DE1100159B

DE1100159B - Device and method for protecting semiconductor elements, in particular silicon rectifiers, against brief overvoltages occurring in the reverse direction

Info

Publication number: DE1100159B
Application number: DEL34195A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Kubitzki
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1959-09-11
Filing date: 1959-09-11
Publication date: 1961-02-23

Description

Einrichtung und Verfahren zum Schutz von Halbleiterelementen, insbesondere Silizium-Gleichrichtern gegen kurzzeitig in Sperrichtung auftretende Überspannungen Eine direkte Speisung elektrischer Geräte aus dem Netz bringt vielfach Vorteile, wenn die im Netz auftretenden Überspannungen, beispielsweise Stoßwellen, nicht empfindlich stören oder .gar zerstören. Viele in der Technik angewandte Schutzeinrichtungen und Schaltungen wunden mit mehr oder weniger gutem Erfolg eingesetzt. Beispielsweise ist die Funkenstrecke für hohe Spannungen, nicht aber für niedrige Spannungen definiert anwendbar. Bei niedrigen Spannungen müßte der Abstand der Elektroden sehr klein sein, so daß die bei Überschlag auftretende Verzunderung,der Elektroden schon so starke Veränderungen des Ansprechbeneiches hervorruft, daß keine zufriedenstellende Resultate erzielt werden. Außerdem sind die Überspannungsableiter mit Löschfunkenstrecke sehr aufwendig und .entsprechend kostspielig.Device and method for protecting semiconductor elements, in particular Silicon rectifiers against short-term overvoltages in reverse direction A direct supply of electrical devices from the network has many advantages, if the overvoltages occurring in the network, for example shock waves, are not sensitive disturb or even destroy. Many protective devices used in technology and circuits are used with more or less good success. For example the spark gap is defined for high voltages, but not for low voltages applicable. At low voltages, the distance between the electrodes would have to be very small so that the scaling that occurs during flashover of the electrodes is already so strong changes in the response level mean that none are satisfactory Results are achieved. In addition, the surge arresters are equipped with a quenching spark gap very complex and accordingly expensive.

Die bisher auch verwendeten Schutzketten (R-C-L-Kombinaüionen) sind weder unabhängig von Anstiegs- und Abfallzeiten. der Stoßwellen noch von deren Frequenz und Energie. In der Technik wird dem zu schützenden Gerät häufig ein Kondensator und ein mit diesem in Reihe liegender Widerstand parallel geschaltet. Diese von Kondensator und Widerstand gebildete Reihenschaltung wird selbst mittels einer Lichtbogenstrecke überbrückt und geschützt.The protective chains used so far (R-C-L combinations) are neither independent of rise and fall times. of the shock waves nor their frequency and energy. In technology, the device to be protected is often a capacitor and a resistor in series with it is connected in parallel. This from The series circuit formed by a capacitor and resistor is established itself by means of an arc gap bridged and protected.

Die erfindungsgemäße Einrichtung hat als Vorteile gegenüber den in der Technik bekannten Anordnungen aufzuweisen, daß sie wenig aufwendig, nicht kostspielig und aus Elementen, die im Handel erhältlich sind, aufgebaut ist. Der Durrhschlagspannungsbereich ist durch die Schutzelemente gegeben und frequenzunabhängig.The device according to the invention has advantages over the in to have arrangements known in the art that they are inexpensive and inexpensive and composed of elements that are commercially available. The impulse voltage range is given by the protective elements and is independent of frequency.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zum Schutze von Halbleiterelementen, insbesondere Silizium-Gleichrichtern, gegen kurzzeitig in Sperrichtung auftretende Überspannungen, wie sie bei :direkt am Netz .betriebenen Siilizium-Gleichrichtern auftreten und besteht darin, @daß als Schutzelement ein MP-Kondensator dem zu schützenden Halbleiterelement parallel geschaltet ;ist, so .daß bei bestimmter Überspannung das Schutzelement durchschlägt, somit momentan kurzschließt und die gesamte Überspannung aufnimmt, in der Weise, daß die Sperrschicht nicht über die zugelassene Sperrspannung hinaus beansprucht wird, und daß nach dem Durchschlag das Schutzelement regeneriert.The invention relates to a device and a method for protection of semiconductor elements, in particular silicon rectifiers, against short-term Overvoltages occurring in reverse direction, such as those that are operated directly on the mains Silicon rectifiers occur and consists in @ that as a protective element MP capacitor is connected in parallel to the semiconductor element to be protected, see above .that the protective element breaks down at a certain overvoltage, thus momentarily short-circuits and absorbs the entire overvoltage, in such a way that the barrier layer is not claimed beyond the permitted reverse voltage, and that after Breakdown regenerates the protective element.

In den beiden Fig. 1 und 2 sind erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele dargestellt. Die gleichen Schaltelemente haben in beiden Ausführungsbeispielen gleiche Bezeichnungen.In the two FIGS. 1 and 2 are exemplary embodiments according to the invention shown. The same switching elements have the same in both exemplary embodiments Designations.

Der Vor- bzw. Schutzwiderstand 1 begrenzt im Falle eines Durchschlages und damit Kurzschließens des Schutzkondensators 4 den Strom. Der Gleichrichter 2, vorzugsweise Silizium-Gleichrichter, liegt als Netzgleichrichter vor der Last 3 an der Netzspannung 5. Im Ausführnugsibeispiel der Fig. 1 liegt der Schutzkondensator 4 über dem Schutzwiderstand 1 und :der Spannungsquelle 5, während im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 der Schutzkondensator 4 para11.e1 zum zu schützenden Schaltelement geschaltet ist.The series or protective resistor 1 limits the current in the event of a breakdown and thus short-circuiting of the protective capacitor 4. The rectifier 2, preferably a silicon rectifier, is connected to the mains voltage 5 as a mains rectifier in front of the load 3 4 para11.e1 is connected to the switching element to be protected.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung beruht darauf, -daß die Durchschfagtsspannungen des Schutzkondensators innerhalb eines gewünschten Spannungsbereiches liegen. MP-Kondensatoren (Metall-Papier-Kondensatoren) zeigen besondere günstige Eigenschaften, welche zur Erzielung ,der erstreibten Wirkung ausgenutzt werden können. Bei der Verwendung von MP-Kondensatoren als Überspannungsschutz treten .die von der Technik bisher an die MP-Kondensatorengestellten Anforderungen zurück. Die Kapazität tritt nicht in Erscheinung, während die Spannungsfestigkeit bei Betriebsspannung und die über viele Durchschläge hinweg konstante, innerhalb eines Spannungsintervalles liegende Durchschlagsspannung gewährleistet sein muß. Treten im Netz Überspannungen, beispielsweise Stoßwellen auf, welche die Höhe der zum Durchschlag am Schutzkondensator notwendigen Spannjung erreichen, so schlägt dieser durch, übernimmt im gleichen Moment den ganzen Strom und entlastet das zu schützende Element. Im Augenblick :des Durchschlages ist ;der MP-Kondensator kurzgeschlossen und sein Widerstand nahezu Null. Ohne nachfolgend. anhaltenden Kurzschl@uß heilen die MP-Kondensatoren selbst aus und sind .als überspannungsfeste Elemente im Handel erhältlich. Die dünne Metallschicht ;der MP-Kondensatoren stellt in sich eine Sicherung dar. Beim »Ausbrennen« eines Durchschlages geht nur ein Millionstel der aktiven Metallfläche des MP-Wickels verloren. Besondere Vorteile des MP-Kondensators sind die fast vollständige Induktionsfreiheit und die Unabhängigkeit von der Kapazität.The operation of the device according to the invention is based on -that the breakdown voltages of the protective capacitor are within a desired Voltage range. Show MP capacitors (metal-paper capacitors) special favorable properties, which to achieve the driven effect can be exploited. When using MP capacitors as overvoltage protection the demands made on MP capacitors by technology up to now occur return. The capacitance does not appear, while the dielectric strength at operating voltage and the constant over many breakdowns, within A breakdown voltage lying within a voltage interval must be guaranteed. If overvoltages occur in the network, for example shock waves, which increase the amount of reach the voltage required for breakdown at the protective capacitor, then it beats this through, takes over all the electricity at the same time and relieves the load protective element. At the moment: the breakdown is; the MP capacitor short-circuited and its resistance is almost zero. Without following. cure persistent short circuit the MP capacitors themselves and are .as surge-proof elements on the market available. The thin metal layer; the MP capacitors are in themselves a fuse at "Burning out" a breakdown is only a millionth of a part the active metal surface of the MP coil is lost. Special advantages of the MP capacitor are the almost complete freedom from induction and independence from the capacity.

Wie die vorausgegangenen Ausführungen zeigen, wird mit einem entsprechenden MP-Kondensator, der parallel zur Spannungsquelle oder parallel zu einem zu schützenden Element geschaltet ist als überraschender erfinderischer..,. Effekt ,ein idealer Schutz erzielt. Außerdem ist keine, wenn auch nur vorübergehende Abschaltung des zu schützenden Gerätes oder Elernentes erforderlich, da, das Schutzelement infolge sofortiger Ausheilung stets arbeitsbereit ist.As the previous statements show, a corresponding MP capacitor that is parallel to the voltage source or parallel to one to be protected Element is switched as surprisingly inventive ..,. Effect, an ideal Protection achieved. In addition, there is no, even if only temporary, shutdown of the device or element to be protected is required, as the protective element as a result immediate healing is always ready for work.

Claims

PATENT CLAIMS: @: device and method for the protection of semiconductor elements, in particular silicon rectifiers against briefly occurring in reverse direction Overvoltages, such as those that occur with silicon rectifiers operated directly on the grid, characterized in that an MP capacitor is the protective element to be protected Semiconductor element is connected in parallel, so that at a certain overvoltage the Protective element breaks down, thus momentarily short-circuits and the entire overvoltage absorbs, in such a way that the barrier layer does not have the permitted reverse voltage is also stressed, and after the breakdown, the protective element is regenerated.

2. Device and method according to claim 1, characterized in that a protective resistor is also switched into the circuit, which at the moment of the short circuit limits the current on the protective element. Publications considered: German Patent Nos. 933 820, 723 478, 762 674; H e r r n k i n d: The glow tube and their circuits, Munich 1952, p. 57.