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DE2223376A1 - Schutzschaltung fuer einen schalttransistor im induktiven lastkreis - Google Patents

Schutzschaltung fuer einen schalttransistor im induktiven lastkreis

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DE2223376A1
DE2223376A1 DE19722223376 DE2223376A DE2223376A1 DE 2223376 A1 DE2223376 A1 DE 2223376A1 DE 19722223376 DE19722223376 DE 19722223376 DE 2223376 A DE2223376 A DE 2223376A DE 2223376 A1 DE2223376 A1 DE 2223376A1
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transistor
switching transistor
switching
voltage
auxiliary valve
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DE19722223376
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Werner Dipl-Ing Gratzke
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Original Assignee
Siemens Corp
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Publication date
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Description

SIEMENS AKTIBNGESELLSOHAPT Erlangen, 9. MAI 1972 Berlin und München Werner-von-Siemens-Str.50
Unser Zeichen: VPA 72/3099 Nm/Rat
Schutzschaltung für einen Schalttransistor im induktiven Lastkreis
Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für eines. Schalttransistor, der zum An- und Abschalten des Laststromee in einem induktiven Lastkreis angeordnet ist.
Es.ist in der Technik üblich, einen oder mehrere parallel oder in Reihe geschaltete Schalttransistoren zum An- rad Abschalten des Laststroms in einem induktiven Lastkreis zu verwenden. Beispielsweise ist es bekannt, eine induktive Last beliebiger Art über den Schalttransistor eines Sleichstrometellere an eine Gleichstromquelle zu schalten und durch Wahl der Ein- und Ausschaltdauer den zeitlichen littelwert des pulsierenden Gleichstroms einzustellen. Es ist ferner bekannt, Wechselrichter aus Schalttransistorea aufzubauen und an eine induktive Last, z.B. an eine Drehfeldmaschine, anzuschließen. Wechselrichter in. Bruckensch&ltung können vier, sechs oder mehr Sehalttransistoren enthalten.
Ein Schalttransistor, der in einem mit Induktivitäten la©» hafteten Laetkreis angeordnet ist, wird beim An- uM Abschalten durch Eingabe bzw. Wegnahme seines Basingfeoas "besonderen Beanspruchungen unterworfen. Speziell "beim Abgehalten können Überspannungen entstehen, welche zu seiner Zerstörung führen. Die in den Induktivitäten des abzmselialtesiden Lastkreisee gespeicherte magnetische Energie filirfe nämlich während dts Abschaltvorgangs zu einer hohen Imergi-s«- dichte in -seiner Sperrschicht. Sind die Induktivität®» besonders groß und/oder verläuft der Abschaltvorgang dere schnell, so kann eine maximal zulässige Ener überschritten werden, was zum sogenannten Burehtaisli Art (englisch» "second breakdown") führt. Für speziel
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Schalttransistoren hoher Leistung wird daher ein maximaler Engergiebetrag E , angegeben, den dieser Schalttransistor noch abzuschalten vermag. Dieser maximale Energiebetrag E , ist durch E , =0,5 Lm-. Imn gegeben, worin L™ den maximal zulässigen Wert der Induktivität L und Ι™_ den maximal zulässigen Wert des Laststroms I™ bedeuten.
TJm die beim Abschalten auftretende Energiedichte in der Sperrschicht unterhalb des für den Schaittransistor maximal zulässigen Wertes zu halten,, wsrden Schalttransistoren verwendet, welche hinsichtlich ihrer Leistung für den Abschaltvorgang ausgelegt und somit für den Hennbetrieb bei eingeschaltetem Laststrom überdimensioniert sind. Gegenüber dem Anwendungsfall, in dem im Lastkreis eine rein ohmsche Last vorhanden ist, ergibt sich für den Pail eines mit Induktivitäten behafteten Lastkreises eine erheblich verhinderte Ausnutzbarkeit des Schalttransistors.
