DE2618415A1

DE2618415A1 - Proportional load control system - is for partial loads switched in staggered time with monolithically integrated elements controlling thyristors

Info

Publication number: DE2618415A1
Application number: DE19762618415
Authority: DE
Inventors: Karl-Diether Dipl Ing Nutz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1976-04-24
Filing date: 1976-04-24
Publication date: 1977-11-03

Abstract

The circuit contains an element which is capacitive (8) and which is switched jointly in parallel with the control elements. This element can be charged via an ohmic resistor and the control element assigned to the smallest partial load. This particular control element takes over the conducting function for all control elements. As the voltage increases, the other control elements are cut in with their own partial loads, until a preselected total load condition is reached.

Description

Proportionalregelung zeitlich versetzt geschalteter TeillastenProportional control of partial loads switched at different times

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Proportionalregelung von in der Größe gestaffelten Teillasten durch Ansteuerung von Triacs oder Thyristoren über monolithisch integrierte Ansteuerelemente, die nach dem Prinzip des Nullspannungsschalters arbeiten.The invention relates to a circuit arrangement for proportional control of partial loads staggered in size by controlling triacs or thyristors via monolithically integrated control elements that work on the principle of the zero voltage switch work.

Derartige Ansteuerelemente sind z.B. aus der Zeitschrift "Elektronik", 1975, Heft 7, S. 74 für sich bekannt. Sie werden vielfach für Heizungssteuerungen eingesetzt. Man wendet dabei die sogenannte Schwingungspaketsteuerung an. Hierbei handelt es sich um einen Steuervorgang, bei dem der Stromdurchgang durch das bzw. die Heizungselemente über einen durch das Ansteuerelement angesteuerten Triac oder Thyristor während einer ganzen Zahl von Halb schwingungen freigegeben und während einer ganzen Zahl folgender Haibschwingungen gesperrt wird. Durch die Variation der Zeiten für Stromdurchgang und -sperrung kann die mittlere Leistungsaufnahme der Last verändert werden.Such control elements are e.g. from the magazine "Electronics", 1975, No. 7, p. 74 known per se. They are widely used for heating controls used. The so-called vibration packet control is used for this. Here it is a control process in which the passage of current by the heating element or elements via one controlled by the control element Triac or thyristor released during an integer number of half oscillations and is blocked during an integer number of subsequent half oscillations. Through the Variation of the times for current passage and blocking can reduce the mean power consumption the load can be changed.

Die Ansteuerelemente werden zum Erreichen einer hohen Regelgenauigkeit auch zur Proportionalregelung eingesetzt. Dabei ändert sich proportional zu den Lastschwankungen, vornehmlich als Temperaturschwankungen z.B. über NTC-Fiihler erfaßt, die Länge der Schwingungspakete des Laststromes.The control elements are used to achieve a high level of control accuracy also used for proportional control. It changes proportionally to the Load fluctuations, primarily recorded as temperature fluctuations, e.g. via NTC sensors, the length of the oscillation packets of the load current.

Es ist bekannt, z.B. für Heiznngszwecke die Gesamtlast der Heizelemente in nach der Größe gestaffelte Teillasten aufzuteilen, um sich dem jeweiligen Bedarf besser anpassen zu können. Die Erfindung bezweckt, diese Aufteilung in Teillasten zur Verringerung des Einschaltstrometoßes nutzbar zu machen.It is known, e.g. for heating purposes, the total load of the heating elements to be divided into partial loads staggered according to the size in order to meet the respective needs to be able to adapt better. The invention aims at this division into partial loads to make it usable to reduce the inrush current.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den Stoßstrom beim Einschalten und darüber hinaus in der Regelphase gegenüber den bisher üblichen Schaltungsanordnungen zu verringern und trotzdem gleichzeitig ein extrem schnelles Erreichen der Vollast bei kleinstmöglichem Uberschwingen zu erzielen.The invention is therefore based on the object of the surge current when Switch on and, moreover, in the control phase compared to the previously customary circuit arrangements to reduce and at the same time an extremely fast achievement of full load to achieve with the smallest possible overshoot.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung für eine Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art gelöst durch ein den Ansteuerelementen gemeinsam parallel geschaltetes kapazitives Element, das über das der kleinsten Teillast zugeordnete Ansteuerelement und einen ohmschen Widerstand aufladbar ist.According to the invention, this object is achieved for a circuit arrangement of the type specified above solved by a common parallel to the control elements switched capacitive element, which is assigned to the smallest part load Control element and an ohmic resistor can be charged.

