DD275971A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR INCREASING THE SLOPE OF THE SHUT-OFF CURRENT OF A GTO THYRISTOR - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf den Abschaltsteuerkreis eines GTO-Thyristors, der als Schaltelement einen Thyristor verwendet und sich fuer die GTO-Anwendung in Stromrichtern eignet. Erfindungsgemaess ist ein Steuerthyristor in Reihe mit einer Stromanstiegsbegrenzungsdrossel, einer Sperrdiode, der Gate-Kathoden-Strecke des GTO-Thyristors und der Abschaltsteuerspannungsquelle geschaltet. Parallel zum Steuerthyristor und der Stromanstiegsbegrenzungsdrossel ist ein Reihenschwingkreis, bestehend aus einer Induktivitaet und einem auf eine Forcierspannung vorgeladenen Kondensator, ueber einen Thyristor zwischen der Kathode der Sperrdiode und der Kathode des Steuerthyristors angeordnet, wobei das positive Potential der Forcierspannung beim Einschalten des Thyristors an der Kathode der Sperrdiode angeschlossen ist. Dem Reihenschwingkreis ist eine Freilaufdiode parallel geschaltet, die bei der Polaritaet des auf die Forcierspannung vorgeladenen Kondensators nicht leitend ist. FigurThe invention relates to the Abschaltsteuerkreis a GTO thyristor, which uses a thyristor as a switching element and is suitable for the GTO application in power converters. According to the invention, a control thyristor is connected in series with a current increase limiting reactor, a blocking diode, the gate-cathode path of the GTO thyristor and the turn-off control voltage source. Parallel to the control thyristor and the current increase limiting reactor is a series resonant circuit consisting of an inductor and a precharged to a Forcier capacitor, arranged via a thyristor between the cathode of the blocking diode and the cathode of the Steuererthyristors, wherein the positive potential of the Forcierspannung when turning on the thyristor at the cathode the blocking diode is connected. The series resonant circuit is connected in parallel with a freewheeling diode, which is not conductive at the polarity of the capacitor pre-charged to the forcing voltage. figure

Description

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Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf den Abschaltsteuerkreis eines G ΓΟ-Thyristors, der als Schaltelement einen Thyristor verwendet und sich für die GTO-Anwendung In Stromrichtern eignet.The invention relates to the Abschaltsteuerkreis a G ΓΟ thyristor, which uses a thyristor as a switching element and is suitable for the GTO application in power converters.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art Da* Abschalten eines GTO-Thyristors erfolgt durch Anlegen eines negativen Abschaltf/ouorlmpulses und wird durch einSince a GTO thyristor is switched off by applying a negative switch-off pulse and is activated by a

steuerbares Schaltelement eingeleitet. Für den durch den Anodenstrom des GTO-Thyristors bestimmten Abschaltstromimpuls ist eine sehr hohe Anfangsstromsteilheit gefordert. Das Schaltelement Im Abschaltstouorkrcis muß eine hoheinitiated controllable switching element. For the specified by the anode current of the GTO thyristor Abschaltstromimpuls a very high initial current slope is required. The switching element In Abschaltstouorkrcis must have a high

Strombelastbarkeit besitzen. Die Abschaltverstärkung und die hohen Stromamplituden im Abschaltsteuerkreis bedingen denHave current carrying capacity. The Abschaltverstärkung and the high current amplitudes in Abschaltsteuerkreis cause the

vorzugsweisen Einsatz von Leistungs-MOSFET als Schaltelement.Preferably use of power MOSFET as a switching element.

