DE2445770C2 - Wärmeempfindliche elektronische Schaltvorrichtung - Google Patents

Description

findlichen Thyristors gemäß Fig. la mit seiner Sperrschicht als Pa^rameter,

Fig.2b eire graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen der Durchbruchspannung und der Sperrschichttemperatur des wärmeempfindlichen Thyristors gemäß Fig. la,

Fi g. 3 ein Schaltbild der wärmeempfindlichen Schaltvorrichtung nach der Erfindung und

F i g. 4 bis 7 Schaltbilder abgewandelter Ausführungsformen der Erfindung.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sind im folgenden wärmeempfindiiche Thyristoren anhand ihres grundsätzlichen Aufbaus tind ihrer Arbeitsweise beschrieben.

Wie herkömmliche Thyristoren, besitzen wärmeempfindliche Thyristoren einen pnpn- oder npnp- Vierschichtaufaau mit zwei Hauptelektroden, die mit den beiden äußersten, Emiuerbcreiche bildenden Schichten in ohmschcm Kontakt stehen, sowie einer Sicucrclek-Inxlc-.dic mil mindestens einer Zwischenschicht in ohmschem Kontakt steht.

Fi g. 1a veranschaulicht eine spezielle Art eines wärmeempfindlichen Thyristors. Die dargestellte Anordnung weist eine erste p-Emitterschicht 10, eine erste n-Basisschicht 12, eine zweite p-Basisschicht 14 und eine zweite n-Emitterschicht 16 auf, die in der genannten Reihenfolge übereinander angeordnet sind und zwischen sich drei pn-Obergänge 18,20 und 22 bilden. Eine Anode 24 steht in ohmschem Kontakt mit der ersten Emitterschicht 10, eine Kathode 26 ist in ohmschem Kontakt mit der zweiten Emitterschicht 16 angeordnet, und eine. Gate-Elektrode 28 steht in ohmschem Kontakt mit der zweiten Basisschicht 14. Der auf diese Weise gebildete, wärmeempfindliche Thyristor ist als Ganzes mit 30 bezeichnet. Über die Kathode 26 und die Steuerelektrode 28 ist aus noch näher zu erläuternden Gründen ein variabler Widerstand 32 geschallet. Neben dem wärmeempfindlichen Thyristor 30 kann eine thermisch an ihn angekoppelte Wärmequelle angeordnet sein. In diesem Fall ist der Thyristor vom indirekt beheizten oder erwärmten Typ. Die Wärmequelle ist in Fig. la und Ib als elektrisch beheizter Widersland 34 dargestellt.

Der indirekt beheizte, wärmeempfindliche Thyristor 30 läßt sich durch das elektrisch?¹ Symbol gemäß Fig. Ib darstellen, worin den Teilen von Fig. la entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.

Der wärmeempfindlich«· Thyristor kann einen Aufbau aus fünf Schichten von jeweils abwechselnd entgegengesetztem Leittyp, d. h. einen pnpnp- oder npnpn-Fünfschichtaufbau besitzen. Derartige Thyristoren vermögen sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung zu schalten.

Wärmeempfindliche Thyristoren der Art gemäß Fig. la besitzen die in Fig.2a veranschaulichte Anoden-Kathoden-SpannungS'/Strom-Kenniinie. In F i g. 2a, in welcher ein durch die Anode 24 und die Kathode 26 fließender Hauptstrom Ia auf der Ordinate in Abhängigkeit von einer über diese Elektroden anliegenden, auf der Abszisse aufgetragenen Spannung V^k aufgetragen ist, sind die .Spannungs/Slrom-F.igcnschaftcn eines wärmeempfindlichen Thyristors mit einer Sperrschichttempüraiur T₁ dargestellt, die fortlaufend auf Ti, Ti, Tj und 7',,zunimmt, wobei Ή < Tj < 7Ί < T₅. Wie im ersten Quadtemen von Fig.2a dargestellt, besitzt der wärrflccmpfindlichc Thyristor eine Durchlaß- bzw. Vorwäns-Spannungs/Strom-Kennlinie mit einem stabilen. Ein- bzw. Durchschaltzustand und einem stabilen Au:.- bzw. Sperrzustand, solange seine Sperrschichttemperaiur ausreichend niedrig ist. Der Ausdruck »Vorwärts« bedeutet dabei, daß das Potential an der Anode höher ist als an der Kathode. Im Sperrzustand kann nur ein äußerst niedriger Leck- oder Kriechstroin über den Thyristor fließen, bis die an ihn angelegte Spannung einen bestimmten Grenzwert erreicht. Wenn die an den Thyristor angelegte Spannung seine ίο Schwellenspannung übersteigt, tritt die sogenannte Durchbrucherscheinung auf, bei welcher der Thyristor aus dem Sperr- in den Durchschaltzustand umschaltet Diese Schwellenspannung wird auch als Durchbruchspannung oder Sperrzustands-Durchbruchspannung bezeichnet.

