DE3622435C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Steuerung eines elektronischen Schalters mit drei Anschlüssen, der zwischen po­ sitive und negative Leitungen geschaltet ist, sowie mit einer Ansteuerung für die Zuführung eines Ansteuersignales zu einem Steueranschluß des elektronischen Schalters und einem zwischen die positiven und negativen Leitungen geschalteten Kondensator. Eine solche Vorrichtung ist aus der nachveröffentlichten DE-OS 34 29 488 bekannt.

Im allgemeinen wird für die genannte Ansteuerung, die bei der hier vorliegenden Vorrichtung dazu dient, den elektronischen Schalter in Reaktion auf ein externes EIN-Signal durchzuschal­ ten, eine eigene Stromversorgungseinheit vorgesehen, mit den Nachteilen eines hohen Schaltungsaufwandes und der Notwendigkeit der Isolierung der Ansteuerung vom Lastkreis. Hängen mehrere Ansteuereinheiten an einer gemeinsamen Stromversorgung, ist darauf zu achten, daß keine gegenseitige Beeinflussung der Leistungsschalter auftritt.

Bei der aus der obengenannten Druckschrift bekannten Anordnung ist zum Zwecke der Entlastung des elektronischen Schalters von induktiven Spannungsstößen parallel zur Schaltstrecke ein Kon­ densator vorgesehen. Der Entladestrom des Kondensators fließt, zusammen mit eventuellen induktiven Entladeströmen von Ver­ brauchern, über eine Kommutierungsdrossel ab. Eine mit der Kommutierungsdrossel magnetisch gekoppelte Sekundärwicklung dient dazu, die Entladeenergie des Kondensators zu einer An­ steuereinheit zu führen. Die Ansteuereinheit erzeugt dabei die Ansteuersignale für den elektronischen Schalter in der Art eines Oszillators oder ähnlichem, sie entnimmt ihre Energie hauptsäch­ lich einer der Ansteuereinheit und dem Lastkreis gemeinsamen Gleichstromquelle.

Trotz der Rückführung der Entladeenergie, die während des Ab­ schaltvorganges entsteht, kann bei dieser Anordnung weiterhin nicht auf eine separate Stromzuführung für die Ansteuerung ver­ zichtet werden. Die oben genannten, allgemeinen Nachteile einer eigenen Stromversorgung treffen also auch hier zu.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Vorrichtung für die Steuerung eines elektronischen Schalters so auszugestalten, daß bei einfa­ chem Aufbau keine besonderen Maßnahmen bezüglich der Spannungs- und der Störungsfestigkeit erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von der bekannten Anordnung, er­ findungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst, das heißt dadurch, daß die Stromversorgung für den An­ steuerschalter der Vorrichtung vollständig aus dem Laststrom­ kreis erfolgt, wobei die elektrische Energie für die Ansteuerung des Leistungsschalters während der unbelasteten AUS-Periode dem Lastkreis entnommen wird. Rückwirkungen, die sich aus der Bela­ stung des Lastkreises während der EIN-Periode ergeben könnten, sind daher ausgeschlossen.

In den Unteransprüchen 2 bis 9 sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben.

Ausführungsbeispiele der Vorrichtung für die Steuerung eines elektronischen Schalters werden im folgenden anhand der Zeich­ nung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Vor­ richtung;

Fig. 2 ein Diagramm für verschiedene Wellenformen bei der Vorrichtung der Fig. 1; und die

Fig. 3 bis 8 weitere Ausführungsformen der Vorrichtung.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein erster Kondensa­ tor 1 zwischen positive und negative Leitungen für einen elek­ tronischen Schalter 4 mit drei Anschlüssen geschaltet. Die Be­ zugsziffer 3 bezeichnet einen Transformator mit einer Primär­ wicklung, die in Serie mit dem ersten Kondensator 1 an die posi­ tiven und negativen Leitungen angeschlossen ist, und mit einer Sekundärwicklung, die an ihrem einen Ende direkt mit der negati­ ven Leitung und an ihrem anderen Ende über eine Diode 5 und einen zweiten Kondensator 6 mit der negativen Leitung verbunden ist. Mit der Bezugsziffer 7 ist ein Ansteuerschalter bezeichnet, der mit seinem Eingangsanschluß an die Verbindungsstelle der Diode 5 mit dem zweiten Kondensator 6 und mit seinem Ausgangsan­ schluß an die Basiselektrode eines Transistors als dem elek­ tronischen Schalter 4 angeschlossen ist. Der Ansteuerschalter 7 ist so ausgelegt, daß er von einer (nicht gezeigten) externen Schaltung, die beispielsweise durch einen Fotokoppler isoliert ist, mit einem EIN/AUS-Signal als Steuersignal versorgt wird.

