DE2905782A1

DE2905782A1 - Anordnung zur verlustfreien begrenzung der abschaltueberspannung von hochvoltschalttransistorendstufen fuer sehr hohe taktfrequenz

Info

Publication number: DE2905782A1
Application number: DE19792905782
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Rona
Original assignee: Individual
Current assignee: Manroland AG
Priority date: 1979-02-15
Filing date: 1979-02-15
Publication date: 1980-08-21
Also published as: DE2905782C2

Description

Erfindungsbeschreibung "Anordnung zur verlustfreien Begrenzung der
Abschaltüberspannung von Hochvoltschalttransistorendstufen für sehr hohe Taktfrequenz" bei Hochvoltschalttransistorendstufen für sehr hohe Taktfrequenz (# 20 kHz) und sehr hohe Betriebsgleichspannung (500 V und mehr), wie sie z.B. für Motorsteuerungen am gleichgerichteten 380 V-Netz benötigt werden, ist eine Begrenzung der Abschaltüberspannung besonders wichtig. Die Abschaltüberspannung wird bekanntlich durch die schnelle Stromanderung in den parasitären Induktivitäten des Pulsstromkreises (in Abb. 1 und 2 dicker gezeichnet) hervorgerufen. Außerdem kann z.B. zwischen den Schaltungspunkten 3 und 4 noch eine di/dt-Beschaltung (z.B. Sattingungsdrossel) vorhenden sein, welche die Abschaltüberspannung ebenfalls ungünstig beeinflussen kann. Die herkömmliche, zwischen den Schaltungspunkten 2 und 3 anzuschließende du/dt-Beschaltung begrenzt die Abschaltüberspannung bei größeren Lastströmen kaum.
Zur Begrenzung der Abschaltüberspannung ist daher eine besondere Einrichtung nötig, die optumal folgende Forderungen erfüllen sollte: 1) Verlustfreie rbeitsweise, 2) sehr niedrige Abschaltüberspannung, welche die Betriebsgleichspannung nur etwe 5 p oder weniger übersteigt, 3) Einsatzpunkt der Spannungsbegrenzung unterhalb der Betriebgleichspannung, 4) minimaler Aufwand, preiswert.
L)ie bisher bekannt gewordenen Lösungen (Avalanche-Diode oder Kondensator mit Entledewiderstnnd und jperrdiode parallel zu den Schaltungspunkten 2 und 3 bzw. - gemaß deutscher Patentanmeldung P 26 51 492.1 - Ersatz des Kondensatorentladewiderstandes durch ein rel.
aufwendiges Rückspeisenetzwerk und andere Vorschläge) sind von der idealen Begrenzerschaltung mehr oder weniger weit entfernt.
Dagegen erfüllt die erfindungsgemaße Anordnung alle eingangs gestellten Forderungen. Sie ist nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß als Begrenzernetzwerk ein Parallelschwingkreis aus einer Induktivit t L und einem Kondensator C dient, der über eine oder mehrere Dioden oder einen Thyristor an den Pulskreis angekoppelt ist.
Fortsetzung der Erfindungsbeschreibung "Anordnung zur verlustfreien Begrenzung der Abschaltüberspannung von Hochvoltschalttransistorendstufen für hr hohe Textfrequenz" Abb. 1 zeigt eine Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung nach Anspruch 2, bei der die Elemente L und C direkt parallegeschaltet und frei von der Betriebsgleichspannung sind.
Abb. zeigt eine andere Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung nach Anspruch 3, bei der die tlernente L und C unter Einbezug der Gleichtwelle einen Parallelschwingkreis bilden, sodaß der Kondensator í, r'ie Betriebsgleichspannung führt.
Die wirkungsweise ist bei den in Abb. 1 und 2 gezeigten Anordungen im Prinzip gleich: Der Kondensator C begrenzt (über D1) die Abschaltüberspannung und nimmt dabei Ladung euf. Diese zusitzliche Lanung schwingt durch die Wirkung der Induktivität L bis zum nächsten Abschaltvorgang um. Uer Urnschwingstrom kann z.B. bei entsprechender bemessung von L nach einer Sinushalbwelle verlaufen. Vor Beginn des nächsten Ausschaltvorganges ist demnach C bei Abb. 2 unterleden, bei ibb. 1 umgepolt, sodaß der tinsatzpunkt der Spannungsbegrenzung unterhalb der Betriebsgleichspannung liegt; ein wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung. AuRerdem wird die von der Begrenzerschaltung beim Abschaltvorgang aufgenommene Energie wieder zurückgespeist: Bei Abb. 2 w-ihrend der Umschwingung in die Gleichquelle, bei bb. 1 heim nächsten Abschaltvorgang zur Lastseite. Dieser sehr wichtige Vorzug der erfindungsgemäßen Anordnung wird zudem mit kleinstem Aufwand erreicht. Besonders günstig ist hierbei die Anordnung gemäß bb. 1, weil an C nur eine kleine Wechselspannung auftritt. Dem Vorteil eines kleinere Kondensators steht bei der Anordnun nach Abb. 1 jedoch geyenüber, daß die parasitäre Induktivitat zwischen den Schaltungspunkten 2, 1, 6 von der erfindungsgemäßen Begrenzeranordnung nicht mit orfaßt wird, sondern zu Lasten der normalen du/dt-Beschaltung geht.
Der Umschwingstrom des erfindungsgemäßen LC-Parallelschwinkreises kenn sich jedoch nur dann wie beschrieben ungestört ausbilden, wenn vor dem Polaritätswechsel der Spannung an L die Hochvoltschalttransistorendstufe wieder leitend gesteuert ist, also das Tastverhältnis # 0,5 Fortsetzung der Erfindungsbeschreibung Anordnung zur verlustfreien Begrenzung der Abschaltüberspannung von Hochvol tschal ttransistorendstufen für sehr hohe Taktfrequenz betrigt. Bei kleinerem Tastverhältnis geht der Umschwingstrom vorübergehend in einen Freilauf über D2 und die Lastfreilaufdiode, bis die Endstufe wieder einschaltet.
Die Ankopplung des LC-4arallelschwingkreises an den Pulskreis durch zwei Dioden (D1,D2) ist im Falle einer zwischen den Schaltungspunkten 3 und 4 vorhandenen di/dt-Beschaltung günstiger. Trotzdem bleibt es natürlich unbenommen, auf eine der Dioden zyverzichten. Auch kann die Ankopplung nur mit einem Thyristor geschehen, der während der Eegrenzerphase leitend gesteuert wird.
Die Wirkungsweise der erfindungsgem-ßBen Anordnung ist nicht euf die Begrenzung der Abschaltüberspannung nur von Hochvoltschalttransistorendstufen beschränkt. Sie arbeitet viel mehr wie beschrieben auch in Verbindung mit anderen elektronischen Schaltern, z.B. MO9-FET oder GTO-Thyristoren. Dieser Sachverhalt ist im Anspruch 4 festgehalten.

Claims

Patentensprüche zu "Anordnung zur verlustfreien Begrenzung der Abschaltüberspannung von Hochvoltschelttransistorendstufen für sehr hohe Taktfrequenz" 1. Anordnung zur verlustfreien Begrenzung der Abschaltüberspannung von Hochvoltschalttransistorendstufen für sehr hohe Taktfrequenz, dadurch gekennzeichnet, dsl3 als Begrenzernetzwerk ein Parallelschwingkreis aus einer Induktivitat (L) und einem Kondensator (C) dient, der über eine oder mehrere Dioden oder einen Thyristor an den Pulskreis angekoppelt ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente L und C direkt parallelgeschaltet und frei von der etriebsgleichspannung sind (Abb. 1).
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente L und C unter Einbezug der Gleichquelle einen Parallelschinglcreis bilden, sodaß der Kondensator C die 3etriebsgleichspannung fuhrt (bb. 2).
4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle einer Hochvoltschalttransistorendstufe ein anderer elektronischer schalter Anwendung findet.