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全波直流/直流轉(zhuǎn)換器的制作方法

文檔序號:7438722閱讀:214來源:國知局
專利名稱:全波直流/直流轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種用于控制直流負(fù)載的控制單元,所述控制單元包括DC/DC電橋,它包括可控制半導(dǎo)體開關(guān),所述電橋具有兩個電橋部分,所述電橋部分之一導(dǎo)通直流,而另一個經(jīng)由PWM控制來調(diào)整電流幅度。
背景技術(shù)
電梯電機驅(qū)動器可以是交流或直流電機驅(qū)動器??梢岳缃?jīng)由PWM(脈沖寬度調(diào)制)來控制所述驅(qū)動器。現(xiàn)在,交流電機驅(qū)動器非常普遍,特別因為交流電機驅(qū)動器的簡單結(jié)構(gòu)。但是,直流電機驅(qū)動器仍然在使用。將直流電機驅(qū)動器替換為交流電機驅(qū)動器不總是適當(dāng)?shù)?,因為例如無齒輪直流電機驅(qū)動器和其中使用的直流電機持久耐用,因此不必將它們替換為交流電機驅(qū)動器。而且,替換電機需要較高的成本。
因為趨勢是使用交流電機驅(qū)動器,因此,特別開發(fā)用于直流驅(qū)動器控制的功率電子系統(tǒng)也是不太合理的。另外,在交流驅(qū)動器中使用的諸如IGBT的半導(dǎo)體部件總是在變得越來越有效和經(jīng)濟。而且,期望關(guān)于網(wǎng)絡(luò)諧波的特別新的調(diào)整可以改變未來的情況,從而在直流驅(qū)動器中使用的傳統(tǒng)閘流晶體管橋的使用將變得更困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是消除現(xiàn)有技術(shù)的缺陷,并且實現(xiàn)一種用于控制諸如直流電機的直流負(fù)載的新型PWM控制的控制單元。本發(fā)明的解決方案基于功率電子拓?fù)溥壿嫷男略恚渲杏锌赡芾媒涣黩?qū)動器的技術(shù)來用于控制直流電機。在本發(fā)明的解決方案中,PWM控制的電橋部分包括兩個電橋臂,并且所述電橋臂的半導(dǎo)體開關(guān)交替進入導(dǎo)通狀態(tài)。
在所附的權(quán)利要求中給出了本發(fā)明的解決方案的優(yōu)選實施例。
通過使用本發(fā)明的技術(shù),有可能制造現(xiàn)代的和經(jīng)濟的PWM控制的直流電機驅(qū)動器來例如用于電梯應(yīng)用。通過應(yīng)用本發(fā)明,可以在直流驅(qū)動器中使用功率電子技術(shù)和在大型生產(chǎn)序列中制造的交流驅(qū)動器的部件。功率級的導(dǎo)電軌和其他結(jié)構(gòu)可以與在直流驅(qū)動器中使用的相同。另外,即使在直流應(yīng)用中也可以優(yōu)化諸如IGBT的半導(dǎo)體開關(guān)的使用。而且,特別是,在開發(fā)和生產(chǎn)方法中實現(xiàn)成本節(jié)約,因為這些方法可以用于直流驅(qū)動器和交流驅(qū)動器。


下面,借助于一個參照附圖的示例來詳細說明本發(fā)明,其中圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的直流電橋,圖2示出了交流驅(qū)動器的網(wǎng)絡(luò)電橋,圖3示出了按照本發(fā)明的直流驅(qū)動器,其中包括按照本發(fā)明的DC/DC電橋,圖4示出了按照本發(fā)明的DC/DC電橋的時序圖,圖5圖解了本發(fā)明的DC/DC電橋的半導(dǎo)體開關(guān)的布局和冷卻。
具體實施例方式
圖1示出了意欲例如用于電梯應(yīng)用的直流電機驅(qū)動器的PWM控制的H電橋H1的現(xiàn)有技術(shù)。它包括與直流源UDC連接的兩個電橋臂H11和H12,每個電橋臂包括用于正負(fù)極的可控半導(dǎo)體開關(guān)S11-S14,該開關(guān)例如包括IGBT晶體管和二極管的反向并聯(lián)連接。所述電橋向諸如電梯的直流電機的直流負(fù)載L1饋電。
圖2對應(yīng)地示出了網(wǎng)絡(luò)電橋A1和連接在其前部的交流電感器單元P1,網(wǎng)絡(luò)電橋A1用于現(xiàn)有技術(shù)的三相交流驅(qū)動器中,用于將網(wǎng)絡(luò)的交流電壓UAC整流為直流電壓UDC。所述電橋在上下臂中具有可控半導(dǎo)體開關(guān)S21-S26,它們連接到每個網(wǎng)絡(luò)相,并且也可以包括例如IGBT晶體管和二極管的反向并聯(lián)連接。
原理上,本發(fā)明的電機驅(qū)動器類似現(xiàn)有技術(shù)的三相交流驅(qū)動器,包括網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器(整流電橋)、電機電橋和電感器。本發(fā)明清楚地涉及饋電給電機的DC/DC電橋。網(wǎng)絡(luò)電橋和電感器可以是例如如圖2所示。按照本發(fā)明,可以在整流電橋和電機電橋中使用同一類型的可控半導(dǎo)體開關(guān)。
圖3示出了按照本發(fā)明的DC/DC電橋B1,用于饋電給直流電機M1,在所述電機中流動著直流電Idc。通過控制單元BC1來控制電橋。使用獨立的磁化單元MA1來實現(xiàn)電機的磁化,磁化單元MA1是以實質(zhì)上公知的方式被控制的。
