DE4321988A1 - Circuit for two-point inverter switching pole - has power capacitor coupled to junction points between relief diodes and capacitors of two semiconductor series connections - Google Patents
Circuit for two-point inverter switching pole - has power capacitor coupled to junction points between relief diodes and capacitors of two semiconductor series connectionsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen Zweipunkt-Wechselrichterschaltpol welcher aus zwei in Serie geschalteten, über eine induktive Stromanstiegsbegrenzung an einer Gleichspannung, vorzugsweise an einer Zwischenkreis spannung, liegenden steuerbaren Halbleiterschaltern besteht, wobei zwischen den beiden Halbleiterschaltern eine Last angeschlossen ist und zu jedem Halbleiterschalter eine Freilaufdiode antiparallel sowie eine Serienschaltung aus einer Entlastungsdiode und einem Entlastungskondensator parallel geschaltet ist, wobei jeweils ein Anschluß der Entlastungsdiode am gleichartigen Pol der Gleichspannung angeschlossen ist.The invention relates to a circuit arrangement for a Two-point inverter switching pole which consists of two in series switched on via an inductive current rise limitation a DC voltage, preferably at an intermediate circuit voltage, lying controllable semiconductor switches, with a load between the two semiconductor switches is connected and for each semiconductor switch Free-wheeling diode anti-parallel and a series connection a relief diode and a relief capacitor is connected in parallel, with one connection each Relief diode at the same pole of the DC voltage connected.
Wie allgemein bekannt, werden als Halbleiterschalter bei spielsweise GTO-Thyristoren, GTR-Transistoren, MOS-Feld effekttransistoren, IGBT′s bei Wechselrichterschaltpolen verwendet. Um diese Halbleiterschalter in Stromrichter schaltungen sinnvoll einsetzen zu können, werden sie mit Entlastungsnetzwerken versehen. Die Aufgabe dieser Ent lastungsnetzwerke ist einerseits die Entlastung der Halbleiterschalter und anderseits eine Leistungs- oder Schaltfrequenzerhöhung des Stromrichters.As is well known, are used as semiconductor switches for example GTO thyristors, GTR transistors, MOS field effect transistors, IGBT's for inverter switching poles used. To this semiconductor switch in power converter you will be able to use circuits sensibly Provide relief networks. The task of this ent load networks is on the one hand the relief of Semiconductor switch and on the other hand a power or Switching frequency increase of the converter.
Die Entlastung der Halbleiterschalter erfolgt durch: eine induktive Stromanstiegsbegrenzung (di/dt-Begrenzung) beim Einschalten des Schalters sowie durch eine Verringerung des Spannungsanstieges (du/dt-Begrenzung) beim Ausschalten des Schalters bzw. beim Diodenstromabriß der Freilaufdiode, durch parallele Ausschaltentlastungskreise. Darüberhinaus ist auch eine Begrenzung der Spannungsbeanspruchung der Halbleiterschalter gegeben. The semiconductor switches are relieved by: a inductive current rise limitation (di / dt limitation) at Turn on the switch and by reducing the Voltage increase (du / dt limit) when switching off the Switch or when the freewheeling diode current is interrupted parallel switch-off relief circuits. Beyond that too a limitation of the stress on the Given semiconductor switches.
Zur Leistungs- oder Schaltfrequenzerhöhung tragen die Entlas tungsnetzwerke dadurch bei, daß eine bessere Nutzung des Ein satzbereiches (SOA) von GTR′s, IGBT′s etc. durch eine Re duktion der Schaltmomentanleistung gegeben ist und auch eine Reduktion der Schaltverlustleistung erfolgt.To increase the power or switching frequency increase the discharge tion networks in that better use of the sentence area (SOA) of GTR's, IGBT's etc. by a re duction of the switching torque output is given and also The switching power loss is reduced.
Entsprechend der Anordnung der Ausschaltnetzwerke zur Spannungsanstiegsbegrenzung unterscheidet man zwischen un symmetrischen und symmetrischen Entlastungsnetzwerken. Bei unsymmetrischen Entlastungsnetzwerken wird nur einer der beiden in Serie liegenden Halbleiterschalter direkt ent lastet. Die Entlastung des anderen Halbleiterschalters er folgt indirekt über einen, dazu in Serie geschalteten relativ großen Speicherkondensator. Derartige Netzwerke sind aus der DE-OS 32 44 623 und der DE-OS 33 90 161 bekannt.According to the arrangement of the shutdown networks Voltage rise limitation is differentiated between un symmetrical and symmetrical relief networks. At unbalanced relief networks will only be one of the ent two semiconductor switches in series directly burdens. The discharge of the other semiconductor switch follows indirectly via a relative series connection large storage capacitor. Such networks are from the DE-OS 32 44 623 and DE-OS 33 90 161 known.
Bei dieser bekannten Beschaltungsvariante ist der indirekte Beschaltungskreis extrem niederinduktiv auszuführen, um unzu lässige Spannungssprünge beim Ausschalten zu vermeiden. Diese Forderung führt bei Stromrichtern mit größerer Leistung, ins besondere bei Parallelschaltungen von Halbleiterschaltern zu größten Problemen, wie auch in der DE-OS 39 15 510 festgestellt ist, wobei zur Abhilfe eine Duplizierung der Ausschaltentlas tung vorgeschlagen wird. Diese vorgeschlagene Lösung bringt jedoch den Nachteil mit sich, daß ein großer Bauteilaufwand vonnöten ist.In this known wiring variant is the indirect one Wiring circuit extremely low inductance to avoid To avoid casual voltage jumps when switching off. This In the case of converters with higher output, demand leads to especially when connecting semiconductor switches in parallel biggest problems, as found in DE-OS 39 15 510 is, to remedy a duplication of the switch-off tion is proposed. This proposed solution brings however, the disadvantage that a large amount of components is necessary.
Trotzdem weist das unsymmetrische Netzwerk gewisse Vorteile auf, nämlich daß die Verdrahtungsinduktivität zur Strom anstiegsbegrenzung genutzt werden kann. Ferner ist auch eine einfache aktive Netzwerkenergieführung beispielsweise bei mehrphasigen Stromrichtern möglich. Nevertheless, the unbalanced network has certain advantages on, namely that the wiring inductance to the current rise limit can be used. Furthermore, one is simple active network energy management, for example multi-phase converters possible.
Bei symmetrischen Entlastungsnetzwerken werden die Ausschalt entlastungskreise direkt jedem Halbleiterschalter zugeordnet. So ist aus der AT-PS 300.959 bzw. aus der AT-PS 275.888 eine Schaltungsanordnung für einen Zweipunkt-Wechselrichterschalt pol bekannt. Eine Schaltungsanordnung für einen Dreipunkt- Wechselrichterschaltpol ist aus der AT-PS 389.406 bekannt.In the case of symmetrical relief networks, the switch-off Relief circuits assigned directly to each semiconductor switch. So there is one from AT-PS 300,959 or from AT-PS 275,888 Circuit arrangement for a two-point inverter switch pole known. A circuit arrangement for a three-point Inverter switching pole is known from AT-PS 389.406.
Bei diesen bekannten Schaltungen sind beide Entlastungskreise über einen Leistungskondensator gekoppelt. Beim Umschalten wirken beide Entlastungsnetzwerke zur Spannungsanstiegsbe grenzung, wobei ein Entlastungskondensator aufgeladen und der andere entladen wird. Der Ausschaltspannungsanstieg an einem Halbleiterschalter ist durch den Laststrom und durch die Summe beider Entlastungskondensatoren gegeben. In den aufge zeigten Schaltungen wird auf die Möglichkeit hingewiesen, die Netzwerksenergie zu verheizen oder sie über DC/DC-Wandler bzw. mit Hilfe eines streuarmen Transformators rückzuführen.In these known circuits, both relief circuits are coupled via a power capacitor. When switching both relief networks act to increase voltage limit, with a discharge capacitor charged and the others are unloaded. The switch-off voltage increase on one Semiconductor switch is through the load current and through the Given the sum of both relief capacitors. In the up showed circuits is pointed to the possibility that Network energy or heat it via DC / DC converter or with the help of a low-scatter transformer.
Nachteilig bei diesem symmetrischen Entlastungsnetzwerk ist jedoch, der extrem störende Einfluß einer Verdrahtungsin duktivität diese muß durch einen Stützkondensator unschädlich gemacht werden. Ferner muß diese Schaltungsanordnung eine diskrete Stromanstiegsbegrenzungsinduktivität aufweisen. Die Rückführung der Netzwerkenergie kann bei mehrphasigen Strom richtern nicht gemeinsam ausgeführt werden.A disadvantage of this symmetrical relief network however, the extremely disruptive influence of wiring ductility this must be harmless through a backup capacitor be made. Furthermore, this circuit arrangement must have discrete current rise inductance. The Return of network energy can with multi-phase electricity judges are not executed together.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die einerseits die Nach teile der oben aufgezeigten bekannten Schaltungen vermeidet und die anderseits die Vorteile der unsymmetrischen Ent lastungsnetzwerke bei Verwendung eines symmetrischen Ent lastungsnetzwerkes aufweist, wobei darüberhinaus gegebenen falls eine einfache aktive Energierückführung bei mehr phasigen Stromrichtern möglich ist. The object of the invention is to provide a circuit arrangement to create the kind mentioned at the beginning, which on the one hand the after Avoids parts of the known circuits shown above and on the other hand the advantages of the asymmetrical Ent load networks when using a symmetrical Ent has load network, wherein also given if a simple active energy return at more phase converters is possible.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist dadurch gekenn zeichnet, daß ein Leistungskondensator vorgesehen ist, der einerseits am Verbindungspunkt zwischen Entlastungsdiode und Entlastungskondensator der ersten Serienschaltung und ander seits am Verbindungspunkt zwischen Entlastungskondensator und Entlastungsdiode der zweiten Serienschaltung angeschlossen ist, und daß jeder Verbindungspunkt über eine die Netzwerk leistung abführende Beschaltung mit dem entsprechenden Pol der Gleichspannung verbunden ist und daß die induktive Strom anstiegsbegrenzung als verteilte Induktivität, insbesondere die Verdrahtungsinduktivität ausgebildet ist.The circuit arrangement according to the invention is thereby characterized records that a power capacitor is provided which on the one hand at the connection point between the discharge diode and Relief capacitor of the first series connection and other on the connection point between the relief capacitor and Relief diode of the second series connection connected is, and that each connection point has a network power-dissipating circuit with the corresponding pole the DC voltage is connected and that the inductive current rise limitation as distributed inductance, in particular the wiring inductance is formed.
Mit der Erfindung ist es möglich, ein einfaches symmetrisches Entlastungsnetzwerk mit wenigen Bauteilen für Wechselrichter schaltpole von Stromrichtern auszuführen. Durch die sym metrische Ausführung des Entlastungsnetzwerkes ist jedes Zweigpaar bestehend aus Halbleiterschalter und Freilaufdiode direkt entlastet. Durch den vorgesehenen Leistungskondensator sind beide Entlastungsnetzwerke verkoppelt und daher wirksam. Auch die verteilten Induktivitäten, die als Verdrahtungs induktivitäten vorhanden sind, können genützt werden. Darüberhinaus ist eine Energierückführung durch das Begren zungsnetzwerk möglich.With the invention it is possible to create a simple symmetrical Relief network with few components for inverters switch poles of power converters. Through the sym Metric version of the relief network is every Branch pair consisting of semiconductor switch and free-wheeling diode relieved directly. Through the intended power capacitor the two relief networks are linked and therefore effective. Even the distributed inductors, called wiring inductivities can be used. In addition, there is an energy return through the limitation network possible.
Ein besonderes Merkmal der Erfindung ist, daß einerseits der Verbindungspunkt der ersten Serienschaltung mit einem Verbin dungspunkt zwischen Entlastungskondensator und Freilaufdiode der zweiten Serienschaltung über eine Diode verbunden ist, wobei die Diode mit ihrer Anode an der Kathodenseite der Freilaufdiode angeschlossen ist und daß anderseits der Ver bindungspunkt der zweiten Serienschaltung mit einem Verbin dungspunkt zwischen Freilaufdiode und Entlastungskondensator der ersten Serienschaltung über eine Diode verbunden ist, wobei die Diode mit ihrer Kathode an der Anodenseite der Freilaufdiode angeschlossen ist.A special feature of the invention is that on the one hand the Connection point of the first series connection with a connection point between the relief capacitor and the freewheeling diode the second series connection is connected via a diode, the diode with its anode on the cathode side of the Free-wheeling diode is connected and that on the other hand the Ver Connection point of the second series connection with a connec point between the freewheeling diode and the relief capacitor the first series connection is connected via a diode, the diode with its cathode on the anode side of the Free-wheeling diode is connected.
Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung sind auch innerhalb der Zweigpaare gegebene Verdrahtungsinduktivitäten zulässig, die durch den gebildeten Clampkreis unschädlich gemacht werden.With this embodiment of the invention are also within given wiring inductances of the branch pairs, the made harmless by the formed clamp circle become.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Verbindungspunkt und dem Anschluß von Diode bzw. Leis tungskondensator bzw. die Netzwerkleistung abführende Be schaltung eine gleiche Durchgangsrichtung wie die Entlas tungsdiode aufweisende Glättungsdiode eingeschleift.According to a further embodiment of the invention, between the connection point and the connection of diode or Leis tion capacitor or the network power dissipating Be circuit in the same direction as the discharge smoothing diode.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die die Halb leiterschalter leistungsabführende Beschaltung ein Wider stand.According to a further feature of the invention, the half conductor switch power dissipation circuit a contra was standing.
Mit dieser einfachsten Beschaltung wird die Netzwerksenergie in Wärmeenergie umgesetzt.With this simplest wiring, the network energy converted into thermal energy.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die leis tungsabführende Beschaltung aus einer Serienschaltung, be stehend aus Diode, Induktivität und einer Spannungsquelle, vorzugsweise einem DC/DC-Wandler, aufgebaut. Durch diese Be schaltung erfolgt eine verlustfreie Rückführung der Netz werksenergie. Diese Beschaltung bietet vor allem bei mehr phasigen Stromrichtern, insbesondere bei Netz- und Motor stromrichtern Vorteile. According to a further embodiment of the invention, the leis cable-removing circuit from a series connection, be consisting of diode, inductance and a voltage source, preferably a DC / DC converter. Through this loading circuit, there is a loss-free return of the network factory energy. This circuit offers above all with more phase converters, especially for mains and motor power converter advantages.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die In duktivitäten der Beschaltungen gekoppelt. Dadurch sind kleinere Bauweisen der Induktivitäten möglich.According to a further embodiment of the invention, the In ductivities of the circuits coupled. Thereby smaller designs of the inductors possible.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht die leistungsabführende Beschaltung aus einem in jedem Pol der Gleichspannung vorgesehenen Transformator in Sparschaltung, wobei die Sekundärwicklung über eine Diode mit dem anderen Pol der Gleichspannung verbunden ist und die beiden Trans formatoren zusätzlich gekoppelt sind. Diese Schaltung könnte vor allem bei einphasigen Stromrichtern Verwendung finden und zeichnet sich durch eine robuste Ausführung aus.According to a further embodiment of the invention power dissipation circuit from one in each pole of the DC voltage provided transformer in economy circuit, the secondary winding is connected to the other via one diode Pole of the DC voltage is connected and the two trans formators are additionally coupled. This circuit could especially used in single-phase converters and is characterized by a robust design.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist bei einem mehrphasigen Stromrichter die leistungsbegrenzende Be schaltung gemeinsam ausgeführt. Durch diese Ausgestaltung wird der Aufwand für mehrphasige Stromrichter in Bezug auf die leistungsabführende Beschaltung weitgehendst verkleinert.According to a special embodiment of the invention a multi-phase converter the power-limiting Be circuit carried out together. Through this configuration is the effort related to multiphase power converters the power dissipation circuit is largely reduced.
Nach einem ganz besonderen Merkmal der Erfindung ist das Ent lastungsnetzwerk bei einem Dreipunkt-Wechselrichterschaltpol anwendbar. Vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung ist die bau teilarme Ausführung für Netzwerke, die auch bei Dreipunkt- Wechselrichterschaltpolen Einsatz finden kann.According to a very special feature of the invention, the Ent load network with a three-point inverter switching pole applicable. The construction is advantageous in this embodiment semi-poor design for networks that also work with three-point Inverter switching poles can be used.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen Schaltpol mit symmetrischem Netzwerk, Fig. 2 einen Schaltpol mit zusätzlichen Clampkreisen, Fig. 3 einen Schalt pol mit zusätzlichen Dioden, Fig. 4 einen mehrphasigen Strom richter, Fig. 5 einen Dreipunkt-Wechselrichterschaltpol, Fig. 6 einen Schaltpol mit aktiver Rückspeisung, Fig. 7 einen Schaltpol mit passiver Rückspeisung und Fig. 8 die Zeit diagramme zu Fig. 1. The invention is explained in more detail using exemplary embodiments which are illustrated in the drawing. Fig. 1 shows a switching pole with a symmetrical network, Fig. 2 a switching pole with additional clamp circuits, Fig. 3 a switching pole with additional diodes, Fig. 4 a multi-phase converter, Fig. 5 a three-point inverter switching pole, Fig. 6 a switching pole 7 with active feedback, FIG. 7 a switching pole with passive feedback and FIG. 8 the time diagrams for FIG. 1.
Das erfindungsgemäße symmetrische Entlastungsnetzwerk gemäß Fig. 1 zeigt einen Zweipunkt-Wechselrichterschaltpol mit symmetrischen, über einen Kondensator Cs gekoppelten Entlas tungsnetzwerk (dP1, CPE bzw. CNE, dN1).The symmetrical relief network according to the invention shown in FIG. 1 shows a two-point inverter switching pole with symmetrical relief network coupled via a capacitor C s (dP 1 , CPE or CNE, dN 1 ).
Die Netzwerkenergie wird über eine die Netzwerkleistung ab führende Beschaltung Z gegen den Zwischenkreis geführt und im einfachsten Fall gegen 1+, 1- und wenn die Beschaltung Z ein Widerstand R ist, "verheizt".The network energy is dependent on the network performance leading circuit Z against the DC link and in simplest case against 1+, 1- and if the wiring Z one Resistor R is "heated".
An einer Gleichspannungsquelle U liegt eine Serienschaltung von elektronischen Zweigpaaren, welche aus den elektronischen Schaltern TN, TP und den zugehörigen Freilaufdioden DN, DP bestehen. Der Lastanschluß A liegt zwischen den Zweigpaaren. Jedem Zweigpaar ist ein als bekannt geltender Entlastungs kreis, bestehend aus einer Serienschaltung eines Entlastungs kondensators CNE bzw. CPE und einer Seriendiode dN1 bzw. dP1, geeignet parallel geschaltet. Beide Entlastungskreise sind über einen Leistungskondensator Cs mit zwei Seriendioden dN1, dP1 miteinander verkoppelt. (1. Funktion des Leistungskonden sators) Beim Ausschalten teilt sich der Abschaltstrom Io, be dingt durch den Kondensator Cs, auf beide Entlastungskonden satoren gleichmäßig auf, wobei der eine auf-, der andere entladen wird. Der Spannungsanstieg erfolgt gemäß du/dt = Io/(CNE + CPE). Eine Umladung erfolgt beim Wiedereinschalten über die Einschaltentlastungsinduktivität Ls H, die auch als Umschwingdrossel wirkt. Die Entlastungskreise wirken zu sätzlich als TSE-Beschaltung für die Freilaufdioden DN, DP.A series connection of electronic branch pairs, which consist of the electronic switches TN, TP and the associated free-wheeling diodes DN, DP, is connected to a direct voltage source U. The load connection A lies between the pairs of branches. Each pair of branches is known as a relief circuit consisting of a series connection of a relief capacitor CNE or CPE and a series diode dN 1 or dP 1 , suitably connected in parallel. Both relief circuits are coupled to one another via a power capacitor C s with two series diodes dN 1 , dP 1 . (1st function of the power capacitor) When switching off, the cut-off current I o , due to the capacitor C s , is divided equally between the two discharge capacitors, one being charged and the other being discharged. The voltage rise occurs according to du / dt = I o / (CNE + CPE). A recharge takes place when switching on again via the switch-on relief inductance L s H , which also acts as a reversing choke. The relief circuits also act as a TSE circuit for the freewheeling diodes DN, DP.
Die Einschaltentlastungsinduktivität LσH, teilweise oder vollständig als verteilte Verdrahtungsinduktivität ausge führt, begrenzt den Stromanstieg in den Halbleiter-Schaltern TN, TP und legt damit die Abkommutierungsstromsteilheit der Freilaufdioden fest. The switch-on relief inductance L σ H, partially or completely as a distributed wiring inductance, limits the current rise in the semiconductor switches TN, TP and thus defines the commutation current steepness of the freewheeling diodes.
Diese Schaltung wird vor allem dann ausgeführt, wenn die Ver drahtungsinduktivität zwischen den Zweigpaaren und die Induk tivität des Koppelkreises vernachlässigbar ist.This circuit is mainly carried out when the Ver wire inductance between the pairs of branches and the inductor activity of the coupling circuit is negligible.
Das symmetrisch wirkende Ausschaltentlastungsnetzwerk gemäß Fig. 2 läßt dabei auch eine Verdrahtungsinduktivität Lσ zwischen den Zweigpaaren zu. Es empfiehlt sich, die Aus bildung von zusätzlichen niederinduktiven Clampkreisen dN2, dN1, Cs für den elektronischen Schalter TN bzw. dP2, dP1, Cs für TP. Diese 2. Funktion des Leistungskondensators erfordert die Einführung der Clampdioden dN2 und dP2.The symmetrically acting off-load relief network according to FIG. 2 also allows a wiring inductance L σ between the pairs of branches. It is advisable to form additional low-inductance clamp circuits dN 2 , dN 1 , C s for the electronic switch TN or dP 2 , dP 1 , C s for TP. This second function of the power capacitor requires the introduction of the clamp diodes dN 2 and dP 2 .
Die 3. Funktion des Leistungskondensators Cs ist die Zwischenspeicherung der Netzwerkenergie. Dazu ist seine Kapazität groß gegenüber die der Entlastungskondensatoren CPE, CNE zu bemessen, um die über die Gleichspannung U hin ausgehende Spannungsbelastung sämtlicher Schaltungselemente gering zu halten.The third function of the power capacitor C s is the temporary storage of the network energy. For this purpose, its capacitance is large compared to that of the relief capacitors CPE, CNE in order to keep the voltage loading of all circuit elements going beyond the direct voltage U low.
Die Netzwerkleistung, proportional der Schaltfrequenz des Wechselrichterschaltpoles, kann im einfachsten Fall in ohm′schen Widerständen verheizt werden. Diese sind vorteil haft gegen die Gleichspannungsquelle oder gegen 1+ bzw. 1- der Schaltung nach Fig. 2 zu legen, wenn der Leistungskon densator Cs und der ohm′sche Widerstand R groß bemessen werden.The network power, proportional to the switching frequency of the inverter switching pole, can be heated in the simplest case in ohmic resistors. These are advantageous against the DC voltage source or against 1+ or 1- of the circuit shown in FIG. 2 if the power capacitor C s and the ohmic resistance R are large.
Gemäß Fig. 3 ist eine Schaltungsvariante eines Schaltpoles dargestellt, bei der im Entlastungskreis zur besseren Glättung weitere Dioden dN3, dP3 eingeschleift sind.According to Fig. 3 is a circuit variant is shown of a switching pole, dP are looped 3 wherein in the discharge circuit for better smoothing further diodes dN 3.
Fig. 4 zeigt eine mögliche Ausführung für einen mehrphasigen Stromrichter mit gemeinsamer die Netzwerksleistung ab führender Beschaltung. Die einzelnen Schaltpole sind mit SP1, SP2, SP3 bezeichnet. Fig. 4 shows a possible embodiment for a multi-phase converter with common network performance from leading circuitry. The individual switching poles are labeled SP 1 , SP 2 , SP 3 .
Fig. 5 zeigt die Anwendung der vereinfachten Schaltung (Fig. 1) auf einen Dreipunkt-Wechselrichterschaltpol. Fig. 5 shows the application of the simplified circuit ( Fig. 1) to a three-point inverter switching pole.
Fig. 6 und Fig. 7 zeigen spezielle Netzleistungsenergie ab führende Belastungen - Spannungsbegrenzung durch vollständige Netzwerkenergierückführung. Fig. 6 and Fig. 7 show special network power energy from leading loads - voltage limitation through complete network energy feedback.
Funktionsbeschreibung der vereinfachten erfindungsgemäßen Entlastungsanordnung nach Fig. 1 durch Zeitverläufe gemäß Fig. 8.Functional description of the simplified relief arrangement according to the invention according to FIG. 1 by time profiles according to FIG. 8.
Die Grundlage der Beschreibung, eines Zweipunkt-Wechsel richterschaltpol mit symmetrischem Entlastungsnetzwerk nach Fig. 1, sind die Zeitverläufe für Strom und Spannung nach Fig. 8, wobei die Spannungen auf den negativen Pol der Zwischenkreisspannung bezogen werden. Der Leistungskon densator Cs ist groß gegenüber CE, wobei der absolute Wert relativ klein gewählt ist, d. h. der Kondensator Cs wird nach jedem Schaltvorgang vollständig auf U entladen. Infolge der Verkoppelung der Ausschaltentlastungskreise die Abkürzung CE = CNE + CPE eingeführt. Die Netzwerkleistung abführender Beschaltung Z wird mit Widerständen ausgeführt und seine vernachlässbare Wirkung (wenn der ohm′sche Widerstand groß ist) auf das Netzwerk, während der Umladevorgänge, nicht beachtet.The basis of the description of a two-point inverter switching pole with a symmetrical relief network according to FIG. 1 are the time profiles for current and voltage according to FIG. 8, the voltages being related to the negative pole of the intermediate circuit voltage. The power capacitor C s is large compared to CE, the absolute value being chosen to be relatively small, ie the capacitor C s is completely discharged to U after each switching operation. As a result of the coupling of the switch-off relief circuits, the abbreviation CE = CNE + CPE was introduced. The network power dissipating circuit Z is carried out with resistors and its negligible effect (if the ohmic resistance is large) on the network during the reloading processes is not taken into account.
Infolge der Symmetrie genügt die Betrachtung eines Schalt zyklus im Stellerbetrieb, mit TN als Halbleiter-Schalter und DP als Freilaufdiode, bei konstantem Laststrom Io.Due to the symmetry, it is sufficient to consider one switch cycle in actuator operation, with TN as semiconductor switch and DP as freewheeling diode, with constant load current Io.
Weitere vereinfachte Annahmen zwecks einfacherer Erklärung:Other simplified assumptions for ease of explanation:
- 1.) Ideale Halbleiterelemente1.) Ideal semiconductor elements
-
2.) Symmetrisch verteilte Induktivität mit Gesamtwert Lσ H
- ad 1.) Kommutierung des Laststromes Io von der Freilaufdiode
DP
auf den Schalter TN
Anfangszustand des Netzwerkes: UCNE=U, UCPE=0 und UC=U- 1.1. Anstiegsbegrenzte Stromübernahme des Laststromes
(inkl. IRR) durch TN
Durch das Einschalten des idealen Schalters TN fällt die gesamte Versorgungsspannung an der Induktivität Lσ H ab. Der Strom im Schalter TN steigt bis zur vollständigen Laststromübernahme linear mit di/dt=U/Lσ H. Der Strom in der Freilaufdiode nimmt entsprechend ab. Am Schalter TN und an der Freilaufdiode liegen keine Spannungen. - 1.2 Umladevorgang der gekoppelten Ausschaltentlastungskreise
Der Umladevorgang, nach erfolgter Laststromübernahme durch den Schalter TN, ist ein Umschwingvorgang gemäß einer Viertelschwingung mit Der Umschwingungsstrom iu ist ein durch Lσ H begrenzter Kreisstrom, der (je zur Hälfte) die von Cs gekoppelten Entlastungskondensatoren CNE, CPE umlädt und als Zusatzstrom zum Laststrom durch TN fließt. Die Umladung ist nach abgeschlossen und die Ausschaltentlastungsnetzwerke umgeladen UCNE=0, UCPE=U. Der Kreisstrom iu hat seinen Scheitelwert erreicht, geht (über dN₁, dP₁) auf den Leistungskondensator Cs über und wird nach einer Viertelschwingung mit abgebaut. Die Spannung am Leistungskondensator Cs steigt auf Die Spannung am oberen Zweigpaar TP/DP ebenfalls, bevor sie auf U zurückspringt. - 1.3. Abbau der im Leistungskondensator Cs dabei
zwischengespeicherten Netzwerkenergie in den
Widerständen R
Die Spannung am Leistungskondensator geht gemäß einer langsamen Entladung, mit der Zeitkonstante τ=2R·Cs, auf die Zwischenkreisspannung zurück.
Der stationäre Einschaltzustand:
- Der Laststrom fließt durch TN, am oberen Zweigpaar liegt die Spannung U
- Die Kondensatorspannungen: UCNE=0, UCPE=U, UCS=U
- 1.1. Anstiegsbegrenzte Stromübernahme des Laststromes
(inkl. IRR) durch TN
- ad 2.) Kommutierung des Laststromes Io vom Schalter TN auf
die Freilaufdiode DP
Anfangszustand des Ausschaltvorganges ist der stationäre Einschaltzustand- 2.1. Begrenzter Spannungsanstieg am Schalter TN beim
Ausschalten
Nach dem Ausschalten von TN fließt der Laststrom Io, je zur Hälfte, in die über Cs gekoppelten Entlastungskondensatoren und lädt diese um. Die Spannung am Zweigpaar TN/DN steigt dabei linear mit du/dt=Io/CE bis die Zwischenkreisspannung erreicht ist. Anschließend wird der weitere Anstieg durch den Leistungskondensator Cs, der sich über DP, dP₁ ankoppelt, bestimmt. - 2.2. Laststromübernahme durch den Freilaufkreis
Die Laststromübernahme durch den Freilaufkreis erfolgt nach einer Viertelschwingung mit Der Strom im Leistungskondensator Cs nimmt entsprechend ab. Bei vollständiger Stromübernahme durch den Freilaufkreis ist die Spannung am Leistungskondensator Cs und damit am Zweigpaar TN/DN auf gestiegen. Die Zweigpaarspannung springt anschließend auf die Zwischenkreisspannung zurück. - 2.3. Abbau der im Leistungskondensator Cs dabei
zwischengespeicherten Netzwerkenergie in den
Widerständen R
Die Spannung am Leistungskondensator geht gemäß einer langsamen Entladung, mit der Zeitkonstante τ=2R·Cs, auf die Zwischenkreisspannung zurück.
