DE1107806B

DE1107806B - Arrangement for the operation of rectifier circuits with surface rectifiers

Info

Publication number: DE1107806B
Application number: DES46745A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ludwig Filberich; Dipl-Ing Dietrich Von Haebler; Hans Nagorsen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1955-12-17
Filing date: 1955-12-17
Publication date: 1961-05-31

Description

Anordnung zum Betrieb von Gleichrichterschaltungen mit Flächengleichrichtern Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen zum Betrieb von Gleichrichterschaltungen mit Flächengleichrichtem auf der Basis eines Halbleiters aus oder nach Art von Silizium oder Gerinanium. Die Halbleitergleichrichterelemente in den einzelnen Halbleiterventilen können dabei solche vom pn-, psn- oder pin-Typ sein.Arrangement for the operation of rectifier circuits with surface rectifiers The invention relates to arrangements for operating rectifier circuits with surface rectifiers based on a semiconductor made of or in the manner of silicon or gerinanium. The semiconductor rectifier elements in the individual semiconductor valves can be of the pn, psn or pin type.

Bei solchen Schaltungen hat sich im Betrieb gezeig daß mit dem Beginn der Sperrphase für das einzelne Halbleiterventil zunächst ein Sperrstrom auftritt, der wesentlich größer ist als der Sperrstrom, der sich nach kurzer Zeit über den anschließenden wesentlich längeren Zeitraum der restlichen Sperrphase an dem Halbleiterventil einstellt. Unter Halbleiterventil ist hierbei die Gleichrichteranordnung zu verstehen, die jeweils in dem einzelnen Leitungszug eines elektrischen Speiseleitungssystems liegt, d. h., sie kann aus einer Reihen- oder Parallelschaltung oder einer Kombination beider Schaltungsarten von einzelnen Halbleitergleichrichterelementen bestehen. Diese genannte Erhöhung des Sperrstromes zu Beginn der Sperrphase eines Halbleiterventils ist offenbar darauf zurückzuführen, daß die Ladungsträger, welche wirksam waren, während das einzelne Halbleiterventil in der Flußrichtung beansprucht war, in dem genannten Zeitraum zu Beginn der Sperrphase wegen ihrer relativ langen Lebensdauer in der Größenordnung von etwa 1 Millisekunde noch nicht verschwunden sind, so daß sie daher bei der zu Beginn der Sperrphase an dem Ventil auftretenden negativen Sperrspannuno, zu dem erhöhten Sperrstrom führen. Diese Erscheinung ist offenbar um so stärker, je steiler die Sperrspannung ansteigt. Diese Wirkung ergibt sich daher beispielsweise sehr stark-, wenn es sich um rechteckig anspringende Spannungen handelt.In such circuits, it has been shown during operation that at the beginning of the blocking phase for the individual semiconductor valve, a blocking current initially occurs which is significantly greater than the blocking current which occurs after a short time over the subsequent considerably longer period of the remaining blocking phase at the semiconductor valve. In this context, the semiconductor valve is to be understood as the rectifier arrangement which is located in the individual cable run of an electrical feed line system, i. That is, it can consist of a series or parallel connection or a combination of both types of connection of individual semiconductor rectifier elements. This mentioned increase in the blocking current at the beginning of the blocking phase of a semiconductor valve is apparently due to the fact that the charge carriers, which were active while the individual semiconductor valve was stressed in the flow direction, were of the order of magnitude at the beginning of the blocking phase because of their relatively long service life of about 1 millisecond have not yet disappeared, so that they therefore lead to the increased blocking current at the negative blocking voltage occurring at the valve at the beginning of the blocking phase. This phenomenon is evidently the stronger, the steeper the reverse voltage increases. This effect is therefore very strong, for example, when it comes to square voltages.

Außerdem ist diese Erscheinung dann besonders stark, wenn solche Halbleiterventile in Reihe mit mechanischen Schaltern, z. B. nach Art von Kontaktgleichrichtern, benutzt werden, mit dem Ziel, die Ausganasspannung der Gleichrichterschaltung zu steuern. Bei solchen Anordnungen ist besonders dann, wenn eine weitgehende Teilaussteuerung im Verlauf der Periode des Wechselstromes benutzt wird, die sprunghaft auftretende negative Spannung zu Beginn der Sperrphase sehr hoch, und demzufolg ge wird auch wegen der noch am einzelnen Halbleitergleichrichterelement von der Stromführung in Flußrichtung, her wirksamen Ladungsträger der vorübergehend auftretende Strom in Sperrichtung sehr hoch.In addition, this phenomenon is particularly pronounced when such semiconductor valves in series with mechanical switches, e.g. B. in the manner of contact rectifiers used with the aim of controlling the output voltage of the rectifier circuit. In such arrangements, it is particularly important if there is extensive partial modulation is used in the course of the period of the alternating current, which occurs suddenly negative voltage at the beginning of the blocking phase is very high, and consequently also becomes because of the current conduction on the individual semiconductor rectifier element in the direction of flow, here effective charge carriers the temporarily occurring current very high in reverse direction.

Solchen nachteiligen Erscheinungen läßt sich bei einer Anordnung zum Betrieb von Gleichrichterschaltungen mit Flächengleichrichtern auf der Basis eines Halbleiters aus oder nach Art von Silizium oder Gennanium dadurch begegnen, daß erfindungsgemäß das in dem einzelnen Speiseleitungszug liegende Halbleiterventil mit Mitteln beschaltet ist, durch welche zu Beginn der Sperrphase durch eine Ab- flachung oder Verzögerung des Anstiegs der Sperrspannung an dem Halbleiterventil eine Sperrstromerhöhung zufolge ip#. er h der Wirkuno, des Halbleiterventils Aih ng in dem HalbIl'eiter-Htu', ventil vorhandenen Ladungsträger vorgebeugt wird. Diese erfindungsgemäße Lehre gilt sowohl für solch Anordnugen, bei denen das Halbleiterventil da -,kd- ihi'dei# entsprechenden Stromkreis eingesc4 )W.t-,ist, qs,.,#ey l##i/"#Mehen Anordnungen, bei defien die positive treibende Spannung oder die Sperrspannung über einen zeitlichen Teil der Periode des Wechselstromes vom Ventil durch besondere Schaltmittel ferngehalten wird. Diese Schaltmittel können dabei rein mechanischer Art sein nach Art von Schaltern, wie sie beispielsweise bei mechanischen Gleichrichtern bzw. Kontaktumforniern benutzt werden. Sie können aber auch magnetischer Art sein in Form sogenannter Schaltdrosseln, die auf Grund ihrer magnetischen Eigenschaften für einen Teil der Periode des Wechselstromes entsprechend einer bestimmten Spannungszeitfläche den Strom praktisch auf Null begrenzen. Die für die Beschaltung des einzelnen Halbleiterventils bzw. der einzelnen Gleichrichteranordnung geeigneten Schaltmittel können dabei verschiedener Art sein. So kann dem einzelnen Halbleiterventil beispielsweise eine Kapazität parallel geschaltet sein oder eine Kapazität in Reihe mit einem kleinen ohmschen Widerstand, der vorzugsweise in der Größenordnung des Scheinwiderstandes des Stromkreises liegt, der jeweils über zwei sich in der Stromführung ablösende Ventile geschlossen ist. An dieser Kapazität kann jeweils nur eine Spannung auftreten, die ihrer allmählich ansteigenden Ladung proportional ist. Diese Kapazität ergibt im Zusammenwirk-en mit den Induktivitäten des Kreises, in welchen die Gleichrichteranordnung liegt, dann eine Ab- flachung des Sperrspannungssprunges an dem Ventil. Insbesondere kommt als solche Induktivität des Kreises bei der Speisung desselben über einen Transformator dessen Streuinduktivität in Frage. Der benutzte Transformator kann daher auch besonders für diese Zwecke ausgelegt werden. Sollte die Streuinduktivität des Transformators in ihrem Zusammenwirken mit der Kapazität nicht ausreichend sein, so kann im Rahmen der Erfindung gegebenenfalls eine zusätzliche Induktivität in dem Stromkreis in Reihe mit dem Ventil vorgesehen werden. Insbesondere bei Beg nutzung eines mechanischen Schalters nach Art des Kontaktumformers in Verbindunor mit einem solchen Flächengieichrichter kann es sich als zweckmäßig erweisen, der Kapazität einen Widerstand parallel zu schalten, damit sie sich entladen kann, bevor die neue Durchlaßphase für das Halbleiterventil wieder beginnt. Bei einer Anordnung dieser Art kann sich aber noch ergeben, daß die Kapazität und Induktivität des Kreises in ihrer Eigenschaft als elektrisches Schwingungssystem zu einem unerwünschten überschwingen der Sperrspannung zu Beginn der Sperrphase Anlaß geben, wodurch der angestrebte Effekt teilweise wieder aufgehoben werden kann, weil die Sperrspannung zwar langsamer ansteigt, aber höher wird als ohne diese Schaltmittel. Dieser Erscheinung läßt sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch begegnen, daß das einzelne Halbleiterventil nicht nur mit einer Kapazität beschaltet wird, sondern gleichzeitig mit entsprechenden Dämpfungsgliedern gegen ein solches überschwingen. Als solche Dämpfungsglieder können sowohl solche aus einer Induktivität und einem ohmschen Widerstand als auch solche aus einer Kapazität und einem ohmschen Widerstand oder solche aus einer Kombination von Induktivität, Kapazität und ohmschen Widerständen benutzt werden. Ist eine entsprechende Schaltung aus einer Induktivität und einem ohmschen Widerstand benutzt oder - kurz ausgedrückt - ein LR-Glied, wenn L die Induktivität und R den ohmschen Widerstand bezeichnen, so kann diesem Glied gleichzeitig die Funktion des Entladewiderstandes für den Kondensator mit übertragen werden. Wird lediglich ein CR-Glied benutzt, wobei die Kapazität C und der ohmsche Widerstand R in Reihe geschaltet sind, so ist es -, wenn die vorteilhafte Wirkung des Entladewiderstandes beibehalten werden soll, notwendig, zu- sätzlich einen solchen Entladewiderstand parallel zur Kapazität in der Anordnung zu benutzen.Such disadvantageous phenomena can be countered in an arrangement for the operation of rectifier circuits with surface rectifiers based on a semiconductor made of or in the manner of silicon or Gennanium in that, according to the invention, the semiconductor valve located in the individual feeder line is connected to means through which at the beginning of the blocking phase by the absence or delay flattening of the increase in the reverse voltage across the semiconductor valve according a reverse current increase ip #. He h the effect of the semiconductor valve Aih ng in the semiconductor Htu ', valve existing charge carriers is prevented. This teaching according to the invention applies both to those arrangements in which the semiconductor valve da -, kd- ihi'dei # corresponding circuit is inserted, qs,., # Ey l ## i / "# Mehen arrangements in defien die positive driving voltage or the reverse voltage is kept away from the valve for a part of the period of the alternating current by special switching means also be of a magnetic nature in the form of so-called switching chokes, which due to their magnetic properties limit the current to practically zero for part of the period of the alternating current according to a certain voltage-time area Art. So can the individual Halbl eiterventil, for example, a capacitance can be connected in parallel or a capacitance in series with a small ohmic resistance, which is preferably of the order of magnitude of the impedance of the circuit, which is closed via two valves that separate in the current conduction. Only one voltage can appear across this capacitance which is proportional to its gradually increasing charge. This capacity results in the co-acting en with the inductances of the circuit in which the rectifier arrangement is then a waste flattening of the blocking voltage jump on the valve. In particular, when the circuit is fed via a transformer, its leakage inductance comes into question as such an inductance. The transformer used can therefore also be specially designed for these purposes. If the leakage inductance of the transformer in its interaction with the capacitance is not sufficient, an additional inductance can optionally be provided in the circuit in series with the valve within the scope of the invention. In particular, when using a mechanical switch like the contact converter in connection with such a surface equalizer, it can be useful to connect a resistor in parallel with the capacitance so that it can discharge before the new passage phase for the semiconductor valve begins again. In an arrangement of this type, however, it can also result that the capacitance and inductance of the circuit in their property as an electrical oscillation system give rise to an undesirable overshoot of the blocking voltage at the beginning of the blocking phase, whereby the desired effect can be partially canceled because the blocking voltage increases more slowly, but becomes higher than without this switching means. According to a further development of the invention, this phenomenon can be countered in that the individual semiconductor valve is not only connected to a capacitance, but at the same time overshoots against such a capacitance with corresponding attenuators. Such attenuators can be those made up of an inductance and an ohmic resistance as well as those made up of a capacitance and an ohmic resistance or those made up of a combination of inductance, capacitance and ohmic resistances. If a corresponding circuit consisting of an inductance and an ohmic resistor is used or - in short - an LR element, if L denotes the inductance and R the ohmic resistance, then this element can also be used to function as the discharge resistor for the capacitor. If only a CR member used, wherein the capacitance C and the resistance R are connected in series, it is - if the advantageous effect of the discharge resistance to be maintained, it is necessary, in addition such a discharge resistor in parallel to the capacity in the Arrangement to use.

Als weitere Schaltelemente, die den nach der Erfinduno, angestrebten Effekt erreichen lassen, können Schaltdrosseln benutzt werden, d. h. sättigbare Induktivitäten von solcher Bemessung, daß sie in der Lage sind, eine bestimmte Spannungszeitfläche aufzunehmen, so daß sie also zu Beginn der Sperrphase für das Halbleiterventil über einen gewissen Zeitraum die negative Sperrspannung übernehmen können und der eigentliche Wert der Sperrspannung erst nach diesem Zeitraum an dem Halbleiterventil auftritt. Dieser Zeitraum muß, wie bereits oben angedeutet worden ist, größer sein als die Lebensdauer der Ladungsträger, welche in dem einzelnen Halbleiterventil noch von seiner Wirkung während der Durchlaßphase vorhanden sind. Die Wirkung der Schaltdrossel, bei Beginn der Durchlaßphase ebenfalls eine Stufe hervorzurufen, kann durch besondere Mittel aufgehoben werden. bzw. es kann diese Einschaltstufe regelbar gemacht werden, wodurch sie gleichzeitig ausgenutzt werden kann, um eine Teilaussteuerung hervorzurufen für die Speisung des Halbleiterventils während jeder Periode des Wechselstromes.As a further switching elements that let the reach of the Erfinduno, desired effect, switching chokes can be used d. H. saturable inductors of such a dimension that they are able to absorb a certain voltage time area, so that they can take over the negative blocking voltage for a certain period of time at the beginning of the blocking phase for the semiconductor valve and the actual value of the blocking voltage only after this period of time Semiconductor valve occurs. As already indicated above, this period of time must be greater than the service life of the charge carriers which are still present in the individual semiconductor valve from its effect during the transmission phase. The effect of the switching throttle, also causing a stage at the beginning of the passage phase, can be canceled by special means. or this switch-on stage can be made controllable, whereby it can be used at the same time to produce a partial level control for the supply of the semiconductor valve during each period of the alternating current.

