DE19738391A1

DE19738391A1 - Ansteuerschaltung für einen elektronischen Schalter der Leistungselektronik

Info

Publication number: DE19738391A1
Application number: DE19738391A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Schuster
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-10-15
Filing date: 1997-09-03
Publication date: 1998-04-23
Also published as: DE29617892U1

Description

Die Erfindung betrifft eine potentialtrennende Ansteuerschaltung für einen elektronischen Schalter der Leistungselektronik mit einer primärseitigen Treiber schaltung, mit einem Ansteuertransformator und mit einer sekundärseitigen Treiberschaltung, die einen Leistungstransistor beaufschlagt.

Ansteuerschaltungen dieser Art gehören zur Grundlage der gesamten Leistungs elektronik und sind sehr weit verbreitet. Eine solche Schaltung wird z. B. in der Patentschrift DE 195 43 956 beschrieben. Bei aufwendigeren Schaltungen meist im höheren Strombereich wird normalerweise noch eine Überwachungs schaltung bzw. Detektorschaltung benötigt, die Störungen des normalen Schal terbetriebes erkennen kann und sie zur Erhöhung der Betriebssicherheit aus wertet und zur primärseitigen Treiberschaltung zurückmeldet. Solche Störungen können sein:

- unzureichende Versorgungsspannung der sekundärseitigen Ansteuer schaltung
- Entsättigung der Leistungstransistoren z. B. durch Überlast, Verletzung von Zeitlimits, Übertemperatur, Überspannung oder Ausfall von schalter seitigen Sicherungen, usw.

Diese Schaltungen sind allgemein bekannt und auch schon in vielen integrierten Ansteuerschaltungen enthalten.

Für die Rückmeldung dieser in der senkundärseitigen Treiberschaltung und dort in der Detektorschaltung gewonnenen Information zurück zur primärseitigen Treiberschaltung wird üblicherweise ein Optokoppler oder ein weiterer Trans formator eingesetzt. Dadurch ergeben sich folgende Nachteile:
Wird ein Optokoppler eingesetzt, ergibt sich das Problem, daß Störungen und Spannungsspitzen evtl. zum Ansprechen des Optokopplers führen und eine Fehlfunktion auslösen. Wird dies durch zusätzliche Filter unterdrückt, steht nur noch eine geringe Bandbreite des Übertragungskanals zur Verfügung und Signale kommen zu spät durch. Setzt man dagegen einen Transformator ein, so hat man zwar eine wesentlich höhere Bandbreite zur Verfügung, es entstehen aber auch hohe Kosten, da solche Überträger normalerweise sehr teuer sind. Sie müssen die Isolationsspannungen und Kriechstrecken entsprechend den Sicher heitsvorschriften erfüllen. Weiterhin benötigen solche Transformatoren viel Platz.

Die Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen zweiten potentialtrennenden Übertragungskanal für die Störungsmeldung aus der schalterseitigen Treiber schaltung zurück zur primärseitigen Treiberschaltung einzusparen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß direkt oder mittelbar (z. B. in Reihenschaltung mit Dioden oder Widerständen) an den An schlüssen der Senkundärwicklung des Ansteuertransformator ein elektronischer Hilfsschalter angeschlossen ist, daß der Ausgang der Detektorschaltung diesen elektronischen Hilfsschalter derart ansteuert, daß im Störungsfall auf der Sekundärseite des Ansteuertransformators ein überdurchschnittlich hoher Sekundärstrom erzeugt wird, daß auf der Primärseite der Ansteuerschaltung eine Auswerteschaltung vorhanden ist, welche den im Störungsfall erhöhten Primärstrom vom normalen Primärstrom unterscheiden kann, und welche die damit erhaltene Störungsinformation der primärseitigen Treiberschaltung zur weiteren Fehlerbearbeitung zuführt.

Der ohnehin vorhandene Ansteuertransformator wird auch zur Übertragung der Rückinformation benutzt. Die dafür notwendige Anordnung ist in den Unter ansprüchen beschrieben.

Dabei ergibt sich weiterhin der Vorteil, daß der Übertragungskanal der Störungs meldung sehr schnell ist und daß die Sicherheit gegen Betriebsstörungen wächst. Dieser so erzeugte digitale Rück-Übertragungskanal kann auf Grund seiner Bandbreite nicht nur für die Übertragung von statischen Signalen, sondern auch für die Übertragung von Impulsmustern verwendet werden, so daß eine unterscheidbare Störungsauswertung durchgeführt werden kann. Als Modulationsverfahren kommen fast alle in die Nachrichtentechnik verwendeten Verfahren in Betracht. Durch die Tatsache der digitalen Übertragung in Vor wärtsrichtung hin zur sekundärseitigen Treiberschaltung steht sogar ein Referenzsignal für die gängigen Phasenmodulationsverfahren zur Verfügung.

Die Erfindung wird nun anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Aus führungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 als Blockschaltbild die gesamte Anordnung der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung und

Fig. 2 eine mögliche Realisierung der primärseitigen Auswerteschaltung.

Fig. 1 zeigt in Form von Blockdiagrammen eine primärseitige Treiberschaltung 1, in welcher die Ansteuersignale aufbereitet werden, welche an einen An steuertransformator 4 weitergeleitet werden. Auf der Sekundärseite dieses An steuertransformators 4 liegt eine sekundärseitige Treiberschaltung 2, welche dann direkt einen Leistungstransistor 3 steuert. Innerhalb dieser sekundär seitigen Treiberschaltung 2 liegt eine Detektorschaltung 5, welche mit be kannten Mitteln die genannten Störungen des normalen Betriebes erkennt und zur Rückmeldung aufbereitet. Die Detektorschaltung 5 steuert nun einen elektro nischen Hilfsschalter 6 derart, daß der Sekundarstrom I2h des Ansteuer transformators 4 überdurchschnittlich anwächst. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Hilfsschalter 6 in Reihe mit einem Widerstand über die Klemmen des Ansteuertransformators 4 geschaltet und verursacht so einen zusätzlichen Sekundärstrom über die genannten Schaltungsglieder. Dieser erhöhte Sekundärstrom I2h wird nun auf die Primärseite zurückgespiegelt um den Faktor des Übersetzungsverhältnisses und kann dort gemessen werden. Eine Aus werteschaltung 7 mißt den Primärstrom I1 und kennt einen Schwellenwert, der den normalen Primärstrom I1n von dem erhöhten Primärstrom I1h unter scheidet. Der Ausgang der Auswerteschaltung 7 meldet der primärseitigen Treiberschaltung 1, wenn der Primärstrom den erhöhten Wert I1h aufweist. Abhängig von dieser Information leitet sie dann entsprechende Reaktionen ein.

Es ist klar, daß je nach Polaritätslage der Ansteuersignale über dem An steuertransformator 4 und abhängig von dem dort regierenden Übertragungs protokoll in Vorwärtsrichtung (z. B. unipolar oder bipolar bzw. statisch oder differentiell usw.) evtl. zusätzliche in Reihe geschaltete Dioden bzw. andere Bauteile notwendig sind, um den Hilfsschalter 6 mit der richtigen Polarität zu versorgen. Dieser Hilfsschalter 6 kann mit den aktuellen Halbleiterbauelementen wie z. B. mit Transistoren realisiert werden. Je nach Impedanz der primärseitigen Transformatoransteuerung ist ein evtl. zum Hilfsschalter 6 in Reihe geschalteter Widerstand nicht notwendig.

In Fig. 2 ist eine schematische Realisierung einer Auswerteschaltung 7 dargestellt. Der benötigte Schwellwert wird durch den Schwellwert der Basis- Emitter-Spannung eines Transistors 9 realisiert. Ein Widerstand 8 wird mit dem Primärstrom I1n bzw. I1h des Ansteuertransformators 4 beaufschlagt. Er ist so dimensioniert, daß seine Spannung verursacht durch Ströme, welche beim normalen Betrieb auftreten, die Schwellspannung des Transistors 9 nicht er reicht. Im Störungsfall wird jedoch diese Schwelle überschritten. Der Transistor 9 wird leitend und meldet dadurch eine Störung. Auch hier ist klar, daß je nach Polaritätslage des Primärstromes weitere Dioden bzw. Bauteile notwendig werden können.

Claims

1. Potentialtrennende Ansteuerschaltung für einen elektronischen Schalter (3) der Leistungselektronik mit einer primärseitigen Treiberschaltung (1), mit einem Ansteuertransformator (4), mit einer sekundärseitigen Treiber schaltung (2) enthaltend eine Detektorschaltung (5) für Störungen des normalen Schalterbetriebes, dadurch gekennzeichnet,
daß direkt oder mittelbar (z. B. in Reihenschaltung mit Dioden oder Wider ständen) an den Anschlüssen der Senkundärwicklung des Ansteuertrans formator (4) ein elektronischer Hilfsschalter (6) angeschlossen ist,
daß der Ausgang der Detektorschaltung (5) diesen elektronischen Hilfs schalter (6) derart ansteuert,
daß im Störungsfall auf der Sekundärseite des Ansteuertransformators (4) ein überdurchschnittlich hoher Sekundärstrom (I2h) erzeugt wird,
daß auf der Primärseite der Ansteuerschaltung eine Auswerteschaltung (7) vorhanden ist, welche den im Störungsfall erhöhten Primärstrom (I1h) vom normalen Primärstrom (I1n) unterscheiden kann, und welche die damit erhaltene Störungsinformation der primärseitigen Treiberschaltung (1) zur weiteren Fehlerbearbeitung zuführt (Fig. 1).

2. Potentialtrennende Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (5) Störungen des normalen Schalterbetriebes mit bekannten Mitteln, wie unzureichende Versorgungsspannung der sekundärseitigen Treiberschaltung (2), Entsättigung des elektronischen Schalters (3) durch Überlast, Verletzung von Zeitlimits, Übertemperatur oder Auslösen von schalterseitigen Sicherungen, erkennt.

3. Potentialtrennende Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsschalter (6) durch einen Thyristor, MOSFET, bipolaren Transistor oder durch ein anderes aktuelles Halbleiterbauelement realisiert ist.

4. Potentialtrennende Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerteschaltung (7) der Primärstrom (I1) des Ansteuer transformators (4) über einen Meßwiderstand (8) geleitet wird, wobei mit einem Spannungkomparator (9) die über dem Meßwiderstand (8) an liegende Spannung mit einer Schwellspanndng verglichen wird, wodurch der normale Primärstrom (I1n) von dem im Störungsfall überhöhten Primärstrom (I1h) unterscheidbar ist (Fig. 2).