DE10314514A1

DE10314514A1 - Leistungsvorrichtungssteuerschaltung

Info

Publication number: DE10314514A1
Application number: DE10314514A
Authority: DE
Inventors: Kazuaki Hiyama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2023-04-01
Also published as: JP2004056977A; US20040017227A1; DE10314514B4; JP3919624B2; US6756825B2

Abstract

Niederspannungsseitige Schaltvorrichtungen (1A, 1B) und hochspannungsseitige Schaltvorrichtungen (2A, 2B) sind Isolierschicht-Bipolartransistoren, an die jeweils Klemmdioden (3A, 3B, 4A, 4B) parallel angeschlossen sind. Steuer- und Schutzschaltungen weisen Stromleitungen entlang zweier Pfade auf: eine Stromleitung (A), die über Stromableitkondensatoren (14A, 14B) an eine Erdungsleitung (G) angeschlosssen ist; und eine Stromleitung (B), die über Stormableitkondensatoren (15A, 15B) an die Erdungsleitung (G) angeschlossen ist. Widerstände (16A, 16B) sind auf der Stromleitung (A) zwischen einer Stromversorgung (13) bzw. den Steuerschaltungen vorgesehen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Steuerschaltungen eines Wechselrichters und insbesondere auf die Verhinderung von Funktionsstörungen von Steuerschaltungen niederspannungsseitiger Schaltvorrichtungen.
Beschreibung des Stands der Technik
6 ist ein Schaltbild, das einen herkömmlichen Einphasenwechselrichter zeigt. Hier sind Steuer- und Schutzschaltungen von niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 101A und 101B dargestellt, während diejenigen von hochspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 102A und 102B nicht dargestellt sind.
Die niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 101A, 101B und die hochspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 102A, 102B sind IGBTs (Isolierschicht-Bipolartransistoren), an die Dioden 103A, 103B, 104A bzw. 104B parallel angeschlossen sind.
Die Emitteranschlüsse der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 101A und 101B sind beide über einen N-Bus (N) geerdet, während die Sourceanschlüsse der hochspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 102A und 102B beide über einen P-Bus (P) an eine Stromversorgung 105 angeschlossen sind. Die Sourceanschlüsse der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 101A und 101B und die Emitteranschlüsse der hochspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 102A und 102B sind alle an eine Last angeschlossen.
Als Nächstes sind die niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 101A und 101B jeweils an eine Steuer- und eine Schutzschaltung angeschlossen. Die Steuerschaltungen sind von Eingangspuffern 106A, 106B und Emitterfolgerschaltungen 107A, 107B, 108A und 108B gebildet. Steuersignale an die jeweiligen Schaltvorrichtungen 101A und 101B werden an den Eingangspuffern 106A bzw. 106B spannungsverstärkt und bei den Emitterfolgerschaltungen 107A, 108A bzw. bei 107B und 108B in der Stromsteuerfähigkeit ergänzt, um in die Basisanschlüsse der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 101A bzw. 101B eingegeben zu werden. Widerstände 109A und 109B sind zwischen der Emitterfolgerschaltung 108A und dem Basisanschluss der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtung 101A bzw. zwischen der Emitterfolgerschaltung 108B und dem Basisanschluss der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtung 101B angeschlossen, während Widerstände 110A und 110B zwischen der Emitterfolgerschaltung 107A und dem Basisanschluss der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtung 101A bzw. zwischen der Emitterfolgerschaltung 107B und dem Basisanschluss der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtung 101B angeschlossen sind.
Die Schutzschaltungen sind durch Eingangspuffer 111A, 111B und Widerstände gebildet. Die an diese niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 101A und 101B angeschlossenen Steuer- und Schutzschaltungen sind alle an eine gemeinsame Stromversorgung 112 angeschlossen. Eine Erdungsleitung der Steuer- und Schutzschaltungen ist an die Emitteranschlüsse der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 101A und 101B angeschlossen. Somit bilden der N-Bus (N) und die Erdungsleitung der Steuer- und Schutzschaltungen einen geschlossenen Stromkreis durch die Emitteranschlüsse der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 101A und 101B. Darüber hinaus ist eine Stromleitung der Steuer- und Schutzschaltungen über Stromableitkondensatoren 113A, 113B, 114A und 114B an die Erdungsleitung angeschlossen.
Die Emitteranschlüsse der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 101A und 101B sind jeweils an den N-Bus (N) angeschlossen. Auf diesem N-Bus (N) sind selbstinduktive Widerstände 115A und 115B vorhanden. Auf diese Weise verändert ein Schalten der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 101A und 101B die Menge des Stroms, der durch den N-Bus (N) fließt, wodurch eine Stoßspannung auftritt. Die Stoßspannung verändert das Potential der Erdungsleitung der Steuer- und Schutzschaltungen, die den geschlossenen Stromkreis bilden, und verändert auch die Spannung der Stromleitung der Steuer- und Schutzschaltungen, die über die Stromableitkondensatoren 113A, 113B, 114A und 114B angeschlossen sind. Dies verursacht Funktionsstörungen bei den Steuer- und Schutzschaltungen.
In dem Falle, dass die an die Schaltvorrichtungen des Wechselrichters angeschlossenen Steuer- und Schutzschaltungen an die gemeinsame Stromversorgung 112 angeschlossen sind und die Erdungsleitung der Steuer- und Schutzschaltungen und der N-Bus (N) einen wie oben beschriebenen geschlossenen Stromkreis bilden, verursacht das Auftreten von Stoßspannung aufgrund der auf dem N-Bus (N) vorhandenen selbstinduktiven Widerstände Schwankungen bei der Spannung der Erdungsleitung und der Stromleitung der Steuer- und Schutzschaltungen, wodurch Funktionsstörungen bei den Steuer- und Schutzschaltungen hervorgerufen werden.
Herkömmlicher Weise gab es ein Verfahren, eine Stromversorgung für jede Steuer- und Schutzschaltung der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen vorzusehen, um den zuvor erwähnten Nachteilen entgegenzutreten. 7 ist ein Schaltbild eines Einphasenwechselrichters, bei dem Steuer- und Schutzschaltungen jeweils mit einer Stromversorgung versehen sind. Die in 7 gezeigten niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 101A, 101B, die hochspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 102A, 102B, und die Steuer- und Schutzschaltungen verfügen über denselben Aufbau wie diejenigen, die in 6 gezeigt sind.
Die Steuer- und die Schutzschaltung der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtung 101A sind an eine Stromversorgung 116A angeschlossen, während diejenigen der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtung 101B an eine Stromversorgung 116B angeschlossen sind. Das ist der Unterschied zu dem in 6 gezeigten Aufbau. Bei dem in 7 gezeigten Aufbau bilden die Erdungsleitung der Steuer- und Schutzschaltungen und der N-Bus (N) keinen geschlossenen Stromkreis. Somit ändern sich, wenn eine Stoßspannung entsteht, die Spannungen der Erdungsleitung und der Stromleitung der Steuer- und Schutzschaltungen nicht, wodurch eine Funktionsstörung der Steuer- und Schutzschaltungen verhindert wird.
Bei dem in 7 gezeigten Aufbau benötigen die niederspannungsseitigen und die hochspannungsseitigen Schaltvorrichtungen jedoch jeweils eine Stromversorgung. Beispielsweise benötigt ein Dreiphasenwechselrichter insgesamt sechs niederspannungsseitige und hochspannungsseitige Schaltvorrichtungen, und somit sechs Stromversorgungen insgesamt. Dadurch entstehen Nachteile wie Kostenanstieg aufgrund des Vorsehens zusätzlicher Stromversorgungen, eine von den Dimensionen her größere Auslegung der Stromversorgungen und eine Zunahme bei der Zusammenschaltung der Stromversorgungen, Steuer- und Schutzschaltungen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wechselrichtersteuerschaltung bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Funktionsstörung aufgrund einer Stoßspannung zu verhindern, ohne die Schaltungen von den Dimensionen her größer auszulegen oder die Kosten zu erhöhen.

