DE3880621T2 - Spannungsbegrenzungsschaltung fuer leistungstransistor und wechselrichter. - Google Patents

Spannungsbegrenzungsschaltung fuer leistungstransistor und wechselrichter.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Amplitudenbegrenzerschaltung für einen Leistungstransistor zur Stoßspannungs-Absorption. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Amplitudenbegrenzerschaltung, die sich zur Vereinfachung einer Leistungstransistorschaltung eignet und es dadurch gestattet, die Leistungstransistorschaltung in zufriedenstellender Weise kompakt auszubilden.
  • Leistungstransistorschaltungen wurden in verschiedenen elektrischen Quellenschaltungen als Starkstromsteuerelemente verwendet. Beispielsweise kann man einen Leistungstransistor als Schaltelement in einer Wechselrichterschaltung verwenden. In derartigen Fallen ist es eine bekannte Methode, eine Amplitudenbegrenzerschaltung in der Leistungstransistorschaltung vorzusehen, um Stoßspannungen zu absorbieren, die beim Ausschalten des Stroms erzeugt werden, um auf diese Weise den Leistungstransistor zu schützen.
  • Die herkömmliche Leistungstransistorschaltung, die in einer Einzelphasen-Wechselrichterschaltung eingesetzt wird, ist mit einer Leistungsquellen- Amplitudenbegrenzerschaltung ausgestattet, die zwischen der Leistungstransistorschaltung und einer Spannungsquelle angeordnet ist. Die Leistungsquellen-Amplitudenbegrenzerschaltung ist derart ausgelegt, daß sie in der Leistungsquelle erzeugte Stoßspannungen absorbiert. Die Leistungstransistorschaltung beinhaltet ebenfalls eine Begrenzerschaltung. Die Amplitudenbegrenzerschaltung innerhalb der Leistungstransistorschaltung arbeitet mit der Begrenzerschaltung der Leistungsquelle bei der Stromabschaltung derart zusammen, daß Spannunngsspitzen mit hohem dv/dt von der Amplitudenbegrenzerschaltung innerhalb der Leistungstransistorschaltung absorbiert werden, während starke Energiestöße von der Leistungsquellen-Begrenzerschaltung absorbiert werden.
  • Die DE 2644715 offenbart einen elektronischen Einweg-Schalter, der hohe Leistungsverluste verhindert, wenn ein Leistungstransistor eingeschaltet wird, und der größeren Rückspannungen beim Ausschalten des Leistungstransistors zu widerstehen vermag. In jedem stromführenden Weg ist eine Induktivität geschaltet, wenn der Transistor eingeschaltet wird, um die Geschwindigkeit der Stromzunahme durch den Schalter zu begrenzen. Eine Kapazitäts/Dioden-Schaltung ist parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors geschaltet, wobei die Polarität der Diode derart gewählt ist, daß ein in Rückwärtsrichtung fließender Strom verhindert wird.
  • Im allgemeinen handelt es sich bei der in der Leistungstransistorschaltung befindlichen Begrenzerschaltung um eine aus einem Kondensator und einer Diode und einem Entladungswiderstand bestehende Serienschaltung. Die Kondensator-Dioden- Schaltung ist parallel zur Kollektor-Emittek- Strecke des Leistungstransistors geschaltet. Wenn der Leistungstransistor ausgeschaltet wird, fließt der Kollektorstrom durch die Serienschaltung aus Kondensator und Diode. Beim Übergang wird der Strom durch den Kondensator und die Diode aufgeteilt. Durch Aufteilen des Stroms lassen sich Spannungsspitzen aufgrund der Induktivität der Verdrahtung und dergleichen absorbieren, wodurch der dv/dt-Wert der Spannungsänderungen in der Kollektor-Emitter- Strecke des Leistungstransistors gesenkt wird. In der Nähe des Nulldurchgangs des unterteilten Stroms jedoch besteht die Neigung zur hochfrequenten Schwingung. Diese hochfrequente Schwingung bewirkt ein Einschalten des Leistungstransistors, was seinerseits wiederum einen Kurzschluß-Durchbruch beim Einschalten der übrigen Leistungstransistorschaltung veranlaßt. Um die Spannungsschwingung zu unterdrücken, wird in der Leistungstransistorschaltung eine Dämpferschaltung vorgesehen.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die Anzahl von Schaltungselementen beim Bau einer Leistungstransistorschaltung herabzusetzen und dadurch die Möglichkeit zu schaffen, die Leistungstransistorschaltung in zufriedenstellender Weise kompakt auszubilden.
  • Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Leistungstransistorschaltung mit einer verbesserten Amplitudenbegrenzerschaltung anzugeben, bei der die Notwendigkeit einer Dämpferschaltung nicht mehr besteht.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Leistungstransistorschaltung, die in einer Wechselrichterschaltung einsetzbar ist und den Fortfall einer Leistungsquellen-Begrenzerschaltung ermöglicht.
  • Um diese und weitere Ziele zu erreichen, enthält gemäß der Erfindung eine Begrenzerschaltung eine Hilfsdiode, die zwischen einen Kondensator und eine Diode geschaltet ist, welche eine Begrenzerschaltung bilden. Die Hilfsdiode bildet mithin eine Hilfs-Begrenzerschaltung, die den Kondensator als gemeinsamen Kondensator benutzt. Die Hilfs-Begrenzerschaltung bildet einen Nebenschluß für den Strom durch den Kondensator in Form eines ersten und eines zweiten Stroms, die durch die Dioden fließen. Dies erübrigt die Notwendigkeit einer Dämpferschaltung und einer Leistungsquellen-Begrenzerschaltung, wenn sie in der Leistungstransistorschaltung einer Wechselrichterschaltung eingesetzt wird.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Begrenzerschaltung für eine einen Leistungstransistor enthaltende Leistungstransistorschaltung geschaffen, welche aufweist:
  • eine erste Begrenzerschaltung, die dazu ausgelegt ist, eine Stoßspannung mit hohem dv/dt zu absorbieren, die parallel zu einer Kollektor-Emittek- Strecke des Leistungstransistors geschaltet ist, und die einen Kondensator und eine erste Diode enthält; und
  • eine zweite Begrenzerschaltung, die dazu ausgelegt ist, eine durch Verdrahtungsinduktivität bei Ausschalten des Leistungstransistors erzeugte Stoßenergie zu absorbieren, die eine zweite Diode enthält, welche an den Kondensator angeschlossen ist, und die parallel zu einem Entladungswiderstand geschaltet ist, wobei die zweite Diode der zweiten Begrenzerschaltung an einen Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator und der ersten Diode angeschlossen ist, so daß der durch den Kondensator fließende Strom aufgezweigt wird in einen ersten Nebenschlußstrom, der durch die erste Diode fließt, und einen zweiten Nebenschlußstrom, der durch die zweite Diode; dadurch gekennzeichnet, daß
  • die erste und die zweite Begrenzerschaltung aktiv sind, um den ersten und den zweiten Nebenschlußstrom, die durch die erste bzw. die zweite Diode entsprechend der Erhöhung der Spannung an dem Kondensator fließen, zu reduzieren, wobei die zweite Begrenzerschaltung eine größere Induktivität in Serie mit der zweiten Diode aufweist als die erste Begrenzerschaltung, so daß die erste und die zweite Begrenzerschaltung bewirken, daß der erste und der zweite Nebenschlußstrom dadurch zu voneinander verschiedenen Zeiten auf null verringert werden, daß die zweite Begrenzerschaltung den zweiten Nebenschlußstrom nach Beendigung des ersten durch die erste Diode fließenden Nebenschlußstroms aufrechterhält.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Leistungstransistorschaltung geschaffen, welche aufweist:
  • einen Leistungstransistor, der an eine Leistungsquelle angeschlossen ist und zwischen einem ersten Zustand zum Öffnen einer Kollektor-Emitter-Strecke und einem zweiten Zustand zum Sperren der Kollektor-Emitter-Strecke umschaltet, um einer daran angeschlossenen Last einer Treiberleistung zuzuführen; und
  • eine Begrenzerschaltung zum Absorbieren von Stoßenergie, die beim Umschalten des Leistungstransistors von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand erzeugt wird, wobei die Begrenzerschaltung aufweist:
  • eine erste Begrenzerschaltung, die parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Leistungstransistors und einen Kondensator und eine erste Diode enthält; und
  • eine zweite Begrenzerschaltung mit einer zweiten Diode, die parallel zu einem Entladungswiderstand an den Kondensator angeschlossen ist;
  • wobei die erste Begrenzerschaltung dazu ausgelegt ist, eine Stoßspannung mit hohem dv/dt zu absorbieren, während die zweite Begrenzerschaltung dazu ausgelegt ist, Stoßenergie zu absorbieren, die durch die Verdrahtungsinduktivität beim Schalten des Leistungstransistors von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand erzeugt wird, und wobei die zweite Diode der zweiten Begrenzerschaltung an einen Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator und der ersten Diode angeschlossen ist, so daß ein durch den Kondensator fließender Strom aufgeteilt wird in einen ersten, durch die erste Diode fließenden Nebenschlußstrom und einen zweiten, durch die zweite Diode fließenden Nebenschluß-Strom; dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Begrenzerschaltung aktiv sind, um den ersten und den zweiten Nebenschlußstrom durch die erste und die zweite Diode nach Maßgabe der Zunahme der Ladespannung in dem Kondensator zu reduzieren, und die zweite Begrenzerschaltung mit einer größeren Induktivität in Reihe mit der zweiten Diode ausgestattet ist als die erste Begrenzerschaltung, so daß die erste und die zweite Begrenzerschaltung bewirken, daß der erste und der zweite Nebenschlußstrom dadurch zu voneinander verschiedenen Zeiten auf null abnehmen, daß die zweite Begrenzerschaltung den zweiten Nebenschlußstrom nach Beendigung des ersten, durch die erste Diode fließenden Nebenschlußstroms aufrechterhält.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Wechselrichterschaltung geschaffen, die über eine Glättungsschaltung mit einem Glättungskondensator an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen ist und aufweist:
  • Mehrere Leistungstransistorschaltungen, die an eine Last angeschlossen sind, um letzterer einen Wechselstrom zuzuführen, wobei jede der Leistungstransistorschaltungen einen Leistungstransistor enthält, welcher zwischen einem ersten Zustand zur Schaffung einer Kollektor-Emitter-Strecke und einem zweiten Zustand zum Sperren der Kollektor-Emitter- Strecke umschaltet; und
  • eine Begrenzerschaltung zum Absorbieren von Stoßenergie, die beim Umschalten des Leistungstransistors aus dem ersten in den zweiten Zustand erzeugt wird, wobei die Begrenzerschaltung enthält: eine erste Begrenzerschaltung, die dazu ausgelegt ist, eine Stoßenergie mit hohem dv/dt zu absorbieren, die parallel zu der Kollektor-Emitter-Strecke des Leistungstransistors geschaltet ist, und die einen Kondensator sowie eine erste Diode aufweist, und eine zweite Begrenzerschaltung, die dazu ausgelegt ist, eine Stoßenergie zu absorbieren, die beim Schalten des Leistungstransistors aus dem ersten Zustand in den zweiten Zustand von der Verdrahtungsinduktivität erzeugt wird, die eine zweite Diode enthält, die an den Kondensator parallel zu einem Entladungswiderstand angeschlossen ist, wobei die zweite Diode der zweiten Begrenzerschaltung an einen Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator und der ersten Diode angeschlossen ist, so daß ein durch den Kondensator fließender Strom verzweigt wird in einen ersten Nebenschlußstrom, der durch die erste Diode fließt und einen zweiten Nebenschlußstrom, der durch die zweite Diode fließt;
  • dadurch gekennzeichnet, daß
  • die erste und die zweite Begrenzerschaltung aktiv sind, um den ersten und den zweiten Nebenschlußstrom, die durch die erste bzw. die zweite Diode fließen, nach Maßgabe der Erhöhung der Spannung an dem Kondensator zu verringern, wobei die zweite Begrenzerschaltung mit einer größeren Induktivität in Reihe mit der zweiten Diode ausgestattet als die erste Begrenzerschaltung, so daß die erste und die zweite Begrenzerschaltung bewirken, daß der erste und der zweite Nebenschlußstrom zu voneinander verschiedenen Zeiten auf null verringert werden, indem die zweite Begrenzerschaltung den zweiten Nebenschlußstrom nach Beendigung des durch die erste Diode fließenden ersten Nebenschlußstroms aufrecht erhält.
  • Zu bevorzugen ist ferner, daß die Leistungstransistorschaltung außerdem einen Hilfskondensator aufweist, der parallel zu der ersten Diode geschaltet ist. Der Hilfskondensator besitzt eine kleinere Kapazität als der Kondensator in den Begrenzerschaltungen.
  • Bei dem mechanischen Aufbau sind die erste und die zweite Begrenzerschaltung auf einer gedruckten Schaltungsplatine montiert, die über eine Verbindungsschraube an die Anschlüsse der Kollektor- und Emitterelektroden des auf einem Substrat gebildeten Leistungstransistors angeschlossen ist, wobei die gedruckte Schaltungsplatine mit Abstand von der gegenüberliegenden Oberfläche des Substrats angeordnet ist. Eine derartige Konstruktion der Schaltungsanordnung reduziert wirksam die Verdrahtungsinduktivität und schafft ein besseres Spitzenabsorptionsverhalten.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die vorliegende Erfindung wird besser verständlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung und der begleitenden Zeichnung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die jedoch nicht als Beschränkung der Erfindung auf das spezielle Ausführungsbeispiel zu verstehen ist, sondern lediglich zur Erläuterung und zum Verständnis. Es zeigen:
  • Fig. 1 eine Schaltungsskizze einer Einzelphasen- Wechselrichterschaltung, die Leistungstransistorschaltungen beinhaltet, die jeweils die bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Begrenzerschaltung beinhalten;
  • Fig. 2 Wellenformen an verschiedenen Abschnitten in der in Fig. 1 gezeigten Wechselrichterschaltung;
  • Fig. 3 eine Draufsicht auf den bevorzugten Aufbau einer Anordnung der Leistungstransistorschaltung;
  • Fig. 4 eine Vorderansicht der Leistungstransistorschaltungsanordnung nach Fig. 3; und
  • Fig. 5 eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform des Aufbaus der Leistungstransistorschaltungsanordnung gemäß der Erfindung.
    • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • Bezugnehmend auf die Zeichnungen, insbesondere auf Fig. 1, ist eine bekannte Haupt- oder Leistungsschaltung einer Einzelphasen-Wechselrichterschaltung dargestellt, die an eine Last 10, beispielsweise einen Asynchronmotor angeschlossen ist. Die Wechselrichter-Hauptschaltung ist an eine (nicht dargestellte) bekannte Umrichterschaltung angeschlossen, um von dieser eine Versorgungs-Gleichspannungen zu empfangen. Die Wechselrichter-Hauptschaltung enthält grundsätzlich eine Glättungsstufe 20 mit einem zum Glätten dienenden Glättungskondensator 22 und eine Wechselrichterstufe, die allgemein mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet ist. Wie bekannt, befindet sich die Glättungsstufe 20 zwischen dem Umrichter und der Wechselrichterstufe 30, d.h. der Wechselrichter-Hauptschaltung, um Welligkeiten in der von dem Umrichter gelieferten Gleichleistungen zu absorbieren.
  • Die Wechselrichterstufe 30 enthält Paare von Leistungstransistorschaltungen 32, 34 und 36, 38 nach den bevorzugten Ausführungsformen. Diese Paare von Leistungstransistorschaltungen 32, 34 und 36, 38 sind an die Last 10 angeschlossen, um diese zu treiben. Andererseits sind Leistungstransistorschaltungen 32, 34 und 36, 38 an eine bekannte Schaltsignal-Generatorschaltung in einer Wechselrichtersteuerschaltung angeschlossen. Damit werden die Schaltzeitpunkte derart gesteuert, daß ein Einzelphasen-Wechselstrom an die Last 10 geliefert wird, wie es bekannt ist.
  • Es sei beachtet, daß die Leistungstransistorschaltungen 36 und 38 identischen Aufbau aufweisen wie die Leistungstranistorschaltungen 32 und 34. Deshalb ist in Fig. 1 der detaillierte Aufbau dieser Leistungstransistorschaltungen 36 und 38 nicht gezeigt.
  • Die Leistungstransistorschaltung 32 enthält einen Leistungstransistor 321, der an den Schaltsignalgenerator der Steuerschaltung mit einer Basiselektrode angeschlossen ist. Die Kollektorelektrode des Leistungstransistors 321 empfängt von dem Umrichter den Spannungsquellenstrom Ic. Eine Freilaufdiode 322 ist parallel zu der Kollektor-Emitter-Strecke des Leistungstransistors 321 geschaltet. Eine erste Begrenzerschaltung 323 enthält einen Kondensator 324 und eine erste Diode 325 und ist außerdem parallel zu der Kollektor-Emitter-Strecke des Leistungstransistors 321 geschaltet. Ein Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 324 und der ersten Diode 325 ist über einen Entladungswiderstand 326 an den negativen Anschluß des Umrichters angeschlossen. Eine zweite Diode 327 ist ebenfalls an den Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 324 und der ersten Diode 325 parallel zu dem Entladungswiderstand 326 geschaltet. Damit bildet die zweite Diode 327 eine zweite Begrenzerschaltung 328 zusammen mit dem Kondensator 324.
  • Bei dem bevorzugten Aufbau ist die zweite Diode 327 der zweiten Begrenzerschaltung 328 derart ausgebildet und angeordnet, daß die zweite Begrenzerschaltung 328 eine viel größere Induktivität (L) besitzt als die erste Begrenzerschaltung 323.
  • Ähnlich wie die Leistungstransistorschaltung 332 enthält die Leistungstransistorschaltung 34 einen Leistungstransistor 331, der mit seiner Basiselektrode an den Schaltsignalgenerator der Steuerschaltung angeschlossen ist. Die Kollektorelektrode des Leistungstransistors 341 ist an die Emitterelektrode des Leistungstransistors 321 angeschlossen, um eine Serienschaltung zu bilden, die aus den Leistungstransistoren 321 und 341 besteht. Die Emitterelektrode des Leistungstransistors 341 ist an den negativen Anschluß des Umrichters angeschlossen. Ein Verbindungspunkt zwischen den Leistungstransistoren 321 und 341 ist an die Last 10 angeschlossen.
  • Parallel zu der Kollektor-Emitter-Strecke des Leistungstransistors 341 ist eine Freilaufdiode 342 angeschlossen. Eine erste Begrenzerschaltung 343 enthält einen Kondensator 344 und eine erste Diode 345 und ist außerdem parallel zu der Kollektor- Emitter-Strecke des Leistungstransistors 341 geschaltet. Der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 344 und der ersten Diode 345 ist über einen Entladungswiderstand 346 an den positiven Anschluß des Umrichters angeschlossen. Eine zweite Diode 347 ist ebenfalls an den Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 344 und der ersten Diode 345 parallel zu dem Entladungswiderstand 346 geschaltet. Die zweite Diode 347 bildet somit eine zweite Begrenzerschaltung 348 zusammen mit dem Kondensator 344.
  • Die zweite Diode 347 der zweiten Begrenzerschaltung 348 ist derart ausgebildet und verschaltet, daß sie eine wesentlich größere Induktivität (L) für die zweite Begrenzerschaltung 348 schafft, als sie die erste Begrenzerschaltung 343 besitzt.
  • Die zweiten Begrenzerschaltungen 328 und 348 haben eine äquivalente Funktion wie die Energiequellen- Begrenzerschaltung in der herkömmlichen Wechselrichter-Hauptschaltung zum Absorbieren des Spannungsstoßes, der in dem als Gleichspannungsquelle benutzten Umrichter beim Ausschalten der Spannungsversorgung entsteht. Diese zweiten Begrenzerschaltungen 328 und 348 arbeiten außerdem zusammen mit den ersten Begrenzerschaltungen 323 und 343, um Spannungsschwankungen zu unterdrücken, die bei den Aus-Ein-Übergängen der jeweils zugehörigen Leistungstransistoren 321 und 341 verursacht werden.
  • Die Absorption von Spannungsschwankungen in der ersten und der zweiten Begrenzerschaltung 323 und 328 der Leistungstransistorschaltung 32 wird im folgenden diskutiert.
  • Wenn, wie in Fig. 2 gezeigt ist, der Leistungstransistor 321 ausgeschaltet wird, wird der in der Kollektorelektrode des Leistungstransistors 321 fließende Laststrom Ic umgeschaltet, so daß er als Nebenschlußstrom Icc durch den Kondensator 324 fließt. Der Strom durch den Kondensator 324 wird weiter umgeleitet, so daß er in Form von Nebenschlußströmen I&sub1; und I&sub2; durch die Dioden 325 bzw. 327 fließt. Auf diese Weise wird der Kondensator 324 aufgeladen. Die Kollektor-Emitter-Spannung VCE des Leistungstransistors 321 wird entsprechend der Zunahme der Kondensatorspannung angehoben.
  • Dann dient der Glättungskondensator 22 zum Absorbieren von Stoßenergie zum Unterdrücken von Schwankungen der Versorgungsspannung VDC.
  • Entsprechend der Zunahme der Kondensatorspannung durch Aufladen des Kondensators 324 fallen die Nebenschlußströme I&sub1; und I&sub2;, die durch die Dioden 325 und 327 fließen, proportional auf null ab. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die erste und die zweite Begrenzerschaltung 323 und 328 derart ausgebildet, daß der durch die Diode 327 fließende Nebenschlußstrom I&sub2; auch dann auf rechterhalten wird, nachdem der Nebenschlußstrom I&sub1; durch die Diode 325 zu null wird, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Hierdurch läßt sich die Spannungsschwankung am Kollektor-Emitter-Kreis des Leistungstransistors 321, deren Ursache in der Erholung der Diode 325 nach einem Abfall des dadurch fließenden Nebenschlußstroms I&sub1; auf null liegt, auf einem äußerst kleinen Wert gehalten werden. Das Ausmaß der Spannungsschwankung bei Beendigung des Nebenschlußstroms I&sub1; wird dadurch ausreichend reduziert, um eine Dämpferschaltung, wie sie in der herkömmlichen Schaltung erforderlich ist, überflüssig zu machen.
