DE3007597C2 - Schutzbeschaltungsanordnung für Halbleiterschalter - Google Patents

Schutzbeschaltungsanordnung für Halbleiterschalter

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Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzbeschaltungsanordnung für einen eine induktive Last an eine Versorgungsspannungsquelle schaltenden Halbleiterschalter, zu dem die Reihenschaltung einer Diode und eines Kondensators parallel liegt, mit einer von der Steuereinheit für den Halbleiterschalter gesteuerten Einrichtung, die die irr. Kondensator gespeicherte Energie überträgt.
Eine derartige Schutzbeschaltungsanordnung ist aus der DE-AS 19 56 145 bekannt. Dabei liegt zum Schutz von induktiv belasteten Schalttransistoren in elektronischen Gegentakt-Umrichtern parallel zu jedem Schalttransistor die Reihenschaltung einer Diode und eines Kondensators. Mit dem Kondensator wird das Auftreten von Überspannungen beim Abschalten der induktiven Last durch den Halbleiterschalter verhindert. Parallel zur Diode ist ein Transistor geschaltet, der leitend gesteuert wird, solange der zu schützende Transistor gesperrt ist. Damit wird bei sperrendem Transistor die Ladung des Kondensators, die sich beim Abschalten des Schalttransisiors aufbaut, über die Primärwicklung eines Umrichlertransformators in die Versorgungsspannungsquelle zurück entladen. Dadurch wird die Enlladeenergie zu einem Teil an die Versorgungsspannungsquelle und zum anderen Teil an den Ausgang des Umrichters abgegeben.
Bei dieser Schaltungsanordnung ist eine Entladung des Kondensators nur bis zur Höhe der Eingangsspannung möglich. Beim Ausschalten des Transistors steigt also die anstehende Spannung noch während des Ausschaltvorgangs zumindest auf den Wert der Eingangsspannung. Dies stellt eine erhebliche Belastung für den Transistor dar, da ein erheblicher Strom mit einer hohen, am Transistor anstehenden Spannung zusammentrifft, so daß an diesem eine große Verlustleistung auftritt. Die Entladeenergie des Kondensators kann nur an den Verbraucher und die Versorgungsspannungsquelle zurückgespeist werden. Eine anderweitige Auswertung der fjitladeenergie ist bei dieser Schaltung nicht möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schutzbeschaltung der eingangs genannten Art so auszugestal· ten, daß die in der Schutzbeschaltung auftretenden Verluste verringert werden und daß die Entladeenergie des Kondensators beliebig ausgewertet werden kann.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Anordnung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kondensator mit den Eingangsklemmen eines Sperrwandlers verbunden ist, dessen Steuereingang mit der Ausgangsklemme der Steuereinheit für den Halbleiterschalter verbunden ist.
Mit dieser SchutzbeschaltungSdnordnung kann der Kondensator nahezu auf die Spannung Null entladen werden, so daß beim Ausschalten des Halbleiterschulters eine geringe Spannung ansteht, die erst ansteigt, wenn der Strom durch den Halbleiterschalter bereits klein geworden ist. Somit wird die Verlustleistung des Halbleiterschalters beim Ausschalten klein gehalten. Die Ausgangsspannung des Sperrwandlers, die von der Entladeenergie des Kondensators gespeist ist, kann beliebig verwendet werden. Es ist z. B. die Verwendung als gesonderte Hilfsspannungsquelle möglich.
Vorteilhafterweise liegt parallel zum Kondensator eine Freilaufdiode. Diese Freilaufdiode übernimmt den Strom durch die Primärwicklung des Sperrwandlers, sobald die Spannung am Kondensator umzuschwingen beginnt. Damit wird verhindert, daß sich der Kondensator auf negative Werte auflädt und so den Halbleiterschalter in Sperrrichtung beansprucht.
Die erfindungsgemäße Schutzbeschaltung wird im folgenden anhand der F i g. 1 und 2 näher erläutert.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein Transistor SI als Halbleiterschalter in einem getakteten Netzgerät eingesetzt. Er liegt in Reihe zur Primärwicklung eines Transformators Ti an einer Eingangsspannung Ue und wird von einer Steuereinheit St angesteuert. Parallel zu den Eingangsklemmen liegt ein Glättungskondensator C2. Parallel zum Transistor Sl ist eine Reihenschaltung mit einer Diode D 1 und einem Kondensator Cl angeordnet. Dem Kondensator ist die Eingangsseite eines Sperrwandlers W parallel geschaltet. Zwischen den Eingangsklemmen des Sperrwandlers W liegt die Reihenschaltung der Primärwicklung eines Transformators T2 und eines zweiten Transistors 52, der ebenfalls von der Steuerspannungsquelle St angesteuert wird. Die Sekundärwicklung des Transformators T2 ist über eine Diode D 3 mit den Eingangsklemnien Kl 1 und KI2 der Schaltungsanordnung verbunden. Parallel zum Kondensator Cl ist ferner eine Freilaufdiode D 2 geschaltet, deren Anode mit dem Minuspol der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist.
Beim Ausschalten des Transistors 5 1 wird unter der Wirkung der Induktivität der Primärwicklung des Transformators Π der in der Primärwicklung fließende Strom zunächst aufrecht erhalten und fließt über die Diode D\ in den Kondensator Cl. der damit aufgeladen wird. Da zugleich mit dem Transistor 51 auch der Transistor 52 gesperrt wird, kann kein Strom über die Primärwicklung des Sperrwandlertransformators 7"2 fließen. Werden nun die Transistoren 5 1 und 52 wieder leitend, so entlädt sieb der Kondensator Cl über die Primärwicklung des Sperrwandlertransformalors 7"2 und den Transistor 52. Im Sperrwandlertransformator 72 wird damit magnetische Energie gespeichert. Eine Entladung des Kondensators Cl über den leitenden Transistor 51 wird durch die bei diesem Betriebszustand in Sperrichtung gepolte Diode D1 verhindert. Die im Sperrwandlertransformator Γ2 gespeicherte magnetische Energie wird während der Sperrphase der Transistoren 51 und 52 über die Diode D3 in die Versorgungsspannungsquelle zurückgespeist.
Die dem Kondensator Cl parallel geschaltete Diode D 2 verhindert, daß der Kondensator C1 beim Entladen über die Primärwicklung des Sperrwandlertransformators T2 umschwingt. Der Strom /1 durch die
Primärwicklung hat auch bei entladenem Kondensator Cl die Tendenz, in seiner ursprünglichen Größe weiterzufließen und würde damit ohne zusätzliche Schaltungsmaßnahmen den Kondensator in entgegengesetzter Polarität aufladen. Die dadurch entstehende Spannung würde den Transistor Sl in Sperrichtung belasten. Dies wird durch die Freilauf Jiode D2 parallel zum Kondensator C\ verhindert. Diese Diode D 2 übernimmt nämlich den nach Entladung des Kondensators Ci weiterfließenden Strom /1 und stellt somit in diesem Faii einen Kurzschluß für den Kondensator Ci dar.
Die Ströme /1 und /2 durch die Primärwicklung bzw. Sekundärwicklung des Sperrwandlertransformators D 2 sind in F i g. 2 dargestellt. Der vom Kondensator C1 erzeugte Strom /1 steigt während der Leitphase der Transistoren Sl und 52 zunächst an und wird schließlich mit dem Sperren der Transistoren 51 und 52 unterbrochen. Zugleich wird auf der Sekundärseite des Sperrwandlertransformators 72 ein Strom /2
erzeugt, der entsprechend der Entladung der magnetischen Energie des Sperrwandlertransformators TT. abklingt.
Bei der beschriebenen Schaltungsanordnung wird die beim Sperren des Transistor Sl im Kondensator Cl gespeicherte Magnelisierungsenergie des Transformators TX nicht wie bei bekannten Schaltungen in einem Widerstand vernichtet, sondern noch über das in der DE-AS 19 56 145 erreichte Maß hinaus in die Versorgungsspannungsquelle zurückgecpeist. Dadurch ergibt sich eine erhebliche Verringerung der Verlustleistung, die umso bedeutsamer wird, je höher die Eingangsspannung und die Schaltfrequenz sind.
Die mit dem Sperrwandler W aus dem Kondensator Tl gewonnene Energie muß nicht in die Eitigangsspannu'igsquelle zurückgespeist werden, sondern kann auch anderweitig verwendet werden. /. B. für eine Hilfsvcrsorgung eines Steuerkreises. Die beschriebene Schaltungsanordnung läßt sich für jeden Schalter einsetzen, dessen Las'kreis eine induktive Komponente aufweist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Schutzbeschaltungsanordnung für einen eine induktive Last an eine Versorgungsspannungsquelle schaltenden Halbleiterschalter, zu dem die Reihenschaltung einer Diode und eines Kondensators parallel liegt, mit einer von der Steuereinheit für den Halbleiterschalter gesteuerten Einrichtung, die die im Kondensator gespeicherte Energie überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (Cl) mit den Eingangsklemmen eines Sperrwandlers (W) verbunden ist, dessen Steuereingang mit der Ausgangskiemme der Steuereinheit (St) für den Halbleiterschalter (S 1) verbunden ist
2, Schutzbeschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Kondensator (CX) eine Freilaufdiode (D2) lie^t.
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