CH671857A5

CH671857A5 -

Info

Publication number: CH671857A5
Application number: CH3695/86A
Authority: CH
Inventors: Fumio Mizohata; Takao Kawabata
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-10-16
Filing date: 1986-09-15
Publication date: 1989-09-29
Also published as: CA1253928A; CN86101110A; KR870004554A; US4710696A; JPS6292767A; CN1004462B; DE3622435C2; DE3622435A1

Description

BESCHREIBUNG Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Steuerung eines steuerbaren elektrischen Ventils mit drei Anschlüssen, das zwischen positive und negative Leitungen geschaltet ist. Insbesondere kann ein solches steuerbares Ventil ein Stromrichterventil oder ein Transistor sein.

Fig. 9 ist ein Blockdiagramm, wie es im Mitsubishi-Halbleiterdatenbuch von 1984 auf den Seiten 6 bis 7 angegeben ist, das eine Steuervorrichtung für ein steuerbares elektrisches Ventil mit drei Anschlüssen nach dem Stand der Technik darstellt. In der Zeichnung bezeichnen die Bezugsziffern 21 einen Leistungstransformator, 22 eine aus einer Diodenbrücke aufgebaute Gleichrichterschaltung, 23 und 24 Glättungskondensatoren, 25 eine Ansteuerschaltung und 26 einen Transistor als das steuerbare elektrische Ventil mit drei Anschlüssen.

Der Transformator 21 weist eine mit einer herkömmlichen Leistungsquelle (nicht gezeigt) verbundene Primärwicklung und eine Sekundärwicklung auf, die mit der Gleichrichterschaltung 22 verbunden ist. Ein Ausgangsstrom der Sekundärwicklung

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wird von der Gleichrichterschaltung 22 gleichgerichtet, mittels der Kondensatoren 23, 24 geglättet und anschliessend der Ansteuerschaltung 25 zugeführt. Die Ansteuerschaltung 25 liefert an die Basiselektrode des Transistors 26 ein Signal für seine An-steuerung, während an sie von aussen ein EIN-Signal angelegt wird.

Ein ernsthaftes Problem bei der Steuervorrichtung mit dem obengenannten Aufbau liegt darin, dass ein relativ grosser Transformator 21 und Gleichrichterschaltkreis 22 erforderlich sind, um die Ansteuerschaltung 25 mit dem notwendigen Strom für ihren Betrieb zu versorgen. Um einen stabilen Betrieb des Transistors 26 sicherzustellen, der unter einer hohen Spannung arbeitet, muss der Transistor 26 daneben unter Handhabung hoher Spannungen von dem Transformator 21 isoliert sein. Ein weiteres Problem ist die Gefahr von Stossspannungen, die aufgrund des Schaltens des steuerbaren elektrischen Ventils 26 erzeugt werden, so dass sie sich über die Schaltung des obengenannten Transformators oder ähnliche in andere Steuervorrichtungen als Rauschen einblenden. Es wurde zwar vorgeschlagen, eine Dämpfungsvorrichtung vorzusehen, um mit der Erzeugung von Stossspannungen fertigzuwerden; daraus folgt jedoch das weitere Problem, dass der elektrische Leistungsverlust entsprechend ansteigt.

Die grundliegende Aufgabe der Erfindung ist darin zu sehen, eine Steuervorrichtung für ein elektrisches Ventil anzugeben, mit der die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile zumindest teilweise überwunden werden. Insbesondere soll eine Steuervorrichtung für die Leistungsversorgung eines elektrischen Ventils mit drei Anschlüssen angegeben werden, die keine besondere Anordnung für einen Überspannungsschutz des steuerbaren elektrischen Ventils erfordert und mit einem einfachen Aufbau und geringer Grösse bei niedrigen Kosten geschaffen werden kann.

Die erfindungsgemässe Steuervorrichtung für die Leistungsversorgung eines elektrischen Ventils mit drei Anschlüssen, das zwischen positiven und negativen, einen Gleichstrom für das steuerbare elektrische Ventil liefernden Leitungen anzuschlies-sen ist, weist einen Kondensator, der während der AUS-Periode des steuerbaren elektrischen Ventils mit elektrischer Energie geladen wird und die elektrische Energie während der EIN-Peri-ode entlädt, sowie eine Ansteuerschaltung auf, die auf eine von aussen kommende Steuereingabe anspricht und das steuerbare elektrische Ventil mit einem Steuerstrom versorgt, der über einen Transformator aus der von dem Kondensator entladenen elektrischen Energie erzeugt wird.

Im einzelnen wird der Kondensator während der AUS-Periode des steuerbaren elektrischen Ventils geladen und gibt die elektrische Energie während der EIN-Periode über den Transformator ab, um an die Ansteuerschaltung einen elektrischen Strom zu liefern, so dass die Ansteuerschaltung unter Verwendung dieses Stroms als ihrer Energie und in Antwort auf eine Steuereingabe von aussen das steuerbare elektrische Ventil ansteuert.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemässen Steuervorrichtung für ein elektrisches Ventil mit drei Anschlüssen;

Fig. 2 ein Wellenformdiagramm, in dem verschiedene Wellenformen der Vorrichtung nach Fig. 1 dargestellt sind;

Fig. 3 bis 8 Schaltbilder verschiedener erfindungsgemässer Steuervorrichtungen; und

Fig. 9 ein Schaltbild einer Steuervorrichtung nach dem Stand der Technik.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein erster Kondensator 1 mit einer Diode 2 für die Rückwärtsstromsperrung in Serie geschaltet, und diese Serienschaltung ist zwischen positive und negative Leitungen für ein steuerbares elektrisches

Ventil 4 mit drei Anschlüssen (im folgenden kurz als «elektrisches Ventil» bezeichnet) geschaltet. Bezugsziffer 3 bezeichnet einen Transformator mit einer Primärwicklung, die zwischen einer Verbindung der Diode 2 mit dem ersten Kondensator 1 und der Anodenleitung angeschlossen ist, und mit einer Sekundärwicklung, die an ihrem einen Ende direkt mit der Kathodenleitung und an ihrem anderen Ende über eine Diode 5 und einen zweiten Kondensator 6 mit der positiven Leitung verbunden ist. Mit Bezugsziffer 7 ist eine Ansteuerschaltung dargestellt, die an ihrem Eingangsanschluss mit einer Verbindung der Diode 5 und des zweiten Kondensators 6 und an ihrem Ausgangsanschluss mit der Basiselektrode des Transistors als dem elektrischen Ventil 4 verbunden ist. Die Ansteuerschaltung 7 ist so ausgelegt, dass sie von einer (nicht gezeigten) externen Schaltung, die beispielsweise durch einen Fotokoppler isoliert ist, mit einem EIN/AUS-Signal als einem Steuersignal versorgt wird.

Unter Bezugnahme auf die Wellenformdiagramme nach Fig. 2 wird der Betrieb der obenbeschriebenen Steuervorrichtung erläutert.

Unter der Annahme, dass sich das elektrische Ventil 4 in seinem AUS-Zustand befindet, wird der erste Kondensator 1 von dem Zeitpunkt an, zu dem das Ventil 4 ausgeschaltet wird, aufgrund der zwischen den positiven und negativen Leitungen anliegenden Spannung (in Fig. 2a dargestellt) über die Diode 2 elektrisch geladen. Der erste Kondensator 1 dient auch dazu, die Stossspannungen zu absorbieren, die beim Ausschalten des elektrischen Ventils 4 erzeugt werden. Die elektrische Ladung wird von dem ersten Kondensator 1 durch die Primärwicklung des Transformators 3 und das elektrische Ventil 4 beim Einschalten des elektrischen Ventils 4 in Antwort auf ein in die Ansteuerschaltung 7 eingegebenes EIN-Signal abgeführt. Der Ent-ladestrom induziert einen Strom in der Sekundärwicklung des Transformators 3. Dieser Sekundärstrom wird dazu verwendet, den zweiten Kondensator 6 über die Diode 5 zu laden, und wird auch der Ansteuerschaltung 7 zugeführt. Die Ansteuerschaltung 7 erbringt die EIN/AUS-Steuerung des elektrischen Ventils 4, wobei der genannte Strom für ihre Energieversorgung verwendet wird. Damit ist die Schaltung so ausgelegt, dass die während der AUS-Periode des elektrischen Ventils 4 im ersten Kondensator 1 geladene elektrische Energie dazu verwendet wird, der Ansteuerschaltung 7 zu ermöglichen, die EIN/AUS-Steuerung des elektrischen Ventils 4 durchzuführen.

In den Diagrammen nach den Fig. 2a bis 2d sind Span-nungs- und Stromwellenformen an einzelnen Punkten der Schaltung nach Fig. 1 dargestellt. Fig. 2a zeigt die Wellenform der Spannung zwischen den positiven und negativen Leitungen, Fig. 2b die des Ladestroms zum ersten Kondensator 1 und Fig. 2c die der Spannung zwischen den Anschlüssen des zweiten Kondensators 6. Wie aus den Wellenformdiagrammen hervorgeht, steigt die Anschlussspannung des zweiten Kondensators 6 aufgrund des Entladestroms vom ersten Kondensator 1 zu dem Zeitpunkt geringfügig an, zu dem das elektrische Ventil eingeschaltet wird, und fällt dann allmählich ab, wenn die elektrische Energie dem elektrischen Ventil 4 zugeführt wird.

Fig. 3 zeigt ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung. Danach ist ein Arm, in dem der erste Kondensator und die Primärwicklung des Transformators 3 in Serie geschaltet sind, zwischen den positiven und negativen Leitungen angeschlossen, wodurch ohne hochgradige Isolationseinrichtung zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung des Transformators 3 dieselben Funktionen und Effekte wie im obenbeschriebenen Ausführungsbeispiel erzielt werden.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, ist eine Diode 2 über die Primärwicklung 3a des Transformators 3 nach Fig. 3 geschaltet. Da in diesem Ausführungsbeispiel ein Ende sowohl der Primär- als auch der Sekundärwicklung des Transformators 3 mit der negativen Leitung verbunden sind, kann auf eine hochgradige Isolationseinrich5

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tung dazwischen verzichtet werden. Derselbe Vorteil lässt sich erzielen, wenn für den Transformator 3 ein Autotransformator oder Spartransformator verwendet wird.

Die Schaltung nach Fig. 5 hat denselben Aufbau wie die nach Fig. 4, mit der Ausnahme, dass ein hoher Widerstand 8 zwischen ein Ende des Kondensators 6 und die Anodenleitung geschaltet ist. Der zweite Kondensator 6 wird durch einen Strom geladen, der über den hohen Widerstand 8 zugeführt wird. Eine Spannungsbegrenzungseinrichtung, beispielsweise ein Widerstand oder eine Zener-Diode, ist zum zweiten Kondensator 6 parallel geschaltet, wodurch an die Ansteuerschaltung 7 eine notwendige Spannung angelegt wird.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel, in dem von der Ansteuerschaltung 7 von der Leistungsquelle sowohl positive als auch negative Spannungen benötigt werden. Die mit Bezugsziffer 3b bezeichnete Sekundärwicklung des Transformators 3 ist aus zwei Abschnitten aufgebaut, die miteinander an einem Mittelabgriff verbunden sind. Der Abschnitt auf der negativen Seite ist mit einer Diode 5a und einem zweiten Kondensator 6a verbunden.

Die in Fig. 7 gezeigte Schaltung ist mit einer Einrichtung für die Begrenzung des Entladestroms vom ersten Kondensator 1 versehen. Das heisst, ein Widerstand 10 ist zwischen die Diode 2 und die Primärwicklung geschaltet. Falls der Transformator 3 so ausgelegt ist, dass er eine durch das Produkt der Spannung und Zeit definierte elektrische Charakteristik hat und auf den für die Ansteuerschaltung erforderlichen Minimalwert eingestellt ist, kann das Fliessen eines grossen Stroms über dem Sollwert zum zweiten Kondensator 6 verhindert werden, wenn die Anschlussspannung des zweiten Kondensators 6 aufgrund seines Entladens niedrig ist. Die Wellenform des Entladestroms des ersten Kondensators 1 ist in Fig. 2d angegeben.

Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, in dem eine

Einrichtung für die Stabilisierung der an die Ansteuerschaltung 7 anzulegenden Spannung vorgesehen ist. Die Spannungsstabili-sierungsschaltung weist folgende Elemente auf: einen Vergleicher 12, einen Transistor 13, dessen Basis mit dem Ausgangsen-s de des Vergleichers 12 verbunden ist, und einen Widerstand 14, der zwischen die Kollektorelektrode des Transistors 13 und den Eingangsanschluss der Ansteuerschaltung 7 geschaltet ist, wobei der Emitter des Transistors 13 mit der negativen Leitung verbunden ist. Ein Eingangsanschluss des Vergleichers 12 ist mit io der Verbindung der Diode 5 und des Kondensators 6 verbunden, d.h. dem Eingangsanschluss der Ansteuerschaltung 7, der andere Eingangsanschluss ist mit einer Referenzspannungsversorgung 11 verbunden. Wenn in der beschriebenen Anordnung die Sekundärspannung des Transformators 3 die Referenzspan-15 nung übersteigt, wird der Widerstand 14 parallel zur Sekundärschaltung eingefügt, und die Eingangsspannung der Ansteuerschaltung 7 dadurch stabilisiert. Ein Widerstand mit einem im voraus berechneten Wert kann am Eingangsende der Ansteuerschaltung 7 angeschlossen werden, um die Eingangsspannung 20 zu stabilisieren.

In der obenbeschriebenen erfindungsgemässen Steuervorrichtung wird die für den Betrieb der Ansteuer- oder Treiberschaltung erforderliche elektrische Leistung von dem Kondensator zugeführt, der von der Hauptleistungsquelle für das steuer-25 bare elektrische Ventil mit drei Anschlüssen während der AUS-Periode des elektrischen Ventils mit Energie geladen wird. Es besteht daher keine Notwendigkeit, die Energie für die Ansteuerschaltung von aussen zuzuführen, so dass das Problem der Isolierung der Leistungsversorgungsschaltung gelöst ist. Dane-30 ben kann die durch das Schalten des steuerbaren elektrischen Ventils hervorgerufene Stossspannung nicht über die Leistungsversorgungsschaltung auf andere Steuerschaltungen übertragen werden.

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3 Blätter Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung für die Steuerung eines steuerbaren elektrischen Ventils (4) mit drei Anschlüssen, das zwischen positive und negative Leitungen geschaltet ist, gekennzeichnet durch

— eine Ansteuerschaltung (7) für die Zuführung eines An-steuersignals zu einem Steueranschluss des elektrischen Ventils (4) in Antwort auf ein externes EIN-Signal; und

— eine Einrichtung für die Zuführung eines elektrischen Stroms zu der Ansteuerschaltung (7), der für deren Betrieb notwendig ist, wobei von einem von den positiven und negativen Leitungen gelieferten elektrischen Strom Gebrauch gemacht wird, mit

(a) einem Transformator (3) mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung, wobei ein Ende der Sekundärwicklung mit der negativen Leitung verbunden ist;

(b) einem zwischen die positiven und negativen Leitungen geschalteten ersten Kondensator (1) für die Speicherung elektrischer Ladung, während sich das elektrische Ventil (4) in einem nicht-leitenden Zustand befindet, und für die Abführung seines Entladestroms durch die Primärwicklung des Transformators (3), wenn das elektrische Ventil (4) in einen leitenden Zustand gebracht ist; und

(c) einem zweiten Kondensator (6) mit einem mit dem einen Ende der Sekundärwicklung des Transformators (3) verbundenen Ende für die Ladung mit einem in der Sekundärwicklung induzierten elektrischen Strom;

wobei der Eingangsanschluss der Ansteuerschaltung (7) mit einer Verbindung der Sekundärwicklung des Transformators (3) und des zweiten Kondensators (6) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Diode (5), die zwischen ein Ende der Sekundärwicklung und den zweiten Kondensator (6) geschaltet ist, wobei eine Verbindung dieser Diode (5) und des zweiten Kondensators (6) mit dem Eingangsanschluss der Ansteuerschaltung (7) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Diode (2), die zwischen einen Anschluss des ersten Kondensators (1) und die positive Leitung geschaltet ist, wobei ein Ende der Primärwicklung des Transformators (3) mit einer Verbindung des ersten Kondensators (1) und dieser Diode (2), und das andere Ende mit der positiven Leitung verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass ein Ende der Primärwicklung mit der positiven Leitung, und das andere Ende über den ersten Kondensator (1) mit der negativen Leitung verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Diode (2), die zwischen eine Verbindung der Primärwicklung und des ersten Kondensators (1) und die positive Leitung geschaltet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kondensator (1) zwischen ein Ende der Primärwicklung und die positive Leitung geschaltet ist, und dass das andere Ende der Primärwicklung mit der negativen Leitung verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Diode (2), die zur Primärwicklung parallel geschaltet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Spannungsbegrenzungseinrichtung (9), die zu dem zweiten Kondensator (6) parallel geschaltet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsbegrenzungseinrichtung (9) ein Widerstand oder eine Zener-Diode ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch einen Spannungsbegrenzungswiderstand (10), der zwischen den ersten Kondensator (1) und ein Ende der Primärwicklung geschaltet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (11-14) für die Einstellung der an die Ansteuerschaltung (7) angelegten Spannung.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die die Spannung einstellende Einrichtung einen Vergleicher (12), der eine Ausgabe liefert, wenn die Spannung am Eingangsanschluss der Ansteuerschaltung (7) höher als eine Bezugsspannung ist, und eine schaltende Einrichtung (13) aufweist, durch deren Betrieb ein vorgegebener Widerstand nur dann zwischen den Eingangsanschluss der Ansteuerschaltung (7) und die negative Leitung geschaltet ist, wenn die Ausgabe am Ausgang des Vergleichers (12) anliegt.
13. Vorrichtung für die Steuerung eines steuerbaren elektrischen Ventils (4) mit drei Anschlüssen, das zwischen positive und negative Leitungen geschaltet ist, gekennzeichnet durch

— eine Ansteuerschaltung (7) für die Zuführung eines An-steuersignals zu einem Steueranschluss des elektrischen Ventils (4) in Antwort auf ein externes EIN-Signal; und

— eine Einrichtung für die Zuführung eines elektrischen Stroms zu der Spannungsbegrenzung (7), der für deren Betrieb notwendig ist, wobei von einem von den positiven und negativen Leitungen gelieferten elektrischen Strom Gebrauch gemacht wird, mit

(a) einem Transformator (3) mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung (3b), die mit einem Mittelabgriff versehen ist, wobei ein Ende der Primärwicklung und der Mittelabgriff der Sekundärwicklung (3b) mit der negativen Leitung verbunden sind;

(b) einem ersten Kondensator (1) zwischen dem anderen Ende der Primärwicklung und der positiven Leitung für die Speicherung elektrischer Ladung, während sich das elektrische Ventil (4) in einem nichtleitenden Zustand befindet, und für die Abführung seines Entladestroms durch die Primärwicklung des Transformators (3), wenn das elektrische Ventil (4) in einen leitenden Zustand gebracht ist; und

(c) zweite Kondensatoren (6, 6a), die zwischen den Mittelabgriff und jeweils eines der beiden Enden der Sekundärwicklung (3b) geschaltet sind, so dass sie mit einem in der Sekundärwicklung (3b) induzierten elektrischen Strom geladen werden;

wobei die beiden Enden der Sekundärwicklung (3b) mit einem positiven bzw. einem negativen Eingangsanschluss der Ansteuerschaltung (7) verbunden sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Dioden (5, 5a), die jeweils zwischen beide Enden der Sekundärwicklung (3b) und die zweiten Kondensatoren (6, 6a) geschaltet sind.