DE2711231C3 - Schaltungsanordnung zur Zündung eines vorzugsweise ohm'sche Wechselspannungslasten schaltenden Halbleiterschalters - Google Patents

Description

Die bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Zündung eines vorzugsweise ohm'sche Wechselspannungslasten schaltenden Halbleiterschalters, wie sie im Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 noch näher definiert ist.

Es ist bekannt, anstelle der Anschnittsteuerung bei Triacs aus Störspannnngsgründen 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.

Soll ein Zündimpuls für eine Minimallast (z. B. 40-W-Glühlampe) wie für eine Maximallast (z. B. 600-W-GlühJampenlast) gleichermaßen geeignet sein, muß er entweder genügende Breite haben, was unnötig Steuerenergie kostet, oder aber lastabhängig phasenverschoben gegeben werden, was aufwendig ist.

Es ist bereits eine Schaltung bekannt, bei der im Nullpunkt des Spannungsdurchganges der Wechselspannung geschaltet wird. Dazu wird ein Schwellwertglied als Bestandteil eines Impulsgenerators verwandt, wobei eine Impulsgruppe in der Nähe des Nullpunktes der Spannung erzeugt wird, die einen Thyristor einschaltet (DE-OS 16 13 668).

Zur Zündzeitpunktextension ist es weiterhin möglich, Zündimpulstelegramme zu geben, die beginnend im Nulldurchgang der Wechselspannung 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 dei kleinsten zu schaltenden Last abgeleitet (DE-OS 25 43 348).

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 Minimallast vorgesehenen laufenden Zündtelegramms der Schaltbefehl für den Signalschalter (Triac) gegeben, und in Wirklichkeit liegt eine hohe Lampenleistung (z. B. 600 W) an, dann zündet der Halbleitersignalschalter bei einem Stromflußwinkei, der noch erhebliche Funkstöningen verursacht.

Hier setzt die Erfindung ein, mit der Aufgabe, eine Schaltung zu schaffen, die auch diese Möglichkeit beherrscht und absolut störsicher ist. Auch kleinste Glühlampenlasten (&zgr;. B. 40 W) sollen bei zulässigen Unterspannungen bis (-20%) und Tieftemperaturen (bis —30° C) storsicher geschaltet werden können. Diese Aufgabe wird für eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Zündsyndironisierimpulse de«· 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 Zündsynchronisierimpuls 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 Impulsbreiten von etwa 0,35 ms um den NuIldurchgang der Wechselspannung ausgelegt ist. Zweckmäßig ist ferne.· ein Impulsgenerator, der eine Frequenz um 9 kHz erzeugt. Der Zündeinsatz kann nach der Erfindung für jede Last bei stets definierten Stromflußwinkeln unterhalb der Störschwelle erfolgen. Die Zündung ist stets nullpunktsynchron.

An Hand der Schaltbilder wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 — eine schematische Schaltungsanordnung in Blockbilddarstellung,

Fig. 2 - die zeitlichen Verläufe von Signalwechselspannung, Impulsen und Zündeinsatz für eine Schaltung nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Triac bezeichnet, der als Halbleitersignalschalter eine oder mehrere Metallfass denglühlampen 2, z. B. Grün- oder Gelb- oder Rotlampen von Signalgebern als ohm'sche 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 S, einem UND-Gatter 6, einem Zeitglied 7 und einem Impulsgenerator 8 besteht.

Über das Gatter 6 wird das als ms-Zeitgeber arbeitende Zeitglied 7 ausgelöst, dessen Ausgangstaktimpulse (Fig. 2, Abb. f) jeweils den Impulsgenerator 8 einschalten (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 S ein Ziindsynchronisierimpuls (Fig. 2 Abb. c) ansteht. Die beiden angeführten Zeitkreise, nämlich die eines s astabilen Multivibrators als 9 kHz-Impu'sgenerator 8 und des Zeitgliedes 7, können in einem integrierten Schaltkreis untergebracht sein. Der Schalter 9 ist symbolisch zu verstehen, er kann auch ein elektronischer Schalter sein. 10 stellt ein Intervertierglied dar, das ggf. bei geeigneter Polarität des Schaltbefehls entfallen kann.

Am Eingang 11 des Gleichrichters 4 liegt in Fig. 2, Abb. a, dargestellte Signalwechselspannung LJ an und wird als pulsuiende Gleichspannung mit Spannungsnullwerten gemäß Fig. 2, Abb. 6, 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 Gl^vhspannungshalbwellen jeweils in den Punkten 13 und 14 vor und nach den Spannungsnullwerten nnd bestimmt ^datnit Beginn und Ende der in Fig. 2, Abb. c, darge- - stellten Ziindsynchronisiersignate. Sie haben eine Breite von nur 0,35 ms und legen sich scharf um die " Nulldurchgänge der Signalwechselspannung U. Liegt &zgr; B. zum Zeitpunkt t, 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 Impulsgeber 8 innerhalb eines jed"M ms-Taktimpulses ein 9 kHz-ImpuIt.elegramm 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 Impulstelegi amms sein, es Ii 2gt jedoch für jede Last der Stromflußwinkel definiert fest. Kommt ein Einschaltbe- An fehl, z. B. erst im oder nach Zeitpunkt I₂, dann liegt, vgl. Fig. 2, Abb. c, gerade kein Zündsynchronisierimpuls vor, und das UND-Gatter 6 kann erst beim nächsten Zündsynchronisierimpuls 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 kleinstmögliche Last erforderlichen Wert (1 ms) unkritisch. Lastanschaltungen bei Stromflußwinkeln §3,6° sind damit ausgeschlossen. Funkstörungen werden durch die Erfindung mit Sicherheit unterdrückt. Zusätzliche Funkentstörungsmittel sind nicht mehr erforderlich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Zündung eines insbesondere ohm'sche Wechselspannungslasten schaltenden Halbleiters, vorzugsweise Triacs, der unter Verwendung eines Schwellwertgliedes und eines von einem Schaltbefehl beaufschlagten UND-Gatters in jedem Spannungsnulldurchgang der speisenden Spannung von einem Impulsgenerator ein Zündimpulstelegramm definierter Länge erhält, indem das über einen Gleichrichter gespeiste Schwellwcrtglied eng um den Nulldurchgang gelegte Zündsynchronisierimpulse für einen Zündeinsatz abgibt, insbesondere für Halbleitersignalschalter von Straßenverkehrsanlagen, dadurch gekennzeichnet,daß das Schwellwertglied (5) über das UND-Gatter (6) an ein Zeitglied (7) angeschlossen ist, das bei jeder Ansteuerung durch einen Zündsynchronisierimpuls

&psgr; einem Taktimpuls abgiot und während jede Taktimpulses den Impulsgenerator (8) einschaltet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (7) Taktimpulse von 1 ms-Dauer abgibt.

3. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß rias Schwellwertglied (5) für Zündsynchronisierimpulse mit Impulsbreiten von etwa 0,35 ms um den NuHdurchgang der speisenden Spannung (U) ausgelegt ist.

4. Schahungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (8) eine Frequenz um 9 kHz erzeugt.