DE10201378A1

DE10201378A1 - Power semiconductor for a commutating branch has a recovery diode as a first semiconductor switch and a thyristor as a second semiconductor switch connected in parallel to the recovery diode.

Info

Publication number: DE10201378A1
Application number: DE2002101378
Authority: DE
Inventors: Andreas Lindemann
Original assignee: IXYS Semiconductor GmbH
Current assignee: IXYS Semiconductor GmbH
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2002-01-16
Publication date: 2003-07-24

Abstract

While a recovery diode (D) is marked out by a low recovered charge and a hard power break, if switched on, a thyristor (Th1) shows a high recovered charge. Switch-off behavior in a circuit is adjusted by a control device such as a diode (D1) connected in parallel as a gate and an anode for the thyristor. An Independent claim is also included for a method for controlling switch-off behavior in a power semiconductor circuit for a commutating branch.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leistungshalbleiter-Schaltung für einen Kommutierungszweig mit einem Halbleiterbauelement, insbesondere einer Leistungsdiode, durch die zum Ausräumen von Ladungsträgern ein Rückstrom in Sperrichtung fließt, sowie ein Verfahren zum Steuern des Abschaltverhaltens einer Leistungshalbleiterschaltung. The invention relates to a power semiconductor circuit for a Commutation branch with a semiconductor component, in particular one Power diode, through which a reverse current in to clear out charge carriers Blocking direction flows, as well as a method for controlling the shutdown behavior a power semiconductor circuit.

In elektronischen Schaltungen beispielsweise zur Versorgung von elektrischen Maschinen kommen neben Halbleiterventilen, die über einen Steueranschluß ein- bzw. ausgeschaltet werden können, Freilaufdioden zum Einsatz, die das Halbleiterventil vor Zerstörung durch Überspannung bei induktiver Last schützen. Wird das einer solchen Freilaufdiode gegenüberliegende Halbleiterventil mit Steueranschluß eingeschaltet, während die Diode noch Strom führt, so kommutiert der Laststrom von der Diode auf das Halbleiterventil. Die Diode kann jedoch erst nach Ausräumen einer Sperrverzugsladung Sperrspannung aufnehmen; der diese Ladung ausräumende Stromfluß reißt je nach Diodentyp und Randbedingungen sehr schnell, d. h. mit hoher Stromsteilheit di/dt ab. Diese Zusammenhänge sind beispielsweise in K. Heumann: Grundlagen der Leistungselektronik; B. G. Teubner, Stuttgart 1989 dargestellt. In electronic circuits, for example for supplying electrical machines, in addition to semiconductor valves which can be switched on and off via a control connection, free-wheeling diodes are used which protect the semiconductor valve against destruction by overvoltage in the case of inductive loads. If the semiconductor valve with a control connection opposite such a free-wheeling diode is switched on while the diode is still carrying current, the load current commutates from the diode to the semiconductor valve. However, the diode can only absorb reverse voltage after clearing a reverse delay charge; The current flow clearing this charge breaks off very quickly, depending on the diode type and boundary conditions, ie with a high current steepness di / dt. These relationships are described, for example, in K. Heumann: Fundamentals of Power Electronics; BG Teubner, Stuttgart 1989 .

Eine hohe Stromsteilheit di/dt bei Stromabriß in der Diode ist unter verschiedenen Gesichtspunkten von Nachteil. Einerseits führt sie zu hohen induzierten Spannungen an parasitären Induktivitäten L_p di/dt, so daß insbesondere in Schaltungen für Antriebe mit relativ niedrigen Versorgungsspannungen eine Überdimensionierung der Leistungshalbleiter hinsichtlich ihrer Sperrspannungen erforderlich ist. Andererseits kann eine steile Flanke mit hohem di/dt vorhandene, aus Kapazitäten und Induktivitäten bestehende Schwingkreise zum Schwingen anregen, was den Betrieb der Schaltung stören kann und ihre unerwünschte Störaussendung erhöht. A high current steepness di / dt in the event of current stall in the diode is disadvantageous from various points of view. On the one hand, it leads to high induced voltages at parasitic inductances L _p di / dt, so that an oversizing of the power semiconductors with regard to their blocking voltages is necessary, particularly in circuits for drives with relatively low supply voltages. On the other hand, a steep flank with a high di / dt resonant circuit consisting of capacitors and inductors can cause oscillation, which can interfere with the operation of the circuit and increase its undesired emission of interference.

Von schnellen Leistungsdioden wird daher gefordert, daß bei Kommutierung aus dem Durchlaßzustand das Rückstrommaximum klein ist und der Abfall des Rückstroms nach dem Rückstrommaximum mit nicht zu großer Steilheit erfolgt. Es wird also ein sogenanntes weiches Rückwärtserholungs- oder Soft-Recovery- Verhalten gefordert. Durchlaßspannung und Sperrstrom dürfen dabei bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten. Fast power diodes are therefore required to switch off the conduction state the return current maximum is small and the drop in Return flow after the return flow maximum with not too steep slope. So it becomes a so-called soft backward recovery or soft recovery Behavior required. Forward voltage and reverse current may be certain Do not exceed limit values.

Die DE 42 01 183 A1 schlägt vor, das Abschaltverhalten einer Leistungsdiode dahingehend zu verbessern, daß bei gleicher Durchlaßspannung und gleichem Soft-Recovery-Verhalten eine verminderte Rückstromspitze auftritt. Dies wird dadurch erreicht, daß die Leistungsdiode in zwei Teildioden aufgeteilt wird, von denen die erste eine Innenzonendicke aufweist, die auf die Sperrspannung abgestimmt ist, während die Innenzonendicke der zweiten Teildiode zur Erzielung des Soft-Recovery-Verhaltens größer als die Innenzonendicke der ersten Teildiode ist. Darüber hinaus werden die Minoritätsträger-Lebensdauern beider Teildioden derart aufeinander abgestimmt, daß der Durchlaßstrom der ersten Teildiode größer als der Durchlaßstrom der zweiten Teildiode ist. Als nachteilig erweist sich bei einer solchen Hybrid-Diode, daß die Abschalteigenschaften durch die technologische Auslegung der beiden Teildioden bei der Chipherstellung festgelegt ist. DE 42 01 183 A1 proposes the switch-off behavior of a power diode to improve in that the same forward voltage and the same Soft recovery behavior occurs when a decreased reverse current spike occurs. this will achieved by dividing the power diode into two sub-diodes, from which the first has an inner zone thickness that is based on the reverse voltage is matched while achieving the inner zone thickness of the second partial diode of the soft recovery behavior is greater than the inner zone thickness of the first partial diode is. In addition, the minority carrier lifetimes of both sub-diodes matched to one another such that the forward current of the first partial diode is greater than the forward current of the second sub-diode. It proves to be disadvantageous Such a hybrid diode that the turn-off properties by Technological design of the two sub-diodes during chip production is set.

Die DE 41 35 259 C1 schlägt zur Reduzierung der Schaltungsverluste im Kommutierungszweig vor, einer Leistungsdiode mit einem weichen Schaltverhalten eine zweite Leistungsdiode mit einem harten Schaltverhalten parallel zu schalten. Während im Durchlaßfall die erste Diode den wesentlichen Teil des Laststroms führt, fließt durch die zweite Diode nach steilem Stromabriß in der ersten Diode ein mit geringerer Steilheit abklingender Rückstrom, so daß die nachteiligen Überspannungen vermieden und Oszillationen weniger angeregt werden. Nachteilig ist jedoch, daß die Abschalteigenschaften durch die Verwendung spezieller Dioden festgelegt sind. DE 41 35 259 C1 proposes to reduce circuit losses in the Commutation branch before, a power diode with a soft Switching behavior a second power diode with a hard switching behavior to connect in parallel. While in the forward case the first diode the essential Part of the load current flows through the second diode after a steep current cut in the first diode a decaying return current with less steepness, so that the disadvantageous overvoltages avoided and oscillations less excited become. The disadvantage, however, is that the switch-off properties by Use of special diodes are specified.

J. Lutz, P. Nagengast: Neue Entwicklungen bei schnellen Dioden; ETG- Fachtagung, Bad Nauheim 1998, S. 27 ff befaßt sich mit der Abhängigkeit des Schaltverhaltens von Dioden vom Arbeitspunkt, insbesondere Spannung, Strom, Stromsteilheit und Temperatur. Daraus ergibt sich, daß die technologische Auslegung von Dioden nach dem Stand der Technik im allgemeinen für den gesamten Arbeitsbereich niemals optimal sein kann. Es besteht keine Möglichkeit, festgelegte Diodencharakteristika vom Arbeitspunkt abhängig zu beeinflussen. J. Lutz, P. Nagengast: New Developments in Fast Diodes; ETG conference, Bad Nauheim 1998 , p. 27 ff deals with the dependence of the switching behavior of diodes on the operating point, in particular voltage, current, current steepness and temperature. It follows from this that the technological design of diodes according to the prior art can in general never be optimal for the entire working range. There is no way of influencing defined diode characteristics depending on the operating point.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leistungshalbleiter-Schaltung für einen Kommutierungszweig mit verbesserten Abschalteigenschaften zu schaffen, die in unterschiedlichen Anwendungsfällen universell einsetzbar ist. Darüber hinaus ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Steuern des Abschaltverhaltens von Leistungs-Halbleitern mit verbesserten Abschalteigenschaften anzugeben. The invention has for its object a power semiconductor circuit for to create a commutation branch with improved switch-off properties, which can be used universally in different applications. About that It is also an object of the invention to provide a method for controlling the Switch-off behavior of power semiconductors with improved Specify shutdown properties.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 bzw. 5 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche. This object is achieved according to the invention with the in claim 1 or 5 specified characteristics. Advantageous embodiments are Subject of the subclaims.

Bei der erfindungsgemäßen Leistungshalbleiter-Schaltung finden zwei parallel geschaltete Halbleiterschalter Verwendung: Bei dem ersten Halbleiterschalter handelt es sich um eine Diode, deren Schaltverhalten durch harten Abriß der Rückstromspitze gekennzeichnet sein kann; der zweite Halbleiterschalter ist so ausgeführt, daß sein Schaltverhalten beeinflußt werden kann. Zur Einstellung des Abschaltverhaltens der Leistungshalbleiter-Schaltung ist eine Steuereinrichtung vorgesehen. Die universelle Einsetzbarkeit der Leistungshalbleiter-Schaltung in unterschiedlichen Anwendungsfällen ergibt sich daraus, daß die Steilheit des Abrisses der Rückstromspitze durch die Steuerbarkeit des zweiten Halbleiterschalters einstellbar ist. Da das Abschaltverhalten der erfindungsgemäßen Leistungshalbleiter-Schaltung nicht ausschließlich auf der Chiptechnologie beruht, sondern durch Ansteuerung zu beeinflussen ist, kann es an den jeweiligen Anwendungsfall individuell angepaßt werden. In the power semiconductor circuit according to the invention, two find in parallel switched semiconductor switch Use: With the first semiconductor switch is a diode whose switching behavior due to hard demolition Backflow peak can be characterized; the second semiconductor switch is like this stated that its switching behavior can be influenced. To adjust the Switch-off behavior of the power semiconductor circuit is a control device intended. The universal applicability of the power semiconductor circuit in Different applications result from the fact that the steepness of the The backflow peak is torn off due to the controllability of the second Semiconductor switch is adjustable. Since the switch-off behavior of the power semiconductor circuit according to the invention not exclusively on the Chip technology is based, but it can be influenced by control can be individually adapted to the respective application.

Die Steuereinrichtung steuert den zweiten Halbleiterschalter vorzugsweise derart an, dass er zusätzliche Ladungsträger bereitstellt, wenn der Durchlassstrom der Leistungshalbleiter-Schaltung besonders klein und/oder mindestens in der Größenordnung des Nennstroms ist, und/oder wenn aufgrund des Unterschieds zwischen der Betriebsspannung und der zulässigen Sperrspannung des ersten und zweiten Halbleiterschalters nur geringe Überspannungsspitzen zulässig sind, und/oder wenn der erste Halbleiterschalter eine hohe Sperrschichttemperatur aufweist. The control device preferably controls the second semiconductor switch in this way indicates that it provides additional charge carriers when the forward current of the Power semiconductor circuit particularly small and / or at least in the Magnitude of the nominal current is, and / or if due to the difference between the operating voltage and the permissible reverse voltage of the first and only small overvoltage peaks are permitted in the second semiconductor switch, and / or if the first semiconductor switch has a high junction temperature having.

