DE2901941A1 - Schaltungsanordnung zum aendern der frequenz eines pulssignales unter beibehaltung seines tastverhaeltnisses - Google Patents

Schaltungsanordnung zum aendern der frequenz eines pulssignales unter beibehaltung seines tastverhaeltnisses

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DE2901941A1
DE2901941A1 DE19792901941 DE2901941A DE2901941A1 DE 2901941 A1 DE2901941 A1 DE 2901941A1 DE 19792901941 DE19792901941 DE 19792901941 DE 2901941 A DE2901941 A DE 2901941A DE 2901941 A1 DE2901941 A1 DE 2901941A1
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Arlon D Kompelien
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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1,mit deren Hilfe ein relativ hochfrequentes Impulssignal veränderbaren Tastverhältnisses in ein entsprechendes Impulssignal niedriger Frequenz umgewandelt wird. Unter Tastverhältnis ist dabei das Verhältnis von Impulslänge zu Pausenlänge einer Impulsperiode zu verstehen. Die Erfindung kann vorteilhaft in Regeleinrichtungen Anwendung finden, beispielsweise zur Temperaturregelung in Gebäuden.
Zahlreiche Regeleinrichtungen für die Raumtemperatur in Gebäuden arbeiten nach dem Zweipunktprinzip, d.h. der Brenner für einen Heizkessel oder eine Umwälzpumpe werden abwechselnd ein- und ausgeschaltet und zwar gesteuert durch einen Raumthermostaten. Dieser Raumthermostat schaltet den Kessel beispielsweise beim Unterschreiten einer vorgegebenen Raumtemperatur ein. und beim Oberschreiten einer etwas höheren Raumtemperatur wieder sb. Es entstehen scisit recht lange Pausen zwischen den einzelnen Vorgängen, wodurch die Temperatur entsprechend weit um den Sollwert herum pendelt. Um diese Temperaturschwankungen zu verringern, sind Rückführungen bekannt, welche den Thermostaten bereits umschalten ehe die Umgebungsluft die eigentliche Schalttemperatur erreicht. Hierdurch ergeben sich kürzere Schaltzyklen und damit verringerte TemperaturSchwankungen. Bekannt ist eine sogenannte thermische Rückführung,bei der dem Temperaturfühler ein kleiner Heizwiderstand zugeordnet ist. Sobald der Thermostat die Heizanlage einschaltet, wird auch der Heizwiderstand an Strom gelegt und läßt die auf den Thermostaten einwirkende Temperatur schneller ansteigen als die Umgebungstemperatur. Somit schaltet der Thermostat die Heizung bereits ab, ehe die Raumtemperatur den gewünschten Sollwert erreicht hat. Die thermische Trägheit der Heizeinrichtung sorgt deifür, daß der Temperatursollwert im Raum tatsächlich erreicht wird. Anschliessend kühlt der Widerstand der thermischen Rückführung auf Raumtemperatur ab, sodaß auch die Wiedereinschaltung der Heizeinrichtung eher erfolgt als ehnt thermische Rückführung. Eine solche thermische Rückführung hat jedoch verschiedene Nachteile«
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Insbesondere ist sie empfindlich für Luftströmungen im Bereich des Raumtherraostaten und außerdem läßt sie sich schwierig einstellen und prüfen. Wünschenswert ist deshalb, eine elektronische Rückführung. Eine solche ist in Verbindung mit Verstärkern bekannt, welche eine ohm'sche positive Rückführung sowie eine kapazitive negative Rückführung, aufweisen und von einem Temperaturfühler gesteuert werden. Während diese Lösung im Prinzip zufriedenstellend arbeitet, ergeben sich jedoch praktische Schwierigkeiten. Die Schaltfrequenz von Heizungsanlagen soll sehr niedrig sein mit einer Zykluszeit beispielsweise von 1000 Sek. Eine solche lange Zeitkonstante läßt sich jedoch mit kapazitiven Rückführschaltungen in Form eines RC-Gliedes nicht zuverlässig realisieren. Die Größe der hierfür erforderlichen Widerstände und Kondensatorenund die zur Einhaltung der Zeitkonstanten aufvfiinimalwert beschränkten Leckströme erfordern Bauelemente höchster Genauigkeit. Diese sind teuer und nehmen wegen der hohen Widerstands- und Kapazitätswerte viel Plats in Anspruch, sodaß sie sich für eine Unterbringung innerhalb des Thermostaten nicht eignen.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine elektronische Rückführschaltung zu schaffen, welche eine relativ niedrige Umschaltfrequenz ermöglicht ahne hierfür RC-Glieder mit entsprechend großen Zeitkonstanten zu benötigen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Eine solche Schaltungsanordnung verwendet Bauelemente der Digitaltechnik und ist somit frei von den hohen Kosten und dem beträchtlichen Raumbedarf von RC-Gliedern großer Zeitkonetante. Steuert man eine solche Schaltungsanordnung zur Frequenzänderung eines Impulssignals mit Hilfe einer elektronischen Rückführschaltung der genannten Art, so wird die Frequenz des Impulseignales um einen gewünschten Faktor verringert, wobei das Tastverhältnis unverändert bleibt. Auf diese Weise kann man
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• ti
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•ine Frequenz in der Größenordnung von 10 Hz erreichen und
eine hierfür nur RC-Glieder benötigen, deren Zeitkonstante um^oder mehrere Größenordnungen geringer ist, als die 10 sfwelche ohne Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung erforderlich wären.
Die Erfindung läßt sich schaltungtechnisch auf verschiedene Weise realisieren. Zwei bevorzugte Ausführungsfordnen, welche später anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert -*. .~ί>- , arbeiten wie folgt:
In der ersten Ausführungsform besteht die Zähleinrichtux«; z~i? zwei Zählern. Am Ende der Abschaltperiode des Ausgangssignais zählt der eine Zähler, nämlich der Einschaltzähler die Anzahl der Impulse der Impulsquelle während einer einzelnen Einschaltperiode des Eingangssignals. Dieser Zähler schaltet bei jedem Zyklus des Eingangssignals um 1 zurück. Erreicht der Einschaltzähler den Zählstand 0, so schaltet das Ausgangssignal ab und der zweite Zähler( genannt Abschaltzähler, zählt die Anzahl der Inipulse der Impulsquelle während einer einzigen Abschaltperiode des Eingangssignals. Der Abschaltzähler schaltet dann bei jedem Zyklus das Eingangssignal um 1 zurück; sobald der Zählstand 0 erreicht ist, wird der Zyklus wiederholt.
In der zweiten Ausführungsform ist nur ein einziger Zähler vorhanden. Während der Einschaltperiode des Ausgangssignals zählt dieser Zähler die Periodaides Eingangssignals. Erreicht der Zähler seinen maximalen Zählstand, so schaltet das Ausgangssignäl ab und der Zähler zählt über seine gesamte Zählkapazität die Impulse der Impulsquelle während der Abschaltperlode des Eingangssignal.
Zwei Regeleinrichtungen mit der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung werden nachfolgt anhand der Zeichnungen erläutert» Dabei zeigt
Figur 1 das Schaltbild einer bekannten Fühlerschaltung;
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Figur 2 den Verlauf der Spannung an verschiedenen Schaltung spunk ten in Abhängigkeit von der Zeit;
die Figuren 3 und 4 zwei Ausführungsbeispiele von Regeleinrichtungen gemäß der Erfindung; und
die Figuren 3a und 4a den Spannungsverlauf an verschiedenen Schaltungspunkten dieser Regeleinrichtungen.
BelvSchaltungsanordnung gemäß Figur 1 handelt es sich xtm. eine Steuerschaltung, welche ein einem gemessenen Zustand seitproportionales Signal liefert. Eine Brückenschaltung 10 besteht aus 5 Widerständen R1-R5 von denen der Widerstand R2 einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist und als Temperaturfühler dient. Der Widerstand R1 läßt sich von Hand verstellen und dient der Sollwerteinstellung auf die gewünschte Temperatur. Die Brückenschaltung 10 speist eine Ausgangsstufe 11, welche einen Verstärker A1 umfasst, der mit einer positiven Ohm'sehen Rückführung über den Widerstand R6 sowie mit einer negativen kapazitiven Rückführung über zwei Widerstände R7 und R8 sowie einen Kondensator C1 ausgestattet ist.
Für Temperaturen im Bereich des Sollwertes ergeben sich die in Figur 2 wiedergegebenen Spannungsverläufe. Die positive Rückführung über den Widerstand R6 gewährleistet, daß das Ausgangssignal V ein Binärsignal ist, wobei der Verstärker A1 entweder eingeschaltet oder abgeschaltet ist. Die Spannung V^ am Kondensator C1 ist ein Dreiecksignal, welches abwechselnd den Mittelwert der Ausgangsspannung VQ bzw. der vom Spannungsteiler R4, R5 bestimmten Spannung zustrebt. Die resultierende Steuerspannung für den Verstärker ergibt sich zu V1 - V2, wobei die Spannung V2 der Kondensator spannung Vg.. folgt. Die negative Rückführung erzwingt das wiederholte anschalten des Verstärkers. Die gemessene Temperatur ist maßgebend für die mittlere Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände R2 und R3,und die Rückführung sorgt dafür, daß die mittlere Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände R4 und R5 die gleiche ist. Dies
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führt zu eine* Kurvenverlauf von V01 oberhalb des Nullpegels
bestimmt *■»'
undV damit"die Neigung der steigenden und fallenden Anteile dieses Signals, welche auf festvorgegebene Pegel gerichtet sind. In grober Annäherung kann das Ausgangssignal als Rechtecksignal konstanter Frequenz angesehen werden, dessen Puls-Pausen-Verhältnis (Tastverhältnis) der gemessenen Temperatur proportional ist. Liegt die gemessene. Temperatur weit ab vom Sollwert, so ist das Ausgangssignal ein Gleichstromsignal von der Höhe des einen oder anderen Ausgangspegels.
Figur 3 zeigt eine erste Ausführungsform einer Temperaturregeleinrichtung. Eine Fühlerschaltung 20 der in Figur 1 dargestellten Art erzeugt ein Binärsignal welches als Eingangssignal einer Zähleinrichtung 21 zugeleitet wird. Diese verlängert das Tastverhältnis dieses Eingangssignals? Die Zähleinrichtung 21 erhält ferner Impulse aus einem impulsgenerator 22 und steuert über eine Ausgangslogikschaltung 24 einen Auegangsschalter Die Fühlerschaltung 20 speist ferner eine Anlaufschaltung 23, die ihrerseits die Ausgangssteuerlogik 24 beaufschlagt. Der Schalter 25 kann beispielsweise einen Heizkessel steuern, während die Impulsquelle 22 bei Speisung aus der Netzwechselspannung eine Impulsfolge mit siner Frequenz 50 Hz liefert.
Die Zähleinrichtung 21 besteht aus zwei Zählern, nämlich einem Einschaltzähler CTR1 sowie einem Abschaltzähler CTR2. Jeder dieser beiden Zähler liefert ein Ausgangssignal ?1H,wenn der Zählstand des Zählers größer als 0 geschrieben ist. Die Ausgangssignale werden zwei UND-Gattern G1 und G2 zugeführt, welche über zwei Inverter 11 und 12 zusammengeschaltet sind und ein Flip-Flop bilden.- Ist der Einschaltzähler CTR1 nicht leer, d.h. enthält einen Zählstand größer als 0 und ist der Abschaltsählei: CTR2 leer, d.h. er hat den Zählstand 0, so erzeugt das Gatter G1 ein Ausgangssignal 71" und das Gatter G2 ein Ausgangseignal "0". Diese Signale sind umgekehrt, wenn der Zähler CTR1 leer und der Zähler GTR2 nicht leer ist. Die Zählschaltung 21 kann als eingeschaltet bezeichnet werden, wenn der Zähler CTR1 nicht leer ist und umgekehrt gilt sie ausgeschaltet, wenn der
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Zähler CTR2 nicht leer 1st. Bei eingeschalteter Zählschaltung 21 aktiviert das Gatter G1
ein UND-Gatter G5.durch welches das Eingangssignal von der Füh-
stell lerschaltung 20 dem RÜSiÜTngani? des Zählers CTR1 zugeleitet wird, Somit wird bei jedem Zyklus des Eingangssignals der Zählstand im Zähler CTR1 um 1 verringert. Schließlich wird der Zählstand O erreicht. Zu dieser Zeit geht das Ausgangssignal des Zählers CTRI auf "O", und die Ausgangssignale der Gatter G1 und G2 werden "O" bzw. "1" während die Zähleinrichtung in den Abschaltzu- - stand übergeht.
Es zeigt sich, daß während der Zeit,in der die Zähleinrichtung 21 eingeschaltet ist,das UND-Gatter G6 am Abschaltzähler CTR2 durch das Signal des Gatters G1 teilweise aktiviert war. Dieses Gatter G6 war ferner teilweise aktiviert, während jeder Abschaltperiode des Eingangssignals , und zwar durch das von einem Inverter 13 erzeugte Komplementärsignal zum Eingangssignal. Sobald beide Teil alt tivierungen zur gleichen Zeit auftraten, gelangten Impulse-von der Impulsquelle 22 durch das Gatter G6. Somit ließ das Gatter G6 während jeder Abschaltperiode des Eingangssignals r wenn die Zähleinrichtung 21 im Einschaltzustand befindlich war, eine Impulsfolge hindurch zum Vorwärtszähleingang des Zählers CTR2. Damit wurde während jedes Zyklus des Eingangssignals der Zähler CTR2 auf einen Zählstand gesetzt, welcher der Länge der Abschaltperiode im Zyklus des Eingangssignals proportional ist.
Es zeigt sich ferner, daß die Zähler CTR1 und CTR2 kreuzweise an ihre Rücksetzeingänge R angeschlossen sind. Die Kreuaschaltung bewirkt,daß jedesmal wenn der Zählstand eines Zählers auf einen von 0 verschiedenen Wert herabgeschaltet wird, ein Rücksetzimpuls an den anderen Zähler gelangt der jenen auf 0 zurück setzt. Jedesmal wenn der Zähler CTR1 am Periodebeginn des Eingangssignals um 1 zurückgeschaltet wurde, ist der bis dahin während der vorausgehenden Abschaltperiode des Eingangssignals in den Zähler CTR2 eingezählte Zählstand gelöscht und dieser
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Zähler CTR2 auf C zurückgestuft. Wenn jsdoeh der Zähler CTRI «ω Schluß auf O zurückgeschaltet ist,tritt dieses Zurücksetzen des Zählers CTR2 nicht auf. Somit geht die Zähleinrichtung 21 in den Abschaltzustand über, wobei der Zähler CTR1 den Zählstand O hat, während der Zählstand CTR2 einen Zählstand aufweist, welcher der Länge der Abschaltdauer im Zyklus des Eingangs Signa Is proportional ist.
Während der Abschaltperiode der Zähleinrichtung 21 erzeugt das ,Gatter G2 ein Ausgangssignal "1", welches das Gatter GA aktiviert und das Gatter G3 teilweise aktiviert. Jedesmal wenn das !Eingangssignal auf "O" schaltet, geht sein Komplementärwert am Ausgang des Invertes 13 auf "1" und läuft durch das Gatter GA zum Rückwärtszähleingang des Zählers CTR2, wodurch dessen Zähletand um 1 zurückgeschaltet wird. Damit wird der Zähler CTR2 bis auf O herabgeschaltet,und die Zähleinrichtung 21 verbleibt
im Abschaltzustand für eine solche Anzahl von Zyklen des Eindem
gangssignals wie sieVursprünglich in den Zähler CTR2 eingegebenen Zählstand entspricht.
Während des Abschaltzustandes wird die Aktivierung des Gatters G3 während jeder "1"-Periode jedes Eingangssignalzyklus vervollständigt, und ein entsprechender Zählstand wird aus der Impulsquelle 22 an den Aufwärtszähleingang des Zählers CTR1 gegeben. AmVjeder "1"-Periode des Eingangszyklus wird dieser Zählstand im Zähler CTR1 gelöscht und der Zähler durch ein Rücksetzsignal aus dem Zähler CTR2 zurückgesetzt, wenn dieser Zähler CTR2 zurückgeschaltet wird. Am Ende des Abschaltzustandes der Zähleinrichtung 21 schaltet der Zähler CTR2 auf O, und es wird kein Rücksetzsignal für den Zähler CTR1 erzeugt. Damit behält der Zähler CTR1 einen Zählstand bei, welcher der Länge der "!"-Periode des Eingangssignal» proportional ist. Das Ausgangs signal des Zählers CTR2 geht auf H0",und der Zustand des aus den Gattern G1 und G2 sowie den Invertem 11 und 12 gebildeten Flip-Flops schaltet um.
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Die Zähleinrichtung 21 arbeitet somit wie in Figur 3A angedeutet. Dabei bewirken die Zähler CTR1 und CTR2 abwechselnd eine Dehnung der "1"- und der "O"-Periode des Eingangssignals. Das Tastverhältnis bleibt erhalten, vorausgesetzt daß die "1"- und "0"-Perioden des Eingangssignals bei gegebener Pulsfrequenz der !■pulsguelle 22 mit genügender Genauigkeit gezählt werden können. Die Frequenz des Eingangssignals wird durch die Zählschaltung 21 in einem festen vorgegebenen Verhältnis herabgesetzt.
Die Zähleinrichtung 21 erzeugt zwei komplementäre Signale an den Gattern G1 und G2, welche der Ausgangslogikschaltung 24 zugeleitet werden. Hier werden diese beiden Signale zwei UND-Gattern G7 und G8 zugeführt, welche ihrerseits zwei ODER-Gatter G9 und G1O speisen. An diese ist der Schalter 25 angeschlossen. Die Gatter G7 und G8 sind normalerweise aktiviert, sodaß die Zähleinrichtung 21 im Normalzustand den Schalter 25 ansteuert.
Die bisher beschriebene Betriebsweise 1st ausreichend solange die Fühlerschaltung 20 abwechselnde Ausgangssignale liefert. Wird die Heizeinrichtung jedoch nach einer langen Unterbrechung und Abschaltung eingeschaltet, se kann es vorkommen, daß die Sollwerttemperatur soweit vom Istwert entfernt ist, daß das von Fühlerschaltung gelieferte Eingangssignal kein Wechselsignal sondern ein Gleichstromsignal ist. In diesem Falle nimmt die Zähleinrichtung 21 irgendeinen Zustand f Einschaltung oder Ausschaltung an#und verharrt in diesem Zustand. Der Zustand der Zählschaltung kann dabei zufällig derjenige sein, der für einen ordnunggemäßen Betrieb der Anlage dienlich ist oder nicht. Beispielswelse kann die Zähleinrichtung 21 sich im Abschaltzustand befinden, wenn die Umgebungstemperatur weit unterhalb des Sollwerts liegt. In diesem Falle würde die Anlage überhaupt nicht eingeschaltet werden.
Un eine solche Fehlfunktion zu vermeiden, ist die Anlaufschaltung 23 vorgesehen. Sie besteht aus einem Einzelimpulsgeber 0S1 dem das Eingangssignal sowohl direkt als auch invertiert
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zugeleitet wird. Er erzeugt bei jeder Änderung des Eingangssignals einen Impuls der zu einem Zeitgeber TMR gelangt. Dieser hat eine Zeitkonstante/welche einen geeigneten Vielfachen der erwarteten Zykluszeit des Eingangssignals/beispielsweise dem Vierfachen der Zykluszeit entspricht. Der Zeitgeber TMR erzeugt ein Ausgangssignal "1"(sofern er innerhalb der genannten Zeitspanne nicht zurückgesetzt wird. Im Normalbetrieb bei fortlaufend umschaltenden Eingangssignal wird der Zeitgeber TMR somit ständig zurückgesetzt und sein Ausgangssignal erreicht nie "Γ. Erfolgt hingegen keine Umschaltung des Eingangssignals( so schaltet der Zeitgeber nach Ablauf der genannten Zeitverzögerung auf "1".
Ein Ausgangssignal "1" der Anlaufschaltung 23 aktiviert zwei UND-Gatter G11 und G12 in der Ausgangslogikschaltung 24, wobei das Gatter G11 an seinem anderen Eingang das Eingangssignal unmittelbar und das Gatter G12 an seinem zweiten Eingang das Eingangssignal durch einen Inverter 14 umgepolt erhält. Diese beiden Gatter G11 und G12 sind an Eingänge der ODER-Gatter G9 und G1O angeschlossen. Wenn die Anlaufschaltung 23 ein Ausgangsignal "1" liefert, gelangt das Eingangssignal von der Fühlerschaltung 20 unverändert zum Schalter 25. Außerdem werden die Ausgangssignale der Gatter G11 und G12 mittels zweier Inverter 15 und 16 invertiert und gelangen an jeweils einen Eingang der Gatter G8 und G9. Sie sperren dort fehlerhafte Ausgangsignale der Sähleinrichtung 21,so daß diese nicht zum Schalter 25 gelangen können. Wenn die Fühlerschaltung 20 nicht zyklisch umschaltet, so schaltet die Anlage den Schalter 25 in den erforderlichen Zustand. Nähert sich die Temperatur dem Sollwert und beginnt das von der Fühlerschaltung 20 gelieferte Eingangssignal umzuschalten, so wird die Anlaufschaltung 23 gesperrt, und die Zähleinrichtung 21 beginnt zu arbeiten und damit das Eingangssignal in der beschriebenen Weise zu dehnen.
Die Figur 4 zeigt eine zweite Ausführungsform eines solchen
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Reglers. Wiederum sind eine Fühlerschaltung 20 sowie eine Impulsquelle 22 vorhanden. Die Ausgangssginale dieser beiden Schaltungen gelangen über eine Logikschaltung 30 zu einem eizigen Zähler 31, der ein Flip-Flop FFX speist. An dieses ist der Schalter 25 angeschlossen. Eine Beschleunigungsschaltung wird vom Zähler 31 gesteuert und steht ausgangsseitig ebenfalls mit dem Flip-Flop FFX in Verbindung. Eine Anlaufschaltung 33 speist speist sowohl das Flip-Flop FFX als auch den Zähler 31. |Das Flip-Flop FFX steuert zugleich die Logikschaltung 30. Dieses Flip-Flop FFX hat zwei Schaltzustände/ welche entsprechend der Zähleinrichtung 21 in Figur 3 mit Einschaltung und Abschaltung bezeichnet werden sollen. Diese beiden SchaItzustände bilden das gedehnte Ausgangssignal t welches durch die dargestellte Schaltungsanordnung aus dem Ausgangssignal der Fühlerschaltung 20 ohne Änderung des Tastverhältnisses abgeleitet wird.
Per Ausgang Q des Flip-Flops FFX liegt auf "1"fwenn das Flip-Flop eingeschaltet ist. Dieses Ausgangssignal wird unmittelbar einem UND-Gatter G16 sowie über einen Inverter 110 einem UND-Gatter G15 zugeleitet,so daß jeweils eines dieser beiden Gatter aktiviert ist, wenn das Flip-Flop sich im Einschalt- bzw. im Ausschaltzustand befindet. Das von der Fühlerschaltung 20 gelieferte Eingangssignal wird einerseits unmittelbar dem Gatter GI5 und andererseits über einen Inverter 111 dem Gatter GI6 zugeführt ,so daß das Gatter G15 während der "1"-Perioden des Eingangssignals bei abgeschaltetem Flip-Flop FFX ein Ausgangssignal "1" liefert. Andererseits steht am Ausgang des Gatter G16 ein Ausgangssignal "1" während der ^O"-Perioden des Eingangssignal Sj sofern das Flip-Flop FFX eingeschaltet ist. Die Ausgangssignale der Gatter G15 und G16 gelangen zu einem ODER-Gatter G17, welches ein an seinem zweiten Eingang von der Impulsquelle 22 beaufschlagtes UND-Gatter G1S aktiviert. Durch dieses Gatter G18 laufen somit Impulse hindurch,einerseits während der "1"-Perioden des Eingangssignals sofern das Flip-Flop FFX abgeschaltet ist, und andererseits während der "0"-Perioden des Eingangssignals wenn das Flip-Flop FFX eingeschaltet ist. Das
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Gatter GI8 speist den Zähler 3I1 der eine Kette von 14 Flip-Flops FF1 - FF14 aufweist die als einfacher Zyklenzähler zusamntengeechaltet sind. Das Ausgangssignal der letzten Zählerstufe FF14
Schalter
(gelangt über einenVSI und ein ODER-Gatter G19 an das Flip-Flop
Njjamt man an daß das Ausgangssignal der Fühler schaltung 20 normalerweise abwechselnd umschaltet, so hetiv.ü-\- ~irh der. Zähler 31 auf dem Zählstand 0 und das Flip-Flop FFX ist eingeschaltet. Die Impulse der Impulsquelle 22 gelangen während der aufeinanderfolgenden "O"-Perioden des Eingangssignals zum 7-^bler 31 so daß dieser gruppenweise fortgeschaltet wird. Schließlich erreicht der Zähler 31 den Halbwert seines maximalen Zählstandes, 2 . Zu diesem Zeitpunkt schaltet das Ausgangssignal des Flip-Flops FF14 um. Damit wird das Flip-Flop FFX in den Abschaltzustand überführt und dieses Signal gelangt zur Logikschal+;ung 30,welche sofort die Zufuhr von Impulsen aus der Impulsquelle 22 zum Zähler 31 unterbricht.
Schaltet das Eingangssignal von "o" auf "1" um, so wird der Impulsstrom erneut ingang^gesetzt, und der Zähler 31 fährt fort mit der Zählung der Impu1»gruppen, welche nunmehr während der "1"-Perioden des Eingangssignals auftreten. Der Zähler 31 zählt weiter über die zweite Hälfte seines gesamten äähisbereichs bis
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er seinen maximalen Zählstand, 2 erreicht. Jetzt schaltet das Ausgangssignal der letzten Zählstufe FF14 erneut um, wodurch das Flip-Flop FFX wiederum in den Einschaltzustand übergeht. Damit wird der Zufluß von Impulsgruppen unterbrochen und die Zählung wieder begonnen mit Impulsgruppen welche während der "0"-Perloden des Eingangssignales auftreten.
Diese Betriebsweise ist in Figur 4A dargestellt,wo die beiden Hälften des Zählzyklus des Zählers 31 getrennt wiedergegeben ■Ind. Die erste Hälfte des Zählzyklus,in der das Flip-Flop FFX eingeschaltet ist, umfasst eine Anzahl von Eingangesyklen,.welche im umgekehrten Verhältnis stehen zur Länge der "0"-Perioden des Eingangssignals. Andererseits hängt die zweite Hälfte des
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Z&hl'iyklus ebenfalls in umgekehrter Weise von der Lange der "1"-Perioden ab.
Die Schaltungsanordnung gemäß Figur 4 stellt sich im Falle eines Gleichstromausgangssignals der Fühlerschaltung 20 selbstätig auf den richtigen Zustand ein. Ist beispielsweise das Eingangssignal "0" und das Flip-Flop FFX eingeschaltet, so erhält der Zähler einen konstanten Impulsstrom bis er das Flip-Flop FFX abschaltet und sich damit dem Zustand "0" des Eingangssignals anpasst. Die Anlage spricht außerdem richtig auf plötzliche schnelle Änderungen des Sollwerts, beispielsweise des Sollwerts bei der Nachtabsenkung an.
Um zu gewährleisten, daß die Anlage in einem vorgegebenen Zustand anläuft, ist eine Anlaufschaltung 33 vorgesehen. Sie überwacht die Versorgungsspannung und erzeugt einen Impuls "1" kurze Zeit nach^dem die Versorgungsspannung eingeschaltet ist. Dieser Impuls gelängt'zum Zähler 31 und zum Flip-Flop FFX,um alle Flip-Flops zurückzustellen. Ferner bewirkt eine Beschleunigungsschaltung 32 eine schnellere Zustandsänderung des Flip-Flops FFX1 falls sich dieses Flip-Flop beim Einschalten der Anlage im falschen Schaltzustand befindet. Der Schalter S2 liegt normalerweise in der dargestellten Normalstellung N. Die Beschleunigung sschaltung 32 enthält 4 Flip-Flops FFA1-FFA4 welche als Zähler zusammengeschaltet sind, vom Flip-Flop FF5 des Zählers 31 gespeist werden undmit ihrem Ausgang an den einen Eingang des ODER-Gatters G19 angeschlossen sind. Auf diese Weise bildet die Beschleunigungsschaitung mit den dazugehörigen Stufen des Zählerβ 31 einen neunstufigen Zähler. Dieser arbeitet anstelle des normalerweise tätigen vierzehnstufigen Zählers 31 uwd fuhrt zu einer verringerten Verzögerungszeit bei der Zustandsänderung des Flip-Flops FFX ,sofern ein Zustand eintritt, welcher eine solche Beschleunigung erfordert.
Der Kontakt N des Schalters S2 liegt am Ausgang des Gatters 617. Dieses erzeugt,wie oben erwähnt, ein Signal "1" einerseits wenn das Flip-Flop FFX eingeschaltet ist und das Eingangssignal den
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Wert "O" hat, und andererseits wenn das Flip-Flop FFX abge- J schaltet ist und das Eingangssignal den Wert "1". Somit ist das Ausgangssignal dieses Gatters nur ständig "1"(wenn das Eingangssignal ein Gleichstromsignal ist und der Zustand des Flip-Flops FFX nicht demjenigen des Eingangssignals entspricht. Ist das Eingangssignal ein Wechselsignal so erzeugt das Gatter G17 ebenfalls ein zyklisches Signal. Ist hingegen das Eingangssignal ein Gleichstromsignal, aber entspricht dem Zustand des Flip-Flops FFX, so erzeugt das Gatter G17 ein Gleichstromsignal "0".
Der Schalter S2 schließt das Ausgangssignal des Gatters G17 an ein UND-üatter G20 an, welches aktiviert wird, sofern das Gatter G17 ein Ausgangssignal "1" liefert. Die Beschleunigungsschaltung 32 kann dann als Teil eines neustufigen Zählers arbeiten, wodurch der Schaltzustand des Flip-Flops FFX schneller geändert wird. Das Ausgangssignal des Gatters G17 gelangt ferner über den Schalter S2, das Gatter G20 und einen Inverter 112 an die Rücksetzeingänge der Flip-Flops FFA1-FFA4. Sobald das Ausgangssignal des^Gatters G17 auf "0" umschaltet, entweder weil der Zustand des Flip-Flops FFX nunmehr demjenigen des Eingangssignals entspricht oder weil das Eingangssignal nunmehr zyklisch umschaltet, werden diese Flip-Flops zurückgesetzt und zwar wiederholt sofern das Eingangssignal zyklisch umchaltet. Damit wird die Beschleunigungschaltung 32 außer Betrieb gesetzt.
Der Schalter S2 hat ferner eine Kühlstellung C1In weicherer mit dem Ausgang des Gatters G15 verbunden ist statt mit dem Gatter G17. In dieser Schaltstellung arbeitet die Beschleunigungsschaltung 32 nur dann, wenn das Eingangssignal ein Gleichstromsignal "1" und das Flip-Flop FFX abgeschaltet ist. Dieser Zustand ist erwünscht, wenn die Anlage eine mit einem Kompressor betriebene Kühleinrichtung steuert. Sie führt zu einer verlängerten Abschaltzeit. Damit wird in einer kompressor betriebenen Klimaregelungsanlage eine genügende Verzögerung erreicht entsprechend der normalerweise vorgeschriebenen minimalen Abschaltzeit, welche vielfach durch zusätzliche Kompressorschutz-
109831/0641
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maßnahmen gewährleitstet wird. Di« minimale Abschaltzeit darf
bei solchen Anlagen nicht unterschritten werden.
Der Zähler 31 umfasst einen Schalter S1 mit einer Heizstellung
H und einer Kühlstellung C. In der Kühlstellung halbiert der
Schalter S1 die Kapazität des Zählers 31 in dem er das letzte
Flip-Flop FF14 aus der Zählkette heraustrennt und dessen Eingang unmittelbar mit dem Gatter G19 verbindet. Damit wird die Zyklusfrequenz des Ausgangssignals verdoppelt. Auf die Weise läßt sich die Zeitkons£ahte, bei Heizbetrieb schneller,'dehnen als^bei Kühl-betrieb. Die gleiche Wirkung könnte auch durch eine' Änderung
der Frequenz des Impulsgenerators 22 erzielt werden.
§09831/0641

Claims (1)

  1. Schaltungsanordnung zum Ändern der Frequenz eines Pulssignales unter Beibehaltung seines Tastverhältnisses %: gekennzeichnet durch ©ine ein binäres Ausgangssignal liefernde Ausgangsschaltung (G1, G2; FFX);
    einen Impulsgenerator (22) höherer Frequenz; und eine Zähleinrichtung (21; 31),welche gesteuert durch die Impulse und Pausen eines Eingangssignales (V ) mit veränderbarem Tastverhältnis die Impulse des Impulsgenerators in entgegengesetztem Sinne zählt; wobei die Ausgangsschaltung das Ausgangssignal umschaltet, sobald der Zählstand in der Zähleinrichtung einen ersten oder zweiten vorgegebenen Wert erreicht, so daß ein Ausgangssignal entsteht, dessen Frequenz wesentlich niedriger ist als die des Eingangssignäls«
    Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Zähleinrichtung (21) einen Einschaltzähler (CTR1) und einen Abschaltzähler (CTÄ2) enthält, von denen jeder die Impuisgefaerimpuise während einer einzigen Impuls- bzw. Pausendauer des Eingangssignals zählt und anschließend von diesem Zählstand bei jedem Zyklus des EingangsSignaIs um einen Schritt zurückschaltet bis der Zählstand Null erreicht ist.
    HR/ig
    0O9831/OB41
    3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet ι daß als Zähleinrichtung ein einziger Zähler (31) zyklisch Impulse des Impulsgenerators zählt und die Ausgangsschaltung (FFX) die Zufuhr der Impulse zum Zähler derart steuert, daß diese dem Zähler zugeführt werden wenn Eingangs- und Ausgangssignal übereinstimmen .
    4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-3, g e -'^, kennzeichnet durch eine Steuereinrich-" f tung zum Ändernder Frequenz des Impulsgenerators.
    5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung (S1) zum Ändern des Zeitdehnungsverhältnisses durch Ändern der Zählkapazität des Zählers (31).
    6,1 Schaltunganordnung nach einem der Ansprüche 1-5.für eine von einem Zustandsfühler gesteuerte Regeleinrichtung dadureh gekennzeichnet, daß der Zustandsfühler (20) ein in seinem Tastverhältnis der Meßgröße propofcionales Pulssignal liefert und an den Ausgang der Schaltungsordnung ein den gemessenen Zustand beeinflussendes, schaltendes Stellglied (25) angeschlossen ist.
    7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 und 6 gekennzeichnet durch eine auf Gleichstrom-Ausgangssignale des ZuBtandsfühlers - (20) ansprechenden Anlaufschaltung (23), welche die Ausgangssignale unmittelbar dem Stellglied (25? zuleitet.
    8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 und 6 gekennzeichnet durch eine auf Gleichstrom-AusgangssignaJades Zu Standsfühlers (20) ansprechende Beschleuni-
    §09831/0141
    • · · ι.
    gungsschaltung (32) für das Anpassen des Ausgangssignals an das Eingangssignal.
    Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch ge kennzeichnet , daß die Beschleunigungsschaltung (32) nur auf Zustandsfühlersignale der einen Polarität (1) anspricht.
    9831/0641
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DK35479A (da) 1979-07-28
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CA1120141A (en) 1982-03-16
BR7808482A (pt) 1979-08-14
GB2013946A (en) 1979-08-15
IT1114083B (it) 1986-01-27
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