DE2026067A1 - Vorrichtung zur Steuerung einer Halbleiteranordnung - Google Patents

Description

VORRICHTUNG ZUR STEUERUNG EINER HALBLEITERANORDNUNG

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Halbleiteranordnung, insbesondere für Transistoren oder Thyristoren. Es ist bekannt, Thyristoren in Reihe zu schalten, und zwar bei Anlage hoher Spannungen, und vor allem, aber nicht " nur bei der Gleichstrom-Energieübertragung.

Es ist gleichfalls bekannt, Ketten aus Kondensatoren und Widerständen zu verwenden, um die Spannung auf die einzelnen Thyristoren zu verteilen.

Für Anwendungen, bei denen eine grosse Anzahl von in Reihe geschalteten und so eine Kette bildend«. Thyristoren erforderlich ist, muss die Kette in mehrere gleiche Teile oder Abschnitte zerlegt werden, die ihrerseits aus mehreren in

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Reihe geschalteten Thyristoren bestehen. Die Steuerung der Thyristoren stellt verschiedene Probleme, vor allem dasjenige der Gleichzeitigkeit der Zündung. Die deutsche Patentanmeldung 16.135.925 vom 21. August 1Q67 beschreibt eine Vorrichtung für die Steuerung solcher Thyristorketten durch einen Generator, der eine Reihe von Transformatoren speist, wobei jeder Transformator für die Steuerung eines Abschnitts bestimmt ist. Die Zündung der Thyristoren eines Abschnitts kann auf verschiedene Arten erfolgen* eine davon ist in der genannten deutschen Patentanmeldung 16.135.925 beschrieben und besteht darin, auf jedem Transformator eines Abschnitts eine Anzahl von Sekundärwicklungen anzubringen,die derjenigen der einen Abschnitt bildenden Thyristoren gleich ist; ein anderes Vierfahren ist in der französischen Patentschrift 1.463*915 vom 14. Oktober 1965 beschrieben; nach dieser Patentschrift übernimmt jeder Transformator die Zündung des Thyristors mit der niedrigsten Spannung des entsprechenden Abschnitts, und die Zündung der übrigen Thyristoren dieses Abschnitts erfolgt nacheinander, und zwar beginnend beim ersten Thyristor,

Alle bekannten Steuerungsverfahren einer Thyristorkette haben Nachteile· die nacheinander erfolgende Zündung der Thyristoren eines Abschnitts gewährleistet deren Gleichzeitigkeit nur für eine verhältnismassig geringe Anzahl von Thyristoren, und zwar für höchstens ungefähr zehn. Bei der Verwendung ebenso vieler Sekundärwicklungen wie Thyristoren in einem Abschnitt wird eine starke Kopplung zwischen den Steuervor-

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richtungen erzeugt, was bei Auftreten eines Fehlers in einem Thyristor schädliche Auswirkungen auf die anderen Thyristoren des Abschnitts haben kann* Ausserdem muss bei Leistungshalbleiternnordnungen gegen Störsignale, die ein unerwünschtes Zünden der Thyristoren hervorrufen können, Vorsorge getroffen werden.

Die Verstärkung der Hochfrequenzsignale wirft Probleme in bezug auf die Herstellung der Anordnungen auf, besonders wenn es sich darum handelt, Leistungswerte zu erhalten, die ™ die Parallelschaltung einer bestimmten Anzahl von Transistoren erfordern. Es müssen nämlich nicht nur Steuerungen der Kennwerte der Transistoren, sondern auch die Langen der Verbindungsleitungen berücksichtigt werden, und zwar vor allem der das Steuersignal übertragenden Verbindungeleitungen, die eine Phasenverschiebung des Steuersignals von einem Transistor zum anderen bewirkende Störkapazitäten und -induktivitäten hervorrufen; daher rühren Unterschiede in den Steuerströmen her, wodurch die Transistoren überbeansprucht werden. Auo diesen ä

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Gründen ist eine beträchtliche HUckkopplung für jedes Bauelement vorzusehen, die durch Verminderung der Verstärkung jedes Transistors überlasten vermeidet, welche durch die zwischen den Transistoren bestehenden Verstärkungsunterschiede zunehmen können. Die Rückkopplung bringt einen Leistungsverlust am Ausgang der Transistoren mit sich·

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung einer Halbleiteranordnung und hat das Ziel, die Nachteile der

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bekannten Vorrichtungen mit Hilfe einer Vorrichtung au beseitigen, die dazu dient, die Steuerung einer Halbleiteranordnung durch einen Sinusstromsignal-Generator vorzunehmen_f der die auf die Frequenz des Generators abgestimmten Steuerstromkreise speist, ' .

Die erfindungsgemasse Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuerstromquelle aufweist, die in bestimmten Abstanden wahrend einer bestimmten Zeit einen Sinusstromsignal-Generator auslöst, der einen aus einem Kondensator und einer durch den Magnetstromkreis eines oder mehrerer Steuertransformatoren der Halbleiterbauelemente hindurchgeführten Leitung bestehenden Schwingkreis speist.

Die erfindungsgemasse Vorrichtung kann ebenfalls eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:

- ein Steuerstromkreis wird mit einem einzigen Halbleiterbauelement verbunden;

- jeder Steuerstromkreis weist eine Gleichrichttangsvorrich-* tung für die Sinusstromeignale auf;

- jeder Sekundarstrorakreis der Steuertraasform&tören weist einen Kondensator auf und stellt mit diesem einen auf die Generatorfrequenz abgestimmten Schwingkreis dar« -

Ein anderes Merkmal der Erf ladung bestellt darin» öaiü eine Anordnung aus Halbleiterbauelementen zwecke. in eine bestimmte Anzahl von Baugruppe» aufgeteilt

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-ansteuerung durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung erfolgt.

Ein anderes Kennzeichen besteht darin, dass die Baugruppe nur ein Halbleiterbauelement aufweist.

Ein anderes Kennzeichen besteht darin, dass ein Steuertransformator ebenso viele Wicklungen aufweist, wie eine Baugruppe Bauelemente enthält.

Ein anderes Kennzeichen besteht darin, dass der Steuersignal-Stromkreis mehrerer Baugruppen, die entweder eine Reihen- ' schaltung, eine Parallelschaltung oder eine Reihen-Parallel-Schal tung bilden, aus einem Kondensator und der Reihenschaltung der durch die Magnetstromkreise der Steuertransformatoren der Baugruppen hindurchgefUhrten Leitungen^besteht.

Ein anderes Kennzeichen besteht darin, dass die Abstimmfrequenz jedes abgestimmten Stromkreises, der einerseits aus einem Kondensator und einer oder mehreren in Reihe angeordneten Leitungen und andererseits aua einem parallel zu einer Sekundärwicklung eines Steuertransformators angeordneten Kondensator gebildet wird, durch Regelung dessen Kapazität geregelt werden kann,

Di» erfindungsgemässe Vorrichtung findet vor allem bei einer aus in Reihe angeordneten Abschnitten bestehenden Thyristorkette Anwendung, und jeder Abschnitt weist eine erf indungsgemasse, den angegebenen Merkmalen entsprechende Steuervorrichtung sowie in einer Kaskade angeordnete Abschnitts-"transformatoren auf, wobei die Primärwicklung eines Abschnitts-

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transformators, die Leitung und der Kondensator der Steuervorrichtung von der Sekundärwicklung des vorhergehenden Transformators gespeist werden, ausser dem ersten Transformator, der direkt von dem Sinusstromsignal-Generator gespeist werden kann.

Ein anderes Kennzeichen der Erfindung besteht darin, dass durch den Magnetstromkreis jedes Steuertransformators eine stark isolierte Leitung hindurchgeführt ist, die als Primärwicklung dient und mit dem Stromkreis eines Abschnittstransformators verbunden ist, und diese Leitung ist in ihrer Achsrichtung umgelegt, um die Oberfläche der gebildeten Schleife so klein wie möglich zu halten und zu verhindern, dass sie Störstromsignale auffangt.

Andere Kennzeichen gehen aus der folgenden Beschreibung der AusfUhrungsbeispiele hervor.

Fig. 1 stellt eine aus Abschnitten bestehende Thyristorkette dar, wobei jeder Thyristor erfindungsgemäss einzeln gesteuert wird.

Fig. 2a stellt einen erfindungsgemässen Steuerstromkreis eines Thyristors dar«

Fig. 2b stellt eine Abwandlung des Steuerstromkreises eines Thyristors dar·

Fig. 3 stellt eine Abwandlung der Stromversorgung der Steuertransformatoren der einzelnen Abschnitte dar.

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Fig. 4 stellt ein herkömmliches Schaltbild von parallelgeschalteten Transistoren dar.

Fig. 5 stellt ein herkömmliches Schaltbild von parallelgeschalteten Thyristoren dar.

Fig. 6a stellt eine parallelgeschaltete Transistoranordnung dar,

Fig. 6b stellt eine Abwandlung der Steuerung einer Baugruppe gemäss Fig. 6a dar.

Fig. 6c stellt eine weitere Abwandlung der Steuerung einer Baugruppe gemaas Fig. 6a dar.

Fig. 7 stellt eine parallelgeschaltete Thyristoranordnung dar.

Fig. 8 stellt eine Parallelschaltung von Transistoranordnungen, wie in Fig. 6a abgebildet, dar·

Fig. 1 stellt eine Thyristorkette dar, deren Steuerung erfindungsgeraäss erfolgt; in dieser bezeichnen: A und B die g Versorgungsklemmen der Schaltsäule, S1, S2.. Sn-1, Sn die Abschnitte mit jeweils m in Reihe geschalteten Thyristoren ThL. Thin, Tl, T2...Tn-1, Tn die kaskadenförmig angeordneten, von einem Hochfrequenzgenerator G versorgten Transformatoren Cb1, Cb2··. Cbn-1, Cbn die in den Stromkreis der Abschnittstransformatoren in Reihe geschalteten stark isolierten Leitungen, D1, D2.„. Dn-1, Bn die Steuervorrichtungen der Thyristoren des entsprechenden Abschnitts, Cs1, Cs2... Csn-1, Can die Abstimm-

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kondensatoren der von der Sekundärwicklung eines Abschnittstransformators, der Primärwicklung des folgenden AbsohnittB-transformators und der Stromzufuhrleitung einer Steuervorrichtung gebildeten Stromkreise· Jede Steuervorrichtung D1,. Dn besteht aus m Gleichrichtungsvorrichtungen d1, dm, die von den Transformatoren ici, Tc2.. Tem gespeist werden, durch deren geschlossenen Magüetstromkreis eine stark isolierte Leitung hindurchgeftthrt ist» wobei jede Gleichrichtungsvorrichtung die Steuerung eines Thyristors eines Abschnitts gewährleistet»

Die Primärwicklung <X 1 des Transformators T1 wird von einem Hochfrequenzsignal-Generator 6 gespeist, der im allgemeinen SinuBBtromBignale erzeugt; der Generator G wird durch das Wechselstromnetz gespeist, und zwar über einen Transformator Tf, der die Abtrennung des Generators ermöglicht. Dieser kann beispielsweise aus einem Oszillator mit Steuerung durch einen piezoelektrischem Quarz oder einer Widerstands-KapazitätsBChaltung bzw. aus einem Modulator und einem Verstärker bestehen.

Der Modulator empfangt Impulse aus einer Steuerstromquelle SC, und zwar in Form von Lichtstrahlen oder elektromagnetischen Strahlen, was die Abtrennung des Generators G von der Steuerstromquelle SC ermöglicht, oder in Form von eletktrietiheii Impulsen über einen Impulstransformator, wodurch der Oenerator G vo» &»r Steuerstromquelle SC

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abgetrennt wird. Der Modulator weist eine Impuls-Empfangsvorrichtung auf, die im Fall von Lichtstrahlen beispielsweise eine Photozelle ist; die von der Steuerstromquelle SC ausgesandten und vom Modulator aufgefangenen Impulse ermöglichen während einer bestimmten Zeit T die Anlage eines vom Oszillator stammenden Hochfrequenz-Stromsignals an den Eingang des Verstärkers·

Die Steuerstromquelle SC empfängt bei P Steueretrorasignale und gibt Impulse ab, die die Betriebsdauer Ύ des Generators steuern; zu diesem Zweck gibt die Steuerstromquelle SC einen kurzen Steuerimpuls auf den Modulator und nach Ablauf der Zeit T einen weiteren Impuls zum Sperren des Modulators· In Fig. 1 werden die Impulse in Form von Lichtstrahlen, beispielsweise durch eine Blitzlichtlampe oder eine elektroluminesierende ZeIIe₁ abgegeben.

Das vom Generator G ausgesandte Stromsignal erreicht die Primärwicklung ** 1 des Transformators T1, wobei die "

Sekundärwicklung β 1 dieses Transformators i&it der Primärwicklung °* 2 des Transformators T2 über einen Kondensator CsV verbunden und die stark isolierte Leitung Ch1 mit der Primärwicklung c* 2 des Transformators T2 in Reihe geschaltet ist; der Kapaeitätswtrt Cs1 wird so gewählt, dass der von der Sekundärwicklung/* t des Transformator« T1, der Primärwicklung J 2 de· Traneformators T2, der Leitung Cb1 tmd dem Kondensator 0b1 gebildet· Stromkreis auf die Frtqutn* de· Gentratore G

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abgestimmt ist, damit die übertragung des vom Generator G abgegebenen ZUndsignals mit einer so gering wie möglich gehaltenen Dämpfung und derart erfolgen kann, dass der Einfluss der Störstromsignale auf die Zündung der Thyristoren betrteätiich vermindert wird? deshalb beträgt die Generatorfrequens meistens, aber nicht immer, O₁1 bis 10 MHs«

Die Leitung CbI ist durch den geschlossenen Magnet- m Stromkreis der Transformatoren Tel, Tc2·.. Tcm»1_p Tem MndurchgefUhrt, die vorteilhafterweise aus Ferritspulen bestehen können, wobei die Frequenz beispielsweise 1 MHz "beträgt. Das an den Klemmen der Sekundärwicklungen der Transformatoren Tc 1...Tem abgegriffene Hochfrequenz-troissigpml wird an die Gleichriehtungsvorrichtung^ii ät₉ i2„_ee ia weitergegeben und dann auf die Steuerelektrode^, der Thyristoren Th1, Th2...Thra Übertragen. Das Hoehfrequenz-Stromsigiial wird über die Transformatoren T2... Tn-1, Tn, die Leitungen Cb2, ...Cbn-I,, Cbn, die Kondensatoren Cs2, Csn-1, Csn und die Steuervorrichtungen ^ D2... Dn-1, Dn an alle Abschnitte weitergeleitete,

Fig. 2a stellt ein AusfUhrungsbeispiel der Gleichrichtungsvorrichtungen d1, d2··· dm nach Fig. 1, insbesondere die Gleichrichtungsvorrichtung d1, dar; die Leitung Cb1 ist durch den ringförmigen Magnetstromkreis des Transformators Tc1 hindurchgefUhrt; dieser weist eine Sekundärwicklung M auf, deren Klemmen mit X und Z bezeichnet sind; im vorliegenden Fall ist die Mittelanzapfung Y der Wirkung M herausgeführt; ein Kondensator 01 ist mit den Klemmen X und Z der Wicklung M

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verbunden» wobei £wei Dioden dr1 und dr2, die einen gemeinsamen AnechlusB, hier beispielsweise die Kathode, haben, mit ihrer Anode an die Klemmen X bsw· Z angeschlossen sind; der gemeinsame Anschluss der Dioden dr1 und dr2 ist mit der Steuerelektrode des Thyristors Th1 verbunden, wobei die Klemme Y an die Kathode des Thyristors angeschlossen ist, wenn der Thyristor vom Typ P ist; die Klemme Y muss bei einem Thyristor vom Typ N an der Anode liegen, und die Durchlassrichtung der Dioden dr1 und dr2 wird umgekehrt, so dass sie einen gemeinsamen Anodenanschluse haben; es kann davon abgesehen werden, die Durchlassrichtung der Dioden dr1 und dr2 umzukehren; stattdessen wird Y mit der Steuerelektrode des Thyristors und der gemeinsame Anschluss der Dioden mit der Anode verbunden·

Der Kapasit&tswert des Kondensators C1a ist derart, dass der Stomkreis, den der mit der Sekundärwicklung H bildet, auf die Frequens des vom Generator O der Fig. 1 auegesandten Stromeignais abgestimmt ist.

Fig. 2b stellt eine Abwandlung der Ausführung der , Oleionrichtungevorrichtung d1 dar, die Leitung Cb1 passiert den ringförmigen Magnetetromkreis des Transformators Tel, der eine Sekundärwicklung R aufweist, deren Klemmen P und Q einerseits mit einem Kondensator C1b und andererseits mit einer aus vier Dioden gebildeten Brücke P1 verbunden sind, wobei deren Plus- und Minuspole an die Steuerelektrode bsw. die Kathode des Thyristors Th1 angeschlossen sind, wenn dieser vom Typ P ist, oder an der Anode bzw· der Steuerelektrode liegen, wenn

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er vom Typ N let, angeeohldeien eind.

Der auf die Frequenz dee Generators G abgestimmte Sekundarstromkreis dee Transformators fet verhalt oioh bei dieser Frequenz in Anbetracht seiner ohmechen Belastung wie ein Wideretand R. Wenn das Verhältnis zwischen der Anzahl der Windungen dee Primärstromkreises und derjenigen de? Windungen dee Öekundärstromkreises dea Transformators !Fei mit ρ bezeichnet wird, let der Ereatzwideretand R dee Prim'drstromkreiBes gleich einem Wideretand ρ R in Reihe mit dem PrimarBtromkreie, d.h. mit der Leitung Cb1; da m in Reihe Über die Leitung CbI geepeiete Detektoren d1...dm vorhanden sind, beträgt der gesamte in Reihe mit der Leitung liegende Ersatzwideretand m

ρ R₁ der nachstehend r genannt wird. Da die Steuervorrichtungen D1, D2... Dn identisch sind, ergibt eich demnach ein in Reihe mit den einseinen Leitungen Cb1, Cb2...Cbn angeordneter Widerstand Bp2R oder r. So speist der Sekundarstromkreie/? η dee Transformators Tn unter Vernachlässigung dee Widerstandes der Leitung Cbn einen in Reihe mit einem Wideretand r angeordneten Kondeneator Can.

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Der auf die Frequenz dee Generatore G abgestimmte Stromkreis verhält eich wie ein Widerstand r. Wenn die Transformatoren Tn, Tn-1... T2, T1 ein Übersetzungsverhaitnie von 1 haben, ist der auf den Primäretromkreie bezogene Wideretand dee Sekund&retromkreieee von ICn gleich r, wobei dieser Wideretand ale in Reihe mit der PriyÄrwicklung ν. η angeordnet iti betrachten ist. Der Sekundäratromkreis a n-1 dee Transformatore

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Tn-1 speist demnach einen Kondensator Csn-1, der in Reihe mit einem ersten Widerstand r (Ersatzwiderstand der Steuervorrichtung Dn-1) angeordnet ist, einen zweiten Widerstand r (Ersatzwiderstand, des Sekundärstromkreises /3 n) und dem Primärstromkreis αϊ η von Tn; da dieser Stromkreis abgestimmt ist, verhält er sich wie ein Widerstand 2r, und der Ersatzwiderstand des Primarstromkreises ©i n-1 von Tn-1 ist 2r.

Jeder Sekundärstromkreis der Transformatoren T1,T2... Tn speist praktisch einen Widerstand,und der Sekundarstromkreis /Q1 von Tt wird durch einen Widerstand nr gespeist, wobei η die Anzahl der Abschnitte der Kette ist; der Generator wird also durch einen auf den Primarstromkreis <*1 von T1 bezogenen Widerstand nr gespeist. Hierbei ist der Widerstand der Leitungen CbL.. Cbn nicht berücksichtigt worden, ebenfalls sind die Widerstände der Primär- und Sekundärwicklungen der Transformatoren T1.·. Tn, die in der Praxis zu berücksichtigen sind, ausser acht gelassen worden; das Vorhergesagte bleibt trotzdem gültig. i

Ein vom Generator G ausgesandtes und von der Steuerquelle SC moduliertes Stromsignal wird gleichzeitig auf alle Thyristoreil der Kette gegeben. Das System bietet ausserdem den Vorteil, auch dann weiterarbeiten zu können, wenn ein Thyristor eines Abschnitts ausfällt, sofern die anderen Thyristoren die Gesamtspannung das Abschnitts leiten können; dank der Kopplung durch einen getrennten Transformator für jeden Thyristor eines .. Abschnitte mit der Steuerstromquelle, wobei im vorliegenden

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Fall die isolierte, durch die Magnotstromkreise der m Steuertransformatoren der Thyristoren eines Abschnitte hindurchgefUhrte Leitung die elektrische Abtrennung der Steuervorrichtung dieses Thyristors von den Steuervorrichtungen der anderen Thyristoren ermöglicht, bewirkt der Ausfall eines Thyristors nur eine begrenzte Stromschwankung in der isolierten Leitung·

Fig» 3 stellt eine andere AusfUhrungsart der Steuerung der Abschnitte dar. In dieser Fig. ist die Leitung Cb1 parallel zum Sekundärstromkreis /?p1 eines Transformators Tp1 angeeehlosß Der Kondensator Cp1 und die Primärwicklung c* p2 des Transformators Tp2 sind ebenfalle in Parallelschaltung Kit dem Sekundärstromkreis verbunden· Ein Kondensator Cp2 und ©in© Leitung Cb2 sind parallel zum Sekundär Stromkreis B p2 angeschlossen· Die Primärwicklung ot p1 des Transformator® !fpü wird durch einen Generator G mit Strom versorgt«

Der von /J- p1, Cp1, ex p2 gebildete Stromkreis ist auf die Frequenz des Generators G abgestimmt; die η Stromkreise der η Abschnitte sind dem Stromkreis des ersten Abschnitts analog. Die m Gleichrichtungevorrichtungen d1, d2··» dn k'dnnen von einen oder anderen Typ der Fig. 2a und 2b sein.

Fig. 4 stellt ein herkömmliches Schaltbild von parallelgeschalteten Transistoren dar. in dieser Fig. liegen die Kollektoren der Transistoren T1, T2... Tl an einer gemeinsamen Klemme 1; die Widerstände R1, R2... Rl sind in Reihe mit den Emittern der Transistoren angeordnet und mit einer gemeinsamen Klemme 3 varbunden; die Basen liegen direkt an

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einer gemeinsamen Klemme 4» und eine Last ZI und eine Spannungsquelle A11 sind in Reihe twischen die Klemmen 1 und 3 geeohaltet und haben eine gemeinsame Klemme 2« In diesem Schalt- ' bild wird ein Steueretromsignal zwischen den Klemmen 4 und 5 angelegt, und die Emitterwideretande R1, R2.·· Rl gewährleisten die Rückkopplung der einzelnen Transistoren·

Pig· 5 stellt ein herkömmliches Schaltbild parallelgeechalteter Thyristoren dar· In dieser Fig· ist AL2 eine ä

Wechselstromquelle alt swei Klemmen 6 und 7; die Thyristoren Ty11 Ty2.. · TyI sind mit ihren Anoden an die Klemme 6 und die Kathoden an eine gemeinsame Klemme 8 angeschlossen; eine Last Z2 ist Bwisehen den Klemnen 7 und 8 angeschlossen, und die Steüerelektroden der Thyristoren sind an eine Klemme 9« und J ein Steuerstromsignalgenerator G2 ist an die Klemmen 8 und 9 angeschlossen«

Bei der Steuerung dieser Thyristoren ist deren gleichseitige Zündung notwendig, und «war sur Verminderung von Ober- Stromstärken in eines oder mehreren Thyristoren bei Parallelschaltung oder sur Verminderung der Überspannungen an den Thyristorklemmen im Falls einer Reihenschaltung; auch bei parallelgeschalteten Transistoren sind Überströme in einem oder mehreren Transistoren su vermeiden, da sie deren Ausfall hervorrufen kennen; darum' ist es unerlässlich, dass die Steuer-Btromsignale gleichseitig den eineeinen Bauelementen zugeführt werden. Diese Stromsignale haben bei durch eine ffechselstromquelle mit 50 Hz gespeisten Thyristoren eine Folgefrequenz von

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90 He; Im allgemeinen ist die Folgefrequenz der Steuerstromeignale gleich der Frequenz der Wechseletrom-Vergorgungsquelle; bei Bit OleiohBtrom versorgten Thyristoren und Wechsel· richterbetrieb wird die Folgefrequenz nach der Anwendungaart gewählt. Diese Stromeignale haben im allgemeinen eine Dauer von einigen eehn oder hundert MikroSekunden j die Verbindungeleitungen zwischen dem Steuersignalgenorator und den Steuerelektroden der Thyristoren erBeugen, wie im Falle der Transistoren, StbVcGpazitaten und -induktivitäten, die eine Phasenverschiebung der Steuerstromsignale zwischen den Steuer« elektroden hervorrufen, wodurch eine geetaffeit· Zündung Ewischen dem ersten und letzten Thyristor der parallelge-Bohalteten Anordnung und eine überstromotärke in den zuornt geetindtten Thyristoren hervorgerufen wird« Die Parallelsteuerung von Halbleiterbauelementen hat ausserdem den Nachteil, due die ganee paralle Ige Schaltete Anordnung aueser Betrieb gesetzt wird, wenn ein Fehler in dem Steueretromkreie einee Bauelemente· auftrittJ bei Auftreten eines Kurzschlusses Bwleohen der Steuerelektrod· und der Kathode eines Thyrietore des Typs P entsteht naadich in allen parallelge»ehalteten . Steuerelektroden ein KurBBChluee.

Cs ist eh beachten« dass Störstromsignale die Zündung von Halbleiterbauelementen auslösen können. Das Ziel der verschiedenen bekannten Schaltungen ist die Verminderung deil Einflusses dieser Störeignale und der Phasenverschiebungen zwischen den Stromeignalen der einselnen Halbleiterbauelenente.

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Fig. 6a stellt ein Schaltbild von erfindungsgemäss parallelgeschalteten Transistoren dar, die dieselben Bezeichnungen wie Pig, 4 tragen? T1, T2··. Tl-1, Tl sind Transistoren, 1 ist der gemeinsame Anschluss der Kollektoren der Transistoren. Z1 ist eine Last, AL1 ist eine Stromversorgung, R1, R2.·. Rl sind Widerstände und Tca1. · · Tcal durch eine Leitung Cb verbundene Steuertranformatoren, C ist ein in Reihe mit der Leitung geschalteter Kondensator, 4 und 5 sind die Klemmen des von C und Cb gebildeten Stromkreises, EL«. El sind die |

Sekundärwicklungen der Transformatoren TCaI, TCaI, und CaL.. Ca/ bezeichnen die auf den Sekundärwicklungen EL.. EU parallelgeschalteten Kondensatoren·

In dieser Fig. bilden die Transistoren T1 und T2... Tl-1 und Tl Baugruppen; die Basen von T1 und T2 sind mit einem Ende der Sekundärwicklung E1 des Steuertransformators TCa1 verbunden, das andere Ende ist an der den Widerständen R1 und R2 gemeinsamen Klemme angeschlossen bzw. mit den Emittern von T1 und T2 in Reihe geschaltet; die Wicklung E1 wird durch den ä parallel zu ihr angeschlossenen Kondensator Ca1 auf die Frequenz des Generators G1 abgestimmt; der vom Kondensator C und der die Magnetstromkreise der Steuertransformatoren TCa1...Tcal verbindenden Leitung gebildete Stromkreis wird vom Generator G1 gespeist und iet auf die Generatorfrequenz abgestimmt.

Wenn die Generatorfrequenz geändert werden soll, müssen auch die Kondensatoren C und CaL.. CaI gewechselt werden; zu ..diesem Zweck kann ein Kondensatorsatz mit einem Umschalter vor-

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gesehen werden. In dem in dieser Fig· dargestellten Stromkreis bewirkt ein Fehler, wie ein Kurzschluss zwischen dem Emitter und der Basis eines Transistors, automatisch die Ausschaltung des mit ihm verbundenen Transistors» und zwar wegen Ausfalls eines Steuerstromsignals·

Der Stromkreis der Fig. 6b stellt eiae Abwandlung der Steuervorrichtung einer Baugruppe der Fig»'6a dar, in der jeder Transistor getrennt gesteuert wird; zu diesem Zweck weist ein Steuertransformator wie Tcb1 zwei Sekundärwicklungen EsI und Es2 mit zwei parallelgeschalteten Kondensatoren Cb1 bzw. Cb2 auf, so dass zwei auf die Frequenz des Generators 61 abgestimmte Stromkreise entstehen.

Fig. 6c stellt eine andere Abwandlung "der Steuervorrichtung der Transistoren der Fig«, 6a dsi*; darin wird jeder Transistor getrennt von einem Steuertransformator gesteuert, und zwar steuert Ted den Transistor Tl und Tcc2 den Transistor T2j jeder Transformator weist eine Wicklung und einen parallelgeschalteten Kondensator auf, so dass ein auf die Frequenz des Generators G1 abgestimmter Stromkreis entsteht« So ist die Sekundärwicklung EsJ von Ted mit einem Kondensator CcI, und die Sekundärwicklung Es4 von Tcc4 mit einem Kondensator Cc2 parallelgeschaltet. In dieser Abwandlung sind die einzelnen Steuerorgane der Transistoren vollkommen voneinander getrennt, und ein Steuerungsfehler des einen Transistors wirkt sich praktisch nicht auf die anderen Bauelemente aus.

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Fig. 7 stellt ein Schaltbild von erfindungsgemass parallelgeschalteten Thyristoren Ty1, Ty2»·. TyI dar? die Ί Anoden der Thyristoren sind mit einer Klemme 6 einer Wechsel- , stromquelle AL2 verbunden, und die Kathoden der Thyristoren sind an eine Klemme 8 einer Last Z2 angeschlossen, deren andere Klemme 7 mit der Stromquelle AL2 verbunden int»

Ein fttr die ZUndung der Thyristoren verwendeter Stromsignalgenerator 02 speist einen Kondensator 012» der mit einer durch den Magne ta tronicreis der S teuertranefprmntoren Tc 1*., Tel hindurchfUhrenden Leitung Cby in Reihe geschaltet ist, wobei die Sekundärwicklungen Et1,Bt2··· EtI der Transformatoren die Qleichrichtungsvorrichtungen d1, d2... dl mit Strom versorgen, deren Ausgang jeweils mit der Steuerelektrode und der Kathode eines Thyristors verbunden ist; die Gleichrichtungevorrichtungen dt, d2... dl sind von einem der in den Pig. 2a und 2b dargestellten Typen. Hierbei kann eine Gleichrichtungevorrichtung wie d1 sur Zündung mehrerer Thyristoren dienen; die getrennte Zündung der eintelnen Thyristoren eraUglicht in- | dessen, die Auswirkungen eines Kuresehlusses «wischen der Steuerelektrode und der Kathode eines Thyristors auf die anderen 'Thyristoren erheblich su vermindern· So können auf einem Nagnetstromkreis mehrere Wicklungen angebracht werden, von denen jede eine Gleichrichtungevorrichtung eines Oder mehrerer Thyristoren mit Strom versorgt. *

Fig. 8 stellt eine Parallelschaltung von ewei Schaltkreisen TR1 und TR2 dar, von denen jede parallelgeschaltete

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Transistoren T1·.. ΦΙ aufweist, deren Zündung nach einem der in Fig« 6a, 6b und 6c beschriebenen Verfahren erfolgt« Jeder Schaltkreis TR1, TR2 weist zwei Klemmen a und b bzw· ο und d zur Zündung der Transistoren auf; durch Verbindung von b mit c werden diese Steuerorgane in Reihe'geschaltet, und zwischen a und d liegt eine einzige Leitung cb, die alle Magnetstromkreise der Steuertransformatoren von TR1 und TR2 durchlauft. Die Klemmen a und d werden von einem Stromsignalgenerator G1 Über mit in Reihe mit einem Kondensator C geschaltete Klemmen 4 und 5 gespeist. Die gemeinsame Klemme der Emitterwiderstande R1... Rl der Transistoren von TH1 wird mit einer Klemme eines abgestimmten Stromkreises 001 verbunden» dessen andere Klemme mit einer mit einer Gleichstromversorgung AI in Reihe geschalteten Filterspule L verbunden ist; ein Kondensator Csh ist parallel zu den von der Drossel L und der Stromversorgung AL gebildeten Anordnung angeschlossen; ein abgestimmter Stromkreis 002 ist mit dem Stromkreis 001 verbunden; auf entsprechende Weise ist die gemeinsame Klemme der Wideretande R1... Rl von TR2 mit einer Klemme eines abgestimmten Stromkreises 003 verbunden» dessen andere Klemme an die der Drossel L und Sem Stromkreis 001 gemeinsamen Klemme angeschlossen ist; ein abgestimmter Stromkreis 004 ist mit 003 verbunden· Die beiden abgestimmten Stromkreise C02 und 004 sind in Reihe geschaltet, und eine Laet kann zwischen den Klemmen 80 uni 31 dieser in Reihe geschalteten Anordnung angeschlossen w©2=ä©n.

Auf diese Weise wird mit Hilfe mn TR1, TR2, 001, 002,

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C03, CO4 eine Wechselstromquelle mit doppelt so hoher Spannung wie derjenigen der Schaltung TR1, 001, C02 hergestellt; die abgestimmten Stromkreise C02 und CO4 können ebenfalls parallelgeschaltet »werden, wobei alle Transistoren von TR1 und TR2 in Parallelschaltung liegen.

Es ist demnach möglich, aus einzelnen Baugruppen wie TR1, TR2, COI-002, CO3-CO4 Anordnungen in Reihen -oder Parallelschaltung herzustellen, wobei die Abstiramfrequenz der verschiedenen Stromkreise beispielsweise durch Umschaltung der verschiedenen Kondensatoren und durch Frequenzregelung des Generators G1 gewählt bzw» eingestellt werden kann.

Die Reihensteuerung der Transistoren von TR1 und TR2 ermöglicht die Phasensteuerung aller Transistoren von TR1 und TR2, was nicht mehr zwangsläufig der Fall wäre, wenn die Klemmen c und d parallel zu a und "b angeordnet werden würden.

Schaltungen des in den fig, 6a, 6b, 6c und 8 der AusfUhrungsbeispiele beschriebenen Typs können für die Zündung ganzer Thyristoranordnungen verwendet werden; derartige Schaltungen dienen zur Herstellung eines Leistungsverstärkers des Generatora G der Fig, 1 oder, wenn es sich um eine Parallelschaltung von Thyristoren handelt, des Generators G2 der Fig. 7.

Die Schaltungen der Fig. 6a, 6b, 6c und 8 können ebenfalls als Leistungsstufe in Hochfrequenzgeneratoren, wie beispielsweise den Generatoren für Induktionsöfen, verwendet werden,

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Claims (1)

1. ^: 2Q26067.J*.

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   PATENTANSPRÜCHE

   Steuervorrichtung für eine Anordnung von Halbleiterbauelementen, die entweder in Reihen-, Parallel- oder Reihen-Parallelschaltung miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Sinusstromsignal-Generator (G, G1) gegebener Frequenz und einen allgemeinen Steuerkreis aufweist, der auf die Frequenz der Stromsignale abgestimmt ist und von dem Generator (G, G1) gespeist wird, wobei der abgestimmte allgemeine Steuerstromkreis entweder als Reihen- oder Parallelschaltung ausgelegt ist.

   2. Steuervorrichtung nach Anspruch X₉ dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung von Halbleiterbauelementen (Th1... Thm) zwecks ihrer Steuerung in eine bestimmte Anzahl von Baugruppen aufgeteilt ist, von denen jede einen abgestimmten Steuerstromkreis hat, wobei die Steuerstromkreise elektrisch oder magnetisch miteinander verbunden sind, um den allgemeinen Steuerstromkreis zu bilden.

   3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein abgestimmter Steuerstromkreis aus einem Kondensator (Cs1, Cp 1) und einer durch den Magnetstromkreis eines oder mehrerer Steuertransformatoren (Td ... Tem) der Halbleiterbauelemente (Th1·..Thm) hindurchgefUhrten Leitung (Cb1) besteht«

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   4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g β k e η η ζ β lohne t, dass ein Transformator (Tca1, Tcb1) ebenso viele Wicklungen aufweist, wie es Halbleiterbauelemente (Th1... Ihn) in einer Baugruppe gibt·

   5. Steuervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Baugruppe nur ein Halbleiterbauelement aufweist.

   6. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis | 5, dadurch g e k β η η E e i c h η e t, dass der allgemeine Steuerstromkreis einer Anordnung durch die Reihenschaltung der Steuerleitungen der Baugruppen hergestellt wird·

   7. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3,

   bis 5 fUr die Steuerung einer aus in Reihe geschalteten Ab- ; schnitten bestehenden Thyristorkette, dadurch -

   gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen abgestimmten Steuerstroekreie für jeden Abschnitt und kaskadenfttrmig angeordnete Abeohnittetransfornatoren (Φ1··· Tn) auf- | weist, wobei die Primärwicklung (a»2...ocn) eines Absehnittstraneformators, die Leitung (Cb1··· Cbn) und der Kondensator (Cs1··· Csn) der Steuervorrichtung von der Sekundärwicklung (^ 1...^n) des vorhergehenden Transformators gespeist werden, ausser dem ersten Transformator (c/ 1), der direkt von dem Sinu88tromsignal-Generator (G) gespeist werden kann.

   8· Steuervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichne t, dass die Leitung (Cb1 · · · Cbn) und

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   der Kondensator (CsI... Csn) zwischen zwei Transformatoren (T1, Tn) in Reihe geschaltet sind.

   9· Steuervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (Cb1, Cb2) und der Kondensator (Cp1, Cp2) zwischen zwei Transformatoren (T1, Tn) parallelgeechnltet sind.

   10. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 Ms 9» dadurch gekennzeichnet, dass die isolierte Leitung (CbL.. Cbn) in ihrer Achsrichtung schleifenförmig umgelegt ist, wobei ein Draht der Schleife durch den oder die Magnetstromkreise der S teuer transformatoren (Tc1_M, Tem) hindurchgefUhrt ist.

   11· Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis

   10, dadurch , gekennzeichnet, dass der Sekundarstromkreis jedes Steuertransformators (Td··· Tem) auf die Generatorfrequenz (G) abgestimmt ist.

   12· Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis

   11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwicklung (M) der Steuertransformatoren (Tel··· Ten) eine Mittelanzapfung (Y) aufweist und eine GIeioJ^lehtungevorrichtung speiet, die aus zwei jeweils mit einem Ende (X, Z) der Wicklung (M) verbundenen Dioden (dr1, dr2) besteht, die au einer gemeinsamen Klemme liegen, welche einen FoI eine? Gleichstrom-Versorgungsquelle darstellt, wobei der andere Pol durch ■ die Mittelanzapfung (Y) der Wicklung (M) gebildet wird.

   009849/1422 "■ "■ v.' "■■ '. *■'*'

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   13. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 3

   11, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Gleichrichtungsvorrichtung aufweist, die aus einer Brücke (P1) von vier Dioden gebildet wird, wobei die Speisung der DiodenbrUcke durch die Sekundärwicklung (N) des entsprechenden S teuer transformator erfolgt.

   14. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

   13» dadurch gekenn ζ eichne t, dass der Wert λ der Abstimmkondensatoren der einzelnen abgestimmten Stromkreise eines SteuerStromkreises so geändert wird, dass sich die Abstimmfrequenz der StroBucreise ändert«

   15* Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Leistungsstufe eines Hochfrequenzverstärker· bildet·

   16. Steuervorrichtung naoh eine» der Ansprüche 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, dass sie die Ausgangsstufe eines Centrators eines Induktionsofens bildet· |

   17. Steuervorrichtung nach eine» der Ansprüche 1 bis -16_r dadurch gekenn si e i ο h η β t, dass die Frequenz des Generators (0, G1) «wischen 0,1 und 10 NHs ;

   beträgt,

   18« Steuervorrichtung naoh einem der AnsprUohe 1 bis 17» dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerstromquelle (SC) in £Leia]p&**igen Abstünden sur Steuerung der Halbleiterbauelemente (ThI₄*. Th») ein erstes

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   Steuersignal für den Generator (G₁ G1) und nach einer bestimmten Zeit 7 ein zweites Signal als Sperrsignal für den Generator (G₁ G1) aussendet, wobei die Zeit T zwischen einigen Mikrosekunden und einigen Millisekunden beträgt·

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   ORIGINAL INSPECTED