DE3034726A1 - Safety circuit for bi-directional semiconductor switches - uses ignition pulse generator for different start and normal operation control, and comparator for pulse generator control - Google Patents

Abstract

The circuit is intended for triac, or thyristors in anti-parallel, used in alternating circuitry as switches, when ignited by control signals of an ignition pulse generator. Alternately, they are used as power adjusters when operating according to the phase control principle. At the start of the forward switch condition the ignition pulse generator (2) energises the bidirectional switch (1) only by a preprogrammed, lower current flux angle. During the first half-wave, effective in the forward direction, a reference voltage (UR) is provided as a measuring value for the instantaneously flowing current in the load circuit. The reference voltage is supplied to a comparator (3) for comparison with a preset threshold voltage. On exceeding the latter, the ignition pulse generator receives a control signal preventing further ignition train at the bidirectional switch.

Description

Sicherheitsschaltung für einen Safety circuit for one

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. bidirectionally operated semiconductor switch The invention relates on a safety circuit for bidirectionally operated semiconductor switches, such as triacs or anti-parallel connected thyristors, which are triggered by controllable ignition signals as a switch or according to the phase control principle as a power controller in the AC network be used.

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.Electronic switching elements of the aforementioned type find more and more application for the various control tasks in the AC network and replace the electromechanical relay switches that were used in the past.

Probleme treten bei den Triac- oder Thyristorsteuerungen häufig auf, wenn es darum geht, die Halbleiterelemente im Kurzschlußfall wirksam vor deren Zerstörung zu schützen.Problems often arise with the triac or thyristor controls, when it comes to the semiconductor elements in the event of a short circuit, effective against their destruction to protect.

Selbst extrem -flinke Stromkreissicherungen reichen mit ihrer Schaltgeschwindigkeit (ca. 80 mS) oft nicht aus, um den auftretenden Kurzschlußstrom mit der notwendigen Schnelligkeit zu unterbrechen.Even extremely fast-acting circuit fuses are sufficient with their switching speed (approx. 80 mS) often not enough to handle the short-circuit current that occurs with the necessary Interrupt rapidity.

Ein weiterer Nachteil der zumeist als Überstromschutzorgan verwendeten Schmelzsicherungen besteht darin, daß sie nach einem Kurzschlußfall manuell ersetzt werden müssen.Another disadvantage of the mostly used as an overcurrent protection device Fuses are that they are replaced manually after a short circuit Need to become.

Elektromagnetische Auslöser für diesen Verwendungszweck sind zu teuer und besitzen darüber hinaus auch nicht die erforderliche Abschaltgeschwindigkeit.Electromagnetic triggers for this purpose are too expensive and also do not have the required shutdown speed.

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.The invention is therefore based on the object of a safety circuit to create the type described above, through which the bidirectional Switches against dangerous short circuits flow with simple switching means and with sufficient shutdown speed.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichneten Merkmale erzielt.The solution to this problem is characterized by that in the main claim Features achieved.

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.The safety circuit according to the invention has the advantage that short circuits in the consumers have no consequences for the semiconductor switch and that after the occurrence of a short circuit, a safety device that can be reused again and again is available.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch und in vereinfachter Form dargestellt. Die Erfindung wird nachstehend anhand dieses Ausführungsbeispiels näher erläutert.An embodiment of the invention is shown in the drawings shown schematically and in a simplified form. The invention is described below explained in more detail using this exemplary embodiment.

Es zeigen: Fig. 1 den Stromlaufplan einer Triacsteuerung und Fig. 2 den Spannungs-/Stromverlauf am gesteuerten Wechselstromverbraucher sowie die dazugehörenden Zündimpulse.They show: FIG. 1 the circuit diagram of a triac control and FIG. 2 the voltage / current curve at the controlled alternating current consumer as well as the associated Ignition pulses.

In der Fig. 1 ist eine Triacsteuerung für einen Wechselstromverbraucher RL nur mit den zur Erläuterung der Erfindung notwendigen Einzelheiten gezeigt.In Fig. 1 is a triac control for an alternating current consumer RL shown only with the details necessary to explain the invention.

Der zu steuernde Wechselstromverbraucher RL kann eine Heizung, ein Motor, ein Magnetventil etc. sein.The AC load to be controlled RL can be a heater Be a motor, a solenoid valve, etc.

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.A triac -1 is arranged in the load circuit, which generates its ignition pulses received from an ignition pulse generator 2. Regardless of whether the control of the alternating current consumer RL takes place in pure switching mode or in power control mode, the connection is made the alternating current load with a small current flow angle preprogrammed in the ignition pulse generator 2 take place.

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.In series with the alternating current consumer RL and the triac 1 ist.ein Measuring resistor RM switched with a low resistance value. At this measuring resistor RM, a reference voltage UR is tapped, which is proportional to that in the load circuit flowing current behaves.

Die Referenzspannung UR wird einem Komparator 3 zugeführt, der die Referenzspannung UR mit einer vorgegebenen Schwellwertspannung vergleicht.The reference voltage UR is fed to a comparator 3, which the Compares reference voltage UR with a predetermined threshold voltage.

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.As soon as the impressed response threshold of the comparator 3 is exceeded which corresponds to an impermissibly high current in the load circuit, becomes the ignition pulse generator 2 a control signal is supplied, whereupon further ignition pulses to the triac 1 are suppressed will. Since the triac always starts with a A relatively small angle of current flow is controlled, even a possibly occurring Short-circuit currents do not reach any dangerous value for the semiconductor, especially since triacs and thyristors can withstand a fairly high surge current for a short time without damage can.

Die in der Fig. 2 dargestellten Strom/Spannungskurven machen die vorteilhafte Abschaltgeschwindigkeit der vorbeschriebenen Sicherheitsschaltung deutlich.The current / voltage curves shown in Fig. 2 make the advantageous The shutdown speed of the safety circuit described above is clear.

Der Triac 1 wird mit einem verhältnismäßig kleinen Stromflußwinkel angesteuert.The triac 1 is with a relatively small current flow angle controlled.

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.The ignition pulse UGT1 causes the. first half-wave through control of the triac 1, so that an effective passage aß current 1D1 through the consumer RL comes about.

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.This first current half-wave already has the consequence that the safety circuit is activated. The reference voltage UR is immediately applied to the comparator 3. Should have now set a short circuit at the alternating current consumer RL, the current would be Short-circuit current many times higher than the normally expected load current, so that the response threshold impressed in the comparator 3 would be reached. The other The ignition sequence of the ignition pulse generator 2 would be caused by the short-circuit signal of the comparator 3 suppressed and the next half wave ID2 would be blocked. To further Operational readiness would first have to eliminate the cause of the short circuit.

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.In an advantageous embodiment, it would be useful to include the control to provide an optical or acoustic display device through which the user attention is drawn to the incident.

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 eThe design of the response threshold on the comparator must be individual according to the type of AC consumer and the bidirectional switch used be matched L e r s e i t e

Claims (2)

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. Claims () Safety circuit for bidirectionally operated Semiconductor switches, such as triacs or anti-parallel connected thyristors, which through Controllable ignition signals from an ignition pulse generator as a switch or as a power controller according to the phase control principle in. 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. AC mains are used, characterized in that to Beginning of the on state of the ignition pulse generator (2) the bidirectional switch (1) only drives with a pre-programmed low conduction angle that during of the first effective half-wave in the load circuit is a reference voltage (UR) is blanked as a measured value for the current flowing at the moment, with this reference voltage (UR) for comparison with a predetermined threshold voltage a comparator (3) is fed, and that from the comparator (3) when exceeded The ignition pulse generator (2) issues a control signal after the specified threshold voltage which prevents the further firing sequence on the bidirectional switch (1). 2. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Kurzschlußfall eine optische oder akustische Anzeigeeinrichtung aktivierbar ist.2. Safety circuit according to claim 1, characterized in that in the event of a short circuit, an optical or acoustic display device can be activated.