DE3244623A1 - Beschaltung fuer elektronische zweigpaare in antiparallelschaltung - Google Patents

Beschaltung fuer elektronische zweigpaare in antiparallelschaltung

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DE3244623A1 DE19823244623 DE3244623A DE3244623A1 DE 3244623 A1 DE3244623 A1 DE 3244623A1 DE 19823244623 DE19823244623 DE 19823244623 DE 3244623 A DE3244623 A DE 3244623A DE 3244623 A1 DE3244623 A1 DE 3244623A1
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Description

  • Beschaltung für
  • elektronische Zwelgpaare in Antiparalleischaltung BESCHREIBUNG Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Schaltungsanordnung für konventionelle Thyristoren ist z.B. aus der DE-OS 21 28 454 bekannt. Die vorliegende Erfindung eignet sich für abschaltbare Thyristoren (GTO-Thyristoren), aber auch für MOS-Feldeffekttransistoren und andere steuerbare elektronische Schalter.
  • .In der DE-OS 26 44 715 werden neben Netzwerken zur Abschaltentlastung auch Kombinationen dieser mit Einschaltentlastungsnetzwerken angegeben. Der Schaltungsaufwand ist jedoch sehr hoch. Er wird nochmals verdoppelt, wenn zwei elektronische Zweigpaare in Form einer Antiparallelschaltung zusammengefügt werden. Zusätzlich werden in diesem Fall weitere Bauelemente zur lastseitigen Entkopplung der beiden Zweigpaare benötigt.
  • In der Deutschen Patentanmeldung P 32 15 589.1 werden Lösungen mit wesentlich geringerem Schaltungsaufwand angegeben. Die Varianten, die ohne prinzipbedingte Verluste arbeiten, weisen jedoch immer noch einen relativ hohen Schaltungsaufwand auf (Anspruch 1, 2 und 3). Die Variante hingegen, bei der auf eine Rückspeisung der Beschaltungsenergie in die Gleichspannungsquelle (Ud) verzichtet wird (Anspruch 4), weist einen sehr geringen Schaltungsaufwand auf. Diese Variante kann durch elementare Netzwerkumformungen noch vorteilhafter ausgestaltet werden, wie im folgenden dargestellt wird.
  • Durch die Netzwerkumformungen ergeben sich im wesentlichen die folgenden zusätzlichen Vorteile: - Die Einschaltentlastungsdrossel (L ) kann teilweise oder e vollständig durch die Streuinduktivität (los) der speisenden bzw. gespeisten Gleichspannungsquelle (Ud) gebildet werden.
  • - Der Gleichstromverbraucher (GV), bei dem es sich im einfachsten Fall um einen ohmschen Widerstand (R ) handelt, wird bei L Anschluß mehrerer antiparalleler Zweigpaare an einer gemeinsamen Gleichspannungsquelle (Ud) nur einmal benötigt.
  • Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung entsprechend P 32 15 589.1 (Anspruch 4, Fig. 3). Sie enthält eine Gleichspannungsquelle, zwischen deren positivem und negativem Pol eine Gleichspannung (UD) besteht. Zwischen den Polen liegt die Antiparallelschaltung zweier elektronischer Zweigpaare, die aus zwei steuerbaren elektronischen Schaltern (Th1) und (Th2) und zwei Freilaufdioden (Df1) und (Df2) gebildet wird.
  • Den steuerbaren elektronischen Schaltern (Th1) und (Th2) sind die Freilaufdioden (Df2) bzw. (Df1) direkt antiparallelgeschaltet.
  • Dies bietet den Vorteil einer gemeinsamen Kühlungs- und Montagemöglichkeit sowie weiterer Vereinfachungen, falls für (Th1) und (Th2) rückwärtsleitende Leistungshalbleiter verfügbar sind.
  • Die Abschaltentlastungsdioden (Da1) bzw. (Da2) führen bei Abschaltvorgängen der steuerbaren elektronischen Schalter (Th1) bzw. (Th2) kurzzeitig den Laststrom in den Abschaltentlastungskondensator (Ca). Das Umladen dieses Kondensators erfolgt jeweils nach dem Einschalten eines der steuerbaren elektronischen Schalter (Th1) oder (Th2), wobei die ohnehin benötigte Einschaltentlastungsw drossel (Le) als Umschwingdrossel wirkt. Die Einschaltentlastungsdrossel begrenzt außerdem die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes durch die steuerbaren elektronischen Schalter (Th1) bzw. (Th2) bei deren Einschaltvorgängen. Beim Abkommutieren des Laststromes aus den Freilaufdioden (Df1) bzw. (Df2) wird über (Da1) bzw.
  • (Da2) und (C.p) der Abschaltentlastungskondensator (Ca) als sp TSE-Beschaltung wirksam. Dies ergibt eine Bedämpfung des Trägerspeichereffekts der Freilaufdioden ohne zusätzliche Bauelemente.
  • Der als dritter Energiespeicher vorgesehene, nur unipolar betriebene Speicherkondensator tCsp) speichert die Energie der beiden sp grundsätzlich notwendigen Blindelemente tee) und <Ca) zeitweise zwischen. Seine Kapazität (C ) wird vorteilhafterweise groß sp gegenüber dem Abschaltentlastungskondensator (Ca) bemessen-.
  • Dadurch wird erreicht, daß die über die Gleichspannung (Ud) hinausgehende Spannungsbeanspruchung der steuerbaren elektronischen Schalter (Th1) und (Th2) und der Freilaufdioden (Df1) und (Df2) gering bleibt.
  • Ein weiterer Vorteil dieser Bemessung ist, daß die Anstiegsgeschwindigkeiten der Blockierspannungen an den steuerbaren elektronischen Schaltern (Th1) und (Th2) bei deren Abschaltvorgängen einander näherungsweise gleich sind. Die prinzipiell vorhandene Unsymmetrie - beim Abschaltvorgang von (Th1) ist die Kapazität (Ca) wirksam; beim Abschaltvorgang von (Th2) ist (Ca) in Reihe mit (C ) wirksam - wird dadurch bedeutungslos.
  • s'p Fig. 2 zeigt die Schaltungsanordnung entsprechend Fig. 1 nach Verlegung des Zweipols (Th2; Df2), der durch den steuerbaren elektronischen Schalter (Th2) und die antiparallele Diode (Df2) gebildet wird. Diese Verlegung entspricht nur einer Vertauschung der Reihenfolge zwischen dem Zweipol (Th2; Df2) und der Gleichspannungsquelle (und) Es handelt sich demnach um eine elementare Netzwerkumformung. Der Anschlußpunkt für den Laststrom ist nun am Punkt D zu wählen.
  • In der Schaltungsanordnung Fig. 2 weisen die Gleichspannungsquelle (Ud) und der Gleichstromverbraucher (GV) einen gemeinsamen Anschlußpunkt (A) auf. Der Gleichstromverbraucher (GV) kann deshalb bei Anschluß mehrerer antiparalleler Zweigpaare an einer Gleichspannungsquelle (Ud) allen Zweigpaaren gemeinsam sein, da die Punkte(EJverbunden werden können. Gleiches gilt für den Speicherkondensator (C ). Mehrphasige Wechselrichter und Umrichter benötigen dadurch nur einen einzigen Gleichstromverbraucher (GV) bzw. ohmschen Widerstand (rot) Fig. 3 zeigt die Schaltungsanordnung entsprechend Fig. 2 nach Verlegung eines Anschlußpunktes (des negativen Pols) des Speicherkondensators (C ) . Er ist nun anstelle des positiven Pols der sp Gleichspannung (Ud) an deren negativen Pol angeschlossen. Dies hat auf die Funktion der Schaltungsanordnung keinen Einfluß.
  • Es ändert sich lediglich die Gleichspannungsbelastung des Speicherkondensators (C ), und zwar erhöht sie sich um die Höhe sp der Gleichspannung (Ud). Diese elementare Netzwerkumformung wurde bereits in P 32 15 589.1 am Beispiel des Abschaltentlastungskondensators (Ca) dargestellt (P 32 15 589.1, Anspruch 5).
  • Die Schaltungsanordnung entsprechend Fig. 3 hat den Vorteil, daß eine Streuinduktivität (Ls) der Gleichspannungsquelle (Ud) zulässig ist, ohne daß Uberspannungen nennenswerter Größe an den steuerbaren elektronischen Schaltern (Th1, Th2) auftreten, da der Speicherkondensator (C ) auch die Energie der Streuinduktivisp tät (los) speichert. Eine gewisse Streuinduktivität (los) der Gleichspannungsquelle (Ud) ist in der Praxis unvermeidlich.
  • Die Induktivität der Einschaltentlastungsdrossel (je) kann zudem um die Größe der Streuinduktivität (los) vermindert werden, oder sie kann vollständig -durch die Streuinduktivität gebildet werden.
  • Fig. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung entsprechend Fig. 3 bei Berücksichtigung der Streuinduktivität (L ) der Gleichspannungs-5 quelle (Ud).
  • Fig. 5 zeigt eine Schaltungsanordnung entsprechend Fig. 3, bei der der Gleichstromverbraucher (GV) als ohmscher Widerstand (RL) ausgeführt ist.
  • Fig. 6 zeigt eine Schaltungsanordnung entsprechend Fig. 3, bei der der Gleichstromverbraucher (GV) durch einen Gleichspannungswandler (GW) ersetzt wurde. Dieser speist die Beschaltungsenergie in die Gleichspannungsguelle (Ud) zurück.
  • Obwohl der Gleichspannungswandler (GW) einen relativ hohen Aufwand darstellt, kann diese Lösung wirtschaftlich sein, weil für mehrphasige Wechselrichter und Umrichter nur ein Gleichspannungswandler benötigt wird. Er braucht zudem nicht potentialtrennend ausgeführt zu werden.
  • Fig. 7 zeigt eine Schaltungsanordnung entsprechend Fig. 3, jedoch mit umgekehrter Polarität aller steuerbaren elektronischen Schalter (Th Th ) aller Dioden (Df, Df2, Da1, Da2) und der Gleichspannung (Ud). Diese Variationsmöglichkeit ist trivial und nur der Vollständigkeit halber angegeben, - Leerseite -

Claims (4)

  1. Patentansprüche 1.Schaltungsanordnung zur Entlastung einer Antiparallelschaltung elektronischer Zweigpaare von der Verlustenergie beim Ein- und Abschaltvorgang, die in bekannter Weise aus mindestens zwei steuerbaren elektronischen Schaltern (Th1) und (Th2) und zwei Dioden (Df1) und (Df2) - oder aus zwei rückwärtsleitenden steuerbaren elektronischen Schaltern - gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren elektronischen Schalter (Th1) bzw. (Th2), denen - falls diese nicht rückwärtsleitend sind - je eine Diode (Df1) bzw. (Df2) direkt antiparallelgeschaltet ist, so geschaltet sind, daß die Kathode des ersten steuerbaren elektronischen Schalters (Th1) mit einem Anschluß eines Abschaltentlastungskondensators (Ca) und der Anode des zweiten steuerbaren elektronischen Schalters (Th2) verbunden ist, dessen Kathode am negativen Pol der speisenden oder gespeisten Gleichspannungsquelle (Ud) angeschlossen ist, und daß die Anode des ersten steuerbaren elektronischen Schalters mit der Anode einer ersten Abschaltentlastungsdiode (Da1) und einer Einschaltentlastungsdrossel tee), die zum positiven Pol der Gleichspannungsquelle (Ud) fAhrt, verbunden ist, daß weiterhin die Kathode der ersten Abschaltentlastungsdiode (Da1) am verbleibenden Anschlußpunkt des Abschaltentlastungskondensators (Ca) und der Anode einer zweiten Abschaltentlastungsdiode (Da2) angeschlossen ist, deren Kathode auf die positive Elektrode eines Speicherkondensators (C sp und einen Anschluß eines beliebigen Gleichstromverbrauchers (GV) führt, und daß die verbleibende Elektrode des Speicherkondensators (C sp am negativen Pol und der verbleibende Anschluß des Gleichstromverbrauchers (GV) am positiven Pol der Gleichspannungsquelle (Ud) angeschlossen sind (Fig. 3).
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des Speicherkondensators (Csp) groß gegenüber der Kapazität des Abschaltentlastungskondensators (Ca) bemessen ist.
  3. 3. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der beliebige Gleichstromverbraucher (GV) durch einen ohmschen Widerstand (RL) gebildet wird (Fig. 5).
  4. 4. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der beliebige Gleichstromverbraucher (GV) durch einen Gleichspannungswandler (GW), der zu Energie in die Gleichspannungsquelle (Ud) oder eine andere energieaufnahmefähige Quelle oder Last rückspeist, gebildet wird (Fig. 6).
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