專利名稱：用于驅(qū)動(dòng)電路的方法以及電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于驅(qū)動(dòng)電路的方法，尤其是用于驅(qū)動(dòng)換流器的方法。
背景技術(shù)：
這種電路由DElO 2007 042 246A1公開(kāi)。在那里的圖I中，網(wǎng)絡(luò)側(cè)的換流器22通過(guò)直流中間回路與機(jī)器側(cè)的逆變器20連接。直流中間回路具有電容器形式的能量存儲(chǔ)器26。在電容器上有所謂的中間回路電壓。尤其是在機(jī)器側(cè)的逆變器中，通常包含可切換的功率半導(dǎo)體器件，例如IGBT(IGBT=insulated gate bipolar transistor (絕緣柵雙極性晶體管))或者GTO晶閘管(GTO=gate turn off (柵極關(guān)斷))等等。這些功率半導(dǎo)體器件可以僅僅在預(yù)先給定的電壓邊界內(nèi)被接通和/或關(guān)斷。在所述電壓邊界之外，切換到非導(dǎo)通狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞或者甚至損毀相應(yīng)的功率半導(dǎo)體器件。如果例如存在IGBT，則這些IGBT可以僅僅當(dāng)電容器上的中間回路電壓并未超過(guò)預(yù)先給定的最大電壓時(shí)關(guān)斷，即切換為非導(dǎo)通。然而可能的是，無(wú)論出于何種原因，在電容器上的中間回路電壓上升并且超過(guò)預(yù)先給定的最大電壓。對(duì)于這種情況，在DElO 2007 042 246A1中根據(jù)那里的圖I存在所謂的斬波電路24，其包括電阻和與其串聯(lián)的晶體管。如果中間回路電壓超過(guò)預(yù)先給定的最大電壓，則晶體管可以被切換為導(dǎo)通，使得形成中間回路電壓位于其上的電容器和電阻構(gòu)成的并聯(lián)電路。這導(dǎo)致電容器可以通過(guò)電阻放電并且由此中間回路電壓降低。顯然，DElO 2007 042 246A1尤其是在所謂的斬波電路方面需要更高的開(kāi)銷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是，提出一種開(kāi)銷降低的電路。該任務(wù)通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法來(lái)解決。同樣地，該任務(wù)通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路來(lái)解決。本發(fā)明基于一種電路，其具有網(wǎng)絡(luò)側(cè)的整流器，該整流器與電容器耦合。網(wǎng)絡(luò)側(cè)的整流器具有分別有至少兩個(gè)功率半導(dǎo)體器件的至少兩個(gè)串聯(lián)電路，其分別與電容器并聯(lián)。網(wǎng)絡(luò)側(cè)的整流器與能量供給網(wǎng)絡(luò)耦合。根據(jù)本發(fā)明，確定在電容器上的直流電壓。預(yù)先給定了最大電壓。當(dāng)直流電壓大于最大電壓時(shí)，將所述功率半導(dǎo)體器件的至少兩個(gè)切換到其導(dǎo)通狀態(tài)中，使得電容器朝著能量供給網(wǎng)絡(luò)的方向放電。借助本發(fā)明，于是能夠?qū)崿F(xiàn)電容器的放電，而為此并不需要斬波電路或者其他的附加的器件。在電容器上的直流電壓或者中間回路電壓于是可以沒(méi)有大的開(kāi)銷地置于預(yù)先給定的電壓邊界內(nèi)，其中功率半導(dǎo)體器件可以被接通并且尤其是也可以被關(guān)斷。在本發(fā)明的有利的改進(jìn)方案中，切換到其導(dǎo)通狀態(tài)中的功率半導(dǎo)體器件在直流電壓小于最大電壓時(shí)才又切換到其非導(dǎo)通狀態(tài)中，或者切換到其導(dǎo)通狀態(tài)中的功率半導(dǎo)體器件在直流電壓與在能量供給網(wǎng)絡(luò)上存在的交流電壓大小相同時(shí)，才又切換到其非導(dǎo)通狀態(tài)中。于是，為了將電容器放電而被切換為導(dǎo)通的功率半導(dǎo)體器件并不對(duì)應(yīng)于正常運(yùn)行而切換到非導(dǎo)通狀態(tài)中，而是根據(jù)最大電壓或者交流電壓來(lái)進(jìn)行。由此，保證了不可能損壞功率半導(dǎo)體器件。本發(fā)明的其他特征、應(yīng)用可能性和優(yōu)點(diǎn)從下面對(duì)附圖中示出的本發(fā)明實(shí)施例的描述中得到。在此，所有描述的或者示出的特征本身或者任意組合地形成本發(fā)明的主題，而與其在權(quán)利要求中的概括或者其引用關(guān)系無(wú)關(guān)，并且與其在說(shuō)明書或者附圖中的表述或者顯示無(wú)關(guān)。


圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的電路的一個(gè)實(shí)施例的示意性電路圖，以及圖2示出了圖I的電路的電壓變化曲線的示意性時(shí)間圖。
具體實(shí)施方式
在圖I中示出了電路10，其具有網(wǎng)絡(luò)側(cè)的整流器11和機(jī)器側(cè)的整流器12。網(wǎng)絡(luò)側(cè)的整流器11在該實(shí)施例中與三相能量供給網(wǎng)絡(luò)13連接。在機(jī)器側(cè)的整流器12上在該實(shí)施例中連接有星形電路中的三相負(fù)載14，其可以是發(fā)電機(jī)或者電動(dòng)機(jī)。在網(wǎng)絡(luò)側(cè)的整流器11和機(jī)器側(cè)的整流器12之間連接有電容器15，其也可以是多個(gè)并聯(lián)和/或串聯(lián)的電容器形式的電容器組。在網(wǎng)絡(luò)側(cè)的整流器11和能量供給網(wǎng)絡(luò)13之間可以存在電感線圈16或者通常的電感。要指出的是，其也可以是兩相能量供給網(wǎng)絡(luò)或者兩相或者更多相的負(fù)載。網(wǎng)絡(luò)側(cè)的整流器11在該實(shí)施例中三相地構(gòu)建。應(yīng)理解的是，整流器11也可以兩相或者更多相地構(gòu)建。網(wǎng)絡(luò)側(cè)的整流器11具有六個(gè)可切換的功率半導(dǎo)體器件18a、18b、18c、18d、18e、18f，其分別設(shè)置有并聯(lián)地并且在相反方向上連接的二極管19?？偸怯袃蓚€(gè)功率半導(dǎo)體器件18a、18b或者18c、18d或者18e、18f串聯(lián)，更確切地說(shuō)，在從正電勢(shì)到負(fù)電勢(shì)的導(dǎo)通方向上。電容器15與這三個(gè)形成的串聯(lián)電路并聯(lián)。在三個(gè)串聯(lián)電路上并且由此在電容器15上存在從正電勢(shì)向負(fù)電勢(shì)取向的直流電壓Udc。該直流電壓Udc的大小可以在未示出的方式中由控制設(shè)備確定和/或借助傳感器來(lái)監(jiān)控。三個(gè)串聯(lián)電路中的每個(gè)串聯(lián)電路的兩個(gè)功率半導(dǎo)體器件18a、18b或者18c、18d或者18e、18f的連接點(diǎn)分別與能量供給網(wǎng)絡(luò)13的一個(gè)相連接。功率半導(dǎo)體器件18a、18b、18c、18d、18e、18f隨后在其整體上也用附圖標(biāo)記18表
/Jn ο機(jī)器側(cè)的整流器12具有六個(gè)可切換的功率半導(dǎo)體器件21，其分別設(shè)置有并聯(lián)的并且在相反方向上連接的二極管22?？偸怯袃蓚€(gè)功率半導(dǎo)體器件21串聯(lián)，更確切地說(shuō)，在從正電勢(shì)到負(fù)電勢(shì)的導(dǎo)通方向上。電容器15與這三個(gè)形成的串聯(lián)電路并聯(lián)。在三個(gè)串聯(lián)電路上并且由此在電容器15上存在從正電勢(shì)向負(fù)電勢(shì)取向的直流電壓Udc。三個(gè)串聯(lián)電路中的每個(gè)串聯(lián)電路的兩個(gè)功率半導(dǎo)體器件21的連接點(diǎn)分別與負(fù)載14的一個(gè)相連接。功率半導(dǎo)體器件18、21例如可以是IGBT(IGBT =絕緣柵雙極性晶體管)，其也可以模塊化地連接在一起。功率半導(dǎo)體器件18、21可以用未示出的方式例如由已經(jīng)提及的控制設(shè)備單獨(dú)地控制并且由此切換到導(dǎo)通或者非導(dǎo)通狀態(tài)中。要指出的是，網(wǎng)絡(luò)側(cè)的整流器11和/或機(jī)器側(cè)的整流器12也可以是三相或者更多相的整流器，例如是所謂的三電平(Dreipunkt)NPC整流器。在電動(dòng)機(jī)方式的正常運(yùn)行中，例如存在電動(dòng)機(jī)作為負(fù)載14，在該正常運(yùn)行中在能量供給網(wǎng)絡(luò)13的相之間存在的交流電壓被網(wǎng)絡(luò)側(cè)的換流器11整流，并且由此轉(zhuǎn)化為在電容器15上的直流電壓Udc。為此，相應(yīng)地控制功率半導(dǎo)體器件18。隨后直流電壓Udc由機(jī)器側(cè)的換流器12轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娛降碾妷?，其傳遞給負(fù)載14的相。為此，相應(yīng)地控制功率半導(dǎo)體器件21。能量供給網(wǎng)絡(luò)13的交流電壓的頻率在此通常不同于負(fù)載14上的電壓的頻率。通過(guò)這種方式,可以對(duì)電動(dòng)機(jī)提供能量并由此驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。在發(fā)電機(jī)方式的正常運(yùn)行中，例如存在發(fā)電機(jī)作為負(fù)載14，在該正常運(yùn)行中能量以相反的方向傳遞。由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生能量，其被機(jī)器側(cè)的換流器12轉(zhuǎn)換為直流電壓Udc，并且隨后由網(wǎng)絡(luò)側(cè)的整流器11饋入到能量供給網(wǎng)絡(luò)13中。為此，相應(yīng)地控制功率半導(dǎo)體器件 18、21。在此，發(fā)電機(jī)的頻率也通常不同于能量供給網(wǎng)絡(luò)13的頻率?，F(xiàn)在存在的可能性是，無(wú)論出于何種原因，將電容器15上的直流電壓Udc升高。如果直流電壓Udc在可由功率半導(dǎo)體器件關(guān)斷的最大電壓Udcmax之上(即當(dāng)Udc > Udcmax)時(shí)，這會(huì)導(dǎo)致功率半導(dǎo)體器件18、21切換至其非導(dǎo)通狀態(tài)中引起相應(yīng)的功率半導(dǎo)體器件18,21的損壞或者甚至損毀。為了避免這種損壞或者損毀，功率半導(dǎo)體器件18、21在超過(guò)最大電壓Udcmax(即在Udc = Udcmax)時(shí)切換到其非導(dǎo)通狀態(tài)中。此外，至少在保持超過(guò)最大電壓Udcmax期間(即在Udc > Udcmax期間)，禁止這種重新切換到非導(dǎo)通狀態(tài)中。前面描述的電路10的、需要功率半導(dǎo)體器件18、21的不斷接通和關(guān)斷的正常運(yùn)行由此至少暫時(shí)被中斷。在圖2中，繪出了與時(shí)間t相關(guān)的、在電容器15上的直流電壓Udc。此外，繪出了前述的最大電壓Udcmax。如示例性地示出的那樣,最大電壓Udcmax可以是恒定值,然而也可以是變化的值。此外，繪出了與時(shí)間相關(guān)的、在能量供給網(wǎng)絡(luò)13的相之一上存在的交流電壓Unetz。在此,最大電壓Udcmax在數(shù)值上大于交流電壓Unetz在數(shù)值上的最大值。出發(fā)點(diǎn)是已經(jīng)闡述的狀態(tài)，即直流電壓Udc大于最大電壓Udcmax，并且因此功率半導(dǎo)體器件18、21處于其非導(dǎo)通狀態(tài)中。該狀態(tài)被控制設(shè)備識(shí)別和產(chǎn)生，并且在圖2中位于時(shí)刻ton之前。該時(shí)刻ton在時(shí)間上大致在交流電壓Unetz的數(shù)值上的最大值處。大致在時(shí)刻ton中例如兩個(gè)功率半導(dǎo)體器件18a、18d被控制設(shè)備切換到其導(dǎo)通狀態(tài)中。這是可能的，因?yàn)閮H僅禁止切換到非導(dǎo)通狀態(tài)中。由此，形成了由正電勢(shì)通過(guò)功率半導(dǎo)體器件18a、通過(guò)能量供給網(wǎng)絡(luò)13以及通過(guò)功率半導(dǎo)體器件18d到負(fù)電勢(shì)的電連接?？商孢x地或者附加地，功率半導(dǎo)體器件18a、18f■和/或18c、18b和/或18c、18f和/或18e、18b和/或18e、18d可以切換到其導(dǎo)通狀態(tài)中。在這些組合的每個(gè)中，形成從正電勢(shì)通過(guò)能量供給網(wǎng)絡(luò)13至負(fù)電勢(shì)的電連接。通過(guò)相應(yīng)的功率半導(dǎo)體器件的所闡述的切換形成的、由正電勢(shì)通過(guò)能量供給網(wǎng)絡(luò)13到負(fù)電勢(shì)的電連接能夠?qū)崿F(xiàn)電容器15朝著能量供給網(wǎng)絡(luò)13方向的放電。該放電導(dǎo)致降低在電容器15上的直流電壓Udc。這在圖2中在時(shí)刻ton之后示出?，F(xiàn)在，由控制設(shè)備監(jiān)控何時(shí)直流電壓Udc與交流電壓Unetz大小相同。在圖2中在時(shí)刻toff時(shí)情況如此。在時(shí)刻toff，切換到其導(dǎo)通狀態(tài)中的功率半導(dǎo)體器件又切換到其非導(dǎo)通狀態(tài)中。這是可能的，因?yàn)樵陔娙萜?5上的直流電壓Udc現(xiàn)在小于最大電壓Udcmax。由此,功率半導(dǎo)體器件切換到其非導(dǎo)通狀態(tài)中不再被禁止?？商孢x地可能的是，切換到其導(dǎo)通狀態(tài)中的功率半導(dǎo)體器件并非在時(shí)刻toff才又被關(guān)斷，而是在直流電壓Udc低于最大電壓Udcmax的時(shí)刻已經(jīng)被關(guān)斷。這在圖2中在時(shí)刻talt情況如此。在電容器15上的直流電壓Udc又小于最大電壓Udcmax之后，并且在前述功率半導(dǎo)體器件又向回切換到其非導(dǎo)通狀態(tài)中之后，整個(gè)電路10又可以在所闡述的正常運(yùn)行中工作。這如下得到功率半導(dǎo)體器件18、21至其非導(dǎo)通狀態(tài)的切換由于低于最大電壓Udcmax而不再被禁止。必要時(shí)，在所述功率半導(dǎo)體器件在時(shí)刻ton切換到其導(dǎo)通狀態(tài)之前由控制設(shè)備確 定在時(shí)刻ton之后會(huì)流動(dòng)的補(bǔ)償電流。該補(bǔ)償電流在此尤其是取決于直流電壓Udc、最大電壓Udcmax、相對(duì)電壓Unetz、存在的電感性負(fù)載和電容性負(fù)載等等。如果所確定的補(bǔ)償電流超過(guò)預(yù)先給定的值，則功率半導(dǎo)體器件不能簡(jiǎn)單地切換到其導(dǎo)通狀態(tài)中，而是必須事先采取其他的、這里并未進(jìn)一步描述的措施。要指出的是，不同于圖1，負(fù)載14也可以是第二電能量供給網(wǎng)絡(luò)，例如是軌道網(wǎng)絡(luò)(Bahnnetz)。在該情況中，電容器15的放電也可以朝著第二能量供給網(wǎng)絡(luò)14的方向進(jìn)行。同樣要指出的是，圖I的第一能量供給網(wǎng)絡(luò)13和/或負(fù)載14也可以兩相或者更多相地構(gòu)建。此外要指出的是，網(wǎng)絡(luò)側(cè)的和/或機(jī)器側(cè)的整流器11、12也可以不同于圖I地為所謂的多級(jí)電路。在這些情況中，必要時(shí)需要的是，將存在的功率半導(dǎo)體器件的多個(gè)切換為導(dǎo)通，以便產(chǎn)生電容器15朝著能量供給網(wǎng)絡(luò)的放電。
權(quán)利要求
1.一種用于驅(qū)動(dòng)電路(10)的方法，尤其是用于驅(qū)動(dòng)換流器的方法，其中所述電路(10)具有網(wǎng)絡(luò)側(cè)的整流器(11)，該整流器與電容器(15)耦合，其中網(wǎng)絡(luò)側(cè)的整流器(11)具有分別有至少兩個(gè)功率半導(dǎo)體器件(18a，18b ；18c, 18d ；18e, 18f)的至少兩個(gè)串聯(lián)電路，所述串聯(lián)電路分別與電容器(15)并聯(lián)，并且其中網(wǎng)絡(luò)側(cè)的整流器(11)與能量供給網(wǎng)絡(luò)(13)耦合，其特征在于，確定在電容器(15)上的直流電壓(Udc),預(yù)先給定最大電壓(Udcmax),并且當(dāng)直流電壓(Udc)大于最大電(Udcmax)時(shí)，將所述功率半導(dǎo)體器件的至少兩個(gè)切換到其導(dǎo)通狀態(tài)中，使得電容器(15)朝著能量供給網(wǎng)絡(luò)(13)的方向放電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中切換到其導(dǎo)通狀態(tài)中的功率半導(dǎo)體器件在直流電壓(Udc)小于最大電壓(Udcmax)時(shí)才又切換到其非導(dǎo)通狀態(tài)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中切換到其導(dǎo)通狀態(tài)中的功率半導(dǎo)體器件在直流電壓 Udc)與在能量供給網(wǎng)絡(luò)(13)上存在的交流電壓(Unetz)大小相同時(shí)，才又切換到其非導(dǎo)通狀態(tài)中。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中功率半導(dǎo)體器件切換到其導(dǎo)通狀態(tài)中，使得形成從正電勢(shì)通過(guò)能量供給網(wǎng)絡(luò)(13)到負(fù)電勢(shì)的電連接，其中在電容器(15)上的直流電壓(Udc)在正電勢(shì)和負(fù)電勢(shì)之間。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中第一串聯(lián)電路的上部的功率半導(dǎo)體器件(18a)和第二串聯(lián)電路的下部的功率半導(dǎo)體器件(18d)分別切換到其導(dǎo)通狀態(tài)中。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中最大電壓(Udcmax)選擇為使得在超過(guò)該最大電壓時(shí)，才存在當(dāng)功率半導(dǎo)體器件從其導(dǎo)通狀態(tài)切換到其非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)損毀功率半導(dǎo)體器件的可能性。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中在超過(guò)最大電壓(Udcmax)的情況下，功率半導(dǎo)體器件切換到其非導(dǎo)通狀態(tài)中(即在Udc = Udcmax的情況下)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中在超過(guò)最大電壓(Udcmax)之后，禁止功率半導(dǎo)體器件切換到其非導(dǎo)通狀態(tài)中(即當(dāng)Udc > Udcmax的情況下)。
9.一種電路(10)，尤其是換流器，其中所述電路(10)具有網(wǎng)絡(luò)側(cè)的整流器(11)，該整流器與電容器(15)耦合，其中網(wǎng)絡(luò)側(cè)的整流器(11)具有分別有至少兩個(gè)功率半導(dǎo)體器件(18a, 18b ；18c,18d ；18e,18f)的至少兩個(gè)串聯(lián)電路，所述串聯(lián)電路分別與電容器(15)并聯(lián)，并且其中網(wǎng)絡(luò)側(cè)的整流器(11)與能量供給網(wǎng)絡(luò)(13)耦合，其特征在于，存在控制設(shè)備，借助所述控制設(shè)備能夠確定在電容器(15)上的直流電壓(Udc)，能夠預(yù)先給定最大電壓(Udcmax),并且當(dāng)直流電壓(Udc)大于最大電壓(Udcmax)時(shí),能夠由控制設(shè)備將所述功率半導(dǎo)體器件的至少兩個(gè)切換到其導(dǎo)通狀態(tài)中，使得電容器(15)朝著能量供給網(wǎng)絡(luò)(13)的方向放電。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于驅(qū)動(dòng)電路(10)的方法，尤其是用于驅(qū)動(dòng)換流器的方法以及一種電路。其中所述電路(10)具有網(wǎng)絡(luò)側(cè)的整流器(11)，該整流器與電容器(15)耦合，其中網(wǎng)絡(luò)側(cè)的整流器(11)具有分別有至少兩個(gè)功率半導(dǎo)體器件(18a，18b；18c，18d；18e，18f)的至少兩個(gè)串聯(lián)電路，所述串聯(lián)電路分別與電容器(15)并聯(lián)。網(wǎng)絡(luò)側(cè)的整流器(11)與能量供給網(wǎng)絡(luò)(13)耦合。確定在電容器(15)上的直流電壓(Udc)。預(yù)先給定最大電壓。當(dāng)直流電壓(Udc)大于最大電壓時(shí)，將所述功率半導(dǎo)體器件的至少兩個(gè)切換到其導(dǎo)通狀態(tài)中，使得電容器(15)朝著能量供給網(wǎng)絡(luò)(13)的方向放電。
文檔編號(hào)H02M5/45GK102857117SQ20121021735
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者馬可·博尼, 克里斯托夫·薩尼特 申請(qǐng)人:科孚德機(jī)電技術(shù)有限公司