Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Schutz eines von einem Steuerungstreiber getriebenen Leistungshalbleiterschalters vor Überspannungen sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Leistungshalbleiterschalters mittels eines Steuerungstreibers und einer

Schaltungsanordnung .

Stand der Technik

Von einem Steuerungstreiber getriebene

Leistungshalbleiterschalter sind allgemein bekannt und werden vielseitig, beispielsweise in Wechselrichtern, zum Beispiel für Elektromobilität, verwendet. Wird mittels des Leistungshalbleiterschalters der Strom in dem vom Leistungshalbleiterschalter gesteuerten Stromkreis ausgeschaltet, kann durch Induktivitäten in diesem Stromkreis eine hohe induzierte Ausschaltüberspannung auftreten, die zusätzlich zu einer Ausschaltspannung am

Leistungshalbleiterschalter anliegt. Je schneller dabei das Ausschalten des Stroms erfolgt, desto größer ist die Ausschaltüberspannung und damit die am

Leistungshalbleiterschalter anliegende Spannung. Während es Leistungshalbleiterschalter gibt, die solche Überspannungen selbstständig begrenzen, gibt es auch

Leistungshalbleiterschalter wie beispielsweise IGBTs, die sich nicht selbst vor Überspannungen schützen und darum beschädigt werden. Um dies zu vermeiden, wird beispielsweise der Ausschaltvorgang des Stroms dauerhaft verlangsamt, was eigentlich nicht gewünscht ist. Alternativ werden Leistungshalbleiterschalter verwendet, die generell für höhere Spannungen ausgelegt sind, die dann aber teurer und auch größer sind als die Leistungshalbleiterschalter, die ohne die Überspannungen benötigt würden.

Aufgabe und Lösung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren vorzuschlagen, die einen von einem Steuerungstreiber getriebenen Leistungshalbleiterschalter vor Überspannungen schützt und die Nachteile des Stands der Technik vermeidet.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 12. Die nebengeordneten Ansprüche beschreiben dabei vorteilhafte Weiterbildungen .

Ein Kondensator der Schaltungsanordnung wird dabei auf eine Vorspannung geladen. Diese Vorspannung entspricht einer Ausschaltspannung, die dann zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss eines

Leistungshalbleiterschalters anliegt, wenn ein vom Leistungshalbleiterschalter gesteuerter Strom ausgeschaltet ist. Eine induzierte Ausschaltüberspannung, die von einer Induktivität beim Ausschalten des vom

Leistungshalbleiterschalter gesteuerten Stroms induziert wird, liegt zusätzlich zur Ausschaltspannung am Kondensator und einem mit dem Kondensator in Reihe geschalteten Messwiderstand an. Durch die Vorspannung des Kondensators liegt am Messwiderstand nur noch die um die Vorspannung geminderte Summe aus Ausschaltüberspannung und Ausschaltspannung an, also lediglich die Ausschaltüberspannung. Diese durch Abzug der

Ausschaltspannung bereit gestellte Ausschaltüberspannung wird von einem Vergleichselement mit einer Vergleichsspannung verglichen. Sollte die Ausschaltüberspannung größer als die Vergleichsspannung sein, so wird durch das Vergleichselement eine Spannung erzeugt, die das Ausschalten des vom Leistungshalbleiterschalter gesteuerten Stroms verlangsamt. Hierdurch wird die Ausschaltüberspannung verringert und damit der Leistungshalbleiterschalter vor einer Überspannung geschützt .

Vorgeschlagen wird eine Schaltungsanordnung zum Schutz eines Leistungshalbleiterschalters vor Überspannungen. Insbesondere handelt es sich hierbei um Leistungshalbleiterschalter, die in Wechselrichtern verwendet werden. Solche Leistungshalbleiterschalter kommen zum Beispiel in der Elektromobilität zum Einsatz. Während einige Leistungshalbleiterschalter durch ihren Aufbau gut vor Schäden durch Überspannungen geschützt sind, werden auch Leistungshalbleiterschalter verwendet, die sich nicht ausreichend selbst vor Überspannungen schützen und deshalb vor zu hohen Überspannungen geschützt werden müssen.

Die Leistungshalbleiterschalter werden dabei von einem Steuerungstreiber getrieben. Dieser Steuerungstreiber ist an einem Steueranschluss des Leistungshalbleiterschalters angeschlossen. Des Weiteren weist der

Leistungshalbleiterschalter einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf. Der Stromfluss zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss wird dabei über den Steueranschluss und damit über den Steuerungstreiber gesteuert . Besonders hohe Spannungen zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des Leistungshalbleiterschalters treten auf, wenn ein Strom, der zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss fließt, ausgeschaltet wird. Beim Ausschalten des Stroms wird nämlich von Induktivitäten eine Ausschaltüberspannung induziert. Diese Induktivitäten können parasitäre Induktivitäten, beispielsweise des Leistungshalbleiterschalters, aber auch Induktivitäten in einem vom Leistungshalbleiterschalter gesteuerten Stromkreis sein. Je schneller der Strom ausgeschaltet wird, desto höher sind die Ausschaltüberspannungen.

Um den Leistungshalbleiterschalter vor Überspannungen zu schützen, wird, wenn die Spannung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss einen kritischen Wert übersteigt, das Ausschalten des Stroms, der zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss fließt, verlangsamt. Durch ein verlangsamtes Ausschalten des Stroms wird eine geringere Ausschaltüberspannung durch die Induktivitäten induziert, wodurch die Spannung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss sinkt.

Das Verlangsamen des Ausschaltens des Stroms wird durch eine entsprechende Steuerung des Leistungshalbleiterschalters erreicht, insbesondere wird die Spannung am Steueranschluss des Leistungshalbleiterschalters erhöht.

Die zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss anliegende Spannung setzt sich zusammen aus einer Ausschaltspannung, die dann zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des Leistungshalbleiterschalters anliegt, wenn der vom Leistungshalbleiterschalter gesteuerte Strom ausgeschaltet ist, und der Ausschaltüberspannung. Die Summe dieser Spannungen ist so hoch, dass eine direkte Auswertung der Spannung mit der benötigten Genauigkeit sehr aufwendige und teure Komponenten erfordern würde.

Um dies zu vermeiden, umfasst die Schaltungsanordnung einen Kondensator und einen Messwiderstand, wobei der Kondensator und der Messwiderstand in Reihe geschaltet sind. Diese Reihenschaltung aus Kondensator und Messwiderstand ist dabei parallel zur Strecke zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des Leistungshalbleiterschalters geschaltet .

Im Betrieb des Leistungshalbleiterschalters wird der Kondensator auf eine Vorspannung, die der Ausschaltspannung entspricht, aufgeladen. Wird nun der Strom zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss ausgeschaltet und dadurch eine Ausschaltüberspannung induziert, liegt die Summe aus Ausschaltspannung und Ausschaltüberspannung an der Reihenschaltung aus Kondensator und Messwiderstand an. Da der Kondensator auf die Ausschaltspannung aufgeladen ist, liegt am Messwiderstand lediglich die Ausschaltüberspannung an.

Eine Auswertung der Ausschaltüberspannung, die deutlich kleiner als die Summe aus Ausschaltspannung und Ausschaltüberspannung ist, ist dabei einfacher und genauer vorzunehmen als die Auswertung der gesamten zwischen dem ersten Anschluss und zweiten Anschluss anliegenden Spannung.

Zur Auswertung der am Messwiderstand anliegenden Spannung, die der Ausschaltüberspannung entspricht, umfasst die Schaltungsanordnung ein Vergleichselement, wobei ein erster Eingang des Vergleichselements mit einem Punkt zwischen dem Kondensator und dem Messwiderstand verbunden ist. Das Vergleichselement greift also die am Messwiderstand anliegende Spannung ab. Des Weiteren ist ein Ausgang des Vergleichselements mit dem Steueranschluss des Leistungshalbleiterschalters verbunden. So kann durch das Vergleichselement in dem Fall, dass die zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss anliegende Spannung einen kritischen Wert überschreitet, durch das Vergleichselement eine Spannung erzeugt werden, die am Steueranschluss des Leistungshalbleiterschalters anliegt und das Ausschalten des Stroms verlangsamt.

Zusammengefasst wird durch eine durch das Ausschalten eines vom Leistungshalbleiterschalter gesteuerten Stroms von einer Induktivität induzierte Ausschaltüberspannung, die zusätzlich zur Ausschaltspannung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des Leistungshalbleiterschalters anliegt, eine das Ausschalten des vom Leistungshalbleiterschalter gesteuerten Stroms verlangsamende Spannung am Steueranschluss des Leistungshalbleiterschalters erzeugt.

Insbesondere ist es hierdurch also möglich, auf Leistungshalbleiterschalter zu verzichten, die generell für höhere Spannungen ausgelegt sind, wodurch Einsparungen in den Kosten und in der Baugröße gemacht werden. Ebenso kann das Ausschalten des Stroms grundsätzlich schnell erfolgen. Sollte die durch das schnelle Ausschalten des Stroms am Leistungshalbleiterschalter anliegende Spannung einen kritischen Wert überschreiten, dann wird das Ausschalten des Stroms nach Bedarf entsprechend verlangsamt.

Von Vorteil ist es, wenn die Schaltungsanordnung eine Diode umfasst, die mit dem Kondensator und dem Messwiderstand in Reihe geschaltet ist, so dass die Reihenschaltung aus Diode, Kondensator und Messwiderstand parallel zur Strecke zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des Leistungshalbleiterschalters geschaltet ist. Im Betrieb des Leistungshalbleiterschalters wird der Kondensator dann über die Diode auf die Vorspannung aufgeladen.

Vorteilhaft ist es, wenn die Schaltungsanordnung einen parallel zum Kondensator geschalteten Entladewiderstand zum langsamen Entladen des Kondensators umfasst. So kann sich die Ladung des Kondensators beispielsweise auf eine sich ändernde Versorgungsspannung einstellen.

Vorteilhafterweise ist ein weiterer Widerstand zwischen dem Kondensator und dem Messwiderstand in Reihe geschaltet. Der weitere Widerstand und der Messwiderstand ergeben damit einen Spannungsteiler. Der erste Eingang des Vergleichselements ist mit einem Punkt zwischen dem weiteren Widerstand und dem Messwiderstand verbunden, so dass es nur die auf den Messwiderstand abfallende Spannung abgreift. Der Spannungsteiler kann entsprechend einer bereits verfügbaren Vergleichsspannung so ausgelegt werden, dass die am Messwiderstand anliegende Spannung der Vergleichsspannung entspricht, wenn die zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des Leistungshalbleiterschalters anliegende Spannung dem kritischen Wert entspricht.

Vorteilhaft ist es auch, wenn ein zweiter Eingang des Vergleichselements mit einer die Vergleichsspannung bereitstellenden Vergleichsspannungsquelle verbunden ist. Das Vergleichselement vergleicht dann die am Messwiderstand anliegende Spannung mit dieser Vergleichsspannung. Insbesondere ist die Vergleichsspannung derart gewählt, dass die Spannung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des Leistungshalbleiterschalters auf eine maximal zulässige Spannung begrenzbar ist. Die Vergleichsspannung ist also so hoch, dass sie der am Messwiderstand anliegenden Spannung entspricht, wenn die Spannung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss dem kritischen Wert entspricht. Dieser kritische Wert der zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss anliegenden Spannung liegt dabei unterhalb der für den Leistungshalbleiterschalter maximal zulässigen Spannung. Wird der kritische Wert erreicht, so erzeugt das Vergleichselement eine Spannung, die das Ausschalten des Stroms zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des Leistungshalbleiterschalters verlangsamt und somit die Ausschaltüberspannung verringert. Der kritische Wert der Spannung liegt dabei so weit unterhalb der maximal zulässigen Spannung, dass durch ein mögliches weiteres Ansteigen der zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss anliegenden Spannung während der Zeit, die benötigt wird, das Verlangsamen des Ausschaltens des Stroms zu erreichen, die Spannung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss den maximal zulässigen Wert nicht überschreitet .

Vorteilhafterweise umfasst die Schaltungsanordnung einen elektrisch steuerbaren Schalter zum wahlweisen Aktivieren oder Deaktivieren des Überspannungsschutzes. Beispielsweise kann der Überspannungsschutz deaktiviert werden, wenn die Grundspannung so klein ist, dass ein Überschreiten des maximal zulässigen Werts der Spannung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss ausgeschlossen oder zumindest sehr unwahrscheinlich ist. Der elektrisch steuerbare Schalter ist dabei beispielsweise zwischen dem Ausgang des Vergleichselements und dem Steueranschluss des Leistungshalbleiterschalters angeordnet. Von Vorteil ist es, wenn die Schaltungsanordnung ein weiteres Vergleichselement umfasst, ein Eingangsanschluss des elektrisch steuerbaren Schalters mit einem Ausgang des weiteren Vergleichselements verbunden ist und zumindest ein Eingang des weiteren Vergleichselements mit dem Kondensator verbunden ist. Das weitere Vergleichselement betätigt den elektrisch steuerbaren Schalter also in Abhängigkeit von der Ausschaltspannung . Unterschreitet diese Ausschaltspannung einen vorbestimmten Wert, so dass ein Überschreiten des maximal zulässigen Werts der Spannung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss ausgeschlossen oder zumindest sehr unwahrscheinlich ist, dann wird der Überspannungsschutz deaktiviert. Um den vorbestimmten Wert der Ausschaltspannung mit einer in der Schaltung vorhandenen weiteren Vergleichsspannung zu realisieren, ist das weitere Vergleichselement vorzugsweise über einen Spannungsteiler mit dem Kondensator verbunden. Die weitere Vergleichsspannung kann dabei mit der Vergleichsspannung identisch sein.

Vorteilhaft ist es, wenn der Leistungshalbleiterschalter ein IGBT ist. IGBTs eignen sich hervorragend für die Verwendung in Wechselrichtern, schützen sich aber nicht selbst vor Überspannungen, so dass eine Schaltungsanordnung zum Schutz der IGBTs vor Überspannungen besonders wichtig ist. Im Falle von IGBTs ist der erste Anschluss ein Kollektor, der zweite Anschluss ein Emitter und der Steueranschluss ein Gate. Vorteilhafterweise umfasst das Vergleichselement zumindest einen Transistor. Es sind hierbei verschiedene Schaltungen denkbar, die dem Fachmann geläufig sind.

Von Vorteil ist es, wenn eine Reaktionszeit des Vergleichselements kürzer als eine Abschaltzeit des Leistungshalbleiterschalters, insbesondere kürzer als 1/5 der Abschaltzeit des Leistungshalbleiterschalters ist. Dann kann so schnell auf ein Ansteigen der Spannung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss reagiert werden, dass ein Überschreiten des maximal zulässigen Werts der Spannung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss vermieden wird.

Vorteilhaft ist es, wenn das Vergleichselement ein Komparator ist, da diese in verschiedenen Ausführungsformen erhältlich sind.

Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben eines

Leistungshalbleiterschalters mittels eines Steuerungstreibers und einer Schaltungsanordnung vorgeschlagen. Die Schaltungsanordnung ist dabei gemäß der vorangegangenen Beschreibung ausgebildet. Insbesondere umfasst die Schaltungsanordnung einen Kondensator und einen Messwiderstand, die in Reihe geschaltet sind, wobei die Reihenschaltung aus Kondensator und Messwiderstand parallel zur Strecke zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des Leistungshalbleiterschalters geschaltet ist.

Vorzugsweise umfasst die Schaltungsanordnung auch eine Diode, die mit dem Kondensator und dem Messwiderstand in Reihe geschaltet ist.

Wenn ein vom Leistungshalbleiterschalter gesteuerter Strom ausgeschaltet ist, liegt zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des Leistungshalbleiterschalters eine Ausschaltspannung an. Der Kondensator wird dabei auf eine Vorspannung aufgeladen, die dieser Ausschaltspannung entspricht. Beim Ausschalten eines vom

Leistungshalbleiterschalter gesteuerten Stroms wird von einer Induktivität eine Ausschaltüberspannung induziert, die zusätzlich zur Ausschaltspannung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des

Leistungshalbleiterschalters anliegt. Die um die Vorspannung des Kondensators geminderte Summe aus Ausschaltüberspannung und Ausschaltspannung wird mittels eines Vergleichselements mit einer Vergleichsspannung verglichen. Falls die um die Vorspannung des Kondensators geminderte Summe aus Ausschaltüberspannung und Ausschaltspannung größer als die Vergleichsspannung ist, wird am Ausgang des Vergleichselements eine Spannung erzeugt. Der Ausgang des Vergleichselements ist dabei mit dem Steueranschluss des Leistungshalbleiterschalters verbunden und die am Ausgang des Vergleichselements erzeugte Spannung ist derart, dass das Ausschalten des vom Leistungshalbleiterschalter gesteuerten Stroms verlangsamt wird. Durch das Verlangsamen des Ausschaltens des Stroms wird die Ausschaltüberspannung und damit die zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss anliegende Spannung verringert, so dass der Leistungshalbleiterschalter vor einer Überspannung geschützt ist. Durch den Kondensator ist die vom Vergleichselement auszuwertende Spannung um die Vorspannung des Kondensators reduziert, so dass das Vergleichselement keine zu hohen Spannungen auswerten muss.

Vorteilhafterweise wird die um die Vorspannung des Kondensators geminderte Summe aus Ausschaltüberspannung und Ausschaltspannung mittels eines Spannungsteilers geteilt und ein derart geteilter Teil der um die Vorspannung des Kondensators geminderten Ausschaltüberspannung und Ausschaltspannung mittels des Vergleichselements mit der Vergleichsspannung verglichen. So kann durch eine geeignete Wahl des Spannungsteilers eine schon in der Schaltung vorhandene Vergleichsspannung verwendet werden.

Von Vorteil ist es, wenn die Verbindung des Ausgangs des Vergleichselements mit dem Steueranschluss des Leistungshalbleiterschalters mittels eines elektrisch steuerbaren Schalters hergestellt oder unterbrochen wird. So kann der Überspannungsschutz gegebenenfalls deaktiviert werden.

Vorteilhaft ist es, wenn mittels eines weiteren Vergleichselements der elektrisch steuerbare Schalter in Abhängigkeit von der am Eingang des weiteren Vergleichselements anliegenden Spannung gesteuert wird. Zumindest ein Eingang des weiteren Vergleichselements ist dabei mit dem Kondensator und ein Ausgang des weiteren Vergleichselements ist mit einem Eingangsanschluss des elektrisch steuerbaren Schalters verbunden. So wird der Überspannungsschutz, wenn die Ausschaltspannung einen vorbestimmten Wert unterschreitet und damit eine Gefährdung des Leistungshalbleiterschalters durch eine Überspannung ausgeschlossen oder zumindest sehr unwahrscheinlich ist, deaktiviert .

Figurenbeschreibung

Figur 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Schutz eines Leistungshalbleiterschalters vor Überspannungen.

Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zum Schutz eines Leistungshalbleiterschalters vor Überspannungen. Figur 3 zeigt ein nochmals weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zum Schutz eines Leistungshalbleiterschalters vor Überspannungen.

Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden in den Figuren identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersichtlichkeit halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind.

Figur 1 zeigt eine Schaltungsanordnung 1 zum Schutz eines Leistungshalbleiterschalters 2 vor Überspannungen. Der Leistungshalbleiterschalter 2 weist dabei einen ersten Anschluss 3, einen zweiten Anschluss 4 und einen Steueranschluss 5 auf. Mit dem Steueranschluss 5 ist ein Steuerungstreiber 6 verbunden, der den

Leistungshalbleiterschalter 2 treibt und den Stromfluss zwischen dem ersten Anschluss 3 und dem zweiten Anschluss 4 steuert. Der vom Leistungshalbleiterschalter 2 gesteuerte Strom fließt dabei durch einen hier nicht näher bestimmten Stromkreis 7.

Parallel zur Strecke zwischen dem ersten Anschluss 3 und dem zweiten Anschluss 4 ist eine Reihenschaltung aus einer Diode 16, einem Kondensator 8 und einem Messwiderstand 9 geschaltet. Bei Betrieb des Leistungshalbleiterschalters 2 wird der Kondensator 8 auf eine Ausschaltspannung aufgeladen. Die Ausschaltspannung ist dabei die Spannung, die zwischen dem ersten Anschluss 3 und dem zweiten Anschluss 4 anliegt, wenn der vom Leistungshalbleiterschalter gesteuerte Strom ausgeschaltet ist. Des Weiteren ist parallel zum Kondensator 8 ein Entladewiderstand 17 geschaltet, der die im Kondensator 8 gespeicherte Spannung an eine sinkende Ausschaltspannung anpasst. Bei Ausschalten des Stroms zwischen dem ersten Anschluss 3 und dem zweiten Anschluss 4 wird durch hier nicht dargestellte Induktivitäten eine Ausschaltüberspannung induziert. Bei den Induktivitäten kann es sich dabei beispielsweise um parasitäre Induktivitäten des Leistungshalbleiterschalters 2 oder um Induktivitäten im Stromkreis 7 handeln. Die zwischen dem ersten Anschluss 3 und dem zweiten Anschluss 4 des Leistungshalbleiterschalters 2 anliegende Spannung, die der Summe aus Ausschaltüberspannung und Ausschaltspannung entspricht, liegt auch an der Reihenschaltung aus Diode 16, Kondensator 8 und Messwiderstand 9 an. Da der Kondensator 8 auf die Vorspannung aufgeladen ist, die der Ausschaltspannung entspricht, liegt am Messwiderstand 9 nur die Ausschaltüberspannung an.

Des Weiteren umfasst die Schaltungsanordnung 1 ein Vergleichselement 10, wobei ein erster Eingang 11 des Vergleichselements 10 mit einem Punkt zwischen dem Kondensator 8 und dem Messwiderstand 9 verbunden ist. Der erste Eingang 11 des Vergleichselements 10 greift also die am Messwiderstand 9 anliegende Spannung ab, die der um die Vorspannung reduzierte Spannung zwischen dem ersten Anschluss 3 und dem zweiten Anschluss 4 entspricht.

Ein Ausgang 12 des Vergleichselements 10 ist zudem mit dem Steueranschluss 5 des Leistungshalbleiterschalters 2 verbunden. Das Vergleichselement 10 ist dabei derart ausgelegt, dass es, wenn die zwischen dem ersten Anschluss 3 und dem zweiten Anschluss 4 des Leistungshalbleiterschalters 2 anliegende Spannung einen kritischen Wert überschreitet, und damit die am Messwiderstand 9 anliegende Spannung einen vorbestimmten Wert überschreitet, am Ausgang 12 derart eine Spannung erzeugt, dass das Ausschalten des zwischen dem ersten Anschluss 3 und dem zweiten Anschluss 4 des Leistungshalbleiterschalters 2 fließenden Stroms verlangsamt wird. Dadurch wird eine geringere Spannung induziert und somit der Leistungshalbleiterschalter 2 vor einer zu hohen Überspannung geschützt.

Der Ausgang 12 des Vergleichselements 10 kann dabei, wie in Figur 1 dargestellt, mit einem Punkt zwischen dem Steuerungstreiber 6 und dem Steueranschluss 5 des Leistungshalbleiterschalters 2 verbunden sein. Der Ausgang 12 des Vergleichselements 10 kann aber auch mit dem Steuerungstreiber 6 und somit über Elemente des Steuerungstreibers 6 mit dem Steueranschluss 5 des Leistungshalbleiterschalters 2 verbunden sein. Entscheidend ist in jedem Fall, dass durch die am Ausgang 12 des Vergleichselements 10 erzeugte Spannung derart eine Änderung der am Steueranschluss 5 des Leistungshalbleiterschalters 2 anliegenden Spannung erfolgt, dass das Ausschalten des Stromflusses zwischen dem ersten Anschluss 3 und dem zweiten Anschluss 4 des Leistungshalbleiterschalters 2 verlangsamt wird.

Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung 1 zum Schutz eines

Leistungshalbleiterschalters 2 vor Überspannungen. Der Leistungshalbleiterschalter 2 ist dabei als IGBT ausgebildet, so dass der erste Anschluss 3 ein Kollektor, der zweite Anschluss 4 ein Emitter und der Steueranschluss 5 ein Gate ist.