Im Ein- oder Durchschaltzustand besitzt der wärmeempfindliche Thyristor dagegen eine sehr niedrige Impedanz, und er spricht bereits auf eine niedrige, an ihn angelegte Spannung an, um einen starken Strom durch-2(i zulassen. Diese Spannung wird ab Durchschalt(zustands)spannung bezeichnet, während de.· betreffende Strom als Durchschalt(zustands)strom bezeichnet wird. Sobald der Thyristor in den Durchschaltzustand gebracht worden ist, bleibt dieser Zustand erhalten, und der Spei.'zustand tritt erst dann wieder auf, wenn der Durcnschaltstrom auf einen bestimmten Wert abfällt. Der für die Aufrechterhaltung des Durchschaltzustands erforderliche Mindeststrom wird als »Haltestrom« bezeichnet.

Wenn über den Thyristor eine Spannung in Gegenrichtung angelegt wird (wobei die Kathode an einem höheren Potential liegt als die Anode), zeigt der wärmeempfindliche Thyristor die umgekehrte Spannungs/ Strom-Kennlinie, wie sie im dritten Quadranten in J5 Fig. 2a dargestellt ist. Infolge dieser Kennlinie kann nur ein geringer Kriechstrom in Gegenrichtung durch den Thyristor fließen, bis eine Grenzwertspannung erreicht ist; diese Kennlinie ähnelt der Gegenspannungs/Sirom-Kennlinie, wie sie Gegensperrthyristoren und Halbleitcr-Oleichrichlcrdioden zeigen. Die Grenzwertspannung wird als Gegcndurchbruchspannung bezeichnet. Wenn diese Gegcndurchbruchspannung einen bestimmten Grenzwert übersteigt, kann der wärmeempfindliche Thyristor thermisch zerstört werden. Das oben beschriebene Umschalten des wärmeempfindlichen Thyristors aus seinem Sperr- in seinen Durchschaltzustand erfolgt durch eine Einrichtung zur Erwärmung des Thyristors, um seine Temperatur zu erhöhen.

Aus F i g. 2a ist ersichtlich, daß die Durchbruchspannung des wärmeempfindlichen Thyristors bei einer Zunahme seiner Sperrschichttemperatur abnimmt.

Die Durchbrucherscheinung tritt jedoch bei wärmeenipfindlichen Thyristoren nicht bei Temperaturen auf, die einen bestimmten Grenzwert übersteigen. Bei derartigen Temperaturen besitzen nämlich wärmeempfindliche Thyristoren eine Spannungs/Strom-Kennlinie, die keinen Sperrzustand enthält. Diese Kennlinie enthält vielmehr nur den E\n· bzw. Durchschaltzustand, und sie folgt der gle'chen Kurve wie die Vorwärtscharakteristik W) von Dioden mit pn-Übergang. Eine Mindest-Übergangs- bzw. -Sperrschichttemperatur, bei rnd über welcher kein Sperrzustand auftritt, wird im folgenden als Schalltcmperatur bezeichnet, die in F i g. 2a oder 2b mit dem Bezugszeichen /_: versehen ist.

In Fig.2b ist auf der Oridinate die Durchbruchspannung Vim in Abhängigkeit von einer Sperrschichttemperatur Τ, für einen typischen wärmeempfindlichen Thyristor aufgetragen, und diese Figur zeigt daher die Sperr-

schichttemperatur-Abhängigkeil der Durehbruchspannung. Die Sperrschichttemperaturen 7Ί. Ti, T\ und 7", gemäß F i g. 2b entsprechen den gleichen Temperaturen gemäß Fig.2a. Gemäß Fig.2b beginnt die Durchbruchspannung bei T\ abzufallen, und sie fällt bei Temperaturen über Ti plötzlich ab, bis bei der Schalitempcratur T.der Durchlaßzusland eintritt.

