DE3150737A1 - Impulsweiche - Google Patents

Description

• Impulsweiche
• Die Erfindung betrifft eine Impulsweiche für die wahlweise Ansteuerung zweier Schaltstrecken, insbesondere für die von einer PhasenanschnittssteuerschaltunJ abgegebenen Steuerimpulse.
• Motoren werden heute vielfach mit Hilfe von Phasenanschnittssteuerschaltungen betrieben. Mit diesen Phasenanschnittssteuerschaltungen läßt sich die Leis-ungsaufnahme einer Last am Wechselstromnetz durch Verschiebu-ig der Zündimpulse zwischen 0" und 180° Phasenwinkel fü - den die Last steuernden Triac oder Thyristor verändern bzw. einstellen. Derartige Phasenanschnittssteuerschaltungen sind beispielsweise aus der DE-OS 2 61B 414 und der DE-O:; 2 415 630 bekannt.
• Außerdem ist der Schaltkreis U 111 B der Fa. AEG-TELEFUNKEN für die Phasenanschnittssteuerung bzw. -regelung von Wechselstromverbrauchern vorgesehen. Sofern es sich bei den Wechselstromverbrauchern um Unìversa:motoren handelt, wird vielfach eine Umschaltmöglichkeit vort Vorwärts- auf Rückwärtsbetrieb und umgekehrt gewünscht. Diese Universalmotoren sind dann mit zwei Stator-Wicklurgen ausgerüstet, von denen je eine in Abhängigkeit von der gewünschten Drehrichtung über die Phasenanschnittssteuerschaltung angesteuert wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Impulsweiche anzugeben, mit der die gewünschte Drehrichtung bestimmt werden kann und die sicherstellt, daß eine Umschaltung von einer Schaltstrecke auf die andere Schaltstrecke erst dann erfolgt, wenn die Phasenanschnittssteuerschaltung keine Steuerimpulse mehr abgibt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geli,st, daß an den Eingangsanschluß der Impulsweiche über eine erste Logik zwei Endstufen angeschlossen sind, dcß die Endstufen über diese Logik derart gegenseitig verriegelt werden, daß eine Impulsabgabe durch eine Endstuie an die zugeordnete Schaltstrecke eine Impulsabgabe durch die andere Endstufe an die ihr zugeordnete Schaltstrecke verhindert, daß der Eingangsanschluß für das Wählsigna] über eine zweite Logik auf Eingänge der ersten Logik gegen wird, wobei diese zweite Logik durch entsprechende Verknüpfung mit den Ausgängen der Endstufen verhindvrt; daß während einer laufenden -Impuls abgabe durch eine Endstufe eine Umschaltung von einer Schaltstrecke auf die andere Schlltstrecke erfolgen kann.
• Die erfindungsgemäße Impulsweiche enthält somit eine Auswahl- und VerriegeLungslogik. Weitere vorteilhafte Ausgespaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Onteransprüchen.
• Die Erfindung und hre vorteilhafte Ausgestaltung wird an Hand eines Ausführ@ngsbeispieles näher erläutert.
• In der Figur 1 ist die Blockschaltung der erfindungsgemäßen Impulsweiche darge tellt. Diese Impulsweiche besteht aus den drei Und-Gatte. n U1, U2, U3, den beiden Endstufen E1 und E2, einer Schm tt-Triggerschaltung ST und den beiden Eingangsanschlüsset SELECT und Qff, wobei letzterer an die Phasenanschnittsste-uerschaltung Ph angeschlossen ist. Der Ausgang der Endstufe E1 führt zu einer ersten Schaltstrecke, die beispielsweise einen Triac enthält, über den der gesteuerte Laststrom fließt. Der Ausgang der Endstufe E2 führt dementsprechend zu einem zweiten Triac innerhalb der zweiten Schaltstrecke.
• Das Und-Gatter U1 weist drei Eingancsanschlüsse auf, wobei an einem Eingangsanschluß das Wählsignal SELECT für die jeweils anzusteuernde Endstufe gegeber wird. Die beiden ander&n Eingangsanschlüsse führen zu den Ausgängen der beiden Endstufen E1 und E2 und werden am Eingang des Und-Gatters U1 negiert, so daß dieses Gatter stets verriegelt ist, wenn elne der beiden Endstufen E1 oder E2 eine eine Schaltstrecke durchsteuernde Impulse abgibt. Zwischen das Und-Gatter Ul und Eingänge der Und-Gatte- U2 und U3 ist beispielsweise eine Schmitt-TriggerstufE zu ST geschaltet, die dafür sorgt, daß abrupte Potentialsp-ünge eine Umsteuerung von einer Schaltstrecke auf die ande-e Schaltstrecke verursachen. Das Ausgangssignal der Sch:iitt-Triggerstufe ST wird auf einen Eingang des Und-Gatte-s U2 und negiert auf einen Eingang des Und-Gatters U3 geg ben. Ferner wird das Ausgangssignal der Phasenanschnittss euerschaltung jeweils auf einen Eingang der beiden Und-Gat@er U2 und U3 gegeben.
