DE2100929A1 - Control circuit for supplying an inductive consumer - Google Patents
Control circuit for supplying an inductive consumerInfo
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Description
R. 164
4.1.1971 Sk/SzR. 164
4.1.1971 Sk / Sz
Anlage zur
PatentanmeldungAttachment to
Patent application
Steuerschaltung; zur Versorgung eines induktiven Verbrauchers Control circuit; for supplying an inductive consumer
Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung zur Versorgung eines induktiven Verbrauchers mit impulsförmigem Gleichstrom aus einer Gleichstromquelle, mit einer Transistorschaltstufe, die den Gleichstrom führt und über eine Zwischenstufe von einem astabilen Multivibrator angesteuert wird.The invention relates to a control circuit for supplying a inductive consumer with pulsed direct current from a direct current source, with a transistor switching stage, which the Direct current leads and via an intermediate stage from an astable Multivibrator is controlled.
Solche Steuerschaltungen sind in größerer Zahl bekannt. Transistors cha].tfituf en sind besonders zur Ansteuerung von Verbrauchern mit kleinerer Leistung (bis zu einigen kV/) verwendbar. Sie haben gegenüber den bei Verbrauchern mit größerer Leistung verwendeten Thyristor.1·; ehalt stuf en den Vorteil, daß keine besondere Zündimpulsstuffc und keine Löschstufe erforderlich ist.Such control circuits are known in large numbers. Transistors cha] .tfituf en are particularly suitable for controlling consumers with lower power (up to a few kV /). You have compared to the thyristor used in consumers with higher power. 1 ·; It contains the advantage that no special ignition pulse and no extinguishing stage are required.
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Transistorschaltstufen müssen allerdings mit sehr steilflankigen Rechteck;::, puls en angesteuert werden, damit die Transistoren möglichst se.: η·_»11 vom ausgeschalteten in den eingeschalteten Zustand gebracht werden. Bei allmählichem Umschalten fällt während des Umschaltvorgangs im Transistor eine zu hohe Verlustleistung an, so daß der Transistor unter Umständen thermisch zerstört werden kann.However, transistor switching stages must have very steep edges Rectangle; ::, pulses are controlled so that the transistors if possible se .: η · _ »11 from switched off to switched on State to be brought. If the switching is gradual, the power loss in the transistor is too high during the switching process on, so that the transistor can be thermally destroyed under certain circumstances.
Bei einer Steuerschaltung zur Versorgung eines induktiven Verbrauchers mit impulsförmigem Gleichstrom muß weiterhin das Tastverhältnis der Gleichstromimpulse, d. h. das Verhältnis von Einschaltzeit zu Aussehaltζeit, in weiten Grenzen verändert werden können. Es ist schon eine Steuerschaltung bekannt, die sowohl die Forderung nach steilflankigen Steuerimpulsen für die Transistorschaltstufe als auch die Forderung nach weitem Variationsbereich des Tastverhältnisses der Steuerimpulse erfüllt. In the case of a control circuit for supplying an inductive consumer with pulsed direct current, the duty cycle of the direct current pulses, i.e. H. The relationship from switch-on time to off-time, changed within wide limits can be. There is already a control circuit known that both the requirement for steep-edged control pulses for both the transistor switching stage and the requirement for a wide range of variation in the duty cycle of the control pulses are met.
Bei dieser bekannten Steuerschaltung ist ein astabiler Multivibrator vorgesehen, der zusammen mit einer nachgeschalteten Gegentaktverstärkerstufe Sägezahnimpulse von variabler Frequenz erzeugt. Die Zwischenstufe enthält unter anderem einen Schmitt-Trigger mit einstellbarer Schaltschwelle, der aus den Sägezahnimpulsen steilflankige Rechteckimpulse formt und über .einen Transistorverstärker die Transistorschaltstufe ansteuert.In this known control circuit there is an astable multivibrator provided, which, together with a downstream push-pull amplifier stage, sawtooth pulses of variable frequency generated. The intermediate stage contains, among other things, a Schmitt trigger With an adjustable switching threshold, which forms steep-edged square-wave pulses from the sawtooth pulses and uses Transistor amplifier controls the transistor switching stage.
Demgegenüber lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die beiden obengenannten Forderungen mit wesentlich kleinerem Schaltungsaufwand zu e.rfüllen und so eine Steuerschaltung zu" schaffen, die sehr billig herstellbar ist und damit auch wirtschaftlich bei Verbrauchern kleinerer Leistung eingesetzt werden kann, für di/e bisher noch die Regelung der Stromstärke über Vorwidersjcände üblich ist. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung inIn contrast, the invention was based on the object of fulfilling the two above-mentioned requirements with significantly less circuit complexity and thus creating a control circuit which can be produced very cheaply and is therefore also economical Consumers of smaller power can be used, for di / e so far the regulation of the current intensity via Vorwidersjcände is common. This object is achieved according to the invention in
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"besonders einfacher Weise dadurch gelöst, daß als astabiler Multivibrator ein Operationsverstärker mit einem nicht invertierenden und einem invertierenden Eingang vorgesehen ist und daß als' Zwischenstufe ein Schalttransistor vorgesehen ist. Die Anwendung eines Operationsverstärkers als astabiler Multivibrator macht es außerdem möglich, die Transistorschaltstufe auf sehr einfache Weise vor zu großem Verbraucherstrom zu schützen. Eine derartige Überstrom-Schutzschaltung wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch verwirklicht, daß ein Halbleiterschalter vorgesehen ist, der beim überschreiten eines zulässigen Maximalstroms in der Transistorschaltstufe einen der Eingänge des Operationsverstärkers kurzschließt."solved in a particularly simple way that as astable Multivibrator an operational amplifier with a non-inverting and an inverting input is provided and that a switching transistor is provided as an intermediate stage. the Using an operational amplifier as an astable multivibrator also makes it possible to turn the transistor switching stage on very simple way to protect against excessive consumer current. Such an overcurrent protection circuit is in further Embodiment of the invention realized in that a semiconductor switch is provided, which is exceeded when one permissible maximum current in the transistor switching stage short-circuits one of the inputs of the operational amplifier.
Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Weiterbildungen sind nachstehend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.Further details and useful developments are given below described and explained in more detail with reference to two exemplary embodiments shown in the drawing.
Es zeigen:Show it:
!ig. 1 . den Schaltplan eines ersten Ausführungsbeispiels und! ig. 1 . the circuit diagram of a first embodiment and
Fig. 2 den Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels.2 shows the circuit diagram of a second exemplary embodiment.
Das erste Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besitzt als Verbraucher einen Gleichstrommotor 11, der über eine Plusleitung 28 und einen Hauptschalter 12 an den Pluspol einer Batterie 13 angeschlossen ist. Mit dem Minuspol der Batterie 13 ist der Gleichstrommotor 11 über eine Transistorschaltstufe mit Transistoren 14-, 15, 16 und eine Minusleitung 27 verbunden. Die drei Transistoren 14-, I5, 16 sind parallel geschaltet und weisen Emitterwiderstände I7, 18, 19 auf. Ihre Basiselektroden sind mit dem Emitter eines als Emitterfolger geschalteten Transistors 21 verbunden. Zwischen dom Emitter des Transistors 21 und der Minusleitung 27 liegt ein EmitterwiderstandThe first exemplary embodiment according to FIG. 1 has a direct current motor 11 as a consumer, which is connected via a positive line 28 and a main switch 12 is connected to the positive terminal of a battery 13. With the negative pole of the battery 13 is the DC motor 11 via a transistor switching stage with transistors 14-, 15, 16 and a negative line 27 connected. the three transistors 14-, I5, 16 are connected in parallel and have Emitter resistors I7, 18, 19. Your base electrodes are connected to the emitter of a transistor 21 connected as an emitter follower. Between the dome emitter of the transistor 21 and the negative line 27 is an emitter resistor
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Parallel zum Gleichstrommotor 11 ist eine Freilaufdiode 20 geschaltet. Als Zwischenstufe dient ein Schalttransistor 23 mit einem Kollektorwiderstand 24 und einem Basisspannungsteiler 26. Der astabile Multivibrator enthält als aktives Bauelement einen Operationsverstärker 30, an dessen Ausgang der Widerstand 25 angeschlossen ist, der einen Teil des Basisspannungsteilers des Schalttransistors 23 bildet. Der Ausgang des Operationsverstärkers 30 ist über einen Widerstand 31 mit dem nicht invertierenden Eingang und über die Reihenschaltung zweier Widerstände 33 und 32 mit dem invertierenden Eingang verbunden. Vom Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 32 und 33 führt ein Kondensator 34 zur Minusleitung 27·A freewheeling diode 20 is connected in parallel with the direct current motor 11. A switching transistor 23 also serves as an intermediate stage a collector resistor 24 and a base voltage divider 26. The astable multivibrator contains an operational amplifier 30 as an active component, at whose output the resistor 25 is connected, which is part of the base voltage divider of the switching transistor 23 forms. The output of the operational amplifier 30 is via a resistor 31 with the not inverting input and connected to the inverting input via the series connection of two resistors 33 and 32. From the connection point between resistors 32 and 33 leads a capacitor 34 to the negative line 27
Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 30 ist über einen Eingangswiderstand 36 an den Abgriff eines aus zwei Widerständen 37» 38 bestehenden Spannungsteilers angeschlossen. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 30 ist über einen Eingangswiderstand 35 mit dem Schleifer eines Potentiometers 39 verbunden, das zwischen der Plusleitung 28 und der Minusleitung 27 liegt.The non-inverting input of operational amplifier 30 is via an input resistor 36 to the tap of one off two resistors 37 »38 existing voltage divider connected. The inverting input of the operational amplifier 30 is connected to the wiper via an input resistor 35 a potentiometer 39 connected between the positive line 28 and the negative line 27.
Das zweite Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 besteht weitgehend aus den gleichen Bauteilen wie das erste Ausführungsbeispiel. Diese sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, wie in Fig. 1 und werden nicht mehr beschrieben. Die Transistorschaltstufe besteht beim zweiten Ausführungsbeispiel aus zwei Transistoren 50, 51» die in Darlington-Schaltung angeordnet sind. Zwischen 'dem Emitter des Vortransistors 5I und der Minusleitung 27 liegt ein Emitterwiderstand 52. In Serie zum Gleichstrommotor 11 ist ein niederohmiger Meßwiderstand 42 geschaltet. Parallel zum Meßwiderstand 42 liegt ein Potentiometer 43, dessen Abgriff mit der Basis eines Transistors 40 verbunden ist, der im Gegensatz zu allen anderen Transistoren der Steuerschaltung als pnp-Transistor ausgebildet ist.The second embodiment according to FIG. 2 consists largely from the same components as the first embodiment. These are denoted by the same reference numbers as in FIG Fig. 1 and are no longer described. In the second exemplary embodiment, the transistor switching stage consists of two transistors 50, 51 »which are arranged in a Darlington circuit. Between 'the emitter of the pre-transistor 5I and the negative line 27 is an emitter resistor 52. In series with the DC motor 11, a low-resistance measuring resistor 42 is connected. A potentiometer 43 is located parallel to the measuring resistor 42, whose tap is connected to the base of a transistor 40, which in contrast to all other transistors of the control circuit is designed as a pnp transistor.
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Dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 30 sind in Reihe zwei Eingangswiderstände 36, 41 vorgeschaltet. Am Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen 36 und 41 liegt der Kollektor des Transistors 40. Sein Emitter ist mit der Plusleitung 28 verbunden.The non-inverting input of operational amplifier 30 two input resistors 36, 41 are connected upstream in series. At the connection point between the two resistors 36 and 41 the collector of the transistor 40 is located. Its emitter is connected to the positive line 28.
In den folgenden Absätzen wird die Funktionsweise der beiden beschriebenen Schaltungen näher erläutert. Beim Einschalten der Anordnung sei der Kondensator 34 entladen und das Potentiometer 39 so eingestellt, daß der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 30 auf niederigerem Potential liegt als der nicht invertierende Eingang. Infolge der positiven Rückkopplung durch den Widerstand 31 liegt dann der Ausgang des Operationsverstärkers 30 nahezu auf dem Potential der Plusleitung 28 und der Kondensator 34 wird über den Widerstand 33 aufgeladen. Hit der Aufladung des Kondensators 34 nimmt die am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 30 liegende Spannung langsam zu. Sobald sie den Spannungswert überschreitet, der am nicht invertierenden Eingang liegt, springt das Ausgangspotential des Operationsverstärkers 30 auf das Potential der Minusleitung 27 und der Kondensator 34 wird über den Widerstand 33 wieder entladen.The following paragraphs describe how the two work described circuits explained in more detail. When the arrangement is switched on, the capacitor 34 and the potentiometer are discharged 39 set so that the inverting input of the operational amplifier 30 is at a lower potential than the non-inverting input. As a result of the positive feedback through resistor 31, the output of the operational amplifier is then present 30 is almost at the potential of the positive line 28 and the capacitor 34 is charged via the resistor 33. Hit the charge on capacitor 34 decreases the most inverting Input of the operational amplifier 30 lying voltage slowly to. As soon as it exceeds the voltage value that is applied to the non-inverting input, the output potential jumps of the operational amplifier 30 to the potential of the negative line 27 and the capacitor 34 is discharged again via the resistor 33.
Dieses Spiel wiederholt sich periodisch und das Tastverhältnis der Ausgangsimpulse des Operationsverstärkers 30 hängt von der Einstellung des Potentiometerii 39 ab. Die Ausgangsimpulse des Operationsverstärkers 30 werden vom Schalttransistor 23> der die ZvrLschcnstufe bildet, umgekehrt. Die Transistorschaltstufe 14, 15, 16 bzw. 51» 50 ist also eingeschaltet, wenn der Ausgang des Operationsverstärkers 30 auf dem Potential der Minusleitung liegt.This game repeats itself periodically and the duty cycle of the output pulses of the operational amplifier 30 depends on the Adjustment of the potentiometerii 39. The output pulses of the Operational amplifier 30 are from the switching transistor 23> which forms the ZvrLschcnstufe, vice versa. The transistor switching stage 14, 15, 16 or 51 »50 is switched on when the output of the operational amplifier 30 at the potential of the negative line lies.
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Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich noch eine Strombegrenzung vorgesehen. Damit ist es möglich, die Transistoren der Transistorschaltstufe für eine kleinere maximale Verlustleistung zu dimensionieren. Mit zunehmenden Strom im Verbraucher 11 steigt auch der Spannungsabfall am Meßwiderstand 42. Beim Überschreiten eines bestimmten, mit dem Potentiometer 43 einstellbaren Spannungsabfalls am Meßwiderstand 4-2 wird der Transistor 40 leitend, so daß das Eingangspotential des nicht invertierenden Eingangs des Operationsverstärkers 30 stark angehoben wird. Am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 30 liegt aber nicht die volle Kondensatorspannung, sondern über einen Spannungsteiler aus den Widerständen 32, 35» 39 nur ein Teil dieser Kondensatorspannung. Daher kann bei leitendem Transistor 40 das Eingangspotential des invertierenden Eingangs des Operationsverstärkers 30 nicht mehr höher liegen als das Eingangspotential des nicht invertierenden Eingangs. Der Ausgang des Operationsverstärkers 30 bleibt daher so lange auf Pluspotential, bis der über die Freilaufdiode 20 fließende Strom im induktiven Verbraucher 11 soweit abgeklungen ist, daß der Transistor 40 wieder sperrt. Nach Ablauf dieser Zeit kann auch die Transistorschaltstufe wieder leitend werden.In the second embodiment, there is also one Current limitation provided. This makes it possible to use the transistors of the transistor switching stage for a smaller maximum Dimension power loss. With increasing current in the Consumer 11 also increases the voltage drop across the measuring resistor 42. When a certain voltage drop, adjustable with the potentiometer 43, is exceeded at the measuring resistor 4-2 the transistor 40 becomes conductive, so that the input potential of the non-inverting input of the operational amplifier 30 is raised sharply. However, the full capacitor voltage is not present at the inverting input of the operational amplifier 30, but only a part of this capacitor voltage via a voltage divider from the resistors 32, 35 »39. Therefore, when conducting Transistor 40 the input potential of the inverting Input of the operational amplifier 30 are no longer higher than the input potential of the non-inverting input. The output of the operational amplifier 30 therefore remains that long to positive potential until the flowing through the free-wheeling diode 20 Current in the inductive load 11 has decayed so far that the transistor 40 blocks again. After this time you can the transistor switching stage will also become conductive again.
Die V/irkungsweise der Schutzschaltung kann noch weiter verbessert werden, wenn man anstelle des Transistors 40 einen Schmitt-Trigger einschaltet, weil dieser im Gegensatz zum Transistor Sprungverhalten besitzt. Da der Schmitt-Trigger 40 eine Schalthysterese aufweist, wird die Transistorschaltstufe 14, 15i 16 bzw. 51 j 50 nach dem Überschreiten der Maximalstromstärke gesperrt und erst nach dem unterschreiten einer kleineren Stromstärke wieder geöffnet. Die beschriebene Steuerschaltung erfüllt die eingangs genannten Forderungen: das Tastverhältnis der Aus gangs impulse des Operationsverstärkers 30 kann mit Hilfe des Potentiometers 30 in beliebig weiten Grenzer, variiert wer-The operation of the protective circuit can be further improved if you switch on a Schmitt trigger instead of the transistor 40, because this in contrast to the transistor Has jumping behavior. Since the Schmitt trigger 40 is a switching hysteresis the transistor switching stage 14, 15i becomes 16 or 51 j 50 blocked after exceeding the maximum current strength and only reopened after the current has fallen below a lower level. The control circuit described is met the requirements mentioned at the beginning: the duty cycle From the output pulses of the operational amplifier 30 can with the help of the potentiometer 30 can be varied in any wide limit
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den. Dabei ist allerdings zu beachten, daß die Frequenz der Impulse nicht konstant bleibt. Infolge der großen Induktivität des Verbrauchers 11 stört das jedoch keinesfalls. Weiterhin sind die Ausgangsimpulse des Operationsverstärkers 30 infolge der hohen inneren Verstärkung des Operationsverstärkers und infolge der positiven Rückkopplung über den Widerstand $1 sehr steilflankig. Schließlich ist der Schaltungsaufwand wesentlich kleiner als bei der bekannten Steuerschaltung. Die Einsatzmöglichkeiten der Steuerschaltung sind nicht nur auf kleinere Gleichstrommotoren beschränkt, sondern es ist auch die Anwendung für beliebige induktive Verbraucher, wie z. B. Wirbelstrombremsen, möglich.the. It should be noted, however, that the frequency of the impulses does not remain constant. However, due to the large inductance of the consumer 11, this is not a problem. Farther are the output pulses of the operational amplifier 30 as a result the high internal gain of the operational amplifier and due to the positive feedback via resistor $ 1 steep-sided. Finally, the circuit complexity is essential smaller than with the known control circuit. The possible uses of the control circuit are not limited to smaller ones DC motors limited, but it is also the application for any inductive loads, such as. B. eddy current brakes, possible.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OHN | Withdrawal |