DD285008A5

DD285008A5 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR SWITCHING OFF LOSS REDUCTION ELECTRONIC SWITCH

Info

Publication number: DD285008A5
Application number: DD33278389A
Authority: DD
Inventors: Juergen Petzoldt; Ulrich Koebe; Thomas Labudda; Jens Rechenberg
Original assignee: Veb Mikroelektronik "Karl Liebknecht" Stahnsdorf,Dd; Technische Hochschule Ilmenau,Sektion Elektrotechnik,Dd
Priority date: 1989-09-19
Filing date: 1989-09-19
Publication date: 1990-11-28

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}Circuit arrangement for Ausschaltverlustreduzierung electronic switch for use in particular in pulse controller and inverter arrangements. The circuit arrangement according to the invention reduces the turn-off losses and thereby enables operations with higher switching frequencies. In accordance with the present invention, the back-up of the energy into the DC link is accomplished by connecting the DC link voltage of the electronic switches in series with a snubber capacitor and a snubber diode and simultaneously having a flyback inductor in series with the snubber capacitor and a flyback diode parallel to the electronic switch. Fig. 1 {electronic switch; Ausschaltverlustreduzierung; Pulse rectifier system; Inverter assembly; Switching frequency; DC; snubber; Intermediate circuit voltage; snubber; Umschwingdrossel; reversing diode}

Description

Stahnsdorf, 18.8.1989Stahnsdorf, 18.8.1989

Title of the invention

Schaltungsanordnung zur Aussohaltverlustreduzierung elektronischer SohalterCircuit arrangement for Aussohaltverlustreduzierung electronic Sohalter

Field of application of the invention

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.The invention relates to a circuit arrangement with which a reduction of the switching losses' in controllable electronic Sohaltern is möglioh. Applicability is given for all switchable on and off Leistungselektro.niso switches, preferably in Pipssteller- and Weohselriohteranordnungen.

Gharakterisitik the known prior art

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.In power electronic Sohaltern must be limited for the Halbleiterbaueleraene except the Durohlaßstrom and the blocking or blocking voltage auoh whose Ä'nderungsgesohwindungkeit when switching on and off in order to reduce the Sohaltverluste or to allow the operation of the components in certain operating points.

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).Various circuit arrangements for switching loss relief are known, which operate in principle with high heat generation, because of the implementation of the switching energy into heat by 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 further known solutions (eg in DE 35 21 983), the accumulated energy is supplied to one or more auxiliary voltage sources which serve the auxiliary current supply at specific circuit points. In addition to the required amount of energy accumulating must also be converted into heat.

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.In a further group of known solutions (eg DE 31 20 469), the accumulated energy is supplied to the consumer. For this reason, these solutions are only available for inductance-consuming consumer branches; completely effective.

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.All the solutions mentioned have in common that the energy stored in the Besohaltungskondensator must be converted into heat, unless the load or existing auxiliary voltage sources are not able to absorb this energy.

Object of the invention

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.The aim of the invention is to specify a circuit arrangement for controllable electronic switches; which reduces the Aussohaltverluste largely and daduroh higher Sohaltfrequenzen allows, preferably in circuits in which the Leistungsoelektronisohen switch inherently work without switch-on, while reducing the material costs compared to previous solutions.

Explanation of the essence of the invention

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.Based on the object, the invention has for its object to provide a holding position, which ensures that a power elektroninisoher switch for switching any electrical load during its turn-off is applied with negligible power loss and that the resulting, cached capacitor in the circuit capacitor almost completely the DC link is supplied.

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.The object is achieved in that the electronic switch is connected in series with a Besohaltungskondensator and a Beschaltungsdiode to a DC link voltage source and that parallel to the electronic switch is a Umschwingdrossel in series with the Beschaltungskondensator and a Umsohwingdiode. Advantageously, for a <* two-switch arrangement in asymmetrical bridge circuit, a common converter choke and diode is used.

An den folgenden Ausführungsbeispielen soll die Erfindung näher erläutert werden.In the following embodiments, the invention will be explained in more detail.

Exercise booklet 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 gespeicherteIn the off state of the Sohalters S, the Be-Sohaltungskondensator Cg is negatively charged to a certain voltage value. The amount of this voltage is dependent on the previous Aussohaltvorgang. When the switch S turns on, it carries the load current, and U is applied to the load L. At the same time a Sohwingungpvorgang begins over Cg, D _u and L _u , in the course of which sioh the Beschaltungskondensator C _ß umloaded. If the capacitor voltage is greater than U in magnitude, the stored in L

Z UZ 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.Energy via D "supplied to the DC link. If S turns off, Dg will immediately take over the load current, which will then be reloaded with Cg. At S is the difference between the intermediate circuit voltage U and the voltage at the Beschaltungskondensator Cg during the turn-off. The thus limited increase in voltage relieves the Sohalter S.

Embodiment 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.This embodiment relates to a two-switch arrangement according to FIG. 2. In the off state of both Sohalter S., Sp are the two Beschaltungskondensatoren C-. and Cg ₂ completely discharged. The switches S. and S.S ₂ both switch on according to their switching frequency. This starts a vibration process of the resonant circuit formed by the elements Cg., D, L and Cg ₂ , in the course of which both snubber capacitors Cg,. , Cgo ^au f the value of the DC link voltage U charge. At the load L is U ^. So hold after appropriate time both switches S., S ₂ at the same time, so the load current first flows through the wiring diodes Dg. and Dg ₂ with reversed polarity back to the DC link. In this case, the snubber capacitors Cg. and Cg ₂ completely discharged, and the freewheeling diodes D ". and D "p take over the load current. About the switches S. and S ₂ is during this time, the differential voltage from the intermediate circuit voltage U and the voltage across the circuit: capacitors C _ß . and Cg ₂ , whose rise is correspondingly limited, resulting in the turn-off loss relief.

Claims

claims

1. Circuit arrangement for Aussohaltverlustreduzierung electronic Sohalter, daduroh characterized in that each electronic Sohalter (S) in series with a Besohaltungskondensator (Cp) ^and a Easohaltungsdiode (D _R ), which is polarized against the Sohalte ^ stromriohtung, at a DC link voltage source (U) is connected and that parallel to the electronic Sohalter (S) a Umsohwingdrossei (L), the snubber capacitor (C ") and at least one Umschwingdiode (D) are connected in series, the Flußstromriohtung the Umsohwingdiode (D) Stromriohtung with open electronic switch ( S) corresponds.

2. A circuit arrangement according to claim 1 using two electronic switches (S., Sp) in a semi-symmetrical bridge circuit, characterized in that parallel to the electronic switches (S ,, Sp) a common for both electronic switches Umschwingdrossel (L) in series with a common Umschv / ingdiode (D) and the respective Besohaltungskondensatoren (C ^, Cp _? ) Are arranged.