DE2304423C3

DE2304423C3 - Steuerschaltungsanordnung für einen Thyristor

Info

Publication number: DE2304423C3
Application number: DE2304423A
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: 1978-08-24
Also published as: JPS4887357A; GB1409765A; JPS5331533B2; CA988580A; DE2304423A1; US3761800A; DE2304423B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltungsanordnung für einen zwischen eine Last und eine Wechselspannung geschalteten, in beiden Richtungen leitenden Thyristor, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 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 w 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 beispielsweise unter der Handelsbezeichnung RCA CA 3059 IC erhältlich ist. Derartige Schaltungen triggern den Thyristor mit Hilfe eines Steuerimpulses, der synchron mit den Spannungs- oder Stromdurchgängen der Last auftritt. μ

Aus der Zeitschrift »Elektronikpraxis«, Nr. 6 vom 24. Juni 1970, Seiten 34 bis 41, ist eine .Steuerschaltungsanordnung der eingangs genannten Art bekannt, bei welcher das sogenannte Halbwellenphänomcn auftritt, 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 Rückkopplungszw°ig zu seinem Eingang geführt ist, der einen Hystereseeffekt bewirkt Damit muß man aber den Nachteil einer Empfindlichkeitsbegrenzung gegenüber kleinen Eingangssignaländerungen in Kauf nehmen. Die zweite Methode zur Vermeidung unsymmetrischer Halbwel-Ir nspeisung 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 man 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 würden.

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 groß ist. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht also darin, daß die Spannung an der Steuerelektrode des Thyristors eine Aussage sowohl über die Richtung als auch die Größe des vom Thyristor geschalteten Stromes enthält, da nämlich das Differentiationsergebnis, also die von der Differenzierschaltung gelieferte Ausgangsspannung, hinsichtlich Polarität und Amplitude von der Richtung und der Größe der Stromänderung abhängt, welche am Eingang der Differenzierschaltung auftritt.

Unter normalen Betriebsbedingungen liefert die Steuerschaltung also ein Triggersignal an die Steuerelektrode des Thyristors, wenn das Potential am Impulsfreigabeeingang dasjenige am Impulssperreingang nennenswert überschreitet, während bei umgekehrten Potentialverhiltnissen die Erzeugung eines Triggerimpulses verhindert wird. Sind die Potentiale am Impulsfreigabeeingang und am Impulssperreingang

gleich groß, dann liegen jedoch keine stabilen Verhältnisse vor, und es können I Asymmetrien hinsichtlich der der Last ziigeführten positiven und negativen Halbwellen auftreten. Durch die auf den Leitungszustand des Thyristors während einer gegebenen Halbwelle im Wechselstrombetrieb ansprechende Einrichtung, welche ein Signal an einen der beiden Anschlüsse liefert, kann nun während 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

Fig.l das Schaltbild eines Trincs, 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 Nulldurchgangsschalters RCA CA 3059, und

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

Aus Fig.l ist ersichtlich, daß das Triac ein Festkörperbauelement mit drei Anschlüssen ist, dessen eine Hauptelektrode mit Ti, dessen zweite Hauptelektrode mit Ti 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 7Ί liegendes Bezugspotential bezogen.

Betriebsquadrant

Vc

III (-)

positiv
negativ
positiv
negativ

positiv
positiv
negativ
negativ

Die Erfordernisse für die Steuerelekirodentriggerung des Triacs sind in jedem der vier Betriebsquadranten unterschiedlich, die größte Empfindlichkeit liegt im l( +)- und im 111( -)- Betrieb.

Der Nulldurchgangsschülter RCA CA 3059 ist monolithisch in integrierter Form aufgebaut und eignet sich als Triggersrhaltung zur Steuerung von Thyristoren. Die mehrstufige Schaltung enthält einen Diodenbegrenzer, einen Spannungsnul|durchgangsde!ektor, einen Verstärker zum Abfühlen des Ein- und Ausschaltzustandes und eine Darlington-Treiberstufe zur Durchführung des grundsätzlichen Schaltvorgangs. Die Betriebsgleichspannung für diese 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 eines 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 Schaltplans 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 B geschaltet, an die eine Wechselspannungsquelle angeschlossen ist. Typischerweise, jedoch nicht ausschließlich, liefert die Wechselspannungsquelle 30 eine sinusförmige Spannung, wie dies in Fi g. 2 angedeutet ist Der Nulldurchgangsschalter CA 3059, der von der gestrichelten Linie umschlossen ist, ist zwischen die Eingangsklemmen A und B und die Steuerelektrode C des Triacs 20 -geschaltet. Man kann ihn jedoch auch indirekt an die Steuei elektrode 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

_J0 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 I( + ) und lll( + )] oder negative [also in den Quadranten l( -) und III (—)] Impulse gewählt werden.

