DE4233573A1 - Self-regulated current rectifier with quasi=resonant d.c. voltage intermediate circuit - contains resonant circuit choke between constant voltage source and power switches forming triggering resonant circuit with capacitor - Google Patents

Self-regulated current rectifier with quasi=resonant d.c. voltage intermediate circuit - contains resonant circuit choke between constant voltage source and power switches forming triggering resonant circuit with capacitor

Info

Publication number
DE4233573A1
DE4233573A1 DE4233573A DE4233573A DE4233573A1 DE 4233573 A1 DE4233573 A1 DE 4233573A1 DE 4233573 A DE4233573 A DE 4233573A DE 4233573 A DE4233573 A DE 4233573A DE 4233573 A1 DE4233573 A1 DE 4233573A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
resonant circuit
clamp
capacitor
voltage
resonant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE4233573A
Other languages
German (de)
Other versions
DE4233573C2 (en
Inventor
Samir Dr Ing Salama
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Licentia Patent Verwaltungs GmbH filed Critical Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority to DE4233573A priority Critical patent/DE4233573C2/en
Publication of DE4233573A1 publication Critical patent/DE4233573A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE4233573C2 publication Critical patent/DE4233573C2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/4826Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode operating from a resonant DC source, i.e. the DC input voltage varies periodically, e.g. resonant DC-link inverters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

The current rectifier contains a resonant circuit choke in the line from a constant voltage source to rectifier power semiconductor switches. The choke forms a resonant circuit with a capacitor between the switch ports on the d.c. side to switch the switches when the intermediate circuit voltage approaches null. The choke is bridged by a series circuit contg. a clamp capacitor and a clamp power switch and antiparallel clamp diode. The resonant circuit capacitor (Cr) is connected in series with a resonant circuit switch (Ts) bridged by a diode (Ds) conducting in the direction of the constant dc voltage (Ud). USE/ADVANTAGE - Cost of power switches is reduced, high losses in the semiconducting clamp switches avoided and full utilisation of the constant dc voltage ensured.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen selbstgeführten Stromrichter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Dieser Stromrichter kann sowohl als selbst­ geführter Gleichrichter als auch als selbstgeführter Wechselrichter eingesetzt werden. Ein solcher Stromrichter ist durch die Literaturstelle "R. W De Doncker, J. P. Lyons" An Auxiliary Quasi-Resonant DC Link Inverter" in: IEEE PESC Con. Proc. 1991, pp. 248 bis 253" bekannt.The invention relates to a self-commutated converter according to the Preamble of claim 1. This converter can both as itself guided rectifier as well as self-guided inverter will. Such a converter is known from the reference "R. W De Doncker, J. P. Lyons "An Auxiliary Quasi-Resonant DC Link Inverter" in: IEEE PESC Con. Proc. 1991, pp. 248 to 253 "known.

Selbstgeführte Stromrichter werden heute mit abschaltbaren Leistungshalb­ leiterschaltern, wie zum Beispiel Transistoren, GTOs oder IGBTs aufgebaut. Dabei treten bei jedem Schaltvorgang gleichzeitig Strom und Spannung am Schaltelement auf, die eine hohe Schaltverlustleistung verursachen (sogenanntes hartes Schalten).Self-commutated power converters are nowadays with power half that can be switched off conductor switches, such as transistors, GTOs or IGBTs. Current and voltage occur simultaneously with each switching operation Switch element that cause a high switching power loss (so-called hard switching).

Da die Schaltverlustleistung proportional mit der Schaltfrequenz ansteigt, ist eine Steigerung der Schaltfrequenz zur Verbesserung des Ausgangsverhal­ tens des Stromrichters beim harten Schalten nur durch Verbesserung der Schalteigenschaften der verwendeten Leistungshalbleiterschalter möglich.Since the switching power dissipation increases proportionally with the switching frequency, is an increase in the switching frequency to improve the output behavior tens of the converter during hard switching only by improving the Switching properties of the power semiconductor switches used possible.

Ein weiteres Problem ergibt sich aus den im Schaltaugenblick auftretenden hohen Strom- und Spannungssteilheiten, die zu einer erhöhten elektromag­ netischen Störabstrahlung und zu Isolationsproblemen in den mit dem Strom­ richter verbundenen Maschinen führen können.Another problem arises from those occurring at the moment of switching high current and voltage steepness, which leads to increased electromag net interference and insulation problems in the with the current connected machines.

Eine Möglichkeit, die zuvor aufgeführten Nachteile zu vermeiden, ist die Verwendung einer resonanten Stromrichterschaltung. Hierbei werden die Leistungshalbleiterschalter stets im Strom- bzw. Spannungsnulldurchgang einer schwingenden, speisenden Spannung umgeschaltet (sogenanntes weiches Schalten).One way to avoid the disadvantages listed above is Using a resonant converter circuit. Here, the  Power semiconductor switch always in the current or voltage zero crossing one vibrating, feeding voltage switched (so-called soft switching).

Dadurch läßt sich eine erhebliche Reduzierung der Schaltverluste und somit eine Erhöhung der Schaltfrequenz erreichen.This allows a significant reduction in switching losses and thus achieve an increase in the switching frequency.

Nachteile der resonanten Stromrichterschaltung sind die hohe Spannungs- und Strombelastung der Leistungshalbleiterschalter. Eine Möglichkeit, das weiche Schalten zu erreichen, ohne die Leistungshalbleiterschalter mit sehr hoher Spannung zu belasten, ist die Verwendung einer resonanten Stromrichter­ schaltung mit aktiver Spannungsbegrenzung (Active Clamped Resonant DC Link Inverter). Ein solcher Stromrichter ist durch die Literaturstelle "D. Devan, C. Sibinski" Zero Switching Loss Inverters For High Power Application "in: IEEE-IAS Con. Rec. 1987, pp. 627 bis 634" bekannt. Der bekannte sogenannte Active Clamped Resonant DC Link Inverter begrenzt die Spannungsbelastung der Leistungshalbleiterschalter durch Zuschalten eines Clamp-Kondensators über Clamp-Leistungshalbleiterschalter auf einen frei wählbaren Wert von etwa 110% bis 200% einer aus einer konstanten Gleichspannungsquelle bereit­ gestellten Zwischenkreisspannung.Disadvantages of the resonant converter circuit are the high voltage and Current load of the power semiconductor switch. One way the soft To achieve switching without the power semiconductor switch with very high Stressing voltage is the use of a resonant converter circuit with active voltage limitation (Active Clamped Resonant DC Link Inverter). Such a converter is known from the reference "D. Devan, C. Sibinski "Zero Switching Loss Inverters For High Power Application" in: IEEE-IAS Con. Rec. 1987, pp. 627 to 634 ". The known so-called Active Clamped Resonant DC Link Inverters limit the voltage load the power semiconductor switch by connecting a clamp capacitor via clamp power semiconductor switch to a freely selectable value of about 110% to 200% of one from a constant DC voltage source provided intermediate circuit voltage.

Der eingangs angegebene Stromrichter (ein sogenannter Auxiliary Quasi- Resonant DC Link Inverter) begrenzt die Spannungsbelastung sogar auf den Wert der Zwischenkreisspannung.The converter specified at the beginning (a so-called auxiliary quasi Resonant DC Link Inverter) limits the voltage load to DC link voltage value.

Der Active Clamped Resonant DC Link Inverter weist allerdings folgende Nachteile auf:However, the Active Clamped Resonant DC Link Inverter has the following Disadvantages on:

  • - Der Clamp-Leistungshalbleiterschalter schaltet mit der Schwingkreisfrequenz, die vier- bis fünfmal höher ist als die Ausgangsschaltfrequenz. Das verur­ sacht eine hohe Schaltverlustleistung.- The clamp power semiconductor switch switches at the resonant circuit frequency, which is four to five times higher than the output switching frequency. That condemned gently a high switching power loss.
  • - Die Schwingkreisdrossel wird, zusätzlich zum Laststrom im Zwischenkreis, mit einem höheren Schwingkreisstrom belastet.- In addition to the load current in the DC link, the resonant circuit choke is loaded with a higher resonant circuit current.
  • - Die Schwingung im Zwischenkreis muß dauernd aufrechterhalten werden. Dies ist schwierig unter allen Betriebsbedingungen, zum Beispiel bei Über­ last oder Kurzschluß und bedeutet eine dauernd anfallende Verlustleistung am Clamp-Leistungshalbleiterschalter. - The vibration in the DC link must be maintained continuously. This is difficult under all operating conditions, for example with over load or short circuit and means a continuously occurring power loss on the clamp power semiconductor switch.  
  • - Das übliche pulsbreitenmodulierte Steuerverfahren kann nicht eingesetzt werden, da ein Umschalten der Leistungshalbleiterschalter im Stromrichter nicht zu jedem Zeitpunkt möglich ist (der Nulldurchgang der Spannung im Zwischenkreis muß nämlich jeweils abgewartet werden).- The usual pulse width modulated control method cannot be used there is a switching of the power semiconductor switches in the converter is not possible at all times (the zero crossing of the voltage in the DC link must be waited for).
  • - Die Stromrichterschaltung braucht zum Starten eine zusätzliche Start­ hilfe, da der Clamp-Kondensator vor dem normalen Betrieb des Strom­ richters zunächst auf die Clamp-Spannung aufgeladen werden muß. Er kann nicht über die Leistungshalbleiterschalter des Stromrichters aufgeladen werden.- The converter circuit needs an additional start to start help since the clamp capacitor before normal operation of the current richters must first be charged to the clamp voltage. He can not charged via the power semiconductor switches of the converter will.

Der eingangs angegebene Auxiliary Quasi-Resonant DC Link Inverter vermeidet die oben aufgeführten Nachteile des Active Clamp Resonant DC Link Inverter. Demgegenüber stehen jedoch folgende Nachteile:The auxiliary quasi-resonant DC link inverter specified at the beginning avoids the disadvantages of the Active Clamp Resonant DC Link Inverter listed above. However, there are the following disadvantages:

  • - Hohe Durchlaßverluste im Clamp-Leistungshalbleiterschalter, da dieser den gesamten Ausgangsstrom führen muß.- High transmission losses in the clamp power semiconductor switch, since this is the entire output current must lead.
  • - Hoher zusätzlicher Aufwand an Leistungshalbleiterschaltern, um zu geeignetem Zeitpunkt den Schwingkreis zu aktivieren.- High additional expenditure on power semiconductor switches in order to find suitable ones Time to activate the resonant circuit.
  • - Volle Ausnutzung der Gleichspannung im Zwischenkreis ist aufgrund der Schaltungsgeometrie nicht möglich.- Full utilization of the DC voltage in the DC link is due to the Circuit geometry not possible.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Stromrichter der eingangs genannten Art anzugeben, der den zusätzlichen Aufwand an Leistungs­ halbleiterschaltern für die gezielte Auslösung des Schwingkreisvorgangs zwischen Schwingkreisdrossel und Schwingkreiskondensator verringert, die hohen Durch­ laßverluste im Clamp-Leistungshalbleiterschalter vermeidet und eine volle Aus­ nutzung der konstanten Gleichspannung gewährleistet.The invention is therefore based on the object of a converter Specify the type mentioned above, the additional effort in performance semiconductor switches for the targeted triggering of the resonant circuit process between The resonant circuit choke and the resonant circuit capacitor reduce the high throughput avoid losses in the clamp power semiconductor switch and a full off guaranteed use of constant DC voltage.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 ge­ kennzeichneten Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the ge in claim 1 identified features solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des selbstgeführten Stromrichters nach der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the self-commutated converter according to the Invention are characterized in the remaining claims.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen im folgenden anhand der Zeichnung erläutert werden. Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the drawing are explained.  

Es zeigenShow it

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Stromrichters nach der Erfindung mit quasi-resonantem Gleichspannungskreis, Fig. 1 shows the basic structure of a converter according to the invention with quasi-resonant DC voltage circuit,

Fig. 2 Spannungs- und Stromverläufe an ausgewählten Bauelementen der in Fig. 1 gezeigten Schaltung, Fig. 2 voltage and current waveforms of selected components of the circuit shown in Fig. 1,

Fig. 3 den Verlauf der Ströme durch den Clamp-Leistungshalbleiterschalter und den Schwingkreisschalter in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 in ihrer speziellen zeitlichen Zuordnung, Fig. 3 shows the profile of the currents in time by the clamp power semiconductor switch and the resonant circuit switch in the circuit of Fig. 1 in its specific assignment,

Fig. 4 eine weitere Schaltungsanordnung nach der Erfindung und Fig. 4 shows a further circuit arrangement according to the invention and

Fig. 5 den zeitlichen Verlauf der Ströme durch den Clamp-Leistungshalb­ leiterschalter und den Schwingkreisschalter in der Schaltungsan­ ordnung nach Fig. 4 in ihrer speziellen zeitlichen Zuordnung. Fig. 5 shows the time course of the currents through the clamp power semiconductor switch and the resonant circuit switch in the circuit arrangement according to FIG. 4 in their special time assignment.

In Fig. 1 ist ein Stromrichter mit quasi-resonantem Gleichspannungszwischen­ kreis dargestellt. Leistungshalbleiterschalter T1 bis T6 (hier als ICBTs ange­ deutet) sowie antiparallelgeschaltete Rückarbeitsdioden D1 bis D6 bilden in üblicher Weise die drei Stränge des Stromrichters zwischen den Zuleitungen der Zwischenkreisspannung Ud, die über eine Konstant-Spannungsquelle (zum Beispiel einen ungesteuerten Netzstromrichter mit nachgeschaltetem Konden­ sator) bereitgestellt wird. Die wechselspannungsseitigen (lastseitigen) Ausgänge des Stromrichters sind mit U, V, W bezeichnet.In Fig. 1, a converter with quasi-resonant DC voltage intermediate circuit is shown. Power semiconductor switches T1 to T6 (here indicated as ICBTs) and anti-parallel rework diodes D1 to D6 form the three strands of the converter between the supply lines of the intermediate circuit voltage Ud, which are connected via a constant voltage source (for example an uncontrolled mains converter with a downstream capacitor). provided. The AC-side (load-side) outputs of the converter are labeled U, V, W.

Im Zwischenkreis, das heißt zwischen der Konstant-Spannungsquelle und dem Stromrichter, ist ein Schwingkreis, bestehend aus einer Schwingkreisdrossel Lr und einem Schwingkreiskondensator Cr, in Reihe mit einem Schwingkreisschalter Ts und einer ihm parallelgeschalteten Schwingkreisdiode Ds, angeordnet. Eine Clamp-Beschaltung besteht aus einem Clamp-Kondensator Cc und einem Clamp- Leistungshalbleiterschalter Tc mit einer ihm antiparallelgeschalteten Diode Dc. Der Schwingkreisschalter Ts ist hier als IGBT dargestellt. Vorteilhafterweise kann er jedoch auch als Thyristor ausgebildet sein. In the intermediate circuit, that is between the constant voltage source and the Power converter, is a resonant circuit consisting of a resonant circuit choke Lr and an oscillating circuit capacitor Cr, in series with an oscillating circuit switch Ts and an oscillating circuit diode Ds connected in parallel with it. A Clamp circuitry consists of a clamp capacitor Cc and a clamp Power semiconductor switch Tc with a diode Dc connected in antiparallel to it. The resonant circuit switch Ts is shown here as an IGBT. Advantageously However, it can also be designed as a thyristor.  

Der Clamp-Kondensator Cc muß größer dimensioniert werden als der Schwing­ kreiskondensator Cr. Günstig ist eine Relation, bei der der Clamp-Kondensator Cc 10 . . . 20 mal größer ist als der Schwingkreiskondensator Cr. Der Clamp- Kondensator Cc muß auf eine Clamp-Spannung Uc von etwa 10% bis 40% der Zwischenkreisspannung Ud aufgeladen werden.The clamp capacitor Cc must be dimensioned larger than the oscillator circular capacitor Cr. A relation is favorable in which the clamp capacitor Cc 10. . . Is 20 times larger than the resonant circuit capacitor Cr. The clamp Capacitor Cc must have a clamp voltage Uc of approximately 10% to 40% the intermediate circuit voltage Ud can be charged.

Wenn im Stromrichter ein Strang oder mehrere umgeschaltet werden sollen, werden zunächst der Clamp-Leistungshalbleiterschalter Tc und der Schwing­ kreisschalter Ts eingeschaltet. Da der Schwingkreiskondensator Cr auf den Wert Ud + Uc aufgeladen ist, fließt in ihm zunächst kein Strom. Durch die Schwingkreisdrossel Lr fließt ein linear ansteigender Strom vom Clamp-Kon­ densator Cc über den Clamp-Leistungshalbleiterschalter Tc.If one or more strings are to be switched in the converter, first the clamp power semiconductor switch Tc and the oscillator circuit switch Ts switched on. Since the resonant circuit capacitor Cr on the Value Ud + Uc is charged, no current initially flows in it. Through the The resonant circuit choke Lr flows a linearly increasing current from the Clamp-Kon capacitor Cc via the clamp power semiconductor switch Tc.

Wenn der Strom durch die Schwingkreisdrossel Lr einen Wert erreicht hat, der eine ausreichende Energiespeicherung für das Schwingen des Schwingkreises gewährleistet, wird der Clamp-Leistungshalbleiterschalter Tc abgeschaltet. Der Strom in der Schwingkreisdrossel Lr fließt nun über den Leistungshalb­ leiterschalter Ts und entlädt den Schwingkreiskondensator Cr. Der Schwingkreis­ schalter Ts wird einige Mikrosekunden später als der Clamp-Leistungshalb­ leiterschalter Tc nun ebenfalls abgeschaltet. Falls er als Thyristor ausgebildet ist, bedarf es nicht einmal eines Abschaltbefehls, da der Strom durch ihn automatisch zu Null wird.When the current through the resonant circuit choke Lr has reached a value that sufficient energy storage for the oscillation of the resonant circuit guaranteed, the clamp power semiconductor switch Tc is turned off. The current in the resonant circuit choke Lr now flows over the power half conductor switch Ts and discharges the resonant circuit capacitor Cr. The resonant circuit switch Ts becomes a few microseconds later than the clamp power half conductor switch Tc now also switched off. If he is trained as a thyristor is not even a shutdown command because the current through it automatically becomes zero.

Die Energie in der Schwingkreisdrossel Lr wird über die Rückarbeitsdioden D1 bis D6 in den Zwischenkreis zurückgespeist. Während die Rückarbeits­ dioden D1 bis D6 Strom führen, werden die gewünschten Umschaltbefehle an die Leistungshalbleiterschalter des Stromrichters gegeben. Sie schalten nun, da die Zwischenkreisspannung zu Null abgeschwungen ist, unter Nullspannung um. Damit ist die optimale Voraussetzung des Schaltens ohne nen­ nenswerte Schaltverluste im Stromrichter geschaffen.The energy in the resonant circuit choke Lr is via the rework diodes D1 to D6 fed back into the DC link. During the rework diodes D1 to D6 carry current, the desired switching commands given to the power semiconductor switches of the converter. You switch now that the DC link voltage has dropped to zero, below zero voltage around. This is the optimal prerequisite for switching without nen Significant switching losses created in the converter.

Die Durchlaßverluste im Clamp-Leistungshalbleiterschalter Tc und im Schwing­ kreisschalter Ts sind ebenfalls minimal, da diese nur in der kurzen Zeit an­ fallen, die für den Schwingvorgang im Zwischenkreis benötigt wird. The forward losses in the clamp power semiconductor switch Tc and in the oscillation Circular switches Ts are also minimal, since they only turn on in the short time fall, which is required for the oscillation process in the intermediate circuit.  

Die Schaltverluste im Clamp-Leistungshalbleiterschalter Tc sowie im Schwing­ kreisschalter Ts sind ebenfalls minimal. Der Clamp-Leistungshalbleiterschalter Tc schaltet nur die Clampspannung Uc unter Null-Strom ein (der Einschalt­ strom steigt von Null linear an). Beim Abschalten steigt seine Spannung be­ grenzt durch den Schwingkreiskondensator Cr linear an.The switching losses in the clamp power semiconductor switch Tc and in the oscillation Circular switches Ts are also minimal. The clamp power semiconductor switch Tc only switches on the clamp voltage Uc below zero current (the switch-on current increases linearly from zero). When switched off, its voltage increases borders linearly through the resonant circuit capacitor Cr.

Der Schwingkreisschalter Ts wird nur mit der Clampspannung Uc beansprucht. Er verursacht dadurch minimale Schaltverluste. Spannungsmäßig wird der Schwingkreisschalter Ts entsprechend der Clampspannung Uc kleiner dimensioniert (10% bis 40%) als die anderen Leistungshalbleiterschalter im Stromrichter.The resonant circuit switch Ts is only loaded with the clamp voltage Uc. This causes minimal switching losses. The tension becomes The resonant circuit switch Ts is dimensioned smaller in accordance with the clamp voltage Uc (10% to 40%) than the other power semiconductor switches in the converter.

Der Schwingkreiskondensator Cr wird dann wieder über die Schwingkreis­ drossel Lr, die Schwingkreisdiode Ds und den Zwischenkreis (Spannungsquelle Ud) aufgeladen. Seine Spannung wird durch die Clamp-Diode Dc und den Clamp-Kondensator Cc auf den Wert Ud + Uc begrenzt.The resonant circuit capacitor Cr is then again via the resonant circuit inductor Lr, the resonant circuit diode Ds and the intermediate circuit (voltage source Ud) charged. Its voltage is determined by the clamp diode Dc and the Clamp capacitor Cc limited to the value Ud + Uc.

Die Ladung am Clamp-Kondensator Cc kann auf einfache Weise über den Clamp-Leistungshalbleiterschalter Tc und die Leistungshalbleiterschalter T1 bis T6 des Stromrichters bestimmt werden. Bei Überladung wird der Clamp- Leistungshalbleiterschalter Tc einige Mikrosekunden länger eingeschaltet, als es für den Umschwingvorgang nötig wäre. Damit wird über die Schwingkreis­ drossel Lr dem Clamp-Kondensator Cc mehr Ladung entnommen. Bei Unter­ ladung des Clamp-Kondensators werden entsprechend die Leistungshalbleiter­ schalter T1 bis T6 des Stromrichters kurzzeitig in dem Nullspannungsintervall eingeschaltet. Dadurch wird über die Schwingkreisdrossel Lr dem Clamp-Kon­ densator Cc mehr Ladung zugeführt.The charge on the clamp capacitor Cc can be easily via the Clamp power semiconductor switches Tc and the power semiconductor switches T1 to T6 of the converter can be determined. If overloaded, the clamp Power semiconductor switch Tc switched on a few microseconds longer than it would be necessary for the reversal process. This is about the resonant circuit throttle Lr removed more charge from the clamp capacitor Cc. At sub The charge of the clamp capacitor becomes the power semiconductors accordingly switch T1 to T6 of the converter briefly in the zero voltage interval switched on. As a result, the Clamp-Kon capacitor Cc fed more charge.

In Fig. 2 sind die zuvor angedeuteten Spannungs- und Stromverläufe aufgezeigt:In Fig. 2, the previously indicated voltage and current waveforms are shown:

Im einzelnen sind die Verläufe von Strom iT1 und Spannung uT1 am Leistungs­ halbleiterschalter T1 über der Zeit t dargestellt.The curves of current i T1 and voltage u T1 at the power semiconductor switch T1 over time t are shown in detail.

In zeitlicher Zuordnung dazu sind der Verlauf der Spannung uT4 am Leistungs­ halbleiterschalter T4, der wechselweise mit dem Leistungshalbleiterschalter T1 den Strang U des Stromrichters schaltet, sowie der Verlauf des Stromes iD4 durch die dem Leistungshalbleiterschalter T4 antiparallelgeschaltete Rück­ arbeitsdiode D4 gezeigt. The time course of the voltage u T4 at the power semiconductor switch T4, which alternately switches the line U of the converter with the power semiconductor switch T1, and the course of the current i D4 through the reverse diode D4 connected in reverse to the power semiconductor switch T4 are shown in chronological order.

Außerdem sind zu diesen Strom- und Spannungsverläufen in ihrer zeitlichen Relation die Spannung uTc und der Strom iTc des Clamp-Leistungshalbleiter­ schalters Tc über der Zeit t dargestellt.In addition, the voltage u Tc and the current i Tc of the clamp power semiconductor switch Tc are shown over time t in relation to these current and voltage profiles in their temporal relationship.

Entsprechendes gilt für die Spannung uTs und iTs des Schwingkreisschalters Ts.The same applies to the voltage u Ts and i Ts of the resonant circuit switch Ts.

Schließlich sind noch die zeitlichen Verläufe der Spannung uCcr am Schwing­ kreiskondensator Cr sowie der Strom iCr durch diesen gezeigt.Finally, the time profiles of the voltage u Ccr at the resonant circuit capacitor Cr and the current i Cr through it are shown.

Es ist zu erkennen, daß das weiche Schalten der Leistungshalbleiterschalter T1 bzw. T4 stets dann erfolgt, wenn die Zwischenkreisspannung, d. h. die Span­ nung uCr am Schwingkreiskondensator Cr durch Null schwingt.It can be seen that the smooth switching of the power semiconductor switches T1 and T4 always takes place when the intermediate circuit voltage, ie the voltage u Cr at the resonant circuit capacitor Cr oscillates through zero.

Weiter oben ist zu Fig. 1 darauf hingewiesen, daß der Schwingkreisschalter Ts als Thyristor ausgebildet sein kann. Da die Stromkommutierung von dem Clamp-Leistungshalbleiterschalter Tc zum Schwingkreisschalter Ts sehr schnell abläuft und Thyristoren eine gewisse Zeitdauer benötigen, um voll durchzuschal­ ten (Zündverzugszeit), können sich Schwierigkeiten, insbesondere bei höheren Betriebsfrequenzen ergeben.Above is Fig. 1 noted that the resonant circuit switch Ts may be formed as a thyristor. Since the current commutation from the clamp power semiconductor switch Tc to the resonant circuit switch Ts is very fast and thyristors need a certain amount of time to switch fully th (ignition delay time), difficulties can arise, especially at higher operating frequencies.

In Fig. 3 ist der Verlauf des Stromes iTc durch den Clamp-Leistungshalbleiter­ schalter Tc und der Verlauf des Stromes iTs durch den Schwingkreisschalter Ts für die Kommutierungszeit dargestellt. Danach muß der Strom iTs sehr schnell ansteigen, wenn der Clamp-Leistungshalbleiterschalter Tc in den sperrenden Zustand gesteuert wird, d. h. der Strom iTc schnell zu Null wird.In Fig. 3, the course of the current i Tc through the clamp power semiconductor switch Tc and the course of the current i Ts through the resonant circuit switch Ts is shown for the commutation time. Thereafter, the current i Ts must increase very quickly when the clamp power semiconductor switch Tc is controlled in the blocking state, ie the current i Tc quickly becomes zero.

Für einen derart schnellen Stromanstieg ist ein langsam schaltender Schwing­ kreisschalter Ts - wie z. B. ein Thyristor - jedoch nicht geeignet, weil dieser (wie oben erwähnt) zum Stromaufbau eine gewisse Zeit benötigt.A slow switching oscillation is necessary for such a rapid current rise circuit switch Ts - such as B. a thyristor - but not suitable because of this (as mentioned above) takes a certain amount of time to build up electricity.

Fig. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung, mit der die schnelle Stromkommutierung vom Clamp-Leistungshalbleiterschalter Tc zum Schwingkreisschalter Ts vermieden wird, mit der also ein Einsatz eines Thyristors als Schwingkreisschalter Ts ohne Probleme möglich ist. Fig. 4 shows a circuit arrangement with which the rapid current commutation from the clamp power semiconductor switch Tc to the resonant circuit switch Ts is avoided, with which the use of a thyristor as the resonant circuit switch Ts is possible without problems.

Dazu ist die Reihenschaltung aus dem Clamp-Kondensator Cc und dem Clamp- Leistungshalbleiterschalter Tc mit der ihm antiparallelgeschalteten Clamp-Diode nicht - wie in Fig. 1 gezeigt - der Schwingkreisdrossel Lr sondern - ent­ sprechend Fig. 4 - dem Schwingkreiskondensator Cr parallelgeschaltet. Der Clamp-Kondensator Cc ist dabei mit seinem einen Anschluß direkt an den negativen Pol der Zwischenkreisspannung Ud gelegt, so daß zusätzliche para­ sitäre Induktivitäten beim Anschluß an die (üblicherweise als eine Kondensator­ batterie eines Zwischenkreis-Umrichters ausgebildete) Konstant-Spannungsquelle vermieden werden. Der Schwingkreisschalter Ts und die ihm antiparallelge­ schaltete Schwingkreisdiode Ds sind jeweils mit ihrem einen Leistungsanschluß unmittelbar an die Schwingkreisdrossel Lr und mit ihrem anderen Anschluß an den am Schwingkreiskondensator Cr unmittelbar angeschlossenen Leistungs­ anschluß des Clamp-Leistungshalbleiterschalters Tc geschaltet.For this purpose, the series connection of the clamp capacitor Cc and the clamp power semiconductor switch Tc with the clamp diode connected in anti-parallel is not - as shown in FIG. 1 - the resonant circuit choke Lr but - accordingly FIG. 4 - the resonant circuit capacitor Cr is connected in parallel. The clamp capacitor Cc is placed with its one connection directly to the negative pole of the intermediate circuit voltage Ud, so that additional para-critical inductances when connected to the (usually designed as a capacitor battery of an intermediate circuit converter) constant voltage source are avoided. The resonant circuit switch Ts and the antiparallelge switched resonant circuit diode Ds are each connected with their one power connection directly to the resonant circuit reactor Lr and with their other connection to the power connection of the clamp power semiconductor switch Tc directly connected to the resonant circuit capacitor Cr.

Mit der in Fig. 4 gezeigten Schaltungsanordnung ergeben sich die in Fig. 5 über der Zeit t gezeigten Verläufe der Ströme iTc und iTs. Der Strom iTs kann zusammen mit dem Strom iTc durch den Clamp-Leistungshalbleiter­ schalter Tc langsam aufgebaut werden und fließt bereits in voller Höhe beim Abschalten des Clamp-Leistungshalbleiterschalters Tc, läßt also den Einsatz eines Thyristors als Schwingkreisschalter Ts zu.With the circuit arrangement shown in FIG. 4, the courses of the currents i Tc and i Ts shown over time t in FIG. 5 result. The current i Ts can be slowly built up together with the current i Tc through the clamp power semiconductor switch Tc and already flows in full when the clamp power semiconductor switch Tc is switched off, thus allowing the use of a thyristor as an oscillating circuit switch Ts.

Selbstverständlich ist die in Fig. 4 gezeigte Schaltungsvariante auch für einen schnell schaltenden Schwingkreisschalter geeignet.Of course, the circuit variant shown in FIG. 4 is also suitable for a fast-switching resonant circuit switch.

Claims (5)

1. Selbstgeführter Stromrichter mit quasi-resonantem Gleichspannungs- Zwischenkreis, der in der Zuleitung von einer konstanten Gleichspannungs­ quelle zu den mit einer antiparallelen Rückarbeitsdiode jeweils überbrück­ ten, über ihren Steueranschluß abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern des Wechselrichters eine Schwingkreisdrossel aufweist, die zusammen mit einem zwischen den gleichspannungsseitigen Anschlüssen der Leistungshalb­ leiterschalter geschalteten Schwingkreiskondensator einen Schwingkreis zum Schalten der Leistungshalbleiterschalter bei einer zu Null schlingenden Zwi­ schenkreisspannung bildet und bei dem die Schwingkreisdrossel durch die Reihenschaltung eines die Spannung im Schwingkreis begrenzenden Clamp- Kondensators mit einem Clamp-Leistungshalbleiterschalter und einer diesem antiparallelgeschalteten Clamp-Diode überbrückbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreiskondensator (Cr) mit einem Schwingkreisschalter (Ts) in Serie geschaltet ist, der durch eine in Richtung der konstanten Gleich­ spannung (Ud) gepolte Schwingkreisdiode (Ds) überbrückt ist (Fig. 1).1. Self-commutated converter with quasi-resonant DC voltage intermediate circuit, which in the supply line from a constant DC voltage source to the bridged th with an antiparallel feedback diode, can be switched off via its control connection, power semiconductor switches of the inverter have a resonant circuit choke, which together with one between the DC-side connections the power semiconductor switch-connected resonant circuit capacitor forms a resonant circuit for switching the power semiconductor switch at a zero-intermediate circuit voltage and in which the resonant circuit choke is connected through the series connection of a clamp capacitor limiting the voltage in the resonant circuit with a clamp power semiconductor switch and a clamp diode that is connected in antiparallel , characterized in that the resonant circuit capacitor (Cr) is connected in series with a resonant circuit switch (Ts) which is characterized by a in the direction of constant DC voltage (Ud) polarized resonant circuit diode (Ds) is bridged ( Fig. 1). 2. Selbstgeführter Stromrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Clamp-Kondensator (Cc) die 10 bis 20-fache Kapazität des Schwingkreiskondensators (Cr) aufweist.2. Self-commutated converter according to claim 1, characterized, that the clamp capacitor (Cc) 10 to 20 times the capacity of Has resonant circuit capacitor (Cr). 3. Selbstgeführter Stromrichter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Clamp-Kondensator (Cc) vor Beginn des Schaltens der Leistungs­ halbleiterschalter (T1 bis T6) auf eine (Clamp-) Spannung (Uc) von 10% bis 40% der Spannung (Ud) der konstanten Gleichspannunquelle auf­ geladen ist.3. Self-commutated converter according to one of claims 1 or 2, characterized, that the clamp capacitor (Cc) before the start of switching the power semiconductor switch (T1 to T6) to a (clamp) voltage (Uc) of 10% up to 40% of the voltage (Ud) of the constant direct voltage source is loaded. 4. Selbstgeführter Stromrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreisschalter (Ts) durch einen Thyristor gebildet ist. 4. Self-commutated converter according to one of claims 1 to 3, characterized, that the resonant circuit switch (Ts) is formed by a thyristor.   5. Selbstgeführter Stromrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung des die Spannung im Schwingkreis begrenzenden Clamp-Kondensators (Cc) mit dem Clamp-Leistungshalbleiterschalter (Tc) und der diesem antiparallelgeschalteten Clamp-Diode (Dc), statt die Schwingkreisdrossel (Lr) zu überbrücken, dem Schwingkreiskondensator (Cr) parallelgeschaltet ist und der als Transistor ausgebildete Schwingkreis­ schalter (Ts) mit seinem einen Leistungsanschluß unmittelbar an die Schwingkreisdrossel (Lr) und mit seinem anderen Leistungsanschluß un­ mittelbar an den Clamp-Leistungshalbleiterschalter (Tc) angeschlossen ist (Fig. 3).5. Self-commutated converter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the series connection of the voltage in the resonant circuit limiting capacitor (Cc) with the clamp power semiconductor switch (Tc) and this anti-parallel connected clamp diode (Dc) instead of To bridge the resonant circuit choke (Lr), the resonant circuit capacitor (Cr) is connected in parallel and the resonant circuit switch (Ts) designed as a transistor with its one power connection directly to the resonant circuit choke (Lr) and with its other power connection directly to the clamp power semiconductor switch (Tc) is connected ( Fig. 3).
DE4233573A 1991-11-22 1992-09-29 Self-commutated converter with quasi-resonant DC link Expired - Fee Related DE4233573C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4233573A DE4233573C2 (en) 1991-11-22 1992-09-29 Self-commutated converter with quasi-resonant DC link

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4139219 1991-11-22
DE4233573A DE4233573C2 (en) 1991-11-22 1992-09-29 Self-commutated converter with quasi-resonant DC link

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE4233573A1 true DE4233573A1 (en) 1993-05-27
DE4233573C2 DE4233573C2 (en) 1994-04-28

Family

ID=6445810

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4233573A Expired - Fee Related DE4233573C2 (en) 1991-11-22 1992-09-29 Self-commutated converter with quasi-resonant DC link

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE4233573C2 (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4303147C1 (en) * 1993-01-30 1994-06-16 Licentia Gmbh GTO thyristor current regulator - with resonance circuit and active clamping using gate-turn-off clamping thyristor
FR2736221A1 (en) * 1995-06-29 1997-01-03 Electricite De France STATIC ELECTRIC ENERGY CONVERTER WITH OPTICALLY OPERATED SEMICONDUCTORS IN ZERO VOLTAGE MODE
DE19526155C1 (en) * 1995-07-11 1997-01-30 Fahrzeugausruestung Berlin Gmb Filter arrangement for catenary-fed electronic components of DC railways
WO1998053550A1 (en) * 1997-05-21 1998-11-26 Apc Danmark A/S A method and a circuit for resonance inversion
EP0993107A2 (en) * 1998-10-05 2000-04-12 ABB Daimler-Benz Transportation (Technology) GmbH Power converter circuit
FR2784817A1 (en) * 1997-08-09 2000-04-21 Abb Daimler Benz Transp High-power DC/AC converter circuit
WO2003030346A1 (en) * 2001-09-28 2003-04-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Power source apparatus
EP1378050A1 (en) * 2001-04-11 2004-01-07 Abb Ab Converter
RU2458450C2 (en) * 2009-07-24 2012-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "Силовая электроника" Method to control autonomous matched inverter with quasi-resonant switching

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19636248C1 (en) * 1996-08-28 1997-12-18 Daimler Benz Ag Switching load relief method for power IGBT
DE19845715A1 (en) * 1998-10-05 2000-04-06 Abb Daimler Benz Transp Converter circuit
DE10060766A1 (en) * 2000-12-07 2002-06-13 Daimlerchrysler Rail Systems Switching relief network for power semiconductor switches

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
US-Z.: D.M. DIVAN, G. SKIBINSKI, Zero Switching Loss Inverters for High Power Applications, IEEE Industry Applications Society, Conf. Rec., 1987, S. 627-634 *
US-Z.: R.W. de DONCKER, J.P. LYONS, The Auxiliary Quasi-Resonant DC Link Inverter, IEEE Power Electronics Specialists Conference Record, 1991, S. 248-253 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4303147C1 (en) * 1993-01-30 1994-06-16 Licentia Gmbh GTO thyristor current regulator - with resonance circuit and active clamping using gate-turn-off clamping thyristor
FR2736221A1 (en) * 1995-06-29 1997-01-03 Electricite De France STATIC ELECTRIC ENERGY CONVERTER WITH OPTICALLY OPERATED SEMICONDUCTORS IN ZERO VOLTAGE MODE
US5737205A (en) * 1995-06-29 1998-04-07 Electricite De France Service National Semiconductor static electric power converter optimized for operation in zero-voltage mode
DE19526155C1 (en) * 1995-07-11 1997-01-30 Fahrzeugausruestung Berlin Gmb Filter arrangement for catenary-fed electronic components of DC railways
WO1998053550A1 (en) * 1997-05-21 1998-11-26 Apc Danmark A/S A method and a circuit for resonance inversion
US6236576B1 (en) 1997-05-21 2001-05-22 Apc Danmark A/S Method and a circuit for resonance inversion
FR2784817A1 (en) * 1997-08-09 2000-04-21 Abb Daimler Benz Transp High-power DC/AC converter circuit
EP0993107A2 (en) * 1998-10-05 2000-04-12 ABB Daimler-Benz Transportation (Technology) GmbH Power converter circuit
EP0993107A3 (en) * 1998-10-05 2001-05-02 DaimlerChrysler Rail Systems GmbH Power converter circuit
EP1378050A1 (en) * 2001-04-11 2004-01-07 Abb Ab Converter
WO2003030346A1 (en) * 2001-09-28 2003-04-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Power source apparatus
RU2458450C2 (en) * 2009-07-24 2012-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "Силовая электроника" Method to control autonomous matched inverter with quasi-resonant switching

Also Published As

Publication number Publication date
DE4233573C2 (en) 1994-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112013006881T5 (en) DC / DC converter
DE112011103585T5 (en) The power conversion
DE102018210806A1 (en) Electrical circuit with auxiliary voltage source for zero voltage switching in a DC converter under all load conditions
DE4233573C2 (en) Self-commutated converter with quasi-resonant DC link
EP2709257A2 (en) Power converter circuit and method for controlling the power converter circuit
DE2652275A1 (en) Sinusoidal mains frequency AC extraction - is performed by filter including rectifier and boosts converter with DC intermediate system
EP2586646A2 (en) Electrical power supply assembly for drive units, for operating a rail vehicle on electrical supply networks
DE19745578A1 (en) Semiconducting voltage converter
CH668518A5 (en) INVERTER.
DE3490150C2 (en)
DE102020105507A1 (en) VOLTAGE LIMITER MODULE, VOLTAGE LIMITER DEVICE AND POWER CONVERSION DEVICE
DE69933517T2 (en) Power converter
DE3714175C2 (en)
DE10045093A1 (en) Circuit arrangement for energy supply for a control circuit of a power semiconductor switch and method for providing the control energy for a power semiconductor switch
DE4026955A1 (en) INVERTER
DE4447406C1 (en) Gate-turn-off thyristor current regulator circuit
EP0534285B1 (en) Filter circuit
EP2562918B1 (en) Circuit arrangement with electronic switch
DE102020207668A1 (en) DAMPING CIRCUIT AND CONVERTER
DE19735577C1 (en) High-power DC/AC converter circuit
DE4303147C1 (en) GTO thyristor current regulator - with resonance circuit and active clamping using gate-turn-off clamping thyristor
DE4430078A1 (en) Circuit arrangement for avoiding switching losses in a pair of branches of a self-commutated converter having an impressed DC intermediate circuit (link) voltage
DE3833700C2 (en)
DE102021213305B4 (en) THREE-LEVEL CONVERTER WITH ACTIVE CONNECTED NEUTRAL POINT AND ARCP RELIEF NETWORK
DE10060766A1 (en) Switching relief network for power semiconductor switches

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8320 Willingness to grant licences declared (paragraph 23)
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: DAIMLER-BENZ AKTIENGESELLSCHAFT, 70567 STUTTGART,

8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70567 STUTTGART, DE

8339 Ceased/non-payment of the annual fee