DE2212792B2 - Spannungs-Frequenzwandler - Google Patents

Description

spannung erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die den Grenzwertstufen (13, 14) zugeführten Bezugsspannungen der Referenzspannung (Ur) proportional sind.

2. Spannungs-Frequenzwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der wechselweise am Eingang des Integrators (9) liegenden Eingangsspannungen an einem Spannungsteiler (1) abgegriffen

spannung (U_r) liegt.

3. Spannungs-Frequenzwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Bezugsspannung für eine der Grenzwertstufen (13 bzw. 14) an einem Spannungsteiler (20) 3° abgegriffen ist, an dem die Referenzspannung (U_r) liegt.

4. Spannungs-Frequenzwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

positive oder negative Eingangsspannung zuzuführen ist, die einer Referenzspannung proportional ist, und die Schalter für die Eingangsspannung in Steuerabhängigkeit von den Grenzwertstufen

stehen und wechselweise geöiTnet bzw. geschlossen 15 ist, die einer Referenzspannung proportional ist, und werden, wenn ein Umkehrpunkt der Sägezahn· die Schalter für die Eingangsspannung in Steuerabhängigkeit von den Grenzwertstufen stehen und wechselweise geöffnet bzw. geschlossen werden, wenn ein Umkehrpunkt der Sägezahnspannung erreicht ist. Ein solcher Spannungs-Frequenzwandler ist beispielsweise aus der NL-OS 7 111371 bekannt. Mit diesem Wandler wird eine Eingangsspannung in eine spannungsproportionale Frequenz umgesetzt. Die Spannungsabhängigkeit stört, wenn eine Festfrequenz

an dem die 'Referenz- 25 oder eine in einem größeren Bereich einstellbare,

stabile Frequenz erzeugt werden soll. Mit einer aufwendigen Stabilisierung der Referenzspannung kann hier häufig Abhilfe geschaffen werden. Diese Methode ist jedoch sehr kostspielig und nicht immer anwendbar. Es besteht die Aufgabe, bei einem Spannungs-Frequenzumsetzer der eingangs genannten Art die Abhängigkeit der Frequenz von Störschwankungen einer Referenz- bzw. Eingangsspannung zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge-

die Bezugsspannung einer der Grenzwertstufen (13) 35 löst, daß die den Grenzwertstufen zugeführten BeNull ist. zugsspannungen der Referenzspannung proportional

5. Spannungs-Frequenzwandler nach einem der sind.

Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Bei dem erfindungsgemäßen Spannungs-Frequen/-

eine der abwechselnd am Integratoreingang lie- wandler entfällt wegen der Proportionalität der Eingenden Eingangsspannungen mit einem Umkehr- 40 gangsströme bzw. Eingangsspannungen des Integraverstärker (6) aus der anderen abgeleitet ist. tors und der Bezugsspannungen der Grenzwertstufe

6. Spannungs-Frequenzwandler nach Anspruch 5, zu einer Referenzspannung, die beispielsweise die Verdadurch gekennzeichnet, daß der Vcrstärkungs- sorgungsspannung sein kann, die Spannungsabhängigfaktor des Umkehrverstärkers (6) 1 ist. keit der erzeugten Frequenz. Eine Stabilisierung der

7. Spannungs-Frequenzwandler nach einem der 45 Referenzspannung kann daher entfallen. Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Zur Erzeugung einer variablen, spannungsunabdie Ausgänge der Grenzwertstufen (13, 14) mit hängigen Frequenz ist es vorteilhaft, wenigstens eine einer Gedächtnisstufe (16) verbunden sind, von der wechselweise arri Eingang des Integrators liegenden deren Ausgangsimpulsen die Schalter (3, 8) für Eingangsspannungen an einem Spannungsteiler abzudie Eingangsspannung wechselweise geöffnet bzw. 50 greifen, an dem die Referenzspannung liegt. Die andere geschlossen werden. Eingangsspannung xann mit einem Umkehrverstärker

8. Verwendung eines Spannungs-Frequenzwand- aus der ersten abgeleitet sein. Vorteilhaft ist es weiterlers nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als Impuls- hin, hierzu wenigstens eine Bezugsspannung für eine geber, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Grenzwertstufen an einem Spannungsteiler abzu-(12) des Integrators (9) dem ersten Eingang einer 55 greifen, an dem die Referenzspannung liegt. Die Vergleichsstufe (21) zugeführt ist, an deren zweiten Bezugsspannung an der anderen Grenzwerlstufe Eingang eine Vergleichsspannung (CZ₁) liegt. kann Null sein.

