DE2553389B2

DE2553389B2 - Halbleiterschaltschaltung

Info

Publication number: DE2553389B2
Application number: DE19752553389
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Kyoto Koga; Ryuichi Muko Kyoto Sato; Takeyoshi Nagoakakyo Kyoto Yoneda
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1974-11-29
Filing date: 1975-11-27
Publication date: 1978-05-03
Also published as: GB1527097A; FR2293108A1; DE2553389A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiterschaltschaltung gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.

Es ist eine Schaltung der im Oberbegriff des Hauptanspruches genannten Art bekannt (DT-AS 17 65 293). Bei dieser bekannten Schaltung sind ein Nulldurchgangszündkreis, der in Abhängigkeit von dem Augenblickswert der Wechselspannung an der Verbraucherschaltung und in Abhängigkeit vom Eingangssignal gesteuert wird, und zwei Thyristoren, die die Durchschaltung des positiven und des negativen Teils des Verbraucherstromes unter sich aufteilen, vorhanden. Bei dieser bekannten Schaltung enthält der Nulldurchgangszündkreis einen Thyristor, der von einem Relais geschaltet wird. Mit dieser Anordnung wird keine Nulldurchgangszündung erhalten, wenn die Eingangsschaltung des Relais einen den Gatestromkreis des Thyristors öffnenden Impuls erhält, bevor an den Wechselstromklemmen eine Wechselspannung liegt. Der Thyristor zündet beim Nulldurchgang nämlich nur, wenn zuerst eine Wechselspannung an den Wechselspannungsklemmen liegt und die Eingangsschaltung erst dann mit einem Eingangsimpuls beaufschlagt wird. Mit anderen Worten liegt der Mangel der bekannten Schaltung darin, daß eine Nulldurchgangszündung nicht immer gewährleistet ist.

Es ist ferner eine Halbleiter-Relaisschaltung bekannt (US-PS 37 23 669 und US-PS 36 48 075), bei der ein Verbraucherwechselstrom in Abhängigkeit von einem Eingangssignal umgeschaltet wird, das an einer elektrisch von der Verbraucherschaltung isolierten Eingangsschaltung aufgenommen wird, wobei eine Nulldurchgangs-Zündeinrichtung vorgesehen ist. Bei diesen bekannten Halbleiterrelais ist es notwendig, einen Vollwellengleichrichter vorzusehen, um gleichgerichtete Vollwellenströme an die Thyristoren oder Triacs zu liefern. Ferner hat jede dieser Schaltungen einen Thyristor oder Triac, der in einer Weise geschaltet ist, daß er bei jedem Anstieg sowohl des positiven als

auch des negativen Teiles des Verbraucherstromes eingeschaltet wird, und der zum Regeln der Zündung beim Nulldurchgang dient. Es hat sich nun gezeigt, daß die Gefahr besteht, daß die Thyristoren oder Triacs unbeabsichtigt eingeschaltet werden, auch wenn kein ■> Eingangssignal an der Gateelektrode ansteht. Dies kommt vor, wenn ein eine Welligkeit aufweisender Strom von dem Vollwellengleichrichter an die Gateelektrode angelegt wird. Dabei besteht die Gefahr, d-iQ der Thyristor oder Triac unbeabsichtigt selbst bei iu kleinen Rauchsignalen in der Anoden-Kathodenspannung des Triac oder bei einem übermäßigen Wert von d V/dt, der das kritische Verhältnis zwischen Ausschaltspannung und Anstiegüsteilheit der Anoden-Kathodenspannung eingeschaltet wird. i^r>

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Halbleiterschaltung derart auszubilden, daß die Nulldurchgangszündung auch dann erfolgt, wenn das der Eingangsschaltung zugeführte Eingangssignal vor der Wechselspannung 2» vorhanden ist.

Diese Aufgabe wird durch die in dem Hauptanspruch gekennzeichnete Schaltung gelöst. Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Schaltung besteht darin, daß sie sicherer arbeitet als die eingangs erwähnte, bekannte 2-> Schaltung. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung gegenüber der aus der DE-AS 17 65 293 bekannten Schaltung besteht darin, daß die erfindungsgemäße Schaltung ohne die Vollwellengleichrichterschaltung auskommt, die in der bekannten Schaltung >" zwingend notwendig ist. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung dienen die beiden Dioden, die mit ihren Anoden mit den Gateelektroden der Thyristoren und mit ihren Kathoden miteinander verbunden sind, als Gleichrichter, um dem Transistor des Nulldurchgangs- r> zündkreises Gleichstrom zuzuführen, und es ist ersichtlich, daß diese Schaltung wesentlich weniger aufwendig als die bei der bekannten Schaltung vorgesehene Vollwellengleichrichterschaltungist.

Es sind zwar auch Schaltungen bekannt, die einen i" Wandler enthalten, der ein physikalisches Signal, z. B. Licht, aufnehmen und in ein elektrisches Signal umwandeln (DE-AS 10 79 113), mit dem ein Laststrom gesteuert werden kann. Abgesehen von dem Wandler betrifft diese bekannte Schaltung jedoch nicht die hier 4i vorliegende Aufgabenstellung und vermag daher auch zu deren Lösung nichts weiter beizutragen.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltung ist in Anspruch 2 gekennzeichnet. Dabei ist vorteilhaft, daß der Phototransistor als Element der 5<> Photo-Kopplungseinrichtung und gleichzeitig als Widerstand des Spannungsteiles dient.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltung ist in Anspruch 3 gekennzeichnet. Bei dieser Ausgestaltung der Schaltung wird ^r>> eine Verzögerungsschaltung gebildet, die eine mögliche Phasennacheilung des Verbraucherstromes kompensiert und damit dazu beiträgt, eine Fehlzündung aufgrund eines Phasenfehlers des Triggersignals zu vermeiden. wi

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen in Verbindung mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild von einem Ausführungsbeispiel ><< der Erfindung,

F i g. 2 eine graphische Darstellung des Spannungsbzw. Stromverlaufes in verschiedenen Teilen der Schaltung von F ig. 1,

Fig.3a und 3b graphische Darstellungen, die die Funktionsweise eines abgewandelten Ausführungsbeispiels zeigen und

F i g. 4 ein Schaltbild eines weiteren, abgewandelten Ausführungsbeispiels.

Der erfindungsgemäße Halbleiterschaltkreis weist eine Eingangsschaltung IC, die Eingangssignale empfängt und ein physikalisches Signal erzeugt, und eine Steuerschaltung CC auf, die galvanisch von der Eingangsschaltung IC getrennt ist und das Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem physikalischen Signa! steuert. Die Steuerschaltung CC enthält einen Wandler, beispielsweise einen Phototransistor PT, der das physikalische Signal empfängt und es in ein elektrisches Signal umsetzt, einen Nulldurchgangs-Zündkreis, in dem ein Transistor Tr in Abhängigkeit von dem augenblicklichen Wert der Wechselspannung an einem Verbraucherkreis LC und in Abhängigkeit von dem Eingangssignal gesteuert wird, und zwei Thyristoren SCRX und SCR 2, die die Umschaltung des positiven Teiles bzw. des negativen Teils des Verbraucherstroms untereinander teilen, wobei die Gateelektroden der beiden Thyristoren in einer solchen Weise angeschlossen sind, daß das Ausgangssignal des Transistors Tr die Thyristoren SCR 1 und SCR 2 steuert.

In der Eingangsschaltung /Csind Eingangsanschlüsse A 1 und A 2 vorgesehen, um Gleichstrom-Eingangssignalf aufzunehmen. Ein Widerstand R1, eine erste lichtemittierende Diode IND, die zur Anzeige der Tatsache dient, daß ein Eingangssignal ankommt, eine zweite lichtemittierende Diode ED zur Erzeugung eines optischen Signals in Abhängigkeit von dem Eingangssignal und ein variabler Widerstand VR zur Steuerung der Intensität des optischen Signals sind in Reihe zwischen den Anschlüssen A 1 und A 2 angeschlossen. Eine Diode DX ist parallel zu einem Teil dieser Reihenschaltung, d. h. parallel zu der ersten lichtemittierenden Diode IND und der zweiten lichtemittierenden Diode ED, geschaltet, um diese Dioden gegen mögliche Stoßimpulse von den Eingangsanschlüssen A X und A 2 zu schützen.

Der Verbraucherkreis LC weist eine Last L auf, die in Reihe mit der Wechselstromquelle AC zwischen den Anschlüssen BX und B 2 angeschlossen ist. Ein Triac TRC'ist zwischen den Anschlüssen BX und B 2 durch seine erste und seine zweite Elektrode angeschlossen. Ein Widerstand R 7 und eine Kapazität CA sind in Reihe zwischen den Anschlüssen B 1 und B 2 angeschaltet. Die Gateelektrode des Triacs TRC und der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R 7 und der Kapazität C 4 sind mit den Verbindungsleitungen L 2 bzw. LX verbunden. Der Widerstand R7 und die Kapazität C 4 bilden eine Rauschunterdrückungsschaltung, um Rauschsignale von der Hauptleitung oder den Stromquellen zu eliminieren.

Die Steuerschaltung CC weist einen Teil auf, der als Nulldurchgangszündkreis bezeichnet wird. Die Leitungen L X und L 2, die die Verbindung zu dem Verbraucherkreis LC herstellen, dienen zur Stromzufuhr, um die Steuerschaltung CC zu betreiben. Die Leitungen L X und L 2 dienen auch dazu, den Gatestrom für den Triac TRC zu liefern. Zwischen den Leitungen L X und L 2 sind der erste Thyristor SCR X und der zweite Thyristor SCR 2 jeweils durch ihre Anoden angeschlossen, und eine erste Diode D 5 und eine zweite Diode D 4 sind mit ihren Kathoden an die Leitungen L i bzw. L 2 angeschlossen. Die Kathoden der Thyristoren

SCR 1 und SCR 2 sind gemeinsam mit der Anode einer einen Spannungsabfall erzeugenden Diode D 4 verbunden, während die Anoden der Dioden D 5 und D 6 gemeinsam an einem Verbindungspunkt N mit der Kathode der Diode D 4 verbunden sind. Die Schaltung, bestehend aus den Thyristoren SCR 1 und SCR 2 und den Dioden D 4, D 5 und D 6, dient zur Erzeugung eines Gatesignals, das der Gateelektrode des Triacs TRC zu dessen Steuerung zugeführt wird. Die genannten Thyristoren werden »EIN«- oder »AUS«-gesteuert mit Hilfe von Steuersignalen, die an die Gateelektroden der Thyristoren SCR 1 und SCR 2 durch Widerstände R 5 bzw. R 6 zugeführt werden.

Die Schaltung, die den Phototransistor PT und den Transistor Tr enthält, dient zur Steuerung der obenerwähnten Gatesignale für die Thyristoren SCR 1 und SCR 2. Der Phototransistor PTaIs Wandler und die lichtemittierende Diode EDsind so angeordnet, daß der Phototransistor das Licht von der lichtemittierenden Diode empfängt, und daß der Phototransistor und die Diode elektrisch voneinander getrennt sind. Auf diese Weise bilden die lichtemittierende Diode ED und der Phototransistor PTeine Licht-Ankopplungseinrichtung. Die Widerstände R 3, R 4 und R 2 und der Phototransistor PTsind in Reihe zwischen der Leitung L 1 und dem Verbindungspunkt N zwischen den Anoden der Dioden D5 und D6 angeschlossen. Diese Reihenschaltung bildet einen Spannungsteiler für die Erzeugung eines Spannungssignals, das proportional zu dem augenblicklichen Wert der Spannung der Stromquelle AC ist. Ein Widerstand R 8 ist zwischen der Leitung L 2 und dem Verbindungspunkt M angeschlossen, der zwischen den Widerständen R 3 und Λ 4 liegt. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen A4 und R2 ist mit der Basis des Transistors Tr verbunden. Der Widerstand R 2 dient zur Herabsetzung unerwünschter Einflüsse der Umgebungstemperatur und zur geeigneten Dämpfung des elektrischen Signals, das durch die Übermittlung des physikalischen Signals erzeugt wird. Die Widerstände R 3 und RS werden so gewählt, daß sie den gleichen oder einen ähnlichen Widerstandswert haben. Die Gateelektroden der Thyristoren SCR 1 und SCR 2 sind durch die Dioden D 2 bzw. D 3 mit dem Kollektor des Transistors Tr verbunden, und die Dioden D 2 und D3 sind in einer solchen Richtung angeschlossen, daß die Ströme durch die Dioden zu dem Kollektor des Transistors Tr fließen können. Ein Widerstand R9 ist zwischen den Gateelektroden der Thyristoren SCR 1 und SCR 2 angeschlossen. Der Widerstand R 9 dient dazu, unerwünschte, elektrische Ladungen abzuführen, die sich in der Sperrschicht um die Gatebereiche an den Thyristoren SCR 1 und SCR 2 ansammeln, um zu verhindern, daß die Thyristoren unbeabsichtigt aufgrund solcher, sich ansammelnder Ladungen gezündet werden. Zwischen der Gateelektrode und der Anode des Thyristors SCR 1 ist ein Widerstand R 5 angeschlossen, und zwischen der Gateelektrode und der Anode des Thyristors SCR 2 ist ein Widerstand R 6 angeschlossen. Der Emitter des Transistors Tr ist zusammen mit dem Emitter des Pholotransistors PTmit dem Verbindungspunkt Nzwischen den Anoden der Dioden D 5 und Dh verbunden. Eine Kapazität C5 ist zwischen dem Verbindungspunkt M und den Kathoden der Thyristoren SCR 1 und SCR 2 angeschlossen, um den Einfluß einer Phasendifferenz zwischen dem Laststrom und der Spannung zu kompensieren, die an den Nulldurchgangszündkreis angelegt wird, wenn die Last L eine induktive Last ist.

Im folgenden wird die Betriebsweise und Funktion der in Fig. 1 gezeigten Schaltung anhand von Fig. 2 erläutert, die graphische Darstellungen für den Zeitablauf der Augenblickswerte der Spannung Vac und der

ι Wechselstromquelle AC, die Änderung der Intensität des Lichtes IP, das von dem Phototransistor PT empfangen wird, und den Augenblickswert des Verbraucherstroms //darstellen.
Zunächst wird der Fall erläutert, daß ein vorgegebe-

Ki nes Eingangssignal an die Eingangsanschlüsse A 1 und A 2 angelegt wird, und wenn die augenblickliche Spannung zwischen den Leitungen L 1 und L 2, d. h. zwischen der ersten und der zweiten Elektrode des Triacs TRC größer als eine vorher eingestellte

ι ■"> Nulldurchgangs-Schwellenspannung ist (z. B. 5 V).

Wenn das Eingangssignal an die Anschlüsse A 1 und A 2 zum Zeitpunkt /1 angelegt wird, wenn die Quellenspannung Vac bei einer positiven Spitze ist, dann hat der Phototransistor PT einen geringen Widerstand. Die geteilte Spannung, die zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors Trangelegt wird, wird jedoch aufgrund des hohen Spitzenwertes Vac zwischen den Leitungen L 1 und L 2 hoch. Wegen der hohen Basis-Emitterspannung wird der Transistor Tr

.·> eingeschaltet. Daher wird, wenn die Anschlüsse B 1 und B 2 eine positive bzw. eine negative Spannung haben, ein erster Stromweg über die Elemente mit folgenden Bezugszeichen:

AC-B\-R7-Lt-R5-D2-Tr-N-D6

und die Gateelektrode zu der zweiten Elektrode des Triacs sowie über die Bauteile B2—L-AC gebildet. Andererseits wird, wenn der Anschluß Bi und der Anschluß B 2 eine negative bzw. eine positive Spannung r> führen, ein zweiter Stromweg über folgende Bauteile gebildet: AC- L-B 2 die zweite Elektrode, die Steuerelektrode des Triacs,

L2-R6-D3-Tr-N-D5-Li-R7-Bl-AC.

-tu Als Ergebnis der Herstellung des ersten Strom weges, d. h. als Resultat des Nebenschlusses durch den ersten Stromweg, empfängt die Gateelektrode des ersten Thyristors SCR 1 nicht ihren Gatestrom, der sonst in einem dritten Stromweg fließen sollte, der aus

■Γι folgenden Teilen gebildet wird:

AC-B1-R7-L1-R5,

der Gateelektrode, der Kathode des Thyristors SCR i, D4—N—D6 — L2, die Gateelektrode und die zweite

v) Elektrode des Triacs TRC, B2-L-AC. Auf ähnliche Weise ist das Ergebnis der Schließung des zweiter Stromweges, d. h. das Resultat des Nebenschlusses durch den zweiten Stromweg, daß die Gateelektrode des zweiten Thyristors SCR 2 ihren Gatestrom nicht

Y< erhält, der sonst in einem vierten Stromweg fließen sollte, der durch folgende Teile gebildet wird: AC-L— B2, die zweite Elektrode und die Gateelektrode des Triacs TRC, L2-R6, die Gateelektiode und die Kathode des Thyristors SCR 2,

D4-D5-Ll-/?7-ßl-/4C

Folglich wirdkeinerderThyristorenSC/? ioderSCR 1 gezündet.

Ein zweiter Fall betrifft den Zustand, bei dem eir

ι · bestimmtes Eingangssignal an den Eingangsanschlüsser A I und A 2 angelegt wird, wenn die Quellenspannung Vac größer als die vorgegebene Durchgangs-Schwel lenspannung wird.

Unmittelbar nach dem Zeitpunkt f2 in Fig. 2 wird der Transistor Tr ausgeschaltet, da die geteilte Spannung, die über dem Widerstand R 2 und dem Phototransistor PT ansteht, niedrig wird (da der Widerstand des Phototransistors PTgering ist). Folglich werden die oben beschriebenen ersten und zweiten Nebenschluß-Stromwege nicht gebildet, so daß die Thyristoren SCR i und SCR 2 ihre Gateströme über den dritten bzw. den vierten Stromweg erhalten. Daher werden die Thyristoren SCR X und SCR 2 abwechselnd gezündet, wenn der positive bzw. der negative Strom abwechselnd fließt, und zwar wird der erste Thyristor SCR 1 gezündet, wenn der Anschluß B1 positiv ist, und der zweite Thyristor SCR 2 wird dann gezündet, wenn der Anschluß B 2 positiv ist.

Durch das abwechselnde Zünden der Thyristoren SCR X und SCR 2 erhält die Gateelektrode des Triacs TRC genügend Schaltströme in ununterbrochener Folge durch einen fünften Stromweg, der durch folgende Teile gebildet wird:

AC-B X-Rl-Li -SCR 1 -D4-D6-L2,

die Gateelektrode und die zweite Elektrode des Triacs TRC, B2—L-AC, bzw. über einen sechsten Stromweg, der durch folgende Elemente gebildet wird: AC—L— B2, die zweite Elektrode und die Gateelektrode des Triacs TRC,

L2-SCR2-D4-D5-LX-R7 -BX-AC.

Durch den Schaltstrom über den fünften und den sechsten Strom weg wird der Triac TRC sowohl bei den positiven als auch bei den negativen Teilen des Verbraucherstromes geschaltet und gestattet, daß der volle Verbraucherstrom //durch die Last L fließen kann. Bei einem Einganssignal IPX, das vom Zeitpunkt f 1 bis zum Zeitpunkt 13 dauert, fließt der Verbraucherstrom // von dem Zeitpunkt i2 bis zu dem Zeitpunkt t4. Zum Zeitpunkt f 4 wird der Triac TRC ausgeschaltet, da der durch ihn fließende Strom verschwindet (wie durch //1 in F i g. 2 angedeutet ist). Die oben beschriebene Schaltung zündet somit annähernd bei einem Nulldurchgang.

Ein dritter Fall betrifft den Zustand, daß das Eingangssignal zu einem Zeitpunkt angelegt wird, wenn die Quellenspannung kleiner als der Nulldurchgangs-Schwellenwert ist.

Dieser Fall ist in F i g. 2 durch die Lichtintensität IP 2 dargestellt. Wie in der obigen Beschreibung erwähnt wurde, wird der Transistor Tr aufgrund einer kleinen Quellenspannung ausgeschaltet. Daher werden die Thyristoren SCRi und SCR 2 gezündet, wenn die Lichtintensität an dem Zeitpunkt f 5 ansteigt, so daß der Triac TRC eingeschaltet wird, wodurch der Verbraucherstrom von dem Zeitpunkt f5 an fließen kann. Wenn die Lichtintensität einen Abfall und einen negativen Anstieg der Quellenspannung Vaeüberdauert (wie durch die Zeitdauer zwischen 15' und f6 angedeutet ist), wird der Triac TRC wieder eingeschaltet. Wenn der Triac zum Zeitpunkt Π ausgeschaltet wird, wird die Quellenspannung Vac kleiner als das Nulldurchgangs-Schwellenniveau, und zwar das erstemal nach dem Abfall der Lichtintensität bei dem Zeitpunkt f6. Auf diese Weise fließt der Verbraucherwechselstrom // während der Zeitdauer von dem Zeitpunkt /5 bis zu dem Zeitpunkt / 7, wie durch 112 in F i g. 2 angedeutet ist.

Ein vierter Fall betrifft den Zustand, daß ein Eingangssignal fehlt.

In diesem Fall wird der Phototransistor PT ausgeschaltet, das heißt, er hat einen hohen Widerstand, und folglich steigt die geteilte Spannung zwischen Basis und Emitter des Transistors Tr in einem Verhältnis zu der Quellenspannung an. Daher ist der Transistor Tr eingeschaltet, bis die Quellenspannung nahezu Null wird. Durch den eingeschalteten Zustand des Transistors Tr werden die Gateströme der Thyristoren SCR X und SCR 2 gesperrt, so daß die Thyristoren SCR 1 und SCR2 ausgeschaltet bleiben. Folglich wird der Triac TRCmchl eingeschaltet.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung sind die Thyristoren in einem Paar vorgesehen, um alternierend den positiven bzw. den negativen Teil des Wechselstromes zu schalten. Daher hat der Strom in einem Thyristor eine Welligkeit, deren Spitzen durch Zeitpausen voneinander getrennt sind. Diese Pausenzeit hat sich als sehr vorteilhaft herausgestellt, indem sie verhindert, daß der Thyristor bei Fehlen eines Gatesignals unbeabsichtigt gezündet wird. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung hat sich gezeigt, daß der Thyristor eine genügende Leistungsfähigkeit zum Ein- und Ausschalten und eine befriedigende Haltbarkeit selbst unter einer so schweren Betriebsbelastung aufweist, daß der geschaltete Strom, der durch den Thyristor fließt, größer als der Strom ist, der die Thyristoren bei Dauerbelastung zerstören würde. Da ferner zwei Thyristoren verwendet werden, wird der Schaltstrom und damit die Belastung auf jedem Thyristor auf die Hälfte der Belastung bei einer herkömmlichen Schaltung herabgesetzt, so daß die Lebensdauer des Thyristors verlängert wird.

Abgesehen davon dient der Phototransistor PT als Element der Photo-Kopplungseinrichtung und gleichzeitig als Widerstand des Spannungsteilers, um die Funktionsweise zu erreichen, daß bei einem Nulldurchgang gezündet wird. Ferner dient der Transistor Tr zur Steuerung der Thyristoren SCR X und SCR 2, um die Zündung bei Nulldurchgang zu erreichen, und er dient auch dazu, die Polarität des Ausgangssignals des Phototransistors /Tumzukehren.

Bei einer induktiven Last dient die Kapazität C5 zur Kompensation einer Phasennacheilung des Verbraucherstromes. Insbesondere bildet die Kapazität C5 zusammen mit den Widerständen /?3 oder /?8 eine Verzögerungsschaltung, und die Spannung, die dem Verbraucherstrom der induktiven Last relativ voreilt, wird in geeigneter Weise verzögert, wenn sie von der Spannungsteilerschaltung bestehend aus den Elementen

/?3-Ä4-/?2-Proder/?8-/?4-/?2-/>r

geteilt und an die Basis des Transistors Tr angelegt wird, so daß die Phase des Schaltsignals in geeigneter Weise kompensiert wird. Daher kann selbst bei einer induktiven Last der Triac TRC befriedigend geschaltet werden, ohne daß eine Fehlzündung aufgrund des Phasenfehlers des Schaltsignals auftreten könnte.

In einem abgewandelten Ausführungsbeispiel können die Empfindlichkeiten der Gateelektroden der Thyristoren SCRX und SCR 2 auf voneinander verschiedene Werte eingestellt werden, indem man ein bestimmtes Paar von Thyristoren wählt, und die beiden Widerstände R 5 und R 6 werden auf im wesentlichen die gleichen Widerstandswerte eingesteiit. Durch diese Einstellung wird die folgende Funktionsweise möglich. Wenn das Eingangssignal einen zwischen den »EIN«- und »AUS«-Signalen liegenden Zwischenwert hat, hat der Phototransistor PTeinen zwischen dem »EIN«-Zustand und dem »AUS«-Zustand liegenden, mittleren Wider-

stand. Folglich wird der Transistor Tr ebenfalls in einen Zwischenzustand zwischen dem eingeschalteten und dem ausgeschalteten Zustand gebracht, so daß sein Kollektorstrom zwischen diesen beiden Zuständen liegt. Da einer der Thyristoren, beispielsweise der Thyristor SCR 1, eine größere Empfindlichkeit an seiner Gateelektrode hat, wird nur der Thyristor SO? 1 bei jedem Zyklus eingeschaltet, und der andere Thyristor SCR 2 bleibt während der gleichen Periode ausgeschaltet. Daher wird der Triac TRC nur während der positiven Halbwellen jedes Zyklus geschaltet, so daß der resultierende Strom 50% des bei einem ordnungsgemäßen »EIN«-Zustand fließenden Stroms beträgt. Wenn die Intensität des emittierten Lichtes von Null an allmählich vergrößert wird, indem man beispielsweise den Widerstand des variablen Widerstandes VT? ändert, ist der Verbraucherstrom Null von dem Bereich von Null bis fP3 der Lichtintensität, der Verbraucherstrom wird zu einem halbwellengleichgerichteten, mit einer Welligkeit versehenen Strom im Bereich von IP3 bis IPA der Lichtintensität und der Verbraucherstrom wird zu einem vollwellengleichgerichteten, das heißt normalen sinuswelligen Strom im Bereich der Lichtintensität über /P4, wie in den F i g. 3a und 3b gezeigt ist.

Die Umschaltung des Stromes in den genannten drei Schritten (das heißt 0%, 50% und 100% der Ausgangsleistung) kann für verschiedene Zwecke verwendet werden, beispielsweise bei einem elektrischen Heizer mit einstellbarer Leistung oder bei einer elektrischen Lampe mit einstellbarer Helligkeit.

Wenn eine Verkehrsampel unter Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung arbeitet, das heißt ein- und ausgeschaltet wird, ist die Wellenform des Stromes immer eine annähernde Sinuswelle wegen der NuIldurchgangs-Zündeinrichtung, so daß die Lebensdauer der Verkehrsampel verlängert werden kann. Ferner wird, wenn ein Fehler in dem System des Eingangssignals, beispielsweise ein Abfall des Eingangssignals, auftritt, die Leistung der Lampe auf die Hälfte reduziert, wodurch eine Warnung für das Auftreten des Fehlers gegeben wird. Wenn einer der Thyristoren einen Kurzschluß hat, wird die Lampe bei Fehlen des Eingangssignals mit dem Halbwellenstrom durch den kurzgeschlossenen Thyristor betätigt bzw. zum Leuchten gebracht. Wenn einer der Thyristoren von der restlichen Schaltung getrennt wird (zum Beispiel wenn eine Lötstelle aufgeht), wird die Lampe bei einem normalen Eingangssignal mit dem Halbwellenstrom durch den normalen Thyristor eingeschaltet, und sie wird ohne das Eingangssignal nicht eingeschaltet. Die erwähnten Ergebnisse können als Warnzeichen für das Auftreten einer Störung in der Schaltung verwendet werden, und daher wird die Zuverlässigkeit des Halbleiterschaltkreises erhöht.

Bei einem anderen, abgewandelten Ausführungsbeispiel werden die Widerstände R 5 und R 6, die zwischen den Anoden und den Gateelektroden der Thyristoren SCR 1 bzw. SCR 2 angeschlossen sind, als halbvariable Widerstände ausgeführt. Die halbvariablen Widerstände R 5 und R 6 werden dann so eingestellt, daß sie voneinander verschiedene Widerstandswerte haben. Wenn der Widerstand R 5 so eingestellt wird, daß er einen kleineren Widerstandswert als der Widerstand RS hat, dann wird bei einem Eingangssignal bei einem Zwischenwert zwischen dem normalen »AUS«- und dem normalen »EIN«-Wert nur der Thyristor SCR 1 eingeschaltet, so daß der Verbraucherstrom ein mit einer Welligkeit versehener Halbwellen gleichgerichteter Strom ist, der dem Strom bei dem vorher beschriebenen, abgewandelten Ausführungsbeispiel ähnlich ist.

Fig.4 zeigt noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem kein Triac verwendet und der Verbraucherstrom direkt durch zwei Thyristoren SCR 1 und SCR 2 geschaltet wird. Diese Schaltung ist anwendbar, wenn der Verbraucherstrom nicht sehr hoch ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Halbleiterschaltschaltung mit einer Eingangsschaltung, die ein Eingangssignal aufnimmt und ein "> physikalisches Signal erzeugt, und einer von der Eingangsschaltung elektrisch isolierten Steuerschaltung zur Steuerung der Zufuhr von Energie aus einer Wechselstromquelle zu einer Verbraucherschaltung in Abhängigkeit von dem physikalischen Signal, κι wobei die Steuerschaltung einen Nulldurchgangszündkreis, der in Abhängigkeit vom Augenblickswert der Wechselspannung an der Verbraucherschaltung und vom Eingangssignal gesteuert wird, und ein Paar Thyristoren aufweist, die in Reihe und ι' entgegengesetzt an ein Paar von mit der Verbraucherschaltung verbundenen Leitungen geschaltet sind und den positiven bzw. negativen Teil des von der Wechselstromquelle zur Verbraucherschaltung fließenden Stroms unter sich aufteilen, d a - -'<> durch gekennzeichnet, daß zur Steuerschaltung (CC) ein Wandler (PT) gehört, der das physikalische Signal aufnimmt und es in ein elektrisches Signal umsetzt, daß der Nulldurchgangszündkreis einen einzigen Transistor (Tr) -'"> enthält, der in Abhängigkeit vom Augenblickswert der Wechselspannung an der Verbraucherschaltung und vom Eingangssignal gesteuert wird, daß ein Triac (TRC) mit einer Gateelektrode und einer ersten und einer zweiten weiteren Elektrode i'i vorgesehen ist, wobei die erste und die zweite weitere Elektrode in Reihe mit der Verbraucherschaltung (L) und der Wechselstromquelle geschaltet sind, daß die Gateelektrode der beiden Thyristoren (SCRi, SCR 2) gemeinsam mit dem )'> Kollektor oder dem Emitter des einzigen Transistors verbunden sind, und daß die beiden Thyristoren (SCRi, SCR 2) mit ihren Kathoden in Reihe geschaltet sind und die Reihenschaltung der Thyristoren zwischen der Gateelektrode und der ^w ersten weiteren Elektrode des Triacs angeschlossen ist, daß ein erstes Paar Diode (D 5, D 6) in Reihe und mit ihren Anoden verbunden geschaltet ist und die Reihenschaltung des ersten Paars Dioden zwischen der Gateelektrode und der ersten weiteren Elektro- ^ de des Triacs liegt, daß ein zweites Paar Dioden (D 2, D 3) mit ihren Anoden mit den Gateelektroden der Thyristoren und mit ihren Kathoden miteinander verbunden sind, wobei ein Ende (Kollektor oder Emitter) des Transistors (Tr) mit den Gateelektro- "> <> den der Thyristoren über das zweite Paar Dioden verbunden ist und das andere Ende (Emitter oder Kollektor) des Transistors mit dem Verbindungspunkt (N) in der Reihenschaltung des ersten Paares Dioden und weiter über eine zusätzliche Diode (D 4) ^rrf mit dem Verbindungspunkt in der Reihenschaltung der Thyristoren verbunden ist, wobei die zusätzliche Diode über ihre Anode mit den Kathoden der Thyristoren verbunden ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- «> zeichnet, daß der Wandler ein Phototransistor (PT) ist, der als Widerstand einer Spannungsteilerschaltung (R 3, R 8, Λ 4, R 2, PT, N) zur Messung des Augenblickswertes der Wechselspannung angeschlossen ist. ^h">

3. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zeitverzögerungskapazität (C5), die zwischen dem Verbindungspunkt (M) der Spannungsteilerschaltung (R3, R8, A4, R2, PT, N) und dem Verbindungspunkt zwischen den in Reihe geschalteten Thyristoren (SCRi, SCR2) angeschlossen ist.

4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechempfindlichkeiten der Gateelektroden der beiden Thyristoren (SCR 1, SCR 2) unterschiedlich sind.

5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatestromkreise für die Thyristoren (SCR 1, SCR 2) variable Widerstände (R 5 bzw. R 6) haben, die so einstellbar sind, daß die Thyristoren bei unterschiedlichen Niveaus des Eingangssignals getriggert werden.

6. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsschaltung (IC) eine erste lichtemittierende Diode (ED), die Licht abstrahlt, das von dem Phototransistor (PT) empfangen wird, und eine zweite lichtemittierende Diode (IND) aufweist, die in Reihe mit der ersten lichtemittierenden Diode (ED) geschaltet ist, um den Zustand des Eingangssignals, und damit dem Betriebszustand der Ausgangsschaltung, sichtbar anzuzeigen.

7. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigelampe (L) als Verbraucher oder Last geschaltet ist.