CN102804569A - 与功率开关并联连接的用于功率开关的控制电路的电源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变流器电路(1)，用于产生用于功率半导体开关(2)的供电电压，其中，由具有反并联连接的二极管的二极管单元(4)和保护电路(RS，RC)组成的串联电路与所述功率半导体开关并联连接。二极管电压产生馈电电压(UD)，其被转换(9)、整流(12)以及作为供电电压(UV)提供。

Description

与功率开关并联连接的用于功率开关的控制电路的电源
技术领域
本发明涉及一种用于产生电源电压的变流器电路，其具有功率半导体开关、与功率半导体开关并联的电压产生装置(其被构造为用于产生馈电电压)、变压装置(Umspannmitteln)(其与电压产生装置相连接，并且被构造为用于将馈电电压转换为中间交流电压)以及整流器单元(用于整流中间交流电压以获得供电电压)。
本发明还涉及一种具有变流器阀的桥电路的转换器，其中变流器阀具有由这样的变流器电路组成的串联电路。
背景技术
这样的变流器电路和这样的转换器已经由DE 100 45 093 A1公开。在那里描述的变流器电路具有可关断的晶闸管(GTO)作为功率半导体开关。在与可关断的功率半导体并联的桥接支路中布置所谓的保护电路(Schutzbeschaltung)，该保护电路根据英语概念“缓冲器(Snubber)”也被专业人员所公知。保护电路主要由串联连接的限流电阻以及保护电容器组成。保护电路用于避免在切换功率半导体开关时过快的电压上升以及在功率半导体开关上过大的电压降落。在此，功率半导体开关是能量传输领域中变流器的部件并且在运行中处于高压电位。为了产生用于功率半导体开关的电控制信号采用所谓的控制单元，该控制单元通常经由不导电的光波导体与调节单元相连，该调节单元位于接近地电位的电位。调节单元在输出侧提供光学触发信号，该光学触发信号经由光波导体被传输到位于高压电位的控制单元。控制单元产生基于光学控制信号的电控制信号用于功率半导体开关，该功率半导体开关通过这种方式在高阻状态(也就是未导通状态)与低阻状态(也就是导通状态)之间来回切换。
为了对控制单元供电，截取在保护电容器上降落的直流电压并且将其输送到开关电源，其中开关电源具有用于切断直流电压的晶体管以便产生矩形电压。这样获得的矩形电压被输送到作为变压装置的变压器，该变压器将矩形电压转换为期望的中间交流电压。在变压器之后连接整流器，该整流器根据从变压器的输出侧提供的中间交流电压提供功率半导体开关的控制单元所需要的供电电压。
EP 0 868 014 B1同样公开了一种变流器电路，利用该变流器电路能够产生用于功率半导体开关的控制单元的供电电压。在这种情况下功率半导体开关是所谓的IGBT，其与续流二极管反向并联连接。在关于IGBT和关于续流二极管的并联支路中再次布置限流电阻以及保护电容器。借助分压器截取一部分在保护电容器上降落的电压，并且以大约300V的直流电压加载此处被实现为电容器的电压产生装置。在上述电容器上降落的电压通过调节旁路支路(该旁路支路与电容器并联延伸)中的电流被高成本地调节。此外，设置了衰减装置。最后变压装置以降压变压器或升压变压器的形式公开，其在输入侧与调节电容器相连，而在输出侧提供期望的作为直流电压的供电电压。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种本文开始部分所述类型的变流器电路，该变流器电路是耐用的并且具有简单以及低成本的结构。
本发明如下地解决上述技术问题，使得电压产生装置被实现为二极管单元，该二极管单元具有彼此反向并联连接的二极管，其中二极管单元布置在与功率半导体开关并联的电路中。
按照本发明两个彼此反向并联连接的二极管用于产生输出交流电压。通过反向并联连接的二极管构造二极管单元，经由该二极管单元在切换与二极管单元并联布置的功率半导体开关时在两个方向上流过电流。其结果是在二极管单元的二极管上降落交流形式的导通电压UD。该导通电压在其幅值方面关于宽的电流强度范围几乎恒定。由此，通过二极管单元将缓冲器电流转换为恒定大小的交流电压，该恒定大小的交流电压在此被称为馈电电压。馈电电压随后被转换为期望的电压电平，并且对转换后的中间交流电压进行整流，从而提供期望的已整流的供电电压。因此，按照本发明避免了易于产生错误的开关或调节元件。提供一种简单并且耐用的结构，该结构无需附加的缓冲器元件就已足够，如按照现有技术的变流器电路中那样。在本发明的范围内也不需要衰减电路。此外，可以利用缓冲器电流的两个极性。通过变压装置提供电位隔离，该电位隔离根据应用情况可以是优选的。此外，可以将不需要控制的二极管与变流器电路的其余组件空间地隔离。其优选导热地与功率半导体的冷却相连，从而在产生馈电电压时形成的热量可以被可靠地引出。
优选地，将如下的并联支路与功率半导体开关并联连接，在该并联支路中串联布置限流电阻、保护电容器和二极管单元。在此，限流电阻和保护电容器构成所谓的保护电路，该保护电路公知是英语中的概念“缓冲器(Snubber)”。由此确保总缓冲器电流通过二极管单元流出。
合适地，二极管单元直接与功率半导体开关的阴极相连接并且经由保护电容器和限流电阻与功率半导体开关的阳极相连接。
合适地，变压装置是变压器，其中变压器的第一绕组与二极管单元相连接并且变压器的第二绕组与整流器单元相连接。如上面已经解释的那样，变压器提供在整流器单元和二极管单元之间的电位隔离，从而在整流器单元之后布置的组件不取决于保护电路和二极管单元的电位。由此，在变压器的输出侧也能产生负电压。
优选地设置滤波装置。该滤波装置合适地布置在二极管单元和变压装置之间并且用于平滑作为馈电电压的交流电压，该馈电电压通过二极管单元来产生。
合适地，功率半导体开关是晶闸管。
不同的是，功率半导体开关是具有与其反向并联连接的续流二极管的可关断的功率半导体。
附图说明
本发明的其它优点是下面借助附图描述本发明的实施例的主题，附图中：
图1示出了按照本发明的变流器电路的实施例。
具体实施方式
图1示出了按照本发明的变流器电路1的实施例的电路图。变流器电路1包括构造为晶闸管2的功率半导体开关，该功率半导体开关可以借助门极接头3上的电控制信号从未导通的状态(也就是高阻传导状态)转换到导通的状态(也就是低阻传导状态)。在此，晶闸管2与多个图中未示出的晶闸管串联连接，这些晶闸管具有与图中所示变流器电路1相同的变流器电路。通过这个由晶闸管组成的串联电路构造变流器阀，该变流器阀在能量分配和传输的情况下使用，例如用于高压直流传输、用于无功功率补偿等。在此，变流器阀形成桥电路，该桥电路被称为转换器。转换器也包括保护及调节单元，该保护及调节单元处于接近地电位的电位。
为了在晶闸管2的门极接头3上产生触发或控制信号，设置图中未示出的控制单元，该控制单元经由光波导体与调节单元相连接。调节单元产生光学控制信号的序列，这些光学控制信号在门极接头3上被各个控制单元转换为电控制信号。为此所需的能量通过变流器电路1来提供，该变流器电路在输出侧提供供电电压UV。
为了产生原始电压采用二极管单元4，该二极管单元由两个彼此反向并联连接的二极管5组成。二极管单元4布置在晶闸管2的并联支路6中，该支路将晶闸管2的阳极接头7与晶闸管2的阴极接头8相连。在并联支路6中布置保护电路，该保护电路由限流电阻RS以及保护电容器CS组成，限流电阻RS以及保护电容器CS被布置为彼此串联。在英语中被称为“缓冲器(Snubber)”的保护电路用于保护晶闸管2，特别是用于防止电压快速上升以及防止高的电流负载。
二极管单元4同样与限流电阻RS和保护电容器CS串联地布置在并联支路6中。在高阻和低阻的状态之间切换晶闸管2的结果导致电流通过并联支路6，并且由此导致电流流过二极管单元4。该电流可以基于反向并联设置的二极管5在两个方向上进行。在二极管5上由于该缓冲器电流降落了交流形式的导通电压(Durchlassspannung)UD，其幅值关于宽的电流强度范围几乎恒定。导通电压UD下面被称为馈电电压UD。
二极管单元4与变压器9并联连接。换句话说，变压器的初级绕组10与二极管单元4的输出端子相连接。馈电电压UD是交流电压，从而在变压器的次级绕组11上可以产生中间电压UZ，该中间电压对于各个在其后连接的组件合适地具有高的幅值。由次级绕组11提供的交流形式的中间交流电压UZ最后施加在整流器12的输入端，换句话说该整流器12与变压器9的次级侧绕组11相连。例如由二极管13组成的整流器12在输出侧提供期望的作为直流电压的供电电压UV。
在二极管单元4与变压器9之间连接滤波装置L，该滤波装置例如通常被构造为低通滤波器。

