DE1673519C3 - Circuit arrangement for temperature control of thermostats heated with direct current - Google Patents
Circuit arrangement for temperature control of thermostats heated with direct currentInfo
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Description
E>ie Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Temperaturregelung von mit Gleichstrom geheizten Thermostaten, unter Verwendung einer bistabilen Kippschaltung, die mit ihrem einen Eingang an einem Spannungsteiler liegt, der so bemessen ist, daß bei Solltemperatur die unmittelbar mit diesem gekoppelte Kippstufe stromführend ist und bei dem mindestens ein Widerstand ein temperaturabhängiger Widerstand ist, der im Innern oder am Heizmantel des Thermostatengehäuses angeordnet ist und daß parallel zum Spannungsteiler ein Stabilisierungselement liegt und bei der die Kippstufe ausgangsseitig über eine Diucie mit einem elektronischen Schalter verbunden ist, dessen Schaltstrecke der Thermostatwicklung vorgeschaltet ist.The invention relates to a circuit arrangement for regulating the temperature of those heated with direct current Thermostats, using a bistable toggle switch that has one input on one The voltage divider is dimensioned so that at the setpoint temperature the directly coupled with this Trigger stage is live and in which at least one resistor is a temperature-dependent resistor is, which is arranged inside or on the heating jacket of the thermostat housing and that parallel to Voltage divider is a stabilization element and the flip-flop on the output side via a Diucie is connected to an electronic switch, the switching path of which is connected upstream of the thermostat winding is.
Besonders hohe Anforderungen werden an die Konsiunx der Tragerfrequenzen in TrUgerfrequenzsystemen gestellt. Häufig werden alle in einem System vorhandenen Trägerfrequenzen von einer Grunclfrequenz abgeleitet, die wiederum mittels eines Grundgenerators erzeugt wird. Es muß daher besonderes Augenmerk auf die Frequenzkonstanzen des jeweiligen Grundgenerators gertchtet werden. Deshalb werden derartige Grundgeneratoren mit einem Thermostaten versehen, der dafür sorgt, daß die Umgebungstemperatur des Gmndgenerators unabhängig von der Außentemperatur ihren konstanten Wert beibehält. Hierzu ist es jedoch erforderlich, eine Regelung für den Thermostaten vurzusehen.Particularly high requirements are placed on the Consensus of the carrier frequencies in carrier frequency systems placed. Often all of the carrier frequencies present in a system start from one base frequency derived, which in turn is generated by means of a basic generator. It must therefore be special Attention should be paid to the frequency constants of the respective basic generator. Therefore be Such basic generators are provided with a thermostat, which ensures that the ambient temperature of the basic generator maintains its constant value regardless of the outside temperature. For this, however, it is necessary to provide a regulation for the thermostat.
Bei herkömmlichen Regelungen werden Quarzthermostate verwendet, welche Quecksilberkontaktthermometer oder Bimetallschalter als Temperaturfühler aufweisen und bei denen Relais als Schaltverstärker verwendet v/erden. Es läßt sirh bet derartigen Anordnungen nicht vermeiden, daß eine gewisse Störanfälligkeit, vor allem über eine längere Zeit gesehen, auftritt.With conventional controls, quartz thermostats are used uses which mercury contact thermometer or bimetal switch as a temperature sensor and where relays are used as switching amplifiers. It leaves sirh bet such Arrangements do not avoid that a certain susceptibility to failure, especially seen over a long period of time, occurs.
Aus der USA.-Patentschrift 3 028473 ist bereits eine Schaltungsanordnung zur Temperaturregelung von mi! Gleichstrom geheizten Thermostaten bekannt, bei der eine bistabile Kippschaltung mit einem Transistor über einen Spannungsteiler angesteuert ist, der so bemessen ist, daß bei Solltemperatur die unmittelbar mit diesem gekoppelte Kippstufe stromführend ist und bei dem mindestens ein Widerstand ein temperaturabhängiger Widerstand ist, der im Innern oder am Heizmantel des Theimostatengehäuses angeordnet ist, bei der ferner die ausgangsseitige Kippstufe über eiine Zenerdiode mit einem elektronischen Schalter verbunden ist, und die Schaltstrecke des elektronischen Schalters in Reihe zur Thermostatwicklung angeordnet ist.US Pat. No. 3,028,473 is already a circuit arrangement for temperature control of mi! DC heated thermostats known, in which a bistable multivibrator with a transistor is controlled via a voltage divider, which is dimensioned in such a way that at the setpoint temperature the flip-flop that is directly coupled to it is energized and in which at least one resistor is a temperature-dependent resistor that is inside or is arranged on the heating jacket of the theimostat housing, in which also the output-side flip-flop is connected to an electronic switch via a Zener diode, and the switching path of the electronic switch is arranged in series with the thermostat winding.
Dies«; Anordnung hat jedoch wesentliche Nachteile. Einer der Nachteile bestehi darin, daß die Thermostatwicklungen aufgeteilt s!nd und daß ein Teil dieser Wicklungen im Kollektorkreis des Transistors und ein weiterer Teil im Emitterkeis des Transistors liegt. Dadurch entsteht über den Teilweiderstand der Thermostatwicklung eine Gleirhstromgegenkopplung, so daß die Kippschaltung mit dem Transistor erst bei höheren Eingangsspannungen anspricht.This"; However, the arrangement has significant disadvantages. One of the disadvantages is that the thermostat windings are split ! nd and that part of these windings is in the collector circuit of the transistor and another part in the emitter circuit of the transistor. This creates a sliding current negative feedback through the partial resistance of the thermostat winding, so that the flip-flop with the transistor only responds at higher input voltages.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Eingangsspannung nicht stabilisiert ist, so daß dadurch der Kippunkt nicht exakt festgelegt werden kann. Die Kippschaltung bei der bekannten Anordnung besteht aus einem Schalttransistor mit Rückkopplung. Das Schaltverhalten einer solchen bistabilen Kippstufe ist jedoch bezüglich seiner Steilheit wesentlich geringer als das eines zweistufigen Transistormultivibrators.Another disadvantage is that the input voltage is not stabilized, so that the tipping point cannot be determined exactly. The flip-flop circuit in the known arrangement exists from a switching transistor with feedback. The switching behavior of such a bistable multivibrator is however, its steepness is significantly lower than that of a two-stage transistor multivibrator.
Eine weitere ähnliche Temperaturregelschaltung ist aus der USA.-Patentschrift 3 114 025 bekannt, die mit ähnlichen Nachteilen behaftet ist.Another similar temperature control circuit is known from US Pat. No. 3,114,025, which with has similar disadvantages.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung fcur Temperaturregelung von mit Gleichstrom geheizten Thermostaten zu schaffen, durch die eine Verbesserung gegenüber den vorstehend genannten Regelanordnungen erreicht wird.The object of the present invention is therefore to provide a circuit arrangement for temperature control of thermostats heated with direct current, through which an improvement over the aforementioned control arrangements is achieved.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Schaltungsanordnung zur Temperaturregelung von mit Gleichstrom geheizten Thermostaten derart ausgebildet, daß zwei Zenerdioden zur Spannungsstabilisierung parallel zu dem Spannungsteiler geschaltet sind und mitTo solve this problem, the circuit arrangement for temperature control of with direct current heated thermostat designed so that two Zener diodes for voltage stabilization in parallel are connected to the voltage divider and with
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diesem eine Brückerischaltung bilden, dall die bistabile Kippstufe aus einem zweistufigen Multivibrator besteht, deren zweite Eingangsklemme mit dem Verbindungspunkt der beiden Zenerdioden verbunden ist, und daß die die Kippstufen mit dem elektronischen Schalter verbindende Diode eine Zenerdiode ist.This form a bridge circuit, since the bistable Multivibrator consists of a two-stage multivibrator, the second input terminal of which with the connection point of the two Zener diodes is connected, and that the flip-flops with the electronic The diode connecting the switches is a zener diode.
