191419. lajstromszámú szabadalom • Szilárdtest kapcsoló
1 191 419 2 A találmány tárgya szilárdtest kapcsoló, amelynek tirisztort tartalmazó kapcsolt főáramköre és ettől galvanikusan elválasztott, feszültséggel vezérelt kétállapotú bemeneti áramköre van, a két áramkör között transzformátoros csatolás van, a transzformátor szekunder tekercse a tirisztor vezérlő elektródjával kapcsolódik, a transzformátor primer tekercse impulzusgenerátorral, előnyösen astabil multivibrátorral van összekötve, és a bemeneti áramkör feszültségvezéreit kapcsolót tartalmaz, amely az impulzusgenerátor működtető áramkörébe van kapcsolva. A szilárdtest kapcsolókat megbízhatóságuk, élettartamuk és egyéb kedvező tulajdonságaik miatt egyre szélesebb körben használják jelfogós áramkörök kiválasztására. A szilárdtest kapcsolóknál a kapcsolóelemet triac vagy tirisztor, legtöbbször nutiparallcl kapcsolású tirisztorpár képezi. A tirisztort tartalmazó szilárdtest kapcsolók ki- és bekapcsolása a tirisztorokra vezetett gyújtóimpulzusok letiltásával, illetve létesítésével történik. Mint minden kapcsolóra, a szilárdtest kapcsolóra is minőségi paraméterként említhetjük a vezérlő jelre való reagálás határozottságát, azaz bekapcsolási meredekségét, a vezérlő feszültség esetleges ingadozásaitól való függetlenítettségét, és a hőmérsékletváltozásokkal szemben tanúsított érzéketlenségét. A tirisztorok vezérlési érzékenysége ismert módon hőmérsékletfüggő. Megbízható gyújtás csak megfelelő erősségű gyújtóimpulzusok alkalmazása esetén várható. A gyújtóimpulzust a szilárdtest kapcsolók általában a vezérlő feszültségből, pontosabban a vezérlő feszültséggel táplált bemeneti áramkörből állítják elő. A vezérlő feszültség üzemszerű ingadozásaival kapcsolók esetén feltétlenül számolni kell A vezérlőfeszültség csökkenésekor általában csökken a gyűjtőimpulzusok nagysága is, és ez a hőmérscklctváltozás hatásával kombinálva gyújtási bizonytalanságot eredményezhet. Ez ellen a hatás ellen védekezhetünk stabilizáló áramkörök alkalmazásával, de ezek hatásos működéséhez bemeneti feszültségtartalékra van szükség, amiből adódóan a bemeneti érzékenység romlik. A szilárdtest kapcsolók másik minőségi jellemzője a be-és kikapcsolási meredekség és a befogási tartomány. Egy kapcsoló annál jobban és megbízhatóbban működik, minél nagyobb a kapcsolási meredeksége és minél nagyobb a befogási tartománya. A kapcsolási meredekség igen sok tényezőtől függ, elsősorban azonban attól, hogy milyen kényszerkapcsolaton keresztül történik a gyújtóimpulzusok feszültségszintre való indítása. A gyújtóimpulzusokat előállító oszcillátor berezgési ideje, rezgési amplitúdójának stabilitása szintén döntő tényező a be- és kikapcsolási meredekség tekintetében. Egy feszültségvezéreit kapcsolónak nagy a befogási tartománya akkor, ha adott bemeneti feszültség mellett mindig biztonsággal bekapcsol, de bekapcsolt állapotát még akkor is megtartja, ha a bemeneti feszültség a bekapcsoláshoz szükséges szinthez képest viszonylag nagymértékben lecsökken. Ezzel szemben egy adott kikapcsolási szint elérésekor a kikapcsolásnak feltétlenül be kell következni. Nagy befogási tartományról beszélhetünk akkor, ha a még bekapcsolt állapothoz tartozó feszültségszint és a biztos kikapcsoláshoz tartozó érték egymáshoz viszonylag közel esik. A jóminőségű szilárdtest kapcsolóktól elvárhatjuk, hogy kedvező minőségi