DE2337756A1

DE2337756A1 - Geregelter umformer

Info

Publication number: DE2337756A1
Application number: DE19732337756
Authority: DE
Inventors: Billy Harold Hamilton; Frederick Francis Kunzinger; Robert Edward Schroeder
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1972-07-31
Filing date: 1973-07-25
Publication date: 1974-02-21
Also published as: NL158037B; CA959542A; JPS49132519A; FR2195113B1; SE391429B; GB1436268A; DE2337756C3; US3769568A; NL7310530A; DE2337756B2; FR2195113A1

Description

Patentanwalt Λ JJ ' "

WpL-In₃. Walter JackJecft ° 2337756

ESiuttflart N. MeruKlJtrtiSe 40

2 5. Juli 1973

WESTERN ELECTRIC COMPANY INCORPORATED
195 Broadway-New York, Vereinigte Staaten von Amerika

Geregelter Umformer

Sie Erfindung "betrifft die digitale Regelung des Ausgangs einer Umformerschaltung.

Die Anwendung von digitalen Techniken auf Umformerschaltungen,
"beispielsweise Stromquellen, ist erwünscht, da diese Techniken
sich leicht bei integrierten Schaltungen anwenden lassen. Die _; letzteren gestatten eine Miniatumsierung und können zu einer ; Stromquellenschaltung führen, die einfacher als bisher für | mehrere verschiedene Anwendungsfälle standardisiert werden kann. j Dadurch wird die Notwendigkeit für individuelle Schaltungen v^r-j mieden, die für bisher bekannte Stromquellen charakteristisch ^;

waren. ' S

j j

ι Erfindungsgeaiäß wird eine digitale Kopplungssteuerung in einem i

j Umformer verwendet, wobei Rückkopplungsimpulge mit variierenden j

j Zeitverzögerungen in Abhängigkeit von den zu steuernden Be- \

dingungen erzeugt werden} und eine Transistor-Inverterschaltung ;

j in dem Umformer spricht nur auf die Ankunft des ersten Impulses

j aus ^e einer Vielzahl ankommendei" Rückkopplungsimpulse an. ^!

Die Rückkopplungsimpulse v/erden mit einer Seitverzögerung ge- ;

maß einem Parameter des Ausgangssignals des Umformers erzeugt. ^:

J Zusätzlich werden die Impulse, die den Anlauf des Umsetzers ^:

steuern, mit wachsender Zeitverzögerung nach dem Betriebsari- · lauf erzeugt. Eine logische Schaltung, die auf beide Gruppen von Impulsen .anspricht, gibt nur den zuerst empfangenen Impuls ; der Impulse durch, um die Leitfähigkeit in der Inverterschaltung¹ in einem Sinn zu verändern, der den Wert des Ausgangsparaneters steuert.

Der Umformer kann eine erste und eine zweite 'Ausgangsleitung nie einer dazwischenliegenden Erde und zwei Rückkopplungsschaltungen aufweisen, die Fühler enthalten, die in ensprechenden Eälften de: Ausgangsschaltung angeschlossen sind, um die Rückkoppiungsimpulse zu liefern, die von den entsprechenden Ausgangsparaaetern abhängen, die in diesen Hälften gesteuert werden soD.len. Ba nur ein Inverter gesteuert werden muß, ist eine der zwei Rückkopplungsschaltungen redundant.

Die erfindungsgemäße Impuls-Eückkopplungstechnik mit Prioritätseinstufung ist mit einer Zweifach-Stromregelung und einer Spannungsregelung kompatibel und gestattet die Verwendung von preiswerten Impuls-Kopplungstransformatoren, um die Eingangsund Ausgangsschaltungen zu isolieren.

Eine Stillsetzungsschaltung kann vorgesehen sein, die die beiden Rückkopplungsschaltungen auf das Fehlen von Rückkopplung sin- ; pulsen während einer vorbestimmten Zeitdauer überprüft, bevor ; sie den Umformer stillsetzt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise Schema- und teilweise Blockdarstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung;

Fig. 2 eine teilweise Schema- und teilweise Blockdarstellung einer typischen Nachrichtenverbindung mit Yerstärkersteilen, v/obei ein erfindungsgemäßer Un-

L .___ f£>rmer_verwendet wirä^-um^asten^-beispielsweise

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Verstärker, in Serie durch die IJachrichtenleitung zu . versorgen; j

Fig. 5 eine teilweise Schema- und teilweise Blockdarstel3.ung· des bevorzugten Ausführungsbeispieles von 3?ig. 1, wobei die Inverterschaltung, die Ausgangsschaltung unö * Seile der Rückkopplungsschaltungen in größerem ; Schaltungsdetail dargestellt sind; und \

4 eine teilweise Schema- und teilweise Blockdarstellung-

des bevorzugten Ausführungsbeispieles, wobei die | Logikschaltung, die Stillsetzungsschaltung und die , AnIaufschaltung des bevorzugten Ausführungsbeispieles I in größerem Schaltungsdetail dargestellt sind. ;

• In der Umformer schaltung von Fig. 1 ist die Eingangsstromquelle '■ : 12 mit einem Inverter 11 gekoppelt, der Strom durch einen Vollj wellen-Gleichrichter 28 an die Last 13 unter Spannungs- oder ι Strombedingungen liefert, die von denen in der Quelle 12 ver- : j schieden sind. · ^H ;

! Der letzte Teil des Ausgangsfilters mit den Kapazitäten 14 und : j 15» deren gemeinsamer Verbindungspunkt geerdet ist, ist darge-

I stellt, um die Aufspaltung der Ausgangsschaltung zu zeigen. Der =

I Strom wird in öeder Ausgangsleitung durch Stromfühler 16 und 17 =

in der positiven bzw. der negativen Leitung abgetastet. Der \

Stromfühler 16 und ein Spannungsfühler 1& sind an einen Genera- ' I tor 20 für modulierte .Haiptfl.se in der ersten der zwei

ι Bückkopplungsschleifen gekoppelt. Der Stromfühler 17 und ein !

