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Monolithisch integrierte Phasenanschnittsteuerung
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Monolithisch integrierte Phasenanschnittsteuerungen sind insbesondere
zur Ansteuerung von Triacs und Thyristoren als geeignet bekannt. (Zeitschrift "Elektronik'
1975, Heft 7, S. 72 bis 74). Mit Hilfe der Phasenanschnittsteuerung läßt sich die
Leistungsaufnahme einer Last am Wechsel stromnetz durch Verschiebung der Zündimpulse
zwischen 0° und 1800 Phasenwinkel für der Last vorgeschaltete Triacs oder Thyristoren
kontinuierlich verändern.
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Die Zündimpulse werden bisher in der monolithisch integrierten Phasenanschnittsteuerung
derart erzeugt, daß ein Sägezahn generator mit konstanter Frequenz (vorzugsweise
von 100 Hz 50 bei einem 50 Hz-Netz) eine zeitlich linear ansteigende Spannung bereitstellt
und der Einsatzzeitpunkt des Triggersignals dann entlang dieser Rampe mit einem
Schwellwertschalter
variabler Ansprechschwelle verschoben werden
kann. Der Schwellwertschalter aktiviert, wenn die vom Sägezahngenerator gelieferte
Spannung die gewählte Ansprechschwelle überschreitet, eine Ausgangs stufe, die wiederum
einen Impuls generator zur Erzeugung des Triggerimpulses oder der Triggerimpulskette
enthält. Die bekannte Ausführungsforin der Phasenanschnittsteuerung benctigt mithin
zwei Zeitglieder, nämlich eines für den Phasenschieber zur Einstellung des Zündzeitpunkts
und eines zur Pulserzeugung in der Ausgangsstufe Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, die Beschaltung der Phasenanschnittsteuerung hinsichtlich des Bedarfs
an Zeitgliedern zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die Beschaltung
mit einem sowohl zur Schweliwertschaltung als auch zur Pulserzeugung vorgesehenen
Kondensator. Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, daß die Funktionen der
Schwellwertschaltung und der Pulserzeugung zeitlich nacheinander benötigt werden,
so daß mit nur einem Kondensator sowohl die Zeitkonstante für den Phasenschieber
als auch für den Pulsgenerator eingestellt werden können.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung arbeitet der Kondensator
auf einen Schmitt-Trigger, über den ein Speicher
mit nachgeschalteter
Konstantstromquelle setzbar ist.
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Die Erfindung soll für ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung
im folgenden näher erläutert werden. Es zeigen Figur 1 ein Prinzipschaltbild der
Phasenanschnittseuerung und Figur 2 den zeitlichen Verlauf der Spannungen an verschiedener.
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integrierten Elementen der Phasenanschnittsteuerung.
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Die Figur 1 zeigt das Blockschaltbild eines monolithisch integrierten
Steuerbausteines für eine Phasenanschnittsteuerung mit den elektrischen Anschlüssen
1 bis 8. Der Steuerbausteir gibt über seinen Ausgang 5 evtl. unter Zwischenschaltung
eines (hier gestrichelt darjestellten) Widerstandes, Zündimpulse auf ein Triac T,
durch das eine Last RL in einem Lastkreis unter gewünschtem Phasenanschnitt eingeschaltet
wird.
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Die Stromversorgung des Steuerbausteines erfolgt durch das integrierte
Element V, das vornehmlich der Gleichrichtung und Begrenzung des elngespelsten Stromes
dient. Das Element V ist über die Anschlüsse 1 (über einen Vorwiderstand Rv) und
3 an das speisende Wechselspannungsnetz gelegt, wobei über den Anschluß 2 eine Glättungskapazität
CL zur Glättung des von V gleichgerichteten Stromes angeschlossen ist.
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Erfindungsgem>ß ist das Steuerelement am Anschluß 4 mit einem Kondensator
CF beschaltet, der sowohl zur Schwellwertschaltung als auch zur Pulserzeugung vorgesehen
ist. Die Funktionsweise des Kondensators CF läßt sich dabei für eine Halbschwingung
wie folgt beschreiben: An den Anschluß 6 wird unter Umgehung des üblichen (hier
gestrichelt gezeichneten) Eingangsverstärkers EV mit den Anschlüssen 7 und 8 eine
Steuerspannung UE wählbaren Pegels angelegt. Diese Steuerspannung UE bedingt durch
das integrierte Element SQ als Stromquelle einen Strom i (UE), durch den der Kondensator
CF, mehr oder weniger schnell je nach Wahl von UE7 aufgeladen wird.
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Der Kondensator CF, der mit einen Pulsgen2rator PG verbunden ist,
arbeitet zusätzlich auf einen Schmitt-Trigger ST, dem ein Speicher SP und eine Quelle
konstanten Stromes I nacngeschaltet ist. Bei Erreichen der Schwellspannung U5 des
Schmitt-Triggers ST wird der Speicher SP gesetzt und die Konstantstromquelle I liefert
nun einen gegenüber i (UE) wesentlich größeren Strom.
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Dadurch wird der Kondensator CF schnell bis zur Zündschwelle des Pulsgenerators
PG aufgeladen. Bei Erreichen der Zündschwelle gibt der Pulsgenerator PG einen Impuls
auf einen ihm nachgeschalteten Pulsverstärker PV. Dieser Impuls wird über den Ausgang
5 des Steuerbausteines als Zündimpuls auf das Triac T
weitergeleitet.
Gleichzeitig wird damit der Kondensator CF entladen, worauf er wieder schnell durch
den Strom i (UE) und den Strom aus der Konstantstromquelle I aufgeladen wird, bis
erneut die Zündschwelle des Pulsgererators PG erreicht ist und wiederum von diesem
ein Impuls auf den Pulsverstärker PV gegeben wird. Da weitere Impulse am Set-Eingang
des Speichers SP wirkungslos bleiben, wird der vorher beschriebene Vorgang solange
wiederholt, bis beim Nulldurchgang der Netzspannung UN der Kondensator CF mittels
eines Synchionisiergatters SY entladen, der Speicher SP gleichzeitig zurückgesetzt
und die Konstantstromquelle I damit abgeschaltet wird.
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Der Kondensator CF dient also einmal zur Realisierung zunächst der
Funktion eines Phasenschiebers und anschließend zum anderen der Funktion der Pulserzeugung.
Bei der vorbeschriebenen Erzeugung einer Impulskette bei der Phasenanschnittsteuerung
wird damit ein zweiter Kondensator für eine RC-Kombination als Zeitglied eingespart.
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Der dargelegte Funktionsablauf ist in Figur 2 anhand der aufgezeigten
Spannungen U an den einzelnen integrierten Elementen sowie am Kondensator CF in
seiner zeitlichen Folge ablesbar.
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Von oben nach unten sind die Netzwechselspannung UN, die Impulse U5y
des Synchronisiergatters SY, die Spannung UCF am Kondensator CF, die Spannung USP
am Ausgang des Speichers SP
und die Spannung Upv am Ausgang 5 des
Steuerbausteines aufgetragen. Mit US ist die Schwellwertspannung des Schmitt-Triggers
ST bezeichnet. Sobald die Spannung UCF am Kondensator CF die Schwellwertspannung
US überschreitet, wird der Speicher SP mit seiner Spannung U5p gesetzt, der Kondensator
CF wird von I und SQ aus rasch aufgeladen, erreicht die Zündschwelle des Pulsgenerators
PG, entlädt sich und wird erneut schnell aufgeladen, wie der Verlauf der Spannung
UCF zeigt. Durch schnelles Entladen und Wiederladen tritt eine Impulskette UpV am
Ausgang 5 auf, bis ein Signal Usy des Synchronisiergatters SY beim Nulldurchgang
der Netzspannung UN den Speicher SP zurücksetzt (Usp = 0) und die Spannung UCF am
entladenen Kondensator CF wieder langsam (entsprechend dem Strom E vom Element SQ
aufgrund der Größe der Steuerspannung UE am Eingang 6) ansteigt.
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Das beschriebene Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine ohmsche
Last RL, die über den Triac T eingeschaltet wird Damit die Erfindung sowohl für
ohmsche wie induktive Lasten eingesetzt werden kann, wird bei Unterschreiten des
Triac-Haltestromes, also mit dem Verlöschen des Laststromes, die Phase der Schwellwertbildung
getriggert. Die Dauer der Zündimpuls phase kann durch eine feste Referenzspannung,
die an den Entladethyristor des Zündimpulsgenerators gelegt wird, fest vorgegeben
werden.
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L e e r s e i t e