Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Schutz abschaltbarer Halb
leiter gegen Überströme, insbesondere abschaltbarer Halbleiter in Brücken
konfiguration, wie es im Oberbegriff des Anspruches 1 näher definiert ist.
Solche Anordnungen von Halbleitern finden sich bei Pulswechselrichtern,
Choppern, Bordnetzumrichtern u. ä. . . Schutzeinrichtungen sollen die abschalt
baren Leistungshalbleiter vor Überschreitung definierter Maximalströme schnell
und vor allem auch gleichzeitig schützen. Dazu muß der Strom erfaßt und aus
gewertet werden.The invention relates to an arrangement for protecting half that can be switched off
conductor against overcurrents, in particular semiconductors that can be switched off in bridges
configuration as defined in the preamble of claim 1.
Such arrangements of semiconductors can be found in pulse inverters,
Choppers, on-board converters u. a. . Protective devices should switch off
power semiconductors quickly before exceeding defined maximum currents
and above all protect at the same time. To do this, the current must be detected and switched off
get ranked.
Eine Anordnung der eingangs genannten Art ist z. B. durch die US-PS 47 48 532
bekanntgeworden. Dabei sind innerhalb einer Motorsteuerung den abschaltbaren
Halbleitern einer Brückenanordnung jeweils eigene Steuerbaugruppen zugeordnet,
die über Einzelwicklungen eines gemeinsamen potentialtrennenden Steuertrans
formators eines Steuerinterfaces beeinflußt werden. Von einem den Laststrom
zentral erfassenden Strommeßglied wird bei Überschreitung eines Maximalwertes
ein Schwellwertschalter ausgelöst, der über das Steuerinterface auf den Steuer
transformator ein gemeinsames Abschaltsignal überträgt. Diese potentialtrennende
Schaltung ist recht aufwendig, insbesondere was die Stromerfassung, -begrenzung
und Übertragung im Steuerinterface angeht.An arrangement of the type mentioned is z. B. by the US-PS 47 48 532
known. The ones that can be switched off are within a motor control
Each of the semiconductors of a bridge arrangement is assigned its own control modules,
the over single windings of a common potential-isolating control trans
Formators of a control interface can be influenced. The load current from one
central measuring current element is when a maximum value is exceeded
a threshold switch triggered by the control interface on the control
transformer transmits a common shutdown signal. This potential isolating
Circuit is quite complex, especially what the current detection, limitation
and transmission in the control interface.
Andere Lösungen mit Potentialtrennung arbeiten oft mit Optokopplern. Hier stören
die relativ großen Ein- bzw. Ausschaltverzögerungszeiten, in der kein Schutz
besteht. Will man diese Verzögerungszeit mindern, sind spezielle Kunstgriffe
nötig, die wiederum den Aufwand erhöhen. Eine solche Schaltung ist durch die
US-PS 45 74 341 bekanntgeworden. Für eine über Wechselrichter betriebene Motor
steuerung sind dort den Halbleitern in den Zweigen des Wechselrichters eigene
Steuerbaugruppen zugeordnet, die über Optokoppler angesteuert werden. Bei dieser
Schaltung werden Überströme im Wechselrichter über Stromerfassungsglieder im
Gleichstromzwischenkreis ermittelt und es wird bei Überschreitung eines Schwell
wertgliedes und Triggers ein gemeinsames Abschaltsignal ausgegeben, das direkt
den einzelnen Steuerbaugruppen der Wechselrichterventile - die Optokoppler
überbrückend - zugeführt wird. Das Abschaltsignal ist damit nicht potential
frei. Außerdem sind noch zusätzliche abschaltende Maßnahmen vorgesehen, die
dann weiterer galvanischer Trennung bedürfen.Other solutions with electrical isolation often work with optocouplers. Disturb here
the relatively large on and off delay times, in which no protection
consists. If you want to reduce this delay time, there are special tricks
necessary, which in turn increase the effort. Such a circuit is through the
US-PS 45 74 341 become known. For a motor operated via an inverter
control there are the semiconductors in the branches of the inverter
Assigned control modules that are controlled via optocouplers. At this
Circuit overcurrents in the inverter via current detection elements in the
DC link is determined and it is when a threshold is exceeded
value member and triggers issued a common shutdown signal that directly
the individual control modules of the inverter valves - the optocouplers
bridging - is fed. The switch-off signal is therefore not potential
free. In addition, additional shutdown measures are provided
then further galvanic isolation is required.
Es gibt auch Lösungen, bei denen die Auswerteelektronik auf dem Potential
des Strommeßgliedes liegt. Bei diesen potentialbehafteten Lösungen ist es
nachteilig, daß man nur die Bauelemente, die sich auf gleichem Potential be
finden, direkt schützen kann. Um Bauelemente auf einem anderen Potential am
Schalten zu hindern, ist ein zusätzlicher Aufwand (mit Potentialtrennung)
notwendig.There are also solutions in which the evaluation electronics are at their potential
of the current measuring element. It is with these potential solutions
disadvantageous that one only the components that are at the same potential
find, protect directly. In order to build components on a different potential
Preventing switching is an additional effort (with electrical isolation)
necessary.
Bei Anordnungen, die separat erfaßte Stromsignale mittels einer zentralen Elek
tronik verarbeiten, ist die Verzögerung des Schutzes durch relativ lange Ver
arbeitungszeiten ebenfalls hinderlich. Anordnungen andererseits, die für jeden
Leistungshalbleiter den Strom erfassen und separat auswerten, sind sehr auf
wendig.In the case of arrangements which separately detect current signals by means of a central elec
process tronics, is the delay in protection by relatively long ver
working hours are also a hindrance. Orders on the other hand, for everyone
Power semiconductors capture the current and evaluate it separately are very open
agile.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zu schaffen, die einen
günstigen Kompromiß hinsichtlich Aufwand und schnellen Schutz darstellt
und ein potentialfreies Abschaltsignal bereitstellt.The object of the invention is to provide an arrangement that one
represents a favorable compromise in terms of effort and fast protection
and provides a potential-free shutdown signal.
Diese Aufgabe wird auf einfache Weise für eine Anordnung der eingangs
genannten Art gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.This task is simple for an arrangement of the beginning
said type solved according to the characterizing features of claim 1.
Advantageous refinements can be found in the subclaims.
Anhand eines schematischen Ausführungsbeispieles wird die Erfindung im
nachstehenden näher erläutert.Using a schematic embodiment, the invention is in
explained in more detail below.
Die Fig. zeigt eine einpolige Brückenschaltung eines Pulsumrichters mit
abschaltbaren Halbleiterventilen 1, die z. B. von einem Gleichspannungs
zwischenkreis gespeist wird. In einer der Zuleitungen des Gleichspannungs
zwischenkreises ist ein Strommeßglied 2 eingeschaltet, das ein strompro
portionales Spannungssignal liefert. Ein solches Strommeßglied kann z. B.
ein Shunt sein. Magnetische Strommeßglieder sind z. B. Stromwandler, Gleich
stromwandler ("LEM-Wandler"). Über eine Filterstufe 3 zur Spitzenwert
dämpfung und ggf. eine Verstärkerstufe 4 zur Potentialanhebung wird das
stromproportionale Spannungssignal einem Schwellwertschalter 5 zugeführt
(Schmitt-Trigger oder Komparator). Das Spannungssignal wird mit einem
maximalen Stromsollwert eines Sollwertgebers 6 verglichen und bei Über
schreiten des Sollwertes, z. B. bei Brücken- oder Klemmenkurzschluß, schal
tet der Schwellwertschalter um und beeinflußt einen HF-Generator 7. Dieser
liefert Impulse über einen Impulsübertrager 8 potentialgetrennt auf Steuer
baugruppen 9, die den einzelnen abschaltbaren Halbleitern zugeordnet sind.
Die Steuerbaugruppen 9 geben im vorliegenden Fall Abschaltsignale an die
einzelnen Leistungshalbleiter ab. Sie setzen die digitalen Signale der
Steuerung in Ein- und Ausschaltimpulse der Leistungshalbleiter um. Gleich
zeitig werden die Parameter des Bauelementes überwacht und z. B. der Basis
strom eines Transistors geregelt. Die Steuerbaugruppen 9 besitzen einen so
genannten "INHIBIT"-Eingang, durch den der Leistungshalbleiter sofort aus
geschaltet und dauernd gegen Einschaltsignale aus einer übergeordneten
Steuerung gesperrt werden kann. Möglich ist auch eine Auslegung, bei der
die Steuerbaugruppen 9 gesteuert vom freischwingenden HF-Generator 7 so
lange Einschaltsignale abgeben, wie der Maximalstrom nicht überschritten
wird, d. h. der Schwellwertschalter 5 nicht umschaltet. Schaltet der
Schwellwertschalter 5 um, unterbleibt jede Ansteuerung. Im vorliegenden
Fall ist der Impulsübertrager mit einer gemeinsamen Primärwicklung und
diversen Sekundärwicklungen ausgestattet. Anstelle eines gemeinsamen
Impulsübertragers können natürlich auch Einzelimpulsübertrager Ver
wendung finden.The Fig. Shows a single-pole bridge circuit of a pulse converter with semiconductor valves 1 can be switched off , the z. B. is fed by a DC voltage intermediate circuit. In one of the supply lines of the DC voltage intermediate circuit, a current measuring element 2 is switched on, which supplies a current-proportional voltage signal. Such a current measuring element can, for. B. be a shunt. Magnetic current measuring elements are e.g. B. current transformers, direct current transformers ("LEM converters"). The current-proportional voltage signal is fed to a threshold switch 5 (Schmitt trigger or comparator) via a filter stage 3 for peak attenuation and possibly an amplifier stage 4 for raising the potential. The voltage signal is compared with a maximum current setpoint of a setpoint generator 6 and if the setpoint is exceeded, for. B. in the event of bridge or terminal short-circuit, the threshold switch switches and influences an HF generator 7 . This provides pulses via a pulse transformer 8, electrically isolated on control modules 9 , which are assigned to the individual semiconductors that can be switched off. In the present case, the control modules 9 emit switch-off signals to the individual power semiconductors. They convert the digital signals of the control into switch-on and switch-off pulses of the power semiconductors. At the same time, the parameters of the component are monitored and z. B. regulated the base current of a transistor. The control modules 9 have a so-called "INHIBIT" input, through which the power semiconductor can be switched off immediately and permanently blocked against switch-on signals from a higher-level controller. A design is also possible in which the control modules 9, controlled by the freely oscillating HF generator 7, emit switch-on signals for as long as the maximum current is not exceeded, ie the threshold switch 5 does not switch over. If the threshold switch 5 switches over, any activation is omitted. In the present case, the pulse transformer is equipped with a common primary winding and various secondary windings. Instead of a common pulse transmitter, single pulse transmitters can of course also be used.