CS240842B1

CS240842B1 - Connection of the diagnostic circuit of the power semiconductor element

Info

Publication number: CS240842B1
Application number: CS842364A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Caha; Jaroslav Zacek; Lubomir Koucky; Jan Capoun
Original assignee: Zdenek Caha; Jaroslav Zacek; Lubomir Koucky; Jan Capoun
Priority date: 1984-03-29
Filing date: 1984-03-29
Publication date: 1986-03-13
Also published as: CS236484A1

Abstract

Účelem zapojení diagnostického obvodu výkonového polovodičového prvku je především indikovat existenci řídicího impulsu tohoto prvku. Tohoto účelu se dosáhne zapojení, kde napájecí zdroj (1) je svou první výstupní svorkou (12) spojen s napájecí svorkou (22) obvodu pro zpracování řídicích optických impulsů výkonového polovodičového prvku (2) a s napájecí svorkou (42) snímacího obvodu (4), druhou výstupní svorkou (11) je spojen se vstupní svorkou (21) obvodu pro zpracování řídicích optických impulsu výkonového polovodičového prvku (2), jehož první výstupní svorka (23) je spojena se vstupní svorkou (13) napájecího zdroje (1) a druhá výstupní svorka (25) je spojena se vstupní svorkou (45) snímacího obvodu (4) pro přívod optického výstupního signálu do vyhodnocovacího obvodu (5)· Nulové svorky (14, 24) bloků (1, 2) jsou spojeny Vyhodnocovací obvod (5) je spojen s gene-’ rátorem zpínacích impulsů (3) pro vysílání optického signálu do obvodu pro zpracování řídicích optických impulsů polovodičového prvku (2). Výstupní svorka vyhodnocovacího obvodu (5) je výstupem celého zapojení. Toto zapojení je výhodné zejména u výkonových polovodičových součástek vysokého napětí.The purpose of connecting the diagnostic circuit of a power semiconductor element is primarily to indicate the existence of a control pulse for this element. This purpose is achieved by a circuit where the power supply (1) is connected by its first output terminal (12) to the power supply terminal (22) of the circuit for processing control optical pulses of the power semiconductor element (2) and to the power supply terminal (42) of the sensing circuit (4), the second output terminal (11) is connected to the input terminal (21) of the circuit for processing control optical pulses of the power semiconductor element (2), the first output terminal (23) of which is connected to the input terminal (13) of the power supply (1) and the second output terminal (25) is connected to the input terminal (45) of the sensing circuit (4) for supplying an optical output signal to the evaluation circuit (5). The zero terminals (14, 24) of the blocks (1, 2) are connected. The evaluation circuit (5) is connected to the switching pulse generator (3) for transmitting an optical signal to the circuit for processing control optical pulses of the semiconductor element. (2). The output terminal of the evaluation circuit (5) is the output of the entire circuit. This circuit is particularly advantageous for high-voltage power semiconductor components.

Description

Vynález se týká zapojení diagnostického’ obvodu výkonového polovodičového prvku. Vynález se týká oboru výkonových polovodičových měničů.The invention relates to the wiring of a diagnostic power circuit of a power semiconductor element. The invention relates to the field of power semiconductor converters.

