DE4019829A1 - Wechselstrom-leistungssteuervorrichtung mit kurzschluss- und ueberlastungsschutz - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Leistungssteuerschaltungen und insbesondere auf Schaltungsunterbrechungseinrichtungen, welche einen Schutz vor Überbelastungen und Kurzschlüssen bieten.

Gegenwärtig vorhandene Schaltungsunterbrechungseinrichtungen bzw. Trennschalter der elektromagnetischen oder thermischen Bauart sind bekannt, welche Abschaltzeiten in einem Bereich von 10 ms oder mehr haben. Diese Abschaltzeit von 10 ms ist bei vielen kritischen Anwendungsgebieten einer Schaltungsunterbrechungsein­ richtung, wie auf militärischem Gebiet, in brandgefährdeten oder explosiven Umgebungen, in gefährlicher Weise zu lang. Ferner muß bei großen elektrischen Systemen die Schnellauslöseunterbre­ chungsschaltung ausgelöst und anschließend manuell zurückgesetzt werden, um die Schaltung nach dem Beheben einer Störung bzw. eines Fehlers wieder in ihren Betriebszustand zurückzubringen. Diese Schwierigkeiten im Zusammenhang mit den langen Ausschalt­ zeiten und dem manuellen Zurückstellen in Verbindung mit mechanischen Schaltungsunterbrechungseinrichtungen kann bei Anwendungsgebieten nachteilig sein und einen äußerst schwerwie­ genden Nachteil darstellen, wenn die Zeit eine kritische Einfluß­ größe ist.

Der Triac ist eine übliche elektronische Leistungseinrichtung, die aus einem Siliciumkristall hergestellt ist, welcher einen siliciumgesteuerten Gleichrichter (SCR) in zwei Empfindlichkeits­ bereichen zum Empfangen eines Gate-Signal zum Steuern der Leistung durch einen Verbraucher, wie Dimmereinrichtungen mit hoher Leistung, aufweist. Eine Schwierigkeit im Zusammenhang mit SCR- oder Triac-Einrichtungen bei den Anwendungsgebieten zur Leistungssteuerung ist darin zu sehen, daß, wenn der Triac einmal eingeschaltet ist, er nur dann ausschaltet, wenn die Spannungs- oder Stromversorgung oder dgl. unterbrochen wird, und daß eine Abschaltung nicht auftritt, bis der nächste Nulldurchgang der Wechselstromversorgung erreicht ist. Diese Zeitdauer zum Abschalten des Triacs kann sich auf die Größe bis zu einer Hälfte der Wechselstromperiodendauer belaufen, so daß der Triac unter Überlastungs- und Kurzschlußbedingungen beschädigt werden kann.

In der für Callahan et al. am 30. Dezember 1986 erteilten US-PS 46 33 161 ist eine induktanzlose Phasensteuerungs-Dimmerlei­ stungssteuereinrichtung zur Verbindung einer Lampe mit einer Wechselstromquelle beschrieben. Dieses Patent befaßt sich mit der Eliminierung einer Filterinduktanz von der Leistungsstufe der üblichen transistorbestückten, elektronischen Dimmereinrichtung. Bei dieser Dimmersteuereinrichtung wird die Hauptleistung in den Dioden eines Paars von Leistungs-MOSFETs infolge des Durchlaß­ spannungsabfalls parallel zu den FET-Dioden verbraucht, die als Stromleitungsweg für den Dimmerverbraucher genutzt werden. Dies führt zu einer äußerst hohen Leistungsdissipation in den FET- Einrichtungen infolge des Betriebs mit hoher Spannung/hohem Strom in der linearen Betriebsweise. Daher können derartige induktanz­ lose Dimmerleistungssteuereinrichtungen bei Anwendungsgebieten zum Dimmen einer niedrigen Leistung eingesetzt werden. Es erfolgt aber eine zu starke Umwandlung in Wärme oder ein Durchbrennen, wenn eine solche bei Steuerschaltungen mit hoher Leistung eingesetzt wird. Dieses Durchbrennen tritt auf, da die interne Clampdiode bei gleicher Anordnung wie der MOS-FET zu einem Temperaturanstieg führt und folglich die RDS bei dem MOS-FET ansteigt, wodurch die Dissipation an dem MOS-FET selbst abfällt. Auch nimmt die Leistungsdissipation bei der patentierten Leistungssteuereinrichtung an dem MOS-FET zu, da die Verbraucher­ stromanstiegszeit zum Zwecke der Eliminierung der EMI (elektro­ magnetischer Brumm)-Filterinduktanz dadurch zunimmt, daß diese Steuereinrichtung zwangsweise in der linearen Betriebsweise betrieben wird. Wenn man daher die FETs langsam einschaltet, was auftritt, wenn man den MOS-FET bei der linearen Betriebsart bei der halben Frequenz anschaltet, ergibt sich eine starke Wärmedis­ sipation bei dem MOS-FET. Ferner führt das Fehlen der Induktanz zu einem schnellen Stromanstieg im Falle eines Kurzschlußzustan­ des oder eines Überlastungszustandes, wobei der Stromanstieg schneller als die Ansprechzeit der Strombegrenzungsschaltung ist. Das einzige Element, das die Stromslewrate (Unterbrechungsge­ schwindigkeit) steuert, ist die Leitungsinduktanz. Wenn bei 1/4 Periodendauer der Fehler bzw. die Störung auftritt, bei der die Leitungsspannung gleich dem positiven oder negativen Spitzenwert ist, und die elektrische Leitung zu dem Verbraucher kurzgeschlos­ sen ist, ist die Wirksamkeit der Strombegrenzungsschaltung im Hinblick auf den maximal zugelassenen Verbraucherstrom bei der linearen Betriebsart fraglich. Dies trägt auch zu der hohen Wärmedissipation bei derMOS-FET-Leistungssteuereinrichtung bei.

Unter Berücksichtigung der vorstehenden Ausführungen zielt die Erfindung darauf ab, eine transistorbestückte Wechselstrom­ schaltungsunterbrechungseinrichtung mit einer äußerst schnellen Ausschaltzeit bereitzustellen, die in der Größenordnung von µs liegt. Ferner soll eine transistorbestückte Wechselstrom­ schaltungsunterbrechungseinrichtung bereitgestellt werden, welche widerstandsfähig gegen Kurzschlußzerstörungen ist, während Kurzschlüsse übliche transistorbestückte Schaltungsunterbre­ chungseinrichtungen und Leistungssteuereinrichtungen zerstören. Ferner soll die Auslegung derart getroffen werden, daß die transistorbestückte Wechselstromschaltungsunterbrechungsein­ richtung in äußerst hohen Leistungsbereichen betrieben werden kann, wie bei Strömen von größer als 100 Ampere. Ferner soll eine transistorbestückte Wechselstromschaltungsunterbrechungsein­ richtung angegeben werden, die eine äußerst geringe Leistungsdis­ sipation bei einer Leistungssteuereinrichtung hat und die schnell auslösbar ist.

