DE2210863C3 - Sicherheits-Regelschaltung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Sicherheits-Regelschaltung für Stromkreise mit einer vorbestimmten Belastungsgrenze, wobei die Speisegröße der Stromkreise periodisch, insbesondere nicht sinusförmig, und die Eingangsgröße der Regelschaltung proportional der Speisegröße der Stromkreise ist und mit der Eingangsgröße gespeiste, amplitudenabhängig schaltbare Aufladepfade für einen an einer Belastung liegenden Kondensator vorgesehen sind.

Aus der französischen Patentschrift 14 40 545 ist eine Schaltung zur Begrenzung von Überspannungen bekannt, wobei die Begrenzung durch eine Kapazität bewirkt wird und die von den Überspannungen herrührende Energie in einem zu dieser Kapazität parallel geschalteten Widerstand in Wärme umgesetzt wird. Diese Schaltung erlaubt es nicht, durch eine Regelung die Speisegröße der Elemente so zu beeinflussen, daß eine vorbestimmte Belastungsgrenze dieser Elemente nicht überschritten wird und dadurch eine Überlastung zuverlässig verhindert wird.

Aus der Zeitschrift »Technical Review«, Juli 1958, Nr. 3, S. 15 bis 17 ist eine Schaltung zur Bildung des Effektivwerts mit amplitudenabhängig geschalteten Aufladepfaden für einen an einer Belastung liegenden Kondensator bekannt. Die Belastung des Kondensators wird dabei in Hinsicht auf die Verwendung in einem Meßgerät durch das Anzeigeinstrument selbst gebildet, so daß auch damit keine selbsttätige Regelung der Speisegröße der Stromkreise erreicht werden kann.

Es ist ferner bekannt, in elektrischen Schaltungen Regelschaltungen vorzusehen, welche die Speisegröße der Elemente (d. h. den durch sie fließenden Strom oder die an ihnen liegende Spannung) auf einen vorbestimmten Wert einregeln, der mit Rücksicht auf die zulässige Belastung dieser Bauelemente eingehalten werden muß. Eine derartige Maßnahme ist vor allem bei Halbleiterbauelementen als Überlastungsschutz häufig unabdingbar Dazu wird bei den bekannten Regelschaltungen der arithmetische Mittelwert der elektrischen Speisegröße entsprechend eingeregelt Dabei besteht jedoch die Gefahr des Auftretens von Überlastungen von Bauelementen, da die in Wärme umgesetzte Verlustleistung und damit beispielsweise auch die in Halbleitern auftretende Verlustleistung stets vom arithmetischen Mittelwert und vom Effektivwert des durch die Elemente fließenden Stroms abhängt und der Effektivwert einer periodisch veränderlichen Größe stets größer oder wenigstens gleich dem arithmetischen Mittelwert dieser Größe ist.

Ausgehend von dem in »Technical Review«, a. a. O, vorgestellten Meßgerät, ist es Aufgabe der Erfindung, eine besonders einfach aufgebaute Sicherheits-Regelschaltung zu schaffen, die Überlastungen der geschilderten Art, vor allem auch bei nicht sinusförmigen Speisegrößen, sicher verhindert und die sich zur besonders wirtschaftlichen Herstellung in integrierter Schaltungnechnik eignet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst. daß die Belastung des Kondensators von dem Eingangswiderstand eines nachgeschalteten Regelverstärkers gebildet ist und daß die Aufladepfade in Abhängigkeit vom Eingangswiderstand des Regelverstärkers derart dimensioniert sind, daß von der Regelschaltung stets eine solche vorgegebene Funktion der Speisegröße der Stromkreise eingehalten wird, daß die Belastungsgrenze dieser Stromkreise nicht überschritten wird.

Die Aufladepfade sind in Abhängigkeit vom Eingangswiderstand des Regelverstärkers derart dimensioniert, daß von der Regelschaltung stets der zulässige Effektivvert der Speisegröße der Stromkreise eingehalten wird.

Der Eingangswiderstand des Regelverstärkers ist dabei gleichzeitig Belastungswiderstand des Kondensators, der über amplitudenabhängig schaltbare Aufladepfade aufgeladen wird. Dieser Widerstand übt damit eine Doppelfunktion aus, da er einerseits die periodische Entladung der Kapazität im Zusammenhang mit der Bildung einer vorgegebenen Funktion der Speisegröße gewährleistet und andererseits gleichzeitig den Wert der Regelverstärkung des Regelkreises festlegt.

Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Eingang der Aufladepfade und dem Eingang des Regelverstärkers noch zusätzlich eine Zenerdiode geschaltet. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß auch sehr kurzzeitige Spitzen einen unmittelbaren Einfluß auf die Regelung ausüben und damit sichergestellt ist, daß die zulässigen Grenzwerte von eventuell in den Stromkreisen angeordneten Halbleiterelementen nicht überschritten werden und somit deren Zerstörung mit Sicherheit vermieden wird.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise an Hand der Zeichnung beschriebenen dieser zeigt

F i g. 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele für die bekannte Schaltung zur amplitudenabhängigen Aufladung eines Kondensators und

F i g. 3 und 4 zwei entsprechende Anwendungsbeispiele der Schaltung gemäß der Erfindung.

Nach F i g. 1 wird eine periodische Eingangsgröße,

die insbesondere auch nicht sinusförmig sein kann und im vorliegenden Falle von einer zeitabhängigen Spannung u\ ftjgebildet wird, einer Gleichrichterbrücke G zugeführt, an deren Ausgang ein von den Widerständen ,Ri und Ri gebildeter Spannungsteiler liegt. Die außenliegenden Anschlüsse dieses Spannungsteilers sind über einen Widerstand Rv, eine Diode Dv und einen Speicherkondensator G verbunden, wobei die Diode D. so gepolt ist, daß sie vom Widerstand Rv in Richtung des Speicherkondensators Ci durchlässig ist. Der Mittelabgriff des Spannungsteilers Rx, Ri ist über eine weitere Diode Di mit der gleichen Seite des Speicherkondensators Cx verbunden, wie die Diode Dv. Die beiden Dioden D\ und Dv sind gleichzeitig gepolt. Dem Speicherkondensator ist ein Abschlußwiderstand Ra parallel geschaltet, an dem die Ausgangsspannung Ui abgreifbar ist, die der gewünschten Funktion der Speisegröße, insbesondere etwa dem Effektivwert, entspricht.

Die beiden vom Spannungsteiler Rx, Ri zum Kondensator C\ führenden Aufladepfade 1, 2 werden, wie sich ohne v/eiteres aus der Schaltung ergibt, beim Anwachsen der Spannung u\ (t) während einer Halbperiode der Eingangswechselgröße nacheinander leitend und liefern damit in Abhängigkeit von der jeweiligen am Spannungsteiler abgegriffenen Spannung verschiedene Beiträge zur Aufladung des Speicherkondensators Ci. Die Schaltung nach Fig. 1 erbringt bereits .eine gute Approximation für eine gewünschte Funktion der Speisegröße, wenn die Dimensionierung der einzelnen Schaltungselemente in entsprechender Weise gewählt wird.

Durch eine Erhöhung der Anzahl der Aufladepfadc läßt sich eine praktisch beliebige Approximation der gewünschten Funktion der Speisegröße erreichen. Dies ist in F i g. 2 beispielhaft dargestellt, bei der durch den zusätzlichen Aufladepfad 3, gebildet aus dem Spannungsteiler Ri, Ra mit der Diode Di, eine feinere Abstufung des Spannungsteilers gegenüber der in F i g. 1 dargestellten Schaltung erreicht wird.

F i g. 3 und 4 zeigen in dem gestrichelt umrandeten Teil 6 die entsprechenden bekannten Schaltungen von Fig. 1 und 2, jedoch ohne aen Abschlußwiderstand Ra. Die Funktion dieses Abschlußwiderstandes wird nunmehr von dem Eingangswiderstand Rs der im gestrichelt umrandeten Teil 7 dargestellten Regelungsanordnung übernommen. Dazu ist der Kondensator Ci, an dem die Spannung Ui auftritt, einerseits mit der Ausgangsklemme Kx und anderenfalls über einen Spannungsteiler Rb, Ar mit der Ausgangsklemme / 1 verbunden. Dem Regelverstärker 4 wird von einer Klemme 5 die Sollspannung Ui über einen Widerstand Rs zugeführt, der Mittelabgriff des Spannungsteilers Ri, Ri ist einerseits mit dem Eingang des Regelverstärkers 4 und andererseits über eine Zenerdiode Z mit dem Ausgang des Gleichrichters G verbunden.

Damit ergibt sich folgende Funktion der Schaltung: Die Spannung in (t) ist proportional der zu regelnden Speisegröße, während die Spannung Ui einer bestimmten vorgegebenen Funktion dieser Speisegröße entspricht. Gleichzeitig dient die Spannung Ui als Istwert der Regelung, der im Regelverstärksr mit dem Sollwert Ui verglichen wird. Die an den Ausgangsklemmen K\ i'nd Ki des Regelverstärkers gebildete Spannung beeinflußt — gegebenenfalls über ein weiteres Leistungsstellglied — in bekannter Weise die Speisegröße Ui (l). Damit ist bei geeigneter Dimensionierung der Aufladepfade sichergestellt, daß auch bei einem beliebigen zeitlichen Verlauf der Speisegröße die Belastungsgrenze der gespeisten Stromkreise nicht überschritten wird.

Schließlich bewirkt die Anordnung der Zenerdiode Z oder eines Halbleiterbauelementes mit einer entsprechenden Durchbruchkennlinie, daß auch sehr kurzzeitige Spitzen im Verlauf der Speisegröße u\ (t) einen unmittelbaren Einfluß auf die Regelung ausüben, urn zu verhindern, daß die zulässigen Grenzwerte der im Regelkreis verwendeten Halbleiterschalter überschritten werden, was zu deren Zerstörung führen könnte.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Sicherheits-Regelschaltung für Stromkreise mit einer vorbestimmten Belastungsgrenze, wobei die Speisegröße der Stromkreise periodisch, insbesondere nicht sinusförmig, und die Eingangsgröße der Regelschaltung proportional der Speisegröße der Stromkreise ist und mit der Eingangsgröße gespeiste, amplitudenabhängig schaltbare Aufladepfade für einen an einer Belastung liegenden Kondensator vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastung des Kondensators (Ci) von dem Eingangswiderstand eines nachgeschaketen Regelverstärkers (4) gebildet ist und άάΰ die Aufladspfade (Rv, Dv; Ri, Ä2, Di; A3, Ra, Di) in Abhängigkeit vom Eingangswiderstand des Regelverstärkers (4) derart dimensioniert sind, daß von der Regelschaltung stets eine solche vorgegebene Funktion der Speisegröße der Stromkreise eingehalten wird, daß die BeIastungsgrenze dieser Stromkreise nicht überschritten wird.

2. Sicherheits-Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladepfade in Abhängigkeit vom Eingangswiderstand des Regel-Verstärkers (4) derart dimensioniert sind, daß von der Regelschaltung stets der zulässige Effektivwert der Speisegröße der Stromkreise eingehalten wird.

3. Sicherheits-Regelschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Eingang der Aufladepfade und dem Eingang des Regelverstärkers (4) eine Zenerdiode (Z) geschaltet