9. Verwendung eines Spannungs-Frequenzwand- Bei einer vorteilhaften Verwendung des erfindungslers nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, gemäßen Spannungs-Frequenzumsetzers wird der Ausdaß die Vergleichsspannung (C/,,) durch eine obere 60 gang des Integrators dem ersten Eingang einer Ver- und eine untere Grenzspannung begrenzt ist, die gleichsstufe zugeführt, an deren zweiten Eingang eine zwischen den Umkehrpunklen der Sägezahn- Vergleichsspannung liegt, die durch eine obere und spannung liegen und die proportional zur Refe- eine untere Grenzspannimg begrenzt ist, die zwischen renzspannung (CZ₁-) sind. den Umkehrpunkten der Sägezahnspannung liegen

10. Verwendung eines Spannungs-Frequenz- 65 und die proportional zur Referenzspannung sind. wandlers nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich- Damit wird sichergestellt, daß die Vergleichsspannung net, daß die Vergleichsspannung (CZ₁.) die Stell- auch bei sprunghaften Änderungen so liegt, daß sie größe einer Regeleinrichtung mit einem Regelver- mit der Sägezahnspannung zum Schnitt kommt. Ist

jj_e Vergleichsspannung die Stellgröße einer Regel- ter 3 und 8 erneut betätigt werden. Mit dem oberen

einrichtung rnit einem Regelverstärker, so können und unteren Grenzwert ist damit der obere bzw.

d^sern zur Begrenzung diese Grenzspannungen zu- untere Umkehrpunkt der Sägezahnspannung gegeben,

erführt sein. Ein solcher Impulsgeber läßt sich vor- deren Flankensteilheit durch die Größe der positiven

teilhaft als Steuersatz beispielsweise für einen Strom- 5 bzw. negativen Integratoreingangsspannungen bzw.

richter einsetzen, wobei die Abhängigkeit von der -ströme bestimmt ist.

Vergleichsspannung gebildeten Impulse der mit dem Die Grenzwertstufen 13 und 14 sind über Begren-

Stromrichter erzeugten Frequenz vor- oder nacheilen zerdioden 18 und 19 begrenzte Differenzverstärker.

^5_ηηεη. Der zweite Eingang der Grenzwertstufe 14 ist mit dem

Im folgenden wird der erfindungsgemäße Span- io Abgriff eines Potentiometers 20 verbunden, an dessen

nungs-Frequer.^vvandler beispielhaft an Hand der Klemme 20a die negative Referenzspannung U_T liegt.

pig. 1 bis 3 näher erläutert. Der zweite Eingang der Grenzwertstufe 13 liegt auf

Fig. 1 zeigt das Schaltbild eines erfindungsge- Nullpotential. Damit ist die Differenz der Bezugs-

mäßen Spannungs-Frequenzwandlers, der zu einem spannungen für die Grenzwertstufen der Referenz-

Impulsgeber ergänzt ist. An der Klemme la eines 15 spannung U, proportional. Die gleiche Proportionah-

Spanungsteilers 1 liegt eine negative Referenzspan- tat für die Bezugsspannungen würde man erhalten,

nüng JJr, die beispielsweise die Versorgungsspannung wenn in Abweichung von F i g. 1 der zweite Eingang

sein kann. Der Abgriff des Potentiometers 1 ist mit der Grenzwertstufe 13, wie bei der Grenzwertstufe 14,

einem Schalter 3 und über einen Widers.and 4 mit mit einem Abgriff eines Potentiometers verbunden einem Eingang eines über den Widerstand 5 rückge- 20 wäre, an dem die negative Referenzspannung Vr

koppelten Umkehrverstärkers 6 verbunden. Der Aus- oder eine dieser proportionalen Spannung liegt,

eang des Verstärkers 6 ist einem zweiten Schalter 8 Die Integratorausgangsspannung U_s erhält man aus

zugeführt. Die Schalter 3 und 8 können mit Feldeffekt- dem Integral:

transistoren bestückte Schalter, sogenannte FET- η

Schalter sein, die im Handel erhältlich sind und die 25 υ _ ._J__. . [ ^₁- U_rdt

über Steuereingänge 3 a und 8 a betätigt werden ^s R_t ■ C J

können. '■

Ist der Schalter 3 geschlossen und der Schalter 8

geöffnet, so liegt am Eingang eines Integrators 9 mit In dieser und den noch folgenden Beziehungen dem Widerstand 2 eine negative Spannung, und der 30 ist C die Kapazität des Kondensators 10 und mit Ri

