DE3118453A1

DE3118453A1 - Temperaturregelschaltung

Info

Publication number: DE3118453A1
Application number: DE19813118453
Authority: DE
Inventors: Karl-Diether Dipl.-Ing. 7101 Oedheim Nutz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1981-05-09
Filing date: 1981-05-09
Publication date: 1982-11-25

Description

Temperaturregelschal tung
Die Erfindung betrifft eine Temperaturregelschaltung aus einer integrierten Ansteuerschaltung für eine im Nulldurchgang des Wechselstroms geschaltete Schalteinheit mit einer Vollwellenlogik und einer Regeleinheit, die ein Ansteuersignal für die Schalteinheit in Abhängigkeit von einem an einem Komparator erfolgenden Spannungsvergleich erzeugt, wobei am Komparator eine temperaturabhängige ISTWERT-Spannung mit einer vorgegebenen SOLLWERT-Spannung verglichen wird.
Zur Regelung der Temperatur, beispielsweise in Heißwasserbereitern, Waschmaschinen, Geschirrspülern, Zusatzraumheizungen, Schwimmbädern oder in Räumen wird heute vielfach eine integrierte Regelschaltung eingesetzt, die über einen extern zugeschalteten Temperaturfühler den ISTWERT der zu regelnden Temperatur abfrägt. Dieser ISTWERT wird an einem Komparator mit einem eingestellten bzw. vorgegebenen SOLLWERT verglichen. Falls der ISTWERT unter dem SOLLWERT liegt, gibt die Regelschaltung ein Ansteuersignal an eine Schalteinheit, über die eine Heizeinrichtung in Betrieb gesetzt bzw. im Betriebszustand belassen wird. Sobald der SOLLWERT mit dem ISTWERT übereinstimmt, wird über die Schalteinheit die Heizeinrichtung abgeschaltet und erst dann wieder eingeschaltet, wenn der ISTWERT auf einen definierten Betrag unterhalb des SOLLWERTES abgesunken ist.
Eine derartige Regelschaltung ist beispielsweise der Schaltkreis U 217 B der Firma AEG-TELEFUNKEN. Der Schaltkreis wird insbesondere zur Ansteuerung von Triacs im Nulldurchgang des Nechselstroms eingesetzt. Die Schaltung enthält daher eine Vollwellenlogik, die beispielsweise über einen Impulsverstärker auf einen extern zugeschalteten Triac arbeitet. Eine Regelschaltung zur Ansteuerschaltung eines Triacs ist auch Gegenstand der DE-OS 28 35 893.
Diese Regelschaltung enthält einen Komparator, an dem eine ISTWERT-Spannung mit einer SOLLWERT-Spannunq verglichen wird, um aus diesem Vergleich gegebenenfalls Ansteuerimpulse für den Triac mit Hilfe der Vollwellenlogik abzuleiten.
Der ISTWERT wird bei der bekannten Schaltung an einem extern zugeschalteten NTC-Widerstand abgegriffen, der einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Temperaturregelschaltung anzugeben, die keinen externen Temperaturfühler benötigt und dennoch für exakte Temperaturregelungen eingesetzt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Temperaturfühler, an dem die temperaturabhängige ISTWERT-Spannung abfällt, in den integrierten Halbleiter-Schaltkreis mitintegriert ist. Der integrierte Temperaturregelschaltkreis stellt somit gleichzeitig einen Temperatursensor dar.
Der Temperaturfühler besteht vorzugsweise aus einer Anzahl in Reihe geschalteter und in Flußrichtung betriebener Dioden, die über eine Konstantstromquelle mit einem definierten Arbeitsstrom versorgt werden. Die Dioden werden vorzugsweise durch in Reihe geschaltete Transistoren mit jeweils kurzgeschlossener Basis-Kollektorstrecke gebildet. Da der Temperatur fühler und die Temperaturregelschaltung im gleichen Halbleiterkörper integriert sind, wird auch die Gesamtanordnung in ein gemeinsames Kunststoffgehäuse eingebettet.
Dieses Kunststoffgehäuse ist für die Einbringung in die zu messende und zu regelnde Temperatur zone geeignet und vorgesehen.
Die Erfindung wird nachstehend noch anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
In der Figur ist der integrierte Schaltkreis innerhalb gestrichelter Linien dargestellt. Der Schaltkreis enthält eine Stufe V, in der die Gleichspannungsversorgung für die integrierte Schaltung aus der Netzspannung gewonnen wird. Ferner enthält der Schaltkreis eine Synchronisationsstufe S zur Erzeugung von Impulsen in der Nulldurchgangsphase des Wechselstroms, wie sie beispielsweise in der DE-OS 25 53 7 64 beschrieben ist. Diese Synchronisationsstufe arbeitet auf eine Steuerlogik L, die beispielsweise Gegenstand der Patentanmeldung P 30 37 794.7 ist. Am Ausgang dieser Steuerlogik erscheinen Taktimpulse, durch die der nachgeschaltete Triac so lange im eingeschalteten Zustand bleibt, wie der an die Steuerlogik eingangsseitig angeschlossene Komparator ein Signal liefert, das sich aufgrund eines unter dem SOLLWERT liegenden IST-WERTES ergibt. Im Stromkreis des Triacs liegt der Lastwiderstand Rlast , bei dem es sich beispielsweise um eine Heizwicklung in einem Warmwassergerät, einer Herdplatte, einer Waschmaschine, einer Geschirrspülmaschine oder eines Ofens handelt.
Am bereits erwähnten Komparator K wird eine ISTWERT-Spannung, die einer bestimmten Temperatur entspricht, mit einem einstellbaren oder vorgegebenen SOLLWERT verglichen. Der SOLL-WERT wird beispielsweise mit einem Potentiometer P1, das extern an den Schaltkreis angeschlossen wird, eingestellt.
Der ISTWERT wird an einem Diodenstrang abgegriffen, der in Reihe zu einer Konstantstromquelle Q1.geschaltet ist, die die Diodenkette mit einem definierten Arbeitsstrom versorgt.
Die Reihenschaltung aus Diodenkette und Konstantstromquelle ist zwischen die Pole der Versorgungsspannung US geschaltet.
Die Diodenkette besteht beispielsweise aus 5 Transistoren T1 - T5 mit hintereinandergeschalteten Kollektor-Emitterstrecken und jeweils kurzgeschlossener Basis-Kollektorstrecke.
Der von der Konstantstromquelle Ql abgegebene definierte Arbeitsstrom erzeugt über diesen 5 Transistoren beispielsweise eine Flußspannung bei 25 "C von zusammen 3,1 V. Der Temperaturkoeffizient der Reihenschaltung hat den Wert TK = - 10,75 mV/°K. Am Komparator K wird diese temperaturabhängige Spannung mit der voreingestellten SOLLWERT-Spannung verglichen, und über die Steuerlogik L wird der Triac so lange angesteuert bis der SOLLWERT dem ISTWERT entspricht.
Die Verlustleistung der Ansteuerelektronik ist sehr gering und liegt bei einem Ausführungsbeispiel unter 4 mW. Bei einem typischen Wärmewiderstand des Schaltkreisgehäuses aus Kunststoff von R th < 120 "K/W bedeutet dies eine maximale Eigentemperaturerhöhung aufgrund der Verlustleistung von weniger als 0,5 "K. Diese Eigentemperaturerhöhung kann beim Aufbau des Komparators mit berücksichtigt werden.
Wenn die Temperatur wieder unter den SOLLWERT absinkt, gibt der Komparator die Steuerlogik frei und der Triac wird mit dem nächsten Nulldurchgang des Wechsel stromes aufgesteuert bis die Temperatur wieder ihren SOLLWERT erreicht hat. Bei einem Ausführungsbeispiel konnte mit der erfindungsgemäßen Temperaturregelschaltung ein Temperaturbereich von 0 bis 125 "C gesteuert werden.
Mit Hilfe der Erfindung sind zahlreiche Regelaufgaben einfach zu lösen, da der integrierte Schaltkreis, der die Regelschaltung enthält, in direktem Wärmekontakt mit dem zu regelnden Medium steht.

Claims

Patentansprüche 1)) Temperaturregelschaltung aus einer integrierten Ansteuerschaltung für eine im Nulldurchgang des Wechselstroms geschaltete Schalteinheit mit einer Vollwellenlogik und einer Regeleinheit, die ein Ansteuersignal für die Schalteinheit in Abhängigkeit von einem an einem Komparator erfolgenden Spannungsvergleich erzeugt, wobei am Komparator eine temperaturabhängige Istwert-Spannung mit einer vorgegebenen Sollwert-Spannung verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatur fühler, an dem die temperaturabhängige Istwert-Spannung abfällt, in den integrierten Halbleiter-Schaltkreis mitintegriert ist.
2) Temperaturregelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler aus einer Anzahl in Reihe geschalteter Dioden besteht, die über eine Konstantstromquelle mit einem definierten Arbeitsstrom versorgt werden.
3) Temperaturregelschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden in Reihe geschaltete Transistoren mit jeweils kurzgeschlossener Basis-Kollektorstrecke sind.
4) Temperaturregelschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß fünf Transistoren zur Bildung des Temperaturfühlers in Reihe geschaltet sind.
5) Temperaturregelschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler mit der im gleichen Halbleiterkörper angeordneten Regelschaltung in ein Gehäuse aus Kunststoff eingebettet ist, das für die Einbringung in die zu messende und zu regelnde Temperaturzone geeignet und vorgesehen ist.