DE2907403A1

DE2907403A1 - Anordnung zur erzeugung von loeschimpulsen fuer einen leistungshalbleiter

Info

Publication number: DE2907403A1
Application number: DE19792907403
Authority: DE
Inventors: Guenter Ing Grad Junge; Henning Dipl Ing Schneevogt
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1979-02-23
Filing date: 1979-02-23
Publication date: 1980-09-04
Also published as: IT1140688B; IT8020095A0

Description

Anordnung zur Erzeugung von Löschimpulsen
für einen Leistungshalbleiter Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von Löschimpulsen für einen Leistungshalbleiter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
Leistungshalbleiter, die auf diese Weise angesteuert werden müssen, sind beispielsweise Abschaltthyristoren (Gate-Turn-Off-Thyristoren oder GTO).
Der Zündimpuls für Abschaltthyristoren muß ähnlich beschaffen sein wie der für Thyristoren. Um die Einschaltverlustleistung gering zu halten, wird eine hohe Impulssteilheit angestrebt und der Zündimpuls am Anfang durch eine Stromspitze überhöht.
Nach dem Zünden der Thyristoren soll außerdem die Zündbereitschaft noch erhalten bleiben, weil die Thyristoren durch Stromschwingungen leicht verlöschen können. In der Praxis werden daher Zündimpulse verwendet, die im wesentlichen aus einem kurzen, steilen Impuls großer Stromstärke und einem breiten Impuls geringer Stromstärke bestehen.
Durch einen Steuerungsimpuls entgegengesetzter Polarität wird der Abschaltthyristor wieder gelöscht. Der Löschimpuls für einen Abschaltthyristor ist entsprechend der Aus schaltstromverstärkung und des Durchlaßstromes des Abschaltthy ristors aufzubringen.
Der optimale Betrieb beim Ausschalten ergibt sich durch Ansteuerung der Gate-Kathoden-Strecke aus einer Konstantspannungsquelle mit der höchstzulässigen Gate-Abschaltspannung.
Die Gate-Abschaltspannung ist im Vergleich zur Zündspannung des Abschaltthyristors wesentlich größer.
Es werden daher von den Steuerimpulsen nicht nur entgegengesetzte Polaritäten für die Zündung und Löschung der Leistungshalbleiter gefordert, sondern auch grundsätzlich andere Eigenschaften der Impulse.
So ist es bekannt, für die Zündimpulse von Abschaltthyristoren den Strom einzuprägen und für die Löschimpulse entweder die Spannung oder den Strom einzuprägen. Bei der Stromeinprägung muß der Steuerstrom abgeschaltet werden, sobald der Anodenstrom des Abschaltthyristors Null geworden ist. Zudem muß der Steuerstrom für den höchsten auftretenden Anodenstrom eingestellt werden. Bei diesem bekannten Verfahren mit Stromeinprägung ist das Abschalten des Steuerstromes nachteilig.
Andere bekannte Verfahren arbeiten mit Spannungseinprägung, wobei eine Spannung erforcerlich ist, dle den Wert der Durchbruchspannung der Gate-Kathoden-Strecke nicht übersteigt.
Bekannt sind Schaltungen für Spannungseinprägung, die mit Transistoren aufgebaut sind. Diese Schaltungen sind nicht nur aufwendig sondern auch deshalb nachteilig, weil die Transistoren strommcßig nur gering überlastbar sind (Icmax/Ic 1, 2).
Eine Zusammenstellung des physikalischen Verhältnisses ist der Literaturstelle "Wissenschaftliche Berichte AEG-TELEFUNKEN" 50 (1977), Heft 1/2, Seiten 39 bis 48, zu entnehmen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zur Erzeugung von Löschimpulsen für einen abschaltbaren Leistungshalbleiter anzugeben, die das Prinzip der Spannungseinprägung bei geringem Aufwand für die Steuerschaltung anwendet und deren Bauelemente strommäßig hoch überlastbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung zur Erzeugung von Löschimpulsen für einen Abschaltthyristor gemäß dem kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht die Erzeugung von Löschimpulsen für einen Abschaltthyristor mit geringem Aufwand für die Steuerschaltung und eine hohe strommäßige Überlastbarkeit der Bauelemente für die Impulserzeugung.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Thyristor ein Kondensator geschaltet ist.
Mit dieser Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes wird erreicht, daß die Gate-Kathoden-Strecke des Leistungshalbleiters negativ vorgespannt bleibt. Dadurch wird die du dt -Festigkeit des Leistungshalbleiters erhöht.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles der Erfindung soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden.
Es zeigen Figur 1 die Anordnung der Steuerkreise und der Beschaltung eines Abschaltthyristors, Figur 2a eine Ersatzschaltung des Abschaltsteuerkreises und Figur 2b den prinzipiellen Strom- und Spannungsverlauf des Löschimpulses bzw. der Gitter-Kathodenspannung des Abschaltthyristors.
Die in Figur 1 dargestellte Anordnung enthält einen Abschaltthyristor T1 mit dem Anodenanschluß A, dem Gitteranschluß G und dem Kathodenanschluß K. Als Beschaltung des Abschaltthyristors T1 ist die Reihenschaltung einer Diode Dl, der ein Widerstand R1 parallelgeschaltet ist9 einer Streuinduktivität L 1 und eines Kondensators C1 vorgesehen Die Steuerkreise zum Ansteuern des Abschaltthyristors Tl bestehen aus einem Einschaltsteuerkreis mit einer ersten Spannungsquelle E1 und einem Abschaltsteuerkreis mit einer zweiten Spannungsquelle E2, die einerseits an dem Gitteranschluß G 9 andererseits an den Kathodenanschluß K des Abschaltthyristors Tl angeschlossen sind. Der Einschaltsteuerkreis enthält in bekannter Weise die ReiiIensc'ral-Lung einer ersten Spannungsquelle E1, einer Parallelschaltung eines Widerstandes R2 mit in Reihe geschaltetem Kondensator C2 und eines weiteren Widerstandes R3 und eines Transistors T2, dessen Emitter über eine zuleitungsbedingte Streuinduktivität Ld 2 an das Gitter des Abschaltthyristors T1 angeschlossen ist. Der erfindungsgemäße Abschaltsteuerkreis besteht aus einem anodenseitig über die Streuinduktivität Ld 2 an das Steuergitter des Abschaltthyristors Tl angeschlossenen Thyristor T3, die kathodenseitig an den Minuspol einer zweiten Spannungsquelle E2 angeschlossen ist und einer Verbindung des Pluspols der zweiten Spannungsquelle E2 mit der Kathode des Abschaltthyristors Tl. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, daß beide Sp<nnungsquellen E1 und E2 vorteilhafterweise auf gleichem Potential betrieben werden können. Der im Abschaltsteuerkreis befindliche Thyristor T3 ist strommäßig hoch überlastbar und bedingt nur einen geringen Aufwand für seine Ansteuerung. Parallel zum Thyristor T3 ist ein du Kondensator C3 zur Erhöhung der dt - Festigkeit des Abschaltthyristors T1 geschaltet.
In Figur 2a ist die Ersatzschaltung des Abschaltsteuerkreises dargestellt. Sie enthält die Reihenschaltung der Streuinduktivität L g 2 des Thyristors T3 und der zweiten Spannungsquelle E2, die am Gitter bzw. an der Kathode des Abschaltthyristors angeschlossen sind. Die Sperrschicht zwischen Gitter und Kathode des Abschaltthyristors T3 ist in dieser Darstellung durch eine in Durchlaßrichtung vom Gitter zur Kathode gellolte Diode mit der Sperrspannung UBD dargestellt.
Vom Pluspo] der zweiten Spannungsquelle E2 zur Kathode des Abschaltthyristors gerichtet, fließt der Abschaltstrom iGQS und zwischen Gitter und Kathode des Abschaltthyristors Tl liegt die Spannung UG an.
In Figur 2b ist der prinzipielle Verlauf des Abschaltstromes GQ und der Gitter-Kathodenspannung UG des Abschaltthyristors dargestellt. Nach Ansteuerung des Thyristors T3 und dem damit bedingten Leitendwerden des Thyristors steigt der Abschaltsteuerstrom i GQ bedingt durch die Streuinduktivität Log 2 linear bis zum Erreichen eines Scheitelwertes i GQ an. Bei Erreichen dieses Scheitelwertes hat der Abschaltthyristor wieder seine Sperrfähigkeit erlangt und die Gitter-Kathodenspannung springt auf den Sperrspannungswert UBD der in der Ersatzschaltung dargestellten Diode.

Claims

Patentansprüche unordnung zur Erzeugung von Löschimpulsen für einen Leistungs--halbleiter, der durch Impulse einer Polarität gezündet (Zündimpuls) und durch Impulse entgegengesetzter Polarität wieder gelöscht werden kann (Löschimpuls), dadurch gekennzeichnet, daß ein Thyristor (T3) anodenseitig an das Steuergitter des Leistungshalbleiters (Tl) und kathodenseitig an den Minuspol einer Spannungsquelle (E2) angeschlossen ist und der Pluspol der Spannungsquelle (E2) mit der Kathode des Leistungshalbleiters (Ti) verbunden ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Thyristor (T3) ein Kondensator (C2) geschaltet ist.