DE2633295A1 - Triggering circuit for power thyristor - uses opto-electronic couplers to charge energy store whose discharge turns on thyristor - Google Patents

Triggering circuit for power thyristor - uses opto-electronic couplers to charge energy store whose discharge turns on thyristor

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DE2633295A1 DE19762633295 DE2633295A DE2633295A1 DE 2633295 A1 DE2633295 A1 DE 2633295A1 DE 19762633295 DE19762633295 DE 19762633295 DE 2633295 A DE2633295 A DE 2633295A DE 2633295 A1 DE2633295 A1 DE 2633295A1
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Abstract

The triggering circuit, for a power thyristor, uses electro-optical couplers (LEDs/phototransistors) to charge an energy storing capacitor, inductor or battery, and then discharges the store to turn on the thyristor. Two electrooptical couplers (2, 3) may be used to charge a capacitor and a third (1) to switch it to the thyristor gate, or three couplers charge the capacitor which is automatically connected to the gate via a threshold diode and transistor switch when its voltage reaches a given level. In another alternative circuit one coupler is connected across a storage inductor thyristor's gate and cathode.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Zünden bistabiler Leistungsbauelemente, insbesondere von Thyristoren.The invention relates to a circuit arrangement for triggering bistable power components, in particular thyristors.

Derzeit werden Thyristoren gewöhnlich über Steuertransformatoren gezündet. Soweit bereits optoelektronische Koppelelemente zur Steuerimpulsübertragung eingesetzt werden, wird die zum Steuern benötigte Energie von einem zusätzlichen oft erdfreien Stromversorgungsgerät geliefert, was einen aufwendigen Schaltungsaufbau bedingt. Es ist schließlich auch schon erwogen worden, die zum Steuern benötigte Energie dem Anodenkreis des Thyristors zu entnehmen; dieses Verfahren ist aber nicht für alle Anwendungsfälle geeignet.Currently, thyristors are usually triggered by means of control transformers. If optoelectronic coupling elements are already used for control pulse transmission, the energy required for control is supplied by an additional, often floating, power supply device, which requires a complex circuit structure. Finally, it has also already been considered to take the energy required for control from the anode circuit of the thyristor; however, this method is not suitable for all applications.

Bekanntlich benötigen kleine, für Lichtnetzbetriebe geeignete Thyristoren Steuerenergien von ungefähr 5 . 10-8 Ws. Selbst Hochleistungs-Thyristoren erfordern lediglich Steuerenergien in der Größenordnung von einigen 10-6 Ws.It is well known that small thyristors suitable for power supply companies require control energies of around 5. 10-8 Ws. Even high-performance thyristors only require control energies on the order of a few 10-6 Ws.

Die derzeit handelsüblichen optoelektronischen Koppelelemente können innerhalb von etwa 20 ms eine Energie von etwa 10-6 Ws übertragen.The currently commercially available optoelectronic coupling elements can transmit an energy of about 10-6 Ws within about 20 ms.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zum Zünden von Thyristoren anzugeben, bei der mit optoelektronischen Koppelelementen ohne Verwendung weiterer Energiequellen Thyristoren gezündet werden können.It is therefore the object of the invention to specify a circuit arrangement for triggering thyristors, in which thyristors can be triggered with optoelectronic coupling elements without the use of further energy sources.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass vor dem Zünden über den Lichtempfänger eines optoelektronischen Koppelelements in einem Speicherglied Energie gespeichert wird, die dann zum Zünden über die Steuerstrecke des Leistungsbauelements entladen wird.According to the invention, this object is achieved in that, prior to ignition, energy is stored in a storage element via the light receiver of an optoelectronic coupling element, which energy is then discharged for ignition via the control path of the power component.

Es ist vorteilhaft, dass dadurch die gesamte Zeit zwischen zwei Zündungen zum Speichern der Energie ausgenutzt wird.It is advantageous that the entire time between two ignitions is used to store the energy.

Als Speicherglied sind ein Kondensator, ein Akkumulator oder eine Induktivität geeignet.A capacitor, an accumulator or an inductor are suitable as the storage element.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht bei einer Schaltungsanordnung zum Zünden von Thyristoren darin, dass der Kondensator einerseits zwischen der Kathode (zweiter Steuersignalanschluss) des Thyristors und der Reihenschaltung aus dem Lichtempfänger eines ersten Koppelelements und aus der Steuerelektrode des Thyristors und andererseits parallel zu den Lichtempfängern weiterer Koppelelemente liegt.A further development of the invention in a circuit arrangement for triggering thyristors consists in that the capacitor is placed between the cathode (second control signal connection) of the thyristor and the series connection of the light receiver of a first coupling element and the control electrode of the thyristor and, on the other hand, parallel to the light receivers of further coupling elements lies.

In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist bei einer Schaltungsanordnung zum Zünden von Thyristoren vorgesehen, dass der Kondensator einerseits zwischen der Kathode (zweiter Steuersignalanschluss) des Thyristors und der Reihenschaltung aus der Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors und aus der Steuerelektrode des Thyristors und andererseits parallel zur Reihenschaltung aus einem Widerstand und einer Diode liegt, und dass die Lichtempfänger der Koppelelemente in Reihe liegen und einerseits mit der Basis des Transistors sowie dem Mittelpunkt zwischen der Diode und dem Widerstand und andererseits mit der Anode des Thyristors verbunden sind.In another development of the invention, a circuit arrangement for triggering thyristors provides that the capacitor on the one hand between the cathode (second control signal connection) of the thyristor and the series connection of the emitter-collector path of a transistor and from the control electrode of the thyristor and on the other hand in parallel for series connection of a resistor and a diode, and that the light receivers of the coupling elements are in series and are connected on the one hand to the base of the transistor and the midpoint between the diode and the resistor and on the other hand to the anode of the thyristor.

Schließlich zeichnet sich bei einer Schaltungsanordnung zum Zünden von Thyristoren die Erfindung noch dadurch aus, dass die Induktivität parallel zu den Ausgängen des Lichtempfängers des Koppelelements und zwischen der Kathode und der Steuerelektrode des Thyristors liegt.Finally, in a circuit arrangement for triggering thyristors, the invention is also characterized in that the inductance is parallel to the outputs of the light receiver of the coupling element and between the cathode and the control electrode of the thyristor.

Die Erfindung ermöglicht eine Schaltungsanordnung zum Zünden von Thyristoren, wobei zur Steuerimpulsübertragung optoelektronische Koppelelemente verwendet werden und keine weiteren Energiequellen erforderlich sind.The invention enables a circuit arrangement for triggering thyristors, with optoelectronic coupling elements being used for control pulse transmission and no further energy sources being required.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, und Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.1 shows a first embodiment of the invention, FIG. 2 shows a second embodiment of the invention, and FIG. 3 shows a third embodiment of the invention.

In der Fig. 1 bestehen drei optoelektronische Koppelelemente 1, 2, 3 jeweils aus einer Diode D, und einem Transistor T, beziehungsweise aus einer Diode D2 und einem Transistor T2 beziehungsweise aus einer Diode D3 und einem Transistor T3. An der Diode D1 liegt ein Steuerimpuls 1st mit einer Impulshöhe von 10
<NichtLesbar>
und einer Impulsbreite von 10 µs. Durch die in Reihe geschalteten Dioden D2 und D3 fließt ein Strom I - 50 min. Die Kollektor-Basis-Strecken der Transistoren T2 und T3 arbeiten als Fotoelement. Dagegen arbeitet beim Transistor T1 die Emitter-Kollektor-Strecke als Fototransistor. Der Kollektor des Transistors T1 ist einerseits an die Basis des Transistors T2 und andererseits an einen Kondensator C angeschlossen. Der Kollektor des Transistors T2 ist mit der Basis des Transistors T3 verbunden. Der Kollektor des Transistors T3 ist einerseits an den Kondensator C und andererseits an die Kathode eines Thyristors Th sowie an Netzspannung angeschlossen. Der Emitter des Transistors T1 ist mit dem Steueranschluss des Thyristors Th verbunden, während dessen Anode über einen Verbraucher V an Netzspannung liegt.In FIG. 1, three optoelectronic coupling elements 1, 2, 3 each consist of a diode D and a transistor T, or a diode D2 and a transistor T2 or a diode D3 and a transistor T3. A control pulse 1st with a pulse height of 10 is applied to diode D1
<notreadable>
and a pulse width of 10 µs. A current of I - 50 min flows through the series-connected diodes D2 and D3.The collector-base paths of the transistors T2 and T3 work as a photo element. In contrast, the emitter-collector path of the transistor T1 works as a phototransistor. The collector of the transistor T1 is connected on the one hand to the base of the transistor T2 and on the other hand to a capacitor C. The collector of the transistor T2 is connected to the base of the transistor T3. The collector of the transistor T3 is connected on the one hand to the capacitor C and on the other hand to the cathode of a thyristor Th and to the mains voltage. The emitter of the transistor T1 is connected to the control connection of the thyristor Th, while its anode is connected to the mains voltage via a load V.

