CN103004071A - 调节的自举电力供应 - Google Patents
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Abstract
示范性电力供应包括低侧开关和高侧开关。驱动器控制该高侧开关的操作。自举电容器向该驱动器供应电力。能量存储装置部分与该自举电容器并联来对该自举电容器的电压是否下降到低于期望电压提供控制。电压调节器与该自举电容器并联以用于限制提供给该自举电容器的电流并且用于调节该自举电容器的电压。
Description
背景技术
已知自举电力供应。大部分自举电力供应电路在消费者电子装置中使用。例如,典型的栅极驱动器集成电路设计成与自举供应一起运行。
图1图示用于向负载12提供电力的典型的自举电力供应布置10。电压源14具有关联的限流电阻器16和整流器18。低侧IGBT 20以已知的方式接通或切断。高侧IGBT 22由上部栅极驱动器24控制。自举电容器26对该上部栅极驱动器24供电。
电压源14在低侧IGBT 20传导时对自举电容器26充电。当低侧IGBT 20关断时,自举电容器26左浮动。在该条件下,自举电容器26与上部栅极驱动器24和高侧IGBT 22的发射极连接。当低侧IGBT 20关断时,其两端的电压降有效地使用于对自举电容器26充电的电压改变。在那些条件下,未调节上部栅极驱动器24的电力供应。这在许多情况下是不期望的。例如,未调节的电力供应使其有限地用于高压应用。
在高压布置中,低侧IGBT 20两端的电压降与电压源14相比是显著的。这使自举电容器26的充电电压产生大的变化并且使其非常难以保持在上部栅极驱动器24的期望电压范围内。大的电压变化还对IGBT 20和22的开关性能产生负面影响。
对在图1中示出的典型布置的另一个限制是可以对自举电容器26充电的速率相对低。这需要与二极管18串联的更大的电阻16。限流电阻器16保护上部栅极驱动器24免于在初始导通时高的电压变化率并且限制可以对自举电容器26充电的速率。对于一些高压情况,可用于对自举电容器26充电的时间的量非常有限并且在没有足够高的充电速率情况下,在图1中示出的布置不是有用的。
发明内容
示范性电力供应包括低侧开关和高侧开关。驱动器控制该高侧开关的操作。自举电容器向该驱动器供应电力。能量存储装置部分与该自举电容器并联来控制该自举电容器的电压的任何下降。电压调节器与该自举电容器并联以用于限制提供给该自举电容器的电流并且用于调节该自举电容器的电压。
控制从自举电容器到控制开关的驱动器的电力供应的示范性方法包括提供与自举电容器并联的能量存储装置。该能量存储装置对自举电容器的电压是否下降到低于用于对驱动器供电的期望电压提供控制。使用与自举电容器并联的线性调节器来调节自举电容器的电压。
将通过下列详细描述使公开的示例实施例的各种特征和优点对于本领域内技术人员变得明显。伴随着详细描述的图可以简要地描述如下。
附图说明
图1示意地图示来自现有技术的自举电容器电力供应布置。
图2示意地图示根据本发明的实施例设计的电力供应布置。
图3示意地图示根据本发明设计的另一个示例电力供应布置。
图4示意地图示包括根据本发明的实施例设计的电力供应的电梯系统的选择部分。
具体实施方式
图2示意地示出用于向负载42提供电力的电力供应40。在一个示例中,该负载42包括DC母线。在一个示例中,该DC母线包括高压DC母线。一个示例包括在DC母线上超过120伏的电压。在用于电梯系统的一示例中,电压可以是大约750伏和多达1200伏。
低侧开关44和高侧开关46控制提供给负载42的电力。该高侧开关46由上部栅极驱动器48控制。自举电容器50向该上部栅极驱动器48提供电力。
电压源52与限流电阻器54和整流器56串联。在一个示例中,该电压源52包括高压源。
图示的示例包括与自举电容器50和电压调节器62并联的能量存储装置部分60,电压调节器62也与自举电容器50并联。该能量存储装置部分60与自举电容器50同时增加电压以防止自举电容器50的电压在能量存储装置部分60的电压下降到低于自举电容器50的电压之前下降。换句话说,能量存储装置部分60对自举电容器50的电压是否将下降提供一些控制。能量存储装置60的该特征允许例如使用相对不太贵的电容器作为自举电容器50。
能量存储装置部分60还允许电压源52比可以提供给上部栅极驱动器48的最大电压要高。能量存储装置部分60的存在还促进自举电容器50的更快速、更有效充电。
电压调节器62调节自举电容器50的电压。在一个示例中,使用线性调节器。电压调节器62也限制到自举电容器50的冲击电流,这便于使用相对不太贵的电容器。
图示的示例允许自举电力供应在高压情形中使用,因为能量存储装置部分60和电压调节器62使与低侧开关44关断关联的电压降影响减弱。能量存储装置部分60和电压调节器62还保护自举电容器50和上部栅极驱动器48免于经历电压急速增加。能量存储装置部分60和电压调节器62还便于比通过传统自举电力布置所可能做到的要更快地对自举电容器50充电。
图3示意地图示另一个示例电力供应40,其中能量存储装置部分60包括电容器70。选择自举电容器50和能量存储装置电容器70的电容使得自举电容器50上的电压将直到电容器70上的电压下降到低于自举电容器50的电压时才下降。
图3的示例中的电压调节器62包括线性调节器,其包括齐纳(zener)二极管72。该齐纳二极管72的击穿电压选择成高于自举电容器50的期望电压使得调节器62操作成对自举电容器50充电。在一个示例中,齐纳二极管72的击穿电压比自举电容器50的期望电压高大约0.7伏以用于对上部栅极驱动器48供电。该示例中的线性调节器包括使其基极与齐纳二极管72串联的晶体管74。调节器电阻器76和调节器电容器78也包括在该示例中。
在图3的示例中,开关44和46包括IGBT。例如FET或另一个半导体开关的其他开关配置可在一些示例中使用。
图2和3的示例电力供应40可在多种情况下使用。图4图示在电梯系统80内的这样的电力供应的一个示例使用。电力供应40用于对与电梯机84关联的驱动82供电。电梯轿厢86在升降通道88内的运动由机器84的操作来控制。电梯系统组件需要高压和包括能量存储装置部分60的电力供应并且电压调节器62允许在高压电梯系统环境中使用自举电力供应配置。
图示的示例电力供应的一个特征是对于电梯驱动,不再需要用于栅极驱动电路的昂贵的隔离变压器和独立开关模式电力供应。在电梯驱动中,电力开关(例如,图3中的IGBT 44和46)中的每个需要可以驱动它们的栅极来控制开关的隔离电源。对栅极驱动电路使用隔离变压器和独立开关模式电力供应的典型的方法趋于对电梯系统的驱动电力供应增加显著的成本。利用图示的示例布置,成本节省是可能的并且实现用于对上部栅极驱动器48供电的健壮解决方案。
图示的示例对上部IGBT栅极驱动器电力供应提供成本和空间最优解决方案。示例电力供应通过允许对低侧开关更大的最小导通时间和更快速的充电而使另外施加于脉宽调制的约束最小化。
前面的描述是示范性的而不是实际上限制性的。对公开的示例的变化和修改对于本领域内技术人员可变得明显,其不一定脱离本发明的本质。给予本发明的法律保护范围可以仅通过研究随附的权利要求来确定。
Claims (15)
1.一种电力供应,包括:
低侧开关;
高侧开关;
驱动器,其控制所述高侧开关的操作;
自举电容器,其向所述驱动器供应电力;
能量存储装置部分,其与所述自举电容器并联;以及
电压调节器,其与所述自举电容器并联以用于限制提供给所述自举电容器的电流并且用于调节所述自举电容器的电压。
2.如权利要求1所述的电力供应,其中,所述能量存储装置部分包括第二电容器。
3.如权利要求2所述的电力供应,其中,所述第二电容器防止所述自举电容器的电压在第二电容器电压下降到低于所述自举电容器的电压之前下降到低于期望电压。
4.如权利要求1所述的电力供应,其中,所述电压调节器包括线性电压调节器。
5.如权利要求4所述的电力供应,其中,所述电压调节器包括齐纳二极管,其具有选择使得电压源对所述自举电容器充电的击穿电压。
6.如权利要求5所述的电力供应,其中,齐纳二极管击穿电压高于所述自举电容器的期望电压。
7.如权利要求6所述的电力供应,其中,所述齐纳二极管击穿电压比所述自举电容器的期望电压高大约0.7伏。
8.如权利要求5所述的电力供应,其中,所述电压调节器包括晶体管,其具有与所述齐纳二极管串联的基极并且其中所述晶体管和所述齐纳二极管与所述自举电容器并联。
9.如权利要求1所述的电力供应,包括DC母线,所述DC母线与所述低侧开关和所述高侧开关耦合使得所述开关控制对所述DC母线的电力供应。
10.如权利要求9所述的电力供应,其中,所述DC母线包括高压DC母线。
11.一种控制从自举电容器到驱动器的电力供应的方法,所述驱动器控制高侧开关,所述方法包括以下步骤:
提供与所述自举电容器并联的能量存储装置,所述能量存储装置对所述自举电容器的电压是否下降到低于用于对所述驱动器供电的期望电压提供控制;以及
使用与所述自举电容器并联的线性调节器来调节所述自举电容器的电压。
12.如权利要求11所述的方法,包括使用所述线性调节器用于限制供应给所述自举电容器的电流的量。
13.如权利要求11所述的方法,其中,所述能量存储装置包括电容器并且所述方法包括防止所述自举电容器的电压在能量存储装置电容器电压下降到低于所述自举电容器的电压之前下降到低于所述期望电压。
14.如权利要求11所述的方法,包括使用所述高侧开关用于控制输送到DC母线的电力。
15.如权利要求14所述的方法,其中,所述DC母线包括高压DC母线。
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