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DE3007597A1 - Schutzbeschaltung fuer halbleiterschalter - Google Patents

Schutzbeschaltung fuer halbleiterschalter

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DE3007597A1
DE3007597A1 DE19803007597 DE3007597A DE3007597A1 DE 3007597 A1 DE3007597 A1 DE 3007597A1 DE 19803007597 DE19803007597 DE 19803007597 DE 3007597 A DE3007597 A DE 3007597A DE 3007597 A1 DE3007597 A1 DE 3007597A1
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Description

"-.:--· ::-: 3&Q7597 Z
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen
Berlin und München VPA 80 P 3 0 2 0 DE
Schutzbeschaltung für Halbleiterschalter
Die Erfindung betrifft eine Schutzbeschaltung für einen eine induktive Last schaltenden Halbleiterschalter, zu dem die Reihenschaltung einer Diode und eines Kondensators parallel liegt.
Eine derartige Schutzbeschaltung ist beispielsweise aus dem Buch Heumann/Stumpe "Thyristoren", 3. Auflage 1974, S. 41 bekannt. Mit dem dem Halbleiterschalter parallel.
liegenden Kondensator ist das Auftreten von Überspannungen beim Abschalten der induktiven Last durch den Halbleiterschalter verhindert. Bei der bekannten Schaltung liegt außerdem in Serie zum Kondensator und parallel zur Diode ein Widerstand, der ein schlagartiges Entladen des beim Ausschaltvorgang aufgeladenen Kondensators über den einschaltenden Halbleiterschalter verhindert. Mit der Diode wird erreicht, daß der Aufladevorgang des Kondensators nicht über den Widerstand erfolgt, so daß dessen Verlustleistung geringer wird. Die am Widerstand auftretende Verlustleistung nimmt mit steigender Schaltfrequenz und steigender Schaltspannung zu.
Insbesondere bei hohen Schaltfrequenzen undliohen Schaltspannungen ergeben sich im Widerstand sehr große Verluste, die einerseits hoch belastbare Widerstände voraussetzen und andererseits den Wirkungsgrad des Geräts verringern.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schutzbeschaltung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die in der Schutzbeschaltung auftretenden Verluste veringert . werden.
Sid 2 Bih / 18.02.1980
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-*- vpa 80 P 3 0 2 0 DE
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kondensator mit den Eingangsklemmen eines Sperrwandlers verbunden ist, dessen Steuereingang mit der Steuereinheit für den Halbleiterschalter verbunden ist.
Bei der erfindungsgemäßen Schutzbeschaltung wird die im Kondensator während des Ausschal^vorgangs gespeicherte Energie beim Einschaltvorgang nicht in einem Widerstand vernichtet, sondern steht am Ausgang des Sperrwandlers zu einem beliebigen Verwendungszweck zur Verfügung. Beispielsweise können die Ausgangsklemmen des Sperrwandlers mit einer Versorgungspannungsquelle verbunden sein. Die in der Schutzbeschaltung auftretenden Verluste sind damit im Idealfall null.
Vorteilhafterweise liegt parallel zum Kondensator eine Freilaufdiode. Diese Freilaufdiode übernimmt den Strom durch die Primärwicklung des Sperrwandlers, sobald die Spannung am Kondensator umzuschwingen beginnt. Damit wird verhindert, daß sich der Kondensator auf negative Werte auflädt und so den Halbleiterschalter in Sperrrichtung beansprucht.
Die erfindungsgemäße Schutzbeschaltung wird im folgenden anhand der Figuren 1 und 2 beispielhaft näher erläutert.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist ein Transistor S1 als Halbleiterschalter in einem getakteten Netzgerät eingesetzt. Er liegt in Reihe zur Primärwicklung eines Transformators T1 an einer Eingangsspannung Ug und wird von einer Steuereinheit St angesteuert. Parallel zu den Eingangsklemmen liegt ein Glättungskondensator C2. Parallel zum Transistor S1 ist eine Reihenschaltung■mit einer Diode D1 und einem Kondensator C1 angeordnet. Dem Kondensator ist die Eingangsseite eines Sperrwandlers W parallel geschaltet. Zwischen den Eingangsklemmen des
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30Q758T
- V- VPA 80 P 3 0 2 ODE
Sperrwandlers ¥ liegt die Reihenschalttang der Primärwicklung eines Transformators T2 und eines zweiten Transistors S2, der ebenfalls von der Steuerspannungsquelle St angesteuert wird. Die Sekundärwicklung des Transformators T2 ist über eine Diode D3 mit den Eingangsklemmen Kl 1 und K12 der Schaltungsanordung verbunden. Parallel zum Kondensator C1 ist ferner eine Freilaufdiode D2 geschaltet, deren Anode mit dem Minuspol der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist.
