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CN103229405A - 转换器电路 - Google Patents

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CN103229405A
CN103229405A CN2011800585537A CN201180058553A CN103229405A CN 103229405 A CN103229405 A CN 103229405A CN 2011800585537 A CN2011800585537 A CN 2011800585537A CN 201180058553 A CN201180058553 A CN 201180058553A CN 103229405 A CN103229405 A CN 103229405A
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M.吕舍尔
O.阿佩尔多尔恩
T.贝纳尔
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Abstract

本发明给出的是带有转换器单元(1)的转换器电路，所述转换器单元(1)具有多个可控功率半导体开关并且所述转换器单元的直流电压侧与容性能量存储电路(2)相连，其中，容性能量存储电路(2)具有至少一个容性能量存储器和至少一个减负荷网络(3)，所述至少一个减负荷网络(3)用于限制转换器单元(1)的可控功率半导体开关上电流上升速度和/或电压上升速度。为了减少容性存储电路中不期望的过电流振荡，容性能量存储电路(2)具有至少一个带有单向通电方向的无源不可控阻尼单元(4)，其中，无源不可控阻尼单元(4)具有二极管和阻尼电阻。

Description

转换器电路
技术领域
本发明涉及功率电子器件的领域。它来自于独立权利要求的前序部分的转换器电路。
背景技术
当今，转换器电路被应用于多种用途。图1中示出根据现有技术的这类转换器电路。通常情况下，该转换器电路在其中包含容性能量存储电路2，容性能量存储电路2具有至少一个容性能量存储器。此外，该转换器电路具有转换器单元1，转换器单元1的直流电压侧与容性能量存储电路2相连。这种转换器单元例如用于对例如需要交流电压的电负载进行供电。转换器单元1本身具有多个可控功率半导体开关，这些可控功率半导体开关连接起来形成技术人员熟知的电路，例如半桥电路或者全桥电路。
此外，容性能量存储电路2另外还包含至少一个减负荷网络3(所谓的缓冲电路)，以便在该转换器单元1的可控功率半导体开关上保持小的干扰性高频或者电压峰值，所述干扰性高频或者电压峰值在开关可控功率半导体开关时可能出现。因此，这种减负荷网络3引起对转换器单元1的可控功率半导体开关上电流上升速度和/或电压上升速度的限制，可控功率半导体开关例如是晶闸管、IGBT、IGCT等。根据图1，通常情况下，该减负荷网络包含电阻、电感、电容和二极管，其中，于是，上述组件通常按照图1所示的方式连接在一起。
如果现在例如由于转换器单元1中发生故障而出现过电流iF，则至少一个容性能量存储器和减负荷网络3的电容与减负荷网络3的电感一起是振荡回路，该振荡回路导致过电流iF大振幅地振荡并且仅仅缓慢衰减。这种振荡例如在图2中、在过电流iF的时间变化曲线中示出。然而恰恰过电流iF的这种振荡会对转换器单元1的可控功率半导体开关造成损坏或者完全破坏这些可控功率半导体开关，并且因而是十分不期望有的。
在EP 1 619 785 A2中给出了这类转换器电路，所述转换器电路具有减负荷网络，该减负荷网络带有电阻、电感、电容且带有二极管。未设置用于衰变所出现过电流的上述振荡的。
发明内容
因此，本发明的任务是给出一种转换器电路，在该转换器电路中，在容性能量存储电路中出现过电流时，可以最大程度地避免该过电流的振荡。
这个任务通过权利要求1的特征得以完成。在从属权利要求中，给出了本发明的有利改进方案。
根据本发明的转换器电路包含转换器单元，所述转换器单元具有多个可控功率半导体开关并且所述转换器单元的直流电压侧与容性能量存储电路相连。该容性能量存储电路具有至少一个容性能量存储器和至少一个减负荷网络，所述至少一个减负荷网络用于限制转换器单元的可控功率半导体开关上电压上升速度和/或电流上升速度。按照本发明，容性能量存储电路具有至少一个带有单向通电方向的无源不可控阻尼单元，其中，此无源不可控阻尼单元具有二极管和阻尼电阻。此外，此减负荷网络具有电阻、电感、电容和二极管，其中，该减负荷网络的电阻与该减负荷网络的二极管串联连接，该减负荷网络的电阻与该减负荷网络的二极管的串联电路与该减负荷网络的电感并联连接，并且该减负荷网络的电容和该减负荷网络的电阻与该减负荷网络的二极管的连接点相连。因此，总而言之，设置有无源不可控阻尼单元的单独二极管，并且此外设置有减负荷网络的单独二极管。
如果现在容性能量存储电路中出现过电流(所述过电流通常具有不希望有的振荡)，则过电流的这些振荡会通过无源不可控阻尼单元来衰变，从而成功地降低过电流振荡。此外，无源不可控阻尼单元由于二极管和阻尼电阻而非常简单地构建而成，因此无源不可控阻尼单元非常耐用且便宜，因而无源不可控阻尼单元能够非常容易地实现并且例如在现有转换器电路中改进。
本发明的这些任务、优点和特征以及另外的任务、优点和特征将会从下文结合附图对本发明优选实施方式的详细说明中公开。
附图说明
图1示出按照现有技术的转换器电路的实施方式，
图2示出根据图1的转换器电路的容性能量存储电路中过电流的时间变化曲线，
图3示出根据本发明的转换器电路的第一实施方式，
图4示出根据本发明的转换器电路的第二实施方式，
图5示出根据本发明的转换器电路的第三实施方式，
图6示出根据本发明的转换器电路的第四实施方式，
图7示出根据图3的转换器电路的容性能量存储电路中过电流的时间变化曲线。
在附图中所使用的附图标记及其含义在附图标记列表中汇总列出。原则上，这些图中相同部分设有相同附图标记。所描述的实施方式对于发明主题而言是示例性的，且不具有限制作用。
具体实施方式
在图1中示出了开头已经提到的按照现有技术的常规转换器电路的实施方式。另外，图2示出图1转换器电路的容性能量存储电路2中过电流iF的时间变化曲线。图3中现在示出了根据本发明的转换器电路的第一实施方式。一般而言，该转换器电路包含转换器单元1，所述转换器单元1具有多个可控功率半导体开关。这样的可控功率半导体开关于是可以例如构造为可关断晶闸管GTO(门极可关断晶闸管)、构造为带换流控制电极的集成晶闸管(IGCT-集成门极换流晶闸管)、构造为功率MOSFET或者构造为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。转换器单元1的直流电压侧与容性能量存储电路2相连，其中，容性能量存储电路2一般而言具有至少一个容性能量存储器和至少一个减负荷网络3，所述至少一个减负荷网络3用于限制转换器单元1的可控功率半导体开关上电流上升速度和/或电压上升速度。在按照图3的第一实施方式中，设置有唯一的容性能量存储器和唯一的减负荷网络3。根据本发明，容性能量存储电路2一般而言具有至少一个带有单向通电方向的无源不可控阻尼单元4，其中，这个无源不可控阻尼单元4具有一个二极管及一个阻尼电阻。在按照图3的第一实施方式中，设置有唯一的无源不可控阻尼单元4。此外，减负荷网络3、尤其是按照图3的减负荷网络3具有电阻、电感、电容和二极管，其中，减负荷网络3的电阻与减负荷网络3的二极管串联连接，减负荷网络3的电阻与减负荷网络3的二极管的串联电路与减负荷网络3的电感并联，并且减负荷网络3的电容和减负荷网络3的电阻与减负荷网络3的二极管的连接点相连。因此，总而言之，设置有无源不可控阻尼单元4的单独二极管，此外还设置有减负荷网络3 的单独二极管。
