DE2553389A1 - Halbleiterschaltkreis - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

KLAUS D. KIRSCHNER DR. WOLFGANG DOST

DIPL.-PHYSIKER DIPL.-CHEMIKER

D-8OOO MÜNCHEN 2

BAVARIARINQ 38

Unser Zeichen: £[ G87 _ _ , ,-.., , . ~, Our reference:

Omron Tatexsi Electronics Co.

Kyoto City, Japan Datum: 27-11.1975

Halbleiterschaltkreis

Die Erfindung "betrifft einen Halbleiterschaltkreis gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.

Es ist eine Halbleiter-Relaisschaltung bekannt (US-PS 3 723 oder US-PS 3 648 075)_t bei der ein Verbraucherwechselstrom in Abhängigkeit von einem Eingangssignal umgeschaltet wird, das an einer elektrisch von der Verbraucherschaltung isolierten Eingangsschaltung aufgenommen wird, wobei eine Nulldurchgangs— Zündeinrichtung vorgesehen ist. Bei diesen bekannten Halbleiterrelais ist es notwendig, einen Vollwellengleichrichter vorzusehen, um gleichgerichtete Vollwellenströme an die Thyristoren oder Triacs zu liefern. Ferner hat jede dieser Schaltungen einen Thyristor oder Triac, der in einer Weise geschaltet ist, daß er bei jedem Anstieg sowohl des positiven als auch des negativen Teiles des Verbraucherstromes eingeschaltet wird, und der zum Regeln der Zündung beim Nulldurchgang dient. Es hat sich nun gezeigt, daß die Gefahr besteht, daß die Thyristoren oder Triacs unbeabsichtigt eingeschaltet werden, auch wenn kein Eingangssignal an der Gateelektrode ansteht. Dies kommt

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vor, wenn ein eine Welligkeit aufweisender Strom, der von dem Vollwellengleichrichter an die Gateelektrode angelegt wird, besteht dabei die Gefahr, daß der Thyristor oder Triac unbeabsichtigt selbst bei kleinen Rauschsignalen in der Anoden-Katho— denspannung des Triac oder bei einem übermäßigen Wert von dV/dt, der das kritische Verhältnis zwischen Ausschaltspannung und Anstiegssteilheit der Anoden-Kathodenspannung eingeschaltet wird.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit bei der Umschaltung des Halbleiterschaltkreises zu verbessern, und insbesondere ein unbeabsichtigtes Einschalten bei fehlendem Eingangssignal zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch die in dem Hauptanspruch gekennzeichnete Schaltung gelöst, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung in den Unteransprüchen charakterisiert sind. Die Erfindung betrifft demnach einen verbesserten Halbleiterschaltkreis, um einen Verbraucherwechselstrom, der von einer Wechselstromquelle kommt, in Abhängigkeit von den Werten eines Eingangssignales zu schalten. Die Verbesserung besteht darin, daß zwei Thyristoren in der Schaltung vorgesehen sind, wobei

jeder sich die Umschaltung der positiven bzw. der negativen Teile des Verbraucherstromes zur Weitergabe teilt, wenn die Stromquellenspannung nahe bei oder auf null ist. Jeder Thyristor schaltet daher sehr genau in Abhängigkeit von den Werten des Eingangssignales und der Stromquellenspannung, ohne daß unbeabsichtigte Einschaltungen vorkommen, nachdem das Eingangssignal verschwunden ist, was sehr häufig zu beobachten war.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung sind zwei Thyristoren, nämlich einer für den positiven Teil und ein weiterer für den negativen Teil des durch Vollwellengleichrichtung gleichgerichteten Stromes vorgesehen. Polglich kommt bei dieser Anordnung jedem Thyristor als Anteil der positive oder der negative Bestandteil des Stromes zu, wobei die Welligkeitsspitzen der Anoden-Kathodenspannung in jedem Thyristor durch

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Pausenintervalle getrennt sind» so daß eine unbeabsichtigte Einschaltung des Thyristors bei Fehlen eines Eingangssignales an einer Gateelektrode vermieden wird, wodurch sich eine sehr genaue Betriebsweise ergibt.

