DE3517468A1 - Schaltungsanordnung fuer den einschaltsteuerkreis eines gto-thyristors - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung für den Einschaltsteuerkreis
• eines GTO-Thyristors Beschriebung Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Eine derartige Schaltungsanordnung ist den IEEE TRANSAGTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, VOL. IA-19, NO. 3, MAY/JUNE 1983, pp. 343-347 zu entnehmen.
• Eei dieser bekannten Schaltungsanordnung wird der Einschaltsteuerstrom von den Spannungen der ersten und der zweiten Spannungsquelle sowie den Widerstand den in Stromkreis der jeweiligen Spannungsquelle bestimmt. Die Einstellung des für die geeignete Ansteuerung es GTO-Thyristors benötigten Steuerstrones ist aufwendig und zu dem nur ungenau vorzunehmen.
• Auch ist wegen eines zur Erzielung der gewünschten Stromform notwendigen Kondensators im Steuerkreis der GTO-Thyristor mit einer Mindestzeitausschaltung belegt, die sich durch die von dem Kondensator und den Widerständen bestimmte Entladungszeitkonstante ergibt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde bei einer Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art die Einstellung des Zündstromes zu verbessern und gleichzeitig die Beschränkung einer Mindestsperrdauer für den GTO-Thyristor durch die Steuerschaltung zu vermeiden.
• Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
• Der Einschaltsteuerstrom wird mithin im wesentlichen nur noch durch die Z-Dioden und die Emitterwiderstär.-de bestimmt. Ein Kondensator im Einschaltsteuerkreis ist nicht unbedingt erforderlich, so daß auch keine indestzeitanforderungen für die Ausschaltzeit des GTO-Thyristors bestehen.
• Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist im Anspruch 2 gekennzeichnet.
• Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Es zeigen.
• Ig. 1 ein Prinzipschaltbild für eie Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines GTO-Thyristors gemäß der Erfindung und Fig. 2 dle zeitlichen Verläufe des Steuerstrornes für den GTO-Thyristor und der Steuerspannungen für den Steuerkreis des GTO-Thyristors entsprechend der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1.
• In Fig. 1 ist ein GTO-Thyristor V dargestellt, dessen Steueranschluß (Gate)-Wathoden-Strecke mit einem ohmschen Widerstand R1 beschaltet ist.
• Der GTO-Thyristor V wird mit einem von einer Steuerschaltung bereitgestellten Steuerstrom iG in den leitenden bzw. in dem gesperrten Zustand gesteuert.
• Der Stromversorgung des Steuerkreises dient eine durch einen Kondensator C1 gebildete erste Spannungsquelle, die eine positive Gleichspannung $ UE1 bereitstellt, eine durch einen weiteren Kondensator C4 gebildete zweite Spannungsquelle, die eine positive Gleichspannung + UE3 zur Verfügung stellt und eine durch einen dritten Kondensator C2 gebildete Spannungsquelle, die eine negative Gleichspannung - UE2 abgibt. Die drei Kondensatoren Cl, C4, C2, werden über die Dioden V9 bis V14 mittels eines Versorgungstransformators T aus einem Wechselspannungsnetz auf die zuvor angegebene Spannung aufgeladen. Entsprechend den angriffen auf der Sekundärseite des Versorgungstransformators T sir. die Spannungen UEC und UE2 dem Betrage nach gleichgroß, während die Spannung UE3 kleiner gewählt ist.
• Der eine Pol des als erste Spannungsquelle dienden Kondensators C1 ist über einen ersten Emitterwiderstand R8 und einen ersten Transistor V5 an den Steueranschluß des GTO-Thyristors V legbar. Ebenso ist der Pluspol des zweiten Kondensators C4 über einen zweiten Emitterwiderstand R9 und einen zweiten Transistor V6 an den Steueranschluß des GTO-Thyristors v anschließbar.
• Der Basis-Emitterstrecke des ersten Transistors V5 und dem Emitterwiderstand R8 sind sowohl eine Z-Diode V1 als auch ein ohmscher Widerstand R5 parallel geschaltet. In gleicher Weise sind der Basisemitterstrecke des Transistors V6 und dem zweiten Emitterwiderstand R9 sowohl eine zweite Z-Diode V und ein zweiter ohmscher Widerstand (gebildet durch die Einzelwiderstände R6 und R7) parallel geschaltet. Der Basisanschluß jedes Transistors V5, V6 ist an die Kollektor-Emitterstrecke eines Steuertransistors V3, V4 angeschlossen, an dessen Basis für die Dauer des Spitzensteuerstromes bzw. für die gesamte Durchlaßdauer des GTO-Thyristors V eine Steuerspannung ul bz. u2 angelegt wird.
• Der zeitliche Verlauf des Steuerstroms iG für den GTO-Thyristor ist der Fig. 2 zu entnemhen. Danach tritt beim Einschalten des GTO-Thyristors V für eine Zeit t ein Spitzensteuerstrom iFGM auf, der gp dann für die restliche Einschaltdauer auf einem Haltestrom i FGL absinkt. Zum Einschalten des GTO-Thyristors V wird deshalb durch Anlegen der Steuerspannung ul an die Basis des Steuertransistors V3 dieser für die Zeitdauer tgp des Spitzensteuerstroms eingeschaltet. Dadurch wird auch der erste Transistor V5 für die Zeitdauer t leitend.
• gp Gleichzeitig mit dem Einschalten des Steuer transistors V3 wird auch der Steuertransistor V4 durch Anlegen der Steuerspannung u2 in den leitenden Zustand gesteuert.
• Der Steuertransistor V4 bleibt für die gesamte Durchlaßdauer des GTO-Thyristors V leitend, wodurch während dieser Zeit auch der zweite Transistor V6 eingeschaltet bleibt.
• Durch geeignete Bemessung der Z-Dioden VI, V2 mit ihren Dioden-Spannungen UZ1 bzw. UZ2 und der Emitterwiderstände R8, R9 kann der Verlauf des Steuerstrones iG-wie in Fig. 2 gezeigt - sowohl hinsichtlich des Spitzensteuerstromes iFGM als auch hinsichtlich des Dauerstromes iFGL sehr genau und ohne Aufwand eingestellt werden. Die Abhängigkeit des Steuerstromes von den Versorgungsspannungen + Url, und + sowie von der GTO-Gate-Kathodenspannung ist bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gegen= über der eingangs beschriebenen bekannten Anordnen stark verringert. Nach einem Abschaltvorgang des GTO-Thyristors V ist eine sofortige Wiederzündung zulässig, da die Schaltung keine wesentliche Zeitkonstante enthält. Der gestrichelt eingezeichnete Kondensator C3 dient lediglich zur Beschleunigung des Anstiegs des Steuerstromes iG beim Einschalter, und weist keinen Einfluß auf die Mindestsperrdauer auf.
• Infolge der getrennten Spannungsversorgung für die Zeit des Spitzenstromes iFGM und des Dauerstromes iFGL können die Verluste im Steuerkreis für die Langzeitansteuerung des GTO-Thyristors V gering gehalten werden.
• Vorteilhaft ist es, den der Z-Diode V2 parallelgeschalteten ohmschen Widerstand durch zwei Teilwiderstände; R6, R7 aufzubauen und als temperaturabhängigen Spannungsteiler derart zu benutzen, daß - wie gestrichelt eingezeichnet - der Basisanschluß des zweiten Transistors V6 mit dem Teilpunkt des Spannungsteilers verbunden ist.
• Der Steuerstrom iFGL während der Langzeitansteuerung ist dann durch die Spannung UZ2'über dem Widerstand R6 sowie durch den Emitterwiderstand R9 bestimmt. Mit dieser Maßnahme kann die Abhängigkeit des erforderlichen Steuerstromes iG der GTO-Sperrschichttemperatur angepasst werden.
• Bei niedriger Temperatur wird nämlich ein höherer Zündstrom benötigt.
• Zum Abschalten des GTO-Thyristors wird neben dem bereits gesperrten Transistor V3 auch der Transistor V4 in den nicht leitenden Zustand gesteuert, so daß auch über den Transistor V6 ebenso wie über den Transistor V5 kein Steuerstrom fließt. Stattdessen wird durch Anlegen einer Steuerspannung u3 für die Abschaltzeit t an den Steueranschluß des Feldeffekttransistors V7 an die Gate-Kathodenstrecke des GTO-Thyristors V die Spannung -UE2 gelegt. Damit fließt ein negativer Steuerstrom iG, wie er für die Zeit tgw in Fig. 2 gezeigt ist. Der GTO-Thyristor V ist am Ende der Zeit t gesperrt.
• gw über den Feldeffekttransistor V7 ist es möglich, eine negative Vorspannung luRGlwährend der gesamten Sperrdauer des GTO-Thyristors V an die GTO-Steuerstrecke zu legen.
• Dazu ist es dann lediglich notwendig, den Transistor V7 während der gesamten Sperrdauer des GTO-Thyristors V im leitenden Zustand zu belassen. Es ist aber auch stattdessen möglich, die negative Vorspannung/URG/ während der gesamten Sperrdauer durch Anlegen der negativen Spannung UE2 über einen zusätzliche Feldeffekttransistor V8 und einen zusätzlichen ohmschen Widerstand R2 an die Steuerstrecke des GTO-Thyristors V aufzubringen. Der zusätzliche Feldeffekttransistor VB ist dann wie in Fig. 2 gezeigt durch Anlegen einer Steuerspannung u4 während der gesamten Sperrdauer leitend, während der Transistor V7 lediglich für die Zeit dauer tgw, also bis der Schweifstrom des Steuerstroms 1G abgeklungen ist, eingeschaltet bleibt. Wird lediglich der Transistor V7 zum Aufbringen der negativen Vorspannung eingesetzt, d. h. ist Dauer Transistor VB nicht vorhanden, dann ist die negative Vorspannung /URG/gleich der Spannung UE2. Im zuletzt beschriebenen Fall ist unter Einsatz des Transistors V8 die negative Vorspannung Lie Spannungen UE1 und UE2 können z. B. zu 15 V geholt werden, während die Spannung UE3 dann bei etwa 6 V bis 8 V liegt.
• Der konstruktive Aufbau der beschriebenen Schaltungsanordnung Ist besonders einfach, da alle Leitungstransistoren also die Transistoren V5, V6, V7 und eventuell auch V8, auf einem gemeinsamen Kühlkörper montiert erden können.
• Der Kühlkörper dient dann als ein Ausgang der Schaltung.
• - L e e r s e i t e -

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung für den Einschaltsteuerkreis eines GTO-Thyristors Patentansprüche Schaltungsanordnung für den Einschaltsteuerkreis eines GTO-Thyristors, bei dem zwischen Steueranschluß und Kathode - durch Ansteuern eines ersten Transistors nur für die Dauer des Spitzensteuerstromes beim Einschalten des GTO-Thyristors eine von einer ersten Spannungsquelle hervorgebrachte Spannung gelegt ist und - durch Ansteuern eines zweiten Transistors während der gesamten Durchlaßdauer des GTO-Thyrlstors die Spannung einer zweiten Spannungscuelle gelegt ist dadurch gekennzeichnet, daß - dem ersten (V5) und zweiten Transistor (V6) jeweils ein Emitterwiderstand (R8; RC) zugeordnet ist, - der Basis-Emitterstrecke mit dem Emitterwiderstand (R8; R9 ) jedes Transistors (V5; V6) ein ohmscher Widerstand (R5; R6; R7) sowie eine Z-Diode (V1; V2) parallelgeschaltet sind und der Basisanschluß jedes Transistors (V5; V6) an die Kollektor-Emittierstrecke eines Steuertransistor (V3; V4) angeschlossen ist, an dessen Basis für die Dauer des Spitzensteuerstromes bzw. für die gesate Durchlaßdauer des GTO-Thyristors (V) eine Steuerspannung angelegt ist.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da - der einer Z-Diode (V2) parallel geschaltete ohmsche Widerstand (R6, R7) als Spannungsteiler aufgebaut ist und - der zugeordnete Transistor (V6) über einen der Teilwiderstände (R7) durch Anschluß seiner Basis an den Teilpunkt des Spannungsteilers mit dem Steuertransistor (V4) verbunden ist.