DE102018009494A1 - Verfahren und Steuerschaltung zum Ansteuern elnes Thyristors oder Triacs - Google Patents

Verfahren und Steuerschaltung zum Ansteuern elnes Thyristors oder Triacs Download PDF

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Abstract

Ein Triac (1) wird nach einem Spannungsnulldurchgang (tN0) einer Wechselspannungsquelle (3) mittels eines Gatestromimpulses (IP1) von einer Steuerschaltung (4) gezündet. In einer Einstellphase (P10) ermittelt die Steuerschaltung (4) eine Zündimpulsdauer (TL) des Gatestromimpulses (IP1) zum Zünden des Triacs (1), damit der Strom (IR) durch den Triac (1) nach dem Ende des Gatestromimpulses (IP1) mindestens einen Einraststromwert (IL) erreicht. In einer Betriebsphase (P20) steuert die Steuerschaltung (4) den Triac (1) nach einem Spannungsnulldurchgang (tN0) der Wechselspannungsquelle (3) mit einem Gatestromimpuls (IP1) mit der ermittelten Zündimpulsdauer (TL) an und überwacht anschließend einen Stromfluss durch den Triac (1), um gegebenenfalls die ermittelte Zündimpulsdauer (TL) anzupassen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Thyristors oder Triacs, wobei der Thyristor oder Triac nach einem Spannungsnulldurchgang einer Wechselspannungsquelle mittels eines Gatestromimpulses von einer Steuerschaltung gezündet wird, sowie eine entsprechende Steuerschaltung.
  • Thyristoren und Triacs werden durch einen Strom an der Gate-Elektrode gezündet, d.h. leitfähig geschaltet und bleiben nach dem Einschalten auch ohne Gatestrom leitend bis der Stromfluss durch den Thyristor bzw. Triac einen sogenannten Haltestrom unterschreitet. Während Thyristoren nur in einer Richtung schalten können und so im eingeschalteten Zustand wie eine Diode wirken, stellen Triacs funktionell eine Antiparallelschaltung von zwei Thyristoren dar und können so Wechselstrom schalten. Grundsätzlich ist es möglich, den Thyristor bzw. Triac durch einen kontinuierlichen Gatestrom dauerhaft im eingeschalteten Zustand zu halten. Andererseits kann der Thyristor bzw. Triac auch durch Gatestromimpulse nach einem Spannungsnulldurchgang der Wechselspannungsquelle gezündet werden, wodurch der Energieverbrauch der Ansteuerung reduziert werden kann.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Ansteuerung eines Thyristors oder Triacs mit reduziertem Energieverbrauch und hoher Zuverlässigkeit zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist das Verfahren zum Ansteuern eines Thyristors oder Triacs, wobei der Thyristor oder Triac nach einem Spannungsnulldurchgang einer Wechselspannungsquelle mittels eines Gatestromimpulses von einer Steuerschaltung gezündet wird, die eine Einstellphase, in der die Steuerschaltung eine Zündimpulsdauer des Gatestromimpulses zum Zünden des Thyristors oder Triacs ermittelt, damit der Strom durch den Thyristor oder Triac nach dem Ende des Gatestromimpulses mindestens einen Einraststromwert erreicht, und eine Betriebsphase, in der die Steuerschaltung den Thyristor oder Triac nach einem Spannungsnulldurchgang der Wechselspannungsquelle mit einem Gatestromimpuls mit der ermittelten Zündimpulsdauer ansteuert und anschließend einen Stromfluss durch den Thyristor oder Triac überwacht.
  • Durch das selbsttätige Ermitteln einer geeigneten Zündimpulsdauer durch die Steuerschaltung in der Einstellphase kann eine möglichst optimale Zündimpulsdauer eingestellt werden, mit der eine zuverlässige und energiesparende Ansteuerung zum Zünden des Thyristors bzw. Triacs erzielt werden kann. Durch das Überwachen des Stromflusses durch den Thyristor bzw. Triac in der Betriebsphase kann eine korrekte und energiesparende Ansteuerung zum Zünden des Thyristors bzw. Triacs erzielt werden. Die Überwachung ermöglicht außerdem ein adaptives Anpassen der Ansteuerung des Thyristors bzw. Triacs, um eine zuverlässige und möglichst energiesparende Funktionsweise zu erzielen. Der Energiespareffekt ist besonders deutlich bei Thyristoren und Triacs, die hohe Gateströme zum Zünden benötigen. Durch den reduzierten Energieverbrauch kann auch die Wärmeerzeugung des Thyristors bzw. Triacs verringert werden.
  • Vorzugsweise passt die Steuerschaltung die eingestellte Zündimpulsdauer an, falls die Überwachung ergibt, dass nach dem Ende des Gatestromimpulses kein Stromfluss durch den Thyristor oder Triac vorhanden ist.
  • Die Überwachung des Stromflusses durch den Thyristor oder Triac erfolgt vorzugsweise anhand einer Gatespannung zwischen dem Gateanschluss und dem Kathodenanschluss des Thyristors bzw. Triacs. Falls die Gatespannung einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, existiert ein Stromfluss durch den Thyristor bzw. Triac.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung steuert die Steuerschaltung in der Betriebsphase vor einem Spannungsnulldurchgang der Wechselspannungsquelle den Thyristor oder Triac mit einem weiteren Gatestromimpuls mit einer Halteimpulsdauer an. Bei dieser Ausgestaltung ermittelt die Steuerschaltung in der Einstellphase vorzugsweise ferner eine Halteimpulsdauer für den weiteren Gatestromimpuls vor einem Spannungsnulldurchgang der Wechselspannungsquelle, damit der Strom durch den Thyristor oder Triac vor dem Start des weiteren Gatestromimpulses nicht einen Haltestromwert unterschreitet. Vorzugsweise passt die Steuerschaltung die eingestellte Halteimpulsdauer an, falls die Überwachung ergibt, dass vor dem Start des weiteren Gatestromimpulses kein Stromfluss durch den Thyristor oder Triac vorhanden ist.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Thyristor oder Triac erst nach einem vorbestimmten Phasenwinkel nach einem Spannungsnulldurchgang der Wechselspannungsquelle mittels eines Gatestromimpulses gezündet. Bei einer solchen Phasenanschnittsteuerung ermittelt die Steuerschaltung in der Einstellphase die Zündimpulsdauer in Abhängigkeit von dem vorbestimmten Phasenwinkel und steuert die Steuerschaltung den Thyristor oder Triac in der Betriebsphase erst nach dem vorbestimmten Phasenwinkel nach einem Spannungsnulldurchgang der Wechselspannungsquelle mit einem Gatestromimpuls mit der ermittelten Zündimpulsdauer an.
  • Bei dieser Ausgestaltung ermittelt die Steuerschaltung in der Einstellphase vorzugsweise mehrere verschiedene Zündimpulsdauern für unterschiedliche Phasenwinkel.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wiederholt die Steuerschaltung die Einstellphase regelmäßig. Auf diese Weise kann die Einstellung der Zündimpulsdauer und/oder der Halteimpulsdauer an sich gegebenenfalls verändernde Betriebsbedingungen oder Funktionseigenschaften des Thyristors bzw. Triacs angepasst werden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung enthält die Steuerschaltung zur Ansteuerung eines Thyristors oder Triacs einen Impulsgenerator zum Erzeugen eines Gatestromimpulses an einen Gateanschluss des Thyristors oder Triacs, eine Stromflussüberwachungseinrichtung zum Überwachen eines Stromflusses durch den Thyristor oder Triac und eine Steuerung, die mit dem Impulsgenerator und der Stromflussüberwachungseinrichtung verbunden ist, wobei die Steuerung zum Durchführen des oben beschriebenen Verfahrens zum Ansteuern eines Thyristors oder Triacs gemäß der Erfindung ausgestaltet ist.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Stromflussüberwachungseinrichtung eine Spannungserfassungsvorrichtung zum Erfassen einer Gatespannung zwischen dem Gateanschluss und dem Kathodenanschluss des Thyristors bzw. Triacs auf.
  • Vorzugsweise weist die Steuerschaltung ferner einen mit der Steuerung verbundenen Speicher zum Speichern der ermittelten Zündimpulsdauer, der angepassten Zündimpulsdauer, der ermittelten Halteimpulsdauer und der angepassten Halteimpulsdauer auf.
  • Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnung besser verständlich. Darin zeigen, größtenteils schematisch:
    • 1 ein Schaltbild einer Triac-Schaltung mit einer Steuerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung;
    • 2 ein Strom-Zeit-Diagramm zum Erläutern des Funktionsprinzips einer Steuerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung;
    • 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ansteuern eines Triacs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 4 ein Ablaufdiagramm einer Einstellphase zum Einstellen der Zündimpulsdauer für das Verfahren von 3; und
    • 5 ein Ablaufdiagramm einer Einstellphase zum Einstellen der Halteimpulsdauer für das Verfahren von 3.
  • Bezug nehmend auf 1 und 2 werden zunächst der Aufbau und die Funktionsweise einer Triac-Schaltung mit einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung beispielhaft erläutert.
  • Die Triac-Schaltung enthält eine Reihenschaltung aus einem Triac 1 und einer Last 2, die an einer Wechselspannungsquelle 3 angeschlossen ist. Der Triac 1 wird von einer Steuerschaltung 4 angesteuert.
  • Die Steuerschaltung 4 hat einen Impulsgenerator 6 zum Erzeugen von Gatestromimpulsen IP1, IP2 mit einem Gatestromwert IG, die an die Gate-Elektrode des Triacs 1 gelegt werden. Der Impulsgenerator 6 wird von einer Steuerung 5 betrieben. Zum Erkennen der richtigen Zeitpunkte der der Gatestromimpulse IP1, IP2 ist eine Phasensynchronisation 7 mit der Wechselspannungsquelle 3 vorgesehen. Die Steuerung 5 ist außerdem mit einem Speicher 8 zum Speichern verschiedener Parameterwerte, einem Timer 9 und einer Stromflussüberwachungseinrichtung zum Überwachen eines Stromflusses durch den Triac 1 verbunden. Die Stromflussüberwachungseinrichtung weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Spannungserfassungsvorrichtung 10 zum Erfassen einer Gatespannung UG zwischen der Gate-Elektrode und der Kathode des Triacs 1 auf.
  • Im ausgeschalteten bzw. blockierten Zustand ist der Triac 1 hochohmig und entspricht einem geöffneten Schalter und sperrt so den Strom IR durch den Triac 1 und damit auch durch die Last 2 (IR = 0). An der Gate-Elektrode des Triacs 1 liegt kein Gatestrom an (IG = 0). In diesem Betriebszustand fällt über der Last 2 keine Spannung ab (UR = 0) und fällt über dem Triac 1 die Wechselspannung UN ab (UT = UN). Wegen des fehlenden Stromflusses durch den Triac ist die Gatespannung UG = 0.
  • Nach einem Spannungsnulldurchgang tN0 wird der Triac 1 mit einem Gatestromimpuls IP1 mit einem Gatestromwert IG gezündet. Im gezündeten bzw. eingeschalteten Zustand ist der Triac 1 niederohmig und entspricht einem geschlossen Schalter, der einen Strom IR durch den Triac 1 und durch die Last 2 entsprechend der Wechselspannung UN ermöglicht. In diesem Betriebszustand fällt über der Last 2 etwa die Wechselspannung UN ab (UR = UN) und fällt über dem Triac 1 keine Spannung ab (UT = 0). Aufgrund des Stromflusses IR durch den Triac 1 ist eine Gatespannung UG erfassbar, die einen Grenzwert UGM überschreitet.
  • Die Zündimpulsdauer TL des Gatestromimpulses IP1 ist so gewählt, dass der Strom IR durch den Triac nach dem Ende des Gatestromimpulses IP1 einen Einraststromwert IL übersteigt, sodass der Triac 1 auch ohne Gatestrom IG eingeschaltet bleibt. Soll verhindert werden, dass sich der Triac 1 ausschaltet, wenn der Strom IR durch den Triac 1 einen Haltestromwert IH unterschreitet, so wird vor dem nächsten Spannungsnulldurchgang tN0 ein weiterer Gatestromimpuls IP2 an die Gate-Elektrode des Triacs 1 gelegt, um den Triac 1 eingeschaltet zu halten. Die Halteimpulsdauer TH des weiteren Gatestromimpulses IP2 ist so gewählt, dass der Strom IR durch den Triac zur Beginn des weiteren Gatestromimpulses IP2 noch über dem Haltestromwert IH liegt. Wird die Phasendauer einer Spannungshalbwelle mit TP bezeichnet, so wird der weitere Gatestromimpuls IP2 zu einem Zeitpunkt tn0 + TP - TH gestartet.
