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Einrichtung zur Vorgabe von Sollwerten und Steuergrößen mit einem
definierten zeitabhängigen Verlauf Zusatz zum Patent- 1079 163-
Mit dem Hauptpatent
1079 163 ist eine Einrichtung- zur Vorgabe von Sollwerten und Steuergrößen
mit einem definierten zeitabhängigen Verlauf, bei der diese Größen einem Kondensator
entnommen werden, bekanntgeworden. In dieser Einrichtung wird der Kondensator über
eine aus Halbleiterelementen gebildete, von der Differenz zwischen der Kondensatorspannung
und- einer Vorgabespannung gesteuerte Schalteinnchtung mit einem konstanten Strom
aufgeladen, entladen oder umgeladen.
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Es besteht nun die Aufgabe, die Bedingung eines bestimmten zeitabhängigen
Verlaufs, und zwar insbesondere eines zeitlinearen Verlaufs, auch bei klei-.neren
Sollspannungswerten und längeren..Zeiten für . die Veränderung
- der Kondensatorspannung mit kleiner Steuerleistung zu erreichen. Demzufolge
-betrifft die vorliegende ' Erfindung -eine Einrichtung zur Vorgabe von Sollwerten
und Steuergrößen miteinem definierten zeitabhängigen Verlauf, bei der diese Größen
einem Kondensator entnommen werden, der über eine aus Halbleiterelementen gebildete,
von der Differenz zwischen der Kondensatorspannung und ,einer Vorgabespannung gesteuerte
Schalteinrichtung mit einem konstanten Strom aufgeladen, --entladen oder umgeladen
wird, wobei für jede Stromrichtung eine Konstantstromquelle vorgesehen ist und die
beiden Konstantstromquellen gegensinnig in Reihe geschaltet sind, gemäß Patent
1079 163. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Konstantstromquellen
unmittelbar an den Kondensator parallel zu diesem angeschlossen sind, daß die Schalteinrichtung
mit Hilfe von zwei gegensinnig in Reihe geschalteten Dreischicht-Flächentransistoren
gebildet ist, von denen jeweils einer einer Konstantstromquelle parallel geschaltet
ist, daß an die Steuerkreise der Transistoren Vorgabewerte als einen Transistor
zeitweilig sperrende Vorgabespannung anlegbar sind, daß die Emitter-Kollektor-Strecken
beider Transistoren mit konstantem Strom beaufschlagt sind, solange Vorgabespannung
und Kondensatorspannung übereinstimmen, und daß der Innenwiderstand des an der Basis
und einer weiteren Elektrode (Emitter, Kollektor) eines Transistors angeschlossenen
Steuerkreises derart gewählt ist, daß bei Vorliea'en einer Spannung bestimmter Polarität
zwischen der Basis und der dritten Elektrode (Kollektor, Emitter) des Transistors
über die dritte Elektrode (Kollektor, Emitter) ein den Transistor voll öffnender
Steuerstrom fließen kann.
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Bei den aus dem Hauptpatent bekannten Anordnungen verläuft die übergangsfunktion
von der kontinuierlichen Spannungsänderung am Kondensator zum stationären Spannungszustand
(Einlauf auf den Endwert) nicht als Schnittpunkt zweier Geraden, sondern als Exponentialfunktion,
weil der Ladestrom bei kleiner werdender Spannungsdifferenz zwischen Kondensatorspannung
und Vorgabespannung exponentiell nach Null geht. Ursache dafür ist der Ohmsche Widerstand
im Ladestromkreis, der im wesentlichen durch den Innenwiderstand der Vorgabespannungsquelle
gegeben ist. Wird der durch den Ladestrom am Widerstand verursachte Spannungsabfall
gleich der Differenz zwischen Kondensatorspannung und Leerlaufspannung der Vorgabespannungsquelle,
dann kann der Ladestrom nicht mehr auf seinen konstanten Maximalwert durch den Konstantstromkreis
begrenzt werden, da für kleinere Ladeströme die Konstantstrombegrenzung nicht wirksam
ist. Die weitere Aufladung des Kondensators auf den Wert der Vorgabeleerlaufspannung
erfolgt dann exponentiell mit der Zeitkonstanten T = R - C.
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Bei den bekannten Anordnungen wird also der Ladestrom von der Vorgabesollwertquelle
geliefert und nur in seinem Höchstwert durch eine Konstantstromanordnung begrenzt.
Der Ladestrom kann alle Werte zwischen Null und dem begrenzten Höchstwert annehmen.
Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt die Ladung des Konderisators dagegen un-,mittelbar
aus einer Konstantstromquelle, ohne daß
der Ladestrom über die Sollwertspannungsquelle
fließt. Die angestrebte ideale übergangsfunktion wird nahezu erreicht, weil der
Ladestrom des Kondensators immer einen konstanten Wert hat und der Strom bei Erreichen
einer der Vorgabespannung gleichen Kondensatorspannung unverzögert auf die parallel
zu Kondbnsator und Konstantstromanordnung liegende Transistoranordnung umgeschaltet
wird. Die wesentliche Weiterbildung gegenüber dem Hauptpatent best#lit also darin,
daß die Vorgabespannungsquelle den Ladestrom nicht liefert, sondem leistungsarm
den Konstantstrom als Ladestrom steuert. Die dadurch erreichte übergangsfunktion
ermöglicht eine genaue überwachung der Lade-, Entlade- und Umladedauer.
