DE3603368C1 - Circuit arrangement for a turn-off limiting network in gate-turn-off-type semiconductor components - Google Patents
Circuit arrangement for a turn-off limiting network in gate-turn-off-type semiconductor componentsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungs anordnung für ein verlustfreies Ausschaltentlastungsnetzwerk bei über einen Steueranschluß abschaltbaren, eine Last aus einer Gleichspannungsquelle speisenden Halbleiterbauelemen ten, denen ein erster Kondensator in Reihe mit einer Diode parallelgeschaltet ist und denen ein beim Einschalten des Halbleiterbauelements für den ersten Kondensator wirksamer Entladekreis zugeordnet ist, der aus der Serienschaltung einer Drosselspule, eines zweiten Kondensators und eines zwischen dem einen Pol des ersten Kondensators und der Diode angeschlossenen, stromrichtenden Element besteht, und mit zwei gleichstromseitig in Reihe geschalteten Halbleiterbauelementen, zwischen denen der eine Pol der Last angeschlossen ist.The invention relates to a circuit arrangement for a lossless switch-off relief network when switched off via a control connection, a load off a semiconductor device feeding DC voltage source ten, a first capacitor in series with a diode is connected in parallel and which one when the Semiconductor device for the first capacitor more effective Discharge circuit is assigned that from the series connection a choke coil, a second capacitor and one between the one pole of the first capacitor and the Diode connected, current-directing element, and connected in series with two DC sides Semiconductor devices, between which the one pole of the Load is connected.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der DE-OS 32 41 086 bekannt und in ihrem prinzipiellen Aufbau in Fig. 1 wiedergegeben. Bei der bekannten Schaltungs anordnung sind als Halbleiterbauelemente Transistoren vor gesehen. Diese können jedoch auch über ihren Steueran schluß abschaltbare Halbleiterbauelemente, wie z. B. Leistungs-MOS-Transistoren oder abschaltbare Thyristoren ersetzt werden. Die beiden Transistoren Tr 1 und Tr 2 sind gleichstromseitig in Reihe zwischen den Polen +U B und -U B einer Gleichspannungsquelle angeordnet. Sie speisen abwechselnd getaktet eine mit ihrem einen Pol zwischen ihnen über eine übliche Einschaltentlastungsdrossel ange schlossene, gemischt ohmig-induktive Last V. Beiden Tran sistoren ist eine entgegen der Durchlaßrichtung gepolte Freilaufdiode RD 1 bzw. RD 2 parallelgeschaltet.Such a circuit arrangement is known from DE-OS 32 41 086 and shown in its basic structure in Fig. 1. In the known circuit arrangement, transistors are seen as semiconductor components. However, these can also be switched off via their Steueran circuit, such as. B. power MOS transistors or turn-off thyristors can be replaced. The two transistors Tr 1 and Tr 2 are arranged on the DC side in series between the poles + U B and - U B of a DC voltage source. They alternately feed a mixed ohmic-inductive load V connected with their one pole between them via a conventional switch-on relief choke. Both Tran sistors a polarized against the forward direction free-wheeling diode RD 1 or RD 2 is connected in parallel.
Zur Vermeidung von prinzipbedingten Verlusten in den Transistoren Tr 1 bzw. Tr 2 durch das Ab klingen des Kollektorstroms während des gleichzeitigen Ansteigens der Kollektor-Emitter-Spannung beim Ausschalten ist der Kollektor-Emitter-Strecke jedes Transistors Tr 1 bzw. Tr 2 die Reihenschaltung eines ersten Kondensators SC 1 bzw. SC 2 und einer Diode ED 1 bzw. ED 2 parallelgeschaltet. Beim Ausschalten eines Transistors TR 1 bzw. Tr 2 kommutiert der Laststrom schon nach einer geringen Erhöhung der Kollektor-Emitter-Spannung auf den Parallelzweig, bevor der Laststrom schließlich bei aufgeladenem ersten Kondendsator SC 1 bzw. SC 2 durch die Freilaufdiode fließt. Da bei einer solchen Schaltung der exponentiell abklingende Kollektorstrom bereits sehr klein geworden ist, bis eine nen nenswerte Kollektor-Emitter-Spannung auftritt, werden die Verluste beim Ausschalten der Transistoren Tr 1 bzw. Tr 2 durch das Ausschaltentlastungs netzwerk sehr gering gehalten.To avoid principle-related losses in the transistors Tr 1 and Tr 2 by the sound from the collector current while the collector-emitter voltage rises when switching off, the collector-emitter path of each transistor Tr 1 and Tr 2 is the series connection of a first capacitor SC 1 or SC 2 and a diode ED 1 or ED 2 connected in parallel. When a transistor TR 1 or Tr 2 is switched off, the load current commutates to the parallel branch after a slight increase in the collector-emitter voltage before the load current finally flows through the freewheeling diode when the first capacitor SC 1 or SC 2 is charged. Since in such a circuit the exponentially decaying collector current has already become very small until a significant collector-emitter voltage occurs, the losses when switching off the transistors Tr 1 and Tr 2 are kept very low by the switch-off relief network.
Allerdings ist es notwendig, den jeweils beim Ausschalten aufgeladenen ersten Kondensator SC 1 bzw. SC 2 vor einem neuen Ausschaltvorgang zu entladen. Dazu ist ein Entladekreis für jeden der ersten Kondensatoren SC 1 bzw. SC 2 vorgesehen, der beim erneuten Einschalten des zugeordneten Transistors Tr 1 bzw. Tr 2 wirksam wird. Jeder Entladekreis besteht aus der Reihenschaltung eines zweiten Kondensators C 1 bzw. C 2, einer Dros selspule L 1 bzw. L 2 und eines stromrichtenden Elements in Form einer Diode D 1 bzw. D 2. Ferner ist der eine Pol jedes der zweiten Konden satoren C 1 bzw. C 2 über eine weitere Diode BD 1 bzw. BD 2 mit einem der Pole der Gleichspannungsquelle -U B bzw. +U B verbunden, wodurch beim Ausschalten ein Teil der Ausschaltenergie in die speisende Gleich spannungsquelle zurückgespeist wird.However, it is necessary to discharge the first capacitor SC 1 or SC 2 which is charged each time it is switched off before a new switch-off process. For this purpose, a discharge circuit is provided for each of the first capacitors SC 1 and SC 2 , which becomes effective when the associated transistor Tr 1 or Tr 2 is switched on again. Each discharge circuit consists of the series connection of a second capacitor C 1 or C 2 , a choke coil L 1 or L 2 and a current-directing element in the form of a diode D 1 or D 2 . Furthermore, the one pole of each of the second capacitors C 1 and C 2 is connected via a further diode BD 1 and BD 2 to one of the poles of the direct voltage source - U B and + U B , respectively, thereby turning off part of the switch-off energy the supplying direct voltage source is fed back.
Beim Einschalten des Transistors Tr 1 kann sich durch den zuvor angege benen Entladekreis der zugeordnete erste Kondensator SC 1 über den Transi stor Tr 1, den zweiten Kondensator C 1, die Drosselspule L 1 und die Diode D 1 entladen. In gleicher Weise geschieht die Entladung des ersten Kondensators SC 2 beim Einschalten des Transistors Tr 2 über die Diode D 2, die Drosselspule L 2, den zweiten Kondensator C 2 und den Transistor Tr 2. Die hierdurch aufgeladenen zweiten Kondensatoren C 1 bzw. C 2 werden dann beim Ausschalten des zugehörigen Transistors Tr 1 bzw. Tr 2 wieder entladen.When transistor Tr 1 can be discharged through the previously surrounded angege discharge circuit of the associated first capacitor SC 1 via the transi stor Tr 1, the second capacitor C 1, the inductor L 1 and the diode d1. In the same way, the discharge of the first capacitor SC 2 takes place when the transistor Tr 2 is switched on via the diode D 2 , the inductor L 2 , the second capacitor C 2 and the transistor Tr 2 . The second capacitors C 1 and C 2 thus charged are then discharged again when the associated transistor Tr 1 or Tr 2 is switched off.
Die Entladekreise für die ersten Kondensatoren SC 1 bzw. SC 2 führen, wie beschrieben, den Entladestrom über die Transistoren Tr 1 bzw. Tr 2. Das jedoch führt in den Transistoren Tr 1 und Tr 2 zu Verlusten bzw. zu einer Minderauslastung der Transistoren, die um so höher sind bzw. ist, je kürzer die Entladezeit für die ersten Kondensatoren ist, weil der Entladestrom entsprechend hoch sich zu dem Einschaltstrom der Transistoren Tr 1 bzw. Tr 2 addiert.As described, the discharge circuits for the first capacitors SC 1 and SC 2 conduct the discharge current via the transistors Tr 1 and Tr 2 . In the transistors Tr 1 and Tr 2, however, this leads to losses or to a lower utilization of the transistors, which are or are higher, the shorter the discharge time for the first capacitors, because the discharge current is correspondingly high to the inrush current of the Transistors Tr 1 and Tr 2 added.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art die durch den Entladestrom der ersten Kondensatoren hervorgerufenen Verluste zu verringern.The invention has for its object in a circuit arrangement of the type specified at the outset by the discharge current of the first To reduce capacitors caused losses.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 ge kennzeichneten Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the ge in claim 1 identified features solved.
Das Halbleiterbauelement (Transistor) braucht beim Einschalten den Ent ladestrom nicht zu übernehmen, so daß hier keine Verluste entstehen können. Dabei ist auch noch auf vorteilhafte Weise die Anzahl der für den Entladekreis notwendigen hochwertigen Bauteile verringert. Insbesondere ist für je zwei Schalter nur eine Induktivität erforderlich. Für je eine Brücken- oder Drehstrombrückenschaltung sind die zweiten Kondensatoren nur einmal zur Spannungsaufteilung erforderlich. Da der Entladekreis nur eine Halbleiterschleuse, nämlich den Thyristor, anstatt dreier Schleusen, nämlich das Halbleiterbauelement selbst und zweier Dioden, beim Stand der Technik aufweist, liegt der Umschwingwirkungsgrad hoch. Auch ist die Schaltung einfach zu bemessen. Der Thyristor wird lediglich in der bekannten (hier nicht näher gezeigten) Weise beschaltet. Die Schaltung nach der Er findung ist bei allen Halbbrücken-, Brücken- und Drehstrombrückenschal tungen einsetzbar.The semiconductor device (transistor) needs the Ent when switched on not take charge current, so that there are no losses can. The number of for is also advantageous the high-quality components necessary for the discharge circuit are reduced. In particular only one inductance is required for two switches. For one each Bridge or three-phase bridge circuit are the second capacitors only required once for voltage distribution. Because the discharge circuit only a semiconductor lock, namely the thyristor, instead of three locks, namely the semiconductor device itself and two diodes, at the state of Technology, the swinging efficiency is high. That too is Circuit easy to size. The thyristor is only known in the wired (not shown here). The circuit after the Er is with all half-bridge, bridge and three-phase bridge formwork usable.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist im Unteranspruch gekennzeichnet.An advantageous embodiment of the circuit arrangement according to the invention is marked in the sub-claim.
Die Erfindung soll im folgenden anhand der weiteren Zeichnungsfiguren erläutert werden. Es zeigtIn the following, the invention will be described with reference to the further drawing figures are explained. It shows
Fig. 2 ein Prinzipschaltbild für eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung, Fig. 2 is a schematic diagram of a circuit arrangement according to the invention,
Fig. 3 den schaltungsmäßigen Verlauf der Einschalt- und Ausschaltströme bei einem Halbleiterbauelement in erfindungsgemäßer Beschaltung und Fig. 3 shows the circuit-like course of the inrush and inrush currents in a semiconductor device in the inventive circuit and
Fig. 4 den zeitlichen Verlauf von Strömen und Spannungen in der in Fig. 3 gezeigten Anordnung während einer Schaltperiode. Fig. 4 shows the time course of currents and voltages in the arrangement shown in Fig. 3 during a switching period.
Fig. 2 zeigt hinsichtlich der Halbleiterbauelemente den bereits zuvor zu Fig. 1 beschriebenen Aufbau mit zwei Transistoren Tr 1 und Tr 2 in einer Halbbrückenschaltung. Für die Ausschaltentlastungsnetzwerke sind die gleichen Bezeichnungen gewählt, soweit Übereinstimmung mit Schal tungselementen der Anordnung nach Fig. 1 besteht.With regard to the semiconductor components, FIG. 2 shows the structure with two transistors Tr 1 and Tr 2 in a half-bridge circuit, which was already described above for FIG. 1. The same designations are chosen for the switch-off relief networks, insofar as there is agreement with circuit elements of the arrangement according to FIG. 1.
Gemäß der Erfindung sind jedoch im Gegensatz zu der in Fig. 1 gezeigten Schaltung an die Verbindung zwischen dem ersten Kondensator SC 1 und der Diode ED 1 ein Thyristor Th 1 und an die Verbindung des ersten Kondensators SC 2 mit der Diode ED 2 ein Thyristor Th 2 angeschlossen. Beide Thyristoren Th 1 und Th 2 sind mit einer gemeinsamen Drossel spule L verbunden, von der über den Anschluß der jeweiligen zweiten (hier der dynamischen Spannungsaufteilung zu U B /2 dienenden) Kondensatoren C 1 bzw. C 2 an die ersten Kondensatoren SC 1 bzw. SC 2 die Entladekreise dieser beiden ersten Kondensatoren geschlossen sind.According to the invention, however, 1 is a thyristor Th 1 and to the connection of the first capacitor SC 2 with the diode ED 2, in contrast to that shown in Fig. 1 circuit to the connection between the first capacitor SC 1 and the diode ED, a thyristor Th 2 connected. Both thyristors Th 1 and Th 2 are connected to a common choke coil L , of which via the connection of the respective second (here the dynamic voltage distribution to U B / 2 serving) capacitors C 1 and C 2 to the first capacitors SC 1 and SC 2 the discharge circuits of these first two capacitors are closed.