Die Sperrschichttemperatur-Abhängigkeil der Darchbruchspannung von wärmeempfindlichen Thyristoren, variiert außerdem in Abhängigkeil von der Größe eines Widerstands, der über die Kathode und die Steuerelektrode des Thyristors geschaltet ist. Genauer gesagt, wenn der Parallelwiderstand unendlich hoch oder die Steuerelektrode in ihren Offenzustand versetzt ist, wird die charakteristische Schalttempcratur eines bestimmten wärmeempfindlichen Thyristors durch die Art des den Thyristor und eine Sperrschicht- bzw. Übergangsstruktur bildenden Halbleitermaterials bestimmt. Bei abnehmendem Widerstand ist die Schalttempcratur höher als der charakteristische Wert. Aus diesem G rund kann ein in Fig. la angedeuteter, über die Steuerelektrode und die Kathode des betreffenden wärniccmpfindlichen Thyristors geschalteter variabler Widerstand 32 zur Einstellung der Schalttemperalur des Thyristors bezüglich seiner Größe variiert werden. Beispielsweise kann die Schalttemperatur bei einem aus Silizium bestehenden wärmeempfindlichen Thyristor zwischen etwa 75° und 175°C variiert werden.

Wie erwähnt, besitzen wärmeempfindliche Thyristoren beim Erreichen der Schalttcmpenitur die Durchlaßspannung-Hauptstrom-Kennlinie, bei welcher der Sperrzustand nicht mehr besteht, sondern nur noch ein Durchschaltzustand vorhanden ist.

Der Zustand, in welchem nur noch ein Durchschaltzustand vorhanden ist, beruht darauf, daß ein Kricchstrom bzw. ein Sperrzustandsstrom über den pnpn-übergang infolge der thermischen Erzeugung von Ladungsträgern erheblich erhöht wird, was wiederum mit einer Zunahme der Lebensdauer der Ladungsträger zusammenwirkt und die Stromverstärkungsfaktoren λ pnp und λ npn der pnp- und npn-Transistorabschnitte (Fig. la) vergrößert, bis die Summe von λ pnp und η npn dem Wert t entspricht oder größer ist als dieser. Hieraus geht hervor, daß die charakteristische Schalttcmperatur von wärmeempfindlichen Thyristoren weitgehend vom Verhältnis zwischen der Temperatur und dem Kricchstrom, zwischen der Temperatur und dem Stromverstärkungsfaktor sowie zwischen dem Strom und dem Stromverstärkun«?sfaktor abhängt. Folglich lassen sich wärmeempfindliche Thyristoren dadurch herstellen, daß die Art des Halbleitermaterial«, die Lebensdauer der Ladungsträger, die Fremdstoffkonzentration, die Fremdstoffverteilung, die Dicke der einzelnen Halbletterschichten usw. im Hinbück auf die erforderliche Schaittemperatur entsprechend gewählt werden.

Um wärmeempfindliche Thyristoren aus ihrem Durchschaltzustand in ihren Sperrzustand zurückzubringen bzw. abzuschalten, muß die Sperrjchichttemperatur einen Wert unterhalb der Schalttemperalur erhaltea während der Durchschaltzustandsstrom auf einen unter dem Haltestrom liegenden Wert zurückgeführt wird. Dabei ist zu beachten, daß der Haltcstrom nahe der Schalttemperatur sich praktisch einem Wert Null annähert.

Wärmeempfindliche Thyristoren können somit als kombinierte Temperaturfühler- und Schaiierelementc mit pnpn-Aufbau bezeichnet werden. Irr. Vergleich zu den bisher als wärmeempfindliche Elemente verwendeten Thermistoren besitzen solche Thyristoren einen pnpn-Aufbau mit sehr hoher Impedanz im Sperrzustand und sehr niedriger Impedanz im Durchschaltzustand. Außerdem braucht eine dabei verwendete Halbleiierpastille im Hinblick auf die erforderliche Strombelastbarkcit nur dünn zu sein und eine kleine Oberfläche zu besitzen. Dies gewährleiste! den Vorteil, daß ohne weiteres ein wiirmeempfindlicher Schallcr mit kleiner thermischer /cilkonstunlc gebildet werden kann. Aiilier-

Ki dem sind wärmeempfindliche Thyristoren den Thermistoren insofern überlegen, als die gleichmäßige Charakteristik ohne weiteres gleichbleibend gewährleistet und die Säkular-Ändcrung wie bei herkömmlichen Thyristoren und Transistoren sehr gering gehalten werden kann.

Ii Die Erfindung ermöglicht die Schaffung einer wärmeempfindlichen Schaltvorrichtung unter Verwendung des vorstehend beschriebenen wärmeempfindlichen Thyristors.

