Thyristor-Schaltungsanordnung zum periodischen Ein- und Abschalten einer Last an eine bzw. von einer Gleichstromquelle
Die Erfindung betrifft eine Thyristor-Schaltungsanordnung zum periodischen Ein- und Abschalten einer Last an eine bzw. von einer Gleichstromquelle, mit einer an der Thyristor-Steuerelektrode angeschlossenen Zündschaltung, welche zur Steuerung der Zündfolge einen in einen ersten und in einen zweiten Schaltzustand schaltbaren Steuergeber-Schalter enthält, wobei der Thyristor jedesmal beim Umschalten des Steuergeber-Schalters aus seinem ersten in den zweiten Schaltzustand zündet.
Thyristor-Schaltungsanordnungen dieser Art werden häufig in Kondensator-Zündvorrichtungen für Verbrennungsmotoren benutzt, um bei jedem Zündvorgang mittels des Thyristors einen vorwiegend durch einen induktiven Speicher aufgeladenen Speicherkondensator durch die Primärwicklung eines Zündtransformators zu entladen und in dessen Sekundärwicklung eine für einen Zündfunken an den Elektroden einer Zündkerze ausreichend hohe Spannung zu induzieren. Als Steuergeber-Schalter dient hierbei entweder ein mechanischer Unterbrecher, wobei üblicherweise bei sich öffnenden Unterbrecherkontakten der Thyristor zur Herbeiführung der Kondensatorentladung gezündet wird, oder ein kontaktloser elektromagnetischer Geber, welcher z.
B. durch die Verteilerwelle angetrieben, bei jeder ihrer Umdrehungen eine der Zylinderzahl entsprechende Anzahl Steuerimpulse an die Zündschaltung des Thyristors abgibt, wobei meist durch die Steuerimpulse zunächst ein elektronischer Schalter beeinflusst und durch diesen dann die Zündschaltung gesteuert wird.
Beispielsweise ist bei einer bekannten Zündvorrichtung zur Steuerung des im Entladungskreis des Speicherkondensators angeordneten Thyristors eine transistorisierte lmpulserzeugerschaltung mit einem zwei Sekundärwicklungen aufweisenden Steuertransformator vorgesehen, wobei die eine Sekundärwicklung zur Steuerung der Kondensatoraufladung dient und die andere Sekundärwicklung mit der Steuerelektrode des Thyristors verbunden ist.
Durch einen beim Öffnen der Unterbrecherkontakte erzeugten Steuerimpuls bewirkt die Impulserzeugerschaltung, dass durch die Primärwicklung des Steuertransformators ein Strom fliesst und in der zweiten Sekundärwicklung eine Spannung für einen Zündimpuls induziert wird, so dass der Thyristor zündet und der Speicherkondensator sich entladen kann. Nach Entladung des Speicherkondensators bewirkt die Resonanz im Entladekreis die Sperrung des Thyristors, so dass der Speicherkondensator wieder aufgeladen werden kann.
Es ist auch bekannt, eine Ladetransformator mit einer zweiten Sekundärwicklung auszustatten und diese mit der Steuerelektrode des Thyristors zu verbinden, wobei eine transistorisierte Schaltungsanordnung den Stromfluss durch die Primärwicklung des Ladetransformators steuert und die Schaltungsanordnung ihrerseits durch den Steuergeber gesteuert ist.
Eine elektronische Zündvorrichtung müsste aus Gründen der Zweckmässigkeit in kompakter Bauweise ausgeführt und in einem geschlossenen Gehäuse untergebracht sein. Im Fahrzeug sollte die Zündvorrichtung in der Nähe des Motors unter der Motorhaube montiert werden.
Unter der Motorhaube herrschen jedoch meist Temperaturen, die bis nahe an die für die in der Zündvorrichtung verwendeten Halbleiter-Bauelemente zulässige Höchsttemperatur heranreichen. Eine solche Bauweise und Unterbringung der Zündvorrichtung ist daher im allgemeinen nur dann möglich, wenn sich die Zündvorrichtung im Betrieb selbst nicht zusätzlich aufheizt, d. h. wenn in ihr keine nennenswerten Verlustleistungen auftreten. Für die gesamte Verlustleistung einer in kompakter Bauweise ausgeführten Zündvorrichtung ist natürlich auch die Verlustleistung der Zündschaltung für den Thyristor von Bedeutung. Bei bekannten Thyristor-Schaltungsanordnungen ist die Verlustleistung meist nicht vernachlässigbar niedrig, so dass ihre Verwendung in Zündvorrichtungen zu unbefriedigenden Ergebnissen führt.
