DD262517A1 - Phasenanschnittsteuerung fuer wechselspannungssteller - Google Patents

Abstract

Waehrend es das Ziel ist, den Bauelementeaufwand zu senken, besteht die Aufgabe darin, fuer die angesteuerten Leistungssteller die Funktionssicherheit zu erhoehen und die Schutzguete zu verbessern. Geloest wird die Aufgabe dadurch, dass eine Synchronisationsstufe ueber ein Koppelglied mit einer Triggerstufe in Verbindung steht, wobei die Synchronisationsstufe betragsmaessig gleiche jedoch in der Polaritaet entgegengesetzte Schaltschwellen besitzt und der Ausgang der Triggerstufe mit einer Buerde beschaltet ist, so dass beim ausbleibenden Durchschalten der leistungsschaltenden Halbleiter oder beim Ansteigen der Betriebsspannung diese derart begrenzt wird, dass die Zuendimpulse nicht zum Durchsteuern ausreichen. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Ansteuerung von leistungsschaltenden Halbleitern von Wechselspannungssteller^ wie sie besonders vorteilhaft als Drehzahlsteller bei Konsumgütern, insbesondere bei Haushaltnähmaschinen und auch für Erzeugnisse der Industrieelektronik Anwendung finden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Phasenanschnittsteuerungen für Wechselspannungssteller sind allgemein bekannt. Bei einfachen Schaltungen, wie sie auch für Konsumgüter Anwendung finden, erfolgt die Stromversorgung vorwiegend direkt aus der Netzspannung. Folgende Grundschaltungen finden breite Anwendung:

— RC-Glied mit nachgeschaltetem Triggerelement, typisch dafür sind Diac, Vierschichtdiode, Unjunctionstransistor und mit Transistoren nachgebildete Vierschichtanordnungen wie sie z.B. in der OS 2159308 und der OS 2806907 beschrieben werden.

Nachteilig bei diesen Lösungen ist, daß durch den zeitbestimmenden Kondensator Zündwinkel und Zündimpulsenergie gleichzeitig definiert sind. Praktisch ausgeführte Schaltungen führen zu einem Kompromiß zwischen der maximalen Verlustleistung des meist veränderbaren Widerstandesund der durch die Schaltungsanordnung erreichbaren Zündimpulsbreite. Bei einer Sollwertvorgabe vor Zuschalten der Netzspannung erfolgt bei Anlegen derselben sofort die Bildung von Zündimpulsen, eine bedingte Zündimpulsfreigabe ist ohne zusätzlichen Aufwand nicht möglich. Ein weiterer Nachteil dieser Schaltungen ist, daß der Sollwertwiderstand nicht durch Spannungs- oder Stromquellen ersetzt werden kann, was bei modularer Eingliederung solcher Schaltungen in Schaltungskomplexe wünschenswert ist.

— Phasenanschnittsteuerung auf der Basis von Spezialschaltkreisen.

Bekannt gewordene integrierte Schaltkreise, siehe hierzu USA-PS 3558922, erfüllen unterschiedliche technische Forderungen, in einigen Fällen auch eine zeitverzögerte Freigabe der Zündimpulse nach Anlegen der Netzspannung, eine bedingte Freigabe, zeitunabhängig wird jedoch nicht realisiert.

Ein weiterer Nachteil bei Anwendung der Schaltkreise ergibt sich aus der konzipierten Art der Stromversorgung, die über Vorwiderstand aus dem Netz erfolgt, wobei die Verlustleistung > 1,5 W beträgt. Die dadurch auftretenden Probleme der Wärmeabführung schränken eine Freizügigkeit der konstruktiven Unterbringung der Bauelemente stark ein'.

— Phasenanschnittsteuerung mit Begrenzung des Zündwinkels zur Verhinderung desDurchzündenszu Beginn der folgenden Halbwelle.