F i g. 3 zeigt ein Schaltbild einer wärmeempfindlichen Schaltvorrichtung nach der Erfindung. Die dargestellte Anordnung weist eine Wechsclstromquelle 40. eine Last 42 und einen 1 huiptthyristor 44 auf. die in der genannten Reihenfolge unter Bildung eines Hauplschaltkrcises miteinander in Reihe geschaltet sind. Der Hauptthyrislor 44 weist eine mit der Last 42 verbundene Anodenklemme 44a, eine an die Stromquelle 40 angeschlossene Kathodciiklemme 44c und eine Stcuerklemmc 44g auf, die an der Kathodcnklemme 30c mit einem wärmeempfindlichcn Thyristor 30 verbunden ist. Der wärmccmpfindliche Thyristor 30 entspricht der;i vorsiehend in Verbindung mit iIlmi l^;ig. 1 und 2 beschriebenen Thyristor, und er weist eine an einen der Last 42 nachgeschalteten und auch mit der Anodcnklemmc 44a verbundenen Schutzwiderstand 46 angeschlossene Anodenklemme

J5 30a auf. Parallel zur Kathodcnklemme 30c und Stcuerk'crrsme 3Q^ des Thyristors 30 ist ein variabler Widerstand 32 geschaltet, während außerdem eine als Widerstand dargestellte Wärmequelle 34 zur Erwärmung des Thyristors vorgesehen ist. Die Reihenschaltung aus dem Thyristor 30 und dem Schutzwiderstand 46 bildet eine Torschaltung für den Hauptthyristor 44.

Der Widerstand 32 und die Wärmequelle 34 arbeiten auf die gleiche Weise wie die entsprechenden Bauteile gemäß Fig. la. Der Schutzwiderstand 46 wird im voraus mit einem so großen Widerstandswert gewählt, daß der Steuerelektrode des Hauptthyristors 44 ein ausreichend hoher Steuerstrom aufgeprägt wird, um den Hauptthyristor 44 beim Durchschalten des wärmeempfindlichen Thyristors 30 mit einer niedrigen Anoden-

W spannung in seinen Durchschallzustand zu vernetzen und gleich/eilig den .Spitzenwert des Steuerstroms auf einen hochstzulässigen Wcrl oder weniger zu begrenzen.

Bei der Anordnung gemäß F i g. 3 wird beim Schlie-Ben der Stromquelle 40 die Quellenspannung über die Anodenkiemme 44a und die Kathodenklemme 44c des Hauptthyristors 44 angelegt während außerdem eine praktisch der Quellenspannung entsprechende Spannung über die Anoden- und Kathodenklemmen 30a bzw. 30c des wärmeempfindlichen Thyristors 30 angelegt wird.

Hierauf wird der wärmeempfindliche Thyristor 30 durch die Wärmequelle 34 erwärmt, so daß seine Temperatur ansteigt. Während dieser Erwärmung nimmt die

b5 Durchbruchspannung oder Sperrspannung des wärmecmpfindlichcn Thyristors 30 plötzlich von einem bestimmten Wcrl ab, bis dieser zu einem Zeitpunkt durchschallet, an welchem die angelegte Spannung die abneh-

mcnde Durchbruchspannung übersteigt. Zu diesem Zeitpunkt fließt über den Schutzwiderstand 46 ein Sleucr-Triggerstrom in die Steuerelektrode des Hauptthyristors 44, wodurch letzterer durchgeschaltet wird.

Infolge des Durchschaltcns des Haupilhyristors 44 fließt während jeder positiven Halbperiodc der Quellenspannung ein Strom durch die Last 42, bis der wärmcempii.idlichc Thyristor 30 wieder auf eine Temperatur zurückgeführt wird, bei welcher seine üurchbruchspannung höher ist als die an ihn angelegte Durchlaßspannung.

In F i g. 4, in welcher den Teilen von F i g. 3 entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher der Stcucrkrcis für den Hauptthyristor zur Steuerung einer vergleichsweise hohen Spannung modifiziert ist. Diese Anordnung unterscheidet sich nur darin von derjenigen gemäß Fig.3, daß nach K i g. 4 zwei in Reihe geschaltete, kombinierte Schutz- und Spannungsteilerwiderstände 48 und 50 über die Anode 44a und die Kathode 44c des Haupilhyristors 44 geschaltet sind, während die Reihenkombination aus dem wärmeempfindlichen Thyristor 30 und dem Schutzwiderstand 46 über die Verzweigung zwischen den Widerständen 48 und 50 und die Steuerklcmme 44# des Hauptthyristors 44 geschaltet ist.

Die Ausführungsform gemäß Fig.4 ist insofern vorteilhaft, als eine im Sperrzustand des wärmecmpfindlichon Thyristors 30 über ihn angelegte Spannung sowohl durch die Größe der Quellenspannung als auch durch das Verhältnis der Widerstandsgrößen zwischen den Widerständen 48 und 50 bestimmt werden kann. Die an den Thyristor 30 angelegte Spannung kann somit dadurch verringert werden, daß das durch die Widerstände 48 und 50 gewährleistete Spannungsteilungsverhältnis erhöht wird. Diese Anordnung eignet sich daher für Lasten, die mit Wechsclsiromqucücn mit verhältnismäßig hoher Spannung arbeiten.

