DE1265205B

DE1265205B - Control circuit arrangement for fast alternating switching on and off of two inductivities

Info

Publication number: DE1265205B
Application number: DE1966P0039570
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Hinz
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1966-05-28
Filing date: 1966-05-28
Publication date: 1968-04-04

Description

Steuerschaltungsanordnung zur schnellen wechselweisen Ein- und Ausschaltung zweier Induktivitäten Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltungsanordnung zur schnellen wechselweisen Einund. Ausschaltung zweier Induktivitäten mittels bistabiler elektronischer Sehalter, von denen der eine mit der einen und der andere mit der anderen Induktivität in Reihe geschaltet ist, und mit einem Speicherkondensator, der mit der einen Reihenschaltung in Reihe und zu der anderen Reihenschaltung parallel geschaltet ist.Control circuit arrangement for rapid alternating switching on and off two inductors The invention relates to a control circuit arrangement for quick alternating input and Switching off two inductances by means of a bistable electronic switch, one with the one and the other with the another inductance is connected in series, and with a storage capacitor, the one with one series connection in series and with the other series connection in parallel is switched.

Derartige Schaltungen sind bekannt, wobei als bistabile elektronische Schalter z. B. Thyratrone, Thyrstoren oder Transistoren verwendet werden können. Die Arbeitsweise ist folgende: Der Speicherkondensator ist z. B. auf die Betriebsspannung UB aufgeladen. Der erste Arbeitstakt beginnt mit der Schließung des Schalters, der mit zugehöriger Induktivität dem Speicherkondensator parallel liegt. Der Speicherkondensator wird über diesen Parallelschwingkreis entladen, und zwar so lange, bis die Spannung am Speicherkondensator den Wert Null erreicht hat, wobei der Strom auf einen entsprechenden Wert angestiegen ist. Dann wird durch schaltungstechnische Maßnahmen, z. B. Dämpfungswiderstand, ein wesentliches Weiterschwingen der Spannung über den Wert Null hinaus verhindert, wobei der Strom entsprechend schnell abklingt.Such circuits are known, called bistable electronic Switch z. B. thyratrons, thyrstors or transistors can be used. The operation is as follows: The storage capacitor is z. B. on the operating voltage UB charged. The first work cycle begins with the closing of the switch, the with the associated inductance is parallel to the storage capacitor. The storage capacitor is discharged via this parallel resonant circuit until the voltage at the storage capacitor has reached the value zero, with the current on a corresponding Value has increased. Then by circuitry measures such. B. damping resistance, prevents the voltage from swinging further beyond the value zero, whereby the current decays correspondingly quickly.

An einem beliebigen Zeitpunkt nach dem Beginn des ersten Arbeitstaktes wird durch Schließen des zweiten Schalters, der mit zugehöriger Induktivität und Speicherkondensator in Reihe liegt, wobei der bisher geschlossene Schalter gleichzeitig geöffnet wird, der entladene Speicherkondensator über diesen Reihenschwingkreis aufgeladen, und zwar bis zu dem Wert der Betriebsspannung, wobei der Strom auf einen entsprechenden Wert angestiegen ist. Dann wird ebenfalls durch schon erwähnte schaltungstechnische Maßnahmen ein wesentliches überschwingen der Spannung am Speicherkondensator über den Wert der Betriebsspannung verhindert, wobei der Strom entsprechend schnell abklingt. Mit Beendigung dieses zweiten Arbeitstaktes ist der Anfangszustand des Speicherkondensators wieder erreicht, und ein Arbeitszyklus, der aus zwei Arbeitstakten besteht, ist beendet.At any point in time after the start of the first work cycle is activated by closing the second switch, the associated inductance and Storage capacitor is in series, with the previously closed switch at the same time is opened, the discharged storage capacitor via this series resonant circuit charged, up to the value of the operating voltage, with the current on a corresponding value has risen. Then it is also through the circuitry already mentioned Measures a substantial overshoot of the voltage on the storage capacitor prevents the value of the operating voltage, with the current decaying correspondingly quickly. At the end of this second working cycle, the storage capacitor is in the initial state reached again, and a work cycle that consists of two work cycles is completed.

Um ein einwandfreies Arbeiten zu gewährleisten, wird im Ruhezustand grundsätzlich der Speicherkondensator nach dem Einschalten der Betriebsspannung auf einen eindeutigen Spannungszustand gebracht, der nicht von den sich zufällig ergebenden Sperrwiderständen der Schalt- und Sperrelemente abhängen darf, sondern durch einen im Vergleich zu den Sperrwiderständen niederohrigeren Widerstand, der jedoch so groß sein ruß, daß er den Betriebsfall nicht stört, bestimmt wird. Entweder wird der Speicherkondensator durch einen mit ihm in Reihe liegenden Widerstand auf den Wert der Betriebsspannung gebracht, dann beginnt ein Arbeitszyklus mit einem Entlade- und endet mit einem Aufladevorgang, oder durch einen mit dem Speicherkondensator parallelliegenden Widerstand auf den Spannungswert Null gehalten, dann beginnt ein Arbeitszyklus mit einem Auflade- und endet mit einem Entladevorgang. Ein Arbeitszyklus besteht also aus zwei wechselweise aufeinanderfolgenden Arbeitstakten - jeweils Ein-und Ausschaltung des Magnetisierungsstromes einer Induktivität - in beschriebener, zwingender Reihenfolge der Änderung des Betriebszustandes beider verwendeter Formen eines Schwingkreises.In order to ensure perfect work, is in the idle state basically the storage capacitor after switching on the operating voltage brought to a clear state of tension, which is not accidentally caused by the resulting blocking resistances of the switching and blocking elements may depend, but due to a lower ear resistance compared to the blocking resistors, the however, the soot to be so large that it does not interfere with the operational situation is determined. Either the storage capacitor is raised by a resistor in series with it brought the value of the operating voltage, then a duty cycle begins with a Discharge and ends with a charging process, or by one with the storage capacitor parallel resistor is held at the voltage value zero, then starts a Duty cycle with one charge and ends with one discharge. One work cycle thus consists of two alternately successive work cycles - each Switching on and off the magnetizing current of an inductance - in the described, mandatory sequence of changes in the operating status of both forms used of an oscillating circuit.

Die Schaltung gestattet also ein impulsförmiges, schnelles und wechselweises Auf- und Abmagnetisieren beider Induktivitäten durch den impulsförmigen Stromfluß in beiden verwendeten Formen des Schwingkreises, wobei die Stromflußzeit durch die zeitbestimmenden Elemente im Schwingkreis gegeben ist. Durch Parallelschalten einer Diode in geeigneter Polarität zur Induktivität mit zugehörigem Schalter, die, nachdem der Strom seinen maximalen Wert erreicht hat, die Stromführung übernimmt und gleichzeitig ein Weiterschwingen der Spannung am Speicherkondensator über den Wert der Betriebsspannung bzw. Null hinaus verhindert, kann die Stromflußzeit des Magnetisierungsstromes erheblich verlängert werden, so daß der Strom von seinem Maximalwert in diesem Stromhaltekreis mit der Zeitkonstanten, die durch die Größe der Induktivität und der im Kreise vorhandenen Widerstände bestimmt wird, langsam expontiell abklingt. Bei Anwendungsfällen, bei denen der Magnetisierungsstrom nach der schnellen impulsförmigen Aufmagnetisierung beliebig lange aufrechterhalten werden soll, wird durch Hinzufügen je eines Vorwiderstandes zu je einem Schwingkreis der Konstantstrom von der Betriebsspannung eingespeist. Da zur schnellen Aufmagnetisierung eine hohe Betriebsspannung (einige hundert Volt) erforderlich ist, ist die Aufrechterhaltung des Magnetisierungsstromes, insbesondere bei größeren Stromwerten, mit sehr hohen Verlusten verbunden (einige hundert Watt).The circuit therefore allows a pulsed, rapid and alternating one Magnetizing and demagnetizing both inductances through the pulsed current flow in both forms of the resonant circuit used, the current flow time through the time-determining elements in the resonant circuit is given. By connecting a Diode in suitable polarity for the inductance with associated switch, which, after the current has reached its maximum value, takes over the current conduction and at the same time the voltage on the storage capacitor continues to oscillate above the value of the operating voltage or zero addition, the current flow time of the magnetizing current can be considerable be extended so that the current of its maximum value in this current holding circuit with the time constant determined by the size of the inductance and the amount in the circle Resistance is determined, slowly decays expontentially. For use cases where the magnetizing current after the rapid pulse-shaped magnetization is to be maintained for as long as desired, is achieved by adding a series resistor The constant current is fed in from the operating voltage to one oscillating circuit each. Since a high operating voltage (a few hundred volts) is necessary, the maintenance of the magnetizing current, in particular with higher current values, associated with very high losses (a few hundred watts).

Nach der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß parallel zu jeder Reihenschaltung aus Induktivität und zugeordnetem Schalter eine Reihenschaltung aus einer Spannungsquelle, einem Widerstand und einer Diode liegt und zwischen die parallelen Reihenschaltungen im Zuge der zum Speicherkondensator parallelliegenden Reihenschaltung aus Induktivität und zugeordnetem Schalter eine Diode geschaltet ist.According to the invention, these disadvantages are avoided in that parallel a series connection for each series connection of inductance and associated switch consists of a voltage source, a resistor and a diode and lies between the parallel series connections in the course of the parallel to the storage capacitor Series connection of inductance and associated switch connected a diode is.

Die neue Schaltung zeichnet sich dadurch aus, daß sowohl Impulsstrom zur schnellen Aufmagnetisierung als auch von einer Niederspannungsquelle (einige Volt) konstant eingespeister Strom zur Aufrechterhaltung der Magnetisierung von einem einzigen Thyris.tor geschaltet werden. Es ist also kein getrennter Konstantstromkreis mit getrenntem Schalter erforderlich. Dadurch ergibt sich eine Verminderung von Bauelementen gegenüber bekannten Schaltungen. Ein sehr wesentlicher Vorteil liegt hier in dem sehr niedrigen Energieverbrauch der Schaltung, der besonders bei sehr hohen Impulsfolgefrequenzen von großer Bedeutung ist.The new circuit is characterized by the fact that both pulse current for quick magnetization as well as from a low voltage source (some Volts) constant current fed in to maintain the magnetization of can be switched with a single thyristor. So it is not a separate constant current circuit with separate switch required. This results in a reduction in Components compared to known circuits. A very significant advantage lies here here in the very low energy consumption of the circuit, which is particularly important when very high pulse repetition rates is of great importance.

Ein Ausführungsbeispiel wird an Hand der Figur der Zeichnung näher beschrieben.An exemplary embodiment is shown in more detail with reference to the figure of the drawing described.

Nach Einschalten der Betriebsspannungen wird zunächst der Kondensator Cl über Widerstand R1 auf die Betriebsspannung U1 der Batterie El aufgeladen. Der erste Arbeitstakt der Schaltung beginnt dann mit einem Entladevorgang durch Zünden des Thyristors Thl. Der Entladestromkreis wird durch die Elemente Cl, D7, Thl und L1 gebildet. Durch die Schwingkreiswirkung von Cl und L1 nimmt dabei die, Spannung an Cl cosinusförmig ab und der Strom durch die Induktivität L1 sinusförmig zu. Unterschreitet die Spannung am Kondensator Cl die Spannung der Spannungsquelle E2, so wird die Schwingung des LC-Kreises abgebrochen, und der Strom fließt anschließend im neuen Stromkreis, der durch die Elemente L1, Thl, D5, R4 und E2 gebildet wird, in konstanter Höhe beliebig lange weiter. Der Kondensator bleibt während der ganzen Stromflußzeit entladen, da die Diode D7 eine Wiederaufladung über R1 verhindert.After switching on the operating voltages, the capacitor Cl is first charged to the operating voltage U1 of the battery El via resistor R1. The first working cycle of the circuit then begins with a discharge process by triggering the thyristor Thl. The discharge circuit is formed by the elements Cl, D7, Thl and L1. Due to the resonant circuit effect of Cl and L1, the voltage at Cl decreases cosine-shaped and the current through the inductance L1 increases sinus-shaped. If the voltage on the capacitor Cl falls below the voltage of the voltage source E2, the oscillation of the LC circuit is interrupted and the current then flows at a constant level in the new circuit, which is formed by the elements L1, Thl, D5, R4 and E2 as long as you like. The capacitor remains discharged during the entire current flow time, since the diode D7 prevents recharging via R1.

Zur Abschaltung der Induktivität L1 und Einschaltung von L2 wird Thyristor Th. gezündet. Durch die Zündung wird das Potential an der Anode des Thyristors Th. innerhalb weniger Mikrosekunden von Betriebsspannung U1 auf Null erniedrigt und der Spannungssprung über den Löschkondensator C2 auf die Anode des Thyristors T.hl übertragen. Dadurch wird der Löschvorgang des Thyristors Thl eingeleitet, der folgendermaßen abläuft: Zunächst wird der momentan durch die Induktivität L1 fließende Magnetisierungsstrom und der sogenannte Rückwärtsstrom des Thyristors Thl, der durch die in den äußeren Sperrschichten gespeicherten Ladung zustande kommt, von der Kapazität C2 als Umladestrom aufgenommen. Nach etwa einigen Mikrosekunden ist der Rückwärtsstrom abgeklungen, und es liegt eine negative Spannung von der Größe U1 am Thyristor an. Diese Spannung wird jedoch durch den Magnetisierungsstrom von L1 ständig verringert. Die Größe des Kondensators C2 muß nun so ausgelegt sein, daß während der sogenannten Freiwerdezeit des Thyristors von etwa 10 bis 30 #ts eine negative Sperrspannung am Thyristor gewährleistet ist. Die durch die Wirkung des Reihenschwingkreises L1, C2 -entstehende positive Spannung an Thl kann so groß sein, daß die maximale Sperrspannung des Thyristors überschritten wird. Zur Verringerung der Spitzenspannung und zur Bedämpfung der Schwingungen sind deshalb Diode D3 und Widerstand R2 parallel zur Induktivität geschaltet. Es wird durch diese Elemente praktisch ein zweiter Stromkreis für den Magnetisierungsstrom gebildet, der erst nach Unterbrechung des ersten Kreises durch Löschung des Thyristors in Erscheinung tritt und wesentlich kleinere Zeitkonstanten hat, so daß der Strom rasch abklingt. Zur Begrenzung der Spannung am Thyristor ist der Widerstand entsprechend zu dimensionieren.A thyristor is used to switch off inductance L1 and switch on L2 Th. Ignited. The ignition causes the potential at the anode of the thyristor Th. decreased from operating voltage U1 to zero within a few microseconds and the voltage jump across the quenching capacitor C2 to the anode of the thyristor T.hl transfer. This initiates the deletion process of the thyristor Thl, which is as follows expires: First of all, the magnetizing current currently flowing through the inductance L1 and the so-called reverse current of the thyristor Thl, which through the in the outer Barrier layers stored charge comes about, from the capacitance C2 as charge reversal recorded. After about a few microseconds, the reverse current has subsided, and there is a negative voltage of the size U1 across the thyristor. This tension however, it is constantly reduced by the magnetizing current of L1. The size of the capacitor C2 must now be designed so that during the so-called free time of the thyristor of about 10 to 30 #ts ensures a negative reverse voltage at the thyristor is. The positive one created by the action of the series resonant circuit L1, C2 The voltage at Thl can be so great that the maximum reverse voltage of the thyristor is exceeded. To reduce the peak voltage and to dampen the Oscillations are therefore diode D3 and resistor R2 connected in parallel to the inductance. These elements practically create a second circuit for the magnetizing current formed, which only after interruption of the first circuit by deletion of the thyristor appears and has much smaller time constants, so that the current quickly subsides. To limit the voltage at the thyristor, the resistance is appropriate to dimension.

Während des Löschvorgangs an Thyristor Thl geht gleichzeitig die Einschaltung der Induktivität L2 vor sich. Durch Einschalten von Th2 wird ein Serienschwingkreis aus Cl und L2 gebildet, wobei die Spannung an Cl cosinusförmig und der Magnetisierungsstrom durch L2 sinusförmig zunimmt. Analog zum ersten Arbeitstakt wird ebenfalls nach Erreichen des maximalen Stroms die Schwingung abgebrochen, indem der Strom durch Öffnen der Diode DB im Konstantstromkreis, der durch die Elemente L2, Th2, E3, R5 und DB gebildet wird, weiterfließt.While the thyristor Thl is being cleared, it is switched on at the same time of inductance L2 in front of you. Switching on Th2 creates a series resonant circuit formed from Cl and L2, the voltage at Cl being cosine and the magnetizing current increases sinusoidally through L2. Analogous to the first work cycle is also after Reaching the maximum current the oscillation is broken off by the current through Opening of the diode DB in the constant current circuit, which is caused by the elements L2, Th2, E3, R5 and DB is formed, continues to flow.

Die Abschaltung von L2 erfolgt analog zum Abschalten von L1 durch Zünden von Thl und durch die Wirkung des aus Thl, D7, L2 und C2 gebildeten Löschschwingkreises. Zur Begrenzung der Spitzenspannung und zur Bedämpfung ist ebenfalls eine Serienschaltung aus Diode und Widerstand (D4 und R3) der Induktivität parallel geschaltet. Die Spannung am Kondensator wird während der Stromflußzeit durch den leitenden Thyristor auf dem 0-Volt-Potential festgehalten.The disconnection of L2 takes place in the same way as the disconnection of L1 Ignition of Thl and the action of the quenching circuit formed from Thl, D7, L2 and C2. A series connection is also used to limit the peak voltage and for damping from diode and resistor (D4 and R3) connected in parallel to the inductance. The voltage at the capacitor is on during the current flow time through the conductive thyristor held at the 0 volt potential.

Zur Entkopplung der beiden Konstantstromkreise, bestehend aus L1, Thl, D5, R4 und E2 sowie L2, Th2, E3, R5 und D6, ist die Diode D7 eingefügt. Zur Erzielung möglichst kleiner Verlustleistungen sind die Spannungen der Zusatzquellen E2 und E3 wesentlich kleiner als die Spannung der Quelle El (z. B. 6 Volt gegen 300 Volt). Die Größe der aus den Zusatzquellen gespeisten Ströme wird durch die Widerstände R4 und R5 bestimmt.The diode D7 is inserted to decouple the two constant current circuits, consisting of L1, Thl, D5, R4 and E2 as well as L2, Th2, E3, R5 and D6. In order to achieve the lowest possible power losses, the voltages of the additional sources E2 and E3 are significantly lower than the voltage of the source El (e.g. 6 volts against 300 volts). The magnitude of the currents fed from the additional sources is determined by the resistors R4 and R5.

Die Schaltung kann in .der Weise modifiziert werden, daß der konstante Magnetisierungsstrom nicht durch die gleiche Wicklung fließt wie der durch die Kondensatorentladung erzeugte Impulsstrom, sondern durch eine zweite Wicklung geschickt wird, die zweckmäßigerweise eine höhere Windungszahl hat und dadurch niedrigere Stromamplituden für gleiche Durchfiutungswerte erfordert.The circuit can be modified in such a way that the constant Magnetizing current does not flow through the same winding as that through the capacitor discharge generated pulse current, but is sent through a second winding, which is expedient has a higher number of turns and therefore lower current amplitudes for the same Flow rates required.

Claims

Claims: 1. Control circuitry for quick alternation Switching on and off two inductances by means of bistable electronic switches, one of which with one and the other with the other inductance in Is connected in series, and with a storage capacitor, the one with one series circuit connected in series and connected in parallel to the other series circuit is, characterized in that parallel to each series connection (L1, Thl or L2, Th2) a series circuit of a voltage source (E2 or Es), a resistor (R4 or R5) and a diode (D5 or DB) and between the parallel series connections in the course of the series circuit lying parallel to the storage capacitor (Cl) Diode (D7) is switched.

2. Control circuit arrangement according to claim 1, characterized characterized in that the inductors are a series circuit of a resistor (R2 or R ") and a diode (D3 or D4) is connected in parallel.

3. Control circuitry according to claim 1 or 2, characterized in that the bistable electronic Switch thyristors are used and the anodes of the thyristors (Thl, Th2) above a capacitor (C2) are connected.