CN1229537A - 变换器装置驱动方法 - Google Patents

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Abstract

在一种变换器驱动方法中,提供一种完成电容器的最初充电的方法,这种方法即使在最初的电容器充电期间,当发生其ON信号闭锁时,也不破坏上臂侧半导体开关元件。提供一种驱动变换器的方法,该变换器设有一个输出装置,其中在一个第一DC电源的正极和负极之间至少连接一个串联体的电路,这个电路包括一对串联连接并互补ON－OFF驱动的半导体开关元件。在这种方法中,通过驱动一对串联连接的半导体开关元件,同时交替地重复执行短时ON－OFF操作,来完成变换器起动时电容器(7)的最初充电。

Description

变换器装置驱动方法
本发明涉及一种用于驱动变换器装置的方法。
图1是表示一个变换器电路的已知驱动电路的示意图，其中这个电路布置为包括一个第一直流(DC)电源1，一个与DC电源1的正极侧连接的半导体开关元件2，一个用来使开关元件2接通/断开驱动的第二驱动电路4，以及一个用来对驱动电路4供给驱动电压的电容器7，该电路用来对这个电容器7充电。这种电路布置一般称为“自举”电路。在与第一DC电源1的负极侧连接的半导体开关元件3的接通时限期间，图1输出端的电压变为大致等于第一DC电源的负侧上的电压，以便由如图1虚线部分所示的路线来安排该电路，以从第二DC电源6对电容器7充电和供给电荷，第二DC电源6是第一驱动电路5的驱动电源，第一驱动电路5用于接通/断开驱动与负极侧连接的半导体开关元件3。
由这个电路在电容器7上充电的最终充电电压变为接近等于第二DC电源6的电压，从而使这个电容器7能够直接用作第二驱动电路4的驱动电源，第二驱动电路4使耦合到正极侧的半导体开关元件2接通和断开。
其次，在图2中表示了上述布置中的一个示例性现有技术。
设计图2所示电路，以便提供一个电压监视电路9，以监视电容器7两端之间的电压，同时在电容器7保持在低电位情况下，通过防止与正极侧连接的半导体开关元件2的接通，还提供保护这个半导体开关元件2的操作功能，因此消除了由于接通半导体开关元件2，使它在驱动电压保持在低电位情况下操作所引起的热破坏或击穿(Published Unexamined Japanese Patent Application or“PUJPA”No.3-150075)。
顺便说到，在大多数情况下，在正常操作期间将很少出现图2中电容器7的充电电压变为低于电压监视电路9所设定的电压值，除非在变换器装置中变换器操作开始起动时，当电容器7经受最初充电时，这种情况才会在特定时间发生。
如下将要讨论那样，在上述特征下，进一步在变换器装置中，对于一个把接通/断开驱动信号传向上臂侧半导体开关元件的接通/断开驱动电路的装置，在装置使用接通/断开信号边缘传送/闭锁方案，而不是连续信号传送方案情况下，则出现另一个问题，这里如图3所示，前个方案使用一个其中包含一个高击穿电压IC 11的驱动信号传送部分12，以用于上臂侧半导体开关元件，而后个方案是基于惯例上用作电绝缘装置的光耦合器的接通/断开。
在起动变换器装置的变换器操作时，下臂侧半导体开关元件典型地在长时限期间连续地保持为接通状态，以便增加其充电速度。另一方面，考虑到上臂侧半导体开关元件的接通/断开信号传输遵照边缘传送/闭锁方案这个事实，在这个最初充电时限期间，由于上臂侧半导体开关元件驱动信号传送部分12的误动作，或选择地由于外部施加的“侵入”噪声，则偶然使接通信号闭锁，使上臂和下臂侧半导体开关元件同时都接通，造成上部和下部电气短路状态。此时，在这样最初充电操作中间，由于电容器7的电压保持在低电位，所以使用这个电容器7作为其驱动电源的上臂侧半导体开关元件接通，由于驱动电压不足，造成在不饱和状态下操作，这样又导致不希望的热损失聚集，因此会带来损坏或破坏。另外，在上述情况下，内部提供用于保护上部和下部短路的过电流探测电路14被限制了电流，因为它在这样不饱和状态下操作，这样使该电路不能按希望方式起作用。
避免这个问题的一种可能方法是使用现有技术电容器充电监视电路，它在电容器电压在最初充电时限期间保持为低时，可操作防止上臂侧半导体开关元件接通，从而消除接通信号的闭锁，然而，考虑到在其制造中的可能偏差，将可能出现这个电压监视电路的设定电压值稍微低于设定电压。如果情况是这样，如图4所示，在电容器充电电压超过该电压监视电路的预定电压值Vr之后，会立刻发生上臂侧半导体开关元件的接通信号的闭锁，从而引起上臂和下臂侧半导体开关元件两者都接通，结果使电流抑制在一个水平，使过电流探测电路仍不呈现其发生上部和下部短路时的预期功能，这样又引起不能保护上臂侧半导体开关元件的问题。在图4中，参考电压Vo表示使过电流探测器电路能够起作用的电压，而Vc表示电容器的最终充电电压值。(A)表示电压监视电路提供可靠保护能力的时限，即过电流探测器电路不能够操作的时限；(B)是电压监视电路不提供可靠保护能力的时限，即过电流探测器电路不能够保护的时限；(C)是过电流电路提供可靠保护能力的时限，即电压监视电路不能提供任何可靠保护的时限；以及(D)是过电流保护电路提供可靠保护能力的时限，即电压监视电路不能保护的时限。
本发明试图达到的一个目的是完成电容器的最初充电，即使在电容器的最初充电时限期间，发生这样的半导体开关元件的接通信号的闭锁，也不损坏相联的上臂侧半导体开关元件。
为了达到该目的，按照本发明的变换器装置驱动方法是这样一种驱动变换器装置的方法，该变换器装置包括一个输出部分，它在一个第一DC电源的正极和负极之间至少包括一个电路接线，这个电路接线由一对串联耦合的半导体开关元件的串联组合所构成，这对半导体开关元件以互补方式驱动为接通和断开；一个第一驱动电路，用于接通/断开驱动一个与所述第一DC电源的负极侧连接的半导体开关元件；一个第二驱动电路，用于接通/断开驱动另一个与所述第一DC电源的正极侧连接的半导体开关元件；一个第二DC电源，用于对所述第一驱动电路供给一个半导体开关元件驱动电压；一个电容器，用于对所述第二驱动电路供给一个半导体开关元件驱动电压，该电容器在与所述第一DC电源的负极侧连接的半导体开关元件的接通时限期间，通过这样的半导体开关元件从所述第二DC电源充加电荷；一个接通/断开信号处理电路，与连接在所述第一DC电源的正极和负极之间的一对或多对半导体开关元件联合操作；以及传送装置，包括一个高击穿电压IC，用来仅把所述接通/断开信号处理电路输出的那些信号中的接通/断开信号传向所述第二驱动电路，这些信号的指向与所述第一DC电源的正极侧连接的半导体开关元件，
其中通过驱动所述串联连接的半导体开关元件对，同时交替地重复短时ON-OFF操作来进行在变换器起动时对所述电容器的初始充电。
按照本发明，一个优点是能完成对电容器的最初充电，在用作上臂侧半导体开关元件的驱动电源的电容器的最初充电期间，即使由于其错误操作，或在与其联合的传送部分处，由于对上臂侧半导体开关元件的驱动电路施加外部侵入噪声，而在采用高击穿电压IC的接通/断开信号传送部分中产生接通信号闭锁，也不损坏上臂半导体开关元件。
图1是表示用一个自举电路对电容器充电的现有技术方法的电路图，该电容器用作上臂侧半导体开关元件的驱动电源。
图2是表示现有技术一例的电路图，它在自举电路中使用一个电容器充电电压监视电路。
图3是在自举电路情况下的方框图，该自举电路实现为用一个高击穿电压IC，以规定信号传输方案向上臂侧半导体开关元件传送接通/断开信号。
图4是用于说明图3电路方案所面临的问题的示意图。
图5(a)是表示本发明第一实施例的上侧和下侧半导体开关元件的接通信号的波形图；以及图5(b)是其时电容器的最初充电电压波形图。
图6(a)是表示本发明第二实施例的上侧和下侧半导体开关元件的接通信号的波形图；以及图6(b)是其时电容器的最初充电电压波形图。
在本发明中，在上臂侧半导体开关元件在接通信号闭锁状态情况下，为了消去这个状态，将要求对上臂侧半导体开关元件驱动电路传送一个断开信号。对于边缘传送，这个“断开”信号传送可以通过从图3中的接通/断开信号产生部分15，按ON OFF的顺序，立刻向图3所示的接通/断开信号处理电路16向前发送一次接通和断开信号，作为上臂侧半导体开关元件的驱动信号来实现。当信号从ON变为OFF时，执行边缘传送，允许断开信号送向图3所示的上臂侧半导体开关元件驱动信号传送部分12，从而释放接通信号的闭锁状态。
本发明为这样，即对用作上臂侧半导体开关元件驱动电源的电容器7执行最初充电，同时在短时限内循环地执行上述操作，因此使得上部和下部短路在这个接通时限内也短，这种上部和下部短路在对电容器7充电时的下臂侧半导体开关元件的接通时限之内，会因上臂侧半导体开关元件的接通信号的闭锁而发生，从而因为下臂侧半导体开关元件在上臂侧半导体开关元件破坏或击穿之前断开这个事实，使得有可能终止上部和下部短路；其次，短时间的ON OFF信号传送到上臂侧半导体开关元件，因此能够按上述方式消除接通信号闭锁；之后，虽然用于充电的下臂侧半导体开关元件再次接通，但是此时接通信号闭锁已经消除，因此上部和下部短路将不再发生，以保证电容器的充电能继续进行，而不损坏上臂侧半导体开关元件。
这样，按照本发明，即使接通信号闭锁在对电容器最初充电期间的任何时间发生，也可能继续完成对电容器的最初充电，而不损坏上臂侧半导体开关元件。
下文将根据图5说明本发明的第一实施例。
在具有图3布置的变换器装置的驱动器装置中，在指令起动变换器操作的时刻，如图5(a)所示，仅在预定时限期间，在对用作上臂侧半导体开关元件驱动电源的电容器7的最初充电时，具有算术处理器装置的接通/断开信号产生部分15操作，以产生并发送信号，用来使上臂和下臂侧半导体开关元件在短时间内交替地断开和接通。这些接通/断开信号以这样方式传送，以便它们中的一个通过一个接通/断开信号处理电路16，传送到下臂侧半导体开关元件，而剩下一个通过接通/断开信号处理电路16和上臂侧半导体开关元件驱动信号传送部分12，传送到上臂侧半导体开关元件。这里如图5(a)所示，在下臂侧半导体开关元件接通的有限短时间之内(接通/断开信号产生部分15的预定接通时间T，几μs到30μs)，只执行电容器7的充电。
在由于上臂侧半导体开关元件驱动信号传送部分12的误动作而引起接通信号闭锁发生情况下，在下臂侧半导体开关元件用于对电容器7充电的接通时间期间，会发生上部和下部电气短路；然而，这个接通时限短，因此上臂侧半导体开关元件在任何情况下将不再损坏。此外，对上臂侧半导体开关元件驱动信号传送部分12的下次接通/断开信号传送使接通信号闭锁在断开开始的信号边缘释放或消除，如图5(a)所示。
因此，接通/断开信号产生部分15通过产生一个信号或多个信号，用来使上臂和下臂侧半导体开关元件两者仅在预定时限之内短时间交替地接通和断开，以允许成功地完成对电容器7的最初充电；在这个预定时限结束之后，接通/断开信号产生部分15返回为正常变换器操作。
注意这里所用的半导体开关元件还可以适用于双极晶体管、IGBT、功率MOS-FET，以及其他类似晶体管。
安排一个第二实施例，以便如图6所示，在具有图3电路布置的变换器装置驱动装置中，在指令起动变换器操作时，在能够用电容器7的充电电压监视电路建立可靠保护的时限内，具有其算术处理器装置的接通/断开信号产生部分15操作，使下臂侧半导体开关元件仅在图6(a)所示的预定时限T1期间，继续地处在接通状态。此外，在下一个预定时限T2期间，执行如第一实施例相同的操作；在这两个时限T1、T2结束之后，接通/断开信号产生部分15返回正常变换器操作。在图6(b)中，Tp是电压监视电路9可获得可靠保护的时限。
本发明可以用于各种变换器领域，这些变换器适用于驱动电动机、照明设备及其他设备。

Claims (1)

1.一种用于驱动一个变换器装置的方法，该变换器装置包括：一个输出部分，它在一个第一直流(DC)电源的正极和负极之间至少包括一个电路接线，这个电路接线包括一对串联耦合的半导体开关元件的串联组合，这对半导体开关元件以互补方式驱动为接通/断开；一个第一驱动电路，用于接通/断开驱动一个与所述第一DC电源的负极侧连接的半导体开关元件；一个第二驱动电路，用于接通/断开驱动一个与所述第一DC电源的正极侧连接的半导体开关元件；一个第二电源，用于对所述第一驱动电路供给一个半导体开关元件驱动电压；一个电容器，用于在与所述第一DC电源的负极侧连接的半导体开关元件的接通时限期间，对所述第二驱动电路供给一个半导体开关元件驱动电压，该电容器通过这样的半导体开关元件从所述第二DC电源充加电荷；一个接通/断开信号处理电路，与连接在所述第一DC电源的正极和负极之间的一对以上的半导体开关元件联合操作；以及传送装置，包括一个高击穿电压IC，用来仅把所述信号处理电路输出的那些信号中的接通/断开信号传送到所述第二驱动电路，这些信号指向与所述第一DC电源的正极侧连接的半导体开关元件，其特征在于：
通过驱动所述串联连接的半导体开关元件对，同时交替地重复短时ON-OFF操作来进行在变换器起动时对所述电容器的初始充电。
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