DE1523332C3 - Zweipunktregelschaltung - Google Patents

Description

oder ähnlichen Geräten störend bemerkbar machenden hochfrequenten ,Schaltfunken beseitigt oder auf ein Minimum reduziert, so daß Filterschaltungen zur Beseitigung dieser Störimpulse entfallen. Mithin sind Schaltungen, die nach diesem Prinzip arbeiten, wcsentlich einfacher, kleiner im Aufbau und betriebssicherer. Außerdem haben sie eine längere Lebensdauer als Zweipunktregelschaltungen, die mit mechanischen Schaltern arbeiten und in beliebigen Zeitpunkten der Speisespannung schalten.

Das Unterbrechen des Stroms im Nulldurchgang der Speisewechselspannung oder beim Nullwerden einer Spannung, die wiederholt einen Wert in einem Nullbereich annimmt, bietet keine Schwierigkeiten, wenn als steuerbare Halbleitervorrichtung ein Steuerbarer Gleichrichter verwendet wird, da dieser Gleichrichter selbst wieder sperrt, wenn der über den Gleichrichter fließende Strom unter den sogenannten Haltestrom sinkt. Das Zünden des steuerbaren Gleichrichters im Nulldurchgang oder Nullbereich der Speisespannung erfordert jedoch eine Zündschaltung, die den Zeitpunkt des Nulldurchgangs bzw. Nullwerdens genau feststellt und dann den steuerbaren Gleichrichter nur in diesem Zeitpunkt durchsteuert. Derartige Zündschaltungen sind an sich bekannt (vgl. das Buch »SEMI CONTROLLED RECTIFIERS« von F.E. Gentry, et al, Prentice Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, 1964, Seiten^D5 -bis 247).

Die bekannte Zweipunktregelschaltung (USA.-Patentschrift 3 113 198), von der die Erfindung ausgeht, enthält eine die Temperatur des Verbrauchers messende Brückenschaltung, in deren Nullzweig die Basis-Emitter-Strecke eines Transistors liegt, der über die Primärwicklung eines Transformators aus einer potentialfreien Gleichspannungsquelle gespeist wird. Die Sekundärwicklung des Transformators liegt im Steuerkreis eines steuerbaren Gleichrichters. Die Betriebsspannung der Brückenschaltung ist eine aus der Speisewechselspannung des Verbraucherkreises, in der der steuerbare Gleichrichter liegt, abgeleitete Wechselspannung. Wenn daher eine Regelabweichung auftritt, erscheint auch im Brückennullzweig und mithin an der Basis des Transistors eine Wechselspannung, so daß der Transistor mit Beginn jeder zweiten Halbwelle der Speisewechselspannungdurchgesteuert wird und dem Steueranschluß des steuerbaren Gleichrichters einen Durchschaltimpuls zuführt. Da die Phasenlage der an der aus ohmschen Widerständen gebildeten Brückenspannung liegenden Wechselspannung in bezug auf die Speisewechselspannung des steuerbaren Gleichrichters so gewählt ist, daß das Potential der Anode des steuerbaren Gleichrichters jedesmal gerade positiv gegenüber dem Kathodenpotential wird (durch Null geht), wenn ein Durchschaltimpuls erzeugt wird, wird der steuerbare Gleichrichter-ebenfalls zu Beginn jeder zweiten Halbwelle der Speisewechselspannung durchgesteuert, wobei er am Ende dieser Halbwelle von selbst wieder sperrt.

Nachteilig bei dieser bekannten Zweipunktregelschaltung ist, daß ein Transformator und eine potentialfreie Gleichspannungsquelle zur Erzeugung der Zünd- bzw. Durchschaltimpulse für den steuerbaren Gleichrichter verwendet wird und_ daß auch die Gleichspannungsquelle einen Transformator enthalten muß, um die potentialfreie Gleichspannung zu erzeugen, wenn man nicht eine Batterie als Gleichspannungsquelle verwenden will. Denn Transformatoren sind wegen ihres Eisenkerns in der Regel verhältnismäßig groß und schwer, so daß auch die Zweipunktregelschaltung entsprechend sperrig und'schwer wird. Dies ist aber in Fällen, in denen es auf kleine Abmessungen und geringes Gewicht ankommt, insbesondere bei Haushaltsgeräten, unerwünscht. Zudem haben Transformatoren in der Regel hohe Verluste. '

Die gleichen baulichen Nachteile' weist auch der Zweipunktregler des älteren Patents 1 293 493 auf, bei dem gleichfalls eine sperrende Überwachungsschaltung für den Nulldurchgang vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, derartige Zweipunktregelschaltungen dahingehend zu verbessern, daß sie möglichst klein und kompakt im Aufbau gehalten werden können und dennoch hohe Leistungen mit gutem Wirkungsgrad regeln.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe, ausgehend von einer Zweipunktregelschaltung der eingangs bezeichneten Art, dadurch gelöst, daß die an die Zündschaltung angeschlossene Überwachungsschaltung ein direkt mit der Speisespannung verbundener Shuntkreis ist, der infolge seiner Kurzschlußwirkung das Anlegendes Zündsignals an den Steueranschluß der steuerbaren Halbleitervorrichtung während außerhalb des Nullbereichs liegender Speise.-spannungswerte sperrt, und daß der den Shuntkrejs" steuernde Regler in Abhängigkeit von derJRegefäbweichung die Kurzschlußwirkung des_J)huntkreises während innerhalb des Nullbereichs liegender Speisespannungswerte aufrechterhält oder aufhebt.

