DE1211261B

DE1211261B - Electronic switch for switching a consumer connected to AC voltage on and off

Info

Publication number: DE1211261B
Application number: DEV25176A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Guenter Boehme
Original assignee: VAKUTRONIK DRESDEN WISSENSCHAF
Current assignee: VAKUTRONIK DRESDEN WISSENSCHAF
Priority date: 1964-01-13
Filing date: 1964-01-13
Publication date: 1966-02-24

Description

Elektronischer Schalter zum An- und Abschalten eines an Wechselspannung liegenden Verbrauchers Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schalter zum An- und Abschalten eines an Wechselspannung liegenden Verbrauchers mittels eines Schaltelementes unter Ausnutzung beider Halbwellen der anliegenden Wechselspannung.Electronic switch for switching an AC voltage on and off lying consumer The invention relates to an electronic switch for Switching on and off a consumer connected to AC voltage by means of a Switching element using both half-waves of the applied alternating voltage.

Es sind Schaltungen bekannt, mit denen ein an Gleichspannung liegender Verbraucher mittels eines Transistors an- oder abgeschaltet wird. Beim Einspeisen eines Steuerstromes bestimmter Größe in die Basis wird der ursprünglich gesperrte Transistor leitend, d. h., er wirkt dann wie eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode. Mit Wechselspannung lassen sich derartige Schaltungen auch betreiben. Der Verbraucher wird aber durch den Gleichrichtereffekt des Transistors nur von einem pulsierenden Gleichstrom durchflossen (Einweggleichrichtung). Reine Wechselspannungsverbraucher, wie Transistoren und Wechselstrommotoren, lassen sich mit derartigen Schaltungen nicht betreiben.Circuits are known with which a consumer connected to DC voltage is switched on or off by means of a transistor. When a control current of a certain magnitude is fed into the base, the originally blocked transistor becomes conductive, i. that is, it then acts like a forward-biased diode. Such circuits can also be operated with AC voltage. However, due to the rectifier effect of the transistor, only a pulsating direct current flows through the consumer (one-way rectification). Pure AC voltage consumers, such as transistors and AC motors, cannot be operated with such circuits.

Weiterhin sind Schaltungen bekannt, die mittels Gegentaktanordnung von zwei Schaltelementen mit parallelgeschalteten Bauelementen mit Gleichrichtercharakter eine An- bzw. Abschaltung eines Verbrauchers an bzw. von einer Wechselspannungsquelle unter Ausnutzung beider Halbwellen ermöglichen.Furthermore, circuits are known which use a push-pull arrangement of two switching elements with components connected in parallel with rectifier character switching a load on or off to or from an AC voltage source enable using both half-waves.

Die bekannten Schaltanordnungen für Gleichspannung lassen sich mit einer Wechselspannungsquelle nicht betreiben. Dadurch wird für Verbraucher, die naturgemäß auch mit Wechselspannung gespeist werden können, z. B. Glühlampen u. ä., eine Gleichrichteranlage benötigt. Dies bedeutet in jedem Fall einen mehr oder weniger großen Aufwand an Bauelementen, der vielfach unerwünscht ist. Wenn die gesamte Schaltung an eine Wechselspannungsquelle gelegt wird, wird durch den Gleichrichtereffekt des Transistors nur eine Halbwelle ausgenutzt, so daß eine doppelt so hohe effektive Wechselspannung angelegt werden muß, als die beim Betrieb der Anordnung mit Gleichspannung erforderliche Speisespannung betragen würde. Dies ist einmal sehr unwirtschaftlich, da an die Spannungsfestigkeit der verwendeten Transistoren sehr hohe Anforderungen gestellt würden und zum anderen nicht jedem Verbraucher zuträglich ist. Bestimmte Verbraucher, z. B. Transformatoren, können mit diesen Schaltstufen nicht betrieben werden.The known switching arrangements for direct voltage cannot be operated with an alternating voltage source. This is for consumers who can naturally also be fed with AC voltage, z. B. incandescent lamps and the like, a rectifier system is required. In any case, this means a greater or lesser cost of components, which is often undesirable. If the entire circuit is connected to an AC voltage source, the rectifier effect of the transistor only takes advantage of a half-cycle, so that an effective AC voltage that is twice as high as the supply voltage required when operating the arrangement with DC voltage has to be applied. On the one hand, this is very uneconomical, since very high demands are made on the dielectric strength of the transistors used and, on the other hand, it is not beneficial for every consumer. Certain consumers, e.g. B. transformers cannot be operated with these switching stages.

