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Dokumentenidentifikation DE3406973C2 13.04.1989
Titel Ein/Aus-Steuerung eines Triac im Zweidrahtbetrieb
Anmelder Insta Elektro GmbH & Co KG, 5880 Lüdenscheid, DE
Erfinder Donat, Norbert, 5884 Halver, DE
DE-Anmeldedatum 25.02.1984
DE-Aktenzeichen 3406973
Offenlegungstag 29.08.1985
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 13.04.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.04.1989
IPC-Hauptklasse H03K 17/725
IPC-Nebenklasse H02M 1/08   
Zusammenfassung Dargestellt und beschrieben ist eine Schaltungsanordnung für einen Zweidraht-Wechselstromschalter, dessen Ein- und Auszustand durch den logischen Zustand des Ausganges einer Steuerelektronik gesteuert wird, wobei die Steuerelektronik über eine Interface-Schaltung mit einer bekannten Phasenanschnittsteuerung verbunden ist. Erfindungsgemäß besteht dabei die Interface-Schaltung aus der Kombination einer Diode und Zenerdiode, sowie einem Transistor zur Umschaltung der EIN/AUS-Funktion.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur EIN/AUS- Steuerung eines elektronischen Zweidraht-Wechselstromschalters, wie diese im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben worden ist.

Derartige Schalter werden in zunehmendem Maße zur EIN- und AUS- Schaltung von elektronischen Verbrauchern benutzt. Sie finden sowohl in der Hausinstallationstechnik als auch in Geräten der Unterhaltungselektronik als Sensorschalter, Schalter mit Infrarot-Fernbedienung, Zeitschalter u. ä. Verwendung.

Die Schaltungsanordnungen dieser in Rede stehenden Elektronik- Schalter lassen sich, abgesehen von der Stromversorgung prinzipiell in drei Schaltungsteile, nämlich der der Steuerelektronik, der Interface-Schaltung und der Phasenanschnittsteuerung aufteilen.

Während der Phasenanschnittsteuerung praktisch immer die Standard-Schaltung zugrunde liegt (vgl. Fachbuch-Ausgabe der Topp- Reihe Elektronik, Band 73, Steuer- und Regelschaltungen, erschienen 1972 im Frech-Verlag, Seite 25, Bild 10, Fall a), gibt es für die Interface-Schaltung, dem Verbindungsglied zwischen Steuerelektronik und Phasenanschnittsteuerung, zahlreiche Schaltungsvorschläge.

Solche Schaltungen sind mit einer Reihe von Vor- und Nachteilen behaftet, was im folgenden anhand einiger Ausführungen beispielsweise erläutert werden soll.

Eine relativ einfache Ausführungsform ist insoweit dadurch gekennzeichnet, daß über eine Gleichrichter-Brückenschaltung die Zündkondensatorspannung mittels eines Transistors kurzgeschlossen wird. Bei dieser Schaltung liegen Ein- und Ausgang auf unterschiedlichem Bezugspotential.

In einer zweiten Ausführungsform einer Interface-Schaltung werden in bezug auf die positiven und negativen Halbwellen jeweils zwei separate Transistoren kurzgeschlossen. Diese Schaltung ist wegen der erforderlichen Schutz-Dioden sowie wegen eines zusätzlichen Transistors zur Potential-Umsetzung eingangsseitig zu aufwendig.

Bei einer dritten Ausführungsform wird der Kondensator der Phasenanschnittsteuerung mittels eines Kleinst-Triac's kurzgeschlossen. Dabei liegt zwar der Zündstrom dieser Triac's um den Faktor 10 niedriger als bei einem 6 A-Triac, er ist jedoch immer noch extrem hoch.

Schließlich ist noch eine Ausführungsform bekannt, wobei die über eine Spannungs-Verdoppler-Schaltung gleichgerichtete Zündkondensator-Spannung mittels eines Transistors kurzgeschlossen wird. Diese Schaltung erfordert jedoch einen großen Wechselspannungs-Kondensator.

Zum Verständnis der Wirkungsweise dieser unterschiedlichen Interface-Schaltungen soll zunächst noch einmal Bezug auf die eingangs erwähnten Grundschaltung einer Phasenanschnittsteuerung genommen werden. Mit dieser Schaltung ist der Verbraucher im Ruhezustand eingeschaltet. Das Ausschalten erfolgt, wenn erreicht wird, daß sich der Kondensator während einer Halbwelle der Netzwechselspannung nicht mehr bis zur Diac-Durchbruchspannung aufladet. Dies ist beispielsweise durch eine entsprechende Vergrößerung der Zeitkonstante RC oder durch Parallelschalten eines hinreichend kleinen Widerstandes zum Kondensator möglich. Soll dagegen das Ein- und Ausschalten des Triac von einer Steuerlogik aus erfolgen, so gibt es Anpassungsprobleme, weil sowohl über dem Widerstand als auch über dem Kondensator eine Wechselspannung liegt. Das erschwert die Beeinflussung des Kondensator-Ladestromes bzw. der Zeitkonstante RC durch Halbleiter wie Transistoren oder Dioden. Alle bekannten elektronischen Interface-Schaltungen der vorerwähnten Art sind in bezug auf die Anzahl und Dimensionierung ihrer Bauteile, sowie in ihren elektronischen Kriterien nicht optimal.

Darüber hinaus sind noch aus den amerikanischen Patentschriften US-PS 35 94 591 und US-PS 36 76 706 Schaltungsanordnungen bekannt, die zum Dimmen eines Wechselstromes jeweils Schaltzweige mit zwei Transistoren verwenden, wobei der eine Transistor in der negativen Halbwelle und der andere Transistor in der positiven Halbwelle schaltet. Demgegenüber halbiert sich der erfindungsgemäße Schaltungsaufwand.

Folglich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die elektronische Interface-Schaltung, von der die Erfindung ausgeht, so auszugestalten und auszubilden, daß folgende Forderungen erfüllt werden:

  • 1. Die erfindungsgemäße Interface-Schaltung muß bei eingeschalteter Last leistungslos arbeiten,
  • 2. sie darf nur aus wenigen Bauteilen bestehen,
  • 3. die Bauteile müssen extrem klein sein,
  • 4. Ein- und Ausgang der Interface-Schaltung müssen auf gleichem Bezugspotential liegen,
  • 5. die Dimensionierung der Interface-Schaltung muß im Hinblick auf die Serienproduktion problemlos sein.


Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des kennzeichnenden Teil von Anspruch 1.

Im einzelnen gibt es verschiedene Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Interface-Schaltung auszugestalten und weiterzubilden, was im folgenden beispielhaft anhand von in den Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben wird. Es zeigt

- Fig. 1 - ein Schaltbild, das die grundsätzlichen Vorgänge im Stromkreis der Interface-Schaltung bei gesperrtem Transistor T veranschaulichen soll,

- Fig. 2 - den Verlauf der Spannungen gemäß dem Schaltbild nach Fig. 1,

- Fig. 3 - ein Schaltbild, das die grundsätzlichen Vorgänge im Stromkreis der Interface-Schaltung bei durchgesteuertem Transistor T veranschaulichen soll,

- Fig. 4 - den Verlauf der Spannungen gemäß dem Schaltbild nach Fig. 3,

- Fig. 5 - das Schaltbild einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Interface-Schaltung,

- Fig. 6 - das Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Interface-Schaltung als Verbindungsglied zwischen einer Steuerelektronik mit negativer Steuerlogik OV LAST EIN und negativer Versorgungsspannung sowie einer Phasenanschnittsteuerung,

- Fig. 7 - das Schaltbild gemäß Fig. 6, jedoch mit positiver Steuerlogik.

Anhand der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Schaltungen mit dazugehörigen Spannungsverläufen sollen zunächst die grundlegenden Zusammenhänge in bezug auf die erfindungsgemäße Interface- Schaltung erläutert werden. Zur Funktionsweise der Darstellung in Fig. 1 und 2 ist zu sagen, daß während der positiven Halbwelle der Generatorspannung UG kein Strom fließt, weil die Diode D sperrt. Während der negativen Halbwelle ist die Diode zunächst leitend, bis der Kondensator G sich auf den Scheitelwert der Generatorspannung UG aufgeladen hat. Danach fließt unter Vernachlässigung des Kondensatorreststromes und der Diodenschwellspannung auch während der negativen Halbwelle kein Strom mehr. Den Verlauf der Spannung von UG, U2 und U1 zeigt die Fig. 2. Darauf aufbauend ist in der Schaltung nach Fig. 3 anstelle der Diode D eine Zenerdiode ZD mit UZD = UG, wobei XC « R sein soll, eingefügt.

Da die Spitzen-Spitzen-Spannung des Generators UG größer ist als die Zenerspannung der Zenerdiode ZD, fließt während der positiven und negativen Halbwelle ein Strom. Im stationären Zustand ist der Kondensator C dann auf die halbe Zener-Spannung aufgeladen. Für den Fall, daß XC gegenüber dem Widerstand R hinreichend klein ist, kann der Wechselspannungsteil der Kondensatorspannung vernachlässigt werden. Für UG, U2 und U1 ergibt sich ein Spannungsverlauf entsprechend der Darstellung in Fig. 4. Bemerkenswert ist, daß durch diese Schaltung beide Halbwellen von U2 auf den halben Wert der Generatorspannung UG begrenzt werden und daß trotzdem am Kondensator G eine Gleichspannung auftritt.

Bei der in Fig. 5 erfindungsgemäß dargestellten Interface-Schaltung ist die Lehre der Erfindung konkret dadurch realisiert, daß zur Funktion der EIN- und AUS-Schaltung eine Kombination aus Kondensator C und Zenerdiode ZD sowie Diode D in Verbindung mit einem Transistor T vorgesehen ist. Wichtig ist, daß bei Verwendung des üblichen 32 V-Diacs im Zweidraht-Wechselstromschalter für den Transistor T ein billiger 30-V-Typ ausreicht und für den Kondensator C ein billiger 50-V-Elko mit ca. 1 µF Kapazität gewählt werden kann, wobei die Dimensionierung der Kapazität sowie die der Zenerspannung völlig unkritisch ist. Ist der Strom in der Schaltung nach Fig. 5 hinreichend klein, so kann ferner der bei ca. -5 V liegende Durchbruch der Kollektor-Emitter-Strecke die Diode D ersetzen. In diesem Falle ist bei der Dimensionierung der Zenerdiode ZD die Zenerspannung ca. 5 V niedriger zu wählen.

Selbstverständlich kann bei negativer Versorgungsspannung die Logik des Zweidraht-Wechselstromschalters für den Transistor ein pnp-Typ eingesetzt werden. Ebenso ist es möglich, den Emitter des Transistors T auf die Versorgungsgleichspannung des Schalters zu legen anstatt auf Masse. Durch solche Maßnahmen kann die Interface-Schaltung allen in der Praxis denkbaren Konfigurationen des Steuer-Logik-Ausgangs angepaßt werden. Die in den Fig. 6 und 7 dargestellten Interface-Schaltungen sind für solche negativen Versorgungsspannungen ausgeführt.

Mit der erfindungsgemäßen Interface-Schaltung steht eine Schaltung zur Verfügung, die leistungslos arbeitet, sehr kompakt aufbaubar ist, für Ein- und Ausgang das gleiche Bezugspotential verwendet, die unkritisch in der Dimensionierung ist, an jede Steuerlogik-Polarität anpaßbar ist und die außerdem sehr wenig kostet.


Anspruch[de]
  1. 1. Schaltungsanordnung zur EIN/AUS-Steuerung eines elektronischen Zweidraht-Wechselstromschalters mit einer aus Widerstand, Kondensator, Diac und Triac bestehenden Phasenanschnittsteuerung, dessen EIN/AUS-Zustand durch den logischen Zustand eines Ausganges einer Steuerelektronik gesteuert wird, wobei die Steuerelektronik über eine Interface- Schaltung mit der Phasenanschnittsteuerung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Interface-Schaltung der elektronischen Schaltungsanordnung für die Umschaltung EIN/AUS einen Transistor (T) mit der Reihenschaltung aus einer Zenerdiode (ZD) und einem Kondensator (C) in der Kollektorleitung umfaßt und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors (T) in Inversrichtung durch eine Diode (D) überbrückt ist.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (T) entweder ein npn- oder ein pnp-Transistor ist.






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