DE102010034990A1 - Method for driving parallelly connected semiconductor elements e.g. insulated gate bipolar transistors of power converter, involves setting only one semiconductor element in ON state and other elements in OFF state in preset times - Google Patents

Method for driving parallelly connected semiconductor elements e.g. insulated gate bipolar transistors of power converter, involves setting only one semiconductor element in ON state and other elements in OFF state in preset times Download PDF

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Abstract

The method involves dividing the total current into several branch currents (I1,I2), and operating the parallelly connected semiconductor elements alternately. Only one semiconductor element is set in ON state, while other parallelly connected semiconductor elements are set in OFF state, in predetermined times (T1-T4).

Description

Die Erfindung betrifft ein Ansteuerverfahren für mindestens zwei parallel geschaltete Halbleiterventile eines Stromrichters, wobei der zu führende Gesamtsstrom auf mindestens zwei Zweigströme aufgeteilt wird. Als Halbleiterventile können beispielsweise IGBTs, GTOs, IGCTs eingesetzt werden.The invention relates to a driving method for at least two parallel-connected semiconductor valves of a power converter, wherein the total current to be distributed is divided into at least two branch streams. As semiconductor valves, for example, IGBTs, GTOs, IGCTs can be used.

Bei mit harter Ansteuerung parallel betriebenen Leistungsteilen von Stromrichtern ist es allgemein bekannt, bis zu vier Halbleiterventile parallel zu schalten, um entsprechend hohe Ströme führen zu können. In 1 ist eine allgemein bekannte Parallelschaltung von zwei ansteuerbaren Halbleiterventilen V1, V2 dargestellt, wobei sich der zu führende Gesamtstrom I in zwei Zweigströme I1, I2 aufteilt und beim ersten Stromrichterzweig die Serienschaltung eines ersten ansteuerbaren Halbleiterventils V1 mit einem Zweigwiderstand R1 und einer Zweiginduktivität L1 sowie beim zweiten Stromrichterzweig die Serienschaltung eines zweiten ansteuerbaren Halbleiterventils V2 mit einem Zweigwiderstand R2 und einer Zweiginduktivität L2 vorliegt. Die beiden Halbleiterventile V1, V2 werden durch eine Ansteuerschaltung ST angesteuert.In power units of power converters operated in parallel with hard control, it is generally known to connect up to four semiconductor valves in parallel in order to be able to carry correspondingly high currents. In 1 a generally known parallel connection of two controllable semiconductor valves V1, V2 is shown, wherein the total current I to be divided into two branch currents I1, I2 and the first power converter branch, the series connection of a first drivable semiconductor valve V1 with a branch resistor R1 and a branch inductance L1 and the second Stromrichterzweig the series connection of a second controllable semiconductor valve V2 with a branch resistor R2 and a branch inductance L2 is present. The two semiconductor valves V1, V2 are driven by a drive circuit ST.

In 2 ist ergänzend zur 1 der zeitliche Verlauf interessierender Ströme beim Ansteuerverfahren für eine Parallelschaltung von zwei ansteuerbaren Halbleiterventilen gemäß dem Stand der Technik dargestellt, wobei t die Zeitachse darstellt. Während vorgegebener Stromleitphasen T1, T2, T3, usw. werden beide Halbleiterventile V1, V2 synchron angesteuert, so dass sich während einer jeden Stromleitphase T1, T2, T3, usw. synchron je zwei Strompulse LV1 bzw. LV2 für die Halbleiterventile V1 bzw. V2 ergeben, wobei dem Strompuls LV1 ein Zweigstrom I1 durch V1 und dem Strompuls LV2 ein Zweigstrom I2 durch V2 zuzuordnen sind. Während einer jeden Stromleitphase befinden sich alle Halbleiterventile im Einschaltzustand.In 2 is complementary to 1 the time course of interesting currents in the driving method for a parallel connection of two controllable semiconductor valves according to the prior art, where t represents the time axis. During predetermined Stromleitphasen T1, T2, T3, etc., both semiconductor valves V1, V2 are controlled synchronously, so that during each Stromleitphase T1, T2, T3, etc. synchronously two current pulses LV1 and LV2 for the semiconductor valves V1 and V2, respectively result, wherein the current pulse LV1, a branch current I1 by V1 and the current pulse LV2 a branch current I2 are assigned by V2. During each Stromleitphase all semiconductor valves are in the on state.

2 zeigt quasi den idealen Zustand, der sich für eine reale Schaltung aufgrund von statischen oder dynamischen Unsymmetrien in den parallelen Stromrichterzweigen, insbesondere aufgrund von Unsymmetrien hinsichtlich der Zweiginduktivitäten trotz exakt gleicher Zündung der parallel geschalteten Halbleiterventile vielfach nicht erreichen lässt. Das im Stromrichterzweig mit der größeren Zweiginduktivität befindliche Halbleiterventil führt deutlich weniger Strom als das im Stromrichterzweig mit der niedrigeren Zweiginduktivität befindliche Halbleiterventil. Entsprechend muss das im Stromrichterzweig mit der niedrigeren Zweiginduktivität befindliche Halbleiterventil nicht nur höhere Durchlassverlust, sondern auch höhere Einschaltverluste aufnehmen. Des Weiteren wird das Halbleiterventil mit der kleineren Zweiginduktivität zuerst ausgeschaltet, d. h. beim Halbleiterventil mit der größeren Zweiginduktivität entfallen mehr oder weniger alle Ausschaltverluste. Diese Auswirkungen aufgrund von Unsymmetrien im Hinblick auf den Schaltungsaufbau des Stromrichters führen während des Betriebes zur thermischen Überlastung des Halbleiterventils mit der niedrigeren Zweiginduktivität, wodurch ein zuverlässiger Betrieb in Frage gestellt wird. Kritisch ist insbesondere ein Überschreiten der maximalen Sperrschicht-Temperatur des Halbleiterventils. 2 shows quasi the ideal state, which can not be achieved in many cases for a real circuit due to static or dynamic asymmetries in the parallel power converter branches, in particular due to asymmetries in the branch inductances despite exactly the same ignition of parallel-connected semiconductor valves. The semiconductor valve located in the power converter branch with the larger branch inductance leads significantly less current than the semiconductor valve located in the power converter branch with the lower branch inductance. Accordingly, the semiconductor valve located in the power converter branch with the lower branch inductance does not only have to absorb higher forward losses, but also higher turn-on losses. Furthermore, the semiconductor valve with the smaller branch inductance is first turned off, that is, the semiconductor valve with the larger branch inductance accounts for more or less all turn-off losses. These effects due to asymmetries with respect to the circuit design of the power converter lead during operation to the thermal overload of the semiconductor valve with the lower branch inductance, whereby a reliable operation is called into question. In particular, it is critical to exceed the maximum junction temperature of the semiconductor valve.

Um einen sicheren Betrieb des Stromrichters zu gewährleisten, muss eine bestimmte symmetrische Kabel- oder Schienenlänge für die Stromrichterzweige im Aufbau vorgeschrieben werden und es müssen Halbleiter mit annähernd gleichem Durchlass- und Schaltverhalten eingesetzt werden oder es ist eine Leistungsherabsetzung („Derating”) erforderlich. Kritisch ist insbesondere ein Schaltungsaufbau, bei welchem die „symmetrierenden Komponenten”, wie Kabel Schienen, Sicherungen, fehlen.In order to ensure safe operation of the power converter, a certain symmetrical cable or rail length must be prescribed for the power converter branches in the structure and semiconductors with approximately the same on-state and switching behavior must be used or a "derating" is required. Particularly critical is a circuit design in which the "balancing components", such as cable rails, fuses, missing.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optimiertes Ansteuerverfahren für mindestens zwei parallel geschaltete Halbleiterventile eines Stromrichters anzugeben.The invention has for its object to provide an optimized driving method for at least two parallel-connected semiconductor valves of a power converter.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Halbleiterventile alternierend betrieben werden, so dass sich während einer bestimmten Stromleitphase stets nur ein einziges Halbleiterventil im Einschaltzustand befindet, während sich alle anderen parallel geschalteten Halbleiterventile im Ausschaltzustand befinden.This object is achieved in conjunction with the features of the preamble of claim according to the invention that the semiconductor valves are operated alternately, so that during a certain Stromleitphase always only a single semiconductor valve is in the on state, while all other parallel-connected semiconductor valves are in the off state.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen insbesondere darin, dass aufgrund der alternierenden Betriebsweise der für ein gleichzeitiges Ansteuern parallel geschalteter Halbleiterventile bedingte Zusatzaufwand aufgrund von erforderlichen Überwachungskomponenten und deren Verdrahtung entfällt. Desgleichen entfallen die Synchronismus-Auswertung und die Auswahl einsetzbarer Halbleiter entsprechend ihrem Durchlass- und Schaltverhalten. Vorteilhaft können Halbleiter mit unterschiedlichem Durchlass- und Schaltverhalten in einer Parallelschaltung eines Stromrichter eingesetzt werden. Der sich durch das vorgeschlagene Ansteuerverfahren ergebende relative Strom-Mittelwert in den einzelnen Stromrichterzweigen bleibt im Vergleich zum Ansteuerverfahren gemäß dem Stand der Technik gleich, unabhängig davon, wie viele Halbleiterventile parallel geschaltet sind. Der sich durch das vorgeschlagene Ansteuerverfahren mit alternierendem Zündmuster ergebende relative Strom-Effektivwert in den einzelnen Stromrichterzweigen steigt im Vergleich zum Ansteuerverfahren gemäß dem Stand der Technik mit der Wurzel der Anzahl parallel geschalteter Halbleiterventile.The advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that due to the alternating mode of operation of the additional parallel operation of a parallel actuated semiconductor valves additional effort due to required monitoring components and their wiring is eliminated. Likewise, the synchronism evaluation and the selection of usable semiconductors according to their on-state and switching behavior accounts. Advantageously, semiconductors with different forward and switching behavior can be used in a parallel circuit of a power converter. The relative mean current value resulting from the proposed drive method in the individual converter branches remains the same in comparison with the drive method according to the prior art, regardless of how many semiconductor valves are connected in parallel. The relative current RMS value in the individual converter branches resulting from the proposed alternating firing pattern driving method increases in comparison with the prior art driving method with the root of the number of parallel-connected semiconductor valves.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the drawings. Show it:

1 eine Parallelschaltung von zwei ansteuerbaren Halbleiterventilen gemäß dem Stand der Technik, 1 a parallel connection of two controllable semiconductor valves according to the prior art,

2 den zeitlichen Verlauf interessierender Ströme beim Ansteuerverfahren für eine Parallelschaltung von zwei ansteuerbaren Halbleiterventilen gemäß dem Stand der Technik, 2 the time course of interesting currents in the driving method for a parallel connection of two controllable semiconductor valves according to the prior art,

3 den zeitlichen Verlauf interessierender Ströme beim erfindungsgemäßen Ansteuerverfahren für eine Parallelschaltung von zwei ansteuerbaren Halbleiterventilen, 3 the time course of interesting currents in the inventive driving method for a parallel connection of two controllable semiconductor valves,

4 den zeitlichen Verlauf interessierender Ströme beim Ansteuerverfahren für eine Parallelschaltung von drei ansteuerbaren Halbleiterventilen gemäß dem Stand der Technik, four the time course of interesting currents in the driving method for a parallel connection of three controllable semiconductor valves according to the prior art,

5 den zeitlichen Verlauf interessierender Ströme beim erfindungsgemäßen Ansteuerverfahren für eine Parallelschaltung von drei ansteuerbaren Halbleiterventilen, 5 the time course of interesting currents in the inventive driving method for a parallel connection of three controllable semiconductor valves,

6 den zeitlichen Verlauf interessierender Ströme beim Ansteuerverfahren für eine Parallelschaltung von vier ansteuerbaren Halbleiterventilen gemäß dem Stand der Technik, 6 the time course of interesting currents in the driving method for a parallel connection of four controllable semiconductor valves according to the prior art,

7 den zeitlichen Verlauf interessierender Ströme beim erfindungsgemäßen Ansteuerverfahren für eine Parallelschaltung von vier ansteuerbaren Halbleiterventilen. 7 the time course of interesting currents in the driving method according to the invention for a parallel connection of four controllable semiconductor valves.

In 3 ist der zeitliche Verlauf interessierender Ströme beim erfindungsgemäßen Ansteuerverfahren für eine Parallelschaltung von zwei ansteuerbaren Halbleiterventilen dargestellt. Während der vorgegebenen Stromleitphasen T1, T2, T3, T4 usw. werden beide Halbleiterventile V1, V2 alternierend angesteuert, so dass sich während einer jeden Stromleitphase

  • • bei zwei parallel geschalteten Halbleiterventilen der doppelte Strom während der halben Zeit,
  • • bei drei parallel geschalteten Halbleiterventilen der dreifache Strom während 1/3 der Zeit,
  • • bei vier parallel geschalteten Halbleiterventilen der vierfache Strom während 1/4 der Zeit usw.
ergeben.In 3 the time profile of interesting currents in the driving method according to the invention for a parallel connection of two controllable semiconductor valves is shown. During the predetermined Stromleitphasen T1, T2, T3, T4, etc., both semiconductor valves V1, V2 are driven alternately, so that during each Stromleitphase
  • Twice the current during half of the time for two semiconductor valves connected in parallel,
  • With three parallel-connected semiconductor valves, the triple current during 1/3 of the time,
  • • with four semiconductor devices connected in parallel, four times the current during 1/4 of the time, etc.
result.

Im gemäß 3 konkret betrachteten Fall mit zwei parallel geschalteten Halbleiterventilen

  • • ergibt sich in der Stromleitphase T1 ein Strompuls LV1 für das Halbleiterventil V1, dem ein Zweigstrom I1 durch V1 zuzuordnen ist, d. h. ausschließlich Halbleiterventil V1 befindet sich im Einschaltzustand, während sich Halbleiterventil V2 im Ausschaltzustand befindet,
  • • ergibt sich in der Stromleitphase T2 ein Strompuls LV2 für das Halbleiterventil V2, dem ein Zweigstrom I2 durch V2 zuzuordnen ist, d. h. ausschließlich Halbleiterventil V2 befindet sich im Einschaltzustand, während sich Halbleiterventil V1 im Ausschaltzustand befindet,
  • • ergibt sich in der Stromleitphase T3 ein Strompuls LV1 für das Halbleiterventil V1, dem ein Zweigstrom I1 durch V1 zuzuordnen ist, d. h. ausschließlich Halbleiterventil V1 befindet sich im Einschaltzustand, während sich Halbleiterventil V2 im Ausschaltzustand befindet,
  • • ergibt sich in der Stromleitphase T4 ein Strompuls LV2 für das Halbleiterventil V2, dem ein Zweigstrom I2 durch V2 zuzuordnen ist, d. h. ausschließlich Halbleiterventil V2 befindet sich im Einschaltzustand, während sich Halbleiterventil V1 im Ausschaltzustand befindet, usw.
In accordance with 3 concretely considered case with two parallel semiconductor valves
  • • results in the Stromleitphase T1 a current pulse LV1 for the semiconductor valve V1, to which a branch current I1 is assigned by V1, ie only semiconductor valve V1 is in the on state, while the semiconductor valve V2 is in the off state,
  • • results in the Stromleitphase T2 a current pulse LV2 for the semiconductor valve V2 to which a branch current I2 is assigned by V2, ie only semiconductor valve V2 is in the on state, while the semiconductor valve V1 is in the off state,
  • • results in the Stromleitphase T3 a current pulse LV1 for the semiconductor valve V1 to which a branch current I1 is assigned by V1, ie only semiconductor valve V1 is in the on state, while the semiconductor valve V2 is in the off state,
  • • results in the Stromleitphase T4 a current pulse LV2 for the semiconductor valve V2 to which a branch current I2 is assigned by V2, ie only semiconductor valve V2 is in the on state, while the semiconductor valve V1 is in the off state, etc.

In den Zeitintervallen zwischen den Stromleitphasen T1, T2, T3, T4 befinden sich beide Halbleiterventile im Ausschaltzustand.In the time intervals between the Stromleitphasen T1, T2, T3, T4 are both semiconductor valves in the off state.

In 4 ist der zeitliche Verlauf interessierender Ströme beim Ansteuerverfahren für eine Parallelschaltung von drei ansteuerbaren Halbleiterventilen gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Im rechten Abschnitt der Figur sind die drei parallelen Stromrichterzweige mit den Halbleiterventilen V1, V2, V3 und den Zweigströmen I1, I2, I3 skizziert. Während der vorgegebenen Stromleitphasen T1, T2, T3 usw. werden alle drei Halbleiterventile V1, V2, V3 synchron angesteuert, so dass sich während einer jeden Stromleitphase T1, T2, T3 usw. je drei Strompulse LV1 bzw. LV2 bzw. LV3 für die Halbleiterventile V1 bzw. V2 bzw. V3 ergeben, wobei dem Strompuls LV1 ein Zweigstrom I1 durch V1, dem Strompuls LV2 ein Zweigstrom I2 durch V2 und dem Strompuls LV3 ein Zweigstrom I3 durch V3 zuzuordnen sind.In four the time course of interesting currents in the driving method for a parallel connection of three controllable semiconductor valves according to the prior art is shown. In the right-hand section of the figure, the three parallel converter branches with the semiconductor valves V1, V2, V3 and the branch currents I1, I2, I3 are sketched. During the given Stromleitphasen T1, T2, T3, etc., all three semiconductor valves V1, V2, V3 are controlled synchronously, so that during each Stromleitphase T1, T2, T3, etc., three current pulses LV1 and LV2 and LV3 for the semiconductor valves V1 or V2 or V3, the current pulse LV1 being a branch current I1 through V1, the current pulse LV2 being a branch current I2 through V2 and the current pulse LV3 being a branch current I3 through V3.

In 5 ist der zeitliche Verlauf interessierender Ströme beim erfindungsgemäßen Ansteuerverfahren für eine Parallelschaltung von drei ansteuerbaren Halbleiterventilen dargestellt. Im gemäß 5 betrachteten Fall mit drei parallel geschalteten Halbleiterventilen

  • • ergibt sich in der Stromleitphase T1 ein Strompuls LV1 für das Halbleiterventil V1, dem ein Zweigstrom I1 durch V1 zuzuordnen ist, d. h. ausschließlich Halbleiterventil V1 befindet sich im Einschaltzustand, während sich die weiteren Halbleiterventile V2, V3 im Ausschaltzustand befinden,
  • • ergibt sich in der Stromleitphase T2 ein Strompuls LV2 für das Halbleiterventil V2, dem ein Zweigstrom I2 durch V2 zuzuordnen ist, d. h. ausschließlich Halbleiterventil V2 befindet sich im Einschaltzustand, während sich die weiteren Halbleiterventile V1, V3 im Ausschaltzustand befinden,
  • • ergibt sich in der Stromleitphase T3 ein Strompuls LV3 für das Halbleiterventil V3, dem ein Zweigstrom I3 durch V3 zuzuordnen ist, d. h. ausschließlich Halbleiterventil V3 befindet sich im Einschaltzustand, während sich die weiteren Halbleiterventile V1, V2 im Ausschaltzustand befinden,
  • • ergibt sich in der Stromleitphase T4 ein Strompuls LV1 für das Halbleiterventil V1, dem ein Zweigstrom I1 durch V1 zuzuordnen ist, d. h. ausschließlich Halbleiterventil V1 befindet sich im Einschaltzustand, während sich die weiteren Halbleiterventile V2, V3 im Ausschaltzustand befinden,
  • • ergibt sich in der Stromleitphase T5 ein Strompuls LV2 für das Halbleiterventil V2, dem ein Zweigstrom I2 durch V2 zuzuordnen ist, d. h. ausschließlich Halbleiterventil V2 befindet sich im Einschaltzustand, während sich die weiteren Halbleiterventile V1, V3 im Ausschaltzustand befinden,
  • • ergibt sich in der Stromleitphase T6 ein Strompuls LV3 für das Halbleiterventil V3, dem ein Zweigstrom I3 durch V3 zuzuordnen ist, d. h. ausschließlich Halbleiterventil V3 befindet sich im Einschaltzustand, während sich die weiteren Halbleiterventile V1, V2 im Ausschaltzustand befinden, usw.
In 5 the time profile of interesting currents in the driving method according to the invention for a parallel connection of three controllable semiconductor valves is shown. In accordance with 5 considered case with three parallel-connected semiconductor valves
  • • results in the Stromleitphase T1 a current pulse LV1 for the semiconductor valve V1 to which a branch current I1 is assigned by V1, ie only semiconductor valve V1 is in the on state, while the other semiconductor valves V2, V3 are in the off state,
  • • results in the Stromleitphase T2 a current pulse LV2 for the semiconductor valve V2, the one Branch current I2 is assigned by V2, ie only semiconductor valve V2 is in the on state, while the other semiconductor valves V1, V3 are in the off state,
  • • results in the Stromleitphase T3 a current pulse LV3 for the semiconductor valve V3, which is a branch current I3 assigned by V3, ie only semiconductor valve V3 is in the on state, while the other semiconductor valves V1, V2 are in the off state,
  • • results in the Stromleitphase T4 a current pulse LV1 for the semiconductor valve V1 to which a branch current I1 is assigned by V1, ie only semiconductor valve V1 is in the on state, while the other semiconductor valves V2, V3 are in the off state,
  • • results in the Stromleitphase T5 a current pulse LV2 for the semiconductor valve V2 to which a branch current I2 is assigned by V2, ie only semiconductor valve V2 is in the on state, while the other semiconductor valves V1, V3 are in the off state,
  • • results in the Stromleitphase T6 a current pulse LV3 for the semiconductor valve V3, which is a branch current I3 assigned by V3, ie only semiconductor valve V3 is in the on state, while the other semiconductor valves V1, V2 are in the off state, etc.

In den Zeitintervallen zwischen den Stromleitphasen T1, T2, T3, T4, T5, T6, usw. befinden sich alle Halbleiterventile im Ausschaltzustand.In the time intervals between the Stromleitphasen T1, T2, T3, T4, T5, T6, etc., all the semiconductor valves are in the off state.

In 6 ist der zeitliche Verlauf interessierender Ströme beim Ansteuerverfahren für eine Parallelschaltung von vier ansteuerbaren Halbleiterventilen gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Im rechten Abschnitt der Figur sind die vier parallelen Stromrichterzweige mit den Halbleiterventilen V1, V2, V3, V4 und den Zweigströmen I1, I2, I3, I4 skizziert. Während der vorgegebenen Stromleitphasen T1, T2, T3, usw. werden alle vier Halbleiterventile V1, V2, V3, V4 synchron angesteuert, so dass sich während einer jeden Stromleitphase T1, T2, T3, usw. je vier Strompulse LV1 bzw. LV2 bzw. LV3 bzw. LV4 für die Halbleiterventile V1 bzw. V2 bzw. V3 bzw. V4 ergeben, wobei dem Strompuls LV1 ein Zweigstrom I1 durch V1, dem Strompuls LV2 ein Zweigstrom I2 durch V2, dem Strompuls LV3 ein Zweigstrom I3 durch V3 und dem Strompuls LV4 ein Zweigstrom I4 durch V4 zuzuordnen sind.In 6 the time course of interesting currents in the driving method for a parallel connection of four controllable semiconductor valves according to the prior art is shown. In the right-hand section of the figure, the four parallel converter branches with the semiconductor valves V1, V2, V3, V4 and the branch currents I1, I2, I3, I4 are sketched. During the given Stromleitphasen T1, T2, T3, etc., all four semiconductor valves V1, V2, V3, V4 are controlled synchronously, so that during each Stromleitphase T1, T2, T3, etc. each four current pulses LV1 and LV2 or LV3 or LV4 for the semiconductor valves V1 and V2 or V3 and V4, where the current pulse LV1 is a branch current I1 through V1, the current pulse LV2 a branch current I2 through V2, the current pulse LV3 a branch current I3 through V3 and the current pulse LV4 a branch current I4 are assigned by V4.

In 7 ist der zeitliche Verlauf interessierender Ströme beim erfindungsgemäßen Ansteuerverfahren für eine Parallelschaltung von vier ansteuerbaren Halbleiterventilen dargestellt. Im gemäß 7 betrachteten Fall mit vier parallel geschalteten Halbleiterventilen

  • • ergibt sich in der Stromleitphase T1 ein Strompuls LV1 für das Halbleiterventil V1, dem ein Zweigstrom I1 durch V1 zuzuordnen ist, d. h. ausschließlich Halbleiterventil V1 befindet sich im Einschaltzustand, während sich die weiteren Halbleiterventile V2, V3, V4 im Ausschaltzustand befinden,
  • • ergibt sich in der Stromleitphase T2 ein Strompuls LV2 für das Halbleiterventil V2, dem ein Zweigstrom I2 durch V2 zuzuordnen ist, d. h. ausschließlich Halbleiterventil V2 befindet sich im Einschaltzustand, während sich die weiteren Halbleiterventile V1, V3, V4 im Ausschaltzustand befinden,
  • • ergibt sich in der Stromleitphase T3 ein Strompuls LV3 für das Halbleiterventil V3, dem ein Zweigstrom I3 durch V3 zuzuordnen ist, d. h. ausschließlich Halbleiterventil V3 befindet sich im Einschaltzustand, während sich die weiteren Halbleiterventile V1, V2, V4 im Ausschaltzustand befinden,
  • • ergibt sich in der Stromleitphase T4 ein Strompuls LV4 für das Halbleiterventil V4, dem ein Zweigstrom I4 durch V4 zuzuordnen ist, d. h. ausschließlich Halbleiterventil V4 befindet sich im Einschaltzustand, während sich die weiteren Halbleiterventile V1, V2, V3 im Ausschaltzustand befinden,
  • • ergibt sich in der Stromleitphase T5 ein Strompuls LV1 für das Halbleiterventil V1, dem ein Zweigstrom I1 durch V1 zuzuordnen ist, d. h. ausschließlich Halbleiterventil V1 befindet sich im Einschaltzustand, während sich die weiteren Halbleiterventile V2, V3, V4 im Ausschaltzustand befinden,
  • • ergibt sich in der Stromleitphase T6 ein Strompuls LV2 für das Halbleiterventil V2, dem ein Zweigstrom I2 durch V2 zuzuordnen ist, d. h. ausschließlich Halbleiterventil V2 befindet sich im Einschaltzustand, während sich die weiteren Halbleiterventile V1, V3, V4 im Ausschaltzustand befinden, usw.
In 7 the time profile of interesting currents in the driving method according to the invention for a parallel connection of four controllable semiconductor valves is shown. In accordance with 7 considered case with four parallel-connected semiconductor valves
  • • results in the Stromleitphase T1 a current pulse LV1 for the semiconductor valve V1 to which a branch current I1 is assigned by V1, ie only semiconductor valve V1 is in the on state, while the other semiconductor valves V2, V3, V4 are in the off state,
  • • results in the Stromleitphase T2 a current pulse LV2 for the semiconductor valve V2 to which a branch current I2 is assigned by V2, ie only semiconductor valve V2 is in the on state, while the other semiconductor valves V1, V3, V4 are in the off state,
  • • results in the Stromleitphase T3 a current pulse LV3 for the semiconductor valve V3, which is a branch current I3 assigned by V3, ie only semiconductor valve V3 is in the on state, while the other semiconductor valves V1, V2, V4 are in the off state,
  • • results in the Stromleitphase T4 a current pulse LV4 for the semiconductor valve V4 to which a branch current I4 is assigned by V4, ie only semiconductor valve V4 is in the on state, while the other semiconductor valves V1, V2, V3 are in the off state,
  • • results in the Stromleitphase T5 a current pulse LV1 for the semiconductor valve V1 to which a branch current I1 is assigned by V1, ie only semiconductor valve V1 is in the on state, while the other semiconductor valves V2, V3, V4 are in the off state,
  • • results in the Stromleitphase T6 a current pulse LV2 for the semiconductor valve V2 to which a branch current I2 is assigned by V2, ie only semiconductor valve V2 is in the on state, while the other semiconductor valves V1, V3, V4 are in the off state, etc.

In den Zeitintervallen zwischen den Stromleitphasen T1, T2, T3, T4, T5, T6, usw. befinden sich alle Halbleiterventile im Ausschaltzustand.In the time intervals between the Stromleitphasen T1, T2, T3, T4, T5, T6, etc., all the semiconductor valves are in the off state.

Allgemein ist hinsichtlich des vorgeschlagenen Ansteuerverfahrens anzumerken, dass die Durchlassverluste der Halbleiterventile selbstverständlich deutlich mit der Anzahl parallel geschalteter Halbleiterventile ansteigen, was einen Nachteil darstellt. Das Ansteuerverfahren ist deshalb beispielsweise bei einer Schaltung mit zwei parallelen Stromrichterzweigen nur in solchen Fällen sinnvoll einsetzbar, bei welcher nicht die doppelte, sondern die ca. 1,5-fache Leistung aus zwei parallelen Halbleiterventilen geliefert werden soll. Das „Derating” liegt demnach bei ca. 25%. Soll die Schaltung jedoch mit 2-facher Leistung (bezogen auf die Nennleistung eines Halbleiterventils) betrieben werden, so ist eine Schaltung mit drei parallelen Stromrichterzweigen einzusetzen, wobei jeder der parallelen Halbleiterventile die Verluste erzeugt, die ein Halbleiterventil bei 1-fachem Strom hätte. Andererseits hat man beim vorgeschlagenen Ansteuerverfahren mit alternierendem Zündmuster vorteilhaft keine Probleme mit dynamischer und statischer Symmetrisierung und es kann auf den eingangs angeführten Zusatzaufwand verzichtet werden.In general, with regard to the proposed driving method, it should be noted that the conduction losses of the semiconductor valves naturally increase significantly with the number of parallel-connected semiconductor valves, which is a disadvantage. The driving method is therefore useful, for example, in a circuit with two parallel power converter branches only in those cases in which not twice, but about 1.5 times the power to be delivered from two parallel semiconductor valves. The "derating" is therefore about 25%. However, if the circuit is to be operated at twice the power (based on the rated power of a semiconductor valve), use a circuit with three parallel converter branches, each of the parallel semiconductor valves producing the losses that a semiconductor valve would have at 1-fold current. On the other hand, it is advantageous in the proposed Ansteuerverfahren with alternating Zündmuster no problems with dynamic and static symmetrization and it can be dispensed with the above-mentioned additional effort.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

  • II
    Gesamtstromtotal current
    I1, I2, I3, I4I1, I2, I3, I4
    Zweigstrombranch current
    L1, L2L1, L2
    Zweiginduktivitätline inductance
    LV1, LV2, LV3, LV4LV1, LV2, LV3, LV4
    Strompuls durch Halbleiterventil V1, V2, V3, V4Current pulse through semiconductor valve V1, V2, V3, V4
    R1, R2R1, R2
    Zweigwiderstandbranch resistance
    STST
    Ansteuerschaltungdrive circuit
    T1, T2, T3, T4, T5, T6T1, T2, T3, T4, T5, T6
    Stromleitphasecurrent conducting
    V1, V2, V3, V4V1, V2, V3, V4
    ansteuerbares Halbleiterventilcontrollable semiconductor valve
    tt
    Zeitachsetimeline

Claims (1)

Ansteuerverfahren für mindestens zwei parallel geschaltete Halbleiterventile (V1, V2, V3, V4) eines Stromrichters, wobei der zu führende Gesamtsstrom (I) auf mindestens zwei Zweigströme (I1, I2, I3, I4) aufgeteilt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterventile (V1, V2, V3, V4) alternierend betrieben werden, so dass sich während einer bestimmten Stromleitphase (T1, T2, T3, T4, T5, T6) stets nur ein einziges Halbleiterventil (V1, V2, V3, V4) im Einschaltzustand befindet, während sich alle anderen parallel geschalteten Halbleiterventile im Ausschaltzustand befinden.Control method for at least two parallel-connected semiconductor valves (V1, V2, V3, V4) of a power converter, wherein the total current (I) to be conducted is divided into at least two branch currents (I1, I2, I3, I4), characterized in that the semiconductor valves ( V1, V2, V3, V4) are operated alternately, so that during a certain current conducting phase (T1, T2, T3, T4, T5, T6) always only one single semiconductor valve (V1, V2, V3, V4) is in the on state, while all other parallel-connected semiconductor valves are in the off state.
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