DE2909435C2

DE2909435C2 - Anordnung zur Beschaltung eines Halbleiterschalters mit in Reihe geschalteter Spannungsquelle

Info

Publication number: DE2909435C2
Application number: DE19792909435
Authority: DE
Inventors: Günter Ing.(grad.) 1000 Berlin Junge
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1979-03-07
Filing date: 1979-03-07
Publication date: 1985-08-01
Also published as: DE2909435A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Beschattung eines Halbleiterschalters gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs DE-Fachbuch von »Heumann-Stumpe: Thyristoren-Eigenschaften und Anwendungen«. 1969, Seiten 37-41

Zum Schutz gegen unzulässige Spannungsbeanspruchungen und zur Verminderung des Spannungs- oder Stromanstiegs dient bei Leistungshalbleitern die Beschaltung, unter der man das Anbringen von Kondensatoren, Widerständen und Dioden, manchmal auch in Kombination mü vorgeschalteten Induktivitäten versteht. Aufgrund ihres physikalischen Aufbaus haben Leistungshalbleiter nur ein" begrenzte Spannungsfestigkeit und lassen nur bestimmte ί öchstwerte für die Spannungs- und Stromsteilheit zu. Schon eine kurzzeitige Überschreitung der Höchstwerte führt häufig zur Zerstörung des Leistungshalbieiters.

Eine Ausführungsform der notwendigen Beschaltungsmaßnahmen ist in der Literaturstelle »Heumann-Stumpe: Thyristoren-Eigenschaften und Anwendungen« (Verlag Teubner, Stuttgart 1969) in Bild 41.1 auf Seite 41 dargestellt Parallel zum zu schützenden Halbleiterventil ist in dieser bekannten Anordnung die Reihenschaltung eines Beschaltungswiderstandes mit parallelgeschalteter Diode und eines Beschaltungskondensators angeordnet. Bei dieser bekannten Anordnung wird die im Beschaltungskondensator gespeicherte Energie weitgehend in dem zur Diode parallelgeschalteten Beschaltungswiderstand in Wärme umgesetzt, was insbesondere bei der Verwendung des zu schützenden Halbleiterventils in Mittelfrequenzanlagen oder bei stark pulsierender Anodenspannung zu erheblichen Verlusten führt.

In bestimmten Anwendungsfällen werden Leistungshalbleiter in Reihe mit einer Spannungsquelle betrieben, beispielsweise als Löscheinrichtung zur Löschung von Thyristoren in selbstgeführten Stromrichtern. Wird eine derartige Löscheinrichtung als sogenannte Summenlöschschaltung eingesetzt, dann beträgt die Schaltfrequenz des Leistungshalbleiters ein Vielfaches der Frequenz des Slromrichterausgangs. je nach der Pulszahl des Stromrichters z. B. das 3- bis 6fache.

Bei derartigen Anordnungen müssen nicht nur — zusätzlich bedingt durch die erhöhte Schaltfrequenz — erhebliche Wärmeverluste im Beschaltungswiderstand in Kauf genommen werden, sondern es muß der dem Leistungshalbleiter in Reihe geschalteten Spannungsquelle in Abhängigkeit des vom Leislungshalbleiter zu führenden Stromes von außen wieder Energie zugeführt werden. Da die Löschspannungsquelle in der Regel aus einem Kondensator großer Kapazität besteht der aus einer potentialfreien Spannungsquelle versorgt wird, muß diese Energie über die potentialfreie Spannungsquelle zugeführt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es. eine Anordnung zur Beschattung eines Halbleiterschalter mit

ίο in Reihe geschalteter Spannungsquelle zu schaffen, bei der die Einschaltverluste im Halbleiterschalter vermindert werden, Verluste in einem Beschaltungswidcrstand vermieden werden und der Spannungsquellc wieder Energie aus dem Beschal'ungskondensator des Halbleilerschalters zugeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs aufgeführten Merkmale gelöst
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung werden die Einschaltverluste im Halbleiterschalter herabgesetzt, da die Beschaltung sich nicht über ihn entlädt Gleichzeitig werden Wärmeverluste in einem sonst parallelgeschalteten Beschaltungswiderstand vermieden, der bei dieser Art der Beschaltung entfallen kann. Da Energie aus dem Beschaltungskondensator an die dem Halbleiterschalter in Reihe geschaltete Spannungsquelle zugeführt wird, kann die Energiezufuhr von außen, beispielsweise über eine potentialfreie Spannungsquelle verringert werden.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sol! der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden.

Der Halbleiterschalter 1 ist im Ausführungsbeispiel mit in Reihe geschalteter Spannungsquelle 4 als Löscheinrichtung parallel zu einem Stromrichter SR geschaltet und bildet zusammen mit diesem z. B. den Wechselrichter eines selbstgeführten Stromrichters.

Dem als Thyristor ausgebildeten Halbleiterschalter 1 — ebenso könnte ein Leisiungsiransisior oder ein ariverwandtes Bauelement Anwendung finden — ist als Beschaltung die Reihenschaltung einer Diode 2 und eines Beschaltungskondensators 3 parallel geschaltet
An die Verbindung von Diode 2 und Beschaltungskondensator 3 ist über eine Induktivität 5 ein weiterer Halbleiterschalter 6, im Ausführungsbeispiel ein Thyristor, angeschlossen. Kathodenseitig ist dieser Thyristor mit dem Pluspol der Spannungsquelle 4 verbunden.
Durch den Verzicht auf einen Beschaltungswidcrstand können keine Wärmeverluste auftreten und die Funktionsweise der Schaltung ändert sich wie folgt:

Nach dem Einschalten des Halbleiterschalters 1 wird der weitere Halbleiterschalter 6 ebenfalls eingeschaltet. Der Beschaltungskondensator 3 bildet nun einen Schwingkreis mit der Induktivität 5. Mit nahezu sinusförmigem Strom wird nun ein Teil der im Beschaltungskondensator 3 gespeicherten Energie der Spannungsquelle 4 zugeführt. Bevor der Halbleiterschalter 1 ausgeschaltet wird, ist der weitere Halbleiterschalter 6 in

bo den Sperrzustand versetzt worden.

Eine Stabilisierung der Löschspunnung laut sich in gewissen Grenzen durch Variation der Einschall/cil des Halbleiterschalter 1 erreichen. Dies könnte dann notwendig sein, wenn der Halbleiterschalter 1 im Teillastbereich nur geringen Strom zu führen hat. In diesem Fall wäre sonst die gespeicherte Energie des Beschallungskondensators 3 größer als die von der Spannungsquelic 4 abzugebende Energie.

Durch die Zufuhr der Energie aus dem Beschaltungskondensator 3 kann der Aufwand für die Nachladeeinrichtung der Spannungsquelle 4 bzw. die Nachladezeit erheblich verringert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentanspruch:

Anordnung zur Beschallung eines Halbleiterschalters, dem die Reihenschaltung einer Diode und eines Beschaltungskondensators parallel geschaltet ist, wobei der Halbleiterschalter in Reihe mit einer Spannungsquelle liegt unter Verwendung einer Induktivität, dadurch gekennzeichnet, daß an die Verbindung der Diode (2) und des Beschaltungskondensators (3) einerseits und an den nicht mit dem Halbleiterschalter (1) verbundenen Pol der Spannungsquelle (4) andererseits die Reihenschaltung eines weiteren Halbleiterschalters (6) und einer Induktivität (5) angeschlossen ist