DD217095A1

DD217095A1 - TOGGLE CONTROL WITH TRIGGER BEHAVIOR

Info

Publication number: DD217095A1
Application number: DD25338783A
Authority: DD
Inventors: Helmut Auerbach
Original assignee: Robotron Zft Veb
Priority date: 1983-07-26
Filing date: 1983-07-26
Publication date: 1985-01-02

Abstract

ZUENDSTUFE MIT TRIGGERVERHALTEN FUER THYRISTOREN UND TRIACS, WIE SIE FUER STEUERUNGS- BZW. REGELZWECKE IN DER LEISTUNGSELEKTRONIK EINGESETZT WERDEN. ZIEL IST ES, EINE VERLUSTARM ARBEITENDE ZUENDSTUFE ZU ENTWICKELN, DIE KEINE SEPARATE HILFSSPANNUNG BENOETIGT. AUFGABE IST ES, DIE ZUENDSTUFE SO AUSZUGESTALTEN, DASS SIE TRIGGERVERHALTEN ZEIGT, WODURCH SIE DURCH EIN ANALOGSIGNAL ANGESTEUERT WERDEN KANN. GELOEST WIRD DIE AUFGABE DURCH DEN EINSATZ EINER KOMPLEMENTAEREN TRANSISTORSTUFE, WELCHE SO ANGESTEUERT WIRD, DASS SIE BIS ZUM ZUENDZEITPUNKT GESPERRT BLEIBT. DIE AUF EINEM KONDENSATOR PARALLEL ZU EINER Z-DIODE GESPEICHERTE LADUNG BLEIBT BIS ZUM ZUENDZEITPUNKT ERHALTEN, DAHER BRAUCHT DER VORWIDERSTAND DER Z-DIODE DEN KONDENSATOR NUR AUFZULADEN UND KANN DESHALB HOCHOHMIG AUSGEFUEHRT WERDEN.FUTURE LEVEL WITH TRIGGER BEHAVIOR FOR THYRISTORS AND TRIACS, AS USED FOR CONTROL PANELS. REGULAR PURPOSES IN POWER ELECTRONICS ARE USED. THE OBJECTIVE IS TO DEVELOP A LOSS OF WORKING END LEVEL THAT DOES NOT REQUIRE SEPARATE AUXILIARY VOLTAGE. THE TASK IS TO DEFINE THE FUTURE LEVEL SO THAT IT SHOWS TRIGGER BEHAVIOR THAT MAY THROUGH AN ANALOG SIGNAL. THE TASK IS ENABLED THROUGH THE USE OF A COMPLEMENTARY TRANSISTOR STAGE, WHICH IS TAKEN INTO ACCOUNT THAT IT REMAINS LOCKED UNTIL THE TIME OF END. THE CHARGE STORED ON A CONDENSER PARALLEL TO A Z-DIODE REMAINS UNTIL THE TIME OF DELIVERY, THEREFORE THE PRECONDUCTOR OF THE Z-DIODE NEEDS ONLY TO LOAD THE CONDENSER AND CAN THEREFORE BE EXECUTED HIGH-QUIETLY.

Description

Titel der ErfindungTitle of the invention

Zündschaltung mit TriggerverhaltenIgnition circuit with trigger behavior

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Zündschaltung für Thyristoren und Triacs, wobei diese Schaltung Triggerverhalten zeigt.The invention relates to an ignition circuit for thyristors and triacs, this circuit shows trigger behavior.

ν Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Bei der Konzipierung der Zündschaltung für Thyristoren und Triacs in leistungselektronischen Einrichtungen wird in hoheai Maße über die erforderliche Leistung der Stromversorgung, die Störsicherheit, den Materialbedarf usw. mit entschieden. So ist beispielsweise eine Zündschaltung für Thyristoren (DO-WP 147 895) bekannt geworden, die mit einem Optokoppler arbeitet, der die Steuerlogik von der _xLeistungselektronik trennt. Hier wird über einen Vorwiderstand und eine Z-Dio^le eine Versongungsspannung für die Zündeinrichtung erzeugt. Solange der den Thyristor aufsteuernde Transistor leitend ist, bleibt der Thyristor sicher gesperrt. In diesem Zustand ist die Steuerstrecke des Optokopplers stromlos. Fließt in der. Diodenstrecke des Optokopplers ein Strom, wird dieser Transistor gesperrt, der Thyristor erhält Zündstrora und schaltet ein. Nachteilig ist hier, daß der Zündstrom mit dem Einschalten des'Thyristors abgeschaltet wird. Das kann insbesondere bei der Steuerung induktiver Verbraucher Probleme bereiten,ν Characteristics of the known technical solutions When designing the firing circuit for thyristors and triacs in power electronic devices, hoheai decides on the required power of the power supply, the immunity to interference, the material requirements, etc. For example, an ignition circuit for thyristors (DO-WP 147 895) has become known, which operates with an optocoupler, which separates the control logic of the _x power electronics. Here, a supply voltage for the ignition device is generated via a series resistor and a Z-diode. As long as the thyristor aufsteuernde transistor is conductive, the thyristor remains securely locked. In this state, the control path of the optocoupler is de-energized. Flows in the. Diode section of the optocoupler a current, this transistor is locked, the thyristor receives ignition and turns on. The disadvantage here is that the ignition is switched off with the turn of the thyristor. This can cause problems especially in the control of inductive consumers,

η ηη η

α η 6 η ... A (\ a O ί\ α η 6 η ... A (\ a O ί \

Ein Speicherkondensator parallel zur Z-Oiode kann diesen Nachteil abschwächen. Nachteilig ist ferner die am Vorwiderstand umgesetzte Verlustleistung im Blockierzustand des Thyristors. Die Größe des Zündstromes wird durch die Kollektorwiderstände und den Vorwiderstand bestimmt. Um ausreichende Zündströrae zu erreichen, müssen diese Widerstände relativ niederohraig ausgeführt werden, es liegt aber über diesen Widerständen eine hohe Spannung, was zu der hohen Verlustleistung führt. Die eingesetzten Transistoren brauchen zwar nur Niedervolttransistoren zu sein. Durch die Widerstände fließt aber bis zum Zündzeitpunkt ständig ein Strom. Erfolgt das Zünden sehr spät ioi »90° el= 180° el), wird in den Widerständen die hohe Verlustleistung verbraucht. Die geforderten statischen Zündströme mittlerer Thyristoren bzw. Triacs liegen bei ca. 80 ... 100 inA. Selbst wenn nur ein Zündbereich von 30° el bis 150°·el bei Betrieb an Netzspannung angenommen wird, ergibt sich eine Verlustleistung von ca, 15 Watt bzw. 30 Watt bei der Thyristor- bzw. bei der Triacschaltung. Der eventuell parallelgeschaltete Kondensator' kann diesen Nachteil nur abschwächen, da der bis zum Zündzeitpunkt leitende Transistor diesen Kondensator ständig teilweise entlädt.A storage capacitor parallel to the Z-Oiode can mitigate this disadvantage. Another disadvantage is the power loss at the series resistance in the blocking state of the thyristor. The size of the ignition current is determined by the collector resistors and the series resistor. In order to achieve sufficient Zündströrae, these resistors must be made relatively niederohraig, but there is a high voltage across these resistors, resulting in high power dissipation. Although the transistors used need only be low-voltage transistors. Through the resistors but flows until the ignition constantly a current. Carried igniting very late ioi "90 ° el = 180 ° el) is in the resistors consumes the high power dissipation. The required static ignition currents of medium thyristors or triacs are approx. 80 ... 100 inA. Even if only an ignition range of 30 ° el to 150 ° · el is assumed when operating at mains voltage, this results in a power loss of approx. 15 watts or 30 watts for the thyristor or triac circuit. The possibly parallel-connected capacitor 'can only mitigate this disadvantage, since the conductive until the ignition transistor continuously discharges this capacitor partially.

Aus dem Gesagten ergibt sich, daß wegen.der hohen Verlustleistung in den Widerständen diese Schaltung für den kommerziellen Bereich keine akzeptable Lösung darstellt. Angewendet werden kann sie nur dort, wo der exemplarbe- > dingte Zündstrom unter dem vom Hersteller angegebenen bzw geforderten Wert liegt, was bei einer relativ großen Zahl von Einzelexemplaren der Fall sein kann. In diesem Fall lassen sich die Werte der Widerstände vergrößern. Eine solche Vorgehensweise verbietet sich aber bei kommerzieller Anwendung, da die Selektion auf niedrige Zündströme Grenzen hat. Dieses Problem tritt besonders auf, wenn die zu schaltende Last stark induktiven Charakter hat und damit der Zündstrom größer als der statische Wert sein sollte. ^; From what has been said, this circuit is not an acceptable solution for the commercial sector because of the high power dissipation in the resistors. It can only be used where the ignition current for the particular case is below the value specified or required by the manufacturer, which may be the case with a relatively large number of individual copies. In this case, the values of the resistors can be increased. However, such a procedure is not possible in commercial application, since the selection has limited to low ignition currents. This problem occurs especially when the load to be switched has a strong inductive character and therefore the starting current should be greater than the static value. ^;

In bestimmten Regelfällen müssen die Zündschaltungen mit rechteckförraigen Impulsen angesteuert werden. In diesem Fall macht sich der Einsatz eines !Comparators notwendig, der eine Steuerspannung mit (netzsynchroner) Sägezahnspannung vergleicht und einen zeitlich definierten Impuls erzeugt. Eine weitere Möglichkeit, mit annähernd gleichem Aufwand besteht darin, daß ein monostabiler Multivibrator - UV - netzsynchron getriggert wird und seine Haltezeit durch die in jedem Falle benötigte .Steuerspannung bestimmt wird.In certain cases, the ignition circuits must be controlled with Rechteck-shaped pulses. In this case, it is necessary to use a! Comparator, which compares a control voltage with (mains-synchronous) sawtooth voltage and generates a timed pulse. Another possibility, with approximately the same effort, is that a monostable multivibrator UV is triggered in a network-synchronized manner and its holding time is determined by the control voltage required in each case.

Unabhängig von der Art der Ankopplung an den Leistungskreis (Thyristor, Triac) macht sich dann noch eine Treiberstufe notwendig.Regardless of the type of coupling to the power circuit (thyristor, triac), a driver stage then becomes necessary.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, eine Zündschaltung zu entwickeln, die verlustarra arbeitet und bei der Ansteuerung ohne Komparator bzw. monostabilen Multivibrator und Treiberstufe auskommt und bei der die galvanische Trennung zwischen Netz und Steuerelektronik ein Optokoppler übernimmt.The aim of the invention is to develop an ignition circuit that operates verlustarra and manages in the control without comparator or monostable multivibrator and driver stage and in which the galvanic isolation between the network and control electronics takes over an optocoupler.

Darlegung des Wesens der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, ein Triggerverhalten bei der Ansteuerung des Schaltelementes zu erhalten, wodurch sie mit einem Analogsignal angesteuert werden kann.DISCLOSURE OF THE NATURE OF THE INVENTION The object of the invention is to obtain a trigger behavior in the control of the switching element, whereby it can be controlled with an analog signal.

Die Merkmale der Erfindung sind, aus dem Kennzeichen des Anspruches zu entnehmen.The features of the invention are apparent from the characterizing part of the claim.

Die Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß die Zündstufe eine sehr geringe Verlustleistung aufweist, keine sparate Stromversorgung benötigt und des- , halb direkt aus der über dem Schaltelement (Thyristor, Triac) liegenden Spannung versorgt werden kann und direkt von einer Sägezahnspannung angesteuert werden kann, wobei die Steilheit des Anstieges für den Zündzeitpunkt verantwortlich ist.The advantages of the invention can be seen in the fact that the ignition stage has a very low power loss, no sparate power supply needed and des-, half directly from the over the switching element (thyristor, triac) voltage can be supplied and are driven directly by a Sägezahnspannung can, where the steepness of the increase is responsible for the ignition.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1 die erfindungsgeraäße Zündstufe mit einem BeispielThe invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. In the accompanying drawings: FIG. 1 shows the ignition stage according to the invention with an example

für ihre Ansteuerung ~for their control ~

Fig. 2 eine Zündstufe, in der ein Triac eingesetzt wird.Fig. 2 is an ignition stage in which a triac is used.

In Fig. 1 wird die vorgeschlagene Zündschaltung mit Triggerverhalten dargestellt. Die Ansteuerung des Optokopplers 1 mit einer sägezahnförraigen Synchronspannung U_sz erfolgt vorteilhaft über eine Z-Diode 2. Mittels einer Steuerspannung Ug_t kann der Zündzeitpunkt beeinflußt werden. Der Kollektor des Transistors im Optokoppler 1 wird auf ^v die Basis eines pnp-Transistors 3 und den Kollektor eines npn-Transistors 4 geschaltet. Der Emitter des Transistors des Optokopplers 1 wird auf die Basis des npn-Transistors und den Kollektor des pnp-Transistors 3 geführt. Parallel zu 8asis und Emitter dieser Transistoren 3,4 wird ein Widerstand 5, 6 und ein Kondensator 7, 8 geschaltet. Der Emitter des npn-Transistors 4 ist mit dem Gate eines Thyristors 9 verbunden. Der Emitter des pnp-Transistors 3 liegt über einen Entladewiderstand 14 und einen Vorwiderstand 10 und eine Diode 11 an der Anode des Thyristors 9.In Fig. 1, the proposed ignition circuit is shown with trigger behavior. The control of the opto-coupler 1 with a sawtooth synchronous voltage U _sz is advantageously carried out via a Zener diode 2. By means of a control voltage Ug _t the ignition timing can be influenced. The collector of the transistor in the optocoupler 1 is switched to ^v the base of a pnp transistor 3 and the collector of an npn transistor 4. The emitter of the transistor of the optocoupler 1 is fed to the base of the npn transistor and the collector of the pnp transistor 3. Parallel to 8asis and emitter of these transistors 3,4, a resistor 5, 6 and a capacitor 7, 8 is connected. The emitter of the npn transistor 4 is connected to the gate of a thyristor 9. The emitter of the PNP transistor 3 is connected via a discharge resistor 14 and a series resistor 10 and a diode 11 to the anode of the thyristor. 9

Der Mittelabgriff der beiden Widerstände 10, 14 ist über eine Z-Diode 12 und einen Speicherkondensator 13 mit der Kathode des Thyristors 9 verbunden.The center tap of the two resistors 10, 14 is connected via a Zener diode 12 and a storage capacitor 13 to the cathode of the thyristor 9.

In Fig. 2 wird die Schaltung für das Zünden eines Triacs dargestellt. Der Aufbau ist analog gestaltet. Gleiche Bauelemente erhalten gleiche Bezugszeichen. Dem Optokoppler 1 ist ebenfalls eine npn-pnp-Kombination nachgeschaltet, wobei eine Graetzschaltung 16 zwischen dem Entladewiderstand 14 und der Kombination liegt. Der andere Abgriff der Graetzschaltung 16 wird auf das Gate des Triacs geführt. Die Zusammenschaltung von je einem npn- und einem pnp-Transistor zu einer Triggerschaltung bzw. zur NachbildungIn Fig. 2, the circuit for igniting a triac is shown. The structure is designed analogously. The same components receive the same reference numerals. The optocoupler 1 is also followed by an npn-pnp combination, with a Graetz circuit 16 between the discharge resistor 14 and the combination. The other tap of the Graetz circuit 16 is fed to the gate of the triac. The interconnection of a respective npn and a pnp transistor to a trigger circuit or for replication

bekannter Triggerelemente je nach weiterer Zusatzbeschaitung, z. B. Z-Diode oder Z-Diode plus Graetzschaltung mit Spannungsteiler, ist an sich bekannt. Die dargestellte Zusammenschaltung mit einem Optokoppler bzw. mit Optokoppler und Graetzschaltung stellt gewissermaßen eine "Opto-Vierschichtdiode" bzw. "Opto-Diac" dar. Beide Transistoren 3, 4 bleiben bis zum Zündzeitpunkt gesperrt. Die auf dem Speicherkondensator 13 gespeicherte Ladung bleibt bis zum Zündzeitpunkt "auf Abruf erhalten. Der Vorwiderstand 10 braucht den Speicherkondensator 13 nur aufzuladen und kann deshalb relativ hochohraig ausgeführt werden. Dadurch wird auch die Wiederentladung durch,den einschaltenden Thyristor bzw. Triac niedrig gehalten und der Speicherkondensator 13 fast ausschließlich in die Zündstrecke entladen. Der zeitliche Verlauf des Steuerstromes durch den Optokoppler ist unkritisch, da die Korabination leitend bleibt, bis der Speicherkondensator 13 entladen ist. Dei' Spitzenwert des Zündstromes wird nicht mehr hauptsächlich durch den Vorwiderstand 10 der Z-Diode 12 bestimmt, sondern ist durch den Entladewiderstand 14 in Reihe mit der pnp-npn-Korabination in weiten Grenzen wählbar. Die Zündimpulsbreite ist durch die Zeitkonstante Speicherkondensator 13 und Entladewiderstand 14 beeinflußbar. Der Speicherkondensator 13 wird über den Vorwiderstand 10 aufgeladen. Die Z-Diode 12 begrenzt die Spannung auf einen für die folgende pnp-npn-Korabination ungefährlichen Wert.known trigger elements depending on further Zusatzbeschaitung, z. As Z-diode or Zener diode plus Graetz circuit with voltage divider, is known per se. The interconnection shown with an optocoupler or with optocoupler and Graetzschaltung represents a kind of "opto-four-layer diode" or "Opto-Diac". Both transistors 3, 4 remain locked until the ignition. The charge stored on the storage capacitor 13 is maintained until the ignition time "on demand." The series resistor 10 only needs to charge the storage capacitor 13 and can therefore be made relatively high-hosed The timing of the control current through the opto-coupler is not critical, since the Korabination remains conductive until the storage capacitor 13 is discharged.The peak value of the ignition current is no longer mainly due to the series resistor 10 of the Zener diode The ignition pulse width can be influenced by the time constant storage capacitor 13 and discharge resistor 14. The storage capacitor 13 is charged via the series resistor 10. The Zener diode 12 is energized by the discharge resistor 14 in series with the pnp-npn combination 12 limits the voltage to a value that is harmless for the following pnp-npn cor- aptation.

's's

Beide Transistoren bleiben bis zum Zündzeitpunkt gesperrt. Dadurch wird keine Ladung vom Speicherkondensator 13 abgezogen. Die beiden RC-Korabinationen 5 ... 8 parallel zu den Basis-Emitterstrecken der Transistoren 3, 4 halten diese sicher in der Sperre. Fließt ein Steuerstrom durch die .Diodenstrecke des Optokopplers, wird dessen Kollektoremitterstrecke leitend, und es fließt Steuerstrom von Basis zu Basis der Transistoren.Both transistors remain locked until the ignition point. As a result, no charge is subtracted from the storage capacitor 13. The two RC-Korabinationen 5 ... 8 parallel to the base-emitter paths of the transistors 3, 4 hold them safely in the lock. If a control current flows through the diode path of the optocoupler, its collector emitter path becomes conductive, and control current flows from base to base of the transistors.

Da jeweils die Kollektoren des einen mit der Basis des anderen Transistors verbunden sind, zündet die Kombination ihrerseits durch und hält sich selbsttätig leitend, bis der Speicherkondensator 13 entladen ist. Die Größe des Steuerstromes der Kollektor-Emitter-Strecke des Optokopplers ist somit nicht von der Größe des Zündstromes abhängig.Since in each case the collectors of one are connected to the base of the other transistor, the combination in turn ignites and keeps itself conducting until the storage capacitor 13 is discharged. The size of the control current of the collector-emitter path of the optocoupler is thus not dependent on the size of the ignition current.

Die am häufigsten verwendete Methode zur Erzeugung zeitverzögerter bzw .impulsbreitenmodulierter Ansteuersignale für Steuer- und Regelungszwecke ist die des Vergleichs einer Sägezahnspannung mit einer Steuerspannung, wie sie z. B. ein Regelverstärker liefern kann. Ein notwendiger Komparator erzeugt dann einen von der Steuerspannung abhängigen zeitlieh definierten Impuls, der z. B. dem Optokoppler einer wie im Stand der Technik beschriebenen Schaltung zugeführt werden kann. Wie aus Fig. erkennbar, kann die Zündstufe vorteilhaft über eine Z-Diode 2 direkt von einer Sägezahnspannung U_Sy angesteuert werden. In Abhängigkeit von der Steuerspannung U₃, ändert sich die Steilheit des Spannungsanstieges am Kondensator 15 und damit die Zeit vom Beginn der Aufladung bis zur Erreichung des Wertes der Z-Spannung plus der Flußspannung des Optokopplers, bei dem Steuerstrom in den Optokoppler fließen kannJ ^Λ The most commonly used method for generating time-delayed or pulse width modulated drive signals for control purposes is that of comparing a sawtooth voltage with a control voltage, as z. B. can provide a control amplifier. A necessary comparator then generates a dependent of the control voltage zeitlieh defined pulse, the z. B. the optocoupler as described in the prior art circuit can be supplied. As can be seen from FIG. 1, the ignition stage can advantageously be controlled directly by a sawtooth voltage U _S y via a Zener diode 2. In response to the control voltage U ₃ , the slope of the voltage increase across the capacitor 15 and thus the time from the start of charging to the value of the Z voltage plus the forward voltage of the optocoupler, in which the control current can flow into the optocouplerJ ^Λ

Claims

invention claim

Ignition circuit with trigger behavior for a thyristor or a triac, wherein an optocoupler is used for potential separation, characterized in that the collector of the optocoupler (1) to the base of a pnp transistor (3) and the collector of an npn transistor (4) is connected and that the emitter of the optocoupler (1) on the base of the npn transistor (4) and on the collector 'of the pnp transistor (3) is guided, wherein parallel to the base Eraitter path of these transistors (3, 4th ) an RC-Korabination (5, 7 and 6, 8) is connected and the complementary transistor stage (3, 4) via a hochontnigen resistor (10) between the anode and the gate of the thyristor (9) is connected, between this series resistor (10 ) And the cathode is a known parallel circuit of a Zener diode (12) and a capacitor (13).

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