DE1588487C - Zweipunktregler mit einem Differenz verstarker und einem nachgeschalteten Endverstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zweipunkt- der zur Störungsunterdrückung dient. Nachteilig ist regier mit einem Differenzverstärker und einem bei dieser Anordnung die vom Gegenstand der Ernachgeschalteten Endverstärker, von dessen einem findung abweichende Mitkopplung.
Ausgang erstens eine zur ,Bildung des Kippverhaltens Schließlich war es in Verbindung mit Transistordienende Mitkopplung auf den einen Eingang des 5 Zweipunktreglern bekannt, Transistorverstärkern eine Differenzverstärkers und zweitens eine zur An- unterkritische, kritische oder überkritische Mitkopppassung an das Zeitverhalten einer Regelstrecke lung zu geben. Im letzteren Fall erhält man eine dienende Gegenkopplung auf den anderen Eingang Kippcharakteristik mit Hysterese, wie sie auch beim des Differenzverstärkers geführt ist. Gegenstand der Erfindung benutzt wird.

Zweipunktregler bestehen im wesentlichen aus io Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einem Leistungsschalter, der von einem Schaltzustand Zweipunktregler mit elektronischem Verstärker zu erin den anderen kippt, sofern das am Eingang an- stellen, der eine Eingangsempfindlichkeit im /zV-Be-Iiegende Signal einen vorgegebenen Wert über- bzw. · reich besitzt und trotzdem ein gutes Kippverhalten unterschreitet." Ansprech- und Rückfallwert unter- aufweist und störunempfindlich ist.
scheiden sich dabei um einen bestimmten Betrag — 15 Diese Aufgabe wird bei dem eingangs angegebenen der Hysterese — voneinander. Dieser ist häufig ein- Zweipunktregler erfindungsgemäß dadurch gelöst, stellbar. Günstig ist, daß sich der im Regler vor- daß eine weitere Mitkopplung im Endverstärker vorhandene Leistungsschalter meist einfach ausbilden gesehen ist und daß die Eingänge des Differenzläßt. Im Falle elektronischer Zweipunktregler ergibt Verstärkers über einen Kondensator miteinander versieh gegenüber stetigen, mit Verstärkern arbeitenden 20 bunden sind.

Reglern eine größere Ausgangsleistung. Die Anzahl Die Erfindung besteht somit aus einer vorteil-

der Verstärkerstufen kann also beim Zweipunkt- haften und in ihrer Wirkung überraschenden Kom-

regler kleiner sein, womit sich ein geringerer Auf- bination von an sich bekannten Einzelmerkmalen,

wand ergibt. — Besondere Probleme treten bei für die kein Elementenschutz beansprucht wird,

elektronischen Zweipunktreglern hinsichtlich der 25 Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird

Störempfindlichkeit auf, falls die Eingangsempfind- sowohl eine große Störunempfindiichkeit als auch

lichkeit im μν-Bereich, beispielsweise bei Tempera- ein gutes Kippverhalten mit definierter Schalt-

turreglern, liegt. hysterese und schnellem Durchschalten erzielt. Die

Es ist bereits ein Zweipunktregler mit einem Schalthysterese läßt sich dabei im wesentlichen durch Differenzverstärker und nachgeschaltetem Endver- 30 die Mitkopplung von einem Ausgangspunkt zu einem stärker bekanntgeworden, bei dem zur Bildung des Eingang des Differenzverstärkers vorgeben, während Kippverhaltens eine von einem belasteten Ausgang das schnelle Kippen durch die weitere Mitkopplung auf einen Eingang geführte Mitkopplung und zur im Endverstärker bestimmt ist. Darüber hinaus hat Anpassung an das Zeitverhalten einer Regelstrecke sich überraschenderweise gezeigt, daß die weitere eine auf den gleichen Eingang geführte Gegen- 35 Mitkopplung auch ein Herabsetzen der Störcmpfindkopplung vorgesehen sind. Über die Kopplungen lichkeit zur Folge hat. Außerdem ermöglicht die eingestreute Störimpul.se, beispielsweise vom Netzteil vorstehend angegebene Festlegung des Kippverher oder durch das Schalten des Reglers, werden haltens, die Eingänge des Differenzverstärkers über daher stets auf den gleichen Eingang des Diffe- einen Kondensator mit großer Kapazität miteinander renzverstärkers gegeben. Dies bedingt eine un- 40 zu verbinden, ohne daß ein langsames Kippen auferwünschte Störempfindlichkeit (deutsche Auslege- tritt. Störimpulse (Brumm, Schaltspitzen usw.) werschrift 1 074 127). den daher in weitgehend gleicher Größe auf beide