In Fig.5, in welcher den Teilen von Fig.3 entsprechende oder ähnelnde Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind, ist eine weiter abgewandelte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die einen Schaltkreis zur automatischen Steuerung einer Lasttemperatur bildet. Wie bei der Anordnung gemäß F i g. 3 ist hierbei an eine Wechselstromquelle 40 eine Reihenkombination aus einer Last 42, etwa einem elektrischen Heizelement, und einem Hauptthyristor 44 unter Bildung eines Hauptschaltkreises angeschlossen. Ein Widerstand 52, ein Triggerkondensator 54 und ein weiterer Widerstand 56 sind in Reihe miteinander über die Reihenkombination aus der Last 42 und dem Hauptthyristor 44 geschaltet, wodurch ein Schaltkreis zur Beaufschlagung der Steuerelektrode des Hauptthyristors 44 mit einem Steuer-Triggerstrom mit Phasenvoreilung gegenüber der Quellenspannung gebildet wird. Die Verzweigung zwischen dem Kondensator 54 und dem Widerstand 56 ist dabei über eine Halbleiterperiode 58 an die Steuerelektrode des Hauptthyristors 44 angeschlossen, während ein wärmeempfindlicher Thyristor 30 mit einem variablen Widerstand 32 parallel zum Widerstand 56 geschaltet ist und außerdem, wie durch die gestrichelten Linien in Fig.5 angedeutet in enger thermischer Ankopplung an die Last 42 steht.

Die Diode 58 ist so gepolt, daß ein Strom von der genannten Verzweigung über die Steuerelektrode des Hauptthyristors 44 fließt und die Steuer-Triggerspannung von der Verzweigung zwischen dem Kondensator 54 und dem Widerstand 56 her gesehen erhöht, dabei aber einen Strom, der in Abhängigkeit von einem Spannungsabfall über den wärmeempfindlichen Thyristor 30 in dessen Durchschall/.ustand in die Steuerelektrode des Hauptthyrisiors 44 zu fließen bestrebt ist, unter Ausnut-■> zung der Schwellenspannung der Diode auf einen Wert unter demjenigen des Steuer-Triggerstroms für den Hauptthyrisior 44 vermindert.

Wenn der wärmeempfindliche Thyristor 30 aus Germanium oder Silizium hergestellt ist, kann die Diode 58 to aus einer einzigen Siliziumdiode oder aus einer beliebigen zweckmäßigen Anzahl von miteinander in Reihe geschalteten Siliziumdioden bestehen. Wahlweise kann die Diode 58 aus halbleitendem Galliumarsenid bestehen, das eine höhere Schwellcnspannung besitzt als SiIi-/ium.

Der wärmeempfindliche Thyristor 30 ist an der Kathode mit der Stromquelle 40 und an der Anode mit der Verzweigung zwischen dem Kondensator 54 und dem widerstand 56 verbunden, während der widerstand 32 parallel zu seiner Steuerelektrode und Kathode geschaltet ist.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der Schaltung gemäß F i g. 5 erläutert. Dabei sei angenommen, daß die Stromquelle 40 geschlossen wird, während sich die Last bzw. das Heizelement 42 auf einer so niedrigen Temperatur befindet, daß der wärmeempfindliche Thyristor 30 in seinem Sperrzustand steht. Unter diesen Bedingungen lädt sich der Kondensator 54 während einer negativen I lalbpcriodc der Quellenspannung, während weljo eher die Kathode des Hauptthyrisiors 44 an einem höheren Potential liegt als die Anode, mit der angegebenen Polarität über einen Strompfad auf, welcher von der Stromquelle 40 über den Widerstand 52, den Kondensator 54, den Widerstand 56 und von diesem zurück zur Stromquelle verläuft. Wenn eine durch die Widerstände 52 und 56 sowie den Kondensator 54 bestimmte Zeitkonstante beispielsweise ausreichend kleiner ist als ein der Halbperiode der Quellenspannung entsprechendes Intervall, wird der Kondensator 54 nahe des Beginns der nächsten positiven Halbperiode dieser Spannung entladen, wodurch der Hauptthyristor 44 in seinem Durchschaltzustand getriggert wird. Infolgedessen fließt ein Strom mit einer Wellenform praktisch entsprechend der vollen Halbperiode der Quellenspannung weiterhin über die Last 42.

