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Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für einen Leistungshalbleiterschalter.
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Aus der
EP 2 434 627 A1 ist eine Steuereinrichtung für einen Leistungshalbleiterschalter bekannt, die eine Ansteuereinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit eines Steuersignals, an ihrem ersten Ausgang eine erste Ansteuerspannung zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalters und an ihrem zweiten Ausgang eine zweite Ansteuerspannung zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters zueinander alternierend zur erzeugen. Die erste Ansteuerspannung wird über einen elektrischen Einschaltwiderstand und die zweite Ansteuerspannung wird über einen elektrischen Ausschaltwiderstand dem Steueranschluss des Leistungshalbleiterschalters zugeführt.
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In der Leistungselektronik werden häufig, wie z.B. in
2 der
EP 2 434 627 A1 dargestellt, jeweils zwei Leistungshalbleiterschalter zu einer Halbbrückenschaltung elektrisch in Reihe geschaltet. Die beiden Leistungshalbleiterschalter werden dabei zueinander alternierend ein- und ausgeschaltet. Um beim zueinander alternierenden Ein- und Ausschalten der beiden Leistungshalbleiterschalter einen Kurzschluss der Halbrückenschaltung zu vermeiden, müssen für eine gewisse möglichst kurze Zeitdauer, die fachspezifisch auch als Totzeit bezeichnet wird, beide Leistungshalbleiterschalter gleichzeitig ausgeschaltet sein. Um die Totzeit möglichst gering zu halten, ist es technisch wünschenswert, wenn bei der jeweiligen Ansteuereinrichtung, bei eingeschaltetem Leitungshalbleiterschalter, die Zeitdauer vom Zeitpunkt t0, an dem an ihrem ersten Ausgang die erste Ansteuerspannung zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalters nicht mehr erzeugt wird und an ihrem zweiten Ausgang die zweite Ansteuerspannung zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters begonnen wird zu erzeugen, bis zum Zeitpunkt t2 an dem der Leitungshalbleiterschalter ausgeschaltet ist, möglichst gering ist.
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Die WO 2017/ 221 417 A1 offenbart eine Gate-Treiberschaltung, die aufweist: ein erstes Schaltelement; ein zweites Schaltelement; ein drittes Schaltelement; ein viertes Schaltelement; und einen Kondensator. Die Source des ersten Schaltelements ist mit einer ersten Spannung verbunden, und der Drain ist mit einer Gate-Elektrode eines Hauptschaltelements verbunden. Die Source des zweiten Schaltelements ist mit einer zweiten Spannung verbunden, und der Drain ist mit der Gate-Elektrode des Hauptschaltelements verbunden. Die Source des dritten Schaltelements ist mit der ersten Spannung verbunden, und der Drain ist mit einer ersten Elektrode des Kondensators verbunden. Die Source des vierten Schaltelements ist mit der zweiten Spannung verbunden, und der Drain ist mit der ersten Elektrode des Kondensators und dem Drain des dritten Schaltelements verbunden. Eine zweite Elektrode des Kondensators ist mit der Gate-Elektrode des Hauptschaltelements verbunden.
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Die US 2014 / 0 191 784 A1 offenbart eine Halbleiter-Treiberschaltung und Leistungswandlungsgerät mit dieser Schaltung. Die Totzeit wird in der Halbleiter-Treiberschaltung für Schaltvorrichtungen, die den Halbleiter mit breitem Bandabstand verwenden, stabil gehalten. Der Drain-Anschluss der Schaltvorrichtung eines oberen Arms ist mit dem positiven Anschluss einer ersten Energieversorgung verbunden, der Source-Anschluss der Schaltvorrichtung eines unteren Arms ist mit dem negativen Anschluss der ersten Energieversorgung verbunden, und der Source-Anschluss der Schaltvorrichtung des oberen Arms ist mit dem Drain-Anschluss der Schaltvorrichtung des unteren Arms verbunden. Eine Gate-Treiberschaltung, die für jede Schaltvorrichtung vorgesehen ist, umfasst eine FET-Schaltung und eine Parallelschaltung, die aus einer Parallelschaltung eines ersten Widerstands und eines ersten Kondensators besteht und einen ersten Anschluss hat, der mit dem Gate-Anschluss der Schaltvorrichtung verbunden ist.
