DE2226585C3 - Kontaktloser Schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen kontaktlosen Schalter zum Schalten einer Stromquelle, mit einer Bedienungseinrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals, wenn eingeschaltet werden soll, einer vom Steuersignal angesteuerten bistabilen Schaltung, einer Thyristorschaltung, an deren Gatter ein vom Ausgangssignal der bistabilen Schaltung abgeleitetes Signal gelegt ist und deren beide weiteren Elektroden mit der Stromquelle bzw. mit einem zu steuernden elektrischen Gerät verbunden sind, und mit einem der galvanischen Trennung der Thyristorschaltung von den anderen Schaltelementen dienenden Trenntransformator, dessen Primärwicklung in Reihe mit einem elektronischen Schalter liegt und dessen Ausgangsspannung der Sekundärwicklung gleichgerichtet und geglättet dem Gatter der Thyristorschaltung zugeleitet ist.

Derartige Schalter werden insbesondere dazu verwendet, um Leistungs-Stromkreise mittels Thyristoren oder Triacs kontaktlos zu schalten. Die Ansteuerung dieser Leistungsschalter erfolgt dabei mit Hilfe einer bistabilen Schaltung, deren Schaltzustand durch ein durch einen Berührschalter, durch Ultraschall oder durch Licht erzeugtes Signal geändert wird. Diese kon taktlosen Schalter weisen eine hohe Lebensdauer auf.

Bei einem bekannten kontaktlosen Schalter (DT-AS 11 17 168) der eingangs beschriebenen Art wird durch eine Schalt-Gleichspannu.ig ein Oszillator in Betrieb gesetzt, dessen Ausgangssignal der Primärseite eines Trenntransformators zugeführt wird. Dabei dient ein Transistor dieses Oszillators sowohl als Schwingungserzeuger des Oszillators als auch als zweiter Transistor eines Schmitt-Triggers, der vorgesehen ist, damit der bekannte kontaktlose Schalter bereits durch geringe Änderungen der Schaltspannung sicher umschaltbar ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen kontaktlosen Schalter der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der keim; derartigen umfangrei-585

chen Oszillatorschaltungen, sondern einen einfachei Aufbau aufweist. Dies wird erfindungsgemäß dadurd erreicht, daß in Reihe mit der Primärwicklung de; Trenntransformators, einem Kondensator und den elektronischen Schalter, der durch das Ausgangssigna der bistabilen Schaltung geschaltet ist und dem eint Diode antiparallel geschaltet ist, eine Wechselspan nungsquelle geschaltet isL Da als Wechselspannungs quelle beispielsweise ein beliebiger Hochfrequenzgene rator oder die Netzwechselspannung verwendet wer den können, ergibt sich ein außerordentlich einfachei Aufbau des erfindungsgemäßen Schalters.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Blockschaltplan einer Fernsteuerein

richtung,

F i g. 2 einen Blockschaltplan einer Fernsteuerein richtung mit einem kontaktlosen Schalter,

F i g. 3 an verschiedenen Stellen der Schaltung nacli F i g. 2 auftretende Signalformen,

F i g. 4 das Schaltbild des Schallers der F i g. 2,

F i g. 5 an verschiedenen Stellen in dem Schalter der F i g. 4 auftretende Signalformen und

Figo eine symbolische Darstellung eines »Triac«.

Eine bekannte Fernsteuerung für eine Wechselstromspeisung beispielsweise eines Fernsehempfängers hatte sich eines Systems nach F i g. 1 zu bedienen, nach dem ein von einem Fernsteuersender kommendes Ultraschallsignal von einem Mikrofon 1 empfangen wird und über einen Verstärker 2 und einen Filter 3 einem Detektor 4 zugeleitet wird, um ein festgestelltes Ausgangssignal zu erzeugen, das eine Relaissteuerschaltung 5 zum Speisen eines Wechselstrom-Steuerrelais 6 betätigt, welches in dem Leistungs-Stromkreis des Fernsehempfängers ist. Bei diesem System erzeugt jedoch das Relais während des Betriebs ein akustisches Geräusch. Außerdem ist die Lebensdauer des Relais gering, und die Abmessungen sind unerwünscht groß.

In F i g. 2 weist die Fernsteuerung einen kontaktlosen Schalter auf. Eine Steuerdetektorschaltung 7 empfängt entweder ein Schaltsignal von einem Fernsteuersender oder von einem in der Vorrichtung selbst enthaltenen Steuerschalter. Ein Verstärker 8 verstärkt das Ausgangssignal der Detektorschaltung 7.

Durch einen Filter 9 wird nur ein bestimmtes gegebenes Signal durchgelassen. Das Ausgangssignal des Filters 9 wird einem Detektor 10 zugeführt der ein Ausgangssignal liefert, das über eine Schaltanordnung 11 einer Differenzierstufe 12 zugeführt wird. Das Ausgangssignal der Differenzierstufe 12 betätigt als Steuersignal eine bistabile Schaltung 13, deren Ausgangssignal dem Gatter eines Thyristors in einer Thyristorschaltung 14 zugeführt wird, wodurch der Leistungsstromkreis geschlossen oder geöffnet wird. Die Schalteranordnung U ist so ausgebildet, daß sie nicht auf ein Einganssignal reagiert, dessen Pegel unterhalb eines bestimmten Schwellenwertes liegt. Dadurch wird jeglicher fehlerhafter Betrieb ausgeschlossen, der durch falsche Informationen, wie etwa äußere Störsignale, erzeugt wird. Die Schalteranordnung U dient außerdem der Formung des Impulsverlaufs der Signale. Die bistabile Schaltung 13 ist beispielsweise ein bistabiler Multivibrator, der kontinuierlich ein Gleichspannungs- oder Wechselspannungs-Ausgangssignal mit den Werten »0« oder »1« nach dem Empfang eines gegebenen Signals bis zum Empfang des nächsten ankommenden Signals abgeben kann.

Für die Steuersignal-Detektorschaltung nach Fig.2

kann ein Mikrofon oder eine Photodiode entsprechend verwendet werden, wenn das Steuersignal durch Ultraschall übertragen wird oder die Fernsteuerung mittels Licht durchgeführt wird

Wird eine Photodiode verwendet, so ά ird zweckmäßigerweise die ThyristorschaWung *o ausgebildet, daß. wenn die Photodiode Licht empfängt, die Vorspannungsschaltung des Transistors so wirkt, daß sie den Transistor zum Schwingen oder zum Andern seiner Schwingungsfrequenz anregt. Hierbei kann die Thyristorschaltu.ng 14 angesteuert werden, indem die Schwingungsfrequenz an den Verstärker gegeben wird, ebenso wie bei Verwendung eines Ultraschallsignals.

Gemäß der Erfindung kann außer dem Fernsteuersender, wie beschrieben, auch ein im ferngesteuerten Empfänger vorgesehener Schalter ein Kontrollsignal erzeugen, das die bistabile Schaltung zum Ansteuern des Leistungsschalters betätigt.

F i g. 3 zeigt verschiedene bei der Schaltung nach F i g. 2 auftretende Impulsformen. Der \ erlauf (a) stellt das Ausgangssignal des Filter«, 9 dar, wenn das von der Detektorschaltung 7 empfangene, von einer Steuersignalquelle kommende Signal ein Ultraschallsignal ist. Die Impulsform (b) entsteht durch das Feststellen der Impulsform CaJl Die Impulsform (c) entsteht beim Durchlauf der Impulsform (b) durch die Schalteranordnung 11. Die Impulsform ^ergibt sich durch das Differenzieren der Impulsform^ und die Impulsform^",) wird dadurch erhalten, daU der bislabile Multivibrator durch die Ausgangssignale der Differen/ieistufe 12 ge steuert wird.