Aus diesem Grund erhöht sich die Temperatur der Last 42 mit der Zeit, so daß auch die Temperatur des wärmeempfindlichen Thyristors 30 ansteigt, bis er seine oben beschriebene Schalttemperatur erreicht. Zu die-5 <> scm Zeitpunkt wird der wärmeempfindliche Thyristor 30 h seinen Durchschaltzustand getriggert, so daß er den Stcuer-Triggerstrom für den Hauptthyristor 44 umleiter oder ableitet Daher wird der Steuertriggerstromfluß zur Steuerelektrode des Hauptthyristors 44 beendet worauf der Hauptthyristor 44 infolge der Polaritätsumkehrung der Quellenspannung abschaltet bzw. sperrt

Da sich der Hauptthyristor 44 während des Durchschaltens bzw. Lehens des wärmeempfindlichen Thyristors 30 im Sperrzustand befindet wird die Temperaturerhöhung der Last beendet, so daß deren Temperatur abzufallen beginnt Die Temperatur des wärmeempfindlichen Thyristors 30 fällt daher auf die Schalttemperatur oder auf einen darunterliegenden Wert ab, worauf der öS Thyristor 30 in seinen Sperrzustand in Vorwärts- bzw. Durchlaßrichtung zurückkehrt und infolge der Polaritätsumkehrung der Quellenspannung, innerhalb einer Halbperiode nach dem Erreichen seiner Schalttempera-

tür abgeschaltet bzw. gesperrt wird. Der Thyristor 30 A Schalttemperatur des warme

Wellenform des Laststrom.s einen maximalen Leitwin- ^ den . ..upuhyn»,.* und mithin der

teten Gleichstrom-Ausgangsklemmen versehen. t so daß er die durch den Widerstand 32

%, d=r Sp.nnun^U.r.Kie.undI 48. wie «™lh„t

befindet, während der andere seinen Sperr/iistund einnimmt.

Die Schaltungen gemäß den F i g. 6 und 7 können zur Speisung von Gleichsiromlasien abgewandelt weiden. Zu diesem Zweck wird die Last 42, wie durch den gcstri- ■> chclt eingezeichneten Block 42' in F i g. 6 angedeutet, an der Seite des Gleichstromausgangs der Gleichrichlerbrücke 60 mil dem Hauptthyristor 44 in Reihe geschaltet.

Die Erfindung bietet zahlreiche Vorteile. Beispielsweise werden durch die Verwendung eines wärmeempfindlichen Thyristors ein Temperaturfühler und ein Schalter zu einer einzigen Einheit zusammengefaßt. Die daraus resultierende Schaltung besitzt im Vergleich zu den bekannten Konstruktionen einen wesentlich verein- i-> fachten Aufbau und eine verringerte Zahl von Bauteilen. Da der wärmeempfindliche Thyristor ein Schalter ist, der im Gegensatz zu einem Thermistor einen pn-Übcrgang aufweist, besitzt er ein hohes Impedanzverhältnis zwischen scirom Sperr- und seinem Durchschall/.u- 2» stund, was zu einem stabilen Schultvorgang führt. Außerdem ist es möglich, den Thyristor sehr klein auszulegen, so daß seine Temperatur bei Erwärmung sehr schnell ansteigt. Dies bedeutet, daß er ein gutes Wärmcansprechverhalten besitzt Infolge der betrieblichen Zu- r> Ordnung des wärmeempfindlichen Thyristors zu einem Hauptthyristor besitzt erstcrer zudem einen sehr niedrigen Stromverbrauch sowie eine sehr geringe Eigenheizwirkung. Infolgedessen können auf diese Weise Schaltvorrichtungen realisiert werden, die vergleichsweise ho- jo he Lastströme zu steuern vermögen. Außerdem benötigt die wärmeempfindliche Schaltvorrichtung wegen der Verwendung von Thyristoren keinen Kontakt, und sie wird stets mit einer Null-Spannung in den Sperrzustand gebracht, so daß keinerlei Überspannungen infol- >·> ge des Schaltens von Kontakten auftreten und keine Kontaktabnützung im Spiel ist.

Die erfindungsgemäß wärmeempfindliche Schaltvorrichtung besitzt eine Vielfalt von Anwendungsgebieten, in denen ein Schaltvorgang bei einer vorbestimmten oder eine höheren Temperatur durchgeführt werden soll, um Lasten zu aktivieren. Die Schaltvorrichtung ist beispielsweise für die Betätigung einer Kühlvorrichtung oder für eine Alarmsignalgabc geeignet, vorausgesetzt, daß die Temperatur eines gesteuerten Bauteils einen vorbestimmten Wert übersteigt.

