DE69008651T2

DE69008651T2 - Dämpferschaltung eines Leistungswandlers.

Info

Publication number: DE69008651T2
Application number: DE69008651T
Authority: DE
Inventors: Shinichi Kobayashi; Hiromu Takubo; Masakazu Yoshida
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1989-09-20
Filing date: 1990-09-19
Publication date: 1994-09-22
Anticipated expiration: 2010-09-20
Also published as: KR930007977Y1; EP0419230B1; DE69008651D1; JP2754411B2; US5077651A; EP0419230A3; EP0419230A2; KR910007222A; JPH03107328A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Leistungswandler, die zum Schutz der Halbleiterelemente, die den Leistungswandler formen, Schutzschaltungen verwenden. Ein Beispiel eines Leistungswandlers ist ein Wechselrichter.
Fig. 1 ist ein Schaltplan, der eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist ein Schaltplan, in dem der in Fig. 1 dargestellte Schaltkreis auf einen Drehstrom-Wechselrichter angewendet wird;
Fig. 3 ist ein Schaltplan, der eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel für eine bekannte Schutzschaltung zeigt; und
Fig. 5 ist ein Schaltplan einer früher vorgeschlagenen Verbesserung des Schaltkreises aus Figur 4.
Fig. 4 zeigt anhand eines Beispiels den Schaltkreis eines typischen Leistungswandlers. Dieser Schaltkreis kann für einen Wechselrichter zum Antrieb eines Motors oder für ein beliebiges anderes Netzanschlußgerät verwendet werden. In diesem Schaltkreis werden Leistungstransistoren als selbstausschaltende Leistungs-Halbleiterelemente verwendet. In Fig. 4 werden zwei Blinddioden 41 und 42 dargestellt, die mit zwei Leistungstransistoren 31 und 32 in dieser Reihenfolge parallel geschaltet sind, wobei der Transistor 32 blockiert ist, wenn Transistor 32 leitet. Unter diesen Bedingungen wird ein elektrischer Strom von einem Gleichstrom-Netzanschlußgerät 1 durch einen Transistor 31 an eine Induktionsspule 8 und einen Widerstand 9 angelegt, die einen Verbraucher bilden. Wenn der Transistor 32 AUS-geschaltet ist, wird der elektrische Strom, der durch den Transistor 31 geflossen ist, an die Blinddiode 42 angelegt und so bleibt der Arbeitsstrom konstant. Ladungs- und Entladungs R-C-D-Schutzschaltungen und eine R-C-D- Klemm-Schutzschaltung 11 sind vorgesehen zwecks Reduzierung jeglicher Stoßspannung, die erzeugt wird durch die Energie, die in der zwischen den Verbindungen des Gleichstrom- Netzanschlußgerätes 1 zu den Transistoren 31 und 32 befindlichen Streuflußinduktionsspule 2 gespeichert wird. Von diesen Schutzschaltungen werden die mit den Transistoren 31 und 32 Parallelgeschalteten R-C-D-Schutzchaltungen 10 für die Ladung und Entladung verwendet zwecks Regelung der Geschwindigkeit der Spannungswechsel (dV/dt), um so die Ausschaltleistung der Elemente zu entlasten, und die über beide Enden des Gleichstrom-Netzanschlußgerätes 1 zwischengeschaltete Klemm-Schutzschaltung, der zwecks Aufnahme von in der Streuflußinduktionsspule 2 gespeicherter Energie verwendet wird. Außerdem kommt es manchmal vor, daß ein Treiberkreis einer der Halbleiterelemente 31 und 32 oder ein Steuerstromkreis des Leistungswandlers aufgrund einer übermässigen Schwingungsspannung, die während des Zeitraums der Gegenspannungserholung der Schutzdioden SD in den Schutzschaltungen 10 und 11 erzeugt wird, versagt. Zwecks Verhinderung des Auftretens derartiger Funktionsstörungen werden R-C-Snubber 12, wobei sich jeder aus einer Reihenschaltung eines Widerstandes und einem Kondensator zusammensetzt, mit Schutzdioden SD verbunden, wie in Fig. 4 dargestellt wird.
Der in Fig. 4 dargestellte Leistungswandler ist jedoch kompliziert und außerdem aufgrund der vielen erforderlichen Bauteile kostspielig. Deshalb wurde im EP-A-0 379 346 (bis zum Prioritätstag der vorliegenden Patentanmeldung nicht veröffentlicht) ein Leistungswandler vorgeschlagen, bei dem auf eine Vereinfachung und auf eine Reduzierung der Kosten abgezielt wird.
Fig. 5 zeigt eine Schutzschaltung, wie sie in der vorhergehenden Patentanmeldung offenbart wurde. In Fig. 5 werden die in Fig. 4 dargestellten Schutzdioden SD durch spannungsregelnde Zenerdioden 51 und 53 ersetzt, und die R- C-Snubber 12 und die Widerstände werden parallel zu den Schutzdioden SD entfernt, um eine übermässige Schwingungsspannung zu beseitigen, die während Gegenspannugserholung der in Fig. 4 dargestellten Schutzdioden SD erzeugt wird. Auf die in Fig. 5 dargestellte Schutzschaltung wird sich als C-ZD-Schutzschaltung bezogen.
Hinsichtlich der verbreiteten Verwendung von Wechselrichtern ist es erwünschenswert, die Anzahl der Bauteile zwecks Reduzierung der Kosten und Verbesserung der Zuverlässigkeit weiter zu verringern.
Folglich betrifft die vorliegende Erfindung einen Leistungswandler, der ein Paar selbstschließender Halbleiterelemente umfaßt, die über ein Gleichstrom-Netzanschluß gerät in Serie geschaltet sind, wobei eine Schutzschaltung, der einen ersten Schutzkondensator und eine in Serie geschaltete, asymmetrisch stromleitende Einrichtung umfaßt, mit jedem der Leistungs-Halbleiterelemente Parallelgeschaltet ist, die asymmetrisch stromleitende Einrichtung hinsichtlich des Netzanschlußgerätes in Durchlaßrichtung angebracht ist.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß jede der asymmetrisch stromleitenden Einrichtungen eine Spannungsregler-Diode ist, und dadurch, daß ein weiterer Schutzkondensator über den Netzanschluß in Serie geschaltet ist mit einer oder beiden Spannungsregler-Dioden.
Fig. 1 ist ein Schaltplan einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 1 ersetzen die Spannungsregeler-Dioden 51 und 52 die drei Spannungsregler-Dioden 51, 52 und 53, die im Schaltplan in Fig. 5 verwendet werden. Kondensatoren 61 und 62, die mit den Spannungsregler-Dioden 51 und 52 verbunden sind, dienen zur Steuerung der Geschwindigkeit der Veränderung der Spannung (dV/dt), die durch die entsprechenden Transistoren 31 und 32 erzeugt wird, und ein Kondensator 71 dient zur Verringerung jeglicher Stoßspannung, die durch die Streuflußinduktionsspule 2 des Stromversorgungsnetzes erzeugt wird. Die Spannungsregler-Diode 51 verbraucht Energie, um Resonanzerscheinungen zu verhindern, wenn die zwei Kondensatoren 61 und 71 sich entladen.
Es versteht sich natürlich von selbst, daß die Stellungen der Diode 52 und des Kondensators 62 umgekehrt werden können. In diesem Fall ist die Kathode der Diode 52 mit dem Minuspol des Netzanschlusses verbunden, während ihre Anode mit der einen Seite des Kondensators 62 verbunden ist, dessen andere Seite mit der Verbindungsstelle zwischen den Transistoren 31 und 32 verbunden ist. Die Bedeutung dieser Veränderung wird in Verbindung mit der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform und der hierzu nachfolgenden Modifikation verständlich.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel für die Anwendung des Schaltplans aus Fig. 1 auf einen Drehstorm-Wechselrichter- Schaltkreis. Die Funktion der Schutzschaltung aus Fig. 2 ist identisch mit derjenigen, die in Fig. 1 dargestellt wird.
Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 3 werden die Zenerdioden 51 und 52 dazu veranlaßt, einen gleichen Anteil der Funktion der Zenerdiode 53 aus Fig. 5 zu übernehmen. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform muß die Energie der zwei Kondensatoren 61 und 71 durch die Spannungsregler-Diode 51 verbraucht werden. Der Vorteil der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform liegt darin, daß die Energie des Klemm-Schutzkondensators 71 mittels der zwei Spannungsregler Dioden 51 und 52 übernommen wird. Ferner ist es vorteilhaft, die Zenerspannung zu erhöhen, um die Resonanz des elektrischen Stroms des Kondensators 71 zu schwächen, da der an den Kondensator 71 angelegte elektrische Strom gewöhnlich größer ist, als der als der elektrische Strom, der an den Kondensator 61 angelegt wird. In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist dennoch der gleiche Effekt zu erreichen, der einer Verdopplung der Zener- Spannung gleichkäme, da zwei Spannungsregler-Dioden 51 und 52 in Serie mit dem Kondensator 71 geschaltet sind. Es muß erwähnt werden, daß in dieser Ausführungsform die Stellungen der Diode 52 und des Kondensators 62 relativ zu den in Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnungen umgekehrt wurden, wie bereits in Verbindung mit einer möglichen Modifikation der Fig. 1 erwähnt wurde.
Zusätzlich zur obenbeschriebenen Ausführungsform der Fig. 1 kann eine Anordnung erwogen werden, bei der die Pole der oberen Seiten der Klemm-Schutzkondensatoren 71, 72 und 73 von den Zenerdioden 51, 53 und 55 in dieser Reihenfolge getrennt werden und mit dem Pluspol des Gleichstrom- Netzanschlusses 1 verbunden werden. Dieser Schaltkreis ist lediglich ein Schaltkreis, bei dem die Funktionen der Spannungsregler-Dioden 51 und 52 der in Fig. 2 dargestellten Anordnung miteinander ersetzt werden, und ein derartiger Schaltkreis stellt deshalb eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Bei den obenbeschriebenen Schaltkreisen der entsprechenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde vorausgesetzt, daß Leistungstransistoren als selbstschließende Leistungs-Halbleiterelemente verwendet wurden, aber es ist selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung auch dann eingesetzt werden kann, wenn ein anderer Typ eines selbstschließenden Leistungs-Halbleiter elementes, wie ein bipolarer Transistor mit isolierter Basis oder ein Feldeffekt-Transistor anstelle eines Leistungstransistors verwendet wird.
Es wird deutlich, daß in einem Leistungstransistor gemäß der vorliegenden Erfindung, mindestens eine der mit dem Kondensator in Serie geschalteten Spannungsregler-Dioden, parallel zu jedem selbstschließenden Leistungs-Halbleiterelement, zur Bildung einer Schutzschaltung für Ladung und Entladung verwendet wird, um ferner in Verbindung mit einem weiteren Kondensator eine sich zwischen dem Pluspol und Minuspol des Netzanschlusses befindlichen Klemm-Schutzschaltung zu bilden. Dementsprechend ist es möglich, die Menge der Bauteile zu verringern und den Schaltkreis zu vereinfachen. Ferner ist es möglich, die Induktion der Schutzschaltung zu verringern, also den Effekt der Unterdrückung der Stoßspannung zu vergrößern, da die Schutzschaltung zwischen dem Pluspol und dem Minuspol nahe der Leistungs-Halbleiterelemente angebracht ist.

Claims

1. Leistungswandler, der ein Paar über einen Gleichstrom- Netzanschluß (1) in Serie geschaltete selbstschließende Leistungs-Halbleiterelemente (31,32) enthält, wobei eine Schutzschaltung einen ersten Schutzkondensator (61 oder 62) und eine in Serie geschaltete asymmetrisch stromleitende Einrichtung (51 oder 52) parallel zu jedem der Leistungs- Halbleiterelemente umfaßt, wobei die asymmetrisch stromleitende Einrichtung hinsichtlich des Netzanschlusses in Durchlaufrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede der asymmetrisch stromleitenden Einrichtungen eine Spannungsregler-Diode ist, und dadurch, daß ein weiterer Schutzkondensator (71) über den Netzanschluß mit einer oder beiden Spannungsregler-Dioden in Serie geschaltet ist.

2. Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei die Anode einer ersten Spannungsregler-Diode (51) mit dem Pluspol des Netzanschlusses verbunden ist, und wobei der weitere Schutzkondensator zwischen den Minuspol des Netzanschlusses und die Kathode der ersten Regler-Diode geschaltet ist.

3. Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei die Kathode einer zweiten Spannungsregler-Diode (52) mit dem Minuspol des Netzanschlusses verbunden ist, und wobei der weitere Schutzkondensator zwischen den Pluspol des Netzanschlusses und die Anode der zweiten Regler-Diode geschaltet ist.

4. Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei die Anode einer ersten Spannungsregler-Diode (51) mit dem Pluspol des Netzanschlusses verbunden ist, wobei die Kathode einer zweiten Spannungsregler-Diode (52) mit dem Minuspol des Netzanschlusses verbunden ist, und wobei der weitere Schutzkondensator zwischen die Kathode der ersten Regler- Diode und die Anode der zweiten Regler-Diode geschaltet ist.