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| Üesteuerte Halbleiterschalteinrichtung |
| für Dreipünktregelung |
| JiP Erfindung bezieht ,ich auf eine besteuerte Halbleiter- |
| schalteinrichtunlofür Dreipunk-trec-,elung, bei der mittels
einer |
| -Tiders-tandsbrüclre, deren Verstimmungsspannun- die RegelabweichunJ |
| darstellt, der K;oll-Istwert-Vergleich erfolgt,. und bei der
die |
| @e-elabweichung von einer bestimmten TZindestgröße an je nach
den,, |
| irelche- Vorzeichen sie hat, die eine oder die andere-von zwei
. |
| gleichen Transistorstufen sowie jeweils eine von zwei gleichen |
| diesen Stufen nachgeschalteten Transstorschaltstufen aufsteuert |
| une ein ;:;chalt@nttel schaltet. |
| Wenn eine solche Halbleiterschalteinrichtung für Temperatur- |
| @irt.-iplxnlztrF;:elun#vorgesehen ist, wird als Temperaturfühler
zweck- |
| mäßig ein tempcraturabhängiF-er Widerstand in einem Brückenzweif |
| der Widerstandsbrücke angeordnet. Ein der#leichswiderstand,
dessen |
| Wider.-:#tanrlwrert entsprechend rler i;ewiinschten Jolltemperätur
einSe- |
| s-tellt wirrt, liegt m gcgenüberliegenden Brückenzweis. Die
Wider- |
| stände der übrigen Brückenzweige können lineare> Widerstände
sein.. |
| Von den Brückendiagonalpunkten, zurischen welchen die
Brücken- |
spannuni oder Verstimmungsspannung auftritt, führt je eine Steuerleitung
an die Basiselektrode des Transistors der Transistorstufen. Als Schaltmittel können
-Relais oder .Schaltschütze verwendet werden. ,Ton den nachgeschalteten Transistorschaltstufen
enthält jede in ihrem Kollektorstromkreis die Erregerwicklung eines dieser #'-Dcllaltmittel.
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Bekanntlich wird bei der Temperaturdreipunktregel,-.ng oberl-L###lb
und unterhalb des Niveaus der Solltemperatur in gleichen Abständen von diesem Niveau
je ein Temperaturniveau vorge@,eben. Im unteren Temperaturniveau. wird eine Heizvorrichtung
und im oberen Niveau eine Kühlvorrichtung ein- bzw. abgeschaltet. Zielt die Isttemperatur
zwischen diesen Niveaus, so ist die Heiz- und (aie Kühlvorrichtung außer Betrieb.
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Es ist bei der Durchführung dieses Segelverfahrens wichtig, das Schalten
der Heiz- und der Kühlvorrichtung -gesichert und, definiert steuern zu können. Die
Auf-abe, die der Erfindung zugrunde liegt, betrifft sowit den steuernden Teil der
Schalteinrichti_uig, welcher zwischen der Widerstandsbrücke und den Transistorschaltstufen
angeordnet ist. Es ist die Aufgabe gestellt, eine gesteuerte Halbleiterschalteiürichtung
für Dreipunktre;elung mit einfachen Mitteln so aufzubauen, daß die Schaltdifferenz,
das ist der Abstand zwischen dem. oberen und unteren Temperaturniveau, innerhalb
eines größeren Bereiches verändert und sowohl grob als auch fein eingestellt werden
kann und claß die Schalteinrichtung in den genannten Niveaus die heiz- oder Kühlvorrichtung
schlagartig ein- bzw. abschaltet.
| Diese Aufgabe wird de.durc@ielst, daß in jeder Transistor- |
| Diese zwei hintereinander -eschaltete Widerstände liegen, und
der |
| Steueratron für die -2ransistöreii der E-chaltstuf.en jeweils
über die |
| Widerstände der gesperrten ätufe und von dieser Stufe abzweigend |
| Über einen von-zwei weiteren Transistoren des komphementären
Typs |
| fliegt und däß die |
| jedes dieser weiteren Trausisto- - |
| ren. zwis chen den Widerständen der jeweils aüfgesteuerten
Uran- |
| sistorstufe angeschlossen und zugleich über je einen. -@ückhopp- |
| 1-ün`Tsividerstand mit derjenigen Schaltstufe verbunden ist,
die |
| @äber Gien betreP" fenden weiteren Transistor gesteuert ist |
| Tn jeder Transistorstufe unterachei-den sich die beiden hin- |
| tereznander-;esc'Lya1teten Widerstände greßenmäßiv um etwa
eine |
| ;irößenordnuny-, sie sind u_@e in beiden. Stufen jeweils @;leieh
groP. |
| @: ftas Schalten 'er Sc@zaltmittel definiert und kipparti`=; |
| steuern zu köiulen, ist er'i_izdi?,,nEs;emäß jede Schaltstufe
über |
| einen zickköiplun;-w fiiderstaiid mit der .3teuerleitung des
sie |
| steuernden @@,-eiteren Transistors verbunden. Es sind diese
--'Lüci#:- |
| 3Lopplanswiderstände unter sichgroß und genügend hoch- |
| ohmi; zu wählen, |
| die irrindu:ilst dadurch weiter ausgebildet, daß die Emitter |
| der Transistoren in den beiden Transistorstufen durch einen
ver- |
| änderbaren wider s Land miteinander verbunden sind. Hit Hilfe
dieses |
| Widerstandes '- ?.:n ae^ Abstand zwi scher de- oberen und de
il, unteren |
| .Le:ml@erat@irnivea@x, =@!. die ..3cüaliziff ere@i" bei der
-'#)re;ouii:kt- |
| w'`##"*infi'2rir T'ier,l(n. -. |
Nachfolgend wird.an einem Ausführungsbeispiel für Temperaturdreipunktregelung
die Erfindung anhand der Figur näher erläutert.
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Die Figur zeigt die vollständige Schaltung einer Halbleiterschalteinrichtung
für Temperaturdreipunktregelung. Im linken Teil enthält sie eine Widerstandsbrücke
1, welcher zwei gleiche Transistorstufen 2 und 2' nachgeschaltet sind. Rechts in
der Schaltung sind zwei gleiche Transistorschaltstufen 4, 4' angeordnet. Diese enthalten
in ihrem Kollektorstromkreis die Erregerwicklung 42 bzw. 42' für je ein Relais und
sind den Transistorstufen 2, 2,' über die weiteren Transistoren 31, 31' nachgeschaltet.
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Der Soll-Isttemperatur-Vergleich wird in bekannter Weise mit Hilfe
der Widerstandsbrücke 1 vorgenommen. In einem der vier Brückenzweige liegt zu diesem
Zweck ein temperaturabhängi-er Widerstand, z. B. ein NTC-Widerstand 13, welcher
die Isttemperatur annimmt und mit dieser Temperatur seinen Widerstand verändert.
Im gegenüberliegenden Brückenzweig liegt ein..einstellbarer Widerstand 14, dessen
Widerstandswert nach der-Widerstand-Temperatur-Charakteristik des Widerstandes 13
entsprechend der jeweils gewünschten Solltemperatur eingestellt werden kann. Die
anderen Brückenwiderständo 11 und 12 sind lineare Widerstände ebenso der Vorwiderstand
13, finit welchem die Widerstandsbrücke 1 an die Betriebsgelichstromquelle der Einrichtung
angeschlossen ist. Der Widerstand 15-dient 'als .Anpassungswiderstand.
