DE3406973C2

DE3406973C2 -

Info

Publication number: DE3406973C2
Application number: DE19843406973
Authority: DE
Inventors: Norbert 5884 Halver De Donat
Original assignee: Insta Elektro GmbH and Co KG
Current assignee: INSTA ELEKTRO GMBH, 58511 LUEDENSCHEID, DE
Priority date: 1984-02-25
Filing date: 1984-02-25
Publication date: 1989-04-13
Also published as: DE3406973A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur EIN/AUS- Steuerung eines elektronischen Zweidraht-Wechselstromschalters, wie diese im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben worden ist.

Derartige Schalter werden in zunehmendem Maße zur EIN- und AUS- Schaltung von elektronischen Verbrauchern benutzt. Sie finden sowohl in der Hausinstallationstechnik als auch in Geräten der Unterhaltungselektronik als Sensorschalter, Schalter mit Infra rot-Fernbedienung, Zeitschalter u. ä. Verwendung.

Die Schaltungsanordnungen dieser in Rede stehenden Elektronik- Schalter lassen sich, abgesehen von der Stromversorgung prinzi piell in drei Schaltungsteile, nämlich der der Steuerelektronik, der Interface-Schaltung und der Phasenanschnittsteuerung auftei len.

Während der Phasenanschnittsteuerung praktisch immer die Stan dard-Schaltung zugrunde liegt (vgl. Fachbuch-Ausgabe der Topp- Reihe Elektronik, Band 73, Steuer- und Regelschaltungen, erschie nen 1972 im Frech-Verlag, Seite 25, Bild 10, Fall a), gibt es für die Interface-Schaltung, dem Verbindungsglied zwischen Steuer elektronik und Phasenanschnittsteuerung, zahlreiche Schaltungsvor schläge.

Solche Schaltungen sind mit einer Reihe von Vor- und Nachteilen behaftet, was im folgenden anhand einiger Ausführungen beispiels weise erläutert werden soll.

Eine relativ einfache Ausführungsform ist insoweit dadurch ge kennzeichnet, daß über eine Gleichrichter-Brückenschaltung die Zündkondensatorspannung mittels eines Transistors kurzgeschlos sen wird. Bei dieser Schaltung liegen Ein- und Ausgang auf un terschiedlichem Bezugspotential.

In einer zweiten Ausführungsform einer Interface-Schaltung wer den in bezug auf die positiven und negativen Halbwellen jeweils zwei separate Transistoren kurzgeschlossen. Diese Schaltung ist wegen der erforderlichen Schutz-Dioden sowie wegen eines zusätz lichen Transistors zur Potential-Umsetzung eingangsseitig zu auf wendig.

Bei einer dritten Ausführungsform wird der Kondensator der Pha senanschnittsteuerung mittels eines Kleinst-Triac's kurzgeschlos sen. Dabei liegt zwar der Zündstrom dieser Triac's um den Faktor 10 niedriger als bei einem 6 A-Triac, er ist jedoch immer noch extrem hoch.

Schließlich ist noch eine Ausführungsform bekannt, wobei die über eine Spannungs-Verdoppler-Schaltung gleichgerichtete Zünd kondensator-Spannung mittels eines Transistors kurzgeschlossen wird. Diese Schaltung erfordert jedoch einen großen Wechselspan nungs-Kondensator.

Zum Verständnis der Wirkungsweise dieser unterschiedlichen In terface-Schaltungen soll zunächst noch einmal Bezug auf die ein gangs erwähnten Grundschaltung einer Phasenanschnittsteuerung ge nommen werden. Mit dieser Schaltung ist der Verbraucher im Ruhe zustand eingeschaltet. Das Ausschalten erfolgt, wenn erreicht wird, daß sich der Kondensator während einer Halbwelle der Netz wechselspannung nicht mehr bis zur Diac-Durchbruchspannung auf ladet. Dies ist beispielsweise durch eine entsprechende Ver größerung der Zeitkonstante RC oder durch Parallelschalten eines hinreichend kleinen Widerstandes zum Kondensator mög lich. Soll dagegen das Ein- und Ausschalten des Triac von einer Steuerlogik aus erfolgen, so gibt es Anpassungsprobleme, weil sowohl über dem Widerstand als auch über dem Kondensator eine Wechselspannung liegt. Das erschwert die Beeinflussung des Kondensator-Ladestromes bzw. der Zeitkonstante RC durch Halbleiter wie Transistoren oder Dioden. Alle bekannten elek tronischen Interface-Schaltungen der vorerwähnten Art sind in bezug auf die Anzahl und Dimensionierung ihrer Bauteile, sowie in ihren elektronischen Kriterien nicht optimal.

Darüber hinaus sind noch aus den amerikanischen Patentschriften US-PS 35 94 591 und US-PS 36 76 706 Schaltungsanordnungen be kannt, die zum Dimmen eines Wechselstromes jeweils Schaltzweige mit zwei Transistoren verwenden, wobei der eine Transistor in der negativen Halbwelle und der andere Transistor in der posi tiven Halbwelle schaltet. Demgegenüber halbiert sich der erfin dungsgemäße Schaltungsaufwand.

Folglich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die elektro nische Interface-Schaltung, von der die Erfindung ausgeht, so auszugestalten und auszubilden, daß folgende Forderungen er füllt werden:

1. Die erfindungsgemäße Interface-Schaltung muß bei einge schalteter Last leistungslos arbeiten,
2. sie darf nur aus wenigen Bauteilen bestehen,
3. die Bauteile müssen extrem klein sein,
4. Ein- und Ausgang der Interface-Schaltung müssen auf gleichem Bezugspotential liegen,
5. die Dimensionierung der Interface-Schaltung muß im Hinblick auf die Serienproduktion problemlos sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des kennzeichnen den Teil von Anspruch 1.

Im einzelnen gibt es verschiedene Möglichkeiten, die erfindungs gemäße Interface-Schaltung auszugestalten und weiterzubilden, was im folgenden beispielhaft anhand von in den Zeichnungsfiguren dar gestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben wird. Es zeigt

- Fig. 1 - ein Schaltbild, das die grundsätzlichen Vorgänge im Stromkreis der Interface-Schaltung bei gesperr tem Transistor T veranschaulichen soll,

- Fig. 2 - den Verlauf der Spannungen gemäß dem Schaltbild nach Fig. 1,

- Fig. 3 - ein Schaltbild, das die grundsätzlichen Vorgänge im Stromkreis der Interface-Schaltung bei durch gesteuertem Transistor T veranschaulichen soll,

- Fig. 4 - den Verlauf der Spannungen gemäß dem Schaltbild nach Fig. 3,

- Fig. 5 - das Schaltbild einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Interface-Schaltung,

- Fig. 6 - das Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Interface-Schaltung als Verbin dungsglied zwischen einer Steuerelektronik mit ne gativer Steuerlogik OV LAST EIN und negativer Ver sorgungsspannung sowie einer Phasenanschnittsteue rung,

- Fig. 7 - das Schaltbild gemäß Fig. 6, jedoch mit positiver Steuerlogik.

Anhand der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Schaltungen mit dazugehörigen Spannungsverläufen sollen zunächst die grundlegen den Zusammenhänge in bezug auf die erfindungsgemäße Interface- Schaltung erläutert werden. Zur Funktionsweise der Darstellung in Fig. 1 und 2 ist zu sagen, daß während der positiven Halbwelle der Generatorspannung UG kein Strom fließt, weil die Dio de D sperrt. Während der negativen Halbwelle ist die Diode zu nächst leitend, bis der Kondensator G sich auf den Scheitelwert der Generatorspannung UG aufgeladen hat. Danach fließt unter Ver nachlässigung des Kondensatorreststromes und der Diodenschwell spannung auch während der negativen Halbwelle kein Strom mehr. Den Verlauf der Spannung von UG, U 2 und U 1 zeigt die Fig. 2. Darauf aufbauend ist in der Schaltung nach Fig. 3 anstelle der Diode D eine Zenerdiode ZD mit U _ZD = U _G, wobei X _C « R sein soll, eingefügt.

Da die Spitzen-Spitzen-Spannung des Generators UG größer ist als die Zenerspannung der Zenerdiode ZD, fließt während der positiven und negativen Halbwelle ein Strom. Im stationären Zustand ist der Kondensator C dann auf die halbe Zener-Spannung aufgeladen. Für den Fall, daß X _C gegenüber dem Widerstand R hinreichend klein ist, kann der Wechselspannungsteil der Kondensatorspannung vernach lässigt werden. Für UG, U 2 und U 1 ergibt sich ein Spannungsverlauf entsprechend der Darstellung in Fig. 4. Bemerkenswert ist, daß durch diese Schaltung beide Halbwellen von U 2 auf den halben Wert der Generatorspannung UG begrenzt werden und daß trotzdem am Kon densator G eine Gleichspannung auftritt.

Bei der in Fig. 5 erfindungsgemäß dargestellten Interface-Schal tung ist die Lehre der Erfindung konkret dadurch realisiert, daß zur Funktion der EIN- und AUS-Schaltung eine Kombination aus Kon densator C und Zenerdiode ZD sowie Diode D in Verbindung mit ei nem Transistor T vorgesehen ist. Wichtig ist, daß bei Verwendung des üblichen 32 V-Diacs im Zweidraht-Wechselstromschalter für den Transistor T ein billiger 30-V-Typ ausreicht und für den Kondensa tor C ein billiger 50-V-Elko mit ca. 1 µF Kapazität gewählt werden kann, wobei die Dimensionierung der Kapazität sowie die der Zener spannung völlig unkritisch ist. Ist der Strom in der Schaltung nach Fig. 5 hinreichend klein, so kann ferner der bei ca. -5 V liegende Durchbruch der Kollektor-Emitter-Strecke die Diode D ersetzen. In diesem Falle ist bei der Dimensionierung der Zener diode ZD die Zenerspannung ca. 5 V niedriger zu wählen.

Selbstverständlich kann bei negativer Versorgungsspannung die Logik des Zweidraht-Wechselstromschalters für den Transistor ein pnp-Typ eingesetzt werden. Ebenso ist es möglich, den Emit ter des Transistors T auf die Versorgungsgleichspannung des Schalters zu legen anstatt auf Masse. Durch solche Maßnahmen kann die Interface-Schaltung allen in der Praxis denkbaren Kon figurationen des Steuer-Logik-Ausgangs angepaßt werden. Die in den Fig. 6 und 7 dargestellten Interface-Schaltungen sind für solche negativen Versorgungsspannungen ausgeführt.

Mit der erfindungsgemäßen Interface-Schaltung steht eine Schal tung zur Verfügung, die leistungslos arbeitet, sehr kompakt auf baubar ist, für Ein- und Ausgang das gleiche Bezugspotential ver wendet, die unkritisch in der Dimensionierung ist, an jede Steuer logik-Polarität anpaßbar ist und die außerdem sehr wenig kostet.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur EIN/AUS-Steuerung eines elektro nischen Zweidraht-Wechselstromschalters mit einer aus Widerstand, Kondensator, Diac und Triac bestehenden Phasen anschnittsteuerung, dessen EIN/AUS-Zustand durch den logi schen Zustand eines Ausganges einer Steuerelektronik ge steuert wird, wobei die Steuerelektronik über eine Interface- Schaltung mit der Phasenanschnittsteuerung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Interface-Schaltung der elek tronischen Schaltungsanordnung für die Umschaltung EIN/AUS einen Transistor (T) mit der Reihenschaltung aus einer Zenerdiode (ZD) und einem Kondensator (C) in der Kollektor leitung umfaßt und die Kollektor-Emitter-Strecke des Tran sistors (T) in Inversrichtung durch eine Diode (D) über brückt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (T) entweder ein npn- oder ein pnp-Tran sistor ist.