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Schaltungsanordnung zur Zündung eines vorzugsweise
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ohm'sche Wechselspannungslasten schaltenden Halbleiterschalters Die
Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Zündung eines vorzugsweise
ohm'sche Wechselspannungslasten schaltenden Halbleiterschalters, wie sie im Gattungsbegriff
des Patentanspruchs 1 noch näher definiert ist.
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Es ist bekannt, anstelle der Anschnittssteuerung bei Triacs aus Störspannungsgründen
besser die sogenannte Nullspannungssteuerung anzuwenden, bei der eine Steuerung
der Last über das Verhältnis vorhandener und nicht vorhandener ganzer Spannungs-
bzw. Stromhalbwellen bewirkt wird. Vorteilhaft erfolgt dabei die Zündung durch Zündimpulse,
die zum Zeitpunkt der
Nulldurchgänge der Wechselspannung eingespeist
werden und so lange dauern müssen, bis der von der Last abhängige Haltestrom des
Triacs erreicht oder überschritten ist ("Siemens-Bauteile-Informationen" 10 (1972)
H. 1, S. 1 bis 7). Bei hohen Anschlußleistungen wird der Haltestrom eher erreicht,
das heißt, der Zündimpuls kann kürzer sein.
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Soll ein Zündimpuls für eine Minimallast (z.B. 40-W-GlUhlampe) wie
für eine Maximallast (z.B. 600-W-Glühlampenlast) gleichermaßen geeignet sein, muß
er entweder genügende Breite haben, was unnötig Steuerenergie kostet, oder aber
lastabhängig phasenverschoben gegeben werden, was aufwendig ist. Zur Zündzeitpunktextension
ist es weiterhin möglich, Zündimpulstelegramme zu geben, die beginnend im Nulldurchgang
der Wechsel spannung den Triac so oft kurz zünden, bis entsprechend der gerade anhängenden
Last sein Haltestrom erreicht ist. Dabei wird nach diesem Verfahren die maximale
Anzahl der Einzelimpulse von der kleinsten zu schaltenden Last abgeleitet (DT-OS
25 43 348).
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Eine zu diesem Verfahren bekannt gewordene Schaltungsanordnung für
den Einsatz bei Halbleitersignalschaltern in Straßenverkehrssignalanlagen ist jedoch
hinsichtlich der geforderten Störarmut bzw. -freiheit nicht völlig befriedigend.Wird
zum Beispiel erst während der letzten Impulse eines dann für Minimal last vorgesehenen
laufenden Zündtelegramms der Schaltbefehl für einen Signalschalter (Triac) gegeben,
und in Wirklichkeit liegt eine hohe Lampenleistung (z.B. 600 W) an, dann
zündet
der Halbleitersignalschalter bei einem Stromflußwinkel, der noch erhebliche Funkstörungen
verursacht.
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Hier setzt die Erfindung ein mit der Aufgabe, eine Schaltung zu schaffen,
die auch diese Möglichkeit beherrscht und absolut störsicher ist. Auch kleinste
Glühlampenlasten (z.B. 40 W) sollen bei zulässigen Unterspannungen bis (-20 X) und
Tiefterperaturen (bis -300 C) störsicher geschaltet werden können.
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Diese Aufgabe wird für eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten
Art nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Zündsynchronisierimpulse
des Schwellwertschalters können den Impulsgenerator nur noch auslösen, wenn auch
der Schaltbefehl für den Signalschalter vorliegt und das auch nur für eine definierte,
vom Zeitglied vorgegebene Zeit. Zwischen zwei Nulldurchgängen muß erst der folgende
ZUndsynchronisierim puls abgewartet werden, der allein das Zeitglied und damit den
Impulsgenerator auslösen kann. Vorteilhaft gibt das Zeitglied Taktimpulse von etwa
1 ms-Dauer ab. Wesentlich ist auch, daß das Schwellwertglied für schmale Zündsynchronisierimpulse
mit Impuls breiten von etwa 0,35 ms um den Nulldurchgang der Wechselspannunq ausgelegt
ist. Zweckmänig ist ferner ein Impulsgenerator, der eine Frequenz um 9 kHz erzeugt.
Der Zündeinsatz kann nach der Erfindung für jede Last bei stets definierten Stromflunwinkeln
unterhalb der Störschwelle erfolgen. Die Zündung ist stets nul lpunktsynchron.
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An Hand der Zeichnungsfiguren wird die Erfindung im nachstehenden
naher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 - eine schematische Schaltungsanordnung in Blockbilddarstellung,
Fig. 2 - die zeitlichen Verläufe von Signalwechselspannung, Impulsen und Zündeinsatz
für eine Schaltung nach Fig. 1.
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In Fig. 1 ist mit 1 ein Triac bezeichnet, der als Halbleitersignalschalter
eine oder mehrere Metallfadenglühlampen 2, z.B.
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Grün- oder Gelb- oder Rotlampen von Signalgebern als ohmsche Last
an eine Signalwechselspannung 220 V schalten soll. Solche Signalschalter können
jeweils für die verschiedenen Phasenbilddarstellungen rot, gelb und grün gemeinsam
auf einer Platine untergebracht sein. Über einen Zündübertrager 3 erfolgt die Zündung
des Triacs 1 durch eine Impulserzeugerschaltung, die aus einem Gleichrichter 4,
einem Schwellwertglied 5, einem UND-Gatter 6, einem Zeitglied 7 und einem Impulsgenerator
8 besteht. Über das UND-Gatter 6 wird das als ms-timer arbeitende Zeitglied 7 ausgelöst,
dessen Ausgangstaktimpulse (Fig. 2, Abb. f) jeweils den Impulsgenerator 8 triggern
(Fig. 2, Abb. g), wenn an den Eingängen des UND-Gatters 6 einerseits der Schaltbefehl
(z.B. der Grünbefehl) über einen Schalter 9 (Fig. 2, Abb. d) und andererseits vom
Ausgang des Schwellwertgliedes 5 ein Zündsynchronisierimpuls (Fig. 2, Abb. c) ansteht.
Die beiden angeführten Zeitkreise, nämlich die eines astabilen Multivibrators als
9 kHz-Impulsgenerators 8 und des Zeitgliedes 7
Q1fl ein ffi können
in einem integrierten Schaltkreis, z.B.IC 556, untergebracht sein. Der Schalter
9 ist symbolisch zu verstehen, er kann auch ein elektronischer Schalter sein. 1C
stellt ein Invertierglied dar, das ggf. bei geeigneter Polarität des Schaltbefehls
entfallen kann.
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Am Eingang 11 des Gleichrichters 4 liegt die in Fig. 2, Abb. a, dargestellte
Signalwechselspannung U an und wird als pulsierende Gleichspannung mit Spannungsnullwerten
gemäß Fig. 2, bb. b, dem Schwellwertglied 5 zugeführt. Der Schwellwert des Schwellwertgliedes
5 ist als gestrichelte waagerechte Linie 12 in Fig. 2, Abb. b, eingetragen. Diese
Linie schneidet die Gleichspannungshalbwellen jeweils in den Punkten 13 und 14 vor
und nach den Spannungsnullwerten und bestimmt damit Beginn und Endet der in Fig.
2, Abb. c, dargestellten Zündsynchronisiersignale.
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Sie haben eine Breite von nur 0,35 ms und legen sich scharf um die
Nulldurchgänge der Signalwechselspannung U. Liegt z.B.
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zum Zeitpunkt t1 ein Schaltbefehl vor (Fig. 2, Abb. d), dann wird
der Zündsynchronisierimpuls (Fig. 2, Abb. c) vom UND-Gatter 6 durchgelassen (Fig.
2, Abb. e) und steuert den Einsatz des Zeitgliedes 7, das die kurzen Zündsynchronisierimpulse
individuell zu 1 ms-Taktimpulse (Fig. 2, Abb. f) verlängert, Das Zeitglied 7 veranlasst
den Impulsgenerator 8 innerhalb eines jeden ms-Taktimpulses ein 9 kHz-Impulstelegramm
abzugeben (Fig. 2, Abb. g), dessen Einzelimpulse den Triac 1 solange zünden, bis
der Haltestrom erreicht ist. Das kann für Maximallasten bereits nach dem ersten
oder zweiten Impuls, bei Minimallasten dagegen
erst bei den letzten
Impulsen des abgegebenen Impulstelegramms sein, es liegt jedoch für jede Last der
Stromflußwinkel definiert fest. Kommt ein Einschaltbefehl, z.B. erst im oder nach
Zeitpunkt t2, dann liegt, vgl. Fig. 2, Abb. c, gerade kein Zündsynchronisierimpuls
vor, und das UND-Gatter 6 kann erst beim nächsten Zündsynchronisierimpuls im Zeitpunkt
t3 das Zeitglied 7 zur Abgabe eines Taktimpulses und damit eine Steuerung des Impulsgenerators
8 veranlassen. Unabhängig von der Last sucht sich der Triac selbst die erforderliche
Impulszahl für seine Durchsteuerung. Eine noch auftretende Überzahl an Impulsen
nach Durchzündung des Triacs ist durch die Begrenzung des Telegramms auf eine Impulszahl
auf den für die Meinstmögliche Last erforderlichen Wert (1 ms) unkritisch. Lastanschaltungen
bei Stromflußwinkeln a 3,60 sind damit ausgeschlossen. Funkstörungen werden durch
die Erfindung mit Sicherheit unterdrückt.
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Zusätzliche Funkentstörungsmittel sind nicht mehr erforderlich.
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6 Seiten Beschreibung 4 Patentansprüche 1 Bl. Zeichnungen