Unter Einsatz dieser Schaltungsanordnung ergibt sich in Anwendung der Erfindung ein Verfahren zur Proportionalregelung von in der Größe gestaffelten Teillasten, d dadurch gekennzeichnet ist, daß das Ansteuerelement, daß der kleinsten Teillast zugeordnet ist) die Leitfunktion für alle Ansteuerelemente übernimmt und daß nach dem Einschalten der kleinsten Teillast das kapazitivc Element aufgeladen wird und mit steigender Spannung an diesem die übrigen Ansteuerelemente die zugeordneten Teillasten nacheinander in steigender Lastgröße zuschalten, worauf nach ErreIchen eines vorgewählten Gesamt-Lastzustandes zunächst die kleinste Teillast und anschließend von der größten zur zweitkleinsten Teillast fortschreitend die übrigen Teillasten abgeschaltet werden. Es ergibt sich mithin eine Proportionalregelung mit zeitlich versetzt geschalteten Teillasten, wobei die zugeschaltete Leistung auch noch auf den jeweiligen Bedarf abgestimmt ist. Insbesondere wenn das Verfahren bei einer Heizung verhältnismäßig hoher geforderter Leistung Anwendung findet, z. B. bei Schmelzanlagen, wird der Stromstoß beim Einschalten trotz schnellen Aufheizens gering gehalten.Using this circuit arrangement results in application the invention a method for proportional control of staggered in size Partial loads, d is characterized in that the control element is that of the smallest Partial load is assigned) and takes over the control function for all control elements that after switching on the smallest partial load, the capacitive element is charged becomes and with increasing voltage on this the other control elements the assigned Switch on partial loads one after the other in increasing load size, after which after reaching of a preselected overall load condition, first the lowest partial load and then the remaining partial loads progressing from the largest to the second smallest partial load be switched off. There is consequently a proportional control with time staggered switched partial loads, with the switched-on power also still on is tailored to the respective needs. In particular if the procedure is at a Heating is relatively high required power application, z. B. in melting plants, the current surge when switching on is kept low despite rapid heating.

In weiterer Ausbildung des vorgenannten Verfahrens wird die Zeitkonstante aus kapazitivem Element und ohmschen Widerstand derart eingestellt, daß nach dem Erreichen der Gesamt-Vollast zunächst nur . die größte Last, dann jeweils nur noch die nächstkleinere Last und schließlich nur noch die kleinste Last geschaltet wird. Der Stoßstrom in der Regelphase wird damit in vorteilhafter Weise sehr gering gehalten.In a further development of the aforementioned method, the time constant set from capacitive element and ohmic resistance so that after the Reaching the total full load initially only. the greatest burden, then only in each case the next smaller load and finally only the smallest load is switched. The surge current in the control phase is thus advantageously kept very low.

Wird in den Beitschaltkreis auch noch der ohnehin im Nullspannungsschalter vorhandene integrierte Sägezahngenerator mit einbezogen, ergibt sich für den Einsatz der Schaltungsanordnung nach der Erfindung in weiterer Ausgestaltung derselben ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Ansteuerelement, das der kleinsten Teillast zugeordnet ist, die Leitfunktion für alle Ansteuerelemente übernimmt und dessen integrierter Sägezahngenerator mit seinem Potential den Zeitpunkt bestimmt, zu dem das Ansteuerelement den der kleinsten Last zugeordneten Triac oder Thyristor ansteuert.Will also be included in the switch circuit anyway in the zero-voltage switch existing integrated sawtooth generator included, results for the use the circuit arrangement according to the invention in a further embodiment of the same Method, which is characterized in that the control element, that of the smallest Partial load is assigned, takes over the control function for all control elements and whose integrated sawtooth generator determines the point in time with its potential, to which the control element the triac or thyristor assigned to the smallest load drives.

