DE3531171C1

DE3531171C1 - Schaltungsanordnung zur Ansteuer- und Zündüberwachung für einen Leistungshalbleiter

Info

Publication number: DE3531171C1
Application number: DE19853531171
Authority: DE
Inventors: Albert Ing.(Grad.) 5790 Brilon Becker; Paul Otto Ing.(grad.) 4788 Warstein Schröder
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1985-08-29
Filing date: 1985-08-29
Publication date: 1986-11-20

Description

Zur Überwachung der vom Zündgenerator 1 abgegebenen Steuerimpulse und des ordnungsgemäßen Betriebs des Leistungshalbleiters 3 sind zwischen den Zündgenerator 1 und den Steueranschluß 14 des Leistungshalbleiters 3 zwei Längsdioden 2 geschaltet. Ferner ist ein eingangsseitig mit einem Vorwiderstand 6 versehener, an den Ausgang des Zündgenerators 1 geschalteter, ausgangsseitig an eine Auswerteschaltung 13 angeschlossener Optokoppler 7 vorgesehen. Schließlich ist dem Optokoppler 7 eingangsseitig die Hauptstrecke eines selbstsperrenden N-Kanal MOS-FETs 8 parallelgeschaltet, dessen Gate über einen hochohmigen Steuerwiderstand 9 mit dem anodenseitigen Anschluß des Leistungshalbleiters 3 verbunden ist. Die Source-Elektrode des MOS-FETs 8 liegt an der Kathode des Leistungshalbleiters 3. In üblicher Weise ist der MOS- PET 8 zwischen Source mit Gate mit einem Gate-Ablcitwidcrstand 12, der mit dem Steuerwiderstand 9 als Spannungsleiter wirkt, einer Z-Diode 11 als Gate-Schutz und einem Kondensator 10 als Schmutzfänger für vagabundierende Spannungen, die sonst zur Ansteuerung des MOS-FETs 8 führen können, beschaltet.
Da der Leistungshalbleiter 3 über die Längsdioden 2 vom Zündgenerator 1 angesteuert wird, steht vor den Längsdioden 2 ein solches Spannungsniveau an, daß über den Vorwiderstand 6 der Optokoppler 7 angesteuert wird. Am Optokoppler 7 steht dann für die Auswerteschaltung 13 eine Ausgangsinformation an, welche anzeigt, daß der Zündgenerator 1 Spannung liefert.
Um nun auch noch das ordnungsgemäße Funktionieren des Leistungshalbleiters 3 mit zu erfassen, ist dem Eingang des Optokopplers 7 die Hauptstrecke des selbstsperrenden MOS-FETs parallelgeschaltet. Der Leistungshalbleiter 3, der aufgrund der vom Zündgenerator 1 gelieferten Steuerimpulse durchzündet, hat nach dem Einschalten nur noch eine Durchlaßspannung zwischen Anode und Kathode, die üblicherweise bei ca.
1,2-2 V liegt. Dieses ist auch die Spannung, die am (;ate des MOS-FETs 8 anliegt. Er wird unterhalb seiner Schwellenspannung von ca. 3 V betrieben, d. h. es ist hochohmig, und es fließt kein Strom durch seine Hauptstrecke. Der Optokoppler 7 wird mithin weiterhin angesteuert und gibt ein Signal ab.
Dieses ist auch der Fall, wenn während der Ansteuerphase negative Sperrspannung am Leistungshalbleiter 3 anliegt (z. B. betriebsmäßig beim Gleichrichten).
Wenn aber der Leistungshalbleiter 3 wegen eines Fehlers bei positiver Sperrspannung nicht durchzündet und die hohe Anoden-Kathoden-Spannung bestehenbleibt, wird der Feldeffekttransistor 8 angesteuert und niederohmig, d. h. der Optokoppler 7 kann nicht angesteuert werden und sein Ausgangssignal für die Auswerteschaltung 13 fehlt.
Die Auswerteschaltung 13 kann z. B. eine Pulsfolgeüberwachung in Form einer Zeitmessung durchführen und bei einem Fehler einen Ausschaltbefehl für die Stromrichteranordnung mit dem Leistungshalbleiter 3 abgeben.
Die Auswerteschaltung 13 kann aber auch vorteilhafterweise eine Koinzidenzschaltung sein, bei der die vom Zündgencrator 1 abgegebenen Impulse mit den vom Optokoppler 7 abgegebenen Uberwachungsimpulsen verglichen werden. Tritt keine Übereinstimmung der verglichenen Impulse auf, gibt die Koinzidenzschaltung den Ausschaltbefehl.
In Fig. 2 ist eine Schaltungsanordnung gezeigt, die bei sonst gleichem Schaltungsaufbau wie in Fig. 1 den Steuerstrom für den Leistungshalbleiter 3 zur Ansteuerung des Optokopplers 7 verwendet. Den drei Längsdioden 2 zwischen Zündgenerator 1 und Steueranschluß 14 ist zur Steuerstromvorgabe ein Shunt 15 parallelgeschaltet.
In Fig. 3 ist eine typische Drain-Strom IDlGate-Source-Spannungs-UGs-Kennlinie eines selbstsperrenden MOS-FETs gezeigt, dessen Schwellspannung - wie für die Schaltung benötigt - bei etwa 3 V liegt.
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Claims

Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zur Ansteuerüberwachung eines von einem Zündgenerator angesteuerten Leistungshalbleiters, dadurch gekennzeichn e t, daß zwischen Zündgenerator (1) und Steueranschluß (14) des Leistungshalbleiters (3) Längsdioden (2) geschaltet sind, daß ein eingangsseitig mit einem Vorwiderstand (6) versehener, ausgangsseitig an eine Auswerteschaltung (13) angeschlossener Optokoppler (7) vorgesehen ist, der eingangsseitig entweder Ausgang des Zündgenerators (1) parallelgeschaltet ist (Fig. 1) oder - in Verbindung mit einem Shunt (15)- den Längsdioden (2) parallelgeschaltet ist (Fig. 2), und daß - zur Überwachung des Leistungshalbleiters (3) auf Durchzünden - dem Optokoppler (7) eingangsseitig die Hauptstrecke eines selbstsperrenden MOS-FETs (8) parallelgeschaltet ist, dessen Gate über einen hochohmigen Steuerwiderstand (9) mit dem anodenseitigen Anschluß des Leistungshalbleiters (3) verbunden ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswerteschaltung (13) eine Pulsfolgeüberwachung in Form einer Zeitmessung vorgesehen ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswerteschaltung (13) eine Koinzidenz-Schaltung vorgesehen ist, durch die ein Vergleich der vom Zündgenerator (1) abgegebenen Impulse und der ausgangsseitig am Optokoppler (7) anstehenden Impulse vornehmbar ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der MOS-FET (8) zwischen Source und Gate mit einem Gate-Ableitwiderstand (12) und/oder einer Z-Diode (li) und/oder einem Kondensator (10) beschaltet ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerüberwachung eines von einem Zündgenerator angesteuerten Leistungshalbleiters. Eine derartige Schaltungsanordnung ist bekannt (DE-PS 29 47 278).

Unter Leistungshalbleitern sollen hier Thyristoren, Triacs oder GTO-Thyristoren verstanden werden.

Durch einfache Modifikation der im Rahmen der nachfolgend beschriebenen Erfindung angegebenen Anschlüsse der Schaltungsanordnung ist jedoch in gleicher Weise eine Anwendung bei Leistungstransistoren möglich.

Durch die DE-PS 29 47 278 ist bereits eine Anordnung zur Überwachung von durch einen Zündgenerator erzeugten Zündimpulsen für einen Thyristorstromrichter bekannt. Die Überwachung erfolgt mittels einer Komparatorschaltung. Allerdings wird die Funktionstüchtigkeit des Leistungskreises nicht in die Überwachung mit einbezogen, d. h. es erfolgt z. B. keine Meldung, wenn ein Thyristor des Stromrichters trotz vorhandenem Zündimpuls nicht zündet.

Durch die DE-AS 23 28 771, insbesondere Fig. 1, ist ein Steuerkreis für ein Hochspannungsthyristorventil bekannt, bei dem mit schmalen Impulsen die in Reihe geschalteten Thyristoren eines Ventils gleichzeitig gezündet werden. Der Anoden-Kathoden-Strecke eines jeden Thyristors ist ein Signalgeber (Fig. 2) parallelgeschaltet, der ein Signal abgibt, wenn während eines gewünschten Leitfähigkeitsintervalls trotz eines Zündimpulses eine Zündung des zugehörigen Thyristors nicht erfolgt. Das Ausgangssignal des Signalgebers veranlaßt die Abgabe mindestens eines weiteren Impulses, bis der Thyristor zündet, solange das gewünschte Leitfähigkeitsintervall andauert. Mit diesem Steuerkreis wird also die Funktionstüchtigkeit eines jeden Thyristors überwacht. Eine eigene Überwachung auf korrekte Zündimpulsgabe ist bei diesem Steuerkreis nicht vorgesehen.

In vielen Fällen kann es jedoch von entscheidender Bedeutung sein, daß gleichzeitig das Funktionieren der Ansteuerung, d. h. eine korrekte Zündimpulsgabe, und das Funktionieren des zugehörigen Leistungshalbleiters, d. h. sein Durchzünden, durch Überwachung sichergestellt ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, mit der eine voll wirksame, aufwandarme Überwachung sowohl der korrekten Zündimpulsgabe als auch der Funktionstüchtigkeit des Leistungshalbleiters erfolgt.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die Überwachung erfaßt somit die richtige Impulsfolge und das Vorhandensein von Steuerimpulsen aus dem Zündgenerator und das richtige Funktionieren des Leistungshalbleiters, also des zugehörigen Leistungskreises.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigt Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer Überwachungsordnung nach der Erfindung, Fig. 2 das Prinzipschaltbild einer weiteren Überwachungsanordnung nach der Erfindung und Fig. 3 eine typische Kennlinie des Drain-Stromes in Abhängigkeit von der Gate-Source-Spannung eines selbstsperrenden MOS-FETs.

Gemäß Fig. 1 ist ein Zündgenerator 1 vorgesehen, der Zündimpulse an den Steueranschluß 14 eines in einem nicht gezeigten Lastkreis angeordneten Leistungshalbleiters 3, hier eines Thyristors, abgibt. Der Steuereingang 14 des Leistungshalbleiters 3 ist in üblicher Weise mit einem ohmschen Bedämpfungswiderstand 4 und einem Bedämpfungskondensator 5 beschaltet.