DE3442484C2 - - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Steuervorrichtung für einen elektrischen Verbraucher nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bereits allgemein bekannt, bei hohen Lastströmen mehrere Halbleiter parallel zu schal­ ten, um dadurch den hohen Laststrom verarbeiten zu können. Bei der Verwendung von Transistoren ist es dabei üblich, Ausgleichswiderstände in jeden einzelnen Laststromkreis zu schalten. Bei der Verwendung von Thyristoren oder Triacs wurden üblicherweise Drosseln in den Laststromkreis ein­ gefügt. Die Verwendung von Drosseln im Laststromkreis ist jedoch relativ aufwendig, da Drosseln einerseits teuer in ihrer Herstellung sind und andererseits ein hohes Gewicht aufweisen. Für einfache Geräteschaltungen sind da­ her die vorbekannten Schaltanordnungen nicht geeignet.

Eine derartige Anordnung mit mehreren parallel geschalteten Strom­ richtern großer Leistung ist aus der Druckschrift "Thyristoren", Heumann, K., Stumpe, C., Teubner Verlag, Stuttgart, 1969, Seite 92, bekannt. Die Stromrichter sind kathodenseitig miteinander verbunden, während ihre Anode über jeweils einen Vorwiderstand mit der Versor­ gungsspannung verbunden ist.

Aus der DE-OS 33 22 641 ist des weiteren eine Anordnung mit mehreren parallel geschalteten GTO-Thyristoren bekannt, die ebenfalls ano­ den- und/oder kathodenseitig miteinander verbunden sind. Bei dieser Anordnung ist ungünstig, daß die Vorwiderstände der einzelnen Elek­ troden separat angeordnet sind. Die Widerstände benötigen wegen ihrer hohen Lastfestigkeit viel Platz und sind relativ kostenaufwen­ dig in der Herstellung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung mit parallelgeschalteten Thyristoren oder Triacs zu schaffen, die eine gleichmäßige Strombelastung der einzelnen Thyristoren oder Triacs bewirkt und die dennoch einfach und preiswert herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung mit den kennzeich­ nenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie insbesondere im Bereich geringerer Lastströme einfach aufzubauen ist und daß zudem der Effekt zu erreichen ist, daß eine Zündunterstützung des später zündenden Thyristors oder Triacs vorliegt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Steuervorrichtung möglich. Besonders günstig ist es, zwischen den Thyristoren oder Triacs und den jeweiligen Widerständen jeweils einen wei­ teren Widerstand anzuschließen, der zu einem gemeinsamen Verbindungspunkt führt. Dadurch ist eine zusätzliche Steuer­ spannung aufbaubar, die zur Zündung des noch nicht ge­ zündeten Thyristors oder Triacs dient. Besonders einfach läßt sich dies dadurch erreichen, daß der Verbindungspunkt als Bezugspotential für eine Zündschaltung dient. Bekannte Zündschaltungen sind ohne weiteres verwendbar. Zweck­ mäßigerweise sind die Thyristoren oder Triacs auf einem oder mehreren Kühlkörpern aufgebracht, wobei ein Teil des Kühlkörpers gleichzeitig als Widerstand ausgebildet ist. Bei der Herstellung von Geräten ist dann kein höherer Materialaufwand erforderlich. Vielmehr ist der Kühlkörper zumindest teilweise als Widerstand ausbild­ bar. Als vorteilhaft hat sich dabei erwiesen, wenn der Widerstand als Mäanderstruktur ausgebildet ist. Weiterhin ist Verdrahtungsaufwand dann einsparbar, wenn die Thyri­ storen oder Triacs so auf dem Kühlkörper befestigt sind, daß der Kühlkörper gleichzeitig eine Zuleitung zu den Thyristoren oder Triacs darstellt.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbei­ spiel der Erfindung,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbei­ spiel der Erfindung und

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Kühlkörper.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein Verbraucher 1 dargestellt, der bei­ spielsweise ein Elektromotor ist. Der Elektromotor ist mit einem Anschluß an die Netzspannung angeschlossen. Der weitere Anschluß führt zu einer Leitung 10, an die jeweils in einer Parallelschaltung zwei Triacs 2 und 3 angeschlossen sind. Die weiteren Anschlüsse der Triacs 2 und 3 führen über einen Widerstand 4 bzw. einen Wider­ stand 5 zu einer Leitung 11, die ihrerseits an die wei­ tere Netzanschlußklemme angeschlossen sind. Zwischen dem Triac 2 und dem Widerstand 4 ist ein Widerstand 6 angeschlossen, der zu einem Massepunkt 9 führt. Ebenso ist zwischen dem Triac 3 und dem Widerstand 5 ein Wider­ stand 7 angeschlossen, der seinerseits zum Massepunkt 9 führt. Ein Zündschaltgerät 8 steht einerseits mit der Leitung 11 und andererseits mit dem Massepunkt 9 in Ver­ bindung. Des weiteren führt eine Leitung vom Zündgerät 8 zum Steueranschluß der Triacs 2 und 3.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, daß bei Reglerschaltungen häufig bereits ein Widerstand als Strommeßwiderstand in der Kathodenleitung des Triacs oder Thyristors vorhanden ist. Dieser Widerstand wird in zwei Teilwiderstände 4 und 5 aufgeteilt, die je einem Leistungsbauelement 2 und 3 zugeordnet sind. Die Ausgleichsfunktion der Lastströme ist damit sicherge­ stellt. Bei der so vorliegenden Schaltungsanordnung können jedoch die Triac-Kathoden der Triacs 2 und 3 ihre Funktion als elektrischer Bezugspunkt sowohl be­ züglich des einzuspeisenden Zündstroms als auch bezüg­ lich der an den Meßwiderständen 4 und 5 abzugreifenden Steuerspannung nicht mehr erfüllen. Dieser Bezugs­ punkt 9 wird nun durch die beiden Widerstände 6 und 7 geschaffen. Diese Widerstände 6 und 7 sind gleich groß und beispielsweise um den Faktor 5 bis 10 größer als die Ausgleichs- bzw. Meßwiderstände 4 und 5 zu wählen. Der neue Bezugspunkt 9 wird nunmehr mit der Masseleitung der Zündschaltung 8 verbunden.

Die Widerstände 6 und 7 nehmen nunmehr zwei Funktionen wahr. Einerseits symmetrieren sie den Zündstrom, der den Leistungshalbleitern 2 und 3 zugeführt wird. Anderer­ seits unterstützen sich die Leistungshalbleiter 2 und 3 in der Zündung gegenseitig. Ursache sind die Spannungs­ abfälle an den Widerständen 4 und 5. Ist beispielsweise während der positiven Halbwelle (Leitung 10 positiv gegen­ über Leitung 11), der Triac 2 bereits leitend und der Triac 3 noch nicht, dann wird durch den Spannungsabfall am Widerstand 4 über den noch stromlosen Widerstand 5 die Kathode vom Triac 3 negativ gegenüber der durchver­ bundenen Leitung. Der Teilzündstrom für den Triac 3 wird dadurch erhöht.

Dadurch wird erreicht, daß auch Thyristoren und Triacs unterschiedlicher Fertigungstechnologien und mit sehr unterschiedlichen Zündströmen sicher gezündet werden. Selbst eine nachträgliche gegenseitige Zündung ist bei einem entsprechenden Laststromanstieg möglich, wenn zu­ nächst nur ein Halbleiter gezündet hat und der Zündstrom bereits abgefallen ist.

Die Zündschaltung 8 bekommt als Steuerspannung stets exakt den Wert, der der Summe der Teilströme durch die Triacs 2 und 3 entspricht. Die Steuerspannung wird unter allen Betriebsbedingungen als exakter Mittelwert der Spannungsabfälle an den Widerständen 4 und 5 gebildet. Dies wird durch die Widerstände 6 und 7 geleistet, die durch ihr Verhältnis 1 : 1 wie ein Symmetrierglied be­ züglich der Spannungsabfälle an den Widerständen 4 und 5 wirken. Unterschiedliche Teilströme durch die Triacs 2 und 3, die insbesondere bei kleinem Gesamtstrom auftre­ ten können, werden dabei ebenso ausgeglichen wie unter­ schiedliche Zündzeitpunkte.

Ebenso wie in die Kathodenleitungen in Fig. 1 sind die Ver­ gleichswiderstände auch in die Anodenleitungen gemäß Fig. 2 legbar. An die Versorgungsspannungsleitung ist wiede­ rum ein Verbraucher 1, der z. B. als Elektromotor ausgebildet ist, angeschlossen. Der weitere Anschluß des Verbrauchers 1 führt zur Leitung 10. An die Leitung 10 sind jeweils parallel die Reihenschaltung aus einem Widerstand 18 bzw. 19 und einem Triac 20 bzw. 21 geschaltet. Der weitere An­ schluß des Triacs 20 bzw. 21 ist mit der Leitung 11 ver­ bunden, die ihrerseits an den weiteren Versorgungsstrom­ anschluß geschaltet ist. Die Leitung 11 ist des weiteren an den Bezugspunkt 17 geführt. An den Anschluß 16 ist die Steuerspannung anzuschließen, wobei der Anschluß 16 mit den Zündeingängen eines Triacs 20 bzw. 21 verbunden ist.

Bei dieser Schaltungsanordnung sind die Kathoden zusammen­ geschaltet und behalten so ihre Funktion als elektrischer Bezugspunkt. Eine gegenseitige Zündunterstützung ist nicht gegeben.

Die in den Laststromkreis geschalteten Widerstände 4 und 5 bzw. 18 und 19 können in herkömmlicher Weise als Last­ widerstände ausgebildet sein. Besonders zweckmäßig ist es, diese Widerstände in ein eventuell vorhandenes Kühl­ blech für die Thyristoren zu integrieren. Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel. Auf einem Kühlblech 23 sind die Kühlfahnen 24 der Thyristoren 20 bzw. 21 auf­ genietet oder aufgeschraubt. An die Anschlußfahnen der Thyristoren 20 und 21 ist einerseits der Bezugspunkt 17 und andererseits der Steueranschluß 16 angeschlossen. Die Leitung 10 ist jedoch nicht direkt an den Thyristoren angeschlossen, sondern wird an einer Lasche 15 des Kühl­ bleches 23 befestigt. Der Lasche 15 folgen die mäander­ förmig ausgebildeten Widerstände 18 und 19, die auf ein­ fache Art und Weise aus dem Kühlblech ausgestanzt sind. Voraussetzung ist, daß der Kühlkörper bzw. das Kühlblech mit einem relativ geringen Querschnitt ausgeführt ist. Der Kühlkörper wird dabei so ausgebildet, daß sich zu dem gemeinsamen Anodenanschluß 15 hin Strombahnen mit erhöhtem Widerstand ergeben. Die Widerstände 18 und 19 sind damit in den Kühlkörper integriert. Eine Verbin­ dung zwischen dem Kühlkörper 23 und dem Anodenanschluß der Thyristoren 20 und 21 über die Zuleitungen 22 ist nur bei isolierten Thyristor- bzw. Triac-Typen notwendig. Steht der Anodenanschluß, wie dies meist der Fall ist, mit der Kühlfahne 24 in direkter Verbindung, so sind weitere Verdrahtungsarbeiten nicht erforderlich. Der Auf­ bau nach Fig. 3 hat den Vorteil, daß die Ausgleichswider­ stände praktisch ohne Mehrkosten herstellbar sind. Be­ stückungs- oder Montagekosten treten nicht auf. Weiter­ hin ist die Verlustwärmeabfuhr ideal, da sie unmittelbar am Kühlkörper abführbar ist. Diese Ausbildung der Wider­ stände gemäß Fig. 3 ist nicht auf das Ausführungsbei­ spiel gemäß Fig. 2 beschränkt, sondern auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 anwendbar. Voraus­ setzung dafür ist jedoch, daß entweder die Kathode der Thyristoren mit der Kühlfahne verbunden ist oder aber die Thyristoren gegenüber der Kühlfahne isoliert aufge­ baut sind.

Claims (6)

1. Steuervorrichtung für einen elektrischen Verbraucher mit minde­ stens zwei in der Zuleitung liegenden, parallel arbeitenden Thyri­ storen oder Triacs, von denen im Kathoden- und/oder Anodenkreis je­ weils die eine Elektrode direkt auf einen gemeinsamen ersten Knoten­ punkt und die jeweils andere Elektrode über je einen Widerstand auf einen gemeinsamen zweiten Knotenpunkt geführt ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Thyristoren oder Triacs (2, 3; 20, 21) auf einem oder mehreren Kühlkörpern (23) angeordnet sind, wobei ein Teil des (der) Kühlkörper(s) (23) als Widerstand (4, 5; 18, 19) ausgebildet ist (sind).

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Thyristoren oder Triacs (2, 3) und den dazugehörigen Widerständen (4, 5) jeweils zumindest ein weiterer Widerstand (6, 7) angeschlossen ist, der zu einem gemeinsamen Verbindungspunkt führt.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt als Bezugspotential für eine Zündschaltung (8) dient.

4. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß an den Widerständen (4, 5; 18, 19) eine Steuerspannung für eine Zünd- und Regelschaltung (8) abgreifbar ist.

5. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Widerstand (4, 5; 18, 19) als Mäander­ struktur ausgebildet ist.

6. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Thyristoren oder Triacs (2, 3; 20, 21) so auf dem Kühlkörper (23) befestigt sind, daß der Kühlkörper gleichzeitig eine Zuleitung zu den Thyristoren oder Triacs (2, 3; 20, 21) darstellt.