Zur jeweiligen Entladung der beiden beim Abschalten der Transistoren Tr 1 bzw. Tr 2 abwechselnd aufgeladenen ersten Kondensatoren SC 1 bzw. SC 2 wird der Thyristor Th 1 bzw. Th 2 gleichzeitig mit dem ihm jeweils zu gehörigen Transitor Tr 1 bzw. Tr 2 gezündet.For each of the two discharge during turn-off of the transistors Tr 1 and Tr 2 are alternately charged first capacitors SC 1 or SC 2, the thyristor Th 1 and Th 2 with the respective simultaneously ignited him associated transitor Tr 1 and Tr. 2
In Fig. 3 ist als Teil der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung der Transistor Tr 2 mit dem erfindungsgemäßen Entlastungsnetzwerk gezeigt. Zusätzlich ist noch aufgrund der Schaltverbindungen unvermeidliche parasitäre Induktivität L p im Lastkreis angedeutet. Den in Fig. 3 an gezeigten schaltungsmäßigen Verläufen des Basisstromes i B des Transistors Tr 2, des Zündstromes i z für den Thyristor Th 2 und des Stromes i c durch den ersten Kondensator SC 2 sowie der Spannung U SC 2 an dem Konden sator SC 2 ist in Fig. 4 der zeitliche Verlauf dieser Größen im stationären betriebsmäßigen Zustand zugeordnet. Zusätzlich ist in Fig. 3 noch der Ver lauf des Laststromes i L sowie der Ströme i 3 als Ladestrom und i 1-2 als Endladestrom des ersten Kondensators SC 2 gezeigt.In Fig. 3 the circuit arrangement of the transistor Tr 2 with the inventive snubber circuit shown in Fig. 2 is shown as part of. In addition, inevitable parasitic inductance L p is indicated in the load circuit due to the switching connections. The circuit diagrams shown in FIG. 3 of the base current i B of the transistor Tr 2 , the ignition current i z for the thyristor Th 2 and the current i c through the first capacitor SC 2 and the voltage U SC 2 at the capacitor SC 2 is shown in FIG. 4, the time course of these variables assigned in the steady operational state. In addition, the course of the load current i L and the currents i 3 as the charging current and i 1-2 as the final charging current of the first capacitor SC 2 are shown in FIG. 3.
Die Wirkungsweise ist nun folgende:The mode of action is now as follows:
Der erste Kondensator SC 2 sei (wie später noch im einzelnen beschrieben wird) durch einen Abschaltvorgang des Transistors Tr 2 auf die Spannung U B aufgeladen. Damit nun der erste Kondensator SC 2 für den nächsten Aus schaltvorgang wieder entladen ist, wird dessen Energie in der Drossel spule L zwischengespeichert. Das geschieht, indem der Thyristor Th 2 in dem Augenblick mit dem Zündstrom i z gezündet wird, in dem auch der Transistor Tr 2 seinen Einschaltsteuerstrom i B bekommt (Fig. 4a und b, t 1).The first capacitor SC 2 is (as will be described in detail later) charged by switching off the transistor Tr 2 to the voltage U B. So that the first capacitor SC 2 is discharged again for the next switching operation, its energy is temporarily stored in the inductor coil L. This is done by igniting the thyristor Th 2 with the ignition current i z at the same time that the transistor Tr 2 also receives its switch-on control current i B ( FIGS. 4a and b, t 1 ).
Es entsteht ein Stromfluß i 1-2 in Form einer Sinushalbschwingung in dem Kreis erster Kondensator SC 2, Thyristor Th 2, Drosselspule L und zweiter Kondensator C 2 (Fig. 4c, t 1-t 2).A current flow i 1-2 arises in the form of a half sine wave in the circuit of first capacitor SC 2 , thyristor Th 2 , choke coil L and second capacitor C 2 ( FIG. 4c, t 1 - t 2 ).
Die Spannung U SC 2 am ersten Kondensator SC 2 fällt entsprechend Fig. 4d cosinusförmig bis auf 0 V bzw. so weit, bis die Diode ED 2 leitend wird. Durch diesen Vorgang steigt die Spannung am Punkt U B/ 2 an. Dadurch kommt ein Stromfluß i 1 über den zweiten Kondensator C 1 auf den Pol +U B zustande, d. h. die Energie des ersten Kondensators SC 2 wird nahezu ver lustfrei zurückgeführt.The voltage U SC 2 at the first capacitor SC 2 drops in accordance with FIG. 4d in a cosine shape to 0 V or until the diode ED 2 becomes conductive. As a result of this process, the voltage at point U B / 2 increases . This results in a current flow i 1 via the second capacitor C 1 to the pole + U B , ie the energy of the first capacitor SC 2 is returned almost without loss.
Wenn der Transistor Tr 2 zur Zeit t 3 ausschaltet, übernimmt der entla dene erste Kondensator SC 2 kurzzeitig in bekannter Weise den Ladestrom i L (Fig. 4c ab t 3) als Strom i 3 und entlastet damit den ausschaltenden Tran sistor Tr 2. Der erste Kondensator SC 2 lädt sich auf die Spannung U B auf; durch die unvermeidlichen parasitären Induktivitäten L p im Kreis erfolgt dann sogar eine Aufladung über die Spannung U B hinaus (Fig. 4d, ab t 3).If the transistor Tr 2 turns off at time t 3 , the discharged first capacitor SC 2 briefly takes over the charging current i L ( FIG. 4c from t 3 ) as current i 3 in a known manner and thus relieves the switching transistor Tr 2 . The first capacitor SC 2 charges up to the voltage U B ; due to the inevitable parasitic inductances L p in the circuit, charging even exceeds the voltage U B ( FIG. 4d, from t 3 ).
Gleiches, wie für den Transistor Tr 2 beschrieben, geschieht im Gegentakt und mit umgekehrten Vorzeichen an den Kondensatoren beim Transistor Tr 1.The same thing as described for transistor Tr 2 is done in push-pull and with the opposite sign on the capacitors of transistor Tr 1 .
Claims (2)
daß die beiden den Halbleiterbauelementen (Tr 1, Tr 2) zuge ordneten stromrichtenden Elemente der Entladekreise für den jeweils ersten Kondensator (SC 1, SC 2) als mit dem jeweiligen Halbleiterbauelement (Tr 1 bzw. Tr 2) gleichzeitig gezündete Thyristoren (Th 1, Th 2) ausgebildet sind und
daß für beide Entladekreise eine gemeinsame Drosselspule (L) vorgesehen ist, die einerseits mit den beiden Thyri storen (Th 1, Th 2) und andererseits über den zweiten Kondensator (C 1, C 2) jedes Entladekreises mit dem anderen Pol des ersten Kondensators (SC 1, SC 2) verbunden ist. 1.Circuit arrangement for a loss-free switch-off discharge network in the case of semiconductor components which can be switched off via a control connection and which feed a load from a DC voltage source, to which a first capacitor is connected in parallel with a diode and to which a discharge circuit which is effective when the semiconductor component is switched on is assigned to the first capacitor, which consists of the series connection of a choke coil, a second capacitor and a current-directing element connected between the one pole of the first capacitor and the diode, and with two semiconductor components connected in series on the DC side, between which one pole of the load is connected, characterized in that
that the two semiconductor devices (Tr 1, Tr 2) associated with the flow directing elements of the discharge circuits for the respective first capacitor (SC 1, SC 2) and simultaneously ignited with the respective semiconductor component (Tr 1 or Tr 2) thyristors (Th 1, Th 2 ) are trained and
that a common choke coil (L) is provided for both discharge circuits, which on the one hand interfere with the two Thyri (Th 1 , Th 2 ) and on the other hand via the second capacitor (C 1 , C 2 ) of each discharge circuit with the other pole of the first capacitor ( SC 1 , SC 2 ) is connected.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19863603368 DE3603368C1 (en) | 1986-01-31 | 1986-01-31 | Circuit arrangement for a turn-off limiting network in gate-turn-off-type semiconductor components |
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| DE19863603368 DE3603368C1 (en) | 1986-01-31 | 1986-01-31 | Circuit arrangement for a turn-off limiting network in gate-turn-off-type semiconductor components |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE3603368C1 true DE3603368C1 (en) | 1987-06-25 |
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ID=6293321
Family Applications (1)
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| DE19863603368 Expired DE3603368C1 (en) | 1986-01-31 | 1986-01-31 | Circuit arrangement for a turn-off limiting network in gate-turn-off-type semiconductor components |
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| Country | Link |
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| DE (1) | DE3603368C1 (en) |
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