Unter Bezug auf die Wellenformdiagramme der Fig. 2 wird der Betrieb der beschriebenen Vorrichtung erläutert.

Unter der Annahme, daß sich der elektronische Schalter 4 in seinem AUS-Zustand befindet, wird der erste Kondensator 1 von dem Zeitpunkt an, zu dem der Schalter 4 ausgeschaltet wird, aufgrund der zwischen den positiven und negativen Leitungen anliegenden Spannung (in Fig. 2a dargestellt) elektrisch gela­ den. Der erste Kondensator 1 dient auch dazu, die Stoßspannungen zu absorbieren, die beim Ausschalten des elektronischen Schal­ ters 4 erzeugt werden. Die elektrische Ladung wird beim Ein­ schalten des Schalters 4 in Antwort auf ein in den Ansteuer­ schalter 7 eingegebenes EIN-Signal vom ersten Kondensator 1 durch die Primärwicklung des Transformators 3 abgeführt. Der Entladestrom induziert einen Strom in der Sekundärwicklung des Transformators 3. Dieser Sekundärstrom wird dazu verwendet, den zweiten Kondensator 6 über die Diode 5 aufzuladen, er wird auch dem Ansteuerschalter 7 zugeführt. Der Ansteuerschalter 7 er­ bringt die EIN/AUS-Steuerung des Schalters 4, wobei der genannte Strom für die Energieversorgung verwendet wird. Mit anderen Wor­ ten ist die Schaltung so ausgelegt, daß die während der AUS-Pe­ riode des elektronischen Schalters 4 im ersten Kondensator 1 gespeicherte elektrische Energie dazu verwendet wird, es dem Ansteuerschalter 7 zu ermöglichen, die EIN/AUS-Steuerung des Schalters 4 durchzuführen.

In den Diagrammen nach den Fig. 2a bis 2d sind der Verlauf der Spannung und des Stromes an einzelnen Punkten der Schaltung nach Fig. 1 dargestellt. Fig. 2a zeigt die Spannung zwischen den po­ sitiven und negativen Leitungen, Fig. 2b den Ladestrom zum er­ sten Kondensator 1 und Fig. 2c die Spannung zwischen den An­ schlüssen des zweiten Kondensators 6. Wie aus den Wellenform­ diagrammen hervorgeht, steigt die Anschlußspannung des zweiten Kondensators 6 aufgrund des Entladestromes vom ersten Kondensa­ tor 1 zu dem Zeitpunkt geringfügig an, zu dem der elektronische Schalter 4 eingeschaltet wird, und fällt dann allmählich ab, wenn dem Schalter 4 die elektrische Energie zugeführt wird.

Die Fig. 3 zeigt das Schaltbild eines weiteren Ausführungsbei­ spiels. Danach ist zwischen der positiven Leitung und dem ersten Kondensator 1 eine Diode 2 für die Rückwärtsstromsperrung vorge­ sehen. Eine Seite der Primärwicklung des Transformators 3 ist an die Verbindungsstelle zwischen der Diode 2 und dem ersten Kon­ densator 1 angeschlossen.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel, das in der Fig. 4 darge­ stellt ist, ist die Diode 2 parallel zur Primärwicklung 3a des Transformators 3 zwischen den ersten Kondensator 1 und die nega­ tive Leitung geschaltet. Da auch bei diesem Ausführungsbeispiel sowohl ein Ende der Primär- als auch der Sekundärwicklung des Transformators 3 mit der negativen Leitung verbunden ist, kann auf eine komplizierte Isolation dazwischen verzichtet werden. Derselbe Vorteil läßt sich erzielen, wenn für den Transformator 3 ein Spartransformator 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 positive Leitung geschaltet ist. Der zweite Kondensator 6 wird durch einen Strom geladen, der über den Widerstand 8 zugeführt wird. Eine Spannungsbegrenzungs­ einrichtung, beispielweise ein Widerstand oder eine Zener-Diode, ist zum zweiten Kondensator 6 parallel geschaltet, wodurch die notwendige Spannung an den Ansteuerschalter 7 angelegt werden kann.

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

Die in der Fig. 7 gezeigte Schaltung ist mit einer Einrichtung zur Begrenzung des Entladestromes vom ersten Kondensator 1 ver­ sehen. Das heißt, daß zwischen die Diode 2 und die Primärwick­ lung des Transformators 3 ein Widerstand 10 geschaltet ist.

Falls der Transformator 3 so ausgelegt ist, daß er auf den für die Ansteuerschaltung erforderlichen Minimalwert eingestellt ist, kann bei niedriger Anschlußspannung des zweiten Konden­ sators 6 das Fließen eines zu großen Stromes zum zweiten Kon­ densator 6 verhindert werden. Der Verlauf des Entladestroms des ersten Kondensators 1 bei dieser Ausführungsform ist in der Fig. 2d gezeigt.

