DE2527799A1 - Schaltungsanordnung zur steuerung zweier steuerbarer halbleiter, insbesondere zweier im gegentakt betriebener steuerbarer halbleiter - Google Patents

Schaltungsanordnung zur steuerung zweier steuerbarer halbleiter, insbesondere zweier im gegentakt betriebener steuerbarer halbleiter

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DE2527799A1
DE2527799A1 DE19752527799 DE2527799A DE2527799A1 DE 2527799 A1 DE2527799 A1 DE 2527799A1 DE 19752527799 DE19752527799 DE 19752527799 DE 2527799 A DE2527799 A DE 2527799A DE 2527799 A1 DE2527799 A1 DE 2527799A1
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Description

Patentanwalt
Dipl.-Phys. Leo Thul
Stuttgart
A.R.Leaverland - 1
INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK
Schaltungsanordnung zur Steuerung zweier steuerbarer Halbleiter , insbesondere zweier im Gegentakt betriebener steuerbarer Halbleiter.
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung zweier steuerbarer Halbleiter, insbesondere zweier im Gegentakt arbeitender steuerbarer Halbleiter, denen eine Steuerwechselspannung zugeführt wird.
Es ist bekannt, daß bei Wechselrichtern, die mit zwei im Gegentakt betriebenen Ausgangstransistoren ausgestattet sind, die Hauptursache für Betriebsstörungen in den ungleichmäßigen Ausgangsströmen dieser Ausgangstransistoren zu finden ist; solche unsymmetrischen Ströme können fließen, wenn die Spannungs-Zeit-Integrai der an den Primärteilwicklungen des an diese Ausgangstransistoren angeschlossenen Ausgangsübertragers auftretenden Halbwellen von Halbwelle zu Halbwelle leicht unterschiedlich sind. Solche unsymmetrischen Ströme bewirken oft eine zu starke Belastung des dem größeren Strom
18.6.1975
Krü/Mr
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ausgesetzten Ausgangstransistors, der über seine zulässige Maximaltemperatur aufgeheizt und zerstört werden kann. Das Spannungs-Zeit-Integral der dem Ausgangsübertrager von den Ausgangstransistoren angebotenen Spannungen kann sich aus einer Reihe von Gründen ändern,beispielsweise aufgrund von Änderungen der Steuerwechselspannung, Änderungen der Spannungsabfälle in den Steuerkreisen der beiden Ausgangstransistoren oder aufgrund von Schaltzeitunterschieden. Daher ist es sehr schwer, allen Last- und Parameteränderungen sowie Änderungen der äußeren Einflüsse in zufriedenstellender Weise gleichzeitig zu begegnen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der für symmetrische Ströme in den beiden Ausgangskreisen der beiden steuerbaren Halbleiter mit einfachen Mitteln gesorgt ist, unabhängig davon, wodurch die Unsymmetrien bedingt sind.
Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß eine erste Schaltung zur Peststellung der Ausgangsströme der steuerbaren Halbleiter und eine an den Ausgang der ersten Schaltung angeschlossene zweite Schaltung zur Beeinflussung der Halbwellenbreite der Steuerwechselspannung im Sinne einer Symmetrierung der Ausgangsströme der beiden steuerbaren Halbleiter vorgesehen sind.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwechselspannung mittels eines astabilen Multivibrators erzeugt wird, daß die erste Schaltung durch einen Übertrager gebildet ist, dessen Primärwicklung in eine der
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Gleichstromzufuhrungsleitungen für die beiden Halbleiter eingefügt ist, und daß die zweite Schaltung durch eine Reihenschaltung aus einer Diode und einem Kondensator gebildet ist, wobei das diodenseitige Ende der Reihenschaltung mit dem einen Ende der Sekundärwicklung des Übertragers und das kondensatorseitige Ende der Reihenschaltung sowie das andere Ende dieser Sekundärwicklung mit der Steuerstrecke des die beiden Halbleiter steuernden aktiven Elements des Multivibrators verbunden sind. Diese Schaltungsanordnung zeichnet sich durch ihre besondere Einfachheit aus.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig.l ein Blockschaltbild eines Wechselrichters, bei dem die Symmetriermaßnahmen gemäß der Erfindung zur Anwendung gelangen,
Fig.2 eine ausführliche Schaltungsanordnung eines Wechselrichters mit der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ,
Fig.3 die Ausgangsspannung des Wechselrichters, die Ausgangsströme der beiden Ausgangstransistoren und die Ausgangsspannung der Treiberstufe bei einem Wechselrichter ohne die Schaltungsordnung gemäß der Erfindung und
Fig.4 die entsprechenden Kurven bei einem Wechselrichter mit der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung.
In Fig.l ist die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung an die Gegentaktausgangsstufe eines Wechselrichters angeschlossen,
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der üblicherweise Bestandteil eines Gleichspannungsumsetzers sein kann. Der bekannte Wechselrichter besteht dabei aus einer Treiberschaltung 10,der nachgeschalteten Gegentaktendstufe 11 mit zwei Leistungshalbleitern und dem nachgeschalteten Ausgangsübertrager 12, der die Ausgangsspannung U^2 des Wechselrichters abgibt. Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung besteht aus den Schaltungen 13 und 14, von denen die erste Schaltung 13 eingangsseitig an den Ausgangsübertrager 12 und ausgangsseitig an den Eingang der Schaltung 14 angeschlossen ist, die ihrerseits ausgangsseitig mit der Treiberschaltung 10 verbunden ist. Die erste Schaltung 13 dient zur Peststellung der Ausgangsströme der Leistungshalbleiter, während die zweite Schaltung 14 die Halbwellenbreite der in der Treiberschaltung 10 erzeugten Steuerwechselspannung für die Leistungshalbleiter im Sinne einer Symmetrierung der Ausgangsströme dieser Leistungshalbleiter beeinflußt. Mit der Schaltung 13 werden also Unsymmetrien der Halbleiterausgangsströme festgestellt und hiervon abhängig mittels der Schaltung 14 die diesen Halbleitern zugeführten Treiberimpulse in ihrer Breite so verändert, daß in beiden Gegentaktausgangszweigen gleichmäßige Ströme fließen. Die Unsymmetrie kann auf verschiedene Weise festgestellt werden. Der von der Gleichspannungsquelle zur Versorgung der Halbleiter fließende Strom enthält einen Grundwechselstrom, dessen Phase und Größe eine Punktion der Richtung und Größe des Unsymmetriestromes ist und der als Signalquelle benutzt werden kann. Die an der Primärwicklung des Ausgangsübertragers 12 auftretende Gleichspannung kann ebenfalls als Signalquelle benutzt werden.
Die Art der Schaltung 13 wird oft durch die Art der Treiberschaltung 10 bestimmt. Wenn die Treiberschaltung beispielsweise einen normalerweise symmetrisch arbeitenden, zweistufigen Multivibrator aufweist, kann das Puls-Pausen-Verhältnis durch
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Anle.gen eines Gleichspannungssignals an die eine Stufe des Multivibrators so verändert werden, daß die Richtung und Größe des Signals dazu benutzt werden kann, die gewünschte Unsymmetrie der Steuerwechselspannung zu erzeugen, die dann zur Symmetrierung der Ausgangsströme der Halbleiter führt. Wenn eine Weehselrichterausgangsstufe mit variablem Puls-Pausen-Verhältnis verwendet wird, kann ein Wechselstromsignal geeigneter Größe und Richtung an den Modulator angelegt werden.
In Fig.2 ist eine Treiberschaltung dargestellt, wie sie bei einem Wechselrichter benutzt wird, der in bekannter Weise mit steuerbarem Puls-Pausen-Verhältnis arbeitet, so daß die Punktion eines GleichspannungsumsetzeB und die Punktion eines Reglers miteinander vereinigt sind.
Die Treiberschaltung besteht in Pig.2 aus einem astabilen Multivibrator, der in bekannter Weise aus zwei Transistoren TRl, TR2, den Widerständen Rl bis R5 und den Kondensatoren Cl, C2 aufgebaut ist, und einer an den Ausgang des Transistors TR2 angeschlossenen Treiberstufe 20, der über seine beiden Ausgänge den Leistungstransistoren TR3, TR4 Treiberimpulse entgegengesetzter Phase zuführt. Mittels einer Spannung U+. kann der Transistor TRl getriggert werden, während der Basis des Transistors TR2 eine Regelspannung U zuführbar ist. Dieser Multivibrator kann auch als Impulsbreitenmodulator bezeichnet werden. Die beiden Leistungstransistoren TR3> TR4 werden durch eine Gleichspannungsquelle U mit Strom versorgt. In die eine der Gleichspannungszuführungsleitungen ist die Primärwicklung eines Übertragers T2 eingefügt, dessen Sekundärwicklung an einen Widerstand R8 angeschlossen ist. Das obere Ende der Sekundärwicklung ist über eine Diode D, einen Kondensator C3 und
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einen Widerstand Ro mit der Basis des Transistors TR2 verbunden, während das andere Ende der Sekundärwicklung an den Emitter des Transistors TR2 und an einen Widerstand R7 angeschlossen ist, dessen anderer Anschluß mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Diode D und des Kondensators C3 verbunden ist.
Die mit dem übertrager T2 abgeleitete Wechselspannung wird mit der Diode D gleichgerichtet und über den Kondensator C3 der Steuerstrecke des Transistors TR2 zugeführt. Dort vermag die gleichgerichtete Wechselspannung den Ladestrom des Kondensators Cl zu verändern.
Die Kurven in den Fig.3 und 4 zeigen die Wirkung, die mit der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung erzielbar ist. Die Kurven in Fig.3 dienen nur zum Vergleich und verlaufen in der dargestellten Weise bei einem Wechselrichter ohne die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung. Die erste Kurve stellt den Verlauf der Ausgangswechselspannung ILp des .Wechselrichters abhängig von der Zeit t dar. Die zweite Kurve zeigt den Verlauf der Ausgangsströme I11 der beiden Transistoren TR3, TR4 abhängig von der Zeit t -. Schließlich kennzeichnet die dritte Kurve den Verlauf der Ausgangsspannung U^0 der Treiberschaltung 10, d.h. der Spannungen an den Ausgängen der Treiberstufe 20, abhängig von der Zeit t Die mit A bezeichneten Halbwellen sind dabei dem Transistor TR3 zugeordnet, während die mit B bezeichneten Halbwellen dem Transistor TR4 zugehören. Es ist zu erkennen, daß der Transistor TR4 (B) einen größeren Anteil des Ausgangsstromes trägt; dieser größere Anteil könnte zu einer thermischen überbelastung und zur Zerstörung dieses Transistors führen.
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Entsprechende Kurven sind in Fig.4 gezeigt, wobei der Wechselrichter jedoch mit der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung arbeitet. Die aus der zweiten Kurve der Fig.3 ersichtliche Unsymmetrie ist nun in der zweiten Kurve der Fig.4 verschwunden. Aus der dritten Kurve in Fig.4 ist zu erkennen, daß durch Verminderung der Breite der dem Transistor TR4 zugeführten Treiberimpulse B der Unsymmetrie der Ausgangsstromimpulse B entgegengewirkt worden ist.
2 Patentansprüche
3 Blatt Zeichnungen mit
4 Figuren
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Claims (2)

A.R.Leaverland - 1 Patentansprüche
1. !Schaltungsanordnung zur Steuerung zweier steuerbarer Halbes /leiter, insbesondere zweier im Gegentakt arbeitender steuerbarer Halbleiter, denen eine Steuerwechselspannung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Schaltung (13) zur Peststellung der Ausgangsströme der steuerbaren Halbleiter (11) und eine an den Ausgang der ersten Schaltung angeschlossene zweite Schaltung (14) zur Beeinflussung der Halbwellenbreite der Steuerwechselspannung im Sinne einer Symmetrierung der Ausgangsströme der beiden steuerbaren Halbleiter vorgesehen sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwechselspannung mittels eines astabilen Multivibrators (TRl, TR2) erzeugt wird, daß die erste Schaltung (13) durch einen Übertrager (T2) gebildet ist, dessen Primärwicklung in eine der Gleichstromzuführungsleitungen für die beiden Halbleiter eingefügt ist, und daß die zweite Schaltung (14) durch eine Reihenschaltung aus einer Diode (D) und einem Kondensator (C3) gebildet ist, wobei das diodenseitige Ende der Reihenschaltung mit dem einen Ende der Sekundärwicklung des Übertragers und das kondensatorseitige Ende der Reihenschaltung sowie das andere Ende dieser Sekundärwicklung mit der Steuerstrecke des die beiden Halbleiter steuernden aktiven Elements (TR2) des Multivibrators verbunden sind.
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DE19752527799 1974-06-27 1975-06-21 Schaltungsanordnung zur steuerung zweier steuerbarer halbleiter, insbesondere zweier im gegentakt betriebener steuerbarer halbleiter Withdrawn DE2527799A1 (de)

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