DE2613423B2

DE2613423B2 - Elektronisches Schaltgerät

Info

Publication number: DE2613423B2
Application number: DE2613423A
Authority: DE
Inventors: Robert 7995 Neukirch Buck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-03-30
Filing date: 1976-03-30
Publication date: 1978-09-28
Also published as: SE410687B; DE2613423C3; IT1076291B; JPS52119163A; FR2346910A1; SE7702634L; DE2613423A1; US4110678A; GB1538719A; CH620319A5

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Schaltgerät, bestehend aus einem von außen beeinflußbaren Oszillator (oder einem anderen Indikator), einem von dem Oszillator steuerbaren Thyristor (oder einem anderen elektronischen Schalter, z. B. einem Transistor oder einem Triac) und einer Speiseschaltung zur ⁴'' Erzeugung der Hilfsspannung für den Oszillator, bei dem die Speiseschaltung zur Erzeugung der Hilfsspannung für den Oszillator einen relativ hochohmigen Hilfswiderstand oder einen Konstantstromgenerator, einen zweiten Thyristor (oder einen anderen elektroni- ^Γ)0 sehen Schalter, z. B. einen Transistor oder einen Triac) und eine Zenerdiode (oder ein anderes Bauelement, vorzugsweise mit Schwellwertcharakter) aufweist und bei dem der Hilfswiderstand bzw. der Konstantstromgenerator und der Oszillator eine Reihenschaltung ^v> bilden, die Kathode des zweiten Thyristors an den Minuspol der zu schaltenden Gleichspannung angeschlossen ist und die Zenerdiode — in Sperrichtung beansprucht — einseits an die Kathode des ersten Thyristors und andererseits an die Zündelektrode des ^b() zweiten Thyristors angeschlossen ist.

Elektronische Schaltgeräte der zuvor beschriebenen Art, die also kontaktlos ausgeführt sind und die anstelle des Oszillators auch einen anderen Indikator, z. B. eine Magnetdiode, eine Feldplatte, einen Fotowiderstand, ^hl eine Fotodiode, einen Fototransistor, eine ohmsche und/oder induktive und/oder kapazitive Brückenschaltnnp aufweisen können, werden in zunehmenden Maße anstelle von elektrischen Schaltgeräten, die kontaktbehaftet ausgeführt sind, in elektrischen Meß-, Steuer- und Regelkreisen verwendet. Da diese elektronischen Schaltgeräte im Gegensatz zu elektrischen Schaltgeräten, die mechanisch betätigt sind, einer Hilfsspannung für den Oszillator oder den anstelle des Oszillators vorgesehenen, im weitesten Sinne eine Information aufnehmenden und umsetztenden Indikator bedürfen, besteht ein Problem bei der praktischen Ausgestaltung dieser elektronischen Schaltgeräte in der Schaffung einer entsprechenden Speiseschaltung zur Erzeugung der Hilfsspannung, ein Problem, dessen Lösung besonders dann Schwierigkeiten bereitet, wenn insgesamt nur zwei Außenleiter zur Verfügung stehen.

Im übrigen tritt das Problem der Erzeugung einer Hilfsspannung für einen Oszillator oder einen anderen Indikator auch dann auf, wenn der Oszillator bzw. der andere Indikator Bestandteil eines analog arbeitenden Meßwertumformers ist. Ein solcher Meßwertumformer kann in seinem Ausgang z. B. einen Transistor aufweisen, der nicht nur die dualen Zustände »durchgeschaltet« und »gesperrt« darstellen kann, sondern vielmehr eine der von dem Indikator aufgenommenen Information analoge Ausgangsgröße realisiert.

Bei einem bekannten elektronischen, berührungslos arbeitenden Schaltgerät mit einem von außen beeinflußbaren Oszillator, einem dem Oszillator nachgeordneten Schaltverstärker und einem von dem Oszillator über den Schaltverstärker steuerbaren Thyristor weist die Speiseschaltung zur Erzeugung einer Hilfsspannung für den Oszillator und den Schaltverstärker einen relativ hochohmigen Hilfswiderstand und eine Zenerdiode auf (vgl. die DE-OS 19 51137). Bei diesem bekannten Schaltgerät sind der relativ hochohmige Hilfswiderstand und die Schaltstrecke des Thyristors parallel geschaltet und ist die Parallelschaltung aus dem relativ hochohmigen Hilfswiderstand und der Schaltstrecke des Thyristors mit der Zenerdiode in Reihe geschaltet. Bei den praktisch ausgeführten Schaltgeräten dieser Art liegt parallel zu der Zenerdiode noch die Reihenschaltung aus einer Koppeldiode und einem Speicherkondensator, wobei die Hilfsspannung für den Oszillator und den Schaltverstärker von dem Speicherkondensator abgenommen wird. Bei diesem bekannten elektronischen Schaltgerät wird also unabhängig davon, ob der Thyristor durchgeschaltet oder gesperrt ist, stets ein Strom über die Zenerdiode geführt, der an der Zenerdiode in Form der Zenerspannung die Hilfsspannung für den Oszillator und den Schaltverstärker erzeugt. Bei durchgeschaltetem Thyristor fließt nämlich der durch den Thyristor fließende Strom (und der durch den Hilfswiderstand fließende, jedoch vernachlässigbare Strom), bei gesperrtem Thyristor der durch den Hilfswiderstand fließende Strom durch die Parallelschaltung aus Oszillator, Schaltverstärker und Zenerdiode, fällt also an der Zenerdiode die für den Oszillator und den Schaltverstärker erforderliche Hilfsspannung ab.

Das zuvor beschriebene elektronische, berührungslos arbeitende Schaltgerät ist bereits ausgestaltet und weitergebildet worden (vgl. die DE-OS 21 27 956). Bei diesem Schaltgerät ist anstelle der Zenerdiode ein Thyristor vorgesehen und ist die Zündelektrode des Thyristors über eine Zenerdiode an ihre Anode angeschlossen. Während bei dem weiter oben beschriebenen elektronischen, berührungslos arbeitenden Schaltgerät bei durchgeschaltetem Thyristor neben dem Spannungsabfall an dem Thyristor an der Zenerdiode

die Zenerspannung in der Größenordnung von 5 bis 6 V als unerwünschter Spannungsabfall und das Produkt aus diesen Spannungsabfällen und dem Strom durch den Thyristor und durch die Zenerdiode als unerwünschter Verbrauch immer noch beachtlich sind, tritt bei deus zuletzt beschriebenen elektronischen, berührungslos arbeitenden Schaltgerät ein wesentlich geringerer Spannungsabfall und ein wesentlich geringerer Verbrauch auf. Tatsächlich fällt nämlich bei diesem Schaltgerät nur kurzzeitig, und zwar bis der zweite Thyristor durchgeschaltet hat, neben dem Spannungsabfall an dem ersten Thyristor die Zenerspannung als Spannungsabfall auf, während nach dem Durchschalten des zweiten Thyristors nur noch an den beiden Thyristoren ein Spannungsabfall und ein Verbrauch auftritt.

Bei dem zuletzt im einzelnen beschriebenen elektronischen Schaltgerät resultiert dessen Spannungsabfall im durchgeschalteten Zustand praktisch aus dem Spannungsabfall an der Schaltstrecke (Anoden-Katho den-Strecke) des ersten Thyristors und dem Spannungsabfall an der Schaltstrecke des zweiten Thyristors, weil die beiden Thyristoren mit ihren Schaltstrecken in Reihe geschaltet sind. Dabei ist die Spannungszeitfläche, aus der die Hilfsspannung für den Oszillator und den Schaltverstärker gewonnen wird, unberücksichtigt geblieben. Unberücksichtigt geblieben ist auch der Spannungsabfall, der auftritt, wenn — wie bei Schaltgeräten, die zum Anschluß an eine Wechselspannungsquelle bestimmt sind, üblich — eingangsseitig noch eine Gleichrichterbrücke vorgesehen ist.

Elektronische, also anstelle von elektromechanischen Kontakten mit elektronischen Schaltern versehene Schaltgeräte sollen nun — wie elektrische, mit Kontakten behaftete Schaltgeräte — im durchgeschalteten Zustand einen minimalen Spannungsabfall aufweisen, so daß der Erfindung die Aufgabe zugrunde liegt, das (aus der DE-OS 21 27 956 bzw. auch aus der DE-OS 23 30 233) bekannte Schaltgerät, von dem die Erfindung ausgeht, so auszugestalten und weiterzubilden, daß an -to ihm im durchgeschalteten Zustand ein noch geringerer Spannungsabfall auftritt.

Das erfindungsgemäße Schaltgerät, bei dem diese Aufgabe gelöst ist, ist nun dadurch gekennzeichnet, daß die Anode des zweiten Thyristors an den Pluspol der zu ^ schaltenden Gleichspannung angeschlossen ist

Bei den im Stand der Technik bekannten Schaltgeräten, von denen die Erfindung ausgeht, ist, wie bereits zum Ausdruck gebracht, die Anode des zweiten Thyristors an die Kathode des ersten Thyristors so angeschlossen. Wird der erste Thyristor — mit Hilfe des Schaltverstärkers — gezündet, so fließt zunächst ein Strom über die Schaltstrecke des ersten Thyristors in den Speicherkondensator. Wenn die sich an dem Speicherkondensator aufbauende Hilfsspannung den ^r>5 Sollwert erreicht hat, dann fließt über die Schaltstrecke des ersten Thyristors und die Zenerdiode ein Zündstrom in die Zündelektrode des zweiten Thyristors, so daß auch dieser durchschaltet. Sind dann beide Thyristoren durchgeschaltet, so sind deren Schaltstrecken in Reihe «> geschaltet, es tritt der bereits weiter oben erläuterte Spannungsabfall auf.

Bei dem erfindungsgemäßen Schaltgerät erfolgt das Aufladen des Speicherkondensators und das Zünden des zweiten Thyristors in der gleichen Weise, wie dies zuvor &'> in bezug auf die bekannten Schaltgeräte dargelegt worden ist. Hat der zweite Thyristor, dessen Anode an den Pluspol der zu schaltenden Gleichspannung und dessen Kathode an den Minuspol der zu schaltenden Gleichspannung angeschlossen sind, durchgeschaltet, so ist dieser zweite Thyristor der eigentliche elektronische Schalter des erfindungsgemäßen Schaltgerätes geworden. Man kann das auch dahingehend ausdrucken, daß bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerät der zweite Thyristor, der bei den bekannten Schaltgeräten, von denen die Erfindung ausgeht, die Funktion eines Hilfsthyristors hatte, nunmehr gleichsam als Haupühyristor verwendet wird. Jedenfalls resultiert bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerät dessen Spannungsabfall im durchgeschalteten Zustand praktisch nur noch aus dem Spannungsabfall an der Schaltstrecke des zweiten Thyristors, — wenn man wiederum, wie bei der weiter oben angestellten Betrachtung — die Spannungszeitfläche, aus der die Hilfsspannung für den Oszillator und den Schaltverstärker gewonnen wird, und den Spannungsabfall an einer eingangsseitig vorgesehenen Gleichrichterbrücke unberücksichtigt läßt Im Ergebnis tritt also an dem erfindungsgemäßen Schaltgerät im durchgeschalteten Zustand ein geringerer Spannungsabfall (und in dem erfindungsgemäßen Schaltgerät ein geringerer unerwünschter Verbrauch) auf, worin zusammengefaßt der durch die Lehre der Erfindung erreichte Vorteil zu sehen ist.

Im übrigen ist nach einem weiteren Vorschlag, dem besondere Bedeutung zukommt, zusätzlich ein Stabilisierungswiderstand vorgesehen und der Stabilisierungswiderstand einerseits an die Zündelektrode des zweiten Thyristors und andererseits an den Minispol der zu schaltenden Gleichspannung angeschlossen. Damit wird folgendes erreicht:

Bei Thyristoren liegt die zum Zünden zwischen der Zündelektrode und der Kathode erforderliche Zündspannung in relativ engen Grenzen fest. Der Zünstrom dagegen, der, in die Zündelektrode eingespeist, zum Zünden eines Thyristors führt, schwankt relativ stark. Ohne den zuletzt angesprochenen Stabilisierungswiderstand wird über die Zenerdiode in die Zündelektrode des zweiten Thyristors ein Zündstrom eingespeist. Ist jedoch der angesprochene Stabilisierungswiderstand vorhanden und wie angegeben angeschlossen, so fällt an dem Stabilisierungswiderstand die Zündspannung für den zweiten Thyristor ab. Der Stabilisierungswiderstand stabilisiert also den Zündpunkt des zweiten Thyristors.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert; es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines elektronischen, berührungslos arbeitenden Schaltgerätes und

F i g. 2 eine bevorzugte Ausführungsform einer zu dem Schaltgerät nach F i g. 1 gehörenden Speiseschaltung zur Erzeugung einer Hilfsspannung für den Oszillator und den Schaltverstärker des Schaltgerätes nach Fig. 1.

Das in Fig. 1 mit Hilfe eines Blockschaltbildes dargestellte elektronische Schaltgerät 1 arbeitet berührungslos, d. h. es spricht z. B. auf ein sich annäherndes, nicht dargestelltes Metallteil an, und ist über einen Außenleiter 2 an einen Pol 3 einer Spannungsquelle 4 und nur über einen weiteren Außenleiter 5 an einen Anschluß 6 eines Verbrauchers 7 angeschlossen, — wobei der andere Anschluß 8 des Verbrauchers 7 an den anderen Pol 9 der Spannaungsquelle 4 angeschlossen ist.

Mit anderen Worten ist das dargestellte Schaltgerät 1 in bekannter Weise über insgesamt nur zwei Außenleiter 2, 5 einerseits an die Spannungsquelle 4 und

andererseits an den Verbraucher 7 angeschlossen.

Wie die F i g. 1 zeigt, besteht das dargestellte Schaltgerät 1 in seinem grundsätzlichen Aufbau aus einem von außen beeinflußbaren Oszillator 10, einem Schaltverstärker 11, einem von dem Oszillator 10 über den Schaltverstärker 11 steuerbaren ersten Thyristor 12, einer Speiseschaltung 13 zur Erzeugung der Hilfsspannung für den Oszillator 10 und den Schaltverstärker 11 und einer eingangsseitig vorgesehenen Gleichrichterbrücke 14; die Gleichrichterbrücke 14 ist vorgesehen, weil es sich bei der Spannungsquelle 4 um eine Wechselspannungsquelle handelt.

Die Lehre der Erfindung beschäftigt sich nicht mit der Ausgestaltung des Oszillators 10 und des Schaltverstärkers 11, so daß insoweit die Figuren Details nicht zeigen. Für das erfindungsgemäße Schaltgerät 1 mögliche und bevorzugte Ausführungsformen des Oszillators 10 bzw. des Schaltverstärkers 11 zeigen die DE-OSen 19 51 137, 19 66 213, 19 66 178, 20 36 840 und 22 03 040 (für den Oszillator 10) bzw. die DE-OSen 19 51 137 und 22 03 906 sowie die DE-AS 23 56 490 (für den Schaltverstärker 11).

Die Fig.2 zeigt, daß die Speiseschaltung 13 zur Erzeugung der Hilfsspannung für den Oszillator 10 und den Schaltverstärker 11 einen Konstantstromgenerator 15, einen zweiten Thyristor 16, eine Zenerdiode 17 und einen Speicherkondensator 18 aufweist. Da sich die Lehre der Erfindung nicht mit der Ausgestaltung des Konstanistromgenerators 15 beschäftigt, zeigt auch insoweit die Fig. 2 keine Details. Mögliche und bevorzugte Ausführungsformen des Konstantstromgencrators 15 zeigt die DE-OS 23 30 233. Der Konslantstromgenerator 15 und die Parallelschaltung aus dem Oszillator 10, dem Schaltverstärker 11 und dem Speicherkondensator 18 bilden eine Reihenschaltung. Damit soll ausgedrückt werden, daß der für den Oszillator 10 und den Schaltverstärker 11 erforderliche Hilfsstrom vom Pluspol 19 der zu schaltenden Gleichspannung über den Konstantstromgenerator 15 und die Parallelschaltung aus dem Oszillator 10 und dem Schaltverstärker 11 zum Minuspol 20 der zu schaltenden Gleichspannung fließt; selbstverständlich kann die Reihenfolge auch Pluspol 19 der zu schaltenden Gleichspannung — Parallelschaltung aus Oszillator 10 und Schaltverstärker 11 — Konstantstromgenerator 15 — Minuspol 20 der zu schaltenden Gleichspannung sein.

Der zweite Thyristor 16 ist mit seiner Anode 21 an den Pluspol 19 der zu schaltenden Gleichspannung und mit seiner Kathode 22 an den Minuspol 20 der zu schaltenden Gleichspannung angeschlossen. Die Zenerdiode 17 ist — in Sperrichtung beansprucht — einerseits an die Kathode 23 des ersten Thyristors 12 und andererseits an die Zündelektrode 24 des zweiten Thyristors 16 angeschlossen.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind noch eine Koppeldiode 25, ein Stabilisierungswiderstand 26 und eine Zenerdiode 27 vorgesehen. Die Koppeldiode 25 ist — in Durchlaßrichtung beansprucht — einerseits an die Kathode 23 des ersten Thyristors 12 und andererseits an den Speicherkondensator 18 angeschlossen. Der Stabilisierungswiderstand 26 ist einerseits an die Zündelektrode 24 des zweiten Thyristors 16 und andererseits an den Minuspol 20 der zu schaltenden Gleichspannung angeschlossen. Die Zenerdiode 27 schließlich liegt — in Sperrichtung beansprucht — parallel zum Speicherkondensator 18.

Die Funktionsweise der in F i g. 2 dargestellten Speiseschaltung 13 des erfindungsgemäßen Schaltgerätes ist folgende:
Wenn der erste Thyristor 12 nicht durchgeschaltet ist, so kann auch kein Zündstrom in den zweiten Thyristor 16 fließen, so daß auch der zweite Thyristor 16 nicht durchgeschallet ist. Über den Konstantstromgenerator 15 wird der Speicherkondensator 18 aufgeladen, so daß von dem Speicherkondensator 18 die Hilfsspannung für den Oszillator 10 und den Schaltverstärker 11 abgenommen werden kann. Die Höhe der Hilfsspannung für den Oszillator 10 und den Schaltverstärker 11 wird durch die Zenerspannung der Zenerdiode 27 bestimmt.

jo Wenn nun der erste Thyristor 12 (über den Schaltverstärker 11) durchgeschaltet wird, so fließt zunächst über die Schaltstrecke des ersten Thyristors 12 und die Koppeldiode 25 Strom in den Speicherkondensator 18, wodurch das Potential an der Kathode 23 des

J5 ersten Thyristors 12 ansteigt. Wenn nun das Potential an der Kathode 23 des ersten Thyristors 12 so weit angestiegen ist, daß die am Speicherkondensator 18 anstehende Hilfsspannung für den Oszillator 10 und den Schaltverstärker 11 geringfügig unterhalb der Zenerspannung der Zenerdiode 27 liegt, fließt ein Strom über die Zenerdiode 17 und den Stabilisierungswiderstand 26. An der Verbindung zwischen der Zenerdiode 17 und dem Stabilisierungswiderstand 26 und damit an der Zündelektrode 24 des zweiten Thyristors 16 entsteht eine Spannung, durch die der zweiten Thyristor 16 durchschaltet. Nunmehr fließt für den Rest der Halbwelle der Strom praktisch nur noch über den zweiten Thyristor 16, so daß an der Schaltstrecke des ersten Thyristors 12 auch kein Spannungsabfall mehr entsteht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronisches Schaltgerät bestehend aus einem von außen beeinflußbaren Oszillator (oder einem anderen Indikator), einem von dem Oszillator steuerbaren ersten Thyristor (oder einem anderen elektronischen Schalter, z. B. einem Transistor oder einem Triac) und einer Speiseschaltung zur Erzeugung der Hilfsspannung für den Oszillator, bei dem die Speiseschaltung zur Erzeugung der Hilfsspannung für den Oszillator einen relativ hochohmigen HilfsWiderstand oder einen Konstantstromgenerator, einen zweiten Thyristor (oder einen anderen elektronischen Schalter, z. B. einen Transistor oder einen Triac) und eine Zenerdiode (oder ein anderes '⁵ Bauelement, vorzugsweise mit Schwellwertcharakter) aufweist und bei dem der HilfsWiderstand bzw. der Konstantstromgenerator und der Oszillator eine Reihenschaltung bilden, die Kathode des zweiten Thyristors an den Minuspol der zu schaltenden Gleichspannung angeschlossen ist und die Zenerdiode — in Sperrichtung beansprucht — einerseits an die Kathode des ersten Thyristors und andererseits an die Zündelektrode des zweiten Thyristors angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (21) des zweiten Thyristors (16) an den Pluspol (19) der zu schaltenden Gleichspannung angeschlossen ist.

2. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Stabili- ^⁰ sierungswiderstand (26) vorgesehen und der Stabilisierungswiderstand (26) einerseits an die Zündelektrode (24) des zweiten Thyristors (16) und andererseits an den Minuspol (20) der zu schaltenden Gleichspannung angeschlossen ist.