DE202012012080U1 - Energy supply gate control stage - Google Patents

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Abstract

Anordnung (2), umfassend ein Halbleiterstellglied (1) zur Einstellung eines Stromflusses, eine Gatesteuerstufe (2) des Halbleiterstellgliedes und ein Energieversorgungsmittel (3) für die Gatesteuerstufe, welches eine Eingangs- und eine Ausgangsseite aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsseite des Energieversorgungsmittels (3) in Reihe zur Ausgangsseite des Halbleiterstellgliedes (1) geschaltet ist und das Energieversorgungsmittel (3) dafür eingerichtet ist, auch bei zeitlich gleichbleibendem Stromfluss aus diesem Strom Energie zu gewinnen und dazu insbesondere keine zeitliche Veränderung der Ansteuerung des Halbleiterstellgliedes (1) erforderlich ist.Arrangement (2), comprising a semiconductor actuator (1) for setting a current flow, a gate control stage (2) of the semiconductor actuator and a power supply means (3) for the gate control stage, which has an input and an output side, characterized in that the input side of the energy supply means (3) is connected in series to the output side of the semiconductor control element (1) and the energy supply means (3) is set up to generate energy from this current even if the current flow remains constant over time and, in particular, no change in the control of the semiconductor control element (1) over time is required .

Description

Stellglieder sollen einen elektrischen Strom einstellen (dosieren, schalten, begrenzen, ...), dies möglichst schnell, mit möglichst wenig Verlusten und sie sollen dabei selbst möglichst langlebig, möglichst einfach handhabbar und möglichst zuverlässig sein.Actuators should set an electrical current (metering, switching, limit, ...), this as quickly as possible, with the least possible loss and they themselves should be as durable as possible, as easy to handle and as reliable as possible.

Stand der Technik:State of the art:

Auf dem elektromechanischen Gebiet zählen bistabile Relais und Motor betriebene Potenziometer zu den verlustärmsten Lösungen, sie sind aber nicht verschleißfrei, nicht so schnell wie Halbleiter, und i. a. nicht besonders gut für Hochspannung geeignet.In the electromechanical field, bistable relays and motor operated potentiometers are among the lowest-loss solutions, but they are not wear-resistant, not as fast as semiconductors, and i. a. not very good for high voltage.

Unter den Halbleitern zählen hier Dioden zu den am einfachsten handhabbaren Stellgliedern, weil sie ganz ohne Ansteuerung auskommen und ihren Schaltzustand selbstständig anhand der anliegenden Spannung bestimmen. Sie werden hier sozusagen als Stellglied ohne Steuereingang verstanden (z. B. kann man mit ihrer Hilfe bei Wechselstrom eine Heizleistung auf rund 50% einstellen, diese Einstellung jedoch nicht verändern). Herkömmliche Dioden sind aber mittlerweile nicht mehr als besonders verlustarm zu werten, denn Mosfet basierte, so genannte Synchrongleichrichterschaltungen bieten mehr Effizienz.Among the semiconductors, diodes are among the most easily manageable actuators, because they manage without any control and independently determine their switching state on the basis of the applied voltage. They are here understood, so to speak, as an actuator without control input (for example, you can set with their help with AC a heating power to about 50%, but do not change this setting). However, conventional diodes are no longer considered particularly low-loss, because Mosfet based, so-called synchronous rectifier circuits provide more efficiency.

Mosfets wiederum (und auch IGBTs) benötigen i. a. zur Energieversorgung ihrer Gatesteuerstufen zusätzliche Leitungen, was z. Z. dazu führt, dass sie sich nur in Neugeräten als Diodenersatz durchsetzen.Mosfets (and IGBTs) need i. a. to power their gate control stages additional lines, what z. Z. causes that they prevail only in new devices as diode replacement.

Auch im Einsatz als steuerbare Halbleiterstellglieder benötigen moderne Transistoren, – IGBTs und Mosfets – je nach Leistung ein gewisses Maß an Steuerenergie. Diese können die so genannten 'Photovoltaic Coupler' (Optokoppler mit Mosfet-Ausgang) zwar mit ihrer Sende-Leuchtdiode einstrahlen, doch scheint dieses Konzept auf vergleichsweise langsame Anwendungen kleiner Leistung beschränkt zu bleiben.Also in use as controllable semiconductor actuators require modern transistors, - IGBTs and MOSFETs - depending on the performance of a certain amount of control energy. Although these devices can emit the so-called 'photovoltaic coupler' (optocoupler with Mosfet output) with their transmission LED, this concept seems to be limited to comparatively slow low-power applications.

Auf Optotriacs basierende Lösungen, – sogenannte Solid-State-Relais – benötigen zwar ebenfalls keine zusätzlichen Leitungen für ihre Steuerenergie, sie sind aber i. a. auf Wechselstrom und Netzfrequenz beschränkt, ähnlich verlustträchtig wie Dioden und verursachen bei stetiger Regelung durch ihren Phasenanschnitt starke Strom-Oberwellen.Although solutions based on Optotriacs - so-called solid-state relays - do not require additional lines for their control energy, they are i. a. limited to alternating current and mains frequency, similarly lossy as diodes and cause with constant control by their phase control strong current harmonics.

Dies gilt i. a. auch für die meisten Thyristor basierten Anwendungen, wie z. B. Stromrichter.This applies i. a. also for most thyristor based applications, such as B. power converter.

Abschaltbare Thyristoren (GTO-Thyristoren) benötigen zum Abschalten kurzzeitig einen größeren negativen Gatestrom (ca. 10–30% des Anodenstromes), was bei negativer Gate-Kathoden-Spannung eine positive Leistung ergibt. Es wird also eine gewisse Energiemenge benötigt, die vorteilhaft schon während der Einschaltzeit gesammelt und bis zu einem dann beliebigen Abschaltzeitpunkt vorgehalten werden kann. Ferner kann ihr Sperrverhalten bei hohen Spannungen durch eine kleine negative Gatespannung und einen kleinen negativen Gatestrom verbessert werden.Shut-off thyristors (GTO thyristors) briefly require a larger negative gate current for switching off (about 10-30% of the anode current), which results in a positive power at negative gate-cathode voltage. Thus, a certain amount of energy is needed, which can advantageously already be collected during the switch-on time and stored up to an arbitrary switch-off time. Furthermore, their blocking behavior at high voltages can be improved by a small negative gate voltage and a small negative gate current.

Vorrichtungen zum Entladen von Hochspannungskondensatoren sollen unter möglichst allen denkbaren äußeren Fehlerbedingungen zuverlässig arbeiten, wodurch Konzepte, die ohne äußere Hilfsenergie auskommen, im Vorteil sind.Devices for discharging high-voltage capacitors should work reliably under all conceivable external fault conditions, as a result of which concepts which manage without external auxiliary energy are advantageous.

Die angesprochenen Halbleiterstellglieder weisen bezüglich ihres Steuerenergiebedarfs Gemeinsamkeiten auf:

  • G1: Für einen dauerhaft sicher ausgeschalteten Zustand benötigen sie keine, oder nur eine geringe Steuerleistung (hauptsächlich nur Thyristoren in der Nähe ihrer maximalen Sperrspannung).
  • G2: Für einen dauerhaft sicher eingeschalteten Zustand benötigen sie eine ggf. kleine, aber von Null verschiedene Steuerleistung (Thyristoren: Backporch-Gatedauereinschaltstrom gegen unerwünschtes teilweises Verlöschen bei kleinen Anodenströmen, Mosfets und IGBTs: Leckstromausgleich).
  • G3: Zum Einschalten und oft auch zum Ausschalten benötigen sie eine größere Steuerenergie, wodurch die erforderliche Steuerleistung mit der Betriebsfrequenz steigt.
  • (G1) werden oft schon einfachste bekannte Mittel, wie z. B. Gate-Ableit-Widerstände gerecht, oder auf die Sperrverbesserung wird einfach verzichtet.
  • (G2) wird häufig durch externe Hilfsenergie-Einspeisung gelöst.
The addressed semiconductor actuators have similarities with regard to their control energy requirement:
  • G1: For a permanently safe off state, they need no, or only low, control power (mainly only thyristors near their maximum reverse voltage).
  • G2: For a permanently safe switched-on state they need a small, but non-zero control power (thyristors: Backporch gate current inrush current against unwanted partial extinction in the case of small anode currents, Mosfets and IGBTs: leakage current compensation).
  • G3: To turn on and often turn off, they require more control power, increasing the required control power with the operating frequency.
  • (G1) are often already the simplest known means, such. B. gate leakage resistors justice, or the barrier improvement is simply waived.
  • (G2) is often solved by external auxiliary power supply.

DE000010045093A1 entnimmt die Energie parallel zum Halbleiterstellglied mit einem per Widerstand begrenzten 'Minimalstrom'. Sie erwähnt, dass die Reihenschaltung mehrerer Halbleiterstellglieder für Hochspannungsanwendungen parallel zu den Schaltgliedern angeordnete Symmetrierwiderstände benötigt, und dass dieser notwendige Symmetrierstrom zur Steuerenergieerzeugung der Gatesteuerstufen genutzt werden kann. Ferner wird hier ein kapazitiv gekoppelter Pfad zur Steuerenergieerzeugung offenbart, wodurch die Verlustleistung so genannter Snubber-Glieder (RC-Schutzbeschaltung der Halbleiterstellglieder) genutzt wird, was (G3) Rechnung trägt. DE000010045093A1 draws the energy parallel to the semiconductor actuator with a limited by resistance 'minimum current'. It mentions that the series connection of several semiconductor actuators for high-voltage applications requires balancing resistors arranged in parallel with the switching elements, and that this necessary balancing current can be used for the control energy generation of the gate control stages. Furthermore, a capacitively coupled path for the control energy generation is disclosed here, whereby the power loss of so-called snubber elements (RC protection circuit of the semiconductor actuators) is used, which takes into account (G3).

Überhaupt macht die Energieentnahme von der Ausgangsseite der Halbleiterstellglieder zur Steuerenergieerzeugung viel Sinn, weil dies mit kurzen Wegen verbunden ist (wichtig bei Hochspannungsanwendungen) und sie die Stellglieder energetisch autark macht.In general, the extraction of energy from the output side of the semiconductor actuators for control energy production makes much sense, because this is associated with short paths (important in high voltage applications) and makes the actuators energetically self-sufficient.

In der IPC-Untergruppe H02M 1/096 sind viele derartige Vorrichtungen, mit paralleler Energieentnahme beschrieben. Ein Prinzip, welches in 1 skizziert dargestellt ist. In the IPC subgroup H02M 1/096 many such devices are described with parallel energy extraction. A principle which in 1 outlined.

DE102008049677A1 beschreibt verschiedene Methoden der Energieentnahme aus den Induktionsspannungen von in Reihe geschalteten Induktivitäten. Damit überhaupt Induktionsspannungen entstehen können, bedingen diese Methoden zeitliche Stromänderungen, die aber nicht immer gegeben sind, und deren Erzeugung mithilfe des Halbleiterstellgliedes in der Regel eine eigentlich unerwünschte Störung darstellt und nur zu diesem Zweck auch unverhältnismäßig aufwändig ist. DE102008049677A1 describes different methods of energy extraction from the induction voltages of series inductors. In order for induction voltages to occur at all, these methods cause temporal changes in current, which are not always the case, and whose generation by means of the semiconductor actuator usually represents a really undesirable disturbance and is disproportionately costly only for this purpose.

Aufgabe:Task:

Erfindungsaufgabe ist, eine zu den jeweiligen Bedarfslagen gut passende, für möglichst viele Frequenzen, – insbesondere einschließlich 0-Hertz-Dauerzuständen – geeignete, effiziente, preiswerte und einfach handhabbare Methode der Steuerenergieerzeugung für Gatesteuerstufen von Halbleiterstellgliedern und ggf. ihre nächste Umgebung zu schaffen, die vor allem ohne zusätzliche Leitungsanschlüsse auskommt.It is an object of the invention to provide a suitable, efficient, inexpensive and easy-to-handle method of generating control energy for gate control stages of semiconductor actuators and possibly their immediate surroundings, which are well suited to the respective requirements, and for as many frequencies as possible, especially including 0-Hertz steady states especially without additional line connections.

