DE3640257A1

DE3640257A1 - Phase-gating controller for AC voltage controllers

Info

Publication number: DE3640257A1
Application number: DE19863640257
Authority: DE
Inventors: Hartmut Garske; Matthias Seifert
Original assignee: Kombinat Textima VEB
Current assignee: Kombinat Textima VEB
Priority date: 1986-02-05
Filing date: 1986-11-25
Publication date: 1987-08-06
Also published as: DD262517A1

Abstract

While the aim is to reduce the component cost, the object is to increase the functional reliability for the driven power controllers and to improve the protection quality. The object is achieved in that a synchronisation stage is connected via a coupling element to a trigger stage, the synchronisation stage having switching thresholds which are of identical magnitude but of opposite polarity, and the output of the trigger stage being connected to a load such that, in the event of the semiconductors which switch the power failing to switch on or the required-value transmitter (setting transmitter) not being in the initial position and the operating voltage rising, this operating voltage is limited in such a manner that the triggering pulses are not sufficient for switching on.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Ansteuerung von leistungsschaltenden Halbleitern von Wechselspannungsstellern, wie sie besonders vorteilhaft als Drehzahlsteller bei Konsumgütern, insbesondere bei Haushaltsnähmaschinen und auch für Erzeugnisse der Industrieelektronik Anwendung finden.The invention relates to a circuit for controlling power switching semiconductors of AC voltage regulators, as they are particularly advantageous as a speed controller Consumer goods, especially in household sewing machines and also find application for industrial electronics products.

Phasenanschnittsteuerungen für Wechselspannungssteller sind allgemein bekannt.Phase control for AC voltage controllers are well known.

Bei einfachen Schaltungen, wie sie auch für Konsumgüter Anwendung finden, erfolgt die Stromversorgung vorwiegend direkt aus der Netzspannung. Folgende Grundschaltungen finden breite Anwendung:With simple circuits, as they do power supply is used for consumer goods predominantly directly from the mains voltage. The following basic circuits are widely used:

- RC element with downstream trigger element, typical of this are diac, four-layer diode, unjunction transistor and four-layer arrangements emulated with transistors as they e.g. B. in OS 21 59 308 and OS 28 06 907 are described. A disadvantage of these solutions is that the time-determining Capacitor firing angle and firing pulse energy are defined at the same time. Practically executed Circuits lead to a compromise between the maximum power loss of the mostly changeable Resistance and through the circuit arrangement achievable ignition pulse width. With a setpoint specification before switching on the mains voltage takes place when applying the same immediately the formation of ignition pulses, one conditional ignition pulse release is without additional effort not possible. Another disadvantage of these circuits is that the setpoint resistance is not affected by voltage or power sources can be replaced with what is modular Integration of such circuits in circuit complexes is desirable.
- Phase control on the basis of special circuits.
Integrated circuits that have become known, see here USA-PS 35 58 922, meet different technical Claims, in some cases also delayed Release of the ignition pulses after application of the mains voltage, a conditional release, but becomes time-independent unrealized. Another disadvantage when used the circuits result from the designed type the power supply, which comes from the series resistor Mains takes place, the power loss is 1.5 W. The resulting problems of heat dissipation restrict freedom of movement for constructive housing of the components strongly.
- Phase control with limitation of the ignition angle to prevent inflammation at the beginning of the following Half wave.
A limitation of the ignition angle through the dimensioning of the setpoint resistance is in the DD-WP 2 25 603 suggested. However, this solution has the disadvantage on that if the resistance is increased unintentionally, e.g. B. due to a defect or pollution Ignition cannot be excluded.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die in universeller Weise, bei minimalem Aufwand von Bauelementen funktionssicher, Zündimpulse zur Ansteuerung von Leistungsschaltgliedern auf Halbleiterbasis erzeugt und bei Inbetriebnahme des Zündimpuls nur dann freigibt, wenn eine mögliche Gefährdung des Anwenders durch falsche Bedienhandlung ausgeschlossen ist.The invention has for its object a circuit arrangement to create that in a universal way, with minimal Effort of components functionally reliable, ignition impulses for controlling power switching elements based on semiconductors generated and only when starting the ignition pulse then releases if there is a possible risk to the user is excluded due to incorrect operation.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Schaltungsanordnung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere wesentliche Merkmale der Erfindung enthalten die Patentansprüche 2 bis 8.According to the invention, the object is achieved by the circuit arrangement according to the characterizing part of patent claim 1 solved. Contain other essential features of the invention claims 2 to 8.

Die Erfindung wird an einem möglichen Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Anwendung der Phasenanschnittsteuerung in C-MOS-Technik im Zusammenwirken mit einem Triac als Drehzahlsteller für einen Universalmotor. The invention is explained in more detail using a possible exemplary embodiment. Fig. 1 shows a preferred application of the phase control in C-MOS technology in cooperation with a triac as a speed controller for a universal motor.

Am Anschlußpunkt 22 liegen der Widerstand 3 und der Widerstand 1, der gemeinsam mit dem Widerstand 2 einen Spannungsteiler bildet, der Verbindungspunkt des Teilers liegt am ersten Eingang des NAND-Gliedes 4, dessen Ausgang den ersten Eingang des NAND-Gliedes 5 und dessen zweiten Eingang der zweite Anschluß des Widerstandes 3 bilden. Der Ausgang des NAND-Gliedes 5 ist zum einen mit der Katode der Diode 6 verbunden, die über einen Widerstand 8 mit einem Punkt, der den Kondensator 9, den Widerstand 10 und den Anschluß 25 miteinander vereinigt, in Verbindung steht und zum anderen am Anschluß 26 liegt. An den Anschlüssen 25; 26 wird ein nicht dargestellter Sollwertgeber angeschlossen. Der zweite Anschluß des Kondensators 9, des Widerstandes 2, die Anode der Diode 21, eine Seite des Widerstandes 15 und der Emitter des Transistors 16 liegen an einem Anschluß des Kondensators 7. Ein Anschluß des Widerstandes 12, verbunden mit dem zweiten Anschluß des Widerstandes 10, bilden den ersten Eingang des NAND-Gliedes 11, dessen Ausgang auf den ersten Eingang des NAND-Gliedes 13 liegt, wohingegen beide zweite Eingänge dieser NAND-Glieder auf Bezugspotential und am Ausgang des NAND-Gliedes 13 der zweite Anschluß des Widerstandes 12 und ein Anschluß des Widerstandes 14 liegen. Die anderen Anschlüsse der Widerstände 14; 15 liegen an der Basis des Transistors 16, dessen Kollektor über den Widerstand 17 mit der Steuerelektrode des Triac 18 verbunden ist, der in an sich bekannter Weise zwischen Motor und Netzspannung liegt. Die Stromversorgung der Gesamtschaltung erfolgt über Anschlüsse 23; 24, an denen auch die Reihenschaltung der Z-Diode 20 mit Widerstand 19 liegt und letzterer mit der Anode der Z-Diode 20 und der Katode der Diode 21 in Verbindung steht. Der zweite Anschluß des Kondensators 7 liegt am Anschluß 23.At the connection point 22 there are the resistor 3 and the resistor 1 , which together with the resistor 2 forms a voltage divider, the connection point of the divider lies at the first input of the NAND element 4 , the output of which is the first input of the NAND element 5 and the second input thereof form the second connection of the resistor 3 . The output of the NAND gate 5 is connected on the one hand to the cathode of the diode 6 , which is connected via a resistor 8 to a point which unites the capacitor 9 , the resistor 10 and the terminal 25 , and on the other hand to the terminal 26 lies. At the connections 25; 26 , a setpoint generator, not shown, is connected. The second connection of the capacitor 9 , the resistor 2 , the anode of the diode 21 , one side of the resistor 15 and the emitter of the transistor 16 are connected to one connection of the capacitor 7 . A connection of the resistor 12 , connected to the second connection of the resistor 10 , form the first input of the NAND element 11 , the output of which lies on the first input of the NAND element 13 , whereas both second inputs of these NAND elements are at reference potential and at Output of the NAND gate 13, the second connection of the resistor 12 and a connection of the resistor 14 are. The other connections of the resistors 14; 15 are at the base of transistor 16 , the collector of which is connected via resistor 17 to the control electrode of triac 18, which is in a manner known per se between the motor and the mains voltage. The entire circuit is supplied with power via connections 23; 24 , on which the series connection of the Z diode 20 with resistor 19 is located and the latter is connected to the anode of the Z diode 20 and the cathode of the diode 21 . The second connection of the capacitor 7 is at the connection 23 .

Mode of action:

Im gesperrten Zustand des Triac 18 liegt an der Synchronisationsstufe 1; 2; 3; 4; 5 eine der Netzspannung identische Spannung. Ein auf die Betriebsspannung bezogener Spannungsteiler bewirkt, daß am Ausgang von 4 Low-Impulse entstehen, die innerhalb der positiven Halbwellen liegen. Die NAND- Funktion von 5 hat zur Folge, daß bei zweckentsprechender Dimensionierung des Spannungsteilers 1; 2 zum Zeitpunkt des Nulldurchganges der Netzspannung, am Ausgang symmetrische Synchronimpulse (Low-Impulse) entstehen, die über die Diode 6 und den Widerstand 8 den Kondensator 9 entladen, wodurch am Ausgang der Triggerstufe 10; 11; 12; 13 Low-Potential entsteht. Nach der L/H-Flanke des Synchronimpulses erfolgt die Aufladung von 9 über den Sollwertgeber, Anschluß 25. Erreicht die Triggerstufe die obere Schaltschwelle, erhält Transistor 16 Basisstrom und über 17 der Triac 18 Zündstrom. Die Spannung am Triac bricht zusammen, worauf der Ausgang 5 auf Low gesetzt und der Kondensator 9 über Widerstand 8 und Diode 6 entladen wird. Erreicht die Triggerstufe die untere Schaltschwelle, sperrt Transistor 16, der damit den Stromfluß zur Steuerelektrode 18 beendet. Die Inbetriebnahme der Phasenanschnittsteuerung, d. h. die Freigabe von Zündimpulsen nach Anlegen der Netzspannung, setzt erst ein, nachdem der Sollwertgeber in eine Startstellung gebracht wurde. Wird diese Bedingung nicht erfüllt und liegt die Spannung am Kondensator 7 unter einem Pegel, der bei kurzzeitigen Netzunterbrechungen bzw. Spannungseinbrüchen erreicht werden kann, beginnt die Betriebsspannung nach Anlegen der Netzspannung zu steigen bis zu einem Wert der die NAND-Glieder 4; 5; 11; 13 in Funktion setzt, damit schaltet die Triggerstufe auf High-Pegel, der etwa dem Pegel der Spannung am Kondensator 7 entspricht. Über die Reihenschaltung der Widerstände 14; 15 wird die Spannungsquelle so belastet, daß ein ausreichender Strom zum Zünden des Triac 18 nicht fließen kann. Mit Ausbleiben der Zündung des Triac bricht auch die anliegende Spannung nicht zusammen und die Triggerstufe schaltet nicht auf Low-Potential zurück, dies wäre frühestens zum nächsten Synchronimpuls möglich, tritt aber nicht ein, da aufgrund der noch zu niedrigen Betriebsspannung die Synchronimpulse den Kondensator 9 nicht ausreichend entladen können. Gegenüber dem normalen Funktionsablauf verlängert sich somit der High-Zustand der Triggerstufe. Der durch die Widerstände 14; 15 bedingte Spannungsabfall am Vorwiderstand 19 führt dazu, daß die Betriebsspannung auf den niedrigen Wert gehalten wird. Dieser stabile Sperrzustand wird erst dann aufgehoben, wenn der Sollwertgeber auf den Wert oberhalb des Widerstandes für den Zündbereich gestellt wird.In the locked state of the triac 18 lies on the synchronization stage 1; 2; 3; 4; 5 a voltage identical to the mains voltage. A voltage divider related to the operating voltage causes 4 low pulses to occur at the output, which lie within the positive half-waves. The result of the NAND function in FIG. 5 is that when the voltage divider 1; 2 at the time of the zero crossing of the mains voltage, symmetrical sync pulses (low pulses) arise at the output, which discharge the capacitor 9 via the diode 6 and the resistor 8 , as a result of which the output of the trigger stage 10; 11; 12; 13 Low potential arises. After the L / H edge of the synchronizing pulse, 9 is charged via the setpoint generator, connection 25 . If the trigger level reaches the upper switching threshold, transistor 16 receives base current and via 17 the triac 18 ignition current. The voltage at the triac breaks down, whereupon the output 5 is set to low and the capacitor 9 is discharged via resistor 8 and diode 6 . If the trigger stage reaches the lower switching threshold, transistor 16 blocks, which thus ends the current flow to the control electrode 18 . The start-up of the phase control, ie the release of ignition pulses after applying the mains voltage, only starts after the setpoint generator has been brought into a start position. If this condition is not met and the voltage across the capacitor 7 is below a level that can be achieved in the event of brief interruptions in the network or voltage dips, the operating voltage begins to rise after application of the mains voltage up to a value which the NAND elements 4; 5; 11; 13 sets in function, so that the trigger level switches to high level, which corresponds approximately to the level of the voltage on capacitor 7 . Via the series connection of the resistors 14; 15 , the voltage source is loaded so that a sufficient current to ignite the triac 18 cannot flow. If the triac does not ignite, the applied voltage does not collapse and the trigger stage does not switch back to low potential, this would be possible at the earliest for the next sync pulse, but does not occur because the sync pulses do not cause capacitor 9 due to the operating voltage which is still too low can discharge sufficiently. Compared to the normal functional sequence, the high state of the trigger level is extended. The through the resistors 14; 15 conditional voltage drop across the series resistor 19 leads to the operating voltage being kept at the low value. This stable blocking state is only released when the setpoint generator is set to the value above the resistance for the ignition range.

List of reference numerals used 1 resistor
2 resistance
3 resistance
4 link
5 link
6 diode
7 capacitor
8 resistance
9 capacitor
10 resistance
11 link
12 resistance
13 link
14 resistance
15 resistance
16 transistor
17 resistance
18 triac
19 resistance
20 Z diode
21 diode
22 connection point
23 Mains connection - reference potential
24 mains connection
25 Connection of setpoint device
26 Connection of setpoint device

Claims

1. phase control for AC voltage controller, used in consumer goods, in particular in household sewing machines as a speed controller, with synchronization stage, coupling element and trigger stage, characterized in that the inputs of the synchronization stage ( 1; 2 ), which are located on a common connection point ( 22 ) between the triac and the consumer, are connected ; 3; 4; 5 ) have the same switching thresholds with opposite polarity and the output of this stage has both a connection point ( 26 ) and a coupling element ( 6; 8; 9 ) with the trigger stage ( 10; 11; 12; 13 ) is connected and the output of which is connected to a load ( 14; 15 ).

2. phase control according to claim 1, characterized in that both logic elements ( 4; 5 ) of the synchronization stage consist of an antivalence gate.

3. phase control according to claim 1, characterized in that both logic elements ( 4; 5 ) of the synchronization stage consist of an equivalent gate.

4. phase control according to claim 1, characterized in that the logic element ( 4 ) is a negator and ( 5 ) is a NAND gate.

5. phase control according to claim 1, characterized in that the logic element ( 4 ) is a negator and ( 5 ) is a NOR gate.
u

6. phase control according to claim 1 and one of claims 2 to 5, characterized in that a setpoint generator is parallel to the diode resistance path ( 6; 8 ) of the coupling element.

7. phase control according to claim 6, characterized in that the setpoint generator has a variable resistance is.

8. phase control according to claim 6, characterized in that the setpoint generator is an active two-pole.