Die Dioden D2 und D3 werden mit Gleichstrom versorgt. Die Transistoren T2 und T3 laden dann den Kondensator C auf eine Spannung von ungefähr 1,2 V auf. Vor den Ladevorgang steht die gesamte Periode der Netzwechselspannung zur Verfügung. Der Steuerimpuls ist schaltet den Transistor T3 ein, so dass sich ein Teil der im Kondensator C gespeicherten Energie in wenigen µs über die Steuerstrecke des Thyristors Th entladen kann. Dadurch wird der Thyristor Th gezündet.The diodes D2 and D3 are supplied with direct current. The transistors T2 and T3 then charge the capacitor C to a voltage of approximately 1.2V. The entire period of the mains AC voltage is available before the charging process. The control pulse switches on the transistor T3, so that part of the energy stored in the capacitor C can be discharged in a few microseconds via the control path of the thyristor Th. This triggers the thyristor Th.

In der Fig. 2 ist ein weiteres Beispiel der Erfindung dargestellt, bei dem sowohl die Energie als auch das Steuersignal über die optoelektronischen Koppelelemente 1, 2, 3 übertragen wird. In dieser Figur sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1.A further example of the invention is shown in FIG. 2, in which both the energy and the control signal are transmitted via the optoelectronic coupling elements 1, 2, 3. In this figure, parts that correspond to one another are provided with the same reference numerals as in FIG. 1.

Im Gegensatz zu Fig. 1 sind hier die Dioden D1, D2 und D3 in Reihe geschaltet. Weiterhin sind die Transistoren T1, T2 und T3 mit ihren Basis-Kollektor-Strecken in Reihe geschaltet und bilden mit einem Widerstand R von 22 k? eine geschlossene Schleife. Parallel zum Widerstand R liegen eine weitere Diode D4 und der Kondensator C mit einer Kapazität von 0,47 µF. Die Diode D4 liegt dabei in Durchlassrichtung zwischen der Basis und dem Emitter eines weiteren Transistors T4. Der Kollektor des Transistors T4 ist mit der Steuerelektrode des Thyristors Th verbunden. Außerdem ist die Kathode des Thyristors Th an den Kondensator C, den Widerstand R und den Kollektor des Transistors T3 angeschlossen.In contrast to FIG. 1, the diodes D1, D2 and D3 are connected in series here. Furthermore, the transistors T1, T2 and T3 are connected in series with their base-collector paths and, with a resistance R of 22 k? a closed loop. A further diode D4 and the capacitor C with a capacitance of 0.47 µF are parallel to the resistor R. The diode D4 lies in the forward direction between the base and the emitter of a further transistor T4. The collector of the transistor T4 is connected to the control electrode of the thyristor Th. In addition, the cathode of the thyristor Th is connected to the capacitor C, the resistor R and the collector of the transistor T3.

Beim Laden des Kondensators C fließt Strom über die Diode D4. Der Transistor T4 ist während dieser Zeit gestoppt. Wird der Strom durch die Leuchtdioden D1, D2 und D3 unterbrochen, dann fließt ein Strom vom Kondensator C über die Emitter-Basis-Strecke des Transistors T4 und den Widerstand R. Dadurch wird der Transistor T4 leitend, so dass der Kondensator C an der Steuerelektrode des Thyristors liegt. Bei diesem Ausführungsbeispiel steht eine Zündspannung von 1,7 V zur Verfügung.When the capacitor C is charged, current flows through the diode D4. The transistor T4 is stopped during this time. If the current through the LEDs D1, D2 and D3 is interrupted, a current flows from the capacitor C via the emitter-base path of the transistor T4 and the resistor R. This makes the transistor T4 conductive, so that the capacitor C is connected to the control electrode of the thyristor. In this exemplary embodiment, an ignition voltage of 1.7 V is available.

