專利名稱：一種能自動均壓的串聯(lián)式功率開關(guān)橋臂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是電力電子行業(yè)中的變頻調(diào)速裝置中的功率開關(guān)橋臂。
背景技術(shù)：
電子功率開關(guān)因其優(yōu)良的電氣控制特性而廣泛用于電力電子行業(yè)中，如在斬波器中的IGBT橋，各高、中壓變頻器中的IGBT橋臂。由于電子功率開關(guān)的耐壓值較低，在高壓電路中，如果采用數(shù)只功率開關(guān)串聯(lián)工作，由于各功率開關(guān)的開、關(guān)時(shí)間的不一致性，以及回路電感因di/dt引起的過電壓，會導(dǎo)至開通時(shí)后開通的功率開關(guān)以及關(guān)斷時(shí)先關(guān)斷的功率開關(guān)承受電壓太高而損壞，使功率開關(guān)的串聯(lián)應(yīng)用成為開發(fā)的難點(diǎn)。因此在高壓電路中目前普遍采用的方式之一是通過多段移相主變壓器，IGBT交直交單元橋串聯(lián)方案，即“H”橋單元疊加方案。(參見天津電氣傳動研究所雜志社出版的《電氣傳動》2000年2期P.3-6)。這些方案的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本和故障率都很高。
(三)實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，提供一種利用低耐壓的電子功率開關(guān)直接串聯(lián)使用構(gòu)成具有靜態(tài)均壓、動態(tài)均壓、反沖電壓吸收功能的串聯(lián)式功率開關(guān)橋臂。
實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的串聯(lián)式功率開關(guān)橋臂由一功率開關(guān)橋和一動靜態(tài)均壓吸收單元電路(DRwC)橋構(gòu)成，所述的功率開關(guān)橋由數(shù)個(gè)功率開關(guān)串聯(lián)連接構(gòu)成，動靜態(tài)均壓吸收單元電路橋的DRwC電路的個(gè)數(shù)與功率開關(guān)的個(gè)數(shù)相對應(yīng)，每個(gè)DRwC電路的正、負(fù)端分別與所對應(yīng)的功率開關(guān)的正、負(fù)端相接，所述的DRwC電路由一個(gè)二極管D、一個(gè)電容C和一個(gè)穩(wěn)壓器Rw組成，其中，二極管D與呈并聯(lián)連接的穩(wěn)壓器Rw、電容C相串接。
本實(shí)用新型的工作原理如下當(dāng)電子功率開關(guān)未工作時(shí)，由DRwC電路中的穩(wěn)壓器Rw對串聯(lián)的功率開關(guān)進(jìn)行靜態(tài)均壓。在電子功率開關(guān)開通或關(guān)斷時(shí)因開、關(guān)時(shí)間不一致或回路電感因di/dt引起的過電壓，首先由DRwC電路中的電容C充電吸收，由于電容C被充電，兩端電壓會因此升高，Rw檢測到此電壓的升高，立即放掉新充的能量，維持電容C兩端的電壓不高于某一設(shè)定值，該設(shè)定值遠(yuǎn)低于功率開關(guān)的額定值，從而使功率開關(guān)兩端的電壓不超過其額定值。解決了電子功率開關(guān)串聯(lián)時(shí)的因各功率開關(guān)的開、關(guān)時(shí)間不一致而可能引起的過壓燒壞的問題。
