DD222458A1

DD222458A1 - ARRANGEMENT FOR SWITCHING HIGH VOLTAGE ON SMALL STROEMES

Info

Publication number: DD222458A1
Application number: DD26125484A
Authority: DD
Inventors: Hans-Georg Beyer
Original assignee: Liebknecht Mikroelektron
Priority date: 1984-03-27
Filing date: 1984-03-27
Publication date: 1985-05-15

Abstract

Anordnung zum Schalten hoher Spannungen bei kleinen Stroemen mittels Thyristor vorzugsweise fuer den Einsatz in Messeinrichtungen, bei denen die Stroeme unterhalb des Haltestromes des verwendeten Thyristors liegen. Das Ziel der Erfindung besteht darin, vergleichbare Schaltungen mit Roehren oder Relais mit Thyristoren bei geringem Aufwand bei hoher Zuverlaessigkeit zu realisieren. Die Aufgabe wird durch eine zusaetzliche Einspeisung eines Hilfsstromes in den Lastkreis realisiert der durch Entkopplung eine Beeinflussung des Lastkreises ausschliesst. Fig. 1Arrangement for switching high voltages with small currents by means of a thyristor, preferably for use in measuring devices in which the currents are below the holding current of the thyristor used. The aim of the invention is to realize comparable circuits with tubes or relays with thyristors at low cost with high reliability. The object is realized by an additional supply of an auxiliary current in the load circuit excludes an influence of the load circuit by decoupling. Fig. 1

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schalten hoher Spannungen bei kleinen Strömen mittels Thyristor und findet vorzugsweise bei Meßeinrichtungen Anwendung.The invention relates to an arrangement for switching high voltages at low currents by means of a thyristor and is preferably used in measuring devices.

Characteristic of the known technical solutions

Die Verwendung von thyristoren als Schalter für hohe Spannungen ist bekannt. Der Vorteil der Thyristoren besteht darin, daß Schalter für hohe Spannungen bei hohen Strömen (Leistungsschalter) ökonomisch realisiert werden können. Problematisch wird der Einsatz von Thyristoren bei kleinen Strömen, da ein bestimmter Haltestrom für das Funktionieren des Thyristors notwendig ist. Liegen die für eine Schaltanordnung notwendigen Ströme unterhalb des Haltestromes des einzusetzenden Thyristors, so ist der Einsatz bekannter Thyristorschaltungen nicht möglich.The use of thyristors as switches for high voltages is known. The advantage of the thyristors is that switches for high voltages at high currents (power switches) can be realized economically. The problem is the use of thyristors at low currents, since a certain holding current for the functioning of the thyristor is necessary. If the currents required for a switching arrangement are below the holding current of the thyristor to be used, the use of known thyristor circuits is not possible.

Für derartige Einsätze bieten sich elektromechanisch^ Relais an, deren Nachteil darin besteht, daß sie einem mechanischen Verschleiß unterliegen und gegenüber Thyristoren längere Schaltzeiten aufweisen. Aus DE-OS 1803886 ist zu einer vergleichbaren Aufgabe eine Röhrenschaltung bekannt, die aufwendig ist und die bekannte Nachteile einer Röhrenschaltung aufweist. .' ₍ Electromechanical relays offer such uses, the disadvantage of which is that they are subject to mechanical wear and have longer switching times than thyristors. From DE-OS 1803886 a tube circuit is known for a comparable task, which is expensive and has the known disadvantages of a tube circuit. . ' ₍

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht in der Realisierung einer Anordnung, die hohe Spannungen bei kleinen Strömen schnell und zuverlässig schaltet.The object of the invention is to realize an arrangement which switches fast and reliable high voltages at low currents.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zu realisieren, die unter Verwendung eines Thyristors, bei Strömen die unterhalb des thyristorspezifischen Haltestromes liegen, ein sicheres Schalten ermöglicht. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß entsprechend Fig. 1 ein schaltbarer Zusatzstrom IZ, der über dem Niveau des Haltestromes des Thyristors TH liegt, über dem Thyristor TH in den Lastkreis Leingespeist wird, wobei sowohlder Lastkreis L als auch der den Zusatzstrom IZ liefernde Hilfsstromkreis H jeweils durch eine Diode gegeneinander entkoppelt sind. .The invention is based on the technical object of realizing a circuit which, with the use of a thyristor, enables a safe switching at currents which are below the thyristor-specific holding current. According to the invention the object is achieved in that according to Fig. 1, a switchable additional current IZ, which is above the level of the holding current of the thyristor TH, is fed via the thyristor TH in the load circuit Leing, wherein both the load circuit L and the auxiliary current IZ supplying auxiliary circuit H are each decoupled by a diode against each other. ,

Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 und 2 dargestelltThe invention is illustrated with reference to FIGS. 1 and 2

Fig. 1: zeigt die Prinzipschaltung, Fig.2: zeigt ein Ausführungsb^ispiel. 1 shows the basic circuit, FIG. 2 shows an exemplary embodiment.

Zunächst sollen die Grundgedanken der Erfindung an Fig. 1 erläutert werden.First, the basic ideas of the invention will be explained with reference to FIG.

Die Anordnung kann in zwei Teile untergliedert werden. Zum einen in den Lastkreis L, der aus der Reihenschaltung, der zu schaltenden Spannungsquelle UL, der dazu in Durchlaßrichtung betriebenen Diode DI, dem in Blockierrichtung betriebenen Thyristor TH und dem mit der hohen Spannung UL zu belastenden Verbraucher RL besteht und zum anderen iri den Hilfsstromkreis H, der den Zusatzstrom IZ liefert. Der Hilfsstromkreis H besteht aus der Reihenschaltung der Diode D2, dem elektronischen Schalter S und der realen Stromquelle SQ. Die Stromquelle SQ liefert den Zusatzstrom IZ. Der Thyristor TH bzw. die Diode D2 sind bezüglich des Zusatzstromes IZ in Blockier- bzw. Durchlaßrichtung geschaltet. Der Thyristor TH kann durch die Zündschaltung Z, die mit dem Gate und der Katode K des Thyristors TH verbunden ist, mit Zündimpulsen beaufschlagt werden. ιThe arrangement can be divided into two parts. On the one hand in the load circuit L, which consists of the series circuit to be switched voltage source UL, operated in the forward direction diode DI, operated in the blocking direction thyristor TH and the load to be charged with the high voltage UL consumer RL and on the other iri the auxiliary circuit H, which supplies the additional current IZ. The auxiliary circuit H consists of the series connection of the diode D2, the electronic switch S and the real power source SQ. The current source SQ supplies the additional current IZ. The thyristor TH and the diode D2 are connected in blocking or forward direction with respect to the additional current IZ. The thyristor TH can be acted upon by the ignition circuit Z, which is connected to the gate and the cathode K of the thyristor TH, with ignition pulses. ι

Der Einschaltvorgang läuft folgendermaßen ab. Der elektronische Schalter S ist geschlossen. Wird der Thyristor TH durch die Zündschaltung Z mit einem Zündimpuls beaufschlagt, so kommt es, da der Zusatzstrom IZ voraussetzungsmäßig größer als der Haltestrom des Thyristors TH gewählt wurde, zu einem dauerhaften Stromfluß im Hilfsstromkreis H. Damit ist aber die Ά-K-Strecke des Thyristors TH leitend, und die zu schaltende hohe Spannung UL liegt über der in Durchlaßrichtung betriebenen Diode D2 und dem durchgeschalteten Thyristor TH am Verbraucher RL an.The switch-on process is as follows. The electronic switch S is closed. If the thyristor TH is acted upon by the ignition circuit Z with an ignition pulse, so it is because the additional current IZ was chosen by default larger than the holding current of the thyristor TH, to a permanent current flow in the auxiliary circuit H. But this is the Ά-K distance of Thyristors TH conductive, and to be switched high voltage UL is above the forward-biased diode D2 and the through-connected thyristor TH at the consumer RL on.

' Der Ausschaltvorgäng erfolgt durch kurzzeitiges Öffnen von Schalter S. Damit wird der Strom IZ unterbrochen. Da der Laststrom IL klein ist, d. h., er hat verfahrensbedingt unterhalb des Haltestromes des Thyristors.TH zu liegen, löscht der Thyristor TH. Der Thyristor TH ist geöffnet und der Stromfluß IL im Lastkreis L ist unterbrochen. Der Verbraucher RL ist damit von der Spannungsquelle UL abgeschaltet. ,The switch-off process takes place by briefly opening switch S. This breaks off the current IZ. Since the load current IL is small, d. h., He has procedurally below the holding current of the thyristor TH lie, the thyristor TH clears. The thyristor TH is open and the current flow IL in the load circuit L is interrupted. The consumer RL is thus switched off from the voltage source UL. .

Die Dioden D1 und D 2 entkoppeln den Last-und den Hilfsstromkreis voneinander. Ein Stromfluß vom Lastkreis L über den Hilfsstromkreis H durch den Verbraucher RL wird für den (normalen) Fall hoher Spannungen UL (d.h., UL ist größer als der Spannungsabfall über der Stromquelle SQ) durch die Diode D2 verhindert, da sie bezüglich der Spannungsquelle UL in Sperrichtung arbeitet. Im umgekehrten Fall, d. h., die Spannung der Quelle UL ist kleiner als der Spannungsabfall über der Stromquelle SQ, übem'mmt diese Funktion die Diode D1.The diodes D1 and D 2 decouple the load and the auxiliary circuit from each other. A current flow from the load circuit L through the auxiliary circuit H through the consumer RL is for the (normal) case of high voltages UL (ie, UL is greater than the voltage drop across the current source SQ) prevented by the diode D2, since they with respect to the voltage source UL in Locking works. In the opposite case, d. h., the voltage of the source UL is smaller than the voltage drop across the current source SQ, this function transmits the diode D1.

-3- 261 254 2-3- 261 254 2

Entsprechend der Aufgabenstellung, hohe Spannungen zu schalten, sind für die Diode D1 und den Thyristor TH spannungsfeste Bauelement zu verwenden. Durch Reihenschaltung geeigneter Dioden und Thyristoren kann die Anordnung den jeweiligen Anwendungsfällen angepaßt werden, falls die Spannungsfestigkeit der zur Verfügung stehenden Dioden und Thyristoren According to the task to switch high voltages, are used for the diode D1 and the thyristor TH voltage-resistant device. By series connection of suitable diodes and thyristors, the arrangement can be adapted to the respective applications, if the dielectric strength of the available diodes and thyristors

nicht ausreicht. not enough.

Die Stromquelle SQ, die den Zusatzstrom IZ liefert, ist so zu dimensionieren, daß der Zusatzstrom IZ das Eineinhalb- bis Zweifache des Haltestromes des Thyristors TH beträgt.The current source SQ, which supplies the additional current IZ, is to be dimensioned so that the additional current IZ is one and a half to two times the holding current of the thyristor TH.

Die Erfindung soH nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden.The invention will thus be explained below with reference to an embodiment.

Fig.2 zeigt eine günstige Realisierungsvariante. Diese Variante zeichnet sich dadurch aus, daß die Schaltzeiten im Vergleich zu mechanischen Schaltern (z. B. Reedrelais) um den Faktor 20 bis 100 verringert werden können.2 shows a favorable implementation variant. This variant is characterized by the fact that the switching times can be reduced by a factor of 20 to 100 compared to mechanical switches (eg reed relays).

Zur Erhöhung der max. schaltbaren Spannung UL wurde eine Reihenschaltung von zwei Thyristoren THI, TH2 verwendet. Bei den Thyristoren handelt es sich um Lawinenthyristoren, die ohne äußere Symmetrierbeschaltung auskommen.To increase the max. switchable voltage UL was a series connection of two thyristors THI, TH2 used. The thyristors are avalanche thyristors, which do not require external balancing.

Die beiden Thyristoren TH 1,TH 2 werden durch die Zündschaltungen Z1 und Z2 synchron (gleichzeitig) angesteuert. Für die Zündschaltungen eignen sich die üblichen Zündimpulsgeber, weshalb nicht näher darauf eingegangen wird. Zu beachten ist, daß beide Zündimpulsgeber galvanisch voneinander getrennt sind, da zwischen den beiden Katoden der Thyristoren die max.The two thyristors TH 1, TH 2 are controlled synchronously (simultaneously) by the ignition circuits Z1 and Z2. For the ignition circuits are the usual ignition pulse, so it is not discussed further. It should be noted that both ignition pulse are galvanically separated from each other, as between the two cathodes of the thyristors, the max.

Spannung UL anliegen kann. Die Spannungsquelle UL liefert die zu schaltende Spannung, die den Stromfluß IL durch den Verbraucher RL bewirkt.Voltage UL may be present. The voltage source UL supplies the voltage to be switched, which causes the flow of current IL through the consumer RL.

Die Stromquelle SQ in Fig. 1 wird im Ausführungsbeispiel, Fig.2, aus der Spannungsquelle UZ und dem Widerstand R1 gebildet.In the exemplary embodiment, FIG. 2, the current source SQ in FIG. 1 is formed from the voltage source UZ and the resistor R1.

Der Widerstand R1 bestimmt bei vorgegebener Spannung UZ näherungsweise den Zusatzstrom IZ. Der Zusatzstrom IZ wird so gewählt, daß im eingeschalteten Zustand (Transistor T durchgesteuer) der eineinhalb- bis zweifache Wert des größeren der beiden Halteströme der Thyristoren TH 1,TH 2 fließen kann.The resistor R1 determines at a predetermined voltage UZ approximately the additional current IZ. The additional current IZ is chosen so that in the on state (transistor T durchgesteuer) of one and a half to two times the value of the larger of the two holding currents of the thyristors TH 1, TH 2 can flow.

Der Transistor T, der Optokoppler OK und die Widerstände R1,R2 bilden den elektronischen Schalters (gekästelt gezeichnet).The transistor T, the optocoupler OK and the resistors R1, R2 form the electronic switch (drawn drawn).

Der Widerstand R 2 ist so zu bemessen, daß der Transistor T sicher den erforderlichen Zusatzstrom IZ schaltet.The resistor R 2 is to be dimensioned so that the transistor T safely switches the required additional current IZ.

Bei den Dioden D1, D2 und D3 handelt es sich um schnelle Dioden. Die Funktionen der Dioden D1 und D2 entsprechen den Funktionen der Dioden vom Prinzipschaltbild, Fig. 1. Die Diode D2 muß sperrseitig die Spannung UL sicher sperren. Für die Diode D3 kommt eine schnelle Schaltdiode zur Anwendung, sie schützt den elektronischen Schalter S vor kurzzeitigen Spannungsspitzen während der Umschaltphase. Durch die Schutz- und Entkopplungsdioden D2 und D3 treten überdem elektronischen Schalter S nur Spannungen in der Höhe von UZ auf. Deshalb müssen keine besonderen Anforderungen an die Spannungsfestigkeiten des Transistors T und der Kollektor-Emitter-Strecke des. Optokopplers OK gestellt werden.The diodes D1, D2 and D3 are fast diodes. The functions of the diodes D1 and D2 correspond to the functions of the diodes from the basic circuit diagram, FIG. 1. The diode D2 must lock the voltage UL on the blocking side. For the diode D3, a fast switching diode is used, it protects the electronic switch S from short-term voltage peaks during the switching phase. Due to the protection and decoupling diodes D2 and D3, only voltages in the amount of UZ occur across the electronic switch S. Therefore, no special requirements have to be made of the voltage strengths of the transistor T and the collector-emitter path of the optocoupler OK.

Der Einschaltvorgang läuft folgendermaßen ab. ·The switch-on process is as follows. ·

Im Normalfall ist die Kollektor-Emitter-Strecke des Optokopplers OK durchgesteuert, d. H., die Diode des Optokopplers OK wird in Flußrichtung mit der Steuerspannung UST betrieben. Werden nun mittels der beiden Zündschaltungen Z1 und Z2 die Thyristoren TH1, TH 2 gleichzeitig gezündet, kommt es zum Stromfluß IZ. Der Transistor T wird durchgesteuert, und die Thyristoren TH1, TH 2 werden leitend. Damit wird im äußeren Kreis die Spannung UL an den Verbraucher RL geschaltet.Normally, the collector-emitter path of the optocoupler OK is turned on, d. H., the diode of the optocoupler OK is operated in the flow direction with the control voltage UST. If the thyristors TH1, TH2 are ignited simultaneously by means of the two ignition circuits Z1 and Z2, current flow IZ occurs. The transistor T is turned on, and the thyristors TH1, TH 2 become conductive. Thus, the voltage UL is connected to the consumer RL in the outer circuit.

Soll ausgeschaltet werden, so ist die Steuerspannung UST am Optokoppler OK kurzzeitig abzuschalten, wodurch der elektronische Schalter S öffnet und den Zusatzstrom IZ unterbricht. Da der Strom IL durch die Thyristoren TH1, TH 2 nun kleiner als der notwendige Haltestrom ist, löschen die Thyristoren und der Stromfluß IL wird unterbrochen. Der Verbraucher RL ist von der Spannungsquelle UL abgeschaltet. Für die einwandfreie Funktion der Anordnung ist es erforderlich, daß die Dauer der kurzzeitigen Unterbrechung der Steuerspannung UST langer als die Freiwerdezeit der Thyristoren ist.If it is to be switched off, the control voltage UST at the optocoupler OK is to be switched off for a short time, as a result of which the electronic switch S opens and interrupts the additional current IZ. Since the current IL through the thyristors TH1, TH2 is now smaller than the necessary holding current, the thyristors extinguish and the current flow IL is interrupted. The consumer RL is switched off from the voltage source UL. For the proper operation of the arrangement, it is necessary that the duration of the short-term interruption of the control voltage UST is longer than the recovery time of the thyristors.

Claims

-2- 261 254

Invention claims:

1. An arrangement for switching high voltages at low currents by means of a thyristor, characterized in that a switchable additional current (IZ), which is above the level of the holding current of the thyristor (TH), fed via the thyristor (TH) in the load circuit (L) is, wherein both the load circuit (L) and the additional current (IZ) supplying auxiliary circuit (H) are each decoupled by a diode against each other ... ,

2. Arrangement according to item 1, characterized in that the load circuit (L) from the series circuit of the high voltage source (UL), the forwardly operated diode (D 1 ) ', operated in the blocking direction thyristor (TH) and with the high Voltage to load consumer (RL) exists.

3. Arrangement according to Pkt. 1 and 2, characterized in that the auxiliary circuit (H) consists of the series connection of the diode (D2), the electronic switch (S) and the real power source (SQ), wherein the power source (SQ) the Additional current (IZ) .liefert and the thyristor (TH) or the diode (D 2) with respect to the additional current (IZ) are connected in the blocking or forward direction. ι

4. Arrangement according to Pkt. 1 to 3, characterized in that come to increase the dielectric strength of the arrangement for the diode (D2) and the thyristor (TH) voltage-resistant components or series connections of several suitable components for use. .

For this ^ page drawings. ·. ,