CH660241A5

CH660241A5 - Circuit arrangement of a controlled by voltage semiconductor switch.

Info

Publication number: CH660241A5
Application number: CH317282A
Authority: CH
Inventors: Jaroslav Widerlechner; Josef Milota
Original assignee: Skoda Kp
Priority date: 1981-06-17
Filing date: 1982-05-24
Publication date: 1987-03-31
Also published as: JPS5821924A; CS225925B1; SE8203672L; SE452825B; DE3220507A1

Description

660241 660241

2 2nd

PATENTANSPRUCH Schaltanordnung eines durch Spannung steuerbaren Halbleiterschalters, die spannungsabhängige Elemente, Widerstände, einen Transformator, eine Diode, ein steuerbares Halbleiter-Schaltelement und eine Zener-Diode enthält, mit einer Austrittklemme, die durch die erste Austrittelektrode des steuerbaren Halbleiter-Schaltelementes gebildet wird, mit einer zweiten Austrittklemme, die durch die zweite Austrittelektrode des steuerbaren Halbleiter-Schaltelementes gebildet wird, mit einem Widerstand, der zwischen die erste Eintrittselektrode des steuerbaren Halbleiter-Schaltele-mentes und die zweite Eintrittelektrode des steuerbaren Halbleiter-Schaltelementes geschaltet ist sowie mit einer Zener-Diode, deren Anode an die zweite Eintrittelektrode des steuerbaren Halbleiter-Schaltelementes geschaltet ist und deren Kathode an die Anode der Diode angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Eintritt-Klemme ( 1 ) und der zweiten Eintrittklemme (2) zwei parallele Zweige vorgesehen sind, von denen der erste Zweig durch Reihenschaltung wenigstens eines spannungsabhängigen Elementes (3), dessen eines Ende an die erste Eintrittklemme ( 1 ) angeschlossen ist und das zweite Ende an den Anfang der Primärwicklung des Transformators (4) angeschlossen ist, mit einem ersten Widerstand (5), dessen eines Ende an die zweite Eintrittsklemme (2) und dessen zweites Ende an den Anfang der Primärwicklung des Transformators (4) angeschlossen ist, gebildet wird und der zweite Zweig durch eine Reihenschaltung wenigstens eines zweiten spannungsabhängigen Elementes (6), dessen eines Ende an die zweite Eintrittklemme (2) und das zweite Ende an das Ende der Primärwicklung des Transformators (4) angeschlossen ist, mit einem zweiten Widerstand (7), dessen eines Ende an die erste Eintrittklemme (1) und das zweite Ende an das Ende der Primärwicklung des Transformators (4) angeschlossen ist, während der Anfang der Sekundärwicklung des Transformators (4) an die Anode der Diode (8) geschaltet ist, deren Kathode über einen dritten Widerstand (9) an die erste Eintrittelektrode des steuerbaren Halbleiter-Schaltelementes ( 10) und das Ende der Sekundärwicklung des Transformators (4) an die zweite Eintrittelektrode des steuerbaren Halbleiterschaltelementes (10) angeschlossen ist. PATENT CLAIM Switching arrangement of a voltage-controllable semiconductor switch, which contains voltage-dependent elements, resistors, a transformer, a diode, a controllable semiconductor switching element and a Zener diode, with an outlet terminal which is formed by the first outlet electrode of the controllable semiconductor switching element a second outlet terminal which is formed by the second outlet electrode of the controllable semiconductor switching element, with a resistor which is connected between the first inlet electrode of the controllable semiconductor switching element and the second inlet electrode of the controllable semiconductor switching element and with a zener diode , whose anode is connected to the second input electrode of the controllable semiconductor switching element and whose cathode is connected to the anode of the diode, characterized in that between the first input terminal (1) and the second input terminal (2) two parallel Z Weige are provided, of which the first branch by at least one voltage-dependent element (3), one end of which is connected to the first input terminal (1) and the second end of which is connected to the start of the primary winding of the transformer (4), with one first resistor (5), one end of which is connected to the second inlet terminal (2) and the second end of which is connected to the start of the primary winding of the transformer (4), and the second branch is connected in series by at least one second voltage-dependent element (6) , one end of which is connected to the second inlet terminal (2) and the second end of which is connected to the end of the primary winding of the transformer (4), with a second resistor (7), one end of which is connected to the first inlet terminal (1) and the second end is connected to the end of the primary winding of the transformer (4), while the beginning of the secondary winding of the transformer (4) is connected to the anode of the diode (8) is connected, the cathode of which is connected via a third resistor (9) to the first input electrode of the controllable semiconductor switching element (10) and the end of the secondary winding of the transformer (4) to the second input electrode of the controllable semiconductor switching element (10).

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung eines durch Spannung steuerbaren Halbleiterschalters, die spannungsabhängige Elemente, Widerstände, einen Transformator, eine Diode, ein steuerbares Halbleiter-Schaltelement und eine Zener-Diode enthält, mit einer Austrittklemme, die durch die erste Austrittelektrode des steuerbaren Halbleiter-Schalt-elementes gebildet wird, mit einer zweiten Austrittklemme, die durch die zweite Austrittelektrode des steuerbaren Halbleiter-Schaltelementes gebildet wird, mit einem Widerstand, der zwischen die erste Eintrittelektrode des steuerbaren Halbleiter-Schaltelementes und die zweite Eintrittelektrode des steuerbaren Halbleiter-Schaltelementes geschaltet ist, sowie mit einer Zener-Diode, deren Anode an die zweite Eintrittelektrode des steuerbaren Halbleiter-Schaltelementes geschaltet ist und deren Kathode an die Anode der Diode angeschlossen ist. The invention relates to a switching arrangement of a voltage-controllable semiconductor switch, which contains voltage-dependent elements, resistors, a transformer, a diode, a controllable semiconductor switching element and a Zener diode, with an outlet terminal which is passed through the first outlet electrode of the controllable semiconductor switching element. element is formed, with a second outlet terminal which is formed by the second outlet electrode of the controllable semiconductor switching element, with a resistor which is connected between the first inlet electrode of the controllable semiconductor switching element and the second inlet electrode of the controllable semiconductor switching element, and with a Zener diode, the anode of which is connected to the second input electrode of the controllable semiconductor switching element and the cathode of which is connected to the anode of the diode.

