DE1563528C

DE1563528C - Phase-controlled electronic AC switch

Info

Publication number: DE1563528C
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 3251 Holtensen Weippert
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Publication date: 1971-08-19

Description

Die Erfindung betrifft einen phasengesteuerten elektronischen Wechselstromschalter ohne Schaltverzögerung mit einer aus. Dioden gebildeten Brücke, die an einem Diagonalzweig einen von einer Wechselspannung gesteuerten Schalttransistor enthält, der einen von einer zweiten Wechselspannung abgeleiteten, an den Endpunkten der anderen Brückendiagonalen eingespeisten Strom über die Brückendioden freigibt oder sperrt und der in Reihe mit Sekundärwicklungen eines primärseitig an die steuernde Spannung angeschlossenen Transformators liegt.The invention relates to a phase-controlled electronic AC switch without switching delay with one out. Diodes formed bridge, which is connected to a diagonal branch by an alternating voltage controlled switching transistor containing a derived from a second AC voltage, Current fed in at the end points of the other bridge diagonals via the bridge diodes enables or disables and the series with secondary windings of a primary side to the controlling voltage connected transformer.

Nachteilig bei einem derartigen Schalter ist, daß wegen der Schleusenspannungen der verwendeten Dioden der durchgeschaltete Strom erst dann zu fließen beginnt, wenn die Amplitude der zweiten Wechselspannung größer als die Schleusenspannung der Dioden ist. Ein großer Teil des unteren Meßbereiches geht dabei verloren. Zum anderen tritt eine periodische Schaltverzögerung als systematische Fehlerquelle auf, wenn die Steuerspannung von einer kleineren Wechselspannung abgeleitet wird. Bei einem elektronischen Schalter mit einer Diodenbrücke nach der deutschen Auslegeschrift 1 063 208, dessen Schaltung ähnlich wie die vorstehend erwähnte aufgebaut ist, wird zur Kompensation der Schleusenspannungen der einzelnen Dioden mit Wechselspannungen gearbeitet. Hierbei ist die Brückenfreigabezeit von der Kurvenform der Steuerspannung abhängig. Je niedriger die Spannungsänderungsgeschwindigkeit im Null-Durchgang der Wechselspannung ist, um so kürzer wird die Freigabezeit für die Brücke. Ein weiterer Nachteil ist bei der Entgegenhaltung, daß sich auch eine Verschiebung zwischen Steuerspannung und Brückenfreigabezeit ergibt, weil die Gleichrichtung der Steuerspannung mit einer Phasenverschiebung erfolgt.The disadvantage of such a switch is that because of the lock voltages of the used Diodes the switched current only begins to flow when the amplitude of the second alternating voltage is greater than the lock voltage of the diodes. A large part of the lower measuring range is lost in the process. On the other hand, there is a periodic switching delay as a systematic source of error when the control voltage is derived from a smaller AC voltage. At a electronic switch with a diode bridge according to German Auslegeschrift 1 063 208, its circuit is constructed similarly to that mentioned above, is used to compensate for the lock voltages of the individual diodes worked with alternating voltages. The bridge release time depends on the Curve shape dependent on the control voltage. The lower the rate of voltage change in the If the AC voltage crosses zero, the release time for the bridge becomes shorter. A Another disadvantage of the citation is that there is also a shift between the control voltage and bridge release time results because the rectification of the control voltage with a phase shift he follows.

Die Erfindung bezweckt, die erwähnten Mängel zu beheben und erreicht das erfindungsgemäß dadurch, daß die im Emitter-Kollektor-Kreis liegende Sekundärwicklung über einen Gleichrichter und einen mit einem Widerstand parallel geschalteten Kondensator eine konstante Spannung liefert, die mindestens doppelt so groß wie die Schleusenspannung einer Diode ist. Die durch eine Zenerdiode begrenzte Steuerwechselspannung ist von einer relativ hohen Spannung abgeleitet oder einer Schmitt-Trigger-Anordnung entnommen. Eine von der Kurvenform der Steuerspannung abhängige Veränderung der Brückenfreigabezeit wird durch Ableitung der Steuerspannung von einer relativ hohen Spannung und damit auch von einer hohen Spannungsänderungsgeschwindigkeit vermieden. Durch die verwendete konstante wählbare Hilfsspannung wird auch die Potentialdifferenz an der Brückendiagonale vermieden. Vorteilhaft ist auch, daß durch die konstante Hilfsspannung eine Verschiebung zwischen Steuerspannung und Brückenfreigabezeit ausgeschlossen ist.The aim of the invention is to remedy the deficiencies mentioned and achieves this according to the invention by that the secondary winding located in the emitter-collector circuit has a rectifier and one with A capacitor connected in parallel with a resistor delivers a constant voltage that is at least twice as high as large as the lock voltage of a diode. The alternating control voltage limited by a Zener diode is derived from a relatively high voltage or a Schmitt trigger arrangement taken. A change in the bridge release time depending on the curve shape of the control voltage is made by deriving the control voltage from a relatively high voltage and thus also avoided by a high rate of voltage change. By the used constant selectable Auxiliary voltage, the potential difference on the bridge diagonal is also avoided. It is also advantageous that the constant auxiliary voltage causes a shift between the control voltage and the bridge release time is excluded.

An Hand der Zeichnung sei die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist in der Diagonale einer aus den Dioden 1, 2,3 und 4 bestehenden Brükkenschaltung ein Transistor 5 mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke in Reihe mit der Sekundärwicklung 6 eines Transformators 7 und einer Diode 8 eingeschaltet. Parallel zur Sekundärwicklung 6 liegen ein Kondensator 9 und ein Widerstand 10. Die Basis des Transistors 5 ist über eine die Spannung CZ₁ liefernde Sekundärwicklung 11 des Transformators 7, der eine Zenerdiode 12 parallel geschaltet ist, ansteuerbar. Der Transformator wird über eine Primärwicklung 13 mit Spannung versorgt. Die Sekundärwicklung 6 ist so ausgelegt, daß die erzeugte Spannung U₁₁ größer als das Doppelte der Schleusenspannung der Dioden 1 bis 4. Die Spannung U₁₁ schickt über die Diodenbrückenschaltung bei durchlässigem Transistor 5 einen Strom, der sich gleichmäßig über beide Brückenzweige verteilt. Da die Dioden untereinander gleich sind, liegen die Punkte zwischen den Dioden 1 und 2 bzw. 3 und 4 auf gleichem Potential. An dem Punkt zwischen den Dioden 1 und 2 ist das eine Ende einer Wicklung 14 angeschlossen, die eine Spannung U₂ liefert. Das andere Ende der WicklungThe invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment with reference to the drawing. In the illustrated embodiment, a transistor 5 with its emitter-collector path in series with the secondary winding 6 of a transformer 7 and a diode 8 is switched on in the diagonal of a bridge circuit consisting of the diodes 1, 2, 3 and 4. A capacitor 9 and a resistor 10 are parallel to the secondary winding 6. The base of the transistor 5 can be controlled via a secondary winding 11 of the transformer 7 which supplies _{the voltage CZ 1 and to which a Zener diode 12 is connected in parallel.} The transformer is supplied with voltage via a primary winding 13. The secondary winding 6 is designed so that the generated voltage U _{11 is} greater than twice the lock voltage of the diodes 1 to 4. The voltage U ₁₁ sends a current via the diode bridge circuit when the transistor 5 is permeable, which is evenly distributed over both bridge branches. Since the diodes are identical to one another, the points between diodes 1 and 2 or 3 and 4 are at the same potential. At the point between the diodes 1 and 2, one end of a winding 14 is connected, which supplies a voltage U _2. The other end of the coil

steht mit einer Spannungsklemme 15 in Verbindung, an der Kondensatoren 16 und 17 angeschlossen sind, die ihrerseits mit ihren anderen Anschlüssen am Verbindungspunkt der Dioden 3 und 4 bzw. an einer Ausgangsklemme 18 liegen.is connected to a voltage terminal 15, to which capacitors 16 and 17 are connected, which in turn with their other connections at the connection point of the diodes 3 and 4 or at one Output terminal 18.

Die positive Schwelle der Steuerwechselspannung schaltet die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 5 durch und verbindet somit die Diagonale der Diodenschaltung. Dadurch wird ein der Meßspannung entsprechender Stromfluß über die Diodenschleusen freigegeben. Die an der Wicklung 14 anstehende Spannung E/, treibt in der einen Halbwelle einen Strom über die Diode 1, die Wicklung 6, die Diode 8 und weiter über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 5, der schließlich über die Diode 4 zu den Kondensatoren 16 und 17 und von da zurück zur Wicklung 14 fließt. In der anderen Halbwelle verläuft der Strom von der Wicklung 14 über die Kondensatoren 16, 17, die Diode 3, den den Transistor 5 enthaltenden Diagonalzweig und schließlich über die Diode 2 zurück zur Wicklung 14. Je nach Phasenlage der an der Wicklung 14 anstehenden Spannung werden die Kondensatoren 16 oder 17 mehr oder weniger aufgeladen und liefern damit an den Anschlußklemmen 15 und 18 eine Spannung U_3m, die den Mittelwert der durchgeschalteten Spannung U₂ bildet. Besteht Phasengleichheit zwischen U₂ und U₁, so wird während der Halbwelle, in der der Transistor 5 die Durchschaltung freigibt, der von der Spannung U₂ getriebene Strom nur in einer Richtung fließen, d. h., die Kondensatoren 16 und 17 werden auf einen maximalen Wert aufgeladen. Ist die Spannung U₂ hingegen um 90° gegenüber der Spannung U₁ phasenverschoben, so erfolgt in der ersten Hälfte der Steuerhalbwelle eine Aufladung der Kondensatoren 16 und 17 in der einen, in der Halbwelle hingegen in der anderen Richtung, so daß im Mittel keine Ladung auftritt und demnach die Spannung U_sm auch Null ist. Um die Durchschaltverzögerung auf ein Minimum herabzusetzen, wird eine hohe Steuerspannung U_x gewählt,The positive threshold of the alternating control voltage switches the emitter-collector path of the transistor 5 through and thus connects the diagonal of the diode circuit. As a result, a current flow corresponding to the measuring voltage is released via the diode locks. The voltage E /, which is present at winding 14, drives a current via diode 1, winding 6, diode 8 and then via the emitter-collector path of transistor 5, which finally passes through diode 4 to the Capacitors 16 and 17 and from there back to winding 14 flows. In the other half-wave, the current runs from the winding 14 via the capacitors 16, 17, the diode 3, the diagonal branch containing the transistor 5 and finally via the diode 2 back to the winding 14. Depending on the phase position of the voltage applied to the winding 14 the capacitors 16 or 17 are more or less charged and thus deliver a voltage U _3m to the connection terminals 15 and 18 which forms the mean value of the switched through voltage U ₂ . If there is phase equality between U ₂ and U ₁ , the current driven by voltage U ₂ only flows in one direction during the half-cycle in which transistor 5 enables the connection, ie capacitors 16 and 17 are at a maximum value charged. If, on the other hand, the voltage U ₂ is 90 ° out of phase with the voltage U ₁ , the capacitors 16 and 17 are charged in one direction in the first half of the control half-cycle and in the other direction in the half-cycle, so that on average no charge occurs and accordingly the voltage U _{sm is} also zero. In order to reduce the switching delay to a minimum, a high control voltage U _{x is} selected,

die nach Nulldurchgang steil ansteigt und dadurch den Transistor 5 praktisch unverzögert durchschaltet. Die von der Sekundärwicklung 6 gelieferte Hilfsspannung sorgt dafür, daß der exponentiale Anteil der Diodencharakteristik sich nicht auswirken kann. Um die Schleusenspannung der Dioden, von denen je zwei bei der Brückenschaltung in Reihe liegen, zu überwinden, muß die Hilfsspannung mindestens doppelt so groß wie die Schleusenspannung der Dioden sein. Dadurch wird der Arbeitspunkt der Dioden in den linearen Kennlinienteil angehoben, so daß eine unverzögerte Durchschaltung gewährleistet ist. Da die statische Potentialdifferenz zwischen Ein- und Ausgangspunkt der Brücke auf Grund symmetrischenwhich rises steeply after zero crossing and thereby switches transistor 5 through with practically no delay. The auxiliary voltage supplied by the secondary winding 6 ensures that the exponential component of the Diode characteristics can not affect. To the lock voltage of the diodes, each of which two are in series in the bridge circuit, to overcome the auxiliary voltage must be at least twice be as large as the lock voltage of the diodes. This sets the operating point of the diodes in the linear part of the characteristic is raised, so that an instantaneous through-connection is guaranteed. There the static potential difference between the entry and exit point of the bridge due to symmetrical

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Hilfsspannungsgefälles an den Dioden gleich Null ist, kann unabhängig von der Höhe des Meßstromes kein Systemfehler infolge Hilf sstromänderungen entstehen. Der besonders im unteren Bereich sonst auftretende Fehler wird durch die erfindungsgemäße Anordnung fast vollkommen vermieden.Auxiliary voltage gradient at the diodes is zero, Regardless of the level of the measuring current, no system errors can arise as a result of changes in the auxiliary current. The error that otherwise occurs particularly in the lower area is eliminated by the arrangement according to the invention almost completely avoided.

Claims

Patent claims:

1. Phase-controlled electronic alternating current switch without switching delay with a Bridge made up of diodes with a diagonal branch controlled by an alternating voltage Contains switching transistor, which is derived from a second AC voltage on current fed into the end points of the other bridge diagonals via the bridge diodes.

gives or blocks and which is in series with secondary windings of a primary side to the controlling Voltage connected transformer is, characterized in that the im Secondary winding (6) lying on the emitter-collector circuit via a rectifier (8) and a a capacitor (9) connected in parallel with a resistor (10) supplies a constant voltage, which is at least twice as large as the lock voltage of a diode (1, 2, 3, 4).

2. Phase-controlled electronic AC switch without switching delay according to claim 1, characterized in that the alternating control voltage limited by a Zener diode (12) derived from a relatively high voltage or a Schmitt trigger arrangement is taken.

1 sheet of drawings