考慮到在DRwC電路出現(xiàn)失效故障時(shí)功率開關(guān)兩端會出現(xiàn)瞬間高電壓、或電路中出現(xiàn)大的浪涌電流時(shí)、或短路時(shí)會使電容C的充電電壓超過所給定的值而導(dǎo)致?lián)p壞功率開關(guān)這種情況，尚可增設(shè)一個(gè)由一狀態(tài)檢測電路T和數(shù)個(gè)并接于每個(gè)DRwC電路兩端的浪涌吸收器組成的保護(hù)電路，所述的狀態(tài)檢測電路由比較器A、二極管DL、DH和電阻R3、R4、R5、R6組成，其中，DL的陽極和電阻R5、R6的一端接比較器A的1腳，DL的陰極接電阻R4的一端，電阻R5的另一端接二極管DH的陽極和電阻R3的一端，電阻R6的另一端接功率開關(guān)串聯(lián)橋的負(fù)極端，所述的狀態(tài)檢測電路的高電平檢測端與第一個(gè)DRwC電路的正極端相接，狀態(tài)檢測電路的低電平檢測端與最后一個(gè)DRwC電路的負(fù)極端相接。當(dāng)發(fā)生上述的電容C的充電電壓超過某一給定值這一情況時(shí)，并接于每個(gè)DRwC電路兩端(也是功率開關(guān)的兩端)的浪涌吸收器在極短的時(shí)間內(nèi)將該過電壓釋放，從而可保證該功率開關(guān)免受異常情況下的過電壓擊穿。當(dāng)浪涌吸收器中通過的電流超過一定時(shí)間、或某一電子功率開關(guān)的控制回路失效導(dǎo)致該開關(guān)不工作時(shí)，狀態(tài)檢測電路檢測到此狀態(tài)，立即快速輸出信號給控制電路處理，從而可進(jìn)一步確保串聯(lián)式電子功率開關(guān)橋臂的安全工作。
所述的功率開關(guān)橋可由IGRT、IEGT、IGCT、GCT、GTO等各種電子功率開關(guān)組成。也可選用本人專利(ZL00223733.4)披露的由容性母板和數(shù)個(gè)與容性母板相接的IGBT所構(gòu)成的串聯(lián)直接式高壓橋臂。由于容性母板不產(chǎn)生線路電感，呈電容性特性，能有效地吸收因電感負(fù)載引起的反沖電壓，且對高頻諧波的吸收濾波效果很好，減輕了母線上直流濾波電容的壓力，從而可進(jìn)一步保證IGBT串聯(lián)使用的可靠性。
本串聯(lián)式功率開關(guān)橋臂的優(yōu)點(diǎn)是由串聯(lián)的DRwC電路對串聯(lián)的功率開關(guān)進(jìn)行靜態(tài)穩(wěn)壓、動態(tài)均壓、箝壓、反沖電壓吸收處理。結(jié)構(gòu)簡單，零部件少，可大大提高功率開關(guān)串聯(lián)橋的工作可靠性。DRwC電路中的穩(wěn)壓器使功率開關(guān)串聯(lián)橋臂的穩(wěn)壓精度大為提高。很好地解決了功率開關(guān)的串聯(lián)使用問題?？捎糜谧冾l、逆變、斬波器、直流輸電、無功補(bǔ)償器等各種電氣控制設(shè)備中。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。但本實(shí)用新型的內(nèi)容并不僅限于本實(shí)施例。


圖1本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2本實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)圖圖3斬波式穩(wěn)壓器電路圖圖4另一種IGBT串聯(lián)橋結(jié)構(gòu)示意圖圖5圖4的等效電路圖圖6另一種DRwC等效電路圖圖7用于兩只IGBT串聯(lián)的狀態(tài)檢測簡化電路具體實(shí)施方式
參見圖1～圖3，本串聯(lián)式功率開關(guān)橋臂由一功率開關(guān)橋2和一動靜態(tài)均壓吸收單元電路(DRwC)橋3構(gòu)成，安裝在殼體1中。所述的功率開關(guān)橋2在本實(shí)施例中由數(shù)個(gè)功率開關(guān)IGBT1、IGBT2……IGBTN串聯(lián)連接構(gòu)成，動靜態(tài)均壓吸收單元電路橋的DRwC電路的個(gè)數(shù)與功率開關(guān)的個(gè)數(shù)相對應(yīng)，每個(gè)DRwC電路的正、負(fù)端分別與所對應(yīng)的功率開關(guān)的正、負(fù)端相接；所述的DRwC電路由一個(gè)二極管D、一個(gè)電容C和一個(gè)穩(wěn)壓器Rw組成，其中，二極管D與呈并聯(lián)連接的穩(wěn)壓器Rw、電容C相串接。制做時(shí)可先由一個(gè)DRwC電路和一個(gè)功率開關(guān)對接構(gòu)成一個(gè)模塊單元，再將若干這樣的模塊單元串接而制得本串聯(lián)式功率開關(guān)橋臂。同樣道理，該模塊單元也可以由兩個(gè)DRwC電路和兩個(gè)功率開關(guān)對接構(gòu)成，如此三個(gè)、四個(gè)等等。這樣做的好處是方便更換單個(gè)的已損壞器件。
所述的穩(wěn)壓器Rw可以是高耐壓穩(wěn)壓管，也可以是斬波式穩(wěn)壓器。圖3給出了斬波式穩(wěn)壓器的電路結(jié)構(gòu)圖，由功率器件MOS管M、比較器B、分壓電阻R7、R8以及能耗電阻Rx組成，是一個(gè)典型的斬波式穩(wěn)壓電路。當(dāng)DRwC電路中的電容C兩端電壓超過設(shè)定值時(shí)(即Va＞Vb時(shí))，電壓以較器B翻轉(zhuǎn)，功率器件M開通，將能量在電阻Rx上消耗掉，使得電容C兩端電壓保持在設(shè)定值以下。其作用相當(dāng)于一個(gè)自動可變電阻。靜態(tài)時(shí)，其等效電阻R＝R7+R8，過壓動態(tài)時(shí)，R＝Rx，而Rx＜＜R7+R8，使電容C的放電時(shí)間大大縮短，從而使穩(wěn)壓精度提高。
為保證使DRwC電路中的電容C的充電電壓不超過所給定的值，可增設(shè)一個(gè)由一狀態(tài)檢測電路T和數(shù)個(gè)并接于每個(gè)DRwC電路兩端的浪涌吸收器LY組成的保護(hù)電路4，參見圖2，所述的狀態(tài)檢測電路由比較器A、二極管DL、DH和電阻R3、R4、R5、R6組成，其中，DL的陽極和電阻R5、R6的一端接比較器A的1腳，DL的陰極接電阻R4的一端，電阻R5的另一端接二極管DH的陽極和電阻R3的一端，電阻R6的另一端接功率開關(guān)串聯(lián)橋的負(fù)極端，所述的狀態(tài)檢測電路的高電平檢測端與第一個(gè)DRwC電路的正極端相接，狀態(tài)檢測電路的低電平檢測端與最后一個(gè)DRwC電路的負(fù)極端相接。當(dāng)電容C的充電電壓超過某一給定值時(shí)，并接于每個(gè)DRwC電路兩端(也是IGBT的兩端)的浪涌吸收器LY在極短的時(shí)間內(nèi)將該過電壓釋放，從而可保證該功率開關(guān)免受異常情況下的過電壓擊穿。當(dāng)浪涌吸收器LY中通過的電流超過一定時(shí)間、或某一電子功率開關(guān)的控制回路失效導(dǎo)致該開關(guān)不工作時(shí)，狀態(tài)檢測電路檢測到此狀態(tài)，立即快速輸出信號給控制電路處理，從而可進(jìn)一步確保本串聯(lián)式電子功率開關(guān)橋臂的安全工作。
除IGBT外，也可由IGRT、IEGT、IGCT、GCT、GTO等各種電子功率開關(guān)串聯(lián)組成所述的功率開關(guān)橋。也可選用本人專利(ZL00223733.4)披露的由容性母板5和數(shù)個(gè)與容性母板相接的IGBT所構(gòu)成的串聯(lián)直接式高壓橋臂。參見圖4。圖5是圖4的等效電路圖。由于容性母板不產(chǎn)生線路電感，呈電容性特性，能有效地吸收因電感負(fù)載引起的反沖電壓，且對高頻諧波的吸收濾波效果很好，減輕了母線上直流濾波電容的壓力，從而可進(jìn)一步保證IGBT串聯(lián)使用的可靠性。
圖6給出了另一種連接形式的DRwC等效電路，由電容C的一端和穩(wěn)壓器Rw的一端相接作為輸入正端，電容C的另一端接穩(wěn)壓器Rw的一端和二極管D的陽極，二極管D的陰極作為輸出負(fù)端。
