DE3517467A1 - Schaltungsanordnung fuer den abschaltsteuerkreis eines gto-thyristors - Google Patents

Schaltungsanordnung fuer den abschaltsteuerkreis eines gto-thyristors

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Description

  • Schaltungsanordnung für den Abschaltsteuerkreis
  • eines GTO-Thyristors Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine derartige Schaltungsanordnung ist durch das etz-Archiv, Band 6 (1984), Heft 5, Seiten 189 - 194 bekannt.
  • Um beim Abschalten eines GTO-Thyristors einen ausreichend hohen Abschaltstrom zur Verfügung zu haben, ist es notwendig, den Impulstransformator derart auszulegen, daß er eine entsprechend große Spannungszeitfläche bereitstellt. Das bedeutet jedoch einen Aufbau des Transformators mit verhältnismäßig großer Streuinduktivität, die sich negativ auf die Steilheit des Steuerstromes beim Abschalten auswirkt. Auch ist infolge der großen SpannungsLeitfläche die Zeit für die Entmagnetisierung des Impulstransformators recht lang, was sich nachteilig beim Einsatz des GTC-Thyristors mit höherer Schaltfrequenz und bei der Schutzbeschaltung bemerkbar macht.
  • Der Erfindung liegt der Aufgabe zugrunde, bei einer Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art die erforderliche Spannungszeitfläche des Impulstransformators zu verringern, um den Transformator mit kleinerer Streuinduktivität aufbauen zu können.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 gekennzeichnet.
  • Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Es zeigen Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäher. Abschaltsteuerkreises zur Steuerung eines GTO-Thyristors über einen Impulstransformators und Fig. 2 die zeitlichen Verläufe von Steuerstrom und Steuerspannungen für den in Fig. 1 gezeigten Abschalt steuerkreis.
  • Gemäß Fig. 1 weist ein GTO-Thyristor V, dessen Steuerstrom mit iG bezeichnet ist, zwischen seinem Steueranschluß (Gate) und seiner Kathode eine Eeschaltung aus der Parallelschaltung eines ohmschen Wiàerstansec und eines KondensatorsCGK auf.
  • Der GTO-Thyristor V besitzt zum Ein- und Ausschalten zwei getrennte, voneinander entkoppelte Steuerkreise.
  • Zum Einschalten dient ein nur schematisch angedeuteter Einschaltsteuerkreis ES, der eventuell auch eine Spannungsquelle zum Aufbringen einer negativen Vorspannung für die Gate-Kathoden-trecke des GTO-Thyristors enthält.
  • Der Abschaltsteuerkreis weist einen Impulstransformator T mit einer Primärwicklung I und einer Sekundärwicklung II auf, die ein Übersetzungsverhältnis ü: 1 haben.
  • Die Sekundärwicklung II des Impulstransformators T, zwischen deren Anschlüssen im Betriebsfall eine Spannung UII ansteht, ist über Entkopplungsdioden D5.. ODn an die Gate-Kathoden-Strecke des GTO Thyristors V angeschlossen. Die Schwellspannung der Entkoppelungsdioden D5... D ist mit UD bezeichnet.
  • n An die Primärwicklung I des Impulstransformators T wird im Betriebsfall mittels eines Primärstromes iI eine Spannung U1 angelegt. Diese wird zum einen von einer ersten Spannungsquelle El hervorgerufen, die über eine Diode D2 und ein erstes Schaltelement Q2 an die Primärwicklung I des Impulstransformators T angeschlossen ist. Zum anderen resultiert die Spannung UI aus einer zweiten Spannungsquelle E2, die über ein zweiten Schaltelement Q1 der Spannung der ersten Spannungsquelle El aufgeschaltet wird.
  • Die beiden Schaltelemente Q1 bzw. Q2 sind hier als Feldeffekttransistoren ausgeführt, die durch Steuerspannungen UST1 bzw. UST2 in den leitenden Zustand steuerbar sind. Anstelle der Feldeffekttrar.sistoren können jedoch auch Bipolartransistoren oder auch GTO-Thyristoren als Schaltelemente eingesetzt werde.
  • Das erste Schaltelement Q2 kann wie gestrichelt angedeutet mittel eines Kondensator<C überbrückt sein.
  • Die Primärwicklung I des Impulstransformators T ist zur Begrenzung der Entmagnetisierungsspannung des Transformators nach einem Abschaltvorgang, nämlich dann, wenn beide Schaltelemente Q1 und Q2 nicht leitend sind, mit einer Z-Diode Dz und einer weiteren-Diode D1 beschaltet.
  • Der Abschaltvorgang wird anhand von Fig. 2 in seinem zeitlichen Abgang erläutert. Zum Abschalten des über den Einschaltsteuerkreis ES in den leiteden Zustand ceateuerten GTO-Thyristors V werden zunächst gleichzeitig die beiden Schaltelemente Q1 und Q2 zum Zeitpunkt t eingeschaltet. Das erfolgt durch Anlegen 0 der beiden Steuerspannungen UST1 und US?2 An der Primärwicklung I des Impulstransformators T entsteht eine Spannung UI = E1 + E2 entsprechend der Summe der Spannungen der beiden Spannungsquellen El und E2.
  • Es gilt i. a.
  • mit: ü: Übertragungsverhältnis des Impulstransformãtors T, UD: Spannungsabfall über die Entkopplungsdioden D5...Dn, URGM maximale zulässige Rückwärtssteuerspannung des GTO-Thyristors V.
  • Die Spannung an der Sekundärwicklung II des Impulstransformators T wird möglichst groß dimensioniert, um eine größere Steilheit dIRG des Abschaltstromes zu erzielen.
  • dt Gemäß Fig. 2 steigt der Steuerstrom i, G während des Abschaltvorgangs von t bis zum Ende der Speicherzeit ts des GTO-Thyristors steil auf den maximalen Abschaltungssteuerstrom iRGN an, um dann abzufallen und schließlich in den Tailstrom überzugehen.
  • Das zweite Schaltelement Q1 bleibt nur für ein Zeitdauer T1 eingeschaltet, die zwar größer als die Speicherzeit ts, jedoch weit kleiner als der gesamte, die Zeit t dauernde Abschaltvorgang ist.
  • gw Es gilt also ts < T1# tgw Wenn zum Zeitpunkt t1 das zweite Schaltelement Q1 abgeschaltet wird, sinkt die Primiarspannung U des Impulstransformators T auf die Spannung E der ersten Spannungsquelle E1. Der Primärstrom iI fließt weiter über das erste Schaltelement Q2. Dieses bleibt eingeschaltet bis zum Zeitpunkt t2 (bis zum Ende der Tail-Zeitdauer).
  • Wenn zum Zeitpunkt t2 das erste Schaltelement abgeschaltet wird, entmagnetisiert sich der Impulstransiormator. Seine Entmagnetisierungsspannung wird dann durch die Diode Dz begrenzt.
  • Die erforderliche Spannungszeitfläche UII dt des Impulstransformators T wird durch die Erfindung von verringert, d. h. um Die Verringerung der erforderlichen Spannungszeitfläche ermöglicht eine kleinere Streuinduktivität des Impulstransformators T und folglich höhere Steilheit diRG des Abschaltsteuerstromes zu Eedt ginn des Abschaltvorganges. Ferner wird die Entmagnetisierungszeitdauer des Impulstransformators T verkürzt. Das ist vorteilhaft für den Schutzfall und für Anwendungen des GTO-Thyristors mit höherer Schaltfrequenz.
  • Eine weitere Anwendung der in Fig. 1 gezeigten Schaltung dient der Verkürzung der Speicherzeit ts. Dieses wi]rd bei Parallel- und Reihenschaltungen von GTO-Thyristoren angestrebt. Dabei wird die Gate-Kathodenspannung beim Abschalten größer als die maximal zu-7sge Rückwärtssteuerspannung des GTO-Thyristors V dimensioniert, so daß gilt: Es ergibt sich eine höhere Steilheit diRc des Abdt schaltsteuerstromes und folglich eine Verkürzung der Speicherzeit t In diesem Fall wird die Zeitdauer T1 der Einschaltung des zweiten Schaltelements Q1 auf eine Zeit begrenzt, die höchstens der Speicherzeit t entspricht (T1 t t5), um eine unzulässig hohe Verlustleistung im Gate-Kreis zu vermeiden. Das erste Schaltelement Q2 muß in diesem Fall, unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses ü, für; einen Pulsstrom puls 2 iRGM ausgelegt werden.
  • Die erzielbare Steilheit diRG stellt auch im Schutzdt fall einen Vorteil dar.
  • - Leerseite -

Claims (3)

  1. Schaltungsanordnung für den Abschaltsteuerkreis eines GTO-Thyristors Patentansprüche js. Schaltungsanordnung zur Steuerung eines GTO-Thyristors mit einem im Abschalt steuerkreis für den GTO-Thyristor angeordneten Impulstransformator, dessen Sekundärwicklung über Entkopp lungsdioden zwischen den Steueranschluß und die Kathode des GTO-Thyristors gelegt ist und dessen Primärwicklung während der gesamten Dauer des Abschaltvorgangs des GTO-Thyristors über ein erstes Schaltelement mit einer ersten Spannungsquelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß an die Primärwicklung (1) des Impulstransformators (T) eine zweite Spannungsquelle (E2) anseschlossen ist, deren Spannung über ein zweites Schaltelement (Q1) der Spannung der ersten Spannungsauelle (E1) vom Beginn des Abschaltvorgangs an für eine wesentliche geringere Zeit (T) als die Gesamtdauer (tgw) des Abschaltvorgangs aufgeschaltet ist.
  2. 2. Schaltungsanoronung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit, während der die Spannung der zweiten Spannungsquelle (E2) an die Primärwicklung (1) des Impulstransformators (T) gelegt ist, gröber als die Speicherzeit (t ) des GT0-Thyristors () 5 ist.
  3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Spannungen der ersten (El) und der zweiten Spannungsquelle (E2) bezogen auf das bersetzungsverhältnis (ü) des Impulstransformators (T) abzüglich der Diodenspannungen der Entkopplungsdioden (D5. 0 DN) größer ist als die maximal zulässige Rückwärtssteuerspannung (URGM) des GT0-Thyristors (V)? daß die Zeit, während der die Spannung der zweiten Spannungsquelle (E2) an die Primärwicklung (I) des Impulstransformators (T) gelegt ist, kleiner oder höchstens gleich der Speicherzeit des GT0-Thyristors (V) ist und daß das zweite Schaltelement (Q1) für einen Pulsstrom ausgelegt ist, der unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses (ü) des Impulstransformators (T) gleich oder größer als der maximale Ausschaltstrom (iRGM) des GT0-Thyristors (V) ist.
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