Nach der Erfindung zeichnet sich eine transistorbestückte Wechselstromleistungssteuervorrichtung, die einen Gleichrichter enthält, dessen Ausgang mit einem transistorbestückten Schalter, wie einem MOS-FET oder einem bipolaren Transistor, verbunden ist, dadurch aus, daß dieser jeweils gategesteuert oder basisgesteuert zum Steuern der Leistung durch einen Verbraucher ist. Die Gleichrichterbrücke ist mit einer Wechselstromquelle verbunden, wobei der Gleichstromausgang der Gleichrichterbrücke parallel zu dem transistorbestückten Schalter geschaltet ist. Das Schaltgate ist mit der Wechselstromquelle synchronisiert und wird durch eine Überlastungs- und Kurzschluß-Schutzschaltung angesteuert, welche Überlastungs- und Kurzschlußzustände erfaßt und ihrerseits einen Optokoppler ansteuert, um die Gatespannung und den transistorbe­ stückten Schalter auszuschalten und infolge hiervon den Verbrau­ cherstrom zu unterbrechen. Die Überlastungs- und Kurzschluß- Schutzschaltung umfaßt einen Komparator und eine Zeitgeberein­ richtung zum Erfassen des Überlastungs- und Kurzschlußzustandes, und sie steuert ihrerseits einen Treiberclamptransistor zum Außerbetriebnehmen des transistorbestückten Schalters an, wodurch somit der Verbraucherstrom unterbrochen wird.

Die transistorbestückte Wechselstromleistungssteuervorrichtung nach der Erfindung erreicht eine Ausschaltzeit in der Größenord­ nung von einigen µs, und sie kann so ausgelegt werden, daß sie zurückgesetzt wird, sobald der Fehler bzw. die Störung behoben ist. Diese sehr schnelle Ausschaltzeit zusammen mit der Auslegung des Gleichrichters und des transistorbestückten Steuerschalters ermöglicht die Bereitstellung einer Leistungssteuereinrichtung, die gegenüber Zerstörungen durch Kurzschluß widerstandsfähig ist, die unvermeidbar bei üblichen transistorbestückten Wechsel­ stromschaltungsunterbrechungseinrichtungen auftritt. Die transistorbestückte Wechselstromschaltungsunterbrechungsein­ richtung nach der Erfindung ermöglicht auch das Arbeiten in Bereichen mit sehr hohen Leistungsströmen, die größer als 100 Ampere sein können.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausfüh­ rungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Kombination eines Funktionssystemblock­ diagramms und einer Schaltung einer Wechsel­ stromleistungssteuereinrichtung mit einem Kurzschluß- und Überlastungsschutz nach der Erfindung;

Fig. 2 einen Schaltplan eines transistorbestückten Wechselstromschalters, der den Gleichrichter aufweist, der mit einem bipolaren Transistor als eine alternative Ausführungsform zu dem vorstehend beschriebenen und gezeigten MOS-FET verbunden ist;

Fig. 3 einen Schaltplan eines transistorbestückten Wechselstromschalters, der einen Gleichrichter aufweist, der mit einem Leistungsabtast-FET als eine alternative Ausführungsform zu dem vorstehend beschriebenen und gezeigten MOS-FET verbunden ist;

Fig. 4 eine zusammenhängende Zeichnung der Fig. 4.1 bis 4.8, die jeweils Signalwellenformen an einigen Signalleitungen bei dem System nach der Erfindung verdeutlichen, wobei jedes Signal mit der Wechselstromleitungsspannung synchronisiert ist,;

Fig. 5 eine schematische Ansicht von weiteren Einzel­ heiten des in Fig. 1 gezeigten Systems, insbesondere der Schaltungseinzelheiten, die im Zusammenhang mit der gleichstromgeregelten Stromversorgung, der Wechselstrom-Leitungssyn­ chronisierungschaltung, der Impulsbreitensteu­ ereinrichtung, der Optokopplerstufe, der Integrier- und Kaltzustandsschutzschaltung und der Diodenbrücke und der MOS-FET-Schaltung nach Fig. 1 stehen;

Fig. 6 einen detaillierten Schaltplan der Überla­ stungs-Kurzschluß und niedrige Wechselstrom­ leitungsspannungs-Schutzschaltung, die in Blockform in den Fig. 1 und 5 gezeigt ist;

Fig. 7 ein Schaltungs- und Funktionsblockdiagramm der wechselstromgeregelten Leistungsversorgung einschließlich des Gleichrichter- und Span­ nungsregelteils; und

Fig. 8 eine Zusammensetzung aus den Fig. 8.1 bis 8.8 jeweils zur Verdeutlichung der Signalwellen­ formen in einigen Signalleitungen bei dem in Fig. 6 gezeigten Block, der sich auf den Überlastungs-Kurzschluß- und Leitungsspan­ nungsschutz bei niedrigem Wechselstrom be­ zieht.

Ein Funktionssystemblockdiagramm und eine Schaltung mit einer transistorbestücktenWechselstrom-Leistungssteuervorrichtung ist in Fig. 1 gezeigt, wobei sieben Funktionsblöcke im Detail gezeigt sind, die in Wirkzusammenhang mit dem Wechselstrom- Leistungssteuerblock stehen. Insbesondere liefert eine Doppel- Gleichstromversorgung 10 die notwendige Versorgungsspannung für alle zu betreibenden Schaltungen einschließlich eines Synchroni­ sierungssignals in einer Leitung 180 für eine Wechselstromlei­ tungssynchronisierungsschaltung 20. Die Wechselstromleitungssyn­ chronisierungsschaltung 20 erzeugt eine Spannung mit einer linear abfallenden Wellenfront in der Leitung 190, die für jeden Wechselstromleitungsspannungs-Nulldurchgang zurückgesetzt wird. Eine Impulsbreitensteuereinrichtung 30 vergleicht die in der Leitung 190 empfangene Wellenfront der Spannung mit einem Leistungssteuerbezugssignal, das in einer Leitung 210 von einer Integrier- und Kaltstartschutzschaltung 60 erhalten wird. Eine Leistungssteuerbezugsschaltung 50 liefert ein Gleichstrombezugs­ signal über eine Leitung 52, welches durch die Integrier- und Kaltstartschutzschaltung 60 verarbeitet wird. Die Schutzschal­ tung 60 filtert aus der Bezugsspannung alle Spitzen oder andere Rauschanteile aus, welche zu Fehler bei der Impulsbreitensteuer­ einrichtung führen können, so daß man in der Leitung 210 ein nutzbares Leistungssteuerbezugssignal erhält. Die Schutzschal­ tung 60 liefert auch eine schnelle Nullausgangsleistungsrückset­ zung im Falle eines Fehler- bzw. Störzustandes. Das Leistungs­ steuerbezugssignal in der Leitung 210 hat eine langsam anstei­ gende Amplitude, um eine Kompensation für eine niedrige Ausre­ gelzeit bei Anwendungen, wie das Dimmen von Licht, zu schaffen. Aus demselben Grunde ist die Amplitudenabnahmegeschwindigkeit des Leistungssteuerbezugssignals groß.

