CH632358A5 - Schaltungsanordnung zum schutz zweier antiparallel geschalteter steuerbarer halbleiterventile gegen ueberspannungen. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung den der Graetzbrücke und ein Kippventil, vorzugsweise eine zum Schutz zweier antiparallel geschalteter steuerbarer Halb- Kippdiode, eingesetzt. Ein als Kippventil verwendbares Halbleiterventile gegen Überspannungen sowohl in Sperr- als auch leiterbauelement ist auch in der vorgenannten BBC-Druckin Blockierrichtung mit einer zwischen den beiden Steuerelek- schrift beschrieben.

troden dieser Ventile angeordneten, mindestens ein Halbleiter- 35 Diese Schaltungsanordnung hat den Vorteil, dass unabhän-hilfsventil umfassenden symmetrischen Notzündeinrichtung, gig von der Polarität der Überspannung jeweils das auf die eine die bei Überschreiten einer vorgebbaren Kippspannung einer Kippspannung dimensionierte Kippventil wirkt. Der Schutz Grösse unterhalb der höchstzulässigen Überspannung in der j edes der beiden steuerbaren (Haupt-) Ventile gegen Überspan-Blockierrichtung jeweils das entsprechende mit positiver nungen sowohl in Sperr- als auch in Blockierrichtung ist gesi-

Anodenspannung beanspruchte steuerbare Ventil zündet. Sie 40 chert, weil Blockierspannung, d.h. Sperrspannung in Durchlasskann Anwendung finden bei Wechselstromstellern für spezielle richtung, für das eine steuerbare Halbleiterventil gleichzeitig Technologien, zum Beispiel für Schweisszwecke. negative Sperrspannung für das andere steuerbare Halbleiter-

Bei einer bekannten derartigen Schaltungsanordnung liegt ventil bedeutet, beide gleich dimensioniert sind und somit die zwischen den Steuerelektroden zweier antiparallel geschalte- beschriebene Notzündeinrichtung spannungsrichtungsunab-ter Thyristoren ein einziges symmetrisches Halbleiterhilfsven- 45 hängig bei Überschreiten der Kippspannung wirkt.

til mit spannungsrichtungsunabhängiger, aber spannungsgrös- Die Schaltungsanordnung wird zweckmässigerweise noch senabhängiger Strom-Spannungs-Charakteristik, das bei Über- um einen Schutzwiderstand in Reihe zur Graetzbrücke auf der schreiten einer vorgebbaren Kippspannung in der Grössenord- Seite der Wechselstromanschlüsse erweitert. Dieser begrenzt nung der höchstzulässigen Überspannung in der Blockierrich- kapazitive Verschiebeströme in den Sperrschichtkapazitäten tung jeweils den entsprechenden mit positiver Anodenspan- 50 und den Kapazitäten des abhängig von der jeweiligen Anwen-nung beanspruchten Thyristor zündet (DT-OS 2 258 112). Zwi- dung verschiedenen Gesamtschaltungsaufbaus.

sehen jedem Verbindungspunkt dieses Halbleiterhilfsventils Bei Defekten von Bauelementen, z. B. der Dioden in der mit der Steuerelektrode des Thyristors und der entsprechen- Graetzbrücke, werden Folgeschäden zweckmässig durch Vörden Wechselstromzuleitung liegt eine Diode in Sperrichtung, schalten einer Sicherung vermieden. Dieser Sicherungsausfall um eine unzulässige Strom- oder Spannungsbeanspruchung der 55 wird durch Betätigung eines Meldeschalters mittels Kennmel-Steuerelektroden-Kathoden-Sperrschicht des entsprechenden der zur Anzeige gebracht.

