專(zhuān)利名稱(chēng):具有pwm信號(hào)用的延遲電路的逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種具有PWM信號(hào)用的延遲電路的逆變器.這種 逆變器例如在驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用,以便給電動(dòng)機(jī)供應(yīng)電 流。
背景技術(shù):
為了給電動(dòng)機(jī)供應(yīng)電流,公知的是,借助半橋電路將在中間回 路中可供使用的直流電壓轉(zhuǎn)換成各個(gè)電動(dòng)機(jī)相用的交變電流.每一 電動(dòng)機(jī)相為此需要半橋電路,利用所述半橋電路的兩個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān) 元件將電動(dòng)機(jī)相交替地切換到中間回路的正或負(fù)的匯流排上.脈寬 調(diào)制法(PWM法)通常在此得到采用,其中如此處理PWM信號(hào),
使得因此可以控制兩個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件.
DE 102005020805 Al描述了這種按照PWM法運(yùn)行的半橋電 路,并且說(shuō)明,當(dāng)在兩個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件之間轉(zhuǎn)接時(shí),對(duì)鎖定時(shí)間 或閉鎖時(shí)間(Blockzeit)的遵守是重要的,在該鎖定時(shí)間或閉鎖時(shí)間 期間,兩個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件是關(guān)斷的和因此是不導(dǎo)通的,因?yàn)榉駝t 在正的和負(fù)的匯流排之間即將發(fā)生短路.DE 102005020805 Al也闡 述了可以如何生成這種閉鎖時(shí)間通過(guò)使PWM信號(hào)的上升沿延遲來(lái) 確保遵守閉鎖時(shí)間.根據(jù)所述文獻(xiàn)中的至少一個(gè)實(shí)施例,也使PWM 信號(hào)的下降沿延遲,而且延遲關(guān)斷延遲(tdl),所述關(guān)斷延遲小于 上升沿的接通延遲(tel+tdl).于是閉鎖時(shí)間是兩個(gè)延遲時(shí)間的差。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是說(shuō)明一種具有盡可能簡(jiǎn)單的延遲電路的逆變器 (Umrichter),利用所述延遲電路可以實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)的上升沿的
接通延遲和下降沿的關(guān)斷延遲。
通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的逆變器來(lái)解決該任務(wù).
延遲電路含有第一電容器,該電容器的充電狀態(tài)確定比較器的 輸入端處的電壓電平。如果延遲電路的輸入端處的PWM信號(hào)從低電 平切換到高電平,則通過(guò)由第一和笫二電阻組成的串聯(lián)電路使第一 電容器充電。如果在PWM信號(hào)從高電平切換到低電平之后使第一電
容器放電,則通過(guò)與笫二電阻并聯(lián)的二極管來(lái)跨接該笫二電阻.因 此電容器的放電快于充電,
由于電容器的充電狀態(tài)確定比較器的輸入端處的電壓電平,并 且在超過(guò)接通電平時(shí),該比較器將其輸出端從低電平切換到高電 平,并且在未超出關(guān)斷電平時(shí),將其輸出端從高電平接通到低電平,
因此可以不同地延遲PWM信號(hào)的上升的和下降的切換沿.利用大于 關(guān)斷延遲的接通延遲來(lái)延遲上升沿,利用所述關(guān)斷延遲來(lái)延遲PWM 信號(hào)的下降沿。
同時(shí)關(guān)斷半橋的兩個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的閉鎖時(shí)間對(duì)應(yīng)于接通延 遲和關(guān)斷延遲的差.
此外,所述的延遲電路負(fù)責(zé)用于切換半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)所使用的信 號(hào)超過(guò)對(duì)應(yīng)于關(guān)斷延遲的最小脈沖持續(xù)時(shí)間,因此可以避免半導(dǎo)體 開(kāi)關(guān)元件的太短接通持續(xù)時(shí)間的負(fù)效應(yīng).因?yàn)檫@種太短的接通持續(xù) 時(shí)間可能導(dǎo)致,在與半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件并聯(lián)的空轉(zhuǎn)二極管 (Freilaufdiode)中出現(xiàn)電流截?cái)嗵匦?,由此電流很快變化,并且?過(guò)存在的漏電感感應(yīng)出高電壓,所述高電壓可能破壞參與的功率半 導(dǎo)體。
借助附圖從優(yōu)選實(shí)施形式的以下說(shuō)明中得出本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn) 以及細(xì)節(jié)。在此
圖l展示了逆變器中的半橋,
圖2展示了用于控制半橋的PWM信號(hào),
圖3展示了用于PWM信號(hào)的延遲電路,
圖4展示了信號(hào)和電位圖。
具體實(shí)施例方式
圖l展示了逆變器的片段.中間回路提供直流電壓Uzk.借助 半橋電路,將電動(dòng)機(jī)M(或一般地負(fù)栽)的相交替地切換到中間 回路的正的和負(fù)的電位。在此,半橋電路由兩個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件 TH、 TL組成,所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件TH、 TL交替地導(dǎo)通或截止, 并且在任何時(shí)候都不允許兩者導(dǎo)通.這些半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件TH、 TL 例如是IGBT或功率MOSFET??辙D(zhuǎn)二極管DH、 DL與半導(dǎo)體開(kāi)關(guān) 元件TH、 TL并聯(lián).通過(guò)切斷負(fù)栽電流,由于負(fù)載的電感而感應(yīng)出
電壓,所述電壓抵制(entgegenwirken)切斷.通過(guò)空轉(zhuǎn)二極管DH、 DL經(jīng)由中間回路繼續(xù)引導(dǎo)從中產(chǎn)生的電流.
為了控制通常的三相電動(dòng)機(jī),需要三個(gè)如在圖1中所示的半橋,下面應(yīng)說(shuō)明對(duì)半橋的控制、即半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件TH、 TL的切換. 數(shù)字的、即在高電平和低電平之間來(lái)回跳躍的PWM信號(hào)A施加在 半橋上。A的占空比在此對(duì)應(yīng)于應(yīng)施加在電動(dòng)機(jī)M的相(Phase)上 的電壓。因此在占空比為0.5時(shí),相正好位于中間回路的正和負(fù)電位 之間、即處在OV.因此,在占空比為0和l之間的情況下,可以在 電動(dòng)機(jī)M的相處在中間回路的負(fù)和正電位之間調(diào)整每個(gè)電壓,
由于必須相反地切換兩個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件TH、 TL(直至遵守 閉鎖時(shí)間),因此由PWM信號(hào)A借助反相器(Inverter) I生成與 A相反的PWM信號(hào)nA。不僅A而且nA各流經(jīng)延遲電路D,該延 遲電路D又生成信號(hào)A,或nA,,并且在下面詳細(xì)說(shuō)明該延遲電路D 的工作方式。該延遲電路D基本上負(fù)責(zé)遵守閉鎖時(shí)間.閉鎖時(shí)間是 在關(guān)斷一個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件(TH或TL)和接通另一個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān) 元件(TH或TL)之間的時(shí)間間距,并且例如為2ys。
延遲電路D使A或nA的上升沿延遲一段確定的、這里稱(chēng)為接 通延遲的時(shí)間。同樣使下降沿延遲一段確定的、這里稱(chēng)為關(guān)斷延遲 的時(shí)間.關(guān)斷延遲在此稍短于接通延遲.
在延遲電路D和相應(yīng)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件TH、 TL之間還可以存在其它的電路,諸如驅(qū)動(dòng)器電路或還有邏輯電路,只有在存在脈沖 釋放時(shí),所述邏輯電路才將PWM信號(hào)A,、 nA,給予半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件 TH、 TL.為此將邏輯釋放信號(hào)與相應(yīng)的PWM信號(hào)A,、 nA,與 (UND)邏輯連接。如果不存在釋放,則兩個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件截止.
圖2以信號(hào)A中的PWM脈沖的時(shí)間特性曲線的方式展示了上 面提及的PWM信號(hào)A、 nA、 A,、 nA,,信號(hào)nA對(duì)應(yīng)于在反相器4中被逆轉(zhuǎn)的信號(hào)A,通過(guò)將A的上升沿(即從低電平L到高電平H的變換)延遲接 通延遲Ton,和將A的下降沿(即從高電平H到低電平L的變換) 延遲關(guān)斷延遲Toff,得出A,.
通過(guò)將nA的上升沿延遲接通延遲Ton,和將nA的下降沿延遲 關(guān)斷延遲Toff,得出信號(hào)nA,.這意味著,nA'不是A,的逆轉(zhuǎn)(Invertierung ),而是由延遲電路D所改變的信號(hào)nA.
在對(duì)最后用于控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件TH、TL所考慮的信號(hào)A,和 nA,進(jìn)行比較時(shí),認(rèn)識(shí)到,現(xiàn)在遵守閉鎖時(shí)間Tb-Ton-Toff。典型的 值對(duì)于Ton是2.5ns并且對(duì)于Toff是0.5ps,由此又得出上面提及 的2|is的閉鎖時(shí)間。
圖3現(xiàn)在展示了延遲電路D本身,每半橋存在兩次所述延遲電 路D,因?yàn)橛糜诳刂泼恳粋€(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件TH、 TL所使用的控制 信號(hào)A,或nA,源自每一個(gè)這種延遲電路D.因此為了運(yùn)行三相電動(dòng) 機(jī)M需要六個(gè)這種延遲電路D,
在延遲電路D的輸入端e處施加還未延遲的PWM信號(hào)A。信 號(hào)A通過(guò)由第一電阻Rl和第二電阻R2所組成的串聯(lián)電路到達(dá)電容 器C1的第一端子,該電容器Cl的第二端子固定地處于低電平.此 外,電容器C1的第一端子與比較器K的輸入端相連接,該比較器K 的輸出端形成延遲電路D的輸出端a.與在比較器K的輸入端上的 電壓電平有關(guān)地,比較器K的輸出端和因此延遲電路D的輸出端a 處于低電平或高電平。
二極管D1如此與第二電阻R2并聯(lián),使得在延遲電路D的輸入 端e處在從低電平L向高電平H變換時(shí),該第二電阻R2與笫一電 阻Rl —起限制笫一電容器Cl的充電電流,而在輸入端e處在從高 電平H向低電平L變換時(shí),僅由第一電阻Rl限制該第一電容器Cl 的放電電流。如果在輸入端e的高電平H時(shí)和在比較器K的輸入端 的低電平時(shí)二極管D1截止,而在相反的電平關(guān)系時(shí)(即在已充電的 電容器Cl和輸入端e的低電平L時(shí))二極管Dl導(dǎo)通,并且短接第 二電阻R2,則這得到確保,
笫二電容器C2與比較器K并聯(lián),即連接在該比較器K的輸入 端和輸出端之間.借助圖4更詳細(xì)地闡述該電容器的功能.
圖4a展示了在延遲電路D的輸入端e處所施加的信號(hào)A.該信 號(hào)僅僅含有上升的和下降的沿。
圖4b與比較器K的接通電平Son和關(guān)斷電平Soff—起展示了 在比較器K的輸入端上的電壓特性曲線。
圖4c展示了在延遲電路D的輸出端a處的得出的信號(hào)A,。
在時(shí)刻tl,信號(hào)A從低電平L變換到高電平H,從該時(shí)刻tl起,
通過(guò)笫一和第二電阻Rl和R2使電容器Cl和電容器C2充電,比較 器K的輸入端處的電壓因此上升.在時(shí)刻t2,達(dá)到比較器K的接通 電平Son,在該瞬間該比較器K的輸出端從低電平L切換到高電平 H.由于比較器K的輸出端同時(shí)是延遲電路D的輸出端a,所以在該 瞬間A,也切換到高電平H,相對(duì)于信號(hào)A稍遲了接通延遲Ton(Ton =t2-tl)。時(shí)間Ton因此是第一電容器Cl和第二電容器C2直至達(dá) 到接通電平Son的充電時(shí)間,并且通過(guò)對(duì)充電電流進(jìn)行限制的兩個(gè) 電阻R1和R2的串聯(lián)電路確定該時(shí)間。
在沒(méi)有第二電容器C2的情況下,在比較器K的輸入端處的電 平在時(shí)刻t2之后會(huì)跟隨虛線,并且接近于高電平H.如果在比較器 K的輸入端處施加滿的高電平H之前,信號(hào)A現(xiàn)在重新下降到低電 平L,則會(huì)不清楚地定義直至在時(shí)刻t3達(dá)到關(guān)斷電平Soff的時(shí)間和 因此關(guān)斷延遲Toff。也即電容器Cl的放電于是會(huì)從較低的電平出發(fā) 來(lái)開(kāi)始.
由于關(guān)斷延遲Toff也限定了具有所分配的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件 TH、 TL的最短接通持續(xù)時(shí)間的切換脈沖,所以縮短的關(guān)斷延遲可能 會(huì)導(dǎo)致如此短的PWM脈沖,使得像上面提及的那樣,受到破壞半導(dǎo) 體開(kāi)關(guān)元件TH、 TL的威脅.
通過(guò)笫二電容器C2避免了該問(wèn)題。由于將在比較器的輸出端處 的電容器C2推移到高電平H,在電容器C2中直至?xí)r刻t2所存儲(chǔ)的 電荷可用于對(duì)第一電容器Cl完全充電.因此像在圖4b中所示出的 那樣,實(shí)際上在t2之后無(wú)時(shí)滯地實(shí)現(xiàn)在比較器K的輸入端處向高電 平H的跳躍.因此使信號(hào)A中的跟隨時(shí)刻t2的下降沿總是延遲完全 的關(guān)斷延遲Toff,由此始終遵守所分配的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件TH、 TL 的最小接通持續(xù)時(shí)間。
在時(shí)刻t3,信號(hào)A跳回到低電平L,現(xiàn)在通過(guò)R1使電容器C1 放電,因?yàn)樵诜烹姇r(shí)通過(guò)二極管Dl跨接了電阻R2,放電過(guò)程因此 顯著快于充電過(guò)程,直至在時(shí)刻t4達(dá)到比較器K的關(guān)斷電平Soff 的時(shí)間和因此關(guān)斷延遲Toff (Toff = t4-t3)相應(yīng)地短于接通延遲 Ton。因此通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇電阻Rl和R2以及電容器Cl和C2,可 以確定(較短的)關(guān)斷延遲Toff和(較長(zhǎng)的)接通延遲Ton。
第二電容器C2在時(shí)刻t4也負(fù)責(zé),在比較器K的輸入端處的電
平實(shí)際上立刻下降到低電平L,使得比較器K對(duì)于A的下一上升沿 是準(zhǔn)備好的.
還應(yīng)該示范性地說(shuō)明用于確定延遲電路D的器件的尺寸的值
R1 - 2kn, R2 = 2.5kfl, C1 - 300pF, C2 = 150pF
對(duì)于延遲時(shí)間近似地適用
Ton = (R1 + R2) * (C1 + C2) Toff-R"(C1 + C2)
權(quán)利要求
1.具有在延遲電路(D)輸入端(e)處所施加的PWM信號(hào)(A,nA)用的延遲電路的逆變器,通過(guò)所述延遲電路,將所述PWM信號(hào)(A,nA)的上升沿延遲接通延遲(Ton),和將PWM信號(hào)(A,nA)的下降沿延遲關(guān)斷延遲(Toff),用于為半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件(TH,TL)形成在延遲電路(D)的輸出端(a)處所施加的控制信號(hào)(A’,nA’),其中,-所述輸入端(e)通過(guò)由第一電阻(R1)和第二電阻(R2)所組成的串聯(lián)電路與第一電容器(C1)的第一端子相連接,該第一電容器(C1)的第二端子恒定地處于低電平(L),-第一電容器(C1)的第一端子與比較器(K)的輸入端相連接,該比較器(K)的輸出端構(gòu)成延遲電路(D)的輸出端(a),該輸出端(a)與比較器(K)的輸入端處的電壓電平有關(guān)地在高電平(H)和低電平(L)之間變換,其中比較器(K)的輸入端處的電壓電平與第一電容器(C1)的充電狀態(tài)有關(guān),-二極管(D1)如此與第二電阻(R2)并聯(lián),使得在延遲電路(D)的輸入端(e)處從低電平(L)向高電平(H)變換時(shí),該第二電阻(R2)與第一電阻(R1)一起限制第一電容器(C1)的充電電流,而在輸出端(a)處從高電平(H)向低電平(L)變換時(shí),僅通過(guò)第一電阻(R1)限制該第一電容器(C1)的放電電流。
2. 按權(quán)利要求1的具有延遲電路的逆變器,其中所述延遲電路 (D)此外具有連接在比較器(K)的輸入端和輸出端之間的第二電容器(C2)。
3. 按權(quán)利要求1的具有延遲電路的逆變器,其中所述接通延遲 (Ton)大于所述關(guān)斷延遲(Toff).
4. 按權(quán)利要求1的具有延遲電路的逆變器,其中比較器(K)的 接通電平位于低電平(L)和高電平(H)之間,而比較器(K)的 關(guān)斷電平位于低電平(L)和接通電平之間。
全文摘要
本發(fā)明描述一種具有在延遲電路(D)的輸入端(e)處所施加的PWM信號(hào)(A,nA)用的延遲電路的逆變器,通過(guò)所述延遲電路,將PWM信號(hào)(A,nA)的上升沿延遲接通延遲(Ton),和將PWM信號(hào)(A,nA)的下降沿延遲關(guān)斷延遲(Toff),用于為半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件(TH,TL)形成施加在延遲電路(D)的輸出端(a)上的控制信號(hào)(A’,nA’)。延遲電路(D)含有兩個(gè)電阻(R1,R2)、兩個(gè)電容器(C1,C2)、二極管(D1)和比較器(K),并且因此可以特別簡(jiǎn)單地予以實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H02M1/08GK101207326SQ20071016005
公開(kāi)日2008年6月25日 申請(qǐng)日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
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