DE2553389A1 - Halbleiterschaltkreis - Google Patents
HalbleiterschaltkreisInfo
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- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/13—Modifications for switching at zero crossing
- H03K17/136—Modifications for switching at zero crossing in thyristor switches
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Description
PATENTANWÄLTE
KLAUS D. KIRSCHNER DR. WOLFGANG DOST
DIPL.-PHYSIKER DIPL.-CHEMIKER
D-8OOO MÜNCHEN 2
Unser Zeichen: £[ G87
_ _ , ,-.., , . ~,
Our reference:
Omron Tatexsi Electronics Co.
Kyoto City, Japan Datum: 27-11.1975
Halbleiterschaltkreis
Die Erfindung "betrifft einen Halbleiterschaltkreis gemäß Oberbegriff
des Hauptanspruches.
Es ist eine Halbleiter-Relaisschaltung bekannt (US-PS 3 723 oder US-PS 3 648 075)t bei der ein Verbraucherwechselstrom in
Abhängigkeit von einem Eingangssignal umgeschaltet wird, das an einer elektrisch von der Verbraucherschaltung isolierten Eingangsschaltung
aufgenommen wird, wobei eine Nulldurchgangs— Zündeinrichtung vorgesehen ist. Bei diesen bekannten Halbleiterrelais
ist es notwendig, einen Vollwellengleichrichter vorzusehen, um gleichgerichtete Vollwellenströme an die Thyristoren
oder Triacs zu liefern. Ferner hat jede dieser Schaltungen einen Thyristor oder Triac, der in einer Weise geschaltet ist,
daß er bei jedem Anstieg sowohl des positiven als auch des negativen Teiles des Verbraucherstromes eingeschaltet wird, und
der zum Regeln der Zündung beim Nulldurchgang dient. Es hat sich nun gezeigt, daß die Gefahr besteht, daß die Thyristoren
oder Triacs unbeabsichtigt eingeschaltet werden, auch wenn kein Eingangssignal an der Gateelektrode ansteht. Dies kommt
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vor, wenn ein eine Welligkeit aufweisender Strom, der von dem Vollwellengleichrichter an die Gateelektrode angelegt wird, besteht
dabei die Gefahr, daß der Thyristor oder Triac unbeabsichtigt selbst bei kleinen Rauschsignalen in der Anoden-Katho—
denspannung des Triac oder bei einem übermäßigen Wert von dV/dt, der das kritische Verhältnis zwischen Ausschaltspannung und Anstiegssteilheit
der Anoden-Kathodenspannung eingeschaltet wird.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit
bei der Umschaltung des Halbleiterschaltkreises zu
verbessern, und insbesondere ein unbeabsichtigtes Einschalten bei fehlendem Eingangssignal zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch die in dem Hauptanspruch gekennzeichnete Schaltung gelöst, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
in den Unteransprüchen charakterisiert sind. Die Erfindung betrifft demnach einen verbesserten Halbleiterschaltkreis,
um einen Verbraucherwechselstrom, der von einer Wechselstromquelle kommt, in Abhängigkeit von den Werten eines Eingangssignales
zu schalten. Die Verbesserung besteht darin, daß zwei Thyristoren in der Schaltung vorgesehen sind, wobei
jeder sich die Umschaltung der positiven bzw. der negativen Teile des Verbraucherstromes zur Weitergabe teilt, wenn die
Stromquellenspannung nahe bei oder auf null ist. Jeder Thyristor schaltet daher sehr genau in Abhängigkeit von
den Werten des Eingangssignales und der Stromquellenspannung, ohne daß unbeabsichtigte Einschaltungen vorkommen, nachdem das
Eingangssignal verschwunden ist, was sehr häufig zu beobachten war.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltung sind zwei Thyristoren, nämlich
einer für den positiven Teil und ein weiterer für den negativen Teil des durch Vollwellengleichrichtung gleichgerichteten
Stromes vorgesehen. Polglich kommt bei dieser Anordnung jedem Thyristor als Anteil der positive oder der negative Bestandteil
des Stromes zu, wobei die Welligkeitsspitzen der Anoden-Kathodenspannung in jedem Thyristor durch
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Pausenintervalle getrennt sind» so daß eine unbeabsichtigte
Einschaltung des Thyristors bei Fehlen eines Eingangssignales an einer Gateelektrode vermieden wird, wodurch sich eine sehr
genaue Betriebsweise ergibt.
Da die Pausenintervalle eingeschaltet werden, hat sich empirisch
gezeigt, daß die Belastbarkeit und auch die Dauerhaftigkeit des Thyristors durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung stark erhöht wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm von einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 eine Zeitkarte, die die Wellenformen in verschiedenen Teilen der Schaltung von Fig. 1 darstellt;
Fig. 3 a und 3 b graphische Darstellungen, die die Funktionsweise eines abgewandelten Ausführungsbeispiels zeigen;
und
Fig. 4 ein Sehaltungsdiagramm eines weiteren, abgewandelten
Ausführungsbeispiels.
Der erfindungsgemäße Halbleiterschaltkreis weist eine Eingangsschaltung
IC, die Eingangssignale empfängt und ein physikalisches
Signal erzeugt, und eine Steuerschaltung CC auf, die elektrisch von der Eingangsschaltung IC getrennt ist und das
Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem physikalischen Signal steuert. Die Steuerschaltung CC enthält einen Wandler, beispielsweise
einen Phototransistor PT, der das physikalische Signal empfängt und es in ein elektrisches Signal umsetzt,
einen Nulldurchgangs-Zündkreis, in dem ein Transistor Tr in Abhängigkeit von dem augenblicklichen Wert der Wechselspannung
an einem Verbraucherkreis LC und in Abhängigkeit von dem Eingänge signal gesteuert wird, und zwei Thyristoren SCR 1 und
SCR 2» die die Umschaltung des positiven Teiles bzw. des
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negativen Teiles des Verbraucherstroms untereinander teilen, wobei die Gateelektroden der beiden Thyristoren in einer solchen
Weise angeschlossen sind, daß das Ausgangssignal des
Transistors Tr die Thyristoren SCR 1 und SCR 2 eteuert.
In der Eingangsschaltung IC sind Eingangsanschlüsse A 1 und A2
vorgesehen, um Gleichstrom-Eingangssignale aufzunehmen. Ein Widerstand
Ri, eine erste lichtemittierende Diode IND, die zur Anzeige der Tatsache dient, daß ein Eingangssignal ankommt,
eine zweite lichtemittierende Diode ED zur Erzeugung eines optischen Signales in Abhängigkeit von dem Eingangssignal und
ein variabler Widerstand VR zur Steuerung der Intensität des optischen Signales sind in Reihe zwischen den Anschlüssen A 1
und A 2 angeschlossen. Eine Diode D 1 ist parallel zu einem Teil dieser Reihenschaltung, das heißt parallel zu der ersten
lichtemittierenden Diode IND und der zweiten lichtemittierenden Diode ED, geschaltet, um diese Dioden gegen mögliche Stoßimpulse
von den Eingangsanschlüssen A 1 und A 2 zu schützen.
Der Verbraucherkreis LC weist eine Last L auf, die in Reihe mit der Wechselstromquelle AC zwischen den Anschlüssen B 1 und B
angeschlossen ist. Ein Umschalter TRC, beispielsweise ein Triac, -ist zwischen den Anschlüssen B 1 und B 2 durch seine erste und
seine zweite Elektrode angeschlossen. Ein Widerstand R 7 und eine Kapazität C 4 sind in Reihe zwischen den Anschlüssen B 1
und B 2 angeschaltet. Die Gateelektrode des Umschalters TRC und der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R 7 und der
Kapazität C 4 sind mit den Verbindungsleitungen L 2 bzw. L 1 verbunden. Der Widerstand R 7 und die Kapazität C 4 bilden eine
Rauschunterdrückungsschaltung, um Rauschsignale von der Hauptleitung
oder den Stromquellen zu eliminieren.
Die Steuerschaltung CC weist einen Teil auf, der als Nulldurchgangs
zündkreis bezeichnet wird. Die Leitungen L 1 und L 2, die die Verbindung zu dem Verbraucherkreis LC herstellen, dienen
zur Stromzufuhr, um die Steuerschaltung CC zu betreiben. Die Leitungen L 1 und L 2 dienen auch dazu, den Gatestrom für
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den Triac TRC zu liefern. Zwischen den Leitungen L 1 und L 2 sind der erste Thyristor SCR 1 und der zweite Thyristor SCR 2
jeweils durch ihre Anoden angeschlossen, und eine erste Diode D 5 und eine zweite Diode D 4 sind mit ihren Kathoden an
die Leitungen L 1 bzw. L 2 angeschlossen. Die Kathoden der Thyristoren SCR 1 und SCR 2 sind gemeinsam mit der Anode einer
einen Spannungsabfall erzeugenden Diode D 4 verbunden, während die Anoden der Dioden D 5 und D 6 gemeinsam an einem Verbindungspunkt
N mit der Kathode der Diode D 4 verbunden sind. Die Schaltung bestehend aus den Thyristoren SCR 1 und SCR 2 und
den Dioden D 4, D 5 und D 6 dient zur Erzeugung eines Gatesi— gnales, das der Gate elektrode des Triacs TRC zu dessen Steuerung
zugeführt wird. Die genannten Thyristoren werden "EIN"- oder "AUS"-gesteuert mit Hilfe von Steuersignalen, die an die
Gateelektroden der Thyristoren SCR 1 und SCR 2 durch Widerstände
R 5 bzw. R 6 zugeführt werden.
Die Schaltung, die den Phototransistor PT und den Transistor Tr
enthält, dient zur Steuerung der oben erwähnten Gatesignale für die Thyristoren SCR 1 und SCR 2. Der Phototransistor PT als
Wandler und die lichtemittierende Diode ED sind so angeordnet, daß der Phototransistor das Licht von der lichtemittierenden
Diode empfängt, und daß der Phototransistor und die Diode elektrisch voneinander isoliert sind. Auf diese Weise bilden
die lichtemittierende Diode ED und der Phototransistor PT eine
Licht-Ankopplungseinrichtung. Die Widerstände R 3, R 4 und R
und der Phototransistor PT sind in Reihe zwischen der Leitung L 1 und dem Verbindungspunkt N zwischen den Anoden der
Dioden D 5 und D 6 angeschlossen. Diese Reihenschaltung bildet
einen Spannungsteiler für die Erzeugung eines Spannungssignales, das proprotional zu dem augenblicklichen Wert der Spannung
der Stromquelle ist. Ein Widerstand R 8 ist zwischen der Leitung L 2 und dem Verbindungspunkt M angeschlossen, der zwischen
den Widerständen R 3 und R 4 liegt. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R 4 und R 2 ist mit der Basis des Transistors
Tr verbunden. Der Widerstand R 2 dient zur Herabsetzung unerwünschter Einflüsse der Umgebungstemperatur und zur
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geeigneten Dämpfung des elektrischen Signales, das durch die Übermittlung des physikalischen Signales erzeugt wird. Die Widerstände
R 3 und R 8 werden so gewählt, daß sie den gleichen oder einen ähnlichen Widerstandswert haben. Die Gateelektroden
der Thyristoren SCR 1 und SCR 2 sind durch die Dioden D 2 bzw. D 3 mit dem Kollektor des Transistors Tr verbunden, und die
Dioden D 2 und D 3 sind in einer solchen Richtung angeschlossen, daß die Ströme durch die Dioden zu dem Kollektor des
Transistors Tr fließen können. Ein Widerstand R 7 ist zwischen den Gateelektroden der Thyristoren SCR 1 und SCR 2 angeschlossen.
Der Widerstand R 9 dient dazu, unerwünschte, elektrische Ladungen abzuführen, die sich in der Sperrschicht um die Gatebereiche
an den Thyristoren SCR 1 und SCR 2 ansammeln, um zu verhindern, daß die Thyristoren unbeabsichtigt aufgrund solcher,
sich ansammelnder Ladungen gezündet werden. Zwischen der
Gateelektrode und der Anode des Thyristors SCR 1 ist ein Widerstand R 5 angeschlossen, und zwischen der Gateelektrode und der
Anode des Thyristors SCR 2 ist ein Widerstand R 6 angeschlossen. Der Emitter des Transistors Tr ist zusammen mit dem Emitter
des Phototransistors PT mit dem Verbindungspunkt N zwischen
den Anoden der Dioden D 5 und D 6 verbunden. Eine Kapazität C 5 ist zwischen dem Verbindungspunkt M und den Kathoden
der Thyristoren SCR 1 und SCR 2 angeschlossen, um den Einfluß einer Phasendifferenz zwischen dem Last strom und der Spannung
zu kompensieren, die an den Nulldurchgangszündkreis angelegt
wird, wenn die Last L eine induktive Last ist.
Im folgenden wird die Betriebsweise und Punktion der in Pig. 1
gezeigten Schaltung anhand von Fig. 2 erläutert, die graphische Darstellungen für den Zeit ablauf der Augenblickswerte der Spannung
Vac und der Wechselstromquelle AC, die Änderung der Intensität des Lichtes IP, das von dem Phototransistor PT empfangen
wird, und den Augenblickswert des Verbraucherstromes Il darstellen.
Zunächst wird der Fall erläutert, daß ein vorgegebenes Eingangssignal
an die Eingangsanschlüsse A 1 und A 2 angelegt
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wird, und wenn die augenblickliche Spannung zwischen den Leitungen
L 1 und L 2, das heißt zwischen der ersten und der zweiten Elektrode des Triacs TRC größer als eine vorher eingestellte
Nulldurchgangs-Schwellenspannung (zum Beispiel 5 V).
Wenn das Eingangssignal an die Anschlüsse A 1 und A 2 zum Zeitpunkt
t 1 angelegt wird, wenn die Quellenspannung Vac bei einer positiven Spitze ist, dann hat der Phototiansistor PT einen geringen
Widerstand. Die geteilte Spannung, die zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors Tr angelegt wird, wird jedoch
aufgrund des hohen Spitzenwertes Vac zwischen den Leitungen L 1 und L 2 hoch. Wegen der hohen Basis-Emitterspannung
wird der Transistor Tr eingeschaltet. Daher wird, wenn die Anschlüsse B 1 und B 2 eine positive bzw. eine negative Spannung
haben, ein erster Stromweg über die Elemente mit folgenden Bezugszeichen: AC-B1-R7-L1-R5-D2-Tr-N-D6 und die Gateelektrode
•zu der zweiten Elektrode des Triacs sowie über die Bauteile B2-L-AG gebildet. Andererseits wird, wenn der Anschluß B 1 und
der Anschluß B 2 eine negative bzw. eine positive Spannung führen,
ein zweiter Stromweg über folgende Bauteile gebildet: AC-L-B2-die zweite Elektrode, die Steuerelektrode des Triacs,
L2-R6-D3-Tr-N-D5-L1-R7-B1-AC. Als Ergebnis der Herstellung des ersten Stromweges, das heißt als Resultat des Nebenschlusses
durch den ersten Stromweg, empfängt die Gateelektrode des ersten Transistors SCR 1 nicht ihren Gatestrom, der sonst in
einem dritten Stromweg fließen sollte, der aus folgenden Teilen gebildet wird: AC-B1-R7-L1-R5, der Gateelektrode, der Kathode
des Thyristors SCR1, D4-N-D6-L2, die Gateelektrode und
die zweite Elektrode des Triacs TRC, B2-L-AC. Auf ähnliche Weise
ist das Ergebnis der Schließung des zweiten Stromweges, das heißt das Resultat des Nebenschlusses durch den zweiten Stromweg,
daß die Gateelektrode des zweiten Thyristors SCR 2 ihren Gatestrom nicht erhält, der sonst in einem vierten Stromweg
fließen sollte, der durch folgende Teile gebildet wird: AC-L-B2, die zweite Elektrode und die Gateelektrode des Triace
TRC9 L2-R6, die Gateelektrode und die Kathode des Thyristors
SCR 2, D4-D5-L1-R7-B1-AC. Polglich wird keiner der
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Thyristoren SCR 1 oder SCR 2 gezündet.
Ein zweiter Fall betrifft den Zustand, bei dem ein bestimmtes Eingangssignal an den Eingangsanschlüssen A 1 und A 2 angelegt
wird, wenn die Quellenspannung Vac kleiner als die vorgegebene Durchgangs-Schwellenspannung wird.
unmittelbar nach dem Zeitpunkt t 2 in Fig. 2 wird der Transistor
Tr ausgeschaltet, da die geteilte Spannung, die über dem Widerstand R 2 und dem Phototransistor PT ansteht, niedrig
wird (da der Widerstand des Phototransistors PT gering ist). Folglich werden die oben beschriebenen ersten und zweiten Nebenschluß-Stromwege
nicht gebildet, so daß die Thyristoren SCR 1 und SCR 2 ihre Gateströme über den dritten bzw. den vierten
Stromweg erhalten. Daher werden die Thyristoren SCR 1 und SCR abwechselnd gezündet, wenn der positive bzw. der negative Strom
abwechselnd fließt. Insbesondere besteht der Teil des ersten Transistors SCR 1 darin, daß er gezündet wird, wenn der Anschluß
B 1 positiv ist, und der Anteil des zweiten Transistors SCR 2 besteht darin, gezündet zu werden, wenn der Anschluß
B 2 positiv ist.
Durch das abwechselnde Zünden der Thyristoren SCR 1 und SCR 2
erhält die Gateelektrode des Triacs TRC genügend Triggerströme in einer Sequenz durch einen fünften Stromweg, der durch folgende
Teile gebildet wird: AC-B1-R7-L1-SCR1-D4-D6-L2, die Gateelektrode
und die zweite Elektrode des Triacs TRC, B2-L-AC, bzw. über einen sechsten Stromweg, der durch folgende Elemente
gebildet wird: AC-L-B2, die zweite Elektrode und die Gateelektrode
des Triacs TRC, 112-SCRa-DiI-DS-LI-RT-BI-AC. Durch den
Triggerstrom über den fünften und den sechsten Stromweg wird der Triac TRC sowohl bei den positiven als auch bei den negativen
Teilen des Verbraucherstromes getriggert und gestattet, daß der volle Verbraucherstrom Il durch die Last L fließen kann.
Dadurch fließt der Verbraucherstrom Il von dem Zeitpunkt t 2 bis zu dem Zeitpunkt t 4, wenn der Triac TRC ausgeschaltet
wird, da der durch ihn fließende Strom verschwindet (wie durch
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Il 1 in Pig. 2 angedeutet ist). Daher hat die oben beschriebene Schaltung die Punktion, daß sie bei einem Nulldurchgang zündet.
Ein dritter Pail betrifft den Zustand, daß das Eingangssignal
an einem Zeitpunkt angelegt wird, wenn die Quellenspannung kleiner als der Nulldurchgangs-Schwellenwert ist.
Dieser Pail ist in Fig. 2 durch die Lichtintensität IP 2 dargestellt.
Wie in der obigen Beschreibung erwähnt wurde, wird der Transistor Tr aufgrund einer kleinen Quellenspannung ausgeschaltet.
Daher werden die Thyristoren SCR 1 und SCR 2 gezündet, wenn die Lichtintensität an dem Zeitpunkt t 5 ansteigt,
so daß der Triac TRC getriggert wird, wodurch der Verbraucherstrom von dem Zeitpunkt t 5 an fließen kann. Wenn die Lichtintensität
einen Abfall und einen negativen Anstieg der Quellenspannung Vac überdauert (wie durch die Zeitdauer zwischen t 5'
und t 6 angedeutet ist), wird der Triac TRC wieder eingeschaltet. Wenn der Triac zum Zeitpunkt t 7 ausgeschaltet wird, wird
die Quellenspannung Vac kleiner als das Nulldurchgangs-Schwellenniveau,
und zwar das erstemal nach dem Abfall der Lichtintensität bei dem Zeitpunkt t 6. Auf diese Weise fließt der Verbraucherwechselstrom
Il während der Zeitdauer von dem Zeitpunkt t 5 bis zu dem Zeitpunkt t 7, wie durch Il 2 in Pig. 2 angedeutet
ist.
Ein vierter Fall betrifft den Zustand, daß ein Eingangssignal fehlt.
In diesem Fall wird der Phototransistor PT ausgeschaltet, das
heißt, er hat einen hohen Widerstand, und folglich steigt die geteilte Spannung zwischen Basis und Emitter des Transistors Tr
in einem Verhältnis zu der Quellenspannung an. Daher ist der Transistor Tr eingeschaltet, bis die Quellenspannung nahezu null
wird. Durch den eingeschalteten Zustand des Transistors Tr werden die Gateströme der Thyristoren SCR 1 und SCR 2 gesperrt, so
daß die Thyristoren SCR 1 und SCR 2 ausgeschaltet werden. Polglich
wird der Triac TRC nicht eingeschaltet.
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Bei der erfindungsgemäßen Schaltung sind die Thyristoren in
einem Paar vorgesehen, um alternierend den positiven bzw. den negativen Teil des Wechselstromes zu schalten. Daher hat der
Strom in dem Thyristor eine Welligkeit aufweisende Spitzen, die durch Zeitpausen voneinander isoliert sind. Diese Pausenzeit
hat sich als sehr vorteilhaft herausgestellt, indem sie verhindert, daß der Thyristor bei Fehlen eines Gatesignales unbeabsichtigt
gezündet wird. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung hat sich gezeigt, daß der Thyristor einen genügenden Zugriff
zum Ein- und Ausschalten und eine befriedigende Haltbarkeit selbst unter einer so schweren Betriebsbelastung aufweist, daß
der geschaltete Strom, der durch den Thyristor fließt, größer als der Strom ist, der die Thyristoren mit derselben Leistungsfähigkeit
bei herkömmlicher Verwendung zerstörte, wobei aufeinanderfolgende, eine Welligkeit aufweisende Ströme nach Vollwellengleichrichtung
ohne Pause fließen. Da ferner zwei Thyristoren verwendet werden, wird der Schaltstrom und damit die Belastung
auf jedem Thyristor auf die Hälfte der Belastung bei einer herkömmlichen Schaltung herabgesetzt, so daß die Lebensdauer
des Thyristors verlängert werden kann.
Abgesehen davon dient der Phototransistor PT als Element der
Photo-Kopplungseinrichtung und gleichzeitig als Widerstand des
Spannungsteilers, um die Funktionsweise zu erreichen, daß bei einem Nulldurchgang gezündet wird. Ferner dient der Transistor
Tr zur Steuerung der Thyristoren SCR 1 und SCR 2, um die Zündung bei Nulldurchgang zu erreichen, und er dient auch dazu,
die Polarität des Ausgangssignales des Phototransistors PT umzukehren.
Bei einer induktiven Last dient die Kapazität C 5 zur Kompensation
einer Phasennacheilung des Verbraucherstromes. Insbesondere bildet die Kapazität C 5 zusammen mit den Widerständen R 3
oder R 8 eine Verzogerungsschaltung, und die Spannung, die dem
Verbraucherstrom der induktiven Last relativ voreilt, wird in geeigneter Weise verzögert, wenn sie von der Spannungsteilerschaltung
bestehend aus den Elementen R3-R4-R2-PT oder
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R8-R4-R2-PT geteilt und an die Basis des Transistors Tr angelegt wird, so daß die Phase des Triggersignales in geeigneter
Weise kompensiert wird. Daher kann selbst bei einer induktiven Last der Triac TRC befriedigend getriggert werden, ohne daß
eine Fehlzündung aufgrund des Phasenfehlers des Triggersignales auftreten könnte.
In einem abgewandelten Ausführungsbeispiel können die Empfindlichkeiten
der Gateelektroden der Thyristoren SCR 1 und SCR 2 auf voneinander verschiedene Werte eingestellt werden, indem
man ein bestimmtes Paar von Transistoren wählt, und die beiden Widerstände R 5 und R 6 werden auf im wesentlichen die gleichen
Widerstandswerte eingestellt. Durch diese Einstellung wird die folgende Punktionsweise möglich. Wenn das Eingangssignal einen
zwischen den "EIN"- und "AUS"-Signalen liegenden Zwischenwert hat, hat der Phototransistor PT einen zwischen dem "EIN"-Zustand
und dem "AUS"-Zustand liegenden, mittleren Widerstand. Polglich wird der Transistor Tr ebenfalls in einen Zwischenzustand zwischen
dem eingeschalteten und dem ausgeschalteten Zustand gebracht, so daß sein Kollektorstrom zwischen diesen beiden Zuständen
liegt. Da einer der Thyristoren, beispielsweise der Thyristor SCR 1, eine größere Empfindlichkeit an seiner Gateelektrode
hat, wird nur der Thyristor SCR 1 bei jedem Zyklus eingeschaltet, und der andere Thyristor SCR 2 bleibt während
der gleichen Periode ausgeschaltet. Daher wird der Triac TRC nur während der positiven Halbwellen jedes Zyklus getriggert,
so daß der resultierende Strom 50 fo des bei einem ordnungsgemäßen
"EIN"-Zustand fließenden Stroms beträgt. Wenn die Intensität des emittierten Lichtes allmählich vergrößert wird, indem
man beispielsweise den Widerstand des variablen Widerstandes VR ändert, ist der Verbraucherstrom null von dem Bereich von null
bis IP 3 der Lichtintensität, der Verbraucherstrom wird zu einem halbwellengleichgerichteten, mit einer Welligkeit versehenen
Strom im Bereich von IP 3 bis IP 4 der Lichtintensität und der Verbraucherstrom wird zu einem vollwellengleichgeriehteten,
das heißt normalen sinuswelligen Strom im Bereich der Lichtintensität über IP 4, wie in den Fig. 3 a und 3 b gezeigt
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Die Umschaltung des Stromes in den genannten drei Schritten (das heißt 0 %, 50 # und 100 i<>
der Ausgangsleistung) kann für verschiedene Zwecke verwendet werden, beispielsweise bei einem
elektrischen Heizer mit einstellbarer Leistung oder bei einer elektrischen Lampe mit einstellbarer Helligkeit.
Wenn eine Verkehrsampel unter Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung arbeitet, das heißt ein- und ausgeschaltet wird, ist
die Wellenform des Stromes immer eine gute Sinuswelle wegen der Nulldurchgangs-Zündeinrichtung, so daß die Lebensdauer der Verkehrsampel
verlängert werden kann. Ferner wird, wenn ein Fehler in dem System des Eingangssignales, beispielsweise ein Abfall
des Eingangssignales, auftritt, die Leistung der Lampe auf die Hälfte reduziert, wodurch eine Warnung für das Auftreten des
Fehlers gegeben wird. Wenn einer der Thyristoren einen Kurzschluß hat, wird die Lampe bei Fehlen des Eingangssignales mit
dem Halbwellenstrom durch den kurzgeschlossenen Thyristor betätigt bzw. zum Leuchten gebracht. Wenn einer der Thyristoren von
der restlichen Schaltung getrennt wird (zum Beispiel wenn eine Lötstelle aufgeht), wird die Lampe bei einem normalen Eingangssignal
mit dem Halbwellenstrom durch den normalen Thyristor eingeschaltet, und sie wird ohne das Eingangssignal nicht eingeschaltet.
Die erwähnten Ergebnisse können als Warnzeichen für das Auftreten einer Schwierigkeit in der Schaltung verwendet
werden, und daher wird die Zuverlässigkeit des Halbleiterschaltkreises erhöht.
Bei einem anderen, abgewandelten Ausführungsbeispiel werden die Widerstände R 5 und R 6, die zwischen den Anoden und den Gateelektroden
der Thyristoren SCR 1 bzw. 3CR 2 angeschlossen sind, als halbvariable Widerstände ausgeführt. Die halbvariablen Widerstände
R 5 und R 6 werden dann so eingestellt, daß sie voneinander verschiedene Widerstandswerte haben. Wenn der Widerstand
R 5 so eingestellt wird, daß er einen kleineren Widerstandswert als der Widerstand R 6 hat, dann wird bei einem
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Eingangssignal bei einem Zwischenwert zwischen dem normalen "AUS11- und dem normalen "EIN"-Wert nur der Thyristor SCR 1 eingeschaltet,
so daß der Verbraucherstrom ein mit einer Welligkeit versehener Halbwellen-gleichgerichteter Strom ist, der dem
Strom bei dem vorher beschriebenen, abgewandelten Ausführungsbeispiel ähnlich ist.
Fig. 4 zeigt noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung,
bei dem kein Triac verwendet und der Verbraucherstrom direkt durch zwei Thyristoren SCR 1 und SCR 2 geschaltet wird.
Diese Schaltung ist anwendbar, wenn der Verbraucherstrom nicht sehr hoch ist.
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Claims (8)
1.) . Halbleiterschaltkreis mit einer Eingangsschaltung, die
ein Eingangssignal aufnimmt und ein physikalisches Signal erzeugt, und einer Steuerschaltung, die elektrisch von der Eingangsschaltung
isoliert ist und das Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem physikalischen Signal steuert, dadurch
gekennzeichnet , daß die Steuerschaltung (CC) einen Wandler (PT), der das physikalische Signal aufnimmt und
es in ein elektrisches Signal umsetzt, einen Nulldurchgangs-Zündkreis,
in dem ein Transistor (Tr) in Abhängigkeit von dem Augenblickswert der Wechselspannung an der Verbraucherschaltung
(LC) und in Abhängigkeit von dem Eingangssignal gesteuert wird, und zwei Thyristoren (SCR 1, SCR 2) aufweist, die die Umschaltung
des positiven Teiles bzw. des negativen Teiles des Verbraucherstromes unter sich aufteilen, wobei die Gate elektroden
der beiden Thyristoren derart miteinander verbunden sind, daß das Ausgangssignal des Transistors (Tr) die Thyristoren
(SCR 1, SCR 2) steuert.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler ein Phototransistor (PT) ist, der als Widerstand
einer Spannungsteilerschaltung (R 3, R 8, R 4, R 2, PT, N) zur Messung des Augenblickswerts der Wechselspannung angeschlossen
ist.
3. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Umschalter (TRC), der durch seine erste und seine zweite Elektrode
in Reihe mit der Last und der Stromquelle geschaltet ist, daß die zwei Thyristoren (SCR 1, SCR 2) in Reihe und in entgegengesetzter
Richtung zueinander geschaltet sind, wobei die Reihenschaltung der Thyristoren zwischen der Gateelektrode und
der ersten Elektrode des Umschalters (TRC) angeschlossen ist, daß zweite Dioden (D 5, D 6) in Reihe und in entgegengesetzter
Richtung zueinander angeschlossen sind, wobei die Reihenschaltung der Dioden (D 5, D 6) zwischen der Gateelektrode und der ersten
Elektrode des Umschalters (TRC) liegt, und daß ein Ende des
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Transistors (Tr) mit den Gateelektroden der Thyristoren (SCR 1, SCR 2) durch Dioden (D 2 bzw. D 3) verbunden ist, während das
andere Ende des Transistors (Tr) mit dem Verbindungspunkt zwischen den in Reihe geschalteten Thyristoren (SCR 1, SCR 2) und
dem Verbindungspunkt zwischen den in Reihe geschalteten Dioden (D 5, D 6) angeschlossen ist.
4. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zeitverzögerungskapazität (C 5)» die zwischen dem Verbindungspunkt (M) der Spannungsteilerschaltung (R 3, R 8, R 4, R 2, PT,
N) und dem Verbindungspunkt zwischen den in Reihe geschalteten Thyristoren (SCR 1, SCR 2) angeschlossen ist.
5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechempfindlichkeit der Gateelektroden der beiden Thyristoren
(SCR 1, SCR 2) unterschiedlich zueinander gewählt wird.
6. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Gatestromkreise für die Thyristoren (SCR 1, SCR 2) variable Widerstände (R 5 bzw. R 6) haben, um sie so einstellen zu können,
daß die Thyristoren bei unterschiedlichen Niveaus des Eingangssignals getriggert werden.
7. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsschalt-ung (IC) eine erste lichtemittierende Diode
(ED), die Licht abstrahlt, das von dem Phototransistor (PT) empfangen wird, und eine zweite lichtemittierende Diode (IND)
aufweist, die in Reihe mit der ersten lichtemittierenden Diode (ED) geschaltet ist, um den Zustand des Eingangssignales,
und damit den Betriebszustand der Ausgangsschaltung, sichtbar anzuzeigen.
8. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigelampe (L) als Verbraucher oder Last geschaltet ist.
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Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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BHN | Withdrawal |