DE4018165C1 - High power insulated gate transistor circuitry - has additional capacitor and thyristor fired by rectifier overcurrent in series across DC voltage source - Google Patents
High power insulated gate transistor circuitry - has additional capacitor and thyristor fired by rectifier overcurrent in series across DC voltage sourceInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für Hochleistungs- Insulated-Gate-Transistoren in einem Wechselrichter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Eine solche Beschaltungsanordnung ist durch die DE-Zeit schrift "etz" Band 110 (1989) Heft 10, Seiten 458 bis 477, insbesondere Seite 469 bekannt.The invention relates to a circuit arrangement for high-performance Insulated gate transistors in an inverter according to the preamble of the claim. Such a wiring arrangement is due to the DE time font "etz" volume 110 (1989) issue 10, pages 458 to 477, especially page 469 known.
Neben den guten Schalteigenschaften und den damit zu erreichenden Puls frequenzen von mehr als 10 kHz haben Insulated-Gate- (Bipolar-) Transistoren (IGBT) den weiteren großen Vorteil, daß sie ohne zusätzliche Beschaltung für eine zusätzliche Begrenzung des Spannumgsanstiegs (du/dt-Beschaltung) betrieben werden können, wie sie bei anderen über ihren Steueranschluß ein- und abschaltbaren Schaltelementen, wie z.B. GTO-Thyristoren notwendig ist.In addition to the good switching properties and the pulse that can be achieved with it frequencies of more than 10 kHz have insulated gate (bipolar) transistors (IGBT) have the further great advantage that they can be used without additional wiring for an additional limitation of the voltage increase (du / dt connection) can be operated as they are used by others via their control connection and switchable switching elements, e.g. GTO thyristors is necessary.
Bei einem GTO-Thyristor ist es durch die US-PS 46 97 219 bekannt, die not wendige du/dt-Beschaltung (Snubber-Kreis) dem jeweiligen Laststrom im Betriebsfall anzupassen, um unnötige Verluste durch zu hohe Kapazitäten zu vermeiden. Dabei werden dem üblichen Snubber-Kreis aus der Reihenschaltung eines Kondensators und einer durch einen Widerstand überbrückten Diode parallel zum GTO-Thyristor über laststromabhängig geschaltete Thyristoren weitere Kondensatoren parallelgeschaltet.In a GTO thyristor, it is known from US Pat. No. 4,697,219, which is not maneuverable du / dt wiring (snubber circuit) to the respective load current in the Adjust operating case to avoid unnecessary losses due to excessive capacities avoid. The usual snubber circuit becomes the series connection a capacitor and a diode bridged by a resistor parallel to the GTO thyristor via load current-dependent thyristors further capacitors connected in parallel.
Auch ist es durch die Patents Abstracts of Japan E-609 May 17, 1988, Vol. 12, No. 162 zu 62-2 72 862 (A) bekannt, im Fehlerfall dem Snubber-Kondensator eines GTO-Thyristors durch Einschalten eines weiteren Thyristors einen wei teren Snubber-Kondensator parallelzuschalten.Also, it is through the Patents Abstracts of Japan E-609 May 17, 1988, Vol. 12, No. 162 to 62-2 72 862 (A) known, in the event of a fault the snubber capacitor a GTO thyristor by turning on another thyristor a white teren Snubber capacitor in parallel.
Insulated-Gate-Transistoren benötigen bei Nennbetrieb im Gegensatz zu GTO- Thyristoren lediglich einen gering dimensionierten Gleichspannungs-Snubber- Kreis, der die Überspannungen, die durch die Streuinduktivitäten in den Zu leitungen zu den IGBTs hervorgerufen werden, begrenzt. Dadurch können die Beschaltungsverluste auf ein Minimum reduziert werden.In contrast to GTO, insulated gate transistors require Thyristors only a small dimensioned DC voltage snubber Circle that the overvoltages caused by the leakage inductances in the zu lines to the IGBTs are limited. This allows the Circuit losses can be reduced to a minimum.
Allerdings müssen auch ein Kurzschluß zwischen den Polen der den Wechsel richter speisenden Gleichspannungsquelle und die damit auftretenden Über spannungen, die durch den bis zur zehnfachen Stärke des Nennstromes auf tretenden Kurzschlußstrom hervorgerufen werden, aufgefangen werden, ohne daß die IGBTs zerstört werden. Deshalb ist es bisher erforderlich, die Klemmen beschaltung der Insulated-Gate-Transistoren für den Kurzschlußfall zu dimen sionieren. Damit steigen aber auch die Beschaltungsverluste im Nennbetrieb erheblich.However, there must also be a short circuit between the poles of the change rectifier-feeding DC voltage source and the resulting overvoltages voltages caused by up to ten times the strength of the nominal current occurring short-circuit current can be collected without that the IGBTs are destroyed. Therefore, it has so far been necessary to use the terminals Wiring to dim the insulated gate transistors for the short circuit sion. However, this also increases the wiring losses in nominal operation considerably.
Die Streuinduktivitäten in den Zuleitungen zu den IGBTs können zwar durch den mechanischen Aufbau des Wechselrichters auf ein Mimimum reduziert werden, aber die Praxis zeigt, daß bei Leistungen des Wechselrichters, die größer als 100 kVA sind, konstruktive Grenzen auftreten.The leakage inductances in the supply lines to the IGBTs can be reduced the mechanical structure of the inverter to a minimum be, but practice shows that in the case of power of the inverter, the are greater than 100 kVA, constructive limits occur.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beschaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die die Hochleistungs-Insulated-Gate- Transistoren bei einer Kurzschlußabschaltung des Wechselrichters vor Über spannungen schützt, ohne daß Beschaltungsverluste während des Nennbetriebs zu Buche schlagen.The invention has for its object a wiring arrangement of the Specify the type mentioned above, which the high-performance insulated gate Transistors in the event of a short-circuit shutdown of the inverter before over protects voltages without loss of wiring during nominal operation to book.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch gekenn zeichneten Merkmale gelöst.This object is characterized according to the invention by the in claim features resolved.
Im normalen Betrieb ist also lediglich der klein zu dimenionierende Betriebs- Snubber-Kreis im Einsatz, während die Beschaltungsverluste, die durch die Kurzschlußklemmenbeschaltung auftreten, nur bei einem Überstrom vorhanden sind.In normal operation, therefore, only the operating Snubber circuit in use during the wiring losses caused by the Short-circuit terminal circuits occur, only available in the event of an overcurrent are.
Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnungsfigur dargestell ten Ausführungsbeispiels erläutert werden.The invention is illustrated below with reference to one in the drawing figure th embodiment will be explained.
Die Zeichnungsfigur zeigt einen Umrichter mit einem aus Insulated-Gate- Transistoren aufgebauten Wechselrichter, der die Beschaltungsanordnung nach der Erfindung aufweist.The drawing shows a converter with an insulated gate Transistors-built inverter that follows the wiring arrangement of the invention.
Gemäß der Zeichnungsfigur wird ein als Gleichspannungsquelle für den Wechsel richter des Umrichters dienender (Zwischenkreis-) Kondensator C aus einem dreiphasigen Netz RST über eine ungesteuerte Diodenbrücke mit Dioden V1 bis V6 über (Zwischenkreis-) Drosseln LZ gespeist. According to the drawing figure, a (DC link) capacitor C serving as a DC voltage source for the inverter of the converter is fed from a three-phase network RST via an uncontrolled diode bridge with diodes V 1 to V 6 via (DC link) chokes LZ.
Der dreiphasige Wechselrichter ist durch Insulated-Gate-Transistoren V7 bis V12 gebildet. Dabei sind je Wechselspannungsphase U, V, W jeweils zwei IGBTs, d. h. V7 umd V10 bzw. V8 und V11 bzw. V9 und V12 zwischen den Polen der Gleichspannungsquelle C hintereinandergeschaltet, wobei der jeweilige Wechsel spannungsanschluß U, V, W am Verbindungspunkt der beiden Insulated-Gate- Transistoren jeder Phase vorgesehen ist.The three-phase inverter is formed by insulated gate transistors V 7 to V 12 . For each AC voltage phase U, V, W, two IGBTs, ie V 7 and V 10 or V 8 and V 11 or V 9 and V 12, are connected in series between the poles of the DC voltage source C, the respective AC voltage connection U, V, W is provided at the junction of the two insulated gate transistors of each phase.
Mit LS 1 bis LS 6 sind hier ersatzweise als diskrete Drosselspulen gezeigte Streuinduktivitäten in den Zuleitungen zu den einzelnen IGBTs bezeichnet. Um während des üblichen Betriebs die infolge der Streuinduktivitäten LS1 bis LS 6 auftretenden Überspannungen für die Insulated-Gate-Transistoren V7 bis V12 zu begrenzen, sind gering dimensionierte Gleichspannungs-Snubber- Kreise 1, 2, 3 den einzelnen Transistor-Zweigpaaren jeder Wechselrichter phase parallelgeschaltet. So besteht der Snubberkreis 1 aus der Reihenschal tung einer Diode V13 mit einem Kondensator C1, wobei der Verbindungspunkt zwischen der Diode V13 und dem Kondensator C1 über einen Widerstand R1 an den Pluspol des Kondensators C gelegt ist.Leakage inductances in the feed lines to the individual IGBTs are shown as LS 1 to LS 6 as a substitute as discrete choke coils. In order to limit the overvoltages for the insulated gate transistors V 7 to V 12 which occur as a result of the leakage inductances LS 1 to LS 6 , small-dimensioned DC snubber circuits 1 , 2 , 3 are used for the individual transistor branch pairs Inverter phase connected in parallel. Thus, the snubber circuit 1 consists of the series connection of a diode V 13 with a capacitor C 1 , the connection point between the diode V 13 and the capacitor C 1 being connected to the positive pole of the capacitor C via a resistor R 1 .
In entsprechender Weise ist der Snubberkreis 2 aus einer Diode V14, einem Kondensator C2 und einem Widerstand R2 auf gebaut, während der Snubber kreis 3 eine Diode V15, einen Kondensator C3 und einen Widerstand R3 auf weist.In a corresponding manner, the snubber circuit 2 is constructed from a diode V 14 , a capacitor C 2 and a resistor R 2 , while the snubber circuit 3 has a diode V 15 , a capacitor C 3 and a resistor R 3 .
Damit die Snubberkreise 1, 2, 3 lediglich für den Nennbetrieb ausgelegt werden müssen und damit die durch sie auftretenden Beschaltungsverluste auf ein Minimum reduziert bleiben, ist gemäß der Erfindung zum Schutz der IGBTs V7 bis V12 bei Überspannungen, die durch einen Kurzschlußstrom zwischen den Polen des Kondensators C auftreten, ein zusätzlicher Snubberkreis 4 vorgesehen.So that the snubber circuits 1 , 2 , 3 only have to be designed for the nominal operation and so that the wiring losses they cause are reduced to a minimum, according to the invention to protect the IGBTs V 7 to V 12 at overvoltages caused by a short-circuit current between the Poles of the capacitor C occur, an additional snubber circuit 4 is provided.
Der Snubberkreis 4 wird durch die Reihenschaltung eines Thyristors VK und eines zusätzlichen Kondensators CK zwischen den Polen des Kondensators C gebildet, wobei der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator CK und dem Thyristor VK über einen Entladewiderstand RE an den Pluspol des Kondensa tors C gelegt ist. Der Thyristor VK (oder ein ihm gleichwertiges Schaltglied) wird von einem Trigger gezündet, wenn der Betriebsstrom I einen Kurzschluß stromgrenzwert IK überschreitet. Mit Z ist ein Zündimpulsübertrager zur Potentialtrennung bezeichnet.The snubber circuit 4 is formed by the series connection of a thyristor VK and an additional capacitor CK between the poles of the capacitor C, the connection point between the capacitor CK and the thyristor VK being connected to the positive pole of the capacitor C via a discharge resistor RE. The thyristor VK (or a switching element equivalent to it) is ignited by a trigger when the operating current I exceeds a short-circuit current limit value IK. Z is an ignition pulse transmitter for electrical isolation.
Der nur im Kurzschlußfall Beschaltungsverluste hervorrufende zusätzliche
Snubberkreis 4 arbeitet wie folgt:
Der zusätzliche Kondensator CK ist im Betriebsfall über den Entladewider
stand RE auf die Spannung der Gleichspannungsquelle (Kondensator C) auf
geladen. Bei einem Kurzschluß wird über einen Kurzschluß-Trigger der Thy
ristor VK angesteuert und der Kondensator CK kann die in den Streuinduk
tivitäten LS1 bis LS6 gespeicherte Energie zum Schutz der Insulated-Gate-
Transistoren V7 bis V12 aufnehmen.The additional snubber circuit 4 , which only causes circuit losses in the event of a short circuit, operates as follows:
The additional capacitor CK is in the operating state on the discharge resistor RE stood on the voltage of the DC voltage source (capacitor C). In the event of a short circuit, the short-circuit trigger of the thyristor VK is driven and the capacitor CK can absorb the energy stored in the leakage inductances LS 1 to LS 6 to protect the insulated gate transistors V 7 to V 12 .
Nachdem der Kurzschluß in üblicher Weise abgeschaltet wird und die Spannung am zusätzlichen Kondensator CK durch Entladung über den Entladewiderstand RE wieder auf die Spannung des Kondensators C abgesunken ist, sperrt der Thy ristor VK erneut.After the short circuit is switched off in the usual way and the voltage on the additional capacitor CK by discharging through the discharge resistor RE has dropped back to the voltage of capacitor C, the Thy blocks ristor VK again.
Nimmt man an, daß die Kurzschlußhäufigkeit unter 10Hz liegt, sind die durch den Kurzschluß-Snubber-Kreis 4 auftretenden Beschaltungsverluste vernach lässigbar klein.Assuming that the short-circuit frequency is below 10 Hz, the wiring losses occurring through the short-circuit snubber circuit 4 are negligibly small.
Claims (2)
- - der Wechselspannungsanschluß zwischen zwei hintereinander zwischen die Pole einer Gleichspannungsquelle geschalteten, abwechselnd betriebenen Insulated-Gate-Transistoren vorgesehen ist,
- - den beiden Insulated-Gate-Transistoren eine Reihenschaltung eines Konden sators mit einer Diode parallelgeschaltet ist und
- - der Verbindungspunkt zwischen Diode und Kondensator über einen Wider stand an den einen Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist,
- the alternating voltage connection is provided between two alternately operated insulated gate transistors connected in series between the poles of a direct voltage source,
- - The two insulated gate transistors a series connection of a capacitor is connected in parallel with a diode and
- - The connection point between the diode and the capacitor was connected to a pole of the DC voltage source via a counter,
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| DE19825801C2 (en) * | 1998-06-10 | 2003-10-02 | Baumueller Nuernberg Gmbh | DC link with high load resistance |
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Patent Citations (1)
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| DE-Z.: etz Bd.110 (1989) H.10 S.458-477 * |
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| Toshiba Application Notes GTR Modules, Bipolar GMOS JGBT Mai 1988 * |
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