CS237885B1

CS237885B1 - Triac switch with optoelectronic coupling, switched at zero pass current

Info

Publication number: CS237885B1
Application number: CS871283A
Authority: CS
Inventors: Ivan Balko; Jarolim Klco; Jiri Fiala; Jan Misani; Stefan Kalus; Jozef Drha
Original assignee: Ivan Balko; Jarolim Klco; Jiri Fiala; Jan Misani; Stefan Kalus; Jozef Drha
Priority date: 1983-11-23
Filing date: 1983-11-23
Publication date: 1985-11-13

Abstract

Predmet vynálezu sa týká oboru polovodičových výkonových spínačov. Vynález rieši zapojenie riadiaceho obvodu výkonového triakového spínača pre spínanie v nule přípustného prúdu vhodného pre spínanie záťaží s indukčnou zložkou a premenným účinníkom v priebehu zopnutia. Podstatou predmetu podlá vynálezu je sposob pripojenia detektora přechodu napatia nulou k výstupnej elektróde triaka a súčasne k zaťažovacej impedancii, ktorý využívá poklesu napatia na zaťažovacej impedancii pri vypnutí triaka a fázového posuvu medzi sieťovým napátím a priepustným prúdom k detekcii přechodu priepustného prúdu nulou a k súčasnému generovaniu riadiaceho impulzu pre zopnutie triaka. Predmet vynálezu je možné využit pri spínaní indukčných motorovThe subject of the invention relates to the field of semiconductor power switches. The invention solves the connection of the control circuit of a power triac switch for switching at zero of the permissible current suitable for switching loads with an inductive component and a variable power factor during switching. The essence of the subject of the invention is a method of connecting a zero voltage transition detector to the output electrode of the triac and simultaneously to the load impedance, which uses the voltage drop on the load impedance when the triac is turned off and the phase shift between the mains voltage and the through current to detect the through current transition at zero and to simultaneously generate a control pulse for switching the triac. The subject of the invention can be used in switching induction motors

Description

Vynález sa týká triakového spínača s optoelektronickou vazbou striedavého prúdu pre spínanie záťaží so značnou indukčnosťou, kde rieši riadiaci obvod pre spínanie triaku v nule priepustného prúdu tak, že umožňuje spínanie bez rušenia pri zmene fázového posuvu v rozsahu 90 ° el.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a triac switch with an AC optoelectronic coupling for switching loads with considerable inductance, which solves a control circuit for switching the triac at a zero-current current so as to allow switching without interference when the phase shift is 90 ° el.

Obvod s volné bežiacim generátorom riadiacich impulzov 1 kHz až 4 kHz nie je synchronizovaný so· sieťou, takže dochádza v priebehu priepustného prúdu k časovým medzerám, kedy anodovým obvodom a teda i záťažou neprechádza prúd. V časových medzerách vzhiadom k fázovému posuvu prúdu za napatím vznikajú na výkonovom člene napatové skoky. V tomto zapojení je účinný len jeden impulz z rady impulzov dodávaných generátorom. Pri střede riadiacich impulzov 1 : 1 je prúdová spotřeba riadiaceho obvodu přibližné 50 % maximálnej hodnoty prúdu riadiacej elektrody výkonového člena, takže u prvkov s vačším riadiacim prúdom je pre napájanie riadiaceho obvodu nutné použit napájací zdroj s transformátorom. Pri použití zdroja tvořeného jednocestným usmerňovačom, zrážacím odporom a Zenerovou diodou, vznikajú na zrážacom odpore neumerné straty vyzařováním do okolia v zariadení. Pri použití tohoto obvodu v trojfázovom převedení je spotřeba riadiacich obvodov vyššia ako spotřeba cievky trojfázového stykača.A circuit with a free running pulse generator of 1 kHz to 4 kHz is not synchronized with the network, so there are time gaps during the through current, whereby the current does not pass through the anode circuit and thus the load. In the time gaps with respect to the phase shift of the current after voltage, voltage jumps occur on the power member. Only one pulse of the series of pulses supplied by the generator is effective in this circuit. At the center of the control pulses of 1: 1, the current consumption of the control circuit is approximately 50% of the maximum current value of the control electrode of the power member, so that a power supply with a transformer is required to power the control circuit. When using a source consisting of a one-way rectifier, a colliding resistor, and a Zener diode, the colliding resistor generates a myriad of radiation losses to the surroundings of the device. When using this circuit in a three-phase configuration, the power consumption of the control circuits is higher than that of the three-phase contactor coil.

Obvod- s generátorom riadiacich pulzov 1/4 periody Sletového napátia, synchronizovaný s priehehom sieťového napatia. Toto zapojenie má spotřebu obdobnú predchádzajúcemu obvodu. Zapojenie je komplikovanejšie, lebo vyžaduje obvod detektora přechodu sieťového napatia nulou a monostabilný obvod spúštaný detektorom. Vzhladom na synchronizáciu so sieťou, nedochádza u tohoto obvodu k prerušovaniu prúdu a k napáťovým skokom.Circuit- with a control pulse generator 1/4 of the period of Ground voltage, synchronized with the line voltage curve. This wiring consumes power similar to the previous circuit. The wiring is more complicated as it requires a zero-voltage line detector circuit and a monostable circuit triggered by the detector. Due to the synchronization with the network, this circuit does not interrupt current and voltage jumps.

Obvod, ktorý umožňuje v priebehu kladnej polperiódy sieťového napatia, napájanie riadiacej elektrody cez diodu a zrážací odpor, v zápornej polperióde, ked je dioda polarizovaná v závernom smere sa do obvodu riadiacej elektrody vybíja elektrolytický kondenzátor cez malý omedzovací odpor. Spotřeba riadiaceho obvodu a straty na zrážacom odpore značné prevyšujú spotřebu predchádzajúcich obvodo-v, pričom i zavedeme optoelektrickej vazby je poměrně komplikované.A circuit that allows the lead electrode to be powered through the diode and a shrink resistor during the positive mains half-period, in the negative half-period when the diode is polarized in the reverse direction, discharges the electrolytic capacitor into the control electrode circuit through a small limiting resistor. The consumption of the control circuit and the losses on the shrinkage resistance considerably exceed the consumption of the preceding circuits, while the introduction of the optoelectric coupling is quite complicated.

Uvedené nedostatky odstraňuje zapojenie riadiaceho obvodu podfa vynálezu, podstatou ktorého je, že vstup detektora přechodu napatia nulou je cez zrážací odpor připojený k výstupnej elektróde triaka a súčasne k jednému pólu zaťažovacej impedancie, čo umožňuje využit poklesu napátia na zaťažovacej impedancii pri vypnutí triaka a fázového posuvu medzi sieťovým napátím a priepustným prúdom k detekcii přechodu priepustného prúdu nulou a k súčasnému generovaniu riadiaceho impulzu pre zopnutie triaka v nasledujúcej. polperióde priepustného prúdu. Aby bolo možné dosiahnúť správnej funkcie obvodu musí byť hodnota zrážacieho· odporu na vstupe detektora· niekofkonásobne vačšia ako zaťažovacia impedancia spínača.These drawbacks are eliminated by the wiring of the control circuit according to the invention, which is based on the fact that the input of the zero-voltage detector is connected to the triac output electrode via a collision resistor and simultaneously to one load impedance pole. between the line voltage and the passage current to detect a passage of the passage current to zero and simultaneously generate a control pulse for tripping the triac in the following. the current through the half-period. In order to achieve the correct function of the circuit, the value of the collision resistance at the detector input must be several times greater than the load impedance of the switch.

Hlavnou výhodou zapojenia triakového spínača s optoelektronickou vázbou spínaného v nule priepustného prúdu podfa tohoto vynálezu je malý příkon riadiaceho obvodu a možnost spínania zafaží so značnou indukčnou zložkou bez vysokofrekvenčného rušenia i pri zmene fázového posuvu v priebehu zopnutia.The main advantage of wiring a triac switch with an optoelectronic coupling switched at zero forward current according to the present invention is the low power input of the control circuit and the possibility of switching will operate with a considerable inductive component without high-frequency disturbance even with phase shift during switching.

Na pripojenom výkrese je znázorněná bloková schéma spínača. Spínač sa skládá zo zdroja 1 jednosměrného napatia napájaného cez zrážací odpor 2, zo zrážacieho odporu 3, detektora 4 přechodu napátia nulou, budiaceho obvodu 5, triaka 6, optoelektronického člena 7 blokovacieho obvodu 8. Odpor s indukčnosťou 9 predstavujú komplexnú zaťažovaciu impedanciu spínača. Vývod zdroja 1 je jeho záporným polom, vývod je kladným polom zdroja 1 jednosměrného napátia, ktorý cez přívod 20 sletového napátia’ súčasne napája elektronické obvody.The attached drawing shows a block diagram of a switch. The switch comprises a unidirectional voltage source 1 fed via a collision resistor 2, a collision resistor 3, a zero-voltage detector 4, an excitation circuit 5, a triac 6, an optoelectronic member 7 of a blocking circuit 8. Inductance 9 is a complex load impedance of the switch. The terminal of the source 1 is its negative field, the terminal is the positive field of the unidirectional voltage source 1, which simultaneously feeds the electronic circuits through the 20-volt voltage supply.

Po připojení obvodu k sletovému napatiu prechádza cez zrážací odpor 3 a zaťažovaciu impedanciu 9 prúd niekofkých miliampérov.When the circuit is connected to the ground voltage, a current of some milliamperes passes through the collision resistor 3 and the load impedance 9.

Kedže nie je vyhudený optoelektrický člen 7 sú výstup 12 detektora 4 přechodu napatia nulou a vstup 13 budiaceho obvodu 5 cez přívod blokovacieho obvodu 8 připojené k zápornému pólu 17, takže pri přechode sieťového napátia nulou nemóže byť z výstupu 12 detektora 4 přechodu napátia nulou vyhudený vstup 13 budiaceho obvodu 5 a triak 8 ostává vypnutý. Po vybudení optoelektronického člena 7 blokovací obvod 8 odpojí vývod 16 od záporného pólu 17, takže po přechode sieťového napatia nulou riadiaci signál z výstupu 12 detektora 4 přechodu napátia nulou cez vstup 13 budiaceho obvodu 5 a jeho výstup 14 zopne triakSince the optoelectric element 7 is not expelled, the output 12 of the zero-crossing detector 4 and the input 13 of the excitation circuit 5 through the blocking circuit 8 are connected to the negative pole 17, so that when the line voltage is zeroed 13 of the excitation circuit 5 and the triac 8 remain off. When the optoelectronic member 7 is energized, the blocking circuit 8 disconnects the terminal 16 from the negative pole 17, so that after the line voltage has passed the control signal from the output 12 of the zero crossing detector 4 through the input 13 of the drive circuit 5 and its output 14 closes the triac.

6. Zopnutím triaka 6 sa objaví na zaťažovacej impedancii 9 plné sieťové napátie, prúd zrážacím odporom 3 sa přeruší, čím sa strafí riadiaci signál na výstupe 12 detektora 4 přechodu napatia nulou.6. By energizing the triac 6, the full line voltage appears at the load impedance 9, the current at the collision resistor 3 is interrupted, thus striking the control signal at the output 12 of the voltage-crossing detector 4.

Před koncom polperiódy priepustného prúdu triak 8 vypíná, čo sa prejaví strmým poklesem napátia na zaťažovacej impedancii 9. V okamihu vypnutia je vzhladom k fázovému posuvu rozdiel medzi napátím siete a napátím na zaťažovacej impedancii 9, ktorý spósobí prietok prúdu cez zrážací odpor 3 a tým vznik riadiaceho signálu na výstupe 12 detektora 4 přechodu napátia nulou, čím triak 6 dostává nový riadiaci impulz vždy v okamihu vypnutia, t. j. pri přechode priepustného prúdu nulou. Riadiaci signál trvá len do doby zopnutia triaka v nasledujúcej polperiáde priepustného prúdu.Before the end of the forward current half-period, the triac 8 is switched off, which results in a steep drop in the voltage at the load impedance 9. At the moment of trip, the difference between mains voltage and voltage at the load impedance 9 the control signal at the output 12 of the zero-crossing voltage detector 4, whereby the triac 6 receives a new control pulse at the moment of tripping, i. j. when the forward current is zero. The control signal only lasts until the triac is switched on in the next forward current half-period.

Vzhladom na nízký příkon riadiacich obvodov je možné obvod použit pre zostavenie trojfázového spínača pre ovládanie indukčných motorov hlavně v prípadoch, kde sa vyžaduje vyššia hustota spínania, pri ktorej kontaktně prvky nedosahují! zodpovedajúcu životnost.Due to the low power consumption of the control circuits, the circuit can be used to assemble a three-phase switch for controlling induction motors, especially in cases where a higher switching density is required, in which the contact elements do not reach! adequate lifetime.

Claims

SUBJECT

Opto-electric triac switch tripped at zero current, characterized in that the terminal (10) of the zero-voltage detector (4) is connected to the ground terminal (20], the input (11) of the zero-voltage detector (4) is via a colliding resistor (3) connected to the output electrode of the triac (6) and thereby simultaneously to one pole of the load impedance (9), wherein the output (12) of the zero voltage detector (4) is connected simultaneously to the input (13) of the driver circuit (5); the output (16) of the blocking circuit (8), to which the optoelectronic element (7) is connected to the input (15).