bekannten Anordnungen aus den aufgezeigten Gründen nicht gewährleistet ist. 



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten Steuerimpulsgenerator derart zu ergänzen, dass er die genannten Mängel nicht mehr aufweist. 



   Die Erfindung besteht darin, dass an den Ausgang des Komparators zusätzlich ein Differenzierglied sowie ein amplitudenbegrenzender invertierender Verstärker geschaltet ist, wobei dessen, auch das Ausgangssignal des Integrators enthaltendes Ausgangssignal Eingangssignal für weitere Komparatoren ist, deren Referenzspannung die Steuerspannung ist. 



   Durch die Erfindung ist gewährleistet, dass auch unter extrem ungünstigen Abweichungen, die sowohl bei der Erzeugung der Dreieckspannung als auch bei der Einstellung der Steuerspannung auftreten können, Steuerimpulse erzeugt werden und diese eine Mindestimpulsbreite nicht unterschreiten. 



   An Hand der Zeichnungen soll gemäss den Fig. l und 2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Schaltung näher beschrieben werden. 



   Die in Fig. l dargestellte Schaltung dient zur Erzeugung der Steuerimpulse für mit der so- 

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 genannten versetzten Pulsbreitensteuerung betriebene Gleichstromsteller in Brückenschaltung, bei denen abwechselnd der obere und der untere Schalttransistor jeder Brückendiagonale für eine bestimmte, aussteuerungsabhängige Zeitspanne eingeschaltet ist. Die Ansteuerung erfolgt also in Zyklen von jeweils vier Schaltzuständen.   Jedem"EIN"-Zustand,   bei dem beide in einer Brückendiagonale angeordneten Transistoren eingeschaltet sind, schliesst sich alternierend ein "AUS"bzw.

   Freilaufzustand an, der durch abwechselndes Abschalten jeweils eines der beiden in der Brückendiagonale angeordneten Schalttransistoren und Stromfluss in den, den jeweils nicht eingeschalteten Transistor sowie den Motor enthaltenden Freilaufkreis, hervorgerufen wird. Für diese Betriebsart ist es nötig, sowohl den positiven als auch den negativen Bereich der bekannten Sägezahnkurve auszuwerten und mit einer positiven Steuerspannung sowie einer den gleichen Betrag aufweisenden negativen Steuerspannung zum Schnitt zu bringen. 



   Der beim Einschalten der Anlage zufällig am Komparator --2-- auftretende Ausgangsspannungswert ist, im Inverter --3-- invertiert, der Integrand für den Integrator --1--. Gleichzeitig ist diese Ausgangsspannung auch, über den Spannungsteiler --4, 5-- gegen das Nullpotential M halbiert, Schwellspannung an dem nichtinvertierenden Eingang des   Komparators --2--, d. h.   das "Integral" am Ausgang des Integrators --1-- steigt oder fällt solange, bis es einen Wert erreicht, der dieser Schwellspannung entspricht. Dann kippt der Komparator --2-- in den andern Sättigungswert einer Ausgangsspannung und der Vorgang läuft unter allseits andern Vorzeichen neuerdings ab. Der Augenblick, in dem der   Komparator --2-- kippt,   entspricht einem Knick in der Dreieckspannungskurve, die am Ausgang des Integrators --2-- abgenommen wird.

   Am Ausgang des Komparators --2-- treten Rechteck-Umschaltimpulse auf, deren Amplituden der Sättigungsspannung des Komparators --2-- entsprechen. Die Abnahme der Dreieckspannung erfolgt über den Widerstand --6--, der mit dem Widerstand --7-- die symmetrische Rückkopplung für den invertierenden   Verstärker --8-- darstellt,   dessen Referenzeingang an einer Bezugsspannung BS liegt. 



  Der   Verstärker --8-- summiert   die über den   Widerstand --6-- zugeführte   Dreieckspannung und die über den   Widerstand --9-- zugeführte   Sättigungsspannung des Komparators --2--, die ja während der Flankendauer der Dreieckspannung konstant ist. Wenn aber der Komparator --2-kippt, verändert sich dieser Summand und damit auch die Ausgangsgrösse des invertierenden Ver-   stärkers --8-- sprungartig.   Dies geschieht also immer gerade dann, wenn die Dreieckspannung eine Spitze hat.

   Für Dauer und Amplitude des aufgesetzten Rechteckimpulses ist neben der Amplitude des Sprunges der Ausgangsspannung des Komparators --2-- auch die für den aus dem Widerstand --7-- und dem Kondensator --10-- gebildeten Schaltkreis gültige Zeitkonstante sowie der Sättigungswert des invertierenden   Verstärkers --8-- bestimmend.   Die Ausgangsspannung dieses   Verstärkers --8-- wird   den Eingängen A der   Komparatoren --11,   12--, die aus rückgekoppelten und daher Kippverhalten aufweisenden Operationsverstärkern bestehen, zugeführt. Die Referenzspannung am Eingang B des Komparators --11-- ist die Steuerspannung, der Referenzeingang des   Komparators --12-- liegt   an Bezugsspannung. Die Ausgänge der Komparatoren --11 und 12-liegen am Betriebspotential P.

   Wenn bei   Komparator --11-- die   Spannung am Eingang A,   d. h.   die Dreieckspannung grösser als die Steuerspannung wird, kippt der Ausgangswert auf minus, durch den aus den   Widerständen --13, 14-- gebildeten   Spannungsteiler gelangt der Eingang D des Inverters --15--, der zuerst am Potential   P lag,   auf Nullpotential M. Der Ausgang E des Inverters --15-- springt von 0 auf   1,     d. h.   ebenfalls auf den Wert P. Analoges erfolgt beim   Komparator. --12-- dann,   wenn die Summe aus Dreieckspannung und Steuerspannung den Spannungswert am Referenzeingang, nämlich die Bezugsspannung BS überschreitet. 



   Es ergibt sich also der Kurvenverlauf nach Fig. 2 :
Komparator --11-- bzw. Inverter --15-- kippen, wenn die Dreieckspannung grösser als die Steuerspannung wird, entsprechend dem Punkt   Y ; Komparator --12-- bzw. Inverter --18-- kippen,   wenn die Summe aus Steuerspannung und Dreieckspannung grösser ist als die Bezugsspannung. 



  Dies bedeutet nach der Ungleichung A + B    >    Null, dass   A < -B ist,   entsprechend dem Punkt Z. Bei Y'und Z'kippen die Stufen wieder zurück, die Abläufe gemäss Fig. 2 wiederholen sich im Takt der Dreieckspannung.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH : Steuerimpulsgenerator zur Erzeugung einer Impulsfolge zur Ansteuerung von Schalttransistoren, insbesondere von mit versetzter Pulsbreitensteuerung betriebenen Gleichstromstellern in Brückenschaltung, bei denen abwechselnd der obere und der untere Schalttransistor jeder Brückendiagonale für eine bestimmte, aussteuerungsabhängige Zeitspanne eingeschaltet ist, wobei ein aus einem Integrator, dessen Ausgang den invertierenden Eingang eines Komparators ansteuert, an dessen Ausgang einerseits über einen Inverter der invertierende Eingang des Integrators und anderseits über einen Spannungsteiler der nichtinvertierende Referenzeingang des Komparators geschaltet ist, bestehender Dreiecksgenerator vorgesehen ist und bei Übereinstimmung von Dreieckspannung und mindestens einer Steuerspannung ein Steuerimpuls abgegeben wird,

   dadurch gekennzeichnet, dass an den Ausgang des Komparators (2) zusätzlich ein Differenzierglied (7, 10), sowie ein amplitudenbegrenzender invertierender Verstärker (8) geschaltet ist, wobei dessen, auch das Ausgangssignal des Integrators (1) enthaltendes Ausgangssignal Eingangssignal für weitere Komparatoren (11, 12) ist, deren Referenzspannung die Steuerspannung ist.