CN101651418A - 对整流桥进行控制的方法以及该控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制晶闸管(V1)进入导通状态的方法和电路，该晶闸管(V1)处于整流器中，该整流器将直流电压提供给直流电压电路。该电路包括：脉冲变压器(T1)；用于产生脉冲变压器(T1)的初级绕组上的电压脉冲的装置；触发电容器(C2)，适于由脉冲变压器的次级绕组中的电压脉冲来充电；齐纳二极管(V5)，适于在触发电容器(C2)的电压超过齐纳二极管(V5)的击穿电压时，由触发电容器(C2)的电压来触发；以及辅助晶闸管(V3)，适于由来自触发电容器(C2)的流过齐纳二极管(V5)的电流来触发，其中辅助晶闸管(V3)的阴极与晶闸管(V1)的栅极相连，以由来自触发电容器(C2)的流过辅助晶闸管(V3)的电流来触发晶闸管(V1)。

Description

对整流桥进行控制的方法以及该控制电路

技术领域

本发明涉及一种对整流桥进行控制的方法以及用于对整流桥的晶闸管进行控制的电路，尤其是涉及一种在利用整流桥对直流(DC)电压电路进行充电的整流桥中所使用的方法和电路。

背景技术

变频器典型地具有DC电压中间电路，该DC电压中间电路用于存储供反相器部分使用的DC电压。变频器的反相器典型地将中间电路中的电压生成可控交流电压以送至负载。典型地，送至中间电路的DC电压是利用整流桥对交流(AC)主电压进行整流获得的。

该DC电压中间电路或者DC总线包含一个或多个用于存储该电压并使该电压平滑的电容器。中间电路电容器的电容很大，并且当变频器投入使用时，必须在执行任何控制操作之前对这些电容器进行充电。

由供电主电压对该中间电压电路的电容器进行充电，必须将充电电流限制在适当大小，否则大电流会损坏整流器的电子元件或者会引起诸如熔丝等等这样的保护元件的错误操作。典型地通过利用充电电阻器或者通过对整流器的可控开关进行控制来实现对该电流的限制。

使用充电电阻器来对中间电路进行充电是简单且可靠的方法。但是利用充电电阻器充电需要额外的元件，在功率等级很高时该额外的元件尤其昂贵。

通常还在变频器中使用的一类整流器是半控整流桥。该半控整流桥包括晶闸管和二极管的多个串联连接，并且通常晶闸管是上游元件，由此晶闸管的阴极与DC中间电路的正电源线相连。

一旦中间电路电容器充电达到接近所整流的主电压值的电压，则充电阶段结束，并且整流器中的晶闸管通常作为二极管进行操作。这意味着一旦阳极和阴极间电压是正向电压，就将晶闸管控制为导通状态，然后触发晶闸管为导通。处于二极管模式下操作的晶闸管即处于全相角的晶闸管可确保送至DC中间电路的电压最大。

众所周知的是，在二极管模式也依赖于相位角控制的控制方法中，在可靠性与动态响应之间有着妥协。这会引起线电压骤降及其他的线电压急剧变化这样的故障。

这就希望获得一种相位角控制电路，该相位角控制电路设计简单，并且在对中间电路电容器进行充电时可快速且可靠地以二极管模式进行操作。此外，还希望能够容易地调整该控制电路拓扑的尺寸以用于所有功率等级。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法以及用于实现该方法的电路以便解决上述问题。本发明的目的是通过特征在于独立权利要求所述的方法和配置来实现的。在从属权利要求中公开了本发明的优选实施例。

