DE2812355A1 - Waermeempfindliches, lichtgesteuertes halbleiter-schaltsystem - Google Patents
Waermeempfindliches, lichtgesteuertes halbleiter-schaltsystemInfo
- Publication number
- DE2812355A1 DE2812355A1 DE19782812355 DE2812355A DE2812355A1 DE 2812355 A1 DE2812355 A1 DE 2812355A1 DE 19782812355 DE19782812355 DE 19782812355 DE 2812355 A DE2812355 A DE 2812355A DE 2812355 A1 DE2812355 A1 DE 2812355A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- light
- liquid crystal
- temperature
- relatively
- semiconductor switching
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
- H03K17/78—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled
- H03K17/79—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled controlling bipolar semiconductor switches with more than two PN-junctions, or more than three electrodes, or more than one electrode connected to the same conductivity region
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
- H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
- H03K17/0824—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in thyristor switches
Landscapes
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
- Thyristors (AREA)
- Thermally Actuated Switches (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Description
Beschreibung
Es ist bekannt, ein Temperaturfühlerelement, etwa einen Thermistor, in Wärmeübertragungs-Beziehung mit einem Thyristor
anzuordnen, indem man den Thermistor auf dem Thyristorgehäuse montiert. Der Thermistor wird dabei in den Zündsteuerkreis
des Thyristors eingeschaltet, um den Thyristorstrom zur Temperaturkompensation zu regeln, d.h. um die Thyristortemperatur
unter einem Wert zu halten, bei dem Beschädigungen auftreten. Es ist ferner bekannt, einen Thermistor in wärmeübertragender
Berührung mit einer Halbleitereinrichtung anzuordnen und dabei den Thermistor in den Gate-Kreis des Halbleiters
einzuschalten, um zu verhindern, daß der Halbleiter-Übergang zu heiß wird. Ferner ist es bekannt, einen wärmeempfindlichen
Thyristor in Wärmeübertragungs-Beziehung mit einer Last anzuordnen und ihn so anzuschließen, daß er den
lasterregenden Thyristor steuert. Weiterhin ist es bekannt, einen Thyristor über sein Gate mit Hilfe einer Lichtquelle
zu steuern, die als ein in den Gate-Kreis des Thyristors eingeschaltetes lichtempfindliches Element arbeitet.
Die bekannten Systeme mögen für ihre jeweiligen Bestimmungszwecke
nützlich sein. Der Erfindung liegt die generelle Aufgabe zugrunde, gewisse Nachteile, wie sie bei
vergleichbaren Geräten nach dem Stand der Technik auftreten, mindestens teilweise zu beseitigen. Somit besteht eine Aufgabe
der Erfindung darin, ein wärmeempfindliches, lichtgesteuertes Halbleiter-Schaltsystem zu schaffen. Eine speziellere
Aufgabe liegt darin, einen einteiligen, eigengeschützten, lichtempfindlichen Festkörper-Leistungsschalter anzugeben.
Zur Aufgabe der Erfindung gehört es ferner, einen lichtempfindlichen Festkörper-Leistungsschalter mit einer temperaturabhängigen
Schutzeinrichtung vorzusehen. Ferner soll ein lichtempfindlicher Festkörper-Leistungsschalter mit temperaturempfindlicher
Steuereinrichtung angegeben werden. Zur Aufgabe der Erfindung gehört es ferner, einen lichtempfindlichen HaIc-
8Ü98A0/0833
leiter-Leistungsschalter mit thermisch einleitbarer Einschalteinrichtung
oder einen solchen mit thermisch sperrbarer Einschalteinrichtung zu schaffen. Dabei soll die thermisch einleitbare
bzw. thermisch sperrbare Einschalteinrichtung direkt auf die Temperatur dieses Leistungsschalters ansprechen.
Zur Aufgabe der Erfindung gehört es weiterhin, ein lichtempfindliches
Halbleiter-Leistungsschaltsystem mit einer temperaturempfindlichen Lichtdurchgangs-Steuereinrichtung
zu schaffen. Diese Lichtdurchgangs-Steuereinrichtung soll dabei das den Schalter betätigende Licht entweder auf und oberhalb,
in einem anderen Fall dagegen unterhalb" einer vorgegebenen Temperatur durchlassen. In einem weiteren Fall soll das Betätigungslicht
innerhalb eines oder mehrerer vorgegebener Temperaturbereiche durchgelassen werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist ein Schaltsystem ein lichtempfindliches Leistungs-Schalt- oder Steuerelement
auf, etwa einen lichtempfindlichen steuerbaren Siliziumgleichrichter, einen Zweiweg-Photothyristor, einen Phototransistor
oder dergleichen, das normalerweise durch Licht ein- oder ausgeschaltet wird, wobei dieses Licht von einer
gesteuerten Lichtquelle, etwa einer Leuchtdiode, einer Neonlampe, einer Glühlampe oder dergleichen, auf das Schaltoder
Steuerelement gekoppelt wird. Das auf das lichtempfindliche Element treffende Licht wird von einem wärmeempfindliehen
Lichtsteuerelement, etwa einem Flüssigkristall-Element gesteuert. Das Lichtsteuerelement kann dabei die Temperatur
des lichtempfindlichen Leistungs-Schalt- oder Steuerelanaats direkt erfassen, wenn die beiden Elemente einstückig
