SE521139C2 - Högspänningsomriktarkrets - Google Patents

Description

30 35 . , . . . . 521 139 Transistors), varav de senare är att föredraga i många hänseendmi då de kombinerar en god effekthanteringsförmåga med egenskaper som gör dem lämpade för seriekoppling i. så kallade IGBT-ventiler' i omriktare, då de enkelt låter sig tändas och släckas simultant.

Vid användande av många seriekopplade krafthalvledare i. en högspänningsomriktarkrets av inledningsvis definierat slag är det ett problem att försörja de individuella drivenheterna med energi. En möjlighet är att förse de olika drivenheterna med energi från till exempel jordpotential under användande av individuella transformatorer (en för varje drivenhet), men denna lösning är mycket kostsam, speciellt hos högspännings- omriktarkretsar där potentialskillnaderna mellan jord och de olika drivenheterna är hög, såsom exempelvis tiotals kV eller mer.

SAMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en högspänningsomriktarkrets av inledningsvis definierat slag, hos vilken nämnda inrättning för försörjande av drivenheterna med energi är enklare och betydligt billigare än ovan beskrivna alternativ' och ändå mycket tillförlitlig i sin funktion.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom att tillhanda- hålla en högspänningsomriktarkrets av inledningsvis definie- rat slag, hos vilken inrättningen innefattar parallellkopplat med krafthalvledaren en första kondensator och en regulator anordnad att reglera spänningen över kondensatorn, konden- tillräckligt med elektrisk energi för att försörja drivenheten medan krafthalvledaren är ledande, halvledaren hörande drivenheten för energiförsörjning därav. satorn är anordnad att lagra och kondensatorn är förbunden med den till kraft- 10 15 20 25 30 35 521 159 Den första kondensatorn kommer hos denna krets att kunna förse drivenheten med elektrisk energi med den spänning som denna kräver tack vare att regulatorn kommer att se till att spänningen över kondensatorn hålls på önskad nivå. Fördelen med denna typ av energiförsörjningsinrättning är att det inte finns något behov av någon konventionell energiförsörjnings- inrättning som använder sig av högisolerade transformatorer.

Detta till Därtill blir den fysiska storleken på inrättningen liten. Li- innebär en möjlighet kostnadsinbesparingar. kaså uppnås att strökapacitansen mellan drivenheten och jord kan vara liten, vilket är en viktig fördel hos högspännings- omriktarkretsar, hos vilka mycket höga spänningstidsderivator kommer att uppträda mellan drivenheten och jord vid omkopp- lingstidpunkter, vilket kan förorsaka allvarliga EMC-problem.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är regulatonn en med den första kondensatorn parallellkopplad shuntregulator, och inrättningen. innefattar för energiför- sörjning av' drivenheten en :ned krafthalvledaren. parallell- kopplad statisk spänningsdelare med åtminstone en första re- sistor seriekopplad med parallellkopplingen av shuntregula- torn och den första kondensatorn. Ett användande av en sådan shuntregulator som nämnda regulator gör det möjligt att till en låg kostnad se till att drivenheten förses med en spänning som inte överskrider en given gränsspänning. En shuntregu- lator definieras på konventionellt sätt som en anordning ut- och i detta fall ej går över en formad att se till att spänningen över den, således även över den första kondensatorn, Exem- vilket föredragen och prisvärd utföringsform av viss nivå, och den släpper igenom överskottsströmmen. pelvis kan en zenerdiod användas som shuntregulator, utgör en annan uppfinningen.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är regulatorn Därvid definieras på konventionellt sätt en serieregulator som en anordning med ett variabelt motstånd anordnad att reg- 10 15 20 25 30 35 521 159 lera strömmen. därigenonx så att spänningen över den första kondensatorn hålls väsentligen konstant. Det är i och för sig en nackdel med ett användande av en serieregulator i stället då den kräver en högspänd omkopplare, men den uppvisar en fördel i för en shuntregulator att den blir betydligt dyrare, fallet av kraftigt varierande spänningar över krafthalvleda- ren, då man i fallet av en shuntregulator måste göra ovan- nämnda resistor mycket lågohmig för att erhålla tillräcklig energiförsörjning vid låga spänningar, vilket medför att ef- fektförlusterna i resistorn blir orimligt höga vid höga spänningar.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen in- nefattar inrättningen en DC/DC-omvandlare, till vars ingång den första kondensatorn är ansluten och vars utgångar är för- bundna med drivenheten och anordnad att förse den med valbart positiv och negativ spänning. Ett anordnande av en sådan om- vandlare mellan den första kondensatorn och drivenheten är ett måste, därest den krafthalvledare som skall styras kräver möjligheten att kunna applicera även en negativ spänning på krafthalvledare. genonx att ingångsspän- dess styre, vilket är fallet för många Dessutonx kan verkningsgraden höjas, ningen på DC/DC-omvandlaren är väsentligt högre än utgångs- vilket till resistorn samt shuntregulatorn. spänningen, leder mindre effektförluster i Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är DC/DC-omvandlaren utnyttja spänningar med väsentligt högre nivå än vad driv- dimensionerad för att på sin ingång enheten erfordrar, så att strömförbrukningen från den första kondensatorn är väsentligt lägre än drivenhetens sammanlagda strömförbrukning. Härigenom är det möjligt att använda nämnda till att drivenheten efterfrågar utan att för den skull regulatorn omvandlare uppnå just den spänningsnivån som måste se till att spänningen över den första kondensatorn hålls inrättningen kan hållas nere. på en så låg nivå, varigenom effektförlusterna i 10 15 20 25 30 35 521 159 Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är en kondensator kopplad över vardera av DC/DC-omvandlarens ut- gångar för att lagra elektrisk energi. Härigenom kan driv- enheten hela tiden förses med just den spänning som för tillfället krävs genom uttagande av spänning över lämpliga anslutningar till kondensatorerna.

Enligt en annan föredragen utföringsform av den med shuntre- gulator försedda kretsen innefattar denna en andra med shuntregulatorn parallellkopplad resistor anordnad att åstadkomma god spänningsdelning genom den statiska spännings- över krafthalvledaren delaren, vid blockeringsspänningar understigande shuntregulatorns gränsspänning. Härigenom tillförsäkras god spänningsdelning hos inrättningen hos varje krafthalvledare oberoende av något varierande läckströms- karaktäristika mellan de olika krafthalvledarna även vid låga spänningar. Samma effekt kan också uppnås med resistanser som ingår i shuntregulatorn.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen in- nefattar kretsen en mellan regulatorns och den första kondensatorns med avseende på krafthalvledarens ledningsrikt- ning uppströms belägna anslutningar inkopplad första diod med ledriktning mot den första kondensatorn för att förhindra att Detta är drivenhetens denna kondensator urladdas annat än av drivenheten. fördelaktigt för att energiförsörjning. ständigt tillförsäkra Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen in- nefattar inrättningen hos ovannämnda utföringsform med en re- gulator i form av en shuntregulator en med seriekopplingen av resistorn och den första shuntregulatorn parallellkopplad fjärde kondensator, och den fjärde kondensatorn är anordnad att laddas upp när krafthalvledaren är blockerad och laddas ur via den första resistorn och därmed ladda den första kondensatorn. med elektrisk energi när krafthalvledaren är 10 15 20 25 30 35 521 139 tänd. På detta sätt åstadkommas hela tiden en uppladdning av både vilket gör och energilagring hos den första kondensatorn, vid blockerad krafthalvledare och vid tänd sådan, energiförsörjningen till drivenheten mycket tillförlitlig.

Enligt en annan föredragen utföringsform. av uppfinningen, vilken utgör en vidareutveckling av ovan nämnda utföringsform med en regulator i form av en serieregulator, innefattar in- rättningen en med seriekopplingen av serieregulatorn och den första kondensatorn parallellkopplad fjärde kondensator, och UPP krafthalvledaren är blockerad och laddas ur via serieregula- den fjärde kondensatorn är anordnad att laddas när torn och därmed ladda den första kondensatorn med elektrisk energi när krafthalvledaren är tänd. Fördelarna med denna ut- föringsform är desamma som i den närmaste före beskrivna ut- föringsformen.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är en andra diod seriekopplad med såväl den fjärde kondensatorn som förhindrar att den kondensatorn regulatorn fjärde urladdas av krafthalvledaren. Härigenom förhindras att den energi som lagras i den fjärde kondensatorn laddas ur genom krafthalvledaren, under halvledarens ledtillstånd.

Enligt en föredragen utföringsform, vilken utgör en vidare- utveckling av ovan nämnda utföringsform med en regulator i form av en shuntregulator, uppvisar den första resistorn en styrbar resistans. Således är den första resistorn i princip bildad av en med detta är att resistansen hos efter de förhållandena för att hålla effektförluster nere och tillse serieregulator. Fördelen resistorn kan styras rådande säker energiförsörjning' av' drivenheten. Exempelvis kan den första resistorns resistans minskas om den för drivenheten erforderliga effekten måste tas ut vid lågspänning över krafthalvledaren. Likaså om i fallet av en fjärde kondensator stor spänningen över den blir för hög, på grund av en spridning av karaktäristika mellan olika krafthalvledare hos 10 15 20 25 30 35 521 159 kretsen, då kan den första resistorns resistans minskas för att minska spänningen över den första kondensatorn. Dessa båda möjligheter är föremål för andra föredragna utförings- former av uppfinningen.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är den. första resistorwi bildad. av en _parallellkoppling' av en fast resistor och en gren som är styrbar för att styra den Detta är ett fördelaktigt sätt att förverkliga styrbarheten hos den första resistorn pâ, då första resistorns resistans. det härigenom blir möjligt att minska den första resistorns resistans utifrån en högsta möjlig resistans som den däri in- gående resistorn uppvisar och företrädesvis är den under nor- mala betingelser lämpligaste resistansen.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen, vilken utgör en vidareutveckling av sistnämnda utföringsform, uppvisar nämnda gren en resistor med en resistans väsentligt understigande den fasta resistorns resistans och eæi därmed seriekopplad transistoromkopplare. Transistorn kan vara en en MOSFET eller en IGBT. det möjligt att växla nællan två sig väsentligt skiljande bipolär transistor, Därigenom blir värden hos den första resistorns resistans allt efter de rå- dande förhållandena.

Enligt vilken utgör en vidareutveckling av utföringsformen med den en. annan föredragen utföringsform av uppfinningen, är den fast resistor och en annan resistor samt en parallellt med den se- första resistorn. i form av en styrbar resistans, första resistorn bildad av en seriekoppling av en nare resistorn kopplad gren med en transistoromkopplare anordnad styrbar att alternativt kortsluta denna resistor för att bilda den styrbara resistansen väsentligen av den fasta resistorns resistans och bryta grenen för att göra den styrbara resistansen till summan av dessa båda resistorers att den alltid blir större än resistansen hos den fasta resistorn och resistans. Härigenom uppnås styrbara resistansen 10 15 20 25 30 35 521 139 att därigenom spänningen över transistoromkopplaren inte kan bli för stor.

Ytterligare fördelar med samt fördelaktiga särdrag hos uppfinningen framgår av den efterföljande beskrivningen samt övriga osjälvständiga patentkrav.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Härnedan beskrivs såsom exempel anförda föredragna utförings- former av uppfinningen under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Figur l är ett förenklat schema av en högspänningsomrik- tarkrets, på vilken uppfinningen är applicerbar, är en vy illustrerande en möjlig uppbyggnad hos en krafthalv- Figur 2 drivenhet för styrande av respektive ledare i en högspänningsomriktarkrets, Figur 3 är ett kopplingsschema illustrerande uppbyggnaden av energiförsörjningen för en drivenhet till en krafthalvledare i en högspänningsomriktarkrets en- ligt en första föredragen utföringsform av uppfin- ningen, Figur 4 visar ett kopplingsschema av energiförsörjningen för en drivenhet till en krafthalvledare i en hög- spänningsomriktarkrets enligt en andra föredragen utföringsform av uppfinningen, Figur 5 visar ett kopplingsschema av energiförsörjningen för en drivenhet till en krafthalvledare i en hög- spänningsomriktarkrets enligt en tredje föredragen utföringsform av uppfinningen, ~ » 1 < « . 10 15 20 25 30 35 521 139 Figur 6 visar ett kopplingsschema av energiförsörjningen för en drivenhet till en krafthalvledare i en hög- spänningsomriktarkrets enligt en fjärde föredragen utföringsform av uppfinningen, Figur 7 visar ett kopplingsschema av energiförsörjningen för en drivenhet till en krafthalvledare i en hög- spänningsomriktarkrets enligt en. femte föredragen utföringsform av uppfinningen, Figur 8 visar ett kopplingsschema av energiförsörjningen för en drivenhet till en krafthalvledare i en hög- spänningsomriktarkrets enligt en sjätte föredragen utföringsform av uppfinningen, Figur 9 visar ett kopplingsschema av energiförsörjningen för en drivenhet till en krafthalvledare i en hög- spänningsomriktarkrets enligt en sjunde föredragen utföringsform av uppfinningen, och Figur 10 är ett diagram som illustrerar hur spänningen över den fjärde kondensatorn hos energiförsörjningen för en drivenhet i högspänningsomriktarkretsarna enligt figur 7, 8 och 9 kan bero av strömmen igenom den första resistorn.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN I figur 1 visas schematiskt ett fasben av en högspännings- omriktarkrets, på vilken föreliggande uppfinning är applicer- bar. Normalt ingår tre fasben med gemensam likspänningskon- densator 3 i en anläggning som ansluts till ett trefasväxel- spänningsnät. Kretsen innefattar' på konventionellt sätt en mängd seriekopplade krafthalvledare 1, här i form av IGBT-er, och med varje sådan en antiparallellt därmed kopplad så kallad frihjulsdiod 2.-I praktiken torde antalet seriekopp- 10 15 20 25 30 35 521 139 10 lade krafthalvledare vara betydligt större än vad som visas i figur l. Seriekopplingen av krafthalvledarna är ansluten till 4 mellan fasreaktor 5 till På detta sätt bildar de i figur l ovanför fasuttaget 4 anordnade krafthalv- en likspänningskondensator 3, medan fasuttaget krafthalvledarna är anslutet via en exempelvis en fas hos ett växelspänningsnät. ledarna med dioder en IGBT-ventil och de därunder en annan IGBT-ventil, varvid samtliga krafthalvledare i en IGBT-ventil tänds simultant via signaler från var sin i figur 3 schema- tiskt antydd drivenhet 6, första IGBT-ventilen leder när en positiv potential önskas på så att krafthalvledarna i den fasuttaget 4 och krafthalvledarna i den andra IGBT-ventilen leder när en negativ potential önskas på fasuttaget 4. Genom att styra krafthalvledaren enligt ett bestämt pulsbreddsmodu- (PWM) densatorn 3 användas för att alstra en spänning på fasuttaget leringsmönster kan likspänningen över likspänningskon- 4, vars grundtonskomponent utgör en växelspänning med önskad amplitud, frekvens och fasläge.

Det illustreras i figur 2 hur en drivenhet för drivande av en enskild krafthalvledare kan vara uppbyggd. Varje drivenhet 6 IGBT-ventil erhåller simultant en inom en styrsignal, företrädesvis via fiberoptiska medel, för att åstadkomma gal- vanisk isolation samt för att strökapacitansen mellan kraft- halvledaren och jord skall bli liten, på en ingång 7 från en styrinrättning anordnad att sända styrsignaler enligt önskat mönster. Därvid. kan anordningen 'vara så att vid. en logisk etta på ingången 7 styrs en omkopplare 8 att förbinda styret 9 hos IGBT-n med den positiva polen hos en spänningskälla 10, medan en inverterare ll ser till att en andra omkopplare 12 erhåller en denna öppnande logisk nolla. Därvid kommer styret emittern l3. 9 att erhålla en positiv spänning relativt Härigenom tänds krafthalvledaren. Vid släckning av densamma sänds en logisk nolla på ingången 7, varvid omkopplaren 8 öppnar och omkopplaren 12 sluter, så att styret 9 erhåller en negativ spänning och IGBT-n släcks. Detta är konventionell teknik. 10 15 20 25 30 35 521 139 ll I figur 3 visas hur likaledes på konventionellt sätt mellan krafthalvledarens kollektor 16 och emitter 13 parallellt med krafthalvledaren en första resistor 15 är seriekopplad med en Parallellt med den fjärde kondensatorn är en första resistor 19 kopplad. De andra diod 17 och en fjärde kondensator 18. så långt beskrivna komponenterna utgör en typ av statisk och dynamisk spänningsdelare för seriekopplade krafthalvledare, varvid då den första resistonn 19 är direkt ansluten till kondensatorns båda anslutningar, och den utgör en spännings- delarkrets med dioden 17 som klampningsdiod, resistorn 15 som strömbegränsningsresistor, kondensatorn 18 som klampningskon- densator och resistorn 19 som en spänningsdelarresistor. Dio- den 17 och kondensatorn 18 används för dynamisk spänningsdel- ning vid omkopplingar för att jämna ut spänningsdifferenser mellan olika IGBT-er på grund av spridning hos stjärtströms- laddningen vid släckning av IGBT-erna och spridning i "reverse recovery"-laddning vid släckning av dioden 2. Resis- torn 19 behövs både för statisk spänningsdelning genom att jämna ut spänningsskillnader mellan olika IGBT-er på grund av spridning i läckström, och för dynamisk spänningsdelning ge- nom att åstadkomma urladdning av kondensatorn 18 med en tidskonstant T som är lika med resistansen hos resistorn 19 gånger kapacitansen hos kondensatorn 18. Detta utgör tidigare känd teknik, och nu skall det för uppfinningen karaktäristis- ka förklaras.

Med den första resistonn 19 är en parallellkoppling av en andra resistor 20, en shuntregulator 21, såsom en zenerdiod, och en första kondensator 22 seriekopplade. Mellan shuntregu- latorn 21 mittpunkten mellan resistorerna 19 och 20 är en första diod och den första kondensatorns anslutning till 23 inkopplad med ledriktningen mot den första kondensatorn.

Anslutningarna till den första kondensatorn 22 är kopplade till ingången hos en DC/DC-omvandlare 24, som över sin utgång har en andra 25 och en tredje 26 kondensator anslutna över var sin utgång, varvid + och 0 utgör en utgång och - och 0 en 10 15 20 25 30 35 521 139 12 annan. Anslutningarna för dessa båda kondensatorer 25, 26 är krafthalvledares drivenhet 6 för att där utgöra spänningskällorna 10 och 14. avsedda att förbindas med respektive Funktionen hos denna krets är följande. När krafthalvledaren blockerar kommer shuntregulatorn 21 att se till att spän- ningen över kondensatorn endast stiger upp till en gränsspän- ning av exempelvis 300 V, och den första kondensatorn 22 kom- mer att laddas upp och lagra elektrisk energi vid sådan blockering. Även den fjärde kondensatorn 18 kommer att laddas upp. Vid tändning av krafthalvledaren kommer den fjärde kon- densatorn 18 att laddas ur via den första resistorn 19 och på så sätt bidra till Genom dioden 17 att hålla den första kondensatorn 22 uppladdad. förhindras urladdning av den fjärde kondensatorn 18 annat än genom den första resistorn 19, medan dioden 23 kondensatorn 22 annat än genon1 DC/DC-omvandlaren. förhindrar urladdning av den första På detta sätt förses DC/DC-omvandlaren på sin ingång med den över den första kondensatorn 22 liggande likspänningen, vilken den om- vandlar till en lägre likspänning på sin utgång, så att det exempelvis erhålles +15 V på den andra kondensatorns 25 ena anslutning, 0 V mellan kondensatorernas anslutningar och -15 V på den tredje kondensatorns 26 andra anslutning. Härigenom lagrar kondensatorerna 25, 26 energi som. de kan tillföra drivenheten 6 när så påkallas av en styrsignal 7 på dennas ingång, varvid dessa kondensatorers anslutningar kan tänkas bilda spänningskällesymbolerna 10 och 14 i figur 2. Genom an- ordningen av den andra resistorn 20 tillförsäkras god spänningsdelning över krafthalvledaren även under låga spän- ningar liggande under shuntregulatorns gränsspänning, vilka annars skulle föra till ojämn spänningsfördelning mellan dy- lika seriekopplade enheter, i det fall halvledarna uppvisar skillnader i läckström.

I figur 4 visas en del av en högspänningsomriktarkrets enligt en andra föredragen utföringsform av uppfinningen, vilken skiljer sig från den i figur 3 visade genom att den tredje 10 15 20 25 30 35 521 1159 13 resistorn 15 och den andra dioden 17 är utelämnade och den andra kondensatorn 18 är ersatt med en dynamisk spännings- delare i form av en kondensator 27 seriekopplad med en resis- tor 28. resistorn 20 och shuntregulatorn 21 som en statisk spännings- Här fungerar den första resistorn 19, den andra delare. Hos denna utföringsform kommer den första kondensa- torn. 22 enbart att laddas när en högspänning ligger över krafthalvledaren, tillstånd. Detta betyder att kondensatorn 22 kommer att det vill säga när denna är i blockerings- spänningen över den första sjunka under shuntregulatorns tänt tillstånd, varvid det är 'viktigt att kondensatorn görs så stor med gränsspänning när krafthalvledaren är i avseende på krafthalvledarens omkopplingsfrekvens att spänningen över dess anslutningar inte sjunker under den nivå som DC/DC-omvandlaren kräver för att kunna förse drivenheten med tillräckligt skall fungera. spänning och ström för att denna I figur 5 illustreras schematiskt en del av en högspännings- omriktarkrets enligt en tredje föredragenv utföringsfornx av uppfinningen, vilken endast skiljer sig från den i figur 3 visade genom att DC/DC-omvandlaren 24 och de därtill anslutna kondensatorerna 25 och 26 utelämnats och den första kondensa- torns 22 anslutningar 29, 30 anslutes direkt till drivenheten för energiförsörjning därav. Denna utföringsform är nbjlig att använda sig av i det fall det inte behövs tillhandahållas både negativa och positiva spänningar för krafthalvledarens styre och shuntregulatorns gränsspänning låter sig passas ihop med den önskade spänningen för drivenhetens energiför- sörjning.

I figur 6 illustreras energiförsörjningen för en drivenhet till en. högspänningsomriktarkrets enligt en fjärde, mycket förenklad utföringsfonn av uppfinningen, hos vilken paral- lellt med krafthalvledaren kollektor och emitter en serieregulator 31 är seriekopplad med en första mellan dennas kondensator 22, vars anslutningar är avsedda att anslutas 10 15 20 25 30 35 521 139 14 till en drivenhet 6 för energiförsörjning därav. Serieregu- latorn 31 fungerar i princip som ett variabelt motstånd och reglerar strömmen därigenom, så att spänningen över kondensa- torn. 22 hålls konstant. ringstillståndet kommer kondensatorn 22 härigenom att laddas När krafthalvledaren är i. blocke- upp till önskad spänning. Här är även en statisk spännings- delare med en första resistor 19 parallellkopplad med varje krafthalvledare. letteras med andra komponenter hos de andra utföringsformerna en DC/DC- Denna utföringsform kan naturligtvis komp- enligt uppfinningen, såsom en fjärde kondensator, omvandlare och så vidare, varvid huvudskillnaden här är att det är en serieregulator 31 som tillser en maximal spännings- nivå över den första kondensatorns anslutningar, medan i de tre första utföringsformerna detta ombesörjdes genom en shuntregulator.

Ehuru energiförsörjningskretsarna enligt de hittills be- skrivna utföringsformerna fungerar väl kan vid vissa applika- tioner förlusterna hos den av den första resistorn och seriekopplingen därav med den andra resistorn och shuntregu- latorn bildade spänningsdelaren. bli mycket höga. Detta är speciellt fallet därest drivenheten måste kunna förses med energi vid mycket låga likspänningar över krafthalvledaren och om spänningsdelaren måste ta hand om en stor spridning i läckström på grund av en stor spridning av statiska eller dy- I båda dessa fall är det viktigt att den första resistorn har en namiska karaktäristika hos de olika krafthalvledarna. mycket låg resistans, vilket skulle innebära. att när höga spänningar förekommer kommer effektutvecklingen i denna För att råda bot på detta har den första resistorn försetts med en varierbar resistans, det resistor att bli alltför hög. vill säga den har i praktiken ersatts med en serieregulator, och i den i figur 7 visade utföringsformen har detta åstad- kommits genom att parallellkoppla en resistor 19' med en se- riekoppling av en ytterligare resistor 32 med en väsentligt lägre resistans än resistorn 19 och en transistoromkopplare 33, som är styrbar av ett organ 34. Därvid kan organet 34 ex- 10 15 20 25 30 35 521 159 15 empelvis reagera på spänningen över den fjärde kondensatorn 18 och slutas när denna spänning överskrider ett förutbestämt värde för att minska resistansen över resistorns 19' båda an- Alter- nativt kan styrorganet 34 reagera på att spänningen över den slutningar och minska spänningen över kondensatorn. första kondensatorn 22 sjunker under ett bestämt värde och därvid sluta transistoromkopplaren 33 för att kunna leverera tillräcklig spänning till DC/DC-omvandlaren. Det bör noteras att transistoromkopplaren 33 bör vara av normalt tillslagen typ för att bringa DC/DC-omvandlaren att starta.

I figur 8 visas en krets enligt en annan utföringsform, vilken skiljer sig från den i figur 7 visade genom att här är bildad. av en den första resistorns styrbara resistans seriekoppling av en fast resistor 32' och en annan resistor 19' samt en parallellt med den senare resistorn kopplad gren med en transistoromkopplare 33 anordnad styrbar via organet för att bilda den styrbara resistansen väsentligen av den fasta resistorns 34 att alternativt kortsluta denna resistor 19' resistans och bryta grenen för att göra den styrbara resistansen till summan av dessa båda resistorers 19', 32' resistans. Härigenom, uppnås att nämnda styrbara resistans aldrig blir mindre än resistansen hos den fasta resistorn 32' och spänningen över transistoromkopplaren 33 kan aldrig bli så stor som i utföringsformen enligt figur 7.

Utföringsformen enligt figur 9 skiljer sig från den enligt figur 7 genom att seriekopplingen av resistorn 32 och transistoromkopplaren 33 ersatts av en varierbar strömkälla 35. Denna är avsedd att styras enligt samma principer som transistoromkopplaren 33 i figur 7.

Slutligen illustreras i diagrammet i figur lO genom upp- ritande av spänningen V över den fjärde kondensatorn 18 som en funktion av strömmen I genom spänningsdelaren hur utfö- ringsformerna enligt figur 7, 8 och 9 kan användas för att erhålla en bättre IV-karakteristik. Därvid är med streckad 10 15 20 25 30 521 159 16 linje 36, utvecklingen för en Inaximal total resistans hos ifrågavarande koppling för styrbar resistans inritad.

Shuntregulatorns gränsspänning 38 är även inritad. Genom lin- jen 39 visas hur den första resistorns resistans kan regleras till en lägre nivå vid en låg spänning över krafthalvledaren och ändock DC/DC-omvandlaren kan fås att starta, varvid detta exempelvis kan ske vid punkten 40. När emellertid spänningen över krafthalvledaren är högre öppnas transistoromkopplaren 33 och linjen 36 följs. Vid ännu högre spänningar kan det för att på så sätt förbättra spänningsdelningen mellan de seriekopp~ vara fördelaktigt med en låg differentiell resistans, lade krafthalvledarna. Transistoromkopplaren 33 kan då styras med någon lämplig PWM-metod, så att strömmens medelvärde som urladdar kondensatorn 18, kan fås att se ut som exempelvis linjen 41. Fördelen, med detta är att vi erhåller en låg differentiell resistans vid hög spänning över krafthalvle- utan effektförbrukningen i den statiska daren att göra spänningsdelaren onödigt hög.

Uppfinningen är givetvis inte på något sätt begränsad till de ovan beskrivna föredragna utföringsformerna, utan en mängd möjligheter till modifikationer därav torde vara uppenbara för en fackman på området, utan. att denna för den skull avviker från uppfinningens grundtanke, sådan denna definieras i patentkraven.

Exempelvis kan ytterligare komponenter tilläggas hos de i fi- gurerna visade föredragna utföringsformerna och vissa av dem skulle kunna avlägsnas, såsom exempelvis den andra resistorn, och kretsarna ändå kunna fungera under vissa förhållanden.

Claims (22)

lO 15 20 25 30 35 . . = = .u 521 139 17 Patentkrav

1. Högspänningsomriktarkrets innefattande ett flertal serie- kopplade krafthalvledare (l) av släckbar typ, samt för varje krafthalvledare en med dess styre förbunden drivenhet (6) an- ordnad att styra krafthalvledaren att tändas och släckas och en inrättning anordnad att försörja drivenheten med energi, varvid. inrättningen innefattar parallellkopplat med kraft- (22) (21, 3l) anordnad att reglera spänningen över kondensatorn, varvid halvledaren en första kondensator och en regulator kondensatorn är anordnad att lagra tillräckligt med elektrisk energi för att försörja drivenheten medan krafthalvledaren är ledande, krafthalvledaren hörande drivenheten för energiförsörjning samt varvid kondensatorn är förbunden med den till därav, kännetecknad därav, att innefattar en DC/DC-omvandlare (24), (22) är ansluten och 'vars utgångar" är förbundna med drivenheten (6) inrättningen till vars ingång den första kondensa- torn och anordnade att förse den med valbart positiv och negativ spänning.

2. Krets enligt krav l, kännetecknad därav, att regulatorn är (22) och att inrättningen för energiförsörjning av en med den första kondensatorn parallellkopplad shunt- (21), drivenheten innefattar en med krafthalvledaren parallellkopp- regulator lad statisk spänningsdelare med åtminstone en första resistor (19) och den första kondensatorn. seriekopplad med parallellkopplingen av shuntregulatorn

3. Krets enligt krav 1, kännetecknad därav, (22) att regulatorn är en med den första kondensatorn seriekopplad serieregula- tor (31).

4. Krets enligt nàgot av kraven 1-3, kännetecknad därav, att DC/DC-omvandlaren (24) är dimensionerad för att pà sin ingång utnyttja spänningar med väsentligt högre nivåer än vad drivenheten erfordrar, så att strömförbrukningen fràn den lO 15 20 25 30 35 v. nu 521 139 18 (22) sammanlagda strömförbrukning. första kondensatorn är väsentligt lägre än drivenhetens

5. Krets enligt något av kraven 1-4, kannetecknad därav, att en kondensator (25, 26) är kopplad över vardera av DC/DC- omvandlarens utgångar för att lagra elektrisk energi.

6. Krets enligt något av kraven 1-5, kännetecknad därav, att minst en av DC/DC-omvandlarens utgångar ger negativ spänning relativt krafthalvledarens katod (13). kännetecknad därav, att den innefat- (21) anordnad att åstadkomma god spänningsdelning

7. Krets enligt krav 2, andra med parallellkopplad (20) genom den statiska spänningsdelaren vid blockeringsspänningar krafthalvledaren (6) tar en shuntregulatorn resistor över understigande shuntregulatorns gränsspänning. känneteçknad därav, att (21, 31) med avseende på krafthalvledarens

8. Krets enligt något av kraven 1-7, den innefattar en mellan regulatorns och den första (22) led- ningsriktning uppströms belägna anslutningar inkopplad första diod (23) (22) för att förhindra att denna kondensator urladdas annat än av kondensatorns med ledriktningen mot den första kondensatorn drivenheten.

9. Krets enligt krav 2 eller 7, kännetecknad därav, att in- rättningen innefattar en med seriekopplingen av den första (19) och (21) kondensator och att den fjärde kondensatorn är resistorn shuntregulatorn parallellkopplad (13), anordnad att laddas upp när krafthalvledaren är blockerad och fjärde laddas ur via den första resistorn och därmed ladda den första kondensatorn med elektrisk energi när krafthalvledaren år tänd.

10. Krets enligt krav 3, kännetecknad därav, innefattar en med seriekopplingen av serieregulatorn (31) och att inrättningen 10 15 20 25 30 35 521 139 <<<< " 19 (22) och att den fjärde kondensatorn är anordnad att den första kondensatorn (18), laddas upp när krafthalvledaren är blockerad och laddas ur parallellkopplad fjärde konden- SâtOI' via serieregulatorn och därmed ladda den första kondensatorn med elektrisk energi när krafthalvledaren är tänd.

11. Krets enligt krav 9 eller 10, (17) som regulatorn kännetecknad därav, att en andra diod är seriekopplad med såväl den fjärde konden- (18) (21, 31) fjärde kondensatorn urladdas av krafthalvledaren. satorn som förhindrar att den

12. Krets enligt krav 11, kännetecknad därav, (15) att en tredje resistor är seriekopplad med nämnda andra diod (17).

13. Krets enligt krav 2, (21) 7 eller 9, kännetecknad därav, att shuntregulatorn är en zenerdiod.

14. Krets enligt krav 2, 7, 9 eller 13, kännetecknad därav, att den första resistorn (19) uppvisar en styrbar resistans.

15. Krets enligt krav 14, kännetecknad därav, att den första (19) (l9') första resistorns resistans. resistorn är bildad av en parallellkoppling av en fast resistor med en gren som är styrbar för att styra den

16. Krets enligt krav 15, kännetecknad därav, att nämnda gren (32) understigande den fasta resistorns resistans (l9') därmed seriekopplad transistoromkopplare (33). uppvisar en resistor med en väsentligt resistans och en

17. Krets enligt krav 14, kännetecknad därav, att den första resistorn (19) är bildad av en. seriekoppling av en fast resistor (32') och en annan resistor (l9') samt en parallellt med den senare resistorn kopplad gren. med en transistor- omkopplare (33) anordnad. styrbar' att alternativt kortsluta denna resistor för att bilda den styrbara resistansen väsentligen av den fasta resistorns resistans och bryta lO 15 20 25 521 159 20 grenen för att göra den styrbara resistansen till summan av dessa bàda resistorers resistans.

18. Krets enligt krav 15, kännetecknad därav, att nämnda gren uppvisar en styrbar strömkälla (35). kännetecknad därav, anordnade att styra den första

19. Krets enligt något av kraven 14-18, (34) resistorns resistans att vara lägre vid en blockeringsspän- att den innefattar organ ning hos krafthalvledaren understigande ett bestämt värde än vid en blockeringsspänning överstigande detta värde.

20. Krets enligt krav 9 och något av kraven 14-19, känneteck- (34) resistans att nad därav, att den innefattar organ anordnade att styra vara vid en (18) bestämt värde än vid en sàdan spänning understigande detta den första resistorns lägre spänning över den fjärde kondensatorn överstigande ett värde. kännetecknad därav, leverera

21. Krets enligt nàgot av kraven 1-20, att inrättningen är utformad att spänningar i storleksordningen 10-tals V till drivenheten. kännetecknad därav, att nämnda krafthalvledare är utformade att vardera kunna

22. Krets enligt nàgot av kraven 1-21, blockera spänningar överstigande 1 kV däröver.