DE102007007262A1 - Leistungselektronik-Anlage - Google Patents

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Abstract

Die Leistungselektronik-Anlage gemäß der Erfindung enthält Luftkern-Trenntransformatoren (TU1 bis TU3), welche zwischen eine an Masse, das heißt an die Fahrzeugkarosserie gelegte Steuerschaltung (1) und einen unter einer hohen Vorspannung stehenden oberen Zweig (2) geschaltet sind, und Luftkern-Trenntransformatoren (TD1 bis TD3) zwischen der an Masse, das heißt an die Fahrzeugkarosserie gelegten Steuerschaltung (1) und einem unter einer hohen Vorspannung stehenden unteren Zweig (3), und jeder der Luftkern-Trenntransformatoren (TU1 bis TU3) und (TD1 bis TD3) enthält eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung, welche einander gegenüberliegen. Die Leistungselektronik-Anlage gemäß der Erfindung erleichtert es, dessen Beständigkeit gegen gefährliche Umgebungen zu verbessern, die alterungsbedingte Verschlechterung zu unterdrücken, die nachteiligen Auswirkungen der durch den äußeren magnetischen Fluss verursachten Störungen zu verringern und Signale zu senden und zu empfangen, während Niederspannungs- und Hochspannungsseite elektrisch voneinander isoliert sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Leistungselektronik-Anlagen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Leistungselektronik-Anlagen, welche zum Übertragen von Signalen an Schalteinrichtungen über Trenntransformator gut geeignet sind.
  • Heutzutage enthalten Fahrzeugausrüstungen einen Aufwärts- und Abwärts-Umsetzer und einen Wechselrichter im Ansteuerungssystem eines Antriebsleistung erzeugenden Motors, um den Wirkungsgrad der Energieumwandlung zu verbessern und den Energieverbrauch zu senken.
  • 11 ist ein Blockschaltbild, welches ein einen herkömmlichen Aufwärts- und Abwärts-Umsetzer verwendendes Fahrzeugantriebssystem schematisch zeigt.
  • Wie in 11 gezeigt, enthält das Fahrzeugantriebssystem eine Stromversorgung 1101, welche elektrische Energie in einen Aufwärts- und Abwärts-Umsetzer 1102 speist, welcher eine Spannung erhöht und senkt, einen Wechselrichter 1103, welcher die aus dem Aufwärts- und Abwärts-Umsetzer 1102 ausgegebene Spannung in die Komponenten einer dreiphasigen Spannung umwandelt, und einen Motor 1104, welcher das Fahrzeug antreibt. Die Stromversorgung 1101 kann aus einer über Oberleitungen zugeführten Spannung oder aus in Reihe geschalteten Batterien bestehen.
  • Beim Antreiben des Fahrzeugs erhöht der Aufwärts- und Abwärts-Umsetzer 1102 die Spannung der Stromversorgung 1101 (z.B. 280 V) auf eine zum Ansteuern des Motors 1104 geeignete Spannung (z.B. 750 V) und speist er die erhöhte Spannung in den Wechselrichter 1103. Durch Steuern der EIN- und AUS-Zustände der Schalteinrichtungen in Wechselrichter 1103 wird die durch den Aufwärts- und Abwärts-Umsetzer 1102 erhöhte Spannung für jede Phase eines Motors 1104 mit Phasenverschiebung angelegt und es wird bewirkt, dass ein Strom für den Motor fließt. Durch Steuern der Schaltfrequenz von Wechselrichter 1103 kann die Geschwindigkeit des Fahrzeugs verändert werden.
  • Beim Abbremsen des Fahrzeugs steuert der Wechselrichter 1103 die EIN- und AUS-Zustände seiner Schalteinrichtungen synchronisiert mit den in den Phasen des Motors 1104 erzeugten Spannungskomponenten, um Gleichrichtvorgänge zur Umwandlung der dreiphasigen Spannung in eine Gleichspannung durchzuführen, und speist die Gleichspannung in den Aufwärts- und Abwärts-Umsetzer 1102. Der Aufwärts- und Abwärts-Umsetzer 1102 senkt die in dem Motor 1104 erzeugte Spannung (z.B. 750 V) auf die Spannung der Stromversorgung 1101 (z.B. 280 V), um Rückspeisungsvorgänge durchzuführen.
  • 12 ist ein Blockschaltbild des in 11 gezeigten Aufwärts- und Abwärts-Umsetzers.
  • Wie in 12 gezeigt, enthält der Aufwärts- und Abwärts-Umsetzer 1102 eine Drossel L zur Speicherung von Energie, einen Kondensator C, welcher elektrische Ladungen speichert, Schalteinrichtungen SW1 und SW2, welche einen Strom in den Wechselrichter 1103 fließen lassen und den in den Wechselrichter 1103 fließenden Strom unterbrechen, und Steuerschaltungen 1111 und 1112, welche den leitenden Zustand und den nichtleitenden Zustand der Schalteinrichtungen SW1 und SW2 bestimmende Steuersignale erzeugen.
  • Die Schalteinrichtungen SW1 und SW2 sind in Reihe geschaltet. Die Stromversorgung 1101 ist über die Drossel L mit dem Verbindungspunkt der Schalteinrichtungen SW1 und SW2 verbunden. In Schalteinrichtung SW1 ist ein Isolierschicht-Bipolartransistor (im folgenden als "IGBT" bezeichnet) 1105 vorgesehen, welcher als Reaktion auf das Steuersignal aus Steuerschaltung 1111 Schaltvorgänge durchführt. Eine Freilaufdiode D1, welche einen Strom in der zur Fließrichtung des durch IGBT 1105 fließenden Stroms entgegengesetzten Richtung fließen lässt, ist parallel zu IGBT 1105 geschaltet.
  • In Schalteinrichtung SW2 ist ein IGBT 1106 vorgesehen, welcher als Reaktion auf das Steuersignal aus Steuerschaltung 1112 Schaltvorgänge durchführt. Eine Freilaufdiode D2, welche einen Strom in der zur Fließrichtung des durch IGBT 1106 fließenden Stroms entgegengesetzten Richtung fließen lässt, ist parallel zu IGBT 1106 geschaltet. Der Kollektor von IGBT 1106 ist mit Kondensator C und Wechselrichter 1103 verbunden.
  • 13 ist ein Diagramm, welches die Wellenform des beim Erhöhungsvorgang durch die in 12 gezeigte Drossel L fließenden Stroms beschreibt.
  • Wie in 13 gezeigt, fließt, indem IGBT 1105 in Schalteinrichtung SW1 beim Erhöhungsvorgang leitend (EIN) wird, ein Strom I über IGBT 1105 durch Drossel L, wodurch in Drossel L die Energie LI2/2 gespeichert wird.
  • Dann fließt, indem IGBT 1105 in Schalteinrichtung SW1 nichtleitend (AUS) wird, ein Strom durch Freilaufdiode D2 in Schalteinrichtung SW2, wodurch die in Drossel L gespeicherte Energie in den Kondensator C übertragen wird.
  • Beim Senkungsvorgang fließt, indem IGBT 1106 in Schalteinrichtung SW2 leitend (EIN) wird, ein Strom I über IGBT 1106 durch Drossel L, wodurch in Drossel L die Energie LI2/2 gespeichert wird.
  • Dann fließt, indem IGBT 1106 in Schalteinrichtung SW2 nichtleitend (AUS) wird, ein Strom durch Freilaufdiode D1 in Schalteinrichtung SW1, wodurch die in Drossel L gespeicherte Energie in die Stromversorgung 1101 rückgespeist wird.
  • Durch Ändern der EIN-Periode (Einschaltdauer) der Schalteinrichtungen können die erhöhten und gesenkten Spannungen angepasst werden. Den annähernden Spannungswert erhält man aus der folgenden Formel. VL/VH = Einschaltdauer (%)
  • VL ist hier die Versorgungsspannung, VH ist die Spannung nach dem Erhöhen oder Senken, und die Einschaltdauer ist das (prozentuale) Verhältnis der Periode des leitenden Zustands der Schalteinrichtung SW1 oder SW2 zu ihrer Schaltperiode.
  • Da in der Praxis Schwankungen in der Last und in der Versorgungsspannung VL entstehen, wird die EIN-Periode (Einschaltdauer) der Schalteinrichtung SW1 oder SW2 durch Überwachen der Spannung VH nach dem Erhöhen oder Senken so gesteuert, dass die Spannung VH nach dem Erhöhen oder Senken gleich dem Bezugswert sein kann.
  • Da die an Masse, das heißt an die Fahrzeugkarosserie gelegten Steuerschaltungen 1111 und 1112 auf der Niederspannungsseite liegen, befinden sich die mit den Schalteinrichtungen SW1 und SW2 verbundenen Zweige auf der Hochspannungsseite. Um keinen Menschen einer Gefahr auszusetzen, selbst wenn es zu einem Missgeschick wie dem Durchschlag von Schalteinrichtung SW1 oder SW2 kommt, erfolgen das Senden und Empfangen von Signalen zwischen den Zweigen und den Steuerschaltungen 1111, 1112, während die Zweige und die Steuerschaltungen 1111, 1112 durch Optokoppler elektrisch voneinander isoliert sind.
  • 14 ist ein Blockschaltbild, welches ein intelligentes Leistungsmodul für den herkömmlichen Aufwärts- und Abwärts-Umsetzer schematisch zeigt.
  • Wie in 14 gezeigt, enthält das intelligente Leistungsmodul für den Aufwärts- und Abwärts-Umsetzer Schalteinrichtungen SWU und SWD, welche einen Strom zur Last fließen lassen und den zur Last fließenden Strom unterbrechen, und eine Steuerschaltung 1, welche den leitenden Zustand und den nichtleitenden Zustand der Schalteinrichtungen SWU und SWD bestimmende Steuersignale erzeugt. Die Steuerschaltung 1 kann aus einer CPU 4 oder einem Logik-IC oder einem LSI-System, welches einen Logik-IC und eine CPU enthält, bestehen.
  • Die Schalteinrichtungen SWU und SWD sind so in Reihe geschaltet, dass SWU und SWD für einen oberen Zweig 2 beziehungsweise für einen unteren Zweig 3 arbeiten können. Ein IGBT 6, welcher als Reaktion auf ein Gate-Signal SU4 Schaltvorgänge durchführt, ist in Schalteinrichtung SWU vorgesehen. Eine Freilaufdiode DU1, welche einen Strom in der zur Fließrichtung des durch IGBT 6 fließenden Stroms entgegengesetzten Richtung fließen lässt, ist parallel zu IGBT 6 geschaltet. Auf dem Chip, in welchem IGBT 6 gebildet ist, sind ein Temperatursensor, welcher die durch die Chiptemperaturänderung bewirkte VF-(Durchlassspannungs-) Änderung einer Diode DU2 als sein Messprinzip verwendet, und ein Stromsensor, welcher den Hauptstromkreis-Strom durch Teilen des Emitterstroms von IGBT 6 mit Widerständen RU1 und RU2 überwacht, vorgesehen.
  • Ein IGBT 5, welcher als Reaktion auf ein Gate-Signal SD4 Schaltvorgänge durchführt, ist in Schalteinrichtung SWD vorgesehen. Eine Freilaufdiode DD1, welche einen Strom in der zur Fließrichtung des durch IGBT 5 fließenden Stroms entgegengesetzten Richtung fließen lässt, ist parallel zu IGBT 5 geschaltet. Auf dem Chip, in welchem IGBT 5 gebildet ist, sind ein Temperatursensor, welcher die durch die Chiptemperaturänderung bewirkte VF-Änderung einer Diode DD2 als sein Messprinzip verwendet, und ein Stromsensor, welcher den Hauptstromkreis-Strom durch Teilen des Emitterstroms von IGBT 5 mit Widerständen RD1 und RD2 überwacht, vorgesehen.
  • Auf der Seite des oberen Zweigs 2 ist ein Gate-Treiber-IC 8 mit Schutzfunktionen, welcher ein Überhitzungsüberwachungssignal SU6 aus dem Temperatursensor und ein Überstromüberwachungssignal SU5 aus dem Stromsensor überwacht und ein Gate-Signal SU4 zum Ansteuern der Steuerklemme von IGBT 6 erzeugt, vorgesehen. Außerdem ist ein Analog/PWM-Umsetzer CU, welcher ein die Temperatur von IGBT 6 angebendes PWM-Signal erzeugt, auf der Seite des oberen Zweigs 2 vorgesehen.
  • Auf der Seite des unteren Zweigs 3 ist ein Gate-Treiber-IC 7 mit Schutzfunktionen, welcher ein Überhitzungsüberwachungssignal SD6 aus dem Temperatursensor und ein Überstromüberwachungssignal SD5 aus dem Stromsensor überwacht und ein Gate-Signal SD4 zum Ansteuern der Steuerklemme von IGBT 5 erzeugt, vorgesehen. Außerdem ist ein Analog/PWM-Umsetzer CD, welcher ein der Temperatur von IGBT 5 entsprechendes PWM-Signal erzeugt, auf der Seite des unteren Zweigs 3 vorgesehen.
  • Optokoppler FU1 bis FU3 sind zwischen die an Masse, das heißt an die Fahrzeugkarosserie gelegte Steuerschaltung 1 und den unter einer hohen Vorspannung stehenden oberen Zweig 2 geschaltet. Optokoppler FD1 bis FD3 sind zwischen die an Masse, das heißt an die Fahrzeugkarosserie gelegte Steuerschaltung 1 und den unter einer hohen Vorspannung stehenden unteren Zweig 3 geschaltet. Steuerschaltung 1 überträgt Signale an den oberen Zweig 2 und empfängt Signale vom oberen Zweig 2 über die Optokoppler FU1 bis FU3, während Steuerschaltung 1 durch die Optokoppler FU1 bis FU3 vom oberen Zweig 2 elektrisch isoliert ist. Steuerschaltung 1 überträgt Signale an den unteren Zweig 3 und empfängt Signale vom unteren Zweig 3 über die Optokoppler FD1 bis FD3, während Steuerschaltung 1 durch die Optokoppler FD1 bis FD3 vom unteren Zweig 3 elektrisch isoliert ist.
  • Im einzelnen wird ein aus CPU 4 ausgegebenes PWM-(Pulsweitenmodulations-) Signal SU1 zur Gate-Ansteuerung über den Optokoppler FU1 in den Gate-Treiber-IC 8 mit Schutzfunktionen im oberen Zweig 2 eingegeben. Ein aus Gate-Treiber-IC 8 mit Schutzfunktionen ausgegebenes Alarmsignal SU2 wird über den Optokoppler FU2 in CPU 4 eingegeben. Ein die IGBT-Chiptemperatur angebendes und aus Analog/PWM-Umsetzer CU ausgegebenes PWM-Signal SU3 wird über den Optokoppler FU3 in CPU 4 eingegeben.
  • Ein aus CPU 4 ausgegebenes PWM-Signal SD1 zur Gate-Ansteuerung wird über den Optokoppler FD1 in den Gate-Treiber-IC 7 mit Schutzfunktionen im unteren Zweig 3 eingegeben. Ein aus Gate-Treiber-IC 7 mit Schutzfunktionen ausgegebenes Alarmsignal SD2 wird über den Optokoppler FD2 in CPU 4 eingegeben. Ein die IGBT-Chiptemperatur angebendes, aus dem Analog/PWM-Umsetzer CD ausgegebenes PWM-Signal SD3 wird über den Optokoppler FD3 in CPU 4 eingegeben.
  • 15 ist ein Blockschaltbild, welches die Peripherieschaltung eines Optokopplers schematisch zeigt.
  • Wie in 15 gezeigt, sind eine Infrarot-Leuchtdiode 2003, welche aufgrund eines Vorwärtsstroms If einen Infrarotstrahl ausstrahlt, eine Photodiode 2004, welche den ausgestrahlten Infrarotstrahl empfängt, und ein Bipolartransistor 2005, welcher Stromverstärkungsvorgänge durchführt, wobei er den in Photodiode 2004 erzeugten Photostrom als seinen Basisstrom verwendet, in einem Optokoppler 2008 vorgesehen. Die Kathode der Infrarot-Leuchtdiode 2003 ist über einen Widerstand 2002 mit einem Feldeffekttransistor 2001 verbunden. Der Kollektor von Bipolartransistor 2005 ist über einen Widerstand 2006 mit einer Versorgungsspannung Vcc2 verbunden. Ein über den Kollektor von Bipolartransistor 2005 ausgegebenes Ausgangssignal Vout wird in einen IGBT-Treiber-IC 2007 eingegeben.
  • Indem ein Signal SP in den Gate-Anschluss von Feldeffekttransistor 2001 eingegeben wird, fließt Vorwärtsstrom If durch Infrarot-Leuchtdiode 2003, welche einen Infrarotstrahl ausstrahlt. Der aus Infrarot-Leuchtdiode 2003 ausgestrahlte Infrarotstrahl wird durch Photodiode 2004 empfangen, und ein dem empfangenen Infrarotstrahl entsprechender Photostrom fließt zur Basis des Bipolartransistors 2005. Indem der Photostrom zur Basis des Bipolartransistors 2005 fließt, fließt ein Kollektorstrom IC zum Bipolartransistor 2005. Durch Fließenlassen von Kollektorstrom IC durch Widerstand 2006, dessen erstes Ende mit der Versorgungsspannung Vcc2 verbunden ist, wird die Spannungsänderung am zweiten Ende des Widerstands 2006 als Ausgangssignal Vout in den IGBT-Treiber-IC 2007 eingegeben.
  • Eingangs- und Ausgangsverhalten von Optokoppler 2008 selbst sind durch das Stromübertragungsverhältnis (im folgenden als "CTR" bezeichnet), das heißt IC/If, definiert. Beim Konstruieren einer Schaltung mit Optokoppler 2008 müssen (1) das Temperaturverhalten des Stromverstärkungsfaktors hfe von Bipolartransistor 2005, (2) die alterungsbedingte Verschlechterung der Lichtausbeute der Infrarot-Leuchtdiode 2003, (3) die Schwankungen des CTR und derartige Faktoren berücksichtigt werden.
  • 16 ist eine Kurve, welche die Temperaturabhängigkeit des Stromübertragungsverhältnisses des Optokopplers beschreibt.
  • Wie in 16 gezeigt, ist das Stromübertragungsverhältnis von Optokoppler 2008 wegen der Temperaturabhängigkeit des Stromverstärkungsfaktors hfe von Bipolartransistor 2005 desto niedriger, je niedriger die Temperatur ist.
  • 17 ist eine Kurve, welche die alterungsbedingte Verschlechterung des Stromübertragungsverhältnisses des Optokopplers beschreibt.
  • Wie in 17 gezeigt, nimmt das CTR von Optokoppler 2008 je nach Vorwärtsstrom, Umge bungstemperatur und Gesamt-Betriebsdauer der Leuchtdiode 2003 ab. Vor allem wenn Optokoppler 2008 länger als 1000 Stunden ununterbrochen im Einsatz ist, kommt es zu einer beträchtlichen Abnahme des CTR.
  • Alternativ zum Optokoppler wird ein Trenntransformator als Mittel zum Isolieren des übertragenen Signals verwendet.
  • 18 ist eine Draufsicht, welche einen herkömmlichen Trenntransformator zur Signalübertragung schematisch zeigt.
  • Wie in 18 gezeigt, enthält der Trenntransformator einen Magnetkern MC. Eine Primärwicklung M1 und eine Sekundärwicklung M2 sind um Magnetkern MC herum gewickelt. Der Magnetkern MC kann aus Ferrit, Permalloy oder einem derartigen ferromagnetischem Werkstoff bestehen. Der durch den in Primärwicklung M1 gespeisten Strom erzeugte magnetische Fluss ϕ ist auf den Magnetkern MC begrenzt und verläuft durch Magnetkern MC. Der magnetische Fluss ϕ schneidet Sekundärwicklung M2, wobei er in der Sekundärwicklung M2 eine Spannung dϕ/dT erzeugt. Da durch Verwendung des Magnetkerns MC ein geschlossener magnetischer Pfad gebildet wird, werden die nachteiligen Auswirkungen des äußeren Magnetfelds verringert und wird der Kopplungskoeffizient von Primärwicklung M1 und Sekundärwicklung M2 erhöht.
  • 19 ist ein Blockschaltbild einer Signalübertragungsschaltung, welche einen herkömmlichen Trenntransformator zur Signalübertragung verwendet.
  • Wie in 19 gezeigt, ist ein erstes Ende der Primärwicklung in einem Trenntransformator T über einen Widerstand R1 mit dem Drain-Anschluss eines Feldeffekttransistors M1 verbunden und ist ein erstes Ende der Sekundärwicklung in Trenntransformator T mit einer Demodulatorschaltung 1203 verbunden. Ein in einer lokalen Oszillatorschaltung 1201 erzeugtes lokales Oszillationssignal wird in eine Modulatorschaltung 1202 eingegeben. Indem ein PWM-Signal SP in Modulatorschaltung 1202 eingegeben wird, wird das lokale Oszillationssignal durch PWM-Signal SP moduliert und wird das modulierte lokale Oszillationssignal in den Gate-Anschluss von Feldeffekttransistor M1 eingegeben, als Steuersignal des letzteren. Indem das Steuersignal in den Gate-Anschluss von Feldeffekttransistor M1 eingegeben wird, wird ein bei einer hohen Frequenz moduliertes Signal über Trenntransformator T in Demodulatorschaltung 1203 eingegeben und wird PWM-Signal SP in Demodulatorschaltung 1203 demoduliert.
  • Das folgende Patentdokument 1 offenbart eine Induktionsheizvorrichtung, enthaltend eine Heiztrommel, welche einen hohlen Trommel-Grundkörper und eine Vielzahl von über dem Trommel-Grundkörper gebildeten Sekundärspulen und eine in der Heiztrommel angeordnete Primärspule enthält, wobei die Primär- und Sekundärspulen in einer Induktionsübertragerkopplungs-Beziehung miteinander gekoppelt sind, um ihre elektrische Leistungsübertragungseffizienz zu verbessern.
  • Das folgende Patentdokument 2 offenbart die Verbindung eines auf einem ersten Substrat gebildeten Treibers und eines auf einem zweiten Substrat gebildeten Empfängers durch magneti sche Kopplung mittels Spulen.
  • Das folgende Patentdokument 3 offenbart die Verwendung eines Gliedkopplungsübertragers als Logiktrennschaltung, um eine Eingangsschaltung und eine Ausgangsschaltung voneinander zu isolieren.
    • Patentdokument 1: Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung 2002-222688 (Gegenstück US-Patent 6,847,019)
    • Patentdokument 2: Veröffentlichte japanische Übersetzung der internationalen PCT-Veröffentlichung der Patentanmeldung 2001-521160 (Gegenstück US-Patent 6,054,780)
    • Patentdokument 3: Veröffentlichte japanische Übersetzung der internationalen PCT-Veröffentlichung der Patentanmeldung 2001-513276 (Gegenstück US-Patent 5,952,849)
  • Da das Verfahren, welches Optokoppler als Mittel zum Isolieren der übertragenen Signale verwendet, es erfordert, (1) das Temperaturverhalten des Stromverstärkungsfaktors hfe eines Transistors, (2) die alterungsbedingte Verschlechterung der Lichtausbeute einer Leuchtdiode und (3) die Schwankungen des CTR zu berücksichtigen, ist es jedoch schwierig, eine Schaltung zu konstruieren, welche 10 Jahre lang ununterbrochen in Fahrzeugen, Industrieanlagen und derartigen Hochtemperaturumgebungen eingesetzt werden kann.
  • Die Verwendung eines mit Kern versehenen Übertragers als Trenntransformator zur Signalübertragung wird durch die Temperaturabhängigkeit der magnetischen Permeabilität eines Magnetkern-Werkstoffs, die starke Temperaturabhängigkeit des Kopplungskoeffizienten und die Schwierigkeiten, die Kosten zu senken und die Abmessungen der Vorrichtung zu verkleinern, beeinträchtigt. Da es nicht möglich ist, das PWM-Signal direkt über den mit Kern versehenen Übertrager zu senden, muss das PWM-Signal bei einer hohen Frequenz moduliert werden und muss das durch die Sekundärwicklung empfangene modulierte Signal demoduliert werden. Deshalb ist der Schaltungsumfang zwangsläufig groß.
  • Da bei Verwendung eines Luftkern-Übertragers als Trenntransformator zur Signalübertragung kein Magnetkern benötigt wird, erleichtert die Verwendung des Luftkern-Übertragers es, die Kosten zu senken und die Abmessungen der Vorrichtung zu verringern. Da aber der magnetische Kreis nicht geschlossen ist, werden äußere magnetische Flüsse leicht als Störungen auf die Sekundärwicklung überlagert, was Funktionsausfälle verursacht.
    •
  • In Anbetracht des vorhergehenden liegt der Erfindung das Problem zugrunde, eine Leistungselektronik-Anlage zu schaffen, das es erleichtert, die alterungsbedingte Verschlechterung zu unterdrücken, die Beständigkeit gegen gefährliche Umgebungen zu verbessern, die nachteiligen Auswirkungen von durch äußere magnetische Flüsse verursachten Störungen zu verringern und Signale zwischen der Hochspannungs- und der Niederspannungsseite zu senden und zu empfangen, während die Hochspannungs- und die Niederspannungsseite elektrisch voneinander isoliert sind.
  • Die Lösung des Problems ergibt sich aus Patentanspruch 1. Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, wobei auch andere Kombinationen von Merkmalen als die beanspruchten möglich sind.
  • Gemäß dem Gegenstand des beigefügten Anspruchs 1 wird eine Leistungselektronik-Anlage geschaffen, enthaltend:
    ein Paar von Schalteinrichtungen, die dergestalt miteinander in Reihe geschaltet sind, dass die eine der Schalteinrichtungen für einen oberen Zweig arbeitet und die andere der Schalteinrichtungen für einen unteren Zweig arbeitet, um einen Strom zu einer Last fließen zu lassen oder den zur Last fließenden Strom zu unterbrechen;
    eine den leitenden Zustand und den nichtleitenden Zustand der Schalteinrichtungen bestimmende Steuersignale erzeugende Steuerschaltung;
    Treiberschaltungen, welche aufgrund der Steuersignale die Steuerklemmen der jeweiligen Schalteinrichtungen ansteuern; und
    Trenntransformator, welche entsprechend den Schalteinrichtungen so angeordnet sind, dass die Steuerschaltung und die Treiberschaltungen voneinander isoliert sind, wobei jeder der Trenntransformator eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung, welche einander gegenüberliegen, enthält.
  • Der Aufbau der oben beschriebenen Leistungselektronik-Anlage erleichtert es, die Primär- und Sekundärwicklungen durch Ätzen eines elektrischen Leiters zu bilden, die Wicklungsdurchmesser der Primär- und Sekundärwicklungen zu verringern und den Abstand zwischen Primär- und Sekundärwicklungen zu verengen. Deshalb wird der Kopplungskoeffizient der Primär- und Sekundärwicklungen verbessert, wird die Fläche, in welcher der magnetische Fluss Primär- und Sekundärwicklungen schneidet, verengt und werden die nachteiligen Auswirkungen der durch den äußeren magnetischen Fluss verursachten Störungen verringert. Da das Senden und das Empfangen von Signalen zwischen der Niederspannungs- und der Hochspannungsseite erfolgen, während die Niederspannungs- und die Hochspannungsseite elektrisch voneinander isoliert sind, ist es nicht erforderlich, Optokoppler zu verwenden, wird die alterungsbedingte Verschlechterung unterdrückt und wird die Beständigkeit der Leistungselektronik-Anlage gegen gefährliche Umgebungen verbessert.
  • Gemäß dem Gegenstand des beigefügten Anspruchs 2 sind Primär- und Sekundärwicklung übereinander geschichtet, wobei eine Isolatorschicht zwischen Primär- und Sekundärwicklung gelegt ist.
  • Da es möglich ist, Primär- und Sekundärwicklung durch das Halbleiterbearbeitungsverfahren zu bilden, werden die nachteiligen Auswirkungen der durch den äußeren magnetischen Fluss verursachten Störungen verringert, während der Kopplungskoeffizient von Primär- und Sekundärwicklung verbessert wird.
  • Gemäß dem Gegenstand des beigefügten Anspruchs 3 sind die Trenntransformator durch Mikrobearbeitungsverfahren gebildet.
  • Die Anwendung von Mikrobearbeitungsverfahren erleichtert es, die Wicklungsdurchmesser von Primär- und Sekundärwicklung zu verringern und den Abstand zwischen Primär- und Sekundärwicklung zu verengen. Deshalb werden die nachteiligen Auswirkungen der durch den Primär- und Sekundärwicklung schneidenden äußeren magnetischen Fluss verursachten Störungen verringert und wird der Störabstand verbessert, während der Kopplungskoeffizient von Primär- und Sekundärwicklung verbessert wird.
  • Gemäß dem Gegenstand des beigefügten Anspruchs 4 haben die Trenntransformator Luftkerne.
  • Die Verwendung der Luftkern-Trenntransformator erleichtert es, die durch den Magnetkern verursachte Temperaturabhängigkeit zu verringern und das Eintreten eines durch den Magnetkern verursachten Kostenanstiegs zu verhindern.
  • Gemäß dem Gegenstand des beigefügten Anspruchs 5 enthält jede der Schalteinrichtungen einen IGBT.
  • Da die Verwendung des IGBT es erleichtert, Hochgeschwindigkeits-Schaltvorgänge zu realisieren und eine ausreichende Strombelastbarkeit sicherzustellen, ist die im beigefügten Anspruch 5 beschriebene Leistungselektronik-Anlage auf das Ansteuerungssystem zum Ansteuern eines zum Beispiel in Fahrzeugausrüstungen verwendeten Motors anwendbar.
  • Gemäß dem Gegenstand des beigefügten Anspruchs 6 besteht die Steuerschaltung aus einer Logikschaltung, einer zentralen Verarbeitungsschaltung oder einer Kombination aus einer Logikschaltung und einer zentralen Verarbeitungsschaltung.
  • Da es möglich ist, die Steuerschaltung zu integrieren, werden verschiedene Funktionen in die Steuerschaltung eingebaut, während gleichzeitig eine Vergrößerung der Montagefläche unterbunden wird.
  • Gemäß dem Gegenstand des beigefügten Anspruchs 7 enthalten die zwischen der Steuerschaltung und den Schalteinrichtungen übertragenen Signale Steuersignale zum Steuern der jeweiligen Schalteinrichtungen und Zustandssignale, welche die Zustände der jeweiligen Schalteinrichtungen angeben.
  • Da es möglich ist, beim Steuern der Schalteinrichtungen die Betriebszustände der Schalteinrichtungen auf der Seite der Steuerschaltung zu kennen, werden die Schalteinrichtungen mit hoher Geschwindigkeit betrieben und wird dabei gleichzeitig einem Durchschlagen der Schalteinrichtungen vorgebeugt.
  • Gemäß dem Gegenstand des beigefügten Anspruchs 8 enthält die Leistungselektronik-Anlage ferner auf der Seite der Schalteinrichtungen angeordnete Selbstdiagnoseschaltungen, welche Selbstdiagnoseschaltungen die Zustandssignale der jeweiligen Schalteinrichtungen erzeugen, und stoppt die Steuerschaltung die Steuersignale oder ändert sie die Frequenz der Steuersignale als Reaktion auf die Zustandssignale der jeweiligen Schalteinrichtungen.
  • Da es möglich ist, beim Steuern der Schalteinrichtungen die Betriebszustände der Schalteinrichtungen auf der Seite der Steuerschaltung zu kennen, werden die Schalteinrichtungen mit hoher Geschwindigkeit betrieben und wird dabei gleichzeitig einem Durchschlagen der Schalteinrichtungen vorgebeugt.
  • Gemäß dem Gegenstand des beigefügten Anspruchs 9 enthält die Leistungselektronik-Anlage: ein Modul, enthaltend eine Leiterplatte, auf welcher die Trenntransformator befestigt sind, und die darauf angeordneten Schalteinrichtungen.
  • Da die Trenntransformator und die Schalteinrichtungen in eine Einheit integriert sind, wird eine einfache Handhabung der Leistungselektronik-Anlage erleichtert und werden die Abmessungen der Leistungselektronik-Anlage verkleinert.
  • Gemäß dem Gegenstand des beigefügten Anspruchs 10 sind die Trenntransformator auf einem Gehäuse befestigt.
  • Selbst wenn eine Vielzahl von Trenntransformatoren zwischen der Niederspannungs- und der Hochspannungsseite angeordnet ist, wird eine Vergrößerung der Montagefläche unterbunden, wird eine Erhöhung der Abmessungen des Leistungselektronik-Anlage unterbunden und werden Signale gesendet und empfangen, während gleichzeitig Niederspannungs- und Hochspannungsseite elektrisch voneinander isoliert sind.
  • Gemäß dem Gegenstand des beigefügten Anspruchs 11 sind die die Signale für den oberen Zweig übertragenden Trenntransformator und die die Signale für den unteren Zweig übertragenden Trenntransformator an einem Gehäuse befestigt.
  • Der oben beschriebene Aufbau erleichtert es, die Schalteinrichtungen für den oberen und den unteren Zweig zu betreiben und dabei gleichzeitig eine Vergrößerung der Montagefläche zu unterbinden, den Energieverbrauch des Ansteuerungssystems zum Ansteuern eines zum Beispiel in Fahrzeugausrüstungen verwendeten Motors zu verringern und einen hohen Wirkungsgrad der Energieumwandlung zu realisieren.
  • Gemäß dem Gegenstand des beigefügten Anspruchs 12 enthält die Leistungselektronik-Anlage ferner:
    eine primärseitige Schaltung, welche einen Impulsstrom durch die Primärwicklung eines beliebigen der Trenntransformator fließen lässt, wobei der Impulsstrom der Anstiegs- und der Abfallflanke des über den jeweiligen Trenntransformator übertragenen gesendeten Signals entspricht, und
    eine sekundärseitige Schaltung, welche das gesendete Signal auf der Grundlage des Pegels des in der Sekundärwicklung des jeweiligen Trenntransformators erzeugten Spannungsimpulses wiederherstellt.
  • Der oben beschriebene Aufbau erleichtert es, die Zeitspanne, für welche Ströme durch Primär- und Sekundärwicklung fließen gelassen werden, zu verkürzen und hohe Ströme durch Primär- und Sekundärwicklung fließen zu lassen. Da die Durchschnittswerte der durch Primär- und Sekundärwicklung fließenden Ströme unter dem zulässigen Gleichstromwert gehalten werden, selbst wenn die Querschnittsflächen der Leiter für Primär- und Sekundärwicklung durch Mikrobearbeitungsverfahren verengt sind, wird das Eintreten eines durch die Joulesche Wärme verursachten Durchbrennens von Primär- und Sekundärwicklung verhindert und werden die Wicklungsdurchmesser von Primär- und Sekundärwicklung verringert.
  • Gemäß dem Gegenstand des beigefügten Anspruchs 13 enthält die Leistungselektronik-Anlage ferner:
    eine primärseitige Schaltung, welche einen Impulsstrom durch die Primärwicklung eines beliebigen der Trenntransformator fließen lässt, wobei der Pegel des Impulsstroms, der Anstiegs- und der Abfallflanke des über den jeweiligen Trenntransformator übertragenen gesendeten Signals entsprechend, verschieden ist, und
    eine sekundärseitige Schaltung, welche das gesendete Signal auf der Grundlage des Pegels des in der Sekundärwicklung des jeweiligen Trenntransformators erzeugten Spannungsimpulses wiederherstellt.
  • Der oben beschriebene Aufbau erleichtert es, die Zeitspanne, für welche Ströme durch Primär- und Sekundärwicklung fließen gelassen werden, zu verkürzen und hohe Ströme durch Primär- und Sekundärwicklung fließen zu lassen. Selbst wenn die Querschnittsflächen der Leiter für Primär- und Sekundärwicklung durch Mikrobearbeitungsverfahren verengt sind, werden die Durchschnittswerte der durch Primär- und Sekundärwicklung fließenden Ströme unter dem zulässigen Gleichstromwert gehalten.
  • Gemäß dem Gegenstand des beigefügten Anspruchs 14 enthält die Leistungselektronik-Anlage ferner:
    eine primärseitige Schaltung, welche einen Impulsstrom durch die Primärwicklung eines beliebigen der Trenntransformator fließen lässt, wobei die Anzahl der Impulse im Impulsstrom, der Anstiegs- und der Abfallflanke des über den jeweiligen Trenntransformator übertragenen gesendeten Signals entsprechend, verschieden ist, und
    eine sekundärseitige Schaltung, welche das gesendete Signal auf der Grundlage der in der Sekundärwicklung des jeweiligen Trenntransformators erzeugten Spannungsimpulsfolge wiederherstellt.
  • Der oben beschriebene Aufbau erleichtert es, die Zeitspanne, für welche Ströme durch Primär- und Sekundärwicklung fließen gelassen werden, zu verkürzen und hohe Ströme durch Primär- und Sekundärwicklung fließen zu lassen. Selbst wenn die Querschnittsflächen der Leiter für Primär- und Sekundärwicklung durch Mikrobearbeitungsverfahren verengt sind, werden die Durchschnittswerte der durch Primär- und Sekundärwicklung fließenden Ströme unter dem zulässigen Gleichstromwert gehalten.
  • Wie oben beschrieben, erleichtert es die Leistungselektronik-Anlage gemäß der Erfindung, welches durch Mikrobearbeitungsverfahren gebildete Trenntransformator enthält, den Kopplungskoeffizienten von Primär- und Sekundärwicklung zu erhöhen, die Fläche, in welcher der magnetische Fluss Primär- und Sekundärwicklung schneidet, zu verengen, die nachteiligen Auswirkungen der durch äußere magnetische Flüsse verursachten Störungen zu verringern, die alterungsbedingte Verschlechterung zu unterdrücken und seine Beständigkeit gegen gefährliche Umgebungen zu verbessern.
    •
  • Die Leistungselektronik-Betriebsmittelanlage kann eine Vielzahl von Trenntransformatoren enthalten, um Signale zwischen der Steuerschaltung und jeder der Schalteinrichtungen zu übertragen. Signale können gesendet und empfangen werden, während gleichzeitig Niederspannungs- und Hochspannungsseite elektrisch voneinander isoliert sind. Da es möglich ist, beim Steuern der Schalteinrichtungen die Betriebszustände der Schalteinrichtungen auf der Seite der Steuerschaltung zu kennen, werden die Schalteinrichtungen mit hoher Geschwindigkeit betrieben und wird dabei gleichzeitig einem Durchschlagen der Schalteinrichtungen vorgebeugt.
  • 1 ist ein Blockschaltbild, welches ein intelligentes Leistungsmodul für einen Aufwärts- und Abwärts-Umsetzer, auf welches eine Leistungselektronik-Anlage gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung angewendet wird, schematisch zeigt.
  • 2(a) ist eine Schnittansicht, welche den Trenntransformator gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung schematisch zeigt.
  • 2(b) ist eine Draufsicht des in 2(a) gezeigten Trenntransformators.
  • 3 ist eine Zeichnung, welche das Magnetfeld veranschaulicht, welches durch den durch eine kreisförmige Spule fließenden Strom erzeugt wird.
  • 4(a) bis 4(l) sind Schnittansichten, welche die Herstellungsschritte zur Herstellung eines Trenntransformators gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung beschreiben.
  • 5(a) bis 5(h) sind andere Schnittansichten, welche die anderen Herstellungsschritte zur Herstellung des Trenntransformators gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung beschreiben.
  • 6 ist eine Schnittansicht, welche den montierten Zustand eines intelligenten Leistungsmoduls für den Aufwärts- und Abwärts-Umsetzer gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • 7 ist ein Blockschaltbild einer Signalübertragungsschaltung, welche einen Trenntransformator zur Signalübertragung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung verwendet.
  • 8 ist ein Blockschaltbild einer Signalübertragungsschaltung, welche einen Trenntransformator zur Signalübertragung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung verwendet.
  • 9 ist ein Blockschaltbild einer Signalübertragungsschaltung, welche einen Trenntransformator zur Signalübertragung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung verwendet.
  • 10 ist ein Blockschaltbild einer Signalübertragungsschaltung, welche Trenntransformator zur Signalübertragung gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung verwendet.
  • 11 ist ein Blockschaltbild, welches ein einen herkömmlichen Aufwärts- und Abwärts-Umsetzer verwendendes Fahrzeugantriebssystem schematisch zeigt.
  • 12 ist ein Blockschaltbild des in 11 gezeigten Aufwärts- und Abwärts-Umsetzers.
  • 13 ist ein Diagramm, welches die Wellenform des beim Erhöhungsvorgang durch die in 12 gezeigte Drossel fließenden Stroms beschreibt.
  • 14 ist ein Blockschaltbild, welches ein intelligentes Leistungsmodul für den herkömmlichen Aufwärts- und Abwärts-Umsetzer schematisch zeigt.
  • 15 ist ein Blockschaltbild, welches die Peripherieschaltung eines Optokopplers schematisch zeigt.
  • 16 ist eine Kurve, welche die Temperaturabhängigkeit des Stromübertragungsverhältnisses des Optokopplers beschreibt.
  • 17 ist eine Kurve, welche die alterungsbedingte Verschlechterung des Stromübertragungsverhältnisses des Optokopplers beschreibt.
  • 18 ist eine Draufsicht, welche einen herkömmlichen Trenntransformator zur Signalübertragung schematisch zeigt.
  • 19 ist ein Blockschaltbild einer Signalübertragungsschaltung, welche einen herkömmlichen Trenntransformator zur Signalübertragung verwendet.
  • Im folgenden wird die Erfindung nun anhand der beiliegenden Zeichnungen, welche die speziellen Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen, ausführlich beschrieben.
  • 1 ist ein Blockschaltbild, welches ein intelligentes Leistungsmodul für einen Aufwärts- und Abwärts-Umsetzer, auf welches eine Leistungselektronik-Anlage gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung angewendet wird, schematisch zeigt.
  • Wie in 1 gezeigt, enthält das intelligente Leistungsmodul für den Aufwärts- und Abwärts-Umsetzer gemäß der ersten Ausführungsform eine Schalteinrichtung SWU für einen oberen Zweig und eine Schalteinrichtung SWD für einen unteren Zweig, welche einen Strom zur Last fließen lassen und den zur Last fließenden Strom unterbrechen, und eine Steuerschaltung 1, welche den leitenden Zustand und den nichtleitenden Zustand der Schalteinrichtungen SWU und SWD bestimmende Steuersignale erzeugt. Die Steuerschaltung 1 kann aus einer CPU 4 oder einem Logik-IC oder einem LSI-System, welches einen Logik-IC und eine CPU enthält, bestehen.
  • Die Schalteinrichtungen SWU und SWD sind so in Reihe geschaltet, dass die Schalteinrichtungen SWU und SWD für den oberen Zweig 2 beziehungsweise für den unteren Zweig 3 arbeiten können. Ein IGBT 6, welcher als Reaktion auf ein Gate-Signal SU4 Schaltvorgänge durchführt, ist in Schalteinrichtung SWU vorgesehen. Eine Freilaufdiode DU1, welche einen Strom in der zur Fließrichtung des durch IGBT 6 fließenden Stroms entgegengesetzten Richtung fließen lässt, ist parallel zu IGBT 6 geschaltet. Auf dem Chip, in welchem IGBT 6 gebildet ist, sind ein Temperatursensor, welcher die durch die Chiptemperaturänderung bewirkte VF-Änderung einer Diode DU2 als sein Messprinzip verwendet, und ein Stromsensor, welcher den Hauptstromkreis-Strom durch Teilen des Emitterstroms von IGBT 6 mit Widerständen RU1 und RU2 überwacht, vorgesehen.
  • Ein IGBT 5, welcher als Reaktion auf ein Gate-Signal SD4 Schaltvorgänge durchführt, ist in Schalteinrichtung SWD vorgesehen. Eine Freilaufdiode DD1, welche einen Strom in der zur Fließrichtung des durch IGBT 5 fließenden Stroms entgegengesetzten Richtung fließen lässt, ist parallel zu IGBT 5 geschaltet. Auf dem Chip, in welchem IGBT 5 gebildet ist, sind ein Temperatursensor, welcher die durch die Chiptemperaturänderung bewirkte VF-Änderung einer Diode DD2 als sein Messprinzip verwendet, und ein Stromsensor, welcher den Hauptstromkreis-Strom durch Teilen des Emitterstroms von IGBT 5 mit Widerständen RD1 und RD2 überwacht, vorgesehen.
  • Auf der Seite des oberen Zweigs 2 ist ein Gate-Treiber-IC 8 mit Schutzfunktionen, welcher ein Überhitzungsüberwachungssignal SU6 aus dem Temperatursensor und ein Überstromüberwachungssignal SU5 aus dem Stromsensor überwacht und Gate-Signal SU4 zum Ansteuern der Steuerklemme von IGBT 6 erzeugt, vorgesehen. Außerdem ist ein Analog/PWM-Umsetzer CU, welcher ein der Temperatur von IGBT 6 entsprechendes PWM-Signal erzeugt, auf der Seite des oberen Zweigs 2 vorgesehen. Eine Selbstdiagnoseschaltung, welche die Zustandssignale von Schalteinrichtungen SWU und SWD erzeugt, kann im Gate-Treiber-IC 8 mit Schutzfunktionen vorgesehen sein. Die Selbstdiagnoseschaltung ist in der Lage, die Zustandssignale von Schalteinrichtungen SWU und SWD zu erzeugen.
  • Auf der Seite des unteren Zweigs 3 ist ein Gate-Treiber-IC 7 mit Schutzfunktionen, welcher ein Überhitzungsüberwachungssignal SD6 aus dem Temperatursensor und ein Überstromüberwachungssignal SD5 aus dem Stromsensor überwacht und ein Gate-Signal SD4 zum Ansteuern der Steuerklemme von IGBT 5 erzeugt, vorgesehen. Ein Analog/PWM-Umsetzer CD, welcher ein der Temperatur von IGBT 5 entsprechendes PWM-Signal erzeugt, ist ebenfalls auf der Seite des unteren Zweigs 3 vorgesehen.
  • Luftkern-Trenntransformator TU1 bis TU3 sind zwischen die an Masse, das heißt an die Fahrzeugkarosserie gelegte Steuerschaltung 1 und den unter einer hohen Vorspannung stehenden oberen Zweig 2 geschaltet. Luftkern-Trenntransformator TD1 bis TD3 sind zwischen die an Masse, das heißt an die Fahrzeugkarosserie gelegte Steuerschaltung 1 und den unter einer hohen Vorspannung stehenden unteren Zweig 3 geschaltet. Steuerschaltung 1 sendet Signale an den oberen Zweig 2 und empfängt Signale vom oberen Zweig 2 über die Luftkern-Trenntransformator TU1 bis TU3, während Steuerschaltung 1 durch die Luftkern-Trenntransformator TU1 bis TU3 vom oberen Zweig 2 elektrisch isoliert ist. Steuerschaltung 1 sendet Signale an den unteren Zweig 3 und empfängt Signale vom unteren Zweig 3 über die Luftkern-Trenntransformator TD1 bis TD3, während Steuerschaltung 1 durch die Luftkern-Trenntransformator TD1 bis TD3 vom unteren Zweig 3 elektrisch isoliert ist.
  • Im einzelnen wird auf der Seite des oberen Zweigs 2 ein aus CPU 4 ausgegebenes PWM-Signal SU1 zur Gate-Ansteuerung über den Luftkern-Trenntransformator TU1 in den Gate-Treiber-IC 8 mit Schutzfunktionen eingegeben. Ein aus Gate-Treiber-IC 8 mit Schutzfunktionen ausgegebenes Alarmsignal SU2 wird über den Luftkern-Trenntransformator TU2 in CPU 4 eingegeben. Ein die IGBT-Chiptemperatur angebendes und aus Analog/PWM-Umsetzer CU ausgegebenes PWM-Signal SU3 wird über den Luftkern-Trenntransformator TU3 in CPU 4 eingegeben.
  • Auf der Seite des unteren Zweigs 3 wird ein aus CPU 4 ausgegebenes PWM-Signal SD1 zur Gate-Ansteuerung über den Luftkern-Trenntransformator TD1 in den Gate-Treiber-IC 7 mit Schutzfunktionen eingegeben. Ein aus Gate-Treiber-IC 7 mit Schutzfunktionen ausgegebenes Alarmsignal SD2 wird über den Luftkern-Trenntransformator TD2 in CPU 4 eingegeben. Ein die IGBT-Chiptemperatur angebendes und aus Analog/PWM-Umsetzer CD ausgegebenes PWM-Signal SD3 wird über den Luftkern-Trenntransformator TD3 in CPU 4 eingegeben.
  • Die Luftkern-Trenntransformator TU1 bis TU3 und TD1 bis TD3 verfügen über Primär- und Sekundärwicklungen auf ihren Sende- und Empfangsseiten. Die Primär- und Sekundärwicklungen in den Luftkern-Trenntransformatoren TU1 bis TU3 und TD1 bis TD3 sind so angeordnet, dass Primär- und Sekundärwicklungen einander gegenüberliegen. Zum Beispiel sind die Primär- und Sekundärwicklungen in den Luftkern-Trenntransformatoren TU1 bis TU3 und TD1 bis TD3, zusammen mit einer dazwischengelegten Isolatorschicht, übereinander geschichtet. Die Luftkern-Trenntransformator TU1 bis TU3 und TD1 bis TD3 sind durch Halbleiterbearbeitungsverfahren und derartige Mikrobearbeitungsverfahren gebildet.
  • CPU 4 erzeugt PWM-Signale SD1 und SU1 zur Gate-Ansteuerung, welche den leitenden Zustand und den nichtleitenden Zustand der IGBTs 5 und 6 bestimmen, und sendet die PWM-Signale SD1 und SU1 zur Gate-Ansteuerung auf isolierte Art und Weise über Luftkern-Trenntransformator TD1 und TU1 an die Gate-Treiber-ICs 7 und 8 mit Schutzfunktionen. Die Gate-Treiber-ICs 7 und 8 mit Schutzfunktionen erzeugen, aufgrund der PWM-Signale SD1 und SU1 zur Gate-Ansteuerung, Gate-Signale SD4 und SU4 und steuern die Steuerklemmen der IGBTs 5 und 6 an, um die IGBTs 5 und 6 Schaltvorgänge durchführen zu lassen.
  • Aus den Temperatursensoren ausgegebene Überhitzungsüberwachungssignale SD6 und SU6 und aus den Stromsensoren ausgegebene Überstromüberwachungssignale SD5 und SU5 werden in die Gate-Treiber-ICs 7 und 8 mit Schutzfunktionen eingegeben. Wenn eines der Überhitzungsüberwachungssignale SD6 und SU6 oder eines der Überstromüberwachungssignale SD5 und SU5 den Temperatur-Schwellenwert beziehungsweise den Strom-Schwellenwert, bei welchem die IGBTs 5 und 6 nicht durchbrennen, überschreitet, sendet Gate-Treiber-IC 7 oder 8 Alarmsignal SD2 oder SU2 über Luftkern-Trenntransformator TD2 oder TU2 an CPU 4. Indem CPU 4 Alarmsignal SD2 oder SU2 empfängt, stoppt CPU 4 die Erzeugung von PWM-Signalen SD1 und SU1 zur Gate-Ansteuerung, um die durch die IGBTs 5 und 6 fließenden Ströme zu unterbrechen.
  • Sobald ab dem Zeitpunkt, zu welchem die Gate-Treiber-ICs 7 und 8 mit Schutzfunktionen festgestellt haben, dass die Überhitzungsüberwachungssignale SD6, SU6 und die Überstromüberwachungssignale SD5, SU5 die jeweiligen Schwellenwerte unterschritten, eine bestimmte Zeitspanne verstrichen ist, löschen die Gate-Treiber-ICs 7 und 8 mit Schutzfunktionen die Alarmsignale SD2 und SU2.
  • Zur genaueren Überwachung werden aus den Temperatursensoren ausgegebene Überhitzungsüberwachungssignale SD6 und SU6 in die Analog/PWM-Umsetzer CD und CU eingegeben. Die Analog/PWM-Umsetzer CD und CU wandeln die analogen Werte der Überhitzungsüberwachungssignale SD6 und SU6 in die jeweiligen digitalen Signale um, um IGBT-Chiptemperatur-PWM-Signale SD3 und SU3 zu erzeugen, und senden die IGBT-Chiptemperatur-PWM-Signale SD3 und SU3 über Luftkern-Trenntransformator TD3 und TU3 an CPU 4. CPU 4 berechnet die Chiptemperaturen von IGBTs 5 und 6 aus den IGBT-Chiptemperatur-PWM-Signalen SD3 und SU3. Unter Berücksichtigung der vorbestimmten verschiedenen Schwellen-Temperaturniveaus senkt die CPU 4 die Schaltfrequenzen der IGBTs 5 und 6 oder lässt sie die IGBTs 5 und 6 aufhören, zu schalten.
  • Wenn die Primär- und Sekundärwicklungen der Luftkern-Trenntransformator TU1 bis TU3 und TD1 bis TD3 durch Mikrobearbeitungsverfahren so gebildet sind, dass Primär- und Sekundärwicklungen einander gegenüberliegen, können die Durchmesser der Primär- und Sekundärwicklungen und der Abstand zwischen Primär- und Sekundärwicklungen verringert werden. Da die Fläche, in welcher der magnetische Fluss Primär- und Sekundärwicklungen schneidet, verengt wird und dabei gleichzeitig der Kopplungskoeffizient von Primär- und Sekundärwicklungen erhöht wird, werden die nachteiligen Auswirkungen der durch die äußeren magnetischen Flüsse verursachten Störungen verringert. Da die Signale zwischen Niederspannungs- und Hochspannungsseite gesendet und empfangen werden, während Niederspannungs- und Hochspannungsseite elektrisch voneinander isoliert sind, ist es nicht erforderlich, Optokoppler zu verwenden, und ist es möglich, die alterungsbedingte Verschlechterung zu unterdrücken und die Beständigkeit gegen gefährliche Umgebungen zu verbessern.
  • 2(a) ist eine Schnittansicht, welche den Trenntransformator gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung schematisch zeigt. 2(b) ist eine Draufsicht des in 2(a) gezeigten Trenntransformators.
  • Wie in diesen Zeichnungen gezeigt, ist eine Zuleitungsschicht 12 in einem Substrat 11 vergraben und ist ein Primärspulenmuster 14 auf dem Substrat 11 gebildet. Das Primärspulenmuster 14 ist über einen Durchführungsanschluss 13 mit der Zuleitungsschicht 12 verbunden. Ein Glättungsfilm 15 ist auf dem Primärspulenmuster 14 gebildet. Ein Sekundärspulenmuster 17 ist auf dem Glättungsfilm 15 gebildet. Das Sekundärspulenmuster 17 ist mit einem Schutzfilm 18 bedeckt. Eine Öffnung 19 ist im Schutzfilm 18 so gebildet, dass die Mitte des Sekundärspulenmusters 17 durch Öffnung 19 freiliegt. Das Sekundärspulenmuster 17 wird durch Verbinden eines Kontaktierungsdrahts mit der Mitte des Sekundärspulenmusters 17 durch Öffnung 19 herausgeführt.
  • Primär- und Sekundärspulenmuster 14 und 17 haben zum Beispiel 5 bis 10 μm Wicklungsbreite, 4 bis 5 μm Dicke und 500 μm maximalen Wicklungs-Außendurchmesser.
  • Primär- und Sekundärspulenmuster 14 und 17 mit den Abmessungen wie oben beschrieben sind durch Halbleiterbearbeitungsverfahren gebildet. Dadurch ist es möglich, die Wicklungsdurchmesser von Primär- und Sekundärspulenmuster 14 und 17 zu verringern und den Abstand zwischen Primär- und Sekundärspulenmuster 14 und 17 zu verengen. Deshalb wird die Fläche, in welcher der magnetische Fluss Primär- und Sekundärspulenmuster 14 und 17 schneidet, verengt, während gleichzeitig der Kopplungskoeffizient von Primär- und Sekundärspulenmuster 14 und 17 erhöht wird und die nachteiligen Auswirkungen der durch die äußeren magnetischen Flüsse verursachten Störungen verringert werden.
  • 3 ist eine Zeichnung, welche das Magnetfeld veranschaulicht, welches durch den durch eine kreisförmige Spule fließenden Strom erzeugt wird.
  • Wenn der eine kreisförmige Wicklung 31 schneidende magnetische Fluss sich in 3 ändert, ist die in Wicklung 31 erzeugte Spannung durch das folgende Faradaysche Gesetz definiert.
    Figure 00180001
  • Die in der Sekundärwicklung durch das durch den Hauptstromkreis-Strom verursachte äußere Magnetfeld erzeugte Spannung VT wird durch die folgende Formel (3) unter Verwendung der Formel (1) ausgedrückt. Die in der Sekundärwicklung durch das durch den durch die Primärwicklung eines Trenntransformators fließenden Strom (Signalstrom) verursachte Signal-Magnetfeld erzeugte Spannung VN wird durch die folgende Formel (2) ausgedrückt.
    Figure 00180002
  • Durch Ändern, mittels der Übertragerkonstruktion, der Schnittfläche SR der Sekundärwicklung und des durch die Sekundärwicklung definierten magnetischen Flusses und der durch den Signalstrom verursachten magnetischen Flussdichte BT wird dafür gesorgt, dass die Beziehung VT>>VN gilt. Da die durch den Signalstrom verursachte magnetische Flussdichte BT proportional zum Wert des Signalstroms und zur Windungszahl der Wicklung ist, kann die magnetische Flussdichte BT durch die Übertragerkonstruktion geändert werden.
  • Wenn man zur Vereinfachung annimmt, dass der Vektor des durch den Hauptstromkreis-Strom verursachten Magnetfelds und der Normalenvektor der durch den Kreis der Sekundärwicklung gebildeten Fläche miteinander übereinstimmen, ist die Schnittfläche SR der Sekundärwicklung und des durch die Sekundärwicklung definierten magnetischen Flusses die durch die Sekundärwicklung gebildete Fläche. Die in der Mitte der Sekundärwicklung durch den durch die Primärwicklung fließenden Kreisstrom verursachte magnetische Flussdichte BT wird durch die folgenden Formeln (4) ausgedrückt. BT = (μ0/2r)·IT, r = (a2 + z2)1/2 (4)
  • Hier ist r der Abstand zwischen der bestimmten Position auf der Primärwicklung und dem Beobachtungspunkt, a der Radius der Primärwicklung an der bestimmten Position darauf und z die Höhe zwischen der bestimmten Position auf der Primärwicklung und dem Beobachtungspunkt.
  • Wenn das durch den Hauptstromkreis-Strom verursachte äußere Magnetfeld gleichförmig ist und die Beziehung a>z aufrechterhalten wird, ist die durch das durch den Hauptstromkreis-Strom verursachte äußere Magnetfeld erzeugte Spannung VN proportional zu SR = πa2 und ist die in der Sekundärwicklung durch das durch den Hauptstromkreis-Strom verursachte äußere Magnetfeld erzeugte Spannung VT annähernd proportional zu SR/a. Folglich ist der Störabstand, das heißt 20log10(VT/VN), größer, wenn der Wicklungsdurchmesser von Wicklung 31 so weit wie möglich verringert wird. Da der Wicklungsdurchmesser des durch Mikrobearbeitungsverfahren gebildeten Trenntransformators kleiner als der Wicklungsdurchmesser des aus Kupferdraht gewickelten Transformators ausfällt, wird der Störabstand eines Trenntransformators durch Bilden des Trenntransformators durch Mikrobearbeitungsverfahren verbessert.
  • 4(a) bis 4(l) und 5(a) bis 5(h) sind Schnittansichten, welche das Herstellungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zur Herstellung eines Trenntransformators beschreiben.
  • Wie in 4(a) gezeigt, wird eine Durchführungsdiffusion 52 zum Herausführen eines Primärspulenmusters 55a aus dessen Mitte in einem Halbleitersubstrat 51 durch selektives Implantieren von As, P, B und derartigen Störstellen in das Halbleitersubstrat 51 gebildet. Der Werkstoff für das Halbleitersubstrat 51 wird aus Si, Ge, SiGe, SiC, SiSn, PbS, GaAs, InP, GaP, GaN und ZnSe gewählt.
  • Wie in 4(b) gezeigt, wird auf dem Halbleitersubstrat 51, in welchem die Durchführungsdiffusion 52 gebildet ist, durch das Plasma-CVD-Verfahren und derartige Verfahren eine Isolatorschicht 53 gebildet. Zum Beispiel kann ein Siliziumoxidfilm oder ein Siliziumnitridfilm als Isolatorschicht 53 verwendet werden.
  • Wie in 4(c) gezeigt, wird auf der Isolatorschicht 53 ein Abdeckmuster 54, in welchem, entsprechend dem Durchführungsanschluss zum Herausführen des Primärspulenmusters 55a aus dessen Mitte, eine Öffnung 54a gebildet ist, durch photolithographische Verfahren gebildet.
  • Wie in 4(d) gezeigt, wird in der Isolatorschicht 53 durch Ätzen der Isolatorschicht 53 unter Verwendung des Abdeckmusters 54 mit der darin gebildeten Öffnung 54a als Maske eine dem Durchführungsanschluss zum Herausführen des Primärspulenmusters 55a aus dessen Mitte entsprechende Öffnung 53a gebildet.
  • Wie in 4(e) gezeigt, wird das Abdeckmuster 54 mit einem Reagens von der Isolatorschicht 53 abgelöst.
  • Wie in 4(f) gezeigt, wird auf der Isolatorschicht 53 durch Sputtern, Bedampfen und derartige Verfahren ein elektrisch leitender Film 55 gebildet. Al, Cu und derartige Metalle werden als Werkstoff des elektrisch leitenden Films 55 verwendet.
  • Wie in 4(g) gezeigt, wird durch photolithographische Verfahren ein dem Primärspulenmuster 55a entsprechendes Abdeckmuster 56 gebildet.
  • Wie in 4(h) gezeigt, wird auf der Isolatorschicht 53 durch Ätzen des elektrisch leitenden Films 55 unter Verwendung des Abdeckmusters 56 als Maske das Primärspulenmuster 55a gebildet.
  • Wie in 4(i) gezeigt, wird das Abdeckmuster 56 mit einem Reagens vom Primärspulenmuster 55a abgelöst.
  • Wie in 4(j) gezeigt, wird durch das Plasma-CVD-Verfahren und derartige Verfahren auf der Isolatorschicht 53, auf welcher das Primärspulenmuster 55a gebildet ist, ein Glättungsfilm 57 gebildet. Ein Siliziumoxidfilm oder ein Siliziumnitridfilm kann als Glättungsfilm 57 verwendet werden.
  • Wie in 4(k) gezeigt, wird der Glättungsfilm 57 durch schräges Ätzen, chemisch-mechanisches Polieren (im folgenden als "CMP" bezeichnet) und derartige Verfahren geglättet, um Unebenheiten von der Oberfläche des Glättungsfilms 57 zu entfernen.
  • Wie in 4(l) gezeigt, wird auf dem Glättungsfilm 57 durch photolithographische Verfahren ein Abdeckmuster 58 mit einer entsprechend dem Durchführungsanschluss zum Herausführen des äußeren Endes des Primärspulenmusters 55a darin gebildeten Öffnung 58a gebildet.
  • Wie in 5(a) gezeigt, wird im Glättungsfilm 57 durch Ätzen des Glättungsfilms 57 unter Verwendung des Abdeckmusters 58 mit der darin gebildeten Öffnung 58a als Maske eine dem Durchführungsanschluss zum Herausführen des äußeren Endes eines Sekundärspulenmusters 60a entsprechende Öffnung 57a gebildet.
  • Wie in 5(b) gezeigt, wird das Abdeckmuster 58 mit einem Reagens vom Glättungsfilm 57 abgelöst.
  • Wie in 5(c) gezeigt, wird eine Isolationsschicht 59 zum Isolieren des Primärspulenmusters 55a und des Sekundärspulenmusters 60a voneinander auf dem Glättungsfilm 57 gebildet. Zum Beispiel wird die Isolationsschicht 59 durch Aufbringen einer Polyimidschicht auf den Glättungsfilm 57 gebildet.
  • Wie in 5(d) gezeigt, wird ein elektrisch leitender Film 60 durch Sputtern, Bedampfen und derartige Verfahren auf der Isolationsschicht 59 gebildet. Al, Cu und derartige Metalle werden als Werkstoff des elektrisch leitenden Films 60 verwendet.
  • Wie in 5(e) gezeigt, wird ein dem Sekundärspulenmuster 60a entsprechendes Abdeckmuster 61 durch photolithographische Verfahren gebildet.
  • Wie in 5(f) gezeigt, wird das Sekundärspulenmuster 60a durch Ätzen des elektrisch leitenden Films 60 unter Verwendung des Abdeckmusters 61 als Maske auf der Isolationsschicht 59 gebildet.
  • Wie in 5(g) gezeigt, wird das Abdeckmuster 61 mit einem Reagens vom Sekundärspulenmuster 60a abgelöst.
  • Wie in 5(h) gezeigt, wird ein Schutzfilm 62 durch das Plasma-CVD-Verfahren und derartige Verfahren auf der Isolationsschicht 59, auf welcher Sekundärspulenmuster 60a gebildet ist, gebildet. Ein Siliziumoxidfilm oder ein Siliziumnitridfilm kann als Schutzfilm 62 verwendet werden. Dann werden mittels photolithographischer Verfahren und Ätzverfahren der End- und der Mittelabschnitt des Sekundärspulenmusters 60a durch den musterbildenden Schutzfilm 62 freigelegt.
  • Da es möglich ist, Sekundärspulenmuster 60a durch Mikrobearbeitungsverfahren auf Primärspulenmuster 55a zu schichten, werden die Wicklungsdurchmesser von Primärspulenmuster 55a und Sekundärspulenmuster 60a verringert und wird auch der Abstand zwischen Primärspulenmuster 55a und Sekundärspulenmuster 60a verringert.
  • 6 ist eine Schnittansicht, welche den montierten Zustand eines intelligenten Leistungsmoduls für den Aufwärts- und Abwärts-Umsetzer gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • Wie in 6 gezeigt, sind ein IGBT-Chip 73a und ein FWD-Chip 73b auf einer Kupfer-Grundplatte 71 zur Wärmeableitung, auf welcher sich ein Keramiksubstrat 72 zur Isolierung befindet, montiert. IGBT-Chip 73a und FWD-Chip 73b sind miteinander und mit einer Hauptklemme 77 verbunden, um den Hauptstromkreis-Strom über Kontaktierungsdrähte 74a bis 74c herauszuführen. Eine Leiterplatte 75 zum Ansteuern des Gate-Anschlusses des IGBT und zum Überwachen des IGBT ist über IGBT-Chip 73a und FWD-Chip 73b angeordnet. IGBT-Chip 73a, FWD-Chip 73b und Leiterplatte 75 sind mit einem Pressharz 76 vergossen. IGBT-Chip 73a und FWD-Chip 73b bilden Schalteinrichtungen, welche einen Strom zur Last fließen lassen und den zur Last fließenden Strom unterbrechen, so dass die Schalteinrichtungen für den oberen und den unteren Zweig miteinander in Reihe geschaltet sind. Eine Steuerschaltung, welche den leitenden Zustand und den nichtleitenden Zustand der Schalteinrichtungen bestimmende Steuersignale erzeugt, ist auf Leiterplatte 75 vorgesehen.
  • Obwohl der Hauptstromkreis-Strom nicht nur zur Hauptklemme 77, sondern auch durch die die Hauptklemme 77 mit IGBT-Chip 73a und FWD-Chip 73b verbindenden Kontaktierungsdrähte 74a bis 74c fließt, hat das durch den durch die Kontaktierungsdrähte 74a bis 74c fließenden Hauptstromkreis-Strom erzeugte Magnetfeld einen hohen Einfluss, da die Kontaktierungsdrähte 74a bis 74c in nächster Nähe zur Leiterplatte 75 angeordnet sind. Beim normalen Fahren beträgt der Hauptstromkreis-Strom höchstens etwa 250 A. Manchmal, zum Beispiel beim Anfahren oder unter Last nach Durchdrehen, fließt ein Hauptstromkreis-Strom von 900 A oder mehr.
  • Luftkern-Trenntransformator sind zwischen die an Masse, das heißt an die Fahrzeugkarosserie gelegte Steuerschaltung und den oberen und den unteren Zweig, welche unter einer hohen Vorspannung stehen, geschaltet. Mittels der Luftkern-Trenntransformator sendet die Steuerschaltung Signale an den oberen und unteren Zweig und empfängt sie Signale vom oberen und vom unteren Zweig, während die Steuerschaltung durch die Luftkern-Trenntransformator vom oberen und vom unteren Zweig elektrisch isoliert ist.
  • Durch Bilden der Luftkern-Trenntransformator durch Mikrobearbeitungsverfahren ist es möglich, die Wicklungsdurchmesser der Primär- und Sekundärwicklungen zu verringern. Deshalb ist es möglich, den Signalpegel der Ausgangsspannung aus der Sekundärwicklung, das heißt der Empfängerseite des Luftkern-Trenntransformators, so einzustellen, dass er viel höher als der durch einen durch die IGBT-Chip 73a, FWD-Chip 73b und Hauptklemme 77 verbindenden Kontaktierungsdrähte 74a bis 74c fließenden Hauptstromkreis-Strom verursachte Störpegel ist, selbst wenn der Hauptstromkreis- Strom hoch ist. Deshalb ist es möglich, Signale zu liefern, ohne jeglichen Funktionsausfall zu verursachen, selbst wenn Luftkern-Trenntransformator verwendet werden.
  • Die Wicklungsleiter-Querschnittsfläche des durch Mikrobearbeitungsverfahren gebildeten Trenntransformators ist kleiner als die Wicklungsleiter-Querschnittsfläche des aus Kupferdraht gewickelten Transformators. Der zulässige Gleichstrom des durch Mikrobearbeitungsverfahren gebildeten Trenntransformators ist viel kleiner als der zulässige Gleichstrom des aus Kupferdraht gewickelten Transformators. Der zulässige Gleichstrom ist durch die Joulesche Wärme, verursacht durch die verbrauchte elektrische Leistung, verursacht durch den durch den Widerstand des Wicklungsleiters fließenden Strom, definiert. Deshalb ist es, wenn der durch Mikrobearbeitung gebildete Luftkern-Trenntransformator verwendet wird, möglich, den mittleren Strom so einzustellen, dass er kleiner als der zulässige Gleichstrom ist, indem man die Zeitspanne, für welche ein Strom durch den Trenntransformator fließen gelassen wird, verkürzt und für die verkürzte Zeitspanne einen hohen Strom fließen lässt.
  • 7 ist ein Blockschaltbild einer Signalübertragungsschaltung, welche einen Trenntransformator zur Signalübertragung gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung verwendet.
  • Wie in 7 gezeigt, wird ein Steuersignal S1 in die erste Eingangsklemme einer Exklusiv-ODER-Schaltung 102 über ein Verzögerungsglied 101 und in die zweite Eingangsklemme der Exklusiv-ODER-Schaltung 102 direkt eingegeben. Der Ausgang aus Exklusiv-ODER-Schaltung 102 wird in die erste Eingangsklemme einer NICHT-UND-Schaltung 104 und das Steuersignal S1 in die zweite Eingangsklemme der NICHT-UND-Schaltung 104 direkt eingegeben. Der Ausgang aus Exklusiv-ODER-Schaltung 102 wird in die erste Eingangsklemme einer UND-Schaltung 105 und das Steuersignal S1 über einen Inverter 103 in die zweite Eingangsklemme der UND-Schaltung 105 eingegeben.
  • Ein p-Kanal-Feldeffekttransistor 108 und ein n-Kanal-Feldeffekttransistor 109 sind miteinander in Reihe geschaltet. Der Source-Anschluss von p-Kanal-Feldeffekttransistor 108 ist mit einer Versorgungsspannung Vcc1 verbunden, und der Source-Anschluss von n-Kanal-Feldeffekttransistor 109 ist mit Masse verbunden. Der Ausgang aus NICHT-UND-Schaltung 104 ist mit dem Gate-Anschluss von p-Kanal-Feldeffekttransistor 108 und der Ausgang aus UND-Schaltung 105 ist mit dem Gate-Anschluss von n-Kanal-Feldeffekttransistor 109 verbunden. Das erste Ende der Primärwicklung in einem Trenntransformator 110 ist über einen Widerstand 106 auf der halben Versorgungsspannung Vcc1 fixiert, und das zweite Ende der Primärwicklung in Trenntransformator 110 ist mit dem Verbindungspunkt von p-Kanal-Feldeffekttransistor 108 und n-Kanal-Feldeffekttransistor 109 verbunden. Das erste Ende der Sekundärwicklung in Trenntransformator 110 ist auf der halben Versorgungsspannung Vcc2 fixiert. Das erste und das zweite Ende der Sekundärwicklung in Trenntransformator 110 sind über einen Widerstand 111 miteinander verbunden. Das erste Ende eines Widerstand 112 ist mit der Versorgungsspannung Vcc2 verbunden. Die Widerstände 112 bis 114 sind so in Reihe geschaltet, dass das Potential am Verbindungspunkt der Widerstände 112 und 113 Vcc2/2 + α sein kann und das Potential am Verbindungspunkt der Widerstände 113 und 114 Vcc2/2 – α sein kann.
  • Die nicht-invertierende Eingangsklemme eines Vergleichers 115 ist auf dem Potential von Vcc2/2 + α fixiert, und die invertierende Eingangsklemme des Vergleichers 115 ist mit dem zweiten Ende der Sekundärwicklung in Trenntransformator 110 verbunden. Der Ausgang aus Vergleicher 115 ist mit der Setzklemme eines Flipflop 117 verbunden. Die nicht-invertierende Eingangsklemme eines Vergleichers 116 ist auf dem Potential von Vcc2/2 – α fixiert. Die invertierende Eingangsklemme des Vergleichers 116 ist mit dem zweiten Ende der Sekundärwicklung in Trenntransformator 110 und der Ausgang aus Vergleicher 116 ist mit der Rücksetzklemme von Flipflop 117 verbunden.
  • Das Steuersignal S1, welches den leitenden Zustand und den nichtleitenden Zustand der in 1 gezeigten Schalteinrichtungen SWD und SWU bestimmt, und das durch Verzögern des Steuersignals S1 mit Verzögerungsglied 101 gewonnene Signal werden in Exklusiv-ODER-Schaltung 102 eingegeben. Durch Berechnen des Exklusiv-ODER-Werts der Eingänge in Exklusiv-ODER-Schaltung 102 werden ein mit der Anstiegsflanke von Steuersignal S1 von "0" auf "1" synchronisiertes Flankensignal S2 und ein mit der Abfallflanke von Steuersignal S1 von "1" auf "0" synchronisiertes Flankensignal S2' abgeleitet. Die Flankensignale S2 und S2' werden in NICHT-UND-Schaltung 104 und UND-Schaltung 105 eingegeben. Ein Anstiegsflankenimpuls S3 wird durch Berechnen des NICHT-UND-Werts der Flankensignale S2, S2' und des Steuersignals S1 in NICHT-UND-Schaltung 104 erzeugt. Ein Abfallflankenimpuls S4 wird durch Berechnen des UND-Werts der Flankensignale S2, S2' und des invertierten Signals von Steuersignal S1 in UND-Schaltung 105 erzeugt.
  • Der in NICHT-UND-Schaltung 104 erzeugte Anstiegsflankenimpuls S3 wird in den Gate-Anschluss von p-Kanal-Feldeffekttransistor 108 eingegeben. Bei der Anstiegsflanke von Steuersignal S1 lässt p-Kanal-Feldeffekttransistor 108 einen Impulsstrom aus der Stromversorgung in die Primärwicklung von Trenntransformator 110 fließen. Der in UND-Schaltung 105 erzeugte Abfallflankenimpuls S4 wird in den Gate-Anschluss von n-Kanal-Feldeffekttransistor 109 eingegeben. Bei der Abfallflanke von Steuersignal S1 lässt n-Kanal-Feldeffekttransistor 109 einen Impulsstrom aus der Primärwicklung von Trenntransformator 110 zur Masse fließen.
  • Da die Fließrichtung des durch die Primärwicklung von Trenntransformator 110 fließenden Stroms sich als Reaktion auf Anstieg und Abfall des Steuersignals S1 ändert, ändert sich die Richtung des auf der Seite der Primärwicklung erzeugten magnetischen Flusses, und deshalb ändert sich auch die Richtung der auf der Seite der Sekundärwicklung, welche als Empfänger arbeitet, erzeugten elektromotorischen Kraft. So ist es möglich, Anstieg und Abfall des Steuersignals S1 zu unterscheiden.
  • Im einzelnen ist die erste Klemme der Sekundärwicklung in Trenntransformator 110 auf der halben Versorgungsspannung Vcc2 fixiert. Die Spannung an der zweiten Klemme der Sekundärwicklung ändert sich bei der Anstiegsflanke von Steuersignal S1 von ihrem mittleren Wert, das heißt der halben Versorgungsspannung Vcc2, ausgehend in positiver Richtung und bei der Abfallflanke von Steuersignal S1 von ihrem mittleren Wert ausgehend in negativer Richtung. Der Ausgang aus der Sekundärwicklung wird an den Vergleicher 115, dessen Schwelle auf Vcc2/2 + α eingestellt ist, und an den Vergleicher 116, dessen Schwelle auf Vcc2/2 – α eingestellt ist, geleitet. Hier ist α vorzugsweise hoch genug eingestellt, um keine Funktionsausfälle durch Störungen zu verursachen.
  • Bei der Anstiegsflanke von Steuersignal S1 wird, als Reaktion auf die Änderung der Sekundärwicklungs-Klemmenspannung in positiver Richtung, ein Impuls S5 aus Vergleicher 115 ausgegeben. Bei der Abfallflanke von Steuersignal S1 wird, als Reaktion auf die Änderung der Sekundärwicklungs-Klemmenspannung in negativer Richtung, ein Impuls S6 aus Vergleicher 116 ausgegeben. Indem Impulse S5 und S6 in RS-Flipflop 117 eingegeben werden, wird RS-Flipflop 117 durch Impuls S5 aus Vergleicher 115 gesetzt, wird RS-Flipflop 117 durch Impuls S6 aus Vergleicher 116 rückgesetzt und wird auf der Empfängerseite ein das Steuersignal S1 auf der Senderseite wiederherstellendes Steuersignal S7 erzeugt.
  • Obwohl die vierte Ausführungsform oben in Verbindung mit der Übertragung des Steuersignals zum Steuern einer Schalteinrichtung beschrieben wurde, ist der Gegenstand der vierten Ausführungsform auf die Übertragung eines die Zustände der Schalteinrichtung angebenden Binärsignals anwendbar.
  • 8 ist ein Blockschaltbild einer Signalübertragungsschaltung, welche einen Trenntransformator zur Signalübertragung gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung verwendet.
  • Wie in 8 gezeigt, wird ein Steuersignal S11 in die erste Eingangsklemme einer Exklusiv-ODER-Schaltung 202 über ein Verzögerungsglied 201 und in die zweite Eingangsklemme der Exklusiv-ODER-Schaltung 202 direkt eingegeben. Der Ausgang aus Exklusiv-ODER-Schaltung 202 wird in die erste Eingangsklemme einer UND-Schaltung 204 und das Steuersignal S11 in die zweite Eingangsklemme der UND-Schaltung 204 direkt eingegeben. Der Ausgang aus Exklusiv-ODER-Schaltung 202 wird in die erste Eingangsklemme einer UND-Schaltung 205 und das Steuersignal S11 über einen Inverter 203 in die zweite Eingangsklemme der UND-Schaltung 205 eingegeben.
  • Der Drain-Anschluss eines n-Kanal-Feldeffekttransistors 207 ist über einen Widerstand 206 mit dem ersten Ende der Primärwicklung in einem Trenntransformator 210 und der Drain-Anschluss eines n-Kanal-Feldeffekttransistors 209 ist über einen Widerstand 208 mit dem ersten Ende der Primärwicklung in Trenntransformator 210 verbunden. Wenn die Widerstandswerte der Widerstände 206 und 208 so ausgewählt werden, dass sie voneinander verschieden sind, kann der beim Einschalten der n-Kanal-Feldeffekttransistoren 207 und 209 durch die Primärwicklung von Trenntransformator 210 fließende Strom so eingestellt werden, dass er bei der Anstiegs- und der Abfallflanke von Steuersignal 11 verschieden ist. Der Ausgang aus UND-Schaltung 204 ist mit dem Gate-Anschluss von n-Kanal-Feldeffekttransistor 209 verbunden, und der Ausgang aus UND-Schaltung 205 ist mit dem Gate-Anschluss von n-Kanal-Feldeffekttransistor 207 verbunden. Das zweite Ende der Primärwicklung in Trenntransformator 210 ist auf der Versorgungsspannung Vcc1 fixiert. Das erste und das zweite Ende der Sekundärwicklung in Trenntransformator 210 sind über einen Widerstand 211 miteinander verbunden. Das erste Ende eines Widerstands 212 ist mit der Versorgungsspannung Vcc2 verbunden. Widerstände 212 bis 214 sind so in Reihe geschaltet, dass das Potential am Verbindungspunkt der Widerstände 212 und 213 Vth2 sein kann und das Potential am Verbindungspunkt der Widerstände 213 und 214 Vth1 sein kann.
  • Die nicht-invertierende Eingangsklemme eines Vergleichers 215 ist auf dem Potential von Vth1 fixiert. Die invertierende Eingangsklemme von Vergleicher 215 ist mit dem zweiten Ende der Sekundärwicklung in Trenntransformator 210 verbunden, und der Ausgang aus Vergleicher 215 ist mit der Setzklemme eines Flipflop 217 verbunden. Die nicht-invertierende Eingangsklemme eines Vergleichers 216 ist auf dem Potential von Vth2 fixiert. Die invertierende Eingangsklemme von Vergleicher 216 ist mit dem zweiten Ende der Sekundärwicklung in Trenntransformator 210 verbunden, und der Ausgang aus Vergleicher 216 ist mit der Rücksetzklemme von Flipflop 217 verbunden.
  • Das Steuersignal S11, welches den leitenden Zustand und den nichtleitenden Zustand der in 1 gezeigten Schalteinrichtungen SWU und SWD bestimmt, und das durch Verzögern des Steuersignals S11 in Verzögerungsglied 201 gewonnene Signal werden in Exklusiv-ODER-Schaltung 202 eingegeben. Durch Berechnen des Exklusiv-ODER-Werts der Eingänge in Exklusiv-ODER-Schaltung 202 werden ein mit der Anstiegsflanke des Steuersignals S11 von "0" auf "1" synchronisiertes Flankensignal S12 und ein mit der Abfallflanke des Steuersignals S11 von "1" auf "0" synchronisiertes Flankensignal S12' abgeleitet. Die Flankensignale S12 und S12' werden in UND-Schaltungen 204 und 205 eingegeben. Ein Anstiegsflankenimpuls S13 wird durch Berechnen des UND-Werts der Flankensignale S12, S12' und Steuersignal S11 in UND-Schaltung 204 erzeugt. Ein Abfallflankenimpuls S14 wird durch Berechnen des UND-Werts der Flankensignale S12, S12' und des invertierten Signals von Steuersignal S11 in UND-Schaltung 205 erzeugt.
  • Der in UND-Schaltung 204 erzeugte Anstiegsflankenimpuls S13 wird in den Gate-Anschluss von n-Kanal-Feldeffekttransistor 209 eingegeben, und der in UND-Schaltung 205 erzeugte Abfallflankenimpuls S14 wird in den Gate-Anschluss von n-Kanal-Feldeffekttransistor 207 eingegeben, so dass der Pegel des durch die Primärwicklung von Trenntransformator 110 fließenden Impulsstroms bei der Anstiegs- und der Abfallflanke von Steuersignal S11 unterschiedlich sein kann.
  • Da der Pegel des durch die Primärwicklung von Trenntransformator 110 fließenden Stroms sich als Reaktion auf Anstieg und Abfall des Steuersignals S11 ändert, ändert sich die Stärke des auf der Seite der Primärwicklung erzeugten magnetischen Flusses und ändert sich auch der Pegel der auf der Seite der Sekundärwicklung, welche als Empfänger arbeitet, erzeugten elektromotorischen Kraft. So ist es möglich, auf der Empfängerseite Anstieg und Abfall des Steuersignals S11 voneinander zu unterscheiden. Die auf der Seite der Sekundärwicklung erzeugte elektromotorische Kraft wird an Vergleicher 215, dessen Schwelle auf Vth1 eingestellt ist, und an Vergleicher 216, dessen Schwelle auf Vth2 eingestellt ist, geleitet.
  • Bei der Anstiegsflanke von Steuersignal S11 wird, als Reaktion auf die in der Klemmenspannung der Sekundärwicklung bewirkte Pegeländerung, ein Impuls S15 aus Vergleicher 215 ausgegeben. Bei der Abfallflanke von Steuersignal S11 wird, als Reaktion auf die in der Klemmenspannung der Sekundärwicklung bewirkte Pegeländerung, ein Impuls S16 aus Vergleicher 116 ausgegeben.
  • Indem Impulse S15 und S16 in RS-Flipflop 217 eingegeben werden, wird RS-Flipflop 217 durch Impuls S15 aus Vergleicher 215 gesetzt, wird RS-Flipflop 217 durch Impuls S16 aus Vergleicher 216 rückgesetzt und wird auf der Empfängerseite ein das Steuersignal S11 auf der Senderseite wiederherstellendes Steuersignal S17 erzeugt.
  • 9 ist ein Blockschaltbild einer Signalübertragungsschaltung, welche einen Trenntransformator zur Signalübertragung gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung verwendet.
  • Wie in 9 gezeigt, wird ein Steuersignal S21 in die erste Eingangsklemme einer Exklusiv-ODER-Schaltung 302 über ein Verzögerungsglied 301 und in die zweite Eingangsklemme der Exklusiv-ODER-Schaltung 302 direkt eingegeben. Der Ausgang aus Exklusiv-ODER-Schaltung 302 wird in die erste Eingangsklemme einer UND-Schaltung 304a und das Steuersignal S21 in die zweite Eingangsklemme der UND-Schaltung 304a direkt eingegeben. Der Ausgang aus Exklusiv-ODER-Schaltung 302 wird in die erste Eingangsklemme einer UND-Schaltung 304b und das Steuersignal S21 über einen Inverter 303 in die zweite Eingangsklemme der UND-Schaltung 304b eingegeben.
  • Der Ausgang aus UND-Schaltung 304a wird in einen Anstiegscode-Generator 305 und der Ausgang aus UND-Schaltung 304b in einen Abfallcode-Generator 306 eingegeben. Anstiegscode-Generator 305 und Abfallcode-Generator 306 sind in der Lage, einen Code zum Identifizieren eines aus UND-Schaltung 304a ausgegebenen Anstiegsflankenimpulses S23 beziehungsweise einen Code zum Identifizieren eines aus UND-Schaltung 304b ausgegebenen Abfallflankenimpulses S24 zu erzeugen. Zum Beispiel erzeugt Anstiegscode-Generator 305 einen Stromimpuls als Reaktion auf einen aus UND-Schaltung 304a ausgegebenen Anstiegsflankenimpuls S23 und erzeugt Abfallcode-Generator 306 drei Stromimpulse als Reaktion auf einen aus UND-Schaltung 304b ausgegebenen Abfallflankenimpuls S24.
  • Der Ausgang aus Anstiegscode-Generator 305 wird in die erste Eingangsklemme einer ODER-Schaltung 307 und der Ausgang aus Abfallcode-Generator 306 wird in die zweite Eingangsklemme der ODER-Schaltung 307 eingegeben.
  • Der Ausgang aus ODER-Schaltung 307 wird in den Gate-Anschluss eines n-Kanal-Feldeffekttransistors 308 eingegeben. Der Drain-Anschluss von n-Kanal-Feldeffekttransistor 308 ist über einen Widerstand 309 mit dem ersten Ende der Primärwicklung in einem Trenntransformator 310 verbunden.
  • Das zweite Ende der Primärwicklung in Trenntransformator 310 ist auf der Versorgungsspannung Vcc1 fixiert. Das erste und das zweite Ende der Sekundärwicklung in Trenntransformator 310 sind über einen Widerstand 311 miteinander verbunden. Das erste Ende eines Widerstands 312 ist mit der Versorgungsspannung Vcc2 verbunden. Widerstände 312 und 313 sind so in Reihe geschaltet, dass das Potential am Verbindungspunkt der Widerstände 312 und 313 Vth1 sein kann.
  • Die nicht-invertierende Eingangsklemme eines Vergleichers 314 ist auf dem Potential von Vth1 fixiert. Die invertierende Eingangsklemme von Vergleicher 314 ist mit dem zweiten Ende der Sekundärwicklung in Trenntransformator 310 verbunden. Der Ausgang aus Vergleicher 314 ist mit einer Anstiegscode-Identifiziereinrichtung 315 und einer Abstiegscode-Identifiziereinrichtung 316 verbunden. Der Ausgang aus Anstiegscode-Identifiziereinrichtung 315 ist mit der Setzklemme eines Flipflop 317 und der Ausgang aus Abstiegscode-Identifiziereinrichtung 316 ist mit der Rücksetzklemme des Flipflop 317 verbunden.
  • Das Steuersignal S21, welches den leitenden Zustand und den nichtleitenden Zustand der in 1 gezeigten Schalteinrichtungen SWU und SWD bestimmt, und das durch Verzögern des Steuersignals S21 in Verzögerungsglied 301 gewonnene Signal werden in Exklusiv-ODER-Schaltung 302 eingegeben. Durch Berechnen des Exklusiv-ODER-Werts der Eingänge in Exklusiv-ODER-Schaltung 302 werden ein mit der Anstiegsflanke von Steuersignal S21 von "0" auf "1" synchronisiertes Flankensignal S22 und ein mit der Abfallflanke von Steuersignal S21 von "1" auf "0" synchronisiertes Flankensignal S22' abgeleitet. Die Flankensignale S22 und S22' werden in UND-Schaltungen 304a und 304b eingegeben. Ein Anstiegsflankenimpuls S23 wird durch Berechnen des UND-Werts der Flankensignale S22, S22' und des Steuersignals S21 in UND-Schaltung 304a erzeugt. Ein Abfallflankenimpuls S24 wird durch Berechnen des UND-Werts der Flankensignale S22, S22' und des invertierten Signals von Steuersignal S11 in UND-Schaltung 304b erzeugt.
  • Der in UND-Schaltung 304a erzeugte Anstiegsflankenimpuls S23 wird in Anstiegscode-Generator 305 und der in UND-Schaltung 304b erzeugte Abfallflankenimpuls S24 wird in Abfallcode-Generator 306 eingegeben. Ein Impulsstrom S25 zur Identifizierung von Anstiegsflankenimpuls S23 wird in Anstiegscode-Generator 305 und ein Impulsstrom S26 zur Identifizierung von Abfallflankenimpuls S24 wird in Abfallcode-Generator 306 erzeugt, so dass die Anzahl von Impulsen im durch die Primärwicklung fließenden Impulsstrom bei der Anstiegs- und der Abfallflanke von Steuersignal S21 verschieden ist.
  • Durch Ändern der Anzahl von Impulsen im durch die Primärwicklung von Trenntransformator 310 fließenden Impulsstrom entsprechend der Anstiegs- und der Abfallflanke von Steuersignal S21 ändert sich die Anzahl von im auf der Seite der Primärwicklung erzeugten magnetischen Fluss verursachten Änderungen und ändert sich auch die Anzahl von in der auf der Seite der Sekundärwicklung, welche als Empfänger arbeitet, erzeugten elektromotorischen Kraft verursachten Änderungen. Deshalb ist es möglich, den Anstieg und den Abfall des Steuersignals S21 auf der Empfängerseite zu identifizieren. Die in der Sekundärwicklung erzeugte elektromotorische Kraft wird an Vergleicher 314 geleitet, dessen Schwelle auf Vth1 eingestellt ist.
  • Bei der Anstiegsflanke von Steuersignal S21 wird ein Impulssignal S27, welches die Anzahl von in der Klemmenspannung der Sekundärwicklung verursachten Änderungen angibt, ausgegeben. Bei der Abfallflanke von Steuersignal S21 wird ein Impulssignal S28, welches die Anzahl von in der Klemmenspannung der Sekundärwicklung verursachten Änderungen angibt, ausgegeben. Die Ausgänge aus der Sekundärwicklung, d.h. die Impulssignale S27 und S28, werden über Vergleicher 314, dessen Schwelle auf Vth1 eingestellt ist, an Anstiegscode-Identifiziereinrichtung 315 und Abstiegscode-Identifiziereinrichtung 316 geleitet.
  • Indem Impulssignal S27 über Vergleicher 314 in Anstiegscode-Identifiziereinrichtung 315 eingegeben wird, wird ein dem Anstiegsflankenimpuls S23 entsprechendes Impulssignal S29 wiederhergestellt. Indem Impulssignal S28 über Vergleicher 314 in Abstiegscode-Identifiziereinrichtung 316 eingegeben wird, wird ein dem Anstiegsflankenimpuls S24 entsprechendes Impulssignal S30 wiederhergestellt. Impulssignale S29 und S30 werden in RS-Flipflop 317 eingegeben.
  • Indem Impulssignale S29 und S30 in RS-Flipflop 317 eingegeben werden, wird RS-Flipflop 317 durch das Impulssignal S29 aus Anstiegscode-Identifiziereinrichtung 315 gesetzt und durch das Impulssignal S30 aus Abstiegscode-Identifiziereinrichtung 316 rückgesetzt. So wird auf der Empfängerseite ein Steuersignal S31, welches das Steuersignal S21 auf der Senderseite wiederherstellt, erzeugt.
  • 10 ist ein Blockschaltbild einer Signalübertragungsschaltung, welche Trenntransformator zur Signalübertragung gemäß der siebten Ausführungsform der Erfindung verwendet.
  • Wie in 10 gezeigt, sind Senderschaltungen 511a und 514a und Empfängerschaltungen 512a, 513a, 515a und 516a auf der Seite einer Steuerschaltung 401 vorgesehen. Auf der Seite eines oberen Zweigs 402 sind eine Empfängerschaltung 511c und Senderschaltungen 512c und 513c vorgesehen. Auf der Seite eines unteren Zweigs 403 sind eine Empfängerschaltung 514c und Senderschaltungen 515c und 516c vorgesehen.
  • Senderschaltung 511a und Empfängerschaltung 511c sind über einen Trenntransformator 511b miteinander verbunden. Empfängerschaltung 512a und Senderschaltung 512c sind über einen Trenntransformator 512b miteinander verbunden. Empfängerschaltung 513a und Senderschaltung 513c sind über einen Trenntransformator 513b miteinander verbunden. Senderschaltung 514a und Empfängerschaltung 514c sind über einen Trenntransformator 514b miteinander verbunden. Empfängerschaltung 515a und Senderschaltung 515c sind über einen Trenntransformator 515b miteinander verbunden. Empfängerschaltung 516a und Senderschaltung 516c sind über einen Trenntransformator 516b miteinander verbunden.
  • Trenntransformator 511b bis 516b sind durch Mikrobearbeitungsverfahren gebildet. Die auf den Seiten des oberen Zweigs 402 und des unteren Zweigs 403 installierten IGBTs und Leiterplatten sind in ein Modul eingebaut. In den Leiterplatten können, da es möglich ist, die Abmessungen der Signale übertragenden Trenntransformator 511b bis 516b, der Senderschaltungen 511a, 512c, 513c, 514a, 515c und 516c und der Empfängerschaltungen 511c, 512a, 513a, 514c, 515a und 516a zu verkleinern, mehrere Transformators-Sätze und die Schaltungen in ein IC-Gehäuse eingegliedert werden. Alternativ können die Schaltungen für den oberen Zweig 402 und/oder die Schaltungen für den unteren Zweig 403 in ein IC-Gehäuse eingegliedert werden.

Claims (14)

  1. Leistungselektronik-Anlage, enthaltend: ein Paar von Schalteinrichtungen, dergestalt miteinander in Reihe geschaltet, dass eine der Schalteinrichtungen für einen oberen Zweig arbeitet und die andere der Schalteinrichtungen für einen unteren Zweig arbeitet, wodurch sie einen Strom zu einer Last fließen lassen oder den zur Last fließenden Strom unterbrechen; eine Steuerschaltung, welche den leitenden Zustand und den nichtleitenden Zustand der Schalteinrichtungen bestimmende Steuersignale erzeugt; Treiberschaltungen, welche aufgrund der Steuersignale die Steuerklemmen der jeweiligen Schalteinrichtungen ansteuern; und einen oder mehrere entsprechend den Schalteinrichtungen angeordnete Trenntransformatoren, um dadurch die Steuerschaltung und die Treiberschaltungen voneinander zu isolieren, wobei jeder der Trenntransformatoren eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung enthält, welche einander gegenüberliegen.
  2. Leistungselektronik-Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärwicklung und die Sekundärwicklung zusammen mit einer dazwischengelegten Isolatorschicht übereinander geschichtet sind.
  3. Leistungselektronik-Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Trenntransformatoren durch Mikrobearbeitungsverfahren gebildet sind.
  4. Leistungselektronik-Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Trenntransformatoren Luftkerne haben.
  5. Leistungselektronik-Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Schalteinrichtungen einen IGBT enthält.
  6. Leistungselektronik-Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung eine Logikschaltung, eine zentrale Verarbeitungsschaltung oder eine Kombination aus einer Logikschaltung und einer zentralen Verarbeitungsschaltung enthält.
  7. Leistungselektronik-Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen der Steuerschaltung und den Schalteinrichtungen übertragenen Signale Steuersignale zum Steuern der jeweiligen Schalteinrichtungen und die Zustände der jeweiligen Schalteinrichtungen angebende Zustandssignale enthalten.
  8. Leistungselektronik-Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik-Anlage ferner auf der Seite der Schalteinrichtungen angeordnete Selbstdiagnoseschaltungen enthält, welche Selbstdiagnoseschaltungen die Zustandssignale der jeweiligen Schalteinrichtungen erzeugen, und die Steuerschaltung, als Reaktion auf die Zustandssignale der jeweiligen Schalteinrichtungen, die Steuersignale stoppt oder die Frequenz der Steuersignale ändert.
  9. Leistungselektronik-Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, enthaltend: ein Modul, enthaltend eine Leiterplatte, auf welcher der oder die Trenntransformatoren befestigt sind, und die darauf angeordneten Schalteinrichtungen.
  10. Leistungselektronik-Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Trenntransformatoren an einem Gehäuse befestigt sind.
  11. Leistungselektronik-Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Trenntransformatoren, die die Signale für den oberen Zweig übertragen, und Trenntransformatoren, die die Signale für den unteren Zweig übertragen an einem Gehäuse befestigt sind.
  12. Leistungselektronik-Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner enthaltend: eine primärseitige Schaltung, welche einen Impulsstrom durch die Primärwicklung eines jeweiligen Trenntransformators fließen lässt, wobei der Impulsstrom der Anstiegs- und der Abfallflanke des über den jeweiligen Trenntransformator übertragenen gesendeten Signals entspricht, und eine sekundärseitige Schaltung, welche das gesendete Signal auf der Grundlage des Pegels des in der Sekundärwicklung des jeweiligen Trenntransformators erzeugten Spannungsimpulses wiederherstellt.
  13. Leistungselektronik-Anlage gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 11, ferner enthaltend: eine primärseitige Schaltung, welche einen Impulsstrom durch die Primärwicklung eines jeweiligen Trenntransformators fließen lässt, wobei der Pegel des Impulsstroms, der Anstiegs- und der Abfallflanke des über den jeweiligen Trenntransformator übertragenen gesendeten Signals entsprechend, verschieden ist, und eine sekundärseitige Schaltung, welche das gesendete Signal auf der Grundlage des Pegels des in der Sekundärwicklung des jeweiligen Trenntransformators erzeugten Spannungsimpulses wiederherstellt.
  14. Leistungselektronik-Anlage gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 11, ferner enthaltend: eine primärseitige Schaltung, welche einen Impulsstrom durch die Primärwicklung eines jeweiligen Trenntransformators fließen lässt, wobei die Anzahl der Impulse im Impulsstrom, der Anstiegs- und der Abfallflanke des über den jeweiligen Trenntransformator übertragenen gesendeten Signals entsprechend, verschieden ist, und eine sekundärseitige Schaltung, welche das gesendete Signal auf der Grundlage der in der Sekundärwicklung des jeweiligen Trenntransformators erzeugten Spannungsimpulsfolge wiederherstellt.
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