WO2007093229A1 - Protective circuit for disconnectable power semiconductors - Google Patents

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WO2007093229A1
WO2007093229A1 PCT/EP2006/066898 EP2006066898W WO2007093229A1 WO 2007093229 A1 WO2007093229 A1 WO 2007093229A1 EP 2006066898 W EP2006066898 W EP 2006066898W WO 2007093229 A1 WO2007093229 A1 WO 2007093229A1
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WO
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series
power semiconductors
switch
parallel
diode
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PCT/EP2006/066898
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Inventor
Jamal Alnasseir
Jörg FLOTTEMESCH
Gerhard Herold
Christian Weindl
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/081—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0814—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the output circuit
    • H03K17/08144—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the output circuit in thyristor switches

Definitions

  • the invention relates to a device for switching an electric current between poles of a DC voltage source and a terminal with turn-off power half ⁇ conductors, which are connected in series between the poles, and a protective circuit, the at least one Strombinder- in series with the power semiconductors and a shutdown protection wherein the shutdown has parallel to each power semiconductor arranged Abschaltechen with a respective power semiconductor in the same direction Abschaltdiode and arranged in series with the Abschaltdiode Abschaltkondensator.
  • Such a device is already known from DE 41 21 177 C2.
  • the device shown there has a Erasmusschal ⁇ tion of two turn-off power semiconductors, each of which a freewheeling diode is connected in parallel.
  • the Rei ⁇ henscrien extends between the positive and negative pole of a DC voltage source, wherein the connection between the power semiconductors forms an AC voltage connection.
  • the AC voltage connection is provided, for example, for connection to a phase of an AC voltage network.
  • To protect the turn-off power semiconductor is a protective circuit.
  • the protective circuit comprises two current limiter inductances via which the power semiconductors are connected to the respective pole of the DC voltage source.
  • a disconnection unit is further provided with a same direction as the power semiconductor Abschaltdiode aligned and arranged in series with the Abschaltdiode From ⁇ capacitor.
  • Abschaltdiode parallel to and in series with the turn-off cutoff capacitor a is further arranged so that the information stored in the cutoff capacitor energy is dissipated as heat over the turn-off when turning on the Leis ⁇ tung semiconductor.
  • the current limiter inductances arranged in series with the power semiconductors avoid too high a current flow via the power semiconductors when they are switched on. The previously known device is designed for the low-voltage range.
  • Object of the present invention is to provide a device of the type mentioned, which also in
  • Voltages in the medium or high voltage range is low in effort and cost-effective and at the same time reliably avoids damage to the power semiconductors.
  • the invention achieves this object by virtue of the fact that the current limiter inductances are connected between the power semiconductors and a connection between the current-limiting inductances represents the terminal, with those turn-off units being connected in parallel with the power semiconductors are arranged, between which the terminal is formed, are connected to one another at a potential point between the respective turn-off capacitor and the turn-off diode via an intermediate resistor.
  • the Strombegrenzerinduktterrorismen are no longer arranged ter as in the prior art between a pole of the DC voltage source and the series circuit of cataloggurlei ⁇ . Rather, the inductances are connected between two power semiconductors, wherein the terminal is formed by a connection between the current-limiting inductances.
  • the intermediate resistance is connected Invention ⁇ according parallel to the Strombeskyuktditeen.
  • the intermediate resistance on the one hand with the Po ⁇ tenzialddling between cutoff capacitor and Abschaltdiode a first interrupting unit and connected to the potential point of a Abschaltdiode and a cutoff capacitor a second disconnection unit, wherein the first turn-off unit and the second shut-off unit are arranged in parallel with the turn-off power semiconductors which are directly linked a current limiting inductances are connected.
  • the turn-off units connected to one another via the intermediate resistor are those turn-off units which are arranged closest to the connection in the circuit diagram.
  • the Dissipationsnik further includes Abschaltdioden, the pa rallel ⁇ connected to each other and in opposite directions to each other reasonable are orders. In this way, a flow of current in the Dissipati- onsnik in only one direction is possible.
  • the intermediate resistance develops a double effect. Both the energy stored in the current limiter inductances and in the shutdown capacitors are dissipated as heat via the intermediate resistor. Separate Wi ⁇ resistances for the inductances on the one hand and the Kondensa ⁇ factors other hand omitted. According to the invention, fewer components are required compared to the prior art, so that costs are saved. In addition, the OF INVENTION ⁇ dung contemporary device is less than the ground covering known from the prior art devices.
  • the disconnecting units which are not interconnected via the intermediate resistor have a shutdown resistor which is arranged parallel to the respective disconnecting diode and in series with the respective disconnecting capacitor.
  • the turn-off resistor in any case serves to convert the energy stored in the turn-off capacitors into heat. This occurs for example when switching on the pa rallel ⁇ to the respective shut-off unit arranged performance-semiconductor.
  • the interconnected via the intermediate resistor Abschaltvenezen need in the invention no additional shutdown. Its function is fulfilled by the intermediate resistance.
  • freewheeling diodes arranged in opposite directions and parallel to each power semiconductor are provided.
  • Such freewheeling diodes are well known to those skilled in the art, so that need not be discussed here at this point.
  • turn-off power semiconductors are used.
  • Such power semiconductors are, for example, as such well-known GTOs or IGBTs.
  • the device according to the invention has several series circuits of series-connected power semiconductors, the series circuits being connected in parallel between the poles.
  • a converter is provided, wherein the power semiconductors are protected by a low-cost protective circuit.
  • the entire converter is playing, so designed at ⁇ for the field of medium voltage for voltages in the range of 1 kV and 52 kV and has a compact shape because of the low expansive protective circuit and is also inexpensive.
  • the DC voltage source is a rectifier ⁇ judge.
  • a so-called close coupling is possible, which can be used for example for the coupling of networks or other purposes in the field of energy distribution and transmission.
  • the device according to the invention via a longer DC voltage intermediate circuit with the DC voltage source, for example, a rectifier, so that a so-called Hochwoods Eisenstromfernschreibtragung is possible.
  • the rectifier is designed, for example, the device accordingly, in other words, the device of the invention serves both as a rectifier and as an inverter.
  • the device according to the invention is advantageously used in the field of energy distribution and transmission.
  • the terminal is arranged in the middle of the series circuit of power semiconductors and between the current limiter inductances.
  • the connection of the connection to the poles of the DC voltage source is designed identically on both sides of the connection.
  • connection is used for example for connecting an AC voltage network or any load.
  • FIG. 1 Figure schematically illustrates an embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the device 1 according to the invention in a schematic representation.
  • the device 1 has a series circuit 2 of turn-off power semiconductors 3, which are referred to here as GTOi, GTO 2 , GTO 3 and GTO 4 .
  • GTOi turn-off power semiconductors 3
  • GTO 2 gallium trioxide
  • GTO 3 gallium trioxide
  • GTO 4 gallium trioxide
  • the series circuit ⁇ device extends between a positive pole 5 and a negative pole 6 of a DC voltage source 7.
  • capacitors Cl and C2 are provided between the poles 5, 6 of the DC voltage source.
  • the protection circuits to protect the power semiconductor 3 include two interrupting units 10, which are respectively arranged in parallel with the power semiconductor 3, which directly or negative to the positive pole 5 pin 6 is joined is ⁇ .
  • the interrupting units 10 each have a cutoff capacitor C S i, and C S 4 and a trailing switching diode D S Dsi or 2 to in series to each ⁇ suited cutoff capacitor C S i, S C. 4 Parallel to the turn-off diode D S i or D S 2, a Abschaltwi ⁇ resistance Rsi or R S 2 is also arranged.
  • two cut-off units 11 are provided, which are arranged parallel to the power semiconductors 3, that is, GTO 2 and GTO 3 , which are arranged closest to the terminal 8.
  • the turn-off units 11 have a turn-off capacitor C S 2 or C S 3 and a turn-off diode D 0 Ni or D ON2 and are connected to one another via an intermediate resistor R ON .
  • the intermediate resistor R 0 N connects the potential point between the capacitor C S 2 and the turn-off diode D 0 Ni of the above-described turn-off unit 11 with the potential point of the lower turn-off unit 11, which is between the turn-off capacitor C S 3 and the turn-off diode D 0 N2.
  • the current current limiter inductances are provided, which are individually referred to here as L NO i and L N02 .
  • the Strombeskyukturgien NO L i and L are N02 circuit in the rows ⁇ 2 of the power semiconductor integrated 3, wherein the Terminal 8 of the AC voltage network 9 through the connection between the current limiter inductances L NO i and L N0 2 reali ⁇ Siert.
  • the current limiter inductances L NO i and L N0 2, the intermediate resistor R 0N is connected in parallel, so that an intermediate circuit 12 is formed, which from the Strombegrenze ⁇ Rinduktditeen L NO i and L N02 ⁇ the Abschaltdioden D 0N i and D 0N 2 and the intermediate resistor R 0N exists.
  • the Ab ⁇ switching diodes D 0N and D i 0n2 oppositely directed from ⁇ in the intermediate circuit 12, so that a current flow only in one direction is enables.
  • the intermediate circuit 12 allows the Encrypt ⁇ development of ge ⁇ energy stored in the NO Strombe interrinduktditeen L i and L N0 2 in heat by the current is forced to flow in the DC link 12 via the intermediate resistor R 0 N.
  • no additional diodes are required in the context of the invention. Rather, the already existing

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  • Power Conversion In General (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

The invention relates to a device (1) for switching an electric current between poles (5, 6) of a constant voltage source (7) and a connection having disconnectable power semiconductors (3) which are arranged in series between the poles (5, 6), and a circuit protection which comprises at least one current limiting inductivity (LON1, LON2) in series with the power semiconductors (3) and a circuit protection. Said circuit protection comprises switch-off units (10, 11) which are arranged parallel to each power semiconductor, said switch-off units (10, 11) comprising a switch-off diode (DS1,DON1, DS2, DON2) in the same direction as the respective power semiconductor (3), and a switch-off capacitor (CS1,..., CS2) which is arranged in a series with the switch-off diode. The aim of the invention is to produce a device of said type which is easy and economical to produce, having voltages in the average and high voltage range, and which also prevents damage to the power semiconductor in a secure manner. As a result, the current limiting inductivities are mounted (LON1, LON2) between the power semiconductors (3) and a connection between the current limiting inductivities (LON1, LON2) represent a connection (8). Each of the switch-off units (11) which are arranged parallel to the power semi-conductors (3) between which the connection is established are interconnected to a potential point between the respective switch-off capacitor (CS2, CS3) and the switch off diode (DON1, DON2) by means of a intermediate resistance (RON).

Description

Beschreibungdescription
Schutzbeschaltung für abschaltbare LeistungshalbleiterProtective circuit for disconnectable power semiconductors
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schalten eines elektrischen Stromes zwischen Polen einer Gleichspannungsquelle und einem Anschluss mit abschaltbaren Leistungshalb¬ leitern, die in Reihe zwischen die Pole geschaltet sind, und einer Schutzschaltung, die wenigstens eine Strombegrenzerin- duktivität in Reihe zu den Leistungshalbleitern und einen Abschaltschutz aufweist, wobei der Abschaltschutz parallel zu jedem Leistungshalbleiter angeordnete Abschalteinheiten mit einer zum jeweiligen Leistungshalbleiter gleichsinnigen Abschaltdiode und einem in Reihe zur Abschaltdiode angeordneten Abschaltkondensator aufweist.The invention relates to a device for switching an electric current between poles of a DC voltage source and a terminal with turn-off power half ¬ conductors, which are connected in series between the poles, and a protective circuit, the at least one Strombinder- in series with the power semiconductors and a shutdown protection wherein the shutdown has parallel to each power semiconductor arranged Abschalteinheiten with a respective power semiconductor in the same direction Abschaltdiode and arranged in series with the Abschaltdiode Abschaltkondensator.
Eine solche Vorrichtung ist aus der DE 41 21 177 C2 bereits bekannt. Die dort gezeigte Vorrichtung weist eine Reiheschal¬ tung aus zwei abschaltbaren Leistungshalbleitern auf, denen jeweils eine Freilaufdiode parallel geschaltet ist. Die Rei¬ henschaltung erstreckt sich zwischen dem positiven und negativen Pol einer Gleichspannungsquelle, wobei die Verbindung zwischen den Leistungshalbleitern einen Wechselspannungsan- schluss ausbildet. Der Wechselspannungsanschluss ist bei- spielsweise zur Verbindung mit einer Phase eines Wechselspannungsnetzes vorgesehen. Zum Schutz der abschaltbaren Leistungshalbleiter dient eine Schutzbeschaltung. Die Schutzbeschaltung umfasst zwei Strombegrenzerinduktivitäten über welche die Leistungshalbleiter mit dem jeweiligen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden sind. Parallel zu jedem Leis¬ tungshalbleiter ist ferner eine Abschalteinheit mit einer gleichsinnig zum Leistungshalbleiter ausgerichteten Abschaltdiode und einem in Reihe zur Abschaltdiode angeordneten Ab¬ schaltkondensator vorgesehen. Durch den parallel zum Leis- tungshalbleiter angeordneten Abschaltkondensator werden Überspannungen am Leistungshalbleiter vermieden, die ansonsten beim Abschalten auftreten könnten. Parallel zur Abschaltdiode und in Reihe zum Abschaltkondensator ist ferner ein Abschalt- widerstand angeordnet, so dass beim Einschalten des Leis¬ tungshalbleiters die in dem Abschaltkondensator gespeicherte Energie über den Abschaltwiderstand als Wärme abgegeben wird. Die in Reihe zu den Leistungshalbleitern angeordneten Strombegrenzerinduktivitäten vermeiden hingegen beim Einschalten einen zu hohen Stromfluss über die Leistungshalbleiter. Die vorbekannte Vorrichtung ist für den Niederspannungsbereich ausgelegt .Such a device is already known from DE 41 21 177 C2. The device shown there has a Reiheschal ¬ tion of two turn-off power semiconductors, each of which a freewheeling diode is connected in parallel. The Rei ¬ henschaltung extends between the positive and negative pole of a DC voltage source, wherein the connection between the power semiconductors forms an AC voltage connection. The AC voltage connection is provided, for example, for connection to a phase of an AC voltage network. To protect the turn-off power semiconductor is a protective circuit. The protective circuit comprises two current limiter inductances via which the power semiconductors are connected to the respective pole of the DC voltage source. Parallel to each Leis ¬ semiconductor processing a disconnection unit is further provided with a same direction as the power semiconductor Abschaltdiode aligned and arranged in series with the Abschaltdiode From ¬ capacitor. Through the parallel Semiconductor arranged shutdown capacitor overvoltages are avoided on the power semiconductor, which could otherwise occur during shutdown. Abschaltdiode parallel to and in series with the turn-off cutoff capacitor a is further arranged so that the information stored in the cutoff capacitor energy is dissipated as heat over the turn-off when turning on the Leis ¬ tung semiconductor. On the other hand, the current limiter inductances arranged in series with the power semiconductors avoid too high a current flow via the power semiconductors when they are switched on. The previously known device is designed for the low-voltage range.
Bei höheren Spannungen, wie beispielsweise im Mittelspan- nungsbereich, ist es zur Strombegrenzung beim Einschalten in der Regel nicht ausreichend, lediglich eine Strombegrenzerinduktivität in Reihe zu den Leistungshalbleitern vorzusehen. Vielmehr sind die Strombegrenzerinduktivitäten dann so mit einer Strombegrenzerdiode und einem Strombegrenzerwiderstand gekoppelt, dass die in der Strombegrenzerinduktivität aufge¬ baute Energie über den Strombegrenzerwiderstand wirkungsvoll als Wärme abgegeben wird.At higher voltages, such as in the medium voltage range, it is usually not sufficient to limit the current when switching on, only to provide a current limiter inductance in series with the power semiconductors. Rather, the Strombegrenzerinduktivitäten are then coupled with a Strombegrenzerdiode and a current limiting resistor that set in the Strombegrenzerinduktivität ¬ built energy is discharged through the current limiting resistor effective as heat.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die auch beiObject of the present invention is to provide a device of the type mentioned, which also in
Spannungen im Mittel- oder Hochspannungsbereich aufwandsarm und kostengünstig ist und die gleichzeitig eine Beschädigung der Leistungshalbleiter sicher vermeidet.Voltages in the medium or high voltage range is low in effort and cost-effective and at the same time reliably avoids damage to the power semiconductors.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Strom¬ begrenzerinduktivitäten zwischen die Leistungshalbleiter geschaltet sind und eine Verbindung zwischen den Strombegrenzungsinduktivitäten den Anschluss darstellt, wobei diejenigen Abschalteinheiten, die parallel zu den Leistungshalbleitern angeordnet sind, zwischen denen der Anschluss ausgebildet ist, an einem Potenzialpunkt zwischen dem jeweiligen Abschaltkondensator und der Abschaltdiode über einen Zwischenwiderstand miteinander verbunden sind.The invention achieves this object by virtue of the fact that the current limiter inductances are connected between the power semiconductors and a connection between the current-limiting inductances represents the terminal, with those turn-off units being connected in parallel with the power semiconductors are arranged, between which the terminal is formed, are connected to one another at a potential point between the respective turn-off capacitor and the turn-off diode via an intermediate resistor.
Erfindungsgemäß besteht die Reihenschaltung aus abschaltbaren Leistungshalbleitern im Hinblick auf die im Betrieb zwischen den Polen herrschende Spannung aus mehr als zwei Leistungs¬ halbleitern und beispielsweise aus vier Leistungshalbleiter- Schaltern. Dabei sind die Strombegrenzerinduktivitäten nicht mehr wie im Stand der Technik zwischen einem Pol der Gleichspannungsquelle und der Reihenschaltung der Leistungshalblei¬ ter angeordnet. Vielmehr sind die Induktivitäten zwischen zwei Leistungshalbleiter geschaltet, wobei der Anschluss durch eine Verbindung zwischen den Strombegrenzungsinduktivitäten ausgebildet ist. Der Zwischenwiderstand ist erfindungs¬ gemäß parallel zu den Strombegrenzerinduktivitäten geschaltet. Dabei ist der Zwischenwiderstand einerseits mit dem Po¬ tenzialpunkt zwischen Abschaltkondensator und Abschaltdiode einer ersten Abschalteinheit und mit dem Potenzialpunkt einer Abschaltdiode und einem Abschaltkondensator einer zweiten Abschalteinheit verbunden, wobei die erste Abschalteinheit und die zweite Abschalteinheit parallel zu den abschaltbaren Leistungshalbleitern angeordnet sind, die unmittelbar mit ei- ner Strombegrenzungsinduktivitäten verbunden sind. Mit anderen Worten sind die über den Zwischenwiderstand miteinander verbundenen Abschalteinheiten diejenigen Abschalteinheiten, die im Schaltbild dem Anschluss am nächsten angeordnet sind. Durch diese Anordnung ist ein Dissipationskreis gebildet, der eine Reihenschaltung von Strombegrenzerinduktivitäten und den dazu parallel geschalteten Zwischenwiderstand umfasst. Der Dissipationskreis verfügt ferner über Abschaltdioden, die pa¬ rallel zueinander geschaltet und gegensinnig zueinander ange- ordnet sind. Auf diese Weise ist ein Stromfluss im Dissipati- onskreis in nur einer Richtung ermöglicht.According to the invention, the series connection of turn-off power semiconductors with respect to the voltage prevailing in operation between the poles of more than two power semiconductors ¬ and, for example, four power semiconductor switches. The Strombegrenzerinduktivitäten are no longer arranged ter as in the prior art between a pole of the DC voltage source and the series circuit of Leistungshalblei ¬. Rather, the inductances are connected between two power semiconductors, wherein the terminal is formed by a connection between the current-limiting inductances. The intermediate resistance is connected Invention ¬ according parallel to the Strombegrenzerinduktivitäten. Here, the intermediate resistance on the one hand with the Po ¬ tenzialpunkt between cutoff capacitor and Abschaltdiode a first interrupting unit and connected to the potential point of a Abschaltdiode and a cutoff capacitor a second disconnection unit, wherein the first turn-off unit and the second shut-off unit are arranged in parallel with the turn-off power semiconductors which are directly linked a current limiting inductances are connected. In other words, the turn-off units connected to one another via the intermediate resistor are those turn-off units which are arranged closest to the connection in the circuit diagram. By this arrangement, a dissipation circuit is formed, which comprises a series connection of current limiter inductors and the intermediate resistor connected in parallel thereto. The Dissipationskreis further includes Abschaltdioden, the pa rallel ¬ connected to each other and in opposite directions to each other reasonable are orders. In this way, a flow of current in the Dissipati- onskreis in only one direction is possible.
Der Zwischenwiderstand entfaltet eine doppelte Wirkung. So- wohl die Abgabe der in den Strombegrenzerinduktivitäten aber auch der in den Abschaltkondensatoren gespeicherten Energie als Wärme erfolgt über den Zwischenwiderstand. Separate Wi¬ derstände für die Induktivitäten einerseits und die Kondensa¬ toren andererseits entfallen. Erfindungsgemäß sind daher ge- genüber dem Stand der Technik weniger Bauteile erforderlich, so dass Kosten eingespart sind. Darüber hinaus ist die erfin¬ dungsgemäße Vorrichtung weniger raumgreifend als die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen.The intermediate resistance develops a double effect. Both the energy stored in the current limiter inductances and in the shutdown capacitors are dissipated as heat via the intermediate resistor. Separate Wi ¬ resistances for the inductances on the one hand and the Kondensa ¬ factors other hand omitted. According to the invention, fewer components are required compared to the prior art, so that costs are saved. In addition, the OF INVENTION ¬ dung contemporary device is less than the ground covering known from the prior art devices.
Vorteilhafterweise weisen die nicht über den Zwischenwider¬ stand miteinander verbundenen Abschalteinheiten einen Abschaltwiderstand auf, der parallel zur jeweiligen Abschaltdi¬ ode und in Reihe zum jeweiligen Abschaltkondensator angeordnet ist. Selbstverständlich sind im Rahmen der Erfindung auch andere Verschaltungen des Abschaltwiderstandes möglich. Der Abschaltwiderstand dient jedoch in jedem Fall zur Umwandlung der in den Abschaltkondensatoren gespeicherten Energie in Wärme. Dies erfolgt beispielsweise beim Einschalten des pa¬ rallel zu der jeweiligen Abschalteinheit angeordneten Leis- tungshalbleiters . Die über den Zwischenwiderstand miteinander verbundenen Abschalteinheiten benötigen im Rahmen der Erfindung keinen zusätzlichen Abschaltwiderstand. Dessen Funktion erfüllt der Zwischenwiderstand.Advantageously, the disconnecting units which are not interconnected via the intermediate resistor have a shutdown resistor which is arranged parallel to the respective disconnecting diode and in series with the respective disconnecting capacitor. Of course, other interconnections of the shutdown resistor are possible within the scope of the invention. However, the turn-off resistor in any case serves to convert the energy stored in the turn-off capacitors into heat. This occurs for example when switching on the pa rallel ¬ to the respective shut-off unit arranged performance-semiconductor. The interconnected via the intermediate resistor Abschalteinheiten need in the invention no additional shutdown. Its function is fulfilled by the intermediate resistance.
Vorteilhafterweise sind gegensinnig und parallel zu jedem Leistungshalbleiter angeordnete Freilaufdioden vorgesehen. Solche Freilaufdioden sind dem Fachmann bestens bekannt, so dass an dieser Stelle hierauf nicht näher eingegangen zu werden braucht . Erfindungsgemäß werden abschaltbare Leistungshalbleiter eingesetzt. Solche Leistungshalbleiter sind beispielsweise als solche bestens bekannte GTOs oder IGBTs.Advantageously, freewheeling diodes arranged in opposite directions and parallel to each power semiconductor are provided. Such freewheeling diodes are well known to those skilled in the art, so that need not be discussed here at this point. According to the invention turn-off power semiconductors are used. Such power semiconductors are, for example, as such well-known GTOs or IGBTs.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung mehrere Reihenschaltungen aus in Reihe geschalteten Leistungshalbleitern auf, wobei die Reihenschaltungen parallel zueinander zwischen die Pole geschaltet sind. Auf diese Weise ist ein Umrichter bereitgestellt, wobei die Leistungshalbleiter durch eine kostengünstige Schutzbe- schaltung geschützt sind. Der gesamte Umrichter ist bei¬ spielsweise für den Bereich der Mittelspannung, also für Spannungen im Bereich von 1 kV und 52 kV, ausgelegt und weist aufgrund der wenig raumgreifenden Schutzbeschaltung eine kom- pakte Form auf und ist darüber hinaus kostengünstig.According to a preferred development, the device according to the invention has several series circuits of series-connected power semiconductors, the series circuits being connected in parallel between the poles. In this way, a converter is provided, wherein the power semiconductors are protected by a low-cost protective circuit. The entire converter is playing, so designed at ¬ for the field of medium voltage for voltages in the range of 1 kV and 52 kV and has a compact shape because of the low expansive protective circuit and is also inexpensive.
Vorteilhafterweise ist die Gleichspannungsquelle ein Gleich¬ richter. Gemäß dieser zweckmäßigen Ausgestaltung ist beispielsweise eine so genannte Kurzkupplung ermöglicht, die beispielsweise zur Kupplung von Netzen oder anderen Zwecken im Bereich der Energieverteilung und -Übertragung einsetzbar ist. Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich die erfindungsgemäße Vorrichtung über einen längeren Gleichspannungszwischenkreis mit der Gleichspannungsquelle beispielsweise einem Gleichrichter zu verbinden, so dass eine so genannte Hochspannungsgleichstromfernübertragung ermöglicht ist. Der Gleichrichter ist dabei beispielsweise der Vorrichtung entsprechend aufgebaut, mit anderen Worten dient die erfindungsgemäße Vorrichtung sowohl als Gleichrichter als auch als Wechselrichter.Advantageously, the DC voltage source is a rectifier ¬ judge. According to this expedient embodiment, for example, a so-called close coupling is possible, which can be used for example for the coupling of networks or other purposes in the field of energy distribution and transmission. Of course, it is within the scope of the invention also possible to connect the device according to the invention via a longer DC voltage intermediate circuit with the DC voltage source, for example, a rectifier, so that a so-called Hochspannungsgleichstromfernübertragung is possible. The rectifier is designed, for example, the device accordingly, in other words, the device of the invention serves both as a rectifier and as an inverter.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorteilhafterweise im Bereich der Energieverteilung und -Übertragung verwendet. Vorteilhafterweise sind ein Abschnitt der Reihenschaltung der in Reihe geschalteten Leistungshalbleiter, der zwischen einem positiven Pol der Gleichspannungsquelle und dem Anschluss an¬ geordnet ist, und ein Abschnitt dieser Reihenschaltung, der zwischen den Anschluss und einen negativen Pol der Gleichspannungsquelle geschaltet ist, symmetrisch ausbildet. Mit anderen Worten ist der Anschluss in der Mitte der Reihenschaltung aus Leistungshalbleitern und zwischen den Strombegrenzerinduktivitäten angeordnet. Die Verbindung des An- Schlusses mit den Polen der Gleichspannungsquelle ist auf beiden Seiten des Anschlusses gleich ausgestaltet.The device according to the invention is advantageously used in the field of energy distribution and transmission. Advantageously, a portion of the series connection of the series-connected power semiconductor, which is arranged between a positive pole of the DC voltage source and the terminal ¬ , and a portion of this series circuit, which is connected between the terminal and a negative pole of the DC voltage source, symmetrically formed. In other words, the terminal is arranged in the middle of the series circuit of power semiconductors and between the current limiter inductances. The connection of the connection to the poles of the DC voltage source is designed identically on both sides of the connection.
Der Anschluss dient beispielsweise zum Anschließen eines Wechselspannungsnetzes oder aber einer beliebigen Last.The connection is used for example for connecting an AC voltage network or any load.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin¬ dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figur der Zeichnung, wobei dieFurther expedient configurations and advantages of the invention are the subject of the following description of exemplary embodiments of the invention with reference to the figure of the drawing, the
Figur ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch darstellt.Figure schematically illustrates an embodiment of the device according to the invention.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer schematischen Darstellung. Die Vorrichtung 1 weist eine Reihenschaltung 2 aus abschaltbaren Leistungshalbleitern 3 auf, die hier als GTOi, GTO2, GTO3 und GTO4 bezeichnet sind. Parallel zu jedem Leistungshalbleiter 3 ist eine Freilaufdiode angeordnet, die gegensinnig zu dem je- weiligen Leistungshalbleiter orientiert ist. Die Reihenschal¬ tung erstreckt sich zwischen einem positiven Pol 5 und einem negativen Pol 6 einer Gleichspannungsquelle 7. Ferner ist ein Anschluss 8 zum Anschluss eines Wechselspannungsnetzes 9 vor¬ gesehen, wobei der Abschnitt der Reihenschaltung 2 zwischen dem positiven Pol 5 und dem Anschluss 8 symmetrisch zum Abschnitt der Reihenschaltung zwischen dem Anschluss 8 und dem negativen Pol 6 ausgebildet ist. Als Energiespeicher sind zwischen den Polen 5, 6 der Gleichspannungsquelle 7 ferner Kondensatoren Cl und C2 vorgesehen.Figure 1 shows an embodiment of the device 1 according to the invention in a schematic representation. The device 1 has a series circuit 2 of turn-off power semiconductors 3, which are referred to here as GTOi, GTO 2 , GTO 3 and GTO 4 . Parallel to each power semiconductor 3, a freewheeling diode is arranged, which is oriented in opposite directions to the respective power semiconductor. The series circuit ¬ device extends between a positive pole 5 and a negative pole 6 of a DC voltage source 7. Further, a terminal 8 for connecting an AC voltage network 9 before ¬ seen, the section of the series circuit 2 between the positive pole 5 and the terminal 8 is formed symmetrically to the portion of the series connection between the terminal 8 and the negative pole 6. As an energy storage 7 further capacitors Cl and C2 are provided between the poles 5, 6 of the DC voltage source.
Die Schutzschaltungen zum Schutz der Leistungshalbleiter 3 umfassen zwei Abschalteinheiten 10, die jeweils parallel zu dem Leistungshalbleiter 3 angeordnet sind, der unmittelbar an dem positiven Pol 5 beziehungsweise negativem Pol 6 ange¬ schlossen ist. Die Abschalteinheiten 10 weisen jeweils einen Abschaltkondensator CSi beziehungsweise CS4 sowie eine Ab¬ schaltdiode Dsi beziehungsweise DS2 in Reihenschaltung zum je¬ weiligen Abschaltkondensator CSi, CS4 auf. Parallel zur Ab- schaltdiode DSi beziehungsweise DS2 ist ferner ein Abschaltwi¬ derstand Rsi beziehungsweise RS2 angeordnet.The protection circuits to protect the power semiconductor 3 include two interrupting units 10, which are respectively arranged in parallel with the power semiconductor 3, which directly or negative to the positive pole 5 pin 6 is joined is ¬. The interrupting units 10 each have a cutoff capacitor C S i, and C S 4 and a trailing switching diode D S Dsi or 2 to in series to each ¬ weiligen cutoff capacitor C S i, S C. 4 Parallel to the turn-off diode D S i or D S 2, a Abschaltwi ¬ resistance Rsi or R S 2 is also arranged.
Darüber hinaus sind zwei Abschalteinheiten 11 vorgesehen, die parallel zu den Leistungshalbleitern 3, also GTO2 und GTO3, angeordnet sind, die am nächsten am Anschluss 8 angeordnet sind. Die Abschalteinheiten 11 verfügen über einen Abschaltkondensator CS2 beziehungsweise CS3 und eine Abschaltdiode D0Ni beziehungsweise DON2 und sind über einen Zwischenwiderstand RON miteinander verbunden. Der Zwischenwiderstand R0N verbin- det den Potenzialpunkt zwischen dem Kondensator CS2 und der Abschaltdiode D0Ni der oben dargestellten Abschalteinheit 11 mit dem Potenzialpunkt der unteren Abschalteinheit 11, der zwischen dem Abschaltkondensator CS3 und der Abschaltdiode D0N2 liegt.In addition, two cut-off units 11 are provided, which are arranged parallel to the power semiconductors 3, that is, GTO 2 and GTO 3 , which are arranged closest to the terminal 8. The turn-off units 11 have a turn-off capacitor C S 2 or C S 3 and a turn-off diode D 0 Ni or D ON2 and are connected to one another via an intermediate resistor R ON . The intermediate resistor R 0 N connects the potential point between the capacitor C S 2 and the turn-off diode D 0 Ni of the above-described turn-off unit 11 with the potential point of the lower turn-off unit 11, which is between the turn-off capacitor C S 3 and the turn-off diode D 0 N2.
Zur Strombegrenzung sind Strombegrenzerinduktivitäten vorgesehen, die hier als LNOi und LN02 einzeln bezeichnet sind. Die Strombegrenzerinduktivitäten LNOi und LN02 sind in die Reihen¬ schaltung 2 der Leistungshalbleiter 3 integriert, wobei der Anschluss 8 des Wechselspannungsnetzes 9 durch die Verbindung zwischen den Strombegrenzerinduktivitäten LNOi und LN02 reali¬ siert ist. Den Strombegrenzerinduktivitäten LNOi und LN02 ist der Zwischenwiderstand R0N parallel geschaltet, so dass ein Zwischenkreis 12 ausgebildet ist, der aus den Strombegrenze¬ rinduktivitäten LNOi und LN02Λ den Abschaltdioden D0Ni und D0N2 sowie dem Zwischenwiderstand R0N besteht. Dabei sind die Ab¬ schaltdioden D0Ni und D0N2 gegensinnig im Zwischenkreis 12 aus¬ gerichtet, so dass ein Stromfluss lediglich in eine Richtung ermöglicht ist. Der Zwischenkreis 12 ermöglicht die Umwand¬ lung der in den Strombegrenzerinduktivitäten LNOi und LN02 ge¬ speicherten Energie in Wärme, indem der Strom zum Fließen im Zwischenkreis 12 über den Zwischenwiderstand R0N gezwungen wird. Dazu werden im Rahmen der Erfindung keine zusätzlichen Dioden benötigt. Vielmehr wird auf die ohnehin vorhandenenFor limiting the current current limiter inductances are provided, which are individually referred to here as L NO i and L N02 . The Strombegrenzerinduktivitäten NO L i and L are N02 circuit in the rows ¬ 2 of the power semiconductor integrated 3, wherein the Terminal 8 of the AC voltage network 9 through the connection between the current limiter inductances L NO i and L N0 2 reali ¬ Siert. The current limiter inductances L NO i and L N0 2, the intermediate resistor R 0N is connected in parallel, so that an intermediate circuit 12 is formed, which from the Strombegrenze ¬ Rinduktivitäten L NO i and L N02Λ the Abschaltdioden D 0N i and D 0N 2 and the intermediate resistor R 0N exists. Here, the Ab ¬ switching diodes D 0N and D i 0n2 oppositely directed from ¬ in the intermediate circuit 12, so that a current flow only in one direction is enables. The intermediate circuit 12 allows the Encrypt ¬ development of ge ¬ energy stored in the NO Strombegrenzerinduktivitäten L i and L N0 2 in heat by the current is forced to flow in the DC link 12 via the intermediate resistor R 0 N. For this purpose, no additional diodes are required in the context of the invention. Rather, the already existing
Abschaltdioden D0Ni und DON2 zurückgegriffen. Die Abschaltein¬ heiten 11, die dem Anschluss 8 am nächsten sind, benötigen auf der anderen Seite keinen separaten Abschaltwiderstand wie die Abschalteinheiten 10. Vielmehr dient der Zwischenwider- stand R0N auch zur Umwandlung der Energie in Wärme, die in den Abschaltkondensatoren CS2 und CS3 gespeichert ist. Auf¬ grund der Mehrfachfunktion des Zwischenwiderstandes R0N und der Abschaltdioden D0Ni und DON2 die Anzahl der benötigten Bau¬ teile herabgesetzt. Abschaltdioden D 0 Ni and D ON2 resorted . The Abschaltein ¬ units 11, which are the connection 8 on the next need on the other hand, no separate turn-off as the interrupting 10. Rather, the Zwischenwider- serves stood R 0 N also for converting the energy into heat, the S in the Abschaltkondensatoren C 2 and C S 3 is stored. On ¬ basis of the multiple function of the intermediate resistor R 0 N and the turn-off diode D 0 Ni and D ON2 the number of required Bau ¬ parts reduced.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung (1) zum Schalten eines elektrischen Stromes zwischen Polen (5,6) einer Gleichspannungsquelle (7) und ei- nem Anschluss mit abschaltbaren Leistungshalbleitern (3), die in Reihe zwischen die Pole (5, 6) geschaltet sind, und einer Schutzschaltung, die wenigstens eine Strombegrenzerinduktivi¬ tät (L0Ni;- L0N2) in Reihe zu den Leistungshalbleitern (3) und einen Abschaltschutz aufweist, wobei der Abschaltschutz pa- rallel zu jedem Leistungshalbleiter angeordnete Abschaltein¬ heiten (10,11) mit einer zum jeweiligen Leistungshalbleiter (3) gleichsinnigen Abschaltdiode (DSi, D0Ni, Ds2, D0N2) und einem in Reihe zur Abschaltdiode angeordneten Abschaltkondensator (Csi, • • • , CS2) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Strombegrenzerinduktivitäten (L0Ni, L0N2) zwischen die Leis¬ tungshalbleiter (3) geschaltet sind und eine Verbindung zwi¬ schen den Strombegrenzungsinduktivitäten (LON:U L0N2) den An¬ schluss (8) darstellt, wobei diejenigen Abschalteinheiten (11), die parallel zu den Leistungshalbleitern (3) angeordnet sind, zwischen denen der Anschluss ausgebildet ist, an einem Potenzialpunkt zwischen dem jeweiligen Abschaltkondensator (CS2ΛCS3) und der Abschaltdiode (DONI,DON2) über einen Zwischen¬ widerstand (RON) miteinander verbunden sind.1. Device (1) for switching an electric current between poles (5,6) of a DC voltage source (7) and a nem connection with turn-off power semiconductors (3) connected in series between the poles (5, 6), and (- L 0n2 L 0N i) in series with the power semiconductors (3) and a shutdown protection, wherein the shutdown protection in parallel arranged to each power semiconductor Abschaltein ¬ units (10,11) with a protective circuit which ty least one Strombegrenzerinduktivi ¬ a to the respective power semiconductor (3) in the same direction shutdown diode (D S i, D 0 Ni, Ds2, D0N2) and arranged in series with the shutdown Abschaltkondensator (Csi, • •, C S 2), characterized in that the current limiter inductances (L 0 Ni, L 0 N 2) are connected between the Leis ¬ tung semiconductor (3) and a compound Zvi ¬ rule the current limiting inductor (L oN: U L 0 N 2) the on ¬ circuit (8), wherein diejenig Enabling units (11), which are arranged in parallel to the power semiconductors (3), between which the terminal is formed, at a potential point between the respective turn-off capacitor (C S2Λ CS3) and the cut-off diode (D O N I , DON 2 ) via a Between ¬ resistance (R ON ) are interconnected.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die nicht über den Zwischenwiderstand (RON) miteinander ver¬ bundenen Abschalteinheiten einen Abschaltwiderstand (RSi,Rs2) aufweisen, der parallel zur jeweiligen Abschaltdiode (DSi,Ds2) und in Reihe zum jeweiligen Abschaltkondensator (CSi,CS4) an¬ geordnet ist.2. Device (1) according to claim 1, characterized in that the not via the intermediate resistor (R ON ) ver ¬ connected with each other Abschalteinheiten a shutdown resistor (R S i, Rs 2 ), the parallel to the respective shutdown diode (D S i, D s2 ) and in series with the respective turn-off capacitor (C S i, C S4 ) is arranged on ¬ .
3. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h gegensinnig und parallel zu jedem Leistungshalbleiter (3) angeordnete Freilaufdioden (Dfi, ...Df4) .3. Device (1) according to one of the preceding claims, characterized by in opposite directions and parallel to each power semiconductor (3) arranged freewheeling diodes (D f i, ... D f4 ).
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h mehrere Reihenschaltungen (2) aus in Reihe geschalteten Leistungshalbleitern (3), wobei die Reihenschaltungen (2) parallel zueinander zwischen die Pole (5,6) geschaltet sind.4. Device (1) according to any one of the preceding claims, e e c e n e c e c e s h e a plurality of series circuits (2) of series-connected power semiconductors (3), wherein the series circuits (2) parallel to each other between the poles (5,6) are connected.
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Gleichspannungsquelle (7) ein Gleichrichter ist.5. Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the DC voltage source (7) is a rectifier.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Abschnitt der Reihenschaltung (2) der in Reihe geschalteten Leistungshalbleiter (3) , der zwischen einem positiven Pol (5) der Gleichspannungsquelle und dem Anschluss (8) angeord- net ist, und ein Abschnitt dieser Reihenschaltung, der zwischen den Anschluss (8) und einen negativen Pol (6) der Gleichspannungsquelle (7) geschaltet ist, symmetrisch sind. 6. Device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that a portion of the series circuit (2) of the series-connected power semiconductors (3), the net between a positive pole (5) of the DC voltage source and the terminal (8) arranged is, and a portion of this series circuit, which is connected between the terminal (8) and a negative pole (6) of the DC voltage source (7), are symmetrical.
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