即，采用这样一种用于控制晶闸管(V1)进入导通状态的电路，所述晶闸管(V1)处于整流器中，所述整流器适于将直流电压提供给直流电压电路，其特征在于所述电路包括：

脉冲变压器(T1)；

用于产生所述脉冲变压器(T1)的初级绕组上的电压脉冲的装置；

触发电容器(C2)，所述触发电容器(C2)适于由所述脉冲变压器的次级绕组上的电压脉冲来充电；

齐纳二极管(V5)，所述齐纳二极管(V5)适于当所述触发电容器(C2)的电压超过所述齐纳二极管(V5)的击穿电压时，由所述触发电容器(C2)的电压来触发；以及

辅助晶闸管(V3)，所述辅助晶闸管(V3)适于由来自所述触发电容器(C2)流过所述齐纳二极管(V5)的电流来触发，其中

所述辅助晶闸管(V3)的阴极与所述晶闸管(V1)的栅极相连，以由来自触发电容器(C2)流过所述辅助晶闸管(V3)的电流触发所述晶闸管(V1)。

所述电路进一步包括：

用于对所述直流电压电路的电压进行测量的装置(1)；以及

用于能对测量电压的所述装置响应，从而将所述电路的操作模式从充电模式转变为二极管模式的装置。

所述用于改变所述电路的所述操作模式的装置包括可控开关(K1)，所述可控开关(K1)适于将所述触发电容器(C2)与所述脉冲变压器(T1)的次级线圈并联，以在充电模式下操作；或者

将所述触发电容(C2)通过二极管(V4)连接在供电相电压与所述直流电压电路的正电源线(Udc+)之间，所述二极管(V4)连接成当所述供电相电压高于所述直流电压电路的正电源线(Udc+)的电压时，对所述触发电容器(C2)充电，以在二极管模式下操作。

本发明基本思想是利用触发电容器来向晶闸管提供触发脉冲，所述触发电容器是利用脉冲变压器的电压脉冲充电的。当触发电容器的电压超过了所设置的限值时，将充电到触发电容器的电压放电到晶闸管的栅极，从而可靠地导通晶闸管。

本发明的方法和电路的优点在于，在不同功率等级下很容易执行该电路，并且在充电过程中所使用的电路还可以二极管模式操作使用，从而便于由充电模式变为非常可靠的二极管模式操作，而且不需要两个完全独立的电路。

附图说明

在下文中参考附图通过优选实施例对本发明进行更详细地描述，在附图中：

图1示例了本发明的与用于控制晶闸管为二极管模式的控制电路相连的电路。

具体实施方式

图1示出了本发明的与用于控制晶闸管V1为二极管模式操作的电路相连的电路。本发明电路和方法的目的在于利用相位角控制对DC电路电容器C1进行充电。利用该方法和电路将电容器C1充电到下述电压大小，该电压大小可以开始使晶闸管V1处于二极管模式下，而不会使过量的电流涌至电容器C1。

电容器C1连接在DC电路的正负电源线之间。在变频器中反相器部分与DC电路相连，用于将交流电提供给负载。并且通常将与变频器相连的该DC电路称为DC中间电压电路或者DC链路。然而，图1中未示出反相器部分。此外，图1仅示出了用于将DC电压提供给中间电路的整流器的一个引脚，为简单起见省略其它引脚。如图1中由晶闸管V1和二极管V2组成的整流器引脚，与供电相位L1相连。三相交流电压供电的其他相位L2、L3类似地连接至整流器的其他引脚，这些引脚在图1中被省去了。

将用于对晶闸管V1进行充电的电路分成两个可相互关连的操作部分：第一部分是用于确定对电容器进行触发的准确时刻，以及生成发起该触发的脉冲的电路；以及第二部分是，生成晶闸管的栅极脉冲的触发电路本身。本发明涉及生成用于触发晶闸管V1的栅极脉冲。可以有多种方式来实现对触发的准确时刻的确定，而对于本发明而言，本发明与如何计算该时刻没有关系。

图1示出了与供电网络同步的锁相环(PLL)电路4。对触发脉冲进行定时以及确定对哪一个供电相位进行控制需要进行同步。另外，图1中示出了电源3。该电源用来对与电容器的充电的有关的操作提供电能，并且还用于在该装置中的其他供电目的。图1中示出了电源3与输入供电相位相连，由此借助供电网络产生适当的辅助电压。

此外，图1示出了充电控制模块5。该充电控制模块5接收锁相环电路4以及DC电压测量电路1的输入。该充电控制模块5根据其输入来确定触发脉冲的时刻，然后生成这些脉冲以送至逻辑求和单元或者与(AND)运算电路6。该充电控制模块5还可确定何时结束充电模式，由此控制开关或者继电器K1的改变。下面对继电器K1的目的进行更仔细地说明。将继电器的控制信息反相(invert)，然后将其送至逻辑求和单元6。因此逻辑求和单元6接收到继电器K1的状态信息。仅当在进行充电模式操作时，该逻辑求和单元6的目的才是转发来自充电控制电路5的脉冲。此外，将来自与(AND)运算电路6的脉冲供给脉冲变压器的初级绕组。应该注意的是，在上面结合一个可能的例子对这些脉冲的形成进行了说明。此外，图1画出了就上述例子而言的连接关系，仅示出如信号这样的不同特征之间的相互关系，而并非示出完整的电路。

本发明的电路包括脉冲变压器T1，以及用于产生送至该脉冲变压器的初级绕组的电压脉冲的装置。用于产生该电压脉冲的这些装置包括电压源，该电压源可被切换为来向初级绕组提供电压脉冲。仅当继电器处于其充电位置时，该充电位置是AND运算电路6与反相电路U2一起加强的，才将这些电压脉冲施加到T1的初级绕组上。

本发明的电路进一步包括触发电容器C2，该触发电容器C2适于由脉冲变压器T1的次级绕组中的电压脉冲来充电。因此在次级绕组中可见所产生的送至脉冲变压器T1的初级绕组的电压脉冲。当在进行充电模式操作时，利用继电器K1使触发电容器C2与次级绕组并联。脉冲变压器T1的次级绕组还通过二极管桥V6与电容器C2相连。二极管桥V6确保所引起的电压脉冲将电容器充电至正确的极性，并且还确保变压器不会饱和。

此外，本发明的电路包括齐纳二极管V5，该齐纳二极管V5适于在触发电容器C2的电压超过齐纳二极管V5的击穿电压时，由触发电容器C2的电压来触发。因此来自脉冲变压器的脉冲对触发电容器C2进行充电。如图1中所示，在本发明的电路中包括辅助晶闸管V3，该辅助晶闸管V3的阳极与齐纳二极管V5的阴极相连，并且栅极与齐纳二极管的阳极相连。当触发电容器的电压超过了齐纳二极管的击穿电压时，由流自触发电容器的电荷来触发该辅助晶闸管。

辅助晶闸管V3的阴极还与晶闸管V1的栅极相连，以由流经辅助晶闸管V3的触发电容器C2的电流来触发晶闸管V1。因此所产生的送至脉冲变压器T1的初级绕组的电压脉冲，通过变压器和二极管桥V6对触发电容器C2进行充电。当触发电容器的电压上升达到比齐纳二极管的击穿电压更高的电平时，由电容器的电压来触发晶闸管。一旦触发了晶闸管V1，则来自供电网络的电流可自由地流动，并且对电容器C1进一步充电。

当充电控制电路5确定测量装置1所测量的整流电压高达所需电压时，此时操作改变为二极管模式操作。通过对继电器K1进行控制来实现操作状态的变化。当继电器K1处于图1所示的位置时，图1的电路处于充电模式，并且进行如上面描述的操作。当将继电器K1的触点控制在使二极管V4与触发电容器相连的位置时，元件C2、V5、以及V3被用于触发所述晶闸管在二极管模式操作。下面还对该二极管模式下的操作进行简短的说明。

当二极管V4的阴极与触发电路电接触时，由供电线L1与中间电压电路的正电源线Udc+之间的电压差来对电容器C2充电。更具体地说，当供电线L1的电压超过中间电压电路的电压时，对电容器C2充电。当供电线电压低于中间电路电压时，二极管V4阻断流向电容器C2的电流。

在电容器C2于二极管模式下充电的同时，整流器的晶闸管V1正向偏置，即阳极至阴极间电压是正向电压，然后触发所述晶闸管。事实上，当二极管V4导通时，电容器C2和晶闸管V1并联。

当在二极管模式下触发电容器C2中的电压上升时，在并联电路中也可见该相同电压。在该并联电路中电压增加，经过晶闸管V1的阴极和栅极、栅极电阻器R1、以及辅助晶闸管V3的阴极和栅极，齐纳二极管中的电压也增加。可见几乎所有的触发电容器的电压加在齐纳二极管上，这是因为当所述晶闸管处于关断时所述晶闸管的阴极至栅极间电压是可以忽略的。

在二极管模式操作下所述触发电容器的电压可升高，这是因为供电线L1的线电压高于正电源线电压Udc+，一旦触发电容器上的电压上升超过齐纳二极管V5的击穿电压，则电容器C2开始通过齐纳二极管V5放电。所述电容器的电流还流至辅助晶闸管V3的栅极然后触发晶闸管V3。

辅助晶闸管V3转变为导通状态，并且触发电容器C2上形成的电压经由晶闸管V3，通过栅极电阻器R1进一步放电到晶闸管V1的栅极。所述晶闸管的栅极接收到始自于所述触发电容器的强电流，随后与充电模式操作中相类似地，晶闸管V1转为导通状态。

如上面所描述的，同一触发电路可用于充电模式和二极管模式操作这两种模式中。这些模式之间的差别就在于送至触发电容器C2的电压源不同。在充电模式操作中，所述电容器由通过所述脉冲变压器所产生的电压脉冲充电，而在二极管模式操作中，所述电容器由供电线电压与正向整流电压Udc+之间的电压差充电。利用继电器K1的动作，可在这些操作模式之间进行平滑地切换。

本发明电路中的齐纳二极管V5可使电容器C2上的电压上升到电容器C2中的电荷可以可靠地导通可控晶闸管V1这样的级别。

在上面描述中，仅就一个相位而言描述了充电模式操作的功能。然而，在图1中，供电电压是三相电压。如上所述，可仅利用一个相位或者利用所有的供电相位来执行对电容器C1的充电。如果利用多个相位充电，则为所有相位提供除电压测量装置1、锁相环4、以及电源3之外的图1中的电路。这些装置和部件即电压测量装置1、锁相环4、以及电源3共用。

在上面描述中，结合变频器对本发明进行了描述。在变频器中反相器部分与所述中间电压电路相连。然而很清楚的是，适于使用DC电压作为输入电压的任何其他设备可使用所产生的送至该DC电压电路(例如该中间电压电路)的该DC电压。

对于本领域技术人员而言是很清楚的是，本发明的方法和电路还可与具有任意相数的供电电压相结合地使用。例如本发明还可与12个脉冲桥相结合地使用。在上面描述中，本发明结合半控桥进行了描述，在该半控桥中，可控晶闸管具有比二极管更高的电势。然而，很清楚的是，本发明还可结合可控晶闸管代替二极管V2以及二极管代替晶闸管V1这样的桥来执行。

在上面描述中，本发明描述了整流器，以及，包括如上述发明内容中所述任意一项所述的电路的变频器。

本发明也提供了关于控制晶闸管(V1)进入导通状态的方法，所述晶闸管(V1)处于整流器中，所述整流器将直流电压提供给直流电压电路，其特征在于所述方法包括以下步骤：

形成电压脉冲以送至脉冲变压器(T1)的初级绕组；

由来自所述脉冲变压器的次级线圈电路的电压脉冲对所述触发电容器(C2)充电；

当所述触发电容器(C2)的电压超过所述齐纳二极管(V5)的击穿电压时，由所述触发电容器(C2)的电压来触发齐纳二极管(V5)；

由来自所述触发电容器的流过所述齐纳二极管(V5)的电流来触发辅助晶闸管(V3)，以及

由来自所述触发电容器(C2)的流过所述辅助晶闸管(V3)的电流来触发晶闸管(V1)，以使晶闸管(V1)处于二极管模式下使用。

所述方法还包括步骤：

对所述直流电压电路的电压进行测量；

通过由所述晶闸管而不是所述脉冲变压器的次级电路上的电压，来对所述触发电容器充电，所述电路的所述操作模式从充电模式操作转变为二极管模式操作，以响应所测量的电压。

以及，根据上面所述的方法，所述直流电压电路是变频器的中间电路，以及所述方法是在所述变频器中执行。

对于本领域技术人员而言显而易见的是，随着技术的提高，可以多种方式实现本发明构思。本发明及其实施例并不局限于上面描述的例子，而是在权利要求的范围内可作变化。

Claims (7)

1、一种用于控制晶闸管(V1)进入导通状态的电路，所述晶闸管(V1)处于整流器中，所述整流器适于将直流电压提供给直流电压电路，其特征在于所述电路包括：

脉冲变压器(T1)；

用于在所述脉冲变压器(T1)的初级绕组上产生电压脉冲的装置；

触发电容器(C2)，所述触发电容器(C2)适于由所述脉冲变压器的次级绕组上的电压脉冲来充电；

齐纳二极管(V5)，所述齐纳二极管(V5)适于当所述触发电容器(C2)的电压超过所述齐纳二极管(V5)的击穿电压时，由所述触发电容器(C2)的电压来触发；以及

辅助晶闸管(V3)，所述辅助晶闸管(V3)适于由来自所述触发电容器(C2)流过所述齐纳二极管(V5)的电流来触发，其中

所述辅助晶闸管(V3)的阴极与所述晶闸管(V1)的栅极相连，以由来自触发电容器(C2)流过所述辅助晶闸管(V3)的电流触发所述晶闸管(V1)。

2、根据权利要求1所述的电路，其特征在于所述电路进一步包括：

用于对所述直流电压电路的电压进行测量的装置(1)；以及

用于能对测量电压的所述装置响应，从而将所述电路的操作模式从充电模式转变为二极管模式的装置。

3、根据权利要求2所述的电路，其特征在于所述用于改变所述电路的所述操作模式的装置包括可控开关(K1)，所述可控开关(K1)适于将所述触发电容器(C2)与所述脉冲变压器(T1)的次级线圈并联，以在充电模式下操作；或者

将所述触发电容(C2)通过二极管(V4)连接在供电相电压与所述直流电压电路的正电源线(Udc+)之间，所述二极管(V4)连接成当所述供电相电压高于所述直流电压电路的正电源线(Udc+)的电压时，对所述触发电容器(C2)充电，以在二极管模式下操作。

4、一种包括如上述权利要求1至3任意一项所述的电路的变频器。

5、一种控制晶闸管(V1)进入导通状态的方法，所述晶闸管(V1)处于整流器中，所述整流器将直流电压提供给直流电压电路，其特征在于所述方法包括以下步骤：

形成电压脉冲以送至脉冲变压器(T1)的初级绕组；

由来自所述脉冲变压器的次级线圈电路的电压脉冲对所述触发电容器(C2)充电；

当所述触发电容器(C2)的电压超过所述齐纳二极管(V5)的击穿电压时，由所述触发电容器(C2)的电压来触发齐纳二极管(V5)；

由来自所述触发电容器的流过所述齐纳二极管(V5)的电流来触发辅助晶闸管(V3)，以及

由来自所述触发电容器(C2)的流过所述辅助晶闸管(V3)的电流来触发晶闸管(V1)，以使晶闸管(V1)处于二极管模式下使用。

6、根据权利要求5的方法，其特征在于该所述方法还包括步骤：

对所述直流电压电路的电压进行测量；

通过由所述晶闸管替代所述脉冲变压器的次级绕组上的电压，来对所述触发电容器充电，所述电路的所述操作模式从充电模式操作转变为二极管模式操作，以响应所测量的电压。

7、根据权利要求5或者6的方法，其中所述直流电压电路是变频器的中间电路，以及所述方法是在所述变频器中执行。

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