-
"Symmetrischer, elektronischer Halbleiter-Koppelpunkt" Die Erfindung
betrifft einen symmetrischen, elektronischen Halbleiter-Eoppelpunkt zur Durchschaltung
von Leitungen in Fernineldeanlagen, insbesondere in öffentlichen Fernsprechvermittlungsanlagen,
der aus zwei Längszweigen und einem Querzweig besteht und zweig bei dem in seinem
Durchlaßzustand niedrigen Längswiderständen ein hoher Querzweigwiderstand und in
seinem Sperrzustand hohen Längszweigwiderständen ein niedriger Querzweigwiderstand
zugeordnet ist, und bei dem als längszweigwiderstände je zwei antiparallel geschaltete
Thyristoren vorgesehen sind, wobei in Serie mit jeweils zwei antiparallel geschalteten
Thyristoren ein antiparallel geschaltetes Diodenpaar geschaltet ist.
-
Durch die DT-OS 20 64 489 ist ein symmetrischer, elektronischer Halbleiterkoppelpunkt
bekannt geworden, der als Längs-und Querzweigwiderstände bidirektionale Schaltelemente
besitzt, die durch eine angeschaltete Steuerwechselspannung er einer individuellen
galvanisch trennenden Wandler und eine Gleichrichteranordnung aus ihrem Sperrzustand
in den Zustand großer Leitfähigkeit überführbar sind. Dieser Koppelpunkt erfordert
für jedes bidirektionale Schaltelement einen tertrager und ist daher außerordentlich
aufwendig.
-
mit wesentlich wenigern Ubertragern kommt der Vorschlag der Patentanmeldung
P 24 30 8o8 aus, bei dem als Längswiderstände te zwei Triacs oder Je vier antiparallel
geschaltete Thyri£toren pro Längszweig vorgesehen sind, die vn eine ei~zigen Ubertrager
angesteuert werden. Bei diesem Koppelpunkt wird der Querzweig durch mindestens einen
Kondensator gesildet, dessen Kapazität so bemessen ist, daß eine geforderte Sperrdämpfungsbedingung
eingehalten wird. Insbesondere kann er als Relais-Ersatz in öffentlichen Fernsprechvermittlungsanlegen
dienen. Insbesondere hat er folgende Eigenschaften: a) Er @ält Sperrspannungen von
mindestens 200 v im Sperrzustand und Gleichströme bis zu 80 mi im Durchlaßbetrieb
auf Dauer aus.
-
b) Gleichstrom, auch kleine Gleichatröme bis zu 10 leitungsprüfzwecke,
werden in beiden Richtungen durchgela£sen.
-
c) Er erzeugt wenig Geräusch- und Funkstörspannungen.
-
d) Pür die obere Sprachfrequenz von 3400 Ez weist er bei -schluß mit
600@eine Sperrdämpfung>11 N auf und in Sprachband er hat eine nur geringe Lurchlaßdämpfung.
-
e) Zwischen Steuerkreis und Leitungskreis besitzt er eine echt. galvanische
Trennung.
-
Kachteilig ist Jedoch, daß auch dieser Koppelpunkt noch recht aufwendig
ist und in Siebdruckhybridtechnik viel Raum einnimmt, insbesondere wegen der großen
Triac-Chips bzw. wegen der gros-Een Anzahl von Thyristoren und wegen der tbertrager,
die auf den keramiksubstrat angebracht werden müssen. Bei Realisierung dieses Koppelbausteins
in Siebdrucktechnik sind außerden die Übertrager-Anschlüsse sehr hinderlich. Da
Triacs|vorwiegend für niederfrequente Anwendungen und hohe Leistungen eingesetzt
werden, weisen sie lange Ein- und Abschaltzeiten sowie hohe Zündströme(in der Größenordnung
von 10 mA)auf. auch die Halteströme kostengünstiger Triacs liegen mit nindestens
5 mi relativ hoch.
-
Thyristoren zeigen in dieser Hinsicht wesentlich bessere Eigenschaften.
Bei einem maximalen Schaltstrom von 600 mA sind Zündströme unter 50 µA und Halteströme
unter 1 mA leicht zu verwirklichen. Auch ist der Raumbedarf eines Koppelpunktes
auf einem Thyristor-Chip mindestens 9mal geringer als auf einem Triac-Chip.
-
Da jedoch bei dem vorgeschlagenen Koppelpunkt 8 Thyristoren und wegen
der erhöhten Anzahl der Übertragerwicklungen a'h grössere tbertrager eingesetzt
werden müssen, ergibt sich praktisch keine Raumersparnis gegenüber einem Triac-Koppelpunkt.
Auch 51- die Herstellungskosten nahezu gleich. Auf einem Siebdruckbaustein der Fläche
25 x 25 ==2 können in beiden Fällen leciglich zwei symmetrische Halbleiterkoppelpunkte
untergebracht werden.
-
er Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Koppelpunkt der eingangs
genannten Art anzugeben, der möglichst die Vorteile der bekannten Koppelpunkte aufweist,
jedoch gegenüber den bekannten weniger Raum einnimmt und billiger herstellbar ist.
