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Anordnung zur Steuerung von löschbaren Thyristoren Die Erfindung betrifft
eine Anordnung zur Steuerung von löschbaren Thyristoren mit einer Steuerelektrode,
der Zünd- und Löschimpulse entgegengesetzter Polarität vorgegeben werden, und mit
einem Steuerübertrager im Steuerstromkreis.
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Es ist beXannt, daß durch besondere Ausgestaltung der vier verschiedenen
Zonen entgegengesetzter Leitfähigke?t und der j#n-Übergänge von Thyristoren sowohl
eine Zündung als auch eine Löschung der Thyristoren durch Zuführung elektrischer
Energie zur Steuerstrecke möglich ist. Zünd- und Löschstrom haben dann im allgemeinen
entgegengesetzte Richtsang. Solche
Thyristoren kört""en lediglich
eine einzige Steuerelektrode
enthalten, an die sowohl der Zünd- als J.: k:=
ä der Löschstromkreis angeschlossen ist.
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Ein derartiger bekannter Steuerstromkreis kann beispielsweise einen
Kondensator enthalten, dessen Ladestrom als Zündstrom und dessen Entladestrom als
Löschstrom dient. Die Stromstärke des Löschstromes ist bekanntlich wesentlich höher
als der Zündstrom. Die erforderlichen Stromstärken werden durch geeignete
Bemessung von Widerständen im Lade- bzw. Entladestromkreis festgelegt.
Es hat sich jedoch erwiesen, daß der Löschstromstoß in Verbindung mit der induktiven
Komponente der Wiaerstände und der Induktivität der Leitungen zu Überschwingungen
führen kann, deren negative Halbschwingung den Zündstrom erreichen und dadurch zur
Rückzündung des Thyristors führen kann. Das gleiche gilt für eine Schaltung, die
zwischen äteuerelektroae und Kathode des Tryrystors eine Induktivität enthält. Durch
Unterbrechung des Stromes in der Induktivität wira der Löschstrom induziert.
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In einer weiteren Schaltung ist der Verbraucher zwischen Kathode des
Thyristors und Nullpotential geschaltet und durch die Reihenschaltung eines Schalters
mit einem Strombegrenzungswiderstand überbrückt. Für den Zündstrom kann noch
ein kapazitiver Nebenweg zum Verbraucher vorgesehen sein. dBeim Schließen des Schalters
wird der Strom in der Steuerstrecke des Thyristors negativ und somit der Verbraucherstrom
gelöscht. Falls der Verbraucher eine induktive Widerstandskomponente hat, können
beim Löschen des Verbraucherstromes gefährliche Überspannungen entstehen.
Außerdem
fließt während der Löschzeit ein entsprechend dem Strom über den Begrenzungswiderstand
erhöhter Anodenstrom über den Thyristor. Der Thyristor muß somit für einen ent-:prechend
hohen Strom ausgelegt sein.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden (Anmeldung S 96 901 VIIIb/zldn
- PLA 65/'281) eine Potentialtrennung der an die öteuerelektrode angeschlossenen
Zünd- und Löschstromkreise, vorzusehen. Die Sekundärwicklungen der Übertrager sind
jeweils in Reihe mit einer Zenerdiode der Steuerstrecke des Thyristors parallelgeschaltet.
Eine in Flußrichtung des Löschstromes gepolte Diode soll eine unerwünschte Rückzündung
am Ende eines Löschimpulses durch die im Übertragereisen gespeicherte magnetische
Energie verhindern.
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Die Erfindung geht nun aus von der Erkenntnis, daß der erwähnte Effekt
vorteilhaft zur Erzeugung eines Zündimpulses ausgenutzt werden kann. Diese Aufgabe
wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in Reihe mit der Primärwicklung des Übertragers
ein steuerbares elektronisches Schaltelement vorgesehen ist, dessen Schaltzustand
von einer bistabilen elektronischen Kippschaltuhg vorgegeben ist, der ein Impulsgeber
mit veränderbarem zeitlichen Abstand seiner Ausgangsimpulse vorgeschaltet ist, uruidie
mit einem einstellbaren elektronischen Zeitglied für einen der Schaltzustände versehen
ist. In einem Schaltzustand wird das elektronische Schauelement und damit der Strom
in der Primärwicklung des Steuerübertragers gesperrt. Die plötzliche Stromverminderung
induziert im Sekundärkreis
einen Zündimpuls für den
Thyristor. Bein Übergang der Kipp-
stufe in die andere Schaltstellung wird
das elektronische
Schaltelement durcnlässig. Der Stromanstieg
induziert einen
Löschimpuls mit hoher Amplitude für den angeschlossenen
Thyristor. Zünd- und Löschimpulee werden somit über ein %n
einzigen
Gitterübertrager transformiert. Der Impulsgeber bestimmt
den
Abstand der Zündimpulse und damit die Taktfrequenz der ge-
samten
Anordnung, während die Dauer der Selbsthaltung der
elektronischen Kippstufe
den zeitlichen Abstand von Zünd- und
Löschimpuls, der vorzugsweise
veränderbar sein kann, und damit die StromFührungszeit des Thyrietors
bestimmt.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug
genommen, in der ein Ausführungsbeispiel einer Steuer-
anordnung
nach der Erfindung veranschaulicht ist.
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Nach der Figur ist die Primärwicklung eines Steuertransfor-
mators
5 an deren Sekundärwicklung ein löschbarer Thyristor 2
über
eine Parallelschaltung einen Vorwiderstandes 3 mit einer
Sperrdiode
4 angeschlossen ist, über eine elektronische Leistungestufe
10 mit einem Transistor ?, einen Vorwidersta»d 8 sowie
eine= Kondensator
10 und einem Parallelwideretand 9 an den
Ausgang einer
Kippstufe 20 angeschlossen, die mit einer elek-
tronischen Selbsthaltung
30 versehen ist und deren Eingang ein
Frequenzgeber 40 vorgeschaltet ist.
Die Kippstufe 20 enthält
jeweils einen Transistor 22 und
23 für jeden Schaltzustand,
einen Eingangskondensator 21, zwei Rückkopplungswiderstände
24. und 25 und zwei Kollektorwiderstände 26 und 27. An die 9teuer-
elektrode
des Transistors 2j ist das Zeitstellglied 30 angeschlossen, das einen Steuerwiderstand
31, zwei Basiswider- . stände 32 und 33, eine Doppelbasisdiode 34, zwei Kondensato,ren
35 und 56 sowie eine Sperrdiode 3? enthält. Der Frequenzgeber 40 soll einen Steuerwiderstand
41, einen Kondensator 42, eine Doppelbasisdiode 43, einen Transistor 44,
eine Sperrdiode 45 und einen Entladewiderstand 46 sowie einen Basiswiderstand 47,
einen Kollektorwiderstand 48 und einen Stabilisierungswiderstand 49 enthalten.
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Die Schaltfrequenz der bistabilen Kippschaltung 20 und damit die Steuerfrequenz
der gesamten Anordnung wird bestimmt durch die Impulsfrequenz des Frequenzgebers
40, welche durch die E Einstellung des Ladewiderstandes 41 in Verbindung mit der
Kapazität des Kondensators 42 und der Zündspannung der Doppelbasisdiode 43 vorgegeben
ist. Der Transistor 23 soll stromführend und der Transistor 22 gesperrt sein. Sobald
die Spannung des Kondensators 42 die Zündspannung der Doppelbasisdiode 43 erreicht,
wird der Kondensator in bekannter Weise über die Steuerstrecke der Doppelbasisdiode
43, die Steuerstrecke des Transistors 44 und den Emtla4ewiderstand 46 entladen.
Die Summe der Ströme tiber die Steuerstrecke des Transistors 44 ist Null, so da13
dieser gesperrt wird. Damit springt das Potential am Kollektor des Transistors
44 und damit an der linken Belegung des ,Kondensators 21 auf das Potential
der Eingangsgleichspannung U, so daß der Kondensator 21 geladen wird. Der Ladestrom
des Kondensators 21 steuert den Transistor 22, dieser wird durchlässig und
zugleich
der Transistor 23 gesperrt. Das Kollektorpotential des
Transistors 22 springt auf Null, so daß der Transformator 7 gesperrt und damit der
Strompfad der Prioärwicklung des Steuerübertragers'5 aufgetrennt wird. Der Primärstrom
fließt jedoch unter dem Einfluß der Induktivität der Wicklung noch kurze Zeit weiter
über die Diode 12 und die Zenerdiode 11. Durch die plötzliche Stromänderung in der
Primärwicklung wird in der Sekundärwicklung des Übertragers 5 ein Impuls induziert,
welcher den Thyristor 2 zündet. Anstelle des Transistors 7 kann beispielsweise auch
ein abschaltbarer Thyristor geringer-Leistung vorgesehen sein.
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Sobald die Entladung des Kondensators 42 beendet ist,
wird
der Transistor 44 durch den Steuerstrom über den Widerstand
49
wieder durchlässig, sein Kollektorpotential fällt auf Null, der Kondensator
21 wird entladen und der Transistor 2'2 ge-
sperrt. Dessen Kollektorpotential
springt auf die Höhe der Eingangsspannung U, so daß der Transistor 7 über den Vorwiderstand
8 wieder angesteuert wird. Dies ergibt einen Strom in
der Primärwicklung des
Transformators 5, der in der Sekundär-
wicklung einen Löschimpuls in
Flugrichtung der Diode 4 für den Thyristor 2 induziert, wie in der
Figur durch einen Pfeil angedeutet ist. Es wurde nämlich gefu»lexa, daß die
Anordnung der Parallelkapazität 10 in Reihe mit den ausreichend trägheitslos
schaltenden Schalter 7 in Verbindung mit der besc:aderg ausgestalteten bistabilen
Kippschaltung 20 einen auereichend steilen und genügend hohen Impuls in
der Sekundärwicklung des vorzugsweise streuarmen Übertragers 5 erzeugen kann.
desich
im Steuerkreis des Thyristors 2 mit Hilfe der Diode 4 ungehindert
ausbilden kann.' Die xntladezeit des Kondensators 42 ist wesentlich kleiner als
der zeitliche Abstand der Zündimpulse für den Thyristor 2. Nach der Erfindung ist
nun eine elektronische Selbsthaltung für die Kippschaltung 20 vorgesehen, welche
eine Verschiebung der Löschimpulse und damit eine Änderung der Stromführungszeit
des Thyristors 2 ermöglicht. Mit dem Steuerwiderstand 31 wird die Ladezeit der Kondensatoren
35 und 36 eingestellt. Diese werden aufgeladen, sobald der Transistor 22 sperrt-und
damit sein Kollektorpotential und auch das Potential an der Kathode der Diode 37
positiv wird. Sobald dio Spannung an den Kondensatoren 35 und 36 die Zündspannung
der Doppelbasisdiode 34 _ erreicht, wird diese gezündet und die Kondensatoren entladen
sich über den Basiswiderstand 33 und die Steuerstrecke des Transistors 23, so daB
dieser Transistor gesperrt wird. Zugleich wird der Transistor 22 wieder durchlässig.
Mit dem Steuerwiderstand 31-kann somit in einfacher Weise der zeitliche Abstand
des Löscnimpulses vom Zündimpuls und damit die Stromführungszeit des gesteuerten
Thyristors 2 eingestellt werden, während mit dem Steuerwiderstand 41 der Abstand
der Zündimpulse und damit die Taktzeit der gesamten Anordnung eingestellt werden
kann.
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Di.e Kondensatoren 35 und 36 werden mit einstellbarer Zeitkonstante
aufgeladen, bis die Durchbruchspannung der Doppelbasisdiode
34
erreicht ist. Die Kondensatoren 35 und 36 werden entladen; der Entladestrom des
Konaensators 36 fließt als negativer Strom über die Basis des Transistors 23 und
schaltet die Kippstufe um. Dann führt der Transistor 22 Strom und schließt die Kondensatoren
35 und 36 über die Diode 37 solange kurz, bis der nächste Spannungsimpuls am Kollektor
des Transistors 44 durch Umschalten der Kippstufe ihre Aufladung frei gibt.
Ist die eingestellte Zeitkonstante zu groß, so daß es während der Periodendauer
der Taktfrequenz nicht zum Kippen des Schalters 34 kommt, so wird spätestens mit
dem Beginn des positiven Spannungsimpulses am ACollektor des Transistors
44 der Transistor 22 für die Dauer dieses Impulses eingeschaltet. Während dieser
kurzen Zeit werden die Kondensatoren 35 und 36 nicht entladen, so würde der Schalter
34 in einer der folgenden Perioden zu einen beliebigen Zeitpunkt kippen.
Durch die Anordnung des Kondensators 35 oder der Kondensatoren 35 und 36 in Verbindung
mit der Diode 37 werden die erwähnten Schwankungen des Tastverhältnisses
verhindert und jeweils gleiche Anfangsbedingungen durch vollständige Entladung der
Kondensatoren 35 und 36 geschaffen.
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Am Kollektor der Transistoren 22 und'23 kann ein positiver Spannungsimpuls
mit einstellbarem Taetverhältnis zum Ansteuern der Leistungsstufe mit
dem npn-Transistor 7 abgeleitet werden. Unmittelbar nach den Einschalten
des Transistors 7 fließt Strom über den Kondensator 10 und den Übertrager
5. Die Stromamplitude ist somit zunächst nur durch den Basisstrom
des Transistors 7 bestimmt und klingt dann
auf den durch den
Begrenzungswiderstand 9 bestimmten Wert ab.
Die Sekundärwicklung
des Transi'ormators 5 ist so g # olt, dag den Einschalten des
Transistorn ? eia negativer Gitterstrom im abschaltbaren Thyrintor
2 entspricht. Der Übertrager 5
kann bei größerem Tastverhältnia
in Sättigung gehen. Das
Ausschalten des Transistors ? bewirkt auf
der Sekundärseite des Übertragers 5 einen in umgekehrter Richtung fließenden
Strom, der den Thyristor zündet. Der Widerstand 3 vor der
Steuerelektrode
des Thyristors 2 begrenzt den Zündstrom. Da-
mit ein genügend
hoher Löschstrom erreicht wird, ist dieser
Widerstand durch eine in Plußrichtung
den Löschstromes gepolte
Diode 4 überbrückt. Anstelle der
Parallelschaltung Diode-
Widerstand kann beispielsweise auch e4ne
geeignete Zenerdiode eingesetzt werden.