DE102009020126A1

DE102009020126A1 - Elektrische Einrichtung mit einem IGBT

Info

Publication number: DE102009020126A1
Application number: DE200910020126
Authority: DE
Inventors: Frank Roeder
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-05-06
Filing date: 2009-05-06
Publication date: 2010-11-18

Abstract

Erfindungsgemäß wird eine elektrische Einrichtung mit mindestens einem IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) (V1, V2, V3, V4, V5, V6) vorgeschlagen, dessen Gate über ein einen Gate-Vorwiderstand bildendes Widerstandsnetzwerk mit einem zur Ansteuerung des IGBT (V1, V2, V3, V4, V5, V6) dienenden Treiber (1) verbunden ist, der zum Ein- und Ausschalten des IGBT (V1, V2, V3, V4, V5, V6) das jeweilige Schaltsignal High- oder Low-Pegel vorgibt. Der wirksame Widerstandswert des Widerstandsnetzwerks (R1, R2) ist für das Ausschaltsignal größer als für das Einschaltsignal.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Einrichtung mit mindestens einem IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), dessen Gate über ein einen Gate-Vorwiderstand bildendes Widerstandsnetzwerk mit einem zur Ansteuerung des IGBT dienenden Treiber verbunden ist, der zum Ein- und Ausschalten des IGBT das jeweilige Schaltsignal High- oder Low-Pegel vorgibt.
Derartige elektrische Einrichtungen sind z. B. Antriebe, bei denen ein Motor durch einen mit IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) aufgebauten Umrichter angesteuert und gespeist wird. Die Antriebseinrichtung kann insbesondere mit einem Linearmotor ausgestattet sein. In bekannter Weise werden dabei die IGBTs jeweils mit einer eigenen Ansteuerelektronik betrieben, die einen Treiber aufweist, der zum Ein- und Ausschalten des nachgeschalteten IGBT das jeweilige Schaltsignal High- oder Low-Pegel vorgibt. Ein den Gate-Vorwiderstand bildendes Widerstandsnetzwerk ist zwischen den Treiber und das Gate des jeweiligen IGBT geschaltet. Der wirksame Widerstandswert des Widerstandsnetzwerks ist dabei für das vom Treiber bereitgestellte Ausschaltsignal kleiner als für das Einschaltsignal. Dies hat ein schnelles Ausschaltverhalten des IGBT bei einem niedrigen Widerstandswert und ein langsames Einschaltverhalten bei einem vergleichsweise hohen Widerstandswert zur Folge. In Verbindung mit dem schnellen Ausschalten kann es aufgrund von Störsignalen zu einem unerwünschten Ausschaltverhalten der IGBTs kommen. Z. B. kann bei einem Zweiachsantrieb durch Verwendung gemeinsamer Schaltungsteile für beide Achsen eine gegenseitige störende Beeinflussung zwischen den Achsen stattfinden, die die Positioniergenauigkeit eines Linearantriebs mit Luftlagerung negativ beeinflusst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Einrichtung der oben genannten Art vorzuschlagen, bei der ei nerseits das Ausschaltverhalten des IGBT beispielsweise aufgrund von Störsignalen nahezu unbeeinflusst ist und andererseits ein schnelles Einschaltverhalten erreichbar ist.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform besteht, wenn gemäß Anspruch 2 das Widerstandsnetzwerk eine Parallelschaltung von zwei Widerständen aufweist, wobei zu einem der Widerstände eine Diode in Reihe liegt, die derart gepolt ist, dass sie für das Ausschaltsignal sperrt und für das Einschaltsignal leitend ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn gemäß Anspruch 3 die elektrische Einrichtung durch einen Gleich- und/oder Wechselrichter gekennzeichnet ist, wobei die IGBT Bestandteile des Gleich- und/oder Wechselrichters sind.
Eine weitere sehr vorteilhafte Ausführungsform besteht nach Anspruch 4 und 5, wenn der Wechselrichter an einen Motor angeschlossen ist und dieser als Linearmotor ausgeführt ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine elektrische Einrichtung mit einem mit IGBT aufgebauten Wechselrichter und einem daran angeschlossenen Motor nach dem Stand der Technik,
2 eine erfindungsgemäße elektrische Einrichtung mit einem langsam ausschaltenden IGBT und
3 das Schaltverhalten von zwei IGBT eines Brückenzweigs.
In 1 ist eine elektrische Einrichtung mit einem mit sechs IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) V1, V2, V3, V4, V5 und V6 aufgebauten Wechselrichter WR und einem daran angeschlos senen Motor M dargestellt, der z. B. als Linearmotor ausgeführt sein kann. Die IGBT V1, V2, V3, V4, V5 und V6 werden jeweils von einer hier nicht dargestellten Beschaltungselektronik angesteuert, die die Gate-Spannung und eine zugehörige Bezugsspannung für den zugehörigen IGBT zur Verfügung stellen, wie es für den linken Zweig mit den beiden IGBTs V1 und V2 beispielhaft in 1 dargestellt ist. Dabei ist GUo die Gate-Spannung für V1 und GUu die Gate-Spannung für V2. Uo und Uu sind die Bezugsspannungen für die beiden IGBTs V1 und V2.
Die IGBTs erhalten jeweils von einem Treiber der zugehörigen Beschaltungselektronik ein Schaltsignal mit einem High- oder Low-Pegel, das zum Ein- bzw. Ausschalten des nachgeschalteten IGBT dient. Ein den Gate-Vorwiderstand bildendes Widerstandsnetzwerk ist zwischen dem Treiber 1 und das Gate G des jeweiligen IGBT geschaltet wie es 2 z. B. für den IGBT V1 zeigt.
In Verbindung mit einem schnellen Ausschalten kann es aufgrund von Störsignalen zu einem unerwünschten Ausschaltverhalten der IGBTs kommen. Bei einem Zweiachsantrieb, zum Beispiel einem Linearantrieb mit Luftlagerung, kann durch Verwendung gemeinsamer Schaltungsteile für beide Achsen eine gegenseitige, störende Beeinflussung zwischen den Achsen stattfinden, die die Positioniergenauigkeit des Linearantriebs negativ beeinflusst.
Durch langsames Ausschalten der IGBT kann der negative Einfluss nahezu vermieden werden, wozu der Gate-Vorwiderstand vergrößert wird, was zu einer längeren Ausschaltverzögerungszeit des IGBT führt. Um andererseits ein schnelles Einschalten des IGBT zu erreichen, muss der Gate-Vorwiderstand hierfür vergleichsweise klein sein, da dies eine kurze Einschaltverzögerungszeit des IGBT zur Folge hat.
Dies lässt sich mit dem Widerstandsnetzwerk gemäß 2 erreichen, dessen wirksamer Widerstandswert für das vom Treiber 1 bereitgestellte Ausschaltsignal Low-Pegel kleiner als für das Einschaltsignal High-Pegel ist. Das Widerstandsnetzwerk weist zwei parallel geschaltete Widerstände R1, R2 auf, wobei zum Widerstand R1 eine Diode D in Reihe liegt, die derart gepolt ist, dass sie für das Ausschaltsignal Low-Pegel sperrt und für das Einschaltsignal High-Pegel leitend ist.
Das sich hiermit ergebende Schaltverhalten ist beispielsweise für die in einem Brückenzweig des Wechselrichters WR gemäß 1 liegenden IGBT V1 und V2 in 3 dargestellt. Die nicht dargestellte Beschaltungselektronik des IGBT V1 erhält ein Schaltsignal tV1 zum Ausschalten des IGBT V1. Die Verzögerung, beginnend mit dem Schaltsignal tV1 bis zum Beginn der Schaltflanke des IGBT V1, hier schraffiert gezeichnet, setzt sich einerseits aus der Verzögerungszeit innerhalb der Beschaltungselektronik bis das bearbeitete Schaltsignal am Gate des IGBT V1 anliegt und andererseits aus der Ausschaltverzögerungszeit des IGBT V1 zusammen. Die Ausschaltverzögerungszeit des IGBT V1, in 3 durch den nicht schraffierten Bereich dargestellt, ist hier aufgrund des gewählten großen Gate-Vorwiderstands entsprechend lang. Der Ausschaltverzögerungszeit schließt sich die schraffiert dargestellte Ausschaltflanke an.
Wie in 3 dargestellt, darf die Einschaltflanke des IGBT V2 erst nach dem Ende der Ausschaltflanke des IGBT V1 beginnen. Das Schaltsignal tv2 zum Einschalten am Gate des IGBT V2 darf bereits während der Ausschaltflanke des IGBT V1 anliegen und damit der Einschaltvorgang des IGBT V2, wie in 3 dargestellt, beginnen. Die hier wirksame Einschaltverzögerungszeit des IGBT V2, dargestellt durch den nicht schraffierten Bereich, ist aufgrund des gewählten kleinen Gate-Vorwiderstands entsprechend kurz und darf sich zeitlich im Bereich der Ausschaltflanke des IGBT V1 befinden.
Der anschließende schraffierte Bereich stellt die Einschaltflanke des IGBT V2 dar.
Die nicht dargestellte Beschaltungselektronik des IGBT V2 erhält ein Schaltsignal tV2 zum Einschalten des IGBT V2. Die Zeitdauer zwischen der Low-Flanke des Schaltsignals tV1 und der High-Flanke des Schaltsignals tV2 wird so eingestellt, dass die Einschaltflanke von IGBT V2 gerade beginnt, wenn die Ausschaltflanke von IGBT V1 vollständig beendet ist. Diese Zeitdauer wird Totzeit T genannt und dem System fest vorgegeben. Sie darf nicht unterschritten werden, da es sonst zum Übereinanderschalten der IGBT V1 und V2 kommt.

Claims

Elektrische Einrichtung mit mindestens einem IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) (V1, V2, V3, V4, V5, V6), dessen Gate über ein einen Gate-Vorwiderstand bildendes Widerstandsnetzwerk mit einem zur Ansteuerung des IGBT (V1, V2, V3, V4, V5, V6) dienenden Treiber (1) verbunden ist, der zum Ein- und Ausschalten des IGBT (V1, V2, V3, V4, V5, V6) das jeweilige Schaltsignal High- oder Low-Pegel vorgibt, dadurch gekennzeichnet, dass der wirksame Widerstandswert des Widerstandsnetzwerks (R1, R2) für das Ausschaltsignal größer ist als für das Einschaltsignal.
Elektrische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsnetzwerk eine Parallelschaltung von zwei ohmschen Widerständen (R1, R2) aufweist, wobei zu einem der Widerstände (R1) eine Diode (D) in Reihe liegt, die derart gepolt ist, dass sie für das Ausschaltsignal sperrt und für das Einschaltsignal leitend ist.
Elektrische Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Gleich- und/oder Wechselrichter (WR), wobei die IGBT (V, V2, V3, V4, V5 V6) Bestandteile des Gleich- und/oder Wechselrichters sind.
Elektrische Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (WR) an einen Motor (M) angeschlossen ist.
Elektrische Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (M) als Linearmotor ausgeführt ist.