AT524166A1 - Umrichter umfassend einen Zwischenkreis - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Umrichter umfassend einen Zwischenkreis mit zwei in Serie geschalteten Gleichspannungsquellen (U1, U2), wobei der Zwischenkreis einen positiven, einen negativen (U+, U-) und einen Mittenanschluss (M) aufweist, umfassend - einen positiven Zweig zwischen dem positiven Anschluss (U+) und dem Ausgang (A) des Umrichters, in dem zwei elektronische Schalteinheiten Spp+, Spp in Serie angeordnet sind, - einen negativen Zweig zwischen dem negativen Anschluss (U-) und dem Ausgang (A) des Umrichters, in dem zwei elektronische Schalteinheiten Snn-, Snn in Serie angeordnet sind, und - einen mittleren Zweig zwischen dem Mittenanschluss (M) und dem Ausgang (A) des Umrichters, in dem zwei elektronische Schalteinheiten Snp, Spn in Serie, insbesondere mit umgekehrter Sperr-Stromflussrichtung zueinander, angeordnet sind, wobei die einzelnen Schalteinheiten (Snn-, Snn, Snp, Spn, Spp, Spp+) nach einer Leit- Stromflussrichtung leitend sind und nach der anderen Sperr-Stromflussrichtung ansteuerbar sind, sodass sie entsprechend dem bei ihnen anliegenden Ansteuerungssignal (gSnn-, gSnn, gSnp, gSpn, gSpp, gSpp+) durchlässig oder bis zu einer vorgegebenen maximalen Sperrspannung nicht durchlässig sind, wobei - der Umrichter einen Signalgenerator aufweist, der an die einzelnen Schalteinheiten (Snn-, Snn, Snp, Spn, Spp, Spp+) angeschlossen ist und der dazu ausgebildet ist, Ansteuerungssignale an die einzelnen Schalteinheiten (Snn-, Snn, Snp, Spn, Spp, Spp+) abzugeben, - der Umrichter einen PWM-Generator aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein pulsweitenmoduliertes Ansteuerungssignal zu erstellen, das dem Betrag eines vorgegebenen Spannungsverlaufs entspricht, - der Umrichter dazu ausgebildet ist, für den Fall, dass die vorgegebene Spannung positiv ist, durch Abgabe eines diesbezüglichen Ansteuerungssignals über den Signalgenerator: - die Schalteinheiten Spp+ und Snp auf durchlässig zu schalten, - die Schalteinheit Snn auf nicht durchlässig zu schalten, - die Schalteinheit Spp mit dem Ansteuerungssignal anzusteuern, - die Schalteinheit Spn mit dem Inversen des Ansteuerungssignal anzusteuern, - die Schalteinheit Snn- mit dem Inversen des Ansteuerungssignal anzusteuern oder während der gesamten Dauer, in der die vorgegebene Spannung positiv ist, auf nicht durchlässig zu schalten, und - der Umrichter dazu ausgebildet ist, für den Fall, dass die vorgegebene Spannung negativ ist, durch Abgabe eines diesbezüglichen Ansteuerungssignals über den Signalgenerator: - die Schalteinheiten Snn- und Spn auf durchlässig zu schalten, - die Schalteinheit Spp auf nicht durchlässig zu schalten, - die Schalteinheit Snn mit dem Ansteuerungssignal anzusteuern, - die Schalteinheit Snp mit dem Inversen des Ansteuerungssignal anzusteuern, - die Schalteinheit Spp+ mit dem Inversen des Ansteuerungssignal anzusteuern, oder während der gesamten Dauer, in der die vorgegebene Spannung negativ ist, auf nicht durchlässig zu schalten.

Description

Aus dem Stand der Technik sind Umrichter nach der konventionellen T-Typ-Topologie bekannt, die typischerweise aus vier aktiven Komponenten besteht, wie beispielsweise Silizium IGBT, SiI-MOSFET, SiC-MOSFET oder GaN-Transistoren.

In Fig. 1 ist ein bekannter Umrichter nach der T-Typ-Topologie näher dargestellt. Ein Umrichter dieser Topologie weist eine Zwischenkreisspannungsquelle mit Mittenanschluss M auf, wobei drei Schaltzweige vorgesehen sind, die zu einem gemeinsamen Ausgang führen. Die Schaltzweige umfassen jeweils Schalter, die mit modulierten Signalen angesteuert werden, sodass sich am Ausgang ein Ausgangssignal ergibt, das nach Filterung bzw Gilättung einem vorgegebenen Spannungsverlauf entspricht.

Aufgrund seiner Vorteile wie zum Beispiel der relativ geringen Komplexität und einfachen Regelung im Vergleich zu vergleichbaren kompetitiven Topologien wie z.B. der FlyingCapacitor Topologie, ist der T-Typ-Umrichter eine Schaltung die industriell breite Anwendung findet.

Diese Topologie hat allerdings einen wesentlichen Nachteil und zwar, dass aufgrund der Schalteranordnung nicht alle Schalter mit der gleichen Zwischenkreisspannung pulsweitenmoduliertes belastet sind. Dies führt dazu, dass bei einer Zwischenkreisspannung Vpc von beispielsweise 800 V die äußeren Schalter mit maximal 800 V, die inneren Schalter mit der halben Zwischenkreisspannung Vpc,p, Vocn, also 400 V, belastet werden. Dadurch werden für Anwendungen mit einer Zwischenkreisspannung

von 800 V Schalter mit einer Blockierspannung von 900 V oder mehr benötigt.

Aufgrund der aktuell am Markt verfügbaren Halbleiterbauelemente kann eine solche TTyp-Topologie mit IGBT, SI-MOSFET, SiC-MOSFET umgesetzt werden, nicht jedoch mit GaN-Transistoren. Dies liegt daran, dass derzeit solche Halbleiterbauelemente nur bis zu einer Sperrspannung von 650 V verfügbar sind. Eine konventionelle T-Typ-Topologie ausgestattet mit 650 V GaN Transistoren kann also nur für eine Gesamtzwischenkreisspannung Vpoc von bis zu zirka 550 V realisiert werden. Das vorliegende Problem besteht jedoch auch für die anderen Typen von Transistoren, zB

Möchte man also GaN-Transistoren in die T-Typ-Topologie für Zwischenkreisspannungen Voc mit zum Beispiel 800 V einbringen, funktioniert dies nur bei Verwendung bidirektionaler Schalter im horizontalen Pfad oder über eine Serienschaltung von mehreren Transistoren. Beim klassischen Modulationsverfahren bei identischer Ansteuerung beider in Serie geschalteten Transistoren tragen allerdings auch beide GaNTransistoren für die Bildung der Schaltfrequenz der Verlustanteile bei.

Die Erfindung setzt sich daher zur Aufgabe, die hier dargestellten Probleme zu lösen und eine effiziente Ansteuerung einer T-Typ-Topologie auch dann zu ermöglichen, wenn einzelne Zweige aufgrund einer zu geringen Blockierspannung mit mehreren Transistoren

ausgeführt werden.

Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Umrichter der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, - dass der Umrichter einen Signalgenerator aufweist, der an die einzelnen Schalteinheiten (Snn-, Snn, Snp, Spn, Spp, Spp+) angeschlossen ist und der dazu ausgebildet ist, Ansteuerungssignale an die einzelnen Schalteinheiten (Snn-, Snn, Snp, Spn, Spp, Spp+) abzugeben, - dass der Umrichter einen PWM-Generator aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein pulsweitenmoduliertes Ansteuerungssignal zu erstellen, das dem Betrag eines vorgegebenen Spannungsverlaufs entspricht, - dass der Umrichter dazu ausgebildet ist, für den Fall, dass die vorgegebene Spannung positiv ist, durch Abgabe eines diesbezüglichen Ansteuerungssignals über den Signalgenerator: die Schalteinheiten Spp+ und Snp auf durchlässig zu schalten, die Schalteinheit Snn auf nicht durchlässig zu schalten, die Schalteinheit Spp mit dem Ansteuerungssignal anzusteuern, die Schalteinheit Spn mit dem Inversen des Ansteuerungssignal anzusteuern, die Schalteinheit Snn- mit dem Inversen des Ansteuerungssignal anzusteuern oder während der gesamten Dauer, in der die vorgegebene Spannung positiv ist, auf nicht durchlässig zu schalten, und

Ebenso löst die Erfindung diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 6. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, - dass ein pulsweitenmoduliertes Ansteuerungssignal erstellt wird, das dem Betrag eines vorgegebenen Spannungsverlaufs entspricht, wobei für den Fall, dass die vorgegebene Spannung positiv ist, die Schalteinheiten Spp+ und Snp auf durchlässig geschaltet wird, die Schalteinheit Snn auf nicht durchlässig geschaltet wird, die Schalteinheit Spp mit dem Ansteuerungssignal angesteuert wird, die Schalteinheit Spn mit dem Inversen des Ansteuerungssignal angesteuert wird, die Schalteinheit Snn- mit dem Inversen des Ansteuerungssignal angesteuert wird, oder während der gesamten Dauer, in der die vorgegebene Spannung positiv ist, auf nicht durchlässig geschaltet wird, und wobei für den Fall, dass die vorgegebene Spannung negativ ist, die Schalteinheiten Snn- und Spn auf durchlässig geschaltet wird, die Schalteinheit Spp auf nicht durchlässig geschaltet wird, die Schalteinheit Snn mit dem Ansteuerungssignal angesteuert wird, die Schalteinheit Snp mit dem Inversen des Ansteuerungssignal angesteuert wird, die Schalteinheit Spp+ mit dem Inversen des Ansteuerungssignal angesteuert wird, oder während der gesamten Dauer, in der die vorgegebene Spannung negativ ist, auf nicht durchlässig geschaltet wird.

Von besonderem Vorteil ist dabei, dass die Umrichterschaltung strukturell nicht

abgeändert werden braucht und lediglich die Ansteuerung der einzelnen Schalter abgeändert wird. Dadurch kann auf einfache Weise erreicht werden, dass der vom

Insbesondere können beim Aufbau eines erfindungsgemäßen Umrichters Silizium IGBT, SIi-MOSFET, SiC-MOSFET oder GaN-Transistoren verwendet werden.

Ein bevorzugter Aspekt der Erfindung, der einen einfachen Aufbau erlaubt, sieht vor, dass in den einzelnen Zweigen der Topologie des Umrichters lediglich ein einzelner Transistor enthalten ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die elektronischen Schalteinheiten (Snn-, Snn, Snp, Spn, Spp, Spp+) jeweils aus einem einzelnen Transistor, insbesondere MOSFET oder IGBT oder Bipolartransistor, bestehen.

Zur Erhöhung der blockierten Spannung kann vorgesehen sein, dass jeder Schalter eine Serienschaltung von gleichartigen Transistoren aufweist, denen jeweils dieselbe Schaltanweisung zugeführt ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die elektronischen Schalteinheiten (Snn-, Snn, Snp, Spn, Spp, Spp+) eine Anordnung einer Vielzahl, insbesondere gleichartiger, Transistoren umfassen,

- die in Serie geschaltet sind und mit demselben Ansteuerungssignal (gSnn-, gSnn, gSnp, gSpn, gSpp, gSpp+) angesteuert sind, und

- deren Sperr-Stromflussrichtungen in der Serienschaltung gleich orientiert sind.

Dabei kann bevorzugt vorgesehen sein, dass ein Steuersignal entkoppelt an die einzelnen Transistoren der Schalter gelangt, sodass mehreren, demselben Schalter zugeordnete, Transistoren zwar dieselbe Schaltanweisung zukommt, die für die Übermittlung dieser Schaltanweisung erforderlichen Schaltsignale jedoch auf einem unterschiedlichen Spannungsniveau basieren. Insbesondere kann zu diesem Zweck vorgesehen sein, dass der Umrichter eine Anzahl von Ausgangstreibern aufweist, wobei ein Ausgangstreiber jeweils einer Schalteinheit oder einem Transistor einer Schalteinheit zugeordnet ist und wobei die Ausgangstreiber dazu ausgebildet sind, das Ansteuerungssignal bei der jeweiligen Schalteinheit oder dem jeweiligen Transistor, spannungsmäßig entkoppelt von

den jeweils anderen Ansteuerungssignalen, zur Verfügung zu stellen.

Eine einfache schaltungstechnische Realisierung sieht vor,

- dass die Schalteinheit Snn- mit ihrem negativen Anschluss am negativen Anschluss des Zwischenkreises angeschlossen ist.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

Die Erfindung ist im Folgenden anhand von besonders vorteilhaften, aber nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch

dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben.

Im Folgenden zeigen:

Fig. 2 zeigt eine Schaltanordnung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Umrichters. Fig. 3 zeigt eine erste Ansteuerung des in Fig. 2 dargestellten Umrichters.

Fig. 4 zeigt eine alternative Ansteuerung des in Fig. 2 dargestellten Umrichters.

Fig. 5 zeigt eine Schaltanordnung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Umrichters.

In Fig. 2 ist ein Umrichter nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung näher dargestellt. Dieser Umrichter weist eine T-Typ-Topologie auf. Der Umrichter umfasst zwei in Serie geschaltete Gleichspannungsquellen U1, U2 mit einem positiven Anschluss U+, einem negativen Anschluss U- und einem Mittenanschluss UM. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel betragen die an den Gleichspannungsquellen U1, U2 anliegenden Gleichspannungen Vpce jeweils 400 V und die Gesamtzwischenkreisspannung daher 800 V.

Entsprechend der T-Typ-Topologie weist der Umrichter einen positiven Zweig zwischen dem positiven Anschluss U+ und dem Ausgang A des Umrichters auf. Ebenso weist der Umrichter einen negativen Zweig zwischen dem negativen Anschluss U- und dem Ausgang des Umrichters auf. Schließlich weist der Umrichter einen mittleren Zweig zwischen dem Mittenanschluss M der Gleichspannung und dem Ausgang A des Umrichters auf.

Der positive Zweig des Umrichters umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei elektronische Schalteinheiten Spp+, Spp, die in Serie angeordnet sind. Im vorliegenden

Der negative Zweig des Umrichters umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei elektronische Schalteinheiten Snn-, Snn, die in Serie angeordnet sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird diejenige Schalteinheit, die unmittelbar am negativen Anschluss der Zwischenkreis-Gleichspannung Vpoc angeschlossen ist, mit Snn- bezeichnet.

Sowohl im positiven wie auch im negativen Zweig sind die einzelnen, durch Transistoren ausgebildeten, Schalteinheiten Snn, Snn-, Spp, Spp+ jeweils so angeordnet, dass diese eine an ihnen anliegende Spannung grundsätzlich sperren, solange für den jeweiligen einzelnen Transistor eine blockierte Spannung nicht überschritten ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden GaN-Transistoren verwendet, die eine Blockierspannung von 650 V aufweisen. Die Source-Kontakte der einzelnen Transistoren der Schalteinheiten sind dabei jeweils zur negativen Spannung hin ausgerichtet.

Im mittleren Zweig des Umrichters sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel ebenfalls zwei elektronische Schalteinheiten Snp, Spn enthalten, die in Serie angeordnet sind. Anders als beim positiven und negativen Zweig des Umrichters sind die Schalteinheiten, bzw. die ihnen zugeordneten Transistoren, im Mittleren Zweig des Umrichters entgegengesetzt, dh mit entgegengesetzter Vorzugs- oder Sperrrichtung, angeordnet, sodass Im vorliegenden Ausführungsbeispiel die beiden Source-Kontakte der Transistoren der Schalteinheiten Snp, Spn miteinander verbunden sind, während die beiden Drain-Kontakte der Transistoren bzw Schalteinheiten bzw Snp, Spn die Anschlüsse des mittleren Zweigs bilden.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass der mittlere Zweig spannungsfest sowohl in positiver wie auch in negativer Richtung ist. Die Spannungsfestigkeit entspricht jedoch dabei nur der einfachen blockierten Spannung des jeweiligen Transistors bzw der jeweiligen Schalteinheit. Sowohl der positive wie auch der negative Zweig sind damit bis zu einer Spannung von 1300 V spannungsfest nach der durch die T-Typ-Topologie vorgegebenen Spannungsrichtung. Entgegen dieser Spannungsrichtung besteht keine Entspannungsfestigkeit; eine solche ist jedoch aufgrund der vorliegenden Topologie auch nicht erforderlich.

Während die gleichgerichteten Serienschaltungen im positiven bzw. negativen Zweig zur Verdoppelung der Spannungsfestigkeit nach der entsprechenden Spannungsrichtung

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Source-Kontakte der Transistoren der Schalter Snp, Spn im mittleren Zweig miteinander verbunden. Dies hat den besonderen Vorteil, dass zur Ansteuerung der Transistoren Steuersignale verwendet werden können,

die gegenüber dem gleichen Bezugspotenzial festgelegt sind.

In Fig. 2 liegt die Ausgangsspannung zwischen dem Ausgang A des Umrichters und dem Mittelpunkt M der Zwischenkreisspannung an. Am Ausgang A des Umrichters ist eine Drossel- und Filterschaltung LO, CO, LN angeordnet, an deren Ausgang ein gefiltertes Spannungssignal UA anliegt.

In Fig. 3 ist eine bevorzugte Ansteuerung für die in Fig. 2 dargestellte Schaltung dargestellt. Für die Ansteuerung ist ein in den Fig. nicht dargestellter Signalgenerator vorgesehen. Dem Signalgenerator kann der gewünschte Signalverlauf extern in Form eines Signals zugeführt sein. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass im Signalgenerator ein entsprechender Signalverlauf gespeichert ist.

Der Signalgenerator ist an die einzelnen Steueranschlüsse der elektronischen Schalteinheiten angeschlossen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel gibt der Signalgenerator die Steuerspannungen an den Gates der einzelnen Transistoren der Schalteinheiten vor. Bei dieser Vorgabe der Steuerspannungen ist stets zu beachten, dass die Steuerspannung für jeden einzelnen der Transistoren gegenüber einem

unterschiedlichen Bezugspotenzial vorzugeben ist.

Ausgehend vom vorgegebenen Spannungsverlauf vy erstellt der Signalgenerator ein pulsweitenmoduliertes Ansteuerungssignal. Dieses Ansteuerungssignal entspricht dem Betrag des vorgegebenen Signalverlaufs. In Fig. 3 wird ein sinusförmiger Signalverlauf vorgegeben.

Den Symbolen der einzelnen Schaltsignale, die zur Ansteuerung der Schalteinheiten

verwendet werden, ist jeweils ein „g“ vorangestellt, beispielsweise dient also das Schaltsignal gSnn der Ansteuerung der Schaltteinheit Snn, usw.

Die Schalteinheit Spp wird mit dem Ansteuerungssignal, das durch Pulsweiten-Modulation des Signalverlaufs erstellt wurde, angesteuert. Dies bedeutet, dass die Schalteinheit Spp statistisch gesehen umso länger auf durchlässig geschaltet ist, je höher der Betrag des Ansteuerungssignals ist.

Die Schalteinheiten Spn und Snn- werden mit dem Ansteuerungssignal, das durch Modulation des Signalverlaufs erstellt wurde, angesteuert. Dies bedeutet, dass die Schalteinheit statistisch gesehen umso länger auf durchlässig geschaltet ist, je kleiner der Betrag des Ansteuerungssignals ist.

Entsprechend einer alternativen, in Fig. 4 dargestellten, Ausführungsform der Erfindung ist es auch möglich, das Signal Snn- während eines Zeitraums, in dem die vorgegebene Spannung positiv ist, auch nicht durchlässig zu schalten.

Für den Fall, dass die vorgegebene Spannung entsprechend dem vorgegebenen Spannungsverlauf negativ ist, leitet die Steuereinheit den Schalteinheiten Snn- und Spn ein Ansteuerungssignal zu, das diese Schalteinheiten Snn-, Spn durchlässig schaltet. Ebenso wird in diesem Fall ein Ansteuerungssignal für die Schalteinheit Spp erzeugt, das diese auch nicht durchlässig schaltet.

Die Schalteinheit Snn wird mit dem Ansteuerungssignal, das durch Modulation des Signalverlaufs erstellt wurde, angesteuert. Dies bedeutet, dass die Schalteinheit statistisch gesehen umso länger auf durchlässig geschaltet ist, je höher der Betrag des Ansteuerungssignals ist.

