DE2360116B2

DE2360116B2 - Circuit arrangement for igniting a controllable semiconductor valve, in particular a thyristor

Info

Publication number: DE2360116B2
Application number: DE19732360116
Authority: DE
Inventors: Karl Friedrich Dipl.- Ing. 8521 Weiher Leowald; Jakob Ing.Grad. 8520 Erlangen Schenk
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-12-03
Filing date: 1973-12-03
Publication date: 1975-10-02
Also published as: BE822600A; DE2360116A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Zündung eines steuerbaren Halbleiterventils, insbesondere eines Thyristors, dessen Steuerstrecke über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen ist. Eine derartige Schaltungsanordnung ist bekannt (DT-PS 15 38 099).The invention relates to a circuit arrangement for igniting a controllable semiconductor valve, in particular a thyristor whose control path is via the collector-emitter path of a transistor is connected to a DC voltage source. Such a circuit arrangement is known (DT-PS 15 38 099).

Bei dieser bekannten Schaltungsanordung wird der Transistor durch ein Steuersignal leitend gesteuert so daß die gesamte Gleichspannung der Gleichspannungsquelle an der Steuerstrecke des Halbleiterventils liegt. Der Transistor arbeitet hierbei als Schaltiransistor. Er kann nur zwei Schaltzustände einnehmen. Die Gleich-Spannungsquelle kann so aufgebaut sein, daß sie die abgegebene Gleichspannung aus der Spannung an der Anoden-Kathoden-Strecke des Balbteiterventils .gewinnt.In this known circuit arrangement, the transistor is controlled to be conductive by a control signal that the entire DC voltage of the DC voltage source is applied to the control path of the semiconductor valve. The transistor works as a switching transistor. It can only adopt two switching states. The DC voltage source can be constructed in such a way that it generates the DC voltage output from the voltage at the Anode-cathode section of the bellows valve. Wins.

Die Größe des Steuerstroms, der in die Steuerstrekke des Halbleiterventils fließt hängt von der Höhe der Gleichspannung der Gleichspannungsquelle ab. Das ist auch bei der bekannten Schaltanordung mit einer Gleichspannungsquelle der Fall, die die abgegebene Gleichspannung aus der Spannung an der Anoden-Kathoden-Strecke des zu zündenden Halbleiterventils gewinnt. Schwankt also die Gleichspannung, so schwankt auch der Steuerstrom. Die Schaltungsanordnung muß daher für denjenigen unteren Grenzwert des Steuerstrom ausgelegt werden der noch eine sichere Zün- 5S dung gewährleistet. Im zeitlichen Mittel bedeutet das aber einen unnötigen Energieverbrauch.The size of the control current that flows into the control path of the semiconductor valve depends on the level of the DC voltage from the DC voltage source. This is also the case with the known switching arrangement with a DC voltage source is the case, which derives the output DC voltage from the voltage at the anode-cathode path of the semiconductor valve to be ignited. So if the DC voltage fluctuates, it fluctuates also the control current. The circuit arrangement must therefore be designed for that lower limit value of the control current which still provides reliable ignition guaranteed. On average over time, however, this means unnecessary energy consumption.

Die Größe des Steuerstroms hängt aber auch von der Steuercharakteristik des Halbleiterventils ab. Diese Steuercharakteristik ist von Halbleiterventil zu Halbleiterventil verschieden. Bei der Fertigung von Schaltungsanordnungen müßte daher in der Dimensionierung auf die Steuercharakteristik des in jeder betreffenden Schaltungsanordnung eingesetzten Halbleiterventils Rücksicht genommen werden. Bei der Fertigung ⁶S ist man jedoch bestrebt, eine individuelle Abstimmung zu vermeiden und zur kostensparer.den Serienfertigung mit gleichen Bauelementen überzugehen.The size of the control current also depends on the control characteristics of the semiconductor valve. This control characteristic differs from semiconductor valve to semiconductor valve. In the manufacture of circuit arrangements, the control characteristics of the semiconductor valve used in each relevant circuit arrangement would therefore have to be taken into account in the dimensioning. In the production of ⁶ S, however, efforts are made to avoid individual coordination and to switch to cost-saving series production with the same components.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Schaltungsanordnung so auszugestalten, daß der Steuerstrom unabhängig vor, der Steuercharakteristik des Halbleiterventils und - falls vorhanden — auch bei Schwanbungen der von der Gleichspannungsquelle gelieferten Gleichspannung konstantThe invention is based on the object of designing the circuit arrangement mentioned at the outset so that the control current is independent, the control characteristics of the semiconductor valve and - if present - constant even in the event of fluctuations in the DC voltage supplied by the DC voltage source

gehalten wird. .·«,,.,is held. . · «,,.,

Diese Aufgabe wird mit ewer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst daß in Reihe mit der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors ein Widerstand angeordnet ist und daß zwischen die Basis des Transistors und demjenigen Anschlußpunkt des Widerstands, der von dem Transistor abgewendet ist eine Zenerdiode geschaltet ist.This task is accomplished with ewer circuitry of the type mentioned at the outset, according to the invention, in that in series with the collector-emitter path of the transistor, a resistor is arranged and that between the base of the transistor and that connection point of the resistor that of the transistor a zener diode is turned away.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von zwei Ausführungsbeispielen, die in zwei Figuren dargestellt sind, näher erläutert Für gleiche Bauelemente werden dabei dieselben Bezugszeichen verwendet Es zeigtThe invention is illustrated below with reference to two exemplary embodiments, which are illustrated in two figures are explained in more detail. The same reference numerals are used for the same components. It shows

F i g. 1 eine Schaltungsanordnung zum Zünden eines steuerbaren Halbleiterventils mit einem npn-Transistor.F i g. 1 shows a circuit arrangement for igniting a controllable semiconductor valve with an npn transistor.

Fig.? eine Schaltungsanordnung zum Zünden eines steuerbaren Halbleiterventils mit zwei pnp-Transistoren in Kaskadenschaltung.Fig.? a circuit arrangement for igniting a controllable semiconductor valve with two pnp transistors in cascade connection.

Nach F i g. 1 wird die Zündenergie für ein steuerbares Halbleiterventil π. das insbesondere ein Th>nstor sein kann, aus einer Gleichspannungsquelle q geliefert. Die abgegebene Gleichspannung u darf dabei veränderlich sein. Die Gleichspannungsquelle q kann insbesondere eine solche sein, die ihre Gleichspannung u aus der Spannung an der Anoden-Kathoden-Strecke des Halbleiterventils η bezieht Das Halbleiterventil η kann insbesondere für hohe Spannung und Ströme ausgelegt und Bestandteil eines steuerbaren Stromrichters sein.According to FIG. 1 is the ignition energy for a controllable semiconductor valve π. which can in particular be a Th> nstor, supplied from a DC voltage source q. The output DC voltage u may be variable. Q The DC voltage source can in particular be such that u cathode path anode of the semiconductor valve receives its DC voltage from the voltage at the η can be designed η The semiconductor valve in particular for high voltage and currents, and be a component of a controllable power converter.

Die Ausgangsklemmen der Gleichspannungsquelle q sind über eine Reihenschaltung, die aus der Kollektor-Emitte.--Strecke eines Transistors t und einem Widerstand r besteht mit der Steuerstrecke des Halbleitervenüls η verbunden. Als Transistor t ist ein npn Transistor νο.-gesehen. Der Transistor f dient hier nicht als Schalttransistor, sondern in Verbindung mit dem Widerstand r als veränderlicher Widerstand. Zwischen die Basis des Transistors f und den Anschlußpunkt des Widerstands r an der Steuerelektrode des Halbleiterventils η ist eine Zenerdiode ζ geschaltet. Ihre Kathode ist an die Basis angeschlossen. Die Zenerspannung ist relativ niedrig gewählt um die Verluste in der Schaltungsanordnung niedrig zu halten. Sie kann z. B. 3 bis 5 V betragen. Die Steuerung des Transistors ι geschieht mittels eines Steuersignals ρ in Form einer Spannung mit rechteckigem Zeitverlauf. Dieses Steuersignal ρ liegt zwischen der Basis des Transistors t und der negativen Ausgangsklemme der Glcichspannungsquelle q als Bezugspotential. Somit fließt in die Basis des Transistors t ein Basisstrom mit ebenfalls rechteckigem Zeitverlauf.The output terminals of the DC voltage source q are connected to the control path of the semiconductor tube η via a series circuit consisting of the collector-emitter path of a transistor t and a resistor r. An npn transistor is seen as the transistor t. The transistor f is not used here as a switching transistor, but in conjunction with the resistor r as a variable resistor. A Zener diode ζ is connected between the base of the transistor f and the connection point of the resistor r on the control electrode of the semiconductor valve η. Your cathode is connected to the base. The Zener voltage is chosen to be relatively low in order to keep the losses in the circuit arrangement low. You can z. B. 3 to 5 volts. The transistor ι is controlled by means of a control signal ρ in the form of a voltage with a rectangular time curve. This control signal ρ is between the base of the transistor t and the negative output terminal of the DC voltage source q as a reference potential. A base current with a likewise rectangular time profile thus flows into the base of the transistor t.

