與功率開關並聯連接的用於功率開關的控制電路的電源的製作方法

2023-04-22 19:24:06

專利名稱：與功率開關並聯連接的用於功率開關的控制電路的電源的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於產生電源電壓的變流器電路，其具有功率半導體開關、與功率半導體開關並聯的電壓產生裝置(其被構造為用於產生饋電電壓)、變壓裝置(Umspannmitteln)(其與電壓產生裝置相連接，並且被構造為用於將饋電電壓轉換為中間交流電壓)以及整流器單元(用於整流中間交流電壓以獲得供電電壓)。本發明還涉及一種具有變流器閥的橋電路的轉換器，其中變流器閥具有由這樣的變流器電路組成的串聯電路。
背景技術：
這樣的變流器電路和這樣的轉換器已經由DE 100 45 093 Al公開。在那裡描述 的變流器電路具有可關斷的晶閘管(GTO)作為功率半導體開關。在與可關斷的功率半導體並聯的橋接支路中布置所謂的保護電路(Schutzbeschaltung)，該保護電路根據英語概念「緩衝器(Snubber) 」也被專業人員所公知。保護電路主要由串聯連接的限流電阻以及保護電容器組成。保護電路用於避免在切換功率半導體開關時過快的電壓上升以及在功率半導體開關上過大的電壓降落。在此，功率半導體開關是能量傳輸領域中變流器的部件並且在運行中處於高壓電位。為了產生用於功率半導體開關的電控制信號採用所謂的控制單元，該控制單元通常經由不導電的光波導體與調節單元相連，該調節單元位於接近地電位的電位。調節單元在輸出側提供光學觸發信號，該光學觸發信號經由光波導體被傳輸到位於高壓電位的控制單元。控制單元產生基於光學控制信號的電控制信號用於功率半導體開關，該功率半導體開關通過這種方式在高阻狀態(也就是未導通狀態)與低阻狀態(也就是導通狀態)之間來回切換。為了對控制單元供電，截取在保護電容器上降落的直流電壓並且將其輸送到開關電源，其中開關電源具有用於切斷直流電壓的電晶體以便產生矩形電壓。這樣獲得的矩形電壓被輸送到作為變壓裝置的變壓器，該變壓器將矩形電壓轉換為期望的中間交流電壓。在變壓器之後連接整流器，該整流器根據從變壓器的輸出側提供的中間交流電壓提供功率半導體開關的控制單元所需要的供電電壓。EP 0 868 014 BI同樣公開了一種變流器電路，利用該變流器電路能夠產生用於功率半導體開關的控制單元的供電電壓。在這種情況下功率半導體開關是所謂的IGBT，其與續流二極體反向並聯連接。在關於IGBT和關於續流二極體的並聯支路中再次布置限流電阻以及保護電容器。藉助分壓器截取一部分在保護電容器上降落的電壓，並且以大約300V的直流電壓加載此處被實現為電容器的電壓產生裝置。在上述電容器上降落的電壓通過調節旁路支路(該旁路支路與電容器並聯延伸)中的電流被高成本地調節。此外，設置了衰減裝置。最後變壓裝置以降壓變壓器或升壓變壓器的形式公開，其在輸入側與調節電容器相連，而在輸出側提供期望的作為直流電壓的供電電壓
發明內容
本發明要解決的技術問題是，提供一種本文開始部分所述類型的變流器電路，該變流器電路是耐用的並且具有簡單以及低成本的結構。本發明如下地解決上述技術問題，使得電壓產生裝置被實現為二極體單元，該二極體單元具有彼此反向並聯連接的二極體，其中二極體單元布置在與功率半導體開關並聯的電路中。按照本發明兩個彼此反向並聯連接的二極體用於產生輸出交流電壓。通過反向並聯連接的二極體構造二極體單元，經由該二極體單元在切換與二極體單元並聯布置的功率半導體開關時在兩個方向上流過電流。其結果是在二極體單元的二極體上降落交流形式的導通電壓UD。該導通電壓在其幅值方面關於寬的電流強度範圍幾乎恆定。由此，通過二極體單元將緩衝器電流轉換為恆定大小的交流電壓，該恆定大小的交流電壓在此被稱為饋電電壓。饋電電壓隨後被轉換為期望的電壓電平，並且對轉換後的中間交流電壓進行整流，從而提供期望的已整流的供電電壓。因此，按照本發明避免了易於產生錯誤的開關或調節元件。提供一種簡單並且耐用的結構，該結構無需附加的緩衝器元件就已足夠，如按照現有技術的變流器電路中那樣。在本發明的範圍內也不需要衰減電路。此外，可以利用緩衝器電流的兩個極性。通過變壓裝置提供電位隔離，該電位隔離根據應用情況可以是優選的。此 夕卜，可以將不需要控制的二極體與變流器電路的其餘組件空間地隔離。其優選導熱地與功率半導體的冷卻相連，從而在產生饋電電壓時形成的熱量可以被可靠地引出。優選地，將如下的並聯支路與功率半導體開關並聯連接，在該並聯支路中串聯布置限流電阻、保護電容器和二極體單元。在此，限流電阻和保護電容器構成所謂的保護電路，該保護電路公知是英語中的概念「緩衝器(Snubber) 」。由此確保總緩衝器電流通過二極體單元流出。合適地，二極體單元直接與功率半導體開關的陰極相連接並且經由保護電容器和限流電阻與功率半導體開關的陽極相連接。合適地，變壓裝置是變壓器，其中變壓器的第一繞組與二極體單元相連接並且變壓器的第二繞組與整流器單元相連接。如上面已經解釋的那樣，變壓器提供在整流器單元和二極體單元之間的電位隔離，從而在整流器單元之後布置的組件不取決於保護電路和二極體單元的電位。由此，在變壓器的輸出側也能產生負電壓。優選地設置濾波裝置。該濾波裝置合適地布置在二極體單元和變壓裝置之間並且用於平滑作為饋電電壓的交流電壓，該饋電電壓通過二極體單元來產生。合適地，功率半導體開關是晶閘管。不同的是，功率半導體開關是具有與其反向並聯連接的續流二極體的可關斷的功率半導體。


本發明的其它優點是下面藉助附圖描述本發明的實施例的主題，附圖中圖I示出了按照本發明的變流器電路的實施例。
具體實施例方式圖I示出了按照本發明的變流器電路I的實施例的電路圖。變流器電路I包括構造為晶閘管2的功率半導體開關，該功率半導體開關可以藉助門極接頭3上的電控制信號從未導通的狀態(也就是高阻傳導狀態)轉換到導通的狀態(也就是低阻傳導狀態)。在此，晶閘管2與多個圖中未示出的晶閘管串聯連接，這些晶閘管具有與圖中所示變流器電路I相同的變流器電路。通過這個由晶閘管組成的串聯電路構造變流器閥，該變流器閥在能量分配和傳輸的情況下使用，例如用於高壓直流傳輸、用於無功功率補償等。在此，變流器閥形成橋電路，該橋電路被稱為轉換器。轉換器也包括保護及調節單元，該保護及調節單元處於接近地電位的電位。為了在晶閘管2的門極接頭3上產生觸發或控制信號，設置圖中未示出的控制單元，該控制單元經由光波導體與調節單元相連接。調節單元產生光學控制信號的序列，這些光學控制信號在門極接頭3上被各個控制單元轉換為電控制信號。為此所需的能量通過變流器電路I來提供，該變流器電路在輸出側提供供電電壓Uvo為了產生原始電壓採用二極體單元4，該二極體單元由兩個彼此反向並聯連接的二極體5組成。二極體單元4布置在晶閘管2的並聯支路6中，該支路將晶閘管2的陽極接頭7與晶閘管2的陰極接頭8相連。在並聯支路6中布置保護電路，該保護電路由限流 電阻Rs以及保護電容器Cs組成，限流電阻Rs以及保護電容器Cs被布置為彼此串聯。在英語中被稱為「緩衝器(Snubber) 」的保護電路用於保護晶閘管2，特別是用於防止電壓快速上升以及防止高的電流負載。二極體單元4同樣與限流電阻Rs和保護電容器Cs串聯地布置在並聯支路6中。在高阻和低阻的狀態之間切換晶閘管2的結果導致電流通過並聯支路6，並且由此導致電流流過二極體單元4。該電流可以基於反向並聯設置的二極體5在兩個方向上進行。在二極體5上由於該緩衝器電流降落了交流形式的導通電壓(Durchlassspannung)Ud,其幅值關於寬的電流強度範圍幾乎恆定。導通電壓Ud下面被稱為饋電電壓UD。二極體單元4與變壓器9並聯連接。換句話說，變壓器的初級繞組10與二極體單元4的輸出端子相連接。饋電電壓Ud是交流電壓，從而在變壓器的次級繞組11上可以產生中間電壓Uz，該中間電壓對於各個在其後連接的組件合適地具有高的幅值。由次級繞組11提供的交流形式的中間交流電壓Uz最後施加在整流器12的輸入端，換句話說該整流器12與變壓器9的次級側繞組11相連。例如由二極體13組成的整流器12在輸出側提供期望的作為直流電壓的供電電壓Uv。在二極體單元4與變壓器9之間連接濾波裝置L，該濾波裝置例如通常被構造為低通濾波器。
權利要求
1.一種變流器電路(I)，用於產生供電電壓，具有 -功率半導體開關(2)， -電壓產生裝置(4)，其與所述功率半導體開關(2)並聯，所述電壓產生裝置被構造為用於產生饋電電壓(Ud)， -變壓裝置(9)，所述變壓裝置與所述電壓產生裝置(4)相連接並且被構造為用於將所述饋電電壓(Ud)轉換為中間交流電壓(Uz)，以及 -整流器單元(12)，所述整流器單元用於整流所述中間交流電壓(Uz)以獲得供電電壓(Uv)， 其特徵在於，所述電壓產生裝置被實現為二極體單元(4)，所述二極體單元具有彼此反向並聯連接的二極體(5)，其中，所述二極體單元(4)布置在與所述功率半導體開關(2)並聯的電路中。
2.根據權利要求I所述的變流器電路(I)，其特徵在於，如下的並聯支路(6)與所述功率半導體開關(2)並聯連接在所述並聯支路(6)中串聯布置限流電阻(Rs)、保護電容器(Cs)以及所述二極體單元(4)。
3.根據權利要求2所述的變流器電路(I)，其特徵在於，所述二極體單元(4)直接與所述功率半導體開關⑵的陰極⑶相連接，並且經由所述保護電容器(Cs)和所述限流電阻(Rs)與所述功率半導體開關(2)的陽極(7)相連接。
4.根據上述權利要求中任一項所述的變流器電路(I)，其特徵在於，所述變壓裝置是變壓器(9)，其中，所述變壓器(9)的第一繞組(10)與所述二極體單元(4)相連接，並且所述變壓器(9)的第二繞組(11)與所述整流器單元(12)相連接。
5.根據上述權利要求中任一項所述的變流器電路(I)，其特徵在於濾波裝置(L)。
6.根據權利要求5所述的變流器電路(I)，其特徵在於，所述濾波裝置(L)連接在所述二極體單元(4)與所述變壓裝置(9)之間。
7.根據上述權利要求中任一項所述的變流器電路(1)，其特徵在於，所述功率半導體開關是晶閘管(2)。
8.根據上述權利要求I至7中任一項所述的變流器電路(I)，其特徵在於，所述功率半導體開關(2)是具有與其反向並聯連接的續流二極體的可關斷的功率半導體。
9.一種轉換器，具有變流器閥的橋電路，其中，所述變流器閥具有由根據上述權利要求中任一項所述的變流器電路(I)組成的串聯電路。
全文摘要
本發明涉及一種變流器電路(1)，用於產生用於功率半導體開關(2)的供電電壓，其中，由具有反並聯連接的二極體的二極體單元(4)和保護電路(RS，RC)組成的串聯電路與所述功率半導體開關並聯連接。二極體電壓產生饋電電壓(UD)，其被轉換(9)、整流(12)以及作為供電電壓(UV)提供。
文檔編號H02M1/096GK102804569SQ200980159862
公開日2012年11月28日 申請日期2009年6月16日 優先權日2009年6月16日
發明者N.斯塔爾胡特 申請人:西門子公司