DE2935660A1 - Anordnung zur beschaltung eines halbleiterschalters mit in reihe geschalteter spannungsquelle. - Google Patents

Description

• Anordnung zur Beschaitun eines Halbleiterschalters
• mit in Reihe geschalteter Spannungsquelle Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Beschaltung eines Halbleiterschalters gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches Zum Schutz gegen unzulässige Spannungsbeanspruchunger und zur Verminderung des Spannungs- oder Stromanstiegs dient bei Leistungshalbleitern die Beschaltung, unter der ran das Anbringen von Kondensatoren, Widerständen und Dioden, manchmal auch in Kombination mit vorgeschalteten Induktivitäten versteht. Aufgrund ihres physikalischen Aufbaus haben Leistungshalbleiter nur eine begrenzte Spannungsfestigkeit und lassen nur bestimmte Höchstwerte für die Spannungs- und Stromsteilheit zu. Schon eine kurzzeitige Überschreitung der Höchstwerte führt häufig zur Zerstörung des Leistungshalbleiters.
• Eine Ausiührungsform der notwendigen Beschaltungsmaßnahmen ist in der Literaturstelle "Heumann-Stumpe: Thyristoren - Eigenschaften und Anwendungen" (Verlag Teubner, Stuttgart, 19b9) in Bild 41.1 auf Seite 41 dargestellt. Parallel zum zu schützenden Halbleiterventil ist in dieser bekannten Anordnung die Reihenschaltung eines Beschaltungswiderstandes mit parallelgeschalteter Diode und eines Beschaltungskondensators angeordnet. Bei dieser bekannten Anordnung wird die im Beschaltungskondensator gespeicherte Energie weitgehend in dem zur Diode parallelgeschalteten Beschaltungswiderstand in Wärme umgesetzt, was insbesondere bei der Verwendung des zu schützenden Halbleiterventils in Mittelfrequenzanlagen oder bei stur pulsierender Anordenspannung zu erheblichen Verlusten Dort.
• In bestimmten Anwendungsfällen werden Leistungshalbleiter in Reihe mit einer Spannunsquelle betrieben, beispielsweise als Löscheinrichtung zur Löschung von Tharistoren in selbetgeführten Stromrichtern. Wird eine derartige Löscheinrichtung als sogenannte Summenlöschschaltung eingesetzt, dann beträgt die Schaltfrequenz des Leistungshalb leiters ein Vielfaches der Frequenz des Stromrichterausgange, je nach der Pulszahl des Stromrichters z.B. des bis bis 6-fache.
• Bei derartigen Anordnungen müssen nicht nur - zusätzlich bedingt durch die erhöhte Schaltfrequenz - erhebliche Wärmeverluste im Beschaltungswiderstand in Kauf genommen werden, sondern es muß der dem Leistungehaibleiter in Reihe geschalteten Spannungsquelle in Abhängigkeit des vom Leistungshalbleiter zu führenden Stromes von außen wieder Energie zugeführt werden. Da die Löschspannungsquelle in der Regel aus einem Kondensator groBer Kapaität besteht, der aus einer potentialfreien Spannungsquelle versorgt wird, muß diese Energie über die potentialfreie Spannungsquelle zugeführt werden.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zur Beschaltung eines Halbleiterschalters mit in Reihe geschalteter Spannungsquelle zu schaffen, bei der Beschaltungsverluste vermieden werden und der Spannungsquelle wieder Energie aus dem Beschaltungskondensator des Halbleiterschalters zugeführt werden kann.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß-durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs aufgeführten Merkmale gelöst.
• Mit der erfindungsgemäßen Anordnung werden Beschaltungsverluste, die durch die bekannten RCD-Beschaltungen fiir Halbleiterschalter entstehen vermieden. Auch bei der Verwendung großer Beschaltungskondensatoren wie sie für die Beschaltung von Transistoren oder GTO-Thyristoren erforderlich sind, werden Verlustleistungen prinzipiell unterbunden.
• Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden.
• Die in der einzigen Fi, der Zeichnung dargestellte Anordnung eist einen Halbleiterschalter T mit in Reihe geschalteter Spannungsquelle E als Löscheinrichtung parallel zu einem Stromrichter SR auf und bildet zusammen mit diesem z.B. den Wechselrichter eines selbstgeführten Stromrichters.
• Der Halbleiterschalter T ist in dem Ausführungsbeispiel als GTO-ThWristor dargestellt, ebenso könnte ein Leistungstransistor oder ein artverwandters Bauelemet Verwendung finden. Parallel zur Reihenschaltung von Halbleiterschaler T und Spannungsquelle E ist als Beschaltung die Reihenschaltung einer Diode Dz und eines Beschaitungskondensators C geschaltet An die Verbindung der Diode Dz mit dem Beschaltungskondensator C einerseits sowie an die Verbindung des ILa1bleiterschalters T mit der Spannungsquelle E andererseits ist die Reihenschaltung einer weiteren Diode D2 und einer Induktivität L angeschlossen. Anodenseitig ist die weitere Diode D2 mit der Kathode der Diode D1 verbunden Durch den Verzicht auf einen Beschaltungewiderstand önnen eine Verluste durch die Beschaltung entstehen und die Funktionsweise der Beschaltungsanordnung ergibt sich wie folgt: Während der Stromführungsdauer des Halbleiterschalters T wird der Beschaltungskondensator C mittels der Induktivität L entladen. Dabei wird die im Beschaltungskondensator C gespeicherte Energie zunächst von der Induktivität L aufgenommen, die dann ihrerseits den größten Teil der Energie der Spannungsquelle E zuführt und bis zur Höhe der Spannung der Spannungsquelle E den Beschaltungkondensator C umlädt.
• Durch die Zufuhr der Energie aus dem Beschaltungskondensator C kann der Aufwand für die Nachledezeit der Spannungsquelle E bze. die Nachladezeit erheblich verringert werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch Anordnung zur Beschaltung eines Halbleiterschalters mit in Reihe geschalteter Spannungsquelle, denen die Reihenschaltung einer Diode und eines Beschaltungskondensators parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß an die Verbindung der Diode (D1) und des Beschaltungskondensators (C) einerseits und an die Verbindung des Halbleiterschalters (T) mit der Spannungsquelle (E) andererseits die Reihenschaltung einer weiteren Diode (D2) und einer Induktivität (L) angeschlossen ist, wobei die weitere Diode (D2) anodenseitig mit der Kathode der Diode (D1) verbunden ist.