DE2556379A1

DE2556379A1 - Elektronischer schalter mit foto- transistor oder -diode

Info

Publication number: DE2556379A1
Application number: DE19752556379
Authority: DE
Inventors: Stefanos Dipl Ing Dermitzakis; Robert Ing Grad Schach
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1975-12-15
Filing date: 1975-12-15
Publication date: 1977-06-16

Description

Elektronischer Schalter mit Foto-Transistor oder -Diode
in der Starkstromtechnik werden Optokoppler als elektronische Relais benutzt. In einen Gleichstromlceis werden sie elilittelbar und in einen Wechselstromkreis über einen Brückengleichrichter gelegt. Solche bekannten Optokoppler enthalten für hohe Spannungen und große Ströme Foto-Thyristoren, die meist zur Ans teuerung nachgeschalteter Thyristoren oder Triacs dienen. Foto-Thyristoren sind jedoch bezüglich des Stromflußwinkels, Umschaltspannungsspitzen und Fehltriggerung ungünstiger als Foto-Transistoren und Foto-Dioden. Es wäre deshalb erwünscht, Optokoppler mit Foto-Transistoren oder Foto-Dioden verwenden zu können, jedoch reicht in vielen Fällen die Spannungsbelastbarkeit von Foto-Transistoren und Foto-Dioden nicht aus.
Man könnte daran denken, diese Schwierigieit dadurch zu umgehen, daß man den Foto-Transistor bzw. die Foto-Diode nicht selbst in den zu schaltenden Stromkreis legt, sondern einen hochsperrenden Transistor, der seinerseits von dem Foto-Transistor gesteuert wird, zu dem ein Widerstand als Arbeitswiderstand in Reihe geschaltet wird. Eine solche Schaltung hätte aber den Nachteil, daß auch im ausgeschalteten Zustand des erwähnten hochsperrenden Transistors ein nicht zu vernachlässigender Ruhestrom verbraucht würde, nämlich der1 der über den Foto-Transistor und seinen Arbeitswiderstand fließt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung dieser h-t zu finden, bei der im ausgeschalteten Zustand nur ein geringer }ruhestrom fließt, die zulässige Betriebsspannung des Foto-Transistors oder der Foto-Diode nicht überschritten wird, und die gesamte Schaltung trotzdem ein Vierpol bleibt (keine zusätzliche Betriebsspannung am Ausgang).
Die Erfindung bezieht sich also auf einen elektronischen Schalter mit Foto-Transistor oder -Diode, insbesondere Optokoppler mit Foto-Transistor oder -Diode, Zinn Schalten von Spannungen, die höher sind als die Durchbruchs spannung von Foto-Transistoren oder -Dioden, und besteht darin, daß parallel zu der zu schaltenden Spnnnung die Reihenschaltung einer Zenerdiode und eines ohmschen Widerstandes liegt und daß parallel zur Zenerdiode die Reihenschaltung des Foto-Transistors bzw. der -Diode und der Basis-Emitter-Strecke eines hochsperrenden ersten Transistors liegt und daß der Kollektorkreis dieses Transistors einen weiteren hochsperrenden Transistor, der parallel zum ohmschen Widerstand liegt, so steuert, daß dieser weitere Transistor im eingeschalteten Zustand den für die Einschaltung des ersten, nun den Nutzstrora führenden Transistors erforderlichen Steuerstrom liefert.
An Hand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erklärt. Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Fall, daß der Schalter in einem Gleichstromkreis liegt, während Fig. 2 eine zusätzliche Schaltung für einen Wechselstromkreis zeigt.
In Fig. i ist 1 eiii Optokoppler mit Foto-Transistor 10, dessen Sperrspannung wesentlich niedriger als die zu schaltende Spannung U ist, 2 die erfindungsgemäße Zusatzschaltung zur Erhöhung der Spannungs- und Stromfestigkeit des Optokopplers und 3 der zu schaltende Stromkreis, in diesem Beispiel ein Gleichstromkreis. Von der Spannungsquelle 6 wird über den Widerstaitd 7 und den Schalter 8 ein Steuer strom zum Optokoppler 1 geführt. Durch die dann von der Lucht-Diode 9 des Optokopplers ausgehenden Lichtstrahlen wird der Foto-Transistor 10 des Optokopplers leitend. Der Foto-Transistor 10 liegt nuii nicht unmittelbar im Stromkreis 3 Mit der Stromquelle 11 und dem Belastungswiderstand (Nutzwiderstand) 12, weil die hohe Betriebsspannung U den Foto-Transistor 10 in den Durchbruch treiben würde. Damit wäre der Foto-Transistor nich mehr funktionsfähig.
Es wird vielmehr die Schaltung 2 dazwischen geschaltet, die den Durchbruch verhindert. Die Betriebsspannung es Foto-Transistors 10 wird dann durch die Zener-Diode 13 bestimmt, die über den hochohmigen Widerstand 14, der zur Einstellung des notwendigen Startstromes der Schaltung dient, an der zu schaltenden Spannung U liegt. Der hochsperrende, also spannungsmäßit hochbelastbare, Transistor 15, der zunächst gesperrt ist, liegt parallel zum Widerstand 14 und damit in Reihe mit der Zcner-Diode 13 und wird vom Foto-Transistor 10 über den ebenfalls hochsperrenden Transistor 16 gesteuert. Dies geschieht, indem der Foto-Transistor 10, wenn er belichtet wird, seinen zunächst durch den Widerstand 14 begrenzten Kollektorstrom als Basisstroln (Startstroln) in die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 16 führt.
Dieser Transistor 16 wird dadurch leitend, wodurch dessen Kollektorstrom an den in Flußrichtung gepolten Dioden 17, die als Arbeitswiderstand des Transistors 16 dienen, eine definierte Basis-Emitter-Schwellenspannung des Transistors 15 erzeugt, und diesen leitend macht. Dann kann der von der Belichtung bestirinite Strom des Foto-Transistors außer über den Widerstand 14 über den Transistor 15 fließen und der Transistor 16 wird noch stärker angesteuert, womit ein Kippvorgang eingeleitet wird.
Der Nutzstrom fließt dann vorwiegend von der Spannungsquelle 11 über den Nutzwiderstand 12, die Dioden 17 und den Transistor 16. Der kleine Strom des Foto-Transistors 10 fließt außer über den Widerstand 14 im wesentlichen über den Transistor 15. Da also der Hauptstrom nicht.über den Foto-Transistor 10 fließt, kann der zu schaltende Nutzstrom wesentlich größer als der für den Foto-Transistor 10 zulässige Strom sein.
Bs kann Iioch der reelle Widerstand 18 vorgesehen werden, um den Kollektorstrom des Transistor 15 und somit den Stro1;i des Foto-Transistors 10 wie dos Transistors 16 Du begrenzen und die Anordnung vor Überlastung im Kurzeschlußfall oder bei zu starker Ansteuerung zu schätzen.
Wird der Foto-Transistor 10 wegen fehlender Belichtung nichtleitend, so fällt der Basisstrom für den Transistor 16 weg, so daß dieser Transistor nichtleitend wird, wodurch auch die Steuerspannung für den Transistor 15 fortfällt. Im Lastrkreis fließt nur noch über den Widerstand 14 und die Zener-Diode 13 der sehr geringe Startstrom.
Die Schaltung wird besonderes einfach, wenn wie dargestellt, die Transistoren 15 und 16 komplementär zueinander sind.
Soll anstelle der Gleichspannungsquelle 11 eine Wechselspannungsquelle 19 in Fig. 2 verwendet werden, so wird in bekannter Weise ein Brückengleichrichter 20 vorgeschen. Er ist so geschaltet, daß er nur bei leitendem Schalttransistor 15 einen Wechselstrom durchläßt, so daß der Optokoppler mit Zusatzschaltung an einer gleichgerichteten Spannung liegt.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche Elektronischer Schalter mit Foto-Transistor oder -Diode, insbesondere Optokoppler mit Foto-Transistor oder -Diode, zutun Schalten von Spannungen, die höher sind als die Durchbruchs spannung von Foto-Transistoren oder -Dioden, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der zu schaltenden Spannung (U) die Reihenschaltung einer Zener-Diode (13) und eines ohmschen Widerstandes (14) liegt und daß parallel zur Zener-Diode (13) die Reihenschaltung des Foto-Transistors (io) bzlf.

der -Diode und der Basis-Emitter-Strecke eines hochsperrenden ersten Transistors (16) liegt und daß der Kollektorkreis dieses Transistors (16) einen weiteren hochsperrenden Transistor (15), der parallel zum ohmschen Widerstand (14) liegt, so steuert, daß dieser weitere Transistor (ist) im eingeschalteten Zustand den für die Einschaltung des ersten, nun den Nutzstrom führenden Transistors (16) erforderlichen Steuerstrom liefert.
2. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (16) und der weitere Transistor (15) komplementär zueinander sind.
3. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Kollektorkreis des ersten Transistors (16) ein oder mehrere in Flußrichtung gepolte Dioden (17) liegen, von dem bzw. von denen die Steuerspannung für den weiteren Transistor (15) entnommen wird.
4. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch zekennzeichnet, daß in der Emitterzuleitung des weiteren Transistors (15) ein reeller Widerstand (18) liegt, der so bemessen ist, daß der Kollektorstrom dieses Transistors (15) auf einen gewünschten Wert begrenzt ist.