Insbesondere bei in rascher Folge betätigten mechanischen Steuergeber-Schaltern, z. B. bei mechanischen Unterbrechern, bleibt der bewegliche Kontakt nach dem Öffnen nicht sofort in der Offenstellung, sondern prallt noch ein oder mehrere Male zurück auf den festen Kontakt.
Dieses Flattern des beweglichen Kontaktes kann zu Fehlzündungen des Thyristors führen, und es müssen Massnahmen vorgesehen werden, um diese Rückpralleffekte unwirksam zu machen. Ähnliche Erscheinungen können auch bei kontaktlosen Steuergebern auftreten.
Aufgabe der Erfindung ist, eine Thyristor-Schaltungsanordnung zum Ein- und Ausschalten einer Last zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und wirtschaftlicher Herstellung eine vernachlässigbar niedrige Verlustleistung in der Zündschaltung hat, und bei der durch Rückpralleffekte bedingte Fehlzündungen des Thyristors ohne zusätzlichem Aufwand vermieden werden können.
Die erfindungsgemässe Thyristor-Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zündschaltung einen Zündkondensator enthält, welcher an der Steuerelektrode des Thyristors angeschlossen ist, um diesen durch einen Ladestromstoss zu zünden, und dass der Zündkondensator zum Laden durch einen an einer Hilfs-Steuerschaltung angeschlossenen elektronischen Schalter an eine Lade-Spannungsquelle und zum Entladen an einen Entladekreis anschliessbar ist, wobei die Hilfs-Steuerschaltung und der Entladekreis durch den Steuergeber-Schalter gesteuert sind, um bei Schalten desselben vom ersten in den zweiten Schaltzustand den elektronischen Schalter bei unterbrochenem Entladekreis einzuschalten und im ersten Schaltzustand den Entladekreis zu schliessen.
Der elektronische Schalter kann vorzugsweise ein Thyristor sein, wobei die Hilfs-Steuerschaltung dann als Hilfs Zündschaltung für den Steuer-Thyristor ausgebildet ist.
Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung enthält im Gegensatz zu den vorstehend erwähnten bekannten Schaltungsanordnungen keine Induktivität aufweisende Wicklungen als Bauteile, und die Verlustleistung der Zündschaltung ist im wesentlichen auf die Verlustleistung des elektronischen Schalters bzw. des Steuer-Thyristors beschränkt, die jedoch durch entsprechende Dimensionierung des Lade- und Entladekreises für den Zündkondensator so niedrig gehalten werden kann, dass die zu einer zusätzlichen Erwärmung der Schaltungsanordnung nicht mehr ausreicht.
Durch Wahl eines geeigneten Widerstandswertes für den Entladekreis kann die Entladedauer des Zündkondensators auf eine Zeitspanne ausgedehnt werden, in welcher beim Steuergeber-Schalter auftretende Rückpralleffekte unwirksam sind, so dass eine für die Erzeugung eines Zündimpulses für den Thyristor ausreichende Aufladung des Zündkondensators erst möglich ist, wenn der Steuergeber Schalter ohne Flattern endgültig in den zweiten Schaltzustand geschaltet ist.
Zum Betrieb des Steuer-Thyristors kann eine Gleichstromquelle vorgesehen sein, und als Hilfs-Zündschaltung für den Steuer-Thyristor kann ein üblicher an der Gleichstromquelle angeschlossener und dem Steuer-Thyristor parallel geschalteter Spannungsteiler mit zwei Widerständen benutzt werden, wobei die Steuerelektrode des Steuer Thyristors an den Mittelabgriff des Spannungsteilers angeschlossen ist.
Zur weiteren Vereinfachung der Schaltungsanordnung kann der aus den beiden in Reihe geschalteten Widerständen bestehende Spannungsteiler der Hilfs-Zündschaltung gleichzeitig auch als Entladekreis für den Zündkondensator verwendet werden, indem der positive Pol der Gleichstromquelle über eine in Durchlassrichtung geschaltete Diode mit dem Spannungsteiler und dieser über den Steuergeber-Schalter mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle verbunden wird und die Steuerelektrode des Steuer Thyristors mit dessen Kathode verbindenden Widerstand des Spannungsteilers eine Diode in Sperrichtung parallelgeschaltet wird, so dass in der ersten Schaltstellung des Steuergeber-Schalters der Entladestromkreis für den Zündkondensator geschlossen ist und in der zweiten Schaltstellung desselben der Entladestromkreis unterbrochen und die Hilfs-Zündschaltung für den Steuer-Thyristor erregt ist.