-
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannte Erfindung gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
-
Werden für die Thyristoren, Dioden, Widerstände und Kondensatoren
Bauelemente mit jeweils gleichen Daten verwendet, so können Toleranzen
bis
zu +-30% bei allen Bauelementen zugelassen werden.
-
Daraus folgt, daß die HErstellung von Koppelbausteinen mit Koppelpunkten
der erfindungsgemäßen Schaltung insbesondere in der Siebdrucktechnik besonders einfach
und kostengünstig möglich ist.
-
Der erfindungsgemäße Koppelpunkt läßt sich in außerordentlich einfacher
Weise von einem in Emitterschaltung betriebenen Steuertransistor einschalten Dadurch
werdenaufwenEgetbertrager mit den bereits oben genannten Nachteilen vermieden.
-
Die Erfindung wird nun an Hand einer Zeichnung näher erläutert.
-
Die Zeichnung zeigt das Schaltbild eines erfindungsgemäßen Koppelpunktes.
Er besteht aus zwei Längs zweigen wobei als Längs zweig -widerstände je zwei antiparallel
geschaltete Tharistoren T1 ,T2 bzw. T3, T4 vorgesehen sind, wobei in Serie mit jeweils
zwei antiparallel geschalteten Thyristoren ein antiparallel geschaltetes Diodenpaar
D3, D4 bzw. D5, D6 geschaltet ist. Der eine Längszweigwiderstand zwischen den Anschlüssen
1 und 2 des Koppelpunktes umfaßt die Thyristoren Tl und T2 und die antiparallel
geschalteten Dioden D) 3 und D4 und der andere Längszweigwiderstand zwischen den
Anschlüssen 3 und 4 des Koppelpunktes umfaßt die Thyristoren T3 und T4 sowie die
antiparallel geschalteten Dioden D5 und D6.
-
Der Querzweigwiderstand des Koppelpunktes wird gebildet aus der Reihenschaltung
der Bauelemente: Widerstand R4, Ansteuerkondensatoren C1 und C2 und Widerstand R5.
-
Der Steuertransistor Tsl dient zum Einschalten des Koppelpunktes.
-
Mit ihm wird auch der Verbindungspunkt der beiden Ansteuerkondensatoren
entweder über seine Kollektor-Emitter-Strecke oder über seinen Kollektorwiderstand
R3 für Wechselspannungen auf Masse gelegt.
-
Je Längs zweig des Koppelpunktes ist der Zündstrecke des einen Thyristors
T1 bzw. T4 ein Widerstand R1 bzw. R2 und eine Diode Dl bzw. D2 parallel geschaltet,
wobei die Dioden derart gepolt sind, daß die Zündspannung des Thyristors Tl bzw.
T4 die Diode Dl bzw. D2 sperrt. Die Kathode des einen Thyristors T1 bzw. T4 ist
mit einem ersten Anschluß 1 bzw. 3 des Koppelpunktes verbunden, die Anoden des anderen
Thyristors T2 bzw. T3 mit dem Gate G1 bzw. G4 des einen Thyristors Tl bzw. T4. In
an sich bekannter Weise ist die Anode des einen Thyristors T1 bzw. T4 mit der Kathode
des anderen Thyristors T2 bzw. T3 und dem einen Ende des antiparallel geschalteten
Diodenpaares D3, D4 bzw. D5, D6 verbunden, wobei das andere Ende des Diodenpaares
der zweite, mit dem ersten Anschluß 1 bzw. 3 durchzuschaltende Anschluß 2 bzw. 4
des Koppelpunktes ist.
-
Parallel zur Zündstrecke des anderen Thyristors T2 bzw, T3 ist ein
Widerstand R4 bzw. R2 Beschaltet und das Gate G2 bzw. G3 dieses Thyristors ist mit
einem Ansteuerkondensator C1 bzw. C2 verbunden, an dessen anderem Anschluß die Steuerschaltung
des Koppelpunkes im Ausführungsbeispiel bestehend aus der Emitterschaltung eines
Steuertransistors Ts1 geschaltet ist, so daß -der Querzweig des Koppelpunktes aus
der Serienschaltung von Widerständen R4 und R5, die parallel zur Zündstrecke der
anderen Thyristoren T2 und T3 liegen, und den beiden Ansteuerkondensatoren C1 und
C2 besteht.
-
Die Anschlüsse 1 und 3-sind mit Leitungen verbunden, die zum Teilnehmer
führen und über die Anschlüsse 2 und 4 gelangt, im allgemeinen über weitere Koppelpunkte,
die Versorgungsspannung einer Spannungsquelle 10 über eine Drossel 101 an den Koppelpunkt.
-
ils Steuertransistor wurde z.B. ein EPN-Transistor gewählt, dessen
Emitter direkt mit dem Bezugspotential und dessen Kollektor über einen Arbeitswiderstand
R3 mit dem positiven Pol einer Betriebsspannung verbunden ist. An der Basis des
Transistors wird als Steuerspannung Ust zum Steuern des Xoppelpunktes in den eingeschalteten
Zustand und zum Halten des Koppelpunktes in diesem Zustand eine Impuls spannung
mit einer Impulsfolgefrequenz von einem etwa 250 kllz und mitiTaktverhältnis 1:1
angelegt.