Die Forderung der unabhängigen Energieversorgung ohne zusätzliche Leitungen stellt sich in zahlreichen Anwendungen, weil dadurch ungemein einfach handhabbare Konzepte befördert werden. Nicht nur Diodenersatz, Schätzersatz, Thyristorersatz, steuerbare Gleichrichter, ja genau genommen Stromrichter aller Art können verbessert werden, wobei insbesondere im Kleinspannungsbereich eine zum Teil deutliche Verringerung der Verluste erzielbar sein dürfte. Gleiches gilt auch für kondensatorlose IGCTs in Hochspannungs-Kaskaden, Insellösungen, z. B. für die Entladevorrichtung von Hochspannungskondensatorenbatterien von Kondensatorentladungsschweißanlagen, Batteriezellen-Entladewächter, Sicherungen und Strombegrenzer, und zwar im Vergleich zu konventionellen Lösungen in den Punkten Sicherheit, Präzision, Schnelligkeit und Handhabbarkeit.The demand for independent energy supply without additional lines arises in numerous applications, because it promotes extremely easy-to-handle concepts. Not only diode replacement, estimator set, thyristor replacement, controllable rectifier, yes, strictly speaking, power converters of all kinds can be improved, in particular in the low voltage range, a sometimes significant reduction in losses should be achieved. The same applies to condenserless IGCTs in high-voltage cascades, isolated applications, eg. As for the discharge of high-voltage capacitor batteries of capacitor discharge welding systems, battery cell discharge monitor, fuses and current limiter, in comparison with conventional solutions in the points safety, precision, speed and manageability.

Lösung:Solution:

Aufgrund der Vorgabe, ohne zusätzliche Leitungsanschlüsse auszukommen, fallen Lösungen, die die Energie z. B. aus der Versorgungsspannung einer das Halbleiterstellglied (1) umgebenden Gesamtschaltung beziehen aus. Es verbleiben die parallele und serielle Energieentnahme.Due to the requirement to manage without additional line connections, solutions that reduce the energy z. B. from the supply voltage of a semiconductor actuator ( 1 ) surrounding overall circuit. This leaves the parallel and serial energy extraction.

Die Erfindung löst die Aufgabe im wesentlichen durch ein Energieversorgungsmittel (3), welches zum Halbleiterstellglied (1) in Reihe geschaltet ist. 2 zeigt diese beiden Komponenten zusammen mit der Gatesteuerstufe (2) in einer Zelle (Z).The invention solves the problem essentially by a power supply means ( 3 ) leading to the semiconductor actuator ( 1 ) is connected in series. 2 shows these two components together with the gate control stage ( 2 ) in a cell (Z).

Insbesondere ist die vorwiegend serielle Energieentnahme gegenüber der parallelen bei statischen Steuerzuständen und niedrigen Frequenzen im Vorteil.In particular, the predominantly serial energy extraction over the parallel at static control states and low frequencies in the advantage.

Die Parallelentnahme hat nämlich zur Energieentnahme während eines permanenten Ein-Zustandes nur die geringe Restspannung des Halbleiterstellgliedes zur Verfügung, muss aber andererseits während des Aus-Zustandes die ggf. hohe Sperrspannung vertragen. Sie muss den im Ein-Zustand größeren Energiebedarf aus der gerade dann geringeren Spannung erzeugen, und im Aus-Zustand möglichst wenig Strom verbrauchen. Die dazu verwendeten Halbleiter benötigen daher sowohl eine hohe Spannungsfestigkeit als auch niedrige Einschaltwiderstände.The parallel removal has namely for energy removal during a permanent on-state only the low residual voltage of the semiconductor actuator available, but on the other hand must tolerate the possibly high reverse voltage during the off state. It has to generate the energy demand that is greater in the on-state from the voltage that is just then lower, and to use as little power as possible in the off-state. The semiconductors used therefore require both high withstand voltage and low starting resistances.

Seriell entnehmende Energieversorgungsmittel, deren Eingangsseite gemäß Anspruch 1 in Reihe zur Ausgangsseite des Halbleiterstellgliedes geschaltet ist, stecken hingegen nicht in diesem Dilemma. Sie benötigen nur einen geringen Innenwiderstand. Sie sollten sehr kleine Spannungen (von unter 1 V) auf das für den Betrieb der Gatesteuerstufe(n) erforderliche Niveau (von z. B. 10 V) herauf setzen können.On the other hand, serially extracted energy supply means, the input side of which according to claim 1 is connected in series with the output side of the semiconductor actuator, are not involved in this dilemma. You only need a low internal resistance. You should be able to increase very low voltages (less than 1 V) to the level required for operating the gate control stage (s) (eg 10 V).

Zudem besteht die Erfordernis des sehr kleinen Innenwiderstandes meistens auch nur während großen Stromflusses. Drohenden übermäßigen Verlustleistungen kann mit eingangsseitigen Spannungsbegrenzungsmitteln (3: 3B), – wie in Anspruch 2 erwähnt – begegnet werden.In addition, the requirement of very small internal resistance usually only exists during high current flow. Threatening excessive power losses may be caused by input voltage limiting devices ( 3 : 3B ), As mentioned in claim 2, are met.

Weist das Energieversorgungsmittel (3) einen selbstständig anspringenden Resonanzumformer gemäß Anspruch 2 auf, so wird insbesondere das Handling einfach. Erwähnt sei, dass bei ausreichender Energieversorgungslage auch regelbare Spannungsbegrenzungsmittel (3B) innerhalb des Energieversorgunsmittels (3) eingesetzt werden können, wofür ggf. sogar der, bzw. die eingangsseitigen Transistor(en) des Resonanzumformers selbst verwendet werden können.Indicates the energy supply ( 3 ) to a self-starting resonant converter according to claim 2, in particular the handling is easy. It should be mentioned that, in the case of a sufficient energy supply position, controllable voltage limiting means ( 3B ) within the energy supply ( 3 ) can be used, for which, if necessary, even the, or the input side transistor (s) of the resonant converter itself can be used.

Beispiel Diodenersatz:Example diode replacement:

In der Anwendung des Diodenersatzes resultiert dies nach außen hin in nur zweipolig in Erscheinung tretenden Schaltungen. Sie können z. B. als Modul oder Gleichrichterplatten realisiert werden und bestehende Diodenlösungen ohne weitere Änderungen des Umfeldes ersetzen. Vor allem funktionieren sie in allen Betriebszuständen und auch bei reiner Gleichspannung andauernd wie herkömmliche, – nur bessere – Dioden. Auch beim Schaltungsentwurf sind als Einzelbauteil verfügbare Dioden leichter einzuplanen, als Konzepte mit weiteren Anschlüssen u./o. Betriebsbedingungen.In the application of the diode replacement, this results in the outward appearing in only two pole appearing circuits. You can z. B. be implemented as a module or rectifier plates and replace existing diode solutions without further changes in the environment. Above all, they work continuously in all operating states and even with pure DC voltage as conventional, - only better - diodes. Also in the circuit design are to schedule available diodes easier as a single component, as concepts with other connections u./o. Operating conditions.

In 3 ist eine Anordnung für die Anwendung des Diodenersatzes dargestellt. Hierbei soll die resultierende Gesamtschaltung nur in der Richtung leiten, wie es die parasitären Bodydioden der Mosfet-Halbleiterstellglieder vorgeben, dann aber möglichst gut. Bei sehr kleiner Spannung in Flussrichtung der Bodydioden, bei Spannung in Sperrichtung der Bodydioden und bei nicht ausreichender Versorgungsspannung der Gatesteuerstufe (2) werden alle Halbleiterstellglieder (1, 4) ausgeschaltet. Bei ausreichender Spannung in Flussrichtung der Bodydioden beginnt über diese ein Stromfluss, aus dem des ersten Halbleiterstellgliedes (1) generiert das Energieversorgungsmittel (3) die Betriebsenergie der Gatesteuerstufen (2, 5) und diese können einschalten, wodurch sich die bis dahin maßgeblich von den Bodydioden bestimmte Flussspannung reduziert.In 3 an arrangement for the application of the diode replacement is shown. In this case, the resulting overall circuit should only conduct in the direction as dictated by the parasitic body diodes of the MOSFET semiconductor actuators, but then as well as possible. At very low voltage in the direction of flow of the body diodes, with voltage in the blocking direction of the body diodes and with insufficient supply voltage of the gate control stage ( 2 ) all semiconductor actuators ( 1 . 4 ) switched off. When there is sufficient voltage in the direction of flow of the body diodes, a current flow begins from which of the first semiconductor actuator ( 1 ) generates the energy supply means ( 3 ) the operating energy of the gate control stages ( 2 . 5 ) and these can turn on, which reduces the previously determined by the body diodes flow voltage.

Weist das erste Halbleiterstellglied (1) gemäß Anspruch 7 ein parallel geschaltetes Anlaufverbesserungsmittel (1A) auf, welches z. B. eine Schottky-Diode sein kann, so findet dieser Vorgang bereits bei kleineren Spannungen statt.Does the first semiconductor actuator ( 1 ) according to claim 7, a parallel switched start-up improving agent ( 1A ), which z. B. may be a Schottky diode, this process takes place even at lower voltages.

Mit einem Energiespeicher (3E) können insbesondere periodisch auftretende Versorgungslücken überbrückt werden.With an energy storage ( 3E ) in particular periodically occurring supply gaps can be bridged.

Sind, wie in Anspruch 5 und Anspruch 6 Bezug genommen wird, noch weitere Halbleiterstellglieder (4) parallel geschaltet, so können die Verluste insgesamt noch weiter reduziert und die Leistungsfähigkeit der Gesamtschaltung gesteigert werden.Are, as claimed in claim 5 and claim 6, further semiconductor actuators ( 4 ) in parallel, so the losses can be reduced even further and the performance of the overall circuit can be increased.

Diese zusätzlich parallel geschalteten Halbleiterstellglieder reduzieren die Durchflussspannung der Gesamtschaltung und erschweren damit auch die Möglichkeit, aus der verbleibenden Spannung noch genügend Energie zum Betrieb der Gatesteuerstufe(n) zu gewinnen. Dieses Problem tritt insbesondere bei kleinen Strömen auf, bei welchen die Effizienzsteigerung durch zusätzliche parallel leitende Halbleiterstellglieder (4) aber meist nicht vordringlich ist.These semiconductor actuators, which are additionally connected in parallel, reduce the through-circuit voltage of the overall circuit and thus also make it difficult to obtain enough energy to operate the gate control stage (s) from the remaining voltage. This problem occurs especially at low currents, in which the increase in efficiency by additional parallel conductive semiconductor actuators ( 4 ) but mostly not urgent.

Mit einer Regel-, bzw. Logik-Stufe (2R) gemäß Anspruch 6 wird in diesem 'Grenzbereich' das Ansteuersignal der Ergänzungshalbleiterstellglieder (4) abhängig von der Energieversorgungslage der Gatesteuerstufen (2; 5; ...) moduliert, wobei mehr oder weniger einfache oder intelligente Regelstrategien zum Einsatz kommen können, z. B. um das Optimum für die Gesamtenergiebilanz zu treffen. Dabei können folgende Aspekte gegeneinander abgewogen werden:

  • • Eine hohe Ansteuerung der Ergänzungshalbleiterstellglieder (4) führt zu geringen Durchflussspannungen.
  • • Die dann ggf. zu geringen Durchflussspannungen könnten einen kontinuierlichen Betrieb des Energieversorgungsmittels (3) vereiteln.
  • • Das Energieversorgungsmittel (3) kann ggf. mit weniger Eingangsspannung auskommen, wenn die Ergänzungshalbleiterstellglieder (4) mit weniger Intensität angesteuert werden.
  • • Das Energieversorgungsmittel (3) kann ggf. mit weniger Eingangsspannung auskommen, wenn eine Anzahl Ergänzungshalbleiterstellglieder (4) von der Ansteuerung ganz ausgenommen wird.
With a rule or logic level ( 2R ) according to claim 6, in this 'border area' the drive signal of the supplementary semiconductor actuators ( 4 ) depending on the energy supply situation of the gate control stages ( 2 ; 5 ; ...) modulates, whereby more or less simple or intelligent control strategies can be used, eg. B. to hit the optimum for the total energy balance. The following aspects can be weighed against each other:
  • • high activation of supplementary semiconductor actuators ( 4 ) leads to low flow tensions.
  • • The then too low flow voltages could cause a continuous operation of the energy supply ( 3 thwart).
  • • The energy supply means ( 3 ) may possibly manage with less input voltage if the supplementary semiconductor actuators ( 4 ) are driven with less intensity.
  • • The energy supply means ( 3 ) may possibly operate with less input voltage when a number of supplementary semiconductor actuators ( 4 ) is completely excluded from the control.

Ein gutes Ergebnis wird z. B. erzielt, wenn die Ergänzungshalbleiterstellglieder (4) genau so stark zum Leiten gebracht werden, dass für eine ausreichende Versorgung der wichtigsten Steuerstufen gerade noch genug Durchflussspannung verbleibt.A good result is z. Achieved when the supplementary semiconductor actuators ( 4 ) are made so strong that for a sufficient supply of the most important control stages just enough flow-through voltage remains.

Gemäß Anspruch 5 werden durch ein oder mehrere Energie-Entkopplungsmittel (2E) die weiteren Gatesteuerstufen (5) der Ergänzungshalbleiterstellglieder (4) von der Energieversorgung der ersten Gatesteuerstufe (2) entkoppelt, z. B. um die zur Verfügung stehende Energie ggf. auf die erste Gatesteuerstufe zu konzentrieren. Die Energie-Entkopplungsmittel (2E) können ggf. auch eine stetige Einstellbarkeit aufweisen.According to claim 5, by one or more energy decoupling means ( 2E ) the other gate control stages ( 5 ) of supplementary semiconductor actuators ( 4 ) from the power supply of the first gate control stage ( 2 ) decoupled, z. B. to concentrate on the available energy, if necessary, to the first gate control stage. The energy decoupling means ( 2E ) may optionally have a constant adjustability.

Sowohl mit dem Energie-Entkopplungsmittel (2E) gemäß Anspruch 5, wie auch mit der Regel-, bzw. Logik-Stufe (2R) gemäß Anspruch 6 kann der Gefahr eines diskontinuierlichen Betriebes des Energieversorgungsmittels (3) begegnet werden.Both with the energy decoupling agent ( 2E ) according to claim 5, as well as with the control or logic stage ( 2R ) according to claim 6, the risk of a discontinuous operation of the energy supply means ( 3 ).

4: Moderne Leistungsstellglieder (Mosfets und IGBTs) benötigen insbesondere zum schnellen Schalten relativ viel Ansteuerenergie. Mithilfe eines zusätzlichen kapazitiv gekoppelten Energieversorgungsmittels (6) nach Anspruch 7 kann insbesondere der frequenzabhängig steigende Energiebedarf passend gedeckt werden. Idealer weise kann der ggf. für das Halbleiterstellglied erforderliche (hier nicht dargestellte) Snubberkondensator kleiner ausgelegt werden, oder ganz entfallen, wodurch die sonst verloren gehende 'Snubberenergie' zumindest teilweise sinnvoll genutzt wird. 4 : Modern power actuators (MOSFETs and IGBTs) require relatively much drive energy, especially for fast switching. Using an additional capacitive coupled energy supply ( 6 ) according to claim 7, in particular the frequency-dependent increasing energy demand can be met appropriately. Ideally, the possibly required for the semiconductor actuator (not shown here) snubber capacitor can be made smaller, or omitted altogether, so that the otherwise lost 'Snubberenergie' is used at least partially meaningful.

Beispielsweise können Vorrichtungen für die Anwendung Diodenersatz recht einfach handhabbare und universell einsetzbare Zweipole sein, insbesondere wenn für die Auslegung für höhere Frequenzen nur solche einfachen Mittel erforderlich und kaum Einbußen bei anderen Eigenschaften in Kauf zu nehmen sind. Hierzu kann ein kapazitiv gekoppeltes, ergänzendes Energieversorgungsmittel (6) nach Anspruch 7 sehr hilfreich sein.For example, devices for diode replacement can be quite easy to handle and universally applicable bipolar, especially if the design for higher frequencies only such simple means required and hardly any loss of other properties are to be accepted. For this purpose, a capacitively coupled, supplementary energy supply means ( 6 ) be very helpful according to claim 7.

5: In vielen Fällen, – z. B. wenn die Halbleiterstellglieder vorwärts betrieben werden – in denen eine ausreichende Energieversorgung über die Serien-Energieentnahme und ggf. über die zusätzliche kapazitiv gekoppelte Energieentnahme gewährleistet ist, wird aber noch für das erste Einschalten oder nach einer längeren Pause eine minimale Startenergie benötigt. Diese kann mit einem parallel zum Halbleiterstellglied (1) geschalteten, Minimalstrom liefernden Widerstand (7R) nach Anspruch 7 bereit gestellt werden. 5 : In many cases, -. B. when the semiconductor actuators are operated forward - in which a sufficient power supply via the series energy extraction and possibly on the additional capacitive coupled energy extraction is ensured, but still for the first power on or after a long break a minimum starting energy is needed. This can with a parallel to the semiconductor actuator ( 1 ) connected, minimum current supplying resistance ( 7R ) are provided according to claim 7.

6 zeigt die Kombination aus serieller und paralleler Energiegewinnung mit je einem separaten Energieversorgungsmittel (3, 3P). Damit kann auch bei größerem Energiebedarf in allen statischen Stellungen des Halbleiterstellgliedes (1) ausreichend Steuerenergie gewonnen werden. Wie für das serielle Energieversorgungsmittel (3), ist auch für das parallel angeordnete Energieversorgungsmittel (3P) eine eingangsseitige Spannungsbegrenzung zweckmäßig. Mit ihr kann bei Hochspannungskaskaden sogar ein ggf. geringerer und zugleich nutzbringender Symmetrierstrom erreicht werden, als ihn konventionelle Symmetrierwiederstände in einer Worst-Case-Auslegung benötigen. Auch kann das parallel angeordnete Energieversorgungsmittel (3P) eingangsseitig eine Reihenschaltung mehrerer, ggf. weniger spannungsfester Stufen aufweisen. 6 shows the combination of serial and parallel energy generation, each with a separate power supply ( 3 . 3P ). Thus, even with greater energy requirements in all static positions of the semiconductor actuator ( 1 ) sufficient control energy can be obtained. As for the serial power supply ( 3 ), is also for the parallel arranged energy supply means ( 3P ) an input-side voltage limit appropriate. With high-voltage cascades, even a possibly lower and at the same time beneficial balancing current can be achieved with it than conventional balancing resistors require in a worst-case design. Also, the parallel arranged energy supply means ( 3P ) have on the input side a series circuit of several, possibly less voltage-resistant stages.

Beispiel IGCT-Kaskode:Example IGCT cascode:

7 zeigt eine Weiterbildung der Reihenschaltung aus Halbleiterstellglied (1), welches hier ein GCT-fähiger (Gate Commutated Thyristor) GTO (Gate-Turn-Off Thyristor) ist, mit einem Energieversorgungsmittel (3), welches ein 'steuerbares Spannungsbegrenzungsmittel' (3B) am Eingang aufweist, und gemäß Anspruch 3 dazu eingerichtet ist, den Strompfad (nicht figürlich dargestellt: einschließlich der Energieentnahme) auf Befehl hin zu unterbrechen. Damit stellt die Reihenschaltung eine Kaskode dar, bei welcher der Thyristor kathodenseitig abgeschaltet werden kann. 7 shows a development of the series circuit of semiconductor actuator ( 1 ), which is a gate commutated thyristor GTO (Gate Turn-Off Thyristor) here, with a power supply ( 3 ), which is a 'controllable voltage limiting means' ( 3B ) is arranged at the input, and is arranged according to claim 3 to interrupt the current path (not shown figuratively: including the energy extraction) on command. Thus, the series circuit is a cascode in which the thyristor can be switched off on the cathode side.

Diese Anordnung, – die z. B. für HGÜ-Anwendungen zweckmäßig kaskadiert werden kann – kann sich in folgenden Betriebszuständen befinden:

  • 1. Der GTO sperrt: Die Gatesteuerstufe (2) steuert das Gate des GTO-Thyristors auf Low-Potential. Das Energieversorgungsmittel (3) ist weitgehend stromfrei und erzeugt daher keine Steuerenergie. Zweckmäßiger weise geht es aber in einen Spannungsbegrenzungsmodus von z. B. 2 V (verhält sich wie eine 2 V-Z-Diode). Der Dunkelstrom (Leckstrom des Thyristors, z. B. durch kosmische Strahlung) bewirkt, dass sich diese 2 V-Spannung ggf. tatsächlich einstellt, was gleichbedeutend ist mit einer Gate-Kathodenspannung von –2 V, die wiederum bei einigen GTOs als Randbedingung für den Betrieb mit hohen Sperrspannungen genannt ist.
  • 2. Der GTO wird gezündet: Das Spannungsbegrenzungsmittel (3B) wird voll leitend gesteuert und kurz danach wird der GTO-Thyristor von der Gatesteuerstufe (2) gezündet, wie ein 'normaler' Thyristor in einer konventionellen Umgebung. Hierfür muss die erforderliche Startenergie über eine der vorgenannten ergänzenden Methoden zur Verfügung gestellt worden sein.
  • 3. Der GTO leitet: Die Gatesteuerstufe (2) fährt den Zündimpuls bis auf einen kleineren Dauerwert zurück und das Energieversorgungsmittel (3) stellt die an ihm abfallende Spannung auf den kleinst möglichen Wert ein und erzeugt dabei fortlaufend die notwendige Steuerenergie.
  • 4. Der GTO wird gelöscht: Das Energieversorgungsmittel (3) unterbricht den Stromfluss. Die hierfür besonders stark ausgelegte Gatesteuerstufe (2B) hält das Potential des Gates weiter Low. Der Anodenstrom des Thyristors fließt fortan nicht mehr aus der Kathode wieder hinaus, sondern kommutiert auf das Gate. Der negative Gatestrom löscht den Thyristor. Der GTO-Thyristor muss hierfür die volle Höhe des Anodenstromes am Gate verkraften können, also ein sog. 'GCT' (Gate Commutated Thyristor) sein. Die Kommutierung soll dem Thyristor zuliebe möglichst schnell erfolgen.
This arrangement, - z. B. cascaded for HVDC applications - can be in the following operating states:
  • 1. The GTO locks: the gate control stage ( 2 ) controls the gate of the GTO thyristor to low potential. The energy supply means ( 3 ) is largely power-free and therefore does not generate control energy. Appropriately, however, it goes into a voltage limiting mode of z. B. 2 V (behaves like a 2 VZ diode). The dark current (leakage current of the thyristor, eg due to cosmic radiation) causes this 2 V voltage to actually set, which is equivalent to a gate-cathode voltage of -2 V, which in turn is used as a boundary condition for some GTOs is called the operation with high reverse voltages.
  • 2. The GTO is ignited: the voltage limiting device ( 3B ) is fully turned on and shortly thereafter the GTO thyristor is controlled by the gate control stage ( 2 ) ignited, like a 'normal' thyristor in a conventional environment. For this, the required starting energy must have been made available via one of the aforementioned supplementary methods.
  • 3. The GTO leads: the gate control stage ( 2 ) retracts the ignition pulse to a smaller duration value and the power supply means ( 3 ) sets the voltage dropping across it to the smallest possible value, thereby continuously generating the necessary control energy.
  • 4. The GTO is deleted: the power supply ( 3 ) interrupts the flow of electricity. The purpose of this particularly strong gate control stage ( 2 B ) keeps the potential of the gate low. The anode current of the thyristor no longer flows out of the cathode, but commutes to the gate. The negative gate current extinguishes the thyristor. For this purpose, the GTO thyristor must be able to cope with the full height of the anode current at the gate, that is to say be a so-called 'GCT' (Gate Commutated Thyristor). The commutation should be done as fast as possible for the thyristor.

Diese Anordnung hat gegenüber den herkömmlichen IGCTs (Integrated Gate Commutated Thyristoren) besondere Vorteile:

  • 1. Die sonst für den in der Löschphase negativen Gatestrom erforderliche Energie muss nicht auf Hochspannungspotenzial gewonnen (oder dort hin geführt) und zwischengespeichert werden, sondern kommt auf direktem Weg aus dem Laststromkreis. Die beste Lösung für Baugröße und Wirkungsgrad.
  • 2. Die üblicherweise zum Zwischenspeichern der Löschenergie erforderlichen Kondensatoren entfallen und damit auch die Bedingung, dass sie zum Löschen ausreichend geladen sind. Der Gatestrom ist stets automatisch ausreichend bemessen, der Kathodenstrom wird einfach (ansatzweise hart) abgeschaltet.
  • 3. Weiter entfallen damit auch ihre Innenwiderstände und ihre Serieninduktivitäten. Die Strompfade des Kommutierungskreises sind aufgrund des Fortfalls der Kondensatoren-Baugröße entsprechend kürzer. Eine kleine Löschkreisinduktivität in einem integriertem Konzept ergibt sich, wenn die während der Kommutierung miteinander konkurierenden Strompfade (über 2B und 3B) dicht nebeneinander angeordnet (Stichworte: bifilar, verdrillt, koaxial) sind. Die Toleranzen der ohnehin kleineren Löschkreisimpedanz beeinflussen außerdem kaum mehr die zeitlichen Verläufe der Gate- und Kathodenströme. Sie wirken sich in erster Linie nur auf die Kathoden-Gate-Spannungsverläufe aus. Der sich aus der negativen Gatespannung entwickelnde Gatestrom entlastet den abschaltenden Transistor des Spannungsbegrenzungsmittels (3B), wie es sonst ein Snubberglied tun würde. Bauteil- und Impedanztoleranzen wirken sich demnach auf Spannung und Abschaltverluste am Transistor aus, aber die Löschzeit des Thyristors wird quasi nur noch von ihm selbst bestimmt. Der Abschaltvorgang dürfte schneller werden und das bei kaskadierten Hochspannungsschaltgliedern wichtige gleichzeitige Schalten damit sicherer.
  • 4. Weder Transistoren noch Transformatoren oder Leitungen kommen mit Hochspannung in Berührung. Von ihr werden lediglich der Lastkreis und seine Symmetrierwiderstände berührt, welche nach dem schon beschriebenen Minimalstromprinzip die energetische Erstversorgung bereitstellen können. Weiter muss nur noch die Signalübermittlung hohe Spannungen überwinden, was aber z. B. mit auf Lichtleiter basierenden Optokopplern auch für höchste Spannungen einfach möglich ist.
  • 5. Auf der 'Point-of-Load' – Insel steht in allen Schaltzuständen genügend Steuerenergie für diverse Zwecke zur Verfügung.
  • 6. Diese Art der energetischen Versorgung ist leicht über einen großen Arbeitsspannungsbereich machbar (weil ja zur Hochspannungsseite keinerlei Bezug besteht), und ebenso leicht über einen großen Strombereich: Bei 'Strommangel' führt das Spannungsbegrenzungsmittel (3B) automatisch weniger Strom und es verbleibt ein zweckmäßigerweise konstantes Spannungsniveau zur Energieentnahme. Für die Pausen einer Wechselstrom-Ansteuerung kann die so entnommene Energie leicht zwischengespeichert werden. Insbesondere große Hochspannungskaskaden werden kompakter.
  • 7. Die zur Sperrverbesserung wünschenswerte negative Gatespannung entsteht bei beginnenden Leckströmen situativ automatisch.
This arrangement has particular advantages over the conventional IGCTs (Integrated Gate Commutated Thyristors):
  • 1. The energy otherwise required for the negative gate current in the quenching phase does not have to be recovered (or led) to high-voltage potential and is temporarily stored in the load circuit. The best solution for size and efficiency.
  • 2. The capacitors usually required for latching the erase energy accounts and thus also the condition that they are sufficiently charged for erasing. The gate current is always automatically sufficient, the cathode current is simply switched off (in some cases hard).
  • 3. Next also eliminates their internal resistance and their series inductances. The current paths of the commutation circuit are correspondingly shorter due to the elimination of the capacitor size. A small cancellation circuit inductance in an integrated concept arises when the current paths competing with each other during the commutation (over 2 B and 3B ) are arranged close to each other (keywords: bifilar, twisted, coaxial). The tolerances of the already smaller erase circuit impedance also hardly influence the temporal characteristics of the gate and cathode currents. They affect themselves primarily only on the cathode gate voltage waveforms. The gate current developed from the negative gate voltage relieves the turn-off transistor of the voltage limiting means ( 3B ) as a snubber member would otherwise do. Component and impedance tolerances accordingly affect voltage and turn-off losses at the transistor, but the quenching time of the thyristor is quasi determined only by itself. The switch-off process is expected to become faster and the simultaneous switching of cascaded high-voltage switching elements thus safer.
  • 4. Neither transistors nor transformers or lines come into contact with high voltage. From it only the load circuit and its balancing resistors are touched, which can provide the first energetic supply according to the already described minimum current principle. Next only the signal transmission must overcome high voltages, but z. B. with optical fiber-based optocouplers for high voltages is easily possible.
  • 5. On the 'point-of-load' island, sufficient control energy is available for various purposes in all switching states.
  • 6. This type of power supply is easily feasible over a wide working voltage range (since there is no relation to the high voltage side), and just as easily over a large current range: with 'current shortage', the voltage limiting device ( 3B ) automatically less power and it remains a suitably constant voltage level for energy extraction. For the pauses of an AC drive, the energy thus removed can be easily cached. In particular, large high-voltage cascades become more compact.
  • 7. The negative gate voltage, which is desirable for blocking improvement, arises automatically automatically in the event of starting leakage currents.

Stehen nur GTOs zur Verfügung, die nicht den vollen Anodenstrom an ihrem Gateanschluss vertragen, muss zwar auf einige der genannten Vorteile verzichtet werden, man hat aber auch dann die ideale Lösung: Die zum Löschen erforderliche Energie muss ja vor der Löschung in den Kondensatoren gesammelt werden. Das ist genau die Phase, in der es für das Energieversorgungsmittel (3) nichts näher liegendes gibt, als den es durchfließenden Strom dafür anzuzapfen.If only GTOs are available that do not tolerate the full anode current at their gate connection, some of the advantages mentioned above must be avoided, but the ideal solution is still available: the energy required for erasing must be collected in the capacitors before they are erased , This is exactly the phase in which it is necessary for the energy supply ( 3 ) there is nothing closer than to tap the stream flowing through it.

Beispiel Hochspannungskondensatorentladung:Example high voltage capacitor discharge:

8: zeigt eine Anordnung zum kontrollierten Entladen der Kondensatorenbatterie von Kondensatorentladungsschweißmaschinen. Dabei schaltet z. B. ein Hochspannungs-IGBT einen mit der Hochspannungsseite (UC) der Kondensatoren verbundenen Entladewiderstand (R1). Es kommen nur geringe Schaltfrequenzen unterhalb 1 Hertz vor, dafür aber sollte ein (ggf. automatisches) Entladen unter möglichst allen äußeren Fehlerbedingungen, wozu auch der Ausfall externer Hilfsenergie zählt, möglich sein. Die hier dargestellte Anordnung ist dazu energetisch autark, verlustarm und in beiden Schaltzuständen wird genügend Energie zum Wechsel in den jeweils anderen generiert. Während des Aus-Zustandes liefert ein externer, gegen eine Spannungsbegrenzung (innerhalb des Energieversorgungsmittels 7 dargestellt) arbeitender spannungsfester Minimalstromwiderstand (7R) die zum ersten Einschalten der Entladung erforderliche Startenergie. Dieser Widerstand und das Halbleiterstellglied (1) sind die einzigen im Regelbetrieb mit Hochspannung in Kontakt kommenden Komponenten. Aus Sicherheitsgründen, – denn Halbleiter können durchschlagen – müssen aber auch alle möglicherweise von einem solchen Durchschlag betroffenen Komponenten an anderer Stelle zum restlichen steuerungstechnischen Umfeld der Schweißanlage hin sicher isoliert sein. Dies erfolgt mithilfe von Anspruch 8 gemäßen Signalübermittlungsmitteln, welche Signale beliebiger Richtung galvanisch trennen und zweckmäßig hoch isolierende Optokoppler sein können. 8th shows an arrangement for the controlled discharge of the capacitor battery of capacitor discharge welding machines. This z. B. a high-voltage IGBT connected to the high-voltage side (U C ) of the capacitors discharge resistor (R 1 ). There are only low switching frequencies below 1 hertz, but should be a (possibly automatic) unloading under all possible external fault conditions, including the failure of external auxiliary power counts, be possible. The arrangement shown here is energetically self-sufficient, low-loss and in both switching states sufficient energy is generated to switch to the other. During the off state, an external, against a voltage limit (within the power supply means 7 shown) working voltage-resistant minimum current resistance ( 7R ) the starting energy required to first turn on the discharge. This resistor and the semiconductor actuator ( 1 ) are the only components that come into contact with high voltage during normal operation. For safety reasons, because semiconductors can penetrate, all components that may be affected by such a breakdown must also be safely isolated elsewhere in relation to the rest of the control environment of the welding system. This is done by means of claim 8 according to the present invention signal transmission means which galvanically separate signals of any direction and may be useful highly insulating optocouplers.

Zum Starten der Entladung wird über ein erstes Signalübermittlungsmittel (8) der Entladebefehl an die Gatesteuerstufe (2) gesendet. Das Halbleiterstellglied (1) schaltet ein, Entladestrom beginnt zu fließen und das Energieversorgungsmittel (3) nimmt seine Funktion auf. Von da an steht auf dieser 'Insel' genügend Steuerenergie für alle weiteren Aktionen zur Verfügung.To start the discharge is via a first signal transmission means ( 8th ) the unloading command to the gate control stage ( 2 ) Posted. The semiconductor actuator ( 1 ) turns on, discharge current starts to flow and the power supply means ( 3 ) begins its function. From then on is on this 'island' enough control energy for all further actions available.

Dazu zählt vor allem eine besonders sichere Strom-fließt-Rückmeldung eines zweiten Signalübermittlungsmittels (9): Falsch positive Meldungen sind dabei unter energetischen Gesichtspunkten erschwert, wenn das Signalübermittlungsmittel (9) ohne wirklich über das Halbleiterstellglied (1) und dem Energieversorgungsmittel (3) fließenden Strom nicht genügend Betriebsenergie erhalten kann.This includes above all a particularly secure current-flow feedback of a second signal transmission means ( 9 ): False positive messages are made more difficult from an energetic point of view if the signal transmission means ( 9 ) without really using the semiconductor actuator ( 1 ) and the energy supply means ( 3 ) flowing power can not receive enough operating power.

Weiter (nicht figürlich dargestellt) können z. B. Spannungserfassungsmittel, wie aktive Messteiler, u./o. Entladestromregler zur Beschleunigung der sonst mit Fortschreiten der Entladung immer langsamer werdenden Entladung betrieben werden.Next (not shown figuratively) can z. B. Voltage detecting means, such as active measuring dividers, u./o. Discharge current regulator to accelerate the otherwise slower as the discharge progresses slower discharge.

Beispiel AC-/DC-Stellglied:Example AC / DC actuator:

Ist das Energieversorgungsmittel (3) gemäß Anspruch 4 dazu eingerichtet, dem Strompfad in jeder der beiden Stromrichtungen Energie zu entnehmen, so wird damit ein energetisch autarker, rückwärts (wie beim o. g. Diodenersatz) gut leitender und vorwärts (wie bei der Kondensatorentladung) normal ansteuerbarer Transistor ermöglicht.Is the energy supply ( 3 ) arranged according to claim 4, to remove energy from the current path in each of the two current directions, so that is an energetically self-sufficient, backward (as in the above diode replacement) well conductive and forward (as in the capacitor discharge) normally controllable transistor allows.

Anwendung findet dieser insbesondere in Reihenschaltung mit einem zweiten, entgegengesetzt gepolten Transistor, wodurch mithilfe dieser Reihenschaltung ein universelles Stellglied entsteht, welches sowohl Gleichstrom in beiden Richtungen, wie auch Wechselstrom einstellen kann.This is used in particular in series with a second, oppositely poled transistor, which means using this series connection creates a universal actuator, which can set both DC in both directions, as well as AC.

Gegenüber vergleichbaren Universalschaltern, – wie sie Photovoltaic Coupler darstellen – weisen sie eine vielfach höhere Leistungsfähigkeit und einen erheblichen Geschwindigkeitsvorteil auf, durch welchen Wechselströme auf einfache Weise mit Mittelfrequenzen im Bereich von z. B 1 bis 50 kHz durch Pulsweitenmodulation (PWM) eingestellt werden können. Auch elektromechanische Leistungsschütze können ersetzt werden, und zwar mit geringeren Verlusten als es Triac basierte Module tun und sind mit weniger Stromoberwellen stetig einstellbar (auch wenn meistens hierauf verzichtet werden dürfte). Eine neue Qualität von Solid-State-Relais!Compared with similar universal switches, as they represent photovoltaic coupler - they have a much higher performance and a significant speed advantage, by which alternating currents in a simple manner with center frequencies in the range of z. B 1 to 50 kHz can be adjusted by pulse width modulation (PWM). Electromechanical contactors can also be replaced, with lower losses than triac-based modules do, and are continuously adjustable with less current harmonics (even though most of this is not required). A new quality of solid state relays!

9: Eine Zusammenschaltung mehrerer Anordnungen (hier nur zwei ausgezeichnet) in einer Baueinheit gemäß Anspruch 9 reduziert die nach außen sichtbare Anzahl Anschlüsse ('Pincount'). Diese Zusammenschaltungen sind einsetzbar:

  • • Durch Parallelschaltung für Gleichströme, die höher als die Maximalströme der einzelnen Zellen sind. Sie können sowohl abschaltbar, wie auch nicht abschaltbar sein. Sie können sowohl rückwärts leitend, rückwärts sperrend oder für den Rückwärtsbetrieb unzulässig sein.
  • • Für Wechselströme, insbesondere wenn diese Zusammenschaltung nur zwei rückwärts gut leitende Zellen aufweist: Hierbei werden außen die beiden innen nicht verbundenen Pole (10A + 20A) der Zellen angeschlossen. Jede der beiden, rückwärts leitenden Zellen übernimmt im Bedarfsfall für die eine Stromrichtung die Sperrfunktion, die der anderen, entgegengesetzt orientierten Zelle unmöglich ist. Werden beide Halbleiterstellglieder von einem Signalübermittlungsmittel (hier nicht dargestellt, die zweite Zelle 20Z folgt der ersten logisch als 'Slave') gesteuert, so werden Betriebsarten und Konfigurationen gängiger Photovoltaic Coupler für höhere Leistungen und Frequenzen erreicht. Ggf. kann diese Zusammenschaltung anstatt zweier Energieversorgungsmittel (103 + 203) auch nur ein gemeinsames Energieversorgungsmittel (wie in 12: 3), welches eingangsseitig dazu eingerichtet ist, dem Strompfad gemäß Anspruch 4 in jeder der beiden Stromrichtungen Energie zu entnehmen, aufweisen.
9 : An interconnection of several arrangements (here only two excellent) in a structural unit according to claim 9 reduces the number of outlets ('pin count') visible to the outside. These interconnections can be used:
  • • Through parallel connection for direct currents that are higher than the maximum currents of the individual cells. They can be switched off as well as not be switched off. They can be reverse-conducting, reverse-blocking or inadmissible for reverse operation.
  • • For alternating currents, in particular if this interconnection has only two cells conducting good backward conduction: in this case, the two poles not connected on the outside ( 10A + 20A ) of the cells connected. If necessary, each of the two reverse-conducting cells assumes the blocking function for one current direction, which is impossible for the other, oppositely oriented cell. If both semiconductor actuators by a signal transmission means (not shown here, the second cell 20Z following the first logically controlled as 'slave'), operating modes and configurations of common photovoltaic couplers for higher powers and frequencies are achieved. Possibly. can this interconnection instead of two energy supply means ( 103 + 203 ) also only a common energy supply means (as in 12 : 3 ), which on the input side is adapted to remove the current path according to claim 4 in each of the two current directions have energy.

Baueinheit in Reihe geschalteter Zellen:Assembly in series connected cells:

10: Eine Reihenschaltung mehrerer Anordnungen (hier nur zwei ausgezeichnet) in einer Baueinheit, gemäß Anspruch 10 in gleicher Orientierung, ermöglicht Aufbau und Betrieb folgender Konfigurationen:

  • • Durch Kaskadierung als Halbleiterstellglied für Gleichspannungen, die höher sind, als die Sperrspannungen der einzelnen Zellen. Diese können sowohl abschaltbar, wie auch nicht abschaltbar sein. Sie können sowohl rückwärts leitend, rückwärts sperrend oder für den Rückwärtsbetrieb unzulässig sein.
  • • Zusammenschaltung in einer Baueinheit, nur zwei, – vorzugsweise rückwärts sperrende – Zellen aufweisend, wodurch die von Thyristormodulen als 'Phaseleg' ('Phasenzweig') und die von Transistoren als Halbbrücke bekannte Konfiguration gegeben ist. Sie kann sowohl abschaltbar, wie auch nicht abschaltbar sein. Sie kann prinzipiell in allen Einsatzfeldern dieser Thyristormodule und Transistorhalbbrücken betrieben werden, inklusive Drehstromgleichrichter, Wechselrichter, Wechselstromgleichrichter, oder Wechselstromsteller (in sog. 'Antiparallelschaltung'), Drehstromsteller und Frequenzumrichter.
10 : A series arrangement of several arrangements (here only two excellent) in a structural unit, according to claim 10 in the same orientation, enables construction and operation of the following configurations:
  • • By cascading as a semiconductor actuator for DC voltages that are higher than the blocking voltages of the individual cells. These can be switched off as well as not switched off. They can be reverse-conducting, reverse-blocking or inadmissible for reverse operation.
  • • Interconnection in a unit, only two, - preferably reverse blocking - cells, which is given by the thyristor modules as 'Phaseleg'('phaseleg') and the known as transistors of the half-bridge configuration. It can be switched off as well as not switched off. In principle, it can be operated in all fields of application of these thyristor modules and transistor half-bridges, including three-phase rectifiers, inverters, AC rectifiers, or AC converters (in so-called 'anti-parallel'), three-phase controllers and frequency converters.

Beispiel Batteriezellenentladewächter:Example battery cell discharge monitor:

11 zeigt eine Anordnung für einen Umpol- bzw. Tiefentladeschutz für eine galvanische Zelle (BT). Diese werden häufig in Reihenschaltungen von 6 oder mehr gleichartigen galvanischen Zellen verwendet. Hat dabei eine der galvanischen Zellen während eines Entladevorganges 'vorzeitig' nicht mehr ausreichend Energieliefervermögen, so wird ihr in der Regel mithilfe der Energie der anderen galvanischen Zellen ein weiterhin relativ hoher Entladestrom aufgezwungen. Dies führt i. d. R. zum Unterschreiten der Entladeschlussspannung und ist für die betreffende galvanische Zelle schädlich. Im allgemeinen führt dieser Vorgang sogar zur Umpolung dieser galvanischen Zelle und dies ist dann auch noch der nutzbaren Leistung der übrigen galvanischen Zellen abträglich. Die Anordnung nach 11 weist hierfür eine Halbbrückenschaltung aus zwei Halbleiter-Zellen, ähnlich wie in 10 auf. Der Anschaulichkeit zuliebe sind diese beiden Halbleiter-Zellen nicht detailliert heraus gezeichnet, sondern nur mit einem der äußeren Funktion entsprechenden Symbol dargestellt. Die Transistorzelle (20Z) ist dabei ein (zum Laden) rückwärts gut leitender Transistor und kann zum Beenden des Entladens von einem Batteriezell-Controller (202C) ausgeschaltet werden. Dieser Batteriezell-Controller braucht im einfachsten Fall nur die Entladeschlussspannung zu überwachen und kann selbst von der Energieversorgung der Gatesteuerstufe von (20Z) mitversorgt werden. Die Halbleiter-Zelle (10Z) ist eine, – wie zu 3 beschriebene – Anordnung, die wie eine verbesserte Diode funktioniert, und stellt für die erschöpfte galvanische Zelle automatisch einen Bypass zur Verfügung. Die besonderen Vorteile dieser Anordnung liegen darin, dass erstens: die Anordnung mit einer derart geschützten galvanischen Zelle nach außen, – wie die ungeschützte galvanische Zelle – zweipolig ist, und deshalb leicht an deren Einbaustelle treten kann; und zweitens: dass für Zellschutz und Bypass keinerlei Restenergie aus der galvanischen Zelle selbst erforderlich ist. Damit wird die maximal mögliche Restleistung von Reihenschaltungsanordnungen von galvanischen Zellen auch für ggf. unverhoffte Totalausfälle einzelner galvanischer Zellen gewährleistet. Ein, – insbesondere für Notstromaggregate – wichtiger Sicherheitsaspekt! 11 shows an arrangement for a Umpol- or deep discharge protection for a galvanic cell (BT). These are often used in series circuits of 6 or more similar galvanic cells. If one of the galvanic cells has a "premature" energy delivery during a discharging process, it is usually forced to use the energy of the other galvanic cells to continue to supply a relatively high discharge current. This usually leads to falling below the discharge end voltage and is detrimental to the relevant galvanic cell. In general, this process even leads to the polarity reversal of this galvanic cell and this is then also the useful power of the other galvanic cells detrimental. The arrangement after 11 has a half-bridge circuit of two semiconductor cells, similar to in FIG 10 on. For the sake of clarity, these two semiconductor cells are not drawn out in detail, but only with a symbol corresponding to the outer function. The transistor cell ( 20Z ) is a (for charging) reverse good conducting transistor and can be used to stop the discharge of a battery cell controller ( 202C ) turned off. In the simplest case, this battery cell controller only needs to monitor the discharge end voltage and can itself be isolated from the power supply of the gate control stage of ( 20Z ) be supplied. The semiconductor cell ( 10Z ) is one, - how to 3 described arrangement, which functions like an improved diode and automatically provides a bypass for the depleted galvanic cell. The particular advantages of this arrangement are that, firstly: the arrangement with such a protected galvanic cell to the outside, - as the unprotected galvanic cell - is bipolar, and therefore can easily occur at their installation point; and second, that cell protection and bypass do not require any residual energy from the galvanic cell itself. Thus, the maximum possible residual power of series circuit arrangements of galvanic cells is ensured even for possibly unexpected total failures of individual galvanic cells. A, - especially for emergency generators - important safety aspect!

Weitere zweipolige Beispiele: Geregeltes AC-/DC-Stellglied, Fernschalter, Sicherung, Strombegrenzung:Other two-pole examples: Regulated AC / DC actuator, remote switch, fuse, current limitation:

12 zeigt eine optimierte Anordnung eines 2-poligen AC-/DC-Stellgliedes mit Strommessung. Anders als die in 9 dargestellte Anordnung ist hier kein Kathodenanschluss herausgeführt, sondern es sind nur die Anschlüsse (10A) und (20A) von außen zugänglich. Beide Halbleiterstellglieder (101, 201) werden von einer gemeinsamen Gatesteuerstufe (2) angesteuert. Das Energieversorgungsmittel (3) ist ebenfalls nur noch einmal vorhanden und ist dafür gemäß Anspruch 4 eingangsseitig dazu eingerichtet, dem Strompfad in jeder der beiden Stromrichtungen Energie zu entnehmen. Ferner ist das Minimalstrom basierte, ergänzende Energieversorgungsmittel (7, mit 7R) gemäß Anspruch 7 über die beiden Dioden (107D, 207D) parallel zu den, – zweckmäßig rückwärts leitenden – Halbleiterstellgliedern (101, 201) angekoppelt, um den Anlauf in jeder der beiden Stromrichtungen zu ermöglichen. Damit wird für den ersten Anlauf ein minimaler Strom parallel zu dem Halbleiterstellglied geleitet, das vorwärts zur Stromrichtung orientiert ist und deshalb ohne Ansteuerung noch sperrt. 12 shows an optimized arrangement of a 2-pole AC / DC actuator with current measurement. Unlike the in 9 arrangement shown here, no cathode connection is led out, but it is only the connections ( 10A ) and ( 20A ) accessible from outside. Both semiconductor actuators ( 101 . 201 ) are generated by a common gate control stage ( 2 ). The energy supply means ( 3 ) is also present only once and for this purpose according to claim 4 on the input side adapted to remove the current path in each of the two current directions energy. Furthermore, the minimum current based, complementary power supply means ( 7 , With 7R ) according to claim 7 via the two diodes ( 107D . 207D ) parallel to the, - backward conductive - semiconductor actuators ( 101 . 201 ) coupled to allow start-up in each of the two current directions. Thus, a minimum current is passed parallel to the semiconductor actuator for the first start, which is oriented forward to the current direction and therefore still blocks without control.

Mit Bestehen einer ausreichenden Betriebsspannung kann dann die Gatesteuerstufe (2) den Hauptstrom – je nach Wunsch – ganz, teilweise oder pulsierend über die Halbleiterstellglieder (101, 201) einschalten. Dieser fließt im Regelbetrieb größtenteils, – d. h. abgesehen von dem minimalen, über (7R) möglichen Strom – über das Halbleiterstellglied (101), die Eingangsseite des Energieversorgungsmittels (3), das Stromerfassungmittel (9R, dem ein Stromauswertemittel 9A nachgeordnet ist) und das Halbleiterstellglied (201), oder umgekehrt.With sufficient operating voltage, the gate control stage ( 2 ) the main current - as desired - completely, partially or pulsing on the semiconductor actuators ( 101 . 201 ) turn on. In normal operation, this flows mostly, ie apart from the minimum, over ( 7R ) possible current - via the semiconductor actuator ( 101 ), the input side of the power supply ( 3 ), the current detection means ( 9R which is a current evaluation means 9A downstream) and the semiconductor actuator ( 201 ), or the other way around.

Vorzugsweise ist dies Anordnung gemäß Anspruch 11 dazu eingerichtet, in die Ansteuerung der Halbleiterstellglieder (1, 4, ...; 101, 104; 201, 204, ...) den erfassten Strom mit einzubeziehen, so dass mit dieser nach außen 2-poligen Anordnung ein Strom nicht nur gestellt, sondern auch geregelt werden kann, oder es kann in noch anderer Form (z. B. bei Überstrom abschaltend) darauf reagiert werden. Die Steuerung kann von außen (z. B. per Funk) oder auch selbsttätig erfolgen, z. B. in begrenzender Funktion (Sanftanlauf), abschaltend (Sicherung), oder auch beides (ein in die Halterung relativ ungefährlich einsetzbares Sicherungselement). Dabei kann die Auslösecharakteristik je nach Bedarf – z. B. für den Motorschutz, Leitungsschutz oder Halbleiterschutz – angepasst werden. Es kann dazu z. B. ein Effektivwert oder ein Grenzlastintegral gebildet werden, es kann aber auch z. B. für Thyristoren mithilfe moderner μC-Technik und gegebener Spannungsfunktion zum Strom (Stichwort ABCD-Parameter), sowie eine entsprechende Wärmeabfuhr-Modellierung, welche den transienten thermischen Impedanzkurven entspricht, eine noch präzisere und weitaus flinkere Abschaltcharakteristik eingeprägt werden. Zweckmäßiger weise wird in gleicher Baueinheit auch noch eine 'normale' Schmelzsicherung integriert, zu welcher Selektivität gegeben ist, so dass die Schmelzsicherung im Regelfall nie schmilzt sowie ein Selbstschutz-Widereinschaltprogramm für den Fall, dass die maximale Abschaltspannung der Halbleiter induktiv überschritten wird.Preferably, this arrangement is set up according to claim 11, in the control of the semiconductor actuators ( 1 . 4 , ...; 101 . 104 ; 201 . 204 , ...) to include the detected current, so that with this outward 2-pole arrangement, a current can not only be set, but also regulated, or it can in yet another form (eg, shut off in case of overcurrent) on it be reacted. The control can be done from the outside (eg by radio) or automatically, z. B. in limiting function (soft start), disconnecting (fuse), or both (a relatively harmless insertable into the holder fuse element). In this case, the tripping characteristic as needed -. For motor protection, line protection or semiconductor protection. It can be z. B. an effective value or a limit load integral are formed, but it can also z. B. for thyristors using modern μC technology and given voltage function to the current (keyword ABCD parameters), as well as a corresponding heat dissipation modeling, which corresponds to the transient thermal impedance curves, an even more precise and much nimble shutdown characteristic can be impressed. Conveniently, in the same unit also a 'normal' fuse is integrated, to which selectivity is given, so that the fuse usually never melts and a self-protection re-activation program in the event that the maximum cut-off voltage of the semiconductor is inductively exceeded.

Generelle Funktionsprinzipien:General functional principles:

Auflistend erwähnt sei auch die Verwendbarkeit einer Anordnung oder Zusammenschaltung nach einem der nachfolgend aufgeführten Funktionsprinzipien

  • • nach der Funktionsweise einer Diode (automatisch vorwärts leitend und rückwärts sperrend, als Low-Side- oder High-Side-Switch),
  • • eines Transistors (vorwärts regelbar leitend, rückwärts leitend, sperrend oder verboten)
  • • eines Thyristors (vorwärts nur mit und nach Ansteuerung leitend, rückwärts sperrend oder verboten),
  • • eines Triacs (vorwärts und rückwärts mit und nach Ansteuerung leitend, ohne Ansteuerung jedoch nur so lange die Stromrichtung gleich bleibt),
  • • eines monostabilen elektromechanischen Relais (vorwärts und rückwärts nur während der Ansteuerung leitend),
  • • eines bistabilen elektromechanischen Relais (vorwärts und rückwärts mit und nach Ansteuerung leitend, bis zu einer weiteren Ansteuerung, vorzugsweise an einem anderen Steueranschluss),
  • • eines einstellbaren ohmschen Widerstandes (ggf. für beide Stromrichtungen),
  • • einer einstellbaren, oder fest eingeprägten Spannungsbegrenzung (Gegenzellen),
  • • einer einstellbaren, oder fest eingeprägten Strombegrenzung (z. B. für LEDs),
  • • einer rücksetzbaren, ggf. programmierbaren u./o. protokollierenden, uni- oder bidirektionalen Überstromabschaltung (Sicherung),
  • • von Sanftanlaufgeräten (für Motoren, Kondensatorlade- und Entladeschaltungen),
  • • oder von Funkstellgliedern,
wobei die Anwendungen der Halbleiterfunktionsweisen eher in Gleichrichtern, Wechselrichtern, Umrichtern, Gleichstromstellern, Wechselstromstellern, Drehstromstellern oder in Polygonschaltungen liegen, und die der elektromechanischen Funktionensweisen eher in der übrigen elektrischen Schaltungstechnik.The list also mentions the usability of an arrangement or interconnection according to one of the functional principles listed below
  • • according to the function of a diode (automatic forward conducting and reverse blocking, as a low-side or high-side switch),
  • • a transistor (forward-conducting, reverse-conducting, blocking or prohibited)
  • • a thyristor (forward only with and after control conductive, reverse blocking or prohibited),
  • • a triac (conducting forward and backward with and after activation, without activation, but only as long as the current direction remains the same),
  • • a monostable electromechanical relay (conducting forward and reverse only during activation),
  • A bistable electromechanical relay (conducting forward and backward with and after activation, up to a further activation, preferably at another control connection),
  • • an adjustable ohmic resistance (possibly for both current directions),
  • • an adjustable or firmly impressed voltage limitation (counter cells),
  • • an adjustable or permanently impressed current limitation (eg for LEDs),
  • • a resettable, possibly programmable u./o. logging, uni- or bidirectional overcurrent cut-off (fuse),
  • • of soft-starters (for motors, capacitor charging and discharging circuits),
  • • or by radio operators,
where the applications of the semiconductor functions are more likely to be in rectifiers, inverters, inverters, DC-DC, AC, three-phase or polygon circuits, and those of the electromechanical functions tend to be in the rest of the electrical circuitry.

In vielen Fällen ermöglicht die Erfindung den vorteihaften Austausch klassischer Halbleiter in gegebenen Umgebungen durch modernere.In many cases, the invention enables the advantageous replacement of classical semiconductors in given environments by more modern ones.

Perspektiven der Gerätekonstruktion:Perspectives of device construction:

Darüber hinaus lassen sich auch für Neugeräte wichtige strukturelle Vorteile ausmachen: Die Leistungshalbleiter, ihre Ansteuerung und ihre energetische Versorgung werden der jeweiligen Leistung entsprechend perfekt auf einander abgestimmt. Insbesondere können dabei sehr leicht große Spannungsbereiche (Sperrspannungen, Zwischenkreisspannungen) gemeinsam abgedeckt werden. Die so anspruchslos gemachten und universell einsetzbaren Module können kompakt aufgebaut und mit Volumen produziert und vermarktet werden, denn sie passen in die verschiedensten Anwendungsumgebungen und können z. B. direkt von Mikroprozessoren angesteuert werden. Die zentralen Steuerplatinen wiederum benötigen keinerlei 'Starkstrombereiche' mehr und können bei den Geräten ggf. vollständig an anderer Stelle, z. B. innerhalb einer Bedieneinheit unterkommen. Zudem wird die Störproblematik geringer. Die Konstruktion der Geräte wird verkürzt und weniger fehlerträchtig.In addition, important structural advantages can be identified for new devices: the power semiconductors, their control and their energy supply are matched perfectly to each other's performance. In particular, it is very easy to cover large voltage ranges (blocking voltages, DC link voltages) together. The so unpretentious and universally applicable modules can be built compactly and produced with volumes and marketed, because they fit into the most diverse application environments and can be used eg. B. can be controlled directly by microprocessors. The central control boards, in turn, no longer require any 'high-voltage ranges' and may possibly be completely removed elsewhere, eg. B. within a control unit. In addition, the problem of interference is reduced. The design of the devices is shortened and less error prone.

Hinweise zum Verständnis:Hints for understanding:

Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale und Weiterbildungen der einzelnen Erfindungsgegenstände sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen und deren Beschreibungen enthalten.Advantageous design features and developments of the individual subjects of the invention are contained in the respective dependent claims and their descriptions.

Die Ansprüche an der Erfindung beschränken sich nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele, sondern umfassen auch alle im Sinne der Erfindung gleich wirkenden Realisierungen. Zudem ist die Erfindung auch nicht auf die in jedem der unabhängigen Ansprüche enthaltene Merkmalskombination beschränkt. Dies bedeutet, dass grundsätzlich jedes Einzelmerkmal eines jeden unabhängigen Anspruchs weggelassen oder durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern sind die Ansprüche lediglich als Formulierungsversuch für die Erfindung zu verstehen.The claims to the invention are not limited to the described embodiments, but also include all in the context of the invention equally effective realizations. Moreover, the invention is not limited to the combination of features contained in each of the independent claims. This means that in principle each individual feature of each independent claim can be omitted or replaced by at least one individual feature disclosed elsewhere in the application. In this respect, the claims are to be understood merely as a formulation attempt for the invention.

Insbesondere die Darstellungen der Halbleiterstellglieder (überwiegend) als Mosfets beschreiben letztlich nur beispielhaft eine Vielzahl möglicher erfindungsgemäßer Realisierungen. Diese Mosfets können aber auch (ggf. mitsamt der parallel geschalteten Anlaufverbesserungsmittel 1A) durch IGBTs, (GTO-)Thyristoren, Triacs, bipolare Transistoren und anderen ersetzt sein. Bei letzteren ist deren 'Basis-Anschluss' für die hier genommene Bezeichnung 'Gate' zu sehen.In particular, the representations of the semiconductor actuators (predominantly) as MOSFETs ultimately describe, by way of example only, a multiplicity of possible inventive realizations. However, these mosfets can also be used (together with the start-up enhancers if necessary in parallel) 1A ) may be replaced by IGBTs, (GTO) thyristors, triacs, bipolar transistors and others. In the latter case you can see their 'basic connection' for the name 'Gate'.

Ferner müssen die Regel-, bzw. Logik-Stufen (3: 2R) der Ergänzungshalbleiterstellglieder (4) nicht innerhalb der Gatesteuerstufen (2) für das erste Halbleiterstellglied (1) untergebracht sein, sondern können sich auch ganz oder teilweise in, vor, oder nach den Gatesteuerstufen (5) für die Ergänzungshalbleiterstellglieder (4) befinden.Furthermore, the control or logic stages ( 3 : 2R ) of supplementary semiconductor actuators ( 4 ) not within the gate control stages ( 2 ) for the first semiconductor actuator ( 1 ), but can also be completely or partially in, before, or after the gate control stages ( 5 ) for the supplementary semiconductor actuators ( 4 ) are located.

Schließlich seien auch Module erwähnt, die z. B. zwei in Reihe liegende Transistoren enthalten (Halbbrücken), oder z. B. ESBT (Emitter Switched Bipolar Transistoren, mit Mosfet in der Emitterleitung eines bipolaren Transistors), die ggf. sowohl dem Halbleiterstellglied (1), wie auch dem Energieversorgungsmittel (3) angehören können.Finally, modules are mentioned, the z. B. contain two series transistors (half bridges), or z. B. ESBT (Emitter Switched Bipolar Transistors, with Mosfet in the emitter line of a bipolar transistor), which may be both the semiconductor actuator ( 1 ), as well as the energy supply ( 3 ) can belong.

Figurenliste:List of figures:

1 Anordnung: Halbleiterstellglied und parallel geschaltetes Energieversorgungsmittel (Stand der Technik) 1 Arrangement: Semiconductor actuator and parallel-connected power supply means (prior art)

2 Anordnung: Halbleiterstellglied und in Reihe geschaltetes Energieversorgungsmittel (Haupt-Erfindungsidee) 2 Arrangement: Semiconductor actuator and series-connected power supply means (main inventive idea)

3 Anordnung: Weiteres parallel geschaltetes Halbleiterstellglied, beispielhaft mit Mosfet in 'Rückwärts'-Betriebsrichtung (Leistung gesteigerter Diodenersatz) 3 Arrangement: Further parallel-connected semiconductor actuator, for example with MOSFET in 'reverse' operating direction (power increased diode replacement)

4 Anordnung: Ergänzende parallele, kapazitiv gekoppelte Energieentnahme, Mosfet beispielhaft 'rückwärts' betrieben (höherfrequenter Diodenersatz) 4 Arrangement: Additional parallel, capacitive coupled energy extraction, Mosfet example 'backwards' operated (higher frequency diode replacement)

5 Anordnung: Ergänzende parallele, Minimalstrom basierte Energieentnahme, Mosfet beispielhaft 'vorwärts' (z. B. Kondensatorentladeschalter) 5 Arrangement: Additional parallel, minimum current based energy extraction, Mosfet exemplary 'forward' (eg capacitor discharge switch)

6 Anordnung: Serien- und Parallel-Energieversorgungsmittel kombiniert, Mosfet beispielhaft 'vorwärts', bei größerem Steuerenergiebedarf in allen Zuständen 6 Arrangement: Serial and parallel power supply combined, Mosfet exemplary 'forward', with greater control energy needs in all states

7 Kaskodenschaltung aus abschaltbarem Energieversorgungsmittel und GCT 7 Cascade switching from disconnectable power supply and GCT

8 Anordnung: Zwei galvanisch trennende Signalübergaben, beispielhaft mit Mosfet in 'Vorwärts'-Betriebsrichtung (z. B. Kondensatorentladeschalter) 8th Arrangement: Two galvanically separating signal transfers, for example with Mosfet in 'forward' operating direction (eg capacitor discharge switch)

9 Parallelschaltung (hier nur einpolige Verbindung der Kathoden) mehrerer Zellen (Z = vorgenannte Anordnungen) in einer Baueinheit. 9 Parallel connection (here only one-pole connection of the cathodes) of several cells (Z = the aforementioned arrangements) in a structural unit.

10 Reihenschaltung mehrerer Zellen (Z) in einer Baueinheit durch innere Verbindung ungleichnamiger Pole (Kaskade/Phasenzweig/Halbbrücke) 10 Series connection of several cells (Z) in one unit by internal connection of unlike poles (cascade / phase branch / half-bridge)

11 Anordnung als Umpol- bzw. Tiefentladeschutz für Energiespeicher 11 Arrangement as Umpol- or deep discharge protection for energy storage

12 optimierte Anordnung eines 2-poligen AC-/DC-Stellgliedes mit Strommessung 12 Optimized arrangement of a 2-pole AC / DC actuator with current measurement

Bezugszeichen:Reference numerals:

  • A, K: Anode, Kathode genannter Ausgangsanschluss (9, 10)A, K: anode, cathode called output terminal ( 9 . 10 )
  • Hinweis: Die Vergabe der Bezeichnungen Anode und Kathode ist willkürlich und wurde in 9 und 10 entgegen der in Mosfets enthaltenen Bodydioden gemacht, um besser zu den Gegebenheiten bei Thyristoren zu passen.Note: The assignment of the terms anode and cathode is arbitrary and was in 9 and 10 contrary to the body diodes contained in Mosfets made to better fit the conditions of thyristors.
  • BT: Batterie, bzw. vorzugsweise nur eine galvanische BatteriezelleBT: battery, or preferably only a galvanic battery cell
  • G1, G2, G3: situationsbezogene Gemeinsamkeiten des Steuerenergiebedarfs von Halbleiterstellgliedern unterschiedlicher TechnologieG1, G2, G3: situation-related similarities of the control energy requirement of semiconductor actuators of different technologies
  • RL: Lastwiderstand des Halbleiterstellgliedes, speziell Entladewiderstand einer KondensatorenbatterieR L : load resistance of the semiconductor actuator, especially discharge resistor of a capacitor battery
  • UC: Hochspannungspotential einer KondensatorenbatterieU C : high voltage potential of a capacitor battery
  • Z; 10Z, 20Z: (Halbleiter-)Zelle (2); Zelle mit Ordnungsnummer (9, 10)Z; 10Z . 20Z : (Semiconductor) cell ( 2 ); Cell with ordinal number ( 9 . 10 )
  • 1; 1A: erstes Halbleiterstellglied (ggf. einer jeden Zelle), meistens als N-Kanal-Mosfet mit Bodydiode dargestellt; Anlaufverbesserungsmittel, z. B. (nur bei rückwärts leitenden Halbleiterstellgliedern), wie hier dargestellt eine Schottky-Diode, welche die bei kleinen Rückwärtsspannungen des Halbleiterstellgliedes (1), die dem Anlaufen hinderliche Flussspannung der Bodydiode reduziert. 1 ; 1A : first semiconductor actuator (possibly each cell), most often represented as an N-channel mosfet with body diode; Start-up improver, e.g. B. (only with backward conductive semiconductor actuators), as shown here, a Schottky diode, which at low backward voltages of the semiconductor actuator ( 1 ), which reduces start-up hindrance of the body diode.
  • 2; 2A, 2B; 2C: Gatesteuerstufen für das erste Halbleiterstellglied; oberer, unterer Halbbrückentransistor dieser Gatesteuerstufe; Strombegrenzung 2 ; 2A . 2 B ; 2C : Gate control stages for the first semiconductor actuator; upper, lower half-bridge transistor of this gate control stage; current limit
  • 2R; 2E Regel-, bzw. Logik-Stufe zur Modulation der Ansteuersignale der Ergänzungshalbleiterstellglieder (4), ggf. mit mehrpoligem (Bus)-Ausgang zur individuellen Ansteuerung einzelner; Energie-Entkopplungsmittel 'weiterer' Gatesteuerstufen (5) 2R ; 2E Control or logic stage for the modulation of the control signals of the supplementary semiconductor actuators ( 4 ), if necessary with multi-pole (bus) output for individual control of individual; Energy decoupling means of 'further' gate control stages ( 5 )
  • 3: Energieversorgungsmittel der Gatesteuerstufe(n) und ggf. anderer Schaltungsteile. Durch eine ggf. hier angegebene Polarität auf der Energie-Eingangsseite wird auch die Betriebsrichtung des Mosfet-Halbleiterstellgliedes angezeigt. 3 : Energy supply means of the gate control stage (s) and possibly other circuit parts. By a possibly indicated here polarity on the energy input side and the operating direction of the MOSFET semiconductor actuator is displayed.
  • 3B; 3E: Spannungsbegrenzungsmittel am Eingang des Energieversorgungsmittels (3). Kann auch regel- u./o. abschaltbar sein; Energiespeicher 3B ; 3E : Voltage limiting means at the input of the energy supply means ( 3 ). Can also rule u./o. be switched off; energy storage
  • 3P: parallel angeschlossenes Energieversorgungsmittel der Gatesteuerstufe(n) und ggf. anderer Schaltungsteile. Vorzugsweise mit Eingangsfilter, (ggf. sinusförmig) selbstanschwingendem Resonazwandler, (ggf. piezoelektrischem) Transformator, oder photovoltaischer Energietransformation. 3P : parallel connected power supply means of the gate control stage (s) and possibly other circuit parts. Preferably with input filter, (possibly sinusoidal) self-resonating resonanzwandler, (possibly piezoelectric) transformer, or photovoltaic energy transformation.
  • 4: mindestens ein parallel zum ersten Halbleiterstellglied geschaltetes Ergänzungshalbleiterstellglied zur Leistungssteigerung des ersten Halbleiterstellgliedes 4 at least one supplementary semiconductor actuator connected in parallel with the first semiconductor actuator for increasing the power of the first semiconductor actuator
  • 5: mindestens eine Gatesteuerstufe für Ergänzungshalbleiterstellglieder 5 at least one gate control stage for supplementary semiconductor actuators
  • 6: weiteres Energieversorgungsmittel mit paralleler, kapazitiv gekoppelter Energieentnahme (Snubberstrom-Nutzung) 6 : additional energy supply with parallel, capacitively coupled energy extraction (snubber current usage)
  • 7; 7R: weiteres Energieversorgungsmittel mit paralleler, Minimalstrom basierter Energieentnahme; diskreter, spannungsfester Vorwiderstand 7 ; 7R : additional power supply with parallel, minimum current based energy extraction; discrete, voltage-resistant series resistor
  • 8, 9; galvanisch trennende Signalübermittlungsmittel, hier als Optokoppler dargestellt 8th . 9 ; galvanically isolating signal transmission means, here shown as optocouplers
  • 9A; 9R: Stromauswertestufe; Stromerfassungmittel, z. B. Strommesswiderstand oder Stromwandler 9A ; 9R : Current evaluation stage; Current detection means, e.g. B. Current measuring resistor or current transformer
  • 10A, 20A; 20K: erster Anodenanschluss, zweiter Anodenanschluss; zweiter Kathodenanschluss 10A . 20A ; 20K : first anode terminal, second anode terminal; second cathode connection
  • 101, 102, 103, 107D; 201, 202, 203, 207D; ... Bestandteile wie 1, 2, 3, 7D, ..., jedoch speziell der ersten; der zweiten Zelle; ... angehörend 101 . 102 . 103 . 107D ; 201 . 202 . 203 . 207D ; ... ingredients like 1 . 2 . 3 . 7D , ..., but especially the first one; the second cell; ... belonging
  • 202C: Batteriezell-Controller 202C : Battery cell controller

Terme:Terme:

DC/DC-Wandler: Elektronische Schaltung mit einem Gleichstromeingang für elektrische Energie und einem Gleichstromausgang für elektrische Energie, wobei die am Ausgang abgegebene elektrische Energie aus der am Eingang aufgenommenen Energie gewonnen wird. Vorzugsweise haben Ein- und Ausgangsspannung verschiedene Potentiale, u./o. stark unterschiedliche Größen.DC / DC converter: An electronic circuit with a DC input for electrical energy and a DC output for electrical energy, whereby the electrical energy emitted at the output is obtained from the energy absorbed at the input. Preferably, input and output voltage have different potentials, u./o. very different sizes.

Diodenersatz: Anwendung, in welcher die geringen, durch Mosfets möglichen Einschaltwiderstände benutzt werden, um auf geringere Durchflussspannungen zu kommen, als dies herkömmlichen Dioden möglich ist. Da Mosfets aufgrund ihrer Bodydiode nur in Vorwärtsrichtung sperren können und die geringen Einschaltwiderstände auch in Rückwärtsrichtung erreichbar sind, werden die Mosfets dabei 'rückwärts' betrieben. Diese Methode wird oft auch 'Synchrongleichrichtung' genannt.Diode replacement: Application in which the low on-state resistances provided by MOSFETs are used to achieve lower flow voltages than conventional diodes can. Because Mosfets can only block in the forward direction due to their body diode and the low starting resistances also in Reverse direction are reached, the Mosfets are doing 'backward' operated. This method is often called 'synchronous rectification'.

Energiespeicher: Vorrichtung, die Gleichstrom abzugeben vermag, während sie eine Spannung aufrecht erhält. Kann auch mehrere einzelne Energiespeicherelemente, z. B. Kondensatoren oder galvanische Zellen, sowie Halbleiter und Energiemanagementmittel aufweisen, z. B. für spezielle Klemmspannungs-Energie-Kennlinien.Energy storage: device that can deliver DC while maintaining a voltage. Can also be several individual energy storage elements, eg. B. capacitors or galvanic cells, as well as semiconductors and energy management means have, for. B. for special clamping voltage-energy characteristics.

Energieversorgungslage (der Gatesteuerstufe(n)): Von Gleichspannung versorgte Schaltungen akzeptieren i. a. einen gewissen Bereich zulässiger Eingangsspannungen. Im einfachsten Fall kann eine ausreichende Höhe dieser Spannung für kurze Zeit über einen (z. B. aus Kondensatoren bestehenden) Energiespeicher sichergestellt werden und die Energieversorgungslage anhand der Relation der aktuell anliegenden Spannung zur mindestens notwendigen Betriebsspannung der Schaltung festgestellt werden.Power condition (the gate control stage (s)): DC powered circuits accept i. a. a certain range of permissible input voltages. In the simplest case, a sufficient amount of this voltage can be ensured for a short time via an energy store (consisting for example of capacitors) and the power supply position can be determined based on the relation of the currently applied voltage to the at least necessary operating voltage of the circuit.

Energieversorgungsmittel: Vorrichtung zur Bereitstellung elektrischer Energie, z. B. ein DC/DC-Wandler. Die Beschreibung der Position des Energieversorgungsmittels innerhalb der Erfindungsanordnung bezieht sich, wenn nicht anders erwähnt, auf die Energie-Eingangsseite.Power supply means: device for providing electrical energy, e.g. B. a DC / DC converter. The description of the position of the power supply means within the inventive arrangement, unless otherwise stated, refers to the power input side.

GCT (Gate-Commutated-Thyristor): GTO-Thyristor, der zum Abschalten durch eine erzungene Kommutierung des Anodenstromes von der Kathode zum Gate eingerichtet ist.GCT (Gate-Commutated-Thyristor): GTO-thyristor, which is set to switch off by an erroneous commutation of the anode current from the cathode to the gate.

GTO-Thyristor (Gate-Turn-Off-Thyristor): Thyristor, der durch negativen Gatestrom abgeschaltet werden kann. Oberbegriff zum GCT.GTO thyristor (gate turn-off thyristor): Thyristor, which can be switched off by negative gate current. General term for the GCT.

Halbleiterschaltglied: Halbleiterstellglied, welches nicht nicht stetig einstellbar ist, sondern nur schalten kann, oder auch Baugruppe, die nur schaltend betrieben wird. Auch Dioden, werden hier als Halbleiterschaltglieder ohne Steuereingang verstanden.Semiconductor switching element: semiconductor actuator, which is not not continuously adjustable, but can only switch, or even module that is operated only switching. Also diodes are understood here as semiconductor switching elements without control input.

Halbleiterstellglied: Einzelner steuerbarer Leistungshalbleiter (zumeist: Transistor), oder Schaltung mit mindestens einem solchen, zum Einstellen eines elektrischen Stromes. Halbleiterstellglieder können auch Halbleiterschaltglieder (z. B. Thyristoren) umfassende Schaltungen (Baugruppen) sein und z. B. mithilfe einer stetig veränderbaren Pulsweite einen Strom trotz der nur schaltend betriebenen Halbleiterschaltglieder stetig einstellen (z. B. beim Tiefsetzsteller).Semiconductor actuator: Single controllable power semiconductor (mostly: transistor), or circuit with at least one, for adjusting an electric current. Semiconductor actuators can also be semiconductor circuits (eg thyristors) comprising circuits (modules) and z. For example, with the aid of a continuously variable pulse width, a current can be set continuously despite the switching elements operated only by switching (for example, in the step-down converter).

IGCT (Integrated Gate-Commutated-Thyristor): Anordnung mit GCT und Kondensator-Stoßentladungsvorrichtung zum schnellen Löschen mit großem negativen Gatestrom.Integrated Gate-Commutated-Thyristor (IGCT): Assembly with GCT and capacitor high-rate discharge discharge device with high negative gate current.

Minimalstrom basierte Energieversorgung/Kopplung: Meist mithilfe hochohmiger Widerstände in einer Anordnung, welche die eigentliche Funktion der Schaltung beeinträchtigen u./o. zu zu großen Verlusten führen würde, wenn sie nicht nur für minimalen Strom dimensioniert wäre. Sie ermöglicht nicht den Regelbetrieb mit Netz- oder höherer Frequenz, jedoch z. B. den Ausgleich von Kriech- und Leckströmen, u./o. Bauteiltoleranzen, eine Spannungsmessung, oder das Ansammeln der zum Schalten erforderlichen Energie über einen längeren Zeitraum.Low-current based power supply / coupling: Mostly using high-impedance resistors in an arrangement which affect the actual function of the circuit and / or. would lead to large losses if not just for minimal power. It does not allow the regular operation with mains or higher frequency, but z. B. the compensation of creepage and leakage currents, u./o. Component tolerances, a voltage measurement, or the accumulation of energy required for switching over a longer period.

Signalübermittlungsmittel: Bauteil oder Vorrichtung zur (meistens galvanisch trennenden) Übermittlung von Signalen (Informationen). z. B. Optokoppler, Transformator, oder Funktransmitter.Signaling means: component or device for (usually galvanic separating) transmission of signals (information). z. As opto-coupler, transformer, or radio transmitter.

Zelle: Hier, – wenn nicht eine galvanische Zelle – Schaltungsanordnung, jeweils mindestens ein Halbleiterstellglied (1, 101, 201, ...), eine Gatesteuerstufe (2, 102, 202, ...) und ein Energieversorgungsmittel (3, 103, 203, ...) umfassend.Cell: Here, if not a galvanic cell circuit arrangement, in each case at least one semiconductor actuator ( 1 . 101 . 201 , ...), a gate control stage ( 2 . 102 . 202 , ...) and a power supply ( 3 . 103 . 203 , ...) full.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 000010045093 A1 [0011] DE 000010045093 A1 [0011]
  • DE 102008049677 A1 [0014] DE 102008049677 A1 [0014]

Claims (11)

Anordnung (2), umfassend ein Halbleiterstellglied (1) zur Einstellung eines Stromflusses, eine Gatesteuerstufe (2) des Halbleiterstellgliedes und ein Energieversorgungsmittel (3) für die Gatesteuerstufe, welches eine Eingangs- und eine Ausgangsseite aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsseite des Energieversorgungsmittels (3) in Reihe zur Ausgangsseite des Halbleiterstellgliedes (1) geschaltet ist und das Energieversorgungsmittel (3) dafür eingerichtet ist, auch bei zeitlich gleichbleibendem Stromfluss aus diesem Strom Energie zu gewinnen und dazu insbesondere keine zeitliche Veränderung der Ansteuerung des Halbleiterstellgliedes (1) erforderlich ist.Arrangement ( 2 ) comprising a semiconductor actuator ( 1 ) for setting a current flow, a gate control stage ( 2 ) of the semiconductor actuator and a power supply means ( 3 ) for the gate control stage, which has an input and an output side, characterized in that the input side of the energy supply means ( 3 ) in series with the output side of the semiconductor actuator ( 1 ) and the power supply means ( 3 ) is set up to obtain energy from this current even if the current flow remains constant, and in particular no time change in the control of the semiconductor actuator ( 1 ) is required. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieversorgungsmittel (3) einen bei Stromfluss selbstständig anspringenden Resonanzumformer aufweist und vorzugsweise eingangsseitige Spannungsbegrenzungsmittel (3: 3B) und einen Energiespeicher (3E) aufweist.Arrangement according to claim 1, characterized in that the energy supply means ( 3 ) has a self-sustaining in current flow resonant converter and preferably input-side voltage limiting means ( 3 : 3B ) and an energy store ( 3E ) having. Anordnung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, deren Energieversorgungsmittel (3) eingangsseitig dazu eingerichtet ist, den Strompfad bei bestimmten Bedingungen oder auf einen Befehl hin zu unterbrechen, wobei diese Unterbrechung auch von niedriger als dem ersten Halbleiterstellglied (1) sperrenden Halbleitern vollzogen werden kann und mit ggf. sogar steuerbaren Spannungsbegrenzungsmitteln (3B) limitiert sein kann.Arrangement ( 7 ) according to one of the preceding claims, the energy supply means ( 3 ) is arranged on the input side to interrupt the current path under certain conditions or to a command, this interruption also being lower than the first semiconductor actuator ( 1 ) blocking semiconductors can be completed and with possibly even controllable voltage limiting means ( 3B ) can be limited. Anordnung (2, 12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, deren Energieversorgungsmittel (3) eingangsseitig dazu eingerichtet ist, dem Strompfad in jeder der beiden Stromrichtungen Energie zu entnehmen.Arrangement ( 2 . 12 ) according to one of the preceding claims, the energy supply means ( 3 ) is arranged on the input side to remove energy from the current path in each of the two current directions. Anordnung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ein oder mehrere ausgangsseitig zusätzlich parallel geschaltete Ergänzungshalbleiterstellglieder (4) aufweisend, wobei die Schaltleistung der Ergänzungshalbleiterstellglieder die des ersten Halbleiterstellgliedes auch übertreffen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Halbleiterstellglieder von mindestens einer weiteren Gatesteuerstufe (5) angesteuert werden, deren Energieversorgung über mindestens ein Energie-Entkopplungsmittel (2E) von der Energieversorgung der ersten Gatesteuerstufe (2) entkoppelt ist.Arrangement ( 3 ) according to one of the preceding claims, one or more output side additionally in parallel complementary semiconductor actuators ( 4 ), wherein the switching power of the supplementary semiconductor actuators can also exceed that of the first semiconductor actuator, characterized in that the additional semiconductor actuators of at least one further gate control stage ( 5 ), whose energy supply via at least one energy decoupling means ( 2E ) from the power supply of the first gate control stage ( 2 ) is decoupled. Anordnung (3) nach dem Oberbegriff von Anspruch 5, mindestens eine Regel-, bzw. Logik-Stufe (2R) aufweisend, die dazu eingerichtet ist, die Ergänzungshalbleiterstellglieder (4) mit mindestens einem, von dem Ansteuersignal des ersten Halbleiterstellgliedes (1) abweichenden Signal anzusteuern, z. B. um bei geringem Gesamtstrom die Stromverteilung verstärkt auf das erste Halbleiterstellglied (1) zu lenken und damit die Energieversorgung des Energieversorgungsmittels (3) zu begünstigen.Arrangement ( 3 ) according to the preamble of claim 5, at least one rule, or logic stage ( 2R ) arranged to condition the supplementary semiconductor actuators ( 4 ) with at least one of the drive signal of the first semiconductor actuator ( 1 ) to trigger different signal, z. B. amplified at low total current, the current distribution to the first semiconductor actuator ( 1 ) and thus the power supply of the energy supply ( 3 ) to favor. Anordnung (3, 4, 5, 6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein weiteres parallel zu einem Halbleiterstellglied (1; 4, ...) angeordnetes Energieversorgungsmittel (1A, 3P, 6, 7) aufweist, welches die Energieversorgung mindestens einer der enthaltenen Gatesteuerstufen (2; 5, ...) unter bestimmten Betriebsbedingungen zu ergänzen vermag, wobei der Energietransport von der Ausgangsseite des Halbleiterstellgliedes direkt oder indirekt (3: 1A, minimalspannungsbasiert, indirekt über 3) zu mindestens einer der Gatesteuerstufen erfolgt, aber auch z. B. über eine kapazitive (4: 6, für hohe Frequenzen) oder Minimalstrom basierte (5: 7 + 7R, z. B. für Anlaufvorgänge) Kopplung, oder über ein allgemeines parallel geschaltetes Energieversorgungsmittel (6: 3P) erfolgen kann.Arrangement ( 3 . 4 . 5 . 6 ) according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least one further parallel to a semiconductor actuator ( 1 ; 4 , ...) arranged energy supply means ( 1A . 3P . 6 . 7 ) comprising the power supply of at least one of the gate control stages ( 2 ; 5 , ...) can supplement under certain operating conditions, wherein the energy transport from the output side of the semiconductor actuator directly or indirectly ( 3 : 1A , based on minimal voltage, indirectly via 3) to at least one of the gate control stages, but also z. B. via a capacitive ( 4 : 6 , for high frequencies) or minimal current based ( 5 : 7 + 7R , z. B. for startup operations) coupling, or via a general parallel-connected power supply ( 6 : 3P ). Anordnung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die mindestens ein galvanisch trennendes Signalübermittlungsmittel mit beliebiger Signalrichtung (z. B. Schaltbefehl u./o. Strom-fließt-Rückmeldung) aufweist.Arrangement ( 8th ) according to one of the preceding claims, which has at least one galvanically separating signal transmission means with any signal direction (eg switching command and / or current-flowing feedback). Zusammenschaltung (9) mehrerer Anordnungen nach jeweils einem der vorhergehenden Ansprüche (diese nun 'Zellen' genannt) in einer Baueinheit, wobei jede Zelle ausgangsseitig jeweils einen Anode genannten Pol und einen Kathode genannten Pol aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei wenigstens einer Sorte Pole eine elektrische Verbindung aller dieser gleichnamigen Pole aller Zellen aufweist, wobei diese Zusammenschaltung vorzugsweise aus nur zwei Zellen besteht und ggf. vorteilhaft rückwärts leitende Halbleiterstellglieder aufweisen kann.Interconnection ( 9 ) of a plurality of arrangements according to any one of the preceding claims (now called 'cells') in a structural unit, each cell having on the output side each pole called an anode and a pole called Pol, characterized in that it is at least one kind of pole an electrical connection has all of these poles of the same name of all cells, said interconnection preferably consists of only two cells and may optionally have advantageous backward conductive semiconductor actuators. Zusammenschaltung (10) von Zellen nach dem Oberbegriff von Anspruch 9 in einer Baueinheit, gekennzeichnet durch mindestens eine elektrische Verbindung einer Kathode einer Zelle mit einer Anode einer anderen Zelle, wobei die Anzahl dieser Verbindungen vorzugsweise der Anzahl der enthaltenen Zellen, vermindert um eins entspricht und so alle Zellen mit gleicher Orientierung in einer Kette liegen, wobei diese Zusammenschaltung vorzugsweise aus nur zwei Zellen besteht welche ggf. vorteilhaft rückwärts sperrende Halbleiterstellglieder (hier nicht dargestellt) aufweisen können.Interconnection ( 10 ) of cells according to the preamble of claim 9 in a structural unit, characterized by at least one electrical connection of a cathode of a cell with an anode of another cell, wherein the number of these compounds preferably corresponds to the number of cells contained, reduced by one and so all cells lie with the same orientation in a chain, said interconnection preferably consists of only two cells which may optionally have advantageous reverse blocking semiconductor actuators (not shown here). Anordnung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mindestens ein Stromerfassungsmittel (9R) und mindestens ein Stromauswertemittel (9A) aufweisend, vorzugsweise dazu eingerichtet, in die Ansteuerung der Halbleiterstellglieder (1, 4, ...; 101, 104; 201, 204, ...) die Information aus dem erfassten Strom mit einzubeziehen.Arrangement ( 12 ) according to one of the preceding claims, at least one current detection means ( 9R ) and at least one current evaluation means ( 9A ), preferably arranged to be in the control of the semiconductor actuators ( 1 . 4 , ...; 101 . 104 ; 201 . 204 , ...) to include the information from the recorded current.
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