DE19532633A1

DE19532633A1 - Schaltungsanordnung zur Überwachung der Sperrfähigkeit in Reihe geschalteter elektronischer Schaltelemente

Info

Publication number: DE19532633A1
Application number: DE1995132633
Authority: DE
Inventors: Burkhard Dipl Ing Thron; Lothar Dipl Ing Friedrich
Original assignee: FAHRZEUGAUSRUESTUNG BERLIN GMB
Current assignee: FAHRZEUGAUSRUESTUNG BERLIN GMB
Priority date: 1995-08-22
Filing date: 1995-08-22
Publication date: 1997-02-27

Description

Charakteristik des Standes der Technik

Innerhalb leistungselektronischer Geräte und Baugruppen sind in der Regel elektro nische Schalter vorhanden, mit deren Hilfe zeitbestimmte Vorgänge wie beispiels weise Einschaltdauer oder Tastverhältnisse kontrolliert werden. Oftmals werden dabei Reihenschaltungen derartiger Schaltelemente verwendet.

Zur Erkennung von Fehlerzuständen und zur Vermeidung von Folgeschäden ist es in vielen Fällen erforderlich, die Sperrfähigkeit der Schaltelemente während des Be triebes der leistungselektronischen Einrichtung ständig zu überwachen und gegebe nenfalls bei Verlust der Sperrfähigkeit eines Schaltelementes das betreffende Gerät bzw. die Baugruppe stillzusetzen. Besondere Bedeutung erlangt diese Maßnahme dadurch, daß die Funktion einer Reihenschaltung mehrerer Schaltelemente bei Defekt eines Elementes meist noch gegeben ist, jedoch durch erhöhte Spannungs belastung der verbleibenden intakten Schalter zunehmend beeinträchtigt wird.

Die Überwachung der Sperrfähigkeit erfolgt üblicherweise durch Schaltungsanord nungen, die parallel zum Schaltelement liegen und im ausgeschalteten Zustand des Elementes dessen Spannungsabfall erfassen. Die so erhaltene Information wird an die zur Steuerung des elektronischen Schalters verwendete Steuereinrichtung wei tergeleitet und bewirkt dort eine entsprechende Reaktion.

Nachteil dieser Informationsgewinnung ist es, daß besonders bei Schaltelementen mit hoher Spannungsbelastung an Vorschaltwiderständen Verluste entstehen und die Übertragung der Information an die Steuereinrichtung mit Isolationsproblemen verbunden ist. Darüber hinaus darf durch die Anordnung einer parallelgeschalteten Erfassungsbaugruppe speziell bei der Reihenschaltung von Schaltelementen keine Beeinträchtigung der statischen und dynamischen Spannungsaufteilung hervorgeru fen werden.

Zur Vermeidung dieser Nachteile kann mittels Wandleranordnungen auch der Strom gemessen werden, der im ausgeschalteten Zustand durch das Schaltelement fließt. Dieser Strom muß sehr viel kleiner sein als der üblicherweise vorhandene Werte im eingeschalteten Zustand.

Im Fall der Reihenschaltung wird eine Fehlererkennung dadurch verhindert, daß die Sperrfähigkeit der Reihenschaltung oftmals auch bei Defekt eines oder mehrerer Einzelelemente zunächst weiterbesteht. Eine andere Möglichkeit der Überwachung des Schaltverhaltens besteht in der Registrierung transienter Vorgänge, deren Auf treten unmittelbar an das Ausschalten des elektronischen Schalters gebunden ist. Entfallen diese Vorgänge, kann auf das Versagen des Schaltelementes geschlossen werden. Solche Vorgänge sind beispielsweise Spannungsumkehrungen an Induktivitäten.

Die Aufnahme und Weiterleitung derartiger Informationen ist meist auch bei ungün stigen Potentialverhältnissen leicht möglich, jedoch besteht bei einer Reihenschal tung von Schaltelementen keine Möglichkeit der selektiven Erkennung eines defek ten Elementes.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die die ge nannten Nachteile der bereits bekannten Lösungen vermeidet und absichert, daß die Sperrfähigkeit elektronischer Schaltelemente in leistungselektronischen Geräten und Baugruppen während des Betriebes selektiv überwacht wird.

Vorteile der Erfindung

Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist es, daß die Sperrfähigkeit in Reihe geschalteter elektronischer Schaltelemente selektiv erfaßt wird.

Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Anordnung ist die galvanisch getrennte Weiterleitung der gewonnenen Information, die auch bei großen Potentialunterschie den zwischen in Reihe geschalteten Schaltelementen bzw. zwischen Schaltelemen ten und Steuereinrichtung unproblematisch ist. Eine vorteilhafte Eigenschaft der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist es ferner, daß für die Gewinnung der Information über den Sperrzustand der Schaltelemente und deren galvanisch ge trennte Übertragung keine zusätzliche Hilfsenergie benötigt wird.

Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung tritt keine Beeinträchtigung der statischen und dynamischen Spannungsaufteilung an den in Reihe geschalteten Schaltelementen ein.

Zeichnung

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe wird anhand des Ausfüh rungsbeispiels, das in Fig. 1 dargestellt ist, erläutert.

Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt der Schaltungsanordnung einer beliebigen leistungs elektronischen Baugruppe unter Verwendung der erfindungsgemäßen Lösung. Die Blöcke 1, 2 und 3 sollen die elektronischen Schalter S1, S2 und S3 enthalten, die in einer Reihenschaltung angeordnet sind und beispielsweise durch Transistor, GTO, IGBT usw. realisiert sein können. Parallel zu diesen Schaltelementen liegt die bereits bekannte Schutzbeschaltung mit den Elementen R, C und D. Die gleichzei tige Ansteuerung (Ein- und Ausschaltung) der Schalter erfolgt über die Steuerleitung St.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sei am Beispiel des Schalters S2 näher erläutert. Sie enthält den Stromwandler W (Block 4) im Zweig des Entladewi derstandes R, durch den bei Einschaltung des Schalters S2 der impulsförmige Ent ladestrom des Beschaltungskondensators C fließt. Dieser transiente Entladestrom kann sich nur ausbilden, wenn im ausgeschalteten Zustand von S2 der Kondensa tor G aufgeladen wurde. Dies ist wiederum nur möglich, solange S2 in der Sperr phase Spannung übernommen hat, d. h. seine Sperrfähigkeit gegeben ist. Als Wandler W können vorzugsweise frequenztaugliche induktive Stromwandler ent sprechend hoher Isolationsspannung Verwendung finden; jedoch sind auch auf an deren physikalischen Wirkprinzipien basierende Wandler einsetzbar, sofern eine galvanische Trennung zwischen Strompfad und Ausgang realisierbar ist und die Empfindlichkeit der jeweils vorhandenen Entladestromstärke angepaßt werden kann.

Die Anordnung des Wandlers W in den Zweig des Entladewiderstandes R bewirkt, daß beim Ausschalten von S2 keine Beeinträchtigung der Wirkung des Beschal tungskondensators C eintritt, da der Zweig R-W durch die Diode D überbrückt wird.

Block 5 der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung enthält eine geeignete Bürde B für W, die sich nach der Art des Stromwandlers richtet und für die Bereitstellung eines weiter zu verarbeitenden Signals verantwortlich ist. Block 5 kann entfallen, wenn durch W bereits ein Ausgangssignal in angepaßter Form und Höhe geliefert wird.

In der vorgeschlagenen Anordnung übernimmt Block 6 die Weiterverarbeitung des Wandlersignals. Diese erfolgt in einer Weise, daß mit bereits bekannten logischen Gliedern das Eintreffen des Wandlersignals zum Zeitpunkt der Abgabe des Einschaltbefehls an S2 über die Steuerleitung St (unter Berücksichtigung einer Ein schaltverzögerung) überwacht wird. Wird kein Wandlersignal registriert, muß auf fehlende Spannung an C und damit nicht vorhandene Sperrfähigkeit von S2 ge schlossen werden. In diesem Fall liefert Block 6 ein Störungssignal, das die Steuer einrichtung SR (Block 7) zur Sperrung des Steuersignals auf der Steuerleitung St zur dauerhaften Ausschaltung der Schalter S1 und S3 mit dem Ziel der Vermeidung von Folgeschäden an diesen Schaltern veranlaßt.

Die Verarbeitung des Wandlersignals in Block 6 kann auch mit rechentechnischen Mitteln erfolgen, besonders dann, wenn Block 6 Bestandteil der Steuereinrichtung SR ist und diese bereits auf rechentechnischer Basis arbeitet.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Überwachung der Sperrfähigkeit in Reihe geschalteter elektronischer Schaltelemente, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Zweig des Ent ladewiderstandes R der Schutzbeschaltung eines Schaltelementes S2, außerdem bestehend aus dem Kondensator C und der Diode D, ein Stromwandler W befindet, der den durch den Widerstand R bei Einschaltung des Schaltelementes S2 flie ßenden Entladestrom von C mißt und an der geeigneten Bürde B ein Span nungssignal bildet, welches gleichbedeutend damit ist, daß in der Ausschaltphase G aufgeladen war und S2 somit sperrfähig ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels logischer Elemente oder rechentechnischer Mittel eine Weiterverarbeitung des Stromwandlersignals in der Weise erfolgt, daß das Eintreffen dieses Signals unmit telbar nach Abgabe des Einschaltbefehls an das Schaltelement registriert und bei seinem Ausbleiben eine Störungsmeldung und Sperrung aller Einschaltbefehle aus gelöst wird.