DD255624A1

DD255624A1 - PROTECTION CIRCUIT ARRANGEMENT FOR COMPLETELY CONTROLLABLE POWER ELEMENTS

Info

Publication number: DD255624A1
Application number: DD29560486A
Authority: DD
Inventors: Gunther Wigand; Kurt Haberland; Tilo Bretschneider; Detlef Helmert
Original assignee: Numerik Karl Marx Veb
Priority date: 1986-10-27
Filing date: 1986-10-27
Publication date: 1988-04-06

Abstract

Schutzschaltungsanordnung fuer vollstaendig steuerbare Leistungsbauelemente, anwendbar in der Leistungselektronik und Leistungsverstaerkertechnik. Mit Hilfe von Uebertragungsgliedern (UeG), Mischstellen (MS), Referenzspannungsquellen (URQ), einer Signalsteuerlogikeinheit (SLE) und externe Signalstrukturen erzeugende Einheiten (SQ) wird eine Leistungsbauelementeeinheit (LBE) angesteuert. Es wird das Einstellen wichtiger Parameter des SOAR-Bereiches unabhaengig voneinander ermoeglicht. Fig. 1Protection circuit arrangement for completely controllable power components, applicable in power electronics and power amplifier technology. With the help of Uebertragungsgliedern (UeG), mixing points (MS), reference voltage sources (URQ), a signal control logic unit (SLE) and external signal generating units (SQ), a power device unit (LBE) is controlled. It is possible to set important parameters of the SOAR range independently of each other. Fig. 1

Description

Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrotechnik und ihre Anwendung ist in Anordnung der Leistungselektronik und Leistungsverstärkertechnik mit vollständig steuerbaren Leistungsbauelementen, insbesondere für den Überstrom- und Kurzschlußschutz bei niederinduktiven Stromkreisen und hohen Betriebsspannungen, möglich und zweckmäßig.The invention relates to the field of electrical engineering and its application is in arrangement of power electronics and power amplifier technology with fully controllable power devices, especially for the overcurrent and short circuit protection in low-inductance circuits and high operating voltages, possible and appropriate.

Characteristic of the known state of the art

Für den Schutz von Leistungstransistoren sind eine Vielzahl technischer Lösungen vorhanden, und es kann dabei zwischen Lösungen unterschieden werden, die auf einer direkten Strommessung beruhen, und Lösungen, die schaltungs- oder bauelementebedingte Überstromreaktionen auswerten. Bei den Anordnungen mit einer direkten Stromauswertung sind zwei Gruppen zu unterscheiden. Die erste Gruppe beruht auf der überstrom begrenzten Abschaltung des Leistungsteiles und die zweite Gruppe auf der aktiven Strombegrenzung durch Basisspannungsklemmung der Leistungstransistoren. Bei einer Anwendung der überstrombegrenzenden Abschaltung muß stets gewährleistet sein, daß die Steuerreaktionen mit wesentlich größerer Geschwindigkeit ablaufen, also die Laststromänderungen erfolgen.For the protection of power transistors, a variety of technical solutions are available, and it can be distinguished between solutions that are based on a direct current measurement, and solutions that evaluate circuit or component-related overcurrent reactions. In the arrangements with a direct current evaluation, two groups are to be distinguished. The first group is based on the overcurrent limited shutdown of the power unit and the second group on the active current limit by base voltage clamping of the power transistors. When using the overcurrent limiting shutdown must always be ensured that the control reactions run at much greater speed, so the load current changes occur.

Diese Bedingung ist bei niederinduktiven Lastkreisen und hohen Betriebsspannungen nur durch das Anordnen von zusätzlichen linearen und/oder nichtlinearen Induktivitäten realisierbar. Eine solche Lösung ist in der DD-PS 209549; H 02 H 7/20; enthalten, die eine Schaltungsanordnung zum Schutz von Transistorleistungsschaltern betrifft. Diese Anordnung besteht aus einer GruppeThis condition can be realized in low-inductance load circuits and high operating voltages only by arranging additional linear and / or nonlinear inductances. Such a solution is described in DD-PS 209549; H 02 H 7/20; which relates to a circuit arrangement for the protection of transistor circuit breakers. This arrangement consists of a group

von Leistungsschaltern mit Steuereingängen, einem Leistungs- und einem Bezugsanschluß sowie einem in den Laststromkreis eingefügten Strommeßglied, dessen Ausgangsanschluß mit dem Eingang eines ersten Verzögerungsgliedes und dessen Ausgang mit dem Einang eines ersten Vergleichers verbundun ist. Der Vergleicherausgang ist an den Eingang eines Triggers und dessen Ausgang über ein Monoflop an den ersten Eingang der Leistungsschalteranordnung angeschlossen. Der Ausgang des Strommeßgliedes ist gleichzeitig mit dem Eingang eines zweiten Verzögerungsgliedes und dessen Ausgang mit dem Eingang eines zweiten Vergleichers verbunden. Der Ausgang dieses Vergieichers ist an den Eingang eines Komparators angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Eingang eines zweiten Monoflops verbunden ist. Der Ausgang des zweiten Monoflops ist an den zweiten Eingang der Leistungsschalteranordnung angeschlossen, wobei die Zeitkonstante des ersten Verzögerungsgliedes größer als die des zweiten Verzögerungsgliedes, und die Referenzspannung des ersten Vergleichers immer kleiner als die Referenzspannung des zweiten Vergleichers ist.circuit breaker having control inputs, a power and a reference terminal and a current measuring element inserted in the load circuit whose output terminal is connected to the input of a first delay element and whose output is connected to the input of a first comparator. The comparator output is connected to the input of a trigger and its output via a monoflop to the first input of the circuit breaker assembly. The output of the current measuring element is connected simultaneously to the input of a second delay element and its output to the input of a second comparator. The output of this comparator is connected to the input of a comparator whose output is connected to the input of a second monoflop. The output of the second monoflop is connected to the second input of the power switch arrangement, wherein the time constant of the first delay element is greater than that of the second delay element, and the reference voltage of the first comparator is always smaller than the reference voltage of the second comparator.

Die aktive Strombegrenzung, z. B. durch Basisspannungsklemmung, ist ein in der Leistungselektronik häufig benutztes Verfahren zur Unterdrückung transienter und dynamischer Überströme in einer Kombination mit dem thermischen Schutz der Leistungstransistoren, wobei ein SOAR-Schutz mit solchen Anordnungen allein nicht gegeben ist. Verfahren zum Schutz gegen Stromüberlastung durch indirekte Stromauswertung nutzen die Überschreitung einer vorgegebenen Durchlaßspannung am Transistor infolge Stromüberschreitung oder dynamischer Stromparameter, z. B. der Stromausstiegsgeschwindigkeit zur Signalisierung einer Havarie und zur Einleitung des Abschaltvorganges. Bei gitterabschaltbaren Thyristoren (GTO) sind die Grenzen des abschaltbaren Stromes vorgegeben. Damit müssen die Lastbedingungen im Havariefall auf die Abschaltforderungen eingestellt werden. Als ein Beispiel zur Realisierung derartiger technischer Lösungen ist in der DD-PS 134705; H 02 H 3/10; eine Schutzschaltung für elektronische Leistungsschalter enthalten. Das Prinzip dieser Erfindung beruht auf einer fortlaufenden Überwachung der Spannung über dem Schalterbauelement durch Verkopplung des Ansteuerkreises und des Laststromkreises mittels eines Ventilbauelementes zu einem bistabilen System sowie auf dem Einsatz eines spannungsabhängigen und eines temperaturabhängigen Bauelementes. Der Schutz gegen Überströme wird ohne zusätzliche Meßwiderstände durch einen ständigen Vergleich der lastabhängigen Sättigungsspannung über dem Schalterbauelement mit einer Referenzspannung bei Gewährleistung einer automatischen Wiedereinschaltbereitschaft erreicht.The active current limit, z. B. by base voltage clamping, is a commonly used in power electronics method for suppressing transient and dynamic overcurrents in combination with the thermal protection of the power transistors, with a SOAR protection is not given with such arrangements alone. Method for protection against current overload by indirect current evaluation use the exceeding of a predetermined forward voltage at the transistor due to current exceeding or dynamic current parameters, eg. As the current exit speed for signaling a breakdown and to initiate the shutdown. In the case of grid-switchable thyristors (GTO), the limits of the switch-off current are specified. Thus, the load conditions in the event of an accident must be set to the shutdown requirements. As an example for the realization of such technical solutions is in DD-PS 134705; H 02 H 3/10; a protection circuit for electronic circuit breakers included. The principle of this invention is based on a continuous monitoring of the voltage across the switch device by coupling the drive circuit and the load circuit by means of a valve component to a bistable system and on the use of a voltage-dependent and a temperature-dependent component. The protection against overcurrents is achieved without additional measuring resistors by a constant comparison of the load-dependent saturation voltage across the switch device with a reference voltage while ensuring an automatic reclosure readiness.

Der Nachteil dieser Lösungen besteht darin, daß zur Gewährleistung von gerade noch zulässigen Havariebedingungen (z.B. Lastkurzschluß) zusätzliche Lastkreisbeschaltungen, einschließlich aufwendiger Drosseln mit Freilaufdioden, notwendig sind.The disadvantage of these solutions is that additional load circuit circuits, including expensive chokes with freewheeling diodes, are necessary to ensure that the accident conditions are still just acceptable (for example, load short-circuiting).

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, bei einer Schutzschaltungsanordnung für vollständig steuerbare Leistungsbauelemente einen sicheren statischen und dynamischen Schutz der Leistungsbauelemente ohne zusätzliche Mittel mit geringem Aufwand zu gewährleisten und den Systemwirkungsgrad zu verbessern.The aim of the invention is to ensure a safe static and dynamic protection of the power components with little effort in a protective circuit arrangement for fully controllable power devices without additional resources and to improve the system efficiency.

Explanation of the essence of the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine- Schutzschaltungsanordnung für vollständig steuerbare Leistungsbauelemente zu schaffen, die unter Verwendung einer Leistungsbauelementeeinheit mit einem Steuerausgang, einem Leistungs- und Bezugspotentialanschluß, einem Laststromsignalausgang und Zusatzausgängen zum Ausgeben von Bauelementeparameter und/oder Bauelementezustände charakterisierenden Signalen, einer Siganlsteuerlogikeinheit, von externe Signalstrukturen erzeugenden Einheiten und von einer Funktionsgenerierungseinheit das Einstellen wichtiger Parameter des SOAR-Bereiches unabhängig voneinander ermöglicht.It is an object of the invention to provide protection circuitry for fully controllable power devices comprising, using a power device unit having a control output, a power and reference potential terminal, a load current signal output and auxiliary outputs for outputting device parameter and / or device state characterizing signals, a signal control logic unit enabling external signal structure generating units and by a function generation unit, the setting of important parameters of the SOAR range independently.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß vom Laststromsignalausgang der Leistungsbauelementeeinheit das von dem durch das zu schützende Bauelement fließenden Strom funktional abhängige Spannungssignal gleichzeitig an den Eingang erster Polarität einer ersten Mischstelle und über ein erstes Übertragungsglied mit Verzögerungsfunktion an den Eingang zweiter Polarität einer zweiten Mischstelle gelangt. An einem weiteren Eingang zweiter Polarität der ersten Mischstelle liegt eine erste Referenzspannungsquelle und an einem weiteren Eingang erster Polarität der zweiten Mischstelle eine zweite Referenzspannungsquelle. Der Ausgang zweiter Polarität der ersten Mischstelle ist zum Eingang eines zweiten Übertragungsgliedes geführt, dessen Kennlinie nur in einem Quadranten von Null verschieden und eine lineare oder nichtlineare Funktion des Ausgangsstromes und der Eingangsspannung der Art i_a = i_a (U_e[t]) ist, und dessen Ausgang mit dem Eingang erster Polarität einer dritten Mischstellein Verbindung steht. Weiterhin ist der Ausgang zweiter Polarität der zweiten Mischstelle an den Eingang eines komparierenden oder triggernden dritten Übertragungsgliedes angeschlossen, dessen Hysteresespannung Uhy dann vorzugsweise dynamischer Natur und dessen Kennlinie des Ausgangsstromes und der Eingangsbzw. Hysteresespannung von der Art ± i_a § 0 für U_e ± U_Hy § 0 ist. Der Ausgang dieses dritten Übertragungsgliedes ist entweder über eine direkte Leitung oder über eine Signalsteuerlogikeinheit zum Eingang zweiter Polarität einer dritten Mischstelle geführt, an deren weiteren Eingängen erster und zweiter Polarität externe Signalstrukturen erzeugende Einheiten vorzugsweise angeschlossen sein können. Der Ausgang zweiter Polarität der dritten Mischstelle ist mit dem Eingang eines vierten Übertragungsgliedes verbunden, dessen Ausgang an den Steueranschluß der Leistungsbauelementeeinheit angeschlossen ist. Die Kennlinie des Ein- und Ausgangsstromes und der Ausgangsspannung dieses vierten Übertragungsgliedes ist vorzugsweise im ersten Quadranten von der Art i_a = i_a (i„) und im dritten Quadranten von der Art u_a = u_a (i_e), wobei diese Funktionen kennlinienbehaftet und/oder dynamisch parametrisch gesteuert sein können.According to the invention, this object is achieved in that the load current signal output of the power device unit simultaneously passes from the current flowing through the component to be protected power voltage signal to the input of the first polarity of a first mixing point and a first transfer element with delay function to the input second polarity of a second mixing point , At a further input of the second polarity of the first mixing point is a first reference voltage source and at a further input of the first polarity of the second mixing point, a second reference voltage source. The output of the second polarity of the first mixing point is fed to the input of a second transmission element whose characteristic is different from zero in only one quadrant and a linear or non-linear function of the output current and the input voltage of the kind i _a = i _a (U _e [t]) , and whose output is connected to the first polarity input of a third mixer. Furthermore, the output of the second polarity of the second mixing point is connected to the input of a compensating or triggering third transmission element whose hysteresis voltage Uhy then preferably of a dynamic nature and whose characteristic of the output current and the Eingangssbzw. Hysteresis voltage of the kind ± i _a § 0 for U _e ± U _H y § 0. The output of this third transmission element is guided either via a direct line or via a Signalsteuerlogikeinheit to the input of the second polarity of a third mixing point, at the other inputs of the first and second polarity external signal generating units may preferably be connected. The output of the second polarity of the third mixing point is connected to the input of a fourth transmission element whose output is connected to the control terminal of the power device unit. The characteristic of the input and output current and the output voltage of this fourth transfer element is preferably in the first quadrant of the type i _a = i _a (i ") and in the third quadrant of the type u _a = u _a (i _e ), these functions characteristic and / or dynamically parametrically controlled.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigenThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing show

Fig. 1: das Blockschaltbild einer Leistungsbauelementeeinheit mit einer Schutzschaltungsanordnung gemäß der Erfindung Fig.2: eine Variante der erfindungsgemäßen Lösung mit gestaffelten abhängigen Referenzspannungen Fig. 3: eine Variante der erfindungsgemäßen Lösung mit einer aktiven Stromspiegelung in der Leistungsbauelemtenteeinheit.1 shows the block diagram of a power component unit with a protective circuit arrangement according to the invention. FIG.

In Fig. 1 ist das Blockschaltbild einer Leistungsbauelementeeinheit mit einer Schutzschaltungsanordnung gemäß der Erfindung dargestellt. Der Laststromsignalausgang LSA einer Leistungsbauelementeeinheit LBE ist gleichzeitig zum Eingang erster Polarität (-) einer ersten Mischstelle MS1 und über ein erstes Übertragungsglied ÜG1 mit Verzögerungsfunktion zum Eingang zweiter Polarität ( + ) einer zweiten Mischstelle MS 2 geführt. Der Ausgang zweiter Polarität (+) ist über ein drittes Übertragungsglied ÜG3 entweder über eine Signalsteuerlogikeinheit SLE oder über eine direkte Leitung AA' an den Eingang zweiter Polarität einer dritten Mischstelle (MS3) angeschlossen, deren Eingang erster Polarität (-) mit dem Ausgang des zweiten Übertragungsgliedes ÜG2 verbunden ist.In Fig. 1, the block diagram of a power device unit is shown with a protective circuit arrangement according to the invention. The load current signal output LSA of a power component unit LBE is simultaneously fed to the input of the first polarity (-) of a first mixing point MS1 and via a first transmission element ÜG1 with delay function to the input of the second polarity (+) of a second mixing point MS2. The output of the second polarity (+) is connected via a third transmission element ÜG3 either via a signal control logic unit SLE or via a direct line AA 'to the input of the second polarity of a third mixing point (MS3) whose input of the first polarity (-) with the output of the second Transmission element ÜG2 is connected.

An weitere Eingänge erster und zweiter Polarität der dritten Mischstelle sind externe Signalstrukturen erzeugende Einheiten SQ1; SQ2 angeschlossen, und der Ausgang zweiter Polarität (+) der dritten Mischstelle MS3 ist über ein viertes Übertragungsglied ÜG4zum Steuereingang STE der Leistungsbauelementeeinheit LBE geführt. Des weiteren ist eine Funktionsgeneriereinheit FGE angeordnet, deren Eingänge mit dem Laststromsignalausgang LSA und den Zusatzausgängen AZ1 bis AZK sowie der den Laststrom i_L führenden Leitung verbunden sind. Die Ausgänge dieser Funktionsgenierungseinheit FGE sind zum ersten Übertragungsglied ÜG1 und zu den beiden Referenzspannungsquellen URQ1; URQ2 geführt, die an den Eingang zweiter Polarität der ersten Mischstufe MS1 bzw. an den Eingang erster Polarität der zweiten Mischstufe MS2 angeschlossen sind.Further inputs of the first and second polarities of the third mixing point are external signal-generating units SQ1; SQ2 connected, and the output of the second polarity (+) of the third mixing point MS3 is guided via a fourth transmission element ÜG4z to the control input STE of the power device unit LBE. Furthermore, a function generator unit FGE is arranged, the inputs of which are connected to the load current signal output LSA and the additional outputs AZ1 to AZK as well as the line carrying the load current i _L. The outputs of this function generation unit FGE are the first transmission element ÜG1 and the two reference voltage sources URQ1; URQ2, which are connected to the input of the second polarity of the first mixer MS1 or to the input of the first polarity of the second mixer MS2.

Die Leistungsbauelementeeinheit LBE liegt nicht ihrem Leistungsanschluß LA an der den Laststrom i_L führenden Leitung und mit dem Bezugspotentialanschluß BPA gemeinsam mit den beiden Referenzspannungsquellen URQ1; URQ 2 auf Bezugspotential. Fig. 2 und Fig. 3 zeigen Schaltungsvarianten der erfindungsgemäßen Lösung, wobei erfindungswichtige Bauelemente entsprechend ihrer funktioneilen Ähnlichkeit in beiden Darstellungen gleiche Bezugszeichen aufweisen. In beiden Varianten werden zwei Differenzverstärker verwendet, die aus den Transistoren T5 bis T8 und den Widerständen RQ1, RQ2 bestehen. Dabei ist eine dieser Varianten mit einer positiven Rückführung, in Fig. 2 mit statischer und dynamischer Hysterse, und die andere Variante mit einem analog wirkenden Differenzverstärker ausgeführt, der aus dem Kondensator CT den Widerständen RHY, RX, den Dioden D4, D5 und dem Transistor T10 aufgebaut ist. Infolge der dynamischen Hysterese entsteht eine Mindestausschaltdauer nach dem Ansprechen der Komparatorschaltung und aufgrund der Dioden D3, D5 ergeben sich kurze Rückladezeiten des Kondensators CT. Die Widerstände RV und die Kondensatoren CV bilden bei beiden Varianten Zeitglieder und bewirken die Ansprechverzögerung derTriggerschaltung. Fig. 2 enthält weiterhin zwei wichtige Ankopplungsmöglichkeiten des Stromsignals. Die Spannung am Shunt RS wird dem Differenzverstärker entweder über den Widerstand RB oder allein über die Leitung B B'direkt zugeführt, wobei bei dieser Variante von einer Stromspiegelung über den Transistoren und Widerständen T1; RS bzw. TS; RQ2 ausgegangen werden kann. In Fig. 2 ist eine gekoppelte Abstufung der Referenzspannung dargestellt, wobei die Spannungen Ubo6; U_Bo7 an den Transistoren T6; T7 liegen. Der Transistor T9 arbeitet hinsichtlich der Begrenzungssteuerung in Basisschaltung. Die aus den Transistoren T2; T3 aufgebaute Gegentakttreiberschaltung wirkt aufgrund der Rückführungsleitung mit der Diode D1, dem Widerstand RR und dem TransistorTH und der Sättigungsbegrenzungsschaltung als Stromquelle dadurch, daß auf eine durch die Widerstände RT1, RT2 vorgegebene Spannung am Transistor T1 eingeregelt wird, wobei der Widerstand RK den Ausräumstrom des Transistors T1 begrenzt. Fig.3 enthält weiterhin eine Stromspiegelungsanordnung, bei der am Transistor T1 als Leistungsbauelement mittels Stromspiegelung ein strompropotionales Signal am Widerstand RU gewonnen wird. Bei dieser Variante entsteht ebenfalls die Stromquellencharakteristik im Leitzustand des Transistors T1 durch eine Reglerschaltung, die an der Anschlußstelle X1 am Stromquelltransistor T6 eingreiftThe power component unit LBE is not connected to its power terminal LA at the line carrying the load current i _L and to the reference potential terminal BPA together with the two reference voltage sources URQ1; URQ 2 at reference potential. Fig. 2 and Fig. 3 show circuit variants of the solution according to the invention, wherein components according to the invention have the same reference numerals in both representations corresponding to their functional similarity. In both variants, two differential amplifiers are used, which consist of the transistors T5 to T8 and the resistors RQ1, RQ2. One of these variants is implemented with a positive feedback, in FIG. 2 with static and dynamic hysteresis, and the other variant with an analog differential amplifier consisting of the capacitor CT, the resistors RHY, RX, the diodes D4, D5 and the transistor T10 is constructed. Due to the dynamic hysteresis creates a minimum off after the response of the comparator and due to the diodes D3, D5 results in short recharge of the capacitor CT. The resistors RV and the capacitors CV form timers in both variants and cause the response delay of the trigger circuit. Fig. 2 further includes two important coupling possibilities of the current signal. The voltage at the shunt RS is fed directly to the differential amplifier either via the resistor RB or solely via the line B B ', whereby in this variant a current reflection across the transistors and resistors T 1; RS or TS; RQ2 can be assumed. In Fig. 2, a coupled gradation of the reference voltage is shown, wherein the voltages Ubo6; U _B o7 at the transistors T6; T7 lie. The transistor T9 operates in terms of limiting control in basic circuit. The transistors T2; T3 constructed push-pull drive circuit acts due to the return line to the diode D1, the resistor RR and the transistor TH and the saturation limiting circuit as a current source in that is set to a predetermined by the resistors RT1, RT2 voltage at the transistor T1, wherein the resistor RK the Ausräumstrom of the transistor T1 limited. 3 also contains a current mirror arrangement in which a current-proportional signal is obtained at the resistor RU as a power component by means of current reflection at the transistor T1. In this variant, the current source characteristic also arises in the conducting state of the transistor T1 by a regulator circuit which engages at the connection point X1 at the current source transistor T6

Die Anordnung arbeitet auf folgende Weise. The arrangement works in the following way.

Eine stromabhängige Meßspannung U (i_L) wird an die erste Mischstelle MS1 und an das erste parametersteuerbare integrierende Übertragungsglied UG1 angelegt. Die erste Mischstelle MS1 und dassweite Übertragungsglied ÜG 1 werden vorzugsweise als Differenzverstärker realisiert, wobei das Übertragungsverhalten des zweiten Übertragungsgliedes durch eine Übersteuerung dieses Differenzverstärkers entsteht. Weiterhin sind die beiden Referenzspannungsquellen URQ1; URQ2 und der Parameter des ersten Übertragungsgliedes ÜG 1 durch eine externe Funktionsgenerierungseinheit FGE beeinflußbar, die Funktionen der Bauelementekenngrößen erzeugt, und durch die externe Signalstrukturen erzeugenden Einheiten SQ1; SQ2 sind eine Sättigungsverhinderung und ein Überspannungsschutz möglich. Das vierte Übertragungsglied ÜG4 wirkt als eine Treiberstufe, die in Aufsteuereinrichtung eine Stromquellencharakterisitik und in Sperrichtung eine harte Spannungsquelle mit einem begrenzten Sperrspannungswert und eine Maximalstrombegrenzung besitzt und deren Parameter entsprechend den Erfordernissen des Leistungsbauelementes eingestellt werden können. Bei der Verwendung von Transistoren als Leistungsbauelemente beruiit die Wirkung der Anordnung auf der Kombination zwischen der mit einer durch die erste Referenzspannungsquelle URQ1 schwellenbehafteten aktiven Arbeitspunktführung durch das Stromsignal und einer entsprechend den SOAR-Forderungen vorgegebenen, sich auch nach der vorangegangenen mittleren Strombelastung einstellenden Abschaltverzögerung, die nach Erreichen der Spannung der zweiten Referenzspannungsquelle URQ2 beginnt. Die beiden Referenzspannungsquellen URQ1; URQ2 können dabei abhängig, unabhängig oder arbeitspunktabhängig gesteuert voneinander arbeiten. Bei der Ansteuerung von gitterabschaltbaren Thyristoren basiert die Wirkung beim Einschalten auf einen Überstromkreis auf einer Verlängerung der Einschaltverzugszeit mit nachfolgendem Abschalten im noch zulässigen Strombereich des Bauelementes und beim Auftreten eines Überstromes während eines vorhandenen Stromwertes auf einer stromabhängigen Verkürzung der Abschaltverzögerung.A current-dependent measuring voltage U (i _L ) is applied to the first mixing point MS1 and to the first parameter-controllable integrating transmission element UG1. The first mixing point MS1 and the second transmission element ÜG 1 are preferably realized as differential amplifiers, wherein the transmission behavior of the second transmission element is created by an override of this differential amplifier. Furthermore, the two reference voltage sources URQ1; URQ2 and the parameter of the first transmission element ÜG 1 influenced by an external function generation unit FGE that generates functions of the component characteristics, and by the external signal structure generating units SQ1; SQ2 is a saturation prevention and overvoltage protection possible. The fourth transmission element ÜG4 acts as a driver stage having a current source characteristic in open-circuit and a hard voltage source having a limited reverse voltage value and a reverse current limitation in the reverse direction and whose parameters can be set according to the requirements of the power device. When using transistors as power components, the effect of the arrangement is based on the combination between the active operating point control caused by the current source signal and a threshold value determined by the first reference voltage source URQ1 and a switch-off delay corresponding to the SOAR requirements, which also occurs after the preceding average current load begins after reaching the voltage of the second reference voltage source URQ2. The two reference voltage sources URQ1; URQ2 can be operated independently of one another depending on the operating point. When driving grid-switchable thyristors, the effect when switching to an overcurrent circuit based on an extension of the Einschaltverzugszeit with subsequent shutdown in the still permissible current range of the device and the occurrence of an overcurrent during an existing current value on a current-dependent reduction of the off delay.

In jedem Anwendungsfall kann die Parametersteuerbarkeit mittels der Funktionsgenerierungseinheit FGE beim ersten Übertragungsglied ÜG1 und/oder die wahlfreie Einstellbarkeit der ersten und zweiten Mischstelle MS1; MS2 zu einer Anpassung der Abschaltverzögerung an bestimmte Havariefälle genutzt werden, z. B. die Verzögerungszeit über eine erhöhte Stromanstiegsgeschwindigkeit verkürzt werden.In each case, the parameter controllability can be determined by means of the function generation unit FGE at the first transmission element ÜG1 and / or the optional adjustability of the first and second mixing point MS1; MS2 be used to adapt the switch-off delay to certain accident cases, eg. B. the delay time can be shortened by an increased current slew rate.

Claims

A protection circuit arrangement for fully controllable power devices, comprising a power device unit having a control input, a power and a reference potential terminal, a load current signal output and auxiliary outputs for outputting device parameter and / or device state characterizing signals from a signal control logic unit, external signal structure generating units and a function generation unit, characterized in that the load current signal output (LSA) of the power device unit (LBE) simultaneously with a first polarity input of a first mixing point (MS 1), at the other input of the second polarity, a first reference voltage source (URQ 1) is connected, and via a first transmission element (L) G 1) with delay functions with the input of the second polarity of a second mixing point (MS 2), at whose other input of the first polarity a second reference voltage source (URQ 2), and both the second polarity output of the first mixer (MS 1) via a second transmission element (UG 2) to the first polarity input of a third mixer (MS 3) and the second polarity output of the second mixer (MS 2) via a third transmission element (ÜG 3) and, either via the signal control logic unit (SLE) or directly via the line (AA) to the input of the second polarity of the third mixing point (MS 3) are connected, the other inputs first and second Polarity with the external signal structure generating units (SQ 1; SQ 2) are connected and whose second polarity output via a fourth transmission element (ÜG 4) to the control input (STE) of the power device unit (LBE) is performed.

2. Protection circuit arrangement for fully controllable power devices, according to claim 1, characterized in that the outputs of the inputs connected to the load current signal output (LSA) the additional outputs (ZA 1 to ZAK) and the load current (i _L ) leading line connected function generation unit (FGE ) to control inputs of the two functionally coupled, independent of each other or controllable by external signals reference voltage sources (URQ 1, URQ 2) and the first transmission element (ÜG 1) are guided.

3. protection circuit arrangement for fully controllable power devices, according to claim 1 to 2, characterized in that the characteristic of the second transmission element (ÜG 2) is completely or partially linear and / or non-linear and dependent on the dynamics of the input signal.

4. protection circuit arrangement for fully controllable power devices, according to claim 1 to 3, characterized in that the characteristic of the third transmission element (ÜG 3) hysteresis-free, or with a predetermined static hysteresis and / or with a predetermined dynamic hysteresis is afflicted.

5. protection circuit arrangement for fully controllable power devices, according to claim 1 to 4, characterized in that the characteristic of the fourth transmission element (ÜG 4) on the direction and dynamics of the input signal is dependent.