Die notwendige Zündspannung hängt von der tiefsten Umgebungstemperatur und vom verwendeten Thyristortyp ab. Kleinleistungs-Thyristoren benötigen größere Steuerspannungen. Die Anzahl der in Reihe geschalteten optoelektronischen Koppelelemente 1 bis 3 hängt daher von der gestellten Aufgabe ab. Da ausreichend Steuerenergie zur Verfügung steht und lediglich die Spannungsanpassung ein wirtschaftliches Problem darstellt, lassen sich bei ausreichendem Bedarf integrierte Mehrfach-Fotoelemente herstellen, so dass bereits ein optoelektronisches Koppelelement zum Zünden des Thyristors Th genügt.The required ignition voltage depends on the lowest ambient temperature and the type of thyristor used. Low-power thyristors require higher control voltages. The number of optoelectronic coupling elements 1 to 3 connected in series therefore depends on the task at hand. Since sufficient control energy is available and only the voltage adjustment is an economic problem, integrated multiple photo elements can be produced if there is sufficient demand, so that an optoelectronic coupling element is sufficient to ignite the thyristor Th.

Die Fig. 3 zeigt ein weiteres, vereinfachtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Steuerimpuls ist liegt an der Diode D1 des einzigen optoelektronischen Koppelelements 1. Der Kollektor des Fototransistors T1 des optoelektronischen Koppelelements 1 ist mit der Basis des Transistors T1 über eine Induktivität L verbunden. Die Induktivität L verbindet auch den Steueranschluss des Thyristors Th mit dessen Kathode beziehungsweise zweiten Steuersignalanschluß.3 shows a further, simplified exemplary embodiment of the invention. The control pulse is applied to the diode D1 of the single optoelectronic coupling element 1. The collector of the phototransistor T1 of the optoelectronic coupling element 1 is connected to the base of the transistor T1 via an inductance L. The inductance L also connects the control connection of the thyristor Th to its cathode or second control signal connection.

Das optoelektronische Koppelelement 1 liefert hier einen Strom, der ein Magnetfeld in der Induktivität L aufbaut. Beim Abschalten des durch die Diode D1 fließenden Lumineszenz-Diodenstroms entsteht am oberen Ende der Induktivität eine positive Spannung, die den Thyristor Th zündet. Bei diesem Ausführungsbeispiel stehen beliebige große Steuerspannungen zur Verfügung. Um aber bei den verfügbaren Strömen des optoelektronischen Koppelelements ausreichende Leistung speichern zu können, müssen relativ große Induktivitätswerte (? 102 mH) vorgesehen werden.The optoelectronic coupling element 1 supplies a current that builds up a magnetic field in the inductance L here. When the luminescence diode current flowing through the diode D1 is switched off, a positive voltage arises at the upper end of the inductance, which ignites the thyristor Th. In this exemplary embodiment, any large control voltages are available. However, in order to be able to store sufficient power with the available currents of the optoelectronic coupling element, relatively large inductance values (−102 mH) must be provided.

Dieses Ausführungsbeispiel ist wesentlich einfacher als eine Schaltungsanordnung zum Zünden von Thyristoren mittels Steuertransformatoren, denn es können einfache Luftspulen ohne Isolationsforderungen verwendet werden. Es ist vorteilhaft, wenn die Diode D1 mit einem kurzen (? 1 ms) aber großen Stromimpuls betrieben wird.This exemplary embodiment is much simpler than a circuit arrangement for triggering thyristors by means of control transformers, because simple air-core coils can be used without insulation requirements. It is advantageous if the diode D1 is operated with a short (? 1 ms) but large current pulse.

Die Erfindung eignet sich nicht nur zum Zünden von Thyristoren, sondern auch von anderen bistabilen Leistungsbauelementen, zum Beispiel von Triacs.The invention is not only suitable for triggering thyristors, but also other bistable power components, for example triacs.

13 Patentansprüche 3 Figuren13 claims 3 figures

Claims (13)

1. Schaltungsanordnung zum Zünden bistabiler Leistungsbauelemente, insbesondere von Thyristoren, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass vor dem Zünden über den Lichtempfänger eines optoelektronischen Koppelelements in einem Speicherglied Energie gespeichert wird, die dann zum Zünden über die Steuerstrecke des Leistungsbauelements entladen wird.1.Circuit arrangement for igniting bistable power components, in particular thyristors, d a d u r c h g e n n z e i c h n e t that before ignition via the light receiver of an optoelectronic coupling element, energy is stored in a storage element, which is then discharged for ignition via the control path of the power component. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die gesamte Zeit zwischen zwei Zündungen zum Speichern der Energie ausgenutzt wird.2. Circuit arrangement according to claim 1, that the entire time between two ignitions is used to store the energy. n e t, dass das Speicherglied im Kondensator ist.n e t that the storage element is in the capacitor. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Speicherglied ein Akkumulator ist.4. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the memory element is an accumulator. z e i c h n e t, dass das Speicherglied eine Induktivität ist.it is clear that the memory element is an inductance. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, zum Zünden von Thyristoren, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Kondensator (C) einerseits zwischen der Kathode (zweiter Steuersignalanschluss) des Thyristors und der Reihenschaltung aus dem Lichtempfänger (T1) eines ersten Koppelelements und aus der Steuerelektrode des Thyristors (Th) und andererseits parallel zu den Lichtempfängern (T2, T3) weiterer Koppelelemente liegt (Fig. 1).6. Circuit arrangement according to claim 3, for igniting thyristors, characterized in that the capacitor (C) on the one hand between the cathode (second control signal connection) of the thyristor and the series connection of the light receiver (T1) of a first coupling element and of the control electrode of the thyristor (Th ) and on the other hand parallel to the light receivers (T2, T3) of further coupling elements (Fig. 1). 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Lichtsender (D1) des ersten Koppelelements mit einem Steuerimpuls beaufschlagt ist, und dass die Lichtsender (D2, D3) der weiteren Koppelelemente an einer Gleichspannung liegen (Fig. 1).7. Circuit arrangement according to claim 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, that the light transmitter (D1) of the first coupling element is acted upon with a control pulse, and that the light transmitters (D2, D3) of the further coupling elements are connected to a DC voltage (Fig. 1). 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, zum Zünden von Thyristoren, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Kondensator (C) einerseits zwischen der Kathode (zweiter Steuersignalanschluss) des Thyristors (Th) und der Reihenschaltung aus der Emitter-Kollektor- Strecke eines Transistors (T4) und aus der Steuerelektrode des Thyristors und andererseits parallel zur Reihenschaltung aus einem Widerstand (R) und einer Diode (D4) liegt, und dass die Lichtempfänger (T1 bis T3) der Koppelelemente in Reihe liegen und einerseits mit der Basis des Transistors (T4) sowie dem Mittelpunkt zwischen der Diode (D4) und dem Widerstand (R) und andererseits mit der Anode des Thyristors (Th) verbunden sind (Fig. 2).8. Circuit arrangement according to claim 3, for igniting thyristors, characterized in that the capacitor (C) on the one hand between the cathode (second control signal connection) of the thyristor (Th) and the series connection of the emitter-collector path of a transistor (T4) and off the control electrode of the thyristor and on the other hand parallel to the series connection of a resistor (R) and a diode (D4), and that the light receivers (T1 to T3) of the coupling elements are in series and on the one hand with the base of the transistor (T4) and the center point between the diode (D4) and the resistor (R) and on the other hand to the anode of the thyristor (Th) are connected (Fig. 2). 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Lichtsender (D1 bis D3) der Koppelelemente mit einem Steuerimpuls beaufschlagt sind (Fig. 2).9. Circuit arrangement according to claim 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the light transmitters (D1 to D3) of the coupling elements are acted upon with a control pulse (Fig. 2). 10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Induktivität (L) parallel zu den Ausgängen des Lichtempfängers des Koppelelements und zwischen der Kathode und der Steuerelektrode des Thyristors (Th) liegt (Fig. 3).10. Circuit arrangement according to claim 6, that the inductance (L) is parallel to the outputs of the light receiver of the coupling element and between the cathode and the control electrode of the thyristor (Th) (Fig. 3). n e t, dass die Ausgänge des Lichtempfängers die Kollektor-Basis-Strecke eines Transistors ist (Fig. 3).n e t that the outputs of the light receiver is the collector-base path of a transistor (Fig. 3). 12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Lichtsender eine Diode ist.12. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the light transmitter is a diode. 13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10 oder 11, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t, dass der Lichtsender des Koppelelements mit Impulsen einer Dauer von ca. 1 ms betrieben ist.13. Circuit arrangement according to claim 10 or 11, that the light transmitter of the coupling element is operated with pulses of a duration of approximately 1 ms.
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