DE3443247A1 - Schaltungsanordnung zum potentialfreien einschalten eines hochstromes ueber einen gto-thyristor in einer stromrichterschaltung - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnunq zum potentialfreien Ein-
• schalten eines Hochstromes über einen GTO-Thyristor in einer Stromrichterschaltung Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Es sind schon Einschaltsteuerkreise zur Zündung von GTO-Thyristoren bzw. Thyristoren bekannt. In Fig. 1 ist eine Ausführung eines solchen Einschaltsteuerkreises dargestellt. Zwei Impulstransformatoren T1 und T2 sowie zwei Dioden D1 und D2 bilden eine potential freie Dauerspannungsquelle. Diese liefern bei der gesamten Einschaltdauer einen Dauer-Gate-Strom iG. Ein Entkopplungsnetzwerk ist nur zur Zündung von GTO-Thyristoren nicht aber zur Zündung von Thyristoren erforderlich. An den Primärwicklungen der Impulstransformatoren T1 und T2 liegen Schalter Q1 und Q2, die Transistoren sein können. Beide Primärwicklungen sind an eine Spannungsquelle E1 angeschlossen. Die Schalter Q1 und Q2 sind komplementär geschaltet. Zur Einstellung von Höhe iFGM, iFG und Zeitverlauf t gp des Zündstromes iG dient ein Netzwerk, das aus den Widerständen R1 und R2 und dem Kondensator C1 besteht (Zeitschrift "ETZ-Archiv" Band 6 (1984) Seiten 189 bis 194, Aufsatz W. Zimmermann "Probleme und Grenzen beim Einsatz abschaltbarer Thyristoren"), Bei diesem Einschaltsteuerkreis ist es nachteilig, daß eine größere Quellenspannung erforderlich ist, um eine starke Abhängigkeit der Stromamplituden von der Gate-Spannung und der Quellspannung zu vermeiden. Dies erfordert natürlich einen höheren Leistungsbedarf des Einschaltsteuerkreises.
• Ferner ist nachteilig, daß die Zeitdauer t des überhöhgp ten Zündstroms durch den Kondensator C1 eingestellt wird.
• Dadurch bestimmt die Entladungsdauer des Kondensators während der Sperrzeit des Thyristors die Mindestsperrdauer. Bei Anwendungen, die kürzere Mindestsperrdauern erfordern, ist infolgedessen dieser Einschaltsteuerkreis nicht verwendbar.
• Die Aufgabe besteht daher darin, eine Schaltungsanordnung zum potential freien Einschalten eines Hochstromes über einen GTO-Thyristor in einer Stromrichterschaltung zu schaffen, die einen geringen Leistungsbedarf hat und keine Begrenzung der Mindestsperrdauer des GTO-Transistors aufweist. Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch die in den Patentansprüchen angegebenen Maßnahmen gelöst.
• Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen an Hand von Zeichnungen dargestellt. Die Schalter Q sind in den Ausführungsbeispielen als Feldeffekttransistoren eingezeichnet, doch können auch Bipolartransistoren verwendet werden. Die Referenzspannungen werden durch Zenerdioden eingestellt. Es können jedoch auch temperaturunabhängige Referenzspannungsquellen verwendet werden.
• Nach der Erfindung werden zwei Stromquellen, die primärseitig parallelgeschaltet sind, angewendet. Die erste Stromquelle, bestehend aus dem Schalter Ql, dem Widerstand R1 und der Zener-Diode Zl, dient zur Einstellung der Zündstromspitze iFGM (siehe Fig. 2, 3 und 4). Die zweite Stromquelle (Q2 in Fig. 2 bzw. Q2 und Q3 in den Figuren 3 und 4) dient zur Einstellung des Dauerzündstroms iFG. Ferner wird zur Reduzierung des Leistungs- bedarfs die Spannungsquelle El in zwei Teilquellen geteilt (siehe Fig. 2b, 3b und 4b). Die Zündstromspitze iFGM wird dabei durch die gesamte Spannungsquelle El gespeist, während die Teilspannungsquelle E2 den Dauerzündstrom iFG liefert. Damit wird der Leistungsbedarf der Steuerschaltung um den Faktor E2/El reduziert.
• In Fig. 2a ist eine Ausführung einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung mit nur einem Impulstransformator T dargestellt. Die Sekundärwicklung des Impulstransformators T ist über eine Diode D1, zwei Widerständen R4, R5 und einen Transistor 94 an den GTO-Thyristor geführt.
