DE1488139B2 - CIRCUIT ARRANGEMENT WITH A CONSUMER CONNECTED TO AN AC VOLTAGE SOURCE THROUGH A SOLID-STATE RECTIFIER - Google Patents
CIRCUIT ARRANGEMENT WITH A CONSUMER CONNECTED TO AN AC VOLTAGE SOURCE THROUGH A SOLID-STATE RECTIFIERInfo
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Description
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsan- Mit dieser Schaltungsanordnung wird die gestellteThe invention relates to a circuit arrangement with this circuit arrangement is the asked
Ordnung mit einem über einen Festkörpergleichrich- Aufgabe mit Hilfe eines einzigen Festkörperbaueleter an einer Wechselspannungsquelle liegenden Ver- mentes und einem einzigen Impulsgeber gelöst. Durch braucher. Festlegung der Phasenlage der Steuerimpulse wirdOrder with a solid-state rectification task with the help of a single solid-state component Vermentes connected to an alternating voltage source and a single pulse generator. By consumer. Determination of the phase position of the control pulses
Festkörpergleichrichter haben gegenüber Kontakt- 5 die durch den Gleichrichter hindurchtretende Leigleichrichtern den Vorteil, daß sie ohne bewegliche stung festgelegt. Bei veränderlicher Phasenlage des Teile arbeiten und daß keine Abreißfunken zu be- Steuerimpulses kann die Leistung gesteuert werden, fürchen sind. Im Gegensatz zu Kontaktgleichrichtern Verschiebt man die Steuerimpulse über die Phasenhaben sie aber den Nachteil, daß für ein gegebenes lage der Spannungsnullpunkte und ändert ihren Rich-Element, ζ. B. eine Germanium-Diode, alle Betriebs- io tungssinn, kann man auch die Stromrichtung im werte eindeutig festliegen. Insbesondere ist die Durch- Gleichrichter umkehren.Solid state rectifiers have, compared to contact 5, the shaft rectifiers which pass through the rectifier the advantage that they are fixed without moving stung. If the phase position of the Parts work and that no tear-off sparks are generated. Control pulse, the power can be controlled are afraid. In contrast to contact rectifiers, the control pulses are shifted across the phases But they have the disadvantage that for a given location the voltage zero points and changes their rich element, ζ. B. a germanium diode, all operating sense, you can also change the direction of the current in the values are clearly established. In particular, the through rectifier is reverse.
laßdauer auf etwa eine ganze Halbwelle festgelegt. Darüber hinaus haben die verwendeten Festkörper-Let duration set to about a full half-wave. In addition, the solid-state
Man kann nicht den Einschaltpunkt und damit auch schalter einen wesentlich größeren Unterschied zwinicht die Leistung ändern. Schon gar nicht ist es sehen dem Sperrwiderstand und dem Durchlaßwidermöglich, die Stromrichtung umzukehren, ohne das 15 stand als die bekannten Festkörpergleichrichter. Es Element umzupolen. Hinzu kommt noch, daß die lassen sich Widerständsverhältnisse von 106:1 und Betriebsspannung einen Wert haben muß, der ein- mehr erzielen. Der Beginn jeder Leitfähigkeitsperiwandfrei zwischen der Durchlaßspannung und der ode ist eindeutig durch einen einzigen Impuls fest-Sperrspannung des Gleichrichterelementes liegt. gelegt; irgendwelche Schwankungen der Speise-You cannot change the switch-on point and thus switch a much larger difference between the power. It is certainly not possible to see the blocking resistance and the forward resistance to reverse the direction of the current without the 15 standing as the known solid state rectifier. Reverse the polarity of the element. In addition, the resistance ratios of 10 6 : 1 and the operating voltage must have a value that can be achieved. The beginning of each conductivity period between the forward voltage and the ode is clearly defined by a single pulse of the fixed reverse voltage of the rectifier element. placed; any fluctuations in the food
Es gibt auch steuerbare Festkörpergleichrichter, 20 Wechselspannung sind ohne Einfluß. Das Ausschaldie mit Hilfe eines Steuerimpulses während einer ten erfolgt unabhängig von der äußeren Steuerung Wechselspannungshalbwelle leitfähig werden und jeweils im Bereich des Nulldurchganges, d. h. im dann bis zum Ende dieser Halbwelle leitend bleiben. Augenblick des geringsten Stromes. Das Schalten ge-Durch Änderung des Zeitpunktes der Steuerimpuls- schieht ohne bewegliche Teile. Ein Abreißen von gäbe läßt sich eine Änderung des Ausgangssignals, 25 Funken ist nicht möglich.There are also controllable solid state rectifiers, 20 AC voltages have no influence. The breakout with the help of a control pulse during a ten takes place independently of the external control AC voltage half-wave are conductive and each in the area of the zero crossing, d. H. in the then remain conductive until the end of this half-wave. Moment of the slightest current. Switching through The timing of the control pulse changes without moving parts. A ripping off If there were a change in the output signal, 25 sparks is not possible.
