DE3613288C1

DE3613288C1 - Circuit arrangement for low-loss switching of high powers in the case of proportional regulators and two-point regulators

Info

Publication number: DE3613288C1
Application number: DE19863613288
Authority: DE
Inventors: Oskar Schuelein
Original assignee: Eberle GmbH
Current assignee: SCHUELEIN, OSKAR, 8531 UEHLFELD, DE
Priority date: 1986-04-19
Filing date: 1986-04-19
Publication date: 1987-07-02

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum verlustarmen Schalten großer Leistungen bei Proportional- und Zweipunktreglern, unter Verwendung eines Halbleiter schalters, der durch einen ersten Schaltvorgang den Last strom einschaltet und zum ersten Schaltvorgang zeitver zögert mit einem den Laststrom übernehmenden mechanischen Schalter überbrückbar ist, bei der die Ansteuerung des Halbleiterschalters mittels eines integrierten Nullspan nungstriggers erfolgt, der mit in den Nulldurchgangs phasen des Wechselstroms abgegebenen Steuerimpulsen an steuerbar ist und bei der die Steuerimpulse an eine Zeit stufe leitbar sind, die einen definierten zeitverzögerten statischen Ausgangsimpuls abgibt, der den durch ein Re lais gebildeten mechanischen Schalter einschaltet und bei der die Zeitstufe einen Rücksetzeingang aufweist, der mit dem Ausgang eines Komparators verbunden ist, der durch Soll-Istwertvergleich das Relais vor dem Aus schalten des Halbleiterschalters zum Abfallen bringt.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art (DE-PS 32 36 733) erfolgt das Einschalten des Last stroms über einen durch einen Nullspannungstrigger ansteuerbaren ersten Halbleiterschalter und in den Stromflußphasen erfolgt vermittels eines statischen Ausgangssignals des Nullspannungstriggers zeitverzögert die Ansteuerung eines zweiten Halbleiterschalters, der seinerseits einen mechanischen Schalter zur Über brückung des ersten Halbleiterschalters während der Restdauer der Stromflußphase schließt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die in ihrer Anwendungsmöglichkeit über den bekannten Stand der DE-PS 32 36 733 hinausgeht. Insbesondere soll die Schaltungsanordnung nicht nur bei Zweipunktreglern sondern auch bei Proportionalreglern angewendet werden können.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe gelöst durch die An ordnung eines Nullspannungstriggers mit Sägezahngenerator, dessen Ausgang mit Auftreten des ersten Zündimpulses eine externe Zeitverzögerungsstufe synchronisiert, die mit vorbestimmter Verzögerungszeit die parallel zum Halbleiter schalter liegenden Relaiskontakte schließt und daß ein externer Komprator vorgesehen ist, der mit den Soll- Istwertpegeln des Nullspannungstriggers derart ver schaltet ist, daß das Ausgangssignal des Komparators vor dem zum ersten Aussetzen der Halbleiterschalterimpulse führenden Soll-Istwertvergleich des Nullspannungstriggers eine zum voreilenden Öffnen der Relaiskontakte führende Zustandsänderung erfährt. Zweckmäßig dient dabei als Halbleiterschalter ein Triac. Dem mit definierten Ampli tuden arbeitenden Proportionalband des Nullspannungs triggers sind durch den Sägezahngenerator Signale mit für den jeweiligen Anwendungsfall erforderlicher Perio dendauer aufmodulierbar, die zu einer sehr guten Annäherung von Ist- und Sollwert führen. In grafischer Darstellung bilden die eingeregelten Istwerte fast eine Gerade.

Komparatoren und Zeitstufen sind grundsätzlich bekannte Schaltungselemente (EP 00 34 448 A2).

In Ausgestaltung der Schaltungsanordnung ist das Zeitmaß für die voreilende Öffnung der Relaiskontakte vor dem Ausschalten des Halbleiterschalters durch die Anordnung eines Widerstandes R ₁′ im Istwert-Zweig des Nullspannungstriggers bestimmbar. Zweckmäßig kann er als unveränderlicher oder veränderlicher Widerstand ausge bildet sein. Bei Verwendung der Schaltungsanordnung in Zweipunktreglern wird der Sägezahngenerator nicht benö tigt.

Eine Schaltungsanordnung ist in der Zeichnung verdeut licht. Hierin bedeutet

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung und

Fig. 2 eine grafische Darstellung von Ist-Sollwerten bei einer Schaltungsanordnung.

In den Figuren ist mit 1 ein Nullspannungstrigger bezeichnet. Der Nullspannungstrigger 1 gibt während der Stromflußab schnitte in den Nulldurchgangsphasen Steuerimpulse ab, die einen als Halbleiterschalter dienenden Triac 2 durch schalten. Durch den eingeschalteten Triac 2 kann der Last strom über die Last nach L und N abfließen. Gleichzeitig gibt der Nullspannungstrigger 1 einen Steuersimpuls an eine Zeitstufe 3, die mit exakt vorbestimmter Verzögerungs zeit einen Ausgangsimpuls an eine mit den Kontakten 4 parallel zum Triac 2 liegende Relaiswicklung 5 abgibt, unter dessen Einfluß die Relaiskontakte 4 geschlossen werden. Dabei wird der Triac 2 überbrückt, so daß der Laststrom über die Relaiskontakte 4 abfließt. Dadurch ist sichergestellt, daß das verzögert betätigte Relais 4, 5 den vom Triac 2 zunächst geschalteten Laststrom übernimmt. Mit 6 ist ein externer Komparator bezeichnet, der mit den U-Soll- und U-Ist-Eingängen am Nullspannungs trigger 1 in Verbindung steht. Durch Soll-Istwertvergleich des Komparators 6 ist die Zeitstufe 3 zurücksetzbar, um die Relaiswicklung 5 zum Trennen der Relaiskontakte 4 spannungslos zu machen. Die Trennung der Relaiskontakte 4 erfolgt jeweils vor dem Abschalten des Triacs 2.

Der Komparator 6 und der Nullspannungstrigger 1 erhalten eine Sägezahnspannung eines im Null spannungstrigger untergebrachten Sägezahngenerators moduliert. Diese Sägezahnspannung sorgt für kurz hintereinander folgende Zündimpulse für den Triac, die mit der Sägezahngenerator-Frequenz in Abhängigkeit der Differenz zwischen Soll- und Istwert unterbrochen wer den, wodurch wie Fig. 2 zeigt, U-Ist an U-Soll weit gehend angenähert ist.

Die Istwerteingänge von Nullspannungstrigger 1 und Komparator 6 beziehen, wie die Fig. 1 zeigt, auf unterschiedliche Referenzspannungen UN und UK, deren Differenz eine Zeit tA ergibt, um die das Relais 4, 5 vor dem Triac 2 abschaltet. Der Zeit-Wert tA ist von der Steilheit der Sägezahnspannung abhängig. Bei Span nungsgleichheit von U-Soll und UK ändert der Komparator seinen Ausgangszustand und bewirkt über den Rücksetzvor gang der Zeitstufe 3 das Abschalten des Relais 4, 5. Erst mit Erreichen der Gleichheit von U-Soll und U-Ist erfolgt dann die Abschaltung des Triacs 2. Mit 7 ist ein Istwert fühler und 8 ein Sollwerteinsteller bezeichnet.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum verlustarmen Schalten großer Leistungen bei Proportional- und Zweipunktreglern, unter Verwendung eines Halbleiterschalters, der durch einen ersten Schaltvorgang mit einem den Laststrom übernehmen den mechanischen Schalter zeitverzögert überbrückbar ist, bei der die Ansteuerung des Halbleiterschalters mittels eines integrierten Nullspannungstriggers er folgt, der mit in den Nulldurchgangsphasen des Wechsel stroms abgegebenen Steuerimpulsen ansteuerbar ist und bei der die Steuerimpulse an eine Zeitstufe leitbar sind, die einen definierten zeitverzögerten statischen Ausgangsimpuls abgibt, der den durch ein Relais gebil deten mechanischen Schalter einschaltet und bei der die Zeitstufe einen Rücksetzeingang aufweist, der mit dem Ausgang eines Komparators verbunden ist, der durch Soll- Istwert-Vergleich das Relais vor dem Ausschalten des Halbleiterschalters zum Abfallen bringt, gekennzeichnet durch die Anordnung eines Nullspannungstriggers (1) mit Sägezahngenerator, dessen Ausgang mit Auftreten des ersten Zündimpulses eine externe Zeitverzögerungsstufe (3) syn chronisiert, die mit vorbestimmter Verzögerungszeit die parallel zum Halbleiterschalter (2) liegenden Relais kontakte (4) schließt und daß ein externer Komparator (6) vorgesehen ist, dessen Eingänge mit den Soll-Istwertpegeln des Nullspannungstriggers (1) beaufschlagt sind und dessen Ausgang mit einem Rücksetzeingang der Zeitstufe (3) verbunden ist, so daß durch das Ausgangssignal des Komparators (6) noch vor dem zum er sten Aussetzen der Halbleiterschaltimpuls führenden Soll-Istwertvergleich des Nullspannungstriggers (1) eine zum voreilenden Öffnen der Relaiskontakte (4) führende Zustandsänderung bewirkt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Halbleiterschalter durch einen Triac (2) gebildet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Zeitmaß der voreilenden Öffnung der Relaiskontakte (4) vor dem Ausschalten des Halbleiter schalters durch die Anordnung eines Widerstandes R ₁′ im Istwertzweig des Nullspannungstriggers (1) bestimm bar ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Widerstand R ₁′ als veränderlicher Wider stand ausgebildet ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß bei Verwendung in Zweipunktreglern der Nullspannungstrigger (1) ohne Sägezahngenerator betrieben wird.