DE2318092C3 - Elektronische Schützensteuerung - Google Patents

Description

— der Ausgangsanschluß (A, B, C) jedes Differenzverstärkers (6, 7, 8) ist über eine Klammerdiode (21) mit dem Abgriffspunkt (23) seiner Referenzspannung verbunden und über eine Entkopplungsdiode (19) an eine gemeinsame Stufenspannungsleitung (18) angeschlossen;

— an der Stufenspannungsleitung (18) liegt die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers (6, 7, 8) der gerade eingeschalteten höchsten Schaltstufe und bildet die Bezugsspannung am einen Eingangsanschluß (A) eines als Differenzverstärkers geschalteten Regelverstärkers (24), welcher der Driftunterdrückung des Integrators (l)dient;

— der andere Eingangsanschluß (b) des Regelverstärkers (24) ist mit dem Ausgangsanschluß des Integrators (1) oder seines Folgeverstärkers (4) verbunden;

— der Ausgangsanschluß des Regelverstärkers (24) ist an den Steuereingang (2) des Integrators (1) gelegt;

— den Referenzeingangsanschlüssen (a) der Differenzverstärker (6, 7. 8) wird außerdem über Dioden (15) eine positive Spannung zugeführt, die der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers (6, 7, 8) der gerade eingeschalteten Schaltstufe entspricht.

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Schützensteuerung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine solche Schützensteuerung ist aus der US 44 333 bekannt.

Besonders auf elektrisch betriebenen Fahrzeugen kann es durch Störimpulse leicht zu Fehlschaltungen der Schützensteuerung kommen, wenn z. B. gesetzte Speicherelemente vorzeitig wieder gelöscht werden. Die betreffende Stufe fällt dann ab und weitere können nicht mehr erreicht werden. Unter Umständen muß der Anfahrvorgang völlig wiederholt werden. Das ist unerwünscht.

Solche Schaltregister bedürfen daher besonderer Schutzmaßnahmen. Ferner bedarf es eines besonderen Aufwandes, wenn man eine solche Anordnung mit dem Schiebetakt nicht nur stufenweise vorwärts, sondern auch rückwärts schalten will (Zweirichtungs-Schieberegister).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in beiden Fortschaltrichtungen beliebig schnell schaltbare elektronische Schützensteuerung der eingangs genannten Art einfach und störsicher auszuführen, wobei gleichzeitig die jeweils gewählte Schaltstufe definiert gehalten wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Mitteln des Anspruches 1 gelöst.
Durch die Erfindung kann der Integrator bei

is fehlender Eingangsspannung nicht mehr »weglaufen«. Der Integrator wird nämlich bei einem Eingangssignal Uc=O vom Regelverstärker praktisch auf die Referenzspannung der gerade eingeschalteten höchsten Schaltstufe eingestellt Streng genommen erfolgt die Einstellung auf das Bezugspotential der Stufenspannungsleitung. Dieses entspricht jedoch stets dem der Referenzspannung der eingeschalteten höchsten Schaltstufe, abgesehen von unerheblichen Differenzen der sich ausgleichenden Durchlaßspannungsabfälle der jeweiligen Klammerdiode und Entkopplungsdiode. Es findet somit eine elektronische Rastierung auf das Bezugspotential bzw. die Referenzspannung statt.

Ein schsmatisches Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Übersichtsschaltschema,

F i g. 2 einen detaillierten Stromlaufplan.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Integrator bezeichnet, der eine zu verwertende Regelspannung — U_e erhält. Seine Ausgangsspannung + U_a wird einer einer Widerstandsstufenzahl entsprechenden Reihe von Schwellwertstufen 5a, 5b, 5c zugeführt, die bei verschiedenen Spannungsniveaus ansprechen und über eine Diodenmatrix 9 und Einzelverstärker 10 entsprechende Stufenschütze 11 ansteuern.

