DD214733B1 - Schaltungsanordnung zur schaltverlustreduzierung eines steuerbaren elektronischen schalters - Google Patents

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Schaltverlustreduzierung eines steuerbaren elektronischen Schalters, der als Pulssteller zur Erzeugung einer stellbaren Gleichspannung dient.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Beim Betneb von leistungselektronischen Schaltern müssen fur die Halbleiterbauelemente außer den Großen Durchlaßstrom und Sperrspannung auch deren Anderungsgeschwmdigkeiten beim Ein- bzw Abschaltvorgang begrenzt werden, da sonst eine Fehlfunktion oder Zerstörung des elektronischen Schalters zu befurchten ist.

Eine bekannte Schaltungsanordnung ist in der DE-OS 2128454 beschrieben Sie arbeitet prinzipbedingt mit hohen Warmeverlusten, da die in den zur Schaltverlustentlastung der leistungselektronischen Schalter notwendigen induktiven und kapazitiven Blindelemente gespeicherte Energie bei jedem Schaltvorgang in Warme umgesetzt wird, d h. die Schaltverlustenergie verlagert sich in die ohmschen Widerstände

Weiterhin sind m den Erfindungsbeschreibungen DE-OS 2639589 und DE-OS 2641 183 Losungen fur die Schaltverlustentlastung bekannt, die prinzipbedingt ohne Abschaltverluste arbeiten Dabei erfolgt im eingeschalteten Zustand des Transistorschalters wahrend eines Schwingungsvorganges ein Ladungsaustausch zwischen zwei Kondensatoren, wobei der fur ein Abschalten des Transistorschalters notwendige Ausgangszustand eingenommen wird. Wahrend des Abschaltens fließt der Laststrom über beide jetzt parallel wirkenden Kondensatoren weiter, wodurch sich der Spannungsanstieg der sogenannten Blockierspannung verzögert Die wahrend des Abschaltens anfallende Energie wird dem Zwischenkreiskondensator zugeführt. In der DE-OS 2 644715 sind Netzwerke zur Einschaltentlastung von leistungselektronischen Bauelementen angegeben, die auch in Kombination mit den Ausschaltentlastungsnetzwerken entsprechend den DE-OS 2639589 und DE-OS 2641183 ausgeführt werden können Nachteilig bei allen diesen Losungen zur Schaltverlustentlastung von leistungselektronischen Schaltern ist, daß die Einschaltentlastungen verlustbehaftet arbeiten

Eine weitere der Erfindung nahestehende Losung wird in der DE-OS 3120469 dargelegt In dieser Anordnung werden sowohl die Einschalt- als auch die Absehaltverluste reduziert Das Entlastungsnetzwerk enthalt einen Abschaltkondensator, eine Einschaltdrossel, drei schnelle Dioden und einen größeren Speicherkondensator Der Speicherkondensator nimmt wahrend des Einschaltvorganges die Energie des Abschaltkondensators und wahrend des Abschaltvorganges die Energie der Einschaltdrossel auf Im ausgeschalteten Zustand des elektronischen Schalters entladt sich der Speicherkondensator über die Last '

Nachteilig ist an dieser Losung zur Schaltverlustentlastung, daß der elektronische Schalter wahrend des Einschaltvorganges den Laststrom, den Umschwingstrom des Abschaltkondensators und den Ruckstrom der Freilaufdiode fuhren muß, d h er muß fur diesen Summenstrom ausgelegt werden.

Weiterhin ist von Nachteil, daß wahrend des Abschaltvorganges der Abschaltkondensator über eine Diode parallel zum elektronischen Schalter liegt, die eine bestimmte Zeit zum Einschalten benotigt, wahrend der im Schaltelement Schaltverluste auftreten.

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung sollen fur eine derartige Schaltungsanordnung zur Schaltverlustreduzierung der Aufwand und deren elektrische Verluste reduziert werden

Darlegung des Wesens der Erfindung

Ausgehend von einer Schaltungsanordnung eines elektronischen Schalters, der als Pulssteller zur Erzeugung einer stellbaren Gleichspannung dient, wobei der Schalter gemeinsam mit einer Frei lauf diode zwischen den Polen einer Gleichspannungsquelle angeschlossen ist und einen die Anstiegsgeschwindigkeit der Blockierspannung begrenzenden Abschaltkondensator aufweist, besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine der Schaltverlustreduzierung dienende Schaltung zu schaffen, die ein verlustf reies Ein- und verlustreduziertes Ausschalten ermöglicht, ohne dabei den Schalter mit dem Ruckstrom der Freilaufdiode zu belasten Gelost wird die Aufgabe der Erfindung dadurch, daß der Abschaltkondensator und eine antiparallel gepolte Diode direkt parallel zum elektronischen Schalter angeordnet sind und zur Entladung des Abschaltkondensators parallel zur Freilaufdiode eine Reihenschaltung eines Thyristors mit einer Induktivität und einem Kondensator sowie eine Nachladeeinrichtung fur diesen Kondensator vorgesehen sind

Zweckmaßigerweise besteht diese Nachladeeinrichtung aus einer parallel zum Thyristor angeordneten Reihenschaltung, einer zum, Thyristor antiparallel gepolten Diode und einer Induktivität

In einer anderen Variante besteht die Nachladeeinnchtung aus einer Induktivität die parallel zur Reihenschaltung des elektronischen Schalters mit dem Thyristor der Entladeschaltung angeordnet ist

Ausfuhrungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausfuhrungsbeispiel erläutert Dazu zeigen

Fig 1 Die Schaltungsanordnung zur Schaltverlustreduzierung in einer ersten Variante Fig 2 Die Schaltungsanordnung in einer zweiten Variante

In Fig 1 ist die Schaltungsanordnung eines steuerbaren elektronischen Schalters, der als Pulssteller zur Erzeugung einer stellbaren Gleichspannung dient, mit einer erfindungsgemaßen Anordnung zur Schaltverlustreduzierung in einer ersten Variante dargestellt

An einer Gleichspannungsquelle U ist ei π Transistor S als steuerbarer elektronisch er Schalter und eine Diode D1 als Freilaufdiode fur eine an den Punkten A und B angeschlossene zu schaltende nicht naher dargestellte ohmsch-induktive Last angeordnet Der Abschaltkondensator Ca ist ebenso wie die zum Transistors antiparallel gepolte Diode D 2, direkt parallel zur Kollektor-Emitterstrecke des Transistors S geschaltet Zum verlustfreien Einschalten des Transistors S muß der Kondensator Ca entladen sein, weshalb parallel zur Freilaufdiode Dl eine Reihenschaltung eines Thyristors T, einer Induktivität L1 und eines Kondensators C vorgesehen ist Die Polung des Thyristors T entspricht der PoIung der Freilaufdiode D1 Eine Nachladeeinrichtung, die aus einer Reihenschaltung einer Diode D3 mit einer Induktivität L2 besteht, überbrückt den Thyristor T, wobei die Diode D3 antiparallel zum Thyristor T gepoit ist

In Fig 2 ist eine zweite Variante der Erfindung dargestellt In ihr ist zum Nachladen des Kondensators C eine Induktivität L3 parallel zur Reihenschaltung des Transistors S mit dem Thyristor T angeordnet Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung ist folgende

Soll der Transistor S eingeschaltet werden, so wird zuerst der Thyristor T gezündet Derauf den Wender Gleichspannungsquelle U aufgeladene Kondensator C beginnt über die noch leitende Freilaufdiode D1 umzuschwingen, bis diese verloscht Das heißt der durch die induktive Last fließende abklingende Strom wird von der Reihenschaltung Thyristor T, Induktivität L1 und Kondensator C übernommen Anschließend, nach dem Verloschen der Freilaufdiode D1 wird durch den weitergehenden Umschwingvorgang der Kondensator Ca entladen bis die Diode D2 leitend wird Ab diesem Zeitpunkt kann der Transistor S praktisch verlustfrei eingeschaltet werden, da seine Kollektor-Emitterstrecke spannungsfrei ist Die Entladung des Abschaltkondensators Ca vordem eigentlichen Schaltvorgang kann ζ B durch ein gegen über dem Thyristor T verzögertes Einschaltsignal fur den Transistor S oder durch eine Abhängigkeit des Einschaltsignals fur den Transistor S von dessen Kollektor Emitter-Spannung gewahrleistet werden

Im ersten Fall wird wahrend einer fest vorgegebenen Zeitverzögerung der Kondensator Ca entladen, wahrend im zweiten Fall erst geschaltet werden kann, wenn die Kollektor Emitter Spannung des Transistors S ungefährlich kleine Werte angenommen hat

Wahrend der Transistor S leitend ist, wird über die Nachladeeinrichtung, die in einer ersten Variante aus einer parallel zum Thyristor liegenden Reihenschaltung derDiodeD3mitderlnduktivitatL2 besteht, der Kondensator C wieder aufgeladen In der Schaltungsvariante nach Fig 2 besteht die Nachladeeinnchtung aus einer Induktivität L3 die parallel zur Reihenschaltung des Transistors S mit dem Thyristor T angeordnet ist Das Nachladen des Kondensators C erfolgt u ber den Transistor Sund parallel dazu über die Induktivität L3

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zur Schaltverlustreduzierung eines steuerbaren elektronischen Schalters, der als Pulssteller zur Erzeugung einer stellbaren Gleichspannung dient, wobei der Schalter gemeinsam mit einer Freilaufdiode zwischen den Polen einer Gleichspannungsquelle angeschlossen ist und einen die Anstiegsgeschwindigkeit der Blockierspannung begrenzenden Abschaltkondensator aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschaltkondensator (Ca) und eine antiparallel gepolte Diode (D2) direkt parallel zum Schalter (S) angeordnet sind und zur Entladung des Abschaltkondensators (Ca) parallel zur Frei I auf diode (D 1) eine Reihenschaltung eines Thyristors (T), mit einer Induktivität (L 1) und einem Kondensator (C) sowie eine Nachladeeinrichtung für den Kondensator (C) vorgesehen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachladeeinrichtung aus einer antiparallel zum Thyristor (T) angeordneten Diode (D 3) mit einer Induktivität (L2) in Reihe besteht.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachladeeinrichtung aus einer Induktivität (L3) besteht, die parallel zu der Reihenschaltung des elektronischen Schalters (S) mit dem Thyristor (T) angeordnet ist.