圖3所示的DC/DC電橋包括兩個電橋部分B11、B12。在按照圖3的電橋中的第一電橋部分包括兩個臂B111和B112,每個臂包括用于正極和負(fù)極的可控半導(dǎo)體開關(guān)UT、UB、VT、VB。第二電橋部分B12包括單個臂,所述單個臂具有用于正極和負(fù)極的可控半導(dǎo)體開關(guān)WT和WB。因此,作為整體的電橋具有三個臂,對應(yīng)于三相DC/AC電橋。
本發(fā)明的DC/DC電橋的調(diào)制進行如下本發(fā)明的PWM控制的直流驅(qū)動器可以使用用于交流驅(qū)動器的PWM控制的相同種類的半導(dǎo)體開關(guān)。取代交流,使用零頻率(不旋轉(zhuǎn)的場)。在本發(fā)明的直流驅(qū)動器中,不是所有的半導(dǎo)體開關(guān)需要轉(zhuǎn)換高頻——通常為幾kHz的頻率——PWM控制信號;可以使用兩個開關(guān)WT和WB來選擇轉(zhuǎn)矩方向(上/下),并且所涉及的開關(guān)導(dǎo)通純DC電流。用于PWM控制的開關(guān)UT、UB、VT、VB在幾kHz的頻率下被開啟/斷開,以控制電流Icd的幅度(轉(zhuǎn)矩)。
在用于PWM控制的開關(guān)中發(fā)生最大的功率耗散。在本發(fā)明的控制方法中,用于PWM控制的開關(guān)被交替地在不同的臂中轉(zhuǎn)入導(dǎo)通,因此所涉及的開關(guān)僅僅工作大約正常導(dǎo)通時間的50%或更少。在圖4的時序圖中直觀化了這個行為,所述時序圖表示了開關(guān)UT、VT和WT的導(dǎo)通時間以及開關(guān)UB和二極管VB的導(dǎo)通時間。
從熱量角度來看,本發(fā)明提供了這樣優(yōu)點可以在直流驅(qū)動器中充分使用交流驅(qū)動器的功率級。在所述電路中使用的IGBT中的熱量耗散通常是在不用于PWM控制的開關(guān)中耗散的兩倍。因此,按照本發(fā)明,開關(guān)UT、VT和WT僅僅以循環(huán)的方式被保持導(dǎo)通至多50%的時間。導(dǎo)通周期按照所需要的電壓(電流)來改變。
實際上,直流開關(guān)可以具有較高的耗散,因為直流損耗稍稍大于轉(zhuǎn)換PWM損耗。因此,開關(guān)WT和WB被布置在冷卻段COOL1(圖5)的進氣側(cè),因為進氣側(cè)比所述段的中間部分或出氣側(cè)要冷,如溫度曲線TEMP所示。
對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員,顯然本發(fā)明的不同實施例不限于上述的示例,它們可以在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)被改變。除了IGBT之外,所使用的開關(guān)也可以包括其他全門控部件。除了直流電機之外,所述負(fù)載也可以包括例如電梯的制動磁鐵。
本發(fā)明的配置可以用于寬范圍的電驅(qū)動器。通過應(yīng)用本發(fā)明的工作原理,有可能覆蓋使用最新IGBT技術(shù)的直流電梯驅(qū)動器的功率范圍。交流和直流驅(qū)動器模塊可以被組裝在同一生產(chǎn)線上,并且可以主要經(jīng)由軟件控制來選擇應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種用于控制直流負(fù)載(M1)的控制單元,所述控制單元包括DC/DC電橋(B1),該DC/DC電橋(B1)包括可控半導(dǎo)體開關(guān)(UT、UB、VT、VB、WT、WB),所述電橋具有兩個電橋部分(B11,B12),所述電橋部分之一(B12)導(dǎo)通直流,而另一個(B11)經(jīng)由PWM控制以調(diào)整電流幅度,其特征在于,經(jīng)由PWM控制的所述電橋部分包括兩個電橋臂(B111,B112),在所述電橋臂中,半導(dǎo)體開關(guān)(UT、UB、VT、VB)被控制來交替導(dǎo)通。
2.按照權(quán)利要求1的控制單元,其特征在于,用于PWM控制的半導(dǎo)體開關(guān)被這樣控制,即它們實質(zhì)上導(dǎo)通所述電橋部分(B11)的導(dǎo)通時間的至多50%。
3.按照權(quán)利要求1的控制單元,其中所述半導(dǎo)體開關(guān)安裝在被供給諸如空氣的冷卻介質(zhì)的冷基(COOL1)上,其特征在于,導(dǎo)通直流的電橋部分的半導(dǎo)體開關(guān)(WT,WB)設(shè)置在所述介質(zhì)的進入側(cè)。
4.按照權(quán)利要求1的控制單元,其特征在于,所述直流負(fù)載是直流電機。
5.按照權(quán)利要求1的控制單元,其特征在于,所述直流負(fù)載是電梯的制動磁鐵。
全文摘要
一種用于控制直流負(fù)載(M1)的控制單元,所述控制單元包括DC/DC電橋(B1),DC/DC電橋(B1)包括可控半導(dǎo)體開關(guān)(UT、UB、VT、VB、WT、WB),所述電橋具有兩個電橋部分(B11,B12),其中之一(B12)導(dǎo)通直流,而另一個(B11)經(jīng)由PWM控制以調(diào)整電流幅度。經(jīng)由PWM控制的電橋部分包括兩個電橋臂(B111,B112),在這些電橋臂中的半導(dǎo)體開關(guān)(UT、UB、VT、VB)被交替開啟。
文檔編號H02M3/158GK1589518SQ02822974
公開日2005年3月2日 申請日期2002年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月19日
發(fā)明者皮卡·杰科恩, 埃薩·帕特金恩 申請人:通力股份公司
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