Durch diese Maßnahmen erhält man eine äußerst betriebssichere und eine stets zuverlässig arbeitende Temperaturregelungsschaitung für Thermostate,These measures result in an extremely reliable and always reliable one Temperature control circuit for thermostats,
Gegenüber der Anordnung nach der USA.-Patentschrift 3 028473 ergibt sich der Vorteil, daß bei einer wesentlich kleineren Ansprechempfindlichkeit der Schaltung eine wesentlich höhere Stabilität bezüglich der Spannung am Eingang und damit der Verschievorteilhaft, wenn in bereits im Betrieb befindlichen Einrichtungen herkömmliche RegelscJwrtHingen durch die Regelschaltung nach der Erfindung ersetzt werden sollen, da in diesem Fall im allgemeinen nur ^in begrenzter Raum zur Verfugung steht.Compared to the arrangement according to the USA patent specification 3 028473 there is the advantage that with a much lower sensitivity of the Circuit a much higher stability with regard to the voltage at the input and thus the shift advantageous, if conventional control procedures apply in facilities already in operation the control circuit according to the invention can be replaced should, since in this case generally only ^ in limited Space is available.
Für die Merkmale der Unteransprüche wird kein fc'lementenschutz begehrt.No element protection is sought for the features of the subclaims.
An Hand der F i g. 1 und 2 wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigtOn the basis of FIG. 1 and 2 the invention is explained in more detail. It shows
Fig. I eine Regelschaltung mit einem Transistor als elektronischen Schalter,Fig. I a control circuit with a transistor as an electronic switch,
F i g. 2 eine Regelschaltung mit einem Stromtor als elektronischen Schalter,F i g. 2 a control circuit with a power gate as an electronic switch,
F i g. 3 eine Regelschaltung, bei der die zweite StufeF i g. 3 a control circuit in which the second stage
bung des Schwellwertes erreicht wird. Die erf indungs- i5 der Kippschaltung und der Thermostat mit pulsierenthe threshold value is reached. The invention of the toggle switch and the thermostat pulsate with it
d Glihng betrieben werdend Glihng are operated
gemäße Anordnung ist daher in ihrem gesamten Schaltverhalten wesentlich besser als die Anordnung nach der genannten USA.-Patentschrift.proper arrangement is therefore much better than the arrangement in its overall switching behavior according to the aforementioned USA patent.
Gegenüber der bekannten Anordnung nach der USA.-Patentschrift 3 114025 weist der vorliegende Anmeldungsgegenstand den wesentlichen Vorteil auf, daß die bistabile Kippstufe eingangsseitig zwischen dem Verbindungspunkt der beiden den !ipannungsteiler bildenden ohmschen Widerstände und dem Verbindungspunkt der beiden Zenerdioden, die diesem Spannungsteiler parallel geschaltet sind, liegt, so daß die bistabile Kippstufe von einer Brückenschaltung angesteuert wird. Dadurch bewirken die Zenerdioden nicht nur ein versteuertes Durchschalten der bistabilen Kippstufe, sondern dadurch, daß die Emitter gegenüber der Masseleitung und dem Betrag der einen Zenerdiode angehoben sind, auch eine äußerst geringe Abhängigkeit der Schaltung von Temperaturschwankungen. Diese Abhängigkeit ist bei der bekannten Schaltung in starkem Maße deshalb gegeben, weil der Emitter direkt an Masse geführt ist, wodurch die Temperaturabhängigkeit der Emitter-Basis-Schwellspannung unmittelbar auf die Schaltung eingeht. Dadi-rch, daß außerdem auch die Ankopplung der Gleichspannung betrieben werden.Compared to the known arrangement according to US Pat. No. 3,114,025, the present Subject of the application has the significant advantage that the bistable flip-flop on the input side between the connection point of the two the voltage divider forming ohmic resistances and the connection point of the two Zener diodes, which this Voltage dividers are connected in parallel, so that the bistable multivibrator is from a bridge circuit is controlled. As a result, the Zener diodes not only cause taxed switching through of the bistable multivibrator, but by the fact that the emitter compared to the ground line and the amount of a Zener diode are raised, also an extremely low dependence of the circuit on temperature fluctuations. This dependency is given to a large extent in the known circuit, because the emitter is connected directly to ground, which reduces the temperature dependence of the emitter-base threshold voltage goes directly to the circuit. Dadi-rch, that also the coupling the DC voltage can be operated.
