DE2304423B2

DE2304423B2 - Steuerschaltungsanordnung fuer einen thyristor

Info

Publication number: DE2304423B2
Application number: DE19732304423
Authority: DE
Inventors: Patrick Joseph Bound Brook N.J. Howard (V.St.A.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1972-02-02
Filing date: 1973-01-30
Publication date: 1977-12-29
Also published as: JPS4887357A; US3761800A; GB1409765A; CA988580A; DE2304423C3; DE2304423A1; JPS5331533B2

Description

20

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltungsanord- -to nung für einen zwischen eine Last und eine Wechselspannung geschalteten, in beiden Richtungen leitenden Thyristor, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs I vorausgesetzt ist.

Ein in beiden Richtungen leitender Thyristor mit drei Anschlüssen, der bei Anlegen eines Impulses an seiner Steuerdiode und einer Spannung geeigneter Polarität an seinen Hauptelektroden in den Leitungszustand geschaltet wird, wird auch als Triac bezeichnet. Die Richtung des Stromflusses durch den Triac hängt von >o der Polarität der an seinen Hauptelektroden liegenden Vorspannung ab.

Bei Thyristorregelschaltungen soll der Thyristor meist nur dann ein- oder ausgeschaltet werden, wenn die Netzwechselspannung gerade minimale Werte hat, « damit das Entstehen von Schaltüberspannungen und die damit einhergehenden elektrischen Störungen vermieden werden. In vielen Fällen kann ein solches synchrones Schalten durch die Verwendung eines Nulldurchgangsschalters erreicht werden, wie er bei- ω) spielsweise unter der Handelsbezeichnung RCA CA 3059 IC erhältlich ist. Derartige Schaltungen triggern den Thyristor mit Hilfe eines Steuerimpulses, der synchron mit den Spannung«- oder Süörndurchgängcn der Last auftritt. M

Aus der Zeitschrift »FJektronikpraxis«, Nr. 6 vom 24. Juni 1970, Seiten 34 bis 41, ist eine Steuerschaltungsanordnung der eingangs genannten Art bekannt, bei welcher das sogenannte Halbwellenphänomen uuflrili. welches darin besteht, daß infolge möglicher Instabilitäten bei der Steuerung des Thyristors die der Last zugeführte Anzahl positiver und negativer Halbwellen ungleich groß ist, so daß infolge dieser unsymmetrischen Halbwellenspeisung in der Netzleitung eine unerwünschte Gleichstromkomponente auftritt. Zur Vermeidung dieses Effekts sind in dieser Literaturstelle zwei Vorschläge gemacht: Der erste besteht darin, daß vom Ausgang eines im Nulldurchgangsdetektor enthaltenen Differenzverstärkers ein Rückkopplungszweig zu seinem Eingang geführt ist, der einen Hystereseeffeki bewirkt. Damit muß man aber den Nachteil einer Empfindlichkeitsbegrenzung gegenüber kleinen Eingangssignaländerungen in Kauf nehmen. Die zweite Methode zur Vermeidung unsymmetrischer Halbwellenspeisung ohne Hystereseverhalten besteht darin, daß man das Triac vom Verstärker nur bei positiven Halbwellen der Netzspannung triggern läßt und parallel zur Last eine Dioden-Widerstands-Kapazitätsschaltung legt, welche das Triac bei den negativen Halbwellen nochmals triggert. Auf diese Weise werden der Last nur vollständige Wechselspannungsschwingungen zugeführt; man muß damit aber wiederum in Kauf nehmen, daß men für diese zusätzliche Schaltung einen Hochspannungskondensator und einen hoch belastbaren Widerstand verwenden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerschaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine symmetrische Halbwellenspeisung der Last erfolgt, ohne daß Empfindlichkeitseinbußen in Kauf genommen werden müssen oder aufwendige Bauelemente benötigt wurden.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Maßnahmen wird in allen Betriebszuständen eine definierte Ansteuerung des Thyristors möglich, indem nämlich mit Hilfe der Differenzierschaltung Potentialänderungen an der Steuerelektrode des Thyristors während der Umkehr des den Thyristor durchfließenden Stromes abgefühlt werden. Die bei der Differenzierung dieser Potentialänderungen entstehenden Impulse werden einer Vergleichsschaltung als Teil von deren Eingangsspannung zugeführt und beeinflussen das von der Vergleichsschaltung an einem der Eingänge der den Thyristor unmittelbar ansteuernden Gatterschaltung gelieferte Ausgangssignal in der Weise, daß die Gatterschaltung nur dann ein Triggersignal an den Thyristor liefern kann, wenn gewährleistet ist, daß die der Last zugeführte Anzahl positiver und negativer Halbwellen gleich groD ist. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung bestehl also darin, daß die Spannung an der Steuerelektrode des Thyristors eine Aussage sowohl über die Richtung al; auch die Größe des vom Thyristor geschalteten Strome: enthält, da nämlich das Differentiationsergebnis, also di< von der Differenzierschaltung gelieferte Ausgangsspan nung, hinsichtlich Polarität und Amplitude von dei Richtung und der Größe der Stromänderung abhängl welche am Eingang der Differenzierschaltung auftritt.