Thyristors zu verhindern. Diese bekannte Notzündeinrichtung Vorteilhaft ordnet man alle Bauelemente der Schaltungsanist insofern vorteilhaft, als sie die z. B. bei einem Wechselstrom- Ordnung auf einer gemeinsamen Leiterplatte an, so dass sie zu steller für Schweisszwecke zu erwartenden hohen Überspan- einer Baugruppe zusammengefasst sind.

nungen mit hohem Energiegehalt durch Zündung und somit 6o Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeich-Durchschaltung des entsprechenden (Haupt-) Thyristors nung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.

abbaut. Das Halbleiterhilfsventil muss jedoch eine genau sym- Zwischen Wechselstromanschlüssen 1 und 2 an zum Ver metrische Kennlinie bzw. exakt gleiche Kipp- bzw. Ansprech- braucher führenden Leitungen liegen antiparallel geschaltete Spannungen besitzen. Thyristoren 3 und 4, deren Steuerelektrodenanschlüsse 5 und 6

Es ist weiterhin sowohl aus der vorgenannten DT-OS 65 an die Schaltungsanordnung zum Schutz gegen Überspannun-2 258112 als auch aus der BBC-Druckschrift «BBC Bauele- gen angeschlossen sind. Diese besteht aus einer aus vier Dio-mente zum Thyristorschutz» (Druckschriften-Bestell-Nr. DHS den 8 bis 11 aufgebauten Graetzbrücke, in deren Gleichstromp-60590 D) bekannt, jeden zu schützenden Thyristor einzeln mit fad ein auf eine Kippspannung einer Grösse unterhalb der

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höchstzulässigen Überspannung der Thyristoren 3 und 4 dimensioniertes Kipventil 12, vorzugsweise eine Kippdiode,

liegt. In Reihe zur Graetzbrücke sind ein Schutzwiderstand 13 und eine Sicherung 14 mit Meldeschalter 15 geschaltet. Der Meldeschalter kann im Stromkreis einer nicht dargestellten 5 Glimmlampe liegen.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung wird nachfolgend erläutert:

Bei Beanspruchung des Thyristors 3 mit positiver Sperrspannung (Blockierspannung) sperrt dieser, solange nicht von 10 der normalen Steuereinrichtung (nicht gezeigt) ein Signal vorliegt. Bei einem pnpn-Thyristor-Aufbau liegt also nahezu die gesamte positive Anodenspannung als Sperrspannung am von der Anode aus gesehen zweiten pn-Übergang, welcher Bereich als Sperrschicht wirkt. Beim Thyristor 4 sind bei der angenom- 15 menen Spannungsbeanspruchung (strichlinierte Vorzeichen) hingegen jeweils die beiden äusseren pn-Übergänge auf Sperrspannung beansprucht, weil dessen Anode eine negative Spannung gegenüber der Kathode hat. Überschreitet nun die Spannung am Thyristor 3 in Blockierrichtung einen vorbestimmten 20 Wert, so wird über die Kathoden-Steuerelektroden-Strecke des

Thyristors 4 hinweg, die entsprechend abgestimmte Kippspannung der Kippdiode 12 erreicht, diese schaltet durch, d. h. über die Diode 9, die Kippdiode 12, die Diode 10, den Schutzwiderstand 13 und die Sicherung 14 fliesst ein Steuerstrom IG, der im Gegensatz zum vorher fliessenden Sperrstrom die Durchschaltung des Thyristors 3 bewirkt. Man kann sich dies auch so vorstellen und kann dies auch vorsehen, dass zwischen der Kathode und der Steuerelektrode des Thyristors 4 ein Widerstand 16 liegt, dessen Spannungsabfall vernachlässigbar ist. Positive Überspannungen am Anschluss 1 bewirken also über eine Art Zener-Charakteristik am Thyristor 4 ein Kippen der Kippdiode 12 und somit ein Durchschalten des Thyristors 3. Ebenso wird der Thyristor 4 durchgeschaltet, falls positive Überspannungen am Anschluss 2 anstehen. Die Durchlassverluste der Dioden 8 bis 11 spielen keine wesentliche Rolle. Lediglich zur Orientierung wird angegeben, dass eine Schaltung mit Thyristoren 3 und 4 mit höchstzulässigen Werten der periodischen Spitzensperrspannungen von 1.600 Volt und mit einem aus der erwähnten BBC-Druckschrift bekannten BOD-Element als Kippventil 12 mit einer Kippspannung von 1.200 Volt und ohne Widerstände 16 zufriedenstellend arbeitet.

G

1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

632358 2 PATENTANSPRÜCHE einem auf eine Kippspannung in Blockierrichtung dimensio-

1. Schaltungsanordnung zum Schutz zweier antiparallel nierten Halbleiterhilfsventil und einer Diode in Reihe dazu, in geschalteter steuerbarer Halbleiterventile gegen Überspan- Sperrichtung zwischen Anode und Steuerelektrode, zu beschal-nungen sowohl in Sperr- als auch in Blockierrichtung mit einer ten. Bei Anwendung solcher Beschaltungen mit diskreten Bau-zwischen den beiden Steuerelektroden dieser Ventile angeord- 5 dementen für antiparallel geschaltete Thyristoren - wobei neten, mindestens ein Halbleiterhilfsventil umfassenden, sym- natürlich auch zur Notzündung des jeweils betroffenen Thyri-metrischen Notzündeinrichtung, die bei Überschreiten einer stors ein zwischen Anode und Steuerelektrode eingeschalteter vorgebbaren Kippspannung einer Grösse unterhalb der Hilfsthyristor eingesetzt werden kann, dessen Steuerelektrode höchstzulässigen Überspannung in der Blockierrichtung an das Halbleiterhilfsventil mit definierter Kippspannung ange-jeweils das entsprechende mit positiver Anodenspannung io schlössen ist - ist es analog zu den vorstehenden Ausführungen beanspruchte steuerbare Ventil zündet, dadurch gekennzeich- notwendig, dass zwei Halbleiterhilfsventile mit untereinander net, dass die Notzündeinrichtung aus einer Graetzbrücke (8 bis exakt gleicher Kippspannung sowohl bei stationärer als auch

11 ) mit einem in ihrem Gleichstrompfad angeordneten, auf die bei dynamischer Beanspruchung eingesetzt werden. Kippspannung dimensionierten Halbleiter-Kippventil (12) Die Verwendung der Wechselstromsteller mit nachgeschal-

besteht. 15 teten Transformatoren für Schweissanwendungen erlaubt in

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, beiden bekannten Fällen deswegen keine unterschiedlichen dass in Reihe zur Graetzbrücke auf der Wechselstromseite ein Kippspannungen bzw. Ansprechwerte, weil diese zu einer Widerstand (13) angeordnet ist. Gleichstrombelastung des Schweisstransformators und somit

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, zu Netzkurzschlüssen bei Netzüberspannungen über mehrere dass in Reihe zu Graetzbrücke und Widerstand (13) eine Siehe- 20 Perioden führen.

rung (14) mit Meldeschalter (15) angeordnet ist. Der Erfindung liegt, ausgehend von der eingangs beschrie-

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, benen Schaltungsanordnung, daher die Aufgabe zugrunde, die dass die Notzündeinrichtung, der Widerstand und die Sicherung Notzündeinrichtung dieser Schaltungsanordnung mit gleichem mit Meldeschalter auf einer gemeinsamen Leiterplatte zu einer Ansprechwert für beide Spannungspolaritäten der Überspan-Baugruppe zusammengefasst sind. 25 nungen zu versehen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, das erfindungsge-mäss die Notzündeinrichtung aus einer Vollweg-Gleichrichter-brücke, kurz Graetzbrücke, mit einem in ihrem Gleichstrompfad angeordneten, auf die Kippspannung dimensionierten 30 Halbleiter-Kippventil besteht. Als Hilfsventile sind also die Dio-