ausgebildet sind, so daß sich in diesem Fall eine eigengeschützte kombinierte Vorrichtung ergibt. Andererseits kann
das Lichtsteuerelement auch getrennt ausgebildet und so angeordnet sein, daß es die Temperatur einer externen Quelle
erfaßt, die gegebenenfalls durch das lichtempfindliche Leistungs-Schalt- oder Steuerelement gesteuert wird, so daß
dieses Element in diesem Fall durch die Temperatur gesteuert wird. In den verschiedenen Systemen kann mit unterschiedlichen
809840/0833
Typen von temperaturempfindlichen Lichtsteuerelementen oder
derartige Elemente umfassenden Kombinationen gearbeitet werden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnungen näher
erläutert. In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines wärmeempfindlichen, lichtgesteuerten Halbleiter-Leistungsschaltsystems,
bei dem die wärmeempfindliche Einrichtung als integrierter Flüssigkristall-Film auf dem lichtgesteuerten
Halbleiter-Schalterelement in direkter Wärmeübergangs-Beziehung mit diesem ausgebildet ist;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines wärmeempfindlichen, lichtgesteuerten Halbleiter-Leistungsschaltsystems
, bei dem die wärmeempfindliche Einrichtung als Flüssigkristall ausgebildet ist, der die Temperatur einer
externen Wärmequelle erfaßt und das auf das Leistun^s-Schaltelement
auftreffende Licht steuert;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines thermisch einleitbaren Einschaltsystems, bei dem in den Lichtpfad
ein Flüssigkristall der Klasse A eingeschaltet ist; Fig. 4 eine schematische Darstellung eines thermisch
sperrbaren Einschaltsystems, bei dem ein Flüssigkristall der Klasse B in den Lichtpfad eingeschaltet ist;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines thermisch sperrbaren Einschaltsystems, bei dem ein Flüssigkristall
der Klasse A in den Lichtpfad eingeschaltet ist, bzw. eines thermisch einleitbaren Einschaltsystems, falls ein
Flüssigkristall der Klasse B verwendet wird und ein normales Steuersignal vorhanden ist;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines thermisch sperrbaren Einschaltsystems mit einem Flüssigkristall
der Klasse B bzw. eines thermisch einleitbaren Einschaltsystems, falls ein Flüssigkristall der Klasse A verwendet
wird, der ein Einschalten verhindert, wenn die Temperatur unter einen vorgegebenen Wert absinkt;
Fig. 7 eine als AB-Vorrichtung bezeichnete Flüssigkristallvorrichtung, bei der es sich um eine Mischkombination aus
809840/0833
Flüssigkristallen der Klassen A und B handelt und bei der der übergang zwischen Lichtundurchlässigkeit und
Lichtdurchlässigkeit bei vorgegebenen Temperaturen stattfindet;
Fig. 8 eine als BA-Vorrichtung bezeichnete Flüssigkristall-Vorrichtung,
bei der es sich um eine Kombination oder ein Gemisch von Flüssigkristallen der Klassen
B und A handelt und vorgegebene Abschnitte und Ubergangstemperaturen
zwischen Durchlässigkeit und Undurchlässigkeit vorhanden sind; und
Fig. 9 ein Diagramm mit Kurven, die Bänder oder "Fenster" der thermischen Aktivierung und Entaktivierung bei Verwendung
der AB- und BA-Vorrichtungen nach Fig, 7 bzw. in den Systemen der Fig. 3 bis 6 anstelle der dort vorgesehenen
Flüssigkristalle zeigen.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten wärmeempfindlichen, lichtgesteuerten Halbleiter- Leistungsschaltsystem wird eine Lichtquelle
2 über ein Leiterpaar 4 von einer elektrischen Energiequelle beaufschlagt; dies bildet den Steuereingang des Systems.
Leuchtet die Lichtquelle 2, so arbeitet das System in folgender Weise unter Normalbedingungen.
Das Licht der Lichtquelle 2 durchsetzt eine Lichtsteuereinrichtung
und tritt auf ein lichtempfindliches Element 6, Bei der Lichtsteuereinrichtung handelt es sich um einen wärmeempfindlichen
Flüssigkristall LC in Form eines dünnen Films, der an der benachbarten Oberfläche des lichtempfindlichen
Elements angeklebt oder in sonstiger Weise angebracht ist. Mit dem lichtgesteuerten Leistungsschaltelement 6 ist eine
Last L verbunden, die über Versorgungsleitungen L1 und L2 von einer Wechselstromquelle gespeist wird.
Bei einer gegebenen Temperatur ist die Lichtsteuereinrichtung LC so stark transparent, daß genügend Licht (durch
die Pfeile 8 angedeutet) hindurchtritt und auf das lichtgesteuerte Element 6 auftrifft. Dieses Licht bewirkt, daß das
Element 6 einschaltet und Strom zur Speisung der Last L hindurchläßt.
809840/0833
Bei dem lichtgesteuerten Element 6 kann es sich um einer. Photothyristor, etwa einen lichtempfindlichen steuerbaren
Siliziumgleichrichter oder einen Zweiweg-Photothyristor, einen Phototransistor oder dergleichen handeln, der von
auftreffendem Licht zur Steuerung der Speisung einer Last
gesteuert wird.
Erreicht die wärmeempfindliche Einrichtung LC etwa durch Wärmeübergang von dem Leistungssteuerelement 6 einen anderen
Temperaturwert, so wird es derart undurchsichtig, daß dann nicht mehr genügend Licht hindurchtritt, um das Element 6 einzuschalten.
Somit wird eine thermische Abschaltung des Elements 6 bewirkt, die die Last von der Energieversorgung abschaltet.
Findet der Wärmeübergang direkt von dem Leistungssteuerelement 6 auf das Lichtsteuerelement LC statt, so arbeitet
die Anordnung als eigengeschütztes System, das verhindert, daß das Leistungssteuerelement eine Temperatur erreicht, bei
der es zerstört wird. Sobald also das Leistungssteuerelement bei Verwendung in einem Stromkreis zur Speisung einer Last
ZO sich einer zu hohen Temperatur nähert, wird es von dem Element
LC ausgeschaltet, so daß es sich abkühlt. Nach Abkühlen des Elements LC gestattet dieses wieder ein Einschalten des
Leistungssteuerelements 6.
Das in Fig. 2 gezeigte System ist dem nach Fig. 1 ähnlich mit Ausnahme der Tatsache, daß das wärmeempfindliche Element
LC nicht direkt von dem Leistungsschaltelement 11 sondern von einer externen Quelle 10 erwärmt wird. In Fig. 2 werden für
gleiche Bauelemente entsprechende Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet. Bei der Lichtquelle 2 kann es sich um eine
3C Leuchtdiode, eine Neonlampe, eine Glühlampe oder dergleichen handeln. Wird die Lichtquelle 2 von einer Energiequelle über
die Leiter 4 mit Strom beaufschlagt, so passiert das so erzeugte Licht das wärmeempfindliche Element LC und trifft auf
das Leistungsschalteiement 11, so daß dieses einschaltet.
?~ Wird vor der Quelle 10 auf das Element LC Wärme übertragen,
809840/0833
so dai3 sich die Temperatur des Elements LC ändert und dieses
undurchsichtig wird, so unterbricht es den Lichtstrom so weit, daß das Element 11 abgeschaltet wird. Die externe Wärmequelle
kann dabei von einem getrennten Wärmeerzeuger gebildet sein 5 oder von der Last L oder indirekt vom Lastkreis erwärmt werden.
Das Element 11 nach Fig. 2 ist dem Element 6 nach Fig. ähnlich, nur daß der Flüssigkristall-Film abgenommen ist.
Fig. 3 zeigt die Verwendung einer Flüssigkristall-Einrichtung der Klasse A in einem thermisch einleitbaren
Leistungs-Einschaltsystem, das als Thermostat für Anwendungsfälle bei niedrigen Temperaturen verwendet werden könnte.
In diesem System wird eine Leuchtdiode LED über Leiter 12 von einer elektrischen Energiequelle beaufschlagt. Bei Beaufschlagung
emittiert die Leuchtdiode Licht, wie durch die Pfeile 13 angedeutet, das auf einen Photοthyristor 14, beispielsweise
einen Zweiweg-Photothyristor, fällt. Dieser Thyristor liegt in Serie mit einer Last L und über Leitungen
L1 und L2 an einer Wechselstromquelle. In den Lichtpfad zwischen der Leuchtdiode und dem Photothyristor ist ein
Flüssigkristall der Klasse A eingeschaltet. Bei diesem Flüssigkristall der Klasse A handelt es sich um ein Flüssigkristallelement,
das so gebaut ist, daß es bei niedriger Temperatur lichtundurchlässig ist, jedoch bei einer vorgegebenen
höheren Temperatur T1 durchsichtig wird. Diese Temperatur T1 kann innerhalb der vom Aufbau des Flüssigkristalls
abhängigen Grenzen jeden beliebigen Wert haben.
Bei niedriger Temperatur ist das Element A-LC zunächst
undurchsichtig und sperrt das Licht gegenüber dem Photothyristor 14, so daß dieser ausgeschaltet bleibt.
Steigt die Temperatur des Elements A-LC auf den Wert T1,
so wird es durchsichtig und läßt genügend Licht hindurch, um den Photothyristor 14 einzuschalten und damit die Last
L an die Versorgung anzuschalten. Auf diese Weise vermittelt das System einen thermisch einleitbaren Leistungs-Einschalter,
da der Temperaturanstieg des Flüssigkristallelements ein Ein-
809840/0833
schalten der Last bewirkt.
Fig. 4 zeigt die Verwendung einer Flüssigkristalleinrichtung der Klasse B zur Erzeugung eines thermisch sperrbaren
Leistungs-Einschaltsystems zur Verwendung als Hochtemperatur-Thermostat. In Fig. 4 werden für entsprechende
Bauelemente die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 3 verwendet. In dem System nach Fig. 4 wird eine Leuchtdiode
über Leiter 12 aus einer elektrischen Energiequelle gespeist. Bei Beaufschlagung emittiert die Leuchtdiode LED
Licht gemäß den Pfeilen 13, das auf einen Photothyristor 14, etwa einen Zweiweg-Photothyristor, fällt, der in Serie
mit einer Last L und über Leitungen L1 und L2 an einer Wechselstromquelle liegt. In den Lichtpfad zwischen der
Leuchtdiode und dem Photothyristor ist ein Flüssigkristall der Klasse B eingeschaltet. Bei diesem Flüssigkristall der
Klasse B handelt es sich um ein Flüssigkristallelement, das so gebaut ist, daß es bei niedriger Temperatur durchsichtig
ist, jedoch bei einer vorgegebenen höheren Temperatur T2 undurchsichtig wird. Bei dieser Temperatur T2 kann
es sich um die gleiche oder eine andere Temperatur wie bei der oben erwähnten Temperatur T1 des Flüssigkristalls der
Klasse A handeln; generell kann die Temperatur T2 innerhalb der vom Aufbau des Flüssigkristalls abhängigen Grenzen jeden
beliebigen Wert haben.
