DE2005657A1

DE2005657A1 - Protective switching arrangement for a controlled semiconductor switching element

Info

Publication number: DE2005657A1
Application number: DE19702005657
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. Buchs Unterweger (Schweiz). P H02h 7-14
Original assignee: Sprecher & Schuh AG, Aarau, (Schweiz)
Priority date: 1969-03-20
Filing date: 1970-02-07
Publication date: 1970-09-24
Also published as: CH481508A; AT294229B

Description

Schutzschaltanordnung für ein gesteuertes Halbleiter-Schaltelement Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltanordnung für ein gesteuertes Halbleiter-Schaltelement, das in eina niederfrequenten Wechselstromnetz eine mindestens eine Induktilität enthaltende Impedanz ein- und ausschaltet, und bei welcher dem Halbleiterelement, als Schutz gegen kurzzeitige Ueberspannungen, die vom Wechselstromnetz konen, ein RC-Serienglied parallel geschaltet ist. Protective switching arrangement for a controlled semiconductor switching element The invention relates to a protective switching arrangement for a controlled semiconductor switching element, that in a low-frequency AC network has at least one inductivity containing impedance switches on and off, and at which the semiconductor element, as protection against short-term overvoltages that conen from the AC network RC series link is connected in parallel.

Bei den bekannten kontaktlosen Schutzschaltanordnungen mit einem das Halbleiter-Schaltelement gegen aus dem Wechselstromnetz kommende Ueberspannungen schützenden RC-Serienglied, muss der Widerstand des RC-Seriengliedes niederohmig sein, um das gesteuerte Halbleiterelement gegen diese Ueberspannungen zu schützen. Im allgemeinen beträgt der Widerstand im genannten RC-Glied 20-50-100 wLund die Kapazität des im RC-Serienglied eingeschalteten Kondensators ca. 10 nF. Ein solches RC-Serienglied kann jedoch das Halbleiterelement nicht ausreichend gegen die von der geschalteten Impedanz kommenden Ueberspannungen schützen. Solche "Last-Ueberspannungen, wie z.B. Ueberschwingen be Aufschalten der Netzspannung, beim Abschalten der Last oder Ueberspannungen, deren Ursache im Trägerstaueffekt liegt, werden wegen des nur kleinen Widerstandswertes und der daraus folgenden schwachen Dämpfung des aus dei Schutzkondensator des RC-Seriengliedes und der Induktivität der Last bestehenden Serienschwingkreises nicht ausreichend b.grenzt. In the known contactless circuit breaker arrangements with a the semiconductor switching element against overvoltages coming from the alternating current network protective RC series link, the resistance of the RC series link must be low to protect the controlled semiconductor element against these overvoltages. In general, the resistance in the mentioned RC element is 20-50-100 wL and the Capacity of the capacitor switched on in the RC series element approx. 10 nF. However, such an RC series member cannot be sufficient for the semiconductor element protect against the overvoltages coming from the switched impedance. Such "Load overvoltages, such as overshoot when switching on the mains voltage, when switching off the load or overvoltages, the cause of which is the carrier jam effect are because of the small resistance value and the resulting weak Attenuation of the protective capacitor of the RC series link and the inductance the load of the existing series resonant circuit is not sufficiently limited b.

Zweck der Erfindung ist es, eine Schutzschaltanordnung für ein gesteuertes Halbleiterelement zu finden, bei welchen die erwähnten Nachteile weitgehend beseitigt sind. The purpose of the invention is to provide a protective switching arrangement for a controlled To find semiconductor element in which the disadvantages mentioned largely eliminated are.

Die erfindungsgemässe Schutzschaltanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum RC-Serienglied mindestens ein weiteres RC-Serienglied geschaltet ist, welches das gesteuerte Halbleiterelement gegen Ueberspannungen, die von der geschalteten Impedanz herrühren, schützt, wobei die Zeitkonstante der RC-Serienglieder verschieden sind. The circuit breaker arrangement according to the invention is characterized in that that at least one further RC series element is connected in parallel to the RC series element is, which the controlled semiconductor element against overvoltages caused by the switched impedance, protects, with the time constant of the RC series elements are different.

Vorzugsweise enthält die Schutzschaltanordnung zwei RC-Serienglieder, wobei der Widerstand des zweiten RC-Seriengliedes einen Wert von 6K#- lkw und der Kondensator desselben einen Wert 0,1µF aufweisen kann, sofern die Gibse des Laststromes zwischen 2-6A liegt. The protective switching arrangement preferably contains two RC series elements, where the resistance of the second RC series link has a value of 6K # - truck and the The same capacitor can have a value of 0.1µF, provided that the load current is free is between 2-6A.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispiels ausführlich erläutert. The invention is illustrated below with reference to one in the drawing Example explained in detail.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein elktronisches SchUtz S, welches einen Steuerkontakt K enthalt und bei welchem die geschaltete mindestens eine Induktivität aufweisende Impedanz wie eine Last in einen seiner zwei Zufuhrungsleiter eingeschaltet ist. Eine erste Klemme X dieser aus der Last L und dem elektronischen Schütz S bestehenden Serienschaltung ist an einen Phasenleiter und eine zweite Klemme 0 an einen Nulleiter eines Wechselstromnetzes angeschlossen. The only figure in the drawing shows an electronic contactor S, which contains a control contact K and in which the switched at least one inductance having impedance such as a load in one of its two supply conductors is switched on. A first terminal X this from the load L and the electronic contactor S existing series circuit is connected to a phase conductor and a second terminal 0 connected to a neutral conductor of an alternating current network.

Das dargestellte elektronische Schütz S enthält ein gesteuertes Halbleiterelement B1, beispielsweise einen sogenannten "Triac", welcher bekanntlich in seiner Funktion anti-parallel geschalteten und mit einer gemeinsamen Steuerelektrode 0 versehenen Thyristoren entspricht. Zur gesteuerten Zündung dieses "Triacs" enthält das Schütz S eine aus einem selbszündenden Halbleiterelement, einen sogenannten "Disc" B2' einen Widerstand R3 und einen Kondensator C3 bestehende ZUndschaltung. The illustrated electronic contactor S contains a controlled semiconductor element B1, for example a so-called "triac", which is known in its function anti-parallel connected and provided with a common control electrode 0 Corresponds to thyristors. The contactor contains the controlled ignition of this "triac" S one from a self-igniting semiconductor element, a so-called "disc" B2 ' a resistor R3 and a capacitor C3 existing ignition circuit.

Eine erste Anode Al des "Triacs" B1 ist an die Nullleiter-Klemme 0 angeschlossen und die zweite Anode A2 desselben ist über die Last L lit der Phasenleiter-Klemme X verbunden. Parallel zum "Triac" B1 sind ein erstes und ein zweites RC-Serienglied R1, C1 bzw. R2, C2 geschaltet. A first anode A1 of the "triac" B1 is connected to the neutral conductor terminal 0 and the second anode A2 of the same is connected to the phase conductor terminal via the load L lit. X connected. A first and a second RC series element are parallel to the "Triac" B1 R1, C1 or R2, C2 switched.

Die gemeinsame Steuerelektrode G des "Triacs" B1 ist an die eine Elektrode des wDincs't B2 angeschlossen, dessen andere Elektrode sowohl über einen dritten Kondensator C3 mit der ersten Anode Al des "Triacs" und mit der Nullleiterklemme 0, als auch über einen dritten Widerstand R3 und einen Steuerkontakt K mit der zweiten Anode A2 des "Triacs" B1 und über die Last L auch mit der Phasenleiterklemme X verbunden ist. The common control electrode G of the "triac" B1 is connected to the one Electrode of the wDincs't B2 connected, the other electrode both via a third capacitor C3 with the first anode Al of the "triac" and with the neutral conductor terminal 0, as well as via a third resistor R3 and a control contact K with the second Anode A2 of "Triac" B1 and also connected to phase conductor terminal X via load L. is.

Die beschriebene elektronische Schutzschaltanordnung arbeitet wie folgt Wenn der Steuerkontakt K geschlossen ist, lädt sich in der Zündschaltung der Kondensator C3 über den Widerstand R3 auf, bis die Durchbruchspannung des "Diacs" B2 erreicht wird. Dann zündet dieses Halbleiter-Schaltelement B2, wodurch die an dem Kondensator C3 liegende Spannung zwischen die Steuerelektrode G und die erste Anode Al des "Triacs" B1 gelegt wird, so dass der "Triac" B1 und der Kondendator C3 sich über den "Diac" B2 und die Steuerelektrode G - erste Anode Al-Strecke entlädt. Bei gezUndetem "Triac" B1 bricht die Spannung zwischen seinen beiden Anoden Al und A2 bis auf die Durchlasspannung zusammen, wodurch der Laststrom von der einen Klemme X zur anderen Klemme 0 fliessen kann. The described electronic circuit breaker arrangement is working as follows When the control contact K is closed, the ignition circuit is charged the capacitor C3 through the resistor R3 until the breakdown voltage of the "diac" B2 is reached. Then ignites this semiconductor switching element B2, whereby the the capacitor C3 lying voltage between the control electrode G and the first Anode Al of the "triac" B1 is placed so that the "triac" B1 and the capacitor C3 is discharged via the "diac" B2 and the control electrode G - first anode Al line. When the "triac" B1 is ignited, the voltage breaks between its two anodes A1 and A2 down to the forward voltage, reducing the load current from one terminal X can flow to the other terminal 0.

Beim nächsten Nulldurchgang des die Last durchfliessenden Wechselstromes sperrt der "Diac" B1 und wird durch den Steuerkontakt K in der darauffolgenden Halbwelle wieder geztindet usw. At the next zero crossing of the alternating current flowing through the load the "Diac" B1 blocks and is activated by the control contact K in the following half-wave fired again, etc.

Solange der Steuerkontakt cfrrn ist, bleibt das Schaltelement B1 gesperrt und durch die Last L fliesst nur ein geringer Strom, der durch die Elemente R1, C1 and R2, C2 und den Widerstand des gesperrten "Triacs" B1 gegeben ist. As long as the control contact is cfrrn, the switching element B1 remains blocked and through the load L only a small current flows through the elements R1, C1 and R2, C2 and the resistance of the blocked "triac" B1 is given.

Wie bereits erwähnt, dient das erste RC-Serienglied R1, C1 zum Schutz des ersten Halbleiter-Schaltelementes B1, des "Triacs" gegen kurzzeitige, vom Wechselstromnetz herkommende Ueberspannungen. Zu die Zweck muss sein Widerstand R1 niederohmig sein. Ueblicherweise hat der Widerstand R1 einen Wert von 20-50-100#. Der Kondensator C1 des rsten RC-Gliedes beträgt dabei meist ca. 10 nF. As already mentioned, the first RC series element R1, C1 is used for protection of the first semiconductor switching element B1, the "triac" against short-term, from the alternating current network coming overvoltages. For this purpose, its resistor R1 must be low-resistance. The resistor R1 usually has a value of 20-50-100 #. The condenser C1 of the first The RC element is usually around 10 nF.

Das zweite RC-Serienglied soll dagegen die von der geschalteten Impedanz kommenden Ueberspannungen begrenzen, wie z.B. das Ueberschwingen bein Aufschalten der Netzspannung oder beim Abschalten der Last oder die Ueberspannung, deren Ursache ii Trägerstaueffekt liegt. Zu diesem Zweck muss das zweite RC-Serienglied R2, C2 eine grössere Dämpfung im Anodenkreis des ersten Schaltelementes B1 bewirken und deshalb ist ein grösserer Wert für seinen Widerstand R2 von Vorteil. Dieser grössere Widerstand dämpft dann besser die Schwingungen, die in dem Serienschwingkreis entstehen, der aus der Induktivität der Last und dem Kondensator des RC-Seriengliedes besteht. Der Wert des Widerstandes R2 liegt bei Lastnennströmen von 2 bis 6A zwischen 6K#- 1k#, wobei die Dimensionierung desselben nit Berücksichtigung auf die grösste Lastinduktivität erfolgen muss. The second RC series element, on the other hand, should be the one from the switched impedance Limit coming overvoltages, such as the overshoot when switching on the mains voltage or when switching off the load or the overvoltage, its cause ii carrier jam effect. For this purpose, the second RC series element R2, C2 cause greater damping in the anode circuit of the first switching element B1 and therefore a larger value for its resistance R2 is advantageous. This bigger one Resistance then better dampens the vibrations that arise in the series resonant circuit, which consists of the inductance of the load and the capacitor of the RC series element. At rated load currents of 2 to 6A, the value of the resistor R2 is between 6K # - 1k #, the dimensioning of which takes into account the greatest load inductance must be done.

Entsprechend Versuchen mit diesem elektronischen Schütz dürfen die Elemente des ersten RC-Seriengliedes folgende Werte haben R1 - 18#; C1 = 10 nF Hinsichtlich der von der Last L kommenden Ueberspannungen darf man das erste RC-Serienglied ausser Acht lassen, und die Elemente des zweiten RC-Seriengliedes der fen dann folgende Werte aufweisen R2 = 5,6 K# ; C2 - 0,1µF beim 2A-Schütz R2 = 2,2 K#; C2 = 0,1 µF beim 6A-Schütz Nach dem Aufheren des Zündimpulses muss noch ein gewisser minimaler Laststrom durch das erste Schaltelement B1 fliessen, danit dieser "Triac" leitend bleibt. Daraus folgt, dass eine Mindestgrösse der Last vorhanden sein muss, um eine sichere Funktion zu gewährleisten. Auch hier bringt das Einschalten des zweiten RC-Serienkreises einen Vorteil mit sich. Wegen der grösseren Zeitkonstante dieses zweiten RC-Serienkreises liefert dieses beim Aufhören des Steuerimpulses einen Strom an den Anodenkreis des "Triacs" B1. According to attempts with this electronic contactor, the Elements of the first RC series link have the following values R1 - 18 #; C1 = 10 nF Regarding the overvoltages coming from the load L may be the first RC series element except Pay attention, and the elements of the second RC series link of the fen then follow Values have R2 = 5.6 K #; C2 - 0.1µF with 2A contactor R2 = 2.2 K #; C2 = 0.1 µF with the 6A contactor After the ignition pulse has been restored, a A certain minimum load current can flow through the first switching element B1, then this "Triac" remains conductive. It follows that there is a minimum size of the load must be in order to ensure safe function. Switching on brings here too of the second RC series circuit has an advantage. Because of the larger time constant this second RC series circuit delivers this when the control pulse stops a current to the anode circuit of the "triac" B1.

Dieser Strom addiert sich zum Laststrom, der durch das Schaltelement B1 fliesst. Damit kann eine kleinere Mindestlast und ein langsamerer Anstieg des Laststromos zugelassen werden.This current is added to the load current through the switching element B1 flows. This means that a smaller minimum load and a slower increase in Load currents are permitted.

Claims

Patent claims:

1. Protection switching arrangement for a controlled semiconductor switching element, that in a low-frequency alternating current network has at least one inductance containing I-pedanz switches on and off and at which the semiconductor element, al protection against short-term overvoltages coming from the alternating current network RC series link is connected in parallel, characterized in that parallel to the RC series member (Rl, Cl) connected at least one further RC series member (R2, C2) is, which the controlled semiconductor element (B1) against overvoltages caused by derive from the switched impedance, protects, with the time constants of the RC series elements are different.

2. Protection circuit according to claim 1, characterized in that two RC series members (R1, C1; R2, C2) are connected in parallel.

3. Schutzscghaltung according to claim 2 for a load current of 2-6A, characterized in that the resistance of the second RC series element is inside resistance value of 6K # -1K # and the capacitor of the same has a capacitance of 0.1 nF.

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