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Zur weiteren Erläuterung dienen die Figuren.
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F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; F i
g. 2 zeigt über der Zeit t aufgetragene Dia-gramme, die die Wirkungsweise
der Erfindung erläutern sollen.
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In F i g. 1 werden über Hnlbleitergleichrichter 6
und
7 in Brückenschaltung zwei praktisch belastungsunabhängige Ströme (konstante
Ströme) 1 6 und i 7 von Stromwandlem 8 und 9 eingespeist.
Während die Brückenschaltung 6 nur prinzipmäßig dargestellt ist, sind bei
der Brückenschaltung 7 auch die vier Teilventile 7,_ .. . 74 gezeigt.
Die beiden Brückenschaltungen 6 und 7 sind gegensinnig in Reihe geschaltet,
und parallel zu den Brückenschaltungen 6 und 7 angeordnet ist die
gegensinnige Reihenschaltung zweier Flächentransistoren 4 und 5. In dem gewählten
Ausführungsbeispiel sind pnp-Flächentransistoren vorgesehen. Es ist jedoch auch
ohne weiteres möglich, npn-Flächentransistoren einzusetzen. Es ist dann lediglich
auf die Polarität der Ströme zu achten. Mit Hilfe der jeweils zwischen Basis und
Kollektor eines Transistors 4 bzw. 5 angeschlossener Widerstände 2 und
3 werden die Transistoren 4 und 5 stromführend. Zwischen dem Verbindungspunkt
der beiden Brückengleichrichter 6 und 7 und dem Verbindungspunkt der
beiden Transistoren 4 und 5 ist eine Zenerdiode 15 angeordnet, die
von der Summe der beiden konstanten Ströme 1., und 17 durchflossen wird.
Da die an den Transistoren 4,5 auftretenden Spannungsabfälle einander entgegenwirken,
ist zunächst die an den Klemmen 10 und 11 des Kondensators
1 abgenommene Spannung Us Null. Sofern Unterschiede in den Daten der Transistoren
bestehen, so ist ein Abgleich mit einer Zusatzspannung möglich.
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Wird nun'als Vorgabespannung eine Gleichspannung Us 0 an die
Klemmen 12 und 14 gelegt (+ an Klemme 12), dann wird der Transistor 4 gesperrt.
Der konstante Strom i. fließt jetzt über. den Brückengleichrichter 6, den
Kondensator 1, den Transistor 5
und die Zenerdiode 15. Der konstante
Strom i, fließt nach wie vor über den Transistor 5 und die Zenerdiode
15. (Der Strom im Transistor 5 ist mit #_ bezeichnet.) Die sich hierbei
ergebenden Strom- und Spannungsverhältnisse sind aus der F i g. 2 ersichtlich.
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Durch den konstanten Strom i, wird der Kondensator 1 zeitlinear
aufgeladen, bis die Summe von der K ondensatorspannung E#q und dem Spannungsabfall
am Transistor 5 gleich der Summe der Gleichspannung Us 0 am Widerstand
2 und der Schwellwertspannung im Transistor 4 ist. Anschließend übernimmt der Transistor
4 in einem übergangsvorgang wiede" r den konstanten Strom i". (Der Strom im Transistor
4 ist mit i4 bezeichnet).
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Der Kondensator 1 wird somit auf die Spannung Us
0 aufgeladen, da durch die gegensinnige Reihenschaltung der beiden Transistoren
4 und 5
die zum Durchsteuern der Transistoren erforderliche Spannung (von
den Stromwandlem 8 und 9 aufgebracht) kompensiert wird.
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Wird die Vorgabespannung Us 0 (Führungs- oder Steuergröße) zu Null
gemacht, so entlädt sich der Kondensator 2 über den Transistor 4, der jetzt die
Summe der konstanten Ströme 1 6 und i7 führt, die Zenerdiode 15, den
Wandler 9 und die jeweils von diesem Wandler nicht gesperrten Teilventfle
des Brückengleichrichters 7. Der Transistor 5 ist dabei gesperrt,
da während des Entladevorganges des Kondensators 1 die Spannung an der Emitter-Kollektor-Strecke
des Transistors 5 ihr Vorzeichen umkehrt.
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Der Spannungsabfall an der Zenerdiode 15 soll größer sein als
die maximal mögliche Kondensatorspannung Us. Dann muß der jeweilige Stromwandler
immer Spannung aufbringen, um seinen Strom über die zugehörige Gleichrichterbrücke
und den gewünschten Stromkreis zu treiben, so daß der Kondensator 1 tatsächlich
mit konstantem Strom beaufschlagt und insbesondere mit einem konstanten Strom aufgeladen
wird. Die Verwendung einer Zenerdiode als Gegenspannungsquelle hat gegenüber der
Verwendung eines linearen Widerstandes den Vorteil, daß die Gegenspannung praktisch
unabhängig von dem gewählten Wert der konstanten Ströme i. und i, ist.
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Zum Umladen des Kondensators 1 wird die Vorgabespannung Us
0 vom Widerstand 2 an den Widerstand 3 gelegt (+ an Klemme
13).