paraméterei mindegyikét széles hőmérséklettartományon belül megtartsa, ugyanakkor áramkör felépítése is egyszerű legyen. A találmány feladata olyan szilárdtest kapcsoló létre- 5 hozása, amely rendelkezik az itt említett jellemzőkkel, ugyanakkor áramköri felépítése egyszerű és sorozatgyártásra, integrált áramköri megvalósításra alkalmas. A kitűzött feladatot olyan szilárdtest kapcsoló létrehozásával oldottuk meg, amelynek tirisztort tartalmazó IC kapcsolt főára:aköie és ettől galvanikusan elválasztott, feszültséggel vezéreli kétállapotú bemeneti áramköre van, a két áiamköi között transzformátoros csatolás van, a transzformátc-r szekunder tekercse a tirisztor vezérlő elektródjával kapcsolódik, a transzformátor 15 primer tekercse hiipiilz.mgcnerátorral, előnyösen astabil iuultivibi.ilon.il van összekötve és n bemeneti áramkörben feszültségvezérelt kapcsolót tartalmaz, amely az impulzusgenerátor működtető áramkörébe van kapcsolva, és a találmány szerint a feszültségvezéreit kapcsoló vezé- 2C reit áramgenerátort tartalmaz, amelynek vezérlő áramköre hiszterézises bílíenöáramkörrel kapcsolódik, és ennek bemenete a bemeneti vezérlőfeszültség kapcsára van kötve. Az impulzusgenerátor áramgenerátoros vezérelésc 2S a bekapcsolás határozottságát a bemeneti feszültség nagyságától függetleníti, a kezdeti áramlökés a rezgés határozott beindulását váltja ki. A kapcsoló hiszterézises biilenőáramkörbői való kialakítása a nagy befogási tartományt és a kellő kapcsolási meredekséget tudja biztosí- 30 tani. A találmány szerinti szilárdtest kapcsoló egy előnyös kiviteli alakjánál a hiszterézises billenőáramkört Schmitt trigger képezi, amelynek egyik tranzisztora egyúttal az áramgenerátort képezi, amely az impulzusgenerátor táp- 3 5 áramkörével sorosan kapcsolódik. Ebben az esetben a Schmitt trigger egyik tranzisztora közvetlenül felhasználható a kapcsolást létesítő áramgenerátorként is, és ez lényeges áramköri egyszerűsítést eredményez. Előnyös továbbá, ha a Schmitt trigger mindkét tran- 49 zisztorának bázisa és a testpont közé egy-egy Zener dióda kapcsolódik és ezeknek különböző Zener feszültsége van, továbbá a két tranzisztor közösített emitlerc es a test közé változtatható ellenállás kapcsolódik. A Zener diódák alkalmazása egyrészt a kapcsolási küszöbszintek 45 pontos beállíthatóságát garantálja, másrészt ezen szintek hőmérséklettől való függetlenítését is magával vonja. A változtatható ellenállás révén az áramgenerátor forrásárama, ezzel pedig a gyújtóimpulzusok energiája a szükséges értékre állítható be. £0 Egy előnyös kiviteli alaknál az áramgenerátorral fénykibocsátó dióda van sorosan kapcsolva. A találmány szerinti szilárdtest kapcsolót a továbbiakban egy áramköri példa kapcsán, a rajz alapján ismertetjük részletesebben. A rajz a szilárdtest kapcsoló elvi !;5 kapcsolási rajzát szemlélteti. A szilárdtest kapcsoló kimeneti 1 és 2 kapcsok közé iktatott főáramkörből és bemeneti 3 és 4 kapcsok között létesített bemeneti áramkörből áll, amely áramköröket egymástól TR transzformátor galvanikusan elválasztja. öO A bemeneti áramkörben TI és T2 tranzisztorokból felépített Schmitt trigger, valamint T3 és T4 tranzisztorokból kialakított astabil multivibrátort láthatunk. A TI és T2 tranzisztorok bázisfeszültségét Dl és D2 Zener diódák stabü értéken tartják (amennyiben erre 35 lehetőség van). A Dl Zener dióda feszültsége például 2
