DE102021101696B4

DE102021101696B4 - Halbleitereinrichtungssignalübertragungsschaltung zur antriebssteuerung, verfahren zum steuern einer solchen schaltung, halbleitereinrichtung, leistungsumwandlungseinrichtung und elektrisches system für schienenfahrzeug

Info

Publication number: DE102021101696B4
Application number: DE102021101696.7A
Authority: DE
Inventors: Toru Masuda; Seiichi Hayakawa; Yuji Takayanagi; Takae Shimada; Takashi Wada
Original assignee: Hitachi Power Semiconductor Device Ltd
Current assignee: Hitachi Power Semiconductor Device Ltd
Priority date: 2020-03-11
Filing date: 2021-01-26
Publication date: 2022-11-03
Anticipated expiration: 2041-01-27
Also published as: DE102021101696A1; JP7384714B2; US20210288640A1; US11539361B2; CN113394955A; JP2021145432A

Abstract

Halbleitereinrichtungssignalübertragungsschaltung (4, 5) zur Antriebssteuerung, die zwischen eine Halbleitereinrichtung (1, 2), die einen Arm in einer Leistungswandlungseinrichtung bildet, und eine Ansteuerschaltung (3), die dazu ausgebildet ist, die Halbleitereinrichtung anzusteuern, geschaltet ist, wobei die Halbleitereinrichtungssignalübertragungsschaltung zur Antriebssteuerung aufweist:eine Induktivität (11-14); undeine Impedanzschaltung (51-54), die einen Schalter (15-18) enthält und zu der Induktivität parallel geschaltet ist;wobei sich, wenn ein Antriebsarm des Arms eingeschaltet ist, der Schalter in einem Gegenarm des Arms in einem EIN-Zustand befindet und die Impedanzschaltung die Induktivität kurzschließt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Signalübertragungsschaltung zur Antriebssteuerung, die eine Halbleitereinrichtung und eine Antriebsschaltung verbindet, ein Verfahren zum Steuern der Signalübertragungsschaltung zur Antriebssteuerung, sowie eine Halbleitereinrichtung, eine Leistungswandlungseinrichtung und ein elektrisches System für ein Schienenfahrzeug, die die Signalübertragungsschaltung zur Antriebssteuerung verwenden.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Bei Einrichtungen wie beispielsweise Industrieausrüstung, elektrischen Schienenfahrzeugen, Hybridfahrzeugen und Elektrofahrzeugen wird eine Leistungswandlungseinrichtung häufig zur Leistungssteuerung und Motorsteuerung verwendet. Die Leistungswandlungseinrichtung enthält ein Leistungshalbleitermodul oder eine Leistungshalbleitereinrichtung, einen Kondensator und dergleichen, die elektrische Komponenten darstellen, eine Verdrahtung, die die elektrische Komponenten darstellen, eine Verdrahtung, die die elektrischen Komponenten verbindet, und einen Kühlkörper zum Dissipieren von Wärme, die aufgrund von Leistungsverlusten der elektrischen Komponenten erzeugt wird, und liefert Strom an eine Last wie beispielsweise einen Motor oder eine Systemverdrahtung.
Da das Leistungshalbleitermodul und die Leistungshalbleitereinrichtung, die eine Hauptschaltung der Leistungswandlungseinrichtung bilden, einen Ausgangsstrom der Leistungswandlungseinrichtung steuern, treten Leitungsverlust und Schaltverlust auf. Wenn diese Leistungsverluste verringert werden, wird eine Größe des Kühlkörpers verringert. Dementsprechend kann eine Größe der Leistungswandlungseinrichtung verringert werden, oder es können zusätzliche Komponenten für eine höhere Funktionalität in einem freien Raum angeordnet werden. Zum Beispiel ist es möglich, ein Volumen der Leistungswandlungseinrichtung, die unter dem Boden eines elektrischen Schienenfahrzeugs angeordnet ist, zu verringern und eine Speicherbatterie in dem erhaltenen freien Raum vorzusehen und dadurch die Energierückgewinnungsleistung zu verbessern. Aus diesem Grund ist es erforderlich, den Leitungsverlust und den Schaltverlust weiter zu verringern.
Als Verfahren zum Verringern des Schaltverlustes gibt es ein Verfahren, bei dem ein Gatetreiberstrom zur Zeit des Schaltens erhöht wird. In diesem Fall wird ein Wert eines Gate-Ansteuerwiderstands so eingestellt, dass er klein ist. Aufgrund der Verringerung des Werts des Gate-Ansteuerwiderstands ist jedoch eine Erhöhung des Nennausgangsstroms einer Gate-Ansteuerschaltung erforderlich, und ein dämpfender Effekt durch die Verwenden einer resistiven Komponente auf die Resonanz in einem Pfad von der Gate-Ansteuerschaltung zu dem Leistungshalbleitermodul oder der Leistungshalbleitereinrichtung wird geschwächt, und es ist wahrscheinlich, dass Resonanz auftritt. Wenn die Resonanz zunimmt, tritt im Leistungshalbleitermodul oder der Leistungshalbleitereinrichtung eine Spannungsschwingung, die eine Gate-Spannung mit der niedrigsten Nennspannung überschreitet, auf. Infolgedessen wird ein Gate-Abschnitt einer Halbleitereinrichtung verschlechtert oder beschädigt, und die Zuverlässigkeit des Leistungshalbleitermoduls und der Leistungshalbleitereinrichtung wird verringert.
Als verwandter Stand der Technik in Bezug auf die Gate-Ansteuerung im Hinblick auf eine solche Verlustverringerung und Resonanz sind Techniken, die in JP 2018- 7 373 A (PTL 1) und JP 2011 - 188 383 A (PTL 2) offengelegt sind, bekannt.
Bei der in PTL 1 offenbarten Technik ist eine variable Steuerkapazität zwischen ein Gate und eine Source eines Schaltelements geschaltet, und eine Kapazität zwischen dem Gate und der Source wird entsprechend einer Betriebsperiode mit einem Gate-Ansteuersignal, das von einer Gate-Ansteuerpulsschaltung als Zeiteinteilungsreferenz erzeugt wird, geändert. In einer Dauer, in der ein Gatestrom das Maximum wird, wird ein Wert der Kapazität verringert, um einen maximalen Stromwert zu verhindern, und in einer Zeitdauer, in der eine Schleifenimpedanz zwischen dem Gate und der Source unerwünschte Schwingungsphänomene induziert, wird der Wert der Kapazität erhöht, um Resonanz zu verhindern.
Bei der in PTL 2 offengelegten Technik sind eine Resonanzinduktivität und ein Widerstand in Reihe zwischen einen Spannungssteuerungsanschluss eines spannungsgesteuerten Transistors und einer Ansteuerschaltung geschaltet. Eine hohe Ansteuerspannung oder eine negative Spannung wird durch Resonanzphänomene, die durch L-C-R-Schaltungskomponenten mit einer Eingangskapazität des spannungsgesteuerten Transistors verursacht werden, erzielt. Das Überschwingen („ringing“) kann verhindert werden, indem die Schaltung kompakt gestaltet und eine Gate-Verdrahtungslänge deutlich verringert wird.
Bei der in PTL 1 offenbarten Technik wird jedoch die Schaltzeit erhöht, um eine Eingangskapazität zwischen dem Gate und der Source zu vergrößern.
Da bei der in PTL 2 offenbarten Technik die Resonanzinduktivität und der Widerstand zwischen dem Spannungssteuerungsanschluss und der Ansteuerschaltung in Reihe geschaltet sind, ist die Störungsfestigkeit während eines Zeitraums, in dem der spannungsgesteuerte Transistor in einem AUS-Zustand gehalten wird, verringert. Daher kommt es, wenn Störungen auftreten, zu einer Fehlfunktion wie beispielweise irrtümlichem Einschalten oder einer parasitären Schwingung.
Bei einem Paar von Leistungshalbleitermodulen, die eine Halbbrückenschaltung in der Hauptschaltung der Leistungswandlungseinrichtung bilden, wird, wenn ein Leistungshalbleitermodul geschaltet wird, das andere Leistungshalbleitermodul in einem AUS-Zustand gehalten. Wenn zu dieser Zeit das andere Leistungshalbleitermodul fälschlicherweise eingeschaltet wird, wird ein Arm-Kurzschluss verursacht. Daher ist das Problem der Verringerung der Störungsfestigkeit in der Leistungswandlungseinrichtung, der Halbbrückenschaltung und dem Leistungshalbleitermodul bemerkenswert.
Das Problem der Fehlfunktion aufgrund der Störungen ist bei einer zu einem Hochgeschwindigkeitsbetrieb fähigen, spannungsgesteuerten Leistungshalbleitereinrichtung wie beispielsweise einem Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) oder einem Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), und einer Leistungshalbleitereinrichtung, die aus einem Halbleiter mit großer Lücke wie beispielsweise Siliziumkarbid (SiC), der einen geringeren Verlust und eine ausgezeichnete höhere Geschwindigkeit als eine Leistungshalbleitereinrichtung aus Silizium (Si) besitzt, gebildet ist, bemerkenswert.
Die Druckschrift EP 3 316 463 A1 offenbart eine Schalt-Halbbrücke mit zwei Feldeffekttransistoren, bei der eine Schaltung zur Antriebssteuerung eine Induktivität und eine Impedanzschaltung mit Schalter aufweist, die parallel zueinander geschaltet sind.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Daher bietet die Erfindung eine Halbleitereinrichtungssignalübertragungsschaltung zur Antriebssteuerung, ein Verfahren zum Steuern einer Halbleitereinrichtungssignalübertragungsschaltung zur Antriebssteuerung, eine Halbleitereinrichtung, eine Leistungswandlungseinrichtung und ein elektrisches System für ein Schienenfahrzeug, das in der Lage ist, störungsbedingte Fehlfunktionen zu verhindern und gleichzeitig einen Schaltvorgang zu beschleunigen oder dessen Verlust zu verringern.
Um die obigen Probleme zu lösen, schlägt die Erfindung die in den Patentansprüchen 1 und 6 definierten Halbleitereinrichtungssignalübertragungsschaltungen zur Antriebssteuerung vor. Weitere vorteilhafte Ausführungsmerkmale sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 5 beschrieben.
Um die obigen Probleme zu lösen, schlägt die Erfindung des Weiteren das in Patentanspruch 7 definierte Verfahren zum Steuern einer Halbleitereinrichtungssignalübertragungsschaltung zur Antriebssteuerung mit einer Induktivität vor, die zwischen eine Halbleitereinrichtung, die einen Arm in einer Leistungswandlungseinrichtung bildet, und eine Ansteuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, die Halbleitereinrichtung anzusteuern, geschaltet ist, und das Verfahren zum Steuern einer Halbleitereinrichtungssignalübertragungsschaltung zur Antriebssteuerung beinhaltet: Kurzschließen der Induktivität in einem Gegenarm des Arms, wenn ein Ansteuerungsarm des Arms eingeschaltet wird.
Um die obigen Probleme zu lösen, schlägt die Erfindung des Weiteren die in Patentanspruch 10 definierte Halbleitereinrichtung mit einem Arm in einer Leistungswandlungseinrichtung vor, und die Halbleitereinrichtung enthält eine Signalübertragungsschaltung zur Antriebssteuerung, die zwischen dem Arm und einer Ansteuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, den Arm anzusteuern, angeschlossen ist, wobei die Signalübertragungsschaltung zur Antriebssteuerung die Halbleitereinrichtungssignalübertragungsschaltung zur Antriebssteuerung gemäß der obigen Erfindung ist.
Um die obigen Probleme zu lösen, schlägt die Erfindung des Weiteren die in Patentanspruch 11 definierte Leistungswandlungseinrichtung mit einer Hauptschaltung mit einem ein Paar oberer und unterer Arme und einer Ansteuerschaltung vor, die dazu ausgebildet ist, die Arme anzusteuern, und die Leistungswandlungseinrichtung enthält eine Signalübertragungsschaltung zur Antriebssteuerung, die zwischen die Arme und eine Ansteuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, die Arme anzusteuern, geschaltet ist, wobei die Signalübertragungsschaltung zur Antriebssteuerung die Halbleitereinrichtungssignalübertragungsschaltung zur Antriebssteuerung gemäß der obigen Erfindung ist.
Um die obigen Probleme zu lösen, schlägt die Erfindung des Weiteren das in Patentanspruch 10 definierte elektrisches System für ein Schienenfahrzeug vor, das einen Elektromotor, der dazu ausgebildet ist, ein Schienenfahrzeug anzutreiben, ansteuert, und das elektrische System für ein Schienenfahrzeug enthält einen Stromabnehmer; einen Schaltkreisunterbrecher, der mit dem Stromabnehmer verbunden ist; eine Drossel, die mit dem Schaltkreisunterbrecher verbunden ist; eine Leistungswandlungseinrichtung, die mit der Drossel verbunden ist; und einen Elektromotor, der mit der Leistungswandlungseinrichtung verbunden ist, wobei die Leistungswandlungseinrichtung die Leistungswandlungseinrichtung gemäß der obigen Erfindung ist.
Gemäß der Erfindung kann eine Fehlfunktion verhindert werden, ohne den Schaltverlust der Halbleitereinrichtung zu erhöhen. Dementsprechend wird die Zuverlässigkeit der Halbleiterrichtung, der Leistungswandlungseinrichtung und des elektrischen Systems für ein Schienenfahrzeug verbessert.
Andere Probleme, Konfigurationen und Effekte als die oben beschriebenen werden mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen weiter verdeutlicht.
Figurenliste

1 ist ein Schaltbild, das eine Konfiguration einer Leistungswandlungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb jedes Schalters in einer Gate-Ansteuerschaltung und einer Gatesignalübertragungsschaltung, die in 1 dargestellt sind, zeigt.
3 zeigt ein Beispiel für eine Einschaltwellenform eines Leistungshalbleitermoduls, das einen Schaltungsbetrieb gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
4 zeigt in einer Richtung der Zeitachse vergrößerte Wellenformen einer Hauptspannung (Vds2) und eines Hauptstroms (Is2) in 3.
5 zeigt ein Beispiel für eine Wellenform einer Gate-Source-Abgriffsspannung („gate-source sense voltage“) (Vgs1) des Leistungshalbleitermoduls, das einen AUS-Zustand gemäß der ersten Ausführungsform beibehält.
6 zeigt ein Diagramm einer Beziehung zwischen dem Schaltverlust und einem Gesamtinduktivitätswert des Leistungshalbleitermoduls, sowie ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem Spitzenwert der Gate-Source-Abgriffsspannung und einem Gesamtinduktivitätswert eines Leistungshalbleitermoduls (unteres Diagramm).
7 ist ein Blockschaltbild, das eine Schaltungskonfiguration eines elektrischen Systems für ein Schienenfahrzeug gemäß einer sechsten Ausführungsform zeigt.
8 ist ein Schaltbild, das eine Konfiguration einer Leistungswandlungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
9 ist ein Schaltbild, das eine Konfiguration einer Leistungswandlungseinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
10 ist ein Schaltbild und eine Draufsicht, die eine Konfiguration einer Gatesignalübertragungsleiterplatte gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
11 ist ein Schaltbild, das eine Konfiguration einer Gatesignalübertragungsschaltung gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden, was Ausführungsformen der Erfindung betrifft, eine erste Ausführungsform bis eine sechste Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnen dieselben Bezugsziffern gleiche Bestandteile oder Bestandteile mit ähnlichen Funktionen.
Erste Ausführungsform
Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschrieben.
1 ist ein Schaltbild, das eine Konfiguration einer Leistungswandlungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Eine Zweigschaltung 100 ist eine Komponente einer Leistungswandlungseinrichtung, zum Beispiel eines dreiphasigen Inverters für eine elektrische Eisenbahn (siehe die später beschriebene 7), und enthält eine Halbleitereinrichtung, das heißt, Leistungshalbleitermodule 1 und 2, die ein Paar oberer und unterer Arme bilden, eine Gate-Ansteuerschaltung 3 zum Ansteuern der Leistungshalbleitermodule 1 und 2, sowie Gatesignalübertragungsschaltungen 4 und 5, die die Leistungshalbleitermodule 1 und 2 mit der Gate-Ansteuerschaltung 3 verbinden. Dabei bildet jedes der Leistungshalbleitermodule 1 und 2 einen Arm, der aus einer Parallelschaltung eines Halbleiterschaltelements (MOSFET in 1) und einer Rückflussdiode besteht.
Die Leistungshalbleitermodule 1 und 2 sind miteinander in Reihe geschaltet, um eine Halbbrückenschaltung zu bilden. Ein DC-Anschluss nP für hohes Potenzial, ein DC-Anschluss nN für niedriges Potenzial und ein AC-Anschluss nAC der Zweigschaltung 100 sind mit einer Seite für hohes Potenzial, einer Seite für niedriges Potenzial bzw. einem Zwischenpotenzial (einem Reihenschaltungsverbindungspunkt der Leistungshalbleitermodule 1 und 2) der Halbbrückenschaltung verbunden. Der DC-Anschluss nP für hohes Potenzial, der DC-Anschluss nN für niedriges Potenzial und der Wechselstromanschluss nAC sind mit einem DC-Hochspannungspotenzial der Leistungswandlungseinrichtung, einem DC-Niederspannungspotenzial der Leistungswandlungseinrichtung bzw. einer Last (zum Beispiel einer induktiven Last wie beispielsweise einem Motor) verbunden. Ein Betrieb der Zweigschaltung 100 wird durch ein Steuersignal, das von einer externen Steuerschaltung an einen Steuersignalanschluss nCNT der Zweigschaltung 100 geliefert wird, gesteuert.
Die Gate-Ansteuerschaltung 3 steuert die Leistungshalbleitermodule 1 und 2 über die Gatesignalübertragungsschaltungen 4 und 5 an. Die Gate-Ansteuerschaltung 3 enthält eine Ansteuerschaltung für einen oberen Arm zum Ansteuern des Leistungshalbleitermoduls 1, das einen oberen Arm bildet, eine Ansteuerschaltung für einen unteren Arm zum Ansteuern des Leistungshalbleitermoduls 2, das einen unteren Arm bildet, und eine Antriebssteuerschaltung 30, die ein Steuersignal zum Steuern von Schaltern 15 bis 18 zum Schalten der Impedanz einer später beschriebenen Impedanzschaltung erzeugt.
Die Gatesignalübertragungsschaltungen 4 und 5 enthalten Gate-Verdrahtungen 25 bis 28 (in 1 als Induktivitätskomponenten beschrieben) zum Verbinden der Gate-Ansteuerschaltung 3 mit den Leistungshalbleitermodulen 1 und 2, Induktivitäten 11 bis 14 zum Hinzufügen einer vorbestimmten Induktivität zu der Gate-Verdrahtung und Impedanzschaltungen 51 bis 54, die jeweils zu den Induktivitäten 11 bis 14 parallel geschaltet sind. Die Impedanzschaltungen 51 bis 54 haben die Funktion, einen Wert einer Impedanz der eigenen Impedanzschaltung durch ein von der Antriebssteuerschaltung 30 erzeugtes und von der Gate-Ansteuerschaltung 3 ausgegebenes Steuersignal zu ändern.
In 1 sind die Gate-Verdrahtungen 25 bis 28 als die Induktivitätskomponenten (Verdrahtungsinduktivität) beschrieben, aber die Gate-Verdrahtungen 25 bis 28 haben zusätzlich zu den Induktivitätskomponenten eine Widerstandskomponente (parasitärer Serienwiderstand) (nicht dargestellt), die mit den Induktivitätskomponenten in Reihe geschaltet ist.
Ein Gate-Ansteueranschluss nGDg1 der Gate-Ansteuerschaltung 3 für den oberen Arm ist über die Gate-Verdrahtung 25 mit einem Ende der Induktivität 11 verbunden. Das andere Ende der Induktivität 11 ist mit einem Gate-Anschluss nTg1 des Leistungshalbleitermoduls 1, das den oberen Arm bildet, verbunden. Hinsichtlich eines Source-Abgriffs („source sense“), der ein Bezugspotenzial für die Gate-Ansteuerung bildet, ist ein Source-Abgriff-Ansteueranschluss („source sense drive terminal“) nGDss1 für den oberen Arm über die Gate-Verdrahtung 26 mit einem Ende der Induktivität 12 verbunden, und das andere Ende der Induktivität 12 ist mit einem Source-Abgriff-Anschluss („source sense terminal“) nTss1 des Leistungshalbleitermoduls 1 verbunden. Da eine Verbindung zwischen dem Leistungshalbleitermodul 2, das den unteren Arm bildet, und der Gate-Ansteuerschaltung 3 ähnlich wie die Verbindung zwischen dem Leistungshalbleitermodul 1 und der Gate-Ansteuerschaltung 3 ist, wird eine Beschreibung hiervon weggelassen.
Nachfolgend werden Konfigurationen der Gate-Ansteuerschaltung 3 und der Gatesignalübertragungsschaltungen 4 und 5 unter Bezugnahme auf 1 ausführlicher beschrieben.
Die Gate-Ansteuerschaltung 3 enthält eine Ansteuerschaltung für den oberen Arm mit Schaltungselementen (31 bis 36) und eine Ansteuerschaltung für den unteren Arm mit Schaltungselementen (37 bis 42). Wie in 1 gezeigt, haben bei der vorliegenden Ausführungsform die Ansteuerschaltung für den oberen Arm und die Ansteuerschaltung für den unteren Arm ähnliche Schaltungskonfigurationen und Schaltungskonstanten. Daher wird eine Schaltungskonfiguration am Beispiel der Ansteuerschaltung für den oberen Arm beschrieben.
Bei der Ansteuerschaltung für den oberen Arm teilen die Kondensatoren 31 und 32 eine Potenzialdifferenz zwischen Leistungsversorgungsknoten nGDpp1 und nGDnn1 der Ansteuerschaltung für den oberen Arm durch ein Kapazitätsverhältnis und erzeugen eine dem Source-Abgriff-Ansteueranschluss nGDss1 für den oberen Arm als Referenzspannung zuzuführende Source-Abgriff-Spannung („source sence voltage“). Der Widerstand 35 und der Widerstand 36 sind ein EIN-Gate-Ansteuerwiderstand (RgON) bzw. ein AUS-Gate-Ansteuerwiderstand (RgOFF).
Der Gate-Ansteueranschluss nGDg1 für den oberen Arm wird über den Widerstand 35 und den Widerstand 36 durch komplementäres Ein- und Ausschalten der Schalter 33 und 34 mit dem Leistungsversorgungsknoten nGDpp1 und dem Leistungsversorgungsknoten nGDnn1 verbunden. Potenziale der Leistungsversorgungsknoten nGDpp1 und nGDnn1 werden von dem Gate-Ansteueranschluss nGDg1 an die Gatesignalübertragungsschaltung 4 geliefert. Da sich in 1 der Schalter 33 in einem AUS-Zustand befindet und sich der Schalter 34 in einem EIN-Zustand befindet, ist der Gate-Ansteueranschluss nGDg1 über den Widerstand 36 (RgOFF) mit dem Leistungsversorgungsknoten nGDnn1 mit einem niedrigen Potenzial verbunden. In diesem Fall befindet sich das Leistungshalbleitermodul 1 in einem AUS-Zustand.
Da sich der Schalter 39 im EIN-Zustand befindet und sich der Schalter 40 im AUS-Zustand befindet, ist bei der Ansteuerschaltung für den unteren Arm, wie in 1 gezeigt, ein Gate-Ansteuerungsanschluss nGDg2 über den Widerstand 41 (RgON) mit einem Leistungsversorgungsknoten nGDpp2 mit einem hohem Potenzial verbunden. Daher befindet sich das Leistungshalbleitermodul 2 in einem EIN-Zustand.
Wenn also eines der Leistungshalbleitermodule 1 und 2 in den EIN-Zustand gesteuert wird, wird das andere in den AUS-Zustand gesteuert. Dementsprechend wird ein Überstrom aufgrund eines Kurzschlusses der oberen und unteren Arme verhindert. Von dem Paar aus dem oberem und unterem Arm wird ein Arm, der in den EIN-Zustand gesteuert ist, als Antriebsarm bezeichnet, und ein Arm, der in den AUS-Zustand gesteuert ist, wird als Gegenarm bezeichnet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform weisen die Gatesignalübertragungsschaltungen 4 und 5, wie in 1 dargestellt, die Induktivitäten (11 bis 14) und die zu den Induktivitäten (11 bis 14) parallel geschalteten Impedanzschaltungen (51 bis 54) auf. Wie in 1 gezeigt, haben bei der vorliegenden Ausführungsform die Gatesignalübertragungsschaltung 4 für den oberen Arm und die Gatesignalübertragungsschaltung 5 für den unteren Arm ähnliche Schaltungskonfigurationen und Schaltungskonstanten. Daher werden, wie in 1 gezeigt, die Gatesignalübertragungsschaltung 5 für den unteren Arm, wenn sich das Halbleiterschaltelement im EIN-Zustand befindet, und die Gatesignalübertragungsschaltung 4 für den oberen Arm, wenn sich das Halbleiterschaltelement im AUS-Zustand befindet, beschrieben.
Die Impedanzschaltung 53 enthält eine Diode 23, die mit dem Schalter 17 in Reihe geschaltet ist. Ein Anodenanschluss der Diode 23 ist auf einer Seite des Leistungshalbleitermoduls 2 angeordnet und ist mit einem Gate-Anschluss nTg2 des Leistungshalbleitermoduls 2 verbunden. Die Impedanzschaltung 54 enthält eine Diode 24, die mit dem Schalter 18 in Reihe geschaltet ist. Ein Kathodenanschluss der Diode 24 ist auf der Seite des Leistungshalbleitermoduls 2 angeordnet und ist mit einem Source-Abgriff-Anschluss nTss2 des Leistungshalbleitermoduls 2 verbunden.
Wie in 1 gezeigt, sind die Konfigurationen der Impedanzschaltung 51 und der Impedanzschaltung 52 in der Gatesignalübertragungsschaltung 4 für den oberen Arm ähnlich wie die der Impedanzschaltung 53 bzw. der Impedanzschaltung 54 für den unteren Arm.
Da sich sowohl der Schalter 17 als auch der Schalter 18 in der Gatesignalübertragungsschaltung 5 des unteren Arms als Antriebsarm im AUS-Zustand befinden, wirken die Diode 23 und die Diode 24 in einem Gate-Ansteuersignal-(Strom)-Pfad (EIN-Gate-Ansteuersignal-(Strom)-Pfad) des unteren Arms nicht, und die Induktivität 13 und die Induktivität 14 stellen eine Induktivitätskomponente bereit, ohne kurzgeschlossen zu sein. Daher verläuft der Gate-Ansteuersignal-(Strom)-Pfad des unteren Arms im Zustand von 1 sequentiell durch den Gate-Ansteueranschluss nGDg2 der Gate-Ansteuerschaltung des unteren Arms in einem Zustand, in dem ein EIN-Gatesignal bereitgestellt wird, die Gate-Verdrahtung 27, die Induktivität 13, den Gate-Anschluss nTg2 des Leistungshalbleitermoduls 2, den Source-Abgriff-Anschluss nTss2 des Leistungshalbleitermoduls 2, die Induktivität 14, die Gate-Verdrahtung 28 (Source-Abgriff-Verdrahtung („source sense wiring“)) und einen Source-Abgriff-Ansteueranschluss nGDss2 der Gate-Ansteuerschaltung. Daher enthält eine RLC-Serienschaltung den Gate-Ansteuerwiderstand 41 (RgON), Induktivitätskomponenten, die durch die Induktivität 13 und die Induktivität 14 bereitgestellt werden, und eine Eingangskapazität des Halbleiterschaltelements in dem Leistungshalbleitermodul 2. Bei der ersten Ausführungsform sind die durch die Induktivitäten (13, 14) bereitgestellten Induktivitätskomponenten ausreichend größer als die Induktivitätskomponenten der Gate-Verdrahtungen (27, 28) (Ähnliches gilt für den oberen Arm).
In 1 wird eine Gate-Ansteuerschaltung des oberen Arms, der ein Gegenarm ist, so betrieben, dass sich das Halbleiterschaltelement des Leistungshalbleitermoduls 1 im AUS-Zustand befindet. Da sich in diesem Fall sowohl der Schalter 15 als auch der Schalter 16 in der Gatesignalübertragungsschaltung 4 im EIN-Zustand befinden, sind in einem Gate-Ansteuersignal-(Strom)-Pfad (AUS-Gate-Ansteuersignal-(Strom)-Pfad) des oberen Arms die Induktivität 11 und die Induktivität 12 durch eine Diode 21 bzw. eine Diode 22 kurzgeschlossen und wirken nicht als Induktivitätselemente, und die Diode 21 und die Diode 22 stellen eine kapazitive niedrige Impedanz bereit. Daher verläuft im Zustand von 1 der Gate-Ansteuersignal-(Strom)-Pfad des oberen Arms sequentiell durch den Source-Abgriff-Ansteueranschluss nGDss1 der Gate-Ansteuerschaltung des oberen Arms in einem Zustand des Bereitstellens eines AUS-Gate-Signals, die Gate-Verdrahtung 26 (Source-Abgriff-Verdrahtung), den Schalter 16, die Diode 22, den Source-Abgriff-Ansteueranschluss nTss1 des Leistungshalbleitermoduls 1, den Gate-Anschluss nTg1 des Leistungshalbleitermoduls 1, die Diode 21, den Schalter 15, die Gate-Verdrahtung 25 und den Gate-Ansteueranschluss nGDg1 der Gate-Ansteuerschaltung des oberen Arms. Daher kann, da die Induktivitätskomponente des Gate-Ansteuersignal-(Strom)-Pfads um einen Betrag der Induktivität 11 und der Induktivität 12 verringert ist, im Gate-Ansteuersignal-(Strom)-Pfad eine Kapazitätsimpedanz, die durch den Gate-Ansteuerwiderstand 36 (RgOFF), die Diode 21 und die Diode 22 und die Eingangskapazität des Halbleiterschaltelements in dem Leistungshalbleitermodul 1 bereitgestellt wird, als RC-Reihenschaltung betrachtet werden.
Das heißt, bei der ersten Ausführungsform werden die Leistungshalbleitermodule (1, 2) im EIN-Zustand angesteuert, indem sie über die RLC-Reihenschaltung mit einer Leistungsversorgungsspannung der Gate-Ansteuerschaltung versorgt werden, und im AUS-Zustand werden die Leistungshalbleitermodule (1, 2) angesteuert, indem sie effektiv über die RC-Reihenschaltung, in der die Induktivität (L) verringert ist, mit der Leistungsversorgungsspannung versorgt werden. Die Dioden (21 bis 24) sind über die Schalter (15 bis 18) zu den Induktivitäten (11 bis 14) parallel geschaltet, so dass eine Vorwärtsrichtung derselben in Richtung eines AUS-Gate-Ansteuerstroms liegt. Da bei der ersten Ausführungsform der Schalter eingeschaltet ist und die Induktivität wie oben beschrieben durch die Diode kurzgeschlossen wird, ist es vorteilhaft, eine Diode zu verwenden, deren Nennwert einer Vorwärtsspannung (EIN-Spannung) so niedrig wie möglich ist.
Wenn die Diode und die Induktivität parallel geschaltet sind, wird die Induktivität durch die Diode kurzgeschlossen, aber bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Schalter in Reihe mit der Diode geschaltet, und der Schalter wird ausgeschaltet, wenn die Leistungshalbleitermodule (1, 2) angesteuert werden, um eingeschaltet zu werden, um die Parallelschaltung zwischen der Diode und der Induktivität zu lösen. Dementsprechend wird, wenn die Leistungshalbleitermodule (1, 2) angesteuert werden, um eingeschaltet zu werden, verhindert, dass eine Resonanz zwischen der Induktivität und einer parasitären Kapazität der Diode auftritt.
Als nächstes wird ein Betrieb der ersten Ausführungsform beschrieben.
2 ist ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb jedes Schalters in der Gate-Ansteuerschaltung und den Gatesignalübertragungsschaltungen, die in 1 dargestellt sind, zeigt.
1 zeigt ein Beispiel, bei dem der untere Arm der Antriebsarm ist, der obere Arm der Gegenarm ist, der Antriebsarm so gesteuert wird, dass er (ein und aus) geschaltet wird, und der Gegenarm so gesteuert wird, dass er den AUS-Zustand beibehält.
Daher werden, wie in 2 dargestellt, der Schalter 39 und der Schalter 40 in der Gate-Ansteuerschaltung auf einer Antriebsarm-(unterer Arm)-Seite komplementär ein- und ausgeschaltet. Zu einem Zeitpunkt t2 werden der Schalter 39 und der Schalter 40 ein- bzw. ausgeschaltet. Weiterhin werden zu einem Zeitpunkt t3 der Schalter 39 und der Schalter 40 aus- bzw. eingeschaltet. Außerdem werden der Schalter 33 und der Schalter 34 in der Gate-Ansteuerschaltung auf einer Gegenarm-(oberer Arm)-Seite in einem AUS-Zustand bzw. einem EIN-Zustand gehalten, um das Schaltelement des Gegenarms in einem AUS-Zustand zu halten.
Dabei befindest sich der Antriebsarm (unterer Arm) in einem Zeitraum bis zum Zeitpunkt t2 in 2 im AUS-Zustand, und es fließt kein Laststrom im Antriebsarm, aber ein Laststrom fließt als Rückstrom zu der Diode des Gegenarms (oberer Arm). In einem Zeitraum vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3 befindet sich der Antriebsarm (unterer Arm) im EIN-Zustand, und es fließt ein Laststrom durch den Antriebsarm (unterer Arm), aber es fließt vorübergehend ein Erholungsstrom („recovery current“) durch die Diode des Gegenarms (oberer Arm). In einem Zeitraum vom Zeitpunkt t3 bis zu einem Zeitpunkt t4 wird ein Zustand in einen Zustand vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 zurückgeführt.
Die Schalter (15 bis 18) in den Gatesignalübertragungsschaltungen (4, 5) werden so gesteuert, dass sie zum Zeitpunkt t1 vor dem Zeitpunkt t2 und zum Zeitpunkt t4 nach dem Zeitpunkt t3 ein- und ausgeschaltet werden.
Insbesondere werden zu dem Zeitpunkt t1 vor dem Zeitpunkt t2, zu dem der Schalter 39 eingeschaltet und der Schalter 40 ausgeschaltet wird, das heißt, zu einem Zeitpunkt (t1), bevor das Schaltelement des Antriebsarms (unterer Arm) so gesteuert wird, dass es eingeschaltet wird, der Schalter 17 und der Schalter 18 der Gatesignalübertragungsschaltung 5 des Antriebsarms (unterer Arm) ausgeschaltet, und der Schalter 15 und der Schalter 16 der Gatesignalübertragungsschaltung 4 des Gegenarms (oberer Arm)werden eingeschaltet.
Ferner werden zum Zeitpunkt t4 nach dem Zeitpunkt t3, zu dem der Schalter 39 ausgeschaltet und der Schalter 40 eingeschaltet wird, das heißt, zu einem Zeitpunkt (t4), nachdem das Schaltelement des Antriebsarms (unterer Arm) so gesteuert wird, dass es ausgeschaltet wird, der Schalter 17 und der Schalter 18 der Gatesignalübertragungsschaltung 5 des Antriebsarms (unterer Arm) eingeschaltet, und der Schalter 15 und der Schalter 16 der Gatesignalübertragungsschaltung 4 des Gegenarms (oberer Arm) werden ausgeschaltet.
Entsprechend der EIN- und AUS-Steuerung der Schalter (15 bis 18) können in dem Zeitraum (t2 bis t3), in dem der Antriebsarm (unterer Arm) gesteuert wird, um ein- und ausgeschaltet zu werden, die Induktivitäten (11, 12) in der Gatesignalübertragungsschaltung 4 des Gegenarms (oberer Arm) durch die Dioden (21, 22) zuverlässig kurzgeschlossen werden. Dementsprechend kann in dem Zeitraum (t2 bis t3), in dem der Antriebsarm (unterer Arm) so gesteuert wird, dass er ein- und ausgeschaltet wird, ein fälschliches Einschalten des Gegenarms (oberer Arm) zuverlässig verhindert werden. Außerdem kann in der Gatesignalübertragungsschaltung 5 des Antriebsarms (unterer Arm) in einem Zustand, in dem die Parallelschaltung zwischen den Induktivitäten (13, 14) und den Dioden (23, 24) zuverlässig gelöst ist, der Antriebsarm (unterer Arm) so gesteuert werden, dass er ein- und ausgeschaltet wird. Daher kann der Antriebsarm (unterer Arm) so gesteuert werden, dass er ein- und ausgeschaltet wird, ohne eine hohe Geschwindigkeit und einen geringen Verlust des Antriebsarms (unterer Arm) zu beeinträchtigen.
3 zeigt ein Beispiel für eine Einschalt-Wellenform eines Leistungshalbleitermoduls, das einen Schaltungsbetrieb gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Das vorliegende Wellenform-Beispiel ist ein Ergebnis der Untersuchung (Simulation) durch die vorliegenden Erfinder. Das in 3 gezeigte Wellenformbeispiel zeigt einen Einschaltvorgang des Leistungshalbleitermoduls 2 zu einem Zeitpunkt, zu dem das Schaltelement des Leistungshalbleitermoduls 2 (in 3 als „Transistor 2a“ bezeichnet), das den Antriebsarm (unterer Arm) bildet, so gesteuert wird, dass es eingeschaltet wird, das heißt, zu einem Zeitpunkt um den Zeitpunkt t2 in 2.
In 3 sind von oben eine Wellenform einer Gate-Source-Spannung (Vgs2) des Schaltelements des Leistungshalbleitermoduls 2, eine Wellenform eines Gate-Stroms (Ig2) des Schaltelements und Wellenformen einer Drain-Source-Spannung (Vds2) und eines Source-Stroms (Is2) des Schaltelements gezeigt. Ein Wert einer Gate-Schleifeninduktivität im EIN-Gate-Ansteuersignal-(Strom)-Pfad wird als Gesamtinduktivitätswert (Lgg1, Lgg2, Lgg3) bezeichnet und als Parameter genommen. Hier gilt: Lgg1 < Lgg2 < Lgg3. Bei der ersten Ausführungsform sind die Induktivitätskomponenten der Induktivitäten (13, 14) ausreichend größer als die der Gate-Verdrahtungen (27, 28), und der Gesamtinduktivitätswert ist im Wesentlichen gleich einer Summe der Induktivitäten der Induktivität 13 und der Induktivität 14. Daher wird der Gesamtinduktivitätswert durch Induktivitätswerte der Induktivitäten (13, 14) geändert.
In 3 sind die Wellenformen für Lgg1, Lgg2 und Lgg3 durch eine unterbrochene Linie, eine durchgezogene Linie bzw. eine gestrichelte Linie dargestellt.
Da das Schaltelement des Leistungshalbleitermoduls 2 so gesteuert wird, dass es eingeschaltet wird, ändert sich in einem Zeitraum von einem Zeitpunkt t2a bis zu einem Zeitpunkt t2c die Drain-Source-Spannung Vds2 von einer hohen Spannung Vdd zu einer niedrigen Spannung Von, und der Source-Strom Is2 steigt von Null (0) auf Is2 an.
Im Zeitraum von t2a bis t2c besitzt die Gate-Source-Spannung Vgs2 in den Fällen von Lgg1, Lgg2 und Lgg3 im Wesentlichen dieselbe Spannungs-Wellenform.
Im Gegensatz dazu variiert die Wellenform des Gatestroms Ig2 stark in Abhängigkeit von dem Gesamtinduktivitätswert (Lgg1, Lgg2, Lgg3). Im Fall von Lgg1 besitzt Ig2 einen relativ großen Stromspitzenwert zu einem Zeitpunkt vor t2a und schwächt sich nach dem Stromspitzenwert deutlich ab; und in einem Zeitraum von t2b bis t2c, in dem sich Vds2 und Is2, das heißt, eine Hauptspannung und ein Hauptstrom, ändern, wird Ig2 zu einem konstanten Strom, der durch einen Gate-Widerstand (RgON) eingestellt wird. Im Vergleich zu den Fällen Lgg2 (> Lgg1) und Lgg3 (> Lgg2 > Lgg1) besitzt Ig2 einen kleineren Stromspitzenwert als im Fall von Lgg1, hat aber in einer Änderungsperiode der Hauptspannung und des Hauptstroms (t2a bis t2c) einen größeren Gatestromwert als im Fall von Lgg1.
Dies liegt daran, dass, wenn Ig2 Lgg1 entspricht, der Gesamtinduktivitätswert klein ist und daher ein RC-Einschwingverhalten aufgrund des Gate-Ansteuerwiderstands (RgON) und einer Gate-Eingangskapazität des Schaltelements dominant ist, während, wenn Ig2 Lgg2 und Lgg3 entspricht, ein Einschwingverhalten eines RLC-Serienschwingkreises, zu dem Lgg2 und Lgg3 hinzugefügt werden, dominant wird.
Wie oben beschrieben, kann in den Fällen von Lgg2 und Lgg3 das Einschaltverhalten (Einschalt-(Abfall)-Zeit und Einschaltverlust) verbessert werden, da in dem Änderungszeitraum der Hauptspannung und des Hauptstroms (t2a bis t2c) ein größerer Gatestromwert als im Fall von Lgg1 erreicht wird. Wenn man hierbei die Fälle von Lgg2 und Lgg3 vergleicht, ist Ig2 in einer ersten Halbperiode t2a bis t2b des Zeitraums von t2a bis t2c im Fall von Lgg2 größer als im Fall von Lgg3, und in einer zweiten Halbperiode t2b bis t2c ist Ig2 im Fall von Lgg2 und im Fall von Lgg3 im Wesentlichen gleich. Daher können die Einschalteigenschaften verbessert werden, wenn der Gesamtinduktivitätswert erhöht wird, aber der Gesamtinduktivitätswert besitzt, wie später beschrieben, einen optimalen Wert in Bezug auf die Einschalteigenschaften.
4 zeigt in Richtung einer Zeitachse vergrößerte Wellenformen der Hauptspannung (Vds2) und des Hauptstroms (Is2) in 3.
Wie in hFIG. 4 gezeigt, fällt Vds2 unter den Fällen von Lgg1, Lgg2 und Lgg3 am steilsten ab und Is2 steigt im Fall von Lgg2 am steilsten an (Lgg1 < Lgg2 < Lgg3). Im Fall von Lgg3 fällt Vds ähnlich steil wie im Fall von Lgg2, aber der Anstieg von Igs im Zeitraum von t2a bis t2b ist allmählicher als der im Fall von Lgg2. Dies liegt daran, dass Ig2, wie in 3 gezeigt, im Zeitraum von t2a bis t2b im Fall von Lgg2 größer ist als im Fall von Lgg3.
5 zeigt ein Beispiel für eine Wellenform der Gate-Source-Abgriffsspannung (Vgs1) des Leistungshalbleitermoduls 1, das einen AUS-Zustand gemäß der ersten Ausführungsform beibehält. Das Wellenformbeispiel von 5 ist ein Ergebnis der Untersuchung (Simulation) durch die vorliegenden Erfinder, ähnlich wie das Wellenformbeispiel von 3.
In einem linken Diagramm von 5 ist ein Vergleichsbeispiel gezeigt, bei dem der Schalter 15 und der Schalter 16 in der Gatesignalübertragungsschaltung 4 desoberen Arms, der das Leistungshalbleitermodul 1 bildet, nicht gesteuert werden, dass sie ein- und ausgeschaltet werden, und im AUS-Zustand gehalten werden. Dementsprechend wird eine Induktivitätskomponente, die größer als die Induktivität der Gate-Verdrahtung ist, durch die Induktivitäten 11 und 12 für einen Gate-Ansteuersignalpfad des oberen Arms bereitgestellt. Daher wird Vgs1, wie im linken Diagramm von 5 gezeigt, in einer positiven Spannungsrichtung im Zeitraum von t2b bis t2c, in der der untere Arm (Antriebsarm) eingeschaltet ist, ein relativ große Störung überlagert. Je größer der Gesamtinduktivitätswert (Lgg1 < Lgg2 < Lgg3) ist, desto größer ist die Spitzenspannung von Vgs1 und desto länger ist ein Zeitraum, in dem die Spannungsstörung Vgs1 überlagert wird.
Daher wird die Störung Vgs1 überlagert und Vgs1 wird entsprechend erhöht. Wenn Vgs1 einen Gate-Schwellenwert des Schaltelements des Leistungshalbleitermoduls 1 im AUS-Zustand übersteigt, kann das Schaltelement des Leistungshalbleitermoduls 1 fälschlicherweise eingeschaltet werden. Wenn das fälschliche Einschalten auftritt, kommt es zu einem Arm-Kurzschlusszustand, und es tritt ein Überstrom in den oberen und unteren Armen auf.
Im Gegensatz dazu befinden sich bei der ersten Ausführungsform der Schalter 15 und der Schalter 16 des Gegenarms (oberer Arm), wie in 2 gezeigt, im EIN-Zustand, und die Induktivität 11 und die Induktivität 12 werden durch die Diode 21 bzw. die Diode 22 mit niedriger Impedanz kurzgeschlossen. Vgs1 ist in diesem Fall in einem rechten Diagramm von 5 gezeigt. Wie im rechten Diagramm von 5 gezeigt, wirken die Induktivität 11 und die Induktivität 12, selbst wenn die Gesamtinduktivität erhöht wird, nicht als Induktivitätskomponente, so dass eine Störungsüberlagerung im Zeitraum von t2b bis t2c verhindert wird.
6 zeigt ein Diagramm einer Beziehung zwischen dem Schaltverluste und einem Gesamtinduktivitätswert des Leistungshalbleitermoduls 2 (oberes Diagramm), und ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem Spitzenwert der Gate-Source-Abgriffsspannung (Vgs1 in 5) und einem Gesamtinduktivitätswert des Leistungshalbleitermoduls 1 (unteres Diagramm). Diese Beziehungen sind Ergebnisse einer Untersuchung (Simulation) durch die vorliegenden Erfinder.
Wie im oberen Diagramm von 6 gezeigt, verringert sich ein Einschaltverlust Eon, wenn der Gesamtinduktivitätswert von Lgg1 aus linear ansteigt, um ein Maximum von 18 % und ein Ausschaltverlust Eoff verrringert sich, obwohl der Grad der Verringerung geringer ist als der von Eon, um ein Maximum von 7 %. Wie in 3 gezeigt, gibt es einen optimalen Wert für den Gesamtinduktivitätswert, bei dem der Schaltverlust minimal wird.
Weiterhin kann der Spitzenwert von Vgs1, wie im unteren Diagramm von 6 gezeigt, verringert werden, indem der Schalter 15 und der Schalter 16 in der Gatesignalübertragungsschaltung 4 des Gegenarms, der den AUS-Zustand beibehält, in den EIN-Zustand versetzt werden, um die Induktivität 11 und die Induktivität 12 wirkungslos zu machen.
Wie oben beschrieben, ist gemäß der ersten Ausführungsform die Diode über den Schalter zu der Induktivität der Gatesignalübertragungsschaltung, die die Gate-Ansteuerschaltung und das Leistungshalbleitermodul, das den oberen und unteren Arm in der Leistungswandlungseinrichtung bildet, verbindet, parallel geschaltet, und wenn der Antriebsarm des oberen und unteren Arms eingeschaltet ist, befindet sich der Schalter im EIN-Zustand und die Induktivität wird durch die Impedanzschaltung im Gegenarm des oberen und unteren Arms kurzgeschlossen, so dass ein fälschliches Einschalten verhindert werden kann. Wenn der Antriebsarm eingeschaltet ist, befindet sich der Schalter im AUS-Zustand, damit die Induktivität im Antriebsarm nicht kurzgeschlossen wird (in einem verbundenen Zustand), so dass verhindert werden kann, dass die Schalteigenschaften des Leistungshalbleitermoduls beeinträchtigt werden, zum Beispiel kann verhindert werden, dass der Schaltverlust erhöht wird.
Zweite Ausführungsform
8 ist ein Schaltbild, das eine Konfiguration der Leistungswandlungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Im Folgenden werden Unterschiede zur ersten Ausführungsform werden beschrieben.
Bei der zweiten Ausführungsform enthält ein Leistungshalbleitermodul 1a ein Paar von oberen und unteren Armen. Jeder Arm enthält eine Parallelschaltung aus einem Halbleiterschaltelement und einer Rückflussdiode. Das heißt, das Leistungshalbleitermodul 1a ist ein sogenannter 2-in-1-Typ. Gemäß einem solchen Leistungshalbleitermodul 1a kann eine Halbbrückenschaltung mit einer Reihenschaltung von zwei Armen mit einem kurzen Verdrahtungsabstand in dem Modul gebildet werden. Daher kann, weil eine parasitäre Induktivität (Hauptschaltungsinduktivität) der Hauptschaltung in der Leistungswandlungseinrichtung verringert werden kann, eine zur Zeit des Schaltens des Schaltelements des Arms auftretende Überspannung verhindert werden. Daher ist es möglich, das Leistungshalbleitermodul zu beschleunigen.
Das Leistungshalbleitermodul 1a enthält Induktivitäten (11 bis 14), die eine Gatesignalübertragungsschaltung, die zwischen Schaltelementen des oberen und unteren Arms und der Gate-Ansteuerschaltung 3 angeschlossen ist, bilden, sowie Impedanzschaltungen (51 bis 54), die zu den Induktivitäten (11 bis 14) parallel geschaltet sind. Dementsprechend werden die Gatesignalübertragungsschaltungen (4, 5), die sich zwischen dem Leistungshalbleitermodul und der Gate-Ansteuerschaltung 3 befinden, nur zu den Gate-Verdrahtungen (25 bis 28). Daher kann eine Montageverbindung der Zweigschaltung 100, die das Leistungshalbleitermodul 1a enthält, vereinfacht werden und die Anzahl der Montageschritte der Leistungswandlungseinrichtung kann verringert werden, in Kombination mit der Tatsache, dass das Leistungshalbleitermodul 1a vom 2-in-1-Typ ist.
Wie in 8 gezeigt, werden die Impedanzschaltungen (51 bis 54) bei der zweiten Ausführungsform durch eine Reihenschaltung von Schaltern (15 bis 18) und Widerständen (61 bis 64) implementiert. Ein Steuerungsverfahren der Impedanzschaltung ist ähnlich wie das der ersten Ausführungsform (2).
Gemäß den Impedanzschaltungen (51 bis 54) bei der zweiten Ausführungsform kann eine Temperaturabhängigkeit der Impedanz der Impedanzschaltungen (51 bis 54) im Vergleich zu der Diode verringert werden, da die Induktivität durch den Widerstand kurzgeschlossen wird. Daher können die Induktivitäten (11 bis 14) auch dann stabil kurzgeschlossen werden, wenn sich die Temperatur der Impedanzschaltung aufgrund von Wärmeerzeugung durch das Schaltelement des Arms oder dergleichen ändert. Da eine Sicherheit gegen das fälschliche Einschalten verbessert wird, ist die Zuverlässigkeit hoch, und ein fälschliches Einschalten kann verhindert werden. Weiterhin kann die Gatesignalübertragungsschaltung, wenn die Gatesignalübertragungsschaltung in dem Leistungshalbleitermodul aufgebaut ist, auch wenn sie leicht durch die Temperatur beeinflusst wird, in das Leistungshalbleitermodul eingebaut werden, ohne die Zuverlässigkeit zu verschlechtern, da anstelle der bei der ersten Ausführungsform verwendeten Diode ein Widerstand verwendet wird. Hierbei kann, solange ein Einfluss der Temperatur toleriert werden kann, bei der zweiten Ausführungsform wie bei der ersten Ausführungsform eine Diode anstelle des Widerstands verwendet werden. Darüber hinaus kann bei der ersten Ausführungsform wie bei der zweiten Ausführungsform ein Widerstand anstelle der Diode verwendet werden. Auch in einem solchen Fall kann eine gleichrichtende Wirkung der Diode nicht erzielt werden, aber eine Wirkung zum Verhindern des fälschlichen Einschaltens in dem Gegenarm kann erzielt werden.
Die Widerstände (61 bis 64) bestehen vorzugsweise aus Widerständen mit relativ geringer Temperaturabhängigkeit wie beispielsweise Polysilizium oder einer Metallbeschichtung. Darüber hinaus ist es bevorzugt, einen Wert des Widerstands so einzustellen, dass eine Spannung des Widerstands zwischen den Anschlüssen gleich oder kleiner der EIN-Spannung der Diode bei der ersten Ausführungsform ist.
Gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform kann das fälschliche Einschalten, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, verhindert werden, ohne die Schalteigenschaften des Leistungshalbleitermoduls zu beeinträchtigen. Weiterhin können gemäß der zweiten Ausführungsform die Induktivitäten der Hauptschaltung der Leistungswandlungseinrichtung verringert werden, und die Anzahl der Montageschritte der Leistungswandlungseinrichtung kann verringert werden. Außerdem ist es gemäß der zweiten Ausführungsform mögliche, ein Risiko des fälschlichen Einschaltens bei dem Leistungshalbleitermodul zu verringern.
Dritte Ausführungsform
9 ist ein Schaltbild, das eine Konfiguration einer Leistungswandlungseinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Unterschiede zu der ersten Ausführungsform werden im Folgenden beschrieben.
Bei der dritten Ausführungsform enthält die Gatesignalübertragungsschaltung, ähnlich wie die Gatesignalübertragungsschaltung bei der ersten Ausführungsform (1), Induktivitäten und Impedanzschaltungen (51 bis 54), die zu den Induktivitäten parallel geschaltet sind. Die Induktivität enthält eine Reihenschaltung aus mehreren (zwei in 9) Induktivitäten, wobei zu jeder Induktivität ein Schalter parallel geschaltet ist.
Wie in 9 gezeigt, sind bei der Gatesignalübertragungsschaltung 4 eine Induktivität 11a und eine Induktivität 11b in Reihe zwischen nGDg1 und nTg1 geschaltet.
Ein Schalter 41a und ein Schalter 41b sind zu der Induktivität 11a bzw. der Induktivität 11b parallel geschaltet. Weiterhin ist der Schalter 15 zum Kurzschließen einer Reihenschaltung der Induktivität 11a und der Induktivität 11b zu der Reihenschaltung parallel geschaltet.
Wie in 9 gezeigt, sind bei der Gatesignalübertragungsschaltung 4 eine Induktivität 12a und eine Induktivität 12b in Reihe zwischen nGDsg1 und nTss1 geschaltet. Ein Schalter 42a und ein Schalter 42b sind zu der Induktivität 12a bzw. der Induktivität 12b parallel geschaltet. Weiterhin ist der Schalter 16 zum Kurzschließen einer Reihenschaltung der Induktivität 12a und der Induktivität 12b zu der Reihenschaltung parallel geschaltet.
Die Verdrahtungen zum Steuern der Schalter 41a, 41b, 42a und 42b sind in 9 gemeinsam als vier Busse dargestellt.
Eine Konfiguration der Gatesignalübertragungsschaltung 5 ist ähnlich wie die der Gatesignalübertragungsschaltung 4. Ein Steuerungsverfahren der Schalter 15 bis 18 in der Gatesignalübertragungsschaltung bei der dritten Ausführungsform ist ähnlich wie das der ersten Ausführungsform (2). Die Diode (siehe die erste Ausführungsform) oder der Widerstand (siehe die zweite Ausführungsform) können mit den Schaltern 15 bis 18 in Reihe geschaltet werden. Da bei der dritten Ausführungsform die Impedanzschaltungen (51 bis 54) nur die Schalter (15 bis 18) als Schaltungselemente aufweisen, kann die Impedanz der Impedanzschaltung, wenn die Induktivität kurzgeschlossen ist, verringert werden. Die Diode der ersten Ausführungsform und der Widerstand der zweiten Ausführungsform können wie bei der dritten Ausführungsform weggelassen werden. Auch in diesem Fall kann ein Effekt zum Verhindern des fälschlichen Einschaltens im Gegenarm erzielt werden.
Die Anzahl von Reihenschaltungen der Induktivitäten ist nicht auf die in 9 gezeigten zwei beschränkt, sondern sie kann eine beliebige Anzahl sein.
Gemäß der Gatesignalübertragungsschaltung der dritten Ausführungsform kann der Wert der Induktivität der Gatesignalübertragungsschaltung durch geeignetes Steuern der Schalter 41a, 41b, 42a, 42b, 43a, 43b, 44a und 44b entweder in den EIN-Zustand oder in den AUS-Zustand geändert werden. Entsprechend kann die Induktivität der Gatesignalübertragungsschaltung auf einen geeigneten Wert entsprechend den Eigenschaften des Leistungshalbleitermoduls eingestellt werden. Daher kann der Schaltverlust des Leistungshalbleitermoduls zuverlässig verringert werden. Darüber hinaus wird die Vielseitigkeit der Gatesignalübertragungsschaltung verbessert, da die Gatesignalübertragungsschaltung mit derselben Schaltungskonfiguration auf Leistungshalbleitermodule mit einer Vielzahl von Spezifikationen angewandt werden kann.
Gemäß der oben beschriebenen dritten Ausführungsform kann, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, das fälschliche Einschalten verhindert werden, ohne die Schalteigenschaften des Leistungshalbleitermoduls zu verschlechtern. Weiterhin kann gemäß der dritten Ausführungsform der Schaltverlust des Leistungshalbleitermoduls zuverlässig verringert werden. Gemäß der dritten Ausführungsform wird die Vielseitigkeit der Gatesignalübertragungsschaltung verbessert.
Vierte Ausführungsform
10 zeigt ein Schaltbild (oberes Diagramm) und eine Draufsicht (unteres Diagramm), die eine Konfiguration einer Gatesignalübertragungsleiterplatte gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigen.
Wie in dem Schaltbild von 10 gezeigt, ist eine Gatesignalübertragungsschaltung ähnlich zu der der ersten Ausführungsform, das heißt, die Induktivität 11 und die zu der Induktivität 11 parallel geschaltete Impedanzschaltung 51, auf der Gatesignalübertragungsleiterplatte gemäß der vierten Ausführungsform montiert. Wie in dem Schaltbild dargestellt, enthält die Impedanzschaltung 51 eine Reihenschaltung eines als Schalter fungierenden MOSFETs 15a und der Diode 21.
Wie in der Draufsicht von 10 gezeigt, ist eine in dem Schaltbild von 10 gezeigte Gatesignalübertragungsschaltung unter Verwendung einer gedruckten Leiterplatte implementiert. Auf der gedruckten Leiterplatte sind der Knoten1 an einem Ende der Induktivität 11, der Knoten2 am anderen Ende der Induktivität 11, der Knoten3 an einem Gate-Anschluss des MOSFETs 15a, in den ein Steuersignal zum Ein- und Ausschalten des MOSFET 15a eingespeist wird, und der Knoten4 an einem Serienverbindungspunkt der Diode 21 und des MOSFETs 15a in dem Schaltbild von 10, wie in der Draufsicht in 10 dargestellt, als Verdrahtungsmuster implementiert.
Wie in der Draufsicht von 10 gezeigt, werden eine oberflächenmontierte Chip-Induktivität und eine Chip-Diode als Induktor 11 bzw. Diode 21 verwendet. Als MOSFET 15a wird ein oberflächenmontierter, diskreter MOSFET verwendet. Durch Verwenden einer solchen Schaltungskomponente kann eine Größe der Gatesignalübertragungsleiterplatte verringert werden.
Jede dieser Schaltungskomponenten ist durch ein leitfähiges adhäsives Element wie beispielsweise Lot über einen Leitungsanschlussabschnitt mit Leiterstrukturen, die den Knoten1 bis Knoten4 entsprechen, verbunden. Dementsprechend ist die Gatesignalübertragungsleiterplatte, auf der die Gatesignalübertragungsschaltung montiert ist, auf der gedruckten Leiterplatte ausgebildet.
Als Gatesignalübertragungsschaltung, die auf der Gatesignalübertragungsleiterplatte montiert ist, wird eine beliebige der Gatesignalübertragungsschaltungen gemäß der oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsform verwendet.
Gemäß der vierten Ausführungsform ist es möglich, einen Platz oder Bereich, der durch die Gatesignalübertragungsschaltung in dem Leistungshalbleitermodul oder der Leistungswandlungseinrichtung belegt wird, zu verringern. Daher ist es möglich, die Gatesignalübertragungsschaltung in dem Leistungshalbleitermodul oder der Leistungswandlungseinrichtung zu montieren und gleichzeitig eine Vergrößerung des Leistungshalbleitermoduls oder der Leistungswandlungseinrichtung zu verhindern.
Fünfte Ausführungsform
11 ist ein Schaltbild, das eine Konfiguration einer Gatesignalübertragungsschaltung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Die Induktivität 11 und die Induktivität 12 besitzen dieselbe Größe der Selbstinduktivität und sind durch Verfahren wie Wickeln auf einen Magnetkern oder Beschichten eines Magnetkernmaterials magnetisch miteinander gekoppelt (71). Eine Richtung der magnetischen Kopplung ist so eingestellt, dass, wenn ein gleichphasiger Strom in die Induktivität 11 und die Induktivität 12 fließt, die Impedanz, die durch die Induktivität 11 und die Induktivität 12 an den Gate-Ansteuersignalpfad angelegt wird, zunimmt und sich ein gleichphasiges Störungsbeseitigungsverhältnis verbessert.
Gemäß der oben beschriebenen fünften Ausführungsform kann das fälschliche Einschalten ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform verhindert werden, ohne die Schalteigenschaften des Leistungshalbleitermoduls zu verschlechtern. Weiterhin ist es gemäß der fünften Ausführungsform möglich, einen Einfluss von in den Gate-Ansteuersignalpfad gemischten In-Phase-Störungen zu verringern.
Sechste Ausführungsform
7 ist ein Blockschaltbild, das eine Schaltungskonfiguration eines elektrischen Systems für ein Schienenfahrzeug gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Das elektrische System für ein Schienenfahrzeug gemäß der sechsten Ausführungsform enthält einen Stromabnehmer 110, einen Schaltkreisunterbrecher 120, eine Drossel 130, eine Leistungswandlungseinrichtung 150 und einen Elektromotor 140, der als Last dient. Der Elektromotor 140 ist hier ein Dreiphasen-AC-Elektromotor, der ein Schienenfahrzeug antreibt.
Die Leistungswandlungseinrichtung 150 enthält eine Zweigschaltung mit einem Paar von oberen und unteren Armen, die durch Leistungshalbleitermodule gebildet werden, einen Kondensator 160 und eine Steuerschaltung 170. Die Leistungswandlungseinrichtung 150 enthält drei Zweigschaltungen 100a, 100b und 100c, die der Anzahl der AC-Phasen entsprechen.
Die Leistungswandlungseinrichtung 150 hält eine Hauptspannung (Vcc) durch den Kondensator 160, erzeugt Steuersignale an die Gate-Ansteuerschaltungen 3a, 3b und 3c durch die Steuerschaltung 170 und speist die Steuersignale an die Gate-Ansteuerschaltungen 3a, 3b bzw. 3c ein.
Die Zweigschaltungen 100a, 100b und 100c bilden einen Inverterzweig einer ersten Phase, einen Inverterzweig einer zweiten Phase bzw. einen Inverterzweig einer dritten Phase. Ein Ausgang eines jeden Inverterzweigs ist mit dem Elektromotor 140 verbunden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform weisen die Zweigschaltungen 100a, 100b und 100c dieselbe Schaltungskonfiguration auf. Daher wird eine Schaltungskonfiguration am Beispiel der Zweigschaltung 100a beschrieben.
Die Zweigschaltung 100a enthält ein Paar oberer und unterer Arme, die durch in Reihe geschaltete Leistungshalbleitermodule 1a und 2a gebildet werden, eine Gate-Ansteuerschaltung 3a zum EIN- und AUS-Steuern der Leistungshalbleitermodule 1a und 2a, eine Gatesignalübertragungsschaltung 4a, die zwischen die Gate-Ansteuerschaltung 3a und einen Gate-Anschluss sowie einen Source-Abgriff-Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 1a geschaltet ist, und eine Gatesignalübertragungsschaltung 5a, die zwischen die Gate-Ansteuerschaltung 3a und einen Gate-Anschluss sowie einen Source-Abgriff-Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 2a geschaltet ist. Für die Gatesignalübertragungsschaltungen 4a und 5a werden die Gatesignalübertragungsschaltungen gemäß den oben beschriebenen ersten bis fünften Ausführungsformen verwendet.
Gemäß der sechsten Ausführungsform ist es möglich, eine Fehlfunktion der Leistungswandlungseinrichtung und des elektrischen Systems für ein Schienenfahrzeug aufgrund des fälschlichen Einschaltens des Leistungshalbleitermoduls zu verhindern, ohne die Schalteigenschaften in der Leistungswandlungseinrichtung oder dem elektrischen System für ein Schienenfahrzeug zu verschlechtern. Dadurch wird die Zuverlässigkeit der Leistungswandlungseinrichtung und des elektrischen Systems für ein Schienenfahrzeug verbessert. Da der Schaltverlust des Leistungshalbleitermoduls verringert wird und die Wärmeerzeugung verringert wird, kann außerdem eine Größe eines in der Leistungswandlungseinrichtung bereitgestellten Kühlkörpers verringert werden. Daher ist es möglich, die Größe der Leistungswandlungseinrichtung und des elektrischen Systems für ein Schienenfahrzeug zu verringern.
Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt und enthält verschiedene Modifikationen. Zum Beispiel wurden die oben beschriebenen Ausführungsformen für ein einfaches Verständnis der Erfindung ausführlich beschrieben, und sind nicht notwendigerweise auf jene mit all den oben beschriebenen Konfigurationen beschränkt. Ein Teil der Konfiguration jeder Ausführungsform kann zu einer anderen Konfiguration hinzugefügt, entfernt oder durch diese ersetzt werden.
So können zum Beispiel ein konstanter Wert der Schaltungs und eine Form des Widerstands und der Induktivität in der Impedanzschaltung frei eingestellt werden. Zusätzlich zu dem MOSFET kann ein unipolares Bauelement wie beispielsweise ein Sperrschicht-Feldeffekttransistor (JFET) oder ein bipolares Bauelement wie beispielsweise ein IGBT als Schaltelement, das den oberen und unteren Arm bildet, verwendet werden. Darüber hinaus ist die Konfiguration der Parallelschaltung zwischen dem Halbleiterschaltelement und der Rückflussdiode nicht darauf beschränkt, und wenn das Halbleiterschaltelement ein MOSFET ist, kann eine in den MOSFET eingebaute Body-Diode anstelle der Rückflussdiode verwendet werden. Ähnlich können verschiedene unipolare Bauelemente und bipolare Bauelemente als Schalter in der Impedanzschaltung und in der Gate-Ansteuerschaltung verwendet werden. Zusätzlich zu den oben beschriebenen „Drain“ und „Source“ wird ein Hauptanschluss je nach Bauelement auch als „Kollektor“ und „Emitter“ bezeichnet.
Zusätzlich zum 1-in-1- und 2-in-1-Typ kann die Form des Leistungshalbleitermoduls eine dreiphasige Vollbrückenschaltung, die die Hauptschaltung der Leistungswandlungseinrichtung bildet, enthalten.
Die Leistungswandlungseinrichtung, auf die die Gatesignalübertragungsschaltung angewandt wird, kann neben dem elektrischen System für ein Schienenfahrzeug auch auf ein Leistungsaufbereichtungssystem („Power Conditioning System“; PCS) in einer Solarleistungserzeugungseinrichtung oder einem Elektrofahrzeug angewandt werden.

Claims

Halbleitereinrichtungssignalübertragungsschaltung (4, 5) zur Antriebssteuerung, die zwischen eine Halbleitereinrichtung (1, 2), die einen Arm in einer Leistungswandlungseinrichtung bildet, und eine Ansteuerschaltung (3), die dazu ausgebildet ist, die Halbleitereinrichtung anzusteuern, geschaltet ist, wobei die Halbleitereinrichtungssignalübertragungsschaltung zur Antriebssteuerung aufweist: eine Induktivität (11-14); und eine Impedanzschaltung (51-54), die einen Schalter (15-18) enthält und zu der Induktivität parallel geschaltet ist; wobei sich, wenn ein Antriebsarm des Arms eingeschaltet ist, der Schalter in einem Gegenarm des Arms in einem EIN-Zustand befindet und die Impedanzschaltung die Induktivität kurzschließt.
Halbleitereinrichtungssignalübertragungsschaltung (4, 5) zur Antriebssteuerung nach Anspruch 1, wobei sich der Schalter (15-18) in dem Antriebsarm, wenn der Antriebsarm des Arms eingeschaltet ist, in einem AUS-Zustand befindet.
Halbleitereinrichtungssignalübertragungsschaltung (4, 5) zur Antriebssteuerung nach Anspruch 1, wobei die Impedanzschaltung (51-54) eine Reihenschaltung aus dem Schalter (15-18) und einer Diode (21-24) enthält, und die Impedanzschaltung die Induktivität (11-14) mit der Diode kurzschließt.
Halbleitereinrichtungssignalübertragungsschaltung (4, 5) zur Antriebssteuerung nach Anspruch 1, wobei die Impedanzschaltung (51-54) eine Reihenschaltung des Schalters (15-18) und eines Widerstands (61-64) enthält, und die Impedanzschaltung die Induktivität (11-14) mit dem Widerstand kurzschließt.
Halbleitereinrichtungssignalübertragungsschaltung (4, 5) zur Antriebssteuerung nach Anspruch 1, wobei die Impedanzschaltung (51-54) die Induktivität (11-14) mit dem Schalter (15-18) kurzschließt.
Halbleitereinrichtungssignalübertragungsschaltung (4, 5) zur Antriebssteuerung, die zwischen eine Halbleitereinrichtung (1, 2), die einen Arm in einer Leistungswandlungseinrichtung bildet, und eine Ansteuerschaltung (3), die dazu ausgebildet ist, die Halbleitereinrichtung anzusteuern, geschaltet ist, wobei die Halbleitereinrichtungssignalübertragungsschaltung zur Antriebssteuerung aufweist: eine Induktivität (11-14); eine Impedanzschaltung (51-54), die einen Schalter (15-18) enthält und zu der Induktivität parallel geschaltet ist; eine erste Induktivität (11a-14a) und eine zweite Induktivität (11b-14b), die als die Induktivität miteinander in Reihe geschaltet sind; einen ersten Schalter (41a-44a), der zu der ersten Induktivität parallel geschaltet ist; und einen zweiten Schalter (41b-44b), der zu der zweiten Induktivität parallel geschaltet ist.
Verfahren zum Steuern einer Halbleitereinrichtungssignalübertragungsschaltung (4, 5) zur Antriebssteuerung mit einer Induktivität (11-14), die zwischen eine Halbleitereinrichtung (1, 2), die einen Arm in einer Leistungswandlungseinrichtung bildet, und eine Ansteuerschaltung (3), die dazu ausgebildet ist, die Halbleitereinrichtung anzusteuern, geschaltet ist, wobei das Verfahren zum Steuern einer Halbleitereinrichtungssignalübertragungsschaltung zur Antriebssteuerung aufweist: Kurzschließen der Induktivität in einem Gegenarm des Arms, wenn ein Antriebsarm des Arms eingeschaltet wird.
Verfahren zum Steuern einer Halbleitereinrichtungssignalübertragungsschaltung (4, 5) zur Antriebssteuerung nach Anspruch 7, das weiterhin aufweist: Schalten der Induktivität (11-14) im Gegenarm von einem Nicht-Kurzschluss-Zustand in einen Kurzschluss-Zustand, bevor der Antriebsarm eingeschaltet wird.
Verfahren zum Steuern einer Halbleitereinrichtungssignalübertragungsschaltung (4, 5) zur Antriebssteuerung nach Anspruch 7, das weiterhin aufweist: Versetzen der Induktivität (11-14) in dem Antriebsarm in einen Nicht-Kurzschluss-Zustand, wenn der Antriebsarm eingeschaltet wird.
Halbleitereinrichtung (1, 2) mit einem Arm in einer Leistungswandlungseinrichtung, wobei die Halbleitereinrichtung aufweist: eine Signalübertragungsschaltung (4, 5) zur Antriebssteuerung, die zwischen den Arm und eine Ansteuerschaltung (3), die dazu ausgebildet ist, den Arm anzusteuern, geschaltet ist, wobei die Signalübertragungsschaltung zur Antriebssteuerung die Halbleitereinrichtungssignalübertragungsschaltung zur Antriebssteuerung nach Anspruch 1 ist.
Leistungswandlungseinrichtung mit einer Hauptschaltung mit einem Paar oberer und unterer Arme und einer Ansteuerschaltung (3), die dazu ausgebildet ist, die Arme anzusteuern, wobei die Leistungswandlungseinrichtung aufweist: eine Signalübertragungsschaltung (4, 5) zur Antriebssteuerung, die zwischen die Arme und eine Antriebsschaltung, die dazu ausgebildet ist, die Arme anzusteuern, geschaltet ist, wobei die Signalübertragungsschaltung zur Antriebssteuerung die Halbleitereinrichtungssignalübertragungsschaltung zur Antriebssteuerung nach Anspruch 1 ist.
Elektrisches System für ein Schienenfahrzeug, das einen Elektromotor, der dazu ausgebildet ist, ein Schienenfahrzeugs anzutreiben, antreibt, wobei das elektrische System für ein Schienenfahrzeug aufweist: einen Stromabnehmer (110); einen Schaltkreisunterbrecher (120), der mit dem Stromabnehmer verbunden ist; eine Drossel (130), die mit dem Schaltkreisunterbrecher verbunden ist; eine Leistungswandlungseinrichtung (150), die mit der Drossel verbunden ist; und einem Elektromotor (140), der mit der Leistungswandlungseinrichtung verbunden ist, wobei die Leistungswandlungseinrichtung die Leistungswandlungseinrichtung nach Anspruch 11 ist.