CN106936302A - 电子电路及用于操作电子电路的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有高侧DC电压电平、输入端和输出端的电子电路(1)，尤其DC连接电路，电子电路(1)包括DC连接电容器(4)、将输入电流限制到预定电平的冲击保护电路(3)，后者连接在DC连接电容器(4)的电源线(6)与输入端之间并包括充电电阻器元件(Rc)、与充电电阻器元件(Rc)并联连接的开关元件(9)和用于控制开关元件(9)的控制装置(7，8)，控制装置(7，8)适于当输入电流降至预定电流水平之下时接通开关元件，控制装置(7，8)还包括触发控制元件(8)，后者适于检测开关元件(9)两端的电压差并在检测的电压差升至预定阈值电压之上时断开开关元件(9)。此外，本发明涉及用于操作电子电路(1)的方法。

Description

电子电路及用于操作电子电路的方法
技术领域
本发明涉及一种电子电路及用于操作电子电路的方法。
背景技术
除其他之外，电子电路包括频率转换器，该频率转换器被用在机电驱动系统中，用于从交流电(AC)产生具有不同频率和幅值的交流电来直接为电动机器(例如，三相马达)供电。
尽管其他配置在现有技术中也是已知的，但典型地，这样的频率转换器由用于整流电源AC电流的输入电路、中间电路和电源电路组成，电源电路包括产生具有所需频率和幅值的电源的半导体开关。
此外，电容器在这样的频率转换器中实现，该电容器实际上代表电力存储并且连接到整流器的下游。在现有技术中还已知的是，在中间电路中设置限压器，其中施加到电子电路的电压越高，其电阻将变得越低。然而，这样的限压器仅对450伏以上的高压有效，并且其响应时间相当慢。
此外，在现有技术中已知的是，当中间电路电容器正在充电时，将中间电路中的电流限制在预定的最大冲击限值。这通常由具有高电阻的电阻器实现。由于实现上述具有高电阻的电阻器所引起的损失，后者仅在实际需要的情况下被激活。否则，其始终短路。短路受电子开关元件影响，开关元件可以有利地为具有主要电阻式接通(ON)特性的选通的基于氮化镓或硅的半导体器件，例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，该开关元件取决于电流而使电阻器短路。
然而，尽管大多数MOSFET相当便宜，但其仅能够在线性模式下操作短时间段。因此，必须测量开关元件上的电压。如果电压升至一定阈值电压值之上，则必须接通开关，因为要保护开关元件。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种电子电路及用于操作电子电路的相应方法，根据该方法，电子开关元件在线性模式下的操作被减少到最小时间段。
通过具有下面描述的特征的电子电路及具有下面描述的特征的用于操作电子电路的方法解决了该目的。本发明的优选实施例由各从属权利要求所限定。
根据本发明，提供一种具有高侧DC电压电平、输入端和输出端的电子电路，特别是DC连接电路，该电子电路包括DC连接电容器、用于将输入电流限制到预定电平的冲击保护电路，其中冲击保护电路连接在DC连接电容器的电源线与输入端之间，冲击保护电路包括充电电阻器元件、与该充电电阻器元件并联连接的开关元件、以及用于控制开关元件的控制装置，其中控制装置适用于当输入电流降至预定电流水平之下时接通开关元件，其中控制装置还包括触发控制元件，该触发控制元件适用于检测开关元件两端的电压差并在检测到的电压差升至预定阈值电压之上时断开开关元件。
通过本发明的电子电路的配置，能够实现即时触发反应，由此仅在几百纳秒内断开电子开关元件，从而防止电子开关元件在线性模式下操作超过所需时间。此外，本发明的电路减少了流向DC连接电容器的充电电流，并且其防止施加到输入端子的浪涌电压对DC连接电容器进行充电。因此，使DC连接电容器及其所连接的电子电路免受过电压。
根据本发明的电子电路的进一步优点在于，中间电路能够从几瓦扩展到几百瓦，因此，基本上扩大了其应用范围。另外，根据本发明的电子电路的中间电路具有非常低的功耗以及非常低的功率损耗。中间电路自动地运行且不依赖于任何其他控制电路。
根据本发明的优选实施例，冲击保护电路连接到DC连接电容器的负电源线。通过将冲击保护电路连接到DC连接电容器的负电源线，其能够在电子电路各个组件(特别是与例如其他晶体管(例如，PNP晶体管)相比相当便宜的NPN晶体管)中实现。
根据另一个优选实施例，冲击保护电路的输入端连接到桥式整流器。
此外，电子电路还可以包括限压器。
控制装置可以在作为软件解决方案的一部分的微控制器中实现，但优选地实现为控制电路。
根据又一个优选实施例，控制电路还包括电流监管电路。
优选地，触发控制元件包括电压触发电路。
还有利的是，如果限压器为压敏电阻器，则调整和设置压敏电阻器以保护桥式整流器和冲击保护电路及DC连接电容器免受过电压。
开关元件可以从高侧DC电压电平供应，并且用于开关元件的控制输入可以被限制到预定电压电平。
根据另一个优选实施例，电流监管电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻器、第一晶体管和NTC电阻器。
另外，触发控制元件可以包括第四电阻、第五电阻和第二晶体管。
开关元件可以是第三晶体管。
优选地，开关元件为MOSFET，并且适用于在线性模式下操作，并且其中如果MOSFET的漏源电压超过预定电压限值，则触发控制元件适用于断开开关元件。
此外，电流监管电路可以适用于降低在开关元件处的栅极电压，然后电流监管电路将在线性模式下操作。
根据又一个优选实施例，第二电阻和NTC电阻器操作以对第一晶体管的基极发射极的阈值电压进行温度补偿。
根据再一个实施例，第二晶体管适用于监测第三晶体管的漏源电压，并且其中如果第四电阻上的电压超过第二晶体管的基极发射极的阈值，则第二晶体管适用于接通和降低第三晶体管的栅极电压。
此外，根据本发明，提供一种用于操作电子电路的方法，其中如果触发控制元件检测到半导体开关两端的已经升至预定阈值电压之上的电压差，则开关元件被控制以便断开。根据本发明的用于操作电子电路的方法提供了与本发明的电子电路有关的上面已经讨论的优点，特别地，该方法使得电子开关能够在特别短时间内(即，仅在几百纳秒)被关断。
附图说明
可以结合附图从以下说明中推导出本发明的其他细节和特征以及本发明的具体实施例，在附图中：
图1示出根据优选实施例的电子电路的示意图；以及
图2示出图1所示的电子电路的电路图。
具体实施方式
图1示出根据优选实施例的电子电路的示意图；以及图2示出图1所示的电子电路的电路图。
图1示出根据优选实施例的电子电路1的示意图，本文的电子电路1被配置为DC连接电路。可以看出，电子电路1基本上包括三个主要单元：桥式整流器2，用于通过全波整流将交流电(AC)输入转换为直流电(DC)输出；中间或冲击保护电路3；以及电源电路，包括DC连接电容器4和本文未进一步示出的所连接的电子负载电路。
此外，连接在桥式整流器2与DC连接电容器4之间的冲击保护电路3包括以压敏电阻器(VDR)5的形式的限压器，用于将输入电流限制到预定电平。此外，作为开关元件(这里是MOSFET)的电子开关9、作为充电电阻器元件的充电电路10、电流监管电路7和作为用于控制开关元件的控制装置的电压触发电路8被包括在冲击保护电路3中，下面将结合图2对冲击保护电路3进行进一步详细说明。在本文所示的示例中，冲击保护电路3的所有组件连接到DC连接电容器4的负电源线6″。这样做的优点在于，如果能将上面提到的组件连接到正电源线6′，则可以使用比例如PNP晶体管便宜的各个组件，特别是NPN晶体管，否则将必须使用PNP晶体管。然而，如果需要的话，冲击保护电路3的上述组件仍然可以在正电源线6′中实现。
图2示出图1所示的电子电路1的电路图。可以看出，在输入侧上，设置有连接到冲击保护电路3和在电子电路1的输出侧上的DC连接电容器4的桥式整流器2。限压器(即VDR5)连接在DC连接电容器4的电源线6与电子电路1的输入之间，以使前面连接的桥式整流器2和后续的电路(特别是DC连接电容器4)免受过电压。