Zur Funktion wird auf F i g. 2 Bezug genommen. Wird dem Integrator 1, einem entsprechend beschalteten Operationsverstärker, über seinen Steuereingangsanschluß 2 eine Regelspannung — U_e zugeführt, z. B. eine aus einem Soll-Istwertvergleich stammende Reglerstellgröße, so variiert entsprechend der Höhe des Eingangssignalpegels die Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung ± U,\ d. h. bei kleiner Eingangsspannung wächst die Ausgangsspannung nur langsam, bei größerer schneller und bei Eingangssignal 0 bleibt die Ausgangsspannung infolge des Rückkopplungskondensators 3 auf dem erreichten Wert stehen.

Die linear ansteigende Ausgangsspannung + U_a wird über einen Folgeverstärker 4, der als Impedanzwandler geschaltet ist, einem Register 5 von Differenzverstärkern 6, 7, 8 zugeführt. Diese setzen die Linearspannung + U, des Integrators 1 in eine der Anzahl der Schaltstufen entspechend gestufte Treppenspannung um und schalten die zugeordneten Stufenschütze 11. Die Schaltung nach F i g. 2 ist an Ausgangsanschlüssen A, B, C die zu der Diodenmatrix 9 führen abgebrochen. Für jede Fahr- bzw. Widerstandsstufe ist ein Differenzverstärker vorgesehen; im vorliegenden Fall ein als Grenzwertstufe beschalteter Operationsverstärker. Die Differenzverstärker arbeiten mit einem hohen Verstär-

hs kungsverhalten und geben symmetrisch je nach Kipplage positive oder negative Spannung ab. Sie reagieren nur auf jeweils definierte Spannungsdifferenzen an ihren beiden jeweiligen Eingangsanschlüssen a

und b, wobei beide Spannungen erhebliches Potential gegen Erde annehmen können. Den Eingangsanschlüssen b der Differenzverstärker 6, 7, 8 wird die Integraforausgangsspannung (J, und den Eingangsanschlüssen a eine von einer Spannungsteilerkette 12 mit Teilwiderständen 12a bis \2d abgegriffene, jeweils unterschiedliche Referenzspannung zugeführt Die Teilerkette ist so eingerichtet, daß sich von Stufe zu Stufe ein genügender, zweckmäßig immer gleicher Abstand, z. B. von je 1 V, ergibt Die Differenzverstärker 6,7,8 befiiftJen sich jeweils mit ihren Ausgangsspannungen im Bereich negativer Sättigung, solange die zugeführte Integratorspannung kleiner als» die anliegende Referenzspannung ist oder bleibt. Wird die Integratorspannung größer als die Referenzspannung, dann kippen sie in die entgegengesetzte Sättigungslage mit positiver Ausgangsspannung.