• Das Ausgangssignal der Endstufe E1 w rd negiert auf einen Eingang des Und-Gatters U3 und das Alfsgangssignal der Endstufe E2 negiert auf einen Eingang des Und-Gatters U2 gegeben. Durch diese Kreuzkopplung wird eine sichere Verriegelung der Lokik aUs den Und-Gattern U2 und U3 in der Weise bewirkt, daß bei einem vorhandenen Atsgangssignal an der einen Endstufe kein Impuls aus der Phasenanschnittssteuerschaltung auf die andere Endstufe gelangen kann Wenn am Eingangsanschluß SELECT beispielsweise eine logische "1" anliegt, die dem Befehl Motor in Vorwärts-Richtung entspricht, tritt am Ausgang des Und-Gatters U1 nur dann ein Signal auf, wenn beide Endstufen E1 und E2 keine Ansteuersignale an die Triacs abgeben. Nur in diesem Fall kann am Ausgang des Schmitt-Triggers ST ein Potentialsprung auftreten, der als logische "l" auf das Und-Gatter U2 und als logische "0" auf das Und-Gatter- U3 gegeben wird. Das Und-Gatter U3 wird somit verriegelt. An den Eingängen des Und-Gatters U2 liegt ferner über den inaktiven Ausgang der Endstufe E2 eine zweite logische "1" an. Sobald Phasenanschnittssteuerimpulse abgegeben werden1 tritt am Und-Gatter U2 ein Ausgangssignal auf, das die Endstufe E1 aktiviert, so daß der Triac 1 durchgeschaltet wird.
• Wenn nun während des Vorwärtslaufes des Motors am Eingang SELECT eine logische "O" auft.ritt, was dem Wunsch nach Rückwärtslauf des Motors entspricht, so wird die Laufrichtungsänderung durch die interne Verriegelung der Und-Gatter U2 und U3 erst dann möglich, wenn aufgrund ausbleibender Impulse aus der Phasenanschnittssteuerschaltung die Endstufe Fl inaktiv wird Zu diesem Zeitpunkt wird das Und-Gattei U3 ein Ausgangssignal. abgeben, das die Endstufe E2 ak iviert, sobald neue Impulse aus der phasenanschnittsst uerschaltung auf den Eingang des Und-Gatters U3 auftreflen.
• Die Figur 2 zeigt in detailliertes Ausführungsbeispiel für eine Schaltung. die die Funktionen der Blockschaltung gemäß Figur 1 erfü..lt. Die Schaltung gemäß der Figur 2 enthält zwei Endstufen aus jeweils zwei Transistoren T5, T6 und T7, T8 wobei i die Kollektoren der zwei Transistoren jeder Endstufe zusammen geschaltet sind und über einen Spannungsteiler au den Widerständen R5, R13 bzw. R8, R9 an einen Pol der Vrsogungsspannunq-squelle angesclossen sind. Bei der Schaltung nach dem Ausführungsbeispiel ist dies der Massepol. Der Abgriff zwischen jedem Spannungsteiler bildet einen Ausgangsanschlui Al bzw. A2, der zu jeweils einer steuernden Schaltstre(ke, also beispielsweise einem Triac führt. Der eigentliche Indstufentransistor jeder Endstufe wird durch den Transistor T6 bzw. T8 gebildet, der über einen vorgeschalteten Transistor T5 bzw.
• T7 angesteuert wird. Die Kollektor-Eitterstrecke dieses vorgeschalteten Transistors-T5 bzw. r7 überbriickt die Kollektor-Basisstrecke des Endstufertransistors T6 bzw.
• T8. Die Emitter der EndstufentransiEtoren T6 und T8 sind im Ausführungsbeispiel direkt mit deo Potential -UB verbunden, während die Emitter-Elektroden der vorgeschalteten Transistoren T5 bzw. T7 je über einen Emitter-Widerstand Rl2 bzw. R4 mit diesem Potentialansclluß verbunden sind.
• Die erste, der gegen--seitigen Verriegelung der Endstufen dienende Logik besteht aus zwei parallel geschalteten Stromzweigen aus den in Serie geschalteten Transistoren T1 und T2 bzw. T3 und T. V-é Transistoren .n jedem Stromzweig sind zwei an den KolJektoren miteinaider verbundene Komplementärtransistoren, wovon jeweils ei ier T2 bzw. T4 ein Multi-Kollektortransistor ist. Der ztsätzliche Kollektor des Transistors T2 ist mit dem Basislnschluß des Ein-Kollektortransistors T3 und der zusä@zliche Kollektor des Transistors T4 mit dem Basisanschluß des Ein-Kollektortransistors T1 verknüpft. Die Emitter-Elektroden der Multi-Kollektortransistoren T2 und T sind über eine Stromquelle 4 Q mit Bezugspotential verbunden. Die Basiselektroden der Ein-Kollektortransistoren T1 und T3 .;ind über einen Spannungsteiler R1, T3 aus zwei gleich groben Widerständen miteinander verbunden. An den Mittelanschluß dieses Spannungsteilers wird der Ausgangsanschluß Qff der Phasenanschnittssteuerschaltung angeschlosser. Die Emitter-Elektroden der Ein-Kollektortransistoren T1 und T3 sind mit dem Potential U verbunden.
