DE1488195C

DE1488195C - Process for operating several thyristors connected in parallel or a thyristor with several ignition electrodes at high switching frequencies

Info

Publication number: DE1488195C
Authority: DE
Inventors: Floris Dr Ing 1000 Be-rhn Koppelmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH, 6000 Frankfurt
Publication date: 1971-07-15

Description

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Bekanntlich treten bei der Zündung von Thyri- richtern 3 ist eine Einschaltdrossel, St die Steue-It is well known that when thyristors 3 are ignited, there is a switch-on throttle, St the control

storen im Halbleiterelement Schaltverluste auf, welche rung. Letztere ist nach der Erfindung so eingerich-interfere with switching losses in the semiconductor element, which tion. The latter is set up according to the invention

die aktive Halbleiterschicht erwärmen. Diese Ver- tet, daß sie abwechselnd auf den Thyristor 1 undheat the active semiconductor layer. This Vertet that they alternate on the thyristor 1 and

luste rühren daher, daß der Übergang vom isolie- den Thyristor 2 den Zündimpuls mit einer kleinenLosses arise from the fact that the transition from the isolating thyristor 2 triggers the ignition pulse with a small

renden in den leitenden Zustand in einer endlichen 5 Voreilung von der Größenordnung einiger Mikrose-end in the conductive state in a finite lead of the order of a few microseconds.

Zeitspanne vor sich geht, so daß während einer kur- künden gibt. Eine derartige abwechselnde VoreilungPeriod of time goes on, so that during a short term there are. Such an alternating lead

zen Zeit bereits Strom durch die Zelle fließt, ohne läßt sich mit den heutigen Mitteln der Steuerungs-electricity flows through the cell for a long time without it being possible to use the current means of control

daß die Spannung schon auf den kleinen Wert der technik auf einfache Weise realisieren,that the tension can be realized in a simple way even at the small value of the technology,

normalen Durchlaßspannung von etwa 1 V abgesun- Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel desnormal forward voltage of about 1 V. Fig. 2 shows another embodiment of the

ken wäre. Die Augenblickswerte der Einschaltlei- io Erfiridungsgedankens. Hier ist eine einzige Thyristorstung können bei großen Thyristoren 10 kW und . halbleiterscheibe 14 mit drei räumlich voneinanderwould be. The instantaneous values of the starting point of the idea of invention. Here is a single thyristor power can with large thyristors 10 kW and. semiconductor disk 14 with three spatially from each other

mehr betragen und können bei großen Schaltfrequen- getrennten Zündelektroden 11, 12, 13 vorgesehen,be more and can be provided with separate ignition electrodes 11, 12, 13 with high switching frequencies,

zen eine beträchtliche Zusatzerwärmung gegenüber Nach der Erfindung wird je eine dieser drei Zünd-zen a considerable additional heating compared to According to the invention, one of these three ignition

der normalen Erwärmung der Zelle durch den Last- elektroden abwechselnd mit einer geringen Voreilungthe normal heating of the cell by the load electrodes alternately with a slight advance

strom bedeuten.. Erschwerend kommt hinzu, daß die 15 gegenüber den beiden anderen Zündelektroden be-mean current .. To make matters worse, the 15 compared to the other two ignition electrodes

Einschaltverluste in der Zelle in der Hauptsache in aufschlagt, so daß sich die Einschaltarbeit gleichmäßigSwitch-on losses in the cell mainly in impacts, so that the switch-on work is even

der Umgebung der Zündelektrode auftreten, so daß auf die drei durch schraffierte Kreise angedeuteten ^% occur in the vicinity of the ignition electrode, so that the three ^{% indicated by hatched circles}

hier eine lokale Übertemperatur entsteht, die unter Bereiche der Halbleiterscheibe verteilt.a local excess temperature arises here, which is distributed among areas of the semiconductor wafer.

Umständen zur Zerstörung führen kann. Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel desCan lead to destruction. Fig. 3 shows a further embodiment of the

Es ist bereits bekannt, Thyristoren zwecks Erzie- ao Erfindungsgedankens. Hier handelt es sich um drei lung größerer Leistungen in Parallelschaltung zu be- Thyristoren 115, 116, 117, die auf einer gemeintreiben. Auch sind bereits Anordnungen beschrieben samen, gekühlten Grundplatte 118 mit einem geworden, bei denen mehrere Halbleitergleichrichter auf meinsamen Gehäuse 119 untergebracht sind, die je- v einer gemeinsamen Grundplatte, die ihrerseits ge- doch getrennte Zuführungen 120, 121, 122 und gekühlt ist, angeordnet sind. Weiterhin sind bereits auch 25 trennte Zündelektroden 111, 112, 113 haben.. Auch Thyristoren mit zwei räumlich voneinander getrenn- hier wird der erste Zündimpuls abwechselnd mit ten Zündelektroden bekannt. einer gewissen zeitlichen Voreilung auf je eine derIt is already known to use thyristors for the purpose of teaching ao inventive concept. Here it is a question of three higher powers in parallel with thyristors 115, 116, 117, which are meant to operate on one. Arrangements cooled base plate are seed-described style with a 118 in which a plurality of semiconductor rectifier are located on common housing 119, the JE v a common base plate, which in turn overall but separate feeds 120, 121, 122 and is cooled, arranged are. Furthermore, 25 separate ignition electrodes 111, 112, 113 are already available. Thyristors with two spatially separated from one another are also known - here the first ignition pulse is known alternating with th ignition electrodes. a certain time advance on each of the