Immer wenn der Wert des rampenförmigen Spannungssignales in der Leitung 190 kleiner als das Leistungssteuerbezugssignal in der Leitung 210 ist, liefert ein noch zu beschreibender Komparator 402 in eine Leitung 200 einen Stromimpuls, der einen Optokoppler 40 aktiviert. Wenn dies der Fall ist, liegt ein Spannungsimpuls von der Leitung 220 an dem Gate bzw. der Steuerelektrode eines Leistungs-MOS-FET′s 130 an. Wenn das Verbraucherstromabtastsignal in der Leitung 230 einen vorgegebenen Wert überschreitet, schaltet die Überlastungs- und Kurzschlußschutzschaltung 170, die auch als Schutzschaltung vor einer niedrigen Wechselstrom­ leitungsspannung dient, den Verbraucherstrom aus, und das Signal in der Leitung 210 wird auf einen Nullwert zurückgesetzt. Die Schutzschaltung 170 hat dieselbe Funktion bei einer niedrigen Wechselstromleitungsspannung, um zu verhindern, daß der Lei­ stungs-MOS-FET in einer beschädigungsträchtigen, linearen Betriebsweise arbeitet, die sich dann ergibt, wenn eine unaus­ reichende Amplitude des Gatetreiberimpulses in der Leitung 220 vorliegt.

Fig. 2 zeigt den Brückengleichrichter, der mit einem bipolaren Transistor 131 verbunden ist, der als transistorbestückter Schalter eingesetzt wird und den in Fig. 1 gezeigten und be­ schriebenen Leistung-MOS-FET 130 ersetzt. Dabei ist die Basis des bipolaren Transistors 131 mit der Ausgangsleitung 220 der Optokopplerstufe 40 verbunden. Der bipolare Transistor 131 hat dieselbe Funktion wie der Leistungs-MOS-FET 130.

Fig. 3 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform eines transistorbestückten Schalters, bei der ein Leistungserfassungs- FET 132 den MOS-FET 130 und den Stromerfassungswiderstand 120 ersetzt, welche in Fig. 1 gezeigt und im Zusammenhang mit dieser beschrieben sind. Der Leistungsabtast-FET 132 ist eine übliche Einrichtung, die einen Leistungs-MOS-FET mit einer eingebauten Einrichtung zur Erfassung des Stromes aufweist. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, sind der Drain- und Source-Anschluß des Leistungs­ abtast-FET 132 parallel zu dem Gleichstromausgang der Gleich­ richterbrücke geschaltet. Das Gate bzw. die Steuerelektrode des Leistungsabtast-FET′s 132 ist so geschaltet, daß dort eine Verbindung mit der Abgabeleitung 220 von dem Optokoppler 40 hergestellt wird.

Die Fig. 4.1 bis 4.8 sind elektrische Signaldiagramme für die Leitungen, die in den vorstehend genannten Figuren gezeigt und beschrieben sind, um hierdurch die Arbeitsweise der transistor­ bestückten Wechselstrom-Leitungssteuervorrichtung zu erläutern.

Fig. 5 zeigt weitere Einzelheiten der Systemblockteile, die im Zusammenhang mit Fig. 1 gezeigt und beschrieben sind. Die Doppel-Gleichstromleistungsversorgung 10 ist eine übliche Gleichstromquelle, die einen Transformator 11 hat, der eine Wechselstromversorgung über die Leitungen 12 hat und die erfor­ derlichen Spannungen v1 und v2 für die Steuerschaltungen und die Treiber-Leistungs- und Schutzschaltungen sowie das Synchronisie­ rungssignal 180 liefert. Jedes Gleichspannungsleistungsversor­ gungsteil 15 und 16 erhält seine Versorgungsenergie von den Sekundärteilen 13 und 14, und es ist elektrisch von den anderen über die einzelnen Masseschaltungen isoliert, wie dies mit zugeordneten Massesymbolen dargestellt ist, und durch isolierte Transformatorzusatzteile, um keine der externen Schaltungen, wie Fernsteuereinheiten oder Betriebsschaltungen, zu gefährden. Das Gleichstromleistungsversorgungsteil 15 liefert einen Gleichspan­ nungsausgang v1 an der Ausgangsleitung 21, und er umfaßt ent­ sprechend den Ausführungen in Fig. 7 eine Vollwellen-Schottkey- Gleichrichterstufe 17 und eine Diode 18, die den Ausgang der Stufe 17 von dem Spannungsregel- und Brummfilter 19 trennt. Das Gleichspannungsleistungsversorgungsteil 16 umfaßt einen Vollwel­ lengleichrichter, einen Spannungsregler und einen Brummfilter und liefert eine Spannung v2 in der Leitung 23 für die Lei­ stungsstufentreiberschaltung sowie die Schutzschaltung.

Das Synchronisierungssignal in der Leitung 180 liegt entspre­ chend Fig. 5 an dem nichtinvertierenden Eingang des Komparators 305 über eine Schaltung an, die Widerstände 300 und 301 und eine Zenerdiode 302 umfaßt. Die Aufgabe dieser Schaltung ist es, die niedrige Spitzenspannung des vollwellengleichgerichteten Span­ nungssynchronisierungssignals in der Leitung 180 zu regeln. Auch schützt sie den Eingang des Komparators 305 vor einer Überspan­ nung. Die Schwellenspannung wird durch einen Spannungsteiler vorgegeben, der die Widerstände 303 und 304 aufweist. Wenn das Synchronisierungssignal in der Leitung 180 unter die Schwellen­ spannung fällt, gibt der Ausgang des Komparators einen Span­ nungsimpuls mit kurzer Dauer an die Schaltung, die eine Zenerdi­ ode 306 und einen Kondensator 309 umfaßt, ab, und der Kondensa­ tor 309 wird durch die Zenerdiode 306 auf eine maximal vorgege­ bene Spannung aufgeladen. Die Brückengleichrichterstufe 17, die in Fig. 7 gezeigt ist, umfaßt vier Schottkey-Dioden. Aufgrund des niedrigen Spannungsabfalls in Vorwärtsrichtung unter einer Schwellenspannung, die die niedrige Spitzensynchronisierungs­ eingangsspannung 180 um einen kleinen Wert überschreitet, erhält von dem Komparator 305 einen schmalen Ausgangsimpuls. Wenn die Wechselstromleitungsspannung von Null abweicht, liegt keine Spannung an der Schaltung 306 und 309 durch den Komparator 305 an. Die integrierte Schaltung 310, eine konstante Stromsenke, d. h. ein Entladestromwert, der durch die Widerstände 311 und 312 vorgegeben und durch die Diode 313 wärmekompensiert ist, entlädt den Kondensator 309 mit einem linear abfallenden, rampenförmigen Signal in der Leitung 190 auf einen Wert von über Null zum Zwecke einer Rauschunempfindlichkeit, wenn dies bei einer Fernsteuereinrichtung erforderlich ist. Der Kondensator 307 verhindert jegliche Restimpulse am Ausgang des Komparators 305 infolge der Schaltübergänge. Der Widerstand 308 gibt die optima­ le Aufladezeit und den optimalen Vormagnetisierungsstrom für die Zenerdiode 306 vor.

Das linear abfallende, rampenförmige Signal in der Leitung 190 wird von der Wechselstromleitungssynchronisierungsschaltung 30 an die Impulsbreitensteuereinrichtung 30 über den Widerstand 400 an den nichtinvertierenden Eingang des Komparators 402 angelegt.

Wenn die Amplitude des Signals in der Leitung 190 unter das Leistungssteuerbezugssignal in der Leitung 210 abfällt, schaltet der Komparator 402 seinerseits die interne Leuchtdiode (LED) des Optokopplers 500 "ein", und zwar über die Leitung 200 und die Schaltung, die die Widerstände 404, 405 und den Kondensator 406 zum schnellen Ein/Ausschalten umfaßt. Der Kondensator 403 koppelt den Leistungsversorgungseingang des Komparators 402 ab.

Um die Ausgangsschaltgeschwindigkeit des Optokopplers 40 weiter zu erhöhen, ist der Widerstand 502 zwischen die Basis und den Emitter geschaltet. Der Widerstand 501 setzt den Strom in dem Ausgangstransistors des Optokopplers und des Clamptransistors 504. Der Transistor 506 steigert die Geschwindigkeit der Gate- Entladung des Leistungs-MOS-FET 130, wenn das Gate nach wie vor ohne einen Eingang von der Optokopplereinrichtung 500 aufgeladen wird. Der Widerstand 110 verhindert eine übermäßige Gateaufla­ dung infolge der Kapazität zwischen dem Drain und dem Gate des MOS-FET 130. Der tatsächliche Wechselspannungsleistungsschalter umfaßt die Leistungsdioden 70, 80, 90, 100 in einer Brückenan­ ordnung und den Leistungs-MOS-FET. Der Metalloxid-Varistor 140 verhindert jegliche schädliche Spannungen an dem Leistungs-MOS- FET. Wenn der Leistungs-MOS-FET 130 aktiviert wird, fällt die Spannung an dem Punkt 340 auf Null oder einen sehr niedrigen Wert, und das Ausgangssignal in der Abtastleitung 230 parallel zu dem Stromabtastwiderstand 120 wird größer. Der Widerstand 120 hat einen Wert in der Größenordnung von 5 bis 20 mOhm.

Um ein Einbringen von Rauschen in die Wechselstromleitung zu verhindern, ist ein Hochfrequenz(RFI)-Filter vorgesehen, wie dies in den Fig. 1, 2, 3 und 5 gezeigt ist, und er umfaßt eine Induktanz 150 und einen Kondensator 160. Die Induktanz 150 ist sorgfältig aufgrund der zusätzlichen Funktion gewählt, gemäß der diese die Verbraucherstromslewrate im Falle einer Überlastung oder eines Kurzschlusses begrenzt. Zwei Einflußgrößen sollten bei der Wahl der Induktanz 150 in Betracht gezogen werden. Zum einen sollte die Verbraucherstromgeschwindigkeitszunahme über den spezifischen Nennbetriebsbereich hinweg niedriger als das gesamte Ansprechverhalten in dem Überlastungs- und Kurzschluß- Schutzkreis sein. Hierdurch werden jegliche Verzögerungen beim Abschalten des Verbraucherstroms ausgeglichen. Dies wird durch das Verbraucherspannungsanstiegssignal an dem Verbraucher 250 verdeutlicht. Die zweite, zu berücksichtigtende Einflußgröße ist darin zu sehen, daß der Sättigungspunkt auf der BH-Kurve nicht auftritt, es sei denn, daß ein höherer Stromwert als der "maxi­ male Wert vor dem Abschalten" erreicht wird.

Die Leistungssteuerbezugsschaltung 50 liefert die Leistungssteu­ erbezugsspannung in der Leitung 52 zu der Integrier- und Kalt­ startschutzschaltung 60, die den Widerstand 601 und die Zenerdi­ ode 602 umfaßt, um die Werte auf solche unter den schädlichen Werten zu begrenzen. Die Zeitkonstante des Widerstands 601, des Widerstands 603 und des Kondensators 605 gibt die Verbraucher­ stromanstiegsgeschwindigkeit infolge der großen Unterschiede des Wärmewiderstandsverhaltens von unterschiedlichen Verbrauchern vor. Wenn die Leistungssteuerbezugsspannung in der Leitung 205 niedriger als die Spannung an dem Kondensator 605 ist, ist die Spannung an der Basis des Transistors 604 niedriger als die Spannung am Emitter, so daß der Transistor durchgeschaltet wird. Als Folge hiervon wird der Kondensator 605 schnell auf eine Spannung entladen, die gleich der Leistungssteuerbezugsspannung in der Leitung 52 ist. Eine langsame Verbraucherstromeinschal­ tung verhindert jeglichen Überlastungszustand, und es wird hierdurch die Überstromschutzschaltung 170 nicht ausgelöst. Eine schnelle Leistungssteuerbezugsspannung in der Leitung 250 führt zwangsläufig zu einer langsameren Verbraucherstromeinschaltung, wenn der Verbraucherstrom extern zurückgeführt wird.

Aufgrund von großen Unterschieden hinsichtlich des Wärmewider­ standsverhaltens von unterschiedlichen Verbrauchern, wie im Falle von Lichtdimmanwendungsbeispielen, ist die Abnahmezeit der Steuerbezugsspannung in der Leitung 210 außerhalb der Schutz­ schaltung 60 wesentlich schneller als die Zunahmezeit. Dies ist zur Kompensation für die langsame Ausregelzeit bestimmt, und es wird hierdurch nicht die Überlastungsschutzschaltung 170 akti­ viert.

Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird das Verbraucherstromabtast­ signal in der Leitung 230 durch den Widerstand 800 und den Kondensator 801 der Überlastungs/Kurzschlußschaltung und der Schutzschaltung 170 gegen eine niedrige Wechselstromleitungs­ spannung gefiltert, und es wird an den invertierenden Eingang des Komparators 805 angelegt. Ein Überlastungs/Kurzschlußstrom­ grenzwert in der Bezugsleitung 840 wird durch die Spannungstei­ lerwiderstände 804 und 802 vorgegeben. Der Kondensator 803 filtert aus diesem Bezugssignal jegliche Spannungsspitzen oder andere Rauschkomponenten aus. Im Falle einer Störung eines Verbrauchers, wie bei einer Überlastung oder einem Kurzschluß, ist der Verbraucherstrom höher als ein vorgegebener Wert, das Belastungsabtastsignal 230, das in Fig. 8.1 gezeigt ist, über­ schreitet den Bezugswert in der Leitung 840, und der Komparator 805 gibt einen "niedrigen" Impuls 845 (Fig. 8.2) als Impuls an den Triggereingangsanschluß T des Zeitgebers bzw. Taktgebers 834 ab. Der Kondensator 806 koppelt die Gleichstromleistungsversor­ gungsspannung von dem Komparator 805 ab. Der Ausgang des Zeitge­ bers 834 wird während einer Zeit "T" (siehe Fig. 8.3) hochge­ schaltet, was durch den Kondenstor 809 und den Widerstand 810 vorgegeben wird, und es wird ein Clamptransistor 504 aktiviert, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Der Clamptransistor 504 wird über den Widerstand 811 durch das Signal der Leitung 260 durch­ geschaltet, und er trennt die Spannung am Ausgang der Optokopp­ lereinrichtung 500 (Fig. 8.4) ab, wobei die Schaltung die Widerstände 503, 505 und den Transistor 506 umfaßt, um hierdurch das Gate des Leistungs-MOS-FET 130 (Fig. 8.5) zu entladen und den Verbrauchsstrom abzuschalten. Nach der Zeit "T" kehrt der Ausgang des Zeitgebers 834 wiederum auf einen niedrigen Wert zurück, und es wird wiederum ein Verbraucherstrom bereitge­ stellt. Wenn der Zeitgeber 834 getriggert ist, wird auch der Zeitgeber 827 über eine gemeinsame Verbindung 841 getriggert, und sein Ausgang geht auf einen hohen Wert während den Zeitpe­ rioden größer als (i+1) "T", und der Transistor 832 wird durch den Widerstand 833 durchgeschaltet. Hierdurch ändert sich die Spannung am Rücksetzeingang des Zählers 814 auf Null. Der Zählerrücksetzanschluß wird auf einem hohen Pegelwert durch den Widerstand 822, die Zenerdiode 821 und den Widerstand 815 gehalten. Als Folge hiervon wird die Rücksetzfunktion unwirksam gemacht, und der Zähler 815 kann die Zählimpulse starten.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, legt der Ausgang des Zeitgebers 834 auch hohe Impulse an den Taktgeber bzw. Zähleingang (Ck) des Zählers 814 über den Widerstand 812 an, und es wird der Transi­ stor 818 durch den Widerstand 819 durchgeschaltet. Der Transi­ stor 818 simuliert eine niedrige Gleichstromleistungversorgungs­ spannung und sperrt den Transistor 823, und somit schaltet der Transistor 823 das Relais 825 aus. Das Relais 825 umfaßt eine wie bei 825 gezeigte Spule, welche die Kontaktschalter 507 und 607 aktiviert, die in Fig. 5 in ihrer Ausstellung gezeigt sind. Das Ausschalten des Relais 825 (Fig. 8.6) koppelt das Gate des Leistungs-MOS-FET über die Leitung 220 und die Leistungssteuer­ bezugsspannung 210 ab. Das Relais 825 kann durch einen doppelten Optokoppler oder einen anderen transistorbestückten Schalter (nicht gezeigt) mit geringfügigen Schaltungsmodifikationen ersetzt werden.

Nach der Zeit "T" kehrt der Ausgang (out) des Zeitgebers 834 auf einen niedrigen Pegelwert zurück, die Transistoren 504 und 818 werden gesperrt, wie dies in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist, und die Verbraucherstromversorgung wird wiederum aufgenommen. Wenn der Fehler bzw. die Störung fortbesteht, gibt der Ausgang des Komparators 805 einen neuen niedrigpegeligen Impuls 847 (Fig. 8.2) an den Zeitgeber 834 ab, und der Ausgang wird für eine weitere Zeit "T" auf einen hohen Pegelwert geschaltet (Fig. 8.3). Der Zähler 814 erhält einen neuen Takt- bzw. Zählimpuls und zählt diesen. Der Transistor 818 wird wiederum durchgeschal­ tet, und es wird eine neue Gleichstromleistungsversorgungsfehl­ funktion oder eine niedrige Wechselstromleitungsspannung simu­ liert. Als Folge hiervon wird das Relais 825 wiederum durch den Transistor 823 (Fig. 8.6) ausgeschaltet. Der Zeitgeber 827 wurde durch den ersten Störungs- bzw. Fehlerzyklus getriggert, der Transistor 823 ist nach wie vor durchgeschaltet, und die Zähl­ rücksetzfunktion ist außer Betrieb genommen (Fig. 8.7).

Wenn nach einer Anzahl von (i+1) Fehlerzyklen der Überla­ stungszustand oder der Kurzschlußzustand nach wie vor vorhanden ist, wird der Qi-Ausgang des Zählers 814 hochpegelig, wodurch der Transistor 817 durchgeschaltet wird. Der Transistor 817 wirkt gleich wie der Transistor 818 und schaltet den Transistor 823 und das Relais 825 aus. Hierdurch ist keine automatische Rückführung zur Verbraucherstromversorgung gegeben, da keine neue fehlerhaften Zyklen möglich sind. Der Ausgangszustand des Zählers 814 kann nicht geändert werden, es sei denn, daß ein neuer Impuls an den Zählereingang angelegt wird oder der Rück­ setzschalter 820 (Fig. 8.8.) eine positive Spannung an den Rücksetzeingang R des Zählers 814 über den Widerstand 831 anlegt. Eine manuelle Rücksetzung ist nur nach der Zeit (i+1)T möglich, wenn der Transistor 832 ausgeschaltet ist, so daß eine positive Spannung am Rücksetzeingang R des Zählers 814 vorhanden ist. Vor der Zeit (i+1)T ist die automatische Rücksetzfunktion durch den Transistor 817 unwirksam, welcher im Selbsthaltezu­ stand bleibt.

Wenn nach der Zeit (i+1)T, ausgehend von einem Fehlerereignis der Verbraucherstrom nach wie vor gegeben ist, nimmt der Ausgang des Zeitgebers 827 einen niedrigen Wert an, und der Transistor 832 wird gesperrt, wodurch der Zähler 814 zurückgesetzt wird. Die Schaltungswerte, die die Zeit (i+1)T bestimmen, sind so gewählt, daß der Zähler bei sich nicht wiederholenden Fehlern oder Störungen zurückgesetzt wird.

Wenn die Wechselstromleitungsspannung unter einen gewissen Wert fällt, wird die Gleichstromversorgungsspannung V2 zu gering, so daß der Leistungs-MOS-FET 130 gezwungen ist, in einer zerstö­ rungsgefährlichen, linearen Betriebsart zu arbeiten. Wenn bei der Vorrichtung nach der Erfindung wie dies in Fig. 6 gezeigt ist, die Gleichstromversorgungsspannung V2 unter die Spannung der Zenerdiode 824 fällt, wird der Transistor 823 gesperrt, wodurch das Relais 825 ausgeschaltet wird und die Leistungssteu­ erbezugsspannung 210 über den Relaiskontakt 607 unterbrochen wird, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Auf diese Weise wird der Leistungs-MOS-FET 130 vor einer Zerstörung geschützt.

Im allgemeinen läßt sich die Arbeitsweise der Wechselstromlei­ stungssteuervorrichtung auf die nachstehend beschriebene Weise zusammenfassen. Die Wechselstromleitungsspannung in der Leitung 12 geht durch den Nulldurchgang 120mal pro Sekunde. Für jeden Durchgang wird der Kondensator 309 in der Wechselstromleitungs­ synchronisierungsschaltung 20 auf eine vorgegebene Spannung geladen und dann auf einen "V"-Wert über Null zur Erzielung einer Unempfindlichkeit gegenüber Rauschen bzw. Brummen durch die Konstantstromsenkenschaltung entladen, welche den Kondensa­ tor 309, die integrierte Schaltung 310, die Widerstände 311 und 312 und die Diode 313 in der Wechselstromleitungssynchronisie­ rungsschaltung 20 umfaßt. Als Folge hiervon tritt in der Aus­ gangsleitung 190 ein linear abfallendes, rampenförmiges Signal auf, das für jeden Wechselstromleitungsspannungs-Nulldurchgang zurückgesetzt wird. Als nächstes legt dann die abfallende, rampenförmige Spannung in der Leitung 190 an der Impulsbreiten­ steuereinrichtung 30 an, in dem diese mit dem Leistungsbezugs­ steuersignal in der Leitung 210 verglichen wird, um das Impuls­ breitensteuersignal in der Leitung 200 zu erhalten. Wenn die abfallende, rampenförmige Spannung in der Leitung 190 niedriger als die Bezugsspannung in der Leitung 210 wird, wird der Opto­ kopplung 500 durch das Impulsbreitensignal in der Leitung 200 von dem Komparator 402 eingeschaltet. Die letztgenannte Be­ triebsweise ist die Hauptfunktion der Impulsbreitensteuerein­ richtung 30.

Der Ausgangstransistor 506 der Optokopplerstufe 40 lädt den Gate des Leistungs-MOS-FETs 130 auf eine Spannung über 10 V auf und schaltet diesen durch. Der MOS-FET 130 ist in Vorwärtsrichtung diagonal mit dem Gleichstromausgang 240 der Gleichrichterbrücke verbunden. Ein Wechselstromeingang der Brücke ist in ähnlicher Weise zu einem Schaltanschluß geschaltet. Um jegliche Beschädi­ gungen infolge von hohen Spannungsübergängen zu vermeiden, ist der Metalloxid-Varistor 140 parallel zu dem MOS-FET 130 geschal­ tet.

Ein RFI(Hochfrequenz)LC-Filter mit einer Induktanz 150 und einem Kondensator 160 ist zwischen den Verbraucher 250 und die Gleich­ richterschalterkombination geschaltet, um hierdurch jegliches mögliches Schaltrauschen in der Wechselstromleitung zu reduzie­ ren. Die Induktanz 150 hat auch die Funktion, die Verbraucher­ stromslewrate im Falle einer Überlastung oder eines Kurzschlus­ ses zu begrenzen.

Wenn infolge von großen Wechselstromspannungsschwankungen die V1- und V2-Spannungen in den Leitungen 21 und 23 unter einen gewis­ sen Sicherheitswert fallen, der den Betrieb des Leistungs-MOS- FET 130 zu einer gefährlichen linearen Betriebsart zwangsweise bringen würde, wird das MOS-FET-Gate von der Treiberstufe abgekoppelt und entladen. Auch wird die Steuerbezugsspannung in der Leitung 210 unterbrochen. Wie vorstehend angegeben ist, ist die Bezugsrückstellzeit wesentlich größer als die Auslösezeit, wenn alle Störungen behoben sind.

Wenn der Verbraucherstrom bei 250 einen vorgegebenen Wert in der Leitung 840 überschreitet, gibt der Komparator 804 in der Überlastschaltung 170 einen "niedrigen" Impuls an die Zeitgeber­ schaltung 834 zum Setzen eine Sekunde lang ab. Der Ausgang des Zeitgebers 834 schaltet den Treiberclamptransistor 504 durch, welcher die MOS-FET-Gatespannung bzw. Steuerspannung auf Null schaltet. Zugleich gibt der Komparator 805 einen Impuls an den Zähler 814 ab. Nach T Sekunden wird der Verbraucherstrom 250 wieder geliefert. Wenn der Fehler bzw. die Störung nach wie vor vorhanden ist, beginnt ein neuer Zeit- bzw. Steuerzyklus, und ein zweiter Impuls wird an den Zähler 814 angelegt. Nach einer Anzahl von "(i+1)" an Versuchen zur Wiederversorgung mit einem Verbraucherstrom und bei nach vor weiterer vorhandener Störung koppelt der Ausgang des Zählers 814 ständig die Optokopplertrei­ berschaltung ab, es wird eine Systemfehlersuche erforderlich, und man benötigt ein manuelles Rücksetzen. Wenn beispielsweise nach dem zweiten Zyklus ein Fehler, wie ein kurzzeitiger Kurz­ schluß infolge des Durchbrennens einer Lampe, behoben ist, arbeitet das System normal weiter, da der Zähler 814 automatisch auf Null nach (i+1)T Sekunden zurückgesetzt wird. Daher tritt kein ständiges Abschalten auf.

Bei dem System nach der Erfindung ist die Verbraucherstromab­ schaltzeit extrem kurz und liegt in einem Bereich von einigen µs, und die Leistungssteuereinrichtungen 130, 131 oder 132 werden gegen eine Selbstzerstörung geschützt, wenn der maximale Verbraucherstrom überschritten wird.

Auch stellt das System eine gegenwärtig nicht vorhandene Sicher­ heitsfunktion bei den üblichen Leistungsversorgungseinrichtungen bereit, die in der Industrie, in gefährlicher Umgebung oder beim Militär eingesetzt werden. Die Vorrichtung ermöglicht einen Schutz gegen eine teure Selbstzerstörung und gegen eine teure Gebäudewiederherstellung im Falle eines durch einen Kurzschluß verursachten Feuers. Auch bietet die Vorrichtung einen Schutz gegen Verluste menschlichen Lebens, die durch Feuer, Explosionen oder andere im Zusammenhang mit der Stromversorgung stehenden Unfällen verursacht werden.

Obgleich die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen erläutert wurde, ist die Erfindung natürlich nicht auf die dargestellten beschriebenen Einzelheiten beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedan­ ken zu verlassen.

Claims (23)

1. Transistorbestückte Wechselstrom-Leistungssteuervor­ richtung zum Steuern des Stroms von einer Wechselstrom­ quelle durch einen Verbraucher, der an dieser angeschlos­ sen ist, gekennzeichnet durch:
eine Gleichrichterbrücke (17; 70, 80, 90, 100), die Wechselstromeingangsanschlüsse hat, die mit dem Verbrau­ cher (250) und der Wechselstromquelle (12) derart verbunden sind, daß die Gleichrichterbrücke (17; 70, 80, 90, 100), der Verbraucher (250) und die Wechselstromquel­ le (12) derart geschaltet sind, daß man einen Verbrau­ cherstrompfad erhält, wobei die Gleichrichterbrücke Gleichstromausgangsanschlüsse umfaßt,
eine transistorbestückte Schalteinrichtung (10), die zwischen die Gleichstromausgangsanschlüsse der Gleich­ richterbrücke (17; 70, 80, 90, 100) geschaltet ist und die ein Gleichstrom-Ein/Ausschaltsteuergate zum Ein- und Ausschalten der transistorbestückten Schalteinrichtung (10) enthält, welche einen Stromdurchfluß gestattet und hierdurch ermöglicht, daß der Strom von der Wechselstrom­ quelle (12) in dem Verbraucherstrompfad durch den Verbraucher (250) fließt, wobei die transistorbestückte Schalteinrichtung (10) direkt durch das Steuergate ausgeschaltet wird, um hierdurch den Verbraucherstrompfad durch die Gleichrichterbrücke (17; 70, 80, 90, 100) und den Verbraucher (250) zu unterbrechen,
eine Gatesignalerzeugungseinrichtung (20), die zu der Wechselstromquelle (12) synchronisiert ist, und ein Gatesignal an das Steuergate zum Betreiben der transi­ storbestückten Schalteinrichtung (10) zum Ein- und Ausschalten derselben anlegt, und
eine Schaltungschutzeinrichtung (170), die auf den Strom durch den Verbraucher (250) anspricht und unabhängig von dem Wert der Leitungsspannung der Wechselstromquelle (12) ein Ausschaltsignal an die Gatesignalerzeugungseinrich­ tung (20) liefert, wodurch die transistorbestückte Schalteinrichtung (10) geöffnet wird, um hierdurch zu verhindern, daß der Verbraucherstrompfad durch die Gleichrichterbrücke (17; 70, 80, 90, 100) und den Verbraucher (250) geht und der Verbraucherstrom unterbro­ chen wird.

2. Transistorbestückte Wechselstromleistungssteuervorrich­ tung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsschutzeinrichtung (170) eine Einrichtung enthält, die einen Überlastungs- und Kurzschlußzustand bei dem Verbraucherstrom feststellt.

3. Transistorbestückte Wechselstromleistungssteuervorrich­ tung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Feststellen der Überlastungs- und Kurzschlußzustände einen Stromabtastwiderstand (311, 312) enthält, der mit dem transistorbestückten Schalter zum Erfassen einer Anzeige des Verbraucherstroms verbunden ist, ferner einen Vergleicher (305) enthält, welcher den mittels des Stromabtastwiderstands (311, 312) erfaßten Strom mit einem vorbestimmten Sicherheitswert vergleicht, und eine Zeitgebereinrichtung (827, 834) enthält, die mit dem Komparator (305) zur Anzeige verbunden ist, wenn der abgetastete Strom den vorbestimmten Sicherheitswert eine vorbestimmte Zeit lang überschreitet.

4. Wechselstromleistungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatesignalerzeugungsein­ richtung einen Treiberclamptransistor (504) zum Abschal­ ten des Gatesignals enthält.

5. Wechselstrom-Leistungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Wechselstromlei­ tungsschaltung (20) zum Erzeugen einer linear abfallen­ den, rampenförmigen Spannung vorgesehen ist, die für jeden Wechselstromleitungsspannungsnulldurchgang zurück­ gesetzt wird, ferner eine Impulsbreitensteuereinrichtung (30) zum Vergleich der rampenförmigen Spannung mit einem Leistungssteuerbezugssignal, und einen Impulsgenerator (60) aufweist, der jedesmal dann ein Gatesignal erzeugt, wenn die rampenförmige Spannung niedriger als das Leistungssteuerbezugssignal ist, wobei das Gatesignal in Form eines Spannungsimpulses an das Steuergate zum Betreiben des transistorbestückten Schalters angelegt wird.

6. Wechselstrom-Leistungssteuervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsschutzeinrichtung (170) eine Einrichtung zum Bestimmen eines vorhandenen Überlastungszustandes, eine Einrichtung, die die Aufhebung eines Überlastungszustands nach einer vorbestimmten Zeit feststellt, und eine Einrichtung umfaßt, welche automatisch die Gatesignaler­ zeugungseinrichtung nach dem Aufheben des Überlastungszu­ standes zurücksetzt.

7. Wechselstrom-Leistungsteuervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die transistorbestückte Schalteinrichtung einen MOS-FET (130) aufweist, dessen Anschlüsse zwischen die Gleichstromaus­ gangsanschlüsse der Gleichrichtereinrichtung (17) geschaltet sind.

8. Wechselstrom-Leistungssteuervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein Gatewiderstand (120) vorgesehen ist, der zwischen das Gate des MOS-FET (130) und Masse (GND) zum Verhindern einer übermäßigen Gateaufladung geschaltet ist.

9. Wechselstrom-Leistungssteuervorrichtung nach Anspruch 7, ferner dadurch gekennzeichnet, daß ein Metalloxid- Varistor (140) parallel zu dem MOS-FET (130) zum Schutz des MOS-FET (130) geschaltet ist.

10. Wechselstrom-Leistungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die transistorbestückte Schalteinrichtung (10) einen Bipolartransistor (131) aufweist, der zwischen die Gleichstromausgangsanschlüsse der Gleichrichtereinrichtung (17) geschaltet ist, wobei der Bipolartransistor (131) einen Basisanschluß hat, der das Steuergate für den Empfang des Gatesignals bildet.

11. Wechselstrom-Leistungssteuervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die transistorbestückte Schalteinrichtung (10) einen Lei­ stungsabtast-FET (132) aufweist, der einen Source- und Drainanschluß hat, die parallel zu den Gleichstromaus­ gangsanschlüssen der Gleichrichterbrücke (17; 70, 80, 90, 100) geschaltet ist, und einen Gateanschluß aufweist, der das Steuergate zum Empfang des Gatesignals bildet.

12. Wechselstrom-Leistungssteuervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatesignalerzeugungseinrichtung eine Impulsbreitensteuer­ einrichtung (30) zum Einregeln des Gatesignals und folglich zum Einstellen des Ein-Zustandes der transistor­ bestückten Schalteinrichtung (10) umfaßt, wodurch der Mittelwert des Verbraucherstroms über eine Zeitperiode hinweg gesehen beeinflußt wird.

13. Wechselstrom-Leistungssteuervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerspannungseinrichtung in der Gatesignalerzeugungs­ einrichtung zum Steuern des Gatesignals und des Ein- Zustandes des transistorbestückten Schalters (10) vorgesehen ist.

14. Wechselstrom-Leistungssteuervorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannungseinrich­ tung eine Bezugsspannung (210) umfaßt.

15. Wechselstrom-Leistungssteuervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsschutzeinrichtung (170) eine automatische Rücksetzeinrichtung zum automatischen Rücksetzen der Gatesignalerzeugungseinrichtung und der transistorbe­ stückten Schalteinrichtung (10) nach einer vorbestimmten Zeit (T) ausgehend von einem Auslösen der Schaltungs­ schutzeinrichtung (170) durch einen Überlastungszustand umfaßt, um ein Ausschaltsignal zu liefern, wobei die automatische Rücksetzeinrichtung durch das wiederholte Versuchen zur Wiederversorgung des Verbrauchers (250) mit Strom und zum Abschalten des Gatesignals für eine vorbestimmte Zeitperiode zurückgestellt wird, wenn der Überlastungszustand nach jedem zurückgesetzten Arbeits­ zyklus fortgesetzt vorhanden ist, und wobei die automati­ sche Rücksetzeinrichtung die transistorbestückte Schalt­ einrichtung (10) und den Verbraucherstrom ständig unterbricht, wenn der Überlastungszustand nach einer vorgegebenen Anzahl (i+1) von Rücksetzversuchen fortge­ setzt vorhanden ist.

16. Transistorbestückte Wechselstrom-Leistungssteuervor­ richtung zum Steuern des Stroms durch einen Verbraucher, ausgehend von einer mit dem Verbraucher verbundenen Wechselstromquelle, gekennzeichnet durch:
eine Gleichrichterbrücke (17; 70, 80, 90, 100), die Wechselstromeingangsanschlüsse hat, die mit dem Verbrau­ cher (250) und der Wechselstromquelle (12) derart verbunden sind, daß die Gleichrichterbrücke, der Verbrau­ cher und die Wechselstromquelle so geschaltet sind, daß ein Verbraucherstrompfad hierdurch gebildet wird, wobei die Gleichrichterbrücke Gleichstromausgangsanschlüsse umfaßt,
eine transistorbestückte Schalteinrichtung (10), die zwischen die Gleichstromausgangsanschlüsse der Gleich­ richterbrücke (17; 70, 80, 90, 100) geschaltet sind, wobei diese Schalteinrichtung ein Gleichstromeinschalt- und ausschaltsteuerglied zum Ein- und Ausschalten der transistorbestückten Schalteinrichtung umfaßt, welches auch einen Stromfluß hierdurch zuläßt und hierdurch ermöglicht, daß der Strom von der Wechselstromquelle (12) in dem Verbraucherstrompfad durch den Verbraucher (250) fließen kann, und wobei die transistorbestückte Schalt­ einrichtung (10) direkt durch das Steuerglied ausgeschal­ tet wird, um einen Verbraucherstrompfad durch die Gleichrichterbrücke und den Verbraucher (250) zu unter­ brechen,
eine Gatesignalerzeugungseinrichtung (20), die zu der Wechselstromquelle (12) synchronisiert ist und ein Gatesignal an das Steuergate zum Betreiben der transi­ storbestückten Schalteinrichtung zum Ein- und Ausschalten derselben anlegt, und
eine Steuereinrichtung (170), welche die Gatesignalerzeu­ gungseinrichtung steuert, wodurch die transistorbestückte Schalteinrichtung (10) durch das Gatesignal ein- und ausgeschaltet wird, um ensprechend den Verbraucherstrom­ pfad durch die Gleichrichterbrücke (17; 70, 80, 90) und den Verbraucher (250) zur Steuerung des Verbraucherstroms zu öffnen oder zu schließen.

17. Wechselstrom-Leistungssteuervorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (40) eine Steuerspannungseinrichtung in der Gatesignalserzeu­ gungseinrichtung zum Steuern des Gatesignals und des Ein- Zustandes des transistorbestückten Schalters (10) enthält.

18. Wechselstrom-Leistungssteuervorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannungseinrich­ tung eine Bezugsspannung (210) umfaßt.

19. Transistorbestückte Wechselstrom-Leistungssteuervor­ richtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungseinrichtung eine Schaltungsschutzeinrichtung (170) zum Erfassen von Überlastungs- und Kurzschlußzuständen beim Verbraucher­ strom enthält.

20. Transistorbestückte Wechselstrom-Leistungssteuervorrich­ tung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsschutzeinrichtung (170) zur Erfassung von Überlastungs- und Kurzschlußzuständen eine Einrichtung zum Erfassen einer Anzeige des Verbraucherstroms, eine Komparatoreinrichtung (305) zum Vergleichen des mittels eines Stromabtastwiderstands (311, 312) erfaßten Stromes mit einem vorbestimmten Sicherheitswert und eine Einrich­ tung (827, 834) umfaßt, die den transistorbestückten Schalter (10) in Abhängigkeit von der Vergleichseinrich­ tung (305) ausschaltet, wenn der Sicherheitswert über­ schritten wird.

21. Wechselstrom-Leistungssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Wechselstromleitungsschaltung (20) zum Erzeugen einer linear abfallenden, rampenförmigen Spannung vorgesehen ist, die für jeden Wechselstromleitungsspan­ nungsnulldurchgang zurückgesetzt wird, ferner eine Impulsbreitensteuereinrichtung (30) zum Vergleich der rampenförmigen Spannung mit einem Leistungssteuerbezugs­ signal, und einen Impulsgenerator (60) aufweist, der jedesmal dann ein Gatesignal erzeugt, wenn die rampen­ förmige Spannung niedriger als das Leistungssteuerbe­ zugssignal ist, wobei das Gatesignal in Form eines Spannungsimpulses an das Steuergate zum Betreiben des transistorbestückten Schalters angelegt wird.

22. Wechselstrom-Leistungssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsschutzeinrichtung (170) eine Einrichtung zum Bestimmen eines vorhandenen Überlastungszustandes, eine Einrichtung, die die Aufhebung eines Überlastungszustands nach einer vorbestimmten Zeit feststellt, und eine Einrichtung umfaßt, welche automatisch die Gatesignaler­ zeugungseinrichtung nach dem Aufheben des Überlastungszu­ standes zurücksetzt.

23. Wechselstrom-Leistungssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeugungseinrichtung eine Impulsbreitensteuervor­ richtung (30) enthält, welche das Gatesignal und folglich den Ein-Zustand der transistorbestückten Schalteinrich­ tung (120) einregelt, wodurch der Mittelwert des Verbrau­ cherstroms (250) über eine Zeitperiode hinweg gesehen beeinflußt wird.