DE10104515A1 - Electronic high voltage (HV) switch arrangement e.g. for EMC test engineering, includes additional switches connected in parallel with special components - Google Patents

Abstract

Electronic HV switch arrangement in which the electronic switching elements are connected in series and the drive of the electronic switching element is electrically isolated. The electronic switching elements are designed as special components (A) which with exceeding of a defined break-down voltage they become low impedance conductive such that further switches (ES) are arranged and connected parallel to the special components (A) and/or in series with the applied operating voltage (U), and for variable adjustment of the operating voltage range of the HV switch (S), a control (ST) is arranged which prepares the control signal (SG) for the additional switch (ES).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Hochspannungsschal­ teranordnung, bei der elektronische Schaltelemente in Reihe geschaltet sind und die Ansteuerung der elektronischen Schalt­ elemente galvanisch isoliert erfolgt.The invention relates to an electronic high-voltage scarf teranordnung, in the electronic switching elements in series are switched and the control of the electronic switching elements galvanically isolated.

Solche Schalter werden unter anderem zur Erzeugung von Impul­ sen in der EMV-Prüftechnik verwendet, bei denen es auf die Erzeugung von schnellen Transienten aber auch energiereichen Impulsspannungen ankommt und bei denen eine Energiequelle über einen Schalter zur Impulserzeugung an ein Pulsformnetzwerk geschaltet wird. Dabei wird meist die Energiequelle entladen, so dass der Schalter anschließend stromlos ist und der Schal­ ter ohne spezielles Ausschaltsignal in den nichtleitenden Zustand übergehen kann. Solche Schalter können einen begrenz­ ten Bereich von Gleichspannungen mit gleichbleibenden Schal­ tereigenschaften schalten, wobei bei einem großen Betriebs­ spannungsbereich sich die wesentlichen Parameter des Schalt­ vorganges, z. B. die Abfallzeit, ändern können.Such switches are used, among other things, to generate pulses used in EMC testing technology, where it focuses on the Generation of fast transients but also high energy Impulse voltages arrive and where an energy source is about a switch for pulse generation to a pulse shape network is switched. The energy source is usually discharged, so that the switch is then de-energized and the scarf ter without a special switch-off signal in the non-conductive Condition can pass. Such switches can be limited range of DC voltages with constant scarf tere properties switch, with a large operation voltage range the main parameters of the switching operation, e.g. B. the fall time can change.

Es sind zahlreiche Varianten von Schaltern unter Verwendung von MOSFET in der Literatur beschrieben. So wird in der Euro­ päischen Patentanmeldung EA 00 48 758 ein Schalter beschrie­ ben, bei dem ein gemeinsamer Impulsübertrager in Reihe ge­ schaltete MOSFET ansteuert. Dieser hat jedoch den Nachteil, dass die Impedanz der Sekundärwicklungen mit der Anzahl der angeschlossenen Transistoren zunimmt. Somit ist die Schaltzeit des Schalters begrenzt, da diese wesentlich durch die Impedanz der Ansteuerspannungsquelle bestimmt wird.There are numerous variations of switches in use described by MOSFET in the literature. So it is in the euro European patent application EA 00 48 758 described a switch ben, in which a common pulse transformer in series switched MOSFET controls. However, this has the disadvantage that the impedance of the secondary windings with the number of  connected transistors increases. So the switching time of the switch is limited as this is essentially due to the impedance the drive voltage source is determined.

In DE 36 30 775 C2 wird ein MOSFET-Hochspannungsschalter be­ schrieben, bei dem jeden in Reihe geschalteten MOSEFT zur Ansteuerung seines Steueranschlusses jeweils ein eigener Ferritringkernübertrager zugeordnet wird, dessen Sekundärkreis zwischen dem Steueranschluss und dem Sourceanschluss des ent­ sprechenden MOSFET geschaltet ist. Dabei liegen die Primär­ kreise der Impulsübertrager in Serie und werden von einer einzigen durchgehenden Leitung gebildet. Mit dieser Schaltung sind in Abhängigkeit von der anliegenden Betriebsspannung schnelle Schaltzeiten im Nanosekundenbereich zu realisieren.In DE 36 30 775 C2 a MOSFET high voltage switch is be wrote in which each MOSEFT connected in series Control of its control connection, each with its own Ferrite toroidal transformer is assigned to its secondary circuit between the control connection and the source connection of the ent speaking MOSFET is switched. The primary are circles of the pulse transmitters in series and are operated by one single continuous line formed. With this circuit are dependent on the applied operating voltage to realize fast switching times in the nanosecond range.

