DE2450369C2

DE2450369C2 - Elektrische Schaltungsanordnung mit einem Halbleiterschaltelement vom Thyristor-Typ

Info

Publication number: DE2450369C2
Application number: DE19742450369
Authority: DE
Inventors: Masao Itami Hyogo Hagihara; Takahiko Iida; Michiharu Ishido
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1973-10-23
Filing date: 1974-10-23
Publication date: 1983-11-10
Also published as: DE2450369A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung mit den im Oberbegriff des Anspruchs angegebenen Merkmalen.

Wenn ein Thyristor gezündet wird, so findet der EinschaltprozeP zunächst nur in einem kleinen Bereich statt und der Stromfluß ist zunächst auf diesen kleinen Bereich beschränkt. Danach brvrtet sich der Einschaltzustand aus. bis die gesamte Sperrschicht eingeschaltet ist. Der Spannungsabfall über der. fhyristor verschwindet also bei Zündung nicht momentan, sondern verringert sich während der Übergangszeit der Einschaltzustandsausbreitung allmählich, so daß die Verlustleistung während dieser Übergangszeit nicht vernachlässigbar ist. Die Verlustleistung ist um so größer, je rascher der Strom unmittelbar nach Zündung ansteigt, d.h.. je größer der Stromanstiegskoeffizient did ι ist. Bei großer Verlustleistung kommt es zu einer Aufheizung des Einschaltbereichs auf eine hohe Temperatur, d. h. zur Ausbildung eines heißen Flecks. Wenn die Temperatur des heißen Flecks sehr stark ansteigt, so kann es zu unerwarteten Zündvorgängen und schließlich zu einer Zerstörung des Thyristors kommen. Daher besteht eine Grenze für den zulässigen Höchstwert von di dt.

In der eingangs genannten Schaltungsanordnung ist jo dieser Grenze durch die Sättigungsdrossel und den Nebenstromweg Rechnung getragen.

Eine solche Schaltungsanordnung ist bekannt aus der DE-AS 11 56165. Dabei liegt ein ohmscher Widerstand parallel zur Sättigungsdrossel und bildet den Nebenstromweg. Ohne einen solchen ohmschen Widerstand würde während des ungesättigten Zustandes der Sättigungsdrossel nur der geringe Erregerstrom der Sättigungsdrossel durch den Thyristor fließen, so daß sich der Einschaltbereich des Thyristors nicht bis zum Zeitpunkt des Beginns des Hauptstromimpulses in ausreichendem Maße ausbreiten kann. Durch die Parallelschaltung eines ohmschen Widerstandes wird der während des ungesättigten Zustandes der Sättigungsdrossel durch den Thyristor fließende Strom erhöht, iss so daß sich der Einschaltbereich des Thyristors schneller ausbreiten kann.

Die Zeitdauer des ungesättigten Zustandes der Sätti

gungsdrossel ist der an der Sättigungsdrossel anliegenden Spannung umgekehrt proportional. Im Falle der Parallelschaltung eines ohmschen Widerstandes ist die an der Sättigungsdrossel anliegende Spannung gleich dem Spannungsabfall am Widerstand. Nun unterliegt aber die Spannung der Spannungsquelle bei einer Vielzahl von Anwendungen erheblichen Änderungen. Diese Änderungen der Spannung der Spannungsquelle schlagen sich naturgemäß auch in einer Änderung der an ter Sättigungsdrossel anliegenden Spannung nieder, so daß die Zeitdauer des ungesättigten Zustandes der Sättigungsdrossel erheblichen Schwankungen unterliegt. Dies führt dazu, daß auch die Zeitdauer, weiche für eine Ausbreitung des Leitungszustandes des Thyristors zur Verfügung steht, variabel ist. Es kann somit nicht damit gerechnet werden, daß bei Einsetzen des Hauptimpulsstromes der Thyristor immer voll durchgezündet ist. so daß mit einer solchen Schaltung ein stabiler Betrieb nicht gewährleistet ist.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß ein einwandfreier Betrieb des Thyristors bei der Stromübernahme nach dem Zünden gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Drossel in Reihe zur Sättigungsdrossel geschaltet ist und der Nc'-rcnstromweg eine die Spannung an der Sättigungsdrossel begrenzende Diode mit Konstantspannungsverhalten aufweist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine AusfUhningsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und

Fig. 2 eine grafische Darstellung des Spannungsverlaufs und des Stromverlaufs der Schaltung gemäß Fig. 1.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 umfaßt eine Gleichstromquelle 1. einen Widerstand 2. einen Kondensator 3. eine Drossel 4. eine Sättigungsdrossel 5. einen Thyristor 6 einer Avalanche-Diode 7 und einer Diode 8.

Der Kondensator 3 wird durch die Gleichstromquelle 1 über den Widerstand 2 aufgeladen. Die Spannung des aufgeladenen Kondensators 3 liegt bei Zündung des Thyristors 6 an der Drossel 4 und der Sättigungsdrossel 5 an. Solange die Sättigungsdrossel 5 noch nicht in den Sättigungszustand übergegangen ist. fließt durch sie nur ein relativ geringer Erregerstrom (nicht höher als wenige Ampere). Dieser genügt nicht für eine vollständige Ausbreitung des Leitungszustandes des Thyristors bis zum Zeitpunkt des Übergangs der Sättigungsdrossel in den gesättigten Zustand, das heißt, bis zum Zeitpunkt des Beginns des Hauptstromimpulses.

Die Spannung Vsal. an der Sättigungsdrossel 5 liegt zugleich an der Avalanche-Diode 7 an. und diese wird leitend und begrenzt die genannte Spannung auf den Wert I:. Daher fließt der Entladungsstrom des Kondensators einerseits über die Drossel 4. die Sättigungsdrossel 5 und den Thyristor 6 und andererseits über die Drossel 4. die Avalanche-Diode 7. die Diode 8 und den Thyristor 6.

Während des ungesättigten Zustandes der Sättigungsdrossel fließt somit nicht nur der Erregerstrom der Sättigungsdrossel 5 durch den Thyristor, sondern auch der durch die Avalanche-Diode 7 fließende Strom. Durch diesen Strom wird der leitende Bereich des Thyristors 6, welcher anfänglich sehr klein ist, vergrößert. Sobald die Sättigungsdrossel 5 ihren Sättigungszustand erreicht

hat. beginnt der Hauptimpulsstrom / mit großem dijdt zu fließen. Der während des ungesättigten Zustandes der Sättigungsdrossel 5 fließende Strom wird getrieben von der Differenz zwischen der Spannung E_c am Kondensator3 und der Lawinendurchbruchspannung E_A der Avalanche-Diode 7. Somit kann die Stromstärke während des ungesättigten Zustandes der Sättigungsdrossel 5 durch Wahl der Lawinendurchbruchspannung der Ava-Ianche-Diode 7 be .'influßt werden.

Der bei der Schaltung gemäß Fig. 1 durch die Ava-Ianche-Diode 7 fließende Strom /- ergibt sich aus folgender Gleichung

/_: = (£, - E_A) ■ \ ÖL- sin -L· ι
worin E_c die Spannung am KundeEsator 3 E_A die Lawinendurchbruchspannung der Avalanche-Diode 7,

C* die Kapazität des Kondensators 3, L die Induktivität der Drossel 4 und / die Zeit bedeutet.

Aus dieser Formel ergibt sich für den Stromanstiegskoeffizienten di.idt die folgende Beziehung

E_C-E_A

Γ--1

L^usecJ

Da die an der Sättigungsdrossel in deren ungesättigten Zustand anliegende Spannung konstant gehalten wird, ist auch die Zeitdauer des ungesättigten Zustandes der Sättigungsdrossel konstant. Man kann anstelle der Avalanche-Diode 7 auch eine Zenerdiode oder eine andere Diode konstanter Spannung verwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Elektrische Schaltungsanordnung mit einem Halbleiterelement vom Thyristor-Typ, einer in Reihe zum Halbleiterschaltelement geschalteten Sättigungsdrossel und einem die Sättigungsdrossel überbrückenden Nebenstromweg. wobei die Sättigungsdrossel zusammen mit dem Nebenstromweg zur Verminderung des anfanglichen zeitlichen Anstiegs eines das Halb- no leiterelement durchfließenden Stroms dient, der sich nach dessen Zündung aufgrund einer an der vorgenannten Reihenschaltung anliegenden Spannung ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drossel (4) in Reihe zur Sättigungsdrossel (5) geschaltet ist 1> und der Nebenstromweg eine die Spannung an der Sättigungsdrossel (5) begrenzende Diode (7) mit Konstantspannungsverhalten aufweist.