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Die US 2008 / 0 122 497 A1 offenbart eine Gate-Treiberschaltung zum Steuern eines Leistungshalbleiter-Schaltelements, mit dem eine Breitband-Halbleiter-Schottky-Sperrschichtdiode oder eine Breitband-Halbleiter-Freilaufdiode verbunden ist, wobei die Gate-Treiberschaltung umfasst: ein Elementspannungserfassungsmittel zum Erfassen eines Spannungswerts des Leistungshalbleiter-Schaltelements, und eine Ansteuerungssteuerungseinrichtung zum Ändern des Gate-Ansteuerungswiderstands oder des Ansteuerungsstroms auf der Grundlage des von der Elementspannungserfassungseinrichtung erfassten Spannungswerts.
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Die
EP 2 242 179 B1 offenbart eine Gate-Treiberschaltung, bei der ein Kondensator parallel zum On-Gate-Widerstand der Leistungshalbleiter-Schaltvorrichtung als Mittel zur Realisierung einer Hochgeschwindigkeitsansteuerung vorgesehen ist. Ferner wird eine Wechselrichterschaltung offenbart. Ferner wird eine Wechselrichterschaltung offenbart. Dabei wird die Gate-Ansteuerungsgeschwindigkeit des Leistungshalbleitermoduls, das parallel zu einer Freilaufdiode mit einem kleinen Sperrstrom, wie einer Schottky-Sperrschichtdiode eines Halbleiters mit breitem Bandabstand, wie SiC, oder einer PiN-Diode eines Halbleiters mit breitem Bandabstand, geschaltet ist, erhöht, so dass der Schaltverlust der Leistungshalbleitervorrichtung verringert wird und als Ergebnis der Verlust und das Rauschen des Wechselrichters verringert werden.
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Um diese Zeitdauer möglichst gering zu halten ist es bekannt, den Widerstandwert des elektrischen Ausschaltwiderstands relativ klein auszuführen, damit die Gate-Emitter-Kapazität des Leitungshalbleiterschalters über den Ausschaltwiderstand möglichst schnell entladen wird. Nachteilig dabei ist aber, dass der Leitungshalbleiterschalter mit einer hohen Ausschaltgeschwindigkeit ausgeschaltet wird und hierdurch der durch den Leitungshalbleiterschalter fließende Laststrom eine hohe Stromänderungsgeschwindigkeit aufweist, was infolge von parasitären Induktivitäten von mit seinen Lastanschlüssen elektrisch verbundenen Leitungen zu hohen elektrischen Spannungen zwischen den Laststromanschlüssen des Leistungshalbleiterschalters führt, die zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Leistungshalbleiterschalters führen können.
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Es ist Aufgabe der Erfindung eine zuverlässige Steuereinrichtung für einen Leistungshalbleiterschalter zu schaffen, die bei einer Halbbrückenschaltung die Realisierung einer geringen Totzeit ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Steuereinrichtung für einen Leistungshalbleiterschalter, der einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss und einen Steueranschluss aufweist, aufweisend,
- - einen elektrischen ersten Steuereinrichtungsanschluss, der zur elektrischen Verbindung mit dem ersten Laststromanschluss vorgesehen ist,
- - einen elektrischen zweiten Steuereinrichtungsanschluss, der zur elektrischen Verbindung mit dem Steueranschluss vorgesehen ist,
- - eine Ansteuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit eines Steuersignals, an ihrem ersten Ausgang eine erste Ansteuerspannung zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalters und an ihrem zweiten Ausgang eine zweite Ansteuerspannung zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters zueinander alternierend zur erzeugen,
- - einen ersten Strompfad, der den ersten Ausgang der Ansteuereinrichtung mit einem Schaltungsknoten der Steuereinrichtung elektrisch leitend verbindet,
- - einen zweiten Strompfad, der den zweiten Ausgang der Ansteuereinrichtung mit dem Schaltungsknoten der Steuereinrichtung elektrisch leitend verbindet, wobei der zweite Strompfad einen zwischen den zweiten Ausgang der Ansteuereinrichtung und den Schaltungsknoten der Steuereinrichtung elektrisch geschalteten elektrischen Ausschaltwiderstand aufweist,
- - einen dritten Strompfad, der den Schaltungsknoten der Steuereinrichtung mit dem zweiten Steuereinrichtungsanschluss elektrisch leitend verbindet, und
- - eine zum Ausschaltwiderstand elektrisch parallel geschaltete Ausschaltbeschleunigungsschaltung, die eine Diode, einen elektrischen Widerstand und einen zu diesem Widerstand elektrisch parallel geschalteten Kondensator aufweist, wobei die Kathode der Diode mit einem zweiten elektrischen Anschluss des Kondensators elektrisch leitend verbunden ist und ein elektrischer erster Anschluss des Kondensators mit einem der Ansteuereinrichtung elektrisch zugewandten elektrischen ersten Anschluss des Ausschaltwiderstands elektrisch leitend verbunden ist und die Anode der Diode mit einem elektrischen zweiten Anschluss des Ausschaltwiderstands elektrisch leitend verbunden ist.
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Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Es erweist sich als vorteilhaft, wenn der Widerstandswert des Widerstands der Ausschaltbeschleunigungsschaltung mindestens 10% höher ist der Widerstandswert des Ausschaltwiderstands, da dann, wenn die Diode leitend ist, der durch den Widerstand der Ausschaltbeschleunigungsschaltung fließende Strom relativ niedrig ist.
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Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Leistungshalbleiterschalter einen in den Leistungshalbleiterschalter integrierten elektrischen Gatevorwiderstand aufweist, da die Leistungshalbleiterschaltung dann besonders kompakt aufgebaut ist.
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Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der dritte Strompfad einen zwischen den Schaltungsknoten der Ansteuereinrichtung und dem zweiten Steuereinrichtungsanschluss elektrisch geschalteten elektrischen Ansteuergatevorwiderstand aufweist, da dann die Steuereinrichtung besonders gut an den Leistungshalbleiterschalter anpasst werden kann.
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Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der erste Strompfad einen zwischen dem ersten Ausgang der Ansteuereinrichtung und den Schaltungsknoten der Steuereinrichtung elektrisch geschalteten elektrischen Einschaltwiderstand aufweist, da dann die Steuereinrichtung besonders gut an den Leistungshalbleiterschalter anpasst werden kann.
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Weiterhin erweist sich eine Leistungshalbleiterschaltung mit einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung für den Leistungshalbleiterschalter als vorteilhaft, wobei der erste Steuereinrichtungsanschluss elektrisch leitend mit dem ersten Lastromanschluss des Leistungshalbleiterschalters und der zweite Steuereinrichtungsanschluss elektrisch leitend mit dem Steueranschluss des Leistungshalbleiterschalters verbunden ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die unten stehende Figur erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine Leistungshalbleiterschaltung mit einem Leistungshalbleiterschalter und mit einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung für den Leistungshalbleiterschalter.
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In 1 ist eine Leistungshalbleiterschaltung 1 mit einem Leistungshalbleiterschalter T und mit einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung 2 für den Leistungshalbleiterschalter T dargestellt.
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Der Leistungshalbleiterschalter T weist einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss E und C und einen Steueranschluss G' auf.
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Der Leistungshalbleiterunterschalter T liegt vorzugsweise in Form eines Transistors, wie z.B. eines IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder eines MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) vor. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels liegt der Leistungshalbleiterschalter T in Form eines IGBTs vor, wobei der zweite Laststromanschluss C in Form des Kollektors des IGBTs und der erste Laststromanschluss E in Form des Emitters des IGBTs vorliegt. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels weist der Leistungshalbleiterschalter T einen in den Leistungshalbleiterschalter T integrierten und mit dem Gate G des Leistungshalbleiterschalters T elektrisch leitend verbunden Gatevorwiderstand Rv auf, so dass der Steueranschluss G' des Leistungshalbleiterschalters T nicht direkt in Form des Gates G des Leistungshalbleiterschalters T vorliegt, sondern in Form eines dem Gate G elektrisch abgewandten elektrischen Anschlusses des Gatevorwiderstands Rv.
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Die Steuereinrichtung 2 weist einen elektrischen ersten Steuereinrichtungsanschluss A1, der zur elektrischen Verbindung mit dem ersten Laststromanschluss E des Leistungshalbleiterschalters T vorgesehen ist und einen elektrischen zweiten Steuereinrichtungsanschluss A2, der zur elektrischen Verbindung mit dem Steueranschluss G' des Leistungshalbleiterschalters T vorgesehen ist, auf.
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Der erste Steuereinrichtungsanschluss A1 ist bei der Leistungshalbleiterschaltung 1 elektrisch mit dem ersten Lastromanschluss E des Leistungshalbleiterschalters T und der zweite Steuereinrichtungsanschluss A2 ist elektrisch mit dem Steueranschluss G' des Leistungshalbleiterschalters T verbunden.
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Die Steuereinrichtung 2 weist eine Ansteuereinrichtung 3 auf, die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit eines Steuersignals A, welches z.B. von einer übergeordneten Steuerung (nicht dargestellt) erzeugt wird, an ihrem ersten Ausgang AG1 eine erste Ansteuerspannung Ua1 zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalters T und an ihrem zweiten Ausgang AG2 eine zweite Ansteuerspannung Ua2 zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters T zueinander alternierend zu erzeugen. Bei den Ausführungsbeispielen erzeugt die Ansteuereinrichtung 3 eine erste Ansteuerspannung Ua1 von 15V zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalters T und eine zweite Ansteuerspannung Ua2 von -8V zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters T. Die Ansteuereinrichtung 3 weist einen ersten Ansteuertransistor Ton, einen zweiten Ansteuersteuertransistor Toff, eine erste und eine zweite Spannungsquelle 4 und 5 und eine Transisitoransteuereinrichtung 8 auf, die in Abhängigkeit des Steuersignals A den ersten und zweiten Ansteuertransistor Ton und Toff zueinander alternierend ein- und ausschaltet, d.h. wenn der erste Ansteuersteuertransistor Ton eingeschaltet ist, dann ist der zweite Ansteuersteuertransistor Toff ausgeschaltet und umgekehrt. Wenn beim Ausführungsbeispiel, das Steuersignal A eine logische „1“ als Wert aufweist, dann ist der erste Ansteuertransistor Ton eingeschaltet und der zweite Ansteuertransistor Toff ausgeschaltet, und wenn das Steuersignals A eine logische „0“ als Wert aufweist, dann ist der erste Ansteuertransistor Ton ausgeschaltet ist und der zweite Ansteuertransistor Toff eingeschaltet.
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Der erste Ansteuersteuertransistor Ton verbindet bei seinem Einschalten die erste Spannungsquelle 4, welche eine Einschaltspannung Uv1, hier 15V, erzeugt, elektrisch leitend mit einem ersten Strompfad SP1 der Steuereinrichtung 2, der den ersten Ausgang AG1 der Ansteuereinrichtung 3 mit einem Schaltungsknoten 7 der Steuereinrichtung 2 elektrisch leitend verbindet. Der erste Strompfad SP1 weist vorzugsweise einen zwischen dem ersten Ausgang AG1 der Ansteuereinrichtung 3 und den Schaltungsknoten 7 der Steuereinrichtung 2 elektrisch geschalteten elektrischen Einschaltwiderstand Ron auf.
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Der zweite Ansteuersteuertransistor Toff verbindet bei seinem Einschalten die zweite Spannungsquelle 5, welche eine Ausschaltspannung Uv2, hier -8V, erzeugt, elektrisch leitend mit einem zweiten Strompfad SP2 der Steuereinrichtung 2, der den zweiten Ausgang AG2 der Ansteuereinrichtung 3 mit dem Schaltungsknoten 7 der Steuereinrichtung 2 elektrisch leitend verbindet. Der zweite Strompfad SP2 weist einen zwischen dem zweiten Ausgang AG2 der Ansteuereinrichtung 3 und den Schaltungsknoten 7 der Steuereinrichtung 2 elektrisch geschalteten elektrischen Ausschaltwiderstand Roff auf.
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Die Steuereinrichtung 2 weist weiterhin einen dritten Strompfad SP3 auf, der den Schaltungsknoten 7 mit dem zweiten Steuereinrichtungsanschluss A2 elektrisch leitend verbindet und somit beim Ausführungsbeispiel mit dem Steueranschluss G' des Leistungshalbleiterschalters T elektrisch leitend verbindet.
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Die Steuereinrichtung 2 weist erfindungsgemäß zusätzlich eine zum Ausschaltwiderstand Roff elektrisch parallel geschaltete Ausschaltbeschleunigungsschaltung 6 auf. Die Ausschaltbeschleunigungsschaltung 6 weist eine Diode D1, einen elektrischen Widerstand R1 und einen zu diesem Widerstand R1 elektrisch parallel geschalteten Kondensator C1 auf. Die Kathode der Diode D1 ist mit einem elektrischen zweiten Anschluss 9b des Kondensators C1 elektrisch leitend verbunden und ein elektrischer erster Anschluss 9a des Kondensators C1 ist mit einem der Ansteuereinrichtung 3 elektrisch zugewandten elektrischen ersten Anschluss 10a des Ausschaltwiderstands Roff elektrisch leitend verbunden. Die Anode der Diode D1 ist mit einem elektrischen zweiten Anschluss 10b des Ausschaltwiderstands Roff elektrisch leitend verbunden. Ein elektrischer erster Anschluss des Widerstands R1 ist mit dem ersten Anschluss 9a des Kondensators C1 elektrisch leitend verbunden und ein elektrischer zweiter Anschluss des Widerstands R1 ist mit dem zweiten Anschluss 9b des Kondensators C1 elektrisch leitend verbunden.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung 2 und insbesondere der Ausschaltbeschleunigungsschaltung 6 beschrieben, wobei die Beschreibung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung 2 ausgehend von einem Zustand erfolgt, bei dem der erste Ansteuersteuertransistor Ton eingeschaltet ist, der zweite Ansteuersteuertransistor Toff ausgeschaltet ist und die Gate-Emitter-Kapazität Cge des Leistungshalbleiterschalters T auf den Spannungswert der Einschaltspannung Uv1, hier 15V, aufgeladen ist, d.h. die Gate-Emitter-Spannung Uge 15V beträgt und der Leistungshalbleiterschalter T somit eingeschaltet ist. Der Kondensators C1 ist bei diesem Ausgangszustand entladen, so dass die Kondensatorspannung Uc des Kondensator C1 0V beträgt.
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Zum Zeitpunkt t0 wird von der Transisitoransteuereinrichtung 8, aufgrund einer entsprechenden Änderung des Werts des Ansteuersignals A (von logisch „1“ auf „0“), der erste Ansteuersteuertransistor Ton ausgeschaltet und der zweite Ansteuersteuertransistor Toff eingeschaltet. Die Ansteuereinrichtung 3 erzeugt solchermaßen an ihrem zweiten Ausgang AG2 eine zweite Ansteuerspannung Ua2 zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters, die dem Spannungswert der Ausschaltspannung Uv1, hier -8V entspricht, wobei dabei der Spannungsabfall, der über dem zweite Ansteuersteuertransistor Toff abfällt, vernachlässigt wird.
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Wenn die erfindungsgemäße Ausschaltbeschleunigungsschaltung 6 nicht vorhanden wäre, dann würde die Gate-Emitter-Kapazität Cge des Leistungshalbleiterschalters T ausschließlich über die elektrische Reihenschaltung von Gatevorwiderstand Rv und Ausschaltwiderstand Roff von der Ansteuereinrichtung 3, genauer ausgedrückt von der zweiten Spannungsquelle 5 relativ langsam entladen werden, so dass ab dem Zeitpunkt t0 eine relativ lange Zeitdauer T1 vergeht bis die Gate-Emitter-Kapazität Cge des Leistungshalbleiterschalters T zu einem Zeitpunkt t2 soweit entladen ist, dass der Leistungshalbleiterschalters T ausgeschaltet ist. Um diese Zeitdauer T1 möglichst gering zu halten, ist es bekannt, den Widerstandwert des elektrischen Ausschaltwiderstands Roff relativ klein auszuführen, damit die Gate-Emitter-Kapazität Cge des Leitungshalbleiterschalters T über die elektrische Reihenschaltung von Gatevorwiderstand Rv und Ausschaltwiderstand Roff möglichst schnell entladen wird. Nachteilig dabei ist aber, dass der Leitungshalbleiterschalter T dann mit einer hohen Ausschaltgeschwindigkeit ausgeschaltet wird und hierdurch der durch den Leitungshalbleiterschalter T fließende Laststrom I1 eine hohe Stromänderungsgeschwindigkeit aufweist, was infolge von parasitären Induktivitäten von mit seinem ersten und zweiten Laststromanschluss E und C elektrisch verbundenen Leitungen zu hohen elektrischen Spannungen zwischen den Laststromanschlüssen E und C des Leistungshalbleiterschalters T führt, die zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Leistungshalbleiterschalters T führen können.
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Bei der Erfindung springt zum Zeitpunkt t0, zum dem der erste Ansteuersteuertransistor Ton ausgeschaltet wird und der zweite Ansteuersteuertransistor Toff eingeschaltet wird, die am zweiten Anschluss 9b des Kondensators C1 anliegende Kondensatoranschlussspannung Uc1 auf den Spannungswert der zweite Ansteuerspannung Ua2, d.h. beim Ausführungsbeispiel auf -8V, da die Kondensatorspannung Uv zum Zeitpunkt t0 0V beträgt. Zum Zeitpunkt t0 beträgt beim Ausführungsbeispiel die Gate-Emitter-Spannung Uge 15V, so dass ab dem Zeitpunkt t0 die Gate-Emitter-Kapazität Cge des Leitungshalbleiterschalters T mit einem hohen Entladestrom Ia entladen wird und der Kondensators C1 über die Diode D1 schnell aufgeladen wird. Ein Teil der in der Gate-Emitter-Kapazität Cge gespeicherten elektrischen Energie wird in den Kondensators C1 umgeladen. Der dabei auftretende Entladestrom Ia ist deutlich höher als der Entladestrom Ia, der sich ergeben würde, wenn die Ausschaltbeschleunigungsschaltung 6 nicht vorhanden wäre. Mit zunehmender elektrischer Aufladung des Kondensator C1 steigt die Kondensatoranschlussspannung Uc1 an und die Gate-Emitter-Spannung Uge sinkt ab. Wenn die Spannungsdifferenz von Gate-Emitter-Spannung Uge und Kondensatoranschlussspannung Uc1, die als Diodenspannung Ud über der Diode D1 anliegt zu einem Zeitpunkt t1 einen bestimmten Minimalwert, hier 0,7V, unterschreitet, dann sperrt die Diode D1 und der Entladestrom Ia sinkt, da die weitere Entladung der Gate-Emitter-Kapazität Cge wieder ausschließlich über die elektrische Reihenschaltung von Gatevorwiderstand Rv und Ausschaltwiderstand Roff erfolgt.
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Vorzugsweise weist die Gate-Emitter-Spannung Uge zum Zeitpunkt t1 noch einen so großen Wert, beim Ausführungsbeispiel 7,5V, auf, dass der Leitungshalbleiterschalter T noch eingeschaltet ist. Nach dem Zeitpunkt t1 wird die Gate-Emitter-Kapazität Cge ausschließlich über die elektrische Reihenschaltung von Gatevorwiderstand Rv und zweitem Ansteuersteuertransistor Toff von der zweiten Spannungsquelle 5 weiter entladen und somit mit keinem sehr hohen Entladestrom Ia weiter entladen und somit relativ langsam weiter entladen, so dass der Leitungshalbleiterschalter T bei seinem Ausschaltvorgang, d.h. beim Übergang vom elektrisch leitenden in den elektrisch sperrenden Zustand, keine hohe Ausschaltgeschwindigkeit aufweist und somit die beim Ausschalten des Leitungshalbleiterschalters T auftretenden Stromänderungsgeschwindigkeiten des Laststroms I1 nicht sehr hoch sind.
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Der Widerstandswert des Widerstands R1 und die Kapazität des Kondensators C1 der Ausschaltbeschleunigungsschaltung 6 weisen vorzugsweise einen derartigen Wert auf, dass die Gate-Emitter-Kapazität Cge unmittelbar nach Beginn t0 des Erzeugens der zweiten Ansteuerspannung Ua2 bis zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters T von der Ausschaltbeschleunigungsschaltung 6 nur teilweise entladen wird. Der Widerstandswert des Widerstands R1 und die Kapazität des Kondensators C1 der Ausschaltbeschleunigungsschaltung 6 weisen vorzugsweise einen derartigen Wert auf, dass die Gate-Emitter-Kapazität Cge des Leistungshalbleiterschalters T unmittelbar nach Beginn des Erzeugens der zweiten Ansteuerspannung Ua2 zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters T bis zu einem bestimmten Zeitpunkt t1 auf ein derartiges Niveau entladen wird, dass der Leistungshalbleiterschalter T noch eingeschaltet ist, insbesondere gerade noch eingeschaltet ist, wobei ab diesem bestimmten Zeitpunkt t1 die Gate-Emitter-Kapazität Cge des Leistungshalbleiterschalters T nicht mehr von der Ausschaltbeschleunigungsschaltung 6 weiter entladen wird.
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Der Widerstand R1 der Ausschaltbeschleunigungsschaltung 6 entlädt den Kondensator C1 bis spätestens zu dem Zeitpunkt an dem die Ansteuereinrichtung 3 beim zueinander alternierenden Ein- und Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters T das nächste Mal wieder beginnt eine zweite Ansteuerspannung Ua2 zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters T der Ausschaltbeschleunigungsschaltung 6 zu erzeugen, so dass der Kondensator C1 spätestens bis zu diesem Zeitpunkt wieder entladen ist. Der Widerstandswert des Widerstands R1 der Ausschaltbeschleunigungsschaltung 6 ist vorzugsweise mindestens 10% höher als der Widerstandswert des Ausschaltwiderstands Roff.
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Der Widerstandwert des Ausschaltwiderstands Roff beträgt vorzugsweise 0,5Ω bis 20Ω, wobei er beim Ausführungsbeispiel 8,75Ω beträgt. Der Widerstandwert des Einschaltwiderstands Ron beträgt vorzugsweise 1Ω bis 10 Ω, wobei er beim Ausführungsbeispiel 1,5Ω beträgt. Der Widerstandswert des Widerstands R1 der Ausschaltbeschleunigungsschaltung 6 beträgt vorzugsweise 5Ω bis 30Ω, wobei er beim Ausführungsbeispiel 15Ω beträgt. Die Kapazität des Kondensators C1 der Ausschaltbeschleunigungsschaltung 6 beträgt vorzugsweise 20nF bis 300nF, wobei sie beim Ausführungsbeispiel 100nF beträgt. Der Widerstandwert des in Leistungshalbleiterschalter T integrierten elektrischen Gatevorwiderstands Rv beträgt vorzugsweise 1Ω bis 20Ω, wobei er beim Ausführungsbeispiel 2,3Ω beträgt.
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Da bei der Erfindung der Laststrom I1 beim Ausschaltvorgang des Leitungshalbleiterschalters T keine hohe Stromänderungsgeschwindigkeit aufweist, sind die, infolge von parasitären Induktivitäten der mit seinen Lastanschlüssen E und C des Leitungshalbleiterschalters T elektrisch verbundenen Leitungen, auftretenden elektrischen Spannungen zwischen den Laststromanschlüssen des Leistungshalbleiterschalters relativ gering, obwohl ab dem Zeitpunkt t0 nur eine relativ kurze Zeitdauer T1 vergeht bis die Gate-Emitter-Kapazität Cge des Leistungshalbleiterschalters T zu einem Zeitpunkt t2 soweit entladen ist, dass sich der Leistungshalbleiterschalter T ausschaltet.
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Der dritte Strompfad SP3 kann alternativ oder zusätzlich zu dem im Leistungshalbleiterschalter T integrierten elektrischen Gatevorwiderstand Rv einen zwischen dem Schaltungsknoten 7 der Ansteuereinrichtung 3 und dem zweiten Steuereinrichtungsanschluss A2 elektrisch geschalteten elektrischen Ansteuergatevorwiderstand Rv' aufweisen, der in 1 gestrichelt gezeichnet dargestellt ist. Der Widerstandwert des Ansteuergatevorwiderstands Rv beträgt vorzugsweise 1Ω bis 20Ω.
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Es sei angemerkt, dass die Leistungshalbleiterschaltung 1 nicht notwendigerweise den Gatevorwiderstand Rv oder den Ansteuergatevorwiderstand Rv' aufweisen muss.
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Es sei weiterhin angemerkt, dass selbstverständlich Merkmale von verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, sofern sich die Merkmale nicht gegenseitig ausschließen, beliebig miteinander kombiniert werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