Die Schalteinheiten Snp und Spp+ werden mit dem Ansteuerungssignal, das durch Modulation des Signalverlaufs erstellt wurde, angesteuert. Dies bedeutet, dass die Schalteinheiten statistisch gesehen umso länger auf durchlässig geschaltet ist, je kleiner der Betrag des Ansteuerungssignals ist.

Wendet man dieses Schaltschema bei einer Zwischenkreisspannung von 800 V an, so ergibt sich, dass an keiner der Schalteinheiten eine Spannung von mehr als 400 V anliegt.

In den vorstehend genannten, in Fig. 3 und 4 dargestellten, Ausführungsbeispielen wurden für die beiden Schalteinheiten bzw Transistoren am positiven bzw negativen Zweig jeweils abhängig von der Position im Schaltkreis unterschiedliche Ansteuerungsschemata vorgesehen. Die Ansteuerungssignale für die Schalteinheiten Snn, Snn- im negativen Zweig des Umrichters können untereinander vertauscht sein. Ebenso können auch die für die Schalteinheiten Spp, Spp+ im positiven Zweig des Umrichters untereinander vertauscht sein, ohne dass sich hierdurch eine Änderung der erfindungsgemäß erreichten Effekte ergibt.

In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde jeweils immer nur ein Transistor pro Schalteinheit verwendet. Eine Schalteinheit verfügt über einen Steueranschluss, im vorliegenden Fall, den Gate-Anschluss, über den festgelegt werden kann, ob die Schalteinheit Strom leitet, oder nicht leitet. Die Steuereinheit kann im nicht leitenden Zustand Spannungen nur bis zu einer bestimmten Sperrspannung halten. Wird diese Sperrspannung überschritten, wird die Steuereinheit leitend, was typischerweise auch zur Zerstörung der Steuereinheit führt.

Es ist jedoch auch möglich, wie in Fig. 5 dargetellt, mehrere Transistoren Snn-,1, ... Snn-,4, ... pro Schalteinheit Snn-, Snn, Snp, Spn, Spp, Spp+ zu verwenden, um die Spannungsfestigkeit weiter zu erhöhen. In diesem Fall ist es auch möglich, eine Schalteinheit Snn-, Snn, Snap, Spn, Spp, Spp+ durch mehrere, gleich ausgerichtete, Transistoren Snn-,1, ... Snn-,4, ... auszubilden. Diese Transistoren Snn-,1, ... Snn-,4, ... erhalten dabei von der Steuereinheit jeweils denselben Steuerbefehl, dh werden synchron auf durchlässig bzw nicht durchlässig geschaltet.

Zu beachten ist auch, dass die Darstellung der gemeinsamen Ansteuerung, zB der Transistoren Spp1, ..., Spp4 der Schalteinheit Spp logisch zu verstehen ist, dh alle Transistoren gemeinsam leitfähig bzw nicht leitfähig geschaltet werden. Die einzelnen an die Transistoren zu Übermittelnden und auf den Steuerbefehlen beruhenden

Steuerleitungen liegen jedoch auf einem unterschiedlichen Spannungsniveau liegen und je nach Anwendung voneinander spannungsmäßig bzw galvanisch entkoppelt vor.

Der Umrichter weist eine Anzahl von nicht dargestellten Ausgangstreibern auf, wobei ein Ausgangstreiber jeweils einer Schalteinheit oder einem Transistor einer Schalteinheit zugeordnet ist und wobei die Ausgangstreiber dazu ausgebildet sind, das Ansteuerungssignal bei der jeweiligen Schalteinheit oder dem jeweiligen Transistor, spannungsmäßig entkoppelt von den jeweils anderen Ansteuerungssignalen, zur

Verfügung zu stellen

In dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst jede der Schalteinheiten Snn-, Snn, Snp, Spn, Spp, Spp+ jeweils vier Transistoren Snn-,1, ... Snn-,4, ... die einzeln jeweils eine Spannungsfestigkeit von 10 kV aufweisen. Jede Schalteinheit hat damit eine Spannungsfestigkeit von 40 kV, sodass sich insgesamt die Möglichkeit ergibt, Spannungshübe von bis 80 kV zu schalten. Bei einer Zwischenkreisspannung von insgesamt 70 kV verfügt die vorliegende Schaltung somit

über genug Reserven, um ein Versagen der einzelnen Transistoren zu vermeiden.

Claims (5)

1. Umrichter umfassend einen Zwischenkreis mit zwei in Serie geschalteten Gleichspannungsquellen (U1, U2), wobei der Zwischenkreis einen positiven, einen negativen (U+, U-) und einen Mittenanschluss (M) aufweist, umfassend einen positiven Zweig zwischen dem positiven Anschluss (U+) und dem Ausgang (A) des Umrichters, in dem zwei elektronische Schalteinheiten Spp+, Spp in Serie angeordnet sind, einen negativen Zweig zwischen dem negativen Anschluss (U-) und dem Ausgang (A) des Umrichters, in dem zwei elektronische Schalteinheiten Snn-, Snn in Serie angeordnet sind, und einen mittleren Zweig zwischen dem Mittenanschluss (M) und dem Ausgang (A) des Umrichters, in dem zwei elektronische Schalteinheiten Snp, Spn in Serie, insbesondere mit umgekehrter Sperr-Stromflussrichtung zueinander, angeordnet sind, wobei die einzelnen Schalteinheiten (Snn-, Snn, Snap, Spn, Spp, Spp+) nach einer LeitStromflussrichtung leitend sind und nach der anderen Sperr-Stromflussrichtung ansteuerbar sind, sodass sie entsprechend dem bei ihnen anliegenden Ansteuerungssignal (gSnn-, gSnn, gSnp, gSpn, gSpp, gSpp+) durchlässig oder bis zu einer vorgegebenen maximalen Sperrspannung nicht durchlässig sind, dadurch gekennzeichnet, - dass der Umrichter einen Signalgenerator aufweist, der an die einzelnen Schalteinheiten (Snn-, Snn, Snp, Spn, Spp, Spp+) angeschlossen ist und der dazu ausgebildet ist, Ansteuerungssignale an die einzelnen Schalteinheiten (Snn-, Snn, Snp, Spn, Spp, Spp+) abzugeben, - dass der Umrichter einen PWM-Generator aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein pulsweitenmoduliertes Ansteuerungssignal zu erstellen, das dem Betrag eines vorgegebenen Spannungsverlaufs entspricht, - dass der Umrichter dazu ausgebildet ist, für den Fall, dass die vorgegebene Spannung positiv ist, durch Abgabe eines diesbezüglichen Ansteuerungssignals über den Signalgenerator: die Schalteinheiten Spp+ und Snp auf durchlässig zu schalten, die Schalteinheit Snn auf nicht durchlässig zu schalten, die Schalteinheit Spp mit dem Ansteuerungssignal anzusteuern, die Schalteinheit Spn mit dem Inversen des Ansteuerungssignal anzusteuern,

2. Umrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Schalteinheiten (Snn-, Snn, Snp, Spn, Spp, Spp+) jeweils aus einem einzelnen Transistor, insbesondere MOSFET oder IGBT oder Bipolartransistor, bestehen.

3. Umrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Schalteinheiten (Snn-, Snn, Snp, Spn, Spp, Spp+) eine Anordnung einer Vielzahl, insbesondere gleichartiger, Transistoren umfassen,

- die in Serie geschaltet sind und mit demselben Ansteuerungssignal (gSnn-, gSnn, gSnp, gSpn, gSpp, gSpp+) angesteuert sind, und

- deren Sperr-Stromflussrichtungen in der Serienschaltung gleich orientiert sind.

4. Umrichter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter eine Anzahl von Ausgangstreibern aufweist, wobei ein Ausgangstreiber jeweils einer Schalteinheit oder einem Transistor einer Schalteinheit zugeordnet ist und wobei die Ausgangstreiber dazu ausgebildet sind, das Ansteuerungssignal bei der jeweiligen Schalteinheit oder dem jeweiligen Transistor, spannungsmäßig entkoppelt von

den jeweils anderen Ansteuerungssignalen, zur Verfügung zu stellen.

5. Umrichter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Schalteinheit Spp+ mit ihrem positiven Anschluss am positiven Anschluss des Zwischenkreises angeschlossen ist, und/oder

- dass die Schalteinheit Snn- mit ihrem negativen Anschluss am negativen Anschluss des Zwischenkreises angeschlossen ist.