專利名稱：與功率開關(guān)并聯(lián)連接的用于功率開關(guān)的控制電路的電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生電源電壓的變流器電路，其具有功率半導(dǎo)體開關(guān)、與功率半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)的電壓產(chǎn)生裝置(其被構(gòu)造為用于產(chǎn)生饋電電壓)、變壓裝置(Umspannmitteln)(其與電壓產(chǎn)生裝置相連接，并且被構(gòu)造為用于將饋電電壓轉(zhuǎn)換為中間交流電壓)以及整流器單元(用于整流中間交流電壓以獲得供電電壓)。本發(fā)明還涉及一種具有變流器閥的橋電路的轉(zhuǎn)換器，其中變流器閥具有由這樣的變流器電路組成的串聯(lián)電路。
背景技術(shù)：
這樣的變流器電路和這樣的轉(zhuǎn)換器已經(jīng)由DE 100 45 093 Al公開。在那里描述 的變流器電路具有可關(guān)斷的晶閘管(GTO)作為功率半導(dǎo)體開關(guān)。在與可關(guān)斷的功率半導(dǎo)體并聯(lián)的橋接支路中布置所謂的保護(hù)電路(Schutzbeschaltung)，該保護(hù)電路根據(jù)英語概念“緩沖器(Snubber) ”也被專業(yè)人員所公知。保護(hù)電路主要由串聯(lián)連接的限流電阻以及保護(hù)電容器組成。保護(hù)電路用于避免在切換功率半導(dǎo)體開關(guān)時(shí)過快的電壓上升以及在功率半導(dǎo)體開關(guān)上過大的電壓降落。在此，功率半導(dǎo)體開關(guān)是能量傳輸領(lǐng)域中變流器的部件并且在運(yùn)行中處于高壓電位。為了產(chǎn)生用于功率半導(dǎo)體開關(guān)的電控制信號采用所謂的控制單元，該控制單元通常經(jīng)由不導(dǎo)電的光波導(dǎo)體與調(diào)節(jié)單元相連，該調(diào)節(jié)單元位于接近地電位的電位。調(diào)節(jié)單元在輸出側(cè)提供光學(xué)觸發(fā)信號，該光學(xué)觸發(fā)信號經(jīng)由光波導(dǎo)體被傳輸?shù)轿挥诟邏弘娢坏目刂茊卧??？刂茊卧a(chǎn)生基于光學(xué)控制信號的電控制信號用于功率半導(dǎo)體開關(guān)，該功率半導(dǎo)體開關(guān)通過這種方式在高阻狀態(tài)(也就是未導(dǎo)通狀態(tài))與低阻狀態(tài)(也就是導(dǎo)通狀態(tài))之間來回切換。為了對控制單元供電，截取在保護(hù)電容器上降落的直流電壓并且將其輸送到開關(guān)電源，其中開關(guān)電源具有用于切斷直流電壓的晶體管以便產(chǎn)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(zhuǎn)換為期望的中間交流電壓。在變壓器之后連接整流器，該整流器根據(jù)從變壓器的輸出側(cè)提供的中間交流電壓提供功率半導(dǎo)體開關(guān)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(chǎn)生用于功率半導(dǎo)體開關(guān)的控制單元的供電電壓。在這種情況下功率半導(dǎo)體開關(guān)是所謂的IGBT，其與續(xù)流二極管反向并聯(lián)連接。在關(guān)于IGBT和關(guān)于續(xù)流二極管的并聯(lián)支路中再次布置限流電阻以及保護(hù)電容器。借助分壓器截取一部分在保護(hù)電容器上降落的電壓，并且以大約300V的直流電壓加載此處被實(shí)現(xiàn)為電容器的電壓產(chǎn)生裝置。在上述電容器上降落的電壓通過調(diào)節(jié)旁路支路(該旁路支路與電容器并聯(lián)延伸)中的電流被高成本地調(diào)節(jié)。此外，設(shè)置了衰減裝置。最后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(cè)與調(diào)節(jié)電容器相連，而在輸出側(cè)提供期望的作為直流電壓的供電電壓
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)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并且具有簡單以及低成本的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明如下地解決上述技術(shù)問題，使得電壓產(chǎn)生裝置被實(shí)現(xiàn)為二極管單元，該二極管單元具有彼此反向并聯(lián)連接的二極管，其中二極管單元布置在與功率半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)的電路中。按照本發(fā)明兩個(gè)彼此反向并聯(lián)連接的二極管用于產(chǎn)生輸出交流電壓。通過反向并聯(lián)連接的二極管構(gòu)造二極管單元，經(jīng)由該二極管單元在切換與二極管單元并聯(lián)布置的功率半導(dǎo)體開關(guān)時(shí)在兩個(gè)方向上流過電流。其結(jié)果是在二極管單元的二極管上降落交流形式的導(dǎo)通電壓UD。該導(dǎo)通電壓在其幅值方面關(guān)于寬的電流強(qiáng)度范圍幾乎恒定。