DD265745A1 - Schaltungsanordnung zur schaltverlustreduzierung eines steuerbaren elektronischen schalters - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Schaltverlustreduzierung eines steuerbaren elektronischen Schalters insbesondere mit Transistoren. Sie ist anwendbar bei allen elektronischen Schaltern insbesondere in Pulssteller- und Wechselrichteranordnungen. Mit der erfindungsgemaessen Schaltungsanordnung sollen die Schaltverluste weitestgehend reduziert und dadurch hohe Schaltfrequenzen ermoeglicht werden. Erfindungsgemaess erfolgt die Entladung des zur Entlastung des elektronischen Schalters vorgesehenen Abschaltkondensators durch ein aus einer Reihenschaltung von Thyristor, Induktivitaet und Kondensator mit parallel zu Thyristor und Induktivitaet angeordneter Reihenschaltung von Diode und zweiter Induktivitaet bestehendes Entladenetzwerk sowie eine weitere parallel zu Kondensator und Last angeordnete Diode zur Rueckspeisung der Abschaltenergie. Figur

Description

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Titel der Erfindung

Schaltungsanordnung zur Schaitverlustreduz.ierung eines steuerbaren elektronischen Schalters

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung, mit der eine Reduzierung der Schaltverluste in steuerbaren elektronischen Schaltern, inn besondere in solchen mit Transistoren müglich ist. Die Anwendbarkeit .i.st bei allen «in- und abschii ltbaren leistungselektronischen Schaltorn, vorzugsweise in Pulssteller- und Wechselrichteranordnungen gegeben.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei leistungselektronischen Schaltern müssen i'Ur die Halbleiterbauelemente außer dem Durchlaßstrom and der Sperr- bzw. Blockiernpannung auch deren Änderungsgeschwindigkeit beim Ein- ;.nd Abschaltvorgang begrenzt werden, um die Schaltverluste zu reduzieren, oder die Arbeitsweise der Bauelemente in bestimmten Arbeitspunkten zu ermöglichen.

Bekannt sind verschiedene Schaltungsanordnungen zur Schaltverlustentlastung, die prinzipbedingt mit hohen Wärmeverlusten, wegen der Umsetzung der Schaltenergie in ohmschen Widerständen in Wärme, oder zumindest verlustbehaftet arbeiten. Andere Schaltungsanordnungen, die diese Nachteile umgehen, sind mit erhöhten Strom- oder Spannungsbelastungen der elektronischen Sch filter oder mit einem hohen Aufwand an zusätzlichen Beschaltungselementen verbunden.

Eine Lösung zur Schaltverlustentlastung eines steuerbaren elektronischen Schalters, der gemeinsam mit einer Freilaufdiode zwischen den Polen einer GleichripannungsquelIe angeschlossen ist und einen die Anatiegijgeschvindigkeit der Blockierspannung begrenzenden Abschaltkondensator und eino antiparallel gepolte Diode direkt parallel zum elektronischen Schalter sowie ein parallel zum elektronischen Schalter angeordnetes Entladenetawerk beinhaltet, ist in WP 241 510 beschrieben. Das Entladenetzwerk bildet einen E«⁴ ~.adestromkreis .für den Abschaltkondensator. Es besteht aus einer Reihenschaltung von Thyristor, Kondensator und Induktivität und parallelen Widerständen zum Kondensator und zur Induktivität.

Diese Lösung hat gegenüber anderen Lösungen zwar den Vorteil mit geringem Aufwand an Beschaltungselementen und hoher Funktionssicherheit zu arbeiten, ihr haftet aber auch der Nachteil an, daß die Abschalteriergie in ohmschen Widerständen in Wärme umgesetzt wird, was niedrige Sohaltfrequenzen nur Folge hat.

Einen Ansatz, die Sohaltverluste zu reduzieren, sind bei dieser Lösung darin zu sehen, daß über einen Transformator an Stelle der Induktivität Abschaltenergie an einen Verbrauchor geliefert wird.

Nachteil dieser Anordnung ist aber, daß die Abschaltenergie nur unvollständig rückgespeist werden kann. Die Verluste durch Umsetzung der Abschaltenergie in den ohmschen Widerständen in Wärme sind nach wie vor vorhanden und dadurch die Schaltverlustreduzierung nur ungenügend.

Ziel der Erfindung

Ziul der Erfindung ist, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die die Schalt Verluste weitestgehend reduziert und dadurch hohe Schaltfrequenzen ermöglicht.

Darlegung des We.-ens der Erfindung

Ausgehend von einer Schaltungsanordnung zur Schaltverlustentlastung eines steuerbaren elektronischen Schalters, der gemeinsam mit einer Freilaufdiode zwischen den Polen einer Gleichspannungsquelle angeschlossen ist und einen die Anstiegsgeschwindigkeit der Blockierspannung begrenzenden Abschaltkondensator und eine antiparallel gepolte Diode direkt parallel zum elektronischen Schalter sowie ein parallel zum elektronischen Schalter angeordnetes Entladenetzwerk aufweist, besteht die Aufyabe der Erfindung darin, das Entladenetzwerk so zu gestalten, daß die Energie des Abschaltkondensators vollständig an die Laat zurückgeführt wird .

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Entladenetzwerk aus einer Reihenschaltung von Thyristor, Induktivität und Kondensator mit parallel zu Thyristor und Induktivität angeordneter Reihenschaltung von Diode und zweiter Induktivität busteht, wobei parallel zu Kondensator und Last eine weitere Diode zur Rückspeisung der Absjhaltenergle angeordnet ist. Vorteilhafterweise lassen sich die beiden Induktivitäten auf einem Kern unterbringen.

AusfUhrungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend an einem AusfUhrungsbeispiel erläutert.

Die zugehörige Zeichnung zeigt die erfindungagemäße Schaltungsanordnung .

An einer Gleichspannungsquelle U_, welche die Zwischenkreisepannung eines Spannungswechselrichters sein kann, ist ein Transistor S als elektronischer Schalter und eine Diode D. als Freilaufdiode für eine an den Ausgangsklemmen A und B der Schaltung anschließbare nicht näher dargestellte ohmsch-induktive Last angeordnet. Parallel zum elektronischen Schalter befindet sich eine Diode D_?) eine Reihenschaltung aus einem Abschaltkondensator C und einem Bedampfungs-

widerstand R und das Entladenetzwerk. Das Entladenetzwerk besteht aus einer Reihenschaltung von Thyristor T, Induktivität L. und Kondensator C mit parallel zu Thyristor und Induktivität angeordneter Reihenschaltung von Diode D_ und zweiter Induktivität L^. Parallel zu Kondensator C und der Last ist eine weitere Diode Γ. angeordnet.

Die Punktionsweise der Schaltung wird nachfolgend beschrieben. Als Ausgangszustand der Schaltung wird davon ausgegangen, daß der Transistor S und der Thyristor T sich im gesperrten Schaltzustand befinden und die Freilaufdiode D. vom vorhergehenden Schaltzyklus noch Strom führt. Dabei i3t der Abschaltkondensator C auf den hert der Spannung U„ aufge-

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laden und der Kondensator C ist vollständig entladen.

Zum Einschalten des Transistors S wird zunächst der Thyristor T gezündet. Der Strom durch das Entladenetzwerk steigt an bis zur Höhe des Laststromes und der Rückstromspitze der Freilaufdiode D.. Die Induktivität L. begrenzt den Stromanstieg durch den Thyristor. Der Kondensator C ist so aus-

gelegt, daß dabei dessen Spannung auf otwa 30 V ansteigt. Nach dem Rückafcromabriß in der Frei laufdiode D. beginnt sich der Abschaltkondensator C über die Induktivität L.,

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den Kondenaator C, den Thyristor T und den Widerstand R zu entladen.

Im Verlauf dieses gedämpften Schwingungsvorganges erreicht die Spannung am Transistor S den Wert Null, und die Diode D_? beginnt zu leiten. Der Transistor S kann nun verlustfrei eingeschaltet werden.

Der auf einen relativ geringen Spannungswert aufgeladene Kondensator C schwingt bei leitendem Transistor S über die Induktivität L , den Transistor S und den Thyristor T um, bis der durch den Thyristor T sich einstellende Rückstrom abreißt und der Thyristor T verlöscht. Anschließend übernimmt die Diode D„ und die Induktivität L_? den Strom, so daß im v/eiteren Verlauf dieses Schwingvorgangee sich der Kondensator C vollständig urriädt. Dabei erhält der Thyristor T Sperrspannung. Die Freiwerdezeit des Thyristors T bestimmt die minimale Einschaltzeit des elektronischen Schalters. Das Entladenetawerk wird strommäßig sehr gering belastet, da hier nur für einige Mikrosekunden Strom fließt.

Schaltet sich der Transistor S z. B. bei Kurzschluß über die Last ab, bevor der Thyrifior T wieder blockierfähig ist, so fließt der gesamte Laststrom durch das Entladenetzwerk weiter, wodurch der Kondensator C auf den Spannungswert U,

aufgeladen wird und die Ausgangsspannung an den Klemmen A und B gegen Null geht.

Während des Ausschalt Vorganges des Transistors S Ia^. der weiterfließende Laststrom den Kondensator C auf, bis die Diode D. leitend wird. Danach entlädt der Laststrorii über die Diode D. den Kondenaator C vollständig, über diesen Vorgang wird die Abschaltenorgie vollständig der Last

zugeführt. Im Anschluß daran wird der Lastotrom von der Freilaufdiode übernommen.

Die Vorteile kleiner Beschaltungsinduktivitäten, einer sicheren Beherrschung von Störunge- und Kurzschlußfall sowie die Möglichkeit des Zusamnienschalten3 zweier Grundanordnungen werden beibehalten. Die Erfindung gestattet Pulssteller und Wechselrichteranordnungen aufzubauen, die mit hohen Schaltfrequenzen und ohne wesentliche Energieverluste arbeiten.

Claims (2)

1. z<o5 ns

   Patentansprüche

   1. Schaltungsanordnung zur Schaltverlustreduzierung eines steuerbaren elektronischen Schalters, der gemeinsam mit einer Freilaufdiode zwischen den Polen einer Gleichspannungsquelle angeschlossen ist und einen die Anst iegsgeschwindi^,-keit der Blockierepannung begrenzenden Abschaltkondensator und eine antiparallel gepolte Diode direkt parallel zum elektronischen Schalten sowie ein Entladenetzwerk aufweint, das parallel zum elektronischen Schalter einen Entladestromkreis für den Abschaltkondensator bildet, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladenetzwerk au« einer Reihenschaltung von Thyristor, Induktivität und Kondensator mit parallel zu Thyristor unci Induktivität angeordneter Reihenschaltung von Diode und zweiter Induktivität besteht, wobei parallel zu Kondensator und Last eine weitere Diode zur Rückepeisung der Abschaltenergie angeordnet ist.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Induktivitäten auf einem Kern angeordnet sind .

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