-
Die Sperrung des Koppelpunktes erfolgt, wenn der Teilnehmer durch
Auflegen seines Handapparates den Teilnehmer-Schleifenstrom unterbricht. Die zentrale
Steuerung schaltet dadurch sofort die Impulsspannung an der Basis des Steuertransistors
Tsl ab und durch das Absinken der Thyristerströme unter eine vorgegebene Schwelle
schalten diese sich in den gesperrten Zustand.
-
Die Funktion des erfindungsgemäßen Koppelpunktes ist im einzelnen
folgende: Die antiparallelen Thyristoren in den beiden Längs zweigen werden entuprechendrder
Polung der Spannung U0 der Versorgungsspsnnungsquelle 10 an den Klemmen 2 und 4
von den durch den Steuertransistor Ts1 abgegebenen Impulsen getätigt. Die Steuerimpulse
gelangen auf die Gate-Anschlüsse G2 und G3 der Thyristoren T2 bzw. 3 und bewirken,
daß zu dem am Ralbleiterkoppelpunkt angeschlossenen Teilnehmer Tln durchgeschaltet
wird.
-
Babei werden die Thyristoren T2 und T3 bidirektional betrieben.
-
Diese Betriebsart bedeutet für einen Thyristor folgendes: Im Normalbetrieb,
dem sogenannten "Vorwärtsbetrieb",des Thyristors ist seine Anode (Anschluß an der
P-Zone) positiv gegenüber seiner Kathode (Anschluß an der N-Zone)* Bei Anlegen einer
Gatespannung in Flußrichtung kippt der Thyristor
bei Erreichen
eines definierten Gate-Stromes, dem sogenannten Zündstrom, vom Zustand geringen
Fluß stromes in einen Zustand hohen Flußstromes. Der Thyristor arbeitet als echter
Schalter, also bistabil.
-
Im "Rückwärtsbetrieb" des Thyristors (Anode negativ gegenüber Kathode)
ist ein bistabiler Schalterbetrieb nicht möglich. Der Thyristor arbeitet in diesem
Fall bei Anlegen einer Gate-Spannung in Flußrichtung als PNP-Transistor in Emitterschaltung
mit einem sehr niedrigen Stromverstärkungsfaktor (ß # 1. . .3).
-
Liegt beispielsweise am Anschluß 2 der negative Pol der Versorgungsspannungs
quelle 10 und gelangen durch den Steuertransistor Tsl über die Ansteuerkondensätoren
Cl und C2 positive Impulse auf die Gate-Anschlüsse G2 und G3 der Thyristoren T2
und T3, die in Verbindung mit den Widerständen R4 und R5 die Gate-Kathoden-Strecke
dieser Thyristoren in Flußrichtung betreiben, so wird der Thyristor T2 bistabil
durchgeschaltet, falls über den im "Rückwärtsbetrieb" laufenden Thyristor T3, der
als PNP-Transistor betrieben ist, ein so großer Strom fließt, daß über dem Widerstand
B2 des Thyristors T4 eine so große Spannung abfällt, daß dieser Thyristor bistabil
einschalten kann.
-
Die Diode Dl liegt für diesen Fall in Flußrichtung und behindert
das
Einschalten des Thyristors T2 nicht. Anders die Diode D2. Sie liegt in Sperrichtung,
läßt den von dem in "Rückwärtsbetrieb" als PNP-Transistor betriebenen Thyristor
T3 abgegebenen Strom nur über den Widerstand R2 fließen und sorgt so für das bistabile
Einschalten des Längszweigthyristors T4.
-
Liegt an dem Anschluß 2 der positive Pol der Versorgungsspannungsquelle
10, dann wird der Thyristor Tl unter dem Einfluß der Thyristoren T2 und T3, wobei
der Thyristor T3 direkt von der Steuerspannung Ust über C2 und R5 betätigt wird,
eingeschaltet und zwar in der gleichen Weise, wie es oben für den Thyristor T4 beschrieben
ist.
-
Beim erfindungsgemäßen Koppelpunkt ergibt sich nicht nur die Möglichkeit,
die aktiven Bauelemente, also die Thyristoren und Dioden, vom jeweils gleichen Typ
zu wählen. Auch Widerstände und Kondensatoren sind jeweils mit gleichen Werten einsetzbar.
-
Toleranzen bis zu + 30% sind bei allen Elementen zugelassen.
-
Für einen erfindungsgemäßen Koppelpunkt kann beispielsweise folgende
Dimensionierung gewählt werden: Widerstände R1 bis R5 je 5 kil Kondensatoren Cl,
C2 je 500 pF Thyristoren T1 bis T4: Usperr = 400 V, Imax = 600 mA Transistor Ts1:
BC 107 Dioden D1 bis D6: IN 4151