DE1213890B - Electronic switch - Google Patents
Electronic switchInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. Cl.: Int. Cl .:
H03kH03k
Deutsche Kl.: 21 al-36/18German class: 21 al-36/18
Nummer: 1213 890Number: 1213 890
Aktenzeichen: D 43668 VIII a/21 alFile number: D 43668 VIII a / 21 al
Anmeldetag: 19. Februar 1964Filing date: February 19, 1964
Auslegetag: 7. April 1966Opening day: April 7, 1966
Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schalter.The invention relates to an electronic switch.
Die Erfindung besteht darin, daß mindestens zwei Halbleiterschaltelemente in Reihe liegen, die beim Überschreiten eines Schwellenwertes einer angelegten Spannung vom hochohmigen in den niederohmigen Zustand schalten, daß der zu schaltende Stromkreis nur über einen Teil der Halbleiterschaltelemente führt, die Steuerspannung dagegen an die Halbleiterschaltelementenreihe angelegt wird.The invention consists in that at least two semiconductor switching elements are in series, the Exceeding a threshold value of an applied voltage from the high resistance to the low resistance Switch state that the circuit to be switched only over a part of the semiconductor switching elements leads, the control voltage, however, is applied to the semiconductor switching element row.
Halbleiterschaltelemente der erwähnten Art haben den Vorteil, daß über die gleichen Elektroden, über die der zu schaltende Strom fließen soll, auch die Steuerspannung angelegt werden kann. Dies bringt aber den Nachteil mit sich, daß der zu schaltende Stromkreis und das die Steuerspannung liefernde Steuergerät direkt miteinander verbunden sind und sich gegenseitig störend beeinflussen können, wenn keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden.Semiconductor switching elements of the type mentioned have the advantage that over the same electrodes that the current to be switched is to flow, the control voltage can also be applied. This brings but with the disadvantage that the circuit to be switched and that supplying the control voltage Control units are directly connected to each other and can interfere with each other if no special precautions are taken.
Der erfindungsgemäße Aufbau macht es möglich, daß das Steuergerät grundsätzlich mittels eines der Halbleiterschaltelemente vom Stromkreis abgeschaltet ist, solange nicht gerade ein Steuerimpuls zugeführt wird.The structure according to the invention makes it possible that the control unit basically by means of one of the Semiconductor switching elements are disconnected from the circuit, as long as there is not a control pulse is fed.
Ein weiteres Problem tritt bei bestimmten Halbleiterschaltelementen auf, die einen solchen Aufbau besitzen, daß sich bei jedem Einschaltvorgang ein niederohmiger Pfad innerhalb des im übrigen hochohmig bleibenden Körpers jeweils neu formt, und die zumeist polykristallinen Aufbau haben.Another problem arises with certain semiconductor switching elements on, which have such a structure that with each switch-on process a low-resistance path within the otherwise high-resistance permanent bodies are each newly formed, and which mostly have a polycrystalline structure.
Wenn der Steuerimpuls direkt über die auch an den zu schaltenden Stromkreis angelegten Elektroden zugeführt wird, ist es sicher, daß der Strom des Stromkreises den vom Steuerimpuls vorgegebenen Pfad auch »findet«. Wenn man aber eine gewisse Trennung zwischen dem Stromkreis und dem Steuergerät vornehmen will, und versuchen wollte, den Steuerimpuls über eine Hilfselektrode neben der Stromkreiselektrode zuzuführen, würden der vom Steuerimpuls vorgegebene Pfad und der für den Stromkreis benötigte Pfad nicht mehr übereinstimmen. When the control pulse is sent directly via the electrodes that are also connected to the circuit to be switched is supplied, it is certain that the current of the circuit is as specified by the control pulse Path also "finds". But if you have a certain separation between the circuit and the control unit want to make, and wanted to try the control pulse via an auxiliary electrode next to the To feed the circuit electrode, the path given by the control pulse and that for the Circuit required path no longer match.
Auch dieses Problem löst der erfindungsgemäße Schalter, bei dem sichergestellt ist, daß ein Teil des durch den Steuerimpuls vorgegebenen Strompfades mit dem für den zu schaltenden Stromkreis benötigten Pfad identisch ist.This problem also solves the switch according to the invention, in which it is ensured that part of the The current path specified by the control pulse with the one required for the circuit to be switched Path is identical.
In diesem Zusammenhang ist es sogar möglich, diejenige Elektrode die nur die Steuerspannung bzw. -feldstärke zuführt, nicht galvanisch leitend am Halbleiterschaltelement anliegen zu lassen, sondern nur kapazitiv anzuschließen. Hierdurch ist eine in Elektronischer SchalterIn this context it is even possible to use the electrode that only supplies the control voltage or -of field strength, not to be applied to the semiconductor switching element in a galvanically conductive manner, but rather only to be connected capacitively. This is an electronic switch
Anmelder:Applicant:
Danfoss A/S, Nordborg (Dänemark)Danfoss A / S, Nordborg (Denmark)
Vertreter:Representative:
Dr.-Ing. U. Knoblauch, Patentanwalt,Dr.-Ing. U. Knoblauch, patent attorney,
Frankfurt/M., Kühhornshofweg 10Frankfurt / M., Kühhornshofweg 10
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Arne Jensen, Havnbjerg, Nordborg (Dänemark)Arne Jensen, Havnbjerg, Nordborg (Denmark)
allen praktischen Fällen ausreichende Trennung zwischen Steuergerät und zu schaltendem Stromkreis gegeben.In all practical cases, sufficient separation between the control unit and the circuit to be switched given.
Besonders interessant ist in diesem Zusammenhang die Anwendung von Halbleiterschaltelementen, die überwiegend aus Tellur mit Zusätzen aus Elementen der Gruppen IV und V des Periodischen Systems bestehen. Es handelt sich um absolut symmetrische Festkörperschalter, die hochbelastbar und sehr leicht herstellbar sind. Außerdem kann man ihren Schwellenwert durch Wahl des Mischungsverhältnisses oder durch die Dicke des Körpers nach Belieben einstellen. Als Beispiel sei ein Halbleiterschaltelement genannt, das aus 67,5% Tellur, 25% Arsen und 7,5% Germanium erzeugt ist. Die Herstellung kann durch Aufdampfen auf eine Metallplatte, durch Sintern, durch Erstarrenlassen einer Legierungsschmelze od. dgl. erfolgen. Beispielsweise kann der Aufbau so erfolgen, daß ein Halbleiterkörper aus auf einer Seite mit zwei voneinander getrennten Elektroden und auf der anderen Seite mit einer gemeinsamen Elektrode belegt ist.In this context, the use of semiconductor switching elements is of particular interest, which are predominantly made of tellurium with additions of elements from groups IV and V of the periodic table exist. These are absolutely symmetrical solid-state switches that are heavy-duty and very are easy to manufacture. You can also set their threshold value by choosing the mixing ratio or adjust by the thickness of the body at will. A semiconductor switching element is an example called, which is made from 67.5% tellurium, 25% arsenic and 7.5% germanium. The production can be done by vapor deposition on a metal plate, by sintering, by solidifying an alloy melt or the like. For example, the Construction take place in such a way that a semiconductor body consists of two electrodes separated from one another on one side and is covered on the other side with a common electrode.
Selbstverständlich gilt die Erfindungsidee nicht nur für die vorerwähnten Halbleiterschaltelemente, sondern auch für beliebig andere, ähnlich aufgebaute Halbleiterschaltelemente, die durch eine Steuerspannung oder -feldstärke in den niederohmigen Zustand gebracht werden. Beispiele für Halbleiterschaltelemente mit andersartigem Aufbau sind aus mehreren monokristallinen Schichten bestehende Dioden, beispielsweise die bekannten Fünfschichtendioden.Of course, the idea of the invention does not only apply to the aforementioned semiconductor switching elements, but rather also for any other, similarly structured semiconductor switching elements that are controlled by a control voltage or field strength can be brought into the low-resistance state. Examples of semiconductor switching elements with a different structure are diodes consisting of several monocrystalline layers, for example the well-known five-layer diodes.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der Zeichnung. Es zeigtFurther details of the invention emerge from the following description of several exemplary embodiments in connection with the drawing. It shows
609 557/282609 557/282
F i g. 1 ein typisches Strom-Spannungs-Diagrarnm für ein erfindungsgemäß verwendbares Halbleiterschaltelement, F i g. 1 shows a typical current-voltage diagram for a semiconductor switching element that can be used according to the invention,
F i g. 2 ein Schaltbild mit dem Schalter undF i g. 2 a circuit diagram with the switch and
F i g. 3 eine praktische Ausführungsform des Schalters im Schaltbild.F i g. 3 shows a practical embodiment of the switch in the circuit diagram.
In dem Diagramm der F i g. 1 ist der Strom / eines symmetrischen Halbleiterschaltelements auf Tellurbasis über der Spannung U aufgetragen. Unterhalb der Schwellenspannung + Us ist der Strom nahezu Null, da der Schalter seinen hochohmigen Zustand eingenommen hat, bei dem sein Widerstand bis zu mehreren Megohm betragen kann (Kurve I). Sobald jedoch die Schwellenspannung Us überschritten ist, springt das Halbleiterschaltelement in seinen niederohmigen Zustand (Kurve II) um, bei dem er einen Widerstand von 1 Ohm oder weniger hat. Den niederohmigen Zustand behält der Schalter bei, bis der hindurchfließende Strom einen Haltewert In unterschreitet, der ziemlich in der Nähe des Nullpunktes liegen kann. Beim Unterschreiten von IH schaltet das Halbleiterschaltelement in den hochohmigen Zustand zurück.In the diagram of FIG. 1, the current / of a symmetrical tellurium-based semiconductor switching element is plotted against the voltage U. Below the threshold voltage + U s , the current is almost zero, since the switch has assumed its high-resistance state, at which its resistance can be up to several megohms (curve I). However, as soon as the threshold voltage U s is exceeded, the semiconductor switching element jumps to its low-resistance state (curve II), in which it has a resistance of 1 ohm or less. The switch maintains the low-resistance state until the current flowing through it falls below a holding value I n , which can be quite close to the zero point. If the value falls below I H , the semiconductor switching element switches back to the high-resistance state.
In Fig. 2 besteht der Hauptstromkreis aus einer Wechselstromquelle 1, einem Verbraucher in Form eines Lastwiderstandes 2, einer Drosselspule 3 und einem Halbleiterschaltelement 4. Der Steuerstromkreis umfaßt außer diesem Halbleiterschaltelement 4 ein zweites, damit in Reihe liegendes Halbleiterschaltelement 5 und das Steuergerät 6, das Impulse mit der Frequenz des Wechselstromes abzugeben in der Lage sein muß.In Fig. 2, the main circuit consists of an alternating current source 1, a consumer in the form of a load resistor 2, a choke coil 3 and a semiconductor switching element 4. The control circuit includes this semiconductor switching element 4, a second semiconductor switching element 5 in series and the control unit 6, which Must be able to deliver pulses at the frequency of the alternating current.
Wenn dieses Steuergerät einen Impuls größer als 2 Us liefert, nehmen beide Halbleiterschaltelemente 4 und 5 ihren niederohmigen Zustand ein. Die Drossei 3 oder andere Induktivitäten des Netzes sorgen dafür, daß der Impuls auch voll am Halbleiterschaltelement 4 wirksam ist. Während der Schalter 5 sofort wieder in den hochohmigen Zustand zurückschaltet, weil der durch ihn hindurchfließende Strom unter den Wert IH sinkt, kann der Laststrom bis zum Ende der Halbperiode über das Halbleiterschaltelement 4 fließen, das dann auch wieder in den hochohmigen Zustand zurückschaltet. Das Spiel wiederholt sich, wenn das Steuergerät 6 in der nächsten Halbperiode wieder einen Impuls abgibt.When this control unit delivers a pulse greater than 2 U s , both semiconductor switching elements 4 and 5 assume their low-resistance state. The Drossei 3 or other inductances of the network ensure that the pulse is also fully effective on the semiconductor switching element 4. While the switch 5 immediately switches back to the high-resistance state because the current flowing through it falls below the value I H , the load current can flow through the semiconductor switching element 4 until the end of the half-cycle, which then switches back to the high-resistance state. The game is repeated when the control unit 6 emits a pulse again in the next half cycle.
In F i g. 3 sind die Halbleiterschaltelemente zu einem gemeinsamen Element 7 vereinigt. Dieses besteht aus einer Schicht 8 aus polykristallinen! Halbleitermaterial, einer gemeinsamen Platte 9 als Mittelelektrode sowie auf der anderen Seite einer galvanisch angeschlossenen Elektrode 10 und einer kapazitiv anliegenden Elektrode 11. Da der Strom nur längs eines Pfades fließt, kann man sich die Schicht 8 durch die gestrichelte Linie 12 geteilt denken, so daß man sie als aus zwei Abschnitten 4 a und 5 a bestehend ansehen kann.In Fig. 3, the semiconductor switching elements are combined to form a common element 7. This consists of a layer 8 made of polycrystalline! Semiconductor material, a common plate 9 as a center electrode and on the other side a galvanically connected electrode 10 and a capacitive electrode 11. Since the current only flows along one path, the layer 8 can be thought of as divided by the dashed line 12, so that they can be seen as consisting of two sections 4 a and 5 a .
40 Abwandlungen von den beschriebenen Ausfuhrungsbeispielen können in vielerlei Hinsicht vorgenommen werden, ohne daß vom Grundgedanken der Erfindung abgewichen wird. Beispielsweise kann man den elektronischen Schalter auch zum Einschalten von Gleichströmen verwenden. Man kann statt der Impulse auch eine Wechselspannung zum Steuern verwenden, die gegenüber der Netzwechselspannung phasenverschoben ist. Um die richtige Zuordnung zu erhalten, kann das Steuergerät irgendwie mit dem Hauptstromkreis gekoppelt sein. Die Lastwiderstände 2 können beliebige Impedanzen besitzen, beispielsweise auch kapazitiv oder induktiv sein. 40 modifications of the exemplary embodiments described can be made in many ways without deviating from the basic idea of the invention. For example, the electronic switch can also be used to switch on direct currents. Instead of the pulses, it is also possible to use an alternating voltage for control which is out of phase with the mains alternating voltage. In order to get the correct assignment, the control unit can somehow be coupled to the main circuit. The load resistors 2 can have any impedances, for example they can also be capacitive or inductive.
Claims (6)
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 079 212. 55 Considered publications:
German interpretative document No. 1 079 212.
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- 1965-02-19 GB GB733965A patent/GB1103773A/en not_active Expired
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| GB1103773A (en) | 1968-02-21 |
| BE659365A (en) | 1965-05-28 |
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| NL6501869A (en) | 1965-08-20 |
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