帶有電子式負(fù)載電流閥的電路安排的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種帶有至少兩個串聯(lián)連接的電子式負(fù)載電流閥(1，2，3)的電路安排，該電路安排的突出之處在于，這些負(fù)載電流閥(1，2，3)中的至少一個與一個可控的平衡元件(21，22，23)并聯(lián)連接，其中該并聯(lián)連接的平衡元件(21，22，23)的操控被設(shè)置為，使得在這些負(fù)載電流閥(1，2，3)上降低的電壓(V1，V2，V3)相對彼此根據(jù)預(yù)先給定的比率來設(shè)定。
【專利說明】帶有電子式負(fù)載電流閥的電路安排

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種帶有至少兩個串聯(lián)連接的電子式負(fù)載電流閥的電路安排。

【背景技術(shù)】
[0002]在本申請的背景下，負(fù)載電流閥是指有源受控的或無源工作的電子式開關(guān)器，尤其是半導(dǎo)體功率開關(guān)器，例如雙極功率開關(guān)器、IGBT (絕緣柵雙極晶體管)，MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)以及還有單獨(dú)地或在一個總體上作為負(fù)載電流閥生效的功能電路中的二極管。
[0003]此類的負(fù)載電流閥例如在用于在寬的電壓和電流范圍內(nèi)將直流電轉(zhuǎn)化為交流電的逆變器橋的背景下是已知的。為了實(shí)現(xiàn)高的介電強(qiáng)度(Spannungsfestigkeit)，已知的是，將兩個或更多個負(fù)載電流閥串聯(lián)連接，由此使總安排的介電強(qiáng)度相對于單獨(dú)的負(fù)載電流閥提升一個與串聯(lián)連接的負(fù)載電流閥的數(shù)目相對應(yīng)的因數(shù)。然而只有當(dāng)在每個負(fù)載電流閥上電壓降低相同時，才能實(shí)現(xiàn)這種理想情況。特別相關(guān)的是當(dāng)負(fù)載電流閥不導(dǎo)通時的情況，因?yàn)槟菚r通常在該總安排上施加最大的電壓。在并非所有串聯(lián)接通的負(fù)載電流閥具有相同的介電強(qiáng)度的情況下，當(dāng)在這些單獨(dú)的負(fù)載電流閥上降低的電壓根據(jù)這些單獨(dú)的元件的介電強(qiáng)度來分配時，達(dá)到了該負(fù)載電流閥的串聯(lián)連接的盡可能最大的介電強(qiáng)度。
[0004]電壓在負(fù)載電流閥上所出現(xiàn)的不希望的分布在現(xiàn)有技術(shù)中可以如下地進(jìn)行平衡，將負(fù)載電流閥的斷開的時間點(diǎn)相對彼此偏移。所希望的電壓分布能夠以此方式進(jìn)行設(shè)定，但是對于許多應(yīng)用情況并非在所有的工作條件下精準(zhǔn)地進(jìn)行設(shè)定，尤其是因?yàn)殡妷悍植贾辽俨糠值赝ㄟ^在這些負(fù)載電流閥之間的不同的電荷載體的解離速率(Abbaurate)、在實(shí)施為半導(dǎo)體開關(guān)器的負(fù)載電流閥的空間電荷區(qū)域之內(nèi)并且因此只有在負(fù)載電流閥的實(shí)際的斷開之后才進(jìn)行。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)電壓向這些單獨(dú)的負(fù)載電流閥上均勻的(或者在特定的其他比率下預(yù)先給定的)分配，一個簡單的解決方案在于將電阻器與這些單獨(dú)的負(fù)載電流閥串聯(lián)連接。然而這種安排的缺點(diǎn)是，一個已知的電流永久地流過這些并聯(lián)連接的電阻器，該電流產(chǎn)生了該總安排的損耗功率。通過這種損耗功率，一方面降低了該電路安排的效率。另一方面，在某些情形下需要設(shè)置這些電阻器的冷卻器，以便該冷卻器將這種損耗功率作為熱從這些電阻器排出，這增加了該電路安排中的構(gòu)造耗費(fèi)。
[0006]由文獻(xiàn)DE 198 50 840 A已知一個另外的解決方案，其中替代于多個電阻器，將一個電阻器和電容的串聯(lián)電路與一個耦接二極管(Koppeld1de) —起同這些負(fù)載電流閥并聯(lián)連接。此外，設(shè)置了一個針對電容器的終端荷電裝置(Endladevorrichtung)，這些裝置如下地控制這些電容器的終端荷電，使得實(shí)現(xiàn)向這些負(fù)載電流閥上的所希望的電壓分配。通過這種解決方案可以有效地阻止長期流動的平衡電流，然而這個解決方案要求相對高的建造耗費(fèi)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型的一個目的是，提供一種開篇所述類型的電路安排，其中可以用很少的耗費(fèi)和最小的損耗功率實(shí)現(xiàn)向所存在的負(fù)載電流閥上的所希望的電壓分配。
[0008]這個目的是通過具有獨(dú)立權(quán)利要求特征的電路安排實(shí)現(xiàn)的。有利設(shè)計和改進(jìn)方案是從屬權(quán)利要求的主題。
[0009]開篇所述類型的本實(shí)用新型的電路安排的突出之處在于，這些負(fù)載電流閥中的至少一個與一個可控的平衡元件并聯(lián)連接，其中該并聯(lián)連接的平衡元件的操控如下地設(shè)置，使得在這些負(fù)載電流閥上降低的電壓相對彼此根據(jù)預(yù)先給定的比率來設(shè)定。
[0010]通過使用與至少一個負(fù)載電流閥并聯(lián)連接的一種可控的平衡元件，可以開始圍繞該負(fù)載電流閥的電荷載體的偏移，由此能夠設(shè)定在該負(fù)載電流閥處的電壓降低，尤其是在未接通的狀態(tài)下。通過受控地開始這種電荷偏移，只有為了實(shí)現(xiàn)所希望的電壓分配的最低必要的電荷流過與這些負(fù)載電流閥并聯(lián)安排的電流支路。于是，與從現(xiàn)有技術(shù)已知的預(yù)先固定給出的電阻器不同，實(shí)現(xiàn)了一種所希望的電壓分配，例如在這些負(fù)載電流閥上具有相同大小的降低的電壓，而沒有轉(zhuǎn)化出不必要地高的損耗功率。
[0011]可設(shè)想的是，在所述的負(fù)載電流閥的串聯(lián)電路中安排有其他的負(fù)載電流閥，這些其他的負(fù)載電流閥沒有并聯(lián)連接的平衡元件。尤其在其電勢接近接地的負(fù)載電流閥中，通常不存在對電荷平衡的要求，因?yàn)樵谶@些開關(guān)器處應(yīng)當(dāng)預(yù)期沒有過高比例的電壓降。在此，本實(shí)用新型應(yīng)當(dāng)明確地同時包括一個帶有并聯(lián)的平衡元件的負(fù)載電流閥和一個沒有此類平和元件的負(fù)載電流閥的串聯(lián)電路。
[0012]在該電路安排的一個優(yōu)選的設(shè)計中，這些可控的平衡元件是晶體管，并且尤其是小信號雙極晶體管(Kleinsignal-Bipolartransistoren)或 IGBT。
[0013]在該電路安排的一個另外的優(yōu)選的設(shè)計中，這些平衡元件與一個操控電路相連以進(jìn)行操控。該操控電路可以例如具有一個平衡信號發(fā)生器和一個參考電壓發(fā)生器。通過該參考電壓發(fā)生器可以預(yù)先給定或設(shè)定應(yīng)當(dāng)在這些負(fù)載電流閥上降低的所希望的電壓或電壓比率。
[0014]該操控電路優(yōu)選可以形成為公用的操控電路并且例如具有一個處理器，例如一個微控制器。該處理器有利地形成為一個FPGA (浮點(diǎn)門陣列)。并聯(lián)連接的平衡元件的操控可以通過該處理器例如取決于所測定的在這些負(fù)載電流閥上降低的電壓來進(jìn)行。
[0015]在該電路安排的另一個有利的設(shè)計中，該操控電路被適配為用于在這些平衡元件中的一個或多個的平衡電流或平衡電荷超過一個極限值時產(chǎn)生一個警告信號。以此方式可以檢測該電路安排的正確的工作方式。該警告信號可以例如用于斷開整個電路安排，并且由此保護(hù)這些負(fù)載電流閥免受損傷。還可以提出，取決于該警告信號，通過重新確定單獨(dú)的負(fù)載電流閥的所希望的電壓范圍來改變電壓分布的預(yù)定值。
[0016]在該電路安排的另一個有利的設(shè)計中，該操控電路被適配為用于取決于這些平衡元件中的一個或多個的平衡電流或平衡電荷來產(chǎn)生一個用于電路的反饋信號，用于這些負(fù)載電流閥的相對校準(zhǔn)。通過一個此類的反饋信號，然后可以在后續(xù)開關(guān)過程中將這些開關(guān)過程相對彼此校準(zhǔn)，從而降低所需的平衡電流，并因此降低開關(guān)損失。
[0017]在該電路安排的另一個有利的設(shè)計中，這些可控的平衡元件的控制輸入與電壓分配器-電阻器的一個串聯(lián)電路的分接點(diǎn)相連，其中該電壓分配器-電阻器的串聯(lián)電路與該負(fù)載電流閥的串聯(lián)電路并聯(lián)地連接。這些控制輸入在此可以直接地或通過驅(qū)動器與該電壓分配器-電阻器的串聯(lián)電路相連。這個模擬式工作的電路安排的突出之處在于簡單的構(gòu)造和高可靠性。
[0018]替代于或附加于所述的操控電路，這些平衡元件可以分別配屬有直接操控電路，這些直接操控電路例如包括由電阻器和齊納二極管組成的串聯(lián)電路。這些直接操控電路非常迅速地開關(guān)并且因此特別有利地用一個由處理器控制的操控電路進(jìn)行補(bǔ)充。在負(fù)載電流閥的串聯(lián)電路處快速的電壓變化的情況下，這些直接操控電路短時間地防止電壓峰值，直到由處理器控制的操控電路在其自身方面通過操控這些平衡元件來設(shè)定所希望的電壓分布。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]下面將通過一個實(shí)施例借助于附圖來詳細(xì)說明本實(shí)用新型。附圖示出:
[0020]圖1本實(shí)用新型的具有負(fù)載電流閥的串聯(lián)電路的電路安排的第一原理框圖；
[0021]圖2本實(shí)用新型的具有負(fù)載電流閥的串聯(lián)電路的電路安排的第二原理框圖；
[0022]圖3帶有用于本實(shí)用新型的電路安排的直接操控器的一個平衡電路的原理框圖；
[0023]圖4帶有用于本實(shí)用新型的電路安排的直接操控器的一個平衡電路的另一個原理框圖；
[0024]圖5 —個帶有兩個負(fù)載電流閥的電路安排的第一實(shí)施例；
[0025]圖6 —個帶有兩個串聯(lián)連接的負(fù)載電流閥的電路安排的第二實(shí)施例；以及
[0026]圖7—個帶有三個串聯(lián)連接的負(fù)載電流閥的電路安排的實(shí)施例。

【具體實(shí)施方式】
[0027]圖1示出本實(shí)用新型的電路安排的原理框圖，該電路安排帶有一個負(fù)載電流閥1、2的串聯(lián)電路100，在此情況下這些負(fù)載電流閥配屬有反向并聯(lián)的自由運(yùn)行二極管1’、2’。該串聯(lián)電路100安排在結(jié)點(diǎn)10之間，通過這些結(jié)點(diǎn)可以將一個電壓V0供應(yīng)給該電路安排。在這些負(fù)載電流閥之間相應(yīng)地安排一個結(jié)點(diǎn)11、12。同樣地，在這些結(jié)點(diǎn)10之間安排有一個平衡電路200，該平衡電路包括平衡元件21、22的一個串聯(lián)電路。平衡元件21、22在其間的結(jié)點(diǎn)處與在這些負(fù)載電流閥1、2之間的對應(yīng)的結(jié)點(diǎn)11、12相連，使得一個平衡元件分別與一個負(fù)載電流閥并聯(lián)連接。平衡元件21、22實(shí)施為可變化的電阻器元件，這些電阻器元件分別通過一個操控導(dǎo)線71、72如下地進(jìn)行操控，使得這些電阻器元件采取一個所希望的電阻值。優(yōu)選這些平衡元件實(shí)施為開關(guān)器、尤其是半導(dǎo)體開關(guān)器，這些開關(guān)器取決于該操控導(dǎo)線上的一個操控信號在一個不傳導(dǎo)狀態(tài)和一個傳導(dǎo)或部分傳導(dǎo)的狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。
[0028]這些操控信號由一個公用的操控單元300產(chǎn)生，該操控單元通過這些操控導(dǎo)線71、72與這些平衡元件相連。操控單元300可以是一個由處理器控制的單元，并且例如具有一個FPGA (浮點(diǎn)門陣列)。操控單元300的目的是，將在這些平衡元件21、22上并且由此在這些負(fù)載電流閥1、2上降低的電壓U1、U2設(shè)定到所希望的值或者保持在一個所希望的范圍內(nèi)。為此，該操控單元同樣與這些結(jié)點(diǎn)10、11、12相連，使得該操控單元被適配為，取決于施加在這些結(jié)點(diǎn)10、11、12處的電壓來操控這些平衡元件21、22。當(dāng)或只要一個施加在所配屬的負(fù)載電流閥1、2上的電壓處于一個所希望的區(qū)域或所希望的值之外、尤其是之上時，通過對應(yīng)地產(chǎn)生的操控信號，暫時地產(chǎn)生一個通過這些平衡元件21、22之一流動的電流。對應(yīng)的操控信號可以是脈沖寬度調(diào)制的信號脈沖或者具有其他的尤其數(shù)字式的信號形式。
[0029]為了將通過平衡元件的平衡電流最小化并且因此將對應(yīng)的損失最小化，該操控單元可以限制同時受操控的平衡元件的數(shù)目，尤其是數(shù)目為一、或者在并不同時操作相鄰的平衡元件的條件下。類似地可設(shè)想的是，所希望的電壓范圍的寬度隨時間而形成，例如在負(fù)載電流閥斷之后首先以具有用于操控的第一寬度的電壓范圍為基礎(chǔ)。在經(jīng)過取決于在負(fù)載電流閥中的電荷載體的解離速率而選擇的一個時間段之后，以具有用于操控的第二寬度的電壓范圍為基礎(chǔ)，其中該第二范圍小于該第一范圍。對于平衡電流的另一個最小化策略是將電勢可控的平衡元件限制在所有平衡元件21、22的一個分量中，其中從一個與這些結(jié)點(diǎn)10之一直接相連的平衡元件出發(fā)，這個分量逐漸地在另一個結(jié)點(diǎn)10的方向上受限。然后可以在反方向上實(shí)行一種模擬式的限制策略。
[0030]在一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，當(dāng)一個單獨(dú)的平衡元件或所有平衡電荷的一個分量的、為了實(shí)現(xiàn)所希望的電壓分布所要求的平衡電流或者由此整體上要求的平衡電荷超過一個預(yù)先給定的閾值時，該操控單元300產(chǎn)生一個警告信號。該警告信號可以導(dǎo)致整個電路安排的斷開或者還可以通過重新確定單獨(dú)的負(fù)載電流閥的所希望的電壓范圍而導(dǎo)致電壓分布的預(yù)定值的改變。
[0031]在另一個有利的實(shí)施方式中，該操控電路300可以如下地分析在這些結(jié)點(diǎn)10、11、12處的電壓值或者所產(chǎn)生的操控信號，使得產(chǎn)生一個用于傳遞到一個控制電路的反饋信號，該控制電路被適配為將這些負(fù)載電流閥的開關(guān)時間點(diǎn)相對于彼此進(jìn)行偏移。通過一個此類的反饋信號，然后可以在后續(xù)地開關(guān)過程中將這些開關(guān)過程相對彼此校準(zhǔn)，從而降低所需的平衡電流并因此降低開關(guān)損失。
[0032]圖2示出本實(shí)用新型的電路安排的第二原理框圖，該電路安排帶有負(fù)載電流閥1、2的一個串聯(lián)電路100，該原理框圖與圖1中所示的原理框圖的不同之處在于，該公用的操控單元300被一個平衡信號發(fā)生器400和一個參考電壓發(fā)生器500所替代。參考電壓發(fā)生器500對每一個平衡元件21、22產(chǎn)生一個參考電壓，該參考電壓通過導(dǎo)線91、92被傳遞到平衡信號發(fā)生器400。平衡信號發(fā)生器400對于每一個平衡元件21、22具有配屬的驅(qū)動器81、82，當(dāng)超過或低于一個由在平衡元件21、22上或在對應(yīng)的負(fù)載電流閥1、2上(依據(jù)驅(qū)動器81、82的接通方式而定)降低的電壓產(chǎn)生的對比電壓時，這些驅(qū)動器產(chǎn)生一個操控信號。該對比電壓可以例如通過一個電阻式電壓分配器81’、82’來產(chǎn)生。然而還可以提出其他的可能性，例如中心式的電壓測量以及對比電壓的推導(dǎo)。操控信號通過操控導(dǎo)線71、72傳遞到平衡元件21、22用于其操控。平衡元件21、22在所示的實(shí)施方式中分別通過一個任選的降壓電阻器51、52受到過流保護(hù)。
[0033]以所示的方式，可以將一個負(fù)載電流閥1、2擴(kuò)展為一個過壓保護(hù)式負(fù)載電流閥601、602，其方式為與該負(fù)載電流閥并聯(lián)連接一個配屬的平衡元件21、22，該平衡元件通過一個配屬的驅(qū)動器81、82來進(jìn)行操控，這取決于在該負(fù)載電流閥上降低的電壓是否超過一個預(yù)先給定的值。在外部的結(jié)點(diǎn)10之間的負(fù)載電流閥的串聯(lián)電路可以完全或僅部分地由此類的過流保護(hù)式負(fù)載電流閥601、602組成。替代性地，如在圖1中所示，過流保護(hù)式負(fù)載電流閥601、602的平衡元件21、22還直接通過一個公用的操控電路300進(jìn)行操控。
[0034]參考電壓發(fā)生器500可以實(shí)施為電壓分配器，該電壓分配器具有電壓分配器-電阻器31、32的一個串聯(lián)電路和/或電壓分配器-電容的一個串聯(lián)電路31’、32’。還可以使用一種已知的RC-緩沖電路以產(chǎn)生用于平衡元件21、22的參考電壓。借助于對負(fù)載電流閥1、2上的總電壓的測量，該值的計算式構(gòu)建也同樣是可行的。
[0035]除了通過一個操控導(dǎo)線71、72進(jìn)行操控之外，還可以如下方式觸發(fā)一個通過平衡元件21、22的平衡電流:該平衡元件具有一個直接操控電路(在英文中也稱為有源鉗位(active clamping))。該直接操控有利地是與一個由處理器控制的操控單元300結(jié)合使用，并且，當(dāng)在該負(fù)載電流發(fā)處實(shí)現(xiàn)特別高的電壓時，該平衡元件21、22可以幾乎無延遲地轉(zhuǎn)換到一個傳導(dǎo)的或部分傳導(dǎo)的狀態(tài)。
[0036]帶有直接操控的一個平衡電路200的實(shí)例在圖3和圖4中展示。在圖3中所示的平衡電路200和操控單元300可以例如與根據(jù)圖1的負(fù)載電流閥1、2的串聯(lián)電路100 —起使用。在圖3的實(shí)例中，在該操控單元300中實(shí)現(xiàn)的直接操控器分別包括一個電阻器211或221與一個齊納二極管212或222的串聯(lián)電路，該平衡元件21、22的操控輸入與該串聯(lián)電路用一個適當(dāng)?shù)慕Y(jié)點(diǎn)10、11、12相連。在超過一個可以由該電阻器211或221和齊納二極管212或222的擊穿電壓設(shè)定的電壓時，平衡元件21、22傳導(dǎo)式地接通。在這個圖示中，該直接操控器的電阻器211、221和齊納二極管212、222構(gòu)成操控單元300。
[0037]圖4中所示的平衡電路200替代了例如在框圖2中的平衡電路200并且替代或補(bǔ)充了平衡信號發(fā)生器400。為了進(jìn)行直接操控進(jìn)而分別設(shè)置一個電阻器211或221和一個齊納二極管212或222的串聯(lián)電路，然而該串聯(lián)電路與一個驅(qū)動器213或223的第一輸入相連并且通過該第一輸入作用于該平衡元件21、22。該驅(qū)動器213或223的第二輸入例如與導(dǎo)線91、92相連以提供一個參考電壓發(fā)生器500的參考電壓。該直接操控因此形成了用于操控該平衡元件21、22的另外的可能性。
[0038]替代地可設(shè)想的是，該直接操控電路操控一個另外的、與通過操控單元300操控的平衡元件21、22并聯(lián)連接的平衡元件。
[0039]為了直接操控一個開關(guān)元件，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)已知不同的實(shí)施方式，這些實(shí)施方式可以在實(shí)現(xiàn)根據(jù)本申請的直接操控器時使用。在圖3和圖4中僅簡單示出了兩個變體，這些變體解釋了理論上的工作方式。
[0040]圖5以一個示意性的框圖示出了一個帶有兩個串聯(lián)連接的負(fù)載電流閥1和2的電路安排的第一實(shí)施例。示例性地，在此使用兩個IGBT晶體管作為負(fù)載電流閥1、2。負(fù)載電流閥1、2的這兩個開關(guān)段(Schaltstrecken)的串聯(lián)電路在兩個結(jié)點(diǎn)10之間延伸；在這兩個負(fù)載電流閥1、2之間的中間分接點(diǎn)表示為結(jié)點(diǎn)11。示例性地，在這些結(jié)點(diǎn)10之一處施加的電勢視作參考電勢GND (接地)。與此相對地，在另一個結(jié)點(diǎn)10處施加一個電壓V0。用于這兩個負(fù)載電流閥1、2的操控電路在這個電路中沒有展示。
[0041]在某些情況下較高的電壓V0分配成在一個結(jié)點(diǎn)10與中間的結(jié)點(diǎn)11之間的平衡元件1的開關(guān)段上的單獨(dú)的電壓降VI和在中間的結(jié)點(diǎn)11與另一個結(jié)點(diǎn)10之間的負(fù)載電流閥2的開關(guān)段上的電壓降V2。在所示的實(shí)施例中，尤其應(yīng)當(dāng)在沒有接通的負(fù)載電流閥1、2的情況下進(jìn)行電壓V0到這兩個電壓降V1、V2上的相等分布，也就是有VI = V2 = 1/2V0。
[0042]與負(fù)載電流閥1、2的開關(guān)段并聯(lián)地，也就是一方面在結(jié)點(diǎn)10與11之間且另一方面在結(jié)點(diǎn)11與10之間，分別安排有一個可操控的平衡元件21或22。另外，與負(fù)載電流閥1和2的串聯(lián)電路并聯(lián)地安排有一個由電壓分配器-電阻器31和32組成的串聯(lián)電路，這些電阻器分別具有相同的電阻值。為了操控這些可操控的平衡元件21、22，這些平衡元件21、22的一個分別的控制輸入與一個驅(qū)動器41或42 (實(shí)施為運(yùn)算放大器)的輸出相連。這些驅(qū)動器41、42的輸入分別是一方面與該結(jié)點(diǎn)相連且另一方面與電壓分配器-電阻器31和32之間的中間分接點(diǎn)相連。
[0043]因?yàn)檫@些權(quán)利要求41、42具有一個較高的輸入電阻，所以當(dāng)電壓分配器-電阻器31、32具有較高的電阻值(例如在兆歐姆的范圍內(nèi))時，這些電阻器僅僅以不顯著的方式改變在這些電壓分配器-電阻器31、32之間的中間分接點(diǎn)處的電勢。
[0044]在電路安排的工作中，在電壓分配器-電阻器31、32之間的結(jié)點(diǎn)處設(shè)定一個電勢，該電勢對應(yīng)于在結(jié)點(diǎn)11處所希望的電勢。如果這個在結(jié)點(diǎn)11處的電勢與在電壓分配器-電阻器31、32之間的中間分接點(diǎn)處的電勢偏離，那么，通過驅(qū)動器41或42的操控，將平衡元件21或平衡元件22進(jìn)一步打開或者關(guān)閉，直到在結(jié)點(diǎn)11處的電勢對應(yīng)于由電壓分配器-電阻器31和32組成的電壓分配器在中間分接點(diǎn)處的電勢。因?yàn)橹挥挟?dāng)在結(jié)點(diǎn)11處的電勢不具有所希望的值時，影響在結(jié)點(diǎn)11處電勢的電流才流過平衡元件21、22，因此以盡可能最小的電流實(shí)現(xiàn)了電勢設(shè)定。
[0045]圖6以一個細(xì)節(jié)框圖示出了帶有兩個串聯(lián)連接的負(fù)載電流閥1、2的電路安排。相同的參考標(biāo)記在下圖中標(biāo)示與圖5中相同的或作用相同的元件。
[0046]至于基礎(chǔ)的構(gòu)造和電勢的定義請參見針對圖5的實(shí)施例。進(jìn)而將兩個形成為IGBT的負(fù)載電流閥串聯(lián)連接在兩個結(jié)點(diǎn)10與12之間。這些負(fù)載電流閥1、2中的每一個與一個自由運(yùn)行二極管1’、2’并聯(lián)連接，當(dāng)在結(jié)點(diǎn)12處的電勢比在結(jié)點(diǎn)10處更負(fù)時，這些自由運(yùn)行二極管使得電流能夠通過該串聯(lián)電路。一個此類的安排例如是在逆變器橋中常見的。
[0047]負(fù)載電流閥1、2的開關(guān)段進(jìn)而與一個可操控的平衡元件21、22并聯(lián)連接，其中此處的雙極小信號晶體管作為可操控的平衡元件21、22來使用。平衡元件21、22分別用于一個串聯(lián)電路中，該串聯(lián)電路帶有一個限流的降壓電阻器51、52以及一個保護(hù)二極管61、62。該保護(hù)二極管防止在平衡元件21、22處施加一個過高的阻斷電壓
[0048]在圖6的實(shí)施例中，這些平衡元件21、22的操控是直接通過一個在這些結(jié)點(diǎn)10之間的電壓分配器-電路進(jìn)行的。該電壓分配器-電路進(jìn)而具有這些電壓分配器電阻器31和32，以及一個中間連接的、具有的電阻值小于電壓分配器-電阻器31和32的電壓分配器-電阻器30。這些平衡元件21和22的控制輸入分別接在電壓分配器-電阻器30的一偵牝使得在這些平衡元件21、22的控制輸入之間構(gòu)成一個偏壓。這與二極管61、62 —起補(bǔ)償了在雙極晶體管的情況下出現(xiàn)的在該雙極晶體管的控制輸入(基極)和與結(jié)點(diǎn)11相連的端口(發(fā)射極)之間的電壓降。
[0049]在工作方式上看，具有圖6的功能的電路對應(yīng)于圖5。結(jié)點(diǎn)11的電勢在對于電壓分配器-電阻器31、32的相同的電阻值下被設(shè)定到電勢V0的一半。在負(fù)載電流閥1、2的開關(guān)段上對應(yīng)地降低了相應(yīng)地相同的電壓VI = V2o
[0050]要注意的是，當(dāng)希望電壓V1、V2不相同而是處于相對彼此的其他比率時，通過改變電壓分配器-電阻器31和32的電阻比率，可以任意地設(shè)定在結(jié)點(diǎn)11處的電勢。這種情況例如當(dāng)串聯(lián)連接了具有不同的最大電壓負(fù)載的負(fù)載電流閥時出現(xiàn)。此外要注意的是，這種電路具有滯后行為，其原因是額外的電阻器30，并且這種滯后行為自然也可以在其他所建議的電路中實(shí)現(xiàn)。
[0051 ] 最后圖7以與圖5可比較的方式示出了一個帶有三個串聯(lián)連接的負(fù)載電流閥1、2、3的電路安排。在該串聯(lián)電路處降低的總的電壓施加在這些結(jié)點(diǎn)10之間。結(jié)點(diǎn)11進(jìn)而表示在這些負(fù)載電流閥1與2之間的電勢，結(jié)點(diǎn)12在此表示在這些負(fù)載電流閥2與3之間的電勢。平衡元件21、22、23進(jìn)而與這些單獨(dú)的負(fù)載電流閥1、2、3并聯(lián)連接，這些平衡元件通過驅(qū)動器41、42、43來操控。這些驅(qū)動器用一個輸入分別連接在這些結(jié)點(diǎn)之一 11或12，并且用其另一個輸入連接在一個電壓分配器-電路的分接點(diǎn)，該電壓分配器-電路在此由三個串聯(lián)連接的電壓分配器-電阻器31、32、33組成。
[0052]類似于圖5，當(dāng)電壓分配器-電阻器31、32、33具有相同的電阻值時，則設(shè)定了相同的電壓降VI = V2 = V3 = 1/3V0。以所展示的方式，該電路安排可以擴(kuò)展為任意數(shù)目的負(fù)載電流閥的串聯(lián)電路。
[0053]在該電路安排的一個替代的設(shè)計中，可以提出，這些平衡元件21、22、23的操控可以通過一個微控制器來進(jìn)行。為此目的，在這些負(fù)載電流閥1、2、3上降低的電壓V1、V2、V3由該微控制器來測定并且對應(yīng)地操控這些平衡元件21、22、23，以便使電壓V1、V2、V3到達(dá)所希望的值或者實(shí)現(xiàn)電壓V1、V2、V3彼此之間的所希望的比率。
[0054]參考符號清單
[0055]1,2,3負(fù)載電流閥
[0056]1’，2’自由運(yùn)行二極管
[0057]10，11，12，13 結(jié)點(diǎn)
[0058]21，22，23 平衡元件
[0059]30，31，32，33電壓分配器-電阻器
[0060]31’，32’電壓分配器-電容
[0061]41，42，43 驅(qū)動器
[0062]51，52降壓電阻器
[0063]61，62保護(hù)二極管
[0064]71，72操控導(dǎo)線
[0065]81，82 驅(qū)動器
[0066]81’，82’電壓分配器
[0067]91，92 導(dǎo)線
[0068]100 串聯(lián)電路
[0069]200 平衡電路
[0070]211，221 電阻器
[0071]212，222 齊納二極管
[0072]213，223 驅(qū)動器
[0073]300操控電路
[0074]400平衡信號發(fā)生器
[0075]500 參考電壓發(fā)生器
[0076]601，602 過壓保護(hù)式負(fù)載電流閥
【權(quán)利要求】
1.具有至少兩個串聯(lián)連接的電子式負(fù)載電流閥(1，2，3)的電路安排，其特征在于，這些負(fù)載電流閥(1，2，3)中的至少一個與一個可控的平衡元件(21，22，23)并聯(lián)連接，其中對這些并聯(lián)連接的平衡元件(21，22，23)的操控被設(shè)置為，使得在這些負(fù)載電流閥(1，2，3)上降低的電壓(V1，V2，V3)相對彼此根據(jù)預(yù)先給定的比率進(jìn)行設(shè)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路安排，其中這些平衡元件(21，22，23)與一個操控電路(300)相連以進(jìn)行操控。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路安排，其中該操控電路(300)具有一個處理器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路安排，其中所述處理器是FPGA。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路安排，其中這些平衡元件(21，22，23)中的至少一個配屬有一個直接操控電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路安排，其中該操控電路(300)具有一個平衡信號發(fā)生器(400)和一個參考電壓發(fā)生器(500)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的電路安排，其中負(fù)載電流閥(1，2，3)的串聯(lián)電路具有至少一個另外的負(fù)載電流閥，該另外的負(fù)載電流閥沒有與平衡元件并聯(lián)地連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路安排，其中該操控電路(300)被適配為，用于在這些平衡元件(21，22，23)中的一個或多個的平衡電流或平衡電荷超過一個極限值時產(chǎn)生一個警告信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路安排，其中該操控電路(300)被適配為，用于取決于這些平衡元件(21，22，23)中的一個或多個的平衡電流或平衡電荷來產(chǎn)生一個用于電路的反饋信號，該反饋信號用于這些負(fù)載電流閥(1，2，3)的開關(guān)時間點(diǎn)的相對校準(zhǔn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路安排，其中這些可控的平衡元件(21，22，23)的這些控制輸入是與電壓分配器-電阻器(30，31，32，33)的串聯(lián)電路的分接點(diǎn)相連的，其中這些電壓分配器-電阻器(30，31，32，33)的串聯(lián)電路與該負(fù)載電流閥(1，2，3)的串聯(lián)電路是并聯(lián)連接的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電路安排，其中這些控制輸入是與這些電壓分配器-電阻器(30，31，32，33)的串聯(lián)電路的分接點(diǎn)直接相連的。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電路安排，其中這些控制輸入是通過一個驅(qū)動器(41，42，43)與這些電壓分配器-電阻器(30，31，32，33)的串聯(lián)電路的分接點(diǎn)相連的。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的電路安排，其中對這些并聯(lián)連接的平衡元件(21，22,23)的操控通過一個微控制器取決于所測得的在這些負(fù)載電流閥(1，2，3)上降低的電壓(VI，V2，V3)的大小來進(jìn)行。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的電路安排，其中這些受控的平衡元件(21，22，23)是晶體管。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電路安排，其中這些受控的平衡元件(21，22，23)是小信號雙極晶體管或者IGBT。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的電路安排，其中在這些負(fù)載電流閥(1，2，3)上降低的電壓(VI，V2，V3)是相同的。
【文檔編號】H02M1/088GK204244062SQ201420343136
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月1日
【發(fā)明者】卡爾·尼斯曼, 佐爾坦·克勞斯, 曼紐爾·芒奇, A·福爾克, 德克·赫爾梅林, 曼弗雷德·布魯克曼 申請人:艾思瑪太陽能技術(shù)股份公司