Nachteilig wirkt sich die Abhängigkeit des Schaltvorganges von der Amplitude der zu schaltenden Spannung aus. Ebenfalls nach­ teilig ist die bei gewissen Anwendungen begrenzte Stromtrag­ fähigkeit der gesamten Schaltungsanordnung, da aufgrund der komplexen Ansteuerschaltung nur eine begrenzte Anzahl von MOSFETs parallel betrieben werden kann.The dependence of the switching process on has a disadvantageous effect the amplitude of the voltage to be switched. Also after Part of the limited amount of power that is used in certain applications ability of the entire circuit arrangement, because of the complex control circuit only a limited number of MOSFETs can be operated in parallel.

In dem Aufsatz "Driving Pocket Cells Using Avalanche Transi­ stor Pulsers", von E. S. Fulkerson, D. C. Norman und R. Booth, Livemore, Canada wird ein Schalter mit sehr kurzen Schalt­ zeiten beschrieben, bei dem in Reihe geschaltete Avalanche Transistoren als Schaltelemente genutzt werden. Dabei wird lediglich der unterste Transistor isoliert angesteuert. Die restlichen Transistoren werden aufgrund des Avalanche-Durch­ bruches leitfähig. Der Nachteil dieser Schaltungsanordnung liegt darin, dass die Betriebsspannung der Schaltung engen Toleranzen unterworfen ist und nur in einem geringen Bereich schwanken darf, da ansonsten der Avalanche-Durchbruch der einzelnen Transistoren nicht mehr gewährleistet ist. Die Strombelastbarkeit der Schaltung ist relativ gering.In the essay "Driving Pocket Cells Using Avalanche Transi stor Pulsers ", by E. S. Fulkerson, D. C. Norman and R. Booth, Livemore, Canada will be a switch with a very short switch times described in the series connected Avalanche Transistors are used as switching elements. Doing so only the bottom transistor is controlled in isolation. The remaining transistors are due to the avalanche through break conductive. The disadvantage of this circuit arrangement is that the operating voltage of the circuit is tight Tolerances are subject and only in a small range may fluctuate, otherwise the avalanche breakthrough of individual transistors is no longer guaranteed. The Current carrying capacity of the circuit is relatively low.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Hochspan­ nungsschalteranordnung zugleich sowohl ein schnelles Durchschalten des Hochspannungsschalters als auch eine hohe Strom­ tragfähigkeit über einen großen Betriebsspannungsbereich zu realisieren.The invention has for its object in a high chip voltage switch arrangement both a quick switching  of the high voltage switch as well as high current load capacity over a wide operating voltage range realize.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die elektronischen Schaltelemente als spezielle Bauelemente ausge­ bildet sind, die nach Überschreiten einer definierten Durch­ bruchspannung niederimpedant leitfähig werden, dass weitere Schalter angeordnet sind, die den speziellen Bauelementen parallel geschaltet und/oder in Reihe zur angelegten Be­ triebsspannung geschaltet sind und dass zur variablen Ein­ stellung des erforderlichen Betriebsspannungsbereiches des Hochspannungsschalters eine Steuerung angeordnet ist, die das Steuersignal für die weiteren Schalter bereitstellt.The object of the invention is achieved in that the electronic switching elements out as special components are formed after exceeding a defined through rupture voltage low impedance that further Switches are arranged, the special components connected in parallel and / or in series with the applied Be drive voltage are switched and that for variable on position of the required operating voltage range of the High-voltage switch a control is arranged, which Provides control signal for the other switches.

Mit dieser erfindungsgemäßen Hochspannungsschalteranordnung werden extrem kurze Einschaltzeiten realisiert. Durch die den speziellen Bauelementen parallel geschalteten Schalter kann die Betriebsspannung variiert werden, die Parameter der Hoch­ spannungsschalteranordnung ändern sich dabei nur geringfügig.With this high-voltage switch arrangement according to the invention extremely short switch-on times are realized. Through the special components switches connected in parallel the operating voltage can be varied, the parameters of the high The voltage switch arrangement changes only slightly.

