DD285008A5 - Schaltungsanordnung zur ausschaltverlustreduzierung elektronischer schalter - Google Patents

Abstract

Schaltungsanordnung zur Ausschaltverlustreduzierung elektronischer Schalter zur Anwendung insbesondere in Pulssteller- und Wechselrichteranordnungen. Mit der erfindungsgemaeszen Schaltungsanordnung werden die Ausschaltverluste reduziert und dadurch Betriebsweisen mit hoeheren Schaltfrequenzen ermoeglicht. Erfindungsgemaesz erfolgt eine Rueckspeisung der anfallenden Energie in den Zwischenkreis dadurch, dasz an der Zwischenkreisspannung der elektronische Schalter in Reihe mit einem Beschaltungskondensator und einer Beschaltungsdiode angeordnet ist und dasz sich gleichzeitig parallel zum elektronischen Schalter eine Umschwingdrossel in Reihe mit dem Beschaltungskondensator und einer Umschwingdiode befindet. Fig. 1{elektronischer Schalter; Ausschaltverlustreduzierung; Pulsrichteranordnung; Wechselrichteranordnung; Schaltfrequenz; Zwischenkreis; Beschaltungskondensator; Zwischenkreisspannung; Beschaltungsdiode; Umschwingdrossel; Umschwingdiode}

Description

Stahnsdorf, 18.8.1989

Titel der Erfindung

Schaltungsanordnung zur Aussohaltverlustreduzierung elektronischer Sohalter

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sioh auf eine Schaltungsanordnung, mit der eine Reduzierung der Schaltverluste 'in steuerbaren elektronischen Sohaltern möglioh ist. Die Anwendbarkeit ist bei allen ein- und ausschaltbaren leistungselektro.nisohen Schaltern, vorzugsweise in Pipssteller- und Weohselriohteranordnungen, gegeben.

Gharakterisitik des bekannten Standes der Technik

Bei leistungselektronischen Sohaltern müssen für die Halbleiterbaueleraene außer dem Durohlaßstrom und der Sperr- bzw. Blockierspannung auoh deren Ä'nderungsgesohwindungkeit beim Ein- und Ausschaltvorgang begrenzt werden, um die Sohaltverluste zu reduzieren oder die Arbeitsweise der Bauelemente in bestimmten Arbeitspunkten zu ermöglichen.

Bekannt sind verschiedene Schaltungsanordnungen zur Schaltverlustentlastung, die prinzipbedingt mit hoher Wärmebildung arbeiten, wegen der Umsetzung der Schaltenergie in Wärme durch ohmsohe Widerstride (DE 31 01 412).

In weiteren bekannten Lösungen (z. B. in DE 35 21 983) wird die anfallende Energie einer oder mehreren Hilfsspannungsquellen zugeführt die der Hilfstromveraorgung an bestimmten Schaltungspunkten dienen. Über das benötigte Maß hinaus anfallende Energie muß dabei ebenfalls in Wärme umgesetzt werden.

In einer weiteren Gruppe von bekannten Lösungen (z. B. DE 31 20 469) wird die anfallende Energie dem Verbraucher zugeführt. Diese Lösungen sind aus diesem Grund nur bei induktivitätsbehafteten Verbraucherzweiger; vollständig wirksam.

Allen angeführten Lösungen ist gemeinsam, daß die im Besohaltungskondensator gespeicherte Energie In Wärme umgewandelt werden muß, sofern die Last bzw. vorhandene Hilfsspannungsquellen nicht in der Lage sind, diese Energie aufzunehmen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, für steuerbare elektronische Schalter eine Schaltungsanordnung anzugeben; die die Aussohaltverluste weitgehend reduziert und daduroh höhere Sohaltfrequenzen ermöglicht, vorzugsweise in Schaltungen, in denen die leistungoelektronisohen Schalter prinzipbedingt ohne Einschaltverluste arbeiten, bei gleichzeitiger Senkung des materiellen Aufwandes gegenüber Vorgängerlösungen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Ausgehend vom Ziel, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sohaltung anzugeben, die gewährleistet, daß ein leistungselektroninisoher Schalter zum Schalten einer beliebigen, elektrischen Last während seines Ausschaltvorganges mit vernachlässigbarer Verlustleistung beaufschlagt wird und daß die anfallende, im Beschaltungskondensator zwischengespeicherte Energie fast vollständig dem Zwischenkreis zugeführt wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der elektronische Schalter in Reihe mit einem Besohaltungskondensator und einer Beschaltungsdiode an eine Zwischenkreisspannungsquelle angeschlossen ist und daß sich parallel zum elektronischen Schalter eine Umschwingdrossel in Reihe mit dem Beschaltungskondensator und einer Umsohwingdiode befindet. Vorteilhafterweise verwendet man für ein<* Zweischalteranordnung in asymmetrischer BrUckenschaltung eine gemeinsame Um8chwingdrossel und -diode.

An den folgenden Ausführungsbeispielen soll die Erfindung näher erläutert werden.

Ausführungsbelsplel 1

Dieses Ausfuhrungsbeispiel bezieht,sich auf eine Einschalteranordnung gemäß Fig. 1. Im Aus-Zustand des Sohalters S ist der Be-Sohaltungskondensator Cg auf einen bestimmten Spannungswert negativ aufgeladen. Die Höhe dieser Spannung ist vom vorangegangenen Aussohaltvorgang abhängig. Schaltet der Schalter S ein, führt er den Laststrom, und an der Last L liegt U an. Gleichzeitig beginnt über Cg, D_u und L_u ein Sohwingungpvorgang, in dessen Verlauf sioh der Beschaltungskondensator C_ß umlädt. Falls die Kondensatorspannung betragsmäßig größer als U ist, wird die in L gespeicherte

Z U

Energie über D„ dem Zwischenkreis zugeführt. Schaltet S aus, übernimmt Dg sofort den Laststrom, woduroh Cg wieder umgeladen wird. An S liegt während des Ausschaltvorganges die Differenz aus der Zwischenkreisspannung U und der Spannung am Beschaltungskondensator Cg an. Der somit begrenzte Spannungsanstieg entlastet den Sohalter S.

Ausführungsbeispiel 2

Dieses Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Zweischalteranordnung gemäß Fig. 2. Im Aus-Zustand beider Sohalter S., Sp sind die beiden Beschaltungskondensatoren C-,. und Cg₂ vollständig entladen. Die Schalter S. und.S₂ schalten entsprechend ihrer Schaltfrequenz beide gleichzeitig ein. Damit beginnt ein Schwingungsvorgang des von den Elementen Cg., D , L und Cg₂ gebildeten Schwingkreises, in dessen Verlauf sich beide Beschaltungskondensatoren Cg,. , Cgo ^auf den Wert der Zwischenkreisspannung U aufladen. An der Last L liegt dabei U^ an. Sohalten nach entsprechender Zeit beide Schalter S., S₂ gleichzeitig aus, so fließt der Laststrom zunächst weiter durch die Beschaltungsdioden Dg. und Dg₂ mit umgekehrter Polarität in den Zwischenkreis zurück. Dabei werden die Beschaltungskondensatoren Cg. und Cg₂ vollständig entladen, und die Freilaufdioden D„. und D„p übernehmen den Laststrom. Über den Schaltern S. und S₂ liegt während dieser Zeit die Differenzspannung aus der Zwischenkreisspannung U und der Spannung an den Beschaltung: kondensatoren C_ß. und Cg₂, deren Anstieg entsprechend begrenzt ist, woraus die Ausschaltverlustentlastung resultiert.

Claims (2)

1. Patentansprüche

   1. Schaltungsanordnung zur Aussohaltverlustreduzierung elektronischer Sohalter, daduroh gekennzeichnet, daß jeder elektronische Sohalter (S) in Reihe mit einem Besohaltungskondensator (Cp) ^und einer Easohaltungsdiode (D_R), die entgegen der Sohalte^stromriohtung gepolt ist, an einer Zwischenkreisspannungsquelle (U ) angeschlossen ist und daß parallel zum elektronischen Sohalter (S) eine Umsohwingdrossei (L ), der Beschaltungskondensator (C„) und mindestens eine Umschwingdiode (D ) in Reihe geschaltet sind, wobei die Flußstromriohtung der Umsohwingdiode (D ) der Stromriohtung bei offenem elektronischen Schalter (S) entspricht.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 unter Benutzung von zwei elektronischen Schaltern (S., Sp) in einer halbsymmetrischen Brückenschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den elektronischen Schaltern (S,, Sp) eine für beide elektronischen Schalter gemeinsame Umschwingdrossel (L ) in Reihe mit einer gemeinsamen Umschv/ingdiode (D ) und die jeweiligen Besohaltungskondensatoren (C^ , Cp_?) angeordnet sind.