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.
- 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.
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
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 (
Die Erfindung löst die Aufgabe im wesentlichen durch ein Energieversorgungsmittel (
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 (
Weist das Energieversorgungsmittel (
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
Weist das erste Halbleiterstellglied (
Mit einem Energiespeicher (
Sind, wie in Anspruch 5 und Anspruch 6 Bezug genommen wird, noch weitere Halbleiterstellglieder (
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 (
Mit einer Regel-, bzw. Logik-Stufe (
- • 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.
- • 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 (
Gemäß Anspruch 5 werden durch ein oder mehrere Energie-Entkopplungsmittel (
Sowohl mit dem Energie-Entkopplungsmittel (
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 (
Beispiel IGCT-Kaskode:Example IGCT cascode:
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 sichwie 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.
- 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 und3B ) 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.
- 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 and3B ) 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 (
Beispiel Hochspannungskondensatorentladung:Example high voltage capacitor discharge:
Zum Starten der Entladung wird über ein erstes Signalübermittlungsmittel (
Dazu zählt vor allem eine besonders sichere Strom-fließt-Rückmeldung eines zweiten Signalübermittlungsmittels (
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 (
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!
- • 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 Zelle20Z 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 in12 :3 ), welches eingangsseitig dazu eingerichtet ist, demStrompfad gemäß Anspruch 4 in jeder der beiden Stromrichtungen Energie zu entnehmen, aufweisen.
- • 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, thesecond 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 in12 :3 ), which on the input side is adapted to remove the current path according toclaim 4 in each of the two current directions have energy.
Baueinheit in Reihe geschalteter Zellen:Assembly in series connected cells:
- • 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.
- • 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:
Weitere zweipolige Beispiele: Geregeltes AC-/DC-Stellglied, Fernschalter, Sicherung, Strombegrenzung:Other two-pole examples: Regulated AC / DC actuator, remote switch, fuse, current limitation:
Mit Bestehen einer ausreichenden Betriebsspannung kann dann die Gatesteuerstufe (
Vorzugsweise ist dies Anordnung gemäß Anspruch 11 dazu eingerichtet, in die Ansteuerung der Halbleiterstellglieder (
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,
- • 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,
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
Ferner müssen die Regel-, bzw. Logik-Stufen (
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 (
Figurenliste:List of figures:
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 und10 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 in9 and10 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; Strombegrenzung2 ;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; Energiespeicher3B ;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 Halbleiterstellgliedes4 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 Ergänzungshalbleiterstellglieder5 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 Vorwiderstand7 ;7R : additional power supply with parallel, minimum current based energy extraction; discrete, voltage-resistant series resistor -
8 ,9 ; galvanisch trennende Signalübermittlungsmittel, hier als Optokoppler dargestellt8th .9 ; galvanically isolating signal transmission means, here shown as optocouplers -
9A ;9R : Stromauswertestufe; Stromerfassungmittel, z. B. Strommesswiderstand oder Stromwandler9A ;9R : Current evaluation stage; Current detection means, e.g. B. Current measuring resistor or current transformer -
10A ,20A ;20K : erster Anodenanschluss, zweiter Anodenanschluss; zweiter Kathodenanschluss10A .20A ;20K : first anode terminal, second anode terminal; second cathode connection -
101 ,102 ,103 ,107D ;201 ,202 ,203 ,207D ; ... Bestandteile wie1 ,2 ,3 ,7D , ..., jedoch speziell der ersten; der zweiten Zelle; ... angehörend101 .102 .103 .107D ;201 .202 .203 .207D ; ... ingredients like1 .2 .3 .7D , ..., but especially the first one; the second cell; ... belonging -
202C : Batteriezell-Controller202C : 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 (
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- DE 102008049677 A1 [0014] DE 102008049677 A1 [0014]
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