WO2007128675A1 - Energy and signal transmission device for electronic power semiconductor components and transmission method - Google Patents

Energy and signal transmission device for electronic power semiconductor components and transmission method Download PDF

Info

Publication number
WO2007128675A1
WO2007128675A1 PCT/EP2007/053939 EP2007053939W WO2007128675A1 WO 2007128675 A1 WO2007128675 A1 WO 2007128675A1 EP 2007053939 W EP2007053939 W EP 2007053939W WO 2007128675 A1 WO2007128675 A1 WO 2007128675A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
side circuit
circuit device
primary
signal
power semiconductor
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/053939
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Gerhard Hochstuhl
Micha Gilomen
Peter Barbosa
Original Assignee
Abb Research Ltd
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 Abb Research Ltd filed Critical Abb Research Ltd
Publication of WO2007128675A1 publication Critical patent/WO2007128675A1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/689—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors with galvanic isolation between the control circuit and the output circuit
    • H03K17/691—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors with galvanic isolation between the control circuit and the output circuit using transformer coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/18—Modifications for indicating state of switch
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/60—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being bipolar transistors
    • H03K17/605—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being bipolar transistors with galvanic isolation between the control circuit and the output circuit
    • H03K17/61—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being bipolar transistors with galvanic isolation between the control circuit and the output circuit using transformer coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/72—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices having more than two PN junctions; having more than three electrodes; having more than one electrode connected to the same conductivity region
    • H03K17/722—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices having more than two PN junctions; having more than three electrodes; having more than one electrode connected to the same conductivity region with galvanic isolation between the control circuit and the output circuit
    • H03K17/723—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices having more than two PN junctions; having more than three electrodes; having more than one electrode connected to the same conductivity region with galvanic isolation between the control circuit and the output circuit using transformer coupling

Definitions

  • the present invention relates generally to the control of semiconductor components, in particular power semiconductor components such as, for example, bipolar transistors with an insulated gate (IGBT, insulated gate bipolar transistor) or power field effect transistors (power FET).
  • power semiconductor components such as, for example, bipolar transistors with an insulated gate (IGBT, insulated gate bipolar transistor) or power field effect transistors (power FET).
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • power FET power field effect transistors
  • the present invention relates to a transmission device for transmitting electrical energy for operating circuit components with which the power semiconductor component is controlled.
  • Such a transmission device generally comprises a primary-side circuit device with a power supply unit for providing an electrical energy to be transmitted and a secondary-side circuit device in which the power semiconductor component is arranged, which receives the electrical energy transmitted by the transmission device.
  • IGBTs are voltage controlled power semiconductor devices that require a gate voltage in order to effect a collector-to-emitter line.
  • a potential isolation device is required for many applications since the gate driver circuit must be isolated from the control circuit in order to provide a level shift and to improve noise behavior. Such isolation requirements can be provided through the use of pulse gate transformers or the use of optocouplers.
  • a potential separation device separates electrical potentials of the primary-side circuit device from electrical potentials of the secondary-side circuit device. This is particularly necessary if there are very large voltage changes per unit of time, ie large du / dt jumps of a few kV. STATE OF THE ART
  • the circuit arrangements proposed according to the prior art have multi-channel pulse transformers which provide suitable insulation for IGBTs connected in series, the emitter connections of which are not at the same potential.
  • a control signal is used to control the power semiconductor component, which has to be transmitted potential-free from the primary-side circuit device to the secondary-side circuit device.
  • a potential isolation device in the form of a multi-channel pulse transformer is provided.
  • feedback signals must be transmitted from the secondary-side circuit device to the primary-side circuit device, in particular for error monitoring of the power semiconductor component.
  • These feedback signals include, for example, error signals that indicate an error state of the power semiconductor component controlled with the control signal.
  • a power supply for the secondary-side circuit devices is also required, so that the circuit components arranged in the secondary-side circuit device are sufficiently supplied with electrical energy.
  • a separate and electrically insulated energy supply unit is required in order to supply the gate energy for the power semiconductor component (for example the IGBT).
  • the energy is usually supplied via a separately arranged transformer.
  • control or feedback signals for controlling the power semiconductor component or for indicating an operating state or an error status of the power semiconductor component must be transmitted potential-free for the reasons mentioned above, so that a separate transmission device is required for the transmission of these signals.
  • a major disadvantage of conventional devices and methods for controlling power semiconductor components is that the transmission of the energy to the secondary circuit device and the optionally bidirectional transmission of control and feedback signals or status signals requires a large number of circuit components, which makes the overall circuit design expensive and prone to failure .
  • DE 103 12 704 A1 specifies a generic transmission device for transmitting electrical energy from a primary-side circuit device to a secondary-side circuit device via a potential separation device, but explicitly there is no energy supply unit arranged in the primary-side circuit device for providing the electrical energy to be transmitted and also none primary-side feedback signal decoupling unit. Rather, only the switching signal is evaluated by two units.
  • EP 1 533 903 A2 also discloses a transmission device for transmitting electrical energy from a primary-side circuit device to a secondary-side circuit device via a potential separation device, although an error signal is transmitted from the secondary side to the primary side, but no transmission of an error signal from a secondary-side signal coupling device to the primary side Circuit device transmitted and fed as a feedback signal to the control device for controlling the power semiconductor component.
  • An essential idea of the invention is to transmit energy and control or status signals via a single circuit component, so that separately provided components for energy transmission on the one hand and for signal transmission on the other are eliminated.
  • a key idea of the invention lies in the configuration of the primary-side and secondary-side circuit devices in such a way that they each have signal coupling devices with which control and status signals can be coupled in and out in an energy transmission path.
  • the transmission device for transmitting electrical energy from a primary-side circuit device to a secondary-side circuit device has an energy supply unit arranged in the primary-side circuit device for providing the energy to be transmitted and a power semiconductor component arranged in the secondary-side circuit device for receiving the transmitted electrical energy has, via a provided potential separation device for separating electrical potentials of the primary-side switching device from the electrical potential of the secondary-side switching device in addition to the electrical energy from the primary-side switching device to the secondary-side switching device and also transmits control and status signals between the primary-side switching device and the secondary-side switching device in a potential-free manner.
  • the potential isolation device can expediently be designed as an electrical transformer for energy transmission, in such a way that no additional components have to be provided in the potential isolation device for the transmission of control and status signals.
  • the transmission device for the transmission of electrical energy from a primary-side circuit device to a secondary-side circuit device essentially has an energy supply unit arranged in the primary-side circuit device for providing the electrical energy to be transmitted, a power semiconductor component arranged in the secondary-side circuit device for receiving the transmitted electrical energy and a potential separation device for separating electrical potentials of the primary-side circuit device from the electrical potential of the secondary-side circuit device.
  • the primary-side circuit device has a primary-side signal coupling device for coupling and decoupling control and status signals
  • the secondary-side circuit device has both a secondary-side signal coupling device for coupling and decoupling the control and status signals and an energy decoupling unit for decoupling the via the potential separation device has transmitted electrical energy.
  • the control and status signals are transmitted potential-free and together with the electrical energy between the primary-side circuit device and the secondary-side circuit device via the potential separation device.
  • the method according to the invention for transmitting electrical energy from the primary-side circuit device to the secondary-side circuit device essentially comprises the following steps:
  • the potential isolation device is designed as an electrical transformer with primary and secondary windings. It is advantageous to design the electrical transformer with a single magnetic toroid in such a way that a number of electronic components is reduced.
  • the primary-side signal coupling device for coupling and decoupling control and status signals has a control signal coupling unit and a feedback signal coupling unit.
  • the control signal coupling unit is designed for coupling a control signal with which the power semiconductor component is controlled.
  • the feedback signal decoupling unit serves to decouple a feedback signal which indicates an operating state or an error status of the power semiconductor component arranged in the primary-side circuit device.
  • the secondary-side signal coupling device for coupling in and coupling out control and status signals has a feedback signal coupling unit and a control signal coupling unit.
  • an error signal which corresponds to an error status of the power semiconductor component, which is arranged in the secondary circuit device, is coupled in on the secondary side, transmitted to the primary-side circuit device and fed as the feedback signal to a control device for controlling the power semiconductor component.
  • fault signal can also be used to monitor fault states of further secondary circuit components.
  • secondary voltage monitoring can also be provided.
  • the control signal decoupling unit serves to decouple the control signal with which the power semiconductor component is controlled.
  • control signal decoupling unit is constructed from a voltage divider unit for dividing a rectified secondary voltage and a filter unit for filtering the divided rectified secondary voltage in order to obtain the above-mentioned control signal.
  • the filter unit for filtering the divided rectified secondary voltage is expediently designed as an electrical low-pass filter. In this way, the average of the divided rectified secondary voltage can be obtained over a predetermined period of time. It is thus possible to obtain a drive signal which switches the power semiconductor component arranged in the secondary-side circuit device between at least two states.
  • the power semiconductor component can be designed as an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or a power field effect transistor (Power FET).
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • Power FET power field effect transistor
  • the feedback signal coupling unit for coupling the error signal which indicates an error status of the power semiconductor component or associated driver units, contains a series connection of a switching element and a series resistor.
  • a series connection causes the switching element to be switched through as a function of the error signal, a change in the secondary current being brought about in the potential isolation device.
  • the energy decoupling unit arranged in the secondary-side circuit device is designed as a Graetz peak value rectifier.
  • control and status signals can be transmitted bidirectionally between the primary-side circuit device and the secondary-side circuit device via the potential separation device.
  • the control and status signals preferably comprise a control signal with which the power semiconductor component arranged in the secondary-side circuit device can be switched between at least two states.
  • control and status signals include an error signal with which the functionality of the power semiconductor component arranged in the secondary-side circuit device can be checked.
  • the error signal with which the functionality of the power semiconductor component is checked is transmitted to the primary-side circuit device, a feedback signal corresponding to the error signal being fed to a control device for controlling the power semiconductor component.
  • the divided, rectified secondary voltage filtered by the filter unit preferably forms the control signal for the power semiconductor component, at least two states of the power semiconductor component being switched as a function of at least one voltage level of the control signal.
  • the transfer of the electrical energy provided from the primary-side circuit device to the secondary-side circuit device via the potential separation device can be carried out with a constant pulse signal period. Furthermore, when the electrical energy provided is transmitted, the pulse width can be varied at the constant pulse signal period, the variation of the pulse width causing the power semiconductor component to switch between at least two states. In this way, the control signal for the power semiconductor component is determined.
  • primary-side and secondary-side signal coupling devices thus allows control and status signals which are required for the operation of the power semiconductor component arranged in the secondary-side circuit device to be transmitted together with the electrical energy for the operation of the power semiconductor component.
  • the object of the invention is achieved, namely to provide a transmission device for the transmission of both energy and control and status signals, which provides safe energy and signal transmission with few components and with low susceptibility to interference.
  • Figure 1 is a block diagram of a transmission device for transmitting energy and control and status signals according to a preferred embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a detailed circuit diagram of essential circuit units of the transmission device according to the preferred embodiment of the present invention
  • Figure 3 (a) timing diagrams for secondary voltage, rectified secondary voltage and drive signal for the case of a switched off power semiconductor device
  • Figure 3 (b) timing diagrams for secondary voltage, rectified secondary voltage and drive signal for the case of a power semiconductor device is switched on.
  • the present invention aims to improve the operating behavior of power semiconductor components and to monitor their operating state at the same time. Since the operation of power semiconductor components such as, for example, IGBTs requires pulse isolation for reasons of electrical isolation of emitter connections from power semiconductor components connected in series, a multi-channel pulse transformer is used with which energy transfer from a primary-side circuit device to a secondary-side circuit device is made possible.
  • the principle on which the invention is based is to simultaneously transmit control and status signals via the same transformer, these comprising control signals for the power semiconductor component and monitoring signals for monitoring the operating state of the power semiconductor component.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a preferred embodiment of the present invention.
  • the transmission device illustrated in FIG. 1 comprises three main blocks cke, that is, the primary-side circuit device 100, a potential separation device 300 and the secondary-side circuit device 200.
  • the potential isolation device 300 is designed as a transformer with two primary windings 301a, 301b and two secondary windings 302a, 302b.
  • the primary-side circuit device 100 comprises an energy supply unit 102 for providing electrical energy to be transmitted and a primary-side signal coupling device 106, into which a modulation signal 110 can be coupled, and from which a feedback signal 1111 can be coupled out. Furthermore, a control device 105 is shown, which is connected to a control computer 1 12. The control device 105 together with the control computer 112 serves to control a power semiconductor component 204 arranged in the secondary-side circuit device 200 by means of the modulation signal 110.
  • the primary-side signal coupling device 106 has a control signal
  • the feedback signal decoupling unit 104 provides the feedback signal 1 1 1, which allows a statement about the functionality of the power semiconductor component 204.
  • the generation of the feedback signal 1 1 1 in the secondary-side circuit device 200 is described below.
  • the modulation signal 1 10 serves as a
  • Control signal for the power semiconductor component 204 the modulation signal being provided as a control signal 403 for the power semiconductor component 204 after transmission via the potential separation device 300 and corresponding signal processing (explained below with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b)).
  • the secondary-side circuit device 200 provides a transmitted secondary voltage 401 ((A) in FIG. 3) and comprises, in addition to the power semiconductor component 204, an energy decoupling unit 201 and a secondary-side signal coupling device 208.
  • the energy decoupling unit 201 is connected to the secondary winding 302a, 302b of the potential isolation device 300, while the feedback signal Coupling unit 104 of the primary-side circuit device 100 is connected to the primary windings 301 a, 301 b of the potential separation device 300.
  • the structure of the feedback signal decoupling unit 104, the energy decoupling unit 201, the feedback signal coupling unit 202 and the drive signal decoupling unit 203 is explained below with reference to FIG. 2.
  • control signal 403 is transmitted from the primary-side circuit device 100 to the secondary-side circuit device 200, more than one control signal 110, 403 can be provided for controlling more than one power semiconductor component 204. It is then also possible to send a plurality of feedback signals 1 1 1 from the secondary circuit device
  • the signal coupling device 208 on the secondary side is constructed from two essential components which are designated by the reference symbols 203 and 204.
  • a control signal decoupling unit 203 serves to decouple the control signal for the power semiconductor component 204.
  • the feedback signal coupling unit which is constructed as below with reference to FIG. 2, generates a primary side
  • Feedback signal 1 1 1 as a function of an error signal 21 1 supplied via an error signal input unit 212 (see FIG. 2).
  • the feedback signal coupling-in unit 202 and the control signal coupling-out unit 203 are among one another and with the energy coupling-out unit
  • the electrical energy transmitted by the transmission device according to the invention from the primary-side circuit device 100 to the secondary-side circuit device 200 serves to supply all circuit components, ie not only to drive and control the power semiconductor terbauelements 204.
  • the circuit components such as the feedback signal coupling unit 202 and the control signal coupling unit 203 also receive part of the electrical energy transmitted via the potential separation device 300.
  • FIG. 2 shows the potential separation device 300 with primary-side and secondary-side circuit components in detail. Shown in particular is the decoupling of an error signal 21 1 by means of current detection units 101 a, 101 b, which form the essential components of the feedback signal decoupling unit 104, and, arranged on the secondary side, the detailed structure of the energy decoupling unit 201, the feedback signal coupling unit 202 and the control signal decoupling unit 203.
  • the potential separation device 300 which forms a potential separation point 303 between the primary-side circuit device 100 and the secondary-side circuit unit 200, is formed on the primary side from two primary windings 301 a and 301 b, while the secondary winding 302 is shown as a single winding.
  • a supply voltage potential 108 is applied to the connection terminal between the first primary winding 301 a and the second primary winding 301 b.
  • This supply voltage potential is, for example, 24 V compared to a ground potential indicated by reference number 107.
  • Circuit device 200 arranged power semiconductor component 204, a high-frequency voltage generated by an oscillator (not shown), the frequency of which is, for example, 1 MHz, is modulated with a lower frequency of, for example, 10 kHz.
  • Such an amplitude-modulated high-frequency voltage is transmitted to the secondary winding 302 in accordance with a transformation ratio of the potential isolation device (transformer) 300.
  • the power semiconductor component 204 (see FIG. 1) can now be switched by the type of modulation of the high-frequency voltage with the low frequency.
  • the switching between two operating states ie an off state (FIG. 3 (a)) and an on state (FIG. 3 (b)), is explained below with reference to FIG.
  • the energy that is provided by the energy supply unit 102 (not shown in FIG. 2) is transmitted from the primary-side circuit arrangement 100 to the secondary-side circuit arrangement 200 via the potential separation device 300.
  • the primary windings 301 a, 301 b of the potential separation device 300 are connected at their common connection to the supply voltage potential 108, while their other connection is connected to the ground potential 107 via modulation units 109a, 109b and the current detection units 101 a, 101 b.
  • the modulation units 109a, 109b provide the modulation of the high-frequency voltage with a modulation signal of a low frequency (for example 10 kHz). The modulation is only shown schematically in FIG.
  • the secondary-side circuit components which are arranged in the secondary circuit device 200 will be explained in more detail below.
  • the secondary-side circuit device is fed via the secondary winding 302 of the potential separation device 300.
  • the energy decoupling unit 201 is formed by a peak value rectifier, which is also referred to as a Graetz peak value rectifier.
  • a rectified secondary voltage 402 (B) is obtained as the output signal of the energy decoupling unit 201, which is shown as an example of the switch-off and switch-on states in FIGS. 3 (a) and 3 (b) as a time curve (B).
  • the rectified secondary voltage 402 thus obtained serves to supply the secondary circuit components with energy (for example via the supply lines 214a, 214b, 214c, which are shown in FIG. 1), a current flow in the direction shown by the arrow 404 (supply current) being predetermined by a discharge blocking unit 207 becomes.
  • the discharge blocking unit 207 is designed as a rectifier diode, which prevents a current return flow into the energy decoupling unit 201 and thus prevents a discharge of power semiconductor component circuit components.
  • the power semiconductor component 204 If the power semiconductor component 204 is continuously kept in an on or off state, apart from leakage currents, no feed currents 404 flow to the power semiconductor component 204, ie no energy is drawn from the energy decoupling unit 201 for operating the power semiconductor component 204. There is an energy requirement in the power semiconductor component 204 only when the latter changes its state, that is to say from a switched-off state to a switched-on state or vice versa. Since the high-frequency voltage coupled out on the secondary side is modulated with a modulation frequency of 10 kHz, such an energy requirement can be provided easily and reliably after rectification of the coupled-out high-frequency voltage.
  • a feedback signal 1 1 1 which is provided to the control device 105 in the primary-side circuit device 100 (see FIG. 1), is explained below with reference to FIG. 2.
  • a feedback signal 1 1 1 which forms part of the control and status signals 1 1 1, 21 1, 403, together with the electrical energy between the primary-side circuit device 100 and the secondary-side circuit device 200 to be transmitted potential-free via the potential separation device 300.
  • the signal transmission is directed from the secondary-side circuit device 200 to the primary-side circuit device 100.
  • An error signal 21 1 is provided as the feedback signal 1 1 1, for example, which is fed to an error signal input unit 212 of the feedback signal coupling unit.
  • Such an error signal 21 1 indicates, for example, a defective state of the power semiconductor component 204, the extraction of the error signal 21 1 not being explained in more detail here.
  • a coupling in of the error signal 21 1 leads to the switching through of a switching element 210 which is arranged in series with a series resistor 209 between output connections (1) and (2) of the energy decoupling unit 201.
  • the switching element 210 As a function of the error signal 21 1, the current flow in the series branch formed from the switching element 210 and the series resistor 209 is increased, as a result of which the secondary-side current flow in the potential isolation device 300 is increased overall.
  • Such a secondary-side current increase leads to an increase in the primary-side current flow, ie an increase in the current flow on the one hand through the primary winding 301 a, the modulation unit 109a and the current detection unit 101 a and on the other hand through the primary winding 301 b, the modulation unit 109b and the current detection unit 101 b.
  • the current detection units 101 a, 101 b which detect the increased current flow caused by the error signal 21 1, are designed as series resistors (shunts).
  • the feedback signals 1 1 1 a, 1 1 1 b then represent the voltage drop across the current detection units 101 a, 101 b and are used to control the control device 105.
  • a hole formed as an IGBT power semiconductor device for output terminals (3) and (4) the secondary side circuit arrangement shown in FIG 2200 is not an ohmic conclusion, it ie flows in the sta- tionary, on- and off-state of the power semiconductor component 204 no or only a negligible current, so that the secondary-side current increase caused by the error signal 21 1 can be reliably detected on the primary side with great accuracy.
  • control signal 403 serves to control the power semiconductor component 204, in particular to switch the power semiconductor component 204 on and off.
  • the control signal 403 is used as a component of the control and status signals 1 1 1, 21 1, 403 together with of the electrical energy from the primary-side circuit device 100 to the secondary-side circuit device 200 via the potential separation device 300 potential-free.
  • the control signal 403 results here from the modulation signal 110 provided on the primary side and a setting of a pulse duty factor in the rectified one
  • the drive signal decoupling unit 203 consists on the one hand of a voltage divider 206a, 206b in order to divide the rectified secondary voltage 402 down to an appropriate output voltage level (C), and on the other hand has a filter unit 205, 206b for one of the rectified secondary voltage Filter 402 divided rectified secondary voltage 410.
  • the filter unit is constructed from a parallel connection of a capacitor 205 and a resistor 206b and represents a low-pass filter for the rectified secondary voltage 402.
  • the drive signal 403 is output as a filtered output signal of the filter unit 205, 206b via a signal output connection (5).
  • FIG. 3 shows three voltage curves (A), (B) and (C) for the switched-off state of the power semiconductor component 204 (FIG. 3 (a)) and the switched-on state (FIG. 3 (b)).
  • the power semiconductor component 204 arranged in the secondary-side circuit device 200 can be switched between more than two states if modulation signals 110 are designed accordingly.
  • modulation signals 110 are designed accordingly.
  • only two states that is to say an on state and an off state, will be discussed.
  • the switched-off state of the power semiconductor component 204 is shown in FIG. 3 (a). Voltage curves are shown as a function of time t, the voltage curve (A) representing the secondary voltage 401 which is present across the secondary winding 302 of the potential isolation device 300, the voltage curve (B) representing the rectified secondary voltage 402 and the voltage curve (C) representing the control signal 403.
  • the rectified secondary voltage 402 is obtained by the peak value rectification of the secondary voltage 401 provided in the energy decoupling unit 201.
  • the voltages 401 and 402 in this case have a pulse signal period, identified by the reference symbol 408, which is determined by the modulation frequency impressed on the primary side.
  • a modulation frequency of 10 kHz set as mentioned above such a pulse signal period 408 is, for example, 0.1 ms.
  • a pulse width 403 is shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), by means of which a pulse duty factor is given together with the pulse signal period 408.
  • FIGS. 3 (a) and 3 (b) A comparison of FIGS. 3 (a) and 3 (b) with regard to the pulse width 409 and the duty cycle shows a clear difference.
  • a pulse width 409 is provided for the switched-on state (FIG. 3 (b)) compared to the switched-off state (FIG. 3 (a)). This means that filtering the rectified secondary voltage 402 (B) leads to an average value of the control signal 403 (C), which in the switched-on state (FIG
  • FIGS. 3 (a) and 3 (b) each show corresponding switch-on areas 406 and switch-off areas 407 which are separated by a predefinable switching threshold 405.
  • the switch-off state of the power semiconductor component 204 is now determined thereby. specifies that the mean value of the drive signal 403 is in the switch-off area 407, while the switch-on state of the power semiconductor component 204 is defined in that the mean value of the drive signal 403 is in the switch-on area 406.
  • switch-on area 406 and switch-off area 407 can be freely defined by switching threshold 405. It is thus possible to generate a control signal 403 solely by changing the duty cycle of the secondary voltage 401, which is predetermined by the primary circuit device 100, without changing the pulse signal period 408 or the modulation frequency itself.
  • a transmission of electrical energy from the primary-side circuit device 100 to the secondary-side circuit device 200 via the potential separation device 300 is ensured here, because in both cases, i.e. in the case of a low duty cycle (FIG. 3 (a)) and in the case of a large duty cycle (FIG. 3 (b)), a sufficient supply current 404 can be provided.
  • the feed current 404 is only required anyway if a switchover from the switched-on state to the switched-off state and vice versa is to take place, as explained above.
  • the control signal 403 of a comparator unit can be used to exactly define the switch-on or switch-off threshold

