DE3537419A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT TO PROTECT A LIGHT-CONTROLLABLE THYRISTOR - Google Patents
CIRCUIT ARRANGEMENT TO PROTECT A LIGHT-CONTROLLABLE THYRISTORInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Schutz eines lichtsteuerbaren Thyristors gegen Über spannungen.The invention relates to a circuit arrangement to protect a light controllable thyristor against over tensions.
Thyristoren müssen gegen an der Katoden-Anoden-Strecke anstehende Überspannungen geschützt werden, da diese zum sogenannten "Überkopfzünden" führen. Darunter versteht man das Einschalten des Thyristors, ohne daß dem Steuer anschluß ein Steuerstrom zugeführt wird. Durch diese Art der Zündung werden die Thyristoren in den meisten Fällen zerstört, wenn sie nicht besonders für diese Zündungsart dimensioniert sind.Thyristors must be used on the cathode-anode section pending overvoltages are protected, as these lead so-called "overhead ignition". That means you turn on the thyristor without the control connection a control current is supplied. By this way the ignition will be the thyristors in most cases destroyed if not especially for this type of ignition are dimensioned.
Bei mit durch Steuerstrom steuerbaren Thyristoren wird das Überkopfzünden z. B. durch eine Vierschichtdiode ver hindert, die bei Überschreiten der Nennspannung vor Er reichen einer für den Thyristor kritischen Spannungsbela stung durchbricht und dem Thyristor einen Steuerstrom zu führt. Damit wird dieser gezündet und das Überkopfzünden wird vermieden.With thyristors that can be controlled by control current overhead ignition z. B. ver by a four-layer diode prevents the if the nominal voltage is exceeded before Er are sufficient for a voltage level critical for the thyristor breakdown and a control current to the thyristor leads. This ignites it and ignites overhead is avoided.
Diese Art des Überspannungsschutzes ist jedoch nur für Thyristoren mit Steuereingang brauchbar. Für lichtsteuer bare Thyristoren ist sie nicht anwendbar.However, this type of surge protection is only for Thyristors with control input can be used. For lighting tax bare thyristors it is not applicable.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schal tungsanordnung anzugeben, mit der der Schutz eines licht steuerbaren Thyristors gegen Überspannungen möglich ist. The invention has for its object a scarf Specify the arrangement with which the protection of a light controllable thyristor against overvoltages possible is.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale:This task is solved by the features:
- a) Dem lichtsteuerbaren Thyristor ist ein Spannungsteiler parallelgeschaltet,a) The light-controllable thyristor is a voltage divider connected in parallel,
- b) einem der Spannungsteilerwiderstände ist ein Schwell wertschalter parallelgeschaltet,b) one of the voltage divider resistors is a threshold value switch connected in parallel,
- c) der Schwellwert ist derart bemessen, daß der Schalter einschaltet, wenn die Spannung am Thyristor einen gegebenen Wert übersteigt,c) the threshold is dimensioned such that the switch switches on when the voltage at the thyristor exceeds the given value,
- d) der Schwellwertschalter steuert mindestens eine licht emittierende Diode (LED) an,d) the threshold switch controls at least one light emitting diode (LED) on,
- e) die LED ist optisch mit der Steuerzone des lichtsteu erbaren Thyristors verbunden.e) the LED is optical with the control zone of the light control erable thyristor connected.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter ansprüche.Further developments of the invention are the subject of the sub Expectations.
Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 näher erläutert.The invention is explained in more detail using two exemplary embodiments in conjunction with FIGS. 1 and 2.
In Fig. 1 ist der vor Überspannungen zu schützende licht steuerbare Thyristor mit 1 bezeichnet. Dem Thyristor 1 ist ein Spannungsteiler mit den Widerständen 2, 3 paral lelgeschaltet. Dem Widerstand 3 ist ein Schwellwertschal ter parallelgeschaltet. Der Schwellwertschalter weist die Reihenschaltung einer Zenerdiode mit einem Widerstand 7 auf. Der Widerstand 7 kann auch durch eine Diode oder durch die Reihenschaltung einer Diode und eines Wider stands ersetzt werden. Der Verbindungspunkt zwischen Zenerdiode 6 und Widerstand 7 ist mit dem Gateanschluß eines MOSFET 5 verbunden. Der Source-Drain-Strecke des MOSFET 5 ist eine lichtemittierende Diode (LED) 4 in Rei he geschaltet. Diese ist optisch, entweder direkt oder über Lichtleiter, mit der Steuerzone des Thyristors 1 gekoppelt. In Fig. 1, the light controllable thyristor to be protected from overvoltages is designated by 1 . The thyristor 1 is a voltage divider with the resistors 2 , 3 connected in parallel. The resistor 3 is a Schwellwerttschal ter connected in parallel. The threshold switch has the series connection of a zener diode with a resistor 7 . The resistor 7 can also be replaced by a diode or by the series connection of a diode and a resistor. The connection point between zener diode 6 and resistor 7 is connected to the gate terminal of a MOSFET 5 . The source-drain path of the MOSFET 5 is a light-emitting diode (LED) 4 connected in series. This is optically, either directly or via optical fibers, coupled to the control zone of the thyristor 1 .
Anstelle des MOSFET 5 kann auch ein Bipolartransistor verwendet werden. Anstelle einer einzigen LED 4 kann auch eine Reihenschaltung mehrerer LED verwendet werden, von denen z. B. je eine mit dem Steuereingang je eines aus einer Vielzahl von in Serie geschalteten lichtsteuerbaren Thyristoren optisch gekoppelt ist.Instead of the MOSFET 5 , a bipolar transistor can also be used. Instead of a single LED 4 , a series connection of several LEDs can also be used, of which e.g. B. each is optically coupled to the control input each of a plurality of light-controllable thyristors connected in series.
Bei Auftreten einer Überspannung am Thyristor steigt auch die Spannung am Widerstand 3. Damit steigt die Spannung an der Reihenschaltung aus Zenerdiode 6 und Widerstand 7 so lange, bis die Zenerdiode 6 durchbricht und ein Strom zum Gateanschluß des MOSFET 5 fliegt. Ist dessen Gate- Source-Kapazität aufgeladen, so wird dieser leitend und die LED 4 zieht Strom. Sie emittiert damit Licht und zün det den lichtsteuerbaren Thyristor 1, bevor dieser über Kopf zünden kann. Damit ist der Thyristor vor Zerstörung geschützt.If an overvoltage occurs at the thyristor, the voltage across resistor 3 also increases . The voltage at the series connection of zener diode 6 and resistor 7 thus rises until the zener diode 6 breaks down and a current flies to the gate connection of the MOSFET 5 . If its gate-source capacitance is charged, it becomes conductive and the LED 4 draws current. It emits light and ignites the light-controllable thyristor 1 before it can ignite overhead. This protects the thyristor from destruction.
Wird der Thyristor an einer Wechselspannung betrieben, so wird zwischen dem Verbindungspunkt zwischen den beiden Spannungsteilerwiderständen 2, 3 und den Schwellwert schalter eine Diode 8 eingefügt, die den Schwellwert schalter gegen die negative Spannungshalbwelle schützt. Die Gate-Source-Kapazität des MOSFET 5 ist gegen Über spannungen sehr empfindlich und kann durch eine Zener diode 11 geschützt werden, die dem Widerstand 7 und der genannten Kapazität parallelgeschaltet ist.If the thyristor is operated on an AC voltage, a diode 8 is inserted between the connection point between the two voltage divider resistors 2 , 3 and the threshold switch, which protects the threshold switch against the negative voltage half-wave. The gate-source capacitance of the MOSFET 5 is very sensitive to over voltages and can be protected by a Zener diode 11 , which is connected in parallel with the resistor 7 and the capacitance mentioned.
Bei kurzzeitigen Überspannungen kann es vorkommen, daß die LED 4 nicht genügend Energie erhält, um den Thyristor 1 zu zünden. Es empfiehlt sich daher, der Reihenschaltung aus LED 4 und MOSFET 5 ein Reihen-RC-Glied 9, 10 paral lelzuschalten. Der Kondensator 10 wird dann über den Wi derstand 9, die Diode 8 und den Spannungsteilerwider stand 2 aufgeladen. Wird dann der MOSFET 5 leitend ge steuert, so entlädt sich der Kondensator 10 über den Wi derstand 9, die LED 4 und den MOSFET 5. Bei richtiger Di mensionierung des RC-Glieds 10, 9 steht damit der LED 4 ausreichend Energie zur Zündung des Thyristors 1 zur Ver fügung.In the event of brief overvoltages, the LED 4 may not receive enough energy to ignite the thyristor 1 . It is therefore advisable to connect the series circuit comprising LED 4 and MOSFET 5 to a series RC element 9 , 10 in parallel. The capacitor 10 is then resisted via the Wi resistor 9 , the diode 8 and the voltage divider resistor 2 . If the MOSFET 5 is then turned on, the capacitor 10 discharges via the resistor 9 , the LED 4 and the MOSFET 5 . With the correct dimensioning of the RC element 10 , 9 , the LED 4 thus has sufficient energy to ignite the thyristor 1 .
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 hauptsächlich durch einen anderen Schwellwertschalter und die Art der Ankopplung der LED 4. Der Schwellwertschalter weist einen Halbleiterschalter 14 auf, der aus einem MOS-Treibertransistor 16 und einem Thyristor 15 besteht. Dem Thyristor 15 ist die Reihen schaltung aus der Zenerdiode 6 und dem Widerstand 7 par allelgeschaltet. Der Verbindungspunkt zwischen Zenerdiode 6 und Widerstand 7 ist mit dem Gateanschluß des MOSFET 16 verbunden. Die Drain-Source-Strecke des MOSFET 16 liegt zwischen dem Anodenanschluß und dem Gateanschluß des Thy ristors 15. Der Zenerdiode 6 ist ein Fototransistor 17 parallelgeschaltet.The circuit arrangement according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 mainly by a different threshold switch and the type of coupling of the LED 4 . The threshold switch has a semiconductor switch 14 , which consists of a MOS driver transistor 16 and a thyristor 15 . The thyristor 15 is connected in series from the Zener diode 6 and the resistor 7 par allelschalt. The connection point between Zener diode 6 and resistor 7 is connected to the gate connection of MOSFET 16 . The drain-source path of the MOSFET 16 is between the anode connection and the gate connection of the Thy ristor 15th A phototransistor 17 is connected in parallel with the zener diode 6 .
Bei Auftreten einer Überspannung an der Anoden-Katoden- Strecke des lichtsteuerbaren Thyristors 1 steigt auch die Spannung an der Zenerdiode 6 bis zu deren Durchbruch. Damit fließt ein Strom durch den Widerstand 2, die Diode 8, die LED 4, die Zenerdiode 6 zum Gateanschluß des MOSFET 16. Ist die Gate-Source-Kapazität des MOSFET 16 aufgeladen, wird dieser leitend und es fließt ein Steuer strom zum Thyristor 15. Dieser zündet damit und zieht einen Strom, an der die LED 4 zur Lichtemission anregt. Das emittierte Licht zündet dann den lichtsteuerbaren Thyristor 1 auf bekannte Art.If an overvoltage occurs on the anode-cathode path of the light-controllable thyristor 1 , the voltage on the zener diode 6 also rises until it breaks down. A current thus flows through the resistor 2 , the diode 8 , the LED 4 , the zener diode 6 to the gate connection of the MOSFET 16 . If the gate-source capacitance of the MOSFET 16 is charged, it becomes conductive and a control current flows to the thyristor 15 . This ignites and draws a current at which LED 4 excites light emission. The emitted light then ignites the light-controllable thyristor 1 in a known manner.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 kann auch dazu ver wendet werden, den Thyristor 1 betriebsmäßig zu zünden. Dazu ist der Zenerdiode 6 ein Fototransistor 17 parallel geschaltet. Wird der Fototransistor 17 bei gesperrtem Thyristor 1 beleuchtet, so fließt ein geringer Strom über die Diode 4 und den Fototransistor 17 zum Gateanschluß des MOSFET 16 und steuert diesen leitend. Darauf wird der Thyristor 15 eingeschaltet und die Diode 4 zieht einen zur Zündung des Thyristors 1 ausreichenden Strom. Die Schaltung arbeitet somit auch als Lichtverstärker.The circuit arrangement according to FIG. 2 can also be used to operationally ignite the thyristor 1 . For this purpose, the zener diode 6 is connected in parallel with a phototransistor 17 . If the phototransistor 17 is illuminated when the thyristor 1 is blocked, a small current flows through the diode 4 and the phototransistor 17 to the gate connection of the MOSFET 16 and controls it in a conductive manner. The thyristor 15 is then switched on and the diode 4 draws a current sufficient to ignite the thyristor 1 . The circuit also works as a light amplifier.