由此，通過二極管單元將緩沖器電流轉(zhuǎn)換為恒定大小的交流電壓，該恒定大小的交流電壓在此被稱為饋電電壓。饋電電壓隨后被轉(zhuǎn)換為期望的電壓電平，并且對轉(zhuǎn)換后的中間交流電壓進(jìn)行整流，從而提供期望的已整流的供電電壓。因此，按照本發(fā)明避免了易于產(chǎn)生錯(cuò)誤的開關(guān)或調(diào)節(jié)元件。提供一種簡單并且耐用的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)無需附加的緩沖器元件就已足夠，如按照現(xiàn)有技術(shù)的變流器電路中那樣。在本發(fā)明的范圍內(nèi)也不需要衰減電路。此外，可以利用緩沖器電流的兩個(gè)極性。通過變壓裝置提供電位隔離，該電位隔離根據(jù)應(yīng)用情況可以是優(yōu)選的。此 夕卜，可以將不需要控制的二極管與變流器電路的其余組件空間地隔離。其優(yōu)選導(dǎo)熱地與功率半導(dǎo)體的冷卻相連，從而在產(chǎn)生饋電電壓時(shí)形成的熱量可以被可靠地引出。優(yōu)選地，將如下的并聯(lián)支路與功率半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)連接，在該并聯(lián)支路中串聯(lián)布置限流電阻、保護(hù)電容器和二極管單元。在此，限流電阻和保護(hù)電容器構(gòu)成所謂的保護(hù)電路，該保護(hù)電路公知是英語中的概念“緩沖器(Snubber) ”。由此確保總緩沖器電流通過二極管單元流出。合適地，二極管單元直接與功率半導(dǎo)體開關(guān)的陰極相連接并且經(jīng)由保護(hù)電容器和限流電阻與功率半導(dǎo)體開關(guān)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管單元相連接并且變壓器的第二繞組與整流器單元相連接。如上面已經(jīng)解釋的那樣，變壓器提供在整流器單元和二極管單元之間的電位隔離，從而在整流器單元之后布置的組件不取決于保護(hù)電路和二極管單元的電位。由此，在變壓器的輸出側(cè)也能產(chǎn)生負(fù)電壓。優(yōu)選地設(shè)置濾波裝置。該濾波裝置合適地布置在二極管單元和變壓裝置之間并且用于平滑作為饋電電壓的交流電壓，該饋電電壓通過二極管單元來產(chǎn)生。合適地，功率半導(dǎo)體開關(guān)是晶閘管。不同的是，功率半導(dǎo)體開關(guān)是具有與其反向并聯(lián)連接的續(xù)流二極管的可關(guān)斷的功率半導(dǎo)體。


本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)是下面借助附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例的主題，附圖中圖I示出了按照本發(fā)明的變流器電路的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式圖I示出了按照本發(fā)明的變流器電路I的實(shí)施例的電路圖。變流器電路I包括構(gòu)造為晶閘管2的功率半導(dǎo)體開關(guān)，該功率半導(dǎo)體開關(guān)可以借助門極接頭3上的電控制信號從未導(dǎo)通的狀態(tài)(也就是高阻傳導(dǎo)狀態(tài))轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通的狀態(tài)(也就是低阻傳導(dǎo)狀態(tài))。在此，晶閘管2與多個(gè)圖中未示出的晶閘管串聯(lián)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(gè)由晶閘管組成的串聯(lián)電路構(gòu)造變流器閥，該變流器閥在能量分配和傳輸?shù)那闆r下使用，例如用于高壓直流傳輸、用于無功功率補(bǔ)償?shù)?。在此，變流器閥形成橋電路，該橋電路被稱為轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器也包括保護(hù)及調(diào)節(jié)單元，該保護(hù)及調(diào)節(jié)單元處于接近地電位的電位。為了在晶閘管2的門極接頭3上產(chǎn)生觸發(fā)或控制信號，設(shè)置圖中未示出的控制單元，該控制單元經(jīng)由光波導(dǎo)體與調(diào)節(jié)單元相連接。調(diào)節(jié)單元產(chǎn)生光學(xué)控制信號的序列，這些光學(xué)控制信號在門極接頭3上被各個(gè)控制單元轉(zhuǎn)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(cè)提供供電電壓Uvo為了產(chǎn)生原始電壓采用二極管單元4，該二極管單元由兩個(gè)彼此反向并聯(lián)連接的二極管5組成。二極管單元4布置在晶閘管2的并聯(lián)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。在并聯(lián)支路6中布置保護(hù)電路，該保護(hù)電路由限流 電阻Rs以及保護(hù)電容器Cs組成，限流電阻Rs以及保護(hù)電容器Cs被布置為彼此串聯(lián)。在英語中被稱為“緩沖器(Snubber) ”的保護(hù)電路用于保護(hù)晶閘管2，特別是用于防止電壓快速上升以及防止高的電流負(fù)載。二極管單元4同樣與限流電阻Rs和保護(hù)電容器Cs串聯(lián)地布置在并聯(lián)支路6中。