DE1789158C2

DE1789158C2 - Überspannungsschutzschaltung für einen Thyristor

Info

Publication number: DE1789158C2
Application number: DE19661789158
Authority: DE
Inventors: Herbert; Liska. Manfred Dipl.-Ing.; Michael Ulrich Dipl.-Ing.; 8000 München Poppinger
Original assignee: Ausscheidung aus: 15 64 577 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München
Filing date: 1966-04-26
Publication date: 1978-01-19

Description

Die Erfindung betrifft eine Überspannungsschutzschaltung für einen Thyristor, mit einem dem Thyristor parallclgeschalteten WC-Glied, dessen Kondensator über eine Shockleydiode der Steuerstrecke des Thyristors parallel liegt, wobei dem Widerstand des WC-Glieds ein weiterer Kondensator parallelgeschaltet ist.

Ein Überspannungsschutz für Thyristoren scheint auf den ersten Blick nicht erforderlich zu sein, da es ja zum Wesen eines solchen Bauelements gehört, daß es auch dann in den stromleitenden Zustand kippt, wenn die anliegende Spannung einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Das gilt auch dann, wenn dem Thyristor kein Steuerstrom zugeführt wird. Die zum Kippen erforderliche Grenzspannung liegt dabei entsprechend höher. Man spricht in diesem Fall von einem Zünden »über Kopf«.

Es hat sich nun gezeigt, daß ein solches Überkopfzünden bei Leistungsthyristoren mit Sicherheit vermieden werden muß, da solche Bauelemente bleibenden Schaden nehmen können. Um das zu verhindern, hat man zwischen die Anode und die Steuerstrecke eines Leistungsthyristors über einen Widerstand eine Shockleydiode oder Zenerdiode geschaltet (SCR-Manual, Herausgeber General Electric, 3. Auflage, S. 34-35). Diese Dioden müssen so beschaffen sein, daß ein Stromfluß erst dann möglich ist, wenn die maximal zulässige Betriebsspannung an dem Thyristor erreicht ist. Dann aber muß ein verhältnismäßig hoher Strom fließen können, damit der Thyristor mit Sicherheit durchzündet.

Schaltungen, die die angegebenen Bedingungen erfüllen, sind mit schwerwiegenden Nachteilen behaftet. So mußte beispielsweise mit Rücksicht auf die verhältnismäßig hohe, maximal zulässige Betriebsspannung der Thyristoren eine Zenerdiode mit einer hohen Durchbruchsspannung und einer entsprechend hohen Verlustleistung verwendet werden. Der Nachteil der Shockleydiode ist darin zu sehen, daß ihr Kippunkt nicht nur von dem Absolutwert, sondern auch von dem Grad der Änderung der Spannung abhängt. Außerdem gibt es Shockleydioden nur mit einer Sperrspannung von maximal 2(M) bis 300 V. Hs müßten daher mehrere derartige Dioden in Reihe geschaltet werden. Damit entsteht aber wieder das Problem, für eine gleichmäßige Potenlialvcrteilung zu sorgen.

Es wurde auch schon vorgeschlagen, an Stelle der erwähnten Dioden einen kleinen 1 lilfsthyristor zu verwenden und diesen über Kopf zu zünden. Der

ίο Zündzeitpunkt hängt aber auch hierbei nicht nur von dem Absolutwert, sondern ebenfalls auch von dem Differcntialquotienten der Spannung ab. Eine weitere Unsicherheit liegt in der starken Teniperaturabhängigkeit des Kippunkts, der auch von Hxemplar zu Exemplar sehr verschiedene Werte haben kann.

Ein allen genannten Schut/schaltungen gemeinsamer Nachteil bestehi ferner noch darin, daß der Ansprechpunkt der Schutzschaltung nicht freizügig gewählt und dem zu schützenden Thyristor angepaßt

ao werden kann, sondern von den verfügbaren Dioden bzw. Hilfsthyristoren abhängt.

Eine Übcrspannungsschutzschaltimg der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der I.iteraturstelle »Hitachi-Hyoron (Hitachi-Rundschau)«,

46. Jahrgang (März 1964), Heft 3, Seite 533, Bild 4, bekannt. Mit dieser Schaltung sind einige der aufgezeigten Probleme überwunden. Es treten jedoch Ikm dieser bekannten Überspannungsschiitzschaltung Schwierigkeiten bei der Dimensionierung der Bauelemente, insbesondere bei der Dimensionicrung des Widerstands und des Kondensators des WC-Glieds wegen des Frequenzgangs des WC-Glieds auf.

Es besteht die Aufgabe, eine Übcrspannungsschutzschaltung der eingangs genannten Art so auszugestaltcn, daß Schwierigkeiten in der Dimensionicrung von Bauelementen vermieden sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß dem Kondensator des WC-Glieds eine Zenerdiode parallel geschaltet ist, daß zwischen Anode des Thyristors und dein WC-Glied eine Diode geschaltet ist, daß zwischen dem Abgriff des WC-Gliedes und der Shockleydiode eine Entkopplungsdiode liegt, daß die Steuerelektrode des Thyristors über die Shockleydiode und eine weitere Entkopplungsdiode und eine Avalanchediode mit der Anode des Thyristors verbunden ist und daß die Zenerdiode so bemessen ist, daß die Spannung am ihr parallel liegenden Kondensator zum Durchzünden der Shockleydiode nicht ausreicht.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Uberspannungsschutzschaltung beispielhaft an.Hand der Figur näher erläutert.

In der Figur ist der zu schützende Thyristor mit ρ 1 bezeichnet. Seiner Anoden-Kathoden-Strecke ist über ein Ventil η 1 ein WC-Glied, bestehend aus dem Widerstand r 1 und dem Kondensator c 2, parallel geschaltet. Parallel zum Widerstand r 1 liegt ein weiterer Kondensator c 1 und parallel zum Kondensator c 2 liegt eine Zenerdiode η 5. Die Steuerstrecke des Thyristors ρ 1 ist über einen Widerstandr 3 eine Vierschichtdiode ρ 2, meist Shockleydiode genannt, und eine Entkopplungsdiode η 2 mit dem Abgriff des AtC-Glieds verbunden. Die Zenerdiode η S ist so bemessen, daß die Spannung an dem Kondensator c 2 niemals den zum Durchzünden der Shockleydiode ρ 2 erforderlichen Grenzwert erreichen kann. Als Vergleichsgröße für das Überschreiten der zulässigen Spannung dient die Durchbruchspannung einer Ava-

Mien4. Diese Avalanchediode/ι4 liegt mit ^riderstandr5 und einer Entkopplungsdiode erie. Über diesen Zweig ist die Shockleyl mit dei Anode des Thyristors, ρ 1 verbunr Auslösepunkt bzw. die Ausiösespannung nordnung wird bestimmt durch die Orenz- ; der Avalanchediode η 4 — die auch eine ide sein kann —, bei der der Stroinlluß über Iweig stark zunimmt. Da zum Zünden der diode ρ 2 nur der Schaltstrom erforderlich deiner als 2(M) uA ist, kann der Strom über die Avalanchediode/^ durch den Widerstandes soweit begrenzt werden, daß auch über einen längeren Zeitraum die Diode /i 4 nicht durch hohe Verlustleistung gefährdet wird.

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/i 5 unterschreitet. Durch den Kondensator r 1 wird im wesentlichen sichergestellt,

ίο daß beim Zuschalten der Netzspannung die ÜberspannungsschutzschaHung sofort betriebsbereit ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Überspannungsschutzschaltung für einen Thyristor, mit einem dem Thyristor parallelgeschalteten WC-Glied, dessen Kondensator über eine Shockleydiode der Steuerstrecke des Thyristors parallel liegt, wobei dem Widerstand des RC-Glicds ein weiterer Kondensator parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dein Kondensator (c 2) des WC-GIicds (c 2, rl) eine Zenerdiode (n S) parallel geschaltet ist, daß zwischen Anode des Thyristors (p 1) und dem WC-Glied eine Diode (n 1) geschaltet ist, daß zwischen dem Abgriff des WC-Glieds und der Shockleydiode (p 2) eine Entkopplungsdiode (n 2) liegt, daß die Steuerelektrode des Thyristors über die Shockleydiode und eine weitere Entkopplungsdiode (n 3) und eine Avalanchediode (n 4) mit der Anode des Thyristors verbunden ist und daß die Zenerdiode so bemessen ist, daß die Spannung am ihr parallel liegenden Kondensator (c2) zum Durchzünden der Shockleydiode nicht ausreicht.