在容性能量存储电路2出现过电流iF时，过电流iF的振荡如同通常情况下在常规转换器电路情况下所出现的那样由无源不可控阻尼电路4成功衰变，因此，降低了过电流iF的振荡。由于无源不可控阻尼单元4的二极管，振荡的过电流iF尤其在二极管的导通方向上、即有利地具有通过阻尼电阻的电流路径，所述阻尼电阻于是以所期望的方式衰变过电流iF的振荡。对此，在图7中在根据图3的转换器电路的过电流iF的时间变化曲线中示例性示出所述过电流iF的所述衰变。此外，由于二极管和阻尼电阻，无源不可控阻尼单元4非常简单地构建而成，因此无源不可控阻尼单元4非常耐用且便宜，并且因而无源不可控阻尼单元能够非常容易地实现。此外，无源不可控阻尼单元4特别适合于在现有的转换器电路中改进。
阻尼电阻可以是分立组件，或者也可以通过在该电阻的供应线路(Zuleitung)中使用电阻材料而构成。
无源不可控阻尼单元4的二极管优选与无源不可控阻尼单元4的阻尼电阻串联连接，如同例如根据图3的第一实施方式中所示出的那样。
在容性能量存储电路2带有第一电压电势和第二电压电势A、B的情况下（如同图3中示例性所示），减负荷网络3与容性能量存储电路2的第一电压电势和第二电压电势A、B相连。例如，正电压电势被选作第一电压电势A，然后相同值的负电压电势被选作第二电压电势B。于是，无源不可控阻尼单元4如同图3中示例性所示与容性能量存储电路2的第一电压电势和第二电压电势A、B相连。上面已经说明了减负荷网络3的上文提到的各个组件的连接。例如按照图3中所示的方式进行减负荷网络3在第一电压电势和第二电压电势A、B之间的插入。
与按照图3的第一实施方式不同，按照图4的根据本发明转换器电路的第二实施方式，无源不可控阻尼单元4的阻尼电阻是减负荷网络3的电阻。通过该措施，能够有利地使用减负荷网络3的已经现有的电阻作为阻尼电阻，由此能够省掉附加的分立阻尼电阻，因此能够减少组件成本、空间和安装费用。按照图4的减负荷网络3同样具有电阻、电感、电容和二极管。例如按照图4中所示的方式来进行所述减负荷网络3的上文提到的各个组件在第一电压电势和第二电压电势A、B之间的连接。对于按照图4的实施方式，无源不可控阻尼单元4的二极管也允许振荡过电流iF具有通过阻尼电阻的电流路径，于是所述阻尼电阻以所期望的方式衰变过电流iF的振荡。
在容性能量存储电路2带有第一电压电势和第二电压电势A、B(如前面已经所描述的那样)和一个额外的电压零电势NP的情况下，设置有两个减负荷网络3和两个无源不可控阻尼单元4。电压零电势NP优选在值方面恰好位于第一电压电势和第二电压电势A、B之间，因此例如当第一电压电势A为正且第二电压电势B为负的相同值时，则在值方面具有0V的电势。图5示例性示出根据本发明的转换器电路的第三实施方式，其中，构成具有第一电压电势和第二电压电势A、B及一个额外的电压零电势NP的容性能量存储电路2。根据图5，一个所述减负荷网络3与容性能量存储电路2的第一电压电势A以及该容性能量存储电路2的零电压电势NP相连，另一个减负荷网络3与该容性能量存储电路2的第二电压电势B和该容性能量存储电路2的零电压电势NP相连。此外，一个所述无源不可控阻尼单元4与该容性能量存储电路2的第一电压电势A和该容性能量存储电路2的零电压电势NP相连，另一个无源不可控阻尼单元4与该容性能量存储电路2的第二电压电势B以及该容性能量存储电路2的零电压电势NP相连。相应无源不可控阻尼单元4的二极管优选与所属无源不可控阻尼单元4的阻尼电阻串联连接，如例如在根据图5的第三实施方式中示出的那样。对于按照图5的实施方式，相应无源不可控阻尼单元4的二极管也允许振荡的过电流iF具有通过相应阻尼电阻的电流路径，于是，所述阻尼电阻以所期望的方式衰变过电流iF的振荡。各个减负荷网络3在第一电压电势或第二电压电势A、B与电压零电势NP之间的插入例如按照在图5中所示的方式进行。
与按照图5的第三实施方式不同，按照图6的根据本发明转换器电路的第四实施方式，相应无源不可控阻尼单元4的阻尼电阻是相应减负荷网络3的电阻。通过该措施，能够有利地使用相应减负荷网络3的已经现有的电阻作为阻尼电阻，由此能够省掉附加的分立阻尼电阻，因此能够减少组件成本、空间和安装费用。对于按照图6的实施方式，相应无源不可控阻尼单元4的二极管也允许振荡的过电流iF具有通过相应阻尼电阻的电流路径，于是所述阻尼电阻以所期望的方式衰变过电流iF的振荡。如在图6中示例性示出，相应减负荷网络3同样具有电阻、电感、电容和二极管，其中，相应减负荷网络3的上文提到的各个组件在第一电压电势或第二电压电势A、B与电压零电势NP之间的连接例如按照图6中所示的方式来进行。
参考标记列表
1 转换器单元
2 容性能量存储电路
3 减负荷网络
4 无源不可控阻尼单元
A 第一电压电势
B 第二电压电势
NP 电压零电势

Claims (6)

1.带有转换器单元(1)的转换器电路，所述转换器单元(1)具有多个可控功率半导体开关并且所述转换器单元(1)的直流电压侧与容性能量存储电路(2)相连，其中，所述容性能量存储电路(2)具有至少一个容性能量存储器和至少一个减负荷网络(3)，所述至少一个减负荷网络(3)用于限制所述转换器单元(1)的所述可控功率半导体开关上电流上升速度和/或电压上升速度，
其特征在于，
所述容性能量存储电路(2)具有至少一个带有单向通电方向的无源不可控阻尼单元(4)，其中，所述无源不可控阻尼单元(4)具有二极管和阻尼电阻，
所述减负荷网络(3)具有电阻、电感、电容及二极管，其中，所述减负荷网络(3)的电阻和所述减负荷网络(3)的二极管串联连接，所述减负荷网络(3)的电阻与所述减负荷网络(3)的二极管的串联电路与所述减负荷网络(3)的电感并联连接，并且所述减负荷网络(3)的电容和所述减负荷网络(3)的电阻与所述减负荷网络(3)的二极管的连接点相连。
2.根据权利要求1所述的转换器电路，其特征在于，所述无源不可控阻尼单元(4)的二极管与所述无源不可控阻尼单元(4)的阻尼电阻串联连接。
3.根据权利要求1或2所述的转换器电路，其特征在于，在容性能量存储电路(2)带有第一电压电势和第二电压电势(A、B)的情况下，所述减负荷网络(3)与所述容性能量存储电路(2)的第一电压电势和第二电压电势(A、B)相连，以及
所述无源不可控阻尼单元(4)与所述容性能量存储电路(2)的第一电压电势和第二电压电势(A、B)相连。
4.根据权利要求1至3之一所述的转换器电路，其特征在于，所述无源不可控阻尼单元(4)的阻尼电阻是所述减负荷网络(3)的电阻。
5.根据权利要求1所述的转换器电路，其特征在于，在容性能量存储电路(2)带有第一电压电势和第二电压电势(A、B)及电压零电势(NP)的情况下，设置有两个减负荷网络(3)和两个无源不可控阻尼单元(4)，
一个所述减负荷网络(3)与所述容性能量存储电路(2)的第一电压电势(A)及所述容性能量存储电路(2)的零电压电势(NP)相连，而另一个所述减负荷网络(3)与所述容性能量存储电路(2)的第二电压电势(B)及所述容性能量存储电路(2)的零电压电势(NP)相连，
一个所述无源不可控阻尼单元(4)与所述容性能量存储电路(2)的第一电压电势(A)及所述容性能量存储电路(2)的零电压电势(NP)相连，而另一个所述无源不可控阻尼单元(4)与所述容性能量存储电路(2)的第二电压电势(B)及所述容性能量存储电路(2)的零电压电势(NP)相连。
6.根据权利要求5所述的转换器电路，其特征在于，相应无源不可控阻尼单元(4)的阻尼电阻是相应减负荷网络(3)的电阻。
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