Bei diesen Anordnungen wurde jedoch nicht auf drei Zündelektroden 111 bis 113 gegeben. DurchIn these arrangements, however, three ignition electrodes 111 to 113 were not given. Through

die Schwierigkeiten eingegangen, die durch die Zu- Einschaltdrosseln 130, 131, 132, die auch durch eineentered the difficulties caused by the on-switch chokes 130, 131, 132, which also by a

satzerwärmung des Halbleiterelementes infolge sei- 30 gemeinsame Einschaltdrossel 133 unterstützt oder er-heating of the semiconductor element as a result of its shared switch-on inductor 133 supported or

ner Einschaltverluste entstehen. Die Aufgäbe der setzt werden können, wird die Einschaltarbeit an sichner switch-on losses arise. The task that can be set is the switch-on work in itself

Erfindung besteht darin, diesen Nachteil zu ver- in ihrer Größe herabgesetzt. ■The invention consists in reducing this disadvantage in terms of size. ■

meiden. Durch das Verfahren nach der Erfindung wird esavoid. By the method according to the invention it becomes

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum möglich, Thyristoren großer Leistung mit hoher Betrieb mehrerer parallelgeschalteter Thyristoren oder 35 Schalt- bzw. Zündfrequenz zu betreiben. Letzteres ist eines Thyristors mit mehreren Zündelektroden bei beispielsweise erwünscht bei selbstgeführten Pulshohen Schaltfrequenzen. Eine Erfindung wird darin wechselrichtern zur Speisung von Asynchronmotoren, gesehen, daß die Zündelektroden der verschiede- Bei. diesen Pulswechselrichtern haben die einzelnen nen parallelgeschalteten Thyristoren bzw. die ver- Thyristoren nicht nur, im Rhythmus der Arbeitsfreschiedenen Zündelektroden des einen Thyristors ab- 40 quenz periodisch zu zünden, wobei beispielsweise in wechselnd als erste beaufschlagt werden. der dreiphasigen Brückenschaltung bei 100 Hz Ar-The invention relates to a method for possible, thyristors of large power with high Operation of several parallel connected thyristors or 35 switching or ignition frequency. The latter is of a thyristor with several ignition electrodes, for example when desired with self-guided pulse heights Switching frequencies. One invention is inverters for feeding asynchronous motors, seen that the ignition electrodes of the various these pulse inverters have the individual The thyristors connected in parallel or the thyristors are not only connected to the rhythm of the work freedoms To periodically ignite ignition electrodes of a thyristor sequence, for example in are alternately acted upon first. the three-phase bridge circuit at 100 Hz Ar-