Unter normalen Betriebsbedingungen liefert dii Steuerschaltung also ein Triggersignal an die Steuer elektrode des Thyristors, wenn das Potential an impuisfreigabeeingang dasjenige am Impulssperrein gang nennenswert überschreitet, während bei umge kehrten Potentialverhäitnissen die Erzeugung eine Triggerimpulses verhindert wird. Sind die Potentiale ar Impulsfreigabeeingang und am Impulssperreingan

■iwa gleich groß, dann liegen jedoch keine stabilen /erhältnisse vor, und es können Unsyinmetricn linsichilich der der Last zugeführten positiven und lega'.iven Halbwellen auftreten. Durch die auf den Leitungszustand des Thyristors während einer gegebenen Halbwelle im Wechselstrombeirieb ansprechende Einrichtung, welche ein Signal an einen der beiden Anschlüsse liefc/i, kann nun wahrend der erwähnten Zeiträume unstabilen Betriebs die Zuführung eines Triggersignals an die Steuerelektrode des Thyristors für die nachfolgende Halbwellendauer unterbunden werden, so daß sichergestellt ist, daß der Thyristor in diesen Zeiträumen nur während einer ganzen Anzahl von Wechselspannungsperioden leitend ist.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Darstellungen eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Schaltbild eines Triacs, wie es in der erfindungsgemäßen Schaltung verwendet wird,

F i g. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung unter Verwendung eines integrierten Nulldurchgangsschalters RCA CA 3059.

Fig.3 das Schaltbild des Nulldurchgangsschaliers RCA CA 3059, und

Fig.4 bis 6 eine Reihe von Kurvenformen zur Erläuterung des Betriebs der erfindungsgemäßen Schaltung.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß das Triac ein Festkörperbauelement mit drei Anschlüssen ist, dessen eine Hauptelektrode mit Ti, dessen zweite Hauptelektrode mit T₂ und dessen Steuerelektrode mit C bezeichnet ist. Das Triac leitet in beiden Richtungen, je nach der Polarität der zwischen seinen Hauptelektroden angelegten Spannung, und es läßt sich in jeder der vier nachstehend zusammengefaßten Betriebsarten in den Leitungszustand triggern. In der folgenden Tabelle sind sämtliche Potentiale auf ein an der Hauptelektrode T) liegendes Bezugspotential bezogen.

Betriebsquadrant

Vc

ι (+)	positiv	positiv
ι (-)	negativ	positiv
in (+)	positiv	negativ
111 (-)	negativ	negativ

Die Erfordernisse für die Steuerelektrodentriggerung des Triacs sind in jedem der vier Betriebsquadranten unterschiedlich, die größte Empfindlichkeit liegt im 1( + )- und im lll(-)-Betrieb.

Der Nulldurchgangsschalter RCA CA 3059 ist monolithisch in integrierter Form aufgebaut und eignet sich als Triggerschaltung zur Steuerung von Thyristoren. Die mehrstufige Schaltung enthält einen Diodenbegrenzer, einen Spannungsnulldurchgangsdetektor, einen Verstärker zum Abfühlen des Ein- und Ausschaltzustandes und eine Darlington-Treiberstufe zur Durchführung des grundsätzlichen Schaltvorgangs. Die Betriebsgleichspannung für die:se Stufen wird von einer eingebauten Spannungsstabilisierungsschaltung mit einer Zener-Diode geliefert, welche genügend stark belastbar ist, um auch äußere Schaltungselemente wie Transistoren und andere integrierte Schaltungen zu speisen. Ein wesentliches Merkmal des Nulldurchgangsschalters CA 3059 liegt darin, daß der von ihm erzeugte Triggerimpuls unmittelbar der Steuerelektrode eines Thyristors oder pines Triacs zugeführt werden kann. Eine eingebaute

Schutzschaltung verhindert eine Zuführung dieser Impulse zur Thyristorsteuerelektrode, wenn ein externer Fühler für die integrierte Schaltung unabsichtlicherweise geöffnet oder kurzgeschlossen sein sollte.

Die Betriebsweise des Nulldurchgangsschalters CA 3059 läßt sich zum besten anhand des Funktionsblockbildes nach F i g. 2 und des Schallplans nach F i g. 3 verstehen. Zu Erläuterungszwecken sei die erfindungsgemäße Schaltung im Zusammenhang mit einer Temperaturregelschaltung beschrieben, für welche sich der Nulldurchgangsschalter CA 3059 besonders gut eignet, und sämtliche Spannungen sind auf den Anschluß 7 des Nulldurchgangsschalters bezogen.

Gemäß F i g. 2 sind die Hauptelektroden Ti und T> des Triacs 20 in Reihe mit einer Last 25 zwischen zwei Eingangsklemmen A und ß geschaltet, an die eine Wechselspannungsquelle angeschlossen ist. Typischerweise, jedoch nicht ausschließlich, liefert die Wechselspannungsquelle 30 eine sinusförmige Spannung, wie dies in F i g. 2 angedeutet ist. Der Nulldurchgangsschalter CA 3059, der von der gestrichelten Linie umschlossen ist, ist zwischen die Eingangsklemmen A und S und die Steuerelektrode C des Triacs 20 geschallet. Man kann ihn jedoch auch indirekt an die Steuerelektrode G des Triacs ankoppeln, etwa durch einen Impulstransformator. Die dem Nulldurchgangsschalter CA 3059 zugeführte Betriebsgleichspannung wird von der Wechselspannung an den Anschlüssen A und B abgeleitet oder von einer äußeren Gleichspannungsquelle, welche nicht dargestellt ist, den Anschlüssen 2 und 7 zugeführt. Bei normaler Betriebsweise ist ein Vorwiderstand 32 erforderlich, welcher den Strom in der integrierten Schaltung begrenzt und welcher hinsichtlich seiner Bemessung vom mittleren Strom, welcher der Stromquelle 30 entnommen wird, abhängt. Da weiterhin die meisten Nulldurchgangsschalter Stromimpulse nur einer einzigen Polarität an die Steuerelektrode des Triacs liefern, im Falle des CA 3059 beispielsweise positive Impulse, sollte das Triac hinsichtlich seiner Betriebsweise entweder für positive [also in den Quadranten l(-l-) und lll( + )] oder negative [also in den Quadranten 1( —) und 111 (—)] Impulse gewählt wurden.

Zunächst begrenzt die Begrenzerstufe 40 des Nulldurchgangsschalters CA 3059 die Netzwechselspannung auf etwa ±8 V. Die so begrenzte Spannung wird dann dem Spannungsnulldurchgangsdetektor 42 zugeführt, der bei jedem Netzspannungsnulldurchgang einen Ausgangsimpuls liefert. Das vom Begrenzer gelieferte Signal wird ferner einer Gleiehrichlerdiode und einem äußeren Kondensator 34 zugeführt, welche zusammen eine Gleichspannungsquelle 44 bilden, die eine Spannung von etwa 6 V als Betriebsspannung V₁, für andere Stufen der integrierten Schaltung liefert. Der Verstärker 46 zum Abfühlen des Ein- und Ausschaltzustandes besteht grundsätzlich aus einer Differentialvergleichsschaltung. Die Ausgangsstufe 48 dient als Gatterschaltung und als Treiber für die unmittelbare Triggeransteuerung des Triacs 20. Sie liefert dann einei Triggerimpuls, wenn an ihren sämtlichen Eingängci hohe Spannungen liegen. Hierzu muß die Net/.spannun] der Spannungsquelle 30 gerade durch Null gehen; de Fühlverstärker 46 muß ein hohes Ausgangssigm liefern, die externe Spannung am Anschluß 1 muß ein logische »0« darstellen, die dann ihrerseits invertici wird und der Ausgangsstufe 48 von der Umkehrstufe A als hohes Eingangssignal zugeführt wird, und d; Ausgangssignal der Sicherheitsschaltung 50 muß ebei falls groß sein.

Fig. 3 zeigt das Schaltbild des Nulldurchgangsschalters CA 3059, gemäß welchem Dioden Di und D. eine symmetrische Klemmstufe bilden, die die Spannungen im Halbleitcrplättchen auf ±8 V begrenzt. Die Dioden D₇ und Di ι bilden einen Halbwcllcngleiehrichtcr, der am äußeren Speicherkondensator 34 (F-" i g. 2) eine positive Spannung entstehen läßt.

Ist der Nulldurchgangsschaltcr eingeschaltet (liefert er also über den Anschluß 4 ein Triggersignal an die Steuerelektrode G des Triacs 20), dann leiten die Transistoren Qn und Q₄, der Transistor Q? ist gesperrt und der Transistor Qt, ebenfalls leitend, jeder Vorgang, welcher den Transistor Qi zum Leiten bringt, bringt die Stcuerspannung für den Transistor Qn zum Verschwinden, so daß der Thyristor gesperrt werden kann. Der Transistor Qi kann durch Zuführen einer minimalen Spannung von 1,2 V bei einem Strom von 10 μΑ an den Anschluß 1, welcher ein äußerer Sperreingang ist, unmittelbar eingeschaltet werden. Steht eine größere Spannung als 2 V zur Verfügung, dann muß ein äußerer Widerstand zur Begrenzung des Stromes auf 1OmA eingefügt werden. Die Diode Dm isoliert die Basis des Transistors Qi von anderen Signalen, wenn ein äußeres Sperrsignal zugeführt wird, so daß dieses Signal für normalen Betrieb die erste Priorität hat. Der Transistor Qi kann ebenfalls durch Sperren des Transistors Qt, eingeschaltet werden, so daß Strom von der Stromquelle durch den Widerstand Ri und die Diode Dm zur Basis fließen kann. Der Transistor Q_b wird normalerweise durch den über den Widerstand R₁ und die Dioden D» und D₄ in seine Basis fließenden Strom eingeschaltet gehalten, wenn der Transistor Qi gesperrt ist.

Der Transistor Q\ ist ein Teil des Nulldurchgangsdctcklors 42. 1st die Spannung am Anschluß 5 größer als + 3 V. dann kann durch den Widerstand Ri und die Diode Db sowie die Basis-Emitter-Strecke des Transistors Q\ und die Diode D₄ ein Strom zum Anschluß 7 fließen, welcher den Transistor Q\ einschaltet und die Triggerimpulse unterbindet. Für negative Spannungen, die größer als 3 V sind, fließt der Strom durch die Diode D-,, die Emitter-Basis-Strecke des Transistors Qi, die Diode D) und den Widerstand R\ und schaltet den Transistor Qi wieder ein. Der Transistor Qi ist nur dann gesperrt, wenn die Spannung am Anschluß 5 kleiner als die Schwellenspannung von etwa 2 V ist.

Der Fühlverstärker 46 mit den Transistoren Q₁, Qj, Q₄ und Q-, macht den Nulldurchgangsschalter CA 3059 zu einer flexiblen Leistungssteuerschaltung. Die Transistorpaare Q2-Q₄ und Qi-Qs bilden kombinierte pnp-Transistoren hoher Stromverstärkung, deren Emitter Q₄ und Qi als Kollektor der kombinierten Schaltungen wirken. Diese beiden kombinierten Transistoren sind als Differenzverstärker geschaltet, wobei der Widerstand Ri als Konstantstromquelle wirkt. Der relative Stromfluß in den beiden »Kollektoren« hängt vom Spannungsunterschied zwischen den Basen der Transistoren Q> und Qi ab. Wenn also der Anschluß 13 positiver als der Anschluß 9 ist, dann fließt nur wenig oder gar kein Strom in den Kollektor des Transistorpaars Q₁-Qa: wenn der Anschluß 13 negativer als der Anschluß 9 ist, fließt der größte Teil des Stromes über diesen Weg und nicht zum Anschluß 8. Fließt Strom durch das Transistorpaar Qi-Q*. dann verläuft der Stromweg von der Stromquelle über den Widersland R_t, die Transistoren QrQi, durch die Basis-Emitter-Strceke des Transistors Qi und schließlich durch die Diode D₄ /um Anschluß 7. Wenn die Spannung Vn negativer als die Spannung V., ist. dann ist also der Transistor Qi

j")

4¹S

tV'i eingeschaltet und der Ausgang gesperrt.

Bei der in F i g. 2 veranschaulichten Tcniperatursteuerschallung wird die Spannung am Anschluß 9 des Nulldurchgangsschallers CA 3059 von der Spannungsquelle dadurch abgeleitet, daß die Anschlüsse 10 und 11 als Präzisionsspannungstcilcr geschaltet sind. Dieser Spannungsteiler formt einen Zweig einer Brückcnschaltung. deren anderer Zweig durch den Widerstand 52 und einen Temperaturfühler 54 mit negativem Temperalurkocffizionten in Form eines NTC-Elementes gebildet wird. Bei niedrigen Temperaturen ist die Spannung am Anschluß 13 infolge des großen Wertes des Elementes 54 positiv gegenüber der Spannung am Anschluß 9, so daß der Thyristor während jeder Halbwellc gelriggeit wird und der Last 25 leistung zugeführt wird. Wenn die Temperatur steigt, dann verringert sich der Widerstand des NTC-Elementcs, bis das Brückengleichgewicht erreicht ist und die Spannung V_u die Spannung V₄ erreicht. In diesem Moment wird das Transistorpaar Q₂-Qa eingeschaltet und unterbindet die Lieferung weiterer Triggerimpulse. Die Soll-Temperatur wird durch Veränderung des Wertes des Widerstandes 52 eingestellt. Für Kühlzweeke können entweder der Widerstand 52 und der Fühler 54 oder die Anschlüsse 9 und 13 vertauscht werden.

F i g. 4 zeigt die Lage und Breite der der Steuerelektrode des Thyristors vom Nulldurchgangsschalter gelieferten Impulse hinsichtlich der 60-Hz-Nctzwechselspannung. Unter normalen Betriebsbedingungen kann der Nulldurchgangsschalter genügend große Triggerspannungen und -ströme zur Triggerung der meisten Thyristoren bei Umgebungstemperaturen von 25^CC liefern. Unter sehr ungünstigen Betriebsbedingungen kann in manchen Anwendungen die Auswahl von Thyristoren mit höherem Strom erforderlich werden.

Die Art und Weise, in welcher der Nulldurchgangsschalter die Nulldurchgänge der Wechselspannung abfühlt, kann an der Steuerstelle das sogenannte Halbwellenphänomen verursachen. Fig. 5 veranschaulicht einen solchen Fall. Der Nulldurchgangsschaltcr stellt den Spannungsnulldurchgang bei jeder F-lalbwelle fest und erzeugt jeweils einen Ausgangsimpuls, der in F i g. 5 mit 1 bezeichnet ist. Während der nachfolgenden 8,3 Millisekunden kann der Verstärker jedoch seinen Zustand ändern, wenn die Spannung an den Eingangsanschlüssen 9 und 13 des Fühlverstärkers etwa gleich ist, so daß weitere Ausgangsimpulse unterbunden werden.

Dieser unstabile Betriebsbereich des Differenzverstärkers kann durch die Erzeugung eines zweiten Impulses verhindert werden. Wenn dieser fehlt, kann das Triac während der negativen Halbschwingungen der Netzwechselspannung gemäß Fig. 5 nicht getriggert werden.

Zur Ausschaltung dieses Halbwellenphänomens isl nun in Reihe mit der Steuerelektrode des Triacs eine Einrichtung geschaltet, die so gesteuert wird, daß sic ar den Impulsfreigabeeingang oder den lmpulssperreiri gang des Nulldurchgangsschalters das an der Haupt elektrode des Triacs T₂ auftretende Signal überträgt Gemäß F i g. 2 umfaßt diese Einrichtung einen Kondcn sator 60, der zwischen die Steuerelektrode G des Triac 20 und den Anschluß 9 des Nulldurchgangsschaltcr eingefügt ist. Ein Kapazitätswert von 0,001 μF hat siel als ausreichend erwiesen. Es kann jedoch andcrerscil auch wünschenswert sein, die durch diesen Kondcnsato gegebene Differenzierwirkung durch einen hochqualiU¹ liven Operationsverstärker zu bewirken.

Nimmt man an, daß die Netzspannung gerade elw

bei 0 V liegt, dann stellt die dem Anschluß I zugeführte äußere Spannung den logischen Wen »0« dar. die Sicherheitsschalumg liefen ein hohes Ausgangssignal, und es werden Impulse an die Steuerelektrode des T'riaes über den Anschluß 4 des Nulldurchgangsschalters geliefert, wenn das Potential am Anschluß 13 das Potential am Anschluß 9 nennenswert übersteigt. Unter den gleichen Bedingungen werden umgekehrt keine Triggerimpulse geliefert, wenn das Potential am Anschluß 9 dasjenige am Anschluß 13 nennenswert übersteigt. Sind die Potentiale an den Anschlüssen 9 und 13 etwa gleich, dann kann der Verstärker 4b entweder schalten oder auch nicht und je nach seiner Empfindlichkeit und inneren Hysterese bei der Lieferung seines hohen Ausgangssignals verbleiben. Darüber hinaus kann jede Welligkeit in der von der Gleichriehterschaltung aus der Net/.wechselspannung erzeugten Gleichspannung im Falle des unstabilen Bereichs des Verstärkerbetriebs dazu führen, daß der Verstärker je nach Polarität der zugeführten Weehselspannungshalbwelle in den hohen oder niedrigen Ausgangssignalzus'.ancl umgeschaltet wird. Als Ergebnis wird das Triac nur während positiver oder negativer Halbwollen in den l.eilungszustand geschaltet, wie dies in Fig. ϊ veranschaulicht ist.

Wenn nun der Kondensator 60 vorgesehen ist. wie es F i g. 2 veranschaulicht, und das Triac in den l( + )-Zustand geschaltet ist (also während der positiven Halbwelle ader zugeführten Wechselspannung yemr.ß Fig. 6), dann fließt ein konventioneller Strom \on Λ nach T\ und eine gegenüber Ti positive Spannung erscheint an der Steuerelektrode G des Tiiacs. Der Grund dafür liegt in dem Aufbau mit kurzgeschlossenen Emitter, wie es bei den meisten gegenwärtig erhältlichen Triaes der Fall ist, wodurch ni'-'lge des von den Hauptelektrode.!! des Triaes vii se'nc Steuerelektrode fließenden Stromes eine Spannung entsteht, deren Kurvenform der durch die Halbleiterübergänge der Steuerelektrode begrenzten Stromkurvenform entspricht. Anders ausgedrückt kann die Steuerelektrode im üblichen Fall als nichtlinearer Fühlwiderstand für den Triaclaststrom angesehen werden.

Wenn der durch das Triac 20 fließende Laststrom den Wert »0« erreicht, dann beginnt die Spannung an der Steuerelektrode G abzufallen. Die Geschwindigkeit des Spannungsabfallens d Vldt am Kondensator 60 führt zur lnduz'ierung eines »negativen« Stromes (i=CuV/dt). tier in den Anschluß 9 hineinfließt. Infolge dieses negativen Stromes am Anschluß 9 verringert sich das Potential an diesem Anschluß gegenüber dem Anschluß 13. so daß der Fühlvcrstärkcr 46 in seinem hohen Ausgangssignalzustand gehalten wird und ein Steuerimpuls 2' (F i g. 6) am Beginn der nachfolgenden Halbwelle (also der negativen Halbwolle b) dem Triac zugeführt wird, infolgedessen das Triac im lll( + )-Betrieb leitet, wobei ein konventioneller Strom von Ti nach T₂ fließt. Wenn das Triac im Zustand 111( + ) leitet, erscheint an seiner Steuerelektrode G eine gegenüber T₁ negative Spannung.

) Wenn der Laststrom im Triac auf Null ansteigt, bewirkt er, daß die negative Spannung an der Steuerelektrode ebenfalls auf Null steigt. Die Änderungsgeschwindigkeit dieser Spannung führt zur lnduzicrung eines positiven Stromes im Kondensator

in (7= Cd V/dt), der in den Anschluß 9 hineinfließt. Dieser positive Strom bringt das Potential am Anschluß 9 gegenüber dem Anschluß 13 zum Ansteigen, so daß der Verstärker abgeschaltet wird und die Übertragung eines Steuersignals (als Phantomsignal 3' dargestellt) zum

γ. Triac unterbindet, so daß das Triac während der nachfolgenden positiven I lalbwellc {als Phantomkurve c dargestellt) nicht leitet. Das Nichtleiten während der negativen Halbwelle d wird durch die Phasenverschiebung der Spannung zwischen den Anschlüssen 9 und 13

jo sichergestellt, die durch den Kondensator 60 bewirkt wird, welcher die Spannung am Vorspannungsanschluß 9 etwas positiv gegenüber der Spannung am Anschluß 13 zu Beginn der negativen Halbwelle werden läßt. Am Beginn der nächsten positiven Halbwelle c sind jedoch

j') die Polaritäten an den Anschlüssen 9 und 13 umgekehrt, so daß der Differenzverstärker in seinen hohen Ausgangssignalzustand umschalte! und dabei einen Triggerimpuls 5' zum Triac gelangen läßt, welches dann für den bleibenden Teil der Halbwelle eingeschaltet

in wird, d. h„ das Triac versucht, in seinen normalen positiven Halbwellenbetriebszustand zurückzukehren. Infolge des Differenzierkondensators 60 wird also der Halbwelleneffcki zugunsten eines abwechselnden Ganzwellenbetricbes (also u-b, C-I) unterbunden, so daß

j-, die Entstehung unerwünschter Gleichstromkomponenten in der Netzleitimg ausgeschaltet wird.

Die vorstehende Beschreibung gilt für den Betrieb der Schaltung in normaler Umgebung unter Verwendung eines Triaes mit kurzgeschlossenem Emitter.

4(i welches eine normale Steuerelektrodenimpedanz hat (wie es für die RCA Triaes 40 721 der Fall ist). Wenn die Schaltung in einer elektrisch gestörten Umgebung betrieben werden soll oder wenn ein Triac mit einer höheren als der normalen Steuerelekirodenimpedanz

■n verwendet wird (etwa ein »sensitive gate« Triac RCA 40 529) kann es wünschenswert sein, einen Überbrükkungswiderstand 65 zwischen die Steuerelektrode G und die Hauptelektrode Ti des Triaes zu schalten, wie es Fig. 2 veranschaulicht. Dieser Widerstand dient der

mi Verringerung der effektiven Impedanz zwischen der 1 laupielektrode 7Ί und der Steuerelektrode des Triac- und gewährleistet, daß genügend Strom im Kondensator 60 zum Fließen kommt. Typischerweise eignen siel Widerstandswerte von 100 Ohm für diesen Widerstand.

I l'icrzu 3 Blatt /eicununnen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuerschaltungsanordnung für einen zwischen eine Last und eine Wechselspannungsquelle geschalteten, in beiden Richtungen leitenden Thyristor mit kurzgeschlossenem Emitter mit einem über eine Gatterschaltung an die Steuerelektrode des Thyristors angeschlossenen Nulldurchgangsdetektor zur Triggerung des Thyristors in den Nulldurchgängen der Wechselspannung bei Anliegen eines Freigabesignals an einem Eingang der Gatterschaltung, und mit einer Vergleichsschaltung, die das Freigabesignal liefert, wenn ein Potentialunterschied in einer Richtung an ihren Eingängen liegt, bei entgegengesetzter Richtung des Potentialunterschiedes dagegen kein Freigabesignal liefert und bei etwa gleichen Potentialen an ihren Eingängen einen instabilen Zustand einnehmen kann, bei dem eine unsymmetrische Halbwellenspeisung der Last erfolgt, d a durch gekennzeichnet, daß mit der Steuerelektrode (G) des Thyristors (20) der Eingang einer Differenzierschaltung (60) verbunden ist, welche aufgrund von Änderungen des Steuerelektrodenpotentials während der in den Nulldurchgängen der Wechselspannung auftretenden Thyristorstromumkehr Ausgangsimpulse liefert, deren Polarität von der Nulldurchgangsrichtung abhängt und die der Vergleichsschaltung (46) als zusätzliches Eingangssignal (Anschluß 9) zur Freigabe der Gatterschaltung (48) während instabiler Zustände nur bei einer Polarität dieser Ausgangsimpulse zugeführt werden.

2. Steuerschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzierschaltung ein kapazitives Element (50) efithält.

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