DE1789158B1 - Overvoltage protection circuit for a thyristor - Google Patents

Overvoltage protection circuit for a thyristor

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0824Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in thyristor switches

Description

lanchediode η 4. Diese Avalanchediode η 4 liegt mit einem Widerstand r S und einer Entkopplungsdiode η 3 in Serie. Über diesen Zweig ist die Shockleydiode ρ 2 mit der Anode des Thyristors ρ 1 verbunden. Der Auslösepunkt bzw. die Auslösespannung dieser Anordnung wird bestimmt durch die Grenzspannung der Avalanchediode η 4 — die auch eine Zenerdiode sein kann —, bei der der Stromfluß über diesen Zweig stark zunimmt. Da zum Zünden der Shockleydiode ρ 2 nur der Schaltstrom erforderlich ist, der kleiner als 200 uA ist, kann der Strom über die Avalanchediode η 4 durch den Widerstand r 5 soweit begrenzt werden, daß auch über einen längeren Zeitraum die Diode η 4 nicht durch hohe Verlustleistung gefährdet wird.lanchediode η 4. This avalanche diode η 4 lies with a resistor R s and a decoupling diode η 3 in series. The Shockley diode ρ 2 is connected to the anode of the thyristor ρ 1 via this branch. The trigger point or the trigger voltage of this arrangement is determined by the limit voltage of the avalanche diode η 4 - which can also be a Zener diode - at which the current flow through this branch increases sharply. As for igniting the Shockleydiode only the switching current ρ 2 is required, which is less than 200 uA, the current can η about the avalanche diode 4 r through the resistor 5 are limited to the extent that even over a longer period, the diode does not η 4 by high Power loss is endangered.

Der eigentliche Zündstrom für den Thyristor ρ 1 wird dem Kondensator c 2 entnommen, sobald die Spannung an der Shockleydiode ρ 2 die Spannung an der Zenerdiode η 5 unterschreitet. Durch den Kondensator c 1 wird im wesentlichen sichergestellt, daß beim Zuschalten der Netzspannung die Überspannungsschutzschaltung sofort betriebsbereit ist.The actual ignition current for the thyristor ρ 1 is taken from the capacitor c 2 as soon as the voltage at the Shockley diode ρ 2 falls below the voltage at the Zener diode η 5. The capacitor c 1 essentially ensures that the overvoltage protection circuit is immediately ready for operation when the mains voltage is switched on.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (1)

1 - 21 - 2 abhängt. Außerdem gibt es Shockleydioden nur mitdepends. In addition, there are only Shockley diodes Patentanspruch: einer Sperrspannung von maximal 200 bis 300 V. EsClaim: a reverse voltage of a maximum of 200 to 300 V. Es müßten daher mehrere derartige Dioden in Reihewould therefore have to have several such diodes in series Überspannungsschutzschaltung für einen Thy- geschaltet werden. Damit entsteht aber wieder das ristor, mit einem dem Thyristor parallelgeschalte- 5 Problem, für eine gleichmäßige Potentialverteilung ten RC-Glied, dessen Kondensator über eine zu sorgen.Overvoltage protection circuit can be switched for a Thy-. But this creates the ristor again, with a problem connected in parallel with the thyristor, for a uniform potential distribution th RC element, whose capacitor has to be provided via one. Shockleydiode der Steuerstrecke des Thyristors Es wurde auch schon vorgeschlagen, an Stelle derShockley diode of the control path of the thyristor It has also been proposed in place of the parallel liegt, wobei dem Widerstand des RC- erwähnten Dioden einen kleinen Hilfsthyristor zu Glieds ein weiterer Kondensator parallel geschal- verwenden und diesen über Kopf zu zünden. Der tet ist, dadurch gekennzeichnet, daß io Zündzeitpunkt hängt aber auch hierbei nicht nur dem Kondensator(c2) des ÄC-Glieds (c2, rl) von dem Absolutwert, sondern ebenfalls auch von eine Zenerdiode (nS) parallel geschaltet ist, daß dem Differentialquotienten der Spannung ab. Eine zwischen Anode des Thyristors (p 1) und dem weitere Unsicherheit liegt in der starken Temperaturi?C-Glied eine Diode (n 1) geschaltet ist, daß abhängigkeit des Kippunkts, der auch von Exemplar zwischen dem Abgriff des .RC-Glieds und der 15 zu Exemplar sehr verschiedene Werte haben kann. Shockleydiode (p 2) eine Entkopplungsdiode (n 2) Ein allen genannten Schutzschaltungen gemeinliegt, daß die Steuerelektrode des Thyristors über samer Nachteil besteht ferner noch darin, daß der die Shockleydiode und eine weitere Entkopp- Ansprechpunkt der Schutzschaltung nicht freizügig lungsdiode (n 3) und eine Avalanchediode (η 4) . gewählt und dem zu schützenden Thyristor angepaßt mit der Anode des Thyristors verbunden ist und 2° werden kann, sondern von den verfügbaren Dioden daß die Zenerdiode so bemessen ist, daß die bzw. Hilfsthyristoren abhängt.
Spannung am ihr parallel liegenden Kondensator Eine Uberspannungsschutzschaltung der eingangs
is parallel, whereby the resistor of the RC- mentioned diode use a small auxiliary thyristor to link another capacitor connected in parallel and ignite this overhead. The tet is characterized in that the ignition timing depends not only on the capacitor (c2) of the AC element (c 2, rl) on the absolute value, but also on a Zener diode (nS) connected in parallel that the Differential quotient of the voltage. One between the anode of the thyristor (p 1) and the further uncertainty lies in the strong Temperaturi? C element a diode (n 1) is connected, that dependence of the tipping point, which is also of copy between the tap of the .RC element and the 15 can have very different values for each specimen. Shockley diode (p 2) a decoupling diode (n 2) A common feature of all protective circuits mentioned is that the control electrode of the thyristor has a further disadvantage in that the shockley diode and another decoupling response point of the protective circuit are not free-lungs diode (n 3) and an avalanche diode (η 4). selected and adapted to the thyristor to be protected is connected to the anode of the thyristor and can be 2 °, but of the available diodes that the zener diode is dimensioned so that the or auxiliary thyristors depends.
Voltage on the capacitor lying parallel to it. An overvoltage protection circuit of the input
(c 2) zum Durchzünden der Shockleydiode nicht genannten Art ist beispielsweise aus der Liteausreicht. raturstelle »Hitachi-Hyoron (Hitachi-Rundschau)«,(c 2) for igniting the Shockley diode not mentioned type is sufficient for example from the lit. raturstelle »Hitachi-Hyoron (Hitachi-Rundschau)«, 25 46. Jahrgang (März 1964), Heft 3, Seite 533, Bild 4,25 Volume 46 (March 1964), issue 3, page 533, image 4, ——— bekannt. Mit dieser Schaltung sind einige der auf--- known. With this circuit are some of the on gezeigten Probleme überwunden. Es treten jedochproblems shown overcome. It does occur, however Die Erfindung betrifft eine Überspannungsschutz- bei dieser bekannten Überspannungsschutzschaltung schaltung für einen Thyristor, mit einem dem Thy- Schwierigkeiten bei der Dimensionierung der Bauristor parallelgeschalteten i?C-Glied, dessen Konden- 30 elemente, insbesondere bei der Dimensionierung des sator über eine Shockleydiode der Steuerstrecke des Widerstands und des Kondensators des .RC-Glieds Thyristors parallel liegt, wobei dem Widerstand des wegen des Frequenzgangs des i?C-Glieds auf,
i?C-Glieds ein weiterer Kondensator parallelgeschal- Es besteht die Aufgabe, eine Uberspannungs-
The invention relates to an overvoltage protection circuit for a thyristor in this known overvoltage protection circuit, with an i? C element connected in parallel with the Thy- difficulties in dimensioning the Bauristor, its condensate 30 elements, in particular in the dimensioning of the sator via a Shockley diode of the control path of the resistor and the capacitor of the .RC element thyristor is parallel, the resistance of the due to the frequency response of the i? C element on,
i? C element a further capacitor connected in parallel- It is the task of an overvoltage
tet ist. schutzschaltung der eingangs genannten Art so aus-is tet. protective circuit of the type mentioned at the beginning Ein Überspannungsschutz für Thyristoren scheint 35 zugestalten, daß Schwierigkeiten in der Dimensionieauf den ersten Blick nicht erforderlich zu sein, da es rung von Bauelementen vermieden sind,
ja zum Wesen eines solchen Bauelements gehört, Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge-
An overvoltage protection for thyristors seems to make it possible that difficulties in the dimensioning are not necessary at first sight, since it is possible to avoid components,
yes belongs to the essence of such a component, according to the invention this task is thereby
daß es auch dann in den stromleitenden Zustand löst, daß dem Kondensator des RC-Glieds eine kippt, wenn die anliegende Spannung einen bestimm- Zenerdiode parallel geschaltet ist, daß zwischen ten Grenzwert überschreitet. Das gilt auch dann, 4° Anode des Thyristors und dem RC-Glied eine Diode wenn dem Thyristor kein Steuerstrom zugeführt geschaltet ist, daß zwischen dem Abgriff des RC-wird. Die zum Kippen erforderliche Grenzspannung Gliedes und der Shockleydiode eine Entkopplungsliegt dabei entsprechend höher. Man spricht in die- diode liegt, daß die Steuerelektrode des Thyristors sem Fall von einem Zünder »über Kopf«. über die Shockleydiode und eine weitere Entkopp-that it also triggers the conductive state that the capacitor of the RC element flips when the applied voltage is connected in parallel to a certain Zener diode that exceeds the limit value between th. This also applies to the 4 ° anode of the thyristor and the RC element a diode if no control current is supplied to the thyristor that is between the tap of the RC- . The limit voltage required for tilting the limb and the Shockley diode decoupling is correspondingly higher. It is said in the diode that the control electrode of the thyristor is "overhead" in the case of an igniter. via the Shockley diode and another decoupling Es hat sich nun gezeigt, daß ein solches Überkopf- 45 lungsdiode und eine Avalanchediode mit der Anode zünden bei Leistungsthyristoren mit Sicherheit ver- des Thyristors verbunden ist und daß die Zenerdiode mieden werden muß, da solche Bauelemente bleiben- so bemessen ist, daß die Spannung am ihr parallel den Schaden nehmen können. Um das zu verhindern, liegenden Kondensator zum Durchzünden der hat man zwischen die Anode und die Steuerstrecke Shockleydiode nicht ausreicht,
eines Leistungsthyristors über einen Widerstand eine 50 Im folgenden wird die erfindungsgemäße Über-Shockleydiode oder Zenerdiode geschaltet (SCR- spannungsschutzschaltung beispielhaft an Hand der Manual, Herausgeber General Electric, 3. Auflage, Figur näher erläutert.
It has now been shown that such an overhead diode and an avalanche diode ignite with the anode in power thyristors is definitely connected to the thyristor and that the Zener diode must be avoided, since such components remain, is dimensioned so that the voltage at the same time you can take the damage. In order to prevent the lying capacitor to ignite the one between the anode and the control path Shockley diode is not enough,
a power thyristor via a resistor a 50 In the following, the over-Shockley diode or Zener diode according to the invention is switched (SCR voltage protection circuit exemplarily with reference to the manual, publisher General Electric, 3rd edition, figure explained in more detail.
S. 34-35). Diese Dioden müssen so beschaffen sein, In der Figur ist der zu schützende Thyristor mit ρ 1Pp. 34-35). These diodes must be designed in such a way, In the figure, the thyristor to be protected is ρ 1 daß ein Stromfluß erst dann möglich ist, wenn die bezeichnet. Seiner Anoden-Kathoden-Strecke ist maximal zulässige Betriebsspannung an dem Thyri- 55 über ein Ventil η 1 ein ÄC-Glied, bestehend aus dem stör erreicht ist. Dann aber muß ein verhältnismäßig Widerstand r 1 und dem Kondensator c 2, parallel hoher Strom fließen können, damit der Thyristor mit geschaltet. Parallel zum Widerstand r 1 liegt ein wei-Sicherheit durchzündet. terer Kondensator c 1 und parallel zum Kondensatorthat a current flow is only possible when the designated. Its anode-cathode route is the maximum permissible operating voltage at the thyri-55 via a valve η 1 an ÄC element, consisting of the disturbance is reached. But then a relatively high resistance r 1 and the capacitor c 2 must be able to flow in parallel so that the thyristor is also switched. Parallel to the resistance r 1 there is a white safety blown. terer capacitor c 1 and parallel to the capacitor Schaltungen, die die angegebenen Bedingungen er- c2 liegt eine Zenerdiode η 5. Die Steuerstrecke des füllen, sind mit schwerwiegenden Nachteilen behaf- 6o Thyristors ρ 1 ist über einen Widerstandr 3 eine tet. So mußte beispielsweise mit Rücksicht auf die Vierschichtdiode ρ 2, meist Shockleydiode genannt, verhältnismäßig hohe, maximal zulässige Betriebs- und eine Entkopplungsdiode η 2 mit dem Abgriff des Spannung der Thyristoren eine Zenerdiode mit einer .RC-Glieds verbunden. Die Zenerdiode η 5 ist so behohen Durchbruchsspannung und einer entsprechend messen, daß die Spannung an dem Kondensators2 hohen Verlustleistung verwendet werden. Der Nach- 65 niemals den zum Durchzünden der Shockleydiode teil der Shockleydiode ist darin zu sehen, daß ihr ρ 2 erforderlichen Grenzwert erreichen kann. Als Kippunkt nicht nur von dem Absolutwert, sondern Vergleichsgröße für das Überschreiten der zulässigen auch von dem Grad der Änderung der Spannung Spannung dient die Durchbruchspanming einer Ava-Circuits, the ER, the conditions indicated c2 is a Zener diode η 5. The control path of the fill, are serious drawbacks with behaf- 6o thyristor ρ 1 is a tet via a resistor R. 3 For example, with regard to the four-layer diode ρ 2, usually called a Shockley diode, a relatively high, maximum permissible operating diode and a decoupling diode η 2 had to be connected to a Zener diode with an RC element to tap the voltage of the thyristors. The Zener diode η 5 is so high a breakdown voltage and a corresponding measure that the voltage on the capacitor2 high power dissipation can be used. The second part of the Shockley diode to ignite the Shockley diode can be seen in the fact that its ρ 2 required limit value can be reached. The breakdown voltage of an ava-
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2812632A1 (en) * 1977-03-24 1978-09-28 Tokyo Shibaura Electric Co CONTROL CIRCUIT FOR A FULL CONTROL GATE THYRISTOR
DE3701175A1 (en) * 1986-01-22 1987-07-23 Mitsubishi Electric Corp Output stage of an integrated semiconductor circuit

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