DE3717482C2

DE3717482C2 -

Info

Publication number: DE3717482C2
Application number: DE19873717482
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. 6100 Darmstadt De Schindler
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1987-05-23
Filing date: 1987-05-23
Publication date: 1992-08-20
Also published as: DE3717482A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines GTO-Thyristors. Ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines GTO-Thyristors unter Einsatz eines Entlastungsnetzwerkes mit einem Kondensator parallel zum GTO-Thyristor sind aus Ingo J. Arnold, "Elektronische Bauelemente und Schaltungen der Energietechnik: von der µP-Technik bis zur Leitungselektronik", Berlin, Offenbach, VDE-Verlag, 1984, Seiten 126 bis 128 bekannt.

Leistungselektronische Schaltungen mit Gate-turn-off- Thyristoren (GTO-Thyristoren) benötigen zum Betrieb Entlastungsnetzwerke, die den Stromanstieg im GTO-Thyristor beim Einschalten bzw. den Spannungsanstieg über dem GTO-Thyristor beim Abschalten verzögern. Darüber hinaus wird zur Ansteuerung des GTO-Thyristors eine spezielle Einrichtung (Gate-Unit) benötigt, die dem GTO-Thyristor über einen seinen Gate-Anschluß die zum Ein- bzw. Abschalten notwendigen Ströme zuführt. Man erhält unter Berücksichtigung dieser Vorgaben den prinzipiellen Aufbau eines GTO-Schalters mit Entlastungsnetzwerken nach Fig. 1.

Der GTO-Thyristor ist mit V1 bezeichnet. Die antiparallel zu V1 angeordnete Diode V2 dient zum Schutz des GTO-Thyristors vor negativen Sperrspannungen. Das Einschaltentlastungsnetzwerk EE besteht beispielhaft aus einer im Hauptstrompfad des GTO-Thyristors liegenden Drossel LE, der ein Widerstand REW mit hierzu in Serie liegender Diode DE parallelgeschaltet ist. Das Ausschalt- Entlastungsnetzwerk AE besteht aus einem Kondensator CA, dem die Parallelschaltung aus einem Widerstand RA und einer Diode DA in Serie liegt. Diese Serienschaltung CA, RA/DA ist parallel zum GTO-Thyristor angeordnet. Die mit dem Steueranschluß des GTO-Thyristors verbundene Gate-Unit GA ist mit der Kathode von V1 verbunden.

Während des Leitzustandes des GTO-Thyristors V1 ist der Kondensator CA entladen. Gibt die Gate-Unit einen Löschimpuls an das Gate von V1, so sperrt der GTO-Thyristor und der vorher durch den GTO-Thyristor fließende Laststrom iLast kommutiert auf die Reihenschaltung Diode DA - Kondensator CA. Der Spannungsanstieg du/dt über dem GTO-Thyristor wird auf den Wert iLast/Ca begrenzt (iLast = abgeschalteter Laststrom, CA = Kapazität). Analog hierzug begrenzt die Diode LE beim Einschalten des GTO-Thyristors V1 den Stromanstieg dI/dt des durch den GTO-Thyristor fließenden Stromes I auf den Wert Ud/LE, wobei Ud die angelegte treibende Spannung ist (Le = Induktivität).

Nach dem Abklingen der Ausschalt- bzw. Einschaltentladung müssen Maßnahmen getroffen werden, um den Kondensator CA zu entladen bzw. um die Drossel LE abzumagnetisieren. Der Kondensator CA wird im vorliegenden Schaltungsbeispiel in der dem Sperrzustand folgenden Leitphase über den Kreis Ca, Ra, V1 entladen. Analog dazu wird in diesem Beispiel die Drossel LE über den Kreis LE, DE, RE abmagnetisiert. Wichtig ist, daß CA nahezu völlig entladen ist, wenn der GTO-Thyristor V1 erneut abgeschaltet werden soll, bzw. daß LE beim nächstfolgenden Einschaltvorgang stromlos ist. Der Entladevorgang des Kondensators CA kann angenähert durch die Gleichung

UCA = ÛCA · e - ^t/RACA

beschrieben werden (wobei UCA = Spannung am Kondensator CA, ÛCA = Scheitelwert der Spannung am Kondensator CA). Für die Abmagnetisierung der Drossel LE gilt

ILE = ÎLE · e - ^{t · -RE/LE}

(wobei ILE = Strom durch die Drossel LE, ÎLE = Scheitelwert des Stromes durch die Drossel LE).

Zur Sicherstellung der Entladung von CA bzw. der Abmagnetisierung von LE ist es üblich, die relevanten kritischen Größen (Spannung UCA, Strom ILE) unter Zugrundelegung der oben stehenden Gleichungen auf Sperrzeiten für den GTO-Thyristor V1 zurückzuführen. Auf diese Weise wird eine minimale Einschaltzeit t_Emin definiert, die sicherstellt, daß die Spannung UCA nach Ablauf von t_Emin unterhalb 5% der angelegten treibenden Spannung Ud liegt. Es ergibt sich

t_Emin 3 · RA · Ca.

Ferner wird eine minimale Ausschaltzeit t_Amin definiert, nach deren Ablauf der Strom ILE durch die Drossel auf etwa 5% des Maximalwertes abgebaut ist, d. h.

t_Amin 3 · LE/RE.

Es ist üblich, die minimale Einschaltzeit und die minimale Ausschaltzeit für den ungünstigsten Fall, d. h. für die höchste Kondensatorspannung UCA und den höchsten Strom durch die Drossel LE zu ermitteln und fest einzustellen. Die beiden Sperrzeiten t_Emin, t_Amin werden meist in der Gate-Unit erzeugt.

Es ist dabei von Nachteil, daß die Sperrzeiten t_Emin, T_Amin selbst nicht die relevanten kritischen Größen sind. Die Sperrzeiten sind vielmehr lediglich aus den kritischen Größen abgeleitet und hängen von der Art und Dimensionierung der Entlastungsnetzwerke ab. Die Sperrzeiten t_Emin, t_Amin müssen für jede Schaltungsauslegung erneut projektiert und eingestellt werden. Funktionsstörungen der Entlastungsnetzwerke können prinzipiell nicht erkannt werden und führen daher direkt zur Zerstörung des betreffenden GTO-Thyristors.

Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ansteuerung eines GTO-Thyristors anzugeben, bei dem sich die Sperrzeiten dynamisch an die Belastung des GTO-Thyristors anpassen und bei dem auch Fehlfunktionen des Entlastungsnetzwerkes erkannt und ausgeglichen werden. Des weiteren soll eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Ansteuerung eines GTO-Thyristors unter Einsatz eines Entlastungsnetzwerkes mit einem Kondensator parallel zum GTO-Thyristor und einer Drossel in Serie zum GTO-Thyristor gelöst, wobei die am Kondensator anliegende Spannung und der durch die Drossel fließende Strom ermittelt, mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen und hieraus Verriegelungsbedingungen für den Wechsel des Schaltzustandes des GTO-Thyristors hergeleitet werden.

Die Aufgabe wird bezüglich der Schaltungsanordnung durch die im Anspruch 6 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Dabei ist es aus der DE 34 08 788 A1 an sich bekannt, den durch einen GTO-Thyristor fließenden Strom zu ermitteln, mit vorgegebenen Grenzwerten zu vergleichen und hieraus Verriegelungsbedingungen für den Wechsel des Schaltzustandes des GTO-Thyristors herzuleiten. Konkret wird jedoch zum Schutz gegen Überstrom vorgeschlagen, daß der Laststrom des Halbleiterschalters durch Zünden eines in einem parallelen Zweig liegenden Schutzschalters abgebaut wird, indem der Strom des Halbleiterschalters auf den parallelen Zweig kommutiert.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen insbesondere darin, daß die Verriegelungsfunktionen für den GTO-Thyristor (minimale Einschaltzeit, minimale Ausschaltzeit) unabhängig von der Dimensionierung der Entlastungsnetzwerke sind und deshalb nicht erneut für jede Schaltungsauslegung projektiert und eingestellt werden müssen. Die durch die Verriegelungen entstehenden Sperrzeiten liegen nicht fest, sondern passen sich dynamisch an die Belastungen des GTO-Thyristors an. Auf diese Weise sind bei geringerer Schaltspannung und/oder geringerem Schaltstrom (wobei die pro Schaltvorgang umgesetzte Verlustleistung im GTO-Thyristor ebenfalls geringer wird) höhere Schaltfrequenzen möglich. Fehlfunktionen der Entlastungsnetzwerke können prinzipiell erkannt werden, wobei in bestimmten (wahrscheinlichen) Fehlerfällen keine zusätzlichen Schaltungen notwendig sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.

Es zeigt

Fig. 2 ein Ausschalt-Entlastungsnetzwerk mit Messung der Kondensatorspannung,

Fig. 3 einen ohmschen Teiler für die Kondensatorspannungsmessung,

Fig. 4 ein Ausschalt-Entlastungsnetzwerk mit Messung einer dem Kondensatorstrom proportionalen Spannung,

Fig. 5 ein Einschaltentlastungsnetzwerk mit Messung einer dem Drosselstrom proportionalen Spannung,

Fig. 6 ein Einschaltentlastungsnetzwerk mit Messung der Drosselspannung,

Fig. 7 eine Regenerierschaltung für die "differentielle" Messung der Kondensatorspannung und des Drosselstromes,

Fig. 8 eine kenngrößenabhängige Verriegelungsschaltung.

In Fig. 2 ist ein Ausschaltentlastungsnetzwerk mit Messung der Kondensatorspannung UCA gezeigt. Dabei wird die Kondensatorspannung UCA am gemeinsamen Verbindungspunkt des Kondensators CA mit der Serienschaltung DA/RA abgegriffen und der Gate-Unit GA zugeleitet. Da die kritische Größe UCA direkt erfaßt wird, ist prinzipiell keine spezielle Adaption notwendig. Es können sich jedoch konstruktive Probleme ergeben, wenn große Spannungen (z. B. <500 V) an der Gate-Unit GA eingeführt werden müssen. In solchen Fällen ist es vorteilhaft, einen ohmschen oder kapazitiven Spannungsteiler parallel zum Kondensator CA vorzusehen. Gegebenenfalls kann ein solcher Spannungsteiler auch in den Kondensatorbecher von CA eingebaut werden. Der Teilerfaktor des Spannungsteilers ist so auszulegen, daß an der Gate-Unit GA lediglich eine geeignete Spannung (z. B. <48 V) anliegt.

In Fig. 3 ist ein ohmscher Teiler für die Kondensatorspannungsmessung dargestellt, d. h. dem Kondensator CA sind zwei Widerstände R 1, R 2 parallelgeschaltet, an deren gemeinsamen Verbindungspunkt die reduzierte Kondensatorspannung UCA′ abgegriffen und der Gate-Unit GA zugeführt wird.

In Fig. 4 ist ein Ausschaltentlastungsnetzwerk mit Messung einer dem Kondensatorstrom ICA proportionalen Spannung URA dargestellt. Dabei ist das Ausschaltentlastungsnetzwerk so ausgebildet, daß der Kondensator CA mit der Anode des GTO-Thyristors V1 und die Parallelschaltung RA/DA mit der Kathode von V1 verbunden sind. Die Spannung URA wird am gemeinsamen Verbindungspunkt von CA/RA/DA abgegriffen und der Gate-Unit GA zugeleitet. Durch Ermittlung des Kondensatorstromes ICA (bzw. der hierzu proportionalen Spannung URA) wird das zeitliche Differential der kritischen Größe UCA bestimmt. Mit Hilfe einfacher RC-Netzwerke kann der Meßwert ICA (bzw. die hierzu proportionale Spannung URA) integriert und so die Größe UCA regeneriert werden.

Dieses Verfahren besitzt zwei Nachteile. Zum einen ist die Kenntnis der absoluten Größe der Kapazität des Kondensators CA notwendig, um die Rechenschaltung zu kalibrieren. Außerdem geht bei der differentiellen Messung der Anfangswert der Größe UCA verloren und muß künstlich nachgebildet (regeneriert) werden. Im Falle eines einfachen RCD-Ausschaltentlastungsnetzwerkes kann dies durch eine Schaltungsanordnung nach Fig. 6 erfolgen, wie dort ausgeführt wird.

In Fig. 5 ist ein Einschaltentlastungsnetzwerk mit Messung einer dem Drosselstrom ILE proportionalen Spannung URE dargestellt, wobei die Spannung URE am gemeinsamen Verbindungspunkt des Widerstandes RE und die Diode DE abgegriffen und der Gate-Unit GA zugeleitet wird. Da die kritische Größe ILE direkt erfaßt wird, ist prinzipiell keine spezielle Adaption notwendig. Zur Reduktion der an der Gate-Unit GA anliegenden Spannung kann ein ohmscher Spannungsteiler parallel zum Widerstand RE vorgesehen werden. Der Spannungsteiler kann auch als Anzapfung am Widerstand RE ausgeführt sein.

In Fig. 6 ist ein Einschaltentlastungsnetzwerk mit Messung der Drosselspannung ULE dargestellt. Dabei wird die Drosselspannung ULE am gemeinsamen Verbindungspunkt von DE und LE abgegriffen und der Gate-Unit GA zugeleitet. Durch Ermittlung der Drosselspannung ULE wird das zeitliche Differential der kritischen Größe ILE bestimmt. Mit Hilfe einfacher RC-Netzwerke kann der Meßwert ULE integriert und so die Größe ILE regeneriert werden. Dieses Verfahren besitzt zwei Nachteile. Zum einen ist die Kenntnis der absoluten Größe der Induktivität der Drossel LE notwendig, um die Rechenschaltung zu kalibrieren. Außerdem geht bei der differentiellen Messung der Anfangswert der Größe ILE verloren und muß künstlich nachgebildet (regeneriert) werden. Im Falle eines einfachen LRD-Einschaltentlastungsnetzwerkes kann dies durch eine Schaltungsanordnung nach Fig. 7 erfolgen.

In Fig. 7 ist eine Regenerierschaltung für die "differentielle" Messung der Kondensatorspannung UCA (bzw. des Drosselstromes ILE) dargestellt, wie sie unter Fig. 4 (bzw. 6) erwähnt ist. Die Spannung URA am Widerstand RA (die proportional zum Strom ICA ist, siehe Fig. 4) wird einem ohmschen Teiler 1 zugeleitet. Die Ausgangsspannung des ohmschen Teilers 1 wird einem Integrierglied 2 und einem Sample-and-Hold-Speicher 3 zugeführt. Ausgangsseitig sind das Integrierglied 2 mit dem negativen Eingang bzw. der Sample-and-Hold-Speicher 3 mit dem positiven Eingang eines Komparators 4 verbunden. Dem Ausgang des Komparators 4 ist das regenerierte Signal entnehmbar.

Zu Beginn des Entladevorganges des Kondensators CA (bzw. des Entmagnetisierungsvorganges der Drossel LE) im Entlastungsnetzwerk wird die an RA auftretende Spannung URA (bzw. die an LE auftretende Spannung ULE) gemessen und gespeichert. Dies erfolgt durch einen entsprechenden Impuls "Hold" am Steuereingang H des Sample-and-Hold- Speichers 3. Nachfolgend wird die am Widerstand RA anstehende und durch den ohmschen Teiler 1 herabgesetzte Spannung URA (bzw. die herabgesetzte Spannung ULE) integriert und dem Komparator 4 zugeleitet. Die im Sample- and-Hold-Speicher 3 gespeicherte Spannung dient als Schwellwert beim Vergleich mit der integrierten Spannung im Komparator 4 zur Ableitung des benötigten Verriegelungssignals für den GTO-Thyristor V1.

Infolge der direkten Messung der bestimmten Parameter UCA und ILE mit nachfolgender Bildung der Verriegelungsbedingungen ist eine Erkennung von Fehlfunktionen in den Entlastungsnetzwerken möglich. Prinzipiell können als Fehlerquellen eine Unterbrechung (Ausbrennen) der Widerstände RA oder RE, ein Ausfall (Kurzschluß) der Dioden DA oder DE, ein Kurzschluß (Überschlag) im Kondensator CA, ein Kurzschluß (Windungs- oder Erdschluß) in der Drossel LE oder eine Leitungsunterbrechung vorkommen. Wünschenswert ist eine Erkennung von möglichen Fehlern in den Entlastungsnetzwerken, die den GTO-Thyristor direkt gefährden und nach deren Auftreten noch Schutzmaßnahmen möglich sind. Bei den Entlastungsnetzwerken gemäß Fig. 2, 4, 5, 6 können solche Fehler erkannt werden, bei denen das fehlerhafte Element nicht Teil des Meßkreises ist. Zusätzlich muß sich nach Auftreten des Fehlers ein deutlich verändertes Verhalten des Netzwerkes zeigen, das den GTO-Thyristor zunächst noch nicht gefährdet.

Beim Ausschalt-Entlastungsnetzwerk gemäß Fig. 2 wird z. B. eine Unterbrechung von RA, DA oder den zugehörigen Leitungsverbindungen erkannt. Als Reaktion wird automatisch die Abschaltung des GTO-Thyristors V1 verhindert. Das Erkennen eines Kurzschlusses bei der Diode DE eines Einschaltentlastungsnetzwerkes ist dagegen nur unter Einsatz einer zusätzlichen Polaritätsüberwachungsschaltung (inklusive Meldung) möglich. Eine Veränderung des Widerstandswertes von RE (drastische Veränderungen, insbesondere Kurzschluß) ist gegebenenfalls ohne zusätzliche Schaltung möglich, wenn ein separater ohmscher Spannungsteiler parallel zu RE vorhanden ist, wobei eine Meldung und/oder Einschaltsperre für den GTO-Thyristor vorzusehen sind.

In Fig. 8 ist eine kenngrößenabhängige Verrriegelungsschaltung dargestellt, wie sie zur Bildung der Verriegelungsbedingungen für den GTO-Thyristor V1 aus den direkt gemessenen Parametern UCA und ILE geeignet ist. Es ist ein transparenter Speicher 5 zu erkennen, dessen Eingang D mit einem logischen GTO-Ansteuersignal A beaufschlagt wird. Der Ausgang Q des Speichers 5 führt zu einer Treiberschaltung 6, die ausgangsseitig mit dem Steuereingang (Gate) des GTO-Thyristors V1 verbunden ist.

Die Spannung UCA am Kondensator CA wird über einen Abschwächer 7 (mit Teilerfaktor K 1) an den negativen Eingang eines Kenngrößen-Komparators 8 geführt. Der positive Eingang des Komparators 8 wird mit einer ersten Referenzspannung U_{Ref 1} beaufschlagt. Der Ausgang des Komparators 8 ist an den ersten Eingang eines ODER-Gliedes 9 angeschlossen.

Die Spannung URE bzw. ULE am Widerstand RE bzw. an der Drossel LE wird über einen Abschwächer 10 (mit Teilerfaktor K 2) an den negativen Eingang eines Kenngrößen- Komparators 11 geführt. Der positive Eingang des Komparators 11 wird mit einer zweiten Referenzspannung U_{Ref 2} beaufschlagt. Der Ausgang des Komparators 11 ist an den ersten Eingang eines ODER-Gliedes 12 angeschlossen.

Dem zweiten Eingang des ODER-Gliedes 9 wird das Signal am Ausgang Q des Speichers T über einen Inverter 13 zugeleitet. Das gleiche Signal am Ausgang Q liegt dem zweiten Eingang des ODER-Gliedes 12 direkt an. Die Ausgänge der ODER-Glieder 9 und 12 sind mit den Eingängen eines UND-Gliedes 14 verbunden. Ausgangsseitig ist das UND-Glied 14 an den Freigabeeingang F des Speichers 5 angeschlossen.

Nachfolgend wird die Funktionsweise der Verriegelungsschaltung nach Fig. 8 beschrieben. Es wird ein Ausgangszustand angenommen, bei dem sich das Ansteuersignal A bereits für längere Zeit auf dem Pegel L (L = logisch Null) befindet. Das Signal am Ausgang Q des Speichers 5 ist L, d. h. der GTO-Thyristor V1 befindet sich im Sperrzustand. Der Kondensator CA ist aufgeladen, d. h. die gemessene, abgeschwächte Spannung UCA ist größer als die Referenzspannung U_{Ref 1}. Folglich leitet der Komparator 8 ein Signal mit dem Pegel L an den ersten Eingang des ODER-Gliedes 9. Die Drossel LE ist stromlos, d. h. die gemessene, abgeschwächte Spannung URE oder ULE ist kleiner als die Referenzspannung U_{Ref 2}. Folglich leitet der Komparator 11 ein Signal mit dem Pegel H (= logisch Eins) an den ersten Eingang des ODER-Gliedes 12. Da dem zweiten Eingang des ODER-Gliedes 12 ein Signal mit dem Pegel L (= Signal am Ausgang Q) und dem zweiten Eingang des ODER-Gliedes 9 ein Signal mit dem Pegel H (= invertiertes Signal am Ausgang Q) anliegen, weisen die dem UND-Glied 14 zugeführten Ausgangssignale der ODER-Glieder 9, 12 den Pegel H auf, wodurch das UND-Glied 14 dem Freigabeeingang F des Speichers 5 ein Signal mit dem Pegel H zuleitet, d. h. der Speicher 5 ist transparent (transparent bedeutet in diesem Zusammenhang, daß eine Änderung des Ansteuersignales auf den Ausgang Q des Speichers 5 durchgeschaltet wird).

Zusammenfassend kann der betrachtete Ausgangszustand (GTO-Thyristor V1 ist ausgeschaltet) auch dadurch beschrieben werden, daß der durch das ODER-Glied repräsentierte zweite Kanal des aus den ODER-Gliedern 9, 12, dem Inverter 13 und dem UND-Glied 14 bestehenden "digitalen Umschalters" in diesem Zustand aktiv (durchlässsig) und demzufolge der Speicher 5 transparent ist.

Ändert sich das Ansteuersignal A von L auf H (Pegelwechsel), so weist das Signal am Ausgang Q des Speichers 5 den Pegel H auf, worauf der GTO-Thyristor V1 über die Treiberschaltung 6 "eingeschaltet" wird.

Da das Signal am Ausgang Q über den Inverter 13 zum zweiten Eingang des ODER-Gliedes 9 gelangt, liegt an diesem zweiten Eingang ein Signal mit dem Pegel L an. Das Signal am zweiten Eingang des ODER-Gliedes 11 weist den Pegel H auf. Da Strom durch die Drossel LE fließt, ist die gemessene, abgeschwächte Spannung URE oder ULE größer als die Referenzspannung U_{Ref 2}. Folglich leitet der Komparator 11 ein Signal mit dem Pegel L an den ersten Eingang des ODER-Gliedes 12. Das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 12 ist somit H.

Zusammenfassend läßt sich der Zeitraum während des Leitzustandes des GTO-Thyristors dadurch charakterisieren, daß der durch das ODER-Glied 9 repräsentierte erste Kanal des "digitalen Umschalters" 9, 12, 13, 14 aktiviert wird und letztlich das Ausgangssignal des Komparators 8 den Zustand des Speichers 5 bestimmt (Spannung am Kondensator ist zustandsbestimmend). Das Ausgangssignal des Komparators 8 springt in Abhängigkeit des Entladevorganges des Kondensators CA vom Pegel L auf den Pegel H. Solange die Kondensatorspannung UCA unter Berücksichtigung des Teilerfaktors K 1 noch größer als die Referenzspannung U_{Ref 1} bleibt, gibt der Komparator 8 den Pegel L an das ODER-Glied 9 ab, d. h. das Ausgangssignal am ODER-Glied 9 beträgt L und das vom UND-Glied 14 an den Freigabeeingang F geleitete Signal beträgt ebenfalls L. Hierdurch wird der Speicher 5 "eingefroren" und jede Änderung des Ansteuersignales A wird blockiert.

Bei fast vollständiger Entladung des Kondensators CA ist die gemessene, abgeschwächte Spannung UCA kleiner als die Referenzspannung U_{Ref 1}. Folglich leitet der Komparator 8 ein Signal mit dem Pegel H an den ersten Eingang des ODER-Gliedes 9, d. h. das Ausgangssignal am ODER- Glied 9 beträgt jetzt H und das vom UND-Glied 14 an F geleitete Signal beträgt H, wodurch der Speicher wieder freigegeben wird (Ablauf der minimalen Einschaltzeit t_Emin).

Beim Wechsel des Ansteuersignales A von H auf L (Pegelwechsel) liegt ein Signal mit dem Pegel L am Ausgang Q des Speichers 5, wodurch der GTO-Thyristor "ausgeschaltet" wird. Das Signal am Ausgang Q mit dem Pegel L gelangt direkt zum zweiten Eingang des ODER-Gliedes 12 und über den Inverter 13 als Signal H zum zweiten Eingang des ODER-Gliedes 9. Da der Kondensator CA geladen wird, ist die gemessene, abgeschwächte Spannung UCA größer als die Referenzspannung U_{Ref 1}. Folglich gibt der Komparator 8 ein Signal L an den ersten Eingang des ODER-Gliedes 9 Das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 9 beträgt H. Die Drossel LE wird abmagnetisiert und führt noch Strom, so daß die gemessene, abgeschwächte Spannung URE oder ULE noch größer als die Referenzspannung U_{Ref 2} ist. Folglich gibt der Komparator 11 ein Signal mit dem Pegel L an den ersten Eingang des ODER-Gliedes 12 ab. Das Ausgangssignal des ODER-Gliedes beträgt somit L, wodurch auch das Ausgangssignal des UND-Gliedes 14 den Pegel L aufweist, d. h. der Speicher 5 wird "eingefroren" und jede Änderung des Ansteuersignals A wird blockiert.

Ist die Drossel fast stromlos bzw. stromlos, so ist die gemessene, abgeschwächte Spannung URE oder ULE kleiner als die Referenzspannung U_{Ref 2}. Folglich leitet der Komparator 11 ein Signal mit dem Pegel H an den ersten Eingang des ODER-Gliedes 12. Hierdurch springt das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 12 auf den Pegel H und folglich das Ausgangssignal des UND-Gliedes 14 ebenfalls auf den Pegel H, wodurch der Speicher wieder freigegeben wird (Ablauf der minimalen Ausschaltzeit t_Amin). Zusammenfassend läßt sich der Zeitraum während des Sperrzustandes des GTO-Thyristors dadurch charakterisieren, daß der durch das ODER-Glied 12 repräsentierte zweite Kanal aktiviert wird und den Zustand des Speichers 5 bestimmt (Spannung an LE ist zustandsbestimmend).

Wie aus der Beschreibung der Funktionsweise ersichtlich ist, passen sich die von der kenngrößenabhängigen Verrriegelungsschaltung erzeugten Sperrzeiten vorteilhaft dynamisch an die Belastung des GTO-Thyristors an, d. h. wenn die absoluten Werte der Kenngrößen UCA und ILE (repräsentiert durch URE oder ULE) geringer sind (was z. B. bei verminderter anliegender treibender Spannung UD oder bei geringem Ventilstrom auftritt), so verkürzen sich automatisch die Sperrzeiten. Die Bemessungsgrößen von CA und LE sind dabei vorteilhaft für die Funktion der Verriegelungsschaltung nicht relevant.

Eine Funktionsstörung der Ausschaltentlastung (z. B. durch Leitungsbruch oder Unterbrechung von RA) wird von der Verriegelungsschaltung ohne Zusatzaufwand erkannt und die Abschaltung des GTO-Thyristors wird verhindert (anderenfalls droht die Zerstörung des GTO-Thyristors).

In der Regel liegt ein Teil der in der Gate-Unit GA enthaltenen Elektronik auf Kathodenpotential des GTO-Thyristors. In diesem Fall ist vorteilhaft keine Potentialtrennung zwischen der Meßelektronik für die oben angegebenen Größen und der Gate-Steuerelektronik (Gate-Unit) des GTO-Thyristors notwendig.

Die kritischen Werte für UCA und ILE, unterhalb derer die oben angegebene Verriegelung aufgehoben wird, sind vorteilhaft lediglich von den Eigenschaften des GTO-Thyristors (GTO-Typ) und nicht von der Schaltungsauslegung des Leistungsteils bestimmt.

Claims

1. Verfahren zur Ansteuerung eines GTO-Thyristors unter Einsatz eines Entlastungsnetzwerkes mit einem Kondensator parallel zum GTO-Thyristor und einer Drossel in Serie zum GTO-Thyristor, wobei die am Kondensator (CA) anliegende Spannung (UCA) und der durch die Drossel (LE) fließende Strom (ILE) ermittelt, mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen und hieraus Verriegelungsbedingungen für den Wechsel des Schaltzustandes des GTO-Thyristors (V1) hergeleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die am Kondensator (CA) anliegende Spannung (UCA) direkt gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Strom (iCA) durch den Kondensator (CA) proportionale Spannung (URA) gemessen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Strom (ILE) durch die Drossel (LE) proportionale Spannung (URE) gemessen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Drossel (LE) liegende Spannung (ULE) gemessen wird.

6. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein transparenter Speicher (5) vorgesehen ist, an dessen Eingang (D) das Ansteuersignal (A) für den GTO-Thyristor (V1) anliegt, an dessen Ausgang (Q) der Steueranschluß des GTO-Thyristors (V 1) über eine Treiberschaltung (6) angeschlossen ist und dessen Freigabeeingang (F) in Abhängigkeit der am Kondensator (CA) und an der Drossel (LE) anstehenden Meßgrößen beaufschlagt ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorspannung (UCA) und die Drosselspannung (ULE) bzw. die dem Drosselstrom (ILE) proprotionale Spannung (URE) jeweils einem Komparator (8, 11) zugeführt werden, wobei den jeweils zweiten Eingängen dieser Komparatoren (8, 11) Referenzspannungen (URef 1, URef 2) anliegen, daß die Komparatoren (8, 11) ausgangsseitig mit den jeweils ersten Eingängen von ODER-Gliedern (9, 12) verbunden sind, daß die jeweils zweiten Eingänge dieser ODER-Glieder (9, 12) direkt bzw. über einen Inverter (13) mit dem Ausgangssignal des Speichers (5) beaufschlagt sind und daß die ODER-Glieder (9, 12) ausgangsseitig mit einem UND-Glied (14) verbunden sind, dessen Ausgang an den Freigabeeingang (F) des Speichers (5) angeschlossen ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgrößen (UCA, URE oder ULE) den Komparatoren (8, 11) über Abschwächer (7, 10) zugeleitet sind.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgrößen (UCA) über einen ohmschen Teiler (R 1, R 2) abgegriffen werden.

10. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regenerierschaltung zur differenziellen Messung der Kondensatorspannung (UCA) und des Drosselstromes (ILE) vorgesehen ist, bestehend aus einem ohmschen Teiler (1) zum Abgriff der Meßgröße, einem nachgeschalteten Integrierglied (2) und einem Sample-and-Hold-Speicher (3), wobei die Ausgänge des Integriergliedes (2) und des Sample-and-Hold- Speichers (3) mit einem Komparator (4) verbunden sind, dem ausgangsseitig das regenerierte Signal entnehmbar ist.