• Zwischen den beiden miteinander verbundenen Kollektoren in jeweils einem Stromzweig befindet sich vorzugsweise eine Zenerdiode Zl bzw. Z2, die eine An-sprechschwelle für die Versorgunc;sspannung bildet Die Logik kann folglich nur dann arbeiten, wenn das Versorgungspotential so groß ist, daß an wenigsten einer Zenerdiode die Zenerspannung anliegt.
• Die Basiselektrode des Transistors T5 der ersten Endstufe ist an den Kollektor des Transist>rs T die Basiselektrode des Transistors T7 der zweiten Endstufe ist an den Kollektor des Transistors T3 angeschlossen. Der Kollektor des Endstufentransistors T6 ist ferner über einen Widerstand. R6 an eine Emitter-Elektrode eines Vorschalttransistors T10 angeschlossen, dessen Kollektorelektrode mit dem BasisanschLuß des Multi-Kollektortransistors T2 verknüpft ist. Dieser Vorschalttransistor T10 weist zwei Emitteranschlüsse auf. Der zweite Emitteranschluß führt über einen Vorwiderstand R10 zu dem Anschluß SELECT auf den das Wählsignal zur Ansteuerung der gewunschten Schalt strecke gegeben wird. Die Basiselektrode dieses Vorschalttransistors T10 ist über die Emitter-Kollektorstrecke eines weiteren Transistors Tg mit Bezugspotential verbunden. An der Basiselektrode dieses Transistors T9 liegt eine Referenzspannung UREF2 an -Die Kollektor-Elektrode des Endstufentransistors T8 der zweiten Endstufe E2 ist über einen Vorschaltwiderstand R7 mit der Basiselektrode eines Transistors T11 verbunden.
• Dieser Transistor T11 liegt mit seiner Emitter-Kollektor strecke zwischen dem Basisanschluß des Multi-Kollektortransistors T2 und Bezugspotential. Die Emitterbasisstrecken der Transistoren T2 bzw. T11 sind noch mit Einstellwiderständen R2 bzw. Rll überbrückt. An die Basiselektrode des Multi-Kollektortransistors T4 wird eine Referenzspannung UREFl angelegt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 handelt es sich bei den Transistoren Tell, T2 und T4 um pnp-Transistoren während alle anderen Transistoren vom npn-Leitungstyp sind. Die Referenzspannung UREFl hat beispielsweise einen Wert von ca. -l,3-V, während an der Basis>-lektrode des Transistors T9 die Referenzspannung UREF2 einen Wert von ca. -0,65 V hat.
• Die Schaltung gemäß Figur 2 funktioniert wie folgt: Es wird angenommen, daß am Eingangsanschluß SELECT negatives Potential liegt was beispielsweise einem Wunsch nach Rückwartslauf des Motors entspricht. Bei dieser Potentialwahl von SELECT sind die Transistoren Tg und Tlo über den Widerstand Rlo stromführend, so daß am Emitter des Transistors Tlo c. -2 V abfallen, die in etwa gleicher Größe am Basisanschlu des Transistors T2 anliegen. Gleichzeitig wird angenommen, daß am Eingangsanschluß Qff Bezugspotential anliegt, was bedeutet, daß von der Phasenanschnittssteuerschaltung kein Impuls abgegeben wird.
• Aufgrund des Potentiales an der Basiselektrode des Transistors T2 wird der Stromzweig aus den Transistoren T2 und T1 stromführend, so daß der von der Stromquelle Q gelieferte Strom I1 auf die Kollektoren des Transistors T2 aufgeteilt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Fläche des Kollektors,.der mit dem Kollektor des Transistors T1 verbunden ist, drei mal so groß wie die Fläche des Kollektors, der mit der Basiselektrode des Transistors T3 verbunden ist. Dreiviertel des Stromes I1 fließen somit über die Zenerdiode Z2 und ein Viertel des Stromes gelangt zur Basiselektrode des Transistors T3. Da an Qff Bezugspotential herrscht, ist auch der Transistor T1 stromführend, so daß die Endstufe aus den Transistoren T5 und T6 kurzgeschlossen ist und am Ausgang A2 kein An-T6 steuersignal zum Tciac 2 gelangt. Da der zweite Stromzweig über den Mul @i-Kollektortransistor T4 ohnehin gesperrt ist, da die Spannung UREFl unter dem Wert von UBT2 liegt und der Transistor T3 über den im zugeführten Basisstrom leitend ist, kann auch die andere Endstufe T7, T8 keine Anstelerimpulse an den Triac 1 abgeben.
• Wenn Qff nun auf negatives Potential springt, was beim Auftreten von Phasentaktimpulsen der Fall ist, wird der Transistor T1 gesperrt, während der Transistor T3 aufgrund des ihm zuge ührten Basisstrom weiterhin geöffnet bleibt. Die Endstufe aus den Transistoren T71 T8 bleibt somit sicher verrrjegelt, während die Endstufe aus den Transistoren T5 und T6 nunmehr stromführend wird, so daß am Spannungsteiler aus den Widerständen R13 und R5 ein Ansteuersignal für den Triac 2 abgegriffen wird, so daß der Motor den gewü@schten Rückfärtslauf aufnimmt. Sobald die Endstufe aus dtn Transistoren T5 und T6 Strom führt, wird auch der Stromzweig durch den Widerstand R6 und den zweiten Emitter de Transistor. T10 stromführend. Wenn somit während der Signalabgabe an den Anschluß A2 am Eingang SELECT ein Potentialsprung auftritt, der den Vorwärtslauf des Motors bedingen würde, bleibt dieses Wählsignal so lange unwirksam, bis der Phasentaktimpuls am Eingang Qff ausbleibt. Dies wird dadurch erreicht, daß trotz Bezugspotential am Eingang SELECT das Ba-sispotential des Transistors T2 iber den Widerstand R6 und den zweiten Emitter des Transistors T10 erhalten bleibt. Erst wenn die Endstufe aus den Trlnsistoren T5, T6 aufgrund ausbleibender Phasentaktansteuerung stromlos wird, wird der am Eingang SELECT stattgefundene Potentialsprurg wirksam. Zu diesem Zeitpunkt sinkt das Potential an dei Basiselektrode des Transistors T2 betragsmäßig unter die Spannung UREFl an der Basiselektrode des Transistors 14. Somit übernimmt der Transistor T4 nunmehr den Strom fl. Bei noch nicht vorhandenem Phasentaktimpuis sind beide Transistoren T und T3 durchgesteuert, so daß beide ndstufen stromlos bleiben und kein Signal abgeben. Erst wenn Qff negatives Potential annimmt, was einem Phasentlktimpuls entspricht, wird der Transistor 13 gesperrt, während der Transistor T1 aufgrund des ihm zugeführten Basisstroms vom Transistor T4 durchgeschaltet bleibt. Nun wird die Endstufe aus den Transistoren T7 und T8 stromführend und an den Triac 1 wird ein Ansteuersignal abgegeben, das den Vorwärtslauf des Motors bedingt.
• Sobald die Endstufe aus den Transistoren T7 und T8 stromführend wird, erhält- auch die Basis des Transistors T11 ein diesen Transistor T11 durchsteuerndes Potential Damit wird das Basispotential am Transistor T2 auf Bezugspotential gelegt, so daß dieser Transistor T2 sicher gesperrt bleibt. Wenn nun während einer Signa]abgabe an den Triac 1 am Eingang SELECT ein Potentiaispruncj auftritt, der den Rückwärtslauf des Motors bedingen würde, so wird dieses Wählsignal wiederUm erst dann wirksam, wenn am Eingang Qff kein Phasentaktimpuls mehr anliegt. Dies wird durch den Transistor T 1-1 bewirlst, der bei stromführender Endstufe aus den Transistoren T7 und T8 leitend bleibt und somit das Potential an der Basiselektrode des Transistors T2 auf Bezugspotential hält, auch wenn am Eingang SELECT negatives Potential anliegt-. Erst wenn die Endstufe aus den Transistoren T7 und T8 stromlos wird, wird auch der Transistor T11 wieder gesperrt und die Basiselektrode des Transistors T2 kann das negative Potential annehmen, das Voraussetzung für die Abgabe von Ansteuersignalen an den Triac 2 ist.
• Bei der erfindungsgemäßen Schaltung wird folglich vom Wählsignal SELECT jeweils ein Potential an der Basiselektrode des Transistors T2 abgeleitet und mit der Referenzspannung UREFl verglichen. Die Folge des Vergleichs ist, daß einer der beiden parallel geschalteten Strom zweige mit dell Transistoren T2 und T4 stromführend wird, so daß beim ,auftreten eines Phasentaktimpulses eine der beiden Endstufen angesteuert werden kann