Die Lade-Spannungsquelle für den Zündkondensator kann aus einem Ladekondensator mit einer durch den Steuergeber-Schalter gesteuerten Ladeschaltung bestehen, wobei im ersten Schaltzustand des Steuergeber-Schalters der Ladekondensator über die Ladeschaltung von einer Hilfs-Spannungsquelle aufgeladen und beim Schalten in den zweiten Schaltzustand des Steuergeber-Schalters in den Zündkondensator entladen wird.
Mit besonderem Vorteil kann die erfindungsgemässe Thyristor-Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Zündfunken für einen Verbrennungsmotor verwendet werden, insbesondere in einer Schaltungsanordnung, in welcher ein Speicherkondensator, ein Ladetransformator zum Laden des Speicherkondensators und ein Zündtransformator vorgesehen sind und die Thyristor-Schaltungsanordnung die jeweilige Entladung des Speicherkondensators durch die Primärwicklung des Zündtransformators steuert und in welcher eine transistorisierte Steuerschaltung mit einem Rückkoppelglied vorhanden ist, um den Stromfluss durch die Primärwicklung des Ladetransformators und über diesen das jeweilige Aufladen des Speicherkondensators zu steuern.
In einer solchen Anordnung kann die Lade-Spannungsquelle für den Zündkondensator der Thyristor-Schaltungsanordnung ein Kondensator sein, dessen eine Elektrode an Masse liegt und dessen andere Elektrode mit dem elektronischen Schalter verbunden und an die Primärwicklung des Ladetransformators angeschlossen ist, wobei bei ausgeschaltetem elektronischen Schalter der die Lade-Spannungsquelle bildende Kondensator durch die Primärwicklung des Ladetransformators aufgeladen und bei eingeschaltetem elektronischem Schalter der Zündkondensator durch den die Lade-Spannungsquelle bildenden Kondensator aufgeladen wird.
Die Erfindung wird nun anhand eines zur Erzeugung von Zündfunken für einen Verbrennungsmotor dienenden Ausführungsbeispieles ausführlich erläutert.
Die einzige Fig. der Zeichnung stellt ein Schaltbild einer die Thyristor-Schaltungsanordnung nach der Erfindung enthaltende Zündvorrichtung dar, wobei im Schaltbild der besseren Übersicht wegen lediglich die Funkenstrecke eines einzigen Zylinders und ein synchron mit der Motorwelle angetriebener mechanischer Unterbrecher als Unterbrecher-Schalter dargestellt sind.
Die ih der Zeichnung gezeigte Zündvorrichtung enthält einen ersten Schaltungsteil SA, der zur eigentlichen Erzeugung der Zündfunken dient und ausser eines Zündtransformators 7 und eines Speicherkondensators C3 einen Ladetransformator 1 enthält, dessen Eisenkern eine Primärwicklung la und eine Sekundärwicklung lb trägt, und der in der Schaltung als induktiver Speicher verwendet ist.
Das eine Ende der durch eine Diode D4 überbrückten Primärwicklung 7a des Zündtransformators 7 ist über den Speicherkondensator C3 und eine Lade-Diode D5 mit dem einen Ende der Sekundärwicklung lb des Ladetransformators 1 verbunden, am anderen Ende liegen die Primärwicklung 7a des Zündtransformators 7 und die Sekundärwicklung lb des Ladetransformators 1 an Masse. Das eine Ende der Primärwicklung la des Ladetransformators list über einen Zündschalter Z mit dem positiven Pol einer Gleichstromquelle Bt, der Fahrzeugbatterie verbunden und ausserdem an den dritten Schaltungsteil SC, der Thyristor-Schaltungsanordnung angeschlossen.
Das andere Ende der Primärwicklung 1 a des Ladetransformators 1 führt zu einem zweiten Schaltungsteil SB, der zur Steue rung des Stromflusses durch die Primärwicklung la dient und einen Transistor T sowie ein Rückkoppelglied 2 enthält. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Rückkoppelglied 2 eine Hauptwicklung 2a und eine erste und zweite Steuerwicklung 2b bzw. 2c auf. Die Primärwicklung la ist mit der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T und der Hauptwicklung 2a in Reihe mit den Polen der Gleichstromquelle Bt verbunden. Ein Stromstoss durch die zweite Steuerwicklung 2c des Rückkoppelgliedes 2 bewirkt, dass der Transistor T leitend wird und durch die Primärwicklung la des Ladetransformators 1 Strom zu fliessen beginnt. Beim Erreichen einer bestimmten Stromstärke soll der Transistor T sperren.
Schaltungsanordnungen hierzu sind bekannt und brauchen deshalb nicht im einzelnen erläutert zu werden, da sie zudem die Erfindung nicht betreffen. Nach dem Unterbrechen des Stromflusses durch die Primärwicklung la bricht das Magnetfeld des Ladetransformators zusammen, und sowohl in der Primärwicklung la als auch in der Sekundärwicklung lb desselben werden Spannungen induziert. Durch die Sekundärwicklung 1b wird, wie erwähnt, der Speicherkondensator C3 aufgeladen. Zur Entladung des Speicherkondensators C3 ist eine Thyristor-Schaltungsanordnung mit dem Thyristor 6 und einer Zündschaltung vorgesehen, die den dritten Schaltungsteil SC der Zündvorrichtung bildet.
Die dargestellte Zündschaltung SC enthält einen Zündkondensator C2, dessen eine Elektrode über einen Widerstand R7 an Masse liegt und über eine Anschlussklemme 11 durch einen Leiter 10 mit der Steuerelektrode G6 des Thyristors 6 verbunden ist. Dem Widerstand R7 ist zur Spannungsstabilisierung eine Zenerdiode ZD, parallel geschaltet. Die andere Elektrode des Zündkondensators C2 ist über einen Ladewiderstand R3 an die Kathode eines Steuer-Thyristors 5 angeschlossen. Die Anode des Steuer Thyristors 5 ist über die zweite Steuerwicklung 2c des Rückkoppelgliedes 2 sowohl mit der einen Elektrode eines Kondensators C, als auch über eine Diode Dss, die Primärwicklung la des Ladetrasformators 1 und den Zündschalter Z mit dem positiven Pol der Gleichstromquelle Bt verbunden.
Die andere Elektrode des Kondensators Cl liegt an Masse. Der Kondensator C bildet zusammen mit der Diode D, und der Primärwicklung la des einen induktiven Speicher darstellenden Ladetransformators 1 die Lade-Spannungsquelle für den Zündkondensator C2, wie noch ausführlicher erläutert wird.
Der positive Pol der Gleichstromquelle Bt ist ferner über den Zündschalter Z, einen Strombegrenzungswiderstand R;, eine in Durchlassrichtung geschaltete Diode D3 und zwei in Reihe geschaltete und einen Spannungsteiler bildende Widerstände R4 und R8 mit der Kathode des Steuer-Thyristors 5 verbunden. Dieser Schaltungsteil bildet die Hilfs-Zündschaltung für den Steuer-Thyristor, wobei die Steuerelektrode desselben an den Mittelabgriff des Spannungsteilers angeschlossen ist.
Zur Stabilisierung der Zündspannung für den Steuer-Thyristor 5 und der Betriebsspannung für die Zündvorrichtung ist der Verbindungspunkt von Zündschalter Z und Strombegrenzungswiderstand R5 sowie der Verbindungspunkt von Strombegrenzungswiderstand R5 und Diode D3 über je eine Zenerdiode ZD3 und ZD2 und einem Erdungsleiter 9 mit Masse verbunden. Der negative Pol der Gleichstromquelle Bt liegt an Masse und ist an den beweglichen Kontakt 3b des hier als Steuergeber-Schalter U benutzten mechanischen Unterbrecher angeschlossen. Der feste Kontakt 3a des Unterbrechers ist über eine Diode D6 mit dem Verbindungspunkt von Diode D3 und Spannungsteiler R4, R8 verbunden.
Dem die Steuerelektrode G5 des Steuer-Thyristors 5 mit dessen Kathode verbindenden Widerstand R8 des Spannungsteilers ist eine Diode D2 parallel geschaltet.
Bei geschlossenen Unterbrecherkontakten 3a, 3b ist somit für den Zündkondensator C2 ein aus dem Widerstand R2, der Diode D2 und dem Widerstand R4 sowie der Diode D6 und den Unterbrecherkontakten 3a, 3b bestehender Entladestromkreis gebildet.
Wird bei aufgeladenem Kondensator C, und offenen Unterbrecherkontakten 3a, 3b der Zündschalter Z geschlossen, so beginnt sich der Zündkondensator C2 über den Strombegrenzungswiderstand R5, die Diode D3 und die Widerstände R4, R8 des Spannungsteilers sowie den Widerstand R2 aufzuladen, wobei infolge des Stromflusses durch den dem Steuer-Thyristor 5 parallelgeschalteten Spannungsteiler der Steuer-Thyristor 5 leitend wird und der, wie noch erläutert wird, auf einer höheren Spannung liegende Kondensator C, den Zündkondensator C2 über die zweite Steuerwicklung 2c des Rückkoppelgliedes 2, den gezündeten Steuer-Thyristor 5 und den Widerstand R, vollends auflädt.
Der den Zündkondensator C2 aufladende starke Stromimpuls erzeugt über den Widerstand R7 einen Zündimpuls für den Thyristor 6, so dass dieser zündet und der Speicherkondensator C3 durch die Primärwicklung 7a des Zündtransformators 7 entladen und über die Sekundärwicklung 7b desselben ein Zündfunke erzeugt wird.
