DE10055576A1

DE10055576A1 - Switching device for approximately sinusoidal lowering or raising of an AC voltage

Info

Publication number: DE10055576A1
Application number: DE10055576A
Authority: DE
Inventors: Guenther Pritz; Werner Hanke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-11-09
Filing date: 2000-11-09
Publication date: 2003-01-23
Also published as: WO2002039789A1; DE50105558D1; AU2002217015A1; EP1332647B1; EP1332647A1; ATE290763T1

Abstract

A circuit device for reducing or increasing an alternating voltage in an approximately sinusoidal manner is comprised of an autotransformer, to which the alternating voltage is applied and which has at least one tap, whereby one end of the winding of the autotransformer is connected to the output of the circuit device via a first switch, whereas the tap is connected to the output of the circuit device via a second switch. When opening or closing the first switch, the second switch is alternately closed or opened. The first and the second electronic switch are, for each half-wave of the alternating voltage, provided in the form of transistor switches each having a diode that is connected in parallel. The transistor switches of the first electronic switch, which can be alternately switched through by the half-phases of the alternating voltage, can be controlled by a microprocessor. The microprocessor supplies, according to a phase zero recognition circuit, a firing angle signal for a phase section control and/or phase-fired control of the transistor switch of the first electronic switch. When the first electronic switch is in an non-conducting state, the transistor switch of the second electronic switch is alternately switched by the half-waves of the alternating voltage into the conducting or non-conducting state.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsvorrichtung zur annähernd sinusförmigen Absenkung oder Anhebung einer Wechselspannung, bestehend aus einem mit der Wechselspannung beaufschlagten Spartransformator mit zumindest einem Abgriff, wobei das eine Ende der Wicklung des Spartransformators über einen ersten Schalter (Es 1) mit dem Ausgang (L') der Schaltvorrichtung und der Abgriff über einen zweiten Schalter (ES2) mit dem Ausgang (L') der Schaltvorrichtung verbunden ist und wobei beim Öffnen bzw. Schließen des ersten Schalters der zweite Schalter wechselweise geschlossen bzw. geöffnet ist. The invention relates to a circuit device for approximately sinusoidal lowering or raising of an alternating voltage, consisting of an autotransformer with at least one tap, which is acted upon by the alternating voltage, the one end of the winding of the autotransformer being connected to the output (L ') via a first switch (Es 1 ). the switching device and the tap is connected to the output (L ') of the switching device via a second switch (ES2) and the second switch is alternately closed or opened when the first switch is opened or closed.

Bei der Ansteuerung von Leuchtstoffröhrenanlagen bzw. Hochdruckgasröhren ist es wünschenswert, den nach dem Phasenwechsel einsetzenden Elektronenfluß bzw. Ionenfluß mit möglichst hoher Spannung auszulösen, wobei für die Aufrechterhaltung dieses Elektronen- bzw. Ionenflusses für den Rest der Phase nur noch eine geringe Spannung notwendig ist, d. h. die Lampen benötigen einen höheren Einschaltstrom als Betriebsstrom. Wenn von einer Netzspannung von 230 V als Einschaltstrom ausgegangen wird, so kann der Betriebsstrom bei wesentlich niedrigeren Spannungen aufrechterhalten werden, wobei die Höhe des Betriebsstromes von anderen Schaltkomponenten und insbesondere des Transformators abhängt, so daß eine Spannungsabsenkung in der Größenordnung von etwa 2/5 bis 1/3 der Ausgangspannung im Bereich zweckmäßiger Größen liegt. It is when controlling fluorescent tube systems or high-pressure gas tubes desirable to increase the electron flow or Trigger ion flow with the highest possible voltage, being for maintenance this electron or ion flow is only slight for the rest of the phase Tension is necessary, d. H. the lamps require a higher inrush current than Operating current. If from a mains voltage of 230 V as inrush current the operating current can be assumed at much lower voltages be maintained, the level of operating current by others Switching components and in particular depends on the transformer, so that a Voltage drop in the order of about 2/5 to 1/3 of the output voltage in the Range of appropriate sizes.

Durch die DE 195 41 341 C2 und DE 195 43 249 A1 sind für derartige Steuerungen Spartransformatoren zur unterbrechungslosen Spannungsregelung bekannt, wobei die Spannungsregelung mit Hilfe vieler Abgriffe erfolgt, die mit Hilfe von Schaltschützen einen engen Spannungsbereich zu steuern in der Lage sind. Die Umschaltung der Schaltschütze muß möglichst gleichzeitig erfolgen, um kurze Zuckungen des Lichtes zu vermeiden, jedoch muß dafür gesorgt sein, daß die Schaltschütze nicht gleichzeitig geschlossen sind, weil sonst ein Kurzschluß auftritt. Da derartige Kurzschlußströme kaum zu vermeiden sind, werden Drosseln eingebaut, die den Kurzschlußstrom für kurze Zeit begrenzen. DE 195 41 341 C2 and DE 195 43 249 A1 are for such controls Autotransformers for uninterrupted voltage control known, the Voltage regulation takes place with the help of many taps, which with the help of contactors are able to control a narrow voltage range. Switching the Contactors must be done at the same time if possible to avoid short twitches of light to avoid, however, it must be ensured that the contactors are not simultaneously are closed, otherwise a short circuit will occur. Because such short-circuit currents Chokes are hardly to be avoided, which the short-circuit current for limit for a short time.

