DE1172770B

DE1172770B - Schaltungsanordnung zum Schutz von Halbleiter-gleichrichtern

Info

Publication number: DE1172770B
Application number: DEL42051A
Authority: DE
Inventors: August Christian Stumpe
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1962-05-23
Filing date: 1962-05-23
Publication date: 1964-06-25
Also published as: US3296518A; NL293126A

Description

Schaltungsanordnung zum Schutz von Halbleitergleichrichtern Der Einsatz von steuerbaren und nicht steuerbaren Halbleitergleichrichtern erfordert in der Technik häufig schaltungstechnische Vorkehrungen, die das Halbleiterelement vor unzulässiger Beanspruchung schützen. Die am meisten zur Anwendung gelangende Schutzeinrichtung für Halbleitergleichrichter gegen überstrombelastung besteht in einer zu jedem Halbleitergleichrichter oder zu Gruppen von Halbleitergleichrichtern in Reihe geschalteten Schmelzsicherung. Die Schmelzsicherung muß jeweils bestimmte Bedingungen erfüllen, um einen gewünschten Schutz für den oder die Halbleitergleichrichter darzustellen. Beispielsweise muß die zulässige Strombelastbarkeit des Halbleitergleichrichters über dem Ansprechwert der Schmelzsicherung liegen. Bei diesen Schaltungsanordnungen ist außerdem noch zu beachten, daß durch die beim Ansprechen der Sicherung auftretende Lichtbogenspannung die übrigen in der Schaltung befindlichen Halbleitergleichrichter und sonstigen Schaltungselemente spannungsmäßig nicht überlastet werden.
Diese Forderungen sind ohne besondere schaltungstechnische Vorkehrungen mit heute bekannten überflinken Schmelzsicherungen ohne weiteres für relativ niedrige Kurzschlußstromwerte rund damit verbundener verhältnismäßig langer Ansprechdauer der Sicherung, zu erfüllen. Beim Ansprechen einer Schmelzsicherung entsteht im Anschluß an den eigentlichen Abschmelzvorgang des Schmelzleiters ein Lichtbogen zwischen den verbleibenden Teilen des Schmelzleiters. Dieser Lichtbogen führt den Kurzschlußstrom so lange weiter, bis die zu Beginn des Lichtbogens in den Induktivitäten des Kurzschlußstromkreises gespeicherte Energie in den Wirkwiderständen des Kreises und im Lichtbogen selbst in Wärme umgesetzt ist.
Bei hohen Kurzschlußstromwerten und damit verbundenen kurzen Abschmelzzeiten des Schmelzleiters der Sicherung kann die Zeitdauer, während der der Lichtbogen den Kurzschlußstrom weiterführt, die Dauer der Abschmelzzeit oder sogar ein Vielfaches davon erreichen. Für das Abschmelzen des Schmelzleiters ist das der Wärmeentwicklung proportionale, sogenannte Schmelzintegral f 12 dt maßgebend. Dieses Schmelzintegral ist im Bereich hoher Kurzschlußströme und kurzer Abschmelzzeiten nahezu konstant. Der gesamte von der Sicherung durchgelassene Wert des Integrals über dem Quadrat des Kurzschlußstromwertes wächst jedoch auf Grund der vom Lichtbogen verlängerten Stromführungsdauer der Sicherung mit höheren Kurzschlußströmen beträchtlich an. Da für die zulässige Strombelastbarkeit von Halbleitergleichrichtern bei einer überstromdauer von weniger als etwa 10 ms ähnlich wie für das Abschmelzen des Schmelzleiters ein nahezu konstanter Wert des zeitlichen Integrals über dem Quadrat des Belastungsüberstromes gilt, können Halbleitergleichrichter im Bereich hoher Kurzschlußströme nicht mehr sicher geschützt werden.
Durch eine besonders hohe, in der Sicherung zugelassene Lichtbogenspannung könnte die Brenndauer des Lichtbogens zwar verkürzt werden, jedoch sind der Höhe der Lichtbogenspannung Grenzen durch die Sperreigenschaften der Halbleitergleichrichter gesetzt.
Die Erfindung schlägt eine Schutzanordnung für Halbleitergleichrichter vor, die nicht nur einen überraschenden, einfachen schaltungstechnischen Aufbau, sondern auch einen den Forderungen der Technik voll genügenden Schutz für die Halbleitergleichrichter aufweist.
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Schutze von Halbleitergleichrichtern, bei der zu einem oder zu einer Gruppe von Halbleitergleichrichtern eine Sicherung, vorzugsweise eine Schmelzsicherung, in Reihe geschaltet und zu der Reihenschaltung aus Schmelzsicherung und Halbleitergleichrichter bzw. Halbleitergleichrichtergruppe ein Stromzweig parallel geschaltet ist, der ein Schaltelement, vorzugsweise eine Funkenstrecke, enthält, und besteht darin, daß die Funkenstrecke derart in der Nähe des Schmelzleiters der Schmelzsicherung angeordnet ist, daß die Funkenstrecke durch den beim Abschmelzen des Schmelzleiters entstehenden Lichtbogen zündet und damit den Strom in den Parallelkreis kommutiert.
An Hand der in den F i g. 1 und 2 aufgezeigten Schaltungsbeispiele wird der schaltungstechnische Aufbau und die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt und erläutert. In der F i g. 1 ist in Reihe zu einem Netztransformator 1 ein Verbraucher 4 und ein Halbleitergleichrichter, vorzugsweise ein steuerbarer Halbleitergleichrichter 3 mit vorgeschalteter Schmelzsicherung 2, geschaltet. Die Induktivität 6 stellt die Induktivitäten des Stromkreises dar. Parallel zu der Reihenschaltung aus Halbleitergleichrichter 3 und zugehöriger Schmelzsicherung 2 ist ein Schaltungselement, vorzugsweise eine Funkenstrecke 5, gelegt, welche bei Auftreten eines Lichtbogens in der Schmelzsicherung 2 gezündet wird und den Kurzschlußstrom übernimmt.
Nach der Erfindung besteht eine vorteilhafte Möglichkeit zur Erzielung der gewünschten Kommutierung des Kurzschlußstromes in einem zu der Reihenschaltung aus Halbleitergleichrichter und Schmelzsicherung parallel liegenden Stromzweig darin, daß eine Funkenstrecke mit definierter Brennspannung so in der Nähe des Schmelzleiters angeordnet ist, daß die Funkenstrecke durch den beim Abschmelzen des Schmelzleiters entstehenden Lichtbogen gezündet wird.
Tritt im Verbraucherkreis ein Kurzschluß auf, so bewirkt der auftretende Kurzschlußstrom bei Erreichen und überschreiten des Ansprechwertes der Schmelzsicherung 2 ein Abschmelzen des Schmelzleiters dieser Schmelzsicherung. Die in den Induktivitäten gespeicherte elektrische Energie bewirkt für sehr kurze Zeit ein Weiterfließen des Stromes nach Abschmelzen des Schmelzleiters über den in der Schmelzsicherung auftretenden Lichtbogen. Sobald die am Lichtbogen abfallende Spannung gleich oder größer als die Durchbruchsspannung des parallel zu Sicherung 2 und Halbleitergleichrichter 3 geschalteten Schaltungselementes 3 wird, fließt der Strom nicht mehr über den Halbleitergleichrichter, sondern wird in den Parallelkreis mit der Funkenstrecke 5 kommutiert. Damit fließt im Kurzschlußfall über den Halbleitergleichrichter 3 nur noch ein Strom, der praktisch dem Schmelzintegral der Sicherung 2 entspricht. Auch bei sehr hohen Kurzschlußströmen kann auf diese Weise der Halbleitergleichrichter von einer durch überstrom bewirkten Zerstörung geschützt werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß auch überspannungsspitzen, die vom Netz in den Stromkreis eingespeist werden, durch die Funkenstrecke 5 unschädlich gemacht und von den Halbleitergleichrichtern ferngehalten werden können.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß gemäß der F i g. 2 parallel zu der Reihenschaltung aus Halbleitergleichrichter 3 und einer Schmelzsicherung 21 ein Bauelement geschaltet wird, das einen Schmelzleiter 2 mit zugeordneter Funkenstrecke 5 aufweist, wobei der Schmelzleiter 2 parallel zur Schmelzsicherung 21 und die Funkenstrecke 5 parallel zur Reihenschaltung aus Schmelzsicherung 21 und Halbleitergleichrichter 3 geschaltet ist.

Claims

Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zum Schutze von Halbleitergleichrichtern, bei der zu einem oder zu einer Gruppe von Halbleitergleichrichtern eine Sicherung, vorzugsweise eine Schmelzsicherung, in Reihe geschaltet und zu der Reihenschaltung aus Schmelzsicherung und Halbleitergleichrichter bzw. Halbleitergleichrichtergruppe ein Stromzweig parallel geschaltet ist, der ein Schaltelement, vorzugsweise eine Funkenstrecke, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenstrecke (5) derart in der Nähe des Schmelzleiters der Schmelzsicherung (2) angeordnet ist, daß die Funkenstrecke durch den beim Abschmelzen des Schmelzleiters entstehenden Lichtbogen zündet und damit den Strom in den Parallelkreis kommutiert.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Parallelstromzweig angeordnete Schaltungselement (5) einen eigenen Schmelzleiter aufweist, der parallel zu der in Reihe zum Halbleitergleichrichter (3) liegenden Schmelzsicherung (2) geschaltet ist, daß diesem Schmelzleiter eine Funkenstrecke zugeordnet und diese parallel zur Reihenschaltung aus Schmelzsicherung (2) und Halbleitergleichrichter (3) geschaltet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1116 315.