DE3826043C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Zündimpulsbildung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (DE-PS 26 29 831)

Die Erfindung wird in integrierten Schaltkreisen für Phasenanschnitt- oder Nulldurchgangssteuerung, insbesondere bei Nullspannungsschaltern, angewandt.

Bekannt sind Schaltungen zur Steuerung oder Reglung des Stromes durch elektrische Verbraucher nach dem Prinzip der Phasenanschnittsteuerung, wie es beispielsweise in der DE-PS 26 29 831 beschrieben ist.

Die Phasenverschiebung des Zündimpulses und dessen Impulsbreite werden mit einem einzigen Kondensator C _S/t erreicht. Die im integrierten Schaltkreis enthaltene Betriebsspannungsbegrenzung ermöglicht eine direkte Versorgung aus dem Netz über Diode, Vorwiderstand und Glättungskondensator.

Eine Vorrichtung zur Betriebsspannungsüberwachung verhindert unkontrollierte Ausgangsimpulse während des Aufbaus der Betriebsspannung und nach kurzen Netzunterbrechungen. Eine Impulssperre ermöglicht die Realisierung verschiedener Sicherheitsfunktionen, wie Tachoüberwachung, thermischer Überlastschutz u. a. . . .

Ein Regelverstärker vergleicht eingangsseitig einen Sollwert mit dem momentanen Istwert und erzeugt an seinem Ausgang eine Steuerspannung, die den Istwert immer auf Sollwertniveau zu halten versucht.

Die Phasenlage des Zündimpulses wird in der bekannten Form des Vergleichens einer durch den Nulldurchgangsdetektor netzsynchronisierten Rampenspannung mit der vorgegebenen Steuerspannung bestimmt. Die Steilheit der Rampe wird von der Größe des Kondensators C _S/t und dessen Ladestrom vorgegeben. Die Einstellung des Ladestromes erfolgt mittels eines externen Widerstandes, der gleichzeitig den maximalen Steuerwinkel L _max festlegt.

Die Dauer tp des Zündimpulses ergibt sich aus dem Wert von C _S/t . Erreicht das Potential am Kondensator C _S/t die durch die Steuerspannung vorgegebene Zündschwelle, so zündet der mit die Funktion eines Komparators übernehmende interne Thyristor und setzt das nachfolgende Takt-Flip-Flop. Der auf L- Signal gesetzte Ausgang Q des Takt-FF's gibt die Impulsausgangsstufe frei (Vorderflanke des Triac-Zündimpulses), der Ausgang Q schaltet die I _tp -Stromsenke auf C _S/t und über den Setzeingang des RS-FF's die I _S -Stromsenke aus und über das Oder-Gatter den Referenzspannungsschalter ausgangsseitig auf eine interne Referenz. Die eingeschaltete I _tp -Stromsenke lädt nun C _S/t sehr schnell auf. Die Dauer dieser Aufladezeit entspricht der Ausgangsimpulsdauer Tp.

Erreicht das Potential an C _S/t den durch die interne Referenz vorgegebenen Wert, so zündet der Thyristor erneut und setzt das Takt-FF wieder in den Ausgangszustand zurück. Dadurch wird der Ausgangsimpuls beendet. Das Takt-FF schaltet die I _tp - Stromsenke wieder aus.

Der Schaltzustand des RS-FF's ändert sich nicht, so daß die I _S -Stromsenke auch weiterhin abgeschaltet bleibt und das Gate des Thyristors auf der internen Referenz gehalten wird. Auf diese Weise wird zuverlässig verhindert, daß mehr als ein Zündausgangimpuls in der betreffenden Halbwelle der Netzspannung erzeugt wird.

Im folgenden Nulldurchgang der Netzspannung stellt der Nulldurchgangsdetektor den Grundzustand des Takt-FF's sicher und setzt das RS-FF zurück. Durch das Rücksetzen des RS-FF's wird die I _S -Stromsenke wieder eingeschaltet. Der Kondensator C _S/t kann jedoch noch nicht geladen werden, da der Synchronisierschalter während des Nulldurchganges den Kondensator C _S/t auf Startspannung hält. Nach Beendigung des Nulldurchganges läuft der beschriebene Vorgang erneut ab.

Bei induktiven Verbrauchern berücksichtigt ein Stromdetektor die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung. Die bekannten Schaltungen zur Phasenanschnittsteuerung besitzen den Nachteil, daß bei eingeschalteter Betriebsspannungsüberwachung oder Impulssperre das RS-FF zurückgesetzt wird, so daß die eingeschaltete I _S -Stromsenke den Kondensator C _S/t kontinuierlich auflädt. Die Folge davon ist ein fortlaufendes Zünden des Thyristors mit der damit einhergehenden höheren Verlustleistung am Vorwiderstand des Schaltkreises.

Nach der Freigabe durch die Betriebsspannungsüberwachung oder Impulssperre kann es zu einem unkontrollierten Ausgangsimpuls kommen. Die bekannte Schaltung für die Phasenanschnittsteuerung ist daher nicht für das Prinzip der Nulldurchgangs- oder Wellenpaketsteuerung geeignet. Bei einem gegebenen Grundlayout eines Schaltkreises zur Phasenanschnittsteuerung liegt es jedoch aus ökonomischen Gründen nahe, durch geringfügige schaltungstechnische Variation auch die ähnlich gelagerte Nulldurchgangssteuerung zu realisieren, um einen einfachen und billigen Nullspannungsschalter herzustellen.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Zündimpulssteuerung anzugeben, das die wahlweise Realisierung einer Phasenanschnitt- oder Nulldurchgangssteuerung ermöglicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Zündimpulsbildung zu finden, das es ermöglicht, mit einem einzigen Grundlayout durch geringfügige Variation der Leitbahnebene entweder eine Phasenanschnitt- oder eine Nulldurchgangssteuerung zu realisieren und den Nachteil der bekannten Phasenanschnittsteuerung zu beseitigen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe unter den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Um den Aufwand an externer Beschaltung zu verringern, ist die Maßnahme nach Anspruch 2 vorgesehen.

Aus der DE-Z "elektrotechnik" 64, H: 18, 24. September 1982, S. 16-26, insbesondere Fig. 10, 11 ist es zwar bekannt mit einem einzigen Zündbaustein wahlweise sowohl eine Phasenanschnitt- als auch eine Nullpunktsteuerung mit Triacs zu realisieren, jedoch bedarf jener Zündbaustein zweier Zeitglieder mit zwei Kondensatoren zur Festlegung des Zündimpulsbeginns und der Zündimpulsdauer.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden. Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Zündimpulsbildung bei Nulldurchgangssteuerung.

Der als Impulsformer arbeitende Nulldurchgangsdetektor 1 liefert in jedem Nulldurchgang der Netzspannung an seinen beiden Stromquellenausgängen einen Impuls. Der erste Ausgang des Nulldurchgangsdetektors 1 ist mit dem ersten Ausgang A 1 der Betriebsspannungsüberwachung und Impulssperre 3 verbunden und liefert einen geringeren Strom als der erste Ausgang A 1 der Betriebsspannungsüberwachung und Impulssperre 3. Der zweite Ausgang des Nulldurchgangsdetektors 1 ist mit dem Eingang des Synchronisierschalters 2 verbunden. Durch den Nulldurchgangsdetektor 1 wird im Nulldurchgang der Netzspannung über den Synchronisierschalter 2 der Kondensator C _S/t auf Startspannung (-2,2 V) entladen und das Takt-FF 9 und das RS-FF 10 in den Ausgangszustand zurückgesetzt. Der auf L- Signal gesetzte Q-Ausgang des RS-FF's 10 schaltet die I _S -Stromsenke 7 ein.

Das Gate des Thyristors 6 liegt ständig auf der internen Referenz 5. Nach Beendigung des Nulldurchgangsimpulses, der durch die Größe des Synchronisierwiderstandes R _Syn bestimmt wird, öffnet der Synchronisierschalter 2 und gibt den Kondensator C _S/t frei. Die bereits eingeschaltete I _S -Stromsenke 7 lädt den Kondensator C _S/t . Die Aufladezeit ergibt sich aus den Werten von C _S/t und R 5. Erreicht die Spannung U _CS/t den Wert -8,1 V, so zündet der Thyristor 6. Die steile Stromflanke an seinem Stromquellenausgang setzt den Q-Ausgang des Takt-FF's 9 auf L-Signal, so daß der Impulsausgang 12 leitend wird und den externen Triac Tr zündet. Das H-Signal am Q-Ausgang des Takt-FF's 9 schaltet die I _tp -Stromsenke 8 ein und diese wiederum steuert den S-Eingang des RS-FF's 10. Der auf H-Signal gesetzte Q-Ausgang des RS-FF's 10 schaltet die I _S-Stromsenke 7 aus. Der Kondensator C _S/t wird nun allein durch die I _tp -Stromsenke 8 geladen. Erreicht seine Spannung den Wert von -8,1 V, so zündet der Thyristor 6 ein zweites Mal und setzt den Ausgang Q des Takt-FF's 9 wieder auf H-Signal, so daß der Impulsausgang 12 gesperrt wird. Die durch die I _tp-Stromsenke 8 gegebene Aufladezeit von C _S/t entspricht der Ausgangsimpulsdauer tp. Der L-Signal führende Q-Ausgang des Takt-FF's 9 schaltet nun die I _tp-Stromsenke 8 aus. Am Zustand des RS-FF's 10 ändert sich nichts, d. h. auch die I _S-Stromsenke 7 bleibt ausgeschaltet und der Kondensator C _S/t bleibt auf der Thyristorabschaltspannung, die etwa -3,2 V beträgt, stehen. In der betreffenden Halbwelle der Netzspannung kann somit kein weiterer Ausgangsimpuls generiert werden.

Im folgenden Nulldurchgang der Netzspannung beginnt der beschriebene Vorgang von neuem.

Die Zusammenschaltung von Regelverstärker 4 und Impulssperre 3 ergibt einen Schwellwertschalter mit Hysterese.

Die Betriebsspannungsüberwachung und Impulssperre 3 besitzt zwei galvanisch getrennte und in einem bestimmten festen Strom- und zeitlichen Verhältnis zueinander stehende Stromquellenausgänge mit Ableitwiderständen R 1 und R 2 in der Art, daß die Ströme des ersten Ausganges A 1 und des zweiten Ausganges A 2 der Betriebsspannungsüberwachung und Impulssperre 3 mindestens im Verhältnis 1:2,5 stehen und zeitlich synchron verlaufen. Der erste Ausgang A 1 ist mit dem ersten Ausgang des Nulldurchgangsdetektors 1 verbunden und führt über den Vorwiderstand R 3 an den R-Eingang des Takt-FF's 9 und über den Vorwiderstand R 4 an den R-Eingang des RS-FF's 10. Der zweite Ausgang A 2 ist mit dem Eingang des Negators 11verbunden. Der Negator 11 besitzt zwei galvanisch getrennte und zueinander synchron laufende offene Kollektorausgänge. Der Eingang des Negators 11 und der R-Eingang des RS-FF's 10 sind so dimensioniert, daß sie die gleiche Schaltempfindlichkeit besitzen. Das zeitliche Schaltverhalten des Negators 11 wird so ausgelegt, daß er eine sehr geringe Einschaltzeit und eine relativ große Ausschaltzeit erreicht. Der erste Ausgang des Negators 11 ist direkt mit dem R-Eingang des RS-FF's 10, der zweite Ausgang mit dem Q-Ausgang des RS-FF's 10 verbunden. Mit der erfindungsgemäßen Lösung des Zusammenwirkens von Betriebsspannungsüberwachung und Impulssperre 3, Takt-FF 9, RS-FF 10 und Negator 11 wird sichergestellt, daß sowohl während des Einschaltens und der gesamten Einschaltdauer als auch während des Ausschaltens der Betriebsspannungsüberwachung oder Impulssperre 3 der Q-Ausgang des RS-FF's 10 ständig H-Signal führt, auch während der Nulldurchgänge der Netzspannung, weil die beiden Ausgangssignale des Negators 11 absolute Priorität vor den Ausgangssignalen des ersten Ausganges A 1 der Betriebsspannungsüberwachung oder Impulssperre 3 oder des ersten Ausganges des Nulldurchgangsdetektors 1 besitzen und das Rücksetzen des RS-FF's 10 verhindern. Erst nach dem Ausschalten der Betriebsspannungsüberwachung oder Impulssperre 3 wird durch den Nulldurchgangsdetektor 1 im darauffolgenden Nulldurchgang der Netzspannung das RS-FF 10 zurückgesetzt und die I _S - Stromsenke 7 eingeschaltet. Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Verfahren zur Zündimpulssteuerung angegeben, das universell sowohl für Phasenanschnitt- als auch für Nulldurchgangssteuerungen verwendbar ist. Es beseitigt den Nachteil der bekannten Phasenanschnittsteuerung und verhindert bei Nulldurchgangssteuerung, daß nach dem Ausschalten der Betriebsspannungsüberwachung oder Impulssperre 3 unkontrollierte Zündimpulse generiert werden.

Da bei einem Nullspannungsschalter die Toleranzforderungen an den Ladestrom der I _S -Stromsenke 7 von untergeordneter Bedeutung sind, kann zur Einstellung des Ladestromes der interne Emitterwiderstand R 5 verwendet werden, der etwa 1,4 KΩ beträgt. Auf diese Weise läßt sich externe Beschaltung einsparen.

Ein nach der erfindungsgemäßen Lösung hergestellter Nullspannungsschalter IS kann im 8poligen Gehäuse montiert werden.

Die Wirkungsweise einer Phasenanschnittsteuerung nach der erfindungsgemäßen Lösung ergibt sich in einfacher Weise aus den Darlegungen des Ausführungsbeispieles und des Standes der Technik.

Claims (2)

1. Verfahren zur Zündimpulsbildung mittels einer integrierten Schaltung, bei der die Phasenlage des Zündimpulses und dessen Impulsbreite aus einem einzigen Kondensator (C _S/t) abgeleitet werden und bei der die Synchronisation mit der Netzspannung mit einem Nulldurchgangsdetektor (1) erfolgt, dessen erster Ausgang mit dem Ausgang der Betriebsspannungsüberwachung und Impulssperre (3) verbunden ist und über Vorwiderstände (R₃, R₄) die R-Eingänge eines Takt-FF's (9) und eines RS-FF's (10) steuert unter Verwendung eines Regelverstärkers (4) zur Bildung einer Steuerspannung aus der Differenz eines Spannungssoll- und eines Spannungsistwerts, dadurch gekennzeichnet,
daß zwecks Durchführung einer Nulldurchgangs- oder Wellenpaketsteuerung anstelle der Phasenanschnittsteuerung - die Zusammenschaltung von Regelverstärker (4) und Betriebsspannungsüberwachung und Impulssperre (3) einen Schwellwertschalter mit Hysterese ergibt,
daß die Betriebsspannungsüberwachung und Impulssperre (3) zwei galvanisch getrennte und in einem bestimmten festen Strom- und zeitlichen Verhältnis zueinander stehende Stromquellenausgänge mit Ableitwiderständen (R 1) und (R 2) in der Art besitzt, daß die Ströme des ersten Ausganges (A 1) und des zweiten Ausganges (A 2) mindestens im Verhältnis 1 : 2,5 stehen und zeitlich synchron verlaufen,
daß der zweite Ausgang (A 2) einen Negator (11) steuert, der zwei galvanisch getrennte und zueinander synchron laufende offene Kollektorausgänge besitzt, und
daß der erste Ausgang des Negators (11) den R-Eingang des RS-FF's (10) direkt steuert und der zweite Ausgang des Negators (11) den -Ausgang des RS-FF's (10) steuert und daß der Eingang des Negators (11) und der R-Eingang des RS-FF's (10) gleiche Schaltempfindlichkeit besitzen und daß das zeitliche Verhalten des Negators (11) so gewählt ist, daß er eine sehr geringe Einschaltzeit und eine relativ große Ausschaltzeit aufweist, so daß während des Einschaltens, der gesamten Einschaltdauer und während des Ausschaltens der Betriebsspannungsüberwachung und Impulssperre (3) der Q-Ausgang des RS-FF's (10) ständig H-Signal führt, auch während der Nulldurchgänge der Netzspannung, und daß nur bei ausgeschalteter Betriebsspannungsüberwachung und Impulssperre (3) das RS-FF (10) durch den Nulldurchgangsdetektor (1) zurückgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß der emitterseitige Ausgang der I _S-Stromsenke (7) einen Emitterwiderstand (R 5) enthält, mit dem der Ladestrom der I _S-Stromsenke (7) eingestellt wird.