Für GTO-Thyristoren kleiner Leistung sind auch Ansteuerschaltungen bekannt, die als Hauptschaltelemont imFor low power GTO thyristors also driving circuits are known, which are used as Hauptschaltelemont in Abschaltsteuerkreis einen Thyristor verwenden.Shutdown control circuit use a thyristor. In der US-PS 4.456.838 wird eine Ansteuerschaltung mit einem Einschaltkreis und einem Ausschaltkreis, bestehend aus einerIn US-PS 4,456,838 a driving circuit with a power-up circuit and a turn-off circuit, consisting of a Reihenschaltung einer Abschaltspannungsqu^lle mit einem Thyristor, vorgeschlagen, in der über eine TransistorenverknüpfungSeries connection of a turn-off voltage quire with a thyristor, proposed in the via a transistor connection

ein Steuersignal zum Ein- oder Ausschalten dos GTO-Thyristors gegeben wird.a control signal for turning on or off the GTO thyristor is given.

Weiterhin ist mit der DE-OS 2907403 eine Anordnung zum Zünden und Löschen von GTO-Thyristoren bekannt, die nach demFurthermore, with DE-OS 2907403 an arrangement for igniting and extinguishing GTO thyristors is known which after the Prinzip der Spannungseinprägung den Abschaltsteuerkreis mit einer Reihenschaltung aus Steuerinduktivität, Thyristor undPrinciple of voltage impressions the shutdown control circuit with a series circuit of control inductance, thyristor and Ausschaltspannungsquelle ausbildet.Switching off voltage source forms. Damit die Gate-Kathoden-Strecke des GTO-Thyristors negativ vorgespannt bleibt und dio ——-Festigkeit desGTO-ThyristorsThus, the gate-cathode path of the GTO thyristor remains negatively biased and the resistance of the GTO thyristor

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erhöht wird, ist parallel zum Thyristor ein Kondensator geschultet.is increased, a capacitor is parallel to the thyristor geschultet.

Mit diesen Ansteuerschaltungen ist jedoch der Hauptmangel des Thyristors für diese Zwecke, das zu langsame Durchschalten,With these drive circuits, however, the main shortcoming of the thyristor for these purposes, the too slow switching,

nicht behoben, so daß der Einsatz dieses Schalters im Abschaltsteuerkreis von GTO-Thyristoren problematisch ist.not resolved, so that the use of this switch in the turn-off control circuit of GTO thyristors is problematic.

Das langsame Einschaltverhalten der Thyristoren sichert die erforderliche Steilheit des Abschaltsteuerstroms imThe slow turn-on behavior of the thyristors ensures the required steepness of the turn-off control current in GTO-Ansteuerkreis, insbesondere für GTO-Thyristoren größeren Leistungsvermögens, nicht, so daß Thyristoren grundsätzlichGTO drive circuit, especially for larger power GTO thyristors, not, so that thyristors in principle

als nicht geeignet bewertet worden (sioho Stamberger .Abschaltbare Hochleistungsthyristoren für den Anwender - Heute,evaluated as unsuitable (sioho Stamberger. Disconnectable high-performance thyristors for the user - Today,

Elektroniker 23 (1984), Heft 5, Seite 66).Electronics 23 (1984), No. 5, page 66). Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziol der Erfindung ist os, mit einom Thyristor als Schaltolomont im Abschaltsteuorkreis olno einfache und wirksame Anstouorschaltung für GTO-Thyristoren zu schaffen, die oin sicheres und verlustarmes Abschalten sowie dynamische Betriebseigenschaften des GTO-Thyristors gewährleistet.Ziol of the invention is os, with einom a thyristor as Schaltolomont shutdown control circuit olno simple and effective Anstouorschaltung to provide for GTO thyristors, which ensures oin safe and low-loss shutdown and dynamic operating characteristics of the GTO thyristor.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Dor Erfindung liogl dio Aufgabe zugrunde, das Einschaltvorhalton oinos Thyristors im Abschaltsteuorkrois olnos GTO-Thyristors zu forcioron, die Anstlogsgoschwindigkeit des sich aufbauondon Abschaltstouorstroms zu beschleunigen und einen Abschaltf touorlmpuls mit oinor Amplitude optimalor Stoilholt zu orzougen.The invention is based on the task of accelerating the turn-on lead oinos thyristors in the turn-off control croos olnos GTO thyristors to orbit the launching speed of the build-up london downstop current and optimizing a turn off module pulse with oinor amplitude optimo Stoilholt.

