DE2263867A1

DE2263867A1 - Steuerschaltung fuer thyristoren

Info

Publication number: DE2263867A1
Application number: DE2263867A
Authority: DE
Inventors: Georges Roger Guermeur; Daniel Seigneur
Original assignee: Societe Industrielle Honeywell Bull
Current assignee: Bull SA
Priority date: 1971-12-28
Filing date: 1972-12-28
Publication date: 1973-07-05
Also published as: US3848140A; JPS4877751A; GB1410672A; NL7215128A; JPS561873B2; FR2166512A5; BE793023A; IT972756B

Description

Steuerschaltung für Thyristoren

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für Thyristoren, die insbesondere für Bauelemente bestimmt ist, die aus zwei gegenparallelgeschalteten Thyristoren bestehen und als Triac, "Alternistor" oder Zweiwegthyristoren bekannt sind.

Es ist bekannt, daß die Steuerung von Thyristoren mittels einer Steuerelektrode erfolgt, die ja nachdem, ob ein Signal an sie angelegt wird oder nicht, den Thyristor, der an eine Speisequelle angeschlossen ist, öffnet oder sperrt. Im Falle eines Triac muß die Steuerspannung an die Steuerelektrode synchron mit dem Nulldurchgang der Wechselspannung an seinen Anschlüssen angelegt werden, um eine Stromvorderflanke C τπ: ) zu vermeiden, die in der Lage ist, den Triac zu zerstören.

Lei/Ba

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Es sind Steuerkreise bekannt, bei denen der Nulldurchgang der Spannung festgestellt wird und die Leitung des einen oder des anderen Thyristors hervorruft. Die so ermittelte Spannung ist jedoch die Spannung an den Anschlüssen der von Triac und Last gebildeten Gesamtanordnung. Dies bedeutet, daß, sobald die Last des Kreises induktiv ist, nicht mehr der Nulldurchgang der Klemmenspannung des Triacs ermittelt wird. Es ist jedoch gerade diese Spannung, die berücksichtigt werden muß. Im Falle einer induktiven Last muß daher eine von dem Netz getrennte Gleichstromversorgung vorgesehen werden.

Andrerseits ist es bei den im Handel erhältlichen integrierten Steuerschaltungen notwendig, die Stromversorgung vom Netz mittels eines Transformators zu trennen, wodurch der. Raumbedarf erhöht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Vorrichtungen zu beseitigen, und eine gute Arbeitsweise des Triäcs unabhängig von der Art der verwendeten Last und insbesondere bei Motoren zu ermöglichen.

Nach der Erfindung ist eine Steuerschaltung zur Steuerung der Steuerelektrode eines Thyristors oder eines Triacs durch Ermittlung des Nulldurchgangs seiner Klemmenspannung dadurch gekennzeichnet, daß ein an die Anschlüsse des Thyristors angeschloseener Gleichrichterkreis mit der Photoemissionsdiode eines Lichtkopplers verbunden ist, der einen ersten Transistor steuert, der zum Zeitpunkt des Nulldurchgangs der Klemmenspannung ein Signal zu der Steuerelektrode des Thyristors sendet.

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Die Auslösung wird dann nur beim Nulldurchgang der Wechselspannung an den Anschlüssen des Triacs bewirkt. Dies ermöglicht die Verwendung einer beliebigen Last, die Begrenzung des Parameters dl/dt des Triacs, wodurch seine Lebensdauer erhöht wird, den Betrieb mit einer- oder dreiphasigem Strom und die Verwendung von über einen großen Bereich verteilten Speisespannungen. Die Verwendung eines Lichtkopplers ermöglicht eine gute Trennung der Steuer- und Leistungskreise ohne Zuhilfenahme eines Transformators .

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 3 beispielsweise erläutert. Es zeigen:

Fig.1 ein Prinzipschaltbild,

Fig.2 eine Schaltung für kontinuierlichen Betrieb, und

Fig.3 eine Schaltung für Impulsbetrieb.

In Fig.1 ist der Triac 1 in Serie mit einer Last 2, deren Leistungsfaktor beliebig sein kann, an die Klemmen 3 und 4 einer Wechselspannungsquelle angeschlossen. Parallel zu der aus Triac und Last bestehenden Anordnung wird ein Verstärker von einer Gleichrichterstufe 5 mit einer Gleichspannung gespeist. Der Verstärker 7 ist mit einem Lichtkoppler 8 verbunden, der das Ausgangssignal der Null-Detektorstufe 9 erhält.

Bei jedem Nulldurchgang der Klemmenspannung des Triacs legt der Verstärker 7 an die Steuerelektrode 10 des Triacs ein Steuersignal an, das einen Weg sperrt und den entgegengesetzt gerichteten Weg öffnet. An den Anschlüssen des Triacs schützt ein Kreis 11, der aus einem Widerstand und einem Kondensator besteht, die in Reihe geschaltet sind, diesen gegen Überspannungen ( SJ ). ■

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Fig.2 zeigt das vollständige Schaltbild , wobei die Bezugszeichen der Fig.1 für die gleichen Teile beibehalten wurden. Die Steuerung des Steuerelektrodenkreises hängt von dem Zustand eines Schalters 12 ab, der zwei Stellungen einnehmen kann,nämlich eine Arbeitsstellung T und eine Ruhestellung R. Der Null-Dätektorkreis 9 besteht aus einer Diodenbrücke, deren eine Diagonale an die Anschlüsse des Triacs 1 angeschlossen ist und dere zweite Diagonale über einen Widerstand 22 an die Anschlüsse einer Photoemissionsdiode 14 angeschlossen ist. Diese Diode 14 ist in einem Gehäuse gegenüber einem Phototransistor oder einer Photoempfangsdiode 15 angeordnet. Eine Zenerdiode 13 hat die Aufgabe, die Photoemissionsdiode zu schützen, wenn der Triac defekt ist.

Das Ausgangssignal des Phototransistor 15 wird an die Basis eines PNP-Verstärkungstransistors 16 gelegt, dessen Speisegleichspannung mittels eines Transistors 17 erhalten wird, dessen Basis mit dem Anschluß T über eine Diode 27 und die Widerstände 24 und 25 verbunden ist, die durch den Kondensator 26 entkoppelt sind.

Der Emitter des Transistors 17 ist an den Anschluß 4 und der Kollektor über die Diode 6 und den Widerstand 21 an den Anschluß 3 angeschlossen. Eine Zenerdiode 20 ist zwischen Kollektor und Emitter geschaltet.

Diese Schaltung arbeitet in folgender Weise:

Wenn der Schalter 12, der beispielsweise der Umschaltkontakt eines Relais ist, in der Ruhestellung R ist, schließt der Transistor 17, der dann stromführend ist, die Spannung an den Anschlüssen der Zenerdiode 20 kurz, der Transistor 16 wird nicht gespeist und es ereignet sich nichts.

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Wenn der Schalter 12 in die Arbeitsstellung T gebracht wird, wird der Transistor 17 gesperrt und die Speisespannung wird über die Last 2 an die Anschlüsse des Triacs angelegt. Die Diodenbrücke richtet die Vechselspannung gleich. Wenn im Moment der Betätigung des Schalters 12 die Photoemissionsdiode 14 einen Lichtstrom zu dem Transistor 15 sendet, ereignet sich nichts, da der Transistor 16 gesperrt ist. Dagegen erhält der Phototransistor 15 beim ersten Null Durchgang kein Licht mehr und wird gesperrt. Der Transistor 16 öffnet und sendet über den Widerstand 28 ein Signal zu der Steuerelektrode 10 des Triacs. Letzterer wird gezündet und durch die Photoemissionsdiode 14 fließt kein Strom mehr, da der Triac leitend -ist. Der Transistor 16 bleibt im Sättigungszustand, wodurch ein permanenter Strom in der Steuerelektrode 10 aufrecht erhalten wird. Wenn der Schalter 12' in die rtellung R gebracht wird, geht der Transistor 17 aufgrund des Signals, das über den aus der Diode 27 und den Widerständen 24 und 25 bestehenden Kreis an seine Basis angelegt wird, von dem gesperrten in den gesättigten Zustand über. Dadurch wird die Gleichstromspeisung der Steuer schaltung verhindert. Außerdem ist ersichtlich, daß, sobald der Schalter 12 in die Stellung R gebracht wird, der Triac beim Null-Durchgang gelöscht wird, da die Steuerelektrode auf dem gleichen Potential wie ler Anschluß T1 des Triacs ist.

Bei der in Fig.2 gezeigten Schaltung wird der Strom der Steuerelektrode während der gesamten Arbeitszeit des Triacs zugeführt, obgleich dieses Signal nur zumZeitpunkt der Zündung notwendig ist. Es ergibt sich dadurch ein geringer Energieverlust, der nicht berücksichtigt wird.

Fig.3 zeigt eine Fchaltung, bei der die Steuerung der Steuerelektrode beim Nulldurchgang der Spannung an den Anschlüssen des Triacs mittels Impulsen erreicht wird. Diese Schaltung enthält wieder den größten Teil der

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bereits beschriebenen Teile, die wieder die gleichen Bezugszeichen haben. Der Speisekreis 5 und die Verstärkerstufe 7 der Fig.1 bestehen aus drei Transistoren 29, 31 und 32 und einem Thyristor 30. Die Transistoren 31 und 32 und der Thyristor 30 haben den Zweck, die Erzeugung eines Impulses durch den Transistor 29 auszulösen, der an die Steuerelektrode 10 des Triacs 1 angelegt wird. Verschiedene Elemente, ■ die sich in bekannter Weise auf die Vorspannung der Transistoren beziehen, sind nicht mit Bezugszeichen versehen.

Die Schaltung von Fig.3 arbeitet in folgender Weise: Wenn der Schalter 12, welcher der Arbeitskontakt eines Relais sein kann, in der Ruhestellung, d.h. offen ist, sind die Transistoren 29, 31 und 32 gesperrt. Der Steuerelektrode wird kein Strom zugeführt und der Triac ist gesperrt. Wenn der Schalter 12 geschlossen ist, öffnet der Transistor 32 und ein ftrom fließt in der Photoemissionsdiode 14. Der Phototransistor 15 sendet ein Signal zu der Basis des NPN-Transistors 31 und bringt diesen in denSättigungszustand, wobei der auf Null Volt befindliche Kollektor des Transistors 31 die Zündung des Thyristors 30 während einer Halbperiode oder eines Teils einer Halbperiode verhindert, je nach dem Zeitpunkt t der Schließung des Schalters 12 bezüglich des Nulldurchgangs der sinusförmigen Spannung an den Anschlüssen des Triacs. Beim Nulldurchgang wird der Transistor 31 wieder gesperrt und der Thyristor zündet. Die gleichgerichtete Spannung steigt und sättigt den Transistor 31 mittels des Phototransistor 15 wieder. Der Transistors 29 erhält an seiner Basis und an seinem Emitter Signale, die ihn leitend machen und die jeweils von dem Kollektor des Transistors 31 und dem Kollektor des Transistors 32 über den Thyristor 30 kommen. Er speist über seinen

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Kollektor die Steuerelektrode 10, die den Triac 1 zündet. Während der Halbperiode emittiert die Photoemissionsdiode 14 kein Licht mehr, und der Transistor 31 wird gesperrt und sperrt den Transistor 29 wieder.

Bei jedem Nulldurchgang wiederholt sich der Zyklus. Die Breite der an die Steuerelektrode angelegten Impulse ist der Zündzeit des Triaes direkt proportional, wobei der Proportionalitätsfaktor durch eine geeignete Bemessung der Größe der Schaltungselemente, insbesondere der Widerstände gewählt werden kann. Die Steuerelektrode wird in diesem Fall durch Impulse gesteuert, wodurch der Energieverlust in der Steuerelektrode vermindert wird. Diese Impulse können selbstverständlich durch andere gleichwertige Schaltungen erhalten werden.

Die verschiedenen beschriebenen Schaltungen ermöglichen die Verwendung von Triaes unabhängig von der Art der Last. Sie können mittels diskreter Bauelemente oder in integrierter Form verv/irklicht werden. Die Integration kann leicht für den in Fig.3 von einergestrichelten Linie umgebenen Teil der Schaltung erreicht werden. Die Einschaltung eines Lichtkopplers ermöglicht vom elektrischen Standpunkt eine gute Trennung des Leistungsteils und des Steuerteils. Selbstverständlich können diese Schaltungen auch mit gegenparallel geschalteten Thyristoren oder mit nur einem einzigen Thyristor verwendet werden.

PatentansOrüche

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Claims

-S-

Patentanspr (lc h e

.^Steuerschaltung zur Steuerung der Steuerelektrode eines ^""^ Thyristors oder eines Triacs darch Ermittlung des Nulldurchgangs seiner Klemmenspannung, dadurch gekennzeichnet, daß ein an die Anschlüsse des Thyristors angeschlossener Gleichrichterkreis mit der Photoemissionsdiode eines Lichtkopplers verbunden ist, der einen ersten Transistor steuert, der zum Zeitpunkt des Nulldurchgangs der Klemmenspannung ein Signal zu der Steuerelektrode des Thyristors sendet.
2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisespannung des ersten Transistors an den Anschlüssen einer Zenerdiode abgegriffen wird, deren Anode mit der einen und deren Katode mit der anderen Speiseleitung über einen V»'iderstand und eine Diode verbunden ist, und daß ein zweiter Transistor, dessen Basis mit dem Gleichrichterkreis verbunden ist, parallel zu der Zenerdiode geschaltet ist.
3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor eines der Elemente eines Triacs ist, daß der Gleichrichterkreis aus einer Diodenbrücke besteht, deren eine Diagonale an die Anschlüsse des Triacs angeschlossen ist, daß die Photoemissionsdiode des Lichtkopplers an die zweite Diagonale angeschlossen ist und daß die Basis des ersten Transistors an den Photoempfänger des Lichtkopplers angeschlossen ist.
4. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor beim Nulldurchgang der Klemmenspannung von einem dritten Transistor über einen Thyristor und von einem zweiten Transistor gesteuert wird, dessen Basis mit dem Photoempfänger des Lichtkopplers verbunden ist, um das der Steuerelektrode zugeführte Signal auf einen Impuls zu begrenzen.

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