; S:pannüngsfühler 18 sind an einen Generator 21 für |

I modulierte. Inpulsöin der zi^eiten Rückkopplungsschaltung ge- ;

; koppelt. Der Konstantfrequenzoszillator oder die Taktschaltung ; 25 liefert die Eingänge für beide Generatoren 20 und 21. Der ge-

I trennte Aufbau der Bückkopplungsschaltungen wird durch die Im- ; puls-Kopplungseinrichtungen 22. und 23 weitergeführt, die mit deni I Ausgängen der Generatoren 20 und 21 respektive gekoppelt sind. ' Die Ausgänge der Impuls-Kopplungseinrichtungen 22 und 23 sind

j mit getrennten Eingängen der gemeinsamen Logikschaltung 24 ver- .

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bunden.

In der Schaltung von Pig. 1 "bewirkt die erste Rückkopplung oder ein anderer Steuerimpuls durch die Logikschaltung 24- die '. Steuerung der Leitfähigkeit in dem Inverter 11. Zusätzliche
Steuerimpulse werden von einer Anlaufschaltung 26 geliefert, i die von der Stromquelle 12 versorgt und durch die Oszillator- ] schaltung 25 mit einem Takt beaufschlagt wird. Der Ausgang der
! Schaltung 26 ist an einen dritten Eingang der Logikschaltung 24-j gekoppelt, in der die Priorität (der Zeitrang) der Anlauf impulse' j mit der Priorität der Rückkopplung s5.mpul se verglichen wird.

I Obwohl die Logikschaltung 24 einen vierten Eingang hat, an den
; Impulse von dem Oszillator 25 geliefert werden, wird aus dem
j folgenden ersichtlich, daß die Impulse von der Schaltung 25 dein j Prioritätsschema der Logikschaltung nicht unterworfen sind, son-

! dern stattdessen dazu dienen, die Logikschaltung zurückzusetzen, i so daß sie dafür vorbereitet ist, die Priorität der Steuerimpulse, bei dem nächsten Betriebszyklus zu bestimmen. Es wird noch
! ersichtlich, daß, während die Steuerimpulse jeden Halbzyklus der I Leitfähigkeit in dem Inverter 11 beenden, die Oszillatorrünpulse j die erneute Wiederherstellung der Leitfähigkeit in dem Inverter '._ 11 bei einer konstanten Frequenz gestatten.

Die Stillsetzungsschaltung 27 ist mit den Ausgängen der beiden ^; ; Impulskopplungseinrichtungen 22 und 23 gekoppelt, die als direkt '■ angeschlossen gezeigt, Jedoch vorzugsweise indirekt durch die ; ; Schaltung 24- verbunden sind, um die Logikfunktionen zu zentra- ' ■ lisieren. Die Schaltung 27 kann den Inverter 11 stillsetzen,wie ^: ; symbolisch durch die gezeigte Kopplung zwischen der Schaltung : ; 27 und dem Stillsetzungsanschluß an dem Inverter 11 dargestellt
j ist. Die Stillsetzung tritt inner dann auf, wenn Huckk.oppclur.gs- ;impulse von beiden Iapulskopplungseinrichtungen 22 und 25 länger 'als eine vorbestimmte.Zeitdauer fehlen.

ί ■

j Der Steuerimpuls entweder von der Einrichtung 22 oder von der _;

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:.t j

Einrichtung 23 ist in der Lage, ' den ^Betrieb des Inverters < 11 zu steuern und die Bedingungen in beiden Hälften der Aus- : gangsschaltung zu regeln, obwohl der Rückkopplungsimpuls auf Be-·; dingungen nur in einer Hälfte der Ausgangsschaltung anspricht.

Es ist zu beachten, daß Taktsignale von dem. Oszillator 25 an die Generatoren 20 und 21 für modulierte Impulse zugeführt werden, so daß bei den noch im einzelnen beschriebenen Ausführungsbeispiel die Rückkopplungsimpulse, die an die Logikschaltung 24-durch die getrennten Wege durch die Impulskopplungseinrichtungen 22 und 23 gekoppelt sind, eine in der Zeit variable Versetzung I gegenüber den Zeitpunkten ihres Auftretens haben, die von den j Schwankungen in den Bedingungen des Ausgangsstromes und der ; l Spannung gegenüber den erwarteten Werten in den entsprechenden I Hälften des aufgespaltenen Ausgangs abhängen. Die Eingabe der Rückkopplungsimpulse auf diese spezielle V/eise dient einer Rückset zfunktion in der Logikschaltung, wie noch ersichtlich wird.

Aus den allgemeinen Diagramm von Fig. 1 ist noch zu ersehen, daß j das Prinzip der "Steuerung durch den ersten durchkommenden Im- : ! puls", welches die Gesamtfunktion der Logikschaltung 24· dar-I stellt, auch auf eine beliebige Zahl von anderen Rückkopplungs-

I f

; impulsen oder Steuerimpulsen als die iia wesentlichen· redundan-

I ■ ;

I ten oben beschriebenen Rückkopplungsimpulse und die oben be- I

! j

j schriebenen Anlaufimpulse angewendet werden kann. ·

ί ;

t *

ι - ■

I Eine typische Verwendung eines erfindungsgemäßen Umformers ist ;

j zum besseren Verständnis in Fig. 2 gezeigt. Der Umformer 31 kann ί im wesentlichen so wie in Fig. 1 ausgeführt sein, wobei die Last· ; 13 durch die äußeren Schaltungen ersetzt wird, die mit dem '· j positiven und den negativen Anschluß des Umformers 31 verbunden '■ j sind. Diese Lastschaltungen umfassen die Leitungs-Trennfilter 32; .und 33 und die Leitungs-Trennfilter 34 und 35- Die Last umfasst; jauch die entzerrten Verstärker 36 und 37 (WjgLerholverstärker) I für die eine Übertragungsrichtung zwischen den Leitungs-Trenn- j

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I filtern 32 und 3^ιί und die entzerrten Verstärker 38 und 39 (Wie-' derholverstärker)für die andere übertragungsrichtung zwischen j den Leistungs-Trennfiltern 33 und 35·

j Zur Vervollständigung sind die grundlegenden Bestandteile der ' Steuerschaltung des Umformers 31 in Pig. 2 gezeigt. Sie weist i die Widerstände 42 und 43 als Teile der Stromfühler 16 und 17 i von Pig. 1 und die Generatoren 20 und 21 für die modulierten j Impulse, die .Iiapuiskopplungseinrichtungen-22 und 23> die Logik» schältung 24 und die Oszillator- oder Taktschaltung 25 wie in Fig. 1 auf. Die Eingangsstromquelle ist weggelassen, da sie als Teil Jeder vollständigen Umformerschaltung·zu verstehen i&t. Der Zweck der Darstellung von Pig. 2 besteht darin, die 'Nützlichkeit des aufgespaltenen Ausgangs des Umformers in seiner Anwendung auf ein typisches System zu zeigen, Solche Zweiweg-Vierdraht-Nachrichtenverbindungen sind auf dem einschlägigen technischen Gebiet für lange Überlandleitungen zu Nachrichtenzweckeη bekannt. Aus diesem Grund wird die Struktur oder Punktionsweiso der Leitungs-Trennfilter und der Wiederholverstärker, die aktive oder passive Entzerrungseinrichtung aufweisen können, nicht erläutert.

! Wenn* die effektiven Last impedanzen, die mit dem Umformer 31 in

! den beiden Hälften der äußeren Schaltung verbunden sind, gleich i groß sind, ist eine der zv/ei Rückkopplungs-Regelschaltungen so- ', wohl für die Stromregelung als auch die Spannungsregelung !redundant. Die gewünschte Ausgangscharakteristik wird erreicht, ί wenn eine der Regelschaltungen versagt.

Wenn die Last unausgeglichen wird, so daß die entsprechenden j äußeren Impedanzen ungleich sind, hat die,Stromregelung immer j noch eine Redundanz, wenn die Ausgangswidiung des Inverters Ά !noch von Erde isoliert ist (siehe Pig. 3)· Die Spannung auf der ! Seite mit dem höheren Lastwiderstand ist dann die größte Spannung gegen Erde. Wenn dieser höhere Widerstand - so gro.fi wird, daß die_über ibxi anliegende „Spannung..dazu, neigte _die

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ORiGiNAL !NSPUCTED

ι I

maximal erwünschte Spannung zu übersteigen, erzeugt die Rückkopplungs-Regelschaltung auf der Seite den ersten Impuls und ; wirkt dem weiteren Spannungsanstieg entgegen. ;

Obwohl die eben beschriebene eine bevorzugte Betriebsweise ist, sind andere Betriebsarten möglich, beispielsweise eine Betriebsart, bei der der Strom in einer Hälfte der Lastschaltung in dem Pail aufrechterhalten werden kann, bei dem ein offener Stromkreis auf der anderen Seite auftritt. Dieses Resultat kann dadurch erreicht werden, daß der Mittelpunkt der Ausgangswiciciung des Inverters 11 geerdet wird. Dann würde der geeignete JRückkopplungsregelkreis eine Stromregelung liefern. Bei der in den Teilen der Fig. 3 dargestellten Schaltung würde die Kapazität 197 durch eine gerade durchgehende Verbindungvoη der Wicklung-75 ersetzt, um den unausgeglichenen Stromfluß zu gestatten.

In der Detaildarstellung von Fig. 3 ist eine spezielle Schaltung gezeigt, um die oben beschriebenen Funktionen su verwirklichen. Diese Schaltung kann am besten durch Betrachtung der Inverterschaltung 11 verstanden werden. Zuerst wird Strom von der Eingangsbatterie 12 zugeführt, die durch den Eingangsschalter 51 symetrisch mit den Emittern der Schalttransistoren 52 und 53 verbunden ist, deren Kollektoren über der Primärwicklung 5^ des Transformators 55 angeschlossen sind. Der Gleichstromweg z\irüclc zu dem positiven Anschluß der Batterie wird durch die Filterspule 56 vervollständigt. Die Schaltung, in der die Transistoren 52 und 53 vorgesehen sind, ist keine Osaillatorschaltung. Stattdessen v/erden sie abwechselnd in Abhängigkeit von einen Konntantfrequenz-Antriebssignal eingeschaltet, das von der Takt- und Logikschaltung 24, 25 durch Leitungen 57 und 58 an die Basiselektroden von Transsistoren 61 und 62 in der Basistreiber-! schaltung zugeführt wird. Die Transistoren 61 und 62 sind z\x~ -. sacr.en mit den Transistoren 63 und 64 in DafLington-Paaren £■;.--sanmengeschaltet, go daß eine ausreichende Stronabsenkung der Transistoren 63 und 64 in ihres eingeschalteten Zustend sicher..

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BAD Oi=JJQINAL

gestellt ist. Entsprechend v/erden, wenn die Transistoren 61 und ' 62 ausgeschaltet sind, die Transistoren 63 und 64 sicher in : ihrem ausgeschalteten Zustand gehalten, und die End-Treiber- ' transistoren 65 und 66 werden in die Leitfähigkeit in einem voll/gesättigten Zustand getrieben, so daß eine volle Leitung durch die Transistoren 52 und 5.3 hervorgerufen wird. Der Rest der zu den Transistoren gehörenden Schaltung zum Treiben der- Inverter ist von herkömmlicher Bauweise. Beispielsweise dienen die Korn inationen der Kapazitäten 67 und 68 mit den Zener- \ dioden69 und 70 dazu, die gespeicherte Ladung in den Schalt- · transistoren 52 und 53 in einer Weise zu löschen, wie in der ; US-PS 3 304 489 beschrieben ist.

Wie oben erwähnt wurde, werden die Transistoren 52 und 53 nicht

gleichzeitig sondern abwechselnd eingeschaltet. Die Abschaltej zeit der Schalttransistoren ist unabhängig während jedes HuIb-- . j zyklus des Betriebs zeitlich variable, um die gewünschte Steuerung der Ausgangsstrom- und -spannungswerte zu erzielen. Koch ein weiteres Merkmal der Inverterschaltung 11 ist zu erwähnen. Die Kapazität 71 hält die an die Schalttransistoren angelegte Gleichspannung immer an einem annehmbaren Niveau, so daß, wenn die Treibertransistoren 61 bis 64 abgeschaltet werden, die Leitfähigkeit selbsttätig in dem richtigen Transdstorenpaar 65 und 52 oder 66 und 53 eingeleitet wird. Es ist ferner zu beachten, daß die Inverterschaltung 11 dadurch stillgesetzt wer-

den kann, daß der Sättigungsstrom gleichzeitig in den Transit- , toren 61 bis 64 simuliert wird. Dieser Stromfluß wird durch die '■ Stillsetzungsdioden 72 und 73 erreicht, deren Anoden an die Kollektoren der Transistoren 61 und 62, und deren Kathoden ge- ; ^! meinsam an den Ausgangsanschluß der Stillsetzungsschaltung 74 ! angeschlossen sind. Der Ausgang wird von dem Inverter durch die ; j Sekundärwicklung 71 des Transformators ^ und durch den VoIl- ! wellengleichrichter 76 abgenommen. Der abgeglichene Filterabschnitt ^ weist die miteinande^gekoppelten Filterspulen 78 und 79 und die Ausgangs-Pilterkapazitäten 80 und 81 auf, deren gemeinsamer Anschluß geerdet ist. Eine Filterstufe mit kapa--

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zitiver Filterung wird durch die Kapazitäten 82 und 83 gebildet, die parallel zu den Ausgangs-Spannungsfühlerwiö.erständen 84- und 85 angeordnet sind. Der Stromfühlerwiderstand 86 der positiven Leitung ist zwischen den Anschlüssen der Kapazitäten 80 und 82 für die positive Leitung angeschlossen . Die Ausgangsspannung der positiven Leitung wird zwischen dem Verbindungspunkt des V/iderstandes 84 und dem positiven Anschluß der Kapazität 82 abgetastet.

Der Stromfühlerwiderstand 87 für die negative Leitung ist zwischen den nicht-gemeinsamen Anschlüssen des Spannungsfühlerwiderstandes 85 und der IPilterkapazität 83 Engeschlossen.

Wie oben im Zusammenhang mit Pig. 1 erläutert wurde, werden die Signale von den Ausgangsstrom- und -spannungsfühlern., zum Beispiel in Widerständen 84 bis 87 in Fig. 3> in eine Bückkopplungsschleife mit den Generatoren 20 und 21 für die modulierten Impalse eingegeben, die in Fig. 3 durch eine verhältnismäßig starke horizontale Mittellinie getrennt sind und Verstärkungc- und Vergleichsfunktionen und auch Impulsformgebungsfunktionen erfüllen, die durch die nun beschriebene Einrichtung ausgeführt v/erden. Diesa Generatoren 20 und 21 überwachen den Ausgangs- ! strom und die Spannung zwischen der Leitung und Erde für die j positive und negative Ausgangsleitung des Umformers respektive. "

Die erste Stufe des mit drei Eingängen versehenen Vergleichers

\ ist ein aktiver Fehlerverstärker 114, dessen Gleichstrosausj gang mit dem Taktsägezahn in der zweiten Vergleicherstufe 126 j verglichen wird.

Der Ausgangsstrom in der positiven Leitung wird über den Widerstand 86 abgetastet und über den Widerstand 117 an einen ersten Eingang für positive Signale des Verstärkerabschnittes 114 der j drei Eingänge auf v/eisenden Vergleicherschaltung zugeführt. Die positive Ausgangsspannung zwischen Leitung und Erde wird in einem negativen Sinn über dem Abschnitt des Widerst and es_.84_

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- ίο -

zwischen dem Spannungsteilerabgriff und dem gemeinsamen Anschluß der Widerstände 86 und 84 abgetastet. Daher wird sie durch den Inverterverstärker 111 invertiert, der gemäß der Darstellung Widerstände 112 und 113 in seinen EingajigGleituri^n und einen Widerstand 195 aufweist, um.seine GleicnStromverstärkung einzustellen. Der Ausgang des Inverterverstärkere 1Vi wird durch einen Widerstand 116 an den zv/eiten Eingang für positive Signale des Vergleicherverstärkers 114 eingegeben. Die Widerstände 112, 113, 195 und 116 geben dem Ausgangsspannung ssignal von dem Verstärker 111 eine solche Proportion, daß es mit derselben Bezugs spannung wie das Ausganges brosisignal verglichen werden kann, welches eine an den Mitteleingang des Vergleicherverstärkers 114 auftretende Spannung isr. Mit anderen V/orten sind, wenn sowohl die Ausgangsspannung als auch der Ausgangsstrom auf den richtigen Werten sind, die Spannungen an den positiven Eingängen des Vergleichers 114 beide

j gleich der Bezugsspannung an dem negativen Eingang desselben.

Die Besugsspannung wird von einer Schaltung enthaltend die Sekundärwicklung 88 in dem Transformator 55» den Vollwellengleichrichter 93 und die Zenerdiode; 95 abgeleitet, die eine Konstantspannung liefert, welche von der Kapazität 97 gefiltert, durch den Spannungsteiler 99 in geeigneter V/eise ; proportioniert und über den Widerstand 118 an den negativen : Bezugseingang des Vergleicherverstärkers 114 zugeführt wird. ' Der Vergleicherverstärker 114 wird als Differenzverstärker bekannter Bauweise verwendet, der die Differenz zwischen der Bezugsspannung und den beiden Eingangssignalen verstärkt.

■ Die selbsttätige Umschaltung von Stromregelung auf Spannungs-

• regelung tritt dann auf, wenn das Spannungssignal an dem oberen

■ Eingang des Verstärkers 114 das Spannungssignal an dem Mitteleingang des Verstärkers 114 übersteigt.

