NO172668B - Krets for styring av en effekt-triac - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår kretsanordning for styring av en effekttriac som angitt i innledningen til krav 1.

Fra EP-A1 0 098 521 er kjent en fremgangsmåte og en inn-retning for automatisk kobling av en rombelysning, ved hvilken rombelysningen kobles inn automatisk i avhengighet av tilstedeværelsen av en person og hvor lysstyrken avstemmes til den eksterne rombelysningen. For dette formål tjener en i innretningen anordnet infrarød detektor, som opptar kroppsstrålingen til en person som befinner seg i rommet, og som tar hensyn til styresignalet fra et ytterligere anordnet lysfølsomt element.

Den elektroniske kretsen til en slik koblingsanordning er da utført slik at brytersignalet som f.eks går ut fra en føler i form av en spenningspuls, av en beregningselektronikk til et statisk utgangssignal med innstillbar varighet, og som således tjener til styring av et effektbryterelement, fortrinnsvis effekt-triac.

Dessuten er det også kjent å anordne elektroniske brytere ved å benytte en effekt-triac for inn- og utkobling av en lysstrømkrets, som f.eks. styres ved hjelp av en føler e.l., som kjent fra EP-A1 0 098 521.

De elektroniske bryterne til slike brytere arbeider, i forenklet fremstilling, slik at spenningspulsen som går ut av føleren omformes ved hjelp av elektrisk bearbeidelse, f.eks. en forsterker, komparatorer og monoflop, til et statisk utgangssignal med innstillbar varighet.

Disse utgangssignalene styrer en elektronisk bryter, som frigir pulsen for en effekt-triac.

For drift av såvel den elektroniske føleren som også den elektroniske bearbeidelseskretsen, er det nødvendig med en tilstrekkelig stømforsyning. Dette blir tilveiebragt ved å anvende nettet som skal kobles, ved at den som bryter anvendte effekt-triac ikke kobler gjennom hele fasen, men bevirker en restfasestyring, som tjener til forsyning av styreelektronikken.

Den i innkoblet tilstand til effekt-triacen nødvendige restfasestyring, er avhengig av strømbehovet til styrekretsen, og må altså bli valgt større i avhengighet av størrelsen på strømbehovet til teknikken. Med en stor restfasestyring, øker derved også behovet for støybegrensning av den elektroniske bryteren, noe som er forbundet med ekstra kostnader.

En krets, som muliggjør en restfasestyring, bygges opp på i og for seg kjent måte, slik at det ligger en styrekrets, som tjener til styring av en effekt-triac, i serie med en last matet av nettet. En med en elektronisk føler forsynt styrekrets virker herved via styrekretsen således på porten til effekt-triacen at før hver gjennornstyring foregår en forsinkelse, som fører til fasestyring. Tidskonstanten til forsinkelsen bestemmer et RC-ledd, hvilket tennkondensator leverer tennstrøm for effekt-triacen via en triggerdiode. Skal effekt-triacen ikke bli gjennomstyrt, f.eks skal en lampe være utkoblet, så kortsluttes denne ved hjelp av en hjelpe-triac liggende parallelt til tennkondensatoren. Porten til triacen blir herved påført et tilsvarende signal til styrebryteren.

Størrelsen på restfasestyringen bestemmes av størrelsen på motstanden, kondensatoren og triggerdioden. Minimalisering av restfasestyringen er derved utsatt for tydelige grenser. For å tilveiebringe en liten tidskonstant, må motstanden bli satt til en relativt liten verdi. Dette har imidlertid til følge at i ikke-koblet tilstand av effekt-triacen, dvs. når hjelpetriacen er ledende, vil den fulle nettspenningen ligge over motstanden, og en tilsvarende høy tapseffekt oppstår. Tennkondensatoren kan heller ikke underskride en bestemt minsteverdi, da tennpulsen ellers ikke vil være tilstrekkelig stor nok. En ytterligere ulempe med denne kretsen er at hjelpe-triacen må styres med relativt høy strøm i størrel-sesorden av flere milliampere.

