EP1520331B1

Method and circuit for limiting an overvoltage

Abstract

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EP1520331B1, drawing sheet 1
Sheet 1 of 6

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Expired 25 June 2023, 3.2 years ago.

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16 claims: 6 independent, 10 dependent

  1. 1
    Verfahren zum Begrenzen einer Überspannung an einer Freilaufeinrichtung (7), die parallel zu einem Halbleiterleistungsschalter (3) angeordnet ist, wobei zwei Paare aus jeweils parallel geschaltetem Halbleiterleistungsschalter (3) und Freilaufeinrichtung (7) in Reihe geschaltet sind, ein zwischen den beiden Paaren angeordneter Ausgangsanschluss mit einer induktiven Last (L) verbunden ist und einer der Halbleiterleistungsschalter (3") in den gesperrten Zustand und der andere (3') in den nicht gesperrten Zustand gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der gesperrte Halbleiterleistungsschalter (3") zum Zeitpunkt des Auftretens einer aufgrund einer Rückstromspitze in der Freilaufeinrichtung (7") von mindestens einer Streuinduktivität induzierten Überspannung an der zugehörigen Freilaufeinrichtung (7") kurzzeitig gerade so weit eingeschaltet wird, dass ein die Rückstromspitze reduzierender Strom in dem Paar aus Halbleiterleistungsschalter (3) und Freilaufeinrichtung (7) erzeugt wird.
  2. 2
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Halbleiterleistungsschalter (3) ein IGBT oder MOS Leistungstransistor verwendet wird, bei dem der Gate-Anschluss und der Emitter-Anschluss beim an für sich gesperrten IGBT oder MOS Leistungstransistor hochohmig miteinander verbunden werden, wodurch bei Auftreten einer Stromspitze ein kurzzeitiges Einschalten des Haltleiterleistungsschalters (3) erreicht wird.
  3. 3
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steueranschluss des gesperrten Halbleiterleistungsschalters (3") mit einem Spannungsimpuls vorbestimmter Dauer und Amplitude zeitlich abgestimmt auf das Auftreten einer Stromspitze an der Freilaufeinrichtung (7") beaufschlagt wird.
  4. 4
    Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steueranschluss des gesperrten Halbleiterleistungsschalters (3") zeitlich abgestimmt auf das Auftreten einer Stromspitze mit einem stufenförmigen Spannungsimpuls vorbestimmter kurzer Zeitdauer beaufschlagt wird.
  5. 5
    Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung an der Freilaufeinrichtung (7) über einen Rückkoppelzweig (11) auf den Steueranschluss des gesperrten Halbleiterleistungsschalters (3) zurückgekoppelt wird, wodurch der gesperrte Halbleiterleistungsschalter (3) während der Spannungsspitze kurzzeitig zumindest teilweise eingeschaltet wird.
  6. 6
    Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsteilheit (Stromgradient) in der Freilaufeinrichtung (7) über einen weiteren Rückkoppelzweig (14) auf den Steueranschluss des gesperrten Halbleiterleistungsschalters (3) zurückgekoppelt wird derart, dass der gesperrte Halbleiterschalter während der Stromspitze kurzzeitig und zumindest teilweise eingeschaltet wird.
  7. 7
    Schaltungsanordnung zum Begrenzen einer Überspannung an einer Freilaufeinrichtung (7), die parallel zu einem Halbleiterleistungsschalter (3) angeordnet ist, wobei zwei Paare aus jeweils Halbleiterleistungsschalter (3) und Freilaufeinrichtung (7) in Reihe geschaltet sind, ein zwischen den Paaren angeordneter Ausgangsanschluss mit einer induktiven Last (L L ) verbunden ist und einer der Halbleiterleistungsschalter (3") in den gesperrten Zustand und der andere (3') in den nicht gesperrten Zustand gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ausgang eines jeden Halbleiterleistungsschalters (3) und seinem Steueranschluss (9) ein Rückkoppelzweig (11) vorgesehen ist, der den gesperrten Halleiterleistungsschalter (3") zum Zeitpunkt des Auftretens einer aufgrund einer Rückstromspitze in der Freilaufeinrichtung (7") von mindestens einer Streuinduktivität induzierten Überspannung an der zugehörigen Freilaufeinrichtung (7") kurzzeitig gerade so weit einschaltet, dass ein die Rückstromspitze reduzierender Strom in dem Paar aus Halbleiterleistungsschalter (3) und Freilaufeinrichtung (7) erzeugt wird.
  8. 8
    Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückkoppelzweig (11) zumindest ein Bauelement (12, 13) aufweist, das eine Ansteuerung des Steueranschlusses erst über einer Schwellspannung zulässt, so dass nur Spannungen größer als ein vorgegebener Schwellwert auf den Steueranschluss zurückgekoppelt werden.
  9. 9
    Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückkoppelzweig ein Bauelement aufweist (C ext ), über das eine Rückkopplung auf den Steueranschluss proportional zum Spannungsanstieg an der Freilaufeinrichtung erfolgt.
  10. 10
    Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Bauelemente zwei antiparallel geschaltete Zenerdioden (12, 13) im Rückkoppelzweig (11) verwendet werden.
  11. 11
    Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Bauelement ein Kondensator (C ext ) im Rückkoppelzweig (11) verwendet wird.
  12. 12
    Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Parallelschaltung aus Zenerdioden und externem Kondensator im Rückkoppelzweig verwendet wird.
  13. 13
    Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückkoppelzweig so ausgebildet ist, dass er eine Aufsteuerung des Steueranschlusses erst über einem Schwellwert der Stromsteilheit (des Stromgradienten) durch die Freilaufeinrichtung zulässt.
  14. 14
    Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass für die Rückkopplung der Spannungsabfall an internen und/oder externen Streuinduktivitäten genutzt wird.
  15. 15
    Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromanstieg durch die Induktion in einem Transformator rückgekoppelt wird.
  16. 16
    Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Halbleiterleistungsschalter (3) ein IGBT-Leistungstransistor verwendet wird.
Independent claims16