! Es ist, ein wichtiger und fundamentaler Vorteil dieser Technik j iia Vergleich zu bekannten Dioden-ODER-Gattertechniken, daß kein

ι xiu veigieiüu z>u ι

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Fehler durch die Umschalt-Schaltung trotz ihrer Einfachheit eingeführt wird. Es ist dabei zu bedenken, daß, wenn Dioden zum Schalten von analogen Gleichspannungssignalen verwendet v/erden, . ein variabler Fehlerbetrag wegen der Änderung in dem Diodenspannungsabfall mit der (Temperatur eingeführt wird. Der Verstärker 114 vermeidet dieses Ergebnis. Die Eingänge von der : negativen Leitung an dem drei Eingänge aufweisenden Vergleicher-: verstärker 15 werden auf ähnliche V/eise abgeleitet mit der Aus- . nähme, daß kein invertierender Verstärker erforderlich ist. Es bleibt noch die Umsetzung des Ausgangssignals übrig, das als ^: Gleichspannungsniveau an dem Ausgang der Verstärkerstufe 114 ■ oder 115 auftritt, wenn der entsprechende· Ausgangsleitungsstrom oder die Ausgangsleitungsspannung über einen Ausgangsimpuls hinausgeht, der eine Zeitverzögerung hat, die eine inverse Funktion j des Betrages der überspannung oder des Überstromes ist.

Insbesondere liefert die Schaltung mit dem Transistor 109 in dem Generator 20 und dem Transistor 110 in dem Generator 21 eine Zeit-Sägezahnspannung, die mit dem Oszillator 25 synchronisiert ist, um diese Funktion durch einen Vergleich des Gleichspannungsausgangs mit der Sägezahnspannung in den Vergleichern 126 bzw. 127 zu erfüllen. Die Vergleicher 126 und 127 und die Differenzierschaltung 130, 131 und 136, die noch beschrieben wird, setzen die Differenz zwischen dem Gleichspannungsausgang der Vergleicherverstärker 114 und 115 und den Sägezahnspannungen in einen Impulszug mit derselben Frequenz wie die Sägezahnspannung und mit einer Zeitverzögerung gegenüber dem Beginn jedes Zyklus des Takt-Sägezahns um. Im wesentlichen transformieren die Generatoren 20 und 21 ein analoges Fehlersignal in die Zeitdimension in Form geeigneter Rückkopplungsimpulse, die durch die Impulstransformatoren 134 und 135 an die Logik- j schaltung 24 angekoppelt sind und schließlich die Dauer ^ed'es" Halbzyklus der Leitfähigkeit in dem Inverter 11 dadurch steuern, daß sie die Leitfähigkeit in dem. entsprechenden Halbzyklus beenden. Die Schaltung zur Erzeugung der Sägezahnspannung weist im einzelnen Spannungsteiler 1OO_ und_ 101 auf, die über den Be- ,

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zugs-Zenerdioden ·. 96 und 95 angeschlossen sind. Die Filter- ; kapazitäten 103 und 104-, die über einen Abschnitt der Spannungsteiler 101 und 100 angeschlossen sind, und die Kapazitäten 105 ί und 105, die durch die Transistoren 109 und 110 periodisch geladen und entladen v/erden, um die Spannungssäge zahne zu erzeugen, sind mit dem Mittelpunkt der Spannungsteiler 100, 101 verbunden. Insbesondere ist die Kapazität 105 zwischen dem Ab- , griff des Spannungsteilers 101 und dein Sägezahnspannungseingang des Vergleichers 126 angeschlossen und v/ird durch einen Widerstand 198 geladen. Der Ausgang des Verstärkers 114 ist an die Filterkapazität 124 und den negativen Signaleingan^ dos

1,St

Vergleichers 126 angeschlossen. Der Widerstand 107/in Heike mit dem Kollektoranschluß des Transistors 109 über der Kapazität 105 angeschlossen. Die Schaltung zur Erzeugung der Sägezahnspannung in dem Generator 21 ist ähnlich wie die gerade be- ■ schriebene Schaltujjg ausgeführt.

Der Eingang an die Basiselektroden der Transistoren 109 und ist ein Abbild der Eechteckwellenimpulse der Takt schaltung 25, die durch den isolierenden Iiapulstransformator 1^4 durch die Sekundärwicklungen 157 und 156 gekoppelt sind. Diese Spannung ist ausreichend, um entweder den Transistor 109 oder dei. Transistor 110 je nach dem entsprechenden Halbzyklus des Inverters, der gerade auftritt, zu sättigen oder abzusperren. Es ist ersichtlich, daß die Schaltung für die Sägezahnspannung' im Prinzip so ausgelegt werden kann, daß sie mit einer beliebigen, erwünschten Polarität arbeitet.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Schaltung tritt ein langsamer Abfall des Spannungssägezahns, der an den positiven. Eingang von dem Vergleicher 126 oder dem. Vergleicher 127 ansteht, auf, wenn die Kapazität 105 bzw. die Kapazität 106 sich nachzuladen beginnt, nachdem sie vorher durch einen gesättigten !Transistor 109 oder 110 in einem entladenen Zustand gehalten worden isr.. Die Vergleicher 126 und 127 erzeugen einen niederen Ausgang, bis das Sägezahnsignal kleiner als das Signal ist, das an den

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negativen Eingang auftritt. An diesem Punkt v/ird ein erheblicher;

Ausgang erzeugt, in Pufferverstärkern 128 und 129 verstärkt und ■

von der folgenden RC-Schaltung differenziert, die Spannungstei- j

ler 130, 131 und 132 , 133 respektive, Kapazitäten 136, 137 \

respektive, und Impulstransformatoren 138 und 139 aufweist. Der ;

differenzierte Impuls wird dann über die Leitung 152 bzw. 153 ;

an die entsprechenden Eingänge der Logikschaltung 24 angelegt, i

i Der Rest der Rückkopplungs-Steuerschaltung ist in Fig. 4 gezeigt.

Um die Schaltung auf einen Blatt darstellen zu können, sind der i Inverter 11 und die Impulsgeneratoren 20 und 21, die oben be- : schrieben sind, schematisch in Blockform dargestellt. . ;

Die Logikschaltung 24 weist drei bistabile Multivibratoren 161, 162 und einen dritten bestehend aus kreuzweise gekoppelten LOR-Gattern 173 und 174 auf. Die Multivibratoren 161 und 162 sind im wesentlichen ähnlich ausgeführt und an sich bekannt. Sie werden an den Anschlüssen S., C- und ¹H, und Sp, Tp und Cp, mit verschiedenen Eingängen versorgt. Von Bedeutung für ihre Betriebsweise ist die Verbindung der quasi-rechteckigen Secliteckwelle des Oszillators 25 an den Eingangsanschluß T. des Multivibrators 161 und den Eingangsanschluß Sp des Multivibrators 162. Im ; ersteren Fall ändert sich der Zustand des Q^-Ausgangssignales, \ wenn das Eingangssignal an den Anschluß T* sich von einem Zu- ! stand"1"in einen Zustand"0"ändert. Daher teilt der Multivibrator : 161 die Frequenz der Eingangsimpulse durch zwei. j

t !

!Auf ähnliche Weise empfängt im Kormalbetrieb der Multivibrator _;

j 162 einen Eingangsimpuls von dem Oszillator 25 einmal während jedes Oszillatorzyklus und er empfängt ferner zu einem Zeitpunkt ; während des Zyklus einen Rückkopplungsimpuls, der mit P₂ be- , zeichnet ist, an dem Eingangsanschluß Cp. In Abhängigkeit von \ j diesen beiden Eingangsimpulsen erzeugt der Multivibrator 162 einen "1"-Ausgangsimpuls an dem Ausgangssignalanschluß QT, bis ; er von dem Oszillator 25 zurückgesetzt wird. Eine Seite der In- i

durch f

verterschaltung 11 wird schließlich /ein NOR-Gatter mit vier Ein-i

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gangen gesteuert, da.s die NOR-Gatter I63 und 164 aufweist, die ein "1"-Signal A erzeugen^ wenn alle vier Eingänge auf "O" sind. '' Auf ähnliche Weise wird der andere Halbzyklus der Inverter- ; schaltung in Abhängigkeit von einem anderen NOR-Gatter mit vier Eingängen gesteuert, das die NOR-Gatter 165 und 166 aufweist, .die ein Ausgangssignal B erzeugen, das bei "1" ist, wenn alle vier Eingänge auf "O" sind.Die ersten vier oben erwähnten Eingänge sind (L > ^ und ein Rückkopplungssignal QT von dem dritten Multivibrator und schließlich das Hauptsignal· I von dem Oszillator 25. Der zweite Satz der vier oben erwähnten Eingänge weist die gleichen Eingänge auf, mit der Ausnahme, daß "£l" anstelle von CL gesetzt wird. Immer wenn CL auf "1"" ist, ist (L" auf "0", und wenn Q₁ auf "O" ist, ist Q^" auf ^M1". Alle gerade beschriebenen NOR-Gatter empfangen geeignete Vorspannungen durch die Widerstände 167 bis 17O und 175 bis 178 von einer Zenerdiodenquelle 30, wie dargestellt ist. NOR-Gatter 171 und 172 invertieren die A- und B-Signale respektive, wodurch Signale erzeugt werden, die mit A und B bezeichnet werden und die über Leitungen 57 und 58 in clen Inverter 11 eingegeben v/erden, um die entsprechenden Hälften der Schaltung zu treiben. Insbesondere werden "1"-Signale auf diesen Leitungen erzeugt, um die Leitfähigkeit in den entsprechenden Hälften des Inverters 11 abzuschalten. Der dritte Multivibrator mit den NOR-Gattern 173 und 174 spricht nicht nur auf den Ausgang I des Oszillators 25 sondern auch auf das Rückkopplungssignal P^ des Impulsgenerators 20 an. Der andere Eingang von Jedem dieser beiden NOR-Gatter ist der Ausgang des anderen Gatters. Die Phase odex· die Betriebsv/eise kann dadurch verfolgt werden, daß man annimmt, daß das Signal Öl bei "0" ist, bis ein Impuls P^, d.h. "1", auftritt. Auf ähnliche V/eise kann die Phase oder die Betriebsweise des Multivibrators 162 dadurch verfolgt werden, daß nan von der Voraussetzung ausgeht, daß Qp" ^⁶^ "^" ist, bis ein Rückkopplung0-impuls Pojd.h. "1", auftritt. Venn daher keine Rückkopplungsiiipulse P^ oder P₂ vorhanden sind, die bei "1" sind, ist das Ausgangssignal A von den NOR-Gattern 163 und 164 ein Rechteckwellensignal, das nur auf _ al t ernier enden_Zykl en be i__" 1" Ii

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wenn der Oszillatorausgang I bei ¹¹O" ist. Das Signal B von den NOR-Gattern 165 und 166 ist gleich dem Signal A, jedoch um einen Zyklus des Oszillators 25 verschoben. "

Mit dem vorstehenden Satz von Bedingungen für die Betriebsweise der Schaltung 24 kann nun verifiziert werden, daß der Betrieb des Multivibrators mit den NOR-Gattern 173 und 17^ wie folgt beschrieben werden kann: Venn P^ bei "0" ist, ist QT immer "0". Venn P^ auf "1" umschaltet und I auf "0" ist, schaltet der Ausgang (ζ auf "1" um und bleibt in diesem Zustand, bis I auf "1"

! umschaltet. Venn I bei "1" ist, ist "ÖT immer "0". Wenn ein

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" Rückkopplungsimpuls P. auftritt, wird daher Q₇ zu "1¹I und ent-I weder A oder B, je nachdem, welches bei "1" war, schaltet auf ; "0" um. Es ist zu beachten, daß immer, wenn ein Impuls P^. auf- [ tritt, der Q^, Ausgang auf den "0" Zustand schaltet. Dadurch ! wird bewirkt, daß die Signale A oder B ^e nachdem, welches nicht ¹ null war, in den "0" Zustand umschaltet. Daher wird eines der • Signale X oder B" zu "1" und treibt die Inverterschaltung 11 an, ¹ denn Zustand des Halbzyklus des Betriebs zu bestimmen, der zu ¹ diesem Zeitpunkt vorhanden ist.

: VJährend dem anfänglichen Start des Umformers würde der Invertertransistor stark überlastet, wenn die Kapazitäten 80 bis 83 des Ausgangsfilters zu schnell aufgeladen.würden. Dennoch treten i keine Rückkopplungsimpulse P^, oder Pp auf, um die Leitfähigkeit . des Inverters zu beenden, bis diese Kapazitäten genügend geIa- [ den sind, um zu gestatten, daß eine ordentliche Vorspannung an ; den Mudulatoren 20, 21 auftritt. Um die Beanspruchung der Inverterschaltung zu reduzieren, liefert die AnIaufSchaltung 26 ^:

■ periodische Impulse nach dem anfänglichen Schließen des Schal-

■ ters 51 ," um den Effekt von Rückkopplungsimpulsen auf die Logik- ; schaltung 24- zu simulieren. Es ist die Lieferung der Ausgangsi impulse von der Schaltung 26, worin das Prinzip der Bet.riebo-. weise der Schaltung 2A- zu sehen ist, daß der erste durclLlccTr.inen-. de Impuls die Betriebsweise des Inverters 11 steuert -und wieder-' benutzt wird, wie er bezüglich der Rückkopplungsimpulse von bei-

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den Modulatoren verwendet wurde. Grundsätzlich liefert die Anlaufschaltung 26 einen Impuls an den Kollektor des Transistors · 182, der mit dem Q,-Ausgang des NOR-Gatters 173 verbunden ist > und treibt ihn in den "O"-Zustand, wenn der Transistor 182 in die Sättigung geht. Wie gerade beschreiben wurde, beendet die- ; ser "(^'-Zustand von QU einen HaZbzyklus der Leitfähigkeit in ^; dem Inverter 11. Die Anlaufschaltung wird von dem Oszillator 25 über das Signal I taktgesteuert, das durch die Widerstände · 184 an die Basis des Transistors 183 angelegt wird, der zur ' Entladung der Kapazität 185 dient. Wenn die Spannung auf der Kapazität 185 nicht einen Wert erreicht hat, der den Abfall über dem Varistor 191 plus dem Basis-Bmitterabfall des Transistors 182 übersteigt, hält der leitende Widerstand 192 den Transistor 182 im ausgeschalteten Zustand, und die Anlaufschaltung hat kein Auswirkung auf den Arbeitszyklus der Signale A oder B. Wenn jedoch die Kapazität 185 Zeit hat, sich auf diesen Wert zu laden, geht der Transistor 182 in die Sättigung, das Signal A oder B wird zu "0" und, wie oben erläutert wurde, ein Halbzyklus der Leitfähigkeit in dem Inverter 11 wird beendet .

Die Kapazität 185 wird durch den Kollektorstrom des Transistors 181 geladen, der als gesteuerte Stromquelle wirkt. Der Wert des gesteuerten Stromes durch den Emitter und den Kollektor des · Transistors 181 wird durch die Spannung an der Basis des Transistors 181 bestimmt, die mit dem gemeinsamen Anschluß der Wider- ₍ stände 187 und 188 verbunden ist, und sie ist umgekehrt ' proportional zu der Spannung über der Kapazität 186 in Reihe mit den Widerständen über der Bezugsspannungs-Zenerdiode 189. Die Spannung über der Kapazität 186 und der Steuerstrom stehen in direkter Beziehung zu der seit dem Schließen des Schalters 51 ^; verstrichenen Zeit. Insbesondere beginnt die Basisspannung für den zur Steuerung der Quelle vorgesehenen Transistor 181

bei einem kleinen Wert, wenn die Spannung auf der Kapazität 126 auf "0" ist;, und wächst exponentiell auf etwa den \ zehnfachen_ Wert jnit__einer:_iiäherungsweisen_ Zeitk oktant en jvon ■

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i während sich die Kapazität 186 auflädt.

Daher ist der Ladestrom für die Kapazität 185 anfänglich groß, ; wenn der Schalter 51 am Anfang geschlossen wird, und fällt ^ä exponentiell ab. Auf diese Weise wird der Transistor 181 ge- j sättigt und Signale' für einen weichen Anlauf werden an die Logikschaltung 24 sehr häufig unmittelbar nach dem Schließen j des Schalters 51 angelegt. Der Arbeitszyklus des Umformers steigt allmählich an, so daß bewirkt wird., daß der Umformer- , ausgang sich langsam aufbaut, während die Kapazität 185 länger ^! und längerer .braucht, um sich auf den maximalen Wert aufzuladen, j der zur Erzeugung eines Ausgangsimpulses an die Logikschaltung ! 24 erforderlich ist. Gelegentlich sind die Ausgangskapazitäten 80 bis 83 zwischen.Leitung und Erde genügend aufgeladen, um die !Modulatoren 20 und 21 in ihren aktiven Bereich vorzuspannen, so daß Impulse P,. oder P^ an der Logikschaltung 24 ankommen, bevor der Transistor 182 gesättigt ist, um einen Anlaufimpuls zu erzeugen. Zu diesem Zeitpunkt ist dann Q- bereits in dem "0"-SustandjUnd die Sättigung des !Transistors 122 hat keine Auswirkung.

{ Die Stillsetzungsschaltung 74 überwacht-zwar nicht direkt-mit Hilfe der Änderungen, die sie in der Logikschalfcung 24 hervor-I rufen, den Ausgang der beiden Generatoren 20 und 21 für modu-

jlierte Impulse und setzt den Inverter 11 still, wenn langer als eine vorbestimmte Zeitdauer keine solchen Eückkopplungsimpulse erzeugt werden und keine solchen Änderungen auftreten. In all- ^! gemeinsten Begriffen weisen die Transistoren 20 und 202 in der \ Stillsetzungsschaltung 74- ein EOR-Gatter auf,dessen Eingangssignal e von dem QT-Signal in der Logikschaltung 24 durch den 'Widerstand 203 und das QT-Signal der Logikschaltung 24 durcix den ;Widerstand 204 abgeleitet werden. Bei dem gezeigten Au:s£ührungs~ jbeispiel wird eine gesteuerte Vorspannung für die !transistoren 1201 und 203 über einer Senerdiode 211 abgenommen_ξ die in Reih^; ι mit dem Widerstand 2'. üoer dta- Eingangssvroaiquelle 12 ange- '■ !schlossen ist. Dies? Vorspannung wird swi.=-nhen dem gesieinß&aen 'Emitter und dem Kollektor der Sransis^r'?:-?. 201 und 20Γ- i^:ber· !Widerstand 213 uaci. -io.:«*.- ^ioas <« !— ang-.....-, Ic de:? ",<ei.td.auer

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zwischen den Leitfähigkeitszuständen von entweder dem Transistor 201 oder dem Transistor 202 lädt' sich die Kapazität 2C5 durch einen Widerstand 213 > eine Diode 214 und einen Widerstand 209 auf. Wenn sie sich weiterhin unbegrenzt aufladen kann, übersteigt ihre Spannung gelegentlich 'die Durchbruchsspannung der Zenerdiode 206 und sättigt den Transistor 208, dessen Basis mit dem Verbindungspunkt der Diode 206 und dem Widerstand 207 verbunden ist. Wenn der gesteuerte Stromwqg des Transistors leitfähig ist, fließt ein Strom durch ihn und durch die Widerstände 159 und 160_{ wodurch ein Stillsetzungslicht 158 eingeschaltet wird, und auch durch die Dioden 72 und 73 hindurch,· j die eine kontinuierliche Anwesenheit von beiden Signalen T und \li simulieren und beide Wege der Inverterschaltung ausgeschaltet, d.h. nichtleitend, halten.

Trotzdem wird unter normalen Betriebsbedingungen der Kapazität j 205 nicht gestattet, sich auf solch eine Spannung aufzuladen, j Wenn entweder QT oder ¹QJ in dem "1" Zustand ist, ist ein "1"-Impuls an entweder den P. -Eingang oder Pp-Eingang der Logikschaltung 24- oder an beiden Eingängen aufgetreten oder sonst ißü j der Transistor 182 in der Anlaufschaltung kürzlich gesättigt ge- ! wesän, um Q* auf "0^H zu bringen. Daher regelt wenigstens einer der Impulsgeneratoren 20 oder 21 den Umformerausgang, oder die : Anlauf schaltung 26 steuert den umformerausgang. Wenn Q^ oder Q^ auf "1" ist, ist entweder der Transistor 201 oder der Transistor 202 gesättigt, wodurch die Kapazität 205 entladen wird.

iixese Entladung findet selbstverständlich durch den Widerstand 209 statt. ^:

Wenn "^U odsr "C^T beide während einer Zeitdauer von etwa 10 i ^! .. /iclen beispielsweise des Oszillatorausgangssignales I auf "0" sxnd, lädt sich die Kapazität 205 trotzdem genügend auf, u.~ die Zenerdioöe 206 und den Transistor 208 in den volleitf äriigen Zustand au. tris^rn Verz der Sraasistor 2OB eir.r^sci

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nach wenigstens einer vorgewählten Zeitdauer» beispielsweise 30 Sekunden, wieder geschlossen wird, weil die Eingangsspannung an der Filterkapazität 71 abgefallen ist.

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Claims

Patentansprüche ι ί

■ Umformerschaltung mit;, einer Steuereinrichtung, um em an- : stehendes Signal von einem Eingangsniveau auf ein Ausgangsniveau umzusetzen, dadurch gekennzeihnet, daß die Steuereinrichtung (24, 25) durch Impulssignale betrieben wird, die von einem Generator (16 bis 24) erzeugt" : werden und eine Zeitverzögerung haben.die proportional zu einem Parameter des Ausgangsniveaus ist. '
2. Umformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ; Zeitverzögerung umgekehrt proportional zu der Abweichung eines gemessenen Wertes des Ausgangsniveaus von einem Sollniveau ist.
3. Umsetzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator eine Schaltung (16, 18, 20) zum Abtasten eines ersten Wertes des Ausgangsniveaus und zum Erzeugen eines dazu entsprechenden Impulssignales und eine Schaltung (17, 19 und 21) zum Abtasten eines zv/eiten Wertes des Ausgangsniveaus und zum Erzeugen eines dazu entsprechenden Impulssignales und eine Logikschaltung (24 und 25) aufweist, um eines der Impulssignale an die Steuereinrichtung anzulegen.
4-, Umsetzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Abtastschaltung (16 und 18) einen ersten Fühler (^G) _; für die Spannung von einer ersten Ausgangsleitung und einen zv/eiten Fühler (18) für den Strom der ersten Ausgangsleicung aufweist, und daß die zweite Fühlerschaltung (17 uniig) einei* zweiten Fühler (17) für die Spannung von einer zweiten Aus- \ ■ gangsleitung und einen zv/eiten Fühler (19) für den Strom. in der zweiten Ausgangsleitung aufv/eist, daß die erste Genera-, torschaltung (20) auf die ersten Spannungs- und Stromfühler (16 und 18) zur Erzeugung eines ersten Eückkopplungsimpulses mit einer Zeitverzögerung anspricht, die umgekehrt proporti-

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onal zu der größeren der Abweichungen der abgetasteten V/er- '. te von den Sollwerten ist, und daß die zweite Generator- \ schaltung (21) auf die zweiten Spannungs- und Stromfühler (17 und 21) zur Erzeugung eines zweiten Rückkopplungsimpul- '. ses mit einer Zeitverzögerung anspricht, die umgekehrt ι proportional zu der größeren der Abweichungen der abge- !

tasteten Werte von den Sollwerten ist. |
5. Umformer, nach Anspruch 3 oder 4-, dadurch gekennzeichnet, aßi der an die Steuereinrichtung angelegte Impuls der als erster^ aufgenommene Impuls ist. ;
6. Umformer nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung einen "bei einer konstanten Frequenz arbeitenden Oszillator (25) und eine Schaltimg (24) aufweist, die mit dem Oszillator verbunden ist, um der Steuereinrichtung zu gestatten, bei einer durch die Frequenz des Oszillators bestimmten Einschaltfrequenz zu arbeiten und als Antwort auf den ersten, empfangenen Rückkopplungsimpuls abzuschalten.
7- Umformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduran gekennzeichnet, daß eine Stillsetzungsschaltung (27) auf die Steuereinrichtung wirkt, wenn keines der Impulssignale während einer vorbestimmten Zeitdauer empfangen wird. i
8.. Umformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch j gekennzeichnet, daß eine AnIaufschaltung (26) nach dem Betriebbeginn Impulssignale mit wachsender Zeitverzögerung ; an die Steuereinrichtung anlegt. I

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