DE3007597A1 - Schutzbeschaltung fuer halbleiterschalter - Google Patents
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Description
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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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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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- 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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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.
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Claims (3)
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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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |