DE112020001689T5

DE112020001689T5 - Schaltung zur unterdrückung von halbleiterschwingungen

Info

Publication number: DE112020001689T5
Application number: DE112020001689.7T
Authority: DE
Inventors: Fumio Yukawa; Seiki Igarashi
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2020-10-07
Publication date: 2021-12-16
Also published as: US20220052608A1; CN113785481A; JP7147998B2; WO2021100347A1; JPWO2021100347A1

Abstract

Ein Ziel dieser Erfindung ist es, eine Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen bereitzustellen, die in der Lage ist, die Spannungsschwingung eines Schaltelements mit geringem Verlust zu unterdrücken. Eine Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen (1) umfasst ein Halbleiterelement mit breiter Bandlücke (lila) und einen Kondensator (13), der mit dem Breitband-Halbleiterelement (lila) parallel geschaltet ist und eine größere Kapazität als eine Übergangskapazität des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke (lila) aufweist.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft eine Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen, umfassend einen Halbleiterschalter.
Stand der Technik
Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die ein Leistungshalbleiterelement verwendet, das ein Schaltelement umfasst, ist bekannt (PTL 1).
Quellenliste
Patentliteratur
PTL 1: JP 2014-128066 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Wenn eine SiC-Vorrichtung wie ein Siliziumkarbid-(SiC)-Metalloxid-Halbleiter-(MOS)-Feldeffe kttransistor (MOSFET) als Leistungshalbleiterelement in einer Leistungsumwandlungsvorrichtung (beispielsweise einem Spannungswechselrichter) verwendet wird, schaltet die SiC-Vorrichtung mit hoher Geschwindigkeit. Daher wird in der SiC-Vorrichtung eine hochfrequente Spannungsschwingung erzeugt. Wenn die Schaltgeschwindigkeit durch Erhöhung des Gatewiderstands der SiC-Vorrichtung unterdrückt wird, um die Spannungsschwingung zu unterdrücken, erhöht sich der Schaltverlust und es entsteht das Problem, dass die niedrigen Schaltverlusteigenschaften der SiC-Vorrichtung nicht genutzt werden.
Ein Ziel dieser Erfindung ist es, eine Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen bereitzustellen, die in der Lage ist, die Spannungsschwingung eines Schaltelements mit geringem Verlust zu unterdrücken.
Lösung des Problems
Um das Ziel zu erreichen, umfasst eine Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach einem Aspekt dieser Erfindung ein erstes Halbleiterelement mit breiter Bandlücke und einen ersten Kondensator, der mit dem ersten Halbleiterelement mit breiter Bandlücke parallel geschaltet ist und eine größere Kapazität als eine Übergangskapazität des ersten Halbleiterelements mit breiter Bandlücke aufweist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Nach einem Aspekt dieser Erfindung ist es möglich, die Spannungsschwingung des Schaltelements verlustarm zu unterdrücken.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltungseinrichtung einer Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung illustriert;
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Betriebswellenform der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen zum Zeitpunkt des Abfallens (Ausschaltens) eines Halbleiterelements illustriert, das in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach der ersten Ausführungsform dieser Erfindung umfasst ist;
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Stromflusses im Modus 1 zum Zeitpunkt des Abfallens (Ausschaltens) des Halbleiterelements illustriert, das in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach der ersten Ausführungsform dieser Erfindung umfasst ist;
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Stromflusses im Modus 2 zum Zeitpunkt des Abfallens (Ausschaltens) des Halbleiterelements illustriert, das in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach der ersten Ausführungsform dieser Erfindung umfasst ist;
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Stromflusses im Modus 3 zum Zeitpunkt des Abfallens (Ausschaltens) des Halbleiterelements illustriert, das in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach der ersten Ausführungsform dieser Erfindung umfasst ist;
6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Stromflusses im Modus 4 und 5 zum Zeitpunkt des Abfallens (Ausschaltens) des Halbleiterelements illustriert, das in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach der ersten Ausführungsform dieser Erfindung umfasst ist;
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Stromflusses im Modus 6 zum Zeitpunkt des Abfallens (Ausschaltens) des Halbleiterelements illustriert, das in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach der ersten Ausführungsform dieser Erfindung umfasst ist;
8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Betriebswellenform der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen zum Zeitpunkt des Ansteigens (Einschaltens) eines Halbleiterelements illustriert, das in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach der ersten Ausführungsform dieser Erfindung umfasst ist;
9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Stromflusses im Modus 1 zum Zeitpunkt des Ansteigens (Einschaltens) des Halbleiterelements illustrier, das in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach der ersten Ausführungsform dieser Erfindung umfasst ist;
10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Stromflusses im Modus 2 zum Zeitpunkt des Ansteigens (Einschaltens) des Halbleiterelements illustriert, das in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach der ersten Ausführungsform dieser Erfindung umfasst ist;
11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Stromflusses im Modus 3 zum Zeitpunkt des Ansteigens (Einschaltens) des Halbleiterelements illustriert, das in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach der ersten Ausführungsform dieser Erfindung umfasst ist;
12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltungseinrichtung einer Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung illustriert;
13A und 13B sind Diagramme, die ein Simulationsergebnis einer Betriebswellenform beim Umschalten eines Halbleiterelements illustrieren, das in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung umfasst ist, 14A ist ein Diagramm, das eine ansteigende (einschaltende) Wellenform illustriert, und 14B ist ein Diagramm, das eine abfallende (abschaltende) Wellenform illustriert;
14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Einrichtung einer herkömmlichen Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen illustriert;
15A und 15B sind Diagramme, die ein Simulationsergebnis einer Betriebswellenform beim Umschalten eines Halbleiterelements illustrieren, das in der herkömmlichen Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen umfasst ist, 16A ist ein Diagramm, das eine ansteigende (einschaltende) Wellenform illustriert, und 16B ist ein Diagramm, das eine abfallende (abschaltende) Wellenform illustriert;
16 ist ein Diagramm (Abschnitt 1), das eine Wirkung der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung illustriert; und
17 ist ein Diagramm (Abschnitt 2), das eine Wirkung der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach der ersten und zweiten Ausführungsform dieser Erfindung illustriert.

Beschreibung der Ausführungsformen
[Erste Ausführungsform]
Eine Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung wird unter Verweis auf 1 bis 11 beschrieben. Zunächst wird eine schematische Einrichtung der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach dieser Ausführungsform unter Verweis auf 1 beschrieben.
Wie in 1 illustriert ist, umfasst eine Schaltung 1 zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach dieser Ausführungsform ein Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke (das ein Beispiel für das erste Halbleiterelement mit breiter Bandlücke ist) . Ferner umfasst die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 eine Netzteil 10, das das Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke mit Energie versorgt. Das Netzteil 10 ist beispielsweise eine Gleichstromversorgung. Ferner umfasst die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 ein Halbleiterelement 111b mit breiter Bandlücke (ein Beispiel für ein zweites Halbleiterelement mit breiter Bandlücke), das in Reihe mit dem Halbleiterelement lila mit breiter Bandlücke zwischen einer positiven Elektrodenseite und einer negativen Elektrodenseite des Netzteils 10 geschaltet ist. Das Netzteil 10 versorgt auch das Halbleiterelement 111b mit breiter Bandlücke mit Energie.
Das Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke und das Halbleiterelement 111b mit breiter Bandlücke sind beispielsweise eine SiC-Vorrichtung, eine Galliumnitrid-Vorrichtung (GaN-Vorrichtung) oder eine Galliumarsenid-Vorrichtung (GaAs-Vorrichtung). Das Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke und das Halbleiterelement 111b mit breiter Bandlücke sind beispielsweise aus einem SiC-MOSFET vom Typ n zusammengesetzt.
Eine Freilaufdiode 112a ist mit dem Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke umgekehrt parallel geschaltet. Genauer gesagt sind ein Drain des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke und eine Kathode der Freilaufdiode 112a miteinander verbunden, und eine Source des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke und eine Anode der Freilaufdiode 112a sind miteinander verbunden. Der Drain des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 111a und die Kathode der Freilaufdiode 112a sind elektrisch mit der positiven Elektrodenseite des Netzteils 10 verbunden. Ein Halbleitermodul 11a ist aus dem Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke und der Freilaufdiode 112a zusammengesetzt.
Eine Freilaufdiode 112b ist mit dem Halbleiterelement 111b mit breiter Bandlücke umgekehrt parallel geschaltet. Genauer gesagt sind ein Drain des Halbleiterelements 111b mit breiter Bandlücke und eine Kathode der Freilaufdiode 112b miteinander verbunden, und eine Source des Halbleiterelements 111b mit breiter Bandlücke und eine Anode der Freilaufdiode 112b sind miteinander verbunden. Der Drain des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 111b und die Kathode der Freilaufdiode 112b sind mit der Source des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 111a und der Anode der Freilaufdiode 112a verbunden. Die Source des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 111b und die Anode der Freilaufdiode 112b sind elektrisch mit der negativen Elektrodenseite des Netzteils 10 verbunden. Ein Halbleitermodul 11b besteht aus dem Halbleiterelement 111b mit breiter Bandlücke und der Freilaufdiode 112b. Daher sind das Halbleitermodul 11a und das Halbleitermodul 11b zwischen der positiven und der negativen Elektrodenseite des Netzteils 10 in Reihe geschaltet.
Die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 umfasst eine Diode 15 (ein Beispiel für eine zweite Diode) und eine Diode 16 (ein Beispiel für eine dritte Diode), die in Reihe zwischen die positive Elektrodenseite und die negative Elektrodenseite des Netzteils 10 geschaltet sind, um in einer Durchlassrichtung zu stehen. Ferner umfasst die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 einen Kondensator 17 (der ein Beispiel für einen zweiten Kondensator ist), der zwischen der Kathode der Diode 16 und der negativen Elektrodenseite des Netzteils 10 angeschlossen ist. Der Kondensator 17 ist beispielsweise aus einem Elektrolytkondensator zusammengesetzt. Eine Anode der Diode 15 ist elektrisch mit der positiven Elektrodenseite des Netzteils 10 verbunden, und eine Kathode der Diode 15 ist mit der Anode der Diode 16 verbunden. Die Kathode der Diode 16 ist mit einer Elektrode des Kondensators 17 verbunden. Die andere Elektrode des Kondensators 17 ist mit der negativen Elektrodenseite des Netzteils 10 verbunden. Daher sind die Diode 15, die Diode 16 und der Kondensator 17 zwischen der positiven und der negativen Elektrodenseite des Netzteils 10 in Reihe geschaltet.
Die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 umfasst einen Kondensator 13 (der ein Beispiel für einen ersten Kondensator ist), der mit dem Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke parallel geschaltet ist und eine größere Kapazität als die Übergangskapazität des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke aufweist. Der Kondensator 13 kann eine Kapazität haben, die um ein Vielfaches (beispielsweise ein Mal) bis zu mehreren Hundert Mal größer ist als die Übergangskapazität des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke. Ferner weist der Kondensator 13 eine größere Kapazität auf als eine Übergangskapazität des Halbleiterelements 111b mit breiter Bandlücke. Der Kondensator 13 kann eine Kapazität aufweisen, die mehrere Male (beispielsweise ein Mal) größer ist als die Übergangskapazität des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke. Obwohl Einzelheiten später beschrieben werden, umfasst die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 den Kondensator 13 mit einer größeren Kapazität als die Übergangskapazität jedes der Halbleiterelemente 111a und 111b mit breiter Bandlücke, sodass es möglich ist, Spannungsschwingung beim Umschalten der Halbleiterelemente 111a und 111b mit breiter Bandlücke mit geringem Verlust zu unterdrücken.
Die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 umfasst eine Verdrahtung 12, die das Netzteil 10 mit dem Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke und dem Kondensator 13 verbindet. Der Drain des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 111a, die Kathode der Freilaufdiode 112a und die Anode der Diode 15 sind mit der Verdrahtung 12 verbunden. Eine Elektrode des Kondensators 13 ist mit einem Verbindungsabschnitt zwischen der Diode 15 und der Diode 16 verbunden. Das heißt, eine Elektrode des Kondensators 13 ist mit der Kathode der Diode 15 und der Anode der Diode 16 verbunden. Daher ist der Kondensator 13 über die Diode 15 elektrisch mit der Leitung 12 verbunden.
Eine Reihenschaltung aus der Diode 15 und dem Kondensator 13 ist mit dem Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke parallel zwischen dem Drain und der Source des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke verbunden. Daher sind die Diode 15 und der Kondensator 13 jeweils parallel an das Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke verbunden. Außerdem ist eine Reihenschaltung aus dem Kondensator 13, der Diode 16 und dem Kondensator 17 parallel zwischen Drain und Source des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 111b an das Halbleiterelement 111b mit breiter Bandlücke angeschlossen. Daher sind der Kondensator 13, die Diode 16 und der Kondensator 17 jeweils parallel an das Halbleiterelement 111b mit breiter Bandlücke verbunden.
Die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 umfasst einen Transformator 18, der zwischen einem Ende eines ersten Verdrahtungsabschnitts (der ein Beispiel für einen Abschnitt der Verdrahtung ist) 121 auf einer Seite des Netzteils 10 und einer Elektrode des Kondensators 13 angeordnet ist. Der Transformator 18 weist eine Primärwicklung 181 auf, die zwischen dem Ende des ersten Verdrahtungsabschnitts 121 und einer Elektrode des Kondensators 13 verbunden ist. Der Transformator 18 weist eine Sekundärwicklung 182 auf, die mit einem zweiten Verdrahtungsabschnitt (der ein Beispiel für den anderen Abschnitt der Verdrahtung ist) 122 verbunden ist.
Die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 umfasst eine Diode 19 (ein Beispiel für eine erste Diode), deren Kathode mit dem Transformator 18 und deren Anode mit der negativen Elektrodenseite des Netzteils 10 verbunden ist.
Genauer gesagt ist ein Anschluss der im Transformator 18 bereitgestellten Primärwicklung 181 mit einem Verbindungsabschnitt zwischen der Kathode der Diode 16 und einer Elektrode des Kondensators 17 verbunden. Der andere Anschluss der Primärwicklung 181 ist mit dem Ende des ersten Verdrahtungsabschnitts 121 auf der Seite des Netzteils 10 verbunden. Daher ist die Primärwicklung 181 über die Diode 16 mit einer Elektrode des Kondensators 13 verbunden, und daher ist der Transformator 18 zwischen dem Ende des ersten Verdrahtungsabschnitts 121 auf der Seite des Netzteils 10 und dem Kondensator 13 angeordnet.
Ein Anschluss der im Transformator 18 bereitgestellten Sekundärwicklung 182 ist mit einem Ende des zweiten Verdrahtungsabschnitts 122 auf einer Seite des ersten Verdrahtungsabschnitts 121 verbunden. Der andere Anschluss der Sekundärwicklung 182 ist mit der Kathode der Diode 19 verbunden.
Die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 umfasst eine Drosselspule 14, der im ersten Verdrahtungsabschnitt 121 bereitgestellt ist. Ein Anschluss der Drosselspule 14 ist mit dem anderen Anschluss der Primärwicklung 181 und einem Anschluss der Sekundärwicklung 182 verbunden, die in dem Transformator 18 bereitgestellt ist. Der andere Anschluss der Drosselspule 14 ist mit der Anode der Diode 15 und dem Drain des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 111a verbunden.
Die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 umfasst einen ersten Strompfad 101 mit dem ersten Verdrahtungsabschnitt 121 und einer Elektrode des Kondensators 13. Da die Drosselspule 14 in dem ersten Verdrahtungsabschnitt 121 bereitgestellt ist, umfasst der erste Strompfad 101 die Drosselspule 14. Außerdem sind im ersten Strompfad 101 die Diode 15 und die Diode 16 zwischen der positiven und der negativen Elektrodenseite des Netzteils 10 in Reihe geschaltet, sodass sie in Durchlassrichtung liegen. Im ersten Strompfad 101 ist der Transformator 18 zwischen dem ersten Verdrahtungsabschnitt 121 auf der Seite des Netzteils 10 und einer Elektrode des Kondensators 13 angeordnet, und die Primärwicklung 181 des Transformators 18 ist zwischen dem ersten Verdrahtungsabschnitt 121 und einer Elektrode des Kondensators 13 angeordnet. Daher ist der erste Strompfad 101 eine Schaltung mit der Drosselspule 14, der Diode 15, der Diode 16 und der Primärwicklung 181 des Transformators 18. Eine Elektrode des Kondensators 13 ist über einen leitfähigen Draht mit dem Verbindungsabschnitt zwischen der Diode 15 und der Diode 16 verbunden. Daher wird eine Elektrode des Kondensators 13 zu einer Komponente, die den ersten Strompfad 101 zwischen der Diode 15 und der Diode 16 bildet. Daher bildet der erste Strompfad 101 einen geschlossenen Stromkreis mit der Drosselspule 14, der Diode 15, einer Elektrode des Kondensators 13, der Diode 16 und der Primärwicklung 181 des Transformators 18.
Die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 umfasst einen zweiten Strompfad 102 mit dem ersten Verdrahtungsabschnitt 121 und dem Kondensator 13. Da die Drosselspule 14 in dem ersten Verdrahtungsabschnitt 121 bereitgestellt ist, umfasst der zweite Strompfad 102 die Drosselspule 14. Die Diode 15 ist zwischen dem ersten Verdrahtungsabschnitt 121 und dem Kondensator 13 angeordnet. Daher ist der zweite Strompfad 102 eine Schaltung mit der Drosselspule 14, der Diode 15 und dem Kondensator 13.
Die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 umfasst einen dritten Strompfad 103 mit dem Netzteil 10, dem zweiten Verdrahtungsabschnitt 122 und dem Transformator 18. Im dritten Strompfad 103 ist die Diode 19 mit der Kathode an den Transformator 18 und mit der Anode an die negative Elektrodenseite des Netzteils 10 angeschlossen. Die Sekundärwicklung 182 des Transformators 18 ist mit der Diode 19 verbunden. Daher ist der dritte Strompfad 103 eine Schaltung mit dem Netzteil 10, dem zweiten Verdrahtungsabschnitt 122, der Sekundärwicklung 182 und der Diode 19. Ferner bildet der dritte Strompfad 103 einen geschlossenen Stromkreis mit einer positiven Elektrode des Netzteils 10, dem zweiten Verdrahtungsabschnitt 122, der Sekundärwicklung 182 des Transformators 18, der Diode 19 und einer negativen Elektrode des Netzteils 10.
Auch, wenn dies nicht illustriert ist, ist eine Gate-Treiberschaltung zur Ansteuerung des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke mit einem Gate des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke verbunden, und eine Gate-Treiberschaltung zur Ansteuerung des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 111b ist mit einem Gate des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 111b verbunden. Außerdem ist die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 mit einer Steuervorrichtung verbunden, die die Gate-Treiberschaltungen steuert, auch wenn dies nicht illustriert ist. Die Halbleiterelemente 111a und 111b mit breiter Bandlücke werden so gesteuert, dass sie von der Steuervorrichtung und den Gate-Treiberschaltungen geschaltet werden, und die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 ist so eingerichtet, dass eine durch das Netzteil 10 gelieferte Gleichspannung in eine Wechselspannung umgewandelt und eine an das Halbleitermodul 11b angeschlossene Last 2 mit Wechselstrom versorgt wird. Wie oben beschrieben, besteht eine Leistungsumwandlungsvorrichtung (in dieser Ausführungsform eine Spannungswechselrichtervorrichtung) aus der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1, der Steuervorrichtung (nicht illustriert) und den Gate-Treiberschaltungen (nicht illustriert). Die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 wirkt als Leistungsumwandlungseinheit der Leistungsumwandlungsvorrichtung.
(Betrieb einer Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen)
Als nächstes wird der Betrieb der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach dieser Ausführungsform unter Verweis auf 2 bis 11 beschrieben. Zunächst wird den Betrieb der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 betreffend unter Verweis auf die 2 bis 7 ein Betrieb zum Zeitpunkt des Abfallens (Ausschaltens) des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke, d.h. zum Zeitpunkt des Übergangs von einem Ein-Zustand (leitfähiger Zustand) zu einem Aus-Zustand (nicht-leitfähiger Zustand) beschrieben.
(Funktionsprinzip beim Ausschalten)
In einer ersten Stufe von 2 sind die Kurvenverläufe einer Spannung Vds1 und eines Stroms Id1 des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke illustriert. In einer zweiten Stufe von 2 sind die Kurvenverläufe einer Spannung VD2 und eines Stroms ID2 der Freilaufdiode 112b illustriert. In einer dritten Stufe von 2 sind die Kurvenverläufe einer Spannung VCS und eines Stroms ICS des Kondensators 13 illustriert. In einer vierten Stufe von 2 sind die Kurvenverläufe einer Spannung VCO und eines Stroms ICO des Kondensators 17 illustriert. In einer fünften Stufe von 2 sind die Kurvenverläufe einer Spannung VT1 und eines Stroms IT1 der Primärwicklung 181 des Transformators 18 illustriert. In einer sechsten Stufe von 2 sind die Kurvenverläufe einer Spannung VT2 und eines Stroms IT2 der Sekundärwicklung 182 des Transformators 18 illustriert. Eine horizontale Achse, die in jeder Stufe von 2 illustriert ist, stellt die Zeit dar, und die in jeder Stufe dargestellte vertikale Achse stellt eine Spannung und einen Strom dar. Außerdem stellt die horizontale Achse, die in jeder Stufe von 2 illustriert ist, den Zeitablauf von links nach rechts dar.
Wie in 2 illustriert ist, erlaubt es eine Operation beim Ausschalten der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 nach dieser Ausführungsform, einen Modus in sechs Modi zu unterteilen: Modus 1 vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2, Modus 2 vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3, Modus 3 vom Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t4, Modus 4 vom Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt t5, Modus 5 vom Zeitpunkt t5 bis zum Zeitpunkt t6, und Modus 6 nach dem Zeitpunkt t6. Die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 regeneriert die in der Drosselspule 14 angesammelte Energie für das Netzteil 10 von Modus 1 bis Modus 6.
Wenn sich das Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke vor der Zeit t1, wie in 2 illustriert, im eingeschalteten Zustand befindet, fließt ein Strom durch einen Pfad „Netzteil 10 → Drosselspule 14 (Verdrahtung 12) → Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke → Last 2 → Netzteil 10“ in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1. Daher wird die Energie von dem Netzteil 10 der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 an die Last 2 zugeführt. Hier ist der Kondensator 13, wie in 2 illustriert ist, nicht geladen und die Spannung VCS beträgt 0 V, der Kondensator 17 ist auf die gleiche Spannung wie eine Ausgangsspannung Ed des Netzteils 10 geladen, und die Spannung VCO hat den gleichen Wert wie die Ausgangsspannung Ed.
<Modus 1>
Wenn das Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke in der Zeit t1 vom Ein-Zustand in den Aus-Zustand (ausgeschaltet) übergeht, fließt ein Laststrom Io durch einen Pfad P1 von „Netzteil 10 → zweiter Verdrahtungsabschnitt 122 → Transformator 18 → Drosselspule 14 (erster Verdrahtungsabschnitt 121) → Diode 15 → Kondensator 13 → Last 2 → Netzteil 10“, wie in 3 illustriert ist. Daher wird ein Strom zum Kondensator 13 übertragen, um den Kondensator 13 aufzuladen.
Der Kondensator 13 und das Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke sind parallel geschaltet. Wenn der Kondensator 13 aufgeladen wird, steigt daher auch die Spannung Vds1 (d. h. die Spannung zwischen Drain und Source) des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke entsprechend dem Anstieg der Spannung VCS zwischen den beiden Elektroden des Kondensators 13. Daher wird, wie in 2 illustriert ist, eine Spannungsanstiegsrate des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke im Modus 1 durch eine Ladegeschwindigkeit des Kondensators 13 unterdrückt. In diesem Fall führt das Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke einen Nullspannungs-Schaltvorgang (ZVS) aus, bei dem das Umschalten in einem Zustand ausgeführt wird, in dem die Spannung Vds1 Null ist. Daher wird der Ausschaltverlust des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke verringert. Ferner weist der Kondensator 13 eine größere Kapazität auf als die Übergangskapazität des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke. Daher ist die Spannungsanstiegsrate des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke in Modus 1 geringer als in dem Fall, in dem der Kondensator 13 nicht bereitgestellt ist. Daher ist der Abschaltverlust des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke im Modus 1 geringer als in dem Fall, in dem der Kondensator 13 nicht bereitgestellt ist. Somit ist es möglich, dass die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 nach dieser Ausführungsform die Abschaltverluste des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke weiter unterdrückt.
Ferner steigt, wie in 2 illustriert, die Spannung VCS des Kondensators 13 auf die Ausgabespannung Ed des Netzteils 10 in Modus 1 an. Daher steigt im Modus 1 auch die Spannung Vds1 des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke auf die Ausgangsspannung Ed des Netzteils 10 an. Daher sinkt die Spannung VD2 der Freilaufdiode 112b auf 0 V, während die Spannung Vds1 des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke steigt.
<Modus 2>
Wie in 2 illustriert ist, wird die Spannung Vds1 des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke zum Zeitpunkt t2 aufgrund der Erzeugung einer Überspannung höher als die Ausgangsspannung Ed des Netzteils 10. Daher wird im Modus 2 das Potenzial der Kathode der Freilaufdiode 112b negativ, und die Freilaufdiode 112a ist daher leitfähig. Daher fließt, wie in 4 illustriert ist, ein Laststrom 10 in einem Pfad P2 von „Last 2 → Freilaufdiode 112a -> Last 2“.
Außerdem wird, wie in 4 illustriert ist, ein Abschnitt der in der Drosselspule 14 angesammelten Energie über den ersten Strompfad 101 zur Primärwicklung 181 des Transformators 18 übertragen, da die Dioden 15 und 16 im Modus 2 leitfähig sind, d. h. durch einen Pfad P3 von „Drosselspule 14 (erster Verdrahtungsabschnitt 121) → Diode 15 → eine Elektrode des Kondensators 13 → Diode 16 → Primärwicklung 181 → Drosselspule 14“.
Außerdem wird, wie in 4 illustriert ist, ein Abschnitt der in der Drosselspule 14 angesammelten Restenergie durch den zweiten Strompfad 102, d. h. einen Pfad P4 „Drosselspule 14 (erster Verdrahtungsabschnitt 121) → Diode 15 → Kondensator 13 → Last 2 → Netzteil 10“, zum Kondensator 13 übertragen. Ferner wird, wie in 4 illustriert ist, der Rest der in der Drosselspule 14 angesammelten Energie durch einen Pfad P5 „Drosselspule 14 (erster Verdrahtungsabschnitt 121) → Diode 15 → Diode 16 → Kondensator 17 → Netzteil 10“ zum Kondensator 17 übertragen. Somit wird ein Abschnitt der in der Drosselspule 14 angesammelten Energie auf die Primärwicklung 181 übertragen, und der Rest der Energie wird durch den Pfad P4 und den Pfad P5 auf eine Parallelkapazität übertragen, die aus dem Kondensator 13 und dem Kondensator 17 gebildet ist.
Wie in 2 illustriert ist, steigen in Modus 2 steigen die Spannung VT1 der Primärwicklung 181, die Spannung VCS des Kondensators 13 und die Spannung VCO des Kondensators 17. Ferner erzeugt, wie in 2 illustriert ist, die Sekundärwicklung 182 des Transformators 18 in Modus 2 die Spannung VT2 mal einem Wicklungsverhältnis der Sekundärwicklung 182 zur Primärwicklung 181.
<Modus 3>
Wie in 2 illustriert ist, ist die Diode 19 zum Zeitpunkt t3, wenn die Spannung VT2 der Sekundärwicklung 182 des Transformators 18 höher wird als eine Spannung, die durch Addition einer Schwellenspannung der Diode 19 zur Ausgangsspannung Ed des Netzteils 10 erhalten wird, leitfähig. Wenn die Diode 19 leitfähig ist, wird die Spannung VT2 der Sekundärwicklung 182 auf die Ausgangsspannung Ed des Netzteils 10 geklemmt. Hier wird die auf die Primärwicklung 181 des Transformators 18 übertragene Energie wie in 5 illustriert über den dritten Strompfad 103, d. h. einen Pfad P6 „Sekundärwicklung 182 des Transformators 18 → zweiter Verdrahtungsabschnitt 122 → Netzteil 10“, in das Netzteil 10 zurückgeführt. Die im ersten Strompfad 101 (d. h. im Pfad P3) bereitgestellte Drosselspule 14 dient als Streureaktanz des Transformators 18. Daher ist in Modus 3 der durch die Sekundärwicklung 182 fließende Strom IT2 ein Wert, der aus der Division des durch die Primärwicklung 181 fließenden Stroms IT1 durch das Wicklungsverhältnis der Primärwicklung 181 und der Sekundärwicklung 182 erhalten wird.
<Modus 4>
Wie in 2 illustriert ist, gehen der durch den Kondensator 13 fließende Strom ICS und der durch den Kondensator 17 fließende Strom ICO von einem Ladestrom in einen Entladestrom über, wenn die Energie der Drosselspule 14 zum Zeitpunkt t4 Null wird. Daher wird, wie in 6 illustriert ist, die im Kondensator 13 gespeicherte Energie durch einen Pfad P7 „Kondensator 13 → Diode 16 → Primärwicklung 181 des Transformators 18“ auf die Primärwicklung 181 übertragen. Außerdem wird die im Kondensator 17 gespeicherte Energie durch einen Pfad P8 „Kondensator 17 → Primärwicklung 181 des Transformators 18“ an die Primärwicklung 181 übertragen. Daher wird, wie in 2 illustriert ist, die Spannung VCS des Kondensators 13 und die Spannung VCO des Kondensators 17 sinken im Modus 4. Ferner wird die auf die Primärwicklung 181 des Transformators 18 übertragene Energie durch den dritten Strompfad 103 (d. h. den Pfad P6) über die Sekundärwicklung 182 während einer Periode des Modus 4, in der die Spannung VT2 der Sekundärwicklung 182 des Transformators 18 die Ausgangsspannung Ed des Netzteils 10 ist, in das Netzteil 10 zurückgeführt.
<Modus 5>
Wie in 2 illustriert ist, überträgt der Kondensator 13 die Energie durch den Pfad P7 an die Primärwicklung 181 des Transformators 18 (siehe 6) bis die Spannung VCS gleich der Ausgangsspannung Ed des Netzteils 10 ist, im Modus 5, d. h. in der Zeit von t5 bis t6. Außerdem überträgt der Kondensator 17 die Energie durch den Pfad P8 an die Primärwicklung 181 des Transformators 18 (siehe 6), bis die Spannung VCO mit der Ausgangsspannung Ed des Netzteils 10 übereinstimmt. Die auf die Primärwicklung 181 des Transformators 18 übertragene Energie wird durch den dritten Strompfad 103 (d. h. den Pfad P6) über die Sekundärwicklung 182 des Transformators 18 in das Netzteil 10 zurückgeführt. Somit wird die im Kondensator 13 und im Kondensator 17 gespeicherte Energie in Modus 4 und 5 in das Netzteil 10 zurückgeführt.
<Modus 6>
Wie in 2 illustriert ist, leitet die Diode 15, zum Zeitpunkt t6, wenn die Spannung VCS des Kondensators 13 und die Spannung VCO des Kondensators 17 mit der Ausgangsspannung Ed des Netzteils 10 übereinstimmen, während sie die Energie in der Primärwicklung 181 des Transformators 18 speichert. Wie in 7 illustriert ist, zirkuliert im Modus 6 die in der Primärwicklung 181 des Transformators 18 angesammelte Energie im ersten Strompfad 101, d. h. einem Pfad P9 von „Primärwicklung 181 → Drosselspule 14 (erster Verdrahtungsabschnitt 121) → Diode 15 → Diode 16“, und wird als Leitungsverlust der Diode 15 und der Diode 16 verbraucht.
(Funktionsprinzip beim Einschalten)
Als nächstes den Betrieb der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 betrifft, so wird unter Verweis auf die 8 bis 11 ein Betrieb zum Zeitpunkt des Ansteigens (Einschaltens) des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke, d.h. zum Zeitpunkt des Übergangs von einem Aus-Zustand (nicht-leitfähiger Zustand) zu einem Ein-Zustand (leitfähiger Zustand) beschrieben. In einer ersten Stufe von 8 sind die Kurvenverläufe einer Spannung Vds1 und eines Stroms Id1 des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke illustriert. In einer zweiten Stufe von 8 sind die Kurvenverläufe einer Spannung VD2 und eines Stroms ID2 der Freilaufdiode 112b illustriert. In einer dritten Stufe von 8 sind die Kurvenverläufe einer Spannung VCS und eines Stroms ICS des Kondensators 13 illustriert. In einer vierten Stufe von 8 sind die Kurvenverläufe einer Spannung VCO und eines Stroms ICO des Kondensators 17 illustriert. In einer fünften Stufe von 8 sind die Kurvenverläufe einer Spannung VT1 und eines Stroms IT1 der Primärwicklung 181 des Transformators 18 illustriert. In einer sechsten Stufe von 8 sind die Kurvenverläufe einer Spannung VT2 und eines Stroms IT2 der Sekundärwicklung 182 des Transformators 18 illustriert. Eine horizontale Achse, die in jeder Stufe von 8 illustriert ist, stellt die Zeit dar, und die in jeder Stufe dargestellte vertikale Achse stellt eine Spannung und einen Strom dar. Außerdem stellt die horizontale Achse, die in jeder Stufe von 8 illustriert ist, den Zeitablauf von links nach rechts dar.
Wie in 8 illustriert ist, erlaubt es eine Operation beim Einschalten der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 nach dieser Ausführungsform, einen Modus in Sieben Modi zu unterteilen: Modus 1 vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2, Modus 2 vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3, Modus 3 vom Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t4, Modus 4 vom Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt t5, Modus 5 vom Zeitpunkt t5 bis zum Zeitpunkt t6, Modus 6 von Zeitpunkt t6 bis Zeitpunkt t7 und Modus 7 nach dem Zeitpunkt t6. Die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 regeneriert die in dem Kondensator 13 angesammelte Energie für das Netzteil 10 von Modus 1 bis Modus 7.
Wenn sich das Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke vor der in 8 illustrierten Zeit t1 im Aus-Zustand befindet, fließt ein Laststrom in einem Pfad „Last 2 → Freilaufdiode 112b → Last 2“ zurück. Da hier eine Ausgangsspannung Ed des Netzteils 10 über die Diode 15 an den Kondensator 13 angelegt wird, ist die Spannung Vds1 des Kondensators 13 gleich der Ausgangsspannung Ed.
<Modus 1>
Zum Zeitpunkt t1, wenn das Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke vom Aus-Zustand in den Ein-Zustand (eingeschaltet) übergeht, fließt ein Strom durch einen Pfad P10 von „Netzteil 10 → zweiter Verdrahtungsabschnitt 122 → Transformator 18 → Drosselspule 14 (erster Verdrahtungsabschnitt 121) → Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke → Last 2 → Netzteil 10“, wie in 9 illustriert. Wie in 9 illustriert ist, sind im Pfad P10 die Drosselspule 14 und das Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke in Reihe geschaltet. Daher wird, wie in 8 illustriert ist, eine Anstiegsrate des Stroms Id1 des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke durch eine Stromanstiegsrate der Drosselspule 14 in Modus 1 unterdrückt. In diesem Fall führt das Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke einen Nullstrom-Schaltvorgang (ZCS) aus, bei dem das Umschalten in einem Zustand ausgeführt wird, in dem der Strom ICE Null ist. Daher wird der Einschaltverlust des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke verringert.
Außerdem sinkt im Modus 1 die Spannung Vds1 des Halbleiterelements lila mit breiter Bandlücke, wenn der Strom Id1 des Halbleiterelements lila mit breiter Bandlücke steigt. Daher steigt die Spannung an der Kathode der Freilaufdiode 112b, die in dem Halbleitermodul 11b bereitgestellt ist. Daher nimmt der Strom ID2, der durch die Freilaufdiode 112b fließt, wie in 8 illustriert ist, ab, wenn der Strom Id1 des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke zunimmt. Wenn der Strom Id1 des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke einen Wert erreicht, der dem in die Last 2 fließenden Laststrom 10 entspricht, kehrt die Freilaufdiode 112b in umgekehrter Richtung zurück.
<Modus 2>
Aufgrund der Rückwärtserholung der Freilaufdiode 112b ist die Source des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke, d. h. die andere Elektrode des Kondensators 13, von der negativen Elektrode der Netzteil 10 elektrisch isoliert. Daher wird zum Zeitpunkt t2 in 8 wird ein Pfad P11 aus „Kondensator 13 → Diode 16 → Kondensator 17 → Netzteil 10 → zweiter Verdrahtungsabschnitt 122 → Transformator 18 → Drosselspule 14 (erster Verdrahtungsabschnitt 121) → Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke → Kondensator 13“ gebildet, wie in 10 illustriert ist. Die im Kondensator 13 akkumulierte Energie wird durch den Pfad P11 zur Drosselspule 14 übertragen. Daher wird die Spannung VCS des Kondensators 13 im Modus 2 bis auf 0 V entladen, wie in 8 illustriert ist. Der Spannungsanstieg der Freilaufdiode 112b wird durch eine Entladegeschwindigkeit des Kondensators 13 unterdrückt. Daher wird auch der Rückstromverlust der Freilaufdiode 112b verringert.
Ferner wird in Modus 2 Strom von der Netzteil 10 an die Last 2 durch einen Pfad P12 von „Netzteil 10 → zweiter Verdrahtungsabschnitt 122 → Transformator 18 → Drosselspule 14 (erster Verdrahtungsabschnitt 121) → Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke → Last 2 → Netzteil 10“ geliefert, wie in 10 illustriert ist.
<Modus 3>
Zum Zeitpunkt t3 ist die Diode 16 leitfähig, wenn die Spannung VCS des Kondensators 13 0 V beträgt (siehe 8) . Daher wird ein Teil der in der Drosselspule 14 gespeicherten Energie durch den ersten Strompfad 101, d.h. den Pfad P3 „Drosselspule 14 (erster Verdrahtungsabschnitt 121) → Diode 15 → eine Elektrode des Kondensators 13 → Diode 16 → Primärwicklung 181 → Drosselspule 14“, wie in 11 illustriert ist, an die Primärwicklung 181 des Transformators 18 übertragen. Ferner wird, wie in 11 illustriert ist, der Rest der in der Drosselspule 14 angesammelten Energie durch einen Pfad P14 „Drosselspule 14 (erster Verdrahtungsabschnitt 121) → Diode 15 → Diode 16 → Kondensator 17 → Netzteil 10“ zum Kondensator 17 übertragen. Somit wird ein Abschnitt der in der Drosselspule 14 angesammelten Energie auf die Primärwicklung 181 übertragen, und der Rest der Energie wird durch den Pfad P13 und den Pfad P14 auf eine Parallelkapazität übertragen, die aus dem Kondensator 13 und dem Kondensator 17 gebildet ist.
Wie in 8 illustriert ist, steigen in Modus 3 steigen die Spannung VT1 der Primärwicklung 181, die Spannung VCS des Kondensators 13 und die Spannung VCO des Kondensators 17. Ferner erzeugt, wie in 8 illustriert ist, die Sekundärwicklung 182 des Transformators 18 in Modus 3 die Spannung VT2 mal einem Wicklungsverhältnis der Primärwicklung 181.
<Modus 4 bis Modus 7>
Wie in 8 illustriert ist, ist der Betrieb der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 im Modus 4 beim Einschalten des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke derselbe wie im Modus 3 beim Ausschalten des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke. Der Betrieb der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 im Modus 5 beim Einschalten des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke ist derselbe wie im Modus 4 beim Ausschalten des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke. Der Betrieb der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 im Modus 6 beim Einschalten des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke ist derselbe wie im Modus 5 beim Ausschalten des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke. Der Betrieb der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 im Modus 7 beim Einschalten des Halbleiterelements lila mit breiter Bandlücke ist derselbe wie im Modus 6 beim Ausschalten des Halbleiterelements lila mit breiter Bandlücke . Daher wird die Beschreibung der Vorgänge der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 in den Modi 4 bis 7 beim Einschalten des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke weggelassen.
Obwohl auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet wird, wird die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 auf die gleiche Weise betrieben wie das Ein- und Ausschalten des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke, selbst wenn das Halbleiterelement 111b mit breiter Bandlücke ein- und ausgeschaltet wird.
Wie oben beschrieben, umfasst die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 nach dieser Ausführungsform das Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke und den Kondensator 13, der mit dem Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke parallel geschaltet ist und eine größere Kapazität als die Übergangskapazität des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke hat.
Nach der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 mit dieser Einrichtung ist es möglich, die Spannungsanstiegsrate beim Ausschalten des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke zu verringern. Daher ist es der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 möglich, die Spannungsschwingung des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke und außerdem das Halbleitermodul 11a mit geringem Verlust zu unterdrücken.
Ferner ist es möglich, dass die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 die Spannungsanstiegsrate der Freilaufdiode 112b beim Einschalten des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke unterdrückt. Daher ist es für die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 möglich, die Spannungsschwingung des Halbleitermoduls 11b mit der Freilaufdiode 112b verlustarm zu unterdrücken.
[Zweite Ausführungsform]
Eine Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung wird unter Verweis auf die 12 bis 15 beschrieben. Komponenten, die dieselben Wirkungen und Funktionen haben wie die der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 nach der ersten Ausführungsform, werden mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, und die Beschreibung wird übersprungen.
Wie in 12 illustriert ist, umfasst eine Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 nach dieser Ausführungsform ein Netzteil 30, das das Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke mit Energie versorgt. Das Netzteil 30 ist beispielsweise ein Kondensator mit einer größeren Kapazität als ein Kondensator 33 (wird später beschrieben) und ein Kondensator 37 (wird später beschrieben). Das Netzteil 30 kann beispielsweise aus einem Elektrolytkondensator bestehen. Eine positive Elektrodenseite des Netzteils 30 ist beispielsweise eine Elektrode des Kondensators, der das Netzteil 30 bildet (Elektrode auf der positiven Elektrodenseite) . Eine negative Elektrodenseite des Netzteils 30 ist beispielsweise die andere Elektrode des Kondensators, der das Netzteil 30 bildet (Elektrode auf der negativen Elektrodenseite). Das Netzteil 30 versorgt auch das Halbleiterelement 111b mit breiter Bandlücke mit Energie.
Die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 umfasst eine Verdrahtung 32, die das Netzteil 30 mit dem Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke und dem Kondensator 13 verbindet. Der Drain des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 111a, die Kathode der Freilaufdiode 112a und die Anode der Diode 15 sind mit der Verdrahtung 32 verbunden. Eine Elektrode des Kondensators 13 ist mit einem Verbindungsabschnitt zwischen der Diode 15 und der Diode 16 verbunden. Das heißt, eine Elektrode des Kondensators 13 ist mit der Kathode der Diode 15 und der Anode der Diode 16 verbunden. Daher ist der Kondensator 13 über die Diode 15 elektrisch mit der Leitung 32 verbunden.
Die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 umfasst ein Widerstandselement 31, das zwischen einem Ende eines ersten Verdrahtungsabschnitts (der ein Beispiel für einen Abschnitt der Verdrahtung ist) 321 auf einer Seite des Netzteils 30 und einer Elektrode des Kondensators 13 angeordnet ist. Ein Anschluss des Widerstandselements 31 ist mit einem Anschluss der Drosselspule 14 verbunden, die im ersten Verdrahtungsabschnitt 321 und auf der positiven Elektrodenseite des Netzteils 30 bereitgestellt ist. Der andere Anschluss des Widerstandselements 31 ist mit einem Verbindungsabschnitt der Diode 16 und dem Kondensator 17 verbunden. Genauer gesagt ist der andere Anschluss des Widerstandselements 31 mit der Kathode der Diode 16 und einer Elektrode des Kondensators 17 verbunden. Wie oben beschrieben, ist die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 nach dieser Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass sie im Vergleich zur Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 nach der ersten Ausführungsform das Widerstandselement 31 anstelle des Transformators 18 und der Diode 19 umfasst.
Die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 umfasst einen ersten Strompfad 301 mit dem ersten Verdrahtungsabschnitt 321 und einer Elektrode des Kondensators 13. Da die Drosselspule 14 in dem ersten Verdrahtungsabschnitt 321 bereitgestellt ist, umfasst der erste Strompfad 301 die Drosselspule 14. Außerdem umfasst der erste Strompfad 301 die Diode 15 und die Diode 16, die zwischen der positiven Elektrodenseite und der negativen Elektrodenseite des Netzteils 30 in Reihe geschaltet sind, um in einer Durchlassrichtung zu stehen. Im ersten Strompfad 301 ist das Widerstandselement 31 zwischen dem ersten Verdrahtungsabschnitt 321 auf der Seite des Netzteils 30 und einer Elektrode des Kondensators 13 angeordnet. Das Widerstandselement 31 ist zwischen dem ersten Verdrahtungsabschnitt 321 und einer Elektrode des Kondensators 13 angeordnet. Daher ist der erste Strompfad 301 eine Schaltung mit der Drosselspule 14, der Diode 15, der Diode 16 und dem Widerstandselement 31. Eine Elektrode des Kondensators 13 ist über einen leitfähigen Draht mit dem Verbindungsabschnitt zwischen der Diode 15 und der Diode 16 verbunden. Daher wird eine Elektrode des Kondensators 13 zu einer Komponente, die den ersten Strompfad 301 zwischen der Diode 15 und der Diode 16 bildet. Daher bildet der erste Strompfad 301 einen geschlossenen Stromkreis mit der Drosselspule 14, der Diode 15, einer Elektrode des Kondensators 13, der Diode 16 und dem Widerstandselement 31.
Die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 umfasst einen zweiten Strompfad 302 mit dem ersten Verdrahtungsabschnitt 321 und dem Kondensator 13. Da die Drosselspule 14 in dem ersten Verdrahtungsabschnitt 321 bereitgestellt ist, umfasst der zweite Strompfad 302 die Drosselspule 14. Die Diode 15 ist zwischen dem ersten Verdrahtungsabschnitt 321 und dem Kondensator 13 angeordnet. Daher ist der zweite Strompfad 302 eine Schaltung mit der Drosselspule 14, der Diode 15 und dem Kondensator 13.
Im Gegensatz zur Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 nach der ersten Ausführungsform verfügt die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 nicht über einen Transformator und eine Diode, die zwischen der positiven und der negativen Elektrodenseite des Netzteils 30 in Reihe geschaltet sind. Im Gegensatz zu der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 nach der ersten Ausführungsform umfasst die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 daher keinen dritten Strompfad.
Auch, wenn dies nicht illustriert ist, ist selbst in dieser Ausführungsform eine Gate-Treiberschaltung zur Ansteuerung des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke mit einem Gate des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke verbunden, und eine Gate-Treiberschaltung zur Ansteuerung des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 111b ist mit einem Gate des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 111b verbunden. Außerdem ist an die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 eine Steuervorrichtung angeschlossen, die die Gate-Treiberschaltungen steuert, auch wenn dies nicht illustriert ist. Die Halbleiterelemente 111a und 111b mit breiter Bandlücke werden so gesteuert, dass sie von der Steuervorrichtung und den Gate-Treiberschaltungen geschaltet werden, und die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 ist so eingerichtet, dass eine durch das Netzteil 30 gelieferte Gleichspannung in eine Wechselspannung umgewandelt und eine an das Halbleitermodul 11b angeschlossene Last 2 mit Wechselstrom versorgt wird. Wie oben beschrieben, besteht eine Leistungsumwandlungsvorrichtung (in dieser Ausführungsform eine Spannungswechselrichtervorrichtung) aus der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3, der Steuervorrichtung (nicht illustriert) und den Gate-Treiberschaltungen (nicht illustriert). Die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 wirkt als Leistungsumwandlungseinheit der Leistungsumwandlungsvorrichtung.
(Betrieb einer Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen)
Als nächstes wird der Betrieb der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach dieser Ausführungsform unter Verweis auf 13 und 14 beschrieben.
Da sich das Halbleiterelement 111b mit breiter Bandlücke im Ein-Zustand befindet, bevor das Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke vom Aus-Zustand in den Ein-Zustand übergeht (eingeschaltet wird), werden der Kondensator 13 und der Kondensator 17 auf die Ausgangsspannung Ed des Netzteils 30 aufgeladen.
Wenn das Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke in den Ein-Zustand (eingeschaltet) übergeht, wenn das Halbleiterelement 111b mit breiter Bandlücke vom Ein-Zustand in den Aus-Zustand übergeht und sich der Kondensator 13 und der Kondensator 17 in dem oben beschriebenen geladenen Zustand befinden, fließt ein Strom durch einen Pfad „Drosselspule 14 → Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke → Last 2“.
Wenn das Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke eingeschaltet wird, steigt eine Spannung des Breitlücken-Halbleiterelements 111b (Potential des Drains des Breitlücken-Halbleiterelements 111b) . Wenn die Spannung des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 111b ansteigt, entlädt sich der Kondensator 13, bis er 0 V erreicht. Der Strom fließt durch einen Pfad „Kondensator 13 → Diode 16 → Kondensator 17 → Last 2“, und der Kondensator 13 wird entladen.
Da der Kondensator 13 mit den Breitband-Halbleiterelementen 111a und 111b parallel geschaltet ist, ist der Kondensator 13 mit der Übergangskapazität jedes der Halbleiterelemente 111a und 111b mit breiter Bandlücke parallel geschaltet. Der Kondensator 13 in dieser Ausführungsform hat eine größere Kapazität als die Übergangskapazität jedes der Halbleiterelemente lila und 111b mit breiter Bandlücke . Daher ist es der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 möglich, die Spannungsschwingung des Halbleitermoduls 11b beim Umschalten (Einschalten) des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke ähnlich verlustarm zu unterdrücken wie die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 nach der ersten Ausführungsform.
Wenn das Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke vom Ein-Zustand in den Aus-Zustand (ausgeschaltet) übergeht, wird der Kondensator 13 vom Zustand 0 V auf die Ausgangsspannung Ed des Netzteils 30 durch einen Pfad „Netzteil 30 → Drosselspule 14 (erster Verdrahtungsabschnitt 121) → Diode 15 → Kondensator 13 → Last 2 → Netzteil 30“ geladen. Wenn das Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke ausgeschaltet ist, wird die Spannungsanstiegsrate des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke durch die Ladegeschwindigkeit des Kondensators 13 unterdrückt. Der Kondensator 13 hat eine größere Kapazität als die Übergangskapazität des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke. Daher ist die Spannungsanstiegsrate des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke in Modus 1 geringer als in dem Fall, in dem der Kondensator 13 nicht bereitgestellt ist. Daher ist es möglich, dass die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 die Schwingung beim Umschalten des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke unterdrückt.
Obwohl auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet wird, wird die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 auf die gleiche Weise betrieben wie das Ein- und Ausschalten des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke, selbst wenn das Halbleiterelement 111b mit breiter Bandlücke ein- und ausgeschaltet wird.
Hier wird ein Beispiel von Wellenformen einer Betriebssimulation der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 unter Verweis auf 13A und 13B beschrieben. 13A und 13B illustrieren die Wellenformen der Betriebssimulation, wenn die Ausgangsspannung Ed des Netzteils 30 600 V beträgt, der der Last zugeführte Strom 300 A, die Induktivität der Drosselspule 14 20 nH und die Kapazität des Kondensators 13 beträgt 8 nF. „Vds1“, angezeigt durch eine durchgezogene Linie in 13A und 13B stellen eine Spannungswellenform des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke dar. „Id1“, angezeigt durch eine gestrichelte Linie in 13A und 13B stellen eine Stromkurve des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke dar. „Ir“, angezeigt durch einen abwechselnd langen und kurzen Strich in 13A und 13B stellen eine Stromwellenform des Widerstandselements 31 dar. Die vertikale Achse auf der linken Seite von 13A und 13B stellen eine Spannung für die Spannungswellenform des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke dar. Die vertikale Achse auf der rechten Seite von 13A und 13B stellen einen Strom für die Stromwellenform des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke und des Widerstandselements 31 dar. Die horizontale Achse von 13A und 13B stehen für eine Zeit. Die horizontale Achse stellt den Zeitablauf von links nach rechts dar.
Wie in 13A illustriert ist, wird, wenn das Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke bei 10,0 µsec vom Aus-Zustand in den Ein-Zustand (eingeschaltet) übergeht, eine Steigerungsrate des durch das Halbleiterelement lila mit breiter Bandlücke fließenden Stroms Id1 durch eine Steigerungsrate des durch die Drosselspule 14 fließenden Stroms gesteuert. Daher wird die Anstiegsrate des Stroms Id1 im Vergleich zu einer herkömmlichen Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen (die später beschrieben wird) langsam. Außerdem wird die im Kondensator 13 vor der Zeit von 10,0 µsec gespeicherte Energie an die Last 2 abgegeben. Daher wird die vom Widerstandselement 31 verbrauchte Energie verringert.
Wie in 13B illustriert ist, wird eine Anstiegsrate der Spannung Vds1 des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke durch die Ladegeschwindigkeit des Kondensators 13 gesteuert, wenn das Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke in der Zeit von 5,02 µsec vom eingeschalteten Zustand in den ausgeschalteten Zustand übergeht. Daher wird die Anstiegsrate der Spannung Vds1 im Vergleich zur herkömmlichen Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen (die später beschrieben wird) langsam. Wenn das Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke vom eingeschalteten Zustand in den ausgeschalteten Zustand übergeht, wird die in der Drosselspule 14 angesammelte Energie ferner durch das Widerstandselement 31 über den Kondensator 13 verbraucht. Wie jedoch in 13B illustriert ist, ist die Schwankung des durch das Widerstandselement 31 fließenden Stroms Ir bei 5, 02 µsec im Vergleich zu der herkömmlichen Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen (die später beschrieben wird) gering. Daher ist es für die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 in dieser Ausführungsform möglich, den Verlust beim Umschalten des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke zu verringern.
Als nächstes wird die herkömmliche Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen unter Verweis auf die 14 und 15 beschrieben ist, als Vergleichsbeispiel für die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 nach dieser Ausführungsform.
Wie in 14 illustriert ist, umfasst eine herkömmliche Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 5 ein Netzteil 50 sowie ein Halbleitermodul 51a und ein Halbleitermodul 51b, die in Reihe zwischen einer positiven und einer negativen Elektrodenseite des Netzteils 50 geschaltet sind. Das Netzteil 50 besteht beispielsweise aus einem Elektrolytkondensator. Die positive Elektrodenseite des Netzteils 50 ist beispielsweise eine Elektrode des Kondensators, der das Netzteil 50 bildet (Elektrode auf der positiven Elektrodenseite). Die negative Elektrodenseite des Netzteils 50 ist beispielsweise die andere Elektrode des Kondensators, der das Netzteil 50 bildet (Elektrode auf der negativen Elektrodenseite).
Das Halbleitermodul 51a hat ein Halbleiterelement mit breiter Bandlücke 511a und eine Freilaufdiode 512a, die dem Halbleiterelement mit breiter Bandlücke 511a umgekehrt parallel geschaltet ist. Ein Drain des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 511a und eine Kathode der Freilaufdiode 512a sind miteinander verbunden, und eine Source des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 511a und eine Anode der Freilaufdiode 512a sind miteinander verbunden. Der Drain des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 511a und die Kathode der Freilaufdiode 512a sind elektrisch mit der positiven Elektrodenseite des Netzteils 50 verbunden.
Das Halbleitermodul 51b hat ein Halbleiterelement mit breiter Bandlücke 511b und eine Freilaufdiode 512b, die dem Halbleiterelement mit breiter Bandlücke 511b umgekehrt parallel geschaltet ist. Ein Drain des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 511b und eine Kathode der Freilaufdiode 512b sind miteinander verbunden, und eine Source des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 511b und eine Anode der Freilaufdiode 512b sind miteinander verbunden. Der Drain des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 511b und die Kathode der Freilaufdiode 512b sind elektrisch mit der negativen Elektrodenseite des Netzteils 50 verbunden.
Der Drain des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 511b und die Kathode der Freilaufdiode 512a sind mit der Source des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 511a und der Anode der Freilaufdiode 512a verbunden. Daher sind das Halbleiterelement 511a mit breiter Bandlücke und das Halbleiterelement 511b mit breiter Bandlücke zwischen der positiven Elektrodenseite und der negativen Elektrodenseite des Netzteils 50 in Reihe geschaltet.
Die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 5 verfügt über eine Snubber-Schaltung 52, die mit einer Reihenschaltung aus dem Halbleitermodul 51a und dem Halbleitermodul 51b parallel geschaltet ist. Die Snubber-Schaltung 52 hat ein Widerstandselement 521 und einen Kondensator 522, die in Reihe zwischen die positive und die negative Elektrodenseite des Netzteils 50 geschaltet sind. Ein Anschluss des Widerstandselements 521 ist mit der positiven Elektrodenseite des Netzteils 50, dem Drain des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 511a und der Kathode der Freilaufdiode 512a verbunden. Der andere Anschluss des Widerstandselements 521 ist mit einer Elektrode des Kondensators 522 verbunden. Die andere Elektrode des Kondensators 522 ist mit der negativen Elektrodenseite des Netzteils 50, der Source des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 511b und der Anode der Freilaufdiode 512b verbunden. Die Snubber-Schaltung 52 ist zur Unterdrückung von Spannungsschwingungen, die beim Umschalten des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 511a und des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 511b entstehen, bereitgestellt.
Die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 5 verfügt über eine Drosselspule 53, die zwischen der positiven Elektrodenseite des Netzteils 50 und der Snubber-Schaltung 52 und dem Halbleitermodul 51a verbunden ist. Ein Anschluss der Drosselspule 53 ist mit der positiven Elektrodenseite des Netzteils 50 verbunden. Der andere Anschluss der Drosselspule 53 ist mit einem Anschluss des Widerstandselements 521, dem Drain des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 511a und der Kathode der Freilaufdiode 512a verbunden.
Auch, wenn dies nicht illustriert ist, ist eine Gate-Treiberschaltung zur Ansteuerung des Halbleiterelements 511a mit breiter Bandlücke mit einem Gate des Halbleiterelements 511a mit breiter Bandlücke verbunden, und eine Gate-Treiberschaltung zur Ansteuerung des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 511b ist mit einem Gate des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 511b verbunden. Außerdem ist an die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 5 eine Steuervorrichtung angeschlossen, die die Gate-Treiberschaltungen steuert, auch wenn dies nicht illustriert ist. Die Halbleiterelemente 511a und 511b mit breiter Bandlücke werden so gesteuert, dass sie von der Steuervorrichtung und den Gate-Treiberschaltungen geschaltet werden, und die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 5 ist so eingerichtet, dass eine durch das Netzteil 50 gelieferte Gleichspannung in eine Wechselspannung umgewandelt und eine an das Halbleitermodul 51b angeschlossene Last 6 mit Wechselstrom versorgt wird. Wie oben beschrieben, besteht eine Leistungsumwandlungsvorrichtung (in dieser Ausführungsform eine Spannungswechselrichtervorrichtung) aus der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 5, der Steuervorrichtung (nicht illustriert) und den Gate-Treiberschaltungen (nicht illustriert). Die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 5 wirkt als Leistungsumwandlungseinheit der Leistungsumwandlungsvorrichtung.
Das Halbleiterelement 511a mit breiter Bandlücke geht vom Aus-Zustand in den Ein-Zustand (eingeschaltet) über, und die Energie wird somit durch einen Pfad „Netzteil 50 → Drosselspule 53 → Halbleiterelement 511a mit breiter Bandlücke → Last 6“ bereitgestellt. Außerdem geht das Halbleiterelement 511a mit breiter Bandlücke vom Ein-Zustand in den Aus-Zustand (ausgeschaltet) über, und dann geht das Halbleiterelement 511b mit breiter Bandlücke vom Aus-Zustand in den Ein-Zustand (eingeschaltet) über, und so fließt der Strom von der Last 6 über die Freilaufdiode 512b zurück.
Somit wird die an die Last 6 gelieferte Leistung durch Einstellen eines Ein/Aus-Verhältnisses der Halbleiterelemente 511a und 511b mit breiter Bandlücke in der Leistungsumwandlungsvorrichtung mit der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 5 eingestellt. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung schaltet die Halbleiterelemente 511a und 511b mit breiter Bandlücke mit hoher Geschwindigkeit, um die Last 6 mit Energie zu versorgen. Da die Reihenresonanzschaltung aus der Drosselspule 53 und einer Übergangskapazität des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 511a besteht, wird durch das Umschalten der Halbleiterelemente 511a und 511b mit breiter Bandlücke mit hoher Geschwindigkeit eine Spannungsschwingung zwischen der Drosselspule 53 und den Breitband-Halbleiterelementen 511a und 511b erzeugt.
Die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 5 verfügt über die Snubber-Schaltung 52 zur Unterdrückung der Spannungsschwingung. Das Widerstandselement 521 und der Kondensator 522, die in der Snubber-Schaltung 52 bereitgestellt sind, üben eine Funktion als Bremswiderstand gegen die Reihenresonanzschaltung aus, der sich aus der Drosselspule 53 und der Übergangskapazität der Halbleiterelemente mit breiter Bandlücke 511a und 511b zusammensetzt. Daher unterdrückt die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 5 Spannungsschwankungen, die beim Umschalten der Halbleiterelemente 511a und 511b mit breiter Bandlücke auftreten.
Hier wird ein Beispiel von Wellenformen einer Betriebssimulation der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 unter Verweis auf 15A und 15B beschrieben. 15A und 15B illustrieren die Wellenformen der Betriebssimulation, wenn die Ausgangsspannung des Netzteils 50 600 V beträgt, der der Last zugeführte Strom 300 A, die Induktivität der Drosselspule 14 20 nH, der Widerstandswert des Widerstandselements 521 0,5 Ω und die Kapazität des Kondensators 522 40 nF beträgt. „Vds1“, angezeigt durch eine durchgezogene Linie in 15A und 15B stellen eine Spannungswellenform des Halbleiterelements 511a mit breiter Bandlücke dar. „Id1“, angezeigt durch eine gestrichelte Linie in 53A und 53B stellen eine Stromkurve des Halbleiterelements 511a mit breiter Bandlücke dar. „Ir“, angezeigt durch einen abwechselnd langen und kurzen Strich in 15A und 15B stellen eine Stromwellenform des Widerstandselements 521 dar. Die vertikale Achse auf der linken Seite von 15A und 15B stellen eine Spannung für die Spannungswellenform des Halbleiterelements 511a mit breiter Bandlücke dar. Die vertikale Achse auf der rechten Seite von 53A und 53B stellen einen Strom für die Stromwellenform des Halbleiterelements 511a mit breiter Bandlücke und des Widerstandselements 521 dar. Die horizontale Achse von 53A und 53B stehen für eine Zeit. Die horizontale Achse stellt den Zeitablauf von links nach rechts dar.
Wie in 15A illustriert ist, wird die Spannungsschwingung des Halbleiterelements 511a mit breiter Bandlücke durch die Snubber-Schaltung 52 verringert, wenn das Halbleiterelement 511a mit breiter Bandlücke bei 10, 0 µs vom Aus-Zustand in den Ein-Zustand (eingeschaltet) übergeht. Allerdings wird der Strom Id, der durch das Halbleiterelement 511a mit breiter Bandlücke fließt, beim Umschalten des Halbleiterelements 511a mit breiter Bandlücke von einem Stoßstrom von etwa ±800 A überlagert. Außerdem überlagert ein Stoßstrom von etwa +100 A bis -300 A den Strom Ir, der durch das Widerstandselement 521 der Snubber-Schaltung 52 fließt, wenn das Halbleiterelement 511a mit breiter Bandlücke geschaltet wird. Daher kommt es zu Energieverlusten in der Snubber-Schaltung 52.
Wie in 15B illustriert ist, wird die Spannungsschwingung des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 511a durch die Snubber-Schaltung 52 verringert, selbst wenn das Halbleiterelement 511a mit breiter Bandlücke bei 5,02 µs vom Ein-Zustand in den Aus-Zustand (ausgeschaltet) übergeht. Allerdings wird der Strom Ir, der durch das Widerstandselement 521 der Snubber-Schaltung 52 fließt, beim Umschalten des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke 511a von einem Stoßstrom von etwa +400 A bis -100 A überlagert. Daher kommt es zu Energieverlusten in der Snubber-Schaltung 52.
Wie hingegeben in 13A und 13B illustriert ist, ist in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 nach dieser Ausführungsform ein Stoßstrom, der dem durch das Widerstandselement 521 fließenden Strom Ir beim Umschalten des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke überlagert ist, kleiner als ± 100 A. Daher ist es der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 möglich, den Energieverlust beim Umschalten des Halbleiterelements lila mit breiter Bandlücke zu unterdrücken, verglichen mit der herkömmlichen Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 5.
Wie oben beschrieben, umfasst die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 nach dieser Ausführungsform das Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke und den Kondensator 13, der mit dem Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke parallel geschaltet ist und eine größere Kapazität als die Übergangskapazität des Halbleiterelements 111a mit breiter Bandlücke hat.
Daher ist es möglich, dass die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 die gleiche Wirkung erzielt wie die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 nach der ersten Ausführungsform. Außerdem umfasst die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 anstelle des Transformators das Widerstandselement 31. Daher ist es möglich, dass die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 die Schaltungseinrichtung vereinfacht und die Kosten im Vergleich zur Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 nach der ersten Ausführungsform verringert.
[Wirkung der jeweiligen Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach der ersten und zweiten Ausführungsform]
Als nächstes wird eine Wirkung der jeweiligen Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung unter Verweis auf die 16 und 17 mit Verweis auf 1, 12 und 14 beschrieben. Zunächst werden die Strom- und die Spannungswellenform beim Umschalten des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke beschrieben.
Eine vertikale Achse, die in 16A illustriert ist, stellt einen Drainstrom des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke dar. Eine vertikale Achse, die in 16B illustriert ist, steht für eine Spannung zwischen Drain und Source des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke. Eine horizontale Achse, die in 16A und 16B illustriert ist, steht für eine Zeit, und der Zeitablauf der Zeit wird von links nach rechts dargestellt. „E1“, wie in 16A und 16B illustriert, steht für Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 nach der ersten Ausführungsform. „E2“, wie in 16A und 16B illustriert, steht für Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 nach der zweiten Ausführungsform. „C“, wie in 16A und 16B illustriert, steht für Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 5 nach dem Vergleichsbeispiel.
Eine gestrichelte Linie, die in 16A illustriert ist, zeigt eine Stromwellenform eines Drainstroms, der durch das Halbleiterelement 111a mit breiter Bandlücke fließt, das in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 bereitgestellt ist (siehe 1) . Eine gestrichelte Linie mit abwechselnd langen und kurzen Strichen, die in 16A illustriert ist, zeigt eine Stromwellenform eines Drainstroms, der durch das Halbleiterelement lila mit breiter Bandlücke fließt, das in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 bereitgestellt ist (siehe 12). Eine durchgezogene Linie, die in 16A illustriert ist, zeigt eine Stromwellenform eines Drainstroms, der durch das Halbleiterelement 511a mit breiter Bandlücke fließt, das in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 5 bereitgestellt ist (siehe 14) . Eine gestrichelte Linie, die in 16B illustriert ist, zeigt eine Spannungswellenform einer Spannung zwischen dem Drain und der Source des Halbleiterelements lila mit breiter Bandlücke, das in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 bereitgestellt ist (siehe 1). Eine gestrichelte Linie mit abwechselnd langen und kurzen Strichen, die in 16B illustriert ist, zeigt eine Spannungswellenform einer Spannung zwischen dem Drain und der Source des Halbleiterelements lila mit breiter Bandlücke, das in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 bereitgestellt ist (siehe 12). Eine durchgezogene Linie, die in 16B illustriert ist, zeigt eine Spannungswellenform einer Spannung zwischen dem Drain und der Source des Halbleiterelements 511a mit breiter Bandlücke, das in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 5 bereitgestellt ist (siehe 14)
Wie in 16A illustriert ist, wird festgestellt, dass in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 nach der ersten Ausführungsform und in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 nach der zweiten Ausführungsform der dem Drainstrom des Halbleiterelements 511a mit breiter Bandlücke überlagerte Stoßstrom in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 5 nach dem Vergleichsbeispiel verringert wird. Außerdem hat sich herausgestellt, dass die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 nach der ersten Ausführungsform den dem Drainstrom des Halbleiterelements 511a mit breiter Bandlücke überlagerten Stoßstrom im Vergleich zu der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 nach der zweiten Ausführungsform weiter verringern kann.
Wie in 16B illustriert ist, wird festgestellt, dass in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 nach der ersten Ausführungsform und der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 nach der zweiten Ausführungsform eine Überspannung, die der Spannung zwischen Drain und Source des Halbleiterelements 511a mit breiter Bandlücke in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 5 nach dem Vergleichsbeispiel überlagert ist, verringert wird. Außerdem hat sich gezeigt, dass die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 nach der ersten Ausführungsform die der Spannung zwischen Drain und Source des Halbleiterelements 511a mit breiter Bandlücke überlagerte Stoßspannung im Vergleich zur Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 nach der zweiten Ausführungsform weiter verringern kann.
Als Nächstes wird der Energieverlust in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen beschrieben. Tabelle 1 zeigt ein Beispiel für die Simulationsergebnisse des Energieverlusts, der in den Schaltungen zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach der ersten Ausführungsform, der zweiten Ausführungsform und dem Vergleichsbeispiel erzeugt wird. Die in Tabelle 1 angegebene „Nennleistung des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke“ zeigt die absolute Höchstleistung des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke an, das in jeder Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen bereitgestellt ist. Eine „Stehspannung“ in der Spalte „Halbleiterelement mit breiter Bandlücke“ zeigt eine absolute maximale Nennspannung an, und ein „Strom“ in der Spalte gibt einen absoluten maximalen Nennstrom an. Das „Vergleichsbeispiel“ steht für die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 5 nach dem Vergleichsbeispiel, die „erste Ausführungsform“ für die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 nach der ersten Ausführungsform und die „zweite Ausführungsform“ für die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 nach der zweiten Ausführungsform.
In Tabelle 1 steht „R521“ einer „Konstante“ in einer Spalte „Vergleichsbeispiel“ für das Widerstandselement 521 (siehe 14), die in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 5 bereitgestellt ist, und „C522“ der „Konstante“ in der Spalte stellt den Kondensator 522 dar (siehe 14), die in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 5 bereitgestellt sind. Der „Elementverlust“ in der Spalte „Vergleichsbeispiel“ steht für den Energieverlust im Widerstandselement 521 und im Kondensator 522, der „Schaltverlust“ in der Spalte für den Energieverlust in den Halbleiterelementen 511a und 511b mit breiter Bandlücke, die in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 5 bereitgestellt sind, und der „Gesamtverlust“ in der Spalte für den Gesamtverlust aus dem „Elementverlust“ und dem „Schaltverlust“.
In Tabelle 1 steht „L14“ für eine „Konstante“ in der Spalte „erste Ausführungsform“ und in der Spalte „zweite Ausführungsform“ für die Drosselspule 14 (siehe 1 und 12), die in den Schaltungen zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 und 3 bereitgestellt sind, und „C13“ der „Konstante“ in der Spalte stellt den Kondensator 13 dar (siehe 1 und 12), die in den Schaltungen zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 und 3 bereitgestellt sind. „R31“ der „Konstante“ in der Spalte „zweite Ausführungsform“ steht für das Widerstandselement 31 (siehe 12), die in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 bereitgestellt sind. „Elementverlust“ in der Spalte „erste Ausführungsform“ steht für den Energieverlust in der Drosselspule 14 und dem Kondensator 13, „Schaltverlust“ in der Spalte steht für den Energieverlust in den Halbleiterelementen 111a und 111b mit breiter Bandlücke, die in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 bereitgestellt sind, und „Gesamtverlust“ in der Spalte steht für den Gesamtverlust aus „Elementverlust“ und „Schaltverlust“. „Elementverlust“ in der Spalte „zweite Ausführungsform“ steht für den Energieverlust in der Drosselspule 14, dem Kondensator 13 und dem Widerstandselement 31, „Schaltverlust“ in der Spalte steht für den Energieverlust in den Halbleiterelementen 111a und 111b mit breiter Bandlücke, die in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 bereitgestellt sind, und „Gesamtverlust“ in der Spalte steht für den Gesamtverlust des „Elementverlusts“ und des „Schaltverlusts“.

[Tabelle 1]

		Veraleichsbeispiel					Erste Ausführungsform					Zweite Ausführungsform
Halbleiterelement mit breiter Bandlücke		Konstante					Konstante		Totalverlust	Elementverlust	Schaltverlust	Konstante			Totalverlust	Elementverlust	Schaltverlust
Stehspannung (V)	Stromstärke (A)	R521 (Ω)	C522 (nF)	Totalverlust	Elementverlust	Schaltverlust	L14 (nH)	C13 (nF)	Totalverlust	Elementverlust	Schaltverlust	L14 (nH)	C13 (nF)	R31 (Ω)	Totalverlust	Elementverlust	Schaltverlust
1200	35	2	10	2,2	2,0	0,2	100	1	5,9	1,7	4,2	100	1	10	7,2	3,0	4,2
	75	2	10	9,5	9,0	0,5	50	2	11,7	2,5	9,2	50	2	10	15,5	6,3	9,2
	150	1	20	54,9	54,9	0,9	35	4	25,6	5	20,6	35	4	10	33,3	12,7	20,6
	300	0,5	40	145,8	144	1,8	20	8	53,5	10	43,5	20	8	10	68,8	25,4	43,4

17 ist eine Kurve, in der eine horizontale Achse einen „Strom“ in der Spalte „Halbleiterelement mit breiter Bandlücke“ in Tabelle 1 darstellt, und eine vertikale Achse den „Gesamtverlust“ in der Spalte „Vergleichsbeispiel“, der Spalte „erste Ausführungsform“ und der Spalte „zweite Ausführungsform“ darstellt. „C“, das durch die Verbindung der ◇-Markierungen in 17 stellt die Eigenschaften des Gesamtverlustes in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 5 nach dem Vergleichsbeispiel „E1“ dar, das durch Verbinden der o-Markierungen in 17 stellt die Eigenschaften des Gesamtverlustes in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 nach der ersten Ausführungsform dar, und „E2“ ist durch die Verbindung der Markierungen □ in 17 stellt die Eigenschaften des Gesamtverlustes in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 nach der zweiten Ausführungsform dar.
Wie in 17 illustriert ist, ist bei der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 nach der ersten Ausführungsform und der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 nach der zweiten Ausführungsform der Energieverlust im Vergleich zur Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 5 nach dem Vergleichsbeispiel verringert. Insbesondere wenn der Strom (d. h. der Drainstrom), der durch die Halbleiterelemente 111a und 111b mit breiter Bandlücke fließt, größer wird, tritt ein bemerkenswerter Effekt zur Verringerung des Energieverlusts ein.
Wie in 17 illustriert ist, wird die Energie (Leistung) von 140 W oder mehr verbraucht, wenn die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen so betrieben wird, dass beispielsweise die Spannung des Netzteils auf 600 V, der der Last zugeführte Laststrom (d. h. der Drainstrom des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke) auf 300 A und eine Schaltfrequenz des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke auf 20 kHz eingestellt ist. In der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 5 sollte die Snubber-Schaltung 52 in unmittelbarer Nähe der Halbleiterelemente 511a und 511b mit breiter Bandlücke angeordnet sein, um die Unterdrückungswirkung von Spannungs- und Stromschwingungen zu verbessern. Um den Energieverbrauch von 140 W in der Snubber-Schaltung 52 zu ermöglichen, muss das Widerstandselement 521 vergrößert werden. Da das große Widerstandselement 521 jedoch eine große Wärmemenge erzeugt, ist es schwierig, die Snubber-Schaltung 52 in unmittelbarer Nähe der Halbleiterelemente 511a und 511b mit breiter Bandlücke anzuordnen. Daher besteht das Problem, dass die herkömmliche Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 5 kaum für eine Vorrichtung mit einer großen Kapazität von mehreren hundert bis mehreren tausend Ampere geeignet ist.
Andererseits beträgt der Energieverbrauch der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 nach der zweiten Ausführungsform, wie in 17 illustriert ist, etwa 70 W, was etwa der Hälfte des Energieverbrauchs der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 5 nach dem Vergleichsbeispiel entspricht. Ferner beträgt der Energieverbrauch der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 nach der ersten Ausführungsform etwa 5 W, was etwa 1/28 des Energieverbrauchs der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 5 nach dem Vergleichsbeispiel entspricht. Eine Komponente, in dem der Energieverlust in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 auftritt (d. h. eine Komponente, die Wärme erzeugt), ist das Widerstandselement 31. Es ist möglich, den Kondensator 13 zur Schwingungsunterdrückung in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 anzuordnen, ohne dass das Widerstandselement 31 in unmittelbarer Nähe der Halbleiterelemente 111a und 111b mit breiter Bandlücke angeordnet werden muss.
Ferner hat die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 nach der ersten Ausführungsform einen geringeren Energieverlust als die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 nach der zweiten Ausführungsform. In der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 nach der zweiten Ausführungsform wird die in dem Kondensator 13 und der Drosselspule 14 gespeicherte Energie durch das Widerstandselement 31 verbraucht, sodass der Energieverlust im Vergleich zur Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 zunimmt. Da die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 jedoch keinen Transformator umfassen muss, ist es möglich, die Schaltungseinrichtung zu vereinfachen und die Größe und Kosten zu verringern.
Die Primärwicklung 181 und die Sekundärwicklung 182 des Transformators 18 sind über die Diode 19 in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 an das Netzteil 10 angeschlossen. Daher wird ein Spannungsinkrement ΔV (siehe 2 und 8) aus der Spannung VCS des Kondensators 13 in Abhängigkeit von einem Wickelverhältnis n der Primärwicklung 181 und der Sekundärwicklung 182 des Transformators 18 in das Netzteil 10 zurückgeführt. Die Ausgangsspannung des Netzteils 10 ist ein Wert, der sich durch Multiplikation des Wicklungsverhältnisses n mit dem Spannungsinkrement ΔV ergibt. Das Spannungsinkrement ΔV ist also ein Wert, den man erhält, wenn man die Ausgangsspannung des Netzteils 10 durch das Wicklungsverhältnis dividiert. Daher wird in der Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 die Spannung des Kondensators 13 im Vergleich zur Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 um das Spannungsinkrement ΔV erhöht, aber der Energieverlust ist geringer als bei der Verwendung des Widerstandselements 31.
Daher ist es für die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 und die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 möglich, die maximale Wirkung zu erzielen, indem die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 1 und die Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen 3 unter Berücksichtigung der jeweiligen Sichtpunkte des Energieverlusts, der Schaltungsgröße und der Kosten angemessen ausgewählt werden.
Der technische Anwendungsbereich dieser Erfindung ist nicht auf die in den illustrativ beschriebenen und in den Zeichnungen illustrierten Ausführungsformen beschränkt und umfasst alle Ausführungsformen, die zu den mit dieser Erfindung beabsichtigten Wirkungen führen. Außerdem ist der technische Anwendungsbereich dieser Erfindung nicht auf die Kombination der in den jeweils Ansprüchen definierten Elemente der Erfindung beschränkt, sondern kann durch jede beliebige Kombination spezifischer Elemente aus allen offenbarten Elementen definiert werden.
Bezugszeichenliste

1, 3, 5: Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen
10, 30, 50: Netzteil
11a, 11b, 51a, 51b: Halbleitermodul
12, 32: Verkabelung
13, 17, 33, 37, 522: Kondensator
14, 53: Drosselspule
15, 16, 19: Diode
18: Transformator
31, 521: Widerstandselement
52: Snubber-Schaltung
101, 301: erster Strompfad
102, 302: zweiter Strompfad
103: dritter Strompfad
111a, 111b, 511a, 511b: Halbleiterelement mit breiter Bandlücke
112a, 112b, 512a, 512b: Freilaufdiode
121, 321: erster Verdrahtungsabschnitt
122: zweiter Verdrahtungsabschnitt
181: Primärwicklung
182: Sekundärwicklung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2014128066 A [0003]

Claims

Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen, aufweisend: ein erstes Halbleiterelement mit breiter Bandlücke; und einen ersten Kondensator, der mit dem ersten Halbleiterelement mit breiter Bandlücke parallel geschaltet ist und eine größere Kapazität als eine Übergangskapazität des ersten Halbleiterelements mit breiter Bandlücke aufweist.
Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach Anspruch 1, ferner aufweisend: ein Netzteil, eingerichtet, um das erste Halbleiterelement mit breiter Bandlücke mit Energie zu versorgen; und eine Verdrahtung, die das Netzteil mit dem ersten Halbleiterelement mit breiter Bandlücke und dem ersten Kondensator verbindet.
Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach Anspruch 2, ferner aufweisend: einen ersten Strompfad mit einem Abschnitt der Verdrahtung und einer Elektrode des ersten Kondensators.
Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach Anspruch 3, ferner aufweisend: einen zweiten Strompfad mit dem Abschnitt der Verdrahtung und dem ersten Kondensator.
Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach Anspruch 3 oder 4, wobei der erste Strompfad ein Widerstandselement aufweist, das zwischen einem Ende des Abschnitts der Verdrahtung auf einer Seite des Netzteils und der einen Elektrode des ersten Kondensators angeschlossen ist.
Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach Anspruch 3 oder 4, wobei der erste Strompfad einen Transformator aufweist, der zwischen einem Ende des Abschnitts der Verdrahtung auf einer Seite der Energieversorgung und der einen Elektrode des ersten Kondensators angeordnet ist, und der Transformator eine Primärwicklung aufweist, die zwischen dem Ende des Abschnitts der Verdrahtung und der einen Elektrode des ersten Kondensators angeschlossen ist.
Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach Anspruch 6, ferner aufweisend: einen dritten Strompfad mit dem Netzteil, dem anderen Abschnitt der Verkabelung und dem Transformator, wobei der Transformator eine Sekundärwicklung aufweist, die mit dem anderen Abschnitt der Verkabelung verbunden ist.
Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach Anspruch 7, wobei der dritte Strompfad eine erste Diode aufweist, deren Kathode mit dem Transformator und deren Anode mit einer negativen Elektrodenseite des Netzteils verbunden ist.
Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach einem der Ansprüche 3 bis 8, die ferner Folgendes aufweist: eine Drosselspule, die in dem Abschnitt der Verkabelung bereitgestellt ist.
Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei der erste Strompfad eine zweite Diode und eine dritte Diode aufweist, die zwischen einer positiven Elektrodenseite und der negativen Elektrodenseite des Netzteils in Reihe geschaltet sind, um in einer Durchlassrichtung zu stehen, und die eine Elektrode des ersten Kondensators mit einem Verbindungsabschnitt zwischen der zweiten Diode und der dritten Diode verbunden ist.
Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach Anspruch 10, ferner aufweisend: einen zweiten Kondensator, der zwischen einer Kathode der dritten Diode und der negativen Elektrodenseite des Netzteils angeschlossen ist.
Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach Anspruch 11, ferner aufweisend: ein zweites Halbleiterelement mit breiter Lücke, das mit dem ersten Halbleiterelement mit breiter Bandlücke in Reihe zwischen der positiven Elektrodenseite und der negativen Elektrodenseite des Netzteils verbunden ist.
Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach Anspruch 12, wobei das erste Halbleiterelement mit breiter Bandlücke und das zweite Halbleiterelement mit breiter Bandlücke eine SiC-Vorrichtung, eine GaN-Vorrichtung oder eine GaAs-Vorrichtung sind.
Schaltung zur Unterdrückung von Halbleiterschwingungen nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Netzteil eine Gleichstromversorgung oder ein Kondensator mit einer größeren Kapazität als der erste Kondensator und der zweite Kondensator ist.