DE2829840C2 - Anordnung zur praktisch verlustfreien Beseitigung der Abschaltüberspannung an einer Diode - Google Patents

Description

und Last eine Vormagnetisierungsentwicklung Lb 2 der Sättigungsdrossel Lb liegt, die die Sättigungsdrossel Lb mit Hilfe des induktiven Abmagnetisierungsstromes der Last gegensinnig vormagnetisiert, derart, daß die Steilheit des Stromanstiegs beim Einschalten «on Tdann am stärksten begrenzt wird, wenn die Freilaufdiode Fgerade stromlos geworden ist und derart, daß im voll eingeschalteten Zustand von Γ und bei demnach sperrender Freilaufdiode F sich die Durchflutungen von Arbeitsund Vormagnetisierungswicklung Lb\ bzw. Lj, 2 kornpensieren.

Der magnetische Arbeitspunkt der erfindungsgemäßen vorrnagnetisierten Sättigungsdrossel Lb verschiebt sich somit beim Einschalten von T von 3 nach 4 (Abb. 5), also vom sehr flachen gesättigten Bereich in den steilen ungesättigten Bereich der magnetischen Kennlinie. Die Arbeitswicklung Lb 1 hat demnach eine sehr geringe Anfangs- und eine hohe Endinduktivität und damit eine inverse Induktivitätscharakteristik zur herkömmlichen Sättigungsdrossel L_a.

Wie A b b. 6 zeigt, läßt sich die erfindungsgemäße Anordnung auch vorteilhaft mit der herkömmlichen Sättigungsdrossel L₂ kombinieren.

Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Anordnung ist zudem nicht daran gebunden, daß als elektronischer Schalter T ein Schalttransistor benutzt wird. Vielmehr kann dafür auch ein MOS-FET oder GTO-Thyristor Anwendung finden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur praktisch verlustfreien Beseitigung der Abschaltüberspannung an einer Diode, die als Freilauf diode Feiner induktiven Last parallelgeschaltet ist und mit hoher Taktfrequenz im Wechsel mit einem Schalttransistor T welcher im leitenden Zustand den Stromkreis von einer durch einen Kondensator gepufferten Speisegleichspannung zur Last freigibt, den durch die Last fließenden Strom führt derart, daß Abmagnetisierung der Last (F leitend) und Auf magnetisierung (T leitend) ohne eine Lücke im Laststrom aufeinanderfolgen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stromweg vom Schalttransistor T zur Last, zur Vermeidung von Rückstrom in der Freilaufdiode F beim Kommutierungsvorgang des Laststromes von Fzu T, zwischen dew Schalttransistor Γ und der Freilaufdiode F die Arbeitswicklung Lb\ einer Sättigungsdrossel Lb eingefügt ist und daß in dem Stromweg zwischen Freilaufdiode F und Last eine Vormagnetisierungswicklung Lb 2 der Sättigungsdrossel Lb liegt, die die Sättigungsdrossel Lb mit Hilfe des induktiven Abmagnetisierungsstromes der Last gegensinnig vormagnetisiert, derart, daß die Steilheit des Stromanstiegs beim Einschalten von Tdann am stärksten begrenzt wird, wenn die Freilaufdiode F gerade stromlos geworden ist und derart, daß im voll eingeschalteten Zustand von Tund bei demnach sperrender Freilaufdiode F sich die Durchflutungen von Arbeits- und Vormagnetisierungswicklung Lb \ bzw. Lb 2 kompensieren.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den elektronischen Schalter Tanstelle eines Schalttransistors ein MOS-FET oder GTO-Thyristor Anwendung findet.

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur praktisch verlustfreien Beseitigung der Abschaltüberspannung an einer Diode, die als Freilaufdiode Feiner induktiven Last parallelgeschaltet ist und mit hoher Taktfrequenz im Wechsel mit einem Schalttransistor T, welcher im leitenden Zustand den Stromkreis von einer durch einen Kondensator gepufferten Speisegleichspannung zur Last freigibt, den durch die Last fließenden Strom führt derart, daß Abmagnetisierung der Last (F leitend) und Auf magnetisierung (Tleitend) ohne eine Lücke im Laststrom aufeinanderfolgen.

An einer Diode, die gemäß Abb. 1 als Freilaufdiode F einer induktiven Last, z. B. dem Ankerkreis eines Gleichstrommotors, parallelgeschaltet ist und mit hoher Taktfrequenz im Wechsel mit einem Schalttransistor T, welcher im leitenden Zustand den Stromkreis von einer durch einen Kondensator gepufferten Speisegleichspannung zur Last freigibt, den durch die Last fließenden Strom führt derart, daß Abmagnetisierung der Last (Fleitend) und Aufmagnetisierung (Tleitend) ohne eine Lücke im Laststrom aufeinanderfolgen, tritt beim Kommutierungsvorgang des Laststromes von F zu Γ eine Abschaltüberspannung auf, welche die Diode zerstören kann. Die Ursache der Abschaltüberspannung ist zum einen die nicht ideale Eigenschaft jeder Diode, nach einer Leitphase während der sogenannten Sperrverzueszeit auch in Rückwärtsrichtung Strom leiten zu können. Da andererseits die Schaltungsanordnung nach A b b. 1 dem Entstehen von Rückstrom in der Freitaufdiode F beim Einschalten von Twährend der Sperrverzugszeit von F außer der minimalen parasitären Schaltungsinduktivität L_s (die man sich an der mit Pfeil gekennzeichneten Stelle konzentriert vorstellen kann) nichts entgegenzusetzen vermag, muß am Ende der Sperrverzugszeit mit dem plötzlichen Wiedererlangen der Sperrfähigkeit ein erheblicher Rückstrom praktisch schlagartig von F abgeschaltet werden, was über die große Stromänderungsgeschwindigkeit bei L₅ die Abschaltüberspannung an FbewirkL

Die Gefahr des Entstehens einer zu hohen Abschaltüberspannung wird auch kaum gemindert, wenn nach Abb. 2 eine Sättigungsdrossel L_u im Stromweg des Schalttransistors T angeordnet wird, um die Einschaltverluste von T zu verringern. Denn beim Einschalten von T verschiebt sich ihr magnetischer Arbeitspunkt von ί nach 2 (A b b. 3), also vom steilen ungesättigten Bereich in den sehr flachen gesättigten Bereich der magnetischen Kennlinie. Weil die Steigung der Kennlinie im Arbeitspunkt ein Maß für die Induktivität darstellt, hat somit L_ü eine hohe Anfangs- und sehr geringe Endinduktivität. Die herkömmliche Sättigungsdrossel JL, begrenzt demnach die Steilheit des Stromanstiegs beim Einschalten von T anfangs am stärksten, so daß ein praktisch stromfreies Einschalten von T ermöglicht wird. Wenn dagegen die Freilaufdiode F gerade stromlos geworden ist, weil inzwischen T den vollen Laststrom übernommen hat, wird das Entstehen von Rückstrom in F während der Sperrverzugszeit von der Sättigungsdrossel La kaum mehr behindert. Anordnungen nach Abb. 1 oder 2 benötigen daher zur Begrenzung der Abschaltüberspannung auf ungefährliche Werte zusätzliche Schaltungsmaßnahmen. Als Standardlösung hat sich eine zusätzliche R-C-Beschaltung der Freilaufdiode F herausgebildet, wobei als Nachteil eine Verschlechterung des Wirkungsgrades hingenommen werden muß.

Die aufgezeigten Probleme werden bei einer Anordnung der vorstehend angegebenen Gattung durch die im Kennzeichen des 1. Anspruchs aufgeführten Merkmale gelöst.

Die nachstehend beschriebene erfindungsgemäße Anordnung, wie sie A b b. 4 zeigt, beseitigt auf denkbar einfachste Weise das Problem der Abschaltüberspannung an der Wurzel, indem von vornherein das Entstehen von Rückstrom während des Sperrverzugs der Freilaufdiode F praktisch unterbunden wird, so daß alle bei den Anordnungen nach A b b. 1 oder 2 erörterten unliebsamen Folgen gegenstandslos sind.

Gemäß A b b. 4 und Anspruch 1 ist die erfindungsgemäße Anordnung zur praktisch verlustfreien Beseitigung der Abschaltüberspannung an einer Diode, die als Freilaufdiode Feiner induktiven Last parallelgeschaltet ist und mit hoher Taktfrequenz im Wechsel mit einem Schalttransistor T, welcher im leitenden Zustand den Stromkreis von einer durch einen Kondensator gepufferten Speisegleichspannung zur Last freigibt, den durch die Last fließenden Strom führt derart, daß Abmagnetisierung der Last (F leitend) und Auf magnetisierung (Tleitend) ohne eine Lücke im Laststrom aufeinanderfolgen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stromweg vom Schalttransistor T zur Last, zur Vermeidung von Rückstrom in der Freilaufdiode Fbeim Kommutierungsvorgang des Laststromes von F zu T, zwischen dem Schalttransistor T und der Freilaufdiode Fdie Arbeitswicklung Lb 1 einer Sättigungsdrossel L_b eingefügt ist und daß in dem Stromweg zwischen Freilaufdiode F