DE1951296A1

DE1951296A1 - Steuerschaltung

Info

Publication number: DE1951296A1
Application number: DE19691951296
Authority: DE
Inventors: Fisher Michael Scott
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1968-10-11
Filing date: 1969-10-10
Publication date: 1970-10-22
Also published as: US3590275A; DE1951296B2; ES372210A1; NL6915384A; CH514960A; JPS4732383B1; GB1238126A; BE740146A; FR2020402A1

Description

W.S.Ser, No· 766,777

Piling Date: October 11,1968

Our Pile: 6842-69}Sch/Sohä

EOA Corporation, New York, ».Y. V.St.A« Steuerschaltung.

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung mit zwei hintereinandergeschalteten (Transistoren, insbesondere einen einfach aufgebauten Impulsgenerator, der sich hauptsächlich für Schaltanwendungen eignet und an den Bßill-Durchgängen einer Wechselspannung kräftige Stromimpulse liefert.

Bei der Verwendung von Wechselstromsteuersehaltungen liegt eines der häufig auftretenden Hauptprobleme im Aufbau einer : Schaltsignale liefernden Schaltung, die an den Minimumwerten '■ der Netzwechselspannung ein- und ausschaltet. Eine derartig arbeitende Schaltung, bei welcher das Auftreten von Schaltübergangsschwingungen und die dadurch ausgelösten elektrischen Stö- j rungen vermieden werden, läßt sich besonders gut zur Ansteuerung J von Lasten mit magnetischen Eigenschaften verwenden, bei denen nur eine integrale Anzahl von Weohselspannungsperioden zur Anwendung kommen darf, damit Sättigungsprobleme vermieden werden.

Eine Schwierigkeit, die häufig bei der Verwendung von Wechselepannungssteuerschaltungen auftritt, insbesondere bei Steuerschaltungen mit Thyristoren, die mit Phasenanschnittsteuerung betrieben werden, liegt in der Synchronisierung des Betriebs einer gleichspannungsgesteuerten Zeitkonstantenschaltung mit der Netzwechselspannung·

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines einfachen und preiswerten Impulsgenerators, der sich zur Verwendung in synchron geschalteten, mit vollständigen Zyklen arbeitenden Steuersohaltungen eignet. Der Impulsgenerator soll insbesondere die gleiohspannungsgesteuerte Zeitkonstantenschaltung mit einem Lastwechselstrom in einer durch die Phase der Wechselspannung gesteuerten Schaltung synchronisieren«

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Diese Aufgabe wird bei einer Steuerschaltung mit zwei hintereinandergeschalteten !Transistoren dadurch gelöst, da& der erste Transistor über eine Eingangssohaltung derart an eine Weohseleighalquelle angeschlossen ist, daß er während der ersten Halbwelle der Eingangswechselspannung leitend wird, daß der zweite !Transistor so an den ersten Transistor angeschaltet ist, daß er gesperrt ist, wenn der erste Transistor leitet, und daß eine Gleichspannungssignale liefernde Schaltung mit Elektroden des zweiten Transistors, mit der Eingangsschaltung und mit dem ersten Transistor derart verbunden ist, daß der zweite Transistor auch während der zweiten Halbwelle der Wechselspannung gesperrt bleibt und nur an den Null-Durchgängen der Wechselspannung durch die Gleichspannungssignale j kurzzeitig eingeschaltet wird. j

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Darstellungen * von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Figuren 1 und 2 Schaltbilder von nach der Erfindung aufgebau-i ten Schaltungen und

Figuren 3» 4 und 5 weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schaltung.

Gemäß Fig, 1 ist ein erster Transistor 10 und ein zweiter Transistor 20 so zusammengeschaltet, daß der Kollektor 11 des ersten Transistors 10 mit der Basis 22 des zweiten Transistors 20 verbunden ist. Ferner ist der Kollektor 11 des Transistors 10 über einen ersten Widerstand 15 mit einer ersten Spanaungsklemme 14 verbunden, welche an eine nicht dargestellte Wechselspannungsquelle, beispielsweise die Netzspannung, angeschlossen werden kann. Die Basis 12 des Transistors 10 liegt über einen zweiten Widerstand 16 ebenfalls an der Klemme 15» ferner liegt sie über einen dritten Widerstand 17 am Emitter 13 des Transistors 10· Der Kollektor 21 des Transistors 20 liegt über' einen vierten Widerstand 25 an dner zweiten Klemme 24» die ein ap-eichspannungepotential führt, aufgrund dessen der Transistor 20 in Durchlaßrichtung vorgespannt wird· Die Basis 22 des Transistors 20 ist in gleicher Weise über einen fünften Widerstand 26 mit der Klemme 24 verbunden. Der Emitter 13 des

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Transistor 10 und der Emitter 23 des Transistors 20 liegen an eines'Bezugspotentialpunkt 34. Ba die Transistoren gemäß Pig. HPV-Transistoren sind, liegt an der Klemme 24 eine positive Spannung·

i Wenn in Betrieb die Netzspannung an der Klemme 14 positiv wird, dann wird der Transistor 10 in seinen leitenden Zustand geschaltet und schließt die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 20 kurz. Wird andererseits die Netzspannung an der Klemme 14 negativι so wird der Transistor 20 wegen des Stromflusses durch den Widerstand 15 über die Basis-Kollektor-Strecke des Widerstandes 10 gesperrt gehalten. Wird die Spannung an der Klemme

\ 14 jedoch Null, dann wird der Transistor 20 in seinen leitenden Zustand geschaltet, da ihn der Strom duroh den Widerstand 26 in Durchlaßrichtung zu Behalten sucht. Dabei wird gemäß Fig. 1 an der Klemme 44* welche mit dem Kollektor 21 des Transistors

I20 verbunden ist, immer dann ein negativ gerichteter Ausgangsimpuls erzeugt, wenn das Potential an der Klemme 14 Null wird.

Di· Schaltung nach Fig. 2 arbeitet in gleicher Weise wie die nach Fig. 1. Jedoch ist der Ausgangsimpuls positiv gerichtet und wird vom Emitter 23 des Transistors 20 abgenommen, so daß ihm keine Gleichspannung überlagert ist.

Fig. 3 zeigt einen Anwendungefall der Erfindung zur Phasensteuerung des Zündeinsatzes eines Triacs, welcher zur Stromver -sorgung eines Universalmotors verwendet wird, wobei die Drehzahl mit Hilfe eines RUokführungssignals geregelt wird.

An der Bezugsklemme 24 in Fig. 3 liegt eine praktisch konstante Gleiohspannung, welohe von der aus einer Diode 32, einem Widerstand 33 und einem Kondensator 36 bestehenden Gleichspannungs^uelle geliefert wird. Ein einstellbarer Widerstand 38 und ein Kondensator 40 bilden ein RG-Zeitkonstantenglied, welches die Triggerimpulse an die Steuereleketrode 52 des Triacs 50 über ein Triggerdiao 54 in Abhängigkeit der RG-Zeitkonstanten und dem an dieser von der Bezugsklemme 24 her gelieferten, anstehenden Spannung dient. Zur Koordinierung des Betriebs des Triacs mit der Netzspannung ist es wichtig, daß die Funktion der Zeit-

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konstantenschaltung 38,40 mit der Netzspannung synchronisiert wird, so daß der Ladezyklus des Kondensators 40 bei jedem Null*-' Durchgang der Netzspannung wieder beginnt. Dies erfolgt mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltung.

Im Betrieb wird die Bezugsklemme 24 auf einem praktisch konstanten Gleichspannungspegel gehalten. Der Kondensator 40 lädt sich über den einstellbaren Widerstand 38 in Abhängigkeit von, dem Gleiohspannungspegel an der Klemme 24 auf. Hat er sich auf eine Spannung aufgeladen, die ausreichend hoch ist, so daß die Spannung an der Klemme 44 zum Einschalten des Diacβ 54 ausreicht dann wird das !Triac 30 in seinen leitenden Zustand geschaltet, wobei die Last 60 für den Rest der Halbwelle der Wechselspannung an die Netzspannung gelegt wird. Die der Last 60 zugeführte Leistung läßt sich leicht durch Veränderung der Einstellung des Widerstandes 38 variieren, wobei die Zeitkonstante der RO-Schaltung verändert wird. Im Idealzustand wiederholt sich dieser Prozeß in Jeder Halbwelle und beginnt mit dem Null-Durchgang -der Netzspannung. Zur Sioherstellung des richtigen Betriebs der Schaltung ist es jedoch wichtig, daß der Kondensator 40 am Ende jeder Halbwelle praktisch auf Null entladen wird, ep daß der Einschaltzeitpunkt des Triacβ im Verhältnis zum Phasenwinkel der Netzspannung konstant gehalten werden kann· Diese Punktion übt der Transistor 20 aus«

Wie bereits im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 erläutert worden ist, wird der Transistor 20 jedes Mal in seinen leitenden Zustand geschaltet, wenn das Potential an der Klemme 14 Null erreicht. Daher wird in Fig. 3 bei jedem Null-Durchgang der Netzspannung der Transistor 20 in seinen leitenden Zustand geschaltet, und der Kondensator 40 wird über die Kollektor-Emitter-Strecke dieses Transistors auf Null entladen.

In der Schaltung nach Fig. 3 bilden den Transistor 30, die Widerstände 56» 58» 60, 62 und 64» der Kondensator 66 und die Diode 68 einen Rückkopplungskreis, welcher den durch die Last fließenden Strom abfühlt und jegliche Änderungen durch eine Veränderung der Größe des das RO-Zeitkonstantenglied durchfließenden Stromes kompensiert und dadurch den Einsehaltzeitpunkt

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' dee Triacs während der nachfolgenden Habwellen beeinflußt· Ein Widerstand 70 und ein Kondensator 72 bilden ein Umschaltungsspannungsdifferenzierglied, welchses infolge des induktiven ¹ Charakters der Last erforderlich ist·

Pig« 4 stellt eine ohne !Rückführung arbeitende Speiseschaltung für einen Induktionsmotor dar, welche die erfindungsgemäßen Merkmale aufweist. Die Betriebsweise dieser Schaltung gleioht der nach Figo 3 » jedoch sind die Widerstände 15 und 16 in Pig. 4 an das lastseitige Ende des Triacs 50 anstatt an die Hetzspannung, also die Klemme14» angeschlossen, wie es in Figo 3 der Fall ist« Dadurch wird ein besonderer Vorteil bei der Verwendung induktiver lasten erreicht, da die Fühlwiderstände 15 j und 16 ihre Signale unmittelbar von der Last ableiten Dies ist ; wichtig, da der eine induktive Last durchfließende Strom der ; Versorgungsspannung wegen des niedrigen Leistungsfaktors be- \ trächtlich nacheilen kann₀ Bei der Sohaltung nach Fig· 4 ist \ daher die Entladung des Kondensators 40 auf die Null-Durohgän- i ge des Laststromes bezogen anstatt auf die Null-Durchgänge der

Speisespannung. I

i Fig. 5 stellt eine Schaltung zur Steuerung eines Heizgerätes j

dar, bei welcher eine mit vollständigen Halbwellen arbeitende _ Proportionalsteuerung mit synchroner Schaltung erfolgt. Der Transistor 20 liefert über einen Transistor 80 synchron zu den Mull-Durchgängen der Netzspannung kräftige Stromimpulse an die Steuerelektrode 51 des Triacs 5O₀ Ein Transistor 90 dient, wenn er sich in der Sättigung befindet, der Ableitung dieser Triggerimpulse von der Steuerelektrode 51 des Triacs 50· Der Leitungszustand des Transistors 90 wird durch die Arbeitsphase des Ausgangsimpulses eines Multivibrators 100 bestimmt. Durch Verändern der Arbeitsphase dieses Ausgangsimpulses mit Hilfe des Potentiometers 102 des Multivibrators 100 läßt sich die Anzahl der Halbperioden, wahrend derer das Triac 50 leitet, verändern,. Das Triac 50 läßt sich bei der Sohaltung nach Figo 5 nur zu Anfang jeder Halbperiode der Wechselspannung in den leitenden Zustand schalten, wenn der Transistor 90 nicht leitet. Es bleibt bis zum Ende der nächsten Halbperiode, unmittelbar nach dem Einsehalten des Transistors 90 in die Sättigung leitend.

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Claims

Patentansprüche

1·/Steuerschaltung mit zwei hintereinandergeschalte'ten Transietoren, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (Transistor (10) über eine Eingangssohaltung (14, 34) derart an eine Weohselsignalquelle angeschlossen ist, daß er während der ersten Halbwelle der Eingangswechselspannung leitend wird, daß der zweite Transistor (20) so an den ersten Transistor (10) angeschaltet ist, daß er gesperrt ist, wenn der erste Transistor leitet, und daß eine Gleichspannungssignale liefernde Schaltung (25» 26) mit Elektroden des zweiten Transistors (20), mit der Eingangsschaltung (14> 34) und mit dem ersten Transistor (10) derart verbunden ist, daßder zweite Transistor (20) auch während der zweiten Halbwelle der Wechselsignale gesperrt bleibt und nur an den Null-Durchgängen der Wechselsignale durch die Gleichspannungssignale kurzzeitig eingeschaltet wird.
2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor (11) des ersten Transistors (10) mit der Basis (22) des zweiten Transistors (20) verbunden ist, daß der Emitter (13) des ersten Transistors mit dem Emitter (23) des zweiten Transistors verbunden ist, und daß die Schaltung (25, 26) die Gleichspannungssignale an die Basis (22) und den Kollektor (23) des zweiten Transistors (20) liefert, wobei die Polarität dieser Gleiehspannungssignale , so ist, daß der zweite Transistor in Leitungsrichtung vorgespannt wird, aber nur bei den Null-Durchgangen des Wechselsignals leitete

3ο Steuerschaltung nach Inspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter (13, 23) der Transistoren (10,20) an eine Klemme (34) der Wechselsignalquelle angeschlossen sind, daß zwischen die andere Klemme (14) der Wechselsignalquelle und die Basis (12) des ersten Transistors (10) ein erster Widerstand (16) geschaltet ist, daß zwischen die andere

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Klemme (14) der Weohseleignalquelle und den Kollektor (11) dee ersten Transistors (10) ein zweiter Wideretand (15) geeohaltet ist, daß ein dritter Widerstand (17) zwischen die Basis (12) und den Emitter (13) des ersten Transistors (10) gesohaltet ist, daß die die Gleichspannungsaignale liefernde Schaltung einen vierten Widerstand (26), der zwischen die Basis (22) des zweiten Transistors (20) und eine an eine Gleiohspannungsquelle ansohließbare Klemme (24) geschalteten vierten Widerstand (26) sowie einen zwischen die Gleichspannungsklemme (24) und den Kollektor (21) des zweiten Transistors (20) geschalteten fünften Widerstand (25) aufweist, und daß die Polarität der aieiehspannungsquelle so gewählt ist, daß der zweite Transistor (20) bei Fehlen eines Gleiohspannungssignals an den Klemmen der Gleiohspannungequelle in seinen leitenden Zustand gesohaltet wird.

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