Bei niedriger Temperatur ist das Flüssigkristallelement B-LC zunächst durchsichtig und läßt Licht zu dem Photothyristor
hindurch, so daß die Last eingeschaltet ist. Steigt die Temperatur des Elements B-LC auf den Wert T2,
so wird dieses undurchsichtig und sperrt das Licht gegenüber dem Phototransistor, so daß dieser abschaltet und die Last
von der Energiequelle trennt. Bei diesem Leistungs-Einschaltsystem
handelt es sich somit um ein thermisch sperrbares System, da es bei steigender Temperatur abschaltet. Ordnet
man das Element B-LC in enger thermischer Berührung mit einem Leistungsschalter an, der optisch betätigt werden soll, so
809840/083 3
wird der eingeschaltete Zustand oberhalb einer kritischen
Temperatur gesperrt, so daß also ein thermischer Überlastschutz vermittelt wird.
Fig. 5 zeigt ein System, bei dem ein thermisch gesteuerter Phototransistor der Gate-Elektrode eines elektrisch
gesteuerten Leistungs-Schalttransistors parallelgeschaltet ist, Wie im folgenden näher erläutert, vermittelt dieses System
in Abhängigkeit davon, ob in dem Lichtpfad ein Flüssigkristall der Klasse A oder der Klasse B verwendet wird, entweder eine
thermisch sperrbare oder thermisch einleitbare Leistungs» Schaltfunktion.
Zunächst sei angenommen, daß in der Schaltung nach Fig» ein Flüssigkristall der Klasse A verwendet wird. Eine Leuchtdiode
LED wird über Leiter 12 von einer elektrischen Energie-
15" quelle beaufschlagt und emittiert Licht gemäß den Pfeilen 13, das auf einen Photothyristor 16 fällt. Der Photothyristor
liegt zwischen einer Eingangsklemme 18 und der Kathode eines Leistungs-Schaltthyristors 20. Die Eingangsklemme 18 ist
ferner über zwei in Serie geschaltete Dioden D in deren Durchlaßrichtung niedriger Impedanz an die Steuerelektrode des
Thyristors 20 angeschbssen. In Serie mit dem Thyristor 20
ist eine Last L über Leitungen L1 und L2 mit einer Wechselstromquelle
verbunden. Wie durch den Pfeil 22 angedeutet, steht ein Flüssigkristallelement 24 in direkter V/ärmeübergangs-Beziehung
mit dem Thyristor 20 und vermittelt somit einen Eigenschutz gegen thermische Überlastung.
Da es sich bei dem Flüssigkristall 24 um einen solchen der Klasse A handelt, der bei niedriger Temperatur undurchsichtig
ist, gelangt zunächst nicht genügend Licht an den Photothyristor 16, so daß dieser abgeschaltet ist. Ein
elektrisches Signal an der Eingangsklemme 18 steuert daher
den Leistungs-Schaltthyristor 20 in den leitenden Zustand, so daß die Last eingeschaltet wird.
Steigt die Temperatur des Thyristors 20 so weit an, daß die Wärmeleitung auf den Flüssigkristall 24 diesen durchsichtig
mach, so schaltet das jetzt auf den Photothyristor
809840/0833
- 14 -
treffende Licht diesen ein, so daß der Gate-Kreis des Leistungs-Schaltthyristors 20 kurzgeschlossen wird.
Daher wird der Thyristor 20 abgeschaltet und die Last von der Energiequelle getrennt bzw. als Eigenschutz verhindert,
daß der Leistungstransistor während thermischer Überlastungen aufgesteuert wird. Die einen Stromfluß in umgekehrter Richtung
sperrenden Dioden D vermitteln einen ausreichenden Spannungsabfall, um den Spannungsabfall am Photothyristor 16 unschädlich
zu machen und sicherzustellen, daß der Leistungs-Schaltthyristor 20 abgeschaltet wird, wenn der Photothyristor 16
leitend wird..Auf diese Weise wird eine thermische Sperri'unktion
erreicht.
Alternativ kann in der Schaltung nach Fig. 5 ein Flüssigkristall
der Klasse B verwendet werden, um eine thermisch eingeleitete Einschaltung der Last zu erzielen. Unter dieser Bedingung
fällt, da der Flüssigkristall 24 bei niedrigen Temperaturen transparent ist, Licht von der Leuchtdiode LED durch
den Flüssigkristall auf den Photothyristor 16 und schaltet diesen ein. Der Photothyristor schließt den Gate-Kathoden-Kreis
des Leistungs-Schaltthyristors 20 kurz, so daß die Last abgeschaltet bleibt.
Wird nun Wärme von einer externen Quelle dem Flüssigkristall
24 zugeführt, so wird dieser bei einer kritischen Temperatur so undurchsichtig, daß er das Licht gegenüber dem
Photothyristor 16 sperrt und diesen abschaltet. Durch Beseitigung des Kurzschlusses kann nun das elektrische Signal an der
Eingangsklemme 13 den Leistungs-Schalttransistor aussteuern,
so daß die Last eingeschaltet wird. Auf diese Weise wird eine thermisch einleitbare Einschaltung der Last durchgeführt.