Der in der Thyristorschaltung 14 enthaltene Thyristor, zwischen dessen Anode und Kathode eine WlvIi selspannung anliegt, ist während einer Zeitspanne ft bis η leitend, da von der bistabilen Schaltung 13 /wischen seinem Gatter und seiner Kathode während dieser Zeit eine Gleichspannung anliegt. Während einer Zeitspan ne η bis η wird jedoch der Thyristor bei Beginn der nächstfolgenden negativen Halbwolle der an seiner Anode und Kathode anliegenden Wechselspannung spcrrend, da während dieser Zeit keine Spannung zwischen dem Gatter und der Kathode des Thyristors liegt. Wird die nächste positive Halbwelle der Anoden-Kathoden-Wechselspannung erreicht, so kann der Thyristor ohne das Gatter-Kathoden-Signal nicht durchschalten. Die Wechselspannung kann also an- oder ausgeschaltet werden. In de" Vorrichtung nach F i g. 2 wird der Thyristorschaltung 14 von der bistabilen Schaltung 13 ein Steuerimpuls so zugeführt, daß die Thyristorschaltung 14 leitend bleibt, nachdem das erste von der Detektorschaltung 7 empfangene Signal auf die bistabile Schaltung 13 eingewirkt hat, bis das nächste Signal empfangen wird. Die Vorrichtung bietet somit einen optimalen Betrieb für das ferngesteuerte oder für das durch sanfte Berührung ausgelöste Schalten.

Beim beschriebenen Beispiel müssen die Erd- oder Masseverbindungen der Thyristorschaltung 14 und die der bistabilen Schaltung 13 gegeneinander gleichstrommäßig getrennt sein, da es erforderlich ist, das Ausgangssignal der bistabilen Schaltung 13 zwischen das Gatter und die Kathode des Thyristors der Schaltung 14 zu legen. Die Thyristorschaltung 14 muß also gegen einen die Blöcke 7 bis 13 aufweisenden Block 15 galvanisch getrennt sein.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben, bei der eine solche Isolierung in der Thyristorschaltung 14 vorgesehen ist. F i g. 4 zeigt im Firi7elnen die elektrische Verdrahtung der Thyristor

Schaltung 14. An eine Klemme 21 wird ein Rechteckimpulssignal 22 von der bistabilen Schaltung 13 angelegt, das die Schaltsteuerung eines elektronischen Schalters, z.B. eines Transistors 23 durchführt Ein Hochfrequenzsignal oder die Netzwechselstromspannung werden an eine Klemme 24 angelegt, die über die Primärwicklung 26 eines Trenntransformators 25 und über einen Kondensator 27 mit dem Kollektor des Transistors 23 verbunden ist Der Kondensator 27 und eine Diode 28 dienen dazu, den Gleichspannungspegel der Kollektorspannung des Transistors 23 in positiver Richtung zu verschieben, da sich ein schlechter Wirkungsgrad ergeben würde, wenn nur eine Halbwelle der Wechselstromkomponente der Spannung während des Betriebs des Transistors 23 ausgenutzt würde. Der Transistor 23 ist also leitend, wenn seine Basis auf einem hohen Potential gehalten wird, und es können Wechselspannungs-Ausgangssignale an Sekundärwicklungen 29 und 30 des Transformators 25 abgenommen werden. Dabei fließt der Strom von der Wechselspannungsquetle durch die Reihenschaltung des Transistors 23. des Kondensators 27 und der Primärwicklung 26 während der positiven Halbwelle und durch die Reihenschaltung der Primärwicklung 26, des Kondensators 27 und der Diode 28 während der negativen Halbwelle Diese durchaus einfache Schaltung genügt zur gesteuerten Speisung des Trenntransformators. Liegt die Basis des Transistors 23 auf niedrigerem Spar.nungspegel. so liegt kein Ausgangssignal an den Sekundärwicklungen 29 und 30. Wird nämlich der Transistor 23 sperrend, so fließt während der positiven Halbwelle der Netzwechsclspannung kein Strom durch die Reihenschaltung aus dem Transistor 23, dem Kondensator 27 und der Primärwicklung 26. Während der folgenden negativen Halbwelle fließt ?war noch ein Strom durch die Diode 28, den Kondensator 27 und die Wicklung 26. bis der Kondensator aufgeladen ist, während der an schließenden positiven Halbwelle fließt jedoch dann kein Strom und desgleichen während der anschließenden negativen Halbwelle, da der Kondensator 27 geladen ist und bleibt. Während der Transistor 23 gesperrt gehalten wird, fließt also kein Strom durch die Primärwicklung 26, wodurch der kontaktlose Schalter die Last von der Stromquelle trennt.

Ein Wechselspannungs-Ausgangssignal. das von der Sekundärwicklung 29 abgenommen wird, wird durch eine Diode 31 gleichgerichtet und durch einen Kondensator 32 geglättet, um dann so an das Gatter eines Thyristors 33 als Steuersignal angelegt zu werden. In entsprechender Weise wird ein in der Sekundärwicklung 30 induziertes Wechselspannungssignal durch eine Diode 34 und einen Kondensator 35 in ein Steuersignal für einen Thyristor 36 umgewandelt. Dioden 37 und 38, die in Reihe zwischen die Thyristoren 33 und 36 geschaltet sind, bewirken, daß die Halbwellen-Ausgangssignale der Thyristoren am Nullpegel beginnen. Eine Klemme 39 ist mit dem Wechselstromnetz verbunden, während eine Klemme 40 an eine iu speisende elektrische Maschine angeschlossen ist.

F i g. 5 zeigt an verschiedenen Punkten der Schaltung nach F i g. 4 auftretende Signal- oder Spannungsverläufe. Die Spannung (g) stellt die an die Klemme 39 angelegte Eingangswechselspannung dar, (h) das Ausgangssignal des Thyristors 36, (i) das Ausgangssignal des Thyristors 33, Q)der Steuerimpuls für den Thyristor 33 oder 36 und (k) ein an der Klemme 40 auftrtetendes Signal, das nur so lange andauert, wie das Steuersignal Q) vorhanden ist. Wie in den Verläufen (h) und (i) dar-

gestellt ist, verbleiben in den Ausgangssignalen der Thyristoren 36 bzw. 33 kleine negative bzw. positive Spannungen A bzw. B, obwohl diese Stromrichtungen gesperrt sind. Ohne Dioden 37 und 38 wurden deshalb diese geringen negativen und positiven Spannungen einen Stromfluß durch die Thyristoren zur Folge haben, so daß der Leistungsverbrauch der Thyristoren erhöht wäre. Die Dioden 37 und 38 sperren jedoch den durch die Spannung A und B verursachten Rückstrom, so daß sich der Leistungsverlust der Thyristoren 33 und 36 nicht erhöht.

F i g. 6 zeigt einen Zweirichtungs-Thyristor, der anstelle der beiden Thyristoren 33 und 36 verwendet werden kann. Für diesen Zweck ist es nur notwendig, daß seine Klemme 41, 42 und 43 mit der Stromquelle bzw. der elektrischen Maschine bzw. mit einer der Klemmen der Sekundärwicklung 29, an der das Steuersignal (j) auftritt, verbunden wird. Der unter der Bezeichnung Triac bekannte Zweirichtungs-Thyristor ist ein einziges Element und hat bidirektional symmetrische Sperr- und Leitcharakteristiken. Dieser Triac kann auf ein niedriges Steuersignal hin in beiden Richtungen gezündet werden, und zwar ist er durch ein Steuersignal von entweder positiver oder negativer Gleichspannung oder einer hochfrequenten Spannung steuerbar. Der Anwendungsbereich dieser Vorrichtung läßt sich dadurch erweitern.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   22

   Kontaktloser Schalter zum Schalten einer Stromqueiie, mit einer Bedienungseinrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals, wenn geschaltet werden soll, einer vom Steuersignal angesteuerten bistabilen Schaltung, einer Tyristorschaltung, an deren Gatter ein vom Ausgangssignal der bistabilen Schaltung abgeleitetes Signal gelegt ist und deren beiden weiteren Elektroden mit der Stromquelle bzw. mit einem zu steuernden elektrischen Gerät verbunden sind, und mit einem der galvanischen Trennung der Tyristorschaltung von den anderen Schaltungselementen dienenden Trenntransformator, dessen Primärwicklung in Reihe mit einem elektronischen Schalter liegt und dessen Ausgangsspannung der Sekundärwicklung gleichgerichtei und geglzttet dem Gatter der Tyristorschaltung zugeleitet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Primärwicklung (26) des Trenntransformators (25), einem Kondensator (27) und dem elektronischen Schalter (23), der durch das Ausgangssignal der bistabilen Schaltung (13) geschaltet ist, und dem eine Diode (28) antiparallelgeschaltet ist, eine Wechselspannungsquelle geschaltet ist.