DE4219011A1 - Wechselstrom-Zweidrahtschalter mit einem elektronischen Leistungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wechselstrom-Zweidrahtschalter mit einem Leistungsschalter entsprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Derartige Zweidrahtschalter dienen zum Ein- und Ausschalten von Wechselstromverbrauchern und beziehen die zum Ansteuern des elektronischen Leistungsschalters erforderliche Energie aus dem Wechselstromkreis.

Fig. 1 zeigt den für einen Wechselstrom-Zweidrahtschalter typischen Aufbau. An eine meist in der Netzspannung bestehen­ den Wechselspannungsquelle 1 ist die Reihenschaltung eines Wechselstromverbrauchers 2 und eines Zweidrahtschalters 3 an­ geschlossen, dessen Eingangsklemmen mit 4 und 5 bezeichnet sind. An diese Eingangsklemmen ist ein Brückengleichrichter angeschlossen, dessen Gleichstromzweig durch einen elektroni­ schen Leistungsschalter 6 kurzschließbar ist, womit ein Strom­ fluß durch den Verbraucher 2 bewirkt wird. Angesteuert wird der Leistungsschalter 6 durch eine mit 7 bezeichnete Ansteuer­ elektronik, welche meist von außen aktivierbar ist und eine Phasenanschnittsteuerung enthält, die dafür sorgt, daß im Ein­ schaltmodus des Leistungsschalters 6 dieser für eine kurze Zeit in jeder Halbwelle geöffnet wird, so daß die Stromversor­ gung UV für die Ansteuerelektronik 7 nicht nur im Ausschalt­ modus des Leistungsschalters 6 sichergestellt werden kann. Diese Stromversorgung wird von einer im wesentlichen aus einem Kondensator 9 bestehenden Hilfsspannungsquelle 10 geliefert, wobei der Ladestrom für den Kondensator 9 von der am Schalter 6 bzw. zwischen den mit "+" und "-" bezeichneten Ausgangsklem­ men des Brückengleichrichters anliegenden Spannung bezogen wird.

Nach der deutschen Patentschrift 35 36 925 ist es bei einem Wechselstrom-Zweidrahtschalter zur Aufladung des die Versor­ gungsspannung liefernden Kondensators bekannt, in Reihe mit diesem einen Feldeffekttransistor an den Ausgang des Brücken­ gleichrichters anzuschließen, und die Gate-Elektrode des Feld­ effekttransistors mit einer aus einem Widerstand und einer Zenerdiode bestehenden Stabilisierungsschaltung zu verbinden, welche ebenfalls zwischen den Gleichrichterausgangsklemmen, also parallel zu dem Leistungstransistor liegt. Der in Reihe mit dem Kondensator liegende Feldeffekttransistor wird dann von der an der Zenerdiode abfallenden Spannung durchlässig ge­ steuert. Da die Stabilisierungsschaltung schon bei relativ niedrigen Momentanwerten der von dem Brückengleichrichter ab­ gegebenen pulsierenden Gleichspannung arbeiten soll, muß ein vergleichsweise niederohmiger Vorwiderstand für die Zenerdiode gewählt werden, welcher den im gesperrten Zustand des Lei­ stungstransistors fließenden, als "Leckstrom" zu betrachtenden Strom erhöht, ohne dabei etwas zur Aufladung des Hilfsspan­ nungskondensators beizutragen. Ein weiterer Nachteil der be­ kannten Ladeschaltung ist darin zu erblicken, daß die Aufla­ dung des Kondensators nicht gleichmäßig erfolgt, sondern in hohem Maße von den Widerstandsverhältnissen im Wechselstrom­ verbraucherkreis abhängig ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung bei Wechselstrom-Zweidrahtschal­ tern der vorstehend beschriebenen Art die Ladeschaltung in der Weise zu verbessern, daß der die Stromversorgung der Ansteuer­ elektronik bereitstellende Kondensator mit einem Minimum an zusätzlichem Strombedarf geladen wird, wobei der Ladevorgang unabhängig vom Widerstand des Wechselstromverbrauchers vonstat­ ten gehen soll. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen erreicht. Es ergibt sich damit der Vorteil, daß in der parallel zum Lei­ stungsschalter angeordneten Ladeschaltung ein wohl definierter konstanter Strom fließt, welcher praktisch in voller Höhe zur Aufladung des Kondensators genutzt wird.

Die Erfindung samt ihren weiteren Ausgestaltungen, welche in Unteransprüchen wiedergegeben sind, soll nachstehend anhand der Fig. 2 und 3 näher veranschaulicht werden.

In Fig. 2 ist der die Versorgungsspannung UV für die An­ steuerelektronik des Wechselstrom-Zweidrahtschalters liefernde Kondensator 9 in Reihe mit einem Widerstand 11 und einem Feld­ effekttransistor 12 an die mit "+" und mit "-" bezeichneten Ausgangsleitungen des Brückengleichrichters geschaltet. Paral­ lel zum Widerstand 11 und der Steuerstrecke des Feldeffekt­ transistors 12 ist eine Zenerdiode 13 geschaltet, die über einen weiteren Widerstand 14 mit der +-Leitung des Brücken­ gleichrichters verbunden ist. Der in Sourcefolger-Schaltung mit Stromgegenkopplung betriebene Feldeffekttransistor 12 stellt eine in Reihe mit dem Ladekondensator 9 angeordnete Konstantstromquelle dar, wobei der konstante Ladestrom des Kondensators 9 durch die Zenerspannung der Diode 13 und den Gegenkopplungswiderstand 11 bestimmt ist. Diese Konstantstrom­ quelle wird mit dem Leitendsteuern eines die Reihenschaltung von Gegenkopplungswiderstand 11 und Steuerstrecke des Transi­ stors 12 überbrückenden Transistorschalters 15 abgeschaltet. Sobald die Spannung am Ladekondensator 9 einen bestimmten Wert übersteigt, was mittels eines Schwellwertschalters 16 erfaßt wird, wird der Transistor 15 leitend gesteuert. Als Schwell­ wertschalter 16 kann ein Grenzwertmelder, ein Komparator oder ein Schmitt-Trigger verwendet werden. Diese Bauelemente sind an sich bekannt. Ihr Eingangsstrom bewegt sich im Mikroampere Bereich. Wesentlich ist, daß der den Widerstand 14 bzw. die Zenerdiode 13 durchfließende Strom praktisch in voller Höhe zur Ladung des Kondensators 9 genutzt wird. Damit steht der gesamte, von der Ladeeinrichtung 10 aufgenommene Strom auch tatsächlich für den Betrieb der Elektronik zur Verfügung.

Fig. 3 zeigt eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lade­ schaltung, bei welcher die Zenerdiode 13 in Sperrichtung vor­ geflutet wird. Dies hat den Vorteil, daß der Feldeffekttran­ sistor 12 schon bei kleinen Momentanwerten der Gleichrichter­ spannung voll durchgesteuert ist. Der zur Vorflutung der Zener­ diode 13 erforderliche Strom wird einer zweiten Hilfsspannungs­ quelle in Form eines Kondensators 17 entnommen, welcher über eine Diode 18 und einen niederohmigen Widerstand 19 aufgeladen wird. Die Vorflutung erfolgt über einen Widerstand 20, wobei eine Diode 21 verhindert, daß die an dem Kondensator 17 auftre­ tende Spannung die Steuerung des Feldeffekttransistors 12 in unerwünschter Weise beeinflußt. Der Widerstand 20 ist wesent­ lich hochohmiger als der Widerstand 19, so daß der Kondensator 17 praktisch bis zum Spitzenwert der von dem Brückengleichrich­ ter gelieferten pulsierenden Gleichspannung aufgeladen wird. Wie bei der Anordnung gemäß Fig. 2 wird die aus den Elementen 11-14 bestehende Konstantstromquelle durch Leitendsteuern des Schalttransistors 15 abgeschaltet, sobald die Ansprech­ schwelle des Schwellwertschalters 16 von der Spannung des Kon­ densators 9 überschritten wird.

Insbesondere in den Fällen, in denen ein hochohmiger Verbrau­ cher vorhanden ist, erweist es sich als zweckmäßig, anstelle der Zenerdiode 13 die in Sperrichtung gepolte Basis-Emitter- Strecke eines Bipolar-Transistors zu verwenden, womit eine konstante Spannung zum Leitendsteuern des Feldeffekttransi­ stors 12 schon bei sehr kleinen Strömen erreicht werden kann. Es lassen sich auch mehrere solcher Basis-Emitter-Strecken hintereinander schalten, um bei Bedarf die Ansteuerspannung des Feldeffekttransistors 12 zu vergrößern.

Claims (5)

1. Wechselstrom-Zweidrahtschalter mit einem im Gleichstrom­ zweig eines Brückengleichrichters angeordneten elektroni­ schen Leistungsschalter, Mittel zur Erzeugung von Ansteuer­ signalen für den elektronischen Leistungsschalter und einer einen Kondensator enthaltenden ersten Hilfsspannungsquelle zur Stromversorgung der Ansteuerelektronik, gekenn­ zeichnet durch eine den Ladestrom des Kondensators (9) liefernde Konstantstromquelle, welche mittels eines von der Kondensatorspannung beaufschlagten Schwellwertschalters (16) abschaltbar ist.

2. Wechselstrom-Zweidrahtschalter nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Konstant­ stromquelle von einem Transistor (12) in Emitter- bzw. Sourcefolgerschaltung mit Stromgegenkopplung besteht, wobei parallel zu der mittels eines Transistorschalters (15) über­ brückbaren Reihenschaltung von Gegenkopplungswiderstand (11) und Steuerstrecke des Transistors eine über einen Widerstand (14) an die Gleichrichterspannung angeschlossene Zenerdiode (13) angeordnet ist.

3. Wechselstrom-Zweidrahtschalter nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Transi­ storschalter (15) vom Ausgangssignal eines als Schwellwert­ schalter verwendeten Schmitt-Triggers betätigbar ist.

4. Wechselstrom-Zweidrahtschalter nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zenerdiode (13) mit einem aus einer zwei­ ten Hilfsspannungsquelle bezogenen Strom vorgeflutet wird, wobei diese zweite Hilfsspannungsquelle einen Kondensator (17) enthält, welcher über eine Diode (18) und einen nieder­ ohmigen Widerstand (19) näherungsweise auf den Spitzenwert der Gleichrichterspannung aufladbar ist.

5. Wechselstrom-Zweidrahtschalter nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß anstelle der Zenerdiode (13) die in Sperrich­ tung angeordnete Basis-Emitter-Strecke eines Transistor ver­ wendet ist.