DE3418191C2 - - Google Patents

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DE3418191C2
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Seiichiro Kikuyama
Yoshinori Itami Hyogo Jp Motoyoshi
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
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    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/60Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being bipolar transistors
    • H03K17/66Switching arrangements for passing the current in either direction at will; Switching arrangements for reversing the current at will
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/03Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for controlling the direction of rotation of DC motors
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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Umschalten der Richtung eines Stromes, der an eine Gleichstromlast geliefert wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 (US 34 96 441).The invention relates to a circuit for switching the direction of a current supplied to a DC load is, according to the preamble of claim 1 (US 34 96 441).

Fig. 1 zeigt eine konventionelle Schaltung zum Umschalten der Richtung eines Stromes, der an eine Gleichstromlast gelegt ist. Eine Gleichstromlast 5 ist zwischen einem Knotenpunkt A und einem Knotenpunkt B angeordnet. Der Knotenpunkt A ist mit dem Emitter eines NPN-Transistors 1 und mit dem Kollektor eines NPN-Transistor 2 verbunden. Der Knotenpunkt B ist mit dem Emitter eines NPN-Transistors 3 und mit dem Kollektor eines NPN-Transistors 4 verbunden. Der Emitter des NPN-Transistors 2 und der Emitter des NPN-Transistors 4 sind so miteinander verbunden, daß ihre Verbindung mit einem Masseanschluß 13 verbunden ist. Der Kollektor des NPN-Transistors 1 und der Kollektor des NPN-Transistors 3 sind miteinander so verbunden, daß ihre Verbindung mit der Verbindung zwischen dem Kollektor eines PNP-Transistors 14 und dem Emitter eines NPN-Transistors 15 in einer Ausgangsspannungs-Steuerschaltung 30 verbunden ist. Die Basis des NPN-Transistors 1 ist mit dem Kollektor eines PNP-Transistors 6 verbunden, während die Basis des NPN-Transistors 3 mit dem Kollektor eines PNP-Transistors 7 verbunden ist. Der Emitter des PNP-Transistors 6 und der Emitter des PNP-Transistors 7 sind so miteinander verbunden, daß ihre Verbindung mit einem ersten Stromversorgungsanschluß 12 verbunden ist. Der Emitter des PNP-Transistors 14 in der Ausgangsspannungs-Steuerschaltung 30 ist mit einem zweiten Stromversorgungsanschluß 17 verbunden. Die Basiselektroden des PNP-Transistors 6, des NPN-Transistors 2, des PNP-Transistors 7 und des NPN-Transistors 4 sind jeweils mit Steuereingangsanschlüssen 8, 9 10 und 11 zum Umschalten der Richtung eines zur Gleichstromlast 5 fließenden Stromes verbunden. Die Basis des NPN-Transistors 15 in der Ausgangsspannungs- Steuerschaltung 30 ist mit einem Steuereingangsanschluß 16 zum Steuern der Spannung über der Gleichstromlast 5 verbunden. Fig. 1 shows a conventional circuit for switching the direction of a current applied to a DC load. A DC load 5 is arranged between a node A and a node B. The node A is connected to the emitter of an NPN transistor 1 and to the collector of an NPN transistor 2 . The node B is connected to the emitter of an NPN transistor 3 and to the collector of an NPN transistor 4 . The emitter of NPN transistor 2 and the emitter of NPN transistor 4 are connected to one another in such a way that their connection is connected to a ground terminal 13 . The collector of the NPN transistor 1 and the collector of the NPN transistor 3 are connected to each other so that their connection is connected to the connection between the collector of a PNP transistor 14 and the emitter of an NPN transistor 15 in an output voltage control circuit 30 . The base of the NPN transistor 1 is connected to the collector of a PNP transistor 6 , while the base of the NPN transistor 3 is connected to the collector of a PNP transistor 7 . The emitter of the PNP transistor 6 and the emitter of the PNP transistor 7 are connected to one another in such a way that their connection is connected to a first power supply connection 12 . The emitter of the PNP transistor 14 in the output voltage control circuit 30 is connected to a second power supply terminal 17 . The base electrodes of the PNP transistor 6, the NPN transistor 2, the PNP transistor 7 and the NPN transistor 4 are connected to control input terminals 8, 9, 10 and 11 , respectively , for switching the direction of a current flowing to the DC load 5 . The base of the NPN transistor 15 in the output voltage control circuit 30 is connected to a control input terminal 16 for controlling the voltage across the DC load 5 .

Wenn beim Betrieb Niederpegelsignale zu den Eingangsanschlüssen 8 und 9 und Hochpegelsignals zu den Eingangsanschlüssen 10 und 11 geführt werden, werden der PNP-Transistor 6 und die NPN-Transistoren 1 und 4 eingeschaltet, während der PNP-Transistor 7 und die NPN-Transistoren 2 und 3 abgeschaltet werden. Demgemäß wird die Gleichstromlast 5 mit einem in der Richtung vom Knotenpunkt A zum Knotenpunkt B fließenden Strom versorgt.When operating low level signals to the input terminals 8 and 9 and high level signals to the input terminals 10 and 11 , the PNP transistor 6 and the NPN transistors 1 and 4 are turned on, while the PNP transistor 7 and the NPN transistors 2 and 3 can be switched off. Accordingly, the DC load 5 is supplied with a current flowing in the direction from the node A to the node B.

Die Spannung V A des Knotenpunkts A zu dieser Zeit wird durch die folgende Gleichung dargestellt:The voltage V A of node A at this time is represented by the following equation:

V A = V 16 - V BE 15 - V CE 1, V A = V 16 - V BE 15 - V CE 1 ,

wobei V 16 die Spannung am Steuereingangsanschluß 16, V BE 15 die Basis-Emitter-Spannung des NPN-Transistors 15, und V CE 1 die Kollektor-Emitter-Spannung des NPN-Transistors 1 darstellen. Es wird in diesem Fall angenommen, daß gilt V CC 12 V 16, wobei V CC 12 die Spannung am ersten Stromversorgungsanschluß 12 darstellt.where V 16 is the voltage at the control input terminal 16, V BE 15 is the base-emitter voltage of the NPN transistor 15, and V CE 1 is the collector-emitter voltage of the NPN transistor 1 . In this case it is assumed that V CC 12 V 16 applies, where V CC 12 represents the voltage at the first power supply connection 12 .

Unter Vernachlässigung einer Änderung der Basis-Emitter-Spannung V BE 15 und der Kollektor-Emitter-Spannung V CE 1 durch den Laststrom, kann die Spannung V A durch die Spannung V 16 gesteuert werden. Ohne Berücksichtigung einer Änderung der Spannung V B des Knotenpunkts B durch den Laststrom kann deshalb die über die Gleichstromlast 5 angelegte Spannung V AB durch die Spannung V 16 gesteuert werden.Neglecting a change in the base-emitter voltage V BE 15 and the collector-emitter voltage V CE 1 by the load current, the voltage V A can be controlled by the voltage V 16 . Without taking into account a change in the voltage V B of the node B by the load current, the voltage V AB applied via the direct current load 5 can therefore be controlled by the voltage V 16 .

Wenn, anders als oben beschrieben, Hochpegelsignale an die Eingangsanschlüsse 8 und 9 und Niederpegelsignale an die Eingangsanschlüsse 10 und 11 geführt werden, wird die Gleichstromlast 5 mit einem in der Richtung vom Knotenpunkt B zum Knotenpunkt A fließenden Strom versorgt. Es ist einleuchtend, daß auch in diesem Fall die über die Gleichstromlast 5 angelegte Spannung V AB durch die Spannung V 16 auf ähnliche Weise wie oben beschrieben gesteuert werden kann.Unlike in the above, when high level signals are input to the input terminals 8 and 9 and low level signals are input to the input terminals 10 and 11 , the DC load 5 is supplied with a current flowing in the direction from the node B to the node A. It is obvious that in this case too, the voltage V AB applied via the DC load 5 can be controlled by the voltage V 16 in a similar manner as described above.

In der in Fig. 1 gezeigten konventionellen Schaltung ist die Ausgangsspannungs-Steuerschaltung 30 im allgemeinen vorgesehen als eine Halbleitereinrichtung unabhängig von anderen Komponenten. Der zu der Gleichstromlast 5 fließende Strom wird von dem zweiten Stromversorgungsanschluß 17 durch den PNP-Transistor 14 geliefert. Wenn deshalb die Gleichstromlast 5 mit einem großen Strom versorgt werden soll, muß der PNP-Transistor 14 einen großen Strom verarbeiten können. Das bedeutet, daß, wenn die Ausgangsspannungs-Steuerschaltung 30 integriert ist, die von dem PNP-Transistor 14 belegte Fläche auf der integrierten Schaltung vergrößert wird. Infolgedessen ist bei der konventionellen Schaltung nach Fig. 1 die Integration der Ausgangsspannungs-Steuerschaltung praktisch unmöglich.In the conventional circuit shown in FIG. 1, the output voltage control circuit 30 is generally provided as a semiconductor device independent of other components. The current flowing to the DC load 5 is supplied from the second power supply terminal 17 through the PNP transistor 14 . Therefore, if the DC load 5 is to be supplied with a large current, the PNP transistor 14 must be able to process a large current. This means that when the output voltage control circuit 30 is integrated, the area occupied by the PNP transistor 14 on the integrated circuit is increased. As a result, in the conventional circuit of FIG. 1, the integration of the output voltage control circuit is practically impossible.

Aus der US-PS 34 96 441 ist eine weitere Schaltung zum Umschalten der Richtung eines Stromes durch eine Gleichstromlast bekannt, bei der ebenfalls eine Brückenschaltung vorgesehen ist, bei der an der ersten Brückendiagonale die Gleichstromlast angeschlossen ist und bei der an der zweiten Brückendiagonale eine Versorgungsspannung anliegt. Bei dieser bekannten Schaltung sind zwei transistorisierte Steuerglieder als Schalter und zwei transistorisierte Steuerglieder entsprechend veränderbaren Widerstände ausgebildet. An einer Spannungsliefereinrichtung liegt eine Steuerspannung an, die durch ihre Polarität und ihren Momentanwert die Richtung bzw. den Betrag des Stromes durch die Gleichstromlast festlegt. Die Spannungsliefereinrichtung erzeugt zwei Ausgangsspannungen, die einerseits einer Einrichtung zum Erzeugen von zweiwertigen Signalen für die beiden als Schalter arbeitenden Steuerglieder, um die Richtung des Stromes festzulegen, und die andererseits den als veränderbare Widerstände arbeitenden Steuergliedern zugeführt werden, um den Betrag des Stromes an der Gleichstromlast festzulegen.From US-PS 34 96 441 is another circuit for switching the direction of a current through a DC load known in which a bridge circuit is also provided is the DC load on the first diagonal of the bridge is connected and at the on the second bridge diagonal there is a supply voltage. In this known Circuit are two transistorized control elements as switches and two transistorized control elements changeable accordingly  Resistors trained. On a voltage supply device there is a control voltage due to its polarity and their instantaneous value the direction or the amount of the Current through the DC load. The voltage supply device generates two output voltages, the one hand a device for generating bivalent signals for the two control elements working as switches to control the Direction of the current, and the other as the variable resistors working control elements fed be the amount of current at the DC load to be determined.

