DE19532633A1

DE19532633A1 - Circuit for monitoring blocking capacity in series-connected electronic circuit element

Info

Publication number: DE19532633A1
Application number: DE1995132633
Authority: DE
Inventors: Burkhard Dipl Ing Thron; Lothar Dipl Ing Friedrich
Original assignee: FAHRZEUGAUSRUESTUNG BERLIN GMB
Current assignee: FAHRZEUGAUSRUESTUNG BERLIN GMB
Priority date: 1995-08-22
Filing date: 1995-08-22
Publication date: 1997-02-27

Abstract

The current transformer (W) measures the discharge current of the capacitor (C) flowing through the resistance (R), with the switching on of the switching element (S2), and forms a voltage signal at a suitable load (B), which is equivalent to that charged up in the switched off phase (G) and the switch (S2) is thus blockable. A further processing of the current transformer signal, results using logic elements or computing technology units, in the manner, that the arrival of this signal is recorded directly after the transmission of the switch-on command at the switching element. Also with its failure to arrive, an alarm signal and the blocking of all switching-on commands are activated.

Description

Characteristic of the state of the art

Innerhalb leistungselektronischer Geräte und Baugruppen sind in der Regel elektro nische Schalter vorhanden, mit deren Hilfe zeitbestimmte Vorgänge wie beispiels weise Einschaltdauer oder Tastverhältnisse kontrolliert werden. Oftmals werden dabei Reihenschaltungen derartiger Schaltelemente verwendet.Within power electronics devices and assemblies are usually electrical African switches available, with the help of timed processes such as wise duty cycle or duty cycle can be checked. Often times series connections of such switching elements are used.

Zur Erkennung von Fehlerzuständen und zur Vermeidung von Folgeschäden ist es in vielen Fällen erforderlich, die Sperrfähigkeit der Schaltelemente während des Be triebes der leistungselektronischen Einrichtung ständig zu überwachen und gegebe nenfalls bei Verlust der Sperrfähigkeit eines Schaltelementes das betreffende Gerät bzw. die Baugruppe stillzusetzen. Besondere Bedeutung erlangt diese Maßnahme dadurch, daß die Funktion einer Reihenschaltung mehrerer Schaltelemente bei Defekt eines Elementes meist noch gegeben ist, jedoch durch erhöhte Spannungs belastung der verbleibenden intakten Schalter zunehmend beeinträchtigt wird.It is used to detect fault conditions and to avoid consequential damage in many cases, the blocking ability of the switching elements required during loading Drive of the power electronic device to constantly monitor and give if the blocking capability of a switching element is lost, the device in question or to shut down the assembly. This measure is of particular importance characterized in that the function of a series connection of several switching elements An element is usually still defective, but due to increased voltage load on the remaining intact switches is increasingly impaired.

Die Überwachung der Sperrfähigkeit erfolgt üblicherweise durch Schaltungsanord nungen, die parallel zum Schaltelement liegen und im ausgeschalteten Zustand des Elementes dessen Spannungsabfall erfassen. Die so erhaltene Information wird an die zur Steuerung des elektronischen Schalters verwendete Steuereinrichtung wei tergeleitet und bewirkt dort eine entsprechende Reaktion.The blocking capability is usually monitored by a circuit arrangement tions that are parallel to the switching element and in the switched-off state of the Detect the element's voltage drop. The information thus obtained is displayed on the control device used to control the electronic switch knows conducted and causes a corresponding reaction there.

Nachteil dieser Informationsgewinnung ist es, daß besonders bei Schaltelementen mit hoher Spannungsbelastung an Vorschaltwiderständen Verluste entstehen und die Übertragung der Information an die Steuereinrichtung mit Isolationsproblemen verbunden ist. Darüber hinaus darf durch die Anordnung einer parallelgeschalteten Erfassungsbaugruppe speziell bei der Reihenschaltung von Schaltelementen keine Beeinträchtigung der statischen und dynamischen Spannungsaufteilung hervorgeru fen werden. The disadvantage of this information acquisition is that, particularly in the case of switching elements with high voltage load on ballast resistors losses occur and the transmission of the information to the control device with insulation problems connected is. In addition, the arrangement of a parallel Detection module, especially when switching elements are connected in series Impairment of the static and dynamic stress distribution be opened.

Zur Vermeidung dieser Nachteile kann mittels Wandleranordnungen auch der Strom gemessen werden, der im ausgeschalteten Zustand durch das Schaltelement fließt. Dieser Strom muß sehr viel kleiner sein als der üblicherweise vorhandene Werte im eingeschalteten Zustand.To avoid these disadvantages, the current can also be generated by means of converter arrangements be measured, which flows through the switching element in the switched-off state. This current must be much smaller than the usually existing values in the switched on state.

Im Fall der Reihenschaltung wird eine Fehlererkennung dadurch verhindert, daß die Sperrfähigkeit der Reihenschaltung oftmals auch bei Defekt eines oder mehrerer Einzelelemente zunächst weiterbesteht. Eine andere Möglichkeit der Überwachung des Schaltverhaltens besteht in der Registrierung transienter Vorgänge, deren Auf treten unmittelbar an das Ausschalten des elektronischen Schalters gebunden ist. Entfallen diese Vorgänge, kann auf das Versagen des Schaltelementes geschlossen werden. Solche Vorgänge sind beispielsweise Spannungsumkehrungen an Induktivitäten.In the case of series connection, error detection is prevented by the Lockability of the series connection often even if one or more is defective Individual elements initially remain. Another way of monitoring of the switching behavior consists in the registration of transient processes, their opening occur immediately tied to turning off the electronic switch. If these processes are omitted, the failure of the switching element can be concluded will. Such processes are, for example, voltage reversals on inductors.

Die Aufnahme und Weiterleitung derartiger Informationen ist meist auch bei ungün stigen Potentialverhältnissen leicht möglich, jedoch besteht bei einer Reihenschal tung von Schaltelementen keine Möglichkeit der selektiven Erkennung eines defek ten Elementes.The inclusion and forwarding of such information is usually also incorrect possible potential conditions, but there is a series formwork device of switching elements no possibility of selective detection of a defect ten element.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die die ge nannten Nachteile der bereits bekannten Lösungen vermeidet und absichert, daß die Sperrfähigkeit elektronischer Schaltelemente in leistungselektronischen Geräten und Baugruppen während des Betriebes selektiv überwacht wird.The object of the invention is to provide a circuit arrangement which the ge mentioned disadvantages of the already known solutions avoided and ensured that the blocking ability of electronic switching elements in power electronic devices and assemblies is selectively monitored during operation.

Advantages of the invention

Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist es, daß die Sperrfähigkeit in Reihe geschalteter elektronischer Schaltelemente selektiv erfaßt wird.The advantage of the circuit arrangement according to the invention is that the blocking capability is selectively detected in series connected electronic switching elements.

Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Anordnung ist die galvanisch getrennte Weiterleitung der gewonnenen Information, die auch bei großen Potentialunterschie den zwischen in Reihe geschalteten Schaltelementen bzw. zwischen Schaltelemen ten und Steuereinrichtung unproblematisch ist. Eine vorteilhafte Eigenschaft der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist es ferner, daß für die Gewinnung der Information über den Sperrzustand der Schaltelemente und deren galvanisch ge trennte Übertragung keine zusätzliche Hilfsenergie benötigt wird. Another advantage of the proposed arrangement is that it is electrically isolated Forwarding of the information obtained, even with large potential differences the between switching elements connected in series or between switching elements ten and control device is unproblematic. An advantageous property of the invention Circuit arrangement is also that for the extraction of Information about the locked state of the switching elements and their galvanic ge separate transmission no additional auxiliary energy is required.

Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung tritt keine Beeinträchtigung der statischen und dynamischen Spannungsaufteilung an den in Reihe geschalteten Schaltelementen ein.When using the solution according to the invention there is no impairment of the static and dynamic voltage distribution on the series connected Switching elements.

drawing

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe wird anhand des Ausfüh rungsbeispiels, das in Fig. 1 dargestellt ist, erläutert.The inventive solution to the stated problem is explained using the exemplary embodiment shown in FIG. 1.

Description of the invention

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt der Schaltungsanordnung einer beliebigen leistungs elektronischen Baugruppe unter Verwendung der erfindungsgemäßen Lösung. Die Blöcke 1, 2 und 3 sollen die elektronischen Schalter S1, S2 und S3 enthalten, die in einer Reihenschaltung angeordnet sind und beispielsweise durch Transistor, GTO, IGBT usw. realisiert sein können. Parallel zu diesen Schaltelementen liegt die bereits bekannte Schutzbeschaltung mit den Elementen R, C und D. Die gleichzei tige Ansteuerung (Ein- und Ausschaltung) der Schalter erfolgt über die Steuerleitung St. Fig. 1 shows a section of the circuit arrangement of any power electronic assembly using the solution according to the invention. Blocks 1 , 2 and 3 should contain the electronic switches S1, S2 and S3, which are arranged in a series circuit and can be implemented, for example, by transistor, GTO, IGBT etc. In parallel with these switching elements is the already known protective circuit with the elements R, C and D. The simultaneous activation (switching on and off) of the switches takes place via the control line St.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sei am Beispiel des Schalters S2 näher erläutert. Sie enthält den Stromwandler W (Block 4) im Zweig des Entladewi derstandes R, durch den bei Einschaltung des Schalters S2 der impulsförmige Ent ladestrom des Beschaltungskondensators C fließt. Dieser transiente Entladestrom kann sich nur ausbilden, wenn im ausgeschalteten Zustand von S2 der Kondensa tor G aufgeladen wurde. Dies ist wiederum nur möglich, solange S2 in der Sperr phase Spannung übernommen hat, d. h. seine Sperrfähigkeit gegeben ist. Als Wandler W können vorzugsweise frequenztaugliche induktive Stromwandler ent sprechend hoher Isolationsspannung Verwendung finden; jedoch sind auch auf an deren physikalischen Wirkprinzipien basierende Wandler einsetzbar, sofern eine galvanische Trennung zwischen Strompfad und Ausgang realisierbar ist und die Empfindlichkeit der jeweils vorhandenen Entladestromstärke angepaßt werden kann.The circuit arrangement according to the invention is explained in more detail using the example of the switch S2. It contains the current transformer W (block 4 ) in the branch of the discharge discharge resistor R, through which the pulse-shaped discharge current of the wiring capacitor C flows when the switch S2 is switched on. This transient discharge current can only develop if the capacitor G has been charged in the switched-off state of S2. Again, this is only possible as long as S2 has taken over voltage in the blocking phase, ie its blocking capability is given. As a converter W preferably frequency-compatible inductive current transformers can be used accordingly high insulation voltage; however, it is also possible to use transducers based on their physical operating principles, provided that electrical isolation between the current path and the output can be implemented and the sensitivity can be adapted to the discharge current intensity present in each case.

Die Anordnung des Wandlers W in den Zweig des Entladewiderstandes R bewirkt, daß beim Ausschalten von S2 keine Beeinträchtigung der Wirkung des Beschal tungskondensators C eintritt, da der Zweig R-W durch die Diode D überbrückt wird. The arrangement of the converter W in the branch of the discharge resistor R causes that when S2 is switched off, the effect of the scarf is not impaired tion capacitor C occurs because the branch R-W is bridged by the diode D.

Block 5 der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung enthält eine geeignete Bürde B für W, die sich nach der Art des Stromwandlers richtet und für die Bereitstellung eines weiter zu verarbeitenden Signals verantwortlich ist. Block 5 kann entfallen, wenn durch W bereits ein Ausgangssignal in angepaßter Form und Höhe geliefert wird.Block 5 of the circuit arrangement according to the invention contains a suitable burden B for W, which depends on the type of current transformer and is responsible for providing a signal to be processed further. Block 5 can be omitted if an output signal in adapted form and height is already supplied by W.

In der vorgeschlagenen Anordnung übernimmt Block 6 die Weiterverarbeitung des Wandlersignals. Diese erfolgt in einer Weise, daß mit bereits bekannten logischen Gliedern das Eintreffen des Wandlersignals zum Zeitpunkt der Abgabe des Einschaltbefehls an S2 über die Steuerleitung St (unter Berücksichtigung einer Ein schaltverzögerung) überwacht wird. Wird kein Wandlersignal registriert, muß auf fehlende Spannung an C und damit nicht vorhandene Sperrfähigkeit von S2 ge schlossen werden. In diesem Fall liefert Block 6 ein Störungssignal, das die Steuer einrichtung SR (Block 7) zur Sperrung des Steuersignals auf der Steuerleitung St zur dauerhaften Ausschaltung der Schalter S1 und S3 mit dem Ziel der Vermeidung von Folgeschäden an diesen Schaltern veranlaßt.In the proposed arrangement, block 6 takes over the further processing of the converter signal. This is done in such a way that the arrival of the converter signal at the time of issuing the switch-on command to S2 via the control line St (taking into account a switch-on delay) is monitored with already known logic elements. If no converter signal is registered, it must be concluded that there is no voltage at C and therefore no blocking capability of S2. In this case, block 6 provides a fault signal, which causes the control device SR (block 7 ) to block the control signal on the control line St for the permanent switching off of the switches S1 and S3 with the aim of avoiding consequential damage to these switches.

Die Verarbeitung des Wandlersignals in Block 6 kann auch mit rechentechnischen Mitteln erfolgen, besonders dann, wenn Block 6 Bestandteil der Steuereinrichtung SR ist und diese bereits auf rechentechnischer Basis arbeitet.The processing of the converter signal in block 6 can also be carried out with computing means, especially if block 6 is part of the control device SR and this is already working on a computing basis.

Claims

1. Circuit arrangement for monitoring the blocking capability of series-connected electronic switching elements, characterized in that in the branch of the loading resistor R the protective circuit of a switching element S2, also consisting of the capacitor C and the diode D, is a current transformer W, which by the Resistor R when the switching element S2 is switched on flowing discharge current from C measures and forms a voltage signal at the appropriate burden B, which is synonymous with the fact that in the switch-off phase G was charged and S2 is thus lockable.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that by means logical elements or computing means a further processing of the Current transformer signal takes place in such a way that the arrival of this signal immediately telbar after issuing the switch-on command to the switching element and registered at failure to do so will result in a fault message and the blocking of all switch-on commands is solved.