Fra DE-OS 29 42 662 er det kjent å anvende en styrbar likeretterbrokrets for oppladning av en tennkondensator, men ikke for dens utladning. Kretsen har forøvrig også en helt annen oppgave da det ikke skal tilveiebringes noen restfasestyring, men foretas en demping. Anvendelsen var tenkt for en trappehusbelysning, som ikke skal bli utkoblet plutselig, men langsomt slukkes innenfor en på forhånd bestemt tid.

Går man ut fra den ovenfor nevnte beskrevne teknikkens stilling er det derfor en oppgave til oppfinnelsen å tilveiebringe en kretsanordning av den innledningsvis nevnte art, ved hjelp av hvilken man greier seg med liten restfasestyring for at støybegrensningen skal kunne løses med så enkle midler som mulig.

Denne oppgaven vil ifølge den foreliggende oppfinnelse bli løst ved en krets av den innledningsvis nevnte art, hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av underkrav.

Av vesentlig betydning er at med kretsen ifølge oppfinnelsen må tennkondensatoren i løpet av sperretiden til effekt-triacen ikke mer bli kortsluttet via den tente hjelpetriacen, og derved blir den tapseffekten som oppstår ved formotstanden til tennkondensatoren betydelig redusert. Styrekretsen kan derved dimensjoneres slik at det er tilstrekkelig med en vesentlig mindre strøm, og derved kan også restfasestyringen (tennvinkel eller tennforsinkelsesvinkelen) ytterligere forkortes. Herved reduseres også støyspenningene, slik at det ikke er nødvendig med så store tiltak for støybegrens-ning.

En svært fordelaktig videreutførelse av oppfinnelsen tilveiebringes ved hjelp av en driverkrets, da denne reduserer betydelig styrestrømmen som skal tilveiebringes av styrekretsen. For oppbygningen av totalkretsen er det spesielt viktig at driverkretsen såvel som innenfor den positivt som også innenfor den negative halvperioden til vekselspenningen muliggjør styring av den styrbare halvlederbryteren i diagonalgrenen til halvlederbroen. Dette er forbundet med betydelige vanskeligheter, da kvalitetsveksling krever fullstendig forskjellige strømbaner.

For at den fra driverkretsen kommende styrestrøm for den styrbare halvlederbryteren skal kunne flyte bort med den korteste strekningen med minst mulig tap, må triggerdioden bli føyd inn mellom tennkondensatoren og den styrbare halvlederbryteren.

I prinsipp kan også den styrbare halvlederbryteren bli dannet av den triac, en transistor eller en tyristor. En tyristor har i forhold til triacen den fordelen at man ikke trenger så stor styrestrøm, noe som igjen er gunstig ved reduksjonen av restfasestyringen.

I det påfølgende skal oppfinnelsen beskrives nærmere med henvisning til et utførelseseksempel og henvisning til den eneste tegningen.

På kretsdiagrammet er det foretatt en oppdeling i kom-ponentgrupper. En styrekrets 1, blir påført et styresignal ved hjelp av elektroniske styrebryter 2 tilsvarende dennes styrestilling, og avgir i avhengighet av denne et eget styresignal til en effektbryterdel Effektbryterdelen 4 forbinder en last 6, som er forbundet med den ene lederen N (null-lederen) til et nett 5, og med den andre lederen L (faselederen) til dette nettet. En strømforsyningskrets 3 frembringe den for styrekretsen 2 og styrekretsen 1 nødven-dige forsyningsspenning.

Forbindelsen mellom effektbryterdelen 4 og lasten 6 danner en for alle komponentgruppene 1, 2, 3, 4, 6 felles referansepotensiale M. På referansepotensialet M ligger også en tennkondensator Cl, som er forbundet via en motstand RI med den andre nettlederen L. En likeretterbrokrets dannet av 4 dioder Dl, D1,D3, D4, ligger med sin vekselspenningsinngang, som er dannet av diodene Dl, D2, mellom tennkondensatoren Cl og for motstanden RI. Den av diodene D3, D4, dannede andre vekselspenningsinngang ligger ved styreinngangen til effektbryterdelen 4. Ved den av diodene Dl, D3 dannede positive utgang til brolikeretteren, ligger en triggerdiode D5. Med denne seriekoblet, er bryterbanen til en tyristor VI som med sin katode er tilkoblet den negative utgangen til brolikeretteren dannet av diodene D2, D4.