Nach der vorliegenden Erfindung umfasst eine Leistungsvorrichtungssteuerschaltung mehrere niederspannungsseitige Schaltvorrichtungen, mehrere Steuerschaltungen, eine Stromversorgung, eine Verdrahtung und einen ersten Widerstand. Die mehreren niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen bilden eine Wechselrichterschaltung, wobei jede einen Anschluss aufweist, der an eine Last angeschlossen ist, und der andere Anschluss an eine gemeinsame Niederspannungsleitung angeschlossen ist. Die mehreren Steuerschaltungen sind so ausgelegt, dass sie jeweils die mehreren niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen steuern. Die mehreren Steuerschaltungen sind gemeinsam an die Stromversorgung angeschlossen. Die Verdrahtung ist so ausgelegt, dass sie die mehreren Steuerschaltungen mit der Stromversorgung verbindet und mit der Niederspannungsleitung über die mehreren niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen einen geschlossenen Stromkreis bildet. Der erste Widerstand ist auf der Verdrahtung zwischen den mehreren Steuerschaltungen und der Stromversorgung vorgesehen.

Da die Leistungsvorrichtungssteuerschaltung den Widerstand auf der Verdrahtung zwischen den mehreren Steuerschaltungen und der Stromversorgung umfasst, ist es unwahrscheinlich, dass eine Stoßspannung durch die Verdrahtung fließt, wodurch die Steuer- und Schutzschaltungen vor einer Funktionsstörung bewahrt werden können.

Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung deutlicher, wenn diese in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gesehen wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Schaltbild, das einen Einphasenwechselrichter nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

2 ist ein Schaltbild, das einen Einphasenwechselrichter nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

3 ist ein Schaltbild, das einen Einphasenwechselrichter nach einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; die 4 und 5 sind Schaltbilder, die jeweils einen Einphasenwechselrichter nach einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen; und die 6 und 7 sind Schaltbilder, die jeweils einen Einphasenwechselrichter nach dem Stand der Technik zeigen.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung konkret mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen.

Erste bevorzugte Ausführungsform

1 ist ein Schaltbild, das einen Einphasenwechselrichter nach der vorliegenden Erfindung zeigt. Hier sind Steuer- und Schutzschaltungen von niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 1A und 1B dargestellt, während diejenigen von hochspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 2A und 2B nicht gezeigt sind.

Die niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 1A, 1B und die hochspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 2A, 2B sind IGBTs (Isolierschicht-Bipolartransistoren), an die Dioden 3A, 3B, 4A bzw. 4B parallel angeschlossen sind.

Die Emitteranschlüsse der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 1A und 1B sind beide über die N-Bus-Niederspannungsleitung (N) geerdet, während die Sourceanschlüsse der hochspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 2A und 2B beide über einen P-Bus (P) an eine Stromversorgung 5 angeschlossen sind. Die Sourceanschlüsse der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 1A und 1B und die Emitteranschlüsse der hochspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 2A und 2B sind alle an eine Last angeschlossen.

Als Nächstes sind die niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 1A und 1B jeweils an eine Steuer- und eine Schutzschaltung angeschlossen. Die Steuerschaltungen sind von Eingangspuffern 6A, 6B und Emitterfolgerschaltungen 7A, 7B, 8A und 8B gebildet. Steuersignale an die jeweiligen Schaltvorrichtungen 1A und 1B werden an den Eingangspuffern 6A bzw. 6B spannungsverstärkt und bei den Emitterfolgerschaltungen 7A, 8A bzw. bei 7B und 8B in der Stromsteuerfähigkeit ergänzt, um in die Basisanschlüsse der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 1A bzw. 1B eingegeben zu werden.

Die Emitterfolgerschaltungen 7A, 7B, 8A und 8B sind in spannungsführungsseitige Emitterfolgertransistoren 7A, 7B und nicht spannungsführungsseitige Emitterfolgertransistoren 8A, 8B aufgeteilt. Die spannungsführungsseitigen Emitterfolgertransistoren 7A und 7B haben ihre Basisanschlüsse an die Eingangspuffer 6A bzw. 6B angeschlossen, die als Eingangsabschnitte dienen, ihre Kollektoranschlüsse sind beide, an eine Stromversorgung 13 angeschlossen, und ihre Emitteranschlüsse an die niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 1A bzw. 1B. Andererseits haben die nicht spannungsführungsseitigen Emitterfolgertransistoren 8A und 8B ihre Basis- und Emitteranschlüsse an die Basisbzw. Emitteranschlüsse der spannungsführungsseitigen Emitterfolgertransistoren 7A bzw. 7B angeschlossen, und ihre Kollektorterminals sind beide an eine Erdungsleitung G (oder erste Niederspannungsverdrahtung) der Steuer- und Schutzschaltungen angeschlossen. Nicht spannungsführungsseitige Gate-Widerstände 10A und 10B sind zwischen der Emitterfolgerschaltung 8A und dem Basisanschluss der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtung 1A bzw. zwischen der Emitterfolgerschaltung 8B und dem Basisanschluss der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtung 1B vorgesehen, während spannungsführungsseitige Widerstände 11A und 11B zwischen der Emitterfolgerschaltung 7A und dem Basisanschluss der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtung 1A vorgesehen sind, und ein spannungsführungsseitiger Gate-Widerstand 11B zwischen der Emitterfolgerschaltung 7B bzw. dem Basisanschluss der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtung 1B vorgesehen ist.

Die Schutzschaltungen sind von Eingangspuffern 9A, 9B und Widerständen 12A, 12B gebildet. Die an diese niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 1A und 1B angeschlossenen Steuer- und Schutzschaltungen sind alle an eine gemeinsame Stromversorgung 13 angeschlossen. Die Erdungsleitung G der Steuer- und Schutzschaltungen ist an die Emitteranschlüsse der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 1A und 1B angeschlossen. Auf diese Weise bilden der N-Bus (N) und die Erdungsleitung G über die Emitteranschlüsse der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 1A und 1B einen geschlossenen Stromkreis.

Die Steuer- und Schutzschaltungen weisen entlang zweier Strecken Stromleitungen auf: eine Stromleitung A (oder erste, Hochspannungsverdrahtung), die über Stromableitkondensatoren 14A und 14B an die Erdungsleitung G angeschlossen ist; und eine Stromleitung B (oder zweite, Hochspannungsverdrahtung), die über Stromableitkondensatoren 15A und 15B an die Erdungsleitung G angeschlossen ist. Die Emitterfolgerschaltungen 7A, 7B, 8A und 8B sind an die Stromleitung B angeschlossen, während die Eingangspuffer 6A, 6B, 9A und 9B an die Stromleitung A angeschlossen sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind auch noch Widerstände 16A und 16B auf der Stromleitung A zwischen der Stromversorgung 13 und den Steuerschaltungen vorgesehen.

Da selbstinduktive Widerstände 17A und 17B auf dem N-Bus (N) vorhanden sind, verändert ein Schalten der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 1A und 1B die Menge an Strom, die durch den N-Bus (N) fließt, wodurch eine Stoßspannung auftritt. Die Stoßspannung verändert das Potential der Erdungsleitung G, die mit dem N-Bus (N) einen geschlossenen Stromkreis bildet. Hier sind die Stromleitungen A und B über die Stromableitkondensatoren 14A, 14B bzw. 15A, 15B an die Erdungsleitung G angeschlossen. Somit ändert die Stoßspannung auch die Potentiale der Stromleitungen A und B.

In der vorliegenden Ausführungsform sind die Widerstände 16A und 16B jedoch an der Stromleitung A vorgesehen, so dass es unwahrscheinlich ist, dass ein Stoßstrom, der von einer Stoßspannung herrührt, durch die Stromleitung A fließt, im Gegensatz zu anderen Pfaden, d. h. der Stromleitung B und der Erdungsleitung G. Wenn Strom nämlich über mehrere Pfade fließt, ist die Menge an Strom, die durch jeden Pfad fließt, umgekehrt proportional zur Impedanz jedes Pfads.

Die Tatsache, dass es unwahrscheinlich ist, dass der Stoßstrom über die Stromleitung A fließt, stabilisiert die Stromleitung A im Potential. Die Stabilisierung der Stromleitung A kann die daran angeschlossenen Eingangspuffer 6A, 6B, 9A und 9B vor Funktionsstörungen bewahren. Deshalb kann der in 1 gezeigte Aufbau Funktionsstörungen der Steuer- und Schutzschaltungen verhindern, die von Stoßspannung herrühren, die sich aus Schwankungen bei der Menge des Stroms ergibt, der durch den N-Bus (N) fließt.

Obwohl die Schaltvorrichtungen als IGBTs beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung dahingehend nicht eingeschränkt, die Schaltvorrichtungen können hingegen auch Thyristoren oder MOSFETs sein, die ähnliche Funktionen erfüllen wie IGBTs. Darüber hinaus sind die Steuer- und Schutzschaltungen nach der vorliegenden Erfindung nicht auf das wie vorstehend Beschriebene beschränkt, sondern können auch Schaltungen sein, die ähnliche Funktionen erfüllen. Beispielsweise können die Emitterfolgerschaltungen durch Sourcefolgerschaltungen von MOSFETs oder gewöhnliche Emittuer von bipolaren Schaltungen ersetzt werden.

Zweite bevorzugte Ausführungsform

2 ist ein Schaltbild, das einen Einphasenwechselrichter nach der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Hier sind die Steuer- und Schutzschaltungen der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 1A und 1B dargestellt, während diejenigen der hochspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 2A und 2B nicht dargestellt sind.

Die in 2 gezeigten niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 1A, 1B, die hochspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 2A, 2B, und die Steuer- und Schutzschaltungen sind im Grunde genauso aufgebaut wie die in 1 gezeigten, und deshalb kann eine ausführliche Erklärung davon unterbleiben.

In der vorliegenden Ausführungsform sind Widerstände 18A und 18B auf der Erdungsleitung G der Steuer- und Schutzschaltungen zwischen der Stromversorgung 13 bzw. den Steuerschaltungen vorgesehen. Ähnlich der ersten bevorzugten Ausführungsform sind die Widerstände 16A und 16B auf der Stromleitung A zwischen der Stromversorgung 13 bzw. den Steuerschaltungen vorgesehen. In 2 ist zusätzlich ein Pfad C (oder eine zweite, Niederspannungsverdrahtung) vorgesehen, an die die jeweiligen Emitteranschlüsse der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 1A und 1B und darüber hinaus die Stromversorgung 13 angeschlossen sind.

Eine auf dem N-Bus (N) erzeugte Stoßspannung verändert die Potentiale der Erdungsleitung G und des Pfads C, die mit dem N-Bus (N) einen geschlossenen Stromkreis bilden. Hier sind die Stromleitungen A und B über Stromableitkondensatoren 14A, 14B bzw. 15A, 15B an die Erdungsleitung G angeschlossen. Somit verändert die Stoßspannung auch die Potentiale der Stromleitungen A und B.

In der vorliegenden Ausführungsform sind die Widerstände 16A und 16B jedoch auf der Stromleitung A vorgesehen, und die Widerstände 18A und 18B sind auf der Erdungsleitung G vorgesehen, so dass es unwahrscheinlich ist, dass ein Stoßstrom, der von einer Stoßspannung herrührt, im Vergleich zu den anderen Pfaden, d. h. der Stromleitung B und dem Pfad C, durch die Stromleitung A fließt.

Die Tatsache, dass es unwahrscheinlich ist, dass der Stoßstrom über die Stromleitung A und die Erdungsleitung G fließt, stabilisiert die Stromleitung A und die Erdungsleitung G im Potential. Die Stabilisierung der Stromleitung A und der Erdungsleitung G kann die an die Stromleitung A angeschlossenen Eingangspuffer 6A, 6B, 9A und 9B und die an die Erdungsleitung G angeschlossenen Emitterfolgerschaltungen 7A, 7B, 8A und 8B vor Funktionsstörungen bewahren. Deshalb kann der in 2 gezeigte Aufbau Funktionsstörungen der Steuer- und Schutzschaltungen verhindern, die von Stoßspannung herrühren, die sich aus Schwankungen bei der Menge des Stroms ergibt, der durch den N-Bus (N) fließt.

Beispielsweise fließt ein Strom, der ungefähr ein Tausendstel bis ein Millionstel des Stroms beträgt, der durch die an den N-Bus (N) angeschlossenen Emitteranschlüsse fließt, durch einen der Emitteranschlüsse der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtung 1A, der zum Widerstand 12A führt, und einen von denjenigen der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtung 1B, der zum Widerstand 12B führt. Die Widerstände 12A und 12B erfassen Strom, der durch die an die Widerstände 12A bzw. 12B angeschlossenen Emitteranschlüsse fließt, um den Strom zu schätzen, der durch die an den N-Bus (N) angeschlossenen Emitteranschlüsse fließt. Der Grund, warum die Widerstände 12A und 12B Strom erfassen, besteht darin, die Eingangspuffer 9A und 9B, die als die Schutzschaltungen dienen, dazu zu veranlassen, anzusprechen, wenn ein Fehler wie ein Lastkurzschluss auftritt und zuviel Strom durch die an den N-Bus (N) angeschlossenen Emitteranschlüsse fließt. Im allgemeinen erfüllen die Schutzschaltungen ihre Schutzfunktion, wenn der Spannungsabfall der Widerstände 12A und 12B 0,5 V überschreitet.

Hier sind auch (nicht gezeigte) selbstinduktive Widerstände auf der Erdungsleitung G der Steuer- und Schutzschaltungen vorhanden. Solche selbstinduktive Widerstände verursachen einen Spannungsabfall, wenn ein Stoßstrom durch die Erdungsleitung G fließt. Wenn Schwankungen im Potential der Erdungsleitung G, die von diesem Spannungsabfall herrühren, den Spannungsabfall der Widerstände 12A und 12B 0,5 V überschreiten lassen, wird eine Funktionsstörung der Schutzschaltungen hervorgerufen, die die niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 1A und 1B sperren. Das wie in der vorliegenden Ausführungsform beschriebene Vorsehen der Widerstände 18A und 18B auf der Erdungsleitung G kann die zuvor erwähnten Funktionsstörungen der Schutzschaltungen verhindern.

Obwohl die Schaltvorrichtungen als IGBTs beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung dahingehend nicht eingeschränkt, die Schaltvorrichtungen können hingegen auch Thyristoren oder MOSFETs sein, die ähnliche Funktionen erfüllen wie IGBTs. Darüber hinaus sind die Steuer- und Schutzschaltungen nach der vorliegenden Erfindung nicht auf das wie vorstehend Beschriebene beschränkt, sondern können auch Schaltungen sein, die ähnliche Funktionen erfüllen. Beispielsweise können die Emitterfolgerschaltungen durch Sourcefolgerschaltungen von MOSFETs oder gewöhnliche Emitter von bipolaren Schaltungen ersetzt werden.

Dritte bevorzugte Ausführungsform

3 ist ein Schaltbild eines Einphasenwechselrichters nach der vorliegenden Erfindung. Hier sind die Steuer- und Schutzschaltungen der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 1A und 1B dargestellt, während diejenigen der hochspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 2A und 2B nicht dargestellt sind.

Die in 3 gezeigten niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 1A, 1B, die hochspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 2A, 2B, und die Steuer- und Schutzschaltungen sind im Grunde genauso aufgebaut wie die in 1 gezeigten, und deshalb kann eine ausführliche Erklärung davon unterbleiben.

In der vorliegenden Ausführungsform sind die spannungsführungsseitigen Gatewiderstände 11A und 11B, die zwischen dem Emitteranschluss der Emitterfolgerschaltung 7A und dem Basisanschluss der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtung 1A bzw. dem Emitteranschluss der Emitterfolgerschaltung 7B und dem Basisanschluss der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtung 1B vorgesehen sind, in der zweiten bevorzugten Ausführungsform so verschoben, dass sie sich zwischen der Erdungsleitung G bzw. den Stromableitkondensatoren 15A und 15B befinden. Ähnlich der zweiten Ausführungsform sind die Widerstände 18A und 18B auf der Erdungsleitung G vorgesehen, und die Widerstände 16A und 16B sind auf der Stromleitung A vorgesehen. Der in der zweiten bevorzugten Ausführungsform beschriebene Pfad C ist so verändert, dass er durch die spannungsführungsseitigen Gatewiderstände 11A und 11B verläuft.

Eine auf dem N-Bus (N) erzeugte Stoßspannung ändert die Potentiale der Erdungsleitung G und des Pfads C, die mit dem N-Bus (N) den geschlossenen Stromkreis bilden. Hier sind die Stromleitungen A und B über die Stromableitkondensatoren 14A, 14B bzw. 15A, 15B an die Erdungsleitung G angeschlossen. Somit verändert die Stoßspannung auch die Potentiale der Stromleitungen A und B.

In der vorliegenden Ausführungsform sind die Widerstände 16A und 16B jedoch auf der Stromleitung A vorgesehen, und die Widerstände 18A und 18B sind auf der Erdungsleitung G vorgesehen, und die spannungsführungsseitigen Gatewiderstände 11A und 11B sind auf der Stromleitung B und dem Pfad C vorgesehen. Somit ist es unwahrscheinlich, dass ein Stoßstrom, der von einer Stoßspannung herrührt, über diese Pfade fließt.

Dass es unwahrscheinlich ist, dass der Stoßstrom über die Stromleitung A, B, den Pfad C und die Erdungsleitung G fließt, stabilisiert diese Pfade im Potential. Die Stabilisierung dieser Pfade im Potential kann die an diese Pfade angeschlossenen Eingangspuffer 6A, 6B, 9A und 9B und an diese Pfade angeschlossenen Emitterfolgerschaltungen 7A, 7B, 8A und 8B vor Funktionsstörungen bewahren. Deshalb kann der in 3 gezeigte Aufbau Funktionsstörungen der Steuer- und Schutzschaltungen verhindern, die von Stoßspannung herrühren, die sich aus Schwankungen bei der Menge des Stroms ergibt, der durch den N-Bus (N) fließt.

Der Einfluss auf Funktionsstörungen der Steuer- und Schutzschaltungen, die sich aus Spannungsschwankungen der Stromleitung A und der Erdungsleitung G ergeben, ist im Vergleich mit der Stromleitung B und dem Pfad C groß. Somit ist es vorzuziehen, die Widerstände 16A, 16B, 18A und 18B so einzustellen, dass sie höhere Widerstandswerte haben als die spannungsführungsseitigen Gatewiderstände 11A und 11B.

Darüber hinaus verhindert die Anordnung der spannungsführungsseitigen Widerstände 11A und 11B in der vorliegenden Ausführungsform zwischen der Erdungsleitung G und den Stromableitkondensatoren 15A bzw. 15B, um einen Stromverlust zu reduzieren und Schalteigenschaften der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 1A und 1B aufrechtzuerhalten, Funktionsstörungen der Steuer- und Schutzschaltungen, die von einer Stoßspannung herrühren. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht dahingehend eingeschränkt, sondern kann auch realisiert werden, indem ein anderer Widerstand zwischen der Erdungsleitung G und jedem der Stromableitkondensatoren 15A und 15B vorgesehen wird, ohne die Position der spannungsführungsseitigen Gatewiderstände 11A und 11B zu verändern, oder indem ein Widerstand an einer Position auf jeweils der Stromleitung A und der Erdungsleitung G vorgesehen wird.

Vierte bevorzugte Ausführungsform

4 ist ein Schaltbild eines Einphasenwechselrichters nach der vorliegenden Erfindung. Hier sind die Steuer- und Schutzschaltungen der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 1A und 1B dargestellt, während diejenigen der hochspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 2A und 2B nicht dargestellt sind.

Die in 4 gezeigten niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 1A, 1B, die hochspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 2A, 2B, und die Steuer- und Schutzschaltungen sind im Grunde genauso aufgebaut wie die in 1 gezeigten, und deshalb kann eine ausführliche Erklärung davon unterbleiben.

In der vorliegenden Ausführungsform sind Widerstände 19A und 19B zwischen dem Eingangspuffer 6A und dem Basisanschluss des Emitterfolgertransistors 7A der Emitterfolgerschaltung, bzw. zwischen dem Eingangspuffer 6B und dem Basisanschluss des Emitterfolgertransistors 7B der Emitterfolgerschaltung vorgesehen. Darüber hinaus sind Klemmdioden 20A und 20B vorgesehen, die die Stromleitung B und die Emitteranschlüsse der spannungsführungsseitigen Emitterfolgertransistoren 7A bzw. 7B verbinden. Die Vorwärtsrichtung an diesen Klemmdioden 20A und 20B richtet sich zur Stromleitung B von den Basisanschlüssen der spannungsführungsseitigen Emitterfolgertransistoren 7A bzw. 7B.

Ähnlich der dritten bevorzugten Ausführungsform befinden sich die spannungsführungsseitigen Gatewiderstände 11A und 11B zwischen der Erdungsleitung G bzw. den Stromableitkondensatoren 15A, 15B. Die Widerstände 18A und 18B sind auf der Erdungsleitung G vorgesehen, und die Widerstände 16A und 16B sind auf der Stromleitung A vorgesehen. Der in der zweiten bevorzugten Ausführungsform beschriebene Pfad C ist so verändert, dass er durch die spannungsführungsseitigen Gatewiderstände 11A und 11B verläuft.

Ein Stoßstrom, der vom Auftreten der Stoßspannung herrührt, fließt durch die spannungsführungsseitigen Gatewiderstände 11A und 11B und verursacht Spannungsabfälle an den spannungsführungsseitigen Gatewiderständen 11A und 11B. Wenn die Spannungen, die von den Spannungsabfällen an den spannungsführungsseitigen Gatewiderständen 11A und 11B herrühren, in umgekehrter Richtung zu Ladespannungen der Stromableitkondensatoren 14A, 15A bzw. 15B, 14B sind, können Kollektorspannungen der Emitterfolgerschaltungen 7A, 8A bzw. 7B, 8B niedriger sein als Ausgangsspannungen aus den Eingangspuffern 6A bzw. 6B. Zu diesem Zeitpunkt könnte ein überschüssiger Strom durch die Basisanschlüsse der Emitterfolgerschaltungen 7A, 7B, 8A und 8B fließen und den Ausfall der Emitterfolgerschaltungen 7A, 7B, 8A und 8B verursachen.

Deshalb sind in der vorliegenden Ausführungsform die Widerstände 19A und 19B zwischen dem Eingangspuffer 6A und dem Basisanschluss der Emitterfolgerschaltungen 7A und 8A bzw. zwischen dem Eingangspuffer 6B und dem Basisanschluss der Emitterfolgerschaltungen 7B und 8B vorgesehen. Die Klemmdioden 20A und 20B sind zwischen dem Eingangspuffer 6A und dem Kollektoranschluss der Emitterfolgerschaltung 7A bzw. zwischen dem Eingangspuffer 6B und dem Kollektoranschluss der Emitterfolgerschaltung 7B vorgesehen. Somit wird ein überschüssiger Strom daran gehindert, durch die Basisanschlüsse der Emitterfolgerschaltungen 7A, 7B, 8A und 8B zu fließen, was somit den Ausfall der Emitterfolgerschaltungen 7A, 7B, 8A und 8B verhindert. Da der Aufbau ähnlich demjenigen der dritten bevorzugten Ausführungsform mit eingeschlossen ist, ist es möglich, Funktionsstörungen der Steuer- und Schutzschaltungen zu verhindern, die von Stoßspannung herrühren, die sich aus Schwankungen in der Menge des Stroms ergibt, der durch den N-Bus (N) fließt.

Obwohl die Schaltvorrichtungen als IGBTs beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung dahingehend nicht eingeschränkt, die Schaltvorrichtungen können hingegen auch Thyristoren oder MOSFETs sein, die ähnliche Funktionen erfüllen wie IGBTs. Darüber hinaus verhindert in der vorliegenden Ausführungsform die Anordnung der spannungsführungsseitigen Gatewiderstände 11A und 11B zwischen der Erdungsleitung G und den Stromableitkondensatoren 15A bzw. 15B, um Stromverlust zu reduzieren und Schalteigenschaften der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen aufrechtzuerhalten, Funktionsstörungen der Steuer- und Schutzschaltungen aufgrund von Stoßspannung. Dennoch ist die Erfindung dahingehend nicht eingeschränkt, sondern kann vielmehr dadurch realisiert werden, dass ein anderer Widerstand zwischen der Erdungsleitung G und jedem der Stromableitkondensatoren 15A und 15B vorgesehen wird, ohne die Position der spannungsführungsseitigen Gatewiderstände 11A und 11B zu verändern.

Fünfte bevorzugte Ausführungsform

5 ist ein Schaltbild eines Einphasenwechselrichters nach der vorliegenden Erfindung. Hier sind die Steuer- und Schutzschaltungen der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 1A und 1B dargestellt, während diejenigen der hochspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 2A und 2B nicht dargestellt sind.

Die in 5 gezeigten niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 1A, 1B, die hochspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 2A, 2B, und die Steuer- und Schutzschaltungen sind im Grunde genauso aufgebaut wie die in 1 gezeigten, und deshalb kann eine ausführliche Erklärung davon unterbleiben.

In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Klemmdiode 21A, die den Basisanschluss des spannungsführungsseitigen Emitterfolgertransistors 7A mit dem Kollektoranschluss des nicht spannungsführungsseitigen Emitterfolgertransistors 8A verbindet, und eine Klemmdiode 21B, die den Basisanschluss des spannungsführungsseitigen Emitterfolgertransistors 7B mit dem Kollektoranschluss des nicht spannungsführungsseitigen Emitterfolgertransistors 8B verbindet, vorgesehen. Die Vorwärtsrichtung an den Klemmdioden 21A und 21B ist zu den Basisanschlüssen der spannungsführungsseitigen Emitterfolgertransistoren 7A und 7B von den Kollektoranschlüssen der nicht spannungsführungsseitigen Emitterfolgertransistoren 8A bzw. 8B gerichtet. Darüber hinaus sind die nicht spannungsführungsseitigen Gatewiderstände 10A und 10B, die zwischen dem Emitteranschluss des nicht spannungsführungsseitigen Emitterfolgertransistors 8A und dem Basisanschluss der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtung 1A bzw. zwischen dem Emitteranschluss des nicht spannungsführungsseitigen Emitterfolgertransistors 8B und dem Basisanschluss der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtung 1B vorgesehen sind, so verschoben, dass sie sich zwischen der Erdungsleitung G und den Kollektoranschlüssen der nicht spannungsführungsseitigen Emitterfolgertransistoren 8A bzw. 8B befinden.

Wie in der vierten Ausführungsform sind die Widerstände 19A und 19B zwischen dem Eingangspuffer 6A und dem Basisanschluss des spannungsführungsseitigen Emitterfolgertransistors 7A bzw. zwischen dem Eingangspuffer 6B und dem Basisanschluss des spannungsführungsseitigen Emitterfolgertransistors 7B vorgesehen. Darüber hinaus sind Klemmdioden 20A und 20B vorgesehen, die die Stromleitung B und die Basisanschlüsse der spannungsführungsseitigen Emitterfolgertransistoren 7A bzw. 7B verbinden. Die Vorwärtsrichtung an diesen Klemmdioden 20A und 20B richtet sich zur Stromleitung B von den Basisanschlüssen der spannungsführungsseitigen Emitterfolgertransistoren 7A bzw. 7B.

Darüber hinaus sind die spannungsführungsseitigen Gatewiderstände 11A und 11B so verschoben, dass sie sich zwischen der Erdungsleitung G und den Stromableitkondensatoren 15A bzw. 15B befinden. Die Widerstände 18A und 18B sind auf der Erdungsleitung G vorgesehen, und die Widerstände 16A und 16B sind auf der Stromleitung A vorgesehen. Der in der zweiten bevorzugten Ausführungsform beschriebene Pfad C ist so verändert, dass die Emitteranschlüsse der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen 1A und 1B über die spannungsführungsseitigen Gatewiderstände 11A bzw. 11B miteinander verbunden sind.

Ein Stoßstrom, der vom Auftreten der Stoßspannung herrührt, fließt durch die spannungsführungsseitigen Gatewiderstände 11A und 11B und verursacht Spannungsabfälle an den spannungsführungsseitigen Gatewiderständen 11A und 11B. Wenn die Spannungen, die von den Spannungsabfällen an den spannungsführungsseitigen Gatewiderständen 11A und 11B herrühren, in umgekehrter Richtung zu Ladespannungen der Stromableitkondensatoren 14A, 15A bzw. 15B, 14B sind, und wenn der Wert der Spannungsabfälle größer ist als derjenige der Ladespannungen, können die Emitterfolgerschaltungen 7A, 7B, 8A und 8B in einen Zustand der Polaritätsumkehr geraten, was zu einem Ausfall führt.

Deshalb ermöglicht es das Vorsehen der Klemmdioden 21A und 21B in der vorliegenden Ausführungsform, dass die Klemmdioden 20A, 20B, 21A und 21B leiten, wenn der Wert der Spannungsabfälle größer ist als derjenige der Ladespannungen, was verhindern kann, dass die Emitterfolgerschaltungen 7A, 7B, 8A und 8B in einen Zustand der Polaritätsumkehr geraten. Darüber hinaus kann die Positionsveränderung der nicht spannungsführungsseitigen Gatewiderstände 10A und 10B die Menge des Stroms begrenzen, die durch die Klemmdioden 20A, 20B, 21A und 21B fließt. Dementsprechend verhindert die vorliegende Ausführungsform den Ausfall der Emitterfolgerschaltungen 7A, 7B, 8A und 8B, indem die Position der nicht spannungsführungsseitigen Gatewiderstände 10A und 10B verändert wird, und indem die Klemmdioden 21A und 21B vorgesehen werden. Da der Aufbau ähnlich demjenigen der dritten bevorzugten Ausführungsform eingeschlossen ist, ist es möglich, Funktionsstörungen der Steuer- und Schutzschaltungen zu verhindern, die von Stoßspannung herrühren, die sich aus Schwankungen in der Menge des Stroms ergibt, der durch den N-Bus (N) fließt.

Obwohl die Schaltvorrichtungen als IGBTs beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung dahingehend nicht eingeschränkt, die Schaltvorrichtungen können hingegen auch Thyristoren oder MOSFETs sein, die ähnliche Funktionen erfüllen wie IGBTs. Darüber hinaus verhindert in der vorliegenden Ausführungsform die Anordnung der spannungsführungsseitigen Gatewiderstände 11A und 11B zwischen der Erdungsleitung G und den Stromableitkondensatoren 15A bzw. 15B, um Stromverlust zu reduzieren und Schalteigenschaften der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen aufrechtzuerhalten, Funktionsstörungen der Steuer- und Schutzschaltungen aufgrund von Stoßspannung. Dennoch ist die Erfindung dahingehend nicht eingeschränkt, sondern kann vielmehr dadurch realisiert werden, dass ein anderer Widerstand zwischen der Erdungsleitung G und jedem der Kollektoranschlüsse der nicht spannungsführungsseitigen Emitterfolgertransistoren 8A und 8B vorgesehen wird, ohne die Position der nicht spannungsführungsseitigen Gatewiderstände 10A und 10B zu verändern.

Obwohl die Erfindung ausführlich aufgezeigt und beschrieben wurde, ist die vorstehende Beschreibung in allen Aspekten veranschaulichend und nicht einschränkend. Es ist deshalb selbstverständlich, dass zahlreiche Modifizierungen und Abänderungen angedacht werden können, ohne dass dabei der Rahmen der Erfindung verlassen würde.

Claims

Leistungsvorrichtungssteuerschaltung, umfassend: mehrere niederspannungsseitige Schaltvorrichtungen (3A, 3B), die eine Wechselrichterschaltung bilden, wobei jede einen Anschluss an eine Last und den anderen Anschluss an eine gemeinsame Niederspannungsleitung (N) angeschlossen hat; mehrere Steuerschaltungen (6A, 6B, 7A, 7B, 8A, 8B), die so ausgelegt sind, dass sie jeweils die mehreren niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen (3A, 3B) steuern; eine Stromversorgung (13), an die die mehreren Steuerschaltungen (6A, 6B, 7A, 7B, 8A, 8B) gemeinsam angeschlossen sind; eine Verdrahtung (A, B, C, G), die so ausgelegt ist, dass sie die mehreren Steuerschaltungen (6A, 6B, 7A, 7B, 8A, 8B) mit der Stromversorgung (13) verbindet und über die mehreren niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen (3A, 3B) mit der Niederspannungsleitung (N) einen geschlossenen Stromkreis bildet; und einen ersten Widerstand (11A, 11B, 16A, 16B, 18A, 18B), der auf der Verdrahtung (A, B, C, G) zwischen den mehreren Steuerschaltungen (6A, 6B, 7A, 7B, 8A, 8B) und der Stromversorgung (13) vorgesehen ist.
Leistungsvorrichtungssteuerschaltung nach Anspruch 1, wobei die Verdrahtung eine erste Hochspannungsverdrahtung (A) und eine erste Niederspannungsverdrahtung (G) umfasst, und der erste Widerstand (16A, 16B) auf der ersten Hochspannungsverdrahtung (A) zwischen den mehreren Steuerschaltungen (6A, 6B, 7A, 7B, 8A, 8B) und der Stromversorgung (13) vorgesehen ist.
Leistungsvorrichtungssteuerschaltung nach Anspruch 2, wobei der erste Widerstand (18A, 18B) darüber hinaus auf der ersten Niederspannungsverdrahtung (G) zwischen den mehreren Steuerschaltungen (6A, 6B, 7A, 7B, 8A, 8B) und der Stromversorgung (13) vorgesehen ist.
Leistungsvorrichtungssteuerschaltung nach Anspruch 3, wobei die Verdrahtung darüber hinaus eine zweite Hochspannungsverdrahtung (B) und eine zweite Niederspannungsverdrahtung (C) aufweist, wobei die Leistungsvorrichtungssteuerschaltung darüber hinaus umfasst einen zweiten Widerstand (11A, 11B), der auf einer gemeinsamen Verdrahtung vorgesehen ist, die von der zweiten Hochspannungsverdrahtung (B) und der zweiten Niederspannungsverdrahtung (C) zu den mehreren niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen (3A, 3B) führt.
Leistungsvorrichtungssteuerschaltung nach Anspruch 4, wobei der zweite Widerstand (11A, 11B) einen spannungsführungsseitigen Gatewiderstand jeder der mehreren niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen (3A, 3B) ersetzt.
Leistungsvorrichtungssteuerschaltung nach Anspruch 5, wobei die mehreren Steuerschaltungen (6A, 6B, 7A, 7B, 8A, 8B) jeweils eine Emitterfolgerschaltung mit einem spannungsführungsseitigen Emitterfolgertransistor (7A, 7B) und einem nicht spannungsführungsseitigen Emitterfolgertransistor (8A, 8B) aufweisen, wobei die Leistungsvorrichtungssteuerschaltung darüber hinaus umfasst: einen dritten Widerstand (19A, 19B), der an einen Eingangsabschnitt der Emitterfolgerschaltung angeschlossen ist; und eine erste Diode (20A, 20B), die so ausgelegt ist, dass sie zwischen einen Basis- und einem Kollektoranschluss des spannungsführungsseitigen Emitterfolgertransistors (7A, 7B) geklemmt ist.
Leistungsvorrichtungssteuerschaltung nach Anspruch 6, darüber hinaus umfassend: eine zweite Diode (21A, 21B), die so ausgelegt ist, dass sie zwischen einen Basis- und einen Kollektoranschluss des nicht spannungsführungsseitigen Emitterfolgertransistors (8A, 8B) geklemmt ist.
Leistungsvorrichtungssteuerschaltung nach Anspruch 7, darüber hinaus umfassend: einen vierten Widerstand (10A, 10B), der zwischen dem Kollektor des nicht spannungsführungsseitigen Emitterfolgertransistor (8A, 8B) und der ersten Niederspannungsverdrahtung (G) anstelle eines nicht spannungsführungsseitigen Gatewiderstands jeweils der mehreren niederspannungsseitigen Schaltvorrichtungen (3A, 3B) vorgesehen ist.