Es ist ferner ein Schaltverstärker bekanntgeworden, Eingänge des Differenzverstärkers gegeben und kön-

der aus einem Taktgeber und erforderlichenfalls nen sich dann als Gleichtaktsignal praktisch nicht

einer Leistungsendstufe bestehen kann und der neben 45 mehr auswirken. Weiter hat auch der Anschluß der

einer verzögerten Gegenkopplung eine starre Rück- von einem Ausgangspunkt ausgehenden Mitkopp-

kopplung aufweist. Gegenkopplung und Mitkopplung lung und Gegenkopplung an verschiedene Eingänge

liegen an verschiedenen Eingängen des Taktgebers. des Differenzverstärkers ein Herabsetzen der Stör-

Bci dieser Veröffentlichung ist offengelassen, ob empfindlichkeit zur Folge.

die Gegenkopplung und Mitkopplung von einem 50 Im folgenden soll die Erfindung an Hand des in

Ausgang des Taktgebers oder der Leistungsendstufe der Figur dargestellten Ausführungsbeispicls näher

ausgehen. Für die vorliegende Erfindung ist es je- · erläutert werden.

doch wichtig, daß die Gegenkopplung und die Mit- Die Figur zeigt einen Zweipunktregler zur ,Tem-

kopplung vom Ausgang des Endverstärkers auf die peraturregeliing, der aus einer McUschnltung I, einem

Eingänge des Differenzverstärkers geführt sind, weil 55 Differenzverstärker II und einem Endverstärker III

hierdurch unter anderem die Schalthystercsc günstig mit einem Ausgang besteht. Der Regler wird von

beeinflußt wird. einem nicht dargestellten Nutzteil mit gegen Null

Weiterhin ist ein unstetiger Regler mit einem symmetrischen positiven und negativen gleich-

Magnctverslärker und einem Endverstärker be- gerichteten Spannungen gespeist. Die positive Span-

scliriehen worden, der ebenfalls eine Gegenkopplung 60 nung liegt dabei an der Leitung 57, die negative

und eine Mitkopplung aufweist. Die Gegenkopplung Spannung an der Leitung 55 an. Die Leitung 15 ist

wirkt vom Ausgang des Endverstärkers auf eine mit dem Nullanschluß des Netzteils verbunden. Um

Steuerwicklung im Magnetverstärker ein. Die Mit- den Aufwand für den Regler gering zu hallen, sind

kopplung ist dagegen vom Ausgang des Magnet- die an 55 und 57 anliegenden Spannungen nicht

Verstärkers auf eine weitere Sleuerwicklung dieses 63 stabilisiert. Diese Spannungen' werden jedoch durch

Verstärkers geführt; Als Besonderheit ist zu ver- zwischen 55 und 15 bzw. 57 und 15 geschaltete

merken,, daß ύνη Steuereingiingeii des Magnet- Kondensatoren 42 bzw. 43 geglättet.

Verstärkers ein Kondensator parallel geschaltet ist, Zwischen dem f-ndvcr.slärkcr III und dem Dille-

renzverstärker II ist eine Anordnung zur Stabilisierung der Versorgungsspannung geschaltet, die für die negative und positive Spannung jeweils aus einer Reihenschaltung aus einem Widerstand 39 bzw. 41 und einer Zenerdiode 37 bzw. 38 besteht. Die Reihenschaltungen sind mit den Leitungen 55 und 15 bzw. 57 und 15 verbunden. An dem Verbindungspunkt des Widerstandes mit der Zenerdiode ist je- , weil« eine Leitung 16 bzw. 20 angeschlossen, die die stabilisierte negative bzw. positive Spannung führt. Da der Leistungsbedarf der Meßschaltung und des Differenzverstärkers gegenüber dem Endverstärker gering ist, bleibt der Aufwand für die Stabilisierung gering. Außerdem werden durch diese Stabilisierung beim Schalten des Endverstärkers auftretende Spannungsänderungen zumindest stark herabgesetzt.

