DE1258971B

DE1258971B - Schaltungsanordnung zum Schutz von steuerbaren Halbleiterschaltelementen, insbesondere von Thyristoren, gegen zu hohe Spannungsaenderungen im Einschaltaugenblick

Info

Publication number: DE1258971B
Application number: DE1966A0053375
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-08-30
Filing date: 1966-08-30
Publication date: 1968-01-18

Description

Schaltungsanordnung zum Schutz von steuerbaren Halbleiterschaltelementen, insbesondere von Thyristoren, gegen zu hohe Spannungsänderungen im Einschaltaugenblick Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Schutz von steuerbaren Halbleiterschaltelementen, insbesondere von Thyristoren, gegen zu hohe Spannungsänderungen im Einschaltaugenblick.
Die Spannungsänderung an einem gesperrten Thyristor darf einen vorgegebenen Wert nicht überschreiten, da sonst gegebenenfalls ein ungewollter Zündvorgang (Selbstzündung) ausgelöst werden kann. Legt man z. B. den Thyristor als Steuerlement in den Stromkreis eines Verbrauchers, insbesondere eines Verbrauchers, der im Einschaltaugenblick einen wesentlich höheren Strom als den Betriebsstrom fließen läßt, wie z. B. der Glühfaden einer leistungsstarken Lichtquelle oder die Wicklung eines Elektromotors, so ist nicht zu vermeiden, daß im Augenblick des Anlegens einer Spannung an den Thyristor die zunächst gegebene unzulässig hohe Spannungsänderung den Thyristor zum Zünden bringt. Wird der Verbraucher von einer Wechselspannung gespeist, ist diese Gefahr der Selbstzündung besonders beim Einschalten im Spannungsmaximum der Wechselspannung gegeben. Stellt der Verbraucher einen temperaturabhängigen Widerstand dar (z. B. Glühlampe) und beträgt der Kaltwiderstand einen Bruchteil des Betriebswiderstandes, so führt der Einschaltstromstoß zu einer Überlastung des Thyristors und hat eine eventuelle Zerstörung zur Folge.
Die Ursache, die dieses ungewollte Zünden des Thyristors hervorruft, liegt im wesentlichen darin begründet, daß der Aufbau der Sperrschicht zu träge erfolgt und durch eine Potentialanhebung zwischen Steuerelektrode und Kollektor ein Zündvorgang eingeleitet wird.
Bisher hat man versucht, dieses Selbstzünden eines Thyristors durch ein Dämpfungsglied, bestehend aus Widerstand und Kondensator oder aus einem nichtlinearen Widerstand, parallel zur Anode und Kollektor des Thyristors zu verhindern. Nachteilig ist hierbei, daß bei jedem Zündvorgang des Thyristors der Kondensator entladen wird und demzufolge dieser Entladungsstrom eine zusätzliche Belastung des Thyristors bringt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die ein steuerbares Halbleiterschaltelement, insbesondere einen Thyristor, gegen zu hohe Spannungsänderungen im Einschaltaugenblick schützt, ohne daß dabei eine zusätzliche Belastung des zu schützenden Halbleiters entsteht.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß zwischen Steuerelektrode und Kollektor während des Anlegens der Anoden-Kollektor-Spannung eine zeitlich begrenzte Kurzschlußverbindung eingeschaltet ist.
Hierdurch wird erreicht, daß während des Kurzschlusses zwischen Steuerelektrode und Kollektor das Halbleiterelement sich formiert und nach Aufhebung des Kurzschlusses, was nach einigen Spannungsperioden erfolgt, eine ungewollte Zündung nicht mehr eintreten kann, da die jetzt anliegende Spannung eine wesentlich niedrigere Änderung aufweist als die zulässige.
Eine sichere Unterdrückung der Selbstzündung eines Thyristors ergibt sich dann, wenn nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Kurzschluß zwischen Steuerelektrode und Kollektor von einem diese galvanisch verbindenden Schalter gebildet ist. Um die erforderliche Formierung des Thyristors herbeizuführen, muß die Kurzschlußverbindung zwischen Steuerelektrode und Kollektor, wie sich in der Praxis gezeigt hat, sehr niederohmig sein.
Vorzugsweise ist der Schalter ein Kontakt eines Relais, das an die Anoden-Kollektor-Spannung angeschlossen ist.
Um den Kurzschluß zwischen Steuerelektrode und Kollektor zeitgerecht aufzuheben, ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dem gleichstromgespeisten Relais ein Kondensator parallel geschaltet, der mit einem in Reihe geschalteten Widerstand ein RC-Glied bildet, welches das Ansprechen des Relais bestimmt, wobei der Relaiskontakt ein Ruhekontakt ist.
Um eine Verschiebung derAnsprechschwelle des Relais zu ermöglichen, kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dem Relais ein Vorwiderstand vorgeschaltet sein.
Werden Thyristoren in Anti-Parallelschaltung betrieben, so besitzt nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das Relais zwei Ruhekontakte, die parallel zur Steuerelektrode und zum Kollektor der Thyristoren liegen.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben.
Ein Verbraucher 1, z. B. eine Glühlampe, dessen Kaltwiderstand einen Bruchteil des Betriebswiderstandes beträgt, ist in Reihe mit antiparallel geschalteten Thyristoren 2, 3 an eine Wechselspannung, z. B. das Wechselspannungsnetz 4, geschaltet. Mittels eines Einschalters 5 kann der Verbraucher 1 an die Netzspannung angeschlossen werden. Die Thyristoren 2,3 werden über zugehörige, an sich bekannte und daher im einzelnen hier nicht dargestellte Steuervorrichtungen 6, 7 über die Steuerelektroden 8, 9 phasengerecht bzw. mit Phasenanschnitt gesteuert. Die Kollektoren 1®, 11 und die zugehörigen Steuerelektroden 8, 9 sind galvanisch durch Ruhekontakte a1, a2 zunächst kurzgeschlossen. Mittels eines Gleichrichters 12 wird die Speisewechselspannung 4 gleichgerichtet, und diese Gleichspannung speist ein von einem Widerstand 13 und einem Kondensator 14 gebildetes RC-Glied. Nach Aufladung des Kondensators 14 bis auf die Ansprechschwelle des Relais 15, dem ein Vorwiderstand 16 zur Verschiebung dieser Ansprechschwelle vorgeschaltet ist, spricht das Relais 15 an und öffnet abhängig von der Zeitkonstante des RC-Gliedes die Ruhekontakte a1, a2, wodurch der Kurzschluß zwischen Steuerelektrode und Kollektor 8, 1® bzw. 9, 11 aufgehoben wird. Die Zeitkonstante ist so zu bemessen, daß die Thyristoren 2, 3 genügend Zeit haben, sich zu formieren. Eine ungewollte Zündung der Thyristoren kann jetzt nicht mehr auftreten, da die nach dem öffnen der Kontakte a1, a2 anliegende Spannung eine wesentlich niedrigere Änderung aufweist .als die zulässige.

Claims

Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zum Schutz von steuerbaren Halbleiterschaltelementen, insbesondere von Thyristoren, gegen zu hohe Spannungsänderungen im Einschaltaugenblick, d a d u r c h gekennzeichnet, daß zwischen Steuerelektrode und Kollektor während des Anlegens der Anoden-Kollektor-Spannung eine zeitlich begrenzte Kurzschlußverbindung eingeschaltet ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschluß zwischen Steuerelektrode und Kollektor von einem diese galvanisch verbindenden Schalter gebildet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein Kontakt eines Relais ist, das an die Anoden-Kollektor-Spannung angeschlossen ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem gleichstromgespeicherten Relais ein Kondensator parallel geschaltet ist, der mit einem in Reihe geschalteten Widerstand ein RC-Glied bildet, welches das Ansprechen des Relais bestimmt, und daß der Relaiskontakt ein Ruhekontakt ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß .dem Relais ein Vorwiderstand vorgeschaltet ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche mit zwei antiparallelen Thyristoren, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais zwei Ruhekontakte besitzt, die parallel zur Steuerelektrode und zum Kollektor der Thyristoren liegen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1196 786.