DE1169998B

DE1169998B - Selbsthaltender Schaltkreis mit einem elektronischen Schaltelement, das durch ein Steuersignal von einem hohen in einen niedrigen Impedanzzustand schaltbar ist

Info

Publication number: DE1169998B
Application number: DES79733A
Authority: DE
Inventors: Frank L Ragonese
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1961-06-08
Filing date: 1962-06-01
Publication date: 1964-05-14
Also published as: GB985580A; NL279505A; BE618379A; NL296437A; DE1184798B; BE635522A; US3172019A; GB1040907A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KL: H 03 k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/18

Nummer: 1 169 998

Aktenzeichen: S 79733 VIII a/21 al

Anmeldetag: 1. Juni 1962

Auslegetag: 14. Mai 1964

Die Erfindung betrifft einen Schaltkreis, welcher dazu dient, selbsttätig einen selbsthaltenden elektronischen und ständig mit einer Stromquelle verbundenen Schalter zu öffnen. Unter dem Ausdruck »selbsthaltender Schalter« wird ein Element verstanden, welches für gewöhnlich eine beträchtlich hohe Impedanz besitzt und welches in Abhängigkeit von einem Eingangssignal eine beträchtlich niedrige Impedanz aufweist und in dem Zustand der niedrigen Impedanz verbleibt, bis es wieder umgesteuert wird.

Bisher wurde die Aufgabe, selbsthaltende Schaltkreise mit hoher Geschwindigkeit zu steuern, durch die Verwendung von Thyratronen gelöst, die den Schalter mit der Stromquelle verbinden oder von ihr abtrennen. Anordnungen dieser Art waren aufwendig, schwerfällig und zeigten einen hohen Stromverbrauch. Derartige Schaltkreise werden beispielsweise zur Betätigung von Druckhämmern im richtigen Zeitpunkt des Umlaufes von Typenrädern bei schnell arbeitenden Druckmaschinen, wie sie als Ausgabegeräte in datenverarbeitenden Einrichtungen verwendet werden, angewandt. Bei den bekannten Anordnungen wurden Thyratrone dafür eingesetzt, die Schalter mit der Stromquelle zu verbinden, ihre Schaltung zu ändern und die Schalter abzutrennen und abgetrennt zu halten bis zu der Vollendung des nächsten Druckzyklus und dann gleichzeitig alle Schalter erneut zu betätigen.

Es läßt sich hieraus bereits entnehmen, daß dieses bekannte System nicht nur die Verwendung zusatzlicher aktiver Elemente erfordert, sondern daß auch regelmäßige Belastungsspitzen in der Stromversorgung auftreten. Darüber hinaus müssen zusätzliche Steuerschaltungen eingesetzt werden, um die aktiven Elemente im richtigen Zeitpunkt zu steuern und ihre Arbeitsweise abzustimmen.

Die Erfindung bezweckt, die Ausbildung selbsthaltender Schaltkreise zu verbessern und die Nachteile der bekannten Anordnungen zu vermeiden. Dies erreicht die Erfindung durch einen selbsthaltenden Schaltkreis mit einem elektronischen Schaltelement, das durch ein Steuersignal von einem hohen in einen niedrigen Impedanzzustand schaltbar ist, der dadurch gekennzeichnet ist, daß das Schaltelement, die Last und ein Verzögerungsglied in Reihe mit einer Stromquelle geschaltet sind und parallel zu dem Schaltelement und der Last ein Speicherelement zur Lieferung des Laststromes angeordnet ist. Der Schaltkreis nach der Erfindung ermöglicht die automatische Abschaltung eines mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden elektronischen Schalters. Er gestattet die selbsttätige Wiedereinschaltung eines selbsthaltenden Selbsthaltender Schaltkreis mit einem
elektronischen Schaltelement, das durch ein
Steuersignal von einem hohen in einen niedrigen Impedanzzustand schaltbar ist

Anmelder:

Sperry Rand Corporation, New York, N. Y.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Weintraud, Patentanwalt,

Frankfurt/M., Mainzer Landstr. 136-142

Als Erfinder benannt:

Frank L. Ragonese, Trumbull, Conn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 8. Juni 1961 (115 704) - -

Schaltkreises und ermöglicht es, daß Belastungsspitzen für die Stromversorgung weitgehend herabgesetzt werden.