Da die Pausenintervalle eingeschaltet werden, hat sich empirisch gezeigt, daß die Belastbarkeit und auch die Dauerhaftigkeit des Thyristors durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung stark erhöht wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm von einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine Zeitkarte, die die Wellenformen in verschiedenen Teilen der Schaltung von Fig. 1 darstellt;

Fig. 3 a und 3 b graphische Darstellungen, die die Funktionsweise eines abgewandelten Ausführungsbeispiels zeigen; und

Fig. 4 ein Sehaltungsdiagramm eines weiteren, abgewandelten Ausführungsbeispiels.

Der erfindungsgemäße Halbleiterschaltkreis weist eine Eingangsschaltung IC, die Eingangssignale empfängt und ein physikalisches Signal erzeugt, und eine Steuerschaltung CC auf, die elektrisch von der Eingangsschaltung IC getrennt ist und das Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem physikalischen Signal steuert. Die Steuerschaltung CC enthält einen Wandler, beispielsweise einen Phototransistor PT, der das physikalische Signal empfängt und es in ein elektrisches Signal umsetzt, einen Nulldurchgangs-Zündkreis, in dem ein Transistor Tr in Abhängigkeit von dem augenblicklichen Wert der Wechselspannung an einem Verbraucherkreis LC und in Abhängigkeit von dem Eingänge signal gesteuert wird, und zwei Thyristoren SCR 1 und SCR 2» die die Umschaltung des positiven Teiles bzw. des

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negativen Teiles des Verbraucherstroms untereinander teilen, wobei die Gateelektroden der beiden Thyristoren in einer solchen Weise angeschlossen sind, daß das Ausgangssignal des Transistors Tr die Thyristoren SCR 1 und SCR 2 eteuert.

In der Eingangsschaltung IC sind Eingangsanschlüsse A 1 und A2 vorgesehen, um Gleichstrom-Eingangssignale aufzunehmen. Ein Widerstand Ri, eine erste lichtemittierende Diode IND, die zur Anzeige der Tatsache dient, daß ein Eingangssignal ankommt, eine zweite lichtemittierende Diode ED zur Erzeugung eines optischen Signales in Abhängigkeit von dem Eingangssignal und ein variabler Widerstand VR zur Steuerung der Intensität des optischen Signales sind in Reihe zwischen den Anschlüssen A 1 und A 2 angeschlossen. Eine Diode D 1 ist parallel zu einem Teil dieser Reihenschaltung, das heißt parallel zu der ersten lichtemittierenden Diode IND und der zweiten lichtemittierenden Diode ED, geschaltet, um diese Dioden gegen mögliche Stoßimpulse von den Eingangsanschlüssen A 1 und A 2 zu schützen.

Der Verbraucherkreis LC weist eine Last L auf, die in Reihe mit der Wechselstromquelle AC zwischen den Anschlüssen B 1 und B angeschlossen ist. Ein Umschalter TRC, beispielsweise ein Triac, -ist zwischen den Anschlüssen B 1 und B 2 durch seine erste und seine zweite Elektrode angeschlossen. Ein Widerstand R 7 und eine Kapazität C 4 sind in Reihe zwischen den Anschlüssen B 1 und B 2 angeschaltet. Die Gateelektrode des Umschalters TRC und der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R 7 und der Kapazität C 4 sind mit den Verbindungsleitungen L 2 bzw. L 1 verbunden. Der Widerstand R 7 und die Kapazität C 4 bilden eine Rauschunterdrückungsschaltung, um Rauschsignale von der Hauptleitung oder den Stromquellen zu eliminieren.

Die Steuerschaltung CC weist einen Teil auf, der als Nulldurchgangs zündkreis bezeichnet wird. Die Leitungen L 1 und L 2, die die Verbindung zu dem Verbraucherkreis LC herstellen, dienen zur Stromzufuhr, um die Steuerschaltung CC zu betreiben. Die Leitungen L 1 und L 2 dienen auch dazu, den Gatestrom für

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den Triac TRC zu liefern. Zwischen den Leitungen L 1 und L 2 sind der erste Thyristor SCR 1 und der zweite Thyristor SCR 2 jeweils durch ihre Anoden angeschlossen, und eine erste Diode D 5 und eine zweite Diode D 4 sind mit ihren Kathoden an die Leitungen L 1 bzw. L 2 angeschlossen. Die Kathoden der Thyristoren SCR 1 und SCR 2 sind gemeinsam mit der Anode einer einen Spannungsabfall erzeugenden Diode D 4 verbunden, während die Anoden der Dioden D 5 und D 6 gemeinsam an einem Verbindungspunkt N mit der Kathode der Diode D 4 verbunden sind. Die Schaltung bestehend aus den Thyristoren SCR 1 und SCR 2 und den Dioden D 4, D 5 und D 6 dient zur Erzeugung eines Gatesi— gnales, das der Gate elektrode des Triacs TRC zu dessen Steuerung zugeführt wird. Die genannten Thyristoren werden "EIN"- oder "AUS"-gesteuert mit Hilfe von Steuersignalen, die an die Gateelektroden der Thyristoren SCR 1 und SCR 2 durch Widerstände R 5 bzw. R 6 zugeführt werden.

Die Schaltung, die den Phototransistor PT und den Transistor Tr enthält, dient zur Steuerung der oben erwähnten Gatesignale für die Thyristoren SCR 1 und SCR 2. Der Phototransistor PT als Wandler und die lichtemittierende Diode ED sind so angeordnet, daß der Phototransistor das Licht von der lichtemittierenden Diode empfängt, und daß der Phototransistor und die Diode elektrisch voneinander isoliert sind. Auf diese Weise bilden die lichtemittierende Diode ED und der Phototransistor PT eine Licht-Ankopplungseinrichtung. Die Widerstände R 3, R 4 und R und der Phototransistor PT sind in Reihe zwischen der Leitung L 1 und dem Verbindungspunkt N zwischen den Anoden der Dioden D 5 und D 6 angeschlossen. Diese Reihenschaltung bildet einen Spannungsteiler für die Erzeugung eines Spannungssignales, das proprotional zu dem augenblicklichen Wert der Spannung der Stromquelle ist. Ein Widerstand R 8 ist zwischen der Leitung L 2 und dem Verbindungspunkt M angeschlossen, der zwischen den Widerständen R 3 und R 4 liegt. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R 4 und R 2 ist mit der Basis des Transistors Tr verbunden. Der Widerstand R 2 dient zur Herabsetzung unerwünschter Einflüsse der Umgebungstemperatur und zur

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geeigneten Dämpfung des elektrischen Signales, das durch die Übermittlung des physikalischen Signales erzeugt wird. Die Widerstände R 3 und R 8 werden so gewählt, daß sie den gleichen oder einen ähnlichen Widerstandswert haben. Die Gateelektroden der Thyristoren SCR 1 und SCR 2 sind durch die Dioden D 2 bzw. D 3 mit dem Kollektor des Transistors Tr verbunden, und die Dioden D 2 und D 3 sind in einer solchen Richtung angeschlossen, daß die Ströme durch die Dioden zu dem Kollektor des Transistors Tr fließen können. Ein Widerstand R 7 ist zwischen den Gateelektroden der Thyristoren SCR 1 und SCR 2 angeschlossen. Der Widerstand R 9 dient dazu, unerwünschte, elektrische Ladungen abzuführen, die sich in der Sperrschicht um die Gatebereiche an den Thyristoren SCR 1 und SCR 2 ansammeln, um zu verhindern, daß die Thyristoren unbeabsichtigt aufgrund solcher, sich ansammelnder Ladungen gezündet werden. Zwischen der Gateelektrode und der Anode des Thyristors SCR 1 ist ein Widerstand R 5 angeschlossen, und zwischen der Gateelektrode und der Anode des Thyristors SCR 2 ist ein Widerstand R 6 angeschlossen. Der Emitter des Transistors Tr ist zusammen mit dem Emitter des Phototransistors PT mit dem Verbindungspunkt N zwischen den Anoden der Dioden D 5 und D 6 verbunden. Eine Kapazität C 5 ist zwischen dem Verbindungspunkt M und den Kathoden der Thyristoren SCR 1 und SCR 2 angeschlossen, um den Einfluß einer Phasendifferenz zwischen dem Last strom und der Spannung zu kompensieren, die an den Nulldurchgangszündkreis angelegt wird, wenn die Last L eine induktive Last ist.

Im folgenden wird die Betriebsweise und Punktion der in Pig. 1 gezeigten Schaltung anhand von Fig. 2 erläutert, die graphische Darstellungen für den Zeit ablauf der Augenblickswerte der Spannung Vac und der Wechselstromquelle AC, die Änderung der Intensität des Lichtes IP, das von dem Phototransistor PT empfangen wird, und den Augenblickswert des Verbraucherstromes Il darstellen.

Zunächst wird der Fall erläutert, daß ein vorgegebenes Eingangssignal an die Eingangsanschlüsse A 1 und A 2 angelegt

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wird, und wenn die augenblickliche Spannung zwischen den Leitungen L 1 und L 2, das heißt zwischen der ersten und der zweiten Elektrode des Triacs TRC größer als eine vorher eingestellte Nulldurchgangs-Schwellenspannung (zum Beispiel 5 V).

Wenn das Eingangssignal an die Anschlüsse A 1 und A 2 zum Zeitpunkt t 1 angelegt wird, wenn die Quellenspannung Vac bei einer positiven Spitze ist, dann hat der Phototiansistor PT einen geringen Widerstand. Die geteilte Spannung, die zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors Tr angelegt wird, wird jedoch aufgrund des hohen Spitzenwertes Vac zwischen den Leitungen L 1 und L 2 hoch. Wegen der hohen Basis-Emitterspannung wird der Transistor Tr eingeschaltet. Daher wird, wenn die Anschlüsse B 1 und B 2 eine positive bzw. eine negative Spannung haben, ein erster Stromweg über die Elemente mit folgenden Bezugszeichen: AC-B1-R7-L1-R5-D2-Tr-N-D6 und die Gateelektrode •zu der zweiten Elektrode des Triacs sowie über die Bauteile B2-L-AG gebildet. Andererseits wird, wenn der Anschluß B 1 und der Anschluß B 2 eine negative bzw. eine positive Spannung führen, ein zweiter Stromweg über folgende Bauteile gebildet: AC-L-B2-die zweite Elektrode, die Steuerelektrode des Triacs, L2-R6-D3-Tr-N-D5-L1-R7-B1-AC. Als Ergebnis der Herstellung des ersten Stromweges, das heißt als Resultat des Nebenschlusses durch den ersten Stromweg, empfängt die Gateelektrode des ersten Transistors SCR 1 nicht ihren Gatestrom, der sonst in einem dritten Stromweg fließen sollte, der aus folgenden Teilen gebildet wird: AC-B1-R7-L1-R5, der Gateelektrode, der Kathode des Thyristors SCR1, D4-N-D6-L2, die Gateelektrode und die zweite Elektrode des Triacs TRC, B2-L-AC. Auf ähnliche Weise ist das Ergebnis der Schließung des zweiten Stromweges, das heißt das Resultat des Nebenschlusses durch den zweiten Stromweg, daß die Gateelektrode des zweiten Thyristors SCR 2 ihren Gatestrom nicht erhält, der sonst in einem vierten Stromweg fließen sollte, der durch folgende Teile gebildet wird: AC-L-B2, die zweite Elektrode und die Gateelektrode des Triace TRC₉ L2-R6, die Gateelektrode und die Kathode des Thyristors SCR 2, D4-D5-L1-R7-B1-AC. Polglich wird keiner der

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Thyristoren SCR 1 oder SCR 2 gezündet.

