DE2750992A1 - Thyristor sicherheitsanordnung - Google Patents

Description

• Thyristor Sicherheitsanordnung
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Thyristor Sicherheitsanordnung für sensorisch elektronische- , insbesondere Zweileiter-Schalter, zum Schalten von Verbrauchern und ggf.
• zur Erzeugung einer für die sensorische Elektronik erforderlichen Betriebsspannung, und die eine Stromüberbelastung unabhängig vom Phasenwinkel des Stroms selbsttätig ab -schaltet und diesen Abschaltzustand bis zu dessen Löschung aufrechterhält.
• Die Problematik des Anwendungsproblems ist in der Haupt -anmeldung P 26 20 625.7 erörtert worden.
• Bei der dortigen Darstellung wird, von der üblichen Thy -ristorbetrachtung ausgehend, angenommen, daß der einmal gezündete Thyristor ohne größeren Schalungsauf wand nicht ¢;sperrbar ist. Folglich werden alle von hohem Schalt- oder urzschlußstrom durchflossenen Baueinheiten für die Dauer einer Halbwelle so dimensioniert, daß sie diesen kurzzeitigen Stromstoß aushalten können. Weil im dortigen Fall insbesondere die Kathodenspannungsquelle gefährdet war, mußte diese durch ein Ubernahme-Element geschützt werden. Diese Lösung ist zwar sehr wirkungsvoll, jedoch bleibt sie deswegen unbefriedigend, weil während einer Halbwelle der volle Kurzschlußstrom fließen kann.
• Nun sind bereits Lösungen bekannt, um Thyristoren bei Jedem Phasenwinkel des fließenden Stromes abzuschalten, was prin -zipiell dadurch geschieht, daß der Thyristorstrom kurzzeitig abgeschaltet und ggf.seine Richtung umgekehrt wird.
• In der Anmeldung US 3921038 wird dieses Problem dadurch ge -löst daß der Hau ßthyristor durch eine Thyristor-Kondensator-,orflnung überbrückt wird. Diese Schaltung ist wegen der erforderlichen kapazitiven und induktiven Bauelemente zu aufwendig und ist aus räumlichen Gründen bei sensorischen Schaltgeräten nicht anwendbar.
• Andere Lösungen sind bekannt, bei denen der Kathodenstrom eines Thyristors über einen Transistor, der mit der Kathode in Serie geschaltet ist, abgeschaltet wird. Für solche An -ordnungen sind Jedoch entweder Hochspannungstransistoren erforderlich oder sie eignen sich nicht zur Erzeugung einer Stromversorgung für sensorische Geräte; insbesondere stellen diese Anordnungen nicht den erforderlichen Basisstrom für den Transistor zur Verfügung, insbesondere dann nicht, wenn die Funktion der Anordnung in einem weiten Spannungsbereich und mit einer minimalen Wärmeentwicklung betrieben werden muß.
• Aufgabe der Erfindung war es daher, in Weiterbildung der Hauptanmeldung, eine Schaltung anzugeben, die sofort bei Erreichen eines vorgegebenen Spitzenstroms abschaltet , dessen Überschreitung unterbindet und die interne Strom -versorgung für eine sensorische oder ähnliche Elektronik gewährleistet.
• Die gestellte Aufgabe wird erfindurlgsgémaß dadurch gelöst, daß in Serie mit dem Schaltthyristor ein weiterer Schalter angeordnet wird, der seinerseits in Serie mit einer Spannungsquelle liegt. Bei dieser Anordnung ist im Sperrfall die Gatespannung des Thyristors konstant und gleich oder kleiner als dieJenige der Kathodenspannungsquelle.
• Wird der in Serie mit dem Thyristor liegende Schalter, im Folgenden als Kathodenschalter bezeichnet, durchgeschaltet, so verbleibt die Anordnung im Sperrzustand. Nach der Er -findung ist daher parallel zur Kathodenspannungsquelle, ggf.
• auch parallel zur Serienschaltung von Kathoden schalter und Kathodenspannungsquelle, ein Widerstand geschaltet, durch den der Zündstrom fließt.
• Die im Schaltfall an der Kathode liegende Spannung lädt den Gate-Kondensator auf. Nach dieser Erfindung ist dies der Anschlußpunkt für die interne sensorische Stromversorgung.
