DE3337976A1

DE3337976A1 - Schaltung zur elektronischen steuerung des gasflusses

Info

Publication number: DE3337976A1
Application number: DE19833337976
Authority: DE
Inventors: John Sidney Walkerville Crawford
Original assignee: Technical Components Pty Ltd
Current assignee: Technical Components Pty Ltd
Priority date: 1982-10-20
Filing date: 1983-10-19
Publication date: 1984-08-09
Also published as: GB2131636B; AU2012783A; GB2131636A; GB8327588D0

Description

TECHNICAL COMPONENTS PTY. LTD., Hendon Industrial Park, 113 Tapleys Hill Road, Hendon, South Australia, 5014

Schaltung zur elektronischen Steuerung des Gasflusses

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur elektronischen Steuerung des Gasflusses.

Solenoid-Ventile werden häufig mit gesteuerten Siliciumgleichrichtern (SCR), einem halbleitenden Schalter mit drei Elektroden, von denen die eine üblicherweise als Anode, eine zweite als Kathode und die dritte als Gate bezeichnet wird, betrieben. Dieses Element hat die Eigenschaft, daß es bei Anlegen einer Wechselspannungsversorgung in Reihe mit einer Last durch Aufbringen

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eines Signals auf die Gate-Elektrode in Bezug auf die Kathode, in einen leitenden Zustand gebracht werden kann und bei positiver Anodenspannung in Bezug auf die Kathode der sogenannte Durchlaßzustand erreicht wird. Wenn dagegen kein Signal auf das Gatter aufgebracht wird, verbleibt das SCR in einem nicht-leitenden Zustand, auch wenn die Anode positiv ist. Während die Anode negativ oder gesperrt ist, bleibt das SCR nichtleitend. Wenn dagegen die negative Anodenspannung den höchsten negativen Wert erreicht, kann diese durchbrechen und das SCR zerstören. Bei Versagen der Schaltung liegt dies meist an einem derartigen Kurzschluß. Bei überschreiten der Sperrspannung oder der Maximalspannung,, die bei nicht-leitendem Zustand erlaubt ist, also bei positiver Anode ohne Vorliegen eines Auslösesignals an dem Gatter, kann der SCR wieder durchbrechen, ohne in diesem Fall den SCR einzuschalten. Nachdem der SCR einmal eingeschaltet ist, leitet er, bis die Anode positiv ist und der Stromfluß einen bestimmten Minimalwert übersteigt, der als Haltestrom bezeichnet wirdc

Die Durchbruchspannung in beiden Richtungen eines SCR wurde als gleichbleibend während seiner Lebensdauer erkannt, es wurde daher festgestellt, daß ein Schaltkreis,. wie er in Fig. 1 gezeigt ist, fehlersicher ist.

In dieser Schaltung wird der SCR mittels des Gatters eingeschaltet und leitet während des positiven Halbzyklusses unter Betätigung des Solenoids. Während des negativen Halbzyklusses ist der SCR in dem nichtleitenden oder Sperrzustand. Wenn das Solenoid induktiv ist, spannt die von dem abklingenden Strom, der in dem Solenoid fließt, erzeugte rückwirkende elektromotorische Kraft die Diode vor. Dieser Strom fließt in der

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Solenoidwicklung während des negativen IlalbzykluBses und hält das Solenoid offen und verhindert ein hörbares Geräusch, wenn die Induktivität des Solenoids geeignet ist. Wenn dagegen das SCR versagt und einen Kurzschluß bekömmt, schließt es die Versorgungsspannung über die Diode während der negativen Halbwelle kurz und zerstört die Sicherung. In der Praxis hat sich dieser Schaltkreis als fehlersicher erwiesen bis zu einem bestimmten Ausmaß, um seine Verwendung in der Massenproduktion zur ."Steuerung des Gasflusses im häuslichen Bereich zu er-■'/■ lauben. Der Schaltkreis wurde auch in industriell ver- \ wendeten Schaltungen verwendet, wo ein Gasfluß gesteuert : werden muß. Zur Vermeidung eines möglichen mechanisches Fehlers des Solenoids ist es erforderlich, zwei Ventile im Gasfluß in Reihe zu schalten und elektrisch parallel zu betreiben. Anstelle des Solenoids können verschiedene andere Bauelemente vorgesehen sein. Z.B. ein Relais oder eine Reihenschaltung von Relais und Widerstand mit einem Haltekondensator über dem Relais, wie dies Fig. 2 zeigt. :".-'."

