DE19949700B4 - Circuit for rectifying a pulsed AC voltage - Google Patents

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Abstract

Schaltung zur Gleichrichtung einer getakteten Wechselspannung (B), wobei mit dem letzten Nulldurchgang der Wechselspannung (B) ein Ladekondensator (Cl) eines Spitzenwertgleichrichters (Ic4) durch einen elektronischen Schalter (Fet1) entladen wird,
gekennzeichnet durch
– parallele Schaltungsmittel (Ic1 und Ic2) zur Trennung der Wechselspannung (B) in einen positiven und einen negativen Gleichrichterteil, deren Ausgänge an einen
– Differenzverstärker (Ic3) zur Vollwellengleichrichtung (I) geführt sind, an den seriell der
– Spitzenwertgleichrichter (Ic4) mit dem Ladekondensator (Cl) zur Speicherung der pulsierenden Gleichspannung und ein
– Bufferverstärker (Ic5) zur Bereitstellung der gleichgerichteten (D) getakteten Wechselspannung (B) angeschlossen sind, wobei der Bufferverstärker (Ic5) eingangsseitig mit dem
– elektronischen Schalter (Fet1) zur Entladung des Ladekondensators (Cl) verbunden ist, welcher Schalter (Fet1) von einer
– Logikschaltung (LS) beaufschlagt ist, die von dem positiven und dem negativen Gleichrichterteil abgeleitete und mittels
– Signalumformer (S1 und S2) in Rechteckimpulse umgeformte Steuersignale (G und J)...Circuit for rectifying a pulsed alternating voltage (B), wherein with the last zero crossing of the alternating voltage (B) a charging capacitor (Cl) of a peak value rectifier (Ic4) is discharged by an electronic switch (Fet1),
marked by
Parallel circuit means (Ic1 and Ic2) for separating the AC voltage (B) into a positive and a negative rectifier part whose outputs are connected to a
- Differential amplifier (Ic3) for full wave rectification (I) are performed, to the serial of the
- Peak rectifier (Ic4) with the charging capacitor (Cl) for storing the pulsating DC voltage and a
Buffer amplifier (Ic5) for providing the rectified (D) clocked AC voltage (B) are connected, wherein the buffer amplifier (Ic5) on the input side with the
- Electronic switch (Fet1) for discharging the charging capacitor (Cl) is connected, which switch (Fet1) of a
- Logic circuit (LS) is applied, derived from the positive and the negative rectifier part and means
- Signal converter (S1 and S2) transformed into rectangular pulses control signals (G and J) ...

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Gleichrichtung einer getakteten Wechselspannung, wobei mit dem letzen Nulldurchgang der Wechselspannung ein Ladekondensator eines Spitzenwertgleichrichters durch einen elektronischen Schalter entladen wird.The The invention relates to a circuit for rectifying a clocked AC voltage, with the last zero crossing of the AC voltage a charging capacitor of a peak rectifier by a electronic switch is discharged.

Eine derartige Schaltung ist beispielsweise durch die DE 24 44 655 B2 bekannt geworden.Such a circuit is for example by the DE 24 44 655 B2 known.

Eine auch als Burst-Signal bezeichnete getaktete Wechselspannung wird für Auswertungs- und Meßzwecke üblicherweise in gleichgerichtete Impulspakete umgeformt. Derartige Umformungen mittels Gleichrichterschaltung sind für diverse sehr unterschiedliche Anwendungsfälle gebräuchlich. Als Beispiel sei die Auswertung beziehungsweise Überwachung blinkender Signallampen in Eisenbahn-Stellwerken genannt. Bei den meisten Anwendungsfällen kommt es darauf an, möglichst kurze Ein- und Ausschwingzeiten der Gleichrichtung zu erreichen, um auch höhere Taktfrequenzen und variable Tastverhältnisse präzise meßtechnisch erfassen zu können.A Also called burst signal clocked AC voltage is for evaluation and measuring usually transformed into rectified pulse packets. Such transformations By means of rectifier circuit are for various very different use cases common. An example is the evaluation or monitoring of flashing signal lamps called in railway signal boxes. For most applications comes it is important, if possible achieve short ringing and decay times of the rectification, even higher Clock frequencies and variable duty cycles to be able to capture precise metrology.

Aus der eingangs genannten DE 24 44 655 B2 ist Spitzenwertgleichrichter bekannt, bei dem der Ladekondensator einer eingangsseitig angeordneten Integrationsstufe durch einen elektronischen Schalter entladen werden kann. Das Ansteuersignal für diesen Schalter wird offensichtlich durch den Nulldurchgang am Ende jeder Vollwelle einer am Eingang liegenden Wechselspannung generiert. Werden an den Gleichrichter aus Vollwellen gebildete Schwingungspakete gelegt, so findet am Ende, d. h. beim letzten Nulldurchgang, eine Entladung statt.From the above DE 24 44 655 B2 Peak-value rectifier is known in which the charging capacitor of an input side arranged integration stage can be discharged by an electronic switch. The drive signal for this switch is evidently generated by the zero crossing at the end of each full wave of an AC voltage present at the input. If oscillation packets formed from solid waves are applied to the rectifier, a discharge takes place at the end, ie at the last zero crossing.

Weiter ist aus der DE-AS 2110654 ein Spitzenwertgleichrichter mit zwei aufeinander folgenden Integrationsstufen bekannt. Integrierendes Element der ersten Stufe ist ein Kondensator C1, welcher aus der über einen Transistor gleichgerichteten Eingangswechselspannung geladen wird. Bedingt durch einen Entladewiderstand R, der den Kondensator C1 belastet, weist die Spannung der ersten Stufe eine gewisse Welligkeit auf, die erst in der zweiten Integrationsstufe (C2, D und G2) beseitigt wird. Erfolgt nach dem letzten Nulldurchgang der Eingangswechselspannung keine erneute Nachladung des Kondensators C1, fällt die hieran anliegende Spannung aufgrund der Entladung über den Widerstand R. Unterschreitet diese Spannung einen durch einen Referenzwert vorgegebenen Wert, erfolgt eine Ansteuerung eines Transistors T2, der beim Durchschalten einen Kondensator C2 der zweiten Stufe niederohmig entlädt und damit zu einem abrupten Abfall der Ausgangsspannung führt. Zur Vermeidung der Entladung des Kondensators C2 innerhalb des Schwingungspaketes erfolgt eine in Bezug auf den letzten Nulldurchgang verspätete Ansteuerung.Next is from the DE-AS 2110654 a peak rectifier with two successive integration stages known. Integrating element of the first stage is a capacitor C1, which is charged from the rectified via a transistor input AC voltage. Due to a discharge resistor R, which loads the capacitor C1, the voltage of the first stage has a certain ripple, which is eliminated only in the second integration stage (C2, D and G2). If there is no renewed recharging of the capacitor C1 after the last zero crossing of the AC input voltage, the voltage applied to it drops due to the discharge via the resistor R. If this voltage falls below a value predetermined by a reference value, a transistor T2 is triggered, which switches on a capacitor C2 the second stage discharges low impedance and thus leads to an abrupt drop in the output voltage. In order to avoid the discharge of the capacitor C2 within the oscillation packet, a delay occurs in relation to the last zero crossing.

Schließlich zeigt die DE 42 43 481 C1 einen Spitzenwertgleichrichter mit getrennter Auswertung der positiven und negativen Halbwellen der Eingangswechselspannung.Finally, the shows DE 42 43 481 C1 a peak rectifier with separate evaluation of the positive and negative half cycles of the input AC voltage.

Eine bekannte Gleichrichterschaltung zeigt 1. Diese typische Vollwellen-Gleichrichterschaltung besteht im Wesentlichen aus zwei Integrationsstufen 1 und 2 und einem Spitzenwertdetektor 3. 2 zeigt die zugehörigen Signalverläufe an den Punkten B, C, D und E. Es ist ersichtlich, dass die am Punkt C gleichgerichtete Eingangsspannung B noch sehr wellig, das heißt relativ schwach integriert ist. Mittels der nachfolgenden einfachen Integrationsstufe 2 wird das am Punkt D anstehende Signal zwar weiter geglättet; es ergibt sich aber eine Verlängerung der Ein- und Ausschwingzeit. Der Spitzenwertdetektor 3 lädt einen Speicherkondensator 4 in der schnellstmöglichen Zeit auf; seine Entladezeit bestimmt aber ein parallel geschalteter Widerstand 5. Ist dieser Widerstand 5 klein, wird der Kondensator 4 schneller entladen, so dass die Ausschwingzeit kürzer ist; die Welligkeit des Signals ist dann aber größer. Der Nachteil dieser bekannten Schaltung besteht also vor allem darin, dass Glättung auf der einen Seite und Ein- und Ausschwingzeit auf der anderen Seite gegenläufige Tendenz aufweisen.A known rectifier circuit shows 1 , This typical full-wave rectifier circuit essentially consists of two integration stages 1 and 2 and a peak detector 3 , 2 shows the associated waveforms at the points B, C, D and E. It can be seen that the rectified at point C input voltage B is still very wavy, that is relatively weak integrated. By means of the following simple integration stage 2 the signal at point D will be smoothed further; However, it results in an extension of the input and release time. The peak detector 3 loads a storage capacitor 4 in the fastest possible time; but its discharge time determines a resistor connected in parallel 5 , Is this resistance 5 small, becomes the capacitor 4 discharge faster, so the decay time is shorter; the ripple of the signal is then greater. The disadvantage of this known circuit is thus, above all, that smoothing on the one hand and on and off-time on the other hand have opposite tendencies.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur Gleichrichtung einer getakteten Wechselspannung anzugeben, die sich durch schnelle und präzise Gleichrichtung auszeichnet, wobei die Ein- und Ausschwingzeiten möglichst kurz sein sollen, um auch höhere Taktfrequenzen und variable Tastverhältnisse verarbeiten zu können.Of the Invention is based on the object, a circuit for rectification indicate a pulsed AC voltage, which is characterized by fast and precise Rectification is distinguished, with the arrival and release times preferably should be short, even higher To be able to process clock frequencies and variable duty cycles.

Die Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Eingangswechselspannung wird in einem positiven und einem negativen Gleichrichterteil getrennt bearbeitet und im nachfolgenden Differenzverstärker zur Vollwellengleichrichtung zusammengesetzt. Danach wird in einem Spitzenwertgleichrichter die pulsierende Gleichspannung mittels Ladekondensator gespeichert und über einen Bufferverstärker zur Messung bereitgestellt. Vom positiven und vom negativen Gleichrichterteil wird je ein Steuersignal abgeleitet und in einer einfachen Logikschaltung so aufbereitet, dass mit dem letzten Nulldurchgang der Eingangswechselspannung der Ladekondensator sehr rasch entladen wird.The The object is achieved with the characterizing features of claim 1. The AC input voltage is in a positive and a negative Rectifier part processed separately and in the following differential amplifier for Full wave rectification composed. After that, in a peak rectifier the pulsating DC voltage stored by means of a charging capacitor and over a buffer amplifier provided for measurement. From the positive and the negative rectifier part is ever derived a control signal and in a simple logic circuit prepared so that with the last zero crossing of the input AC voltage the charging capacitor is discharged very quickly.

Durch diese Schaltung werden gegenüber der oben beschriebenen bekannten Schaltung sowohl eine verbesserte Glättung der Eingangswechselspannung als auch kürzerer Ein- und Ausschwingzeiten erreicht.By this circuit will be opposite the The known circuit described above both improved smoothing of the Input AC voltage as well as shorter settling and decay times reached.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:following The invention is based figurlicher Representations closer explained. Show it:

1: die aus dem Stand der Technik bekannte Schaltung, 1 the circuit known from the prior art,

2: zugehörige Signalverläufe, 2 : associated signal curves,

3: ein Ausführungsbeispiel der beanspruchten Schaltung und 3 An embodiment of the claimed circuit and

4: zugehörige Signalverläufe. 4 : associated signal curves.

Die den Stand der Technik betreffenden 1 und 2 wurden bereits weiter oben erläutert. Die Bezeichnungen B und D für den Eingang und den Ausgang der Schaltung wurden für den Vergleich der entsprechenden Signalverläufe bei den 3 und 4 übernommen.The state of the art 1 and 2 have already been explained above. The designations B and D for the input and the output of the circuit were used for the comparison of the corresponding signal curves in the 3 and 4 accepted.

3 veranschaulicht die wesentlichen Baugruppen einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Gleichrichtung einer getakteten Wechselspannung B. Die Schaltung weist eingangsseitig zwei parallele Schaltungsmittel Ic1 und Ic2 zur Trennung der Wechselspannung in einen positiven und einen negativen Gleichrichterteil auf. Die Ausgänge dieser Schaltungsmittel Ic1 und Ic2 sind mit den beiden Eingängen eines Differenzverstärkers Ic3 verbunden. Die resultierende Signalform einer Vollwellengleichrichtung I ist in 4 dargestellt. An den Differenzverstärker Ic3 sind seriell ein Spitzenwertgleichrichter Ic4 und ein Bufferverstärker Ic5 angeschlossen. Weiterhin ist von dem positiven und dem negativen Gleichrichterteil je eine Steuerleitung abgezweigt. Die abgezweigten Signale F und H werden mittels Signalumformer S1 und S2 in Rechtecksignale G und J umgeformt. Die Rechtecksignale bilden die Eingänge einer Logikschaltung LS, welche einen elektronischen Schalter Fet1 beaufschlagt. Das Ausgangssignal K der Logikschaltung LS hat dabei über die zeitliche Länge des Impulspaketes L-Pegel und springt mit dem letzen Nulldurchgang der Eingangswechselspannung B auf H-Pegel. Dadurch wird der elektronische Schalter Fet1 im Moment des letzten Nulldurchganges der Eingangswechselspannung B durchgeschalten und ein Ladekondensator Cl des Spitzenwertgleichrichters Ic4 wird über eine Leitungsverbindung zwischen dem elektronischen Schalter Fet1 und dem Ladekondensator Cl quasi schlagartig entladen. Dadurch wird der Eingang des Bufferverstärker Ic5 spannungslos und der Signalpegel des Ausgangssignals D sinkt sehr schnell auf Null. Beim Vergleich der Signalverläufe D (2 und 4) am Ausgang der bekannten und der beanspruchten Schaltung ist sofort ersichtlich, dass der Signalverlauf D der beanspruchten Schaltung (3) eine wesentlich bessere Glättung und erheblich verkürzte Ein- und Ausschwingzeiten aufweist. Die Einschwingzeit beträgt nur noch 1/4 der Periodendauer der Eingangswechselspannung B und die Ausschwingzeit beträgt nur noch 1/4 der Periodendauer vom letzten Spitzenwert der Eingangswechselspannung B. Durch die schnelle und präzise Gleichrichtung der getakteten Wechselspannung B ist die Schaltung auch für die Verarbeitung höherer Taktfrequenzen und variabler Tastverhältnisse sowie speziell für die Überwachung schnell blinkender Signallampen geeignet. 3 illustrates the main components of a circuit according to the invention for rectifying a pulsed AC voltage B. The circuit has on the input side two parallel circuit means Ic1 and Ic2 for the separation of the AC voltage in a positive and a negative rectifier part. The outputs of these circuit means Ic1 and Ic2 are connected to the two inputs of a differential amplifier Ic3. The resulting waveform of a full-wave rectification I is in 4 shown. To the differential amplifier Ic3 a peak value rectifier Ic4 and a buffer amplifier Ic5 are connected in series. Furthermore, each branched off from the positive and the negative rectifier part a control line. The branched signals F and H are converted by means of signal converters S1 and S2 into rectangular signals G and J. The square-wave signals form the inputs of a logic circuit LS, which acts on an electronic switch Fet1. The output signal K of the logic circuit LS has L over the time length of the pulse packet and jumps to the last zero crossing of the input AC voltage B to H level. As a result, the electronic switch Fet1 is switched through at the moment of the last zero crossing of the input alternating voltage B, and a charging capacitor C1 of the peak value rectifier Ic4 is discharged virtually abruptly via a line connection between the electronic switch Fet1 and the charging capacitor C1. As a result, the input of the buffer amplifier Ic5 is de-energized and the signal level of the output signal D falls very quickly to zero. When comparing the signal curves D ( 2 and 4 ) at the output of the known and the claimed circuit is immediately apparent that the waveform D of the claimed circuit ( 3 ) has a much better smoothing and significantly shortened entry and exit times. The settling time is only 1/4 of the period of the input AC voltage B and the settling time is only 1/4 of the period of the last peak value of the input AC voltage B. The fast and precise rectification of the clocked AC voltage B, the circuit is also for the processing of higher clock frequencies and variable duty cycles, as well as for fast flashing signal lamps.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das vorstehend angegebene Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung von den Merkmalen der Erfindung Gebrauch machen.The Restricted invention not on the above embodiment. Rather, it is a number of variants conceivable, which is also fundamentally different kind of execution of make use of the features of the invention.

Claims (2)

Schaltung zur Gleichrichtung einer getakteten Wechselspannung (B), wobei mit dem letzten Nulldurchgang der Wechselspannung (B) ein Ladekondensator (Cl) eines Spitzenwertgleichrichters (Ic4) durch einen elektronischen Schalter (Fet1) entladen wird, gekennzeichnet durch – parallele Schaltungsmittel (Ic1 und Ic2) zur Trennung der Wechselspannung (B) in einen positiven und einen negativen Gleichrichterteil, deren Ausgänge an einen – Differenzverstärker (Ic3) zur Vollwellengleichrichtung (I) geführt sind, an den seriell der – Spitzenwertgleichrichter (Ic4) mit dem Ladekondensator (Cl) zur Speicherung der pulsierenden Gleichspannung und ein – Bufferverstärker (Ic5) zur Bereitstellung der gleichgerichteten (D) getakteten Wechselspannung (B) angeschlossen sind, wobei der Bufferverstärker (Ic5) eingangsseitig mit dem – elektronischen Schalter (Fet1) zur Entladung des Ladekondensators (Cl) verbunden ist, welcher Schalter (Fet1) von einer – Logikschaltung (LS) beaufschlagt ist, die von dem positiven und dem negativen Gleichrichterteil abgeleitete und mittels – Signalumformer (S1 und S2) in Rechteckimpulse umgeformte Steuersignale (G und J) derart verknüpft, dass der Ladekondensator (Cl) mit dem letzten Nulldurchgang der Wechselspannung (B) entladen wird.Circuit for rectifying a pulsed AC voltage (B), where with the last zero crossing of the AC voltage (B) a charging capacitor (Cl) of a peak rectifier (Ic4) an electronic switch (Fet1) is discharged, marked by - parallel Circuit means (Ic1 and Ic2) for separating the AC voltage (B) into a positive and a negative rectifier part whose outputs at one - differential amplifier (Ic3) for full wave rectification (I) are performed, to the serial of the - peak rectifier (Ic4) with the charging capacitor (Cl) for storing the pulsating DC voltage and a - Buffer amplifier (Ic5) for providing the rectified (D) clocked AC voltage (B) are connected, wherein the buffer amplifier (Ic5) on the input side with the - electronic Switch (Fet1) connected to discharge the charging capacitor (Cl) is which switch (Fet1) of a - Applied logic circuit (LS) is derived from the positive and the negative rectifier part and by means of - Signal converter (S1 and S2) control signals (G and J) transformed into rectangular pulses linked like this, that the charging capacitor (Cl) with the last zero crossing of the AC voltage (B) is discharged. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung in einer Meßschaltung zur Auswertung und/oder Überwachung blinkender Signallampen, insbesondere in Eisenbahn-Stellwerken.Circuit according to claim 1, characterized by the Use in a measuring circuit for evaluation and / or monitoring flashing signal lamps, especially in railway signal boxes.
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