In dem vom Leistungshalbleiterschalter 2 gesteuerten Stromkreis 7 sind explizit eine Versorgungsspannungsquelle 13, eine parasitäre Induktivität 14 sowie eine Lastinduktivität 15 dargestellt. Ob die induzierte Ausschaltspannung, beim Ausschalten des Stroms im Stromkreis 7, zwischen dem ersten Anschluss 3 und dem zweiten Anschluss 4, von der parasitären Induktivität 14, von der Lastinduktivität 15 oder von beiden stammt, ist für die Schaltungsanordnung 1 unerheblich.

Um den Kondensator 8 über die Verbindung zum ersten Anschluss 3 des Leistungshalbleiterschalters 2 zu laden, ihn über diese Verbindung aber nicht zu entladen, ist die Diode 16 vorgesehen. Der Entladewiderstand 17, über den sich die Vorspannung des Kondensators 8 an eine Änderung der Grundspannung anpassen kann, wird so groß gewählt, dass die Zeitkonstante für die Entladung des Kondensators 8 einer Vielzahl an Schaltzyklen des Leistungshalbleiterschalters 2 entspricht .

Des Weiteren ist zwischen dem Messwiderstand 9 und dem Kondensator 8 ein weitere Widerstand 18 in Reihe geschaltet. Der weitere Widerstand 18 bildet dabei zusammen mit dem Messwiderstand 9 einen Spannungsteiler und der erste Eingang 11 des Vergleichselements 10 ist mit einem Punkt zwischen dem weiteren Widerstand 18 und dem Messwiderstand 9 verbunden, so dass das Vergleichselement 10 nur die durch den Spannungsteiler geteilte Spannung abgreift.

Das Vergleichselement 10 ist als Komparator dargestellt, und kann beispielsweise lediglich ein Transistor sein. Ein zweiter Eingang 19 des Vergleichselements 10 ist mit einer Vergleichsspannungsquelle 20 verbunden. Die Vergleichsspannungsquelle 20 stellt dabei eine Vergleichsspannung bereit, mit der die am ersten Eingang 11 des Vergleichselements 10 anliegende Spannung verglichen wird. Die Vergleichsspannung ist dabei vorteilhafterweise eine schon in der Schaltung vorhandene Spannung. Die Kombination aus Vergleichsspannung und Spannungsteiler wird dabei derart gewählt, dass das Vergleichselement 10 dann eine Spannung am seinem Ausgang 12 erzeugt, wenn die zwischen dem ersten Anschluss 3 und dem zweiten Anschluss 4 des Leistungshalbleiterschalter 2 anliegende Spannung einen kritischen Wert überschreitet.

Des Weiteren sind zwischen dem Steuerungstreiber 6 und dem Steueranschluss 5 des Leistungshalbleiterschalters 2 zwei Widerstände 21.1 und 21.2 angeordnet, wobei der Ausgang 12 des Vergleichselements 10 mit einem Punkt zwischen den zwei Widerständen 21 verbunden ist. Dies ist eine beispielhafte Ausführung, wie die Spannungen des Steuerungstreibers 6 und des Ausgangs 12 des Vergleichselements 10 addiert werden können. Andere Ausführungen sind dem Fachmann wohlbekannt. Es ist auch denkbar, dass der Steuerungstreiber 6 einen hier nicht dargestellten Eingang aufweist, mit dem der Ausgang 12 des Vergleichselements 10 verbunden ist, wobei im Steuerungstreiber 6 eine entsprechende Schaltung zur Verarbeitung der an diesem Eingang anliegenden Spannung vorgesehen ist.

Figur 3 zeigt ein nochmals weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung 1 zum Schutz eines Leistungshalbleiterschalters 2 vor Überspannungen. Im Vergleich zu dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst diese Schaltungsanordnung 1 einen elektrisch steuerbaren Schalter 22, der zwischen dem Ausgang 12 des Vergleichselements 10 und dem Punkt zwischen den Widerständen 21 angeordnet ist. Bei geschlossenem Schalter 22 funktioniert die Schaltungsanordnung 1 wie weiter oben beschrieben. Bei offenem Schalter 22 hingegen ist der Überspannungsschutz abgeschaltet und der Leistungshalbleiterschalter 2 wird lediglich vom Steuerungstreiber 6 getrieben.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der elektrisch steuerbare Schalter 22 in Abhängigkeit von der Ausschaltspannung geschaltet. Liegt die Ausschaltspannung unterhalb eines vorbestimmten Wertes, so ist es ausgeschlossen oder sehr unwahrscheinlich, dass beim Ausschalten des zwischen dem ersten Anschluss 3 und dem zweiten Anschluss 4 des Leistungshalbleiterschalters 2 fließenden Stroms eine derart hohe Spannung induziert wird, dass die zwischen dem ersten Anschluss 3 und dem zweiten Anschluss 4 anliegende Spannung so hoch ist, dass der Leistungshalbleiterschalter 2 beschädigt wird. In diesem Fall kann der Überspannungsschutz also abgeschaltet, das heißt, der elektrisch steuerbare Schalter 22 geöffnet werden.

Der elektrisch steuerbare Schalter 22 wird also in Abhängigkeit von der Ausschaltspannung geschaltet. Hierzu wird die am Kondensator (8) anliegende Spannung zunächst mittels eines Spannungsteilers 23 geteilt. Die am einen Widerstand 23.1 des Spannungsteilers 23 anliegende Spannung wird von einem Eingang 24 eines weiteren Vergleichselements 25 abgegriffen und mittels des weiteren Vergleichselements 25 mit einer weiteren Vergleichsspannung verglichen, die von einer weiteren Vergleichsspannungsquelle 26 bereitgestellt wird. Der Ausgang 27 des weiteren Vergleichselements 25 ist dabei mit einem Eingangsanschluss 28 des elektrisch steuerbaren Schalters 22 verbunden. Ist die am Widerstand 23.1 des Spannungsteilers 23 anliegende Spannung größer als die weitere Vergleichsspannung, wird der elektrisch steuerbare Schalter 22 geschlossen, ist die am Widerstand 23.1 des Spannungsteilers 23 anliegende Spannung kleiner als die weitere Vergleichsspannung, wird der elektrisch steuerbare Schalter 22 geöffnet. Zusätzlich übernimmt der Spannungsteiler 23 die Aufgabe des Entladewiderstands 17.

Ist der elektrisch steuerbare Schalter 22 geöffnet, und damit der Überspannungsschutz ausgeschaltet, würde das Ausschalten des Stroms zwischen dem ersten Anschluss 3 und dem zweiten Anschluss 4 des Leistungshalbleiterschalters 2 auch dann nicht verlangsamt werden, wenn die zwischen dem ersten

Anschluss 3 und dem zweiten Anschluss 4 anliegende Spannung den kritischen Wert übersteigt. Zum Schutz des Leistungshalbleiterschalter 2 vor Überspannungen ist es also essentiell, dass der elektrisch steuerbare Schalter 22 nur dann geöffnet wird, wenn es ausgeschlossen oder sehr unwahrscheinlich ist, dass die zwischen dem ersten Anschluss 3 und dem zweiten Anschluss 4 anliegende Spannung den kritischen Wert übersteigt. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine beliebige Kombination der beschriebenen Merkmale, auch wenn sie in unterschiedlichen Teilen der Beschreibung bzw. den Ansprüchen oder in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind. Bezugszeichenliste

1 Schaltungsanordnung

2 Leistungshalbleiterschalter

3 erster Anschluss

4 zweiter Anschluss

5 Steueranschluss

6 Steuerungstreiber

7 Stromkreis

8 Kondensator

9 Messwiderstand

10 Vergleichselement

11 erster Eingang des Vergleichselements

12 Ausgang des Vergleichselements

13 Versorgungsspannungsquelle

14 parasitäre Induktivität

15 Lastinduktivität

16 Diode

17 Entladewiderstand

18 weiterer Widerstand

19 zweiter Eingang des Vergleichselements

20 Vergleichsspannungsquelle

21 Widerstände

22 elektrisch steuerbarer Schalter

23 Spannungsteiler

24 Eingang des weiteren Vergleichselements

25 weiteres Vergleichselement

26 weitere Vergleichsspannungsquelle

27 Ausgang des weiteren Vergleichselements

28 Eingangsanschluss