DE1276713B - Semiconductor switch consisting of a thyristor and a transistor connected in parallel - Google Patents
Semiconductor switch consisting of a thyristor and a transistor connected in parallelInfo
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Description
Halbleiterschalter bestehend aus einem Thyristor und einem dazu parallel geschalteten Transistor Die Erfindung betrifft einen Halbleiterschalter bestehend aus einem Thyristor und einem dazu parallelgeschalteten Transistor.Semiconductor switch consisting of a thyristor and a parallel to it switched transistor The invention relates to a semiconductor switch consisting from a thyristor and a transistor connected in parallel.
Stromrichterelemente mit Kippcharakteristik, insbesondere Thyristoren, die zum Schalten von Gleichstrom benutzt werden, lassen sich, wenn sie einmal Strom führen, nur durch die Unterschreitung eines gewissen Haltestromes, entweder durch Unterbrechung oder Ableitung des Stromflusses wieder in sperrenden Zustand versetzen. Oft ist es erforderlich, den Stromfluß in einem solchen Bauelement zu einem willkürlichen, aber bestimmten Zeitpunkt zu unterbrechen.Converter elements with tilting characteristics, in particular thyristors, which are used to switch direct current can be used once they have current only by falling below a certain holding current, either through Put the interruption or discharge of the current flow back into the blocking state. It is often necessary to adjust the current flow in such a component to an arbitrary, but to interrupt certain time.
Zur Erfüllung dieser Forderungen sind Maßnahmen bekannt, die ein zwangsweises Verlöschen des Stromes zur Folge haben. Bei einer bekannten Methode (s. S.106 bis 110 Westinghouse »Silicon Controlled Rectifier« Designers Handbook 1964) wird die Energie eines geladenen Kondensators dazu verwendet, das Stromrichterelement für eine bestimmte Zeit, die sogenannte Freiwerdezeit, stormlos zu machen. Eine andere bekannte Methode der Kommutierung (s. S. 70 Generel Electric »Controlled Rectifier Manual« 1960) besteht darin, daß der Strom des zu sperrenden Thyristors von einem zu ihm parallel liegenden Transistor übernommen wird. Dieser Transistor ist im allgemeinen. durch eine geeignete Vorspannung an der Basis gesperrt. Führt nun das Stromrichterelement Strom und soll dieser ausgeschaltet werden, dann steuert man zunächst den Transistor an. Da dessen Kollektor-Emitter-Spannungsabfall im durchgesteuerten Zustand geringer ist als der Spannungsabfall des stromführenden Thyristors, kommutiert der Strom vom Thyristor auf den Transistor, und der Thyristor erhält durch Unterschreitung des Haltestromes Gelegenheit, seine Sperrfähigkeit wieder zu erlangen. Nachdem die für den Kommutierungsvorgang und für die Wiedererlangung der Sperrfähigkeit notwendige Zeit, die Freiwerdezeit, vergangen ist, wird das Ansteuersignal vorn Transistor entfernt und damit der Ausschaltvorgang des Stromes beendet.To meet these requirements, measures are known that have a compulsory Result in extinction of the current. With a known method (see pages 106 to 110 Westinghouse "Silicon Controlled Rectifier" Designers Handbook 1964) becomes the Energy from a charged capacitor is used to power the converter element for to make stormless for a certain time, the so-called free time. Another known method of commutation (see p. 70 General Electric »Controlled Rectifier Manual «1960) consists in that the current of the thyristor to be blocked by a transistor lying parallel to it is taken over. This transistor is in general. locked by a suitable bias on the base. Now runs the converter element Current and if this is to be switched off, then you first control the transistor at. Since its collector-emitter voltage drop is lower in the controlled state is than the voltage drop of the live thyristor, the current commutates from the thyristor to the transistor, and the thyristor receives by falling below the holding current opportunity to regain its blocking capability. after the necessary for the commutation process and for regaining the blocking capability Time, the release time, has passed, the control signal from the transistor becomes removed and the process of switching off the current ended.
Der Nachteil bei den angegebenen Methoden für die Steuerung des Ein- und Ausschaltvorganges besteht darin, daß zwei getrennte Steuerungseinrichtungen notwendig sind, die einen erheblichen Aufwand darstellen.The disadvantage of the specified methods for controlling the input and switch-off consists in that two separate control devices are necessary, which represent a considerable effort.
Aufgabe der Erfindung ist es den Steuervorgang des Ein- und Ausschaltens des Halbleiterschalters mit äußerst einfachen Mitteln durchzuführen.The object of the invention is the control process of switching on and off to carry out the semiconductor switch with extremely simple means.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein für den Thyristor und den Transistor gemeinsamer Steuerimpulsübertrager vorgesehen ist, dessen Sekundärwicklung drei Anzapfungen besitzt, von denen die mittlere Anzapfung mit der Kathode des Thyristors, dem Emitter des Transistors und dem einen Pol des Gleichstromkreises, die eine Endanzapfung direkt mit der Steuerelekrode des Thyristors und die andere Endanzapfung über einen Widerstand mit der Basis des Transistors verbunden ist.According to the invention the object is achieved in that one for the thyristor and the transistor common control pulse transmitter is provided, its secondary winding has three taps, the middle of which is connected to the cathode of the thyristor, the emitter of the transistor and one pole of the DC circuit, which is an end tap directly to the control electrode of the thyristor and the other end tap via one Resistance connected to the base of the transistor.
Damit die Basis-Emitter-Spannung des Transistors in unschädlichen Grenzen bleibt und die Dauer des Ansteuerimpulses an der Basis des Transistors größer ist als die Freiwerdezeit des Thyristors, ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindnung vorgesehen, daß zwischen der mittleren Anzapfung und der der Steuerelektrode des Thyristors abgekehrten Endanzapfung des Steuerimpulsübertragers ein Schwellwertelement liegt.So that the base-emitter voltage of the transistor in harmless Limits remain and the duration of the control pulse at the base of the transistor is longer is than the release time of the thyristor, is in a further embodiment of the Invention provided that between the central tap and that of the control electrode the end tap of the control pulse transmitter facing away from the thyristor is a threshold value element lies.
Damit der Transistor, der hier als Schalter arbeitet, das Verlustleistungsgebiet möglichst schnell durchläuft, muß der RückmagLietisierungsspanungsimpuls des übertragers möglichst steile Flanken haben, wozu es vorteilhaft ist, daß das Schwellwertelement eine Zener-Diode oder ein nichtlinearer Widerstand ist.So that the transistor, which works as a switch here, the power loss area runs through as quickly as possible, the reverse magnetization voltage pulse of the transformer have the steepest possible edges, for which purpose it is advantageous that the threshold value element is a zener diode or a non-linear resistor.
Zur Verbesserung der Kommutierung in Fällen zu geringer Schwellspannungsdifferenz zwischen dem durchgesteuerten Thyristor und dem durchgesteuerten Transistor für eine einwandfreie Kommutierung, ist parallel zu der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors in Reihe mit dem Thyristor ein Widerstand vorgesehen.To improve commutation in cases where the threshold voltage difference is too low between the turned on thyristor and the turned on transistor for flawless commutation is parallel to the collector-emitter path of the A resistor is provided in series with the thyristor transistor.