• Im Sperrfall ist dieser Punkt über einen Widerstand , im Folgenden Anodenwiderstand genannt, mit der Anode des Thyristors verbunden. Dieser Anodenwiderstand hat nach der Erfindung die Eigenschaft, sich in Abhängigkeit von der angelegten Thyristor-Betriebsspannung so zu verhalten, daß die Gate-Spannung konstant ist. Dies kann dadurch geschehen, daß eine untere Grenzspannung eingeführt wird, unterhalb derer ein Zünden des Thyristors durch einen Spannungs-Grenzschalter unterbunden ist und während dieses Zustandes der Anodenwiderstand so niederohmig ist, daß sich ein konstantes Gate -potential einstellt. Oberhalb dieser unteren Grenzspannung wird der Anodenwiderstand hochohmig oder ganz abgeschaltet.
• Nach der Erfindung wird der erforderliche Betriebsstrom für den Kathodenschalter, z.B. der Basisstrom eines Schalttran -sistors, aus dem Kathodenstrom selbst entnommen, so daß keine zusätzliche Energie benötigt wird.
• Im Uberlastfall wird die an einem Strom-Meßelement in der Kathodenleitung abgeleitete Spannung zur Ansteurung eines Sicherheitsschalters benutzt, der die Gate-Versorgungs -spannung, ggf. auch die Kathodenschalter Steuerspannung ab und/oder kurzschaltet, so daß der Thyristor nicht zünden kann.
• Während die bisherige erfindungsgemäße Lösung das Strom -versorgungs-, Abschaltungs- und Uberlastproblem angibt, so besteht eine wesentlicho Lösung der gestellten Aufgabe darin, daß von vorn herein höhere als die zugelassenen Spitzenströme nicht möglich sind.
• Nach dieser Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß ein weiterer Spannungs-Grenzschalter eingeführt wird, der ein Einschalten des Thyristors verbietet, wenn eine fest vor -gegebene Grenz-Betriebsspannung des Thyristors überschritten ist.
• Während bei den durchaus bekannten Thyristor-Nullpunktsteu -rungen angestrebt wird, möglichst genau im Phasen-Nulldurchgang zu zünden, wird nach dieser Erfindung zur Erhaltung und Erzeugung der internen Betriebsspannung ein durch eine oder Zwei vorgegebene Grenzspannungen möglicher Zündbereich des Thyristors festgelegt. Durch diese Maßnahmen wird der un -günstigste Schalt strom definierbar und die Schaltung kann optimal ausgelegt werden.
• Durch die Festlegung einer unteren Grenzspannung mit ge -steuertem Anodenwiderstand ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung möglich, auf die Konstant-Spannungsquelle im Kathodenzweig zu verzichten.
• Anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels, wie es paraktisch anwendbar ist, wird die Erfindung näher erläutert.
• Der Schaltstrom durchfließt die Spannungsquelle 1 , die Last den Thyristor 3, die Spannungsquelle 4, hier eine Zener -diode, den Kathoden Schalttransistor 5 und den I«eßwiderstand 6. Parallel zur Spannungsquelle 4 ist der Widerstand 7 in Serie mit dem Ansteuertransistor 8 geschaltet. Das Thyristor-Gate liegt über einen Schutzwiderstand 9 an einem konstanten Potential, welches die Zenerdiode 10 und der Ladekondensator 11 erzeugt. Dieses Potential ist gleichzeitig die Strom -versorgung für die sensorische Elektronik 12 . Sperrt der Thyristor 3, so erfolgt die Stromversorgung über den Tran -sistor 13 und den Widerstand 14 aus dem hnodenkreis des Thyristors 3 heraus. Befindet sich die Betriebsspannung 1 unterhalb einer fest vorgegebenen Grenzspannung, sc sperrt der Transistor 17 und der Transistor 13 schaltet durch. Gleichzeitig schaltet der Transistor 15 durch und sperrt die An -steuerleitung 16. tberschreitet die Anodenspannung die untere Grenzspannung, so wird die Zenerdiode 17 leitend, der Tran -sistori5 schaltet durch, der Transistor 13 sperrt, der Transistorl9 sperrt und der Thyristor 3 wird über die Ansteuer -leitung 16 ansteuerbar. Überschreitet die Anodenspannung die obere Grenzspannung, so wird die Zenerdiode 18 leitend , der Transistor 20 schaltet durch und sperrt die Ansteuerleitung 16, Jedoch nur dann, wenn zu diesem Zeitpunkt kein Signal auf dieser Leitung lag; war dies der Fall, so macht die Logik 22 den Transistor 20 wirkungslos. Überschreitet der Hauptstrom einen fest vorgegebenen Grenzwert, so schaltet die am Meß -widerstand 6 entstehende Spannung den Thyristor 21 durch Dieser Vorgang sperrt den Thyristor 3.

