Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine 3-Level-Stromrichterhalbbrücke und Verfahren zum Betrieb einer 3-Level-Stromrichterhalbbrücke.The invention relates to a control device for a 3-level converter half-bridge and method for operating a 3-level converter half-bridge.
Eine 3-Level-Stromrichterhalbbrücke, wie beispielhaft in 1 dargestellt, zeichnet sich dadurch aus, dass durch entsprechendes Ein- und Ausschalten ihrer Leistungshalbleiterschalter ihr Wechselspannungsanschluss AC elektrisch leitend mit ihrem ersten oder zweiten Gleichspannungsanschluss DC+ und DC- oder mit ihrem Neutralanschluss N elektrisch leitend verbunden werden kann.A 3-level power converter half bridge, as exemplified in 1 shown, characterized by the fact that by appropriate switching on and off their power semiconductor switches their AC voltage connection AC electrically conductive with its first or second DC voltage connection DC + and DC- or can be electrically conductively connected to its neutral terminal N.
Ein Stromrichter weist dabei z.B. eine erste und eine zweite 3-Level-Stromrichterhalbbrücke auf. Zwischen dem Wechselspannungsanschluss AC der ersten 3-Level-Stromrichterhalbbrücke und dem Wechselspannungsanschluss AC der zweiten 3-Level-Stromrichterhalbbrücke ist eine elektrische Last, geschaltet. Im Falle eines Kurzschlusses wird der durch die gerade eingeschalteten Leistungshalbleiterschalter fließende Strom sehr groß, was zur Zerstörung der Leistungshalbleiterschalter führen kann.A power converter has, for example, a first and a second 3-level power converter half-bridge. Between the AC voltage connection AC the first 3-level converter half bridge and the AC voltage connection AC the second 3-level converter half-bridge is an electrical load connected. In the case of a short circuit, the current flowing through the power semiconductor switch being turned on becomes very large, which can lead to the destruction of the power semiconductor switches.
Um dies zu vermeiden ist es bekannt jedem Leistungshalbleiterschalter einer 3-Level-Stromrichterhalbbrücke eine Überstromdetektionsschaltung zuzuordnen. Wenn der durch den Leistungshalbleiterschalter fließende Strom im eingeschalteten Zustand des Leistungshalbleiterschalters, z.B. bei einem Kurzschluss, sehr groß wird, steigt die zwischen dem ersten und zweiten Laststromanschluss des Leistungshalbleiterschalters anliegende Leistungshalbleiterschalterhauptspannung stark an, was von der Überstromdetektionsschaltung zur Detektion des Überstroms benutzt wird. Wenn die Leistungshalbleiterschalterhauptspannung im eingeschalteten Zustand des ersten Leistungshalbleiterschalters einen bestimmten Spannungswert überschreitet, wird von der betreffenden Überstromdetektionsschaltung ein Ausschalten des betreffenden Leistungshalbleiterschalters bewirkt. Der Leistungshalbleiterschalter wird hierdurch vor dem durch ihn fließenden hohen Kurzschlussstrom geschützt. Eine solche Überstromdetektionsschaltung ist z.B. aus der DE 10 2015 120 166 B3 bekannt.To avoid this, it is known to associate each power semiconductor switch of a 3-level power converter half-bridge with an overcurrent detection circuit. When the current flowing through the power semiconductor switch in the on state of the power semiconductor switch becomes large, for example, in a short circuit, the power semiconductor main voltage applied between the first and second load current terminals of the power semiconductor switch sharply increases, which is used by the overcurrent detection circuit for detecting the overcurrent. When the power semiconductor switch main voltage in the on state of the first power semiconductor switch exceeds a certain voltage value, the respective overcurrent detection circuit causes the respective power semiconductor switch to be switched off. The power semiconductor switch is thereby protected from the high short-circuit current flowing through it. Such an overcurrent detection circuit is for example from the DE 10 2015 120 166 B3 known.
Besonders schwer zu beherrschen ist dabei der Kurzschlussfall, wenn ein Kurzschluss zu einem Zeitpunkt auftritt, wenn gerade der erste und zweite Leistungshalbleiterschalter T1 und T2 der ersten 3-Level-Stromrichterhalbbrücke und der dritte und vierte Leistungshalbleiterschalter T3 und T4 der zweiten 3-Level-Stromrichterhalbbrücke eingeschaltet sind. In diesem Fall fließt der Kurzschlussstrom vom Gleichspannungsanschluss DC+ der ersten 3-Level-Stromrichterhalbbrücke durch den ersten und zweiten Leistungshalbleiterschalters T1 und T2 der ersten 3-Level-Stromrichterhalbbrücke hindurch zum Wechselspannungsanschluss AC der ersten 3-Level-Stromrichterhalbbrücke. Wird von der dem ersten Leistungshalbleiterschalter T1 zugeordneten Überstromdetektionsschaltung der erste Leistungshalbleiterschalter T1 vor dem zweiten Leistungshalbleiterschalter T2 ausgeschaltet, weil, z.B. aufgrund von Bauteiltoleranzen, die dem ersten Leistungshalbleiterschalter T1 zugeordnete Überstromdetektionsschaltung schneller reagiert als die dem zweiten Leistungshalbleiterschalter T2 zugeordnete Überstromdetektionsschaltung, dann fallen nach Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 im schlimmsten Fall nahezu die gesamte Zwischenkreisspannung Ud und zusätzlich noch durch parasitäre Induktivitäten erzeugte Überspannungen über dem ersten Leistungshalbleiterschalter T1 ab. Für eine solche extrem hohe Spannungsbelastung ist aber bei techniküblicher und wirtschaftlich sinnvoller Auslegung der 3-Level-Stromrichterhalbbrücke der erste Leistungshalbleiterschalter T1 nicht ausgelegt, so dass dieser Aufgrund von Überspannungsbelastung zerstört werden kann. Um dies zu vermeiden sind Maßnahmen bekannt bzw. techniküblich, die alle darauf abzielen, bei diesem Fehlerfall den ersten Leistungshalbleiterschalters T1 unbedingt erst nach dem zweiten Leistungshalbleiterschalter T2 auszuschalten, da dann wegen der Diode D1 sowohl über dem ersten Leistungshalbleiterschalter T1 als auch über dem zweiten Leistungshalbleiterschalter T2 nach dem jeweiligen Ausschalten nur jeweilig die halbe Zwischenkreisspannung Ud/2 und zusätzlich noch durch parasitäre Induktivitäten erzeugte Überspannungen abfallen. Die beim Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 auftretende Spannungsbelastung für den ersten Leistungshalbleiterschalter T1 ist somit deutlich reduziert. Diese Maßnahmen haben jedoch den Nachteil, dass es im Kurzschlussfall deutlich länger dauern kann bis der erste Leistungshalbleiterschalter T1 ausgeschaltet ist und somit der Kurzschlussstrom vollständig ausgeschaltet ist. Die hierdurch bis zum Ausschalten des Kurzschlussstroms im ersten Leistungshalbleiterschalter T1 umgesetzte hohe thermische Energie kann zur Zerstörung des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 führen, so dass im Kurzschlussfall, zwar der erste Leistungshalbleiterschalter T1 nicht mehr wegen zu hoher Spannungsbelastung ausfällt, dafür aber wegen zu hoher thermischer Belastung.It is particularly difficult to control the short circuit case when a short circuit occurs at a time when just the first and second power semiconductor switch T1 and T2 the first 3-level power converter half-bridge and the third and fourth power semiconductor switches T3 and T4 the second 3-level power converter half bridge are turned on. In this case, the short-circuit current flows from the DC voltage connection DC + the first 3-level power converter half-bridge through the first and second power semiconductor switches T1 and T2 of the first 3-level power converter half-bridge to the AC voltage terminal AC of the first 3-level power converter half-bridge. Is from the first power semiconductor switch T1 associated overcurrent detection circuit of the first power semiconductor switch T1 before the second power semiconductor switch T2 switched off, because, for example, due to component tolerances that the first power semiconductor switch T1 associated overcurrent detection circuit reacts faster than the second power semiconductor switch T2 associated overcurrent detection circuit, then fall after turning off the first power semiconductor switch T1 in the worst case almost the entire DC link voltage Ud and additionally generated by parasitic inductances overvoltages on the first power semiconductor switch T1 from. For such an extremely high voltage load, however, the first power semiconductor switch is the technically usual and economically sensible design of the 3-level converter half-bridge T1 not designed so that it can be destroyed due to overvoltage load. In order to avoid this, measures are known or technically common, all of which aim at the first power semiconductor switch in this case of error T1 necessarily after the second power semiconductor switch T2 turn off because then because of the diode D1 both above the first power semiconductor switch T1 as well as over the second power semiconductor switch T2 after the respective switching off only respectively half the DC link voltage Ud / 2 and additionally surges generated by parasitic inductances surges. When turning off the first power semiconductor switch T1 occurring voltage load for the first power semiconductor switch T1 is thus significantly reduced. However, these measures have the disadvantage that it can take much longer in the event of a short circuit until the first power semiconductor switch T1 is switched off and thus the short-circuit current is completely switched off. The thereby to turn off the short-circuit current in the first power semiconductor switch T1 converted high thermal energy can destroy the first power semiconductor switch T1 lead, so that in the event of a short circuit, although the first power semiconductor switch T1 no longer fails due to excessive stress, but because of excessive thermal stress.
Aus der US 2014 / 0003103 A1 ist eine Multilevel-Stromrichterhalbbrücke, die von einer Steuereinrichtung angesteuert wird, bekannt. Die Steuereinrichtung ist ausgebildet einen Überstrom am Ausgang der Multilevel-Stromrichterhalbbrücke zu detektieren und dessen Zeitdauer zu ermitteln und in Abhängigkeit davon den Ausgang der Multilevel-Stromrichterhalbbrücke in einen ersten oder zweiten Impedanz-Zustand zu schalten.US 2014/0003103 A1 discloses a multilevel converter half bridge which is controlled by a control device. The control device is designed to detect an overcurrent at the output of the multilevel converter half bridge and to determine its duration and, depending thereon, to switch the output of the multilevel converter half bridge to a first or second impedance state.
