DE19516546A1 - Wechselspannungssteller mit einer Steuerschaltung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Wechselspannungssteller mit einer Steuerschaltung zur Erzeugung eines Zündimpulses für einen Halbleiterschalter nach der Gattung des Hauptan­ spruchs. Bei bekannten Wechselspannungsstellern wird zur Phasenanschnittssteuerung für jede Halbwelle der Wechsel­ spannung ein Zündimpuls erzeugt. Der Zündimpuls steuert ei­ nen Triac, dessen Leitdauer dann lastabhängig ist. Das Lö­ schen des Triacs kann vor, mit oder nach dem Spannungsnull­ durchgang erfolgen. Aus der DE 37 39 623 C1 ist eine relativ einfache Ansteuerschaltung für Triacs bekannt, bei der mit Hilfe eines Feldeffekttransistors eine Kondensatorkette, bestehend aus drei in Reihe geschalteten Kondensatoren, be­ nötigt wird. Diese Schaltung arbeitet aber nur bei nahezu ohmschen Lasten. Insbesondere bei stark induktiven Lasten versagt die Symmetrierung der Zündwinkel.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Wechselspannungssteller mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß nur ein Kondensator benötigt wird, wobei die Schaltungsanordnung auch bei induktiven Lasten arbeitet. Die übrigen Bauteile lassen sich relativ einfach als inte­ grierte Schaltung ausführen, so daß der Aufbau der Steuer­ schaltung noch weiter vereinfacht wird. Besonders vorteil­ haft ist, daß mehrere Zündimpulse in einer Halbwelle der Wechselspannung erzeugt werden, so daß die Wahrscheinlich­ keit einer Nichtzündung verringert wird.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Wechselspannungsstellers mög­ lich. Für die Steuerung des Halbleiterschalters, vorzugs­ weise einem Triac, ist nur ein einziger Ladekondensator er­ forderlich, so daß die Schaltung sehr kostengünstig aufge­ baut werden kann.

Vorteilhaft ist weiter, daß der Ladekondensator durch zwei Transistoren derart steuerbar ist, daß er bei jeder Halb­ welle aufgeladen wird und somit in jeder Halbwelle die er­ forderliche Schaltspannung für den Triac liefern kann. Die beiden Halbwellen der Wechselspannung werden mit Hilfe von zwei Dioden gesteuert, die vorteilhaft im Lastkreis der beiden Transistoren geschaltet sind. Um die beiden Halbwel­ len der Wechselspannung symmetrisch steuern zu können, wird vorteilhaft ein steuerbares Stellglied verwendet, das zwi­ schen der Wechselspannung und den Steuereingängen der beiden Transistoren geschaltet ist. Dieses steuerbare Stellglied kann im einfachsten Fall als Potentiometer ausgebildet sein, so daß die Spannung am Ladekondensator direkt einstellbar ist. Alternativ kann das Stellglied mit einem Strom oder Spannungssensor im Lastkreis des Schalttransistors verbunden sein und somit zur Strom- oder Spannungsregelung im Last­ kreis ausgebildet sein.

Eine bevorzugte Anwendung des Wechselspannungsstellers ist die Strom- oder Spannungsversorgung einer ohmschen oder in­ duktiven Last, wie sie beispielsweise durch eine Glühlampe, Halogenlampe, einen Transformator oder einen Elektromotor gegeben ist.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er­ läutert. Es zeigen Fig. 1 einen Stromlaufplan eines Aus­ führungsbeispiels, Fig. 2 zeigt ein Diagramm mit einem Spannungsverlauf, Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbei­ spiel, und Fig. 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Wechselspannungsstellers, bei dem ein Ausgang 4 eines Triacs 14 über eine Last 17 an einer Klemme 3 mit einer Anschlußklemme 1 einer Wechselspannungsquelle, der Netzspannung, verbunden ist. Ein zweiter Ausgang des Triacs 14 ist mit der zweiten Anschlußklemme 2 der Wechselspannung verbunden. Eine Steuerschaltung 20 weist an ihrem Eingang ein steuerbares Stellglied 6 auf, das beispielsweise durch ein einstellbares Potentiometer ausgebildet ist. Es ist über einen ersten Widerstand 5 einerseits mit der Anschlußklemme 1 verbunden und andererseits mit seinem steuerbaren Ausgang über einen zweiten Widerstand 7 auf einen Eingang 16 eines ersten Transistors 11 bzw. auf einen Eingang 15 eines zwei­ ten Transistors 8 geschaltet. Der erste Widerstand 5 und der zweite Widerstand 7 dienen als Schutzwiderstände für die beiden Transistoreingänge 15, 16. Die beiden Transistoren sind mit ihrem Lastkreis über je eine in Flußrichtung ge­ schaltete Diode 9 bzw. 10 einem Ladekondensator 12 paral­ lelgeschaltet. Die beiden Transistoren 8, 11 sind dabei so geschaltet, daß sie alternativ jeweils eine Halbwelle der an den Anschlußklemmen 1, 2 anliegenden Wechselspannung zum Aufladen des Zündkondensators 12 verwenden. Vorteilhaft ist, als Transistor 8 einen PNP-Transistor und als Transistor 11 einen NPN-Transistor zu verwenden. Die Dioden 9, 10 sind entsprechend der Flußrichtung des Stromes mit der zweiten Anschlußklemme 2 verbunden. Der Zündkondensator 12 ist ei­ nerseits ebenfalls mit der Anschlußklemme 2 verbunden und andererseits mit den beiden Emittern der Transistoren 8, 11 sowie mit einem Eingang eines Diacs 13. Der Ausgang des Diacs 13 ist mit dem Steuereingang 15a des Schalttransistors 14 verbunden. Als Last 17 kann einerseits eine ohmsche Last, beispielsweise eine Glühlampe, und andererseits eine induk­ tive Last wie ein Transformator für eine Halogenlampe oder auch ein Elektromotor angeschlossen sein.

