DE1463804C - Stromwendeschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromwendeschaltung mit einer aus vier Steuerelementen, wie Transistoren, gebildeten Brückensehaltung, in deren Eingangsdiagonale eine Gleichspannungsspeisung und in deren Ausgangsdiagonale ein Verbraucher liegt, und mit den Steuerelementen jeweils zugeordneten und derart aufgebauten Steuerkreisen, daß jeweils zwei einander gegenüberliegende Steuerelemente leitend und die anderen beiden gesperrt werden. - Es sind Stromwendeschaltungen dieser Art bekannt (schweizerische Patentschrift 338 895), bei denen jeder in einem Brückenzweig liegende Transistor durch die in einer Sekundärwicklung eines Steiiertransformators induzierte Wechselspannung gesteuert wird. Diese Zerhackerschaltungen dienen zur Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom und eignen sich nicht für eine kontinuierliche Steuerung eines Gleichstromverbrauchers, ζ. B. für Regelzwecke otler in Servosteueranlagen.

Es ist auch bekannt, den Brückentransistoren durch Schalterkontakte umschaHbare Steuerstromkreise zuzuordnen, die in zwei Schaltzuständen wahlweise je zwei gegenüberliegenden Transistoren gleichartige positive oder negative Steuerspannungen zuzuführen gestatten. Damit sind aber nur zwei bestimmte Schaltzustände der Brücke möglich, für welche am Brückenausgang die volle Spannung in der einen oder anderen Richtung erscheint. Ein Gleichgewichtszustand besteht nicht, so daß diese Schaltung für Regelzwecke ebenfalls ungeeignet ist. Es ist ferner auch bekannt, der Stromwendebrücke eine Steuerschaltung vorzuschalten, die durch ein einziges Eingangssignal steuerbar ist. Bei den bekannten Schaltungen dieser Art ist es aber im allgemeinen trotz erheblichem Aufwand nicht möglich, eine gleichartige Steuerung aller Brückentransistoren zu erzielen. Insbesondere ist es nicht möglich, je zwei der Brückentransistoren auch bei geringen Abweichungen vom Gleichgewichtszustand sogleich zu sperren. Der Ausgangsstrorn der Brücke ist daher immer ein verhältnismäßig geringer Differenzstrom zwischen etwas verschieden starken Zweigströmen, so daß die Empfindlichkeit der Brücke gering und ihr Totwinkel in der Umgebung des Gleichgewichts erheblich ist. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Stromwendeschaltung zu schaffen, welche eine kontinuierliche Steuerung eines Gleichstromverbrauchers in beiden Stromrichtungen bei hoher Empfindlichkeit im Bereich des Brückengleichgewichtes ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfihdungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuerkreise jeweils zwei gegeneinander geschaltete, steuerbare Gleichspannungsquellen aufweisen, an deren gemeinsamen Anschlüssen die Steuerelektroden des zugeordneten Steuerelements liegen.

Während im Gleichgewichtszustand der Brücke an allen Transistoren die Steuerspannung Null liegt, erfolgt bei geringen Abweichungen vom Gleichgewichtszustand sogleich die praktisch vollständige Sperrung von zwei gegenüberliegenden Transistoren, während die beiden anderen leitend werden. Damit wird eine besonders hohe Empfindlichkeit bei kleinem Totwinkel in der Gegend des Brückengleichgewichts erzielt, so daß die Schaltung für Regelzwecke und Servosteuerung ganz besonders geeignet ist.

Zwei Alisführungsbeispiele der erfindungsgemäßen .Stromwendeschaltung sind in den Fig. 1 und 2 und zwei Ausführungsvariahten in den F i g. 3 und 4 der Zeichnung dargestellt.

Gemäß Fig. 1 soll die Gleichspaiinungsspeisung L wahlweise in der einen oder anderen Polarität mit einem Verbraucher 2, vorzugsweise einem Gleichstrommotor, verbunden werden. Zu diesem Zwecke sind vier Steuerelemente 3 bis 6 vorgesehen, die als Transistoren oder Röhren ausgebildet sein können. Die Elektroden der Steuerelemente 3 bis 6 sind entsprechend den Elektroden von Transistoren benannt. Der Pluspol der Stromquelle 1 ist mit den Emittern

ίο der Steuerelemente 3 und 5 und der Minuspol der Stromquelle 1 mit den Kollektoren der Steuerelemente 4 und 6 verbunden. Die Kollektoren der Steuerelemente 3 und 5 sind mit den Emittern der Steuerelemente 6 bzw. 4 verbunden. Es liegen daher je zwei Steuerelemente, nämlich 3 und 6 bzw. 5 und 4 in Durchlaßrichtung derselben in Serie an der Gleichspannungsspeisung 1 und die beiden Verbindungsstellen zwischen den Steuerelementen 3 und 6 bzw. 5 und 4. sind mit dem Verbraucher 2 verbunden. Das Ganze kann somit als Brückensehaltung betrachtet werden, deren Eingang von der Gleichspannungsspeisung I gespeist wird und in deren Ausgangsdiagonale *. der Verbraucher 2 liegt.

Jedem der Steuerelemente 3 bis 6 ist je ein Paar von steuerbaren Gleichspannungsquellen zugeordnet, die beim Ausführungsbeispiel an verschiedenen Stellen I bzw. II untergebracht sind. Sie sind entsprechend ihrer Zuordnung zu den Steuerelementen 3 bis 6 mit 13 bis 16 bzw. 23 bis 26 bezeichnet. Aus der in der F i g. 1 angegebenen Polarität der Gleichspannungsquellen ist ersichtlich, daß je zwei Gleichspannungsquellen in gleichem Sinn in einen geschlossenen Stromkreis geschaltet sind, so daß zwischen den Verbindungsleitern je eines Paares von GleichspannungST quellen keine Spannung auftritt, wenn beide Gleichspannungsquellen genau die gleiche Charakteristik aufweisen. Die Verbindungsleiter je eines Paares von Gleichspannungsquellen sind mit der Basis bzw. mit dem Emitter des zugeordneten Steuerelementes verbunden. Es ist dabei aus der Fig. 1 ersichtlich, daß die Anschlüsse am Emitter und an der Basis der im gleichen Arm der Brücke liegenden Steuerelemente jeweils entgegengesetzt erfolgen, d. h. die Polarität der Steuerstromkreise ist jeweils gleich für in der Brücke diametral gegenüberliegende Steuerelemente 3 und 4 bzw. 5 und 6.

Die Gruppen von steuerbaren Gleichspannungsquellen 13 bis- 16 bzw. 23 bis 26 können beispielsweise als Meßelemente einer physikalischen Größe ausgesetzt sein, wobei die von diesen Elementen, erzeugte Spannung von der physikalischen Größe abhängig ist. So sind die Gleichspannungsquellen beispielsweise als Photozellen ausgebildet, die an zwei verschiedenen Flächen I bzw. II eines Gerätes angebracht sind und die eine von der Beleuchtungsstärke abhängige Spannung erzeugen. Nimmt man an, daß die in den Gleichspannungsquellen 13 bis 16 erzeugte Spannung überwiegt, so wird in den Verbindungskreisen von je zwei gegeneinander geschalteten Gleichspannungsquellen in entsprechendem Sinne ein Potential auftreten. Die Basis der Steuerelemente 3,4 wird dabei negativer, während die Basis der Steuerelemente 5 und 6 positiver wird und diese sperrt. Der Strom fließt daher vom positiven Pol der Gleichspannungsspeisung I durch das leitende Steuerelement 3 in Richtung des Pfeiles I durch den Verbraucher 2 und durch das ebenfalls leitende Steuerelement 4 zurück zum negativen Pol der

3 4

Gleichspannungsspeisung 1. Dagegen bleiben die wird durch zwei Verstärker 31 und 32 im Gegentakt Steuerelemente 5 und 6 gesperrt. Überwiegen die verstärkt. Die Verstärker 31 und 32 weisen je eine Spannungen an den Gleichspannungsquellen 23 bis Modulationsstufe auf, in welcher an je zwei Klem-26, so sind die Steuerelemente 5 und 6 leitend, wäh- men 33 bzw. 34 zugeführte Wechselspannungen dem rend die Steuerelemente 3 und 4 gesperrt sind, so daß 5 verstärkten Differenzsignal entsprechend moduliert nun der Strom von der Gleichspannungsspeisung 1 werden. Der Verstärkungs- und Modulationsgrad der durch das Steuerelement 5 in Richtung des Pfeils II beiden Verstärker 31 und 32 kann mit Vorteil so durch den Verbraucher 2 und durch das Steuer- gewählt werden, daß je nach der Polarität des an den element 6 zurück zur Gleichspannungsspeisung 1 Klemmen 30 liegenden Differenzsignals der Ausgang fließt. Ist der Verbraucher 2 als Gleichstrommotor io des einen Verstärkers spannungslos ist, während am mit permanentem Feldmagnet ausgebildet, so wird Ausgang des anderen Verstärkers eine Wechseldieser Motor je nach der Stromrichtung im einen oder spannung erscheint. Mit dem Ausgang der Verstärker anderen Drehsinn laufen und kann in dieser Weise als 31 und 32 ist je die Primärwicklung 35 bzw. 36 von Servomotor zur Korrektur irgendeines Zustandes in zwei Ausgangstransformatoren verbunden. Jeder Abhängigkeit von den Meßergebnissen dienen. Sind 15 Ausgangstransformator weist vier gleichartige Sekun~ die Gleichspannungsquellen 13 bis 16 bzw. 23 bis 26 därwicklungen 43 bis 46 bzw. 53 bis 56 auf. Je zwei als Photozellen ausgebildet, können diese Photozellen dieser Sekundärwicklungen sind in einen gemeinauf gegenüberliegenden Flächen eines Körpers an- samen, einem der Steuerelemente 3 bis 6 zugeordgeordnet sein, wobei die Servosteuerung dazu dienen neten Steuerstromkreis geschaltet. Jeder Steuerstromkann, eine Photozellenbatterie, welche die Gleich- ao kreis enthält zwei Dioden 63 bis 66 bzw. 74 bis 77, Spannungsspeisung l'Bildet, stets in die Einfallsrich- die zur Demodulation der in den angeschlossenen tung bzw. senkrecht zur Einfallsrichtung der höchsten Sekundärwicklungen 43 bis 46 bzw. 53 bis 56 indu-Lichtstärke zu bringen. zierten Wechselspannungen dienen.

An Stelle von aktiven Gleichspannungsquellen 13 Beim Auftreten einer Differenzspannung mit bebis 16 bzw. 23 bis 26 könnten gegebenenfalls auch 25 stimmter Polarität an den Klemmen 30 wird der Verpassive Gleichspannungsquellen, beispielsweise tem- stärker 31 so beeinflußt, daß die Primärwicklung 35 peraturabhängige Widerstände oder Photowider- mit Wechselstrom gespeist wird, während die Modustände verwendet werden, was jedoch voraussetzt, lationsstufe des Verstärkers 32 gesperrt und daher die daß je zwei dieser Widerstände in einer Brücke an- Spule 36 stromlos ist. Unter diesen Umständen wergeordnet sind, deren Ausgang ein zugeordnetes 30 den nur in den Sekundärwicklungen 43 bis 45 Wech-Steuerelement steuert und deren Eingang mit einer selspannungen induziert, so daß in den Verbindungsbesonderen Spannungsquelle verbunden ist. leitungen zwischen den Dioden 63 bis 66 und 73 bis

Bei der Schaltung gemäß Fig. 1, wo je ein beson- 76 gegenüber den direkten Verbindungen zwischen je derer Steuerstromkreis für jedes Steuerelement vor- zwei zusammengeschalteten Sekundärwicklungen gesehen ist, wird der Verbraucher nur gespeist, wenn 35 negative Spannungen auftreten. Die Basis der Steuerzwei diametral gegenüberliegende Steuerelemente lei- elemente 3 und 4 wird daher positiv bezüglich der tend sind. Das setzt voraus, daß die diesen Steuer- Emitter dieser Steuerelemente, während die Basis der elementen zugeordneten Gleichspannungsquellen im Steuerelementes und 6 bezüglich der Emitter negativ gleichen Sinne beeinflußt werden. Es ist deshalb bei wird. Die Steuerelemente 5 und 6 werden somit lei-Verwendung von Photozellen zweckmäßig, diese in 40 tend, während die Steuerelemente 3 und 4 gesperrt Gruppen derart anzuordnen, daß von einer Strah- werden, so daß der Stromfluß durch den Verlungsquelle kommende Lichtstrahlen nur auf eine braucher 2 von rechts nach links erfolgt. Ändert sich Gruppe gelangen. die Polarität der an den Klemmen 30 liegenden Diffe-

Die hohe Empfindlichkeit der Brücke im Gebiet renzspannung, so wird die Primärwicklung 35 stromdes Brückengleichgewichtes wird vor allem dadurch 45 los, während die Primärwicklung 36 mit Wechselerreicht, daß alle vier Steuerelemente 3 bis 6 zugleich strom gespeist wird. Es ändert sich dann auch die im entgegengesetzten Sinn ausgesteuert werden. Wenn Polarität der Steuerspannungen an den Steuerelemendie durch die Gleichspannungsquellen 13 bis 16 und ten 3 bis 6, so daß der Stromfluß durch den Ver-23 bis 26 direkt erzeugten Spannungsunterschiede zur braucher 2 umgekehrt wird.