Claims (1)

1. Patentansprüche 1) Impulsweiche für die wahlweise Ar.steuerung zweier Schaltstrecken, insbesondere für die von Einer Phasenanschnittssteurschaltung abgegebenen Steuerimpulse, dadurch gekennzeichnet,.daß an den Eingangsanschluß (QFF) der Impulsweiche über eine erste Logik (82¢ U3)-zwei Endstufen (El, E2) 1' 2 angeschlossen sind, daß die Endstufen über diene Logik derart gegenseitig verriegelt werden, daß eine Inpulsabgabe durch eine Endstufe an die zugeordrlete Schaltstrecke eine Impuls abgabe durch die andere Endstufe an die ihr zugeordnete Schaltstrecke verhindert, daß der Eingangsanschluß (SELECT) für das Wählsignal über eine zweite Logik (U1) auf Eingänge der ersten Logik gegeben wird, wobei diene zweite Logik durch entsprechende Verknüpfung mit den Ausgängen der Endstufen verhindert, daß während einer laufenden Impulsabgabe durch eine Endstufe eine Umschaltung von einer Schaltstrecke auf die andere Schaltstrecke erfolgen kaln 2) Impulsweiche nach Anspruch 3., dadurch gekennzeichnet, daß ein vom jeweiligen Wählsignal abgele tetes Potential mit einer Referenzspannung (UREF1) vergl chen und als Folge des Vergleichs einer von zwei parallel g(schalteten Stromzweigen (T1, T2 bzw. T3, T4) stromführend wird und daß an jeden Stromzweig eine Endstufe (T5, T6 bzw. T7, T8) angeschlossen ist.

