DE3045798A1

DE3045798A1 - Zweirichtungsschalter

Info

Publication number: DE3045798A1
Application number: DE19803045798
Authority: DE
Inventors: Shinichi Hamamatsu Shizuoka Fujita
Original assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Priority date: 1979-12-04
Filing date: 1980-12-04
Publication date: 1981-09-03
Also published as: DE3045798C2; JPS5680929A; US4350949A

Description

Zwe ir ichtungs s chalter

Die Erfindung betrifft einen Zweirichtungsschalter, welcher Abhängigkeit von einem an einem Steueranschluß wirksamen Signal einen Stromfluß zwischen einem ersten und zweiUm Anschluß steuert.

Ein derartiger Zweirichtungsschalter ist zum Triggern von Zweirichtungsthyristoren verwendbar, wie sie beispielsweise unter dem Warenzeichen TRIACbekannt sind. Wenn ein Zweirichtungsthyristor zur Leistungssteuerung in einer Stromversorgung sschaltung verwendet wird, benötigt man einen Schalter als Triggerelement, um den Zweirichtungsthyristor umzuschalten. Es sind eine Vielzahl von Triggerelementen für diesen Zweck bekannt und unter den Abkürzungen DIAC mit der Bedeutung Diode als Wechselstromschalter, SBS mit der Bedeutung Silicium-bilateraler Schalter und als PUT mit der Bedeutung programmierbarer Uni-Junction-Transistor kommerziell erhältlich. Ein DIAC wird für diesen Zweck in einer bekannten Schaltung gemäß Fig.

benutzt, Fs/ai

wobei

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wobei eine Spannung über die Anschlußklemmen 1 und 2 sowie einen Widerstand 3 an den DIAC 4 angelegt wird, sobald diese einen bestimmten Wert, z.B. 30 V erreicht. Dabei wird die elektrische Ladung eines Speicherkondensators 5 dazu benutzt, das Gate des Zweirichtungsthyristors 6 anzusteuern und diesen leitend zu machen. Mit Hilfe dieser Schaltung kann der Zündwinkel des Zweirichtungsthyristors 6 durch Verändern des Widerstandswertes des Widerstandes 3 gesteuert werden.

In Fig. 2Ä ist die Ersatzschaltung eines SBS gezeigt, der in einer Schaltung gemäß Fig. 2B verwendet wird. Es ist erkennbar, daß diese Schaltung aus der Schaltung gemäß Fig. 1 durch Ersat ζ des DIAC 4 mit einem SBS 7 hervorgeht. Wenn eine an den SBS 7 angelegte Spannung ein bestimmtes Spannungsniveau, z.B. 8 Volt erreicht, wird der Zweirichtungsthyristor 6 leitend und /.war in derselben Weise, wie dies für den Zweirichtungsthyristor gi'rnäß Fig. 1 der Fall ist.

Die Ersatzschaltung eines PUT ist in Fig. 3 A dargestellt. Ein solcher PUT kann in einer Schaltung gemäß Fig. 3B verwendet werden, in welcher eine Last 23 mit einer Wechselstromspannung über die Klemmen 21 und 22 versorgt wird. Zur Anschaltung der Last an den Wechselstromkreis wird der Zweirichtungsthyristor 24, welcher in Serie zur Last liegt, mit Hilfe eines PUT 25 getriggert. Da der PUT als Uni-Junction-Transistor ausgebildet ist, ist zur Ansteuerung eine Gleichrichter schaltung 26 und eine Treiberschaltung 28 vorgesehen, welche eine Zenerdiode 27 und weitere Schaltungselemente enthält. Diese Schaltung arbeitet derart, daß, sobald der PUT 25 leitend wird, ein elektrischer Strom zur Primärseite eines Transformators 29 fließt und dieser über die Sekundärseite das Gate des Zweirichtungs thyristors 24 ansteuert. Durch diese Triggerung wird der Zwei-

richtungs

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richtungstransistor leitend.

Von den erwähnten Elementen hat der DIAC und der SBS den Nachteil, daß bei einer Verwendung in Schaltungen gemäß Fig. 1 und gem. Fig. 2B die Ladezeit des Kondensators 5 in Abhängigkeit von der Frequenz der an die Klemmen 1 und 2 angelegten Spannung veränderlich ist. Damit ist auch die Zeil, während welcher der DIAC 4 oder der SBS 7 leitend gemacht wird, frequenzabhängig. Daraus ergibt sich der Nachteil, daß die Werte des Widerstands 3 und des Kondensators 5 in Abhängigkeit von der Frequenz der angelegten Spannung geändert werden müssen. Wenn diese Elemente in den Schaltungen gemäß Fig. 1 und Fig. 2B verwendet werden und die Werte des Widerstandes 3 sowie des Kondensators 5 für eine kommerzielle Stromversorgung mit einer Netzfrequenz von 50 Hz ausgelegt sind, ändert sich der Zeitpunkt, zu welchem der DIAC 7 oder dor SHS7 leitend wird, wenn die Netzfrequenz geändert und z.B. eine Versorgungsspannung mit einer Netzfrequenz von 60 Ή/, angelegt wird. Wenn z. B. die Schaltung an die Stromversorgung angesclilosseii wird und diese nicht mit dem Beginn eines Halbzyklus auf die Schaltung einwirkt, beginnt die Aufladung des Kondensators 5 exakt zu dem Zeitpunkt, zu welchem die Versorgungsspannung angelegt wird. Damit ergibt sich die Situation, daß die Aufladung des Kondensators 5 nicht bis zu demjenigen Betrag erfolgt, bei welchem entweder der DIAC 4 oder der SBS 7 vor dem Ende des HaIbzyklusses leitend wird. Ein solcher Betrieb macht die Einstellung des Zündwinkels instabil.

Wenn die Schaltungen gemäß Fig. 1 bzw. gemäß Fig. 2B in einer Stromve rs orgungs schaltung benutzt werden, wobei der

Zwei-

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Zweirichtungsthyristor 6 in den Lastkreis eingeschaltet ist und für den Widerstand 3 ein veränderbarer Widerstand Verwendung findet, um die Änderungen der an die Last angelegten Spannung festzustellen und über den Widerstand 3 durch eine Steuerung des Zündwinkels des Zweirichtungsthyristors 6 zu kompensieren, ergeben sich ebenfalls Schwierigkeiten. Da die Steuerung über den Widerstand 3 nur erfolgt, wenn der Zweirichtungsthyristor 6 in dem Zeitpunkt leitend gemacht wird, zu welchem die Stromversorgung angeschlossen wird, kann sich der Umstand einstellen, daß die Betätigung des Zweirichtungsthyristors 6 nicht in Abhängigkeit von den Bedingungen am Widerstand 3 zu dem gewünschten Zeitpunkt erfolgt, da nämlich beispielsweise der Wert des Widerstands 3 zu groß ist, um den Kondensator 5 aufzuladen. Durch diesen Nachteil kann die Betätigung des Zweirichtungsthyristors 6 ebenfalls instabil werden. Dazu kommt außerdem, daß der Zeitpunkt, zu welchem der Thyristor leitend gemacht wird, auch von der Frequenz der Versorgungsspannung abhängt und eine Änderung der Frequenz von 50 Hz auf 60 Hz ebenfalls eine weitere Instabilität bedeutet.

Die Verwendung eines PUT gemäß Fig. 3B ermöglicht einige Nachteile zu beseitigen, die in Verbindung mit einem DIAC und einem SBS entstehen. Jedoch hat der PUT den Nachteil, daß er nicht in zwei gegensätzlichen Richtungen betrieben werden kann, so daß eine aufwendige Treiberschaltung und ein Transformator 29 notwendig ist. Hierin wird ein Kostennachteil gesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zweirichtungsschalter zu schaffen, der in einer T rigger schaltung Verwendung finden kann und insbesondere zum Aufbau stabilisierter Spannungsversorgungen geeignet ist, welche von sich ändernden Netz-

frequenzen nicht

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frequenzen nicht wesentlich beeinflußt werden. Dabei soll dafür Sorge getragen werden, daß die Betätigung des Zweirichtuiigsthyristors in der Schaltung mit weitgehendst übereinstimmenden Zündwinkeln erfolgt und Instabilitäten bei einer derartigen kostengünstig herstellbaren Schaltung vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst., daß eine zwischen den Steueranschluß und den zweiten Anschluß geschaltete Schwellwertschaltung einen Stromfluß in zwei Richtungen zuläßt, wenn eine zwischen dem Steueranschluß und dem zweiten Anschluß wirkende Spannung einen vorgegebenen Wert übersteigt, daß die Schwellwertschaltung und der Steuei-anschluß über einen Widerstand mit dem ersten Anschluß verbunden ist., daß ein erster, parallel zur Schwellwertschaltung liegender SchaUungsbereich zwischen den ersten Anschluß und den zweiten Anschluß geschaltet ist und einen Stromfluß vom ersten zum zweiten Anschluß bewirkt sowie selbsthaltend aufrechthält, wenn eine positive, an den Widerstand angelegte Spannung ein vorgegebenes Niveau übersteigt, und daß ein zweiter, prallel zur Schwellwertschaltung liegender Schaltungsbereich zwischen den ersten Anschluß und den zweiten Anschluß geschaltet ist und einen Stromfluß vom zweiten zum ersten Anschluß bewirkt sowie selbsthaltend aufrechthält, wenn eine negative, an den zweiten Widerstand angelegte Spannung ein vorgegebenes Niveau übersteigt.

Für einen Zweirichtungsschalter, welcher in der Triggerschaltung einer Stromversorgungsschaltung Verwendung findet, ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß parallel zu der Stromquelle ein Spannungsteiler geschaltet ist, dessen Spannungsabgriff am Steueranschluß des Zweirichtungsschalters liegt, daß der zweite Anschluß des Zweirichtungsschal

ters

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ters über einen Widerstand an der einen Anschlußklemme für die Stromversorgung liegt, daß parallel zur Stromquelle eine Ladeschaltung mit einem weiteren Widerstand in Serie zu einem Kondensator geschaltet ist, wobei der Verbindungspunkt des weiteren Widerstandes mit dem Kondensator an den ersten Anschluß des Zweirichtungsschalters angeschlossen ist, und daß ein Zweirichtungsthyristor in Serie zur Last an die Stromversorgungsquelle angeschlossen ist, wobei das Gate des Zweirichtungsthyristors am zweiten Anschluß liegt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus weiteren Unteransprüchen.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Besehreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine bekannte Triggerschaltung unter Verwendung

eines DIAC;

Fig. 2A eine bekannte Ersatzschaltung eines SBS;

Fig. 2B eine bekannte Triggerschaltung unter Verwendung

eines SBS;

Fig. 3A eine bekannte Ersatzschaltung eines PUT;

Fig. 3B eine bekannte Triggerschaltung unter Verwendung

eines PUT;

Fig. 4 das Schaltbild eines Zweirichtungsschalters gemäß der Erfindung:

Fig. 5

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Fig. 5 eine Spannungs-Stromcharakteristik des Zweirichtun^sschalters gemäß Fig. 4;

Fig. 6 eine Subsiitutionsschaltung für die Serienschaltung der Zenerdioden gemäß Fig. 4;

Fig. 7 das Schaltbild einer Stromversorgungsschaltung unter Verwendung eines Zweirichtungsschalters gemäß Fig. 4:

Fig. 8 ein Diagramm zur Erläuterung der Triggerfunktion der Schaltung gemäß Fig. 1\

Fig. 9 ein Blockschaltbild einer stabilisierten Stromversorgungsschaltung mit einem Zweirichtungsschalter gemäß Fig. 4;

Fig. 10 das detaillierte Schaltbild der Stromversorgungsschaltung gemäß Fig. 9.

Die Ausführungsformen gemäß der Erfindung werden anhand der Fig. 4 bis 10 beschrieben.

In Fig. 4 ist das Schaltbild eines Zweirichtungsschalters A gemäß der Erfindung dargestellt. Dieser Zweirichtungsschalter hat einen ersten Anschluß 41 und einen zweiten Anschluß 42 sowie einen Steueranschluß 43. Zwischen dem ersten Anschluß und dein Steueranschluß 43 liegt ein Widerstand 44,. wogegen zwischen den zweiten Anschluß 42 und den Steueranschluß 43 zwei in Serie geschaltete Zenerdioden 45 und 46 geschaltet sind. Dabei ist die Zenerdiode 45 vom Steueranschluß 43 kommend in

Durchlaßrichtung und die Zenerdiode 46 in Sperr-Richtung geschaltet

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schaltet. Mit dem Steueranschluß 43 ist ferner die Basis eines PNP-Transistors 47, der Kollektor eines NPN-Transistors 48, die Basis eines NPN-Transistors 49 und ferner der Kollektor eines PNP-Transistors 50 verbunden. Der Emitter des Transistors und ebenso der Emitter des Transistors 49 sind mit dem ersten Anschluß 41 verbunden. Der zweite Anschluß 42 ist über eine Diode 51 und über einen in Serie nachgeschalteten Widerstand 52 an den Kollektor des Transistors 47 sowie die Basis des Transistors 48 angeschlossen. Schließlich ist der zweite Anschluß 42 auch über eine Diode 53 und einen dazu in Serie geschalteten Widerstand an den Kollektor des Transistors 49 sowie die Basis des Transistors 50 angeschlossen. Die Diode 51 ist in Richtung auf den zweiten Anschluß 42 in Durchlaßrichtung gepolt, wogegen die Diode 53 zwischen den zweiten Anschluß 42 und den Widerstand 54 in Sperrichtung geschaltet ist. Der Emitter des 'Transistors 48 hängt am Verbindungspunkt der Diode 51 mit dem Widerstand 52 und entsprechend ist der Emitter des Transistors 50 an den Verbindungspunkt der Diode 53 mit dem Widerstand 54 angeschlossen. Bei der beschriebenen Anordnung stellen die Transistoren 47 und 48 sowie der Widerstand 52 einen ersten Schaltungsbereich 55 dar, welcher derart arbeitet, daß ein Strom fluß vom ersten Anschluß 41 zum zweiten Anschluß 42 selbsthaltend aufgebaut wird, wenn die Beziehung zwischen den an die Anschlüsse 41 bis 43 angelegten Spannungen eine bestimmte, nachfolgend näher erläuterte Bedingung erfüllen. Entsprechend bilden auch die Transistoren 49 und 50 zusammen mit dem Widerstand 54 einen zweiten Schaltungsbereich 56, der derart arbeitet, daß ein Stromfluß vom zweiten Anschluß 42 zum ersten Anschluß 41 selbsthaltend aufgebaut wird, wenn die vorausstehend genannten Spannungsverhältnisse einer anderen, nachfolgend beschriebenen Bedingung genügen.

Nachfolgend

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Nachfolgend wird die Funktionsweise des Zweirichtungsschalters A beschrieben.

Der Richtungsschalter wird vom ersten Anschluß 41 zum zweiten Anschluß 42 und umgekehrt leitend, wenn eine vorgegebene Spannung an den Anschlüssen wirksam ist und der Wert dieser Spannung über eine vorgegebene Durchbruch spannung V_r ansteigt. Es wird beispielsweise davon ausgegangen, daß die angelegte Spannung an dem ersten Anschluß 41 das Potential V_Ä1 und am zweiten Anschluß 42 das Potential V.₉ hat, wobei V_A1 größer alsV_A0 ist. Unter dieser Annahme ergibt sich, daß beide Zenerdioden 45 und 46 leitend werden und damit die beiden Transistoren 47 und 78 stromführend sind, wenn die llasi.s-Emitterspannung des Transistors 47 den Wert V-^₁ hat und der Spannungsabfall in Durchlaßrichtung der Zenerdiode 45 dem Wert V_,, entspricht sowie ferner die Zenerspannung an der Zenerdiode 46 den Wert V₁ annimmt und sich damit die

Rl

folgende Be Ziehung ergibt;

^VA1 -^VA2^>VBE1^+VF1 ^{+ V}R1

In diesem Zustand fließt ein elektrischer Strom zwischen dem ersten und zweiten Anschluß 42 und 41 über die ausgezogen und gestrichelt in Fig. 4 eingezeichneten Strecken. Die niedrigste, für den Zweirichtungsschalter A erforderliche Betriebsspannung, um leitend zu werden, hat den Wert:

V = V +V + V

ζ BEI Fl ^VR1

Angesichts

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Angesichts der Tatsache, daß die Spannungen V . und V , vernachlässigbar klein sind, bestimmt sich die Spannung

V im wesentlichen durch die Spannung V— *. ζ . Ki

Unter der Voraussetzung, daß V_,„_o die Basis-Emitter-

±3 111 ώ

spannung am Transistor 49 repräsentiert und V—» der Spannungsabfall in Durchlaßrichtung an der Zenerdiode 46 ist sowie V₀ die Zenerspannung der Zenerdiode 45 repräsentiert, ergibt sich für die Beziehung:

^VA2 - ^1* ^VBE2 ^{+ V}F2 ^{+ V}R2

daß die Zenerdioden 45 und 46 und ebenso die Transistoren und 50 leitend werden, wenn V., χ V.„ ist. Unter diesen \'orausSetzungen fließt ebenfalls ein Strom zwischen dem ersten Anschluß 41 und dem zweiten Anschluß 42, und zwar entsprechend den strichpunktierten Linien gemäß Fig. 4. Bei den angegebenen Betriebsverhältnissen verhindern die Dioden 51 und 53 das Wirksamwerden einer Sperrspannung am Emitter und an der Basis der Transistoren 48 und 50. Dabei ergeben sich für die Spannungs-Stromcharakteristik des Zweirichtungsschalters A die in Fig. 5 dargestellten Verhältnisse. Diese Betriebsverhältnisse werden in der nachfolgenden Beschreibung als erstes Betriebsverhalten bezeichnet.

Selbst, wenn der Wert der zwischen den Anschlüssen 41 und wirksamen Spannung kleiner als V ist, fließt ein Strom zwisehen den beiden Anschlüssen in beiden Richtungen entsprechend der an dem Steueranschluß 43 wirksamen Spannung V . Wenn man voraussetzt, daß die Potentiale an den Anschlüssen 41

und 42

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und 42 dem Ausdruck V ν V.„ genügen, dann fließt ein Strom über die Transistoren 47 und 48 zwischen den Anschlüssen entsprechend der gestrichelten linien gemäß Fig. 4, wenn das Potential V_A1 am ersten Anschluß 41 und das Potential V am Steueran-Schluß 43, bezogen auf den zweiten Anschluß, den folgenden Verhältnissen genügen:

^VA1>^VQ ^+VBE1

Die Transistoren 49 und 50 werden leitend, wenn die nachfolgende Beziehung gilt:

^VA1 ^ ^VG ^{+ V}BE2

und zwar für den Fall, daß V _Λ , kleiner V_AO ist. Unter diesen

Al Α

Verhältnissen stellt sich ein Stromfluß zwischen dem ersten und zweiten Anschluß ein, wie er durch die mit zwei Punkten strichpunktierten Linien gemäß Fig. 4 gekennzeichnet ist. Dieses Verhalten wird als zweites Betriebs verhalten bezeichnet.

Durch eine entsprechende Auswahl der Spannungen, welche an dem ersten Anschluß 41 und an den zweiten Anschluß 42 sowie an den Steueranschluß 43 angelegt werden, läßt sich eine Einschaltbedingung bzw. eine Ausschaltbedingung zwischen den beiden Anschlüssen 41 und 42 einstellen, wobei der Zweirichtungsthyristor mit Hilfe des über die Anschlüsse 41 und 42 fließenden Stromes getriggert werden kann.

Die Serienschaltung der Zenerdioden 45 und 46 im Zweirichtungaschalter A gemäß Fig. 4 kann durch eine Schaltung gemäß Fig. ü

e rsetzt werden.

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ersetzt werden. Diese Schaltung gemäß Fig. 6 ist als Brückenschaltung aus den Dioden 57a, 57b, 57c und 57d sowie einer Zenerdiode 58 aufgebaut. Dabei werden in der gleichrichtenden Brückenschaltung die Kathoden der Dioden 57a und 57b sowie die Anoden der Dioden 57c und 57d zusammengeschaltet, wobei die Anode der Diode 57b mit der Kathode der Diode 57d und die Anode der Diode 57b mit der Kathode der Diode 57c verbunden ist. Die Kathode der Zenerdiode 58 liegt an den miteinander verbundenen Kathoden der beiden Dioden 57a und 57b, wogegen die Anode der Zenerdiode mit den Anoden der Dioden 57d und 57c verbunden ist. Die in der Schaltung gemäß Fig. 6 mit Zl und Z2 bezeichneten Anschlüsse werden beim Ersatz der Zenerdioden 45 und 46 mit dem Steueranschluß 43 und dem zweiten Anschluß 42 verbunden, so daß die Zenerspannung V in beiden

rt

Richtungen zwischen dem ersten und zweiten Anschluß gleich groß gemacht werden kann. Für den Fall, daß ein nachfolgend noch näher erläuterter Übertrager als Last verwendet wird, muß dafür gesorgt werden, daß die positiven und negativen Zündwinkel gleich sind, damit das Auftreten von Schwierigkeiten, wie z. B. magnetische Abweichungen aufgrund eines Vorspannungs-Gleichstromflusses vermieden werden. Im Falle eines Unterschieds zwischen dem positiven und dem negativen Zündwinkel ergeben sich auch Unterschiede zwischen dem positiven und dem negativen Bereich des Schwingungsverlaufes für die Spannung, was gleichbedeutend mit dem Auftreten entweder eines positiven oder negativen Gleichstromflusses ist. Aus diesem Grund werden die Änderungen des Stromes relativ zu den Änderungen der Spannung extrem groß, was zu einer Beschädigung des Zweirichtungsthyristors und damit der Wicklungen des Transformators führt. Es ist daher notwendig, dafür zu sorgen, daß der positive und der negative Zündwinkel gleich groß sind. Bei der Verwendung

einer Schaltung

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einer Schaltung gemäß Fig. 6, um die Zenerspannung V zu erhalten und um das Auftreten von magi;etischen Einflüssen infolge des gleichstrommäßigen Vorspannungsstromes zu vermeiden, genügt die Verwendung von nur einer Zener diode. Damit kann die Zenerspannung in beiden Richtungen und somit auch der positive und der negative Zündwinkel jeweils gleich groß gemacht werden, ohne daß es notwendig ist, die Zenerdioden derart auszuwählen, daß sie bezüglich ihrer Charakteristiken identisch übereinstimmen.

In Fig. 7 ist eine Stromversorgungsschaltung mit einer Triggerschaltung B dargestellt, welche den Zweirichtun.usschaller A gemäß Fig. 4 mitumfaßt. Die Stromversorgungen-haltung ist derart aufgebaut, daß sie von einer Wechsel stromquelle (il aus eine Last 62 mit elektrischer Leistung versorgt. Zwischen die Stromquelle 61 und die Last 62 ist ein Zweirichtungsthyristor 63 geschaltet, dessen Zündwinkel mit Hilfe der T rigger schaltung B gesteuert werden. Der Aufbau der Schaltung gemäß Fig. 7 sieht vor, daß der Zweirichtungsschalter A der Schaltung gemäß Fig. 4 entspricht. Parallel zu den Anschlußklemmen 61a und 61b der Stromquellen liegt die Serienschaltung der beiden Widerstände 64 und 65 und ferner eine Serienschaltung aus einem veränderbaren Widerstand 66 und einem Kondensator 67. Zwischen dem zweiten Anschluß 42 des Zweirichtungsschalters A und dem Anschluß 6Ib ist ein Widerstand 68 angeordnet. Der erste Anschluß 41 des Zweirichtungsschalters A ist an den Verbindungspunkt des veränderlichen Widerstandes 66 mit dem Kondensator 67 angeschlossen, wogegen der zweite Anschluß 42 am Gate des Zweirichtungsthyristors 63 liegt. Der Steueranschluß 43 des Zweirichtungsschalters A ist mit dem Verbindungspunkt 70 der beiden Widerstände 64 und 65 ver-i

bunden.

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bunden. Bei der beschriebenen Anordnung wird der veränderliche Widerstand 66 von dem lichtaufnehmenden Teil eines Photokopp] ers gebildet und ist derart angeordnet, daß sich der Widerstandswert in Abhängigkeit von der Lichtmenge ändert, welche vor dem lichtemittierenden Teil in Abhängigkeit von der an die Last (J2 angelegten Spannung abgegeben wird.,

Die Funktionsweise dieser Schaltung gemäß Fig. 7 i st wie folgt:

Der W--rt K des veränderlichen Widerstandes 66 ist derart aus-

gelegt, daß das lichtemittierende Element beim abgeschalteten Zustand des Zweirichtungsthyristors 63 keinen Strom abgibt und damit der Wider stands wert sehr groß ist. In diesem Fall, in welchem R sehr viel größer als 0 ist, befindet sich der Zweirichtuagsschalter im sogenannten zweiten Betriebsverhalten. Unier den vorgenannten Bedingungen, wenn die Spannung

V am Stromversorgungsanschluß 6la, z.B, auf den Maximalwert der positiven Halbwelle ansteigt, fließt ein Ladungsstrom zum Kondensator 67. Dieser Strom fließt von der Stromversorgung --nuelle 6la über den Widerstand 64, den Steueran ■chluß 13 ces Zweirichtungsschalters A und den Widerstand :um er ;ten Anschluß 41 im Zweirichtungsschalter A. Auf diese Weise wird der Kondensator 67 aufgeladen. Wenn die Spannung am Anschluß.6la der Stromversorgung den maximalen Wert übersteigt tind das Verhältnis der Spannung V am Kondensator 67, verglichen mit der Spannung V₁ am Widerstand 65 den Wert

V_I kleiner V am Ende der Halbwelle annimmt, zeigt der

J. C

Zweirichtungsschalter A das zweite Betriebsverhalten, in welchem ein Strom zwischen dem ersten Anschluß 41 und dem zweiti-n Anschluß 42 fließt. Damit wird der Kondensator 67 ( ntlade ι und gleichzeitig ein Triggerimpuls für das Gate des

Zweirichtung s-

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Zweirichtungsthyristors 63 geliefert. Dieser Triggerimpuls schaltet den Zweirichtungsthyristor 63 ein, so daß die Strom Versorgungsquelle 61 an die Last 62 angeschlossen wird. Der beschriebene Funktionsverlauf stellt sich in gleicher Weise auch für die negative Halbwelle ein.

Sobald der Zweirichtungsthyristor 63 eingeschaltet ist, fällt der Widerstandwert R des veränderlichen Widerstandes

66 aufgrund der Tatsache ab, daß eine vorgegebene Spannung an der Last 62 wirksam wird. Für den Fall, daß dieser Widerstandswert R einen vorgegebenen Wert unterschritten hat, geht der Zweirichtungsschalter A in das erste Betriebsverhaiten über. Zu diesem Zeitpunkt wird dem Kondensator 67 ein Ladestrom über den vorbeschriebenen Weg für den Fall zugeführt, daß die Spannung am Stromversorgungsanschluß 01 a aufgrund der positiven Halbwelle ansteigt und gleichzeitig ein Ladestrom auch über den veränderlichen Widerstand 6 K von dem Stromversorgungsanschluß 6la aus zugeführt wird. Wenn sich die Bedingungen einstellen, daß der Wert der Spannung V den Wert der Betriebsspannung V des Zweirichtungsschalters A übersteigt, nimmt dieser Zweirichtungsschalter sein erstes Betriebsverhalten ein, so daß ein Stromfluß über den ersten Anschluß 41 und den zweiten Anschluß 42 aufgebaut wird, wodurch ein Triggerimpuls für den Zweirichtungsthyristor 63 entsteht. Die Schaltung arbeitet auch für die negative HaIbwelle der Spannung V in derselben Weise. Für den Fall, daß der Wider stands wert R des veränderlichen Wider -

Standes 66 nach der Betätigung des Zweirichtungsthyristors 63 groß ist und infolgedessen die Spannung V den Wert der Betriebsspannung V nicht erreicht, arbeitet der Zweirichtungs-

schalter A

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Schalter A im zweiten Betriebsverhalten, um den Zündwinkel· des Zweirichtungsthyristors 63 zu steuern.

In Fig. 8 ist ein Zeitdiagramm dargestellt, aus welchem der Zeitpunkt entnehmbar ist, an welchem der Zweirichtungsschalter A bei der positiven Halbwelle entsprechend dem vorausstehend erläuterten Funktionsverlauf leitend wird. Es ist dabei davon auszugehen, daß die Spannung V, der angenommenen Spannung am Widerstand 65 entspricht, wenn der "Verbindungspunkt 70 nicht an den Steueranschluß 43 angeschlossen ist. Wie aus Fig. 8 hervorgeht, arbeitet der Zweirichtungsschalter A derart, daß, wenn die Spannung V die Spannung V₁ am Ende der positiven Ilalbwelle um die Spannung V₁ überschritten hat, der Zwei-

BEl

richtungsschalter A das zweite Betriebsverhalten annimmt und den Zweirichtungsthyristor 63 einschaltet. Wenn somit das Niveau der Spannung V das Niveau der Betriebsspannung V des Zwei-

C Z

richtung s s ehalte rs A überschritten hat, arbeitet der Zweirichtungsschalter A im ersten Betriebsverhalten, um den Zweirichtungsthyristor 63 einzuschalten.

Die in Fig. 7 dargestellte Schaltung arbeitet somit derart, daß sie anfänglich den Zweirichtungsthyristor 63 über das zweite Betriebsverhalten des Zweirichtungsschalters A betätigt und danach den Zündwinkel des Zweirichtungsthyristors mit Hilfe des ersten und zweiten Betriebsverhaltens des Zweirichtungsschalters A steuert. In diesem Fall wird die Erstreckung der Steuerung des Zündwinkels des Zweirichtungsthyristors 63 extrem breit, da das erste und zweite Betriebsverhalten miteinander kombiniert ist. Wenn in der Schaltung gemäß Fig. 7 der Zweirichtungsthyristor 63 gegen Ende der Halbwelle der Versorgungsspannung V betätigt wird, erfolgt dies aufgrund des

zweiten

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zweiten Betriebsverhaltens des Zweirichtungs schalters A infolge eines Vergleichs zwischen der Spannung V und der Spannung V₁ · Wegen dieses Verhaltens der Schaltung kann der Zweirichtungsthyristor 63 ohne fehlerhaftes Verhalten betätigt werden, selbst, wenn die Frequenz der Wechselspannung der Stromquelle 61 zwischen 50 Hz und 60 Hz umgeschaltet wird. Aus demselben Grund ist auch eine sichere Betätigung des Zweirichtungsthyristors 63 möglich, wenn die Versorgungsspannung stark schwankt.

In Fig. 9 ist eine Stromversorgungsschaltung dargestellt, bei welcher die T rigger schaltung B gemäß Fig. 7 Verwendung findel. Aus diesem Grund sind in beiden Schaltungen gleiche Zeichen mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der Stabilisierion Stromversorgungsspannung ist an den Anschlußklemmen 61a und 61b die Versorgungsspannung V_ wirksam, welche an die Primärwicklung eines Transformators 71 über den Zweirichtungsthyristor 63 angelegt wird, dessen Zündwinkel mit Hilfe der Triggerschaltung B gesteuert wird. Die an der Sekundärwicklung des Transformators 71 abgegriffene Spannung wird in einer Gleichrichterschaltung 72 gleichgerichtet und geglättet, so daß sie anschließend einer Last 62 zur Verfügung steht. Die Stromversorgungsschaltung ist derart aufgebaut, daß Schwankungen der an der Last 62 anliegenden Spannung, sei es durch Schwankungen der Stromquelle oder durch Schwankungen des Energieverbrauchs in der Last, mit Hilfe einer Detektorschaltung 73 festgestellt werden. Das Ausgangssignal der Detektorschaltung wird einer Steuerschaltung 74 zugeführt, welche den Wert des veränderbaren Widerstandes 66 einstellt. Mit dieser stabilisierten Stromversorgungsschaltung wird der Zündwinkel des Zweirichtungsthyristors

mit

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mit Hilfe der T rigger schaltung B in Abhängigkeit von der an der Last 62 wirksamen Spannung gesteuert, wobei die Energie an die Last (52 über den Transformator 71 derart gesteuert zugeführt wird, daß die an die Last angelegte Spannung konstant gehalten werden kann.

In Fig. 10 ist eine weitere Schaltung einer stabilisierten Stromversorgung dargestellt, wobei die mit der Schaltung gemäß Fig. 9 übereinstimmenden und in der Funktion gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. In Fig. 10 ist mit dem Bezugszeichen 80 ein Schalter gekennzeichnet, der dazu dient, die Auf lade strecke für den Kondensator 67 in der Triggerschaltung B zum Zwecke der Betätigung des Zweirichtungsthyristors 63 ein- und auszuschalten. Um den Zweirichtungsthyristor 63 in zwei Schritten zu betätigen, ist ein weiterer Zweirichtungsthyristor 81 in die Triggerschaltung eingefügt. An die Sekundärwicklung des Transformators 71 ist die Gleichrichtungsschaltung 72 in Form einer Brückenschaltung angeschlossen, die aus vier Dioden aufgebaut ist. Die Detektorschaltung 73 umfaßt einen Komparator, der seinerseits aus bipolaren Transistoren 82 und 83 aufgebaut ist, und die Ausgangs spannung der Gleichrichterschaltung 72 mit Hilfe des Spannungsteilers aus den Widerständen 84 und 85 aufteilt, um die T eiler spannung mit der Spannung zu vergleichen, welche an einer Zenerdiode 86 abgreifbar ist. Das Ergebnis wird in Form eines Stromes durch die lichtemittierende Diode dargestellt, so daß der davon abhängige Lichtstrom über einen Photokoppler 87 im Kollektorkreis des Transistors 83 als Steuergröße zur Verfügung steht. Die Steuerschaltung 74 besteht aus der lichtemittierenden Diode des Photokopplers

und

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und einem Phototransistor, welcher als variabler Widerstand 66 in der Triggerschaltung B wirksam ist. Der Widcrstandswert des Phototransistors 66 hängt von dem von der lichtemittierenden Diode abgegebenen Lichtstrom ab. Die Schaltung umfaßt ferner einen Leistungsverstärker 88 mit einem Lautsprecher 89, welcher die Last 62 verkörpert.

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eerse

ite

Claims

j? a I entansprüche

n) Zweirichtungsschalter, welcher in Abhängigkeit von einem an einem Steueranschluß wirksamen Signal einen Stromfluß zwischen einem ersten und zweiten Anschluß steuert, dadurch gekennzeichnet,

- daß eine zwischen den Steueranschluß (43) und den zweiten Anschluß (42) geschaltete Schwellwertschaltung einen Stromfluß in zwei Richtungen zuläßt, wenn eine zwischen dem Steueranschluß (43) und dem zweiten Anschluß (42) wirkende Spannung einen vorgegebenen Wert übersteigt,

- daß die Schwellwertschaltung und der Steueranschluß (43) über einen Widerstand (44) mit dem ersten Anschluß (41) verbunden ist,

- daß'ein erster, parallel zur Schwellwertschaltung liegender Schaltungsbereich (55) zwischen den ersten Anschluß (41) um den zweiten Anschluß (42) geschaltet ist und einen Stromfluß vom ersten zum zweiten Anschluß bewirkt sowie selbsthaltend aufrechthält, wenn eine positive, an den Widerstand (44) angelegte Spannung ein vorgegebenes Niveau übersteigt,

- und daß ein zweiter, parallel zur Schwellwertschaltung liegender Schaltungsbereich (56) zwischen den ersten Anschluß (41) und den zweiten Anschluß (42) geschaltet ist und einen Strom-

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fluß vonrj zweiten zum ersten Anschluß bewirkt sowie selbsthallend aufrechthält, wenn eine negative, an den zweiten Widerstand (44) angelegte Spannung ein vorgegebenes Niveau übersteigt.
2. Zweirichtungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Schwellwertschaltung aus zwei in Serie gegeneinander geschalteten Zenerdioden (45, 46) besteht.
3. Zweirichtungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß die beiden Zenerdioden bezüglich ihrer Zenerspannung und ihres Spannungsabfalls in Durchlaßrichtung praktisch identisch gleich sind.
4. Zweirichtungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Schwellwertschaltung aus einer Diodenbrücke mit 4 Dioden (57a, 57b, 57c, 57d) und einer Zenerdiode (58) besteht, welche in entgegengesetzter Polarität zwischen die Ausgangsklemme der Diodenbrücke geschaltet ist, welche mit ihren Eingangs klemm en zwischen dem Steueranschluß und dem zweiten Anschluß liegt.
5. Zweirichtungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß der erste Schaltungsbereich (55) eine PNP-Transistor (47)umfaßt, dessen Emitter mit dem ersten Anschluß (41) verbunden ist und dessen Basis am Steueranschluß (43) liegt,

- daß der Kollektor des PNP-Transistors (47) an der Basis eines NPN-Transistors (48) liegt, dessen Kollektor mit der

Basis

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Basis des PNP-Transistors (47) verbunden ist und dessen Emitter am zweiten Anschluß (42) liegt,

- daß der zweite Schaltungsbereich (56) einen NPN-Transistor (49) umfaßt, der emitterseitig mit dem ersten Anschluß (41) verbunden ist und dessen Br sis am Steuer ans chluß (43) liegt, und-

- daß ein PNP-Transistor (50) basisseitig mit dem Kollektor

des NPN-Transistors (49) verbunden ist und mit seinem Kollektor am Steueranschluß liegt, wogegen der Emitter dieses PNP-Transistors (50) mit dem zweiten Anschluß (42) in Verbindung steht.
6. Zweirichtungsschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

- daß zwischen der Basis und dem Emitter des NPN-Transistors (48) im ersten Schaltungsbereich ein zweiter Widerstand (52) vorgesehen ist, und

- daß die Basis und der Emitter des PNP-Transistors (50) im zweiten Schaltungsbereich mit einem dritten Widerstand (54) verbunden ist.
7. ZweirichtungsSchalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

- daß jeweils eine Diode (51 bzw. 53) in Durchlaßrichtung zwischen den Emitter des NPN-Transistors (48) im ersten Schaltungsbereich (55) bzw. den Emitter des PNP-Transistors (5C) im zweiten Schaltungsbereich (56) und den zweiten Anschluß (42) geschaltet ist.
8. Zweirichtungs schalter zur Anwendung in einer Trigger schaltung für Stromversorgungsschaltungen mit einem Zwei-

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richtungsthyristor, dadurch gekennzeichnet,

- daß parallel zu der Stromquelle ein Spannungsteiler geschaltet ist, dessen Spannungsabgriff (70) am Steueranschluß (43) des Zweirichtungsschalters liegt,

- daß der zweite Anschluß des Zweirichtungsschalters über einen Widerstand (68) an der einen Anschlußklemme für die

■ Stromversorgung liegt,

- daß parallel zur Stromquelle eine Ladeschaltung mit einem weiteren Widerstand (66) in Serie zu einem Kondensator (67) geschaltet ist, wobei der Verbindungspunkt dew weiteren Widerstandes (66) mit dem Kondensator (67) an den ersten Anschluß (41) des Zweirichtungsschalters angeschlossen ist,

- und daß ein Zweirichtungsthyristor (63) in Serie zur Last (62) an die Stromversorgungsquelle angeschlossen ist, wobei das Gate des Zweirichtungsthyristors (63) am zweiten Anschluß (42) liegt.
9. Zweirichtungsschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Spannungsteiler aus zwei in Serie geschalteten Widerständen (64, 65) besteht.
10. Zweirichtungsschalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,

- daß eine Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung für die Versorgungsspannung vorhanden ist, deren Zündwinkel durch den Zweirichtungsthyristor gesteuert wird, und

- daß die Last ausgangsseitig von der Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung angeordnet ist.
11. Zweirichtungsschalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

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- daß eine Detektorschaltung (73) vorhanden ist, um Schwankungen der an die Last angelegten Spannung festzustellen, und

- daß eine Steuerschaltung (74) mit der Detektorschaltung verbunden ist, welche ein Steuersignal liefert, das dem veränderlichen Widerstand (66) in der Ladeschaltung zugeführt wird.
12. Zweirichtungsschalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Steuerschaltung ein lichtemittierendes Element enthält, dessen stromabhängige Leuchtdichte über eine optische Kopplung auf einen Phototransistor als veränderbaren Widerstand (66) wirkt und den Stromfluß in Abhängigkeit von der Lichtmenge steuert.

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