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Impulssteuereinrichtung zur gleichzeitigen Beaufschlagung der Steuerelektroden
einer Mehrzahl von steuerbaren Halbleiterventilen Bei der Parallelschaltung und
insbesondere der Reihenschaltung von steuerbaren Halbleiterventilen (wie PNPN-Ventilen)
ist darauf Wert zu legen, daß diesen Ventilen möglichst gleichzeitig Steuerimpulse
einer gewissen zeitlichen Mindestbreite zugeführt werden. Wenn dies nicht der Fall
ist, können bestimmte steuerbare Ventile überlastet werden.
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Die eingangs angeführte Forderung berücksichtigt die Erfindung, die
eine Impulssteuereinrichtung zur gleichzeitigen Beaufschlagung der Steuerelektroden
einer Mehrzahl von in einem gleichen Stromkreis angeordneten steuerbaren Halbleiterventilen
betrifft. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die Anwendung einer zur Steuerung
von Quecksilberdampfstromrichtern bekannten Schaltungsanordnung zur Erzeugung leistungsstarker
Impulse, wobei die Schaltungsanordnung einen über ein Ventil aufladbaren Kondensator
enthält, der über ein steuerbares Hilfsventil, die Primärwicklung mindestens eines
den Steuerelektroden der steuerbaren Halbleiterventile Steuerimpulse zuführenden
Impulsübertragers und eine Drosselspule entladbar ist, und dadurch, daß parallel
zur Drosselspule eine Reihenschaltung eines weiteren Kondensators und eines ohmschen
Widerstandes angeschlossen ist. Soweit die Impulssteuereinrichtung bereits bekannt
ist, findet sie hauptsächlich für die Steuerung von einzelnen zündstiftgesteuerten
Ouecksilberdampfentladungsgefäßen (Ignitrons) Anwendung (vgl. aber auch deutsche
Patentschrift 1107 349). Durch den der Drosselspule, die der Löschung des
steuerbaren Hilfsventils dient, parallel geschalteten Kondensator erfolgt die Anpassung
an den hier vorgesehenen Verwendungszweck. Der Kondensator bewirkt nämlich steile
Vorderflanken der Steuerimpulse.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen die Figuren. Dabei zeigt
F i g. 1 das Grundprinzip der Erfindung, während in den F i g. 2 bis 6 Möglichkeiten
der weiteren Ausgestaltung der neuen Impulssteuereinrichtung dargestellt sind.
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In F i g. 1 sind die zur Erläuterung der Erfindung wesentlichen Bestandteile
einer ImpuIssteuereinrichtung dargestellt. Der Ausgang der Impulssteuereinrichtung
wird von einer Primärwicklung 5 eines Impulsübertragers gebildet. An die Sekundärwicklung
des Impulsübertragers können beispielsweise über ohmsche Vorwiderstände die Steuerelektroden
nicht dargestellter steuerbarer Halbleiterventile angeschlossen sein. Letztere sind
in einem gemeinsamen Stromkreis in Reihe oder parallel geschaltet. An Stelle einer
Sekundärwicklung kann der Impulsübertrager mit mehreren Sekundärwicklungen versehen
sein, die jeweils einer Steuerelektrode der steuerbaren Halbleiterventile zugeordnet
sind.
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Die Impulsenergie wird jeweils einem Kondensator 6 entnommen, der
über eine Diode 7 und die Sekundärwicklung eines Transformators 8 aus einem nicht
näher bezeichneten Wechselstromnetz aufgeladen wird. Die Entladung des Kondensators
6 erfolgt über die Primärwicklung 5 des Impulsübertragers, sobald die Entladung
durch ein steuerbares Hilfsventil 1, dessen Zündzeitpunkt einstellbar ist, freigegeben
wird. Mit Hilfe einer Drosselspule 2 wird am Ende der Entladung des Kondensators
6 ein gewisser Umschwingvorgang bewirkt, wodurch eine Selbstlöschung für das steuerbare
Hilfsventil 1 erreicht wird. Um einen möglichst steilen Anstieg des zu erzeugenden
Steuerimpulses zu erhalten, ist parallel zur Drosselspule 2 ein Kondensator 4 angeschlossen.
Mit dem Kondensator 4 ist noch ein der Dämpfung dienender ohmscher Widerstand 3
in Reihe geschaltet. Als Ventile 1 und 7 wird man zweckmäßig ebenfalls Halbleiterventile
einsetzen.
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Die Wirkungsweise des Gegenstandes der F i g. 1 ist derart, daß die
Aufladung des Kondensators 6 innerhalb einer Hälfte der Wechselspannungsperiode
erfolgt. Innerhalb der darauffolgenden Periodenhälfte kann der Steuerimpuls durch
Zündung des steuerbaren Halbleiterventils 1 ausgelöst werden. Sobald letzteres erfolgt,
steigt der Entladestrom des Kondensators 6 sprunghaft an. Der Entladestrom fließt
im ersten Moment nicht über die Drosselspule 2, sondern über das RC-Glied
3, 4. Die Anstiegssteilheit des Entladestromes ist zunächst im wesentlichen
durch die sehr kleine Streuinduktivität des Impulsübertragers
und
die Durchschaltzeit des steuerbaren Halb-Ieiterventils 1 begrenzt. Der weitere Stromverlauf
wird dann hauptsächlich von der Drosselspule 2 bestimmt. Letztere erzwingt
nach der Entladung des Kondensators 6 durch ihr noch vorhandenes magnetisches Feld
eine umgekehrte Aufladung des Kondensators 6. Ein erneutes Umschwingen wird durch
die Ventilwirkung des steuerbaren Halbleiterventils 1 verhindert, wodurch eine Selbstlöschung
für dieses Ventil gegeben ist.
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In F i g. 2 ist dargestellt, wie der Gegenstand der F i g. 1 zu einer
Gegentaktstufe erweitert werden kann. Die der F i g. 1 entsprechenden Bauelemente
tragen die gleichen Bezugszeichen 1 bis B. Entsprechend zugeordnete spiegelbildlich
vorgesehene Bauelemente sind mit 1' bis 8' bezeichnet. Die steuerbaren Halbleiterventile
1 und 1' sind mit einer Phasenverschiebung von 180° elektrisch zu zünden.
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Wenn # die Auslösung des Steuerimpulses durch Zündung des steuerbaren
Halbleiterventils 1 am Ende der zur Verfügung stehenden Hälfte der Wechselspannungsperiode
erfolgt, dann kann es vorkommen, daß die Entladung des Kondensators 6 noch nicht
beendet ist, wenn bereits der Aufladevorgang einsetzt. Damit wird ein exakter Entladevorgang
und letztlich die Aufladung des Kondensators 6 unterbunden.
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Wenn man diese eventuelle Störung vermeiden will, muß der Aufladevorgang
des Kondensators 6 verzögert werden. Entsprechende Maßnahmen zeigt die F i g. 3.
Statt der Halbleiterdiode 7 bzw. 7' der F i g. 1 und 2 ist ein steuerbares Halbleiterventil
10
im Aufladekreis des Kondensators 6 vorgesehen. Die Steuerung des steuerbaren
Halbleiterventils 10 erfolgt über eine Sekundärwicklung 1 des an die Netzwechselspannung
angeschlossenen Transformators. Im Steuerkreis des steuerbaren Halbleiterventils
10
sind dann noch ein strombegrenzender ohmscher Widerstand 13, eine bestimmte
Spannungs- bzw. StromhalbwelIen sperrende Diode 12 und eine Zenerdiode 11 vorgesehen.
Die Zenerdiode 11 bewirkt die zeitlich verzögerte Aufladung des Kondensators 6,
wobei eine Netzwechselspannung endlicher Anstiegssteilheit vorausgesetzt ist. Dies
ist beispielsweise dann gegeben, wenn die Netzwechselspannung eine Sinusform hat.
Die Zenerdiode 11 ist derart bemessen, daß sie erst beim Erreichen einer bestimmten
Spannungshöhe nach dem Spannungsnulldurchgang leitend wird.
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In F i g. 4 ist gezeigt, daß die Aufladung des Kondensators 6 auch
mit Hilfe einer Gleichspannung erfolgen kann. Die Aufladung erfolgt hier über das
zusätzliche steuerbare Hilfsventil 10, eine Drosselspule 25 und einen ohmschen
Widerstand 26. Das steuerbare Hilfsventil 10 muß nach einer Entladung des
Kondensators 6 für eine erneute Aufladung des Kondensators 6 gezündet werden. Am
Ende des Aufladevorganges erfolgt dann durch das magnetische Feld der Drosselspule
25 ein Überschwingen der Ladespannung, so daß das zusätzliche steuerbare Hilfsventil
10 gelöscht wird. Der ohmsche Widerstand 26 begrenzt das Überschwingen der Spannung
am Kondensator 6 auf zulässige Werte und verhindert ein Aufschaukeln der Spannung.
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Die Impulssteuereinrichtungen nach den F i g. 1 bis 4 erzeugen zwar
Steuerimpulse mit sehr steiler Vorderflanke. Die Hinterflanke der Steuerimpulse
ist jedoch langsam abfallend. Es ist nun möglich, daß bei ungünstigen Aussteuerungszuständen
oder Netzstörungen der Steuerimpuls erst mit seiner Hinterflanke zur Wirkung kommt.
Dabei kann der Fall eintreten, daß der momentane Steuerstrom schon unter dem Wert
liegt, der von den nicht dargestellten steuerbaren Halbleiterventilen für das steuerbare
Halbleiterventil mit dem höchsten Zündstrom erforderlich ist. Dieses steuerbare
Halbleiterventil wird daher gar nicht oder im Fall der Reihenschaltung von steuerbaren
Halbleiterventilen durch Ansteigen der Sperrspannung über den Durchbruchswert des
steuerbaren Halbleiterventils gezündet. Eine Zerstörung der gezündeten bzw. der
nicht ordnungsgemäß gezündeten steuerbaren Halbleiterventile durch Überlastung kann
die Folge sein. Es besteht also ein Interesse daran, Steuerimpulse mit steil abfallender
Hinterflanke zu haben, so daß zu einem beliebigen Augenblick grundsätzlich entweder
ein ausreichender Steuerstrom oder gar kein Steuerstrom fließt.
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In F i g. 5 ist gezeigt, wie mit Hilfe eines weiteren steuerbaren
Hilfsventils 14 die gewünschte Form der Steuerimpulse erreicht werden kann. Das
steuerbare Hilfsventil 14 ist parallel zur Primärwicklung 5 des Impulsübertragers
angeschlossen. Die Zündung des steuerbaren Hilfsventils 14 ist von der Spannung
an der Drosselspule 2 hergeleitet. Eine sich während des Impulsablaufs an der Drosselspule
2 ergebende Spannungsumkehr wird dazu benutzt, das steuerbare Hilfsventil 14 sofort
oder verzögert über einen ohmschen Widerstand 17, eine Zenerdiode
16 und eine Halbleiterdiode 15 zu zünden.
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Häufig ist auch unerwünscht, daß ein Steuerimpuls zugleich mit einer
negativen Sperrspannung an einem steuerbaren Halbleiterventil ansteht, da hierdurch
der Sperrstrom erheblich vergrößert wird. Um dies zu vermeiden, kann ein weiterer
Impulsübertrager 19 vorgesehen sein, dessen Sekundärwicklung über eine Halbleiterdiode
18 parallel zur Steuerstrecke des steuerbaren Hilfsventils 14 angeschlossen ist.
Zu Beginn der negativen Sperrspannung wird dann ein zusätzlicher Steuerimpuls über
den zusätzlichen Impulsübertrager 19 auf das steuerbare Hilfsventil 14 zu geben
sein, so daß der an der Wicklung 5 des Ausgangsimpulsübertragers anstehende Steuerimpuls
vorzeitig beendet bzw. abgeschnitten wird.
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Beim Anfahren einer vollgesteuerten Drehstrombrückenschaltung müssen
den steuerbaren Halbleiterventilen der einzelnen Brückenzweige bekanntlich Doppelimpulse
zugeführt werden, wobei die entsprechenden Einzelimpulse einen zeitlichen Abstand
von 60° elektrisch besitzen müssen. Anderenfalls würde kein Stromfluß zustande kommen.
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Für den letztgenannten Verwendungszweck ist die vorstehend beschriebene
Impulssteuereinrichtung derart zu erweitern, daß zusätzlich ein Kondensator 22,
eine Halbleiterdiode 23 und ein steuerbares Hilfsventil 24 vorgesehen sind.
Der Kondensator 22 wird über die Diode 23 ebenfalls von der Sekundärwicklung
8 des Netztransformators aus aufgeladen. Die Entladung der Kondensatoren 6 und 22
erfolgt über die steuerbaren Hilfsventile 1 und 24, die mit 60° elektrisch Phasenverschiebung
gezündet werden. Die Drosselspule 2 bewirkt die Löschung des jeweilig stromführenden
steuerbaren Hilfsventils 1 bzw. 24 am Ende des jeweiligen Steuerimpulses.
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Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 kann gegebenenfalls entsprechend
den vorangehenden Ausführungsbeispielen erweitert werden. In der Impulssteuereinrichtung
können auch an Stelle von steuerbaren
Halbleiterventilen Thyratronröhren
oder Glimmröhren Verwendung finden.