DE2251526A1

DE2251526A1 - Steuerschaltung fuer kontaktlose schalter

Info

Publication number: DE2251526A1
Application number: DE2251526A
Authority: DE
Inventors: Lester N Bolmgren
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1971-11-26
Filing date: 1972-10-20
Publication date: 1973-05-30
Also published as: JPS4861065A; US3743861A; FR2162861A5; CA958768A; GB1382517A

Description

Steuerschaltung für kontaktlose Schalter"

Für die Steuerung der Zufuhr großeV elektrischer Ströme zu einer Last sind bisher unterschiedliche Schaltvorricbtungeri benutzt worden. In jüngerer Zeit sind für diese Zwecke sogenannte "Tr iacs" geschaffen worden, die recht große Leistungen zu beherrschen gestatten. Die Vervrendung dieser Zweiweg-Halbleiterschalter zeigt jedoch auch einen beachtlichen Nachteil. Wenn der Torimpuls oder Steuerimpuls, der auf den Halbleiterschalter (Triac) gegeben wird, zu klein ist, führt der Triac die großen Ströme nur über einen Teil des gesamten Stromflusses, was zur Folge haben kann, daß der Triac "ausbrennt. Steuerbare Siliziumgleichrichter großer Leistung und ebenso Transistoren haben den gleichen Mangel.

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Die vorliegende Erfindung zielt auf das Verhindern einer derartigen Zerstörung von Triacs, steuerbaren Siliziumgleichrichtern und Transistoren großer Leistung, nämlich dadurch, daß sichergestellt wird, daß die Torimpulse oder öffnungsimpulse stets stark genug sind, um den Halbleiter über seinen gesamten vorgesehenen Stromflußwinkel leitend zu halten. Die Erfindung schafft insbesondere eine Gleichspannung durch Filtern einer vollweg-gleichgerichteten Wechselspannung. Zwischen die gefilterte Gleichspannung und die Steuerelektrode des Thyristors ist ein spannungsempfindlicher Schalter geschaltet, um zu gewährleisten, daß· die Tor- oder Öffnungsimpulse dem Thyristor nur dann zugeleitet werden, wenn sie genügend groß sind.

Da dieser auf eine Spannung ansprechende Schalter jedoch ein steuerbarer Siliziumgleichrichter (SC¹O ist, hö"rt er nicht auf zu leiten, bis die ihm zugeführte Spannung auf einen bestimmten kleinen Wert abgenommen hat. Da dieser kleine Wert seiner Natur nach den Leistungsthyristor dazu bringt, nur über einen Teil seines Stromführungsbereiches (Stromflußwinkels) leitend zu sein, ist in die Schaltung ein zweiter Schalter eingesetzt, der die Filterspannung von dem spannungsewnfindlichen Schalter immer dann trennt bzw. getrennt hält, wenn die vollweg-gleichgerichtete Spannung vom Pilterkreis getrennt ist. Wenn zuerst dem Filterkreis Spannung zugeführt wird, kann demnach die Gleichspannung nicht eher auf den Thyristor gegeben werden, als die Spannung einen vorgegebenen Betrag erreicht hat. Immer wenn die Spannung von dem Pilterkreis getrennt ist, wird die Filterspannung an einer Öffnung des Triacs gehindert, und zwar unabhängig von der Größe der Filterspannung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in dem beigefügten Schaltbild gezeigt und wird nachstehend anhand dieses Schaltbildes näher erläutert.

Der Triac 10 weist zwei Leistungssteuerklemmen oder -elektroden 11 und 12 auf, durch die die Last 13 an die Energiequelle 1*1

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angeschlossen ist. Der Triac enthält ferner eine Tor- oder St euer klemme·. 15.

