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Elektronischer Schalter mit steuerbaren Halbleitergleichrichtern In
der Technik tritt häufig die Forderung auf, Gleichstromkreise periodisch zu unterbrechen.
Mechanische Schalter zeigen wegen des beim öffnen der Kontakte auftretenden Lichtbogens
und des damit verbundenen Kontaktabbrandes große Verschleißerscheinungen, besonders
bei hoher Schalthäufigkeit und sind deshalb für den erwähnten Anwendungsbereich
ungünstig. Gegenüber den mechanischen Schaltern weisen elektronische Schalter in
vorteilhafter Weise weder Verschleißerscheinungen noch bewegliche Kontakte auf.
Als besonders günstig haben sich die auf Grund der Fortschritte in der Halbleitertechnik
entwickelten steuerbaren Halbleitergleichrichter, vorzugsweise steuerbare Siliziumzellen,
erwiesen.
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Da ein steuerbarer Halbleitergleichrichter über die Steuerelektrode
mittels eines Zündimpulses zwar eingeschaltet, aber wegen des thyratronähnlichen
Verhaltens nicht ausgeschaltet werden kann, ist es erforderlich, zusätzliche Mittel
zur Löschung vorzusehen.
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In F i g. 1 ist ein Schaltungsbeispiel eines bekannten elektronischen
Schalters dargestellt. An die Betriebsspannungsquelle 1 ist eine Reihenschaltung
aus einer mit Anzapfung versehenen Drosselspule 4, einem Verbraucher 3 und
einem steuerbaren Halbleitergleichrichter 2 geschaltet. Parallel zum Verbraucher
3
liegt eine Freilaufdiode 8, deren Durchlaßrichtung entgegen derDurchlaßrichtung
des steuerbarenHalbleitergleichrichters 2 gerichtet ist. Eine Reihenschaltung, bestehend
aus einem Kommutierungskondensator 6 mit parallel geschaltetem Entladewiderstand
7
und einem steuerbaren Halbleitergleichrichter 5, ist einerseits an
die Anzapfung der Drosselspule 4 und andererseits an den der Drosselspule abgewandten
Pol der Betriebsspannungsquelle 1 angeschlossen. Der Entladewiderstand
7 sorgt dafür, daß der Kommutierungskondensator 6 im normalen Betrieb
ungeladen ist.
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Zum Löschen des steuerbaren Halbleitergleichrichters 2 wird der steuerbare
Halbleitergleichrichter 5
gezündet. Dadurch wird die Anzapfung der Drosselspule
4 über den Kommutierungskondensator 6 an den der Drosselspule abgewandten
Pol der Betriebsspannungsquelle 1 geschaltet. Da der Kommutierungskondensator
6 zunächst ungeladen ist, tritt an dem zwischen Anzapfung und Betriebspannungsquelle
1 liegenden Teil der Drosselspule 4 eine Spannung in Höhe der Betriebsspannung
auf. Im anderen Teil der Drosselspule wird entsprechend dem Verhältnis der Windungszahlen
eine Spannung induziert. Diese induzierte Spannung weist eine solche Polarität auf,
daß die Anode des steuerbaren Halbleitergleichrichters 2 um den Betrag der induzierten
Spannung negativ gegenüber der Kathode wird. Dadurch löscht dieser steuerbare Halbleitergleichrichter
2. Wenn der steuerbare Halbleitergleichrichter 2 gelöscht hat, ist der Verbraucher
3 von der Betriebsspannungsquelle 1
getrennt und der aus der Betriebsspannungsquelle
1
durch den Verbraucher 3 ffießende Strom unterbrochen. Die Freilaufdiode
8 sorgt dafür, daß die Spannung am Verbraucher 3 nicht negativ wird
bzw. daß bei induktivem Verbraucher der Verbraucherstrom in dem aus Verbraucher
3 und Freilaufdiode 8
gebildeten Stromkreis ausklingen kann. Nach der
Löschung des steuerbaren Halbleitergleichrichters 2 bildet der zwischen Anzapfung
und Betriebsspannungsquelle 1 liegende Teil der Drosselspule 4 mit dem Kommutierungskondensator
6 zusammen einen Reihenschwingkreis, der durch die Zündung des steuerbaren
Halbleitergleichrichters 5 zu einer Halbschwingung veranlaßt wird. Im Verlauf
dieser Schwingung lädt sich der Kommutierungskondensator 6 auf eine Spannung,
die größer als die Betriebsspannung ist, auf. Die Entladung des Kommutierungskondensators
6 erfolgt über den Entladewiderstand 7.
Ein solcher bekannter elektronischer
Schalter kann zu gelegentlichen Abschaltungen, beispielsweise bei StörÜberwachung,
benutzt werden. Soll ein solcher elektronischer Schalter mit großer Schalthäufigkeit,
womöglich periodisch betrieben werden, so zeigen sich verschiedene Nachteile, die
oberhalb einer bestimmten Schaltfrequenz einen einwandfreien Betrieb des elektronischen
Schalters unmöglich machen. Für den einwandfreien Betrieb des elektronischen Schalters
ist es erforderlich, daß der Entladewiderstand 7
so hochohmig ist, daß der
steuerbare Halbleitergleichrichter 5 nach der Aufladung des Kommutierungskondensators
6 löscht. Dem entgegen steht die Forderung, den Entladewiderstand
7 zur Erzielung
einer kurzen Entladezeit und damit möglichst
hohen Schalthäufigkeit entsprechend niederohmig zu machen. Diese widersprechenden
Forderungen verhindern einen Einsatz dieses bekannten elektronischen Schalters bei
höheren Schaltfrequenzen.
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Die Erfindung schlägt eine einfache, jedoch in ihrer Auswirkung überraschend
vorteilhafte Weiterentwicklung des elektronischen Schalters vor, die es nicht nur
ermöglicht, die Schaltfrequenz wesentlich zu erhöhen, sondern auch die Verlustleistung
auf ein Minimum herabzusetzen.
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Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schalter mit steuerbaren
Halbleitergleichrichtern, bei der die Reihenschaltung aus einem Verbraucher
3, einer mit Abgriff versehenen Drosselspule 4 und einem steuerbaren Halbleitergleichrichter
2 an eine Betriebsspannungsquelle 1 geschaltet ist und zwischen dem Abgriff
der Drosselspule 4 und dem der Drosselspule abgewandten Pol der Betriebsspannungsquelle
eine Reihenschaltung aus einem Kommutierungskondensator 6 und einem steuerbaren
Halbleitergleichrichter 5 angeordnet ist und besteht darin, daß antiparallel
zu dem in Reihe zum Kommutierungskondensator 6 liegenden steuerbaren Halbleitergleichrichter
5 eine Diode 9 geschaltet ist.
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An Hand des in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels
werden der Aufbau und die Wirkungsweise der Erfindung aufgezeigt und erläutert.
In dem bekannten Schaltungsbeispiel der F i g. 1 und in dem erlindungsgemäßen
Schaltungsbeispiel der F i g. 2 wurden für gleiche Schaltungselemente dieselben
Bezeichnungen benutzt.
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Der Unterschied zwischen der bekannten und der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
besteht darin, daß antiparallel zum steuerbaren Halbleitergleichrichter
5 eine Diode 9 geschaltet ist. Außerdem kann parallel zum Entladewiderstand
7 eine weitere Diode 10 angeordnet werden, die so gepolt ist, daß
sie in Sperrichtung beansprucht wird, wenn der Kommutierungskondensator
6 über den steuerbaren Halbleitergleichrichter 5 aufgeladen wird.
Nach Aufladung des Kommutierungskondensators 6
über den steuerbaren Halbleitergleichrichter
5 kann er die gespeicherte Energie in der erfindungsgemäßen Anordnung über
die Diode 9 in die Betriebsspannungsquelle 1 zurückliefern. Dadurch
wird die Entladezeit praktisch auf den Wert der Aufladezeit gebracht und die Verlustleistung
im Entladewiderstand 7
auf einen geringen Restwert herabgesetzt.
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Eine Stabilisierung der Schaltungsanordnung für Belastungsänderungen
wird durch das Parallelschalten der Diode 10 zum Kommutierungskondensator
6
bewirkt. Diese Diode 10 verhindert ein negatives Aufladen des Kommutierungskondensators
6. Dadurch wird es außerdem ermöglicht, als Kommutierungskondensator
6 einen preiswerten Elektrolytkondensator zu verwenden.