• Die Primärwicklung des Impulstransformators T liegt an zwei Schaltern Ql, Q2, welche durch die Steuerspannungen gesteuert werden. Ihre Amplituden werden eingestellt von Zenerdioden Z1, Z 2, die an den Gate-Anschlüssen der Schalter liegen. Am Source-Anschluß des Schalters Q1 befindet sich ein RC-Glied RlC1 und am Source-Anschluß des Schalters Q2 ein Widerstand R2. Die Versorgungsspannung wird von einer Spannungsquelle El geliefert. Zur Zündung wird der Schalter Q1 für die Zeitdauer t eingeschaltet.
• gp Die Stromamplitude iFGM wird durch die Referenzspannung der Zenerdiode Z1 und den Widerstand Rl eingestellt. Dadurch wird die Abhängigkeit der Stromamplitude iFGM von der Gate-Spannung uG und der Quellenspannung der Spannungsquelle El klein gehalten. Der Kondensator C1 dient zur Verkürzung der Anstiegszeit des Zündstromes. Die Zeitkonstante des RC-Gliedes RlC1 liegt in der Größenordnung der Anstiegszeit des Zündstromes iFGM (ca. l,ts) und hat damit keinen Einfluß auf die Mindestsperrdauer.
• Eine Variante der Schaltungsanordnung entsteht dadurch, daß die Spannungsquelle El aufgeteilt wird in zwei Spannungsquellen E2 und Eine2. Die Spannungsquelle El wird zur Speisung des Schalters Q1 verwendet, während die Span- nungsquelle E2 der Speisung des Schalters Q2 dient. Entkoppelt werden die Schalter voneinander durch eine Diode D3. Diese Variation ist aus Fig. 2b zu ersehen.
• In Fig. 3a ist eine Variante dargestellt, in der ein Impulstransformator T mit Mittenanzapfung verwendet wird.
• Die Spannungsquelle El ist an die Mittenanzapfung der Primärwicklung des Impulstransformators T geschaltet. An einem Teil der Primärwicklung des Impulstransformators sind die Schalter Q1 mit dem RC-Glied RlC1 und Q2 mit dem Widerstand R2, welche Stromquellen bilden, geschaltet.
• Eine dritte Stromquelle ist der Schalter Q3 mit dem Widerstand R3, der an den anderen Teil der Primärwicklung des Impulstransformators T gelegt ist.
• Auch diese Schaltungsanordnung kann durch die Teilung der Spannungsquelle El in zwei Teilspannungsquellen E1-E2, E2 variiert werden, Dies ist aus Fig. 3b zu ersehen.
• Dabei wird der Schalter Q1 der Spannungsquelle El zugeordnet und die Schalter Q2 und Q3 der Spannungsquelle E2.
• Weitere Varianten sind den Figuren 4a und 4b zu entnehmen.
• In Fig. 4a wird eine Variante mit einer Spannungsquelle El und zwei Impulstransformatoren T1 und T2 dargestellt.
• Dabei ist der Schalter Q3 an die Primärwicklung des Impulstransformators T2 gelegt, während die Schalter Q1 und Q2 an die Primärwicklung des Impulstransformators T1 angeschlossen sind. Zur Einstellung des Stromes iO5 werden die Referenzspannungen der Zenerdioden Z2, Z3 sowie die Widerstände R2 und R3 angewendet. Um höhere Verluste in den Schaltern Q2 und Q3 zu vermeiden, werden die Widerstände R2 und R3' in Reihe mit den Schaltern gelegt.
• Eine weitere Variante ergibt sich durch die Aufteilung der Spannungsquelle El in zwei Teilspannungsquellen E1-E2 urid E2, wie es in Fig. 4b gezeigt ist. Dabei wird der Schalter Q3 der Spannungsquelle El zugeordnet, die Schalter Q1 und Q2 der Spannungsquelle E2. Bei dieser Variante kann der Widerstand R3' entfallen. Die-Diode D3 entkoppelt den Schalter Q1 von der Spannungsquelle Eine2 während der Zeitdauer t gp Die Vorteile der Schaltungsanordnung nach der Erfindung bestehen darin, daß eine Verringerung des Leistungsbedarfs des Einschaltsteuerkreises erreicht wird, daß eine Begrenzung der Mindestsperrdauer des GTO-Thyristors vermieden wird, und daß eine stabilere Einstellung der Stromamplitau den iFGM und iFG sowie der Zeitdauer t erreicht wird.
• gp Dadurch wird eine weitestgehende Unabhängigkeit von der Gate-Spannung und der Quellenspannung erzielt.
