DE4107031C1

DE4107031C1 - Load current pulse duration determn. circuit for rectifier thyristor - provides measurement of thyristor control potentials independently of load

Info

Publication number: DE4107031C1
Application number: DE4107031A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl.-Ing. Giera; Hans-Joachim Dipl.-Ing. 1000 Berlin De Zemke
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Alstom Anlagen und Automatisierungstechnik GmbH
Priority date: 1991-03-01
Filing date: 1991-03-01
Publication date: 1992-01-23
Anticipated expiration: 2011-03-02

Abstract

The circuit determines the duration of individual load current pulses supplied by a thyristor of a rectifier unit to achieve optimum control by coordinating the respective thyristor firing signals. The thyristor (4) is provided with a first stage (5) which monitors the anode-cathode voltage and a second stage (6) for monitoring the gate-cathode voltage. The outputs of stages (5,6) are sequentially evaluated by module (10) via a suitable chanegover circuit (7) to improve dynamic regulation and phase control particularly where load requiring a rotating field are employed. USE/ADVANTAGE - Provides a reliable measurement of thyristor control potentials which is largely independent of load. Is effective in reducing noise levels where high rotational speeds require good dynamic characteristics.

Description

Einrichtung zur Einzelerfassung der Stromflußdauer von Thyristoren in einem Stromrichter und der Zuordnung der Zündsignale seiner Thyristoren zueinander.Device for the individual detection of the current flow duration of thyristors in a converter and the assignment of the ignition signals of its thyristors to each other.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Einzelerfassung der Strom flußdauer von Thyristoren in einem Stromrichter und der Zuordnung der Zündsignale seiner Thyristoren zueinander.The invention relates to a device for individual detection of the current Flux duration of thyristors in a converter and the assignment of the ignition signals of its thyristors to each other.

Eine solche Einrichtung ist aus der JP-63-1 24 765 (A) für einen IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) bekannt, wobei dort einerseits eine Erfassung des Last stromes durch den Leistungshalbleiterschalter (IGBT) und andererseits eine Er fassung der Spannung an der Gate-Kathodenstrecke des Leistungshalbleiter schalters vorgesehen ist und die sich hierbei ergebenden Signale einem Exklusiv- ODER-Gatter zur Bildung eines Überwachungssignals zugeführt sind.Such a device is from JP-63-1 24 765 (A) for an IGBT (Insulated Gate bipolar transistor) is known, where on the one hand a detection of the load current through the power semiconductor switch (IGBT) and on the other hand an Er Detection of the voltage at the gate-cathode section of the power semiconductor is provided and the resulting signals are sent to an exclusive OR gates are supplied to form a monitoring signal.

Bei der bekannten Einrichtung erfolgt die Erfassung des Laststromes durch einen Stromwandler. Aufgrund des unvermeidbaren Magnetisierungsstromes des Stromwandlers treten dabei Meßungenauigkeiten auf, die gerade im Bereich des Stromnulldurchgangs, der hier erfaßt werden soll, störend sind.In the known device, the load current is detected by a current transformer. Because of the inevitable magnetizing current of the current transformer occur inaccuracies in the measurement of the zero current crossing, which is to be recorded here, are disruptive.

Bei der angegebenen Einrichtung handelt es sich bei dem Leistungshalbleiter schalter, dessen Stromflußdauer erfaßt werden soll, um ein spannungsgesteuertes Element, nämlich - wie bereits erwähnt - um einen IGBT. Bei solchen span nungsgesteuerten Elementen ist es zur eindeutigen Feststellung der Stromfluß dauer unbedingt erforderlich, sowohl den Laststrom als auch die Gate-Kathoden spannung zu erfassen. Es kann nämlich durchaus (z. B. über parallel zum Halb leiterleistungsschalter liegende Beschaltungselemente) ein Laststrom fließen, ohne daß eine Spannung an der Gate-Kathodenstrecke liegt, bzw. eine Gate- Kathodenspannung vorhanden sein, ohne daß ein Strom fließt (z. B. während einer Kommutierungszeit).The specified device is the power semiconductor switch whose current flow duration is to be recorded to a voltage-controlled Element, namely - as already mentioned - around an IGBT. With such span voltage-controlled elements, it is used to clearly determine the current flow absolutely necessary, both the load current and the gate cathodes to detect voltage. It can be done (e.g. parallel to the half circuit-breaker circuit elements) a load current flows, without a voltage on the gate-cathode path or a gate Cathode voltage is present without current flowing (e.g. during a commutation time).

Die Erfindung bezieht sich dagegen auf einen stromgesteuerten Halbleiter leistungsschalter, nämlich einen Thyristor, und geht davon aus, daß solange bei einem Thyristor ein Strom fließt, auch eine Gate-Kathodenspannung vor handen ist. Die ausschließliche Erfassung der Gate-Kathodenspannung als Signal für einen Stromfluß durch einen Thyristor ist bereits durch die DE 27 14 627 A1 bekannt.In contrast, the invention relates to a current-controlled semiconductor circuit breaker, namely a thyristor, and assumes that as long with a thyristor a current flows, also a gate cathode voltage is there. The exclusive detection of the gate cathode voltage as Signal for a current flow through a thyristor is already in DE 27 14 627 A1 known.

Aufgrund der Vierschicht-Struktur des Thyristors wird sich im Falle der Strom führung eine Gate-Kathodenspannung einstellen, die über die Zündimpulsdauer hinaus als Rückwirkung des Ventilstromes meßbar und damit auswertbar ist. Obwohl die Amplitude dieser Spannung nicht so sehr von der Höhe des Ventil stromes, sondern von der Gate-Struktur und anderen, die Halbleiterphysik be treffenden Faktoren abhängt, kann mit Gate-Spannungen im Bereich von 0,2 bis 0,8 Volt gerechnet werden. Es handelt sich hierbei um den Spannungs abfall von mindestens einer Schichtschwelle, der über den differentiellen Widerstand hinaus etwas stromabhängig ist.Due to the four-layer structure of the thyristor, in the case of current set a gate cathode voltage, which over the ignition pulse duration can also be measured and thus evaluated as a reaction of the valve current. Although the amplitude of this voltage does not depend so much on the height of the valve stromes, but from the gate structure and others that be semiconductor physics relevant factors, with gate voltages in the range of 0.2 up to 0.8 volts can be expected. This is the tension drop of at least one layer threshold, which is above the differential Resistance is somewhat current dependent.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur stromwertun abhängigen Auswertung der Betriebszustände eines Thyristors anzugeben, also neben der Stromflußdauer auch dessen Phasenlage innerhalb eines Stromrichters zwecks zeitlich richtiger Zuordnung der Zündimpulse zum Einschalten des Thy ristors und eine Kontrolle der richtigen Verdrahtung beim Ersteinschalten innerhalb von Serienstromrichtergeräten ermöglicht.The invention has for its object a device for stromwertun dependent evaluation of the operating states of a thyristor, so In addition to the current flow duration, its phase position within a converter for the correct allocation of the ignition pulses to switch on the Thy ristors and a check of the correct wiring when switching on for the first time enabled within series converter devices.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch die Lehre des Anspruchs 1.This problem is solved by the teaching of claim 1.

Ein Verfahren zum Betrieb der Einrichtung nach der Erfindung ist im Anspruch 2 gekennzeichnet.A method for operating the device according to the invention is in claim 2 featured.

Die Erfassung der Anoden-Kathodenspannung über einen Spannungsteiler dient nur der Drehfelderkennung und der Zündimpulszuordnung, während die Gate- Kathodenspannungserfassung unabhängig von der Höhe des Stromes ein Fließen des Stromes, insbesondere auch bei sehr kleinen Strömen, überwacht. Für die Regelung eines mit der Einrichtung nach der Erfindung versehenen Strom richters sind damit gute dynamische Voraussetzungen gegeben, wie sie in kreisstromfreien Zweistromrichterschaltungen, z. B bei Direktumrichterphasen, erfüllt werden müssen, um die während des Umschaltens auftretende stromlose Pause auf ein Minimum zu reduzieren.The detection of the anode-cathode voltage via a voltage divider is used only the rotating field detection and the ignition pulse assignment, while the gate Cathode voltage detection regardless of the amount of current flowing of the current, especially in the case of very small currents, is monitored. For the Regulation of a current provided with the device according to the invention richters are thus given good dynamic conditions, as described in circulating current-free two-converter circuits, e.g. B for direct converter phases, must be met in order to avoid the currentless occurring during switching Reduce break to a minimum.

Die Erfindung wird im folgenden mittels einer Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is in the following by means of a drawing on a Embodiment explained in more detail.

Ein Eingangssignal zur Bildung eines Zündsignals für einen Thyristor 4 wird über einen Impulsformer 1 und eine Potential trenneinrichtung 2 an einen Verstärker 3 geführt. An dem Thyristor 4 wird sowohl die an der Anoden-Kathodenstrecke ab fallende Spannung als auch die an der Gate-Kathodenstrecke abfallende Spannung erfaßt. Die an der Anoden-Kathodenstrecke abfallende Span nung wird mit einer ersten Erfassungsstufe 5 erfaßt und einer Umschaltein richtung 7 zugeleitet. Die an der Gate-Kathodenstrecke abfallende Spannung wird mit einer zweiten Erfassungsstufe 6 erfaßt und eben falls der Umschalteinrichtung 7 zugeleitet. Das von der Erfassungs stufe 6 abgegebene Signal wird außerdem über eine Impulsspeicherstu fe 8 der Umschalteinrichtung 7 zugeführt. Die Umschalteinrichtung 7 ist über eine Potentialtrenneinrichtung 9 mit einer Auswerteein richtung 10 verbunden.An input signal for forming an ignition signal for a thyristor 4 is passed to an amplifier 3 via a pulse shaper 1 and a potential separation device 2 . The thyristor 4 detects both the voltage falling on the anode-cathode path and the voltage falling on the gate-cathode path. The voltage dropping on the anode-cathode path is detected with a first detection stage 5 and fed to a switching device 7 . The voltage drop across the gate-cathode path is detected by a second detection stage 6 and, if the switching device 7 is supplied. The output from the detection stage 6 signal is also fed via a pulse storage stage 8 to the switching device 7 . The switching device 7 is connected via a potential separation device 9 to an evaluation device 10 .

Die Spannungsversorgung erfolgt über eine nicht dargestellte unipolare Spannungsquelle von z. B. +15 Volt, die Hilfsspannungsversorgung der auf Potential liegenden Schaltung erfolgt durch einen integrierten Spannungswandler, vorzugsweise einen Gegentakt-Durchflußwandler. Das Eingangssignal steuert die Potentialtrenneinrichtung 2, die vorzugs weise ein Optokoppler ist, an und gelangt dann in den Verstärker 3. Der Zündimpuls beginnt mit einem Spitzenstrom, gefolgt von einem Impulsrücken.The voltage supply takes place via a unipolar voltage source of z. B. +15 volts, the auxiliary voltage supply of the circuit is at potential by an integrated voltage converter, preferably a push-pull flow converter. The input signal controls the potential separation device 2 , which is preferably an optocoupler, and then arrives in the amplifier 3 . The ignition pulse begins with a peak current, followed by a pulse back.

Die Überwachung der Anoden-Kathodenspannung des Thyristors 4 ist vorteilhaft für eine Drehfelderkennung, die Impulszuordnung und eine Sicherungsüberwachung. Gleich zeitig erfolgt eine Erfassung der Gate-Kathodenspannung am Thyristor 4 zu Überwachung der Stromflußdauer und der Zündimpulse. Monitoring the anode-cathode voltage of thyristor 4 is advantageous for rotating field detection, pulse assignment and fuse monitoring. At the same time, the gate cathode voltage is detected at thyristor 4 to monitor the current flow duration and the ignition pulses.

Zur Vermeidung der Parallelübertragung dieser Signale dient die Um schalteinrichtung 7 und zwar derart, daß beim Einschalten die Erfassung der Spannung über der Anoden- Kathodenstrecke erfolgt und nach dem ersten Zündimpuls mit Hilfe der Impulsspeicherstufe 8 die Überwachung der Gate-Kathodenstrecke wirksam wird.To avoid the parallel transmission of these signals is used to switch device 7 in such a way that when switching on the voltage across the anode-cathode path is detected and after the first ignition pulse with the aid of the pulse storage stage 8, the monitoring of the gate-cathode path becomes effective.

Die Erfindung ermöglicht eine Ver besserung der Dynamik von Stromreglern gerade bei hohen Drehzahlen Summenbedämpfung.The invention enables a Ver Improve the dynamics of current regulators, especially at high speeds Total damping.

Claims

1.Device for the individual detection of the current flow duration of thyristors in a converter and the assignment of the ignition signals of its thyristors to one another, each thyristor ( 4 ) having a first stage ( 5 ) for detecting the voltage across the load path of the thyristor ( 4 ) and a second stage ( 6 ) for detecting the voltage across the gate-cathode path of the thyristor ( 4 ) is provided, the outputs of the detection stages ( 5, 6 ) being connected to a switching device ( 7 ) which is followed by an evaluation device ( 10 ) and which in Switching dependency of a pulse memory stage ( 8 ), which in turn is controlled by the output signal of the second detection stage ( 6 ).

2. Method for operating the device according to claim 1, characterized, that after switching on the first on the anode-cathode section each thyristor falling voltage detected and after the first ignition impulse is the chip dropping on the gate-cathode path of each thyristor voltage is detected.