  • Auf die Beendigung des Nebenschlußstroms I&sub2; hin bewirkt die Erholung der Diode 327 eine Spannungsschwankung aufgrund der Induktivität und Kapazität der Gesamtschaltung der Wechselrichter-Hauptschaltung. Da aber die zweite Begrenzerschaltung 328 derart ausgebildet ist, daß sie eine wesentliche größere Induktivität besitzt als die erste Begrenzerschaltung, läßt sich die Frequenz der Spannungsschwankung niedrig halten. Darüberhinaus unterstützt der Sperrwiderstand der Diode 327 die Unterdrückung der Spannungsschwankung. Aus diesem Grund läßt sich auch nach Erholung der Diode 327 die hochfrequente Spannungsschwankung erfolgreich unterdrücken, welche die Neigung hat, einen Durchbruch des Leistungstransistors 321 zu bewirken.
  • Es sei angemerkt, daß der von dieser Leistungstransistorschaltung 34 durchzuführende Vorgang des Unterdrückens der Spannungsschwankung im wesentlichen der gleiche ist wie in der Leistungstransistorschaltung 32, wie es oben angegeben wurde. Deshalb wird eine detaillierte Diskussion des Schaltungsbetriebs der Leistungstransistorschaltung 34 fortgelassen, um die Offenbarung zu vereinfachen und unnötige Wiederholungen zu vermeiden.
  • In dem Schaltungsaufbau, wie er in Fig. 1 gezeigt und oben beschrieben ist, ist es außerdem zu bevorzugen, einen Kondensator C&sub0; vorzusehen, der eine wesentlich kleinere Kapazität hat als die der Dioden 324 und 344. Die Kapazität des Kondensators C&sub0; kann beispielsweise ein Zehntel der Kapazität des Kondensators 324, 344 betragen. Der Kondensator C&sub0; kann wirksam sein bei der Unterdrückung von Stoßspannungen starker Amplitude, welche möglicherweise bei Beendigung des durch die Dioden 325 und 327 fließenden Nebenschlußstroms verursacht werden.
  • Fig. 3 und 4 zeigen den bevorzugten Aufbau der Leistungstransistorschaltung 32. Der Leistungstransistors 321 ist mit einem Kollektorelektrodenanschluß C und einem Emitterelektrodenanschluß E ausgestattet. An diesem Kollektorelektrodenanschluß C und Emitterelektrodenanschluß E ist eine gedruckte Schaltungsplatine 40 mittels leitender Schrauben befestigt. Die gedruckte Schaltungsplatine 40 ist beabstandet von der gegenüberliegenden Oberfläche des Leistungstransistors 321 mit Hilfe von Distanzstücken 42 und 44 angebracht. Der Kondensator 324, die Dioden 325 und 327, der (nicht gezeigte) Entladungswiderstand 326 und sofort sind mittels elektrischer Verbindungen, die durch die gedruckte Verdrahtung auf der Schaltungsplatine ausgeführt sind, stark an der Oberfläche der gedruckten Schaltungsplatine 40 befestigt.
  • Die dargestellte Konstruktion der Leistungstransistorschaltung ist effektiv hinsichtlich der Reduzierung der Verdrahtungsinduktivität zwischen den Elektrodenanschlüssen C und E von Kollektor und Emitter sowie den Begrenzerschaltungen 323 und 328, um Stoßspannungen wirksam zu absorbieren.
  • Fig. 5 zeigt ein weiteres Beispiel des bevorzugten Aufbaus der Transistorschaltung 230. Bei dieser Ausführungsform ist ein Paar gedruckter Schaltungsplatinen 50 und 52 mit Hilfe von leitenden Schrauben an den Elektrodenanschlüssen C und E von Kollektor bzw. Emitter befestigt. Die gedruckten Schaltungsplatinen 50 und 52 sind etwa senkrecht zueinander auf der Oberseite des Leistungstransistors 321 und parallel zueinander angeordnet. Das Paar von gedruckten Schaltungsplatinen 50 und 52 trägt zwischen sich den Kondensator 324. Weitere Schaltungselemente wie z.B. die Dioden 325 und 327, der Entladungswiderstand 326 (nicht dargestellt) und dergleichen sind auf einer der gedruckten Schaltungsplatinen 50 und 52 montiert.
  • Der in Fig. 5 dargestellte Schaltungsaufbau ist außerdem wirksam bei der Reduzierung des Betrags der Verdrahtungsinduktivität und wirksam beim Absorbieren von Stoßspannungen.
  • Damit werden durch die Erfindung sämtliche der angestrebten Ziele und Vorteile erreicht.
  • Während die Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsform offenbart wurde, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu gestatten, versteht sich, daß die Erfindung ohne Abweichung von ihrem Grundprinzip auf verschiedenen Weise ausgeführt werden kann. Deshalb versteht sich die Erfindung als sämtliche möglichen Ausführungsformen und möglicher Varianten der dargestellten Ausführungsformen umfassend, ohne vom Grundgedanken der in den beigefügten Ansprüchen niedergelegten Erfindung abzuweichen.

Claims (6)

1. Begrenzerschaltung für eine Leistungstransistorschaltung (32, 34, 36, 38), die einen Leistungstransistor (321, 341) enthält, umfassend:
eine erste Begrenzerschaltung, die dazu ausgebildet ist, Stoßspannungen mit hohem dv/dt zu absorbieren, die parallel zu einer Kollektor-Emitter-Strecke des Leistungstransistors (321, 341) geschaltet ist und die einen Kondensator (324, 344) und eine erste Diode (325, 345) enthält; und
eine zweite Begrenzerschaltung, die dazu ausgelegt ist, Stoßenergie zu absorbieren, die durch Verdrahtungsinduktivität bei Ausschalten des Leistungstransistors (323, 341) erzeugt wird, die eine zweite Diode (327, 347), welche an den Kondensator (324, 344) angeschlossen ist und parallel zu einem Entladungswiderstand (326, 346) geschaltet ist, enthält, wobei die zweite Diode (327, 347) der zweiten Begrenzerschaltung an einem Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator (324, 344) und der ersten Diode (325, 345) geschaltet ist, so daß ein durch den Kondensator (324, 344) fließender Strom aufgeteilt wird in einen ersten Nebenschlußstrom (I&sub1;), der durch die erste Diode (325, 345) fließt, und einen zweiten Nebenschlußstrom (I&sub2;) der durch die zweite Diode fließt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Begrenzerschaltung aktiv sind, um den ersten und den zweiten Nebenschlußstrom (I&sub1;, I&sub2;) die durch die erste und die zweite Diode fließen, entsprechend der ansteigenden Spannung in dem Kondensator (324, 344) zu reduzieren, wobei die zweite Begrenzerschaltung in Serie mit der zweiten Diode eine größere Induktivität besitzt als die erste Begrenzerschaltung (327, 347), so daß die erste und die zweite Begrenzerschaltung veranlassen, daß der erste und der zweite Nebenschlußstrom zu voneinander verschiedenen Zeitpunkten auf null abnehmen, indem die zweite Begrenzerschaltung den zweiten Nebenschlußstrom (I&sub2;) nach Beendigung des durch die erste Diode (325, 345) fließenden ersten Nebenschlußstroms (I&sub1;) aufrechterhält.
2. Leistungstransistorschaltung, umfassend:
einen Leistungstransistor (321, 341), der an eine Energieversorgung angeschlossen ist und umschaltet zwischen einem ersten Zustand, in welchem eine Kollektor-Emitter-Strecke gebildet wird, und einem zweiten Zustand in welchem die Kollektor-Emitter- Strecke blockiert wird, um einer daran angeschlossenen Last (10) Treiberleistung zuzuführen; und
eine Begrenzerschaltung zum Absorbieren von Stoßenergie, die beim Schalten des Leistungstransistors (321, 341) von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand erzeugt wird, wobei die Begrenzerschaltung aufweist:
eine erste Begrenzerschaltung, die parallel zu der Kollektor-Emitter-Strecke des Leistungstransistors (321, 341) geschaltet ist und einen Kondensator (324, 344) sowie eine erste Diode (325, 345) enthält; und
eine zweite Begrenzerschaltung, die eine zweite Diode (327, 347) enthält, die an den Kondensator (324, 344) parallel zu einem Entladungswiderstand (326, 346) geschaltet ist;
wobei die erste Begrenzerschaltung dazu ausgebildet ist, eine Stoßspannung mit hohem dv/dt zu absorbieren, und die zweite Begrenzerschaltung dazu ausgebildet ist, durch Verdrahtungsinduktivität beim Schalten des Leistungstransistors (321, 341) aus dem ersten in den zweiten Zustand erzeugten Stoßenergie zu absorbieren, wobei die zweite Diode (327, 347) der zweiten Begrenzerschaltung angeschlossen ist an einen Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator (324, 344) und der ersten Diode (325, 345), so daß der durch den Kondensator (325, 345) fließende Strom (Icc) aufgeteilt wird in einen ersten Nebenschlußstrom (I&sub1;), der durch die erste Diode (325, 345) fließt, und einem zweiten Nebenschlußstrom (I&sub2;), der durch die zweite Diode (327, 347) fließt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Begrenzerschaltung aktiv sind, um den ersten und den zweiten Nebenschlußstrom (I&sub1;, I&sub2;) durch die erste und die zweite Diode entsprechend der Zunahme der Ladespannung in dem Kondensator (324, 344) zu reduzieren, und die zweite Begrenzerschaltung in Serie mit der zweiten Diode eine größere Induktivität aufweist als die erste Begrenzerschaltung, so daß die erste und die zweite Begrenzerschaltung bewirken, daß der erste und der zweite Nebenschlußstrom zu voneinander verschiedenen Zeiten auf null abnehmen, indem die zweite Begrenzerschaltung den zweiten Nebenschlußstrom (I&sub2;) aufrechterhält nach Beendigung des durch die erste Diode (3245, 345) fließenden ersten Nebenschlußstroms (I&sub1;)
3. Leistungstransistorschaltung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Hilfskondensator (Co), der parallel zu der ersten Diode (325, 345) geschaltet ist.
4. Leistungstransistorschaltung nach Anspruch 3, bei der der Hilfskondensator (Co) eine kleinere Kapazität besitzt als der Kondensator (324, 344) in der ersten Begrenzerschaltung.
5. Leistungstransistorschaltung nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, bei der die erste und die zweite Begrenzerschaltung auf einer gedruckten Schaltungsplatine (40) gelagert sind, welche über Verbindungsschrauben mit dem Kollektor- und dem Emitter-Elektrodenanschluß des auf einem Substrat ausgebildeten Leistungstransistors (321, 341) verbunden sind, wobei die gedruckte Schaltungsplatine (40) mit Abstand von der gegenüberliegenden Fläche des Substrats angeordnet ist.
6. Wechselrichterschaltung, die über eine mit einem Glättungskondensator (22) versehene Glättungsschaltung (20) an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist, umfassend:
mehrere Leistungstransistorschaltungen (32, 34, 36, 38), die an eine Last (10) angeschlossen sind, um dieser einen Wechselstrom zuzuführen, wobei jede der Leistungstransistorschaltungen (32, 34, 36, 38) einen Leistungstransistor (321, 341) enthält, der umschaltet zwischen einem ersten Zustand zur Schaffung einer Kollektor-Emitter-Strecke und einem zweiten Zustand zum Sperren der Kollektor-Emitter- Strecke; und
eine Begrenzerschaltung zum Absorbieren von Stoßenergie, die beim Schalten des Leistungstransistors (321, 341) aus dem ersten in den zweiten Zustand erzeugt wird, wobei die Begrenzerschaltung eine erste Begrenzerschaltung enthält, die dazu ausgebildet ist, eine Stoßspannung mit hohem dv/dt zu absorbieren, die parallel zu der Kollektor-Emitter- Strecke des Leistungstransistors (321, 341) geschaltet ist, und die einen Kondensator (324, 344) und eine erste Diode (325, 345) aufweist, eine zweite Begrenzerschaltung, die dazu ausgebildet ist, Stoßenergie zu absorbieren, die beim Schalten des Leistungstransistors aus dem ersten in den zweiten Zustand durch Verdrahtungsinduktivität erzeugt wird, die eine zweite Diode (327, 347) enthält, die an den Kondensator parallel zu einem Entladungswiderstand (326, 346) angeschlossen ist, wobei die zweite Diode (327, 347) der zweiten Begrenzerschaltung angeschlossen ist an einen Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator (324, 344) und der ersten Diode (325, 345) so daß ein durch den Kondensator (324, 344) fließender Strom aufgeteilt wird in einen ersten Nebenschlußstrom (I&sub1;), der durch die erste Diode (325, 345) fließt, und einen zweiten Nebenschlußstrom (I&sub2;), der durch die zweite Diode (327, 347) fließt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Begrenzerschaltung aktiv sind, um den durch die erste und die zweite Diode fließenden ersten und zweiten Nebenschlußstrom entsprechend einer Zunahme der Spannung in dem Kondensator (324, 344) zu reduzieren, und die zweite Begrenzerschaltung in Serie mit der zweiten Diode (327, 347) mit einer größeren Induktivität versehen ist als die erste Begrenzerschaltung, so daß die erste und die zweite Begrenzerschaltung bewirken, daß der erste und der zweite Nebenschlußstrom zu voneinander verschiedenen Seiten auf null verringert sind, indem die zweite Begrenzerschaltung den zweiten Nebenschlußstrom (I&sub2;) aufrechterhält nach Beendigung des ersten durch die erste Diode (325, 345) fließenden Nebenschlußstroms (I&sub1;)
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