Abstract

The invention relates to a transmission device for transmitting electric energy from a primary side switching device (100) to a secondary side switching device (200) via an electrical isolation device (300). The electric energy to be transmitted is generated in an energy supply unit (102) of the primary side switching device (100) and is received by a power semiconductor component (2004) of the secondary side switching device (200). Signal coupling devices (106, 208) are provided on primary and secondary sides for coupling in and out control and status signals (403, 111, 211) which together are transmitted by means of electrical energy between the primary side switching device (100) and the secondary side switching device (200) via the electrical isolation device (300) bi-directionally and free of electric potential.

Description

ENERGIE- UND SIGNALUBERTRAGUNGSVORRICHTUNG FUR ELEKTRONISCHE LEISTUNGSHALBLEITERBAUELEMENTE UND ENERGY AND SIGNAL TRANSMISSION DEVICE FOR ELECTRONIC POWER SEMICONDUCTOR COMPONENTS AND
ÜBERTRAGUNGSVERFAHRENTRANSFER PROCEDURE
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Ansteuerung von Halbleiterbauelementen, insbesondere Leistungshalbleiterbauelementen wie beispielsweise Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor) oder Leistungs- Feldeffekttransisitoren (Power-FET). Spezifisch betrifft die vorliegende Erfindung eine Übertragungsvorrichtung zur Übertragung von elektrischer Energie zum Betrieb von Schaltungskomponenten, mit welchen das Leistungshalbleiterbauelement angesteuert wird.The present invention relates generally to the control of semiconductor components, in particular power semiconductor components such as, for example, bipolar transistors with an insulated gate (IGBT, insulated gate bipolar transistor) or power field effect transistors (power FET). Specifically, the present invention relates to a transmission device for transmitting electrical energy for operating circuit components with which the power semiconductor component is controlled.
Eine derartige Übertragungsvorrichtung umfasst im Allgemeinen einen primärseitige Schaltungseinrichtung mit einer Energieversorgungseinheit zur Bereitstellung einer zu übertragenden elektrischen Energie und eine sekundärseitige Schaltungseinrichtung, in welcher das Leistungshalbleiterbauelement angeordnet ist, das die mittels der Übertragungsvorrichtung übertragene elektrische Energie aufnimmt.Such a transmission device generally comprises a primary-side circuit device with a power supply unit for providing an electrical energy to be transmitted and a secondary-side circuit device in which the power semiconductor component is arranged, which receives the electrical energy transmitted by the transmission device.
IGBTs sind spannungsgesteuerte Leistungshalbleiterbauelemente, die eine Gate- Spannung benötigen, um eine Kollektor-zu-Emitter-Leitung zu bewirken. Darüber hinaus ist für viele Anwendungen eine Potentialtrenneinrichtung erforderlich, da die Gate- Treiberschaltung von der Steuerschaltung isoliert sein muss, um eine Pegelverschiebung bereitzustellen und ein Rauschverhalten zu verbessern. Derartige Isolationsanforderungen können durch die Verwendung von Puls-Gate-Transformatoren oder den Einsatz von Optokopplern bereitgestellt werden.IGBTs are voltage controlled power semiconductor devices that require a gate voltage in order to effect a collector-to-emitter line. In addition, a potential isolation device is required for many applications since the gate driver circuit must be isolated from the control circuit in order to provide a level shift and to improve noise behavior. Such isolation requirements can be provided through the use of pulse gate transformers or the use of optocouplers.
Eine Potentialtrenneinrichtung trennt elektrische Potentiale der primärseitigen Schaltungseinrichtung von elektrischen Potentialen der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn sehr große Spannungsänderungen pro Zeiteinheit, d.h. große du/dt-Sprünge von einigen kV auftreten. STAND DER TECHNIKA potential separation device separates electrical potentials of the primary-side circuit device from electrical potentials of the secondary-side circuit device. This is particularly necessary if there are very large voltage changes per unit of time, ie large du / dt jumps of a few kV. STATE OF THE ART
Um Gate-Pulse für IGBTs zu isolieren, weisen die gemäß dem Stand der Technik vorge- schlagenen Schaltungsanordnungen Mehrkanal-Pulstransformatoren auf, die eine geeignete Isolation für in Reihe verbundene IGBTs bereitstellen, deren Emitteranschlüsse nicht auf dem gleichen Potential liegen.In order to isolate gate pulses for IGBTs, the circuit arrangements proposed according to the prior art have multi-channel pulse transformers which provide suitable insulation for IGBTs connected in series, the emitter connections of which are not at the same potential.
Üblicherweise wird zur Ansteuerung des Leistungshalbleiterbauelements ein Ansteuersig- nal verwendet, das potentialfrei von der primärseitigen Schaltungseinrichtung zu der se- kundärseitigen Schaltungseinrichtung übertragen werden muss. Zu diesem Zweck ist eine Potentialtrenneinrichtung in der Form eines Mehrkanal-Pulstransformators bereitgestellt.Usually, a control signal is used to control the power semiconductor component, which has to be transmitted potential-free from the primary-side circuit device to the secondary-side circuit device. For this purpose, a potential isolation device in the form of a multi-channel pulse transformer is provided.
Andererseits müssen insbesondere zur Fehlerüberwachung des Leistungshalbleiterbau- elements Rückmeldesignale von der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung zu der primärseitigen Schaltungseinrichtung übertragen werden. Diese Rückmeldesignale umfassen beispielsweise Fehlersignale, die einen Fehlerzustand des mit dem Ansteuersignal angesteuerten Leistungshalbleiterbauelements anzeigen.On the other hand, feedback signals must be transmitted from the secondary-side circuit device to the primary-side circuit device, in particular for error monitoring of the power semiconductor component. These feedback signals include, for example, error signals that indicate an error state of the power semiconductor component controlled with the control signal.
Um das Leistungshalbleiterbauelement ansteuern zu können, ist ferner eine Energieversorgung für die sekundärseitigen Schaltungseinrichtungen erforderlich, so dass die in der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung angeordneten Schaltungskomponenten ausreichend mit elektrischer Energie versorgt sind.In order to be able to control the power semiconductor component, a power supply for the secondary-side circuit devices is also required, so that the circuit components arranged in the secondary-side circuit device are sufficiently supplied with electrical energy.
Bei einer optischen Isolation, die mittels Optokopplern bereitgestellt wird, ist eine separate und elektrisch isolierte Energieversorgungseinheit erforderlich, um die Gate-Energie für das Leistungshalbleiterbauelement (beispielsweise den IGBT) zu liefern.In the case of optical isolation, which is provided by means of optocouplers, a separate and electrically insulated energy supply unit is required in order to supply the gate energy for the power semiconductor component (for example the IGBT).
Bei herkömmlichen Schaltungsanordnungen, die Mehrkanal-Pulstransformer einsetzen, wird die Energie üblicherweise über einen separat angeordneten Transformator zugeführt.In conventional circuit arrangements that use multi-channel pulse transformers, the energy is usually supplied via a separately arranged transformer.
Derartige herkömmliche Schaltungsanordnungen sind beispielsweise in "Mohan et al.: Power Electronics: Converter, Application and Design, Wiley, 1989' beschrieben.Such conventional circuit arrangements are described, for example, in "Mohan et al .: Power Electronics: Converter, Application and Design, Wiley, 1989 '.
Sämtliche dieser herkömmlichen Schaltungsanordnungen zur Ansteuerung von Leis- tungshalbleiterbauelementen weisen den Nachteil auf, dass Ansteuer- bzw. Rückmelde- Signale getrennt von einer Zuführung einer elektrischen Energie zur Ansteuerung des Leistungshalbleiterbauelements bereitgestellt und zugeführt werden müssen.All of these conventional circuit arrangements for controlling power semiconductor components have the disadvantage that control or feedback Signals must be provided and supplied separately from the supply of electrical energy for controlling the power semiconductor component.
So ist es unzweckmäßig, dass die Energieversorgung für die sekundärseitige Schaltungs- einrichtung bzw. zur Energieversorgung der Komponenten davon eine Übertragungseinrichtung benötigt, die getrennt von der Übertragungseinrichtung für die Ansteuer- bzw. Rückmeldesignale vorhanden sein muss. Die Ansteuer- bzw. Rückmeldesignale zur Ansteuerung des Leistungshalbleiterbauelements bzw. zur Anzeige eines Betriebszustands bzw. eines Fehlerstatus des Leistungshalbleiterbauelements müssen aus den oben ge- nannten Gründen potentialfrei übertragen werden, so dass zur Übertragung dieser Signale eine separate Übertragungseinrichtung erforderlich ist.It is therefore unsuitable for the energy supply for the secondary circuit device or for the energy supply of the components thereof to require a transmission device which must be separate from the transmission device for the control or feedback signals. The control or feedback signals for controlling the power semiconductor component or for indicating an operating state or an error status of the power semiconductor component must be transmitted potential-free for the reasons mentioned above, so that a separate transmission device is required for the transmission of these signals.
Somit besteht ein wesentlicher Nachteil herkömmlicher Vorrichtungen und Verfahren zum Ansteuern von Leistungshalbleiterbauelementen darin, dass die Übertragung der Energie zur sekundärseitigen Schaltungseinrichtung und die gegebenenfalls bidirektionale Übertragung von Ansteuer- und Rückmeldesignalen bzw. Statussignalen eine große Anzahl von Schaltungskomponenten erfordert, was die Gesamtschaltungsauslegung teuer und störanfällig macht.Thus, a major disadvantage of conventional devices and methods for controlling power semiconductor components is that the transmission of the energy to the secondary circuit device and the optionally bidirectional transmission of control and feedback signals or status signals requires a large number of circuit components, which makes the overall circuit design expensive and prone to failure .
In der DE 103 12 704 A1 ist eine gattungsgemässe Übertragungsvorrichtung zur Übertragung elektrischer Energie von einer primärseitigen Schaltungseinrichtung zu einer sekundärseitigen Schaltungseinrichtung über eine Potentialtrenneinrichtung angegeben, wobei aber explizit keine in der primärseitigen Schaltungseinrichtung angeordnete Energieversorgungseinheit zur Bereitstellung der zu übertragenden elektrischen Energie vorgesehen ist und auch keine primärseitige Rückmeldesignal-Auskopplungseinheit. Vielmehr wird durch zwei Einheiten lediglich das Schaltsignal ausgewertet.DE 103 12 704 A1 specifies a generic transmission device for transmitting electrical energy from a primary-side circuit device to a secondary-side circuit device via a potential separation device, but explicitly there is no energy supply unit arranged in the primary-side circuit device for providing the electrical energy to be transmitted and also none primary-side feedback signal decoupling unit. Rather, only the switching signal is evaluated by two units.
Desweiteren offenbart die EP 1 533 903 A2 ebenfalls eine Übertragungsvorrichtung zur Übertragung elektrischer Energie von einer primärseitigen Schaltungseinrichtung zu einer sekundärseitigen Schaltungseinrichtung über eine Potentialtrenneinrichtung, wobei zwar eine Fehlersignal von der Sekundärseite zur Primärseite übertragen wird, jedoch keine Übertragung eines Fehlersignals einer sekundärseitigen Signalkopplungseinrichtung zu der primärseitigen Schaltungseinrichtung übertragen und als ein Rückmeldesignal der Steuereinrichtung zum Steuern des Leistungshalbleiterbauelements zugeführt wird. DARSTELLUNG DER ERFINDUNGFurthermore, EP 1 533 903 A2 also discloses a transmission device for transmitting electrical energy from a primary-side circuit device to a secondary-side circuit device via a potential separation device, although an error signal is transmitted from the secondary side to the primary side, but no transmission of an error signal from a secondary-side signal coupling device to the primary side Circuit device transmitted and fed as a feedback signal to the control device for controlling the power semiconductor component. PRESENTATION OF THE INVENTION
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische Schaltungsanordnung bereitzustellen, mit der Leistungshalbleiterbauelemente effizient und störungsfrei angesteuert werden können, wobei die Nachteile des Stands der Technik vermieden werden.It is therefore an object of the present invention to provide an electronic circuit arrangement with which power semiconductor components can be controlled efficiently and without interference, the disadvantages of the prior art being avoided.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Übertragungsvorrichtung zur Übertragung von elektrischer Energie von einer primärseitigen Schaltungseinrichtung zu einer sekundärseitigen Schaltungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ferner wird die oben beschriebene Aufgabe durch ein in dem Patentanspruch 1 1 angegebenes Energieübertragungsverfahren gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved according to the invention by a transmission device for transmitting electrical energy from a primary-side circuit device to a secondary-side circuit device with the features of patent claim 1. Furthermore, the above-described object is achieved by an energy transmission method specified in claim 1 1. Further refinements of the invention result from the dependent claims.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, Energie und Ansteuer- bzw. Statussignale über eine einzige Schaltungskomponente zu übertragen, so dass separat bereitgestellte Komponenten zur Energieübertragung einerseits und zur Signalübertragung andererseits entfallen. Eine Kernidee der Erfindung liegt in der Ausgestaltung der primärseitigen und sekundärseitigen Schaltungseinrichtungen dahingehend, dass diese jeweils Signalkopplungseinrichtungen aufweisen, mit welchen in eine Energieübertragungsstrecke Steuer- und Statussignale ein- bzw. ausgekoppelt werden können.An essential idea of the invention is to transmit energy and control or status signals via a single circuit component, so that separately provided components for energy transmission on the one hand and for signal transmission on the other are eliminated. A key idea of the invention lies in the configuration of the primary-side and secondary-side circuit devices in such a way that they each have signal coupling devices with which control and status signals can be coupled in and out in an energy transmission path.