Beim Ausschalten des Transistors S1 wird unter der Wirkung der induktivität der Primärwicklung des Transformators T1 der in der Primärwicklung fließende Strom zunächst aufrecht erhalten und fließt über die Diode D1 in den Kondensator C1, der damit aufgeladen wird. Da zugleich mit dem Transistor S1 auch der Transistor S2 gesperrt wird, kann kein Strom über die Primärwicklung des Sperrwandlertransformators T2 fließen. Werden nun die Transistoren S1 und S2 wieder leitend, so entlädt sich der Kondensator C1 über die Primärwicklung des Sperrwandlertransformators T2 und den Transistor S2. Im Sperrwandlertransformator T2 wird damit magnetische Energie gespeichert. Eine Entladung des Kondensators C1 über den leitenden Transistor S1 wird durch die bei diesem Betriebszustand in Sperrichtung gepolte Diode D1 verhindert. Die im Sperrwandlertransformator T2 gespeicherte magnetische Energie wird während der Sperrphase der Transistoren S1 und S2 über die Diode D3 in die Versorgungsspannungsquelle zurückgespeist.
Die dem Kondensator C1 parallel geschaltete Diode D2 verhindert, daß der Kondensator C1 beim Entladen über die Primärwicklung des Sperrwandlertransformators T2 umschwingt. Der Strom i1 durch die Primärwicklung hat auch bei entladenem Kondensator C1 die Tendenz, in seiner ursprünglichen Größe weiterzufließen und würde damit
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- ■" "·■■ ■ 30Q7597
5 - 4 - VPA 80 P 3 0 2 0 DE
ohne zusätzliche Schaltungsmaßnahmen den Kondensator in entgegengesetzter Polarität aufladen. Die dadurch entstehende Spannung würde den Transietor S1 in Sperrrichtung belasten. Dies wird durch die Freilaufdiode D2 parallel zum Kondensator C1 verhindert. Diese Diode D2 übernimmt nämlich den nach Entladung des Kondensators C1 weiterfließenden Strom i1 und stellt somit in diesem Fall einen Kurzschluß für den Kondensator 01 dar.
Die Ströme i1 und 12 durch die Primärwicklung bzw. Sekundärwicklung des Sperrwandlertransformators D2 sind in Figur 2 dargestellt. Der vom Kondensator C1 erzeugte Strom i1 steigt während der Leitphase der Transistoren S1 und S2 zunächst an und wird schließlich mit dem Sperren der Transistoren S1 und S2 unterbrochen. Zugleich wird auf der Sekundärseite des Sperrwandlertransfqrmatörs T2 ein Strom i2 erzeugt, der entsprechend der Entladung der magnetischen Energie des Sperrwandlertransformators T2 abklingt.
Bei der beschriebenen Schaltungsanordnung wird die beim Sperren des Transistors S1 im Kondensator C1 gespeicherte Magnetisierungsenergie des Transformators T1 nicht wie bei bekannten Schaltungen in einem Widerstand vernichtet, sondern in die Versorgungsspannungsquelle zurückgespeist. Dadurch ergibt sich eine erhebliche Verringerung der Verlustleistung, die umso bedeutsamer wird, je höher die Eingangsspannung und die Schaltfrequenz sind.
Die mit dem Sperrwandler "W aus dem Kondensator T1 gewonnene Energie muß nicht in die Eingangsspannungsquelle zurückgespeist werden, sondern kann auch anderweitig verwendet werden. z.B. für eine Hilfsvarsorgung eines Steuerkreises. Die beschriebene Schaltungsanordnung läßt sich für jeden Schalter einsetzen, dessen Lastkreis ein induktive Komponente aufweist.
13Q036./0U3

Claims (3)

Patentansprüche
1. Schutzbeschaltung für einen eine induktive Last schaltenden Halbleiterschalter, zu dem die Reihenschaltung einer Diode und eines Kondensators parallel liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C1) mit den Eingangsklemmen eines Sperrwandlers (W) verbunden ist, dessen Steuereingang mit der Steuereinheit (St) für den Halbleiterschalter (S) verbunden ist.
2. Schutzbeschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsklemmen des Sperrwandlers (W) mit einer Versorgungsspannungsquelle verbunden sind.
3. Schutzbeschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Kondensator (C1) eine Freilaufdiode (D2) liegt.
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DE3007597A 1980-02-28 1980-02-28 Schutzbeschaltungsanordnung für Halbleiterschalter Expired DE3007597C2 (de)

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