DE1938054C3 - Thermostatregler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Thermostatregler mit einer Brückenschaltung und einem im Heizkreis liegenden, von einem als Schwellwertschalter wirkenden Transistor gesteuerten Schaltertransistor, wobei eine an dem Schwellwertschalter anliegende, aus der Diagonalspannung der Brückenschaltung abgeleitete Gleichspannung den Schwellwertschalter steuert

Zur Regelung der Temperatur sind sowohl Zweipunktregler als auch Proportionalregler bekannt

In der DE AS 12 19 115 ist ein Zweipunktregler mit Brückenschaltung für verhältnismäßig langsam verlaufende Vorgänge, wie die Temperaturregelung des Heizkreises einer Waschmaschine, beschrieben. Der Nachteil solcher Regler ist das Überschwingen der Ist-Temperatur über bzw. unter die vorgegebene Soll-Temperatur durch das Ein- und Abschalten des Heizstromes, insbesondere bei relativ schnell verlaufenden Heizvorgängen, so daß ein sägezahnförmiger Temperaturverlauf entsteht. Außerdem besitzt jeder Zweipunktregler eine Hysterese, wodurch auch bei gleichbleibender Umgebungstemperatur Temperatur- »chwankungen am Regelobjekt auftreten,

Diese Nachteile eines Zweipunktreglers werden durch einen Proportionalregler vermieden. Ein solcher

65 Proportionalregler ist in der CH-PS 4 15 134 beschrieben. Hier wird die Wärmezufuhr stetig in Abhängigkeit von der Temperatur geregelt, indem der Arbeitspunkt eines im Heizkreis liegenden Leistungstransistors verändert wird. Dadurch entsteht aber Verlustleistung und damit auch Wärme in diesem Leistungstransistor. Die Höhe dieser Verlustleistung ist vom Regelzustand abhängig und kann genau so groß wie die Heizleistung werden.

Derartige Regelanordnungen sind aber Jür die Temperaturkonstanthaltung hochempfindlicher Schaltungsanordnungen, wie Quarzoszillatoren, wenig geeignet

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Thermostatregler anzugeben, der auch kleinste Temperaturabweichungen ausregelt auch bei relativ schnell verlaufenden Heizvorgängen nicht überschwingt und trotzdem nur geringe Leistungsverluste aufweist

Diese Aufgabe wird bei einem Thermostatregler der eingangs genannten Art dadurch gelöst daß der Gleichspannung eine pulsierende weitere Gleichspannung überlagert wird und daß die Summenspannung den Schwellwertschalter (T 3) steuert

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist, daß trotz kontinuierlicher Regelung der Temperatur im Schalttransistor praktisch kein Leistungsverlust und somit keine unerwüu sehte Wärmeentwicklung auftritt

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel entnehmbar.

Anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels wird der Gegenstand der Erfindung im folgenden näher erläutert

Die Transistoren TI und T2 bilden zusammen mit den Widerständen Al, R2, R7 und i?8 einen Differenzverstärker V herkömmlicher Art, wobei die Widerstände R 1, R2, R3, Rl und R8 Glieder einer temperaturempfindlichen Brückenschaltung sind.

Der als Heißleiter ausgeführte Brückenwiderstand A3 ist körperlich mit dem Thermr>statgehäuse C, auf dem die Heizwicklung //aufgebracht ist, fest verbunden. Der veränderliche Brückenwiderstand R1 dient zur Einstellung der gewünschten Betriebstemperatur (Sollwert) des Thermostatreglers.

Ist die Brücke abgeglichen, wirken sich bereits kleine Temperaturänderungen am Heißleiter Λ 3 (Istwert) durch große Änderungen der Kollektorspannung am Transistor Tl aus. Dieser Kollektorgleichspannung wird im vorliegenden Fall eine 100 Hz-Halbwellenspannung überlagert — es könnte auch eine Wechselspannung, Sägezahnspannung etc. sein — , die einer Gleichrichterschaltung mit den Dioden Di, D2, D3 und DA entnommen wird, wobei mittels des veränderlichen Widerstandes R15 die Amplitudenhöhe einstellbar ist Ein Kondensator CX schafft für die Halbwellenspannung einen niederohmigen Nebenschluß zum Kollektor des Transistors 7*1.

Der nachfolgend vorgesehene Transistor 73 ist über den Widerstand All und die Zenerdiode ZDX vorgespannt Der Transistor T3 wirkt somit als Schwellwertschalter und wird erst dann durchgesteuert, wenn die Augenblicksamplitude der an seiner Basis anliegenden Summenspannung aus Gleichspannung und Halbwellenspannung größer als die anliegende Vorspannung ist Die Basis des nachfolgenden Schalttransistors Γ4, der im Heizkreis liegt, wird über eine Zenerdiode ZD 2 angesteuert Der Wert dieser Zenerdiode ZD 2 ist hierbei so gewählt, daß bei

durchgesteuertem Transistor 73 im nachgeschalteten Schalttransistor 74 kein Basisstram fließt, d. h. daß der Heizkreis unterbrochen ist und somit kein Heizstrom /« fließt Im anderen Fall, wenn der Transistor 73 gesperrt ist, fließt im Schalttransistor 74 ein Basisstrom, der Transistor 74 schaltet durch und es fließt der Heizstrom In = Ub: Rh- Hierbei ist U_B die am Heizkreis anliegende Betriebsspannung und R_H der Widerstand der Heizwicklung H.

Die Amplitudenhöhe der Halbwellenspannung wird durch den Widerstand R15 so eingestellt, daß bei kaltem Heißleiter A3 die Spannungsspitzen der Summenspannung die Schaltschwelle des Transistors 73 eben noch nicht erreichen, so daß der Schalttransistor 74 stets durchgeschaltet ist und der volle Heizstrom fließt

Steigt im Heißleiter A3 die Temperatur an, erhöht sich die Kollektorspannung am Transistor 71 und die Spitzen der Summenspannung steuern den Transistor T3 in einer Periode immer länger auf, so daß bei Annäherung an die Solltemperatur die Einschaltdauer des Heizstromes in einer Periode immer kurzer wird. Damit ergibt sich ein rechteckförmiger Hei7strom. d. h. die Heizung wird periodisch ein- und ausgeschaltet Nach Erreichen der Soll-Temperatur ist die Stromflußdauer während einer Periode u.a. von der Differenz zwischen dieser Temperatur und der Umgebungstemperatur abhängig. Der Kondensator CI hat die Aufgabe, die Flankensteilheit der den Transistor TA steuernden Rechteckspannung zu verkleinern, um Spannungsspitzen zu vermeiden, die sonst durch die Induktivität der Heizwicklung am Kollektor des Transistors 74 auftreten können. Wenn ein bestimmtes Temperaturmaximum erreicht wird, steigt die Kollektorspannung des Transistors Ti über den Schwellwert des Transistors 73 an und der Transistor 73 schaltet ständig durch, so daß der Schalttransistor 74 vollständig gesperrt ist und kein Heizstrom fließt Im Betrieb ändert sich also das Tastverhältnis des Heizstromes kontinuierlich und wird sich je nach Umgebungstemperatur auf einen bestimmten Wert einstellen.

Auf diese Weise erfüllt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit ihren geringen Regelabweichungen (± 1"C bei einer Umgebungstemperatur von — 10⁰C bis +45"C) die hohen Anforderungen, wie sie beispielsweise an die Temperaturkonstanz von Quarzoszillatoren gestellt werden. Bei konstanter Umgebungstemperatur sind praktisch keii;e Temperaturschwankungen am Regelobjekt festzustellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Thermostatregler mit einer Brückenschaltung und einem im Heizkreis liegenden, von einem als Schwellwertschalter wirkenden Transistor gesteuerten Schalttransistor, wobei eine an dem Schwellwertschalter anliegende, aus der Diagonalspannung der Brückenschaltung abgeleitete Gleichspannung den Schwellwertschalter steuert, dadurch ge- ro kennzeichnet, daß der Gleichspannung eine pulsierende weitere Gleichspannung überlagert wird und daß die Summenspannung den Schwellwertschalter (T3) steuert.

2. Thermostatregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalttransistor (TA) sperrt und den Heizkreis (Ih) unterbricht, wenn der als Schwellwertschalter wirkende Transistor (T3) durchgeschaltet ist

3. Thermostatregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalttransistor (T4) voll durchschallet und den Heizkreis (Ih) einschaltet, wenn der als Schwellwertschalter wirkende Transistor (73) gesperrt ist

4. Thermostatregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pulsierende Gleichspannung aus einer niederfrequenten Halbwellenspannung besteht, die eine Gleichnchteranordnung mit vier Dioden (D 1, D 2, D 3 und D4) liefert

5. Thermostatregler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwert der Halbwellenspannung durch einen Widerstand (R 15) einstellbar ist

6. Thermostatregler nach mspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dei Emitter des Schwellwertschalters (T3) über eine Zener* ode (ZD 1) vorgespannt ist

7. Thermostatregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Basis des Schalttransistors (TA) über eine weitere Zenerdiode (ZD 2) von dem Schwellwertschalter (T3) angesteuert wird.