圖7是用于僅由兩只IGBT構(gòu)成的串聯(lián)橋的狀態(tài)檢測簡化電路特例。該電路是對圖3中的狀態(tài)檢測電路部分的簡化，省略了電阻R3，將DL的極性與圖3中相反，其工作原理與圖3基本相同。即當(dāng)驅(qū)動信號V1為正、且兩個(gè)串聯(lián)的DRwC電路的端電壓為高電平時(shí)，則比較器的3腳輸出保護(hù)信號；當(dāng)驅(qū)動信號為負(fù)或者兩串聯(lián)的DRwC電路的端電壓為低電平時(shí)，比較器3腳輸出低電平。
權(quán)利要求1.一種能自動均壓的串聯(lián)式功率開關(guān)橋臂，其特征在于所述的串聯(lián)式功率開關(guān)橋臂由一功率開關(guān)橋和一動靜態(tài)均壓吸收單元電路(DRwC)橋構(gòu)成，所述的功率開關(guān)橋由數(shù)個(gè)功率開關(guān)串聯(lián)連接構(gòu)成，動靜態(tài)均壓吸收單元電路橋的DRwC電路的個(gè)數(shù)與功率開關(guān)的個(gè)數(shù)相對應(yīng)，每個(gè)DRwC電路的正、負(fù)端分別與所對應(yīng)的功率開關(guān)的正、負(fù)端相接，所述的DRwC電路由一個(gè)二極管D、一個(gè)電容C和一個(gè)穩(wěn)壓器Rw組成，其中，二極管D與呈并聯(lián)連接的穩(wěn)壓器Rw、電容C相串接。
2.如權(quán)利要求1所述的能自動均壓的串聯(lián)式功率開關(guān)橋臂，其特征在于所述的穩(wěn)壓器為斬波式穩(wěn)壓器。
3.如權(quán)利要求1所述的能自動均壓的串聯(lián)式功率開關(guān)橋臂，其特征在于所述的串聯(lián)式功率開關(guān)橋臂還設(shè)有一個(gè)由一狀態(tài)檢測電路T和數(shù)個(gè)并接于每個(gè)DRwC電路兩端的浪涌吸收器LY組成的保護(hù)電路，所述的狀態(tài)檢測電路由比較器A、二極管DL、DH和電阻R3、R4、R5、R6組成，其中，DL的陽極和電阻R5、R6的一端接比較器A的1腳，DL的陰極接電阻R4的一端，電阻R5的另一端接二極管DH的陽極和電阻R3的一端，電阻R6的另一端接功率開關(guān)串聯(lián)橋的負(fù)極端，所述的狀態(tài)檢測電路的高電平檢測端與第一個(gè)DRwC電路的正極端相接，狀態(tài)檢測電路的低電平檢測端與最后一個(gè)DRwC電路的負(fù)極端相接。
4.如權(quán)利要求1所述的能自動均壓的串聯(lián)式功率開關(guān)橋臂，其特征在于所述的串聯(lián)式功率開關(guān)橋由容性母板和數(shù)個(gè)與容性母板相接的IGBT所構(gòu)成。
專利摘要一種能自動均壓的串聯(lián)式功率開關(guān)橋臂,屬電氣控制設(shè)備領(lǐng)域。由一功率開關(guān)橋和一動靜態(tài)均壓吸收單元電路(DRwC)橋構(gòu)成,所述的功率開關(guān)橋由數(shù)個(gè)功率開關(guān)串聯(lián)連接構(gòu)成,動靜態(tài)均壓吸收單元電路橋的DRwC電路的個(gè)數(shù)與功率開關(guān)的個(gè)數(shù)相對應(yīng),每個(gè)DRwC電路的正、負(fù)端分別與所對應(yīng)的功率開關(guān)的正、負(fù)端相接,所述的DRwC電路由一個(gè)二極管D、一個(gè)電容C和一個(gè)穩(wěn)壓器Rw組成,其中,二極管D與呈并聯(lián)連接的穩(wěn)壓器Rw、電容C相串接。由串聯(lián)的DRwC電路對串聯(lián)的功率開關(guān)進(jìn)行靜態(tài)均壓、動態(tài)均壓、反沖電壓吸收處理。可大大提高功率開串聯(lián)橋的工作性能和提高其穩(wěn)壓精度。
文檔編號H02M1/06GK2497480SQ0124721
公開日2002年6月26日 申請日期2001年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月9日
發(fā)明者吳加林 申請人:吳加林