包括低功率開(kāi)關(guān)和用來(lái)控制開(kāi)關(guān)以生成具有參考值和至少兩個(gè)控制值的脈沖的設(shè)備的高 ...的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例涉及一種用來(lái)將第一電壓轉(zhuǎn)換為第二電壓的系統(tǒng)，包括：至少兩個(gè)輸入端子和兩個(gè)輸出端子；換向構(gòu)件(16)，其安置于輸入端子與輸出端子之間并且適合于將第一電壓轉(zhuǎn)換為第二電壓；以及，設(shè)備(24)，其用來(lái)控制換向構(gòu)件，控制設(shè)備(24)包括用來(lái)控制相應(yīng)換向構(gòu)件(16)的單元(34)和管理并且供應(yīng)控制單元(34)的構(gòu)件(36)，管理和供應(yīng)構(gòu)件通過(guò)同時(shí)傳輸控制信號(hào)和電能的鏈路(38)連接到控制單元。管理和供應(yīng)構(gòu)件(36)包括：用來(lái)生成具有至少兩個(gè)不同控制間隔的脈沖的裝置，脈沖在第二控制間隔期間具有基本上恒定的值并且不同于與無(wú)控制命令相對(duì)應(yīng)的參考值，脈沖值在一個(gè)控制間隔不同于另一個(gè)控制間隔并且脈沖在第一控制間隔期間具有嚴(yán)格地高于第二控制間隔期間的值。
【專利說(shuō)明】包括低功率開(kāi)關(guān)和用來(lái)控制開(kāi)關(guān)以生成具有參考值和至少兩個(gè)控制值的脈沖的設(shè)備的高功率轉(zhuǎn)換器
[0001]本發(fā)明有關(guān)于一種用來(lái)將第一電壓轉(zhuǎn)換為第二電壓的系統(tǒng)，為包括下列的類型:
[0002]-至少兩個(gè)輸入端子和兩個(gè)輸出端子，
[0003]-換向(commutation)構(gòu)件,其安置于輸入端子與輸出端子之間并且適合于將第一電壓轉(zhuǎn)換為第二電壓；以及
[0004]-用來(lái)控制換向構(gòu)件的設(shè)備，所述控制設(shè)備包括用來(lái)控制相應(yīng)換向構(gòu)件的單元和管理并且供應(yīng)控制單元的構(gòu)件，管理和供應(yīng)構(gòu)件通過(guò)同時(shí)傳輸控制信號(hào)和電能的鏈路連接到控制單元。
[0005]本發(fā)明特別地適用于具有高電功率諸如大于IMW的功率的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
[0006]前述類型的電壓轉(zhuǎn)換器是已知的。轉(zhuǎn)換器為三相電壓逆變器，其包括兩個(gè)直流輸入電壓端子和用于三相輸出電壓中每一相的一個(gè)輸出端子。三相逆變器具有用于每一相的兩個(gè)換向路徑。每個(gè)換向路徑連接于相對(duì)應(yīng)輸出端子與一個(gè)相應(yīng)輸入端子之間，并且包括換向構(gòu)件。換向構(gòu)件受到控制設(shè)備控制并且適合于將直流輸入電壓轉(zhuǎn)換為交流輸出電壓。轉(zhuǎn)換構(gòu)件包括例如可控制的電子開(kāi)關(guān)。
[0007]該控制設(shè)備還包括:用來(lái)控制換向構(gòu)件的單元；以及，用來(lái)管理和供應(yīng)相應(yīng)控制單元的構(gòu)件。管理和供應(yīng)構(gòu)件通過(guò)同時(shí)傳輸相對(duì)應(yīng)控制信號(hào)和相關(guān)聯(lián)電能的鏈路連接到控制單元。因此能量與控制信號(hào)同時(shí)轉(zhuǎn)移，這使得能在管理和供應(yīng)構(gòu)件與相應(yīng)控制單元之間具有單個(gè)鏈路。
[0008]但是，用來(lái)在管理構(gòu)件與控制單元之間形成電流的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)并且根據(jù)連接到管理和供應(yīng)構(gòu)件的控制單元的數(shù)量而增加。因此這樣的電壓轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)的換向相對(duì)較為緩慢，這限制了轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)的換向頻率。