在高阻和低阻的狀態(tài)之間切換晶閘管2的結(jié)果導(dǎo)致電流通過并聯(lián)支路6，并且由此導(dǎo)致電流流過二極管單元4。該電流可以基于反向并聯(lián)設(shè)置的二極管5在兩個(gè)方向上進(jìn)行。在二極管5上由于該緩沖器電流降落了交流形式的導(dǎo)通電壓(Durchlassspannung)Ud,其幅值關(guān)于寬的電流強(qiáng)度范圍幾乎恒定。導(dǎo)通電壓Ud下面被稱為饋電電壓UD。二極管單元4與變壓器9并聯(lián)連接。換句話說，變壓器的初級繞組10與二極管單元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(chǎn)生中間電壓Uz，該中間電壓對于各個(gè)在其后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最后施加在整流器12的輸入端，換句話說該整流器12與變壓器9的次級側(cè)繞組11相連。例如由二極管13組成的整流器12在輸出側(cè)提供期望的作為直流電壓的供電電壓Uv。在二極管單元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(gòu)造為低通濾波器。
權(quán)利要求
1.一種變流器電路(I)，用于產(chǎn)生供電電壓，具有 -功率半導(dǎo)體開關(guān)(2)， -電壓產(chǎn)生裝置(4)，其與所述功率半導(dǎo)體開關(guān)(2)并聯(lián)，所述電壓產(chǎn)生裝置被構(gòu)造為用于產(chǎn)生饋電電壓(Ud)， -變壓裝置(9)，所述變壓裝置與所述電壓產(chǎn)生裝置(4)相連接并且被構(gòu)造為用于將所述饋電電壓(Ud)轉(zhuǎn)換為中間交流電壓(Uz)，以及 -整流器單元(12)，所述整流器單元用于整流所述中間交流電壓(Uz)以獲得供電電壓(Uv)， 其特征在于，所述電壓產(chǎn)生裝置被實(shí)現(xiàn)為二極管單元(4)，所述二極管單元具有彼此反向并聯(lián)連接的二極管(5)，其中，所述二極管單元(4)布置在與所述功率半導(dǎo)體開關(guān)(2)并聯(lián)的電路中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變流器電路(I)，其特征在于，如下的并聯(lián)支路(6)與所述功率半導(dǎo)體開關(guān)(2)并聯(lián)連接在所述并聯(lián)支路(6)中串聯(lián)布置限流電阻(Rs)、保護(hù)電容器(Cs)以及所述二極管單元(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變流器電路(I)，其特征在于，所述二極管單元(4)直接與所述功率半導(dǎo)體開關(guān)⑵的陰極⑶相連接，并且經(jīng)由所述保護(hù)電容器(Cs)和所述限流電阻(Rs)與所述功率半導(dǎo)體開關(guān)(2)的陽極(7)相連接。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的變流器電路(I)，其特征在于，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)與所述二極管單元(4)相連接，并且所述變壓器(9)的第二繞組(11)與所述整流器單元(12)相連接。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的變流器電路(I)，其特征在于濾波裝置(L)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變流器電路(I)，其特征在于，所述濾波裝置(L)連接在所述二極管單元(4)與所述變壓裝置(9)之間。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的變流器電路(1)，其特征在于，所述功率半導(dǎo)體開關(guān)是晶閘管(2)。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的變流器電路(I)，其特征在于，所述功率半導(dǎo)體開關(guān)(2)是具有與其反向并聯(lián)連接的續(xù)流二極管的可關(guān)斷的功率半導(dǎo)體。
9.一種轉(zhuǎn)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(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的變流器電路(I)組成的串聯(lián)電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種變流器電路(1)，用于產(chǎn)生用于功率半導(dǎo)體開關(guān)(2)的供電電壓，其中，由具有反并聯(lián)連接的二極管的二極管單元(4)和保護(hù)電路(RS，RC)組成的串聯(lián)電路與所述功率半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)連接。二極管電壓產(chǎn)生饋電電壓(UD)，其被轉(zhuǎn)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(yōu)先權(quán)日2009年6月16日
發(fā)明者N.斯塔爾胡特 申請人:西門子公司