Bei einem Steigen der Integratorspannung (J, kippt zunächst der Differenzverstärker 6 und gibt positive Ausgangsspannung, was ein Schalten der diesem Fahrstufentrigger zugeordneten Schütze auslöst Bei weiterem Ansteigen kippt wie bei einem Schaltwerk der nächste Differenzverstärker 7 usw. Die zugeordneten Schütze schalten entsprechend. Auch umgekehrt läuft der Vorgang in der geschilderten Weise ab. Wesentlich ist, daß die Differenzverstärker in der Lage sind, Spannungsabstufungen von 0,7 bis 0,8 V pro Fahrstufe sicher zu unterscheiden und sich im Ansprechen nicht überschneiden. Es ist erwünscht, daß nur der Differenzverstärker eingeschaltet ist, der für die bestimmte Spannung definiert ist. Weder vor- noch nachgeord.iete Differenzverstärker sollen dann eingeschaltet sein. Während sich das für nachgeschaltete Differenzverstärker, die noch nicht die Ansprechgrenze erreicht haben, von allein ergibt, sind für die vorgeschalteten besondere Schaltsperren vorzusehen. So sind einmal die Differenzverstärker am Ausgang mit Löschleitungen 13 verknüpft, die jeweils über eine Diode 14 an den a-Eingangsanschluß des jeweils vorgeschalteten Differenzverstärkers führen. Erscheint z. B. positive Ausgangsspannung am eingeschalteten Differenzverstärker 7, dann wird Differenzverstärker 6 aus- bzw. umgeschaltet, indem der an negativer Referenzspannung liegende a-Eingangsanschluß potentialmäßig so weit angehoben wird, daß der £>-Eingangsanschluß negativer als der a-Eingangsanschluß wird. Mit Einschalten von Differenzverstärker 8 würde aber Differenzverstärker 7 aus- oder umgeschaltet werden; d. h., an seinem Ausgangsanschluß würde negatives Signal erscheinen und der Differenzverstärker 6 würde wieder freigegeben und erneut eingeschaltet werden. Um ein solches unerwünschtes Wiedereinschalten der Vorstufen zu verhindern und um zu erreichen, daß nur der der gerade erreichten Integratorspannung entsprechende Differenzverstärker anspricht, ist eine weitere Schaltsperre vorgesehen. Sie besteht darin, daß die a-Eingangsanschlüsse der vorgeschalteten Differenzverstärker weiterhin eine Potentialanhebung erfahren, indem über Dioden 15 positives Potential zugeführt wird, das der gerade eingeschalteten Schaltstufe entspricht. Eine Stufenspannungsleitung 18 führt dieses Potential, das einen Transistorverstärker 17 über seine Basis steuert. Von der Emitterleitung des Transistorverstärkers 17 wird das positive Potential den a-Eingangsanschlüssen zugeführt. Die Versorgungsspannung für den Transistorverstärker 17 wird einer Leitung 16 entnommen. An die Stufenspannungsleitung 18 ist dazu im übrigen von den Ausgangsanschlüssen jedes der Differenzverstärker 6, 7, 8 jeweils ein Netzwerk aus einer Diode 19 und einem Vorwiderstand 20 gelegt Klammerdioden 21 verbinden jeweils verschiedene Spannungsteilerpunkte 22 der Netzwerke mit zugeordneten Abgriffspunkten 23 zwischen den Teilwiderständen 12a bis 12d der Spannungsteilerkette 12 Diese Klammerdioden 21 sind quasi Überspannungsableiter und bewirken, daß die Spannungen an den Punkten 22, die den zugeordneten Differenzverstärkern der Schaltstufen entsprechend

ι ο verschiedene Werte annehmen, die jeweils z. B. um etwa 1 V differieren sollen, genau eingehalten werden. Bei höheren Differenzverstärkerausgangsspannungen fließt ein Strom über Widerstand 20 und Klammerdiode 21 in die Spannungsteilerkette 12 ab. Die Spannung an den Spannungsteilerpunkten 22 kann nicht höher steigen als die am angeordneten Abgriffspunkt 23, erhöht um den Spannungsabfall an der Klammerdiode 21. Dieser Spannungsabfall tritt praktisch auch an Diode 19 des Netzwerks auf, so daß die an der Stufenspannungsleitung 18 anliegende Spannung praktisch den Wert der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers der jeweils gerade eingeschalteten Schaltstufe annimt.

Mit dem Ansteigen der Eingangsspannung — U_e und dem fortschreitenden Ansprechen der Differenzverstärker 6, 7, 8 erhöht sich somit stufenweise auch die Spannung an der Stufenspannungsleitung 18. Der Transistor 17 steuert weiter durch und die Potentialanhebung an den a-Eingangsanschlüssen der Differenzverstärker erhöht sich ebenfalls. Das ist wichtig für die Vorstufen, da sich auch die Spannung an den b-Eingangsanschlüssen erhöht. Zur Sicherstellung einer definierten Differenz ist zwischen die Steuereingänge a und b noch ein Netzwerk aus jeweils einem Widerstand 25 und einer Begrenzungsdiode 26 geschaltet.

