CS225171B1

CS225171B1 - Connection of the overvoltage protection of active semiconductors

Info

Publication number: CS225171B1
Application number: CS477681A
Authority: CS
Inventors: Zdenko Ing Harvanek; Miroslav Ing Pobuda; Anton Ing Cernansky; Jozef Ing Csc Mihalcin
Original assignee: Zdenko Ing Harvanek; Miroslav Ing Pobuda; Anton Ing Cernansky; Jozef Ing Csc Mihalcin
Priority date: 1981-06-24
Filing date: 1981-06-24
Publication date: 1984-02-13

Description

Vynález sa týká zapojenia prepaťovej ochrany pre skupinu výkonových polovodičových súčiastok, ktoré majú jeden výkonový vývod připojený na spoločný potenciál.The invention relates to a surge protection circuit for a plurality of power semiconductor devices having a single power terminal connected to a common potential.

U známých zapojení prepáťových ochrán výkonových polovodičových súčiastok ide o sériové zapojenie odporu a kondenzátora, ktoré sú dvoma volnými vývodmi připojené k výkonovým vývodom výkonovej polovodičové} súčiastky, alebo o paťfázové zapojenie prepaťovej ochrany pre. výkonové usměrňovače v trojfázovom zapojení. Ochrany zložené z odporu a kondenzátora spůsobujú přídavné prúdové namáhanie chránenej výkonovej polovodičovej súčiastky tým, že pri jej zapínaní sa kondenzátor vybíja cez odpor ochrany a spínaní výkonovú polovodičovú súčiastku. V dósledku toho vznikajú tiež výkonové straty na odpore ochrany.The known overvoltage protections of power semiconductor components are a series resistor and capacitor connection which are connected via two free terminals to the power terminals of the power semiconductor component, or a five - phase overvoltage protector for. three-phase power rectifiers. Protections composed of a resistor and a capacitor cause additional current stress to the protected power semiconductor component by switching on the capacitor discharging through the resistor and switching resistor of the power semiconductor component. This also results in power losses in the protection resistance.

Paťfázová ochrana odstraňujúca vyššie spomínané nedostatky, nemože byť pre jej definovaná zapojenie použitá na ochranu výkonových polovodičových súčiastok v inom zapojení, ako je trojfázový usměrňovač v mostíkovom zapojení.The five-phase protection eliminating the above-mentioned drawbacks cannot, for its defined circuitry, be used to protect power semiconductor devices in a circuit other than a three-phase rectifier in a bridge circuit.

Vyššie uvedené nevýhody odstraňuje zapojenie prepaťovej ochrany výkonových polovodičových súčiastok podlá vynálezu, ktorých rovnaké výkonové vývody sú připojené na spoločný potenciál podlá vynálezu, ktorého podstatou je, že na vzájomne nespojené výkonové vývody výkonových polovodičových súčiastok sú připojené anody, připadne katody diod prepaťovej ochrany, ktorých katódy, připadne anody sú spojené cez nabíjací odpor s jedným vývodom akumulačného kondenzátora a jedným vývodom vybíjacieho odporu, pričom druhé vývody akumulačného kondenzátora a vybíjacieho odporu sú spojené s.o vzájomne přepojenými výkonovými vývodmi výkonových polovodičových súčiastok.The above mentioned disadvantages are eliminated by the connection of the overvoltage protection of the power semiconductor devices according to the invention, whose same power terminals are connected to the common potential according to the invention, which is based on the fact that the unconnected power terminals of power semiconductor components are connected anodes optionally, the anodes are connected via a charging resistor to one accumulator capacitor terminal and one discharge resistor terminal, wherein the other accumulator capacitor and discharge resistor terminals are connected to interconnected power terminals of power semiconductor components.

Zapojením podlá vynálezu sa docieli podstatné zníženie komutačného prepátia na chráněných súčiastkach pri súčasnom znížení výkonových strát v ochraně, čo zároveň umožňuje použitie ochrany podlá vynálezu pre prácu pri vyšších frekvenciách v porovnaní s ochranou zloženou z odporu a kondenzátora.The circuitry of the present invention achieves a substantial reduction in the commutative overvoltages on the protected components while reducing the power losses in the protection, which also allows the use of the protection of the invention to operate at higher frequencies compared to the resistor / capacitor protection.

Na připojených výkresoch na obr. 1 je nakreslený příklad zapojenia prepaťovej ochrany skupiny výkonových polovodičových súčiastok (tyristorov), ktorých spoločným výkonovým vývodom je anoda, na obr. 2 je naznačený příklad, kde spoločným výkonovým vývodom je katoda. Na obr. 3 je znázorněný příklad zapojenia prepaťovej ochrany v striedači prúdu a na obr. 4 v striedači napatia s autotransformátorovou komutáciou.In the accompanying drawings of FIG. 1 is an example of a surge protection circuit for a plurality of power semiconductor devices (thyristors) having a common anode power outlet, FIG. 2 is an example where the common power terminal is a cathode. In FIG. 3 shows an example of the connection of a surge protector in an inverter and FIG. 4 in a voltage inverter with autotransformer commutation.

V zapojení (obr. 1) na katódy výkonových polovodičových súčiastok 1, sú připojené anody diod 2 prepaťovej ochrany. Katódy diod 2 sú spojené cez nabíjací odpor 3 s jedným vývodom akumulačného kondenzátora 4 a jedným vývodom vybíjacieho odporu 5. Druhé vývody akumulačného kondenzátora a vybíjacieho odporu 5 sú spojené s anodami výkonových polovodičových súčiastokIn the wiring (Fig. 1) to the cathodes of the power semiconductor devices 1, the anodes of the overvoltage protection diodes 2 are connected. The diodes of the diodes 2 are connected via a charging resistor 3 to one terminal of the storage capacitor 4 and one terminal of the discharge resistor 5. The other terminals of the storage capacitor and discharge resistor 5 are connected to the anodes of power semiconductor devices.

1. Ku akumulačnému kondenzátoru 4 a vybíjaciemu odporu 5 je paralelné připojený obvod 6 na snímanie napatia.1. A voltage sensing circuit 6 is connected in parallel to the storage capacitor 4 and the discharge resistor 5.

V príkladnom zapojení prepaťovej ochrany výkonových polovodičových súčiastok (obr. 2} na anody výkonových polovodičových súčiastok 1 sú připojené katódy diod 2 prepaťovej ochrany. Anody diód 2 sú spojené cez nabíjací odpor 3 s jedným vývodom vybíjacieho odporu 5 a akumulačného kondenzátora 4.In the exemplary overvoltage protection of power semiconductor devices (Fig. 2), the cathode diodes of the overvoltage protection diodes 2 are connected to the anodes of the power semiconductor components 1. The diode anodes 2 are connected via a charging resistor 3 to one discharge resistor 5 and accumulator capacitor 4.

Druhé vývody akumulačného kondenzátora 4 a vybíjacieho odporu 5 sú připojené ku katódam výkonových polovodičových súčiastok 1. Ku akumulačnému kondenzátoru 4 a vybíjaciemu odporu 5 je paralelné připojený obvod 6 na snímanie napatia.The second terminals of the storage capacitor 4 and the discharge resistor 5 are connected to the cathodes of the power semiconductor components 1. A voltage sensing circuit 6 is connected in parallel to the storage capacitor 4 and the discharge resistor 5.

V príkladnom zapojení prepaťovej ochrany výkonových polovodičových súčiastok (obr. 3) pozostáva striedač prúdu z anódovej skupiny tyristorov Γ anodami připojených na svorku +L. Na ich katódy sú připojené anody diód 9 a komutačně kondenzátory 11. S katodami diód 9 sú spojené anody diód 10, pričom ich katódy sú spojené s vývodmi komutačných kondenzátorov 7 a anodami katódovej skupiny tyristorov 8. Katody tyristorov 8 sú spojené so svorkou —L. Svorky U, V, W pre pripojenie záťaže striedača prúdu sú vyvedené zo spojení katod diód 9 s anodami diód 10.In the exemplary overvoltage protection of power semiconductor devices (Fig. 3), the inverter consists of an anode group of thyristors Γ anodes connected to the + L terminal. Diode anodes 9 and commutating capacitors 11 are connected to their cathodes. Diode anodes 10 are connected to the cathode diodes 9, their cathodes connected to the terminals of the commutating capacitors 7 and the anodes of the cathode group of thyristors 8. The thyristors 8 are connected to terminal L. The terminals U, V, W for connecting the load of the inverter are led out of the connection of the cathodes of the diodes 9 with the anodes of the diodes 10.

Anody, resp. katódy diód 2 prepaťovej ochrany sú připojené na katódy anódovej skupiny tyristorov Γ, připadne na anody katódovej skupiny tyristorov 8. Katódy, připadne anody diód 2 sú cez nabíjací odpor 3 spojené s jedným vývodom akumulačného kondenzátora 4 a s jedným vývodom vybíjacieho odporu 5. Druhé vývody akumulačného kondenzátora 4 a vybíjacieho odporu sú spojené s anodami tyristorov Γ anódovej skupiny, připadne s katodami tyristorov 8 katódovej skupiny.Anodes, respectively. The overvoltage protection diodes 2 are connected to the anodes of the anode group of the thyristors Γ, respectively the anodes of the cathode group of the thyristors 8. The cathodes or the anodes of the diodes 2 are connected via a charging resistor 3 to one terminal of accumulator capacitor 4 and one terminal of discharge resistor 5. the capacitor 4 and the discharge resistor are connected to the anodes of the thyristor Γ of the anode group, or to the cathodes of the thyristors 8 of the cathode group.

V príkladnom zapojení striedača napatia s autotransformátorovou komutáciou doplněnou o zapojenie prepaťovej ochrany (obr. 4j, striedača napatia pozostáva z anódovej skupiny tyristora Γ připojených na svorku +L. Katódy skupiny tyristorov Γ sú spojené s jedným vývodom autotransformátorov 30, pričom na ich druhé vývody sú připojené anody katódovej skupiny tyristorov 8, ktorých katódy sú spojené so svorkou —L. Na středné vývody autotransformátorov 30 sú připojené spoločné body dvojíc komutačných kondenzátorov 12 a 15, 13 a 18, 14 a 17. Krajné vývody komutačných kondenzátorov 12, 13, 14 sú spojené so svorkou +L a komutačných kondenzátorov 15, 16, 17 so svorkou —L. Medzi středné vývody autotransformátorov 30 a svorkou +L, připadne —L sú zapojené spatné diódy 24, 25, 28, připadne diódy 27, 28, 29, pričom so svorkou +L sú spojené katódy diód 24, 25, 26 a so svorkou —L sú spojené anódy diód 27, 28, 29. Na katódy anódovej skupiny tyristorov Γ, připadne anódy katódovej skupiny tyristorov 8 sú připojené anódy, připadne katódy diód 2, pričom ich katódy, připadne anódy sú cez rekuperačně odpory 18, 19, 20 spojené so svorkou +L, připadne cez rekuperačně odpory 21, 22, 23 spojené so svorkou —L. Prepaťová ochrana anódovej skupiny tyristorov Γ, připadne katódovej skupiny tyristorov 8, je tvořená skupinami diód 2, ktoré sú anodami, připadne katodami připojené na katódy anódovej skupiny tyristorov Γ, připadne anódy katódovej skupiny tyristorov 8. Katódy, připadne anódy diód 2, sú spojené cez nabíjací odpor 3 s jedným vývodom akumulačného kondenzátora 4 a jedným vývodom. vybíjacieho odporu 5. Druhé vývody akumulačného kondenzátora 4 a vybíjacieho odporu 5 je spojená so svorkou +L, připadne —L.In an exemplary connection of a voltage inverter with an autotransformer commutation supplemented with a surge protector connection (Fig. 4j, the voltage inverter consists of an anode thyristor group Γ connected to the + L terminal. connected anodes of the cathode group of thyristors 8, the cathodes of which are connected to the terminal L. Common points of pairs of commutating capacitors 12 and 15, 13 and 18, 14 and 17 are connected to the middle pins of the autotransformers 30. connected to the terminal + L and the commutating capacitors 15, 16, 17 to the terminal L. The reverse diodes 24, 25, 28, or diodes 27, 28, 29 are connected between the middle terminals of the autotransformers 30 and the terminal + L, respectively. the cathodes of diodes 24, 25, 26 are connected to the + L terminal and diodes 27, 28, 29 are connected to the terminal —L. of the anode group of thyristors Γ or anodes of the cathode group of thyristors 8 are connected anodes or cathodes of diodes 2, their cathodes or anodes are connected to terminal + L via regenerative resistors 18, 19, 20, respectively via regenerative resistors 21, 22, 23 connected to terminal —L. The overvoltage protection of the anode group of thyristors Γ or of the cathode group of thyristors 8 consists of diode groups 2 which are anodes or cathodes connected to the cathodes of the anode group of thyristors Γ or the anodes of the cathode group of thyristors 8. a charging resistor 3 with one outlet of the storage capacitor 4 and one outlet. The second terminals of the storage capacitor 4 and the discharge resistor 5 are connected to the terminal + L, or respectively -L.

Funkcia všetkých zapojení z obr. 1, 2, 3 a 4 je rovnaká a nasledovná: pri vypínaní výkonových polovodičových súčiastok klesá ich prúd do záporných hodnůt, až dosiahne maximálnu závernú hodnotu danú vlastnosťami výkonovej polovodičovej súčiastky a parametrami komutačných obvodov. Pri poklese prúdu z maximálnej závernej hodnoty na nulu vzniká v důsledku existencie indukčnosti v komutačnom obvode výkonovej polovodičovej súčiastke komutačně prepatie. Keď hodnota komutačného prepátia překročí okamžitú hodnotu napatia na akumulačnom kondenzátore 4, otvorí sa příslušná dioda 2 a energia indukčnosti v komutačnom obvode je převedená cez nabíjací odpor 3 do akumulačného kondenzátora 4. Akumulačný kondenzátor 4 je trvale vybíjaný vybíjacím odporom 5. Hodnota komutačného prepatia na výkonovej polovodičovej súčiastke je počas vypínacieho procesu daná súčtom napatia na nabíjacom odpore 3 a akumulačnom kondenzátore 4. Vhodnou vol'bou hodnoty nabíjacieho odporu 3 je možné podstatné ovplyvniť hodnotu komutačného prepátia na výkonovej polovodičovej súčiastke pri vypínaní.The function of all the connections of FIG. 1, 2, 3 and 4 are the same and as follows: when the power semiconductor devices are switched off, their current drops to negative values until it reaches the maximum closing value given by the power semiconductor components and commutation circuit parameters. When the current drops from the maximum cut-off value to zero, there is a commutation overvoltage due to the inductance in the commutating circuit of the power semiconductor component. When the value of the commutation overvoltage exceeds the instantaneous voltage value on the accumulator capacitor 4, the corresponding diode 2 opens and the inductive energy in the commutation circuit is transferred via the charging resistor 3 to the accumulator capacitor 4. The accumulator capacitor 4 is constantly discharged by the discharge resistor 5. The semiconductor component is given by the sum of the voltages on the charging resistor 3 and the accumulator capacitor 4 during the tripping process. By selecting the value of the charging resistor 3 appropriately, it is possible to significantly influence the value of the commutating overvoltage on the power semiconductor component.

Claims

1. Surge protection circuitry of power semiconductor devices having the same power terminal connected to a common potential, characterized in that anodes or diodes (2) of overvoltage protection diodes (2) whose cathodes are connected to mutually unconnected power terminals of power semiconductor components (1) or the anodes are connected via a charging resistor (3) to one accumulator condenser outlet (4) and one discharge resistor (5) outlet, the other accumulator capacitor terminals (4) and discharge resistor (5) being connected to interconnected power terminals power semiconductor devices (1).

Stage connection according to claim 1, characterized in that a voltage sensing circuit (6) is connected in parallel to the storage capacitor (4) and the discharge resistor (5).