Gleichzeitig wird durch den Stromfluss durch die zweite Steuerwicklung des Rückkoppelgliedes 2 in dessen ersten Steuerwicklung 2b eine Spannung induziert, die den Transistor T aufsteuert, so dass durch die Primärwicklung la des Ladetransformators Strom zu fliessen beginnt.
Bei einer bestimmten Stromstärke sperrt der Transistor T wieder, so dass das Magnetfeld des Ladetransformators 1 zusammenbricht und durch die in dessen Primärwicklung la induzierte Spannung über die Diode D1 der Kondensator C, augeladen wird, da vorher mit dem Aufladen des Zündkondensators C2 der Steuer-Thyristor 5 wieder gesperrt worden war.
Das Veihältnis der Windungszahlen von Primär- und Sekundärwicklung des Ladetransformators ist hierbei so gewählt, dass sich der Speicherkondensator C3 auf ca. 370 Volt und der Kondensator C, auf ca. 40 Volt auflädt.
Diese Spannung am Kondensator C, reicht aus, um auch den Zündkondensator C2 auf ca. 30 Volt aufzuladen, so dass an den geöffneten Unterbrecherkontakten 3a, 3b eine ausreichend hohe Spannung liegt, die Fehlschlüsse beim Schliessen der Kontakte verhindert.
Beim Schliessen der Unterbrecherkontakte 3a, 3b entlädt sich der Zündkondensator C2 einerseits durch den Widerstand R7 und andererseits über den Widerstand R2, die Diode D2 und den Widerstand R4 sowie die Diode D,, wobei die Gleichstromquelle Bt über den Strombegrenzungswiderstand R5 kurzgeschlossen ist, jedoch wegen der Höhe des Strombegrenzungswiderstandes nur ein ganz geringer Strom fliesst.
Der Zündimpuls für den Thyristor 6 der Schaltungsanordnung wird, wie beschrieben, durch den Ladestrom des Zündkondensators C2 erzeugt. Damit am Widerstand R7 ein zum Zünden des Thyristors 6 ausreichender Spannungsabfall-Impuls entstehen kann, muss der Kondensator C2 vor dem Ladevorgang eine bestimmte freie Ladekapazität aufweisen. Hat sich der Zündkondensator C2 beim Zünden des Steuer-Thyristors 5 nicht entsprechend weit entladen, so reicht der Spannungsabfall-Impuls am Widerstand R7 zum Zünden des Steuer-Thyristors 5 nicht aus.
Um Fehlzündungen durch Rückprallen der Unterbrecherkontakte 3a, 3b zu verhindern, werden die Widerstände R7 und R2, R4 so bemessen, dass ein Zündvorgang erst wirk sam werden kann, wenn die Unterbrecherkontakte eine gewisse Zeit geschlossen waren, so dass sich der Zündkondensator C genügend weit entladen konnte.
Öffnen sich die Unterbrecherkontakte 3a, 3b wieder, so wiederholt sich der eben beschriebene Vorgang erneut.
Die Zenerdiode ZD2 verhindert Fehlzündungen, die bei Spannungsschwankungen auftreten würden.
Die Diode Db verhindert Fehlzündungen, die infolge von durch Störfelder bedingte statische Aufladungen entstehen würden.
Die vorstehend anhand eines Zündgerätes beschriebene Thyristor-Schaltungsanordnung zum Ein- und Ausschalten einer Last ist auch für andere Zwecke bestens brauchbar, wobei schaltungstechnische Unterschiede im wesentlichen auf die Ausbildung des Steuergeber-Schalters und der Lade-Spannungsquelle für den Zündkondensa tor beschränkt sein werden.
Die Thyristor-Schaltungsanordnung ist einfach im Aufbau und ihre Verlustleistung im Betrieb ist so gering. dass eine Eigenerwärmung der Halbleiter-Bauelemente praktisch nicht in Erscheinung tritt.
Thyristor circuit arrangement for periodically switching a load on and off to or from a direct current source
The invention relates to a thyristor circuit arrangement for periodically switching a load on and off to or from a direct current source, with an ignition circuit connected to the thyristor control electrode, which controls the ignition sequence with a control transmitter switchable to a first and a second switching state. Contains switch, the thyristor igniting each time the control transmitter switch is switched from its first to the second switching state.
Thyristor circuit arrangements of this type are often used in capacitor ignition devices for internal combustion engines in order to discharge a storage capacitor, which is mainly charged by an inductive storage device, through the primary winding of an ignition transformer during each ignition process by means of the thyristor, and in its secondary winding one for an ignition spark on the electrodes of a spark plug induce sufficiently high voltage. Either a mechanical breaker is used as the control transmitter switch, the thyristor usually being ignited when the breaker contacts open to cause the capacitor discharge, or a contactless electromagnetic transmitter which, for.
