NL8800275A - Schakeling voor het afleiden van een gelijkspanning uit de netwisselspanning. - Google Patents

Description

ar PHN 12424 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Schakeling voor het afleiden van een gelijkspanning uit de netwissel-spanning.

De uitvinding heeft betrekking op een schakeling voor het af- « leiden van een gelijkspanning uit een wisselspanning, in het bijzonder de netwisselspanning, omvattende: twee ingangsklemmen, 5 - twee uitgangsklemmen, waarvan er één is verbonden met één van de ingangsklemmen, een schakeltransistor waarvan de hoofdstroombaan is aangesloten tussen de andere ingangsklem en de andere uitgangsklem, een basis-stuurschakeling voor het aansturen van de schakeltransis-10 tor, welke basis-stuurschakeling is voorzien van een thyristor, die via een weerstand is aangesloten tussen de beide ingangsklemmen, waarbij het knooppunt tussen de weerstand en thyristor is aangesloten op de stuurelektrode van de schakeltransistor, en een tijdsbepalende schakeling omvattende een serie-schakeling van 15 een weerstand en een condensator, alsmede een trekkerelement aange sloten tussen de poortaansluiting van de thyristor en het knooppunt tussen de genoemde weerstand en condensator.

Een dergelijke schakeling is bekend uit het Britse octrooischrift GB 1.252.637. In deze bekende schakeling is de serieschakeling van weer-20 stand en condensator, die deel uitmaakt van de tijdsbepalende schakeling, rechtstreeks aangesloten tussen de ingangsklemmen terwijl het trekkerelement wordt gevormd door een néonlamp. Op de ingangsklemmen moet een dubbelzijdig gelijkgerichte wisselspanning worden aangeboden.

Aan het begin van elke halve periode zal de condensator in de RC-serie-25 keten worden opgeladen totdat de ontsteekspanning van de néonlamp is bereikt. Door ontsteken van de néonlamp zal de thyristor in geleiding worden gebracht, waardoor op zijn beurt de schakeltransistor wordt opengestuurd.

De werking van deze bekende tijdsbepalende schakeling is zeer on-30 nauwkeurig. Enerzijds is de néonlamp een element met ruime toleranties. Anderzijds is ook de restspanning op de condensator aan het begin van een volgende cyclus niet altijd gelijk, hetgeen samen met de toleranties ----— ·.. — 1 .8800275

«I

PHN 12424 2 I* ranties van de weerstand en de condensator leidt tot ruime marges in het tijdstip, waarop de néonlamp en daarmee de thyristor wordt ontstoken. Als gevolg daarvan kunnen aanzienlijke variaties optreden in de amplitude van de gelijkspanning op de uitgangsklemmen, hetgeen in het bijzonder 5 geldt als relatief lage gelijkspanningen moeten worden verkregen uit relatief hoge wisselspanningen. Voor veel toepassingen, bijvoorbeeld de voeding van laagspanningselementen, zoals lampjes, lichtgevende diodes en dergelijke, is dat ongewenst of ontoelaatbaar.

De uitvinding heeft nu ten doel aan te geven op welke wijze 10 een dergelijke schakeling moet worden uitgevoerd om op de uitgangsklemmen een gelijkspanning te verkrijgen, waarvan de amplitude slechts binnen zeer smalle marges zal variëren. Een dergelijke schakeling zal in het bijzonder geschikt zijn voor massafabricage zonder dat in de schakeling een uitgebreide afregeling nodig is om aan de tolerantie-eisen van 15 de uitgangsspanning te voldoen.

Aan deze doelstellingen wordt bij een schakeling voor het afleiden van een gelijkspanning uit een wisselspanning, in het bijzonder de netwisselspanning, van de in de aanhef genoemde soort voldaan, doordat het trekkerelement wordt gevormd door een diac, dat de andere in-20 gangsklem via een met de hoofdstroombaan van de schakel trans is tor in doorlaatrichting geplaatste gelijkrichtdiode is verbonden met een wis-selspanningsaansluitklem, dat de genoemde serieschakeling van weerstand en condensator is aangesloten tussen wisselspanningsaansluitklem en de ene ingangsklem, en dat over de condensator een diode is geplaatst, zo-25 danig dat deze diode geleidt in de perioden waarin de gelijkrichtdiode spert.

Door de RC-keten in de tijdsbepalende schakeling te sturen met de niet-gelijkgerichte wisselspanning en door de condensator in de RC-keten te overbruggen met een diode, die geleidt wanneer de gelijkricht-30 diode, waarmee de schakeltransistor wordt gevoed, spert, wordt bereikt dat de condensator in de tijdsbepalende schakeling geheel ontladen is wanneer de gelijkrichtdiode gaat geleiden. Dat houdt in dat alleen de toleranties van de weerstand en de condensator in de tijdsbepalende schakeling en de toleranties van de diac nog van invloed kunnen zijn op 35 de nauwkeurigheid van het tijdstip, waarop de thyristor wordt ontstoken. Voor de condensator en de weerstand kunnen componenten met een relatief kleine tolerantie worden gekozen en ook voor de diac zijn in de handel exemplaren met kleine tolerantie verkrijgbaar. In het totaal is het .8800275 s PHN 12424 3 * daarmee mogelijk om met in de handel normaal verkrijgbare componenten een zeer nauwkeurig functionerende schakeling op te bouwen.

De uitvinding zal in het volgende nader worden verklaard aan de hand van de bijgaande figuren.

5 Figuur 1 toont een eerste uitvoeringsvorm van een schakeling vol gens de uitvinding.

Figuur 2 toont een tweede uitvoeringsvorm van een schakeling volgens de uitvinding.

Figuur 3 toont een toepassing van de schakeling uit figuur 1 voor 10 het sturen van een aantal gloeilampjes en het leveren van een afgevlakte gelijkspanning.

Figuur 4 toont een toepassing van de schakeling uit figuur 2 voor de sturing van een aantal licht-emitterende diodes en eveneens het leveren van een afgevlakte gelijkspanning.

15 In figuur 1 is een eerste uitvoeringsvorm van een schakeling vol gens de uitvinding getoont. De schakeling is voorzien van twee ingangs-klemmen kl en k2 en twee uitgangsklemmen k3 en k4, De klemmen k2 and k4 zijn onderling met elkaar verbonden. Tussen de klemmen kl en k3 bevindt zich een serieschakeling van de gelijkrichtdiode Dl en de schakeltran-20 sistor Tl. De schakeltransistor Tl is in dit voorbeeld uitgevoerd als een MOS vermogenstransistor, maar kan ook door een bipolaire transistor worden gerealiseerd. Tussen de klemmen kl en k2 bevindt zich de serieschakeling van een weerstand R1 en condensator Cl. De condensator Cl is overbrugd door de diode D2. Een serieschakeling van een weerstand R4 en 25 een thyristor Th is aangebracht tussen enerzijds het knooppunt tussen Dl en Tl en anderzijds de leiding tussen de klemmen k2 en k4. De poortaan-sluiting van de thyristor Th wordt gestuurd via een diac D3 in serie met een stroombegrenzende weerstand R2, welke diac D3 is aangesloten op het knooppunt tussen Rl en Cl. De poortaansluiting van de thyristor Th is 30 verder via een weerstand R3 verbonden met de leiding tussen kleine k2 en k4. Het uitgangssignaal van de thyristor Th, aanwezig op het knooppunt tussen R4 en Th wordt via een diode D4 toegevoerd aan de gate-aanslui-ting van de transistor Tl. Deze gate-aansluiting is verder via een weerstand R5 en een zenerdiode D5 verbonden met de leiding tussen k2 en k4.

35 Tenslotte is tussen de gate en de drain van transistor Tl een zenerdiode T6 geschakeld.

De schakeling uit figuur 1 functioneert als volgt. Tijdens bedrijf wordt op de ingangsklemmen kl en k2 een wisselspanning aangeboden. Aan .8800275 / PHN 12424 4 het begin van de positieve periode van deze wisselspanning zal de condensator Cl via de weerstand Rl worden opgeladen. De diode D2 spert en heeft derhalve op het oplaadproces geen enkele invloed. Op het moment dat de spanning over de condensator Cl de ontsteekspanning van de diac 5 D3 bereikt, zal deze diac D3 worden ontstoken waardoor een trekkersig-naal via R2 wordt aangeboden aan de poortaansluiting van de thyristor Th. Deze thyristor Th zal daardoor in geleiding komen en via D4 een signaal afgeven aan de gate van Tl.

Gedurende de periode waarin de diac D3 en ook de thyristor Th nog 10 niet geleiden, zal de spanning op de gate van Tl via R4 en D4 de netspanning volgen, waardoor ook de source van Tl en daarmee de spanning op de uitgangsklem k3 de netspanning zal volgen. Op het moment echter, dat de thyristor Th in geleiding wordt gebracht, zal de gate van transistor Tl omlaag worden getrokken, waardoor de transistor Tl gaat blok-15 keren. Op dat moment daalt de spanning aan de uitgangsklem k3 nagenoeg naar 0. De gate van Tl zal zich via R5 ontladen.

Gedurende de negatieve halve periode van de sinusvormige wisselspanning aan de ingangsklemmen zal de diode Dl sperren, zodat daardoor geen uitgangsspanning op de uitgangsklemmen verschijnt. In die periode 20 zal de diode D2 geleiden en de condensator Cl zal over deze diode D2 worden ontladen. Het resultaat daarvan is dat telkens bij het begin van een positieve halve wisselspanningsperiode de condensator Cl een vaste bekende beginspanning heeft. Worden voor Rl en Cl componenten met een kleine tolerantie gekozen en wordt ook voor D3 een component met een 25 nauwkeurig bekende doorslagspanning met kleine tolerantie gekozen, dan ligt daarmee het ontstekingsmoment van de thyristor Th vast binnen bepaalde nauwe grenzen. Het zal duidelijk zijn, dat de hoogte van de uit-gangspulsen op de uitgangsklemmen k3 en k4 eenduidig gerelateerd is aan het ontstekingstijdstip van de thyristor Th. Door dit tijdstip nauwkeu-30 rig te definiëren ligt ook de amplitude van de uitgangspulsen vast.

In het bovenstaande zijn de beide zenerdiodes D5 en D6 nog niet ter sprake gekomen. Beide hebben een beveiligingsfunctie. De zenerdiode D5 zorgt ervoor dat de spanning op de gate van de transistor Tl nooit hoger kan worden dan de vooraf bepaalde maximale waarde. Daarmee wordt voorko-35 men, dat bij het inschakelen van de wisselspanning op de klemmen kl en k2, waarbij in het algemeen Cl geheel ontladen zal zijn, eenmalig een relatief hoge spanningspiek op de uitgang k3/k4 verschijnt. De diode D6 die over de source en de gate van Tl is geplaatst begrenst de maximale .8800275 % φ ΡΗΝ 22424 5 gate-source-spanning tot de zenerspanning van deze diode D6.

In figuur 2 is een andere uitvoeringsvorm van de schakeling volgens de uitvinding getekend. Een vergelijking tussen de figuren 1 en 2 leert dat in feite alleen het circuit rond II is gewijzigd. De overige compo-5 nenten zijn derhalve met dezelfde referentiecijfers aangeduid. In figuur 2 is de gate van transistor Tl via een weerstand R6 direct verbonden met het knooppunt tussen de weerstand R4 en de thyristor Th. Verder is het gate-eource-traject van transistor Tl niet alleen overbrugd door een zenerdiode D6, maar bovendien door een verdere diode D7 in serie met D6.

20 Door de gate van transistor Tl via een weerstand R6 met het knoop punt tussen R4 en Th te koppelen wordt bereikt, dat de gate zich na het ontsteken van de thyristor Th via R6 en de thyristor Th kan ontladen.

Ten opzichte van figuur 1 wordt daarmee het aantal componenten dat verbonden was met de gate Tl gereduceerd van 3 naar 1.

15 De diode D7 is alleen opgenomen om een eventuele negatieve invloed op het functioneren van de transistor Tl, veroorzaakt door aanwezigheid van de zenerdiode D6, tegen te gaan. Indien nodig kan een dergelijke diode ook op dezelfde plaats in de schakeling van figuur 1 worden toegepast. Anderzijds is deze diode D7 niet altijd noodzakelijk.

20 Figuur 3 toont de toepassing van de schakeling uit figuur I voor de sturing van een aantal gloeilampjes, het gedeelte van de schakeling tussen de klemmen kl/k2 en k3/k4 is volledig identiek aan de schakeling van figuur 1 en zal derhalve niet nader worden besproken. Tussen de klemmen k3/k4 en de verdere klemmen k5/k6 bevindt zich het gedeelte dat 25 door de schakeling uit figuur I wordt gevoed. Over de klemmen k3 en k4 zijn een aantal serieschakelingen van lampjes en thyristoren geplaatst.

De lampjes zijn aangeduid met LI, L2, L3 en de thyristoren met Thl, Th2 en Th3. Wordt bijvoorbeeld de thyristor Thl door een geschikt signaal op zijn poortaansluiting in geleiding gebracht, dan zal het pulsvormige 30 gelijkspanningsuitgangssignaal over de klemmen k3 en k4 resulteren in een pulsvormige stroom door het gloeilampje Ll waardoor het lampje gaat branden. Aangezien de amplitude van de pulsvormige stroom dankzij de schakeling volgens de uitvinding nauwkeurig vastligt, ook indien het gaat om relatief lage waarden van deze amplitde, kunnen in deze schake-35 ling bekende en normaal verkrijgbare laagspanningslampjes (bijvoorbeeld 6 V of 12 V lampjes) worden toegepast ook al wordt op de klemmen kl en k2 de volledige netspanning van 220 V (of 110 V) aangeboden. Ook de lampjes L2 en L3 kunnen door geschikte signalen op de poortaansluitingen .8800275 è PHN 12424 6 * van de thyristoren Th2 en Th3 worden ingeschakeld. De schakelingen voor het sturen van de thyristoren Thl, Th2 en Th3 spelen binnen het kader van de uitvinding geen rol en zijn derhalve niet in detail getoond.

Aan de rechterzijde van de figuur is met behulp van de weerstand 5 R7S de zenerdiode D8, de gelijkrichtdiode D9 en de condensator C2 nog een op zichzelf bekend afvlakcircuit opgebouwd, zodanig dat op de uit-gangsklemmen k5 en k6 een afgevlakte gelijkspanning ter beschikking staat. Dit circuit behoeft voor de deskundige op dit terrein geen nadere uitleg.

10 In figuur 4 wordt de schakeling uit figuur 2 gebruikt voor de stu ring van een aantal licht-emitterende dioden. Deze dioden zouden op dezelfde wijze geschakeld kunnen worden als de lampjes Ll, L2, L3 in figuur 3. In figuur 4 is echter een bijzondere toepassing getoond. Over de klemmen k3 en k4 is allereerst een serieschakeling van een licht-15 emitterende diode D10 en een zenerdiode Dll geplaatst, welke wordt gevoed via een weerstand R8. Dezelfde weerstand R8 voedt bovendien een tweede serieschakeling van een thyristor Th4 en de licht-emitterende dioden D12 en D13. Parallel aan D13 staat een schakeltransistor D2 waarvan de basis op niet nader aangegeven wijze kan worden gestuurd. Verder 20 is de poortaansluiting van Th4 via een schakeltransistor T3 verbonden met de leiding tussen de klemmen k4 en k6. Ook de basis van T3 kan op niet nader aangegeven wijze worden gestuurd. De weerstand R9 is nodig voor de gate-sturing van de thyristor Th4.

Is de transistor T3 geblokkeerd dan zal de thyristor Th4 niet ge-25 leiden. In dat geval zal de pulsvormige uitgangsspanning op de klemmen k3/k4 alleen leiden tot een stroom door de keten R8-D10-D11. Daarbij is ervan uitgegaan, dat de amplitude van de pulsvormige spanning op de klemmen k3/k4 hoger is dan de zenerspanning van de diode Dll. In dat geval zal dus alleen de diode DlO stroom voeren en licht emitteren. Wordt 30 echter de thyristor Th4 in geleiding gebracht door het schakelen van de transistor T3 dan kan er eveneens een stroom gaan lopen door het circuit R8-Th4-Dl2-Dl3. De zenerspanning over Dll moet zodanig hoog worden gekozen, dat bij het in geleiding komen van Th4 alleen stroom zal gaan lopen door de keten R8-Th4-Dl2-D13. In dat geval zal DlO derhalve geen licht 35 uitstralen, maar zullen alleen D12 en eventueel Dl3 licht kunnen uitstralen. Dl3 zal licht uitstralen indien T2 blokkeert. Wordt deze transistor T2 echter in geleiding gebracht dan zal alleen D]2 branden.

Op dezelfde wijze als in figuur 3 is ook in figuur 4 een afvlak- .8800275 ψ PHN 12424 7 schakeling aangebracht, waarvan de componenten met dezelfde referentie-cijfers als in figuur 3 zijn aangeduid.

Zowel in figuur 3 als in figuur 4 kan de afgevlakte gelijkspanning op de klemmen k5/k6 bijvoorbeeld worden gebruikt voor het voeden van een 5 niet nader aangegeven stuurschakeling, waarmee in het geval van figuur 3 de thyristoren Thl, Th2, Th3 en in het geval van figuur 4 de transisto-ren T2, T3 worden gestuurd.

.8800275

Claims (8)

1. Schakeling voor het afleiden van een gelijkspanning uit een wisselspanning, in het bijzonder de netwisselspanning, omvattende: twee ingangsklemmen, twee uitgangsklemmen, waarvan er één is verbonden met één van de 5 ingangsklemmen, een schakeltransistor waarvan de hoofdstroombaan is aangesloten tussen de andere ingangsklem en de andere uitgangsklem, - een basis-stuurschakeling voor het aansturen van de schakeltransistor, welke basis-stuurschakeling is voorzien van een thyristor, die 10 via een weerstand is aangesloten tussen de beide ingangsklemmen, waarbij het knooppunt tussen de weerstand en thyristor is aangesloten op de stuurelektrode van de schakeltransistor, en een tijdbepalende schakeling omvattende een serie-schakeling van een weerstand en een condensator, alsmede een trekkerelement aange-15 sloten tussen de poortaansluiting van de thyristor en het knooppunt tussen de genoemde weerstand en condensator, met het kenmerk, dat het trekkerelement wordt gevormd door een diac, dat de andere ingangsklem via een met de hoofdstroombaan van de schakeltransistor in doorlaatrichting geplaatste gelijkrichtdiode is verbonden 20 met een wisselspanningsaansluitklem, dat de genoemde serieschakeling van weerstand en condensator is aangesloten tussen wisselspanningsaansluitklem en de ene ingangsklem, en dat over de condensator een diode is geplaatst, zodanig dat deze diode geleidt in de perioden waarin de gelijkrichtdiode spert,

2. Schakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de stuur elektrode van de schakeltransistor via een weerstand is verbonden met de ene ingangsklem,

3. Schakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de stuurelektrode van de schakeltransistor via een weerstand is verbonden met 30 het genoemde knooppunt tussen weerstand en thyristor.

4. Schakeling volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat tussen de gate en de source respectievelijk tussen de basis en de emitter van de schakeltransistor een zenerdiode is aangebracht, waarvan de zenerspanning niet hoger is dan de maximaal toelaatbare gate-source- 35 -spanning, resp. basis-emitter-spanning van de schakeltransistor. .8800275 PHN 12424 9 %

5. Schakeling volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de stuurelektrode van de schakeltransistor verbonden is met de ene ingangsklem via een verdere zenerdiode, waarvan de zenerspanning gelijk is aan de maximale piekspanning, die tijdens bedrijf over de 5 uitgangsklemmen mag optreden.

6. Schakeling volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat tussen de uitgangsklemmen één of meer serieschakelingen zijn aangesloten, elk omvattende eeen lamp en een thyristor.

7. Schakeling volgens één der conclusies 1 tot en met 5, met het 10 kenmerk, dat tussen de uitgangsklemmen een eerste serieschakeling van een lichtgevende diode en een zenerdiode en ten minste een tweede serie-schakeling van een lichtgevende diode en een thyristor is aangebracht, waarbij de zenerspanning van de zenerdiode hoger is dan de spanning over de tweede serieschakeling indien de thyristor daarin geleidt.

8. Schakeling volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de tweede serieschakeling is voorzien van een aantal lichtgevende dioden, die, met uitzondering van één diode elk zijn overbrugd door de hoofdstroombaan van een verdere schakeltransistor. ******* .«800275