DE2210863C3

DE2210863C3 - Safety control circuit

Info

Publication number: DE2210863C3
Application number: DE19722210863
Authority: DE
Inventors: Christian Dr.-Ing.; Schmidt Helmut Dipl.-Ing.; 7000 Stuttgart Bader
Original assignee: Deutsche Automobil GmbH
Current assignee: Deutsche Automobil GmbH
Filing date: 1972-03-07
Publication date: 1976-08-26

Description

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Die Erfindung betrifft eine Sicherheits-Regelschaltung für Stromkreise mit einer vorbestimmten Belastungsgrenze, wobei die Speisegröße der Stromkreise periodisch, insbesondere nicht sinusförmig, und die Eingangsgröße der Regelschaltung proportional der Speisegröße der Stromkreise ist und mit der Eingangsgröße gespeiste, amplitudenabhängig schaltbare Aufladepfade für einen an einer Belastung liegenden Kondensator vorgesehen sind.The invention relates to a safety control circuit for circuits with a predetermined load limit, whereby the supply variable of the circuits is periodic, in particular not sinusoidal, and the The input variable of the control circuit is proportional to the supply variable of the circuits and with the input variable fed, amplitude-dependent switchable charging paths for a load that is connected to a load Capacitor are provided.

Aus der französischen Patentschrift 14 40 545 ist eine Schaltung zur Begrenzung von Überspannungen bekannt, wobei die Begrenzung durch eine Kapazität bewirkt wird und die von den Überspannungen herrührende Energie in einem zu dieser Kapazität parallel geschalteten Widerstand in Wärme umgesetzt wird. Diese Schaltung erlaubt es nicht, durch eine Regelung die Speisegröße der Elemente so zu beeinflussen, daß eine vorbestimmte Belastungsgrenze dieser Elemente nicht überschritten wird und dadurch eine Überlastung zuverlässig verhindert wird.From the French patent 14 40 545 a circuit for limiting overvoltages is known, the limitation being caused by a capacitance and that by the overvoltages The resulting energy is converted into heat in a resistor connected in parallel to this capacitance will. This circuit does not allow the supply of the elements to be adjusted in this way influence that a predetermined load limit of these elements is not exceeded and thereby an overload is reliably prevented.

Aus der Zeitschrift »Technical Review«, Juli 1958, Nr. 3, S. 15 bis 17 ist eine Schaltung zur Bildung des Effektivwerts mit amplitudenabhängig geschalteten Aufladepfaden für einen an einer Belastung liegenden Kondensator bekannt. Die Belastung des Kondensators wird dabei in Hinsicht auf die Verwendung in einem Meßgerät durch das Anzeigeinstrument selbst gebildet, so daß auch damit keine selbsttätige Regelung der Speisegröße der Stromkreise erreicht werden kann.From the journal Technical Review, July 1958, No. 3, pp. 15 to 17 is a circuit for the formation of the effective value with amplitude-dependent switched Known charging paths for a capacitor that is connected to a load. The load on the capacitor is formed by the display instrument itself with regard to the use in a measuring device, so that even with it no automatic regulation of the supply size of the circuits can be achieved.

Es ist ferner bekannt, in elektrischen Schaltungen Regelschaltungen vorzusehen, welche die Speisegröße der Elemente (d. h. den durch sie fließenden Strom oder die an ihnen liegende Spannung) auf einen vorbestimmten Wert einregeln, der mit Rücksicht auf die zulässige Belastung dieser Bauelemente eingehalten werden muß. Eine derartige Maßnahme ist vor allem bei Halbleiterbauelementen als Überlastungsschutz häufig unabdingbar Dazu wird bei den bekannten Regelschaltungen der arithmetische Mittelwert der elektrischen Speisegröße entsprechend eingeregelt Dabei besteht jedoch die Gefahr des Auftretens von Überlastungen von Bauelementen, da die in Wärme umgesetzte Verlustleistung und damit beispielsweise auch die in Halbleitern auftretende Verlustleistung stets vom arithmetischen Mittelwert und vom Effektivwert des durch die Elemente fließenden Stroms abhängt und der Effektivwert einer periodisch veränderlichen Größe stets größer oder wenigstens gleich dem arithmetischen Mittelwert dieser Größe ist.It is also known to provide control circuits in electrical circuits which control the supply variable of the elements (i.e. the current flowing through them or the voltage across them) to a predetermined Adjust the value that must be adhered to with regard to the permissible load on these components. Such a measure is often indispensable as overload protection, especially in the case of semiconductor components For this purpose, the arithmetic mean value of the electrical supply variable is used in the known control circuits regulated accordingly There is, however, a risk of overloading components, because the power loss converted into heat and thus, for example, also that in semiconductors occurring power loss always depends on the arithmetic mean and the effective value of the Elements flowing current depends and the effective value of a periodically changing variable always is greater than or at least equal to the arithmetic mean of this quantity.

Ausgehend von dem in »Technical Review«, a. a. O, vorgestellten Meßgerät, ist es Aufgabe der Erfindung, eine besonders einfach aufgebaute Sicherheits-Regelschaltung zu schaffen, die Überlastungen der geschilderten Art, vor allem auch bei nicht sinusförmigen Speisegrößen, sicher verhindert und die sich zur besonders wirtschaftlichen Herstellung in integrierter Schaltungnechnik eignet. Based on the measuring device presented in "Technical Review", op. Cit., The object of the invention is to create a particularly simply structured safety control circuit which reliably prevents overloads of the type described, especially with non-sinusoidal feed quantities, and which suitable for particularly economical production in integrated circuit technology.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst. daß die Belastung des Kondensators von dem Eingangswiderstand eines nachgeschalteten Regelverstärkers gebildet ist und daß die Aufladepfade in Abhängigkeit vom Eingangswiderstand des Regelverstärkers derart dimensioniert sind, daß von der Regelschaltung stets eine solche vorgegebene Funktion der Speisegröße der Stromkreise eingehalten wird, daß die Belastungsgrenze dieser Stromkreise nicht überschritten wird.This object is achieved according to the invention. that the load on the capacitor of the Input resistance of a downstream control amplifier is formed and that the charging paths in Depending on the input resistance of the control amplifier are dimensioned such that of the Control circuit always has such a predetermined function of the supply variable of the circuits that the load limit of these circuits is not exceeded.

Die Aufladepfade sind in Abhängigkeit vom Eingangswiderstand des Regelverstärkers derart dimensioniert, daß von der Regelschaltung stets der zulässige Effektivvert der Speisegröße der Stromkreise eingehalten wird.Depending on the input resistance of the control amplifier, the charging paths are dimensioned in such a way that that the control circuit always adheres to the permissible rms value of the supply variable of the circuits will.

Der Eingangswiderstand des Regelverstärkers ist dabei gleichzeitig Belastungswiderstand des Kondensators, der über amplitudenabhängig schaltbare Aufladepfade aufgeladen wird. Dieser Widerstand übt damit eine Doppelfunktion aus, da er einerseits die periodische Entladung der Kapazität im Zusammenhang mit der Bildung einer vorgegebenen Funktion der Speisegröße gewährleistet und andererseits gleichzeitig den Wert der Regelverstärkung des Regelkreises festlegt.The input resistance of the control amplifier is also the load resistance of the capacitor, which is charged via amplitude-dependent switchable charging paths. This resistance exercises with it has a double function, since on the one hand it is the periodic discharge of the capacity in connection with the Creation of a predetermined function of the food size is guaranteed and, on the other hand, the value at the same time the control gain of the control loop.

Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Eingang der Aufladepfade und dem Eingang des Regelverstärkers noch zusätzlich eine Zenerdiode geschaltet. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß auch sehr kurzzeitige Spitzen einen unmittelbaren Einfluß auf die Regelung ausüben und damit sichergestellt ist, daß die zulässigen Grenzwerte von eventuell in den Stromkreisen angeordneten Halbleiterelementen nicht überschritten werden und somit deren Zerstörung mit Sicherheit vermieden wird.In a further advantageous embodiment of the invention, the charging path is between the input and a Zener diode is also connected to the input of the control amplifier. That way you can it can be achieved that even very short-term peaks have a direct influence on the regulation and thus it is ensured that the permissible limit values of possibly in the circuits arranged semiconductor elements are not exceeded and thus their destruction with certainty is avoided.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise an Hand der Zeichnung beschriebenen dieser zeigtThe invention is described below, for example, with reference to the drawing

F i g. 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele für die bekannte Schaltung zur amplitudenabhängigen Aufladung eines Kondensators undF i g. 1 and 2 two exemplary embodiments of the known circuit for amplitude-dependent charging a capacitor and

F i g. 3 und 4 zwei entsprechende Anwendungsbeispiele der Schaltung gemäß der Erfindung.F i g. 3 and 4 two corresponding examples of application of the circuit according to the invention.

Nach F i g. 1 wird eine periodische Eingangsgröße,According to FIG. 1 becomes a periodic input variable,

die insbesondere auch nicht sinusförmig sein kann und im vorliegenden Falle von einer zeitabhängigen Spannung u\ ftjgebildet wird, einer Gleichrichterbrücke G zugeführt, an deren Ausgang ein von den Widerständen ,Ri und Ri gebildeter Spannungsteiler liegt. Die außenliegenden Anschlüsse dieses Spannungsteilers sind über einen Widerstand Rv, eine Diode Dv und einen Speicherkondensator G verbunden, wobei die Diode D. so gepolt ist, daß sie vom Widerstand Rv in Richtung des Speicherkondensators Ci durchlässig ist. Der Mittelabgriff des Spannungsteilers Rx, Ri ist über eine weitere Diode Di mit der gleichen Seite des Speicherkondensators Cx verbunden, wie die Diode Dv. Die beiden Dioden D\ und Dv sind gleichzeitig gepolt. Dem Speicherkondensator ist ein Abschlußwiderstand Ra parallel geschaltet, an dem die Ausgangsspannung Ui abgreifbar ist, die der gewünschten Funktion der Speisegröße, insbesondere etwa dem Effektivwert, entspricht.which in particular cannot be sinusoidal and in the present case is formed by a time-dependent voltage U \ ftj, fed to a rectifier bridge G , at the output of which a voltage divider formed by the resistors, Ri and Ri is connected. The external connections of this voltage divider are connected via a resistor Rv, a diode Dv and a storage capacitor G, the diode D. being polarized so that it is permeable from the resistor Rv in the direction of the storage capacitor Ci. The center tap of the voltage divider Rx, Ri is connected via a further diode Di to the same side of the storage capacitor Cx as the diode Dv. The two diodes D \ and Dv are polarized at the same time. A terminating resistor Ra is connected in parallel with the storage capacitor, at which the output voltage Ui can be tapped, which corresponds to the desired function of the supply variable, in particular approximately the effective value.

Die beiden vom Spannungsteiler Rx, Ri zum Kondensator C\ führenden Aufladepfade 1, 2 werden, wie sich ohne v/eiteres aus der Schaltung ergibt, beim Anwachsen der Spannung u\ (t) während einer Halbperiode der Eingangswechselgröße nacheinander leitend und liefern damit in Abhängigkeit von der jeweiligen am Spannungsteiler abgegriffenen Spannung verschiedene Beiträge zur Aufladung des Speicherkondensators Ci. Die Schaltung nach Fig. 1 erbringt bereits .eine gute Approximation für eine gewünschte Funktion der Speisegröße, wenn die Dimensionierung der einzelnen Schaltungselemente in entsprechender Weise gewählt wird.The two charging paths 1, 2 leading from the voltage divider Rx, Ri to the capacitor C \ become conductive one after the other as the voltage u \ (t) increases during a half-cycle of the input change, as can be seen from the circuit Contributions to the charging of the storage capacitor Ci differ from the respective voltage tapped off at the voltage divider. The circuit according to FIG. 1 already provides a good approximation for a desired function of the supply variable if the dimensions of the individual circuit elements are selected accordingly.

Durch eine Erhöhung der Anzahl der Aufladepfadc läßt sich eine praktisch beliebige Approximation der gewünschten Funktion der Speisegröße erreichen. Dies ist in F i g. 2 beispielhaft dargestellt, bei der durch den zusätzlichen Aufladepfad 3, gebildet aus dem Spannungsteiler Ri, Ra mit der Diode Di, eine feinere Abstufung des Spannungsteilers gegenüber der in F i g. 1 dargestellten Schaltung erreicht wird.By increasing the number of charging paths, practically any approximation of the desired function of the feed variable can be achieved. This is in FIG. 2 shown by way of example, in which the additional charging path 3, formed from the voltage divider Ri, Ra with the diode Di, results in a finer gradation of the voltage divider compared to the one in FIG. 1 is achieved.

F i g. 3 und 4 zeigen in dem gestrichelt umrandeten Teil 6 die entsprechenden bekannten Schaltungen von Fig. 1 und 2, jedoch ohne aen Abschlußwiderstand Ra. Die Funktion dieses Abschlußwiderstandes wird nunmehr von dem Eingangswiderstand Rs der im gestrichelt umrandeten Teil 7 dargestellten Regelungsanordnung übernommen. Dazu ist der Kondensator Ci, an dem die Spannung Ui auftritt, einerseits mit der Ausgangsklemme Kx und anderenfalls über einen Spannungsteiler Rb, Ar mit der Ausgangsklemme / 1 verbunden. Dem Regelverstärker 4 wird von einer Klemme 5 die Sollspannung Ui über einen Widerstand Rs zugeführt, der Mittelabgriff des Spannungsteilers Ri, Ri ist einerseits mit dem Eingang des Regelverstärkers 4 und andererseits über eine Zenerdiode Z mit dem Ausgang des Gleichrichters G verbunden.F i g. 3 and 4 show the corresponding known circuits of FIGS. 1 and 2 in the part 6 bordered by dashed lines, but without a terminating resistor Ra. The function of this terminating resistor is now taken over by the input resistor Rs of the control arrangement shown in the part 7 outlined by dashed lines. For this purpose, the capacitor Ci, at which the voltage Ui occurs, is connected on the one hand to the output terminal Kx and on the other hand via a voltage divider Rb, Ar to the output terminal / 1 . The nominal voltage Ui is fed to the control amplifier 4 from a terminal 5 via a resistor Rs ; the center tap of the voltage divider Ri, Ri is connected to the input of the control amplifier 4 on the one hand and to the output of the rectifier G via a Zener diode Z on the other.

Damit ergibt sich folgende Funktion der Schaltung: Die Spannung in (t) ist proportional der zu regelnden Speisegröße, während die Spannung Ui einer bestimmten vorgegebenen Funktion dieser Speisegröße entspricht. Gleichzeitig dient die Spannung Ui als Istwert der Regelung, der im Regelverstärksr mit dem Sollwert Ui verglichen wird. Die an den Ausgangsklemmen K\ i'nd Ki des Regelverstärkers gebildete Spannung beeinflußt — gegebenenfalls über ein weiteres Leistungsstellglied — in bekannter Weise die Speisegröße Ui (l). Damit ist bei geeigneter Dimensionierung der Aufladepfade sichergestellt, daß auch bei einem beliebigen zeitlichen Verlauf der Speisegröße die Belastungsgrenze der gespeisten Stromkreise nicht überschritten wird.This results in the following function of the circuit: The voltage in (t) is proportional to the supply variable to be controlled, while the voltage Ui corresponds to a certain predetermined function of this supply variable. At the same time, the voltage Ui serves as the actual value of the regulation, which is compared in the control amplifier with the setpoint Ui. The voltage formed at the output terminals K \ i'nd Ki of the control amplifier influences the feed variable Ui (l) in a known manner, possibly via a further power control element. With a suitable dimensioning of the charging paths, it is thus ensured that the load limit of the powered circuits is not exceeded even with any time course of the feed variable.

Schließlich bewirkt die Anordnung der Zenerdiode Z oder eines Halbleiterbauelementes mit einer entsprechenden Durchbruchkennlinie, daß auch sehr kurzzeitige Spitzen im Verlauf der Speisegröße u\ (t) einen unmittelbaren Einfluß auf die Regelung ausüben, urn zu verhindern, daß die zulässigen Grenzwerte der im Regelkreis verwendeten Halbleiterschalter überschritten werden, was zu deren Zerstörung führen könnte.Finally, the arrangement of the Zener diode Z or a semiconductor component with a corresponding breakdown characteristic has the effect that even very brief peaks in the course of the supply variable u \ (t) exert a direct influence on the control, in order to prevent the permissible limit values of the semiconductor switches used in the control circuit exceeded, which could lead to their destruction.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1.Safety control circuit for circuits with a predetermined load limit, whereby the supply variable of the circuits is periodic, in particular not sinusoidal, and the input variable of the control circuit is proportional to the supply variable of the circuits and amplitude-dependent switchable charging paths for a capacitor connected to a load, which are fed with the input variable are provided, characterized in that the load on the capacitor (Ci) is formed by the input resistance of a downstream control amplifier (4) and άάΰ the charging paths (Rv, Dv; Ri, Ä2, Di; A3, Ra, Di) as a function of the input resistance of the control amplifier (4) are dimensioned in such a way that the control circuit always maintains such a predetermined function of the supply variable of the circuits that the load limit of these circuits is not exceeded.

2. Safety control circuit according to claim 1, characterized in that the charging paths in Depending on the input resistance of the control amplifier (4) are dimensioned such that of the control circuit always adheres to the permissible rms value of the supply variable of the circuits.

3. Safety control circuit according to claim 1 or 2, characterized in that a Zener diode (Z) is connected between the input of the charging paths and the input of the control amplifier (4)