DE3209833A1

DE3209833A1 - Multi-cycle control circuit

Info

Publication number: DE3209833A1
Application number: DE19823209833
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 8536 Markt Bibart Albrecht; Klaus Ing.(Grad.) Fischer; Gerhard 8500 Nürnberg Grün
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1982-03-18
Filing date: 1982-03-18
Publication date: 1983-09-29

Abstract

In a pulse-cycle control circuit, a triac (1) is connected in series with a load (2) to an AC network. With the aid of an AND gate, which is formed by a switching transistor (19), a blocking transistor (17) and a switch-off transistor, and has two inputs, the control electrode (3) of the triac (1) is connected via a control signal to an input when a zero crossover of the AC voltage is signalled at the second input. In this case, the output signal of the AND gate is coupled back to the input which is dependent on the network voltage, by means of feedback via the switch-off transistor (18). <IMAGE>

Description

Impulspaket - Steuerschaltung Pulse packet - control circuit

Die Erfindung betrifft eine Impulspaket - Steuerschaltung gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.The invention relates to a pulse packet control circuit according to the Generic term of the first claim.

Bei einer bekannten Impulspaket - Steuerschaltung (Elektronik 1968 Seite 111) sind zwei antiparallel in Serie mit einem Verbraucher geschaltete Thyristoren an ein Wechselstromnetz angeschlossen. Über eine elektronische Schalteranordnung wird bei vorhandenem Steuersignal bei der negativen Halbwelle des Wechselstromnetzes ein Elektrolytkondensator aufgeladen, dessen Ladung bei der nachfolgenden positiven Halbwelle über die Zündelektrode des einen Thyristors abgeleitet wird und diesen Thyristor zündet. Dabei wird ein weiterer Elektrolytkondensator aufgeladen, der in analoger Weise zu Beginn der folgenden negativen Halbwelle den zweiten Thyristor zündet. Dieses Spiel wiederholt sich so lange wie das Steuersignal an der Schalteranordnung anliegt. Wird bei dieser Anordnung im Verlaufe der positiven Halbwelle das Steuersignal angelegt, dann erfolgt eine Zündung der Gleichrichteranordnung erst bei der nachfolgenden positiven Halbwelle, weil dazwischen in der negativen Halbwelle der Zündkondensator aufgeladen werden muß. Auch tritt eine Zündung des zweiten Thyristors zwangsläufig ein. Es kann dadurch nach dem Anlegen des Steuersignals ein annähernd voller Wel- lenzug verlorengehen, während nach dem Abschalten des Steuersignals auf jeden Fall der zweite Thyristor gezündet wird.In a known pulse packet control circuit (Elektronik 1968 Page 111) are two anti-parallel thyristors connected in series with a consumer connected to an alternating current network. Via an electronic switch arrangement If a control signal is present, it is at the negative half-cycle of the alternating current network an electrolytic capacitor is charged, its charge at the subsequent positive Half-wave is derived via the ignition electrode of a thyristor and this Thyristor ignites. Another electrolytic capacitor is charged, the the second thyristor in an analogous manner at the beginning of the following negative half-cycle ignites. This game is repeated as long as the control signal on the switch arrangement is present. With this arrangement, in the course of the positive half-wave, the control signal applied, then the rectifier arrangement is not ignited until the next one positive half-cycle, because the ignition capacitor is in between in the negative half-cycle needs to be charged. Ignition of the second thyristor also inevitably occurs a. As a result, after the control signal has been applied, an almost full world lenzug are lost, while after switching off the control signal in any case the second thyristor is triggered.

Hierdurch kann besonders bei kurzen Impulspaketen ein erheblicher Fehler auftreten. Außerdem enthält der Zündkreis Elektrolytkondensatoren, die aufwendige Bauteile darstellen Außerdem können sich Kondensatoren über Rest ströme der angeschlossenen Bauteile aufladen, so daß unbeabsichtigte Zündvorgänge nicht ausgeschlossen sind. Schließlich erfolgt bei dieser Anordnung in jeder Halbwelle eine erneute Zündung der Thyristoren, wodurch ein erhöhter Oberwellenanteil im Wechsel stromnetz entsteht.This can result in a considerable amount of time, especially in the case of short pulse packets Errors occur. In addition, the ignition circuit contains electrolytic capacitors, which are complex Representing components In addition, capacitors can build up over the residual currents of the connected Charge components so that unintentional ignition processes are not excluded. Finally, with this arrangement, a new ignition takes place in each half-wave the thyristors, which creates an increased proportion of harmonics in the alternating current network.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Impulspaket -Steuerschaltung zu schaffen, bei welcher mit einfachen Schaltungsmitteln die Gleichrichteranordnung nach dem Einschaltzeitpunkt der Steuerspannung beim nächstfolgenden Nulldurchgang der Wechselspannung durchgeschaltet und nach dem Abschaltzeitpunkt beim nachfolgenden Nulldurchgang gesperrt wird.The invention is based on the object of a pulse packet control circuit to create in which the rectifier arrangement with simple circuit means after the control voltage is switched on at the next zero crossing the alternating voltage switched through and after the switch-off time at the following Zero crossing is blocked.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs.The solution to this problem takes place according to the invention by the characterizing Features of the first claim.

Bei einer Ausgestaltung gemäß der Erfindung wird vom Nulldurchgang der Wechselspannung an auf den Steuereingang eines Triacs eine Gleichspannung geschaltet, die mit dem Abschalten des Steuersignals ebenfalls abgeschaltet wird. Durch diese statische Zündung wird der früheste und qünstigste Durchschaltpunkt für den Triac und damit ein günstiges Verhalten bezüglich Oberwellen erreicht. Hierfür sind die Zündung beeinflussende Kondensatoren nicht erforderlich. Auch ist dadurch sichergestellt, daß das erforderliche Schaltsignal am Steuereingang des Triac nach dem Anlegen des Steuersignals vom nachfolgenden Nulldurchgang der Wechselspannung an bis zum Ende des Steuersignals vorhanden ist. Das Durchschalten und Sperren des Tiacs am jeweils der Einschalt- und Ausschaltflanke des Steuersignals folgenden Nulldurchgang der Wechselspannung ist damit sichergestellt.In an embodiment according to the invention, there is a zero crossing the AC voltage is switched to a DC voltage at the control input of a triac, which is also switched off when the control signal is switched off. Through this Static ignition becomes the earliest and cheapest switching point for the triac and thus a favorable behavior with regard to harmonics is achieved. This is what the Ignition influencing capacitors not required. This also ensures that the required switching signal at the control input of the triac after applying the Control signal from the subsequent zero crossing of the alternating voltage to the end of the control signal is present. Switching through and locking the Tiacs on each of the switch-on and switch-off edges of the control signal This ensures that the alternating voltage crosses zero.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.Advantageous refinements of the invention are set out in the further claims specified.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der -Schaltungsskizzen von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is illustrated below with the aid of the circuit sketches of exemplary embodiments explained in more detail.

Es zeigen: Figur 1 eine Impulspaket - Steuerschaltung mit einem logischen UND - Gatter und Figur 2 eine Ausführung einer Impulspaket - Steuerschal tung mit konkreten Schaltelementen.The figures show: FIG. 1 a pulse packet control circuit with a logic AND gate and FIG. 2 shows an embodiment of a pulse packet control circuit concrete switching elements.

Zwischen einem Mittelpunktsleiter MP und einem Phasenleiter Ph eines Wechselstromnetzes ist eine Serienschaltung aus einem Triac 1 und einem Verbraucher 2 geschaltet.Between a center conductor MP and a phase conductor Ph one AC network is a series circuit of a triac 1 and a consumer 2 switched.

Gemäß Figur 1 ist die Steuerelektrode 3 des Triacs 1 an den Ausgang eines logischen«UND - Gatter 4 angeschlossen, das zwei Eingänge aufweist. An einem Eingang des UND - Gatters wird ein Steuersignal in Form eines Gleichstromimpulses angelegt, dessen Dauer die Länge des aus abwechselnd positiven und negativen Halbwellen gebildeten Impulspaketes am Verbraucher 2 bestimmt. Um dabei jedoch den Triac 1 nur im Nulldurchgang der anstehenden Wechselspannung zu schalten, ist zwischen die Leiter MP und Ph ein Spannungsteiler aus Widerständen 6,7 geschaltet, dessen Abgriff-auf den Eingang eines Inverters 8 geschaltet ist, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang 9 des UND - Gatters verbunden ist. Bei an- liegender Steuerspannung am Eingang 5 und beim Nulldurchgang der Wechselspannung wird über den Inverter 8 auch ein Signal auf den zweiten Eingang 9 des UND - Gatters 4 geschaltet. Dadurch wird die Steuerelektrode des Triacs 1 an Spannung gelegt und bewirkt ein Durchzünden des Triacs 1.According to Figure 1, the control electrode 3 of the triac 1 is at the output a logical «AND gate 4 connected, which has two inputs. On one The input of the AND gate is a control signal in the form of a direct current pulse applied, the duration of which is the length of the alternating positive and negative half-waves formed pulse packet on consumer 2 is determined. However, in order to use the triac 1 Switching only in the zero crossing of the applied AC voltage is between the Conductors MP and Ph are connected to a voltage divider made up of resistors 6.7, whose tap-on the input of an inverter 8 is connected, the output of which is connected to the second input 9 of the AND gate is connected. At lying control voltage at input 5 and when the alternating voltage crosses zero, the inverter 8 a signal is also switched to the second input 9 of the AND gate 4. Through this the control electrode of the triac 1 is connected to voltage and causes a through-ignition of the triac 1.

Damit nach dem ersten Nulldurchgang der Wechselspannung das Signal am Eingang 9 des UND - Gatters 4 nicht verschwindet, wird über einen Rückkopplungswiderstand das Signal von der Steuerelektrode 3 des Triacs 1 auf den Eingang 9 des UND- Gatters 4 rückgekoppelt. Der Rückkoppelwiderstand 10 ist dabei so bemessen, daß beim Anliegen eines Signals am Eingang 9 keine Durchsteuerung des Triacs 1 erfolgt, wozu auch in Serie mit dem Rückkoppelwiderstand 10 eine entsprechend gepolte Diode geschaltet sein kann.So that after the first zero crossing of the alternating voltage, the signal does not disappear at input 9 of AND gate 4, is via a feedback resistor the signal from the control electrode 3 of the triac 1 to the input 9 of the AND gate 4 fed back. The feedback resistor 10 is dimensioned so that when applied of a signal at input 9, triac 1 is not controlled, including a correspondingly polarized diode is connected in series with the feedback resistor 10 can be.

Am Ausgang des Inverters 8 steht so lange kein Ausgangssignal an, wie an seinem Eingang ein seine Umschaltspannung überschreitender Wert anliegt. Sofern der Inverter 8 hierbei nicht auf positive und negative Eingangsspannungen reagiert, wird ihm eine Brückengleichrichterschaltung vorgeschaltet. So lange hierbei über den Spannungsteiler 6,7, bei welchem der Widerstand 6 zur Flankenversteilerung als Diac ausgebildet sein kann, am Eingang des Inverters 8 während der einzelnen Halbwellen der Wechselspannung ein die Schaltspannung des Inverters 8 bberschreitensdes Eingangssignal anliegt, steht am Eingang 9 des UND - Gatters 4 kein Signal an. Selbst bei Anliegen eines Steuersignals am Eingang 5 des UND Gatters 4 wird somit während des Ablaufs der einzelnen Halbwellen kein Ausgangssignal am UND - Gatter 4 und damit kein Zündsignal an der Steueelektrode 3 des Triac 1 erzeugt. Ein Phasenanschnitt ist dadurch ausgeschlossen. Erst wenn die Spannung am Eingang des Inverters 8 beim Ubergang von einer Halbwelle in die andere Halbwelle der Netzspannung den Wert Null durchläuft, wird ein kurzer Impuls auf den Eingang 9 des UND - Gatters 4 gegeben. Liegt dabei gleichzeitig das Steuersignal, über das die gewünschte Länge des Impulspaketes bestimmbar ist, am Eingang 5 des UND-Gatters 4 an, dann wird ein Zündsignal auf die Steuerelektrode 3 des Triac 1 gegeben-Dieses Zündsignal wird über den Rückkopplungswiderstand 10-auf den Eingang 9 des UND-Gatters 4 rückgekoppelt und bewirkt eine Selbsthaltung. Hierdurch wird ein dauernd anstehendes Zündsignal an der Steuerelektrode 3 des Triacs 1 erzeugt, bis das Steuersignal am Eingang 5 des UND - Gatters 4 abgeschaltet wird.There is no output signal at the output of inverter 8 as long as how at its input there is a value that exceeds its switching voltage. Provided that the inverter 8 does not respond to positive and negative input voltages responds, a bridge rectifier circuit is connected upstream. So long here via the voltage divider 6,7, in which the resistor 6 for increasing the edge can be designed as a diac at the input of the inverter 8 during the individual Half-waves of the AC voltage exceed the switching voltage of the inverter 8 If there is an input signal, there is no signal at input 9 of AND gate 4. Self when a control signal is applied to the input 5 of the AND gate 4, during the sequence of the individual half-waves no output signal at AND gate 4 and thus no ignition signal is generated at control electrode 3 of triac 1. A leading edge is therefore excluded. Only when the voltage at the input of the inverter 8 at The transition from one half-wave to the other half-wave of the mains voltage has the value zero runs through, a short pulse is given to input 9 of AND gate 4. If the control signal is present at the same time, about the one you want Length of the pulse packet can be determined, at input 5 of AND gate 4, then an ignition signal is given to the control electrode 3 of the triac 1-This ignition signal is fed back to the input 9 of the AND gate 4 via the feedback resistor 10 and creates a self-retention. This results in a permanently pending ignition signal generated at the control electrode 3 of the triac 1 until the control signal at input 5 of the AND gate 4 is switched off.

Bei der Schaltungsanordnung nach Figur 2 ist an den Mittelpunktsleiter MP der positive Pol einer Gleichstromquelle UB angeschaltet, deren Minuspol an Masse gelegt ist. Über einen Transformator 12 und eine sekundärseitig daran angeschaltete Brückengleichrichterschaltung 13, deren negativer Ausgang ebenfalls an Masse gelegt ist, wird über den positiven Ausgang ein positives Impulssignal mit der doppelten Netzfrequenz über einen Widerstand 14 auf die Basis eines NPN - Transistors 15 geschaltet. Der Emitter dieses Transistors liegt an Masse während der Kollektor über einen Vorwiderstand 16 auf die Basis eines als Schalter vorgesehenen Sperrtransistors 17 und den Kollektor eines Abschalttransistors 18 angeschaltet ist. Die Emitter der Transistoren 17,18 liegen am Mittelpunktsleiter NP. Der Kollektor des Sperrtransistors 17 liegt an der Basis eines Schalttransistors 19, dessen Kollektor gegen Masse, dessen Emitters über einen Schutzwiderstandltan die Steuerelektrode 3 des Triacs 1 sowie über einen Begrenzerwiderstand 20 auf die Basis des Abschalttransistors 18 geschaltet ist. An die Basis des Schalttransistors 19 ist gleichzeitig über einen Vorwiderstand 21 das Steuersignal zur Bestimmung der Impulspaketlänge anschaltbar, also die Anschaltdauer des Verbrauchers 2 an volle Netzspannungswellen bestimmt.In the circuit arrangement according to FIG. 2, the neutral conductor is connected MP connected to the positive pole of a direct current source UB, the negative pole to ground is laid. Via a transformer 12 and one connected to it on the secondary side Bridge rectifier circuit 13, the negative output of which is also connected to ground is, a positive pulse signal with double Mains frequency switched to the base of an NPN transistor 15 via a resistor 14. The emitter of this transistor is connected to ground while the collector is connected to a series resistor 16 to the base of a blocking transistor 17 provided as a switch and the collector a turn-off transistor 18 is turned on. The emitters of the transistors 17,18 lie on the center conductor NP. The collector of the blocking transistor 17 is applied the base of a switching transistor 19, its collector to ground, its emitter Via a protective resistor, the control electrode 3 of the triac 1 and via a Limiter resistor 20 is connected to the base of the switch-off transistor 18. At the same time, a series resistor is connected to the base of the switching transistor 19 21 the control signal for determining the pulse packet length can be switched on, i.e. the switch-on duration of the consumer 2 determined to full mains voltage waves.

Die Transistoren 17, 18, 19 sind PNP - Transistoren. Das an der Basis des Impulstransistors 15 anstehende Impulssignal, das aus aneinandergereihten, von der Wechselspan- nung abgeleiteten Halbwellen besteht, steuert die Kollektor -Emitterstrecke des Impulstransistors 15 bereits bei sehr geringer Impuishöhe in den leitenden Zustand. Dadurch gelangt ein Signal auf die Basis des Sperrtransistors 17, der dadurch in den leitenden Zustand gesteuert wird und die Basis des Schalttransistors 19 kurzschließt. Ein an den Vorwiderstand 21 gelegtes Steuersignal bewirkt somit kein Duchschalten des Schalttransistors 19 während des Ablaufs der einzelnen Halbwellen, so daß auch kein Zündsignal auf die Steuerelektrode 3 des Triac 1 gelangt. Erreicht dagegen das Impulssignal an der Basis des Impulstransistors 15 beim Übergang von einer Halbwelle zur anderen, also beim Nulldurchgang den Wert null, dann sperrt der Impulstransistor 15 ebenso wie der Sperrtransistor 17. Durch diese kurzzeitige Sperrung wird beim Anliegen eines Steuersignals der Schalttransistor 19 durchgesteuert und gibt über den Schutzwiderstand 22 ein Gleichstromsignal auf die Steuerelektrode 3 des Triac 1. Gleichzeitig wird die Basis des Abschalttransistors 18 angesteuert, so daß seine Emitter -Kollektorstrecke leitend wird und das beim folgenden Halbwellenzug über den Impulstransistor 15 erzeugte Signal kurzschließt. Der Sperrtransistor 17 kann dadurch nicht mehr angesteuert werden, so daß der Schalttransistor 19 über die Dauer des angeschalteten Steuersignals im leitenden Zustand verbleibt. An der Steuerelektrode des Triac 1 steht somit ein Gleichstromsignal an, das eine wesentliche Verminderung der Oberwellen im Wechselstromnetz mit sich bringt. Wird das Steuersignal abgeschaltet, dann wird der Schalttransistor 19 ebenso wie der Abschalttransistor 18 gesperrt und die Steuerelektrode 3 des Triac 1 stromlos, so daß der Triac 1 beim nächsten Nulldurchgang abschaltet. Der Triac 1 bleibt dann so lange gesperrt, bis erneut ein Steuersignal angeschaltet ist und über den Impulstransistor 15 der danach folgende Nulldurchgang der Wechselspannung signalisiert wird. Die Transistoren 17, 18, 19 bilden dabei ein auf einen Eingang rückkoppeltes UND - Gatter mit zwei Eingängen, während der Impulstransistor 15 als Inverter arbeitet.The transistors 17, 18, 19 are PNP transistors. That at the base of the pulse transistor 15 pending pulse signal, which from strung together, from the alternating voltage derived half-waves controls the Collector-emitter path of the pulse transistor 15 even at a very low pulse height in the conductive state. This causes a signal to reach the base of the blocking transistor 17, which is thereby controlled into the conductive state and the base of the switching transistor 19 shorts. A control signal applied to the series resistor 21 thus has the effect no through-switching of the switching transistor 19 during the course of the individual half-waves, so that no ignition signal reaches the control electrode 3 of the triac 1 either. Achieved on the other hand, the pulse signal at the base of the pulse transistor 15 at the transition from one half-wave to the other, i.e. the value zero at the zero crossing, then blocks the pulse transistor 15 as well as the blocking transistor 17. By this short-term Blocking is activated when a control signal is applied to the switching transistor 19 and outputs a direct current signal to the control electrode via protective resistor 22 3 of the triac 1. At the same time, the base of the switch-off transistor 18 is activated, so that its emitter-collector path becomes conductive and that with the following half-wave train via the pulse transistor 15 generated signal short-circuits. The blocking transistor 17 can no longer be controlled so that the switching transistor 19 over the duration of the activated control signal remains in the conductive state. At the Control electrode of the triac 1 is thus a direct current signal, which is an essential Bringing a reduction in harmonics in the alternating current network. Will the control signal switched off, then the switching transistor 19 is just like the turn-off transistor 18 locked and the control electrode 3 of the triac 1 de-energized, so that the triac 1 when switches off next zero crossing. The triac 1 then remains blocked until a control signal is switched on again and via the pulse transistor 15 the thereafter the following Zero crossing of the alternating voltage is signaled. The transistors 17, 18, 19 form an AND gate with two inputs that is fed back to one input, while the pulse transistor 15 works as an inverter.

Außerdem kann der Impulstransistor 15 weggelassen werden, wenn der Ausgang des Brückengleichrichters 13 mit umgekehrter Polung an den Vorwiderstand 16 angeschlossen wird.In addition, the pulse transistor 15 can be omitted when the Output of the bridge rectifier 13 with reverse polarity to the series resistor 16 is connected.

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Claims

Claims / Pulse package - control circuit with a controllable, connected to an alternating current network and connected in series to a consumer bidirectional rectifier arrangement, the control input of which is via a switch arrangement a control signal determining the pulse packet length is supplied, characterized in that that an inverted AC signal and the control signal to the two inputs (5,9) an AND switch arrangement (4) are fed, the output of which is connected to the control input (3) the rectifier arrangement (1) is connected and that the output is connected to the input (9) is fed back for the inverted AC signal.

2. pulse packet - control circuit according to claim 1, characterized in that that the rectifier arrangement is a triac (1) whose control electrode (3) has the emitter-collector path of a switching transistor (19) to a DC voltage source is connected and that to the base of the switching transistor (19) on the one hand via a series resistor (21) the control signal is switched on, and on the other hand a Switch (17) is connected, which is activated when the control electrode (3) of the triac (1) always and, if the control electrode (3) is not activated, only for each Zero crossing of the alternating voltage is open and parallel to the base-emitter path of the switching transistor (19) is located.

3. pulse packet - control circuit according to claim 2, characterized in that that the switch is a blocking transistor (17) whose collector - emitter path parallel to the base-emitter path of the switching transistor (19) and its base on the one hand via the collector-emitter path of a switch-off transistor (18) directly connected to its emitter and, on the other hand, to the collector of a pulse transistor (15) is turned on, the base of which is connected to a DC terminal of a Bridge rectifier (13) fed by the AC voltage is connected and that the base of the switch-off transistor (18) connects to the emitter of the switching transistor (19) is connected.