Auch in der Zeitschrift "Control engineering", Januar 1964, Seiten 84 bis 86 wird ein Spartansformator mit Anzapfungen beschrieben, der unterbrechungslos auf die gewünschten Ausgangsspannungen umgeschaltet wird. Die einzelnen Schaltkombinationen werden mit Hilfe von Halbleitern ausgeführt, die jedoch zu Problemen führen, da über sämtliche Schaltelemente der Laststrom fließt und daher die Halbleiterelemente entsprechend groß und aufwendig dimensioniert sein müssen. Also in the magazine "Control engineering", January 1964, pages 84 to 86 Economy transformer with taps described, the uninterrupted on the desired output voltages is switched. The single ones Switching combinations are carried out with the help of semiconductors, but this creates problems lead, because the load current flows over all switching elements and therefore the Semiconductor elements must be appropriately large and costly.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltvorrichtung zu schaffen, die die Leistungsregelung von Leuchtstoffröhrenanlagen bzw. Hochdruckgasröhren mit elektronischen Schaltern zuläßt, die trotz der Leistungsanforderung verhältnismäßig einfach und preiswert aufgebaut sind und die an sich bekannte Leistungsumschaltung von einem höheren Einschaltstrom auf einen niedrigeren Betriebsstrom in jeder Halbphase der Wechselspannung ohne Überlastung zuläßt. Dabei soll die Schaltungsvorrichtung durch entsprechende Modifikation auch die Möglichkeit bieten, eine konstante Spannung über der Eingangsspannung zu erzeugen. Die Schaltungsvorrichtung soll sowohl in kompensierten als auch nichtkompensierten Anlaen verwendbar sein. The invention has for its object to provide a switching device that the Power control of fluorescent tube systems or high pressure gas tubes with electronic switches that are proportionate despite the performance requirement are simply and inexpensively constructed and the power switch known per se from a higher inrush current to a lower operating current in each Half phase of the AC voltage without overload. Thereby the Circuit device by appropriate modification also offer the possibility of a generate constant voltage over the input voltage. The Circuit device should be used in both compensated and non-compensated systems be usable.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der eingangs genannten Schaltvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden Schalter (ES1, ES2) elektronisch mit der Frequenz der Wechselspannung wechselweise ein- und ausschaltbar sind, wobei der erste elektronische Schalter (ES1) aus als Phasenanschnitts- und/oder Phasenabschnittssteuerung arbeitenden Transistorschaltern besteht, welche in Abhängigkeit vom Phasennulldurchgang wechselweise ansteuerbar sind, und wobei der zweite elektronische Schalter (ES2) ebenfalls aus wechselweise in Abhängigkeit von der Phase leitenden Transistorschaltern aufgebaut ist, von welchen der eine Transistorschalter bei der positiven Phase bzw. der zweite Transistorschalter bei der negativen Phase der Wechselspannung leitend ist, wenn der erste elektronische Schalter (ES1) nicht leitend ist; daß die Transistorschalter des ersten und zweiten elektronischen Schalters (ES1; ES2) für jede Halbwelle der Wechselspannung zumindest einen Feldeffekttransistor (MOS-FET bzw. IGBT) mit parallel liegender Diode umfassen; daß die wechselweise von den Halbphasen der Wechselspannung durchschaltbaren Transistorschalter des ersten elektronischen Schalters (ES1) von einem Mikroprozessor aus ansteuerbar sind, der in Abhängigkeit von einer Phasennullerhennungsschaltung ein Zündwinkelsignal (ZW) für die Phasenanschnitts- und/oder Phasenabschnittssteuerung der Transistorschalter liefert; und daß die Transistorschalter des zweiten elektronischen Schalters (ES2) über eine Ansteuerschaltung halbperiodenselektiv bei nichtleitendem ersten elektronischen Schalter (ES1) in den leitenden bzw. nichtleitenden Zustand schaltbar sind. This task is based on the switching device mentioned above solved according to the invention in that the two switches (ES1, ES2) electronically the frequency of the AC voltage can be switched on and off alternately, whereby the first electronic switch (ES1) as a phase control and / or Phase section control operating transistor switches, which are dependent are alternately controllable by the phase zero crossing, and the second electronic switches (ES2) also alternately depending on the Phase conductive transistor switches is constructed, one of which Transistor switch in the positive phase or the second transistor switch in the negative Phase of the AC voltage is conductive when the first electronic switch (ES1) is not conductive; that the transistor switches of the first and second electronic Switch (ES1; ES2) at least one for each half-wave of the AC voltage Field effect transistor (MOS-FET or IGBT) with parallel diode include; that the alternately switchable from the half phases of the AC voltage Transistor switch of the first electronic switch (ES1) from a microprocessor are controllable, depending on a phase zero detection circuit an ignition angle signal (ZW) for the phase gating and / or Phase control of the transistor switch provides; and that the transistor switch of the second electronic switch (ES2) via a control circuit semi-periodically non-conductive first electronic switch (ES1) in the conductive or non-conductive state can be switched.

Elektronische Schalter sind bereits durch die DE 197 31 700 A1 und die DE 198 31 603 A1 bekannt. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß diese bekannten elektronischen Schalter nicht ohne weiteres für Schaltungsvorrichtungen benutzt werden können, die sowohl in kompensierten Anlagen als auch nichtkompensierten Anlagenn bei Wechselspannungsfrequenzen von 50 Hertz bzw. 60 Hertz eingesetzt werden sollen. Electronic switches are already known from DE 197 31 700 A1 and DE 198 31 603 A1 known. However, it has been found that these known electronic Switches cannot readily be used for circuit devices that both in compensated systems and non-compensated systems AC frequencies of 50 Hertz or 60 Hertz are to be used.

Für die Steuerung der elektronischen Schalter ist unter diesen Voraussetzungen erforderlich, daß sie exakt phasengleich gesteuert werden. Deshalb sieht die Erfindung vor, daß das von einem Tiefpassfilter abgegriffene phasenverschobene Phasennulldurchgangssignal der Wechselspannung als Triggersignal (Tr) auf einen monostabilen Multivibrator wirkt, dessen durch ein auf die Wechselspannungsfrequenz abgestimmtes RC-Glied am Ende des metastabilen Zustandes ein mit dem nächstfolgenden Phasennulldurchgang phasenrichtiges Ausgangssignal (Q) liefert. For the control of the electronic switch is under these conditions required that they be controlled in exact phase. That is why the invention sees proposes that the phase shifted tapped by a low pass filter Phase zero crossing signal of the AC voltage as a trigger signal (Tr) on one monostable multivibrator, which acts on the AC frequency tuned RC link at the end of the metastable state with the delivers the next following phase zero-phase output signal (Q).

Dieses Triggersignal und das phasenrichtige Ausgangsignal des monostabilen Multivibrators dient der Ansteuerung eines Mikroprozessors, der durch Auszählen die Wechselspannungsfrequenz feststellt sowie das gewünschte Zündwinkelsignal für den ersten elektronischen Schalter errechnet. This trigger signal and the in-phase output signal of the monostable Multivibrators is used to control a microprocessor by counting the Detects alternating voltage frequency and the desired ignition angle signal for the first electronic switch calculated.

Die Erfindung sieht ferner vor, daß der Mikroprozessor bei einem Frequenzwechsel der Wechselspannung ein Umschaltsignal liefert, mit welchem er die Zeitkonstante des RC-Glieds an die geänderte Frequenz anpaßt. The invention also provides for the microprocessor to change frequency supplies the AC voltage with a changeover signal with which it changes the time constant of the RC element adapts to the changed frequency.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Zündwinkelsignal zur zündwinkelabhängigen Betätigung der Transistorschalter des ersten elektronischen Schalter (ES1) über einen eingangsseitigen Optokoppler und eine Schmitt-Triggerschaltung an die Transistorschalter anlegbar ist, und daß die Transistorschalter diesen ersten elektronischen Schalter (ES1) entsprechend der gewünschten Phasenanschnitts- und/oder Phasenabschnittssteuerung ein- bzw. ausschalten. According to a further embodiment of the invention it is provided that the Firing angle signal for the firing angle-dependent actuation of the transistor switch of the first electronic switch (ES1) via an input-side optocoupler and a Schmitt trigger circuit can be applied to the transistor switch, and that the Transistor switch this first electronic switch (ES1) according to the desired one Switch phase control and / or phase control on or off.

Für die Ansteuerung des zweiten elektronischen Schalters ist ferner vorgesehen, daß das Zündwinkelsignal zur zündwinkelabhängigen Ansteuerung der Transistorschalter des zweiten elektronischen Schalters (ES2) über einen Flip-Flop und ggf. einen weiteren Optokoppler an diese Transistorschalter anlegbar ist und diese wechselweise bei ausgeschaltetem ersten elektronischen Schalter (ES1) leitend macht. For the control of the second electronic switch it is also provided that the ignition angle signal for triggering the transistor switch as a function of the ignition angle of the second electronic switch (ES2) via a flip-flop and possibly one further optocouplers can be applied to these transistor switches and these alternately with the first electronic switch (ES1) turned off.

Die Erfindung sieht ferner vor, daß die zündwinkelabhängige Ansteuerung des ersten und zweiten elektronischen Schalters unterdrückbar ist, wenn ein Stromwandler (SW) am Ausgang (L') der Schaltungsvorrichtung einen Überstrom feststellt. The invention further provides that the firing angle-dependent control of the first and second electronic switch can be suppressed if a current transformer (SW) detects an overcurrent at the output (L ') of the circuit device.

Diese überstromabhängige Spannung am Stromwandler (SW) ist mit einer Bezugsspannung an einem Widerstand vergleichbar, wobei eine die Bezugsspannung übersteigende Spannung einerseits die Übertragung des Zündwinkelsignals (ZW) zum ersten elektronischen Schalter (ES1) unterdrückt und andererseits den Flip-Flop zurücksetzt, um über den Optokoppler den zweiten elektronischen Schalter (ES2) in den nichtleitenden Zustand zu steuern. This overcurrent dependent voltage at the current transformer (SW) is with a Reference voltage comparable to a resistor, one being the reference voltage exceeding voltage on the one hand the transmission of the ignition angle signal (ZW) to suppressed first electronic switch (ES1) and on the other hand the flip-flop resets to the second electronic switch (ES2) in via the optocoupler to control the non-conductive state.

Diese gemäß der Erfindung ausgeführte Schaltungsvorrichtung erfüllt in vorteilhafter Weise alle Anforderungen in kompensierten und nicht kompensierten Netzwerken von Beleuchtungsanlagen mit Leuchstoffröhren bzw. Hochdruckgasröhren, wobei die elektronischen Schalter sehr betriebsstabil mit verhältnismäßig preiswerten elektronischen Elementen aufgebaut sind. This circuit device designed according to the invention advantageously fulfills Wise all requirements in compensated and uncompensated networks of lighting systems with fluorescent tubes or high pressure gas tubes, the electronic switch very stable in operation with relatively inexpensive electronic elements are built.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen The advantages and features of the invention also result from the following Description of exemplary embodiments in connection with the claims and the Drawing. Show it

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zum sinusförmigen Absenken einer Wechselspannung; Fig. 1 is a schematic diagram of the circuit arrangement according to the invention for lowering a sinusoidal AC voltage;

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild einer weitere Ausführungsform der Erfindung zum sinusförmigen Anheben der Wechselspannung; Fig. 2 is a schematic diagram of a further embodiment of the invention for raising the sinusoidal AC voltage;

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild des ersten elektronischen Schalters gemäß den Fig. 1 und 2; Fig. 3 is a schematic diagram of the first electronic switch according to FIGS. 1 and 2;

Fig. 4 ein Prinzipschaltbild des zweiten elektronischen Schalters gemäß den Fig. 1 und 2; Fig. 4 is a schematic diagram of the second electronic switch according to FIGS. 1 and 2;

Fig. 5 ein Prinzipschaltbild für die Phasennullerkennung und die Anpassung des Zündwinkelsignals an unterschiedliche Netzfrequenzen; Fig. 5 is a schematic circuit diagram for the phase detection of zero, and adjusting the firing angle signal to different line frequencies;

Fig. 6 ein Prinzipschaltbild für die zündwinkelabhängige Ansteuerung des ersten und zweiten elektronischen Schalters gemäß den Fig. 1 und 2. Fig. 6 is a schematic circuit diagram for the zündwinkelabhängige driving the first and second electronic switch according to FIGS. 1 and 2.

In der nachfolgenden Beschreibung sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet. In the following description, the same reference symbols are used for the same parts used.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Prinzipschaltungen bestehen aus einem Spartransformator 10, dessen oberes Wicklungsende an die Phasenspannung L und dessen unteres Wicklungsende an den Nullleiter N angeschlossen ist. Das obere Wicklungsende liegt ferner über einem ersten elektronischen Schalter ES1 am Ausgang L', ein Abgriff 11 ist über einen zweiten elektronischen Schalter ES2 ebenfalls mit dem Ausgang L' verbunden. The basic circuits shown in FIGS. 1 and 2 consist of an autotransformer 10 , the upper winding end of which is connected to the phase voltage L and the lower winding end of which is connected to the neutral conductor N. The upper end of the winding is also located above a first electronic switch ES1 at the output L ', a tap 11 is also connected to the output L' via a second electronic switch ES2.

Die beiden elektronischen Schalter ES1 und ES2 sind miteinander derart verkoppelt bzw. synchronisiert, daß sie eine Wechselschalterfunktion haben. Dabei ist es wichtig, daß die beiden elektronischen Schalter zur Vermeidung eines Kurzschlusses nicht gleichzeitig leitend sind. The two electronic switches ES1 and ES2 are coupled to one another in this way or synchronized that they have a toggle switch function. It is important that the two electronic switches to avoid a short circuit are not are at the same time leading.

Unter diesen Voraussetzungen ergibt sich, daß bei geschlossenem elektronischen Schalter ES1 und geöffneten elektronischen Schalter ES2 am Ausgang L die Phasenspannung L anliegt, wogegen bei geöffnetem elektronischen Schalter ES1 und geschlossenem elektronischen Schalter ES2 die dem Windungsverhältnis der beiden Wicklungsabschnitte entsprechende Spannung am Ausgang L' anliegt. Under these conditions it follows that when the electronic is closed Switch ES1 and open electronic switch ES2 at output L the Phase voltage L is present, whereas when the electronic switch ES1 and closed electronic switch ES2 the turns ratio of the two Winding sections corresponding voltage is present at the output L '.

Für die phasengenaue Umschaltung der elektronischen Schalter ES1 und ES2 ist es erforderlich, eine Phasennullerkennung mit Hilfe der Schaltung 15 durchzuführen, um ein Zündwinkelsignal ZW zu erzeugen und um die elektronischen Schalter ES1 und ES2 mit den für die halbwellenselektive Umschaltung erforderlichen Signale anzusteuern. For the phase-accurate switching of the electronic switches ES1 and ES2, it is necessary to carry out a phase zero detection with the aid of the circuit 15 in order to generate an ignition angle signal ZW and to control the electronic switches ES1 and ES2 with the signals required for the half-wave selective switching.

Ein Stromwandler SW liefert in Abhängigkeit vom Ausgangsstrom über den elektronischen Schalter ES2 eine Versorgungsspannung für die zündwinkelabhängige Ansteuerung der beiden elektronischen Schalter ES1 und ES2, wie nachfolgend anhand von Fig. 6 näher erläutert wird. Depending on the output current, a current transformer SW supplies a supply voltage via the electronic switch ES2 for triggering the two electronic switches ES1 and ES2 as a function of the ignition angle, as will be explained in more detail below with reference to FIG. 6.

Zur Erzeugung des Zündwinkelsignals ZW dient die Schaltung zur Phasennullerkennung und ggf. zur Frequenzumschaltung gemäß Fig. 5. Eine Spannungsversorgung 20 liefert ein Wechselstromsignal mit 50 bzw. 60 Hertz an ein Tiefpassfilter 22, das aus Widerständen 23 und Kondensatoren 24 symmetrisch aufgebaut ist. Dieses Tiefpassfilter 22 hat auch den Zweck die für Schaltvorgänge auf die Netzspannung aufmodellierten Tonfrequenzen auszufiltern. Das Ausgangssignal des Tiefpassfilters steuert zwei in Serie gegeneinander geschaltete Transistoren 26 an, die ausgangseitig eine der Wechselspannung entsprechende Impulssignalfolge für den Transistor 27 zur Verfügung stellen. Dieser Transistor 27 wird von dem positiven Halbwellenimpuls in den leitenden Zustand geschaltet und überträgt ausgangsseitig ein positives Triggersignal an einen monostabilen Multivibrator 28. Dieses Triggersignal wird gleichzeitig über die Leitung 29 einem Mikroprozessor 30 zugeführt, der daraus mit Hilfe des Ausgangssignals des Multivibrators 28 über die Leitung 31 die Periodendauer bzw. die Frequenz des Wechselstromsignals auszählt und die korrekte Phasennullage des Wechselstromssignals anhand eines verzögerten Ausgangssignals des monostabilen Multivibrators erkennt. The circuit for phase zero detection and possibly for frequency switching according to FIG. 5 is used to generate the ignition angle signal ZW . A voltage supply 20 supplies an alternating current signal with 50 or 60 Hertz to a low-pass filter 22 , which is constructed symmetrically from resistors 23 and capacitors 24 . This low-pass filter 22 also has the purpose of filtering out the tone frequencies modeled on the mains voltage for switching operations. The output signal of the low-pass filter controls two transistors 26 connected in series with one another, which provide a pulse signal sequence corresponding to the AC voltage for the transistor 27 on the output side. This transistor 27 is switched from the positive half-wave pulse to the conductive state and transmits a positive trigger signal on the output side to a monostable multivibrator 28 . This trigger signal is simultaneously fed via line 29 to a microprocessor 30 , which uses the output signal of the multivibrator 28 to count the period or frequency of the AC signal via line 31 and detects the correct phase zero of the AC signal using a delayed output signal from the monostable multivibrator.

Durch das Triggersignal wird der monostabile Multivibrator 28 aus seinem stabilen Zustand in den metastabilen Zustand umgeschaltet, in welchem er so lange liegen bleibt, bis der Kondensator 33 des angeschlossene RC-Glied mit den Widerständen 34, 35 auf die Schwellspannung aufgeladen ist, bei welcher der monostabile Multivibrator aus dem metastabile Zustand in den stabilen Zustand zurückschaltet. Durch die Einstellung des RC-Gliedes wird mit hilfe des einstellbaren Widerstandes 35 die Umschaltverzögerung des monostabilen Multivibrators auf die Wechselspannungsfrequenz eingestellt, so daß bei der Rückschaltung von dem metastabilen Zustand in den stabilen Zustand eine Zeitverzögerung auftritt und das Ausgangssignal Q exakt zum Phasennulldurchgang über die Leitung 31 für den Mikroprozessor 30 zur Verfügung steht. Through the trigger signal, the monostable multivibrator 28 is switched from its stable state to the metastable state, in which it remains until the capacitor 33 of the connected RC element with the resistors 34 , 35 is charged to the threshold voltage at which the Monostable multivibrator switches back from the metastable state to the stable state. By setting the RC element, the switching delay of the monostable multivibrator is set to the alternating voltage frequency with the aid of the adjustable resistor 35 , so that a time delay occurs when switching back from the metastable state to the stable state and the output signal Q exactly to the phase zero crossing over the line 31 for the microprocessor 30 is available.

Wenn der Mikroprozessor 30 feststellt, daß die ausgezählte Periodendauer über die beiden Leitungen 29 und 31 verschieden ist, wird ein Umschaltsignal UMS an einen Transistor 36 angelegt, so daß dieser leitend wird und die Widerstände 37, 38 parallel zu den Widerständen 34, 35 schaltet. Diese Widerstände sind derart ausgewählt, daß die Verzögerung im monostabilen Multivibrator 28 bei einer Umschaltung der Wechselstromfrequenz von 50 Hz auf 60 Hz an die jeweilige Frequenz angepaßt ist. If the microprocessor 30 determines that the counted period over the two lines 29 and 31 is different, a switching signal UMS is applied to a transistor 36 so that it becomes conductive and the resistors 37 , 38 switch in parallel with the resistors 34 , 35 . These resistors are selected such that the delay in the monostable multivibrator 28 is adapted to the respective frequency when the AC frequency is switched from 50 Hz to 60 Hz.

Der Mikroprozessor 30 errechnet nunmehr aufgrund des die korrekte Phasennulllage kennzeichnenden Ausgangssignals Q über die Leitung 31 das Zündwinkelsignal ZW entsprechend dem gewünschten Phasenanschnittswinkel bzw. dem gewünschten Phasenabschnittswinkel. The microprocessor 30 now calculates on the basis of the output signal Q, which characterizes the correct phase zero position, via line 31, the ignition angle signal ZW in accordance with the desired phase angle or phase angle.

Ein Prinzipschaltbild des ersten elektronischen Schalters ES1 ist in Fig. 3 dargestellt. Wenn das vom Mikroprozessor 30 gelieferte Zündwinkelsignal ZW am elektronischen Schalter anliegt, wird die von der Spannungsversorgung 20 gelieferte Wechselspannung über einen Optokoppler 41 an eine Schmitt-Triggerschaltung 42 angelegt, die aus der Sinusspannung eine Rechteckwechselspannung macht. An die beiden Ausgangsleitungen für die positive Halbwelle bzw. die negative Halbwelle der Rechteckwechselspannung sind über die Kopplungswiderstände 43 und 44, MOS-FET's 46 bzw. 47 angeschlossen, zu denen jeweils eine Diode 48 bzw. 49 parallel geschaltet ist, wobei es sich nicht um diskrete Dioden handeln muß, sondern um solche, die sich durch den Halbleiteraufbau im Innern des Halbleiters ergeben. A basic circuit diagram of the first electronic switch ES1 is shown in FIG. 3. When the firing angle signal ZW supplied by the microprocessor 30 is present at the electronic switch, the AC voltage supplied by the voltage supply 20 is applied via an optocoupler 41 to a Schmitt trigger circuit 42 which converts the sinusoidal voltage into a square-wave AC voltage. To the two output lines for the positive half-wave and the negative half-wave of the square-wave alternating voltage are connected via the coupling resistors 43 and 44 , MOS-FET's 46 and 47 , to which a diode 48 and 49 is connected in parallel, which is not must act discrete diodes, but those that result from the semiconductor structure inside the semiconductor.

Der Optokoppler 41 findet vorzugsweise Verwendung, um eine Potentialtrennung bzgl. der verschiedenen notwendigen Spannungsversorgungen vorzusehen. The optocoupler 41 is preferably used to provide potential isolation with regard to the various necessary voltage supplies.

Wenn das vom Mikroprozessor 30 gelieferte Zündwinkelsignal ZW anliegt und damit der leitende Optokoppler 41 der Schmitt-Triggerschaltung 42 die Wechselspannung zuführt, schaltet das über die Entkopplungswiderstände 43 angelegte positive Rechtecksignal die Transistorschalter 46 in den leitenden Zustand, wobei die Dioden 48 gesperrt sind. Gleichzeitig sind die Dioden 49 im Transistorschalter 47 leitend, womit dieleitende Verbindung zwischen der Phasenspannung L und dem Ausgang L' hergestellt ist. Entsprechendes gilt für den negativen Impuls der Rechteckwechselspannung, der über die Entkopplungswiderstände 44 die Transistorschalter 47 in den leitenden Zustand schaltet, so daß bei gesperrten Dioden 49 die leitende Verbindung von der Phasenspannung L zum Ausgang L' über die Transistorschalter 47 und die Dioden 48 erfolgt. When the firing angle signal ZW supplied by the microprocessor 30 is present and the conductive optocoupler 41 supplies the AC voltage to the Schmitt trigger circuit 42, the positive square-wave signal applied via the decoupling resistors 43 switches the transistor switches 46 into the conductive state, the diodes 48 being blocked. At the same time, the diodes 49 in the transistor switch 47 are conductive, thus establishing the conductive connection between the phase voltage L and the output L '. The same applies to the negative pulse of the square-wave alternating voltage, which switches the transistor switches 47 into the conductive state via the decoupling resistors 44 , so that when the diodes 49 are blocked, the conductive connection from the phase voltage L to the output L 'takes place via the transistor switches 47 and the diodes 48 .

Sobald das Zündwinkelsignal ZW entfällt, ist die Verbindung zwischen der Phasenspannung L und dem Ausgang L' unterbrochen. As soon as the ignition angle signal ZW is no longer present, the connection between the Phase voltage L and the output L 'interrupted.

Der Aufbau des zweiten elektronischen Schalters ES2 ergibt sich aus Fig. 4. Danach wird von der Spannungsversorgung 20 eine Wechselspannung über einen Optokoppler 51, der ebenfalls der Potentialtrennung dient, angelegt, der für die positive Halbwelle den Transistor im Optokoppler leitend macht und den Transistor 53 im nachgeschalteten Netzwerk sperrt. Die sich daraus ergebende Erhöhung der Kollektorspannung wird über den Widerstand 54 an die Basis des Transistors 55 angelegt, der damit eine positive Vorspannung erhält und leitend wird. The structure of the second electronic switch ES2 is shown in FIG. 4. Then an alternating voltage is applied from the voltage supply 20 via an optocoupler 51 , which also serves for electrical isolation, which makes the transistor in the optocoupler and the transistor 53 conductive for the positive half-wave blocks in the downstream network. The resulting increase in collector voltage is applied to the base of transistor 55 through resistor 54 , which thereby receives a positive bias and becomes conductive.

Das sich einstellende Potential am Kollektor des Transistors 55 bewirkt eine Sperrung des Transistors 57 während gleichzeitig der mit derselben Basisvorspannung beaufschlagte Transistor 56 leitend wird und dafür sorgt, daß für die positive Halbwelle auf der Leitung Gh1 eine positive Spannung anliegt, wogegen für die negativen Halbwellen Massepotential auf dieser Leitung wirksam ist. Entsprechend steuert der von der positiven Halbwelle über den Optokoppler 51 gesperrte Transistor 53 mit seinem Kollektorpotential die Transistoren 58 und 59 an und bewirkt, daß der Transistor 58 leitend wird und der Transistor 59 sperrt, womit auf der ausgangseitigen Leitung Gh2 für die positive Halbwelle Massepotential und für die negative Halbwelle ein positives Potential wirksam ist. The resulting potential at the collector of transistor 55 blocks transistor 57 while at the same time transistor 56 with the same base bias becomes conductive and ensures that a positive voltage is present on line Gh1 for the positive half-wave, whereas ground potential for negative half-waves is effective on this line. Correspondingly, the transistor 53, which is blocked by the positive half-wave via the optocoupler 51 , drives the transistors 58 and 59 with its collector potential and causes the transistor 58 to become conductive and the transistor 59 to block, thus providing ground potential and for the positive half-wave on the output line Gh2 a positive potential is effective for the negative half-wave.

Diese Potentiale steuern über die Entkopplungswiderstände 60 und 61 die nachgeschalteten Transistorschalter 62 und 63 an, zu denen jeweils eine Diode 64 bzw. 65 parallel geschaltet ist, wobei es sich ebenfalls um in den Halbleitern integrierte Dioden handeln kann. These potentials control the downstream transistor switches 62 and 63 via the decoupling resistors 60 and 61 , to each of which a diode 64 or 65 is connected in parallel, which may also be diodes integrated in the semiconductors.

Durch diese Schaltungskombination ergibt sich, daß eine zwischen dem Abgriff 11 und dem Ausgang L' wirksame positive Halbwelle der Wechselspannung über die Transistorschalter 63 und die Dioden 64 zum Ausgang L übertragen wird, wogegen für die negative Halbwelle der Wechselspannung der Abgriff 11 über die Transistorschalter 62 und die Dioden 65 mit dem Ausgang L verbunden ist. This combination of circuits results in that a positive half-wave of the AC voltage which is effective between the tap 11 and the output L 'is transmitted via the transistor switches 63 and the diodes 64 to the output L, whereas for the negative half-wave of the AC voltage the tap 11 is transmitted via the transistor switches 62 and the diodes 65 is connected to the output L.

Um den elektronischen Schalter ES2 für die Zeit des vom Mikroprozessor 30 aus anliegenden Zündwinkelsignals ZW zu öffnen, d. h. während der elektronische Schalter ES1 geschlossen ist, werden die Anschlüsse A und B gemäß Fig. 4 vom leitenden Optokoppler 75 kurzgeschlossen und damit an den Leitungen Gh1 und Gh2 Massepotential wirksam. In order to open the electronic switch ES2 for the time of the ignition angle signal ZW from the microprocessor 30 , ie while the electronic switch ES1 is closed, the connections A and B according to FIG. 4 are short-circuited by the conductive optocoupler 75 and thus on the lines Gh1 and Gh2 ground potential effective.

Diese Überbrückung der Anschlüsse A und B erfolgen mit Hilfe der zündwinkelabhängigen Ansteuerung der elektronischen Schalter E51 und ES2 gemäß Fig. 6. Zu diesem Zweck wird das Zündwinkelsignal ZW an die Schaltung 16 zur Ansteuerung der elektronischen Schalter ES1 und ES2 angelegt. Diese Schaltung umfaßt zwei invertierende Schmitt-Trigger 70 und 71, die in Serie geschaltet sind und das Zündwinkelsignal direkt an den elektronischen Schalter ES1 übertragen. Die Schaltung umfaßt ferner einen Flip-Flop 72, der bei anliegendem Zündwinkelsignal vom Ausgangssignal des Schmitt-Trigger 70 über die Leitung 73 derart gesetzt wird, daß die Leuchtdiode im Optokoppler 75 aufleuchtet und der ausgangseitige Transistor die Klemmen A und B kurzschließt. Damit wird der elektronische Schalter ES2 geöffnet. This bridging of the connections A and B takes place with the aid of the ignition angle-dependent control of the electronic switches E51 and ES2 according to FIG. 6. For this purpose, the ignition angle signal ZW is applied to the circuit 16 for controlling the electronic switches ES1 and ES2. This circuit comprises two inverting Schmitt triggers 70 and 71 , which are connected in series and transmit the ignition angle signal directly to the electronic switch ES1. The circuit also includes a flip-flop 72 , which is set when the firing angle signal is present from the output signal of the Schmitt trigger 70 via the line 73 in such a way that the light-emitting diode in the optocoupler 75 lights up and the transistor on the output side shorts the terminals A and B. This opens the electronic switch ES2.

Um die Anschlußklemmen A und B bei nichtanliegendem Zündwinkelsignal im offenen Zustand zu halten ist es erforderlich, daß die Diode im Optokoppler 75 ausgeschaltet ist. Diese erfolgt durch Umschaltung des Flip-Flops infolge einer Ansteuerung über die Leitung 76. Zu diesem Zweck wird über einen Stromwandler SW, von dem über den Ausgang L' fließenden Strom ein Signal abgeleitet, welches zur Messung des Ausgangsstromes dient. Die vom Stromwandler SW gelieferte niedrige Spannung wird zunächst mit Hilfe von Operationsverstärkern 78 und 79 bzgl. der negativen Halbwelle und der positiven Halbwelle verstärkt und zwei weiteren Operationsverstärkern 80 und 81 zugeführt, um die Spannung vom Stromwandler mit einer Bezugspannung am Widerstand 82 zu vergleichen. Wenn die verstärkte Spannung größer als die Bezugsspannung ist, werden die beiden Operationsverstärker 80 und 81 durchgeschaltet, um eine maximale bzw. minimale Versorgungsspannung an den Kondensator 83 anzulegen, worauf die Ausgangsspannung am invertierenden Schmitt- Trigger 84 gegen Masse geht. Damit wird einerseits der Flip-Flop 71 derart gesetzt, daß die Leuchtdiode im Optokoppler 75 aufleuchtet und den interen Transistor in den leitenden Zustand steuert, d. h. die Anschlußklemmen A und B kurzschließt. Dieser Kurzschluß bewirkt, wie bereits erwähnt, daß der elektronische Schalter ES2 nicht leitend wird. In order to keep the terminals A and B in the open state when the ignition angle signal is not present, it is necessary for the diode in the optocoupler 75 to be switched off. This is done by switching the flip-flop as a result of activation via line 76 . For this purpose, a signal is derived from the current flowing through the output L 'via a current transformer SW, which serves to measure the output current. The low voltage supplied by the current transformer SW is first amplified with the aid of operational amplifiers 78 and 79 with respect to the negative half-wave and the positive half-wave, and is fed to two further operational amplifiers 80 and 81 in order to compare the voltage from the current transformer with a reference voltage at the resistor 82 . If the amplified voltage is greater than the reference voltage, the two operational amplifiers 80 and 81 are turned on to apply a maximum or minimum supply voltage to the capacitor 83 , whereupon the output voltage at the inverting Schmitt trigger 84 goes to ground. On the one hand, the flip-flop 71 is set in such a way that the light-emitting diode in the optocoupler 75 lights up and controls the internal transistor into the conductive state, ie short-circuits the connection terminals A and B. As already mentioned, this short circuit causes the electronic switch ES2 not to become conductive.

Das am Ausgang des invertierenden Schmittt-Trigger 84 liegende Massesignal dient auch als Basisansteuerung über den Widerstand 86 auf den Transistor 85, der damit leitend wird und den Eingang des invertierenden Schmitt-Trigger 71 gegen positives Potential zieht. Damit stellt sich an dessen Ausgang Massepotential ein, was bewirkt, daß der elektronische Schalter ES1 über den Optokoppler 41 gemäß Fig. 3 in den nicht leitenden Zustand geschaltet wird. The ground signal at the output of the inverting Schmittt trigger 84 also serves as basic control via the resistor 86 on the transistor 85 , which thus becomes conductive and pulls the input of the inverting Schmitt trigger 71 against positive potential. This results in ground potential at its output, which causes the electronic switch ES1 to be switched to the non-conductive state via the optocoupler 41 according to FIG. 3.

Dieser Aufbau schützt vor Überströmen einerseits, jedoch im Normalbetrieb, wenn keine Übersströme auftreten, ist der Transistor 85 gesperrt und das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 70 wird als invertiertes Zündwinkelsignal am Ausgang des invertierenden Schmitt-Triggers 71 phasenrichtig an den elektronischen Schalter ES1 übertragen. This structure protects against overcurrents, on the one hand, but in normal operation, if no overcurrents occur, transistor 85 is blocked and the output signal of Schmitt trigger 70 is transmitted in phase to the electronic switch ES1 as an inverted ignition angle signal at the output of inverting Schmitt trigger 71 .

Wenn keine Überspannung wirksam ist, wird bei fehlendem Zündwinkelsignal ZW das am Ausgang des invertierenden Schmitt-Triggers 70 wirksame Signal über den ebenfalls invertierenden Schmitt-Trigger 87 an die Diode 88 angelegt, wodurch diese leitend wird und den Kondensator 83 entlädt. If no overvoltage is effective, in the absence of an ignition angle signal ZW, the signal effective at the output of the inverting Schmitt trigger 70 is applied to the diode 88 via the also inverting Schmitt trigger 87 , which makes it conductive and discharges the capacitor 83 .

Durch die Maßnahmen der Erfindung wird eine Schaltungsvorrichtung zur annähernd sinusförmigen Absenkung oder Anhebung einer Wechselspannung geschaffen, die im Betriebszustand äußerst stabil und vielseitig auch für unterschiedliche Netzfrequenzen einsetzbar ist, selbst wenn auf die Netzspannung für Schaltvorgänge Tonfrequenzen aufmoduliert sind, die Phasenverschiebungen bewirken. Die Stabilität der Schaltung wird auch dadurch begünstigt, daß durch die integrierte Überstromabschaltung überstromempfindliche Halbleiterelemente keinen überhöhten Belastungsströmen ausgesetzt werden. Through the measures of the invention, a circuit device is approximately sinusoidal lowering or raising an AC voltage created in the Operating condition extremely stable and versatile even for different network frequencies can be used, even if tone frequencies are applied to the mains voltage for switching operations are modulated, which cause phase shifts. The stability of the circuit is also favored by the fact that the integrated overcurrent switch-off overcurrent sensitive semiconductor elements no excessive load currents get abandoned.

Claims

1.Circuit device for approximately sinusoidal lowering of an AC voltage, consisting of an autotransformer loaded with the AC voltage with at least one tap, one end of the winding of the autotransformer via a first switch (ES1) with the output (L ') of the switching device and the tap is connected to the output (L ') of the switching device via a second switch (ES2) and the second switch is alternately closed or opened when the first switch is opened or closed, characterized in that
that the two switches (ES1, ES2) can be switched on and off alternately electronically with the frequency of the alternating voltage, the first electronic switch (ES1) consisting of transistor switches ( 46 , 47 ) operating as phase control and / or phase control, which are dependent can be controlled alternately by the phase zero crossing, and the second electronic switch (ES2) is also constructed from transistor switches ( 62 , 63 ) that conduct alternately depending on the phase, of which one transistor switch ( 46 ; 62 ) is in the positive phase or the second transistor switch ( 49 ; 63 ) is conductive in the negative phase of the AC voltage when the first electronic switch (ES1) is not conductive;
that the transistor switches ( 46 , 47 ; 62 , 63 ) of the first and second electronic switches (ES1; ES2) have at least one field effect transistor (MOS-FET or IGBT) with a parallel diode ( 48 , 49 ; 64 , 65 ) include;
that the transistor switches ( 46 , 47 ) of the first electronic switch (ES1), which can be switched through alternately by the half-phases of the AC voltage, can be controlled by a microprocessor (µP) which, depending on a phase zero detection circuit, generates an ignition angle signal (ZW) for the phase gating and / or Phase control of the transistor switches ( 46 , 47 ) provides;
and that the transistor switches ( 62 , 63 ) of the second electronic switch (ES2) can be switched semi-periodically selectively to a non-conductive first electronic switch (ES1) into a conductive or non-conductive state via a control circuit ( 16 ).

2. A circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the phase-shifted zero-crossing signal of the AC voltage tapped by a low-pass filter ( 22 ) acts as a trigger signal (Tr) on a monostable multivibrator ( 28 ), the RC element ( 33 , of which is tuned to the AC voltage frequency) 34 , 35 ; 33 , 37 , 38 ) at the end of the metastable state supplies an output signal (Q) which is in phase with the next phase zero crossing.

3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the trigger signal (Tr) and the correct phase output signal (Q) acts on the microprocessor (µP), which determines the AC voltage frequency by counting and the desired ignition angle signal (ZW) for the first electronic switch ( It 1 ) calculates.

4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the microprocessor (µP) provides a changeover signal (UMS) in the event of a frequency change of the alternating voltage, with which it switches the time constant of the RC element ( 33 , 34 , 35 ; 33 , 37 , 38 ) adapts to the changed frequency.

5. Circuit arrangement according to claims 1 to 4, characterized in that the ignition angle signal (ZW) for the ignition angle-dependent actuation of the transistor switches ( 46 , 47 ) of the first electronic switch (ES1) via an input-side optocoupler ( 41 ) and a Schmitt trigger circuit ( 42 ) can be applied to the transistor switches ( 46 , 47 ), and that the transistor switches ( 46 , 47 ) switch this first electronic switch (ES1) on or off in accordance with the desired phase control and / or phase control.

6. Circuit arrangement according to claims 1 to 4, characterized in that the firing angle signal (ZW) for firing angle-dependent control of the transistor switches ( 62 , 63 ) of the second electronic switch (ES2) via a flip-flop ( 72 ) and possibly a further optocoupler ( 72 ) can be applied to these transistor switches ( 62 , 63 ) and makes them alternately conductive when the first electronic switch (ES1) is switched off.

7. Circuit arrangement according to claims 5 and 6, characterized in that the ignition angle-dependent control of the first and second electronic switches ( 46 , 47 ; 62 , 63 ) can be suppressed when a current transformer (SW) at the output (L ') of the circuit device Overcurrent detected.

8. Circuit arrangement according to claim 7, characterized in
that the overcurrent-dependent voltage at the current transformer (SW) is comparable to a reference voltage at a resistor ( 82 );
and that a voltage exceeding the reference voltage on the one hand suppresses the transmission of the ignition angle signal (ZW) to the first electronic switch (ES1) and on the other hand resets the flip-flop ( 72 ) in order to use the optocoupler ( 75 ) to switch the second electronic switch (ES2) into the controls non-conductive state.