Erfindungsgemäß istAccording to the invention

- ein Steuerthyristor in Reihe mit einer Stromanstlegsbegrenzungsdrossel, einer Sperrdiode, der Gate-Kathoden-Strecke des GTO-Thyristors und der Abschaltsteuerspannungsqueile geschaltet,a control thyristor is connected in series with a current setting limiting reactor, a blocking diode, the gate-cathode path of the GTO thyristor and the turn-off control voltage source,

- parallel zum Steuorthyristor und der Stromanstiegsbegrenzungsdrossel ein Reihenschwingkreis, bestehend aus einer Induktivität und einem auf eine Forcierspannung vorgeladenen Kondensator, Ober einen Thyristor zwischen der Kathode der Sperrdiode und der Kathode des Steuerthyristors angeordnet, wobei das positive Potential der Forcierspannung beim Einschalten des Thyristors an der Kathode der Sperrdiode angeschlossen ist,a series resonant circuit consisting of an inductor and a capacitor precharged to a Forcierspannung parallel to the Steuorthyristor and the current increase limiting choke, arranged above a thyristor between the cathode of the blocking diode and the cathode of the Steuererthyristors, wherein the positive potential of the Forcierspannung when turning on the thyristor at the cathode the blocking diode is connected,

- dem Reihenschwingkreis eine Freilaufdiode parallel geschaltet, die bei der Polarität des auf die Forcierspannung vorgeladenen Kondensators nicht leitend ist.- Connected in parallel with the series resonant circuit, a freewheeling diode, which is not conductive in the polarity of the preloaded on the forcing capacitor.

Ausfuhrungsbeispielexemplary Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. Das Schaltbild zeigt die Ansteuerschaltung des GTO-Thyristors zur Erhöhung der Steilheit des Abschaltsteuerstroms.The circuit diagram shows the drive circuit of the GTO thyristor for increasing the transconductance of the turn-off control current. Der Abschaltsteuerkreis zum Ansteuern des GTO-Thyristors besteht aus dem Steuerthyristor Th], derThe Abschaltsteuerkreis for driving the GTO thyristor consists of the control thyristor Th], the Stromanstiegsbegrenzungsdrossel L_no, der Sperrdiode D₅, der Gate-Kathoden-Strecke des GTO-Thyristors und derCurrent increase limiting inductor L _no , the blocking diode D ₅ , the gate-cathode path of the GTO thyristor and the Abschaltsteuerspannungsqueile E_Ho.Shutdown control voltage source E _H o. Parallel zum Steuerthyristor Thι und der Stromanstiegsbegrenzungsdrossel Uo Ist der Reihenschwingkreis Lf/Cf über denParallel to the control thyristor Thι and the current increase limiting choke Uo is the series resonant circuit Lf / Cf on the Thyristor Th₂ zwischen der Kathode der Sperrdiode D₅ und der Kathode des Steuerthyristors Th₁ angeordnet. DerThyristor Th _{2 is arranged} between the cathode of the blocking diode D ₅ and the cathode of the control thyristor Th ₁ . The Reihenschwingkreis besteht aus der Induktivität Lf und dem auf die Forcierspannung Uf vorgeladenen Kondensator Cf.The series resonant circuit consists of the inductance Lf and the capacitor Cf. pre-charged to the forcing voltage Uf. Das positive Potential der Forcierspannung Uf ist beim Einschalten des Thyristors Th] an der Kathode der Sperrdiode D$The positive potential of the Forcierspannung Uf is when turning on the thyristor Th] at the cathode of the blocking diode D $

angeschlossen. Zum Reihenschwingkreis Lf/Cf ist die Freilaufdiode Df parallel geschaltet, wobei die Freilaufdiode Df bei derconnected. To the series resonant circuit Lf / Cf, the freewheeling diode Df is connected in parallel, wherein the freewheeling diode Df at the