Um dem Problem der zusätzlichen EJnschaltver- beitsfrequenz sich Zündfrequenzen von 600Hz erluste abzuhelfen, werden also nach der Erfindung beim geben; sondern es wird bei ihnen die vom Motor Betrieb von .mehreren parallelgeschalteten Thyristo- verlangte, mit der Frequenz sich ändernde Spannung ( ! ren diese nicht gleichzeitig gezündet, sondern die 45 dadurch erzeugt, daß die einzelnen Phasen des Wech-Zündimpulse werden zeitlich gestaffelt, und zwar der- selrichters während ihrer »Brennzeit« von beispielsart, daß die einzelnen Zündelektroden abwechselnd weise 120 ° nach dem Pulsverfahren periodisch geals erste beaufschlagt werden. Dies hat zur Folge, zündet und gelöscht werden, so daß sich aus dem daß sich die Einschaltarbeit gleichmäßig auf die ver- Einschaltverhältnis die gewünschte Spannungssteueschiedcnen parallelgeschalteten Zellen verteilt. Wen- 50 rung ergibt. Um bei diesem Verfahren die erforderdet man das Verfahren nach der Erfindung nicht an, liehen Glättungsdrosseln und Glättungskondensatosondern gibt man den Zündimpuls auf die parallel- ren klein zu halten, ist es erwünscht, daß die Pulsgeschalteten Thyristoren gleichzeitig, so wird einer der frequenz möglichst hoch ist, beispielsweise von der parallelgeschalteten Thyristoren, nämlich derjenige Größenordnung 1000 bis 5000 Hz. In diesem Fremit den günstigsten Zündbedingungen, als erster 55 quenzbereich spielen die Einschaltverluste sowohl durchzünden und daher die größte Einschaltarbeit der Hauptthyristoren als auch der Löschthyristoren, erhalten und daher unter Umständen gefährdet sein. die durch Kondensatorstoß die Hauptthyristoren pe-Durch die Erfindung wird die Einschaltarbeit auf die riodisch zu sperren haben, eine entscheidende Rolle, verschiedenen parallelgeschalteten Thyristoren zwang- In diesem Frequenzbereich ist also die Anwendung läufig gleichmäßig verteilt. 60 der Erfindung von Bedeutung.Ignition frequencies of 600 Hz were lost to the problem of the additional switching processing frequency to remedy, so will give according to the invention; but with them it becomes that of the engine Operation of several parallel-connected thyristors Required voltage that changes with the frequency (! Ren these are not ignited at the same time, but the 45 is generated by the fact that the individual phases of the alternating ignition pulses are staggered in time, namely the rectifier during their "burning time" of example type, that the individual ignition electrodes alternate at 120 ° periodically according to the pulse method first to be applied. As a result, ignites and are extinguished, so that out of the that the switch-on work is evenly affected by the switch-on ratio, the desired voltage control differences cells connected in parallel. Value results. In order to use this procedure the required if the method according to the invention is not applied, smoothing chokes and smoothing condensate rather than borrowed If you give the ignition pulse to the parallel ones and keep it small, it is desirable that the pulse-switched Thyristors at the same time, one of the frequency is as high as possible, for example of the thyristors connected in parallel, namely the order of magnitude 1000 to 5000 Hz. In this Fremit the most favorable ignition conditions, as the first frequency range, the switch-on losses both play ignite and therefore the greatest switch-on work of the main thyristors as well as the quenching thyristors, preserved and therefore may be at risk. the main thyristors pe-through by capacitor surge the invention will have the switch-on work on the periodic lock, a decisive role, different thyristors connected in parallel, so the application is in this frequency range evenly distributed over the course of the year. 60 of the invention is important.

Zur Herabsetzung der Einschaltarbeit an sich Nach dem Zünden des ersten der parallelgeschal-To reduce the switch-on work itself After the ignition of the first of the parallel-connected

wird dabei in bekannter Weise von dem Hilfsmittel teten Thyristoren bzw. der ersten Zündelektrode eineris thereby in a known manner of the aid ended thyristors or the first ignition electrode one

der Einschaltdrosseln Gebrauch gemacht. Zelle mit mehreren Zündelektroden bricht die Span-made use of the switch-on chokes. Cell with multiple ignition electrodes breaks the chip

An Hand der Zeichnung sind drei Ausführungsbei- nung an der Zelle bereits zusammen, so daß für dieOn the basis of the drawing, three working steps on the cell are already together, so that for the

spiele der Erfindung dargestellt. 65 Zündung der übrigen Thyristoren bzw. der übrigengames of the invention shown. 65 Ignition of the remaining thyristors or the remaining ones

In Fig. 1 sind 1 und 2 zwei parallelgeschaltete Bereiche einer größeren Halbleiterscheibe mit meh-In Fig. 1, 1 and 2 are two parallel-connected areas of a larger semiconductor wafer with several

Thyristorcn, beispielsweise die Hauptthyristoren oder reren Zündelektroden nur noch wenig Spannung zurThyristors, for example the main thyristors or reren ignition electrodes, only provide a little voltage

die Löschthyristoren von selbstgeführten Wechsel- Verfügung steht. Die Zündung dieser übrigen Thyri-the quenching thyristors are available from self-commutated changeover. The ignition of these remaining thyria

Claims

disturb therefore takes place more slowly, so that the voltage supply first. Under certain circumstances you can ignite the beginning for a short time. also only has to carry a single ignition load current from the control system. By appropriately pulsing alternately on the different ignition electrical structure of the circuit, one has to ensure that the type and the other thyristors in the manner of that the current increase in the first moment is not increased to 5 follow-up ignition by inductive from the current increase, which is except by switching chokes with cause generated voltages to ignite.
Saturation nuclei can also happen that the ignition pulses emitted by the control the total reactance of the switching circuit should not be selected too small when using the method according to the or artificially by inventing a sufficiently large current yield and switching of air throttles is increased. The through-io have a sufficiently steep slope, since by both igniting the thyristors that do not switch first, a reduction in the switch-on work can also be accelerated by the fact that
for example the voltage drop at upstream

Protective fuses or on upstream supply lines - Patent claim:
in addition to the voltage of the already 15

firing thyristor is used to the.

to ignite the remaining thyristors. Method for the operation of several parallel-like Drawn in Fig. 3, you can except for a switched thyristor or a thyristor with Common switch-on choke 133 also for each of several ignition electrodes at high switching frequency separate switch-on chokes 130 to 132, characterized in that use and for example by magnetic coupling. the ignition electrodes of the different parallel positions these chokes reduce the current increase at the connected thyristors or the various First use the thyristor that has been ignited to alternate the remaining ignition electrodes of one thyristor Thyristors with the selnd necessary for ignition are applied first.

1 sheet of drawings