Vorzugsweise ist die steuerbare Halbleitervorrichtung ein in zwei Richtungen durchsteuerbarer Gleichrichter. Die Verwendung derartiger Halbleitervorrichtungen hat den Vorteil, daß zusätzliche Gleichrichterschaltungen entfallen, wenn man beide Halbwellen der Speisewechselspannung ausnützen will, oder daß die Kommutierungsprobleme zweier antiparallelgeschalteter steuerbarer Gleichrichter und die Zündschaltung für den zweiten steuerbaren Gleichrichter entfallen.

Ein wesentlicher Vorteil, der sich aus diesen Maßnahmen insgesamt ergibt, besteht darin, daß die Schaltung einmal als sogenannte »integrierte Schaltung« hergestellt und insgesamt so kleingehalten werden kann, daß sie sogar in den Griff oder die Steckdose kleiner Haushaltsgeräte, z. B. Bügeleisen, Bratpfannen und anderer transportabler+laushaltsgeräte, eingebaut werden kann.

Die Erfindung wird nun an Hand der Abbildungen erläutert.

Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild einer nur im Nulldurchgang der Speisewechselspannung schaltenden ZweipunktregelscHaltung zum Regeln eines Widerstandsheizgeräts, z. B. eines Bügeleisens;

F i g. 2 ist ein schematisches Schaltbild einer anderen im Nullpunkt der Speisewechselspannung schaltenden Zweipunktregelschaltung zur Temperaturregelung eines Heizgeräts, z. B. einer elektrischen Bratpfanne;

Fig. 3 ist ein schematisches Schaltbild einer.Alternativausführung einer synchron mit der Speisewechselspannung schaltenden Niederspannungsregelschaltung, die an den Verbraucherkreis von Fig. 1 angeschlossen werden kann;

F i g. 4 ist ein schematisches Schaltbild einer weiteren Ausführung einer im Nullpunkt der Speisewech-

selspannung schaltenden Regelschaltung, die an die Verbraucherkreise der F i g. 1 und 2 angeschlossen werden kann.

Die in der Fig. 1 gezeigte synchron im Nulldurchgang, der Speisewechselspannung schaltende Zweipunktregelschaltung enthält einen Leistungshalbleiterschalter 11, der in beiden Richtungen mit Hilfe einer Steuerelektrode zündbar ist und in Reihe mit einem Verbraucher 12, z.B. einem Heizkörper, an zwei Netzanschlüssen 13 und 14 liegt. Die Netzanschlüsse 13 und 14 können an ein herkömmliches 120- oder 240-Volt-Wechselstromnetz von 50 bis 60 Hz angeschlossen sein. Als Halbleiterschalter 11 kann vorzugsweise ein Triac, ein steuerbarer Bischalter (bi-switch), ein Quadrac, ein Symistor oder ein ähnliches bekanntes Bauelement verwendet werden. Der Triac kann über seine Steuerelektrode 15 mit Hilfe eines niedrigen Zündsignals je nach der Polarität des Potentials an seinen Hauptanschlüssen, in beiden Richtungen durchgesteuert werden. Wenn er einmal gezündet hat, bleibt der Triac so lange leitend, bis der über seine Hauptanschlüsse fließende Strom unter den sogenannten Haltestrom abfällt. Der Triac sperrt selbsttätig, wenn die Speisewechselspannung zwischen seinen Hauptanschlüssen durch Null geht. Im Bereich des Nulldurchgangs der Speisewechselspannung sinkt der Strom durch den ,Triac unter den Hältestrom ab, so daß das bauelement selbsttätig sperrt. Um HF-Störimpulse zu vermeiden, wird der Triac von einer mit seiner Steuerelektrode verbundenen Regelschaltung 20 synchron mit dem Nulldurchgang der Speisewechselspannung eingeschaltet. Mit Hilfe dieser Schaltung wird der Verbraucherstrom durch den Verbraucher 12 geregelt. Zur Stromversorgung der Regelschaltung ist eine Gleichrichterschaltung vorgesehen, die ein niedriges Zündpotential für die Regelschaltung 20 erzeugt. In der in F i g. 1 gezeigten Ausführung enthält diese Gleichrichterschaltung eine Diode 16, einen Widerstand 17 und einen Glättungskondensator 18, die in Reihe an den Netzanschlüssen 13 und 14 liegen. Neben der Gleichrichterschaltung ist eine einstellbare Temperaturfühlervorrichtung vorgesehen, die die Temperatur des den Verbraucher 12 darstellenden Heizkörpers mißt und den Zündpunkt des Triac 11 in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur regelt. Diese einstellbare Temperaturfühlervorrichtung enthält einen veränderbaren Widerstand 19 und einen Thermistor 21, die in Reihe parallel zum Glättungskondensator 18 der Gleichrichterschaltung liegen. Ein Vorwiderstand 22 ist vorgesehen, um der Regelschaltung ein Wechselstrom-Referenzpotential zuzuführen. Der Verbraucherkreis und die dafür vorgesehene Regelschaltung können von einer Wechselspannung oder einer vollweggleichgerichteten Wechselspannung über die Netzanschlüsse 13 und 14 gespeist werden. Bei vollweggleichgerichteter Speisewechselspannung steuert das von der Regelschaltung und der Gleichrichterschaltung 29, 31, 32 und 33 erzeugte Zündsignal den Triac 11 nur in einer Richtung durch. 5omit ist es bei vorangehender VoIlwcggleichrichtung möglich, ein nur in einer Richtung leitendes Bauelement, z. B. einen steuerbaren Siliziumgleichrichter, an Stelle des Triac 11 zu verwenden.

Als steuerbarer Halbleiterschalter können auch zwei antiparallcl geschaltete steuerbare Siliziumgleichrichter verwendet werden, wenn beispielsweise die zulässigen Nennströme des Triac nicht ausreichen, die vorkommenden Verbraucherströme zu schalten. Eine andere Möglichkeit, höhere Ströme zu schalten, besteht darin, mehrere Triacs parallel zu schalten. Die Regelschaltung enthält eine Zündschaltung, die einen NPN-Transistor 25 enthält, dessen Emitter mit dem Steueranschluß des Triac 11 verbunden ist. Der Kollektor des Zündtransistors 25 ist über einen Begrenzungswiderstand 26 mit der

ίο Gleichrichterschaltung 16, 17, 18 verbunden, während seine Basis über einen Begrenzungswiderstand

27 mit der Gleichrichterschaltung verbunden ist. Die Gleichrichterschaltung 16, 17, 18 dient zur Erzeugung einer niedrigen Gleichspannung in der Größen-Ordnung von 10 V, die dann ständig der Basis-Emitter-Strecke des Zündtransistors 25 auf Grund des Reststromes durch die Steuerelektrode des Triac 11 zugeführt wird. Dementsprechend stellen diese Schaltungsbauelemente eine Vorrichtung dar, die dem Zündtransistor 25 ständig ein Einschaltsignal (Niederspannungszündpotential) zuführt. ■

Um die Zündschaltung zu steuern, sind zwei Shunt-Kreise vorgesehen, die einen NPN-Transistor

28 und eine aus mehreren Dioden 29, 31, 32 und 33 gebildete Brückengleichrichterschaltung enthalten.

Die Anode der Diode 29 und die Katode der Diode 31 sind direkt mit dem einen Netzanschluß -13-A^rbunden, während die Anode der Diode-32-and die Katode der Diode 33 über den Vorwjiferstand 22 mit dem anderen Netzanschluß 14 verbunden sind. Ein Spannungsteilerwiderstand 34 ist zwischen die Basis des Transistors 28 und den Anschluß 13 geschaltet. Der Kollektor des Transistors 28 ist mit der Basis des Zündtransistors 25 und der Emitter des Transistors 28 mit den Anoden der Dioden 31 und 33 verbunden.

Auf Grund dieser Anordnung ergibt sich ein Shunt-Kreis, der über den Widerstand 22, die Diode 32, die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 28 und die Diode 31 zum Anschluß 13 führt, wenn der Anschluß 14 positiver als der Anschluß 13 ist. Dies hat zur Folge, daß der Transistor 28 leitend wird und im leitenden Zustand den Basis-Emitter-Zweig des' Zündtransistors 25 kurzschließt. Dieser Kurzschlußkreis liegt praktisch parallel zum Steueranschluß und Katodenanschluß des Triac 11 und verhindert somit, daß der Triac 11 gezündet wird. In ähnlicher Weise fließt in der anderen Halbperiode, in der der Anschluß 13 positiver als der" Anschluß 14 ist, ein Strom durch die Diode 29, die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 28, die Diode 33 und den Widerstand 22, der den Transistor 28 ebenfalls leitend hält. Dadurch wird der Basis-Emitter-Zweig des Transistors 25 ebenfalls kurzgeschlossen und der Triac 11 daran gehindert durchzuzünden. Auf diese Weise ergeben sich Shunt-Kreise die die Zündschaltung des Triac 11 in beiden Halbperioden der Speisewechselspannung kurzschließen.

Zwischen den Nulldurchgangsbereichen jeder HaIbperiode der Speisewechselspannung wird der Transistor 28 über diese Shunt-Kreise durchgesteuert. Dadurch wird verhindert, daß der Triac 11 zündet, wenn die Speisewechselspannung wieder ansteigt. Nur im Nulldurchgangsbereich der Speisewechselspannung reicht die Durchschlagspannung, die im wesentlichen von den Widerständen 22 und 34 bestimmt wird und über einen der beiden Shunt-Kreise zugeführt wird, nicht aus, um den Transistor 28 voll durchzusteuern.

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Durch entsprechende Phasenverschiebung ist es mög- eingestellte Temperatur erreicht hat, ist der Widerlich, nur den unmittelbar dem Nulldurchgang folgen- stand des Thermistors 21 (infolge seines negativen den Bereich auszunützen. Temperaturkoeffizienten) so weit abgesunken, daß

Wenn die Basis des Transistors 28 nicht von der Basis des Regeltransistors 36 ein negatives außen gesteuert würde, während die Wechselspan- 5 Durchschaltpotential zugeführt wird. Wenn der Renung den Nullbereich durchläuft, würde dieser Tran- geltransistor 36 durchgeschaltet ist, führt er der Basis sistor normalerweise sperren und der Steuerelektrode des Transistors 28 ein positives Durchschaltsignal des Triac 11 über den Transistor 25 ein Zündimpuls über die Leitung 35 zu. Solange wie dieser Zustand zugeführt werden. Über die Leitung 35 wird der Ba- erhalten bleibt, wird der Basis des Transistors 28 sis des Transistors 28 jedoch ein äußeres Regelsignal io ständig ein Durchschaltsignal zugeführt, daß diesen zugeführt, um das Einschalten des Transistors im Transistor durchgeschaltet hält, selbst im Nulldurch-Nulldurchgangsbereich der Speiscwcchselspannung gangsbereich der Speisewechselspannung. Infolgedeszu steuern. Die Leitung 35 ist mit dem Ausgang eines sen wird das der Basis des Transistors 25 ständig zuReglers verbunden, der einen PNP-Regeltransistor geführte niedrige Durchschaltpotential vom Transi-36 enthält. Dabei ist die Leitung 35 direkt an den 15 stör 28 selbst im Nulldurchgangsbereich kurzge-Kollektor dieses Transistors angeschlossen. Der schlossen, so daß der Zündtransistor 25 den Triac 11 Emitter des Regeltransistors 36 ist über einen Strom- nicht zünden kann. Dieser Zustand bleibt so lange begrenzungswiderstand 37 mit einem Spannungs- erhalten, bis der Verbraucher 12 über den Thermi-' teilernetzwerk verbunden, das aus zwei Widerstän- stör 21 nach einer stärkeren Erwärmung verlangt, den 38 und 39 besteht, die in Reihe geschaltet sind 20 woraufhin sich der erstgenannte Vorgang wiederholt, und parallel zum Glättungskondensator 18 liegen. Daraus ersieht man, daß die erfindungsgemäße Re-Die Basis des Regeltransistors 36 ist mit dem Verbin- gelschaltung alle Vorteile bietet, die sich durch das dungspunkt des veränderbaren Widerstands 19 und Schalten im Nulldurchgang der Speisewechselspandes Thermistors 21 verbunden. Durch diese Anord- nung erreichen lassen, nämlich, daß Hochfrequenznung kann der veränderbare Widerstand 19 so cinge- 25 Störungen unterdrückt werden und Filterstufen entstellt werden, daß der Regeltransistor 36 bei jeder fallen. Außerdem kann, da eine getrennte Gleichgewünschten Temperatur einschaltet und der Basis- Stromquelle vorgesehen ist, die ständig ein niedriges^ des Transistors 28 ein positives ZündpotentiaJ^zu-"*'"" Zündpotential liefert, das synchrone Schalten im" führt. Die Temperatur wird von dem Thermistor 21 Nulldurchgang auch erreicht werden, wenjvSicrf'die gemessen, der thermisch mit dem Verbraucher 12 30 Speisewechselspannung im Bereich von.-± 2 V befinverbunden ist, dessen Temperatur geregelt werden den. Somit erfolgt das Schalten bei niedrigeren Spansoll. Die Temperatur des Verbrauchers 12 wird wie- nungen als bei bislang bekanntgewordenen Zweiderum von der Anzahl der über den Triac 11 züge- punktregelschaltungen, die synchron im Nulldurchführten Halbwellen der Speisewechselspannung gere- gang der Speisespannung schalten. Außerdem wird gelt. Da der Verbraucher 12 irgendein Heizkörper 35 das Lampenflackern elektrischer Lampen, die vom sein kann, z. B. ein Bügeleisen, eine elektrische Brat- selben Netz gespeist werden, erheblich verringert.
pfanne, ein elektrischer Heizofen, ein Blinklicht Die in F i g. 1 gezeigte Schaltungsanordnung kann usw., ist die Regelschaltung universell verwendbar. nach an sich bekannten Herstellungsverfahren als in-Es können aber auch statt ohmscher, induktive Ver- tegrierte Schaltung hergestellt werden,
braucher geregelt werden, wenn der Leistungsfaktor 40 Neben den Hauptbauelementen der in F i g. 1 gekorrigiert wird. zeigten Regelschaltungsanordnung können auch die

Wenn die Temperatur des Verbrauchers 12 auf Teilerwiderstände 38 und 39 in die integrierte Schalbeispielsweise 50° C geregelt werden soll, wird der tung einbezogen und mit einem Anschluß 7 versehen veränderbare Widerstand 19 auf einen dieser Tempe- werden, um sie an die Hauptregelschaltung anzuratur entsprechenden Wert eingestellt. Nimmt man .45 schließen. Obwohl es möglich ist, die Schaltung so an, daß der Verbraucher 12 zunächst eine Anfangs- herzustellen, daß der Widerstand 37 direkt mit den temperatur von 16° C hat, dann ist der Widerstand Sapnnungsteilerwiderständcn 38, 39 verbunden ist, des Thermistors 21 (der einen negativen Widerstands- wäre dies insofern ungünstig, als dadurch einige alltemperaturkoeffizienten hat) bei dieser Einstellung gemeine Anwendungsmöglichkeiten- der Regelschalgrößer als der eingestellte Wert des Widerstands 19. 50 tung verlorengingen, so daß sie nicht zusammen mit In diesem Falle wird der Basis des Regeltransistors anderen Istwertfühlern verwendet werden kann. Als 36 ein positives Potential zugeführt. Da dieser Tran- Alternative zu den in Reihe geschalteten Spannungssistor ein PNP-Transistor ist, bleibt er gesperrt, so teilerwiderständen 38 und 39 könnten auch zwei daß der Basis des Transistors 28 kein Strom über die Zenerdioden als Spannungsteiler in Reihe geschaltet Leitung 35 zugeführt wird. Infolgedessen kann das 55 werden, was ebenso einfach in einer integrierten Potential der Basis des Transistors 28 im Nulldurch- Schaltung zu verwirklichen wäre, je nachdem,' %vclgangsbereich der Speisewechselspannung nicht posi- ches Verfahren zur Herstellung der in den Fig.2 tiv gegenüber dem Potential des Emitters werden. und 4 gezeigten Schaltungen als integrierte Schaltun-Mithin bleibt der Transistor 28 gesperrt. Wenn der gen angewandt wird.

Transistor 28 im Nulldurchgangsbereich gesperrt 60 F i g. 2 zeigt eine im NuUdurchgang der Speisebleibt, wird der Transistor 25 von dem über den wechselspannung schaltende Zweipunktregclschal-Widerstand 27 seiner Basis zugeführten Strom durch- tung, die der Schaltung von F ig. 1 in vieler Hinsicht gesteuert, so daß der Steuerelektrode des Triac 11 ähnlich ist. Sie unterscheidet sich von der Schaltung ein Zündimpuls zugeführt wird, der den Triac zün- nach F i g. 1 im Aufbau der Gleichrichterschaltung, det. Im gezündeten Zustand des Triac 11 liegt die ge- 65 mit der das niedrige Schwachslromzündpotcntial ersamte Speisespannung am Verbraucher 12, so daß er zeugt wird, und im Aufbau der Zündschaltung. Die sich erwärmen kann. * in der Anordnung von F i g. 2 verwendete Ziind-

Wenn der Verbraucher 12 die am Widerstand 19 schallung enthält einen PNP-Zündlransistor 51, des-

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sen Emitter über einen Begrenzungswiderstand 52 Basis des Regeltransistors 61 ist mit einem Anschluß mit der Steuerelektrode des Triac 11 verbunden ist. verbunden, über den der Regeltransistor von der Re-Der Kollektor des Zündtransistors 51 ist mit einem gelabweichung gesteuert wird. In der in Fig.2 geAnschluß 3 verbunden, über den dem Zündtransistor zeigten Anordnung ist ein Anschluß 2 mit dem Verein niedriges Gleichstromsignal als Durchschaltsignal 5 bindungspunkt des veränderbaren Widerstands 19 zugeführt wird. Zu diesem Zweck ist die Basis des und des Thermistors 21 verbunden. In ähnlicher Zündtransistors 51 über einen Begrenzungswider- Weise wie bei der Anordnung nach Fig.l ist der stand 27 mit dem Niederspannungsgleichstroman- Thermistor 21 mit dem Verbraucher 12 thermisch schluß 3 verbunden. Ein PNP-Transistor 54 liegt mit verbunden und ändert daher seinen Widerstand in seinem Kollektor direkt an der Basis des Zündtransi- io Abhängigkeit von der Temperatur des Verbrauchers stors 51, während seine Basis mit einem Anschluß 7 12. Bei dieser Anordnung ist es möglich, der Basis der Niederspannungsgleichstrompotentialquelle ver- des Regeltransistors 61 eine Gleichstrom-Regelabbundcn ist. Der Anschluß 7 und der Anschluß 3 ha- weichung veränderbarer Größe zuzuführen, die dieben entgegengesetzte Polarität. Der Emitter des sen Transistor in Abhängigkeit vom Heizstrombedarf Transistors 54 ist mit dem Spannungsteilerpunkt 15 des Verbrauchers 12 ein- und ausschaltet,
zweier Spannungsteilerwiderstände 56 und 57 ver- Neben diesen obenerwähnten Bauelementen ist bunden, die in Reihe mit dem Vorwiderstand 22 an noch eine Gleichrichterschaltung vorgesehen, um die den Netzanschlüssen 14 und 13 liegen. Ein zweiter gewünschte niedrige Gleichspannung zwischen den PNP-Transistor 58 liegt mit seinem Kollektor direkt Anschlüssen3 und7 zu erzeugen. Diese Gleich-' an der Basis des Zündtransistors 51, während sein 20 richterschaltung enthält eine Diode 65, deren Anode Emitter direkt mit dem Anschluß 7 der Niederspan- direkt mit einem Anschluß 3 und deren Katode mit nungsgleichstromquelle zusammen mit der Basis des dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen Transistors 54 verbunden ist. Die Basis des Transi- 22 und 57 verbunden ist. Auf Grund dieser Anordstors 58 ist über eine Entkopplungsdiode 59 mit dem nung ergibt sich eine Gleichrichterschaltung, die den einen Spannungsteilerwiderstand 56 gemeinsam mit 25 Widerstand 22, die Diode 65 und den Glättungskondem Emitter des Transistors 54 verbunden. Eine densator 18 in Reihe enthält und die gewünschte jiie-Diode 60 liegt parallel zum Widerstand 57. *&- " drige Gleichspannung am Glättungskond_ensator 18

Bei dieser Anordnung ergeben sich folgende erzeugt. Dieses Potential erscheint -dafin'zwischen Shunt-Kreise: Wenn der Anschluß 14 gegenüber dem den Anschlüssen 3 und 7. Die .-Wirkungsweise der Anschluß 13 positiv ist, fließt über die in Reihe ge- 30 Schaltung von F ig. 2 ist wie folgt:
schalteten Spannungsteilerwiderstände 22 und 56 Es sei daran erinnert, daß der Triac 11 nur im und die Diode 60 ein Strom, so daß der Emitter des Nulldurchgangsbereich der Speisewechselspannung Transistors 54 positiv wird. Bei dieser Polarität der gezündet werden kann. Während nahezu der gesam-Speisewechselspannung schließt die Diode 60 den ten Dauer jeder Halbwelle der Speisewechselspan-Widerstand 57 kurz, um das Emitterpotential des 35 nung wird entweder der Transistor 54 oder der Tran-Transistors 54 gegenüber dem Basispotential soweit sistor 58 von dem Übersteuerungspotential durchgeanzuheben, daß dieser Transistor voll durchgesteuert steuert, das dem Emitter oder der Basis jeweils vom wird. Im durchgesteuerten Zustand entzieht der Spannungsteilernetzwerk 22, 57, und 56 zugeführt Transistor 54 der Basis des Zündtransistors 51 den wird. Obwohl die Speisewechselspannung den NuIl-Durchschaltstrom, so daß der Zündtransistor nicht 40 bereich durchläuft (d. h., obwohl sie innerhalb von durchgesteuert werden kann und gesperrt bleibt. Im einem Grad zu beiden Seiten der Nullinie oder zwigesperrten Zustand des Zündtransistors 51 wird der sehen ± 2 V liegt), kann dennoch ein Zündimpuls dem Triac 11 nicht gezündet. In ähnlicher Weise wird, Triac 11 zugeführt werden, vorausgesetzt, daß die wenn der Anschluß 13 gegenüber dem Anschluß 14 beiden Transistoren 54 und 58 gesperrt bleiben. Da positiv ist, ein negatives Vorspannungssignäl am 45 bei der Anordnung nach der Fig.2 keine Möglich-Spannungsteilerwiderstand 56 erzeugt und über die keit vorgesehen ist, den Transistor 54 von außen zu Entkopplungsdiode 59 der Basis des Transistors 58 steuern, bleibt er während des Nulldurchgangs der zugeführt, so daß dieser Transistor durchgeschaltet Wechselspannung immer gesperrt. Da der Basis des wird. Auch im durchgeschalteten Zustand des Tran- Transistors 58 jedoch ein äußeres Regelsignal vom sistors 58 wird der Basis-Emitter-Zweig des Zünd- 5° Regeltransistor 61 zugeführt wird, bestimmt der Zutransistors 51 kurzgeschlossen, so daß wiederum ein stand des Regeltransistors 61, ob der Transistor 58 Zünden des Triac 11 verhindert wird. gesperrt bleibt oder nicht. Wenn der Regeltransistor

Diese Kurzschlußbedingungen bleiben über die 61 durchgesteuert ist, führt er der Basis des Transivollen Halbwellen der Speisewechselspannung erhal- stors 58 ein negatives Durchschaltpotential zu, das ten. Nur wenn die Speisewechselspannung den Null- 55 diesen Transistor durchschaltet, selbst dann, wenn durchgangsbereich durchläuft, werden die Transisto- die Speisewechselspannung durch Null geht. In dieren 54 und 58 ohne ein äußeres Regelsignal gesperrt, sem Falle wird der Durchschaltstrom zum Zünd- und zwar'infolge der Tatsache, daß in diesem Be- transistor 51 weiterhin von der Basis des Zündreich kein Durchschaltsignal am Widerstand 56 er- transistors kurzgeschlossen, so daß dieser Transistor scheint. Dieses äußere Regelsignal wird über die Lei- 60 nichtleitend werden kann und der Triac 11 gesperrt tung 35 der Basis des Transistors 58 vom Kollektor bleibt.

eines NPN-dotierten Regeltransistors 61 zugeführt. Wenn der Regeltransistor 61 durch die ihm vom

Der Regeltransistor 61 ist mit seinem Emitter über Thermistor 21 und dem einstellbaren Widerstand 19

einen Strombegrenzungswiderstand 37 an den Ver- zugeführte Regelabweichung gesperrt wird, kehrt der

bindungspunkt zweier als Spannungsteiler geschalte- 65 Transistor 58 in seinen nichtleitenden Zustand zu-

ter Zenerdioden 62 und 63 angeschlossen, die in rück, während die Speisewechselspannung durch

Reihe geschaltet und mit den Niederspannungs- Null geht. Wenn beide Transistoren 54 und 58 ge-

gleichstromanschlüssen 3 und 7 verbunden sind. Die sperrt sind, wird die Basis des Transistors 51 negativ

gegenüber seinem Emitteranschluß, so daß er leitend wird und der Steuerelektrode des Triac 11' einen Zündimpuls zuführt. Infolgedessen wird der Triac 11 leitend und führt während der folgenden Halbwelle der Speisewechselspannung Strom. Am Ende dieser Halbwelle kehrt der Triac 11 jedoch wieder in seinen nichtleitenden Zustand zurück, da der Strom durch das Bauelement unter den Haltestrom absinkt, wenn die Speisewechselspannung wieder durch Null geht. Ob der Triac 11 in der nächsten Halbwelle wieder duchgeschaltet wird oder nicht, hängt dann vom Zustand des Regeltransistors 61 ab.

Die in F i g. 2 gezeigte Schaltung kann als Modulbaustein oder als integrierte Schaltung ausgeführt werden. Bei der Schaltungsanordnung der Fig. 2 können nicht nur die Bauelemente der Zündschaltung, sondern auch die Zenerdioden 62 und 63 des Spannungsteilernetzwerks und die Diode 65 als integrierte Schaltung aufgebaut werden. Auch hier können die Spannungsteilerwiderstände 38 und 39 wieder durch die Spannungsteiler-Zenerdioden 62 und 63 ersetzt werden.

In den Schaltungen nach der F ig. 2 und den anderen Figuren können verschiedene Arten aktiver Bauelemente mit NPN- oder PNP-Dotierung bei entsprechender Polung der Dioden verwendet werden. Dies ändert an der grundsätzlichen Arbeitsweise cjej Schaltung nichts. Infolge dieser Änderungen werden jedoch der Steuerelektrode des Triac 11 an Stelle negativer positive Zündimpulse zugeführt. Obwohl sich gewisse Vorteile bei der Herstellung ergeben, wenn man NPN-Transistoren verwendet, ist auf Grund der Zündkennlinien von Triacs, die normalerweise bei negativen Zündimpulsen besser arbeiten, die Schaltung nach F i g. 2 unter gewissen Umständen vorzuziehen. Die Wirkungsweise der beiden Schaltungen nach F i g. 2 und 3 ist hinsichtlich der Erzeugung positiver Zündimpulse für ein Triac oder ein anderes in beiden Richtungen über eine Steuerelektrode durchsteuerbares Bauelement identisch. Die einzigen Unterschiede zwischen diesen beiden Schaltungen bestehen darin, daß in der Schaltung nach F i g. 3 weniger Bauelemente verwendet werden, so daß diese aus diesem Grund bevorzugt wird. Bei der in Fig.3 gezeigten Schaltung ersetzen zwei Transistoren 45 und 46 und eine Entkopplungsdiode 47 die Diodenbrücke und den Transistor 28 in der in F i g. 1 gezeigten Schaltung. Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß bei der in F i g. 3 gezeigten Schaltung der Begrenzungswiderstand 26 mit dem Kollektor des Ziindtransistors 25 verbunden ist, während in F i g. 2 der Begrenzungswiderstand 52 mit dem Emitter des Ziindtransistors 25 verbunden ist. Bei beiden Ausführungen liegt der Widerstand jedoch im Kollektor-Emitter-Zweig des Transistors, wo er benötigt wird.

ίο F i g. 4 zeigt eine Abwandlung der Zweipunktregelschaltung, bei der ein NPN-Transistor als Regeltransistor 61 verwendet wird. Als Transistor 61 einen NPN-Transistor zu verwenden, bedeutet, daß die Polaritäten in dieser Schaltung umgekehrt sein müssen, was sich auf den Zündtransistor 25 (und mithin auch auf den den Verbraucherstrom schaltenden Triac) auswirkt, wenn der Regeltransistor 61 durchgesteuert wird. Dies steht im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Schaltungen, deren Zündtransistor bei durchgesteuertem Regeltransistor gesperrt bleibt. Ansonsten ist die Schaltung im Aufbau und in der Wirkungsweise der in F i g. 2 gezeigten Schaltung ähnlich und hat darüber hinaus den Vorteil, daß alle in der Schaltung verwendeten Transistoren NPN-Transistören sind. Dies ist vorteilhaft für die Herstellung .der Schaltung als Modul oder,integrierte Schaltung..

-"Um als Regeltransistor 61 einen NPN-Transistor in_^ der in Fig.4 gezeigten Schaltung zu verwenden;

muß jedoch außerdem eine Zenerdiode 76jn die Leitung 35 geschaltet und der Verbindungspunkt der Zenerdiode 76 mit dem Kollektor des Regeltransistors 61 über einen Vorwiderstand 77 mit dem Anschluß 53 verbunden werden. Diese Bauelemente bewirken die erwähnte Polaritätsumkehrung, so daß bei durchgesteuertem Transistor 61 der eine Transistor 45 gesperrt bleibt, und umgekehrt. In allen übrigen Punkten ist die in F i g. 4 gezeigte Schaltung im Aufbau und in der Wirkungsweise der in Fig.2 gezeigten Schaltung ähnlich. Zum Zwecke der Illustration ist ein aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen 38 und 39 gebildeter Spannungsteiler in Verbindung mit einem Spannungsteiler aus zwei in Reihe geschalteten Zenerdioden 41 und 42 vorgesehen. Dies dient lediglich zur Veranschaulichung, wie durch Schaffung entsprechender Abgriffe, z.B. der Anschlüsse2 und 7, Referenzpotentiale jeder gewünschten Größe gebildet werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Kollektor beider Transistoren mit der Zündschal-Patentansprüche: tung (25; 51) verbunden ist, die Basis des ersten und der Emitter des zweiten Transistors mit dem

1. Schaltungsanordnung zur Zweipunktrege- gleichen Anschluß der Niedergleichspannungs-Iung eines elektrischen Verbrauchers, der von 5 quelle verbunden ist'und ein Spannungsteilernetzeiner wiederholt einen Spannungswert im Nullbe- werk (57) an der Speisewechselspannung liegt, reich einnehmenden Spannung über eine Steuer- 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dabare Halbleitervorrichtung gespeist wird, mit durch gekennzeichnet, daß eine Diode (65; 75) einer von einer Niederspannungsquelle ständig zwischen das Spannungsteilernetzwerk (57) und gespeisten Zündschaltung, mit einem Regler, der io einen Anschluß (53) der Niedergleichspannungsdas Zündsignal der Zündschaltung in Abhängig- . quelle geschaltet ist, um die Niedergleichspankeit von der Regelabweichung zum Steueran- · nung zu erzeugen.

Schluß der steuerbaren Halbleitervorrichtung 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 durchschaltet oder davon fernhält, und mit einer oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites die Speisespannung abfühlenden Überwachungs- 15 Spannungsteilernetzwerk (56) an der Niederschaltung, die nur während eines im Nullbereich gleichspannung liegt, die ein Referenzpotential liegenden Speisespannungswert am Verbraucher für den Regler erzeugt.

das Durchschalten des Zündsignals zum Steuer- 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, da-

anschluß der Halbleitervorrichtung zuläßt, da- durch gekennzeichnet, daß eine Diode (60; 70)

durch gekennzeichnet, daß die an die 20 parallel zu einem Bauelement des erstgenannten

Zündschaltung (25; 51) angeschlossene Überwa- Spannungsteilernetzwerks (57) liegt, um den

chungsschaltung ein direkt mit der Speisespan- Basis-Emitter-Strom des ersten Transistors (46;

nung verbundener Shuntkreis (28, 29, 31, 32, 33; 54) zu erhöhen. 54, 58, 59, 60, 65; 45, 46, 47, 70, 75) ist,' der infolge seiner Kurzschlußwirkung das Anlegen des 25

Zündsignals an den Steueranschluß (15) der steu-

erbaren Halbleitervorrichtung (11) während '- " _—-außerhalb des Nullbereichs liegender Spai^espar> _' .—■ nungswerte sperrt, und daß der den Shuntkreis _r ^' "" steuernde Regler (19, 21, 36, 37; 19, 20, 37, 61) 30 Die Anmeldung bezieht sich auf-efne Schaltungsin Abhängigkeit von der Regelabweichung die anordnung zur Zweipunktregelung eines elektrischen Kurzschlußwirkung des Shuntkreises während in- Verbrauchers, der von einer wiederholt einen Spannerhalb des Nullbereichs liegender Speisespan- nungswert im Nullbereich einnehmenden Spannung nungswerte aufrechterhält oder aufhebt. über eine steuerbare Halbleitervorrichtung gespeisi

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei 35 wird, mit einer von einer Niederspannungsquelle der die Speisespannung eine Wechselspannung ständig gespeisten Zündschaltung, mit einem Regler, ist, die Halbleitervorrichtung mindestens ein bidi- der das Zündsignal der Zündschaltung in Abhängigrektional durchsteuerbares Halbleiterbauelement keit von der Regelabweichung zum Steueranschluß enthält, und die Zündschaltung bewirkt, daß die- der steuerbaren Halbleitervorrichtung durchschaltet ses Halbleiterbauelement den Strom in einer 40 oder davon fernhält, und mit einer die Speisespan-Richtung durchläßt, die von der Polarität der nung abfühlenden Überwachungsschaltung, die nur Speisespannung abhängt, dadurch gekennzeich- während eines im Nullbereich liegenden Speisespannet, daß der Shuntkreis die Zündschaltung bei je- nungswert am Verbraucher das Durchschalten des der Polarität der Speisespannung sperrt. Zündsignals zum Steueranschluß der Halbleitervor-

3. Schaltungsanordnung·nach Anspruch 1, bei 45 richtung zuläßt. Eine solche·Schaltungsanordnung ist der die Halbleitervorrichtung nur in einer Rieh- Gegenstand der USA.-Patentschrift 3 113 198.

tung durchsteuerbar ist und die Speisespannung Eine derartige Zweipunktregelschaltung kann zur einseitig gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, Regelung der Temperatur und der Stromversorgung daß der Shuntkreis einen Transistor (28) enthält, (Spannung, Strom, Leistung) eines Verbrauchers ver-. der an einer von der Speisespannung gespeisten 50 wendet werden, der in Reihe mit der als Schalter beDioden-Brücke (29, 31, 32, 33) liegt. triebenen steuerbaren Halbleitervorrichtung an einer

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- Spannung liegt, die wiederholt ungefähr den Wert durch gekennzeichnet, daß die Niedergleichspan- Null annimmt oder ihre Polarität wechselt, z. B. eine nungsquelle eine Gleichrichterschaltung (16, 17, gleichgerichtete (ungeglättete) sinusförmige Span-18) ist und eine Spannungsteilerschaltung (38, 39 55 nung oder eine nichtgleichgerichtete, sinusförmige oder 41, 42) zur Erzeugung eines Referenzpoten- Spannung, wie sie vom normalen Wechselstromnetz tials für den Regler an der Gleichrichterschaltung ■ geliefert wird.

liegt. Zur Temperaturregelung von Haushaltsgeräten,

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, da- wie elektrischen Kochplatten, Bratpfannen oder Büdurch gekennzeichnet, daß die Spannungsteiler- 60 geleisen u.dgl., hat es sich als günstig herausgestellt, schaltung Zenerdioden (41, 42 oder 62, 63) ent- Zweipunktregler zu verwenden und deren Schalter hält. im Nulldurchgang einer Speisewechselspannung oder

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, da- beim Nullwerden der durch Gleichrichtung einer durch gekennzeichnet, daß der Shuntkreis zwei Wechselspannung gewonnenen Speisespannung zu Transistoren (45, 46; 54, 58) und eine Entkopp- 65 schaltend Als Schalter sind dafür Leistungshalbleiter lungsdiode (47; 59) enthält, die den Emitter des besonders geeignet. Wenn der Verbraucherstrom nur ersten Transistors (46; 54) mit der Basis des im Nullbereich der Speisespannung ein-oder ausgezweiten Transistors (45; 58) verbindet, daß der schaltet wird, werden die sich in Rundfunkgeräten