[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種換向系統(tǒng)，其能加速換向構(gòu)件換向，以便增加所述換向構(gòu)件的換向頻率，并且也縮短在換向構(gòu)件換向之間的任何滯后時(shí)間。
[0010]為此，本發(fā)明的目的在于提供一種前述類型的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于管理和供應(yīng)構(gòu)件包括生成具有至少兩個(gè)不同控制間隔的脈沖的裝置，脈沖在第二控制間隔期間具有基本上恒定的值并且不同于與無(wú)控制相對(duì)應(yīng)的參考值，脈沖值在一個(gè)控制間隔不同于另一個(gè)控制間隔并且脈沖在第一控制間隔期間具有嚴(yán)格高于第二控制間隔期間的值。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的其它有利方面，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括以下特征中的一個(gè)或多個(gè)，獨(dú)立地或者以其技術(shù)上可能的組合中的任何組合:
[0012]-相同脈沖的控制間隔一個(gè)接一個(gè)是連續(xù)的，
[0013]-該系統(tǒng)包括至少一組串聯(lián)連接的換向構(gòu)件，該組或每個(gè)組在一個(gè)輸出端子與一個(gè)相對(duì)應(yīng)的輸入端子之間連接，一個(gè)相應(yīng)控制單元與每個(gè)換向構(gòu)件相關(guān)聯(lián)，并且設(shè)有僅一個(gè)管理和供應(yīng)構(gòu)件用于同一組換向構(gòu)件的控制單元，其適合于管理該組的換向構(gòu)件的多個(gè)控制單元，
[0014]-控制設(shè)備還包括布置于每個(gè)控制單元與管理和供應(yīng)構(gòu)件之間的電隔離裝置，
[0015]-電隔離裝置包括，對(duì)于每一組換向構(gòu)件，多個(gè)次級(jí)繞組，多個(gè)磁路和單個(gè)初級(jí)繞組，每個(gè)次級(jí)繞組電連接到相應(yīng)控制單元的輸入并且圍繞相應(yīng)磁路纏繞，單個(gè)初級(jí)繞組圍繞回路中每一個(gè)纏繞并且電連接到單個(gè)管理和供應(yīng)構(gòu)件的輸出，
[0016]-單個(gè)初級(jí)繞組包括穿過(guò)相應(yīng)磁路中每一個(gè)的單匝，
[0017]-脈沖包括第一控制間隔和第二控制間隔，脈沖在第一間隔期間的值大于第二間隔期間的值至少二倍，
[0018]-第一控制間隔的持續(xù)時(shí)間在50ns與200ns之間，并且優(yōu)選地等于100ns，
[0019]-脈沖在第二間隔期間的值U2由以下等式示出:
[0020]U2 = (N X Uc)/M,
[0021]其中N表示相應(yīng)組的換向構(gòu)件的數(shù)量，N為大于或等于2的整數(shù)，
[0022]Uc為相應(yīng)控制單元的輸入電壓；以及
[0023]M表示相應(yīng)次級(jí)繞組的匝數(shù)，
[0024]-每個(gè)控制單元包括并聯(lián)連接的第一路徑和第二路徑，每個(gè)路徑包括串聯(lián)連接的晶體管和二極管，第二路徑的晶體管與第一路徑的晶體管互補(bǔ)，并且第二路徑的二極管相對(duì)于第一路徑的二極管相反地連接；以及
[0025]-用于生成脈沖的裝置包括用來(lái)發(fā)出脈沖的輸出端子和連接到輸出端子的第一路徑和第二路徑，每個(gè)路徑包括:晶體管，其連接于參考點(diǎn)與輸出端子之間；電阻器，其連接于參考點(diǎn)與第一電位之間；二極管，其連接于參考點(diǎn)與第二電位之間；以及，電容器，其連接于參考點(diǎn)與電接地之間，第二路徑的晶體管與第一路徑的晶體管互補(bǔ)，第二路徑的二極管相對(duì)于第一路徑的二極管相反地連接。
[0026]參考附圖，從僅以舉例說(shuō)明的方式給出的下文的描述，本發(fā)明的這些特征和優(yōu)點(diǎn)將顯然，在附圖中:
[0027]圖1為根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的示意圖，其包括適合于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓的六個(gè)換向構(gòu)件，
[0028]圖2為一組換向構(gòu)件和換向構(gòu)件的控制設(shè)備的電氣圖，控制設(shè)備包括用于每個(gè)相應(yīng)換向構(gòu)件的控制單元和用于控制單元的管理和供應(yīng)構(gòu)件，
[0029]圖3為圖2的控制單元的電氣圖，
[0030]圖4為圖2的管理和供應(yīng)構(gòu)件的電氣圖；以及
[0031]圖5為一組曲線，其一方面表示了由管理和供應(yīng)構(gòu)件向控制單元生成的電壓脈沖并且另一方面表示在管理構(gòu)件與控制單元之間的鏈路中流通的電流。
[0032]本發(fā)明有關(guān)于將第一電壓轉(zhuǎn)換為第二電壓的系統(tǒng)10，其包括至少兩個(gè)輸入端子12和至少兩個(gè)輸出端子14。轉(zhuǎn)換系統(tǒng)10包括換向(commutation)構(gòu)件16,換向構(gòu)件16安置于輸入端子12與輸出端子14之間并且適合于將第一電壓轉(zhuǎn)換為第二電壓。
[0033]轉(zhuǎn)換系統(tǒng)適合于允許流通高電功率(例如大于1MW)。
[0034]在圖1的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)10為電壓逆變器，其適合于轉(zhuǎn)換在兩個(gè)輸入端子12之間接收的直流輸入電壓和在輸出端子14中每一個(gè)處發(fā)出的交流輸出電壓。
[0035]電壓逆變器10包括用于交流輸出電壓中每一相的兩個(gè)換向路徑18，每個(gè)換向路徑18連接于相對(duì)應(yīng)輸出端子14與相應(yīng)輸入端子12之間，并且包括換向構(gòu)件16。
[0036]電壓逆變器包括與每個(gè)換向構(gòu)件16反并聯(lián)連接的二極管22和控制換向構(gòu)件的裝置24。[0037]在圖1的實(shí)施例中，電壓逆變器10為三相逆變器，并且包括三個(gè)輸出端子14和六個(gè)換向路徑18，即用于三相輸出電壓中每一相的一個(gè)輸出端子和兩個(gè)換向路徑。
[0038]在圖2中看出，換向構(gòu)件16包括至少兩個(gè)并聯(lián)連接的臂26、共用控制端子28、第一共用導(dǎo)電端子30和第二共用導(dǎo)電端子32。
[0039]在圖2的實(shí)施例中，換向構(gòu)件16包括三個(gè)并聯(lián)連接的臂26。
[0040]在圖1和圖2的實(shí)施例中，換向構(gòu)件16中每一個(gè)包括至少兩個(gè)并聯(lián)連接的臂26，優(yōu)選地，包括三個(gè)并聯(lián)連接的臂26。
[0041]此外，每個(gè)換向構(gòu)件16包括并聯(lián)到臂26的一個(gè)額外臂27。
[0042]在圖2中看出，控制設(shè)備24包括用于控制每個(gè)相應(yīng)換向構(gòu)件16的單元34和用來(lái)管理和供應(yīng)控制單元34的構(gòu)件36，管理和供應(yīng)構(gòu)件36通過(guò)用于同時(shí)傳輸控制信號(hào)和電能的鏈路38連接到控制單元或每個(gè)控制單元34。
[0043]此外，控制設(shè)備24包括布置于每個(gè)控制單元34與管理和供應(yīng)構(gòu)件36之間的電隔離裝置40。
[0044]在圖2的實(shí)施例中，一組42串聯(lián)連接的換向構(gòu)件16包括三個(gè)換向構(gòu)件16，該組42連接于一個(gè)輸出端子14和一個(gè)相對(duì)應(yīng)的輸入端子12之間。一個(gè)相應(yīng)控制單元34與每個(gè)換向構(gòu)件16相關(guān)聯(lián)，并且僅設(shè)有一個(gè)管理和公用構(gòu)件36用于該組42的換向構(gòu)件的三個(gè)控制單元34。
[0045]每個(gè)臂26連接于第一共用導(dǎo)電端子30與第二共用導(dǎo)電端子32之間，并且包括電子開(kāi)關(guān)44，電子開(kāi)關(guān)44可以受控制在接通狀態(tài)與斷開(kāi)狀態(tài)之間，開(kāi)關(guān)44包括控制電極46、第一導(dǎo)電電極48和第二導(dǎo)電電極50。
[0046]每個(gè)臂26還包括連接于兩個(gè)導(dǎo)電電極48、50的第一電極與相對(duì)應(yīng)的共用導(dǎo)電端子30、32之間的電感52。
[0047]此外，每個(gè)臂26包括連接于控制電極46與共用控制端子28之間的電阻器54。
[0048]額外臂27包括串聯(lián)連接的電阻器56和電容器58。
[0049]共用控制端子28例如通過(guò)電阻器54連接到并聯(lián)連接的臂26中每一個(gè)的開(kāi)關(guān)的控制電極46。
[0050]第一共用導(dǎo)電端子30連接到并聯(lián)連接的臂26中每一個(gè)的開(kāi)關(guān)的第一導(dǎo)電電極48。
[0051]第二共用導(dǎo)電端子32由電感52連接到并聯(lián)連接的臂26中每一個(gè)的開(kāi)關(guān)的第二導(dǎo)電電極50。
[0052]在圖3中看出，每個(gè)控制單元34包括連接到隔離裝置40的兩個(gè)輸入端子60和分別連接到共用控制端子28和第二共用導(dǎo)電端子32的兩個(gè)輸出端子62。
[0053]每個(gè)控制單元34包括并聯(lián)連接的第一路徑64和第二路徑66，每個(gè)路徑64、66包括串聯(lián)連接的晶體管68和二極管70。
[0054]每個(gè)控制單元34還包括連接于路徑64、66和輸出端子62之間的電阻器72，輸出端子62確定為連接到共用控制端子28。每個(gè)控制單元34包括在未連接到輸出端子62的電阻器72的端子與另一輸出端子62之間串聯(lián)連接并且頭尾連接的兩個(gè)齊納(Zener) 二極管74。
[0055]管理和供應(yīng)構(gòu)件36包括生成脈沖80 (在圖5中看到)的裝置78 (在圖4中看到)，脈沖80包括不同的第一控制間隔82和第二控制間隔84和過(guò)渡間隔86，脈沖80在第二控制間隔84期間具有基本上恒定并且不同于與無(wú)控制相對(duì)應(yīng)的參考值UO的值U2，脈沖值在一個(gè)控制間隔與另一個(gè)控制間隔不同。脈沖80在第一控制間隔82具有嚴(yán)格地大于在第二控制間隔84期間的脈沖值U2的值Ul。
[0056]管理和供應(yīng)構(gòu)件36適合于管理組42的換向構(gòu)件16的多個(gè)控制單元34。
[0057]傳輸鏈路38為有線鏈路。
[0058]電隔離裝置40包括，對(duì)于每組42換向構(gòu)件，多個(gè)次級(jí)繞組87，多個(gè)磁路88和單個(gè)初級(jí)繞組89，每個(gè)次級(jí)繞組87電連接到相應(yīng)控制單元34的輸入并且圍繞相應(yīng)磁路88纏繞。單個(gè)初級(jí)繞組89圍繞回路88中的每一個(gè)纏繞并且在單個(gè)管理和供應(yīng)構(gòu)件36的輸出處電連接。
[0059]電子開(kāi)關(guān)44包括選白下列中的至少一個(gè)晶體管:場(chǎng)效晶體管、IGBT(絕緣柵雙極晶體管)晶體管和IEGT(注入增強(qiáng)柵晶體管)晶體管。在圖2的實(shí)施例中，每個(gè)電子開(kāi)關(guān)44包括IGBT晶體管。
[0060]開(kāi)關(guān)44的晶體管或每個(gè)晶體管例如適合于允許流通具有等于1.2kV或600V電壓的電流和等于30A或40A的電流。
[0061]同一換向構(gòu)件16的開(kāi)關(guān)包括相同類型的晶體管，即場(chǎng)效晶體管、IGBT晶體管、或IEGT晶體管。同一換向構(gòu)件16的晶體管(盡管為相同類型)可能具有在一個(gè)晶體管與另一個(gè)晶體管之間顯著不同的電特征。
[0062]當(dāng)開(kāi)關(guān)44包括場(chǎng)效晶體管、IGBT晶體管或IEGT晶體管時(shí)，控制電極46也被稱作柵極。
[0063]當(dāng)開(kāi)關(guān)44包括IGBT晶體管或IEGT晶體管時(shí)，第一導(dǎo)電電極48 (相應(yīng)地，第二導(dǎo)電電極50)，也被稱作集電極(相應(yīng)地，發(fā)射極)。
[0064]作為一變型，當(dāng)開(kāi)關(guān)44包括場(chǎng)效晶體管時(shí),第一導(dǎo)電電極48 (相應(yīng)地,第二導(dǎo)電電極50)也被稱作柵極(相應(yīng)地，源極)。
[0065]在圖2的實(shí)施例中，連接到電感52的兩個(gè)導(dǎo)電電極48、50的所述電極為第二導(dǎo)電電極50。換言之，當(dāng)晶體管為IGBT晶體管或IEGT晶體管時(shí)，連接到電感52的兩個(gè)導(dǎo)電電極的所述電極為發(fā)射極。作為一變型，當(dāng)晶體管為場(chǎng)效晶體管時(shí)，連接到電感52的兩個(gè)導(dǎo)電電極的所述電極為源電極。
[0066]電感52具有大于IOnH的值L并且對(duì)于并聯(lián)連接的臂26中的每一個(gè)基本上相同。電感52例如具有在IOmH與IOOnH之間的值L。
[0067]電阻器54為專用無(wú)源部件并且具有大約數(shù)歐姆的值。
[0068]額外臂27的電阻器56為用于可能以高頻率，例如超過(guò)IMHz的頻率出現(xiàn)的寄生電壓的阻尼電阻器。電阻器56具有大約數(shù)歐姆的阻抗。
[0069]電容器58適合于吸收大部分電流并且限制電壓相對(duì)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)。電容器58具有例如在P與10 XP nF之間，優(yōu)選地等于5 XP nF的值的電容，其中P表示并聯(lián)連接的臂26
的數(shù)量。
[0070]當(dāng)每個(gè)換向構(gòu)件的開(kāi)關(guān)44處于斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，每個(gè)電容器58能夠被充電，并且當(dāng)開(kāi)關(guān)44處于接通狀態(tài)時(shí)，每個(gè)電容器58能夠被放電。
[0071]第二路徑66的晶體管68，也被標(biāo)注為68B，與第一路徑64的晶體管(也被標(biāo)注為68A)互補(bǔ)。第二路徑66的二極管70相對(duì)于第一路徑64的二極管相反地連接。
[0072]第一路徑的晶體管68A為P型MOSFET晶體管，并且第二路徑的晶體管68B為N型MOSFET晶體管。作為一變型，第一路徑的晶體管68A為NPN型雙極晶體管，并且第二路徑的晶體管68B為PNP型雙極晶體管。
[0073]在圖4中看出，發(fā)生裝置78包括:兩個(gè)輸出端子90，其連接到傳輸鏈路38的兩端用來(lái)發(fā)出脈沖80 ;以及，輸入端子92，其連接到預(yù)定值的電位。
[0074]發(fā)生裝置78包括連接到同一輸出端子90的第一路徑94和第二路徑96，另一輸出端子90連接到電接地98。發(fā)生裝置78還包括電阻器100，電阻器100連接于輸出端子(其連接到第一路徑94和第二路徑96)與電接地98之間。
[0075]在圖5中看出，由發(fā)生裝置78生成的脈沖80包括第一控制間隔82、第二控制間隔84和過(guò)渡間隔86。脈沖在第一間隔82期間的值Ul大于第二間隔84期間的值U2至少二倍。
[0076]在圖5的實(shí)施例中，脈沖80為電壓脈沖并且對(duì)應(yīng)于所述脈沖80、在有線傳輸鏈路38中流通的電流由在圖5中看到的曲線120表示。因此在有線傳輸鏈路38中的電流包括對(duì)應(yīng)于第一控制間隔82的上升沿122 ;平穩(wěn)期124，其中，電流具有對(duì)應(yīng)于第二控制間隔84的基本上恒定值的電流。最后，在有線鏈路38中的電流具有對(duì)應(yīng)于脈沖的過(guò)渡間隔86的下降沿126。
[0077]脈沖80在第二控制間隔84期間的值U2由以下等式示出:
[0078]U2 = (N X Uc)/M,
[0079]其中N表示相應(yīng)組42的換向構(gòu)件16的數(shù)量，N為大于或等于2的整數(shù)，
[0080]Uc為相對(duì)應(yīng)控制單元34的輸入電壓；以及
[0081]M表示相對(duì)應(yīng)的次級(jí)繞組87的匝數(shù)。
[0082]第一間隔82持續(xù)時(shí)間在50ns與200ns之間，并且優(yōu)選地基本上等于100ns。第二間隔84的持續(xù)時(shí)間在0.2 μ s與3 μ s之間，并且優(yōu)選地基本上等于I μ S。
[0083]過(guò)渡間隔86始于路徑94打開(kāi)，由次級(jí)繞組87施加的電流然后在連接于輸出端子90與電接地98之間的電阻器100中流通。在過(guò)渡間隔86期間，脈沖80的電壓降低到最小電壓，具有大于或等于值-U’ I的值，然后其逐漸地減少。
[0084]磁路88例如呈芯的形式。
[0085]在圖2的實(shí)施例中，單個(gè)初級(jí)繞組89包括穿過(guò)相對(duì)應(yīng)環(huán)88中每一個(gè)的單匝。換言之，有線傳輸鏈路38形成單個(gè)初級(jí)繞組89。
[0086]每個(gè)路徑94 (相應(yīng)地，96)包括:晶體管102，其連接于參考點(diǎn)104與相對(duì)應(yīng)的輸出端子90之間；電阻器106，其連接于參考點(diǎn)104與輸入端子92之間，輸入端子92連接到具有值Ul (相應(yīng)地，-U，I)的第一電位；二極管108，其連接于參考點(diǎn)104與另一輸入端子92之間，另一輸入端子92連接到具有值U2(相應(yīng)地，-U’ 2)的第二電位；以及，電容器110，其連接于參考點(diǎn)104與電接地98之間。
[0087]第一電位的值U1、-U’ I的絕對(duì)值大于第二電位的值U2、-U’ 2。對(duì)應(yīng)于第一路徑的值U1、U2為正值，并且對(duì)應(yīng)于第二路徑96的那些為負(fù)值。在其它方面，值Ul大于U2，值U2又大于-U’2，值-U’2又大于-U’ I。
[0088]第一路徑94的晶體管102，也被標(biāo)注為102A，與第二路徑96的晶體管(也被標(biāo)注為102B)互補(bǔ)。第二路徑96的二極管108相對(duì)于第一路徑94的二極管相反地連接。
[0089]第一路徑的晶體管102A為P型MOSFET晶體管，并且第二路徑的晶體管102B為N型MOSFET晶體管。作為一變型，第一路徑的晶體管102A為NPN型雙極晶體管，并且第二路徑的晶體管102B為PNP型雙極晶體管。
[0090]在轉(zhuǎn)換系統(tǒng)操作期間，控制脈沖80由在有線傳輸鏈路38上的管理和供應(yīng)構(gòu)件36生成，其具有加到芯88的寄生電感的電感。換言之，由有線鏈路38形成并且包括單匝的初級(jí)繞組89具有可能造成形成電流的時(shí)間增加的高泄露電感。
[0091]由管理和供應(yīng)構(gòu)件36生成的脈沖80包括第一高電壓控制間隔82以能在短時(shí)段形成電流(上升沿122)，對(duì)應(yīng)于維持電流(平穩(wěn)水平124)的相對(duì)較長(zhǎng)間隔時(shí)間的第二間隔84和最后對(duì)應(yīng)于電流返回到零值(下降沿126)的寄生間隔86。
[0092]兩個(gè)連續(xù)的第一間隔82、84使得能控制換向構(gòu)件16，例如在圖5的實(shí)施例中以接通模式。
[0093]此外，脈沖80還包括三個(gè)間隔，未圖示，具有與在斷開(kāi)模式中控制換向構(gòu)件16在先前描述的那些電壓相反符號(hào)的電壓。換言之，用來(lái)在斷開(kāi)模式控制換向構(gòu)件16的脈沖80在第一控制間隔具有值-U’ 1，然后在第二控制間隔期間具有值-U’2。在過(guò)渡間隔期間，脈沖80的電壓增加到最大電壓，具有小于或等于Ul的值，然后逐漸地減小。
[0094]當(dāng)脈沖80具有正控制間隔82、84時(shí)，控制單元34的第一路徑的P型晶體管68A為導(dǎo)電的，而控制單元的第二路徑的N型晶體管68B為斷開(kāi)的。然后電流通過(guò)控制單元的第一路徑64到開(kāi)關(guān)44的控制電極46，其以接通模式控制開(kāi)關(guān)44。在脈沖80結(jié)束時(shí)，N型晶體管68B保持?jǐn)嚅_(kāi)，其能夠使得控制電極46維持在充電狀態(tài)。
[0095]關(guān)于在其斷開(kāi)模式對(duì)換向構(gòu)件16的控制，操作相反。更具體而言，脈沖80的控制間隔(未圖示)具有連續(xù)的負(fù)電壓，并且控制單元34的P型晶體管68B為導(dǎo)電的，而相同控制單元的P型晶體管68A處于斷開(kāi)模式。電流從控制單元的輸出端子62流通到相對(duì)應(yīng)的輸入端子60。換言之，開(kāi)關(guān)44的控制電極46不再接收控制電流，并且開(kāi)關(guān)44然后處于斷開(kāi)模式。
[0096]本領(lǐng)域技術(shù)人員還將了解多個(gè)正脈沖80可以連續(xù)地生成以便維持在開(kāi)關(guān)的控制電極46上的控制信號(hào)持續(xù)相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)段。
[0097]換向構(gòu)件16串聯(lián)連接以形成一組構(gòu)件42使得能獲得更高值的輸出電壓，同時(shí)限制在串聯(lián)連接的換向構(gòu)件之間的電壓不平衡，在每個(gè)換向構(gòu)件16的端子處的電壓相對(duì)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)經(jīng)由每個(gè)電容器58的電容值受到控制。
[0098]因此，可以看出根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)10使得能加速換向構(gòu)件的換向以便增加所述換向構(gòu)件的換向頻率并且也縮短在換向構(gòu)件換向之間的任何時(shí)間延遲。
【權(quán)利要求】
1.一種用來(lái)將第一電壓轉(zhuǎn)換為第二電壓的系統(tǒng)(10)，為包括下列的類型: 至少兩個(gè)輸入端子(12)和兩個(gè)輸出端子(14)， 換向構(gòu)件(16)，其安置于所述輸入端子(12)與所述輸出端子(14)之間并且適合于將所述第一電壓轉(zhuǎn)換為所述第二電壓；以及 控制設(shè)備(24)，其用來(lái)控制所述換向構(gòu)件(16)，所述控制設(shè)備(24)包括用來(lái)控制相應(yīng)換向構(gòu)件(16)的控制單元(34)和管理并且供應(yīng)所述控制單元(34)的管理和供應(yīng)構(gòu)件(36)，所述管理和供應(yīng)構(gòu)件通過(guò)同時(shí)傳輸控制信號(hào)和電能的鏈路(38)連接到所述控制單元， 其特征在于所述管理和供應(yīng)構(gòu)件(36)包括生成具有至少兩個(gè)不同控制間隔(82，84)的脈沖(80)的裝置(78)，所述脈沖(80)在所述第二控制間隔(84)期間具有基本上恒定的值(U2)并且不同于與無(wú)控制相對(duì)應(yīng)的參考值(UO)，所述脈沖值(Ul，U2)在一個(gè)控制間隔不同于另一個(gè)控制間隔并且所述脈沖(80)在所述第一控制間隔(82)期間具有嚴(yán)格地高于所述第二控制間隔(84)期間的所述值(U2)的值(Ul)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述相同脈沖的控制間隔(82，84，86) 一個(gè)接一個(gè)地連續(xù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述系統(tǒng)(10)包括至少一組(42)串聯(lián)連接的換向構(gòu)件(16)，所述組或每個(gè)組(42)在所述一個(gè)輸出端子(14)與一個(gè)相對(duì)應(yīng)的輸入端子(12)之間連接，一個(gè)相應(yīng)控制單元(34)與每個(gè)換向構(gòu)件(16)相關(guān)聯(lián)，其中設(shè)有僅一個(gè)管理和供應(yīng)構(gòu)件(36)用于同一組(42)的所述換向構(gòu)件(16)的控制單元并且適合于管理所述組的換向構(gòu)件(16)的多個(gè)控制單元。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述控制設(shè)備(24)還包括布置于每個(gè)控制單元(34)與所述管理和供應(yīng)構(gòu)件(36)之間的電隔離裝置(40)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述電隔離裝置(40)包括，對(duì)于每一組(42)換向構(gòu)件(16)，多個(gè)次級(jí)繞組(87)，多個(gè)磁路(88)和單個(gè)初級(jí)繞組(89)，每個(gè)次級(jí)繞組(87)電連接到所述相應(yīng)控制單元(34)的輸入并且圍繞相應(yīng)磁路(88)纏繞，所述單個(gè)初級(jí)繞組(89)圍繞所述回路(88)中每一個(gè)纏繞并且電連接到所述單個(gè)管理和供應(yīng)構(gòu)件(36)的輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述單個(gè)初級(jí)繞組(89)包括穿過(guò)所述相應(yīng)磁路中每一個(gè)的單匝。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述脈沖(80)包括第一控制間隔(82)和第二控制間隔(84)，所述脈沖在所述第一間隔(82)期間的值(Ul)大于所述第二間隔(84)期間的所述值(U2)至少二倍。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述第一控制間隔(82)的所述持續(xù)時(shí)間在50ns與200ns之間，并且優(yōu)選地等于100ns。
9.根據(jù)權(quán)利要求5、權(quán)利要求7和權(quán)利要求8—起所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述脈沖(80)在所述第二間隔(84)期間的所述值U2由以下等式示出:
U2 = (N X Uc)/M， 其中N表示所述相應(yīng)組(42)的換向構(gòu)件的數(shù)量，N為大于或等于2的整數(shù)， Uc為所述相應(yīng)控制單元(34)的輸入電壓；以及M表示所述相應(yīng)次級(jí)繞組(90)的匝數(shù)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，每個(gè)控制單元(34)包括并聯(lián)連接的第一路徑(64)和第二路徑(66)，每個(gè)路徑(64，66)包括串聯(lián)連接的晶體管(68，68A，68B)和二極管(70)，所述第二路徑(66)的所述晶體管(68B)與所述第一路徑(64)的晶體管(68A)互補(bǔ)，并且所述第二路徑(66)的所述二極管(70)相對(duì)于所述第一路徑(64)的二極管相反地連接。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述用于生成脈沖的裝置(78)包括用來(lái)發(fā)出所述脈沖的輸出端子(90)和連接到所述輸出端子(90)的第一路徑(94)和第二路徑(96)， 每個(gè)路徑(94，96)包括:晶體管(102，102A，102B)，其連接于參考點(diǎn)(104)與所述輸出端子(90)之間；電阻器(106)，其連接于所述參考點(diǎn)(104)與第一電位(U1，-U，I)之間；二極管(108)，其連接于所述參考點(diǎn)(104)與第二電位(U2，-U，2)之間；以及電容器(110)，其連接于所述參考點(diǎn)(104)與電接地(98)之間；所述第二路徑(96)的所述晶體管(102B)與所述第一路徑(94)的晶體管互補(bǔ)，并且所述第二路徑(96)的所述二極管(108)相對(duì)于所述第一路徑(94) 的二極管相反地連接。
【文檔編號(hào)】H03K17/0412GK104025436SQ201280053892
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月1日
【發(fā)明者】A.佩爾穆伊 申請(qǐng)人:通用電氣能源能量變換技術(shù)有限公司