Verschiedene Schaltkreisvariationen wurden versucht, aber jede hat sich als bei der Anwendung problematisch erwiesen.

Über eine Anzahl von Jahre wurden verschiedene Sicherungen verwendet. Zunächst wurde eine Glas-Patronensicherung verwendet. Danach wurde von den Aufsichtsbehörden verlangt, daß eine keramisch umschlossene Sicherung stattdessen verwendet wurde. Ein drahtgewundener Widerstand wurde besonders entwickelt, so daß ein Widerstand von einigen Ohm den Kurzschlußstrom begrenzt (5 Ohm bei 240;v;) V und bei Durchbrennen nicht einen Funken mit der .Folge eines Feuers verursacht.

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Neuere Entwicklungen nicht-brennbarer Emaille zum Beschichten von Widerstandselementen haben zu der Verfügbarkeit von Sicherungen oder nicht-brennbaren Widerständen geführt, die bei Überlastung keinen Lichtbogen bilden und die Verbindung unterbrechen, ohne einen Funken zu erzeugen. Ein derartiger Widerstand ist der Phillips NFR25 Widerstand, welcher auf einen ständigen Verbrauch von 3/4 W ausgelegt ist. Ein 1 Ohm NFR25 Widerstand hat sich als wirksam als eine derartige Sicherung erwiesen.

In dem Schaltkreis von Fig. 1 wird deutlich, daß das Solenoid nicht direkt an einem der Anschlüsse der Spannungsversorgung liegt. Obwohl die Sicherung so liegen muß, daß in dem Fall eines Kurzschlusses die Sicherung die Versorgungsleitung unterbricht, kann ein Verbraucher den Schaltkreis derart führen, daß das Solenoid die Sicherung umgeht durch Verbindung der Spannungsversorgung der Anode des SCR. Wenn das SCR einen Kurzschluß bekommt, brennt die Sicherung über die Diode durch, während das Solenoid sodann mit der vollen Wechselspannung versorgt wird über den kurzgeschalteten SCR, welcher offen bleibt.

Fig. 3 zeigt einen späteren Schaltkreis, in dem die Sicherung in der neutralen Versorgungsleitung liegt und sichert, daß der Schaltkreis federgesichert ist und gibt den Vorteil, daß das Relais an dem aktiven Anschluß teilhat.

Auch andere Schaltkreise in Gassteuergeräten nutzen die aktive Versorgungsspannung. Der Spannungseingang wird auch verwendet zum Betreiben des Gasfunken-Schaltkrei-

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ses, den Flammendetektor, die Logikkontrolle und die Versorgung des Zeitkreises, schließlich liefert dieser Synchronisationssignale für das Betreiben des Gates des SCR. All dieses kann mit sehr geringen Strömen vorgenommen werden und unter Verwendung von Widerständen, die bei Versagen einen sehr hohen Widerstand oder einen offenen Schaltkreis bilden. Diese machen einen Schutz durch eine Sicherung nicht erforderlich. In Fig. 3 · stellt der Widerstand Rl diese verschiedenen Signale, die von dem aktiven Eingang beschafft werden, dar.

Dieser Schaltkreis hat aber die möglicherweise gefährliche Fehlerart, daß das Betreiben des Schaltkreises von dem Feststellen des Vorhandenseins der Flamme durch ein elektronisches Mittel vorhanden ist. Dieses Verfahren zum Feststellen der Flamme wird häufig durch Flammengleichrichtung durchgeführt, wie es in den australischen Patentanmeldungen Nr. 19555/76 und 19556/76 beschrieben ist. In diesen Schaltkreisen wird eine Wechselspannung auf eine in der Flamme angeordnete Elektrode aufgebracht, wo die Gleichrichtungseigenschaften der Flamme eine negative Gleichspannung erzeugen, die der vorliegenden Wechselspannung überlagert wird. Durch Feststellen der negativen Gleichspannungsverlagerung kann der Steuerkreis das Zünden und den Gasstrom steuern.

Wenn die Sicherung F dazu neigte, zu einem höheren Widerstandswert zu gelangen, ist es möglich, daß der durch das Solenoid fließende positive Strom und seine Steuerung des SCR dem Steuerkreis eine positive Spannungsverschiebung in Bezug auf die neutrale und die spannungsführende Vorsorgung hatte. Es versteht sich, daß bei Austauschen des spannungsführenden und des neutralen Poles der Steuerkreis weiterhin ein positives

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Potential zu dem Mittelwert der Versorgungsspannung annehmen würde. Wenn der Bezugspunkt umgekehrt wird, ist zu sehen, daß in der Wirkung der aktive und der neutrale Pol negativ geworden sind in Bezug auf den Steuerkreis und fälschlich eine Flamme simulieren.

Neben diesen Erwägungen in Bezug auf die Anordnung der Sicherung in dem Schaltkreis wurde die Zuverlässigkeit bzw. der Mangel an Zuverlässigkeit dieser Schaltung ein Problem insbesondere in Gebieten, wo es nicht praktikabel ist, eine offene Netzversorgung über lange Leitungen zu haben und wo bei Stürmen und anderen atmosphärisch bedingten Erscheinungen die SCR-Durchbruchspannung überstiegen werden können, was zu Fehlern des Steuerkreises führt. Es ist Aufgabe der Erfindung, nicht nur die Probleme zu überwinden, die sich aus der Eigenschaft und der Anordnung der Sicherungen in dem Schaltkreis ergeben, sondern auch die Zuverlässigkeit der Schaltung zu erhöhen. Eine direkte Verbindung zwischen den beiden Polen der Versorgungsspannung durch die beiden Halbleiterbauelemente, also der Diode und dem SCR soll vermieden werden. Es ist unerwünscht, daß eine Festkörperverbindung zwischen einer Spannungsquelle mit einer geringen Impedanz, wie dies die Netzspannung ist, hergestellt wird.

Nachdem erfolglos versucht worden war, einen Reihenwiderstand in die Versorgungsspannung einzubringen in der Hoffnung, daß dieser vorübergehende Spannungsspitzen wirksam dämpft, die über dem SCR liegend dieser zerstören würden, wurde die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung entwickelt. Diese löst die genannten Probleme und überwindet die nicht erfolgreichen Versuche von Schaltungsanordnungen, wo Reihenwiderstände den vollen

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Strom derart begrenzten, daß dieser unzureichend war um die Sicherung innerhalb einer ausreichend kurzen Zeit durchzubrennen.

Die Schaltung nach der Erfindung weist die Kombination eines Serienwiderstandes mit den Eigenschaften von Widerstandssicherungen auf. Diese Sicherung und der Entkopplungskreis liegt in der Anode des SCR statt in der spannungsführenden oder neutralen Versorgungsspannung. Die Nachteile der oben angeführten Schaltkreise werden dabei vermieden.

Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist daher eine Reihenschaltung eines SCR, ein zwischengeschalteter Widerstand und eine Diode und ein Solenoid zur Gassteuerung in Parallelschaltung vorgesehen, wobei die Serienschaltung zwischen den Polen der Versorgungsspannung liegt. Die Anode des SCR ist mit dem zwischengeschalteten Widerstand verbunden, die Anode der zu dem Solenodi parallel liegenden Diode ist mit der anderen Seite zwischengeschalteten Widerstandes verbunden. Der Schaltkreis schafft so eine elektronische Steuerung des Gasflusses, die fehlergesichert ist, wenn der SCR ausfällt. Der Widerstand ist derart ausgelegt, daß im Fall eines Fehlers einer der Schaltungskomponenten der erhöhte Leistungsverbrauch in dem Widerstand zu dessen Zerstörung führt, ohne das ein Lichtbogen oder ein Entstehen einer Flamme auftritt.

In einer anderen Ausführungsform kann das Solenoid durch eine Relais ersetzt sein, wobei weiter ein Ladekondensator parallel zu dem Relais geschaltet sein kann, um das Relais während der negativen Halbwelle geschlossen zu halter., wenn das SCR nicht leitend ist.

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In einer anderen Ausführungsform kann der Widerstand in Reihe mit der Parallelschaltung des Relais und des Kondensators liegen, um die Spannungsversorgung an die für die Relaisspule erforderliche Spannung anzupassen.

Die Schaltung kann weiter modifiziert werden durch Verbindung eines spannungsabhängigen Widerstandes oder eines anderen spannungsabhängigen, nicht-linearen Widerstandes oder eine Widerstandskapazität oder eines RC-Gliedes parallel zu dem SCR. Dieses schließt die Verwendung von Kondensatoren ein, in denen ein Reihenwiderstand vorgesehen ist, um den Spitzenstrom zu begrenzen.

Ein Widerstand der zum ständigen Verbrauch von 1 W in Reihe mit einem Solenoid, welches typischerweise einen Strom von 50 mA verbraucht, kann einen Wert von IW = I²R = (0,05)²«R haben, also R = 400 Ohm.

Eine Impedanz von diesem Wert ist ausreichend, um den SCR bis zu einem bestimmten Ausmaß von Überspannungen und kurzzeitigen Effekten zu schützen. Wenn dies als ein unzureichender Schutz angesehen wird, können weitere Maßnahmen in Bezug auf die Isolations impedanz, wie sie von dem Widerstand geschaffen wird, vorgenommen we rden.

Es ist ständige Praxis, Schutzvorrichtungen in die spannungsführende und die neutrale Eingangsleitung einzubringen, insbesondere wird ein Störungsfilter-Kondensator mit einem spannungsabhängigen Widerstand zwischen dem spannungsführenden und dem neutralen Punkt vorgesehen. Bei Verwendung des Anodenwiderstandes entsprechend

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dieser Erfindung kann eine weitere Überspannungsfilterung über die Anode und Kathode des SCR vorgesehen werden. Ein Überspannungsschutz etwa durch einen zweiten spannungsabhängigen Widerstand mit möglicherweise einem kleinen Kondensator für kurzzeitige Vorgänge, ist in Fig. 5 gezeigt und führt zu einer deutlichen Erhöhung der Zuverlässigkeit.

Typische Werte für den in Fig. 5 gezeigten Schaltkreis sind wie folg:

Cm Kondensator
Rm VDR

Rf Widerstandssicherung

Diode

Soleniod

RS VDR

RL Widerstand

CS Kondensator

0,047 pF 250 V Philips 2222 330 40473

250 V

Philips 2322 592 72512 100 Ohm 1 Xf Noble RSFBl BYV95C Philips Goyen 240 V Type 10AL BT149E Philips

250 V

100 Ohm Vl W 0,01 pF 250 V Philips 2222 330 40103

RL dient als Strombegrenzungswiderstand zum Schutz des Kondensators CS und des SCR.

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Bezugszeichenliste

Λ	spannungsführender Pol der Versorgungsleitung	A
N	neutraler Pol der Versorgungsleitung	N
R	Widerstand	R
Rl	Widerstand	Rl
Rp	Widerstand	R_F
Rl	Widerstand	Rl
AS	Widerstand	ÄS
C	Kondensator	C
Cs	Kondensator	Cs

Claims

ΒΟΕΗΜΕΗΤ-βς BOHHMBRT;. „^^r,„nr>

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Ansprüche

ί 1.,/Schaltung zur elektronischen Steuerung des Gasflusses, gekennzeichnet durch eine zwischen den Anschlüssen (A, N) der Wechselspannungsversorgung liegenden Reihenschaltung eines SCR (gesteuerten Siliciumgleichrichters), eines zwischengeschalteten Widerstandes (Rp) und einer Diode und eines Solenoids in Parallelschaltung, wobei die Anode des SCR mit dem einen Ende des zwischengeschalteten Widerstandes und die Anode der parallelgeschalteten Diode mit dem anderen Ende des zwischengeschalteten Widerstandes verbunden ist.
2. Schaltung zur elektronischen Steuerung des Gasflusses, gekennzeichnet durch eine zwischen den Anschlüssen (A, N) der Wechselspannungsversorgung liegenden Reihenschaltung eines SCR (gesteuerten Siliciumgleichrichters), eines zwischengeschalteten Widerstandes (Rp) und einer Diode und eines Relais in Parallelschaltung, wobei die Anode des SCR mit dem einen Ende des zwischen-

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geschalteten Widerstandes und die Anode der parallelgeschalteten Diode mit dem anderen Ende des zwischengeschalteten Widerstandes verbunden ist.
3. Schaltung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine parallel zu dein Relais geschalteten Lade-Speicherkondensator zum Geschlossenhalten des Relais während des negativen Halbzyklusses bei nicht leitendem SCR.
4. Schaltung nach Anspruch 3 mit einem in Reihe mit der Parallelkombination von Relais und Kondensator (C) geschalteten Widerstand (R) zur Anpassung der Versorgungsspannung an den Spannungsbedarf der Relaisspule.
5. Schaltung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen spannungsabhänigen Widerstand oder einen anderen spannungsabhängigen nichtlinearen Widerstand (R_s) parallel zu dem SCR.
6ο Schaltung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine parallel zum SCR liegende Reihenschaltung aus einem Widerstand (R^) und einem Kondensator (Cg).
7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator eine Widerstandskapazität ist.