Derzeit bekannte Schaltanordnungen von durch Spannung gesteuerten Halbleiterschaltern enthalten zum Beispiel Pegelkreise zum Auswerten des Pegels der Eintritt-Signalspannung und verwenden zum Verarbeiten des Signals zum Steuern des steuerbaren Halbleiterschaltelementes aktive Elemente, wie zum Beispiel Transistoren. Diese Schaltanordnungen benötigen für ihre Funktion eine Gleichspannungshilfsquelle. Bei Ausbleiben dieser Spannung sind sie ausser Betrieb und sind somit weniger verlässlich. Currently known switching arrangements of voltage-controlled semiconductor switches contain, for example, level circuits for evaluating the level of the input signal voltage and use active elements, such as transistors, for processing the signal for controlling the controllable semiconductor switching element. These switching arrangements require an auxiliary DC voltage source for their function. If this voltage is not present, they are out of operation and are therefore less reliable.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Schaltanordnung eines Halbleiterschalters, welche ohne Gleichspannungs-Hilfsquelle auskommt. The object of the present invention is to provide a switching arrangement of a semiconductor switch which does not require an auxiliary DC voltage source.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zwischen der ersten Eintritt-Klemme und der zweiten Eintrittklemme zwei parallele Zweige vorgesehen sind, von denen der erste Zweig durch Reihenschaltung wenigstens eines spannungsabhängigen Elementes, dessen eines Ende an die erste Eintrittklemme angeschlossen ist und das zweite Ende an den Anfang der Primärwicklung des Transformators angeschlossen ist, mit einem ersten Widerstand, dessen eines Ende an die zweite Eintrittklemme und dessen zweites Ende an den Anfang der Primärwicklung des Transformators angeschlossen ist, gebildet wird und der zweite Zweig durch eine Reihenschaltung wenigstens eines zweiten spannungsabhängigen Elementes, dessen eines Ende an die zweite Eintrittklemme und das zweite Ende an das Ende der Primärwicklung des Transformators angeschlossen ist, mit einem zweiten Widerstand, dessen eines Ende an die erste Eintrittklemme und das zweite Ende an das Ende der Primärwicklung des Transformators angeschlossen ist, während der Anfang der Sekundärwicklung des Transformators an die Anode der Diode geschaltet ist, deren Kathode über einen dritten Widerstand an die erste Eintrittselektrode des steuerbaren Halbleiter-Schaltelementes und das Ende der Sekundärwicklung des Transformators an die zweite Eintrittselektrode des steuerbaren Halbleiterschaltelementes angeschlossen ist. This object is achieved according to the invention in a switching arrangement of the type mentioned in the introduction in that two parallel branches are provided between the first input terminal and the second input terminal, of which the first branch is connected in series by at least one voltage-dependent element, one end of which is connected to the first input terminal is connected and the second end is connected to the beginning of the primary winding of the transformer, with a first resistor, one end of which is connected to the second input terminal and the second end of which is connected to the beginning of the primary winding of the transformer, and the second branch is formed by a Series connection of at least one second voltage-dependent element, one end of which is connected to the second input terminal and the second end to the end of the primary winding of the transformer, with a second resistor, one end of which is connected to the first input terminal and the second end to the end the primary winding of the transformer is connected, while the beginning of the secondary winding of the transformer is connected to the anode of the diode, the cathode of which is connected via a third resistor to the first input electrode of the controllable semiconductor switching element and the end of the secondary winding of the transformer to the second input electrode of the controllable Semiconductor switching element is connected.

Eine praktische Ausführung des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung dargestellt, wo eine Schaltanordnung eines durch Spannung gesteuerten Halbleiterschalters gezeigt ist. A practical embodiment of the subject matter of the invention is shown in the drawing, where a switching arrangement of a voltage-controlled semiconductor switch is shown.

Zwischen einer ersten Eintrittklemme 1 und einer zweiten Eintrittklemme 2 sind zwei parallele Zweige vorgesehen. Der erste Zweig wird durch eine Reihenschaltung wenigstens eines ersten spannungsabhängigen Elementes 3 gebildet, dessen eines Ende an die erste Eintrittklemme 1 angeschlossen ist und das zweite Ende an den Anfang der Primärwicklung eines Transformators 4, mit einem ersten Widerstand 5, dessen eines Ende an den Anfang der Primärwicklung des Transformators 4 angeschlossen ist. Der zweite Zweig wird durch eine Reihenschaltung wenigstens eines zweiten spannungsabhängigen Elementes 6 gebildet, dessen eines Ende an die zweite Eintrittsklemme 2 und das zweite Ende an das Ende der Primärwicklung des Transformators geschaltet ist, mit einem Widerstand 7, dessen eines Ende an die erste Eintrittsklemme 1 und das zweite Ende an das Ende der Primärwicklung des Transformators 4 angeschlossen ist. Der Anfang der Sekundärwicklung des Transformators 4 ist an die Anode einer Diode 8 geschaltet, deren Kathode über einen dritten Widerdstand 9 an die erste Eintrittselektrode eines steuerbaren Halbleiter-Schaltelementes 10 angeschlossen ist, die die erste Austrittsklemme 11 bildet. Die zweite Austrittsklemme 12 wird durch die Eintrittselektrode des steuerbaren Halbleiter-Schaltelementes 10 gebildet, an welche auch die Anode einer Zener-Diode 14 geschaltet ist, deren Kathode an die Kathode der Diode 8 angeschlossen ist. Zwischen die erste Eintrittselektrode und die zweite Eintrittselektrode des steuerbaren Halbleiter-Schaltelementes 10 ist ein vierter Widerstand 13 angeschlossen. Die spannungsabhängigen Elemente 3,6 können Bipole sein, deren Abhängigkeit des Stromes I von der Spannung U zum Beispiel durch die Gleichung Two parallel branches are provided between a first inlet terminal 1 and a second inlet terminal 2. The first branch is formed by a series connection of at least one first voltage-dependent element 3, one end of which is connected to the first input terminal 1 and the second end of which is at the beginning of the primary winding of a transformer 4, with a first resistor 5, one end of which is at the beginning the primary winding of the transformer 4 is connected. The second branch is formed by a series connection of at least one second voltage-dependent element 6, one end of which is connected to the second input terminal 2 and the second end of which is connected to the end of the primary winding of the transformer, with a resistor 7, one end of which is connected to the first input terminal 1 and the second end is connected to the end of the primary winding of the transformer 4. The start of the secondary winding of the transformer 4 is connected to the anode of a diode 8, the cathode of which is connected via a third resistor 9 to the first entry electrode of a controllable semiconductor switching element 10, which forms the first exit terminal 11. The second outlet terminal 12 is formed by the entry electrode of the controllable semiconductor switching element 10, to which the anode of a Zener diode 14 is also connected, the cathode of which is connected to the cathode of the diode 8. A fourth resistor 13 is connected between the first entry electrode and the second entry electrode of the controllable semiconductor switching element 10. The voltage-dependent elements 3, 6 can be bipoles, the dependence of the current I on the voltage U, for example, by means of the equation