在VDR 5的下游，还在负电源线6″中连接电流监管电路7、电压触发电路8、电子开关9、充电电路10以及DC连接电容器4和输出负载11，下面将对其进行进一步详细说明。
电流监管电路7包括第一电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3、第一晶体管Q1和负温度系数热敏电阻器NTC。第三电阻器R3是用于测量流经冲击保护电路3的电流的分流电阻器。电压触发电路8包括第二晶体管Q2、第四电阻器R4和第五电阻器R5。电子开关9包括第三晶体管Q3、第六电阻器R6和齐纳二极管Z1，而充电电路10包括充电电阻器Rc。
冲击保护电路3作用如下：穿过电阻器R6的电流将开始接通第三晶体管Q3。同时，输入电压将通过充电电阻器Rc和接通的晶体管Q3开始对电容器4进行充电。穿过电容器4的电流将提供电阻器R3两端的预定电压，该预定电压将引起第一电阻器R1两端和第一晶体管Q1两端的电压。当第一晶体管Q1的基极发射极电压达到预定阈值时，将允许电流流过第一晶体管Q1的基极发射极且后者将被接通。第一晶体管Q1的集电极将降低在第三晶体管Q3处的栅极电压，并且第三电阻器R3将在其进入线性模式时开始断开。第二电阻器R2和NTC电阻器将对第一晶体管Q1的基极发射极的阈值电压进行温度补偿。
第二晶体管Q2监测被第四电阻器R4和第五电阻器R5减弱的第三晶体管Q3的漏源电压。当第四电阻器R4两端的电压达到第二晶体管Q2的基极发射极的阈值电压时，第二晶体管Q2将开始接通。第二晶体管Q2的集电极将降低第三晶体管Q3的栅极电压。因此，即时触发反应将开始使第三晶体管Q3仅在一瞬间(即，在几百纳秒内)断开。电压触发电路8因此防止第三晶体管Q3停留在线性模式。
此外，第三晶体管Q3为电源开关，其在电子电路1的正常操作期间始终接通。然而，当接通电子电路1时，在加电时，第三晶体管Q3将通过第一晶体管Q1被关断，如上所述。这用作冲击保护和AC输入过电压(例如，浪涌电压)的保护。然后，第六电阻器R6将正电源电流提供给第三晶体管Q3的栅极，由此齐纳二极管Z1将限制栅极电压。
此外，当第三晶体管Q3断开时，负责对DC连接电容器4进行充电的充电电阻器Rc将仅对后者进行充电。
在正常操作期间，当通过电阻器R3的电流低于预定的最大冲击限值时，晶体管将完全断开。
如果在正常操作期间将高压浪涌脉冲施加到输入端，则浪涌脉冲将尝试用高压浪涌脉冲对电容器4进行充电，通过电容器4的电流将达到最大冲击限值，并且如前所述，晶体管Q3将被断开。然后，高压浪涌脉冲将尝试通过电阻器Rc对电容器4进行充电。现在，与晶体管Q3被断开时相比，对电容器4进行充电将花费更长时间。该较长充电时间将赋予限压器反应时间。限压器将去除高压浪涌脉冲并且将不再用高压浪涌脉冲对电容器4进行充电。
冲击保护电路和限压器的组合将确保对高压浪涌脉冲的快速反应并且使整流桥和电容器4免受有破坏性的过电压。
附图标记
1：电子电路
2：桥式整流器
3：中间或冲击保护电路
4：DC连接电容器
5：压敏电阻器(VDR)
6：电源线(6′：正电源线，6″：负电源线)
7：电流监管电路
8：电压触发电路
9：电子开关
10：充电电路
11：输出负载
Q1：第一晶体管
Q2：第二晶体管
Q3：第三晶体管
R1：第一电阻器
R2：第二电阻器
R3：第三电阻器
R4：第四电阻器
R5：第五电阻器
R6：第六电阻器
Rc：充电电阻器
Z1：齐纳二极管

Claims (17)

1.一种具有高侧DC电压电平、输入端和输出端的电子电路(1)，所述电子电路(1)包括DC连接电容器(4)、用于将输入电流限制到预定电平的冲击保护电路(3)，其中，所述冲击保护电路(3)连接在DC连接电容器(4)的电源线(6)与所述输入端之间，所述冲击保护电路(3)包括充电电阻器元件(Rc)、与充电电阻器元件(Rc)并联连接的开关元件(9)、以及用于控制开关元件(9)的控制装置(7，8)，其中，所述控制装置(7，8)适用于当输入电流降至预定电流水平之下时接通开关元件，其特征在于，所述控制装置(7，8)还包括触发控制元件(8)，所述触发控制元件(8)适用于检测开关元件(9)两端的电压差并当检测到的电压差升至预定阈值电压之上时断开开关元件(9)。
2.根据权利要求1所述的电子电路(1)，其中，所述冲击保护电路(3)适用于连接到DC连接电容器(4)的负电源线(6″)。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的电子电路(1)，其中，所述冲击保护电路(3)的输入端冲击连接到桥式整流器(2)。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的电子电路(1)，其中，所述电子电路(1)还包括限压器。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的电子电路(1)，其中，所述控制装置(7，8)为控制电路。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的电子电路(1)，其中，所述控制电路还包括电流监管电路(7)。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的电子电路(1)，其中，所述触发控制元件(8)包括电压触发电路。
8.根据权利要求4到7中任一项所述的电子电路(1)，其中，所述限压器为压敏电阻器(5)，所述压敏电阻器(5)被调整和设置为保护桥式整流器(2)和冲击保护电路(3)及DC连接电容器(4)免受过电压。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的电子电路(1)，其中，所述开关元件(9)从高侧DC电压电平供应，并且其中用于开关元件(9)的控制输入被限制到预定电压电平。
10.根据权利要求1到9中任一项所述的电子电路(1)，其中，所述电流监管电路(7)包括第一电阻器(R1)、第二电阻器(R2)、第三电阻器(R3)、第一晶体管(Q1)和NTC电阻器。
11.根据权利要求1到10中任一项所述的电子电路(1)，其中，所述触发控制元件(8)包括第四电阻器(R4)、第五电阻器(R5)和第二晶体管(Q2)。
12.根据权利要求1到11中任一项所述的电子电路(1)，其中，所述开关元件(9)包括第三晶体管(Q3)。
13.根据权利要求1到12中任一项所述的电子电路(1)，其中，所述开关元件(9)为MOSFET，并且适用于在线性模式下操作，并且其中如果MOSFET的漏源电压超过预定电压限值，则所述触发控制元件(8)适用于断开开关元件(9)。
14.根据权利要求4到13中任一项所述的电子电路(1)，其中，所述电流监管电路(7)适用于降低在开关元件(9)处的栅极电压，然后所述电流监管电路(7)将在线性模式下操作。
15.根据权利要求11到14中任一项所述的电子电路(1)，其中，操作所述第二电阻(R2)和所述NTC电阻器以对第一晶体管(Q1)的基极发射极的阈值电压进行温度补偿。
16.根据权利要求12到15中任一项所述的电子电路(1)，其中，所述第二晶体管(Q2)适用于监测第三晶体管(Q3)的漏源电压，并且其中如果通过第四电阻(R4)的电压超过第二晶体管(Q2)的基极发射极的阈值，则所述第二晶体管(Q2)适用于接通和降低第三晶体管(Q3)的栅极电压。
17.一种用于操作根据权利要求1到16中任一项所述的电子电路(1)的方法，其中，如果所述触发控制元件(8)检测到半导体开关两端的已经升至预定阈值电压之上的电压差，则所述开关元件(9)被控制以断开。
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