   3) Impulsweiche nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils durchgeschaltete Endstufe einen weiteren Stromzweig (R6 bzw. T11) durchschaltet, der das vom Potential des Wählsignals abgeleitete Vergleichspotential (UBT2) während der laufenden Impulsabgabedurch die jeweils durchgesteuerte Endstufe auch dann aufrecht erhält, wenn am Eincangsanschluß (SELECT) für das Wählsignal ein die Umschalturg an ein bedingender Potentialsprung auftritt.

   4) Impulsweiche ncch einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden parallel geschalteten Strozzeige zwei an den Kollektoren miteinander verbundenen Komplementärtransistoren (T1, T2 bzw. T3, T4) enthält, daß in jenem Stromzweig je ein Transistor ein Multi-Kollektortransistor (T2, T4) ist, dessen einer Kollektor mit der Basiselektrode des Ein-Köllektortransistor (T3 bzw T1) im anleren Stromzweiy verbunden ist, und daß die Emitterelektro len der Multi-Kollektortransistoren (T3, T4) miteinander ve--hunden und an eine Stromquelle (Q) angeschlossen sind, wäh-end die beiden miteinander verbundenen Emitterelektroden ier beiden Ein-Kollektortransistoren (T1, T3) mit einem Pol ler Versorgungsspannung verbunden sind.

   5) Impulsweiche na<:h Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Basisel:ktroden der Ein-Kollektortransistoren (T1, T3) über einen Spaltnungsteiler (R1, R3) aus zwei gleich großen Widerstände. miteinander verbunden sind, und daß an den Mittelanschluß dieses Spannungsteilers der Ausgangsanschluß einer Pha enanschnittssteuerschaltung angeschlossen ist.

   6) Impulsweiche nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der beiden parallel geschalteten Strgmzweige eine Zenerdiode (Z1 bzw. Z ) zur 2-Erzeugung einer Ansprechschwelle für die Versorgungsspannung enthalten ist.

   7) Impulsweiche nach einem der vorargehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die RefErenzspannung (UREFl) an der Basiselektrode des ersten MuJti-Kollektortransistors (T4) anliegt, während die Basiselektrode des zweiten Multi-Kollektortransistors (T2) über die Kollektor-Emitterstrecke eines Vorschalttransistors (T ) mit dem 10 Eingangsanschluß für das Wählsignal (SELECT) verbunden ist.

   8) Impulsweiche nach Anspruch 7 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschalttransistor (Tlo) einen zweiten Emitterzweig aufweist, der über einen Emitterwiderstand (R6) mit der ersten Endstufe (T5, T6) verbunden ist, so daß das Potential an der Kollektorelektrode des Vorschalttransistors (T10-? und damit das Potential an der Basiselektrode des zweiten Multi-Kollektortransistors (T2) bei Durchsteuerung der angeschlossenen zweiten Endstufe auch dann aufrechterhalten wird, wenn am Eingangsanschluß (SELECT) für das Wählsignal ein Potentialsprung auftritt.

   9) Impulsweiche nach Anspruch 3, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß an die Kollektorelektrode des.Vorschalttransistors (Tlo) ein mit einem Pol der Versorgungsspannungsquelle verbundener Stromzweig (T11) angeschlossen ist, der bei gesperrter zweiter Endstufe und durchgeschalteter erster Endstufe (T7, T8) gleichfalls stromführend ist, so daß das Kollektorpotential des Vorschalttransistors (Tlo) und damit das Potential an der Basiselektrode des zweiten Multi-Kollektortransistors (T2) bei durchgeschalteter erster Endstufe auch dann aufrechterhalten wird, wenn am Eingangsanschluß (SELECT) für das Wählsignal ein Potentialsrpung auftritt.

   10) Impulsweiche nach Anspruch 9, dadurch-gekennzeichnet, daß der mit einem Pol der Versorgungsspannungsquelle verbundene Stromzweig von der Kollektor-Emitterstrecke eines Transistors (T11) gebildet wird, dessen Basiselektrode an die erste Endstufe (T7, T8) angeschlossen ist.