Claims (19)

1. Patentansprüche 1. Thyristor Sicherheitsanordnung für sensorisch elektronische, insbesondere Zweileiter-Schalter, zum Schalten von Ver -brauchern, die ggf. die für die sensorische Elektronik er -forderliche BetriebsspannunQ erzeugt und selbsttätig eine Stom-uberbelasturig unabhanUig vom Phasenwinkel des die An -ordnung durchfließenden Stroms abschaltet und diesen Ab -schaltzustand bis zu dessen Löschung aufrecht erhält, eine Anordnung, bei der in Serie mit der Last? ggf. unter Zwischenschaltung eines Brückengleichrichters, eine Serienschaltung von Thyristor und Transistor vorliegt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in Serie mit dem Transistor eine Spannungsquelle geschaltet ist.
2. 2. Thyristor Sicherheitsanordnung nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Potential der Spannungsquelle gleich oder größer als dasjenige am Thyristor-Gate ist.
3. 3. Thyristor Sicherheitsanordnung nach Anspruch 1 und 2 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß parallel zur Spannungsquelle ein Widerstand oder eine 12eihenschaltung von Widerstand und Leuchtdiode geschaltet ist.
4. 4. Thyristor Sicherheitsanordnung nach Anspruch 1 bis 3 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß parallel zur Serienschaltung von Schalttransistor und Spannungs -quelle eine Serienschaltung eines Widerstandes und eines Transistors liegt.
5. 5. Thyristor Sicherheitsanordnung nach Anspruch 1 bis 4 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Spannungsquelle ein Varistor ist.
6. 6. Thyristor Sicherheitsanordnung nach Anspruch 1 bis 5 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Spannungsquelle kurzgeschlossen ist.
7. 7. Thyristor Sicherheitsanordnung nach Anspruch 1 bis 6 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Steuerstrom für den Schalttransistor durch Aufzweigung des Thyristor Kathodenstroms gewonnen wird.
8. 8. Thyristor Sicherheitsanordnung nach Anspruch 1 bis 7 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schalttransistor durch eine Darlington-Anordnung er -setzt ist.
9. 9. Thyristor Sicherheitsanordnung nach Anspruch 1 bis 8 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Thyristor Gatepotential auch die Spannungsversorgung für die sensorische Elektronik ist.
10. 10. Thyristor Sicherheitsanordnung nach Anspruch 1 bis 9 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Thyristor Gatepotential konstant ist.
11. 11. Thyristor Sicherheitsanordnung nach Anspruch 1 bis 10 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Schaltfall die Verbindung Thyristor-Gate Ladekondensator unterbrochen ist.
12. 12. Thyristor Sicherheitsanordnung nach Anspruch 1 bis 11 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß beim Betrieb mit pulsierendem Gleichstrom der Schalt-Thyristor unterhalb und/oder überhalb einer festgelegten Grenz-Anoden-Grenzapannung nicht ansteuerbar ist.
13. 13. Thyristor Sicherheitsanordnung nach Anspruch 1 bis 12 , d a d u r c h g e k e n n z e i z h n e t , daß im Uberlastfall die sensorische Spannungsversorgung kurz -geschlossen ist.
14. 14. Thyristor Sicherheitsanordnung nach Anspruch 1 bis 13 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schalt-Thyristor nur zwischen zwei Spannungrenzen, die voneinander und von Null verschieden sind, ansteuerbar ist.
15. 15. Thyristor Sicherheitsanordnung nach Anspruch 12 und 14 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß vermittels einer.Ansteuerlogik die Steuerleitung während einer Halbperiode ansteuerbar bleibt, wenn die Ansteurung innerhalb der vorgegebenen Spannungsgrenzen erfolgte und hier der zulässige Grenzstrom nicht überschritten wurde.
16. 16. Thyristor Sicherheitsanordnung nach Anspruch 1 bis 15 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kathoden-Schalttransistor kurzgeschlossen ist.
17. 17. Thyristor Sicherheitsanordnung nach Anspruch 1 bis 16 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Anodenwiderstand bis zum Erreichen einer unteren Grenzspannung kurzgeschlossen ist.
18. 18. Thyristor Sicherheitsanordnung nach Anspruch 1 bis 17 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schaltungsanordnung auch für nicht pulsierende Gleichspannung angewendet wird.
19. 19. Thyristor Sicherheitsanordnung nach Anspruch 1 bis 19 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Meßwiderstand durch eine induktive Drossel oder einen Zündtransformator ersetzt ist.