Weiterhin zeigt sich, daß man bei einem Schalttranaistor in einem induktiven Lastkreis dann, wenn öle maximal zulässige Energie Ev abgeschaltet werden sollf eine relativ große Abschaltzeit zulassen muß, um gefährliche Überspannungen zu verhindern. Dies bedeutet, daß die Sperrspannung während des Abschaltvorganges nur langsam ansteigen darf. Besonders nachteilig ist das bei Sehalttransistoreii in Wechselrichtern. Beim langsamen Anstieg der Sperrspannung kommutiert dort der Laststrom nur entsprechend langsam auf den nächsten Schalttransistor. Lange Kommutierungszeiten stehen abex* einem Wechselriohterbetrieb bei höheren Frequenzen entgegen.
Alle bisher durchgeführten Maßnahmen, die unzulässige Beanspruchung der Schalttransistoren insbesondere in einem Wechselrichter mit angeschlossener induktiver Last zu beseitigen, haben nur begrenzten Erfolg gezeitigt. Folgende Schutzmaßnahmen sind denkbar oder bekanntϊ
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1. Eine parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Schalttransistors geschaltete Zenerdiode schützt zwar beim Abschalten gegen Überspannung, bringt den Schalttransistor aber dennoch kurzzeitig in den kritischen Bereich des Durchbruchs zweiter Art. Die Anwendung einer Zenerdiode ist auch infolge ihrer geringen Verlustleistung auf Lastkreise geringerer Leistung beschränkt.
2. Parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Schalttransistors geschaltete Kondensator-Widerstand-Kombinationen erlauben zwar einen AbschaltYorgang, bei dem ein Durchbruch zweiter Art nicht auftritt. Diese Kombinationen verlängern aber die Abschaltzeit recht erheblich. Einem Betrieb bei höheren Abschaltfrequenzen bzw. einem Wechselrichterbetrieb mit höheren Ausgangsfrequenzen steht das Auftreten hoher Verschiebungsströme entgegen.
3. Überspannungsableiter können infolge ihrer Charakteristik bei den in Lastkreisen mit Schalttransistoren üblichen geringen Spannungen nicht eingesetzt werden.
4. Bin parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Schalttransistors angeordneter Varistor würde zu hohen Dauerverlusten führen. Der Schalttransistor sollte aber spannungsmäßig gut ausgenutzt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Schalttransistor, der zum An- und Abschalten des Laststroms in einem induktiven Lastkreis angeordnet ist, eine Schutzschaltung anzugeben, welch« die bein Abschalten des Laststroms auftretende Überspannung auf einen zulässigen Betrag begrenzt, einen Durchbruch zweiter Art verhindert und die Abschaltverluste des Schalttransistore gering hält. Die Schutzschaltung soll dabei s» ausgestaltet sein, daß sie auch bei Schalttransistoren in einen Wechselrichter eingesetzt werden kann, so daß der Wechselrichter bei höheren Ausgangsfrequenzen als bisher üblich betrieben werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schutzschaltung gelöst, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Schalttransistors eine Reihenschaltung eines Widerstandes mit einem steuerbaren Hilfsventil nach Art eines Transistors parallel geschaltet ist, und daß die Steuerelektrode des Hilfsventils von einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit vom Spannungsanstieg am Schalttransistor gesteuert ist.
Diese Schutzschaltung ist sowohl bei einem pnp- als auch bei einem npn-Schalttransistor einsetzbar. Der in Reihe mit dem Hilfsventil geschaltete Widerstand kann dabei ein ohmscher oder ein spannungsabhängiger Widerstand sein, und als steuerbares Hilfsventil kann sowohl ein pnp- als auch ein npn-Transistor verwendet werden. Der Widerstand übernimmt die beim Abschaltvorgang frei werdende Energie und setzt sie in Wärme um. Die Schutzschaltung wirkt insgesamt wie ein spannungsabhängiger Widerstand, welcher der Kollektor-Emitter-Strecke des Schalttransistors parallel geschaltet ist.