Diese bekannte Schaltung erfordert eine Steuerspannung, die beide Polaritäten annehmen kann, und eine ausschließliche Steuerung der Richtung des Stromes durch die Gleichstromlast durch zweiwertige Steuersignale, wie sie in der digitalen Schaltungstechnik üblich sind, ist bei dieser Schaltung nicht möglich, da auch bei der Änderung der Richtung die Steuerspannung verändert werden muß.This known circuit requires a control voltage that can assume both polarities, and an exclusive one Control the direction of current through the DC load by means of two-valued control signals, as in the digital Circuitry are common with this circuit possible because the control voltage also when changing the direction needs to be changed.

Eine ähnliche Schaltung, bei der ebenfalls zwei transistorisierte Steuerglieder als Schalter und zwei transistorisierte Steuerglieder entsprechend veränderbaren Widerständen arbeiten, ist aus der DE-OS 23 17 981 bekannt. Die Steuerung der Richtung und des Betrages des Stromes durch die Gleichstromlast erfolgt bei dieser bekannten Schaltung durch unterschiedliche Steuerströme, die jeweils einem von zwei Anschlüssen zugeführt werden. Die Richtung des Stromes wird dadurch festgelegt, welchem Steueranschluß der Steuerstrom zugeführt wird; und der Betrag des Stromes ist dem Momentanwert des Steuerstromes zugeordnet. Eine Steuerung der Richtung des Stromes durch zweiwertige Steuersignale unabhängig von dem Betrag des Stromes ist bei dieser bekannten Schaltung ebenfalls nicht möglich. Außerdem erfordert die Schaltung einen verhältnismäßig großen Aufwand.A similar circuit, in which also two transistorized Control elements as switches and two transistorized Control elements operate according to variable resistances, is known from DE-OS 23 17 981. The control of the Direction and amount of current through the DC load takes place in this known circuit by different Control currents, each fed to one of two connections will. The direction of the current is determined by which control connection the control current is supplied to; and the amount of current is the instantaneous value of the control current assigned. A control of the direction of the current by bivalent control signals regardless of the amount of Current is also not in this known circuit possible. The circuit also requires a relative great effort.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zum Umschalten der Richtung eines Stromes an einer Gleichstromlast anzugeben, bei der die Richtung des Stromes ausschließlich durch zweiwertige Steuersignale umschaltbar ist, und bei der der Betrag des Stromes durch eine Steuerspannung einstellbar ist, und bei der eine Fläche, die bei einer Herstellung als integrierte Schaltung durch die Schaltung belegt wird, minimiert wird.The invention is therefore based on the object of a circuit to switch the direction of a current at a DC load specify the direction of the current exclusively is switchable by two-value control signals, and at which the amount of current adjustable by a control voltage and in the case of a surface that is used in a manufacture as an integrated circuit is occupied by the circuit, is minimized.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei der Schaltung der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.According to the invention, this object is achieved when switching the input mentioned type by the in the characterizing part of the claim 1 specified features solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous further developments of the invention result from the subclaims.

Weitere Vorteile und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren. Von den Figuren zeigen:Further advantages and practicalities result from the following description of exemplary embodiments in connection with the figures. From the figures show:

Fig. 1 eine Schaltungsdiagramm mit einer konventionellen Schaltung zum Umschalten der Richtung eines Stroms an eine Gleichstromlast; und 1 is a circuit diagram showing a conventional circuit for switching the direction of a current to a DC load; and

Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm mit einer Schaltung zum Umschalten der Richtung eines Stroms an eine Gleichstromlast gemäß der Erfindung: Fig. 2 is a circuit diagram showing a circuit for switching the direction of a current to a DC load in accordance with the invention:

Fig. 3 die Schaltungsstruktur eines Operationsverstärkers; FIG. 3 shows the circuit structure of an operational amplifier;

Fig. 4 eine Ausgangssteuerschaltung; und FIG. 4 shows an output control circuit; and

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform einer Stromrichtungsumschalteeinrichtung. Fig. 5 shows a further embodiment of a Stromrichtungsumschalteeinrichtung.

In Fig. 2 ist eine Schaltung zum Umschalten der Richtung eines Stromes an eine Gleichstromlast gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Eine Gleichstromlast 5 ist zwischen einem Knotenpunkt A und einem Knotenpunkt B angeordnet. Der Knotenpunkt A ist mit dem Emitter eines NPN-Transistors 1 und mit dem Kollektor eines NPN- Transistors 2 verbunden. Der Knotenpunkt B ist mit dem Emitter eines NPN-Transistors 3 und einem Kollektor eines NPN- Transistors 4 verbunden. Der Kollektor des NPN-Transistors 1 und der Kollektor des NPN-Transistors 3 sind miteinander so verbunden, daß ihre Verbindung mit einem Stromversorgungsanschluß 18 verbunden ist. Der Emitter des NPN-Transistors 2 und der Emitter des NPN-Transistors 4 sind miteinander so verbunden, daß ihre Verbindung mit einem Masseanschluß 13 verbunden ist. Die Basis des NPN-Transistors 1 ist mit dem Kollektor eines PNP-Transistors 6 in einer Ausgangsspannungs- Steuerschaltung 40 verbunden. Die Basis des NPN-Transistors 3 ist mit dem Kollektor eines PNP-Transistors 7 in dem Ausgangsspannungs- Steuerschaltkreis 40 verbunden. In dem Ausgangsspannungs- Steuerschaltkreis 40 sind der Emitter des PNP- Transistors 6 und der Emitter des PNP-Transistors 7 so miteinander verbunden, daß ihre Verbindung mit dem Ausgangsanschluß einer Operationsverstärkerschaltung 19 verbunden ist. Der Ausgangsanschluß der Operationsverstärkerschaltung 19 ist mit ihrem Minus-Eingangsanschluß verbunden. Der Plus-Eingangsanschluß der Operationsverstärkerschaltung 19 ist mit einem Steuereingangsanschluß 20 zum Steuern der Spannung über die Gleichstromlast 5 verbunden. Die Basiselektroden des PNP-Transistors 6, des NPN-Transistors 2, des PNP-Transistors 7 und des NPN-Transistors 4 sind jeweils verbunden mit Steuereingangsanschlüssen 8, 9, 10 und 11 zum Empfangen von Steuersignalen zum Umschalten der Richtung des durch die Gleichstromlast 5 fließenden Stroms.In Fig. 2 is a circuit for switching the direction of a current to a DC load according to a preferred embodiment of the present invention. A DC load 5 is arranged between a node A and a node B. The node A is connected to the emitter of an NPN transistor 1 and to the collector of an NPN transistor 2 . The node B is connected to the emitter of an NPN transistor 3 and a collector of an NPN transistor 4 . The collector of the NPN transistor 1 and the collector of the NPN transistor 3 are connected to each other so that their connection is connected to a power supply terminal 18 . The emitter of NPN transistor 2 and the emitter of NPN transistor 4 are connected to one another so that their connection is connected to a ground terminal 13 . The base of the NPN transistor 1 is connected to the collector of a PNP transistor 6 in an output voltage control circuit 40 . The base of the NPN transistor 3 is connected to the collector of a PNP transistor 7 in the output voltage control circuit 40 . In the output voltage control circuit 40 , the emitter of the PNP transistor 6 and the emitter of the PNP transistor 7 are connected to each other so that their connection is connected to the output terminal of an operational amplifier circuit 19 . The output terminal of the operational amplifier circuit 19 is connected to its minus input terminal. The positive input terminal of the operational amplifier circuit 19 is connected to a control input terminal 20 for controlling the voltage across the DC load 5 . The base electrodes of the PNP transistor 6, the NPN transistor 2, the PNP transistor 7 and the NPN transistor 4 are respectively connected to control input terminals 8, 9, 10 and 11 for receiving control signals for switching the direction of the DC load 5 flowing current.

Die Operationsverstärkerschaltung 19 ist als Spannungsfolger konstruiert, welcher abhängig von einem Signal von dem Steuereingangsanschluß 20 die Emitterspannungen der PNP-Transistoren 6 und 7 steuert. Die Operationsverstärkerschaltung 19 kann beispielsweise durch eine wohlbekannte Schaltung wie in Fig. 3 gezeigt, gebildet sein. In Fig. 3 bedeutet das Plus- Zeichen auf der rechten Seite einen Plus-Eingangsanschluß der Operationsverstärkerschaltung 19 und das Minus-Zeichen auf der linken Seite einen Minus-Eingangsanschluß der Operationsverstärkerschaltung 19. Der in Fig. 3 gezeigte Operationsverstärkerschaltkreis, der als Spannungsfolger konstruiert ist, weist Transistoren Q 1 bis Q 7, Dioden D 1 und D 2, eine Konstant-Stromquelle I, eine Kapazität C und einen Widerstand R auf. In solch einer Operationsverstärkerschaltung wird ein Eingangssignal von einer Eingangssignalquelle hoher Impedanz einer Stromverstärkung ausgesetzt und als Ausgangssignal geliefert, wobei die Eingangsspannung wertmäßig identisch ist mit der Ausgangsspannung.The operational amplifier circuit 19 is constructed as a voltage follower, which controls the emitter voltages of the PNP transistors 6 and 7 as a function of a signal from the control input terminal 20 . The operational amplifier circuit 19 can be formed, for example, by a well-known circuit as shown in FIG. 3. In Fig. 3, the plus sign on the right side means a plus input terminal of the operational amplifier circuit 19 and the minus sign on the left side means a minus input terminal of the operational amplifier circuit 19. The operational amplifier circuit shown in Fig. 3, which is constructed as a voltage follower , has transistors Q 1 to Q 7 , diodes D 1 and D 2 , a constant current source I, a capacitor C and a resistor R. In such an operational amplifier circuit, an input signal from a high-impedance input signal source is subjected to current amplification and supplied as an output signal, the input voltage being identical in value to the output voltage.

Wenn in Fig. 2 Niederpegelsignale an die Eingangsanschlüsse 8 und 9 und Hochpegelsignale an die Eingangsanschlüsse 10 und 11 geführt werden, werden der PNP-Transistor 6 und die NPN- Transistoren 1 und 4 eingeschaltet, während der PNP-Transistor 7 und die NPN-Transistoren 2 und 3 abgeschaltet werden. In Fig. 2, when low level signals are supplied to the input terminals 8 and 9 and high level signals to the input terminals 10 and 11 , the PNP transistor 6 and the NPN transistors 1 and 4 are turned on, while the PNP transistor 7 and the NPN transistors 2 and 3 can be switched off.

Infolgedessen wird die Gleichstromlast 5 mit einem in der Richtung vom Knotenpunkt A zum Knotenpunkt B fließenden Strom versorgt. Die Spannung V A des Knotenpunkts A zu dieser Zeit wird dargestellt durch die folgende Gleichung:As a result, the DC load 5 is supplied with a current flowing in the direction from the node A to the node B. The voltage V A of node A at this time is represented by the following equation:

V A = V 19 - V EC 6 - V BE 1, V A = V 19 - V EC 6 - V BE 1 ,

wobei V 19 die Ausgangsspannung der Operationsverstärkerschaltung 19 darstellt, das heißt, die Emitterspannung der PNP- Transistoren 6 und 7; V EC 6 stellt die Emitter-Kollektor-Spannung des PNP-Transistors 6 und V BE 1 stellt die Basis-Emitter- Spannung des NPN-Transistors 1 dar. Es wird in diesem Fall angenommen, daß V CC V A , wobei V CC die Spannung des Stromversorgungsanschlusses 18 dargestellt.where V 19 represents the output voltage of operational amplifier circuit 19 , that is, the emitter voltage of PNP transistors 6 and 7; V EC 6 represents the emitter-collector voltage of the PNP transistor 6 and V BE 1 represents the base-emitter voltage of the NPN transistor 1. In this case it is assumed that V CC V A , where V CC is the Voltage of the power supply connection 18 shown.

Da der Operationsverstärkerschaltkreis 19 als Spannungsfolger konstruiert ist, giltSince the operational amplifier circuit 19 is constructed as a voltage follower, the following applies

V 20 = V 19, V 20 = V 19 ,

und somitand thus

V A = V 20 - V EC 6 - V BE 1. V A = V 20 - V EC 6 - V BE 1 .

Ohne Berücksichtigung von Änderungen der Emitter-Kollektor- Spannung V EC 6 und der Basis-Emitter-Spannung V BE 1 durch den Laststrom, kann die Spannung V A des Knotenpunktes A durch die Steuerspannung V 20 gesteuert werden, die über den Steuereingangsanschluß 20 angelegt ist. Ohne Berücksichtigung von Änderungen der Spannung V B des Knotenpunkts B durch den Laststrom kann deshalb die über die Gleichstromlast 5 angelegte Spannung V AB gesteuert werden durch die Steuerspannung V 20. Without taking into account changes in the emitter-collector voltage V EC 6 and the base-emitter voltage V BE 1 by the load current, the voltage V A of the node A can be controlled by the control voltage V 20 which is applied via the control input connection 20 . Without taking into account changes in the voltage V B of the node B by the load current, the voltage V AB applied via the direct current load 5 can therefore be controlled by the control voltage V 20 .

Der Ausgangsstrom I 19 der Operationsverstärkerschaltung 19 wird durch folgende Gleichung ausgedrückt:The output current I 19 of the operational amplifier circuit 19 is expressed by the following equation:

I 19 = I B = I 0/h FE , I 19 = I B = I 0 / h FE ,

wobei h FE den Verstärkungsfaktor der NPN-Transistoren 1 und 3, I 0 den durch die Gleichstromlast 5 fließenden Ausgangslaststrom, und I B den Basisstrom der NPN-Transistoren 1 und 3 darstellen.where h FE is the gain factor of NPN transistors 1 and 3, I 0 is the output load current flowing through DC load 5 , and I B is the base current of NPN transistors 1 and 3 .

Bisher wurde ein Fall beschrieben, bei dem Niederpegelsignale zu den Eingangsanschlüssen 8 und 9 und Hochpegelsignale zu den Eingangsanschlüssen 10 und 11 geführt werden. Wenn, im Gegensatz dazu, Hochpegelsignale zu den Eingangsanschlüssen 8 und 9 und Niederpegelsignale zu den Eingangsanschlüssen 10 und 11 geführt werden, wird die Gleichstromlast 5 mit einem in der Richtung vom Knotenpunkt B zum Knotenpunkt A fließenden Strom versorgt, wobei die über die Gleichstromlast 5 gelegte Spannung V AB bezüglich ihrer Polarität verglichen mit dem obigen Fall geändert wird. Es ist leicht einzusehen, daß auch in diesem Fall die über die Gleichstromlast 5 gelegte Spannung V AB gesteuert werden kann durch die Steuerspannung V 20 auf ähnliche Weise wie oben.So far, a case has been described in which low level signals are input to the input terminals 8 and 9 and high level signals are input to the input terminals 10 and 11 . In contrast, when high-level signals are supplied to the input terminals 8 and 9 and low-level signals are supplied to the input terminals 10 and 11 , the DC load 5 is supplied with a current flowing in the direction from the node B to the node A , the one over the DC load 5 Voltage V AB is changed in polarity compared to the above case. It is easy to see that in this case too, the voltage V AB across the DC load 5 can be controlled by the control voltage V 20 in a similar manner as above.

Deshalb wird in der Schaltung zum Umschalten der Richtung eines Stromes an eine Gleichstromlast gemäß der vorliegenden Erfindung der Strom in dem Ausgangsspannungssteuerschaltkreis um einen Faktor 1/h FE verglichen mit der konventionellen Schaltung verringert. Beim Integrieren der Ausgangsspannungs- Steuerschaltung kann deshalb die auf der integrierten Schaltung belegte Fläche reduziert werden. Infolgedessen kann der Ausgangsspannungs-Steuerschaltkreis mit den ersten bis vierten Transistoren 1 bis 4 wirksam sogar dann integriert werden, wenn eine Gleichstromlast 5 mit einem großen Strom versorgt werden muß. Therefore, in the circuit for switching the direction of a current to a DC load according to the present invention, the current in the output voltage control circuit is reduced by a factor of 1 / h FE compared to the conventional circuit. When integrating the output voltage control circuit, the area occupied on the integrated circuit can therefore be reduced. As a result, the output voltage control circuit with the first to fourth transistors 1 to 4 can be effectively integrated even when a DC load 5 needs to be supplied with a large current.

Da die belegte Fläche reduziert ist, kann weiter die Anzahl von Elementen in der Ausgangsspannungs-Steuerschaltung 40 erhöht werden zum Bewirken einer Vielzahl von Ausgangsspannungs- Steuerverfahren. Wie beispielsweise in Fig. 4 gezeigt ist, können in einer integrierten Schaltung zusätzliche Schaltungen eingeschlossen werden. Ein Ausgangsspannungs-Steuerschaltkreis 40 nach Fig. 4 weist drei Operationsverstärkerschaltungen 19 a, 19 b und 19 c mit einer beispielsweise in Fig. 3 gezeigten Schaltungsstruktur und eine Steuerschaltung 20 zum Auswählen einer der Operationsverstärkerschaltungen 19 a, 19 b und 19 c als Antwort auf ein Eingangssignal am Eingangsanschluß 22 auf, während ein Steuersignal an die Steueranschlüsse 8 bis 11 zum Steuern der Richtung des durch die Gleichstromlast 5 fließenden Stroms geliefert wird. Der Operationsverstärkerschaltkreis 19 c hat einen Eingangsanschluß 21. In der in Fig. 4 gezeigten Schaltung wird die Gleichstromlast 5 mit einem Strom in einer durch die Steuerschaltung 20 gesteuerten Richtung versorgt, während die Spannung darüber auf die schon erwähnte Weise basierend auf der eingestellten Spannung des Operationsverstärkerschaltkreises, der durch die Steuerschaltung 20 ausgewählt wurde, gesteuert wird.Further, since the occupied area is reduced, the number of elements in the output voltage control circuit 40 can be increased to effect a variety of output voltage control methods. For example, as shown in FIG. 4, additional circuits may be included in an integrated circuit. An output voltage control circuit 40 shown in FIG. 4 has three operational amplifier circuits 19 a, 19 b and 19 c with a circuit structure shown in FIG. 3, for example, and a control circuit 20 for selecting one of the operational amplifier circuits 19 a, 19 b and 19 c in response to one Input signal at the input terminal 22 while a control signal is supplied to the control terminals 8 to 11 for controlling the direction of the current flowing through the DC load 5 . The operational amplifier circuit has c 19 an input terminal 21. In the embodiment shown in Fig. 4 circuit, the DC load 5 is supplied with a current in a controlled by the control circuit 20 direction, while the voltage across it to the already-mentioned manner based on the set voltage of the operational amplifier circuit selected by the control circuit 20 is controlled.

Es soll hier bemerkt werden, daß bei der obigen Ausführungsform die NPN-Transistoren 1 bis 4 durch PNP-Transistoren 5 ersetzt werden können. Fig. 5 zeigt ein Beispiel einer Schaltung mit solch einer Struktur. In Fig. 5 sind wohlbekannte zusätzliche Transistoren zwischen den PNP-Transistoren 1 und 6 und zwischen den PNP-Transistoren 3 und 7 jeweils angeordnet zum Auslösen des Durchschaltens der Transistoren. Die Gleichstromlast 5 kann durch einen in der Richtung vom Knotenpunkt A zum Knotenpunkt B fließenden Strom versorgt werden durch Zuführen von Hochpegelsignalen an die Steueranschlüsse 8 und 11, während Niederpegelsignale an die Steueranschlüsse 9 und 10 geführt werden; demgegenüber fließt ein Strom in Richtung vom Knotenpunkt B zum Knotenpunkt A durch die Gleichstromlast 5, wenn Niederpegelsignale an die Steueranschlüsse 8 und 11 und Hochpegelsignale an die Steueranschlüsse 9 und 10 geführt werden.It should be noted here that in the above embodiment, the NPN transistors 1 to 4 can be replaced by PNP transistors 5 . Fig. 5 shows an example of a circuit having such a structure. In Fig. 5, well-known additional transistors are arranged between PNP transistors 1 and 6 and between PNP transistors 3 and 7, respectively, to trigger the switching on of the transistors. The DC load 5 can be supplied by a current flowing in the direction from the node A to the node B by supplying high level signals to the control terminals 8 and 11, while low level signals are supplied to the control terminals 9 and 10 ; on the other hand, a current flows in the direction from the node B to the node A through the direct current load 5 when low-level signals are fed to the control connections 8 and 11 and high-level signals to the control connections 9 and 10 .

Weiter können die PNP-Transistoren 6 und 7 ersetzt werden durch NPN-Transistoren. In diesem Fall werden die an die Steueranschlüsse 8 und 10 geführten Signale invertiert, um einen Betrieb ähnlich wie in obigem Fall zu ermöglichen.Furthermore, the PNP transistors 6 and 7 can be replaced by NPN transistors. In this case, the signals fed to the control connections 8 and 10 are inverted in order to enable an operation similar to that in the above case.

Es soll weiter bemerkt werden, daß, obwohl ein Spannungsfolgerschaltkreis mit dem Operationsverstärkerschaltkreis 19 als Ausgangsspannungs-Steuerschaltung bei obiger Ausführungsform benutzt wird, auch andere geeignete Schaltungen dafür substituiert werden können; auch können die Emitter der Transistoren 6 und 7 direkt getrieben werden.It should further be noted that although a voltage follower circuit with the operational amplifier circuit 19 is used as the output voltage control circuit in the above embodiment, other suitable circuits may be substituted therefor; the emitters of transistors 6 and 7 can also be driven directly.

Claims (8)

1. Schaltung zum Umschalten der Richtung eines Stroms durch eine Gleichstromlast, wobei die Schaltung aufweist:
  • - einen Stromversorgungsanschluß (18),
  • - einen Masseanschluß (13),
  • - erste und zweite Verbindungsanschlüsse (A, B) zum Dazwischenschalten einer Gleichstromlast (5),
  • - einen ersten Transistor (1) zwischen dem Stromversorgungsanschluß (18) und dem ersten Verbindungsanschluß (A),
  • - einen zweiten Transistor (2) zwischen dem Masseanschluß (13) und dem ersten Verbindungsanschluß (A),
  • - einen dritten Transistor (3) zwischen dem Stromversorgungsanschluß (18) und dem zweiten Verbindungsanschluß (B),
  • - einen vierten Transistor (4) zwischen dem Masseanschluß (13) und dem zweiten Verbindungsanschluß (B),
  • - einen fünften Transistor (6), der mit der Steuerelektrode des ersten Transistors (1) verbunden ist,
  • - einen sechsten Transistor (7), der mit der Steuerelektrode des dritten Transistors (3) verbunden ist und
  • - eine Einrichtung (8, 9, 10, 11) zum Liefern von zweiwertigen Steuersignalen, die einen hohen oder einen niedrigen Spannungswert annehmen können zum Umschalten der Richtung des Stroms durch die Gleichstromlast (5) an die Steuerelektroden des zweiten Transistors (2) und des vierten Transistors (4) und eine Steuereinrichtung (40) zum Steuern der Spannung über der Gleichstromlast (5), wobei die Steuereinrichtug (40) eine Spannungsliefereinrichtung (19) zum variablen Liefern einer Spannung aufweist, wobei die Spannungsliefereinrichtung (19) mit dem fünften Transistor (6) und dem sechsten Transistor (7) verbunden ist und wobei die Spannung über der Gleichstromlast (5) durch Ändern der von der Spannungsliefereinrichtung (19) abgegebenen Spannung gesteuert wird,
1. A circuit for switching the direction of a current through a DC load, the circuit comprising:
  • - a power supply connection ( 18 ),
  • - a ground connection ( 13 ),
  • - first and second connection connections (A, B) for interposing a DC load ( 5 ),
  • - a first transistor ( 1 ) between the power supply connection ( 18 ) and the first connection connection (A),
  • - a second transistor ( 2 ) between the ground connection ( 13 ) and the first connection connection (A),
  • - a third transistor ( 3 ) between the power supply connection ( 18 ) and the second connection connection (B),
  • - a fourth transistor ( 4 ) between the ground connection ( 13 ) and the second connection connection (B),
  • - a fifth transistor ( 6 ) which is connected to the control electrode of the first transistor ( 1 ),
  • - A sixth transistor ( 7 ) which is connected to the control electrode of the third transistor ( 3 ) and
  • - A device ( 8, 9, 10, 11 ) for supplying bivalent control signals, which can assume a high or a low voltage value for switching the direction of the current through the DC load ( 5 ) to the control electrodes of the second transistor ( 2 ) and fourth transistor ( 4 ) and a control device ( 40 ) for controlling the voltage across the DC load ( 5 ), the control device ( 40 ) having a voltage supply device ( 19 ) for variably supplying a voltage, the voltage supply device ( 19 ) with the fifth transistor ( 6 ) and the sixth transistor ( 7 ) and wherein the voltage across the DC load ( 5 ) is controlled by changing the voltage output by the voltage supply device ( 19 ),
dadurch gekennzeichnet, daß der fünfte Transistor (6) und der sechste Transistor (7) miteinander und mit demselben Ausgang der Spannungsliefereinrichtung (19) verbunden sind und daß die Einrichtung (8, 9, 10, 11) die zweiwertigen Steuersignale auch den Steuerelektroden des fünften Transistors (6) und des sechsten Transistors (7) zuführt. characterized in that the fifth transistor ( 6 ) and the sixth transistor ( 7 ) are connected to one another and to the same output of the voltage supply device ( 19 ) and in that the device ( 8, 9, 10, 11 ) the divalent control signals also the control electrodes of the fifth Transistors ( 6 ) and the sixth transistor ( 7 ) feeds. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (1) ein NPN-Transistor ist, dessen Kollektor mit dem Stromversorgungsanschluß (18) und dessen Emitter mit dem ersten Verbindungsanschluß (A) verbunden ist, der zweite Transistor ein NPN-Transistor ist, dessen Kollektor mit dem ersten Verbindungsanschluß (A) und dessen Emitter mit dem Masseanschluß (13) verbunden ist,
der dritte Transistor (3) ein NPN-Transistor ist, dessen Kollektor mit dem Stromversorgungsanschluß (18) verbunden ist und dessen Emitter mit dem zweiten Verbindungsanschluß (B) verbunden ist, und
der vierte Transistor (4) ein NPN-Transistor ist, dessen Kollektor verbunden ist mit dem zweiten Verbindungsanschluß (B), und dessen Emitter verbunden ist mit dem Masseanschluß (13).
2. Circuit according to claim 1, characterized in that the first transistor ( 1 ) is an NPN transistor, the collector of which is connected to the power supply connection ( 18 ) and the emitter of which is connected to the first connection connection (A) , the second transistor is an NPN Transistor, the collector of which is connected to the first connection terminal ( A) and the emitter of which is connected to the ground terminal ( 13 ),
the third transistor ( 3 ) is an NPN transistor, the collector of which is connected to the power supply connection ( 18 ) and the emitter of which is connected to the second connection connection (B) , and
the fourth transistor ( 4 ) is an NPN transistor, the collector of which is connected to the second connection terminal ( B) , and the emitter of which is connected to the ground terminal ( 13 ).
3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (1) ein PNP-Transistor ist, dessen Emitter mit dem Stromversorgungsanschluß (18) und dessen Kollektor mit dem ersten Verbindungsanschluß (A) verbunden ist,
der zweite Transistor (2) ein PNP-Transistor ist, dessen Emitter mit dem ersten Verbindungsanschluß (A) und dessen Kollektor mit dem Masseanschluß (13) verbunden ist,
der dritte Transistor (3) ein PNP-Transistor ist, dessen Emitter mit dem Stromversorgungsanschluß (18) und dessen Kollektor mit dem zweiten Verbindungsanschluß (B) verbunden ist, und
der vierte Transistor (4) ein PNP-Transistor ist, dessen Emitter mit dem zweiten Verbindungsanschluß (B) und dessen Kollektor mit dem Masseanschluß (13) verbunden ist.
3. A circuit according to claim 1, characterized in that the first transistor ( 1 ) is a PNP transistor, the emitter of which is connected to the power supply connection ( 18 ) and the collector of which is connected to the first connection connection (A) ,
the second transistor ( 2 ) is a PNP transistor, the emitter of which is connected to the first connection terminal ( A) and the collector of which is connected to the ground terminal ( 13 ),
the third transistor ( 3 ) is a PNP transistor, the emitter of which is connected to the power supply connection ( 18 ) and the collector of which is connected to the second connection connection (B) , and
the fourth transistor ( 4 ) is a PNP transistor, the emitter of which is connected to the second connection terminal ( B) and the collector of which is connected to the ground terminal ( 13 ).
4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der fünfte Transistor (6) ein PNP-Transistor ist, dessen Emitter mit der Spannungsliefereinrichtung (19) und dessen Kollektor mit der Steuerelektrode des ersten Transistors (1) verbunden ist, und
der sechste Transistor (7) ein PNP-Transistor ist, dessen Emitter mit der Spannungsliefereinrichtung (19) und dessen Kollektor mit der Steuerelektrode des dritten Transistors (3) verbunden ist.
4. Circuit according to one of claims 1 to 3, characterized in that
the fifth transistor ( 6 ) is a PNP transistor, the emitter of which is connected to the voltage supply device ( 19 ) and the collector of which is connected to the control electrode of the first transistor ( 1 ), and
the sixth transistor ( 7 ) is a PNP transistor, the emitter of which is connected to the voltage supply device ( 19 ) and the collector of which is connected to the control electrode of the third transistor ( 3 ).
5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der fünfte Transistor (6) ein NPN-Transistor ist, dessen Kollektor mit der Spannungsliefereinrichtung (19) und dessen Emitter mit der Steuerelektrode des ersten Transistors (1) verbunden ist, und
der sechste Transistor (7) ein NPN-Transistor ist, dessen Kollektor mit der Spannungsliefereinrichtung (19) und dessen Emitter mit der Steuerelektrode des dritten Transistors (3) verbunden ist.
5. Circuit according to one of claims 1 to 3, characterized in that
the fifth transistor ( 6 ) is an NPN transistor, the collector of which is connected to the voltage supply device ( 19 ) and the emitter of which is connected to the control electrode of the first transistor ( 1 ), and
the sixth transistor ( 7 ) is an NPN transistor, the collector of which is connected to the voltage supply device ( 19 ) and the emitter of which is connected to the control electrode of the third transistor ( 3 ).
6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsliefereinrichtung (19) eine Operationsverstärkerschaltung aufweist, und die an den fünften und sechsten Transistoren (6, 7) anzulegende Spannung variabel vorgesehen ist durch die Operationsverstärkerschaltung.6. Circuit according to one of claims 1 to 5, characterized in that the voltage supply device ( 19 ) has an operational amplifier circuit, and the voltage to be applied to the fifth and sixth transistors ( 6, 7 ) is variably provided by the operational amplifier circuit. 7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Operationsverstärkerschaltung als Spannungsfolger ausgeführt ist.7. Circuit according to claim 6, characterized in that the operational amplifier circuit is designed as a voltage follower is.
DE19843418191 1983-05-16 1984-05-16 Circuit for reversing the current direction to a DC load Granted DE3418191A1 (en)

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