DE102004034944A1 - Inverter with current rise limiter has capacitive dc circuit with two current limiting networks and bi-directional power semiconductor switches in parallel with loss limiting circuit - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches Gebiettechnical area
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Leistungselektronik. Sie geht aus von einer Umrichterschaltung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to the field of power electronics. she is based on a converter circuit according to the preamble of claim 1.
Leistungshalbleiterschalter, insbesondere integrierte Thyristoren mit kommutierter Ansteuerelektrode (IGCT), werden derzeit vermehrt in der Umrichtertechnik und insbesondere in Umrichterschaltungen zur Schaltung von drei Spannungsniveaus eingesetzt. Eine solche Umrichterschaltung zur Schaltung von drei Spannungsniveaus ist in "Characterization of IGCTs for Series Connected Operation, Conference Record of Annual Meeting of IEEE Industry Applications Society, 2000, Oktober". Darin umfasst die Umrichterschaltung einen durch zwei in Serie geschaltete Kondensatoren gebildeten Gleichspannungskreis, wobei der Gleichspannungskreis einen ersten Hauptanschluss und einen zweiten Hauptanschluss und einen durch die zwei benachbarten und miteinander verbundenen Kondensatoren gebildeten Teilanschluss aufweist. Der Kapazitätswert der beiden Kondensatoren ist üblicherweise gleich gross gewählt. Zwischen dem ersten Hauptanschluss und dem zweiten Hauptanschluss liegt eine Gleichspannung an, wobei zwischen dem ersten Hauptanschluss und dem Teilanschluss, d.h. am einen Kondensator folglich die halbe Gleichspannung anliegt und zwischen dem Teilanschluss und dem zweiten Hauptanschluss, d.h. am anderen Kondensator folglich ebenfalls die halbe Gleichspannung an.Power semiconductor switches, in particular integrated thyristors with commutated drive electrode (IGCT), are currently being propagated in inverter technology and in particular In converter circuits for switching three voltage levels used. Such a converter circuit for switching three Stress levels is in "Characterization of IGCTs for Series Connected Operation, Conference Record of Annual Meeting of the IEEE Industry Applications Society, 2000, October Inverter circuit by a two series-connected capacitors formed DC voltage circuit, wherein the DC voltage circuit a first main terminal and a second main terminal and one through the two adjacent and interconnected capacitors having formed partial connection. The capacitance value of the two capacitors is usually the same size. Between the first main connection and the second main connection is a DC voltage, wherein between the first main terminal and the partial connection, i. thus half of the one condenser DC voltage is present and between the partial connection and the second main connection, i.e. consequently also half the DC voltage at the other capacitor at.
Ferner weist die Umrichterschaltung ein erstes Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerk auf, wobei eine Induktivität und ein Widerstand des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks mit dem ersten Hauptanschluss verbunden ist, eine Kapazität des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks mit dem Widerstand und mit dem Teilanschluss verbunden ist und eine Diode des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks mit der Induktivität und mit dem Verbindungspunkt des Widerstands mit der Kapazität verbunden ist. Desweiteren weist die Umrichterschaltung ein zweites Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerk auf, wobei eine Induktivität und ein Widerstand des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks mit dem zweiten Hauptanschluss verbunden ist, eine Kapazität des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks mit dem Widerstand und mit dem Teilanschluss verbunden ist und eine Diode des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks mit der Induktivität und mit dem Verbindungspunkt des Widerstands mit der Kapazität verbunden ist. Darüber hinaus ist ein erster, zweiter, dritter und vierter ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter und ein fünfter und sechster nicht ansteuerbarer unidirektionaler Leistungshalbleiterschalter vorgesehen, wobei der erste, zweite, dritte und vierte Leistungshalbleiterschalter in Serie geschaltet sind und der erste Leistungshalbleiterschalter mit dem Verbindungspunkt der Induktivität und der Diode des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks und der vierte Leistungshalbleiterschalter mit dem Verbindungspunkt der Induktivität und der Diode des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks verbunden ist. Der fünfte und sechste Leistungshalbleiterschalter ist in Serie geschaltet, wobei der Verbindungspunkt des fünften Leistungshalbleiterschalters mit dem sechsten Leistungshalbleiterschalter mit dem Teilanschluss verbunden ist, der fünfte Leistungshalbleiterschalter mit dem Verbindungspunkt des ersten Leistungshalbleiterschalters mit dem zweiten Leistungshalbleiterschalter verbunden ist und der sechste Leistungshalbleiterschalter mit dem Verbindungspunkt des dritten Leistungshalbleiterschalters mit dem vierten Leistungshalbleiterschalter verbunden ist.Further the converter circuit has a first current increase limiting network on, with an inductance and a resistor of the first current rise limit network connected to the first main terminal, a capacity of the first Current increase limit network with the resistance and with the Partial connection is connected and a diode of the first current increase limiting network with the inductance and connected to the connection point of the resistor to the capacitor is. Furthermore, the converter circuit has a second current increase limiting network on, with an inductance and a resistor of the second current increase limiting network with connected to the second main terminal, a capacity of the second Current increase limit network with the resistance and with the Partial connection is connected and a diode of the second current increase limiting network with the inductance and connected to the connection point of the resistor to the capacitor is. About that In addition, a first, second, third and fourth can be controlled bidirectional power semiconductor switch and a fifth and sixth non-controllable unidirectional power semiconductor switch provided, wherein the first, second, third and fourth power semiconductor switch are connected in series and the first power semiconductor switch with the connection point of the inductance and the diode of the first Current increase limit network and the fourth power semiconductor switch with the connection point of the inductance and the diode of the second Current increase limiting network is connected. The fifth and sixth power semiconductor switch is connected in series, wherein the connection point of the fifth Power semiconductor switch with the sixth power semiconductor switch connected to the sub-terminal, the fifth power semiconductor switch to the connection point of the first power semiconductor switch is connected to the second power semiconductor switch and the sixth power semiconductor switch with the connection point of third power semiconductor switch with the fourth power semiconductor switch connected is.
Zum ersten, zweiten, dritten und vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter ist jeweils eine Serienschaltung eines Widerstands mit einer Kapazität parallel geschaltet, wobei die Kapazität einen Wert von typischerweise 500nF und der Widerstand einen Wert typischerweise 1Ohm aufweist. Die jeweilige Serienschaltung des Widerstands mit der Kapazität mit der vorstehend erwähnten wertemässigen Auslegung dient dazu, eine ausgeglichene Spannungsverteilung an dem zugehörigen Leistungshalbleiterschalter bei Schaltzustandsübergängen, d.h. beim Übergang vom eingeschalteten Zustand zum ausgeschalteten Zustand oder vom ausgeschalteten Zustand zum eingeschalteten Zustand, zu erreichen.To the first, second, third and fourth controllable bidirectional Power semiconductor switch is in each case a series circuit of a Resistor with a capacity connected in parallel, the capacity having a value of typically 500nF and the resistor has a value typically 1Ohm. The respective series connection of the resistor with the capacity with the mentioned above values moderate Design serves to achieve a balanced stress distribution the associated Power semiconductor switch at switching state transitions, i. at the transition from the on state to the off state or off State to turn on state, reach.
Problematisch bei einer Umrichterschaltung nach "Characterization of IGCTs for Series Connected Operation, Conference Record of Annual Meeting of IEEE Industry Applications Society, 2000, Oktober" ist, dass durch die beschriebene wertemässige Auslegung des Widerstands und der Kapazität der Serienschaltung bei der Abschaltung des zugehörigen Leistungshalbleiterschalters ein hoher Spannungsanstieg bei gleichzeitig hohem Strom auftritt, was zu sehr hohen Abschaltverlusten und dynamischen Überhöhungen des elektrischen Feldes im Leistungshalbleiterschalter führt. Solche erhöhten Abschaltverluste und Feldstärken am jeweiligen Leistungshalbleiterschalter können aber diesen beschädigen oder gar zerstören.Problematic in a converter circuit according to "Characterization of IGCTs for Series Connected Operation, Conference Record of the Annual Meeting of IEEE Industry Applications Society, 2000, October "is that through the described value-based interpretation of resistance and capacity the series circuit at the shutdown of the associated power semiconductor switch a high voltage increase occurs at the same time as high current, resulting in very high turn-off losses and dynamic overshoots of the electric field in the power semiconductor switch leads. Such increased Shutdown losses and field strengths but at the respective power semiconductor switch can damage this or even destroy it.
Darstellung der Erfindungpresentation the invention
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Umrichterschaltung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Abschaltverluste an Leistungshalbleiterschaltern der Umrichterschaltung minimiert werden können. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.task The invention is therefore an inverter circuit of the above mentioned type such that the turn-off minimized at power semiconductor switches of the converter circuit can be. This object is solved by the features of claim 1. In the dependent claims advantageous developments of the invention are given.
Die erfindungsgemässe Umrichterschaltung umfasst einen durch zwei in Serie geschaltete Kondensatoren gebildeten Gleichspannungskreis, wobei der Gleichspannungskreis einen ersten Hauptanschluss und einen zweiten Hauptanschluss und einen durch die zwei benachbarten und miteinander verbundenen Kondensatoren gebildeten Teilanschluss aufweist. Ferner ist ein erstes Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerk vorgesehen, wobei eine Induktivität und ein Widerstand des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks mit dem ersten Hauptanschluss verbunden ist, eine Kapazität des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks mit dem Widerstand und mit dem Teilanschluss verbunden ist und eine Diode des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks mit der Induktivität und mit dem Verbindungspunkt des Widerstands mit der Kapazität verbunden ist. Desweiteren weist die erfindungsgemässe Umrichterschaltung ein zweites Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerk auf, wobei eine Induktivität und ein Widerstand des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks mit dem zweiten Hauptanschluss verbunden ist, eine Kapazität des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks mit dem Widerstand und mit dem Teilanschluss verbunden ist und eine Diode des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks mit der Induktivität und mit dem Verbindungspunkt des Widerstands mit der Kapazität verbunden ist. Darüber hinaus ist ein erster, zweiter, dritter und vierter ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter und ein fünfter und sechster nicht ansteuerbarer unidirektionaler Leistungshalbleiterschalter vorgesehen, wobei der erste, zweite, dritte und vierte Leistungshalbleiterschalter in Serie geschaltet sind und der erste Leistungshalbleiterschalter mit dem Verbindungspunkt der Induktivität und der Diode des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks und der vierte Leistungshalbleiterschalter mit dem Verbindungspunkt der Induktivität und der Diode des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks verbunden ist. Der fünfte und sechste Leistungshalbleiterschalter ist in Serie geschaltet, wobei der Verbindungspunkt des fünften Leistungshalbleiterschalters mit dem sechsten Leistungshalbleiterschalter mit dem Teilanschluss verbunden ist, der fünfte Leistungshalbleiterschalter mit dem Verbindungspunkt des ersten Leistungshalbleiterschalters mit dem zweiten Leistungshalbleiterschalter verbunden ist und der sechste Leistungshalbleiterschalter mit dem Verbindungspunkt des dritten Leistungshalbleiterschalters mit dem vierten Leistungshalbleiterschalter verbunden ist. Erfindungsgemäss ist zum ersten, zweiten, dritten und vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter jeweils eine Serienschaltung eines Widerstands mit einer Kapazität parallel geschaltet, wobei die Kapazität einen Wert grösser 1μF und der Widerstand einen Wert in der Grössenordnung zwischen 2Ohm und 4Ohm aufweist.The invention Inverter circuit comprises one connected in series by two Capacitors formed DC circuit, the DC circuit a first main terminal and a second main terminal and one through the two adjacent and interconnected capacitors having formed partial connection. Further, a first current rise limit network provided, wherein an inductance and a resistance of the first Electricity increase network with the first main connection connected, a capacity of the first current increase boundary network with the resistor and connected to the sub-terminal and a diode of the first one Current increase limit network with inductance and with connected to the connection point of the resistor with the capacity is. Furthermore, the inventive converter circuit has a second current increase limiting network, wherein an inductance and a Resistance of the second current rise limit network with the second main terminal is connected, a capacity of the second Current increase limit network with the resistance and with the Partial connection is connected and a diode of the second current increase limiting network with the inductance and connected to the connection point of the resistor to the capacitor is. About that In addition, a first, second, third and fourth can be controlled bidirectional power semiconductor switch and a fifth and sixth non-controllable unidirectional power semiconductor switch provided, wherein the first, second, third and fourth power semiconductor switch are connected in series and the first power semiconductor switch with the connection point of the inductance and the diode of the first Current increase limit network and the fourth power semiconductor switch with the connection point of the inductance and the diode of the second Current increase limiting network is connected. The fifth and sixth power semiconductor switch is connected in series, wherein the connection point of the fifth Power semiconductor switch with the sixth power semiconductor switch connected to the sub-terminal, the fifth power semiconductor switch to the connection point of the first power semiconductor switch is connected to the second power semiconductor switch and the sixth power semiconductor switch with the connection point of third power semiconductor switch connected to the fourth power semiconductor switch is. According to the invention is the first, second, third and fourth controllable bidirectional Power semiconductor switch in each case a series connection of a resistor with a capacity connected in parallel, the capacity has a value greater than 1μF and the Resistance has a value of the order of magnitude between 2Ohm and 4Ohm.
Vorteilhaft ist es mittels der erfindungsgemässen jeweiligen Serienschaltung des Widerstands mit der Kapazität und deren erfindungsgemässen wertemässigen Auslegung möglich, den Spannungsanstieg bei der Abschaltung des zugehörigen Leistungshalbleiterschalters zu begrenzen, was zu einer signifikanten Verringerung der Abschaltverluste sowie zu einer sig nifikanten Erhöhung des maximal abschaltbaren Stromes des Leistungshalbleiterschalters führt. Der jeweilige Leistungshalbleiterschalter kann dadurch weitestgehend vor einer Beschädigung oder Zerstörung geschützt werden. Zusätzlich ermöglicht die Spannungsbegrenzung eine wesentliche Erhöhung der Umrichterleistung.Advantageous it is by means of the inventive respective series connection of the resistor with the capacity and their according to the invention value interpretation possible, the voltage increase during the shutdown of the associated power semiconductor switch limit, resulting in a significant reduction in turn-off as well as to a sig nificant increase of the maximum turn-off current of the power semiconductor switch leads. The respective power semiconductor switch can thereby largely from damage or destruction protected become. additionally allows the voltage limit is a significant increase in the inverter power.
Diese und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung offensichtlich.These and other objects, advantages, and features of the present invention will be more preferred from the detailed description below embodiments the invention in conjunction with the drawing obvious.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description the drawings
Es zeigen:It demonstrate:
Die in der Zeichnung verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die beschriebenen Ausführungsformen stehen beispielhaft für den Erfindungsgegenstand und haben keine beschränkende Wirkung.The used in the drawings and their meaning are summarized in the list of reference numerals. Basically in the figures, like parts with the same reference numerals. The described embodiments are exemplary for the subject invention and have no limiting effect.
Wege zur Ausführung der ErfindungWays to execute the invention
In
Gemäss
Optional
ist parallel zu jedem Widerstand
Gemäss
In
Das
Kurzschlusselement
Gemäss
- 11
- GleichspannungskreisDC circuit
- 22
- erster Hauptanschlussfirst main Line
- 33
- zweiter Hauptanschlusssecond main Line
- 44
- Teilanschlusspart connection
- 55
- erstes Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerkfirst Current rise limiting network
- 66
- Induktivität des ersten StromanstiegsbegrenzungsnetzwerksInductance of the first Current rise limiting network
- 77
- Widerstand des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerksresistance the first electricity boarder network
- 88th
- Kapazität des ersten StromanstiegsbegrenzungsnetzwerksCapacity of the first Current rise limiting network
- 99
- Diode des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerksdiode the first electricity boarder network
- 1010
- zweites Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerksecond Current rise limiting network
- 1111
- Induktivität des zweiten StromanstiegsbegrenzungsnetzwerksInductance of the second Current rise limiting network
- 1212
- Widerstand des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerksresistance of the second current increase limiting network
- 1313
- Kapazität des zweiten StromanstiegsbegrenzungsnetzwerksCapacity of the second Current rise limiting network
- 1414
- Diode des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerksdiode of the second current increase limiting network
- 1515
- Widerstandresistance
- 1616
- Kapazitätcapacity
- 1717
- ansteuerbares Kurzschlusselementcontrollable Short-circuit element
- 1818
- Widerstandresistance
- 1919
- Kapazitätcapacity
- 2020
- Induktivitätinductance
- 2121
- SymmetrierungswiderstandSymmeterisation resistance
- S1S1
- erste Leistungshalbleiterschalterfirst Power semiconductor switch
- S2S2
- zweiter Leistungshalbleiterschaltersecond Power semiconductor switch
- S3S3
- dritter Leistungshalbleiterschalterthird Power semiconductor switch
- S4S4
- vierter Leistungshalbleiterschalterfourth Power semiconductor switch
- S5S5
- fünfter Leistungshalbleiterschalterfifth power semiconductor switch
- S6S6
- sechster Leistungshalbleiterschaltersixth Power semiconductor switch
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200410034944 DE102004034944A1 (en) | 2004-07-20 | 2004-07-20 | Inverter with current rise limiter has capacitive dc circuit with two current limiting networks and bi-directional power semiconductor switches in parallel with loss limiting circuit |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=35668451
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---|---|---|---|
DE200410034944 Withdrawn DE102004034944A1 (en) | 2004-07-20 | 2004-07-20 | Inverter with current rise limiter has capacitive dc circuit with two current limiting networks and bi-directional power semiconductor switches in parallel with loss limiting circuit |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102004034944A1 (en) |
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- 2004-07-20 DE DE200410034944 patent/DE102004034944A1/en not_active Withdrawn
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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Effective date: 20110721 |