Zunächst begrenzt die Begrenzerstufe 40 des Nullüurchgangsschalters 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 Gleichrichterdiode und einem äußeren Kondensator 34 zugeführt, welche zusammen eine Gleichspannungsquelle 44 bilden, die eine Spannung von etwa 6 V als Betriebsspannung V_tv für andere Stufen der integrierten Schaltung liefert. Der Verstärker 46 zum Abfühlen des Ein- und Ausschaltzu-Standes besteht grundsätzlich aus einer Differentialvergleichs^chaltung. Die Ausgangsstufe 48 dient als Gatterschaltung und als Treiber für die unmittelbare Triggeransteuerung cies Triacs 20. Sie liefert dann einen Triggerimpuls, wenn an ihren sämtlichen Eingängen

_b0 hohe Spannungen liegen. Hierzu muß die Netzspannung der Spannungsqueile 30 gerade durch Null gehen; der Fühlverstärker 46 muß ein hohes Ausgangssignal liefern, die externe Spannung am Anschluß 1 muß eine logische »0« darstellen, die dann ihrerseits ir/verticrt

_b5 wird und der Ausgangsstufe 48 von der Umkehrstufe 43 als hohes Eingangssignal zugeführt wird, und das Ausgangssignal der Srherheitsschaltung 50 muß ebenfalls groß sein.

I ι g. 3 zeigt das Schaltbild des Nulklurchgangssehallers (A 3059. gemäß welchem Dioden D₁ und D- eine symmetrische Klemmslufe bilden, die die Spannungen im Halbleiierplätiehen auf ±8 V begrcn/.t. Die Dioden D: und D, t bilden einen I lalbwcllenglcichrichier. der am äußeren Speicherkondensator 34 (K ig. 2) eine positive Spannung entstehen läßt.

Ist der Niilldurchgangsschalter eingeschaltet (liefert er also über den Anschluß 4 ein Triggersignal an die Steuerelektrode G des Triacs 20). dann leiten die Transistoren Qn und Qx. der Transistor Q/ ist gesperrt und der Transistor Q* ebenfalls leitend, leder Vorgang, welcher den Transistor Q₁ /um Leiten bringt, bringt die .Steuerspannung für den Transistor Qn zum Vcrschwin den. 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 μΛ an den Anschluß 1. welcher ein äußerer Sperrcingang ist.

eingeschaltet und der Ausgang gesperrt.

Bei der in I'ig. 2 veranschaulichten Temperatiirsteu erschaltung wird die Spannung am Anschluß 9 de Nulldurchgangsschalters CA 3059 von der Spannungs quelle dadurch abgeleitet, daß die Anschlüsse 10 und I als Prä/isionsspanniingstciler geschaltet sind. Diesel Spannungsteiler formt einen Zweig einer Brückensehal lung, deren anderer Zweig durch den Widerstand 52 tine einen Temperaturfühler 54 mit negativem Temperatur koeffi/ientcn in Form eines NTC-Elementes gebildcl wird. Bei niedrigen Temperaturen ist die Spannung an¹ Anschluß Π infolge des großen Wertes des Elemente« 54 positiv gegenüber der Spannung am Anschluß 9. S( daß der Thyristor während jeder llalbwclle gctriggcr wird und der Last 25 Leistung zugeführt wird. Wenn dk Temperatur steigt, dann verringert sich der Widerstanc des NTC-Elementes. bis das Brückcngleichgewich erreicht ist und die Spannung Vn die Spannung V.

ti I CIV. lit. Ill 1111.ItHI

I * I * J1111_ 111

lU UtI^ I I (IIIM.MWI

Spannung als 2 V zur Verfügung, dann muß ein äußerer Widerstand zur Begrenzung des Stromes auf 1OmA eingefügt werden. Die Diode D\n 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 Q-, kann ebenfalls durch Sperren des Transistors Qt, eingeschaltet werden, so daß Strom von der Stromquelle durch den Widerstand R- und die Diode D_in zur Basis fließen kann. Der Transistor ζλ wird normalerweise durch den über den Widerstand /?» und die Dioden Dv und IX in seine Basis fließenden Strom eingeschaltet gehalten, wenn der Transistor C?i gesperrt ist.

Der Transistor Q ist ein Teil des Nulldurchgangsdetektors 42. Ist die Spannung am Anschluß 5 größer als + 3 V. dann kann durch den Widerstand R, und die Diode D- sowie die Basis-Emitter-Strecke des Transistors Q und die Diode Di ein Strom zum Anschluß 7 fließen, welcher den Transistor Qi einschaltet und die Triggerimpulse unterbindet. Für negative Spannungen, die größer als 3 V sind, fließt der Strom durch die Diode D₁. d;e Emitter-Basis-Strecke des Transistors Q\, die Diode D, und den Widerstand R\ und schaltet den Transistor Q wieder ein. Der Transistor Q\ ist nur dann gesperrt, wenn die Spannung am Anschluß 5 kleiner als die Sehwellenspannung von etwa 2 V ist.

Der F iihlverstärker46 mit den Transistoren Q;. Q₁. Q₁ und Q macht den Nulldurchgangsschalter CA 3059 /u einer flexiblen Leistungssteuerschaltung. Die Transistorpaare QtQi und QrQ- bilden kombinierte pnp-Transistoren hoher Stromverstärkung, deren Emitter Qi und Q- als Kollektor der kombinierten Schaltungen wirken. Diese beiden kombinierten Transistoren sind als Differenzverstärker geschaltet, wobei der Widerstand R₁ als Konstantstromquelle wirkt. Der relative Stromfluß in den beiden »Kollektoren« hängt vom Spannungsunterschied zwischen den Basen der Transistoren Qj 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 QrQf, 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 Q2-Q1. dann verläuft der Stromweg von der Stromquelle über den Widerstand K₅, die Transisto ren Qy-Qi. durch die Basis-Emitter-Strecke des Transistors Q\ und schließlich durch die Diode D_t zum Anschluß 7. Wenn die Spannung V_u negativer als die Spannung V> ist. dann ist also der Transistor Q-,

60 Qy-Qi eingeschaltet und unterbindet die Lieferung weiterer Triggerimpulsc. Die Soll-Temperatur wire durch Veränderung des Wertes des Widerstandes eingestellt. Für Kühlzweckc können entweder dei Widerstand 52 und der Fühler 54 oder die Anschlüsse ' und 13 vertauscht werden.

Fig. 4 zeigt die Lage und Breite der der Steuerelek trode des Thyristors vom Nulldurchgangsschallci gelieferter. Impulse hinsichtlich der 60-Hz-Netzwech selspannung. Unter normalen Betriebsbedingungcr kann der Nulldurchgangsschalter genügend großt Triggerspannungen und -ströme z.;r Triggerung dei meisten Thyristoren bei Umgebungstemperaturen vor 25 C liefern. Unter sehr ungünstigen Bctriebsbedingun gen kann in manchen Anwendungen die Auswahl vor Thyristoren mit höherem Strom erforderlich werden.

Die Art und Weise, in welcher der Nulldurchgangs schalter die Nulldurchgänge der Wechselspannung abfühlt, kann an der Stcuerstelle das sogenannte Fiaibweilenphänomen verursachen. F i g. 5 veranschau licht einen solchen Fall. Der Nulldurchgangsschaltei stellt den .Spannungsnulldurchgang bei jeder Halbwelk fest und erzeugt jeweils einen Ausgangsimpuls, der ir F i g. 5 mit 1 bezeichnet ist. Während der nachfolgender 8.3 Millisekunden kann der Verstärker jedoch seiner Zustand ändern, wenn die Spannung an den Eingangs anschlössen 9 und 13 des Fühlverstärkers etwa gleich ist so daß weitere Ausgangsimpulse unterbunden werden.

Dieser unstabile Betriebsbereich des Differenzver stärkers kann durch die Erzeugung eines zweiter Impulses verhindert werden. Wenn dieser fehlt, kanr das Triac während der negativen Halbschwingun_fecr der Netzwechselspannung gemäß F i g. 5 nicht getrig gen werden.

Zur Ausschaltung dieses Halbwellenphänomens is nun in Reihe mit der Steuerelektrode des Triacs eine Einrichtung geschaltet, die so gesteuert wird, daß sie ar den Impulsfreigabeeingang oder den Impulssperrein gang des Nulldurchgangsschalters das an der Haupt elektrode des Triacs T7 auftretende Signal überträgt Gemäß F i g. 2 umfaßt diese Einrichtung einen Konden sator 60, der zwischen die Steuerelektrode G des Triac 20 und den Anschluß 9 des Nulldurchgangsschalten eingefügt ist. Ein Kapazitätswert von 0,001 \lF hat sicf als ausreichend erwiesen. Es kann jedoch andererseit« auch wünschenswert sein, die durch diesen Kondensatoi gegebene Differenzierwirkung durch einen hochquaiita tiven Operationsverstärker zu bewirken.

Nimmt man an, daß die Netzspannung gerade etw<

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bei O V liegt, dann stellt die dem Anschluß 1 /ugeführtc äußere Spannung den logischen Wen »0« dar. die Sicherheitsschaltung liefert ein hohes Ausgangssignal, und es werden Impulse an die Steuerelektrode des Triacs über dc'n 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 Τ·· ggerimpulse 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 46 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 Gleichrichterschaltung aus der Netzwechselspannung erzeugten Gleichspannung im Falle des unstabilen Bereichs des Verstärkerbetriebs dazu führen, daß der Verstärker je nfich Polarität der 7u"e

welle in den hohen oder niedrigen Ausgangssignalzustand umgeschaltet wird. Als Ergebnis wird das Triac nur während positiver oder negativer Halbwellen in den Leitungszustand geschaltet, wie dies in Fig. 5 veranschaulicht ist.

Wenn nun der Kondensator 60 vorgesehen ist. wie es Fig. 2 veranschaulicht, und das Triac in den l( + )-Zustand geschaltet ist (also während der positiven Halbwelle a der zugeführten Wechselspannung gemäß F i g. 6). dann fließt ein konventioneller Strom von T2 nach T] und eine gegenüber Γι positive Spannung .."scheint an der Steuerelektrode C des Triacs. Der Grund dafür liegt in dem Aufbau mit kurzgeschlossenen Emitter, wie es bei den meisten gegenwärtig erhältlichen Triacs der Fall ist, wodurch infolge des von den Hauptelektroden des Triacs zu seiner 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 C abzufallen. Die Geschwindigkeit des Spannungsabfallens d V/dt am Kondensator 60 führt zur Induzierung eines »negativen« Stromes (i=CdVldt), der 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 Fühlverstärker 46 in seinem hohen Ausgangssignalzustand gehalten wird und ein Steuerimpuls 2' (F i g. 6) am Beginn der nachfolgenden Halbwelle (also der negativen Halbwelle b) dem Triac zugeführt wird, infolgedessen das Triac im IIl(+)-Betrieb leitet, wobei ein konventioneller Strom von T\ nach T> fließt. Wenn das Triac im Zustand lll( + ) leitet, erscheint an seiner Steuerelektrode G eine gegenüber T\ 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 Induzierung eines positiven Stromes im Kondensator

κι (i- 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

r, Triac unterbindet, so daß das Triac während der nachfolgenden positiven Halbwelle (als Pha.ntomkurve c dargestellt) nicht leitet. Das Nichtleiten während der negativen Halbwelle c/wird durch die Phasenverschiebung der Spannung zwischen den Anschlüssen 9 und 13

in cirhprCTPtipllt Hip rliirrh 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 e sind jedoch

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

so wird, d. h., das Triac versucht, in seinen normalen positiven Halbwellenbetriebszustand zurückzukehren. Infolge des Differenzierkondensators 60 wird also der Halbwelleneffekt zugunsten eines abwechselnden Ganzwellenbetriebes (also a-b. e-f) unterbunden, so daß

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

Die vorstehende Beschreibung gilt für den Betrieb der Schaltung in normaler Umgebung unter Verwendung eines Triacs mit kurzgeschlossenem Emitter, welches eine normale Steuerelektrodenimpedanz hat (wie es für die RCA Triacs 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 Steuerelektrodenimpedanz verwendet wird (etwa ein »sensitive gate« Triac RCA 40 529) kann es wünschenswert sein, einen Überbrükkungswiderstand 65 zwischen die Steuerelektrode C und die Hauptelektrode 7Ί des Triacs zu schalten, wie e: F i g. 2 veranschaulicht. Dieser Widerstand dient dei Verringerung der effektiven Impedanz zwischen dei Hauptelektrode T\ und der Steuerelektrode des Triac« und gewährleistet, daß genügend Strom im Kondensa tor 60 zum Fließen kommt. Typischerweise eignen siel· Widerstandswerte von 100 Ohm für diesen Widerstand.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Sieuerschaltungsanordnung 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 iti 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 darch gekennzeichnet, daß mit der Steuerelektrode (G) des Thyristors (20) der Eingang einer Differenzierschaltung (60) verbunden ist, welche aufgrund von Änderungen des Steuereiektrodenpotentials während der in den Nulldurchgängen der Wechselspannung auftretenden Thyristorstromumkehr Ausgangsimpulse liefert, deren Polarität von der Nulldurchgangsrichtung abhängt und die der VergleichsschaJtung (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 gekenr zeichnet, daß die Differenzierschaltung ein kapazitives Element (60) enthält