Hierbei ist es vorteilhaft, dass die Übertragungsvorrichtung zur Übertragung von elektrischer Energie von einer primärseitigen Schaltungseinrichtung zu einer sekundärseitigen Schaltungseinrichtung eine in der primärseitigen Schaltungseinrichtung angeordnete E- nergieversorgungseinheit zur Bereitstellung der zu übertragenden Energie und ein in der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung angeordnetes Leistungshalbleiterbauelement zur Aufnahme der übertragenen elektrischen Energie aufweist, wobei über eine bereitgestellte Potentialtrenneinrichtung zur Trennung elektrischer Potentiale der primärseitigen Schal- tungseinrichtung vom elektrischen Potential der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung neben der elektrischen Energie von der primärseitigen Schaltungseinrichtung zu der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung auch Steuer- und Statussignale zwischen der primärseitigen Schaltungseinrichtung und der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung potentialfrei überträgt. In zweckmäßiger Weise kann die Potentialtrenneinrichtung als ein elektrischer Transformator zur Energieübertragung ausgestaltet sein, derart, dass zur Übertragung von Steuer- und Statussignalen keine zusätzlichen Komponenten in der Potentialtrenneinrichtung bereitgestellt werden müssen.It is advantageous here that the transmission device for transmitting electrical energy from a primary-side circuit device to a secondary-side circuit device has an energy supply unit arranged in the primary-side circuit device for providing the energy to be transmitted and a power semiconductor component arranged in the secondary-side circuit device for receiving the transmitted electrical energy has, via a provided potential separation device for separating electrical potentials of the primary-side switching device from the electrical potential of the secondary-side switching device in addition to the electrical energy from the primary-side switching device to the secondary-side switching device and also transmits control and status signals between the primary-side switching device and the secondary-side switching device in a potential-free manner. The potential isolation device can expediently be designed as an electrical transformer for energy transmission, in such a way that no additional components have to be provided in the potential isolation device for the transmission of control and status signals.
Die erfindungsgemäße Übertragungsvorrichtung zur Übertragung von elektrischer Energie von einer primärseitigen Schaltungseinrichtung zu einer sekundärseitigen Schaltungseinrichtung weist im Wesentlichen eine in der primärseitigen Schaltungseinrichtung angeordnete Energieversorgungseinheit zur Bereitstellung der zu übertragenden elektrischen E- nergie, ein in der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung angeordnetes Leistungshalbleiterbauelement zur Aufnahme der übertragenen elektrischen Energie und eine Potentialtrenneinrichtung zur Trennung elektrischer Potentiale der primärseitigen Schaltungseinrichtung vom elektrischem Potential der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung auf.The transmission device according to the invention for the transmission of electrical energy from a primary-side circuit device to a secondary-side circuit device essentially has an energy supply unit arranged in the primary-side circuit device for providing the electrical energy to be transmitted, a power semiconductor component arranged in the secondary-side circuit device for receiving the transmitted electrical energy and a potential separation device for separating electrical potentials of the primary-side circuit device from the electrical potential of the secondary-side circuit device.
Ferner weist die primärseitige Schaltungseinrichtung eine primärseitige Signalkopplungseinrichtung zur Ein- und Auskopplung von Steuer- und Statussignalen auf, während die sekundärseitige Schaltungseinrichtung sowohl eine sekundärseitige Signalkopplungseinrichtung zur Ein- und Auskopplung der Steuer- und Statussignale als auch eine Energie- Auskopplungseinheit zur Auskopplung der über die Potentialtrenneinrichtung übertrage- nen elektrischen Energie aufweist. Hierbei werden die Steuer- und Statussignale potentialfrei und zusammen mit dem elektrischen Energie zwischen der primärseitigen Schaltungseinrichtung und der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung über die Potentialtrenneinrichtung übertragen.Furthermore, the primary-side circuit device has a primary-side signal coupling device for coupling and decoupling control and status signals, while the secondary-side circuit device has both a secondary-side signal coupling device for coupling and decoupling the control and status signals and an energy decoupling unit for decoupling the via the potential separation device has transmitted electrical energy. The control and status signals are transmitted potential-free and together with the electrical energy between the primary-side circuit device and the secondary-side circuit device via the potential separation device.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Übertragen von elektrischer Energie von der primärseitigen Schaltungseinrichtung zu der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung um- fasst im Wesentlichen die folgenden Schritte:The method according to the invention for transmitting electrical energy from the primary-side circuit device to the secondary-side circuit device essentially comprises the following steps:
a) Bereitstellen der zu übertragenden elektrischen Energie durch die in der primärseitigen Schaltungseinrichtung angeordnete Energieversorgungseinheit;a) providing the electrical energy to be transmitted by the energy supply unit arranged in the primary-side circuit device;
b) Übertragen der bereitgestellten elektrischen Energie von der primärseitigen Schaltungseinrichtung zu der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung über die Potentialtrenneinrichtung; und c) Aufnehmen der über die Potentialtrenneinrichtung übertragenen elektrischen Energie in dem in der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung angeordneten Leistungshalbleiterbauelement, wobei in der primärseitigen Schaltungseinrichtung Steuer- und Statussignale mittels der primärseitigen Schaltungseinrichtung ein- und ausgekoppelt werden, in der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung Steuer- und Statussignale mittels der sekundärseitigen Signalkopplungseinrichtung ein- und ausgekoppelt werden, und die Steuer- und Statussignale zusammen mit der elektrischen Energie zwischen der primärseitigen Schaltungseinrichtung und der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung über die Potentialtrenneinrichtung potentialfrei und bidirektional übertragen werden.b) transferring the electrical energy provided from the primary-side circuit device to the secondary-side circuit device via the potential separation device; and c) Receiving the electrical energy transmitted via the potential separation device in the power semiconductor component arranged in the secondary-side circuit device, control and status signals being coupled in and out in the primary-side circuit device by means of the primary-side circuit device, control and status signals in the secondary-side circuit device using the secondary-side signal coupling device are coupled in and out, and the control and status signals are transmitted together with the electrical energy between the primary-side circuit device and the secondary-side circuit device via the electrical isolation device in a potential-free and bidirectional manner.
In den abhängigen Ansprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.Advantageous developments and improvements of the respective subject matter of the invention are found in the dependent claims.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die Potential- trenneinrichtung als ein elektrischer Transformator mit Primär- und Sekundärwicklungen ausgebildet. Es ist vorteilhaft, den elektrischen Transformator mit einem einzigen magnetischen Ringkern auszulegen, derart, dass eine Anzahl von elektronischen Bauelementen reduziert ist.According to a preferred development of the present invention, the potential isolation device is designed as an electrical transformer with primary and secondary windings. It is advantageous to design the electrical transformer with a single magnetic toroid in such a way that a number of electronic components is reduced.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist die primärseitige Signalkopplungseinrichtung zur Ein- und Auskopplung von Steuer- und Statussignalen eine Ansteuersignal-Einkopplungseinheit und eine Rückmeldesignal- Auskopplungseinheit auf.According to a further preferred development of the present invention, the primary-side signal coupling device for coupling and decoupling control and status signals has a control signal coupling unit and a feedback signal coupling unit.
Die Ansteuersignal-Einkopplungseinheit ist ausgelegt zur Einkopplung eines Ansteuersignals, mit welchem das Leistungshalbleiterbauelement angesteuert wird. Die Rückmeldesignal-Auskopplungseinheit dient einer Auskopplung eines Rückmeldesignals, welches einen Betriebszustand bzw. einen Fehlerstatus des in der primärseitigen Schaltungseinrichtung angeordneten Leistungshalbleiterbauelements anzeigt.The control signal coupling unit is designed for coupling a control signal with which the power semiconductor component is controlled. The feedback signal decoupling unit serves to decouple a feedback signal which indicates an operating state or an error status of the power semiconductor component arranged in the primary-side circuit device.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist die sekundärseitige Signalkopplungseinrichtung zur Ein- und Auskopplung von Steuer- und Statussignalen eine Rückmeldesignal-Einkopplungseinheit und eine Ansteuersignal- Auskopplungseinheit auf. Mit der Rückmeldesignal-Einkopplungseinheit wird ein Fehlersignal, das einem Fehlerstatus des Leistungshalbleiterbauelements entspricht, das in der sekundären Schaltungseinrichtung angeordnet ist, sekundärseitig eingekoppelt, zu der primärseitigen Schaltungseinrichtung übertragen und als das Rückmeldesignal einer Steuereinrichtung zum Steuern des Leistungshalbleiterbauelements zugeführt.According to yet another preferred development of the present invention, the secondary-side signal coupling device for coupling in and coupling out control and status signals has a feedback signal coupling unit and a control signal coupling unit. With the feedback signal coupling-in unit, an error signal, which corresponds to an error status of the power semiconductor component, which is arranged in the secondary circuit device, is coupled in on the secondary side, transmitted to the primary-side circuit device and fed as the feedback signal to a control device for controlling the power semiconductor component.
Es sei darauf hingewiesen, dass mit Hilfe des Fehlersignals ebenso Fehlerzustände weiterer sekundärseitiger Schaltungskomponenten überwacht werden können. Beispielsweise kann auch eine sekundärseitige Spannungsüberwachung bereitgestellt werden.It should be pointed out that the fault signal can also be used to monitor fault states of further secondary circuit components. For example, secondary voltage monitoring can also be provided.
Die Ansteuersignal-Auskopplungseinheit dient der Auskopplung des Ansteuersignals, mit welchem das Leistungshalbleiterbauelement angesteuert wird.The control signal decoupling unit serves to decouple the control signal with which the power semiconductor component is controlled.
Es ist vorteilhaft, wenn die Ansteuersignal-Auskopplungseinheit aus einer Spannungstei- lereinheit zur Teilung einer gleichgerichteten Sekundärspannung und einer Filtereinheit zur Filterung der geteilten gleichgerichteten Sekundärspannung aufgebaut ist, um das oben erwähnte Ansteuersignal zu erhalten.It is advantageous if the control signal decoupling unit is constructed from a voltage divider unit for dividing a rectified secondary voltage and a filter unit for filtering the divided rectified secondary voltage in order to obtain the above-mentioned control signal.
In zweckmäßiger Weise ist die Filtereinheit zur Filterung der geteilten gleichgerichteten Sekundärspannung als ein elektrisches Tiefpassfilter ausgebildet. Auf diese Weise kann der Mittelwert der geteilten gleichgerichteten Sekundärspannung über eine vorbestimmte Zeitdauer erhalten werden. Somit ist es möglich, ein Ansteuersignal zu erhalten, das das in der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung angeordnete Leistungshalbleiterbauelement zwischen mindestens zwei Zuständen umschaltet.The filter unit for filtering the divided rectified secondary voltage is expediently designed as an electrical low-pass filter. In this way, the average of the divided rectified secondary voltage can be obtained over a predetermined period of time. It is thus possible to obtain a drive signal which switches the power semiconductor component arranged in the secondary-side circuit device between at least two states.
Das Leistungshalbleiterbauelement kann als ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor) oder ein Leistungs-Feldeffekttransistor (Power- FET) ausgelegt sein.The power semiconductor component can be designed as an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or a power field effect transistor (Power FET).
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist in der Rückmeldesignal-Einkopplungseinheit zur Einkopplung des Fehlersignals, das einen Fehlerstatus des Leistungshalbleiterbauelements oder zugeordneter Treibereinheiten anzeigt, eine Reihenschaltung von einem Schaltelement und einem Vorwiderstand enthalten. Hierbei bewirkt eine derartige Reihenschaltung eine Durchschaltung des Schaltele- ments in Abhängigkeit von dem Fehlersignal, wobei eine Änderung des Sekundärstroms in der Potentialtrenneinrichtung herbeigeführt wird. Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die in der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung angeordnete Energie-Auskopplungseinheit als ein Graetz-Spitzenwertgleichrichter ausgebildet.According to yet another preferred development of the present invention, the feedback signal coupling unit for coupling the error signal, which indicates an error status of the power semiconductor component or associated driver units, contains a series connection of a switching element and a series resistor. In this case, such a series connection causes the switching element to be switched through as a function of the error signal, a change in the secondary current being brought about in the potential isolation device. According to yet another preferred development of the present invention, the energy decoupling unit arranged in the secondary-side circuit device is designed as a Graetz peak value rectifier.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung können die Steuer- und Statussignale zwischen der primärseitigen Schaltungseinrichtung und der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung über die Potentialtrenneinrichtung bidirektional übertragen werden. Vorzugsweise umfassen die Steuer- und Statussignale ein An- Steuersignal, mit welchem das in der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung angeordnete Leistungshalbleiterbauelement zwischen mindestens zwei Zuständen umschaltbar ist.According to yet another preferred development of the present invention, the control and status signals can be transmitted bidirectionally between the primary-side circuit device and the secondary-side circuit device via the potential separation device. The control and status signals preferably comprise a control signal with which the power semiconductor component arranged in the secondary-side circuit device can be switched between at least two states.
Ferner ist es zweckmäßig, dass die Steuer- und Statussignale ein Fehlersignal umfassen, mit welchem eine Funktionsfähigkeit des in der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung angeordneten Leistungshalbleiterbauelements überprüft werden kann.Furthermore, it is expedient that the control and status signals include an error signal with which the functionality of the power semiconductor component arranged in the secondary-side circuit device can be checked.
Es ist verfahrensmässig vorteilhaft, dass das Fehlersignal, mit welchem die Funktionsfähigkeit des Leistungshalbleiterbauelements überprüft wird, zu der primärseitigen Schaltungseinrichtung übertragen wird, wobei ein Rückmeldesignal, das dem Fehlersignal ent- spricht, einer Steuereinrichtung zum Steuern des Leistungshalbleiterbauelements zugeführt wird.In terms of the method, it is advantageous that the error signal with which the functionality of the power semiconductor component is checked is transmitted to the primary-side circuit device, a feedback signal corresponding to the error signal being fed to a control device for controlling the power semiconductor component.
Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführte Auskoppeln von Steuer- und Statussignalen mittels der sekundärseitigen Signalkopplungseinrichtung wird mit Hilfe der folgenden Teilschritte ausgeführt:The decoupling of control and status signals carried out in the method according to the invention by means of the signal coupling device on the secondary side is carried out with the aid of the following substeps:
(i) Gleichrichten einer über die Potentialtrenneinrichtung potentialfrei übertragenen Sekundärspannung mittels einer Energie-Auskopplungseinheit, um eine gleichgerichtete Sekundärspannung zu erhalten;(i) rectifying a secondary voltage, which is transmitted via the potential separation device in a floating manner, by means of an energy decoupling unit in order to obtain a rectified secondary voltage;
(ii) Teilen der gleichgerichteten Sekundärspannung mittels einer Spannungsteilereinheit, um eine geteilte gleichgerichtete Sekundärspannung zu erhalten; und(ii) dividing the rectified secondary voltage by means of a voltage divider unit to obtain a divided rectified secondary voltage; and
(iii) Filtern der geteilten gleichgerichteten Sekundärspannung mittels einer Filtereinheit, um eine gefilterte, geteilte gleichgerichtete Sekundärspannung zu erhalten. Vorzugsweise bildet die durch die Filtereinheit gefilterte, geteilte gleichgerichtete Sekundärspannung das Ansteuersignal für das Leistungshalbleiterbauelement, wobei mindestens zwei Zustände des Leistungshalbleiterbauelements in Abhängigkeit von mindestens einem Spannungsniveau des Ansteuersignals geschaltet werden.(iii) filtering the divided rectified secondary voltage by means of a filter unit in order to obtain a filtered, divided rectified secondary voltage. The divided, rectified secondary voltage filtered by the filter unit preferably forms the control signal for the power semiconductor component, at least two states of the power semiconductor component being switched as a function of at least one voltage level of the control signal.
Das Übertragen der bereitgestellten elektrischen Energie von der primärseitigen Schaltungseinrichtung zu der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung über die Potentialtrenneinrichtung kann bei einer konstanten Pulssignalperiodendauer durchgeführt werden. Ferner kann bei dem Übertragen der bereitgestellten elektrischen Energie die Pulsbreite bei der konstanten Pulssignalperiodendauer variiert werden, wobei die Variation der Pulsbreite eine Umschaltung des Leistungshalbleiterbauelements zwischen mindestens zwei Zuständen bewirkt. Auf diese Weise wird das Ansteuersignal für das Leistungshalbleiterbauelement festgelegt.The transfer of the electrical energy provided from the primary-side circuit device to the secondary-side circuit device via the potential separation device can be carried out with a constant pulse signal period. Furthermore, when the electrical energy provided is transmitted, the pulse width can be varied at the constant pulse signal period, the variation of the pulse width causing the power semiconductor component to switch between at least two states. In this way, the control signal for the power semiconductor component is determined.
Die Bereitstellung von primärseitigen und sekundärseitigen Signalkopplungseinrichtungen gestattet es somit, dass Steuer- und Statussignale, die für den Betrieb des in der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung angeordneten Leistungshalbleiterbauelements erforderlich sind, zusammen mit der elektrischen Energie für den Betrieb des Leistungshalbleiterbauelements übertragen werden können.The provision of primary-side and secondary-side signal coupling devices thus allows control and status signals which are required for the operation of the power semiconductor component arranged in the secondary-side circuit device to be transmitted together with the electrical energy for the operation of the power semiconductor component.
Auf diese Weise wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst, nämlich eine Übertragungsvorrichtung zur Übertragung von sowohl Energie als auch Steuer- und Statussignalen bereitzustellen, die eine sichere Energie- und Signalübertragung mit wenigen Komponenten und bei geringer Störanfälligkeit bereitstellt.In this way, the object of the invention is achieved, namely to provide a transmission device for the transmission of both energy and control and status signals, which provides safe energy and signal transmission with few components and with low susceptibility to interference.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nach- folgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are shown in the drawings and explained in more detail in the following description.
In den Zeichnungen zeigen:The drawings show:
Figur 1 ein Blockbild einer Übertragungsvorrichtung zur Übertragung von Ener- gie und Steuer- sowie Statussignalen gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Figur 2 ein Detail-Schaltbild wesentlicher Schaltungseinheiten der Übertragungsvorrichtung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;Figure 1 is a block diagram of a transmission device for transmitting energy and control and status signals according to a preferred embodiment of the present invention; Figure 2 is a detailed circuit diagram of essential circuit units of the transmission device according to the preferred embodiment of the present invention;
Figur 3(a) Zeitverlaufsdiagramme für Sekundärspannung, gleichgerichtete Sekundärspannung und Ansteuersignal für den Fall eines ausgeschalteten Leistungshalbleiterbauelements; undFigure 3 (a) timing diagrams for secondary voltage, rectified secondary voltage and drive signal for the case of a switched off power semiconductor device; and
Figur 3(b) Zeitverlaufsdiagramme für Sekundärspannung, gleichgerichtete Sekundärspannung und Ansteuersignal für den Fall eines eingeschalteten Leistungshalbleiterbauelements.Figure 3 (b) timing diagrams for secondary voltage, rectified secondary voltage and drive signal for the case of a power semiconductor device is switched on.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Schritte.In the figures, identical reference symbols designate identical or functionally identical components or steps.
WEGE ZUR AUSFUHRUNG DER ERFINDUNGWAYS OF CARRYING OUT THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, das Betriebsverhalten von Leistungshalbleiterbauelementen zu verbessern und deren Betriebszustand gleichzeitig zu überwachen. Da der Betrieb von Leistungshalbleiterbauelementen wie beispielsweise IGBTs eine Pulsisolation aus Gründen einer elektrischen Trennung von Emitteranschlüssen von in Reihe geschalteten Leistungshalbleiterbauelementen erfordert, wird ein Mehrkanal- Pulstransformator eingesetzt, mit welchem eine Energieübertragung von einer primärsei- tigen Schaltungseinrichtung zu einer sekundärseitigen Schaltungseinrichtung ermöglicht wird.The present invention aims to improve the operating behavior of power semiconductor components and to monitor their operating state at the same time. Since the operation of power semiconductor components such as, for example, IGBTs requires pulse isolation for reasons of electrical isolation of emitter connections from power semiconductor components connected in series, a multi-channel pulse transformer is used with which energy transfer from a primary-side circuit device to a secondary-side circuit device is made possible.
Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip besteht darin, gleichzeitig über dem glei- chen Transformator Steuer- und Statussignale zu übertragen, wobei diese Ansteuersignale für das Leistungshalbleiterbauelement und Überwachungssignale zur Überwachung des Betriebszustands des Leistungshalbleiterbauelements umfassen.The principle on which the invention is based is to simultaneously transmit control and status signals via the same transformer, these comprising control signals for the power semiconductor component and monitoring signals for monitoring the operating state of the power semiconductor component.
Figur 1 zeigt ein Blockbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Die in Figur 1 veranschaulichte Übertragungsvorrichtung umfasst drei Hauptblö- cke, d.h. die primärseitige Schaltungseinrichtung 100, eine Potentialtrenneinrichtung 300 und die sekundärseitige Schaltungseinrichtung 200.Figure 1 shows a block diagram of a preferred embodiment of the present invention. The transmission device illustrated in FIG. 1 comprises three main blocks cke, that is, the primary-side circuit device 100, a potential separation device 300 and the secondary-side circuit device 200.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Potential- trenneinrichtung 300 als ein Transformator mit zwei Primärwicklungen 301 a, 301 b und zwei Sekundärwicklungen 302a, 302b ausgebildet.In the preferred exemplary embodiment of the present invention, the potential isolation device 300 is designed as a transformer with two primary windings 301a, 301b and two secondary windings 302a, 302b.
Die primärseitige Schaltungseinrichtung 100 umfasst eine Energieversorgungseinheit 102 zur Bereitstellung einer zu übertragenden elektrischen Energie und eine primärseitige Signalkopplungseinrichtung 106, in welche ein Modulationssignal 1 10 einkoppelbar ist, und aus welcher ein Rückmeldesignal 1 1 1 auskoppelbar ist werden kann. Ferner ist eine Steuereinrichtung 105 gezeigt, die mit einem Steuerrechner 1 12 verbunden ist. Die Steuereinrichtung 105 dient zusammen mit dem Steuerrechner 1 12 dazu, ein in der sekundär- seitigen Schaltungseinrichtung 200 angeordnetes Leistungshalbleiterbauelement 204 mittels des Modulationssignals 1 10 anzusteuern.The primary-side circuit device 100 comprises an energy supply unit 102 for providing electrical energy to be transmitted and a primary-side signal coupling device 106, into which a modulation signal 110 can be coupled, and from which a feedback signal 1111 can be coupled out. Furthermore, a control device 105 is shown, which is connected to a control computer 1 12. The control device 105 together with the control computer 112 serves to control a power semiconductor component 204 arranged in the secondary-side circuit device 200 by means of the modulation signal 110.
Die Details zur Modulation bzw. Umschaltung des Leistungshalbleiterbauelements 204 werden untenstehend unter Bezugnahme auf Figuren 2 und 3(a), (b) erläutert werden.The details of modulation or switching of the power semiconductor device 204 will be explained below with reference to FIGS. 2 and 3 (a), (b).
Die primärseitige Signalkopplungseinrichtung 106 weist eine Ansteuersignal-The primary-side signal coupling device 106 has a control signal
Einkopplungseinheit 103 und eine Rückmeldesignal-Auskopplungseinheit 104 auf. Die Rückmeldesignal-Auskopplungseinheit 104 stellt das Rückmeldesignal 1 1 1 bereit, das eine Aussage über die Funktionsfähigkeit des Leistungshalbleiterbauelements 204 zu- lässt. Die Erzeugung des Rückmeldesignals 1 1 1 in der sekundärseitigen Schaltungsein- richtung 200 wird untenstehend beschrieben. Das Modulationssignal 1 10 dient als einCoupling unit 103 and a feedback signal decoupling unit 104. The feedback signal decoupling unit 104 provides the feedback signal 1 1 1, which allows a statement about the functionality of the power semiconductor component 204. The generation of the feedback signal 1 1 1 in the secondary-side circuit device 200 is described below. The modulation signal 1 10 serves as a
Ansteuersignal für das Leistungshalbleiterbauelement 204, wobei das Modulationssignal nach einer Übertragung über die Potentialtrenneinrichtung 300 und einer entsprechenden Signalverarbeitung (untenstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 3(a) und 3(b) erläutert) als ein Ansteuersignal 403 für das Leistungshalbleiterbauelement 204 bereitgestellt wird.Control signal for the power semiconductor component 204, the modulation signal being provided as a control signal 403 for the power semiconductor component 204 after transmission via the potential separation device 300 and corresponding signal processing (explained below with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b)).
Die sekundärseitige Schaltungseinrichtung 200 stellt eine übertragene Sekundärspannung 401 ((A) in Fig. 3) bereit und umfasst neben dem Leistungshalbleiterbauelement 204 eine Energie-Auskopplungseinheit 201 und eine sekundärseitige Signalkopplungseinrich- tung 208. Die Energie-Auskopplungseinheit 201 ist mit der Sekundärwicklung 302a, 302b der Potentialtrenneinrichtung 300 verbunden, während die Rückmeldesignal- Auskopplungseinheit 104 der primärseitigen Schaltungseinrichtung 100 mit den Primärwicklungen 301 a, 301 b der Potentialtrenneinrichtung 300 verbunden ist.The secondary-side circuit device 200 provides a transmitted secondary voltage 401 ((A) in FIG. 3) and comprises, in addition to the power semiconductor component 204, an energy decoupling unit 201 and a secondary-side signal coupling device 208. The energy decoupling unit 201 is connected to the secondary winding 302a, 302b of the potential isolation device 300, while the feedback signal Coupling unit 104 of the primary-side circuit device 100 is connected to the primary windings 301 a, 301 b of the potential separation device 300.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, besteht somit zwischen der primärseitigen Schaltungseinrich- tung 100 und der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung 200 eine Potentialtrennstelle 303, durch welche sowohl elektrische Energie als auch Steuer- und Statussignale 403, 1 1 1 , 21 1 potentialfrei übertragen werden.As can be seen from FIG. 1, there is therefore a potential separation point 303 between the primary-side circuit device 100 and the secondary-side circuit device 200, through which both electrical energy and control and status signals 403, 1 1 1, 21 1 are transmitted potential-free.
Der Aufbau der Rückmeldesignal-Auskopplungseinheit 104, der Energie- Auskopplungseinheit 201 , der Rückmeldesignal-Einkopplungseinheit 202 und der Ansteuersignal-Auskopplungseinheit 203 wird nachstehend unter Bezugnahme auf Figur 2 erläutert.The structure of the feedback signal decoupling unit 104, the energy decoupling unit 201, the feedback signal coupling unit 202 and the drive signal decoupling unit 203 is explained below with reference to FIG. 2.
Es sei darauf hingewiesen, dass, obwohl hier nur ein Ansteuersignal 403 von der primär- seitigen Schaltungseinrichtung 100 zu der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung 200 übertragen wird, mehr als ein Ansteuersignal 1 10, 403 zur Ansteuerung von mehr als einem Leistungshalbleiterbauelement 204 vorgesehen werden kann. Ebenso ist es dann möglich, mehrere Rückmeldesignale 1 1 1 von der sekundärseitigen SchaltungseinrichtungIt should be pointed out that although only one control signal 403 is transmitted from the primary-side circuit device 100 to the secondary-side circuit device 200, more than one control signal 110, 403 can be provided for controlling more than one power semiconductor component 204. It is then also possible to send a plurality of feedback signals 1 1 1 from the secondary circuit device
200 zur der primärseitigen Schaltungseinrichtung 100 zu übertragen.200 to transmit to the primary-side circuit device 100.
Die sekundärseitige Signalkopplungseinrichtung 208 ist aus zwei wesentlichen Komponenten aufgebaut, die mit den Bezugszeichen 203 und 204 bezeichnet sind. Eine Ansteuersignal-Auskopplungseinheit 203 dient der Auskopplung des Ansteuersignals für das Leistungshalbleiterbauelement 204. Die Rückmeldesignal-Einkopplungseinheit, die wie untenstehend unter Bezugnahme auf Figur 2 aufgebaut ist, erzeugt primärseitig einThe signal coupling device 208 on the secondary side is constructed from two essential components which are designated by the reference symbols 203 and 204. A control signal decoupling unit 203 serves to decouple the control signal for the power semiconductor component 204. The feedback signal coupling unit, which is constructed as below with reference to FIG. 2, generates a primary side
Rückmeldesignal 1 1 1 in Abhängigkeit von einem über eine Fehlersignal-Eingabeeinheit 212 (siehe Figur 2) zugeführten Fehlersignal 21 1.Feedback signal 1 1 1 as a function of an error signal 21 1 supplied via an error signal input unit 212 (see FIG. 2).
Die Rückmeldesignal-Einkopplungseinheit 202 und die Ansteuersignal- Auskopplungseinheit 203 sind untereinander und mit der Energie-AuskopplungseinheitThe feedback signal coupling-in unit 202 and the control signal coupling-out unit 203 are among one another and with the energy coupling-out unit
201 über Versorgungs- und Steuerleitungen 214a, 214b und 214c verbunden.201 connected via supply and control lines 214a, 214b and 214c.
Es sei darauf hingewiesen, dass die durch die erfindungsgemäße Übertragungsvorrichtung von der primärseitigen Schaltungseinrichtung 100 zu der sekundärseitigen Schal- tungseinrichtung 200 übertragene elektrische Energie zur Versorgung sämtlicher Schaltungskomponenten dient, d.h. nicht nur zum Treiben und Ansteuern des Leistungshalblei- terbauelements 204. So erhalten die Schaltungskomponenten wie die Rückmeldesignal- Einkopplungseinheit 202 und die Ansteuersignal-Auskopplungseinheit 203 ebenfalls einen Teil der über die Potentialtrenneinrichtung 300 übertragenen elektrischen Energie.It should be pointed out that the electrical energy transmitted by the transmission device according to the invention from the primary-side circuit device 100 to the secondary-side circuit device 200 serves to supply all circuit components, ie not only to drive and control the power semiconductor terbauelements 204. Thus, the circuit components such as the feedback signal coupling unit 202 and the control signal coupling unit 203 also receive part of the electrical energy transmitted via the potential separation device 300.
Figur 2 zeigt die Potentialtrenneinrichtung 300 mit primärseitigen und sekundärseitigen Schaltungskomponenten detailliert. Gezeigt ist insbesondere die Auskopplung eines Fehlersignals 21 1 mittels Stromerfassungseinheiten 101 a, 101 b, die die wesentlichen Komponenten der Rückmeldesignal-Auskopplungseinheit 104 bilden, sowie, sekundärseitig angeordnet, den detaillierten Aufbau der Energie-Auskopplungseinheit 201 , der Rückmel- designal-Einkopplungseinheit 202 und der Ansteuersignal-Auskopplungseinheit 203.FIG. 2 shows the potential separation device 300 with primary-side and secondary-side circuit components in detail. Shown in particular is the decoupling of an error signal 21 1 by means of current detection units 101 a, 101 b, which form the essential components of the feedback signal decoupling unit 104, and, arranged on the secondary side, the detailed structure of the energy decoupling unit 201, the feedback signal coupling unit 202 and the control signal decoupling unit 203.
In dem gezeigten Beispiel ist die Potentialtrenneinrichtung 300, die eine Potentialtrennstelle 303 zwischen der primärseitigen Schaltungseinrichtung 100 und der sekundärseitigen Schaltungseinheit 200 bildet, primärseitig aus zwei Primärwicklungen 301 a und 301 b ausgebildet, während die Sekundärwicklung 302 als eine einzige Wicklung dargestellt ist.In the example shown, the potential separation device 300, which forms a potential separation point 303 between the primary-side circuit device 100 and the secondary-side circuit unit 200, is formed on the primary side from two primary windings 301 a and 301 b, while the secondary winding 302 is shown as a single winding.
Ein Versorgungsspannungspotential 108 ist an den Verbindungsanschluss zwischen der ersten Primärwicklung 301 a und der zweiten Primärwicklung 301 b angelegt. Dieses Versorgungsspannungspotential beträgt beispielsweise 24 V gegenüber einem durch ein Bezugszeichen 107 angezeigtes Massepotential. Zum Betrieb des in der sekundärseitigenA supply voltage potential 108 is applied to the connection terminal between the first primary winding 301 a and the second primary winding 301 b. This supply voltage potential is, for example, 24 V compared to a ground potential indicated by reference number 107. To operate the in the secondary
Schaltungseinrichtung 200 angeordneten Leistungshalbleiterbauelements 204 wird eine von einem Oszillator (nicht gezeigt) erzeugte Hochfrequenzspannung, deren Frequenz beispielsweise 1 MHz beträgt, mit einer niedrigeren Frequenz von beispielsweise 10 kHz moduliert.Circuit device 200 arranged power semiconductor component 204, a high-frequency voltage generated by an oscillator (not shown), the frequency of which is, for example, 1 MHz, is modulated with a lower frequency of, for example, 10 kHz.
Eine derartige, amplitudenmodulierte Hochfrequenzspannung wird entsprechend einem Übersetzungsverhältnis der Potentialtrenneinrichtung (Transformator) 300 zu der Sekundärwicklung 302 übertragen. Durch die Art der Modulation der Hochfrequenzspannung mit der niedrigen Frequenz kann nun das Leistungshalbleiterbauelement 204 (siehe Figur 1 ) geschaltet werden.Such an amplitude-modulated high-frequency voltage is transmitted to the secondary winding 302 in accordance with a transformation ratio of the potential isolation device (transformer) 300. The power semiconductor component 204 (see FIG. 1) can now be switched by the type of modulation of the high-frequency voltage with the low frequency.
Untenstehend wird unter Bezugnahme auf Figur 3 das Schalten zwischen zwei Betriebs- zuständen, d.h. einem ausgeschalteten Zustand (Figur 3(a)) und einem eingeschalteten Zustand (Figur 3(b)) erläutert. Die Energie, die von der Energieversorgungseinheit 102 (in Figur 2 nicht gezeigt) bereitgestellt wird, wird von der primärseitigen Schaltungsanordnung 100 über die Potentialtrenneinrichtung 300 zu der sekundärseitigen Schaltungsanordnung 200 übertragen. Die Primärwicklungen 301 a, 301 b der Potentialtrenneinrichtung 300 sind an ihrem gemeinsa- men Verbindungsanschluss mit dem Versorgungsspannungspotential 108 verbunden, während sie mit ihrem jeweils anderen Anschluss über Modulationseinheiten 109a, 109b und die Stromerfassungseinheiten 101 a, 101 b mit dem Massepotential 107 verbunden sind. Die Modulationseinheiten 109a, 109b stellen die Modulation der Hochfrequenzspannung mit einem Modulationssignal einer niedrigen Frequenz (beispielsweise 10 kHz) be- reit. Die Modulation ist in Figur 2 nur schematisch gezeigt.The switching between two operating states, ie an off state (FIG. 3 (a)) and an on state (FIG. 3 (b)), is explained below with reference to FIG. The energy that is provided by the energy supply unit 102 (not shown in FIG. 2) is transmitted from the primary-side circuit arrangement 100 to the secondary-side circuit arrangement 200 via the potential separation device 300. The primary windings 301 a, 301 b of the potential separation device 300 are connected at their common connection to the supply voltage potential 108, while their other connection is connected to the ground potential 107 via modulation units 109a, 109b and the current detection units 101 a, 101 b. The modulation units 109a, 109b provide the modulation of the high-frequency voltage with a modulation signal of a low frequency (for example 10 kHz). The modulation is only shown schematically in FIG.
Im Folgenden werden die sekundärseitigen Schaltungskomponenten, die in der sekundären Schaltungseinrichtung 200 angeordnet sind, näher erläutert werden. Die sekundärsei- tige Schaltungseinrichtung wird über die Sekundärwicklung 302 der Potentialtrenneinrich- tung 300 gespeist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in den Figuren 1 bis 3 gezeigt ist, ist die Energie-Auskopplungseinheit 201 durch einen Spitzenwertgleichrichter ausgebildet, der auch als ein Graetz-Spitzenwertgleichrichter bezeichnet wird.The secondary-side circuit components which are arranged in the secondary circuit device 200 will be explained in more detail below. The secondary-side circuit device is fed via the secondary winding 302 of the potential separation device 300. In the preferred exemplary embodiment of the present invention, which is shown in FIGS. 1 to 3, the energy decoupling unit 201 is formed by a peak value rectifier, which is also referred to as a Graetz peak value rectifier.
Als Ausgangssignal der als Spitzenwertgleichrichter ausgebildeten Energie- Auskopplungseinheit 201 wird eine gleichgerichtete Sekundärspannung 402(B) erhalten, die beispielhaft für die Aus- und Einschaltzustände auch in den Figuren 3(a) und 3(b) jeweils als Zeitverlauf (B) gezeigt sind. Die somit erhaltene gleichgerichtete Sekundärspannung 402 dient der Energieversorgung der sekundärseitigen Schaltungskomponenten (beispielsweise über die Versorgungsleitungen 214a, 214b, 214c, die in Figur 1 gezeigt sind), wobei ein Stromfluss in der durch den Pfeil 404 (Speisestrom) gezeigten Richtung durch eine Entladungsblockiereinheit 207 vorgegeben wird. Die Entladungsblockiereinheit 207 ist als eine Gleichrichterdiode ausgebildet, die einen Stromrückfluss in die Energie- Auskopplungseinheit 201 und damit eine Entladung von Leistungshalbleiterbauelement- Schaltungskomponenten verhindert.A rectified secondary voltage 402 (B) is obtained as the output signal of the energy decoupling unit 201, which is shown as an example of the switch-off and switch-on states in FIGS. 3 (a) and 3 (b) as a time curve (B). The rectified secondary voltage 402 thus obtained serves to supply the secondary circuit components with energy (for example via the supply lines 214a, 214b, 214c, which are shown in FIG. 1), a current flow in the direction shown by the arrow 404 (supply current) being predetermined by a discharge blocking unit 207 becomes. The discharge blocking unit 207 is designed as a rectifier diode, which prevents a current return flow into the energy decoupling unit 201 and thus prevents a discharge of power semiconductor component circuit components.
Wird das Leistungshalbleiterbauelement 204 kontinuierlich in einem Ein- oder Ausschaltzustand gehalten, fließen, abgesehen von Verlustströmen, keine Speiseströme 404 zu dem Leistungshalbleiterbauelement 204, d.h. es wird der Energie-Auskopplungseinheit 201 keine Energie zum Betrieb des Leistungshalbleiterbauelements 204 entnommen. Ein Energiebedarf in dem Leistungshalbleiterbauelement 204 besteht nur dann, wenn dieses seinen Zustand wechselt, d.h. von einem ausgeschalteten Zustand in einen eingeschalteten Zustand oder umgekehrt übergeht. Da die sekundärseitig ausgekoppelte Hochfrequenzspannung mit einer Modulationsfrequenz von 10 kHz moduliert ist, kann ein der- artiger Energiebedarf nach einer Gleichrichtung der ausgekoppelten Hochfrequenzspannung auf einfache Weise und zuverlässig bereitgestellt werden.If the power semiconductor component 204 is continuously kept in an on or off state, apart from leakage currents, no feed currents 404 flow to the power semiconductor component 204, ie no energy is drawn from the energy decoupling unit 201 for operating the power semiconductor component 204. There is an energy requirement in the power semiconductor component 204 only when the latter changes its state, that is to say from a switched-off state to a switched-on state or vice versa. Since the high-frequency voltage coupled out on the secondary side is modulated with a modulation frequency of 10 kHz, such an energy requirement can be provided easily and reliably after rectification of the coupled-out high-frequency voltage.
Im Folgenden wird die Erzeugung eines Rückmeldesignals 1 1 1 , welches der Steuereinrichtung 105 in der primärseitigen Schaltungseinrichtung 100 bereitgestellt wird (siehe Figur 1 ) unter Bezugnahme auf Figur 2 erläutert werden. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein derartiges Rückmeldesignal 1 1 1 , welches einen Teil der Steuer- und Statussignale 1 1 1 , 21 1 , 403 bildet, zusammen mit der elektrischen Energie zwischen der primärseitigen Schaltungseinrichtung 100 und der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung 200 über die Potentialtrenneinrichtung 300 potentialfrei zu übertragen. Im Fall des Rückmeldesignals ist die Signalübertragung von der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung 200 zu der primärseitigen Schaltungseinrichtung 100 gerichtet.The generation of a feedback signal 1 1 1, which is provided to the control device 105 in the primary-side circuit device 100 (see FIG. 1), is explained below with reference to FIG. 2. According to the preferred exemplary embodiment of the present invention, it is possible for such a feedback signal 1 1 1, which forms part of the control and status signals 1 1 1, 21 1, 403, together with the electrical energy between the primary-side circuit device 100 and the secondary-side circuit device 200 to be transmitted potential-free via the potential separation device 300. In the case of the feedback signal, the signal transmission is directed from the secondary-side circuit device 200 to the primary-side circuit device 100.
Als Rückmeldesignal 1 1 1 wird beispielsweise ein Fehlersignal 21 1 bereitgestellt, das ei- ner Fehlersignal-Eingabeeinheit 212 der Rückmeldesignal-Einkopplungseinheit zugeführt wird. Ein derartiges Fehlersignal 21 1 zeigt beispielsweise einen fehlerhaften Zustand des Leistungshalbleiterbauelements 204 an, wobei die Gewinnung des Fehlersignals 21 1 hier nicht näher erläutert wird.An error signal 21 1 is provided as the feedback signal 1 1 1, for example, which is fed to an error signal input unit 212 of the feedback signal coupling unit. Such an error signal 21 1 indicates, for example, a defective state of the power semiconductor component 204, the extraction of the error signal 21 1 not being explained in more detail here.
Eine Einkopplung des Fehlersignals 21 1 führt zu einer Durchschaltung eines Schaltelements 210, welches in Reihe zu einem Vorwiderstand 209 zwischen Ausgangsanschlüssen (1 ) und (2) der Energie-Auskopplungseinheit 201 angeordnet ist. Durch die Durchschaltung des Schaltelements 210 in Abhängigkeit von dem Fehlersignal 21 1 wird der Stromfluss in dem aus dem Schaltelement 210 und dem Vorwiderstand 209 gebildeten Serienzweig erhöht, wodurch der sekundärseitige Stromfluss in der Potentialtrenneinrichtung 300 insgesamt erhöht wird.A coupling in of the error signal 21 1 leads to the switching through of a switching element 210 which is arranged in series with a series resistor 209 between output connections (1) and (2) of the energy decoupling unit 201. Through the switching of the switching element 210 as a function of the error signal 21 1, the current flow in the series branch formed from the switching element 210 and the series resistor 209 is increased, as a result of which the secondary-side current flow in the potential isolation device 300 is increased overall.
Eine derartige sekundärseitige Stromerhöhung führt zu einer Erhöhung des primärseitigen Stromflusses, d.h. einer Erhöhung des Stromflusses einerseits durch die Primärwicklung 301 a, die Modulationseinheit 109a und die Stromerfassungseinheit 101 a und andererseits durch die Primärwicklung 301 b, die Modulationseinheit 109b und die Stromerfassungs- einheit 101 b. In dem gezeigten Beispiel sind die Stromerfassungseinheiten 101 a, 101 b, die den durch das Fehlersignal 21 1 hervorgerufenen erhöhten Stromfluss detektieren, als Serienwiderstände (Shunts) ausgebildet. Die Rückmeldesignale 1 1 1 a, 1 1 1 b stellen dann den Spannungsabfall über den Stromerfassungseinheiten 101 a, 101 b dar und werden zur Steuerung der Steuereinrichtung 105 herangezogen.Such a secondary-side current increase leads to an increase in the primary-side current flow, ie an increase in the current flow on the one hand through the primary winding 301 a, the modulation unit 109a and the current detection unit 101 a and on the other hand through the primary winding 301 b, the modulation unit 109b and the current detection unit 101 b. In the example shown, the current detection units 101 a, 101 b, which detect the increased current flow caused by the error signal 21 1, are designed as series resistors (shunts). The feedback signals 1 1 1 a, 1 1 1 b then represent the voltage drop across the current detection units 101 a, 101 b and are used to control the control device 105.
Es sei hier darauf hingewiesen, dass ein als IGBT ausgebildetes Leistungshalbleiterbauelement für Ausgangsanschlüsse (3) und (4) der in Figur 2 gezeigten sekundärseitigen Schaltungsanordnung 200 keinen ohm'schen Abschluss darstellt, d.h. es fließt im statio- nären, ein- bzw. ausgeschalteten Zustand des Leistungshalbleiterbauelements 204 kein oder nur ein vernachlässigbarer Strom, so dass die durch das Fehlersignal 21 1 verursachte sekundärseitige Stromerhöhung primärseitig mit großer Genauigkeit zuverlässig erfasst werden kann.It should be noted here that a hole formed as an IGBT power semiconductor device for output terminals (3) and (4) the secondary side circuit arrangement shown in FIG 2200 is not an ohmic conclusion, it ie flows in the sta- tionary, on- and off-state of the power semiconductor component 204 no or only a negligible current, so that the secondary-side current increase caused by the error signal 21 1 can be reliably detected on the primary side with great accuracy.
Im Folgenden wird die Erzeugung des Ansteuersignals 403 für das Leistungshalbleiterbauelement 204 näher erläutert werden. Das Ansteuersignal 403 dient, wie bereits obenstehend erwähnt, einer Ansteuerung des Leistungshalbleiterbauelements 204, insbesondere einem Ein- bzw. Ausschalten des Leistungshalbleiterbauelements 204. Erfindungsgemäß wird das Ansteuersignal 403 als ein Bestandteil der Steuer- und Statussignale 1 1 1 , 21 1 , 403 zusammen mit der elektrischen Energie von der primärseitigen Schaltungseinrichtung 100 zu der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung 200 über die Potentialtrenneinrichtung 300 potentialfrei übertragen.The generation of the drive signal 403 for the power semiconductor component 204 will be explained in more detail below. As already mentioned above, the control signal 403 serves to control the power semiconductor component 204, in particular to switch the power semiconductor component 204 on and off. According to the invention, the control signal 403 is used as a component of the control and status signals 1 1 1, 21 1, 403 together with of the electrical energy from the primary-side circuit device 100 to the secondary-side circuit device 200 via the potential separation device 300 potential-free.
Das Ansteuersignal 403 ergibt sich hierbei aus dem primärseitig bereitgestellten Modula- tionssignal 1 10 und einer Einstellung eines Tastverhältnisses in der gleichgerichtetenThe control signal 403 results here from the modulation signal 110 provided on the primary side and a setting of a pulse duty factor in the rectified one
Sekundärspannung 402, wie in Figur 3 veranschaulicht. In Figur 2 ist gezeigt, dass die Ansteuersignal-Auskopplungseinheit 203 einerseits aus einem Spannungsteiler 206a, 206b besteht, um die gleichgerichtete Sekundärspannung 402 auf einen zweckmäßigen Ausgangsspannungspegel (C) herunterzuteilen, und andererseits eine Filtereinheit 205, 206b aufweist, um eine aus der gleichgerichteten Sekundärspannung 402 geteilte gleichgerichtete Sekundärspannung 410 zu filtern. Die Filtereinheit ist aus einer Parallelschaltung eines Kondensators 205 und eines Widerstands 206b aufgebaut und stellt für die gleichgerichtete Sekundärspannung 402 ein Tiefpassfilter dar. Als das gefilterte Ausgangssignal der Filtereinheit 205, 206b wird das Ansteuersignal 403 über einen Signal- ausgangsanschluss (5) ausgegeben. Figur 3 zeigt jeweils drei Spannungsverläufe (A), (B) bzw. (C) für den ausgeschalteten Zustand des Leistungshalbleiterbauelements 204 (Figur 3(a)) und den eingeschalten Zustand (Figur 3(b)). Es sei darauf hingewiesen, dass das in der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung 200 angeordnete Leistungshalbleiterbauelement 204 zwischen mehr als zwei Zuständen umgeschaltet werden kann, wenn Modulationssignale 1 10 entsprechend ausgelegt werden. In dem vorliegenden Anwendungsfall eines Leistungshalbleiterbauelements 204 zum Umschalten großer Leistungen werden nur zwei Zustände, d.h. ein Einschaltzustand und ein Ausschaltzustand diskutiert werden.Secondary voltage 402, as illustrated in Figure 3. In FIG. 2 it is shown that the drive signal decoupling unit 203 consists on the one hand of a voltage divider 206a, 206b in order to divide the rectified secondary voltage 402 down to an appropriate output voltage level (C), and on the other hand has a filter unit 205, 206b for one of the rectified secondary voltage Filter 402 divided rectified secondary voltage 410. The filter unit is constructed from a parallel connection of a capacitor 205 and a resistor 206b and represents a low-pass filter for the rectified secondary voltage 402. The drive signal 403 is output as a filtered output signal of the filter unit 205, 206b via a signal output connection (5). FIG. 3 shows three voltage curves (A), (B) and (C) for the switched-off state of the power semiconductor component 204 (FIG. 3 (a)) and the switched-on state (FIG. 3 (b)). It should be pointed out that the power semiconductor component 204 arranged in the secondary-side circuit device 200 can be switched between more than two states if modulation signals 110 are designed accordingly. In the present application of a power semiconductor component 204 for switching large powers, only two states, that is to say an on state and an off state, will be discussed.
In Figur 3(a) ist der Ausschaltzustand des Leistungshalbleiterbauelements 204 gezeigt. Dargestellt sind jeweils Spannungsverläufe als Funktion der Zeit t, wobei der Spannungsverlauf (A) die Sekundärspannung 401 , die über der Sekundärwicklung 302 der Potentialtrenneinrichtung 300 anliegt, der Spannungsverlauf (B) die gleichgerichtete Sekundärspannung 402 und der Spannungsverlauf (C) das Ansteuersignal 403 darstellt. Die gleichgerichtete Sekundärspannung 402 wird durch die in der Energie- Auskopplungseinheit 201 bereitgestellte Spitzenwertgleichrichtung der Sekundärspannung 401 erhalten.The switched-off state of the power semiconductor component 204 is shown in FIG. 3 (a). Voltage curves are shown as a function of time t, the voltage curve (A) representing the secondary voltage 401 which is present across the secondary winding 302 of the potential isolation device 300, the voltage curve (B) representing the rectified secondary voltage 402 and the voltage curve (C) representing the control signal 403. The rectified secondary voltage 402 is obtained by the peak value rectification of the secondary voltage 401 provided in the energy decoupling unit 201.
Die Spannungen 401 und 402 weisen hierbei eine durch das Bezugszeichen 408 gekenn- zeichnete Pulssignal-Periodendauer auf, die durch die primärseitig aufgeprägte Modulationsfrequenz bestimmt ist. Bei einer wie oben erwähnt eingestellten Modulationsfrequenz von 10 kHz beträgt eine derartige Pulssignal-Periodendauer 408 beispielsweise 0,1 ms. Ferner ist in den Figuren 3(a) und 3(b) eine Pulsbreite 403 gezeigt, durch welche zusammen mit der Pulssignal-Periodendauer 408 ein Tastverhältnis gegeben ist.The voltages 401 and 402 in this case have a pulse signal period, identified by the reference symbol 408, which is determined by the modulation frequency impressed on the primary side. With a modulation frequency of 10 kHz set as mentioned above, such a pulse signal period 408 is, for example, 0.1 ms. Furthermore, a pulse width 403 is shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), by means of which a pulse duty factor is given together with the pulse signal period 408.
Ein Vergleich der Figuren 3(a) und 3(b) hinsichtlich der Pulsbreite 409 bzw. des Tastverhältnisses zeigt einen deutlichen Unterschied. Für den Einschaltzustand (Figur 3(b)) wird eine gegenüber dem Ausschaltzustand (Figur 3(a)) erhöhte Pulsbreite 409 bereitgestellt. Dies führt dazu, dass eine Filterung der gleichgerichteten Sekundärspannung 402(B) zu einem Mittelwert des Ansteuersignals 403(C) führt, der im eingeschalteten Zustand (FigurA comparison of FIGS. 3 (a) and 3 (b) with regard to the pulse width 409 and the duty cycle shows a clear difference. A pulse width 409 is provided for the switched-on state (FIG. 3 (b)) compared to the switched-off state (FIG. 3 (a)). This means that filtering the rectified secondary voltage 402 (B) leads to an average value of the control signal 403 (C), which in the switched-on state (FIG
3(b)) über einem Mittelwert im ausgeschalteten Zustand (Figur 3(a)) des Leistungshalbleiterbauelements 204 liegt.3 (b)) lies above an average value in the switched-off state (FIG. 3 (a)) of the power semiconductor component 204.
In den Figuren 3(a) und 3(b) sind jeweils entsprechende Einschaltbereiche 406 und Aus- schaltbereiche 407 gezeigt, die durch eine vorgebbare Schaltschwelle 405 getrennt sind.FIGS. 3 (a) and 3 (b) each show corresponding switch-on areas 406 and switch-off areas 407 which are separated by a predefinable switching threshold 405.
Der Ausschaltzustand des Leistungshalbleiterbauelements 204 wird nun dadurch festge- legt, dass sich der Mittelwert des Ansteuersignals 403 in dem Ausschaltbereich 407 befindet, während der Einschaltzustand des Leistungshalbleiterbauelements 204 dadurch definiert ist, dass sich der Mittelwert des Ansteuersignals 403 in dem Einschaltbereich 406 befindet.The switch-off state of the power semiconductor component 204 is now determined thereby. specifies that the mean value of the drive signal 403 is in the switch-off area 407, while the switch-on state of the power semiconductor component 204 is defined in that the mean value of the drive signal 403 is in the switch-on area 406.
Die Grenze zwischen Einschaltbereich 406 und Ausschaltbereich 407 ist durch die Schaltschwelle 405 frei festlegbar. Somit ist es möglich, allein durch eine Änderung des Tastverhältnisses der Sekundärspannung 401 , die durch die primäre Schaltungseinrichtung 100 vorgegeben wird, ein Ansteuersignal 403 zu erzeugen, ohne die Pulssignal- Periodendauer 408 bzw. die Modulationsfrequenz selbst zu verändern.The limit between switch-on area 406 and switch-off area 407 can be freely defined by switching threshold 405. It is thus possible to generate a control signal 403 solely by changing the duty cycle of the secondary voltage 401, which is predetermined by the primary circuit device 100, without changing the pulse signal period 408 or the modulation frequency itself.
Eine Übertragung elektrischer Energie von der primärseitigen Schaltungseinrichtung 100 zu der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung 200 über die Potentialtrenneinrichtung 300 wird hierbei sichergestellt, da in beiden Fällen, d.h. in dem Fall eines geringen Tastver- hältnisses (Figur 3(a)) und in dem Fall eines großen Tastverhältnisses (Figur 3(b)) ein ausreichender Speisestrom 404 bereitgestellt werden kann. Der Speisestrom 404 wird ohnehin nur dann benötigt, wenn eine Umschaltung von dem eingeschalteten Zustand zu dem ausgeschalteten Zustand und umgekehrt erfolgen soll, wie obenstehend erläutert.A transmission of electrical energy from the primary-side circuit device 100 to the secondary-side circuit device 200 via the potential separation device 300 is ensured here, because in both cases, i.e. in the case of a low duty cycle (FIG. 3 (a)) and in the case of a large duty cycle (FIG. 3 (b)), a sufficient supply current 404 can be provided. The feed current 404 is only required anyway if a switchover from the switched-on state to the switched-off state and vice versa is to take place, as explained above.
Somit ist es möglich, über eine einzige Potentialtrenneinrichtung 300 (d.h. einen einzigen Transformator) sowohl elektrische Energie von der primärseitigen Schaltungseinrichtung 100 zu der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung 200 als auch Steuer- und Statussignale 403, 1 1 1 , 21 1 bidirektional zwischen der primärseitigen Schaltungseinrichtung 100 und der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung 200 zu übertragen. Zur exakten Definiti- on der Ein- bzw. Ausschaltschwelle kann das Ansteuersignal 403 einer KomparatoreinheitIt is thus possible, via a single potential separation device 300 (ie a single transformer), both electrical energy from the primary-side circuit device 100 to the secondary-side circuit device 200 and control and status signals 403, 1 1 1, 21 1 bidirectionally between the primary-side circuit device 100 and the secondary circuit device 200 to transmit. The control signal 403 of a comparator unit can be used to exactly define the switch-on or switch-off threshold
(nicht gezeigt) zugeführt werden, welche anhand der eingestellten Schaltschwelle 405 bestimmt, ob das Ansteuersignal 403(C) in dem Einschaltbereich 406 oder in dem Ausschaltbereich 407 potentialmäßig liegt.(Not shown) are supplied, which determines on the basis of the set switching threshold 405 whether the control signal 403 (C) is potential in the switch-on area 406 or in the switch-off area 407.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Although the present invention has been described above on the basis of preferred exemplary embodiments, it is not restricted thereto, but rather can be modified in a variety of ways.
Auch ist die Erfindung nicht auf die genannten Anwendungsmöglichkeiten beschränkt. BEZUGSZEICHENLISTEThe invention is also not limited to the application possibilities mentioned. REFERENCE SIGN LIST
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Schritte.In the figures, identical reference symbols designate identical or functionally identical components or steps.
100 Primärseitige Schaltungseinrichtung100 primary-side circuit device
101 a, Stromerfassungseinheit 101 b101 a, current detection unit 101 b
102 Energieversorgungseinheit102 power supply unit
103 Ansteuersignal-Einkopplungseinheit103 control signal coupling unit
104 Rückmeldesignal-Auskopplungseinheit104 feedback signal decoupling unit
105 Steuereinrichtung105 control device
106 Primärseitige Signalkopplungseinrichtung106 primary-side signal coupling device
107 Massepotential107 ground potential
108 Versorgungsspannungspotential108 Supply voltage potential
109a, Modulationseinheit 109b109a, modulation unit 109b
1 10 Modulationssignal1 10 modulation signal
1 1 1 , Rückmeldesignal1 1 1, feedback signal
1 1 1 a,1 1 1 a,
1 1 1 b1 1 1 b
1 12 Steuerrechner1 12 control computer
200 Sekundärseitige Steuerschaltungseinrichtung200 secondary-side control circuit device
201 Energie-Auskopplungseinheit201 energy decoupling unit
202 Rückmeldesignal-Einkopplungseinheit202 feedback signal coupling unit
203 Ansteuersignal-Auskopplungseinheit203 control signal decoupling unit
204 Leistungshalbleiterbauelement, IGBT, FET 205, 206b Filtereinheit204 power semiconductor component, IGBT, FET 205, 206b filter unit
206a, Spannungsteilereinheit 206b 207 Entladungsblockiereinheit206a, voltage divider unit 206b 207 discharge blocking unit
208 Sekundärseitige Signalkopplungseinrichtung208 Secondary signal coupling device
209 Vorwiderstand209 series resistor
210 Schaltelement210 switching element
21 1 Fehlersignal21 1 error signal
212 Fehlersignal-Eingabeeinheit212 error signal input unit
213213
214a, Versorgungs- und Steuerleitungen214a, supply and control lines
214b,214b,
214c214c
300 Potentialtrenneinrichtung300 electrical isolation device
301 a, Primärwicklung301 a, primary winding
301 b301 b
302, Sekundärwicklung302, secondary winding
302a,302a,
302b302b
303 Potentialtrennstelle303 isolation point
401 , A Sekundärspannung401, A secondary voltage
402, B Gleichgerichtete Sekundärspannung402, B Rectified secondary voltage
403, C Ansteuersignal403, C control signal
404 Speisestrom404 feed current
405 Schaltschwelle405 switching threshold
406 Einschaltbereich406 switch-on range
407 Ausschaltbereich407 switch-off area
408 Pulssignal-Periodendauer408 pulse signal period
409 Pulsbreite409 pulse width
410 Geteilte gleichgerichtete Sekundärspannung 410 Split rectified secondary voltage

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Übertragungsvorrichtung zur Übertragung elektrischer Energie von einer primärseitigen Schaltungseinrichtung (100) zu einer sekundärseitigen Schaltungseinrichtung (200), mit:1. A transmission device for transmitting electrical energy from a primary-side circuit device (100) to a secondary-side circuit device (200), comprising:
a) einer in der primärseitigen Schaltungseinrichtung (100) angeordneten Energieversorgungseinheit (102) zur Bereitstellung der zu übertragenden elektrischen Energie;a) an energy supply unit (102) arranged in the primary-side circuit device (100) for providing the electrical energy to be transmitted;
b) einem in der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung (200) angeordneten Leistungs- halbleiterbauelement (204) zur Aufnahme der übertragenen elektrischen Energie; undb) a power semiconductor component (204) arranged in the secondary-side circuit device (200) for receiving the transmitted electrical energy; and
c) einer Potentialtrenneinrichtung (300) zur Trennung elektrischer Potentiale der primärseitigen Schaltungseinrichtung (100) von elektrischen Potentialen der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung (200),c) a potential separation device (300) for separating electrical potentials of the primary-side circuit device (100) from electrical potentials of the secondary-side circuit device (200),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s sd a d u r c h g e k n n z e i c h n e t, d a s s
d) die primärseitige Schaltungseinrichtung (100) eine primärseitige Signalkopplungseinrichtung (106) zur Ein- und Auskopplung von Steuer- und Statussignalen (403, 111,211) aufweist; dassd) the primary-side circuit device (100) has a primary-side signal coupling device (106) for coupling and decoupling control and status signals (403, 111, 211); that
e) die sekundärseitige Schaltungseinrichtung (200) eine sekundärseitige Signalkopplungseinrichtung (208) zur Ein- und Auskopplung der Steuer- und Statussignale (403, 111, 211 ) und eine Energie-Auskopplungseinheit (201 ) zur Auskopplung der über die Potential- trenneinrichtung (300) übertragenen elektrischen Energie aufweist, dasse) the secondary-side circuit device (200), a secondary-side signal coupling device (208) for coupling and decoupling the control and status signals (403, 111, 211) and an energy decoupling unit (201) for decoupling the via the potential separation device (300) transferred electrical energy has that
f) die Steuer- und Statussignale (403, 111,211) zusammen mit der elektrischen Energie zwischen der primärseitigen Schaltungseinrichtung (100) und der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung (200) über die Potentialtrenneinrichtung (300) potentialfrei übertragen werden, dassf) the control and status signals (403, 111, 211) together with the electrical energy between the primary-side circuit device (100) and the secondary-side circuit device (200) are transmitted potential-free via the potential separation device (300) that
g) die primärseitige Signalkopplungseinrichtung (106) zur Ein- und Auskopplung von Steuer- und Statussignalen (403, 111,211) aufweist:g) the primary-side signal coupling device (106) for coupling and decoupling control and status signals (403, 111, 211) has:
h) eine Ansteuersignal-Einkopplungseinheit (103) zur Einkopplung eines Ansteuersignals (403), mit welchem das Leistungshalbleiterbauelement (204) angesteuert wird; und i) eine Rückmeldesignal-Auskopplungseinheit (104) zur Auskopplung eines Rückmeldesignals (111), welches einen Fehlerstatus des Leistungshalbleiterbauelements (204) anzeigt, und dassh) a drive signal coupling unit (103) for coupling a drive signal (403) with which the power semiconductor component (204) is driven; and i) a feedback signal decoupling unit (104) for decoupling a feedback signal (111), which indicates an error status of the power semiconductor component (204), and that
j) die sekundärseitige Signalkopplungseinrichtung (208) zur Ein- und Auskopplung von Steuer- und Statussignalen (403, 111,211) aufweist:j) the secondary-side signal coupling device (208) for coupling and decoupling control and status signals (403, 111, 211):
k) eine Rückmeldesignal-Einkopplungseinheit (202) zur Einkopplung eines Fehlersignals (211), welches Fehlersignal (211) einen Fehlerstatus des Leistungshalbleiterbauelements (204) anzeigt und zu der primärseitigen Schaltungseinrichtung (100) übertragen und als das Rückmeldesignal (111) einer Steuereinrichtung (105) zum Steuern des Leistungshalbleiterbauelements (204) zugeführt wird; undk) a feedback signal coupling unit (202) for coupling an error signal (211), which error signal (211) indicates an error status of the power semiconductor component (204) and transmitted to the primary-side circuit device (100) and as the feedback signal (111) to a control device (105 ) for controlling the power semiconductor component (204) is supplied; and
I) eine Ansteuersignal-Auskopplungseinheit (203) zur Auskopplung eines Ansteuersignals (403), mit welchem das Leistungshalbleiterbauelement (204) angesteuert wird.I) a control signal decoupling unit (203) for decoupling a control signal (403) with which the power semiconductor component (204) is controlled.
2. Vorrichtung 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 Potentialtrenneinrichtung (300) als ein elektrischer Transformator mit Primär- (301a, 301b) und Sekundärwicklungen (302a, 302b) ausgebildet ist.2. Device according to claim 1, so that the potential separation device (300) is designed as an electrical transformer with primary (301a, 301b) and secondary windings (302a, 302b).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ansteuersignal-Auskopplungseinheit (203) aus einer Spannungsteilereinheit (206a, 206b) zur Teilung einer gleichgerichteten Sekundärspannung (402) und zur Ausgabe einer geteilten gleichgerichteten Sekundärspannung (410) und einer Filtereinheit (205, 206b) zur Filterung der geteilten gleichgerichteten Sekundärspannung (410), um das Ansteuersignal (403) zu erhalten, gebildet ist.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the control signal decoupling unit (203) from a voltage divider unit (206a, 206b) for dividing a rectified secondary voltage (402) and for outputting a divided rectified secondary voltage (410) and a filter unit (205 , 206b) for filtering the divided rectified secondary voltage (410) in order to obtain the drive signal (403).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Filtereinheit (205, 206b) zur Filterung der geteilten gleichgerichteten Sekundärspannung (410), um das Ansteuersignal (403) zu erhalten, als ein elektrisches Tiefpassfilter ausgebildet ist.4. The device according to claim 3, characterized in that the filter unit (205, 206b) for filtering the divided rectified secondary voltage (410) in order to receive the drive signal (403) is designed as an electrical low-pass filter.
5. Vorrichtung 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 das Leistungshalbleiterbauelement (204) als ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) ausgebildet ist.5. The apparatus of claim 1, so that the power semiconductor component (204) is designed as an insulated gate bipolar transistor (IGBT).
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Potentialtrenneinrichtung (300) als ein elektrischer Transformator mit einem ein- zigen magnetischen Ringkern ausgebildet ist.6. The device as claimed in claim 2, so that the potential separation device (300) is designed as an electrical transformer with a single magnetic toroid.
7. Vorrichtung 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 in der Rückmeldesignal-Einkopplungseinheit (202) zur Einkopplung des Fehlersignals (211), eine Reihenschaltung von einem Schaltelement (210) und einem Vorwiderstand (209) enthalten ist, wobei eine Durchschaltung des Schaltelements (210) in Abhängigkeit von dem Fehlersignal (211) eine Änderung des Sekundärstroms in der Potentialtrenneinrichtung (300) herbeiführt.7. The device according to claim 1, characterized in that in the feedback signal coupling unit (202) for coupling the error signal (211), a series connection of a switching element (210) and a series resistor (209) is included, wherein a switching of the switching element (210 ) depending on the error signal (211) causes a change in the secondary current in the potential isolation device (300).
8. Vorrichtung 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 Energie-Auskopplungseinheit (201) als ein Graetz-Spitzenwertgleichrichter aus- gebildet ist.8. The device as claimed in claim 1, so that the energy decoupling unit (201) is designed as a Graetz peak value rectifier.
9. Verfahren zum Übertragen elektrischer Energie von einer primärseitigen Schaltungseinrichtung (100) zu einer sekundärseitigen Schaltungseinrichtung (200), mit den folgenden Schritten: a) Bereitstellen der zu übertragenden elektrischen Energie mittels einer in der primärseiti- gen Schaltungseinrichtung (100) angeordneten Energieversorgungseinheit (102);9. A method for transmitting electrical energy from a primary-side circuit device (100) to a secondary-side circuit device (200), comprising the following steps: a) providing the electrical energy to be transmitted by means of an energy supply unit (102) arranged in the primary-side circuit device (100);
b) Übertragen der bereitgestellten elektrischen Energie von der primärseitigen Schal- tungseinrichtung (100) zu der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung (200) über eineb) transmission of the electrical energy provided from the primary-side switching device (100) to the secondary-side switching device (200) via a
Potentialtrenneinrichtung (300); undPotential isolation device (300); and
c) Aufnehmen der über die Potentialtrenneinrichtung (300) übertragenen elektrischen Energie in einem in der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung (200) angeordneten Leis- tungshalbleiterbauelement (204),c) receiving the electrical energy transmitted via the potential separation device (300) in a power semiconductor component (204) arranged in the secondary-side circuit device (200),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s sd a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
d) in der primärseitigen Schaltungseinrichtung (100) Steuer- und Statussignale (403, 111, 211) mittels einer primärseitigen Signalkopplungseinrichtung (106) ein- und ausgekoppelt werden; dassd) control and status signals (403, 111, 211) are coupled in and out in the primary-side circuit device (100) by means of a primary-side signal coupling device (106); that
e) in der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung (200) Steuer- und Statussignale (403, 111,211) mittels einer sekundärseitigen Signalkopplungseinrichtung (208) ein- und aus- gekoppelt werden , dasse) control and status signals (403, 111, 211) are coupled in and out in the secondary-side circuit device (200) by means of a secondary-side signal coupling device (208) that
f) die Steuer- und Statussignale (403, 111,211) zusammen mit der elektrischen Energie zwischen der primärseitigen Schaltungseinrichtung (100) und der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung (200) über die Potentialtrenneinrichtung (300) potentialfrei übertragen werden, dassf) the control and status signals (403, 111, 211) together with the electrical energy between the primary-side circuit device (100) and the secondary-side circuit device (200) are transmitted potential-free via the potential separation device (300) that
g) die Steuer- und Statussignale (403, 111 , 211 ) ein Ansteuersignal (403) umfassen, mit welchem das in der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung (200) angeordnete Leistungshalbleiterbauelement (204) zwischen mindestens zwei Zuständen umgeschaltet wird, dassg) the control and status signals (403, 111, 211) comprise a control signal (403) with which the power semiconductor component (204) arranged in the secondary-side circuit device (200) is switched between at least two states that
h) die Steuer- und Statussignale (403, 111 , 211 ) ein Fehlersignal (211) umfassen, mit welchem Fehlersignal (211) eine Funktionsfähigkeit des Leistungshalbleiterbauelements (204) überprüft wird, und dass i) dass das Fehlersignal (211) zu der primärseitigen Schaltungseinrichtung (100) übertragen und als ein Rückmeldesignal (111) einer Steuereinrichtung (105) zum Steuern des Leistungshalbleiterbauelements (204) zugeführt wird.h) the control and status signals (403, 111, 211) comprise an error signal (211) with which error signal (211) a functionality of the power semiconductor component (204) is checked, and that i) that the error signal (211) is transmitted to the primary-side circuit device (100) and is fed as a feedback signal (111) to a control device (105) for controlling the power semiconductor component (204).
10. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuer- und Statussignale (403, 111,211) über die Potentialtrenneinrichtung10. The method according to claim 9, that the control and status signals (403, 111, 211) via the electrical isolation device
(300) bidirektional übertragen werden.(300) are transmitted bidirectionally.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Schritt d) eines Auskoppeins der Steuer- und Statussignale (403, 111,211) mittels der sekundärseitigen Signalkopplungseinrichtung (208) die folgenden Unterschritte umfasst:11. The method according to claim 9 or 10, so that the step d) of decoupling the control and status signals (403, 111, 211) by means of the signal coupling device (208) on the secondary side comprises the following substeps:
(i) Gleichrichten einer über die Potentialtrenneinrichtung (300) potentialfrei übertragenen Sekundärspannung (401 ) mittels einer Energie-Auskopplungseinheit (201 ), um eine gleichgerichtete Sekundärspannung (402) zu erhalten;(i) rectifying a secondary voltage (401), which is transmitted potential-free via the potential separation device (300), by means of an energy decoupling unit (201) in order to obtain a rectified secondary voltage (402);
(ii) Teilen der gleichgerichteten Sekundärspannung (402) mittels einer Spannungsteilereinheit (206a, 206b), um eine geteilte gleichgerichtete Sekundärspannung (410) zu erhalten; und(ii) dividing the rectified secondary voltage (402) by means of a voltage divider unit (206a, 206b) to obtain a divided rectified secondary voltage (410); and
(iii) Filtern der geteilten gleichgerichteten Sekundärspannung (410) mittels einer Filtereinheit ((205, 206b), um eine gefilterte, geteilte gleichgerichtete Sekundärspannung (403) zu erhalten.(iii) filtering the divided rectified secondary voltage (410) by means of a filter unit ((205, 206b) to obtain a filtered, divided rectified secondary voltage (403).
12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die durch die Filtereinheit (205, 206b) gefilterte, geteilte gleichgerichtete Sekundär- Spannung das Ansteuersignal (403) für das in der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung (200) angeordnete Leistungshalbleiterbauelement (204) bildet, wobei die mindestens zwei Zustände des Leistungshalbleiterbauelements (204) in Abhängigkeit von mindestens einem Spannungsniveau des Ansteuersignals (403) geschaltet werden.12. The method according to claim 11, characterized in that the divided rectified secondary voltage filtered by the filter unit (205, 206b) forms the control signal (403) for the power semiconductor component (204) arranged in the secondary-side circuit device (200), the at least two States of the power semiconductor component (204) are switched as a function of at least one voltage level of the control signal (403).
13. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Übertragen der bereitgestellten elektrischen Energie von der primärseitigen Schaltungseinrichtung (100) zu der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung (200) über die Potentialtrenneinrichtung (300) bei einer konstanten Pulssignalperiodendauer (408) durchgeführt wird.13. The method as claimed in claim 9, so that the electrical energy provided is transferred from the primary-side circuit device (100) to the secondary-side circuit device (200) via the potential separation device (300) at a constant pulse signal period (408).
14. Verfahren nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei dem Übertragen der bereitgestellten elektrischen Energie die Pulsbreite (409) bei der konstanten Pulssignalperiodendauer (408) variiert wird, wobei die Variation der Pulsbreite (409) eine Umschaltung des Leistungshalbleiterbauelements (204) zwischen mindestens zwei Zuständen bewirkt.14. The method according to claim 13, characterized in that during the transmission of the electrical energy provided, the pulse width (409) is varied at the constant pulse signal period (408), the variation of the pulse width (409) switching the power semiconductor component (204) between at least two Conditions.
15. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuer- und Statussignale (403, 111 , 211 ) ein Fehlersignal (211 ) umfassen, mit welchem neben der Funktionsfähigkeit des in der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung (200) angeordneten Leistungshalbleiterbauelements (204) weitere Schaltungskomponenten der sekundärseitigen Schaltungseinrichtung (200) überprüft werden. 15. The method according to claim 9, characterized in that the control and status signals (403, 111, 211) comprise an error signal (211) with which, in addition to the functionality of the power semiconductor component (204) arranged in the secondary-side circuit device (200), further circuit components of the secondary circuit device (200) are checked.
PCT/EP2007/053939 2006-05-10 2007-04-23 Energy and signal transmission device for electronic power semiconductor components and transmission method WO2007128675A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP06405194 2006-05-10
EP06405194.9 2006-05-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2007128675A1 true WO2007128675A1 (en) 2007-11-15

Family

ID=37075293

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2007/053939 WO2007128675A1 (en) 2006-05-10 2007-04-23 Energy and signal transmission device for electronic power semiconductor components and transmission method

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2007128675A1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2302797A1 (en) * 2009-09-23 2011-03-30 ABB Schweiz AG Control for a semiconductor device
EP2302798A1 (en) * 2009-09-23 2011-03-30 ABB Schweiz AG Control for a semiconductor device
WO2011095212A3 (en) * 2010-02-03 2011-11-17 Abb Technology Ag Switching module to limit and/or break the current of an electric power line
FR3013004A1 (en) * 2013-11-08 2015-05-15 Valeo Systemes Thermiques SECURE CONTROL OF AN ELECTRIC HEATER
EP3624317A1 (en) 2018-09-12 2020-03-18 ABB Schweiz AG Control device for controlling a power semiconductor device
EP3624318A1 (en) 2018-09-12 2020-03-18 ABB Schweiz AG Transmitting energy and a data signal via a transformer

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994006209A1 (en) * 1992-09-02 1994-03-17 Exide Electronics Corporation Gate-drive circuit
WO2002027913A1 (en) * 2000-09-29 2002-04-04 Siemens Aktiengesellschaft Drive control for an electric drive with a secure electrical separation of power element and control element
DE10312704A1 (en) * 2003-03-21 2004-09-30 Conti Temic Microelectronic Gmbh Method for controlling and monitoring the function of a power semiconductor switch and device for carrying out the method
EP1533903A2 (en) * 2003-11-19 2005-05-25 Semikron Elektronik GmbH Patentabteilung Circuit and method for the voltage insulated transmission of switching information

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994006209A1 (en) * 1992-09-02 1994-03-17 Exide Electronics Corporation Gate-drive circuit
WO2002027913A1 (en) * 2000-09-29 2002-04-04 Siemens Aktiengesellschaft Drive control for an electric drive with a secure electrical separation of power element and control element
DE10312704A1 (en) * 2003-03-21 2004-09-30 Conti Temic Microelectronic Gmbh Method for controlling and monitoring the function of a power semiconductor switch and device for carrying out the method
EP1533903A2 (en) * 2003-11-19 2005-05-25 Semikron Elektronik GmbH Patentabteilung Circuit and method for the voltage insulated transmission of switching information

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2302797A1 (en) * 2009-09-23 2011-03-30 ABB Schweiz AG Control for a semiconductor device
EP2302798A1 (en) * 2009-09-23 2011-03-30 ABB Schweiz AG Control for a semiconductor device
WO2011095212A3 (en) * 2010-02-03 2011-11-17 Abb Technology Ag Switching module to limit and/or break the current of an electric power line
RU2548167C2 (en) * 2010-02-03 2015-04-20 Абб Текнолоджи Аг Switching module to be used in device for current limitation and/or interruption in transmission line or electric power distribution
US9065326B2 (en) 2010-02-03 2015-06-23 Abb Technology Ltd Switching module for use in a device to limit and/or break the current of a power transmission or distribution line
FR3013004A1 (en) * 2013-11-08 2015-05-15 Valeo Systemes Thermiques SECURE CONTROL OF AN ELECTRIC HEATER
FR3013003A1 (en) * 2013-11-08 2015-05-15 Valeo Systemes Thermiques SECURE CONTROL OF AN ELECTRIC HEATER
WO2015067730A3 (en) * 2013-11-08 2015-09-17 Valeo Systemes Thermiques Secure control of an electric heater
EP3624317A1 (en) 2018-09-12 2020-03-18 ABB Schweiz AG Control device for controlling a power semiconductor device
EP3624318A1 (en) 2018-09-12 2020-03-18 ABB Schweiz AG Transmitting energy and a data signal via a transformer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3630775C2 (en)
DE2458302A1 (en) POWER SUPPLY WITH A BLOCKING CONVERTER FOR A TELEVISION RECEIVER WITH ULTRASONIC REMOTE CONTROL
EP1956709A2 (en) Switch driver circuit with a high side level shifter for transmitting an input signal and corresponding method
WO2007128675A1 (en) Energy and signal transmission device for electronic power semiconductor components and transmission method
DE102016108187A1 (en) Gate drive circuit for reducing parasitic coupling
EP2385629A2 (en) Actuation circuit with transmission circuit for capacitative transmission of a signal and assigned method
DE69914167T2 (en) DEVICE FOR ACTUATING A TURN-OFF OR TURN-ON ELECTROMAGNET OF A CIRCUIT-BREAKER WITH LOCAL AND REMOTE CONTROL
DE102013105230A1 (en) Driver circuit for a transistor
EP1926198B1 (en) Driver circuit with BOT level shifter for transmitting an input signal and assigned method
EP2663985A1 (en) Device and method for controlling a switch drive of an electric switch
EP0652639A2 (en) Driver circuit
DE102005025705B3 (en) Control switch for power semiconductor in bridge topology has signal transmitter and dc to dc converter between primary and secondary sides and error and status signaling
DE2903860A1 (en) DC power line with superimposed information transmission - has amplitude demodulator recovering square pulse DC modulation frequency
DE3346509C2 (en)
WO2011135097A1 (en) Interface circuit and method for influencing the edge steepness of a control pulse
DE1927681B2 (en) Control device for an electronic device with a field effect transistor
DE102015120666A1 (en) Switching device and system for switching on or off an electrical load
DE102012112391B4 (en) Switching power supply with a cascode circuit
DE102007009520B4 (en) Interface for digital signals and mains voltage signals, with switchable constant current source
DE19626129A1 (en) Safety circuit
EP1444782B1 (en) Device for controlling an electrical load and control unit
DE102011114366A1 (en) Device for monitoring overcurrent of self-conducting semiconductor switch i.e. junction FET, has monitoring circuit that produces electrical signal when test voltage exceeds preset threshold value during conductive phase of switch
DE4316694C1 (en) Auxiliary power supply with integrated status message for activating power semiconductors by means of optocouplers
DE102019110666B3 (en) Operating circuit and method for operating at least one device on a bus line
DE102017201166A1 (en) Communication device and system

Legal Events

Date Code Title Description
DPE2 Request for preliminary examination filed before expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07728396

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 07728396

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1