NL1010844C1

NL1010844C1 - Thyristor in voltage-to-current converter fed from high impedance source has gate trigger controlled by gas-filled spark gap

Info

Publication number: NL1010844C1
Application number: NL1010844A
Authority: NL
Inventors: Ynze Douwe Goinga
Original assignee: Gotronic; Ynze Douwe Goinga
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2000-06-20

Abstract

A spark gap (S1) or neon lamp in series with an inductor (L1), LED (D5) and resistor (R1) determines the striking voltage at the gate (G) of the thyristor (T1). This can be set anywhere in the range 60 to 700V. A high-voltage ac source (G) of the order of 10kV to 100kV charges a buffer condenser (C1), via the diode bridge (D1-D4), to about 150V. The thyristor (T1) converts this to a current of about ten microamps, giving a voltage drop of 1.5V across the LED (D5).

Description

Thyristor ontsteekcircuit.Thyristor ignition circuit.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het 5 ontsteken van een thyristor in een circuit dat gevoed wordt door een spanningsbron met een zeer hoge serie-impedantie of een stroombron met zeer gering vermogen zoals voorkomt bij het detecteren van de aanwezigheid van een hoge spanning op een geleider of van een statische lading op een voorwerp.The invention relates to a method for igniting a thyristor in a circuit fed by a voltage source with a very high series impedance or a current source with very low power as occurs when detecting the presence of a high voltage at a conductor or of a static charge on an object.

10 Een gebruikelijke manier om de aanwezigheid van een elektrische spanning ten opzichte van een referentie zoals de aardpotentiaal te detecteren is de spanningsbron via een hoogohmige impedantie en een neonlampje te verbinden met een geleider op aardpotentiaal. Voor de impedantie wordt meestal 15 een weerstand gekozen. Deze spanningsdetector is in de handel verkrijgbaar geïntegreerd in een schroevendraaier onder de naam "spanningzoeker". Als de bron een wisselspanning karakter heeft kan in plaats van een weerstand een condensator gebruikt worden.A common way to detect the presence of an electrical voltage relative to a reference such as the ground potential is to connect the voltage source via a high-impedance impedance and a neon lamp to a conductor at ground potential. A resistance is usually chosen for the impedance. This voltage detector is commercially available integrated in a screwdriver under the name "voltage detector". If the source has an AC voltage character, a capacitor can be used instead of a resistor.

20 In midden- en hoogspanningsinstallaties waar spanningen in de orde van 10 kV respectievelijk 100 kV voorkomen speelt de veiligheid een grote rol. In plaats van rechtstreeks op een spanning voerende geleider te meten kan men hier een metalen scherm om de isolatie aanbrengen. Scherm, isolatie 25 en geleider vormen een condensator van enkele tientallen pF. Als het scherm via een neon glimlampje met de aarde wordt verbonden zal door de verbinding een kleine stroom van enkele uA's lopen, voldoende om het neonlampje te laten branden.20 Safety plays a major role in medium and high-voltage installations where voltages in the order of 10 kV and 100 kV occur, respectively. Instead of measuring directly on a live conductor, a metal screen can be fitted around the insulation. Screen, insulation 25 and conductor form a capacitor of several tens of pF. If the screen is connected to earth via a neon glow lamp, a small current of a few uA's will flow through the connection, sufficient to make the neon lamp light up.

30 Omdat een neon glimlamp na verloop van tijd veroudert en steeds minder lichtopbrengst heeft is deze niet geschikt voor een permanente spanningsdetectie.30 Because a neon glow lamp ages over time and has less and less light output, it is not suitable for permanent voltage detection.

Een betere methode is geschetst in figuur 1. De spanningsbron G voert de te detecteren wisselspanning en is 35 verbonden via een impedantie Z1 - welke de bovengenoemde condensator van enkele pF kan zijn - en een diodebrug Dl, D2, D3, D4 met een buffercondensator Cl. De buffercondensa-tor is tevens aangesloten op een spanning naar stroomomzet- 1010844 2 ter U/I die op zijn beurt weer verbonden is met een lichtgevende diode (LED) D5. Doordat de generatorspanning zeer hoog is en de impedantie Z1 zeer groot gedragen de twee samen zich als een stroombron die in staat is Cl tot 150 V op te 5 laden. De spanning-stroomomzetter zet deze relatief hoge spanning om in een stroom die voldoende is om de LED D5 met doorlaatspanning 1.5 V te laten branden. Er wordt dus een hoge spanning (150 V) en een kleine stroom (10 uA) omgezet in een kleine spanning (1.5 V) en een relatief grote stroom 10 (1 mA). De genoemde getallen zijn grootte orden en dienen alleen als rekenvoorbeeld.A better method is outlined in Figure 1. The voltage source G carries the AC voltage to be detected and is connected via an impedance Z1 - which may be the above capacitor of some pF - and a diode bridge D1, D2, D3, D4 with a buffer capacitor C1 . The buffer capacitor is also connected to a voltage to current converter 1010844 2 ter U / I which in turn is connected to a light-emitting diode (LED) D5. Because the generator voltage is very high and the impedance Z1 is very large, the two behave together as a current source capable of charging C1 to 150 V. The voltage-current converter converts this relatively high voltage into a current sufficient to light the LED D5 with forward voltage 1.5 V. Thus, a high voltage (150 V) and a small current (10 uA) are converted into a small voltage (1.5 V) and a relatively large current 10 (1 mA). The numbers mentioned are orders of magnitude and serve only as a calculation example.

Figuur 2 laat zien hoe de spanning-stroomomzetter in principe is opgebouwd. Een detectiecircuit Sc meet de spanning over de buffercondensator Cl en schakelt bij voldoend 15 hoge spanning de schakelaar SI in. Door de LED D5 vloeit een ontlaadstroom die begrensd wordt door de zelfinductie van de spoel LI. Als de schakelaar geopend wordt, voordat de stroom door LI nul is, neemt de vrijloopdiode D6 de stroom over ter voorkoming van een hoge inductiespanning op het gemeenschap-20 pelijke punt van LI en SI.Figure 2 shows how the voltage-current converter is constructed in principle. A detection circuit Sc measures the voltage across the buffer capacitor C1 and switches on the switch S1 at a sufficiently high voltage. A discharge current flows through LED D5, which is limited by the inductance of the coil LI. When the switch is opened before the current through LI is zero, the freewheeling diode D6 takes over the current to prevent a high induction voltage at the common point of LI and SI.

Figuur 3 laat een uitvoeringsvorm zien van het schakel-circuit. Als schakelaar dient een thyristor Tl. Deze schakelt als de spanning op de gate G de ontsteekspanning Uo bereikt. R1 en R2 vormen een spanningsdeler waarvan de weer-25 standsverhouding de spanning over Cl bepaalt waarbij de thyristor ontsteekt. Deze schakeling heeft het nadeel dat bij het bereiken van de gate ontsteekspanning Ugo er een gatestroom loopt die ook door R2 gaat en zo van invloed is op de spanning over Cl waarop de thyristor ontsteekt. Een 30 tweede nadeel is dat de gate ontsteekspanning Uo tempera-tuurafhankelijk is. Een derde nadeel is de ingangsstroom, die geleverd wordt door de bron G en verder bepaald wordt door de impedantie Zl, voldoende groot moet zijn om de gate ontsteekspanning over R1 te bereiken. In de praktijk zal 35 deze minimum ingangsstroom in de orde van 10 uA liggen.Figure 3 shows an embodiment of the switching circuit. A thyristor Tl. This switches when the voltage at gate G reaches the ignition voltage Uo. R1 and R2 form a voltage divider whose resistance ratio determines the voltage across C1 at which the thyristor ignites. This circuit has the drawback that upon reaching the gate ignition voltage Ugo, there is a gate current which also passes through R2 and thus influences the voltage across C1 at which the thyristor ignites. A second drawback is that the gate ignition voltage Uo is temperature dependent. A third drawback is the input current, which is supplied by the source G and further determined by the impedance Z1, must be large enough to reach the gate ignition voltage across R1. In practice, this minimum input current will be of the order of 10 µA.

Een betere en veel toegepaste uitvoering van het ont-steekcircuit is aangegeven in figuur 4. Hier is tussen de anode en gate van de thyristor een diac T2 opgenomen. Een 1 o 1Üo 4 4 3 diac gaat boven een bepaalde spanning abrupt over van een isolerende toestand naar een geleidende toestand. De ont-steekspanning van een diac is ca, 30 V zodat de spanning op Cl, waarbij ontsteking van de thyristor plaatsvindt, gelijk 5 is aan deze 30 V vermeerderd met de gate ontsteekspanning Ugo (0.7 V) van de thyristor en de spanningsval over de LED D5 en spoel LI (1.5 V). Een diac heeft het nadeel dat deze alleen met een ontsteking van circa 30 V is te krijgen en dat deze een te hoge lekstroom heeft. Als de lekstroom 10 groter is dan de stroom die door de bron wordt geleverd, werkt de schakeling met diac niet.A better and much used embodiment of the ignition circuit is shown in figure 4. Here a diac T2 is included between the anode and gate of the thyristor. Above a certain voltage, a 1 o 1 4 4 3 diac abruptly transitions from an insulating state to a conducting state. The ignition voltage of a diac is approx. 30 V so that the voltage at Cl, at which the thyristor ignites, is equal to this 30 V plus the gate ignition voltage Ugo (0.7 V) of the thyristor and the voltage drop across the LED D5 and coil LI (1.5 V). A diac has the disadvantage that it can only be obtained with an ignition of approximately 30 V and that it has too high a leakage current. If the leakage current 10 is greater than the current supplied by the source, the circuit with diac will not work.

Een verdere verbetering van de schakeling is getekend in figuur 5 en wordt bereikt door toepassing van een hermetisch gesloten vonkbrug SI (Duits: "Gasgefüllter Überspan-15 nungsableiter", Engels: "Sparkgap”) of een gasontladingslamp van het type neon glimlamp. Deze hebben beide de eigenschap dat ze, wanneer ze niet ontstoken zijn, een zeer hoge isola-tieweerstand ( > 1 Gohm) hebben. Bij overschrijding van de ontsteekspanning gaan ze abrupt over in een toestand met 20 lage weerstand. De ontsteekspanning van beide elementen wordt door de fabrikant gespecificeerd waarbij de vonkbrug verkrijgbaar is in een reeks tussen 60 en 700 V.A further improvement of the circuit is shown in figure 5 and is achieved by using a hermetically closed spark gap SI (German: "Gasgefüllter Überspan-15 nungsableiter", English: "Sparkgap") or a gas discharge lamp of the type neon glow lamp. both have the property that, when not ignited, they have a very high insulation resistance (> 1 Gohm) When the ignition voltage is exceeded, they abruptly change to a low resistance condition. manufacturer specified where the spark gap is available in a range between 60 and 700 V.

Figuur 5 laat tevens zien dat de belasting gevormd door D5 en LI in serie staat met de parallelschakeling van de thy-25 ristor en de vonkbrug. Zodoende wordt de toename van de stroom in de gate G van de thyristor bij het ontsteken van de vonkbrug door de zelfinductie van LI begrensd.Figure 5 also shows that the load generated by D5 and LI is in series with the parallel connection of the thy-25 ristor and the spark gap. Thus, the increase of the current in the gate G of the thyristor upon ignition of the spark gap is limited by the self-inductance of L1.

-J 4 f'i fi A-J 4 f'i fi A

jU i L' oyou i L 'o

Claims

1. Method for discharging a capacitor in a load circuit by closing an electronic switch, the electronic switch closing when the voltage on the capacitor has reached a certain value.

2. A method according to claim 1, characterized in that when measuring the voltage on the capacitor, little or no charge is extracted from the capacitor.

3. Device consisting of a series circuit of a capacitor, a load circuit and a thyristor acting as an electronic switch, the thyristor being ignited by a control circuit.

Device according to claim 3, characterized in that the control circuit is an ignition element with two terminals, one terminal of which is connected to the gate of the thyristor and the other terminal of which is connected to one of the terminals of the capacitor.

Device according to claim 4, characterized in that the ignition element transitions abruptly from an insulating state to a conductive state when a certain voltage between its terminals is exceeded.

6. Device according to claim 5, characterized in that the ignition element is a gas discharge lamp of the type glow lamp.

Device according to claim 5, characterized in that the ignition element is a hermetically sealed spark gap of the type gas-filled surge arrester.

Device according to claim 4, characterized in that the current through the ignition element in conducting state is limited by the impedance of the load. 1 ü 1 h ö 4 4