>=(^ja > = (^ yes

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

660 241 660 241

gegeben ist, wo C und a positive Konstanten sind, wobei die Grösse von a der Ordnung nach Zehner beträgt. Das ist zum Beispiel der Fall bei einem Varistor, der strukturell einen nicht linearen Halbleiterwiderstand darstellt. Andere spannungsabhängige Elemente können Lawinen-Halbleiterdioden mit ähnlicher einschlägiger Stromabhängigkeit von der Spannung sein. Das steuerbare Halbleiter-Schaltelement 10 ist ein Thyristor. Dessen Steuerelektrode ist die erste Eintrittselektrode und die Kathode ist die zweite Eintrittselektrode des steuerbaren Halbleiter-Schaltelementes 10. Die Anode des Thyristors bildet die erste Austrittelektrode und die Kathode die zweite Austrittelektrode des steuerbaren Halbleiter-Schaltelementes 10. where C and a are positive constants, the size of a being in order of tens. This is the case with a varistor, for example, which structurally represents a non-linear semiconductor resistor. Other voltage-dependent elements can be avalanche semiconductor diodes with a similar relevant current dependence on the voltage. The controllable semiconductor switching element 10 is a thyristor. Its control electrode is the first entry electrode and the cathode is the second entry electrode of the controllable semiconductor switching element 10. The anode of the thyristor forms the first exit electrode and the cathode forms the second exit electrode of the controllable semiconductor switching element 10.

