DE4115387C1

DE4115387C1 - Simultaneous switch=on prevention circuitry for semiconductor valves in bridge circuit - assigns control module to each valve in branch to provide control voltage of positive polarity to control electrode for conductive phase and negative for blocking

Info

Publication number: DE4115387C1
Application number: DE19914115387
Authority: DE
Inventors: Olaf Dipl.-Ing. O-1153 Berlin De Goetzmann; Gunther Dipl.-Ing. O-1150 Berlin De Budig
Original assignee: AEG Westinghouse Transport Systeme GmbH
Current assignee: Bombardier Transportation GmbH
Priority date: 1991-05-07
Filing date: 1991-05-07
Publication date: 1992-08-06
Anticipated expiration: 2011-05-08

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Einrichtung ist bekannt (EP 1 46 853 A2). Gleichzeitiges Einschalten beider Ventile eines solchen Brückenzweigpaares, sei es bei Pulswechselrichtern, Bordnetzumrichtern, Direkt-GTO-Choppern etc., bedeutet einen Brückenkurzschluß und muß vermieden werden. Dies wird durch gegenseitige elektronische Verriegelung bewirkt, wobei häufig zur Potentialtrennung optoelektronische Bauelemente, z. B. Optokoppler, Verwendung finden. Diese Bauelemente besitzen jedoch relativ große Ein- und Ausschaltverzögerungszeiten, in denen die Verriegelung nicht wirksam ist. Andere Lösungen werten die Kollektor-Emitter-Spannung (U_CE) aus (EP 1 46 853 A2). Dabei sinkt die Kollektor-Emitter-Spannung (-U_CE) während der Leitphase des Ventils auf den Sättigungswert (U_{CE sat}), während in der Leitphase der Inversstromdiode deren Flußspannung U_F anliegt. Zur Verriegelung muß in aufwendiger Schaltung zwischen den beiden Spannungen unterschieden werden.

Aus der DE-OS 35 37 050 ist es bekannt für benachbarte, über ihre Steuerelektrode abschaltbare Thyristoren (GTO) in Stromrichtereinheiten eine gegenseitige adaptive Einschaltverriegelung vorzusehen. Hierzu wird ein Zustandssignal für jeden Thyristor aus der zeitlichen Ableitung des Gate-Stroms und einem Ausschaltsignal d. h. einem Steuersignal für die Sperrphase gebildet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und verbesserte Schaltung zur potentialfreien Meldung des Schaltzustandes der Leistungshalbleiter zu entwickeln, die die vorgenannten Nachteile nicht aufweisen.

Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine einfache Verriegelung,

Fig. 2 eine doppelte Verriegelung.

Die Figuren zeigen ein einzelnes Brückenzweigpaar einer beliebigen Brückenschaltung. Die abschaltbaren Leistungshalbleiter 1 und 2 (hier NPN-Transistoren) werden von separaten schaltbaren Steuerbaugruppen 3 und 4 angesteuert. 5 stellt einen Komparator dar, der, als Schwellwertschalter ausgeführt, einen Vergleich zwischen dem Sollwert eines Sollwertgebers 6 mit der abgegebenen Steuerspannung (Istwert) der Steuerbaugruppe 3 durchführt. Der Komparator 5 schaltet einen HF-Generator 7, dessen Ausgangsimpulse über einen Impulstransformator 8 die Steuerbaugruppe 4 zusätzlich zu deren Einschaltsignal beeinflussen. Mit 9 und 10 sind noch Freilauf- bzw. Inversstromdioden bezeichnet. In Fig. 2 kommen noch je ein Komparator 5′, ein Sollwertgeber 6′, ein HF-Generator 7′ und ein Impulstransformator 8′ hinzu.

Zur Funktion: Fig. 1

Während der Leitphase des Halbleiterventils 1 wird von der Steuerbaugruppe 3 positives Potential, während der Sperrphase negatives Potential an den Steueranschluß (hier Basis) gelegt. Das Ventil 1 sperrt mit Sicherheit - davon wird ausgegangen - wenn die Steuerspannung ausreichend negativ wird. Der Komparator 5 vergleicht ständig die anliegende Steuerspannung am Ventil 1 mit einer konstanten negativen Sollspannung, abgegeben vom Sollwertgeber 6. Wenn die Steuerspannung am Ventil 1 kleiner als der Sollwert von Sollwertgeber 6, d. h. genügend negativ geworden ist, schaltet der Komparator 5 den HF-Generator 7 ein. Dieser gibt dann solange Impulse aus, wie die Steuerspannung am Ventil 1 negativ ist. Mittels des Impulsübertragers 8 werden die Impulse potentialfrei auf die Steuerbaugruppe 4 des anderen Ventils 2 geführt. Nur wenn dort diese Impulse anliegen - Meldung des Abschaltzustandes von Ventil 1 - gibt die Steuerbaugruppe 4 ein dort evtl. bereits anliegendes Einschaltsignal für das Ventil 2 frei (UND-Funktion).

Für eine vollständige, gegenseitige Verriegelung kann eine Freigabe des Halbleiterventils 1 identisch, während der Sperrphase von Ventil 2 erfolgen. Fig. 2 zeigt dies. Gegenüber Fig. 1 sind aus Gründen der Potentialtrennung zusätzlich ein Komparator 5′, ein Sollwertgeber 6′, ein HF-Generator 7′ und ein Impulsübertrager 8′ hinzugekommen. Hier wirkt dann in gleichartiger Weise das negative Steuerpotential von Steuerbaugruppen 4 auf den weiteren Komparator 5′ und der zusätzliche HF-Generator 7′ beeinflußt potentialgetrennt über den Impulstransformator 8′ die Steuerbaugruppe 3.

Statt der dargestellten positiven Logik zur gegenseitigen Verriegelung der Halbleiter eines Brückenzweiges kann auch eine negative Logik Verwendung finden, bei der während der Leitphase des einen Halbleiterventils (z. B. 1) bei einer Steuerspannung < der Sollwert laufend HF-Impulse an die andere Steuerbaugruppe (z. B. 4) des anderen Halbleiterventils (z. B. 2) übertragen werden und dieses sperren. Erst bei einem Fortfall der HF-Impulse - die Steuerspannung wurde kleiner als der Sollwert - wird dann die Steuerbaugruppe 4 für das Einschaltsignal durchgängig. Ebenso wird für die Steuerbaugruppe 3 verfahren.

Claims

1. Einrichtung zur Verhinderung des gleichzeitigen Einschaltens der über ihre Steuerelektrode abschaltbaren Halbleiterventile in einem Zweigpaar einer Brückenschaltung, dadurch gekennzeichnet,
daß jedem Ventil (1; 2) eine Steuerbaugruppe (3; 4) zugeordnet ist, die für die Leitphase des Ventils eine Steuerspannung einer bestimmten Polarität (+) und für die Sperrphase des Ventils eine Steuerspannung der entgegengesetzten Polarität (-) an die Steuerelektrode des jeweiligen Ventils legt,
und daß durch Vergleich von Höhe und Polarität dieser Steuerspannung des jeweils einen Ventils (1) mit einem Sollwert definierter Polarität Rückschlüsse auf ein ordnungsgemäßes Sperren dieses Ventils (1) gezogen werden, was einen HF-Generator (7) veranlaßt, Impulse über einen Impulstransformator (8) an die Steuerbaugruppe (4) des jeweils anderen Ventils (2) abzugeben, wodurch in positiver Logik ein an dieser Steuerbaugruppe (4) anliegendes Ansteuersignal freigegeben wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang der einen Steuerbaugruppe (3) für das eine Ventil (1) ein Komparator (5) mit Schaltverhalten angeschlossen ist, der bei Unterschreiten des von einem Sollwertgeber (6) vorgegebenen Sollwertes bestimmter Polarität (-) den angeschlossenen HF-Generator (7) einschaltet, dessen Ausgang über den potentialtrennenden Impulstransformator (8) mit dem Eingang der anderen Steuerbaugruppe (4) verbunden ist, an dem auch das Einschaltsignal für das andere Ventil (2) anliegt.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beiden Steuerbaugruppen (3, 4) getrennte Komparatoren (5, 5′), Sollwertgeber (6, 6′), HF-Generatoren (7, 7′) und Impulstransformatoren (8, 8′) zugeordnet sind.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Überwachung der Sperrphase des jeweils einen Ventils (1) dessen Leitphase überwacht wird, bei der - solange dort - der Sollwert durch die Steuerspannung überschritten ist, der dauernd eingeschaltete HF-Generator (7) die Steuerbaugruppe (4) des anderen Ventils (2) verriegelt und daß erst bei einem Unterschreiten des Sollwertes der Steuerspannung die Verriegelung aufgehoben wird.