Die Heizwicklung 12 des Thermostaten in Fig. 1 wird über den Leistungsschalttransistor 16 ein- und ausgeschaltet. Der Transistor 15 dient als Vorverstär-The heating winding 12 of the thermostat in FIG. 1 is switched on and off via the power switching transistor 16 switched off. The transistor 15 serves as a preamplifier
ao ker. Über die zur Versteilerung des Umschaltens verwendete Zenerdiode 10 wird der Transistor 15 aus einer Kippstufe, gebildet aus u\_n Transistoren 3 und 4, angesteuert.ao ker. About the one used to steepen the switching Zener diode 10 is the transistor 15 from a trigger stage, formed from u \ _n transistors 3 and 4, controlled.
Die Basis der Transistoren 3 und 4 ist gegen denThe base of transistors 3 and 4 is against the
as Minuspol der Schaltung durch die konstante Spannung der Zenerdiode 5 vorgespannt. Dadurch wird die Temperaturabhängigkeit der Kippstufe verkleinert und ihre Umschaltempfindlichkeit vergrößert. Die Zenerdiode 5 dient gleichzeitig mit der in SerieThe negative pole of the circuit due to the constant voltage the zener diode 5 biased. This reduces the temperature dependency of the trigger stage and their switching sensitivity increased. The zener diode 5 serves simultaneously with the in series
geschalteten Zenerdiode 6 zur Stabilisierung der Versorgungsspannung der Kippstufe.switched Zener diode 6 to stabilize the supply voltage the tilting stage.
Die beiden Widerstände 1 und 2 bilden einen Spannungsteile ι, der ebenfalls an die konstante Spannung der Serienschaltung beider Zenerdioden 5 undThe two resistors 1 and 2 form a voltage part ι, which is also connected to the constant voltage the series connection of both Zener diodes 5 and
6 angeschaltet ist. Das Spannungsteilerverhältnis sei zunächst so gewählt, daß bei Solltemperatur des Thermostaten der Transistor 3 leitend ist. Der Spannungsteilerwiderstand 1 soll dabei ein Htißleiter sein, welcher im Inneren oder am Heizmantel des Thermosta6 is switched on. Let the voltage divider ratio be initially chosen so that the transistor 3 is conductive at the set temperature of the thermostat. The voltage divider resistor 1 should be a Htißleiter, which inside or on the heating jacket of the thermostat
der bistabilen kippstufe an den elektronischen's'chal- 40 ten angebracht ist.the bistable multivibrator is attached to the electronic switches.
ter über eine Zenerdiode erfolgt und zudem als Kippstufe ein Schmitt-Trigger an Stelle eines Unijunction-Transistors verwendet wird, wird der Schalteffekt noch weiter verbessert.ter takes place via a Zener diode and also a Schmitt trigger as a multivibrator instead of a unijunction transistor is used, the switching effect is further improved.
Zusammenfassend kann daher festgestellt werden, daß die Schaltqualität der gesamten Anordnung sowohl was die Temperaturabhängigkeit als auch die Steilheit des Durchschaltens betrifft, gegenüber dieser bekannten Schaltung erheblich verbessert ist.In summary, it can therefore be stated that the switching quality of the entire arrangement both as far as the temperature dependence and the steepness of the switching are concerned, compared to this known circuit is significantly improved.
Als temperaturabhängigen Widerstand lassen sich, wie an sich bekannt, Heiß- und/oder Kaltleiter verwenden. Eine besonders hohe Temperaturkonstanz läßt sich bei gleichzeitiger Verwendung von Heiß- und Kaltleiter erreichen.As is known per se, hot conductors and / or PTC thermistors can be used as the temperature-dependent resistor. A particularly high temperature constancy can be achieved with the simultaneous use of hot and cold Reach PTC thermistors.