Triggerdioden D5 kan imidlertid også være anordnet mellom tennkondensatoren Cl og den av diodene Dl og D2 dannede vekselspenningstilslutning.

Til styrekretsen 1 er ved siden av brolikeretteren også anordnet en drivkrets bestående av to komplementære transis-tortrinn. Kollektoren til den ene pnp-transistoren Tl er forbundet via en motstand R3 med porten til tyristoren VI, mens den med sin emitter ligger ved utgangen til strømfor-syningskretsen 3, som avgir en utgangsspenning TJV. En npn-transistor T2 er forbundet via sin emitter med referansepotensiale M, mens kollektoren ligger via en motstand R5 til basisen til pnp-transistoren T2. Basisen er på sin side tilsluttet via en motstand R4 til strømforsyningskretsens 3 utgang Uy, og utgangen til styrekretsen 2 er tilført via en motstand R6 til basisen til npn-transistoren T2.

Styrekretsen 2 er utstyrt med en elektronisk bryter, som er utformet som f.eks. bevegelsesgiver med en infrarød detektor og ved registrering av en varmestråling utgående fra et strålingsobjekt, avgis et styresignal til styrekretsen 1. Likeledes blir denne matet via strømforsyningskretsen 3 med spenningen Uy.

Strømforsyningskretsen 3 er forbundet via motstanden R7 med den andre nettlederen L og med anoden til en zenerdiode D6 med referansepotensiale M. Mellom begge disse komponentene ligger i serie en ladekondensator C3 og parallelt zenerdioden D6 seriekretsen bestående av en diode D7 og en kondensator C4, som er forbundet med referansepotensiale M. Zenerdioden D6 og dioden D7 er polet slik at de lader opp bufferkonden-satoren C4 i løpet av den positive halvperioden til vek-sel spenningen, til en positiv spenning TJy, som tilsvarer tilnærmet zenerspenningen.

Styreinngangen til effektbryterdelen 4 er identisk med porten til en tyristor V2, som er forbundet via en motstand R8 med referansepotensialet M. Den likeledes ensidige til 0-potensialet tilsluttede strekning av effekttyristoren V2 ligger til nettlederen N i serie med en støydrossel E og en sikring F. Parallelt med denne seriekretsen er likeledes anbragt en støybegrenserkondensator C5 mellom nettlederen L og referansepotensialet M, til hvilken er parallellkoblet en seriekrets bestående av en motstand R9 og en undertrykkelses-diode D8.

I det påfølgende skal i det vesentlige funksjonen til kretsanordningen bli beskrevet.

Ved ikke aktiv tilstand til styrekretsen 2 står spenningsver-dien 0 ved Q-utgangen.

Dermed blir i styrekretsen 1 transistorene T2 og Tl sperret. Følgelig får tyristoren VI ikke noen portstrøm. Det kan derfor ikke flyte noen tennstrøm fra nettet via brogrenen V5, Dl inn i porten til effekt-triacen V2, hvorved denne så blir sperret.

R2 danner den ved porten til tyristoren VI nødvendige avslutnlngsmotstand. Kondensatoren C2 kortslutter de innkoblede spenningsspisser fra nettet og forhindrer uønsket spenning.

En ytterligere undertrykkelse av spenningsspissene foregår ved hjelp av motstanden R9 og dioden D8 i effektbryteren 4.

I aktiv tilstand står ved Q-utgangen til styrekretsen 2 en spenning. Dermed blir T2 og Tl ledende.

Med hensyn til den tilførte vektspenningen, skal først forholdet ved positiv netthalvperiode bli beskrevet.

I tyristoren VI flyter den nødvendige portstrøm (f.eks. ca. 200 jjA), hvormed denne blir ledende. Portstrømmen blir derved tatt fra forsyningskretsen 3. Den finner sin vei fra broen via D4 og R8 til referansepotensialet M.

Den for triacen V2 nødvendige tennstrøm flyter imidlertid først over tyristoren VI når nettspenningen har nådd lederspenningen til triggerdioden D5 (her f.eks. 36V), såvel som diodebanen.

Tennstrømmen blir så fra kondensatoren Cl, som er ladet opp på lederspenningen til triggerdioden D5, avgitt via Dl, D5, VI, D4 til porten til effekttriacen V2 (ca. 100 mA). Dermed blir den sikkert tent og forblir i løpet av den positive halvperioden ledende.

I det påfølgende skal funksjonsforløpet ved negativ nett-periode beskrives.

Til å begynne med ved den negative netthalvperioden, altså i 0-gjennomgangen kobler effekt-triacen V2 ut. Før den nå får sin negative tennstrøm, opptrer følgende forløp:

Forsyningsspenningen Uy forsøker via Tl, R3 å la det flyte en strøm inn i porten til tyristoren VI. Dette lykkes da denne strømmen kan forlate broen over dioden D2 og motstanden RI til nettlederen L, som har et negativt potensiale. Dvs. at ved tyristoren VI innstilles en portstrøm, som stiger kontinuerlig så lenge lederspenningen til triggerdioden D5 ennå ikke er nådd. Før dette punktet nåes, fremkommer en resulterende portstrøm (ca. 1 mA) i samsvar med følgende tilnærmingsligning:

Til forskjell fra den positive halvlederperioden, hvor det flyter en forholdsvis lav portstrøm (ca. 200 jiA), innstiller seg her en høyere strøm (ca. 1 mA). Dette er imidlertid ikke ufordelaktig.

Når triggerspenningen (dvs. lederspenningen til triggerdioden D5) nåes, får effekt-triacen V2 fra kondensatoren Cl via diodene D3, D5 og tyristoren VI og dioden D2 sin tennpuls. Effekt-triacen D2 forblir i løpet av den negative halvperioden ledende.

Blir triggerdioden D5 anordnet mellom tennkondensatoren Cl og vekselspenningstilslutningen dannet av diodene Dl og D2, så flyter portstrømmen (fra VI) i løpet av den positive og negative halvperioden, alltid i samme størrelse (f.eks 200 jjA) via motstanden R3, tyristoren VI og motstanden R8, hvorved det unngås et usymmetrisk forløp. Denne strømmen frembringer da ved motstanden R8 et spenningsfall (ca. 50 mV) hvorved det umuliggjøres en for tidlig tenning av effekt-triacen V2.

I det påfølgende skal det beskrives noen anmerkninger til spesielle trekk ved kretsen.

Motstanden RI kan også være lik 0, (100$ symmetri), men en bestemt motstandsverdi (her f.eks. 10k Tl) synes hensiktsmes-sig for å forhindre en uønsket gjennomkobling av brogrenen D5, VI som følge av høyspenningsspisser.

Kombinasjonen Rl-Cl er forbundet med nettspenningen. Derved blir kondensatoren Cl avvekslende positiv og negativ oppladet via motstanden RI til den når triggerspenningen ved triggerdioden D5.

I løpet av den negative netthalvperioden adderer seg ifølge kretsen strømmen som flyter igjennom kondensatoren Cl og den fra spenningsforsyningen via Tl, R3, VI og D2 flytende strøm. Addisjonen av strømmene fører til en liten usymmetri av den positive og negative fasestyringen (her 40 m/0,7 ms til 50 V/0,7 ms). Denne usymmetrien tiltar med motstandsforholdet

RI .

R3

Dette gjelder rett nok kun når triggerdioden D5, som vist i kretsdiagrammet befinner seg i diagonalgrenen til likeretter-brokretsen.

Det er derfor fordelaktig når triggerdioden D5 er anbragt umiddelbart foran den første vekselspenningsinngangen til likeretterbroen D1-D4. I dette tilfellet flyter portstrømmen til tyristoren VI i løpet av den positive og negative halvperioden i samme størrelse av f.eks. 200 jiA over R3, VI, D4 og R8. Herved blir usymmetrien stort sett unngått. Denne strømmen frembringer ved motstanden R8 et spenningsfall på ca. 50 mV, hvorved det ikke er mulig med en for tidlig tenning av effekt-triacen V2.

Claims (11)

1. Kretsanordning for styring av en effekt-triac (V2), som ligger i serie med en last (6) matet fra et vekselstrømsnett og hvilken last kobles til nettspenningen i avhengighet av koblingsstillingen til en styrebryter (2), idet styrebryteren virker via en styrekrets (1) på porten til effekt-triacen slik at det før hver gjennomkobling av dens koblingsbane forblir en restfasestyring, og dessuten leverer et RC-ledd (RI, Cl) med en tennkondensator (Cl) tennstrøm for effekt-triacen (V2) via en triggerdiode (D5) til porten til effekt-triacen (V2), karakterisert ved at en likeretter-brokrets (Dl til D4) ligger med sin veksel-spenningsinnganger i strømgrenen mellom tennkondensatoren (Cl) og porten til effekt-triacen (V2), og at strømgrenen mellom likespenningsutgangene til brokretsen (Dl til D4) lukkes av en styrbar halvlederbryter (VI), hvis port styres utgående fra styrebryteren (2).

2. Krets ifølge krav 1, karakterisert ved at en drivkrets er anbragt mellom porten til halvlederbryteren (VI) og styrebryteren (2), som mates av en strømforsynings-krets (3) og som har med denne, tennkondensatoren, styrekretsen såvel som en i effekt-triacen (V2) inneholdt effektbryterdel (4) et felles referansepotensiale (5).

3. Krets ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at til drivkretsen hører to komplementære transistorer (Tl, T2), av hvilke en pnp-transistor (Tl) er forbundet med sin kollektor via en motstand (R3) med porten til halvlederbryteren (VI) og via sin emitter med utgangen (Uy) til strømforsyningskretsen (2), og at en npn-transistor (T2) er forbundet med sin emitter med referansepotensialet (M) mens kollektoren er forbundet via en motstand (R5) med basisen til pnp-transistoren (T2), som på den ene siden er tilsluttet via en motstand (E4) med utgangen (Uy) til forsyningskretsen (3) og hvor utgangen (Q) til styrekretsen (2) er forbundet med basisen til npn-transistoren (T2) via en motstand (R6).

4. Krets ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at triggerdioden (D5) ligger mellom tennkondensatoren (Cl) og den styrbare halvlederbryteren (VI) i diagonalgrenen til likeretterbroen (Dl til D4).

5. Krets ifølge et av de foregående krav 1-3, karakterisert ved at triggerdioden (D5) ligger mellom RC-leddet (RI, Cl) og den første vekselspenningsinngangen (Dl, D2) til likeretterbroen (Dl til D4).

6. Krets ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den styrbare halvlederbryteren (VI) er en triac eller en transistor.

7. Krets ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at halvlederbryteren (VI) er en tyristor, hvis port er forbundet via en motstand (R2) og en hertil parallell kondensator (C2) med sin katode.

8. Krets ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at motstanden (RI) til RC-leddet (Rl-Cl) er forbundet med den ene nettlederen (L) og referansepotensialet (M) via lasten (6), og er fortrinnsvis forbundet via en eller flere glødelamper med den andre nettlederen (N).

9. Krets ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at strømforsyningskretsen (3) med en motstand (R7) er koblet til den ene nettlederen (L) og med en zenerdiode (D6) til referansepotensialet (M), at begge er forbundet via en ladekondensator (C3) og at mellom lade-kondensatoren (C3) og zenerdioden (D6) er tilsluttet anoden til en diode (D7), som er koblet i serie med en med referansepotensialet (M) koblet kondensator (C4), idet utgangen (TJy) til forsyningskretsen (3) er forbundet mellom dioden (D7) og en bufferkondensator (C4).

10. Krets ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at porten til den i effektbryterdelen (4) inneholdte effekt-triac (V2) er forbundet med referansepotensialet (M) via en motstand (R8), og at i serie med koblings-banen til effekt-triacen (V2) mot den ene nettlederen (L) er forbundet en støydrossel (E) og eventuelt en sikring (F).

11. Krets ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at mellom den ene nettlederen (L) og referansepotensialet (M) er koblet en støykondensator (C5) og parallelt hermed en med en formotstand (R9) forsynt under-trykkelsesdiode (D8).