DE3015301A1

DE3015301A1 - Zuendeinrichtung fuer thyristoren und triacs

Info

Publication number: DE3015301A1
Application number: DE19803015301
Authority: DE
Inventors: Valentin Dipl.-Phys. 8000 München Magori
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-04-21
Filing date: 1980-04-21
Publication date: 1981-10-29
Also published as: JPS56165376A

Description

Zündeinrichtung für Thyristoren und Triacs.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündeinrichtung für Thyristoren und Triacs, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist.
Für das Zünden von Thyristoren mit Hilfe einer vom Thyristor galvanisch entkoppelten Steuerelektronik ist es bekannt, zwischen dem jeweiligen Thyristor und der Steuerelektronik einen Übertrager mit zwei galvanisch nicht miteinander verbundenen -4icklungen zu verwenden.
Für denselben Zweck kann auch ein optoelektronisches Koppelelement verwendet werde.
Bei der Verwendung eines wie angegebenen Übertragers ist es notwendig, derjenigen (Sekundär-)Wicklung des Übertragers, die mit der Zündelektrode des Thyristors verbunden ist, einen Kondensator parallel zu schalten, danit von der Ausgangsseite bzw. der Lastseite des Thyristors her eingespeiste Störsignale den Thyristor huber die Gitter-Anodenkapazität desselben nicht zur Zündung kommen lassen.
Ein solcher Kondensator ist ein zusätzlicher Aufwand.
Für den Fall der Verwendung eines optoelektronischen Koppelelementes ist auf der Selcundärseite noch eine Hilfs-Spannungsversorg'g vorzusehen, die noch größeren zusätzlichen Aufwand bedeutet.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine solche Zündeinrichtung mit galvanischer Entkopplung anzugeben, die mit eInem minimalen technischen Aufwand realisierbar ist und die insbesondere keine Zusätze, z.3. wie oben beschrieben, benötigt.
Diese Aufgabe wird mit einer Zündeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Aus der DE-PS 23 14 420 ist eine mechanisch zu betätigende Taste bekannt, deren Wandlerelement aus piezoelektrischer Keramik besteht, und zwar aus einem dünnen Plättchen bzw. einer Folie mit eier Dicke von z.3. nur 0,15 mm und einer Fläche von ca. 1 cm². Mechanischer Druck auf dieses Wandlerelement erzeugt in diesem eine elektrische Spannung, die an den Wandler-Ausgangsklemmen zur Schaltung eines nachfolgenden Elementes zur Verfügung stehet.
Für die Ansteuerung bzw. für das Zünden eines Thyristors und/oder eines Triacs wird eine elektrische Leistung von ca. 10 mW bei ca. 2 Volt Spannung benötigt.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß eine solche Zündleistung auf der Ausgangsseite eines wie für die angegebene Taste verwendeten Plättchens aus Piezokeramik entnommen werden kann, und zwar mit einer elektrischen Spannurg von einigen Volt, wie dies für das Zünden eines Thyristors erforderlich ist. 3ei der Erwindung wird Jedoch die Eingangsseite statt mittels eines Druckes durch ein angelegtes elektrodisches Signal angeregt. Für dieses elektrische Anregungssignal wird eie nur etwa um das 4-fache größere Eingangslesturz benötigt, da eine wie erfindungsgemäße Vorrichtung mit piezokeramischem Plättchen einen Wirkungsgrad von wenigstens 25% zwischen Eingang und Ausgang hat.
Die auf der Eingangsseite angeschlossene Steuerelektronik, z.B. ein Mikroprozessor, liefert diese elektrische Leistung mit einer Spannung von ebenfalls nur wenigen Volt, so daß eingangs- und ausganssseitig in der Größenordnung etwa gleich große Spannungswerte auftreten.
Die erfindungsgetrße Vorrichtung In der Zündeinrichtung kann mit einem Impulssignal, insbesondere Rechteckimpulssignal, und auch mit einem Wechselspannungssignal gespeist werden. Es ist auch möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer elektrischen Spar.nung langsam aufzuladen und einen nachfolgend vorzusehenden Kurzschluß der Eingangsseite, nämlich die fast schlagartige Änderung des Aufladungszustandes der Eingangsseite, als Eingangssignal für die Erzeugung eines Ausgangs-Zündsignels zu verwender.
Weitere Erläuterungen der Erfindung genen aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung hervor, zu denen die Figuren gehören.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig.2 zeigt eine Ausführungsform mit doppelten Ausgangselektrodenpaaren zur Zündung eines anstelle eines Triacs verwendeten antiparallelen Thyristorpaares.
Fig.3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in eier eingangsseitigen Gegentaktschaltung und Fig. 4 zeigt die Schaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei Ausgangselektrodenpaaren zur Zündung eines antiparallelen Thyristorpeares.
In Fig.1 ist mit 1 eine Scheibe mit z.B. 20 mm Durchmesser und z.3. 0,1 bis 0,2 min Dicke aus piezoelektrischer Keramik bezeichnet. Bei der piezoelektrischen Keramik handelt es ach z.3. un ein als Bleizinonattitanat bekanntes material, das wie das noch bekanntere, ebenfalls in Frage kommende Bariumtitanat durch Sinterung zu einem Keramitkörper hergestellt wird. Dieses Plättchen bzw. diese Folie 1 hat auf ihren beiden Oberflächen, von denen in der Darstellung der Fig.1 nur die eine Oberfläche zu sehen ist, je eine Elektrode.
Diese Elektroden sind eine kreisrunde Elektrode 3 und eine ringförmige Elektrode 4, die konzentrisch zueinander sind. Zu der Elektrode- 3 gehört eine praktisch gleich große, auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Plättchens 1 befindliche Gegenelektrode, die oeide zusamen ein Elektrodenpaar, z.B. das Eingangselektrodenaar, bilden. Der Elektrode 4 liegt eine entsprechende ringförmige Gegenelektrode auf der anderen Oberflächenseite des Plättchens 1 gegenüber.
Diese Elektroden sind vorzugsweise auf der Keramikoberfläche angebrachte Metallisierungsschichten. Sie bestehen z.B. aus Einbrennsilber, wie dies für Elektroden auf Keramik üblich ist.
Mit 5 ist eine auf der Oberfläche des Plättchens 1 angebrachte Kontaktfahne als Anschluß für die Elektrode 3 bezeichnet. tEt 6 ist die Anschlußfthne der zur Elektrode 3 gehörenden Gegenelektrode der Rückseite bezeichnet; soweit die Anschlußfahne 6 auf der Rückseite des Plättchens 1 verläuft, ist sie gestrichelt dargestellt. Mit 7 ist eine an dem Keramikplättchen 1 angebrachte Anschlußfahne der Elektrode 4 und mit 8 die entsprechende weitere Anschlußfahne der rückwärtigen, zur Elektrode 4 gehörenden ringförmigen Gegenelektrode bezeichnet. Die Anschlußfahnen 5 bis 8 bilden Anschlußkontakte, mit denen des mit Elektroden versehene Pl-ttchen 1 als fertiges Bauelement einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in die Schaltung mechanisch und elektrisch eingesetzt werden kann. Gestrichelt Ist mit 9 die eingangsseitlge Steuerelektronik bezeichnet und das mit 10 bezeichnete gestrichelte Kästchen deutet auf Ausgangsseite mit de darIn enthaltenen Thyristor hin.
Fig. 2 zeigt ein den Keramikplättchen 1 entsprechendes rechteckiges Plättchen 11 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Lärge von z.3. 20 bis 25 m und einer Breite von 15 mn. Mit 13 ist eine streifenförmige Elektrode bezeichnet, die sich auf der vorderen Oberfläche des Plättchens 11 befindet. Mit 12 und 14 sind zwei weitere entsprechende Elektrodenstreifen bezeichnet. Zu den Elektrodenstreifen 12, 13 und 14 Gehören wie beim Beispiel der Fig. 1 entsprechende Gegenelektroden auf der Rückseite des Plättchens 11, wobei wie ebenfalls beim Beispiels der Fig.1 sic die Flächen von Elektrode und Gegenelektrode wenigstens im wesentlichen decken. Mit 15 und 16 sind Anschlußfahnen bezeichnet, die den Anschlußfahnen 5 und 6 der Fig.1 entsprechen.
Die Anschlußfahnen der aus jeweils Elektrode 12 bzw.
14 und der Gegenelektrode gebildeten Elektrodenpaare der Ausgangsseite sind mit 17 und 18 bzw. 19 und 20 bezeichnet. Mit 9 ist wieder die Eingangssteuerelektronik und mit 10' ist die Ausgangsschaltung mit antlparallelen Thyristoren bezeichnet, die anstelle eines einzelnen Triacs dessen Funktion im Zusammenwirken mit einer wie erfindungsgemäßen Vorrichtung übernehmen können.
Die Dicke des Keramikplättchens bzw. der Keramikfolie 11 beträgt wiederum beispielsweise 0,1 bis 02 mm.
In Fig.3 ist ein Prinzipschaltbild für die Schaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung angegeben. Dieses Schaltbild ist für den speziellen Fall einer Gegentaktansteuerung mit den zwei Schalterfunktionen 31 und 32 in der Steuerelektronik 9 ausgestaltet.
Mit 3 und mit 3' sind die Elektroden des eingangsseitigen F-.lektrodenpaares bezeichnet, von denen in Fig.1 die Gegenelektrode 3' nicht sichtbar ist. Mit 5 und 6 sind die Leitungen bezeichnet, die in Fig.1 als Anschlußfahnen beschrieben sind. Die übrigen Bezugszeichen 1, 4, 4', 7 und 8 beziehen sich ebenfalls auf Fig.1 und sind dort bereits als Kersmikplättchen, Ausgangselektrodenpaar und Anschlußfahnen beschrieben. Die Gegentaktschaltung der Fig. 3 geht in eine Eintaktschaltung über, wenn die Schalterfunktion 32 weggelassen und die Schalterfunktion 31 ein einfacher Ausschalter ist und die Anschlußfahne 6 auf festem Potential bzw. Masse liegt.
Bei Anliegen einer Eingangsspannung U wird in der einen Schalterstellung das piezokeramische material zwischen den Elektroden 3 und 3' in der einen Richtung, mit einen Kondensator zu vergleichen, aufgeladen. Bei Umschalten der Schalterfunktion 31 und 32 erfolgt eine Umladung zwischen den Elektroden 3 und 3', die zu einem piezoelektrisch erzeugten akustischen Signal in dem Plättchen 1 führt. Dieses akustische Signal erzeugt in den Elektroden 4 und 4' eine Ausgangsspannung, die dann dem Thyristor in der Ausgangsschaltung 10 als Zündspannung zugeführt wird.
Der bereits erwähnte Eintaktbetrieb erzeugt auf der Eingangsseite einen Wechsel zwischen Aufladung des Elektrodenpaares 3, 3' und Kurzschluß desselben mit der entsprechenden Erzeugung des akustischen Signals in dem rerainIkplättchen 1.
Fig. 4 zeigt ein Prinzipschaltbild zu einer Ausführungsform nach Fig.2 mit dem eingangsseitigen Elektroderp3ar 13, 13' und den beiden ausgangsseitigen Elektrodenpaaren 12, 12' und 14, 14@ . Die beiden Elektrodenpaare 12, 12' und 14, 14' sind voneinander elektrisch isoliert angebracht, indem ein ausreichend großer Abstand zwischen 12 und 14 und 12' und 14' eingehalten ist. Die galvanische Entkopplung wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch den Abstand z-iischer der eingargsseitigen Elektrodenpaar 3, 3; 13, 13' einerseits und dem einen oder den mehreren ausgangsseitigen Elektrodenpaaren 4, 4' bzw. 12, 12' und 14, 14' bewirkt Das piezokeramische Material des Plättchens 1 bzw. 11 ist elektrisch isolierend und im Plättchen 1 bzw. Plättchen 11 wird das Signal mit Hilfe einer akustischen Welle der tragen Ein wie dargestelltes impulsförmiges Eingangssignal 91 in der Eingangssteuerelektronik 9 erzeugt zwischen den Elektroden 13, 13' die erwähnte akustische Welle, die zwischen den ausgangsseitigen Elektrodenpaaren 12, 12' und 14, 14' je ein wiederum voneinander galvanisch entkoppeltes Signal liefert, die voneinander getrennt dem einen Thyristor 100 und dem anderen Thyristor 101 zugeführt werden. Beide Thyristoren 100 und 101 werden praktisch gleichzeitig gezündet. Diese antiparallelen Thyristoren können damit die Funktion eines Triacs übernehmen, dessen Verwendung demgegenüber weniger bevorzugt ist.
Eine Vorrichtung nach Fig.1 bzw. nach dem Schaltungsprinzip der Fig.3 - sowohl in Eintakt- als auch in Gegentakt-Betrieb - kann für die Zündung sowohl eines Thyri- stors als auch eines Trlacs verwendet werden.
Um dem VDE-Bestimmungen fiir 220 Volt Netzbetrieb zu entsprechen, genügt zwischen den eingangsseitigen und den ausgangsseitigen Elektrodenpaaren ein Abstand von ca. 5 mm.
Wie bereits oben erwähnt, ist die auf der Eingangsseite in der Regel in Frage kommende Eingangs spannung in etwa gleicher Größenordnung bis nahe gleich groß wle die ausgangsseitige Zündspannung für den einen Thyristor bzw. Triac oder für die beiden Thyristoren in Parallelschaltung. Dementsprechend ist bei einheitlicher Dicke des Plättchens 1; 11 die Fläche der Elektrode 3 etwa gleich groß der Fläche der Elektrode 4 bzw. die Fläche der Elektrode 13 etwa gleich groß wie die Elektrode 12 und wie die Elektrode 14 zu wählen.
Solcne wie für die Erfindung verwendete Plättchen bzw.
Folien aus Piezokeramik werden nach dem bekannten Folien-Ziehverfahren hergestellt, nach dem auch die piezoelektrischen Körper der Piezotaste der oben genannten DE-PS erzeugt werden.
5 Patentansprüche 4 Figuren

Claims

Patentansprüche: X Zündeinrichtung zur Thyristoren und Triacs mit galvanischer Entkopplung von Eingangs steuerelektronik und Thyrlstor bzw. Triac, g e k e r n z e i c h n e t durch eine Vorrichtung mit einen Plättchen (1,11) aus piezokeramischem Material, auf dessen einer Oberfläche wenigstens zwei Elektroden (3, 4; 13, 12, 14) und auf dessen gegenüberliegenderOberfläche eine gleich große Anzahl von Gegenelektroden (3t, 4t; 13', 12', (14') angeordnet sind, wobei Elektrode (3, 4, 12, 13, 14) und Gegenelektrode (3', 4', 12', 13', 14') eines Elektrodenpaares sich jeweils im wesentlichen deckungsgleich gegenüberliegen, wobei wenigstens zwei Elektroden (3, 4; 13, 12 bzw. 14) der einen Oberfläche des Plättchens (1, 11) einen für die galvanische Entkopplung ausreichenden elektrischen Isolationsabstand voneinander haben, und dadurch, daß ein Elektrodenpaar (3, 3', 13', 13') als Eingangselektrodenpaar mit der Steuerelektronik verbunden ist und daß das eine oder die mehreren weiteren Elektrodenpaare (4, 4'; 12, 12', 14, 14l) als jeweiliges Ausgangselektrodenpaar nt der Zündelektrode des einen Triacs oder des einen oder der mehreren Thyristoren verbunden ist (sind).
2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, g e k e n n -z e i c h n e t dadurch, daß auf beiden Oberflächen des Plättchens (1, 11) wenigstens zwei Elektroden (3,4, 3',4';13,12 bzw. 14, 13',12' bzw. 14'), die zu wenigstens zwei Elektrodenpaaren (3, 3', 4, 4', 13, 13', 12, 12', 14, 14') gehören, einen für die galvanische Entkopplung ausreichenden elektrischen Isolationsabstand voneinander haben.
3. Zündeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, g e k e n nz e i c h n e t dadurch, daß ein Eingangselektrodenpaar (13, 13') und zwei Ausgangselektrodenpaare (12, 12', 14, 14') vorgesehen sind, von denen die Ausgangselektrodenpaare mit der jeweiligen Zündelektrode je eines Thyristors (101, 100) verbunden sind die in sntiparalleler Schaltung geschaltet sind.
4. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, g e -k e n n z e i c h n e t dadurch, daß die Elektroden (3, 4) der jeweiligen Oberflächenkreissymmetrisch zueinander angeordnet sind.
5. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, g e -k e n n z e 1 c h n e t dadurch, daß die Elektroden (12, d3, 14) als Streifen auf der Oberfläche des Plättchens (11) angeordnet sind