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Claims (6)

1. Schaltungsanordnung zum potentialfreien Einschalten eines Hochstromes über einen GTO-Thyristor in einer Stromrichterschaltunq Patentansprüche Schaltungsanordnung zum potentialfreien Einschalten eines Hochstromes über einen GTO-Thyristor in einer Stromrichterschaltung, mit mindestens einem Impulstransformator, an dessen (deren) Primärwicklung(en) mindestens zwei Schalter liegen, sowie mit einer Spannungsquelle, an welche die Primärwicklung(en) des (der) Impulstransformators(en) angeschlossen ist (sind), gekennzeichnet durch folgende Maßnahmen: a) an der Primärwicklung des Impulstransforators (T) liegt ein Schalter, zum Beispiel ein Feldeffekttransistor (Q1) mit einer Zenerdiode (Z1) am Gate-Anschluß und einem RC-Glied (RlC1) am Source-A.nschluß als Stromquelle, b) an dem Source-Anschluß des zweiten Schalters (Q2) liegt ein Widerstand (R2) und an dem Gate-Anschluß eine Zenerdiode (22) als zweite Stromquelle.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch qekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (E1) geteilt ist in zwei Spannungsquellen (E2, E1-E2) und daß der Spannungsquelle (E1) ein Schalter (Q1) und der zweiten Spannungsquelle (E2) ein Schalter (Q2) und eine Entkopplungsdiode (D3) zugeordnet sind.
3. 3. Schaltungsanordnung zum potentialfreien Einschalten eines Hochstromes über einen GT0-Thyristor in einer Stromrichterschaltung, mit mindestens einem Impulstransformator, an dessen (deren) Primärwicklung(en) mindestens zwei Schalter liegen, sowie mit einer Spannungsquelle, an welche die Primärwicklung(en) des (der) Impulstransformators(en) angeschlossen ist (sind), gekennzeichnet durch folgende Maßnahmen: a) der Impulstransformator (T) hat an beiden Wicklungen Mittenanzapfungen; b) in einer Teilprimärwicklung des Impulstransformators (T) liegt die Spannungsquelle (E1) und zwei Schalter tQl,Q2) mit je einer Zenerdiode (Zl,Z2) am Gate-Anschluß und einem RC-Glied (RlC1) am Source-Anschluß des Schalters (Ql) sowie ein Widerstand 012) am Source-Anschluß des Schalters (Q2); c) in der anderen Teilprimärwicklung des Impulstransformators (T) liegt ein weiterer Schalter (Q3) mit einer Zenerdiode (Z3) am Gate-Anschluß und einem Widerstand (R3) am Source-Anschluß.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch qekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (E1) geteilt ist in zwei Spannungsquellen (E2, E1-E2) und daß der Spannungsquelle (El) ein Schalter (Q1) und der Spannungsquelle (E2) zwei Schalter (Q2,Q3) und zwei Entkopplungsdioden (D3,D4) zugeordnet sind.
5. 5. Schaltungsanordnung zum potential freien Einschalten eines Hochstromes über einen GT0-Thyristor in einer Stromrichterschaltung, mit mindestens einem Impulstransformator, an dessen (deren) Primärwicklung(en) mindestens zwei Schalter liegen, sowie mit einer Span- nungsquelle, an welche die Primärwicklung(en) des (der) Impulstransformators(en) angeschlossen ist (sind), gekennzeichnet durch folgende Maßnahmen: a) es sind zwei Impulstransformatoren (T1,T2) vorgesehen; b) in der Primärwicklung des ersten Impulstransformators (T1) liegen zwei Schalter (Q1,Q2) mit Zenerdioden (Zl,Z2) am Gate-Anschluß sowie ein RC-Glied (RlC1) am Source-Anschluß des einen und ein Widerstand (R2) am Source-Anschluß des anderen Schalters; c) in der Primärwicklung des zweiten Impulstransformators (T2) liegt ein Schalter (Q3) mit einer Zenerdiode (Z3) am Gate-Anschluß und einem Widerstand (R3) am Source-Anschluß; d) die Sekundärwicklungen der Impulstransformatoren sind über Dioden (D1,D2) zusammengeschaltet.
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch qekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (El) geteilt ist in zwei Spannungsquellen (E2, E1-E2), daß der Spannungsquelle (El) ein Schalter (Q1) und der zweiten Spannungsquelle (E2) zwei Schalter (Q2,Q3) und eine Entkopplungsdiode (D3) zugeordnet sind.