DE1282193B - Protection arrangement against overload of controllable semiconductor rectifiers - Google Patents
Protection arrangement against overload of controllable semiconductor rectifiersInfo
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Description
Schutzanordnung gegen Überlastung steuerbarer Halbleiter-Gleichrichter Die Erfindung betrifft eine Schutzanordnung gegen Überlastung steuerbarer Halbleiter-Gleichrichter.Protection arrangement against overload of controllable semiconductor rectifiers The invention relates to a protection arrangement against overload of controllable semiconductor rectifiers.
Halbleiter-Gleichrichter sind empfindlich gegen überlastungen. Es ist bekannt, daß Halbleiter-Gleichrichter schon bei geringen Überschreitungen der zulässigen Temperatur zum Durchschlag der Sperrschicht neigen und damit zerstört werden. Da außerdem die Erwärmungszeitkonstante bei Überlastung außerordentlich klein ist, kann schon . in kürzester Zeit der Halbleiter zerstört Werden.Semiconductor rectifiers are sensitive to overloads. It is known that semiconductor rectifiers tend to breakdown of the barrier layer and thus be destroyed even if the permissible temperature is slightly exceeded. In addition, since the heating time constant in the event of an overload is extremely small, it can . The semiconductor will be destroyed in a very short time.
Sollen Halbleiter-Gleichrichter parallel geschaltet werden, so tritt neben die Forderung der Nennbelastung die der gleichmäßigen -Strömverteilung. Parallelgeschaltete Halbleiter-Gleichrichter werden, damit sie sich gleichmäßig an der Stromführung beteiligen, zu parallelen Gruppen mit- gleichen Durchlaßkennlinien zusammengestellt, falls keine Stromteilerdrosseln od. dgl. verwendet werden.If semiconductor rectifiers are to be connected in parallel, so occurs In addition to the requirement of the nominal load, the uniform flow distribution. Connected in parallel Semiconductor rectifiers are used so that they are evenly connected to the current conduction participate, put together in parallel groups with the same transmission characteristics, if no current divider chokes or the like are used.
Für parallelgeschaltete, steuerbare Halbleiter-Gleichrichter muß zusätzlich die -Zündung der parallelen Zellen überwacht werden. Entweder muß die benötigte Steuerleitung von jeder Zelle gleich groß sein, oder das Zünden der parallelen Zellen muß durch Zusatzschaltungen erzwungen, werden. Tritt, trotz dieser Maßnahmen durch irgendeinen Umstand eine unterschiedliche- Erwärmung -der Halbleiterkristalle der parallelen Halbleiter-Gleichrichter auf, so wird die wärmere Zelle zu- einem früheren Zeitpunkt -gezündet und führt somit einen höheren Strom. Das dadurch ausgelöste -progressive Wechselspiel von immer weiterer Temperaturerhöhung und über-. lastung kann zur Zerstörung des Halbleiter-Gleichrichters führen. Hierdurch werden die noch übrigen parallelen Halbleiter-Gleichrichter überlastet, die gesamte Anlage kommt in Gefahr.For controllable semiconductor rectifiers connected in parallel, an additional the ignition of the parallel cells can be monitored. Either you need the one you need Control line from each cell must be the same size, or the ignition of the parallel cells must be forced by additional circuits. Kicks through despite these measures any circumstance a different heating of the semiconductor crystals parallel semiconductor rectifiers, the warmer cell becomes an earlier one Time -ignited and thus carries a higher current. The one triggered by it -progressive interplay of further temperature increase and over-. burden can destroy the semiconductor rectifier. This will make them still remaining parallel semiconductor rectifier overloaded, the entire system comes on in danger.
Bisher behalf man sich zum Schutze mit überstroi-nrelais, die die Halbleiter beim Auftreten von Übergtrömen so schnell- wie möglich abschalteten oder durch Kurzschließer kurzschlossen. Solche Relais wurden der besseren Anpassung wegen auch schon mit thermischen Gliedern versehen, was jedoch wegen der außerordentlich kleinen Zeitkonstanten der Halbleiter bisher nur mangelhaft möglich war. Daraus resultiert entweder eine gelegentliche Gefährdung der Halbleiterzellen oder eine überdimensionierung, was eine schlechte Ausnutzung bedeutet.So far, over-current relays have been used to protect the Switch off semiconductors as quickly as possible in the event of overcurrents or short-circuited by short-circuiter. Such relays were made for better adaptation also already provided with thermal links, which, however, is extraordinary because of the small time constants of the semiconductors was previously only inadequately possible. From it either an occasional risk to the semiconductor cells or a oversizing, which means poor utilization.
Eine bessere Möglichkeit der Überwachung und des Schutzes von Halbleiter--Gleichrichtern besteht in der Hinzuziehung besonderer thermischer Abbilder, was'jedoch recht aufwendig ist.A better way of monitoring and protecting semiconductor rectifiers consists in the use of special thermal images, which is, however, quite time-consuming is.
` Auch Anordnungen mit äußeren Wärmefühlern auf den Gehäusen von Halbleiter-Gleichrichtern sind wegen der erheblichen Ansprechträgheit nicht empfehlenswert. ` Arrangements with external heat sensors on the housings of semiconductor rectifiers are also not recommended because of the considerable slowness of response.
Von der Motorschutztechnik her ist es ebenfalls bekannt, thermische Fühler, z. B. Bimetallfühler, an wärinemäßig hochbelastbaren Stellen einer Wicklung mit einzubandagieren oder gar direkt auf den Leiter mit au fzubringen.From motor protection technology it is also known to use thermal Sensor, e.g. B. bimetal sensor, at heat-wise highly resilient points of a winding to be included or even to be applied directly to the ladder.
Versuche sind auch schon in letzter Zeit bekannt. gewgrden, an Stelle solcher Bimetall-Kleinstschälter an sich bekannte kontaktlose Elelmänte, z. B. NTC-# (negativer Temperaturkoeffizient) oder neuerdings' auch PTC- (positiver Temperaturkoeffizient) Widerstände, einzusetzen, die erheblich stärker als andere Halbleiter ihre Widerstandswerte'mit der Temperatur ändern.Attempts have also been known recently. in place such bimetal miniature switch known per se contactless Elelmänte, z. B. NTC- # (negative temperature coefficient) or more recently 'also PTC- (positive temperature coefficient) Resistors to be used, which are considerably stronger than other semiconductors with their resistance values change the temperature.
NTC-Widerstände, auch Heißleiter genannt, sind hochohmig in Bereichen niedrigerTemperatur, oberhalb einer bestimmten Temperatur erniedrigt sich ihr Widdrstandswert auf wenige Ohin;-PTC-Widerstände, auch Kaltleiter genannt, sind ir Weiten Bereich niedriger Temperatur fast temperaturunabhängig bzw. haben nur einen sehr kleinen positiven Temperaturbeiwert und sind niederohmig. Oberhalb einer bestimmten Temperatur, der Curietemperatur steigt ihr Widerstand9wert innerhalb von 4011C bis über den tausendfachen Wert. Der Temperaturbeiwert beträgt in diesem Bereich bis zu + 60 IN' C. Die gewünschte Höhe der Curietemperatur kann durch die Wahl des Typs des nichtlinearen Widerstandes festgelegt werden.NTC resistors, also called thermistors, have high resistance in areas of low temperature; above a certain temperature their resistance value drops to a few ohin; -PTC resistors, also called PTC thermistors, are almost temperature-independent in a wide range of low temperatures or have only a very small one positive temperature coefficient and are of low resistance. Above a certain temperature, the Curie temperature, its resistance value increases within 4011C to over a thousand times the value. The temperature coefficient in this range is up to + 60 IN ' C. The desired level of the Curie temperature can be determined by choosing the type of non-linear resistor.
Ferner ist durch die deutsche Patentschrift 1132 245 eine Vorrichtung zur Temperaturregelung einer elektrischen Halbleiteranor'dnung bekannt, bei der an dem Halbleiterkörper der HalbleiteranordnUng unter Bildung eines p-n-überganges eine zusätzliche Elektrode so angebracht ist, daß durch einen an der zusätzlichen Elektrode zugeführten Strom oder eine an der zusätzlichen Elektrode angelegte Spannung keine Einwirkung auf die Halbleiteranordnung auftritt und daß der Wechselstromwiderstand zwischen dieser zusätzlichen Elektrode und einer mindestens angenähert sperrschichtfreien Elektrode der Halbleiteranordnung zur Regelung der Temperatur der Halbleiteranordnung verwendet wird.Furthermore, a device for temperature control of an electrical semiconductor arrangement is known from German patent specification 1132 245, in which an additional electrode is attached to the semiconductor body of the semiconductor arrangement forming a pn junction so that a current supplied to the additional electrode or a The voltage applied to the additional electrode has no effect on the semiconductor arrangement and that the alternating current resistance between this additional electrode and an at least approximately barrier-free electrode of the semiconductor arrangement is used to regulate the temperature of the semiconductor arrangement.
Diese bekannte Anordnung dient also nicht zum Schutz der Hälbleiter-Gleichrichter vor der Zerstörung infolge thermischer Überlastung, sondern lediglich zur Ausschaltung des auf die Charakteristika des Halbleiters wirkenden Temperatureinflusses. Nachteilig ist dabei, daß eine zusätzliche Elektrode an dem zu überwachenden Halbleiter erforderlich, also eine Sonderanfertigung nötig ist. Weiterhin erfordert die bekannte Anordnung noch eine Meßbrückenanordnung, in welcher die Anzeige der zusätzlichen Elektrode ausgewertet werden muß. Beides, zusätzliche Elektrodp. und Meßbrücke, bedingen einen hohen herstellungsmäßigen und gerätetechnischen Aufwand.This known arrangement is therefore not used to protect the semi-conductor rectifier before destruction as a result of thermal overload, but only for switching off the influence of temperature on the characteristics of the semiconductor. Disadvantageous is that an additional electrode is required on the semiconductor to be monitored, so a custom-made product is necessary. Furthermore, the known arrangement requires Another measuring bridge arrangement in which the display of the additional electrode must be evaluated. Both, additional electrodp. and measuring bridge, require one high manufacturing and equipment-related effort.
Aufgabe der Erfindung ist es, ohne besonderen Aufwand eine einfache und flinke Schutzanordnung für steuerbare Halbleiter-Gleichrichter zu schaffen, die den jeweiligen Temperaturschwankungen schnell folgen kann.The object of the invention is to provide a simple one without any special effort and nimble protection arrangements for controllable semiconductor rectifiers, which can quickly follow the respective temperature fluctuations.
Nach der Erfindung wird dieses dadurch -erreicht, daß in dem Halbleiter-Gleiclirichter unmittelbar am Kristall unter Beibehaltung der ursprünglichen Elektrodenzahl nichtlineare Widerstände mit ausgeprägter Temperaturabhängigkeit angeordnet sind, welche als Temperaturfühle,' r dienen und denen die Wärme des Halbleiter-Gleichrichters lediglich durch m-echanischen Kontakt direkt zugeführt wird und die den Steuerkrels des Halbleiter-GMehrichters direkt be- einflussen sowie zugleich mit dem Steuerkreis eine nach außen abgeschlossene Baueinheit bilden.According to the invention, this is achieved in that in the semiconductor rectifier directly on the crystal, while maintaining the original number of electrodes, non-linear resistors with a pronounced temperature dependency are arranged, which serve as temperature sensors and which the heat of the semiconductor rectifier only through m- echanical contact is directly supplied to and influences the Steuerkrels the semiconductor GMehrichters directly charged and at the same time a form with the control circuit to the outside completed assembly.
Sogenannte PTC-Widerstände worden dazu in thermischem und-galvanischem Kontakt zur Steuerelektrode angebracht und unterbrechen den Steuerstromkreis infolge der Erhöhung ihres Widerstanden bei einer entsprechenden unzulässigen Temperaturerhöhung des Halbleiters. Eine Anwendung von sogenannten NTC-Widerständen erfolgt in thermischem und galvanischein Kontakt zur Kathode. Bei übermäßiger Erwärmung erfolgt ein Kurzschließen zur Steuerelektrode.So-called PTC resistors were used in thermal and galvanic Contact to the control electrode attached and interrupt the control circuit as a result the increase in their resistance in the event of a corresponding inadmissible increase in temperature of the semiconductor. So-called NTC resistors are used in thermal applications and galvanic contact with the cathode. Short-circuiting occurs in the event of excessive heating to the control electrode.
Die, Abschaltung des gefährdeten Teiles erfolgt so. mit vollkommen selbsttätig ohne -den zusätzlichen Aufwand einer Meßanordnung mit von außen besonders zugeführtem Meßstrorn und einer durch diese gesteuerten weiteren Vorrichtung zum Abschalten des Stromes, Außerdem ergibt sich als weiterer Vorteil gegenüber den bekannten Anordnungen, daß an Stelle des Anbringens einer besonderen überwa-Aungselektrode am Halbleiter an diesen lediglich auf mechanischemWege ein nichtlinearerWiderstand augepreßt zu werden braucht. Weiterhin sei noch als Vorteil erwähnt, daß die gesamte Anordnung nach der Erfindung ein einziges Bauteil bildet, welches nicht nennenswert größer ist als ein unüberwacht-er Halblßiter-Gleichrichter. Schließlich fallen auch alle jene Probleme fort, die bei den bekannten Anordnungen dadurch entstehen, daß die, Funktion der Zusat.zelektrode die. Erzeugung von zusätzlichen Elek# tronen im System der Halbleiteranordnung erfordert.The shutdown of the endangered part takes place in this way. with perfectly automatically without the additional effort of a measuring arrangement with especially from the outside supplied measuring current and a further device controlled by this for Turning off the power, there is also another advantage over the known arrangements that instead of attaching a special monitoring electrode on the semiconductor, on these, there is only a mechanical non-linear resistance needs to be squeezed out. It should also be mentioned as an advantage that the entire Arrangement according to the invention forms a single component which is not worth mentioning is larger than an unsupervised half-liter rectifier. Finally fall too all those problems that arise in the known arrangements because the function of the additional electrode. Generation of additional electrons required in the system of the semiconductor device.
- In der Zeichnung sind Ausführungsbefspiele nach i der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt F i g. 1 den Aufbau eines Halbleiter-Gleichrichterg. mit Kaltleiterschutz, Fig. 2 die elektrische Schaltung dazu, F i g. 3 den Aufbau eines Halbleiter-Gleichrichters mit Heißleiterschutz, F i g. 4 die elektrische Schaltung dazu. - In the drawing, Ausführungsbefspiele according to i of the invention are shown schematically. It shows F i g. 1 shows the structure of a semiconductor rectifier. with PTC thermistor protection, FIG. 2 the electrical circuit for this, FIG . 3 shows the structure of a semiconductor rectifier with thermistor protection, FIG. 4 the electrical circuit for it.
In F i g. 1 ist ein Halbleiter-Gleichrichter 1 darge,-stellt. Die gestrichelte Linie deutet das kapselndß Gehäuse an. Der Halbleiter-Gleichrichter besteht aus einem Halbleiterkristall 2 mit einer Anode 3, einer Kathode 4 und einer Steuerelektrode 5. Auf letzterer ist direkt und unmittelbar, thermisch und galvanisch leitend, ein Kaltleiter 6 (Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten) angeordnet. Der Wärmekontakt und die galvanische Verbindung können durch Lötung oder durch Federkraft erfolgen. 7 bezeichnet den äußeren Steuerelektrodenanschluß über den Kaltleiter 6, 8 einen äußeren Anschluß, der direkt zur Steuerelektrode 5 führt und den -Kaltleiter6 überbrückt, Mit 9. ist der äuAg#re Kathodeanschluß gekennzeichnet.In Fig. 1 , a semiconductor rectifier 1 is shown. The dashed line indicates the encapsulating housing. The semiconductor rectifier consists of a semiconductor crystal 2 with an anode 3, a cathode 4 and a control electrode 5. On the latter, a PTC thermistor 6 (resistor with a positive temperature coefficient) is arranged directly and immediately, thermally and galvanically conductive. The thermal contact and the galvanic connection can be made by soldering or by spring force. 7 denotes the external control electrode connection via the PTC thermistor 6, 8 an external connection which leads directly to the control electrode 5 and bridges the PTC PTC thermistor 6. The outer cathode connection is marked with 9.
F i g. 2 zeigt diese Anordnung nochmals in Piektrischer Schaltungsdarstellung, Erwärmt sich der Halbleiter#Gleichrichter 1 über die maximal zulässige. - Temperatur, so steigt der. Widerstandswert des. Kaltleiters 6 schnell -ail und unterbricht schließlich den Zündstrom, der über den Steuerelektrodenanschluß 7 verMuft, Die Curlietem# peratur des Kaltleiters 6 ist. dazu der mgyimal zulässigen Temperatur des Halbleiter-Gleichrichters 1 angepaßt. Mit dem- Erreichen dieser Temperatur wird der Steuerstrom so weit -verringert, daß der Halbleiter-Gleichrichter 1 hicht mehr gezündet werden kann. Eine Zündung erfolgt erst wieder, nachdem der Halbleiter-Gleichrichterl abgekühlt ist. Bei der Wahl der Höhe der Cur!.etämpQratur Aoll die eventuelleTemperaturdifferenzgvAsche,nHalbleit,er-Gleichrichter 1 und Kaltleiter 6 und außerdem die mögliche, Teinperaturerhöhung, -die noch bis zur wirklichen Stromunterbrechung auftreten kann, berücksichtigt werden. Da der Kaltleiter 6 unterhalb der Curieteinperatur einen kleinen, positiven Temperaturbeiwert hat, ist eine gewisse Kompenslerung mit dem fallenden Steuerleistungsbedarf bei stelgender Temperatur möglich, Für die Fertigung, Prüfung und andere, eventuelle Schaltungen ist es zweckmäßig, zu dem- temperaturabhängigen Steuerelcktrodenanschluß 7 einen normalen, temperaturunabhängigon Steuerelektrodenanschluß 8 vorzusehen und herauszuziehen, wozu der Kaltleiter 6 innerhalb -des Halbleiter-Glrichrichters 1 überbrückt ist. - Eine andere Möglichkeit besteht bei der Verwen7 dung eines Widerstandes mit negativem Temperaturbeiwert (Heißleiter), der so angeorda - et ist, daß er beim Erreichen der maximal zulässigen Temperatur des Halbleiterkristalls.. den Steuerkreis kurzschließt und somit die Zündung verhilidret.F i g. 2 shows this arrangement again in a piecical circuit diagram. If the semiconductor rectifier 1 is heated above the maximum permissible. - Temperature, that's how it rises. Resistance value of the PTC thermistor 6 quickly -ail and finally interrupts the ignition current that flows through the control electrode terminal 7 , the Curlietem # temperature of the PTC thermistor 6 is. adapted to the maximum permissible temperature of the semiconductor rectifier 1. Involving the same reaching this temperature the control current is so far - reduced that the semiconductor rectifiers 1 hicht more can be ignited. Ignition only occurs again after the semiconductor rectifier has cooled down. When choosing the level of the Cur!. AtampQrature Aoll, the possible temperature difference gvAsche, n semiconductors, er rectifiers 1 and PTC thermistors 6 and also the possible temperature increase, which can still occur up to the actual power interruption, are taken into account. Since the PTC thermistor 6 below the Curieteinperatur has a small positive temperature coefficient, a certain Kompenslerung with the falling control power demand for stel gender temperature is possible, for the manufacture, testing and other possible circuits, it is advisable to DEM temperature dependent Steuerelcktrodenanschluß 7 normal, Provide and pull out temperature-independent control electrode terminal 8, for which purpose the PTC thermistor 6 within -the semiconductor rectifier 1 is bridged. - Another possibility is for the Verwen7 dung of a resistor with a negative temperature coefficient (NTC thermistors), the so angeorda - et is that .. he short-circuits the control circuit when reaching the maximum permissible temperature of the semiconductor crystal and thus verhilidret ignition.
Die F i g. 3 und 4 zeigen ein solche-, Ausführungs-# beispiel in Anordnung' und. Schaltung' Dem Halbleiter-Gleichrichter 1 ' gekapselt in einem gestrichelt angedeuteten Gehäuse, mit HalblQiterkristall 2, Anode 3 und Steuerelektröde 5 ist hier auf der Ka-; thode 4 ein Heißleiter 10 zugeordnet, dessen Anschluß 11 mit dem Elektrodrnanschluß 8 in Verbindung steht. Diese Verbindung wird zweckmäßigerweise außerhalb des Halbleiten-Gleichrichters 1 vor!-genommen. Oberhalb der ' -Curietemperaturdes Heißleitea 10 verringert- -sich sein Widerstand und stellt somit eine Kurzschlußver bindu-g zwn Steuerkreie her. Die Zündung ist damit unterbrochen. 9 stellt den äußeren, temperaturunabhängigen Kathodenanschluß dar.The F i g. 3 and 4 show such an “embodiment example in arrangement” and . Circuit 'The semiconductor rectifier 1' encapsulated in a housing indicated by dashed lines, with a half-quartz crystal 2, anode 3 and control electrode 5 is here on the cable; Method 4 is assigned a thermistor 10 , the terminal 11 of which is connected to the electrical terminal 8 . This connection is expediently made outside of the semiconductor rectifier 1 ! Above the '-Curietemperaturdes Heißleitea 10 verringert- --SiCH its resistance, and thus provides a Kurzschlußver bindu-g zwn Steuerkreie forth. The ignition is then interrupted. 9 shows the external, temperature-independent cathode connection.
Solche Anordnungen ermöglichen auch den überlastungsschutz anderer steuerbarer Halbleiter-Bauelemente, wobei auch Kombinationen beider Widerstandsschaltungen denkbar sind.Such arrangements also allow others to be overloaded controllable semiconductor components, with combinations of both resistance circuits are conceivable.
Durch die Erfindung wird mit nur geringem Mehraufwand ein nahezu trägheitsloser Schutz gefährdeter Halbleiter-Gleichrichter erzielt, und äußere, störanfällige, sonst notwendige Zusatzeinrichtungen können vermieden werden.The invention results in an almost inertia-free with only little additional effort Protection of endangered semiconductor rectifiers achieved, and external, failure-prone, Otherwise necessary additional equipment can be avoided.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1963L0045394 DE1282193B (en) | 1963-07-18 | 1963-07-18 | Protection arrangement against overload of controllable semiconductor rectifiers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1963L0045394 DE1282193B (en) | 1963-07-18 | 1963-07-18 | Protection arrangement against overload of controllable semiconductor rectifiers |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1282193B true DE1282193B (en) | 1968-11-07 |
Family
ID=7271126
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1963L0045394 Pending DE1282193B (en) | 1963-07-18 | 1963-07-18 | Protection arrangement against overload of controllable semiconductor rectifiers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1282193B (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2062554A5 (en) * | 1969-09-23 | 1971-06-25 | Cableform Ltd | |
| FR2365247A1 (en) * | 1976-09-20 | 1978-04-14 | Cutler Hammer World Trade Inc | SEMICONDUCTOR POWER SWITCHING CIRCUIT WITH THERMAL PROTECTION |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1132245B (en) * | 1958-05-27 | 1962-06-28 | Licentia Gmbh | Device for temperature control of an electrical semiconductor arrangement |
-
1963
- 1963-07-18 DE DE1963L0045394 patent/DE1282193B/en active Pending
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|---|---|---|---|---|
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