insbesondere der Leistung, erzielen. Will man die Besonders gute Resultate ergeben sich mit einemespecially the performance. If you want the particularly good results come with you
Stromrichtung umkehren, müssen zwei antiparallel- sperrschichtfreien Festkörperschalter, der überwiegeschaltete, gesteuerte Gleichrichter verwendet wer- gend aus einem Elementengemisch, insbesondere aus den, von denen der erste der einen Stromrichtung Tellur mit Zusätzen von Elementen der Gruppen IV und der zweite der anderen Stromrichtung zugeord- 30 und V des periodischen Systems, besteht. Es handelt net ist. Hierfür benötigt man also zwei Festkörper- sich hierbei um absolut symmetrische Festkörpergleichrichterbauelemente und zwei Steuerimpuls- schalter, die hochbelastbar und sehr leicht herstellgeber. bar sind. Außerdem kann ihr Schwellenwert durchTo reverse the direction of the current, two anti-parallel solid-state switches, the one connected above, must be Controlled rectifiers are used from a mixture of elements, in particular from those, the first of which is tellurium with the addition of elements from groups IV and the second is assigned to the other current direction and V of the periodic system. It deals net is. For this you need two solid state rectifier components which are absolutely symmetrical and two control pulse switches, which are heavy-duty and very light manufacturer. are cash. Also, its threshold can through
Ferner gibt es Halbleiterschaltelemente, die beim Wahl einer entsprechenden Mischungszusammenset-Überschreiten eines Schwellwerts einer angelegten 35 zung oder durch Wahl der Dicke des Elements auf Spannung bzw. Feldstärke vom hochohmigen in den einfache Weise den gewünschten Anforderungen anniederohmigen Zustand und beim Unterschreiten gepaßt werden. Als Beispiel sei ein Festkörperschaleines Haltestroms wieder zurückschalten. Hierzu ge- ter genannt, der aus 67,5 % Tellur, 25% Arsen und hören Vier-Schicht-Dioden, die einen unsymmetri- 7,5 °/o Germanium erzeugt ist. Die Herstellung kann sehen Aufbau haben und daher einen gewissen 40 durch Aufdampfen auf eine Metallplatte, durch Sin-Gleichrichteffekt ausüben, und Fünf-Schicht-Dioden, tern, durch Erstarrenlassen einer Legierungsschmelze die einen symmetrischen Aufbau und daher keinerlei od. dgl. erfolgen.Furthermore, there are semiconductor switching elements which, when a corresponding mixture composition is selected, are exceeded a threshold value of an applied tongue or by choosing the thickness of the element Voltage or field strength from the high-resistance in the simple way to the desired requirements low-resistance State and if it falls below the limit. A solid-state shell is an example Switch back the holding current. This includes the one made from 67.5% tellurium, 25% arsenic and hear four-layer diodes, which produces an unbalanced 7.5% germanium. The manufacture can see structure and therefore have a certain 40 by vapor deposition on a metal plate, by sin rectification effect exercise, and five-layer diodes, tern, by solidifying an alloy melt which have a symmetrical structure and therefore no or the like.
