DE1240124B - Anordnung zum Zuenden eines Thyristors - Google Patents

Anordnung zum Zuenden eines Thyristors

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DE1240124B
DE1240124B DES102136A DES0102136A DE1240124B DE 1240124 B DE1240124 B DE 1240124B DE S102136 A DES102136 A DE S102136A DE S0102136 A DES0102136 A DE S0102136A DE 1240124 B DE1240124 B DE 1240124B
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DE
Germany
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capacitor
thyristor
voltage
parallel
arrangement according
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Pending
Application number
DES102136A
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English (en)
Inventor
Herbert Poppinger
Dipl-Ing Christian Kublick
Dipl-Ing Manfred Liska
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Priority to JP1084967A priority patent/JPS4630731B1/ja
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/72Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices having more than two PN junctions; having more than three electrodes; having more than one electrode connected to the same conductivity region
    • H03K17/725Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices having more than two PN junctions; having more than three electrodes; having more than one electrode connected to the same conductivity region for ac voltages or currents
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Description

  • Anordnung zum Zünden eines Thyristors Zum Zünden eines Thyristors sind verhältnismäßig hohe Ströme, nämlich - je nach Exemplar - einige hundert Milliampere erforderlich. Dieser Strom wird häufig von einer Quelle geliefert, deren Spannung wesentlich über der an der Steuerstrecke eines Thyristors maximal zulässigen Spannung liegt. Man ist daher gezwungen, einen Spannungsteiler zu verwenden. Dieser müßte mit Rücksicht auf den hohen Steuerstrom einen relativ kleinen Gesamtwiderstand aufweisen, was dauernd hohe Verluste bedeutet. Die meisten bekannten Steuereinheiten arbeiten daher nicht mit ohmschen Spannungsteilern, sondern mit einem Kondensator, der über einen Vorwiderstand aufgeladen wird und der sich über ein Schaltglied und die Steuerstrecke des Thyristors entlädt, sobald die Kondensatorspannung einen durch das Schaltglied bestimmten Grenzwert erreicht hat. Eine solche Anordnung liefert eine Folge von Impulsen, deren Abstand durch die Auflade-Zeitkonstante des RC-Gliedes bestimmt ist. Als Schaltglieder sind dabei solche Elemente geeignet, die in bestimmten Strom-Spannungs-Bereichen einen negativen Widerstand besitzen. Zu dieser Kategorie gehören beispielsweise Neon-Glimmlampen oder Mehrschicht-Halbleiterschalter, z. B. solche mit vier Schichten, die unter dem Namen Shockley-Dioden bekanntgeworden sind. Solche Vierschichtendioden können kurzzeitig sehr hohe Spitzenströme, beispielsweise bis zu 50 Amp. führen und sind daher besonders gut als Schaltglieder im Steuerkreis von Thyristoren geeignet.
  • Der Anwendungsbereich solcher Steuersätze ist aber durch einander widersprechende Forderungen bezüglich der Bemessung der Bauteile sehr beschränkt. Ausgehend -von der Kippspannung der gewählten Shockley-Diode muß zunächst die Größe eines im Steuerkreis liegenden Widerstandes so 'gewählt werden, daß der Steuerstrom über den Thyristor den zum Zünden erforderlichen Grenzwert erreicht. Dieser Strom muß aber auch eine bestimmte Mindestzeit fließen. Dadurch ist auch die Größe des Kondensators festgelegt. Der Zündzeitpunkt kann daher bei den bekannten Schaltungen nur durch den Ladewiderstand des Kondensators verändert werden, allerdings auch nur zwischen zwei Grenzwerten. Einerseits darf ein unterer Grenzwert nicht unterschritten werden, weil sonst die Shockley-Diode nicht mehr in den Sperrzustand zurückkippen kann. Der Widerstandswert darf aber auch nicht zu groß sein, weil sonst die Kippspannung an der Shockley-Diode nicht erreicht wird. Damit ist aber auch kein be-.liebig großer lmpulsabstand möglich. Erschwerend wirkt schließlich noch, daß der Kippunkt einer Shockley-Diode nicht nur von dem Absolutwert der Spannung sondern auch von ihrer Änderung abhängig ist.
