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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Steuerschaltung für
eine Leistungsvorrichtung. Im Spezielleren bezieht sie sich auf
eine Steuerschaltung für
eine Leistungsvorrichtung, die Fehlfunktion oder Ausfall verhindert
und gleichzeitig deren verkleinerte Auslegung und deren Kostensenkung
ermöglicht.
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8 ist
ein Schaltbild, das eine Dreiphasen-Inverterschaltung und deren
Steuerschaltung im Stand der Technik darstellt. Eine Dreiphasen-Inverterschaltung 100 in 8 umfasst hochspannungsseitige
Schaltelemente 101, 103 und 105, und
niederspannungsseitigen Schaltelemente 102, 104 und 106.
Die Dreiphasen-Inverterschaltung 100 umfasst darüber hinaus
Dioden 107, 109 und 111, die jeweils mit
den hochspannungsseitigen Schaltelementen 101, 103 und 105 parallel
geschaltet sind, und Dioden 108, 110 und 112,
die jeweils mit den niederspannungsseitigen Schaltelementen 102, 104 und 106 parallel
geschaltet sind.
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Die hochspannungsseitigen Schaltelemente 101, 103 und 105 und
die niederspannungsseitigen Schaltelemente 102, 104 und 106 erhalten
jeweils Strom, den ihnen eine Stromversorgung 113 liefert. Verbindungsleitungen
zur Verbindung der hochspannungsseitigen Schaltelemente 101, 103, 105 mit
den niederspannungsseitigen Schaltelementen 102, 104, 106 haben
jeweilige Selbstinduktivitäten,
wie in 8 durch die Bezugszahlen 114 bis 121 angegeben
ist. Die hochspannungsseitigen Schaltelemente 101, 103 und 105 und
die niederspannungsseitigen Schaltelemente 102, 104 und 106 sind
jeweils IGBTs (Isolierschicht-Bipolartransistoren).
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Eine Last wie ein Dreiphasenmotor 122 ist
an die Dreiphasen-Inverterschaltung 100 angeschlossen.
Ein hochspannungsseitiger Steuerschaltkreis ist jeweils an die hochspannungsseitigen
Schaltelemente 101, 103 und 105 angeschlossen,
und ein niederspannungsseitiger Steuerschaltkreis ist jeweils an die
niederspannungsseitigen Schaltelemente 102, 104 und 106 angeschlossen.
In 8 sind nur ein an das
hochspannungsseitige Schaltelement 101 angeschlossener
Steuerschaltkreis 200 und ein an das niederspannungsseitige
Schaltelement 102 angeschlossener Steuerschaltkreis 300 gezeigt.
Diejenigen Steuerschaltungen, die an die hochspannungsseitigen Schaltelemente 103 und 105 bzw.
die niederspannungsseitigen Schaltelemente 104 und 106 angeschlossen
sind, wurden weggelassen. Die Inverterschaltung, der hochspannungsseitige
Steuerschaltkreis und der niederspannungsseitige Steuerschaltkreis
bilden eine Steuerschaltung für
eine Leistungsvorrichtung.
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Der an das hochspannungsseitige Schaltelement 101 angeschlossene
hochspannungsseitige Steuerschaltkreis 200 umfasst eine
Emitterfolgerschaltung, eine integrierte Hochspannungsschaltung 201,
und eine Stromversorgung 202 und Kondensatoren 203 und 204,
um diese Schaltungen anzusteuern. Ein NPN-Transistor (spannungsführungsseitiger Emitterfolgertransistor) 205 und
ein PNP-Transistor (nicht spannungsfüh rungsseitiger Emitterfolgertransistor) 206 bilden
die Emitterfolgerschaltung des hochspannungsseitigen Steuerschaltkreises 200. Emitteranschlüsse der
Transistoren 205 und 206 sind jeweils an Widerstände 207 und 208 und
dann gemeinsam an den Gateanschluss des hochspannungsseitigen Schaltelements 101 angeschlossen. Der
Kondensator 203 ist zwischen einem hochspannungsseitigen
Stromversorgungsanschluss Vb und einem hochspannungsseitigen Referenzanschluss Vs
in der integrierten Hochspannungsschaltung 201 angeschlossen,
und der Kondensator 204 ist zwischen einem niederspannungsseitigen
Stromversorgungsanschluss Vcc und einem niederspannungsseitigen
Referenzanschluss Vss in der integrierten Hochspannungsschaltung 201 angeschlossen.
Ein Eingangsanschluss IN der integrierten Hochspannungsschaltung 201 empfängt ein
Steuersignal Hi-IN von dem hochspannungsseitigen Schaltelement,
das darin eingegeben wird. Das Steuersignal Hi-IN wird von einem Ausgangsanschluss
OUT der integrierten Hochspannungsschaltung 201 an die
Emitterfolgerschaltung ausgegeben.
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Auf ähnliche Weise umfasst der an
das niederspannungsseitige Schaltelement 102 angeschlossene
niederspannungsseitige Steuerschaltkreis 300 eine Emitterfolgerschaltung,
eine integrierte Hochspannungsschaltung 301, und eine Stromversorgung 302 und
Kondensatoren 303, 304, um diese Schaltungen anzusteuern.
Ein NPN-Transistor 305 und ein PNP-Transistor 306 bilden
die Emitterfolgerschaltung des niederspannungsseitigen Steuerschaltkreises 300.
Emitteranschlüsse
der Transistoren 305 und 306 sind jeweils an Widerstände 307 und 308 und dann
gemeinsam an den Gateanschluss des niederspannungsseitigen Schaltelements 102 angeschlossen.
Der Kondensator 303 ist zwischen einem hochspannungsseitigen
Stromversorgungsanschluss Vb und einem hochspannungsseitigen Referenzanschluss
Vs in der Integrierte Hochspannungsschaltung 301 vorgesehen,
und der Kondensator 304 ist zwischen einem niederspannungsseitigen
Stromversorgungsanschluss Vcc und einem niederspannungsseitigen
Referenzanschluss Vss in der integrierten Hochspannungsschaltung 301 angeschlossen.
Die Kondensatoren 204 und 304 sind an eine Stromversorgung 309 angeschlossen.
Ein Eingangsanschluss IN der integrierten Hochspannungsschaltung 301 empfängt ein
Steuersignal Low-IN vom niederspannungsseitigen Schaltelement, das
darin eingegeben wird. Das Steuersignal Low-IN wird von einem Ausgangsanschluss
OUT der integrierten Hochspannungsschaltung 301 an die
Emitterfolgerschaltung ausgegeben.
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Wie in 8 gezeigt,
ist die integrierte Hochspannungsschaltung 201 bzw. 301
auch noch mit Klemmdioden 209 und 310 ausgestattet.
Eine Anode der Klemmdioden 209 bzw. 310 ist an den niederspannungsseitigen
Referenzanschluss Vss und eine Kathode ist an den hochspannungsseitigen
Referenzanschluss Vs angeschlossen. Wie in der japanischen Offenlegungsschrift
Nr. 10-42575 (1998) offenbart, wirken die Klemmdioden 209 und 310 so,
dass sie die integrierten Hochspannungsschaltungen 201 und 301 vor
einem negativen Stoßpotential
schützen (das
im Folgenden als negative Stoßspannung
bezeichnet wird.) Solch eine negative Stoßspannung entsteht durch die Änderung
des Stroms gegenüber Zeit
(di/dt) und die Selbstinduktivitäten 114 bis 121 der
Verbindungsleitungen, wenn die hochspannungsseitigen Schaltelemente 101, 103 und 105 oder
die niederspannungsseitigen Schaltelemente 102, 104 und 106 zum
Ansteuern der Last geschaltet werden.
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Dennoch kann es sein, dass die Klemmdioden 209 und 310 nicht
wirksam genug sind, um die integrierte Hochspannungsschaltung 201 des
hochspannungsseitigen Steuerschaltkreises bzw. die integrierte Hochspannungsschaltung 301 des
niederspannungsseitigen Steuerschaltkreises ausreichend zu schützen. Als
Gegenmaßnahme
ist dazu bei der in 8 gezeigten
Dreiphasen-Inverterschaltung und deren Steuerschaltung ein Widerstand 400 zwischen dem
Emitteranschluss des niederspannungsseitigen Schaltelements 104 und
der Stromversorgung 309 angeordnet. Wenn die negative Stoßspannung
entsteht, wird negativer Stoßstrom,
der in den Klemmdioden 209 und 310 fließt, begrenzt,
so dass die integrierten Hochspannungsschaltungen 201 und 301 geschützt werden
können.
Eine solche Technik ist in der PCT-Veröffentlichung
Nr. WO 01/59918 offenbart.
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Wenn nur das hochspannungsseitige
Schaltelement 101 und das niederspannungsseitige Schaltelement 104 im
EIN-Zustand sind, und das hochspannungsseitige Schaltelement 101 in
den AUS-Zustand geschaltet ist, entsteht die negative Stoßspannung
in der in 8 gezeigten
Dreiphasen-Inverterschaltung und deren Steuerschaltung, deren Einzelheiten
unten angegeben werden.
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Wenn sich nur das hochspannungsseitige Schaltelement 101 und
das niederspannungsseitige Schaltelement 104 im EIN-Zustand
befinden, fließt Strom,
der vom positiven Pol der Stromversorgung 113 geliefert
wird, in dieser Reihenfolge durch das hochspannungsseitige Schaltelement 101,
die Selbstinduktivität 114,
die Last 122, die Selbstinduktivität 117, das niederspannungsseitige
Schaltelement 104 und die Selbstinduktivität 121.
Dann kehrt der Strom zum negativen Pol der Stromversorgung 113 zurück.
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Wenn als Nächstes das hochspannungsseitige
Schaltelement 101 in den AUS-Zustand geschaltet wird, verfolgt
der Strom, der durch die Last 122 fließt, den anderen Pfad. Und zwar
fließt
der Strom in dieser Reihenfolge durch die Last 122, die
Selbstinduktivität 117,
das niederspannungsseitige Schaltelement 104, die Selbstinduktivität 120,
die Diode 108, die Selbstinduktivität 115 und die Last 122.
Im Verlauf dieses Stromflusses erzeugen die Selbstinduktivitäten 114, 115, 120 und 121 der
Verbindungsleitungen die negative Stoßspannung.
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Wenn eine solche negative Stoßspannung entsteht,
wird an den niederspannungsseitigen Referenzanschluss Vss und den
hochspannungs seitigen Referenzanschluss Vs in der integrierten Hochspannungsschaltung 201 des
hochspannungsseitigen Steuerschaltkreises 200 Spannung
angelegt. Diese Spannung ist die Summe induzierter Spannungen der
Selbstinduktivitäten 114, 115 und 120 und
der Vorwärtsspannung
der Diode 108. Dann wird die Klemmdiode 209 in
den AUS-Zustand geschaltet, wodurch Vorwärtsspannung der Klemmdiode 209 zwischen
dem niederspannungsseitigen Referenzanschluss Vss und dem hochspannungsseitigen
Referenzanschluss Vs in der integrierten Hochspannungsschaltung 201 angelegt
wird, die mit der Klemmdiode 209 parallel geschaltet sind.
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Wie aus 8 ersichtlich, ist darüber hinaus der
Widerstand 400 auf dem Pfad zwischen dem niederspannungsseitigen
Referenzanschluss Vss und dem hochspannungsseitigen Referenzanschluss
Vs in der integrierten Hochspannungsschaltung 201 vorgesehen.
Der durch die Klemmdiode 209 fließende Strom wird dadurch begrenzt.
Deshalb kann die negative Stoßspannung
vom Widerstand 400 begrenzt werden, wodurch die Vorwärtsspannung
der Klemmdioden 209 auf einen Pegel begrenzt werden kann, der
keine Funktionsstörung
und keinen Ausfall der Integrierte Hochspannungsschaltung 201 verursacht. Wenn
der Widerstandswert des Widerstands 400 zunimmt, wird der
Spannungsabfall im Widerstand 400 größer. Die Vorwärtsspannung
der Klemmdiode 209 kann entsprechend begrenzt werden.
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Gemäß der in 8 gezeigten Dreiphasen-Inverterschaltung
und deren Steuerschaltung, können
die integrierte Hochspannungsschaltung 201 des hochspannungsseitigen
Steuerschaltkreises und die integrierte Hochspannungsschaltung 301 des niederspannungsseitigen
Steuerschaltkreises vor der negativen Stoßspannung geschützt werden,
die von den Selbstinduktivitäten 114 bis 121 der
Verbindungsleitungen erzeugt wird. Dennoch sollten im in 8 gezeigten niederspannungsseitigen
Steuerschaltkreis für
die niederspannungsseitigen Schaltelemente 102,
104 und 106 die
Stromversorgungen 302 und 309 für jedes
der Elemente 102, 104 und 106 vorgesehen
sein, was zu einem Kostenanstieg bei der Stromversorgung führt. Für eine kleinere
Auslegung und eine Kostensenkung des niederspannungsseitigen Steuerschaltkreises
für jedes
der niederspannungsseitigen Schaltelemente 102, 104 und 106,
sollten die Stromversorgungen 302 und 309 zusammengefasst
werden, und die integrierte Hochspannungsschaltung 301 sollte
beseitigt werden.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Steuerschaltung für eine Leistungsvorrichtung
bereitzustellen, die einen hochspannungsseitigen Steuerschaltkreis
und einen niederspannungsseitigen Steuerschaltkreis umfasst. Genauer
ausgedrückt
ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine integrierte
Hochspannungsschaltung des hochspannungsseitigen Steuerschaltkreises
vor negativer Stoßspannung
zu schützen,
die von einer Selbstinduktivität
einer Verbindungsleitung erzeugt wird, während im niederspannungsseitigen Steuerschaltkreis
keine integrierte Hochspannungsschaltung benötigt wird, um eine kleinere
Auslegung und eine Kostensenkung bei der Steuerschaltung zu bewerkstelligen.
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Nach der vorliegenden Erfindung umfasst die
Steuerschaltung für
eine Leistungsvorrichtung mehrere niederspannungsseitige Schaltelemente, die
eine Inverterschaltung bilden sollen, mehrere hochspannungsseitige
Schaltelemente, die die Inverterschaltung bilden sollen, mehrere
hochspannungsseitige Steuerschaltkreise, und mehrere niederspannungsseitige
Steuerschaltkreise. Ein Anschluss der mehreren niederspannungsseitigen
Schaltelemente ist jeweils an eine Last, und der andere Anschluss
an eine Niederspannungsleitung der Inverterschaltung angeschlossen.
Jeweils ein Anschluss der hochspannungsseitigen Schaltelemente ist
an die Last, und der andere Anschluss an die Hoch spannungsleitung
der Inverterschaltung angeschlossen. Die mehreren hochspannungsseitigen
Steuerschaltkreise steuern jeweils die mehreren hochspannungsseitigen
Schaltelemente an. Die mehreren hochspannungsseitigen Steuerschaltkreise
umfassen jeweils eine integrierte Hochspannungsschaltung. Die mehreren
niederspannungsseitigen Steuerschaltkreise steuern jeweils die mehreren
niederspannungsseitigen Schaltelemente an. Die mehreren niederspannungsseitigen
Steuerschaltkreise umfassen jeweils eine erste Niederspannungsstromversorgungsleitung,
eine zweite Niederspannungsstromversorgungsleitung, eine erste Hochspannungsstromversorgungsleitung,
und eine zweite Hochspannungsstromversorgungsleitung, die jeweils
an die integrierte Hochspannungsschaltung angeschlossen sind. Die
mehreren niederspannungsseitigen Steuerschaltkreise umfassen jeweils
eine erste Stromversorgung, einen ersten Kondensator, einen zweiten Kondensator,
ein erstes Strombegrenzungselement und zweite Strombegrenzungselemente.
Die mehreren niederspannungsseitigen Steuerschaltkreise sind gemeinsam
an die erste Stromversorgung angeschlossen. Der erste Kondensator
ist über
die erste Niederspannungsstromversorgungsleitung und die erste Hochspannungsstromversorgungsleitung
an die erste Stromversorgung angeschlossen. Der zweite Kondensator
ist über
die zweite Niederspannungsstromversorgungsleitung und die zweite
Hochspannungsstromversorgungsleitung an die erste Stromversorgung
angeschlossen. Das erste Strombegrenzungselement ist zwischen einem
Knoten zwischen der ersten Niederspannungsstromversorgungsleitung
und dem ersten Kondensator und der zweiten Niederspannungsstromversorgungsleitung
vorgesehen. Die zweiten Strombegrenzungselemente sind jeweils auf
der zweiten Niederspannungsstromversorgungsleitung und der zweiten
Hochspannungsstromversorgungsleitung vorgesehen, um die erste Stromversorgung
und den zweiten Kondensator miteinander zu verbinden.
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Die Steuerschaltung für eine Leistungsvorrichtung
umfasst das erste Strombegrenzungselement, das zwischen der ersten
Stromversor gung, an die die mehreren niederspannungsseitigen Steuerschaltkreise
angeschlossen sind, und dem niederspannungsseitigen Schaltelement
vorgesehen ist. Ferner sind die zweiten Strombegrenzungselemente auf
den Verbindungsleitungen vorgesehen, um jeweils die mehreren niederspannungsseitigen
Steuerschaltkreise und die integrierte Hochspannungsschaltung miteinander
zu verbinden. Deshalb kann die integrierte Hochspannungsschaltung
des hochspannungsseitigen Steuerschaltkreises vor negativer Stoßspannung
geschützt
werden. Da darüber
hinaus die Steuerschaltung für
eine Leistungsvorrichtung keine integrierte Hochspannungsschaltung
im niederspannungsseitigen Steuerschaltkreis benötigt, kann eine kleinere Auslegung
und eine Kostensenkung bewerkstelligt werden.
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Diese und andere Aufgaben, Merkmale,
Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden
ausführlichen
Beschreibung der vorliegenden Erfindung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen
deutlich.
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1 ist
ein Schaltbild einer Dreiphasen-Inverterschaltung und einer Steuerschaltung
derselben nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
ein Schaltbild einer Dreiphasen-Inverterschaltung und einer Steuerschaltung
derselben nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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die 3 und 4 sind jeweils Schaltbilder
einer Dreiphasen-Inverterschaltung
und einer Steuerschaltung derselben nach einer Abwandlung der zweiten
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
ein Schaltbild einer Dreiphasen-Inverterschaltung und einer Steuerschaltung
derselben nach einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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6 ist
ein Schaltbild einer Dreiphasen-Inverterschaltung und einer Steuerschaltung
derselben nach einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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7 ist
ein Schaltbild einer Dreiphasen-Inverterschaltung und einer Steuerschaltung
derselben nach einer fünften
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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8 ist
ein Schaltbild der Dreiphasen-Inverterschaltung und deren Steuerschaltung
aus dem Stand der Technik.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erste bevorzugte Ausführungsform
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1 ist
ein Schaltbild einer Dreiphasen-Inverterschaltung und einer Steuerschaltung
derselben nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Eine in 1 gezeigte
Dreiphasen-Inverterschaltung umfasst hochspannungsseitige Schaltelemente 2, 3 und 4,
und niederspannungsseitige Schaltelemente 5, 6 und 7.
Die Dreiphasen-Inverterschaltung 1 umfasst ferner Dioden 8, 9 und 10,
die jeweils mit den hochspannungsseitigen Schaltelementen 2, 3 und 4 parallel
geschaltet sind, und Dioden 11, 12 und 13,
die jeweils mit den niederspannungsseitigen Schaltelementen 5, 6 und 7 parallel
geschaltet sind. In der ersten bevorzugten Ausführungsform ist die Inverterschaltung
nicht unbedingt eine Dreiphasenschaltung. Alternativ kann sie eine einphasige
oder auch eine mehrphasige Schaltung sein.
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Die hochspannungsseitigen Schaltelemente 2, 3 und 4,
und die niederspannungsseitigen Schaltelemente 5, 6 und 7 bekommen
jeweils Strom von einer Stromversorgung 14 geliefert. Verbindungsleitungen
zum Verbinden der hochspannungsseitigen Schaltelemente 2, 3, 4 und
der niederspannungsseitigen Schaltelemente 5, 6, 7,
weisen jeweils Selbstinduktivitäten
auf, wie in 1 durch
die Bezugszahlen 15 bis 22 angegeben ist. Die
hochspannungsseitigen Schaltelemente 2, 3 und 4,
und die niederspannungsseitigen Schaltelemente 5, 6 und 7 sind
als IGBTs (Isolierschicht-Bipolartransistoren) gezeigt. Alternativ können sie
jeweils aber auch ein MOSFET sein.
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Der jeweilige Kollektoranschluss
der hochspannungsseitigen Schaltelemente 2, 3 und 4 ist
an eine Hochspannungsleitung P angeschlossen, deren jeweiliger Emitteranschluss
ist an eine Last wie einen Dreiphasenmotor 23 angeschlossen,
und deren jeweiliger Gateanschluss ist an einen hochspannungsseitigen
Steuerschaltkreis angeschlossen. Darüber hinaus ist der jeweilige
Emitteranschluss der niederspannungsseitigen Schaltelemente 5, 6 und 7 an eine
Niederspannungsleitung N angeschlossen, deren jeweiliger Kollektoranschluss
ist an eine Last wie einen Dreiphasenmotor 23 angeschlossen,
und deren jeweiliger Gateanschluss ist an einen niederspannungsseitigen
Steuerschaltkreis angeschlossen.
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In 1 sind
nur ein an das hochspannungsseitige Schaltelement 2 angeschlossener
hochspannungsseitiger Steuerschaltkreis 30 und ein an das niederspannungsseitige
Schaltelement 5 angeschlossener niederspannungsseitiger
Steuerschaltkreis 50 gezeigt. Die jeweils an die hochspannungsseitigen
Schaltelemente 3 und 4 bzw. die niederspannungsseitigen
Schaltelemente 6 und 7 angeschlossenen Steuerschaltungen
wurden weggelassen. Die Inverterschaltung, der hochspannungsseitige
Steuerschaltkreis und der niederspannungsseitige Steuerschaltkreis
bilden eine Steuerschaltung für
eine Leistungsvorrichtung.
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Der an das hochspannungsseitige Schaltelement 2 angeschlossene
hochspannungsseitige Steuerschaltkreis 30 umfasst eine
Emitterfolgerschaltung, eine integrierte Hochspannungsschaltung 31,
und eine Stromversorgung 32 und Kondensatoren 33, 34, um
diese Schaltungen anzusteuern. Ein NPN-Transistor (spannungsführungsseitiger
Emitterfolgertransistor) 35 und ein PNP-Transistor (nicht
spannungsführungsseitiger
Emitterfolgertransistor) 36 bilden die Emitterfolgerschaltung
des hochspannungsseitigen Steuerschaltkreises 30. Emitteranschlüsse der
Transistoren 35 und 36 sind jeweils an Widerstände 37 und 38 und
dann gemeinsam an den Gateanschluss des hochspannungsseitigen Schaltelements 2 angeschlossen.
Der Widerstand 37 ist ein spannungsführungsseitiger Gatewiderstand,
und der Widerstand 38 ist ein nicht spannungsführungsseitiger
Gatewiderstand.
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Der Kondensator 33 ist zwischen
einem hochspannungsseitigen Stromversorgungsanschluss Vb und einem
hochspannungsseitigen Referenzanschluss Vs in der integrierten Hochspannungsschaltung 31 vorgesehen,
und der Kondensator 34 ist zwischen einem niederspannungsseitigen Stromversorgungsanschluss
Vcc und einem niederspannungsseitigen Referenzanschluss Vss in der
integrierten Hochspannungsschaltung 31 vorgesehen. Ein
Eingangsanschluss IN der integrierten Hochspannungsschaltung 31 empfängt ein
Steuersignal Hi-IN des hochspannungsseitigen Schaltelements, das
darin eingegeben wird. Das Steuersignal Hi-IN wird von einem Ausgangsanschluss
OUT der integrierten Hochspannungsschaltung 31 an die Emitterfolgerschaltung
ausgegeben. Die integrierte Hochspannungsschaltung 31 ist
darüber
hinaus mit einer Klemmdiode 39 mit einer Anode versehen,
die mit dem niederspannungsseitigen Referenzanschluss Vss parallel
geschaltet ist, und mit einer Kathode, die mit dem hochspannungsseitigen
Referenzanschluss Vs parallel geschaltet ist.
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Eine Emitterfolgerschaltung, ein
Eingangspuffer 51, und eine Stromversorgung 52 und
Kondensatoren 53, 54 zum Ansteuern dieser Schaltungen bilden
den an das niederspannungsseitige Schaltelement 5 angeschlossenen
niederspannungsseitigen Steuerschaltkreis 51. Die Stromversorgung 52 ist nicht
eigens für
jedes der niederspannungsseitigen Schaltelemente 5, 6 und 7 ausgelegt,
sondern ist eine gemeinsame Stromversorgung für diese. Ein NPN-Transistor 55 und
ein PNP-Transistor 56 bilden die Emitterfolgerschaltung
des niederspannungsseitigen Steuerschaltkreises 50. Der
Emitteranschluss des PNP-Transistors 56 ist
an einen Widerstand 57 angeschlossen.
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Emitteranschlüsse des NPN-Transistors 55 und
des PNP-Transistors 56 sind gemeinsam an den Gateanschluss
des niederspannungsseitigen Schaltelements 5 angeschlossen.
Der Eingangspuffer 51 empfängt ein Steuersignal Low-IN
des niederspannungsseitigen Schaltelements, das darin eingegeben wird.
Das Steuersignal Low-IN wird an jeden Basisanschluss des NPN-Transistors 55 und
des PNP-Transistors 56 zur Ausbildung der Emitterfolgerschaltung
ausgegeben.
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Ein positiver Pol des Kondensators 53 ist über eine
erste Hochspannungsstromversorgungsleitung an den positiven Pol
der Stromversorgung 52 angeschlossen, und ein negativer
Pol ist über
eine erste Niederspannungsstromversorgungsleitung an den negativen
Pol der Stromversorgung 52 angeschlossen. Der Kollektoranschluss
des NPN-Transistors 55 ist an die erste Hochspannungsstromversorgungsleitung
angeschlossen. Ein positiver Pol des Kondensators 54 ist über eine
zweite Hochspannungsstromversorgungsleitung an den positiven Pol der
Stromversorgung 52 angeschlossen, und ein negativer Pol
ist über
eine zweite Niederspannungsstromversorgungsleitung G an den negativen
Pol der Stromversorgung 52 angeschlossen. Der Eingangspuffer 51 ist
darüber
hinaus an die zweite Niederspannungsstromversorgungsleitung G und
die zweite Hochspannungsstromversorgungsleitung angeschlossen.
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Ein Widerstand 58 ist als
Strombegrenzungselement (erstes Strombegrenzungselement) zwischen
dem Knoten zwischen dem negativen Pol des Kondensators 53 und
der ersten Niederspannungsstromversorgungsleitung und der zweiten Niederspannungsstromversorgungsleitung
G des niederspannungsseitigen Steuerschaltkreises 50 vorgesehen.
Der Kollektoranschluss des NPN-Transistors 55 ist an den
positiven Pol des Kondensators 53 angeschlossen, und der
Kollektoranschluss des PNP-Transistors 56 ist an die zweite
Niederspannungsstromversorgungsleitung G des niederspannungsseitigen
Steuerschaltkreises 50 angeschlossen. In manchen Fällen sind
der negative Pol des Kondensators 53 und der negative Pol
der Stromversorgung 52, ohne den Widerstand 58 zu
durchlaufen, miteinander verbunden. Eine solche Verbindung soll einen
Verlust am Widerstand 58 während des Ladens des Kondensators 53 mit
elektrischem Strom aus der Stromversorgung 52 vermeiden.
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Der niederspannungsseitige Steuerschaltkreis 50 der
ersten bevorzugten Ausführungsform besitzt
keinen Widerstand 307, wie in 8 gezeigt ist. Der Widerstand 307 wirkt
als spannungsführungsseitiger
Gatewiderstand des niederspannungsseitigen Schaltelements. In der
ersten bevorzugten Ausführungsform
ersetzt der Widerstand 58 den Widerstand 307,
wie in 8 gezeigt ist,
als spannungsführungsseitiger
Gatewiderstand des niederspannungsseitigen Schaltelements 5.
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Der Kondensator 54 ist an
den Eingangspuffer 51 angeschlossen. Widerstände 59 und 60 als Strombegrenzungselemente
(zweite Strombegrenzungselemente) sind auf der zweiten Hochspannungsstromversorgungsleitung
bzw. der zweiten Niederspannungsstromversorgungsleitung G vorgesehen,
die jeweils zwischen dem Eingangspuffer 51 und der Stromversorgung 52 ausgebildet
sind. Die Widerstände 59 und 60 sind
so eingestellt, dass sie einen ausreichend größeren Widerstandswert haben als
der Widerstand 58. Der Eingangsanschluss des Eingangspuffers 51 empfängt das
Steuersignal Low-IN des niederspannungsseitigen Schaltelements,
das darin eingegeben wird.
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Die niederspannungsseitigen Steuerschaltkreise
nach der ersten bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung verwenden kennzeichnenderweise eine gemeinsame Stromversorgung
und bedürfen keiner
integrierten Hochspannungsschaltung, deren Einzelheiten noch beschrieben
werden. In 8 ist die
Stromversorgung 302 vorgesehen, um auf die integrierte
Hochspannungsschaltung 301 anzusprechen. Im Gegensatz dazu
besteht, da der Eingangspuffer 51 in 1 anstelle der integrierten Hochspannungsschaltung 301 vorgesehen
ist, kein Bedarf nach der Stromversorgung 302. Darüber hinaus
wird die Stromversorgung 52 als gemeinsame Stromversorgung
der niederspannungsseitigen Steuerschaltkreise der jeweiligen niederspannungsseitigen Schaltelemente
verwendet, wodurch nur eine Stromversorgung benötigt wird.
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Allerdings führt die Verwendung der Stromversorgung 52 als
gemeinsamer Stromversorgung der niederspannungsseitigen Steuerschaltkreise
dazu, dass ein Regelkreis durch die Verbindungsleitungen der niederspannungsseitigen
Steuerschaltkreise und den Verbindungsleitungen der niederspannungsseitigen
Schaltelemente 5, 6 und 7 ausgebildet
wird, die an die zweite Niederspannungsstromversorgungsleitung G
angeschlossen sind. Solch ein elektrischer Regelkreis führt zu einer
Funktionsstörung eines
niederspannungsseitigen Steuerschaltkreises, die durch Stoßstrom hervorgerufen
wird, der beispielsweise auf der auf der Verbindungsleitung des anderen
niederspannungsseitigen Schaltelements vorgesehenen Selbstinduktivität entsteht.
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Da der Eingangspuffer eine Stoßspannung nicht
steuern kann, kann ein Problem wie eine Funktionsstörung auftreten,
indem die integrierte Hochspannungsschaltung einfach durch den Eingangspuffer
im niederspannungsseitigen Steuerschaltkreis ersetzt wird. Alternativ
kann eine optisch isolierte Steuervorrichtung wie ein Optokoppler,
der Stoßspannung
steuern kann, verwendet werden. Allerdings sind die Teile einer
solchen Vorrichtung teuer.
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Als Gegenmaßnahme dazu, sind im niederspannungsseitigen
Steuerschaltkreis 50 der ersten bevorzugten Ausführungsform
die Widerstände 59 und 60 zwischen
dem Eingangspuffer 51 und der Stromversorgung 52 vorgesehen,
wodurch es unwahrscheinlich wird, dass Stoßstrom in den niederspannungsseitigen
Steuerschaltkreis 50 fließt. Im Ergebnis kann ein mögliches
Problem, das im Eingangspuffer 51 auftritt, wie z.B. eine
Funktionsstörung,
durch die Widerstände 59 und 60 verhindert werden.
Aus den bisher genannten Gründen
wurde die integrierte Hochspannungsschaltung 301 im niederspannungsseitigen
Steuerschaltkreis 50 der ersten bevorzugten Ausführungsform
durch den Eingangspuffer 51 ersetzt, und die Stromversorgung 52 wird
als gemeinsame Stromversorgung verwendet, und es wird keine Stromversorgung 302 benötigt. Die niederspannungsseitigen
Steuerschaltkreise der ersten bevorzugten Ausführungsform verwenden nämlich untereinander
eine gemeinsame Stromversorgung und benötigen keine integrierte Hochspannungsschaltung.
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Darüber hinaus kann bei der Steuerschaltung
für eine
Leistungsvorrichtung nach der ersten bevorzugten Ausführungsform
die integrierte Hochspannungsschaltung 31 des hochspannungsseitigen Steuerschaltkreises
auch vor negativer Stoßspannung
geschützt
werden, die durch die Selbstinduktivität der Verbindungsleitung entsteht,
deren Einzelheiten noch beschrieben werden. Die negative Stoßspannung,
die an der Dreiphasen-Inverterschaltung 1 entsteht, fließt in die
zweite Nieder spannungsversorgungsleitung G des niederspannungsseitigen Steuerschaltkreises 50,
läuft dann
durch den Widerstand 58 und die erste Niederspannungsversorgungsleitung,
und fließt
in die Klemmdiode 39. Da die Widerstände 59 und 60 einen
ausreichend größeren Widerstandswert
haben als der Widerstand 58, fließt die negative Stoßspannung
niemals entlang des Pfads, der keinen Widerstand 58 darauf
aufweist, in die Klemmdiode 39.
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Der negative Stoßstrom, der in die Klemmdiode 39 fließen soll,
wird am Widerstand 58 so begrenzt, dass die Vorwärtsspannung
der Klemmdiode 39 auf einen Pegel begrenzt wird, der keine
Funktionsstörung
und keinen Ausfall der integrierten Hochspannungsschaltung 31 hervorruft.
Und zwar wirkt der Widerstand 58 genau so wie der in 8 gezeigte Widerstand aus
dem Stand der Technik. Deshalb kann auch in der Steuerschaltung
für eine
Leistungsvorrichtung nach der ersten bevorzugten Ausführungsform
die integrierte Hochspannungsschaltung 31 des hochspannungsseitigen
Steuerschaltkreises vor der negative Stoßspannung geschützt werden, die
durch die Selbstinduktivitäten 15 bis 22 der
Verbindungsleitungen entsteht.
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Wie beschrieben, kann nach der Steuerschaltung
für eine
Leistungsvorrichtung der ersten bevorzugten Ausführungsform die integrierte
Hochspannungsschaltung 31 des hochspannungsseitigen Steuerschaltkreises
vor der negativen Stoßspannung geschützt werden,
die durch die Selbstinduktivitäten 15 bis 22 der
Verbindungsleitungen entsteht. Da darüber hinaus die erste bevorzugte
Ausführungsform keine
integrierte Hochspannungsschaltung im niederspannungsseitigen Steuerschaltkreis
benötigt, wird
eine kleinere Auslegung und eine Kostensenkung bei der Steuerschaltung
bewerkstelligt.
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Im Hinblick auf Leistungsverlust
und Schaltcharakteristik des niederspannungsseitigen Schaltelements
umfasst jedoch die erste bevorzugte Ausführungsform nicht den wie in 8 vorgesehenen Widerstand 307,
sondern den Widerstand 58, der zwischen dem negativen Pol
des Kondensators 53 und der zweiten Niederspannungsversorgungsleitung
G des niederspannungsseitigen Steuerschaltkreises vorgesehen ist.
Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Konfiguration
beschränkt.
Der in 8 gezeigte Widerstand 307 kann
vorgesehen sein, und der Widerstand 58 kann sich an jeder
Stelle auf der Verbindungsleitung befinden, die den negativen Pol
des Kondensators 53 direkt mit dem negativen Pol der Stromversorgung 52 verbindet.
Anstelle der Emitterfolgerschaltung der ersten bevorzugten Ausführungsform,
kann darüber
hinaus eine Sourcefolgerschaltung, die aus einem MOSFET besteht, oder
ein an Masse angeschlossener Emitter einer Bipolarschaltung auf
die vorliegende Erfindung angewandt werden.
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Zweite bevorzugte
Ausführungsform
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2 ist
ein Schaltbild der Dreiphasen-Inverterschaltung und deren Steuerschaltung
nach der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Der
Aufbau der Dreiphasen-Inverterschaltung und deren Steuerschaltung
nach der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist im Wesentlichen
derselbe wie derjenige der ersten bevorzugten Ausführungsform.
Im Folgenden soll nur der Aufbau erläutert werden, der sich von
demjenigen der ersten bevorzugten Ausführungsform unterscheidet, und
der gemeinsame Aufbau soll weggelassen werden.
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Der hochspannungsseitige Referenzanschluss
Vs in der in 2 gezeigten
integrierten Hochspannungsschaltung 31 ist an den Kollektoranschluss
des PNP-Transistors 36 und den Emitteranschluss des hochspannungsseitigen
Schaltelements 2 über
einen Widerstand 71 als Strombegrenzungselement (drittes
Strombegrenzungselement) angeschlossen. Ein positiver Pol eines
Kondensators 72 ist an den Kollektoranschluss des PNP-Transistors 35 angeschlossen,
und ein negativer Pol ist an den Kollektoranschluss des PNP-Transistors 36 angeschlossen.
Der Kondensator 72 ist an der Stelle angeordnet, die derjenigen
der Stromversorgung 32 von 1 entspricht.
Ein negativer Pol der Stromversorgung 32 ist an den hochspannungsseitigen
Referenzanschluss Vs in der integrierten Hochspannungsschaltung 31 über einen
Widerstand 73 als Strombegrenzungselement (drittes Strombegrenzungselement)
angeschlossen, und ein positiver Pol ist an den hochspannungsseitigen
Stromversorgungsanschluss Vb in der integrierten Hochspannungsschaltung 31 über einen
Widerstand 74 als Strombegrenzungselement (drittes Strombegrenzungselement)
angeschlossen.
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In der ersten bevorzugten Ausführungsform tritt
beim Auftreten der negativen Stoßspannung nur der Widerstand 58 in
Aktion, um den Strom zu begrenzen, der in die Klemmdiode 39 fließt. Dennoch wirkt
der Widerstand 58 auch als spannungsführungsseitiger Gatewiderstand
des niederspannungsseitigen Schaltelements 5. Aufgrund
dessen sollte der Widerstandswert des Widerstands 58 auf
einen Pegel gesteuert werden, der es dem Widerstand 58 ermöglicht,
als spannungsführungsseitiger
Gatewiderstand des niederspannungsseitigen Schaltelements 5 zu
wirken. Und zwar, weil, wenn der spannungsführungsseitige Gatewiderstand
zunimmt, die Abschaltgeschwindigkeit des niederspannungsseitigen
Schaltelements 5 abnimmt, was zu einer Zunahme beim Schaltverlust
führt.
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Von daher wird der Widerstandswert
des Widerstands 58 so gesteuert, dass er keine Zunahme beim
Schaltverlust hervorruft. Ist umgekehrt der Widerstandswert des
Widerstands 58 zu klein, kann in die Klemmdiode 39 fließender Strom
nicht ausreichend begrenzt werden. In diesem Fall kann eine Funktionsstörung oder
ein Ausfall der integrierten Hochspannungsschaltung 31 hervorgerufen
werden.
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Zusätzlich zum Widerstand 58,
sind die Widerstände 71, 73 und 74 als
Strombegrenzungselemente auf der Seite der Kathode der Klemmdiode 39 in
der zweiten bevorzugten Ausführungsform
vorgesehen, um den negativen Stoßstrom zu begrenzen, der in
die Klemmdiode 39 fließt.
Nach der Steuerschaltung für
eine Leistungsvorrichtung der zweiten bevorzugten Ausführungsform
kann die integrierte Hochspannungsschaltung 31 des hochspannungsseitigen
Steuerschaltkreises vor der negativen Stoßspannung geschützt werden,
die durch die Selbstinduktivität
der Verbindungsleitung entsteht. Da darüber hinaus die zweite bevorzugte
Ausführungsform keine
integrierte Hochspannungsschaltung im niederspannungsseitigen Steuerschaltkreis
benötigt, wird
eine kleinere Auslegung und eine Kostensenkung bei der Steuerschaltung
bewerkstelligt. Weiter darüber
hinaus sorgt der Aufbau mit den Widerständen 71, 73 und 74 für Flexibilität beim Widerstandswert
des Widerstands 58 hinsichtlich der Steuerung des negativen
Stoßstroms.
Im Ergebnis kann der Widerstandswert des Widerstands 58 optimiert
werden, um Schaltverlust zu verringern.
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Im Hinblick auf Leistungsverlust
und Schaltcharakteristik des niederspannungsseitigen Schaltelements,
umfasst auch die zweite bevorzugte Ausführungsform keinen wie in 8 vorgesehenen Widerstand 307,
sondern umfasst den Widerstand 58 zwischen dem negativen
Pol des Kondensators 53 und der zweiten Niederspannungsversorgungsleitung
G des niederspannungsseitigen Steuerschaltkreises. Jedoch ist die
vorliegende Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Der
in 8 gezeigte Widerstand 307 kann
vorgesehen sein, und der Widerstand 58 kann sich an jeder
Stelle auf der Verbindungsleitung befinden, die den negativen Pol des
Kondensators 53 direkt mit dem negativen Pol der Stromversorgung 52 verbindet.
Anstelle der Emitterfolgerschaltung der ersten bevorzugten Ausführungsform,
kann darüber
hinaus eine Sourcefolgerschaltung, die aus einem MOSFET besteht,
oder ein an Masse angeschlossener Emitter einer Bipolarschaltung
auf die vorliegende Erfindung angewandt werden.
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3 ist
ein Schaltbild der Dreiphasen-Inverterschaltung und deren Steuerschaltung
nach einer Abwandlung der zweiten bevorzugten Ausführungsform.
In der in 3 gezeigten
Schaltung, ist der Kondensator 72 von 2 nicht vorgesehen. Der positive Pol
der Stromversorgung 32 ist an den hochspannungsseitigen
Stromversorgungsanschluss Vb in der integrierten Hochspannungsschaltung 31 über den
Widerstand 74 angeschlossen, und deren negativer Pol ist
an den Emitteranschluss des hochspannungsseitigen Schaltelements 2 angeschlossen.
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Ähnlich
dem Aufbau der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist es beim Aufbau
nach der in 3 gezeigten
Abwandlung aber immer noch möglich,
den negativen Stoßstrom
zu begrenzen, der in die Klemmdiode 39 fließt, wodurch
die integrierte Hochspannungsschaltung 31 des hochspannungsseitigen
Steuerschaltkreises vor der negativen Stoßspannung geschützt werden
kann, die durch die Selbstinduktivität der Verbindungsleitung entsteht. Nach
dieser Abwandlung ist darüber
hinaus die Anzahl an Bauteilen gesenkt, so dass eine Kostensenkung
bewerkstelligt wird. Die in 3 gezeigte
Abwandlung lässt
sich auf die dritte bzw. fünfte
bevorzugte Ausführungsform
anwenden, die später
noch beschrieben wird.
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4 ist
ein Schaltbild der Dreiphasen-Inverterschaltung und deren Steuerschaltung
nach einer weiteren Abwandlung der zweiten bevorzugten Ausführungsform.
Wie in 4 gezeigt, ist
der spannungsführungsseitige
Gatewiderstand 37 (viertes Strombegrenzungselement), der
für den
Emitteranschluss des NPN-Transistors 35 vorgesehen ist,
auf die Stelle zwischen dem negativen Pol des Kondensators 72 (dritter
Kondensator) und dem Emitteranschluss des hochspannungsseitigen
Schaltelements 2 verschoben.
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Ähnlich
dem Aufbau der zweiten bevorzugten Ausführungsform, ist es im Aufbau
nach der in 4 gezeigten
Abwandlung immer noch möglich, den
in die Klemmdiode 39 fließenden negativen Stoßstrom zu
begrenzen, wodurch die integrierte Hochspannungsschaltung 31 des
hochspannungsseitigen Steuerschaltkreises vor der negativen Stoßspannung
geschützt
werden kann, die durch die Selbstinduktivität der Verbindungsleitung entsteht. Nach
dieser Abwandlung kann darüber
hinaus der Stoßstrom,
der in den Kondensator 72 fließt, begrenzt werden, ohne die
Schaltcharakteristik des hochspannungsseitigen Schaltelements 2 zu
beeinträchtigen.
Die in 4 gezeigte Abwandlung
lässt sich
auf die dritte, vierte und fünfte
Ausführungsform anwenden,
die später
noch beschrieben wird.
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Dritte bevorzugte
Ausführungsform
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5 ist
ein Schaltbild der Dreiphasen-Inverterschaltung und deren Steuerschaltung
nach der dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Der Aufbau der Dreiphasen-Inverterschaltung und deren
Steuerschaltung nach der dritten bevorzugten Ausführungsform
ist im Wesentlichen derselbe wie derjenige der zweiten bevorzugten Ausführungsform.
Im Folgenden soll nur der Aufbau erläutert werden, der sich von
demjenigen der zweiten bevorzugten Ausführungsform unterscheidet, und
der gemeinsame Aufbau soll weggelassen werden.
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In 5 ist
der niederspannungsseitige Stromversorgungsanschluss Vcc in der
integrierten Hochspannungsschaltung 31 an den positiven
Pol des Kondensators 54 angeschlossen, ohne durch den Widerstand 59 zu
laufen, und der niederspannungsseitige Referenzanschluss Vss ist
an den negativen Pol des Kondensators 54 angeschlossen, ohne
durch den Widerstand 60 zu laufen. Und zwar ist in der
dritten bevorzugten Ausführungsform
der niederspannungsseitige Referenzanschluss Vss direkt an die zweite
Niederspannungsstromversorgungsleitung G des niederspannungsseitigen
Steuerschaltkreises angeschlossen.
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Nach einem solchen Aufbau fließt beim
Auftreten der negativen Stoßspannung
der negative Stoßstrom
in die Klemmdiode 39, ohne manchmal durch den Widerstand 58 zu
laufen. Im Spezielleren kann der negative Stoßstrom über die zweite Niederspannungsversorgungsleitung
G des niederspannungsseitigen Steuerschaltkreises und in den niederspannungsseitigen
Referenzanschluss Vss in der integrierten Hochspannungsschaltung 31 fließen. Selbst
wenn der in die Klemmdiode 39 fließende Strom den Widerstand 58 umgeht,
kann er von den Widerständen 71, 73 und 74 begrenzt
werden, die auf der Seite der Kathode der Klemmdiode 39 vorgesehen
sind.
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Nach der Steuerschaltung für eine Leistungsvorrichtung
der drittenbevorzugten Ausführungsform
kann die integrierte Hochspannungsschaltung 31 des hochspannungsseitigen
Steuerschaltkreises vor negativer Stoßspannung geschützt werden,
die durch die Selbstinduktivität
der Verbindungsleitung entsteht. Da darüber hinaus die dritte bevorzugte
Ausführungsform
keine integrierte Hochspannungsschaltung im niederspannungsseitigen
Steuerschaltkreis benötigt,
ist eine kleinere Auslegung und eine Kostensenkung bei der Steuerschaltung
bewerkstelligt.
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Die dritte bevorzugte Ausführungsform
ist insofern vorteilhaft als, da der niederspannungsseitige Referenzanschluss
Vss in der integrierten Hochspannungsschaltung 31 und der
negative Pol des Kondensators 54 direkt verbunden sind,
der niederspannungsseitige Referenzanschluss Vss in der integrierten
Hochspannungsschaltung 31 und die zweite Niederspannungsversorgungsleitung
G des niederspannungsseitigen Steuerschaltkreises 50 dasselbe Potential
haben können.
Deshalb kann der hochspannungsseitige Steuerschaltkreis 30 mit
der integrierten Hochspannungsschaltung 31 und der niederspannungsseitige
Steuerschaltkreis
50 auf ein und demselben Chip integriert
werden. Im Ergebnis ist die kleinere Auslegung der Steuerschaltung
für eine
Leistungsvorrichtung noch stärker
gefördert.
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Im Hinblick auf Leistungsverlust
und Schaltcharakteristik des niederspannungsseitigen Schaltelements,
umfasst auch die dritte bevorzugte Ausführungsform keinen wie in 8 vorgesehenen Widerstand 307,
sondern umfasst den Widerstand 58 zwischen dem negativen
Pol des Kondensators 53 und der zweiten Niederspannungsversorgungsleitung
G des niederspannungsseitigen Steuerschaltkreises. Jedoch ist die
vorliegende Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Der
in 8 gezeigte Widerstand 307 kann
vorgesehen sein, und der Widerstand 58 kann sich an jeder
Stelle auf der Verbindungsleitung befinden, die den negativen Pol des
Kondensators 53 direkt mit dem negativen Pol der Stromversorgung 52 verbindet.
Anstelle der Emitterfolgerschaltung der dritten bevorzugten Ausführungsform,
kann darüber
hinaus eine Sourcefolgerschaltung, die aus einem MOSFET besteht,
oder ein an Masse angeschlossener Emitter einer Bipolarschaltung
auf die vorliegende Erfindung angewandt werden.
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Vierte bevorzugte
Ausführungsform
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6 ist
ein Schaltbild der Dreiphasen-Inverterschaltung und deren Steuerschaltung
nach einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Der Aufbau der Dreiphasen-Inverterschaltung und deren
Steuerschaltung nach der vierten bevorzugten Ausführungsform
ist im Wesentlichen derselbe wie derjenige der dritten bevorzugten Ausführungsform.
Im Folgenden soll nur der Aufbau erläutert werden, der sich von
demjenigen der dritten bevorzugten Ausführungsform unterscheidet, und der
gemeinsame Aufbau soll weggelassen werden.
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Wie in 6 gezeigt,
ist darüber
hinaus eine Umgehungsdiode 80 vorgesehen. Die Kathode der Umgehungsdiode 80 ist
an den negativen Pol der Stromversorgung 32 angeschlossen,
und deren Anode ist an den Kollektoranschluss des PNP-Transistors 36 angeschlossen.
Unter Umgehung der Widerstände 71 und 73,
verbindet die Umgehungsdiode 80 den negativen Pol der Stromversorgung 32 und
den Kollektoranschluss des PNP-Transistors 36.
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Wenn das hochspannungsseitige Schaltelement 2 angesteuert
werden soll, sollte der Kondensator 72 des hochspannungsseitigen
Steuerschaltkreises 30 geladen sein. Um den Kondensator 72 zu
laden, beginnt Strom aus dem positiven Pol der Stromversorgung 32 zu
fließen,
läuft durch
die Kondensatoren 72 und die Widerstände 71, 73,
und kehrt dann zum negativen Pol der Stromversorgung 32 zurück. Auf
diesem Pfad wird durch die Widerstände 71 und 73 in
der Steuerschaltung für
eine Leistungsvorrichtung der dritten bevorzugten Ausführungsform
ein Leistungsverlust verursacht. Der so verursachte Leistungsverlust
ist in etwa so hoch wie die Gateansteuerleistung des hochspannungsseitigen
Schaltelements 2, was zu einem Verlust mit einem signifikantem
Leistungsbetrag als Joulesche Wärme
führt.
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Nach der vierten bevorzugten Ausführungsform
kann der zuvor erwähnte
Pfad durch die Anwesenheit der Umgehungsdiode 80 die Widerstände 71 und 73 umgehen.
Im Ergebnis entsteht beim Laden des Kondensators 72 des
hochspannungsseitigen Steuerschaltkreises 30 kein Leistungsverlust
durch die Widerstände 71 und 73.
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Nach der vierten bevorzugten Ausführungsform
treten die Widerstände 58, 71, 73 und 74 als Strombegrenzungselemente
auch in Aktion, um den negativen Stoßstrom zu begrenzen, der in
die Klemmdiode 39 fließt.
Nach der Steuerschaltung für eine
Leistungsvorrichtung der vierten bevorzugten Ausführungsform,
ist die integrierte Hochspannungsschal tung 31 des hochspannungsseitigen
Steuerschaltkreises somit vor der negativen Stoßspannung geschützt, die
durch die Selbstinduktivität
der Verbindungsleitung entsteht. Da darüber hinaus die vierte bevorzugte
Ausführungsform
keine integrierte Hochspannungsschaltung im niederspannungsseitigen Steuerschaltkreis
benötigt,
ist eine kleinere Auslegung und eine Kostensenkung bei der Steuerschaltung
bewerkstelligt.
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Im Hinblick auf Leistungsverlust
und Schaltcharakteristik des niederspannungsseitigen Schaltelements,
umfasst auch die vierte bevorzugte Ausführungsform keinen wie in 8 vorgesehenen Widerstand 307,
sondern umfasst den Widerstand 58 zwischen dem negativen
Pol des Kondensators 53 und der zweiten Niederspannungsversorgungsleitung
G des niederspannungsseitigen Steuerschaltkreises. Jedoch ist die
vorliegende Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Der
in 8 gezeigte Widerstand 307 kann
vorgesehen sein, und der Widerstand 58 kann sich an jeder
Stelle auf der Verbindungsleitung befinden, die den negativen Pol des
Kondensators 53 direkt mit dem negativen Pol der Stromversorgung 52 verbindet.
Anstelle der Emitterfolgerschaltung der vierten bevorzugten Ausführungsform,
kann darüber
hinaus eine Sourcefolgerschaltung, die aus einem MOSFET besteht,
oder ein an Masse angeschlossener Emitter einer Bipolarschaltung
auf die vorliegende Erfindung angewandt werden.
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Fünfte bevorzugte
Ausführungsform
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7 ist
ein Schaltbild der Dreiphasen-Inverterschaltung und deren Steuerschaltung
nach der fünften
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Der Aufbau der Dreiphasen-Inverterschaltung
und deren Steuerschaltung nach der fünften bevorzugten Ausführungsform
ist im Wesentlichen derselbe wie derjenige der vierten bevorzugten Ausführungsform.
Im Folgenden soll nur der Aufbau erläutert werden, der sich von
demjenigen der vierten bevorzugten Ausführungsform unterscheidet, und der
gemeinsame Aufbau soll weggelassen werden.
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Wie in 7 gezeigt,
ist darüber
hinaus ein Widerstand 90 als Strombegrenzungselement (fünftes Strombegrenzungselement)
zwischen dem Basisanschluss des PNP-Transistors 36 und
dem Ausgangsanschluss OUT in der integrierten Hochspannungsschaltung 31 vorgesehen.
Ferner ist ein Transistor 91 mit einem Basisanschluss vorgesehen,
der an den hochspannungsseitigen Referenzanschluss Vs angeschlossen
ist, einem Kollektoranschluss, der an den Basisanschluss des PNP-Transistos 36 angeschlossen
ist, und einem Emitteranschluss, der an den Kollektoranschluss des
PNP-Transistor 36 angeschlossen ist. In 7 ist der Transistor 91 als
MOSFET gezeigt. Alternativ kann er ein Bipolartransistor sein.
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Als Nächstes werden die Funktionsweisen des
Widerstands 90 und des Transistors 91 erläutert. Wenn
kein Eingangssignal zur integrierten Halbleiterschaltung 31 vorhanden
ist, beträgt
die Ausgangsspannung der Emitterfolgerschaltung 0V. Da
die Emitterfolgerschaltung aus dem NPN-Transistor 35 und dem PNP-Transistor 36 besteht,
und das Eingangssignal zu diesen hinsichtlich des Kollektors des PNP-Transistors 36 0
V beträgt,
ist auch die Ausgangsspannung der Emitterfolgerschaltung 0V. Im Ergebnis
ist das hochspannungsseitige Schaltelement 2 abgeschaltet.
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Wenn allerdings der bei der Inverterschaltung 1 entstandene
negative Stoßstrom
in die Klemmdiode 39 fließt, erhält auch der Widerstand 71 einen
Teil des negativen Stoßstroms,
der in diesen fließt.
Im Ergebnis tritt ein Spannungsabfall im Widerstand 71 auf,
der eine Abnahme der Kollektorspannung des PNP-Transistors 36 hervorruft.
Das Eingangssignal zur Emitterfolgerschaltung entspricht der Summe
der Ausgangsspannung der integrierten Hochspannungsschaltung 31 und
der Kollektorspannung des PNP-Transistors 36, und deshalb
wird die Spannung, die dem Betrag des Spannungsabfalls im Widerstand 71 entspricht,
aus der Emitterfolgerschaltung ausgegeben. Der Anstieg der Ausgangsspannung
der Emitterfolgerschaltung verursacht eine Funktionsstörung im
hochspannungsseitigen Schaltelement 2. Beispielsweise kann
die Abschaltzeitdauer des hochspannungsseitigen Schaltelements 2 verlängert sein,
oder das Schaltelement 2 kann vom AUS- in den EIN-Zustand geschaltet
werden. Eine solche Funktionsstörung
des hochspannungsseitigen Schaltelements 2 führt zu einem
Anstieg beim Schaltverlust.
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In der fünften bevorzugten Ausführungsform sind
der Widerstand 90 und der Transistor 91 vorgesehen.
Wenn der Spannungsabfall im Widerstand 71 auftritt, wird
der Transistor 91 deshalb in den EIN-Zustand geschaltet,
wodurch auch der PNP-Transistor 36 in den EIN-Zustand geschaltet
wird. Wenn der NPN-Transistor 35 durch den Spannungsabfall
im Widerstand 71 in den EIN-Zustand geschaltet wird, wird
die Spannung der Emitterfolgerschaltung durch den Unterschied der
Emitterspannung zwischen dem NPN-Transistor 35 und dem
PNP-Transistor 36 bestimmt, der niedriger ist als der Spannungsabfall
im Widerstand 71. Zu diesem Zeitpunkt entspricht die Emitterspannung
des PNP-Transistors 36 der Summe der Kollektorspannung
des Transistors 91 und der Basis-Emitterspannung des PNP-Transistors 36. Darüber hinaus
entspricht die Emitterspannung des NPN-Transistors 35 der
Summe der Ausgangsspannung der integrierten Hochspannungsschaltung 31, der
Kollektorspannung des PNP-Transistors 36,
und der Basis-Emitterspannung des NPN-Transistors 35.
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Die Basisanschlüsse des NPN-Transistors 35 und
des PNP-Transistors 36 sind durch den Widerstand 90 voneinander
getrennt, und deshalb hat der EIN-Zustand des Transistors 91 keine
Auswirkung auf den NPN-Transistor 35. Der Widerstand 90 funktioniert
so, dass er einen großen
Strom daran hindert, in den Ausgangsanschluss OUT und den hochspannungsseitigen
Referenzanschluss Vs in der integrierten Hochspannungsschaltung 31 zu
fließen.
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Wie beschrieben, ist es durch das
Vorsehen des Widerstands 90 und des Transistors 91 möglich, die
Ausgangsspannung der Emitterfolgerschaltung zu reduzieren, wenn
der PNP-Transistor 36 im EIN-Zustand ist. Im Ergebnis kann
die Ausgangsspannung der Emitterfolgerschaltung niedriger sein als
die Gateschwellenspannung des hochspannungsseitigen Schaltelements 2,
wodurch eine Funktionsstörung
im hochspannungsseitigen Schaltelement 2 wie eine verlängerte Abschaltzeitdauer
oder ein Schalten vom EIN- in den AUS-Zustand verhindert werden
kann. Indem die Widerstandswerte der Widerstände 37 und 38 bestimmt
werden, kann die Ausgangsspannung der Emitterfolgerschaltung effektiv
niedriger sein als die Gateschwellenspannung des hochspannungsseitigen
Schaltelements 2.
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Nach der fünften bevorzugten Ausführungsform
funktionieren die Widerstände 58, 71, 73 und 74 als
Strombegrenzungselemente auch so, dass sie den negativen Stoßstrom begrenzen,
der in die Klemmdiode 39 fließt. Nach der Steuerschaltung
für eine
Leistungsvorrichtung der fünften
bevorzugten Ausführungsform,
wird die integrierte Hochspannungsschaltung 31 somit vor
der negativen Stoßspannung
geschützt,
die durch die Selbstinduktivität der
Verbindungsleitung entsteht. Da darüber hinaus die fünfte bevorzugte
Ausführungsform
keine integrierte Hochspannungsschaltung im niederspannungsseitigen
Steuerschaltkreis benötigt,
ist eine kleinere Auslegung und eine Kostensenkung bei der Steuerschaltung
bewerkstelligt.
-
Im Hinblick auf Leistungsverlust
und Schaltcharakteristik des niederspannungsseitigen Schaltelements
umfasst die fünfte
bevorzugte Ausführungsform
nicht den wie in 8 vorgesehenen Widerstand 307,
sondern umfasst den Widerstand 58 zwischen dem negativen
Pol des Kondensators 53 und der zweiten Niederspannungsstromversorgungsleitung
G des niederspannungsseitigen Steuerschaltkreises. Die Erfindung
ist jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Der in 8 gezeigte Widerstand 307 kann
vorgesehen sein, und der Widerstand 58 kann an jeder Stelle
auf der Verbindungsleitung angeordnet sein, die den negativen Pol
des Kondensators 53 und den negativen Pol der Stromversorgung 52 verbindet.
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Obwohl die Erfindung ausführlich aufgezeigt und
beschrieben wurde, ist die vorstehende Beschreibung in allen Aspekten
veranschaulichend und nicht einschränkend. Selbstverständlich können zahlreiche
Abwandlungen und Varianten angedacht werden, ohne dass dabei der
Rahmen der Erfindung verlassen würde.