Dosavadní známá zapojení řeší tento problém bučí indikací řídicího impulsu výkonové polovodičové součástky, přičemž nevýhodou je, že není indikováno selhání funkce tyristoru při existenci řídicích impulsů, nebo indikací napětí na tyristoru, přičemž nevýhodou je, že není diagnostikován řídící obvod tyristoru. Kromě toho vyhodnocení existence řídicích impulsů bývá složité.The known prior art solves this problem either by indicating the control pulse of the power semiconductor component, the disadvantage being that the failure of the thyristor function in the presence of the control pulses is not indicated, or the voltage on the thyristor is disadvantageous. In addition, evaluating the existence of control pulses tends to be difficult.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zapojení diagnostického obvodu výkonového polovodičového prvku podle vynálezu s napájecím zdrojem, jehož součástí je spínaný polovodičový prvek, na jehož potenciálu napájecí zdroj pracuje. Jeho podstatou je, že napájecí zdroj je svou první výstupní svorkou spojen s napájecí svorkou obvodu pro zpracování řídicích optických impulsů výkonového polovodičového prvku a s napájecí svorkou snímacího obvodu. Nulová svorka napájecího zdroje je spojena s nulovou svorkou obvodu pro zpracováni řídicích optických impulsů výkonového polovodičového prvku. Druhá výstupní svorka napájecího zdroje je spojena se vstupní svorkou obvodu pro zpracování řídících optických impulsů výkonového polovodičového prvku, jehož první výstupní svorka je spojena se vstupní svorkou napájecího zdroje, zatímco druhá jeho výstupní svorka je spojena se vstupní svorkou snímacího obvodu pro přívod optického výstupního signálu do vyhodnocovacího obvodu. Vstupní svorka vyhodnocovacího obvodu je spojena s výstupní svorkou generátoru zapínacích impulsů pro zavádění optického výstupního signálu do obvodu pro zpracování řídících optických signálů výkonového polovodičového prvku a jehož výstupní svorka je zároveň výstupní svorkou zapojení pro odebírání signálu o výsledku diagnostiky.The above drawbacks are overcome by the wiring of the diagnostic circuit of the power semiconductor element according to the invention with a power supply, which includes a switched semiconductor element, on whose potential the power supply is working. In essence, the power supply is connected by its first output terminal to the power terminal of the power semiconductor control pulse processing circuit and to the sensing circuit power terminal. The power supply neutral terminal is coupled to the neutral terminal of the power semiconductor control optical pulse circuit. The second output terminal of the power supply is coupled to the input terminal of the control optical pulse circuit of the power semiconductor element, the first output terminal of which is connected to the input terminal of the power supply while its second output terminal is connected to the input terminal of the sensing circuit for evaluation circuit. The input terminal of the evaluation circuit is coupled to the output terminal of the ON pulse generator for introducing the optical output signal into the power optic control signal processing circuit, and the output terminal of which is also the output terminal of the wiring to remove the diagnostic result signal.

240 842240 842

- 2 Vyhodnocovací obvod je tvořen optoelektronickým převodníkem, prvním a druhým klopným obvodem, generátorem hodinových pulsů a nulovacím obvodem. Výstupní svorka optoelektronického převodníku je spojena s nulovací svorkou prvního klopného obvodu, jehož hodinový vstup je spojen s první výstupní svorkou generátoru hodinových pulsů. Výstupní svorka prvního klopného obvodu je spojena se vstupní svorkou druhého klopného obvodu, jehož hodinový vstup je spojen s druhou výstupní svorkou generátoru hodinových pulsů. Vstupní svorka generátoru hodinových pulsů je spojena se vstupní svorkou vyhodnocovacího obvodu. Nulovací vstup druhého klopného obvodu je spojen s výstupní svorkou nulovacího obvodu. První výstup druhého klopného obvodu je spojen s výstupní svorkou vyhodnocovacího obvodu a druhý jeho výstup je přes odpor spojen s katodou elektroluminiscenční diody, jejíž anoda je připojena na kladný pól napájecího zdroje.- 2 The evaluation circuit consists of an optoelectronic converter, the first and second flip-flop, the clock pulse generator and the reset circuit. The output terminal of the optoelectronic converter is connected to the reset terminal of the first flip-flop whose clock input is connected to the first output terminal of the clock pulse generator. The output terminal of the first flip-flop is connected to the input terminal of the second flip-flop whose clock input is connected to the second output terminal of the clock pulse generator. The input terminal of the clock pulse generator is connected to the input terminal of the evaluation circuit. The reset input of the second flip-flop is connected to the output terminal of the reset flip-flop. The first output of the second flip-flop is connected to the output terminal of the evaluation circuit, and the second output is connected via a resistor to the cathode of the electroluminescent diode, the anode of which is connected to the positive pole of the power supply.

Základní výhoda zapojení podle vynálezu spočívá v tom, že je indikována existence řídících impulsů výkonvého polovodičového prvku a je srovnávána s řídícím impulsem generovaným generátorem zapínacích impulsů ve vyhodnocovacím obvodu. Existencí řídicího signálu výkonového polovodičového prvku jsou kontrolovány závěrné a blokovací schopnosti tohoto prvku, minimální velikost napětí napájecího zdroje, správná funkce obvodu pro zpracování řídicích optických impulsů výkonového polovodičového prvku a správná funkce obou optických přenosových cest. Vyhodnocovací obvod indikuje výsledek diagnostiky obvodů jednoho výkonového polovodičového prvku a současně poskytuje elektrický signál o stavu obvodů tohoto jednoho výkonového polovodičového prvku pro další zpracování.The basic advantage of the circuitry according to the invention is that the existence of control pulses of the power semiconductor element is indicated and is compared to a control pulse generated by the trigger pulse generator in the evaluation circuit. The existence of the power semiconductor element control signal controls the shut-off and blocking capabilities of the power semiconductor element, the minimum power supply voltage, the proper operation of the power optic control pulse control circuit, and the proper operation of both optical transmission paths. The evaluation circuit indicates the result of the circuit diagnostics of one power semiconductor element and at the same time provides an electrical signal of the state of the circuits of the one power semiconductor element for further processing.

Zapojení podle vynálezu je dále blíže vysvětleno na příkladech podle obr. 1 a 2.The circuit according to the invention is explained in more detail in the examples of FIGS. 1 and 2.

Na obr. 1 je znázorněno blokové schéma elektrického zapojení diagnostického obvodu tyristoru. Napájecí zdroj 1, jehož součástí je spínaný výkonový polovodičový prvek, v tomto příkladě tyristor, na jehož potenciálu napájecí zdroj pracuje, je svou výstupní svorkou 12 spojen s napájecí svorkou 22 obvodu pro zpracování řídicích optických impulsů tyristoru 2 a s napájecí svorkou 42 snímacího obvodu £. Nulová svorka .14 napájecího zdroje 1 je spojena s nulovouFigure 1 is a block diagram of the electrical wiring of the thyristor diagnostic circuit. The power supply 1, which comprises a switched power semiconductor element, in this example the thyristor on whose potential the power supply operates, is connected by its output terminal 12 to the power terminal 22 of the thyristor 2 control circuit and the power terminal 42 of the sensing circuit. The neutral terminal 14 of the power supply 1 is connected to a neutral terminal

240 842 svorkou 24 obvodu ,pro zpracování řídicích optických impulsů tyristoru 2. Druhá výstupní svorka 11 napájecího zdroje 1 je spojena se vstupní svorkou 21 obvodu pro zpracování řídicích optických impulsů tyristorů 2. První výstupní svorka 23 obvodu pro zpracování řídicích optických impulsů tyristorů 2 je spojena se vstupní svorkou 13 napájecího zdroje 1. Druhá výstupní svorka 25 obvodu pro zpracování řídicích optických impulsů tyristorů 2 je spojena se vstupní svorkou 45 snímacího obvodu £. Jeho optický výstup B se zavádí do vyhodnocovacího obvodu 2· Výstupní svorka 31 generátoru zapínacích impulsů 2 js spojena se vstupní svorkou 51 vyhodnocovacího obvodu 2· Optický výstup A generátoru zapínacích impulsů 2 se zavádí do obvodu pro zpracování řídicích optických impulsů tyristoru 2. Výstup £ elektrický signálu vyhodnocovacího obvodu 2 se odebírá ze svorky 52» Generátor zapínacích impulsů 2 vysílá optický řídicí impuls tyristorů do obvodu pro zpracování řídicích optických impulsů tyristorů 2 a současně elektrický řídicí impuls ze svorky 31 do svorky 51 vyhodnocovacího obvodu 2· Ze svorky 12 napájecího zdroje 1, jehož součástí je zapínaná polovodičová součástka, je napájen obvod pro zpracování řídicích optických impulsů tyristoru 2 do svorky 22 a do svorky 42 je napájen snímací obvod 4, ze svorky 11 napájeného zdroje 1 se zavádí anodové napětí tyristoru do svorky 21 obvodu pro zpracování řídicích optických impulsů tyristorů 4, z jehož svorky 23 se zavádí řídicí elektrický signál tyristorů do svorky ±3 napájecího zdroje 1. Ze svorky 25 obvodu pro zpracování řídicích optických impulsů tyristorů 2 se zavádí signál o existenci řídicího impulsu do svorky 45 snímacího obvodu 4, z něhož se zavádí optický signál do vyhodnocovacího obvodu 2, ^v němž se mění na signál elektrický a srovnává se s elektrickým signálem přiváděným do svorky 51 ^z generátoru zapínacích impulsů 2· Výsledek diagnostiky je jednak indikován vyhodnocovacím obvodem 2 opticky, jednak je elektrický výsledek diagnostiky vyveden k dalšímu použiti na jeho svorku 52«240 842 by the thyristor control optical pulse 2. The second output terminal 11 of the power supply 1 is connected to the thyristor control pulse 2. The first output terminal 23 of the thyristor control pulse 2 is connected. with the input terminal 13 of the power supply 1. The second output terminal 25 of the circuit for processing the control optical pulses of the thyristors 2 is connected to the input terminal 45 of the sensing circuit 6. Its optical output B is fed to the evaluation circuit 2 · The output terminal 31 of the pulse generator 2 is connected to the input terminal 51 of the evaluation circuit 2 · The optical output A of the pulse generator 2 is fed to the circuit for processing the control optical pulses of thyristor 2. The signal of the evaluation circuit 2 is taken from terminal 52. The trigger pulse generator 2 sends an optical control pulse of the thyristors to the circuit for processing the control pulse of the thyristors 2 and simultaneously an electrical control pulse from terminal 31 to terminal 51 of the evaluation circuit 2. which includes a switched-on semiconductor component, the circuit for processing the control optical pulses of the thyristor 2 is supplied to terminal 22 and the sensing circuit 4 is supplied to terminal 42, the anode voltage of the thyristor is applied to terminal 21 the control optical pulse of the thyristors 4, from terminal 23 of which the control thyristor control signal is applied to terminal 3 of the power supply 1. From the terminal 25 of the control optical pulse processing circuit of thyristors 2 from which the optical signal is applied to the evaluation circuit 2, ⁱⁿ which it is converted into an electrical signal and compared with the electrical signal supplied to terminal 51 ^{from the} trigger pulse generator 2 · The diagnostic result is indicated optically by the evaluation circuit 2 for further use on its terminal 52 «

Na obr. 2 je znázorněn příklad zapojení vyhodnocovacího obvodu 2, který se skládá z optoelektrického převodníku 51, prvního klopného obvodu 52, druhého klopného obvodu 53, generátoru hodinových pulsů 24, núlovacího obvodu 22» odporu Rl a elektroluminis- 4 240 842 cenění diody VI. Optický signál se zavádí ďo optoelektrického převodníku 51. Jeho výstupní svorka 511 je spojena se svorkou 521 prvního klopného obvodu 52. zatímco jeho druhá vstupní svorka 522 je spojena s první výstupní svorkou 542 generátoru hodinových pulsů 54. jehož vstupní svorka 541 je spojena se svorkou 51« Jeho dru· há výstupní svorka 543 je spojena se vstupní svorkou 532 druhého klopného obvodu 53. jehož vstupní svorka 535 je spojena s výstupní svorkou 523 prvního klopného obvodu 52« Třetí vstupní svorka 531 druhého klopného obvodu 53 je spojena s výstupní svorkou 553 nulovacího obvodu 55. první výstupní svorka 533 druhého klopného obvodu 55 je spojena se svorkou 52 a druhá výstupní svorka 534 je přes odpor R1 spojena s katodou elektroluminiscenční diody VI, jejíž anoda je připojena na kladný pól napájecího zdroje. Od výstupního signálu generátoru zapínacích impulsů, který se zavádí ze svorky 51 na vstupní svorku 541 generátoru hodinových pulsů 54.se vytvářejí dva hodinové signály, z nichž první se ze svorky 542 generáto ru hodinových pulsů 54 zavádí do svorky 522 prvního klopného obvodu 52 a druhý ze svorky 543 do svorky 532 druhého klopného obvodu 53« Vzestupná hrana prvního hodinového signálu nastaví výstup 523 prvního klopného obvodu 52 do stavu logická 1. Vzestupná hrana dru hého hodinového signálu přepíše stav na výstupu 523 prvního klopného obvodu 52 na výstup 533 druhého klopného obvodu 53« Existujeli v časovém intervalu mezi vzestupnými hranami obou hodinových signálů aktivní optický signál, vynuluje se výstup 523 prvního klopného obvodu 52 a se vzestupnou hranou druhého hodinového signá lu se vynuluje výstup 533 druhého klopného obvodu 55. Je-li výstup 533 druhého klopného obvodu 53 ve stavu logická 1, rozsvítí se sou časné elektroluminiscenční dioda VI, indikující poruchu obvodů tyristoru. Nulovací obvod 55 slouží k vynulování druhého klopného obvodu 55.FIG. 2 shows an example of an evaluation circuit 2 consisting of an optoelectric transducer 51, a first flip-flop 52, a second flip-flop 53, a clock pulse generator 24, a resistor R1 reset circuit 22, and a diode VI valuation electroluminesis 4 240 842 . The optical signal is input to the optoelectric converter 51. Its output terminal 511 is coupled to terminal 521 of the first flip-flop 52, while its second input terminal 522 is coupled to the first output terminal 542 of the clock pulse generator 54 whose input terminal 541 is coupled to the terminal 51 Its second output terminal 543 is connected to the input terminal 532 of the second flip-flop 53, whose input terminal 535 is connected to the output terminal 523 of the first flip-flop 52. The third input terminal 531 of the second flip-flop 53 is connected to the output terminal 553 of the reset circuit. 55. the first output terminal 533 of the second flip-flop 55 is coupled to the terminal 52, and the second output terminal 534 is connected via a resistor R1 to the cathode of the light-emitting diode VI, the anode of which is connected to the positive pole of the power supply. Two clock signals are generated from the output signal of the pulse generator that is inputted from terminal 51 to the input terminal 541 of the clock pulse generator 54, the first of which is input from terminal 542 of the clock pulse generator 54 to terminal 522 of the first flip-flop 52 and from terminal 543 to terminal 532 of second flip-flop 53. The rising edge of the first flip-flop sets output 523 of the first flip-flop 52 to logic 1. The rising edge of the second flip-flop overwrites the state at output 523 of first flip-flop If there is an active optical signal in the time interval between the rising edges of the two clock signals, the output 523 of the first flip-flop 52 is reset and the output 533 of the second flip-flop 55 is reset with the rising edge of the second flip-flop. logic 1, turn on a current electroluminescence diode VI is indicated, indicating a failure of the thyristor circuits. The reset circuit 55 serves to reset the second flip-flop 55.

Elektrického obvodu podle vynálezu lze využít k diagnostice obvodů pro řízení výkonových polovodičových součástek. Použití je výhodné zejména u výkonových polovodičových součástek vysokého napětí.The electrical circuit of the invention can be used to diagnose circuits for controlling power semiconductor devices. Use is particularly advantageous for high-voltage power semiconductor devices.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

240 842

1. Connection of a diagnostic semiconductor element of a power semiconductor element with a power supply, which includes a switched semiconductor element, on whose potential the power supply works, characterized in that the power supply (1) is connected to the power terminal (22) by its first output terminal (12). the power semiconductor element (2) and the power terminal (42) of the sensing circuit (4), the power terminal (14) neutral terminal (14) is connected to the power semiconductor control optical pulse circuit (24) element (2), the second output terminal (11) of the power supply (1) being coupled to the input terminal (21) of the control optical pulse circuit of the power semiconductor element (2), whose first output terminal (23) is coupled to the input the power supply terminal (13) and its second output terminal (25) is connected to the input terminal (45) a sensing circuit (4) for supplying an optical output signal to an evaluation circuit (5) whose input terminal (51) is coupled to the output terminal (31) of the trigger pulse generator (3) for transmitting an optical signal to the control processing circuit optical pulses of the power semiconductor element (2) and whose terminal (52) is the output terminal of the wiring for withdrawing the diagnostic result signal.

2. The circuit of a power semiconductor element according to claim 1, characterized in that the evaluation circuit (5) is formed by an optoelectronic converter (51), a first flip-flop (52), a second flip-flop (53), a clock pulse generator (54). and a reset circuit (55), wherein the output terminal (511) of the optoelectronic converter (51) is coupled to the reset terminal (521) of the first flip-flop (52), whose clock input (522) is coupled to the first output terminal (542) of the clock generator. pulses (54) and the output terminal (523) of the first flip-flop (52) is coupled to the input terminal (535) of the second flip-flop (53) whose clock input (532) is coupled to the second output terminal (543) of the clock generator pulses (54), whose

240 842 the input terminal (541) is connected to the input terminal (51) of the evaluation circuit (5), while the reset input (551) of the second flip-flop (55) is connected to the output terminal (555) of the neutral circuit (55) and the first output (555) of the second flip-flop (55) is connected to the output terminal (52) of the evaluation circuit (5) and the second output (554) is connected via a resistor (R1) to the cathode of the electroluminescent diode (71) power supply / 1 /.