Der wärmeempfindliche Thyristor kann bei den vorstehend beschriebenen Anordnungen, bei denen er als durch die Wärmequelle 34 beheizt dargestellt ist, thermisch an die zugeordnete Last angekoppelt werden und umgekehrt Wahlweise kann die Wärmequelle durch einen Widerstand mit praktisch gleichen thermischen Eigenschaften gebildet and in einen Stromkreis mit der Last eingeschaltet werden. Dieser Widerstand ist dabei thermisch an den wärmeempfindlichen Thyristor angekoppelt, so daß die Temperatur der Last auf den Thyristor rückgekoppelt wird. Außerdem kann an den Hauptthyristor ein Steuer-Triggerstrom von einer getrennten Steuer-Stromquelle her, um einen Triggerimpuls bei einem Null-Wert der Quellenspannung zu liefern, und nicht von der Stromquelle für den'Hauptsehaltkreis her angelegt werden.

Zusammenfassend wird also eine elektrische wärmecmpfindlichc Schallvorrichtung geschaffen, bei welcher ein Haupuhyristor über eine Wechseistromquelle mit einer Last in Reihe geschaltet ist Ein wärmeempfindlicher Thyristor ist an seiner Anode über einen Widerstand mit der Anode des Hauptthyristors und an seiner Kathode mit der .Steuerelektrode des Hauptlhyristors verbunden, und er spricht durch Durchschalten auf eine einen vorbestimmten Wert übersteigende Umgebungstemperatur an. Beim Durchschalten schaltet dieser Thyristor den Hauptthyristor in seinen Durchschaltzustand. Wahlweise kann die Anode des Thyrisiors an die Verzweigung zwischen zwei in Reihe geschalteten Widerständen angeschlossen sein, die über die Anode und die Kathode des Hauptthyristors geschaltet sind. Der durchschaltende Thyristor schaltet dabei den Hauptthyristor in den Sperrzustand.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1 2 10. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprü- Patentansprüche: ehe I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichrichtereinrichtung (62) zwischen Anode und

1. Wärmeempfindliche elektronische Schaltvor- Kathode des Hauptthyristors (44) liegt,

richtung mit einem Hauptthyristor (44) mit einer Ka- 5

thode. einer Anode und einer Steuerelektrode, wo-

bei die Kathode und die Anode über eine Last (42)

an einer elektrischen Stromquelle (40) liegen, mit _rjr, .,

einem wärmeempfindlichen Thyristor (30) mit einer Die Erfindung betrifft eine warmeempfindliche elek-

Kathode und einer Anode, wobei diese Kathode und io Ironische Schaltvorrichtung nach dem Oberbegriff des

diese Anode zwischen die Kathode oder die Anode Patentanspruches i. Eine derartige Schaltvorrichtung

und die Steuerelektrode des Hauptthyristors (44) ge- ist Gegenstand des älteren Rechts gemäß DE-PS

schaltet sind, wobei der wärmeempfindliche Thyri- 2Λ41 501.

stör (30) bei einer über einem vorbestimmten Wert bisher werden verbreitet Schaltvorrichtung«:!! mit

liegenden Sperrschichttemperatur in seinen Durch- is metallenen Kontakten verwendet, etwa Bimetallschal-

schaltzustand bringbar ist, und wobei der Hauptthy- ter, Quecksilberthermostatschalter usw. Diese Schalt-

ristor (44) das Schalten der Last (42) unter dem Ein- vorrichtungen werfen jedoch Schwierigkeiten berughch

fluß des Durchschaltzustands des wärmeempfinali- des Verschleißes und des Prellens der Kontakte, der

chen Thyristors (30) durchführt, und mit einem varia- beim Schalten entstehenden Ubergangsspannungen

blen Widerstand (32), dadurch ge kenn- 20 und impuisgeräusche, der niedrigen Schaltgesehwsr.d-.g-

zeichnet daß zwischen der Steuerelektrode und ketten und dgl. auf. Infolgedessen ist der Anwendungs-

der Kathode des wärmeempfindlichen Thyristors bereich dieser Schaltvornchtungen als warmeempfmdli-

(30) der variable Widerstand (32) zur Einstellung der ehe Schaltvorrichtungen beschränkt Andererseits sind

Sperrschichttemperatur, bei welcher der Hauptthy- bereits Thermistoren als thermisch empfindl.che:W.der-

ristor (44) den Schaltvorgang durchführt, liegt. 25 Standselemente sowie wärmeempfindliche Schaltvor-