genügenden Aussteuerung der Steuerelemente 3 bis 6 5° Gemäß F i g. 3 sind die Eingänge der beiden Vergenügen, ist es zweckmäßig, gemäß Fig. 1 eine ent- stärker 31 und 32 an eine das Differenzsignal bilsprechende Zahl von Steuerstromkreisen mit je zwei dende Meßbrücke mit zwei veränderbaren Brückensteuerbaren Gleichspannungsquellen 13 bis 16 bzw. zweigen 80 und 81 angeschlossen.
23 bis 26 anzuordnen. Ist jedoch zur vollständigen F i g. 4 zeigt eine fernsteuerbare Ausführung. Die Aussteuerung der Steuerelemente 3 bis 6 eine Vor- 55 Verstärker 31 und 32 sind jedoch nicht als Moduverstärkung erforderlich, so würde die Schaltung lationsverstärker, sondern als Wechselstromverstärnach F i g. 1 die Anordnung von 8 Verstärkern er- ker ausgebildet, deren Eingänge je an einen besonfordern. Es ist dann vorzuziehen, ein Differenzsignal deren Empfänger 82 bzw. 83 angeschlossen ist. Die zu verstärken und aus dem verstärkten Signal die Empfänger 82 und 83 weisen je eine Antenne 84 bzw. Steuerspannungen für die Steuerelemente 3 bis 6 ab- 60 85 auf und dienen zum Empfang von in Abhängigzuleiten. . keit einer gemessenen Größe im Gegentakt veränder-

Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Schaltung baren Signalen verschiedener Frequenz. An Stelle ist in F i g. 2 dargestellt. Die Gleichspannungsspei- von amplitudenmodulierten Signalen verschiedener sung 1, der Verbraucher 2 und die als Transistoren Frequenz könnte zur Übertragung auch ein frequenzausgebildeten Steuerelemente 3 bis 6 entsprechen in 65 moduliertes Signal verwendet werden, aus welchem ihrer Anordnung und Wirkung den gleich bezeich- mittels eines Diskriminators die erforderliche Steuerneten Schaltungselementen nach Fig. 1. Ein an zwei spannung für die Verstärker 31 und 32 erzeugt wer-Klemmen 30 zur Verfügung stehendes Differenzsignal den kann. Der Ausgang des Diskriminators könnte

also beispielsweise an die Klemmen 30 der Schaltung nach F i g. 2 angeschlossen werden.

Bei der Verwendung von Vorverstärkern gemäß F i g. 2 bis 4 können praktisch beliebig kleine Differenzsignale zur vollen Aussteuerung der Stromwendeschaltung herangezogen werden.

Claims (7)

Patentansprüche: IO

1. Stromwendeschaltung mit einer aus vier Steuerelementen, wie Transistoren, gebildeten Brückenschaltung, in deren Eingangsdiagonale eine Gleichspannungsspeisung und in deren Ausgangsdiagonale ein Verbraucher liegt, und mit den Steuerelementen jeweils zugeordneten und derart aufgebauten Steuerkreisen, daß jeweils zwei einander gegenüberliegende Steuerelemente leitend und die anderen beiden gesperrt werden, dadurch _gekennzeichnet, daß die Steuerkreise jeweils zwei gegeneinander geschaltete, steuerbare Gleichspannungsquellen (13 und 23,14 und 24,15 und 25,16 und 26) aufweisen, an deren gemeinsamen Anschlüssen die Steuerelektroden des zugeordneten Steuerelementes (3, 4, 5, 6) liegen.

2. Stromwendeschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gegeneinander geschalteten Gleichspannungsquellen (13 und 23,14 und 24,15 und 25,16 und 26) jeweils in zwei Gruppen von in gleichem Sinne beeinflußbaren Gleichspannungsquellen (13 bis 16 und 23 bis 26) zusammengefaßt sind.

3. Stromwendeschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquellen (13 bis 16 und 23 bis 26) Photozellen sind.

4. Stromwendeschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsspeisung (1) durch eine Photozellenbatterie gebildet ist und daß der Verbraucher (2) ein Motor ist, der die Photozellenbatterie in Richtung des maximalen Lichteinfalls schwenkt.

5. Stromwendeschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen der Photozellen derart angeordnet sind, daß von einer Strahlungsquelle kommende Lichtstrahlen nur auf eine Gruppe gelangen.

6. Stromwendeschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkreise zwei im Gegentakt steuerbare Verstärkerschaltungen aufweisen, deren vier Ausgänge die Gleichspannungsquellen bilden.

7. Stromwendeschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerschaltungen jeweils aus einem Verstärker (31, 32) und einem diesem nachgeschalteten Transformator mit je einer Primärwicklung (35, 36) und je vier voneinander getrennten Sekundärwicklungen (43 bis 46, 53 bis 56) bestehen, die über je einen Demodulator (63 bis 66, 74 bis 77) an dem zugeordneten Steuerelement liegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen