DE1147628B

DE1147628B - Electronic switchgear sensitive to magnetic fields with a Hall voltage generator

Info

Publication number: DE1147628B
Application number: DES73528A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Julius Brunner; Dipl-Phys Dr Friedrich Kuhrt; Erich Rainer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-04-18
Filing date: 1961-04-18
Publication date: 1963-04-25

Description

Magnetfeldempfindliches elektronisches Schaltgerät mit einem Hallspannungserzeuger Die Hauptpatentanmeldung betrifft ein Schaltgerät mit einem Hallspannungserzeuger, das mit geringem Aufwand eine hohe Leistungsverstärkung erzielt. Das Schaltgerät enthält als Schaltorgan ein Halbleiterstromtor. Zur Erzeugung der Zündimpulse wird die Hallspannung in Reihe mit einer Tunneldiode und einer Hilfswechselspannung geschaltet, deren Amplitude unter dem Kippunkt des Tunneldiodenkreises liegt. Bei Erregung des Hallspannungserzeugers durch ein Magnetfeld wird in jeder zweiten Halbwelle der Wechselspannung der Kippunkt überschritten und dadurch die Zündung des Halbleiterstromtores herbeigeführt.Electronic switching device sensitive to magnetic fields with a Hall voltage generator The main patent application relates to a switching device with a Hall voltage generator, which achieves a high performance gain with little effort. The switching device contains a semiconductor current gate as a switching element. To generate the ignition pulses the Hall voltage connected in series with a tunnel diode and an auxiliary AC voltage, whose amplitude is below the tipping point of the tunnel diode circle. When the Hall voltage generator by a magnetic field is in every second half-wave of the AC voltage exceeded the tipping point and thereby the ignition of the semiconductor current gate brought about.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Benutzung des geschilderten Prinzips ein Schaltgerät zu schaffen, das eine Unterscheidung der Richtungen des erregenden Magnetfeldes gestattet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an die Hallspannung zwei Kreise mit je einer Tunneldiode und einer Hilfswechselspannung derart angeschlossen sind, daß je nach dem Vorzeichen des erregenden Magnetfeldes die Hall- und die Hilfswechselspannung jeweils in einem Kreis in Phase und im anderen Kreis in Gegenphase sind.The object of the present invention is to use the described Principle to create a switching device that distinguishes the directions of the exciting magnetic field. According to the invention, this object is achieved by that the Hall voltage has two circles, each with a tunnel diode and an auxiliary AC voltage are connected in such a way that depending on the sign of the exciting magnetic field the Hall voltage and the auxiliary AC voltage each in one circle in phase and in the other Circle are in antiphase.

Um die Hallspannung nur jeweils mit dem wirksamen Kreis zu belasten, kann man in Reihe mit den Tunneldioden normale Dioden gleicher Durchlaßrichtung schalten. Die erzeugten Zündimpulse können zur Aussteuerung zweier antiparallel geschalteter Halbleiterstromtore als Dreipunktschalter dienen.In order to only load the Hall voltage with the effective circuit, normal diodes with the same forward direction can be used in series with the tunnel diodes switch. The generated ignition pulses can be used to control two antiparallel switched semiconductor current gates serve as three-point switches.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung schematisch dargestellt ist.Details of the invention emerge from the following description of an embodiment which is shown schematically in the drawing.

Fig. 1 zeigt unter Benutzung der Bezugszeichen der Fig. 1 der Hauptpatentanmeldung den inneren Aufbau eines Schaltgerätes nach der Erfindung. Ein Verbraucher ist über antiparallel geschaltete Halbleiterstromtore 2A und 2B an ein Wechselspannungsnetz angeschlossen. An dasselbe Netz, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines nicht dargestellten Phasenschiebers, ist ein Transformator 3 geschaltet, der mit drei Sekundärwicklungen versehen ist. Die Sekundärwicklung 4 liefert über einen Vorwiderstand 6 den Steuerwechselstrom für den Hallspannungserzeuger 7. An den Hauelektroden 8 und 9 wird die Hallspannung Ulf abgenommen. Sie liegt jeweils mit einer Sekundärwicklung 5 A bzw. 5 B des Transformators 3 und einer Tunneldiode 10 A bzw. 10 B in Reihe. Die Sekundärwicklungen dienen zur Einführung der Hilfswechselspannungen U.A und Uoß in der in der Figur dargestellten Richtung.Fig. 1 shows, using the reference numerals of Fig. 1 of the main patent application, the internal structure of a switching device according to the invention. A consumer is connected to an alternating voltage network via semiconductor current gates 2A and 2B connected in anti-parallel. A transformer 3, which is provided with three secondary windings, is connected to the same network, possibly with the interposition of a phase shifter (not shown). The secondary winding 4 supplies the alternating control current for the Hall voltage generator 7 via a series resistor 6. The Hall voltage Ulf is taken from the main electrodes 8 and 9. It is connected in series with a secondary winding 5 A or 5 B of the transformer 3 and a tunnel diode 10 A or 10 B, respectively. The secondary windings are used to introduce the auxiliary AC voltages UA and Uoss in the direction shown in the figure.

Die beiden Tunneldiodenkreise sind über Primärwicklungen 11A, 11B von Impulstransformatoren 12A, 12B geführt, deren Sekundärwicklungen 13A, 13B an den Zündkreis der Halbleiterstromtore geschaltet sind. In Reihe mit den Tunneldioden liegen normale Dioden 14A, 14B mit gleicher Durchlaßrichtung.The two tunnel diode circuits are led via primary windings 11 A, 11 B of pulse transformers 12A, 12B, the secondary windings 13A, 13B of which are connected to the ignition circuit of the semiconductor current gates. In series with the tunnel diodes are normal diodes 14A, 14B with the same forward direction.

Fig. 2, die der Fig. 2 der Hauptpatentanmeldung entspricht, zeigt die Kennlinie der beiden Tunneldiodenkreise. Mit zunehmender Spannung U (Summe der Hall- und Hilfswechselspannung) steigt zunächst der Strom I an. Wird der Kippunkt a nicht erreicht, so werden auch keine Zündimpulse an die Stromtore gegeben. Der Scheitelwert Ü, der Hilfswechselspannung ist so bemessen, daß er unterhalb des Kipppunktes bleibt. Tritt jedoch eine Hauspannung solcher Richtung auf, daß sie mit der Hilfswechselspannung in Phase liegt, so wird der Kippunkt a in jeder zweiten Halbwelle der Netzwechselspannung überschritten und ein entsprechender Impuls erzeugt.Fig. 2, which corresponds to Fig. 2 of the main patent application, shows the characteristic of the two tunnel diode circuits. With increasing voltage U (sum of the Hall and auxiliary AC voltage) the current I rises initially. Becomes the tipping point a is not reached, no ignition pulses are given to the current gates. Of the Peak value Ü, the auxiliary AC voltage is dimensioned so that it is below the tipping point remain. However, if a house voltage occurs in such a direction that it coincides with the auxiliary AC voltage is in phase, the breakover point becomes a in every second half-wave of the mains alternating voltage exceeded and a corresponding pulse generated.

In welchem Tunneldiodenkreis die Zündimpulse erzeugt werden, ist von der Richtung des erregenden Magnetfeldes bzw. der Hallspannung UH abhängig. Im Verbraucher 1 erhält man somit einen Mittelwert IM gemäß Fig. 3. Innerhalb eines bestimmten Bereiches der Hallspannung ist der Verbraucherstrom gleich Null und springt dann, sobald die Hallspannung zur Überschreitung des Kippunktes a ausreicht, auf den durch die Impedanzverhältnisse im Lastkreis gegebenen Wert.The tunnel diode circuit in which the ignition pulses are generated depends on the direction of the exciting magnetic field or the Hall voltage UH. In the consumer 1, a mean value IM according to FIG. 3 is thus obtained In the Hall voltage range, the consumer current is zero and then jumps, as soon as the Hall voltage is sufficient to exceed the tipping point a, on the value given by the impedance conditions in the load circuit.

Wie die Fig. 4 und 5 zusammen mit Fig. 2 zeigen, können Zündimpulse nur dann erzeugt werden, wenn die Hauspannung und die Hilfswechselspannung in dem betreffenden Tunneldiodenkreis in Phase liegen. Im Diagramm der Fig. 4 ist dieses für die Hilfswechselspannung UoA erfüllt, während zur Hilfswechselspannung UOB (gestrichelt dargestellt) die Hauspannung UN in Gegenphase liegt. Dementsprechend wird in jeder der schraffierten Halbwellen das Stromtor 2A gezündet. Im Diagramm nach Fig. 5 sind die Verhältnisse umgekehrt. Dort sind die Hilfswechselspannung U.$ und die Hallspannung UH in Phase, so daß in den schraffierten Halbwellen das Stromtor 2 B gezündet wird.As FIGS. 4 and 5 together with FIG. 2 show, ignition pulses can only be generated when the house voltage and the auxiliary AC voltage are in the relevant tunnel diode circuit are in phase. In the diagram of FIG. 4 this is for the auxiliary AC voltage UoA, while for the auxiliary AC voltage UOB (dashed shown) the house voltage UN is in phase opposition. Accordingly, in each one of the hatched half-waves the current gate 2A ignited. In the diagram of Fig. 5 are the reverse is true. The auxiliary alternating voltage U. $ and the Hall voltage are there UH in phase, so that the current gate 2 B is ignited in the hatched half-waves.

Zündzeitpunkt und Breite des Unempfindlichkeitsbereiches (vgl. Fig. 3) können durch Einstellung der Amplitude der Hilfswechselspannung, des Steuerwechselstromes des Hallgenerators und der Phasenlage der Speisespannung des Transformators 3 beeinflußt werden. In welcher Weise dies im einzelnen geschieht, ist für die Erfindung grundsätzlich ohne Bedeutung.Ignition time and width of the insensitivity range (see Fig. 3) Can by adjusting the amplitude of the auxiliary AC voltage, the control AC current of the Hall generator and the phase position of the supply voltage of the transformer 3 influenced will. The way in which this happens in detail is fundamental to the invention irrelevant.

Der Verbraucher kann statt an ein Wechselstromnetz auch an Gleichspannung angeschlossen werden. In diesem Fall sind zur Löschung der Halbleiterstromtore die bekannten Löschschaltungen, z. B. mit Kondensatoren, erforderlich. Steuerstrom des Hallspannungserzeugers sowie Hilfswechselspannung können dann von einem Rechteckwellenoszillator, vorzugsweise hoher Tastfrequenz in der Größenordnung von kHz, geliefert werden. Das neue Schaltgerät zeichnet sich wie der Gegenstand des Hauptpatentes durch sehr hohe Leistungsverstärkung bei geringem Schaltaufwand aus und ist mit besonderem Vorteil für die richtungsabhängige Verarbeitung magnetischer Signale geeignet.The consumer can also use direct voltage instead of an alternating current network be connected. In this case, the semiconductor current gates are to be erased known erasure circuits, e.g. B. with capacitors required. Control current of Hall voltage generator and auxiliary AC voltage can then be generated by a square wave oscillator, preferably a high sampling frequency of the order of kHz. Like the subject of the main patent, the new switchgear is characterized by very high power amplification with little switching effort and is with special Advantageously suitable for the direction-dependent processing of magnetic signals.

Claims

i'ATENT CLAIMS: 1 .. Magnetic field-sensitive electronic switching device with a Hall voltage generator, the house voltage of which is connected in series with a tunnel diode and an auxiliary AC voltage to generate ignition pulses for semiconductor gates, the amplitude of which is below the tipping point of the tunnel diode circuit, according to patent application S 72723 VIII a / 21 a1; characterized in that two circuits (A, B) each with a tunnel diode (10A, 10B) and an auxiliary AC voltage (USA, UOB) are connected to the house voltage in such a way that, depending on the sign of the exciting magnetic field, the Hall voltage and the auxiliary AC voltage each be in phase in one circle and in antiphase in the other circle.

2. Sensitive to magnetic fields Electronic switching device according to Claim 1, characterized in that in series normal diodes (14A, 14B) of the same forward direction are connected to the tunnel diodes are.

3. Magnetic field sensitive electronic switching device according to claim 1 and 2, characterized in that the ignition pulses generated to control two Anti-parallel connected semiconductor current gates (2A, 2B) are used.