Eine Begrenzung des Zündwinkels durch die Dimensionierung des Sollwertwiderstandes wird in dem WP 225603 vorgeschlagen. Diese Lösung weist aber den Nachteil auf, daß bei ungewollter Vergrößerung des Widerstandes, z. B. infolge eines Defektes oder Verschmutzung, ein Durchzünden nicht ausgeschlossen werden kann.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, den Bauelementeaufwand gegenüber bekannten Lösungen von Phasenanschnittsteuerungen zu reduzieren, die Funktionssicherheit zu erhöhen und die Schutzgüte der angesteuerten Leistungssteiler zu verbessern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die in universeller Weise, bei minimalem Aufwand von Bauelementen funktionssicher, Zündimpulse zur Ansteuerung von Leistungsschaltgliedern auf Halbleiterbasis erzeugt und bei Inbetriebnahme den Zündimpuls nur dann freigibt, wenn eine mögliche Gefährdung des Anwenders durch falsche Bedienhandlung ausgeschlossen ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Bildung symmetrischer Synchronimpulse zum Nulldurchgang der am leistungsschaltenden Halbleiter liegenden Spannung die auf einen gemeinsamen Punkt geführten Eingänge der Synchronisationsstufe betragsmäßig gleiche jedoch in der Polarität entgegengesetzte Schaltschwellen besitzen und der Ausgang dieser Stufe sowohl mit einem Anschluß wie auch über ein Koppelglied mit einer Triggerstufe in Verbindung steht und deren Ausgang mit einer Bürde beschaltet ist, wobei beim ausbleibenden Durchschalten der leistungsschaltenden Halbleiter oder bei Ansteigen der Betriebsspannung diese derart begrenzt wird, daß die Zündimpulse nicht ausreichen, die leistungsschaltenden Halbleiter durchzusteuern und der sich eingestellte Zustand nur durch ein geeignetes Rückkippen der Triggerstufe aufhebbar ist. Weitere erfindungsgemäße Ausbildungen der Schaltungsanordnung bestehen darin, daß die Verknüpfungsglieder der Synchronisationsstufe aus einem Antivalenz- bzw. Äquivalenzgatter bestehen, das eine Verknüpfungsglied der Synchronisationsstufe ein Negator und das andere ein NAND- bzw. NOR-Gatter ist, der Sollwertgeber vorzugsweise an die Anschlüsse 25 und 26 gelegt wird und dieser sowohl ein veränderlicher Widerstand als auch eine geeignete Strom- bzw. Spannungsquelle sein kann.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird an einem möglichen Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Figur 1 zeigt eine bevorzugte Anwendung der Phasenanschnittsteuerung in C-MOS-Technikim Zusammenwirken mit einem Triac als Drehzahlsteller für einen Universalmotor.

Am Anschlußpunkt 22 liegen der Widerstand 3 und der Widerstand 1, der gemeinsam mit dem Widerstand 2 einen Spannungsteiler bildet, der Verbindungspunkt des Teilers liegt am ersten Eingang des NAND-Glied 4, dessen Ausgang den ersten Eingang des NAND-Gliedes 5 und dessen zweiten Eingang der zweite Anschluß.des Widerstandes 3 bilden. Der Ausgang des NAND-Gliedes 5 ist zum einen mit der Katode der Diode 6 verbunden, die über einen Widerstand 8 mit einem Punkt, der den Kondensator 9, den Widerstand 10 und den Anschluß 25 miteinander vereinigt, in Verbindung steht und zum anderen am Anschluß 26 liegt. An den Anschlüssen 25; 26 wird ein nicht dargestellter Sollwertgeber angeschlossen. Der zweite Anschluß des Kondensators 9, des Widerstandes 2, die Anode der Diode 21, eine Seite des Widerstandes 15 und der Emitter des Transistors 16 liegen an einem Anschluß des Kondensators 7. Ein Anschluß des Widerstandes 12, verbunden mit dem zweiten Anschluß des Widerstandes 10, bilden den ersten Eingang des NAND-Gliedes 11, dessen Ausgang auf den ersten Eingang des NAND-Gliedes 13 liegt, wohingegen beide zweite Eingänge dieser NAND-Glieder auf Bezugspotential und am Ausgang des NAND-Gliedes 13 der zweite Anschluß des Widerstandes 12 und ein Anschluß des Widerstandes 14 liegen. Die anderen Anschlüsse der Widerstände 14; 15 liegen an der Basis des Transistors 16, dessen Kollektor über den Widerstand 17 mit der Steuerelektrode des Triac 18 verbunden ist, der in an sich bekannter Weise zwischen Motor und Netzspannung liegt. Die Stromversorgung der Gesamtschaltung erfolgt über Anschlüsse 23; 24, an denen auch die Reihenschaltung der Z-Diode 20 mit Widerstand 19 liegt und letzterer mit der Anode der Z-Diode 20 und der Katode der Diode 21 in Verbindung steht. Der zweite Anschluß des Kondensators 7 liegt am Anschluß 23

Wirkungsweise:

Im gesperrten Zustand des Triac 18 liegt an der Synchronisationsstufe 1; 2; 3; 4; 5 eine der Netzspannung identische Spannung. Ein auf die Betriebsspannung bezogener Spannungsteiler bewirkt, daß am Ausgang von 4 Low-Impulse entstehen, die innerhalb der positiven Halbwellen liegen. Die NAND-Funktion von 5 hat zur Folge, daß bei zweckentsprechender Dimensionierung des Spannungsteilers 1; 2 zum Zeitpunkt des Nulldurchganges der Netzspannung, am Ausgang symmetrische Synchronimpulse (Low-Impulse) entstehen, die über die Diode 6 und den Widerstand 8 den Kondensator 9 entladen, wodurch am Ausgang der Triggerstufe 10; 11; 12; 13 Low-Potential entsteht. Nach der L/H-Flanke des Synchronimpulses erfolgt die Aufladung von 9 über den Sollwertgeber, Anschluß 25. Erreicht die Triggerstufe die obere Schaltschwelle, erhält Transistor 16 Basisstrom und über 17 der Triac 18 Zündstrom. Die Spannung am Triac bricht zusammen, worauf der Ausgang 5 auf Low gesetzt und der Kondensator 9 über Widerstand 8 und Diode 6 entladen wird. Erreicht die Triggerstufe die untere Schaltschwelle, sperrt Transistor 16, der damit den Stromfluß zur Steuerelektrode 18 beendet. Die Inbetriebnahme der Phasenanschnittsteuerung, d.h. die Freigabe von Zündimpulsen nach Anlegen der Netzspannung, setzt erst ein, nachdem der Sollwertgeber in eine Startstellung gebracht wurde. Wird diese Bedingung nicht erfüllt und liegt die Spannung am Kondensator 7 unter einem Pegel, der bei kurzzeitigen Netzunterbrechungen bzw. Spannungseinbrüchen erreicht werden kann, beginnt die Betriebsspannung nach Anlegen der Netzspannung zu steigen bis zu einem Wert der die NAND-Glieder 4; 5; 11; 13 in Funktion setzt, damit schaltet die Triggerstufe auf High-Pegel, der etwa dem Pegel der Spannung am Kondensator 7 entspricht. Über die Reihenschaltung der Widerstände 14; 15 wird die Spannungsquelle so belastet, daß ein ausreichender Strom zum Zünden des Triac 18 nicht fließen kann. Mit Ausbleiben der Zündung des Triac bricht auch die anliegende Spannung nicht zusammen und die Triggerstufe schaltet nicht auf Low-Potential zurück, dies wäre frühestens zum nächsten Synchronimpuls möglich, tritt aber nicht ein, da aufgrund der noch zu niedrigen Betriebsspannung die Synchronimpulse den Kondensator 9 nicht ausreichend entladen können. Gegenüber dem normalen Funktionsablauf verlängert sich somit der High-Zustand der Triggerstufe. Der durch die Widerstände 14; 15 bedingte Spannungsabfall am Vorwiderstand 19 führt dazu, daß die Betriebsspannung auf den niedrigen Wert gehalten wird. Dieser stabile Sperrzustand wird erst dann aufgehoben, wenn der Sollwertgeber auf den Wert oberhalb des Widerstandes für den Zündbereich gestellt wird.

Claims (8)

1. Phasenanschnittsteuerung für Wechselspannungssteller, bei Konsumgütern, insbesondere bei Haushaltnähmaschinen als Drehzahlteller eingesetzt, mit Synchronisationsstufe, Koppelglied und Triggerstufe, gekennzeichnet dadurch, daß die auf einem gemeinsamen, zwischen Triac und Verbraucher liegenden, Anschlußpunkt (22) geführten Eingänge der Synchronisationsstufe (1; 2; 3; 4; 5) betragsmäßig gleiche jedoch in der Polarität entgegengesetzte Schaltschwellen besitzen und der Ausgang dieser Stufe sowohl mit einem Anschlußpunkt (26) wie auch über ein Koppelglied (6; 8; 9) mit der Triggerstufe (10; 11; 12; 13) in Verbindung steht und deren Ausgang mit einer Bürde (14; 15) beschaltet ist.

2. Phasenanschnittsteuerung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß beide Verknüpfungsglieder .(4; 5) der Synchronisationsstufe aus einem Antivalenzgatter bestehen,

3. Phasenanschnittsteuerung nach Punkt ^gekennzeichnetdadurch,daß beideVerknüpfungsglieder (4; 5) der Synchronisationsstufe aus einem Äquivalenzgatter bestehen.

4. Phasenanschnittsteuerung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Verknüpfungsglied (4) ein Negator und (5) ein NAND-Gatter ist.

5. Phasenanschnittsteuerung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Verknüpfungsglied (4) ein Negator und (5) ein NOR-Gatter ist.

6. Phasenanschnittsteuerung nach Punkt 1 und einem der Punkte 2 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß ein Sollwertgeber parallel zur Dioden-Widerstandsstrecke (6; 8) des Koppelgliedes liegt.

7. Phasenanschnittsteuerung nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß der Sollwertgeber ein veränderbarer Widerstand ist.

8. Phaserranschnittsteuerung nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß der Sollwertgeber ein aktiver Zweipol ist.