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Zünden eines Thyristors, dessen Steuerstrecke über ein Schaltglied mit Schwellwertcharakter und negativem Widerstandsbereich einem Kondensator parallel geschaltet ist, der über einen Widerstand an eine Spannungsquelle angeschlossen ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur freizügigen.Bestimmung des Zündzeitpunktes zu schaffen.
  • Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Maximalwert der Spannung an dem Kondensator so begrenzt wird, daß das Schaltglied nicht in den leitenden Zustand kippen kann, daß zwischen Kondensator und Schaltglied eine Entkopplungsdiode liegt und daß dem Kondensator und der Entkopplungsdiode eine Steuerspannungsquelle mit hohem Innenwiderstand über eine weitere Entkopplungsdiode parallel geschaltet ist.
  • Die Steuerspannungsquelle wird dabei in der Regel ebenfalls aus einem Spannungsteiler bestehen. Dieser kann aber wesentlich hochohmiger ausgeführt sein als ein Spannungsteiler der eingangs erwähnten Art, der unmittelbar den Zündstrom für den Thyristor liefert. Der Steuerspannungsteiler braucht nämlich lediglich den verhältnismäßig niedrigen Schaltstrom der Vierschichtendiode zu liefern, der bei etwa 150 gA liegt.
  • Die Bestimmung des Zündzeitpunktes des Thyristors bzw. der Schaltdiode durch einen Strom, der von einem verhältnismäßig hochohmigen Steuerspannungsteiler abgeleitet wird, ermöglicht zwei ein-C fache, aber sehr wertvolle Weiterbildungen der Ert2 finduno, Einmal kann man dem dem Kondensator parallelliegenden Zweig des Steuerspannungsteilers ebenfalls einen Kondensator parallel schalten und so eine Ansprechverzögerung gegenüber dem Anlegen einer Spannung an den Spannungsteiler erzielen. Entscheidend ist dabei, daß die Bemessung der Widerstände des Steuerspannungsteilers und dieses Kondensators nicht mehr von Eigenschaften und Forderungen des eigentlichen Steuerkreises des Thyristors beeinflußt wird. Man kann daher bereits mit einem Kondensator mit verhältnismäßig kleiner Kapazität und mit entsprechend hochohmigen Widerständen große Zeitkonstanten erzielen.
  • Eine solche Anordnung arbeitet als elektronisches Relais mit Ansprech- und Abfallverzögerung, wenn der Lastkreis des Thyristors mit einer periodisch Null werdenden, pulsierenden Gleichspannung gespeist wird, wie man siz beispielsweise durch Gleichrichtung einer Wechselspannung erhält. Wenn der Thyristor einmal gezündet ist, wird die Stromflußdauer im wesentlichen durch die Größe des in seinem Steuerkreis liegenden Kondensators und des Entladewiderstandes bestimmt. Eine solche Schaltung wird man mit Vorteil dann anwenden, wenn es darum geht, eine in einem Verbraucherkreis liegende Sicherung sehr schnell auszulösen, z. B. wenn eine Spannungs- oder Stromspitze eine bestimmte Größe und Zeitdauer übersteigt. Größe und Zeitdauer dieser Spannungs- oder Stromspitzen, die zur Auslösung führen sollen, können dabei durch den hochohmigen Steuerspannungsteiler und den erwähnten, einem Teilwiderstand dieses Steuerspannungsteilers parallelgeschalteten Kondensator eingestellt werden. Die Abfallverzögerung ist dann so zu bemessen, daß der Thyristor erst dann wieder in den Sperrzustand übergeht, wenn die Sicherung ausgelöst hat.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann in den dem Kondensator parallelliegenden Zweig des Steuerspannungsteilers die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors oder eines anderen Schaltgliedes gelegt werden. Solange der Transistor voll durchgesteuert ist, ist eine Zündung des Thyristors unmöglich. Erst wenn der Transistor stetig oder sprungartig gesperrt wird, steigt die Spannung an ihm so weit an, daß die Vierschichtendiode und damit der Thyristor zünden können. Der Transistor kann beispielsweise mit einer periodisch verlaufenden Steuerspannung gesteuert werden. Er kann auch zusammen mit einem weiteren Transistor eine Kippstufe bilden. Man erhält so einen einfachen Steuersatz zur Erzeugung periodischer Zündimpulse. Die Zündimpulse können entweder in verstärkter Form aus dem Hauptstromkreis des Thyristors oder aber auch von der Sekundärwicklung eines I-Elfstransforinators abgeleitet werden, dessen Primärwicklung an Stelle der Steuerstrecke des Thyristors mit dem Schaltglied und dem Kondensator in Reihe liegt.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang mit dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert.