Zwischen dem Differenzverstärker II und der Meßschaltung Γ ist eine weitere Stabilisierungsschaltung vorgesehen, die aus einer Reihenschaltung eines Widerstandes 14 mit einer Zenerdiode 13 besteht. Diese Reihenschaltung ist zwischen die Leitungen 15,16 geschaltet. Die Meßschaltung I liegt parallel zur Zenerdiode 13.

" Die Meßschaltung I besteht aus einer Brückenanordnung mit' den Widerständen 4, 5, 8, 9, 10 und 12. Die Widerstände 5,12 sind dabei sehr niederohmig. In der Brückendiagonalen liegt über Klemmen 2, 3 angeschlossen ein Thermoelement 1 in Reihe mit einem niederohmigen Widerstand 7 und dem Eingang des Differenzverstärkers II. Der Widerstand 7 stellt zusammen mit dem sehr hochohmigen Widerstand 6, der parallel zu den ebenfalls hochohmigen Brückenwiderständen 4,8 liegt, eine Thermoelcmentbruchsicherung dar.

Der Differenzverstärker II umfaßt zwei Stufen mit jeweils zwei Transistoren. In der ersten Stufe sind pnp-Transistoren 23, 28 vorgesehen, deren Basen den Eingang des Differenzverstärkers II bilden. Die Basis von 23 ist mit dem Abgriff des Widerstandes 10 der Brückenanordnung, die Basis von 28 mit dem Widerstand 7 verbunden. Außerdem sind die Basen von 23, 28 über einen Kondensator 21 mit sehr großer Kapazität miteinander verbunden. Die Kapazität von 21 ist derart gewählt, daß die Zeitkonstante des /?C-Gliedes 21, 7, 5 bzw. 21, 9, 10, 12 bei etwa 20 msec liegt. Dadurch werden vorteilhafterweise sowohl Schaltspitzen als auch ein Netzbrumm wirksam unterdrückt; denn diese Störeinflüssc gelangen praktisch in gleicher Stärke auf beide Eingänge des Differenzverstärkers und werden dann als GIcichtaktsignale unterdrückt.

Um eine besonders große Unterdrückung der Gleichtaktsignale zu erhalten, sind die Emitter der Transistoren 23,28 . mit dem Kollektor eines als Konstanlstromgenerators geschalteten Transistors 25 verbunden. Dazu ist der Emitter des Transistors 25 über einen Widerstand 26 an die Leitung 20 und mit seiner Basis an einen Verbindimgspunkt 18 zweier Widerstände 17, 19 angeschlossen, die /wischen den Leitungen 16, 20 liegen.

Die Kollektoren der Transistoren 23, 28 sind über Widerstände 22,27 sowie einen mit einem Abgriff versehenen Widerstand 24 miteinander verbunden und über den Abgriff des Widerstandes 24 an die Leitung 16 angeschlossen. Weiter sind an die Kollek- (15 toreii der M'ransistoren 23, 28 jeweils eine Basis der npn-Transistoren 30, 34 der zweiten Stufe des DiITeren/verstärkcrs Il angeschlossen. Die limitier von 30, 34 sind über je einen Widerstand 29 bzw. 33 und einen gemeinsamen Widerstand 32 an die Leitung 16 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 30 ist über einen Widerstand 31 mit der Leitung 20, der Kollektor des Transistors 34 über eine Reihenschaltung aus einer Diode 35 und einem Widerstand 36 mit der Leitung 20 verbunden.

An den Kollektor von 34 ist weiter über einen Entkopplungswiderstand 40 die Basis eines pnp-Transistors 45 des Endverstärkers III angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 45 ist über einen Widerstand 44 mit der Leitung 55 und mit der Basis eines npn-Transistors 53 verbunden, dessen Emitter ebenfalls an die Leitung 55 angeschlossen ist. Der Emitter von 45 ist über einen Widerstand 46 mit der Leitung 15, der Kollektor von 53 über ein Relais 54 mit der Leitung 57 verbunden. Parallel zu 54 liegt eine Freilaufdiode 52. Ein Kontakt des Relais 54 ist mit 56 bezeichnet. — Der Temperaturgang des Einganges des Endverstärkers III, afso des Transistors 45, ist weitgehend durch die Diode 35 kompensiert.