Es ergibt sich alsd vorteilhafterweise das Regelverhalten, daß das der kleinsten Teillast zugeordnete Ansteuerelement immer als Proportionalregler arbeitet; d.h., sein Ausgang steuert den Triac bzw. Thyristor der kleinsten Teillast an, sobald das Potential am Sägezahngenerator höher liegt als das z.B. von einem Sensor, der den Zustand an der Last, also etwa die Temperatur, rückmeldet. Die größeren Teillasten bleiben mithin in der ersten Phase (Tastverhältnis an der kleinsten Last nahe 100 %) immer eingeschaltet, während sie bei der Annäherung an den Sollwert erst in Proportionalverhalten übergehen und dann schließlich wie oben beschrieben ganz abgeschaltet werden.The result is then advantageously the control behavior that the The control element assigned to the lowest part load is always a proportional controller is working; i.e. its output controls the triac or thyristor of the lowest partial load on as soon as the potential at the sawtooth generator is higher than that of e.g. one Sensor that reports the state of the load, such as the temperature. The bigger ones Partial loads therefore remain in of the first phase (duty cycle on the smallest load close to 100%) always switched on while they are approaching to the setpoint first change into proportional behavior and then finally how can be switched off completely as described above.

Wählt man den ersten Einschaltzeitraum, in dem also lediglich die kleinste Last eingeschaltet wird, klein und betreibt das der kleinsten Last zugeordnete Ansteuerelement als Zweipunktregler mit überlagerter Proportionalregelung, versteilert man auf vorteilhafte Art nochmals das Regelverhalten des Gesamtsystems.If you choose the first switch-on period, in which only the smallest load is switched on, small and operates the one assigned to the smallest load Control element as two-position controller with superimposed proportional control, steepened the control behavior of the overall system can be seen again in an advantageous manner.

Im der Zeichnung ist in Figur 1 als Ausführungsbeispiel das Prinzipschaltbild für eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung und in Figur 2 der zeitliche Verlauf einer Temperaturregelung an einer Heizung unter Einsatz der in Figur 1 gezeigten Schaltungsanordnung dargestellt.In the drawing, the basic circuit diagram is shown in FIG. 1 as an exemplary embodiment for a circuit arrangement according to the invention and in FIG. 2 the course over time a temperature control on a heater using that shown in FIG Circuit arrangement shown.

In der Figur 1 sind schematisch drei mit 11, 12 und 13 bezeichnete monolithisch integrierte Ansteuerelemente gezeigt, die nach dem Prinzip des Nullspannungsschalters arbeiten.In the figure 1 three with 11, 12 and 13 are shown schematically monolithically integrated control elements shown, which operate on the principle of the zero voltage switch work.

