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

Abstract

A circuit arrangement is described whose characteristic is largely to rid semiconductor switches (which are located in high power load circuits) of their intrinsic power loss. This is achieved by means of an electromechanical switch which takes over the load current in a time-delayed manner. This circuit arrangement can be used for both two-point regulators and proportional regulators. <IMAGE>

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.The invention relates to a circuit arrangement for low-loss switching of high power at proportional and two-point controllers using a semiconductor switch, the load by a first switching operation turns on power and time delay for the first switching operation hesitates with a mechanical that takes over the load current Switch can be bridged, in which the control of the Semiconductor switch using an integrated zero voltage nung trigger that occurs in the zero crossing phases of the alternating current emitted control pulses is controllable and at which the control impulses at a time stage are conductive that have a defined time delay outputs static output pulse, which by a Re turns on formed mechanical switch and where the timer has a reset input, which is connected to the output of a comparator, by comparing the setpoint and actual value the relay before the off switching of the semiconductor switch drops.

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. In a known circuit arrangement of this type (DE-PS 32 36 733) the load is switched on current through a through a zero voltage trigger controllable first semiconductor switch and in the Current flow phases take place by means of a static one Output signal of the zero voltage trigger with a time delay the control of a second semiconductor switch, the in turn a mechanical switch for over bridging the first semiconductor switch during the Remaining duration of the current flow phase closes.

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.It is an object of the invention to provide a circuit arrangement of the type mentioned at the outset, which in its Possible application over the known state of the DE-PS 32 36 733 goes out. In particular, the Circuit arrangement not only for two-point controllers but can also be used with proportional controllers can.

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.According to the invention, this object is achieved by the An order of a zero voltage trigger with sawtooth generator, the output of which occurs when the first ignition pulse occurs external time delay stage synchronized with predetermined delay time parallel to the semiconductor switches lying relay contacts includes and that external compressor is provided, which with the target Ver actual value levels of the zero voltage trigger is switched that the output signal of the comparator before the first exposure of the semiconductor switch pulses leading setpoint / actual value comparison of the zero voltage trigger one leading to the premature opening of the relay contacts Changes state. Appropriately serves as Semiconductor switch a triac. The one with defined ampli working proportional band of zero voltage Triggers are using the sawtooth generator with signals Perio required for the respective application duration can be modulated, which leads to a very good approximation of actual and setpoint. In graphical representation the adjusted actual values almost form a straight line.

Komparatoren und Zeitstufen sind grundsätzlich bekannte Schaltungselemente (EP 00 34 448 A2). Comparators and time stages are fundamental known circuit elements (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.In an embodiment of the circuit arrangement, the time measure for the leading opening of the relay contacts before the semiconductor switch is switched off can be determined by the arrangement of a resistor R ₁ 'in the actual value branch of the zero voltage trigger. Conveniently, it can be formed as a constant or variable resistance. When using the circuit arrangement in two-point controllers, the sawtooth generator is not required.

Eine Schaltungsanordnung ist in der Zeichnung verdeut licht. Hierin bedeutetA circuit arrangement is illustrated in the drawing light. Here means

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung und Fig. 1 is a block diagram of a circuit arrangement and

Fig. 2 eine grafische Darstellung von Ist-Sollwerten bei einer Schaltungsanordnung. Fig. 2 is a graphical representation of actual setpoints in a circuit arrangement.

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.In the figures, 1 denotes a zero voltage trigger. The zero voltage trigger 1 outputs during the Stromflußab sections in the zero crossing phases from control pulses that switch a serving as a semiconductor switch triac 2 through. When the triac 2 is switched on , the load can flow off over the load to L and N. At the same time, the zero voltage trigger 1 gives a control pulse to a time stage 3 , which outputs an output pulse to a relay winding 5 lying with the contacts 4 parallel to the triac 2 , with the influence of which the relay contacts 4 are closed, with a precisely predetermined delay. The triac 2 is bridged so that the load current flows through the relay contacts 4 . This ensures that the relay 4, 5 actuated with a delay takes over the load current initially switched by the triac 2 . 6 denotes an external comparator which is connected to the U set and U actual inputs on the zero voltage trigger 1 . By comparing the setpoint and actual value of the comparator 6 , the time stage 3 can be reset in order to de-energize the relay winding 5 for separating the relay contacts 4 . The relay contacts 4 are separated before the triac 2 is switched off .

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.The comparator 6 and the zero voltage trigger 1 receive a sawtooth voltage modulated by a sawtooth generator housed in the zero voltage trigger. This sawtooth voltage ensures short successive firing pulses for the triac, which are interrupted with the sawtooth generator frequency depending on the difference between the setpoint and actual value, which, as shown in FIG. 2, shows that U -actively approximates to U -set.

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.The actual value inputs of zero voltage trigger 1 and comparator 6 , as shown in FIG. 1, relate to different reference voltages UN and UK , the difference of which results in a time tA by which relay 4, 5 switches off before triac 2 . The time value tA depends on the steepness of the sawtooth voltage. In the case of voltage equality between the U target and the UK , the comparator changes its initial state and causes the relay 4, 5 to be switched off via the reset operation of the time stage 3 . The triac 2 is then switched off only when the equality of U target and U actual is reached. 7 denotes an actual value sensor and 8 a setpoint adjuster.

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.1.Circuit arrangement for low-loss switching of large powers in proportional and two-point controllers, using a semiconductor switch that can be bridged with a time delay by the first switching operation with a load current, the mechanical switch, in which the control of the semiconductor switch by means of an integrated zero-voltage trigger follows can be controlled with control pulses emitted in the zero-crossing phases of the alternating current and in which the control pulses can be conducted to a time stage which emits a defined time-delayed static output pulse which switches on the mechanical switch formed by a relay and in which the time stage has a reset input which is connected to the output of a comparator which, by comparing the setpoint and actual value, causes the relay to drop out before the semiconductor switch is switched off, characterized by the arrangement of a zero voltage trigger ( 1 ) with a sawtooth generator or, the output of which synchronizes with the occurrence of the first ignition pulse, an external time delay stage ( 3 ), which closes the relay contacts ( 4 ) lying parallel to the semiconductor switch ( 2 ) with a predetermined delay time and that an external comparator ( 6 ) is provided, the inputs of which are provided the target actual value levels of the zero voltage trigger ( 1 ) are applied and its output is connected to a reset input of the time stage ( 3 ), so that by the output signal of the comparator ( 6 ) even before it leads to the first exposure of the semiconductor switching pulse to the actual voltage comparison of the zero voltage trigger ( 1 ) a state change leading to the premature opening of the relay contacts ( 4 ) is effected.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Halbleiterschalter durch einen Triac (2) gebildet ist.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the semiconductor switch is formed by a triac ( 2 ).

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.3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the timing of the leading opening of the relay contacts ( 4 ) before switching off the semiconductor switch by the arrangement of a resistor R ₁ 'in the actual value branch of the zero voltage trigger ( 1 ) is determinable bar.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Widerstand R ₁′ als veränderlicher Wider stand ausgebildet ist.4. A circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the resistor R ₁ 'is designed as a variable opposing stand.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß bei Verwendung in Zweipunktreglern der Nullspannungstrigger (1) ohne Sägezahngenerator betrieben wird.5. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that when used in two-point controllers, the zero voltage trigger ( 1 ) is operated without a sawtooth generator.