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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Thyristoren
und im besonderen auf das der Photothyristoren. Sie betrifft insbesondere einen
Zweirichtungs-Photothyristoraufbau cowie eine Torschaltung hierfür.
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Es ist bekannt, daß Thyristoren auf den verschiedensten Gebieten
eingesetzt werden. Herkömmliche Thyristoren werden mit elektrischen Signalen gezündet.
Bei einer Zündung des Thyristors mit einem elektrischen Signal müssen eine Torschaltung
und eine Hauptschaltung elektrisch voneinander isoliert sein. Die Torschaltung ist
daher mit einem Tor-Übertrager versehen, welcher hohe Spannungen aushält. Das Vorsehen
eines Tor-Übertragers mit hoher Spannungsfestigkeit für jeden Thyristor macht jedoch
eine Tor-Vorrichtung teuer sowie großvolumig und empfiehlt sich daher aus ökonomischen
Gesichtspunkten nicht.
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Zur Lösung dieser Probleme wurde ein Photothyristor vorgeschlagen,
welcher mit einem Lichtsignal gezündet wird.
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Es ist bekannt, den Photothyristor dadurch zu zünden, daß eine lichtemittierende
Vorrichtung zum Leuchten gebracht wird.
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Thyristoren werden oft entgegengesetzt parallel verschaltet verwendet.
Ein typisches Beispiel ist eine statische Lehonard-Vorrichtung für die umkehrbare
Geschwindigkeitssteuerung eines Gleichspannungsmotors.
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Die statische Lehonard-Vorrichtung ist so aufgebaut, daß zwei Sätze
von Thyristor-Stromrichtern in Craetz-Schaltung parallel und einander entgegengesetzt
verschaltet sind und daß die Geschwindigkeitssteuerung des Gleichspannungs-
motors
durch Steuerung der Zündphasen der Thyristoren durchgeführt wird. Bei solchen zwei
Sätzen von Thyristor-Stromrichtemsind der positivseitige Thyristor des vorwärtsseitigen
Stromrichters und der negativseitige Thyristor des rückwärtsseitigen Stromrichters
bezüglich einer identischen Phase in paralleler umgekehrter Beziehung angeschlossen.
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Durch die Anmelderin wurde bereits früher das Vorsehen von Photothyristoren
für einen solchen Zweck in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 46788/1977
vorgeschlagen.
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Mit solchen Zweirichtungs-Photothyristoren wird die Anzahl der Verbindungsdrähte
für die Hauptschaltung äußerst gering. Dies wirkt sich dahingehend günstig aus,
daß eine Vorrichtung mit Photothyristoren miniaturisiert werden kann.
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Es werden jedoch zwei optische Auslöseeinrichtungen, die eine Torschaltung
für die Zweirichtungs-Photothyristoren bilden, unabhängig voneinander gesteuert
und Anschlüsse, die sich in ihrer Anzahl auf vier belaufen, sind für Anoden und
Kathoden der optischen Auslöseeinrichtung vorgesehen.
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Die Erfindung schafft Zweirichtungs-Photothyristoren, für welche
sich eine stabile Zündsteuerung mit einem Minimum an Verdrahtung für die zugehörige
optische Auslöseeinrichtung durchführen läßt.
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Ferner schafft die Erfindung eine Torschaltung, welche solche Zweirichtungs-Photothyristoren
stabil zündet.
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Darüber hinaus schafft die Erfindung eine Torschaltung, welche eine
geringe Anzahl von Verbindungsdrähten für den Fall einer Zündung einer Anzahl von
Sätzen solcher Zweirichtungs-Photothyristoren aufweist.
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Unter einem Gesichtspunkt hinsichtlich dessen, was die Erfindung
leistet, werden zwei Leuchtdioden als optische Auslöseeinrichtung für Zweirichtungs-Thyristoren
verwendet
und diejenigen Elektroden der zwei Leuchtdioden, welche
die gleiche Polarität haben, sind hinsichtlich nur einer von zwei Polaritaten zu
einer gemeinsamen Elektrode vereiniqt, w~ahrnd die übrigen zwei Elektroden zu unabhängigen
Elektroden gemacht werden, so daß Elektroden in einer Anzahl von drei als Elektroden
für die optische Auslöseeinrichtung ausreichen.
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Unter einem weiteren Gesichtspunkt hinsichtlich dessen, was die Erfindung
leistet, sind die gemeinsame Elektrode der gleichen Polarität der zwei Leuchtdioden
für solche Zweirichtungs-Thyristoren und ein Gemeinsampotentialanschluß einer Tor-Steuerschaltung
miteinander verbunden, wodurch sich eine Torschaltung mit einer geringen Anzahl
von Verbindungsdrähten ergibt.