Diese Ansteuerelemente 11, 12 und 13 liefern über ihre Ausgänge A Triggerimpulse an (nicht näher dargestellte) Triacs, mit denen schematisch gezeigte, in der Größe gestaffelte Teillasten 1, 2 und 3 eingeschaltet werden. Die Teillast 1 soll dabei für die kleinste und die Teillast 3 für die größte Leistung ausgelegt sein nas Ansteuerelement 11 ist der kleinsten Teillast 1, das Ansteuerelement 12 der nächstgrößeren Teillast 2 und das Ansteuerelement 13 der größten Teillast 3 zugeordnet. Die Teillasten 1, 2 und 3 stellen hier Heizelemente dar, die mittels einer Proportionalregelung auf einen bestimmten Temperatursollwert geregelt werden solIenO Zu diesem Zwecke wird die Temperatur der Teillasten 1, 2 und 3 insgesamt durch einen Sensor 4 erfaßt und mittels der Leitung 5 dem nicht invertierenden Eingangs verstärkereingang V des der kleinsten Last l zugeordneten Ansteuerelements 11 als Temperatur-Istwertgröße eingegeben. Aus Sicherheitsgründen ist der Sensor 4 zusätzlich mit einer Sensorüberwachungsleitung 6 über den Eingang 5 an die (nicht gezeigte) ausgangslogikstufe des Ansteuerelements ll gelegt. Die Referenzspannung der einzelnen Ansteuerelemente ll, 12 und a3 ist jeweils über Potentiometer 7 einstellbar auf den Anschluß UR für die interne Referenzspannung und den invertierenden Eingang V der Eingangsverstarker sowie bei den Ansteuerelementen 12 und 13 auf einen Komparatoreingang K gegeben.These control elements 11, 12 and 13 supply A via their outputs Trigger pulses to (not shown) triacs, with which schematically shown, Partial loads 1, 2 and 3 graded in size can be switched on. The partial load 1 should be designed for the smallest and the partial load 3 for the greatest power be nas control element 11 is the smallest part load 1, the control element 12 of the next larger partial load 2 and the control element 13 assigned to the largest partial load 3. The partial loads 1, 2 and 3 represent heating elements that are controlled by means of a proportional control should be regulated to a specific temperature setpoint for this purpose the temperature of the partial loads 1, 2 and 3 as a whole is detected by a sensor 4 and by means of the line 5 to the non-inverting input amplifier input V of the control element 11 assigned to the smallest load 1 as an actual temperature value variable entered. For safety reasons, the sensor 4 is also equipped with a sensor monitoring line 6 via input 5 to the (not shown) output logic stage of the control element ll laid. The reference voltage of the individual control elements ll, 12 and a3 is each adjustable via potentiometer 7 to the connection UR for the internal reference voltage and the inverting input V of the input amplifier and the control elements 12 and 13 given to a comparator input K.

Gemäß der Erfindung ist ein kapazitives Element 8 den Ansteuerelementen 11, 12 und 13 parallelgeschaltet. Das kapazitive Element 8 ist vom Ausgang VA des Eingangsverstärkers des Ansteuerelements 11 über einen ohmschen Widerstand 9 aufladbar und mit den nichtinvertierenden Eingängen V der Eingangsverstärker der Ansteuerelemente 12 und 13 verbunden.According to the invention, a capacitive element 8 is the control elements 11, 12 and 13 connected in parallel. The capacitive element 8 is from the output VA des The input amplifier of the control element 11 can be charged via an ohmic resistor 9 and with the non-inverting inputs V of the input amplifier of the control elements 12 and 13 connected.

Das Ansteuerelement 11 kann demgemäß die Leitfunktion für das Gesamtsystem übernehmen. Nach dem Einschalten der kleinsten Teil last 1 wird das kapazitive Element 8 über den Widerstand 9 aufgeraden. Mit seiner steigenden Spannung werden die Eingänge V+ der Ansteuerelemente 12 und 13 beaufschlagt, worauf zunächst das Ansteuerelement 12 die Teillast 2 und schließlich auch das Ansteuerelement 13 die Tellast 3 zuschalten. Bei Annäherung an die an dem Ansteuerelement zugeordneten Potentiometer 7 vorgewählte Temperatur wird nun zuerst die Teillast 1, dann die Teillast 3 und zuletzt die Teillast 2 abgeschaltet.The control element 11 can accordingly perform the control function for the overall system take over. After switching on the smallest part, load 1 becomes the capacitive element 8 straight through the resistor 9. With its increasing voltage, the inputs V + of the control elements 12 and 13 is applied, whereupon the control element 12 switch on the partial load 2 and finally also the control element 13, the tellast 3. When approaching the potentiometer 7 assigned to the control element, preselected The temperature is now first the part load 1, then the part load 3 and finally the part load 2 switched off.

Wie aus der Figur 1 zu erkennen ist, ist der Ausgang SG. auf einen Komparatoreingang K des Elements geschaltet. Das Ansteuerelement 11 arbeitet in diesem Falle stets als Proportionalregler, d.h. über seinen Ausgang A wird der der Teillast 1 zugeordnete (nicht gezeigte; Triac gezündet und damit die Teillast 1 eingeschaltet, sobald das Potential am Sägezahngenerator (SG) höher liegt als das vom Sensor 4 keim Eingang V gelieferte. Die Teillasten 2 und 3 bleiben damit in der ersten Einschaltphase immer eingeschaltet und gehen bei Annäherung der Temperatur an den Sollwert (# soll) in Proportionalverhalten über, bis sie schließlich ganz abgeschaltet bleiben.As can be seen from FIG. 1, the output is SG. on one Comparator input K of the element switched. The control element 11 works in in this case always as a proportional controller, i.e. via its output A the the Part load 1 assigned (not shown; triac ignited and thus part load 1 switched on as soon as the potential at the sawtooth generator (SG) is higher than that from sensor 4 germ input V. The partial loads 2 and 3 thus remain in always switched on during the first switch-on phase and go off when the temperature approaches to the setpoint (#set) in proportional behavior over until it is finally completely stay switched off.

In der Figur 2 ist der Verlauf der Temperatur °C über der Zeit t für das Gesamtsystem gezeigt, wenn, wie oben beschrieben, die Teil lasten 1, 2 und 3 geschaltet werden. Während des Zeitinterdes integrierten Sägezahngenerators des Ansteuerelements 11 valls t1 wird die kleinste Teillast l getaktet, jedoch mit fast 100 % Einschaltzeit. Im Zeitintervall t2 ist zu der getakteten Teillast 1 die Teillast 2 und im Zeitintervall t3 dazu noch die Teillast 3 dauernd zugeschaltet. Damit wird ein steiler Temperaturanstieg gewährleistet.In the figure 2 the course of the temperature ° C is over the time t for the overall system shown when, as described above, the partial loads 1, 2 and 3 be switched. During the time interval of the integrated sawtooth generator of the Control element 11 valls t1 the smallest partial load l is clocked, but with almost 100% switch-on time. In the time interval t2 there is the clocked partial load 1 the part load 2 and in the time interval t3 also the part load 3 is continuously switched on. This ensures a steep rise in temperature.

Mit Annäherung an die Solltemperatur tsoll werden im Zeitraum t4 die Teillasten 1 und 3 getaktet, während die Teillast 2 voll zugeschaltet bleibt, so daß die Temperaturkurve sich abflacht.As the target temperature tsoll approaches, the Partial loads 1 and 3 clocked, while partial load 2 remains fully connected, see above that the temperature curve flattens out.

Im Zeitraum t5 wird die Teillast 3 gar nicht mehr über ihr Triac vom zugeordneten Ansteuerelement eingeschaltet, nur noch die Teillasten 1 und 2 werden im Taktbetrieb eingesetzt. Mit Erreichen der Solltemperaturrsoll sorgt dann im Zeitintervall t6 lediglich die getaktete Teillast l für die Aufrechterhaltung der gewählten Temperatur.In the period t5, the partial load 3 is no longer at all via its triac assigned control element switched on, only partial loads 1 and 2 are still activated used in cycle operation. When the target temperature setpoint is reached, it then takes place in the time interval t6 only the clocked partial load l for maintaining the selected temperature.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Claims 1. Circuit arrangement for proportional control of Partial loads staggered in size by controlling triacs or thyristors via monolithically integrated control elements that work on the principle of the zero voltage switch work, characterized by the control elements Cii, 12, 13) together capacitive element (8) connected in parallel, which has the smallest partial load (1) associated control element (11) and an ohmic resistor (9) can be charged is.

2. Procedure for proportional control of staggered in size Partial loads using the circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that that the control element, which is assigned to the smallest part load, the Leittunttion takes over for all control elements and that after switching on the smallest partial load the capacitive element is charged and with increasing voltage on this the other control elements the assigned partial loads one after the other in increasing Switch on load size, followed by reaching a preselected overall load condition first the smallest partial load and then from the largest to the second smallest Partial load progressively the other partial loads are switched off.

3. The method according to claim 2, characterized in that the time constant is set from capacitive element and ohmic resistance such that after when the total full load is reached, initially only the greatest load, then in each case only the next smaller load and finally only the smallest load switched will.

4. Procedure for proportional control of staggered in size Partial loads using the circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that that the control element that is assigned to the lowest part load, the control function for all control elements and its integrated sawtooth generator its potential determines the point in time at which the control element is the smallest Triac or thyristor assigned to the load.