DE2807400C2 - Schaltungsanordnung zum An- bzw. Abschalten von Netzspannung an einen bzw. von einem Verbraucher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Anschalten bzw. Abschalten von Netzspannung an einen bzw. von einem Verbraucher gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der DE-Zeitschrift Elektronik 1972, Heft 4, Seiten 113, 114 bekannt. Bei dieser Schaltungsanordnung wird mit Hilfe eines Triacs Netzspannung an einen Verbraucher gelegt. Der Triac wird folgendermaßen angesteuert: Es werden durch einen Multivibrator hochfrequente Rechteckimpulse erzeugt, die mit Hilfe einer Torschaltung an einen Zündübertrager angelegt werden. Die Sekundärwicklung des Zündübertragers liegt im Steuerkreis des Triacs. Im Steuerkreis des Triacs fließt somit ein hochfrequenter Rechteckwechselstrom. Durch den hochfrequenten Rechteckwechselstrom wird der Triac eingeschaltet und damit der Verbraucher an die Netzspannung angelegt. Diese Schaltungsanordnung hat den Nachteil, daß über den Zündübertrager während der vollen Periode der hochfrequenten Rechteckimpulse Zündenergie übertragen werden muß.

Eine wettere ähnliche Schaltungsanordnung ist aus der DE-Zeitschrift Elektronik 1977, Heft 12, Seiten 37 und 38 bekannt. Dort ist zwar die Torschaltung mit einem Schalttransistor verbunden, in dessen Kollektorkreis die Primärwicklung des Zündübertragers liegt. Parallel zu der Primärwicklung des Zündübertragers ist jedoch eine Diode angeordnet. Im Gegensatz zu der ersten genannten Schaltungsanordnung wird hier nur eine Halbschwingung der Rechteckwechselspannung in den Steuerkreis des Triacs über den Zündübertrager übertragen, da der Schalttransistor nur während dieser Halbschwingung im leitenden Zustand ist Nur wenn diese Halbschwingung am Schalttransistor anliegt, fließt im Steuerkreis des Triacs ein Zündstrom. Nach dem Abschalten des Schalttransistors während der zweiten Schwingungshälfte wird die magnetische Energie im Steuerkreis des Triacs mit Hilfe der Diode, die parallel zur Primärwicklung des Zündübertragers liegt, sehr schnell abgebaut Ein Nachteil dieser Schaltungsanordnung besteht somit darin, daß von der hochfrequenten Rechteckwechselspannung nur während der einen Hälfte der Rechteckschwingung Zündstrom im Steuerkreis des Triacs erzeugt wird. Damit ist es nicht möglich, daß der Triac bei Anliegsn der ersten Rechteckwechselschwingung auf jeden FaJI gezündet bleibt

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Schaltungsanordnung zum An- bzw. Abschalten von Netzspannung an einen bzw. von einem Verbraucher anzugeben, die nur einen geringen Aufwand erfordert und die die oben angegebenen Nachteile der bekannten Schaltungsanordnungen vermeidet Die Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst

Der Zündübertrager wird somit ebenfalls unipolar angesteuert Nur während des Anliegens der einen Polarität der Impulse fließt durch die Primärwicklung des Zündübertragers, ein Strom und während dieser Zeit fließt auch im Steuerkreis des Triacs ein Strom, durch den der Triac gezündet werden kann. Gleichzeitig wird magnetische Energie im Zündübertrager gespeichert. Nach dem Offnen des Schalters baut sich die magnetische Energie des Zündübertragers über den Cteuerkreis des Triacs wieder ab, es fließt nun ein Strom in der anderen Richtung, durch den der Triac im gezündeten Zustand gehalten wird. Durch entsprechende Dimensionierung wird erreicht, daß der Triac während der gesamten Periodendauer der Impulse leitend gesteuert ist. Zweckmäßig wird das Tastverhältnis der Impulse ca. I : 2 eingesteiit

Vorteilhafte Ausgestaltungen dec Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 3 wird ein Spannungsanstieg am Verbraucher verhindert, wenn im Umschaltmoment des Hochfrequenztaktes der Laststrom im Leistungskreis des Haltestrom des Triacs noch nicht erreicht hat. Weiterhin wird eine hohe Spannungsteilheit am Verbraucher vermieden, wenn nicht im Nulldurchgang der Netzspannung ein- oder ausgeschaltet wird. Der Widerstand bildet zudem einen Schutz des Triacs, einen Sicherungsersatz, wenn der Verbraucher im Fehlerfall kurzgeschlossen wird.

Anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Figuren dargestellt ist, wird die Erfindung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansteuerschaltung für den Triac der Schaltungsanordnung,

F i g. 2 den Leistungsteil der Schaltungsanordnung.

F i g. 1 zeigt die Ansteuerschaltung der Schaltungsanordnung. Es ist ein Oszillator OS vorgesehen, mit dem hochfrequente Impulse, die Taktimpulse, erzeugt werden. Die Frequenz der Taktimpulse kann z. B. ca. IuOkHz sein. Da der Aufbau des Oszillators für die Erfindung nicht wesentlich ist, wird auf die Oszillatorschaltung nicht weiter eingegangen. Sie enthält einen Komperator KP, dessen einer Eingang mit einem Kondensator C2 verbunden ist und zu dessen anderem Eingang eine Rückkoppelung über einen Widerstand Rl erjplgt Die übrigen angegebenen Widerstände

dienen zur Einstellung des Arbeitspunktes des Komperators KP.

Die Taktimpulse werden mittels eines Verstärkers VST verstärkt und einer Torschaltung Di, im Ausführungsbeispiel einem NAND-Glied, zugeführt. Dem anderen Eingang des NAND-Gliedes D i wird ein Steuersignal 51 zugeführt

Der Ausgang des NAND-Gliedes D1 ist über einen Widerstand R9 mit einem Schalttransistor Vi verbunden. Der Emitter des Transistors Vi liegt an einem festen Potential, z.B. Null Volt Der Kollektor des Transistors Vi ist mit einer Primärwicklung eines Zündübertragers 7Ί verbunden. Die andere Anschlußklemme der Primärwicklung liegt an einem weiteren festen Potential von z. B. 5 Volt

Im Ausführungsbeispiel der F i g. 1 werden die Taktimpulse nicht nur dem NAND-Glied D i, sondern auch einem weiteren NAND-Glied D13 zugeführt Dieses entspricht vollständig dem NAND-Glied D i. An dem Ausgang des NAND-Gliedes D13 ist über einen Widerstand R 12 ein Schalttransistor VA angeordnet Dieser ist ebenfalls mit der Primärwicklung eines Zündübertragers T4 verbunden. Die mit den Transistoren Vi, V4 verbundenen Anschlußklemmen der Zündübertrager Ti, T4sind weiterhin über jeweils eine Diode V5, V8 mit einer Zenerdiode VIl verbunden, die an das feste Potential von z.B. null Volt angeschlossen ist Durch die Zenerdiode VIl wird in Verbindung mit den zur Entkopplung vorgesehenen Dioden V5 und VS erreicht, daß die Transistoren Vl und V4 bei unerwünschten Spannungsspitzen an den Primärwicklungen der Zündübertrager Ti und T 4 zerstört werden.

An den Steuereingang des NAND-Gliedes D13 ist ein Nulldurchgangsindikator NI angeschlossen. Mit Hilfe dieses Nulldurchgangsindikators NI wird festgestellt, wann die Wechselspannung durch den Nullpunkt geht. Dazu wird die Sekundärwicklung SK eines Netztransformators mit verwendet. An diese ist eine Gleichrichterschaitung mit Dioden V9 und VlO angeschlossen, durch die die Wechselspannung gleichgerichtet wird. Die gleichgerichtete Wechselspannung wird in einem Verstärker V5T1 verstärkt und einem Flip-Flop FF zugeführt. Das Flip-Flop wird gesetzt, wenn die Wechselspannung durch Null hindurchgeht und ein Steuersignal 52 ansteht. Der Ausgang des Flip-Flops FFist mit einem UND-Glied D2 verbunden. An dem anderen Eingang des UND-Gliedes 02 ist der Ausgang eines Inverters IV angeschlossen, an dessen Eingang das Steuersignal 5 2 anliegt.