B. driven by the distributor shaft, emits a number of control pulses corresponding to the number of cylinders to the ignition circuit of the thyristor with each of its revolutions, whereby an electronic switch is mostly influenced by the control pulses and then the ignition circuit is controlled by this.
For example, in a known ignition device for controlling the thyristor arranged in the discharge circuit of the storage capacitor, a transistorized pulse generator circuit with a control transformer having two secondary windings is provided, one secondary winding serving to control the capacitor charging and the other secondary winding being connected to the control electrode of the thyristor.
With a control pulse generated when the breaker contacts are opened, the pulse generator circuit causes a current to flow through the primary winding of the control transformer and a voltage for an ignition pulse to be induced in the second secondary winding, so that the thyristor ignites and the storage capacitor can discharge. After the storage capacitor has been discharged, the resonance in the discharge circuit blocks the thyristor so that the storage capacitor can be charged again.
It is also known to equip a charging transformer with a second secondary winding and to connect this to the control electrode of the thyristor, a transistorized circuit arrangement controlling the current flow through the primary winding of the charging transformer and the circuit arrangement itself being controlled by the control transmitter.
For reasons of expediency, an electronic ignition device should have a compact design and be accommodated in a closed housing. In the vehicle, the ignition device should be installed near the engine under the bonnet.
Under the bonnet, however, there are mostly temperatures that come close to the maximum permissible temperature for the semiconductor components used in the ignition device. Such a construction and accommodation of the ignition device is therefore generally only possible if the ignition device itself does not heat up additionally during operation, ie. H. if there are no significant power losses in it. Of course, the power loss of the ignition circuit for the thyristor is also important for the total power loss of an ignition device of compact design. In known thyristor circuit arrangements, the power loss is usually not negligibly low, so that their use in ignition devices leads to unsatisfactory results.
Especially with mechanical control transmitter switches operated in rapid succession, e.g. B. with mechanical breakers, the movable contact does not stay in the open position immediately after opening, but bounces back one or more times on the fixed contact.
This fluttering of the movable contact can lead to misfiring of the thyristor, and measures must be taken to make these rebound effects ineffective. Similar phenomena can also occur with contactless control units.
The object of the invention is to create a thyristor circuit arrangement for switching a load on and off, which has a negligibly low power loss in the ignition circuit with a simple structure and economical production, and in which thyristor misfires caused by rebound effects can be avoided without additional effort .
The thyristor circuit arrangement according to the invention is characterized in that the ignition circuit contains an ignition capacitor, which is connected to the control electrode of the thyristor in order to ignite it by a charging current surge, and that the ignition capacitor is connected to an electronic switch connected to an auxiliary control circuit for charging a charging voltage source and can be connected to a discharge circuit for discharging, the auxiliary control circuit and the discharge circuit being controlled by the control transmitter switch in order to switch on the electronic switch when the discharge circuit is interrupted when it is switched from the first to the second switching state and in the first switching state to close the discharge circuit.
The electronic switch can preferably be a thyristor, the auxiliary control circuit then being designed as an auxiliary ignition circuit for the control thyristor.
In contrast to the above-mentioned known circuit arrangements, the circuit arrangement according to the invention does not contain any inductance-exhibiting windings as components, and the power loss of the ignition circuit is essentially limited to the power loss of the electronic switch or the control thyristor, which is, however, limited by appropriate dimensioning of the charging and Discharge circuit for the ignition capacitor can be kept so low that it is no longer sufficient for additional heating of the circuit arrangement.
By choosing a suitable resistance value for the discharge circuit, the discharge time of the ignition capacitor can be extended to a period of time in which the rebound effects occurring at the control transmitter switch are ineffective, so that the ignition capacitor can only be charged sufficiently to generate an ignition pulse for the thyristor if the control transmitter switch is finally switched to the second switching state without fluttering.
A direct current source can be provided for operating the control thyristor, and a conventional voltage divider with two resistors connected to the direct current source and connected in parallel to the control thyristor can be used as an auxiliary ignition circuit for the control thyristor, with the control electrode of the control thyristor on the center tap of the voltage divider is connected.
To further simplify the circuit arrangement, the voltage divider of the auxiliary ignition circuit, consisting of the two series-connected resistors, can also be used as a discharge circuit for the ignition capacitor by connecting the positive pole of the direct current source to the voltage divider via a diode connected in the forward direction and this via the control transmitter -Switch is connected to the negative pole of the direct current source and the control electrode of the control thyristor with its cathode-connecting resistor of the voltage divider, a diode is connected in parallel in the reverse direction, so that in the first switch position of the control switch, the discharge circuit for the ignition capacitor is closed and in the second switch position of the same interrupted the discharge circuit and the auxiliary ignition circuit for the control thyristor is excited.
The charging voltage source for the ignition capacitor can consist of a charging capacitor with a charging circuit controlled by the control transmitter switch, whereby in the first switching state of the control transmitter switch the charging capacitor is charged by an auxiliary voltage source via the charging circuit and when the control transmitter is switched to the second switching state Switch is discharged into the ignition capacitor.
The thyristor circuit arrangement according to the invention can be used with particular advantage to generate ignition sparks for an internal combustion engine, in particular in a circuit arrangement in which a storage capacitor, a charging transformer for charging the storage capacitor and an ignition transformer are provided and the thyristor circuit arrangement is used to discharge the storage capacitor controls through the primary winding of the ignition transformer and in which there is a transistorized control circuit with a feedback element to control the current flow through the primary winding of the charging transformer and via this the respective charging of the storage capacitor.
In such an arrangement, the charging voltage source for the ignition capacitor of the thyristor circuit arrangement can be a capacitor, one electrode of which is connected to ground and the other electrode of which is connected to the electronic switch and connected to the primary winding of the charging transformer, with the electronic switch switched off the capacitor forming the charging voltage source is charged through the primary winding of the charging transformer and, when the electronic switch is switched on, the ignition capacitor is charged by the capacitor forming the charging voltage source.
The invention will now be explained in detail with reference to an exemplary embodiment used to generate ignition sparks for an internal combustion engine.
The only figure of the drawing represents a circuit diagram of an ignition device containing the thyristor circuit arrangement according to the invention, the circuit diagram showing only the spark gap of a single cylinder and a mechanical breaker driven synchronously with the motor shaft as an interrupter switch for better clarity.
The ignition device shown in the drawing contains a first circuit part SA, which is used to actually generate the ignition sparks and, in addition to an ignition transformer 7 and a storage capacitor C3, contains a charging transformer 1, the iron core of which carries a primary winding la and a secondary winding lb, and which in the circuit as inductive storage is used.
One end of the primary winding 7a of the ignition transformer 7 bridged by a diode D4 is connected to one end of the secondary winding 1b of the charging transformer 1 via the storage capacitor C3 and a charging diode D5, while the primary winding 7a of the ignition transformer 7 and the secondary winding are at the other end lb of the charging transformer 1 to ground. One end of the primary winding la of the charging transformer list is connected via an ignition switch Z to the positive pole of a direct current source Bt, the vehicle battery, and also connected to the third circuit part SC, the thyristor circuit arrangement.
The other end of the primary winding 1 a of the charging transformer 1 leads to a second circuit part SB which is used to control the flow of current through the primary winding 1 a and contains a transistor T and a feedback element 2. In the illustrated embodiment, the feedback element 2 has a main winding 2a and a first and second control winding 2b and 2c, respectively. The primary winding la is connected to the collector-emitter path of the transistor T and the main winding 2a in series with the poles of the direct current source Bt. A current surge through the second control winding 2c of the feedback element 2 has the effect that the transistor T becomes conductive and current begins to flow through the primary winding 1 a of the charging transformer 1. When a certain current is reached, the transistor T should block.
Circuit arrangements for this are known and therefore do not need to be explained in detail, since they also do not relate to the invention. After the current flow through the primary winding la is interrupted, the magnetic field of the charging transformer collapses, and voltages are induced in both the primary winding la and in the secondary winding lb of the same. As mentioned, the secondary winding 1b charges the storage capacitor C3. To discharge the storage capacitor C3, a thyristor circuit arrangement with the thyristor 6 and an ignition circuit is provided, which forms the third circuit part SC of the ignition device.
The ignition circuit SC shown contains an ignition capacitor C2, one electrode of which is connected to ground via a resistor R7 and is connected to the control electrode G6 of the thyristor 6 via a connection terminal 11 by a conductor 10. A Zener diode ZD is connected in parallel to the resistor R7 for voltage stabilization. The other electrode of the ignition capacitor C2 is connected to the cathode of a control thyristor 5 via a charging resistor R3. The anode of the control thyristor 5 is connected via the second control winding 2c of the feedback element 2 both to one electrode of a capacitor C and via a diode Dss, the primary winding la of the charging transformer 1 and the ignition switch Z to the positive pole of the direct current source Bt.
The other electrode of the capacitor Cl is connected to ground. The capacitor C, together with the diode D and the primary winding la of the charging transformer 1, which is an inductive storage device, forms the charging voltage source for the ignition capacitor C2, as will be explained in more detail.
The positive pole of the direct current source Bt is also connected to the cathode of the control thyristor 5 via the ignition switch Z, a current limiting resistor R ;, a forward-connected diode D3 and two series-connected resistors R4 and R8 forming a voltage divider. This circuit part forms the auxiliary ignition circuit for the control thyristor, the control electrode of which is connected to the center tap of the voltage divider.
To stabilize the ignition voltage for the control thyristor 5 and the operating voltage for the ignition device, the connection point between the ignition switch Z and the current limiting resistor R5 and the connection point between the current limiting resistor R5 and diode D3 are connected to ground via a Zener diode ZD3 and ZD2 and a grounding conductor 9. The negative pole of the direct current source Bt is connected to ground and is connected to the movable contact 3b of the mechanical interrupter used here as the control transmitter switch U. The fixed contact 3a of the breaker is connected via a diode D6 to the connection point of diode D3 and voltage divider R4, R8.
A diode D2 is connected in parallel to the resistor R8 of the voltage divider connecting the control electrode G5 of the control thyristor 5 to its cathode.
When the breaker contacts 3a, 3b are closed, a discharge circuit consisting of the resistor R2, the diode D2 and the resistor R4 as well as the diode D6 and the breaker contacts 3a, 3b is formed for the ignition capacitor C2.
If the ignition switch Z is closed with the capacitor C charged and the interrupter contacts 3a, 3b open, the ignition capacitor C2 begins to charge via the current limiting resistor R5, the diode D3 and the resistors R4, R8 of the voltage divider and the resistor R2, whereby as a result of the current flow through the voltage divider of the control thyristor 5 connected in parallel to the control thyristor 5 becomes conductive and the capacitor C, which is at a higher voltage, as will be explained, the ignition capacitor C2 via the second control winding 2c of the feedback element 2, the ignited control thyristor 5 and the resistor R, fully charges.
The strong current pulse charging the ignition capacitor C2 generates an ignition pulse for the thyristor 6 via the resistor R7, so that the thyristor ignites and the storage capacitor C3 is discharged through the primary winding 7a of the ignition transformer 7 and an ignition spark is generated via the secondary winding 7b of the same.
At the same time, the current flow through the second control winding of the feedback element 2 induces a voltage in the first control winding 2b thereof, which opens the transistor T so that current begins to flow through the primary winding la of the charging transformer.
At a certain amperage, the transistor T blocks again, so that the magnetic field of the charging transformer 1 collapses and the voltage induced in its primary winding la causes the capacitor C to be charged via the diode D1, since the control thyristor is charged beforehand with the charging of the ignition capacitor C2 5 had been blocked again.
The ratio of the turns of the primary and secondary windings of the charging transformer is selected so that the storage capacitor C3 charges to approx. 370 volts and the capacitor C to approx. 40 volts.
This voltage at the capacitor C is sufficient to also charge the ignition capacitor C2 to approx. 30 volts, so that the open interrupter contacts 3a, 3b have a sufficiently high voltage to prevent false connections when the contacts are closed.
When the interrupter contacts 3a, 3b close, the ignition capacitor C2 discharges on the one hand through the resistor R7 and on the other hand through the resistor R2, the diode D2 and the resistor R4 as well as the diode D ,, whereby the direct current source Bt is short-circuited through the current limiting resistor R5, but because of the level of the current limiting resistor only a very small current flows.
The ignition pulse for the thyristor 6 of the circuit arrangement is, as described, generated by the charging current of the ignition capacitor C2. So that a voltage drop pulse sufficient to ignite the thyristor 6 can arise at the resistor R7, the capacitor C2 must have a certain free charge capacity before the charging process. If the ignition capacitor C2 has not discharged to a corresponding extent when the control thyristor 5 is ignited, the voltage drop pulse at the resistor R7 is not sufficient to ignite the control thyristor 5.
In order to prevent misfires caused by the interrupter contacts 3a, 3b rebounding, the resistors R7 and R2, R4 are dimensioned in such a way that an ignition process can only take effect when the interrupter contacts have been closed for a certain time, so that the ignition capacitor C is discharged sufficiently could.
If the breaker contacts 3a, 3b open again, the process just described is repeated again.
The Zener diode ZD2 prevents misfires that would occur with voltage fluctuations.
The diode Db prevents misfires that would occur as a result of static charges caused by interference fields.
The thyristor circuit arrangement described above using an ignition device for switching a load on and off is also very useful for other purposes, with circuit differences essentially being limited to the design of the control transmitter switch and the charging voltage source for the ignition capacitor.
The thyristor circuit arrangement is simple in construction and its power loss during operation is so low. that there is practically no self-heating of the semiconductor components.