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Vereinfachte Spannungssymmetrierung in der Reihenschaltung von Leistungshalbleitern mit Hilfe von Impulsanpassung

IP.com Disclosure Number: IPCOM000017183D
Original Publication Date: 2000-Jan-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-22

Publishing Venue

Siemens

Related People

Authors:
Georg Zaiser Manfred Bruckmann [+details]

Abstract

In der Antriebstechnik finden in hohem Maße selbstgeführte Wechselrichter zum Umformen von elektrischer Energie Verwendung. Eine Möglichkeit zu einer Leistungssteigerung von IGBT-Stromrichtern stellt die Reihenschaltung von IGBTs dar. Durch die Reihenschaltung erhält man einen Mittelspannungs-Umrichter mit IGBTs mit einer Umrichterleistung von einigen MW und einer Zwischenkreisspannung von mehreren kV. In direkter Reihenschaltung wechseln sich die Steuerphase, die Freilaufphase mit der Stromaufbauphase ab, wobei bei Stromrichtern der Antriebstechnik die Rückspeisephase hinzu kommt. Zwischen diesen Zuständen tritt die Kommutierungsphase auf. Im Gegensatz zu einer Standart-Zweipunktschaltung des Umrichters sind bei der Reihenschaltung mehrerer IGBTs die möglichen Spannungspotentiale a priori nicht fest vorgegeben. Bei der Kommutierung des Stromes von der Freilaufphase auf die Steuerungsphase müssen die in Reihe geschalteten IGBTs neben dem Laststrom auch noch die Speicherladung der Freilaufdioden aufnehmen. Nachdem die Speicherladungen aus diesen Freilaufdioden abgebaut sind, können diese Spannung aufnehmen. Gleichzeitig reduziert sich die Spannung über den Schaltern nach Maßgabe der Last und der Ansteuerbedingungen. In dieser Übergangsphase ist es besonders wichtig, daß die IGBTs absolut synchron einschalten und die Dioden alle gleichmäßig abschalten, da anderenfalls entsprechende Überspannungen an den einzelnen Ventilen entstehen können. Der Ansteuerung sowie der Parameterstreuung der IGBTs und der zugehörigen Freilauf- dioden kommen somit eine besondere Bedeutung zu. Um die unsymmetrische Spannungs- aufteilung in Reihe geschalteter IGBTs beeinflussen zu können, ist jede Ansteuereinheit der in Reihe geschalteten IGBTs mit einer aktiven Spannungsbegrenzung ausgestattet. Durch diese Maßnahme wird die maximale Spannungshöhe der auftretenden Kollektorspannung wirksam begrenzt, wobei eine entstehende höhere Belastungen der einzelnen IGBTs durch eine Pulsverschiebung vermieden wird.