Der erste Halbleiterschalter der erfindungsgemäßen Halbleiter-Schaltung kann eine konventionelle Freilaufdiode sein, die sich durch ein hartes Schaltverhalten (Recovery-Verhalten) auszeichnet. The first semiconductor switch of the semiconductor circuit according to the invention can a conventional freewheeling diode, which is characterized by a hard switching behavior (Recovery behavior).

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Halbleiterschalter ein Thyristor mit weichem Abschaltverhalten. Grundsätzlich kann der zweite Halbleiterschalter aber auch ein Transistor oder ein ähnliches Halbleiterbauelement sein. Allein entscheidend ist, daß nach Ausräumen der Sperrverzugsladung des ersten Halbleiterschalters mit hartem Abriß der Rückstromspitze vom zweiten Halbleiterschalter eine zusätzliche Sperrverzugsladung mit weichem Stromabriß zur Verfügung gestellt wird, so daß das Abschalten der erfindungsgemäßen Leistungshalbleiter-Schaltung insgesamt für die jeweiligen Betriebsbedingungen hinreichend weich erfolgt. In a preferred embodiment, the second semiconductor switch is on Thyristor with soft switch-off behavior. Basically, the second one Semiconductor switch but also a transistor or the like Be semiconductor device. The only decisive thing is that after the Reverse delay charge of the first semiconductor switch with hard demolition Reverse current peak from the second semiconductor switch an additional Reverse delay charge with soft current stall is provided so that the switching off of the power semiconductor circuit according to the invention as a whole sufficiently soft for the respective operating conditions.

Bei der Ausführungsform mit dem Thyristor als zweiten Halbleiterschalter kann die Steuereinrichtung von einer zwischen dessen Gate und Anode geschalteten Diode gebildet werden. Hierbei handelt es sich um ein relativ einfaches Ausführungsbeispiel, bei dem das Steuersignal für den Thyristor durch eine mit wenig Aufwand ins Bauelement integrierbare Steuereinrichtung bereitgestellt wird. Alternativ kann das Steuersignal aber auch von einer externen Steuereinrichtung bereitgestellt werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die nötigen Meßsignale ohnehin erfaßt und in einer Steuer- bzw. Regeleinheit ausgewertet werden. Der Aufwand, diese Einrichtung auch zentral die Einstellung des Abschaltverhaltens der Leistungshalbleiter-Schaltung vornehmen zu lassen, ist dann vergleichsweise gering. In the embodiment with the thyristor as a second semiconductor switch the control device by a switch connected between its gate and anode Diode are formed. This is a relatively simple one Embodiment in which the control signal for the thyristor by a little effort into the component integrable control device provided becomes. Alternatively, the control signal can also be from an external Control device are provided. This is particularly advantageous if the necessary measurement signals are recorded anyway and in a control or Control unit can be evaluated. The effort to set this up centrally the setting of the switch-off behavior of the power semiconductor circuit is relatively small.

Im folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Various embodiments of the invention are described below Reference to the drawings explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine konventionelle Freilaufdiode, Fig. 1 shows a conventional free-wheeling diode,

Fig. 2 das Abschaltverhalten der in einen Kommutierungszweig eingebundenen Freilaufdiode von Fig. 1, Fig. 2, the switch-off of the included in a commutation branch freewheeling diode of Fig. 1,

Fig. 3 eine vereinfachte schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Leistungshalbleiter-Schaltung, Fig. 3 is a simplified schematic representation of the power semiconductor circuit according to the invention,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Leistungshalbleiter- Schaltung mit einer Diode als Steuereinrichtung für einen Thyristor, Fig. 4 shows an embodiment of the inventive power semiconductor circuit with a diode as a control device for a thyristor,

Fig. 5 das Abschaltverhalten der Leistungshalbleiter-Schaltung von Fig. 4 und Fig. 5, the turn-off of the power semiconductor circuit of Fig. 4 and

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel der Leistungshalbleiter-Schaltung mit einer externen Steuereinrichtung und einem Thyristor als zweiten Halbleiterschalter. Fig. 6 shows an embodiment of the power semiconductor circuit with an external control device and a thyristor as a second semiconductor switch.

Fig. 1 zeigt eine konventionelle Freilaufdiode, wie sie in den bekannten Kommutierungszweigen eingesetzt wird. Die bekannte Freilaufdiode zeichnet sich dadurch aus, daß nach Abkommutieren eines Durchlaßstroms in Vorwärtsrichtung eine Rückstromspitze auftritt, nach deren betragsmäßigem Maximum die Diode Sperrspannung aufnehmen kann. Fig. 1 shows a conventional protection diode, as it is used in the known Kommutierungszweigen. The known freewheeling diode is characterized in that after commutation of a forward current in the forward direction, a reverse current peak occurs, after the maximum amount of which the diode can absorb reverse voltage.

Das Abschaltverhalten der Freilaufdiode von Fig. 1 in einem Kommutierungszweig zeigt Fig. 2. Es sind Strom (gepunktete Linie) und Spannung (durchgezogene Linie) als Funktion der Zeit dargestellt. Wenn der Laststrom von der Freilaufdiode auf das Halbleiterventil kommutiert, nimmt der durch die Diode fließende Strom von seinem stationären Wert auf den Wert 0 ab, während der durch das Halbleiterventil fließende Strom entsprechend zunimmt. Deutlich ist zu erkennen, daß nach dem Nulldurchgang ein Rückstrom in Sperrichtung durch die Diode fließt. Der steile Abriß der Rückstromspitze führt zu einer Überspannungsspitze von fast doppelter Zwischenkreisspannung und anschließender am Spannungsverlauf deutlich erkennbarer Oszillation. In Fig. 2 ist die Rückstromspitze mit einem Pfeil gekennzeichnet. The switching behavior of the freewheeling diode of FIG. 1 in a commutation branch is shown in FIG. 2. Current (dotted line) and voltage (solid line) are shown as a function of time. When the load current commutates from the free-wheeling diode to the semiconductor valve, the current flowing through the diode decreases from its stationary value to the value 0, while the current flowing through the semiconductor valve increases accordingly. It can clearly be seen that after the zero crossing, a reverse current flows in the reverse direction through the diode. The steep breakdown of the reverse current peak leads to an overvoltage peak of almost double the intermediate circuit voltage and subsequent oscillation, which is clearly recognizable from the voltage curve. In Fig. 2 the reverse current peak is marked with an arrow.

Die erfindungsgemäße Leistungshalbleiter-Schaltung zeigt Fig. 3 in vereinfachter schematischer Darstellung. Die Schaltung umfaßt die Freilaufdiode D von Fig. 1 als ersten Halbleiterschalter, einen zweiten Halbleiterschalter 1 und eine Steuereinrichtung 2. Der zweite Halbleiterschalter 1 weist einen Anoden- Anschluß A, einen Steueranschluß S und einen Kathoden-Anschluß K auf, wobei der Anoden-Anschluß mit der Anode und der Kathoden-Anschluß mit der Kathode der Diode D verbunden ist. Der Steueranschluß S ist mit der Steuereinrichtung 2 verbunden. Die Steuereinrichtung erzeugt ein Steuersignal, mit dem der zweite Halbleiterschalter derart angesteuert wird, daß die Leistungshalbleiter-Schaltung ein bestimmtes Abschaltverhalten hat. The power semiconductor circuit according to the invention Fig. 3 shows in simplified schematic representation. The circuit comprises the freewheeling diode D from FIG. 1 as a first semiconductor switch, a second semiconductor switch 1 and a control device 2 . The second semiconductor switch 1 has an anode connection A, a control connection S and a cathode connection K, the anode connection being connected to the anode and the cathode connection being connected to the cathode of the diode D. The control connection S is connected to the control device 2 . The control device generates a control signal with which the second semiconductor switch is controlled in such a way that the power semiconductor circuit has a certain switch-off behavior.

Unter der Annahme, daß die Diode D ein für Epitaxial-Dioden typisches Abschaltverhalten aufweist, ist ein Steuerverfahren für den zweiten Halbleiterschalter 1 von der Steuereinrichtung 2 von Vorteil, das elektrische Parameter, insbesondere Strom und Spannung durch die Leistungshalbleiter- Schaltung, sowie thermische Größen, insbesondere die Sperrschichttemperatur der Diode D, auswertet. Assuming that the diode D has a turn-off behavior that is typical of epitaxial diodes, a control method for the second semiconductor switch 1 by the control device 2 is advantageous, which measures electrical parameters, in particular current and voltage through the power semiconductor circuit, and thermal variables, in particular the junction temperature of the diode D is evaluated.

Zunächst wird die Steuerung des Abschaltverhaltens in Abhängigkeit vom Strom in Vorwärtsrichtung durch die Diode D beschreiben. First, the control of the shutdown behavior depending on the current describe in the forward direction by diode D.

Bei im Vergleich zum Nennstrom sehr kleinen Strömen verstärkt sich die Neigung von Dioden, elektrisch zu schwingen. Um die bei elektrischen Schwingungen unter Einbeziehung der Diode D auftretenden Überspannungsspitzen zu minimieren, kann es vorteilhaft sein, den Schwingkreis durch zusätzliche Ladung im zweiten Halbleiterschalter 1 zu verstimmen. Handelt es sich beim zweiten Halbleiterschalter 1 um einen Thyristor Th₁, so bedeutet dies, daß dieser vorzugsweise abgeschaltet wird. With very small currents compared to the nominal current, the tendency of diodes to oscillate electrically increases. In order to minimize the surge peaks that occur in the case of electrical vibrations, including the diode D, it can be advantageous to detune the resonant circuit by additional charge in the second semiconductor switch 1 . If the second semiconductor switch 1 is a thyristor Th ₁ , this means that it is preferably switched off.

Bei großen Durchlaßströmen durch die Diode D und mithin in Induktivitäten in anderen Teilen der Schaltung gespeicherten großen Energien sollte der zweite Halbleiterschalter 1 den Stromabriß der Leistungshalbleiter-Schaltung ebenfalls durch zusätzliche Ladung verbessern. In the event of large forward currents through the diode D and consequently large energies stored in inductances in other parts of the circuit, the second semiconductor switch 1 should also improve the current stall of the power semiconductor circuit by additional charging.

In einem Zwischenbereich von beispielsweise 25%-50% des Nennstroms kann die Schaltung auch ohne zusätzliche Ladung aus dem zweiten Halbleiterschalter 1 befriedigend funktionieren. Ein diese Aufgabe wahrnehmender Thyristor Th₁ muß also nicht eingeschaltet werden. In an intermediate range of, for example, 25% -50% of the rated current, the circuit can function satisfactorily without additional charge from the second semiconductor switch 1 . A thyristor Th ₁ performing this task therefore does not have to be switched on.

Das Abschaltverhaltens kann in Abhängigkeit von der Sperrspannung wie folgt gesteuert werden. The switch-off behavior can depend on the reverse voltage as follows to be controlled.

Je höher die in der Schaltung anliegende Sperrspannung im stationären Zustand und je niedriger die ausgewiesene Sperrspannung der Diode D, desto weniger Reserven für Überspannungsspitzen sind vorhanden. Je geringer die Differenz dieser Spannungen ist, desto vorteilhafter ist es mithin, Überspannungsspitzen beim Ausschalten der Diode D zu reduzieren, indem der zweite Halbleiterschalter 1 zusätzliche Ladung zur Verfügung stellt. Ein diese Aufgabe wahrnehmender Thyristor Th₁ wird also während der Leitungsdauer von D eingeschaltet. The higher the reverse voltage in the circuit in the steady state and the lower the reverse voltage of the diode D, the less reserves for overvoltage peaks are available. The smaller the difference between these voltages, the more advantageous it is to reduce overvoltage peaks when diode D is switched off by the second semiconductor switch 1 providing additional charge. A thyristor Th ₁ performing this task is therefore switched on during the line duration of D.

Bei batteriegespeisten Spannungszwischenkreis-Umrichtern ist die stationäre Sperrspannungs-Belastung der Dioden beispielsweise identisch mit der Batteriespannung. Die Dioden werden in der Regel so ausgewählt, daß ihre ausgewiesene Sperrspannung etwa das doppelte der Batterie-Nennspannung beträgt, so daß sich Reserven von lediglich einigen 10 V bis 100 V ergeben. In the case of battery-powered DC link converters, the stationary one Reverse voltage loading of the diodes, for example, identical to that Battery voltage. The diodes are usually selected so that their reported reverse voltage about twice the nominal battery voltage is, so that there are reserves of only a few 10 V to 100 V.

Nachfolgend wird die Steuerung des Abschaltverhaltens in Abhängigkeit von der Sperrschichttemperatur beschrieben:
Niedrige Sperrschichttemperatur führt zu geringer Sperrverzugsladung und vergleichsweise weichem Abriß der Rückstromspitze in der Diode D, so daß der zweite Halbleiterschalter 1 keine zusätzliche Ladung bereithalten soll. Handelt es sich beim zweiten Halbleiterschalter 1 um einen Thyristor Th₁, so bedeutet dies, daß jener nicht eingeschaltet werden soll. The control of the switch-off behavior depending on the junction temperature is described below:
Low junction temperature leads to low reverse charge and comparatively soft tearing off of the reverse current peak in the diode D, so that the second semiconductor switch 1 should not have any additional charge ready. If the second semiconductor switch 1 is a thyristor Th ₁ , this means that it should not be switched on.

Umgekehrt führt hohe Sperrschichttemperatur der Diode D zu einer größeren Sperrverzugsladung mit steilerem Abriß der Rückstromspitze. In diesem Falle soll also der zweite Halbleiterschalter 1 zusätzliche Ladung bereithalten. Im Ausführungsbeispiel mit Thyristor Th₁ bedeutet dies, daß jener während der Leitungsdauer der Diode D eingeschaltet wird und mithin einen geringen Teil des Freilaufstroms führt. Conversely, the high junction temperature of the diode D leads to a larger reverse charge with a steeper breakup of the reverse current peak. In this case, the second semiconductor switch 1 should have additional charge ready. In the exemplary embodiment with thyristor Th ₁ , this means that that is switched on during the conduction period of the diode D and therefore carries a small part of the freewheeling current.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Thyristor Th₁ als zweiten Halbleiterschalter und einer Diode D₁ als Steuereinrichtung. Der Thyristor Th₁ ist der Freilaufdiode D parallel geschaltet, wobei die Kathode der Diode D₁ mit dem Gate und die Anode der Diode D₁ mit der Anode des Thyristors Th₁ verbunden ist. Die Freilaufdiode zeichnet sich durch einen harten Stromabriß bei geringer Sperrverzugsladung aus, der Thyristor Th₁ durch eine größere Sperrverzugsladung. Ist die Durchlaßspannung der Freilaufdiode D hinreichend hoch, so wird der Thyristor Th₁ über die Diode D₁ gezündet. Man erreicht so, daß der weiche Stromabriß durch Zuschaltung des Thyristors beim Abschalten größerer Ströme, bei denen die konventionelle Diode D eine hinreichend hohe Durchlaßspannung aufbaut, zum Tragen kommt. Fig. 4 shows an embodiment with a thyristor Th ₁ as a second semiconductor switch and a diode D ₁ as a control device. The thyristor Th ₁ is connected in parallel with the freewheeling diode D, the cathode of the diode D _{1 being} connected to the gate and the anode of the diode D _{1 being} connected to the anode of the thyristor Th ₁ . The freewheeling diode is characterized by a hard current stall with a low reverse delay charge, the thyristor Th ₁ by a larger reverse delay charge. Is the forward voltage of the freewheeling diode D is sufficiently high, the thyristor _Th1 is triggered via the diode _d1. It is achieved in this way that the soft current cut-off comes into play by switching on the thyristor when switching off larger currents in which the conventional diode D builds up a sufficiently high forward voltage.

In Fig. 5 ist zu erkennen, daß bei der Leistungshalbleiter-Schaltung von Fig. 4 das Abschaltverhalten verbessert ist. Im Vergleich zum Abschaltverhalten einer konventionellen Freilaufdiode D, wie in Fig. 2 gezeigt, zeichnen sich die aufgenommenen Kurvenverläufe durch eine niedrigere Überspannungsspitze sowie eine deutlich stärkere Dämpfung der entstehenden Schwingung aus. In Fig. 5 it can be seen that, in the power semiconductor circuit of Fig. 4, the turn-off is improved. In comparison to the switch-off behavior of a conventional freewheeling diode D, as shown in FIG. 2, the recorded waveforms are distinguished by a lower overvoltage peak and a significantly stronger damping of the oscillation which arises.

Die alternative Ausführungsform der Leistungshalbleiter-Schaltung von Fig. 6 unterscheidet sich von der Schaltung von Fig. 4 dadurch, daß anstelle der Diode D₁ eine externe Steuereinrichtung 2 vorgesehen ist. Die externe Steuereinrichtung 2 kann beispielsweise Bestandteil der ohnehin in den bekannten Schaltungen der Leistungselektronik vorgesehenen Einrichtungen für die Auswertung der nötigen Meßsignale sein. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung den Thyristor Th₁ mit weichem Schaltverhalten erst dann zünden, wenn kritische Parameter überschritten sind. Als kritische Parameter kommen insbesondere der durch die Freilaufdiode D fließende Strom oder die Temperatur in Betracht. Insbesondere sollte der Thyristor nur dann gezündet und damit auf das Abschaltverhalten der Leistungshalbleiter-Schaltung Einfluß genommen werden, wenn bestimmte Strom- und/oder Temperaturgrenzwerte unter- oder überschritten werden. The alternative embodiment of the power semiconductor circuit of FIG. 6 differs from the circuit of FIG. 4 in that an external control device 2 is provided instead of the diode D ₁ . The external control device 2 can, for example, be a component of the devices provided anyway in the known power electronics circuits for evaluating the necessary measurement signals. For example, the control device can only ignite the thyristor Th ₁ with a soft switching behavior when critical parameters have been exceeded. In particular, the current or the temperature flowing through the freewheeling diode D can be considered as critical parameters. In particular, the thyristor should only be fired and thus be influenced on the switch-off behavior of the power semiconductor circuit if certain current and / or temperature limit values are exceeded or fallen short of.

Claims

1. Power semiconductor circuit for a commutation branch with a first semiconductor switch (D) which is permeable to current in the forward direction and through which a reverse current peak flows in the reverse direction for removing charge carriers, and with a second semiconductor switch ( 1 ) connected in parallel with the first semiconductor switch, through which a reverse current can flow for the removal of charge carriers, charge carriers being able to be removed after the reverse current peak of the first semiconductor switch (D) has been torn off, so that the current steepness of the reverse current peak is reduced when the reverse current peak of the power semiconductor circuit is broken, characterized in that a control device ( 2 ) is provided, with which the charge stored in the second semiconductor switch can be influenced for setting the switch-off behavior of the power semiconductor circuit.

2. Power semiconductor circuit according to claim 1, characterized in that the first semiconductor switch is a diode D.

3. Power semiconductor circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the second semiconductor switch is a thyristor (Th ₁ ).

4. Power semiconductor circuit according to claim 3, characterized in that the control device is formed by a diode D ₁ , which connects the gate and anode of the thyristor (Th ₁ ).

5. A method for controlling the switch-off behavior of a power semiconductor circuit for a commutation branch with a first semiconductor switch (D) which is permeable to current in the forward direction and through which a reverse current peak flows in the reverse direction for clearing out charge carriers, and with a circuit connected in parallel with the first semiconductor switch second semiconductor switch through which a reverse current can flow in order to remove charge carriers, charge carriers being able to be removed after the reverse current peak of the first semiconductor switch (D) has been torn off, so that the current steepness of the reverse current peak is reduced when the reverse current peak of the power semiconductor circuit is interrupted, characterized in that that the second semiconductor switch is controlled by a control device ( 2 ) such that it provides additional charge carriers as a function of the forward current of the power semiconductor circuit, and / or additional charge carriers provides when the permissible reverse voltage of the first or second semiconductor switch is exceeded without the provision of additional charge carriers and / or when the first semiconductor switch has a junction temperature that is greater than a predetermined temperature threshold.