Der Halbleiterschalter 14 kann, wie gezeigt, aus einem Thyristor mit einem MOSFET als Treiber bestehen. Er kann jedoch auch aus einem MOS-gesteuerten Thyristor, nur aus einem MOSFET oder nur aus einem Bipolartransistor beste hen. Der Fototransistor 17 kann auch durch eine Fotodiode ersetzt werden.The semiconductor switch 14 can, as shown, consist of a thyristor with a MOSFET as a driver. However, it can also consist of a MOS-controlled thyristor, only a MOSFET or only a bipolar transistor. The photo transistor 17 can also be replaced by a photo diode.
Der Schwellwertschalter und die LED sowie die Diode 8 und der Fototransistor 17 können hybrid oder monolithisch in tegriert aufgebaut sein.The threshold switch and the LED as well as the diode 8 and the phototransistor 17 can be of hybrid or monolithic construction.
Claims (5)
- a) Dem lichtsteuerbaren Thyristor (1) ist ein Spannungs teiler (2, 3) parallelgeschaltet,
- b) einem der Spannungsteilerwiderstände (3) ist ein Schwellwertschalter parallelgeschaltet,
- c) der Schwellwert ist derart bemessen, daß der Schalter einschaltet, wenn die Spannung am Thyristor (1) einen gegebenen Wert übersteigt,
- d) der Schwellwertschalter steuert mindestens eine LED (4) an,
- e) die LED (4) ist mit der Steuerzone des lichtsteuerba ren Thyristors (1) verbunden.
- a) the light-controllable thyristor ( 1 ) has a voltage divider ( 2 , 3 ) connected in parallel,
- b) one of the voltage divider resistors ( 3 ) has a threshold switch connected in parallel,
- c) the threshold value is dimensioned such that the switch turns on when the voltage at the thyristor ( 1 ) exceeds a given value,
- d) the threshold switch controls at least one LED ( 4 ),
- e) the LED ( 4 ) is connected to the control zone of the light controllable thyristor ( 1 ).
- a) Dem Widerstand (3) des Spannungsteilers ist die Rei henschaltung aus einer Zenerdiode (6) mit einem weite ren Widerstand (7) parallelgeschaltet,
- b) dieser Reihenschaltung ist die Reihenschaltung aus der LED (4) und einem steuerbaren Halbleiterschalter (5) parallelgeschaltet,
- c) der Verbindungspunkt von weiterem Widerstand (7) und Zenerdiode (6) ist mit dem Steueranschluß des Halblei terschalters (5) verbunden.
- a) The resistor ( 3 ) of the voltage divider is connected in series with a Zener diode ( 6 ) with a further resistor ( 7 ),
- b) this series circuit is connected in parallel from the LED ( 4 ) and a controllable semiconductor switch ( 5 ),
- c) the connection point of another resistor ( 7 ) and Zener diode ( 6 ) is connected to the control terminal of the semiconductor switch ( 5 ).
- a) Der LED (4) ist ein steuerbarer Halbleiterschalter (14) in Reihe geschaltet,
- b) dem steuerbaren Halbleiterschalter ist die Reihen schaltung aus einer Zenerdiode (6) und einem weiteren Widerstand (7) parallelgeschaltet,
- c) der Verbindungspunkt von Widerstand und Zenerdiode ist mit dem Steueranschluß des Halbleiterschalters (14) verbunden,
- d) der Zenerdiode (6) ist ein fotoempfindliches Halblei terbauelement (17) parallelgeschaltet.
- a) the LED ( 4 ) is a controllable semiconductor switch ( 14 ) connected in series,
- b) the controllable semiconductor switch, the series circuit comprising a zener diode ( 6 ) and a further resistor ( 7 ) is connected in parallel,
- c) the connection point of the resistor and the Zener diode is connected to the control connection of the semiconductor switch ( 14 ),
- d) the Zener diode ( 6 ) is a photosensitive semiconductor component ( 17 ) connected in parallel.
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