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1 Betriebsweise von Leistungshalbleitern
Ein Nullstromresonanzschalter wird so angesteuert, dass der aktive Einschaltvorgang genau in
dem Zeitpunkt beginnt, zu dem der Strom i L
einen Nulldurchgang aufweist. Es findet somit keine
Stromkommutierung im eigentlichen Sinne statt. Die Einschaltverluste sind demzufolge auch bei
minimaler Induktivität L K
im Kommutierungskreis geringer als beim Nullstromschalter und werden
durch die trotzdem notwendige Umladung der Sperrschichtkapazitäten der beteiligten Leistungshalbleiter
verursacht. Die weitere Verlustreduzierung gegenüber dem ZCS bedeutet gleichzeitig
den Verzicht auf einen weiteren Steuerfreiheitsgrad, weil die Einschaltzeitpunkte nicht mehr frei
vorgebbar sind, sondern durch die vom äußeren Netzwerk diktierten Stromnulldurchgänge ausgelöst
werden. In Schaltungen mit ZCRS ist nur eine indirekte Steuerung des Energieflusses
möglich, indem die Schalter über mehrere Perioden des Wechselstromes leiten bzw. sperren. In
diesem Fall spricht man vom Steuerverfahren „Pulsdichtemodulation (PDM; pulse density modulation)“
oder auch „Pulspaketsteuerung“.
Bild 1.2.6 zeigt einen Kommutierungskreis mit ZCRS sowie ein Schaltungsbeispiel in IGBT-Technik.
Bei idealer Umschaltung im Nulldurchgang des Wechselstromes würden die Schalter keine
antiparallelen Schalterdioden für die zweite Stromrichtung benötigen. In der Praxis werden diese
aufgrund des nichtidealen Verhaltens jedoch vorgesehen. Der Widerstand R Load
symbolisiert eine
Lastauskopplung in Reihe zum Schwingkreis.
Nullspannungsresonanzschalter (ZVRS, Zero Voltage Resonant Switch)
Der Schaltergrundtyp ZVRS ist als Grenzfall des ZVS anzusehen. Wenn ein ZVS bei einer anliegenden
Kommutierungswechselspannung V K
genau im Nulldurchgang dieser Spannung aktiv
ausschaltet, sorgt die ansteigende Schalterspannung für die Stromkommutierung zwischen den
Schaltern. Auch bei minimaler Kapazität C K
im Kommutierungskreis reduzieren sich die Schaltverluste
gegenüber dem ZVS, verbunden mit dem Verlust eines weiteren Steuerfreiheitsgrades, weil
die Ausschaltzeitpunkte nicht mehr frei vorgebbar sind, sondern durch die vom äußeren Netzwerk
diktierten Spannungsnulldurchgänge ausgelöst werden. In Schaltungen mit ZVRS ist in Analogie
zum ZCRS nur eine indirekte Steuerung des Energieflusses möglich, indem die Schalter über
mehrere Perioden des Wechselstromes leiten bzw. sperren. In diesem Fall spricht man ebenfalls
vom Steuerverfahren „Pulsdichtemodulation (PDM; pulse density modulation)“ oder auch „Pulspaketsteuerung“.
Bild 1.2.7 zeigt einen Kommutierungskreis mit ZVRS sowie ein Schaltungsbeispiel in IGBT-Technik.
Bei idealer Umschaltung im Nulldurchgang der Wechselspannung würden die Schalter keine
seriellen Schalterdioden für die zweite Spannungsrichtung benötigen. In der Praxis werden diese
aufgrund des nichtidealen Verhaltens jedoch vorgesehen. Der Widerstand R Load
symbolisiert eine
Lastauskopplung parallel zum Schwingkreis.
iL
(i )
DC
S 1
S 2
S 1
V K
i L
=
S 2
vK
(v )
AC
R Load
Parallel Resonant Converter
Bild 1.2.7 ZVRS Kommutierungskreis und typisches Schaltungsbeispiel
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