DE1230121B

DE1230121B - Voltage-dependent switching arrangement used to control voltages and currents

Info

Publication number: DE1230121B
Application number: DEP25867A
Authority: DE
Inventors: Otto Rusy
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1960-10-19
Filing date: 1960-10-19
Publication date: 1966-12-08

Description

Zur Kontrolle von Spannungen und Strömen dienende spannungsabhängige Schaltanordnung Bei zur Kontrolle von Spannungen bzw. Strömen dienenden spannungsabhängigen Schaltanordnungen mit vom Wert der angelegten Spannung abhängigen vorschaltbaren Widerständen und einem transistorgetriebenen Relais ist die engtolerierte Einhaltung des Einschalt- und Abschaltpunktes ohne Hysterese-Erscheinungen ein Erfordernis, insbesondere wenn durch einfache Vorwiderstände der eigentliche Schaltbereich beliebig in Stufen, z. B. von 24 auf 65, 110 und 220 Gleich- sowie Wechselstrom, zu erweitern ist, wobei unbedingt der prozentuale Wert des oberen und unteren Schaltpunktes über alle Bereiche zu erhalten ist.Voltage-dependent switching arrangement used to control voltages and currents In voltage-dependent switching arrangements used to control voltages or currents, with resistors that can be connected in series depending on the value of the applied voltage and a transistor-driven relay, the close tolerance of the switch-on and switch-off point without hysteresis phenomena is a requirement, in particular if by simple series resistors the actual switching range in any number of steps, e.g. B. from 24 to 65, 110 and 220 direct and alternating current is to be expanded, whereby it is essential to maintain the percentage value of the upper and lower switching point over all ranges.

Derartige Spannungskontrollen treten z. B. bei einem Pufferladegerät auf, dessen Betriebsspannung ohne Meßinstrumente nur durch Vorwiderstände auswählende Schaltereinstellungen jeweils an einen Ladespannungserzeuger angepaßt werden soll, deren Werte dem Bedienenden jedoch nicht bekannt zu sein brauchen. Ein transistorgesteuertes Relais schaltet hierbei nur dann den Ladespannungserzeuger ein, wenn gerade die geeignete Betriebsspannung ausgewählt wurde. Einerseits ist dafür ein möglichst engtolerierter Bereich vorzusehen, andererseits ist dieser Bereich bei Änderung der Betriebsspannungs- oder Stromverhältnisse, möglichst beizubehalten, so daß während der Aufladung keine Abschattung erfolgen kann bzw. trotz geeigneter Spannungen eine Nichteinschaltung vermieden wird.Such voltage controls occur z. B. with a buffer charger on, whose operating voltage without measuring instruments is selected only by series resistors Switch settings are to be adapted to each charging voltage generator, the values of which, however, do not need to be known to the operator. A transistor controlled Relay only switches on the charging voltage generator when the suitable operating voltage has been selected. On the one hand there is a possible A narrowly tolerated area is to be provided, on the other hand, this area is to be provided in the event of a change the operating voltage or current conditions, if possible, so that during No shadowing can occur during charging or despite suitable voltages Failure to switch on is avoided.

Mit Hilfe von Zenerdioden eine Spreizung des Schaltbereiches irgendeiner Anordnung durchzuführen, hat den Nachteil, daß bei dieser einfachen Anordnung die prozentualen Beträge der Schaltpunkte infolge der nichtlinearen Charakteristik der Zenerdioden vom Spannungsbereich bzw. von der Größe des vorgeschalteten Widerstandes abhängig sind und dadurch selbst nichtlinearen Funktionen der angelegten Spannungen folgen.With the help of Zener diodes a spreading of the switching range of any Perform arrangement has the disadvantage that in this simple arrangement the percentage amounts of the switching points due to the non-linear characteristics of the Zener diodes depending on the voltage range or the size of the upstream resistor are dependent and thus themselves non-linear functions of the applied voltages follow.

Es ist bereits eine Schaltungsanordnung zur überwachung einer Spannung mit vorgegebenem Spannungsbereich vorgeschlagen worden, bei der das innerhalb eines festen Spannungsintervalls betriebene Transistorrelais über je zwei Gleichrichterkombinationen angesteuert wird. Hierbei ist jedoch eine temperaturunabhängige Beibehaltung des Spannungsintervalls nicht gewährleistet.It has already been proposed a circuit arrangement for monitoring a voltage of a predetermined voltage range in which the driven within a fixed interval transistor voltage relay is controlled via two rectifier combinations. However, temperature-independent maintenance of the voltage interval is not guaranteed here.

Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß die Basis des Relaistransistors mit dem Kollektor eines weiteren Transistors verbunden ist und zur Linearisierung der Abhängigkeit zwischen angelegter Spannung und Transistorsteuerspannung jeder dieser Transistoren mit je einem weiteren Transistor emittergekoppelt ist, von denen der Basisanschluß an einer Zenerdiode liegt. Durch eine von der angelegten Betriebsspannung gesteuerte Stroinverteilung zwischen den Transistoren und der Zenerdiode ist ein mit der Änderung der angelegten Spannung lineares und konstantes Spannungsintervall für den Relaistransistor erhalten.According to the invention these disadvantages are avoided in that the base of the relay transistor is connected to the collector of a further transistor, and for linearization of the relationship between applied voltage and transistor control voltage of each of these transistors is emitter coupled to a respective further transistor of which the base terminal of a Zener diode lies. A current distribution between the transistors and the Zener diode controlled by the applied operating voltage means that a voltage interval that is linear and constant with the change in the applied voltage is obtained for the relay transistor.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel del Anordnung gemäß der Erfindung dar, worin F i g. 1 die wichtigsten in der Schaltanordnung auf-# tretenden Spannungen und Widerstände erläutert, und F i g. 2 eine vollständige Anordn ung zeigt.The drawing shows an embodiment of the arrangement according to the invention, wherein F i g. 1 explains the most important voltages and resistances occurring in the circuit arrangement, and FIG. Figure 2 shows a complete arrangement.

Die Betriebsspannung Ub liegt an der Reihenschaltung R" + R, + Z. Dabei sind (F i g. 1) R" ein von der Höhe der angelegten Betriebsspannung Ub abhängiger umschaltbarer Widerstand, R, ein fester, die Höhe der Schaltspannung u dellnierender Vorwiderstand und Z die Zenerdiode.The operating voltage Ub is connected to the series circuit R ″ + R, + Z. Here ( FIG. 1) R ″ is a switchable resistor dependent on the level of the applied operating voltage Ub, R, a fixed series resistor that degrades the level of the switching voltage u and Z the zener diode.

Im Kollektorkreis des Transistors 1 (F i g. 2) liegt die Relaisspule 2. Die nicht gezeichneten Kontakte des Relais 2 sollen den gewünschten Vorgang auslösen. Die Basis des Transistors 1 ist einerseits mit dem Spannungsteiler 3 und andererseits mit dem Kollektor eines Transistors 4 verbunden, dessen Basis an einem Spannungsteiler5 liegt. Der NTC-Widerstand6 dient hierbei zur Temperaturkompensation.The relay coil 2 is located in the collector circuit of transistor 1 ( FIG. 2). The contacts of relay 2 (not shown) are intended to trigger the desired process. The base of the transistor 1 is connected on the one hand to the voltage divider 3 and on the other hand to the collector of a transistor 4, the base of which is connected to a voltage divider 5. The NTC resistor6 is used for temperature compensation.

Der Transistor 1 ist mit einem weiteren Transistor 7, der Transistor 4 mit einem Transistor 8 emittergekoppelt, letzterer über einen zwischen den Emittern liegenden Widerstand 9. Die Basen der Transistoren 7 und 8 sind gemeinsam an einer Zenerdiode 10 und an einen Widerstand 11 angeschlossen, die der Reihenschaltung Z+RY in F i g. 1 entsprechen. Die Betriebsspannungen werden bei 12 angelegt und können durch einen Schalter13 ausgewählt werden. Das Relais 2 spricht jedoch nur an, wenn die Spannung an der Schaltanordnung z. B. 14 V überschreitet bzw. 17 V unterschreitet. Durch- die Zenerdiode 14 -wird - bewerkstellig4 daß überspannungen keine Transistorbeschädigungen verursachen. Wenn die Zenerdiode z. B. eine Durchbruchsspannung von 20V bei geeigneter Stromaufnahme hat, würde dieser Spannungswert hinter dem an einem Vorwiderstand liegenden Gleichrichter 20 nicht überschritten werden können, gleichgültig, welche Spannung an dem Gleichrichter anliegt, der ja grundsätzliä für die höchste in Frage kommende Spannung und den entsprechenden Strom ausgelegt sein muß. Diese Spannung von beispielsweise 20 V würde das Relais, 2 beim gewählten Beispiel des Spannungsintervalls ausgeschaltet lassen. Erst wenn der Schalter 13 so eingestellt wird, daß der Spannung 12 der zugehörige Widerstand 15-19 zugeordnet ist, ergibt sich eine Spannung hinter dem Gleichrichter 20 innerhalb des festgelegten Spannungsintervalls, mit der das Relais 2 nunmehr geschaltet wird, bis die Spannung z. B. infolge der mit dem Aufladevorgang zusammenhängenden Stromänderungen, die sich auch auf den Leitungen von 12 bemerkbar machen, wieder überschritten wird.The transistor 1 is emitter-coupled to a further transistor 7, the transistor 4 to a transistor 8 , the latter via a resistor 9 located between the emitters. The bases of the transistors 7 and 8 are connected together to a Zener diode 10 and to a resistor 11 , which the series connection Z + RY in FIG . 1 correspond. The operating voltages are applied at 12 and can be selected by a switch 13. However, the relay 2 only responds when the voltage on the switching arrangement z. B. exceeds 14 V or falls below 17 V. Throughput, the Zener diode 14 - is - bewerkstellig4 that cause overvoltages no transistor damage. When the zener diode z. B. has a breakdown voltage of 20V with a suitable current consumption, this voltage value behind the rectifier 20 connected to a series resistor would not be exceeded, regardless of which voltage is applied to the rectifier, which is fundamentally for the highest possible voltage and the corresponding current must be designed. This voltage of 20 V, for example, would leave relay 2 switched off in the selected example of the voltage interval. Only when the switch 13 is set so that the voltage 12 of the associated resistor 15-19 is assigned, there is a voltage behind the rectifier 20 within the specified voltage interval with which the relay 2 is now switched until the voltage z. B. due to the current changes associated with the charging process, which are also noticeable on the lines of 12, is exceeded again.

Der Schaltspannungsbereich ist für alle durch die Vorwiderstände 15-19 bzw. Gleichrichter 20 ausgewählten Betriebsspannungen konstant und linear, und er wird durch Temperaturänderungen kaum beeinflußt. Dies wird dadurch erreicht, daß der durch die Zenerdiode 10 fließende Strom so gewählt wird, daß die Bedingung erfüllt ist: wobei u, die an der Zenerdiode 10 stehende Spannung und u die über der Schaltanordnung stehende .Spannung ist. u bleibt immer im selben Bereich und wird durch die Vorwiderstände, wie erwähnt, auf die jeweilige Betriebsspannung erweitert. Unter i' ist der durch die beiden Transistoren 7 und 8 fließende Strom und unter i" der durch die Zenerdiode 10 fließende Strom zu verstehen.The switching voltage range is constant and linear for all operating voltages selected by the series resistors 15-19 or rectifier 20, and it is hardly influenced by temperature changes. This is achieved in that the current flowing through the Zener diode 10 is chosen so that the condition is met: where u is the voltage across the Zener diode 10 and u is the voltage across the switching arrangement. u always remains in the same range and is expanded to the respective operating voltage by the series resistors, as mentioned. Under i 'is to be understood the current flowing through the two transistors 7 and 8 and under i ″ the current flowing through the Zener diode 10.

Claims

1. A serving to control voltages or currents voltage-dependent switching arrangement is dependent on the value of the applied voltage vorschaltbaren resistors and a driven within a fixed voltage interval solid-state relay, d a d u rch g e k e nn -zeichnet that the base of the relay transistor ( 1) mif the collector of a-further transistor (4), and for linearization of the dependence between applied voltage and transistor control voltage of each of these transistors a respective further transistor (7 '8) emitter-coupled, one of which, base terminal of a Zener diode (10) lies.

2. Switching arrangement according to claim 1, characterized in that the bases of the relay transistor and the further transistor are connected to adjustable voltage dividers. 3. Switching arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that at least one emitter coupling takes place via a resistor connected between the emitters C. 4. Switching arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that a power Zener diode liep-t parallel to the switching arrangement for protection. Considered publications: German Auslegeschriften No. 1 074 133, 1089 051; U.S. Patent No. 2,832,035; Hurley, "Junction Transistor," John Wiley & Sons, New York, 1958, p. 224; Bulletin SEV, 1958/22, p. 1083. Earlier patents considered: German Patent No. 1 121 187.