J5 Es ist erforderlich, die Schaltung mit einer Nullregulierung zu versehen, um das unvermeidliche Driften des Integrators 1 zu kompensieren und damit die Schaltzustände definiert zu halten und von Exemplarstreuungen unabhängig zu machen. Hierzu dient ein Differenzverstärker 24, dessen Ausgangsanschluß auf den Steuereingangsanschluß 2 des Integrators 1 geschaltet ist und dessen Steuereingangsanschluß b dabei an der verstärkten Ausgangsspannung + L^des Integrators 1 liegt. Sein a-Eingangsanschluß liegt an der Stufenspannungsleitung 18, deren Spannungsniveau der gerade eingeschalteten Schaltstufe entspricht. Jedesmal, wenn einer der Differenzverstärker — und damit eine Schaltstufe — zugeschaltet wird, erhöht sich dieses Potential. Der Differenzverstärker 24 vergleicht das Stufenpotential mit der Ausgangsspannung + U, am Integrator 1 und regelt Driftabweichungen dieser Spannung durch Anpassung an die jeweilig vorhandene Stufenspannung aus. Bei Differenz 0 ist der Differenzverstärker 24 ohne Eingriff auf den Integrator. Diese Nullpcgeleinstellung stellt eine vorteilhafte elektronische Rastierung dar. Das Signal der Regelspannung U_c muß stets einen solchen Energieinhalt bzw. eine solche Spannungszeitfläche aufweisen, daß die Rast, d. h. mindestens die Differenz zur nächsten Stufe von der Ausgangsspannung + (J, über- oder unterschritten wird. Darüber hinaus ist die Schaltung durch Speicherung der Signalspannung im Rückkopplungskondensator 3 des Integrators 1 gegen Störimpulse zusätzlich fast völlig unempfindlich, da der Störimpuls zur Rückschaltung den Kondensator entladen muß. Die Ladung dieses Kondensators kann man so groß machen, daß der Energieinhalt selbst größerer Störimpulse nicht zur Veränderung seiner Ladung auch nur um eine Stufe ausreicht. Um das Register um

mehrere Stufen zu verschieben, wäre sogar jeweils das entsprechende Vielfache dieser Störenergie notwendig. Wenn im vorliegenden Beispiel dem Integrator eine analoge Spannung zugeführt wurde, so ist vom Regler her auch eine Impulssteuerung denkbar, z. B. derart, daß jeder Impuls am ' ingang des Integrators das Register um eine Stufe wc .c: schaltet. Die Impulse müssen hierzu eine bestimmte Spannungszeitfläche aufweisen, die so groß ist, daß dem Integrationskondensaior jeweils die Ladungsdifferen/ eines Stufensprunges zugeführt wird. Vielfache hierzu sind möglich, so daß das Register zu bestimmten Schallvorgängen mit einem Impuls entsprechender Spannungszeitfläche auch um zwei, drei oder mehr Stufen vor· oder zurückgesetzt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Elektronische Schützensteuerung zur Schaltung und/oder Gruppierung von Widerstandsstufen, insbesondere für die Anfahrsteuerung elektrischer Triebfahrzeuge, mit folgenden Merkmalen:

— den Widerstandsstufen zugeordnete Schütze werden von aus Differenzverstärkern gebildeten Schwellwertstufen angesteuert;

— die Schwellwertstufen sind mit einem Eingangsanschluß an den Ausgangsanschluß eines Integrators angeschlossen;

— sie sind mittels unterschiedlicher, ihnen jeweils zugeordneter Referenzspannungen für verschiedene Ansprechwerte ausgelegt;

— der Ausgangsanschluß der jeweils folgenden Schwellwertstufe ist über eine Lösohleiiung mit einem Eingangsanschluß der vorangehenden Schwellwertstufe verbunden;

gekennzeichnetdurch folgende Merkmale: