DE3640661A1

DE3640661A1 - Schaltungsanordnung zum ueberspannungsschutz eines thyristors in blockierrichtung

Info

Publication number: DE3640661A1
Application number: DE19863640661
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr Ing Koelpin
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1986-11-28
Filing date: 1986-11-28
Publication date: 1988-06-09

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Überspannungsschutz eines Thyristors mit Mitteln zum blockierspannungsabhängigen Zünden des Thyristors.

Bei bekannten Schaltungsanordnungen der obengenannten Art (Druckschrift Nr. D HS 70 468 EFD) sind spezielle Bauelemente mit Kippcharakteristik zwischen Anoden- und Gateanschluß des Thyristors geschaltet, die bei Überschreiten der Kippspannung einen Strom von der Anode zum Gate des Thyristors fließen lassen. Auf diese Weise wird der Thyristor beim Auftreten einer Überspannung vor Erreichen der maximal zulässigen Blockierspannung definiert gezündet, so daß ein unkontrol liertes Überkopfzünden unterbleibt. Derartige spezielle Bau elemente müssen für den jeweiligen Anwendungszweck speziell konzipiert und hergestellt werden, so daß es sich um ein re lativ teures Bauelement handelt. Würde man derartige Bauele mente beispielsweise durch preiswertere Varistoren ersetzen, würde beim Ansprechen der Thyristor mit einem geringen Gate strom angesteuert, was beim Zünden zu einer Gefährdung des Thyristors führen kann, da beim Varistor der Übergang zwi schen hoch- und niederohmigem Bereich fließend ist.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Schal tungsanordnung aufzuzeigen, die den gewünschten Überspan nungsschutz betriebssicher und mit preiswerten Bauelementen realisieren kann. Dies wird auf einfache Weise dadurch er reicht, daß parallel zur Anoden-Kathodenstrecke des Thyri stors die Reihenschaltung eines Varistors mit einem Widerstand liegt, deren Verbindungspunkt über ein vom Spannungsfall am Widerstand abhängig schaltendes Schaltelement an das Gate des Thyristors angeschlossen ist. Besteht das Schaltelement aus einem Hilfsthyristor, dessen Anode über eine in Sperrich tung betriebene Zenerdiode mit dem Gate des Thyristors ver bunden ist, anstelle einer Vierschichtdiode oder eines Diac, so ergibt sich der Vorteil, daß leicht erhältliche Bauelemen te Verwendung finden können und die Ansprechschwellen des spannungsabhäng schaltenden Elementes durch die Wahl der Ze nerspannung der Zenerdiode in weiten Grenzen beeinflußt wer den können. Mit nur einem Varistor kann ausgekommen werden, wenn bei Verwendung antiparallelgeschalteter Thyristoren eine Reihenschaltung von Widerstand, Varistor und weiterem Wider stand parallel zu den Thyristorhauptstromstrecken liegt und die Verbindungspunkte von Widerstand mit Varistor über das Schaltelement mit dem Gate des einen Thyristors und von Va ristor mit dem weiteren Widerstand über ein weiteres Schalt element mit dem Gate des antiparallel geschalteten Thyristors verbunden sind.

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung unter Verwendung einer Vier schichtdiode oder eines Diacs als Schaltelement,

Fig. 2 die Verwendung eines Hilfsthyristors mit einer Zener diode und

Fig. 3 die Schaltungsanordnung bei Verwendung antiparallel geschalteter Thyristoren.

Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der erfindungsgemäßen Schutzschaltung. Der zu schützende Thyristor 1 liegt mit dem Anodenanschluß 2 und dem Kathodenanschluß 3 in einem nicht näher beschriebenen Laststromkreis und wird an seinem Gateanschluß 4 durch ein ebenfalls nicht näher beschriebenes Zündgerät betriebsmäßig gezündet.

Parallel zur Anoden-Kathodenstrecke liegt die Reihenschaltung aus einem Varistor 5 und einem ohmschen Widerstand 6. Der Verbindungspunkt von Varistor und ohmschem Widerstand ist über ein spannungsabhängig schaltendes Element 7, z.B. Vier schichtdiode oder Diac, mit dem Gateanschluß 4 des Thyristors 1 verbunden. Tritt in Blockierrichtung des Thyristors 1 eine Überspannung auf, so bildet sich durch den Varistor 5 und den Widerstand 6 ein Stromfluß aus, wenn die Überspannung einen durch den Varistor 5 vorgebbaren Pegel überschreitet. Der durch diesen Strom am Widerstand 6 erzeugte Spannungsfall steigt mit wachsendem Strom solange an, bis das spannungs abhängig schaltende Element 7 durchschaltet und die Gate- Kathodenstrecke des Thyristors 1 parallel zum Widerstand 6 legt. Wegen der geringen Durchlaßspannung dieser Strecke kommutiert der größte Teil des durch die Reihenschaltung aus Varistor 5 und Widerstand 6 fließenden Stromes vom Widerstand 6 schlagartig auf die Gate-Kathodenstrecke des Thyristors, wodurch dieser mit einem kräftigen Zündimpuls definiert ange steuert wird. Durch diese Zündung des Thyristors 1 kann keine weitere Überspannung an seinen Hauptanschlüssen bestehen blei ben, womit der Schutzzweck der Schaltung erfüllt ist.

Für das spannungsabhängig schaltende Element 7 kann anstelle einer Vierschichtdiode oder eines Diacs vorteilhaft eine Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 Verwendung finden. Hierbei wird die Verbindung zwischen dem Varistor 5 und dem Wider stand 6 über einen Hilfsthyristor 8 auf den Gateanschluß 4 geschaltet, wobei der Anodenanschluß des Hilfsthyristors 8 über eine in Sperrichtung betriebene Zenerdiode 9 mit dessen Gate verbunden ist. Über den Widerstand 10 werden Leckströme des Hilfsthyristors 8 und der Zenerdiode 9 an der Gate-Katho denstrecke des Thyristors 1 vorbeigeleitet. Bei praktisch ausgeführten Schaltungen ist der Widerstand 10 zum Teil be reits im betriebsmäßigen Zündgerät vorhanden. Der Wider standswert des Widerstandes 6 kann so gewählt werden, daß für den Hilfsthyristor 8 und die Zenerdiode 9 Bauelemente geringer Sperrspannungsfestigkeit benutzt werden können.

Fig. 3 zeigt eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schal tung zum Schutz antiparallel geschalteter Thyristoren, wie sie als Wechselwegpaar in Wechsel- oder Drehstromsteller schaltungen benutzt wird. Dem Thyristor 1 ist hierbei für die zweite Halbschwingung des Laststromes ein Thyristor 11 mit dem Anodenanschluß 12, dem Kathodenanschluß 13 und dem Gate anschluß 14 antiparallel geschaltet. Das betriebsmäßige Zünd gerät ist wiederum nicht dargestellt. Die Gate-Kathodenstrecken der Thyristoren 1 und 11 sind in an sich bekannter Weise durch die Dioden 15 und 16 gegen Sperrbeanspruchung geschützt. Diese Dioden sind zum Teil bereits im betriebsmäßigen Zünd gerät vorhanden. In dieser Anwendung ist dem Varistor 5 und dem Widerstand 6 ein weiterer Widerstand 17 vorgeschaltet, dessen Verbindungspunkt mit dem Varistor 5 über den zweiten Hilfsthyristor 18 mit dem Gate des Thyristors 11 verbunden ist. Anode und Gate des Hilfsthyristors 18 sind über die in Sperrichtung betriebene Zenerdiode 19 verbunden. Der Wider stand 20 dient wiederum der Ableitung unerwünschter Leck ströme.

Die Wirkung der Schaltung entspricht für den Thyristor 11 der Beschreibung von Fig. 2, wobei anstelle des Spannungsfalls am Widerstand 6 der am Widerstand 17 zur Auslösung der Zündung benutzt wird. Um die Gate-Kathodenstrecken der Hilfsthyri storen 8 und 18 vor Sperrbeanspruchung zu schützen, sind weitere Dioden 21 und 22 in den Gate-Stromkreisen dieser Thy ristoren vorteilhaft, deren Sperrspannung nur dem Spannungs fall entsprechen muß, der an den Widerständen 6 bzw. 17 beim Zünden der Hauptthyristoren vorliegt. Dabei werden die Thyri storen auch gegen Überspannungen in Sperrichtung geschützt.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Überspannungsschutz eines Thyri stors mit Mitteln zum blockierspannungsabhängigen Zünden des Thyristors, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Anoden-Kathodenstrecke (2, 3) des Thyristors (1) die Reihenschaltung eines Varistors (5) mit einem Wider stand (6) liegt, deren Verbindungspunkt über ein vom Span nungsfall am Widerstand (6) abhängig schaltendes Schaltele ment (7, 8, 9, 18, 19) an das Gate (4, 14) des Thyristors (1, 11) angeschlossen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (7) eine Vierschichtdiode oder ein Diac ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement aus einem Hilfsthyristor (8) besteht, dessen Anode über eine in Sperrichtung betriebene Zenerdiode (9) mit dem Gate dieses Hilfsthyristors (8) verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, da durch gekennzeichnet, daß bei Verwen dung antiparallelgeschalteter Thyristoren (1, 11) eine Rei henschaltung von Widerstand (6), Varistor (5) und weiterem Widerstand (17) parallel zu den Thyristorhauptstromstrecken liegt und die Verbindungspunkte von Widerstand (6) mit Vari stor (5) über das Schaltelement (8) mit dem Gate (4) des einen Thyristors (1) und von Varistor (5) mit dem weiteren Widerstand (17) über ein weiteres Schaltelement (18) mit dem Gate (14) des antiparallel geschalteten Thyristors (11) ver bunden sind.