DE2226585C3 - Kontaktloser Schalter - Google Patents
Kontaktloser SchalterInfo
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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)
- Patentanspruch:22Kontaktloser 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.
Applications Claiming Priority (8)
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JP4929571 | 1971-06-10 | ||
JP8143071 | 1971-09-07 | ||
JP1971081430U JPS4836729U (de) | 1971-09-07 | 1971-09-07 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2226585A1 DE2226585A1 (de) | 1972-12-07 |
DE2226585B2 DE2226585B2 (de) | 1976-07-01 |
DE2226585C3 true DE2226585C3 (de) | 1977-02-17 |
Family
ID=
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