Der stationäre Ausschaltzustand:
- Der Laststrom fließt im Freilaufkreis mit DP, am unteren Zweigpaar liegt die Spannung U
- Die Kondensatorspannungen: UCNE=U, UCPE=0, UC=U
- 2.1. Begrenzter Spannungsanstieg am Schalter TN beim
Ausschalten
- ad 1.) Commutation of the load current I o from the freewheeling diode DP to the switch TN
Initial state of the network: U CNE = U, U CPE = 0 and U C = U- 1.1. Rise-limited current transfer of the load current (incl. I RR ) by TN
When the ideal switch TN is switched on, the entire supply voltage at the inductance L σ H drops. The current in the switch TN increases linearly with di / dt = U / L σ H until the load current has been completely taken over. The current in the freewheeling diode decreases accordingly. There are no voltages at the TN switch and the free-wheeling diode. - 1.2 Reloading of the coupled switch-off relief circuits
The recharging process, after the load current has been taken over by the switch TN, is a reversing process in accordance with a quarter swing The circulating current i u is a circulating current limited by L σ H , which (half each) charges the relief capacitors CNE, CPE coupled by C s and flows as an additional current to the load current through TN. The transhipment is after completed and the off-load relief networks reloaded U CNE = 0, U CPE = U. The circulating current i u has its peak value reached, goes (via dN₁, dP₁) to the power capacitor C s and after a quarter-wave with reduced. The voltage across the power capacitor C s rises The voltage on the upper pair of branches TP / DP also before it jumps back to U. - 1.3. Degradation of the network energy temporarily stored in the power capacitor C s in the resistors R
The voltage at the power capacitor goes back to the intermediate circuit voltage according to a slow discharge, with the time constant τ = 2R · C s .
The stationary switch-on state:
- The load current flows through TN, the voltage U is on the upper pair of branches
- The capacitor voltages: U CNE = 0, U CPE = U, U CS = U
- 1.1. Rise-limited current transfer of the load current (incl. I RR ) by TN
- ad 2.) Commutation of the load current I o from the switch TN to the freewheeling diode DP
The initial state of the switch-off process is the stationary switch-on state- 2.1. Limited voltage increase at switch TN when switching off
After switching off TN, half of the load current I o flows into the relief capacitors coupled via C s and reloads them. The voltage at the pair of branches TN / DN increases linearly with du / dt = I o / CE until the DC link voltage is reached. Then the further increase is determined by the power capacitor C s , which is coupled via DP, dP₁. - 2.2. Load current transfer through the freewheeling circuit
The load current is taken over by the freewheeling circuit after a quarter wave The current in the power capacitor C s decreases accordingly. When the current is completely taken over by the freewheeling circuit, the voltage at the power capacitor C s and thus at the branch pair TN / DN is up gone up. The branch pair voltage then jumps back to the DC link voltage. - 2.3. Degradation of the network energy temporarily stored in the power capacitor C s in the resistors R
The voltage at the power capacitor goes back to the intermediate circuit voltage according to a slow discharge, with the time constant τ = 2R · C s .
The stationary switch-off state:
- The load current flows in the freewheeling circuit with DP, the voltage U is on the lower pair of branches
- The capacitor voltages: U CNE = U, U CPE = 0, U C = U
- 2.1. Limited voltage increase at switch TN when switching off
- ad 1.) Kommutierung des Laststromes Io von der Freilaufdiode
DP
auf den Schalter TN
Claims (9)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AT139592 | 1992-07-08 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4321988A1 true DE4321988A1 (en) | 1994-01-13 |
Family
ID=3512947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE4321988A Withdrawn DE4321988A1 (en) | 1992-07-08 | 1993-07-01 | Circuit for two-point inverter switching pole - has power capacitor coupled to junction points between relief diodes and capacitors of two semiconductor series connections |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4321988A1 (en) |
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|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |