專利名稱：全波直流/直流轉換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于控制直流負載的控制單元，所述控制單元包括DC/DC電橋，它包括可控制半導體開關，所述電橋具有兩個電橋部分，所述電橋部分之一導通直流，而另一個經(jīng)由PWM控制來調整電流幅度。
背景技術：
電梯電機驅動器可以是交流或直流電機驅動器?？梢岳缃?jīng)由PWM(脈沖寬度調制)來控制所述驅動器。現(xiàn)在，交流電機驅動器非常普遍，特別因為交流電機驅動器的簡單結構。但是，直流電機驅動器仍然在使用。將直流電機驅動器替換為交流電機驅動器不總是適當?shù)?，因為例如無齒輪直流電機驅動器和其中使用的直流電機持久耐用，因此不必將它們替換為交流電機驅動器。而且，替換電機需要較高的成本。
因為趨勢是使用交流電機驅動器，因此，特別開發(fā)用于直流驅動器控制的功率電子系統(tǒng)也是不太合理的。另外，在交流驅動器中使用的諸如IGBT的半導體部件總是在變得越來越有效和經(jīng)濟。而且，期望關于網(wǎng)絡諧波的特別新的調整可以改變未來的情況，從而在直流驅動器中使用的傳統(tǒng)閘流晶體管橋的使用將變得更困難。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是消除現(xiàn)有技術的缺陷，并且實現(xiàn)一種用于控制諸如直流電機的直流負載的新型PWM控制的控制單元。本發(fā)明的解決方案基于功率電子拓撲邏輯的新原理，其中有可能利用交流驅動器的技術來用于控制直流電機。在本發(fā)明的解決方案中，PWM控制的電橋部分包括兩個電橋臂，并且所述電橋臂的半導體開關交替進入導通狀態(tài)。
在所附的權利要求中給出了本發(fā)明的解決方案的優(yōu)選實施例。
通過使用本發(fā)明的技術，有可能制造現(xiàn)代的和經(jīng)濟的PWM控制的直流電機驅動器來例如用于電梯應用。通過應用本發(fā)明，可以在直流驅動器中使用功率電子技術和在大型生產(chǎn)序列中制造的交流驅動器的部件。功率級的導電軌和其他結構可以與在直流驅動器中使用的相同。另外，即使在直流應用中也可以優(yōu)化諸如IGBT的半導體開關的使用。而且，特別是，在開發(fā)和生產(chǎn)方法中實現(xiàn)成本節(jié)約，因為這些方法可以用于直流驅動器和交流驅動器。


下面，借助于一個參照附圖的示例來詳細說明本發(fā)明，其中圖1示出了現(xiàn)有技術的直流電橋，圖2示出了交流驅動器的網(wǎng)絡電橋，圖3示出了按照本發(fā)明的直流驅動器，其中包括按照本發(fā)明的DC/DC電橋，圖4示出了按照本發(fā)明的DC/DC電橋的時序圖，圖5圖解了本發(fā)明的DC/DC電橋的半導體開關的布局和冷卻。
具體實施例方式
圖1示出了意欲例如用于電梯應用的直流電機驅動器的PWM控制的H電橋H1的現(xiàn)有技術。它包括與直流源UDC連接的兩個電橋臂H11和H12，每個電橋臂包括用于正負極的可控半導體開關S11-S14，該開關例如包括IGBT晶體管和二極管的反向并聯(lián)連接。所述電橋向諸如電梯的直流電機的直流負載L1饋電。
圖2對應地示出了網(wǎng)絡電橋A1和連接在其前部的交流電感器單元P1，網(wǎng)絡電橋A1用于現(xiàn)有技術的三相交流驅動器中，用于將網(wǎng)絡的交流電壓UAC整流為直流電壓UDC。所述電橋在上下臂中具有可控半導體開關S21-S26，它們連接到每個網(wǎng)絡相，并且也可以包括例如IGBT晶體管和二極管的反向并聯(lián)連接。
原理上，本發(fā)明的電機驅動器類似現(xiàn)有技術的三相交流驅動器，包括網(wǎng)絡轉換器(整流電橋)、電機電橋和電感器。本發(fā)明清楚地涉及饋電給電機的DC/DC電橋。網(wǎng)絡電橋和電感器可以是例如如圖2所示。按照本發(fā)明，可以在整流電橋和電機電橋中使用同一類型的可控半導體開關。
圖3示出了按照本發(fā)明的DC/DC電橋B1，用于饋電給直流電機M1，在所述電機中流動著直流電Idc。通過控制單元BC1來控制電橋。使用獨立的磁化單元MA1來實現(xiàn)電機的磁化，磁化單元MA1是以實質上公知的方式被控制的。
圖3所示的DC/DC電橋包括兩個電橋部分B11、B12。在按照圖3的電橋中的第一電橋部分包括兩個臂B111和B112，每個臂包括用于正極和負極的可控半導體開關UT、UB、VT、VB。第二電橋部分B12包括單個臂，所述單個臂具有用于正極和負極的可控半導體開關WT和WB。因此，作為整體的電橋具有三個臂，對應于三相DC/AC電橋。
本發(fā)明的DC/DC電橋的調制進行如下本發(fā)明的PWM控制的直流驅動器可以使用用于交流驅動器的PWM控制的相同種類的半導體開關。取代交流，使用零頻率(不旋轉的場)。在本發(fā)明的直流驅動器中，不是所有的半導體開關需要轉換高頻——通常為幾kHz的頻率——PWM控制信號；可以使用兩個開關WT和WB來選擇轉矩方向(上/下)，并且所涉及的開關導通純DC電流。用于PWM控制的開關UT、UB、VT、VB在幾kHz的頻率下被開啟/斷開，以控制電流Icd的幅度(轉矩)。
在用于PWM控制的開關中發(fā)生最大的功率耗散。在本發(fā)明的控制方法中，用于PWM控制的開關被交替地在不同的臂中轉入導通，因此所涉及的開關僅僅工作大約正常導通時間的50％或更少。在圖4的時序圖中直觀化了這個行為，所述時序圖表示了開關UT、VT和WT的導通時間以及開關UB和二極管VB的導通時間。
從熱量角度來看，本發(fā)明提供了這樣優(yōu)點可以在直流驅動器中充分使用交流驅動器的功率級。在所述電路中使用的IGBT中的熱量耗散通常是在不用于PWM控制的開關中耗散的兩倍。因此，按照本發(fā)明，開關UT、VT和WT僅僅以循環(huán)的方式被保持導通至多50％的時間。導通周期按照所需要的電壓(電流)來改變。
實際上，直流開關可以具有較高的耗散，因為直流損耗稍稍大于轉換PWM損耗。因此，開關WT和WB被布置在冷卻段COOL1(圖5)的進氣側，因為進氣側比所述段的中間部分或出氣側要冷，如溫度曲線TEMP所示。
對于本領域內的技術人員，顯然本發(fā)明的不同實施例不限于上述的示例，它們可以在所附的權利要求的范圍內被改變。除了IGBT之外，所使用的開關也可以包括其他全門控部件。除了直流電機之外，所述負載也可以包括例如電梯的制動磁鐵。
本發(fā)明的配置可以用于寬范圍的電驅動器。通過應用本發(fā)明的工作原理，有可能覆蓋使用最新IGBT技術的直流電梯驅動器的功率范圍。交流和直流驅動器模塊可以被組裝在同一生產(chǎn)線上，并且可以主要經(jīng)由軟件控制來選擇應用。
權利要求
1.一種用于控制直流負載(M1)的控制單元，所述控制單元包括DC/DC電橋(B1)，該DC/DC電橋(B1)包括可控半導體開關(UT、UB、VT、VB、WT、WB)，所述電橋具有兩個電橋部分(B11，B12)，所述電橋部分之一(B12)導通直流，而另一個(B11)經(jīng)由PWM控制以調整電流幅度，其特征在于，經(jīng)由PWM控制的所述電橋部分包括兩個電橋臂(B111，B112)，在所述電橋臂中，半導體開關(UT、UB、VT、VB)被控制來交替導通。
2.按照權利要求1的控制單元，其特征在于，用于PWM控制的半導體開關被這樣控制，即它們實質上導通所述電橋部分(B11)的導通時間的至多50％。
3.按照權利要求1的控制單元，其中所述半導體開關安裝在被供給諸如空氣的冷卻介質的冷基(COOL1)上，其特征在于，導通直流的電橋部分的半導體開關(WT，WB)設置在所述介質的進入側。
4.按照權利要求1的控制單元，其特征在于，所述直流負載是直流電機。
5.按照權利要求1的控制單元，其特征在于，所述直流負載是電梯的制動磁鐵。
全文摘要
一種用于控制直流負載(M1)的控制單元，所述控制單元包括DC/DC電橋(B1)，DC/DC電橋(B1)包括可控半導體開關(UT、UB、VT、VB、WT、WB)，所述電橋具有兩個電橋部分(B11，B12)，其中之一(B12)導通直流，而另一個(B11)經(jīng)由PWM控制以調整電流幅度。經(jīng)由PWM控制的電橋部分包括兩個電橋臂(B111，B112)，在這些電橋臂中的半導體開關(UT、UB、VT、VB)被交替開啟。
文檔編號H02M3/158GK1589518SQ02822974
公開日2005年3月2日 申請日期2002年9月24日 優(yōu)先權日2001年11月19日
發(fā)明者皮卡·杰科恩, 埃薩·帕特金恩 申請人:通力股份公司