Die Anzahl der einzusetzenden speziellen Bauteile ist dabei wesentlich von der maximal zulässigen Betriebsspannung der Hochspannungsschalteranordnung abhängig. Die Serienschaltung der speziellen Bauelemente ist so ausgelegt, dass sie bei maximaler Betriebsspannung ohne weitere Zusatzmaßnahmen durch­ schaltet. Hierfür müssen so viele parallel geschaltete Schal­ ter geschlossen werden, dass die Betriebsspannung dividiert durch die Anzahl nicht überbrückter spezieller Bauelemente größer der Durchbruchspannung für den Durchbruch in den nie­ derimpedanten Schaltzustand der einzelnen speziellen Bauele­ mente ist.The number of special components to be used is included significantly from the maximum permissible operating voltage of the High voltage switch arrangement dependent. The series connection The special components are designed so that they maximum operating voltage without additional measures on. This requires so many scarves connected in parallel ter that the operating voltage is divided by the number of non-bridged special components greater the breakdown voltage for the breakdown in the never derimpedanten switching state of the individual special components is.

Bei einer vorzugsweisen Ausführungsform der Hochspannungs­ schalteranordnung werden als spezielle Bauelemente Arrestoren eingesetzt.In a preferred embodiment of the high voltage switch arrangement are arrestors as special components used.

Arrestoren sind Bauelemente, die als spezielle Überspannungsbegrenzer ausgebildet sind, die nach dem Überschreiten einer festgelegten Durchbruchspannung innerhalb kürzester Zeit leit­ fähig werden, wobei die Spannung über dem Arrestor auf eine geringe Restspannung sinkt. Arrestoren weisen eine hohe Stromtragfähigkeit auf, das heißt es kann ein hoher Impuls­ strom fließen. Durch den Wirkmechanismus der Arrestoren ist keine zeitsynchrone Triggerschaltung für den Hochspannungs­ schalter notwendig. Er erfolgt ein sehr schnelles Durchschal­ ten der eingesetzten Arrestoren.Arrestors are components that act as special surge limiters  are trained who after exceeding a set breakdown voltage within a very short time become capable, taking the tension across the arrestor to a low residual voltage drops. Arrestors have a high Current carrying capacity on, that means it can be a high impulse flow of electricity. Due to the mechanism of action of the arrestors no time-synchronous trigger circuit for the high voltage switch necessary. He does a very quick shuttering ten of the arresters used.

Wird die erfindungsgemäße elektronische Hochspannungsschalter­ anordnung in Bereichen geringer Strombelastbarkeit des Schal­ ters eingesetzt, so können als spezielle Bauelemente auch Avalance Transistoren eingesetzt werden.Will the electronic high voltage switch according to the invention arrangement in areas with low current carrying capacity of the scarf ters can be used as special components Avalance transistors are used.

Nach anderen vorzugsweisen Ausführungen der Hochspannungs­ schalteranordnung ist vorgesehen, dass die parallel geschalte­ ten Schalter als elektronische Schalter, vorzugsweise in Form von MOSFETs zum Einsatz kommen.According to other preferred versions of the high voltage Switch arrangement is provided that the parallel ten switches as electronic switches, preferably in the form of MOSFETs are used.

Für spezielle Anwendungen kann es vorteilhaft sein, wenn als Schalter elektromechanische Schalter, beispielsweise in Form von Relais, zum Einsatz kommen.For special applications it can be advantageous if as Switches electromechanical switches, for example in the form of relays.

Erfindungsgemäß sind in Anpassung an den konkreten Einsatz des Hochspannungsschalters erweiterte Schalteranordnungen vor­ gesehen.According to the invention are in adaptation to the specific use of High voltage switch advanced switch arrangements seen.

So können beispielsweise zur Erhöhung des Schaltstromes zu­ sätzlich weitere spezielle Bauelemente und Schalter parallel geschaltet werden.For example, to increase the switching current additional special components and switches in parallel be switched.

Damit wird erreicht, dass keine zusätzlichen Triggerschaltun­ gen eingesetzt werden müssen, was mittels der bekannten Tech­ nik zumindest nicht ohne größeren Aufwand realisierbar ist.This ensures that no additional trigger circuits gene must be used, which by means of the known Tech nik is at least not feasible without much effort.

Ist eine definierte Impedanz des Schalters bei jeder Betriebs­ spannung gefordert, so kann die Anpassung der Impedanz des Hochspannungsschalters bei unterschiedlichen Betriebsspannun­ gen durch Anordnung weiterer elektronischer Schalter und Kon­ densatoren erfolgen.Is a defined impedance of the switch for every operation voltage is required, the impedance of the  High voltage switch at different operating voltages conditions by arranging additional electronic switches and con capacitors.

Damit werden die Reflexionen der Spannungs- und Stromwellen am Ausgang des Hochspannungsschalters minimiert. Der Hochspan­ nungsschalter kann so beispielsweise an die Impedanz eines anliegenden Pulsformernetzwerkes angepaßt werden.So that the reflections of the voltage and current waves on Output of the high voltage switch minimized. The high chip voltage switch can, for example, to the impedance of a adjacent pulse shaper network can be adapted.

Zum Auslösen des Schaltvorganges ist erfindungsgemäß ein elektronischer Schalter vorgesehen, der in Reihe zur Gesamt­ anordnung geschaltet ist und in Bezug auf die anderen Schalter eine wesentlich höhere Spannungsfestigkeit aufweist.According to the invention, a to trigger the switching operation Electronic switch provided in series to the total arrangement is switched and in relation to the other switches has a much higher dielectric strength.

Da der Schaltvorgang nur durch diesen einen Schalter ausgelöst wird, kann die Ansteuerelektronik einfach und kostengünstig ausgebildet werden. Der Einsatz eines hoch spannungsfesten Schalters bewirkt, dass die Anzahl der den Arrestoren oder Avalance Transistoren parallel geschalteten Schalter variiert werden kann. So ist es beispielsweise möglich, mit einem Schalter zwei oder mehrere Arrestoren oder Avalance Transisto­ ren zu überbrücken.Because the switching process is triggered only by this one switch the control electronics can be simple and inexpensive be formed. The use of a high voltage resistant Switch causes the number of arresters or Avalance transistors switches connected in parallel varies can be. For example, it is possible with one Counter two or more arrestors or Avalance Transisto bridges.

Zur Einhaltung der Sicherheitsstandards im Hochspannungsbe­ reich ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Schaltvorgang durch eine potentialgetrennte Auslöseschaltung des in Reihe geschalteten, eine hohe Spannungsfestigkeit aufweisenden, elektronischen Schalters erfolgt.To comply with the safety standards in the high voltage area rich is provided according to the invention that the switching process through a potential-separated trigger circuit of the in series switched, having a high dielectric strength, electronic switch.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt dabei inThe invention is illustrated by means of exemplary embodiments explained. The associated drawing shows in

Fig. 1 die erfindungsgemäße elektronische Hochspannungsschal­ teranordnung in prinzipieller Ausführung, Fig. 1, the high voltage electronic sound according to the invention in a basic embodiment teranordnung,

Fig. 2 den Einsatz des erfindungsgemäßen Hochspannungsschal­ ters in einer Pulsformerschaltung, Fig. 2 shows the use of the high voltage scarf invention ters in a pulse shaping circuit,

Fig. 3 eine erweiterte Hochspannungsschalteranordnung nach Fig. 1 mit erhöhter Stromtragfähigkeit und unter Ver­ wendung vom MOSFETs als elektronische Schalter und Fig. 3 shows an extended high-voltage switch arrangement according to Fig. 1 with increased current carrying capacity and using the MOSFETs as electronic switches and

Fig. 4 eine weitere Hochspannungsschalteranordnung nach Fig. 1 mit zusätzlichen elektronischen Schaltern zur Impe­ danzanpassung in prinzipieller Darstellung. Fig. 4 shows a further high-voltage switch arrangement according to FIG. 1 with additional electronic switches for impedance adaptation in principle in a representation.