  • Mit P ist die positive und mit N die negative Klemme einer nicht dargestellten Gleichspannungsquelle bezeichnet. An diese Klemmen ist ein Zündkondensator C über einen Widerstand R2 angeschlossen. Dem Kondensator liegt eine Zenerdiode D 4 parallel, durch die die Spannung am Kondensator so begrenzt wird, daß sie zum Zünden nicht ausreicht.
  • Die Laststrecke eines Thyristors T ist über eine Last L an Klemmen M und N angeschlossen, zwischen denen eine Wechselspannung oder eine pulsierende, periodisch Null werdende Gleichspannung angelegt wird.
  • Der Steuerstrecke des Thyristors T ist der Zündkondensator C über eine Entkopplungsdiode D2, eine Vierschichtendioden D3 und einen Widerstand R3 parallel geschaltet. Eine Zenerdiode D4 parallel zu dem Kondensator C begrenzt dessen Spannung auf einen Wert, der im Verhältnis zu R3 so gewählt ist, daß der Strom über die Schaltdiode D 3 den zum Kippen erforderlichen Grenzwert nicht erreichen kann.
  • Zwischen den Klemmen P und N liegt der Steuerspannungsteiler, bestehend aus einem Widerstand R 1 und einem Zwei- X. Letzterer ist über eine Entkopplungsdiode D 1. der Reihenschaltung aus Zündkondensator C und Entkopplungsdiode D 2 parallel geschaltet. Die Spannung am Abgriff A dieses Spannungstellers kann so groß werden, daß über die Diode D 1, die Schaltdiode D 3, Widerstand R 3 und die Steuerstrecke des Thyristors T ein Strom fließen kann, der gleich oder größer als der Schaltstrom, also größer als etwa 150 uA ist. Die Diode D 3 kippt dann und arbeitet im Gebiet ihrer negativen Kennlinie. Das bedeutet, daß an ihr nur ein sehr geringer Spannungsabfall liegt und ihr Widerstand sehr niedrig ist. Infolgedessen kann sich der Kondensator C über die Diode D 3, den Widerstand R 3 und die Steuerstrecke des Thyristors T nach Maßgabe der Zeitkonstante C - R 3 entladen. Dabei sinkt der Entladestrom nach einer gewissen Zeit unter den Haltestromwert der Diode D 3, so daß diese wieder in den sperrenden Zustand kippt. Voraussetzung ist hierfür, daß der Widerstand R2 groß genug bemessen ist, daß also der über R 2, D 2, D 3, R 3 und die Steuerstrecke des Thyristors T fließende Strom kleiner als der Haltestrom der Diode D 3 ist.
  • Wegen dieser Voraussetzung ist die Aufladezeit des Kondensators C bei dieser Schaltung verhältnis, mäßig groß. Eine wesentliche Verbesserung in dieser Hinsicht läßt sich erzielen, wenn man zwischen die Steuerstrecke des Thyristors und die übrigen Steuerkreiselemente (C, D 2, D 3, R 3) einen Zündübertrager legt und diesen so bemißt, daß der Kondensator C zusammen mit der im Entladekreis wirksamen Induktivität des Zündübertragers einen Schwingkreis bildet, derart, daß der über die Diode D 3 fließende Entladestrom des Kondensators C einmal durch Null geht. Die Diode D 3 geht dann zu einem definierten Zeitpunkt wieder in den Sperrzustand. Dieser Zeitpunkt wird dabei praktisch nicht mehr von der Größe des Widerstandes R 2 beeinflußt, dessen Wert man sehr klein wählen kann, um eine schnelle Aufladung des Zündkondensators sicherzustellen. übrigens muß der Sekundär- oder Primärwicklung des übertragers eine Diode zur Spannungsbegrenzung und Rückmagnetisierung parallel geschaltet werden.
