DE2926259C2

DE2926259C2 - Zündsignalübertragungseinrichtung

Info

Publication number: DE2926259C2
Application number: DE2926259A
Authority: DE
Inventors: Walter Ing.(grad.) 6843 Biblis Uher; Bernd Dipl.-Ing. Dr. 6941 Laudenbach Weissenborn
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1979-06-29
Filing date: 1979-06-29
Publication date: 1982-06-09
Also published as: DE2926259A1; SE8004689L; GB2055507A; FR2460568A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündsignslübertragungseinrichtung, bei der das Signal von einer Sendeelektrode optisch auf eine Empfangselektrode übertragen wird und liegt auf dem Gebiet der industriellen Steuerungstechnik, beispielsweise bei der Ansteuerung von Thyristoren.

Optoelektronische Koppelelemente dienen vorwiegend der galvanischen Trennung von zwei Schaltkreisen, die sich auf unterschiedlichem Spannungspotential befinden. Die optische Signalübermittlung erfolgt dabei mittels einer Leuchtdiode als Sender (Strahler) und einem Detektor (Fototransistor) als Empfänger. Die erzielbaren Potentialdifferenzen zwischen Sender und Empfänger hängen nicht nur von den Koppelelementen, sondern auch von den konstruktiven Lösungen, der Art der Schaltung und den Umweltbedingungen ab. Neben einem Koppelfaktor, hoher Grenzfrequenz bzw. kurzer Ansprechzeit und hoher Isolationsspannung werden die Eigenschaften von Optokopplern besonders durch den fertigungsgerechten Aufbau (Aufbau- und Gehäusetechnologie) geprägt.

Je nach Anwendung werden deshalb Optokoppler in hermetisch verschlossenen Metallgehäusen oder in Kunststoffgehäusen gebaut. Auch die Beschallung der Anschlüsse ist mehr oder weniger von der Anwendung her bestimmt, mit der Einschränkung, daß zum Erreichen von Isolationsspannungen im Kilovoltgebiet ein gewisser Mindestabstand zwischen den äußeren Anschlüssen notwendig ist. Ein hoher Koppelfaktor setzt die Verwendung von Infrarot-Emittern mit hohem Strahlungsfluß und von Fototransistoren mit hoher Infrarotempfindlichkeit voraus. Außerdem muß dafür gesorgt sein, daß das vom Sender emittierte Licht möglichst vollständig vom Fototransistor gesammelt wird. Dies geschieht z. B. durch Anwendung des Lichtleiterprinzips oder durch Bündelung des Strahlenganges mit linsenförmigen Elementverkapselungen. Es kann so eine fast vollständige Sammlung der Strahlung auch bei relativ großen Emitter-Empfängerabständen erreicht werden, so daß gleichzeitig neben dem hohen Koppelfaktor eine hohe Isolationsspannung gewährleistet ist.

Die allgemeinen Eigenschaften von Optokopplern, Spannungsfestigkeit, Übertragungsfaktor, Schaltgeschwindigkeiten, Fehlermöglichkeiten und dergleichen sind aus »elektrotechnik« Heft 1/2, 1979, Seiten 10 bis 12, bekannt.

Thyristoren in Wechselrichtern werden zur Potentialtrennung über Impulsübertrager angesteuert. Mit den heutigen Impulsübertragern ist eine Potentialtrennung bis zu 3,5 kV-Nennisolationsspannung möglich. Zündsignalübertragungseinrichtungen für höhere Spannungen lassen sich deshalb nur noch mit optischen Mitteln verwirklichen. Optokoppler für Nennspannungen oberhalb 5 kV und eine Anstiegszeit von ungefähr 1 μβεο j sind aber noch nicht auf dem Markt erhältlich.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Optokoppler zu schaffen, der anstelle herkömmlicher Impulsübertrager bei selbst- und netzgeführten Stromrichtern eine Zündsignalübertragung auch bei hoher ίο Nennspannung und kurzer Anstiegszeit ermöglicht

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zwischen der Sendeelektrode und der Empfangselektrode eine U-förmige Glasplatte angeordnet ist Diese Sendeelektrode befindet sich innerhalb der U-förmigen Glasplatte und die Elektroden sind auf das Glas aufgekittet

Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Zündsignalübertragungseinrichtung ist besonders die einfache und kostengünstige Bauform. Die Sende- und die Empfangsdiode sitzen sich so dicht gegenüber, daß eine mögliche Fremdlichtbeeinflussung sehr gering bleibt bzw. daß sich ein zusätzlicher Schutz vor Fremdlicht erübrigt. Wird eine weitere Erhöhung der Nennspannung gefordert, läßt sich dies in vorteilhafter Weise leicht durch eine Verlängerung der Weglänge der U-förmigen Glasplatte erreichen. Durch die bauliche Anordnung ergibt sich weiterhin eine hohe empfangene Strahlungsleistung bei der Fotodiode (bzw. Fototransistor), so daß der dadurch erzielbare höhere Strom zu einer Vereinfachung der nachfolgenden Schaltung führt

Ein Ausführungsbeispiel für den Erfindungsgegenstand wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Bei den bekannten optischen Signalübertragungseinrichtungen hängt die Isolationsfestigkeit zwischen Ein- und Ausgang zum einen vom Abstand zwischen der Sendeelektrode (LED-Strahler) und Empfangselektrode (Fototransistor) und zum anderen von den Lichtübertragungsmedien und dem Material des die Elektroden umgebenden Gehäuses ab.

Zur En eichung einer hohen Spannungsfestigkeit bei schneller Anstiegszeit besteht die erfindungsgemäße Zündsignalübertragungseinrichtung aus einer U-förmig gebogenen Glasscheibe, wobei in den U-förmig gebogenen Teil die Sendeelektrode (Leuchtdiode) eingebaut ist. Die Sendeelektrode ist mit 1, die Glasscheibe mit 3 und die Empfangselektrode (vorwiegend Fotodiode oder Fototransistor) mit 2 bezeichnet.

Als Isoliermaterial zwischen Sendeelektrode 1 und so Empfangselektrode 2 wird ein spezielles ionenfreies Glas verwendet, das eine gute Durchlässigkeit für die Infrarotstrahlung der Leuchtdiode aufweist. Bei einfachen Anwendungsfällen, bei denen keine Anstiegszeiten von kleiner 200 nsec für die Zündimpulsübertragung von Thyristoren gefordert wird, kann anstelle des U-förmigen Glases auch eine einfache ebene Glasscheibe verwendet werden. Auch der Einsatz anderer anorganischer glimmbeständiger Isoliermaterialien ist möglich.

Die mechanische Anordnung der Elektroden auf dem U-förmigen Glas erfolgt durch Kleben, Kitten oder Verklemmen. Ein Eingießen der Leuchtdiode mittels Harz in den U-förmigen Teil ist aber auch denkbar.

Durch das direkte Befestigen von Sende- und Empfangsdiode auf der Glasscheibe 3 sitzen sich die beiden Elektroden derart dicht gegenüber, daß sie sich gegenseitig gegen Fremdlicht abschatten. Die störende Fremdlichtbeeinflussung ist aus diesem Grunde sehr

gering, was zusätzliche Kosten einspart Eine weitere Erhöhung der angelegten Spannung läßt sich leicht durch Verlängerung der Weglänge des U-förmigen Glases erreichen. Durch halbleitende Beläge (beispielsweise durch Leitlack) können unkontrolliei ί auftretende Glimmspannungen abgeführt werden, εο daß sich die geforderten hohen Nennspannungen einfach beherrschen lassen. Die halbleitenden Belage können ebenfalls noch zur Fremdlichtabschattung hinzu gezogen werden. Selbstverständlich ist die Anordnung der Elektroden gemäß der Zeichnung variabel. Es kann also auch anstelle der Leuchtdiode 1 die Empfangselektrode 2 in dem U-förmigen Glas angeordnet sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zündsignalübertragungseinrichtung, bei der das Signal von einer Sendeelektrode optisch auf eine Empfangselektrode übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Sendeelektrode (1) und der Empfangselektrode (2) eine U-förmige Glasplatte (3) angeordnet ist

2. Zündsignalübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Sendeelektrode (1) innerhalb der U-förmigen Glasplatte (3) befindet und daß die beiden Elektroden (1,2) auf das Glas aufgekittet sind.