2 Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch richtungen mil Thennistoren bekannt Da aber ein gekennzeichnet, daß der wärmccmpfindlichc Thyri- Thermistor .selbst nicht Ströme cn- und ausschalten stör (30)durch eine Wärmequelle (34) aufhcizbar ist. kann, .st es crforderl.ch, dem Thcrm.slor Widerstände

3 Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch betrieblich zuzuordnen und eine Widerstandsbrucke zu gekennzeichnet, daß der wärmeempfindliche Thyri- 30 bilden, bei welcher der Thermistor in einem Zweig liegt, stör (30) thermisch an die Last/42) angekoppelt ist, wobei diese Widerstandsbrucke elektrisch mit einem um deren Temperatur mittels des Schaltvorgangs Differenzverstärker verbunden ist. dem ein trans.storides Hauptthyristors (44) zu regelr sierter Schalter nachgeschaltet ist Dies fuhrt jedoch zu

4. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1. dadurch dem Nachteil, daß die so gebildeten Vorrichtungen gekennzeichnet, daß die Kathode des wärmecmp- 35 kompliziert aufgebaut und leuer sind, findlichen Thyristors (30) mit der Steuerelektrode Die Schaltvorrichtung, die in dem alteren Recht gedes Hauptthyristors (44) und seine Anode mit der maß DE-PS 24 41 501 vorgeschlagen wird, ist zwar einAnode des Hauptthyristors (44) verbunden ist. fach aufgebaut und weist ein -gutes ,' rsprechverhalten

5 Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch auf Wärme auf; die Sperrschichttemperatur bei welcher gekennzeichnet daß die Kathode des wärmeemp- 40 der Hauptthyristor den Schaltvorgang durchfuhrt, kann findlichen Thyristors (30) an die Kathode des Haupt- bei dieser Schaltvorrichtung aber nicht eingestellt werthyristors (44) und seine Anode an die Steuereleklro- den. .

de des Hauptthyristors (44) angeschlossen ist. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die bereits vorge-

6 Schaltvorrichtung nach einem der vorangehen- schlagcne Schaltvorrichtung so zu verbessern, daß bei den Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die 45 dieser die Sperrschichttemperatur einstellbar ist, bei der Stromquelle (40) eine Wechselstromquelle ist. der Hauptlhyristor den Schaltvorgang vornimmt.

7 Schaltvorrichtung nach Anspruch 6. dadurch Diese Aufgabe wird bei einer Schaltvorrichtung nach gekennzeichnet, daß die Anode des würmccmpfind- dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 crfindungsgclichen Thyristors (30) mit einem Vcrzwcigungspunki maß durch die in dessen kennzeichnendem I eil cntnaleines spannungstsilenden Widerstands (48, 50) ver- 50 tenen Merkmale gelöst.

bunden ist der über die Anode und die Kathode des Die Erfindung ermöglicht also eine einfach aufgebau-

Hauptthyristors (44) geschaltet ist. te und ein gutes Ansprechverhalten auf Wärme aufwei-

8 Schaltvorrichtung nach einem der vorangehen- sende elektronische Schaltvorrichtung, bei der die den Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß ein Sperrschichttemperatur, bei welcher der Hauptthyristor Triggerkondensator (54) über einen ersten Wider- 55 den Schaltvorgang durchführt, lediglich mittels eines vastand (52) über die Anode und die Steuerelektrode riablen Widerstandes steuerbar ist.

des Hauptthyristors (44) geschaltet isu und daß ein Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben

zweiter Widerstand (56) über die Steuerelektrode sich aus den Patentansprüchen 2 bis 10

und die Kathode des Hauptthyristors (44) geschaltet Im folgenden sind bevorzugte Ausführung*formen ist, um einen Stromkreis zum Aufladen des Trigger- 60 der Erfindung anhand der Zeichnung naher erläutert, bs

kondensators (54) zu bilden. zeigt

9 Schaltvorrichtung nach Anspruchs, dadurch Fig. la eine schematische Darstellung des Aufbaus gekennzeichnet, daß eine Halbleiter-Diode (58) mit eines wärmeempfindlichen Thyristors

ihrer Kathode an die Steuerelektrode des Hauptthy- F ig- Ib ein elektrisches Schaltbild des von außen be-

ristors (44) und mit ihrer Anode an die Verzweigung b5 heizten, wärmeempfindlichen Thyristors gcmali

zwischen dem zweiten Widerstand (56) und der An- Fig. la.

ode des wärmeempfindlichen Thyristors (30) angc- F i g. 2a eine graphische Darstellung der Anodcn-Ka-

schlossen ist. thodcn-Strom/Spannungs-Kennlinic des wärmecmp-