Es ist für Wechselstromschalteinrichtungen mit mechanisch bewegten Kontakten wie auch für rotierende mechanische Gleichrichter, sogenannte Kontaktumformer, um die Kontakte schaltfeuerfrei zu unterbrechen, bekannt, die Kontakte synchron zur Phase des zu unterbrechenden Wechselstromes zu steuern und durch in Reihe mit den Kontaktstellen geschaltete, sogenannte Schaltdrosseln, welche bei hohen Betriebsstromstärken gesättigt, bei niedrigen Stromstärken jedoch ungesättigt sind, in der Stromkurve nahe dem Stromnulldurchgang eine stromschwache Stufe zu erzeugen, d. h. die Augenblickswerte des Wechselstromes in der Nähe des Stromnulldurchganges herabzusetzen, so daß sie sich in dessen Nähe nur langsam ändern, und außerdem gleichzeitig zusätzliche Kondensatoren, Induktivitäten oder ohmsehe Widerstände parallel zur Trennstrecke der mechanischen Kontakte anzuordnen. Hierdurch soll der an der Trennstrecke unterbrochene Strom mindestens teilweise derart aufrechterhalten werden, daß der Spannungsabfall zunächst im wesentlichen an den mit der Trennstrecke in Reihe liegenden Impedanzen liegt, die Spannung an der Trennstrecke aber nur allmählich ansteigt.It is known for AC switching devices with mechanically moving contacts as well as for rotating mechanical rectifiers, so-called contact converters, in order to interrupt the contacts without switching lights, to control the contacts synchronously to the phase of the alternating current to be interrupted and by so-called switching chokes connected in series with the contact points, which are saturated at high operating currents, but unsaturated at low currents, to generate a low-current stage in the current curve near the current zero crossing, d. H. reduce the instantaneous values of the alternating current in the vicinity of the current zero crossing so that they change only slowly in its vicinity, and at the same time to arrange additional capacitors, inductors or ohmic resistors parallel to the isolating distance of the mechanical contacts. In this way, the current interrupted at the isolating gap is at least partially maintained in such a way that the voltage drop is initially essentially due to the impedances in series with the isolating gap, but the voltage at the isolating gap rises only gradually.

Es ist ferner bekannt, in Verbindung mit einer Einrichtung zur Regelung einer Betriebsgröße bei Stromrichtern mit Entladungsstrecken von eindeutiger Stromdurchlaßrichtung, deren Sperrfähigkeit nur ein Bruchteil der Betriebsspannung ist, insbesondere Dampf- oder Gasentladungsstrecken und Synchrontrennern oder mechanischen Unterbrechern, die mit ungesteuerten gleichrichtenden Elementen in Reihe liegen, wobei eine Kommutierungseinrichtung vorgesehen ist und die Regelung durch gleichzeitige Verlagerung der Arbeitszeiten der mechanischen und elektrischen Schalter im Haupt- und Zwangskommutierungskreis erfolgt, parallel zu den Entladungsstrecken zur Erleichterung der Entionisierung und zur Potentialsteuerung der abgeschalteten Entladungsstrecken geeignete Scheinwiderstände, wie Kapazitäten und/oder ohmsche Widerstände, vorzusehen.It is also known in connection with a device for regulating an operating variable for converters with discharge paths with a clear current flow direction, whose blocking ability is only a fraction of the operating voltage, especially steam or gas discharge paths and synchronous isolators or mechanical interrupters, which are in series with uncontrolled rectifying elements, with a commutation device is provided and the regulation by simultaneous shifting of working hours the mechanical and electrical switches in the main and forced commutation circuit takes place parallel to the discharge paths to facilitate deionization and apparent resistances suitable for controlling the potential of the disconnected discharge paths, such as capacitances and / or ohmic resistances to be provided.

Bei diesen bekannten Anordnungen, die sich auf Stromrichter mit mechanisch gesteuerten Kontakten bzw. mit Gasentladungsstrecken beziehen, handelt es sich noch nicht um die Beherrschung von Erscheinungen an Halbleiteranordnungen, die erst mit dem Aufkommen von Halbleitergleichrichterelementen auf der Basis von Halbleitern aus oder nach Art von Germanium oder Silizium, die mit einer großen Ladungsträgerkonzentration und Ladungsträgermenge arbeiten, zur Entstehung gelangten, indem bei der Ab- lösung des Halbleitergleichrichterelementes in der Stromführung und seinem übergang in die Sperrphase zufolge des Trägerstaueffektes im Halbleiterkörper beim Anlegen einer steil ansteigenden Spannung in Sperrichtung, dem damit verbundenen schnellen Wegschwemmen der Ladungsträger und Abklingen der Ladungsträgerkonzentration sowie der daraus resultierenden großen Änderungsgeschwindigkeit des noch über das in Sperrung übergehende Halbleitergleichrichterelement fließenden Stromes an den Klemmen dieses Halbleitergleichrichterelementes Spannungsspitzen auftreten können, die ein Mehrfaches der Betriebsspannung ausmachen und dadurch zur Zerstörung des Halbleitergleichrichterelementes führen können.These known arrangements, which relate to converters with mechanically controlled contacts or with gas discharge paths, do not yet deal with the control of phenomena in semiconductor arrangements that only occurred with the advent of semiconductor rectifier elements based on semiconductors made of or in the manner of germanium or silicon, operating with a large carrier concentration and carrier, got to the formation by the semiconductor rectifier element in the flow guide and its transition of the substrate accumulation effect solution in the waste in the blocking phase, according to the semiconductor body upon application of a sharply rising voltage in the reverse direction, the connected therewith rapid washing away of the charge carriers and decay of the charge carrier concentration as well as the resulting high rate of change of the current still flowing through the blocking semiconductor rectifier element at the terminals of this Ha Conductor rectifier element voltage peaks can occur which make up a multiple of the operating voltage and can thus lead to the destruction of the semiconductor rectifier element.

Zur näheren Erläuterung wird nunmehr auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen. In den Schaltungsbeispielen nach den Fig. 1, 3, 5, 7, 9, 11 und 13 ist jeweils eine Anordnung gezeigt, in welcher in einer zweiphasigen Gleichrichterschaltung von einem Wechselstromnetz über einen Transformator 1 mit der Primärwicklung la und der Sekundärwicklung 1 b sowie die Gleichrichterventile 2 und 3, mechanische Kontaktgleichrichterschalter 4 bzw. 5 und eine Glättungsdrossel 6 ein Verbraucher 7 gespeist wird.For a more detailed explanation, reference is now made to the figures of the drawing. In the circuit examples according to FIGS. 1, 3, 5, 7, 9, 11 and 13 , an arrangement is shown in which in a two-phase rectifier circuit of an alternating current network via a transformer 1 with the primary winding la and the secondary winding 1b as well as the Rectifier valves 2 and 3, mechanical contact rectifier switches 4 and 5 and a smoothing throttle 6, a consumer 7 is fed.

Die Fig. 1 veranschaulicht eine solche Anordnung, wenn von der Erfindung noch kein Gebrauch gemacht ist.Fig. 1 illustrates such an arrangement when the invention has not yet been used.

Die Fig. 2 zeigt den Spannungsverlauf, welcher sich etwa bei einer solchen Anordnung nach Fig. 1 ergibt, wenn im Verlauf einer Periode des Wechselstromes der Schalter 4 bzw. 5 zum Zeitpunkt t, eingeschaltet und zum Zeitpunkt t. ausgeschaltet wird. u" bezeichnet die Kurve der Sekundärspannung des Transformators 1. Wird z. B. zum Zeitpunkt ti der Schalter 4 eingeschaltet, so fließt ein entsprechender Strom durch das Halbleiterventil 2, so daß an diesem nur ein Spannungsabfall von der Größe u, entsteht. Zum Zeitpunkt #, wird der Schalter 5 geschlossen, und wenn aus Gründen der Vereinfachung von der DarsteHung einer besonderen Stromwendezeitfläche abgesehen wird, übernimmt das Ventil 3 die Stromführung, und an dem Ventil 2 wird eine Spannung entsprechend dem Wert u. momentan auftreten. In diesem Zeitpunkt sind aber in dem Halbleiterventil 2 von der Stromdurchgangsphase her noch entsprechende Ladungsträger in einer solch großen Zahl vorhanden, daß sich zufolge der hohen, an dem Ventil liegenden negativen Spannung über den Zeitraum der Lebensdauer dieser Ladungsträger noch ein entsprechend hoher Strom in der Sperrichtung über das Halbleiterventil ergeben wird, der zu Schäden oder zu Zerstörungen des einzelnen Halbleiterventils führen kann. Zum Zeitpunkt t , wird angenommen, daß der Strom in der Sperrichtung über das Halbleiterventil 2 inzwischen Null geworden ist. Es kann daher nunmehr der Schalter 4 geöffnet werden, ohne daß eine elektrische Beanspruchung desselben stattfinden kann. Nunmehr liegt in dem Zeitraum von t. bis zu dem Zeitpunkt ti der nachfolgenden Periode des Wechselstromes die Sperrspannung nur am Schalter 4 und nicht am Ventil 2.FIG. 2 shows the voltage curve which results, for example, in the case of such an arrangement according to FIG. 1 , when, in the course of a period of the alternating current, the switch 4 or 5 is switched on at time t and at time t. is turned off. u "denotes the curve of the secondary voltage of the transformer 1. If, for example, the switch 4 is switched on at time ti, a corresponding current flows through the semiconductor valve 2, so that there is only a voltage drop of the magnitude u #, the switch 5 is closed, and if, for the sake of simplicity, a special current reversal time area is not shown, the valve 3 takes over the current flow, and a voltage corresponding to the value u. momentarily occurs at the valve 2 but in the semiconductor valve 2 from the current passage phase there are still such a large number of corresponding charge carriers that, due to the high negative voltage across the valve, a correspondingly high current in the reverse direction through the semiconductor valve results over the period of the life of these charge carriers which lead to damage or destruction of the individual semiconductor valve can. At time t, it is assumed that the current in the reverse direction via the semiconductor valve 2 has meanwhile become zero. The switch 4 can therefore now be opened without it being subjected to electrical stress. Now lies in the period of t. up to the point in time ti of the subsequent period of the alternating current, the blocking voltage is only applied to switch 4 and not to valve 2.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist gezeigt, wie gemäß der Erfindung parallel zu dem einzelnen Halbleiterventil 2 bzw. 3 je eine Kapazität 8 bzw. 9 geschaltet ist, die zusammen mit der Streuinduktivität des Transformators als Mittel wirkt, um die nachteilige Wirkung eines Sperrstromes zu Beginn der Sperrphase des Ventils zu vermeiden. Die Fig. 4 zeigt für die Wirkungsweise einer solchen Anordnung den Spannungsverlauf an dem Halbleiterventil. Während nach Fig. 2 im Zeitpunkt t., d. h. zu dem Zeitpunkt, wo das Halbleiterventil 2 seine Stromführung an das Halbleiterventil 3 abgibt, ein steiler Anstieg der negativen Sperrspannung an dem Halbleiterventil 2 stattfindet, ergibt sich nach Filg. 4 nunmehr nur noch ein Anstieg von verringerter Neigung, wie es auch aus dieser Darstellung zu entnehmen ist. Mit der Einleitung der Sperrphase wird sich allerdings dabei, wie es auch bereits an der Spannungskurve eingetragen ist, eventuell ein überschwingen zu Beginn der Sperrphase ergeben. Außerdem wird, wie es auch die Kurve veranschaulicht, wenn eine Anordnung benutzt wird, bei welcher mit mechanischen Schaltern 4 bzw. 5 gearbeitet wird, beim öffnen beispielsweise des Schalters 4 an der Kapazität 8 noch ein entsprechender Spannungswert bestehenbleiben, wie er durch den Wert u4 veranschaulicht ist, denn der Kondensator wird eine wesentliche Ladung behalten, da er sich nur in gerin,4,ügigem Maße durch den normalen, geringen Sperrstrom über das Halbleiterventil 2 entladen kann.In the embodiment according to FIG. 3 it is shown how, according to the invention , a capacitance 8 or 9 is connected in parallel to the individual semiconductor valve 2 or 3, which together with the leakage inductance of the transformer acts as a means to counteract the disadvantageous effect of a reverse current to avoid at the beginning of the shut-off phase of the valve. 4 shows the voltage profile on the semiconductor valve for the mode of operation of such an arrangement. While according to Fig. 2 at time t., D. H. at the point in time when the semiconductor valve 2 transfers its current to the semiconductor valve 3 , there is a steep rise in the negative blocking voltage at the semiconductor valve 2, according to Filg. 4 now only an increase of reduced inclination, as can also be seen from this illustration. With the initiation of the blocking phase, however, as has already been entered on the voltage curve, there may be an overshoot at the beginning of the blocking phase. In addition, as the curve also illustrates, if an arrangement is used in which mechanical switches 4 or 5 are used, when, for example, switch 4 is opened at capacitance 8 , a corresponding voltage value will still remain, as indicated by the value u4 is illustrated, because the capacitor will retain a substantial charge, since it can only be discharged to a small extent through the normal, low reverse current through the semiconductor valve 2.

Die Fig. 5 zeigt eine Weiterbildung für den Fall, daß die Induktivität des Stromkreises bzw. die Streuinduktivität des Transformators in Verbindung mit dem Parallelkondensator zum Halbleiterventil sich als nicht ausreichend erweisen sollte, um den Anstieg der Sperrspannung genügend abzuflachen. Es wird in diesem Fall eine zusätzliche Induktivität 10 bzw. 11 in den Stromkreis eingeschaltet. Die Folge der Einschaltung dieser Induktivität ist, daß gemäß dem Spannungsschaubild nach Fig. 6 der Anstieg der nega-C ZD tiven Sperrspannung an dem Halbleiterventil noch flacher ausfällt. Es wird sich jedoch gleichzeitig auch ein höheres überschwingen der Sperrspannung zufolge der Einschaltung dieser Induktivität ergeben. 5 shows a further development for the case that the inductance of the circuit or the leakage inductance of the transformer in connection with the parallel capacitor to the semiconductor valve should prove to be insufficient to sufficiently flatten the rise in the reverse voltage. In this case, an additional inductance 10 or 11 is switched into the circuit. The consequence of switching on this inductance is that, according to the voltage diagram of FIG. 6, the rise in the negative-C ZD tive reverse voltage at the semiconductor valve is even flatter. At the same time, however, there will also be a higher overshoot of the reverse voltage as a result of the switching on of this inductance.

Bei einer solchen Anordnung nach Fig. 5 bleibt, sobald beispielsweise der Schalter 4 geöffnet wird, wie bereits angeführt, auf dem Kondensator 8 noch eine wesentliche Ladung bestehen. Zu Beginn der Durchlaßphase, d. h. beim Einschalten des Schalters 4, entlädt sich dann der Kondensator mit einem hohen Stromstoß über den Schalter.In such an arrangement according to FIG. 5 , as soon as, for example, the switch 4 is opened, as already stated, a substantial charge still remains on the capacitor 8. At the beginning of the passage phase, i. H. when the switch 4 is switched on, the capacitor then discharges with a high current surge through the switch.

Dieser Erscheinung kann z. B. gemäß der Ausführung nach Fig. 8 dadurch vorgebeugt werden, daß dem Kondensator 8 bzw. 9 ein hoher Entladewiderstand 12 bzw. 13 parallel geschaltet wird. über diesen Widerstand kann sich somit z. B. die Kapazität 8 während der Sperrphase des Halbleiterventils 2 entladen, sobald der Schalter 4 geöffnet worden ist.This phenomenon can z. B. can be prevented according to the embodiment of FIG. 8 in that the capacitor 8 or 9, a high discharge resistor 12 or 13 is connected in parallel. This resistance can thus z. B. discharged the capacitance 8 during the blocking phase of the semiconductor valve 2 as soon as the switch 4 has been opened.

Das entsprechende zugehörige Spannungsschaubild zeigt die Fig. 8 der Zeichnung.The corresponding associated voltage diagram is shown in FIG. 8 of the drawing.

Wie aus diesem zu entnehmen ist, ist nunmehr am Ende der Periode bzw. zu Beginn der neuen Durchlaßphase des Ventils keine Spannung U4 mehr vorhanden, denn diese ist durch die Entladung des Kondensators bis auf den Wert Null abgesunken. Wie bereits in den vorausgehenden Spannungsschaubildem in den Fig. 4, 6 und 8 angedeutet worden ist, zeigen sich in der Spannungskurve bei der Anwendung der bisherigen Anordnungen eventuell noch überschwingungen zu Beginn der Sperrphase des jeweiligen Halbleiterventils.As can be seen from this, at the end of the period or at the beginning of the new passage phase of the valve, there is no longer any voltage U4 , because this has dropped to zero as a result of the discharge of the capacitor. As has already been indicated in the preceding voltage diagrams in FIGS. 4, 6 and 8 , when using the previous arrangements, the voltage curve may still show overshoots at the beginning of the blocking phase of the respective semiconductor valve.

Gemäß der Weiterbildung nach Fig. 9 der Zeichnung lassen sich diese Schwingungen beseitigen, indem dem Kondensator 8 bzw. 9 ein LR-Glied 14 bzw. 15 aus einer Parallelschaltung einer Induktivität V und einem ohmschen Widerstand R' parallel geschaltet wird.According to the development according to FIG. 9 of the drawing, these oscillations can be eliminated by connecting an LR element 14 or 15 consisting of a parallel circuit of an inductance V and an ohmic resistor R 'in parallel to the capacitor 8 or 9.

Es ergibt sich dann ein Spannungssehaubild gemäß der Fig. 10 am Ventil, bei welchem an der Spannungskurve nunmehr die überschwingungen nicht mehr vorhanden sind. Wie bereits angedeutet, kann die Funktion eines Entladungsweges für den Kondensator 8 bzw. 9 bei einer solchen Ausführung unmittelbar dem zugehörigen LR-Glied 14 bzw. 15 übertragen werden.This then results in a voltage diagram according to FIG. 10 at the valve, in which the overshoots are no longer present on the voltage curve. As already indicated, the function of a discharge path for the capacitor 8 or 9 can be transferred directly to the associated LR element 14 or 15 in such an embodiment.

Die Fig. 11 zeigt die sinngemäße Anwendung eines CR-Gliedes 16 bzw. 17 aus einer Reihenschaltung eines Kondensators U' und eines ohmschen Widerstandes R"' an dem Kondensator 8 bzw. 9. In Verbindung mit diesem CR-Glied ist dabei jeweils ein Entladewiderstand 12 bzw. 13 für den Kondensator 8 bzw. 9 in der Schaltung beibehalten worden. Das zugehörige Spannungsdiagramm nach Fig. 12 entspricht bei entsprechender Bemessung der Schaltungsteile praktisch etwa demjenigen nach Fig. 10. 11 shows the analogous use of a CR element 16 or 17 consisting of a series connection of a capacitor U 'and an ohmic resistor R "' to the capacitor 8 or 9. In connection with this CR element, there is a discharge resistor in each case 12 and 13 have been retained in the circuit for the capacitor 8 and 9. The associated voltage diagram according to FIG. 12 corresponds practically approximately to that according to FIG .

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 13 liegt in Reihe mit dem Halbleiterventil 2 bzw. 3 jeweils eine Schaltdrossel 18 bzw. 19. Diese Schaltdrosseln sind für eine derartige Spannungszeitfläche bemessen, daß sie die an dem Halbleiterventil sonst zu Beginn seiner Sperrphase auftretende Spannung übernehmen über eine solche Zeitdauer, die größer ist als die Lebensdauer der Ladungsträger des einzelnen Halbleiterventils, so daß dieses durch eine Sperrspannung während dieses Zeitraumes noch nicht beansprucht werden kann. Sie begrenzen während der Spannungsaufnahme den Sperrstrom, der gleichzeitig eine Stufenform hat, auf ein solches Maß, daß die Halbleiterventile nicht gefährdet sind.In the embodiment according to FIG. 13 there is a switching inductor 18 and 19 in series with the semiconductor valve 2 and 3 respectively such a period of time which is greater than the service life of the charge carriers of the individual semiconductor valve, so that it cannot be stressed by a reverse voltage during this period of time. They limit the reverse current, which at the same time has a step shape, to such a level that the semiconductor valves are not endangered.

Das zugehörige Spannungs- und Stromdiagramm zu einer Anordnung nach Fig. 13 veranschaulichen die Fig. 14 bzw. 15. Die Einschaltung des Schalters 4 erfolgt wieder zum Zeitpunkt ti. Die Schaltdrossel übernimmt bis zum Zeitpunkt t4 die Spannung, so daß erst von diesem Zeitpunkt an die Durchlaßphase des Halbleiterventils 2 beginnt. Zum Zeitpunkt t" übernimmt das Halbleiterventil 3 nach einer entsprechenden Einschaltung des Schalters 5 die Stromf ühruno, Von diesem Zeitpunkt t#- an wird zunächst von der Drossel 18 die Sperrspannung übernommen, so daß sie erst zum Zeitpunkt t , an dem Ventil 2 auftreten kann. Zum Zeitpunkt t. wird der Schalter 4 2eöffnet.The associated voltage and current diagram for an arrangement according to FIG. 13 is illustrated in FIGS. 14 and 15, respectively. The switch 4 is switched on again at time ti. The switching throttle takes over the voltage up to the point in time t4, so that the passage phase of the semiconductor valve 2 does not begin until this point in time. At the time "t assumes the semiconductor valve 3 according to a corresponding switching on of the switch 5 ühruno the current conduction, From this point t # - on is first taken over the reverse voltage of the inductor 18 so that it only at the time t, may occur at the valve 2 At time t, switch 4 2 is opened.

Auf den Schaltdrosseln 18 bzw. 19 können zusätzliche Hilfswicklungen aufgebracht sein. Durch eine dieser Hilfswicklungen kann ein Vormagnetisierungsstrom aeschickt werden. der zur Kompensierung des natürlichen Stufenstromes der Schaltdrossel dient, so daß der Sperrstrom über das Halbleiterventil auf einen erwünschten kleinen Wert herabgedrückt werden kann. An eine andere Hilfswickluna kann eine Spannung angelegt werden, die zeitlich vor Beginn der Durchlaßphase des zugehörigen Halbleiterventils liegt und dazu dient, den magnetischen Zustand der Schaltdrossel vor Beginn der Durchlaßphase wieder so zu verändern, daß eine Stufe von wählbarer Größe auftritt. Diese besondere Bemessung des Stufe kann unmittelbar dazu ausgenutzt werden, den Beginn der Durchlaßphase für das Ventil festzulegen.Additional auxiliary windings can be applied to the switching chokes 18 and 19, respectively. A bias current can be sent through one of these auxiliary windings. which serves to compensate for the natural step current of the switching throttle, so that the reverse current can be reduced to a desired low value via the semiconductor valve. A voltage can be applied to another auxiliary winding, which occurs temporally before the start of the passage phase of the associated semiconductor valve and serves to change the magnetic state of the switching throttle before the start of the passage phase so that a step of selectable size occurs. This special dimensioning of the stage can be used directly to determine the start of the passage phase for the valve.

Wenn auch die Erfindung in den Ausführungsbeispielen an Hand einer zweiphasigen Schaltung veranschaulicht worden ist, so ist sie doch in ihrer Anwendung nicht auf solche Schaltungen beschränkt. Sie kann ebenso angewendet werden bei einer reinen Einwegschaltung wie auch bei entsprechenden mehrphasigen Schaltungen, die Nullpunktschaltungen oder auch Brückenschaltungen sein können.Even if the invention in the exemplary embodiments on the basis of a two-phase circuit has been illustrated, it is in its application not limited to such circuits. It can also be applied to a pure one-way switching as well as corresponding multi-phase circuits that Can be zero point circuits or bridge circuits.

Wegen der Begriffe »pn-Typ«, »pin-Typ« oder »psn-Typ« wird auf den Artikel von A. Herlet, »Die Abhängigkeit der Stromdichte eines pin-Gleichrichters von der Breite seiner Mittelzone«, in der »Zeitschrift für Physik«, Bd. 141, S. 335 bis 345 (1955), und die in diesem angeführten Literaturquellen verwiesen.Because of the terms “pn-type”, “pin-type” or “psn-type”, the article by A. Herlet, “The dependence of the current density of a pin rectifier on the width of its central zone”, in the “Zeitschrift für Physik ”, Vol. 141, pp. 335 to 345 (1955), and the references cited therein.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Arrangement for the operation of rectifier circuits with surface rectifiers on the basis of a semiconductor made of or in the manner of silicon or Gennanium, characterized in that the semiconductor valve located in the individual feeder line is connected to means through which at the beginning of the blocking phase by a flattening or delaying the rise in the reverse voltage at the semiconductor valve due to an increase in reverse current which is prevented by the effect of the semiconductor valve in the direction of flow in the semiconductor valve.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the semiconductor valve has a capacitance connected in parallel. 3. Arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that there is an ohmic resistor in series with the capacitance. 4. Arrangement according spoke 1 or one of the following, characterized in that the transformer feeding the circuit is dimensioned for a high leakage inductance. 5. Arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that an additional inductance is connected in series with the individual semiconductor valve in the circuit. 6. Arrangement according to claim 2 or one of the following, characterized in that the capacitance connected in parallel to the individual semiconductor valve, a discharge resistor is connected in parallel. 7. Arrangement according to claim 2 or one of the following, g characterized z 'g ek σ that the semiconductor valve is connected in addition to the capacitance in parallel with attenuators. 8. Anordnun- according to claim 7, characterized in that those from a parallel circuit of an inductance and an ohmic resistor are used as attenuators. 9. Arrangement according to claim 7, characterized in that those from a series connection of a capacitance and an ohmic resistor are used as attenuators. 10. Arrangement according to claims 8 and 9, characterized in that both attenuators made of inductive and ohmic members and those of capacitive and ohmic members are used. 11. The arrangement according to claim 8, characterized in that the parallel connection of the inductance and the ohmic resistance is dimensioned directly such that, in addition to its effect as an attenuator, it can also simultaneously take over the function of the discharge resistor for the capacitance. 12. The arrangement according to claim 1, characterized in that a switching inductor is arranged in series with the individual semiconductor valve with such a voltage time area that it takes over the blocking voltage at the beginning of the blocking phase of the semiconductor valve over a period of time which is greater than the life of the charge carriers in the semiconductor valve which was working in its passage phase. 13. The arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that in series with the individual semiconductor valve, a switch is used in the manner of the mechanical contact rectifier, which switches on the conducting phase of the semiconductor valve in the course of the period of the alternating current and which again in the course of the blocking phase is opened. 14. The arrangement according to claim 12, characterized in that the switching throttle receives such a premagnetization that the return current is compensated through the semiconductor valve to a desired small value. 15. An arrangement according to claim 12, characterized in that the switching throttle receives a controllable reverse magnetization, by means of which the length of the switch-on stage can be changed as desired. 16. The arrangement according to claim 12, characterized in that the switching throttle is dimensioned with such a voltage-time area that it determines the time at which the passage phase of the individual semiconductor valve is switched on. Considered publications: German Patent Specifications Nos. 709 656, 739 642.