Integrator erhält negativen Strom. Bei geschlossenem wird jeweils der Widerstandswert des Widerstandes

Schalter 8 und offenem Schalter 3 erhält der Integra- bezeichnet, dessen Bezugszeichen als Index auftritt.

tor 9 mit dem Widerstand 7 eine positive Eingangs- λ₍ kennzeichnet die Proportionalitätsfaktoren zwi-

snannung und damit positiven Eingangsstrom. Die sehen der Referenzspannung U_r und den wechsel-Reihenfolge von Schalter 3 und Widerstand 2 bzw. 35 weise angelegten Eingangsspannungen am Integrator V

Schalter 8 und Widerstand 7 kann vertauscht sein. bzw. den Bezugsspannungen für die Grenzwertstihcn

Diese Eingangsspannungen sind der Referenzspan- 13 und 14. Diese Proportionalitätsfaktoren «< sind im

nung Vr proportional. Der Integrator 9 ist ein über Ausführungsbeispiel durch Spannungsteiler bestimmt,

die Kapazität 10 rückgekoppelter Verstärker 11. Am In der Beziehung für die Integratorausgangsspannung Ausgang 12 des Integrators 9 steht entsprechend der 40 U₈ ist für R, bei steigender Flanke R₂ und bei fallender

Polarität der Integratoreingangsspannung eine Flanke R₇ zu setzen. Bei steigender Flanke ist Xt-^₁,

Soannung an, die proportional zur Zeit ansteigt oder w >bei A₁ der durch das Potentiometer 1 gegebene

abfällt Proportionalitätsfaktor ist und bei fallender Flanke

Die Spannung am Ausgang 12 ist zwei Grenzwert- ^ _x .. ^R>. Setzt man voraus, daß auch die Bestuf en 13 und 14 zugeführt, die beim Erreichen eines 45 " ^Rt ... oberen bzw unteren Grenzwertes jeweils einen Impuls zugsspannung an der Grenzwertsture 13 über ein an ein in bekannter Weise aus NAND-Gattern 15a Potentiometer von der Referenzspannung u_r aDgc- und 156 aufgebaute Gedächtnisstufe 16 abgeben, leitet ist und daß λ₂ bzw. λ₃ die Proportionaiitatswobei zwischen die Grenzwertstufe 14 und die Ge- Faktoren für die Bezugsspannungen der Grenzwertdä-htnisstufe 16 eine Invertierstufe 17 geschaltet ist. 50 stufen 13 und 14 sind, so erhalt man fur die Lautzeit i_f Die Ausgänge der Gedächtnisstufe 16 sind mit den der steigenden Flanke der Sägezahnspannung U. Steuereingängen 3a bzw. 8a der Schalter 3 und 8 ^ verbunden und diese Schalter werden von den Aus- («_{2 r} K₃) · U_r == ■·-- „ ' ^Λι ^Ur gangsimpulsen der Gedächtnisstufe 16 wechselweise ^Ri' ^c geöffnet bzw. geschlossen, wenn die Integratoraus- 55 ^ ..,. ^ gangsspannung einen der Grenzwerte erreicht. Nimmt t_s ■--= ——— - - -R₂-C man beispielsweise an, daß der Schalter 3 geschlossen ^Λι

und der Schalter 8 geöffnet sei, so liegt eine negative < „ ρι,ηΐρ Ηργ Säee-

Eingangsspannung am Integrator 9. Am Integrator- und für die Laufzeit /, der fallenden Hanke der Sage

ausgang 12 erhält man dann eine hochlaufende Span- 60 zali.ispnnnung

nung. Beim Erreichen des oberen Grenzwertes wird i_f R. . _Λ . ^

von der Grenzwertstufe 13 ein Signal abgegeben, das < V -;■ ^3) ' <-^:r ^r r ■ c ' R ' ^Γ

über die Gedächtnisstufe 16 den Schalter 8 schließt ⁷ *

und den Schalter 3 öffnet. Am Integratoreingang liegt ^ ₊ ^₃

nun eine positive Spannung, und man erhält am 65 i_f = · R₁ · C

Integratorausgang 12 eine abfallende Spannung, bis ^lX) '^Λ1

der untere Grenzwert erreicht und durch einen Aus- ^₄ gangsimpuls der zweiten Grenzwertstufe 14 die Schal-

5 6

Daraus folgt für die Frequenz/ der Sägezahn- Ausgang der Vergleichsstufe eine Invertierstufe 32 spannung die Beziehung: nachgeschaltet. Man erhält damit an den Ausgängen

33 bzw. 34 zwei komplementäre Impulsfolgen, die

1 _ _ «j + «j /_R „ JRj__ _ π ..-λ beispielsweise jeweils zur Ansteuerung der Strom-

~f '*+'/— ^ I 2 +^ ' 1 5 richterventile eines Diagonalzuges eines Wechsel-^{1 5} richters in Brückenschaltung benutzt werden können.

Diese Beziehung ist unabhängig von der Referenz- In F i g. 3 sind Spannungen bzw. Impulsfolgen auf-

spannung U_r. Mit dem erfindungsgemäßen Span- gezeichnet, die an den entsprechend bezeichneten nungs-Frequenzumsetzer wird also eine von der Refe- Punkten der Schaltung nach F i g. 1 auftreten. Dabei renzspannung U_r unabhängige Frequenz erzeugt, deren io ist für die Sägezahnspannung U, in Abweichung von Größe durch Widerstands- bzw. Kapazitätswerte be- F i g. 2 vorausgesetzt, daß die Bezugsspannung für stimmt ist. Insbesondere kann die Frequenz durch die Grenzwertstufe 13 das Nullpotential ist (λ₂ == Null) Verstellen des Abgriffes des Potentiometers 1 und und daß zur Erzeugung eines symmetrischen Sägedamit durch Veränderung des Proportionalitätsfak- zahnes R_t = R_b und R_t = R₁ gewählt wurde. Die tors Oi₁ auch in einem weiten Bereich stetig verändert 15 Bedingung R_A = Jt₅ entspricht einem Verstärkungswerden, wobei die Unabhängigkeit von der Eingangs- faktor 1 des Verstärkers 6.

spannung bzw. Referenzspannung U₁- bewahrt bleibt. Wegen der Proportionalität der Begrenzungsspan-

Eine Stabilisierung der Eingangsspannung ist nicht wangen des Regelverstärkers 24 zur Referenzspanmehr erforderlich. nung U_r liegt die Steuerspannung U_v immer zwischen In F i g. 2 ist der zeitliche Verlauf einer Sägezahn- 20 dem oberen und dem unteren Umkehrpunkt der Sägespannung U, aufgezeichnet, wie sie am Integrator- zahnspannung U₈. Auf die Vorteile dieser Maßnahme ausgang 12 ansteht. Der Abstand zwischen den Um- wurde bereits hingewiesen.

kehrpunkten der Sägezahnspannung ist durch die An den Ausgängen der Grenzwertstufen 13 und 14

Summe der Produkte », · U_r und A₃ ■ U_r gegeben. entsiehen die Nadelimpulsfolgen U₁ bzw. U₂. Die Der F i g. 2 ist zu entnehmen, daß für den Fall 25 Nadelimpulse U₁ entsprechen den oberen Umkehra₂ = 0, d. h. bei geerdetem zweiten Eingang der punkten der Sägezahnspannung, die Nadelimpulse U₂ Grenzwertstufe 13 die Nullinie den oberen Umkehr- den unteren Umkehrpunkten. Diese Kurzimpulse punkt für die Sägezahnspannung repräsentiert. Eine werden der Gedächtnisstufe 16 zugeleitet, an deren symmetrische Sägezahnspannung erhält man für Ausgängen die Impulsfolgen U₃ und U₁ auftreten. t, = tf, d. h. für Ri ■- R-, und /?₄ = R_b. 30 Die Anstiegsflanken der Impulse U₃ fallen mit einem

In F i g. 1 ist der erfindungsgemäße Spannangs- Nadelimpuls zusammen, der den oberen Umkehr-Frequenzwandler zu einem Impulsgeber ergänzt, der punkt der Sägezahnspannung charakterisiert. Die beispielsweise vorteilhaft als Steuersatz für einen Lage der Abstiegsflanke des Impulses U₃ ist identisch Wechselrichter eingesetzt werden kann. Der Aus- mit der Lage des Nadelimpulses, der beim nachfolgengang 12 des Integrators 9 ist einem Eingang einer Ver- 35 den unteren Umkehrpunkt von der Grenzwertstufe 14 gleicherstufe 21 zugeführt, die ein mit der Begrenzer- abgegeben wird. Die Impulsfolge U₁ ist zur Impulsfolge diode 22 begrenzter Verstärker ist. Dem zweiten Ein- U₃ komplementär. Mit den Impulsfolgen U₃ und U₄ gang des Vergleichers 21 ist eine Vergleichsspannung werden die Schalter 3 und 8 phasenrichtig wechselzugeführt, die mit einem über den Widerstand 23 weise geöffnet und geschlossen und die negative oder rückgekoppelten Regelverstärker 24 gewonnen wird. 40 positive Spannung an den Eingang des Integrators 9 Der Widerstand 23 kann auch eine Kombination aus gelegt.

Wirk- und Blindwiderständen sein. Am Eingang des Die Impulsfolgen U₅ und U_e werden durch die Ver-

Regelverstärkers 24 liegt über der Klemme 25 eine gleichsstufe 21 erzeugt. Ihre Lage entspricht den Regelabweichung, die beispielsweise aus einer Soll- Schnittpunkten der Sägezahnspannung U„ mit der wertspannung U* und einer Istspannung U gebildet 45 Steuerspannung U,.. Diese Impulsfolgen, die ebenfalls ist, die beispielsweise die Ausgangsspannung eines zueinander komplementär sind, können, wie bereits Wechselrichters sein kann. Zur Begrenzung ist dem erwähnt wurde, zur direkten Ansteuerung der Strom-Regelverstärker 24 über Dioden 27 und 28 je eine an richten entile eines Stromrichters benutzt werden. Potentiometern 29 und 30 abfallende Spannung züge- Zusammenfassend seien nochmals die Vorteile des erführt, wobei an der Potentiometerklemme 31 die 50 findungsgemäßenSpannungs-Frequenzumsetzerhervornegative Referenzspannung U_T liegt, die beispiels- gehoben. Ohne zusätzlichen größeren Aufwand kanr weise die Versorgungsspannung sein kann. Mit diesen mit dem Spannungs-Frequenrumsetzer eine Sägezahn Begrenzungsspannungen, die ebenfalls der Referenz- spannung erzeugt werden, deren Frequenz unabhängij spannung U_r proportional sind (Proportionalität«;- von der Referenzspannung ist Aufwendige Stabilisie faktoren: <x₄ und a₅) wird sichergestellt, daß die Ver- 55 rungsmaßnahmen entfallen damit. Bei seiner Verwen gleichs- bzw. Steuerspannung, die der Vergleichs- dung in einem Impulsgeber ist mit dem erfindungsge stufe 21 zugeführt wird, immer zwischen den oberen mäßen Spannungs-Frequenzumsetzer in einfacher Weis und unteren Umkehrpunkten der Sägezahnspannung sicherzustellen, daß pro Periode der Sägezahnspannun liegt, wenn «₄ < λ₃ und »_s .} 0 bei A₂ = 0 gilt. Damit wenigstens ein Impuls erzeugt wird, wobei diese In erhält man immer wenigstens je einen Schnittpunkt 60 pulse in Abhängigkeit von einer Steuerspannung di zwischen der steigenden und der fallenden Flanke der erzeugten Frequenz vor- oder nacheilen können. Hii Sägezahnspannung und der Steuerspannung und da- zuweisen ist auch darauf, daß mit dem erfindungsg mit wenigstens einen Impuls pro Periode der Säge- mäßen Sägezahnspannungserzeuger ohne besonde zahnspannung, der am Ausgang der Vergleichsstufe 21 aufwendige Maßnahmen eine symmetrische Sägezah ansteht und dessen Anstiegsflanke mit einem Schnitt- 65 spannung erzeugt werden kann, womit die Erzeugu punkt und dessen Rückflanke mit dem folgenden von Impulsen, die symmetrisch zu den Umkehrpur: Schnittpunkt übereinstimmen. In der F i g. 1 ist dem ten der Sägezahnspannung liegen, ermöglicht wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnunger.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   stärker (24) ist, dem zur Begrenzung die Grer.zspannungen zugeführt sind.

   Spannungs-Frequenzwandler mit einem Integrator als Sägezahnspannungserzeuger und dem Integrator nachgeschalteten Grenzwertstufen zur Bestimmung des oberen und unteren Umkehrpunktes der Sägezahnspannung, wobei dem Ein-

   Die Erfindung betrifft einen Spannungs-Frequenz-

   _{r ww} _ „„„„„ „„„„„ , „„„»., „,,„. — wandler mit einem Integrator als Sägezahnspannungs-

   gang 'des"lnte7rators"übe'r"je"einen' Schalter eine io erzeuger und dem Integrator nachgeschalteten Grenzwertstufen zur Bestimmung des oberen und unteren bV.kehmunktes der Sägezahnspannung, wobei dem Eingang des Integrators über je einen Schalter eine positive oder negative Eingangsspannung zuzuführen