Die Funktionsweise dieser Schaltungsanordnung wird anhand der Fig. 2 näher erläutert.

Erfindungsgemäß dient der Wechselspannungssteller dazu, Zündimpulse für den Halbleiterschalter 14, vorzugsweise ei­ nem Triac, Thyristor oder ähnliche Schalter zu generieren, damit dieser die angeschlossene Last 17 versorgen kann. Ein Zündimpuls tritt immer dann auf, wenn die Spannung U₂ am Zündkondensator 12 größer als die Durchbruchspannung am Diac 13 ist. Fig. 2 zeigt ein Diagramm für die Netzspannung U₁ über der Zeitachse. Es ist jeweils nur eine Halbwelle der Netzspannung dargestellt. In dem Zeitdiagramm ist die entsprechende Spannung U₂ am Zündkondensator 12 dargestellt.

Immer dann, wenn bei der positiven Halbwelle der Netzspannung U₁ die Spannung U₂ am Zündkondensator 12 bis zum Durchbruch des Diacs 13 ansteigt, entlädt sich der Kon­ densator über den Diac 13 und den Steuereingang des Triacs 14. Danach wird er wieder aufgeladen, so daß sich der Vor­ gang in Abhängigkeit von den Zeitkonstanten wiederholt. Fällt am Ende der positiven Halbwelle die Netzspannung U₁ unter den Wert der Spannung U₂ des Zündkondensators 12, dann wird der Transistor 8 und die Diode 9 leitend. Der Zündkondensator 12 wird entladen. Die Diode 9 verhindert ein Umladen auf negative Spannung. Beim Nulldurchgang der Netz­ spannung U₁ erreicht somit auch der Zündkondensator 12 in etwa die Spannung Null. Bei der negativen Halbwelle der Netzspannung U₁ wiederholt sich dieser Vorgang entsprechend, jedoch mit dem Unterschied, daß nunmehr im letzten Teil der negativen Halbwelle der Transistor 11 mit der Diode 10 den Kondensator entlädt. Durch diesen Spannungsverlauf ist vorteilhaft dieser Wechselspannungssteller nicht nur für Elektromotoren, sondern auch zur Versorgung einer Induktivität wie eines Transformators geeignet.

Der Ladestrom für den Zündkondensator 12 wird bestimmt durch die Zeitkonstante, die sich aus den Widerständen 5, 6, 7 und der Kapazität des Kondensators 12 bestimmt, da während der positiven Halbwelle der Strom über die Widerstände 5, 6, 7 und über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 11 in den Zündkondensator 12 fließt. Bei der negativen Halbwelle wird der Zündkondensator 12 entsprechend über die Widerstände 5, 6, 7 und die Basis-Emitter-Strecke des Transistor 8 aufgela­ den. Jeweils am Halbwellenende wird der Zündkondensator na­ hezu auf 0 V entladen. Damit ist der Zündwinkel nur noch von der oben erwähnten Zeitkonstanten abhängig. Der Zündwinkel ist jedoch nicht davon abhängig, ob der Diac 13 in der vor­ ausgegangenen Halbwelle gezündet wurde oder ob der Triac über den Netzspannungsnulldurchgang hinaus leitend ist. Die Schaltungsanordnung ist daher hysteresefrei, was insbeson­ dere für induktive Lasten wichtig ist.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines hystere­ sefreien Wechselspannungsstellers, bei dem anstelle der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung parallel zu dem Widerstand 6 ein Regler 30 geschaltet ist. Regler sind per se bekannt, beispielsweise als integrierte Schaltung erhält­ lich und müssen, daher nicht näher beschrieben werden. Zur Erfassung des Stromes im Hauptstrompfad ist zwischen der Anschlußklemme 2 und dem zweiten Ausgang des Triacs 14 ein Strommeßwiderstand 31 geschaltet, dessen Spannungsabfall von dem Regler 30 erfaßt wird. Der Regler 30 wird von der Netz­ spannung gespeist und liefert an die beiden Basiseingänge der Transistoren 8, 11 eine Regelspannung. Am Ausgang des Triacs 14 ist ein Transformator 22 primärseitig angeschlos­ sen, an dessen Sekundärwicklung eine Gleichrichterbrücke 23 angeschlossen ist. Die Gleichrichterbrücke 23 liefert einen Gleichstrom, beispielsweise zum Laden einer Batterie 21.

Fig. 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Regel­ schaltung, bei der am Ausgang der Gleichrichterbrücke 23 ein Siebkondensator 24 geschaltet ist. Parallel zum Siebkonden­ sator 24 ist eine Zenerdiode 26 mit einem Vorwiderstand 25 und die Sendediode eines Optokopplers 27 geschaltet. Steigt die Spannung am Siebkondensator 24 über die Spannung der Ze­ nerdiode 26 an, dann sendet die Sendediode 27 ein Lichtsi­ gnal an einen Empfänger 28, der parallel einem Speicherkon­ densator 29 geschaltet ist. Diese Parallelschaltung ist im Mittenzweig einer weiteren Diodenbrücke geschaltet, die die Dioden 31, 32, 33, 34 aufweist. Diese Brückenschaltung lie­ fert eine Spannung, die über einen Koppelkondensator 35 den beiden Basiseingängen der Transistoren 8, 11 zugeführt wird. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ergibt somit eine Regel­ schaltung für die sekundäre Regelung einer Gleichspannung.

Claims (8)

1. Wechselspannungssteller mit einer Steuerschaltung zur Er­ zeugung eines Zündimpulses für einen Halbleiterschalter, wo­ durch der Halbleiterschalter in Abhängigkeit vom Phasenwin­ kel der Wechselspannung ein- oder ausschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (20) einen Zündkon­ densator (12) aufweist, der über einen spannungsgesteuerten Widerstand, vorzugsweise einen Diac (13) mit einem Eingang (15a) des Halbleiterschalters (14) verbunden ist und daß die Steuerschaltung (20) derart ausgebildet ist, daß beim Null­ durchgang der Netzspannung (U₁) der Zündkondensator (12) entladen wird.

2. Wechselspannungssteller nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Zündkondensator (12) für jede Halbwelle der Wechselspannung der Lastkreis eines Transistors (8, 11) parallel schaltbar ist und daß die beiden Transistoren (8, 11) über ihre Eingänge (15, 16) von der Wechselspannung (1, 2) steuerbar sind.

3. Wechselspannungssteller nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Lastkreis der beiden Transistoren (8, 11) jeweils eine Diode (9, 10) in Flußrichtung geschaltet ist.

4. Wechselspannungssteller nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereingänge (15, 16) der Transi­ storen (8, 11) mit einem steuerbaren Stellglied (6) verbun­ den sind, das von der Wechselspannung (U₁) versorgt wird.

5. Wechselspannungssteller nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausgangsklemmen (3, 4) mit einem Strom und/oder Spannungsregler (30; 25 bis 29, 31 bis 35) verbun­ den sind, dessen Steuerausgang auf die Steuereingänge (15, 16) der beiden Transistoren (8, 11) geschaltet ist.

6. Wechselspannungssteller nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsklemmen (3, 4) zwischen dem Halbleiterschalter (14) und einer Netzklemme (1) angeordnet sind und daß an die Ausgangsklemmen (3, 4) eine ohmsche oder induktive Last schaltbar ist.

7. Wechselspannungssteller nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Last (17) die Primärwicklung eines Trans­ formators oder ein Elektromotor schaltbar ist.

8. Wechselspannungssteller nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an die Sekundärseite des Transformators (17) eine Halogenlampe schaltbar ist.