DE102019202028A1 - Ansteuerschaltung, Leistungsmodul und System zur Umwandlung elektrischer Leistung - Google Patents

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Abstract

Eine Ansteuerschaltung enthält: eine Steuerschaltung, die einem Steueranschluss einer Schaltvorrichtung eine Steuerspannung gemäß einem Eingangssignal bereitstellt; und einen Kondensator, der ein Ende aufweist, das mit einem High-Side-Hauptanschluss der Schaltvorrichtung verbunden ist, wobei die Steuerschaltung eine Ausgangsstromkapazität der Steuerschaltung erhöht, wenn das Eingangssignal ein EIN-Signal wird und eine Spannung am anderen Ende des Kondensators fällt.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ansteuerschaltung, ein Leistungsmodul und ein System zur Umwandlung elektrischer Leistung.
  • Hintergrund
  • In einem Leistungsmodul schaltet eine Steuerschaltung eine Schaltvorrichtung wie etwa einen IGBT oder einen MOSFET ein oder aus, indem an das Gate der Schaltvorrichtung gemäß einem Eingangssignal eine Vorspannung angelegt wird. Im Allgemeinen ist, wenn eine in Kaskodenschaltung verbundene High-Side-Schaltvorrichtung EIN ist, eine Low-Side-Schaltvorrichtung AUS, und der Kollektor der Low-Side-Schaltvorrichtung liegt bei einem hohen Potential, das im Wesentlichen gleich demjenigen einer Spannung einer Hochspannungs-Stromversorgung ist. Wenn in diesem Zustand auf einen Empfang eines EIN-Signals von der Steuerschaltung hin das Gatepotential der Low-Side-Schaltvorrichtung eine Schwelle erreicht, leiten der Kollektor und der Emitter der Low-Side-Schaltvorrichtung allmählich untereinander, und die Kollektorspannung beginnt zu fallen. In diesem Zustand ist die High-Side-Schaltvorrichtung schon im AUS-Zustand. Die Gate-Kollektor-Kapazität nimmt durch den Miller-Effekt zu, so dass die Gatespannung konstant bleibt, bis die Kollektorspannung auf einen bestimmten Wert abnimmt. Diese Periode wird die Miller-Periode genannt. Wenn sich der Abfall der Kollektorspannung einpendelt, steigt die Gatespannung wieder an. Eine niedrige Gatespannung erhöht die Kollektor-Emitter-Impedanz, was einen erhöhten Schaltverlust zur Folge hat. Eine Möglichkeit, den Schaltverlust zu reduzieren, besteht darin, die Ausgangsstromkapazität der Steuerschaltung zu steigern, um die Miller-Periode zu verkürzen. Es gibt jedoch ein weiteres Problem insofern, als der Kollektorstrom schnell fließt, wenn die Schaltvorrichtung vom AUS-Zustand aus einschaltet, wodurch das Schaltrauschen erhöht wird.
  • Verschiedene Techniken wurden ersonnen, um den Schaltverlust zu reduzieren, ohne eine Zunahme im Schaltrauschen hervorzurufen. Beispielsweise wird in einem offenbarten Verfahren die Ausgangsstromkapazität der Steuerschaltung erhöht, wenn die Schaltvorrichtung eingeschaltet wird und die Kollektorspannung auf einen vorbestimmten Referenzwert oder niedriger fällt (siehe zum Beispiel offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2008-193717 , 1 und 12).
  • Zusammenfassung
  • Gemäß dem herkömmlichen Verfahren wird die Kollektorspannung der Schaltvorrichtung durch Widerstände geteilt und in die Steuerschaltung eingespeist. Daher wird die Ausgangsstromkapazität nicht geändert, bis die Kollektorspannung auf einen bestimmten Pegel fällt. Somit könnte der Schaltverlust nur in einem beschränkten Maß reduziert werden. Außerdem fließt während der Periode, in der die Schaltvorrichtung AUS ist und die Kollektorspannung hoch ist, ein Strom weiter durch den Widerstand. Wenn die Stromversorgungsspannung bis zu 600 V oder 1200 V hoch ist, wird die vom Widerstand verbrauchte Leistung ein Thema. Um den Stromwert zu reduzieren, muss der Widerstandswert erhöht werden. Dies wird jedoch die CR-Zeitkonstante erhöhen und die Ansprechgeschwindigkeit verringern sowie den Variationsbereich der geteilten Spannung reduzieren, was die Detektionsempfindlichkeit beeinträchtigt. Dementsprechend könnte der Schaltverlust nicht ausreichend reduziert werden.
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Ansteuerschaltung, ein Leistungsmodul und ein System zur Umwandlung elektrischer Leistung vorzusehen, die einen Schaltverlust ausreichend reduzieren können, während ein Leistungsverbrauch minimiert und eine Zunahme im Schaltrauschen vermieden wird.
  • Eine Ansteuerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Steuerschaltung, die einem Steueranschluss einer Schaltvorrichtung eine Steuerspannung gemäß einem Eingangssignal bereitstellt; und einen Kondensator, der ein Ende aufweist, das mit einem High-Side-Hauptanschluss der Schaltvorrichtung verbunden ist, wobei die Steuerschaltung eine Ausgangsstromkapazität der Steuerschaltung erhöht, wenn das Eingangssignal ein EIN-Signal wird und eine Spannung am anderen Ende des Kondensators fällt.
  • In der vorliegenden Erfindung ist ein Ende des Kondensators mit einem High-Side-Hauptanschluss der Schaltvorrichtung verbunden, und die Steuerschaltung erhöht eine Ausgangsstromkapazität der Steuerschaltung, wenn das Eingangssignal ein EIN-Signal wird und eine Spannung am anderen Ende des Kondensators fällt. Dementsprechend kann der Schaltverlust ausreichend reduziert werden, während ein Leistungsverbrauch minimiert und eine Zunahme im Schaltrauschen vermieden wird.
  • Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden sich aus der folgenden Beschreibung vollständiger zeigen.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Leistungsmodul gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 2 ist ein Zeitdiagramm, das die Operation des Leistungsmoduls gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Leistungsmodul gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 4 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Flip-Flop-Schaltung veranschaulicht.
    • 5 ist ein Zeitdiagramm, das die Operation des Leistungsmoduls gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
    • 6 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Variationsbeispiel des Leistungsmoduls gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 7 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Leistungsmodul gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 8 ist ein Zeitdiagramm, das die Operation des Leistungsmoduls gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 9 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Leistungsmodul gemäß einer vierten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 10 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Systems zur Umwandlung elektrischer Leistung veranschaulicht, für das die Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Leistung gemäß der fünften Ausführungsform verwendet wird.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden eine Ansteuerschaltung, ein Leistungsmodul und ein System zur Umwandlung elektrischer Leistung gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die gleichen Komponenten werden durch die gleichen Symbole bezeichnet, und deren wiederholte Beschreibung kann unterlassen werden.
  • Erste Ausführungsform
  • 1 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Leistungsmodul gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht. Eine High-Side-Schaltvorrichtung SW1 und eine Low-Side-Schaltvorrichtung SW2 sind in Kaskodenschaltung verbunden. Die Schaltvorrichtungen SW1 und SW2 sind IGBTs. Eine Steuerschaltung 1 stellt dem Gate der Schaltvorrichtung SW2 eine Gatespannung gemäß einem Eingangssignal EIN bereit. Ein Ende eines Kondensators 2 ist mit dem Kollektor der Schaltvorrichtung SW2 verbunden, während das andere Ende mit einem Punkt A der Steuerschaltung 1 verbunden ist. Das Gate der Schaltvorrichtung SW2 entspricht hier einem Steueranschluss, die Gatespannung entspricht einer Steuerspannung, und der Kollektor entspricht einem High-Side-Hauptanschluss.
  • In der Steuerschaltung 1 erzeugen ein Inverter 3, ein PMOS-Transistor 4 und ein NMOS-Transistor 5 eine Spannung, die dem Gate der Schaltvorrichtung SW2 gemäß einem Eingangssignal EIN bereitgestellt werden soll. Ein Hochzieh- bzw. Pull-up-Widerstand 6 erhöht die Spannung am Punkt A, d.h. die Spannung am anderen Ende des Kondensators 2, auf die Stromversorgungsspannung (hoher Pegel). Ein Inverter 7 und eine NAND-Schaltung 8 konfigurieren bzw. bilden eine Detektionsschaltung, die das Eingangssignal EIN und die Spannung am anderen Ende des Kondensators 2 detektiert. Ein PMOS-Transistor 9 ist eine Schalteinheit, die die Ausgangsstromkapazität der Steuerschaltung 1 gemäß der Ausgabe der NAND-Schaltung 8 schaltet.
  • 2 ist ein Zeitdiagramm, das die Operation des Leistungsmoduls gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Die Steuerschaltung 1 erhöht die Gatespannung der Schaltvorrichtung SW2, wenn ein EIN-Signal als Eingangssignal angelegt wird. Wenn die Gatespannung der Schaltvorrichtung SW2 eine Schwelle erreicht und die Schaltvorrichtung SW2 einzuschalten beginnt, beginnt die Kollektorspannung vom Pegel der Hauptstromversorgung (600 bis 1200 V) auf ein Erdungspotential (0 V) zu fallen. Eine von dem Kondensator 2 und dem Pull-up-Widerstand 6 gebildete Differentiationsschaltung detektiert diese Änderung und veranlasst, dass die Spannung am Punkt A zu im Wesentlichen dem gleichen Zeitpunkt wie die Kollektorspannung fällt. Somit ändert sich die Spannung am Punkt A von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel. Wenn danach die Kollektorspannung sich zu ändern aufhört, kehrt die Spannung am Punkt A zum hohen Pegel zurück.
  • Die Steuerschaltung 1 erhöht ihre Ausgangsstromkapazität, wenn das Eingangssignal ein EIN-Signal wird und die Spannung am anderen Ende des Kondensators 2 unter einen vorbestimmten Wert, nämlich auf den niedrigen Pegel, fällt. Dies ermöglicht eine sehr effiziente Erhöhung der Gatespannung der Schaltvorrichtung SW2 während der Miller-Periode der Schaltvorrichtung SW2, wodurch der Schaltverlust ausreichend reduziert werden kann. Der gestrichene Teil in der Zeichnung zeigt den Betrag eines Schaltverlustes an, der durch den Effekt dieser Ausführungsform reduziert wird.
  • Da die Ausgangsstromkapazität der Steuerschaltung 1 erhöht wird, nachdem das Eingangssignal ein EIN-Signal wird, gibt es keinen schnellen Fluss eines Kollektorstroms, wenn die Schaltvorrichtung SW2 von AUS auf EIN schaltet. Das Schaltrauschen nimmt folglich nicht in einem Maße, dass es ein Problem hervorrufen kann, zu. Der Leistungsverbrauch kann verglichen damit, wenn die Kollektorspannung durch Widerstände geteilt und in die Steuerschaltung 1 eingespeist wird, reduziert werden. Dementsprechend kann der Schaltverlust ausreichend reduziert werden, während ein Leistungsverbrauch minimiert und eine Zunahme des Schaltrauschens vermieden wird.
  • Anstelle des Kondensators 2 kann eine Übergangs- bzw. Sperrschichtkapazität einer Diode oder eine Drain-Gate-Kapazität eines MOSFET genutzt werden. Wird eine von diesen in der Steuerschaltung 1 eingebaut, können die gleichen Effekte erzielt werden.
  • Zweite Ausführungsform
  • 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Leistungsmodul gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht. 4 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Flip-Flop-Schaltung veranschaulicht. In dieser Ausführungsform wird eine Flip-Flop-Schaltung 10 als Detektionsschaltung genutzt. Eine Spannung am anderen Ende des Kondensators 2 wird in den invertierten Set-Eingang S der Flip-Flop-Schaltung 10 eingespeist, und das Eingangssignal EIN wird in den invertierten Reset-Eingang R der Flip-Flop-Schaltung 10 eingespeist. Der PMOS-Transistor 9 schaltet die Ausgangsstromkapazität der Steuerschaltung 1 gemäß der Ausgabe vom invertierten Ausgang Q der Flip-Flop-Schaltung 10.
