DE4020343A1 - Protecting GTO thyristor from overcurrent - measuring magnitude obtained by progressive integration of anode current change - Google Patents

Abstract

The protection for a GTO thyristor, operable via a control terminal, against a switch-off attempt in case of an overcurrent, uses detector of time change of the anode current through the thyristor with a continuous thyristor ignition on a measuring magnitude, exceeding a max. permitted anode current, during the switch-off. The measuring magnitude is obtained exclusively by sequential integration of the potential-free detected time chamnge of the anode current. Pref. the thyristor remains in a ignited state, when the potential-free, detected time change of the anode current exceeds a permitted current change during the switch-off. ADVANTAGE - Improved protection of low-cost design such that ignition takes places instantaneously in critical instance only.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Verfahren ist durch die DE 37 27 996 A1 bekannt.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1. Such a method is described in DE 37 27 996 A1 known.

Über ihren Steueranschluß abschaltbare Thyristoren, insbesondere GTO- Thyristoren, sind zwar in der Lage hohe Überströme zu leiten, jedoch können Ströme, die über einem maximalperiodisch abschaltbaren Anoden­ strom liegen, beim Abschalten nicht beherrscht werden, das heißt sol­ che Ströme führen bei einem Abschaltversuch zur Zerstörung des Thyri­ stors.Thyristors that can be switched off via their control connection, in particular GTO Thyristors are able to conduct high overcurrents, however can currents over a maximum periodically switchable anode current are not mastered when switching off, i.e. sol currents lead to the destruction of the thyri when attempting to switch off stors.

Bei dem Verfahren nach der oben genannten DE 37 27 996 A1 wird deshalb bei einem Abschaltbefehl der Steueranschluß des Thyristors für den Ab­ schaltsteuerstrom gesperrt, sobald ein nicht mehr abschaltbarer Ano­ denstrom fließen würde, und der Thyristor wird stattdessen durchge­ zündet bzw. bleibt leitend. Da dann kein Abschaltsteuerstrom über den Steueranschluß des Thyristors fließen kann, das heißt der Abschaltver­ such unterdrückt wird, bleibt der Thyristor im durch ihn beherrschbaren leitenden Zustand, bis eine Abschaltung gefahrlos durchgeführt werden kann oder der Strom von selbst verlischt oder eine Sicherung anspricht. In the method according to DE 37 27 996 A1 mentioned above, therefore with a shutdown command, the control terminal of the thyristor for the Ab Switching control current blocked as soon as an no the current would flow and the thyristor will instead go through ignites or remains conductive. Since then no shutdown control current over the Control connection of the thyristor can flow, that is, the shutdown ver is suppressed, the thyristor remains within its control conductive state until a shutdown can be carried out safely can or the power goes out by itself or a fuse blows.  

Zur Unterdrückung von unzulässigen Abschaltversuchen bei den Thyri­ stor gefährdenden Überströmen wird nach dem zuvor erwähnten Stand der Technik eine sich aus dem aktuellen Anodenstrom des Halbleiters und dem Produkt aus der zeitlichen Ableitung des aktuellen Anodenstromes und der maximalen Abschaltverzugszeit zusammensetzende Meßgröße ge­ bildet und mit einem einstellbaren, maximal schaltbaren Anodenstrom verglichen, wobei auftretende Löschbefehle unterdrückt werden, wenn die derart gebildete Meßgröße den maximal schaltbaren Anodenstrom erreicht oder überschreitet.To suppress impermissible shutdown attempts by the Thyri Disturbing overcurrents is according to the previously mentioned status of Technology resulting from the current anode current of the semiconductor and the product of the time derivative of the current anode current and the measured variable composing the maximum switch-off delay time forms and with an adjustable, maximum switchable anode current compared, suppressing delete commands occurring if the measured variable formed in this way the maximum switchable anode current reached or exceeded.

Da beim üblichen Einsatz der Thyristoren in mehrphasigen Stromrichter- Brückenschaltungen für jeden Thyristor die Ableitung des Anodenstromes erfaßt werden muß und zusätzlich für jedes Zweigpaar von zwei Thyri­ storen innerhalb der Brückenschaltung auch noch der Strom zu erfassen ist, ist das bekannte Verfahren aufwendig.Since the normal use of thyristors in multiphase converter Bridge circuits for each thyristor derive the anode current must be recorded and additionally for each pair of branches of two thyri disrupt the current within the bridge circuit is, the known method is expensive.

Das bekannte Verfahren kann aber auch in der Regel vom Ergebnis her nicht optimal sein, weil nämlich die zu bildende Meßgröße durch das Einrechnen der maximalen Abschaltverzugszeit einen hypothetischen Wert für einen zukünftigen Zustand des Thyristors darstellt. Die Ab­ schaltverzugszeit ist jedoch bei den einzelnen abschaltbaren Thyri­ storen stark parameterabhängig, wobei die Temperatur und die Leitungs­ längen der Thyristoranschlüsse besonders zu Buche schlagen. Insofern wird die nach dem Stand der Technik zu bildende Meßgröße selten mit der Realität übereinstimmen. Entweder die Zeit ist zu kurz bemessen, und der Thyristor wird durch den Abschaltversuch bei zu hohem Anoden­ strom doch zerstört oder aber - insbesondere bei entsprechend hoch zu kalkulierenden Sicherheitszuschlägen - ist das Sperren des Abschalt­ steuerstromes, d. h. das Belassen des Thyristors im leitenden Zustand, unnötig und für den Betriebsfall störend, weil der Thyristor in Wirk­ lichkeit gefahrlos abgeschaltet werden kann.However, the known method can generally also result not be optimal, because the measured variable to be formed by the Including the maximum switch-off delay time a hypothetical Represents value for a future state of the thyristor. The Ab switching delay time is, however, for the individual Thyri that can be switched off interfere strongly with parameters, whereby the temperature and the conduction length of the thyristor connections is particularly important. To that extent the measured variable to be formed according to the prior art is rarely included match reality. Either the time is too short and the thyristor is switched off if the anode is too high electricity destroyed or else - especially if it is high safety surcharges to be calculated - is blocking the shutdown control current, d. H. leaving the thyristor in the conductive state, unnecessary and disruptive to the operating case because the thyristor is in effect can be safely switched off.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs angegebene Ver­ fahren derart auszugestalten, daß bei geringem Aufwand der Schutz opti­ miert wird, insbesondere also der Thyristor wirklich nur im kritischen Fall sofort durchgezündet bzw. im voll leitenden Zustand belassen wird.The invention has for its object the Ver drive such that the protection opti with little effort is lubricated, especially the thyristor really only in the critical  Case is ignited immediately or left in the fully conductive state.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekenn­ zeichneten Merkmale gelöst.This object is characterized according to the invention by the in claim 1 features resolved.

Es wird also stets der tatsächlich vorliegende Anodenstrom (potential­ frei) berücksichtigt, so daß im Fehlerfall (und nur dann) der jeweilig abzuschaltende Thyristor umgehend geschützt werden kann. Da auf die Integration während des Aus-Zustands des Thyristors verzichtet werden kann, ist der eingesetzte Integrierer dann auf 0 Volt gesetzt, d. h. ein Offset-Abgleich ist nicht nötig. Der Aufwand für den Schutz ist minimal.The actual anode current (potential free) is taken into account so that in the event of an error (and only then) the respective The thyristor to be switched off can be protected immediately. Because on the Integration can be dispensed with while the thyristor is in the off state the integrator used is then set to 0 volts, i. H. an offset adjustment is not necessary. The effort for protection is minimal.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung ist im Anspruch 2 gekennzeichnet. Da nämlich ohnehin die zeitliche Ab­ leitung des Anodenstromes erfaßt wird, kann sie auch für zusätzliche Sicherheit bei stark veränderlichen Überströmen, insbesondere Kurz­ schlußströmen, verwendet werden.An advantageous development of the method according to the invention is characterized in claim 2. Because the time Ab anyway Line of the anode current is detected, it can also for additional Safety in the case of highly variable overcurrents, especially short ones final currents can be used.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines im Prinzip in der Zeich­ nungsfigur dargestellten Anwendungsbeispiels erläutert werden:
Die Zeichnungsfigur zeigt einen GTO-Thyristor T als einen über seinen Steueranschluß G an- und abschaltbaren Thyristor, durch den ein Ano­ denstrom i von der Anode A zur Kathode K fließt. An den Steueran­ schluß G ist ein einen Impulsverstärker V aufweisender Zündverstär­ ker Z angeschlossen, der von einem Steuergerät S Signale als Befeh­ le "Ein/Aus" zum An- bzw. Abschalten des Thyristors T erhält. Dem Steuergerät S sind zur sinnvollen Steuerung des Thyristors T unter anderem Informatoren über die zeitliche Änderung des Anodenstromes i von einem di/dt-Sensor E zugeführt, der in Form einer potentialtrennenden Toroidspule mit nicht magnetischem Kern (µ_r = 1) um einen Leiter im Anodenkreis des Thyristors T gelegt ist. The invention will be explained below with reference to an application example shown in principle in the drawing figure:
The drawing shows a GTO thyristor T as a thyristor on and off via its control connection G, through which an anode current i flows from anode A to cathode K. At the Steueran circuit G is a pulse amplifier V having Zünd amplifier ker Z is connected, which receives signals from a control unit S as commands "on / off" for switching the thyristor T on and off. To control the thyristor T, the control unit S is supplied, among other things, with information about the temporal change in the anode current i from a di / dt sensor E, which is in the form of a potential-separating toroidal coil with a non-magnetic core (μ _r = 1) around a conductor in the Anode circuit of the thyristor T is placed.

Der di/dt-Sensor E liefert Signale, die der zeitlichen Änderung des Anodenstromes i entsprechen, auch an den Zündverstärker Z zum Schutz des Thyristors T vor Abschaltversuchen bei einem Überstrom, nämlich einem Strom, der größer ist als ein zulässiger Grenzstrom i_Grenz, bei dem der Thyristor T noch sicher abgeschaltet werden kann.The di / dt sensor E also supplies signals which correspond to the change in the anode current i over time to the ignition amplifier Z to protect the thyristor T against attempts to switch off in the event of an overcurrent, namely a current which is greater than a permissible limit current i _limit which the thyristor T can still be safely switched off.

Das Signal der zeitlichen Änderung di/dt des Anodenstromes i wird einem Integrierer I zugeführt, der im wesentlichen aus hier nicht näher bezeichneten Bausteinen, nämlich einem Verstärker mit vorge­ schaltetem Eingangswiderstand sowie einem durch einen Schalter über­ brückbaren Kondensator in der Rückkopplung aufgebaut ist. Der den Kondensator kurzschließende Schalter im Integrierer I wird von einem Logikbaustein L stets während der Zeit geschlossen gehalten, während der der Thyristor T abgeschaltet ist. Damit wird der Integrierer während des Aus-Zustands des Thyristors auf 0 V gelegt und benötigt keinen Offset-Abgleich bei den üblichen Schaltfrequenzen.The signal of the temporal change di / dt of the anode current i becomes an integrator I supplied, which essentially does not come from here specified modules, namely an amplifier with pre switched input resistance and one through a switch bridgeable capacitor is built up in the feedback. The the Capacitor short-circuiting switch in integrator I is made by a Logic module L always kept closed during the time, while the thyristor T is switched off. This will make the integrator set to 0 V during the off state of the thyristor and required no offset adjustment at the usual switching frequencies.

Am Ausgang des Integrierers I steht stets eine dem aktuellen Anoden­ strom i propotionale Spannung an. Diese Spannung wird einem ersten Komparator K1 zugeführt, der das dem Anodenstrom i proportionale Si­ gnal mit einer vorgegebenen, dem maximal vom Thyristor noch abschalt­ baren Grenzstrom i_Grenz entsprechenden Referenzspannung vergleicht.At the output of the integrator I there is always a voltage proportional to the current anode current i. This voltage is fed to a first comparator K 1 , which compares the signal proportional to the anode current i with a predetermined reference voltage corresponding to the maximum limit current i _limit that can still be switched off by the thyristor.

Das Ausgangssignal des Komparators K1 bewirkt, sofern der Anoden­ strom i den Grenzstrom i_Grenz überschreitet, im Logikbaustein L, daß beim gleichzeitigen Vorliegen eines Abschaltbefehls "Aus" dieser Abschaltbefehl nicht ausgeführt wird. Vielmehr wird in diesem Falle zum Schutze des Thyristors T von dem Logikbaustein L veranlaßt, daß der Thyristor T weiter voll im leitenden Zustand gehalten wird. D.h. der Abschaltvorgang des Thyristors T wird verhindert bzw. bei gleich­ zeitiger Durchzündung des Thyristors T abgebrochen. Der Schutz wird also sofort im Fehlerfall, d. h. sobald der Überstrom tatsächlich auftritt, wirksam. The output signal of the comparator K 1 causes, if the anode current I exceeds the current limit I _LIMIT, in the logic block L in that the simultaneous presence of a power down command "off" is not performed this shutdown. Rather, in this case, in order to protect the thyristor T, the logic module L causes the thyristor T to be kept fully in the conductive state. That is, the shutdown process of the thyristor T is prevented or terminated when the thyristor T is simultaneously ignited. The protection takes effect immediately in the event of a fault, ie as soon as the overcurrent actually occurs.

Zur Vervollkommung des beschriebenen Schutzes bei plötzlichem, sehr starken Anstieg des Anodenstromes i wird das Signal di/dt vom di/dt- Sensor E auch einem zweiten Komparator K2 zugeführt. Ist die Strom­ änderung di/dt größer als eine zulässige Stromanstiegsgeschwindigkeit (di/dt)_zul, d. h. liegt ein Stromanstieg im Kurzschlußfall vor, bewirkt das Ausgangssignal des zweiten Komparators K2 ebenfalls beim Logik­ baustein L, sofern dieser (gleichzeitig) einen vom Steuergerät S ab­ gegebenen Abschaltbefehl "Aus" für den Thyristor T vorliegen hat, den Schutz des Thyristors T.To perfect the protection described in the event of a sudden, very strong increase in the anode current i, the signal di / dt from the di / dt sensor E is also fed to a second comparator K 2 . If the current change di / dt is greater than a permissible current rise rate (di / dt) _perm , ie if there is a current rise in the event of a short circuit, the output signal of the second comparator K 2 also causes the logic module L, provided that this (at the same time) causes one of the control unit S from the given shutdown command "Off" for the thyristor T, protection of the thyristor T.

Der Logikbaustein L wird also auch in diesem Fall den Abschaltbefehl nicht ausführen und den Thyristor im leitenden Zustand halten. Steigt der Anodenstrom i erst nach dem Beginn des Abschaltvorgangs (d. h. zu einem Zeitpunkt, zu dem der GTO-Thyristor noch nicht sicher gesperrt ist) unzulässig an, wird vom Logikbaustein L der Abschaltvorgang be­ endet und der Thyristor erneut gezündet.The logic module L is also the shutdown command in this case do not run and keep the thyristor in the conductive state. Increases the anode current i only after the start of the shutdown process (i.e. to a time when the GTO thyristor is not yet safely locked is) inadmissible, the logic module L will switch it off ends and the thyristor is fired again.

Claims (2)

1. Verfahren zum Schutz eines über seinen Steueranschluß abschalt­ baren Thyristors vor einem Abschaltversuch bei einem Überstrom mit einer Erfassung der zeitlichen Änderung des durch den Thyri­ stor fließenden Anodenstromes und einer verbleibenden Durchzün­ dung des Thyristors bei einer einen maximal zulässigen Anoden­ strom während des Abschaltens überschreitenden Meßgröße, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgröße allein durch fortschreitende Integration der potentialfrei erfaßten zeitlichen Änderung des Anodenstromes gewonnen wird.1. A method for protecting a thyristor that can be switched off via its control connection before a switch-off attempt in the event of an overcurrent with a detection of the temporal change in the anode current flowing through the thyri stor and a remaining penetration of the thyristor at a measured quantity exceeding a maximum permissible anode current during the switching off , characterized in that the measured variable is obtained solely by progressively integrating the potential-free change in time of the anode current. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor auch dann durchgezündet bleibt, wenn die poten­ tialfrei erfaßte zeitliche Änderung des Anodenstromes während des Abschaltens eine zulässige Stromänderung überschreitet.2. The method according to claim 1, characterized, that the thyristor remains ignited even when the poten tial free detected change in time of the anode current during when switching off exceeds a permissible current change.