Fig. 6 veranschaulicht ein System, bei dem ein thermisch gesteuerter Photothyristor in Serie mit der Steuerelektrode
eines elektrisch angesteuerten Leistungs-Schaltthyristors liegt, Dieses System kann in Abhängigkeit davon, ob in dem Lichtpfad
ein Flüssigkristall der Klasse B oder der Klasse A verwendet wird, entweder eine thermisch sperrbare oder thermisch einleixbare
Leistungs-Einschalti'unktion vermittein.
809840/0833
Während die Gate-Nebenschlußeinschaltung des Photothyristors
in Fig. 5 bei einem Flüssigkristall der Klasse A eine thermisch sperrbare Funktion und mit einem Flüssigkristall
der Klasse B eine thermisch einleitbare Funktion ergibt, bewirkt die Serien-Einschaltung des Photothyristors
in Fig. 6, wie nachstehend im einzelnen erläutert, das Gegenteil, nämlich eine thermisch sperrbare Funktion mit
einem Flüssigkristall der Klasse B und eine thermisch einleitbare Funktion mit einem Flüssigkristall der Klasse A.
Zunächst sei angenommen, daß in der Schaltung nach Fig. 6 ein Flüssigkristall der Klasse B verwendet wird.
Von einer elektrischen Energiequelle wird über Leiter 12 eine Leuchtdiode LED beaufschlagt, deren mit den Pfeilen
angedeutetes Licht auf einen Photothyristor 26 fällt. Der Photothyristor 26 liegt zwischen einer Eingangsklemme 28
und der Steuerelektrode eines Leistungs-Schaltthyristors In Serie mit dem Thyristor 30 ist eine Last L über Leitungen
L1 und L2 an eine Wechselstromquelle angeschlossen. In den Lichtpfad zwischen der Leuchtdiode und dem Photothyristor
ist ein Flüssigkristallelement 32 eingeschaltet.
Da das Flüssigkristallelement 32 ein solches der Klasse
B darstellt und daher bei niedrigen Temperaturen transparent ist, durchsetzt das Licht dieses Element 32 und trifft auf
den Photothyristor 26, so daß dieser einschaltet. Daher gelangt ein elektrisches Signal von der Eingangsklemme 23
durch den Photothyristor an die Steuerelektrode des Leistungs-Schaltthyristors
30 und bewirkt eine Beaufschlagung der Last L. Wird dem Flüssigkristallelement 32 Wärme zugeführt, so wird
es bei einer vorgegebenen Temperatur undurchsichtig und sperrt das Licht gegenüber dem Phototransistor. Dadurch wird der
Phototransistor nicht-leitend und schaltet gemäß der oben erwähnten thermisch sperrbaren Funktion die Last ab. Ist
das Flüssigkristallelement in Wärmeübergangs-Beziehung an den Leistungsthyristor gekoppelt, so bewirkt diese Schaltung
einen Eigenschutz gegen thermische Überlastung.
809840/0833
Alternativ kann für das Element 32 in Fig. 6 ein Flüssigkristall der Klasse A verwendet werden, um eine
thermisch eingeleitete Einschaltung der Last zu erzielen. Da das Flüssigkristallelement 32 nun bei niedrigen Temperatüren
undurchsichtig ist, ist die Last normalerweise abgeschaltet. Wird dem Element 32 Wärme zugeführt, so wird es
durchsichtig und läßt Licht an den Photothyristor 26 hindurch, so daß dieser leitend wird. Infolgedessen gelangt
ein Eingangssignal von der Klemme 28 zur Steuerelektrode des Leistungs-Schaltthyristor 30, um diesen einzuschalten
und die Last zu beaufschlagen. Auf diese Weise wird eine thermisch eingeleitete Einschaltfunktion erzielt.
Wärme kann auf das Flüssigkristallelement 32 in Fig. direkt von dem Thyristor 30, von der Last oder von einer
externen Wärmequelle übertragen werden.
In den Fig. 7 und 3 sind Flüssigkristalle der Klassen
AB und BA schematisch dargestellt. Diese Flüssigkristalle bilden Kombinationen oder Gemische von Materialien der Klassen
A und B in vorgegebenen Mengen und Anordnungen, um die in dem Diagramm nach Fig. 9 gezeigten Funktionen zu realisieren.
In dem Diagramm nach Fig. 9 nimmt das Licht-Transmissionsvermögen nach oben in Richtung der Y-Achse zu,
während die Temperatur in Grad Celsius nach rechts längs der X-Achse zunimmt. Die gestrichelte Kurve gibt die Kennlinie
eines Flüssigkristallelements der Klasse AB, die ausgezogene Linie diejenige eines Flüssigkristalls der Klasse
BA wieder. Wie ersichtlich, bilden beide Kurven "Fenster" mit hohem bzw. niedrigem Transmissionsvermögen. In der Kurve
AB ist angenommen, daß die Temperatur T1, bei der der Materialanteil
der Klasse A in dem Flüssigkristallelement der Klasse AB transparent wird, niedriger ist als die Temperatur
T2, bei der der Mäterialanteil der Klasse B undurchsichtig wird. Entsprechend ist für die Kurve BA angenommen, daß die
Temperatur T1, bei der der Materialanteil der Klasse B in dem Flüssigkristallelement der Klasse BA undurchsichtig wird,
809840/0833
niedriger ist als die Temperatur T2, bei der der Materialanteil der Klasse A transparent wird.
Wie aus der gestrichelten Kurve AB in Fig. 9 hervorgeht, ist das Flüssigkristallelement bei und unterhalb der
Temperatur T1 im wesentlichen lichtundurchlässig. Bei zunehmender Temperatur steigt das Licht-Transmissionsvermögen
über einen vorgegebenen Temperaturbereich auf einen wesentlich größeren Wert. Steigt die Temperatur weiter auf
oder nahezu auf den Wert T2, so sinkt das Transmissionsvermögen
des Elements, bis dieses wieder im wesentlichen undurchsichtig wird. Auf diese Weise wird ein Bereich oder
"Fenster" hohen Licht-Transmissionsvermögens erzielt.
Aus der ausgezogenen Kurve BA nach Fig. 9 geht andererseits hervor, daß das Flüssigkristallelement der Klasse BA
bei und unterhalb der Temperatur T1 im wesentlichen transparent ist. Bei steigender Temperatur fällt das Transmissionsvermögen
dieses Elements über einen vorgegebenen Temperaturbereich auf einen wesentlich niedrigeren Wert.
Steigt die Temperatur weiterhin auf oder nahezu auf den Wert T2, so nimmt das Transmissionsvermögen des Elements
wieder zu, und das Element wird schließlich vieder im wesentlichen
transparent.
In der vorstehenden Beschreibung ist zu beachten, daß die Ausdrücke "durchsichtig" oder "transparent" und "undurchsichtig"
relative Ausdrücke darstellen und daß die Änderungen, die in den Flüssigkristallelementen der Klassen AB und BA
auftreten, keine absoluten sondern nur graduelle Änderungen sind. In Fig. 9 ist dieser Umstand dadurch angedeutet worden,
daß die untersten Teile der beiden Kurven in einigem Abstand von der X-Achse des Diagramms und die obersten Teile in einigem
Abstand unterhalb des größtmöglichen Transmissionsvermögens liegen. Das Maß, um das sich das Transraissionsvermögen
mit der Temperatur des Elements ändert, ist jedoch effektiv und nutzbar, und der betreffende Photothyristor kann so gebaut
werden, daß er auf das Maß der Änderung in dem auf ihn treffenden Licht anspricht.
PS/cw 809840/0833
Leerseite
Claims (1)
12355
PATENTANWÄLTE
SCHIFF v. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS FINCK
MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÖNCHEN 9O
POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O, D-SOOO MÖNCHEN 95
Cutler-Hammer World Trade, Inc.
DA-5595 21. März 1973
Wärmeempfindliches, lichtgesteuertes Halbleiter-Schaltsystem
Patentansprüche
1. Elektrisches Leistungs-Schaltsystem zum Anschalten
und Trennen einer Last an bzw. von einer elektrischen Energiequelle, gekennzeichnet durch eine ein lichtempfindliches
Halbleiter-Schaltelement (6; 11; 14; 16; 26) enthaltende Einrichtung, die bei Betätigung die Speisung
der Last (L) aus der Energiequelle steuert, eine Lichtquelle (2; LED), die im Normalbetrieb Licht emittiert,
das das lichtempfindliche Halbleiter-Schaltelement betätigt, eine in den Lichtpfad zwischen der Lichtquelle
und dem Halbleiter-Schaltelement eingefügte wärmeempfindliche, variable Lichttransmissionseinrichtung (LC;
24; 32), die das hindurchtretende Licht variiert, um das Halbleiter-Schaltelement in Abhängigkeit von Temperatur=
änderungen der Lichttransmissionseinrichtung zu steuern,
809840/0833 0R|Q,NÄL lNSPECTED
sowie eine Einrichtung, die variable Wärme auf die Lichttransmissionseinrichtung koppelt.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Halbleiter-Schaltelement (6; 11; 14; 16; 26) enthaltende
Einrichtung einen lichtempfindlichen Thyristor sowie Leitungen zur elektrischen Verbindung des Thyristors mit der Energiequelle
und der Last (L) umfaßt,
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, da.3
die Wärmekopplung auf die Lichttransmissionseinrichtung (LC) durch eine körperliche Befestigung der Lichttransmissionseinrichtung
an dem Halbleiter-Schaltelement (6) als einstückige Struktur zum direkten Wärmeübergang ausgebildet ist. (Fig. 1)
4. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dad
die Einrichtung zur Wärmekopplung auf die Lichttransmissions-
■ einrichtung (LC) eine mit dieser verbundene externe Wärmequelle
(10) umfaßt. (Fig. 2)
5. System nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die
Lichttransmissionseinrichtung (LC) einen Flüssigkristall-Film umfaßt, der in direkter Berührung mit dem Halbleiter-Schaltelement
(6) unter Bildung einer einstückigen Struktur angeordnet ist. (Fig. 1)
809840/0833
-D-
6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkristall-Film (LC) bei niedrigen Temperaturen verhältnismäßig
transparent ist und genügend Licht zur Betätigung des Halbleiter-Schaltelements (6) hindurchläßt,
bei Ansteigen.seiner Temperatur auf einen vorgegebenen
Wert jedoch verhältnismäßig undurchsichtig wird und somit ein thermisch eigengeschütztes Leistungs-Schaltsystem ergibt.
(Fig. 1)
"7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichttransmissionseinrichtung (LC; 24; 32) ein Flüssigkristallelement umfaßt, das in einem ersten Temperaturbereich
verhältnismäßig undurchsichtig ist und in einem anderen Temperaturbereich verhältnismäßig transparent wird,
und das zur photoelektrischen Ansteuerung des Halbleiterschalt
elements (11; 14; 16; 26) bei einem vorgegebenen Temperaturwert zwischen den beiden Temperaturbereichen betätigbar
ist.
8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das
Flüssigkris/tallelement (LC)ein solches der Klasse A ist, das
bei niedrigen Temperaturen verhältnismäßig undurchsichtig ist und bei einem vorgegebenen Wert beim Temperaturanstieg verhältnismäßig
transparent wird, um eine thermisch einleitbare Einschaltfunktion zu erzeugen. (Fig. 3)
809840/0833
Q. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, da.?
das Flüssigkristallelement (LC) ein solches der Klasse E ist, das bei niedrigen Temperaturen verhältnismäßig
transparent ist und bei einem vorgegebenen Wert der steigenden Temperatur verhältnismäßig undurchsichtig wird, um eine
thermisch sperrbare Einschaltfunktion zu erzeugen. (Fig. 4)
10. System nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dai3
das Flüssigkristallelement (LC) ein solches der Klasse BA ist, das bei niedrigen Temperaturen verhältnismäßig transparent
ist, bei einem ersten vorgegebenen Wert der steigenden Temperatur verhältnismäßig undurchsichtig und bei einem zweiten
vorgegebenen Wert noch höherer Temperatur wieder verhältnismäßig transparent wird, so daß bei steigender Temperatur ein
"Fenster" mit verhältnismäßig geringem Lichttransmissionsvermögen erzielt wird.
11. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristallelement (LC) ein solches der Klasse AB ist,
das bei niedrigen Temperaturen verhältnismäßig undurchsichtig ist, bei einem ersten vorgegebenen Wert der steigenden Temperatur
verhältnismäßig transparent und bei einem zweiten vorgegebenen Wert noch höherer Temperatur wieder verhältnismäßig
undurchsichtig wird, so daß bei steigender Temperatur ein "Fenster" mit verhältnismäßig hohem Lichttransmissionsvermögen
erzielt wird.
809840/0833
12. System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die das Halbleiter-Schaltelement enthaltende Einrichtlang einen Thyristor-Leistungsschalter (20) zum Anschalten
der Last (L) an die Energiequelle mit zwei Leistun°"G-klemmen
und' einer Steuerklemme umfaßt, daß das lichtempfindliehe Halbleiter-Schaltelement (16) so eingeschaltet ist,
daß es bei Betätigung die Steuerklemme gegen eine der Leistungsklemmen kurzschließt, und daß eine Eingangsklemme (18) zur
Zuführung eines Steuersignals an die Steuerklemme des Thyristor-Leistungsschalters
vorgesehen ist. (Fig. 5)
13. System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die das Halbleiter-Schaltelement enthaltende Einrichtung einen Thyristor-Leistungsschalter (30) zum Anschalten
der Last (L) an die Energiequelle umfaßt, der zwei Leistungsklemmen und eine Steuerklemme aufweist, daß eine
Eingangsklemme (28) zur Zuführung eines Steuersignals an die Steuerklemme des Thyristor-Leistungsschalters vorgesehen
ist, und daß das lichtempfindliche Halbleiter-Schaltelement (26) zwischen die Eingangsklemme und die Steuerklemme eingeschaltet
ist. (Fig. 6)
14. System nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristallelement (24; 32) in direkter Wärmeübertragungs-Beziehung
mit dem Thyristor-Leistungsschalter (20; 30) steht.
809840/0833
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US05/779,639 US4119845A (en) | 1977-03-21 | 1977-03-21 | Thermally-sensitive, photo-controlled semiconductor switching systems |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2812355A1 true DE2812355A1 (de) | 1978-10-05 |
Family
ID=25117042
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19782812355 Withdrawn DE2812355A1 (de) | 1977-03-21 | 1978-03-21 | Waermeempfindliches, lichtgesteuertes halbleiter-schaltsystem |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4119845A (de) |
JP (1) | JPS53116481A (de) |
DE (1) | DE2812355A1 (de) |
FR (1) | FR2385267A1 (de) |
GB (1) | GB1570674A (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3011484A1 (de) * | 1979-03-26 | 1980-10-09 | Handotai Kenkyu Shinkokai | Optisch steuerbarer, mit statischer induktion arbeitender thyristor |
DE3118318A1 (de) * | 1981-05-08 | 1982-11-25 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Lichtzuendbarer thyristor mit steuerbaren emitter-kurzschlusspfaden und verfahren zu seinem betrieb |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2823858C2 (de) * | 1978-05-31 | 1985-12-19 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Ablagevorrichtung für zahnärztliche Handstücke |
US4204116A (en) * | 1978-07-24 | 1980-05-20 | Westinghouse Electric Corp. | Light activated switch system having high di/dt capability |
GB2052731B (en) * | 1979-06-21 | 1983-10-19 | Spirig Ernst | Temperature responsive device |
US4338516A (en) * | 1980-09-12 | 1982-07-06 | Nasa | Optical crystal temperature gauge with fiber optic connections |
US4888599A (en) * | 1987-10-23 | 1989-12-19 | Rockwell International Corp. | Real time apparatus for adjusting contrast ratio of liquid crystal displays |
CN102852835A (zh) * | 2012-09-25 | 2013-01-02 | 苏州原点工业设计有限公司 | 一种电风扇 |
US11609128B2 (en) | 2019-12-10 | 2023-03-21 | Wiliot, LTD. | Single layer LC oscillator |
WO2024054966A1 (en) * | 2022-09-09 | 2024-03-14 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Light controlled switch module |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2666583A (en) * | 1951-09-07 | 1954-01-19 | Phillips Petroleum Co | Thermoresponsive color change control device |
US2792484A (en) * | 1951-12-19 | 1957-05-14 | Gen Electric | Temperature measuring and controlling apparatus |
US3667064A (en) * | 1969-05-19 | 1972-05-30 | Massachusetts Inst Technology | Power semiconductor device with negative thermal feedback |
US3654474A (en) * | 1970-05-15 | 1972-04-04 | Gen Motors Corp | Photochromic time delay unit |
US3790250A (en) * | 1971-08-25 | 1974-02-05 | Us Navy | Thermally-activated optical absorber |
US3719789A (en) * | 1971-12-29 | 1973-03-06 | Gen Electric | Induction cooking appliance including temperature sensing of inductively heated cooking vessel by"modulated"light |
-
1977
- 1977-03-21 US US05/779,639 patent/US4119845A/en not_active Expired - Lifetime
-
1978
- 1978-03-17 JP JP3087178A patent/JPS53116481A/ja active Pending
- 1978-03-20 GB GB10964/78A patent/GB1570674A/en not_active Expired
- 1978-03-21 FR FR7808204A patent/FR2385267A1/fr active Granted
- 1978-03-21 DE DE19782812355 patent/DE2812355A1/de not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3011484A1 (de) * | 1979-03-26 | 1980-10-09 | Handotai Kenkyu Shinkokai | Optisch steuerbarer, mit statischer induktion arbeitender thyristor |
DE3118318A1 (de) * | 1981-05-08 | 1982-11-25 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Lichtzuendbarer thyristor mit steuerbaren emitter-kurzschlusspfaden und verfahren zu seinem betrieb |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2385267B1 (de) | 1983-11-25 |
GB1570674A (en) | 1980-07-02 |
JPS53116481A (en) | 1978-10-11 |
US4119845A (en) | 1978-10-10 |
FR2385267A1 (fr) | 1978-10-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE60031598T2 (de) | Überstromschutzvorrichtung | |
DE19728763B4 (de) | Schaltungseinrichtung zum Schutz von strombetriebenen Leuchtmitteln, insbesondere von LEDs, zu Signal- oder Beleuchtungszwecken | |
DE69420327T2 (de) | Halbleiter-Leistungsschaltung | |
DE102006054354B4 (de) | Selbstschützende Crowbar | |
DE2400219A1 (de) | Elektronischer thermostat | |
DE10006438A1 (de) | Einrichtung und Verfahren zum Zuführen elektrischer Energie zu einer Last | |
DE2812355A1 (de) | Waermeempfindliches, lichtgesteuertes halbleiter-schaltsystem | |
DE3622100A1 (de) | Stromschalter | |
DE1017207B (de) | Temperaturunabhaengige Halbleiter-Kipp- bzw. Blinkschaltung | |
DE1956448A1 (de) | Batterieladeanordnung | |
DE4305038C2 (de) | MOSFET mit Temperaturschutz | |
DE69510717T2 (de) | Überstromschutzvorrichtung | |
DE2746845C2 (de) | Einrichtung zur Wechselstrom-Einschaltstrombegrenzung | |
DE3874249T2 (de) | Geraet zum auftragen hochschmelzenden klebstoffs und steuerkreis fuer seine temperatur. | |
DE2517415A1 (de) | Anordnung zum betrieb einer gasund/oder dampfentladungslampe | |
DE4121055C2 (de) | Schaltungsanordnung zur Einschaltstrombegrenzung von Glühlampen | |
DE4313882C1 (de) | Halbleiterrelais zum Schalten einer Wechselstromlast | |
DE4039990A1 (de) | Ueberlast- und kurzschlussschutzanordnung | |
DE4401956A1 (de) | Leistungs-Halbleiterbauelement mit Temperatursensor | |
DE4223338A1 (de) | Einrichtung zur Stromerfassung | |
EP0588273A1 (de) | Verfahren zum elektronischen Dimmen und Dimmer zur Durchführung des Verfahrens | |
DE19522517C1 (de) | Schaltungsanordnung zum Abschalten eines Leistungs-MOSFET bei Übertemperatur | |
DE2942435C2 (de) | Elektrische Schaltung für eine Kamera | |
EP0452715A2 (de) | Vorrichtung zur stufenlosen Steuerung elektrischer Verbraucher nach dem Phasenanschnittprinzip, insbesondere Helligkeitsregler und Verwendung einer solchen Vorrichtung | |
DE1673575A1 (de) | Einrichtung zum Regeln einer Energiegesamtleistung,abhaengig von einem Zustandsfuehler,unter Verwendung mindestens zweier steuerbarer Energiequellen |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: STREHL, P., DIPL.-ING. DIPL.-WIRTSCH.-ING. SCHUEBE |
|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |