DE19710319A1 - Schaltung zum Sperren einer Halbleiterschaltvorrichtung bei Überstrom - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum Sper­ ren einer Halbleiterschaltvorrichtung bei Überstrom, wobei die Halbleiterschaltvorrichtung wenigstens einen stetig durchsteuerbaren Halbleiterschalter aufweist, mit einer Treiberschaltung, die pro Halbleiterschalter eine Treiberstufe aufweist, mit einem Steuerimpulsgene­ rator zum Erzeugen von Steuerimpulsen, die einem Steu­ ereingang der Halbleiterschaltvorrichtung über die Treiberschaltung zuführbar sind, und mit einer Überwa­ chungseinrichtung, die den über die Halbleiterschalt­ vorrichtung fließenden Strom mißt und beim Auftreten eines Überstroms ein Fehlersignal erzeugt, das die Sperrung der Halbleiterschaltvorrichtung auslöst.

Bei der Halbleiterschaltvorrichtung handelt es sich in der Regel um einen Wechselrichter, der mehrere Leistungs-Schalttransistoren als Halbleiterschalter aufweist.

Bei einer bekannten Schaltung dieser Art (EP 0 521 260 B1) sind zu jedem Halbleiterschalter Freilaufdioden antiparallel geschaltet, um beim Ausschalten (Sperren) eines Halbleiterschalters im normalen Betrieb durch induktive Widerstände, wie Drosselspulen, induktive Verbraucher oder Leitungsinduktivitäten, im Stromkreis der Halbleiterschalter bedingte Überspannungen an den Halbleiterschaltern zu vermeiden. Bei einem über die Halbleiterschalter fließenden Überstrom, z. B. einem Kurzschlußstrom, können jedoch noch höhere Überspannun­ gen auftreten. Diese sollen durch die bekannte Schal­ tung dadurch vermindert werden, daß von den gleichzei­ tig einen Überstrom führenden, in Reihe geschalteten Halbleiterschaltern einer gesperrt wird, ohne den Be­ schaltungsaufwand durch Kondensatoren zu steigern. Des­ sen ungeachtet sind weiterhin Freilaufdioden erforder­ lich. Auch wenn diese vorgesehen sind, kann beim Sper­ ren eines einen sehr hohen Überstrom, wie einen Kurz­ schlußstrom, führenden Halbleiterschalters, in dessen Stromkreis ein hoher induktiver Widerstand liegt, wei­ terhin eine sehr hohe Überspannung an dem gesperrten Halbleiterschalter auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schal­ tung der eingangs genannten Art anzugeben, die mit ge­ ringem Aufwand eine weitere Verringerung einer Über­ spannung an der Halbleiterschaltvorrichtung bei deren Sperrung aufgrund eines Überstroms ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Betriebsspannung der Treiberschaltung durch das Fehler­ signal kurzzeitig auf einen kleineren, einem niedrige­ ren Strom durch die Halbleiterschaltvorrichtung ent­ sprechenden Zwischenwert umschaltbar und danach, inner­ halb der höchstzulässigen Belastungsdauer der Halblei­ terschaltvorrichtung durch einen Überstrom, vollständig abschaltbar ist.

Bei dieser Lösung wird mithin der Überstrom stufenweise bis auf Null verringert. Pro Abschaltstufe ist mithin auch der Betrag geringer, um den der durch die Halblei­ terschaltvorrichtung fließende Strom abnimmt. Infolge­ dessen ist auch die Änderungsgeschwindigkeit des Stroms (di/dt) pro Abschaltstufe und mithin auch die in dem induktiven Widerstand im Stromkreis der Halbleiter­ schaltvorrichtung durch die Änderung des Stroms indu­ zierte Spannung (Ldi/dt) entsprechend geringer. Da sich die induzierte Spannung beim Sperren der Halbleiter­ schaltvorrichtung zur Betriebsspannung der Halbleiter­ schaltvorrichtung addiert, ist auch die insgesamt an der Halbleiterschaltvorrichtung beim Sperren anliegende Überspannung geringer. Die Halbleiterschaltung wird mithin nicht übermäßig belastet und benötigt keine zu­ sätzliche Beschaltung zur Reduzierung einer Überspan­ nung bei einer Sperrung.

Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß bei Verwendung meh­ rerer Halbleiterschalter, die gemeinsam aus einer Be­ triebsspannungsquelle versorgt werden, der durch die Halbleiterschalter fließende Strom in einer allen Halb­ leiterschaltern gemeinsamen Versorgungsleitung durch die Überwachungseinrichtung gemessen wird. Hierbei kommt man mit einer einzigen Meßeinrichtung in der Überwachungseinrichtung für alle Halbleiterschalter aus.

Sodann kann dafür gesorgt sein, daß bei Verwendung meh­ rerer Halbleiterschalter deren Treiberstufen alle aus einer gemeinsamen Betriebsspannungsquelle versorgt wer­ den, die von den Treiberstufen galvanisch getrennt und in Abhängigkeit von dem Fehlersignal auf den Zwischen­ wert umschaltbar und abschaltbar ist. Hierbei entfällt bei einem Überstrom in einem Halbleiterschalter die Feststellung, um welchen Halbleiterschalter es sich handelt. Entsprechend geringer ist der Aufwand in der Überwachungseinrichtung.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Schaltung kann dar­ in bestehen, daß die Betriebsspannungsquelle der Trei­ berschaltung eine Gleichspannungsquelle ist, die über einen durch ein pulsierendes Schaltsignal gesteuerten Zerhacker, einen Transformator, der pro Treiberstufe eine Sekundärwicklung aufweist, und über einen an der Sekundärwicklung angeschlossenen Gleichrichtkreis mit (je) einer Treiberstufe verbunden ist, und daß das den Zerhacker steuernde Schaltsignal in Abhängigkeit von dem Fehlersignal frequenz- oder impulsdauermoduliert ist. Bei dieser Ausbildung wird die Verringerung der Betriebsspannung der Treiberschaltung beim Auftreten eines Überstroms durch deren Umwandlung in eine pulsie­ rende Spannung und anschließende Frequenz- oder Puls­ dauermodulation der pulsierenden Spannung bewirkt.

Die Steuerimpulse des Steuerimpulsgenerators können in herkömmlicher Weise einem Steuereingang der Treiber­ schaltung zugeführt werden.

Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß für jede Treiber­ stufe die Steuerimpulse und die Betriebsspannung durch ein hochfrequentes Trägersignal eines allen Treiberstu­ fen gemeinsamen Oszillators über dieselbe galvanische Trennstufe übertragen werden. Hierbei ist eine galvani­ sche Trennung zwischen der gegebenenfalls mit Hochspan­ nung betriebenen Schaltvorrichtung und den ihre Trei­ berstufe(n) steuernden, mit Niederspannung betriebenen Schaltkreisen mit geringem Trennstufen-Aufwand möglich.

Eine einfache Ausgestaltung kann darin bestehen, die Steuerimpulse des Steuerimpulsgenerators - bei Anwen­ dung der Frequenz- oder Impulsdauermodulation einer mittels Zerhacker in eine pulsierende Zwischenkreis­ spannung umgesetzten Betriebsgleichspannung der Trei­ berschaltung - mit dem den Zerhacker steuernden Schalt­ signal durch eine UND-Schaltung zu verknüpfen, um die Steuerimpulse und die Betriebsspannung unter galvani­ scher Trennung auf die Treiberstufen zu übertragen.

Eine weitere alternative Ausbildung der Betriebsspan­ nungsquelle der Treiberschaltung kann darin bestehen, daß sie einen Ausgang für einen hohen Normalwert und einen Ausgang für den niedrigen Zwischenwert aufweist, von denen jeweils ein Ausgang in Abhängigkeit von dem Fehlersignal zur Abgabe der Betriebsspannung wählbar ist.

Hierbei können die Ausgänge durch eine ODER-Schaltung verbunden sein.

Sodann kann dafür gesorgt sein, daß der eine Ausgang über eine Diode mit dem einen Ende der Schaltstrecke eines steuerbaren Schalters, der andere Ausgang über eine Diode mit dem anderen Ende der Schaltstrecke und mit der Treiberschaltung verbunden und der Schalter in Abhängigkeit von dem Fehlersignal schaltbar ist.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachste­ hend anhand von Zeichnungen bevorzugter Ausführungsbei­ spiele näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungs­ gemäßen Schaltung, angewendet bei einem Wechsel­ richter,

Fig. 2 Diagramme zur Erläuterung des Grundgedankens der Erfindung,

Fig. 3 eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 1 und

Fig. 4 eine weitere Abwandlung der Schaltung nach Fig. 1.

Nach Fig. 1 ist an einer Betriebsspannungsquelle 1, hier einer Gleichspannungsquelle, bestehend aus einem Dreiphasen-Brückengleichrichter 2, einer Glättungsspule 3 und einem Glättungskondensator 4, über Versorgungs­ leitungen 5 und 6 eine Halbleiterschaltvorrichtung 7 in Form eines Wechselrichters für dreiphasigen Wechsel­ strom zur Versorgung eines Wechselstromverbrauchers 8, hier eines Dreiphasen-Wechselstrommotors, angeschlos­ sen. Die Halbleiterschaltvorrichtung 7 enthält drei parallel an den Versorgungsleitungen 5, 6 angeschlosse­ ne Reihenschaltungen aus jeweils zwei stetig durchsteu­ erbaren Halbleiterschaltern 9, deren Verbindungspunkte jeweils mit einer Phase des Wechselstromverbrauchers 8 verbunden sind. Bei den Halbleiterschaltern 9 handelt es sich um Schalttransistoren, insbesondere Feldeffekt­ transistoren, vorzugsweise IGBT's (INTEGRAL GATE BYPO­ LAR TRANSISTORS), d. h. Bipolartransistoren mit integriertem Gate, für hohe Leistungen.

Den Steueranschlüssen der Halbleiterschalter 9 werden durch einen Steuerimpulsgenerator 10 entsprechend der gewünschten Schaltfolge phasenverschobene Steuerimpulse P₁ bis P₆ mit der gewünschten Betriebsfrequenz des Wech­ selstromverbrauchers 8 über eine Treiberschaltung 11 zugeführt, die für jeden Halbleiterschalter 9 jeweils eine ausgangsseitig mit dem Steueranschluß eines der Halbleiterschalter 9 verbundene Treiberstufe 12 auf­ weist. Die Steuereingänge der Treiberstufen 12 sind jeweils mit einem Steuerimpulsausgang des Steuerimpuls­ generators 10 verbunden, wie es für die eine Treiber­ stufe 12 dargestellt ist.

Die Treiberschaltung 11 erhält eine Betriebsgleichspan­ nung aus einer Stromversorgungseinrichtung, die wie folgt ausgebildet ist: Zwischen den Versorgungsleitun­ gen 5 und 6 bzw. an der Betriebsspannungsquelle 1 lie­ gen die Primärwicklung 13 eines Transformators 14 und ein Schalttransistor 15 in Reihe. An den Enden einer Sekundärwicklung 16 des Transformators 14, der mit wei­ teren Sekundärwicklungen 17 und 18 versehen ist, ist die Reihenschaltung einer der Gleichrichtung dienenden Diode 19 und eines Glättungskondensators 20 angeschlos­ sen. Zwischen einer Mittelanzapfung der Sekundärwick­ lung 16 und dem einen Ende der Sekundärwicklung 16 ist eine weitere Reihenschaltung aus einer der Gleichrich­ tung dienenden Diode 21 und einem Glättungskondensator 22 angeschlossen. Am Glättungskondensator 20 liegt die Reihenschaltung eines Schalttransistors 23 und eines Zerhackers in Form eines Wechselrichters aus vier Schalttransistoren 24, 24', 25, 25' in Brückenschaltung und zu den Schalttransistoren 24, 24', 25, 25' paral­ lelgeschalteten Freilaufdioden und am Glättungskonden­ sator 22 nur der Wechselrichter. Im Brücken-Nullzweig liegt die Reihenschaltung eines Kondensators 26 und einer Primärwicklung 27 eines Transformators 28. Der Transformator 28 hat für jede Treiberstufe 12 eine Se­ kundärwicklung 29, von denen nur zwei dargestellt sind. An jeder Sekundärwicklung 29 liegt jeweils die Reihen­ schaltung einer der Gleichrichtung dienenden Diode 30 und eines Glättungskondensators 31, von denen zur Ver­ einfachung der Darstellung nur eine Reihenschaltung dargestellt ist. An jedem Kondensator 31 sind die Stromversorgungsanschlüsse jeweils einer der Treiber­ stufen 12 angeschlossen.

Der Schalttransistor 15, bei dem es sich ebenfalls um einen Feldeffekttransistor handelt, wird durch einen Spannungsregler 32, der die Ausgangsspannung der Span­ nungsquelle 1 erfaßt und mit einem Sollwert vergleicht, über einen in der Frequenz steuerbaren Oszillator 33, dessen Frequenz in Abhängigkeit von der durch den Span­ nungsregler 32 ermittelten Regelabweichung bestimmt wird, periodisch mit der Frequenz des Oszillators 33 ein- und ausgeschaltet. Die Schaltfrequenz des Schalt­ transistors 15 bestimmt den induktiven Widerstand der Primärwicklung 13 des Transformators 14 und damit den Spannungsabfall an der Primärwicklung 13, von dem wie­ derum die Ausgangsspannung an der Sekundärwicklung 16 abhängt. Der Spannungsregler 32 sorgt mithin dafür, daß die Ausgangsspannung an der Sekundärwicklung 16 unab­ hängig von Schwankungen der Ausgangsspannung der Be­ triebsspannungsquelle 1 weitgehend konstant ist. Dem­ entsprechend sind auch die an den Glättungskondensato­ ren 20 und 22 auftretenden Gleichspannungen weitgehend unabhängig von Schwankungen der Ausgangsspannung der Betriebsspannungsquelle 1. Die Sekundärwicklungen 17 und 18 dienen der Stromversorgung von Baueinheiten der Schaltung, z. B. des Spannungsreglers 32 und des Oszil­ lators 33.

Eine Überwachungseinrichtung 34 enthält einen Stromfüh­ ler 35, der zentral den durch die Halbleiterschaltvor­ richtung 7 bzw. alle Halbleiterschalter 9 in der Ver­ sorgungsleitung 6 fließenden Strom mißt, und eine Steu­ ereinrichtung 36, deren Betriebsspannung am Glättungs­ kondensator 20 abgenommen wird und die den durch den Stromfühler 35 gemessenen Strom mit einem Bezugswert vergleicht und bei einem Überstrom, wie einem Kurz­ schlußstrom, dem Steueranschluß des Schalttransistors 23 über eine Leitung 38 ein Fehlersignal E und einem Oszillator 37 über eine Leitung 39 das Fehlersignal verzögert zuführt. Der Oszillator 37 erzeugt an zwei Ausgängen gegensinnige Impulse, die er einerseits den Steueranschlüssen der Schalttransistoren 24, 25' und andererseits den Steueranschlüssen der Schalttransisto­ ren 24', 25 zuführt.

Nachstehend wird die Wirkungsweise der in Fig. 1 darge­ stellten Anordnung unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher beschrieben.

In Fig. 2a ist der Verlauf der Betriebsspannung U an den Treiberstufen 12, in Fig. 2b der Verlauf des durch die Halbleiterschaltervorrichtung 7 fließenden Stroms I und in Fig. 2c der Verlauf der Spannung U_S an einem Halbleiterschalter 9 dargestellt.

Solange die Überwachungseinrichtung 34 keinen Überstrom feststellt, wird dem Schalttransistor 23 kein Fehlersi­ gnal E zugeführt, so daß er durchgesteuert bleibt und an den Reihenschaltungen der Schalttransistoren 24, 25 und 24', 25', bei denen es sich ebenfalls um Feld­ effekttransistoren handelt, die am Glättungskondensator 20 auftretende Gleichspannung anliegt. Der Oszillator 37 ist ebenfalls bis zum Feststellen eines Überstroms ständig in Betrieb und schaltet die Reihenschaltungen der Schalttransistoren 24 und 25 bzw. 24', 25' im Ge­ gentakt, d. h. abwechselnd, über seine Ausgangsleitungen durch. Die im Brücken-Nullzweig der Schalttransistoren 24, 25, 24', 25' dabei auftretende Rechteck-Wechsel­ spannung wird über die Reihenschaltung aus Kondensator 26 und Primärwicklung 27, die als Spannungsteiler wirkt, entsprechend der Frequenz des Oszillators 37 bzw. der Rechteck-Wechselspannung heruntergeteilt und entsprechend dem Übersetzungsverhältnis des Transforma­ tors 28 in dessen Sekundärwicklungen 29 induziert. Die induzierte Spannung wird durch die Diode 30 gleichge­ richtet und durch den Kondensator 31 geglättet und als Betriebsspannung U an die jeweilige Treiberstufe 12 angelegt. Die Treiberstufe 12 bleibt dadurch in Betrieb und überträgt die ihr durch den Steuerimpulsgenerator 10 zugeführten Impulse an den Steueranschluß des jewei­ ligen Halbleiterschalters 9.

Im Zeitpunkt t₁ nach Fig. 2b tritt ein Überstrom auf, der im Zeitpunkt t₂ durch die Überwachungseinrichtung 34 (aufgrund ihrer Ansprechverzögerung) etwas verzögert festgestellt wird. Die Steuereinrichtung 36 erzeugt dabei das Fehlersignal E, das den Schalttransistor 23 sperrt. Während die Betriebsspannung U der Treiberstu­ fen 12 vom Zeitpunkt t₀ bis zum Zeitpunkt t₂ ihren hohen Nennwert beibehielt, erfolgt im Zeitpunkt t₂ eine Um­ schaltung der Spannung an dem durch die Schalttransi­ storen 24, 25, 24', 25' gebildeten Wechselrichter auf die niedrigere, am Glättungskondensator 22 anstehende Gleichspannung. Dadurch verringert sich im Zeitpunkt t₂ auch die Betriebsspannung U an den Treiberstufen 12, wie es in Fig. 2a dargestellt ist, und gleichzeitig auch der Ausgangsstrom der Treiberstufen 12, so daß der durch die Halbleiterschaltvorrichtung 7 fließende Strom I, durch eine teilweise Sperrung der Halbleiterschalter 9, im Zeitpunkt t₂ verringert wird, wie es in Fig. 2b dargestellt ist. Da die Sekundärwicklung 16 des Trans­ formators 14 etwa in der Mitte angezapft ist, liegt am Glättungskondensator 22 auch nur die Hälfte der Span­ nung, die am Glättungskondensator 20 anliegt. Dement­ sprechend verringert sich die Betriebsspannung U an den Treiberstufen 12 bei der Feststellung des Überstroms im Zeitpunkt t₂ etwa auf die Hälfte. Auch der Strom I wird im Zeitpunkt t₂ dementsprechend auf die Hälfte verrin­ gert. Im Zeitpunkt t₃ führt die Steuereinrichtung 36 dem Oszillator 37 das Fehlersignal über die Leitung 39 verzögert als Sperrsignal zu, so daß der Betrieb des Oszillators 37 unterbrochen und mithin die Schalttran­ sistoren 24, 25 und 24', 25' nicht weiter abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden. An der Primärwicklung 27 tritt mithin keine Spannung mehr auf, so daß der Trans­ formator 28 keine Spannung überträgt und mithin die Betriebsspannung U im Zeitpunkt t₃ gemäß Fig. 2a eben­ falls ausgeschaltet wird. Dementsprechend wird auch der Strom I im Zeitpunkt t₃ gemäß Fig. 2b unterbrochen. Die Zeit vom Auftreten des Überstroms im Zeitpunkt t₁ bis zur Abschaltung der Halbleiterschaltvorrichtung 7 im Zeitpunkt t₃ ist so bemessen, daß sie kleiner als die höchstzulässige Belastungsdauer der Halbleiterschalt­ vorrichtung 7 durch einen Überstrom ist. Bei der Ab­ schaltung des Stroms I im Zeitpunkt t₃ tritt nur eine geringfügige Überspannung U_S0 (Fig. 2c) an dem den Über­ strom führenden Halbleiterschalter 9 auf. Im Gegensatz dazu würde bei einer vollständigen Abschaltung der Halbleiterschaltvorrichtung 7 im Zeitpunkt t₂, in dem ein Überstrom festgestellt wird, eine sehr viel höhere Überspannung an dem betreffenden Halbleiterschalter 9 auftreten, wie sie durch die gestrichelte Linie in Fig. 2c dargestellt ist. Dies erklärt sich dadurch, daß bei der erfindungsgemäßen stufenweisen Sperrung des den Überstrom führenden Halbleiterschalters 9 die Ände­ rungsgeschwindigkeit di/dt des Stroms I in den Zeit­ punkten t₂ und t₃ nur etwa halb so groß wie bei voll­ ständiger Sperrung im Zeitpunkt t₂ ist und damit sich auch die in einem induktiven Widerstand, z. B. der Glät­ tungsspule 3 und/oder einer Spule im Wechselstromver­ braucher 3 und/oder einer Leitungsinduktivität indu­ zierte Spannung, die sich beim Sperren des jeweiligen Halbleiterschalters 9 zu seiner normalen Betriebs­ gleichspannung addiert, gemäß der Beziehung Ldi/dt ver­ ringert, da di abnimmt, wobei L die Induktivität des induktiven Widerstands ist. Eine zusätzliche Beschal­ tung der Halbleiterschalter 9 zur Verminderung einer solchen Überspannung beim Sperren eines der Halbleiter­ schalter 9 kann daher entfallen.

Fig. 3 stellt einen Teil der Anordnung nach Fig. 1 dar, der gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 abgewandelt ist. Danach sind gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung 16 des Trans­ formators 14, die Diode 21, der Kondensator 22 und die Schalttransistoren 23, 24', 25, 25' entfallen. Statt dieser Schalttransistoren liegt nur noch der Schalt­ transistor 24 in Reihe mit dem Kondensator 26 und der Primärwicklung 27. Ferner ist anstelle des Oszillators 37 ein steuerbarer Oszillator 40 vorgesehen, dessen einziger Ausgang mit dem Steuereingang des Schalttran­ sistors 24 verbunden ist und der beim Auftreten des Fehlersignals im Zeitpunkt t₂ nach Fig. 2 zunächst auf eine niedrigere Frequenz umgeschaltet wird, so daß sich eine niedrigere Betriebsspannung U ergibt, und dann im Zeitpunkt t₃ gesperrt oder ausgeschaltet wird. Der Schalttransistor 24 wirkt daher ebenfalls wie im Fall der Fig. 1 als Zerhacker, dessen Schaltfrequenz durch das als Schaltsignal wirkende pulsierende Ausgangssi­ gnal des Oszillators 40 in Abhängigkeit von dem Fehler­ signal E frequenzmoduliert wird. Die niedrigere Schalt­ frequenz des Zerhackers bzw. seiner Ausgangsimpulse führt zu einer Zunahme des Blindwiderstands des Konden­ sators 26 und zu einer Abnahme des Blindwiderstands der Primärwicklung 27 und ihres Spannungsabfalls und damit auch zu einer Abnahme der Betriebsspannung U sowie des Stroms I. Es ist aber auch möglich, den Oszillator 40 so auszubilden, daß das von ihm erzeugte pulsierende Schaltsignal in Abhängigkeit von dem Fehlersignal E impulsdauermoduliert wird, und zwar in der Weise, daß im Zeitpunkt t₂ die Dauer der Impulse des Schaltsignals verringert und schließlich im Zeitpunkt t₃ zu Null ge­ macht wird.

Ergänzend sei darauf hingewiesen, daß die Frequenz der Oszillatoren 37 und 40, einschließlich des niedrigeren Werts der Frequenz des Oszillators 40, sehr viel höher als die Pulsfrequenz des Impulsgenerators 10 ist.

Die Anordnung nach Fig. 4 unterscheidet sich von der nach Fig. 3 im wesentlichen nur dadurch, daß die Schaltsignale des Oszillators 40 dem einen Eingang je­ weils einer UND-Schaltung 41 pro Schalttransistor 9 und dem anderen Eingang der UND-Schaltungen 41 Steuerimpul­ se P₁ bis P₆ vom jeweiligen Ausgang des Steuerimpulsge­ nerators 10 zugeführt werden. Der Ausgang der UND-Schaltungen 41 ist mit dem Steueranschluß jeweils eines Schalttransistors 24 pro Schalttransistor 9 verbunden. Insbesondere wirkt das hochfrequente Schaltsignal des Oszillators 40 als Trägersignal für die jeweiligen, niederfrequenten Steuerimpulse P₁ bis P₆. Auf der Sekun­ därseite jedes Transformators 28 wird das durch die betreffenden Steuerimpulse P₁ bis P₆ in der jeweiligen UND-Schaltung 41 amplitudenmoudlierte Trägersignal durch die mittels der Diode 30 und des Kondensators 31 bewirkte Gleichrichtung und Glättung demoduliert. Dabei wird das Trägersignal unterdrückt, so daß der Verlauf der Betriebsspannung U weitgehend dem der Steuerimpulse entspricht. Die Betriebsspannung U wird gleichzeitig dem in Fig. 4 nicht dargestellten Steueranschluß der betreffenden Treiberstufe 12 zugeführt, wobei diese weiterhin so ausgebildet ist, daß sie dem nachgeschal­ teten Schalttransistor 9 den ihr zugeführten Betriebs­ spannungs- und Steuerimpulsen entsprechende Steuerim­ pulse (Zündimpulse) zuführt. Hierbei wird die Be­ triebsspannung U der betreffenden Treiberstufe 12 in Abhängigkeit von dem Fehlersignal E über den Oszillator 40 durch Frequenzmodulation oder Impulsdauermodulation stufenweise verringert und schließlich ausgeschaltet und die betreffende Treiberstufe 12 durch die Betriebs­ spannungsimpulse und die betreffenden Steuerimpulse P₁ bis P₆ vor dem völligen Abschalten abwechselnd ein- und ausgeschaltet. Die Bauteile 12, 24, 26 bis 31 und 41 sind für jeden Halbleiterschalter 9 separat vorgesehen, um nicht nur die Oszillatorimpulse, sondern auch die Steuerimpulse P₁ bis P₆ galvanisch auf die mit Hochspan­ nung betriebene Schaltvorrichtung 7 zu übertragen, so daß die übrigen, die Primärseite der galvanischen Trennstufen, hier der Transformatoren 28, steuernden Schaltkreise mit Niederspannung betreibbar sind und man dennoch für die Übertragung der Steuerimpulse P₁ bis P₆ keine zusätzlichen galvanischen Trennstufen benötigt.

Abwandlungen der dargestellten Ausführungsbeispiele können beispielsweise darin bestehen, daß anstelle des Transformators oder der Transformatoren 28 zur galvani­ schen Trennung andere galvanische Trennstufen, z. B. Optokoppler, vorgesehen werden. Ferner kann auf der Sekundärseite des Transformators bzw. der Transformato­ ren 28 ein Zweiweg-Gleichrichter vorgesehen sein. Auch ist es möglich, bei der Ausführungsform nach Fig. 3 den Spannungsregler 32, die Diode 19, den Kondensator 20, den als Zerhacker arbeitenden Schalttransistor 24 den Kondensator 26 und den Transformator 28 wegzulassen und die Diode 30 und den Kondensator 31 unmittelbar mit der Sekundärwicklung 16 des Transformators 14 zu verbinden und dann den Schalttransistor 15 unmittelbar durch den Oszillator 40 in Abhängigkeit von dem Fehlersignal E zu steuern, wenn keine galvanische Trennung zwischen Hoch- und Niederspannungsseite erforderlich oder erwünscht ist. Statt mit nur einem Schalttransistor 24 pro Zer­ hacker können der oder die Zerhacker nach Fig. 3 bzw. Fig. 4 auch mit im Gegentakt arbeitenden Schalttransi­ storen, wie den Schalttransistoren 24, 25, 24', 25' nach Fig. 1 versehen sein. Ein im Gegentakt arbeitender Zerhacker (mit den Schalttransistoren 24-25' gemäß Fig. 1) hat den Vorteil, daß die Primärwicklung 27 des Transformators bzw. der Transformatoren 28 mit Wechsel­ strom betrieben und dadurch die Welligkeit und mithin der Glättungsaufwand auf der Transformator-Sekundärsei­ te vermindert wird. Schließlich ist die Erfindung nicht nur bei einer Halbleiterschaltvorrichtung 7 mit mehre­ ren Halbleiterschaltern 9, wie einem Wechselrichter, sondern auch bei einer Halbleiterschaltvorrichtung mit nur einem Halbleiterschalter 9 anwendbar.

Claims (10)

1. Schaltung zum Sperren einer Halbleiterschaltvor­ richtung (7) bei Überstrom, wobei die Halbleiter­ schaltvorrichtung (7) wenigstens einen stetig durchsteuerbaren Halbleiterschalter (9) aufweist, mit einer Treiberschaltung (11), die pro Halblei­ terschalter (9) eine Treiberstufe (12) aufweist, mit einem Steuerimpulsgenerator (10) zum Erzeugen von Steuerimpulsen (P₁-P₆), die einem Steuereingang der Halbleiterschaltvorrichtung (7) über die Trei­ berschaltung (11) zuführbar sind, und mit einer Überwachungseinrichtung (34), die den über die Halbleiterschaltvorrichtung (7) fließenden Strom (I) mißt und beim Auftreten eines Überstroms ein Fehlersignal (E) erzeugt, das die Sperrung der Halbleiterschaltvorrichtung (7) auslöst, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsspannung (U) der Treiberschaltung (11) durch das Fehlersignal kurz­ zeitig auf einen kleineren, einem niedrigeren Strom (I) durch die Halbleiterschaltvorrichtung (7) ent­ sprechenden Zwischenwert umschaltbar und danach, innerhalb der höchstzulässigen Belastungsdauer der Halbleiterschaltvorrichtung (7) durch einen Über­ strom, vollständig abschaltbar ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung mehrerer Halbleiterschalter (9), die gemeinsam aus einer Betriebsspannungsquelle versorgt werden, der durch die Halbleiterschalter (9) fließende Strom (I) in einer allen Halbleiter­ schaltern (9) gemeinsamen Versorgungsleitung (6) durch die Überwachungseinrichtung (34) gemessen wird.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Verwendung mehrerer Halbleiter­ schalter (7) deren Treiberstufen (12) alle aus ei­ ner gemeinsamen Betriebsspannungsquelle versorgt werden, die von den Treiberstufen (12) galvanisch getrennt und in Abhängigkeit von dem Fehlersignal (E) auf den Zwischenwert umschaltbar und abschalt­ bar ist.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsspannungsquelle der Treiberschaltung (11) eine Gleichspannungsquelle ist, die über einen durch ein pulsierendes Schalt-Signal gesteuerten Zerhacker (24, 25; 24', 25'), einen Transformator (28), der pro Treiberstufe (12) eine Sekundärwicklung (29) aufweist, und über einen an der Sekundärwicklung (29) angeschlossenen Gleichrichtkreis (30, 31) mit (je) einer Treiber­ stufe (12) verbunden ist, und daß das den Zerhacker (24, 25, 24', 25') steuernde Schaltsignal in Abhän­ gigkeit von dem Fehlersignal (E) frequenz- oder impulsdauermoduliert ist.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerimpulse (P₁-P₆) des Steuerimpulsgenerators (10) einem Steuereingang der Treiberschaltung (11) zuführbar sind.

6. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Treiberstufe (12) die Steuerimpulse (P₁-P₆) und die Betriebsspannung (U) durch ein hoch­ frequentes Trägersignal eines allen Treiberstufen (12) gemeinsamen Oszillators (40) über dieselbe galvanische Trennstufe (28) übertragen werden.

7. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerimpulse (P₁-P₆) des Steuerimpulsgene­ rators (10) mit dem den Zerhacker (24, 25, 24', 25') steuernden Schaltsignal durch eine UND-Schal­ tung (41) verknüpft sind.

8. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Betriebsspannungsquelle der Trei­ berschaltung (11) einen Ausgang für einen hohen Normalwert und ein Ausgang für den niedrigen Zwi­ schenwert aufweist, von denen jeweils ein Ausgang in Abhängigkeit von dem Fehlersignal (E) zur Abgabe der Betriebsspannung wählbar ist.

9. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge durch eine ODER-Schaltung (19, 21) verbunden sind.

10. Schaltung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der eine Ausgang über eine Diode (19) mit dem einen Ende der Schaltstrecke eines steuer­ baren Schalters (23), der andere Ausgang über eine Diode (21) mit dem anderen Ende der Schaltstrecke und mit der Treiberschaltung (11) verbunden und der Schalter (23) in Abhängigkeit von dem Fehlersignal (E) schaltbar ist.