Claims (9)

1.一种变流器电路(1)，用于产生供电电压，具有
-功率半导体开关(2)，
-电压产生装置(4)，其与所述功率半导体开关(2)并联，所述电压产生装置被构造为用于产生馈电电压(UD)，
-变压装置(9)，所述变压装置与所述电压产生装置(4)相连接并且被构造为用于将所述馈电电压(UD)转换为中间交流电压(UZ)，以及
-整流器单元(12)，所述整流器单元用于整流所述中间交流电压(UZ)以获得供电电压(UV)，
其特征在于，所述电压产生装置被实现为二极管单元(4)，所述二极管单元具有彼此反向并联连接的二极管(5)，其中，所述二极管单元(4)布置在与所述功率半导体开关(2)并联的电路中。
2.根据权利要求1所述的变流器电路(1)，其特征在于，如下的并联支路(6)与所述功率半导体开关(2)并联连接：在所述并联支路(6)中串联布置限流电阻(RS)、保护电容器(CS)以及所述二极管单元(4)。
3.根据权利要求2所述的变流器电路(1)，其特征在于，所述二极管单元(4)直接与所述功率半导体开关(2)的阴极(8)相连接，并且经由所述保护电容器(CS)和所述限流电阻(RS)与所述功率半导体开关(2)的阳极(7)相连接。
4.根据上述权利要求中任一项所述的变流器电路(1)，其特征在于，所述变压装置是变压器(9)，其中，所述变压器(9)的第一绕组(10)与所述二极管单元(4)相连接，并且所述变压器(9)的第二绕组(11)与所述整流器单元(12)相连接。
5.根据上述权利要求中任一项所述的变流器电路(1)，其特征在于滤波装置(L)。
6.根据权利要求5所述的变流器电路(1)，其特征在于，所述滤波装置(L)连接在所述二极管单元(4)与所述变压装置(9)之间。
7.根据上述权利要求中任一项所述的变流器电路(1)，其特征在于，所述功率半导体开关是晶闸管(2)。
8.根据上述权利要求1至7中任一项所述的变流器电路(1)，其特征在于，所述功率半导体开关(2)是具有与其反向并联连接的续流二极管的可关断的功率半导体。
9.一种转换器，具有变流器阀的桥电路，其中，所述变流器阀具有由根据上述权利要求中任一项所述的变流器电路(1)组成的串联电路。
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