DE2538317A1

DE2538317A1 - Silicon controlled rectifier circuit with parallel transistor - has Zener diode between rectifier anode and gate terminal to protect against excess voltages

Info

Publication number: DE2538317A1
Application number: DE19752538317
Authority: DE
Inventors: Johannes Dr Ing Nestler
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1975-08-26
Filing date: 1975-08-26
Publication date: 1977-03-10
Also published as: DE2538317C2

Abstract

Circuit arrangement with SCR. (thyristors) switched on and off by a brief control or trigger pulse is described and comprises a parallel arrangement of thyristor and transistor in the power current path. More specif. the thyristor is fired by means of a control pulse and is switched off by means of rapid transfer of the current in the parallel connected transistor. A Zener diode is inserted across the power current path between the anode and gate connection of the thyristor, specif. in order to provide a protection facility against excess voltages.

Description

Schaltungsanordnung mit steuerbaren Halbleiterventilen. Circuit arrangement with controllable semiconductor valves.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit steuerbaren Halbleiterventilen, bei der sowohl das Ein- als auch das Ausschalten mit einem kurzzeitigen Steuerimpuls erfolgt.The invention relates to a circuit arrangement with controllable Semiconductor valves in which both switching on and switching off with a brief Control pulse takes place.

Thyristoren sind durch einen kurzzeitigen Steuerimpuls in den leitenden Zustand zu bringen. Sobald ein Thyristor Strom übernommen hat, blei t er in diesem Zustand und ist über den Steuerimpuls nicht m ehr beeinflussbar, sofern man die gebräuchlichsten Arten r n Thyristoren betrachtet. Erst wenn der Anodenstrom durch Xnderung in äusseren Kreisen den sogenannten Haltestrom unterschreitet, geht der Thyristor in den gesperrten Zustand über. Nachdem der Strom im Thyristor Null geworden ist, muss vorübergehend, und zwar entsprechend seiner Freiwerdezeit negative Sperrspannung zwischen Thyristoranode und -kathode liegen. Nach Ablauf der Freiwerdezeit ist der Thyristor dann wieder in der Lage, auch positive Sperrspannungen zu übernehmen ohne durchzuschalten.Thyristors are turned on by a brief control pulse Bring state. As soon as a thyristor has taken over current, it stays in it State and can no longer be influenced via the control pulse, provided that the most common types of thyristors considered. Only when the anode current is through If the change in outer circles falls below the so-called holding current, the Thyristor in the blocked state. After the current in the thyristor has become zero has to be negative reverse voltage temporarily, according to its release time between thyristor anode and cathode. After expiration the time off the thyristor is then able to accept positive reverse voltages again without switching through.

Damit der Strom in einem Thyristor erlöscht, muss eine Spannung wirksam werden, die im allgemeinen als Kommutierungsspannung bezeichnet wird. Bei Thyristoren in netzgeführten Stromrichtern bilden die Spannungen des speisenden Netzes die Kommutierungsspannungen. Selbstgeführte Stromrichter stellen demgegenüber die Eommutierungsspannungen selbst zur Verfügung, wozu sie Jedoch geeignete Einrichtungen benötigen. Dies sind Löschzweige, die aus Thyristoren, Dioden, Induktivitäten und Kapazitäten mit den Spannungsversorgungen aufgebaut sind.In order for the current to go out in a thyristor, a voltage must be effective which is generally referred to as the commutation voltage. With thyristors In line-commutated converters, the voltages of the supply system form the commutation voltages. In contrast, self-commutated converters produce the commutation voltages themselves available, for which, however, they need suitable facilities. These are delete branches, the thyristors, diodes, inductors and capacitors with the power supplies are constructed.

Im Gegensatz zu den Thyristoren können Transistoren über ihren Steuerstrom ausgeschaltet werden. Um Transistoren Jedoch im leitenden Zustand halten zu können, ist ein Steuerstrom aufzubringen, der ebenso lange fliessen muss wie der Transistor Strom führen 8011.In contrast to thyristors, transistors can use their control current turned off. However, in order to be able to keep transistors in the conductive state, a control current has to be applied that has to flow for as long as the transistor Conduct electricity 8011.

Da die Stromverstärkung von Neistungstransistoren gering ist, ist ein verhältnismässi zu locher Steuerstrom aufzubringen. Dieser liesse sich w r durch einen zweiten oder gar dritten Transistor in Da 1 ngton-Schaltung herabsetzen, es müssten jedoch die Darlin)t; n-Transistoren dieselbe Sperrspannung haben wie der/anzlsteuernde Transistor.Since the current gain of power transistors is small, is to apply a control current that is relatively too perforated. This could w r through a second or even third transistor in the da 1 ngton circuit lower it However, the darlin) t; n-type transistors have the same reverse voltage as the one to be activated Transistor.

Schwierigkeiten bereitet bei Darlington-Transistoren das Ausschalten.Turning off causes difficulties with Darlington transistors.

Eine andere Möglichkeit, den Steuerstrom eines Transistors aufzubringen, besteht darin, die Steuerleistung aus dem Starkstromkreis über Stromwandler (magnetische) in den Steuerkreis einzukoppeln. Diese Art der Ansteuerung hat den Nachteil, dass bei niedrigen Betriebsfrequenzen ein Stromwandler mit entspreaend grosser Bauleistung vorgesehen werden müsste.Another possibility, the control current of a transistor to raise consists of the control output from the power circuit via current transformers (magnetic) to be coupled into the control circuit. This type of control has the disadvantage that at low operating frequencies a current transformer with a correspondingly large construction output should be provided.

Besondere ausschaltbare Thyristoren, GTO's (gate turn-off switches) können durch Steuerimpulse der einenPolarität gezündet und durch Steuerimpulse der anderen Polarität wieder gelöscht werden. Abgesehen davon, dass bis heute noch keine leistungsfähigen Typen auf dem Markt sind, haben die GTO's neben einem merklich höheren Steuerleistungsbedarf als bei vergleichbaren normalen Thgristorenfleinen höheren Durchlaßspannungsabfall.Special switchable thyristors, GTO's (gate turn-off switches) can be ignited by control pulses of one polarity and by control pulses of the other polarity can be deleted again. Apart from the fact that to date none powerful types are on the market, the GTO's have next to one noticeable higher control power requirement than with comparable normal Thgristorenfleinen higher forward voltage drop.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung mit steuerbaren Halbleiterventilen zu schaffen, bei der sowohl das Ein- als auch das Ausschalten mit einem kurzzeitigen im betreffenden Fall verschieden langen Steuerimpuls möglich ist.The invention is based on the object of a circuit arrangement to create with controllable semiconductor valves, in which both the on and switching off with a brief control pulse of different lengths in the case in question is possible.

Die vorstehende Aufgabe wird bei einer eingangs beschriebenen Anordnung dadurch gelöst, dass im Leistungsstrompfad die Parallelschaltung eines Thyristors und eines Transistors vorgesehen ist.The above object is achieved with an arrangement described at the beginning solved in that the parallel connection of a thyristor in the power current path and a transistor is provided.

Der Thyristor dient also zum Einschalten und zum Führen des Stromes, während der Transistor durch kurzzeitige Ubernahme des Thyristorstromes den Ausschaltvorgang der Schaltungsanordnung besorgt.The thyristor is used to switch on and conduct the current, while the transistor switches off by briefly taking over the thyristor current the circuit arrangement concerned.

Anhand einer Zeichnung sei ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.A schematic embodiment example is shown in FIG Invention explained.

Die Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung mit steuerbaren Halbleiterventilen, während in der Fig. 2 einzelne Stromverläufe im Zeitablauf t dargestellt sind. Letzlich geht aus der Fig. 3 hervor, wie die erfindungsgemässe Schaltungsanordnundgegen Oberstrom und gegen Uberspannung geschützt werden kann.Fig. 1 shows a circuit arrangement with controllable semiconductor valves, while FIG. 2 shows individual current profiles over time t. Ultimately FIG. 3 shows how the circuit arrangement according to the invention and against overcurrent and can be protected against overvoltage.

Nach den Fig. 1 und 2 erfolgt das Einschalten der Schaltungsanordnung im steuerbaren Halbleiterventil durch das Zünden des Thyristors 1 mit einem kurzen Stromimpuls iZ über einen Impulsübertrager 3. Der Thyristor 1 übernimmt den Strom iT, sofern es der Stromkreis zulässt und führt diesen Strom bis zum Zeitpunkt, da der Transistor 2 über den Impulsübertrager 4 mit einem Steuersignal i3 angesteuert wird. Unter der Voraussetzung, dass der Schwellwert des Transistors 1 höher ist als die Sättigungsspannung des Transistors 2 kommutiert der Strom iT von dem Thyristor 1 auf den Transistor 2. Der Transistor muss nur solange Strom j0 führen - dargestellt in der Fig. 2 durch die Zeitspanne tL -, wie der Thyristor 1 zum Freiwerden Zeit benötigt. Der Strom iC im Transistor 2 wird anschliessend durch Fortnahme seines Steuersignals iB ausgeschaltet. Parallel zum Impulsübertrager 4 ist eine Diode 5 geschaltet.According to FIGS. 1 and 2, the circuit arrangement is switched on in the controllable semiconductor valve by igniting the thyristor 1 with a short Current pulse iZ via a pulse transmitter 3. The thyristor 1 takes over the current iT, as long as the circuit allows and carries this current until the point in time the transistor 2 is controlled via the pulse transmitter 4 with a control signal i3 will. Provided that the threshold of transistor 1 is higher as the saturation voltage of the transistor 2, the current iT commutates from the thyristor 1 to transistor 2. The transistor only has to carry current j0 as long as it is shown in Fig. 2 by the time period tL - how the thyristor 1 to become free time needed. The current iC in transistor 2 is then removed by removing his Control signal iB switched off. A diode 5 is parallel to the pulse transmitter 4 switched.

Die Vorteile der erfindungsgemässen Lösung bestehen darin, dass Kommutierungsanordnungen wie bei selbstgeführten Wechselrichtern nicht erforderlich sind, und dass zum anderen der Steuerleistungsbedarf gemessen an dem für Transistoren gering ist. Ausserdem ist der Transistor in der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung höher ausnutzbar, da in ihm weder die Einschalt- noch die Durchlassverluste entstehen. Hierdurch ist auch die Gefahr gegenüber einem zweiten Durchbruch geringer. Die Schaltungsanordnung ist bis zu beliebig niedrigen Betriebsfrequenzen zu betreiben, die obere Frequenz grenze hängt von der Freiwerdezeit der verwendeten Thyristoren ab.The advantages of the solution according to the invention are that commutation arrangements as with self-commutated inverters are not required and on the other hand, the control power requirement measured against that for transistors is low. In addition, the transistor is in the circuit arrangement according to the invention more exploitable, since neither the switch-on nor the transmission losses arise in it. This also reduces the risk of a second breakthrough. The circuit arrangement can be operated up to any low operating frequency, the upper frequency limit depends on the release time of the thyristors used.

Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung ist vorteilhafterweise leicht gegen Uberstrom und gegen Uberspannung schützbar.The circuit arrangement according to the invention is advantageously light Can be protected against overcurrent and against overvoltage.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, dient zur Uberwachung der Spannung eine Zenerdiode 11, die zwischen der Anode und dem Steueranschluss des Thyristors 1 angeordnet ist. Uberschreitet die Spannung an der Schaltungsanordnung die Zenerspannung, so wird der Thyristor 1 durch den ansteigenden Zenerstrom, der gleichzeitig über den Steueranschluss des Thyristors fliesst, gezündet. Das Ansprechen des Uberspannungsschutzes mit kann/einer Uberwachungseinrichtung über einen Stromwandler 9, der als Sättigungswandler ausgeführt werden kann, und der in Reihe mit der Zenerdiode liegt, signalisiert werden.As can be seen from FIG. 3, a voltage is used to monitor the voltage Zener diode 11, which is arranged between the anode and the control terminal of the thyristor 1 is. If the voltage on the circuit arrangement exceeds the Zener voltage, then is the thyristor 1 by the increasing Zener current, which at the same time on the Control connection of the thyristor flows, ignited. The response of the overvoltage protection with can / a monitoring device via a current converter 9, which acts as a saturation converter can be carried out, and which is in series with the Zener diode, signals will.

Ein Uberstromschutz ist so auszubilden, dass ein Uberstrom, den der Thyristor 1 führt, erst gar nicht vom Transistor 2 übernommen wird. Zu diesem Zweck wird der Thyristorstrom über einen Schunt 7 erfasst, und der Istwert als Steuersignal einem Transistor 8 zugeführt, der im Steuerkreis des Transistors 2 liegt und dessen Steuersignal i3 somit kurzschliesst. Obersteigt der Thyristorstrom also einen Grenzwert, so schaltet der Transistor durch und schliesst den Steuerstrom i3 für den Transistor 2 kurz, wodurch sein Einschalten verhindert wird. Der im Thyristor 1 fliessende Uberstrom muss durch einen übergeordneten Schutz, z.B. eine Sicherung 6, abgebaut werden, damit der Thyristor nicht zerstört wird. Ein Vorzug dieser Schutzkonzeption ist es, dass der Thyristor vielfach höher überlastbar ist, als ein Transistor.An overcurrent protection must be designed in such a way that an overcurrent caused by the Thyristor 1 leads, is not even taken over by transistor 2. To this end the thyristor current is detected via a shunt 7, and the actual value as a control signal one Transistor 8 supplied, which is in the control circuit of transistor 2 and its control signal i3 thus short-circuits. If the thyristor current exceeds a limit value, it switches the transistor through and short-circuits the control current i3 for transistor 2, thereby preventing it from being switched on. The overcurrent flowing in the thyristor 1 must be dismantled by a higher-level protection, e.g. fuse 6, so that the thyristor is not destroyed. One advantage of this protection concept is it is that the thyristor can be overloaded many times higher than a transistor.

6 S. Beschreibung 5 Patentansprüche 2 Bl. vorl. Zeichnungen m. 3 Fig.6 p. Description 5 patent claims 2 sheets preliminary drawings with 3 figs.

Claims

Claims to fatigue

II)) Circuit arrangement with controllable semiconductor valves, at both switching on and off with a brief control pulse takes place, characterized in that the parallel connection in the power current path a thyristor and a transistor is provided.

2.) Method for operating a circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the thyristor is triggered by a control pulse will and be switched off by briefly taking over the current in a parallel-connected Transistor takes place.

3.) Arrangement according to claim 1, characterized in that as overcurrent protection the control signal of the transistor via another, in the event of an overcurrent in the thyristor ignited transistor short-circuited and to interrupt the current in the power path a higher-level switch is provided.

4.) Arrangement according to claim, characterized in that as overvoltage protection parallel to the power path between the anode 1n and the control connection of the thyristor a zener diode is provided.

5.) Arrangement according to claim 4, characterized in that in series a diode is connected to the zener diode.