  • Diese grundsätzliche Funktionsweise eines Triacs und dessen Ansteuerung sind dem Fachmann bekannt. Auf eine detailliertere Erläuterung kann daher verzichtet werden.
  • Bezug nehmend auf 3 bis 5 wird nun beispielhaft ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ansteuerung des Triacs 1 in mehr Einzelheiten erläutert.
  • Wie in 3 bzw. in den 3A und 3B veranschaulicht, enthält das erfindungsgemäße Verfahren zum Ansteuern des Triacs 1 eine Einstellphase P10 und eine Betriebsphase P20, wobei die Betriebsphase in eine Zündphase P22, eine Überwachungsphase P24 und eine Haltephase P26 aufgegliedert werden kann.
  • In der Einstellphase P10 werden von der Steuerschaltung 4 eine Zündimpulsdauer TL für den Gatestromimpuls IP1 nach einem Spannungsnulldurchgang tN0 und eine Halteimpulsdauer TH für den weiteren Gatestromimpuls IP2 vor einem Spannungsnulldurchgang tN0 ermittelt, wie in 4 bzw. 5 veranschaulicht. Die Einstellphase P10 kann auch als Lernphase bezeichnet werden, da die Impulsdauern TL, TH nicht von einem Nutzer eingestellt, sondern von der Steuerschaltung 4 selbsttätig ermittelt werden.
  • Wie in 4 beispielhaft dargestellt, umfasst das Einstellen der Zündimpulsdauer TL in der Einstellphase P10 durch die Steuerschaltung 4 die Schritte S120 bis S126.
  • Im ersten Schritt S120 wird die Zündimpulsdauer TL zunächst auf einen niedrigen Anfangswert TL0 gesetzt. Dann wird bis auf Spannungsnulldurchgang tN0 gewartet (Schritt S121). Bei Erreichen des Spannungsnulldurchgangs tN0 („J“ in S121) wird im nächsten Schritt S122 ein Gatestromimpuls IP1 mit einem Gatestromwert IG und der Zündimpulsdauer TL an die Gate-Elektrode des Triacs 1 gelegt, um den Triac 1 einzuschalten. Nach Ablauf der Zündimpulsdauer TL wird in Schritt S123 der Gatestromimpuls IP1 beendet (IG = 0).
  • Danach prüft die Steuerung 5 mit Hilfe der Spannungserfassungsvorrichtung 10, ob die Gatespannung UG einen vorbestimmten Grenzwert UGM erreicht hat, um daraus auf das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Stromflusses durch den Triac 1 zu schließen. Existiert nach dem Ende des Gatestromimpulses IP1 ein Stromfluss durch den Triac 1 („J“ in S124), so ist die Zündimpulsdauer TL lang genug, damit der Strom IR durch den Triac den Einraststromwert IL übersteigt und der Triac 1 auch ohne Gatestrom IG eingeschaltet bleibt. In diesem Fall wird der aktuelle Wert der Zündimpulsdauer TL im Speicher 8 der Steuerschaltung 4 gespeichert (Schritt S125), um in der Zündphase P22 der Betriebsphase P20 für den Gatestromimpuls IP1 benutzt zu werden.
  • Existiert dagegen nach dem Ende des Gatestromimpulses IP1 kein Stromfluss durch den Triac 1 („N“ in S124), so ist die Zündimpulsdauer TL zu kurz, sodass Strom IR durch den Triac nicht den Einraststromwert IL erreicht und sich der Triac 1 ohne Gatestrom IG ausschaltet. In diesem Fall wird in Schritt S126 der aktuelle Wert der Zündimpulsdauer TL um eine Impulsdauerdifferenz dt erhöht und das Verfahren ab Schritt S122 (oder alternativ ab Schritt S121) so lange wiederholt bis die erhöhte Zündimpulsdauer TL ausreichend ist („J“ in S124).
  • Wie in 5 beispielhaft dargestellt, umfasst das Einstellen der Halteimpulsdauer TH in der Einstellphase P10 durch die Steuerschaltung 4 die Schritte S140 bis S144.
  • Im ersten Schritt S140 wird die Halteimpulsdauer TH zunächst auf einen Anfangswert TH0 gesetzt. Der Anfangswert kann zum Beispiel der ermittelten Zündimpulsdauer TL sein. Dann wird in Schritt S141 geprüft, ob zu Beginn des weiteren Gatestromimpulses IP2, d.h. zum Zeitpunkt tN0 + TP - TH noch Strom IR durch den Triac 1 fließt. Ist dies nicht der Fall („N“ in S141), so muss die Halteimpulsdauer TH in Schritt S142 erhöht werden, damit der weitere Gatestromimpuls IP2 früher beginnt. Die erhöhte Halteimpulsdauer TH wird dann in den Speicher 8 gespeichert (Schritt S143), um in der Haltephase P26 der Betriebsphase P20 für den weiteren Gatestromimpuls IP2 benutzt zu werden. Existiert dagegen zu Beginn des weiteren Gatestromimpulses IP2 noch ein Stromfluss IR durch den Triac 1 („J“ in S141), so wird die Halteimpulsdauer TH in Schritt S144 um dT verkürzt und das Verfahren geht zurück zu Schritt S141.
  • In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann auch auf die Einstellung der Halteimpulsdauer TH durch die Steuerschaltung 4 verzichtet werden. In diesem Fall wird die Halteimpulsdauer TH beispielsweise auf den Wert der ermittelten Zündimpulsdauer TL gesetzt, sodass der weitere Gatestromimpuls IP2 sicher ausreichend lang ist, damit der Triac vor dem nächsten Spannungsnulldurchgang tN0 eingeschaltet bleibt.
  • Nach Abschluss der beschriebenen Einstellphase P10 geht die Steuerschaltung 4 in die Betriebsphase P20 über, in der der Triac 1 gemäß den Einstellungen angesteuert wird und die ordnungsgemäße und energiesparende Funktionsweise des Triacs 1 überwacht werden.
  • Die Zündphase P22 der Betriebsphase P20 beginnt bei einem Spannungsnulldurchgang tN0 (Schritt S220). Zum Spannungsnulldurchgang tN0 wird der Gatestromimpuls IP1 gestartet (Schritt S222) und für die ermittelte Zündimpulsdauer TL aufrechterhalten (Schritt S224).
  • Nach Ablauf der Zündimpulsdauer TL („J“ in S224) wird der Gatestrom IG abgeschaltet (Schritt S240) und es beginnt die Überwachungsphase P24. In Schritt S241 wird durch die Spannungserfassungsvorrichtung 10 der Steuerschaltung 4 die Gatespannung UG erfasst. In Schritt S242 wird die erfasste Gatespannung UG mit einem vorbestimmten Grenzwert UGM verglichen. Erreicht die Gatespannung UG den Grenzwert UGM („J“ in S242), so erkennt die Steuerung 5 einen Stromfluss IR durch den Triac 1. Dies bedeutet, dass die Zündimpulsdauer TL für das Zünden des Triacs 1 ausreichend ist.
  • Erreicht die Gatespannung UG hingegen den Grenzwert UGM nicht („N“ in S242), so erkennt die Steuerung 5, dass kein Stromfluss IR durch den Triac 1 existiert. Dies bedeutet, dass die Zündimpulsdauer TL für das Zünden des Triacs 1 zu kurz war und sich der Triac 1 nach Beenden des Gatestromimpulses IP1 ausschaltet. In Schritt S243 wird deshalb sofort wieder der Gatestromimpuls IP1 aktiviert, um den Triac 1 einzuschalten. Danach wird die Überwachungsphase mit Schritt S240 fortgesetzt. Optional kann nach dem erneuten Aktivieren des Gatestromimpulses IP1 in Schritt S243 auch noch die Zündimpulsdauer TL angepasst werden. Diese Anpassung erfolgt zum Beispiel analog zur Einstellphase gemäß 4.
  • Bleibt der Triac 1 nach Beenden des Gatestromimpulses IP1 mit der Zündimpulsdauer TL oder des verlängerten Gatestromimpulses IP1 eingeschaltet, so wird bis zum Zeitpunkt tN0 + TP - TH des geplanten weiteren Gatestromimpulses IP2 gewartet. Solange dieser Zeitpunkt noch nicht erreicht ist („N“ in S245), wird durch die Spannungserfassungsvorrichtung 10 der Steuerschaltung 4 die Gatespannung UG erfasst (Schritt S246). In Schritt S247 wird die erfasste Gatespannung UG mit einem vorbestimmten Grenzwert UGM verglichen. Erreicht die Gatespannung UG den Grenzwert UGM („J“ in S247), so erkennt die Steuerung 5 einen Stromfluss IR durch den Triac 1. Dies bedeutet, dass der Triac 1 noch im eingeschalteten Zustand ist und der weitere Gatestromimpuls IP2 korrekterweise noch nicht gestartet werden musste. Die Überwachung des Stromflusses wird dann fortgesetzt.
  • Erreicht die Gatespannung UG hingegen den Grenzwert UGM nicht („N“ in S247), so erkennt die Steuerung 5, dass kein Stromfluss IR mehr durch den Triac 1 existiert. Dies bedeutet, dass die Halteimpulsdauer TH zu kurz ist und sich der Triac 1 bereits vor Beginn des weiteren Gatestromimpulses IP2 ausgeschaltet hat. In Schritt S248 wird deshalb sofort ein Gatestrom IG an den Triac 1 gelegt, um den Triac 1 wieder einzuschalten. Optional kann nach dem Aktivieren des Gatestroms IG in Schritt S248 auch noch die Halteimpulsdauer TH angepasst werden. Diese Anpassung erfolgt zum Beispiel analog zur Einstellphase gemäß 5.
  • Bleibt der Triac 1 hingegen bis zum geplanten Startzeitpunkt des weiteren Gatestromimpulses IP2 eingeschaltet („J“ in S247), so beginnt dann die Haltephase P26. In Schritt S260 wird dann der weitere Gatestromimpuls IP2 gestartet, um den Stromfluss IR durch den Triac 1 aufrechtzuerhalten, selbst wenn der Strom IR den Haltestromwert ICH unterschreitet. Der weitere Gatestromimpuls IP2 bleibt dann bis zum nächsten Spannungsnulldurchgang tN0 + TP erhalten (Schritt S261).
  • Die Betriebsphase P20 wird dann für die nächste Spannungshalbwelle mit den gleichen Schritten S220 bis S261 fortgesetzt.
  • Während die Erfindung oben anhand der 1 bis 5 am Beispiel einer Triac-Ansteuerung ohne Phasenwinkel erläutert worden ist, kann die vorliegende Erfindung auch in Zusammenhang mit einer sogenannten Phasenanschnittsteuerung realisiert werden. Bei einer Phasenanschnittsteuerung wird der Gatestromimpuls IP1 erst nach einem bestimmten Phasenwinkel W nach dem Spannungsnulldurchgang tN0 gestartet, wie in 2 angedeutet. Ebenso kann bei einer Phasenanschnittsteuerung der weitere Gatestromimpuls IP2 bereits einen bestimmten Phasenwinkel vor dem Spannungsnulldurchgang tN0 beendet werden.
  • Im Fall einer solchen Phasenanschnittsteuerung werden in der Einstellphase P10 von der Steuerschaltung 4 verschiedene Zündimpulsdauern TL und gegebenenfalls auch verschiedene Halteimpulsdauern TH für unterschiedliche Phasenwinkel W ermittelt. In der Betriebsphase P20 wählt die Steuerung 5 dann die ermittelten Impulsdauern TL, TH für den jeweils gewünschten Phasenwinkel W aus, um die Betriebsphase P20 mit diesen Impulsdauern TL, TH durchzuführen.
  • Während die Erfindung oben anhand der 1 bis 5 am Beispiel einer Triac-Schaltung erläutert worden ist, kann der Fachmann das Konzept der vorliegenden Erfindung auch auf die Ansteuerung eines Thyristors übertragen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Triac
    2
    Last
    3
    Wechselspannungsquelle
    4
    Steuerschaltung
    5
    Steuerung
    6
    Impulsgenerator
    7
    Phasensynchronisation
    8
    Speicher
    9
    Timer
    10
    Spannungserfassungsvorrichtung
    I
    Strom
    IG
    Gatestrom(wert)
    IH
    Haltestromwert
    IL
    Einraststromwert
    IP1
    Gatestromimpuls nach Spannungsnulldurchgang
    IP2
    Gatestromimpuls vor Spannungsnulldurchgang
    IR
    Strom durch Last bzw. Triac
    t
    Zeit
    dT
    Impulsdauerdifferenz
    TH
    Halteimpulsdauer
    TH0
    Anfangswert Halteimpulsdauer
    TL
    Zündimpulsdauer
    TL0
    Anfangswert Zündimpulsdauer
    tN0
    Zeitpunkt Spannungsnulldurchgang
    TP
    Phasendauer Spannungshalbwelle
    UG
    Gatespannung
    UGM
    Grenzwert Gatespannung
    UN
    Wechselspannung
    UR
    Spannungsabfall über Last
    UT
    Spannungsabfall über Triac
    W
    Phasenwinkel

Claims (11)

  1. Verfahren zum Ansteuern eines Thyristors oder Triacs (1), wobei der Thyristor oder Triac (1) nach einem Spannungsnulldurchgang (tN0) einer Wechselspannungsquelle (3) mittels eines Gatestromimpulses (IP1) von einer Steuerschaltung (4) gezündet wird, aufweisend: eine Einstellphase (P10), in der die Steuerschaltung (4) eine Zündimpulsdauer (TL) des Gatestromimpulses (IP1) zum Zünden des Thyristors oder Triacs (1), damit der Strom (IR) durch den Thyristor oder Triac (1) nach dem Ende des Gatestromimpulses (IP1) mindestens einen Einraststromwert (IL) erreicht, ermittelt (S120 - S125); und eine Betriebsphase (P20), in der die Steuerschaltung (4) den Thyristor oder Triac (1) nach einem Spannungsnulldurchgang (tN0) der Wechselspannungsquelle (3) mit einem Gatestromimpuls (IP1) mit der ermittelten Zündimpulsdauer (TL) ansteuert (S222, S224) und anschließend einen Stromfluss durch den Thyristor oder Triac (1) überwacht (S241, S242, S246, S247).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Steuerschaltung (4) die Zündimpulsdauer (TL) anpasst (S244), falls die Überwachung (S241, S242) ergibt, dass nach dem Ende des Gatestromimpulses (IP1) kein Stromfluss durch den Thyristor oder Triac (1) vorhanden ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Überwachung des Stromflusses durch den Thyristor oder Triac (1) anhand einer Gatespannung (UG) zwischen dem Gateanschluss und dem Kathodenanschluss des Thyristors oder Triacs (1) erfolgt (S241, S242, S246, S247).
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Steuerschaltung (4) in der Einstellphase (P10) ferner eine Halteimpulsdauer (TH) für einen weiteren Gatestromimpuls (IP2) vor einem Spannungsnulldurchgang (tN0) der Wechselspannungsquelle (3), damit der Strom (IR) durch den Thyristor oder Triac (1) vor dem Start des weiteren Gatestromimpulses (IP2) nicht einen Haltestromwert (IH) unterschreitet, ermittelt (S140 - S144); und die Steuerschaltung (4) in der Betriebsphase (P20) vor einem Spannungsnulldurchgang (tN0) der Wechselspannungsquelle (3) den Thyristor oder Triac (1) mit einem weiteren Gatestromimpuls (IP2) mit der ermittelten Halteimpulsdauer (TH) ansteuert (S260, S262).
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem die Steuerschaltung (4) die Halteimpulsdauer (TH) anpasst (S249), falls die Überwachung (S246, S247) ergibt, dass vor dem Start des weiteren Gatestromimpulses (IP2) kein Stromfluss durch den Thyristor oder Triac (1) vorhanden ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Thyristor oder Triac (1) erst nach einem vorbestimmten Phasenwinkel (W) nach einem Spannungsnulldurchgang (tN0) der Wechselspannungsquelle (3) mittels eines Gatestromimpulses (IP1) gezündet wird; die Steuerschaltung (4) in der Einstellphase (P10) die Zündimpulsdauer (TL) in Abhängigkeit von dem vorbestimmten Phasenwinkel (W) ermittelt; und die Steuerschaltung (4) den Thyristor oder Triac (1) in der Betriebsphase (P20) erst nach dem vorbestimmten Phasenwinkel (W) nach einem Spannungsnulldurchgang (tN0) der Wechselspannungsquelle (3) mit einem Gatestromimpuls (IP1) mit der ermittelten Zündimpulsdauer (TL) ansteuert (S222, S224).
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem die Steuerschaltung (4) in der Einstellphase (P10) mehrere verschiedene Zündimpulsdauern (TL) für unterschiedliche Phasenwinkel (W) ermittelt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Steuerschaltung (4) die Einstellphase (P10) regelmäßig wiederholt.
  9. Steuerschaltung (4) zur Ansteuerung eines Thyristors oder Triacs (1), aufweisend: einen Impulsgenerator (6) zum Erzeugen eines Gatestromimpulses (IP1, IP2) an einen Gateanschluss des Thyristors oder Triacs (1); eine Stromflussüberwachungseinrichtung (10) zum Überwachen eines Stromflusses durch den Thyristor oder Triac (1); und eine Steuerung (5), die mit dem Impulsgenerator (6) und der Stromflussüberwachungseinrichtung (10) verbunden ist, wobei die Steuerung (5) zum Durchführen eines Verfahrens zum Ansteuern eines Thyristors oder Triacs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgestaltet ist.
  10. Steuerschaltung nach Anspruch 9, bei welcher die Stromflussüberwachungseinrichtung eine Spannungserfassungsvorrichtung (10) zum Erfassen einer Gatespannung (UG) zwischen dem Gateanschluss und dem Kathodenanschluss des Thyristors oder Triacs (1) aufweist.
  11. Steuerschaltung nach Anspruch 9 oder 10, ferner aufweisend: einen Speicher (8), der mit der Steuerung (5) verbunden ist, zum Speichern der ermittelten Zündimpulsdauer (TL), der angepassten Zündimpulsdauer (TL), der ermittelten Halteimpulsdauer (TH) und der angepassten Halteimpulsdauer (TH).
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2325881A1 (de) * 1973-05-22 1974-11-28 Schwenk Kg Theben Werk Verfahren und schaltungsanordnung zum ein- und ausschalten eines halbleiterschalters im nulldurchgang der betriebswechselspannung
DE3037794A1 (de) * 1980-10-07 1982-04-15 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Nullspannungsschalter
DE3402793C1 (de) * 1984-01-27 1985-07-11 Telefunken electronic GmbH, 7100 Heilbronn Phasenanschnittsteuerung
DE68907761T2 (de) * 1988-03-31 1994-02-03 Philips Nv Schaltungsanordnung zur Erkennung des Überquerens eines festen Referenzspannungswertes durch eine Wechselspannung.
DE19850905A1 (de) * 1998-11-05 2000-05-18 Gerhard Kurz Vorrichtung zur Leistungssteuerung

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2922219C3 (de) * 1979-05-31 1982-03-11 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Elektronischer Sensor-Ein/Aus-Schalter
AUPN208295A0 (en) * 1995-03-31 1995-04-27 Philips Electronics Australia Limited Circuit arrangement for controlling a triac
US8816752B2 (en) * 2012-03-23 2014-08-26 Silicon Laboratories Inc. Adaptive triac controller

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2325881A1 (de) * 1973-05-22 1974-11-28 Schwenk Kg Theben Werk Verfahren und schaltungsanordnung zum ein- und ausschalten eines halbleiterschalters im nulldurchgang der betriebswechselspannung
DE3037794A1 (de) * 1980-10-07 1982-04-15 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Nullspannungsschalter
DE3402793C1 (de) * 1984-01-27 1985-07-11 Telefunken electronic GmbH, 7100 Heilbronn Phasenanschnittsteuerung
DE68907761T2 (de) * 1988-03-31 1994-02-03 Philips Nv Schaltungsanordnung zur Erkennung des Überquerens eines festen Referenzspannungswertes durch eine Wechselspannung.
DE19850905A1 (de) * 1998-11-05 2000-05-18 Gerhard Kurz Vorrichtung zur Leistungssteuerung

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