Dreiphasen-Dreischalter-Dreipunkt- Pulsgleichrichtersystem

234 Kapitel 9: Aspekte der praktischen Realisierung
Die Erhöhung der Leistungsdichte des gegenständlichen Pulsgleichrichtersystems
erfordert eine Erhöhung der Schaltfrequenz welche wiederum nur durch die
Verringerung der Schaltzeiten erreicht werden kann. Beim Schalten von modernen
COOLMOS Leistungstransistoren treten dadurch Spannungsflanken von bis zu
40kV/µs [47] auf, die für die Ansteuerung als Gleichtaktspannung wirken. Eine sichere
Ansteuerung ist dann mit der Schaltung nach Abb.9.7(a) nicht mehr gewährleistet.
Um den integrierten optoelektronischen Ansteuerbaustein nach wie vor nutzen zu
können, muss dessen Gleichtaktspannung auf im Datenblatt zugesicherte Werte
begrenzt werden. Dies geschieht mit einer Erweiterung der Anordnung nach Abb.9.7
mit einem Gleichtaktfilter bestehend aus der Gleichtaktinduktivität LF, den
Filterkondensatoren CF und dem Dämpfungswiderstand R (Abb.9.8(a)) [109]. Das
Gleichtaktfilter entspricht nach Abb.9.8(b) einem Tiefpass 2. Ordnung.
Vorteilhafterweise wird die Spannungsversorgung des Optokopplers dann auch nicht
mehr über einen getrennten Pulstrafo, sondern über einen DC/DC Konverter vor Ort,
realisiert als Miniatursperrwandler, durchgeführt. Dies verhindert, dass hochfrequente
Störungen durch die Spannungsflanken im Schaltzeitpunkt über die Energieversorgung
der Optokoppler in die Versorgung der Steuerelektronik gelangen. Ein weiterer Vorteil
ist, dass der DC/DC Konverter seinen Leistungsbedarf aus den Schaltüberspannungen
der Leistungstransistoren bezieht. Diese Schaltüberspannungen werden im Normalfall
durch eine verlustbehaftete Spannungsbegrenzungsschaltung bestehend aus einer
Diode, einem Kondensator und einem Widerstand begrenzt.
In Abb.9.9 ist das Ergebnis der digitalen Simulation des Filters dargestellt, die
Gleichtaktspannungsbelastung des Optokopplers verringert sich von 50kV/µs auf
10kV/µs. Die Funktionsweise des Filters kann messtechnisch nicht verifiziert werden,
da der Anschluss eines Hochspannungstastkopfes zur Messung der Gleichtakt-
spannungen das Messergebnis erheblich beeinflussen würde. Die indirekte Verifikation
erfolgt über die Tatsache, dass die Ansteuerimpulse ohne Störungen an das Gate des
Leistungstransistors gelangen. Die Fertigung der Filterinduktivität LF = 500µH erfordert
besondere Sorgfalt, da deren parasitäre Wicklungskapazität gering gehalten werden
muss. Die symmetrische Anordnung der Filterkondensatoren CF stellt sicher, dass ein
verbleibende Gleichtaktstrom zu gleichen Teilen über die RC-Glieder fließt, also kein
Differenzstrom auftritt, der über die Sendediode fließend zur Auslösung eines
fehlerhaften Schaltvorgangs führen könnte. Wichtig ist auch, dass die Versorgung des
Optokopplers niederinduktiv definiert und somit die treiberseitigen Anschlüsse der RC-
Glieder für hohe Frequenzen als direkt verbunden angesehen werden können. Auf eine