DE3622435A1

DE3622435A1 - Steuervorrichtung fuer ein elektrisches ventil

Info

Publication number: DE3622435A1
Application number: DE19863622435
Authority: DE
Inventors: Fumio Mizohata; Takao Kawabata
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-10-16
Filing date: 1986-07-03
Publication date: 1987-04-16
Also published as: US4710696A; KR870004554A; CN86101110A; CH671857A5; JPS6292767A; DE3622435C2; CA1253928A; CN1004462B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für ein elektrisches Ventil mit drei Anschlüssen, wie ein Stromrichterventil oder einen Transistor.

Fig. 9 ist ein Blockdiagramm, wie es im Mitsubishi-Halb leiterdatenbuch von 1984 auf den Seiten 6 bis 7 angegeben ist, das eine Steuervorrichtung für ein steuerbares elektrisches Ventil mit drei Anschlüssen nach dem Stand der Technik darstellt. In der Zeichnung bezeichnen die Bezugsziffern 21 einen Leistungstransformator, 22 eine aus einer Diodenbrücke aufgebaute Gleichrichterschaltung, 23 und 24 Glättungskondensatoren, 25 eine Ansteuerschaltung und 26 einen Transistor als das steuerbare elektrische Ventil mit drei Anschlüssen.

Der Transformator 21 weist eine mit einer herkömmlichen Leistungsquelle (nicht gezeigt) verbundene Primärwicklung und eine Sekundärwicklung auf, die mit der Gleichrichter schaltung 22 verbunden ist. Ein Ausgangsstrom der Sekun därwicklung wird von der Gleichrichterschaltung 22 gleich gerichtet, mittels der Kondensatoren 23, 24 geglättet und anschließend der Ansteuerschaltung 25 zugeführt. Die Ansteuerschaltung 25 liefert an die Basiselektrode des Transistors 26 ein Signal für seine Ansteuerung, während an sie von außen ein EIN-Signal angelegt wird.

Ein ernsthaftes Problem bei der Steuervorrichtung mit dem obengenannten Aufbau liegt darin, daß ein relativ großer Transformator 21 und Gleichrichterschaltkreis 22 erforder lich sind, um die Ansteuerschaltung 25 mit dem notwendigen Strom für ihren Betrieb zu versorgen. Um einen stabilen Betrieb des Transistors 26 sicherzustellen, der unter einer hohen Spannung arbeitet, muß der Transistor 26 daneben unter Handhabung hoher Spannungen von dem Trans formator 21 isoliert sein. Ein weiteres Problem ist die Gefahr von Stoßspannungen, die aufgrund des Schaltens des steuerbaren elektrischen Ventils 26 erzeugt werden, so daß sie sich über die Schaltung des obengenannten Transforma tors oder ähnliche in andere Steuervorrichtungen als Rauschen einblenden. Es wurde zwar vorgeschlagen, eine Dämpfungsvorrichtung vorzusehen, um mit der Erzeugung von Stoßspannungen fertigzuwerden; daraus folgt jedoch das weitere Problem, daß der elektrische Leistungsverlust entsprechend ansteigt.

Die grundlegende Aufgabe der Erfindung ist darin zu sehen, eine Steuervorrichtung für ein elektrisches Ventil anzuge ben, mit der die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile zumindest teilweise überwunden werden. Insbeson dere soll eine Leistungsversorgungseinheit für die An steuerung eines elektrischen Ventils mit drei Anschlüssen angegeben werden, die keine besondere Anordnung für eine spannungsfeste Behandlung des steuerbaren elektrischen Ventils erfordert und mit einem einfachen Aufbau und geringer Größe bei niedrigen Kosten geschaffen werden kann.

Die erfindungsgemäße Leistungsversorgungseinheit für die Ansteuerung eines elektrischen Ventils mit drei Anschlüs sen, das zwischen positiven und negativen, einen Gleich strom für das steuerbare elektrische Ventil liefernden Leitungen anzuschließen ist, weist einen Kondensator, der während der AUS-Periode des steuerbaren elektrischen Ventils mit elektrischer Energie geladen wird und die elektrische Energie während der EIN-Periode entlädt, sowie eine Ansteuerschaltung auf, die auf eine von außen kommende Steuereingabe anspricht und das steuerbare elektrische Ventil mit einem Steuerstrom versorgt, der über einen Transformator aus der von dem Kondensator entladenen elektrischen Energie erzeugt wird.

Im einzelnen wird der Kondensator während der AUS-Periode des steuerbaren elektrischen Ventils geladen und gibt die elektrische Energie während der EIN-Periode über den Transformator ab, um an die Ansteuerschaltung einen elektrischen Strom zu liefern, so daß die Ansteuer schaltung unter Verwendung dieses Stromes als ihrer Energie und in Antwort auf eine Steuereingabe von außen das steuerbare elektrische Ventil ansteuert.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Steuer vorrichtung für ein elektrisches Ventil mit drei Anschlüssen;

Fig. 2 ein Wellenformdiagramm, in dem verschiedene Wellenformen der Vorrichtung nach Fig. 1 darge stellt sind;

Fig. 3 bis 8 Schaltbilder verschiedener erfindungsgemäßer Steuervorrichtungen; und

Fig. 9 ein Schaltbild einer Steuervorrichtung nach dem Stand der Technik.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein erster Kondensator 1 mit einer Diode 2 für die Rückwärtsstrom sperrung in Serie geschaltet, und diese Serienschaltung ist zwischen positive und negative Leitungen für ein steuerbares elektrisches Ventil 4 mit drei Anschlüssen (im folgenden kurz als "elektrisches Ventil" bezeichnet) geschaltet. Bezugsziffer 3 bezeichnet einen Transformator mit einer Primärwicklung, die zwischen einer Verbindung der Diode 2 mit dem ersten Kondensator 1 und der Anoden leitung angeschlossen ist, und mit einer Sekundärwicklung, die an ihrem einen Ende direkt mit der Kathodenleitung und an ihrem anderen Ende über eine Diode 5 und einen zweiten Kondensator 6 mit der positiven Leitung verbunden ist. Mit Bezugsziffer 7 ist eine Ansteuerschaltung dargestellt, die an ihrem Eingangsanschluß mit einer Verbindung der Diode 5 und des zweiten Kondensators 6 und an ihrem Ausgangsan schluß mit der Basiselektrode des Transistors als dem elektrischen Ventil 4 verbunden ist. Die Ansteuerschaltung 7 ist so ausgelegt, daß sie von einer (nicht gezeigten) externen Schaltung, die beispielsweise durch einen Foto koppler isoliert ist, mit einem EIN/AUS-Signal als einem Steuersignal versorgt wird.

Unter Bezugnahme auf die Wellenformdiagramme nach Fig. 2 wird der Betrieb der obenbeschriebenen Steuervorrichtung erläutert.

Unter der Annahme, daß sich das elektrische Ventil 4 in seinem AUS-Zustand befindet, wird der erste Kondensator 1 von dem Zeitpunkt an, zu dem das Ventil 4 ausgeschaltet wird, aufgrund der zwischen den positiven und negativen Leitungen anliegenden Spannung (in Fig. 2a dargestellt) über die Diode 2 elektrisch geladen. Der erste Kondensator 1 dient auch dazu, die Stoßspannungen zu absorbieren, die beim Ausschalten des elektrischen Ventils 4 erzeugt werden. Die elektrische Ladung wird von dem ersten Kondensator 1 durch die Primärwicklung des Transformators 3 und das elektrische Ventil 4 beim Einschalten des elektrischen Ventils 4 in Antwort auf ein in die Ansteuerschaltung 7 eingegebenes EIN- Signal abgeführt. Der Entladestrom induziert einen Strom in der Sekundär wicklung des Transformators 3. Dieser Sekundärstrom wird dazu verwendet, den zweiten Kondensator 6 über die Diode 5 zu laden, und wird auch der Ansteuerschaltung 7 zugeführt. Die Ansteuerschaltung 7 erbringt die EIN/AUS-Steuerung des elektrischen Ventils 4, wobei der genannte Strom für ihre Energieversorgung verwendet wird. Damit ist die Schaltung so ausgelegt, daß die während der AUS-Periode des elektri schen Ventils 4 im ersten Kondensator 1 geladene elektri sche Energie dazu verwendet wird, der Ansteuerschaltung 7 zu ermöglichen, die EIN/AUS-Steuerung des elektrischen Ventils 4 durchzuführen.

