DE2632381A1

DE2632381A1 - Wechselrichterschaltung

Info

Publication number: DE2632381A1
Application number: DE19762632381
Authority: DE
Inventors: Nils Hansson Nygaard
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1976-07-19
Filing date: 1976-07-19
Publication date: 1978-01-26
Also published as: AU511374B2; DK312077A; NO146454C; FR2359540A1; DE2632381B2; SE7708282L; NO772362L; JPS5628104B2; GB1588135A; NO146454B; JPS5312028A; AU2706277A

Description

DR.-ING. ULRICH KNOBLAUCH PAXgISIXANVVALT ^β Prankfurt/Main ι, den

KÜHHORNSHOFWEG 1O POSTSCHECK-KONTO FRANKFURT/M. 3425-605 g.

DRESDNER BANK. FRANKFURT/M. 2300308 ~Ä ~" TELEFON: 56 10 78

TELEGRAMM KNOPAT

DA 409

DANFOSS A/S, Nordborg (Dänemark)

Wechselrichterschaltung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wechselrichterschaltung mit wenigstens einem Paar von Transistoren, die zwischen zwei Gleichspannungs-Versorgungsleitungen in Reihe liegen und zwischen denen ein Ausgang zum Verbraucher abzweigt, die abwechselnd in den leitenden Zustand gesteuert werden und denen je eine Hilfsschaltung parallel liegt, die einen Kondensator in Reihe mit einer Parallelschaltung aus einem Widerstand und einer gleichsinnig zur Durchlaßrichtung der Transistoren gepolten Diode aufweist.

Bei einer bekannten Wechselrichterschaltung ist eine solche Hilfsschaltung, die auch als R-C-D-Schutzschaltung bezeichnet wird, aus folgendem Grund vorhanden: Wenn bei einem Transistor ohne die Hilfsschaltung das Steuersignal an der Basis wegfällt, geht der Emitterstrom zwar plötzlich, aber innerhalb einer endlichen Zeit auf Null zurück, während die Kollektor-Emitter-Spannung ebenfalls plötzlich, aber innerhalb einer endlichen Zeit von einem kleinen Wert auf die volle Größe anwächst. Infolgedessen wird im Transistor Leistung umgesetzt, die im Laufe der Zeit zu einer Zerstörung des Transistors führen kann. Durch Verwendung der Hilfsschaltung wird der Anstieg der Kollektor-Emitter-Spannung gegenüber dem Abfall des Emitterstromes verlangsamt. Infolgedessen kann die beim "Abschalten" im Transistor

709884/0112

umgesetzte Leistung so klein gehalten werden, daß sie nicht mehr schädlich ist.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß trotz sorgfältiger Bemessung der Hilfsschaltung Schaden an den Transistoren auftraten, wenn diese in einem Wechselrichter paarweise in Reihe geschaltet wurden. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe/zugrunde, eine Wechselrichterschaltung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der die verwendeten Transistoren mit größerer Sicherheit gegen Schaden geschützt sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in Reihe mit dem Paar der Transistoren nebst zugehörigen Hilfsschaltungen eine Zusatzschaltung mit einer Drossel liegt.

Wenn bei einer Wechselrichterschaltung die Transistoren eines Paares abwechselnd in den leitenden Zustand gesteuert werden, muß zwischen dem "Abschalten" des ersten Transistors und dem "Einschalten" des zwiten Transistors eine gewisse Totzeit vorgesehen werden, damit unter gar keinen Umständen über beide Transistoren ein Kurzschlußpfad zwischen den beiden Versorgungsleitungen entsteht. Aus Sicherheitsgründen muß diese Totzeit eher größer als zu klein gewählt werden. Innerhalb der Totzeit verteilt sich die Gleichspannung so, daß an jedem Kondensator der Hilfsschaltung etwa U/2 liegen. Wird nun anschließend der eine Transistor in den leitenden Zustand gesteuert, so liegt an dem dem anderen Transistor zugeordneten Kondensator plötzlich die volle Spannung U. Dies führt zu einem entsprechend starken Ladestromstoß, der über den leitenden Transistor zugeführt wird und dessen rasche Zerstörung herbeiführt. Wenn erfindungsgemäß in die Bahn dieses Ladestromstoßes eine Zusatzschaltung mit Drossel gelegt wird, erreicht man es, daß die Aufladung des Kondensators sehr viel langsamer vor sich geht, so daß der Transistor nicht beschädigt werden kann.

709884/0112

Ein weiterer Vorteil der Zusatzschaltung liegt darin, daß eine einzige Zusatzschaltung auf jeden Fall für zwei Transistoren mit zugehörigen Hilfsschaltungen, gegebenenfalls aber auch für weit mehr Transistoren mit zugehörigen Hilfsschaltungen ausreicht. Die Drossel kann auch noch weitere Funktionen übernehmen.

Der Normalbetrieb der Wechselrichterschaltung wird durch die Drossel überhaupt nicht beeinflußt, da ihr Gleichstromwiderstand sehr klein ist. Zweckmäßig ist jedoch ein die Drossel überbrückender Zweig mit einer Diode, die entgegen der Durchlaßrichtung der Transistoren gepolt ist. Auf diese Weise ergibt sich ein Kreis, über den der Drosselstrom während der Totzeit abklingen kann.

Im Überbrückungszweig kann in Reihe mit der Diode ein Widerstand liegen. Dieser erlaubt es, die Zeitkonstante des Ab-KLingvorganges einzustellen. Wenn der Widerstand nicht zu groß ist, kann er auch mit der Drossel in Reihe liegen und diese Reihenschaltung durch die Diode überbrückt sein.

Es ist ferner nicht erforderlich, daß die Zusatzschaltung symmetrisch eingebaut wird. Es ist sogar von Vorteil, wenn sie zwischen einer der Gleichspannungsversorgungsleitungen und einem Ende der Reihenschaltung eines Transistorenpaares liegt. Auf diese Weise ist der ausgangsseitige Bereich zwischen den Transistoren nicht beeinflußt und kann in üblicher Weise ausgestaltet werden.

Wenn zwei oder mehr Transistorenpaare vorgesehen sind, empfiehlt es sich, die Zusatzschaltung in einer den Paaren gemeinsamen Zuleitung anzuordnen. Es genügt dann eine Zusatzschaltung für alle Transistoren nebst zugehörigen Hilfsschaltungen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

709884/0112

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild für einen zweiphasigen Wechselrichter mit Mittelpunktserdung und

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild für einen dreiphasigen Wechselrichter.

In Fig. 1 ist eine regelbare Spannungsversorgung 1 vorgesehen, von der eine Versorgungsleitung 2 für die positive Gleichspannung, eine Versorgungsleitung 3 für die negative Gleichspannung und ein an Masse liegender Mittelanschluß 4 abgehen.

Ein erster Transistor Tr1 und ein zweiter Transistor Tr2 liegen mit ihrer Kollektor-Emitter-Strecke in Reihe. Die Basis-Emitter-Strecke ist durch einen Widerstand R1 bzw. R2 überbrückt. Wenn an zwei Steuersignalanschlüsse K1 und K2 eine Steuerspannung angelegt wird, geht der Transistor Tr1 in den leitenden Zustand über. Fehlt das Steuersignal, kehrt er in den gesperrten Zustand zurück. Ähnliches gilt für den Transistor Tr2 mit der Maßgabe, daß die Steuersignale abwechselnd angelegt werden und jeweils eine Totzeit zwischen sich aufweisen.

Zwischen den Transistoren zweigt ein Ausgang 5 ab, zwischen den und Masse ein Wechselstromverbraucher 6 anschließbar ist.

Parallel zum Transistor Tr1 liegt eine Hilfsschaltung 7, parallel zum Transistor Tr2 eine Hilfsschaltung 8. Die Hilfsschaltung 7 besteht aus der Reihenschaltung eines Kondensators C1 und der Parallelschaltung eines Widerstandes R3 und einer Diode D1, welche die gleiche Durchlaßrichtung hat wie der Transistor Tr1. Die Hilfsschaltung 8 hat den gleichen Aufbau und weist einen Kondensator C2, einen Widerstand R4 und eine Diode D2 auf.

Mit der beschriebenen, das Paar der Transistoren Tr1 und Tr2 aufweisenden Schaltung liegt eine Zusatzschaltung 9 in Reihe, die eine Drossel L und einen Uberbrückungszweig mit einem Widerstand R5 und einer Diode D3 auf^ deren Durchlaßrichtung derjenigen der Transistoren entgegengesetzt ist.

709884/0112

2S32381 6

Es sei angenommen, daß im Betrieb der Transistor Tr1 leitend und der Transistor Tr2 gesperrt ist. In diesem Zustand ist der Kondensator C1 auf einen sehr kleinen Spannungswert, der Kondensator C2 dagegen nahezu auf die volle Gleichspannung ü aufgeladen. Wird nun der Transistor Tr1 gesperrt, so klingt der Emitterstrom verhältnismäßig rasch ab. Dagegen steigt die Kollektor-Emitter-Spannung langsamer an, weil dies in Abhängigkeit von der Aufladung des Kondensators C1 geschieht, Demzufolge ist die im Transistor Tr1 beim Abschalten umgesetzte Leistung so klein, daß der Transistor keinen Schaden nehmen kann.

Innerhalb der Totzeit ergibt sich eine Verteilung der Spannung derart, daß an beiden Kondensatoren C1 und C2 etwa U/2 liegt. Wird nun der Transistor Tr2 in den leitenden Zustand gebracht, so läge, wenn die Zusabzschaltung 9 fehlen würde, am Kondensator C1 etwa die volle Gleichspannung U. Es würde ein starker Ladestromstoß über den Transistor Tr2 fließen, der dessen Zerstörung verursachen kann. Infolge der Drossel L in der Zusatzschaltung 9 wird die Aufladung des Kondensators C1 verlangsamt. Der entsprechende Ladestrom kann so klein gehalten werden, daß der Transistor Tr2 keinen Schaden nimmt.

Beim Sperren des Transistors Tr2 wiederholen sich die Verhältnisse, wie sie in Verbindung mit dem Sperren des Transistors Tr1 beschrieben wurden. Der dann noch in der Drossel L fließende Strom ist über den Widerstand R5 und die Diode D3 kurzgeschlossen, so daß der Drosselstrom rasch abnimmt und die Drossel beim Einschalten des Transistors Tr1 wieder in der Lage ist, den Ladestromstoß, diesmal für den Kondensator C2, genügend klein zu halten.

Bei der AusfUhrungsform der Fig. 2 werden für gleiche Teile dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet. Da es sich um einen dreiphasigen Wechselrichter handelt, sind drei Paare von Transistoren Tr1, Tr2 und Tr3, Tr4 und Tr5, Tr6 jeweils mit den zugehörigen Hilfsschaltungen, z. B. 7 und 8, vorge-

709884/0112

sehen. Allen drei Transistorpaaren ist eine Schutzschaltung 9 gemeinsam.

Bei dieser Schutzschaltung liegt mit der Drossel L ein Meßwiderstand R6 in Reihe, an welchem ein Meßsignal i abgreifbar ist, das dem durch den Wechselrichter fließenden Gleichstrom entspricht. Die Reihenschaltung L und R6 wird durch die Diode D3 überbrückt.

Es sind drei Ausgänge 5U, 5V und 5W vorgesehen, an welche ein dreiphasiger Verbraucher, z. B. ein Asynchronmotor, anschließbar ist. Des weiteren sind Freilaufdioden D4 - D9 vorgesehen, die in üblicher Weise arbeiten. Die Freilaufdioden D4, D6 und D8 liegen direkt zwischen je einem Ausgang und der positiven Versorgungsleitung 2, die Freilaufdioden D5, D7 und D9 liegen zwischen den Ausgängen und einem Punkt 10 der negativen Versorgungsleitung 3, der zwischen der Spannungsversorgung 1 und der Zusatzschaltung 9 sich befindet.

709884/0112

-β-

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Wechselrichterschaltung mit wenigstens einem Paar von Transistoren, die zwischen zwei Gleichspannungs-Versorgungsleitungen in Reihe liegen und zwischen denen ein Ausgang zum Verbraucher abzweigt, die abwechselnd in den leitenden Zustand gesteuert werden und denen Je eine Hilfsschaltung parallel liegt, die einen Kondensator in Reihe mit einer Parallelschaltung aus einem Widerstand und einer gleichsinnig zur Durchlaßrichtung der Transistoren gepolten Diode aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Paar der Transistoren (Tr1, Tr2j Tr3, Tr4; Tr5, Tr6) nebst zugehörigen Hilfsschaltungen (7, 8) eine Zusatzschaltung (9) mit einer Drossel (L) liegt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen

die Drossel (L) überbrückenden Zweig mit einer Diode (D3), die entgegen der Durchlaßrichtung der Transistoren gepolt ist.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Überbrückungszweig in Reihe mit der Diode (D3) ein Widerstand (R5) liegt.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzschaltung (9) zwischen einer der Gleichspannungsversorgungsleitungen (3) und einem Ende der Reihenschaltung eines Transistorenpaares (Tr1, Tr2) liegt (Fig. 1).

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der zwei oder mehr Transistorenpaare vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzschaltung (9) in einer den Paaren gemeinsamen Zuleitung liegt (Fig. 2).

709884/0112