Die Fig. 8 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine Einrichtung zur Stabilisierung der an den Ansteuerschalter 7 angelegten Spannung vorgesehen ist. Die Spannungsstabilisie­ rungsschaltung weist folgende Elemente auf: Einen Komparator 12, einen Transistor 13, dessen Basis mit dem Ausgang des Kompara­ tors 12 verbunden ist, und einen Widerstand 14, der zwischen die Kollektorelektrode des Transistors 13 und den Eingangsanschluß des Ansteuerschalters 7 geschaltet ist. Der Emitter des Transi­ stors 13 ist mit der negativen Leitung verbunden. Ein Eingangs­ anschluß des Komparators 12 ist mit der Verbindungsstelle der Diode 5 mit dem Kondensator 6 verbunden, das heißt dem Eingangs­ anschluß des Ansteuerschalters 7, der andere Eingangsanschluß des Komparators 12 ist mit einer Referenzspannungsquelle 11 verbunden. Wenn bei dieser Anordnung die Sekundärspannung des Transformators 3 die Referenzspannung übersteigt, wird der Widerstand 14 parallel zur Sekundärwicklung geschaltet, und die Eingangsspannung der Ansteuerschaltung 7 dadurch stabilisiert. Am Eingang des Ansteuerschalters 7 kann auch ein Widerstand mit einem im voraus berechneten Wert vorgesehen werden, um die Ein­ gangsspannung zu stabilisieren.

Claims (9)

1. Vorrichtung für die Steuerung eines elektronischen Schalters (4) mit drei Anschlüssen, der zwischen positive und negative Leitungen geschaltet ist, mit

• - einem Ansteuerschalter (7) für die Zuführung eines Ansteuer­ signales zu einem Steueranschluß des elektronischen Schalters (4) in Reaktion auf ein externes EIN-Signal;
• - einem zwischen die positiven und negativen Leitungen geschal­ teten ersten Kondensator (1); und mit
• - einem Transformator (3), dessen Primärwicklung in Serie mit dem ersten Kondensator (1) an die positiven und negativen Lei­ tungen angeschlossen ist, dessen einer Anschluß der Sekundär­ wicklung direkt mit der negativen Leitung verbunden ist und dessen anderer Anschluß der Sekundärwicklung über eine Serien­ schaltung aus einer Diode (5) und einem zweiten Kondensator (6) mit der negativen Leitung verbunden ist, wobei der Eingangsan­ schluß des Ansteuerschalters (7) an die Verbindungsstelle der Diode (5) mit dem zweiten Kondensator (6) angeschlossen ist, so daß die während des AUS-Zustandes des elektronischen Schalters (4) im ersten Kondensator (1) gespeicherte elektrische Energie für die Dauer des EIN-Zustandes des elektronischen Schalters (4) an der Verbindungsstelle der Diode (5) mit dem zweiten Konden­ sator (6) zur Verfügung steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Diode (2), die zur Primärwicklung des Transformators (3) parallel ge­ schaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Span­ nungsbegrenzungseinrichtung (9), die zu dem zweiten Kondensator (6) parallel geschaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsbegrenzungseinrichtung (9) ein Widerstand oder eine Zener-Diode ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Spannungsbegrenzungswiderstand (10), der zwischen den ersten Kondensator (1) und den Transformator (3) geschaltet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ein­ richtung (11-14) zur Einstellung der an den Ansteuerschalter (7) angelegten Spannung.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Spannung einstellende Einrichtung einen Komparator (12) , der ein Ausgangssignal liefert, wenn die Spannung am Eingangsan­ schluß des Ansteuerschalters (7) höher als eine Bezugsspannung ist, und ein Schaltelement (13) aufweist, durch dessen Betrieb bei anliegendem Ausgangssignal des Komparators (12) ein vorge­ gebener Widerstand (14) zwischen den Eingangsanschluß des An­ steuerschalters (7) und die negative Leitung geschaltet wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung des Transformators (3) mit einem Mittelabgriff versehen ist, wobei ein Ende der Primärwicklung und der Mittel­ abgriff der Sekundärwicklung (3b) mit der negativen Leitung ver­ bunden sind; und daß zwischen den Mittelabgriff und den beiden Enden der Sekundärwicklung (3b) jeweils ein zweiter Kondensator (6, 6a) geschaltet ist, der durch den in der Sekundärwicklung induzierten elektrischen Strom aufgeladen wird, wobei die beiden Enden der Sekundärwicklung (3b) mit einem positiven bzw. einem negativen Eingangsanschluß des Ansteuerschalters (7) verbunden sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Dioden (5, 5a), die jeweils zwischen die beiden Enden der Sekundärwicklung (3b) und die zweiten Kondensatoren (6, 6a) geschaltet sind.