In den Diagrammen nach den Fig. 2a bis 2d sind Spannungs- und Stromwellenformen an einzelnen Punkten der Schaltung nach Fig. 1 dargestellt. Fig. 2a zeigt die Wellenform der Spannung zwischen den positiven und negativen Leitungen, Fig. 2b die des Ladestroms zum ersten Kondensator 1 und Fig. 2c die der Spannung zwischen den Anschlüssen des zweiten Kondensators 6. Wie aus den Wellenformdiagrammen hervorgeht, steigt die Anschlußspannung des zweiten Kondensators 6 aufgrund des Entladestroms vom ersten Kondensator 1 zu dem Zeitpunkt geringfügig an, zu dem das elektrische Ventil eingeschaltet wird, und fällt dann allmählich ab, wenn die elektrische Energie dem elektri schen Ventil 4 zugeführt wird.

Fig. 3 zeigt ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbei spiels der Erfindung. Danach ist ein Arm, in dem der erste Kondensator und die Primärwicklung des Transformators 3 in Serie geschaltet sind, zwischen den positiven und negati ven Leitungen angeschlossen, wodurch ohne hochgradige Isolationseinrichtungen zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung des Transformators 3 dieselben Funktionen und Effekte wie im obenbeschriebenen Ausführungsbeispiel erzielt werden.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, ist eine Diode 2 über die Primärwicklung 3 a des Transformators 3 nach Fig. 3 geschaltet. Da in diesem Ausführungsbeispiel ein Ende sowohl der Primär- als auch der Sekundärwicklung des Transformators 3 mit der negativen Leitung verbunden sind, kann auf eine hochgradi ge Isolationseinrichtung dazwischen verzichtet werden. Derselbe Vorteil läßt sich erzielen, wenn für den Transformator 3 ein Autotransformator oder Spartransforma tor verwendet wird.

Die Schaltung nach Fig. 5 hat denselben Aufbau wie die nach Fig. 4, mit der Ausnahme, daß ein hoher Widerstand 8 zwischen ein Ende des Kondensators 6 und die Anodenleitung geschaltet ist. Der zweite Kondensator 6 wird durch einen Strom geladen, der über den hohen Widerstand 8 zugeführt wird. Eine Spannungsbegrenzungseinrichtung, beispielsweise ein Widerstand oder eine Zener-Diode, ist zum zweiten Kondensator 6 parallel geschaltet, wodurch an die An steuerschaltung 7 eine notwendige Spannung angelegt wird.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel, in dem von der Ansteuerschal tung 7 von der Leistungsquelle sowohl positive als auch negative Spannungen benötigt werden. Die mit Bezugsziffer 3 b bezeichnete Sekundärwicklung des Transformators 3 ist aus zwei Abschnitten aufgebaut, die miteinander an einem Mittelabgriff verbunden sind. Der Abschnitt auf der negativen Seite ist mit einer Diode 5 a und einem zweiten Kondensator 6 a verbunden.

Die in Fig. 7 gezeigte Schaltung ist mit einer Einrichtung für die Begrenzung des Entladestroms vom ersten Kondensa tor 1 versehen. Das heißt, ein Widerstand 10 ist zwischen die Diode 2 und die Primärwicklung geschaltet. Falls der Transformator 3 so ausgelegt ist, daß er eine durch das Produkt der Spannung und Zeit definierte elektrische Charakteristik hat und auf den für die Ansteuerschaltung erforderlichen Minimalwert eingestellt ist, kann das Fließen eines großen Stromes über dem Sollwert zum zweiten Kondensator 6 verhindert werden, wenn die Anschlußspannung des zweiten Kondensators 6 aufgrund seines Entladens niedrig ist. Die Wellenform des Entladestroms des ersten Kondensators 1 ist in Fig. 2d angegeben.

Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, in dem eine Einrichtung für die Stabilisierung der an die Ansteuer schaltung 7 anzulegenden Spannung vorgesehen ist. Die Spannungsstabilisierungsschaltung weist folgende Elemente auf: einen Vergleicher 12, einen Transistor 13, dessen Basis mit dem Ausgangsende des Vergleichers 12 verbunden ist, und einen Widerstand 14, der zwischen die Kollektor elektrode des Transistors 13 und den Eingangsanschluß der Ansteuerschaltung 7 geschaltet ist, wobei der Emitter des Transistors 13 mit der negativen Leitung verbunden ist. Ein Eingangsanschluß des Vergleichers 12 ist mit der Verbindung der Diode 5 und des Kondensators 6 verbunden, d.h. dem Eingangsanschluß der Ansteuerschaltung 7, der andere Eingangsanschluß ist mit einer Referenzspannungs versorgung 11 verbunden. Wenn in der beschriebenen Anordnung die Sekundärspannung des Transformators 3 die Referenzspannung übersteigt, wird der Widerstand 14 parallel zur Sekundärschaltung eingefügt, und die Ein gangsspannung der Ansteuerschaltung 7 dadurch stabili siert. Ein Widerstand mit einem im voraus berechneten Wert kann am Eingangsende der Ansteuerschaltung 7 angeschlossen werden, um die Eingangsspannung zu stabilisieren.

In der obenbeschriebenen erfindungsgemäßen Steuervorrich tung wird die für den Betrieb der Ansteuer- oder Treiber schaltung erforderliche elektrische Leistung von dem Kondensator zugeführt, der von der Hauptleistungsquelle für das steuerbare elektrische Ventil mit drei Anschlüssen während der AUS-Periode des elektrischen Ventils mit Energie geladen wird. Es besteht daher keine Notwendig keit, die Energie für die Ansteuerschaltung von außen zuzuführen, so daß das Problem der Isolierung der Leistungsversorgungsschaltung gelöst ist. Daneben kann die durch das Schalten des steuerbaren elektrischen Ventils hervorgerufene Stoßspannung nicht über die Leistungsver sorgungsschaltung auf andere Steuerschaltungen übertragen werden.

Claims

1. Vorrichtung für die Steuerung eines steuerbaren elektrischen Ventils (4) mit drei Anschlüssen, das zwischen positive und negative Leitungen geschaltet ist, gekennzeichnet durch

- eine Ansteuerschaltung (7) für die Zuführung eines Ansteuersignals zu einem Steueranschluß des elektri schen Ventils (4) in Antwort auf ein externes EIN-Signal; und
- eine Einrichtung für die Zuführung eines elektri schen Stroms zu der Ansteuerschaltung (7), der für deren Betrieb notwendig ist, wobei von einem von den positiven und negativen Leitungen gelieferten elektri schen Strom Gebrauch gemacht wird, mit
a) einem Transformator (3) mit einer Primärwick lung und einer Sekundärwicklung, wobei ein Ende der Sekundärwicklung mit der negativen Leitung verbunden ist;
b) einem zwischen die positiven und negativen Leitungen geschalteten ersten Kondensator (1) für die Speicherung elektrischer Ladung, während sich das elektrische Ventil (4) in einem nicht-leitenden Zustand befindet, und für die Abführung seines Entladestroms durch die Primärwicklung des Transforma tors (3), wenn das elektrische Ventil (4) in einen leitenden Zustand gebracht ist; und
c) einem zweiten Kondensator (6) mit einem mit dem einen Ende der Sekundärwicklung des Transformators (3) verbundenen Ende für die Ladung mit einem in der Sekundärwicklung induzierten elektrischen Strom; wobei der Eingangsanschluß der Ansteuerschaltung (7) mit einer Verbindung der Sekundärwicklung des Trans formators (3) und des zweiten Kondensators (6) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Diode (5), die zwischen ein Ende der Sekundärwicklung und den zweiten Kondensator (6) geschaltet ist, wobei eine Verbindung dieser Diode (5) und des zweiten Kondensators (6) mit dem Eingangsanschluß der An steuerschaltung (7) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Diode (2), die zwischen einen Anschluß des ersten Kondensators (1) und die positive Leitung geschaltet ist, wobei ein Ende der Primärwicklung des Transformators (3) mit einer Verbindung des ersten Kondensators (1) und dieser Diode (2), und das andere Ende mit der positiven Leitung verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Ende der Primärwicklung mit der positiven Leitung, und das andere Ende über den ersten Kondensator (1) mit der negativen Leitung verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Diode (2), die zwischen eine Verbindung der Primär wicklung und des ersten Kondensators (1) und die positive Leitung geschaltet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der erste Kondensator (1) zwischen ein Ende der Primärwicklung und die positive Leitung geschaltet ist, und daß das andere Ende der Primär wicklung mit der negativen Leitung verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Diode (2), die zur Primärwicklung parallel geschaltet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Spannungsbegrenzungseinrichtung (9), die zu dem zwei ten Kondensator (6) parallel geschaltet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsbegrenzungseinrichtung (9) ein Wider stand oder eine Zener-Diode ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch einen Spannungsbegrenzungswiderstand (10), der zwischen den ersten Kondensator (1) und ein Ende der Primärwicklung geschaltet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (11-14) für die Einstellung der an die Ansteuerschaltung (7) angelegten Spannung.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die die Spannung einstellende Einrichtung einen Vergleicher (12), der eine Ausgabe liefert, wenn die Spannung am Eingangsanschluß der Ansteuerschaltung (7) höher als eine Bezugsspannung ist, und eine schaltende Einrichtung (13) aufweist, durch deren Betrieb ein vorgegebener Widerstand nur dann zwischen den Ein gangsanschluß der Ansteuerschaltung (7) und die negative Leitung geschaltet wird, wenn die Ausgabe am Ausgang des Vergleichers (12) anliegt.

13. Vorrichtung für die Steuerung eines steuerbaren elektrischen Ventils (4) mit drei Anschlüssen, das zwischen positive und negative Leitungen geschaltet ist, gekennzeichnet durch

- eine Ansteuerschaltung (7) für die Zuführung eines Ansteuersignals zu einem Steueranschluß des elektri schen Ventils (4) in Antwort auf ein externes EIN-Signal; und
- eine Einrichtung für die Zuführung eines elektri schen Stroms zu der Ansteuerschaltung (7), der für deren Betrieb notwendig ist, wobei von einem von den positiven und negativen Leitungen gelieferten elektri schen Strom Gebrauch gemacht wird, mit
a) einem Transformator (3) mit einer Primärwick lung und einer Sekundärwicklung (3 b), die mit einem Mittelabgriff versehen ist, wobei ein Ende der Primärwicklung und der Mittelabgriff der Sekundär wicklung (3 b) mit der negativen Leitung verbunden sind;
b) einem ersten Kondensator (1) zwischen dem anderen Ende der Primärwicklung und der positiven Leitung für die Speicherung elektrischer Ladung, während sich das elektrische Ventil (4) in einem nichtleitenden Zustand befindet, und für die Abführung seines Entladestroms durch die Primärwicklung des Transformators (3), wenn das elektrische Ventil (4) in einen leitenden Zustand gebracht ist; und
c) zweite Kondensatoren (6, 6 a), die zwischen den Mittelabgriff und jeweils eines der beiden Enden der Sekundärwicklung (3 b) geschaltet sind, so daß sie mit einem in der Sekundärwicklung (3 b) induzierten elektrischen Strom geladen werden; wobei die beiden Enden der Sekundärwicklung (3 b) mit einem positiven bzw. einem negativen Eingangsanschluß der Ansteuerschaltung (7) verbunden sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Dioden (5, 5 a), die jeweils zwischen beide Enden der Sekundärwicklung (3 b) und die zweiten Kondensatoren (6, 6 a) geschaltet sind.