DE3201617C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Übertragung von Eingangssignalen auf ein elektronisch an­ steuerbares Bauelement nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Aus der DE-OS 25 35 698 ist eine Vorrichtung zur potential­ freien Eingabe von Gleichspannungssignalen mit eingangssei­ tigem Schwellwertschalter bekannt, die bei der Übertragung von digitalen Signalen Anwendung findet, beispielsweise bei der zeitmultiplexen Wendezugsteuerung.

Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung wird an die Ein­ gangsklemmen eine Gleichspannung angelegt, welche bei Be­ tätigen des Schalters über einen Widerstand den Kondensa­ tor nach einer e-Funktion auflädt. Nach einer bestimmten Zeit erreicht die Spannung über den Kondensator die Zünd­ spannung einer diesem parallel geschalteten Triggerdiode, welche bei Erreichen dieser Zündspannung schlagartig durch­ schaltet und den Kondensator über die Primärseite eines Trenntransformators entlädt. Der Entladeimpuls des Kon­ densators wird so auf die Sekundärseite des Transformators übertragen. Nach Abklingen des Entladestroms aus dem Kon­ densator löscht die Triggerdiode, so daß sich der Konden­ sator wieder auflädt. Die schwingende Anordnung dieser Schal­ tung erzeugt auf der Sekundärseite des Trenntransformators Impulse, die an den Ausgangsklemmen der Schaltung für die weitere Auswertung zur Verfügung stehen. Die Schaltung ist bipolar. Am Ausgang des Trenntransformators wird eine im­ pulsförmige Nadel mit der Frequenz der Kondensatorladung bzw. -entladung erzeugt. Diese nadelimpulsförmige Spannung wird gleichgerichtet und gesiebt und steht dann zur Auswer­ tung für Operationsverstärker zur Verfügung. Bei der bekann­ ten Schaltungsanordnung wird demgemäß eine Folge von Nadel­ impulsen auf die Sekundärseite des Trenntransformators über­ tragen, deren naturgemäß geringer Energieinhalt nicht aus­ reicht, um einen Halbleiter-Leistungsschalter, d. h. ein elek­ tronisches Bauelement, ohne einen zusätzlichen Verstärker zu­ verlässig zu schalten. Zur Ansteuerung eines Halbleiter- Leistungsschalters ist im Falle der bekannten Schaltungsan­ ordnung demgemäß noch mindestens ein Operationsverstärker mit eigener Stromversorgung erforderlich. Dies bedeutet, daß bei galvanischer Trennung ein Verstärker mit von der Arbeits­ spannung abgeleiteter Stromversorgung notwendig ist, wodurch sich die gleichen Probleme ergeben wie bei den herkömmlichen, aus dem Stand der Technik bekannten optisch isolierten Anord­ nungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsan­ ordnung in Form eines Vierpols ohne zusätzliche Stromversor­ gung zu schaffen, der die zur zuverlässigen Ansteuerung eines Halbleiter-Leistungsschalters notwendige Energie ausschließ­ lich aus dem Eingangssignal bei gleichzeitiger galvanischer Trennung gewonnen wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden nicht speziell vorher aufbereitete oder störschutzgefilterte Gleich- oder Wechselspannungs-Eingangssignale zunächst einer Störschutz­ anordnung zur Unterdrückung von Störungen, die von anderen als den am Eingang angeschlossenen Leitern herrühren, zuge­ führt und danach einer Strom- und einer dieser nachgeordne­ ten Spannungs-Hysterese-Einheit zugeleitet, die eine weitere Festigkeit gegen Störungen einbringen. In der nachfolgenden Hochfrequenzschwingschaltung erfolgt eine Umwandlung der vom Spannungsschalter kommenden störgeschützten, gleichstromför­ migen Signale in hochfrequente Signale, die von der an den Ausgang der Hochfrequenzschwingschaltung angeschlossenen Eingangswicklung des Trenntransformators auf seine Ausgangs­ wicklung übertragen werden. Die noch hochfrequenten Signale werden in der nachfolgenden Gleichrichterschaltung in mit den Eingangssignalen in Phase liegende Gleichstromsignale zurückverwandelt. Mit diesen gleichstromförmigen Signalen, die nur dann vorhanden sind, wenn am Eingang der Schaltungs­ anordnung ein Eingangssignal anliegt, wird eine Phasengleich­ heit zwischen dem am Eingang des Halbwellengleichrichter lie­ genden Eingangssignal und dem am Ausgang der Gleichrichter­ schaltung entstandenen Gleichstromsignal erreicht, welches dem nachfolgenden Halbleiter-Leistungsschalter als Ansteuer­ signal dient, wodurch der Halbleiter-Leistungsschalter pha­ senrichtig mit dem Eingangs-Gleichstromsignal bzw. mit dem Gleichstromsignal, das mit dem Halbwellengleichrichter ge­ wonnen wird, geschaltet wird. Der Halbwellengleichrichter und das Dämpfglied für Einschaltstöße oder kurzdauernde Störspitzen beseitigen die im Signal enthaltenen kapaziti­ ven Störungen, wobei der Halbwellengleichrichter zunächst bewirkt, daß auch ein Wechselstromsignal am Eingang anstelle eines Gleichstromsignals zur Ansteuerung des Halbleiter- Leistungsschalters verwendet werden kann. Die Unterdrückung der kapazitiven Interferenzen beruht auf der Tatsache, daß bei der Halbwellengleichrichtung die Kapazität zwischen den Leitern durch die Spitzenwerte der Interferenzspannung ge­ laden wird und im geladenen Zustand keine weiteren Stör­ spannungen mehr übertragen kann. Durch die Strom-/Spannungs­ hysterese im Primärteil vor der Hochfrequenzschwingschaltung und dem Trenntransformator wird sichergestellt, daß die Hochfrequenzschwingschaltung nur von solchen Eingangssigna­ len aktiviert wird, deren Güte ausreicht, um ein sicheres Arbeiten der Hochfrequenzschwingschaltung zu garantieren. Dadurch wird verhindert, daß an den Eingang gelangte Fehl- und Störspannungen versehentlich die Hochfrequenzschwingschal­ tung aktivieren bzw. die Schwingungen abbrechen lassen und damit Fehlschaltungen verursachen. Darüber hinaus bietet die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung den Vorteil, daß ein als Triac ausgebildeter Halbleiter-Leistungsschalter konti­ nierlich mit der erforderlichen Zündenergie versorgt wird, was die Triac-Lebensdauer erheblich erhöht.

Eine Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 bringt den Vorteil mit sich, daß außer der vom Halbleiter-Leistungsschalter ein- und auszuschaltenden Spannung sowie der den Ein-/Ausschalt­ vorgang steuernden Eingangsspannung keine weiteren Spannungen zum Betrieb der Schaltungsanordnung benötigt werden.

Vorteilhaft ist der Halbleiter-Leistungsschalter gemäß Patent­ anspruch 3 als Triac oder Thyristor ausgebildet.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert, und zwar zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm für die Anwendung der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockdiagramm der Schaltungsanordnung; und

Fig. 3 und 4 zwei Ausführungsformen für den Ausgang der Schaltungsanordnung.

Folgende Beschreibung bezieht sich auf die Arbeitsweise und auf die Bedeutung der in Fig. 2 dargestellten Blöcke der Schaltungsanordnung.

Ein vom Feld kommendes Eingangssignal, z. B. 220 V Netzspannung, wird in den verschiedenen Stufen bzw. Blöcken zu einer für die Ansteuerung eines elek­ tronischen Bauelements verwendbaren Signalform verarbeitet.

Im Block a werden die kapazitiv gekoppelten Signalkomponenten bzw. die sogenannten Interferenzstörungen eines vom Feld stammenden Eingangssignals gedämpft, indem eine Diode eine Halb­ wellengleichrichtung des Eingangssignals bewerkstelligt. Falls das Eingangssignal zwangsläufig parallel zu einem weiteren Eingangssignal von 220 V Wechselspannung geführt werden muß, z. B. in einem Kabelbund oder in einem Fernkabel, können sehr leicht erhebliche kapazitive Störungen entstehen, z. B. durch das elektrische Feld.

Im Block a werden etwa 99,9% dieser Störungen herausge­ filtert, weil die Kapazitäten zwischen den Leitern durch die Halbwellengleichrichtung im wesentlichen mit den Spitzenwerten der Störspannungen geladen werden.

Block b dämpft Einschaltstöße oder kurzdauernde Stör­ spitzen, die vom Eingangssignal aus verschiedenen Gründen verursacht werden können.

Block c ist ein Stromschalter, der abwechselnd mit einem nachgeschalteten Spannungsschalter d in der Weise wirkt, daß der Signalstrom bei ausgeschaltetem Span­ nungsschalter d durch eine künstliche Belastung in den Stromschalter c fließt, während bei eingeschaltetem Spannungsschalter d der Strom, der durch die künstliche Belastung in den Stromschalter c fließt, abgeschaltet wird. Diese Anordnung verhindert eine Auswirkung der Quellenim­ pedanz eines Eingangssignals auf den Schaltvorgang des Spannungsschalters d.

Somit ist eine gesteuerte, von äußeren Einflüssen unab­ hängige Einschaltung (oder Ausschaltung) gewährleistet.

Der Stromschalter c und der Spannungsschalter d arbeiten über eine Hysteresiskurve.

An dem Spannungsschalter d ist eine LED-Anzeige ange­ schlossen die exakt gleichzeitig mit der Ausgangsschaltung der Schaltungsanordnung aktiviert wird.

Block e ist eine einen Trenntransformator f aktivierende Hochfrequenzschwing­ schaltung, die selbst durch das Eingangssignal ange­ steuert wird.

Eine Windung des Trenntransformators f wird für die Energiezufuhr zur Ausgangsschaltung herangezogen.

Dieser Block f bewerkstelligt ebenfalls die Potential­ differenz von 3750 V, so daß die folgenden Niederspan­ nungskreise g und h die an eine spannungsgeschützte Schal­ tung gestellten Anforderungen erfüllen.

Block g richtet die Niederspannung gleich.

Wenn man die Schaltungsanordnung wie einen elektronischen Schalter benutzt, der entweder durch ein Feld­ signal oder durch einen Elektronenrechner gesteuert wird, wird Block h aus Bild 2 z. B. durch eine der in den Bildern 3 und 4 dargestellten Schaltungen ersetzt. Zwischen den Ausgangsklemmen 3 befindet sich ein Triac 1 oder ein Transistor 2 als elektronischer Schalter. In diesem Fall erhält der Triac 1 oder der Transistor 2 die Steuerungsenergie durch ein Steuerglied 4, das von der Sekundärseite des Trenntransformators f aus durch die Gleichrichterschaltung g aktiviert wird.

Die Steuerungsenergie ist ein kontinuierlicher Gleich­ strom, der ausschließlich durch die Hochfrequenzschwing­ schaltung e über den Trenntransformator f geliefert wird.

Eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung in der Triac- Ausführung nach Bild 3 (Triac 1) ist besonders dann vor­ zuziehen, wenn sichergestellt ist, daß die Zündenergie immer vorhanden ist, wenn der Triac 1 leitend ist.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zur Übertragung von Eingangssi­ gnalen auf ein elektronisch ansteuerbares Bauelement unter Verwendung von Wandlerelementen, die die Eingangssignale in einer für die Ansteuerung des elektronischen Bauelements geeigneten Signalform umwandeln, bei der dem elektronischen Bauelement ein Transformator zur galvanischen Trennung zwi­ schen Eingang (Primärseite) und Ausgang (Sekundärseite) der Schaltungsanordnung vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeich­ net,

• 1. daß als elektronisches Bauelement ein Halbleiter- Leistungsschalter (1, 2) Verwendung findet,
• 2. daß Gleich- oder Wechselspannungseingangssignale einer ersten Störschutzanordnung (a, b), bestehend aus der Reihenschaltung eines Halbwellengleichrich­ ters (a) und eines Dämpfgliedes (b) für Einschalt­ stöße oder kurzdauernde Störspitzen zur Unter­ drückung von Störungen, die kapazitiv auf die am Eingang angeschlossenen Leiter eingestreut sind, zugeführt werden und danach einer zweiten Störschutz­ anordnung (c, d), bestehend aus einem Stromschalter (c) mit Hysterese und einem Spannungsschalter (d) mit Hysterese, welche eine weitere Erhöhung der Festig­ keit gegen den Eingangssignalen überlagerte Störungen einbringen, zugeführt werden,
• 3. daß den beiden Störschutzanordnungen (a, b; c, d) eine Hochfrequenzschwingschaltung (e) folgt, in der die störgeschützten, gleichstromförmigen Signale in hochfrequente Signale umgewandelt werden, welche ihre Energie ausschließlich aus dem Eingangssignal be­ ziehen,
• 4. daß die Hochfrequenzsignale über den Trenntransformator (f) von der Primärseite der Schaltung auf deren Sekun­ därseite übertragen werden,
• 5. daß die Hochfrequenzsignale, die nur vorhanden sind, wenn am Eingang der Schaltungsanordnung Eingangssignale anliegen, in einer Gleichrichterschaltung (g) gleichge­ richtet werden und
• 6. daß die gleichgerichteten Signale als Ansteuersignale für den Halbleiter-Leistungsschalter (1, 2) dienen, wodurch der Halbleiter-Leistungsschalter (1, 2) zeitlich gleich (phasenrichtig) mit den Eingangssignalen geschaltet wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß diese einen echten Vierpol mit zwei Eingangs- und zwei Ausgangsklemmen ohne zusätzliche Zuführung einer Hilfs­ energie/Stromversorgung darstellt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiter-Leistungsschalter (1, 2) ein Triac oder ein Thyristor Verwendung findet.