Die der Steuerelektrode 15 des Triacs 10 zugeführten Tor- oder öffnungs- oder Steuerimpulse werden von einem Tor- oder Gatterkreis abgeleitet, dessen Eingangsklemmeη 16 und 17 an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen sind. Die Klemmen 16 und liegen an der Primärwicklung 18 eines Abwärts-Isoliertransformators-20. An die Sekundärwicklung 19 des Transformators 20 ist eine Vollweg-Gleichrichterbrücke 21 in bekannter Weise angeschlossen. Die vier Gleichrichter in den Brückenzweigen sind mit 22 bis 25 und die Gleichspannungs-Ausgangskleramen mit A und B bezeichnet. Zwischen die Klemmen A und B sind in Reihe und von A ausgehend ein Gleichrichter 26 (üblicher- und nichtssagenderweise als Diode bezeichnet) und ein Filterkondensator 27 geschaltet. Der Kondensator 27 nimmt immer dann eine Gleichspannung auf, wenn der Schalter S im Primärkreis des Transformators 18 geschlossen wird.

An der Klemme A der Brücke 21 liegt außerdem unter Zwischenschaltung eines Widerstandes 28 die Basis eines Transistors 29 ₅ dessen Emitter an die Klemme B der Brücke 21 angeschlossen ist * Ein Kondensator 30 und ein Widerstand 31 liegen parallel zueinander und zur Basis-Emitterstrecke des Transistors 29. Durch einen Widerstand 32 ist der Kollektor des Transistors 29 mit der Basis eines pnp-Transistors 33 verbunden, dessen Emitteran den elektrischen Punkt angeschlossen ist, der der Diode 26 und dem Kondensator 27 gemeinsam ist. Der Kollektor des Transistors 33 ist mit der Basis eines npn-Transistors 3¹J verbunden. Der Kollektor des Transistors 3Ί liegt ebenfalls auf dem elektrischen Punkt zwischen der Diode 2 6 und dem Kondensator 27, während der Emitter an eine Hauptkleme oder Leistungskiemine eines steuerbaren Siliziumgleichrichters 35 angeschlossen ist. Parallel zur Basis-Emitterstrecke des Transistors 33 liegt ferner ein Widerstand 36. Die andere Leistungsklemme des Gleichrichters 35 ist über die Reihenschaltung aus zwei Widerstä-nden

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37 und 38 an eine Leitung 39 angeschlossen, die die Klemme B der Brücke 21 mit der Steuerelektrode (Gatter) 15 des Triacs 10 verbindet. Parallel zu den Haupt- oder Leistungsklemmen des Gleichrichters 35 liegen in Reihe eine Zenerdiode 40 und ein Widerstand Hl. Das Gatter des Gleichrichters 35 ist an die Verbindungsstelle zwischen der Zenerdiode und dem Widerstand Hl angeschlossen. Eine Elektrode der Zenerdiode 40 ist dabei mit dem Emitter des Transistors 3^ verbunden. Die Verbindungsstelle zwischen den Widerständen 37 und 38 liegt außerdem an der Klemme 12 des Triacs 10.

Für den Betrieb der Anordnung sei angenommen, daß der Kondensator 27 vor dem Schließen des Schalters S keine Ladung hat. Beim Schließen des Schalters S, also beim Anschluß des Transformators 20 an die Speisewechselspannung, gelangt eine Wechselspannung an die Brücke 21. Durch die Vollweg-Gleichrichtung erscheint zwischen den Klemmen A und B eine pulsierende Gleichspannung, die durch die Diode 26 und den Kondensator 27 geglättet wird, so daß am Kondensator 27 eine geglättete Gleichspannung steht. Gleichzeitig wird die Spannung zwischen den Klemmen A und B dem Basis-Emitterkreis des Transformators 29 zugeführt, wodurch der Transistor leitend wird, und zwar beginnend mit einem vorgegebenen Phasenwinkel in jeder Halbwelle des Stromzyklus. Wenn der Transistor 29 zu leiten beginnt, wird Strom durch den Basis-Emitterkreis des Transistors 33 gezogen, wodurch der Transistor geöffnet wird. Wgnn dfeer Transistor 33 zu leiten beginnt, leitet auch der Transistor 3^ und die Gleichspannung, die durch den Filterkondensator 27 geschaffen ist, gelangt an den Kreis des Gleichrichters 35· Dieser Gleichrichter 35 wird jedoch nicht eher leitend, als die Zenerdurchbruchspannung erreicht ist.

