DE2417575A1

DE2417575A1 - Vorrichtung zum steuern von thyristoren oder anderen halbleiterelementen

Info

Publication number: DE2417575A1
Application number: DE2417575A
Authority: DE
Inventors: Boleslaw Kaczmarek; Jean Lovens; Jean Marie De Rubinat
Original assignee: ACEC; Ateliers de Constructions Electriques de Charleroi SA
Current assignee: ACEC; Umicore NV SA
Priority date: 1973-04-11
Filing date: 1974-04-10
Publication date: 1974-10-31
Also published as: FR2225878B1; IT1004210B; ES425102A1; BE798049A; CA1005124A; NL7404460A; FR2225878A1; GB1465609A

Description

ATELIERS DE CONSTRUCTIONS
ELECTRIQUES DE CHARLHROI
(ACEC)

Chaussee de Charleroi, 54
Saint Gilles

Brüssel Belgien

Unser Zeichen: A 1695

Vorrichtung zum Steuern von Thyristoren oder anderen Halbleiterelementen

Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung, welche insbesondere bei in Reihe oder parallel geschalteten Thyristoren/ beispielsweise in Gleichrichtern oder Stromzerhackern, anwendbar ist und bei welcher durch das Steuersignal keine Energie übertragen wird, sondern diese Energie allein den Anschlüssen des zu steuernden Elements selbst entnommen und in einer Kondensatoranordnung gespeichert wird, die diese Energiespeicherung ermöglicht, wenn das zu steuernde Element an einer positiven oder negativen Spannung liegt.

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Die Vorrichtung nach der Erfindung bietet u.a. den Vorteil, daß an dem Steueranschluß des zu steuernden Elements ständig eine negative Spannung anliegt, daß demselben ständig Zündimpulse mit einstellbarer Dauer zugeführt werden und daß bei schlechter Zündung oder bei erneutem Sperren des Elements automatisch neue Zündimpuise erzeugt werden. Im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen ermöglicht sie außerdem, daß ohne Transformator hohe Ströme direkt erzielt werden.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß dem zu steuernden Thyristor oder anderen Halbleiterelement eine Schaltung parallel geschaltet ist, die aus einem Widerstand in Reihe mit einem ersten Kondensator besteht, dem seinerseits eine Anordnung parallelgeschaltet ist, die aus einem zweiten Kondensator in Reihe mit einer Parallelschaltung aus zwei Dioden mit entgegengesetzer Durchlaßrichtung in Reihe mit einem dritten bzw. vierten Kondensator besteht, welch letzteren jeweils eine Spannungsbegrenzungseinrichtung parallelgeschaltet ist, daß der dritte und der vierte Kondensator einen Verbindungspunkt haben, der mit der Kathode des zu steuernden Halbleiterelements verbunden ist, dessen Steueranschluß einerseits über einen Widerstand mit dem seiner zugeordneten Diode benachbarten negativen Anschluß des vierten Kondensators und andererseits über einen elektronischen Schalter mit dem positiven Anschluß des dritten Kondensators verbunden ist, daß der elektronische Schalter durch den Ausgang einer monostabilen Kippschaltung mit drei UND-verknüpften logischen Eingängen gesteuert ist, von denen der eine ?*i einem Abbild der Anodenspannung des zu steuernden Halbleiterelement^ und der andere an einem optoelektronischen Steuersignalgenerator oder jedem anderen System liegt, welches eine galvanische Trennung bewirkt, und von denen der dritte an den positiven Anschluß des dritten Kondensators angeschlossen ist, so daß der Betrieb der Kippschaltung gesperrt werden kann, wenn die Spannung an den Anschlüssen des drit-

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ten Kondensators nicht ausreichend groß ist.

Die folgende Beschreibung und die beigefügte Zeichnung beziehen sich auf ein Ausführungsbeispiel einer Steuervorrichtung nach der Erfindung. Die Figur zeigt einen Thyristor Th, der Teil einer Reihenschaltung ist. Dem Thyristor Th ist eine Schaltung parallelgeschaltet, die aus einem Widerstand R in Reihe mit einem Kondensator C^ besteht, welch letzterer mit einer Anordnung parallelgeschaltet ist, die aus einem Kondensator C und einer mit demselben in Reihe liegenden Parallelschaltung mit zwei Zweigen besteht, welche zwei Dioden D₁ und D₂ mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung in Reihe mit einem Kondensator C. bzw. Cp aufweist, denen Z-Dioden Z₁ bzw. Z~ parallelgeschaltet sind· Der Verbindungspunkt der Kondensatoren C₁ und C~ ist an die Kathode des Thyristors Th angeschlossen, dessen Steueranschluß einerseits über einen Widerstand R~ mit dem negativen Anschluß des Kondensators C~ verbunden ist, der sich mit den angegebenen Polaritäten über die Diode D₂, den Kondensator C und den Widerstand R aufladt, und andererseits mit dem positiven Anschluß des Kondensators C₁ durch einen elektronischen Schalter verbunden ist, bei welchem es sich hier um eine Darlingtonschaltung mit drei Transistoren t.. , t₂ und t_ handelt. Dieser elektronische Schalter wird durch den Ausgang eines Schmitt-Triggers B'gesteuert, der drei logische Eingänge hat, von denen der eine mit der Anode des Thyristors Th über einen Widerstand R₁ verbunden ist, während ein anderer an einen Phototransistor Ph angeschlossen ist, der in jeder geeigneten Weise gespeist und dem Einfluß eines Bündels f von Lichtimpulsen ausgesetzt ist. Die Triggerschaltung B liefert nur dann ein Ausgangssignal, wenn die Anode des Thyristors Th positiv ist und gleichzeitig der Phototransistor Ph einen Lichtimpuls empfängt, unter der Bedingung, daß die Spannung an den Anschlüssen des Kondensators C₁ ausreichend groß ist. In diesem Augenblick ist der positive Anschluß des Kondensators C₁ mit dem Steueranschluß des

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Thyristors Th in Verbindung und liefert ihm einen Zündimpuls mit einstellbarer Dauer. Es ist ersichtlich, daß in dem Fall einer schlechten Zündung oder eines erneuten Sperrens des Thyristors Th automatisch neue Zündimpulse erzeugt werden.

Es ist außerdem ersichtlich, daß ein dem Kondensator Q. entnommenes negatives Signal bei nichtvorhandener Steuerung an den SteueranSchluß des Thyristors Th angelegt ist. Dieser Sperrstrom ist im wesentlichen konstant und die Auswirkung auf die Löschzeit der Ladungsträger wird am Anfang erreicht, sobald eine umgekehrte Spannung an dem Thyristor Th erscheint. Der Kondensator C„ kann sich danach unter Umständen entladen.

Es ist zu bemerken, daß die Ladung des Energiespeicherungskondensators C. wegen des Kondensators C praktisch mit 90 Phasenverschiebung mit Bezug auf die Spannung an den Anschlüssen des zu steuernden Thyristors erfolgt. Infolgedessen kann die Zündung der Thyristoren in einer Gleichrichterbrückenschaltung mit Zündwinkeln von ungefähr 0 bis 180 erfolgen. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß die Verlustleistung Null ist, da es sich lediglich um Blindleistung handelt.

Eine Schaltungsverbindung verbindet den positiven Anschluß des Kondensators C₁ mit dem dritten logischen Eingang der Triggerschaltung B, um deren Betrieb zu sperren, wenn die Spannung an den Anschlüssen dieses Kondensators nicht ausreichend groß ist.

Die oben beschriebene Schaltung ist nicht nur in der Lage, im Verlauf einer Periode mehrere aufeinanderfolgende Impulse zu erzeugen und danach den Speicherkondensator während des Wiedererscheinens der folgenden Halbschwingung aufzuladen, sondern sie ist auch in der Lage, einen oder mehrere

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Impulse pro Periode zu erzeugen und bei jeder folgenden Periode auch ohne Wiedererscheinen einer den Kondensator wieder aufladenden Spannung wieder zu beginnen. Es steht nämlich ausreichend Energie zur Verfügung, um zahlreiche Impulse, beispielsweise 50 Impulse, zu erzeugen. Folglich kann ein Thyristor während 50 aufeinanderfolgenden Impulsen gezündet werden, ohne daß es erforderlich ist, den Kondensator wieder aufzuladen. Danach erscheint die Spannung wieder an den Anschlüssen des Thyristors und der Kondensator wird sehr schnell wieder aufgeladen, was das erneute Zünden des Thyristors durch die Schaltkreis-Logik ermöglicht.

Dank dieser Eigenschaft kann die Anwendung bei Stromzerhackern, die Thyristoren mit einer Diode in Antiparallelschaltung aufweisen, oder bei der Regulierung eines Transformators unter Belastung ins Auge gefaßt werden, wobei die Thyristoren in Antiparallelschaltung, die die Umschaltung der verschiedenen Spannungsstufen vornehmen, im Nulldurchgang der Spannung gesteuert werden, was dem oben erwähnten Fall entspricht.

Bei diesen Anwendungsfällen besteht die Möglichkeit, sämtliche in Reihe geschalteten Thyristoren optisch zu steuern.

Im Rahmen der Erfindung bieten sich zahlreiche Vereinfachungsoder Abwandlungsmöglichkeiten der oben beschriebenen Vorrichtung. Insbesondere kann der Widerstand R₂ durch einen elektronischen Schalter ersetzt werden, der durch den Phototransistor oder ein anderes lichtempfindliches Element gesteuert wird.

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Claims

Patentansprüche :

1./ Vorrichtung zum Steuern von Thyristoren oder anderen Halbleiterelementen, wobei durch das Steuersignal keine Energie übertragen wird, sondern diese Energie allein den Anschlüssen des zu steuernden Elements selbst entnommen und in einer Kondensatoranordnung gespeichert wird, die diese Energiespeicherung ermöglicht, wenn das zu steuernde Element an einer positiven oder negativen Spannung liegt, dadurch gekennzeichnet, daß dem zu steuernden Thyristor oder anderen Halbleiterelement eine Schaltung parallelgeschaltet ist, die aus einem Widerstand in Reihe mit einem ersten Kondensator besteht, dem seinerseits eine Anordnung parallelgeschaltet ist, die aus einem zweiten Kondensator in Reihe mit einer Parallelschaltung aus zwei Dioden mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung in Reihe mit einem dritten bzw. vierten Kondensator besteht, welch letzteren jeweils eine Spannungsbegrenzungseinrichtung parallelgeschaltet ist, daß der dritte und der vierte Kondensator einen Verbindungspunkt haben, der mit der Kathode des zu steuernden Halbleiterelements verbunden ist, dessen Steueranschluß einerseits über ein Schaltungselement mit dem seiner zugeordneten Diode benachbarten negativen Anschluß des vierten Kondensators und andererseits über einen elektronischen Schalter mit dem positiven Anschluß des dritten Kondensators verbunden ist, daß der elektronische Schalter durch den Ausgang einer monostabilen Kippschaltung mit drei UND-verknüpften logischen Eingängen gesteuert ist, von denen der eine an einem Abbild der Anodenspannung des zu steuernden Halbleiterelements und der andere an einem optoelektronischen Steuersignalgenerator oder jedem anderen System liegt, welches eine galvanische Trennung bewirkt, und von denen der dritte an den positiven Anschluß des dritten Kondensators angeschlossen ist, so daß der Betrieb der Kippschaltung gesperrt werden kann, wenn die Spannung an den Anschlüssen des dritten Kondensators nicht ausreichend groß ist.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1', dadurch gekennzeichnet, daß die Spanhungsbegrenzungseinrichtungen Z-Dioden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltungselement, das den Steueranschluß des zu steuernden Halbleiters mit dem negativen Anschluß des vierten Kondensators verbindet, ein Widerstand ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltungselement, das den Steueranschluß des zu steuernden Halbleiters mit dem negativen Anschluß des vierten Kondensators verbindet, ein durch die optoelektronische Einrichtung gesteuerter elektronischer Schalter ist.

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