DE3134647C2 - Überspannungsbegrenzte Steuerung lichtgezündeter Leistungshalbleiter - Google Patents

Abstract

Zur überspannungsbegrenzten Steuerung von lichtgezündeten Leistungshalbleitern, bei denen die zwischen Plus-Potential und Nullschiene geschaltete Lichtquelle und der Leistungshalbleiterkristall durch eine Isolationsstrecke getrennt in einem Gehäuse untergebracht sind, ist der Lichtquelle (2) ein Transistor (15) in Serie geschaltet, der von einer den Strom konstant haltenden Schaltung ansteuerbar ist. Der Lichtquelle (2) und/oder dem Transistor (15) sind ohmsche Vorwiderstände (13) und Spannungsbegrenzer (10) zugeordnet, und einem mit dem Transistor (15) in Reihe geschalteten ohmschen Widerstand (4) ist eine Kombination aus einer Kapazität und einem weiteren ohmschen Widerstand parallelgeschaltet.

Description

— der Lichtquelle (2) ein Transistor (3) in Serie geschaltet ist, der von einer den Strom konstant haltenden Schaltung (7,8,9) ansteuerbar ist,

— der Lichtquelle (2) und/oder dem Transistor (3) ohmsche Vorwiderstände (13) in Serie und Spannungsbegrenzer (10) parallelgeschaltet sind und

— einem mit dem Transistor (3) in Reihe geschalteten «ansehen Widerstand (4) eine Serienschaltung aus einer Kapazität (5) und einem weiteren ohmschen Widerstand (6) parallelgeschaltet ist

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Strom konstant haltende Schaltung durch eine zwischen Plus-Potential und Nullschiene liegende Serienschaltung eines dritten ohmschen Widerstands (8) mit der Parallelschaltung eines Steuer-Transistors (7) und einer Zener-Diode (9} gebildet ist, bei der der Verbindungspunkt zwischen drittem ohmschen Widerstand (8) und der Parallelschaltung (7, i) an die Basis des Transistors (3) angeschlossen ist

3. Schaltungsanordnung nach -:inem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsbegrenzer (10) durch nichtlineare Widerstände und/oder durch Schaltelemente gebildet sind, die bei Überschreitung einer definierten Spannung in den leitenden Zustand übergehen.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Steuerkreisen für lichtgezündete Leistungshalbleiter (1) den Lichtquellen (2) und/oder den Transistoren (15) ein gemeinsamer Spannungsbegrenzer (10) parallelgeschaltet ist, der durch Entkopplungs-Dioden (11) von den einzelnen Steuerkreisen entkoppelt ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung von Überspannungen in negativer Richtung an der Lichtquelle (2) und am Transistor (15) nur parallelgeschaltete, in Richtung auf das Puls-Potential gepolte Spannungsbegrenzer-Dioden (12) vorgesehen sind.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der NuIlschienenanschluß des Steuerkreises geerdet ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Spannungsbegrenzer (10) bzw. den Spannungsbegrenzer-Dioden (12) ein Überwachungselement angeordnet ist, das einen Störstromfluß anzeigt.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit den ohmschen Vorwiderständen (13) Sicherungen (14) geschaltet sind.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Vorwiderstände verwendet werden, die bei Übertemperatur selbständig den Strom unterbrechen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung* inordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiger Leistungshalbleiter ist aus der DE-OS 25 25 329 bekannt

Leistungshalbleiter, wie Thyristoren und Triacs, werden bisher durch Steuerströme über den Steueran-Schluß dieser Elemente gesteuert Zunehmend sind aber auch Leistungshalbleiter bekannt die optisch steuerbar sind. Das für deren Steuerung erforderliche Licht kann auf verschiedene Art an den zu steuernden Kristall gelangen:

1. Das Licht einer Lichtquelle (Laser, Luminiszenzdiode) wird über einen Lichtleiter (Glasfaser), der verschiedene Längen haben kann, in den Leistungshalbleiter geleitet Von dieser Möglichkeit wird zweckmäßigerweise Gebrauch gemacht wenn zwischen Steuerkreis und Leistungsteil ein hoher Potentialunterschi&i (von z. B. mehreren kV) besteht (DE-OS 28 08 531).

2. Die Lichtquelle wird in das Gehäuse des Leistungshalbleiters eingebaut Sie steuert über eine kurze Isolationsstrecke den Leistungshalbleiterkristall. Von dieser Technik wird zweckmäßigerweise im Niederspannungsbereich Gebrauch gemacht Die Lichtquelle kann beispielsweise aus einer Luminiszenzdiode bestehen (vgl. DE-OS 25 25 329).

Die Erfindung knüpft an diese zweite Technik an. Sie bezweckt zu verhindern, daß im Störungsfall der Steuerkreis Schaden nimmt. Ein Störungsfall kann beispielsweise darin bestehen, daß die Isolationsstrecke im Gehäuse des Leistungshalbleiters defekt wird. Das kann wiederum durch eine Überbeanspruchung des Leistungshalbleiters geschehen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art derart zu gestalten, daß bei zweckmäßiger Ansteuerung der Lichtquelle Überspannungen vom Steuerkreis ferngehalten werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die Lichtquelle wird mithin im Beharrungszustand von einem konstanten Strom durchflossen. Sie wird von der Widerstand/Kondensator-Kombination zum schnellen Einschalten des Leistungshalbleiters mit einem zusätzlichen Strom belastet, und trotzdem ist sichergestellt, daß Überspannungen keine Zerstörung des Steuerkreises bewirken.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 9 gekennzeichnet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Steuerkreis für einen lichtgezündeten Leistungshalbleiter ohne Überspannungsbegrenzung und

F i g. 2 bis 4 drei Ausführungsbeispiele für einen Steuerkreis mit Überspannungsbegrenzung.

In F i g. 1 ist ein lichtzündbarer Leistungshalbleiier

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gezeigt, der aus einem optisch zündbaren Leistungs- Spannung entsteht Die Spannungsbegrenzer vor der halbleiter 1, z. B. einem Thyristor und einer, durch einen Schaltung 15 begrenzen entsprechend die Spannungen Strom gesteuerten Lichtquelle 2, z. B. einer Luminis- an der Schaltung

zenzdiode, gebildet ist Der Leistungshalbleiter 1 und Bei dieser Schaltungsvariante können die Spannun-

die Lichtquelle 2 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 5 gen an den Spannungsbegrenzern 10 beide Polaritäten 16, getrennt durch eine Isolationsstrecke, angeordnet annehmen, was in Sonderfällen zu Schaden der Schal-

Die Lichtquelle 2 ist zwischen Plus-Potential und ei- tung führen kann.

ner Nullschiene 0 in Reihe mit einem Transistor 3 und In F i g. 4 werden alle eventuell möglichen Nachteile

einem ohmschen Widerstand 4 geschaltet. der Schaltungen nach F i g. 2 und F i g. 3 vermieden. Die

Um den Leistungshalbleiter 1 schnell durchzuschal- io Nullschiene wird zweckmäßigerweise geerdet Es ist nur ten, wird am Anfang eines Steuerimpulses ein zusätzli- ein nichtlinearer Widerstand als Spannungsbegrenzer eher Strom durch den Transistor 3 und damit durch die 10 erforderlich, der die über die Dioden 11 entkoppelten Lichtquelle 2 mittels einer Kombination eines weiteren Spannungen auf positive Werte gegen Erde begrenzt ohmschen Widerstands 6 und einer Kapazität 5 hervor- Die negativen Spannungen werden durch Spannungsgerufen, die parallel zum ohmschen Widerstand 4 ange- 15 begrenzer-Dioden 12 auf so niedrige Werte begrenzt ordnet ist daß die Steuerschaltung keinen Schaden nehmen kann.

Damit der Strom durch den Transistor 3 und damit Die Widerstände 13 und Sicherungen 14 werden

über die Lichtquelle 2 im Beharrungszustand konstant zweckmäßigerweise in entsprechendem Abstand von ist ist eine den Strom konstant haltende Schaltung vor- der Steuerung untergebracht d. h. in der Nähe der Leigesehen. Diese besteht aus einer zwischen dem Plus-Po- 20 stungshalbleiter 1. Die Sicherungen 14 lassen sich eintential und der Nullschiene 0 liegenden Reihenschaltung sparen, wenn man Widerstände : 3 verwendet, die bei eines dritten ohmschen Widerstands 8 mit der Parallel- entsprechender Übertemperatui· selbständig den schaltung eines Steuer-Transistors 7 uncr einer Zener- Stromkreis unterbrechen.

Diode 9. Der Verbindungspunkt zwischen dem dritten In Reihe mit dem Spannungsbegrenzer 10 und/oder ohmschen Widerstand 8 und der Parallelschaltung der 25 den Spannungsbegrenzer-Dioden 12 kann ein (nicht geElemente 7 und 9 ist an die Basis des Transistors 3 zeif res) Überwachungselement vorgesehen werden, das angeschlossen. Die Ansteuerung des Steuerkreises er- den Stromfluß und damit eine Störung anzeigt folgt über die Basis des Steuer-Transistors 7.

Bei dieser bisher beschriebenen grundsätzlich funk- Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

tionierenden Schaltung können Schaden auftreten, wenn die Isolationsstrecke zwischen dem Leistungshalbleiter 1 und der Lichtquelle 2 defekt geht weil Spannung und Energie des Leistungskreises, in dem sich der Leistungshalbleiter 1 befindet für den Steuerkreis eine Gefahr bedeuten. Bei einem derartigen Störungsfall ist der Sieuerkreis zu schützen.

Die Schutzschaltung ist in F i g. 2 dargestellt Dabei wird die zu F i g. 1 beschriebene Transistorschaltung in F i g. 2 durch das Transistorkästchen 15 vereinfacht dargestellt Weil zu einer Stromrichterschaltung in fast allen Anwendungsfällen mehrere Steuerkreise gehören, sind hier beispielsweise drei derartige Steuerkreise dargestellt Der Steuerstrom fließt über Vorwiderstände 13, Sicherungen 14, die Lichtquelle 2 (zur Übersicht ist der Leistungshalbleiter fortgelassen) und die Schaltung 15.

Falls im Störungsfall über einer Lichtquelle 2 eine hohe Spannung entsteht wird diese über die Vorwid.erstände 13, Dioden 11 und einen Spannungsbegrenzer 10 begrenzt. Die Vorwiderstände 13 begrenzen den Strom. Die Dioden 11 entkoppeln die verschiedenen Kreise.

Der Spannungsbegrenzer 10 kann ein Widerstand mit nichtlinearer Charakteristik sein oder auch ein Schaltelement das bei Überschreitung einer definierten Spannung in den leitenden Zustand übergeht Die Sicherungen 14 schalten den Strom ab, falls die den Strom verursachende Spannung längere Zeit ansteht.

Die in F i g. 2 dargestellte Schaltung arbeitet dann zufriedenstellend, wenn über der Lichtqueile 2 eine hohe Spannung entsteht Sie schützt den Steuerkreis aber nicht wenn die Lichtquelle 2 ein hohes Potential gegen Erde oder Masse annimmt, weil der Steuerkreis üblicherweise auf Erd- oder Massepotential liegt.

Für diesen Fall bietet die Schaltungsvariante Schutz, die in F i g. 3 gezeigt ist. In F i g. 2 sind zwei Steuerkreise dargestellt. Die Elemente 2, 13, 14 und 15 entsprechen denen in Fig. 1. Der Spannungsbegrenzer 10 an dem Plus-Potential, z.B. ein nichtlinearer Widerstand, verhindert, daß an der Ffusspannung eine unzulässig hohe

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur überspannungsbegrenzten Steuerung von lichtgezündeten Leistungshalbleitern, bei denen die zwischen Plus-Potential und Nullschiene geschaltete Lichtquelle und der Leistungshalbleiterkristall durch eine Isolationsstrecke getrennt in einem gemeinsamen Gehäuse untergebrachtsind, dadurch gekennzeichnet, daß