Die Wirkungsweise der Schaltanordnung des durch Spannung gesteuerten Halbleiterschalters kann an Hand des Stromes Iv beschrieben werden, der durch die spannungsabhängigen Elemente 3 und 6 fliesst, und des Stromes Ir, der durch die Widerstände 5 und 7 fliesst. Der Strom in der Primärwicklung des Transformators 4 ist durch den Unterschied Iv-lr gegeben. Wegen der Spannungsabhängigkeit der erwähnten spannungsabhängigen Elemente ist auch der Strom der Primärwicklung des Transformators eine Funktion der Eintrittsspannung. Bei normaler Eintrittsspannung ist der Strom Ir in den Widerständen um einige Ordnungen grösser als der Strom lv der spannungsabhängigen Elemente und durch die Primärwicklung des Transformators 4 fiesst ein Strom gleicher Polarität. Bei Erhöhung der Eintrittsspannung, zum Beispiel bei Überspannung kommt es zu einer schnellen Änderung der Polarität des Primärstromes des Transformators und zu einer Transformation des Stromes in dessen Sekundärwicklung. In der Sekundärwicklung des Transformators, der durch den Eintrittskreis des steuerbaren Halbleiter-Schaltelementes 10 belastet ist, der aus dem Widerstand der Steuerelektrode des Thyristors und einem s Vorschaltwiderstand 9 besteht, entsteht ein Stromimpuls, der diesen Thyristor einschaltet. Die Kommutation des Transformatorstromes hat einen Impulscharakter. Zum Beispiel für a = 15 und ein 1,5 faches Ansteigen der Eintrittsspannung ist die Erhöhung des Stromes Iv 485 mal. Durch Kommutation io des Primärstromes, das ist durch Änderung des magnetischen Flusses des Transformators im ganzen Bereich der Magneti-sationscharakteristik des Kernes wird eine optimale Transformation des Stromes und eine maximale Ausnützung des magnetischen Kreises erzielt. Es handelt sich eigentlich um 15 eine Änderung des magnetischen Flusses von — 0max ZU + 0max. Wegen der Sättigung des Kernes des Transformators wird die über die Eintrittsklemmen aus der Quelle der Eintrittsspannung übertragene und zum Schalten des steuerbaren Halbleiter-Schaltelementes angewendete Energie derart begrenzt, dass dessen Beschädigung nicht vorkommen kann. Ein weiterer Vorteil der Schaltanordnung des durch Spannung steuerbaren Halbleiterschalters ist, dass dessen Eintrittsklemmen von den Austrittsklemmen galvanisch isoliert sind. The mode of operation of the switching arrangement of the voltage-controlled semiconductor switch can be described with the aid of the current Iv which flows through the voltage-dependent elements 3 and 6 and the current Ir which flows through the resistors 5 and 7. The current in the primary winding of the transformer 4 is given by the difference Iv-lr. Because of the voltage dependence of the voltage-dependent elements mentioned, the current of the primary winding of the transformer is also a function of the input voltage. At normal input voltage, the current Ir in the resistors is a few orders greater than the current lv of the voltage-dependent elements, and a current of the same polarity flows through the primary winding of the transformer 4. When the input voltage increases, for example in the event of overvoltage, the polarity of the primary current of the transformer changes rapidly and the current in its secondary winding is transformed. In the secondary winding of the transformer, which is loaded by the entry circuit of the controllable semiconductor switching element 10, which consists of the resistance of the control electrode of the thyristor and a ballast resistor 9, a current pulse is generated which switches this thyristor on. The commutation of the transformer current has an impulse character. For example, for a = 15 and a 1.5-fold increase in the input voltage, the current Iv increases 485 times. By commutation io of the primary current, that is, by changing the magnetic flux of the transformer in the entire range of the magnetization characteristic of the core, an optimal transformation of the current and a maximum utilization of the magnetic circuit is achieved. It is actually a 15 change in magnetic flux from - 0max TO + 0max. Because of the saturation of the core of the transformer, the energy transmitted via the inlet terminals from the source of the inlet voltage and used to switch the controllable semiconductor switching element is limited in such a way that its damage cannot occur. Another advantage of the switching arrangement of the voltage-controllable semiconductor switch is that its inlet terminals are galvanically isolated from the outlet terminals.

Die erfindungsgemässe Schaltanordnung des steuerbaren Halbleiterschalters kann vorteilhaft zum Beispiel so angewendet werden, dass ein Strom bei verschiedener Belastung mittels der veränderlichen Eintrittsspannung durch Schalten von steuerbaren Halbleiter-Schaltelementen wie Transi-storen, Thyristoren und optoelektronischen Schaltelementen gesteuert wird. The switching arrangement of the controllable semiconductor switch according to the invention can advantageously be used, for example, in such a way that a current is controlled at different loads by means of the variable input voltage by switching controllable semiconductor switching elements such as transistors, thyristors and optoelectronic switching elements.

25 25th

B B

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings