DE2006757B2 - Elektrische schaltungsanordnung zur stufenlosen veraenderung der nachstellzeitkonstanten eines reglers mit nachgebender rueckfuehrung - Google Patents

Description

Naclistellzeitkonstanten eines Reglers mit nachgeben- durch das Produkt aus dem Widerstand 11 und dem

der Rückführung durch periodisches Ein- und Aus- Kondensator 10 (Γ_Β0 = Rn · C₁₀) gebildet. Ist der

schalten eines Widerstandes dos die Nachstellzeit- Transistor 13 dagegen stromführend, so liegt der

konstante des Reglers bestimmenden Rückfühnietz- Widerstand 12 parallel zu dem Widerstand 11, und die

Werkes und besteht darin, daß ein Differenzverstärker 5 Nachstellzeitkonstante T_n setzt sich aus dem Produkt

vorgesehen ist, der die Differenz aus der Regelabwei- der Parallelschaltung der Widerstände 11 und 12 sowie

chung und Λ:γ Rückführgröße bildet, dessen Eingänge dem Kondensator 10 zusammen durch die Reihenschaltung zweier Widerstände verbunden sind und daß zwischen den Verbindungspunkt

beider Widerstände und das Massepotential des io (j. _ Ru ' -Rig . q \

Reglers ein Halbleiterschalter geschaltet ist, der diesen I "^l R_n + ^₁, ¹⁰J' Verbindungspunkt periodisch mit dem Massepotential verbindet.

Durch die erfindungsgeriäße Schaltungsanordnung Wird die Basis des Transistorf 13 durch impulswerden die über div: Streukapazitäten des Halbleiter- 15 breitengesteuerte Eingangssignale u_s angesteuert, so ist schalters fließenden Ströme an den das Zeitverhalten eine stufenlose Veränderung der resultierenden Nachdes Reglers bestimmenden Bauelementen vorbeigelei- stellzeitkonstanten T_n in Abhängigkeit von dem Tasttet. so daß eine feste Zuordnung zwischen dem Tast- verhältnis der an die Klem. ■;<; 14 gelegten Eingangsverhältnis der Eingangsimpulse und der resultierenden impulse zwischen 7\,₀ und T_ni -nöglich. Da sich auf Nachstellzeitkonstanten gewährleistet ist. 20 diese Weise die resultierende Nachstellzeitkonstante In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungs- jedoch nur innerhalb eines begrenzten Bereiches variiegemäßen Schahungsanordnung ist der Widerstand der ren läßt, sind die Widerstände 11 und 12 in Stufen umReihenschaltung, der mit dem Verstärkereingang schaltbar ausgestaltet. Es werden immer beide Widerverbunden ist. dem die Rückführgröße zugeführt ist, stände gemeinsam verstellt.

um drei Zehnerpotenzen höher ist als derjenige, der mit 25 Das Siebglied aus dem Widerstand 7 und dem Kondem Verstärkereingang verbunden ist, dem die R· gel- densator 8 ist so dimensioniert, daß es Störimpulse von abweichung zugeführt ist. Um Einschwingvorgänge zu der Frequenz der Eingangsimpulse, die der Reglervermeiden, steht die Regelabweichung am Ausgang ausgangsgröße überlagert sind, herauslMtert. Die in eines Verstärkers an, dessen Ausgangswiderstand min- dem Ausführungsbeispiel verwendete Frequenz von destens zwei Zehnerpotenzen niedriger ist als der 30 2 kHz liegt ausreichend oberhalb der höchsten beWiderstand der Reihenschaltung, der mit demjenigen triebsmäßig auftretenden Frequenz der Regleraus-Verstärkereingans verbunden ist, dem die Regel- gangsgröße v. Aus diesem Grunde genügt als Siebglied abweichung zugeführt ist. ein einfaches RC-Glied, das die Frequenz der Ein-In einer bevorzugten Ausgestaltung der Schaltiings- gangsimpulse unterdrückt, ohne das Zeitverhalten des anordnung sind zwischen dem Steuerekigang des Halb- 35 Reglers merk'^: -h zu beeinflussen, leiterschalters und dem Verstärkereingang, dem die Der Verbindungspunkt 15 zwischen dem Emitter des Regelabweichung zugeführt ist, zwei gegeneinander- Transistors 13 und dem Widerstand 12 ist über einen geschaltete Zenerdioden angeordnet. Widerstand 16 mit dem Schaltungspunkt 4 verbunden. An Hand der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel Dieser Widerstand 16 sorgt dafür, daß alle Störgrößen, der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur 40 die durch die Streukapazität 13* and den Reststrom stufenlosen Veränderung der Nachstellzeitkonstanten des Transistors 13 verursacht werden, ohne Einfluß auf eines Reglers mit nachgebender Rückführung be- die Zuordnung zwischen Tastverhältnis und Nachstellschrieben, zeitkonstante bleiben. Ohne den Widerstand 16 macht Den Klemmen 1 und 2 eines Verstärkers 3 sind die sich der durch die Streukapazität 13* verursachte auf das Massepotential des Reglers bezogene Regel- 45 Fehler — wie bereits oben beschrieben — besonders größe .v und die Fulirungsgröße w zugeführt. Am Aus- bei einem Tastverhältnis nahe Null und nahe Eins gang des Verstärkers 3 steht die Regelabweichung .y₁₍· bemerkbar.

an. Der Ausgang des Verstärkers ?, fällt mit dem Schal- Im folgenden ist die Wirkungsweise der erfmdungstιlngsμunkt 4 und dem einen Eingang eines Differenz- gemäßen Schaltungsanordnung beschrieben. Führt der Verstärkers 5 zusammen. Der Differenzverstärker 5 ist so Transistor 13 Strom, so liegt der Schaltungspunkt 15 ein Verstärker mit sehr großem Verstärkungsfaktor. praktisch auf Massepotential, und der Widerstand 16 Der andere Eingang des Differenzverstärkers 5 ist mit liegt parallel zu dem Ausgangswidtrstand des Verstärdem Schaltungspunkt 6 verbunden, an dem die Rück- kers 3, Es fällt an dem Widerstand 16 also die Regelführgröße x_r ansteht. Der Ausgang des Verstärkers 5 ist abweichung .v«, in Form einer Spannung ab. Befindet über ein Siebglied (Widerstand 7 rnd Kondensator 8) 55 sich der Transistor 13 dagegen in dem nichtstrommit der Ausgangsklemme 9, an der die Regleraus- führenden Zustand, dann sind die beiden Eingänge des gangsgröße y ansieht, verbunden. Auf die Dimensio- Differenzverstärkers von der Reihenschaltung der nierung des Siebgliedes wird weiter unten eingegangen. Widerstände 12 und 16 überbrückt. Da die Wider-Der Kondensator 10 und der in Stufen einstellbare standswerte der Widerstände 11 und 12 in der Größen-Widerstand ti bilden eine nachgebende Rückführung, 60 Ordnung von Megohm liegen, ist die Auswirkung auf welche die Reglerausgangsgröße ν in die Riickführ- das Verhalten des Verstärkers 5 vernachlässigbar. 1st größe -v_r uniform?. Die bis jetzt beschriebene Schal- der Widerstandswert des Widerstands 12 sehr groß tungsanordnung zeigt einen bekannten stetigen Regler gegen den Widerstand 16, z. B. drei Zehnerpotenzen mit PI-Verhalten. höher, so liegt der Schaltungspunkt 15 — unabhängig Parallel zu der; Widerstandll liegt die Reihen- 65 von dem Potential des Punktes 6 — praktisch auf dem schaltung eines Widerstandes 12 und eines als Schalter Potential des SclialUingspunktes 4. Berücksichtigt man dienenden Transistors 13. Ist der Transistor 13 nicht zusätzlicn, daß im eingeschwungenen Zustand die stromführend, so wird die Nachstellzeitkonstante T_n beiden Eingangsgrößen des Differenzverstärkers 5

gleich sind, also die Schaltungspunkte 4 und 6 praktisch dasselbe Potential haben, so hat auch der Schaltungspunkt 15 dieses Potential. Die Restströme des Transistors 13 können daher über den Widerstand 16 und den Ausgängswiderstand des Verstärkers 3 abgeleitet werden, ohne die Nachstellzeitkonstante des PI-Reglers zu verfälschen. Vorteilhafterweise ist der Ausgangswiderstand des Verstärkers 3 mindestens zwei Zehnerpotenzen niedriger als der Widerstand 16. Durch diese Maßnahme lassen sich zusätzliche Einschwingvorgänge vermeiden.

Die bis jetzt beschriebene Schaltungsanordnung erfordert einen Tfansistor 13 mit hoher Sperrspannung zwischen Basis und Emitter. Transistoren mit geringe¹ rer Sperrspannung zwischen Basis und Emitter können eingesetzt werden, wenn zwischen der Basis des Transistors 13 und dem Schaltungspunkt 4 zwei gegeneinandergeschaltete Zenerdioden 17 und 18 angeordnet sind, die eine Spannungsbegrenzung vornehmen, ohne die Nachstellzeitkonstante des PI-Reglers zu verfälschen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung erlaubt es, in dem sehr hochohmig aufgebauten Rückführnetzwerk einen Transistor mit niedrigem Sperrwiderstand als Schalter einzusetzen, ohne hierdurch Verfälschungen der Nachstellzeitkonstanten des PI-Reglers zu vep Ursachen. Das kontaktlose Schaltverfahren erlaubt

ίο eine hohe Schaltfrequenz und verringert damit den Aufwand für Siebmittel irti Ausgangskreis des Reglers, Durch den Einsatz der spannungsbegrertzender

Zenerdioden läßt sich mit geringem Schaltutigsäufwanc ein Transistor mit kleiner Sperrspannung zwischer Emitter und Basis Verwenden, dessen Herstellungs kosten wesentlich niedriger liegen als diejenigen eine; Transistors mit großer Sperrspannung zwischer Emitter und Basis.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 die derartige Schaltungsanordnungen enthalten, sind Patentansprüche: unter c-r Bezeichnung REDC 061 und REDC 063 (vgl. Schoppe&Faeser, DatenblattRE333 in

1. Elektrische Schaltungsanordnung zur stufen- der Liste R 47, Ausgabe April 1968, der Hartmann losen Veränderung der Nachstellzeitkonstanten 5 & Braun AG., Frankfurt) von der Anmeldenn nergeeines Reglers mit nachgebender Rückführung durch stellt und von der Hartmann & Braun AG. vertrieben periodisches Ein- und Ausschalten eines Wider- worden. Die Verwendung eines Relais nut bchutzgasstandes des die NachsteJ'zeitkonstante des Reglers kontakten ist erforderlich, um im geöffneten /Zustand bestimmenden Rückführnetzwerkes, dadurch des Schalters den hohen Widerstandswert zu erreichen, gekennzeichnet, daß ein Differenzverstär- io der wegen der sehr hochohmigen Widerstände des das ker (5) vorgesehen ist, der die Differenz aus der Zeitverhalten bestimmenden Netzwerkes erforderlich Regelabweichung (x_w) und der Rückführgröße (jo) ist. Will man den Kontaktverschleiß gering halten so bildet, dessen Eingänge durch die Reihenschaltung darf die Frequenz des impulsbreitengesteuerten binzweier Widerstände (12,16) verbunden sind, und gangssignals 5 Hz nicht überschreiten. Damit sich nun daß zwischen den Verbindungspunkt (15) beider 15 diese Frequenz nicht dem Ausgangssignal überlagert, Widerstände (12,16) und das Massepotential des muß im Ausgangskreis des Reglers ein Sisbghed vor-Reslers ein Halbleiterschalter (13) geschaltet ist, der gesehen werden, das Schwingungen mit der Frequenz diesen Verbir.oungspunkt periodisch mit dem des impulsbreitengesteuerten Eingangssignals aussiebt. Massepotential verbindet. Dieses Siebglied wirkt sich aber ungünstig auf das

2. Elektrische Schaltungsanordnung nach An- 20 dynamische Verhalten des Reglers aus, da es den Irrespruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wider- quenzgang des Reglers nach höheren Frequenzen hin stand (12) der Reihenschaltung, der mit dem Ver- begrenzt. . stärkereinaang (6) verbunden ist, dem die Rück- Die gebräuchliche Maßnahme, ein Relais durch führgrößel>:_r) zugeführt ist, um drei Zehnerpoten- einen verschleißfreien Halbleiterschalter zu ersetzen zen höher ist als derjenige, der mit dem Verstärker- 25 der es erlaubt, die Schaltfrequenz zu erhohen, wodurch einoang (4) verbunden ist, dem die Regelabwei- auch der Aufwand für die Siebmitt.el im Ausgang des chung (Xr) zugeführt ist. Reglers verringert werden k-nn, weist jedoch Nachteile

3 Elektrische Schaltungsanordnung nach An- auf. die die obengenannten Vorteile überwiegen. Bei spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regel- Frequenzen in der Größenordnung von einigen kHz abweichung (x,_c) am A isgang ;4) eines Verstär- 30 wirken sich bereits Streukapazitäten in der Großenkers (3) ansteht, dessen , aisgangswiderstand (R₁) Ordnung von 10 pF, wie sie z. B. zwischen Basis und mindestens zwei Zehnerpotenzen niedriger ist als Emitter eines Transistors auftreten, störend aus. Diese der Widerstand (16) der Reihenschaltung, der mit Streukapazitäten verzerren die Impulsflanken der im demjenigen Verstärkereingang (4) verbunden ist, Rückführnetzwerk fließenden Ströme derart, daß eine dem die Regelabweichung (.v„) zugeführt ist. 35 definierte Zuordnung zwischen dem Tastverhältnis

4 Elektrische Schaltungsanordnung nach einem (Quotient aus Einschaltdauer und Periodendauer) des der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, impulsbreitengesteuerten Eingangssignal und der daß zwischen dem Steuereingang (14) des Halb- wirksamen Nachstellzeitkonstanten eines PI-Reglers leiterschalters (13) und dem Verstärkereingang (4), nicht mehr gegeben ist. Der durch die Streukapazitäten dem die Regelabweichung (x_u) zugefuhr. ist, zwei 40 hervorgerufene Fehler kommt bei einem Tastverhältnis gegeneinandergeschaltete Zenerdioden (17,18) an- nahe Null und nahe Eins besonders stark zur Wirkung, geordnet sind Zusätzlich treten Fehler durch die statischen Restströme des Halbleiterschalters auf, welche den NuIl-

punkt verschieben und die Nachstellzeitkonstante be-

45 einflussen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische elektrischen Schaltungsanordnung der eingangs ge-Schakungsanordnung zur stufenlosen Veränderung nannten Art zur Erhöhung der Schaltfrequenz den der Nachstellzeitkonstanten eines Reglers mit nach- elektromechanischen Schalter mit hohem Sperrwidergebender Rückführung durch periodisches Ein- und 50 stand durch einen verschleißfreien Halbleiterschalter Ausschalten eines Widerstandes des die Nachstellzeit- mit niedrigem Sperrwiderstand zu ersetzen und den konstante des Reglers bestimmenden Rückführnetz- nachteiligen Einfluß der zwischen den Elektroden eines Werkes. solchen Halbleiterschalters bei Schaltfrequenzen in der

Elektrische Regler, deren Zeitverhalten durch ein Größenordnung von Kilohertz auftretenden Streu-Rückführnetzwerk bestimmt wird, enthalten Einstell- 55 kapazitäten sowie der statischen Restströme eines mittel, die es gestatten, diese Zeitkonstanten von Hand solchen Halbleiterschalters auf die Zuordnung z< 1-einzustellen. Dies geschieht in den meisten Fällen durch sehen dem Tastverhältnis des impulsbreitengesteuerten Verstellen des Schleifers eines Potenticmeters oder Eingangssignals und der wirksamen Nachstelizeitdurch Umschalter, von Widerstandskombinationen. konstanten zu vermeiden. Sie macht hierzu Gebrauch In vielen Fällen wird zusätzlich gefordert, daß die 60 von der Erkenntnis, daß bei einem Regler mit einem Nachstellzeitkonstante in gewissen Bereichen stufenlos Differenzverstärker, dessen einem Eingang die Regelelektrisch verändert werden kann. Zur Lösung dieser abweichung und dessen anderem Eingang die RückAufgabe ist es bekannt, zu dem Widerstand des Rück- führgröße zugeführt ist, im eingeschwungenen Zustand führnetzwerkes, das das Zeitverhalten des Reglers bc- eine vernachlässigbar kleine Spannungsdifferenz anstimmt, periodisch einen, zusätzlichen Widerstand 65 liegt, die Eingänge also praktisch gleiches Potential parallelzuschalten. Als Schalter dient ein Relais mit haben.

Schutzgaskontakten, das von einem Impulsbreiten- Die Erfindung geht aus von einer elektrischen

modulierten Eingangssignal angesteuert wird. Geräte, Scnaltungsanordnung zur stufenlosen Veränderung der