Bei der Anordnung nach der Erfindung ist ein elektronisches Schaltelement mit der Stromversorgung über eine Last und eine Verzögerungseinrichtung verbunden. Ein Speicherelement ist parallel zu der Last und zu der veränderlichen Impedanz geschaltet. Der Schaltkreis stellt hier gewöhnlich einen praktisch gesperrten Kreis für die Stromversorgung und das Speicherelement dar und einen tatsächlich leitenden Kreis nach Empfang eines Eingangssignals. Die Verzögerungseinrichtung, die zwischen der Stromquelle und dem elektronischen Schaltelement in Reihe liegt, verhindert es, daß die Stromquelle das elektronische Schaltelement während einer größeren Zeitspanne beeinflußt als der Dauer des Zustandes geringer Impedanz.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Schaltkreis für die Steuerung eines mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Schalters,

Fig. 2a bis 2d Spannungs- und Stromkurven an verschiedenen Punkten des Schaltkreises der F i g. 1 während des Betriebes,

Fig. 3 einen gegenüber dem Schaltkreis der F ig. 1 etwas abgewandelten Schaltkreis.

409 589/376

Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung ist ein mit hoher Geschwindigkeit arbeitender Schalter 10, welcher als gesteuerter Silizium-Gleichrichter (SCR) ausgebildet sein kann, vorgesehen, dessen Kathode 10 α mit Erde verbunden ist und dessen Steuerelektrode 10 b mit einem Eingabeanschluß 11 über einen Kupplungskondensator 12 verbunden ist. Die Anode 10 c des Gleichrichters SCR 10 ist mit einer positiven Spannungsquelle 13 verbunden. Die Verbindung der Anode 10 c mit der positiven Spannungsquelle 13 enthält eine Last 15 und eine Verzögerungseinrichtung, welche aus einem Widerstand 16 und einer Induktivität 17 besteht. Mit diesem Stromkreis ist ferner ein Speicherelement 20 verbunden, welches als Kondensator ausgebildet ist und zwischen den Verbindungspunkt der Spule 15 mit dem Widerstand 16 und Erde geschaltet ist. Die Last 15 ist in dem gezeigten Ausbildungsbeispiel eine Spule, welche zur Steuerung eines Hammers bei dem Druckvorgang eines schnell arbeitenden Druckers dienen kann.

Der gesteuerte Gleichrichter 10 wird durch eine an seine Steuerelektrode 10 b angelegte Vorspannung in seinem Arbeitszustand gesperrt gehalten. Zu diesem Zwecke liegt die Steuerelektrode 10 b an dem Verbindungspunkt zweier Widerstände 22 und 23 eines Spannungsteilers, der zwischen die Vorspannungsquelle 18 und Erde geschaltet ist. Dieser Verbindungspunkt der Widerstände 22 und 23 ist ferner mit dem Kupplungskondensator 12 verbunden.

Die F i g. 2 zeigt Kurvenformen an verschiedenen Punkten des Stromkreises der Fig. 1 während dessen Tätigkeit. Die Linie A kennzeichnet den vorübergehenden Entladestrom von dem Kondensator 20. Die Linie B kennzeichnet die vorübergehende Entladespannung des Kondensators 20. Die Linie C kennzeichnet die Spannung zwischen Anode und Kathode an dem gesteuerten Gleichrichter 10. Die Linie D kennzeichnet das Eingabesignal, welches an den Anschluß 11 der F i g. 1 angelegt wird. Für das Verständnis der in Fig. 3 dargestellten abweichenden Schaltungsanordnung sind diese Kurven ebenfalls von Bedeutung.

Nachstehend wird die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung nun in Verbindung mit den in Fig. 2 dargestellten Kurven beschrieben. In dem normalen Arbeitszustand ist der Schaltkreis gesperrt. Der gesteuerte Silizium-Gleichrichter 10 wird in dem nichtleitenden Zustand durch die Vorspannung von der Quelle 18 und den Widerständen 22, 23 gehalten, die an der Steuerelektrode

10 b liegt. Da die Spannungsquelle 13 ebenfalls an den Schaltkreis angeschlossen ist, ist der.Kondensator 20 auf eine Spannung geladen, die in dem Abschnitt t_n bis I₁ durch KurveB (Fig. 2) wiedergegeben ist. Im Zeitpunkt ij soll ein Eingabesignal der in der Kurve D der Fig. 2 wiedergegebenen Art an dem Anschluß

11 auftreten und auf die Steuerelektrode 10 b des Gleichrichters 10 einwirken. Der gesteuerte Gleichrichter 10, der eine ähnliche Wirkungsweise besitzt wie ein Thyratron, wird daraufhin leitend. Wie die Kurven A, B und C in Fi g. 2 zeigen, sinkt die Spannung zwischen Anode und Kathode des gesteuerten Gleichrichters 10 sehr schnell auf den Wert Null ab, so daß Strom aus dem Kondensator 20 über die Last 15 nach Erde fließt. Die vorübergehende Charakteristik dieser Entladung wird in erster Linie durch die Bemessungen des Kondensators, der Last 15 und des Spannungsabfalls zwischen Anode und Kathode an dem Gleichrichter 10 bestimmt. Da in dem Entladekreis die Spule 15 liegt, wird die Spannung in dem Kondensator 20 Null, bevor der Stromfluß von diesem Element beendet wird. Der fortgesetzte Stromfluß aus dem Kondensator 20, der durch die Kurvet in Fig. 2 wiedergegeben ist, veranlaßt, daß das Speicherelement 20 ein negatives Potential aufweist, wie dies die Kurve B im Zeitpunkt i₂ zeigt.

ίο Der gesteuerte Gleichrichter 10 beendet seinen leitenden Zustand, sobald der Stromfluß von Anode zu Kathode unter einen Haltewert absinkt. Das negative Potential auf der Lastseite des Kondensators 20 stellt sicher, daß der gesteuerte Gleichrichter 10 in dem nichtleitenden Zustand trotz irgendwelcher induzierter Spannungen, welche an der Last auftreten, verbleibt. Für die Verwendung in einem schnell arbeitenden Drucker kann das schnelle Schließen der Druckbetätigungseinrichtung solche induzierten Spannungen verursachen. Infolge des negativen Spannungsabfalles über dem gesteuerten Gleichrichter 10 beeinflussen diese induzierten Spannungen nicht die Arbeitsweise des Schaltkreises.

Der induktive Wert der Induktivität 17 wird so hoch gewählt, daß sie als eine sehr hohe Impedanz während der Zeitspanne wirkt, die benötigt wird, damit die vorübergehende Entladung des Kondensators 20 über die Spule 15 und den gesteuerten Gleichrichter 10 vollendet wird. Andererseits wird die Impedanz der Induktivität 17 niedrig genug gewählt, daß sie in Verbindung mit dem Widerstand 16 eine vollständige Wiederaufladung des Kondensators 20 auf den Pegel der Spannungsquelle 13 während der zur Verfügung stehenden Zeit ermöglicht. Tatsäch-Hch wirken auf diese Weise die Induktivität 17 und der Widerstand 16 als eine Verzögerungseinrichtung für die Energie der Spannungsquelle 13, die es verhindert, daß die Spannungsquelle 13 unmittelbar den gesteuerten Gleichrichter 10 beeinflußt. Obwohl somit die Spannungsquelle 13 ständig mit dem Stromkreis verbunden ist, ist ihre Wirkung auf die automatische Wiederladung des Kondensators 20 nach jeder seiner Entladungen begrenzt.

Die in Fig. 3 dargestellte Abwandlung der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung stimmt mit dieser weitgehend überein, so daß identische Bezugszeichen für identische Teile angewendet wurden.

Eine Diode 19 ist zwischen die Spule 15 und die Spannungsquelle 13 geschaltet und so gepolt, daß sie in Richtung von dem Verbindungspunkt der Spule 15 mit dem Widerstand 16 und dem Kondensator 20 zu der Spannungsquelle 13 durchlässig ist.

Wenn die Entladezeit des Kondensators 20 sich der Wiederaufladungszeitspanne infolge gegebener Erfordernisse der betreffenden Anwendung der Schaltungsanordnung nähert, dann sind die Werte der Induktivität 17 und des Widerstandes 16 so, daß die Spannung an dem Kondensator 20 um den Pegel der Spannungsquelle 13 schwankt. Bei einer Anwendung als Druckhammersteuerung bei einer schnell arbeitenden Druckeinrichtung ist dies nicht erwünscht, weil eine zu große oder eine zu geringe Ladung des Kondensators 20 den Augenblick, welchen der Druckhammer die Druckstellung einnimmt, beschleunigen oder verzögern kann und dadurch einen Fehldruck verursachen kann. Die Diode 19 löst dieses Problem, indem sie den Verbindungspunkt

des Kondensators 20 der Spule 15 und des Widerstandes 16 derart mit der Spannungsquelle 13 verbindet, daß dieser Punkt niemals den Pegel der Spannungsquelle 13 überschreiten kann.

Am Verbindungspunkt der Spule 15 und der Anode 10 c des gesteuerten Gleichrichters 10 liegt ein Kondensator 24. Mit der anderen Seite des Kondensators 24 ist ein Widerstand 25 verbunden, dessen anderes Ende an einen Anschluß 26 angeschlossen ist, welcher z. B. ein Ausgang für ein Prüfsignal darstellen kann, das den leitfähigen Zustand des gesteuerten Gleichrichters 10 und einen Stromfluß über die Betätigungsspule 15 anzuzeigen vermag. Mit dem Verbindungspunkt des Widerstandes 25 und des Anschlusses 26 ist ein Widerstand 27 verbunden, dessen anderes Ende an Erde liegt. Dieser Abzweigung dient neben der Ermöglichung des erwähnten Prüfsignals auch zur Verbesserung der Arbeitsweise des Schaltkreises dadurch, daß der Anodenstrom des gesteuerten Gleichrichters 10 schnell auf den Selbsthaltewert gebracht wird. Die Anwendung des Verzweigungskreises mit dem Kondensator 24 und den Widerständen 25, 27 ermöglicht es, daß die Breite des Eingangssignal unter den Wert von 2 μΐη bei 10 Volt und 15 fflA herabgesetzt werden kann, der in der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 erforderlich ist.

Der gesteuerte Gleichrichter SCR 10 kann gegebenenfalls durch ein Thyratron oder ein anderes Element ersetzt werden, welches die Eigenschaft hat, in dem offenen Zustand eine sehr hohe Impedanz darzustellen, und in der Lage ist, in den Zustand einer niedrigen Impedanz durch Anliegen eines Steuersignals umgeschaltet zu werden und in dem Zustand der niedrigen Impedanz auch nach Beendigung des Steuersignals zu verbleiben, bis es erneut in seinen Zustand der hohen Impedanz zurückgeschaltet wird. Die Last 15 kann gegebenenfalls in den Kathodenstromkreis des gesteuerten Gleichrichters 10 zwischen Kathode 10 a und Erde eingeschaltet werden. Unter entsprechender Änderungen der PoIarität der Spannungen und Anpassung der Schaltkreisparameter kann auch der gesamte Anodenkreis des gesteuerten Schaltgleichrichters SCR 10, der die Elemente 13, 15, 16, 17 und 20 usw. enthält, in dem Kathodenkreis des Gleichrichters 10 angeordnet sein.

Typische Werte für die Bauteile der in den F i g. 1 und 3 dargestellten Schaltungsanordnungen sind zum besseren Verständnis der Erfindung nachstehend wiedergegeben, ohne daß die Erfindung auf diese Werte beschränkt werden soll.

Widerstände

16 100 Ohm

22 6,2kOhm

23 lkOhm

25 3,6kOhm

27 390kOhm

Induktivitäten

17 4 Henry bei 50 mA,

160 Ohm

15 5 mHenry, 11 Ohm

Kondensatoren

12 0,047 μΈ

20 14 μΈ

24 0,0022 μΈ

55

6o

65

Diode 19 1N2070

Silizium-Gleichrichter 10 2 MOhm, nichtleitend

1 Volt, bei 1 Ampere leitend

Spannungsquelle 13 -1-200 Volt

Vorspannungsquelle 18 —15 Volt

Claims

Patentansprüche:

1. Selbsthaltender Schaltkreis mit einem elektronischen Schaltelement, das durch ein Steuersignal von einem hohen in einen niedrigen Impedanzzustand schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (10), die Last (15) und ein Verzögerungsglied (16, 17) in Reihe mit einer Stromquelle (13) geschaltet sind und parallel zu dem Schaltelement (10) und der Last (15) ein Speicherelement (20) zur Lieferung des Laststromes angeordnet ist.

2. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Schaltelement ein gesteuerter Gleichrichter (10) ist.

3. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Schaltelement ein gesteuerter Silizium-Gleichrichter (10) ist.

4. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung aus einem Widerstand (16) und einer Induktivität (17), welche in Reihe liegen, gebildet ist.

5. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der induktive Blindwiderstand der Verzögerungseinrichtung (16, 17) wesentlich höher als der induktive Wert der Last (15) ist.

6. Schaltkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität (17) eine Drossel ist.

•

7. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Speicherelement ein Kondensator (20) ist.

8. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Steuerung des elektronischen Schaltelementes einen Kreis (18, 22, 23) zur Anlegung einer Vorspannung an die Steuerelektrode (106) des elektronischen Schaltelementes (10) enthält, welche dieses in seinem Zustand hoher Impedanz hält.

9. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Last (15) zwischen die Verzögerungseinrichtung (16, 17) und das elektronische Schaltelement (10) geschaltet ist.

10. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Last (15) in Reihe mit der Verzögerungseinrichtung (16, 17) und dem elektronischen Schaltelement liegt.

11. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Speicherelement (20) ein Begrenzungsmitte] (19) verbunden ist, welches unmöglich macht, daß die gespeicherte Spannung den Wert der Spannungsquelle (13) überschreitet.

12. Schaltkreis nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Begrenzungsmittel aus einem Richtleiter (19) besteht, welcher so gepolt ist, daß er in der Richtung von dem Speicher-

element (20) zu der Spannungsquelle (13) leitfähig ist.

13. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangsanschluß (26) vorgesehen ist, welcher den Zustand des elektronischen Schaltelementes (10) anzuzeigen gestattet.

14. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherfähigkeit des Speicherelementes (20) so gewählt ist, daß sein Potential, während sich das elektronische Schaltelement in seinem Zustand hoher Impedanz befindet, praktisch dem Potential der Spannungsquelle (13) gleicht und momentan auf einen Wert unter dem Potential der Spannungsquelle (13) während der Zeitspanne absinkt, in der sich das elektronische Schaltelement in seinem Zustand geringer Impedanz befindet, wodurch eine umgekehrte Vorspannung an das elektronische Schaltelement angelegt wird.

15. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bemessung der Verzögerungseinrichtung in bezug auf die Bemessung der Last (15) und des Speicherelementes (20) so gewähk ist, daß das Speicherelement (20) eine umgekehrte Vorspannung an dem elektronischen Schaltelement (10) hervorruft, bevor über die Verzögerungseinrichtung (16, 17) ein Stromfluß aus der Spannungsquelle (13) das elektronische Schaltelement (10) erreicht.

16. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein nichtleitendes elektronisches Schaltelement leitend gemacht wird, eine Speichereinrichtung über dieses Schaltelement entladen wird, das Schaltelement wieder nichtleitend gemacht wird und, nachdem das Schaltelement nichtleitend ist, die Speichereinrichtung selbsttätig aus der Spannungsquelle wieder aufgeladen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen