專利名稱：對整流橋進行控制的方法以及該控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對整流橋進行控制的方法以及用于對整流橋的晶閘管
進行控制的電路，尤其是涉及一種在利用整流橋?qū)χ绷?DC)電壓電路進 行充電的整流橋中所使用的方法和電路。
背景技術(shù)：
變頻器典型地具有DC電壓中間電路，該DC電壓中間電路用于存儲供 反相器部分使用的DC電壓。變頻器的反相器典型地將中間電路中的電壓生 成可控交流電壓以送至負載。典型地，送至中間電路的DC電壓是利用整流 橋?qū)涣?AC)主電壓進行整流獲得的。
該DC電壓中間電路或者DC總線包含一個或多個用于存儲該電壓并使 該電壓平滑的電容器。中間電路電容器的電容很大，并且當(dāng)變頻器投入使用 時，必須在執(zhí)行任何控制操作之前對這些電容器進行充電。
由供電主電壓對該中間電壓電路的電容器進行充電，必須將充電電流限 制在適當(dāng)大小，否則大電流會損壞整流器的電子元件或者會引起諸如熔絲等 等這樣的保護元件的錯誤操作。典型地通過利用充電電阻器或者通過對整流 等的可控開關(guān)進行控制來實現(xiàn)對該電流的限制。
使用充電電阻器來對中間電路進行充電是簡單且可靠的方法。但是利用 充電電阻器充電需要額外的元件，在功率等級很高時該額外的元件尤其昂 貴。
通常還在變頻器中使用的一類整流器是半控整流橋。該半控整流橋包括 晶閘管和二極管的多個串聯(lián)連接，并且通常晶閘管是上游元件，由此晶閘管 的陰4l與DC中間電^各的正電源線相連。
一旦中間電路電容器充電達到接近所整流的主電壓值的電壓，則充電階 段結(jié)束，并且整流器中的晶閘管通常作為二極管進行操作。這意味著一旦陽 極和陰極間電壓是正向電壓，就將晶閘管控制為導(dǎo)通狀態(tài)，然后觸發(fā)晶閘管為導(dǎo)通。處于二極管模式下操作的晶閘管即處于全相角的晶閘管可確保送至
DC中間電i 各的電壓最大。
眾所周知的是，在二極管模式也依賴于相位角控制的控制方法中，在可 靠性與動態(tài)響應(yīng)之間有著妥協(xié)。這會引起線電壓驟降及其他的線電壓急劇變 化這樣的故障。
這就希望獲得一種相位角控制電路，該相位角控制電路設(shè)計簡單，并且 在對中間電路電容器進行充電時可快速且可靠地以二極管模式進行操作。此 外，還希望能夠容易地調(diào)整該控制電路拓樸的尺寸以用于所有功率等級。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種方法以及用于實現(xiàn)該方法的電路以便解決上 述問題。本發(fā)明的目的是通過特征在于獨立權(quán)利要求所述的方法和配置來實 現(xiàn)的。在從屬權(quán)利要求中公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
即，采用這樣一種用于控制晶閘管(VI)進入導(dǎo)通狀態(tài)的電路，所述 晶閘管(VI)處于整流器中，所述整流器適于將直流電壓提供給直流電壓 電路，其特征在于所述電路包括
脈沖變壓器(Tl);
用于產(chǎn)生所述脈沖變壓器(Tl)的初級繞組上的電壓脈沖的裝置；
觸發(fā)電容器(C2),所述觸發(fā)電容器(C2)適于由所述脈沖變壓器的 次級繞組上的電壓脈沖來充電；
齊納二極管(V5 ),所述齊納二極管(V5 )適于當(dāng)所述觸發(fā)電容器(C2 ) 的電壓超過所述齊納二極管(V5)的擊穿電壓時，由所述觸發(fā)電容器(C2) 的電壓來觸發(fā)；以及
輔助晶閘管(V3)，所述輔助晶閘管(V3)適于由來自所述觸發(fā)電容 器(C2)流過所述齊納二極管(V5)的電流來觸發(fā)，其中
所述輔助晶閘管(V3 )的陰極與所述晶閘管(VI )的柵極相連，以由 來自觸發(fā)電容器(C2)流過所述輔助晶閘管(V3)的電流觸發(fā)所述晶閘管 (VI)。
所述電路進一步包括
用于對所述直流電壓電路的電壓進行測量的裝置(1);以及
5用于能對測量電壓的所述裝置響應(yīng)，從而將所述電路的操作模式從充電 模式轉(zhuǎn)變?yōu)槎O管模式的裝置。
所述用于改變所述電路的所述操作模式的裝置包括可控開關(guān)(Kl)， 所述可控開關(guān)(Kl)適于將所述觸發(fā)電容器(C2)與所述脈沖變壓器(Tl) 的次級線圈并聯(lián)，以在充電模式下搡作；或者
將所述觸發(fā)電容(C2)通過二極管(V4)連接在供電相電壓與所述直 流電壓電路的正電源線(Udc+)之間，所迷二極管(V4)連接成當(dāng)所述供 電相電壓高于所述直流電壓電路的正電源線(Udc+)的電壓時，對所述觸 發(fā)電容器(C2)充電，以在二極管模式下操作。
本發(fā)明基本思想是利用觸發(fā)電容器來向晶閘管提供觸發(fā)脈沖，所述觸發(fā) 電容器是利用脈沖變壓器的電壓脈沖充電的。當(dāng)觸發(fā)電容器的電壓超過了所 設(shè)置的限值時，將充電到觸發(fā)電容器的電壓放電到晶閘管的柵極，從而可靠 地導(dǎo)通晶閘管。
本發(fā)明的方法和電路的優(yōu)點在于，在不同功率等級下很容易執(zhí)行該電 路，并且在充電過程中所使用的電路還可以二極管模式操作使用，從而便于 由充電模式變?yōu)榉浅？煽康亩O管模式操作，而且不需要兩個完全獨立的電 路。


在下文中參考附圖通過優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行更詳細地描述，在附圖
中
圖1示例了本發(fā)明的與用于控制晶閘管為二極管模式的控制電路相連 的電路。
具體實施例方式
圖1示出了本發(fā)明的與用于控制晶閘管VI為二極管模式操作的電路相 連的電路。本發(fā)明電路和方法的目的在于利用相位角控制對DC電路電容器 Cl進行充電。利用該方法和電路將電容器C1充電到下述電壓大小，該電壓 大小可以開始使晶閘管VI處于二極管模式下，而不會使過量的電流涌至電 容器C1。
6電容器Cl連接在DC電路的正負電源線之間。在變頻器中反相器部分 與DC電路相連，用于將交流電提供給負載。并且通常將與變頻器相連的該 DC電路稱為DC中間電壓電路或者DC鏈路。然而，圖1中未示出反相器 部分。此外，圖l僅示出了用于將DC電壓提供給中間電路的整流器的一個 引腳，為簡單起見省略其它引腳。如圖1中由晶閘管VI和二極管V2組成 的整流器引腳，與供電相位L1相連。三相交流電壓供電的其他相位L2、 L3 類似地連接至整流器的其他引腳，這些引腳在圖1中被省去了。
將用于對晶閘管VI進行充電的電路分成兩個可相互關(guān)連的操作部分 第一部分是用于確定對電容器進行觸發(fā)的準(zhǔn)確時刻，以及生成發(fā)起該觸發(fā)的 脈沖的電路；以及第二部分是，生成晶閘管的柵極脈沖的觸發(fā)電路本身。本 發(fā)明涉及生成用于觸發(fā)晶閘管VI的柵極脈沖?？梢杂卸喾N方式來實現(xiàn)對觸 發(fā)的準(zhǔn)確時刻的確定，而對于本發(fā)明而言，本發(fā)明與如何計算該時刻沒有關(guān) 系。
圖1示出了與供電網(wǎng)絡(luò)同步的鎖相環(huán)(PLL)電路4。對觸發(fā)脈沖進行 定時以及確定對哪一個供電相位進行控制需要進行同步。另外，圖1中示出 了電源3。該電源用來對與電容器的充電的有關(guān)的操作提供電能，并且還用 于在該裝置中的其他供電目的。圖1中示出了電源3與輸入供電相位相連， 由此借助供電網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)妮o助電壓。
此外，圖1示出了充電控制模塊5。該充電控制模塊5接收鎖相環(huán)電路 4以及DC電壓測量電路1的輸入。該充電控制^莫塊5根據(jù)其輸入來確定觸 發(fā)脈沖的時刻，然后生成這些脈沖以送至邏輯求和單元或者與(AND)運算 電路6。該充電控制模塊5還可確定何時結(jié)束充電模式，由此控制開關(guān)或者 繼電器K1的改變。下面對繼電器K1的目的進行更仔細地說明。將繼電器 的控制信息反相(invert),然后將其送至邏輯求和單元6。因此邏輯求和單 元6接收到繼電器K1的狀態(tài)信息。僅當(dāng)在進行充電模式操作時，該邏輯求 和單元6的目的才是轉(zhuǎn)發(fā)來自充電控制電路5的脈沖。此外，將來自與 (AND)運算電路6的脈沖供給脈沖變壓器的初級繞組。應(yīng)該注意的是，在 上面結(jié)合一個可能的例子對這些脈沖的形成進行了說明。此外，圖l畫出了 就上述例子而言的連接關(guān)系，僅示出如信號這樣的不同特征之間的相互關(guān) 系，而并非示出完整的電路。本發(fā)明的電路包括脈沖變壓器Tl，以及用于產(chǎn)生送至該脈沖變壓器的 初級繞組的電壓脈沖的裝置。用于產(chǎn)生該電壓脈沖的這些裝置包括電壓源， 該電壓源可被切換為來向初級繞組提供電壓脈沖。僅當(dāng)繼電器處于其充電位 置時，該充電位置是AND運算電路6與反相電路U2—起加強的，才將這 些電壓脈沖施加到Tl的初級繞組上。
本發(fā)明的電路進一步包括觸發(fā)電容器C2，該觸發(fā)電容器C2適于由脈沖 變壓器T1的次級繞組中的電壓脈沖來充電。因此在次級繞組中可見所產(chǎn)生 的送至脈沖變壓器T1的初級繞組的電壓脈沖。當(dāng)在進行充電模式操作時， 利用繼電器K1使觸發(fā)電容器C2與次級繞組并聯(lián)。脈沖變壓器T1的次級繞 組還通過二極管橋V6與電容器C2相連。二極管橋V6確保所引起的電壓脈 沖將電容器充電至正確的極性，并且還確保變壓器不會飽和。
此外，本發(fā)明的電路包括齊納二極管V5，該齊納二極管V5適于在觸發(fā) 電容器C2的電壓超過齊納二極管V5的擊穿電壓時，由觸發(fā)電容器C2的電 壓來觸發(fā)。因此來自脈沖變壓器的脈沖對觸發(fā)電容器C2進行充電。如圖1 中所示，在本發(fā)明的電路中包括輔助晶閘管V3,該輔助晶閘管V3的陽極 與齊納二極管V5的陰極相連，并且柵極與齊納二極管的陽極相連。當(dāng)觸發(fā) 電容器的電壓超過了齊納二極管的擊穿電壓時，由流自觸發(fā)電容器的電荷來 觸發(fā)該輔助晶閘管。
輔助晶閘管V3的陰極還與晶閘管VI的柵極相連，以由流經(jīng)輔助晶閘 管V3的觸發(fā)電容器C2的電流來觸發(fā)晶閘管VI。因此所產(chǎn)生的送至脈沖變 壓器T1的初級繞組的電壓脈沖，通過變壓器和二極管橋V6對觸發(fā)電容器 C2進行充電。當(dāng)觸發(fā)電容器的電壓上升達到比齊納二極管的擊穿電壓更高 的電平時，由電容器的電壓來觸發(fā)晶閘管。 一旦觸發(fā)了晶閘管V1，則來自 供電網(wǎng)絡(luò)的電流可自由地流動，并且對電容器C1進一步充電。
當(dāng)充電控制電路5確定測量裝置1所測量的整流電壓高達所需電壓時， 此時操作改變?yōu)槎O管模式操作。通過對繼電器K1進行控制來實現(xiàn)操作狀 態(tài)的變化。當(dāng)繼電器K1處于圖l所示的位置時，圖l的電路處于充電模式， 并且進行如上面描述的操作。當(dāng)將繼電器Kl的觸點控制在使二極管V4與 觸發(fā)電容器相連的位置時，元件C2、 V5、以及V3被用于觸發(fā)所述晶閘管 在二極管模式操作。下面還對該二極管模式下的操作進行簡短的說明。當(dāng)二極管V4的陰極與觸發(fā)電路電接觸時，由供電線L1與中間電壓電路的正電源線Udc+之間的電壓差來對電容器C2充電。更具體地說，當(dāng)供電線Ll的電壓超過中間電壓電路的電壓時，對電容器C2充電。當(dāng)供電線電壓低于中間電路電壓時，二極管V4阻斷流向電容器C2的電流。
在電容器C2于二極管模式下充電的同時，整流器的晶閘管VI正向偏置，即陽極至陰極間電壓是正向電壓，然后觸發(fā)所述晶閘管。事實上，當(dāng)二極管V4導(dǎo)通時，電容器C2和晶閘管VI并聯(lián)。
當(dāng)在二極管模式下觸發(fā)電容器C2中的電壓上升時，在并聯(lián)電路中也可見該相同電壓。在該并聯(lián)電路中電壓增加，經(jīng)過晶閘管VI的陰極和柵極、柵極電阻器R1、以及輔助晶閘管V3的陰極和柵才及，齊納二極管中的電壓也增加?？梢妿缀跛械挠|發(fā)電容器的電壓加在齊納二極管上，這是因為當(dāng)所述晶閘管處于關(guān)斷時所述晶閘管的陰極至柵極間電壓是可以忽略的。
在二極管模式操作下所述觸發(fā)電容器的電壓可升高，這是因為供電線Ll的線電壓高于正電源線電壓Udc+， 一旦觸發(fā)電容器上的電壓上升超過齊納二極管V5的擊穿電壓，則電容器C2開始通過齊納二極管V5放電。所述電容器的電流還流至輔助晶閘管V3的柵極然后觸發(fā)晶閘管V3。
輔助晶閘管V3轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，并且觸發(fā)電容器C2上形成的電壓經(jīng)由晶閘管V3，通過柵極電阻器R1進一步放電到晶閘管VI的柵極。所述晶閘管的柵極接收到始自于所述觸發(fā)電容器的強電流，隨后與充電模式操作中相類似地，晶閘管V1轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)。
如上面所描述的，同一觸發(fā)電路可用于充電模式和二極管模式操作這兩種模式中。這些模式之間的差別就在于送至觸發(fā)電容器C2的電壓源不同。在充電模式操作中，所述電容器由通過所述脈沖變壓器所產(chǎn)生的電壓脈沖充電，而在二極管模式操作中，所述電容器由供電線電壓與正向整流電壓Udc+之間的電壓差充電。利用繼電器K1的動作，可在這些操作模式之間進行平滑地切換。
本發(fā)明電路中的齊納二極管V5可使電容器C2上的電壓上升到電容器C2中的電荷可以可靠地導(dǎo)通可控晶閘管VI這樣的級別。
在上面描述中，僅就一個相位而言描述了充電模式操作的功能。然而，在圖1中，供電電壓是三相電壓。如上所述，可僅利用一個相位或者利用所
9有的供電相位來執(zhí)行對電容器C1的充電。如果利用多個相位充電，則為所有相位提供除電壓測量裝置1、鎖相環(huán)4、以及電源3之外的圖1中的電路。這些裝置和部件即電壓測量裝置1、鎖相環(huán)4、以及電源3共用。
在上面描述中，結(jié)合變頻器對本發(fā)明進行了描述。在變頻器中反相器部分與所述中間電壓電路相連。然而很清楚的是，適于使用DC電壓作為輸入
電路)的該DC電壓。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是很清楚的是，本發(fā)明的方法和電路還可與具有任意相數(shù)的供電電壓相結(jié)合地使用。例如本發(fā)明還可與12個脈沖橋相結(jié)合地使用。在上面描述中，本發(fā)明結(jié)合半控橋進行了描述，在該半控橋中，可控晶閘管具有比二極管更高的電勢。然而，很清楚的是，本發(fā)明還可結(jié)合可控晶閘管代替二極管V2以及二極管代替晶閘管VI這樣的橋來執(zhí)行。
在上面描述中，本發(fā)明描述了整流器，以及，包括如上述發(fā)明內(nèi)容中所述任意一項所述的電路的變頻器。
本發(fā)明也提供了關(guān)于控制晶閘管(VI)進入導(dǎo)通狀態(tài)的方法，所述晶閘管(VI)處于整流器中，所述整流器將直流電壓提供給直流電壓電路，*#4￡在于所述方法包括以下，
形成電壓脈沖以送至脈沖變壓器(Tl)的初級繞組；
由來自所述脈沖變壓器的次級線圈電路的電壓脈沖對所述觸發(fā)電容器(C2)充電；
當(dāng)所述觸發(fā)電容器(C2)的電壓超過所述齊納二極管(V5)的擊穿電壓時，由所述觸發(fā)電容器(C2)的電壓來觸發(fā)齊納二極管(V5);
由來自所述觸發(fā)電容器的流過所述齊納二極管(V5)的電流來觸發(fā)輔助晶閘管(V3),以及
由來自所述觸發(fā)電容器(C2)的流過所述輔助晶閘管(V3)的電流來觸發(fā)晶閘管(VI),以使晶閘管(VI)處于二極管模式下使用。
所述方法還包括步驟
對所述直流電壓電路的電壓進行測量；
通過由所述晶閘管而不是所述脈沖變壓器的次級電路上的電壓，來對所述觸發(fā)電容器充電，所述電路的所述操作模式從充電模式操作轉(zhuǎn)變?yōu)槎O管模式操作，以響應(yīng)所測量的電壓。
以及，根據(jù)上面所述的方法，所述直流電壓電路是變頻器的中間電路，以及所述方法是在所述變頻器中執(zhí)行。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，隨著技術(shù)的提高，可以多種方式實現(xiàn)本發(fā)明構(gòu)思。本發(fā)明及其實施例并不局限于上面描述的例子，而是在權(quán)利要求的范圍內(nèi)可作變化。
權(quán)利要求
1、一種用于控制晶閘管(V1)進入導(dǎo)通狀態(tài)的電路，所述晶閘管(V1)處于整流器中，所述整流器適于將直流電壓提供給直流電壓電路，其特征在于所述電路包括脈沖變壓器(T1)；用于在所述脈沖變壓器(T1)的初級繞組上產(chǎn)生電壓脈沖的裝置；觸發(fā)電容器(C2)，所述觸發(fā)電容器(C2)適于由所述脈沖變壓器的次級繞組上的電壓脈沖來充電；齊納二極管(V5)，所述齊納二極管(V5)適于當(dāng)所述觸發(fā)電容器(C2)的電壓超過所述齊納二極管(V5)的擊穿電壓時，由所述觸發(fā)電容器(C2)的電壓來觸發(fā)；以及輔助晶閘管(V3)，所述輔助晶閘管(V3)適于由來自所述觸發(fā)電容器(C2)流過所述齊納二極管(V5)的電流來觸發(fā)，其中所述輔助晶閘管(V3)的陰極與所述晶閘管(V1)的柵極相連，以由來自觸發(fā)電容器(C2)流過所述輔助晶閘管(V3)的電流觸發(fā)所述晶閘管(V1)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于所述電路進一步包括 用于對所述直流電壓電路的電壓進行測量的裝置(1);以及 用于能對測量電壓的所述裝置響應(yīng)，從而將所述電路的操作模式從充電模式轉(zhuǎn)變?yōu)槎O管模式的裝置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于所述用于改變所述電路的 所述操作模式的裝置包括可控開關(guān)(Kl),所述可控開關(guān)(Kl)適于將所 述觸發(fā)電容器(C2)與所述脈沖變壓器(Tl)的次級線圈并聯(lián)，以在充電 模式下操作；或者將所述觸發(fā)電容(C2)通過二極管(V4)連接在供電相電壓與所述直 流電壓電路的正電源線(Udc+)之間，所述二極管(V4)連接成當(dāng)所述供 電相電壓高于所述直流電壓電^^的正電源線(Udc+)的電壓時，對所述觸 發(fā)電容器(C2)充電，以在二極管模式下操作。
4、 一種包括如上述權(quán)利要求1至3任意一項所述的電路的變頻器。
5、 一種控制晶閘管(VI)進入導(dǎo)通狀態(tài)的方法，所述晶閘管(VI)處于整流器中，所述整流器將直流電壓提供給直流電壓電路，其特征在于所述方法包括以下步驟形成電壓脈沖以送至脈沖變壓器(Tl)的初級繞組； 由來自所述脈沖變壓器的次級線圈電路的電壓脈沖對所述觸發(fā)電容器 (C2)充電；當(dāng)所述觸發(fā)電容器(C2)的電壓超過所述齊納二極管(V5)的擊穿電 壓時，由所述觸發(fā)電容器(C2)的電壓來觸發(fā)齊納二極管(V5);由來自所述觸發(fā)電容器的流過所述齊納二極管(V5)的電流來觸發(fā)輔 助晶鬧管(V3),以及由來自所述觸發(fā)電容器(C2)的流過所述輔助晶閘管(V3)的電流來 觸發(fā)晶閘管(VI)，以使晶間管(VI)處于二極管模式下使用。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于該所述方法還包括步驟 對所述直流電壓電路的電壓進行測量；通過由所述晶閘管替代所述脈沖變壓器的次級繞組上的電壓，來對所述 觸發(fā)電容器充電，所述電路的所述操作模式從充電模式操作轉(zhuǎn)變?yōu)槎O管模 式才喿作，以響應(yīng)所測量的電壓。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5或者6的方法，其中所述直流電壓電路是變頻器的 中間電路，以及所述方法是在所述變頻器中執(zhí)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制晶閘管(V1)進入導(dǎo)通狀態(tài)的方法和電路，該晶閘管(V1)處于整流器中，該整流器將直流電壓提供給直流電壓電路。該電路包括脈沖變壓器(T1)；用于產(chǎn)生脈沖變壓器(T1)的初級繞組上的電壓脈沖的裝置；觸發(fā)電容器(C2)，適于由脈沖變壓器的次級繞組中的電壓脈沖來充電；齊納二極管(V5)，適于在觸發(fā)電容器(C2)的電壓超過齊納二極管(V5)的擊穿電壓時，由觸發(fā)電容器(C2)的電壓來觸發(fā)；以及輔助晶閘管(V3)，適于由來自觸發(fā)電容器(C2)的流過齊納二極管(V5)的電流來觸發(fā)，其中輔助晶閘管(V3)的陰極與晶閘管(V1)的柵極相連，以由來自觸發(fā)電容器(C2)的流過輔助晶閘管(V3)的電流來觸發(fā)晶閘管(V1)。
文檔編號H02M3/24GK101651418SQ200910161070
公開日2010年2月17日 申請日期2009年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月12日
發(fā)明者馬丁·萊特寧 申請人:Abb公司