Ein zweiter Fall betrifft den Zustand, bei dem ein bestimmtes Eingangssignal an den Eingangsanschlüssen A 1 und A 2 angelegt wird, wenn die Quellenspannung Vac kleiner als die vorgegebene Durchgangs-Schwellenspannung wird.

unmittelbar nach dem Zeitpunkt t 2 in Fig. 2 wird der Transistor Tr ausgeschaltet, da die geteilte Spannung, die über dem Widerstand R 2 und dem Phototransistor PT ansteht, niedrig wird (da der Widerstand des Phototransistors PT gering ist). Folglich werden die oben beschriebenen ersten und zweiten Nebenschluß-Stromwege nicht gebildet, so daß die Thyristoren SCR 1 und SCR 2 ihre Gateströme über den dritten bzw. den vierten Stromweg erhalten. Daher werden die Thyristoren SCR 1 und SCR abwechselnd gezündet, wenn der positive bzw. der negative Strom abwechselnd fließt. Insbesondere besteht der Teil des ersten Transistors SCR 1 darin, daß er gezündet wird, wenn der Anschluß B 1 positiv ist, und der Anteil des zweiten Transistors SCR 2 besteht darin, gezündet zu werden, wenn der Anschluß B 2 positiv ist.

Durch das abwechselnde Zünden der Thyristoren SCR 1 und SCR 2 erhält die Gateelektrode des Triacs TRC genügend Triggerströme in einer Sequenz durch einen fünften Stromweg, der durch folgende Teile gebildet wird: AC-B1-R7-L1-SCR1-D4-D6-L2, die Gateelektrode und die zweite Elektrode des Triacs TRC, B2-L-AC, bzw. über einen sechsten Stromweg, der durch folgende Elemente gebildet wird: AC-L-B2, die zweite Elektrode und die Gateelektrode des Triacs TRC, 112-SCRa-DiI-DS-LI-RT-BI-AC. Durch den Triggerstrom über den fünften und den sechsten Stromweg wird der Triac TRC sowohl bei den positiven als auch bei den negativen Teilen des Verbraucherstromes getriggert und gestattet, daß der volle Verbraucherstrom Il durch die Last L fließen kann. Dadurch fließt der Verbraucherstrom Il von dem Zeitpunkt t 2 bis zu dem Zeitpunkt t 4, wenn der Triac TRC ausgeschaltet wird, da der durch ihn fließende Strom verschwindet (wie durch

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Il 1 in Pig. 2 angedeutet ist). Daher hat die oben beschriebene Schaltung die Punktion, daß sie bei einem Nulldurchgang zündet.

Ein dritter Pail betrifft den Zustand, daß das Eingangssignal an einem Zeitpunkt angelegt wird, wenn die Quellenspannung kleiner als der Nulldurchgangs-Schwellenwert ist.

Dieser Pail ist in Fig. 2 durch die Lichtintensität IP 2 dargestellt. Wie in der obigen Beschreibung erwähnt wurde, wird der Transistor Tr aufgrund einer kleinen Quellenspannung ausgeschaltet. Daher werden die Thyristoren SCR 1 und SCR 2 gezündet, wenn die Lichtintensität an dem Zeitpunkt t 5 ansteigt, so daß der Triac TRC getriggert wird, wodurch der Verbraucherstrom von dem Zeitpunkt t 5 an fließen kann. Wenn die Lichtintensität einen Abfall und einen negativen Anstieg der Quellenspannung Vac überdauert (wie durch die Zeitdauer zwischen t 5' und t 6 angedeutet ist), wird der Triac TRC wieder eingeschaltet. Wenn der Triac zum Zeitpunkt t 7 ausgeschaltet wird, wird die Quellenspannung Vac kleiner als das Nulldurchgangs-Schwellenniveau, und zwar das erstemal nach dem Abfall der Lichtintensität bei dem Zeitpunkt t 6. Auf diese Weise fließt der Verbraucherwechselstrom Il während der Zeitdauer von dem Zeitpunkt t 5 bis zu dem Zeitpunkt t 7, wie durch Il 2 in Pig. 2 angedeutet ist.

Ein vierter Fall betrifft den Zustand, daß ein Eingangssignal fehlt.

In diesem Fall wird der Phototransistor PT ausgeschaltet, das heißt, er hat einen hohen Widerstand, und folglich steigt die geteilte Spannung zwischen Basis und Emitter des Transistors Tr in einem Verhältnis zu der Quellenspannung an. Daher ist der Transistor Tr eingeschaltet, bis die Quellenspannung nahezu null wird. Durch den eingeschalteten Zustand des Transistors Tr werden die Gateströme der Thyristoren SCR 1 und SCR 2 gesperrt, so daß die Thyristoren SCR 1 und SCR 2 ausgeschaltet werden. Polglich wird der Triac TRC nicht eingeschaltet.

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Bei der erfindungsgemäßen Schaltung sind die Thyristoren in einem Paar vorgesehen, um alternierend den positiven bzw. den negativen Teil des Wechselstromes zu schalten. Daher hat der Strom in dem Thyristor eine Welligkeit aufweisende Spitzen, die durch Zeitpausen voneinander isoliert sind. Diese Pausenzeit hat sich als sehr vorteilhaft herausgestellt, indem sie verhindert, daß der Thyristor bei Fehlen eines Gatesignales unbeabsichtigt gezündet wird. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung hat sich gezeigt, daß der Thyristor einen genügenden Zugriff zum Ein- und Ausschalten und eine befriedigende Haltbarkeit selbst unter einer so schweren Betriebsbelastung aufweist, daß der geschaltete Strom, der durch den Thyristor fließt, größer als der Strom ist, der die Thyristoren mit derselben Leistungsfähigkeit bei herkömmlicher Verwendung zerstörte, wobei aufeinanderfolgende, eine Welligkeit aufweisende Ströme nach Vollwellengleichrichtung ohne Pause fließen. Da ferner zwei Thyristoren verwendet werden, wird der Schaltstrom und damit die Belastung auf jedem Thyristor auf die Hälfte der Belastung bei einer herkömmlichen Schaltung herabgesetzt, so daß die Lebensdauer des Thyristors verlängert werden kann.

Abgesehen davon dient der Phototransistor PT als Element der Photo-Kopplungseinrichtung und gleichzeitig als Widerstand des Spannungsteilers, um die Funktionsweise zu erreichen, daß bei einem Nulldurchgang gezündet wird. Ferner dient der Transistor Tr zur Steuerung der Thyristoren SCR 1 und SCR 2, um die Zündung bei Nulldurchgang zu erreichen, und er dient auch dazu, die Polarität des Ausgangssignales des Phototransistors PT umzukehren.

Bei einer induktiven Last dient die Kapazität C 5 zur Kompensation einer Phasennacheilung des Verbraucherstromes. Insbesondere bildet die Kapazität C 5 zusammen mit den Widerständen R 3 oder R 8 eine Verzogerungsschaltung, und die Spannung, die dem Verbraucherstrom der induktiven Last relativ voreilt, wird in geeigneter Weise verzögert, wenn sie von der Spannungsteilerschaltung bestehend aus den Elementen R3-R4-R2-PT oder

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R8-R4-R2-PT geteilt und an die Basis des Transistors Tr angelegt wird, so daß die Phase des Triggersignales in geeigneter Weise kompensiert wird. Daher kann selbst bei einer induktiven Last der Triac TRC befriedigend getriggert werden, ohne daß eine Fehlzündung aufgrund des Phasenfehlers des Triggersignales auftreten könnte.