  • Der mit X bezeichnete Zweig des Spannungsteilers kann beispielsweise aus der Parallelschaltung eines ohmschen Widerstandes mit einem Kondensator bestehen. In diesem Fall wird das Potential am Punkt A des Spannungsteilers erst um eine bestimmte Zeit t verzögert nach dem Anlegen einer Spannung an die Klemmen P und N den zum Zünden des Thyristors T bzw. der Schaltdiode D 3 erforderlichen Wert erreichen. Da der Spannungsteiler sehr hochohmig ausgeführt werden kann, kann man bereits mit einem verhältnismäßig kleinen Kondensator eine sehr große Ansprechverzögerung erreichen.
  • Der Zweig X des Spannungsteilers kann aber auch aus der Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors, gegebenenfalls in Reihe mit einem zusätzlichen Widerstand, bestehen. Dieser Transistor kann dann beispielsweise als Schalter betrieben werden. Jedesmal, wenn er von dem leitenden in den sperrenden Zustand umgesteuert wird, springt das Potential des Punktes A auf das des Punktes P, und die Schaltdiode D 3 wird zünden. Auch diese Schaltung ist nur anwendbar, weil dank der erfindungsgemäßen Konzeption der Widerstand R 1 sehr hochohmig gehalten werden kann. Müßte nämlich über diesen Widerstand der Zündstrom für den Thyristor T geführt werden, dann müßte er sehr niederohmig bemessen werden, und es würde über den im Zweig X liegenden Transistor ein sehr hoher Strom fließen, solange der Thyristor T sperren soll.
  • Der Zündkondensator C braucht übrigens über den Widerstand R 2 nicht an die gleiche Spannungsquelle wie der Spannungsteiler, bestehend aus Widerstand R 1 und X, angeschlossen zu werden. Der Kondensator C könnte ebensogut auch über den Widerstand R 2 an die Klemme M gelegt werden.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Anordnung zum Zünden eines Thyristors, dessen Steuerstrecke über ein Schaltglied mit Schwellwertcharakter und negativem Widerstandsbereich (Shockley-Diode) einem Kondensator parallel geschaltet ist, der über einen Widerstand an eine Spannungsquelle angeschlossen ist, d a - durch gekennzeichnet, daßderMaximalwert der Spannung an dem Kondensator (C) so begrenzt ist, daß das Schaltglied (D 3) nicht in den leitenden Zustand kippen kann, daß zwischen Kondensator (C) und Schaltglied (D 3) eine Entkopplungsdiode (D 2) liegt und daß dem Kondensator (C) und der Entkopplungsdiode (D 2) eine Steuerspannungsquelle mit hohem Innenwiderstand über eine weitere Entkopplungsdiode (D 1) parallel geschaltet ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannungsquelle aus einem hochohmigen Spannungsteiler (R 1, X) besteht. i. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem dem Kondensator (C) parallelliegenden Zweig (X) des Spannungsteilers ein Kondensator parallel geschaltet ist. 4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem dem Kondensator (C) parallelliegenden Zweig (X) ein Transistor liegt. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors durch eine periodisch verlaufende Steuerspannung immer wieder so weit erhöht wird, daß das Schaltglied kippt. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Entladekreis des Kondensators (C) die Primärwicklung eines Zündübertragers liegt, dessen Sekundärwicklung an die Steuerstrecke des Thyristors (T) angeschlossen ist. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündübertrager so bemessen ist, daß der Kondensator (C) zusammen mit der ün Entladekreis wirksamen Induktivität des Zündübertragers einen Schwingkreis bildet, derart, daß der Entladestrom des Zündkondensators einmal durch Null geht.
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