DE102022119531A1

DE102022119531A1 - Stromrichtereinrichtung mit einem Stromrichter und mit einer Steuereinrichtung

Info

Publication number: DE102022119531A1
Application number: DE102022119531.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas GIESSMANN; Christopher Schmidt
Original assignee: Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Current assignee: Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Priority date: 2021-08-13
Filing date: 2022-08-04
Publication date: 2023-02-16
Also published as: US20230052362A1; CN115912970A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stromrichtereinrichtung mit einen Stromrichter, der Leistungshalbleiterschalter aufweist, und mit einer Steuereinrichtung, die zur Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter ausgebildet ist, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die Leistungshalbleiterschalter derart anzusteuern, dass im Stromrichter auftretende elektrische Schaltverluste reduziert sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromrichtereinrichtung mit einem Stromrichter, der einen ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Leistungshalbleiterschalter, die jeweilig einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss aufweisen, aufweist, und mit einer Steuereinrichtung, die zur Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter ausgebildet ist, wobei der zweite Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters mit dem ersten Laststromanschluss des fünften Leistungshalbleiterschalters und mit dem ersten Laststromanschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist, wobei der zweite Laststromanschluss des fünften Leistungshalbleiterschalters mit dem ersten Laststromanschluss des sechsten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist, wobei der zweite Laststromanschluss des sechsten Leistungshalbleiterschalters mit dem ersten Laststromanschluss des vierten Leistungshalbleiterschalters und mit dem zweiten Laststromanschluss des dritten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist, wobei der zweite Laststromanschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters mit dem ersten Laststromanschluss des dritten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist, wobei der Stromrichter eine zum ersten Leistungshalbleiterschalter elektrisch antiparallel geschaltete erste Diode, eine zum zweiten Leistungshalbleiterschalter elektrisch antiparallel geschaltete zweite Diode, eine zum dritten Leistungshalbleiterschalter elektrisch antiparallel geschaltete dritte Diode, eine zum vierten Leistungshalbleiterschalter elektrisch antiparallel geschaltete vierte Diode, eine zum fünften Leistungshalbleiterschalter elektrisch antiparallel geschaltete fünfte Diode, eine zum sechsten Leistungshalbleiterschalter elektrisch antiparallel geschaltete sechste Diode und einen Wechselpotentialanschluss aufweist, der an einem Mittelschaltungsknoten mit dem zweiten Laststromanschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters und mit dem ersten Laststromanschluss des dritten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist.
Eine solche Stromrichtereinrichtung ist aus der EP 3 301 804 A1 bekannt. Um Schaltverluste zu reduzieren, werden gemäß 14 und zugehöriger Beschreibung der EP 3 301 804 A1 beide möglichen Neutralstrompfade des Stromrichters zur Durchleitung des Ausgangsstroms des Stromrichters verwendet. Gemäß 14 und zugehöriger Beschreibung der EP 3 301 804 A1 schalten dabei die Leistungshalbleiterschalter S3 und S5 sowie S2 und S6 zueinander synchron, was in Ihnen auftretende stärkere Schaltverluste bedingt.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Stromrichtereinrichtung mit einem Leistungshalbleiterschalter aufweisenden Stromrichter und einer Steuereinrichtung zu schaffen, bei der im Stromrichter auftretende elektrische Schaltverluste reduziert sind.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Stromrichtereinrichtung mit einem Stromrichter, der einen ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Leistungshalbleiterschalter, die jeweilig einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss aufweisen, aufweist, und mit einer Steuereinrichtung, die zur Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter ausgebildet ist, wobei der zweite Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters mit dem ersten Laststromanschluss des fünften Leistungshalbleiterschalters und mit dem ersten Laststromanschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist, wobei der zweite Laststromanschluss des fünften Leistungshalbleiterschalters mit dem ersten Laststromanschluss des sechsten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist, wobei der zweite Laststromanschluss des sechsten Leistungshalbleiterschalters mit dem ersten Laststromanschluss des vierten Leistungshalbleiterschalters und mit dem zweiten Laststromanschluss des dritten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist, wobei der zweite Laststromanschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters mit dem ersten Laststromanschluss des dritten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist, wobei der Stromrichter eine zum ersten Leistungshalbleiterschalter elektrisch antiparallel geschaltete erste Diode, eine zum zweiten Leistungshalbleiterschalter elektrisch antiparallel geschaltete zweite Diode, eine zum dritten Leistungshalbleiterschalter elektrisch antiparallel geschaltete dritte Diode, eine zum vierten Leistungshalbleiterschalter elektrisch antiparallel geschaltete vierte Diode, eine zum fünften Leistungshalbleiterschalter elektrisch antiparallel geschaltete fünfte Diode, eine zum sechsten Leistungshalbleiterschalter elektrisch antiparallel geschaltete sechste Diode und einen Wechselpotentialanschluss aufweist, der an einem Mittelschaltungsknoten mit dem zweiten Laststromanschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters und mit dem ersten Laststromanschluss des dritten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist, wobei im Betrieb des Stromrichters der Mittelschaltungsknoten in Bezug auf den zweiten Laststromanschluss des fünften Leistungshalbleiterschalters eine Ausgangsspannung aufweist und in Stromzählrichtung vom Mittelschaltungsknoten zum Wechselpotentialanschluss ein Ausgangsstrom fließt, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die Leistungshalbleiterschalter derart anzusteuern, dass

- der erste, fünfte, sechste und vierte Leistungshalbleiterschalter mit höherer Frequenz ein- und ausgeschaltet werden als der zweite und dritte Leistungshalbleiterschalter,
-wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, ausgehend von einem ersten Stromrichtergrundschaltzustand bei dem die Ausgangsspannung positiv ist, der Ausgangsstrom negativ ist und durch die erste und zweite Diode der Ausgangsstrom fließt, den Stromrichter durch mindestens Einschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters und zeitlich nachfolgendem Einschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters in einen zweiten Stromrichtergrundschaltzustand überzuführen, bei dem der fünfte und dritte Leistungshalbleiterschalter eingeschaltet sind und ein erster Teil des Ausgangsstroms durch die zweite Diode und durch den fünften Leistungshalbleiterschalter fließt und ein zweiter Teil des Ausgangsstroms durch die sechste Diode und durch den dritten Leistungshalbleiterschalter fließt.
-wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, ausgehend von dem zweiten Stromrichtergrundschaltzustand, den Stromrichter durch Ausschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters und zeitlich nachfolgendem mindestens Ausschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters in den ersten Stromrichtergrundschaltzustand überzuführen.

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, ausgehend von dem ersten Stromrichtergrundschaltzustand den Stromrichter durch mindestens Einschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters, durch anschließendes Einschalten des sechsten Leistungshalbleiterschalters und durch zeitlich nachfolgendem Einschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters in einen zweiten Stromrichtergrundschaltzustand überzuführen, bei dem der fünfte, sechste und dritte Leistungshalbleiterschalter eingeschaltet sind und ein erster Teil des Ausgangsstroms durch die zweite Diode und durch den fünften Leistungshalbleiterschalter fließt und ein zweiter Teil des Ausgangsstroms durch die sechste Diode und durch den dritten Leistungshalbleiterschalter fließt. Hierdurch werden im Stromrichter auftretende elektrische Schaltverluste weiter reduziert.
In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, ausgehend von dem zweiten Stromrichtergrundschaltzustand, den Stromrichter durch Ausschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters, durch anschließendes Ausschalten des sechsten Leistungshalbleiterschalters und durch zeitlich nachfolgendes mindestens Ausschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters in den ersten Stromrichtergrundschaltzustand überzuführen. Hierdurch werden im Stromrichter auftretende elektrische Schaltverluste weiter reduziert.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der erste, fünfte, sechste und vierte Leistungshalbleiterschalter konstruktionsbedingt kleinere Schaltverluste aufweisen als der zweite und dritte Leistungshalbleiterschalter. Hierdurch werden im Stromrichter auftretende elektrische Schaltverluste weiter reduziert.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Halbleitermaterial, aus dem der erste, fünfte, sechste und vierte Leistungshalbleiterschalter ausgebildet sind, aus Siliziumkarbid oder Galliumnitrid ausgebildet ist und das Halbleitermaterial, aus dem der zweite und dritte Leistungshalbleiterschalter ausgebildet sind, aus Silizium ausgebildet ist. Hierdurch werden im Stromrichter auftretende elektrische Schaltverluste weiter reduziert.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Halbleitermaterial, aus dem die erste, fünfte, sechste und vierte Diode ausgebildet sind, aus Siliziumkarbid oder Galliumnitrid ausgebildet ist und das Halbleitermaterial, aus dem die zweite und dritte Diode ausgebildet sind, aus Silizium ausgebildet ist. Hierdurch werden im Stromrichter auftretende elektrische Schaltverluste weiter reduziert.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der erste, fünfte, sechste und vierte Leistungshalbleiterschalter als MOSFETs ausgebildet sind und der zweite und dritte Leistungshalbleiterschalter als IGBTs ausgebildet sind. Hierdurch werden im Stromrichter auftretende elektrische Schaltverluste weiter reduziert.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Stromrichter einen ersten und einen zweiten Snubberkondensator aufweist, wobei ein erster Anschluss des ersten Snubberkondensators mit dem ersten Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters und ein zweiter Anschluss des ersten Snubberkondensators mit dem zweiten Laststromanschluss des fünften Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist, wobei ein erster Anschluss des zweiten Snubberkondensators mit dem ersten Laststromanschluss des sechsten Leistungshalbleiterschalters und ein zweiter Anschluss des zweiten Snubberkondensators mit dem zweiten Laststromanschluss des vierten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist. Hierdurch können im Betrieb des Stromrichters auftretende unerwünschte hochfrequente elektrische Schwingungen und/oder Überspannungen reduziert werden.
Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch eine Stromrichtereinrichtung mit einem Stromrichter, der einen ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Leistungshalbleiterschalter, die jeweilig einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss aufweisen, aufweist, und mit einer Steuereinrichtung, die zur Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter ausgebildet ist, wobei der zweite Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters mit dem ersten Laststromanschluss des fünften Leistungshalbleiterschalters und mit dem ersten Laststromanschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist, wobei der zweite Laststromanschluss des fünften Leistungshalbleiterschalters mit dem ersten Laststromanschluss des sechsten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist, wobei der zweite Laststromanschluss des sechsten Leistungshalbleiterschalters mit dem ersten Laststromanschluss des vierten Leistungshalbleiterschalters und mit dem zweiten Laststromanschluss des dritten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist, wobei der zweite Laststromanschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters mit dem ersten Laststromanschluss des dritten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist, wobei der Stromrichter eine zum ersten Leistungshalbleiterschalter elektrisch antiparallel geschaltete erste Diode, eine zum zweiten Leistungshalbleiterschalter elektrisch antiparallel geschaltete zweite Diode, eine zum dritten Leistungshalbleiterschalter elektrisch antiparallel geschaltete dritte Diode, eine zum vierten Leistungshalbleiterschalter elektrisch antiparallel geschaltete vierte Diode, eine zum fünften Leistungshalbleiterschalter elektrisch antiparallel geschaltete fünfte Diode, eine zum sechsten Leistungshalbleiterschalter elektrisch antiparallel geschaltete sechste Diode und einen Wechselpotentialanschluss aufweist, der an einem Mittelschaltungsknoten mit dem zweiten Laststromanschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters und mit dem ersten Laststromanschluss des dritten Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist, wobei im Betrieb des Stromrichters der Mittelschaltungsknoten in Bezug auf den zweiten Laststromanschluss des fünften Leistungshalbleiterschalters eine Ausgangsspannung aufweist und in Stromzählrichtung vom Mittelschaltungsknoten zum Wechselpotentialanschluss ein Ausgangsstrom fließt, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die Leistungshalbleiterschalter derart anzusteuern, dass

- der zweite und dritte Leistungshalbleiterschalter mit einer höherer Frequenz ein- und ausgeschaltet werden als der erste, fünfte, sechste und vierte Leistungshalbleiterschalter,
-wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, ausgehend von einem ersten Stromrichtergrundschaltzustand bei dem die Ausgangsspannung positiv ist, der Ausgangsstrom negativ ist und durch die erste und zweite Diode der Ausgangsstrom fließt, den Stromrichter durch mindestens Einschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters und zeitlich nachfolgendes Einschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters in einen zweiten Stromrichtergrundschaltzustand überzuführen, bei dem der fünfte und dritte Leistungshalbleiterschalter eingeschaltet sind und ein erster Teil des Ausgangsstroms durch die zweite Diode und durch den fünften Leistungshalbleiterschalter fließt und ein zweiter Teil des Ausgangsstroms durch die sechste Diode und durch den dritten Leistungshalbleiterschalter fließt.
-wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, ausgehend von dem zweiten Stromrichtergrundschaltzustand, den Stromrichter durch Ausschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters und durch mindestens zeitlich nachfolgendes Ausschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters in den ersten Stromrichtergrundschaltzustand überzuführen.

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, ausgehend von dem ersten Stromrichtergrundschaltzustand, den Stromrichter durch mindestens Einschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters, durch nachfolgendes Einschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters und durch anschließendes Einschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters in einen zweiten Stromrichtergrundschaltzustand überzuführen, bei dem der zweite, fünfte und dritte Leistungshalbleiterschalter eingeschaltet sind und ein erster Teil des Ausgangsstroms durch die zweite Diode und durch den fünften Leistungshalbleiterschalter fließt und ein zweiter Teil des Ausgangsstroms durch die sechste Diode und durch den dritten Leistungshalbleiterschalter fließt. Hierdurch werden im Stromrichter auftretende elektrische Schaltverluste weiter reduziert.
In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, ausgehend von dem zweiten Stromrichtergrundschaltzustand, den Stromrichter durch Ausschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters, durch anschließendes Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters und durch mindestens anschließendes Ausschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters in den ersten Stromrichtergrundschaltzustand überzuführen. Hierdurch werden im Stromrichter auftretende elektrische Schaltverluste weiter reduziert.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der zweite und dritte Leistungshalbleiterschalter kleinere Schaltverluste aufweisen als der erste, fünfte, sechste und vierte Leistungshalbleiterschalter. Hierdurch werden im Stromrichter auftretende elektrische Schaltverluste weiter reduziert.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Halbleitermaterial, aus dem der zweite und dritte Leistungshalbleiterschalter ausgebildet sind, aus Siliziumkarbid oder Galliumnitrid ausgebildet ist und das Halbleitermaterial, aus dem erste, fünfte, sechste und vierte Leistungshalbleiterschalter ausgebildet sind, aus Silizium ausgebildet ist. Hierdurch werden im Stromrichter auftretende elektrische Schaltverluste weiter reduziert.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Halbleitermaterial, aus dem die zweite und dritte Diode ausgebildet sind, aus Siliziumkarbid oder Galliumnitrid ausgebildet ist und das Halbleitermaterial, aus dem die erste, fünfte, sechste und vierte Diode ausgebildet sind, aus Silizium ausgebildet ist. Hierdurch werden im Stromrichter auftretende elektrische Schaltverluste weiter reduziert.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der erste, fünfte, sechste und vierte Leistungshalbleiterschalter als IGBTs ausgebildet sind und der zweite und dritte Leistungshalbleiterschalter als MOSFETs ausgebildet sind. Hierdurch werden im Stromrichter auftretende elektrische Schaltverluste weiter reduziert.
Die jeweilige erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Diode können, wie bei den Ausführungsbeispielen, als diskretes Bauelement ausgebildet sein oder in den Halbleiterkörper des zu der jeweiligen Diode antiparallel geschalteten jeweiligen Leistungshalbleiterschalters integriert sein kann. Falls der jeweilige Leistungshalbleiterschalter z.B. als MOSFET ausgebildet ist, kann somit die jeweilige Diode auch als intrinsische Diode des MOSFETs ausgebildet sein.
Es sei angemerkt, dass das Halbleitermaterial, aus dem der erste, zweite dritte, vierte, fünfte und sechste Leistungshalbleiterschalter ausgebildet sind, z.B. aus Silizium, Siliziumkarbid oder Galliumnitrid ausgebildet sein kann und dass das Halbleitermaterial, aus dem die erste, zweite dritte, vierte, fünfte und sechste Diode ausgebildet sind, z.B. aus Silizium, Siliziumkarbid oder Galliumnitrid ausgebildet sein kann.
Es sei weiterhin angemerkt, dass Snubberkondensatoren im Gegensatz zu Zwischenkreiskondensatoren, die zu Energiezwischenspeicherung dienen, zur Reduzierung von unerwünschten hochfrequenten elektrischen Schwingungen und/oder Überspannungen dienen und im Allgemeinen eine wesentlich geringe Kapazität aufweisen als Zwischenkreiskondensatoren.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die unten stehenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Stromrichtereinrichtung mit einem Stromrichter und einer Steuereinrichtung,
2 Verläufe einer Ausgangsspannung und eines Ausgangsstroms eines Stromrichters einer erfindungsgemäßen Stromrichtereinrichtung,
3 ein Schaltzustand des Stromrichters gemäß 1,
4 ein weiterer Schaltzustand des Stromrichters gemäß 1,
5 ein weiterer Schaltzustand des Stromrichters gemäß 1,
6 ein weiterer Schaltzustand des Stromrichters gemäß 1,
7 ein weiterer Schaltzustand des Stromrichters gemäß 1,
8 ein weiterer Schaltzustand des Stromrichters gemäß 1,
9 eine weitere erfindungsgemäße Stromrichtereinrichtung mit einem Stromrichter und einer Steuereinrichtung,
10 ein Schaltzustand des Stromrichters gemäß 9,
11 ein weiterer Schaltzustand des Stromrichters gemäß 9,
12 ein weiterer Schaltzustand des Stromrichters gemäß 9,
13 ein weiterer Schaltzustand des Stromrichters gemäß 9,
14 ein weiterer Schaltzustand des Stromrichters gemäß 9,
15 ein weiterer Schaltzustand des Stromrichters gemäß 9,
16 ein weiterer Schaltzustand des Stromrichters gemäß 9 und
17 ein weiterer Schaltzustand des Stromrichters gemäß 9.

In 1 ist eine erfindungsgemäße Stromrichtereinrichtung 1 mit einem Stromrichter 2 und mit einer Steuereinrichtung 3 dargestellt.
Der Stromrichter 2 weist einen ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Leistungshalbleiterschalter T1, T2, T3, T4, T5 und T6 auf, die jeweilig einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss L1 und L2 aufweisen. Der zweite Laststromanschluss L2 des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 ist mit dem ersten Laststromanschluss L1 des fünften Leistungshalbleiterschalters T5 und mit dem ersten Laststromanschluss L1 des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 elektrisch leitend verbunden. Der zweite Laststromanschluss L2 des fünften Leistungshalbleiterschalters T5 ist mit dem ersten Laststromanschluss L1 des sechsten Leistungshalbleiterschalters T6 elektrisch leitend verbunden. Der zweite Laststromanschluss L2 des sechsten Leistungshalbleiterschalters T6 ist mit dem ersten Laststromanschluss L1 des vierten Leistungshalbleiterschalters T4 und mit dem zweiten Laststromanschluss L2 des dritten Leistungshalbleiterschalters T3 elektrisch leitend verbunden. Der zweite Laststromanschluss L2 des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 ist mit dem ersten Laststromanschluss L1 des dritten Leistungshalbleiterschalters T3 elektrisch leitend verbunden.
Der Stromrichter 2 weist weiterhin eine zum ersten Leistungshalbleiterschalter T1 elektrisch antiparallel geschaltete erste Diode D1, eine zum zweiten Leistungshalbleiterschalter T2 elektrisch antiparallel geschaltete zweite Diode D2, eine zum dritten Leistungshalbleiterschalter T3 elektrisch antiparallel geschaltete dritte Diode D3, eine zum vierten Leistungshalbleiterschalter T4 elektrisch antiparallel geschaltete vierte Diode D4, eine zum fünften Leistungshalbleiterschalter T5 elektrisch antiparallel geschaltete fünfte Diode D5, eine zum sechsten Leistungshalbleiterschalter T6 elektrisch antiparallel geschaltete sechste Diode D6 und einen Wechselpotentialanschluss AC auf, der an einem Mittelschaltungsknoten M1 mit dem zweiten Laststromanschluss L2 des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 und mit dem ersten Laststromanschluss L1 des dritten Leistungshalbleiterschalters T3 elektrisch leitend verbunden ist, auf.
Im Betrieb des Stromrichters 2 weist der Mittelschaltungsknoten M1 in Bezug auf den zweiten Laststromanschluss L2 des fünften Leistungshalbleiterschalters T5 eine Ausgangsspannung Ua auf und in Stromzählrichtung vom Mittelschaltungsknoten M1 zum Wechselpotentialanschluss AC fließt ein Ausgangsstrom la.
Der Stromrichter 2 weist weiterhin einen Positivpotentialanschluss DC+, der mit dem ersten Laststromanschluss L1 des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 elektrisch leitend verbunden ist, einen Negativpotentialanschluss DC-, der mit den zweiten Laststromanschluss L2 des vierten Leistungshalbleiterschalters T4 elektrisch leitend verbunden ist und einen Neutralpotentialanschluss N, der an einem weiteren Mittelschaltungsknoten M2 mit dem zweiten Laststromanschluss L2 des fünften Leistungshalbleiterschalters T5 und mit dem ersten Laststromanschluss L1 des sechsten Leistungshalbleiterschalters T6 elektrisch leitend verbunden ist. Der Stromrichter 2 weist solchermaßen eine ANPC-Schaltungstopologie auf.
Im Betrieb des Stromrichter 2 liegt zwischen dem Positivpotentialanschluss DC+ bzw. dem ersten Laststromanschluss L1 des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 und dem Neutralpotentialanschluss N bzw. dem zweiten Laststromanschluss L2 des fünften Leistungshalbleiterschalters T5 eine erste Gleichspannung Udc1 an und zwischen dem Neutralpotentialanschluss N bzw. dem ersten Laststromanschluss L1 des sechsten Leistungshalbleiterschalters T6 und dem zweiten Laststromanschluss L2 des vierten Leistungshalbleiterschalters T4 eine zweite Gleichspannung Udc2 an. Durch entsprechendes Ein- und Ausschalten der Leistungshalbleiterschalter T1, T2, T3, T4, T5 und T6 kann der Wechselpotentialanschluss AC mit dem ersten oder zweiten Gleichspannungsanschluss DC+ oder DC- oder mit dem Neutralpotentialanschluss N elektrisch leitend verbunden werden.
Der erste, fünfte, sechste und vierte Leistungshalbleiterschalter T1, T5, T6 und T4 weisen vorzugsweise konstruktionsbedingt kleinere Schaltverluste auf als der zweite und dritte Leistungshalbleiterschalter T2 und T3.
Das Halbleitermaterial, aus dem der erste, fünfte, sechste und vierte Leistungshalbleiterschalter T1, T5, T6 und T4 ausgebildet sind, ist vorzugsweise aus Siliziumkarbid oder Galliumnitrid ausgebildet und das Halbleitermaterial, aus dem der zweite und dritte Leistungshalbleiterschalter T2 und T3 ausgebildet sind, ist vorzugsweise aus Silizium ausgebildet.
Das Halbleitermaterial, aus dem die erste, fünfte, sechste und vierte Diode D1, D5, D6 und D4 ausgebildet sind, ist vorzugsweise aus Siliziumkarbid oder Galliumnitrid ausgebildet und das Halbleitermaterial, aus dem die zweite und dritte Diode D2 und D3 ausgebildet sind, ist vorzugsweise aus Silizium ausgebildet.
Der erste, fünfte, sechste und vierte Leistungshalbleiterschalter T1, T5, T6 und T4 sind vorzugsweise als MOSFETs ausgebildet und der der zweite und dritte Leistungshalbleiterschalter T2 und T3 sind vorzugsweise als IGBTs ausgebildet.
Bei den Ausführungsbeispielen ist der jeweilige T1, T2, T3, T4, T5 bzw. T6 als IGBT ausgebildet, wobei der jeweilige erste Laststromanschluss L1 als Kollektoranschluss und der jeweilige zweite Laststromanschluss L2 als Emitteranschluss ausgebildet ist und der jeweilige Steueranschluss G1, G2, G3, G4, G5 und G6 als Gateanschluss ausgebildet ist.
Der Stromrichter 2 weist vorzugsweise einen ersten und einen zweiten Snubberkondensator C1 und C2 auf. Ein erster Anschluss des ersten Snubberkondensators C1 ist mit dem ersten Laststromanschluss L1 des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 und ein zweiter Anschluss des ersten Snubberkondensators C1 ist mit dem zweiten Laststromanschluss L2 des fünften Leistungshalbleiterschalters T5 elektrisch leitend verbunden. Ein erster Anschluss des zweiten Snubberkondensators C2 ist mit dem ersten Laststromanschluss L1 des sechsten Leistungshalbleiterschalters T6 und ein zweiter Anschluss des zweiten Snubberkondensators C2 ist mit dem zweiten Laststromanschluss L2 des vierten Leistungshalbleiterschalters T4 elektrisch leitend verbunden.
Die Steuereinrichtung 3 ist zur Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter T1, T2, T3, T4, T5 und T6 ausgebildet. Die Steuereinrichtung 3 weist hierzu Ausgänge auf, die mit Steueranschlüssen G1, G2, G3, G4, G5 und G6 der Leistungshalbleiterschalter T1, T2, T3, T4, T5 und T6 elektrisch leitend verbunden sind. Die Steuereinrichtung 3 erzeugt Ansteuersignale zur Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter T1, T2, T3, T4, T5 und T6, genauer ausgedrückt zum Ein- und Ausschalten der Leistungshalbleiterschalter T1, T2, T3, T4, T5 und T6.
Die Steuereinrichtung 3 ist dazu ausgebildet, die Leistungshalbleiterschalter T1, T2, T3, T4, T5 und T6 derart anzusteuern, dass

- der erste, fünfte, sechste und vierte Leistungshalbleiterschalter T1, T5, T6, T4 mit höherer Frequenz ein- und ausgeschaltet werden als der zweite und dritte Leistungshalbleiterschalter T2 und T3.

In 2 sind die im Rahmen der Ausführungsbeispiele auftretenden zeitlichen Verläufe der Ausgangsspannung Ua auf und des Ausgangsstroms Ia über eine Periode des idealisiert dargestellten sinusförmigen Ausgangsstroms Ia dargestellt, wobei die Zeit mit t, die Spannung mit U und der Strom mit I bezeichnet ist. Am Wechselpotentialanschluss AC ist dabei eine induktive Last, wie z.B. ein Elektromotor angeschlossen. Die Leistungshalbleiterschalter T1, T2, T3, T4, T5 und T6 werden von der Steuereinrichtung 3 bzw. 3` (siehe 1 und 9) pulsweitenmoduliert angesteuert. Es ergeben sich vier Quadraten Q1, Q2, Q3 und Q4, deren strichpunktiert dargestellten Grenzen an den beiden Stromnulldurchgängen und an dem Strommaximum und Stromminimum des Ausgangsstroms Ia liegen.
In den 3 bis 8 und 10 bis 17 sind die Schaltzustände der Leistungshalbleiterschalter T1, T2, T3, T4, T5 und T6, die im ersten Quadranten Q1 auftreten dargestellt, wobei die Schaltsymbole der bei dem jeweiligen Schaltzustand eingeschalteten Leistungshalbleiterschalter T1, T2, T3, T4, T5 bzw. T6 mit dicken Linien dargestellt sind und der bei dem jeweiligen Schaltzustand optional eingeschalteten Leistungshalbleiterschalter T1, T2, T3, T4, T5 bzw. T6 mit Kreisen dargestellt sind. Das Schaltsymbol eines Leistungshalbleiterschalters, der bei dem jeweiligen Schaltzustand im Rahmen einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung zusätzlich eingeschaltet ist, ist ebenfalls mit dicken Linien dargestellt. Weiterhin ist auch der jeweilig durch den Stromrichter 2 bzw. 2` hindurchgehende Durchgangsverlauf 4 des Ausgangsstroms Ia dargestellt, wobei wenn der Durchgangsverlauf 4 das dick gezeichnete Schaltsymbol des gerade eingeschalteten Leistungshalbleiterschalters schneidet der Ausgangsstroms Ia durch diesen Leistungshalbleiterschalter fließt und wenn der Durchgangsverlauf 4 zwischen dem Bezugszeichen der Diode und dem Schaltsymbol der Diode hindurchgeführt dargestellt ist, der Ausgangsstroms Ia durch diese Diode fließt. Der Ausgangsstrom Ia fließt im ersten Quadranten Q1 in umgekehrter Richtung wie die Stromzählrichtung, so dass der Ausgangsstroms Ia negativ ist.
Der in 3 dargestellte Schaltzustand ist ein erster Stromrichtergrundschaltzustand, der im ersten Quadraten Q1 in den Zeiträumen S1 (Ausgangsspannung Ua weist hohen positiven Wert auf) vorhanden ist und der in 6 dargestellte Schaltzustand ist ein zweiter Stromrichtergrundschaltzustand, der im ersten Quadraten Q1 in den Zeiträumen S2 (Ausgangsspannung Ua weist einen Wert idealisiert von Null bzw. annähernd von Null auf) vorhanden ist. Die in 4 und 5 dargestellten Schaltzustände sind Übergangszustände, die beim Übergang vom ersten zum zweiten Stromrichtergrundschaltzustand auftreten. Die in 7 und 8 dargestellten Schaltzustände sind Übergangsschaltzustände, die beim Übergang vom zweiten zum ersten Stromrichtergrundschaltzustand auftreten. Die Zeitdauern der Stromrichtergrundschaltzustände sind im Allgemeinen sehr viel größer als die Zeitdauern der Übergangsschaltzustände, so dass die Zeiträume der Übergangsschaltzustände in 2 nicht dargestellt sind.
Die Steuereinrichtung 3 ist dazu ausgebildet, ausgehend von einem ersten Stromrichtergrundschaltzustand (siehe Schaltzustand gemäß 3) bei dem die Ausgangsspannung (Ua) positiv ist, der Ausgangsstrom Ia negativ ist und durch die erste und zweite Diode der Ausgangsstrom la fließt, den Stromrichter 2 durch mindestens Einschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters T5 (es ergibt sich der Schaltzustand gemäß 4) und zeitlich nachfolgendem Einschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters T3 in einen zweiten Stromrichtergrundschaltzustand (siehe Schaltzustand gemäß 6) überzuführen, bei dem der fünfte und dritte Leistungshalbleiterschalter T5 und T3 eingeschaltet sind und ein erster Teil (4`) des Ausgangsstroms Ia durch die zweite Diode D2 und durch den fünften Leistungshalbleiterschalter T5 fließt und ein zweiter Teil 4" des Ausgangsstroms Ia durch die sechste Diode D6 und durch den dritten Leistungshalbleiterschalter T3 fließt.
Im ersten Stromrichtergrundschaltzustand kann optional der erste und zweite Leistungshalbleiterschalters T1 und T2 eingeschaltet sein. In diesem Fall erfolgt zusätzlich unmittelbar vor Einschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters T5 ein Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1.
Im Gegensatz zur EP 3 301 804 A1 bei der der der dritte und fünfte Leistungshalbleiterschalter S3 und S5 zeitlich synchron schalten und somit gleichzeitig eingeschalten werden, werden bei der Erfindung der von der Steuereinrichtung 3 zeitlich zuerst der fünfte Leistungshalbleiterschalter T5 und erst anschließend der dritte Leistungshalbleiterschalter T3 eingeschaltet. Die Steuereinrichtung 3 erzeugt hierzu das Ansteuersignal für den Steueranschluss G3 zum Einschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters T3 zeitlich nach dem Ansteuersignal für den Steueranschluss G5 zum Einschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters T5. Hierdurch werden beim Übergang vom ersten zum zweiten Stromrichtergrundschaltzustand auftretende Schaltverlust reduziert.
Beim Übergang vom ersten zum zweiten Stromrichtergrundschaltzustand auftretende Schaltverluste können noch weiter reduziert werden, indem die Steuereinrichtung 3 dazu ausgebildet ist, ausgehend von dem ersten Stromrichtergrundschaltzustand (siehe 3) den Stromrichter 2 durch mindestens Einschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters T5 (es ergibt sich der Schaltzustand gemäß 4), durch anschließendes Einschalten des sechsten Leistungshalbleiterschalters (T6) (es ergibt sich der Schaltzustand gemäß 5) und durch zeitlich nachfolgendem Einschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters (T3) in einen zweiten Stromrichtergrundschaltzustand(siehe 6) überzuführen, bei dem der fünfte, sechste und dritte Leistungshalbleiterschalter T5, T6, T3 eingeschaltet sind und ein erster Teil 4' des Ausgangsstroms Ia durch die zweite Diode D2 und durch den fünften Leistungshalbleiterschalter T5 fließt und ein zweiter Teil 4" des Ausgangsstroms Ia durch die sechste Diode D6 und durch den dritten Leistungshalbleiterschalter T3 fließt.
Bei dieser vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird nachdem der fünfte Leistungshalbleiterschalter T5 eingeschaltet wurde, der sechste Leistungshalbleiterschalter T6 eingeschaltet und anschließen der dritte Leistungshalbleiterschalter T3 eingeschaltet. Das Einschalten des sechsten Leistungshalbleiterschalters T6 erfolgt nahezu ohne Schaltverluste, da durch den sechsten Leistungshalbleiterschalter T6 außer dem geringen und kurzen Ladestrom, der beim Aufladen der Sperrschichtkapazität des vierten Leistungshalbleiterschalter T4 durch den sechste Leistungshalbleiterschalter T6 fließt, kein Strom fließt. Nach dem Einschalten des sechsten Leistungshalbleiterschalters T6 liegt über dem dritten Leistungshalbleiterschalter T3 nur eine geringe Spannung an, so dass das anschließende Einschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters T3 ebenfalls nahezu ohne Schaltverluste erfolgt.
Die Steuereinrichtung 3 ist weiterhin dazu ausgebildet, ausgehend von dem zweiten Stromrichtergrundschaltzustand (siehe 6), den Stromrichter 2 durch Ausschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters T3 (es ergibt sich der Schaltzustand gemäß 7), durch anschließendes Ausschalten des sechsten Leistungshalbleiterschalters T6 (es ergibt sich der Schaltzustand gemäß 8) und durch zeitlich nachfolgendes mindestens Ausschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters T5 in den ersten Stromrichtergrundschaltzustand (siehe 3) überzuführen. Falls im ersten Stromrichtergrundschaltzustand der erste Leistungshalbleiterschalters T1 eingeschaltet ist, wird zusätzlich unmittelbar nach dem Ausschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters T5 der erste Leistungshalbleiterschalters T1 von der Steuereinrichtung 3 eingeschaltet.
Im Gegensatz zur EP 3 301 804 A1 bei der der dritte und fünfte Leistungshalbleiterschalter S3 und S5 zeitlich synchron schalten und somit gleichzeitig ausgeschalten werden, werden bei der Erfindung von der Steuereinrichtung 3 zeitlich zuerst der dritte Leistungshalbleiterschalter T3 ausgeschaltet und anschließend der fünfte Leistungshalbleiterschalter T5 ausgeschaltet. Die Steuereinrichtung 3 erzeugt hierzu das Ansteuersignal für den Steueranschluss G3 zum Ausschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters T3 zeitlich vor dem Ansteuersignal für den Steueranschluss G5 zum Ausschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters T5 Hierdurch werden beim Übergang vom zweiten zum ersten Stromrichtergrundschaltzustand auftretende Schaltverluste reduziert.
Beim Übergang vom zweiten zum ersten Stromrichtergrundschaltzustand auftretende Schaltverluste können noch weiter reduziert werden, falls beim Übergang vom ersten zum zweiten Stromrichtergrundschaltzustand der sechste Leistungshalbleiterschalter T6 wie oben beschrieben eingeschaltet wurde, indem die Steuereinrichtung 3 dazu ausgebildet ist, ausgehend von dem zweiten Stromrichtergrundschaltzustand (siehe 6), den Stromrichter 2 durch Ausschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters T3 (es ergibt sich der Schaltzustand gemäß 7), durch anschließendes Ausschalten des sechsten Leistungshalbleiterschalters T6 (es ergibt sich der Schaltzustand gemäß 8) und durch mindestens zeitlich nachfolgendes Ausschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters T5 in den ersten Stromrichtergrundschaltzustand (siehe 3) überzuführen.
Bei dieser vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird nachdem der dritte Leistungshalbleiterschalter T3 ausgeschaltet wurde, der sechste Leistungshalbleiterschalter T6 ausgeschaltet und anschließend der fünfte Leistungshalbleiterschalter T5 ausgeschaltet. Das Ausschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters T3 erfolgt nahezu ohne Schaltverluste, da über dem dritten Leistungshalbleiterschalter T3 bei dessen Ausschalten nahezu keine Spannung anliegt. Das Ausschalten des sechsten Leistungshalbleiterschalters T6 erfolgt nahezu ohne Schaltverluste, da durch den sechsten Leistungshalbleiterschalter T6 bei dessen Ausschalten kein Strom fließt. Weiterhin schaltet die sechste Diode D6 nahezu ohne elektrische Verluste aus, da der sechste Leistungshalbleiterschalter T6 die über der sechsten Diode D6 anliegende Spannung nahezu zu Null hält, während der dritte Leistungshalbleiterschalter T3 den durch die sechste Diode D6 hindurchfließenden Strom ausschaltet.
Die Schaltvorgänge in den übrigen Quadranten, d.h. in den zweiten, dritten und vierten Quadranten Q2, Q3 und Q4 vom jeweiligen ersten Stromrichtergrundschaltzustand in den jeweiligen zweiten Stromrichtergrundschaltzustand und zurück erfolgt in analoger Weise wie oben bezüglich des ersten Quadranten Q1 beschrieben, so dass im Nachfolgenden nur verkürzt und ohne Figuren die erfindungsgemäßen jeweiligen Schaltvorgänge für den dem zweiten, dritten und vierten Quadranten Q2, Q3 und Q4 beschrieben werden.
Die Steuereinrichtung 3 ist auch bezüglich des zweiten, dritten und vierten Quadranten Q2, Q3 und Q4 dazu ausgebildet ist, die Leistungshalbleiterschalter T1, T2, T3, T4, T5 und T6 derart anzusteuern, dass

Die Steuereinrichtung 3 ist dazu ausgebildet ist, ausgehend von einem ersten Stromrichtergrundschaltzustand bei dem die Ausgangsspannung Ua positiv ist, der Ausgangsstrom Ia positiv ist, der erste und zweite Leistungshalbleiterschalter T1 und T2 eingeschaltet sind und durch den ersten und zweiten Leistungshalbleiterschalter T1 und T2 der Ausgangsstrom la fließt, den Stromrichter 2 durch mindestens Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 und zeitlich nachfolgendes Einschalten des sechsten Leistungshalbleiterschalters T6 in einen zweiten Stromrichtergrundschaltzustand überzuführen, bei dem der zweite und sechste Leistungshalbleiterschalter T2 und T6 eingeschaltet sind und ein erster Teil des Ausgangsstroms Ia durch die fünfte Diode D5 und durch den zweiten Leistungshalbleiterschalter T2 fließt und ein zweiter Teil des Ausgangsstroms Ia durch die dritte Diode D3 und durch den sechsten Leistungshalbleiterschalter T6 fließt. Vorzugsweise wird, um die Schaltverluste im sechsten Leistungshalbleiterschalter T6 zu reduzieren, nach dem Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1, der dritte Leistungshalbleiterschalter T3 eingeschaltet, bevor der sechste Leistungshalbleiterschalter T6 eingeschaltet wird. Optional kann zusätzlich unmittelbar nach dem Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 der fünfte Leistungshalbleiterschalters T5 eingeschaltet werden. Die Steuereinrichtung 3 ist weiterhin dazu ausgebildet, ausgehend von dem zweiten Stromrichtergrundschaltzustand, den Stromrichter 2 durch Ausschalten des sechsten Leistungshalbleiterschalters T6 und zeitlich nachfolgendes mindestens Einschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 in den ersten Stromrichtergrundschaltzustand überzuführen. Falls der fünfte Leistungshalbleiterschalters T5 eingeschaltet ist, wird dieser unmittelbar vor dem Einschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 ausgeschaltet. Falls der dritte Leistungshalbleiterschalter T3, beim Übergang vom ersten Stromrichtergrundschaltzustand zum zweiten Stromrichtergrundschaltzustand, wie oben beschrieben, eingeschaltet worden ist, wird zur Reduzierung von Schaltverlusten der dritte Leistungshalbleiterschalter T3 vorzugsweise nach dem Ausschalten des sechsten Leistungshalbleiterschalters T6 und vor dem Einschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 und insbesondere vor dem Ausschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters T5 ausgeschaltet.
Die Ausbildung der Steuereinrichtung 3 und die Schaltzustände für den dritten Quadranten Q3 bei dem die Ausgangsspannung Ua negativ ist und der Ausgangsstrom Ia positiv ist, entsprechen spiegelbildlich in analoger Weise der Ausbildung der Steuereinrichtung 3 und den Schaltzuständen für den ersten Quadranten Q1 bei dem die Ausgangsspannung Ua positiv ist und der Ausgangsstrom la negativ ist. In der oben zur Ausbildung der Steuereinrichtung 3 und zu den Schaltzuständen für den ersten Quadranten Q1 aufgeführten Beschreibung sind somit ledig der erste Leistungshalbleiterschalter T1 und die erste Diode D1 durch den vierten Leistungshalbleiterschalter T4 und die vierte Diode D4, der fünfte Leistungshalbleiterschalter T5 und die fünfte Diode D5 durch den sechsten Leistungshalbleiterschalters T6 und die sechste Diode D6, sowie der zweite Leistungshalbleiterschalter T2 und die zweite Diode D2 durch den dritten Leistungshalbleiterschalter T3 und die dritte Diode D3 zu vertauschen. Hinsichtlich der Beschreibung der Ausbildung der Steuereinrichtung 3 und der Schaltzustände für den dritten Quadranten Q3 wird somit auf die Beschreibung der Ausbildung der Steuereinrichtung 3 und der Schaltzustände für den ersten Quadranten Q1 verwiesen, um analoge doppelte Beschreibungen zu vermeiden.
Die Ausbildung der Steuereinrichtung 3 und der Schaltzustände für den vierten Quadranten Q4 bei dem die Ausgangsspannung Ua negativ ist und der Ausgangsstrom la negativ ist, entsprechen spiegelbildlich in analoger Weise der Ausbildung der Steuereinrichtung 3 und den Schaltzuständen für den zweiten Quadranten Q2 bei dem die Ausgangsspannung Ua positiv ist und der Ausgangsstrom Ia positiv ist. In der oben zur Ausbildung der Steuereinrichtung 3 und zu den Schaltzuständen für den zweiten Quadranten Q2 aufgeführten Beschreibung sind somit ledig der erste Leistungshalbleiterschalter T1 und die erste Diode D1 durch den vierten Leistungshalbleiterschalter T4 und die vierte Diode D4, der fünfte Leistungshalbleiterschalter T5 und die fünfte Diode D5 durch den sechsten Leistungshalbleiterschalters T6 und die sechste Diode D6, sowie der zweite Leistungshalbleiterschalter T2 und die zweite Diode D2 durch den dritten Leistungshalbleiterschalter T3 und die dritte Diode D3 zu vertauschen. Hinsichtlich der Beschreibung der Ausbildung der Steuereinrichtung 3 und der Schaltzustände für den vierten Quadranten Q4 wird somit auf die Beschreibung der Ausbildung der Steuereinrichtung 3 und der Schaltzustände für den zweiten Quadranten Q2 verwiesen, um analoge doppelte Beschreibungen zu vermeiden.
In 9 ist eine weitere erfindungsgemäße Stromrichtereinrichtung 1' mit einem Stromrichter 2' und mit einer Steuereinrichtung 3' dargestellt.
Die Schaltungstopologie des Stromrichters 2' gemäß 9 stimmt mit der Schaltungstopologie des Stromrichter 2 gemäß 1 bis auf das beim Stromrichter 2 vorzugsweise vorhandene Merkmal der beiden Snubberkondensatoren C1 und C2 überein, so dass bezüglich der Schaltungstopologie des Stromrichters 2' auf die Beschreibung der Schaltungstopologie des Stromrichters 2 verwiesen wird.
Im Betrieb des Stromrichter 2' liegt zwischen dem Positivpotentialanschluss DC+ bzw. dem ersten Laststromanschluss L1 des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 und dem Neutralpotentialanschluss N bzw. dem zweiten Laststromanschluss L2 des fünften Leistungshalbleiterschalters T5 eine erste Gleichspannung Udc1 an und zwischen dem Neutralpotentialanschluss N bzw. dem ersten Laststromanschluss L1 des sechsten Leistungshalbleiterschalters T6 und dem zweiten Laststromanschluss L2 des vierten Leistungshalbleiterschalters T4 eine zweite Gleichspannung Udc2 an. Durch entsprechendes Ein- und Ausschalten der Leistungshalbleiterschalter T1, T2, T3, T4, T5 und T6 kann der Wechselpotentialanschluss AC mit dem ersten oder zweiten Gleichspannungsanschluss DC+ oder DC- oder mit dem Neutralpotentialanschluss N elektrisch leitend verbunden werden.
Der zweite und dritte Leistungshalbleiterschalter T2 und T3 weisen vorzugsweise kleinere Schaltverluste aufweisen als der erste, fünfte, sechste und vierte Leistungshalbleiterschalter T1, T5, T6, und T4.
Das Halbleitermaterial, aus dem der zweite und dritte Leistungshalbleiterschalter T2 und T3 ausgebildet sind, ist vorzugsweise aus Siliziumkarbid oder Galliumnitrid ausgebildet und das Halbleitermaterial, aus dem erste, fünfte, sechste und vierte Leistungshalbleiterschalter T1, T5, T6 und T4 ausgebildet sind, ist vorzugsweise aus Silizium ausgebildet.
Das Halbleitermaterial, aus dem die zweite und dritte Diode D2 und D3 ausgebildet sind, ist vorzugsweise aus Siliziumkarbid oder Galliumnitrid ausgebildet ist und das Halbleitermaterial, aus dem die erste, fünfte, sechste und vierte Diode D1, D5, D6 und D4 ausgebildet sind, ist vorzugsweise aus Silizium ausgebildet.
Der erste, fünfte, sechste und vierte Leistungshalbleiterschalter T1, T5, T6 und T4 sind vorzugsweise als IGBTs ausgebildet und der zweite und dritte Leistungshalbleiterschalter T2 und T3 sind vorzugsweise als MOSFETs ausgebildet.
Beim Ausführungsbeispiel ist der jeweilige T1, T2, T3, T4, T5 bzw. T6 als IGBT ausgebildet, wobei der jeweilige erste Laststromanschluss L1 als Kollektoranschluss und der jeweilige zweite Laststromanschluss L2 als Emitteranschluss ausgebildet ist.
Die Steuereinrichtung 3' ist zur Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter T1, T2, T3, T4, T5 und T6 ausgebildet. Die Steuereinrichtung 3' weist hierzu Ausgänge auf, die mit Steueranschlüssen G1, G2, G3, G4, G5 und G6 der Leistungshalbleiterschalter T1, T2, T3, T4, T5 und T6, die hier als Gateanschlüsse ausgebildet sind, elektrisch leitend verbunden sind. Die Steuereinrichtung 3' erzeugt Ansteuersignale zur Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter T1, T2, T3, T4, T5 und T6, genauer ausgedrückt zum Ein- und Ausschalten der Leistungshalbleiterschalter T1, T2, T3, T4, T5 und T6.
Die Steuereinrichtung 3' ist im Gegensatz zur Steuereinrichtung 3 dazu ausgebildet, die Leistungshalbleiterschalter T1, T2, T3, T4, T5 und T6 derart anzusteuern, dass der zweite und dritte Leistungshalbleiterschalter T2 und T3 mit einer höheren Frequenz ein- und ausgeschaltet werden als der erste, fünfte, sechste und vierte Leistungshalbleiterschalter T1, T5, T6 und T4.
Der in 10 dargestellte Schaltzustand ist ein erster Stromrichtergrundschaltzustand, der der im ersten Quadraten Q1 in den Zeiträumen S1 (Ausgangsspannung Ua weist hohen positiven Wert auf) vorhanden ist und der in 14 dargestellte Schaltzustand ist ein zweiter Stromrichtergrundschaltzustand, der im ersten Quadraten Q1 in den Zeiträumen S2 (Ausgangsspannung Ua weist einen Wert idealisiert von Null bzw. annähernd von Null auf) vorhanden ist. Die in 11, 12 und 13 dargestellten Schaltzustände sind Übergangszustände, die beim Übergang vom ersten zum zweiten Stromrichtergrundschaltzustand auftreten. Die in 15, 16 und 17 dargestellte Schaltzustände sind Übergangsschaltzustände, die beim Übergang vom zweiten zum ersten Stromrichtergrundschaltzustand auftreten. Die Zeitdauern der Stromrichtergrundschaltzustände sind im Allgemeinen sehr viel größer als die Zeitdauern der Übergangsschaltzustände, so dass die Zeiträume der Übergangsschaltzustände in 2 nicht dargestellt sind.
Die Steuereinrichtung 3' ist dazu ausgebildet, ausgehend von einem ersten Stromrichtergrundschaltzustand (siehe Schaltzustand gemäß 10) bei dem die Ausgangsspannung Ua positiv ist, der Ausgangsstrom Ia negativ ist und durch die erste und zweite Diode D1 und D2 der Ausgangsstrom la fließt, den Stromrichter 2' durch mindestens Einschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters T3 und zeitlich nachfolgendes Einschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters T5 in einen zweiten Stromrichtergrundschaltzustand (siehe Schaltzustand gemäß 14) überzuführen, bei dem der fünfte und dritte Leistungshalbleiterschalter T5 und T3 eingeschaltet sind und ein erster Teil 4' des Ausgangsstroms Ia durch die zweite Diode D2 und durch den fünften Leistungshalbleiterschalter T5 fließt und ein zweiter Teil 4" des Ausgangsstroms Ia durch die sechste Diode D6 und durch den dritten Leistungshalbleiterschalter T3 fließt.
Im ersten Stromrichtergrundschaltzustand kann optional der erste und zweite und sechste Leistungshalbleiterschalters T1, T2 und T6 eingeschaltet sein. In diesem Fall erfolgt zusätzlich unmittelbar vor Einschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters T3 ein Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2. Weiterhin erfolgt in diesem Fall vorzugsweise unmittelbar nach dem Einschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters T3 ein Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 (siehe Übergang vom Schaltzustand gemäß 11 in den Schaltzustand gemäß 12).
Im Gegensatz zur EP 3 301 804 A1 bei der der dritte und fünfte Leistungshalbleiterschalter S3 und S5 zeitlich synchron schalten und somit gleichzeitig eingeschalten werden, werden bei der Erfindung von der Steuereinrichtung 3' zeitlich zuerst der dritte Leistungshalbleiterschalter T3 und erst anschließend der fünfte Leistungshalbleiterschalter T5 eingeschaltet. Die Steuereinrichtung 3' erzeugt hierzu das Ansteuersignal für den Steueranschluss G3 zum Einschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters T3 zeitlich vor dem Ansteuersignal für den Steueranschluss G5 zum Einschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters T5.
Hierdurch werden beim Übergang vom ersten zum zweiten Stromrichtergrundschaltzustand auftretende Schaltverluste reduziert.
Beim Übergang vom ersten zum zweiten Stromrichtergrundschaltzustand auftretende Schaltverluste können noch weiter reduziert werden, indem die Steuereinrichtung 3' dazu ausgebildet ist, ausgehend von dem ersten Stromrichtergrundschaltzustand (siehe Schaltzustand gemäß 10), den Stromrichter 2' durch mindestens Einschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters T3 (es ergibt sich der Schaltzustand gemäß 12), durch nachfolgendes Einschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 (es ergibt sich der Schaltzustand gemäß 13) und durch anschließendes Einschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters T5 in einen zweiten Stromrichtergrundschaltzustand (siehe Schaltzustand gemäß 14) überzuführen, bei dem der zweite, fünfte und dritte Leistungshalbleiterschalter T2, T5 und T3 eingeschaltet sind und ein erster Teil 4' des Ausgangsstroms Ia durch die zweite Diode D2 und durch den fünften Leistungshalbleiterschalter T5 fließt und ein zweiter Teil 4" des Ausgangsstroms Ia durch die sechste Diode D6 und durch den dritten Leistungshalbleiterschalter T3 fließt.
Bei dieser vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird nachdem der dritte Leistungshalbleiterschalter T3 eingeschaltet wurde, der zweite Leistungshalbleiterschalter T2 eingeschaltet und anschließend der fünfte Leistungshalbleiterschalter T5 eingeschaltet. Das Einschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 erfolgt nahezu ohne Schaltverluste, da durch den zweiten Leistungshalbleiterschalter T2 außer dem geringen und kurzen Ladestrom, der beim Aufladen der Sperrschichtkapazität des ersten Leistungshalbleiterschalter T1 durch den zweiten Leistungshalbleiterschalter T2 fließt, kein Strom fließt. Nach dem Einschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalter T2 liegt über dem fünften Leistungshalbleiterschalter T5 nur eine geringe Spannung an, so dass das anschließende Einschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters T5 ebenfalls nahezu ohne Schaltverluste erfolgt.
Die Steuereinrichtung 3 ist weiterhin dazu ausgebildet, ausgehend von dem zweiten Stromrichtergrundschaltzustand (siehe 14), den Stromrichter 2' durch Ausschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters T5 (es ergibt sich der Schaltzustand gemäß 16) und durch mindestens zeitlich nachfolgendes Ausschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters T3 in den ersten Stromrichtergrundschaltzustand (siehe 10) überzuführen. Falls im ersten Stromrichtergrundschaltzustand der erste Leistungshalbleiterschalters T1 und der zweite Leistungshalbleiterschalters T2 eingeschaltet ist, wird zusätzlich vorzugsweise unmittelbar nach dem Ausschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters T5 der erste Leistungshalbleiterschalter T1 von der Steuereinrichtung 3 eingeschaltet (es ergibt sich der Schaltzustand gemäß 17) und unmittelbar nach dem Ausschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters T3 der zweite Leistungshalbleiterschalter T2 eingeschaltet (siehe 10).
Im Gegensatz zur EP 3 301 804 A1 bei der der dritte und fünfte Leistungshalbleiterschalter S3 und S5 zeitlich synchron schalten und somit gleichzeitig ausgeschalten werden, werden bei der Erfindung von der Steuereinrichtung 3 zeitlich zuerst der fünfte Leistungshalbleiterschalter T5 ausgeschaltet und anschließend der dritte Leistungshalbleiterschalter T3 ausgeschaltet. Die Steuereinrichtung 3 erzeugt hierzu das Ansteuersignal für den Steueranschluss G5 zum Ausschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters T5 zeitlich vor dem Ansteuersignal für den Steueranschluss G3 zum Ausschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters T3 Hierdurch werden beim Übergang vom zweiten zum ersten Stromrichtergrundschaltzustand auftretende Schaltverluste reduziert.
Beim Übergang vom zweiten zum ersten Stromrichtergrundschaltzustand auftretende Schaltverluste können noch weiter reduziert werden, falls beim Übergang vom ersten zum zweiten Stromrichtergrundschaltzustand der zweite Leistungshalbleiterschalter T2 wie oben beschrieben eingeschaltet wurde, indem die Steuereinrichtung 3' dazu ausgebildet ist, ausgehend von dem zweiten Stromrichtergrundschaltzustand (siehe 14), den Stromrichter 2' durch Ausschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters T5 (es ergibt sich der Schaltzustand gemäß 15), durch anschließendes Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 (es ergibt sich der Schaltzustand gemäß 16) und durch mindestens anschließendes Ausschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters T3 in den ersten Stromrichtergrundschaltzustand überzuführen (siehe 10).
Bei dieser vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird nachdem der fünfte Leistungshalbleiterschalter T5 ausgeschaltet wurde, der zweite Leistungshalbleiterschalter T2 ausgeschaltet und anschließend der dritte Leistungshalbleiterschalter T3 ausgeschaltet. Das Ausschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters T5 erfolgt nahezu ohne Schaltverluste, da über dem fünften Leistungshalbleiterschalter T5 bei dessen Ausschalten nahezu keine Spannung anliegt. Das Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 erfolgt nahezu ohne Schaltverluste, da durch den zweiten Leistungshalbleiterschalter T2 bei dessen Ausschalten kein Strom fließt.
Die Schaltvorgänge für die übrigen Quadranten, d.h. für dem zweiten, dritten und vierten Quadranten Q2, Q3 und Q4 vom jeweiligen ersten Stromrichtergrundschaltzustand in den jeweiligen zweiten Stromrichtergrundschaltzustand und zurück erfolgt in analoger Weise wie oben bezüglich des ersten Quadranten Q1 beschrieben, so dass im Nachfolgenden nur verkürzt und ohne Figuren die erfindungsgemäßen jeweiligen Schaltvorgänge für den den zweiten, dritten und vierten Quadranten Q2, Q3 und Q4 beschrieben werden.
Die Steuereinrichtung 3' ist auch bezüglich des zweiten, dritten und vierten Quadranten Q2, Q3 und Q4 dazu ausgebildet ist, die Leistungshalbleiterschalter T1, T2, T3, T4, T5 und T6 derart anzusteuern, dass der zweite und dritte Leistungshalbleiterschalter T2 und T3 mit höherer Frequenz ein- und ausgeschaltet werden als der erste, fünfte, sechste und vierte Leistungshalbleiterschalter T1, T5, T6 und T4.
Die Steuereinrichtung 3' ist dazu ausgebildet, ausgehend von einem ersten Stromrichtergrundschaltzustand bei dem die Ausgangsspannung Ua positiv ist, der Ausgangsstrom Ia positiv ist, der erste und zweite und sechste Leistungshalbleiterschalter T1, T2 und T6 eingeschaltet sind und durch den ersten und zweiten Leistungshalbleiterschalter T1 und T2 der Ausgangsstrom la fließt, den Stromrichter 2' durch Ausschalten des ersten und zweiten Leistungshalbleiterschalters T1 und T2 und zeitlich nachfolgendes Einschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 in einen zweiten Stromrichtergrundschaltzustand überzuführen, bei dem der zweite und sechste Leistungshalbleiterschalter T2 und T6 eingeschaltet sind und ein erster Teil des Ausgangsstroms Ia durch die fünfte Diode D5 und durch den zweiten Leistungshalbleiterschalter T2 fließt und ein zweiter Teil des Ausgangsstroms Ia durch die dritte Diode D3 und durch den sechsten Leistungshalbleiterschalter T6 fließt. Vorzugsweise wird unmittelbar nach dem Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 der dritte Leistungshalbleiterschalters T3 eingeschaltet und anschließend der erste Leistungshalbleiterschalter T1 ausgeschaltet. Vorzugsweise wird, um die Schaltverluste im zweiten Leistungshalbleiterschalter T2 zu reduzieren, vor dem Einschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2, der fünfte Leistungshalbleiterschalter T5 eingeschaltet. Die Steuereinrichtung 3` ist weiterhin dazu ausgebildet, ausgehend von dem zweiten Stromrichtergrundschaltzustand, den Stromrichter 2' durch Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 und zeitlich nachfolgendes mindestens Einschalten des ersten und zweiten Leistungshalbleiterschalters T1 und T2 in den ersten Stromrichtergrundschaltzustand überzuführen. Falls der dritte Leistungshalbleiterschalters T3 eingeschaltet ist, wird dieser unmittelbar vor dem Einschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 ausgeschaltet.
Falls der fünfte Leistungshalbleiterschalter T5, beim Übergang vom ersten Stromrichtergrundschaltzustand zum zweiten Stromrichtergrundschaltzustand, wie oben beschrieben, eingeschaltet worden ist, wird zur Reduzierung von Schaltverlusten der fünfte Leistungshalbleiterschalter T5 unmittelbar nach dem Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 ausgeschaltet.
Die Ausbildung der Steuereinrichtung 3' bzw. die Schaltzustände für den dritten Quadranten Q3 bei dem die Ausgangsspannung Ua negativ ist und der Ausgangsstrom Ia positiv ist, entsprechen spiegelbildlich in analoger Weise der Ausbildung der Steuereinrichtung 3' und der Schaltzustände für den ersten Quadranten Q1 bei dem die Ausgangsspannung Ua positiv ist und der Ausgangsstrom la negativ ist. In der oben zur Ausbildung der Steuereinrichtung 3 und zu den Schaltzuständen für den ersten Quadranten Q1 aufgeführten Beschreibung sind somit ledig der erste Leistungshalbleiterschalter T1 und die erste Diode D1 durch den vierten Leistungshalbleiterschalter T4 und die vierte Diode D4, der fünfte Leistungshalbleiterschalter T5 und die fünfte Diode D5 durch den sechsten Leistungshalbleiterschalters T6 und die sechste Diode D6, sowie der zweite Leistungshalbleiterschalter T2 und die zweite Diode D2 durch den dritten Leistungshalbleiterschalter T3 und die dritte Diode D3 zu vertauschen. Hinsichtlich der Beschreibung der Ausbildung der Steuereinrichtung 3' und der Schaltzustände für den dritten Quadranten Q3 wird somit auf die Beschreibung der Ausbildung der Steuereinrichtung 3' und die Schaltzustände für den ersten Quadranten Q1 verwiesen um analoge doppelte Beschreibungen zu vermeiden.
Die Ausbildung der Steuereinrichtung 3' und der Schaltzustände für den vierten Quadranten Q4 bei dem die Ausgangsspannung Ua negativ ist und der Ausgangsstrom la negativ ist, entsprechen spiegelbildlich in analoger Weise der Ausbildung der Steuereinrichtung 3' und den Schaltzuständen für den zweiten Quadranten Q2 bei dem die Ausgangsspannung Ua positiv ist und der Ausgangsstrom Ia positiv ist. In der oben zur Ausbildung der Steuereinrichtung 3' und zu den Schaltzuständen für den zweiten Quadranten Q2 aufgeführten Beschreibung sind somit ledig der erste Leistungshalbleiterschalter T1 und die erste Diode D1 durch den vierten Leistungshalbleiterschalter T4 und die vierte Diode D4, der fünfte Leistungshalbleiterschalter T5 und die fünfte Diode D5 durch den sechsten Leistungshalbleiterschalters T6 und die sechste Diode D6, sowie der zweite Leistungshalbleiterschalter T2 und die zweite Diode D2 durch den dritten Leistungshalbleiterschalter T3 und die dritte Diode D3 zu vertauschen. Hinsichtlich der Beschreibung der Ausbildung der Steuereinrichtung 3' und der Schaltzustände für den vierten Quadranten Q4 wird somit auf die Beschreibung der Ausbildung der Steuereinrichtung 3' und der Schaltzustände für den zweiten Quadranten Q2 verwiesen um analoge doppelte Beschreibungen zu vermeiden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3301804 A1 [0002, 0042, 0046, 0067, 0072]

Claims

Stromrichtereinrichtung mit einem Stromrichter (2), der einen ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Leistungshalbleiterschalter (T1,T2,T3,T4,T5, T6), die jeweilig einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss (L1, L2) aufweisen, aufweist, und mit einer Steuereinrichtung (3), die zur Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter (T1,T2,T3,T4,T5,T6) ausgebildet ist, wobei der zweite Laststromanschluss (L2) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) mit dem ersten Laststromanschluss (L1) des fünften Leistungshalbleiterschalters (T5) und mit dem ersten Laststromanschluss (L1) des zweiten Leistungshalbleiterschalters (T2) elektrisch leitend verbunden ist, wobei der zweite Laststromanschluss (L2) des fünften Leistungshalbleiterschalters (T5) mit dem ersten Laststromanschluss (L1) des sechsten Leistungshalbleiterschalters (T6) elektrisch leitend verbunden ist, wobei der zweite Laststromanschluss (L2) des sechsten Leistungshalbleiterschalters (T6) mit dem ersten Laststromanschluss (L1) des vierten Leistungshalbleiterschalters (T4) und mit dem zweiten Laststromanschluss (L2) des dritten Leistungshalbleiterschalters (T3) elektrisch leitend verbunden ist, wobei der zweite Laststromanschluss (L2) des zweiten Leistungshalbleiterschalters (T2) mit dem ersten Laststromanschluss (L1) des dritten Leistungshalbleiterschalters (T3) elektrisch leitend verbunden ist, wobei der Stromrichter (2) eine zum ersten Leistungshalbleiterschalter (T1) elektrisch antiparallel geschaltete erste Diode (D1), eine zum zweiten Leistungshalbleiterschalter (T2) elektrisch antiparallel geschaltete zweite Diode (D2), eine zum dritten Leistungshalbleiterschalter (T3) elektrisch antiparallel geschaltete dritte Diode (D3), eine zum vierten Leistungshalbleiterschalter (T4) elektrisch antiparallel geschaltete vierte Diode (D4), eine zum fünften Leistungshalbleiterschalter (T5) elektrisch antiparallel geschaltete fünfte Diode (D5), eine zum sechsten Leistungshalbleiterschalter (T6) elektrisch antiparallel geschaltete sechste Diode (D6) und einen Wechselpotentialanschluss (AC) aufweist, der an einem Mittelschaltungsknoten (M1) mit dem zweiten Laststromanschluss (L2) des zweiten Leistungshalbleiterschalters (T2) und mit dem ersten Laststromanschluss (L1) des dritten Leistungshalbleiterschalters (T3) elektrisch leitend verbunden ist, wobei im Betrieb des Stromrichters (2) der Mittelschaltungsknoten (M1) in Bezug auf den zweiten Laststromanschluss (L2) des fünften Leistungshalbleiterschalters (T5) eine Ausgangsspannung (Ua) aufweist und in Stromzählrichtung vom Mittelschaltungsknoten (M1) zum Wechselpotentialanschluss (AC) ein Ausgangsstrom (la) fließt, wobei die Steuereinrichtung (3) dazu ausgebildet ist, die Leistungshalbleiterschalter (T1,T2,T3,T4,T5,T6) derart anzusteuern, dass - der erste, fünfte, sechste und vierte Leistungshalbleiterschalter (T1,T5,T6,T4) mit höherer Frequenz ein- und ausgeschaltet werden als der zweite und dritte Leistungshalbleiterschalter (T2,T3), -wobei die Steuereinrichtung (3) dazu ausgebildet ist, ausgehend von einem ersten Stromrichtergrundschaltzustand bei dem die Ausgangsspannung (Ua) positiv ist, der Ausgangsstrom (la) negativ ist und durch die erste und zweite Diode der Ausgangsstrom (la) fließt, den Stromrichter (2) durch mindestens Einschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters (T5) und zeitlich nachfolgendem Einschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters (T3) in einen zweiten Stromrichtergrundschaltzustand überzuführen, bei dem der fünfte und dritte Leistungshalbleiterschalter (T5,T3) eingeschaltet sind und ein erster Teil (4`) des Ausgangsstroms (la) durch die zweite Diode (D2) und durch den fünften Leistungshalbleiterschalter (T5) fließt und ein zweiter Teil (4") des Ausgangsstroms (la) durch die sechste Diode (D6) und durch den dritten Leistungshalbleiterschalter (T3) fließt. -wobei die Steuereinrichtung (3) dazu ausgebildet ist, ausgehend von dem zweiten Stromrichtergrundschaltzustand, den Stromrichter (2) durch Ausschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters (T3) und zeitlich nachfolgendem mindestens Ausschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters (T5) in den ersten Stromrichtergrundschaltzustand überzuführen.
Stromrichtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) dazu ausgebildet ist, ausgehend von dem ersten Stromrichtergrundschaltzustand den Stromrichter (2) durch mindestens Einschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters (T5), durch anschließendes Einschalten des sechsten Leistungshalbleiterschalters (T6) und durch zeitlich nachfolgendem Einschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters (T3) in einen zweiten Stromrichtergrundschaltzustand überzuführen, bei dem der fünfte, sechste und dritte Leistungshalbleiterschalter (T5,T6,T3) eingeschaltet sind und ein erster Teil (4`) des Ausgangsstroms (la) durch die zweite Diode (D2) und durch den fünften Leistungshalbleiterschalter (T5) fließt und ein zweiter Teil (4") des Ausgangsstroms (la) durch die sechste Diode (D6) und durch den dritten Leistungshalbleiterschalter (T3) fließt.
Stromrichtereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) dazu ausgebildet ist, ausgehend von dem zweiten Stromrichtergrundschaltzustand, den Stromrichter (2) durch Ausschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters (T3), durch anschließendes Ausschalten des sechsten Leistungshalbleiterschalters (T6) und durch zeitlich nachfolgendes mindestens Ausschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters (T5) in den ersten Stromrichtergrundschaltzustand überzuführen.
Stromrichtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, fünfte, sechste und vierte Leistungshalbleiterschalter (T1,T5,T6,T4) konstruktionsbedingt kleinere Schaltverluste aufweisen als der zweite und dritte Leistungshalbleiterschalter (T2,T3).
Stromrichtereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial, aus dem der erste, fünfte, sechste und vierte Leistungshalbleiterschalter (T1,T5,T6,T4) ausgebildet sind, aus Siliziumkarbid oder Galliumnitrid ausgebildet ist und das Halbleitermaterial, aus dem der zweite und dritte Leistungshalbleiterschalter (T2,T3) ausgebildet sind, aus Silizium ausgebildet ist.
Stromrichtereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Halbleitermaterial, aus dem die erste, fünfte, sechste und vierte Diode (D1,D5,D6,D4) ausgebildet sind, aus Siliziumkarbid oder Galliumnitrid ausgebildet ist und das Halbleitermaterial, aus dem die zweite und dritte Diode (D2,D3) ausgebildet sind, aus Silizium ausgebildet ist.
Stromrichtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, fünfte, sechste und vierte Leistungshalbleiterschalter (T1,T5,T6,T4) als MOSFETs ausgebildet sind und der der zweite und dritte Leistungshalbleiterschalter (T2,T3) als IGBTs ausgebildet sind.
Stromrichtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter (2) einen ersten und einen zweiten Snubberkondensator (C1,C2) aufweist, wobei ein erster Anschluss des ersten Snubberkondensators (C1) mit dem ersten Laststromanschluss (L1) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) und ein zweiter Anschluss des ersten Snubberkondensators (C1) mit dem zweiten Laststromanschluss (L2) des fünften Leistungshalbleiterschalters (T5) elektrisch leitend verbunden ist, wobei ein erster Anschluss des zweiten Snubberkondensators (C2) mit dem ersten Laststromanschluss (L1) des sechsten Leistungshalbleiterschalters (T6) und ein zweiter Anschluss des zweiten Snubberkondensators (C2) mit dem zweiten Laststromanschluss (L2) des vierten Leistungshalbleiterschalters (T4) elektrisch leitend verbunden ist.
Stromrichtereinrichtung mit einem Stromrichter (2`), der einen ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Leistungshalbleiterschalter (T1,T2,T3,T4,T5, T6), die jeweilig einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss (L1, L2) aufweisen, aufweist, und mit einer Steuereinrichtung (3`), die zur Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter (T1,T2,T3,T4,T5,T6) ausgebildet ist, wobei der zweite Laststromanschluss (L2) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) mit dem ersten Laststromanschluss (L1) des fünften Leistungshalbleiterschalters (T5) und mit dem ersten Laststromanschluss (L1) des zweiten Leistungshalbleiterschalters (T2) elektrisch leitend verbunden ist, wobei der zweite Laststromanschluss (L2) des fünften Leistungshalbleiterschalters (T5) mit dem ersten Laststromanschluss (L1) des sechsten Leistungshalbleiterschalters (T6) elektrisch leitend verbunden ist, wobei der zweite Laststromanschluss (L2) des sechsten Leistungshalbleiterschalters (T6) mit dem ersten Laststromanschluss (L1) des vierten Leistungshalbleiterschalters (T4) und mit dem zweiten Laststromanschluss (L2) des dritten Leistungshalbleiterschalters (T3) elektrisch leitend verbunden ist, wobei der zweite Laststromanschluss (L2) des zweiten Leistungshalbleiterschalters (T2) mit dem ersten Laststromanschluss (L1) des dritten Leistungshalbleiterschalters (T3) elektrisch leitend verbunden ist, wobei der Stromrichter (2`) eine zum ersten Leistungshalbleiterschalter (T1) elektrisch antiparallel geschaltete erste Diode (D1), eine zum zweiten Leistungshalbleiterschalter (T2) elektrisch antiparallel geschaltete zweite Diode (D2), eine zum dritten Leistungshalbleiterschalter (T3) elektrisch antiparallel geschaltete dritte Diode (D3), eine zum vierten Leistungshalbleiterschalter (T4) elektrisch antiparallel geschaltete vierte Diode (D4), eine zum fünften Leistungshalbleiterschalter (T5) elektrisch antiparallel geschaltete fünfte Diode (D5), eine zum sechsten Leistungshalbleiterschalter (T6) elektrisch antiparallel geschaltete sechste Diode (D6) und einen Wechselpotentialanschluss (AC) aufweist, der an einem Mittelschaltungsknoten (M1) mit dem zweiten Laststromanschluss (L2) des zweiten Leistungshalbleiterschalters (T2) und mit dem ersten Laststromanschluss (L1) des dritten Leistungshalbleiterschalters (T3) elektrisch leitend verbunden ist, wobei im Betrieb des Stromrichters (2`) der Mittelschaltungsknoten (M1) in Bezug auf den zweiten Laststromanschluss (L2) des fünften Leistungshalbleiterschalters (T5) eine Ausgangsspannung (Ua) aufweist und in Stromzählrichtung vom Mittelschaltungsknoten (M1) zum Wechselpotentialanschluss (AC) ein Ausgangsstrom (la) fließt, wobei die Steuereinrichtung (3`) dazu ausgebildet ist, die Leistungshalbleiterschalter (T1,T2,T3,T4,T5,T6) derart anzusteuern, dass - der zweite und dritte Leistungshalbleiterschalter (T2,T3) mit einer höherer Frequenz ein- und ausgeschaltet werden als der erste, fünfte, sechste und vierte Leistungshalbleiterschalter (T1,T5,T6,T4), -wobei die Steuereinrichtung (3`) dazu ausgebildet ist, ausgehend von einem ersten Stromrichtergrundschaltzustand bei dem die Ausgangsspannung (Ua) positiv ist, der Ausgangsstrom (la) negativ ist und durch die erste und zweite Diode (D1,D2) der Ausgangsstrom (la) fließt, den Stromrichter (2`) durch mindestens Einschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters (T3) und zeitlich nachfolgendes Einschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters (T5) in einen zweiten Stromrichtergrundschaltzustand überzuführen, bei dem der fünfte und dritte Leistungshalbleiterschalter (T5, T3) eingeschaltet sind und ein erster Teil (4`) des Ausgangsstroms (la) durch die zweite Diode (D2) und durch den fünften Leistungshalbleiterschalter (T5) fließt und ein zweiter Teil (4") des Ausgangsstroms (la) durch die sechste Diode (D6) und durch den dritten Leistungshalbleiterschalter (T3) fließt. -wobei die Steuereinrichtung (3`) dazu ausgebildet ist, ausgehend von dem zweiten Stromrichtergrundschaltzustand, den Stromrichter (2`) durch Ausschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters (T5) und durch mindestens zeitlich nachfolgendes Ausschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters (T3) in den ersten Stromrichtergrundschaltzustand überzuführen.
Stromrichtereinrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3`) dazu ausgebildet ist, ausgehend von dem ersten Stromrichtergrundschaltzustand, den Stromrichter (2`) durch mindestens Einschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters (T3), durch nachfolgendes Einschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters (T2) und durch anschließendes Einschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters (T5) in einen zweiten Stromrichtergrundschaltzustand überzuführen, bei dem der zweite, fünfte und dritte Leistungshalbleiterschalter (T2,T5,T3) eingeschaltet sind und ein erster Teil (4`) des Ausgangsstroms (la) durch die zweite Diode (D2) und durch den fünften Leistungshalbleiterschalter (T5) fließt und ein zweiter Teil (4") des Ausgangsstroms (la) durch die sechste Diode (D6) und durch den dritten Leistungshalbleiterschalter (T3) fließt.
Stromrichtereinrichtung nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3`) dazu ausgebildet ist, ausgehend von dem zweiten Stromrichtergrundschaltzustand, den Stromrichter (2`) durch Ausschalten des fünften Leistungshalbleiterschalters (T5), durch anschließendes Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters (T2) und durch mindestens anschließendes Ausschalten des dritten Leistungshalbleiterschalters (T3) in den ersten Stromrichtergrundschaltzustand überzuführen.
Stromrichtereinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite und dritte Leistungshalbleiterschalter (T2,T3) kleinere Schaltverluste aufweisen als der erste, fünfte, sechste und vierte Leistungshalbleiterschalter (T1,T5,T6,T4).
Stromrichtereinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial, aus dem der zweite und dritte Leistungshalbleiterschalter (T2,T3) ausgebildet sind, aus Siliziumkarbid oder Galliumnitrid ausgebildet ist und das Halbleitermaterial, aus dem erste, fünfte, sechste und vierte Leistungshalbleiterschalter (T1,T5,T6,T4) ausgebildet sind, aus Silizium ausgebildet ist.
Stromrichtereinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial, aus dem die zweite und dritte Diode (D2,D3) ausgebildet sind, aus Siliziumkarbid oder Galliumnitrid ausgebildet ist und das Halbleitermaterial, aus dem die erste, fünfte, sechste und vierte Diode (D1,D5,D6,D4) ausgebildet sind, aus Silizium ausgebildet ist.
Stromrichtereinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, fünfte, sechste und vierte Leistungshalbleiterschalter (T1,T5,T6,T4) als IGBTs ausgebildet sind und der zweite und dritte Leistungshalbleiterschalter (T2,T3) als MOSFETs ausgebildet sind.
Stromrichtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Diode (D1,D2,D3,D4,D5,D6) als diskretes Bauelement ausgebildet ist oder in den Halbleiterkörper des zu der jeweiligen Diode (D1,D2,D3,D4,D5,D6) antiparallel geschalteten jeweiligen Leistungshalbleiterschalters (T1 ,T2,T3,T4,T5,T6) integriert ist.