In einem abgewandelten Ausführungsbeispiel können die Empfindlichkeiten der Gateelektroden der Thyristoren SCR 1 und SCR 2 auf voneinander verschiedene Werte eingestellt werden, indem man ein bestimmtes Paar von Transistoren wählt, und die beiden Widerstände R 5 und R 6 werden auf im wesentlichen die gleichen Widerstandswerte eingestellt. Durch diese Einstellung wird die folgende Punktionsweise möglich. Wenn das Eingangssignal einen zwischen den "EIN"- und "AUS"-Signalen liegenden Zwischenwert hat, hat der Phototransistor PT einen zwischen dem "EIN"-Zustand und dem "AUS"-Zustand liegenden, mittleren Widerstand. Polglich wird der Transistor Tr ebenfalls in einen Zwischenzustand zwischen dem eingeschalteten und dem ausgeschalteten Zustand gebracht, so daß sein Kollektorstrom zwischen diesen beiden Zuständen liegt. Da einer der Thyristoren, beispielsweise der Thyristor SCR 1, eine größere Empfindlichkeit an seiner Gateelektrode hat, wird nur der Thyristor SCR 1 bei jedem Zyklus eingeschaltet, und der andere Thyristor SCR 2 bleibt während der gleichen Periode ausgeschaltet. Daher wird der Triac TRC nur während der positiven Halbwellen jedes Zyklus getriggert, so daß der resultierende Strom 50 fo des bei einem ordnungsgemäßen "EIN"-Zustand fließenden Stroms beträgt. Wenn die Intensität des emittierten Lichtes allmählich vergrößert wird, indem man beispielsweise den Widerstand des variablen Widerstandes VR ändert, ist der Verbraucherstrom null von dem Bereich von null bis IP 3 der Lichtintensität, der Verbraucherstrom wird zu einem halbwellengleichgerichteten, mit einer Welligkeit versehenen Strom im Bereich von IP 3 bis IP 4 der Lichtintensität und der Verbraucherstrom wird zu einem vollwellengleichgeriehteten, das heißt normalen sinuswelligen Strom im Bereich der Lichtintensität über IP 4, wie in den Fig. 3 a und 3 b gezeigt

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Die Umschaltung des Stromes in den genannten drei Schritten (das heißt 0 %, 50 # und 100 i<> der Ausgangsleistung) kann für verschiedene Zwecke verwendet werden, beispielsweise bei einem elektrischen Heizer mit einstellbarer Leistung oder bei einer elektrischen Lampe mit einstellbarer Helligkeit.

Wenn eine Verkehrsampel unter Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung arbeitet, das heißt ein- und ausgeschaltet wird, ist die Wellenform des Stromes immer eine gute Sinuswelle wegen der Nulldurchgangs-Zündeinrichtung, so daß die Lebensdauer der Verkehrsampel verlängert werden kann. Ferner wird, wenn ein Fehler in dem System des Eingangssignales, beispielsweise ein Abfall des Eingangssignales, auftritt, die Leistung der Lampe auf die Hälfte reduziert, wodurch eine Warnung für das Auftreten des Fehlers gegeben wird. Wenn einer der Thyristoren einen Kurzschluß hat, wird die Lampe bei Fehlen des Eingangssignales mit dem Halbwellenstrom durch den kurzgeschlossenen Thyristor betätigt bzw. zum Leuchten gebracht. Wenn einer der Thyristoren von der restlichen Schaltung getrennt wird (zum Beispiel wenn eine Lötstelle aufgeht), wird die Lampe bei einem normalen Eingangssignal mit dem Halbwellenstrom durch den normalen Thyristor eingeschaltet, und sie wird ohne das Eingangssignal nicht eingeschaltet. Die erwähnten Ergebnisse können als Warnzeichen für das Auftreten einer Schwierigkeit in der Schaltung verwendet werden, und daher wird die Zuverlässigkeit des Halbleiterschaltkreises erhöht.

Bei einem anderen, abgewandelten Ausführungsbeispiel werden die Widerstände R 5 und R 6, die zwischen den Anoden und den Gateelektroden der Thyristoren SCR 1 bzw. 3CR 2 angeschlossen sind, als halbvariable Widerstände ausgeführt. Die halbvariablen Widerstände R 5 und R 6 werden dann so eingestellt, daß sie voneinander verschiedene Widerstandswerte haben. Wenn der Widerstand R 5 so eingestellt wird, daß er einen kleineren Widerstandswert als der Widerstand R 6 hat, dann wird bei einem

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Eingangssignal bei einem Zwischenwert zwischen dem normalen "AUS¹¹- und dem normalen "EIN"-Wert nur der Thyristor SCR 1 eingeschaltet, so daß der Verbraucherstrom ein mit einer Welligkeit versehener Halbwellen-gleichgerichteter Strom ist, der dem Strom bei dem vorher beschriebenen, abgewandelten Ausführungsbeispiel ähnlich ist.

Fig. 4 zeigt noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem kein Triac verwendet und der Verbraucherstrom direkt durch zwei Thyristoren SCR 1 und SCR 2 geschaltet wird. Diese Schaltung ist anwendbar, wenn der Verbraucherstrom nicht sehr hoch ist.

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Claims (8)

Patentansprüche

1.) . Halbleiterschaltkreis mit einer Eingangsschaltung, die ein Eingangssignal aufnimmt und ein physikalisches Signal erzeugt, und einer Steuerschaltung, die elektrisch von der Eingangsschaltung isoliert ist und das Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem physikalischen Signal steuert, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerschaltung (CC) einen Wandler (PT), der das physikalische Signal aufnimmt und es in ein elektrisches Signal umsetzt, einen Nulldurchgangs-Zündkreis, in dem ein Transistor (Tr) in Abhängigkeit von dem Augenblickswert der Wechselspannung an der Verbraucherschaltung (LC) und in Abhängigkeit von dem Eingangssignal gesteuert wird, und zwei Thyristoren (SCR 1, SCR 2) aufweist, die die Umschaltung des positiven Teiles bzw. des negativen Teiles des Verbraucherstromes unter sich aufteilen, wobei die Gate elektroden der beiden Thyristoren derart miteinander verbunden sind, daß das Ausgangssignal des Transistors (Tr) die Thyristoren (SCR 1, SCR 2) steuert.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler ein Phototransistor (PT) ist, der als Widerstand einer Spannungsteilerschaltung (R 3, R 8, R 4, R 2, PT, N) zur Messung des Augenblickswerts der Wechselspannung angeschlossen ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Umschalter (TRC), der durch seine erste und seine zweite Elektrode in Reihe mit der Last und der Stromquelle geschaltet ist, daß die zwei Thyristoren (SCR 1, SCR 2) in Reihe und in entgegengesetzter Richtung zueinander geschaltet sind, wobei die Reihenschaltung der Thyristoren zwischen der Gateelektrode und der ersten Elektrode des Umschalters (TRC) angeschlossen ist, daß zweite Dioden (D 5, D 6) in Reihe und in entgegengesetzter Richtung zueinander angeschlossen sind, wobei die Reihenschaltung der Dioden (D 5, D 6) zwischen der Gateelektrode und der ersten Elektrode des Umschalters (TRC) liegt, und daß ein Ende des

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Transistors (Tr) mit den Gateelektroden der Thyristoren (SCR 1, SCR 2) durch Dioden (D 2 bzw. D 3) verbunden ist, während das andere Ende des Transistors (Tr) mit dem Verbindungspunkt zwischen den in Reihe geschalteten Thyristoren (SCR 1, SCR 2) und dem Verbindungspunkt zwischen den in Reihe geschalteten Dioden (D 5, D 6) angeschlossen ist.

4. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zeitverzögerungskapazität (C 5)» die zwischen dem Verbindungspunkt (M) der Spannungsteilerschaltung (R 3, R 8, R 4, R 2, PT, N) und dem Verbindungspunkt zwischen den in Reihe geschalteten Thyristoren (SCR 1, SCR 2) angeschlossen ist.

5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechempfindlichkeit der Gateelektroden der beiden Thyristoren (SCR 1, SCR 2) unterschiedlich zueinander gewählt wird.

6. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatestromkreise für die Thyristoren (SCR 1, SCR 2) variable Widerstände (R 5 bzw. R 6) haben, um sie so einstellen zu können, daß die Thyristoren bei unterschiedlichen Niveaus des Eingangssignals getriggert werden.

7. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsschalt-ung (IC) eine erste lichtemittierende Diode (ED), die Licht abstrahlt, das von dem Phototransistor (PT) empfangen wird, und eine zweite lichtemittierende Diode (IND) aufweist, die in Reihe mit der ersten lichtemittierenden Diode (ED) geschaltet ist, um den Zustand des Eingangssignales, und damit den Betriebszustand der Ausgangsschaltung, sichtbar anzuzeigen.

8. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigelampe (L) als Verbraucher oder Last geschaltet ist.

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