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Unter einem dritten Gesichtspunkt hinsichtlich dessen, was die Erfindung
leistet, sind bei einem Gerät mit einer Anzahl von Sätzen solcher Zweirichtungs-Photothyristoren
die gemeinsamen elektroden der Leuchtdioden für die Anzahl von Sätzen von Zweirichtungs-Transistoren
mit einem Gemeinsampotentialanschluß einer Tor-Steuerschaltung verbunden, wodurch
sich eine Torschaltung mit einer geringen Gesamtzahl von Verbindungsdrähten ergibt.
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Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden in Verbindung
mit der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser ist bzw. sind Fign. la Darstellungen
zur Erläuterung eines Problems, und 1b welches sich auf dem Wecr. ergab, der schließlich
zur Erfindung führte, Fign. 2 und 3 Darstellungen von erfindungsgemäßen Ausführungsformen
einer Torschaltung, und Fig. 4 eine Darstellung einer Ausführungsform, betreffend
den Aufbau von Zweirichtungs-Photothyristoren gemäß der Erfindung.
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Zur Verminderung der Anzahl von Verbindungsdrähten für optische Auslöseeinrichtungen
für Zweirichtungs-#Photothyristoren versuchten die Erfinder, eine gemeinsame Elektrode
für die zwei optischen Auslöseeinrichtungen vorzusehen.
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Eine Schaltung für diesen Fall ist in Fig. 1a gezeigt.
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In dieser Figur bezeichnen PT1, PT2 ... und PTg Photothyristoren.
Jedes Paar von Photothyristoren PT1 und PTZ, PT3 und PT4, ... bzw. PT7 und PT8 liegt
nebeneinander auf einem identischen Substrat.
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Die Photothyristoren PT1 und PT2 sollen durch Lichtimpulse gezündet
werden, die durch eine optische Auslöseeinrichtung P1 bzw. P2 erzeugt werden. Ähnlich
sollen die Photothyristoren PT3, PT4 ... und PT8 der Zündsteuerung durch optische
Auslöseeinrichtungen unterworfen werden, die aber in der Figur nicht dargestellt
sind.
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M bezeichnet einen Gleichspannungsmotor, DCL eine Gleichspannungsdrossel,
AC eine Wechselspannungsquelle und GC eine Tor-Steuerschaltung.
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Hier sind die Photothyristoren PT1 und PT2 sowie die optischen Auslöseeinrichtungen
P1 und P2 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Die gemeinsame Elektrode der
optischen Auslöseeinrichtungen P1 und P2 sind mit einem Anschluß S1 der Tor-Steuerschaltung
GC verbunden.
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Die anderen Elektroden der optischen Auslöseeinrichtungen P1 und
P2 sind mit dem Anschluß S2 bzw. S3 der Tor-Steuerschaltung GC verbunden. Elektrische
Zündimpulse e1 und e2 werden zwischen den Anschlüssen S1 und S2 bzw. den Anschlüssen
S1 und S3 erzeugt und bewirken, daß die optischen Auslöseeinrichtungen P1 und P2
Licht emittieren. Damit kommt es zu einer Steuerung und Zündung der Photothyristoren
3T1 und P in geeigneten Zündphasen.
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Dementsprechend nahm man an, daß die Anzahl von Verbindungsdrähten
für die optischen Auslöseeinrichtungen P1 und P2 3 sein könnte und daß eine stabile
Zündsteuerung mit drei Verbindungsdrähten möglich sein würde.
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Es ergab sich jedoch ein unerwartetes Problem. Dieses Problem bestand
darin, daß der Zündimpuls, der durch die eine der optischen Auslöseeinrichtungen
(P1 oder P2) fließen sollte, zur anderer optischen Auslöseeinrichtung (P2 oder P1)
lecktep so daß auch die andere optische Auslöseeinrichtung Licht emittierte und
eine nicht vorgesehene Zündung des entsprechenden Photothyristors hervorrief Das
heißt, wenn der Zündimpuls e2 eine Lichtemission der optischen Auslöseeinrichtung
p2 bewirkt, leckt er auch zur optischen Auslöseeinrichtung P1 1 mit dem Ergebnis
einer Falschzündung Der Anschluß S1 ist ein gemeinsamer Anschluß der Tor-Steuerschaltung
GC und wird üblicherweise auf Erdpotential gehalten. Deshalb sollte der Leckstrom
eigentlich nicht von der Schaltung der Fig 1a herrühren.
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Es wurde daher nach der Ursache für ~das Lecken gesucht.
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Als Ergebnis hat sich gezeigt, daß bei der Schaltung der Fig. 1a der
Verbindungsdraht eine hinreichend hohe Impedanz für den Zündimpuls mit seinem raschen
Anstieg darstellt und daß in Wirklichkeit eine Schaltung, wie sie in Fig. 1b gezeigt
ist, vorliegt. L11 L2 und L3 stellen Induktivitäten der Verbindungsdrähte dar, die
die Größenordnung von ßH erreichen, wenn sie auch von der Länge der Drähte abhängen.
Sie bilden deshalb merkliche Impedanzen, weil die Zündimpulse e1 und e2 üblicherweise
Anstiegszeiten von ungefähr 1 Eis haben Aus diesem Grund bewirkt ein Strom i11 welcher
aufgrund des Zündimpulses e2 durch die optische Auslöseeinrichtung P2
fließt,
eine Potentialdifferenz über der Impedanz L2, mit dem Ergebnis, daß ein Strom i2
durch die optische Auslöseeinrichtung P1 fließt.
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Zur Lösung dieses neu aufgetretenen Problems wurde das unten b&schriebene
Verfahren herangezogen.
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Üblicherweise werden Leuchtdioden als optische Aus löseeinrichtungen
verwendet. Der Leckstrom wird daher abgeblockt, indem man die Richtungen der elektrischen
Leitung von Leuchtdioden geschickt ausnützt.
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Zu diesen Zweck werden diejenigen Elektroden der Leuchtdioden, welche
die gleiche Polarität haben, in einer gemeinsamen Elektrode zusammengeschaltet.
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So erhaltene Ausführungsformen der Erfindung sind in den Fign. 2
und 3 dargestellt. In diesen Figuren bezeichnen gleiche Symbole wie in Fig. 1 die
gleichen Komponenten.
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Die Ausführungsform der Fig. 2 unterscheidet sich von der Schaltung
der Fig. 1b dadurch, daß die Kathoden der Leuchtdioden PD1 und PD2 mit dem Anschluß
S1 verbunden sind, während ihre Anoden mit den Anschlüssen S2 bzw.
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verbunden sind.
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Wird nun der Zündimpuls e1 zwischen den Anschlüssen und S2 angelegt,
um zu bewirken, daß ein Torstrom durch die Leuchtdiode PD1 fließt, dann emittiert
bei einer solchen Anordnung die Diode PD1 und zündet den Photothyristor PT1.
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Dabei spannt der Zündimpuls e1 die Leuchtdiode PD2 in Rückwärtsrichtung
vor. Die Leuchtdiode PD2 emittiert daher kein Licht.
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Wenn nachfolgend der Zündimpuls e2 zwischen den Anschlüssen S1 und
S3 aufgegeben wird, emittiert die Leuchtdiode PD2 Licht, während die Leuchtdiode
PD1 in Rückwärtsrichtung vorgespannt wird und kein Licht emittiert.
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Die Kathoden der Leuchtdioden PD1 und PD2 sind
mit
dem gemeinsamen Potentialanschluß S1 der Tor-Steuerschaltung GC verbunden, wodurch
eine Falschzündung für jeden der zwei parallel und umgekehrt zueinander angeschlossenen
Photothyristoren zuverlässig verhindert werden kann.
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Bei der gerade beschriebenen Ausführungsform sind es die Rathoden
der zwei Leuchtdioden, die mit dem gemeinsamen Potentialanschluß verbunden sind,
es {-rsteht sich jedoch, daß auch die Anoden mit dem gemeinsamen Potentialanschluß
verbunden sein können.
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Was die Ausführungsform der Fig. 2 betrifft, so wurde ein einziger
2-To#Zweirichtunqs-Pho Wthvristoraufbau beschrieben.
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Ferner können gemäß der Erfindung Verbindungsdrähte, welche mit den
gemeinsamen Potentialanschlüssen aller vorhandener 2-Tor-Zweirichtungs-Photothyristoraufbauten
verbinden, gemeinsam gemacht werden, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.
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Gemäß Fig. 3 emittiert in einem Fall, wo der Zündimpuls e1 zwischen
den Anschlüssen S1 und S2 zur Zufuhr eines Torsignals an die Leuchtdiode PD1 aufgegeben
wird, die Leuchtdiode PD2 natürlich kein Licht, und auch die Leuchtdioden PD3 und
PD4 sind in Rückwärtsrichtung vorgespannt. Dementsprechend emittieren die Leuchtdioden
PD3 und PD4 kein Licht, und es kommt zu keiner Falschzündung der Photothyristoren
PT3 und PT4. Als Ergebnis dessen, läßt sich die Anzahl der Verbindungsdrähte weiter
vermindern.
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Fig. 4 zeigt ein Beispiel des Aufbaus von Photothyristoren gemäß
der Erfindung, welche einen solchen Effekt hinsichtlich der Verbindungsdrähte hervorbringen.
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In dieser Figur bezeichnen 1 einen Hauptanschluß, 2 einen mit einem
Gewinde versehenen Anschluß und 3 sowie 4 Tor-Anschlüsse, welche mit den Anoden
der Leuchtdioden 61 bzw. 62 verbunden sind.
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Die Kathoden der Leuchtdioden 61 und 62 sind gemeinschaftlich an
einen gemeinsanen Toranschluß 5 angeschlossen.
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71 und 72 sind photoempfindliche Thyristoren, von denen jeder aus
4 P-, N-, P- und EX-Halbleiterschichten aufgebaut ist. Elektroden 8 und 9 sind mit
den Thyristoren 71 und 72 verbunden. Ein Gehäuse 10 dient dazu, die Photothyristorvorrichtung
dicht abzuschließen.
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