Als elektronische Schalter können vorteilhaft Transistoren verwendet werden. Für größere Thermostatenheizleistungen ist es von Vorteil, an Stelle der Transistoren als elektronische Schalter gesteuerte Siliziumhalbleitergleichrichter einzusetzen. Die Regelsteilheit der Schaltung läßt sich mit Hilfe eines Verstärkers, der der Steuerelektrode des elektronischen Schalters vorgeschaltet ist, noch weiter erhöhen.Transistors can advantageously be used as electronic switches. For larger thermostat heating capacities it is advantageous to use transistors instead of controlled electronic switches Use silicon semiconductor rectifiers. The steepness of the control of the circuit can be determined with the help of an amplifier, which is connected upstream of the control electrode of the electronic switch, increase even further.
Verwendet man zur Gleichstromversorgung der zweiten Kippstute pulsierenden Gleichstrom, so läßt sich vor allem der für die Gleichrichtung erforderliche Speicherkondensator wesentlich verringern, so daß dadurch die gesamte Baugruppe in ihren Abmessungen verkleinert werden kann. Das ist vor allem dann Da durch den leitenden Transistor 3 der Transistor 4 gesperrt ist, wird über den Kollektorarbeitswiderstand des Transistors 4 und die Zenerdiode 10 die Transistorschaltanordnung mit den Transistoren 15If pulsating direct current is used to supply the second Kippstute with direct current, then it can be especially the one required for rectification Significantly reduce the storage capacitor, thereby reducing the dimensions of the entire assembly can be reduced in size. This is mainly because the transistor 3 is conductive 4 is blocked, via the collector load resistance of the transistor 4 and the Zener diode 10, the Transistor switching arrangement with transistors 15
und 16 durchgeschaltet und der Thermostatenheizwiderstand vom Heizstrom durchflossen. Durch die Erwärmung verkleinert sich der Wert des Heißleiters 1. Der Transistor 3 wird gesperrt und der Transistor 4 wird leitend. Die Durchbruchspannung der Zener-and 16 switched through and the thermostat heating resistor flowed through by the heating current. As a result of the heating, the value of the thermistor 1 is reduced. The transistor 3 is blocked and the transistor 4 becomes conductive. The breakdown voltage of the Zener
diode 10 wird unterschritten. Die Ansteuerung der Transistoren 15 und 16 wird unterbrochen. Nach einer gewissen Absenkung der Thermostatentemperatur wiederholt sich der Vorgang von neuem.diode 10 is not reached. The activation of the transistors 15 and 16 is interrupted. After a the process is repeated again after a certain reduction in the thermostat temperature.
Man kann sinngemäß den Widerstand 1 als kon-You can use the resistance 1 as a con-
stanten Widerstand ausbilden und als Widerstand 2 einen keramischen Kaltleiter verwenden, der in diesem Falle als Temperaturfühler verwendet wird. Der Kaltleiter hat den Vorteil, daß ζ. B. bei + 60° C sein Temperaturkoeffizient sechsmal größer als der einesForm a constant resistance and use it as a resistance 2 use a ceramic PTC thermistor, which in this case is used as a temperature sensor. the PTC thermistor has the advantage that ζ. B. at + 60 ° C its temperature coefficient is six times greater than that of one
Thernewids ist. Dadurch erhält man eine wesentlich höhere Konstanz der ThermostatenJemperatur.Thernewids is. This means that the thermostat temperature is much more constant.
Man kann die Konstanz noch weiter verbessern, wenn man sou ohl den Thernewid 1 als auch den Kaltleiter 2 gleichzeitig als Temperaturfühler verwendet. Da Temperaturänderungen verhältnismäßig langsam erfolger), ist es für ein schnelles Umschalten der Kippschaltung bei gleichzeitiger erwünschter kleiner Hysterese zweckmäßig, die Kondensatoren 8 undYou can improve the constancy even more if you use the Thernewid 1 as well as the PTC thermistor 2 used as temperature sensors at the same time. Because temperature changes are relatively slow success), it is smaller for quick switching of the toggle switch while at the same time desired Hysteresis useful, the capacitors 8 and
in geeigneter Größe in die Schaltung einzufügen.to be inserted into the circuit in a suitable size.
Unter Berücksichtigung der möglichen Umrüstung in Betrieb befindlicher Geräte empfiehlt es sich, die Anordnung aus einer 20 V Röhrenheizspannung für die Gestelle der Nachrichtenübcrtragungstcchnik über den Brückcngleichrichter 14 zu speisen. Für die Transistorschaltanordniing 15 und 16 ist im allgemeinen keine Siebung erforderlich. Ihre Betriebsspannung beträgt bei vorliegendem Beispiel etwa 0,9 (J,,, (Vt„ = 20 Volt).Taking into account the possible retrofitting of devices in operation, it is advisable to feed the arrangement from a 20 V tube heating voltage for the frames of the message transmission technology via the bridge rectifier 14. No screening is generally required for the transistor switching arrangements 15 and 16. In the present example, its operating voltage is approximately 0.9 (J ,,, (V t " = 20 volts).
Für die erste Stufe der Kippschaltung ist eine ausreichende Siebung erforderlich, die zweite Stufe kann hingegen mit pulsierendem Gleichstrom betrieben werden. Der Strombedarf der Kippschaltung beträgt nur wenige Milliampere. Über die Entkopplungsdiode 13 wird die gleichgerichtete Spannung an den Ladekondensator 7 geführt und beträgt dort dann etwa 1,4 υ,». Dies ist von Vorteil, weil man dadurch den Vorwiderstand für die Zenerdioden 5 und 6 größer wählen kann und dadurch eine bessere Spannungsstabilisierung erhält. Sufficient sieving is required for the first stage of the multivibrator, the second stage, on the other hand, can be operated with pulsating direct current. The current requirement of the flip-flop is only a few milliamperes. The rectified voltage is fed to the charging capacitor 7 via the decoupling diode 13 and is then approximately 1.4 ½ ». This is advantageous because it allows the series resistor for the Zener diodes 5 and 6 to be selected to be larger and, as a result, a better voltage stabilization is obtained.
Kir größere Thermostatenhcizlcistungcn kann es von Vorteil sein, an Stelle der Transistorschaltanordniing mit den Transistoren 15 und 16 in Fig. 1 eine Schaltung mit einem Silizium-Stromtor Il nach F i g. 2 zu veiwenden. Dabei wäre eine Gleichrichtung 14 nicht unbedingt erforderlich.For larger thermostat heating capacities, it can be an advantage instead of transistor switchgear with the transistors 15 and 16 in FIG. 1, a circuit with a silicon current gate II according to FIG. 2 to use. A rectification would be 14 not necessarily required.
Es lassen sich auch zwei antiparallclgeschaltctc Stromtorc verwenden. Dabei wird aber die Ansteuerschaltung wesentlich komplizierter.It is also possible to switch two antiparallel Use power torc. In this case, however, the control circuit becomes much more complicated.
ίο In Fi g. 3 ist eine Schaltungsanordnung gezeigt, bei der als elektronischer Schalter ein Transistor verwendet wird. Die /weite Stufe der Kippschaltung wird hierbei genauso wie der Thermostat mit einer pulsierenden Gleichspannung gespeist. Die erste Stufe wirdίο In Fi g. 3 shows a circuit arrangement at which uses a transistor as an electronic switch. The / wide stage of the toggle switch is here, just like the thermostat, is fed with a pulsating DC voltage. The first stage will
»5 mit einer gesiebten Gleichspannung versorgt. Die Bezeichnungen in der Anordnung entsprechen den Bezeichnungen in den Fig. 1 und 2.»5 is supplied with a filtered DC voltage. The names in the arrangement correspond to the designations in FIGS. 1 and 2.
Eventuell erforderliche Funkcntstörtnittel zur Vermeidung von Knacken in den TF-Kanälcn beimRadio interference suppression agents that may be required to avoid this cracks in the TF channels
»o Schalten der Thermostaten sind übersichtshalber ir den Schaltungen weggelassen.»O Switching the thermostats is for the sake of clarity ir the circuits are omitted.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (6)
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- 1967-03-28 DE DE1673519A patent/DE1673519C3/en not_active Expired
Also Published As
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