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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für die Umsteuerung einer Last, beispielsweise der
Endstufe der Horizontalablenkschaltung eines Fernsehempfängers, mit einem Thyristor, der im leitenden Zustand einen in Richtung von seiner Anode zur Kathode fliessenden Strom führt sowie mit einer an eine Steuerelektrode des Thyristors angeschlossenen Steuerstufe, an deren Eingang die Leitfähigkeit des Thyristors steuernde Signale anliegen, wobei die Steuerstufe mit einer Spannungsquelle in Serie liegt, die bei leitender Steuerstufe einen ersten von der Kathode zur Steuerelektrode des Thyristors fliessenden Steuerstrom liefert.
Üblicherweise ist der Thyristor in Halbleitertechnik als Vierschichtdiode ausgebildet, was insbesondere bei der Umsteuerung der Halbleiter-Horizontalablenkschaltung von Fernsehempfängern von Bedeutung ist, wo die
Schaltung von Strömen beträchtlicher Grösse bei hohen Spannungen erfolgen muss. Der Thyristor ist meist aus vier Halbleiterschichten aufgebaut, z. B. mit je zwei p-dotierten und je zwei n-dotierten Schichten. Dabei dient die erste p-Schicht als Anode, die zweite n-Schicht als Kathode und die zweite p-Schicht als Steuerelektrode. Die
Leitfähigkeit zwischen der Anode und der Kathode des Thyristors kann gesteuert werden, um den Thyristor durch einen Steuerelektrodenstrom zu öffnen oder zu sperren, der zwischen der Steuerelektrode und der
Kathode oder umgekehrt fliesst.
Auf Grund der Änderung der Leitfähigkeit zwischen der Anode und der
Kathode wirkt der Thyristor als Schalter.
Die Verwendung eines Thyristors in einer Halbleiterablenkschaltung od. dgl. ist deshalb von Vorteil, weil ein Thyristor im Vergleich zu einem Transistor oder zu andern Halbleiterschaltungselementen eine hohe Strom- und Spannungsfestigkeit zwischen Anode und Kathode aufweist. Ferner bleibt ein Thyristor, sobald der
Stromweg einmal zwischen der Anode und der Kathode geöffnet oder gesperrt ist, auch dann im EIN- oder
AUS-Zustand, wenn der Steuerelektrodenstrom nicht dauernd dem Thyristor zugeführt wird. Dadurch kann der
Thyristor mit einer verminderten Verlustleistung in jenem Teil der Schaltung umgeschaltet werden, der den
Steuerelektrodenstrom liefert.
Die bekannten Schaltungen haben jedoch den Nachteil, dass für die Ansteuerung des Thyristors ein grosser
Steuersignalpegel benötigt wird, damit ein sicheres Schalten des Thyristors, insbesondere bei hohen
Thyristorbetriebsströmen, erreicht wird. Ferner muss ein zusätzlicher Kondensator zur Formierung des
Steuersignals vorgesehen werden, der zwischen der Steuersignalquelle und der Steuerelektrode des Thyristors angeordnet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es diese Nachteile zu vermeiden, insbesondere eine Schaltungsanordnung zur
Umsteuerung einer Last zu schaffen, bei welcher eine betriebssichere und zuverlässige Ansteuerung mit einem
Umschaltsteuersignal mit niedrigem Pegel erfolgen kann.
Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art gemäss der Erfindung gelöst durch eine Energiespeicherschaltung, welche an die Steuerelektrode des Thyristors angeschlossen und die der aus
Steuerstufe und Spannungsquelle bestehenden Serienschaltung parallelgeschaltet ist und welche bei gesperrter
Steuerstufe einen zweiten von der Steuerelektrode zur Kathode des Thyristors fliessenden Steuerstrom liefert.
Gemäss der Erfindung kann die Energiespeicherschaltung eine Spule aufweisen ; dieser kann auch ein
Widerstand in Serie geschaltet sein.
In Ausgestaltung der Erfindung kann die Energiespeicherschaltung aber auch eine Spannungsquelle und einen mit dieser in Serie geschalteten Widerstand aufweisen.
Nachstehend ist die Erfindung beispielsweise an Hand der Zeichnungen nächer erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Schaltungsanordnung, Fig. 2A bis 2F zugehörige Strom- und
Spannungsverläufe, Fig. 3 eine Horizontalablenkschaltung mit einer Umsteuerschaltung gemäss Fig. 1 und die Fig. 4 bis 6 weitere Ausführungsformen der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung ist mit --l-- ein Thyristor bezeichnet, dessen Kathode an Masse und dessen Anode über die umzusteuernde Last --2-- an einer Gleichspannungsquelle--3--liegt.
Allen Ausführungsformen der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung ist gemeinsam, dass an die Steuerelektrode des Thyristors--l--eine Steuerstufe angeschlossen ist, an deren Eingang die die Leitfähigkeit des Thyristors steuernden Signale anliegen.
Gemäss Fig. 1 besteht die Steuerstufe aus einem weiteren Thyristor--4--, wobei die Steuerelektrode des Thyristors--l--über die Anoden-Kathodenstrecke von--4--und eine Gleichspannungsquelle --5-- an Masse liegt. Die Spannung der Gleichspannungsquelle--5--wird hier kleiner gewählt als die Durchbruchspannung zwischen Steuerelektrode und Kathode des Thyristors
An die Steuerelektrode des Thyristors--l--ist weiters eine Energiespeicherschaltung--6-angeschlossen, die vom Thyristor--l--mit Steuerstrom versorgt wird ; dieser fliesst über den Thyristor --l-- von dessen Steuerelektrode zur Kathode und öffnet den Thyristor wenn der Thyristor--4-gesperrt ist.
Nach Fig. 1 besteht die Energiespeicherschaltung--6--aus einer Spule--7--, die mit dem einen Ende an der Steuerelektrode des Thyristors--l--und mit dem andern Ende an einer Anschlussklemme eines
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Nachstehend ist die Funktion der Schaltung gemäss Fig. 1 näher erläutert. An die Steuerelektrode-Kathodenstrecke von-4--wird ein in Fig. 2A dargestelltes Steuersignal--S--gelegt ; der Thyristor --4-- öffnet während des positiven Anteils des Steuersignals--S--und es fliesst dann ein in Fig. 2B gezeigter Anodenstrom --IA--. Der Anodenstrom --IA-- fliesst über den Widerstand --8-- und
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Abschnitt 9 der in Fig. 2C gezeigten Kurven. Der Anstieg von-9-hängt vom Wert des Widerstandes-8und der Induktivität der Spule --7-- ab. Folglich wird auch der Anodenstrom --IA-- allmählich ansteigen, gemäss Abschnitt 10 der in Fig. 2B gezeigten Kurven.
In dem Moment, in dem der Thyristor --4-- öffnet, fliesst der im Kurvenabschnitt --11-- von Fig.2B gezeigte grosse Anodenstrom von der Gleichspannungsquelle
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der Kathode des Thyristors--l--zu seiner Steuerelektrode, wie in Fig. 2D dargestellt, so dass-wie Fig. 2F zeigt - der Thyristor --1-- gesperrt wird. Zu dieser Zeit wird die Steuerelektrodenspannung-VG--des Thyristors--l--auf einen vorgegebenen Wert gebracht, den Fig. 2E zeigt. Wenn das Steuersignal S negativ wird, sperrt der Thyristor --4-- und die Steuerelektrode des Thyristors --1-- wird von der Gleichspannungsquelle--5--getrennt. In diesem Zeitintervall wird Strom über die Spule--7--zu der Steuerelektroden-Kathoden-Strecke des Thyristors --1-- fliessen, der in der Fig. 2C durch den Kurvenabschnitt --12-- gezeigt ist.
Dieser Strom rührt von der in der Spule --7-- gespeicherten magnetischen Energie her,
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--4-- geöffnet- l--ein positiver Steuerelektrodenstrom --IG2-- fliesst, wie ihn Fig. 2D zeigt. Hiedurch wird der Thyristor - l-geöffnet (Fig. 2F) und Strom fliesst über die Last-2--. Ebenso wird auch darauffolgend der Thyristor--l--wieder in Abhängigkeit vom Steuersignal S öffnen bzw. schliessen.
Im allgemeinen wird ein Teil des Stromes, der über einen Thyristor in Richtung von seiner Kathode zur Steuerelektrode fliesst diesen abschalten, d. h. ein Steuerelektroden-Abschaltstrom und die dadurch hervorgerufene Anodenstromabschaltung sind innerhalb des Bereiches eines vorgegebenen Anordenstromes ungefähr konstant. Wenn dementsprechend vorausgesetzt wird, dass in der oben erwähnten Schaltung ein Strom von 5 A über die Anode des Thyristors --1-- oder die Last --2-- fliesst, wird beispielsweise ein Steuerelektroden-Abschaltstrom von 1 A benötigt, der über den Thyristor--l--fliessen muss, um den Strom
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gewählt wird, die Induktivität der Spule --7-- mit 1 mH und der Wert des Widerstandes --8-- mit 100 #.
Fig. 3 zeigt ein Schaltbild in dem die erfindungsgemässe Schaltung auf die Ausgangsschaltung der Horizontalablenkung eines Fernsehempfängers angewendet wird. In Fig. 3 sind die mit Fig. 1 übereinstimmenden Beuteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Nach Fig. 3 ist der Thyristor-l-über eine Ausgangsspule --13-- an die Gleichspannungsquelle --3-- angeschlossen, wobei noch eine Zeilendiode--14--, ein Kondensator --15-- und eine Horizontalablenkspule --16-- mit dem Thyristor-l-verbunden sind. Der Thyristor--4--wird über die Steuerelektroden-Kathodenstrecke mit einem Ansteuerimpuls der horizontalen Periode angesteuert, der von einem Horizontaloszillator stammt, der hier nicht dargestellt ist.
In diesem Fall wird der Thyristor--l--durch diesen Ansteuerimpuls wie in Fig. 1 ein- oder ausgeschaltet.
Dadurch fliesst ein sägezahnförmiger Strom über die Horizontalablenkspulen--16--.
Gemäss Fig. 4 besteht die Energiespeicherschaltung --6-- aus der Serienschaltung eines Widerstandes --17-- und einer Gleichstromquelle--18-- ; der übrige Schaltungsaufbau ist im wesentlichen derselbe wie bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.
Wenn in dem Stromweg, in dem der Steuerelektroden-Abschaltstrom für den Thyristor--l--fliesst, eine Spule angeordnet wird, wie z. B. gemäss Fig. 5 die Spule --19-- zwischen der Steuerelektrode des Thyristors --l-- und der Anode des Thyristors--4--, so wird der Steuerelektroden-Abschaltstrom --IG1-- für den Thyristor--l--in seinem Anfangszeitraum steil ansteigen und damit seine Abfallzeitdauer kurz werden, wodurch das Umschalten plötzlich durchgeführt wird.
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In jedem der oben angeführten Beispiele bestand die Steuerstufe aus einem Thyristor, nämlich dem Thyristor--4--. Es ist aber auch möglich, die Steuerstufe mit einem Transistor zu realisieren, wie dies Fig. 6
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Da der Strom, der über die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors fliesst klein ist, kann bei Verwendung eines Transistors ein solcher mit einer kleineren Strombelastbarkeit verwendet werden. In Fig. 6 ist der Transistor - -21-- an den Thyristor --1-- so angeschlossen, dass der Kollektor des Transistors --21-- mit der Steuerelektrode des Thyristors-l-verbunden ist, sein Emitter an die Gleichspannungsquelle-5angeschlossen ist und seine Basis mit dem Steuersignal versorgt wird.
Der Transistor --21-- wird in Übereinstimmung mit dem Steuersignal ein- und ausgeschaltet, um einen Steuerelektroden-Abschaltstrom für den
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--5-- währendTransistors--21--ein Steuerelektroden-Einschaltstrom zum Thyristor--l--von dessen Steuerelektrode zur
Kathode von der Energiespeicherschaltung --6-- her fliesst. Der Transistor --21-- erfüllt daher mit Bezug auf den Thyristor--l--dieselbe Aufgabe wie der Thyristor--4--.
Da die Steuerelektrode des mit der Last --2-- verbundenen Thyristors --1--, bei den oben beschriebenen erfindungsgemässen Schaltungsanordnungen, an eine Energiespeicherschaltung angeschlossen ist, kann ein grosser, über den Thyristor --1-- fliessender Strom von einem ungewöhnlich kleinen Steuerstrom gesteuert werden, womit die Steuerleistung merklich erhöht wird.
Ferner sei darauf verwiesen, dass bei Realisierung der Steuerstufe mit dem Thyristor-4--, die Impedanz des Thyristors--l-dann erheblich verkleinert wird, wenn der Thyristor --4-- öffnet, so dass die
Ladungsträger in der Steuerelektrode des Thyristors--l--plötzlich und innerhalb einer kurzen Zeitspanne abgeleitet werden ; die Ansteuerleistung wird hiedurch stark erhöht, die Umschaltung erfolgt sicher und scharf.
Da das Ein- und Ausschalten des mit der Last --2-- verbundenen Thyristors --1-- vom Ein- und
Ausschalten des zweiten Thyristors --4-- gesteuert ist, wird der Schaltzustand des Thyristors auch dann von der Ein-Aus-Steuerung unbeeinflusst bleiben, wenn sich das Steuersignal vorübergehend ändert.
Demgemäss kann die erfindungsgemässe Schaltung ihre Schaltfunktion sicherer und stabiler erfüllen, als z. B. eine
Schaltung, bei welcher das Steuersignal direkt an den mit der Last verbundenen Thyristor über einen
Kondensator, einen Übertrager od. dgl. angelegt wird. Durch den Wegfall eines solchen Ansteuerkondensators bei der erfindungsgemässen Schaltung, ist letztere auch leicht in integrierter Technik realisierbar.
Die Bedingung zum öffnen des Thyristors-l-ist bei der erfmdungsgemässen Schaltung bestimmt durch die Parameter der Gleichspannungsquelle--5--sowie jener der Energiespeicherschaltung--6--, die Bedingung zum Sperren des Thyristors--l--durch die Parameter der Gleichspannungsquelle--5--sowie jener des Thyristors--4-- ; der Steuerelektroden-Einschaltstrom hat keinen Einfluss auf das Ausschalten, wie das der Fall ist, wenn der mit der Last verbundene Thyristor über einen Kondensator, Transformator od. dgl. mit dem Steuersignal angesteuert wird. Die Schaltungssynthese der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung ist demnach bedeutend vereinfacht.
Weiters kann mit der erfindungsgemässen Schaltung ein breiter Frequenzbereich von Gleichstrom bis zu jener Frequenz, die vom Thyristor bestimmt wird, gesteuert werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung für die Umsteuerung einer Last, beispielsweise der Endstufe der Horizontalablenkschaltung eines Fernsehempfängers, mit einem Thyristor, der im leitenden Zustand einen in Richtung von seiner Anode zur Kathode fliessenden Strom führt sowie mit einer an eine Steuerelektrode des Thyristors angeschlossenen Steuerstufe, an deren Eingang die Leitfähigkeit des Thyristors steuernde Signale anliegen, wobei die Steuerstufe mit einer Spannungsquelle in Serie liegt, die bei leitender Steuerstufe einen ersten von der Kathode zur Steuerelektrode des Thyristors fliessenden Steuerstrom liefert, gekennzeichnet durch eine Energiespeicherschaltung (6), welche an die Steuerelektrode des Thyristors (1) angeschlossen und die der aus Steuerstufe (4,21) und Spannungsquelle (5)
bestehenden Serienschaltung parallelgeschaltet ist und welche bei gesperrter Steuerstufe (4 ; 21) einen zweiten von der Steuerelektrode zur Kathode des Thyristors (1) fliessenden Steuerstrom liefert.
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