Eine Weiterbildung der Schutzschaltung ist dadurch gegeben, daß die Stattereinrichtung aus der Serienschaltung eines Kondensators mit einem Ladewideratand besteht, welche zwischen die Steuerelektrode des Hilfsventils und den Kollektor des Schalttransistors geschaltet ist. Der Ladewiderstand kann dabei unter Umständen allein durch die Zuleitungen des Kondensators gegeben sein. Weiterhin kann diese Weiterbildung so ausgestaltet sein, daß der Serienschaltung des Kondensators mit dem Ladewiderstand eine Zenerdiode parallel geschaltet ist, deren Zenerspannung so gewählt ist, daß das Hilfsventil bei Anliegen dieses Spannungswertes an seiner Steuerelektrode voll durchgeschaltet 1st.
Die angegebene Schutzschaltung läßt sich mit Vorteil bei allen Schalttransistoren einsetzen, die in einem induktiven Lastkreis angeordnet sind, z.B. bei einem Gleichstromsteller. Ihre Vorteile kommen jedoch besonders zur Geltung, wenn sie bei
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Sehalttransistoren eines aus Schalttransistoren aufgebauten und an eine Gleichspannungsquelle angeschlossenen Wechselrichters verwendet wird. Prinzipiell kann dabei so vorgegangen werden, daß jedem Schalttransistor des Wechselrichters eine eigene Schutzschaltung parallel geschaltet ist. Es ist jedoch weniger aufwendig und daher zweckmäßig, jeweils für eine ganze Gruppe von Sehalttransistoren eine einzige Schutzschaltung vorzusehen. In diesem Fall kann die Anordnung so getroffen werden, daß die Schutzschaltung über jeweils eine in Durchlaßrichtung des HilfEventils gepolte Diode an all diejenigtn Schalttransistoren des Wechselrichters geschaltet ist, die an dessen positive Eingangskiemme angeschlossen sind. Entsprechend kann natürlich auch eine Anordnung vorgesehen sein, bei der die Schutzschaltung über jeweils eine in Durchlaßrichtung des Hilfsventils gepolte Mode an all diejenigen Sehalttransistoren des Wechselrichter© geschaltet ist«, die an dessen negative Eingangsklemme angeschlossen sind=, Beicl© Anordnungen können auch gleichzeitig neboneinsnäer vorgssohcsii. sein.
Es wird gegenüber dem bekannten Stasi eier S@3ko.ik als Torteil der Erfindung angesehen, daß ein alt der Schutzschaltmag ausgestatteter Sehalttransistor bis zu seinem thermischen Grenzet rom und bis zur vollen Sperrspannung ausgenutzt werden kann. Die praktische Erprobung hat ergeben« daß der Schalttransistor um einen Paktor 5 bis 10 in der Schaltleistung höher belastet werden kann als ohne Schutzschaltung, Dieser angegebene Faktor 5 bis 10 ergibt sich aus einer höheren Strombelastung etwa um den Faktor 4 und einer höheren Spannungsbelastisng etwa um den Paktor 2. Beim Einsatz in Wechselrichtern werden darüber hinaus lehr kurze Kommutierungszeiten erreicht. Die Schutzschaltung ist somit als Kommutierungshilfe zu betrachten, welche den Übergang zu hohen Weehselrichterausgangsfrequenzen gestattet. Somit ist der Betrieb von transistorisierten Wechselrichtern bei hoher Ausgangsfrequenz und hoher Ausgangsleistung möglich.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine Schutzschaltung für einen npn-Sehalttransistor,
Figur 2 eine entsprechende Schutzschaltung für einen pnp-Schalttransistor,
Figur 3 den Spannungs- und Stromveriauf beim Abschalten des Schalttransistorsy und
Figur 4· einen Wechselrichter·* mit zwei Schutz schaltungen gemäß Figur 1.
In Figur 1 ist ein npn-Schalttransistor T dargestellt, dessen Kollektor mit einer positiven Eingangsklemme P und dessen Emitter über eine Last, die aus einer Induktivität L und einem ohmschen Arbeit.swiderstand Ha Desteht, mil; einer negativen Eingangskiemme I verbunden ist, Anstelle eines einzigen Schalttransistors T können auch mehrere Schalttransistören vorgesehen sein, die in Reihe oder parallel geschaltet sind. Zwischen den Eingangskleimuer:· P und K liegt, eine Speisegleichspannung U . Der Schaltirfecujistor 'f ist durch ein Steuersignal an seiner Basis voll durchgesäuert. Über ihn möge als Laststrom Ia der für den betreffendem Transistοrtyρ maximal zulässige iPransistorstrom ImjB fließen.
Der Kollektor-Emitter-Strecke K-E des Schalttransistors T ist eine Schutzschaltung parallel geschaltet. Diese wirkt wie ein spannungsabhängiger Widerstand. Sie besteht aus der Rei henschaltung eines Widerstands R mit einem steuerbaren Hilfsventil H und einer Steuereinrichtung für das Hilfsventil H. Der Widerstand R hat die Abschaltverluste aufzunehmen. Er kann rein ohmsch oder spannungsabhängig sein. Sein Wert muß kleiner oder gleich dem Wert R& = UO/Iipm sein. Als Hilfsventil H wird in der Darstellung ein npn-Iransistor verwendet. Der Widerstand R ist zwischen dessen Kollektor und die positive Eingangsklemme P geschaltet. Bei Wahl eines npn-Tran-
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sistors als Hilfsventil H ist ein Vertauschen der gezeigten Reihenfolge von Hilfsventil H und Widerstand R nicht möglich.
Das in Durchlaßrichtung des Schalttransistors T gepolte Hilfsventil H wird von einer selbsttätigen Steuereinrichtung gesteuert, welche an die Steuerelektrode des Hilfsventils H, also an die Basis B des Hilfstransistors angeschlossen ist. Die Steuereinrichtung ist so ausgebildet, daß sie in Abhängigkeit vom Spannungsanstieg zwischen Kollektor K und Emitter E des Sohalttransistors T einen Strom in die Basis B des Hilfstransistors H liefert. Solange also der Schalttransistor T maximalen Laststrom I™ oder einen geringeren Laststrom führt, ist die Steuereinrichtung nicht im Eingriff, und der Hilfstransistor H ist gesperrt.
Gemäß Figur 1 besteht die Steuereinrichtung aus der Serienschaltung eines Kondensators 0 mit einem Ladewiderstand R1. Als Ladewiderstand R1 kann oftmals schon der Widerstand der Zuleitungen zum Kondensator C genügen. Im eingezeichneten Pail, also bei Verwendung eines npn-Hilfstransistors H, ist die Serieneehaltung zwischen der positiven Eingangsklemme P und der Basis B des npn-Hilfstransistors H angeordnet. Dieser Serienschaltung kann noch eine Zenerdiode η parallel geschaltet sein.
Figur 2 zeigt die entsprechende Schutzschaltung, wenn als Hilfeventil H ein pnp-Transistor eingesetzt wird. Dessen Emitter ist direkt an die positive Eingangsklemme P geschaltet. Der Widerstand R befindet sich zwischen dem Emitter E des npn-Sehalttransistors T und dem Kollektor des pnp-Hilfstransistere H. Die Serienschaltung des Kondensators C und des Ladewideretandes R* liegt hier zwischen der Basis B des pnp-Hilfstransistors H und dem Emitter E des Schalttransistors T. Auch hier ist eine Zenerdiode η vorgesehen.
Figur 3 zeigt in einer prinzipiellen Darstellung den Verlauf der Traneistorspannung TL, und des Transistorstroms Im in Ab-
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hängigkeit von der Zeit t beim Abschalten eines Schalttransistors T in einer Schutzschaltung gemäß Figur 1 oder 2.
Bis zu einem Zeitpunkt t fließe über den Schalttransistor T laut Voraussetzung der für diesen Typ maximal zulässige Transistorstrom Irpm· Dieser ist betragsmäßig gleich dem Laststrom Ia. Die Transistorspannung U™ zwischen Kollektor K und Emitter E ist praktisch Null. Zum Zeitpunkt t wird nun das Steuersignal an der Basis des Schalttransistors T abgeschaltet. Ohne Schutzschaltung würde die Transistorspannung U™ auf einen (nicht gezeigten) Spannungswert U1- springen, der durch die Beziehung U=- Ldl^/dt gegeben ist, wobei L den Wert der Induktivität I und dlm/dt die zeitliche Änderung des Last- und Transistorstroms Im bedeutet. Der Transistorstrom I^ würde nach dem in Figur 3 gestrichelt eingezeichneten Kurvenverlauf Im noch einige Zeit lang bis sum Zeitpunkt t, weiterfließen. Der Schalttransiator T hätte ϋλι jedem Zeitpunkt t zwischen den Zeitpunkten t und t^ eine Verlustleistung P o(t) aufzunehmen, welche sich aus dem Produkt Pyo(t) = UTo(t) ITo(t) ergibt. Die swisoben den Zeitpunkten t und t. im Sehalttransistor '2 in Wärme umgeeeiste Energie E berechnet sich durch Integration Aw Verlustleistung FVQ(t).
Ist die in Figur "* oder 2 gezeigte Schutzschaltung vorhanden, so ergibt sich nach Abschalten des Schalttransistors T zum Zeitpunkt t ein Anstieg der Transistorspannung UT, welche zum Zeitpunkt t, groß genug ist * um die Schwellspannung der Basis-Emitter-Strecke des Hilfstransistors H zu überwinden. Vom Zeitpunkt t.. an fließt ein Verschiebungsstrom über den Ladewiderstand Rf und den Kondensator C in die Basis B des Hilfstransistors H. Dieser wird dadurch vom Zeitpunkt t1 an in zunehmendem Matfa durchgesteuert. Somit kann ein zunehmender Anteil des Laststroms I über den Widerstand R und das Hilfsventil H fließen. Der Transistorstrom I™ nimmt, wie aus Figur 3 ersichtlich ist, demzufolge immer mehr ab, bis er zum Zeitpunkt t, den Wert I™ = 0 erreicht hat. Bei geeigneter
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Wahl der Kapazität des Kondensators C läßt sich, der in Figur 3 dargestellte rein ohmache Abschaltverlauf für Transistorstrom Im und Transistorspannung IL, erzielen. Ein beträchtlicher Anteil der vor dem Abschalten in der Induktivität L gespeicherten magnetischen Energie wird im Zeitraum (t~ - t^) im Widerstand R in Wärme umgesetzt. Die im Schalttransistor T in Wärme umgesetzte Energie ist somit beträchtlich geringer als der angegebene Wert EQ.
Zur Spannungsbegrenzung am Solialttransistor T ist die Zenerdiode η vorgesehen« Sie sorgt also dafür* daß alle an dem Schalttransistor T auftretenden Überspannungen abgebaut Yrerden und nicht zur Zerstörung des Schalttransistoro T führen. Ihre Zenerspannung TJ55 ist so gewählt, daß der Hilfstransistor H durch Flutung der Zenerdiode an seiner Steuerelektrode, also an der Basis B, voll durchgeschaltet ist» Erreicht nach Überschreiten der Speisespannung Un die francistorspannung Um die Zenerspannung U , wird der Hilfstransistor H soweit steuert, daß an ihm und am Widerstand 1 gerade die spannung U abfällt. Während eines Afcschaltvorgange tiert der dann noch fließende Isaststrom Ia vom Schalttran-
EL
sistor T auf die Reihenschaltung aus Widerstand S wa& Hilfsventil H, und der Schalttransistor T wird stromlos. Die Zenerspannung U steht nur so lange am Schalttransistor T an, bis auch der Hilfstransietor H stromlos geworden ist. Anschließend liegt an der Kollektor-Emitter-Strecke K-E des Schalttransistors T die Speisegleichspannung UQ.
Da bei Flutung der Zenerdiode η und Durchschalten des Eilfstransistors H die Transistorspannung U^ gleich der Zenerspannung TJz ist und konstant gehalten wird, durchläuft der Hilfstransistor H das gesamte Kennlinienfeld von der Durchlaßspannung im übersteuerten Betrieb bis zur maximalen Spannung. Entsprechend nimmt der Spannungsabfall am Widerstand R von der maximalen Spannung bei vollem Strom ab.
Es zeigt sich, daß auch bei auftretenden Überspannungen der
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weitaus größte Teil der anstehenden Energie in den Widerstand R verlagert wird, und daß der Schalttransistor T unzulässig hohen Beanspruchungen nicht ausgesetzt wird.
In Figur 4 ist ein Wechselrichter W dargestellt, der eingangsseitig an eine positive und eine negative Eingangsklemme P bzw. N und ausgangsseitig an einen induktiven Drehstromverbraucher mit den Phaseneingängen E!, Sf» T' angeschlossen ist. Die Eingangsklemmen P und K können z.B. von einer Batterie oder einem Gleichrichter asJt Ventilen gespeist sein. Der induktive Verbraucher karm ^ Ine Drehfeldmaschine sein, die z.B. auch über einen Transformator an den Ausgang des Wechselrichters angeschlossen ist. Der Wechselrichter W besteht aus sechs Schalttransistoren T3 bis T6 in Drehstrombrückensehaltung. Jeweils einer Gruppe von drei Schalttransistoren T3» T4, T5 und T6, T7» T8 ist eine Schutzschaltung 31 bzw. S2 zugeordnet, wie sie in Figur 1 dargestellt ist. Die erste Schutzschaltung S1, bestehend aus den Bauelementen H1, R1, C1, R'1 und n1, ist für diejenigen Schalttransistoren T3» T4 und T5 vorgesehen, welche direkt oder über jeweils eine (nicht dargestellte) Drosselspule an die positive Eingangsklemme PQ angeschlossen sind. Entsprechend ist die zweite Schutzschaltung S2, bestehend aus den Bauelementen H2, R2, 02, RS2 und n2, für diejenigen Schalttransistoren T6, T7 und T8 vorgesehen, welche an die negative Eingangsklemme Ή angeschlossen sind. Um Kurzschlüsse zu vermeiden, ist für jeden Schalttraneiator T3 bis T8 eine Diode n3 bis n8 vorgesehen. Die Dioden n3 bis n8 sind jeweils in eine Verbindungsleitung zwischen dem betreffenden Schalttransistor T3 bis T8 und der zugeordneten Schutzschaltung S1 oder S2 geschaltet. Jedem Schalttransistor 53, T4f T5 oder T6, T7t T8 ist somit die Reihenschaltung des zugehörigen Widerstands R1 bzw. R2, des zugehörigen Hilfstransistors H1 bzw. H2 mit angeschlossener Steuereinrichtung und einer Diode n3, n4, n5 bzw. n6, n7, n8 parallel geschaltet. Die Dioden η3 bis n8 sind in Durchlaßrichtung der Hilfstraneistoren H1 bzw. H2 und in Flußrichtung dee betreffenden Schalttransiators T3 bis 18 gepolt. Beispielsweise gibt es beim Abschalten des npn-
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Schalttransistors T3 eine stromführende Verbindung von der positiven Eingangsklemme P über den Widerstand E.1, den Hilfstransistor H1 und die Diode n3 zum Phaseneingang H1; diese Verbindung übernimmt beim Abschalten des Schalttransistors T3 einen beträchtlichen Anteil des Laststroms.
Die in Figur 4 gezeigten Schutzschaltungen S1 und S2 des Wechselrichters W gewährleisten an allen Schalttransistoren T3 bis T8 einen zeitlichen Abschaltverlauf von Transistorstrom und -spannung, der demjenigen eines rein ohmschen Verbrauchers im Lastkreis entspricht. Die Schalttransistoren T3 bis T8 können folglich bis zum thermischen Grenzstrom belastet und somit weit besser als üblich ausgenutzt werden. Weiterhin kann die Sperrspannung am gerade abschaltenden Schalttransistor T3 bis T8 sehr schnell bis zu ihrem Endwsrt, der durch die Zenerspannung der Zenerdiode n1 bzw. n2 gegeben ist, ansteigen. Das bedeutet, daß der Kommutierungsvorgang von einem Sehalttransistor auf den nächsten erheblich schneller erfolgen Irssiri als bei einem Wechselrichter W ohne Schutzschaltraigen S1 und S2. Somit lassen sich größere WechselrichterausgangBfrequenzen erzielen. Durch die Schutzschaltungen Si rand S2 ist schließlieh sichergestellt, daß keine unzulässig hohen Spannungen beim Abschalten an den Schalttransistoren T3 bis T8 auftreten.
6 Patentansprüche
4 Figuren
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Claims (6)

  1. -12- VPA 72/3099
    Patentansprüche
    Schutzschaltung für einen Schalttransistor, der zum An- und Abschalten des Laststromes in einem induktiven Lastkreis angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke (K-E) des Schalttransistors (T) eine Reihenschaltung eines Widerstandes (R) mit einem steuerbaren Hilfsventil (H) nach Art eines Transistors parallel geschaltet ist, und daß die Steuerelektrode (B) des Hilfsventils (H) von einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit vom Spannungsanstieg am Sehalttransistor (T) gesteuert ist.
  2. 2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung aus der Serienschaltung eines Kondensators (C) mit einem Ladewiderstand (R') besteht, welche zwischen die Steuerelektrode (B) des Hilfsventils (H) und den Kollektor (K) des Schalttransistors (T) geschaltet ist.
  3. 3. Schutzschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Serienschaltung des Kondensators (C) mit dem Ladewiderstand (R') eine Zenerdiode (n) parallel geschaltet ist, deren Zenerspannung so gewählt ist, daß das Hilfsventil (H) bei Anliegen dieses Spannungswertes an seiner Steuerelektrode (B) voll durchgeschaltet ist.
  4. 4. Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung in einem aus Schalttransistoren (T3 bis T8) aufgebauten und an eine Gleichspan-■nungsquelle (P , N) angeschlossenen Wechselrichter (W).
  5. 5. Schutzschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschaltung (S1) über jeweils eine in Durchlaßrichtung des Hilfsventils (H1) gepolte Diode (n3, n4, n5) an all diejenigen Schalttransistoren (T3, T4, T5) des Wechselrichters (W) geschaltet ist, die an dessen positive Eingangsklemme (PQ) angeschlossen sind.
    309847/0676
  6. 6. Schutzschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschaltung (S2) über jeweils eine in Durchlaßrichtung des Hilfsventils (H2) gepolte Diode (n6, n7, n8) an all diejenigen Schalttransistoren (T6, T7, T8) des Wechselrichters (W) geschaltet ist, die an dessen negative Eingangsklemme (N ) angeschlossen sind.
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    Leerseite
DE2223376A 1972-05-12 1972-05-12 Schutzschaltungsanordnung für einen Schatttransistor im induktiven Lastkreis Expired DE2223376C3 (de)

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DE2223376A DE2223376C3 (de) 1972-05-12 1972-05-12 Schutzschaltungsanordnung für einen Schatttransistor im induktiven Lastkreis
GB3203472A GB1394242A (en) 1972-05-12 1972-07-07 Circuit arrangement including an inductive load circuit which is provided with a switching transistor for switching on and off the load current therein
CH1003772A CH548700A (de) 1972-05-12 1972-07-14 Schutzschaltung fuer einen schaltertransistor im induktiven lastkreis.
JP47072445A JPS4927155A (de) 1972-05-12 1972-07-19
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US00279392A US3729655A (en) 1972-05-12 1972-08-10 Protective circuit arrangement for a switching transistor in an inductive load circuit

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GB (1) GB1394242A (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2520431A1 (de) * 1974-05-11 1975-11-13 Mitsubishi Electric Corp Leistungstransistorschalter
US4186418A (en) * 1976-08-25 1980-01-29 Robert Bosch Gmbh Overvoltage protected integrated circuit network, to control current flow through resistive or inductive loads

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3766432A (en) * 1972-10-20 1973-10-16 Honeywell Inf Systems Actuator drive circuitry for producing dual level drive current
FR2361777A1 (fr) * 1976-08-14 1978-03-10 Bosch Gmbh Robert Montage pour deriver le courant de coupure d'un appareil utilisateur inductif
FR2441290A1 (fr) * 1978-11-13 1980-06-06 Anvar Convertisseur statique d'energie electrique a semi-conducteurs
US4366522A (en) * 1979-12-10 1982-12-28 Reliance Electric Company Self-snubbing bipolar/field effect (biofet) switching circuits and method
US4626980A (en) * 1984-05-17 1986-12-02 Square D Company Power bridge having a non-dissipative snubber circuit
JPS6258827A (ja) * 1985-09-03 1987-03-14 株式会社日立製作所 トランジスタの過電流保護方式
US4682262A (en) * 1986-02-18 1987-07-21 Acme Electric Corporation Battery charger spark suppressor
IT1221839B (it) * 1987-10-09 1990-07-12 Sgs Microelettronica Spa Controllo attivo della sovratensione nel pilotaggio di carichi induttivi
FI81701C (fi) * 1988-05-17 1990-11-12 Kone Oy Oeverspaenningsskydd foer riktarbryggor.
US4893212A (en) * 1988-12-20 1990-01-09 North American Philips Corp. Protection of power integrated circuits against load voltage surges
FR2654270A1 (fr) * 1989-11-07 1991-05-10 Marelli Autronica Limiteur de surtension aux bornes d'une charge inductive, applicable aux installations d'injection.
DE69629278D1 (de) * 1996-04-30 2003-09-04 St Microelectronics Srl Schaltung zum gesteuerten schwingungsfreien Rückleiten des Entladungsstromes einer induktiven Last
GB0109955D0 (en) * 2001-04-23 2001-06-13 Nicotech Ltd Inverter circuits

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL279663A (de) * 1961-07-05
US3287608A (en) * 1963-06-03 1966-11-22 Westinghouse Air Brake Co Time delay control circuit
US3390306A (en) * 1965-07-30 1968-06-25 Dickson Electronics Corp Dc circuit breaker including complementary feedback coupled solid state devices having trigering means in the feedback circuit

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2520431A1 (de) * 1974-05-11 1975-11-13 Mitsubishi Electric Corp Leistungstransistorschalter
US4186418A (en) * 1976-08-25 1980-01-29 Robert Bosch Gmbh Overvoltage protected integrated circuit network, to control current flow through resistive or inductive loads

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CH548700A (de) 1974-04-30
CA953784A (en) 1974-08-27
US3729655A (en) 1973-04-24
GB1394242A (en) 1975-05-14
JPS4927155A (de) 1974-03-11
DE2223376B2 (de) 1974-06-06

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