DE3034726A1 - Sicherheitsschaltung fuer einen bidirektional betriebenen halbleiterschalter - Google Patents

Description

• Sicherheitsschaltung für einen
• bidirektional betriebenen Halbleiterschalter Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsschaltung für bidirektional betriebene Halbleiterschalter, wie Triacs oder antiparallel geschaltete Thyristoren, die durch steuerbare Zündsignale als Schalter oder nach dem Phasenanschnittsprinzip als Leistungssteller im Wechselstromnetz verwendet werden.
• Elektronische Schaltelemente der vorgenannten Art finden mehr und mehr Anwendung für die vielfältigen Steuerungsaufgaben im Wechselstromnetz und ersetzen dabei die früher gebräuchlichen elektromechanischen Relais schalter.
• Probleme treten bei den Triac- oder Thyristorsteuerungen häufig auf, wenn es darum geht, die Halbleiterelemente im Kurzschlußfall wirksam vor deren Zerstörung zu schützen.
• Selbst extrem -flinke Stromkreissicherungen reichen mit ihrer Schaltgeschwindigkeit (ca. 80 mS) oft nicht aus, um den auftretenden Kurzschlußstrom mit der notwendigen Schnelligkeit zu unterbrechen.
• Ein weiterer Nachteil der zumeist als Überstromschutzorgan verwendeten Schmelzsicherungen besteht darin, daß sie nach einem Kurzschlußfall manuell ersetzt werden müssen.
• Elektromagnetische Auslöser für diesen Verwendungszweck sind zu teuer und besitzen darüber hinaus auch nicht die erforderliche Abschaltgeschwindigkeit.
• Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsschaltung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, durch die die verwendeten bidirektionalen Schalter vor gefährlichen Kurzschluß strömen mit einfachen Schaltmitteln und mit ausreichender Abschaltgeschwindigkeit geschützt werden.
• Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichneten Merkmale erzielt.
• Die erfindungsgemäße Sicherheitsschaltung bringt den Vorteil mit sich, daß Kurzschlüsse in den Verbrauchern für die Halbleiterschalter ohne Folgen bleiben und daß nach Auftreten eines Kurzschlußfalles eine immer wiederverwendbare Sicherungseinrichtung zur Verfügung steht.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch und in vereinfachter Form dargestellt. Die Erfindung wird nachstehend anhand dieses Ausführungsbeispiels näher erläutert.
• Es zeigen: Fig. 1 den Stromlaufplan einer Triacsteuerung und Fig. 2 den Spannungs-/Stromverlauf am gesteuerten Wechselstromverbraucher sowie die dazugehörenden Zündimpulse.
• In der Fig. 1 ist eine Triacsteuerung für einen Wechselstromverbraucher RL nur mit den zur Erläuterung der Erfindung notwendigen Einzelheiten gezeigt.
• Der zu steuernde Wechselstromverbraucher RL kann eine Heizung, ein Motor, ein Magnetventil etc. sein.
• Im Laststromkreis ist ein Triac -1 angeordnet, der seine Zündimpulse von einem Zündimpulsgeber 2 erhält. Ganz gleich ob die Steuerung des Wechselstromverbrauchers RL im reinen Schaltbetrieb oder im Leistungsstellbetrieb erfolgt, wird die Anschaltung der Wechselstromlast mit einem im Zündimpulsgeber 2 vorprogrammierten kleinen Stromflußwinkel erfolgen.
• In Reihe mit dem Wechselstromverbraucher RL und dem Triac 1 ist.ein Meßwiderstand RM mit geringem Widerstandswert geschaltet. An diesem Meßwiderstand RM wird eine Referenzspannung UR abgegriffen, die sich proportional zu dem im Laststromkreis fließenden Strom verhält.
• Die Referenzspannung UR wird einem Komparator 3 zugeführt, der die Referenzspannung UR mit einer vorgegebenen Schwellwertspannung vergleicht.
• Sobald die eingeprägte Ansprechschwelle des Komparator.s 3 überschritten wird, was einem unzulässig hohen Strom im Laststromkreis entspricht, wird dem Zündimpulsgeber 2 ein Steuersignal geliefert, worauf weitere Zündimpulse an den Triac 1 unterdrückt werden. Da der Triac in der Anfangsphase mit der ersten Halbwelle immer mit einem relativ kleinen Stromflußwinkel angesteuert wird, kann selbst ein eventuell auftretender Kurzschlußstrom keinen für den Halbleiter gefährlichen Wert erreichen, zumal Triacs und Thyristoren kurzzeitig einen ziemlich hohen Stoß strom ohne Schädigung verkraften können.
• Die in der Fig. 2 dargestellten Strom/Spannungskurven machen die vorteilhafte Abschaltgeschwindigkeit der vorbeschriebenen Sicherheitsschaltung deutlich.
• Der Triac 1 wird mit einem verhältnismäßig kleinen Stromflußwinkel angesteuert.
• Der Zündimpuls UGT1 veranlaßt in der. ersten Halbwelle die Durchsteuerung des Triacs 1, so daß ein wirksamer Durchl aß strom 1D1 durch den Verbraucher RL zustandekommt.
• Bereits diese erste Stromhalbwelle hat zur Folge, daß die Sicherheitsschaltung aktiviert ist. Die Referenzspannung UR liegt sofort am Komparator 3 an. Sollte sich nun am Wechselstromverbraucher RL ein Kurzschluß eingestellt haben, wäre der augenblickliche Kurzschlußstrom um ein vielfaches höher als der normalerweise zu erwartende Laststrom, so daß die im Komparator 3 eingeprägte Ansprechschwelle erreicht würde. Die weitere Zündfolge des Zündimpulsgebers 2 würde durch das Kurzschlußsignal des Komparators 3 unterdrückt und bereits die nächste Halbk welle ID2 wäre gesperrt. Zur weiteren Betriebsbereitschaft müßte zunächst die Kurzschlußursache beseitigt werden.
• In vorteilhafter Ausgestaltung wäre es zweckmäßig, die Steuerung mit einer optischen oder akustischen Anzeigeinrichtung zu versehen, durch die der Benutzer auf den Störfall aufmerksam gemacht wird.
• Die Auslegung der Ansprechschwelle am Komparator muß individuell äe nach Art des Wechselstromverbrauchers und des verwendeten bidirektionalen Schalters abgestimmt werden L e e r s e i t e

Claims (2)

1. Patentansprüche () Sicherheitsschaltung für bidirektional betriebene Halbleiterschalter, wie Triacs oder antiparallel geschaltete Thyristoren, die durch steuerbare Zündsignale eines Zündimpulsgebers als Schalter oder als Leistungssteller nach dem Phasenanschnittsprinzip im.

   Wechselstromnetz verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn des Durchlaßzustandes der Zündimpulsgeber (2) den bidirektionalen Schalter (1) nur mit einem vorprogrammierten niedrigen Stromflußwinkel ansteuert, daß während der ersten in Durchlaßrichtung wirksamen Halbwelle im Laststromkreis eine Referenzspannung (UR) als Meßwert für den augenblicklich fließenden Strom ausgetastet wird, wobei diese Referenzspannung (UR) zum Vergleich mit einer vorgegebenen Schwellwertspannung einem Komparator (3) zugeführt wird, und daß vom Komparator (3) bei Überschreiten der vorgegebenen Schwellwertspannung dem Zündimpulsgeber (2) ein Steuersignal erteilt wird, welches die weitere Zündfolge am bidirektionalen Schalter (1) verhindert.
2. 2. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Kurzschlußfall eine optische oder akustische Anzeigeeinrichtung aktivierbar ist.