DE3915649A1 - Nullspannungsschaltanordnung - Google Patents
NullspannungsschaltanordnungInfo
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung eines Schalt
signals angenähert zu den Zeitpunkten der Nulldurchgänge einer
Wechselspannung.
Die zeitliche Lage der Nulldurchgänge von Wechselstromsignalen
kann in bekannter Weise auf rein digitale Art bestimmt werden.
Hierzu wird z. B. ein Nulldurchgang mittels Vorzeichenüberwa
chung des Ergebnisses einer Multiplikation zweier Abtastwerte
festgestellt. Mit Hilfe der erfaßten Amplitudenwerte einerseits
und der anhand dieser Amplitudenwerte berechneten Nullstellen
der Wechselstromsignale andererseits lassen sich dann praktisch
alle interessierenden Bestimmungsgrößen für solche Wechselstrom
signale gewinnen.
Durch die DE-OS 31 12 045 ist eine Anordnung bekannt, mit der
exakt zum Zeitpunkt des Nulldurchganges einer Wechselspannung
ein Schaltsignal erzeugt wird. Dabei wird während des Verlaufs
einer Halbwelle der Wechselspannung eine Gleichspannung als
Vorspannung gebildet, die sich zum Zeitpunkt des Nulldurchgangs
mit der Polarität der folgenden Halbwelle der Wechselspannung
überlagert. Auf diese Weise wird erreicht, daß kein Winkelfeh
ler zwischen dem Nulldurchgang der Wechselspannung und dem
Schaltsignal auftritt. Zur Realisierung dieser Nullspannungs
schaltanordnung werden Optokoppler mitverwendet. Für deren
Funktion ist eine in bestimmten Anwendungsfällen unerwünscht
hohe Stromaufnahme erforderlich. Es ist auch schon bekannt,
z. B. für ein Triac, Ansteuerimpulse in nächster Nähe des
Nulldurchgangs einer Wechselspannung zu erzeugen. Damit wird
dann erreicht, daß ein Triac im Einschaltmoment nur sehr ge
ringe Stromsteilheiten verarbeiten muß. Mittels des Triacs
wird dann jeweils für eine Periode der Wechselspannung oder ein
Vielfaches davon aufgrund des auf den Steuereingang gegebenen
und von der Wechselspannung abgeleiteten Schaltsignals ein
durch den Verbraucher fließender Strom eingeschaltet. Diese
Anordnung zum Ansteuern von Triacs ist relativ einfach mit
einer Mehrzahl von Transistoren aufgebaut, die aber einen hohen
Strombedarf erfordert und auch einen Speicherkondensator für
die Bereitstellung der Versorgungsspannung erforderlich macht
(Halbleiterschaltbeispiele, Ausgabe 1971/72, Seiten 151 ff.).
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Nullspannungsschaltan
ordnung zu schaffen, mit der bei geringstmöglichem Bauteileauf
wand ein Schaltsignal in nächster Nähe des Nulldurchgangs einer
Wechselspannung bei insgesamt reduzierter Stromaufnahme erzeug
bar ist. Die Anordnung soll außerdem als integrierbarer Bau
stein realisierbar sein.
Die Lösung dieser Aufgabe wird dadurch erreicht, daß zwischen
den Anschlußstellen der Wechselspannung ein hochohmiger Span
nungsteiler geschaltet ist, daß mit dem am Teilerpunkt entste
henden Wechselspannungsanteil unmittelbar ein Feldeffekttran
sistor derart beaufschlagt wird, daß mit jedem Erreichen der
jeweils eine angenähert im Nullpunkt beginnende bzw. endende
Änderung im Schaltzustand bewirkenden. Gate-Schwellspannung
als Steuerspannung für ein nachgeschaltetes verstärktes Halb
leiterelement die ausgangsseitige Spannung des Feldeffekt
transistors während der einen Halbwelle und während der anderen
Halbwelle die im Ausgangskreis an einer in Durchlaßrichtung be
aufschlagten Diode entstehende Spannung der jeweils anderen Po
larität dient, daß während des Auftretens der jeweiligen Steu
erspannung einer bestimmten Polarität an dem im Hauptstromkreis
des Halbleiterelementes liegenden Widerstand das "Nullpunkt"-
Schaltsignal abnehmbar ist.
Die erfindungsgemäße Anordnung bedarf einer äußerst geringen
Stromaufnahme und ist zudem für einen großen Bereich der Wech
selspannung einsetzbar. Sie ist bei geringstem Bauteileaufwand
platzsparend und äußerst kostengünstig zu realisieren. Die
Flanken des entstehenden Schaltsignals liegen sowohl beim Über
gang von der positiven zur negativen als auch von der negativen
zur positiven Halbwelle der Wechselspannung jeweils mit etwa
gleichem zeitlichem Abstand in nächster Nähe vor dem Nulldurch
gang. Das abzuleitende Signal fällt demnach mit Schaltzeitpunk
ten zusammen, die etwa um die Ansprechzeit bzw. um die Abfall
zeit eines Relais verzögert vor den tatsächlichen Nulldurch
gängen liegen. Wird also über einen Kontakt eines solches Relais
diese Wechselspannung auf einen Sekundärkreis aufgeschaltet, so
erfolgt diese Aufschaltung dann nahezu exakt im Nulldurchgang
dieser Wechselspannung. Bei geringstem Bauteileaufwand wird
also im Hinblick auf die Anwendung zur Relaissteuerung ohne
Winkelfehler die Anschaltung der Wechselspannung erreicht. Die
se Wechselspannung ist beispielsweise die in einem Kommunika
tionssystem im jeweiligen Betriebszustand der Rufphase anzule
gende Rufwechselspannung. Es entstehen somit keine störenden
Funken beim Schaltvorgang, was neben der Erhöhung der Lebens
dauer dieser Kontakte gleichzeitig bedeutet, daß keine Störein
kopplungen in benachbarte Steuerlogiken erfolgen und damit ein
Entstehen von Fehlimpulsen, vermieden wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Feldeffekttran
sistor ein selbstleitender MOS-Feldeffekttransistor (SIPMOS-
Kleinsignaltransistor), zwischen dessen Drain- und Gate-An
schluß der eine Teilwiderstand des aus mindestens zwei Wider
ständen bestehenden Spannungsteilers geschaltet ist. Zwischen
dessen Source- und Gate-Anschluß liegt die Parallelschaltung
aus der genannten Diode und der Basis-Emitter-Strecke eines als
verstärkendes Halbleiterelement eingesetzten bipolaren Transi
stors. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den restlichen
Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestell
ten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 die Nullspannungsschaltanordnung im Zusammenhang mit
der Anschaltung einer Rufwechselspannung in einem Kom
munikationssystem und
Fig. 2 den zeitlichen Verlauf einiger an bestimmten Schaltungs
punkten auftretenden Spannungen.
An der Nullpunktschaltanordnung NS liegt als Eingangswechsel
spannung beispielsweise eine Rufwechselspannung Ur an. Sollte
diese Wechselspannung einer Gleichspannung überlagert sein, so
wird durch die Condensatoren C 1 und C 2 eine Entkopplung er
reicht. Die hochohmigen Widerstände R 1 und R 2 bilden einen
Spannungsteiler im Verhältnis 1 : 1, wobei der Widerstand R 1
außerdem den Basisstrom für den Transistor T 2 begrenzt. In der
Zeile 1 der Fig. 2 ist eine Periode der Eingangswechselspannung
Ur bzw. der am Teilerpunkt TP entstehenden Wechselspannung
schematisch angedeutet. Unterschreitet diese Wechselspannung
einen bestimmten Wert von beispielsweise 0,7 Volt so wird der
von ihr beeinflußte Feldeffekttransistor T 1, der beispielsweise
ein Sipmos-Kleinsignaltransistor sein kann, aus dem leitenden
Zustand in den Sperrzustand übergeführt. Die sich dadurch zwi
schen den Sorce-Anschluß S und dem Gateanschluß G ausbildende
Spannung Us wird durch die Basisemitterspannung des nachge
schalteten Transistors T 2 auf einen bestimmten Spannungswert
von beispielsweise 0,7 Volt begrenzt. Der Transistor T 2 wird
leitend und zwar solange bis im Bereich des Übergangs der po
sitiven Halbwelle p in die negative Halbwelle n der Wert der
genannten Schwellspannung von beispielsweise 0,7 Volt erreicht
wird. Im Bereich der negativen Halbwelle n der Eingangswech
selspannung wird bis zum erneuten Erreichen dieser Schwell
spannung die Spannung Us auf die Durchlaßspannung der Diode Z
begrenzt. Der Spannungsverlauf für die Spannung Us ist der
Zeile 2 der Fig. 2 entnehmbar. Während des Zeitraums, in dem
diese Spannung Us negativ ist wird der Transistor T 2 gesperrt.
Während dieser Zeit bildet sich an seinem Arbeitswiderstand R 3
eine der Versorgungsspannung Uv amplitudenmäßig entsprechende
Spannung Ua aus. Der zeitliche Verlauf dieser Spannung ist in
der Zeile 3 der Fig. 2 dargestellt. Dieses Ausgangssignal Ua
entsteht also eine kurze Zeit t 1 vor jedem Übergang der posi
tiven Halbwelle p in die negative Halbwelle und endet eine
kurze Zeit t 2 vor dem Übergang der negativen Halbwelle n in
die positive Halbwelle der Wechselspannung. Diese Zeiten t 1
und t 2 sind in etwa gleich groß und unterscheiden sich in
einem weiten Spannungsbereich der Wechselspannung nur gering
fügig. Diese zeitlichen Abstände des während der Sperrphase
des Transistors T 2 entstehenden Signals vom jeweiligen exakten
Nulldurchgang der Wechselspannung können einen Wert annehmen,
der in etwa der Ansprechzeit bzw. der Abfallzeit bestimmter
Relaistypen entspricht. Werden also die Flanken des Schaltsi
gnals Ua dafür benützt ein Relais zu schalten, so ergibt dies
einen Schaltzeitpunkt der um die Ansprechzeit dieses betref
fenden Relais vor dem jeweiligen Nulldurchgang liegt. Das be
deutet, daß in den Fällen in denen mit einem solchermaßen ge
steuerten Relais die betreffende Wechselspannung an einen
Schaltkreis oder ein Schaltelement angelegt wird dies dann
exakt mit dem Nulldurchgang der betreffenden Wechselspannung
erfolgt. Damit werden Bogenentladungen beim Öffnen des Relais
taktes vermieden und es kann nicht zur Einkopplung von Stör
impulsen in benachbarte Logikschaltungen kommen.
Im Ausführungsbeispiel soll das Schaltsignal Ua der Nullpunkt
schaltanordnung NS dazu dienen, die Rufwechselspannung Ur an
eine Teilnehmerstelle Tst anzulegen. Besteht im Kommunika
tionssystem ein Betriebszustand der einer Rufphase entspricht,
so wird durch die das System steuernde zentrale Steuereinrich
tung ZSt eine entsprechende Information an die Steuereinheit
St gegeben. Aufgrund dieser Information wird mit einer Flanke
des der Steuereinheit St zugeführten Schaltsignals Ua eine dem
Steuereingang des Relais R zugeführte Steuerinformation gebil
det. Nach Ablauf der Ansprechzeit dieses Relais R, also etwa
nach der Zeit t 1 wird dann während des verarbeitungssynchronen
Nulldurchganges der Rufwechselspannung U diese über den
Kontakt kr des Relais R an die Teilnehmeranschlußleitung TL
angelegt. Wird die Steuereinheit St durch die zentrale Steu
ereinheit ZSt darüber informiert, daß von der Rufphase in die
Rufpause übergegangen werden soll, so wird mit dem Auftreten
des nächstfolgenden Nulldurchganges der Rufwechselspannung mit
dem Öffnen des Kontaktes kr die Rufspannung Ur abgeschaltet.
Der Abschaltebefehl für das Relais R erfolgt dabei eine kurze
Zeit t 1 bzw. t 2 vor dem eigentlichen Nulldurchgang.
Wie die Fig. 1 zeigt ist eine Teilnehmerstelle Tst vermittels
der a-Ader über die Widerstände R 4 und R 5 an den einen Pol
(-Ub) eine Speisespannungsquelle und vermittels der b-Ader
über die Widerstände R 6 und R 7 an den anderen Pol (Erde) die
ser Speisespannungsquelle angeschlossen. Durch die Steuerein
heit St können noch weitere Relais, wie beispielsweise das
Relais B, gesteuert werden. Über Kontakte eines solchen Relais
kann dann in bestimmten Betriebsfällen der Speisestromkreis
niederohmiger geschaltet werden. Dies ist durch den Kontakt kb
des Relais B angedeutet. Mit A ist eine Indikationsschaltung
bezeichnet, die an leitungsadernbezogenen festen Ankopplungs
punkten der Teilnehmeranschlußleitung TL angeschlossen ist.
Mit ihr können beispielsweise unterschiedliche Indikationen
durchgeführt werden. Es kann damit beispielsweise die Indi
kation des Schleifenschlusses in Folge eines Rufes vorgenommen
werden.
Claims (7)
1. Anordnung zur Erzeugung eines Schaltsignals angenähert zu
den Zeitpunkten der Nulldurchgänge einer Wechselspannung
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
den Anschlußstellen der Wechselspannung (Ur) ein hochohmiger
Spannungsteiler (R 1, R 2) geschaltet ist, daß mit dem am Tei
lerpunkt (TP) entstehenden Wechselspannungsanteil unmittelbar
ein Feldeffekttransistor (T 1) derart beaufschlagt wird, daß mit
jedem Erreichen der jeweils eine angenähert im Nullpunkt be
ginnende bzw. endende Änderung im Schaltzustand bewirkenden
Gate-Schwellspannung als Steuerspannung für ein nachgeschalte
tes verstärktes Halbleiterelement (T 2) die ausgangsseitige
Spannung des Feldeffekttransistors während der einen Halbwelle
(p) und während der anderen Halbwelle (n) die im Ausgangskreis
an einer in Durchlaßrichtung beaufschlagten Diode (Z) ent
stehende Spannung der jeweils anderen Polarität dient, daß
während des Auftretens der jeweiligen Steuerspannung einer
bestimmten Polarität an dem im Hauptstromkreis des Halbleiter
elementes (T 2) liegenden Widerstandes (R 3) das "Nullpunkt"-
Schaltsignal abnehmbar ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Feld
effekttransistor (T 1) ein selbstleitender MOS-Feldeffekttran
sistor (Sipmos-Kleinsignaltransistor) ist, daß zwischen des
sen Train-(D) und Gateanschluß (G) der eine Teilwiderstand
(R 2) des aus mindestens zwei Widerständen (R 1, R 2) bestehenden
Spannungsteiles geschaltet ist, daß zwischen Sorce-(S) und
Gateanschluß (G) die Parallelschaltung der genannten Diode (Z)
und die Basisemitterstrecke eines als verstärkendes Halblei
terelement bipolaren Transistors (T 2) liegt.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wech
selspannung Ur der Gleichspannung eines von der Anordnung
galvanisch getrennten Schaltkreises überlagert ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß an den An
schlußpunkten der Wechselspannung jeweils ein Kondensator (C 1,
C 2) zur galvanischen Trennung vorgesehen ist.
5. Anordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Gate-
Anschluß G des MOS-Feldeffekttransistors (T 1) auf festem Be
zugspotential (Masse) liegt.
6. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Diode
(Z) eine Zenerdiode darstellt.
7. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wech
selspannung (Ur) die in einem Kommunikationssystem anzulegende
Ruf-Wechselspannung darstellt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893915649 DE3915649A1 (de) | 1989-05-12 | 1989-05-12 | Nullspannungsschaltanordnung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893915649 DE3915649A1 (de) | 1989-05-12 | 1989-05-12 | Nullspannungsschaltanordnung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3915649A1 true DE3915649A1 (de) | 1990-11-15 |
Family
ID=6380592
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19893915649 Withdrawn DE3915649A1 (de) | 1989-05-12 | 1989-05-12 | Nullspannungsschaltanordnung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3915649A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4445923A1 (de) * | 1994-12-22 | 1996-07-04 | Rowenta Werke Gmbh | Detektor zur Ermittlung des Verlaufes einer Wechselspannung und zur Erzeugung von Schaltsignalen |
EP2551681A3 (de) * | 2011-07-28 | 2014-07-02 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Nulldurchgangsdetektor und Bilderzeugungsvorrichtung damit |
-
1989
- 1989-05-12 DE DE19893915649 patent/DE3915649A1/de not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4445923A1 (de) * | 1994-12-22 | 1996-07-04 | Rowenta Werke Gmbh | Detektor zur Ermittlung des Verlaufes einer Wechselspannung und zur Erzeugung von Schaltsignalen |
EP2551681A3 (de) * | 2011-07-28 | 2014-07-02 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Nulldurchgangsdetektor und Bilderzeugungsvorrichtung damit |
US8912468B2 (en) | 2011-07-28 | 2014-12-16 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Zero-crossing detector circuit and image forming apparatus having the same |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8141 | Disposal/no request for examination |