Aus der CN 104 518 699 A und der US 9 531 185 B2 sind Verfahren zu Begrenzung eines durch eine 3-Level-Stromrichterhalbbrücke fließenden Stroms bekannt. From the CN 104 518 699 A and the US Pat. No. 9,531,185 B2 For example, methods are known for limiting a current flowing through a 3-level power converter half-bridge.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Steuereinrichtung für eine 3-Level-Stromrichterhalbbrücke und ein Verfahren zum Betrieb einer 3-Level-Stromrichterhalbbrücke zu schaffen, welche bei einem Kurzschluss eine zuverlässige Abschaltung des dabei auftretenden Kurzschlussstroms erzielen.It is an object of the invention to provide a control device for a 3-level converter half-bridge and a method for operating a 3-level converter half-bridge, which achieve a reliable shutdown of the short-circuit current occurring in the event of a short circuit.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Steuereinrichtung für eine 3-Level-Stromrichterhalbbrücke, die einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Leistungshalbleiterschalter, eine erste und eine zweite Diode, einen ersten und zweiten Gleichspannungsanschluss, einen Neutralanschluss und einen Wechselspannungsanschluss aufweist, wobei der jeweilige Leistungshalbleiterschalter einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss und einen Steueranschluss aufweist, wobei der zweite Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters mit dem ersten Laststromanschluss des dritten Leistungshalbleiterschalters und mit dem Wechselspannungsanschluss elektrisch leitend verbunden ist, wobei der erste Laststromanschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters mit dem ersten Gleichspannungsanschluss und der zweite Laststromanschluss des vierten Leistungshalbleiterschalters mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss elektrisch leitend verbunden ist, wobei der zweite Laststromanschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters mit dem ersten Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist und der zweite Laststromanschluss des dritten Leistungshalbleiterschalters mit dem ersten Laststromanschluss des vierten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist, wobei die erste Diode zwischen den Neutralanschluss und den ersten Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters elektrisch geschaltet ist und die zweite Diode zwischen den Neutralanschluss und den zweiten Laststromanschluss des dritten Leistungshalbleiterschalters elektrisch geschaltet ist, aufweisend,
- -einen elektrischen ersten Steuereinrichtungsanschluss, der zur elektrischen Verbindung mit dem zweiten Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters vorgesehen ist,
- -einen elektrischen zweiten Steuereinrichtungsanschluss, der zur elektrischen Verbindung mit dem Steueranschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters vorgesehen ist,
einen elektrischen dritten Steuereinrichtungsanschluss, der zur elektrischen Verbindung mit dem ersten Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters vorgesehen ist,
- -einen elektrischen vierten Steuereinrichtungsanschluss, der zur elektrischen Verbindung mit dem zweiten Laststromanschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters vorgesehen ist,
- -einen elektrischen fünften Steuereinrichtungsanschluss, der zur elektrischen Verbindung mit dem Steueranschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters vorgesehen ist,
- -eine erste Ansteuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist am Steueranschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters eine erste Ansteuerspannung in Abhängigkeit eines ersten Steuersignals zur Ansteuerung des ersten Leistungshalbleiterschalters zu erzeugen,
- -eine zweite Ansteuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist am Steueranschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters eine zweite Ansteuerspannung in Abhängigkeit eines zweiten Steuersignals zur Ansteuerung des zweiten Leistungshalbleiterschalters zu erzeugen,
- -eine erste Überstromdetektionsschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein erstes Überstromsignal zu erzeugen, wenn im eingeschalteten Zustand des ersten Leistungshalbleiterschalters, eine zwischen dem dritten und ersten Steuereinrichtungsanschluss anliegende erste Leistungshalbleiterschalterhauptspannung einen ersten Spannungswert überschreitet, wobei die erste Ansteuereinrichtung dazu ausgebildet ist, bei Vorhandensein des ersten Überstromsignals eine erste Ansteuerspannung zum Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters zu erzeugen,
- -eine erste Linearbetriebsansteuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist den ersten Leistungshalbleiterschalter derart anzusteuern, dass dieser in seinem Linearbetrieb betrieben wird, wenn die erste Leistungshalbleiterschalterhauptspannung einen zweiten Spannungswert überschreitet,
- -eine Signalschaltung, die ausgebildet ist, das erste Überstromsignal zu empfangen und bei Empfang des ersten Überstromsignals zu bewirken, dass die zweite Ansteuereinrichtung eine zweite Ansteuerspannung zum Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters erzeugt.
This object is achieved by a control device for a 3-level converter half-bridge having a first, a second, a third and a fourth power semiconductor switch, a first and a second diode, a first and second DC voltage terminal, a neutral terminal and an AC terminal the respective power semiconductor switch has a first and a second load current connection and a control connection wherein the second load current terminal of the first power semiconductor switch is electrically conductively connected to the first load current terminal of the third power semiconductor switch and to the AC voltage terminal, the first load current terminal of the second power semiconductor switch electrically conductively connected to the first DC voltage terminal and the second load current terminal of the fourth power semiconductor switch to the second DC voltage terminal wherein the second load current terminal of the second power semiconductor switch is electrically connected to the first load current terminal of the first power semiconductor switch and the second load current terminal of the third power semiconductor switch is electrically connected to the first load current terminal of the fourth power semiconductor switch, the first diode between the neutral terminal and the first load current terminal of the first power semiconductor switch elektri is switched and the second diode is electrically connected between the neutral terminal and the second load current terminal of the third power semiconductor switch, comprising - an electrical first controller terminal provided for electrical connection to the second load current terminal of the first power semiconductor switch,
- an electrical second control terminal, which is provided for electrical connection to the control terminal of the first power semiconductor switch, an electrical third control terminal, which is provided for electrical connection to the first load current terminal of the first power semiconductor switch,
- an electrical fourth controller terminal provided for electrical connection to the second load current terminal of the second power semiconductor switch,
- an electrical fifth control terminal provided for electrical connection to the control terminal of the second power semiconductor switch,
- a first drive device, which is designed to generate at the control terminal of the first power semiconductor switch a first drive voltage in response to a first control signal for driving the first power semiconductor switch,
- a second drive device, which is designed to generate at the control terminal of the second power semiconductor switch a second drive voltage as a function of a second control signal for driving the second power semiconductor switch,
- a first overcurrent detection circuit configured to generate a first overcurrent signal when in the on state of the first power semiconductor switch, a first power semiconductor switch main voltage applied between the third and first controller terminals exceeds a first voltage value, the first driver being configured to operate in the presence of the first power semiconductor switch first overcurrent signal to generate a first drive voltage for turning off the first power semiconductor switch,
- a first linear drive device, which is designed to drive the first power semiconductor switch such that it is operated in its linear mode when the first power semiconductor switch main voltage exceeds a second voltage value,
- a signal circuit configured to receive the first overcurrent signal and, upon receipt of the first overcurrent signal, to cause the second driver to generate a second drive voltage for turning off the second power semiconductor switch.
Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer 3-Level-Stromrichterhalbbrücke, die einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Leistungshalbleiterschalter, eine erste und eine zweite Diode, einen ersten und zweiten Gleichspannungsanschluss, einen Neutralanschluss und einen Wechselspannungsanschluss aufweist, wobei der jeweilige Leistungshalbleiterschalter einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss und einen Steueranschluss aufweist, wobei der zweite Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters mit dem ersten Laststromanschluss des dritten Leistungshalbleiterschalters und mit dem Wechselspannungsanschluss elektrisch leitend verbunden ist, wobei der erste Laststromanschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters mit dem ersten Gleichspannungsanschluss und der zweite Laststromanschluss des vierten Leistungshalbleiterschalters mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss elektrisch leitend verbunden ist, wobei der zweite Laststromanschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters mit dem ersten Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist und der zweite Laststromanschluss des dritten Leistungshalbleiterschalters mit dem ersten Laststromanschluss des vierten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist, wobei die erste Diode zwischen den Neutralanschluss und den ersten Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters elektrisch geschaltet ist und die zweite Diode zwischen den Neutralanschluss und den zweiten Laststromanschluss des dritten Leistungshalbleiterschalters elektrisch geschaltet ist, ausgehend von einem Betriebszustand bei dem der erste und zweite Leistungshalbleiterschalter eingeschaltet sind, mit folgenden Verfahrensschritten:
- a) Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters, wenn eine zwischen dem ersten und zweiten Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters anliegende erste Leistungshalbleiterschalterhauptspannung einen ersten Spannungswert überschreitet,
- b) Betreiben des ersten Leistungshalbleiterschalters in seinem Linearbetrieb, wenn die erste Leistungshalbleiterschalterhauptspannung einen zweiten Spannungswert überschreitet,
- c) Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters.
Further, this object is achieved by a method of operating a 3-level power converter half-bridge having first, second, third and fourth power semiconductor switches, first and second diodes, first and second DC voltage terminals, neutral terminal and AC voltage terminal wherein the respective power semiconductor switch has first and second load current terminals and a control terminal, the second load current terminal of the first power semiconductor switch being electrically connected to the first load current terminal of the third power semiconductor switch and the AC voltage terminal, the first load current terminal of the second power semiconductor switch being connected to the first DC voltage terminal and the second load current terminal of the fourth power semiconductor switch is electrically connected to the second DC voltage terminal, wherein the second load power connection of the second power semiconductor switch is electrically connected to the first load current terminal of the first power semiconductor switch and the second load current terminal of the third power semiconductor switch is electrically connected to the first load current terminal of the fourth power semiconductor switch, the first diode between the neutral terminal and the first load current terminal of the first power semiconductor switch electrically connected is and the second diode is electrically connected between the neutral terminal and the second load current terminal of the third power semiconductor switch, starting from an operating state in which the first and second power semiconductor switches are turned on, with the following method steps: - a) turning off the first power semiconductor switch when a first power semiconductor switch main voltage applied between the first and second load current terminals of the first power semiconductor switch exceeds a first voltage value,
- b) operating the first power semiconductor switch in its linear mode when the first power semiconductor switch main voltage exceeds a second voltage value,
- c) switching off the second power semiconductor switch.
Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Vorteilhafte Ausbildungen des Verfahrens ergeben sich analog zu vorteilhaften Ausbildungen der Steuereinrichtung und umgekehrt.Advantageous embodiments of the method are analogous to advantageous embodiments of the control device and vice versa.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung
einen elektrischen sechsten Steuereinrichtungsanschluss, der zur elektrischen Verbindung mit dem ersten Laststromanschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters vorgesehen ist und
eine zweite Linearbetriebsansteuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist, den zweiten Leistungshalbleiterschalter derart anzusteuern, dass dieser in seinem Linearbetrieb betrieben wird, wenn eine zwischen dem sechsten und vierten Steuereinrichtungsanschluss anliegende zweite Leistungshalbleiterschalterhauptspannung einen dritten Spannungswert überschreitet, aufweist. Hierdurch wird der zweite Leistungshalbleiterschalter vor einer zu hohen zweiten Leistungshalbleiterschalterhauptspannung geschützt.It proves to be advantageous if the control device
an electrical sixth controller terminal provided for electrical connection to the first load current terminal of the second power semiconductor switch, and
a second linear mode drive means adapted to drive the second power semiconductor switch to operate in its linear mode when a second power semiconductor switch main voltage applied between the sixth and fourth controller terminals exceeds a third voltage value. As a result, the second power semiconductor switch is protected from a too high second power semiconductor switch main voltage.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung keine zweite Überstromdetektionsschaltung aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein zweites Überstromsignal zu erzeugen, wenn im eingeschalteten Zustand des zweiten Leistungshalbleiterschalters, eine zwischen dem sechsten und vierten Steuereinrichtungsanschluss anliegende zweite Leistungshalbleiterschalterhauptspannung einen vierten Spannungswert überschreitet oder
wenn die Steuereinrichtung eine zweite Überstromdetektionsschaltung aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein zweites Überstromsignal zu erzeugen, wenn im eingeschalteten Zustand des zweiten Leistungshalbleiterschalters, eine zwischen dem sechsten und vierten Steuereinrichtungsanschluss anliegende zweite Leistungshalbleiterschalterhauptspannung einen vierten Spannungswert überschreitet, wobei die zweite Ansteuereinrichtung nicht dazu ausgebildet ist, bei Vorhandensein des zweiten Überstromsignals eine zweite Ansteuerspannung zum Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters zu erzeugen. Hierdurch wird die Sicherheit erhöht, dass der erste Leistungshalbleiterschalter zeitlich vor dem zweiten Leistungshalbleiterschalter ausschaltet.Furthermore, it proves to be advantageous if the control device has no second overcurrent detection circuit which is designed to generate a second overcurrent signal, when in the switched-on state of the second power semiconductor switch, a second power semiconductor switch main voltage applied between the sixth and fourth control device connection exceeds a fourth voltage value or
when the control device has a second overcurrent detection circuit configured to generate a second overcurrent signal when in the on state of the second power semiconductor switch, a second power semiconductor switch main voltage applied between the sixth and fourth controller terminals exceeds a fourth voltage value, the second driver not being configured in the presence of the second overcurrent signal, to generate a second drive voltage for switching off the second power semiconductor switch. This increases the security that the first power semiconductor switch switches off in time before the second power semiconductor switch.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung eine zweite Überstromdetektionsschaltung aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein zweites Überstromsignal zu erzeugen, wenn im eingeschalteten Zustand des zweiten Leistungshalbleiterschalters, eine zwischen dem sechsten und vierten Steuereinrichtungsanschluss anliegende zweite Leistungshalbleiterschalterhauptspannung einen vierten Spannungswert überschreitet, wobei die zweite Ansteuereinrichtung dazu ausgebildet ist, um eine definierte Zeitdauer zeitverzögert nach Vorhandensein des zweiten Überstromsignals eine zweite Ansteuerspannung zum Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters zu erzeugen. Hierdurch wird die Sicherheit erhöht, dass der erste Leistungshalbleiterschalter zeitlich vor dem zweiten Leistungshalbleiterschalter ausschaltet.Furthermore, it proves to be advantageous if the control device has a second overcurrent detection circuit which is designed to generate a second overcurrent signal, when in the switched-on state of the second power semiconductor switch, a second power semiconductor switch main voltage applied between the sixth and fourth control device terminals exceeds a fourth voltage value the second drive device is designed to generate a second drive voltage for switching off the second power semiconductor switch, with a time delay after the presence of the second overcurrent signal, for a defined period of time. This increases the security that the first Power semiconductor switch temporally before the second power semiconductor switch turns off.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die erste und zweite Ansteuereinrichtung derart ausgebildet sind, dass der Spannungswert einer von der zweiten Ansteuereinrichtung erzeugten zweiten Ansteuerspannung zum Einschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters höher ist als der Spannungswert einer von der ersten Ansteuereinrichtung erzeugten ersten Ansteuerspannung zum Einschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters. Hierdurch wird die Sicherheit erhöht, dass der erste Leistungshalbleiterschalter zeitlich vor dem zweiten Leistungshalbleiterschalter ausschaltet.Furthermore, it proves to be advantageous if the first and second drive means are designed such that the voltage value of a second drive voltage generated by the second drive means for switching on the second power semiconductor switch is higher than the voltage value of a first drive voltage generated by the first drive means for switching on the first power semiconductor switch. This increases the security that the first power semiconductor switch switches off in time before the second power semiconductor switch.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Signalschaltung zum Empfangen eines von einer übergeordneten Steuerung erzeugten zweiten Ansteuersignals ausgebildet ist, wobei die Signalschaltung ausgebildet ist in Abhängigkeit des zweiten Ansteuersignals das von diesem potentialgetrennte zweite Steuersignal zu erzeugen, wobei die Signalschaltung bewirkt, dass bei Empfang des ersten Überstromsignals die zweite Ansteuereinrichtung eine zweite Ansteuerspannung zum Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters erzeugt,
indem sie bei Empfang des ersten Überstromsignals unabhängig vom zweiten Ansteuersignal ein zweites Steuersignal A1 zum Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters erzeugt, oder
indem sie bei Empfang des ersten Überstromsignals aus dem ersten Überstromsignal ein von diesem potentialgetrenntes Fehlersignal erzeugt und dieses an die zweite Ansteuereinrichtung übermittelt, wobei die zweite Ansteuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie bei Empfang des Fehlersignals eine zweite Ansteuerspannung zum Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters erzeugt. Dadurch, dass der Ausschaltvorgang des zweiten Leistungshalbleiterschalters mittels der Signalschaltung unabhängig von der übergeordneten Steuerung eingeleitet wird, und somit Signallaufzeiten minimiert werden, schaltet der zweite Leistungshalbleiterschalter sehr schnell nach dem ersten Leistungshalbleiterschalter aus.Furthermore, it proves to be advantageous if the signal circuit is designed to receive a second control signal generated by a higher-level controller, the signal circuit being designed to generate the second control signal isolated by the second control signal, the signal circuit causing, upon receipt of the first overcurrent signal, the second drive device generates a second drive voltage for switching off the second power semiconductor switch,
by receiving a second control signal on receipt of the first overcurrent signal independently of the second control signal A1 to turn off the second power semiconductor switch, or
in that upon receipt of the first overcurrent signal from the first overcurrent signal, it generates an error signal separated by the latter and transmits this to the second actuation device, the second actuation device being designed such that it generates a second drive voltage for switching off the second power semiconductor switch upon receipt of the error signal. Characterized in that the turn-off of the second power semiconductor switch is initiated by the signal circuit independently of the higher-level control, and thus signal propagation times are minimized, the second power semiconductor switch turns off very quickly after the first power semiconductor switch.
Weiterhin erweist sich eine Leistungshalbleiterschaltung mit einer 3-Level-Stromrichterhalbbrücke, die einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Leistungshalbleiterschalter, eine erste und eine zweite Diode, einen ersten und zweiten Gleichspannungsanschluss, einen Neutralanschluss und einen Wechselspannungsanschluss aufweist, wobei der jeweilige Leistungshalbleiterschalter einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss und einen Steueranschluss aufweist, wobei der zweite Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters mit dem ersten Laststromanschluss des dritten Leistungshalbleiterschalters und mit dem Wechselspannungsanschluss elektrisch leitend verbunden ist, wobei der erste Laststromanschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters mit dem ersten Gleichspannungsanschluss und der zweite Laststromanschluss des vierten Leistungshalbleiterschalters mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss elektrisch leitend verbunden ist, wobei der zweite Laststromanschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters mit dem ersten Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist und der zweite Laststromanschluss des dritten Leistungshalbleiterschalters mit dem ersten Laststromanschluss des vierten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist, wobei die erste Diode zwischen den Neutralanschluss und den ersten Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters elektrisch geschaltet ist und die zweite Diode zwischen den Neutralanschluss und den zweiten Laststromanschluss des dritten Leistungshalbleiterschalters elektrisch geschaltet ist, und mit einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung, wobei der erste Steuereinrichtungsanschluss mit dem zweiten Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist, wobei der zweite Steuereinrichtungsanschluss mit dem Steueranschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist, wobei der dritte Steuereinrichtungsanschluss mit dem ersten Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist, wobei der vierte Steuereinrichtungsanschluss mit dem zweiten Laststromanschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist, wobei der fünfte Steuereinrichtungsanschluss, mit dem Steueranschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist, als vorteilhaft.Furthermore, a power semiconductor circuit having a 3-level power converter half-bridge has a first, a second, a third and a fourth power semiconductor switch, a first and a second diode, a first and second DC voltage terminal, a neutral terminal and an AC terminal, wherein the respective Power semiconductor switch having a first and a second load current terminal and a control terminal, wherein the second load current terminal of the first power semiconductor switch is electrically connected to the first load current terminal of the third power semiconductor switch and the AC voltage terminal, wherein the first load current terminal of the second power semiconductor switch with the first DC voltage terminal and the second load current terminal the fourth power semiconductor switch is electrically connected to the second DC voltage terminal, wherein the second Laststromans the second power semiconductor switch is electrically connected to the first load current terminal of the first power semiconductor switch and the second load current terminal of the third power semiconductor switch is electrically connected to the first load current terminal of the fourth power semiconductor switch, the first diode being electrically connected between the neutral terminal and the first load current terminal of the first power semiconductor switch and the second diode is electrically connected between the neutral terminal and the second load current terminal of the third power semiconductor switch, and with a control device according to the invention, wherein the first control terminal is electrically connected to the second load current terminal of the first power semiconductor switch, wherein the second control terminal is connected to the control terminal of the first Power semiconductor switch is electrically connected, wherein the third control device connection being electrically conductively connected to the first load current connection of the first power semiconductor switch, the fourth control device connection being electrically conductively connected to the second load current connection of the second power semiconductor switch, the fifth control device connection being electrically conductively connected to the control connection of the second power semiconductor switch.
Weiterhin erweist sich beim erfindungsgemäßen Verfahren folgender weitere Verfahrensschritt als vorteilhaft:
- d) Betreiben des zweiten Leistungshalbleiterschalters in seinem Linearbetrieb, wenn eine zwischen dem ersten und zweiten Laststromanschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters anliegende zweite Leistungshalbleiterschalterhauptspannung einen dritten Spannungswert überschreitet.
Furthermore, the following further method step proves to be advantageous in the method according to the invention: - d) operating the second power semiconductor switch in its linear operation, when a voltage applied between the first and second load current terminal of the second power semiconductor switch second power semiconductor switch main voltage exceeds a third voltage value.
Hierdurch wird der zweite Leistungshalbleiterschalter vor einer zu hohen zweiten Leistungshalbleiterschalterhauptspannung geschützt.As a result, the second power semiconductor switch is protected from a too high second power semiconductor switch main voltage.
Weiterhin erweist es sich beim erfindungsgemäßen Verfahren als vorteilhaft, wenn im Betriebszustand bei dem der erste und zweite Leistungshalbleiterschalter eingeschaltet sind, der Spannungswert einer am Steueranschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters anliegenden zweiten Ansteuerspannung höher ist als der Spannungswert einer am Steueranschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters anliegenden ersten Ansteuerspannung. Hierdurch wird die Sicherheit erhöht, dass der erste Leistungshalbleiterschalter zeitlich vor dem zweiten Leistungshalbleiterschalter ausschaltet.Furthermore, in the method according to the invention, it proves to be advantageous if, in the operating state in which the first and second power semiconductor switches are switched on, the voltage value of a second drive voltage applied to the control terminal of the second power semiconductor switch is higher than the voltage value of a first drive voltage applied to the control terminal of the first power semiconductor switch. This increases the security that the first power semiconductor switch switches off in time before the second power semiconductor switch.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die unten stehenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine Leistungshalbleiterschaltung mit einer 3-Level-Stromrichterhalbbrücke und mit einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung und
- 2 eine Linearbetriebsansteuereinrichtung der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung.
Embodiments of the invention will be explained below with reference to the figures below. Showing: - 1 a power semiconductor circuit with a 3-level converter half-bridge and with a control device according to the invention and
- 2 a Linearbetriebsansteuereinrichtung the control device according to the invention.
In 1 ist eine Leistungshalbleiterschaltung 5 mit einer 3-Level-Stromrichterhalbbrücke 1 und mit einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung 2 dargestellt.In 1 is a power semiconductor circuit 5 with a 3-level converter half bridge 1 and with a control device according to the invention 2 shown.
Die 3-Level-Stromrichterhalbbrücke 1 weist einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Leistungshalbleiterschalter T1, T2, T3 und T4, eine erste und eine zweite Diode D1 und D2, einen ersten und zweiten Gleichspannungsanschluss DC+ und DC-, einen Neutralanschluss N und einen Wechselspannungsanschluss AC auf. Der jeweilige Leistungshalbleiterschalter T1, T2, T3 und T4 weist einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss C und E und einen Steueranschluss G auf. Der zweite Laststromanschluss E des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 ist mit dem ersten Laststromanschluss C des dritten Leistungshalbleiterschalters T3 und mit dem Wechselspannungsanschluss AC elektrisch leitend verbunden. Der erste Laststromanschluss C des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 ist mit dem ersten Gleichspannungsanschluss DC+ und der zweite Laststromanschluss E des vierten Leistungshalbleiterschalters T4 ist mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss DCelektrisch leitend verbunden. Der zweite Laststromanschluss E des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 ist mit dem ersten Laststromanschluss C des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 elektrisch leitend verbunden. Der zweite Laststromanschluss E des dritten Leistungshalbleiterschalters T3 ist mit dem ersten Laststromanschluss C des vierten Leistungshalbleiterschalters T4 elektrisch leitend verbunden. Die erste Diode D1 ist zwischen den Neutralanschluss N und den ersten Laststromanschluss C des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 elektrisch geschaltet, wobei die Anode der ersten Diode D1 dem Neutralanschluss N elektrisch zugewandt angeordnet ist. Die zweite Diode D2 ist zwischen den Neutralanschluss N und den zweiten Laststromanschluss E des dritten Leistungshalbleiterschalters T3 elektrisch geschaltet, wobei die Kathode der zweiten Diode D2 dem Neutralanschluss N elektrisch zugewandt angeordnet ist. Dem ersten, zweiten, dritten und vierten Leistungshalbleiterschalter T1, T2, T3 und T4 ist vorzugsweise jeweilig eine Diode D antiparallel geschaltet.The 3-level converter half-bridge 1 has a first, a second, a third and a fourth power semiconductor switch T1 . T2 . T3 and T4 , a first and a second diode D1 and D2 , a first and second DC voltage connection DC + and DC, a neutral terminal N and an AC terminal AC on. The respective power semiconductor switch T1 . T2 . T3 and T4 has a first and a second load current connection C and E and a control terminal G on. The second load current connection e of the first power semiconductor switch T1 is with the first load current connection C of the third power semiconductor switch T3 and with the AC voltage connection AC electrically connected. The first load current connection C of the second power semiconductor switch T2 is with the first DC voltage connection DC + and the second load power connection e of the fourth power semiconductor switch T4 is electrically conductively connected to the second DC voltage terminal DC. The second load current connection E of the second power semiconductor switch T2 is with the first load current connection C of the first power semiconductor switch T1 electrically connected. The second load current connection e of the third power semiconductor switch T3 is with the first load current connection C of the fourth power semiconductor switch T4 electrically connected. The first diode D1 is between the neutral terminal N and the first load power connection C of the first power semiconductor switch T1 electrically connected, wherein the anode of the first diode D1 the neutral connection N is arranged electrically facing. The second diode D2 is between the neutral connection N and the second load current terminal E of the third power semiconductor switch T3 electrically connected, wherein the cathode of the second diode D2 the neutral terminal N is arranged facing electrically. The first, second, third and fourth power semiconductor switches T1 . T2 . T3 and T4 Preferably, a respective diode D is connected in antiparallel.
Die 3-Level-Stromrichterhalbbrücke 1 wird von zwei in 1 nicht dargestellten Spannungsquellen gespeist, die jeweils die halbe Zwischenkreisspannung Ud/2 erzeugen, so dass zwischen den beiden Gleichspannnungsanschlüssen DC+ und DC- die Zwischenkreisspannung Ud anliegt.The 3-level power converter half bridge 1 is powered by two in 1 not shown voltage sources fed, each half the DC link voltage Ud / 2 generate, so that between the two Gleichspannnungsanschlüssen DC + and DC- the intermediate circuit voltage Ud is present.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass im Rahmen des Ausführungsbeispiels die Leistungshalbleiterschalter T1, T2, T3 und T4 in Form von IGBTs vorliegen und der erste Laststromanschluss C des jeweiligen Leistungshalbleiterschalters in Form des Kollektors des jeweiligen IGBT und der zweite Laststromanschluss E des jeweiligen Leistungshalbleiterschalters in Form des Emitters des jeweiligen IGBT vorliegen. Der Steueranschluss G der Leistungshalbleiterschalter liegt beim Ausführungsbeispiel in Form des Gates des jeweiligen IGBT vor.It should be noted at this point that, in the context of the embodiment, the power semiconductor switch T1 . T2 . T3 and T4 in the form of IGBTs and the first load current connection C of the respective power semiconductor switch in the form of the collector of the respective IGBT and the second load current connection E of the respective power semiconductor switch in the form of the emitter of the respective IGBT. The control connection G the power semiconductor switch is in the embodiment in the form of the gate of the respective IGBT.
Durch entsprechendes Ein- und Ausschalten der Leistungshalbleiterschalter T1, T2, T3 und T4 können am Wechselspannungsanschluss AC im Bezug zum Neutralanschluss N elektrische Spannungen von Ud/2, -Ud/2 und 0V erzeugt werden. Die elektrische Funktionsweise einer 3-Level-Stromrichterhalbbrücke 1 ist allgemein bekannter Stand der Technik.By corresponding switching on and off of the power semiconductor switch T1 . T2 . T3 and T4 can at the AC voltage connection AC in relation to the neutral terminal N electrical voltages of Ud / 2 . -Ud / 2 and 0V be generated. The electrical operation of a 3-level converter half-bridge 1 is well known in the art.
Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung 2 weist einen elektrischen ersten Steuereinrichtungsanschluss SA1, der zur elektrischen Verbindung mit dem zweiten Laststromanschluss E des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 vorgesehen ist, einen elektrischen zweiten Steuereinrichtungsanschluss SA2, der zur elektrischen Verbindung mit dem Steueranschluss G des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 vorgesehen ist, einen elektrischen dritten Steuereinrichtungsanschluss SA3, der zur elektrischen Verbindung mit dem ersten Laststromanschluss C des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 vorgesehen ist, einen elektrischen vierten Steuereinrichtungsanschluss SA4, der zur elektrischen Verbindung mit dem zweiten Laststromanschluss E des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 vorgesehen ist und einen elektrischen fünften Steuereinrichtungsanschluss SA5, der zur elektrischen Verbindung mit dem Steueranschluss G des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 vorgesehen ist, auf. Zur Realisierung der Leistungshalbleiterschaltung 5 sind die jeweiligen elektrischen Verbindungen von der Steuereinrichtung 2 zu den jeweiligen Anschlüssen der 3-Level-Stromrichterhalbbrücke 1 ausgebildet.The control device according to the invention 2 has an electrical first controller port SA1 , which is for electrical connection to the second load power connection e of the first power semiconductor switch T1 is provided, an electrical second control device connection SA2 which is for electrical connection to the control terminal G of the first power semiconductor switch T1 is provided, an electrical third control device connection SA3 , which is for electrical connection to the first load power connection C of the first power semiconductor switch T1 is provided, an electrical fourth control device connection SA4 , which is for electrical connection to the second load power connection e of the second power semiconductor switch T2 is provided and an electrical fifth controller terminal SA5 which is for electrical connection to the control terminal G of the second power semiconductor switch T2 is provided on. For the realization of the power semiconductor circuit 5 are the respective electrical connections from the controller 2 formed to the respective terminals of the 3-level power converter half bridge 1.
Die Steuereinrichtung 2 weist weiterhin eine erste Ansteuereinrichtung T1a auf, die dazu ausgebildet ist am Steueranschluss G des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 eine erste Ansteuerspannung Ua1 in Abhängigkeit eines ersten Steuersignals A1 zur Ansteuerung des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 zu erzeugen und eine zweite Ansteuereinrichtung T2a, die dazu ausgebildet ist am Steueranschluss G des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 eine zweite Ansteuerspannung Ua2 in Abhängigkeit eines zweiten Steuersignals A2 zur Ansteuerung des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 zu erzeugen. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels weist die Steuereinrichtung 2 eine dritte Ansteuereinrichtung T3a auf, die dazu ausgebildet ist am Steueranschluss G des dritten Leistungshalbleiterschalters T3 eine dritte Ansteuerspannung Ua3 in Abhängigkeit eines dritten Steuersignals A3 zur Ansteuerung des dritten Leistungshalbleiterschalters T3 zu erzeugen und eine vierte Ansteuereinrichtung T4a auf, die dazu ausgebildet ist am Steueranschluss G des vierten Leistungshalbleiterschalters T4 eine vierte Ansteuerspannung Ua4 in Abhängigkeit eines vierten Steuersignals A4 zur Ansteuerung des vierten Leistungshalbleiterschalters T4 zu erzeugen.The control device 2 also has a first drive device T1a on, which is designed to be at the control terminal G of the first power semiconductor switch T1 a first drive voltage U a1 in response to a first control signal A1 for driving the first power semiconductor switch T1 to generate and a second drive means T2a , which is designed to be at the control terminal G of the second power semiconductor switch T2 a second drive voltage Ua2 in response to a second control signal A2 for driving the second power semiconductor switch T2 to create. In the context of the embodiment, the control device 2 a third driving T3a on, which is designed to be at the control terminal G of the third power semiconductor switch T3 a third drive voltage ua3 in response to a third control signal A3 for driving the third power semiconductor switch T3 to generate and a fourth drive device T4a on, which is adapted to the control terminal G of the fourth power semiconductor switch T4 a fourth drive voltage u a4 in response to a fourth control signal A4 for driving the fourth power semiconductor switch T4 to create.
Die Steuereinrichtung 2 ist zum Empfang von einem ersten und einem zweiten Ansteuersignal A1' und A2' und vorzugsweise zum Empfang von einem dritten und einem vierten Ansteuersignal A3' und A4' ausgebildet. Die Steuereinrichtung 2 weist eine Signalschaltung 3 auf, die vorzugsweise dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit des ersten Ansteuersignals A1' das von diesem potentialgetrennte erste Steuersignal A1 zu erzeugen und in Abhängigkeit des zweiten Ansteuersignals A2' das von diesem potentialgetrennte zweite Steuersignal A2 zu erzeugen. Weiterhin ist die Signalschaltung 3 vorzugsweise dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit des dritten Ansteuersignals A1' das von diesem potentialgetrennte dritte Steuersignal A3 zu erzeugen und in Abhängigkeit des vierten Ansteuersignals A4' das von diesem potentialgetrennte vierte Steuersignal A4 zu erzeugen. In Normalbetriebszustand der Steuereinrichtung 2, d.h. wenn kein Kurzschluss vorliegt, entsprechen die Steuersignale A1 bis A4 den jeweilig zugehörigen Ansteuersignalen A1' bis A4'. Das jeweilige Steuersignale A1 bis A4 bzw. das jeweilige Ansteuersignal A1' bis A4' gibt an, ob der ihm zugeordnete Leistungshalbleiterschalter T1 bis T4 eingeschaltet oder ausgeschaltet sein soll. Beim Ausführungsbeispiel erzeugt die jeweilige Ansteuereinrichtung T1a, T2a, T3 bzw. T4a eine jeweilige Ansteuerspannung Ua1 , Ua2, Ua2 bzw. Ua4 von +15V zum Einschalten des ihr zugeordneten Leistungshalbleiterschalters T1, T2, T3 bzw. T4 und eine Ansteuerspannung von -8V zum Ausschalten des ihr zugeordneten Leistungshalbleiterschalters T1, T2, T3 bzw. T4 am Steueranschluss G des jeweiligen Leistungshalbleiterschalters T1, T2, T3 bzw. T4 im Bezug zum zweiten Laststromanschluss E des jeweiligen Leistungshalbleiterschalters T1, T2, T3 bzw. T4. Die Ansteuersignale A1' und A2' und vorzugsweise die Ansteuersignale A3' und A4' werden von einer übergeordneten Steuerung 4 erzeugt und an die Steuereinrichtung 2, insbesondere an eine Signalschaltung 3 der Steuereinrichtung 2, übermittelt.The control device 2 is for receiving a first and a second drive signal A1 ' and A2 ' and preferably for receiving a third and a fourth drive signal A3 ' and A4 ' educated. The control device 2 has a signal circuit 3 on, which is preferably designed in response to the first drive signal A1 ' the isolated from this first control signal A1 to generate and in response to the second drive signal A2 ' the isolated from this second control signal A2 to create. Furthermore, the signal circuit 3 is preferably designed to, depending on the third drive signal A1 ' the isolated from this third control signal A3 to generate and in response to the fourth drive signal A4 ' the isolated from this fourth control signal A4 to create. In the normal operating state of the control device 2 , ie if there is no short circuit, correspond to the control signals A1 to A4 the respective associated drive signals A1 ' to A4 ' , The respective control signals A1 to A4 or the respective drive signal A1 ' to A4 ' indicates whether its associated power semiconductor switch T1 to T4 switched on or off. In the embodiment, the respective drive device generates T1a . T2a . T3 respectively. T4a a respective drive voltage U a1 . Ua2 . Ua2 respectively. u a4 from + 15V for switching on the power semiconductor switch assigned to it T1 . T2 . T3 respectively. T4 and a drive voltage of -8V for turning off its associated power semiconductor switch T1 . T2 . T3 respectively. T4 at the control terminal G of the respective power semiconductor switch T1 . T2 . T3 respectively. T4 in relation to the second load current connection E of the respective power semiconductor switch T1 . T2 . T3 respectively. T4 , The drive signals A1 ' and A2 ' and preferably the drive signals A3 ' and A4 ' be from a parent controller 4 generated and to the controller 2 , in particular to a signal circuit 3 the control device 2 , transmitted.
Die Steuereinrichtung 2 weist weiterhin eine erste Überstromdetektionsschaltung T1b auf, die dazu ausgebildet ist, ein erstes Überstromsignal F1 zu erzeugen, wenn im eingeschalteten Zustand des ersten Leistungshalbleiterschalters T1, eine zwischen dem dritten und ersten Steuereinrichtungsanschluss SA3 und SA1 anliegende erste Leistungshalbleiterschalterhauptspannung UT1 einen ersten Spannungswert überschreitet. Eine solche Überstromdetektionsschaltung ist Stand der Technik und z.B. aus der DE 10 2015 120 166 B3 bekannt. Es sei dabei angemerkt, dass der erste Spannungswert nicht notweniger Weise einen zeitlich konstanten Wert aufweisen muss, sondern sich, z.B. während eines Ausschaltvorgangs des ersten Leistungshalbleiterschalters T1, auch verändern kann.The control device 2 also has a first overcurrent detection circuit T1b which is adapted to a first overcurrent signal F1 to generate when in the on state of the first power semiconductor switch T1 one between the third and first controller port SA3 and SA1 applied first power semiconductor switch main voltage UT1 exceeds a first voltage value. Such an overcurrent detection circuit is state of the art and eg from the DE 10 2015 120 166 B3 known. It should be noted that the first voltage value does not necessarily have to have a time-constant value, but rather, for example, during a switch-off operation of the first power semiconductor switch T1 , also can change.
Die erste Ansteuereinrichtung T1a ist dazu ausgebildet, bei Vorhandensein des ersten Überstromsignals F1 eine erste Ansteuerspannung Ua1 zum Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 zu erzeugen. Die erste Ansteuereinrichtung T1a empfängt hierzu das erste Überstromsignal F1 von der ersten Überstromdetektionsschaltung T1b.The first drive device T1a is designed in the presence of the first overcurrent signal F1 a first drive voltage U a1 to turn off the first power semiconductor switch T1 to create. The first drive device T1a receives for this purpose the first overcurrent signal F1 from the first overcurrent detection circuit T1b ,
Die Steuereinrichtung 2 weist weiterhin eine erste Linearbetriebsansteuereinrichtung T1c, die dazu ausgebildet ist den ersten Leistungshalbleiterschalter T1 derart anzusteuern, dass dieser in seinem Linearbetrieb betrieben wird, wenn die erste Leistungshalbleiterschalterhauptspannung UT1 einen zweiten Spannungswert überschreitet. Der Linearbetrieb ist ein Betriebszustand, bei dem der betreffende Leistungshalbleiterschalter weder voll eingeschaltet noch ausgeschaltet ist. Im Linearbetrieb bewirken kleine Änderungen der Ansteuerspannung des Leistungshalbleiterschalters relativ große Änderungen seines zwischen seinem ersten und zweiten Laststromanschluss C und E wirksamen elektrischen Widerstands und damit beim Ausführungsbeispiel relativ große Änderungen des von seinem ersten Laststromanschluss C zu seinem zweiten Laststromanschluss E fließenden elektrischen Stroms.The control device 2 further comprises a first linear operation driving means T1c, which is adapted to the first power semiconductor switch T1 such that it is operated in its linear mode when the first power semiconductor switch main voltage UT1 exceeds a second voltage value. The linear operation is an operating state in which the relevant power semiconductor switch is neither fully turned on nor off. In linear operation, small changes in the drive voltage of the power semiconductor switch cause relatively large changes in its between its first and second load current connections C and E effective electrical resistance and thus in the embodiment relatively large changes in the current flowing from its first load current terminal C to its second load current terminal E electric current.
Die Steuereinrichtung 2 weist weiterhin eine Signalschaltung 3 auf, die ausgebildet ist, das erste Überstromsignal F1 zu empfangen und bei Empfang des ersten Überstromsignals F1 zu bewirken, dass die zweite Ansteuereinrichtung T2a eine zweite Ansteuerspannung Ua2 zum Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 erzeugt.The control device 2 also has a signal circuit 3 formed, the first overcurrent signal F1 to receive and upon receipt of the first overcurrent signal F1 to cause the second drive means T2a a second drive voltage Ua2 to turn off the second power semiconductor switch T2 generated.
Die Signalschaltung 3 ist vorzugsweise zum Empfangen eines von der übergeordneten Steuerung 4 erzeugten zweiten Ansteuersignals A2' ausgebildet, wobei die Signalschaltung 3 ausgebildet ist in Abhängigkeit des zweiten Ansteuersignals A2' das von diesem potentialgetrennte zweite Steuersignal A2 zu erzeugen, wobei die Signalschaltung 3 bewirkt, dass bei Empfang des ersten Überstromsignals F1 die zweite Ansteuereinrichtung T2a eine zweite Ansteuerspannung Ua2 zum Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 erzeugt, indem sie bei Empfang des ersten Überstromsignals F1 unabhängig vom zweiten Ansteuersignal A2' ein zweites Steuersignal A2 zum Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 erzeugt, oder indem sie bei Empfang des ersten Überstromsignals F1 aus dem ersten Überstromsignal F1 ein von diesem potentialgetrenntes Fehlersignal F erzeugt und dieses an die zweite Ansteuereinrichtung T2a übermittelt (in 1 gestrichelt gezeichnet dargestellt), wobei die zweite Ansteuereinrichtung T2a derart ausgebildet ist, dass sie bei Empfang des Fehlersignals F eine zweite Ansteuerspannung Ua2 zum Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 erzeugt. Bei der ersten Alternative kann die Signalschaltung 3 zur Realisierung dieser Funktionalität z.B. ein Logikgatter und ein Potentialtrennmittel, wie z.B. einen Optokoppler oder einem magnetischen Übertrager, umfassen. Bei der zweiten Alternative kann die Signalschaltung 3 zur Realisierung dieser Funktionalität im einfachsten Fall auch nur aus einem Potentialtrennmittel, wie z.B. einem Optokoppler oder einem magnetischen Übertrager bestehen. Dadurch, dass der Ausschaltvorgang des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 mittels der Signalschaltung 3 unabhängig von der übergeordneten Steuerung 4 eingeleitet wird, und somit Signallaufzeiten minimiert werden, schaltet der zweite Leistungshalbleiterschalter T2 infolge der geringen Signallaufzeiten sehr schnell nach dem ersten Leistungshalbleiterschalter T1 aus.The signal circuit 3 is preferably for receiving one from the higher-level controller 4 generated second drive signal A2 ' formed, wherein the signal circuit 3 is formed in dependence of the second drive signal A2 ' the isolated from this second control signal A2 to generate, with the signal circuit 3 causes when receiving the first overcurrent signal F1 the second drive device T2a a second drive voltage Ua2 to turn off the second power semiconductor switch T2 generated by receiving the first overcurrent signal F1 independent of the second drive signal A2 ' one second control signal A2 to turn off the second power semiconductor switch T2 generated or by receiving the first overcurrent signal F1 from the first overcurrent signal F1 generates a potential-separated error signal F and this to the second drive means T2a transmitted (in 1 shown in dashed lines), wherein the second drive means T2a is formed such that upon receipt of the error signal F, a second drive voltage Ua2 to turn off the second power semiconductor switch T2 generated. In the first alternative, the signal circuit 3 To implement this functionality, for example, a logic gate and a potential separation means, such as an optocoupler or a magnetic transformer include. In the second alternative, the signal circuit 3 to realize this functionality in the simplest case, only from a potential separation means, such as an optocoupler or a magnetic transformer exist. Characterized in that the turn-off of the second power semiconductor switch T2 by means of the signal circuit 3 regardless of the parent control 4 is initiated, and thus signal propagation times are minimized, the second power semiconductor switch switches T2 due to the low signal delays very quickly after the first power semiconductor switch T1 out.
Alternativ zu den im vorherigen Abschnitt genannten beiden Alternativen, kann die Signalschaltung 3 aber auch derart ausgebildet sein, bei Empfang des ersten Überstromsignals F1 zu bewirken, dass die zweite Ansteuereinrichtung T2a eine zweite Ansteuerspannung Ua2 zum Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 erzeugt, indem die Signalschaltung 3, aus dem ersten Überstromsignal F1 ein potentialgetrenntes Fehlersignal F erzeugt und dieses an die übergeordnete Steuerung 4 übermittelt (in 1 gestrichelt gezeichnet dargestellt), wobei die übergeordnete Steuerung 4 bei Empfang des Fehlersignals F ein zweites Ansteuersignal A2' zum Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 erzeugt. Diese Alternative hat jedoch den Nachteil, dass die Signallaufzeiten gegenüber den im vorherigen Abschnitt genannten beiden Alternativen deutlich größer sind und somit es deutlich länger dauert bis sich der zweite Leistungshalbleiterschalters T2 nach dem ersten Leistungshalbleiterschalters T1 ausschaltet.As an alternative to the two alternatives mentioned in the previous section, the signal switching can 3 but also be formed on receipt of the first overcurrent signal F1 to cause the second drive means T2a a second drive voltage Ua2 to turn off the second power semiconductor switch T2 generated by the signal circuit 3 , from the first overcurrent signal F1 generates a potential-separated error signal F and this to the higher-level control 4 transmitted (in 1 shown in dashed lines), wherein the higher-level control 4 upon receipt of the error signal F a second drive signal A2 ' to turn off the second power semiconductor switch T2 generated. However, this alternative has the disadvantage that the signal propagation times compared to the two alternatives mentioned in the previous section are significantly greater and thus it takes much longer until the second power semiconductor switch T2 after the first power semiconductor switch T1 off.
Es sei angemerkt, dass die Signalschaltung 3, vorzugsweise derart ausgebildet ist, das erste Überstromsignal F1 zu empfangen und bei Empfang des ersten Überstromsignals F1 zu bewirken, dass die zweite Ansteuereinrichtung T2a eine zweite Ansteuerspannung Ua2 zum Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 erzeugt, dass die dritte Ansteuereinrichtung T3a eine dritte Ansteuerspannung Ua3 zum Ausschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters T3 erzeugt und dass die vierte Ansteuereinrichtung T4a eine vierte Ansteuerspannung Ua4 zum Ausschalten des vierten Leistungshalbleiterschalters T4 erzeugt. Somit bewirkt die Signalschaltung 3 bei Empfang des ersten Überstromsignals F1 ein Ausschalten aller übrigen Leistungshalbleiterschalter der 3-Level-Stromrichterhalbbrücke 1, falls diese nicht ohnehin bei Empfang des ersten Überstromsignals F1 gerade ausgeschaltet sind.It should be noted that the signal circuit 3 , is preferably designed such, the first overcurrent signal F1 to receive and upon receipt of the first overcurrent signal F1 to cause the second drive means T2a a second drive voltage Ua2 to turn off the second power semiconductor switch T2 generates that third driving device T3a a third drive voltage ua3 to turn off the third power semiconductor switch T3 generated and that the fourth drive device T4a a fourth drive voltage u a4 for turning off the fourth power semiconductor switch T4 generated. Thus, the signal circuit causes 3 upon receipt of the first overcurrent signal F1 switching off all other power semiconductor switches of the 3-level converter half-bridge 1 if they are not already on receipt of the first overcurrent signal F1 are currently off.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Steuereinrichtung 2 anhand eines Verfahrens zum Betrieb der 3-Level-Stromrichterhalbbrücke 1 beschrieben. Es wird dabei von einem Betriebszustand ausgegangen bei dem der erste und zweite Leistungshalbleiterschalter T1 und T2 eingeschaltet sind, so dass der Kurzschlussstrom I vom ersten Gleichspannungsanschluss DC+ durch den ersten und zweiten Leistungshalbleiterschalter T1 und T2 hindurch zum Wechselspannungsanschluss AC fließt. Der hohe Kurzschlussstrom I erzeugt am eingeschalten ersten Leistungshalbleiterschalter T1 eine hohe erste Leistungshalbleiterschalterhauptspannung UT1.The following is the operation of the controller 2 described with reference to a method for operating the 3-level converter half bridge 1. It is assumed that an operating state in which the first and second power semiconductor switch T1 and T2 are turned on, so that the short-circuit current I from the first DC voltage terminal DC + through the first and second power semiconductor switches T1 and T2 through to the AC voltage terminal AC flows. The high short-circuit current I generates at the turned-on first power semiconductor switch T1 a high first power semiconductor switch main voltage UT1 ,
In einem ersten Verfahrensschritt a) erfolgt ein Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 mittels der ersten Überstromdetektionsschaltung T1b, wenn die erste Leistungshalbleiterschalterhauptspannung UT1 den ersten Spannungswert überschreitet. Das Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 bewirkt einen starken Anstieg der ersten Leistungshalbleiterschalterhauptspannung UT1, was bei techniküblicher Spannungsbelastungsauslegung des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 in der Regel ohne spannungsbegrenzende Maßnahmen zu einer Zerstörung des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 führen könnte.In a first method step a), the first power semiconductor switch is switched off T1 by means of the first overcurrent detection circuit T1b when the first power semiconductor switch main voltage UT1 exceeds the first voltage value. Turning off the first power semiconductor switch T1 causes a large increase in the first power semiconductor switch main voltage UT1 , which is the case with the usual power voltage design of the first power semiconductor switch T1 usually without voltage-limiting measures to destroy the first power semiconductor switch T1 could lead.
In einem zweiten Verfahrensschritt b) erfolgt deshalb ein Betreiben des ersten Leistungshalbleiterschalter T1 in seinem Linearbetrieb mittels der ersten Linearbetriebsansteuereinrichtung T1c, wenn die erste Leistungshalbleiterschalterhauptspannung UT1 einen zweiten Spannungswert überschreitet. Die Höhe des zweiten Spannungswerts ist kleiner als die maximal zulässige erste Leistungshalbleiterschalterhauptspannung UT1 des ersten Leistungshalbleiterschalters T1. Dadurch, dass der Leistungshalbleiterschalter T1 in seinem Linearbetrieb betrieben wird, wird elektrische Energie im Leistungshalbleiterschalters T1 umgesetzt, was dazu führt, dass die Höhe der ersten Leistungshalbleiterschalterhauptspannung UT1 auf einen für den Leistungshalbleiterschalter T1 zulässigen Wert begrenzt wird.In a second method step b), therefore, the first power semiconductor switch is operated T1 in its linear operation by means of the first linear operation drive means T1c when the first power semiconductor switch main voltage UT1 exceeds a second voltage value. The magnitude of the second voltage value is less than the maximum allowable first power semiconductor switch main voltage UT1 of the first power semiconductor switch T1 , Because of the power semiconductor switch T1 is operated in its linear operation, electrical energy in the power semiconductor switch T1 implemented, which causes the height of the first power semiconductor switch main voltage UT1 on one for the power semiconductor switch T1 permissible value is limited.
In einem dritten Verfahrensschritt c) erfolgt ein Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 mittels der Signalschaltung 3. Durch die Laufzeit der Signale über die Signalschaltung 3 erfolgt der dritte Verfahrensschritt c), d.h. das Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2, zeitlich nach dem ersten Verfahrensschritt a), d.h. nach dem Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1.In a third method step c), the second power semiconductor switch is switched off T2 by means of the signal circuit 3 , By the transit time of the signals via the signal circuit 3 the third method step c) takes place, ie the switching off of the second power semiconductor switch T2 , temporally after the first method step a), ie after switching off the first power semiconductor switch T1 ,
Im Gegensatz zur techniküblichen eingangs beschrieben Abschaltreihenfolge wird zuerst der erste Leistungshalbleiterschalter T1 abgeschaltet und zeitlich danach der zweite Leistungshalbleiterschalters T2. Der dritte Verfahrensschritt c) erfolgt somit zeitlich nach dem ersten Verfahrensschritt a).In contrast to the technology usually described shutdown sequence is first the first power semiconductor switch T1 switched off and temporally thereafter the second power semiconductor switch T2 , The third method step c) thus takes place after the first method step a).
Die Steuereinrichtung 2 weist vorzugsweise einen elektrischen sechsten Steuereinrichtungsanschluss SA6, der zur elektrischen Verbindung mit dem ersten Laststromanschluss C des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 vorgesehen ist und einen zweite Linearbetriebsansteuereinrichtung T2c auf, die dazu ausgebildet ist den zweiten Leistungshalbleiterschalter T2 derart anzusteuern, dass dieser in seinem Linearbetrieb betrieben wird, wenn eine zwischen dem sechsten und vierten Steuereinrichtungsanschluss SA6 und SA4 anliegende zweite Leistungshalbleiterschalterhauptspannung UT2 einen dritten Spannungswert überschreitet. Zur Realisierung der Leistungshalbleiterschaltung 5 ist der sechste Steuereinrichtungsanschluss SA6 mit dem ersten Laststromanschluss C des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 elektrisch leitend verbunden. Der zweite Leistungshalbleiterschalters T2 wird durch die zweite Linearbetriebsansteuereinrichtung T2c in analoger Weise vor einer zu hohen zweiten Leistungshalbleiterschalterhauptspannung UT2 geschützt wie der erste Leistungshalbleiterschalters T1 vor einer zu hohen ersten Leistungshalbleiterschalterhauptspannung UT1. Die Höhe des dritten Spannungswerts ist kleiner als die maximal zulässige zweite Leistungshalbleiterschalterhauptspannung UT2 des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2. Der dritte Spannungswert kann dem zweiten Spannungswert entsprechen. Mittels der zweiten Linearbetriebsansteuereinrichtung T2c erfolgt ein Betreiben des zweiten Leistungshalbleiterschalters T1 in seinem Linearbetrieb, wenn die zwischen dem ersten und zweiten Laststromanschluss C und E des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 anliegende zweite Leistungshalbleiterschalterhauptspannung UT2 einen dritten Spannungswert überschreitet.The control device 2 preferably has an electrical sixth controller port SA6 , which is for electrical connection to the first load power connection C of the second power semiconductor switch T2 is provided and a second Linearbetriebsansteuereinrichtung T 2c on, which is adapted to the second power semiconductor switch T2 such that it is operated in its linear mode when one between the sixth and fourth controller terminal SA6 and SA4 applied second power semiconductor switch main voltage UT2 exceeds a third voltage value. For the realization of the power semiconductor circuit 5 is the sixth controller port SA6 with the first load current connection C of the second power semiconductor switch T2 electrically connected. The second power semiconductor switch T2 is by the second Linearbetriebsansteuereinrichtung T 2c in an analogous manner in front of too high a second power semiconductor switch main voltage UT2 protected like the first power semiconductor switch T1 before too high a first power semiconductor switch main voltage UT1 , The magnitude of the third voltage value is less than the maximum allowable second power semiconductor switch main voltage UT2 of the second power semiconductor switch T2 , The third voltage value may correspond to the second voltage value. By means of the second linear operation drive device T 2c an operation of the second power semiconductor switch takes place T1 in its linear mode, when between the first and second load power connection C and e of the second power semiconductor switch T2 applied second power semiconductor switch main voltage UT2 exceeds a third voltage value.
Die Steuereinrichtung 2 weist vorzugsweise keine zweite Überstromdetektionsschaltung T2b auf, die dazu ausgebildet ist, ein zweites Überstromsignal F2 zu erzeugen, wenn im eingeschalteten Zustand des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2, eine zwischen dem sechsten und vierten Steuereinrichtungsanschluss SA6 und SA4 anliegende zweite Leistungshalbleiterschalterhauptspannung UT2 einen vierten Spannungswert überschreitet. Alternativ weist die Steuereinrichtung 2 vorzugsweise eine zweite Überstromdetektionsschaltung T2b auf, die dazu ausgebildet ist, ein zweites Überstromsignal F2 zu erzeugen, wenn im eingeschalteten Zustand des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2, eine zwischen dem sechsten und vierten Steuereinrichtungsanschluss SA6 und SA4 anliegende zweite Leistungshalbleiterschalterhauptspannung UT2 einen vierten Spannungswert überschreitet, wobei die zweite Ansteuereinrichtung T2a nicht dazu ausgebildet ist, bei Vorhandensein des zweiten Überstromsignals F2 eine zweite Ansteuerspannung Ua2 zum Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 zu erzeugen. Alternativ hierzu kann die Steuereinrichtung 2 eine zweite Überstromdetektionsschaltung T2b aufweisen, die dazu ausgebildet ist, ein zweites Überstromsignal F2 zu erzeugen, wenn im eingeschalteten Zustand des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2, eine zwischen dem sechsten und vierten Steuereinrichtungsanschluss SA6 und SA4 anliegende zweite Leistungshalbleiterschalterhauptspannung UT2 einen vierten Spannungswert überschreitet, wobei die zweite Ansteuereinrichtung T2a dazu ausgebildet ist, um eine bestimmte Zeitdauer zeitverzögert nach Vorhandensein des zweiten Überstromsignals F2 eine zweite Ansteuerspannung Ua2 zum Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 zu erzeugen. Alle drei Alternativen Erhöhen die Sicherheit, dass der erste Leistungshalbleiterschalter T1 zeitlich vor dem zweiten Leistungshalbleiterschalter T2 ausschaltet. Der vierte Spannungswert entspricht bei allen drei Alternativen vorzugsweise dem ersten Spannungswert.The control device 2 preferably has no second overcurrent detection circuit T2b which is adapted to a second overcurrent signal F2 to generate when in the on state of the second power semiconductor switch T2 one between the sixth and fourth controller ports SA6 and SA4 applied second power semiconductor switch main voltage UT2 exceeds a fourth voltage value. Alternatively, the control device 2 preferably a second overcurrent detection circuit T2b which is adapted to a second overcurrent signal F2 to generate when in the on state of the second power semiconductor switch T2 one between the sixth and fourth controller ports SA6 and SA4 applied second power semiconductor switch main voltage UT2 exceeds a fourth voltage value, wherein the second drive means T2a is not designed in the presence of the second overcurrent signal F2 a second drive voltage Ua2 for turning off the second power semiconductor switch T2 to create. Alternatively, the control device 2 a second overcurrent detection circuit T2b which is adapted to a second overcurrent signal F2 to generate, when in the on state of the second power semiconductor switch T2, one between the sixth and fourth controller terminal SA6 and SA4 applied second power semiconductor switch main voltage UT2 exceeds a fourth voltage value, wherein the second drive means T2a is designed to be delayed by a certain period of time after the presence of the second overcurrent signal F2 a second drive voltage Ua2 to turn off the second power semiconductor switch T2 to create. All three alternatives increase the safety of being the first power semiconductor switch T1 in time before the second power semiconductor switch T2 off. The fourth voltage value preferably corresponds to the first voltage value in all three alternatives.
Die erste und zweite Ansteuereinrichtung T1a und T2a können derart ausgebildet sein, dass der Spannungswert einer von der zweiten Ansteuereinrichtung T2a erzeugten zweiten Ansteuerspannung Ua2 zum Einschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 höher ist als der Spannungswert einer von der ersten Ansteuereinrichtung T1a erzeugten ersten Ansteuerspannung Ua1 zum Einschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1. Somit ist in einem Betriebszustand bei dem der erste und zweite Leistungshalbleiterschalter T1 und T2 eingeschaltet sind, der Spannungswert der am Steueranschluss G des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 anliegenden zweiten Ansteuerspannung Ua2 höher als der Spannungswert der am Steueranschluss G des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 anliegenden ersten Ansteuerspannung Ua1. Hierdurch wird die Sicherheit erhöht, dass im Kurzschlussfall, wenn eine hoher Kurzschlussstrom durch den ersten und zweiten Leistungshalbleiterschalters T1 und T2 fließt, der erste Leistungshalbleiterschalter T1 vor dem zweiten Leistungshalbleiterschalter T2 in Sättigung geht und somit der erste Leistungshalbleiterschalter T1 vor dem zweiten Leistungshalbleiterschalter T2 ausschaltet.The first and second drive device T1a and T2a may be formed such that the voltage value of one of the second drive means T2a generated second drive voltage Ua2 for switching on the second power semiconductor switch T2 is higher than the voltage value of one of the first drive means T1a generated first drive voltage U a1 for switching on the first power semiconductor switch T1 , Thus, in an operating state where the first and second power semiconductor switches T1 and T2 are switched on, the voltage value at the control terminal G of the second power semiconductor switch T2 applied second drive voltage Ua2 higher than the voltage value at the control connection G of the first power semiconductor switch T1 applied first drive voltage U a1 , This increases the security that in the event of a short circuit, when a high short-circuit current through the first and second power semiconductor switch T1 and T2 flows, the first power semiconductor switch T1 before the second power semiconductor switch T2 goes into saturation and thus the first power semiconductor switch T1 before the second power semiconductor switch T2 off.
Bisher wurde im Wesentlichen der Aufbau und die Funktionsweise der bezüglich 1 oberen Hälfte der Leistungshalbleiterschaltung 5 bzw. der Steuereinrichtung beschrieben. Der Aufbau und die Funktionsweise der unteren Hälfte der Leistungshalbleiterschaltung 5 bzw. der Steuereinrichtung 2 entspricht in analoger Weise dem Aufbau und der Funktionsweise der oberen Hälfte der Leistungshalbleiterschaltung 5 bzw. der Steuereinrichtung 2. Die Steuereinrichtung 2 weist somit vorzugsweise eine dritte Überstromdetektionsschaltung T3b auf, die in analoger Weise der ersten Überstromdetektionsschaltung T1b entspricht, und vorzugsweise eine dritte Linearbetriebsansteuereinrichtung T3c auf, die in analoger Weise der ersten Linearbetriebsansteuereinrichtung T1c entspricht. Weiterhin kann die Steuereinrichtung 2 somit eine vierte Überstromdetektionsschaltung T4b aufweisen, die in analoger Weise der zweiten Überstromdetektionsschaltung T2b entspricht, und eine vierte Linearbetriebsansteuereinrichtung T4c aufweisen, die in analoger Weise der zweiten Linearbetriebsansteuereinrichtung T2c entspricht.So far, essentially the structure and operation of the respect 1 upper half of the power semiconductor circuit 5 or the control device described. The structure and operation of the lower half of the power semiconductor circuit 5 or the control device 2 corresponds in an analogous manner to the structure and operation of the upper half of the power semiconductor circuit 5 or the control device 2 , The control device 2 thus preferably has a third overcurrent detection circuit T3b in analogous fashion to the first overcurrent detection circuit T1b corresponds, and preferably a third Linearbetriebsansteuereinrichtung t3c in an analogous manner to the first linear operation drive T1c equivalent. Furthermore, the control device 2 thus a fourth overcurrent detection circuit T4b in an analogous manner to the second overcurrent detection circuit T2b and a fourth linear driving device t4c have, in an analogous manner, the second Linearbetriebsansteuereinrichtung T 2c equivalent.
In 2 ist ein Ausführungsbeispiel der jeweiligen Linearbetriebsansteuereinrichtung T1c, T2c, T3c bzw. T4c dargestellt. Die jeweilige Linearbetriebsansteuereinrichtung T1c, T2c, T3c bzw. T4c weist eine elektrische Reihenschaltung von Suppressordioden Ds1, die vorzugsweise als Zehnerdioden ausgebildet sind, auf. Die elektrische Reihenschaltung von ersten Suppressordioden Ds1 ist zwischen einem Schaltungsknoten K1 und dem ersten Laststromanschluss C des jeweiligen Leistungshalbleiterschalters T1, T2, T3 bzw. T4 elektrisch geschalten, wobei die Kathoden der ersten Suppressordioden Ds1 dem ersten Laststromanschluss C des jeweiligen Leistungshalbleiterschalters T1, T2, T3 bzw. T4 elektrisch zugewandt sind. Der Schaltungsknoten K1 ist über eine dritte Diode D3 und einen elektrischen ersten Widerstand R1 mit dem Steueranschluss G des jeweiligen Leistungshalbleiterschalters T1, T2, T3 bzw. T4 elektrisch verbunden, wobei die Anode der dritte Diode D3 dem Schaltungsknoten K1 elektrisch zugewandt ist. Der Steueranschluss G des jeweiligen Leistungshalbleiterschalters T1, T2, T3 bzw. T4 ist über eine bipolare zweite Suppressordiode Ds2 mit dem zweiten Laststromanschluss C des jeweiligen Leistungshalbleiterschalters T1, T2, T3 bzw. T4 elektrisch verbunden. Wenn die jeweilige Leistungshalbleiterschalterhauptspannung UT1, UT2, UT3 bzw. UT4 einen bestimmten jeweiligen Spannungswert (zweiter Spannungswert bei der ersten Linearbetriebsansteuereinrichtung T1c bzw. dritter Spannungswert bei der zweiten Linearbetriebsansteuereinrichtung T2c) überschreitet, d.h. die Durchbruchspannung der elektrischen Reihenschaltung der ersten Suppressordioden Ds1 überschreitet, fließt über die elektrische Reihenschaltung der ersten Suppressordioden Ds1 vom ersten Laststromanschluss C des jeweiligen Leistungshalbleiterschalters T1, T2, T3 bzw. T4 eine elektrischer Strom zum Steueranschluss G des jeweiligen Leistungshalbleiterschalters T1, T2, T3 bzw. T4, wodurch dieser seinem Linearbetrieb betrieben wird. Die bipolare zweite Suppressordiode Ds2 bewirkt zum einen eine elektrische Anbindung der jeweiligen Linearbetriebsansteuereinrichtung T1c, T2c, T3c bzw. T4c an den zweiten Laststromanschluss E des jeweiligen Leistungshalbleiterschalters T1, T2, T3 bzw. T4 und zum anderen eine Begrenzung der jeweiligen Ansteuerspannung Ua1, Ua2, Ua3 bzw. Ua4 auf die Durchbruchspannung der dritten Suppressordiode Ds3. Da die jeweilige Linearbetriebsansteuereinrichtung T1c, T2c, T3c bzw. T4c, wenn sie aktiv ist, gegen den Ausgang der jeweiligen Ansteuereinrichtung T1a, T2a, T3a bzw. T4a zur Erzeugung der jeweiligen Ansteuerspannung Ua1, Ua2, Ua3 bzw. Ua3 arbeitet, können an jeweiligen Ansteuereinrichtung T1a, T2a, T3a bzw. T4a hohe elektrische Verluste entstehen, welche zu einer starken Erwärmung der jeweiligen Ansteuereinrichtung T1a, T2a, T3a bzw. T4a führen können. Um dies zu vermeiden erzeugt die jeweilige Linearbetriebsansteuereinrichtung T1c, T2c, T3c bzw. T4c deshalb vorzugsweise, wenn der jeweilige zweite Spannungswert überschritten wird und die jeweilige Linearbetriebsansteuereinrichtung T1c, T2c, T3c bzw. T4c somit aktiv ist, ein jeweiliges Ausschaltsignal S1, S2, S3 bzw. S4. Die jeweilige Ansteuereinrichtung T1a, T2a, T3a bzw. T4a schaltet bei Vorhandensein des jeweiligen Ausschaltsignals S1, S2, S3 bzw. S4 die Erzeugung der jeweiligen Ansteuerspannung Ua1, Ua2, Ua3 bzw. Ua4 aus. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels ist die Ansteuereinrichtung T1a, T2a, T3a bzw. T4a hierzu über einen zwischen den Schaltungsknoten K1 und einem Eingang der jeweiligen Ansteuereinrichtung T1a, T2a, T3a bzw. T4a elektrisch geschalten elektrischen zweiten Widerstand R2 elektrisch leitend verbunden.In 2 is an embodiment of the respective Linearbetriebsansteuereinrichtung T1c . T 2c . t3c respectively. t4c shown. The respective Linearbetriebsansteuereinrichtung T1c . T 2c . t3c respectively. t4c has an electrical series circuit of suppressor diodes Ds1, which are preferably formed as a diode, on. The electrical series connection of first suppressor diodes Ds1 is connected between a circuit node K1 and the first load power connection C the respective power semiconductor switch T1 . T2 . T3 respectively. T4 electrically connected, wherein the cathodes of the first suppressor diodes Ds1 the first load current terminal C of the respective power semiconductor switch T1 . T2 . T3 respectively. T4 electrically facing. The circuit node K1 is via a third diode D3 and an electrical first resistor R1 with the control terminal G the respective power semiconductor switch T1 . T2 . T3 respectively. T4 electrically connected, wherein the anode of the third diode D3 the circuit node K1 facing electrically. The control connection G the respective power semiconductor switch T1 . T2 . T3 respectively. T4 is via a bipolar second suppressor diode ds2 with the second load power connection C the respective power semiconductor switch T1 . T2 . T3 respectively. T4 electrically connected. When the respective power semiconductor switch main voltage UT1 . UT2 . UT3 respectively. UT4 a certain respective voltage value (second voltage value in the first linear drive device T1c or third voltage value in the second linear operation drive device T 2c ), ie the breakdown voltage of the electrical series connection of the first suppressor diodes ds1 exceeds, flows through the electrical series connection of the first suppressor diodes ds1 from the first load current connection C the respective power semiconductor switch T1 . T2 . T3 respectively. T4 an electrical current to the control terminal G the respective power semiconductor switch T1 . T2 . T3 respectively. T4 , whereby this is operated in its linear mode. The bipolar second suppressor diode ds2 on the one hand causes an electrical connection of the respective linear operation driving device T1c . T 2c . t3c respectively. t4c to the second load current connection E of the respective power semiconductor switch T1 . T2 . T3 respectively. T4 and on the other hand, a limitation of the respective drive voltage U a1 . Ua2 . ua3 respectively. u a4 on the breakdown voltage of the third suppressor diode Ds3 , Since the respective Linearbetriebsansteuereinrichtung T1c . T 2c . t3c respectively. t4c when active, against the output of the respective drive device T1a . T2a . T3a respectively. T4a for generating the respective drive voltage U a1 . Ua2 . ua3 respectively. ua3 works, can at each control device T1a . T2a . T3a respectively. T4a high electrical losses occur, resulting in a strong heating of the respective control device T1a . T2a . T3a respectively. T4a being able to lead. To avoid this generates the respective linear operation drive means T1c . T 2c . t3c respectively. t4c Therefore, preferably, when the respective second voltage value is exceeded and the respective Linearbetriebsansteuereinrichtung T1c . T 2c . t3c respectively. t4c is thus active, a respective switch-off signal S1 . S2 . S3 respectively. S4 , The respective control device T1a . T2a . T3a respectively. T4a switches in the presence of the respective switch-off signal S1 . S2 . S3 respectively. S4 the generation of the respective drive voltage U a1 . Ua2 . ua3 respectively. u a4 out. In the context of the embodiment, the drive device T1a . T2a . T3a respectively. T4a via one between the circuit nodes K1 and an input of the respective drive device T1a . T2a . T3a respectively. T4a electrically connected electrical second resistor R2 electrically connected.