Polarität des auf die Forcierspannung Uf vorgeladenen Kondensators Cf nicht leitend ist.Polarity of the precharged to the Forcierspannung Uf capacitor Cf is not conductive. Funktionsweise der Schaltungsanordnung:Operation of the circuit arrangement: Ausgangspunkt ist, daß der Kondensator C_F auf die Spannung U_f in geeigneter Weise aufgeladen ist und eine Polarität besteht,The starting point is that the capacitor C _F is charged to the voltage U _f in a suitable manner and has a polarity,

die ein Zünden der Thyristoren Th₁ und Th, ermöglicht.which allows ignition of the thyristors Th ₁ and Th.

Soll ein Löschvorgang des GTO-Thyristors eingeleitet werden, wird gleichzeitig auf die Thyristoren Th₁ und Th₂ ein ZündimpulsIf an erase operation of the GTO thyristor to be initiated, is simultaneously on the thyristors Th ₁ and Th ₂ an ignition pulse

gegeben. Es beginnt sich eine schwingungsförmige Entladung des Kondensators Cf im Kreis Cf, Lf, Th₂, Lrq, Thi auszubilden.given. A vibrational discharge of the capacitor Cf in the circuit Cf, Lf, Th ₂ , Lrq, Thi begins to form.

Der Kondensator Cf und die Induktivität Lf haben die Funktion, eine zeitlich sinkende Spannung bereitzustellen, die sich in denThe capacitor Cf and the inductance Lf have the function to provide a time-decreasing voltage, which in the

eingeschalteten Steuerthyristor Th entlädt.switched on control thyristor Th discharges.

Die Entladung bewirkt zunächst, daß die Spannung an der Kathode der Sperrdiode Ds größer ist als an der Anode undThe discharge first causes the voltage at the cathode of the blocking diode Ds is greater than at the anode and

demzufolge die Sperrdiode D$ kurz nach Beginn der schwingungsförniigen Entladung noch gesperrt ist.Consequently, the blocking diode D $ is still locked shortly after the beginning of the oscillatory discharge.

Erst nachdem die Spannung an dem Kathodenpunkt der Sperrdiode D₅ unterhalb der Anodenspannung gefallen ist, schaltet dieOnly after the voltage at the cathode point of the blocking diode D _{5 has} fallen below the anode voltage, the switches Sperrdiode Ds ein.Blocking diode Ds on. Damit fließen über den Steuerthyristor Th) zwei Strömo, dor Entladestrom If und der sich ausbildende Rückwärtssteuerstrom irqThus flow over the control thyristor Th) two Strömo, dor discharge If and the forming backward control current irq

des GTO-Thyristors, die in gleicher Richtung wirken. Durch die Aufeinanderfolge der Schaltvorgänge, erst schaltet derof the GTO thyristor, which act in the same direction. Due to the succession of switching operations, first switches

Steuerthyristor Th₁, dann die Sperrdiode D_s, bestimmt das Einschaltverhalten der Sperrdiode D₈ die AnstiegsgeschwindigkeitSteuerthyristor Th ₁ , then the blocking diode D _s determines the turn-on of the blocking diode D _8, the slew rate

desAbschaltsteuerstroms -7-shutoff control current -7-

dt dt

Am Ende des Entladevorgangs ändert sich die Polarität am Kondensator C_F und eine Aufladung in umgekehrter RichtungAt the end of the discharge process, the polarity at the capacitor C _F and charging in the opposite direction changes

beginnt. Damit die Prozesse Im Abschaltsteuerkreis nicht beeinflußt werden, ist die Freilaufdiode D_f und der Thyristor Th₂ eingefügt. Die Freilaufdiode D_F gibt den Weg für das Umschwingen des Reihenschwingkreises L_r/C_F auf dje ursprünglichestarts. So that the processes are not affected in Abschaltsteuerkreis, the freewheeling diode D _f and the thyristor Th _{2 is} inserted. The freewheeling diode D _F gives the way for the swinging of the series resonant circuit L _r / C _F on the original

Polarität frei. Der Thyristor Th₂ wird beim Umschwingen des Reihenschwingkreises L_F/C_F selbständig gelöscht. Der Thyristor Th₂ Polarity free. The thyristor Th ₂ is automatically deleted when the series resonant circuit L _F / C _F is reversed. The thyristor Th ₂

hat hierbei die Funktion der Potentialtronnung des Forcierkreises von dem Kreis, indem sich der Abschaltsteuerstrom ino ausbildet.in this case has the function of the Potentialtronnung the Forcierkreises of the circle by the Abschaltsteuerstrom formed ino.

Zum Abschluß dieses Umschwingprozesses ist an dem Kondensator Cf die Spannung Uf wieder in der ursprünglichen PolaritätAt the conclusion of this Umschwingprozesses is on the capacitor Cf, the voltage Uf back to the original polarity

vorhanden. Der Abschaltvorgang des Steuenhyristors Th, erfolgt über den GTO-Thyristor.available. The shutdown of the Steuenhyristors Th, via the GTO thyristor.

Mit einer geeigneten Nachladeeinrichtuiig ist die erforderliche Amplitude der Spannung U_F bereitzustellen und ein Nachladon inWith a suitable Nachladeeinrichtuiig is the required amplitude of the voltage U _F provide and a Nachladon in

einer bestimmten minimalen Zoit zu sichern, um den nachfolgenden Löschvorgang ordnungsgemäß einleiten zu können.a certain minimum zoit to properly initiate the subsequent deletion process.

Claims (1)

Schaltungsanordnung zur Erhöhung der Steilheit des Abschaltsteuerstroms eines GTO-Thyristors bei Verwendung eines Thyristors als Schaltelement im Abschaltsteuerkreis, dadurch gekennzeichnet, daßCircuit arrangement for increasing the steepness of the turn-off control current of a GTO thyristor when using a thyristor as a switching element in Abschaltsteuerkreis, characterized in that - der Steuerthyristor (Th₁) in Reihe mit einer Stromanstiegsbegrenzungsdrossel (Lrg), einer
Sperrdiode (Ds), der Gate-Kathoden-Strecke des GTO-Thyristors und der
Abschaltsteuerspannungsquelle (E_RQ) geschaltet ist,- The control thyristor (Th ₁ ) in series with a current increase limiting reactor (Lrg), a
Blocking diode (Ds), the gate-cathode path of the GTO thyristor and the
Abschaltsteuerspannungsquelle (E _RQ ) is connected, -- parallel zum Steuerthyristor (Th₁) und der Stromanstiegsbegrenzungsdrossel (L_RG) ein- parallel to the control thyristor (Th ₁ ) and the current increase limiting reactor (L _RG ) Reihenschwingkreis, bestehend aus einer Induktivität (Lf) und einem auf eine Forcierspannung (Uf) vorgeladenen Kondensator (Cf), über einen Thyristor (Th;) zwischen der Kathode der Sperrdiode
(Ds) und der Kathode des Steuerthyristors (Th) angeordnet ist, wobei das positive Potential (U_F) beim Einschalten des Thyristors (Th₂) an der Kathode der Sperrdiode (Ds) angeschlossen ist,A series resonant circuit consisting of an inductance (Lf) and a capacitor (Cf) pre-charged to a forcing voltage (Uf), via a thyristor (Th;) between the cathode of the blocking diode
(Ds) and the cathode of the control thyristor (Th) is arranged, wherein the positive potential (U _F ) when turning on the thyristor (Th ₂ ) at the cathode of the blocking diode (Ds) is connected, - dem Reihenschwingkreis eine Freilaufdiode (D_F) parallel geschaltet ist, die bei der Polarität des auf die Forcierspannung (Uf) vorgeladenen Kondensators (C_F) nicht leitend ist.- A freewheeling diode (D _F ) is connected in parallel with the series resonant circuit, which is not conducting at the polarity of the capacitor (C _F ) precharged on the forcing voltage (Uf).