Die dargestellte Schaltungsanordnung hat die Eigenschaft, daß der Steuerstrom i, der bei Anlegen eines Steuersignals ρ ungleich Null in die Steuerelektrode des Halbieiterventils η fließt, weitgehend unabhängig von der Größe der Gleichspannung u und der Steuercharakteristik des Halbleiterventils η ist. Die Schaltungsanordnung wirkt so, als sei an die Steuerstrecke des Halbleiterventils η eine Konstantstromquelle geschaltet. Unter allen Betriebsbedingungen erhält man also einen weitgehend konstanten Steuerstrom i. Der Wert dieses Steuerstroms /wird so gewählt, daß er um einiges über demjenigen Wert liegt, der gerade noch zuThe circuit arrangement shown has the property that the control current i for applying a control signal ρ equal to zero in the control electrode of Halbieiterventils flows η, largely independent of the magnitude of the DC voltage U and the control characteristic of the semiconductor valve is η. The circuit arrangement acts as if a constant current source were connected to the control path of the semiconductor valve η. A largely constant control current i is thus obtained under all operating conditions. The value of this control current / is chosen so that it is somewhat above the value that is just about

einer sicheren Zündung erforderlich istsafe ignition is required

Der Wert des Steuerstroms / ergibt sich gemäß der GleichungThe value of the control current / results from the equation

i= U(Z)IR (1) i = U (Z) IR (1)

aus der Zenerspannung U(z) der Zenerdiode ζ und dem ohmschen Widerstandswert R des Widerstands π Die Zenerspannung U(z) und der ohmsche Widerstaiidswert Ji werden dabei unter Berücksichtigung der Forderung gewählt daß die Verluste der Schahungsanordnung möglichst gering sein sollen.from the Zener voltage U (z) of the Zener diode ζ and the ohmic resistance R of the resistor π The Zener voltage U (z) and the ohmic Widerstaiidswert Ji are thereby selected in consideration of the requirement that the losses of the saddle Hung arrangement should be as low as possible.

Zur Funktion der Schaltungsanordnung ist folgendes zu sagen: Wegen der Zenerdiode ζ kann die Spannung an der Reihenschaltung von Basis-Emitter-Strecke des Transistors t und Widerstand r nicht größer werden als die Zenerspannung U(z). Wird die Gleichspannung u z. B. von Null aus größer, so erspbt sich bei einem Steuersignal ρ ungleich Null, das einen Basisstrom im Transistor t hervorruft ein langsam zunehmender Steuerstrom L Hat der Steuerstrom i den in Gleichung (1) angegebenen Wert überschritten, so fließt ein Teil des Basisstroms über die Zenerdiode ζ an die Steuerelektrode des Halbleiterventils η ab. Die verbleibende, in die Basis des Transistors / fließende Basisstrom wird dabei so weit verringert, daß der durch den Widerstand r fließende Strom den in Gleichung (1) genannten Wert beibehält Der Beitrag der Zenerdiode ζ zum Steuerstrom /ist gering.The following can be said about the function of the circuit arrangement: Because of the Zener diode ζ , the voltage at the series connection of the base-emitter path of the transistor t and the resistor r cannot be greater than the Zener voltage U (z). If the DC voltage u z. B. larger from zero, a control signal ρ not equal to zero, which causes a base current in transistor t, spares a slowly increasing control current L If the control current i has exceeded the value given in equation (1), part of the base current overflows the Zener diode ζ to the control electrode of the semiconductor valve η . The remaining base current flowing into the base of the transistor / is reduced to such an extent that the current flowing through the resistor r maintains the value given in equation (1). The contribution of the Zener diode ζ to the control current / is small.

Aus F i g. 2 ergibt sich, daß an Stelle eines npn-Transistors als Transistor t auch ein pnp-Transistor verwen-S det werden kann. Dessen Kollektor ist mit der Steuerelektrode des Haibieiterventils π verbunden. Der Widerstand r ist an dessen Emitter geschaltet Der Transistor t ist mit einem weiteren Transistor /1 zu einer Kaskadenschaltung (Darlington-Schaltung) zusammengefaßt Die Zenerdiode ζ liegt hier zwischen der Basis des weiteren Transistors 11 und demjenigen Anschlußpunkt des Widersiands r, der vom Transistor t abgewendet ist — Diese Schaltungsanordnung hat gegenüber derjenigenin F i g. 1 den Vorzug, daß der Ver-Stärkungsfaktor größer und daß die Belastung der Zenerdiode ζ geringer istFrom Fig. 2 shows that, instead of an npn transistor, a pnp transistor can also be used as the transistor t. Its collector is connected to the control electrode of the Haibieiterventils π . The resistance r is connected to the emitter of the transistor T is connected to a further transistor / 1 to a cascade circuit (Darlington circuit) combined Zener diode ζ lies here between the base of the further transistor 1 1 and the one connection point of the Widersiands r, of the transistor t is averted - This circuit arrangement has, compared to that in FIG. 1 has the advantage that the gain factor is greater and that the load on the Zener diode ζ is less

Abschließend sei noch erwähnt daß an Stelle des Transistors t in F i g. t oder der Kaskadenschaltung der Transistoren t und 11 in F ί g. 2 ein beliebiger Verstärker verwendet werden kann, der die Eigenschaft besitzt eine veränderliche Eingangsspannung oder einen veränderlichen Eingangsstrom in einen der Eingangsgröße proportionalen Ausgangsstrom umzusetzen. Als Verstärker kann dabei also auch ein geeignet geschalteter Operationsverstärker herangezogen werden.Finally it should be mentioned that instead of the transistor t in FIG. t or the cascade connection of transistors t and 11 in F ί g. 2 any amplifier can be used which has the property of converting a variable input voltage or a variable input current into an output current proportional to the input variable. A suitably switched operational amplifier can therefore also be used as the amplifier.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Schaltungsanordnung zur Zündung eines steuerbaren Halbleiterventils, insbesondere eines Thyristors, dessen Steuerstrecke über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors an eine Gleichspanmingsqueiie angeschlossen ist dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors (t) to ein Widerstand (r) angeordnet ist und daü zwischen die Basis des Transistors (t) und demjenigen Anschlußpunkt des Widerstands (r). der von dem Transistor (t) abgewendet ist eine Zenerdiode (z) geschaltet ist «51. Circuit arrangement for igniting a controllable semiconductor valve, in particular a thyristor, the control path of which is connected to a DC voltage source via the collector-emitter path of a transistor, characterized in that in series with the collector-emitter path of the transistor (t) to a resistor (r) is arranged and daü between the base of the transistor (t) and that connection point of the resistor (r). facing away from the transistor (t) , a zener diode (z) is connected «5

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß mit dem Transistor (t) ein weiterer Transistor (t 1) in Kaskadenschaltung zusammengeschaltet ist und daß die Zenerdiode (z) zwischen die Basis des weiteren Transistor (/1) und demjenigen Anschlußpunkt des Widerstands (r), der von dem Transistor (1) abgewendet ist. geschaltet2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that a further transistor (t 1) is connected together in cascade connection with the transistor (t) and that the Zener diode (z) between the base of the further transistor (/ 1) and that connection point of the resistor ( r) facing away from the transistor (1). switched