DE3243847A1 - Circuit arrangement for reducing transient voltage surges - Google Patents
Circuit arrangement for reducing transient voltage surgesInfo
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Abstract
Description
Schaltungsanordnung zur Verminderung transienterCircuit arrangement for reducing transient
Überspannungen Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zur Verminderung transienter überspannungen, die beim Abschalten einer über einen Schalter und Zuleitungen an eine Gleichspannungsquelle angeschlossenen Last an den Induktivitäten der Zuleitungen auftreten, mit einer zu dem Schalter parallel liegenden Serienschaltung aus wenigstens einer in Durchlaßrichtung gepolten Diode und einem Kondensator, wobei bei einer Unterbrechung des durch die Zuleitungen fließenden Stromes der Kondensator über die Diode die Stromänderungsgeschwindigkeit in den Zuleitungen vermindert und an die Verbindungsstelle zwischen dem einenends an der Gleichspannungsquelle liegenden Kondensator sowie der Diode ein Widerstand angeschlossen ist.Overvoltages The invention is based on a circuit arrangement to reduce transient overvoltages that occur when a Switch and supply lines to a DC voltage source connected to the load Inductances of the leads occur, with one lying parallel to the switch Series connection of at least one forward polarized diode and one Capacitor, with an interruption of the flowing through the supply lines Current of the capacitor across the diode the rate of change of current in the Leads reduced and to the junction between the one end at the DC voltage source lying capacitor and the diode connected to a resistor is.
In dem Handbuch "Schalttransistoren" von THOMSON-CSF, Ausgabe 1979, ist auf Seite 189 eine derartige Schaltungsanordnung gezeigt, bei der die durch einen Schalter in Gestalt eines Schalttransistors geschaltete Last durch eine Freilaufdiode überbrückt ist und der mit dem Kondensator in Serie liegende Widerstand zu der Diode parallel geschaltet ist.In the manual "Switching Transistors" by THOMSON-CSF, edition 1979, such a circuit arrangement is shown on page 189, in which the by a switch in the form of a switching transistor load switched by a freewheeling diode is bridged and the resistor in series with the capacitor to the diode is connected in parallel.
Beim Abschalten des durch die Last fließenden Stromes mit Hilfe des Transistors tritt an den Induktivitäten der Zuleitungen eine Abschaltspannung auf, die umso arößer ist, je schneller die durch den Schalttransistor ermöglichte Stromänderungsgeschwindigkeit ist. Die Stromänderungsgeschwindigkeit des Schalttransistors wird im Interesse einer möglichst kleinen Verlustleistung des Schalttransistors beim Schaltübergang möglichst hoch gewählt, was aber zu hohen Spannungen an den Zuleitungsinduktivitäten infolge des Abschaltens führt. Diese durch das Schalten bedingten Spannungsspitzen gelangen über die durch eine Freilaufdiode überbrückte Last unmittelbar an die Elektroden des Transistors und würden diesen ohne weitere Schutzmaßnahmen der Gefahr eines Spannungsdurchbruchs aussetzen.When switching off the current flowing through the load using the Transistor, a cut-off voltage occurs at the inductances of the supply lines, which is all the greater, the faster the rate of current change made possible by the switching transistor is. The rate of current change of the switching transistor will in the interest of the lowest possible power loss of the switching transistor Switching transition selected as high as possible, but this leads to high voltages on the feed line inductances as a result of the shutdown. These voltage peaks caused by switching reach the electrodes directly via the load bridged by a freewheeling diode of the transistor and would run the risk of this without further protective measures Suspend voltage breakdown.
Mittels der zu dem Transistor parallel liegenden Serienschaltung aus Kondensator und Widerstand wird unabhängig von der Schaltgeschwindigkeit des Transistors die Stromänderungsgeschwindigkeit in den Zuleitungen vermindert und auf diese Weise werden gefährliche Spannungsspitzen infolge des Abschaltens des Transistors unterdrückt.By means of the series circuit lying parallel to the transistor Capacitor and resistor become independent of the switching speed of the transistor the rate of change of current in the supply lines is reduced and in this way dangerous voltage peaks resulting from switching off the transistor are suppressed.
Weil aber die Serienschaltung aus Kondensator und Widerstand dem Schalttransistor unmittelbar parallel liegen, erfolgt eine ständige Umladung des Kondensators bei den Schaltzustandsänderungen des Schalttransistors. Ist nämlich der Schalttransistor gesperrt, so wird der Kondensator über den Widerstand auf die Spannung der Gleichspannungsquelle aufgeladen, während der Kondensator beim Durchsteuern des Schalttransistors bis auf die Sättigungsspannung des Schalttransistors entladen wird. Wenn mit einer solchen Schaltung größere Spannungen und Ströme geschaltet werden sollen, erreichen die durch die Umladung des Kondensators entstehenden Verlustleistungen enorme Werte, die zu einer beträchtlichen Erwärmung des Widerstands und des Kondensators führen und demzufolge eine entsprechend kräftige Dimensionierung erfordern, die erheblich größer ist als sie aufgrund der relativ kleinen Zuleitungsinduktivitäten nötig wäre.But because the series connection of capacitor and resistor is the switching transistor are directly parallel, the capacitor is constantly recharged the switching state changes of the switching transistor. Is namely the switching transistor blocked, the capacitor is connected to the voltage of the DC voltage source via the resistor charged, while the capacitor when turning on the switching transistor up is discharged to the saturation voltage of the switching transistor. If with such a Switching larger voltages and currents are to be switched, achieve the enormous power losses caused by the charge reversal of the capacitor, which lead to a considerable heating of the resistor and the capacitor and consequently require a correspondingly strong dimensioning, which is considerable bigger than her because of the relatively small lead inductances would be necessary.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Schaltungsanordnung zur Verminderung transienter Überspannungen zu schaffen, bei der der Kondensator im wesentlichen lediglich die in den Zuleitungsinduktivitäten gespeicherte und beim Schalten frei werdende Energie verarbeiten muß.The object of the invention is therefore to provide a circuit arrangement for To reduce transient overvoltages in which the capacitor in the essential only those stored in the lead inductances and at Switching must process released energy.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung durch die Merkmale des Hauptanspruches gekennzeichnet.The circuit arrangement according to the invention is used to achieve this object characterized by the features of the main claim.
Durch diesen Aufbau ergibt sich der Vorteil, daß der Kondensator seinen Ladungszustand unabhängig von dem Zustand des Schalters beibehält und lediglich beim Ausschalten des Schalters durch die in den Zuleitungen gespeicherte Energie geringfügig aufgeladen wird. Die zusätzlich gespeicherte Energie kann er wiederum unabhängig vom Schaltzustand des Schalters wieder abbauen und erreicht dann eine der Spannung der Gleichspannungsquelle entsprechende Spannung.This structure has the advantage that the capacitor is his State of charge maintained regardless of the state of the switch and only when the switch is turned off by the energy stored in the supply lines slightly charged. In turn, he can use the additionally stored energy dismantle again regardless of the switching status of the switch and then reach a voltage corresponding to the voltage of the DC voltage source.
Die Umladeverluste in dem Kondensator sind somit sehr klein gehalten und es können auch bei großen zu schaltenden Leistungen räumlich sehr kleine Kondensatoren Verwendung finden.The charge reversal losses in the capacitor are therefore kept very small and capacitors that are spatially very small can also be used with large powers to be switched Find use.
Eine zusätzliche Zuleitung von der Spannungsquelle zu der Serienschaltung aus Widerstand und Diode kann eingespart werden, wenn die Serienschaltung aus Widerstand und Diode über wenigstens einen Abschnitt der Zuleitungen zwischen der Gleichspannungsquelle und der Last an die Gleichspannungsquelle angeschlossen ist.An additional supply line from the voltage source to the series circuit from resistor and diode can be saved if the series connection from resistor and diode across at least a portion of the leads between the DC voltage source and the load is connected to the DC voltage source.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann auch vorteilhafterweise verwendet werden, wenn die Gleichspannunqsquelle von einer ersten und einer zweiten in gleicher Richtung gepolten Spannungsquelle eines Wechselrichters gebildet ist, an deren Verbindungsstelle die Last einenends angeschlossen ist, die anderenends an der Verbindungsstelle zweier Schalter liegt, von denen der eine über Zuleitungen mit der ersten und der andere über Zuleitungen mit der zweiten Spannungsquelle verbunden ist, wobei die Serienschaltung aus Diode und Kondensator zu der Serienschaltung aus den beiden mit Freilaufdioden überbrückten Schaltern parallel liegt.The circuit arrangement according to the invention can also be advantageous be used when the DC voltage source from a first and a second voltage source of an inverter polarized in the same direction is formed, at the junction of which the load is connected at one end, the other end is at the junction of two switches, one of which has leads connected to the first and the other via leads to the second voltage source is, wherein the series circuit of diode and capacitor to the series circuit from the two switches bridged with freewheeling diodes lies in parallel.
Um in den Freilaufdioden der Schalter während der Sperrverzugszeit der Freilaufdioden einen unzulässig großen Strom zu vermeiden, kann in einer der Zuleitungen zu den Schaltern eine Induktivität angeordnet sein, wobei die Stromänderungsgeschwindigkeit in dieser Induktivität ebenfalls durch den Kondensator vermindert wird.To in the freewheeling diodes of the switch during the blocking delay time of the freewheeling diodes to avoid an impermissibly large current, can be done in one of the Leads to the switches can be arranged an inductance, the rate of current change in this inductance is also reduced by the capacitor.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Verminderung transienter überspannungen gemäß der Erfindung mit über eine eigene Leitung an die Gleichspannungsquelle angeschlossenem Widerstand, Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 mit über die Zuleitungen an die Gleichspannungsquelle angeschlossenem Widerstand, Fig. 3 eine Schaltungsanordnung gemäß der Erz in dung, bei der die Gleichspannungsquelle zwei einzelne Spannungsquellen enthält, die zusammen mit zwei Schaltern einen Wechselrichter bilden, bei dem der Widerstand der Serienschaltung aus Widerstand und Diode unmittelbar an die von den beiden Spannungsquellen gebildete Gleichspannungsquelle angeschlossen ist und Fig. 4 eine Schaltungsanordnung ähnlich der nach Fig. 3, bei der der Widerstand der Serienschaltung aus Diode und Widerstand über einen Abschnitt der Zuleitungen zwischen der Gleichspannungsquelle und der Last an die Gleichspannungsquelle angeschlossen ist.In the drawing are exemplary embodiments of the subject matter of the invention shown. 1 shows a circuit arrangement for reducing transients overvoltages according to the invention with a separate line to the DC voltage source connected resistor, Fig. 2 shows a further embodiment of the circuit arrangement according to Fig. 1 with connected via the leads to the DC voltage source Resistance, Fig. 3 shows a circuit arrangement according to the ore in manure, in which the DC voltage source contains two individual voltage sources that work together form an inverter with two switches, in which the resistance of the series circuit from resistor and diode directly to the one formed by the two voltage sources DC voltage source is connected and Fig. 4 shows a circuit arrangement similar that of Fig. 3, in which the resistance of the series circuit of diode and resistor Via a section of the leads between the DC voltage source and the Load is connected to the DC voltage source.
Bei der in Fig. 1 veranschaulichten Schaltungsanordnung 1 zur Verminderung transienter überspannungen ist eine Last 2, beispielsweise ein Elektromotor od.dgl., einenends über einen Schalter 3 und eine Zuleitung 4 sowie anderenends über eine Zuleitung 5 an eine Gleichspannungsquelle 6 angeschlossen. Dabei kann der Schalter 3 sowohl ein elektromechanischer als auch ein elektronischer Schalter in Gestalt eines bipolaren Transistors oder eines Feldeffekttransistors sein, mit dem der Strom durch die mit einer Freilaufdiode 7 überbrückten Last 2 ein- bzw. ausgeschaltet wird.In the circuit arrangement 1 illustrated in FIG. 1 for reduction transient overvoltages is a load 2, for example an electric motor or the like., at one end via a switch 3 and a lead 4 and at the other end via a Supply line 5 connected to a DC voltage source 6. The switch can 3 both an electromechanical and an electronic switch in the form a bipolar transistor or a field effect transistor, with which the current switched on or off by the load 2 bridged by a freewheeling diode 7 will.
Die in dem Laststromkreis liegenden Zuleitungen 4 und 5 sind verlustbehaftet und weisen eine Leitungsinduktivität auf, wobei der Verlustwiderstand der Zuleitungen 4 und 5 bei 8 konzentriert veranschaulicht ist, während eine Induktivität 9 die Leitungsinduktivität der Zuleitungen 4 und 5 darstellt.The leads 4 and 5 in the load circuit are lossy and have a line inductance, the loss resistance of the supply lines 4 and 5 is illustrated concentrated at 8, while an inductor 9 the Represents the line inductance of the supply lines 4 and 5.
An der Verbindungsstelle zwischen der Last 2 und dem Schalter 3 ist mit ihrer Anode eine Diode 10 angeschlossen, deren Kathode mit einem Kondensator 11 verbunden ist. Der Kondensator 11 ist mit seinem anderen mit der Diode 10 galvanisch nicht verbundenen Belag an die Zuleitung 4 bzw. den Schalter 3 angeschlossen, womit sich eine Serienschaltung aus der Diode 10 und dem Kondensator 11 ergibt, die im wesentlichen parallel zu dem Schalter 3 liegt. Von der Verbindungsstelle zwischen der Kathode der Diode 10 sowie dem Kondensator 11 führt ein Widerstand 12 über eine Leitung 13 zu der Gleichspannungsquelle 6. Die Diode 10 und der Widerstand 12 bilden wiederum eine Serienschaltung, die jedoch im wesentlichen parallel zu der Last 2 geschaltet ist, wobei die Diode 10 bezüglich der Gleichspannungsquelle 6 in Durchlaßrichtung gepolt ist.At the junction between load 2 and switch 3 is connected with its anode a diode 10, the cathode with a capacitor 11 is connected. The capacitor 11 is galvanic with its other with the diode 10 unconnected lining connected to the supply line 4 or the switch 3, with which a series circuit of the diode 10 and the capacitor 11 results, which in the is substantially parallel to the switch 3. From the junction between the cathode of the diode 10 and the capacitor 11 leads a resistor 12 through a Line 13 to the DC voltage source 6. The diode 10 and the resistor 12 form again a series circuit, which, however, is essentially parallel to the load 2 is connected, the diode 10 with respect to the DC voltage source 6 in the forward direction is polarized.
Die insoweit beschriebene Schaltungsanordnung 1 arbeitet folgendermaßen: über die Leitung 13 sowie den Widerstand 12 wird der Kondensator 11 aus der Gleichspannungsquelle 6 auf die der Gleichspannungsquelle 6 entsprechende Spannung aufgeladen. Da die Diode 10 mit ihrer Kathode an dem Widerstand 12 liegt, der mit dem positiven Anschluß der Gleichspannungsquelle 6 in Verbindung steht, erfolgt -die Aufladung des Kondensators 11 unabhängig vom Zustand des Schalters 3, d.h. unabhängig davon, ob der Schalter 3 geschlossen oder offen ist. Wenn nun der Schalter 3 geschlossen wird, beginnt ein Laststrom aus der Gleichspannungsquelle 6 durch den Verlustwiderstand 8, die Leitungsinduktivität 9, die Zuleitung 5 in die Last 2 zu fließen, von der aus der Strom über den Schalter 3 und die Zuleitung 4 zu der Gleichspannungsquelle 6 zurückfließt. Sobald daran anschließend der Strom durch die Last 2 infolge des Öffnens des Schalters 3 unterbrochen wird, entsteht eine Stromänderung in den Zuleitungen 4 und 5, was an der Leitungsinduktivität 9 das Entstehen einer Spannung zur Folge hat, die der Stromänderung in den Zuleitungen 4 und 5 proportional ist. Da, um die Verlustleistung des Schalters 3 beim Abschalten klein zu halten, dessen Stromänderungsgeschwindigkeit möglichst hoch gewählt wird, in der Größenordnung von 100 A/s,würde an der Leitungsinduktivität 9 eine erhebliche Spannung induziert werden, die für den Schalter 3 schädlich wäre und bei Halbleiterschaltern zu einem Spannungsdurchbruch führen könnte.The circuit arrangement 1 described so far works as follows: The capacitor 11 is removed from the DC voltage source via the line 13 and the resistor 12 6 charged to the voltage corresponding to the DC voltage source 6. Since the Diode 10 has its cathode connected to the resistor 12, which is connected to the positive terminal the DC voltage source 6 is connected, the charging of the capacitor takes place 11 regardless of the state of switch 3, i.e. regardless of whether switch 3 is closed or open. If switch 3 is now closed, begins a load current from the DC voltage source 6 through the loss resistor 8, the Line inductance 9, the feed line 5 to flow into the load 2, from which the Current flows back to the DC voltage source 6 via the switch 3 and the supply line 4. As soon as then the current through the load 2 as a result of the opening of the switch 3 is interrupted, there is a change in current in the leads 4 and 5, what at the line inductance 9 the creation of a voltage has the consequence that the Current change in the leads 4 and 5 is proportional. Because about the power dissipation of the switch 3 when switching off to keep the rate of change of current small is chosen as high as possible, on the order of 100 A / s, would affect the line inductance 9 a considerable voltage can be induced, which would be harmful to the switch 3 and could lead to a voltage breakdown in semiconductor switches.
über die in Durchlaßrichtung gepolte Diode 10 ist jedoch der Kondensator 11 zu dem Schalter 3 parallel geschaltet und vermindert so die Stromänderungsgeschwindigkeit in den Zuleitungen 4 und 5 und damit die an der Leitungsinduktivität 9 entstehende Spannung.However, the capacitor is via the diode 10 which is polarized in the forward direction 11 connected in parallel to the switch 3 and thus reduces the rate of current change in the supply lines 4 and 5 and thus the resulting inductance at the line inductance 9 Tension.
Weil der Kondensator 11 vor dem Öffnen des Schalters 3 bereits auf die Spannung der Gleichspannungsquelle 6 aufgeladen war, muß er beim öffnen des Schalters 3 lediglich die der Leitungsinduktivität 9 gespeicherte Energie aufnehmen, die erheblich geringer ist als diejenige Energie, die entsteht, wenn der Kondensator 11 auf die Spannung der Gleichspannungsquelle 6 aufgeladen wird.Because the capacitor 11 is already on before the switch 3 is opened the voltage of the DC voltage source 6 was charged, he must open the Switch 3 only absorb the energy stored in the line inductance 9, which is considerably less than the energy that arises when the capacitor 11 is charged to the voltage of the DC voltage source 6.
Der in dem Kreis zum Laden des Kondensators 11 aus der Leitungsinduktivität 9 vorhandene Verlustwiderstand 8 vernichtet bereits beim Laden des Kondensators 11 einen Teil der Energie. Der Rest der aus der Leitungsinduktivität 9 in den Kondensator 11 geschafften Energie wird über den Widerstand 12 vernichtet, wenn sich der Kondensator 11 anschließend wiederum auf die der Gleichspannungsquelle 6 entsprechende Spannung entlädt.The one in the circuit for charging the capacitor 11 from the line inductance 9 existing loss resistance 8 is already destroyed when the capacitor is charged 11 part of the energy. The rest of the from the line inductance 9 into the capacitor 11 created energy is destroyed via the resistor 12 when the capacitor 11 then again to the voltage corresponding to the DC voltage source 6 discharges.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß der Kondensator 11 ohne Gefahr für den Schalter 3 und die Gefahr einer zu starken Erwärmung große Kapazitäten aufweisen kann.This has the advantage that the capacitor 11 is safe for the switch 3 and the risk of excessive heating have large capacities can.
Die Größe der Kapazität des Kondensators 11 ergibt sich dabei näherungsweise nach der Formel: wobei i max der maximal abzuschaltende Strom in den Zuleitungen 4, 5, d U die zulässige Spannungserhöhung an dem Kondensator 11 und L die Größe der Leitungsinduktivität 9 ist.The size of the capacitance of the capacitor 11 results approximately from the formula: where i max is the maximum current to be switched off in the supply lines 4, 5, d U is the permissible voltage increase on the capacitor 11 and L is the size of the line inductance 9.
Im Falle einer zulässigen Spannungserhöhung von 30 V an dem zu schützenden Schalter bei einem Strom von 10 A in den Zuleitungen 4 und 5, die eine in Leitungsinduktivität von 1 ßH aufweisen, ist ein Kondensator von etwa 110 nF erforderlich.In the event of a permissible voltage increase of 30 V on the one to be protected Switch at a current of 10 A in leads 4 and 5, one in line inductance of 1 ßH, a capacitor of about 110 nF is required.
Hingegen ist der Widerstand 12 so zu bemessen, daß bei maximal zu erwartender Schaltfrequenz des Schalters 3 der Kondensator 11 noch sicher auf die Spannung der Gleichspannungsquelle 6 entladen wird.In contrast, the resistor 12 is to be dimensioned so that at a maximum of expected switching frequency of the switch 3 of the capacitor 11 is still safe to the Voltage of the DC voltage source 6 is discharged.
Bei der praktischen Ausführung der Schaltungsanordnung 1 enthält auch der Zuleitungsabschnitt zwischen dem Anschluß der Diode 10 und der zugehörigen Elektrode des Schalters 3 eine Leitungsinduktivität 14, die sich beim Abschalten des Stromes in den Zuleitungen 4 und 5 ungünstig auf den Schalter 3 auswirkt und deshalb klein gehalten wird, indem die Diode 10 nahezu unmittelbar an die zugehörige Elektrode des Schalters 3 angeschlossen ist.In the practical implementation of the circuit arrangement 1 also contains the lead section between the connection of the diode 10 and the associated electrode of the switch 3 has a line inductance 14, which is when the current is switched off in the leads 4 and 5 has an unfavorable effect on the switch 3 and is therefore small is held by the diode 10 almost directly to the associated electrode of switch 3 is connected.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Schaltangsanordaung 1 nach Fig. 1 veranschaulicht, bei dem Bauelemente, die den Bauelementen nach Fig. 1 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen und nicht erneut beschrieben sind.In Fig. 2 is a further embodiment of the Schaltangsanordaung 1 according to Fig. 1 illustrates, in the case of the components that correspond to the components of Fig. 1 correspond to the same reference numerals and are not described again are.
Zum Unterschied zu dem erst beschriebenen Ausführungsbeispiel ist bei Fig. 2 der Widerstand 12 nicht über eine eigene Leitung an die Gleichspannungsquelle 6 angeschlossen, sondern vielmehr über die Zuleitung 5, über die die Last 2 an der Gleichspannungsquelle 6 liegt. Hierdurch ändert sich jedoch die Wirkungsweise gegenüber der oberen Beschreibung nicht nennenswert, weil der Verlustwiderstand 8 klein gegenüber dem Widerstand 12 ist und auch die Leitungsinduktivität 9 die Entladung des Kondensators 11 im Anschluß an einen Abschaltvorgang des Schalters 3 nicht wesentlich verzögert. Im übrigen wird bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 der Kondensator 11 über die Zuleitung 5 und den Widerstand 12 wiederum auf die der Gleichspannungsquelle 6 entsprechende Spannung aufgeladen, die er dann auch,abgesehen von den kurzzeitigen geringen Spannungserhöhungen beim Öffnen des Schalters 3, beibehält.In contrast to the first described embodiment is in Fig. 2, the resistor 12 does not have its own line to the DC voltage source 6 connected, but rather via the lead 5, through which the load 2 to the DC voltage source 6 is located. However, this changes the mode of operation the above description is negligible because the loss resistance 8 is small compared to the resistor 12 and also the line inductance 9 the discharge of the capacitor 11 following a disconnection of the switch 3 is not essential delayed. Otherwise, in the embodiment of FIG. 2, the capacitor 11 via the lead 5 and the resistor 12 in turn to that of the DC voltage source 6 charged corresponding voltage, which he then also, apart from the short-term small increases in voltage when the switch 3 is opened.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung 20 zur Verminderung transienter Überspannungen veranschaulicht, bei der Bauelemente, die der Schaltungsanordnung nach den Fig. 1 und 2 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen und nicht erneut beschrieben sind.In Fig. 3 is a further embodiment of a circuit arrangement 20 illustrates the reduction of transient overvoltages in which components which correspond to the circuit arrangement according to FIGS. 1 and 2, with the same reference numerals provided and not described again.
Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 besteht die Gleichspannungsquelle 6 aus zwei einzelnen hintereinandergeschalteten Spannungsquellen 21 und 22, an deren Verbindungsstelle die Last 2 über die Zuleitung 4 angeschlossen ist. Das andere Ende der Last 2 liegt an der Verknüpfungsstelle zweier in Serie geschalteter, einzelner Schalter 23 und 24, die wiederum elektronische Schalter in Gestalt von bipolaren oder MOS-Fet-Transistoren sind; beide Schalter 23 und 24 entsprechen gemeinsam dem Schalter 3 aus den Fig. 1 und 2. Beide Schalter 23 und 24 sind jeweils mittels einer wreilaufdiode 25, 26 überbrückt, wobei der Schalter 23 von der Last 2 über die Zuleitung 5 zu der Spannunqsauelle 21 und der Schalter 24 von der Last 2 über die Leitung 5' zu der Spannungsquelle 22 führt, so daß sich bei alternierendem Einschalten der Schalter 23 und 24 mit periodisch wechselndem Tastverhältnis ein geschalteter Wechselrichter ergibt, mit dem die Last 2 mit einer zerhackten Wechsels-pannung beaufschlagt-werden kann.In the circuit arrangement according to FIG. 3, there is a DC voltage source 6 from two individual voltage sources 21 and 22 connected in series, to which Connection point the load 2 is connected via the feed line 4. The other The end of load 2 lies at the junction of two individual ones connected in series Switches 23 and 24, which in turn are electronic switches in the form of bipolar or MOS-Fet transistors; both switches 23 and 24 together correspond to the Switch 3 from FIGS. 1 and 2. Both switches 23 and 24 are each by means of a Freewheel diode 25, 26 bridged, the switch 23 from the load 2 via the supply line 5 to the voltage source 21 and the switch 24 from the load 2 via the line 5 'leads to the voltage source 22, so that when the Switches 23 and 24 with a periodically changing pulse duty factor a switched inverter results, with which the load 2 with a chopped alternating voltage to be acted upon can.
Die Verlustwiderstände der einzelnen Zuleitungen 4 und 5 bzw. 4 und 5' sind für jeden einzelnen Kreis bei 8 und bei 8' veranschaulicht, während die entsprechenden Leitungsinduktivitäten durch die Induktivität 9 und die Induktivität 9' konzentriert dargestellt sind.The loss resistances of the individual supply lines 4 and 5 or 4 and 5 'are illustrated for each individual circle at 8 and at 8', while the corresponding line inductances through the inductance 9 and the inductance 9 'are shown concentrated.
Zum Schutz der Freilaufdioden 25 und 26 gegen über stromspitzen infolge ihrer Sperrverzugszeit ist in der Zuleitung 5 eine zusätzliche Induktivität 28 vorgesehen, mit deren Hilfe während der Sperrverzugszeit der Strom begrenzt wird, wobei zur Unterdrückung von Spannungsspitzen bei starken Stromänderungen in der Induktivität diese durch ein RD-Glied,bestehend aus einem Widerstand 29 und einer Freilaufdiode 30, überbrückt ist.To protect the freewheeling diodes 25 and 26 against current peaks as a result their blocking delay time an additional inductance 28 is provided in the supply line 5, with the help of which the current is limited during the blocking delay time, whereby for Suppression of voltage peaks in the event of strong current changes in the inductance this by an RD element, consisting of a resistor 29 and a freewheeling diode 30, is bridged.
Entsprechend der Wahl der Polarität der Gleichspannungsquelle 6 liegt die Diode 10 mit ihrer Anode an der mit der Leitung 5 in Verbindung stehenden Elektrode des Schalters 23, während die Kathode, wie bei den obigen Ausführungsbeispielen, an den Kondensator 11 angeschlossen ist, dessen anderer Belag an die Leitung 5' und damit an dem negativen Pol der Spannungsquelle 22 anliegt. Die Verbindungsstelle zwischen der Kathode der Diode 10 und dem Kondensator 11 ist über den Widerstand 12 und die Leitung 13 an den positiven Pol der Spannungsquelle 21 angeschlossen.According to the choice of polarity of the DC voltage source 6 is the diode 10 with its anode on the electrode connected to the line 5 of switch 23, while the cathode, as in the above embodiments, is connected to the capacitor 11, the other layer of which is connected to the line 5 ' and thus applied to the negative pole of the voltage source 22. The junction between the cathode of the diode 10 and the capacitor 11 is via the resistor 12 and the line 13 are connected to the positive pole of the voltage source 21.
Es sei nunmehr angenommen, daß der Wechselrichterbetrieb mit einem Schließen des Schalters 23 beginnt, womit aus der Spannungsquelle 21 ein Strom durch die Zuleitung 5 über den Schalter 23, die Last 2 und die Zuleitung 4 in Richtung eines Pfeiles 31 zu fließen beginnt. Nach einer vorbestimmten Zeit, die kurz ist gegenüber der Zeitkonstanten, gebildet aus dem Innenwiderstand der Spannungsquelle 21 und der Selbstinduktion der Last 2, öffnet der Schalter 23, womit der Strom in der Zuleitung 5 unterbrochen wird und damit eine Spannung in der Leitungsinduktivität 9 erzeugt wird. Aufgrund der bezüglich der induzierten Spannung in Durchlaßrichtung geschalteten Diode 10 und des Kondensators 11 wird jedoch die Stromänderunqsgeschwindigkeit in der Zuleitung 5 und damit in deren Leitungsinduktivität 9 verlangsamt, so daß der Spannungsanstieg an dem Schalter 23 kleingehalten wird. Eine Spannungsänderung an der Zusatzinduktivität 28 zufolge des Abschaltens des Laststromes wird durch den Widerstand 29 und die Freilaufdiode 30, die in diesem Falle in Durchlaßrichtung gepolt ist, unterdrückt.It is now assumed that the inverter operation with a Closing of the switch 23 begins, whereby a current from the voltage source 21 flows through the lead 5 via the switch 23, the load 2 and the lead 4 in the direction of an arrow 31 to flow begins. After a predetermined time which is short compared to the time constant, formed from the internal resistance of Voltage source 21 and the self-induction of the load 2, the switch 23 opens, whereby the current in the supply line 5 is interrupted and thus a voltage in the line inductance 9 is generated. Due to the voltage in the forward direction with respect to the induced voltage switched diode 10 and the capacitor 11, the Stromänderunqs Speed is slowed down in the lead 5 and thus in its line inductance 9, so that the voltage rise at the switch 23 is kept small. A change in tension at the additional inductance 28 as a result of switching off the load current is through the resistor 29 and the freewheeling diode 30, which in this case in the forward direction is polarized, suppressed.
Der aufgrund des Öffnens des Schalters 23 entstehende Freilaufstrom der Last 2 fließt nunmehr über die Zuleitung 4, die Spannungsquelle 22 sowie die Zuleitung 5' und die Freilaufdiode 26 zur Last zurück, und zwar unabhängig davon, ob im nachfolgenden Zyklus der Schalter 24 geschlossen wird oder nicht.The freewheeling current resulting from the opening of the switch 23 the load 2 now flows via the supply line 4, the voltage source 22 and the Feed line 5 'and the freewheeling diode 26 back to the load, regardless of whether or not the switch 24 is closed in the subsequent cycle.
Nach einer weiteren vorbestimmten Zeit schließt bei eöffnetem Schalter 24 der Schalter 23 wieder, wodurch der Freilaufstrom der Last 2 auf der eitung 5' bzw. in der Freilaufdiode 26 unterbrochen wird und wieder von der Leitung 5 übernommen wird. Durch diese Stromübernahme von der Leitung 5' auf die Leitung 5 entsteht an der Leitungsinduktivität 9' der Zuleitung 5' eine Induktionsspannung, die jedoch wegen der Freilaufdiode 26 unterdrückt wird.After a further predetermined time, it closes when the switch is open 24 the switch 23 again, whereby the freewheeling current of the load 2 on the line 5 ' or is interrupted in the freewheeling diode 26 and taken over again by the line 5 will. This transfer of current from the line 5 'to the line 5 arises of the line inductance 9 'of the lead 5' an induction voltage, which however is suppressed because of the freewheeling diode 26.
Da für eine kurze Zeit nach der Stromübernahme von der Leitung 5' auf die Leitung 5 infolge des Schließens des Schalters 23 die Freilaufdiode 26 noch nicht gesperrt hat, kann über den Schalter 23 aus der Spannungsquelle 21 ein Strom in umgekehrter Richtung durch die Freilaufdiode 26 fließen, der jedoch durch die in diesem Stromkreis befindliche zusätzliche Induktivität 28 bis zum vollständigen Sperren der Freilaufdiode 26 in seiner Größe begrenzt wird.Since for a short time after the power transfer from line 5 ' on the line 5 as a result of the closing of the switch 23, the freewheeling diode 26 still has not blocked, a current can be supplied via the switch 23 from the voltage source 21 flow in the opposite direction through the freewheeling diode 26, but through the Additional inductance 28 located in this circuit until it is complete Blocking the freewheeling diode 26 is limited in size.
Wenn hingegen der Betrieb der Schaltungsanordnung 20 mit einem Schließen des Schalters 24 beginnt bzw.If, however, the operation of the circuit arrangement 20 with a closing of switch 24 begins or
der Wechselrichter die umgekehrte Halbwelle für die Last 2 erzeugt, fließt aus der Spannungsquelle 22 über die Zuleitung 4,die Last 2, den Schalter 24 sowie die Zuleitung 5' ein Strom in Richtung eines Pfeiles 32. Da wiederum nach einer kurzen vorbestimmten Zeit der Schalter 24 geöffnet wird, wird in der Zuleitung 5' der Strom abgeschaltet und so in der Leitungsinduktivität 9'eine Spannung induziert, die das Potential an der Anode der Diode 10 bezüglich des Fußpunktes des Kondensators 11 verschieben will, und zwar über die Serienschaltung bestehend aus der Spannungsquelle 22, der Spannungsquelle 21, der Zuleitung 5 sowie der zusätzlichen Induktivität 28. Diese Potentialverschiebung infolge einer sehr schnellen Stromänderung in der Zuleitung 5'wird jedoch über die in Durchlaßrichtung betriebene Diode 10 und den Kondensator 11 verhindert, der ein langsames Abklingen des Stromes in der Zuleitung 5' ermöglicht, obgleich der Strom durch die Last 2 als Freilaufstrom auf die Freilaufdiode 25 und die Zuleitung 5 sowie die Spannungsquelle 21 übernommen wurde. Eine erneute Stromübernahme von der Leitung 5 auf die Leitung 5', d.h.the inverter generates the reverse half-wave for load 2, flows from the voltage source 22 via the supply line 4, the load 2, the switch 24 and the lead 5 'a current in the direction of an arrow 32. There again after a short predetermined time the switch 24 is opened, is in the supply line 5 'the current is switched off and a voltage is thus induced in the line inductance 9', which is the potential at the anode of the diode 10 with respect to the base point of the capacitor 11 wants to move, via the series circuit consisting of the voltage source 22, the voltage source 21, the lead 5 and the additional inductance 28. This potential shift as a result of a very rapid change in current in the However, lead 5 'is via the diode 10, which is operated in the forward direction, and the Capacitor 11 prevents the current in the supply line from slowly decaying 5 'allows, although the current through the load 2 as a free-wheeling current on the free-wheeling diode 25 and the lead 5 and the voltage source 21 was taken over. Another Current transfer from line 5 to line 5 ', i.e.
das Abschalten des Freilaufstromes in der Leitung 5 und der dadurch induzierten Spannung in der Leit-ungsinduktivität 9 führt wegen der parallel geschalteten Freilaufdiode 25 an dem geöffneten Schalter 23 zu keinen Überspannungen; der Schalter 24 ist hierbei ohnehin geschlossen und damit nicht gefährdet.switching off the freewheeling current in line 5 and the induced voltage in the line inductance 9 leads because of the parallel-connected freewheeling diode 25 on the open switch 23 to no overvoltages; the switch 24 is closed anyway and therefore not endangered.
Nach jedem Abschalten des von einer der Spannungsquelle 21 oder 22 herrührenden Stromes durch die Last 2 und damit dem Umschalten auf Freilaufbetrieb wird eine den jeweils geöffneten Schalter gefährdende Spannung, die an den jeweiligen Leitungsinduktivitäten 9 oder 9' induziert wird, durch die Diode 10 und den Kondensator 11 unterdrückt, da diese beiden Bauelemente die Stromänderungsgeschwindigkeit in der jeweils mit dem Laststrom beaufschlagten Zuleitung 5 oder 5' vermindern. Im Anschluß daran kann sich dann der Kondensator 11 wiederum über den Widerstand 12 und die in Serie geschalteten Spannungsquellen 21, 22 auf deren Summen spannung entladen und ist somit für das nächste Schaltspiel bereit.After each switching off of one of the voltage sources 21 or 22 resulting current through the load 2 and thus the switch to free-wheeling operation a voltage that could endanger the opened switch is applied to the respective Line inductance 9 or 9 'is induced by the diode 10 and the capacitor 11 suppressed, since these two components reduce the rate of current change in the feed line 5 or 5 'charged with the load current. in the The capacitor 11 can then be connected to this again via the resistor 12 and the series-connected voltage sources 21, 22 to their total voltage discharged and is thus ready for the next switching cycle.
Eine weitere Schaltungsvereinfachung der Schaltungsanordnung 20 nach Fig. 3 ist in Fig. 4 veranschaulicht, bei der der Widerstand 12 nicht über eine eigene Leitung 13 mit der Gleichspannungsquelle 6 verbunden ist, sondern vielmehr über einen Abschnitt der Zuleitung 5 an der Spannungsquelle 21 anliegt.A further circuit simplification of the circuit arrangement 20 according to Fig. 3 is illustrated in Fig. 4, in which the resistor 12 does not have a own line 13 is connected to the DC voltage source 6, but rather is applied to the voltage source 21 via a section of the supply line 5.
Bei dieser Variante kann außerdem der aus dem Widerstand 29 und der Diode 30 gebildete Freilaufkreis für die Zusatzinduktivität 28 entfallen, da die Funktion dieses RD-Gliedes bei entsprechender Dimensionierung von der Diode 10 und dem Widerstand 12 übernommen werden kann, ohne daß deren Funktion, wie sie oben beschrieben ist, beeinträchtigt wird.In this variant, the resistor 29 and the Diode 30 formed free-wheeling circuit for the additional inductance 28 are omitted because the Function of this RD element with appropriate dimensioning of the diode 10 and the resistor 12 can be taken over without its function as described above is impaired.
Auch hierbei wird wiederum erreicht, daß durch den Kondensator 11 und die Diode 10 die Stromänderungsgeschwindigkeit beim Abschalten des Laststromes durch den entsprechenden Schalter 23 oder 24 so weit verringert wird, daß an dem jeweils gefährdeten Schalter 23 oder 24 keine schädlichen Überspannungen entstehen können. Andererseits tritt bei den Schaltspielen der Schalter 23 und 24 keine wesentliche Umladung des Kondensators 11 auf, weil die Diode 10 in jedem Falle ein Entladen des Kondensators auf eine Spannung, die kleiner ist als die Summe der Spannungen der Spannungsquellen 21 und 22, verhindert.Here, too, it is again achieved that the capacitor 11 and the diode 10 the rate of current change when switching off the load current is reduced so far by the corresponding switch 23 or 24 is that at the switch 23 or 24 at risk in each case no harmful overvoltages can arise. On the other hand, switches 23 and 24 occur during switching cycles no significant charge reversal of the capacitor 11, because the diode 10 in each case discharging the capacitor to a voltage that is less than the sum of the Tensions of the voltage sources 21 and 22 prevented.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19823243847 DE3243847A1 (en) | 1982-11-26 | 1982-11-26 | Circuit arrangement for reducing transient voltage surges |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19823243847 DE3243847A1 (en) | 1982-11-26 | 1982-11-26 | Circuit arrangement for reducing transient voltage surges |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3243847A1 true DE3243847A1 (en) | 1984-05-30 |
Family
ID=6179165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19823243847 Withdrawn DE3243847A1 (en) | 1982-11-26 | 1982-11-26 | Circuit arrangement for reducing transient voltage surges |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3243847A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4310233A1 (en) * | 1993-03-30 | 1994-10-27 | Thyssen Aufzuege Gmbh | Protection circuit for inductive loads |
-
1982
- 1982-11-26 DE DE19823243847 patent/DE3243847A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4310233A1 (en) * | 1993-03-30 | 1994-10-27 | Thyssen Aufzuege Gmbh | Protection circuit for inductive loads |
| DE4310233C2 (en) * | 1993-03-30 | 2000-08-10 | Thyssen Aufzugswerke Gmbh | Protection circuit for inductive consumers |
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|---|---|---|---|
| 8141 | Disposal/no request for examination |