29 08 2011

Leistungselektronische Schalter: Hartschalter und Neutralschalter

Ein aktiv schaltbarer leistungselektronischer Schalter ist die Einheit aus einer Kombination von Leistungshalbleiter und Ansteuerschaltung (Treiberstufe).  

Die Eigenschaften eines Schalters resultieren einerseits aus dem Verhalten der Leistungshalbleiter, andererseits verleiht die Ansteuerschaltung dem Gesamtschalter die Haupteigenschaften und übernimmt wesentliche Schutz- und Diagnosefunktionen.

Die Betriebsweise der Leistungshalbleiter führt zu den Grundtypen leistungselektronischer Schalter: Ein Hartschalter (HS) ist ein Einzelschalter (z.B. IGBT), der im Wechsel sowohl hart einschaltet als auch hart ausschaltet. Er ist bis auf den theoretischen Grenzfall rein ohmscher Last nur in einem Kommutierungskreis mit minimalen passiven Energiespeichern (CK,min; LK,min) gemeinsam mit einem Neutralschalter (Diode) einsetzbar. Beim Einsatz eines Neutralschalters sind im Schaltmoment sowohl Spannung als auch Strom am Schalter gemeinsam Null. Dem Hartschalter können in Form der frei vorgegebenen Ein- und Ausschaltzeitpunkte zwei Freiheitsgrade bei der Ansteuerung zugeordnet werden.

Beim Hartschalter werden mit hohen Schaltverlusten maximale Freiheitsgrade erkauft. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, die Gesamtschaltung mit dem Steuerverfahren „Pulsweitenmodulation (PWM; pulse width modulation)“ zu betreiben.

Fazit: Durch die Zuordnung zweier Steuerfreiheitsgrade ergibt sich beim Hartschalter die Möglichkeit, die Gesamtschaltung mit dem Steuerverfahren „Pulsweitenmodulation (PWM; pulse width modulation)“ zu betreiben.

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