Die bekannten Gegentaktschaltanordnungen für Wechselspannung besitzen keine galvanische Verbindung von Steuer- und Laststromkreis; eine gemeinsame Nullung der beiden Stromkreise ist demzufolge nicht möglich. Außerdem sind jeweils zwei Schaltelemente sowie zwei Bauelemente mit Gleichrichtercharakter notwendig.Have the known push-pull switching arrangements for AC voltage no galvanic connection between control and load circuit; a common zeroing of the two circuits is therefore not possible. There are also two each Switching elements as well as two components with rectifier character are necessary.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit zu schaffen, um Verbraucher, die naturgemäß nur mit Wechselspannung betrieben werden können, ebenfalls mit einer elektronischen Schaltstufe kontaktlos mit geringem Aufwand an- und abschalten zu können. Eine Wartung dieser Schaltungen ist ebenfalls nicht mehr erforderlich.The purpose of the present invention is to create a way to consumers that can naturally only be operated with AC voltage, also with an electronic switching stage contactless with little effort and to be able to switch off. Maintenance of these circuits is also no longer necessary necessary.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mittels eines Schaltelementes einen an Wechselspannung liegenden Verbraucher an- und abzuschalten, wobei im eingeschalteten Zustand beide Halbwellen der anliegenden Wechselspannung wirksam sind. Weiterhin ist ein geringer Aufwand an Bauelementen, möglichst keine Wartung und hohe Betriebssicherheit gefordeft Die Aufgabe wird mit einem elektronischen Schalter zum An- und Abschalten eines an einer Wechselspannung liegenden Verbrauchers, der in Reihe mit einem Transistor als steuerbares Schaltelement und einer der Kollektor-Emitter-Strecke parallelliegenden Diode liegt, dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß ein in Reihe mit der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors und dem Verbraucherwiderstand liegender Kondensator die völlige Sperrung des Wechselstromes im Zusammenwirken mit der ParalleIschaltung von Transistor und Diode in abgeschalteten Zustand übernimmt.The invention is based on the object by means of a switching element to switch a consumer connected to AC voltage on and off, with the switched on State both half-waves of the applied alternating voltage are effective. Farther is a low cost of components, if possible no maintenance and high operational reliability Required The task is done with an electronic switch for switching on and off a consumer connected to an alternating voltage, which is in series with a transistor as a controllable switching element and one of the collector-emitter paths lying parallel Diode is achieved in that, according to the invention, one in series with the collector-emitter path of the transistor and the consumer resistor lying capacitor the complete Blocking of the alternating current in cooperation with the parallel connection of the transistor and diode takes over when switched off.

Mit nur einem Schaltelement kann daher bei sehr geringem Aufwand an weiteren Bauelementen und Wartung sowie hoher Betriebssicherheit ein an Wechselspannung liegender Verbraucher an- und abgeschaltet werden.With only one switching element, it can therefore be achieved with very little effort further components and maintenance as well as high operational reliability an AC voltage lying consumers can be switched on and off.

Als Schaltelement kann also ein Transistor oder auch eine Röhre, Vierschichtdiode, Thyratron od. ä. verwendet werden. Auch die dem Transistor parallelliegende Germaniumdiode kann durch eine, andere Halbleiterdiode oder durch eine hochvakuum- oder gasgefüllte Gleichrichterröhre ersetzt werden.A transistor or a tube, four-layer diode, thyratron or the like can thus be used as the switching element. The germanium diode lying parallel to the transistor can also be replaced by another semiconductor diode or by a high-vacuum or gas-filled rectifier tube.

Die für den Tansistor benötigte positive Basisvorpannung wird durch eine Siliziumdiode oder einen Selengleichrichter erzeugt.The positive base bias required for the transistor is through a silicon diode or a selenium rectifier is generated.

Durch eine räumliche Trennung der die Spannung liefernde Quelle von den übrigen Bauelementen kann die Schaltung vorteilhaft für Fernsteuerung und/oder -meldung benutzt werden.By spatially separating the source supplying the voltage from the other components, the circuit can be advantageous for remote control and / or message can be used.

Die Anordnung nach der Erfindung läßt sich einmal überall dort verwenden, wo z. B. Anzeigelampen für Großsichtanzeigen u. ä. durch mechanische Relais geschaltet werden. Damit können die bei Gleichspannungsschaltungsanordnungen erforderlichen Gleichrichter eingespart werden, die je nach Lampenzahl mehr oder minder umfangreich sind und meistens auch noch die benötigten Relais. Eine Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltung wäre daher in Geräten zur Fernanzeige irgendwelcher Betriebszustände, zur Fernsteuerung und speziell zum An- und Abschalten von Verbrauchern; die nur mit Wechselspannung betrieben werden können, z. B. Transformatoren und Wechselstrommotoren, möglich.The arrangement according to the invention can be used once anywhere where z. B. Indicator lights for large-scale displays and the like can be switched by mechanical relays. In this way, the rectifiers required in DC circuit arrangements can be saved, which are more or less extensive depending on the number of lamps and usually also the relays required. One application of the circuit according to the invention would therefore be in devices for the remote display of any operating states, for remote control and especially for switching consumers on and off; which can only be operated with AC voltage, e.g. B. transformers and AC motors are possible.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei nachstehend an Hand einer zeichnerischen Darstellung erläutert: Es zeigt Fig. 1 eine vereinfachte Schaltung der Anordnung nach der Erfindung F i g. 2 die gleiche, vervollständigte Schaltung, funktionsfähig.An exemplary embodiment of the invention is explained below with reference to a drawing: FIG. 1 shows a simplified circuit of the arrangement according to the invention F i g. 2 the same, completed circuit, working.

In F i g. 1 liegt der Verbraucherwiderstand 1 mit einem Kondensator 2 und einer Parallelschaltung, bestehend aus einem Transistor 3 und einer Germaniumdiode 4, in Reihe. Wird die Wechselspannung, 5 angeschaltet, so lädt sich, wenn der Steuerstrom 6 den Wert Null annimmt, der Kondensator 2 über die Germaniumdiode 4 auf den Spitzenwert der-Wechselspannung 5 auf. Nach Anlegen der Steuer-Spannung 7 fließt ein Steuerstrom 6, durch den der Transistor 3 in das Sättigungsgebiet kommt, d. h., dieser wirkt dann wie die in F i g. 1 gestrichelt eingezeichnete Diode 8. Die negative Halbwelle der Wechselspannung 5 :fließt dann durch den Transistor 3, während die Germaniumdiode 4 die positive Halbwelle übernimmt, so daß durch den Verbraucherwiderstand 1 und den Kondensator 2 ein reiner Wechselstrom fließt.In Fig. 1 , the load resistor 1 is connected in series with a capacitor 2 and a parallel circuit consisting of a transistor 3 and a germanium diode 4. If the alternating voltage 5 is switched on, when the control current 6 assumes the value zero, the capacitor 2 is charged via the germanium diode 4 to the peak value of the alternating voltage 5 . After the control voltage 7 has been applied , a control current 6 flows through which the transistor 3 enters the saturation region, i. that is, this then acts like that in FIG. Diode 8 shown in dashed lines 1. The negative half-wave of the alternating voltage 5 : then flows through the transistor 3, while the germanium diode 4 takes over the positive half-wave, so that a pure alternating current flows through the load resistor 1 and the capacitor 2.

Zur Dimensionierung und zur Funktion der übrigen Bauelemente ist folgendes zu sagen: Der maximal zulässige Spitzenstrom des Transistors 3 muß größer oder höchstens gleich dem Spitzenwert des Verbraucherstromes sein. Die Sperr-Spannung, für die der Transistor 3 ausgelegt sein muß, beträgt. der Wechselspannung 5, für den gleichen Wert muß 6o auch die Germaniumdiode 4 ausgelegt sein. Der Maximalwert des Steuerstromes 6 ergibt sich aus dem minimalen Stromverstärkungsfaktor des Transistors und dem geforderten Ausgangsstrom. Über dem Kondensator 2 soll eine möglichst geringe Teilwechselspannung stehen, da diese dem Verbraucher verlorengeht.The following can be said about the dimensioning and function of the other components: The maximum permissible peak current of the transistor 3 must be greater than or at most equal to the peak value of the consumer current. The reverse voltage for which the transistor 3 must be designed is. the alternating voltage 5, the germanium diode 4 must also be designed for the same value. The maximum value of the control current 6 results from the minimum current amplification factor of the transistor and the required output current. The lowest possible partial alternating voltage should be present across the capacitor 2, since this is lost to the consumer.

Das heißt, daß das Verhältnis der am Verbraucherwiderstand 1 stehenden Spannung zu der -über der Reihenschaltung des Verbraucherwiderstandes 1 mit dem Kondensatbr 2 abfallenden Ge- samtspannung so groß wie möglich sein muß.That is, the ratio of standing at the consumer resistance to the -about 1 voltage of the series circuit of the resistance 1 with the consumer Kondensatbr 2 sloping overall samtspannung as large as possible must be.

In der in F i g. 2 gezeigten Schaltung sind Siliziumdiode 9 und der Widerstand 10 zusätzlich eingefügt worden, um die. Schaltung funktionsfähig und temperaturstabil zu machen. Die Siliziumdiode 9 bewirkt eine positive Basisvorspannung am Transistor 3 und darmi die Temperaturstabilisierung der gesamten Schaltung nach F i g. 2. über den Widerstand 10 wird die positive Vorspannung der Basiselektrode zugeführt.In the in F i g. 2, silicon diode 9 and resistor 10 have additionally been inserted in order to achieve the. To make the circuit functional and temperature stable. The silicon diode 9 causes a positive base bias on the transistor 3 and therefore the temperature stabilization of the entire circuit according to FIG . 2. The positive bias voltage is fed to the base electrode via the resistor 10.

Die eifindungsgemäße Schaltung eignet sich mit Vorzug zum Schalten eines ah einer sinusförmigen Wechselspannung liegenden Verbrauchers, besonders bei kleinen Spannungen. Sie wirkt wie ein Wechselstromrelais, da der erforderliche Steuerstrom um den Stromverstärkungsfaktor kleiner als der durch den Verbraucher fließende Spitzenstrom ist. Als Verbraucher kommen außer Glühlampen auch Wechselstromverbraucher, wie z. B. ' Transformatoren, Wechselstrommotoren, in Frage. Ein Betrieb der Schaltung mit nicht sinusförmigen, symmetrischen Spannungen, z. B. Rechteckspannungen, ist ebenfalls möglich. Bei einer überlagerten Gleichspannung werden nur die Wechselanteile wirksam, da der Kondensator 2 die Gleichspannung vom Verbraucher fernhält.The circuit according to the invention is particularly suitable for switching a consumer which is connected to a sinusoidal alternating voltage, especially at low voltages. It works like an AC relay, since the required control current is smaller than the peak current flowing through the consumer by the current amplification factor. In addition to incandescent lamps, there are also AC consumers, such as B. ' Transformers, AC motors in question. Operation of the circuit with non-sinusoidal, symmetrical voltages, e.g. B. square wave voltages is also possible. In the case of a superimposed direct voltage, only the alternating components are effective, since the capacitor 2 keeps the direct voltage away from the consumer.

Claims

Claims: 1. Electronic switch for switching on and off a load connected to AC voltage, which is in series with a transistor as a controllable switching element and a diode parallel to the collector-emitter path, characterized in that in series with the collector -Emitter path of the transistor (3) and the consumer resistor (1) a capacitor (2) is arranged.

2. Electronic switch according to claim 1, characterized in that a silicon diode (9) or a selenium rectifier is provided in the emitter line of the transistor. 3. Electronic switch according to claim 1 or 2, characterized in that the consumer resistor (1) is arranged directly on the transistor (3) and is spatially removed from the control current generator.

Documents considered: German Auslegeschrift No. 1 121 115.