DD282383A7

DD282383A7 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR SWITCHING THE CURRENT DIRECTION IN A DC CONSUMER

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}The invention relates to a low-loss and operating without hysteresis circuit arrangement for switching the current direction in a DC consumer and is preferably applicable for switching Peltier elements, heating on Kuehlen and vice versa in thermostats that are operated by battery. The object to provide a hysteresis-free current reversal while increasing the efficiency of the control circuit, is achieved in a circuit consisting of a bridge circuit formed by two comparators, dasz parallel to the control inputs of the comparators (1, 2) two threshold switches (3, 4 ) with downstream pulse relay (5, 6) are arranged, whose changeover contacts (7, 8) temporarily short the output of one of the two comparators (1, 2) depending on the operating state of the control circuit and at the same time change the Tastverhaeltnis the other comparator and demz by different Voltage dividers (9, 10, 11, 12) are driven at the reference voltage inputs of the comparators (1, 2), the reference voltage inputs with a lying at different levels saezahnfoermigen voltage of the generator (15). Fig. 1 {circuit arrangement; Switch; Current direction; DC consumers; bridge circuit; comparator; threshold; Pulse relay; sawtooth}

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

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.The invention relates to a low-loss and non-hysteresis circuit arrangement for switching the current direction in a DC consumer and is preferably applicable for switching Peltier elements from heating to cooling and vice versa in thermostats operated by batteries.

Charakteristik der bekannten technischen LösungonCharacteristic of the known technical solution

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.In thermostats Peltier elements have often been used to keep the temperature constant werdon operated in a known manner with pulse width modulation. In the transition from cooling to heating, the direction of the current flowing through the Peltiurelement must be reversed.

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.For switch, the current direction, it is well known to use circuit arrangements with pulse relay. Although these work lossy, but have the disadvantage that the temperature stability of the thermostat operated with it is not very high.

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.Furthermore, it is known from the BRD-AS 2340436, that for switching the current direction in a DC load a constructed of semiconductor switching elements (comparators) controllable bridge is used in which, depending on the desired current direction of the current through one or the other bridge branch and through the in the diagonal branch of the bridge arranged consumer flows. In temperature control circuits of this type, the reference inputs of the comparators are driven by sawtooth voltages to obtain pulse width control. This control and current reversing circuit has the disadvantage that it is unsuitable for low-power operation, especially with low voltages and higher currents.

Ziel der ErfindungObject of the invention

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.The aim of the invention is to eliminate the dsm known prior art inherent defects and to create a hysteresis-free switching of the current direction with simultaneous efficiency-increasing control with little effort.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

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.An analysis of the causes of the technical deficiencies showed that once at relay switching by the hysteresis and the mechanical structure of the relay, the switching threshold is not well defined and on the other hand in the use of comparators a residual voltage due to seeding exists, the efficiency of the control circuit, especially at low operating voltages and higher currents, deteriorates. The invention is therefore based on the object to provide a circuit arrangement which allows a hysteresis-free current reversal and at the same time increases the efficiency of the control.

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 unterschiedlicheThis object is achieved in a circuit arrangement for switching the current direction in a DC loader, consisting of a bridge circuit formed by two comparators, in which the reference inputs of the comparators are driven by a generated by means of generator sawtooth voltage, achieved in that parallel in the control inputs of the comparators two Threshold with downstream pulse relay are arranged, the Umschaltkontakte temporarily short the output of one of the two comparators depending on the operating state of the control circuit while changing the duty cycle of the other comparator and that by different

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.Voltage dividers at the reference voltage inputs of the comparators, the reference voltage inputs are driven with a lying at different levels sawtooth voltage of the generator. In order to achieve the desired optimum efficiency, the control voltages of the threshold are selected differently. The advantage of the invention is that with this solution, a hysteresis-free current direction change while improving the efficiency of the control circuit and thus the overall system at low operating voltages and higher currents, for Boispiel battery operation, is achieved.

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.The effect of the invention is that by shorting dos not needed for the respective current direction and their control comparator by a Schwellwertschalterrelaiskontakt a simultaneous Tastvehältnisänderung the other! Comparators takes place, whereby it is achieved that the power supply to the load remains constant.

Ausführungsbeispielembodiment

An einem Ausführungsbeispiel anhand einer Temperaturregelschaltung mit Peltierclementen, deren Fixpunkt im Raumtemperaturbereich liegt, soll die Erfindung näher erläutert werdenOn an exemplary embodiment based on a temperature control circuit with Peltier clement whose fixed point is in the room temperature range, the invention will be explained in more detail

In der dazugehörigen Zeichnung zeigen die In the accompanying drawing show the

Eig. 1: die prinzipielle Schaltungsanordnung und Fig.2: das dazugehörige Impulsdiagramm.Eig. 1: the basic circuit arrangement and FIG. 2: the associated pulse diagram.

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 erfolgtAccording to FIG. 1, the Peltier element 16 lies between the outputs of the two comparators 1, 2 via filter circuits 17, 19, 18, 20. This is produced by a sawtooth-shaped voltage U ₁ generated by the generator 15 and by the control voltage of a temperature controller via the comparators 1.2 controlled pulse width modulated. Parallel to the control inputs of the comparators 1,2 are the threshold value switch 3.4 with the downstream cycle relay 5.6, the changeover 7.8 switch depending on the operating state of the control circuit either the resistors 13,14 parallel to the resistors 10,12 or mutually each short an output of the comparators 1,2. In the circuit state shown in Fig. 1, the room temperature moves in the immediate vicinity of the fixed point temperature of the thermostat. The output by the controller control voltage U ₅ , causes the Peltier element 16 operates at room temperatures immediately above the fixed point temperature dos thermostat as a cooling element and at room temperatures immediately below the fixed point temperature as a heating element. The current direction change takes place

hysteresefrei, die Schwellwertschalter 3,4 haben nicht angesprochen. Es gilt die Beziehung U₂-U₁= —— bei Ruhelage derhysteresis-free, the threshold value switches 3,4 have not responded. The relationship U ₂ -U ₁ = - applies at rest position

Schwellwertschalter 3,4.Threshold switch 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.From FIG. 2 upper diagram representation is the control of the comparators 1, 2 and the different voltages U ₁ , U ₂ , resulting from the different resistors 9,10,13 and the resistors 11,12.14, the voltage dividers for the comparators 1,2 are interconnected, can be seen. The middle diagram representation shows the pulse width modulated output voltage of the comparators V ₁ , V ₂ .

Erhöht bzw. erniedrigt sich die Raumtemperatur bezogen auf die Fixpunkttemperatur des Thermostates so wesentlich, daß die Steuerspannung U₁, vorzugsweise die BedingungIncreases or decreases the room temperature based on the fixed point temperature of the thermostat so much that the control voltage U ₁ , preferably the condition

U₁, = U, + -^- oder U₁₁ = U₂ - -^- 2 2U ₁ , = U, + - ^ - or U ₁₁ = U ₂ - - ^ - 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.achieved is mutually determined by the threshold value switch 3.4 by U _H ι or Uh ₂ , the hysteresis short circuit of the respective comparator output 1 and 2 obtains. As a result, the efficiency deteriorating residual voltage of the respective comparator 1 or 2 is short-circuited and made the duty cycle change on each non-shorted comparator, so that the power supply to the Peltier element 16 remains constant. In Figure 2, bottom diagram representation, the short circuit of the comparator V ₁ and the duty cycle change at the comparator V _{2 is} shown.

Claims

1. Circuit arrangement for switching the current direction in a DC load, consisting of a bridge circuit formed by two comparators, wherein the reference voltage inputs of the comparators is driven by a generated by means of sawtooth voltage, characterized in that parallel to the control inputs of the comparators (1, 2) two threshold value switches (3, 4) with downstream pulse relays (5, 6) are arranged whose changeover contacts (7, 8) temporarily short the output of one of the two comparators (1, 2) depending on the operating state of the control circuit and at the same time the duty cycle of the other comparator and that by different voltage divider (9,10,13,11,12,14) at the reference voltage inputs of the comparators (1,2), the reference voltage inputs are driven with a lying at different levels sawtooth voltage of the generator (15).

2. A circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the control voltages of the threshold value switch (3,4) are different.