Soll der Zündübertrager Γ4 angesteuert werden, so wird das Steuersignal S2 angelegt. Damit wird das UND-Glied D2 durchlässig gesteuert, so daß das von dem Flip-Flop FFkommende Signal zum NAND-Glied D13 bertragen verden kann. Das Zurücksetzen des Flip-Flops FF erfolgt ebenfalls mit Hilfe des Steuersignals 52.

Aus F i g. 2 ergibt sich der Aufbau des Leistungsteils der Schaltungsanordnung. Es sollen dabei die drei Phasen R, S, T eines Drehstromnetzes an einen Verbraucher, z.B. einem Motor M; angeschaltet werden. Dazu wird jeweils zwischen eine Phase und den entsprechenden Anschluß des Motors M eine Triacschaltung Ad, AC2, AC3 mit jeweils einem Triac V12, V13, V14 angeordnet

In dem Steuerkrsis des Triacs V12, V13, V14 der Triacschaltungen Ad, ACl, AC3 liegt jeweils eine Sekundärwicklung des Zündübertragers Ti. Weiterhin ist in dem Eingangskreis ein Widerstand R 27, R 28, R 30 angeordnet

Widerstände R 15, R\7, Λ 21 sind in Reihe zu den Triacs V12, V13, V14 vorgesehen. Parallel zu der Serienschaltung des Widerstandes R15 mit dem Triac V12 ist ein Kondensator C 3, parallel zur Serienschaltung des Widerstandes Λ 17 mit dem Triac V13 ein Kondensator C4 und parallel zu der Serienschaltung des Widerstandes R12 und des Triacs V14 ein Kondensator C5 angeordnet

Soll der Motor angesteuert werden, also die Netzspannung an ihn angelegt werden, dann wird das Steuersigna! 51 an das NAND-Glied Di angelegt Damit können die Taktimpulse vom Oszillator OS zum Transistor Vl geleitet werden.

Dieser wird durchlässig gesteuert in einem Zeitraum, in dem die Taktimpulse die eine Polarität haben. Es kann somit ein Strom von dem festen Potentiai +5 Volt über die Primärwicklung des Zündübertragers Tl und den Transistor Vl nach Null Volt fließen. Dadurch entsteht in der Sekundärwicklung des ZündL>ertragers Ti eine entsprechende Spannung, die einen S:rom durch die Triacs V12, V13, V14 auslöst Durch diesen Strom werden die Triacs V12, V13, V14 gezündet Gleichzeitig wird in dem Zündübertrager Tl magnetische Energi; gespeichert Dies geschieht in der aktiven Phase des Transistors V1, in der dieser leitend gesteuert ist

Sobald sich die Polarität des Taktimpulses ändert wird der Transistor Vl gesperrt, und es kann kein Strom mehr über ihn fließen. Die im Zündübertrager Tl gespeicherte magnetische Energie wird nun abgebaut, wodurch nun ein Strom im Steuerkreis der Triacs V12, V13, V14 in entgegengesetzter Richtung fließt Dieser in entgegengesetzter Richtung fließende Strom hält die Triacs in leitendem Zustand. Da keine neue Energie zugeführt wird, sinkt selbstverständlich der Wert des Zündstroms ständig ab, bis er einen Wert erreicht hat der zu klein ist, um die Triacs im leitenden Zustand zu halten. Dann werden die Triacs wieder gesperrt Durch entsprechende Dimensionierung der Schaltungsanordnung und des Zündübertragers kann erreicht werden, darf die Triacs V12, V13, V14 über den Steueranschluß den erforderlichen Zündstrom bis zum Ende einer Periode der Taktimpulse erhalten. Dann wird durch den nächsten Taktimpuls der Transistor V1 wieder leitend gesteuert, und der ganze Vorgang beginnt wieder von neuem.

Während der Zeit, in der die Triacs V12, V13, V14 leitend gesteuert sind, werden die entsprechenden Phasen R, S, T an den Motor M angelegt Sollen die Phasen R, S, T vom Motor abgeschaltet werden, dann wird das Steuersignal 51 abgeschaltet, das NAND-Glied D1 gesperrt und die Taktimpulse können nicht meh: zum Transistor Vl gelangen. Damit werden die Triacs V12, V13, V14 gesperrt, sobald der Motorstrom unter den Haltestrom der Triacs abgesunken ist.

Der Aufbau der Schaltungsanordnung ermöglicht sehr kleine Zündübertrager T, einen geringen Bauteileaufwand und garantiert trotzdem bei sehr kleinen, auch induktiven Lastströmen ein zuverlässiges Zünden. Durch die Widerstände R15, R17, R 21 im Leistungsteil wird ein Spannungsanstieg im Verbraucher verhindert, wenn im Umschaltmoment des Taktes der Laststrom den Haltestrom des Triacs noch nicht erreicht hat. Weiterhin verhindern diese Widerstände eine hohe Spannungssteilheit am Verbraucher, wenn nicht im Nulldurchgang der Netzspannung ein- oder ausgeschaltet wird. Schließlich bilden diese Widerstände einen

Schutz für die Triacs, wenn der Verbraucher im Fehlerfall kurzgeschlossen wird.

Sollen die Triacs nicht bei einer beliebigen Amplitude der Wechselspannung geschaltet werden, sondern nur beim Nulldurchgang, dann werden mit Hilfe des Nulldurchgangsindikators Nldie Taktimpulse erst dann an den Transistor angelegt, wenn die Wechselspannung durch Null geht. Damit werden die Triacs beim Nulldurchgang der Wechselspannung gezündet. Im Leistungsteil der Fig. 2 müssen dann einfach die Sekundärwicklungen, die im Steuerkreis der Triacs

f)

liegen, mit der Primärwicklung des Zündübertragers 7" 4 gekoppelt werden.

Im Ausführungsbeispiel sind für die Steuerung des Motors M drei Triacschaltungen ACi, ACl. ACi vorgesehen, jeweils eine Triacschaltung für jede Phase des Drehstromes. Es ist jedoch möglich und vorteilhaft, nur zwei Phasen über je eine Triacschallung an den Motor anzuschließen, die dritte Phase jedoch direkt — wie gestrichelt angedeutet — an den Motor M anzulegen. Der Sternpunkt des Motors wird dann nicht angeschlossen.

Hierzu 2 Watt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum An- bzw. Abschalten von Netzspannung an einen bzw. von einem Verbraucher mittels eines Triacs, bei der ein Oszillator hochfrequente Impulse erzeugt, die über eine Torschaltung der Primärwicklung eines Zündübertragers zugeführt sind, dessen Sekundärwicklung im Steuerkreis des Triacs liegt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Torschaltung (Dl, D13) und Zündübertrager (Tl, DA) ein Schalter (Vi, VA) angeordnet ist, dessen Schaltstrecke — in Reihe liegend mit der Primärwicklung — zwischen den Polen einer Gleichspannungsquelle vorgesehen ist, und daß der Schalter nur während des Vorliegens der einen Polarität der hochfrequenten Impulse geschlossen ist

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (Vi, VA) ein Schalttransistor ist, dessen Basis mit dem Ausgang der Torschaltung (Dl, D13) verbunden ist und dessen Kollektoremitterstrecke zwischen dem einen Pol der Gleichspannungsquelle und der einen Anschlußklemme der Primärwicklung des Zündübertragers (Ti, TA) angeordnet ist und daß die andere Anschlußklemme der Primärwicklung an dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle liegt

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Leistungskreis des Triacs V12, V13, V14) in Serie zum Triac ein Widerstand (R 15, R 17, R21) und parallel zu der Serienschaltuiig aus Triac und Widerstand ein Kondensator (C3, CA, CS) an/,-Ordnet ist.