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Je nach dem, ob die Isttemperatur oberhalb oder unterhalb der Solltemperatur
liegt, erscheint 2n den :jt)iaEoiialpunl@l;eii Dl und
D2 der Brücke
1 eine Verstimmungsspannung 'TTD. Es ei angenommen, daß die Isttemperatur oberhalb
der Solltemperatur liegt, so daß die Verstimmungsspannung die in der Figur eingezeichnete
Polarität hat. In den Transistorstufen 2, 2' liegen jeweils gleich große Emitter-
und Kollektorwiderstände, die im Verhältnis zu den Widerständen der Widerstandsbrücke
1 einschließlich des Vorwiderstandes 15 so gewählt sind, daß in Abhängigkeit von
der. Polarität der Spannung UD einer von den beiden Transistoren 2'I bzw. 21' erst
aufgesteuert werden kann, wenn die Spannung UD eine bestimmte Mindestgröße erreicht.
Fiat die Verstimmungsspannung die eingezeichnete Polarität, so ist dies der Fall,
wenn das Potential im Punkt D2 z. B. 2 Volt positiver ist als das Emitterpotential
des aufgesteuerten Transistors 21'.
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Gemäß der Erfindung sind an der Kollektörseite der Transistoren 21
und 21' zwei Widerstände 22 und 23 bzw. 22' und 23' in Reihe geschaltet. Von diesen
haben die Widerstände 22 und 22' einen Widerstandswert, der vorzugsweise etwa eine
Größenordnung hochohmiger ist als die Widerstände 23 und 23', während die Widerstände
22 und 22' bzw. 23 und 23' gleich große Widerstandswerte haben. Die genannten Widerstände
dienen als Steuerwiderstand zum Steuern der Transistoren 41 bzw: 11-1' in den Schältstufen
4 bzw. 4'. Die Steuerströme hierfür zweigen am Kollektor der Transistoren 21 und
211 ab und fließen jeweils über einen der weiteren Transistoren 31 bzw. 31' zu den
Basiselektroden der Transistoren 41 bzw. 41'. Bezüglich der Transistoren in den
Stufen 2,: 2', 4, 4' sind die Transistoren 31 und 31' vorn komplementären Typ. Die
Steuerleitung 311- für den Transistor 31 ist zwischen den Steuerwiderständen der
Transistorstufe 2' und
d.ie .Steuerleitung 34' für den Transistor
31' ist zwischen den Steuerwiderständen der Stufe 2 angeschlossen. Durch diese .Anschlußweise
wird erreicht, daß, wenn eine von den beiden Transistorstufen 2 bzw. 2' Strom führt
und die andere stromlos ist, jeweils auch nur einer von den beiden Transistoren
31 bzw. 31.' aufgesteuert sein kann., da seine Steuerleitung 34 bzw. 34' zwischen
den Steuerwiderständen der jeweils stromführenden Transistorstufe 2 bzw. 2' angeschlossen
und daher gegenüber dem Kollektor des Transistors der gesperrten Stufe 2' bzw. 2
negatives Potential hat. Dieser aufgesteuerte Transistor 31 bzw. 31' führt dann
einen Steuerstrom, welcher von der jeweils gesperrten Stufe 2 bzw. 2' abzweigt,
an den Transistor der zugeordneten Schaltstufe 4 bzw.
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4'. Wenn andererseits beide Stufen 2 und 2' gesperrt sind, so bleiben
auch die Transistoren 31 und 31' gesperrt und damit beide Schaltstufen 4 und 4'
stromlos. Der. Schaltzustand der Schaltstufen 4, 4' ist somit in einer Und-Nicht-Beziehung
vom Schaltzustand der Transistorstufen 2., 2' abhängig gemacht. Liegt die Isttempe-Tatur
zwischen dem oberen und unteren Temperaturniveau, so sind alle Stufen der Schalteinrichtung
stromlos, so daß weder die" Heizvorrichtung noch die Kühlvorrichtung in Betrieb
ist. Überschreitet die Isttemperatur z. B. das obere Temperaturniveau, dann wird
gemäß vorliegendem Beispiel der Transistor 21' aufgesteuert. Infolgedessen wird
der Transistor 31 aufgesteuert und die Schaltstufe 4 stromleitend geschaltet. Das
dabei eingeschaltete Relais 42 setzt eine Kühlvorrichtung in Betrieb. Dieser zustand
bleibt bestehen bis die Isttemperatur das obere Tempera" turniveau wieder unterschreitet.
Von nun an sind alle Stufen der Schalteinrichtung stromlos, beide Relais abgefallen,
und weder die Heizvorrichtung noch die Kühlvorrichtung ist in Betrieb. :-
Unterschreitet
schließlich die Ist-Temperatur das'untere Temperaturniveau, dann wird der Transistor
21 und infolgedessen auch der Transistor 31' aufgesteuert, wodurch die Schaltstufe
4' stromleitend geschältet.wird, das Relais 42' anzieht und eine Heizvorrichtung
in-Betrieb setzt. Erst wenn die Isttemperatur das untere Temperaturniveau wieder
überschreitet, fällt das Relais 42' wieder ab und setzt damit die Heizung außer
Betrieb.
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seit Hilfe eines verstellbaren Widerstandes 25, welcher die Emitter
def beiden Transistoren 21 und 2'k' in den Schaltstufen 2 und 2' verbindet, kann
der Abstand zwischen dem oberen und unteren Temperaturniveau verändert werden. Der
volle Wert dieses Widerstandes ist etwa gleich dem Widerstandswert der beiden Emitterwiderstände
24 und 24' gewählt. Wird dieser Widerstand 25 auf seinen vollen Widerstandswert
eingestellt, so ist der Niveauabstand am größten. Wird er auf 3u11 einestellt, so
fallen das obere und das untere Temperaturniveau etwa mit dem Niveau der Solltemperatur
zusammen.
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Die lalbleiterschalteinrichtuug gemäß der Erfindung ist abgese;en
von der beschriebenen Temperaturdreipunktregelung auch für Dreipunktregelung anderer
physikalischer Größen geeignet. Soweit der Soll-Istwert-Vergleich mit Hilfe einer
Widerstandsbrücke vorgenommen wird, können damit solche Größen auf einen Sollwert
-eregelt werden, die in Abhängirkeit ihres Größenwertes eine Widerstandsgröße verändern.
E,s ist ferner möglich, den Widerstandswert des Vergleichswiderstandes 14 nach einer
Soll-Zu funktzon verändern, um den zeitlichen Verlauf des Istwerte der auf den zeitlichen
Verlauf ,dieser Funktion zu
P a t e n t a n s p r ü c h e (13--
Gesteuerte Iialbleiterschalteinrichtung für DreipunlLtregelung, bei der mittels
einer Widerstandsbrücke, deren Verstimmungsspannung die Regelabweichung darstellt,
der Soll-I.stwert-Vergleich erfolgt und bei der die Regelabweichung von einer bestimmten
Mindestgröße an, je nach dem,. welches Vorzeichen sie hat, die eine oder die andere
von zwei gleichen i'ransistorstufen sowie jeweils eine von zwei gleichen diesen
Stufen nachgeschalteten Transistorstufen aufsteuert und ein Schaltmittel schaltet,
dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Transistorstufe (2, 2') zwei hintereinander
geschaltete Widerstände (22, 23 bzw. 22', 23') liegen, und der Steuerstrom .für
die Transistoren (41, 41') der Schaltstufen (4, 4') über die Widerstände (22, 23
bzw. 22', 23') der jeweils gesperrten Transistorstufe und von dieser Stufe abzweigend
über einen von zwei weiteren Transistoren (31 bzw. 3-1') des komplementären '.Typs
fließt, und daß die Steuerleitung (34,.34') für jeden weiteren Transistor (31, 31')
zwischen den Widerständen (22', 23' bzw. 22, 23) der jeweils aufgesteuerten Transistorstufe
angeschlossen und zugleich über je einen Rückkopplungswiderstand (33, 33')
mit der Schaltstufe verbunden ist, die über den betreffenden weiteren Transistor
testelieht wird.