DE3029182A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zum ansteuern eines triac im schalterbetrieb - Google Patents

Description

• Verfahren und Schaltungsanordnungen
• zum Ansteuern eines Triac im Schalterbetrieb Eie Erfindung betrifft ein Verfahren und Schaltungsanordnungen zum Ansteuern eines Triac im Schalterbetrieb mittels über Sensoren, Temperaturfühler, optoelektrische Bauteile, Druckfühler usw. befehligte Verstärkerschaltungen, beispielsweise zum Ein- und Ausschalten des durch eine elektrische Last fliegenden Netzwechselst-omes, weitgehendst unabhängig von einer positiven oder negativen auch während des Betriebes sich ändernden Phasenverschiebung zwischen Netzspannung und Laststrom.
• Derartige Ansteuerschaltungen haben den Zweck, den Komfort in einer Reihe von Anwendungsfällen bei elektrischen Geräten im Bereich des täglichen Klebens zu steigern und den Einsatz von Triacs bei Ausnutzung aller ihrer Vorteile anstelle mechanischer Schalterkontakte technisch und wirtschaftlich zu ermöglichen.
• Zum Ansteuern eines Triac im Schal terbe trieb sind einige Verfahren und viele dafür passende Schaltungen bekannt. Triacs werden z. B. mit einem, mehreren oder andauernden, im Vergleich zur Laststromhalbwelle meist sehr kurzen Triggerimpulsen, oder mit Gleichstrom im Durchsteuerzustand gehalten.
• In Betracht zu ziehen ist die Offenlegungsschrift des Deutschen Patentamtes Nr. 2406457 wom 14. 8. j5.
• Von allen bekannten Ansteuerverfahren eignen sich im Grunde nur zwei zum fortwährenden Zunden jeweils bei Stromnulldurchgang einer während des Betriebes sich ändernden Phasenverschiebung. Nur die Gleichstromzündung oder eine Zündung mit ständig in kurzen Abständen aufeinanderfolgenden Triggerimpul sen sichert einen praktisch ausgangsspannungsverlustlosen Triacbetrieb. Alle dazu bekannten Schaltungen haben jedoch den Nachteil, daß zur Bereitung der erforderlichen Steuerkleinspannung aus der Netzwechselspannung erheblicher Platzbedarf, bei spielsweise für Trenn- und Zündtrafo oder starke Wärmeabstrahlung bei z. B. ohmscher Spannungsteilung verursacht wird. Solche Schaltungen sind daher zum Einbau in kleine oder wärmeempfindliche Geräte, wie z. B. Lichtschalter oder Raumthermostate usw. wenig geeignet.
• Erdindungsgemäß wird ein Verfahren aufgezeigt, bei dem beispielsweise der Laststrom ( ) in Fig. 1 und Fig. 4 durch einen sinus-, rechteck- oder trapezähnlichen Steuerwechselstrom, letzterer dargestellt in Fig. ? und Fig. 4 als (ist ), mit gleicher Frequenz wie die Netzwechselspannung( aN ) in Fig. 1 und Fig. 4,nur gegenüber dieser um annähernd eine viertel Periode zeitlich voreilend, im Triac gezündet wird.
• Fig. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung aus einer Reihe möglicher Schaltungen zur Anwendung des erfindungsgemäß genannten Verfahrens. Im linken Teil der Schaltungsanordnung, in Fig. 4 links der Klemmenlinie (21 bis 26), wird der erforderliche Steuerstrom durch den Kondensator (c 1) und den Widerstand (R 1) der Größe nach begrenzt und gegenüber der Netzwechselspannung um annähernd eine viertel Periode zeitlich voreilend phasenverschoben und von der an denf/- Anschlüssen des Brückengleichrichters (BG 1)angeschlossenen Zenerdiode(ZD 1) zur rechteck bzw. trapezähnlichen Form abgekappt. Der Ladekondensator(0 2) hält eine relativ konstante Gleichspannung in Höhe der Zenerdiodenspannung zur Speisung über Klemme (11 u. 12) in Fig. 4 bekannter sensor-, temperatur-, licht-, druck- usw. befehligter Verstärkerschaltungen (VS 1); das befehlsauslösende Bauteil wird an das Klemmenpaar (13) an (VS 1) in Fig. 4 angeschlossen. Im mittleren Teil der Schaltungsanordnung, Fig. 4, zwischen Klemmenlinie (21 bis 26) und (31 bis 36) erfolgt die Sperrung bzw. Durchschaltung des Steuerwechselstromes zum Triac-Steueranschluß mittels Transistor (T 1) in Emitterbasisschaltung, außerdem bewirkt der Brückengleichrichter (BG 2) einen gleichstromigen Pluß im Transistor (T 1), sowie die Synchronisierung der netzperiodischen Potentialsprünge zwischen Ausgang Verstärkerschaltung Fig. 4, Klemme (15) und Basis(T pt ,ig. 4, Klemme (24), welche der Brückengleichrichter (BG 1) verursacht.
• Der rechte Teil der Schaltungsanordnung Pig. 4 rechts der Klemmenlinie (31 bis 36) zeigt eine allgemein übliche Serienschaltung von Triac und elektr. Last.
• Bei der dargestellten Schaltung (Fig. 4) kann Phase und Mittelpunktsleiter eines Wechselstromnetzes beliebig angeschlossen und gewechselt werden. Die Last kann von cosg= = (-0,5) über 0 bis cosf = (+0,5) variieren.
• Das erfindungsgemäß genannte Ansteuerverfahren hat den Vorteil, daß der Nulldurchgang des Steuerwechselstromes auch bei größeren in der Praxis nur selten vorkommenden Phasenverschiebungen entsprechend com? = (+ 0,5) immer noch bei 70 ß des Laststrom-Effektivwertes liegt und bei rein ohmscher Last sogar bei 140 .
• Nur in Pällen extrem kleiner Lasten, je nach Triac-Typ kleiner als ca. 5 bis 100 mA Stromaufnahme ist es ratsam, zur Vermeidung von Uriac-Haltestromunterschreitungen während des Polaritätswechsels des Steuerwechselstromes das mittlere Teil in Fig. 4 durch Fig. 5 zu ersetzen und damit das bekannte Gleichstrom-Zündverfahren mittels (iS =) in Fig. 3 und Fig. 5 anzuwenden.
• Wegen der großen Blindstromkomponente in (O 1) weist das erfindungsgemäß dargestellte Verfahren in der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 im Ansteuerteil, d. h. links der Klemmenlinie (31 bis 36) bei gleichen Bedingungen nur 5 ffi - 10 an Wärmeabstrahlung auf, als z. B. die ohmsche Spannungsteilerschaltung für einen modernen integrierten Nullspannungsschalter und wegen Ausnützung beider Halbwellen etwa nur die Hälfte der verlustärmsten Schaltung aus der in Betracht gezogenen Offenlegungsschrift Nr. 2406457.
• Bei Anwendung der Anpassungsschaltung nach Fig. 5 bleibt der letztgenannte Vorteil teilweise erhalten, wenn von einer Verstärkerschaltung (VS 1) in Fig. 4 mit mehreren Schaltverstärkern mehrere riacs, z. B.
• 3 Stück, gleichzeitig über separate Anpassungsstufen nach Pig. 5 angesteuert werden, was unter anderem in Serien oder Gruppenschaltern, Drehstromschützen, Folgethermostate usw. ausnutzbar ist.
• Sowohl bei dem erfindungsgemä3 beschriebenen Verfahren zur Triacansteuerung mittels phasenverschobenem Wechselstrom, als auch mit der beschriebenen Schaltung zur Ansteuerung mit Gleichstrom sind keine besonderen Maßnahmen zur Dämpfung von Hochfrequenzstörungen während des Betriebes nötig, da der Laststrom nach Ende und Beginn einer jeden Wechselstrom-Halbwelle, abgesehen vom Einschaltvorgang, praktisch absolut ohne jeglichen Sprung bei Null beginnt bzw. endet.
• Ansprüche:

Claims (1)

1. Patentansprüche: f A X Verfahren und Schaltungsanordnungen zum Ansteuern eines Triac im Schalterbetrieb, beispielsweise zum Ein- und Ausschalten des durch eine elektrische Last fließenden Netzwechselstromes, weitgehendst unabhängig von einer positiven oder negativen, auch während des Betriebes sich ändernden Phasenverschiebung zwischen Netzspannung und Laststrom, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Steuerelektrode des Triac mit einem sinus-, rechteck- oder trapezformähnlichen Wechselstrom, mit gleicher Frequenz wie die Netzwechselspannung, nur gegenüber dieser um annähernd eine viertel Periode zeitlich voreilend phasenverschoben, gesteuert wird. Letztere Steuerstromform ist aufgezeichnet in Fig. 2 als (dSN ) 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß aus dem Steuerwechselstrom vor Eintritt in die Steuerelektrode des Triac ein Teilstrom, zur Speisung eines oder mehrerer mittels Sensoren, Temperaturfühler, optoelektrische Bauteile, Druckfühler usw. befehligte bekannte Verstärkerschaltungen (VS 1) in Fig. 4, vornehmlich aufgebaut mit integrierten Operationsverstärkern, gleichgerichtet wird.

   3.- Schaltungsanordnungen zum Ansteuern eines Triac im Schal terbe trieb mittels über Sensoren, Temperaturfühler, optoelektrischen Bauteilen, Druckfühler usw.

   befehligte Schaltverstärker, beispielsweise zum Ein-und Ausschalten des durch eine elektrische Last fließenden Netzwechselstromes, weitgehendst unabhängig von einer positiven oder negativen, auch während des Betriebes sich ändernden Phasenverschiebung zwischen Netzspannung und Laststrom, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sich mit diesen, die in Anspruch 1 und 2 genannten Verfahren zur Ansteuerung von Triacs realisieren lassen, beispielsweise in einer Schaltung nach Fig. 4, im linken Teil, links der Klemmenlinie (21 bis 26), aufgebaut aus einem Kondensator (C 1) und einem Widerstand (R 1) zur Steuerstrombegrenzung und Phasenverschiebung und einem Brückengleichrichter (BG 1) mit Zenerdiode (ZD 1) und Ladekondensator (C 2) zur Bereitung der Speisegleichspannung für die Verstärker-Schaltung (VS 1), anschließend im mittleren Teil zwischen der Klemmenlinie (21 bis 26) und der Klemmenlinie (31 bis 36) bestehend aus einem Brückengleichrichter (BG 2), einem Transistor (T 1) zur Unterbrechung, in Serie mit einem Widerstand (R 2) zur Begrenzung und einer Leuchtdiode ( L E D) zur optischen Anzeige des Triacsteuerwechselstromes und damit zur Erkennung des durch die elektr.

   Last fließenden Stromes im rechten Teil, rechts der glemmenlinie (31 bis 36), welcher eine allgemein übliche Serienschaltung von Triac und Last, direkt an Netzspannung angeschlossen, darstellt.

   4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, jedoch für sehr kleine, im Bereich des Triac-Haltestromes aufnehmende Lasten, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß anstelle des mittleren Teiles der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 ein Schaltungsteil nach Fig. 5 angeordnet und damit der Steuerwechselstrom, halbwellig positiv an Klemme (22) und halbwellig negativ an Klemme (25) anstehend, bei durchgesteuertem Transistor T 2 über LED-Diode, Kondensator C 6 und Widerstand R 3 geglättet, angezeigt und in die Triac-Steuerelektrode geleitet wird.

   5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 und 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Verstärkerschaltung (VS 1) mehrere separat befehligte Verstärker beinhaltet, denen befehlende Sensoren über weitere Klemmenpaare wie 13 an (VS 1) in Fig. 4 zugeordnet sind, mit welchen ebenso viele separat schaltbare Triacs über mehrere jeweils zugehörige mittlere Schaltungsteile mit Transistoren wie (D 1) in Fig. 4 oder (T 2) in Fig. 5 ansteuerbar sind.

   6. Schaltungsanordnungen nach Anspruch 3 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Transistoren, Dioden und Brückengleichricliter mit entgegengesetzter Polarität, als in Pig. 4 und 5 gezeichnet, eingebaut sind und daß die Widerstände (R 1, R 2, und R 3) in Fig. 4 und Fig. 5 auch den Wert Null Ohm annehmen können.