Bei der Hochspannungsschalteranordnung nach Fig. 1 sind eine vorgegebene Anzahl Arrestoren A in Reihe geschaltet. Parallel zu diesen Arrestoren A ist jeweils ein elektronischer Schalter ES angeordnet, dessen Steueranschlüsse SA mit einer Steuerung ST verbunden sind. Das von der Steuerung ST an den Steuer­ anschlüssen SA der elektronischen Schalter ES bereitgestellte Signal SG ist geeignet, diese elektronischen Schalter ES in einen statischen, leitfähigen Zustand zu versetzen. Dazu soll­ te dieses Signal SG ein aktives, auf das Referenzpotential des elektronischen Schalters ES bezogenes Signal sein, welches zum Beispiel über eine Zweidrahtleitung übertragen wird. Für jeden elektronischen Schalter ES ist ein separates Steuersignal SG vorhanden. Die Änderung des Schaltzustandes erfolgt in der Regel bei abgeschalteter Betriebsspannung U.In the high voltage switch arrangement of FIG. 1, a predetermined number A arrestors are connected in series. An electronic switch ES, whose control connections SA are connected to a control ST, is arranged in parallel with each of these arrestors A. The signal SG provided by the control ST at the control connections SA of the electronic switches ES is suitable for putting these electronic switches ES in a static, conductive state. For this purpose, this signal SG should be an active signal related to the reference potential of the electronic switch ES, which is transmitted, for example, via a two-wire line. There is a separate control signal SG for each electronic switch ES. The switching state is usually changed when the operating voltage U is switched off.

Entsprechend der gewählten Betriebsspannung U werden die Steu­ ersignale SG so eingestellt, dass eine gewisse Anzahl Arresto­ ren A an ihren Anschlüssen + und - mit den zugeordneten An­ schlüssen + und - der elektronischen Schalter ES kurzgeschlos­ sen wird. Die Auswahl der kurzgeschlossenen Arrestoren A ist prinzipiell beliebig, wobei zur besseren Kontrolle der Impe­ danzverhältnisse das Kurzschließen, beginnend mit den bei ausgeschalteten elektronischen Schaltern ES mit dem höchsten positiven Potential beaufschlagten Arrestoren A, angezeigt ist. Die notwendigen Informationen erhält die Steuerung ST über eine potentialgetrennte Ansteuerung AS, wobei gleich­ zeitig eine potentialgetrennte Versorgungsspannung UV bereit­ gestellt wird, welche zur Versorgung der Steuerung ST und zur Bereitstellung der notwendigen Energie für die Steuersignale SG erforderlich ist. According to the selected operating voltage U, the tax er signals SG set so that a certain number of arresto ren A at their connections + and - with the assigned An short + and - the electronic switch ES short-circuited will. The selection of shorted arrestors A is in principle any, but for better control of the impe short circuit, starting with the switched off electronic switches ES with the highest positive potential charged arrestors A, displayed is. The ST controller receives the necessary information via a floating control AS, whereby the same a potential-separated supply voltage UV ready is provided, which is used to supply the ST control and Provision of the necessary energy for the control signals SG is required.  

In Reihe zu der oben beschriebenen Hochspannungsschalteranord­ nung aus Arrestoren A und elektronischen Schaltern ES ist ein weiterer elektronischer Schalter TR geschaltet, der zum Ein­ schalten des Hochspannungsschalters HS, dem so genannten trig­ gern, genutzt wird. Dieser Schalter TR besitzt eine wesentlich höhere Spannungsfestigkeit als die anderen elektronischen Schalter Es. Dem zum Triggern eingesetzten Schalter TR ist eine Auslöseschaltung AL zugeordnet, die geeignet ist, ein schnelles niederimpedantes und potentialgetrenntes Einschalten des Schalters TR zu ermöglichen. Im ausgeschalteten Zustand des Hochspannungsschalters HS ist dieser elektronische Schal­ ter TR geöffnet. Der Hochspannungsschalter HS muss so ausge­ legt sein, dass aufgrund der Impedanzen der Bauelemente ein gleichförmiger Spannungsabfall über den in Reihe geschalteten Arrestoren A vorhanden ist, um zu verhindern, dass ein Arre­ stor A aus der Reihenschaltung aufgrund des Überschreitens der Durchbruchspannung vorzeitig in den leitfähigen Zustand schal­ tet. Auch ein Ausschalten über den Schalter TR ist denkbar.In series with the high voltage switch arrangement described above of arrestors A and electronic switches ES is a another electronic switch TR switched to on switch the high voltage switch HS, the so-called trig gladly, is used. This switch TR has an essential higher dielectric strength than the other electronic ones Switch it. The switch TR used for triggering is assigned a trigger circuit AL, which is suitable for a Fast, low-impedance and electrically isolated switching on to enable the switch TR. When switched off of the high-voltage switch HS is this electronic scarf ter TR opened. The high-voltage switch HS has to be turned off insert that due to the impedances of the components uniform voltage drop across the series Arrestors A is in place to prevent an arrest stor A from the series connection due to exceeding the Breakdown voltage prematurely into the conductive state tet. Switching off via the switch TR is also conceivable.

Die Anzahl der zu überbrückenden Arrestoren A wird so be­ stimmt, dass die Betriebsspannung U dividiert durch die Anzahl der nicht durch elektronische Schalter ES zu überbrückende Arrestoren A wesentlich größer als die Durchbruchspannung der einzelnen Arrestoren A ist, das heißt, dass die Arrestoren A beim Anliegen dieser Durchbruchspannung schnell durchschalten. Die Anzahl der zu überbrückenden Arrestoren A ist gleichzeitig so zu wählen, dass bei geöffnetem, zur Triggerung des Schalt­ vorganges vorgesehenen, elektronischen Schalters TR, die re­ sultierende Spannung über den Arrestoren A geringer als die Durchbruchspannung der Arrestoren A ist. Durch die Arrestoren A fließt so nur ein geringer Leckstrom, der Hochspannungs­ schalter HS ist nicht leitfähig, er ist geöffnet. Wird der elektronische Schalter TR durch ein Signal EIN geschlossen, führt es dazu, dass die Spannung zwischen den Anschlüssen + und - der nicht überbrückten Arrestoren A größer als die Durchbruchspannung ist und diese schnell durchschalten. Die im leitfähigen Zustand über den Arrestoren A abfallende Spannung ist in diesem Fall vernachlässigbar. The number of arrestors A to be bridged is thus true that the operating voltage U divided by the number the one that cannot be bridged by electronic switches ES Arrestors A much larger than the breakdown voltage of the individual arresters A, that is, the arresters A switch through quickly when this breakdown voltage is applied. The number of arresters A to be bridged is simultaneous to be selected so that when the triggering of the switching is open operation provided, electronic switch TR, the right resulting voltage across arresters A less than that Breakdown voltage of arrestors A is. Through the arrestors A flows only a small leakage current, the high voltage switch HS is not conductive, it is open. Will the electronic switch TR closed by a signal ON, it causes the voltage between the terminals + and - the non-bridged arrestors A larger than that Breakdown voltage and switch through quickly. The in conductive state across arrestors A falling voltage is negligible in this case.  

Bei der beschriebenen Hochspannungsschalteranordnung ist vor­ teilhaft, dass keine zeitsynchrone Ansteuerung der in Reihe geschalteten Arrestoren A notwendig ist, da nach Einschalten des elektronischen Schalters TR die Arrestoren A aufgrund ihrer internen Eigenschaften den Einschaltvorgang einleiten. Es ist des weiteren von Vorteil, dass sich aufgrund des Wirk­ mechanismus der Arrestoren A kürzere Schaltzeiten bei größeren Lastströmen erzielen lassen.In the high-voltage switch arrangement described is before partial that no time-synchronous control of the in series switched arrestors A is necessary since after switching on of the electronic switch TR due to the arrestors A. initiate the switch-on process with its internal properties. It is also advantageous that due to the effect Mechanism of the arrestors A shorter switching times with larger ones Allow load currents to be achieved.

Bei typischen Einsatzfällen des Hochspannungsschalters in Pulsformerschaltungen wird, wie in Fig. 2 dargestellt, über einen Ladewiderstand R1 ein Energiespeicher C auf Betriebs­ spannung U aufgeladen. Nach Schließen des Hochspannungsschal­ ters HS wird der Energiespeicher C über einen Widerstand R2 entladen und der resultierende Impuls wird nach einem Anpaß­ widerstand R3 am Ausgang OUT abgegriffen. Nach der Erzeugung eines Impulses ist der Energiespeicher C entladen und der Strom durch die Arrestoren A fällt bis unterhalb des Halte­ stromes ab. Die Arrestoren A sperren wieder und kehren in einen hochohmigen Zustand zurück, wodurch der Hochspannungs­ schalter HS ausgeschaltet wird, ohne dass ein spezielles Aus­ schaltsignal benötigt wird.In typical applications of the high-voltage switch in pulse shaper circuits, as shown in FIG. 2, an energy store C is charged to operating voltage U via a charging resistor R1. After closing the high-voltage switch HS, the energy store C is discharged through a resistor R2 and the resulting pulse is tapped after a matching resistor R3 at the output OUT. After the generation of a pulse, the energy store C is discharged and the current through the arrestors A drops to below the holding current. The arrestors A lock again and return to a high-resistance state, as a result of which the high-voltage switch HS is switched off without a special switch-off signal being required.

Bei der Hochspannungschalteranordnung nach Fig. 3 wird die Stromtragfähigkeit des elektronischen Hochspannungsschalters HS durch die Parallelschaltung von mehreren Arrestoren A er­ höht. Gleichzeitig ist die Verwendung von MOSFETs T als elek­ tronische Schalter ES dargestellt, wobei zur Erhöhung der Stromtragfähigkeit entsprechend den jeweiligen Anforderungen eine vorgegebene Anzahl von MOSFETs T parallel geschaltet ist. Die Diode D begrenzt die Spannung über den MOSFETs T und ver­ bessert die Spannungsverteilung über der Hochspannungsschal­ teranordnung.In the high-voltage switch arrangement according to FIG. 3, the current carrying capacity of the electronic high-voltage switch HS is increased by the parallel connection of several arresters A. At the same time, the use of MOSFETs T as an electronic switch ES is shown, a predetermined number of MOSFETs T being connected in parallel to increase the current carrying capacity in accordance with the respective requirements. The diode D limits the voltage across the MOSFETs T and improves the voltage distribution across the high-voltage switch arrangement.

Bei Anwendungen, bei denen es auf eine definierte Impedanz des Hochspannungsschalters ankommt, kann, wie in Fig. 4 darge­ stellt, die Impedanz mit zusätzlichen elektronischen Schaltern IA und Kondensatoren C angepasst werden, die eine Kapazität zwischen Masse und + Anschluss des Arrestors A schalten.In applications where a defined impedance of the high-voltage switch is important, as shown in FIG. 4, the impedance can be adapted with additional electronic switches IA and capacitors C, which switch a capacitance between ground and + connection of arrester A.

Als weitere Variante ist es möglich, bei der Verwendung von besonders spannungsfesten elektronischen Schaltern Es, TR, mit den elektronischen Schaltern ES mehr als einen Arrestor A zu überbrücken, um so die Anzahl der notwendigen elektronischen Schalter ES zu reduzieren. Dabei ist wichtig, dass beim Ein­ schalten des elektronischen Schalters TR eine ausreichende Spannung über den nicht überbrückten Arrestoren A abfällt.As a further variant, it is possible to use particularly voltage-resistant electronic switches Es, TR, with the electronic switches ES more than one arrestor A. bridge so the number of necessary electronic To reduce switch ES. It is important that when entering switch the electronic switch TR a sufficient Voltage drops across the non-bridged arrestors A.

Es ist des weiteren denkbar, in speziellen Anwendungen, bei denen die Streukapazitäten vernachlässigt werden können, die elektronischen Schalter ES durch elektromechanische Schalter zu ersetzen oder auch Übertrager zum Schalten und Triggern der einzelnen Bauelemente zu verwenden und bei geringeren Impuls­ strömen die Arrestoren A durch andere Elemente zu ersetzen, die nach dem Durchbruch einen negativen U/I Koeffizienten besitzen. Dazu zählen unter anderem Kippdioden, Fast Ionisa­ tion Dynistoren, Reversely Switching Dynistoren und Funken­ strecken. It is also conceivable in special applications where the stray capacities can be neglected electronic switch ES through electromechanical switches to replace or also transmitters for switching and triggering the to use individual components and with less impulse flock to replace the arrestors A with other elements which after the breakthrough has a negative U / I coefficient have. These include, among others, breakover diodes, Fast Ionisa tion dynistors, reversely switching dynistors and sparks stretch.  

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

HS Hochspannungsschalter
A Arrestor
ES elektronischer Schalter
SA Steueranschluss
ST Steuerung
SG Steuersignal
U Betriebsspannung
AS Ansteuerung
UV Versorgungsspannung
TR hochspannungsfester elektronischer Schalter
AL Auslöseschaltung
EIN Einschaltsignal
C Energiespeicher, Kondensator
R1 Ladewiderstand
R2 Widerstand
R3 Anpasswiderstand
OUT Ausgang
T MOSFET
IA Schalter zur Impedanzanpassung
D Diode
HS high voltage switch
A arrestor
ES electronic switch
SA control connection
ST control
SG control signal
U operating voltage
AS control
UV supply voltage
TR high-voltage resistant electronic switch
AL trigger circuit
ON signal
C energy storage, capacitor
R1 charging resistor
R2 resistance
R3 matching resistance
OUT output
T MOSFET
IA switch for impedance matching
D diode

Claims (9)

1. Elektronische Hochspannungsschalteranordnung, bei der elektronische Schaltelemente in Reihe geschaltet sind und die Ansteuerung der elektronischen Schaltelemente galva­ nisch isoliert erfolgt, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die elektronischen Schaltelemente als spezielle Bauelemente (A) ausgebildet sind, die nach Überschreiten einer definierten Durchbruchspannung nieder­ impedant leitfähig werden, dass weitere Schalter (ES) angeordnet sind, die den spe­ ziellen Bauelementen (A) parallel geschaltet und/oder in Reihe zur angelegten Betriebsspannung (U) geschaltet sind und dass zur variablen Einstellung des erforderlichen Be­ triebsspannungsbereiches des Hochspannungsschalters (HS) eine Steuerung (ST) angeordnet ist, die das Steuersignal (SG) für die weiteren Schalter (ES) bereitstellt.1. Electronic high-voltage switch arrangement in which electronic switching elements are connected in series and the control of the electronic switching elements is galvanically isolated, characterized in that the electronic switching elements are designed as special components (A) which are conductively low impedance after exceeding a defined breakdown voltage be that further switches (ES) are arranged, the special components (A) connected in parallel and / or in series with the applied operating voltage (U) and that for the variable setting of the required operating voltage range of the high-voltage switch (HS) a control (ST) is arranged, which provides the control signal (SG) for the further switches (ES). 2. Hochspannungsschalteranordnung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, dass als spezielle Bauelemente Arrestoren (A) eingesetzt werden.2. High voltage switch assembly according to claim 1, there characterized by that as a special Components arrestors (A) are used. 3. Hochspannungsschalteranordnung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, dass als spezielle Bauelemente Avalance Transistoren eingesetzt werden. 3. High voltage switch assembly according to claim 1, there characterized by that as a special Components Avalance transistors are used.   4. Hochspannungsschalteranordnung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass als weitere Schalter elektronische Schalter (ES, TR, T), vorzugsweise MOSFETs eingesetzt werden.4. High voltage switch assembly according to claim 1 and one of claims 2 or 3, characterized records that as another switch electronic Switches (ES, TR, T), preferably MOSFETs used become. 5. Hochspannungsschalteranordnung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass als weitere Schalter (ES, TR, T) Relais zum Einsatz kommen.5. High voltage switch assembly according to claim 1 and one of claims 2 or 3, characterized records that as additional switches (ES, TR, T) Relays are used. 6. Hochspannungsschalteranordnung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, dass zur Erhöhung des maximalen Schalt­ stromes zusätzlich weitere spezielle Bauelemente (A) und Schalter (ES) parallel geschaltet sind.6. High-voltage switch arrangement according to claim 1 and one of claims 2 to 5, characterized records that to increase the maximum switching current additional special components (A) and Switches (ES) are connected in parallel. 7. Hochspannungsschalteranordnung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, dass zum Auslösen des Schaltvorganges ein elektronischer Schalter (TR) in Reihe zur Gesamtanordnung geschaltet ist, der eine in Bezug auf die Schalter (ES) höhere Spannungsfestigkeit aufweist.7. High voltage switch assembly according to claim 1 and one of claims 2 to 6, characterized records that to trigger the switching process Electronic switch (TR) in series to the overall arrangement is switched, the one in relation to the switches (ES) has higher dielectric strength. 8. Hochspannungsschalteranordnung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Impedanz des Hochspannungsschal­ ters (HS) bei unterschiedlichen Betriebsspannungen (U) durch weitere elektronische Schalter (IA) und Kondensato­ ren (C) angepasst wird.8. High voltage switch assembly according to claim 1 and one of claims 2 to 7, characterized records that the impedance of the high voltage scarf ters (HS) at different operating voltages (U) through further electronic switches (IA) and condensate ren (C) is adjusted. 9. Hochspannungsschalter nach Anspruch 1 und einem der An­ sprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, dass der Schaltvorgang durch eine potentialgetrenn­ te Auslöseschaltung (AL) des in Reihe geschalteten hoch­ spannungsfesten elektronischen Schalters (TR) erfolgt.9. High-voltage switch according to claim 1 and one of the sayings 2 to 8, characterized net that the switching process is electrically isolated te trigger circuit (AL) of the series connected high voltage-proof electronic switch (TR).