DE2111695B2 - Nach dem Phasenanschnittprinzip arbeitende Einrichtung zur Abgabe einer Zündspannung für einen Triac - Google Patents

Description

Verbraucher benötigt. Verzerrungen des Spannungsverlaufes können ebenfalls nicht auftreten.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles mit Hilfe von Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Spannungs-/Zeitdiagramm, das eine Sägezahnspannung im Verhältnis zur Netzwechselspannung zeigt,

Fig. 2 in einem Spannungs/Zeitdiagramm mehrerer Netzspannungsverläufe, bei denen verschieden große Zündwinkel angedeutet sind,

Fig. 3a eine aus der Netzspannung gewonnene, trapezförmige Spannung,

F i g. 3 b und 3 c durch Differentiation gewonnene Impulse,

F i g. 3 d eine aus den in F i g. 3 b dargestellten Impulsen gewonnene Sägezahnspannung,

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Einrichtung,

Fig. 5 ein in der Einrichtung nach Fig. 4 verwendbares Vierschichtelement.

Die Einrichtung benutzt eine Sägezahnspannung (Fig. 1), die Netzfrequenz aufweist. Dadurch wird erreicht, daß kein Zweiweggleichrichter zur Frequenzverdoppelung benötigt wird. Mit dieser Sägezahnspannung wird ein Phasenanschnitt durchgeführt, der eine Zündwinkel verschiebung über die ganze Netzperiode, also um 360°, zuläßt. Wird der Strom durch einen Verbraucher mit Hilfe eines solchen Phasenanschnittes erhöht, so ergeben sich bei Einsatz eines Wechselstromschalters, z. B. eines Triacs, nacheinander etwa Strom- bzw. Spannungsverläufe bzw. Zündwinkelverschiebungen, wie sie in der Fig. 2 nacheinander dargestellt sind.

Durch Anwendung gleichrichtender Schalter oder durch nachgeschaltete Gleichrichter können beide Halbwellen der Kurvenverläufe, die in Fig. 2 dargestellt sind, auch in Halbwellen gleicher Polarität verwandelt werden.

Da alle Halbleiterschalter die Eigenschaft haben, in den gesperrten Zustand zu gehen, wenn die Spannung an ihne η zu 0 wird, kann der Verlauf nach F i g. 2 nicht einfach durch einen einzigen Zündimpuls erzeugt werden, dessen Lage über die ganze Periode verschoben wird. Liegt z.B. der Zündimpuls in der ersten Halbwelle (Fig. 2 viertes hh sechstes Diagramm), dann würde der Halbleiterschalter beim Nulldurchgang gesperrt, und während der zweiten Halbwelle würde kein Strom mehr fließen. Es ist also notwendig, beim Nulldurchgang immer dann einen zweiten Impuls zu erzeugen, wenn der erste Zündimpuls in der ersten Halbwelle lag. Lag er in der zweiten Halbwelle, darf dieser zusätzliche Impuls natürlich nicht wirksam werden. Allgemein kann gesagt werden, daß der eigentliche Zündimpuls über zwei Halbwellen hinweg verschiebbar ist. Lag in der ersten Halbwelle bereits ein Zündimpuls, so wird ein zweiter Zündimpuls erzeugt, der nahe am Nulldurchgan}» zwischen beiden Halbwellen liegt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung wird an Hand der Fig. 4 erläutert. Aus einem Wechselspannungsnetz 31 wird der Schaltung Netzspannung zugeführt, aus der eine trapezförmige Spannung (Fig. 3<i) gewonnen wird. Zur Gewinnung der Trapezspannung werden eine Zenerdiode 6 sowie ein Vorwiderstand 5 verwendet.

Einseitig unmittelbar am Netz 31 liegt ein Verbraucher 4, z. B. ein Elektromotor, der mit seinem zv/eiten Anschluß über einen elektronischen Schalter, einen Triac 3, zeitweise an das Netz 31 angeschlossen ist. Eine Diode 7 und ein Siebkondensator 8 erzeugen eine gesiebte Gleichspannung für die Schaltungsanordnung. Der Triac 3 wird von einem Trigger gesteu-

ert, der im wesentlichen aus zwei Transistoren 9 und 10 besteht. An zwei Eingangsklemmen 1 und 2 wird ein phasenbestimmendes Eingangssignal gelegt. Eine Diode 11 sowie ein Widerstand 12 dienen lediglich dazu, Rückwirkungen des Triacs 3 auf den Transistor

ίο 10 des Triggers festzuhalten.

Eine Diode 14 dient zum Schutz der Basis des Transistors 9 vor zu hohen Sperrspannungen. Ein Widerstand 13 soll Rückwirkungen auf die Steuerspannungsquelle verhindern. Zweckmäßigerweise werden

zwei Begrenzungswiderstände 15 und 16 verwendet,

da Impulsstrom über beide Basen fließt; die beiden

Widerstände sind aber nicht unbedingt erforderlich.

Die in Fig. 3d gezeigte Sägezahnspannung wird

mit einem Widerstand 18 und einem Kondensator 19 erzeugt. Der negative Impuls nach F i g. 3 b entsteht an der Basis eines Transistors 17. Eine an dieser Basis angeschlossene Diode 20 unterdrückt den positiven Impuls, ein in der Basisleitung liegender Widerstand 21 begrenzt den Basisstrom. Während der Zeitdauer des Impulses wird der Transistor 17 kurzzeitig geöffnet. Der Kollektor und der Emitter dieses Transistors 17 werden hierdurch auf ein Potential gebracht, das durch die beiden Widerstände 22 und 23 bestimmt wird. Dadurch öffnet eine von zwei bisher gesperrten Dioden 24 und 25. Ist die Spannung am Kondensator 19 zu hoch, so öffnet die eine Diode 24, ist die Spannung am Kondensator 19 zu niedrig, so öffnet die andere Diode 25. Durch das Öffnen der Dioden 24 und 25 wird die Spannung am Kondensator 19 auf das Potential am Widerstand 23 gebracht. Da die Widerstandswerte der beiden Widerstände 22 und 23 relativ klein sind, geschieht das Anlegen des jeweiligen Potentials an den Kondensator 19 schlagartig. Die in Fig. 3bgezeigten Impulse bringen also das Potential am Kondensator 19 auf den tiefsten Wert des in Fig. 3d gezeigten sägezahnförmigen Spannung^Verlaufes. Hierdurch ist der netzsynchrone Verlauf des Sägezahnes gewährleistet.

Das Potential am Kondensator 19 ist beim Eintreffen des Impulses am Transistor 17 dann zu hoch, wenn während beider Halbwellen der Trigger nicht gekippt ist. Das Potential am Kondensator 19 ist dann zu niedrig (nahezu 0). wenn ein Zündimpuls erzeugt worden ist.

Der in Fig. 3c gezeigte positive Impuls entsteht an der Basis eines weiteren Transistors 26. Ein an der Basis des Transistors 26 angeschlossener Widerstand 28 begrenzt den Basistrom, eine Diode 27 unterdrückt negative Impulse.

Wird der Transistor 26 durch einen Impuls geöffnet, so wei den Emitter und Kollektor auf ein Potential gebracht, das durch zwei Widerstände 23 und 30 bestimmt ist. Dieses Potential ist etwas niedriger als der niedrigste Wert des in Fig. 3d gezeigten Spannungs-Verlaufes.

Hat der Trigger während der ersten Halbwelle nicht angesprochen, so ist die Spannung am Kondensator 19 höher ais die Spannung am Widerstand 23. Die Diode 25 kann daher nicht öffnen, und der positive Impuls bleibt wirkungslos.

Wurde der Trigger während der ersten Halbwelle geöffnet, so ist das Potential am Kondensator 19 beim Eintreffen des positiven Impulses sehr niedrig. Der

Impuls kann aiso über die Diode 25 zum Emitter des Transistors 9 gelangen. Da der Transistor 9 und damit auch der Transistor 10 geöffnet sind (der Trigger hatte angesprochen), gelangt der Impuls über den Widerstand 12 zum Triac 3. Der Trigger wird also zugleich als Schalter für den »zweiten Impuls« verwendet. Seine Stellung ist das Kriterium dafür, ob der zweite Impuls zum Triac 3 gelangt oder nicht.

Neben dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wäre ebenso eine Anordnung denkbar, bei der positive und negative Impulse vertauscht sind, indem die Diode 24 am Widerstand 30 und nicht am Widerstand 22 liegen würde. Dadurch verschiebt sich die Sägezahnspannung um eine ganze Halbwelle.

Weiterhin wären andere Triggerschaltungen, andert Stromversorgungen sowie anstatt des Triacs 3 andere Halbleiterschalter denkbar; anstatt des Triacs können ebensogut Thyristoren oder andere Halbleiterschalter verwendet werden.

Anstatt der beiden Transistoren 9 und 10 des Triggers kann auch ein Vierschichtelement zur Anwendung kommen (Fig. 5).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Nach dem Phasenanschnittprinzip arbeitende Einrichtung zur Abgabe einer Zündspannung für einen Triac mit einem einen Zündimpuls liefernden Trigger und einem diesen steuernden Sägezahnspannungsgenerator, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anstieg der Sägezahnspannung über zwei Halbwellen der den Triac speisenden Netzspannung vorgesehen ist und daß der Trigger einen zusätzlichen, in der Nähe der Null-Stelle zwischen zwei Netzspannungshalbwellen liegenden Zündimpuls erzeugt, der immer dann wirksam ist, wenn in der vorausgegangenen ersten Netzspannungshalbwelle bereits ein Zündimpuls aufgetreten ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, mit einem Serien-RC-Glied und einem Trigger, der einen pr.p-Transistor aufweist, dessen Emitter mit dem Verbindungspunkt von Widerstand und Kondensator des Serien-RC-Gliedes verbunden ist und dessen Basis mit dem Kollektor einen npn-Transistors verbunden ist, an dessen Emitter ein Zündsignal für den Triac abgreifbar ist, und dessen Basis mit dem Kollektor des pnp-Transistors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Serien-RC-Glied (18, 19) und der Trigger über eine erste Diode (7) einer Zenerdiode (6) parallel geschaltet sind, die ihrerseits über einen Vorwiderstand (5) am Netz liegt, und daß zwischen der zweiten Belegung des Kondensators (19) des Serien-RC-Gliedes (18, 19), die der mit dem Widerstand (18) verbundenen ersten Belegung abgewandt ist, und der Basis des npn-Transistors (10) des Triggers eine Steuerspannungsquelle (1, 2) vorgesehen ist und daß mit dem Verbindungspunkt von Vorwiderstand (5) und Zenerdiode (6) über einen ersten weiteren Kondensator (33) die Basis eines weiteren pnp-Transistors (17) verbunden ist, in dessen Basiskreis eine erste weitere Diode (20) zur Unterdrückung positiver Impulse vorgesehen ist, und dessen Emitter-Kollektor-Strecke über einen Emitter-Widerstand (22) einerseits und über einen Kollektor-Widerstand (23) andererseits dem Scrien-RC-Glied (18, 19) parallel geschaltet ist und daß der Verbindungspunkt von Widerstand (18) und Kondensator (19) des Serien-RC-Gliedes (18, 19) über die Anoden-Kathoden-Strecke einer zweiten weiteren Diode (24) mit dem Emitter des weiteren pnp-Transistors (17) und über die Kathoden-Anoden-Strecke einer dritten weiteren Diode (25) mit dem Kollektor des weiteren pnp-Transistors (17) verbunden ist und daß ein weiterer npn-Transistor (26) mit seiner Basis einerseits über einen zweiten weiteren Kondensator (32) an dem Verbindungspunkl von Vorwiderstand (5) und Zener-Diode (6) liegt und über eine vierte weitere Diode (27) zur Unterdrückung negativer Impulse mit der zweiten Belegung des Kondensators (19) des Serien-RC-Gliedes (18, 19) verbunden ist und daß die Emitter-Kollektor-Strecke des weiteren npn-Transistors (26) über einen zugehörigen Kollektor-Widerstand (30) der Reihenschaltung von Emitter-Kollektor-Strecke des weiteren pnp-Transistors (17) und zugehörigem Emitter-Widcrstand (22) parallel geschaltet ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine nach dem Phasenschnittprinzip arbeitende Einrichtung zur Abgabe einer Zündspannung für einen Triac mit einem einen Zündimpuls liefernden Trigger und einem diesen

S steuernden Sägezahnspannungsgenerator.

In dem Buch von Otto Lima η η »Bauelemente und Schaltungen für die Haushalt-Elektronik«, 1968, Seiten 54 und 55 sowie 62 bis 66, sind verschiedene Triggerschaltungen für Phasenanschnittsteuerungen

ίο beschrieben. So zeigt auf Seite 54 das Bild 65 eine Einrichtung, die nach dem Phasenanschnittprinzip arbeitet, und die Mittel zur Erzeugung von Zündimpulsen zur Zündung von Triacs aufweist.

An Hand von Bild 73 auf Seite 62 des obenerwähn-

»5 ten Buches ist eine Triggerschartung erläutert, die über eine Gleichrichterbrücke mit 100-Hertz-Halbwellenimpulsen gespeist wird. Die Kurvenform des gesteuerten Laststromes geht aus Bild 74 auf Seite 63 hervor.

zo An Hand des Bildes 75 auf Seite 64 des gleichen Buches ist eine Zweiwegschaltung mit einer Gleichrichterbrücke beschrieben. Diese Schaltung enthält ähnlich wie die Schaltung nach Bild 73 - einen Trigger, der einen Transistor und einen npn-Transistor aufweist.

Bei diesen bekannten Schaltungen verlaufen die Sägezähne zur Zündung des Leistungshalbleiters synchron mit der Netzspannung. Sofern beide Netzhalbwellen verwendet werden, weisen die Sägezähne die doppelte Frequenz gegenüber dem Verfahren mit nur einer Netzhalbwelle auf. Die Schaltungen nach den genannten Bildern 73 und 75 weisen die Nachteile auf, daß entweder ein Impulsübertrager oder zumindest eine Drossel verwendet werden müssen, was zu Verzerrungen der Spannungs- bzw. Stromkurven führt. Hinzu kommt, daß Ein- und Ausschaltschwingungen des Transformators bzw. der Drossel zu Fehlschaltungen der verwendeten Phasenanschnittsteuerung führen können.

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Schaltung ohne Transformator bzw. Drossel zu schaffen, mit der es möglich ist, den aus beiden Halbwellen der Netzspannung resultierenden Strom zu beeinflussen Die Schaltung soll so aufgebaut werden, daß Verzf rrungen im Spannungsverlauf zuverlässig vermieden werden und in den Schaltelementen keine schädliche Wärme erzeugt wird. Erfindungsgemäß wild die genannte Aufgabe mit einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein Anstieg der Sägezahnspannung über zwei Halbwellen der den Triac speisenden Netzspannung vorgesehen ist und daß der Trigger einen zusätzlichen, in der Nähe der Null-Stelle zwischen zwei Netzspannungshalbwellen liegenden Zündimpuls erzeugt, der immer dann wirksam ist, wenn in der vorausgegangenen ersten Netzspannungshalbwelle bereits ein Zündimpuls aufgetreten ist.

Der Erfindungsgegenstand weist gegenüber den bekannten Schaltungen die Vorteile auf, daß weder ein Impulstransformator noch eine Drossel, welche beide schädliche Wärme erzeugen wurden, notwendig ist. Hierdurch werden zudem Fehlschaltungen der Phasenanschnittsteuerungdurch Wegfall der Ein- und Ausschaltschwingungen des Transformators vermieden. Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Schaltung tritt ferner lediglich ein geringer Leistungsverbrauch auf, da die Schaltung keine Ruheströme für induktive