Somit kann der Triac 10 nicht vor dem Erreichen der Zenerspannung geöffnet werden. Dies führt zu dem Ergebnis, daß erst bei genügend großer FiIterspannung der Triac 10 geöffnet werden kann,

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und demnach so, daß er über seinen gesamten restlichen Stromflußwinkel oder Stromführungsbereich leitend bleibt.

Wenn der Triac 10 leitet, gelangt Energie aus der Quelle Ik zur Last 13.

Wenn der Triac 10 wirkungslos gemacht werden soll, wird der Schalter S geöffnet. Ohne die Vervrendung der Transistoren 29, 33 und 3¹I würde die' Spannung über dem Kondensator 27 beginnen, langsam abzunehmen. Der Gleichrichter 35 würde jedoch elektrisch leiten, bis seine Abschält- oder Sperrspannung erreicht ist, die sehr klein ist. Der Gleichrichter 35 würde es also zulassen, daß kleine Tor- oder Gattersignale dem Triac 10 zugeführt werden, was zu einer Beschädigung des Triacs führen kann, weil er über einen ungünstigen Teil seines Stromführungsbereiches Strom leitet. Durch die Transistoren 29, 33 und 3^ in der Schaltung hören jedoch beim öffnen des Schalters S die Einschaltsignale zum Basis-Emitterkreis des Transistors 29 auf. Der Transistor 29 hört damit auf zu leiten und löst damit das Sperren der Transistoren 33 und 3'l aus. Sobald der Schalter S geöffnet wird, werden somit alle Öffnungssignale oder Torsignale vom Gatter 15 des Triacs weggenommen, so daß verhindert wird, daß unzureichende Gatterimpulse den Triac erreich'en.

Zusammenfassung: Die Erfindung betrifft also eine Schaltung für das "harte" Zünden von Transistoren oder allgemein von kontaktlosen Schaltern großer Leistung. Wenn Thyristoren, die in der Lage sind, große Leistungen zu leiten, unzureichend große Steuerimpulse empfangen, sind sie nur über einen Teil ihrer Stromflußbereiche oder Stromführungsbereiche leitend. Eine Leitfähigkeit -bzw. Leitung diesel' Art führt zu einer Beschädigung des Thyristors. Durch die Erfindung wird gewährleistet, daß derartige Thyristoren genügend große Steuerimpulse erreichen. Ein Kreis, der einen Steuerbaren Siliziumgleichrichter 35 und eine Zenerdiode 40 enthält, ist so-aufgebaut und angeordnet, daß er die über einem Kondensator 27 anstehende Pilterspannung daran

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hindert, die Steuerelektrode des Triacs zu erreichen, solange diese Spannung nicht genügend groß ist. Wenn der Schalter S geöffnet wird, um die Leistungszufuhr zum Pilterkondensator 27 zu unterbrechen, schalten die* Transistoren 29» 33 und 3¹I den Kondensator 27 sofort von der Steuerelektrode des Triacs ab. Somit muß beim Schließen des Schalters S die Spannung über dem Kondensator 27 einen vorgegebenen Wert erreichen, ehe der Gleichrichter 35 Steuerimpulse an den Triac 10 weiterleitet. Beim öffnen des Schalters S öffnet auch der Transistor 3¹* und verhindert so, daß die PiIterspannung über den Kondensator 27 weiter Steuerimpulse abnehmender Größe an den Triac 10 liefert.

Die chardteristischen Merkmale dieser den Gleichrichter 35 und die Zenerdiode ^l\0 enthaltenden Schaltung sind in allgemeinerer Fassung Inhalt des Patentanspruchs 1.

Im Zweifel sind alle hier dargestellten und/oder beschriebenen Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination erfindungswesentlich. Schutz wird begehrt für das, was objektiv schutzfähig ist.

Patentansprüche;

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Claims

- 7 Patentansprüche:

IJ Steuerschaltung zum Steuern der Erregung einer Schaltvorrichtung, worin die Schaltvorrichtung die Energiezufuhr zu einer Last zu steuern bestimmt und ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (10) wenigstens zviei Haupt- oder Leistungsklemmen (11. 12) und eine Steuerklemme oder -elektrode (15) aufweist und die Häuptklemmen bei Erregung der Schaltvorrichtung eine Energiequelle (1*0 an die Last (13) anzuschließen vermögen, daß eine Vorrichtung (A und B) für die Lieferung einer pulsierenden Spannung und eine Gleichspannungsquelle (16, 17, 20, 21, 26, 27) vorgesehen sind, daß Schaltmittel (29, 30, 31, 28. 32, 33, 3*1) mit einer Gatter- oder Torklemme (Basis von 29) an die Vorrichtung für.die Lieferung der pulsierenden Spannung angeschlossen sind, während eine Eingangslexstungsklemme (Kollektor von 3*0 an die Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, während die Ausgangs kl emin.e (Emitter von 3*0 der Schaltmittel eine Gleichspannung erscheinen läßt, wenn die Schaltmittel erregt werden, sowie ferner gekennzeichnet durch eine auf die Spannung ansprechende Vorrichtung (35,'^0, *}!)", deren Eingang an die Ausgangsklemme der Schaltmittel angeschlossen ist, und durch Mittel (37, 38), die die spannungsabhängige Vorrichtung (35, ¹IO > hl) mit der Tor- oder Gatterklemme der Ausgangsschaltvorrichtung verbinden.
2. " Torkreis oder Gatterkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsschaltvorrichtung einen Halbleiterschalter enthält,
3. Kreis nach Anspruch 2, dadurch gekennr zeichnet, daß die spannungsempfindliche Vorrichtung einen gesteuerten Siliziumgleichrichter enthält, der zwischen die Ausgangsklemme der Schaltmittel und die Torklemme (Steuerelektrode) des Halbleiters geschaltet ist, und daß zwischen

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dieser Ausgangsklemme und der Steuerelektrode des Siliziumgleichrichters eine Zenerdiode geschaltet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2,dadurch gekenn-

z e i c h η et, daß die Gleichspannungsquelle einen Pilterkreis aufweist, der zwischen die Vorrichtung für die Lieferung einer pulsierenden Spannung geschaltet ist.
5. Kreis nach Anspruch 4, dadurch 'gekennzeichnet, daß die Schaltmittel einen ersten, auf dia pulsierende Spannung ansprechenden Transistor und eine zweiten Transistor für die Stromleitung in Antwort auf die Leitfähigkeit des ersten Transistors enthält.
6. Kreis nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichne t, daß die spannungsabhängige Vorrichtung einen steuerbaren Siliziumgleichrichter enthält, der zwischen die Steuerelektrode der Halbleitervorrichtung und den zweiten Transistor geschaltet ist und eine Zenerdiode aufweist, die zwischen dem zweiten Transistor und der Steuerelektrode des Siliziumgleichrichters liegt.
7. Kreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsschaltvorrichtung einen Triac enthält.
8. Kreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle einen Pilterkreis enthält, der an die Klemmen der Vorrichtung für die Lieferung einer pulsierenden Spannung angeschlossen ist und einen Kondensator enthält, während die Schaltmittel einen ersten Transistor aufweisen, der an die Vorrichtung für die Lieferung pulsierender Spannung angeschlossen ist, und einen zweiten, auf die Stromleitung des ersten Transistors ansprechenden Transistor, der zwischen dem Kondensator und der spannungsempfindlichen Vorrichtung liegt.

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9. Kreis nach Anspruch 8,dadurch gekennz e i c h_n et, daß die spannungsempfindliehe Vorrichtung einen steuerbaren Siliziumgleichrichter aufweist, der zwischen den zweiten Transistor und die Steuerelektrode des Triacs geschaltet ist und eine Zenerdiode aufweist, die zwischen dem zweiten Transistor und der Steuerelektrode des Siliziumgleiehrichters liegt.

BAD ORIGiNAU

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L e e r s e i t e