DK148815B - Jaevnspaendingsstyret triggerkreds til triacs - Google Patents

Description

148815

Opfindelsen angår en jævnspændingsstyret triggerkreds til triacs med en til netspændingen, der skal styres, sluttet seriekombination af en modstand og en første ladekondensator, og med en triggerdiode, over hvilken kondensatorspændingen kan føres til tri-acens styreelektrode, og med en parallelt med ladekondensatoren forbundet seriekombination af en anden ladekondensator og et styrbart koblingsorgan, hvis styreelektrode styres af styrespændingen.

Til effektstyring af forbrugere på vekselstrømsnet indsættes der i tiltagende udstrækning triacs. Triacs tillader fuld-bølgedrift af forbrugeren med fasesnit på enkel måde, da der kun kræves et effektbyggeelement. Ved en bestemt vinkel af hver halv- 2 148815 bølge må triacen tændes.

Koblinger, der frembringer til tænding af triacs egnede tændimpulser, er kendt i stort antal og kræver forskellige opbud af byggeelementer. Et vidt udbredt, meget enkelt apparat er vist i figuren til højre for den punkterede linie. Over en modstand oplades en kondensator, og ved en bestemt ladespænding tænder trig-gerdioden triacen. Tændvinklen indstilles ved, at modstanden udformes som variabel modstand. Ved koblinger, der ikke umiddelbart betjenes manuelt, men som skal ændres ved en elektrisk størrelse, spænding eller strøm, viser der sig følgende vanskeligheder: De som modstand nødvendige kontinuerligt styrbare unipolare modstande erstattes ikke af mange elektroniske byggeelementer. Der findes fotomodstande eller feltplader. Ingen af disse kan direkte styres ved en spænding eller en strøm, men man må gå.omvejen over lys eller magnetisme i form af såkaldte optoelektriske eller magnetiske koblere, hvad der forøger koblingens pris unødvendigt. Som kontinuerligt styrbart polært byggeelement anvendes også transistorer i diodebrokoblinger som variable modstande. Dette organ har den ulempe, at transistorens emitter som referencepunkt for den styrende størrelse U eller I ikke er forbundet galvanisk entydigt med nogen af det andre punkter. Dette fører til potentialvanskelighe-der ved den videre koblingsudformning. Når en høj spænding, f.eks. netspændingen på 220 volt, skal reguleres, ligger der en høj spænding på den variable modstand. Af feltplader kan overhovedet ingen og af fotomodstande og transistorer kun enkelte mindre dyre typer anvendes i dette tilfælde. Der kendes naturligvis også koblinger, der leverer tændimpulser, og som kan styres direkte af en elektrisk spænding eller en elektrisk strøm. Disse er imidlertid betydeligt mere komplicerede end de kendte udbredte koblinger.

Fra US-patentskrift nr. 3.676.706 kendes en triggerkreds af denne art. I denne kendte kreds består det styrbare koblingsorgan af et transistorpar - nemlig én transistor for hver halvbølge -samt en fasevendetransistor til den vekselvise styring af de to transistorer i parret.

Det er opfindelsens formål at anvise udformning af en triggerkreds af den indledningsvis angivne art, der er væsentligt forenkelt i forhold til den således kendte kreds.

Det angivne formål opnås ved en triggerkreds, som ifølge opfindelsen er ejendommelig ved 3 148815 a) at det styrbare koblingsorgan udgøres af en felteffekttransis-tor, b) at kredsen omfatter en udbalanceret brokobling, hvori den ene langsgående gren består af felteffekttransistorens dræn-kilde-kanal, og den anden langsgående gren består af en spændingsdeler, c) at der i brokoblingens tværgren mellem spændingsdelerens udtag og felteffekttransistorens styreelektrode er koblet en kondensator, og d) at styrespændingen tilføres felteffekttransistorens styreelektrode over en modstand.

I denne kreds sker der, ligesom i den kendte, en overlejring af styrejævnspændingen med vekselspændingen. Mens der til den nødvendige styrefunktion i den kendte kreds kræves tre transistorer, kan man i kredsen ifølge opfindelsen nøjes med en enkelt felteffekttransistor, og det har desuden vist sig, at denne kreds kan arbejde med en lavere styrespænding end den kendte.

Opfindelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til tegningen, der viser en udførelsesform for en triggerkreds ifølge opfindelsen.

En netspænding Un ligger over to klemmer 10, 11, der over en belastningsmodstand 12, eller en forbruger, og en triac 13's koblingsvej er forbundet med hinanden. En seriekombination af en lademodstand 14 og en ladekondensator 15 danner bro over triacen 13. Forbindelsespunktet mellem byggeelementerne 14, 15 er gennem en triggerdiode 16 forbundet med triacen 13's styreelektrode og gennem en seriekombination af en anden ladekondensator 17 og en N-kanalspærrelagsfelteffekt-transistor 18's dræn-kildestrækning forbundet med klemmen 11. Parallelt med felteffekttransistoren 18's kanal er en af to modstande 19, 20 bestående spændingsdeler koblet. Felteffekttransistoren 18's styreelektrode er dels over en kondensator 21 forbundet med spændingsdele-ren 19, 20's udtag og dels over en indgangsmodstand 22 forbundet med en klemme 23. Styrejævnspændingen Us ligger mellem klemmer 23 og 24, hvor klemmen 24 er forbundet med klemmen 11. Spændingsdeleren 19, 20 danner sammen med felteffekttransistoren 18's kanal en brokobling. Modstandene 19, 20 er dimensioneret således, at der ved en symmetrisk felteffekttransistor med spændingsløs styreelektrode fås en med kanalmidten udlignet brokobling.

, 148815 I det følgende skal virkemåden for - den til højre for den punkterede linie viste del af kredsen beskrives. I spærrefasen for triacen 13, dvs. ved begyndelsen af hver nethalvbølge, lades ladekondensatoren 15 over lademodstanden 14. Dersom kondensatorspændingen når triggerdioden 161 s gennembrudsspænding, bliver denne pludselig ledende og leverer en tændimpuls ved triacen 13's styreelektrode.

Gennem den nu ledende triac forsvinder nethalvbølgen på tændkredsen. Kondensatoren 15 bliver først over triggerdioden 16 og derefter over modstanden 14 og triacen 13 næsten fuldstændigt afladet. Ved begyndelsen af den næste vekselspændingsnethalvbølge, ved hvilken triacen 13 atter overgår til spærrefasen, gentager forløbet sig med omvendt polaritet.

I den viste kreds er modstanden 14 konstant og leverer en ved hjælp af modstanden uforanderlig ladestrøm. Den variable ladehastighed og dermed ændringen af tændtidspunktet opnås ved hjælp af den anden ladekondensator 17. Ved tilstrækkeligt små strømme under pinch-off-virkningen udgør felteffekttransistoren 18's dræn-kildestræk-ning en unipolær, styrbar ohmsk modstand. Ved spændingsløs styreelektrode på felteffekttransistoren 18 er denne modstand meget lavohmet.

De to ladekondensatorer 17, 15 er dermed koblet parallelt, og ladestrømmen gennem modstanden 14 fordeler sig på de to kondensatorer 15, 17. Derved bliver ladeforløbet gjort langsommere, og der fås en lille strømvinkel. Ved højere styreelektrodespændinger er kanalmodstanden praktisk talt uendelig, hvorved kun ladekondensatoren 15 er virksom. Ladehastigheden øges, og der fås en stor strømvinkel.

Ved kontinuerlig ændring af styreelektrodespændingen styres kanalmodstanden kontinuerligt. Derved kan næsten hele strømvinkelområdet mellem 0° og 180° ved en passende dimensionering af kondensatorerne 15, 17 overstryges kontinuerligt.

Ved en symmetrisk opbygget felteffekttransistor kan kanalmodstanden på samme måde styres såvel ved en styreelektrode-kilde-spænding som ved en lige så stor styreelektrode-drænspænding. I den foreliggende kreds er en lige stor kanalmodstandsværdi i hver halvbølge nødvendig, når de to strømvinkler i hver hele bølge af netspændingen skal være lige store. Da dræn-kildespændingens polaritet veksler i hver halvbølge, er en direkte indføring af styrespændingen mellem styreelektrode og kilde ikke mulig. Styreelektrodens negative spænding i forhold til dræn-kildekanalen, især i forhold til kanalmidten, ville ved positivt dræn blive væsentlig højere end ved negativt. Dermed ville styringen af felteffekttransistoren være uens i halvbølgerne. Samme kanalmodstand i halvbølgerne opnår man, 148815 5 når styrespændingen indføres symmetrisk i forhold til dræn og kilde.

Den symmetriske indføring opnås ved, at styrejævnspændingen Us over modstanden 22 føres til styreelektroden og dermed til lagerkondensatoren 21. Gøres tidskonstanten T = R 22 · C 21 stor i forhold til netperiodetiden, er styreelektrodens spænding som følge af indføringen af styrespændingen på den i den balancerede brogren liggende lagerkondensator 21 lige stor i forhold til kanalmidten i hvert øjeblik af en netperiode. Dermed er dræn-kildespændingens vekslende polaritet uden indflydelse på felteffekttransistoren 18's styring. Der fås til enhver tid samme kanalmodstandsværdi og strømvinkel uafhængigt af den pågældende nethalvbølge.

Det er imidlertid også muligt at anvende en lavere værdi af tidskonstanten T = R 22» C 21, forudsat at man er indstillet på at finde sig i mindre variationer i tændtidspunktet. I øvrigt bør det bemærkes, at kun i det "ideelle" tilfælde, hvor den med klemmerne '23, 24 forbundne styrespændingskiIde kun har en forsvindende lille indre modstand, bestemmes den virkelige tidskonstant af produktet R 22 · C 21, idet i de fleste normale tilfælde har denne styrespændingskilde en vis indre modstand, hvis værdi skal adderes til værdien åf R 22, inden tidskonstanten dannes ved at gange med værdien af C 21.

I denne sammenhæng bemærkes, at kondensatoren C 21's vigtigste funktion er at forhindre,at jævnspændingen aflades gennem modstanden 20 til ledningen 24-11. Denne jævnspænding skal nemlig udelukkende kunne aflades gennem den særdeles højohmige port-kilde--strækning i felteffekttransistoren 18. Kun herved opnås den betydelige fordel, at der kun behøves en nærmest forsvindende lille styreeffekt, så at der også kan anvendes meget højohmige styréspændings-kilder, og i så fald kan modstanden 22, som praktiske forsøg har vist, være meget lille.

Skal der i stedet for en negativ styrespænding anvendes en positiv, vælges der i stedet for en N-kanal felteffekttransistor en P-kanal felteffekttransistor.