Der Kollektor des Transistors 53 stellt den Ausgangspunkt des in der Figur gezeigten Zweipunktreglers dar. Von diesem Ausgangspunkt ist ein Mitkopplungswiderstand 51 an einen zwischen den Widerständen 9,10 sowie 12 der Meßschaltung I liegenden Verbindungspunkt 11 und damit an den Eingang des Transistors 23 geführt. Durch den Widerstand 51 und die mit diesem verbundenen Widerstände der Meßschaltung I ist die Schalthysterese des Reglers bestimmt. Ansprech- und Abfallwert sind also vorteilhafterweise durch ohmsche Widerstände festgelegt. Einflüsse der Temperatur auf diese Werte werden dadurch praktisch vermieden. Infolge der doppelten Stabilisierung der Spannung für die Meßschaltung durch 39, 37 und 14. 13 entfallen auch durch Spannungsänderungen bedingte Einwirkungen.

Der Einfluß von Störimpulsen auf die Ansprech- und Abfallwerte wird mittels des Kondensators 21 unterdrückt. — Die leistungsstärksten Störimpulse gelangen dabei vor allem vom Ausgang auf den Eingang des Differenzverstärkers II. Sie treten beispielsweise beim Kippen des Reglers und damit beim Schalten des Relais 54 auf. Vor allem jedoch werden Störimpulse vom Netz eingestreut. Insbesondere stellt bereits die Rcstwelligkeit der an den Leitungen 55,57 anliegenden, lediglich durch Kondensatoren 42, 43 geglätteten Spannung eine als Netzbrumm sich zeigende Störung dar. Durch den Kondensator 21 wird dafür gesorgt, daß diese Störimpulse auf die Basen der Transistoren 23, 28 in annähernd gleicher Stärke gegeben werden. Sie werden dann als Gleichtaklsii>nale vom Differenzverstärker unterdrückt. Die Zeitkonstante der KC-Glieder 21, 7, 5 bzw. 21. 9, 10, 12 ist dementsprechend gleich etwa 20 msec gewählt. — Gegenüber den vom Ausgang eingestreuten Störimpulsen ist das Auftreten unsymmetrischer Störimpulse vom Hingang her unwahrscheinlicher. Bei einem etwaigen Auftreten werden sie jedoch in gleicher Weise unterdrückt.

Die sehr große Kapazität des Kondensators 21 wirkt sich zwar nicht auf die Ansprech- und Abfallwerte des Reglers aus, sie müßte jedoch die Schallgeschwindigkeit — also das Kippen des Reglers — herabsetzen. Aus diesem Ciruude ist eine Mitkopplung im I-iuIvcrslärker III durch einen Widerstand 49 vorgesehen, der deiv- Kollektor von 53 mit dem

Emitter von 51 verbindet. Dies ergibt trotz der Störimpulsunlerdrückung im Eingang des fJifferenzverslärkers Il mittels eines großen Kondensators 21 ein schnelles Schalten des gesamten Reglers und damit eine Flankenversteilerung der Ausgangssignalc. Außerdem hai sich - gezeigt, daß der weitere Mitkopplungswiderstand 49 sogar noch eine zusätzliche Stönnipulsunterdiückung bewirkt.

Neben den Mitkopplimgswidersländcn 49,51 ist am Ausgangspunkt des Verstärkers noch die Gegenkopplung, bestehend aus den Widerständen 47,50 und dem Kondensator 48, angeschlossen und zu dem von der Basis des Transistors 28 gebildeten Eingang des DilTerenzvcrslärkers II geführt, wobei die Widerslände 50,47 als Reihenschaltung zwischen Ausgangspunkt und Eingang liegen. Auch diese Maßnahme hat zur Verminderung der Störempfmdiichkeit des erlindungsgemäßen Verstärkers beigetragen.

Als besonders vorteilhaft hinsichtlich der StörempfiiKlliclikeit hat sich erwiesen, den Kondensator 48 der Gegenkopplung 47, 48, 50 parallel zu einem Transistor 53 des Endverstärkers III zu legen. Ein weiterer Vorteil dieser Maßnahme ist, daß die gesamte Spannung zwischen den Leitungen 55, 57 am Kondensator 48 über den Widerstand 50 und das Relais 54 bei gesperrtem Transistor 53 anliegt. Er kann daher — bei gleichen Widerständen 47, 50 und gleicher Zeitkonslante der Gegenkopplung — kleiner gewählt werden. Im vorliegenden Fall konnte man sogar zu Feslkondensatoren übergehen, obwohl für die Zeilkonslanle ein Wert von etwa 20 see gewählt wurde. Ein kleinerer Kondensator 48 bedingt außerdem kleinere Rcslströme. Dies ist mit Rücksicht auf die große Eingangsempfindlichkcit des Difrerenzverslärkers ebenfalls sehr erwünscht.

Zur Beschreibung der Wirkungsweise des gezeigten Zweipunktreglers sei angenommen, daß die Transistoren 45, 53 des Endverstärkers III gesperrt, das Relais 54 abgefallen und sein Kontakt 56 geöffnet sind. Ergibt sich nun durch eine Temperaturänderung an der Klemme 3 eine negativere Spannung, so steuert diese den Transistor28 und weiter den Transistor 30 zu. Gleichzeitig werden damit die Transistoren 23 und 34 aufgesteuert. Erreicht der Spannungsabfall am Widersland 36 und an der Diode 35 den Ansprechwert des Transistors 45, wird dieser leitend und steuert.den Transistor 53 an. Durch das Ansteuern von 53 setzt eine Mitkopplung über die Widerstände 51, 49 sofort und eine Gegenkopplung über 50, 48, 47 verzögert ein. Die Mitkopplung über den Widerstand 51 bewirkt eine zusätzliche Ansteuerung der Transistoren 23 und 34 sowie eine Veränderung der Ansprechspannung des Differenzverstärkers entsprechend der Schalthystercse. Die Mitkopplung über 49 ergibt eine verstärkte Ansteuerung des Transistors 45. Beide Mitkopplungen zielen auf ein Kippen des Verstärkers, wobei jedoch die Mitkopplung über 51 wegen des der Störimpulsunterdrückung dienenden Kondensators 21 nur verzögert eingreift. Durch die Mitkopplung 49 wird aber trotzdem ein schnelles Durchschalten der Transistoren sichergestellt. Ist der Transistor 53 leitend, zieht das Relais 54 an und schließt den Kontakt 56, womit beispielsweise eine Heizung geschaltet wird. Bevor jedoch infolge der veränderten Heizung die vom Thermoelement 1 erfaßte Temperatur auf den Abfallwert des Reglers zurückgegangen ist, wird über die Gegenkopplung 50, 48, 47 ein Abfallen eingeleitet. Die vom Thermoelement 1 erfaßten Temperaturänderungen werden dadurch in an sich bekannter Weise gering gehalten.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Zweipunktregler mit einem Differenzverstärker und einem nachgeschalteten Endverstärker, von dessen einem Ausgang erstens eine zur Bildung des Kippverhaltens dienende Mitkopplung auf den einen Eingang des Differen/vcrstärkers und zweitens eine zur Anpassung an das Zeitverhallen einer Regelstrecke dienende Gegen-, kopplung auf den anderen Eingang des Differenzverstärkers geführt ist, dadurch ,gekennzeichnet, daß eine weitere Mitkopplung (49) im Endverstärker (III) vorgesehen ist und daß die Eingänge des Differenzverstärkers (II) über einen Kondensator (21) miteinander verbunden sind.

2. Zweipunktregler nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß als Eingänge des Differenzverstärkers (II) die Basen von zwei Transistoren (23, 28) dienen, deren Emitter mit dem Kollektor eines als Konstantstromgenerator geschalteten Transistors (25) verbunden sind.

3. Zweipunktregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Endverstärker (III) und dem Differenzverstärker (II) eine Anordnung (39,37; 41, 38) zur Stabilisierung der Versorgungsspannung geschaltet ist.

4. Zweipunktregler nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkopplung aus zwei Widerständen (47, 50) und einem Kondensator (48) besteht und daß der Kondensator parallel zu einem Transistor (53) des Endverstärkers (III) liegt.

Hierzu 1 BIaIt Zeichnungen