Gleichrichterfunktion haben. Ihnen ist gemeinsam, Nach einer Ausgestaltung der Erfindung liegenHave rectifier function. What they have in common is that according to one embodiment of the invention
daß sie erst einschalten, wenn die angelegte Span- mehrere Festkörperschalter in Brückenschaltung, und
nung den Schwellwert überschreitet. Daher ist der 45 der gleiche Steuerimpuls wird jeweils gegenüberlie-Einschaltaugenblick
spannungsabhängig. Schwankun- genden Brückenzweigen zugeführt,
gen der Speise-Wechselspannung, die im Betrieb nicht Die Erfindung wird nachstehend an Hand zweierthat they only switch on when the applied voltage exceeds the threshold value. Therefore the 45 is the same control pulse, it is voltage-dependent in each case opposite switch-on instant. Fed to fluctuating bridge branches,
gene of the AC supply voltage, which is not during operation. The invention is explained below on the basis of two
zu vermeiden sind, führen zu einer Verschiebung des in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele
Einschaltaugenblicks und damit zu einer völlig un- näher erläutert. Es zeigt
erwünschten Änderung der Durchlaßleistung. 5° Fig. 1 ein typisches Strom-Spannungs-Diagrammare to be avoided, lead to a shift in the exemplary embodiment shown in the drawing and thus to a completely unspecified explanation. It shows
desired change in transmission power. 5 ° Fig. 1 shows a typical current-voltage diagram
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für einen erfindungsgemäß verwendeten Festkörper-Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art schalter,The invention is based on the object of a solid-state circuit arrangement used in accordance with the invention of the type described above,
anzugeben, die es mit einfachen Mitteln erlaubt, so- F i g. 2 eine Gleichrichter-Schaltung,indicate that it allows with simple means, so- F i g. 2 a rectifier circuit,
wohl die Durchlässigkeitsdauer als auch die Strom- F i g. 3 in einem gemeinsamen Diagramm Übereinrichtung zu verändern. 55 ander die Speisespannung Un, die Steuerimpulsfolge S probably the permeability time as well as the current F i g. 3 to change alignment in a common diagram. 55 other the supply voltage U n , the control pulse sequence S
Diese Auf gäbe wird mit einer Schaltungsanordnung und den gleichgerichteten Strom/ und
der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch F i g. 4 das Schaltbild für eine Gleichrichter-Brük-This would be with a circuit arrangement and the rectified current / and
of the type mentioned at the outset, according to the invention, thereby fig. 4 the circuit diagram for a rectifier bridge
gelöst, daß als Festkörpergleichrichter ein symmetri- kenschaltung.solved that as a solid state rectifier a symmetrical circuit.
scher Festkörperschalter vorgesehen ist, derbeimüber- In dem Diagramm der F i g. 1 ist der Strom / einesIn the diagram of FIG. 1 is the stream / one
schreiten eines Schwellwerts einer angelegten Span- 60 symmetrischen Festkörperschalters über der Spannung vom hochohmigen in den niederohmigen Zu- nung U aufgetragen. Unterhalb der Schwellenspanstand umschaltet und beim Unterschreiten eines nung + Us ist der Strom nahezu Null, da der Schal-Haltestroms wieder zurückschaltet, und daß die ter seinen hochohmigen Zustand eingenommen hat, Wechselspannung eine unter dem Schwellwert lie- bei dem sein Widerstand bis zu mehreren Megohm gende Amplitude aufweist und daß ferner der Fest- 65 betragen kann (Kurve I). Sobald jedoch die Schwelkörperschalter in jeder zweiten Halbwelle von einem lenspannung Us überschritten ist, springt der Festdas Umschalten bewirkenden, mit der Wechselspan- körperschalter in seinen niederohmigen Zustand nung gleichsinnigen Steuerimpuls beaufschlagt ist. (Kurve II) um, bei dem er einen Widerstand vonA threshold value of an applied voltage 60 symmetrical solid-state switch is plotted against the voltage from the high-ohmic to the low-ohmic voltage U. Below the threshold voltage level switches over and when the voltage falls below a voltage + U s , the current is almost zero, since the switching holding current switches back again, and that the ter has assumed its high-resistance state, alternating voltage is one below the threshold value, at which its resistance is up to several Megohm lowing amplitude and that also the fixed 65 can be (curve I). However, as soon as the floating body switch is exceeded by a lens voltage U s in every second half-wave, the permanent switch-over jumps, with the alternating-body switch in its low-resistance state being acted upon by a control pulse in the same direction. (Curve II) at which there is a resistance of
1 Ohm oder weniger hat. Der durch den Schalter hindurchfließende Strom / ist daher durch die übrigen Komponenten des Stromkreises festgelegt. Den niederohmigen Zustand behält der Schalter bei, bis der hindurchfließende Strom einen Haltewert In unterschreitet, der ziemlich in der Nähe des Nullpunkts liegen kann. Beim Unterschreiten des Haltestroms In schaltet der Festkörperschalter in den hochohmigen Zustand zurück.1 ohm or less. The current / flowing through the switch is therefore determined by the other components of the circuit. 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. When the holding current I n is undershot, the solid-state switch switches back to the high-resistance state.
Dieses Verhalten haben außer den eingangs genannten, überwiegend aus Tellur bestehenden Festkörperschalter auch die bekannten Fünf-Schicht-Dioden — oder in mehr oder weniger ausgeprägtem Maße — Mehrschicht-Dioden mit ungerader Schichtzahl. Apart from the above-mentioned solid-state switches consisting mainly of tellurium, this behavior has this behavior also the well-known five-layer diodes - or more or less pronounced Dimensions - multilayer diodes with an odd number of layers.
Die Schaltungsanordnung in Fig. 2 besteht aus einem Hauptkreis, der außer einer Wechselspannungsquelle 1 einen Verbraucherwiderstand 2 und einen Festkörperschalter 3 aufweist. Parallel zu diesem Festkörperschalter liegt ein Triggergenerator 4, der über einen Kondensator 5 angekoppelt ist. Der Triggergenerator 4 erzeugt in jeder zweiten Halbwelle einen Steuerspannungsimpuls.The circuit arrangement in FIG. 2 consists of a main circuit which, in addition to an AC voltage source 1 has a load resistor 2 and a solid-state switch 3. Parallel to this Solid-state switch is a trigger generator 4, which is coupled via a capacitor 5. Of the Trigger generator 4 generates a control voltage pulse in every second half-wave.
Dann ergeben sich die in F i g. 3 dargestellten Verhältnisse. Die Netzspannung Un sei eine reine Sinusspannung, deren Spitzenwert unter dem Schwellenwert E/s des Festkörperschalters 3 liegt. Der Triggergenerator 4 gibt Steuerimpulse S ab, deren Spitze über diesem Schwellenwert liegt. Dann schaltet der Festkörperschalter 3 beim Auftreten des Impulses, also im Zeitpunkt α, in den niederohmigen Zustand um. Es fließt nunmehr ein Strom/ durch den Hauptstromkreis. Dieser Strom nähert sich jedoch wegen seiner Sinusform bald wieder dem Nullpunkt. Er unterschreitet im Zeitpunkt b den Haltewert In, und der Festkörperschalter 3 schaltet wieder in den hochohmigen Zustand zurück. Es ist offensichtlich, daß durch Verschieben der Steuerimpulse S längs der Zeitachse ein mehr oder weniger großer Mittelwert des Gleichstroms eingestellt und damit die Leistung gesteuert werden kann. Ferner ist ohne weiteres ersichtlich, daß man durch Verschieben der Steuerimpulse über den Zeitpunkt b hinweg und durch Änderung ihres Richtungssinus die Stromrichtung umkehren kann.Then the results in FIG. 3 relationships shown. The mains voltage U n is a pure sinusoidal voltage, the peak value of which is below the threshold value E / s of the solid-state switch 3. The trigger generator 4 emits control pulses S , the peak of which is above this threshold value. Then the solid-state switch 3 switches to the low-resistance state when the pulse occurs, that is to say at time α. A current now flows through the main circuit. However, due to its sinusoidal shape, this current soon approaches zero again. At time b it falls below the holding value I n , and the solid-state switch 3 switches back to the high-resistance state. It is obvious that a more or less large mean value of the direct current can be set by shifting the control pulses S along the time axis and thus the power can be controlled. Furthermore, it is readily apparent that one can reverse the direction of the current by shifting the control pulses beyond the point in time b and by changing their directional sine.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 liegt die Wechselspannungsquelle 6 an einer Brückenschaltung mit vier Festkörperschaltern 7, 8, 9 und 10, die in den vier Zweigen 11, 12, 13 und 14 angeordnet sind. Durch die Brückenschaltung wird der Belastungswiderstand 15 gespeist.In the embodiment according to FIG. 4, the AC voltage source 6 is connected to a bridge circuit with four solid-state switches 7, 8, 9 and 10, which are arranged in the four branches 11, 12, 13 and 14. The load resistor 15 is fed by the bridge circuit.
Der Steuerimpuls wird jeweils über eine Hilfselektrode 16 bis 19 kapazitiv an die Festkörperschalter 7 bis 10 angekoppelt. Den Hilfselektroden 16 und 18 ist ein erster Triggergenerator 20, den Hilfselektroden 17 und 19 ein zweiter Triggergenerator 21 zuge-The control pulse is sent via an auxiliary electrode 16 to 19 coupled capacitively to the solid-state switches 7 to 10. The auxiliary electrodes 16 and 18 is a first trigger generator 20, the auxiliary electrodes 17 and 19 are assigned a second trigger generator 21
5 ordnet. Es kann auch ein einziger Triggergenerator mit zwei Ausgängen vorgesehen werden. Gestrichelt ist eine Leitung 22 eingezeichnet, die die Kopplung der Triggergeneratoren 20, 21 mit dem Hauptstromkreis andeutet. In dieser Leitung befindet sich ein5 arranges. A single trigger generator with two outputs can also be provided. Dashed a line 22 is shown, which the coupling of the trigger generators 20, 21 with the main circuit indicates. There is a in this line
ίο verstellbarer Phasenschieber 23, mit dessen Hilfe der
Einsatzzeitpunkt der Steuerimpulse S eingestellt wird. Auf diese Weise ergibt sich eine Vollweg-Gleichrichtung
mit der Möglichkeit der Leistungssteuerung.
Die Festkörperschalter können auch auf andere als die dargestellten Arten mit der Steuerspannung
bzw. -Feldstärke versorgt werden. So kann ein Transformator vorgesehen werden, dessen Sekundärwicklung
im Hauptkreis liegt und über den periodisch ein Steuerimpuls direkt in den Hauptkreis eingeleitet
wird. Selbstverständlich läßt sich das beschriebene Prinzip auch auf Mehrphasengleichrichter anwenden.ίο adjustable phase shifter 23, with the help of which the start of the control pulses S is set. In this way there is a full wave rectification with the possibility of power control.
The solid-state switches can also be supplied with the control voltage or field strength in other ways than those shown. For example, a transformer can be provided whose secondary winding is in the main circuit and via which a control pulse is periodically introduced directly into the main circuit. Of course, the principle described can also be applied to multiphase rectifiers.
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