DE3208632A1

DE3208632A1 - Schaltung zur frequenz/spannungsumwandlung

Info

Publication number: DE3208632A1
Application number: DE19823208632
Authority: DE
Inventors: Kastuji Mizumoto; Katsuhiko Tokorozawa Saitama Yaguchi
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1981-03-13
Filing date: 1982-03-10
Publication date: 1982-09-23
Also published as: GB2095061A; GB2095061B; US4446439A; JPS57152218A; JPS6351574B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur quenz/Spannungsumwandlung, welche dazu dient, eine in Übereinstimmung mit der Frequenz eines gegebenen Signals befindliche Spannung zu liefern.

Wenn Motoren einer Konstant-Drehzahlsteuerung unterliegen, so wird die Steuerung oder Regelung in einer solchen Weise ausgeführt, daß eine der Drehzahl des Motors proportionale Frequenz erzeugt, die so erhaltene Frequenz in eine Gleichspannung umgewandelt und dann eine Differenzspannung zwischen dieser Gleichspannung sowie einer Bczugsspannung rückgekoppelt wird. Bei derartigen Konstant- ürohzialilBtouerungssystotnon kommt Oino Schaltung zur Frequenz/Spannungsumwandlung zur Anwendung, um die Frequenz in eine Gleichspannung umzuwandeln»

Zum Stand der Technik ist beispielsweise eine Schaltung zur Frequenz/Spannungsumwandlung bekanntgeworden, die

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-ο-Ι derart aufgebaut ist, daß ein iinpulssigrml mit einer mit der Frequenz eines gegebenen Signals übereinstimmenden Periode erzeugt wird, und es ist eine Kippstufe vorhanden, die auf das Ansteigen des Impulssignals hin gesetzt wird. Bei Ansteigen des Impulssignals beginnt ein erster Kondensator zu entladen, und in Übereinstimmung mit der zum ersten Kondensator parallelen Spannung werden, während die Kippstufe gesetzt wird, ein Halte- sowie ein Rückstellsignal erzeugt. Wenn die zum ersten Kondcnsator parallele Spannung einen vorbestimmten Pegel erreicht, wird die Kippstufe zurückgesetzt, und ein zweiter vorhandener Kondensator beginnt zu entladen, wenn die Kippstufe zurückgesetzt wird, und im Ansprechen auf das Rücksteilsignal beginnt er zu laden. Die zum zweiten Kondensator parallele Spannung wird abgetastet und im Ansprechen auf das Haltesignal gehalten, so daß sie als eine Gleichspannung abgegeben wird.

Bei der derart aufgebauten Schaltung zur Frequenz/ Spannungsumwandlung wird eine Zeitkonstante bestimmt, so daß der erste Kondensator sein Entladen innerhalb von einer Periode des Eingangssignals, das eine geringere als die vorbestimmte Frequenz hat, beendet. Wenn jedoch die Frequenz des Eingangssignals während der-Anlaufphase dos Motors die vorbestimmtο Frequenz übersteigt oder wenn LastSchwankungenoder Störungen beim Umlaufen im stationären Zustand auftreten, so wird die Periode des Impulssignals kurzer und kürzer werden, wohingegen der erste Kondensator, der auf das Ansteigen des

^ow Impulssignals hin zu entladen beginnt, eine konstante Entladezeit hat. Schließlich wird das Ansteigen des nächsten Impulses auftreten, bevor das Potential des ersten Kondensators den vorbestimmten Bezugspegel erreicht, und zu diesem Zeitpunkt wird der erste Kondonsa-

tor wieder mit seinem Entladen beginnen, was zu einem Zustand führt, wobei das Potential am ersten Kondensator den vorbestimmten Pegel während eines Abfalls dos or-

y.cugtoii .Signals erreicht. Das führt zu einem Übelstand derart, daß die Kippstufe in einen Eingangs-Inhibitzustand gebracht wird, wobei sowohl der Setz- wie der Rückstelleingang auf den hohen Pegel angehoben wird, womit die Arbeitsweise der Kippstufe unstabil wird.

Es ist demzufolge ein Ziel der Erfindung, eine Schaltung zur Frequenz/Spannungsumwandlung zu schaffen, die ohne Rücksicht auf Schwankungen in der Frequenz in stabiler Weise arbeitet.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand einer bevorzugten Ausfiilirungsform in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert. Es sseigen:

Pig. 1 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäß ausgebildeten Schaltung;
Fig. 2(a) bis 2(i) Wellenformen zur Erläuterung der

Arbeitsweise der Schaltung von Fig. 1. 20

Die Fig. 1 zeigt in einem Blockdiagramm eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes. Hierbei ist ein Signal v., das eine der Drehzahl eines Motors proportionale Frequenz hat, beispielsweise als Eingang über einen ° Widerstand R^ und einen Kondensator C₁, die in Reihe liegen, auf einen Verstärker 1 geschaltet. An einem Ausgangiiiinschluß des Verstärkers 1 wird ein Signal (a) mit einer in Fig. 2(a) gezeigten Wellenform abgegeben. Während das Signal über einen Widerstand R₀ und einen dazu

parallelgeschalteten Kondensator C₂ an einen invertierten Eingang des Verstärkers 1 rückgekoppelt wird, xiird das vom Verstärker 1 abgegebene Signal (a) durch eine Schmitt-Schaltung 2 in ein Rechteckwellen-Impulssignal

(b) umgeformt., und wird dann der Setzeingang für eine Kippstufe (Flip-Flop) 3, die auf das Ansteigen des Impulssignals (b) gesetzt wird, so daß sie einen Q-Ausgang

(c) und einen Q-Ausgang (d) erzeugt.

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Es sind zwei Umschalter ¹I und 5 vorhanden, die bei Setzen des Flip-Flop 5 auf die Seite ihrer Festkontakte 1 gesetzt und bei Kiicksotzcn de;? Flip'-Flop 5 auf die Seite ihrer Festkontakte 2. gesetzt werden. Die Festlcontakte 1 und 2 des Umschalters k sind mit Ausangsanschlüssen von Kondensatoren C₊ bzw. C verbunden, während der bewegliche Kontakt über den Widerstand JR. geerdet ist. Durch Auswählen des einen oder anderen der beiden Festkontakte wird entweder der Kondensator C oder der Kon-

densator C entladen. Andererseits ist der Festkontakt ο

des Umschalters 5 mit einem Eingangsanschluß eines UND-Gatters 6 verbunden, wäinend der Festkontakt 2 des Umschalters 5 an einem Eingangsanschluß eines (noch zu beschreibenden) C,-Ladekreises 7 liegt. Der bewegliche Kontakt des Umschalters 5 wird mit dem Q-Ausgang (c) dos Flip-Flop 3 gespeist. Im einschlägigen Gebiet bekannte elektronische Schalter, «.D. Transistoren u.dgl. können als Umschalter ^li und 5 verwendet worden.

^O Wenn bei ansteigendem Impulssignal (b) der Flip-Flop 3 gesetzt Xfird, so beginnt ein Entladen der im Kondensator C. gespeicherten Energie über den Yfiderstand R, , so daß das Potential am Ausganosanschluß des Kondensators C. mit einer bestimmten Zeitkonstante, wie Fig. 2 (e) zeigt, erniedrigt wird. Eine diese Ausgangsspannung (e) des Kondensators C, als Versleichseingang empfangende Vergleichsschaltung 8 wird im Ansprechen auf den Q-Ausgang (c) vom Flip-Flop 3 aktiviert, um somit einen Q-Ausgang auf einem hohen Pegel abzugeben, wenn die Ausgangs-

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spannung (e) des Kondensators C. höher ist als ein Be-

zugspegel V., und um einen Q-Ausgang auf einem hohen Pegel abzugeben, wenn die Ausgangsspannung (e) niedriger als der Bezugspegel V₁ ist. Beide Q-Ausgänge vom Flip-Flop 3 sowie von der Vergleichsschaltung 8 bilden Ein-35

gänge für ein UND-Gatter 9» das wiederum einen Halteimpuls (f) abgibt. Ein Tast-Spoicherkreis 10 tastet im Ansprechen auf diesen Halteimpuls (f) die Ausgangsspan-

nung (g) des Kondensators C zu dieser Zeit ab und speichert diese. Zwischenzeitlich gibt das den Q-Ausgang von der Vergleichsschaltung 8 als seinen anderen Hingang empfangende UND-Gatter 6 einen Rückstellimpuls (h) ab. Ein C_Q-Ladekrois 11 läßt das Beginnen des Ladens dos Kondensators C_q im Ansprechen auf den Rückstellimpuls (h) zu.

Wenn der Kondensator C. im Entladen fortfährt und seine Ausgangsspannung (e) einen Bezugspegel Vp erreicht, so setzt ein Rückstellkreis 12 den Flip-Flop 3 zurück.. Auf dieses Zurücksetzen des Flip-Flop 3 hin wird der Unischalter 4 geschaltet, um eine Beendigung des Entladens des Kondensators C, zu ermöglichen, und dann beginnt der C₊- Ladekreis 7» den Kondensator C. im Ansprechen auf den Q-Ausgang des Flip-Flop 3 zu laden. Zur gleichen Zeit wird auf das Schalten des Umschalters 5 hin der Rückstellimpuls (h) gelöscht, wodurch der C -Ladekreis 11 das Laden des Kondensators C beendet, welcher beginnt, über den Widerstand R₊ auf das Umschalten des Umschalters k hin zu entladen.

Die hier beschriebene Arbeitsweise wird für jede Periode des Iinpulssignals (b) wiederholt, was zum Ergebnis hat,

daß der Tast-Speicherkreis 10 die Ausgangsspannung (g) des Kondensators C gleichzeitig im Ansprechen auf den Halteimpuls (f) abtastet und hält« Der Ausgang des Tast-Speichcrkreises 10 wird in Übereinstimmung mit der Frequenz des Eingangssignals v. dxirch einen Puffer 13 die ··■

Gleichspannung V_aug (i).

Mit einer derartigen Anordnung wird die Zeitkonstante für das Laden des Kondensators C₊ bestimmt, so daß der Kondensator C, sein Entladen innerhalb einer Periode von t

vorbostiinmtor Frequenz abschließt. Wenn die Frequenz des ICingangssignals v. die vorbestimmte Frequenz übersteigen würde, so würde jedoch die Schaltung aus dem oben ange-

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-s-

führten Grund in ihrer Arbeitsweise unstabil werden.. Deshalb ist gemäß der Erfindung eine Erkennungs- oder Erfassungsschaltuns l't vorgesehen, um festzustellen, ob die Frequenz dos liingangssignals .v, die Frequenz, bei

§ welcher die erwähnte unstabile Arbeitsweise hervorgerufen wird, erreicht oder nicht, um dadurch die Arbeitsweise der Schaltuns unter Verwendung des Ausgangs der Erfassungsschaltung lA stabil zu machen.

IQ Im einzelnen entscheidet die Erfassungsschaltung zu einer . vorbestimmten Zeit in jeder Periode des Impulssignals (b), beispielsweise am Abfallen des Impulses, daß die Frequenz des Eingangssignals v. höher ist als die erwähnte vorbestimmte Frequenz, wenn die Ausgangsspannung (e) des Kondensators C einen (höher als der Bezugspegel V₀ liegenden) Bezugspegel V_, der der erwähnten vorbestimmten Frequenz (Fig. 2) entspricht, nicht erreicht. Auf diese Entscheidung hin wird der C.-Ladokrois 7 aktiviert, um forciert ein Laden des Kondensators C,'einzuleiten. Zu diosein Zeitpunkt wird durch den Ausgang eines UND-Gatters 15, das einen umgekehrten Ausgang (Q-Ausgang) der Schmitt-Schaltung 2 und den Q-Ausgang des Flip-Flop 3 als seine beiden Eingänge empfängt, die Erfassungszeitsteuerung bei der Erfassungsschaltung lA bestimmt. Diese Schaltung 1A kann beispielsweise einen bekannten Analogschalter, der die Ausgangsspannung des Kondensators C. empfängt und im Ansprechen auf einen Ausgang vom UND-Gatter 15 schließt (anschaltet), sowie einen Vergleicher umfassen, welcher geeignet ist, einen Ausgang abzugeben, wenn eine Ausgangsspannung des Analogschalters (die Ausgangsspannung des Kondensators C₊) den erwähnten Bezugspogol V„

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überschreitet, wodurch der C₊-Ladokreis aktiviert wird. Das hat zum Ergebnis, daß der Kondensator C., im Laden fortfährt, bis der umgekehrte Ausgang der Schmitt-Schaltung2 gelöscht wird.

Auf diese Weise wird der Kondensator C, forciert geladen, wenn die Frequenz dos Eingangssignals v> größer wird als die vorbestimmte Frequenz, so daß hier kein Eingangsl'nhibitsüustand dos Flip-Flop 3 eintritt, wobei sowohl das Setz- wie auch das Rückstellsignal gleichzeitig als Hingang am Flip-Flop 3 liegen. Somit wird die Arbeitsweise der Schaltung stabilisiert, und die Ausgangsspannung (g) des Kondensators C wird immer auf einem kräftig geladenen Pegel abgetastet. Konsequenterweise kann mit der Schaltung zur Frequenz/Spannungsumwandlung gemäß der Erfindung, wenn sie in einer Konstant-Drehzahlsteuerung für einen Motor veritfendet wird, die Ausgangsspannung des Kondensators C auf einem kräftig geladenen Pegel abgetastet werden, selbst wenn die Frequenz des Eingangs-¹^ signals, die der Drehzahl des Motors proportional ist, die vorbastimmte Frequenz während der Anlaufphase des Motors oder aufgrund von Lastschwankungen oder Umlaufstörungen übersteigt. Somit kann dem Motor ein Steuerstrom ohne Unterbrechung zugeführt werden, während das Auftre-

ton einer unstabilen Arbeitsweise oder eines Durchgehens des Motors vermieden wird.