  • 5 ist ein Zeitdiagramm, das die Operation des Leistungsmoduls gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Die über den Kondensator 2 eingespeiste Kollektorspannung ist ein transientes Signal. Dieses Signal wird durch die Flip-Flop-Schaltung 10 in ein DC-Signal umgewandelt. Somit kann die Steuerschaltung 1 die hohe Ausgangsstromkapazität beibehalten, selbst wenn sich die Änderung der Kollektorspannung so einpendelt, dass die Spannung am Punkt A zu deren Anfangswert zurückkehrt und das Signal im Schaltprozess verloren wird. Da die Ausgangsstromkapazität in einer stabileren Art und Weise geschaltet wird, kann der Schaltverlust effektiver reduziert werden.
  • 6 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Variationsbeispiel des Leistungsmoduls gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Anstelle des Pull-up-Widerstands 6 der ersten Ausführungsform werden ein Inverter 11, ein PMOS-Transistor 12 und ein NMOS-Transistor 13 genutzt. Der PMOS-Transistor 12 ist zwischen einen Stromversorgungsanschluss und Punkt A geschaltet, während der NMOS-Transistor 13 zwischen Punkt A und eine Referenzspannung geschaltet ist. Der Inverter 11 invertiert die Ausgabe der NAND-Schaltung 8, um diese Transistoren zu steuern. Auch in dieser Konfiguration wird ähnlich der zweiten Ausführungsform die über den Kondensator 2 eingespeiste Kollektorspannung in ein DC-Signal umgewandelt, und die ähnlichen Effekte können erzielt werden.
  • Dritte Ausführungsform
  • 7 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Leistungsmodul gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht. Der Konfiguration der ersten Ausführungsform ist als eine Klemmschaltung eine Diode 14 hinzugefügt. Die Kathode der Diode 14 ist mit Punkt A verbunden, während die Anode mit der Referenzspannung verbunden ist. Die Diode 14 begrenzt die Spannung am anderen Ende des Kondensators 2. Anstelle der Diode 14 kann ein MOS-Transistor oder eine Widerstandsvorrichtung genutzt werden.
  • 8 ist ein Zeitdiagramm, das die Operation des Leistungsmoduls gemäß der dritten Ausführungsform zeigt. Wenn die Kollektorspannung mit dem Beginn des Umschaltens vom hohen Pegel zu fallen beginnt, reduziert sich auch das Potential am Punkt A über den Kondensator 2. In der ersten Ausführungsform kann in Abhängigkeit von der Kapazität des Kondensators 2 oder der Geschwindigkeit eines Abfalls der Kollektorspannung das Potential am Punkt A auf unter die Referenzspannung der Steuerschaltung 1 abnehmen. Im Allgemeinen ist die Steuerschaltung 1 basierend auf der Voraussetzung aufgebaut, dass die Spannung an jedem Punkt höher als die Referenzspannung ist. Daher kann die Schaltung versagen, falls es einen Punkt gibt, wo die Spannung niedriger als die Referenzspannung ist. In dieser Ausführungsform ist die Diode 14 als Klemmschaltung vorgesehen. Daher bleibt das Potential am Punkt A innerhalb des Bereichs der Betriebsspannung der Klemmschaltung und nimmt nicht auf unter die Referenzspannung der Steuerschaltung 1 ab, und somit kann eine Fehlfunktion der Steuerschaltung 1 verhindert werden. Die Klemmschaltung kann auch verhindern, dass zur Zeit eines Schaltens eine übermäßige Spannung an die Steuerschaltung 1 angelegt wird.
  • Vierte Ausführungsform
  • 9 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Leistungsmodul gemäß einer vierten Ausführungsform veranschaulicht. In der Ausführungsform sind die Schaltvorrichtungen SW1 und SW2 MOSFETs, die aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke geschaffen sind, der eine breitere Bandlücke als diejenige von Silizium aufweist. Der Halbleiter mit breiter Bandlücke ist zum Beispiel ein Siliziumcarbid, ein Material auf Galliumnitridbasis oder Diamant. Die aus solch einem Halbleiter mit breiter Bandlücke geschaffenen Schaltvorrichtungen SW1 und SW2 weisen tendenziell eine schnellere Schaltgeschwindigkeit und einen größeren Schaltverlust als die Schaltvorrichtungen auf, die aus Silizium geschaffen sind. Daher ist es wünschenswerter, die vorliegende Erfindung auf die Steuerung der aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke geschaffenen Schaltvorrichtungen SW1 und SW2 anzuwenden. Die beiden Schaltvorrichtungen SW1 und SW2 sind wünschenswerterweise aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke geschaffen. Jedoch kann nur eine der Schaltvorrichtungen SW1 und SW2 aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke geschaffen sein. Auch in diesem Fall können die in dieser Ausführungsform beschriebenen vorteilhaften Effekte erhalten werden.
  • Fünfte Ausführungsform
  • In dieser Ausführungsform wird das Leistungsmodul gemäß der vierten Ausführungsform auf ein System zur Umwandlung elektrischer Leistung angewendet. Obgleich die vorliegende Erfindung nicht auf ein spezifisches System zur Umwandlung elektrischer Leistung beschränkt ist, wird im Folgenden ein Fall beschrieben, in dem die vorliegende Erfindung auf einen Dreiphasen-Inverter angewendet wird.
  • 10 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Systems zur Umwandlung elektrischer Leistung, auf das die Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Leistung angewendet wird, gemäß der fünften Ausführungsform veranschaulicht. Dieses System zur Umwandlung elektrischer Leistung umfasst eine handelsübliche Stromversorgung 90, einen Wandler 100, eine Vorrichtung 200 zur Umwandlung elektrischer Leistung und eine Last 300. Der Wandler 100 wandelt von der handelsüblichen Stromversorgung 90 bereitgestellte AC-Leistung in DC-Leistung um und stellt die DC-Leistung der Vorrichtung 200 zur Umwandlung elektrischer Leistung bereit. Der Wandler 100 kann aus verschiedenen Komponenten bestehen. Beispielsweise kann der Wandler 100 typischerweise aus einer Gleichrichterschaltung, die von einer Diodenbrücke gebildet wird, oder einem AC/DC-Wandler bestehen. Alternativ dazu kann der Wandler 100 einen DC/DC-Wandler enthalten, der DC-Leistung in eine vorbestimmte Leistung umwandelt.
  • Die Vorrichtung 200 zur Umwandlung elektrischer Leistung ist ein Drehstrom- bzw. Dreiphasen-Inverter, der mit einem Knoten zwischen dem Wandler 100 und der Last 300 verbunden ist, wandelt von dem Wandler 100 bereitgestellte DC-Leistung in AC-Leistung um und stellt die AC-Leistung der Last 300 bereit. Das System 200 zur Umwandlung elektrischer Leistung enthält eine Hauptumwandlungsschaltung 201, die DC-Leistung in AC-Leistung umwandelt und die AC-Leistung abgibt, und eine Steuerschaltung 203, die ein Steuersignal zum Steuern der Hauptumwandlungsschaltung 201 an die Hauptumwandlungsschaltung 201 abgibt.
  • Die Last 300 ist ein Dreiphasen-Elektromotor, der durch eine von der Vorrichtung 200 zur Umwandlung elektrischer Leistung bereitgestellte AC-Leistung angetrieben wird. Die Last 300 ist nicht auf eine spezifische Anwendung beschränkt. Die Last wird als ein Elektromotor genutzt, der an verschiedene elektrische Einrichtungen montiert ist, wie etwa ein Elektromotor für zum Beispiel einen Industrieroboter, einen Lift oder eine Klimaanlage.
  • Im Folgenden wird die Vorrichtung 200 zur Umwandlung elektrischer Leistung im Detail beschrieben. Die Hauptumwandlungsschaltung 201 enthält eine Schaltvorrichtung. Wenn die Schaltvorrichtung geschaltet wird, wandelt die Hauptumwandlungsschaltung 201 von der Stromversorgung 90 bereitgestellte DC-Leistung in AC-Leistung um und stellt die AC-Leistung der Last 300 bereit. Die Hauptumwandlungsschaltung 201 kann verschiedene Arten spezifischer Schaltungskonfigurationen aufweisen. Die Hauptumwandlungsschaltung 201 gemäß dieser Ausführungsform ist eine Dreiphasen-Vollbrückenschaltung mit zwei Niveaus, die aus sechs Schaltvorrichtungen bestehen kann. Als die Schaltelemente der Hauptumwandlungsschaltung 201 werden die Leistungsmodule 202 gemäß den oben beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsformen für drei Phasen genutzt. Je zwei Schaltvorrichtungen der sechs Schaltvorrichtungen sind in Reihe geschaltet und bilden einen vertikalen Arm. Jeder vertikale Arm bildet eine jeweilige Phase (U-Phase, V-Phase, W-Phase) der Vollbrückenschaltung. Ausgangsanschlüsse jedes vertikalen Arms, d.h. drei Ausgangsanschlüsse der Hauptumwandlungsschaltung 201, sind mit der Last 300 verbunden.
  • Ferner enthält die Hauptumwandlungsschaltung 201 eine Steuerschaltung, die jede Schaltvorrichtung ansteuert. Die Steuerschaltung kann im Leistungsmodul 202, wie in den ersten bis vierten Ausführungsformen beschrieben, eingebaut sein. Die Ansteuerschaltung erzeugt ein Ansteuersignal zum Ansteuern jeder Schaltvorrichtung der Hauptumwandlungsschaltung 201 und stellt das erzeugte Ansteuersignal einer Steuerelektrode jeder Schaltvorrichtung der Hauptumwandlungsschaltung 201 bereit. Konkret gibt die Ansteuerschaltung an die Steuerelektrode jeder Schaltvorrichtung ein Ansteuersignal zum Einschalten jeder Schaltvorrichtung und ein Ansteuersignal zum Ausschalten jeder Schaltvorrichtung gemäß dem Eingangssignal ab, das von der Steuerschaltung 203 abgegeben wird, die später beschrieben wird. Wenn der EIN-Zustand jeder Schaltvorrichtung beibehalten wird, ist das Ansteuersignal ein Spannungssignal (EIN-Signal) mit einer Spannung, die gleich einer oder höher als eine Schwellenspannung der Schaltvorrichtung ist. Wenn der AUS-Zustand jeder Schaltvorrichtung beibehalten wird, ist das Ansteuersignal ein Spannungssignal (AUS-Signal), das eine Spannung aufweist, die gleich der oder niedriger als die Schwellenspannung der Schaltvorrichtung ist.
  • Die Steuerschaltung 203 steuert jede Schaltvorrichtung der Hauptumwandlungsschaltung 201, um der Last 300 eine gewünschte Leistung bereitzustellen. Konkret berechnet die Steuerschaltung 203 eine Periode (EIN-Periode), in der jede Schaltvorrichtung der Hauptumwandlungsschaltung 201 in dem EIN-Zustand ist, basierend auf der Leistung, die der Last 300 bereitgestellt werden soll. Beispielsweise kann die Hauptumwandlungsschaltung 201 durch eine PWM-Steuerung zum Modulieren der EIN-Periode jeder Schaltvorrichtung in Abhängigkeit von der abzugebenden Spannung gesteuert werden. Ferner gibt die Steuerschaltung 203 ein Eingangssignal an die in der Hauptumwandlungsschaltung 201 enthaltene Ansteuerschaltung ab, so dass das EIN-Signal an jede einzuschaltende Schaltvorrichtung abgegeben wird und ein AUS-Signal an jede auszuschaltende Schaltvorrichtung an jedem Punkt abgegeben wird. Die Ansteuerschaltung gibt das EIN-Signal oder AUS-Signal als das Ansteuersignal an die Steuerelektrode jeder Schaltvorrichtung gemäß dem Eingangssignal ab.
  • In der Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Leistung gemäß dieser Ausführungsform wird eine verhältnismäßig hohe Leistung von 600 bis 1200 V, einigen A bis einige hundert A, bewältigt. In solch einer Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Leistung nimmt ein Schaltrauschen tendenziell zu, so dass es wünschenswerter ist, die Ansteuerschaltung dieser Ausführungsform zu nutzen.
  • Ferner ist in der Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Leistung, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird, die oben erwähnte Last nicht auf einen Elektromotor beschränkt. Beispielsweise kann die Last auch als eine Stromversorgungsvorrichtung für eine Elektroerodiermaschine, eine Laserstrahlmaschine, eine Kocheinrichtung mit Induktionsheizung oder ein System zur kontaktlosen Leistungseinspeisung einer Vorrichtung genutzt werden. Alternativ dazu kann die Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Leistung weiter als ein Leistungskonditionierer für ein fotovoltaische Leistung erzeugendes System, ein System zur Speicherung von Elektrizität oder dergleichen genutzt werden.
  • Offensichtlich sind im Lichte der obigen Lehren viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung möglich. Es versteht sich daher, dass innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche die Erfindung auf andere Weise als konkret beschrieben in die Praxis umgesetzt werden kann.
  • Die gesamte Offenbarung der am 24. April 2018 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-083168 , einschließlich Beschreibung, Ansprüche, Zeichnungen und Zusammenfassung, worauf die Priorität gemäß Übereinkommen der vorliegenden Anmeldung basiert, ist in ihrer Gesamtheit durch Verweis hierin einbezogen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2008193717 [0003]
    • JP 2018083168 [0032]

Claims (7)

  1. Ansteuerschaltung, umfassend: eine Steuerschaltung (1), die einem Steueranschluss einer Schaltvorrichtung (SW2) eine Steuerspannung gemäß einem Eingangssignal bereitstellt; und einen Kondensator (2), der ein Ende aufweist, das mit einem High-Side-Hauptanschluss der Schaltvorrichtung (SW2) verbunden ist, wobei die Steuerschaltung (1) eine Ausgangsstromkapazität der Steuerschaltung (1) erhöht, wenn das Eingangssignal ein EIN-Signal wird und eine Spannung am anderen Ende des Kondensators (2) fällt.
  2. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung (1) eine Detektionsschaltung (7, 8, 10) enthält, die das Eingangssignal und die Spannung am anderen Ende des Kondensators (2) detektiert, und eine Schalteinheit (9), die die Ausgangsstromkapazität der Steuerschaltung (1) gemäß einer Ausgabe der Detektionsschaltung (7, 8, 10) schaltet.
  3. Ansteuerschaltung nach Anspruch 2, wobei die Detektionsschaltung (7, 8, 10) eine Flip-Flop-Schaltung (10) ist.
  4. Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerschaltung (1) eine Klemmschaltung (14) enthält, die die Spannung am anderen Ende des Kondensators (2) begrenzt.
  5. Leistungsmodul, umfassend: eine High-Side-Schaltvorrichtung (SW1) und eine Low-Side-Schaltvorrichtung (SW2), welche in Kaskodenschaltung verbunden sind; und die Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die die Low-Side-Schaltvorrichtung (SW2) steuert.
  6. Leistungsmodul nach Anspruch 5, wobei die High-Side-Schaltvorrichtung (SW1) und die Low-Side-Schaltvorrichtung (SW2) aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke geschaffen sind.
  7. System zur Umwandlung elektrischer Leistung, umfassend: einen Wandler (100), der von einer handelsüblichen Stromversorgung bereitgestellte AC-Leistung in DC-Leistung umwandelt, und einen Inverter (200), der das Leistungsmodul (202) nach Anspruch 5 oder 6 enthält und die DC-Leistung in AC-Leistung beliebiger Frequenz invertiert.
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