DE1563181A1 - Inverter circuit with semiconductor current gates - Google Patents
Inverter circuit with semiconductor current gatesInfo
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Description
DK. ING. ERNST MAIEKDK. ING. ERNST MAIEK
8 MÜNCHEN 238 MUNICH 23
17. August I966 A 31*66August 17, 1966 A 31 * 66
EM/B/PfoEM / B / Pfo
Firma PRAKO Kondensatoren- und Apparatebau G.m.b.H.,Company PRAKO Capacitors and Apparatus Construction G.m.b.H.,
Teningen / Baden " Teningen / Baden "
Wecliselrichterschaltung mit Halbleiter-StrointOrenInverter circuit with semiconductor strobes
Die Erfindung betrifft eine Wechselrichter-Schaltung unter Verwendung von Halfoleiter-Stromtoren, insbesondere steuerbaren Silizium-Gleichrichtern* und eines Transformators, dessen primäre Wicklung mit Hilfe der Stromtore wechselweise mit jeweils entgegengesetzter Polarität an eine Gleichspannungsquelle angeschaltet wird, wobei eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, welche die Zündung der Stromtore bewirkende Steuerimpulse liefert.The invention relates to an inverter circuit using semiconductor current gates, in particular controllable silicon rectifiers * and a transformer, whose primary winding alternates with the opposite one with the help of the current gates Polarity is connected to a DC voltage source, wherein a control device is provided which the Ignition of the power gates causing control pulses delivers.
Wechselrichterschaltuncen dieser Art sind allgemein bekannt. Durch die vorgesehene SteuervorrichtungInverter circuits of this type are well known. By the provided control device
werden kurze Impulse mit einer Dauer von etwa 20/ts erzeugt, welche die Zündung der Stromtore bewirken. Nach der Zündung bleibt das betreffende Stromtor auch nach Abklingen des Steuerimpulses leitend, bis der das Stromtor durchfliessende Strom während einer gewissen Mindestzeit von etwa 10 - 20,·"-s, der sogenannten Freiwerdezeit, zu Null wird. Nach dieser. Zeit ist das Stromtor wieder sperrfähig. Um wieder leitend zu werden, muss es wiederum durch einen Steuerimpuls gezündet werden.short pulses with a duration of about 20 / ts are generated, which cause the ignition of the electricity gates. After the ignition, the relevant power gate remains The conductive control pulse decays until the current flowing through the current gate lasts for a certain minimum time from about 10 - 20, · "-s, the so-called free time, becomes zero. After this. Time the power gate can be locked again. In order to regain leadership, it has to be done again be ignited by a control pulse.
Bei Wechselrichterschaltungen der genannten Art kann es vorkommen, dass der die Primärwicklung des Wechselrichtertransformators durchfliessende Strom durch Vorgänge im Verbraucherkreis zu Null wird, wodurch eine Sperrung des gerade leitenden Stromtores hervorgerufen wird, was in diesem Falle unerwünscht ist. In solchen Fällen ist es erforderlich, den Stromtoren Steuerimpulse zuzuführen, deren Dauer der Einschaltdauer des Stromtores entspricht.In inverter circuits of the type mentioned, it can happen that the primary winding of the Inverter transformer current flowing through is due to processes in the consumer circuit to zero, whereby a Blocking of the current gate that is currently conducting is caused, which is undesirable in this case. In such In cases it is necessary to supply the current gates with control pulses, the duration of which corresponds to the switch-on time of the current gate is equivalent to.
Zur Erzeugung der Steuerimpulse werden üblicherweise Steuervorrichtungen verwendet, deren Stromversorgung von der Gleichspannungsquelle des Wechselrichters abgelei-To generate the control pulses control devices are usually used, their power supply derived from the DC voltage source of the inverter
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tet ist. Da die für die Zündimpilse erforderliche Spannung gewöhnlich wesentlich kleiner als die Spannung der · Gleichrichter-Spannungsquelle ist, muss die Spannung durch Widerstände herabgesetzt und besonders stabilisiert werden. Sollen einer solchen stabilisierten Steuerschaltung Zündimpulse entnommen werden, die während der gesamten Stromführungszeit des zugehörigen Stromtores andauern, so ist für eine solche Steuervorrichtung ein sehr grosser Aufwand erforderlich. Auch wird dann der gesamte Wirkungsgrad der Wechselrichterschaltung mertfbar verschlechtert.is tet. Because the voltage required for the ignition pulse is usually much lower than the voltage of the rectifier voltage source, the voltage must be reduced and especially stabilized by resistances. Shall such a stabilized control circuit Ignition pulses are taken that last during the entire current carrying time of the associated current gate, so a very great effort is required for such a control device. Also then the overall efficiency the inverter circuit measurable deteriorated.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wechselrichterschaltung zu schaffen, die bei Verwendung von während der gesamten Stromführungszeit eines Strorntores andauernden Zündimpulsen mit gutem Wirkungsgrad arbeitet und mit verhältnisraässig geringem Aufwand herstellbar ist. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, daß der Transformator mit zusätzlichen Steuerwicklungen versehen ist, die in die Steuerkreise der Stromtore eingeschaltet sind. Mit dieser Schaltung lassen sich mit verhältnismässig einfachen Mitteln während der gesamten Stromführungszeit der Stromtore andauernde Impulse erzeugen, deren Amplitude beliebig gewählt, also den Stromtoren an-The invention is based on the object of creating an inverter circuit which, when used of during the entire current-carrying time of a power gate continuous ignition pulses with good efficiency and can be produced with relatively little effort. This is achieved according to the invention in that the transformer is provided with additional control windings, which are switched into the control circuits of the power gates are. With this circuit can be with relatively simple means generate continuous impulses during the entire power supply time of the power gates, the amplitude of which is chosen arbitrarily, i.e. the current gates
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gepasst werden kann, und zwar ohne dass dadurch wesentliche Verluste entstehen, da die Impulsspannung transformatorisch herabsetzbar ist.can be fitted without causing significant losses, since the pulse voltage is transformer-like is degradable.
Vorzugsweise ist jede Steuerwicklung dem Ausgang einer üblichen Zündimpuls-Schaltungsanordnung parallel geschaltet, so dass die beiden Impulse einander überlagert werden. Es tritt dann zunächst der von der üblichen Zündimpuls-Schaltungsanordnung erzeugte, steilflankige ZUndimpuls mit verhältnismässig grosser Amplitude auf, welcher die Zündung einleitet und eine schnelle Durchschaltung des Stromtores bewirkt. Gleichzeitig mit diesem steilflankigen Zündimpuls wird auch der durch die Steuerwicklungen des Wechselrichtertransformators erzeugte Impuls erzeugt, der jedoch eine weniger steile Anfangsflanke besitzt, jedoch nach Verschwinden des anfänglichen Zündimpulses im wesentlichen seine volle Amplitude erreicht hat. Im Anschluss an den Zündimpuls liegt also an der Steuerelektrode des Stromtores der von der entsprechenden Steuerwicklung des Weehselrichtertransformators erzeugte Impuls, der das Stromtor nun in leitfähigem Zustand halten soll und infolgedessen nur eine verhältnismässig geringe Amplitude zu haben braucht, die etwa ein Drittel bis ein Zehntel der Amplitude des anfänglichen Zündimpulses sein kann. Die Höhe derEach control winding is preferably parallel to the output of a conventional ignition pulse circuit arrangement switched so that the two pulses are superimposed on each other. The usual ignition pulse circuit arrangement then occurs first generated, steep-edged ZUndimpuls with a relatively large amplitude, which initiates the ignition and causes the current gate to switch through quickly. Simultaneously with this steep flank Ignition pulse, the pulse generated by the control windings of the inverter transformer is also generated, the however, has a less steep initial edge, but essentially after the initial ignition pulse has disappeared has reached its full amplitude. Following the ignition pulse, there is therefore the control electrode of the current gate that of the corresponding control winding of the converter transformer generated pulse, which is supposed to keep the current gate in a conductive state and as a result only needs to have a relatively small amplitude, which is about a third to a tenth of the amplitude of the initial ignition pulse. The high of
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Impulsamplituden hängt von der Bauart des entsprechenden Stromtores ab.Pulse amplitudes depend on the design of the corresponding current gate.
Zweckmässig ist mit jeder Steuerwicklung eine Gleichrichterdiode in Reihe geschaltet. Vorzugsweise ist zusätzlich auch mit der Zündimpuls-Schaltungsanordnung eine Gleichrichterdiode in Reihe geschaltet. Hierdurch soll ein Kurzschluss der parallel geschalteten Impulserzeugereinrichtungen verhindert werden.It is useful to have one with each control winding Rectifier diode connected in series. In addition, the ignition pulse circuit arrangement is also preferred a rectifier diode connected in series. This is intended to short-circuit the pulse generator devices connected in parallel be prevented.
In Reihe mit der Steuerwicklung des Wechselrichtertransformators kann auch eine Zenerdode geschaltet sein, die in Folge der schrägen Planken des durch die Steuerwicklung erzeugten Impulses eine Verkürzung dieses Impulses bewirkt, was in einigen Fällen vorteilhaft sein kann. In diesem Falle muss allerdings die von der Steuerwicklung abgelieferte Spannung erhöht werden.In series with the control winding of the inverter transformer a Zenerdode can also be connected, which as a result of the sloping planks of the through the Control winding generated pulse causes a shortening of this pulse, which can be advantageous in some cases can. In this case, however, the voltage delivered by the control winding must be increased.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is based on the following Drawing explained in more detail using an exemplary embodiment. In the drawing show:
Fig. 1 ein Schaltbild eines Wechselrichters gemäß der Erfindung undFig. 1 is a circuit diagram of an inverter according to the invention and
Fig. 2 eine graphische Darstellung der auftretenden Steuerimpulse.Fig. 2 is a graphical representation of the occurring Control impulses.
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Mit Tr^5 ist der Wechselrichtertransformator bezeichnet, dessen Primärwicklung Pr eine Mittelanzapfung besitzt. Diese Mittelanzapfung ist an den Minuspol einer Gleichspannungsquelle geführt. Die Enden der Primärwicklung Pr sind über steuerbare Silizium-Gleichrichter Gr, und Gr2 und eine Glättungsdrosselspule Dr mit dem Pluspol der Spannungsquelle verbunden. Den steuerbaren Silizium-Gleichrichtern Gr, und Gr2 werden wechselweise Steuerimpulse zugeführt, die das jeweils zugehörige Stromtor zünden, wodurch über den Kondensator C das gerade Strom führende Stromtor gelöscht wird. Auf diese Weise werden die beiden Wicklungshälften der Primärwicklung Pr wechselweise von Stromimpulsen durchflossen, welche jeweils entgegengesetzte Magnetflüsse in dem Transformatorkern hervorrufen. Durch dieses magnetische Wechselfeld wird in der Sekundärwicklung Sek eine Wechselspannung induziert, deren Halbwellen im wesentlichen rechteckförmig sind. Gr7 und Gr8 sind Dioden für den Blindstrom.The inverter transformer whose primary winding Pr has a center tap is denoted by Tr ^ 5. This center tap is led to the negative pole of a DC voltage source. The ends of the primary winding Pr are connected to the positive pole of the voltage source via controllable silicon rectifiers Gr and Gr 2 and a smoothing choke coil Dr. The controllable silicon rectifiers Gr 1 and Gr 2 are alternately supplied with control pulses that ignite the associated current gate, whereby the current gate that is carrying current is deleted via the capacitor C. In this way, the two winding halves of the primary winding Pr are alternately traversed by current pulses which each cause opposing magnetic fluxes in the transformer core. This alternating magnetic field induces an alternating voltage in the secondary winding Sek, the half-waves of which are essentially square-wave. Gr7 and Gr8 are diodes for the reactive current.
Zur Erzeugung der Steuerimpulse für die Stromtore Gr1 und Gr2 ist eine Steuerschaltung St vorgesehen, die von der Gleichspannungsquelle des Wechselrichters über einen Widerstand Wi1- gespeist wird. Die Steuerschal-To generate the control pulses for the current gates Gr 1 and Gr 2 , a control circuit St is provided, which is fed from the DC voltage source of the inverter via a resistor Wi 1 -. The control switch
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tung St enthält Zündimpuls-Transformatoren Tr1 und Trg, deren Sekundärwicklungen an den Steuerkreis der Stromtore angeschlossen sind. In Reihe mit den Sekundärwicklungen der ZündimpuIs-Transformatoren sind Gleichrichterdioden Gr, und Gr*- geschaltet, deren Aufgabe im folgenden noch erläutert wird.device St contains ignition pulse transformers Tr 1 and Tr g , whose secondary windings are connected to the control circuit of the current gates. In series with the secondary windings of the ignition pulse transformers, rectifier diodes Gr, and Gr * - are connected, the function of which will be explained below.
Auf dem Kern des Wechselrichtertransformators Tr, sind zusätzliche Steuerwicklungeri W. und VU vorgesehen, die ebenfalls an die Steuerkreise der Stromtore Gr1 und Gr „ geschaltet sind. Vorzugsweise sind in R,ihe mit diesen Steuerwicklungen W1 und W2 Widerstände Wi-, und Wi^ sowie Gleichrichterdioden Gr^ und Gr^ geschaltet. Durch die Gleichrichterdioden Gr^ und Gr,- ist eine Gleichrichtung der von den Wicklungen W1 und W„ erzeugten Wechselspannungen hervorgerufen, d.h. es wird die das jeweilige Stromtor nicht aussteuernde Halbwelle unterdrückt. Ausserdem wird durch die genannten Gleichrichterdioden Gr^ und Gr,- sowie durch die bereits vorher genannten Gleichrichterdioden Gr, und Gr,- ein Kurzschluss zwischen den Sekundärwicklungen der Zündimpulstransformatoren Tr1 und Tr« sowie den Steuerwicklungen W1 und W2 verhindert. Die Widerstände Wi-, und Wi^ dienen zur Strombegrenzung. Zusätzlich können noch Widerstände Wi1 und Wig vorgesehen sein, welche die Einwirkung On the core of the inverter transformer Tr, additional control windings W. and VU are provided, which are also connected to the control circuits of the current gates Gr 1 and Gr 1. Resistors Wi and Wi ^ and rectifier diodes Gr ^ and Gr ^ are preferably connected in R, ihe with these control windings W 1 and W 2. The rectifier diodes Gr 1 and Gr 1 rectify the alternating voltages generated by the windings W 1 and W 1, ie the half-wave that does not modulate the respective current gate is suppressed. In addition, the mentioned rectifier diodes Gr ^ and Gr, - as well as the aforementioned rectifier diodes Gr, and Gr, - prevent a short circuit between the secondary windings of the ignition pulse transformers Tr 1 and Tr «and the control windings W 1 and W 2. The resistors Wi, and Wi ^ are used to limit the current. In addition, resistors Wi 1 and Wig can be provided, which the effect
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eventueller Störspannungen auf den Steuerkreis der Stromtore verhindern sollen.to prevent possible interference voltages on the control circuit of the power gates.
Die Wirkungsweise derartiger Wechselrichterschaltungen ist an sich bekannt, so dass sie hier im einzelnen nicht beschrieben zu werden braucht. Von der Steuerschaltung St werden über die Transformatoren Tr« und Tr« kurzzeitig auftretende und steilflankige Zündimpulse erzeugt, die in Fig. 2 mit A bezeichnet sind. Diese Zündimpulse bewirken aufgrund ihrer grossen Amplitude und ihrer steilen Flanke eine sehr schnelle Durchsteuerung des jeweiligen Stromtores, wodurch der Stromfluß in einer Halbwicklung der Primärwicklung Pr eingeleitet wird. Durch die dadurch hervorgerufene Änderung des Magnetflusses werden in den Steuerwicklungen W.. und Wp Spannungshalbwellen erzeugt, deren Flanken allerdings verhältnismässig stark geneigt sind. Eine dieser Spannungshalbwellen ist in Fig. 2 mit B und deren Flanke mit b bezeichnet. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, haben die von einer der Wicklungen W, und Wp abgegebene! Spannungshalbwellen nach dem Abklingen des anfänglichen Zündimpulses A ihre volle Spannungshöhe erreicht. Diese Spannung braucht nur einen Bruchteil der Spannungsamplitude des anfänglichen Zündimpulses zu betragen, da das Stromtor bereits durchgeschaltet ist und die nunmehrHow such inverter circuits work is known per se, so that it does not need to be described in detail here. From the control circuit St are via the transformers Tr «and Tr« Briefly occurring and steep-edged ignition pulses are generated, which are designated by A in FIG. These trigger pulses cause due to its large amplitude and its steep flank, a very fast control of the respective Current gates, whereby the current flow is initiated in a half-winding of the primary winding Pr. Through the through caused change in the magnetic flux are generated in the control windings W .. and Wp voltage half-waves, their Flanks, however, are relatively steeply inclined. One of these voltage half-waves is denoted by B in FIG and whose flank is denoted by b. As can be seen from FIG. 2, the! Voltage half-waves reached their full voltage level after the initial ignition pulse A had decayed. This voltage only needs to be a fraction of the voltage amplitude of the initial ignition pulse because the power gate is already switched through and now
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an der Steuerelektrode anliegende Spannung nur das Stromtor weiter in leitendem Zustand halten soll. Mit Hilfe der Steuerwicklungen W. und Wp ist es in einfacher Weise möglich, entsprechende Spannungen mit gutem Wirkungsgrad zu erzeugen.voltage applied to the control electrode only the current gate to keep it in a conductive state. With the help of the control windings W. and Wp it is easy possible to generate corresponding voltages with good efficiency.
Es ist auch möglich, in Reihe mit den Widerständen Wi, und Wi2, und den Gleichrichterdioden Gr^ und Gr,- Zenerdioden einzuschalten. Dadurch wird bewirkt, dass aufgrund der schrägen Planken der von den Wicklungen Wj und Wp erzeugten Rechteck-Halbwellen eine geringfügige zeitliche Eingrenzung dieser Halbwellen erfolgt. Eine derartige Maßnahme kann erforderlich werden, wenn aufgrund einer nicht genügend festen Kopplung der Steuerwicklungen W1 und Wp mit der zugehörigen Primärwicklungshälfte sieh eine zeitliche Verschiebung zwischen den beiden Spannungshalbwellen über einige ^s ergibt. Allerdings ist bei Einfügung von Zenerdioden eine Erhöhung der von den Wicklungen W. und W2 gelieferten Spannungen erforderlich.It is also possible to switch on Zener diodes in series with the resistors Wi 1 and Wi 2, and the rectifier diodes Gr ^ and Gr,. This has the effect that, due to the inclined planks of the square half-waves generated by the windings Wj and Wp, there is a slight temporal limitation of these half-waves. Such a measure may be necessary if, due to an insufficiently tight coupling of the control windings W 1 and Wp with the associated primary winding half, there is a time shift between the two voltage half-waves over a few seconds . However, when Zener diodes are inserted, the voltages supplied by the windings W and W 2 must be increased.
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