DE2417575A1 - DEVICE FOR CONTROLLING THYRISTORS OR OTHER SEMICONDUCTIVE ELEMENTS - Google Patents

DEVICE FOR CONTROLLING THYRISTORS OR OTHER SEMICONDUCTIVE ELEMENTS

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DE2417575A1
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Boleslaw Kaczmarek
Jean Lovens
Jean Marie De Rubinat
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ACEC
Umicore NV SA
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ACEC
Ateliers de Constructions Electriques de Charleroi SA
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • H02M1/096—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices the power supply of the control circuit being connected in parallel to the main switching element

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Description

ATELIERS DE CONSTRUCTIONS
ELECTRIQUES DE CHARLHROI
(ACEC)ATELIERS DE CONSTRUCTIONS
ELECTRIQUES DE CHARLHROI
(ACEC)

Chaussee de Charleroi, 54
Saint GillesChaussee de Charleroi, 54
Saint Gilles

Brüssel Belgien Brussels Belgium

Unser Zeichen: A 1695Our reference: A 1695

Vorrichtung zum Steuern von Thyristoren oder anderen HalbleiterelementenDevice for controlling thyristors or other semiconductor elements

Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung, welche insbesondere bei in Reihe oder parallel geschalteten Thyristoren/ beispielsweise in Gleichrichtern oder Stromzerhackern, anwendbar ist und bei welcher durch das Steuersignal keine Energie übertragen wird, sondern diese Energie allein den Anschlüssen des zu steuernden Elements selbst entnommen und in einer Kondensatoranordnung gespeichert wird, die diese Energiespeicherung ermöglicht, wenn das zu steuernde Element an einer positiven oder negativen Spannung liegt.The invention relates to an ignition device, which is particularly useful for series or parallel connected thyristors / for example in rectifiers or current choppers, and in which by the control signal no energy is transmitted, but this energy only to the connections of the element to be controlled taken and stored in a capacitor arrangement that enables this energy storage, when the element to be controlled is at a positive or negative voltage.

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Die Vorrichtung nach der Erfindung bietet u.a. den Vorteil, daß an dem Steueranschluß des zu steuernden Elements ständig eine negative Spannung anliegt, daß demselben ständig Zündimpulse mit einstellbarer Dauer zugeführt werden und daß bei schlechter Zündung oder bei erneutem Sperren des Elements automatisch neue Zündimpuise erzeugt werden. Im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen ermöglicht sie außerdem, daß ohne Transformator hohe Ströme direkt erzielt werden.The device according to the invention offers, inter alia, the advantage that at the control connection of the element to be controlled constantly a negative voltage is applied, that the same constantly supplied firing pulses with adjustable duration and that if the ignition is poor or if the element is blocked again, new ignition impulses are automatically generated be generated. In contrast to known devices, it also makes it possible to use high power without a transformer Currents can be achieved directly.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß dem zu steuernden Thyristor oder anderen Halbleiterelement eine Schaltung parallel geschaltet ist, die aus einem Widerstand in Reihe mit einem ersten Kondensator besteht, dem seinerseits eine Anordnung parallelgeschaltet ist, die aus einem zweiten Kondensator in Reihe mit einer Parallelschaltung aus zwei Dioden mit entgegengesetzer Durchlaßrichtung in Reihe mit einem dritten bzw. vierten Kondensator besteht, welch letzteren jeweils eine Spannungsbegrenzungseinrichtung parallelgeschaltet ist, daß der dritte und der vierte Kondensator einen Verbindungspunkt haben, der mit der Kathode des zu steuernden Halbleiterelements verbunden ist, dessen Steueranschluß einerseits über einen Widerstand mit dem seiner zugeordneten Diode benachbarten negativen Anschluß des vierten Kondensators und andererseits über einen elektronischen Schalter mit dem positiven Anschluß des dritten Kondensators verbunden ist, daß der elektronische Schalter durch den Ausgang einer monostabilen Kippschaltung mit drei UND-verknüpften logischen Eingängen gesteuert ist, von denen der eine ?*i einem Abbild der Anodenspannung des zu steuernden Halbleiterelement^ und der andere an einem optoelektronischen Steuersignalgenerator oder jedem anderen System liegt, welches eine galvanische Trennung bewirkt, und von denen der dritte an den positiven Anschluß des dritten Kondensators angeschlossen ist, so daß der Betrieb der Kippschaltung gesperrt werden kann, wenn die Spannung an den Anschlüssen des drit-The device according to the invention is characterized in that the thyristor to be controlled or other Semiconductor element is a circuit connected in parallel, consisting of a resistor in series with a first capacitor consists, which in turn is connected in parallel with an arrangement consisting of a second capacitor in series with a parallel connection of two diodes with opposite forward direction in series with a third or fourth capacitor consists of which latter a voltage limiting device is connected in parallel, that the third and fourth capacitors have a connection point with the cathode of the to be controlled Semiconductor element is connected, the control terminal on the one hand via a resistor with that of its associated Diode adjacent negative terminal of the fourth capacitor and on the other hand via an electronic switch connected to the positive terminal of the third capacitor that the electronic switch through the output a monostable multivibrator with three AND-linked logic Inputs, one of which? * I one Image of the anode voltage of the semiconductor element to be controlled ^ and the other on an optoelectronic control signal generator or any other system that effects galvanic isolation, and of which the third is applied the positive terminal of the third capacitor is connected, so that the operation of the flip-flop is blocked if the voltage at the connections of the third

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ten Kondensators nicht ausreichend groß ist.th capacitor is not large enough.

Die folgende Beschreibung und die beigefügte Zeichnung beziehen sich auf ein Ausführungsbeispiel einer Steuervorrichtung nach der Erfindung. Die Figur zeigt einen Thyristor Th, der Teil einer Reihenschaltung ist. Dem Thyristor Th ist eine Schaltung parallelgeschaltet, die aus einem Widerstand R in Reihe mit einem Kondensator C^ besteht, welch letzterer mit einer Anordnung parallelgeschaltet ist, die aus einem Kondensator C und einer mit demselben in Reihe liegenden Parallelschaltung mit zwei Zweigen besteht, welche zwei Dioden D1 und D2 mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung in Reihe mit einem Kondensator C. bzw. Cp aufweist, denen Z-Dioden Z1 bzw. Z~ parallelgeschaltet sind· Der Verbindungspunkt der Kondensatoren C1 und C~ ist an die Kathode des Thyristors Th angeschlossen, dessen Steueranschluß einerseits über einen Widerstand R~ mit dem negativen Anschluß des Kondensators C~ verbunden ist, der sich mit den angegebenen Polaritäten über die Diode D2, den Kondensator C und den Widerstand R aufladt, und andererseits mit dem positiven Anschluß des Kondensators C1 durch einen elektronischen Schalter verbunden ist, bei welchem es sich hier um eine Darlingtonschaltung mit drei Transistoren t.. , t2 und t_ handelt. Dieser elektronische Schalter wird durch den Ausgang eines Schmitt-Triggers B'gesteuert, der drei logische Eingänge hat, von denen der eine mit der Anode des Thyristors Th über einen Widerstand R1 verbunden ist, während ein anderer an einen Phototransistor Ph angeschlossen ist, der in jeder geeigneten Weise gespeist und dem Einfluß eines Bündels f von Lichtimpulsen ausgesetzt ist. Die Triggerschaltung B liefert nur dann ein Ausgangssignal, wenn die Anode des Thyristors Th positiv ist und gleichzeitig der Phototransistor Ph einen Lichtimpuls empfängt, unter der Bedingung, daß die Spannung an den Anschlüssen des Kondensators C1 ausreichend groß ist. In diesem Augenblick ist der positive Anschluß des Kondensators C1 mit dem Steueranschluß desThe following description and the accompanying drawings relate to an embodiment of a control device according to the invention. The figure shows a thyristor Th, which is part of a series circuit. The thyristor Th is a circuit connected in parallel, which consists of a resistor R in series with a capacitor C ^, the latter is connected in parallel with an arrangement consisting of a capacitor C and a parallel circuit with the same in series with two branches, which two Diodes D 1 and D 2 with opposite forward direction in series with a capacitor C. or Cp, to which Z-diodes Z 1 and Z ~ are connected in parallel · The connection point of the capacitors C 1 and C ~ is to the cathode of the thyristor Th connected, whose control terminal is connected on the one hand via a resistor R ~ to the negative terminal of the capacitor C ~, which charges with the specified polarities via the diode D 2 , the capacitor C and the resistor R, and on the other hand to the positive terminal of the capacitor C 1 is connected by an electronic switch, which is a Darlington circuit with three transistors t. ., t 2 and t_ acts. This electronic switch is controlled by the output of a Schmitt trigger B ', which has three logic inputs, one of which is connected to the anode of the thyristor Th via a resistor R 1 , while another is connected to a phototransistor Ph, the fed in any suitable manner and exposed to the influence of a beam f of light pulses. The trigger circuit B delivers an output signal only when the anode of the thyristor Th is positive and at the same time the phototransistor Ph receives a light pulse, provided that the voltage at the terminals of the capacitor C 1 is sufficiently high. At this moment the positive connection of the capacitor C 1 is connected to the control connection of the

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Thyristors Th in Verbindung und liefert ihm einen Zündimpuls mit einstellbarer Dauer. Es ist ersichtlich, daß in dem Fall einer schlechten Zündung oder eines erneuten Sperrens des Thyristors Th automatisch neue Zündimpulse erzeugt werden.Thyristor Th in connection and provides him with an ignition pulse with adjustable duration. It can be seen that in the case of a bad ignition or a renewed blocking of the thyristor Th automatically new ignition pulses be generated.

Es ist außerdem ersichtlich, daß ein dem Kondensator Q. entnommenes negatives Signal bei nichtvorhandener Steuerung an den SteueranSchluß des Thyristors Th angelegt ist. Dieser Sperrstrom ist im wesentlichen konstant und die Auswirkung auf die Löschzeit der Ladungsträger wird am Anfang erreicht, sobald eine umgekehrte Spannung an dem Thyristor Th erscheint. Der Kondensator C„ kann sich danach unter Umständen entladen.It can also be seen that a negative signal taken from the capacitor Q. is applied to the control terminal of the thyristor Th in the absence of control. This reverse current is essentially constant and the effect on the erase time of the charge carriers is achieved at the beginning as soon as a reverse voltage appears on the thyristor Th. The capacitor C "can then discharge under certain circumstances.

Es ist zu bemerken, daß die Ladung des Energiespeicherungskondensators C. wegen des Kondensators C praktisch mit 90 Phasenverschiebung mit Bezug auf die Spannung an den Anschlüssen des zu steuernden Thyristors erfolgt. Infolgedessen kann die Zündung der Thyristoren in einer Gleichrichterbrückenschaltung mit Zündwinkeln von ungefähr 0 bis 180 erfolgen. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß die Verlustleistung Null ist, da es sich lediglich um Blindleistung handelt.It should be noted that the charge on the energy storage capacitor C. because of the capacitor C practically with a 90 phase shift with respect to the voltage at the terminals of the thyristor to be controlled takes place. As a result, the thyristors in a rectifier bridge circuit can be fired take place with ignition angles of approximately 0 to 180. An additional advantage is that the power loss is zero, since it is only reactive power.

Eine Schaltungsverbindung verbindet den positiven Anschluß des Kondensators C1 mit dem dritten logischen Eingang der Triggerschaltung B, um deren Betrieb zu sperren, wenn die Spannung an den Anschlüssen dieses Kondensators nicht ausreichend groß ist.A circuit connection connects the positive terminal of the capacitor C 1 to the third logic input of the trigger circuit B in order to block its operation if the voltage at the terminals of this capacitor is not sufficiently high.

Die oben beschriebene Schaltung ist nicht nur in der Lage, im Verlauf einer Periode mehrere aufeinanderfolgende Impulse zu erzeugen und danach den Speicherkondensator während des Wiedererscheinens der folgenden Halbschwingung aufzuladen, sondern sie ist auch in der Lage, einen oder mehrereThe circuit described above is not only capable of several successive pulses in the course of a period to generate and then to charge the storage capacitor during the reappearance of the following half-wave, but it is also capable of one or more

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Impulse pro Periode zu erzeugen und bei jeder folgenden Periode auch ohne Wiedererscheinen einer den Kondensator wieder aufladenden Spannung wieder zu beginnen. Es steht nämlich ausreichend Energie zur Verfügung, um zahlreiche Impulse, beispielsweise 50 Impulse, zu erzeugen. Folglich kann ein Thyristor während 50 aufeinanderfolgenden Impulsen gezündet werden, ohne daß es erforderlich ist, den Kondensator wieder aufzuladen. Danach erscheint die Spannung wieder an den Anschlüssen des Thyristors und der Kondensator wird sehr schnell wieder aufgeladen, was das erneute Zünden des Thyristors durch die Schaltkreis-Logik ermöglicht.To generate pulses per period and with each subsequent period also without a reappearance of the capacitor to start recharging voltage again. Namely, there is enough energy available to to generate numerous pulses, for example 50 pulses. Consequently, a thyristor can be used for 50 consecutive times Pulses can be ignited without the need to recharge the capacitor. Then appears the voltage again at the terminals of the thyristor and the capacitor is recharged very quickly, allowing the circuit logic to re-ignite the thyristor.

Dank dieser Eigenschaft kann die Anwendung bei Stromzerhackern, die Thyristoren mit einer Diode in Antiparallelschaltung aufweisen, oder bei der Regulierung eines Transformators unter Belastung ins Auge gefaßt werden, wobei die Thyristoren in Antiparallelschaltung, die die Umschaltung der verschiedenen Spannungsstufen vornehmen, im Nulldurchgang der Spannung gesteuert werden, was dem oben erwähnten Fall entspricht.Thanks to this feature, it can be used with current choppers, the thyristors with a diode in anti-parallel connection have, or are considered when regulating a transformer under load, the Anti-parallel thyristors, which switch between the various voltage levels, in the zero crossing the voltage can be controlled, which corresponds to the above-mentioned case.

Bei diesen Anwendungsfällen besteht die Möglichkeit, sämtliche in Reihe geschalteten Thyristoren optisch zu steuern.In these use cases there is the possibility of all to control optically connected thyristors in series.

Im Rahmen der Erfindung bieten sich zahlreiche Vereinfachungsoder Abwandlungsmöglichkeiten der oben beschriebenen Vorrichtung. Insbesondere kann der Widerstand R2 durch einen elektronischen Schalter ersetzt werden, der durch den Phototransistor oder ein anderes lichtempfindliches Element gesteuert wird.In the context of the invention, there are numerous possibilities for simplifying or modifying the device described above. In particular, the resistor R 2 can be replaced by an electronic switch which is controlled by the phototransistor or another light-sensitive element.

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Claims (4)

Patentansprüche :Patent claims: 1./ Vorrichtung zum Steuern von Thyristoren oder anderen Halbleiterelementen, wobei durch das Steuersignal keine Energie übertragen wird, sondern diese Energie allein den Anschlüssen des zu steuernden Elements selbst entnommen und in einer Kondensatoranordnung gespeichert wird, die diese Energiespeicherung ermöglicht, wenn das zu steuernde Element an einer positiven oder negativen Spannung liegt, dadurch gekennzeichnet, daß dem zu steuernden Thyristor oder anderen Halbleiterelement eine Schaltung parallelgeschaltet ist, die aus einem Widerstand in Reihe mit einem ersten Kondensator besteht, dem seinerseits eine Anordnung parallelgeschaltet ist, die aus einem zweiten Kondensator in Reihe mit einer Parallelschaltung aus zwei Dioden mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung in Reihe mit einem dritten bzw. vierten Kondensator besteht, welch letzteren jeweils eine Spannungsbegrenzungseinrichtung parallelgeschaltet ist, daß der dritte und der vierte Kondensator einen Verbindungspunkt haben, der mit der Kathode des zu steuernden Halbleiterelements verbunden ist, dessen Steueranschluß einerseits über ein Schaltungselement mit dem seiner zugeordneten Diode benachbarten negativen Anschluß des vierten Kondensators und andererseits über einen elektronischen Schalter mit dem positiven Anschluß des dritten Kondensators verbunden ist, daß der elektronische Schalter durch den Ausgang einer monostabilen Kippschaltung mit drei UND-verknüpften logischen Eingängen gesteuert ist, von denen der eine an einem Abbild der Anodenspannung des zu steuernden Halbleiterelements und der andere an einem optoelektronischen Steuersignalgenerator oder jedem anderen System liegt, welches eine galvanische Trennung bewirkt, und von denen der dritte an den positiven Anschluß des dritten Kondensators angeschlossen ist, so daß der Betrieb der Kippschaltung gesperrt werden kann, wenn die Spannung an den Anschlüssen des dritten Kondensators nicht ausreichend groß ist. 1. / Device for controlling thyristors or other semiconductor elements, whereby no energy is transmitted by the control signal, but this energy is taken from the connections of the element to be controlled itself and stored in a capacitor arrangement, which enables this energy storage when the element to be controlled is connected to a positive or negative voltage, characterized in that the thyristor or other semiconductor element to be controlled is connected in parallel with a circuit consisting of a resistor in series with a first capacitor, which in turn is connected in parallel with an arrangement consisting of a second capacitor in series with a parallel connection of two diodes with opposite forward direction in series with a third or fourth capacitor, which latter a voltage limiting device is connected in parallel so that the third and fourth capacitors have a connection point, the is connected to the cathode of the semiconductor element to be controlled, the control terminal of which is connected on the one hand via a circuit element to the negative terminal of the fourth capacitor adjacent to its associated diode and on the other hand via an electronic switch to the positive terminal of the third capacitor, that the electronic switch through the output a monostable multivibrator with three AND-linked logic inputs, of which one is connected to an image of the anode voltage of the semiconductor element to be controlled and the other is connected to an optoelectronic control signal generator or any other system that effects galvanic separation, and the third of which is connected is connected to the positive terminal of the third capacitor, so that the operation of the flip-flop can be blocked if the voltage at the terminals of the third capacitor is not sufficiently high . • 409844/0755• 409844/0755 2. Vorrichtung nach Anspruch 1', dadurch gekennzeichnet, daß die Spanhungsbegrenzungseinrichtungen Z-Dioden sind.2. Device according to claim 1 ', characterized in that that the voltage limiting devices are Zener diodes. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltungselement, das den Steueranschluß des zu steuernden Halbleiters mit dem negativen Anschluß des vierten Kondensators verbindet, ein Widerstand ist.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that that the circuit element that connects the control terminal of the semiconductor to be controlled with the negative Terminal connecting the fourth capacitor is a resistor. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltungselement, das den Steueranschluß des zu steuernden Halbleiters mit dem negativen Anschluß des vierten Kondensators verbindet, ein durch die optoelektronische Einrichtung gesteuerter elektronischer Schalter ist.4. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the circuit element which the control terminal of the semiconductor to be controlled connects to the negative terminal of the fourth capacitor, a through the optoelectronic device is a controlled electronic switch. 409844/0755409844/0755 Leers citeEmpty cite
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