Ein Schaltungsbeispiel der Erfindung ist ihn er Figur dargestellt und soll in seinem Aufbau und seiner Wirkungsweise im folgenden näher beschrieben werden, wobei es sich um einen pnpn-Thyristor und einen npn-Transistor handelt. Die Kathode des Thyristors 1 ist mit dem negativen Pol 2, der gleich dem Nullpotential ist, die Anode über den Widerstand 3 in Reihe mit dem Lastwiderstand 4 des Schaltkreises mit dem positiven Pol s der zu schaltenden Gleichstromquelle verbunden. Parallel zu der Reihenschaltung aus Thyristar 1 und Widerstand 3 liegt der Transistor 6, wobei dessen Kollektor mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 3 und 4 verbunden ist. Der Emitter liegt auf Nullpotential und ist mit der mittleren Anzapfung 7 des Steuerimpulsübertragers 8, der Anode einer Zener-Diode 9 und dem einen Ende des Basisableitwiderstandes 10 verbunden. Das andere Ende des Widerstandes 10 liegt an der Basis des Transistors 6, die über den Widerstand 11 mit der Kathode der Zener-Diode 9 und der einen Endanzapfung 12 der sekundären Wicklung des Steuerimpulsübertragers 8 verbunden ist. Die andere Endanzapfung 13 des Steuerimpulsübertragers liegt direkt au der Steuerelektrode des Thyristors 1. Die Primärseite des Steuerimpulsübertragers 8 besitzt die beiden Anschlüsse 14 und 15.A circuit example of the invention is shown in the figure and its structure and mode of operation will be described in more detail below being a pnpn thyristor and an npn transistor. The cathode of the thyristor 1 is connected to the negative pole 2, which is equal to zero potential is, the anode across the resistor 3 in series with the load resistance 4 of the circuit with the positive pole s of the direct current source to be switched tied together. In parallel to the series connection of thyristar 1 and resistor 3 is located the transistor 6, its collector with the junction of the resistors 3 and 4 is connected. The emitter is at zero potential and is with the middle Tap 7 of the control pulse transmitter 8, the anode of a Zener diode 9 and the one end of the base bleeder resistor 10 is connected. The other end of the resistance 10 is connected to the base of the transistor 6, which is connected via the resistor 11 to the cathode the Zener diode 9 and one end tap 12 of the secondary winding of the control pulse transmitter 8 is connected. The other end tap 13 of the control pulse transmitter is directly au the control electrode of the thyristor 1. The primary side of the control pulse transmitter 8 has the two connections 14 and 15.
Soll der Halbleiterschalter eingeschaltet werden, dann wird an die Primärwicklung des Steuerimpulsübertragers 8 mit den Anschlüssen 14 und 15 eine Spannung gelegt. Diese ist so gerichtet, daß auf der Sekundärseite des Steuerimpulsübertragers der Punkt 13 positiv und der Punkt 12 negativ gegenüber dem Punkt 7 wird. Der positive Impuls an Punkt 13 öffnet den Thyristor 1, der negative Impuls am Punkt 12 sperrt den Transistor 6. Soll der Schalter in den sperrenden Zustand versetzt werden, so wird einfach die Eingangsspannung an den Anschlüssen 14 und 15 des Steuerimpulsübertragers 8 weggenommen. Dadurch entsteht eine umgekehrt gerichtete Rückmagnetisierungsspannungsspitze an der Sekundärseite des Steuerimpulsübertragers. Diese kann durch zusätzliche, hier nicht gezeichnete Schaltmittel an der Steuerelektrode des Thyristors 1 in unschädlichen Grenzen gehalten werden. Die Rückmagneiisierungsspannung bewirkt bei dem Transistor 6, daß dessen Basis positiv gegenüber dem Emitter wird und dadurch der Transistor 6 geöffnet wird. Durch den geringeren Spannungsabfall an der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 6 als am Thyristor 1 in Reihe mit dem Widerstand 3 kommutiert der Strom vom Thyristor 1 auf den Transistor 6, wodurch nach Unterschreitung des Haltestromes des Thyristors 1 dieser sperrt. Der Transisor 6 bleibt so lange stromführend, wie der Rückmagnetisierungsspannungsimpuls an seiner Basis ansteht. Sobald sich der Steuerimpulsübertrager abmagnetisiert hat, verschwindet die Rückmagnetisierungsspannung und auch die Ansteuerung des Transistors 6, womit dieser wieder in den sperrenden Zustand zurückfällt. Die Auslegung des Steuerimpulsübertragers 8 erfolgt zusammen mit dem Widerstand 11 und der Zener-Diode 9 so, daß der Ansteuerimpuls an der Basis des Transistors 6 eine begrenzte Höhe und eine bestimmte Dauer hat, um die Dauer der Stromzeit des Transistors 6 länger als die Freiwerdezeit des Thyristors 1 zu machen.If the semiconductor switch is to be switched on, then the Primary winding of the control pulse transmitter 8 with the connections 14 and 15 a Tension laid. This is directed so that on the secondary side of the control pulse transmitter point 13 becomes positive and point 12 becomes negative compared to point 7. The positive one The pulse at point 13 opens thyristor 1, the negative pulse at point 12 blocks the transistor 6. If the switch is to be placed in the blocking state, see above is simply the input voltage at terminals 14 and 15 of the control pulse transmitter 8 taken away. This creates a reverse magnetization voltage peak in the opposite direction on the secondary side of the control pulse transmitter. This can be done by additional, Switching means not shown here on the control electrode of the thyristor 1 in harmless Limits are kept. The reverse magnetization voltage acts on the transistor 6, that its base becomes positive with respect to the emitter and thereby the transistor 6 is opened. Due to the lower voltage drop on the collector-emitter path of the transistor 6 than the thyristor 1 in series with the resistor 3 commutates Current from thyristor 1 to transistor 6, whereby after falling below the holding current of the thyristor 1 this blocks. The transistor 6 remains energized as long as the reverse magnetization voltage pulse is present at its base. As soon as the Has demagnetized the control pulse transmitter, the reverse magnetization voltage disappears and also the control of the transistor 6, which puts it back into the blocking mode State is falling behind. The control pulse transmitter 8 is designed together with the resistor 11 and the Zener diode 9 so that the drive pulse at the base of the transistor 6 has a limited height and a certain duration to the duration the current time of the transistor 6 is longer than the release time of the thyristor 1 do.
Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil liegt in der Verwendung eines einzigen Steuerimpulsübertragers, sowohl für den Ein- als auch besonders für den Ausschaltvorgang des Halbleiterschalters. Die Betätigung ist dabei denkbar einfach: Einschalten durch Anlegen einer primären Gleichspannung, Ausschalten durch Wegnahme dieser Spannung. Einen weiteren Vorteil bringt die Verwendung der Zener-Diode oder eines anderen Schwellwertelementes in Zusammenarbeit mit dem Steuerimpulsübertrager. Er liegt darin, daß durch die Gestalt der Impulsflanken ein verhältnismäßig kleiner Transistor verwendet werden kann, weil er sehr schnell das Verlustleistungsgebiet durchläuft.The advantage that can be achieved with the invention lies in the use of a single control pulse transmitter, both for the one and especially for the Switching off the semiconductor switch. The operation is very easy: Switch on by applying a primary DC voltage, switch off by removing it this tension. Another advantage is the use of the Zener diode or another threshold value element in cooperation with the control pulse transmitter. The reason for this is that, due to the shape of the pulse edges, a relatively small one Transistor can be used because it very quickly the power dissipation area passes through.
Claims (5)
Priority Applications (3)
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DEB91178A DE1276713B (en) | 1967-02-14 | 1967-02-14 | Semiconductor switch consisting of a thyristor and a transistor connected in parallel |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0025074A1 (en) * | 1979-08-31 | 1981-03-18 | BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie. | Method for turning off a thyristor and semiconductor device for carrying out said method |
DE3515038A1 (en) * | 1985-04-25 | 1986-07-03 | Klöckner, Wolfgang, Dr., 8033 Krailling | Circuit for turning off a thyristor |
-
1967
- 1967-02-14 DE DEB91178A patent/DE1276713B/en active Pending
-
1968
- 1968-02-12 CH CH205268A patent/CH468131A/en unknown
- 1968-02-12 FR FR1556503D patent/FR1556503A/fr not_active Expired
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0025074A1 (en) * | 1979-08-31 | 1981-03-18 | BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie. | Method for turning off a thyristor and semiconductor device for carrying out said method |
DE3515038A1 (en) * | 1985-04-25 | 1986-07-03 | Klöckner, Wolfgang, Dr., 8033 Krailling | Circuit for turning off a thyristor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CH468131A (en) | 1969-01-31 |
FR1556503A (en) | 1969-02-07 |
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