DD282383A7

DD282383A7 - Schaltungsanordnung zum umschalten der stromrichtung bei einem gleichstromverbraucher

Info

Publication number: DD282383A7
Application number: DD31332188A
Authority: DD
Inventors: Dietrich Moevius; Lutz Grossmann
Original assignee: Post Rundfunk Fernsehtech
Priority date: 1988-03-02
Filing date: 1988-03-02
Publication date: 1990-09-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine verlustleistungsarme und ohne Hysterese arbeitende Schaltungsanordnung zum Umschalten der Stromrichtung bei einem Gleichstromverbraucher und ist vorzugsweise anwendbar zum Umschalten von Peltierelementen, von Heizen auf Kuehlen und umgekehrt in Thermostaten, die mit Batterie betrieben werden. Die Aufgabe, eine hysteresefreie Stromrichtungsumkehr bei gleichzeitiger Erhoehung des Wirkungsgrades der Steuerschaltung zu schaffen, wird bei einer Schaltungsanordnung, bestehend aus einer durch zwei Komperatoren gebildeten Brueckenschaltung dadurch geloest, dasz parallel zu den Steuereingaengen der Komparatoren (1, 2) zwei Schwellwertschalter (3, 4) mit nachgeschalteten Impulsrelais (5, 6) angeordnet sind, deren Umschaltkontakte (7, 8) je nach Betriebszustand der Steuerschaltung zeitweise den Ausgang eines der beiden Komparatoren (1, 2) kurzschlieszen und dabei gleichzeitig das Tastverhaeltnis des anderen Komparators veraendern und dasz durch unterschiedliche Spannungsteiler (9, 10, 11, 12) an den Bezugsspannungseingaengen der Komparatoren (1, 2) die Bezugsspannungseingaenge mit einer auf unterschiedlichem Niveau liegenden saegezahnfoermigen Spannung des Generators (15) angesteuert werden. Fig. 1{Schaltungsanordnung; Umschalten; Stromrichtung; Gleichstromverbraucher; Brueckenschaltung; Komperator; Schwellwertschalter; Impulsrelais; Saegezahngenerator}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Die Erfindung betrifft eine verlustleistungsarme und ohne Hysterese arbeitende Schaltungsanordnung zum Umschalten der Stromrichtung bei einem Gleichstromverbraucherund ist vorzugsweise anwendbar zum Umschalten von Peltierelementen von Heizen auf Kühlen und umgekehrt in Thermostaten, die mit Batterien betrieben werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungon

In Thermostaten worden häufig zum Konstanthalten der Temperatur Peltierelemente eingesetzt, die in bekannter Weise mit Impulsbreitenmodulation betrieben werdon. Beim Übergang von Kühlen auf Heizen muß die Richtung des durch das Peltiurelement fließenden Stromes umgekehrt werden.

Zum Umschalter, der Stromrichtung ist es allgemein bekannt, Schaltungsanordnungen mit Impulsrelais einzusetzen. Diese arbeiten zwar verlustleistungsarm, haben aber den Nachteil, daß die Temperaturkonstanz der damit betriebenen Thermostaten nicht sehr hoch ist.

Weiterhin ist es aus der BRD-AS 2340436 bekannt, daß zum Umschalten der Stromrichtung in einem Gleichstromverbraucher eine aus Halbleiterschaltelementen (Komparatoren) aufgebaute steuerbare Brücke eingesetzt wird, bei der je nach der gewünschten Stromrichtung der Strom durch den einen oder den anderen Brückenzweig und durch den im Diagonalzweig der Brücke angeordneten Verbraucher fließt. Bei Temperaturregelschaltungen derartiger Ausführung werden die Bezugseingänge der Komparatoren mit sägezahnförmigen Spannungen angesteuert, um eine Impulsbreitenregelung zu erhalten. Diese Steuer- und Stromrichtungsumkehrschaltung hat den Nachteil, daß sie für leistungsarmen Betrieb, insbesondere mit niedrigen Spannungen und größeren Strömen ungeeignet ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die dsm bekannten Stand der Technik anhaftenden Mängel zu beseitigen und mit geringem Aufwand eine hysteresefreie Umschaltung der Stromrichtung bei gleichzeitiger wirkungsgradsteigender Steuerung zu schaffen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Eine Analyse der Ursachen der technischen Mängel ergab, daß einmal bei Relaisumschaltung durch die Hysterese sowie den mechanischen Aufbau der Relais die Umschaltschwelle nicht genau definiert ist und zum anderen bei dem Einsatz von Komparatoren eine Restspannung schaiiungsbedingt vorhanden ist, die den Wirkungsgrad der Steuerschaltung, insbesondere bei niedrigen Betriebsspannungen und größeren Strömen, verschlechtert. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die eine hysteresefreie Stromrichtungsumkehr ermöglicht und gleichzeitig den Wirkungsgrad der Steuerung steigert.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung zum Umschalten der Stromrichtung bei einem Gleichstromverbraucher, bestehend aus einer durch zwei Komparatoren gebildeten Brückenschaltung, bei der die Bezugseingänge der Komparatoren durch eine mittels Generator erzeugten sägezahnförmigen Spannung angesteuert werden, dadurch gelöst, daß parallel in den Steuereingängen der Komparatoren zwei Schwellwertschalter mit nachgeschalteten Impulsrelais angeordnet sind, deren Umschaltkontakte je nach Betriebszustand der Steuerschaltung zeitweise den Ausgang eines der beiden Komparatoren kurzschließen und dabei gleichzeitig das Tastverhältnis des anderen Komparators verändern und daß durch unterschiedliche

Spannungsteiler an den Bezugsspannungseingängen der Komparatoren die Bezugsspannungseingänge mit einer auf unterschiedlichem Niveau liegenden sägezahnförmigen Spannung des Generators angesteuert werden. Um den gewünschten optimalen Wirkungsgrad zu erreichen, werden die Steuerspannungen der Schwellwertschalter unterschiedlich gewählt. Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß mit dieser Lösung ein hysteresefreier Stromrichtungswechsel bei gleichzeitiger Verbesserung des Wirkungsgrades der Steuerschaltung und damit des Gesamtsystems bei kleinen Betriebsspannungen und größeren Strömen, zum Boispiel bei Batteriebetrieb, erreicht wird.

Der Effekt der Erfindung liegt darin, daß durch Kurzschließen dos für die jeweilige Stromrichtung und ihre Steuerung nicht benötigten Komparators durch einen Schwellwertschalterrelaiskontakt eine gleichzeitige Tastvehältnisänderung des anderen ! Comparators stattfindet, wodurch erreicht wird, daß die Leistungszuführung zum Verbraucher konstant bleibt.

Ausführungsbeispiel

An einem Ausführungsbeispiel anhand einer Temperaturregelschaltung mit Peltierclementen, deren Fixpunkt im Raumtemperaturbereich liegt, soll die Erfindung näher erläutert werden

In der dazugehörigen Zeichnung zeigen die

Eig. 1: die prinzipielle Schaltungsanordnung und Fig.2: das dazugehörige Impulsdiagramm.

Entsprechend der Fig. 1 liegt zwischen den Ausgängen der beiden Komparatoren 1,2 über Siebschaltungen 17,19,18,20 das Peltierelement 16. Dieses wird durch eine vom Generator 15 erzeugte sägezahnförmige Spannung U₁, sowie über die Steuerspannung eines Temperaturreglers über die Komparatoren 1,2 impulsbreitenmoduliert angesteuert. Parallel zu den Steuereingängen der Komparatoren 1,2 liegen die Schwellwertschalter 3,4 mit den nachgeschalteten Zyklusrelais 5,6, deren Umschaltkontakte 7,8 je nach Betriebszustand der Steuerschaltung entweder die Widerstände 13,14 parallel zu den Widerständen 10,12 schalten oder wechselseitig jeweils einen Ausgang der Komparatoren 1,2 kurzschließen. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Schaltungszustand bewegt sich die Raumtemperatur in unmittelbarer Nähe der Fixpunkttemperatur des Thermostates. Die durch den Regler abgegebene Steuerspannung U₅, bewirkt, daß das Peltierelement 16 bei Raumtemperaturen unmittelbar über der Fixpunkttemperatur dos Thermostates als Kühlelement und bei Raumtemperaturen unmittelbar unter der Fixpunkttemperatur als Heizelement arbeitet. Die Stromrichtungsänderung erfolgt

hysteresefrei, die Schwellwertschalter 3,4 haben nicht angesprochen. Es gilt die Beziehung U₂-U₁= —— bei Ruhelage der

Schwellwertschalter 3,4.

Aus der Fig. 2 obere Diagrammdarstellung ist die Ansteuerung der Komparatoren 1, 2 sowie die unterschiedlichen Spannungen U₁, U₂, resultierend aus den unterschiedlichen Widerständen 9,10,13 bzw. den Widerständen 11,12.14, die zu den Spannungsteilern für die Komparatoren 1,2 zusammengeschaltet werden, ersichtlich. Die mittlere Diagrammdarstellung zeigt die impulsbreitenmodulierte Ausgangsspannung der Komparatoren V₁, V₂.

Erhöht bzw. erniedrigt sich die Raumtemperatur bezogen auf die Fixpunkttemperatur des Thermostates so wesentlich, daß die Steuerspannung U₁, vorzugsweise die Bedingung

U₁, = U, + -^- oder U₁₁ = U₂ - -^- 2 2

erreicht, wird wechselseitig über die Schwellwertschalter 3,4 durch U_H ι bzw. Uh₂ festgelegt, der hysteresebehaftete Kurzschluß des jeweiligen Komparatorausganges 1 bzw. 2 erwirkt. Dadurch wird die den Wirkungsgrad verschlechternde Restspannung des jeweiligen Komparators 1 oder 2 kurzgeschlossen und die Tastverhältnisänderung am jeweils nicht kurzgeschlossenen Komparator vorgenommen, so daß die Leistungszuführung zum Peltierelement 16 konstant bleibt. In Fig.2, untere Diagrammdarstellung, ist der Kurzschluß des Komparator V₁ sowie die Tastverhältnisänderung am Komparator V₂ dargestellt.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Umschalten der Stromrichtung bei einem Gleichstromverbraucher, bestehend aus einer durch zwei Komparatoren gebildeten Brückenschaltung, bei der die Bezugsspannungseingänge der Komparatoren durch eine mittels Generator erzeugte, sägezahnförmige Spannung angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Steuereingängen der Komparatoren (1,2) zwei Schwellwertschalter (3,4) mit nachgeschalteten Impulsrelais (5,6) angeordnet sind, deren Umschaltkontakte (7,8) je nach Betriebszustand der Steuerschaltung zeitweise den Ausgang eines der beiden Komparatoren (1,2) kurzschließen und dabei gleichzeitig das Tastverhältnis des anderen Komparators verändern und daß durch unterschiedliche Spannungsteiler (9,10,13,11,12,14) an den Bezugsspannungseingängen der Komparatoren (1,2) die Bezugsspannungseingänge mit einer auf unterschiedlichem Niveau liegenden sägezahnförmigen Spannung des Generators (15) angesteuert werden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannungen der Schwellwertschalter (3,4) unterschiedlich sind.