Obwohl bei der beschriebenen Ausführungsform der Kondensator C₊ entlädt, während der Flip-Flop 3 gesetzt ist,

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und lädt, während dieser zurückgestellt ist, und der Kondensator C entlädt, während der Flip-Flop 3 zurückgesetzt ist, und im Ansprechen auf den Ruckstellirapuls lädt, so ist es auch möglich, das System zur umgekehrten Anordnung hin zu modifizieren derart, daß der Kondensator C. 30

lädt, während der Flip-Flop 3 gesetzt ist, und entlädt, während dieser zurückgestellt ist, und daß der Kondensator C lädt, während der Flip-Flop 3 zurückgestellt

ist, und in Abhängigkeit vom Setzimpuls entlädt.

Leerseite

Claims

Schaltung zur Frequenz/Spannungsumwandlung

Patentanspruchο

Schaltung zur Frequenz/Spannungsumwandlung, gekennzeichnet durch einen ein Impulssignal (b) mit einer in Übereinstimmung mit einem gegebenen Signal (v.) befindlichen Frequenz liefernden Impulserzeugerkreis (2), durch eine durch das Impulssignal (b) zu setzende Kippstufe (3), durch einen ersten Lade/Entladekreis (k, 7)» der bei gesetzter Kippstufe entlädt und bei rückgestellter Kippstufe lädt, durch eine die Kippstufe rückstellende Einrichtung und durch eine Erfassungsschaltung (1Λ), die, wenn der Ausgang des ersten Lnde/Entlndokroisos einen vorbestimmten Bezugspegel zu einer vorbestimmten Zeit in jeder Periode des Impulssignals nicht erreicht, ein Erfassungssignal, in Abhängigkeit von welchem ein forciertes Laden des ersten Lade/Entladekreises erfolgt, abgibt.

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] LJ. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstelleinrichtung einen die Kippstufe (3)1 wenn die Ausgangsspannung des ersten Lade/Entladekreises einen zweiten, unter dom vorbestimmten Dezugspegel (^v,) liegenden Bezugspegel erreicht, rückstellenden Rückstellkreis (12) umfaßt.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein ein Haltesignal (f) sowie ein Rückstellsignal in Übereinstimmung mit der Ausgangsspannung des ersten Lade/Entladekreises während des Setzens der Kippstufe abgebender Erzeugerkreis vorhanden ist.

¹I. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter, im Ansprochon auf das Ausgangssignal vom Rückstellkreis entladender und im Ansprechen auf das Rückstellsignal ladender Lade/Entladekreis (4, 11) vorhanden ist.

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein eine Ausgangsspannung (g) des zweiten Lade/Entladekreises im Ansprechen auf das Haltesignal (f) abtastender und haltender Tast-Speicherkreis (10) vorhanden ist, dessen Ausgangsspannung (i) als eine umgewandelte Spannung vorliegt.

6. Schaltung nach Anspruch 5t dadurch gekennzeichnet, daß eine Vergleichsschaltung (8) vorhanden ist, die die Ausgangsspannung (e) des ersten Lade/Entladekreises empfängt sowie ein erstes Signal abgibt, wenn die Ausgangsspannung

^ höher ist als ein dritter, über dem vorbestimmten Bezugspegel liegender Bezugspegel.

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7· Schaltung nach Anspruch 6,

g e k ο η η ζ; α :i c h η c t durch (»in nincn Au.sj;,anj»; (c) von der Kippstufe (3) und den Ausr-uik der Vergleichsschaltung (3) empfangendes UND-Gatter (9), day im Ansprechen hierauf das Haltesignal (f) abgibt.

8. Schaltung nach Anspruch 7,

gekennzeichnet durch ein weiteres, ein zweites Ausgangssignal von der Vergleichsschaltung, wenn die Ausgangsspannung des ersten Lade/Entladekreises niedriger ist als der zweite Bezugspegel, empfangendes UND-Gatter (6), das im Ansprechen hierauf zur Abgabe des Rückstellsignals (h) betätigbar ist, und durch einen im Ansprechen auf das Hückstellsignal arbeätenden, den zweiten Lade/lintladekrois ladenden Ladekreis.

9· Schaltung nach Anspruch 1,

gekennzeichnet durch im Ansprechen auf die Kippstufe (3) arbeitende, das Laden und Entladen des ersten Lade/Entladekreises steuernde Schaltelemente.