-
Patentanmeldung
-
Schaltung für einen Thyristor Die Erfindung betrifft eine Schaltung
für einen elektrische Ströme schaltenden Thyristor, der an seinem Toranschluß mit
umzuschaltenden Potentialen zum Zünden und zum Abschalten gebracht wird.
-
Im einschlägigen Stand der Technik sind eine Vielzahl von Schaltungen
mit einem Thyristor beschrieben, mit dem elektrische Ströme beträchtlicher Stromstrken
wie mit einem mechanischen Schalter geschaltet werden können, wobei sich jedoch
aus dem Fehler der mechanisch bewegten Kontakte große Vorteile ergeben. Solche Vorteile
sind z.B. die, daß Thyristoren keinen Kontaktabbrand haben, keine störende Kontaktverschmutzung
kennen und außerdem keine bisweilen sogar gefährliche Funkenhildung aufweisen.
-
In vielfältiger Weise werden bereits Thyristoren in solchen Anlagen
verwendet, in denen als Versorgungsspannung eine Wechselspannung mit positiver und
auch negativer Phase oder eine gleichgerichtete Wechselspannung vorhanden ist. Bei
solchem Betrieb liegt zeitweise an dem Thyristor keine Spannung an und ein Thyristor
läßt sich zu solchem Zeitpunkt nicht
vorhandener Anodenspannung
gut abschalten. Zum Abschalten legt man z.B. ein aus der negativen Phase abgeleitetes
Potential an den Toranschluß an.
-
Zum Zünden eines Thyristors wird wie bekannt an den Toranschluß des
Thyristors ein Potential angelegt, das gleich oder wenigstens weitgehend gleich
dem an der Anode des Thyristors anliegenden Potential ist, das im Regelfall gleich
dem einen Potential der zu schaltenden Versorgungsspannung ist.
-
Zum Abschalten des Thyristors wird an den Toranschluß ein negatives
Potential gelegt, das den weiteren Stromdurchgang durch diesen Thyristor beendet.
Zum Abschalten eines Thyristors ist speziell für den Fall einer Gleichspannungs-Stromversorgung
die Verwendung eines zusätzlichen Thyristors vorgesehen worden, der zusammen mit
dem eigentlichen stromschaltenden Thyristor eine Art Flip-Flop-Schaltung bildet.
-
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders einfache
Schaltung für das Abschalten eines Thyristors anzugeben, die besonders für den Betrieb
bei Gleichspannung geeignet ist.
-
Diese Aufgabe wird mit einer wie eingangs und im Oberbegriff des Patentanspruches
1 angegebenen Schaltung gelöst, die, damit sie auch für den Betrieb in einer Gleichspannungsanlage
geeignet ist, ein in Reihe mit dem Toranschluß des Thyristors liegenden Vorwiderstand
und einen diesem Vorwiderstand parallel geschalteten Kondensator hat, wobei die
Kapazität C des Kondensators und der Widerstandswert R des Vorwiderstandes so bemessen
sind, daß die R-C-Zeitkonstante derart ausreichend groß ist, daß bei Abschalten
des während Flußbetrieb an dem dem Thyristor entfernt liegenden Anschluß des Vorwiderstandes
anliegenden positiven Potentials und bei Verbinden dieses Anschlusses mit dazu negativerem
Potential die am Toranschluß des Thyristors auftretende negative Impulsspitze zum
Abschalten ausreichend lang andauernd ist.
-
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Potentialänderung
am Toranschluß des Thyristors, genauer an dem erwähnten Anschluß des Vorwiderstandes
unter Verwendung eines mechanischen Umschalters erfolgt, mit dem zum Zünden, gegebenenfalls
über einen schützenden Widerstand, eine Verbindung mit der am Thyristor anliegenden
Anodenspannung hergestellt wird und mit dem durch Umschalten zum Abschalten des
Thyristors eine Verbindung mit dessen Kathode geschaffen wird. Der dazu verwendete
einfache Umschalter kann z. B. ein von Hand ausgelöster Mikroschalter, ein Relais
oder dgl. sein.
-
Mit Rücksicht auf die einfache Steuerbarkeit von gleichspannungsgespeisten
Motoren und mit RUcksicht darauf, daß mit Hilfe der seit längerer Zeit verfügbaren
Halbleiter-Leistungsgleichrichter die Gleichspannungrerxsugnng vereinfacht ist,
bestand schon seit längerer Zeit der Wunsch, in solchen Anlagen anstelle von bisher
verwendeten mechanischen Schaltkontakten Thyristoren zu verwenden. Ein Beispiel
einer solchen Anlage ist z. B. eine Autoscooter-Anlage mit Gleichspannungsbetrieb,
in der die einzelnen Autoscooter Chip-Auswerter haben, in denen nach bisheriger
Praxis die Zuschaltung des einzelnen Autoscooters an die unter Gleichspannung stehende
Gesamtanlage unter Verwendung eines Starkstromrelais erfolgt. Zusätzlich zu diesem
speziellen Anwendungsfall lassen sich eine Vielzahl sonstiger entsprechender Anwendungsfälle
angeben, in denen das gleiche Problem ansteht.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, mit möglichst
einfachen und wenig aufwendigen Mitteln zu erreichen, daß am Toranschluß des Thyristors
im Zeitpunkt des
erwünschten Abschaltens gegenüber der Kathode negatives
Potential auftritt, ohne daß eine ein derartiges Potential liefernde (zusätzliche)
Spannungsquelle vorgesehen sein muß.
-
Der Lösungsgedanke besteht in der Verwendung eines Kondensators, der
bei der Erfindung wie eine solche Spannungsquelle wirkt, die, wenn auch begrenzte,
jedoch für den erfindungsgemäßen Zweck ausreichende Kapazität hat. Dieser Kondensator
wird während des Durchlaßbetriebes des Thyristors, d.h. vor dem Funktionsschritt
des Abschaltens des Thyristors aus einer "Spannungsquelle", aufgeladen. Gemäß einem
Merkmal dieser Erfindung ist diese Spannungsquelle ein Vorwiderstand des Stromkreises
des Toranschlusses des Thyristors, an dem aufgrund des unvermeidlichen, in den Toranschluß
fließenden Stromes (Steuerstrom) ein Spannungsabfall auftritt. Diese Aufladespannung
des erwähnten Kondensators bewirkt bei der zur Sperrung des Transistors vorzunehmenden
Potentialänderung am Toranschluß desselben, daß an diesem Toranschluß eine negative
Impulsspitze auftritt, die für das Sperren des Thyristors ausreichend hoch ist.
Zudem sind Widerstandswert und Kapazität des Vorwiderstandes und des ihm parallel
liegenden Kondensators so bemessen, daß die R-C-Zeitkonstante so groß ist, daß diese
negative Impulsspitze eine derart ausreichend lange Zeit am Toranschluß des Thyristors
auftritt, daß noch während des negativen Impulses der interne Ladungs- und Leitungszustand
des Flußbetriebs des Thyristors abgeklungen ist.
-
Aus der Beschreibung des Schalthilds der beigefügten Figur gehen fUr
den Fachmann noch weitere Einzelheiten der Erfindung hervor.
-
Die mit 2 insgesamt bezeichnete Schaltung hat die Anschlüsse 3 und
4 für eine Versorgungsgleichspannung mit wie in der Figur angegebener Polarität.
Mit 5 ist der durch entsprechendes Potential an seinem Toranschluß 6 zu schaltende
Thyristor bezeichnet. Bei gezündetem Thyristor liegt praktisch das volle Potential
des Anschlusses 4 an dem Anschluß 7, so daß zwischen den Anschlüssen 3 und 7 für
den Verbraucher 8 die volle Gleichspannung herrscht. In gesperrtem Zustand des Thyristors
sind die Anschlüsse 3 und 7 praktisch spannungsfrei. In Reihe mit dem Toranschluß
6 des Thyristors 5 liegt erfindungsgemäß ein Vorwiderstand 11, dem erfindungsgemäß
ein Kondensator 12 parallelgeschaltet ist. Mit 13 ist ein Vorwiderstand bezeichnet,
der gegebenenfalls, insbesondere zum Schutz des Thyristor-Toreinganges vorgesehen
ist. Mit 14 ist ein Umschalter mit den Kontakten A und B bezeichnet. Kontakt mit
A bewirkt, daß bei zwischen den Anschlüssen 3 und 4 anliegender Versorgungsspannung
ein wesentlicher Anteil des Potentials am Anschluß 4, d. h. des Anodenpotentials
an den Toranschluß 6 gelangt. Wegen des unvermeidlichen, in den Toranschluß6 fließenden
Stromes tritt an dem Vorwiderstand 11 ein Spannungsabfall auf, durch den der Kondensator
12 auf eine Spannung aufgeladen wird, deren Polarität in der Figur dargestellt ist.
-
Soll nun der Thyristor 5 gesperrt werden, wird der Schalter 14 zur
Kontaktgabe mit B umgeschaltet. Das bedeutet, daß an dem mit 15 bezeichneten Schaltungspunkt
das Potential der Kathode des Thyristors 5 gelangt. Da jedoch aufgrund der erfindungsgemäß
getroffenen Bemessung des Widerstandswertes R des Vorwiderstandes 11 und des Kapazitätewertes
C des Kondensators 12, wobei diese Bemessung der Eingangscharakteristik am Toranschluß
6 angepaßt ist, die wie in
der Figur eingetragene Aufladespannung
am Kondensator 12 wenigstens eine Zeitlang aufrecht erhalten bleibt, tritt am Toranschluß
6 des Thyristors 5 eine gegenüber der Kathode desselben bzw. gegenüber dem Schaltungspunkt
15 negative Impulsspitze auf. Diese Impulsspitze klingt zwar mit der Entladung über
den Vorwiderstand11 ab. Dies erfolgt jedoch erfindungsgemäß genügend langsam, so
daß mit Verschwinden dieser negativen Impulsspitze kein Wiederzünden des Thyristors
5 erfolgen kann, obwohl zwischen den Anschlüssen 3 und 4 die Versorgungs-Gleichspannung
angeschlossen bleibt.
-
Für ein spezielles Bemessungsbeispiel mit einem Thyristor G 5003 1
seien für den Vorwiderstand 11 4,7 k0hm und für den Kondensator 12 0,068 nF genannt.
Mit Kenntnis der vorliegenden Frfindungsbeschreibung ist der Fachmann in der Lage,
für den jeweiligen Einzelfall, z. B. für andere an ihrem Toranschluß zu sperrende
Thyristoren andere geeignete Bemessungen für den Vorwiderstand 11 und den Kondensator
12 aufzufinden, mit dem er im Betrieb im Augenblick des Sperrens des Thyristors
eine genügend hohe und genUgend zeitlich lange negative Impulsspitze erreicht.
-
- Patentansprüche -