專利名稱：對二極管模式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)明涉及一種對二極管模式整流橋進行控制的方法以及對二極管模
式整流橋的晶閘管進行控制的電路，尤其是涉及在直流(DC)電壓電路充 電之后，將來自整流器的全部DC電壓提供給DC電壓電路的整流橋中所使 用的方法和電i 各。
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4艮大，并且當變頻器投入使用 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 制在適當大小，否則很大的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 整流器的可控開關(guān)進行控制來實現(xiàn)對該電流的限制。
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 的陰極與DC中間電路的正電源線相連。
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通狀態(tài)，然后觸發(fā)晶閘管 為導通。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中間電路的電壓最大。
4在現(xiàn)有已知的技術(shù)方案中，晶閘管的控制需要與供電網(wǎng)絡(luò)同步。利用對 供電網(wǎng)絡(luò)的電壓的測量以及下述鎖相電路來實現(xiàn)該同步，鎖相電路結(jié)合網(wǎng)絡(luò)
的動態(tài)變化來控制晶閘管一直保持同相(in phase)。還可在諸如接地故障 和斷電期間這樣的特定情況下，確保晶閘管處于二極管模式下操作。
因此現(xiàn)有技術(shù)方案問題之一就是需要將整流橋與供電網(wǎng)絡(luò)同步，用以控 制晶閘管處于二極管模式。

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設(shè)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間管(VI)進入導通狀態(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^各，所述電3各包4舌
觸發(fā)電容器(C2)，所述觸發(fā)電容器適于當所述晶閘管的陽極至陰極間 電壓是正向電壓時，由所述晶閘管(VI)兩端的電壓差來充電；
齊納二極管(V5)，所述齊納二極管適于在所述觸發(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)流過該齊納二極管(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 來自所述觸發(fā)電容器(C2)的流過所述輔助晶閘管(V3)的電流觸發(fā)所述 晶閘管(VI),以將所述晶閘管(VI)處于二極管模式下使用。
該電路進一步包括
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，從而對所述觸發(fā)電容器(C2)進行 充電的裝置。
所述用于對所述DC電壓電路進行充電的裝置包括可控開關(guān)(Kl )，所 述可控開關(guān)適于通過二極管(V4 )與供電相電壓和所述DC電壓電路的正電源線(Udc+)之間的所述觸發(fā)電容器(C2)相連，從而當所述供電相電壓 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。
本發(fā)明基本思想是利用前饋電路直接從晶閘管的陽極至陰極間電壓來 觸發(fā)半控整流橋的晶閘管。本發(fā)明電路使用電容器，該電容器由晶閘管的陽 極和陰^L間電壓來充電，^v而該電容器的電荷可以可靠地觸發(fā)該晶閘管。
本發(fā)明方法和電路的優(yōu)點是簡化了對二極管模式晶閘管的觸發(fā)。本發(fā)明 的電路僅需要很少的元件，其當中任何一個都不是磁元件，因此很容易將該 電路擴展為多個功率級。
本發(fā)明的進一步優(yōu)點在于本方法不需要與供電網(wǎng)絡(luò)同步。本發(fā)明的方法 和電路可容忍網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)變化，并且只要晶閘管的陽極和陰極間電壓是正向 電壓就觸發(fā)晶閘管。此外，本發(fā)明的電路成本低，這是因為不需要用于陰極 電勢的輔助電壓并且不包含》茲元件或者集成電5^。


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)曰具體實施例方式
圖1示出了本發(fā)明的用于對DC電路電容器C1進行充電的電路相連的 電路。電容器C1連接在DC電路的正負電源線之間。在變頻器中反相器部 分與用于將交流電提供給負載的DC電路相連，并且通常將與變頻器相連的 該DC電路稱為DC總線的中間電壓電路。但是，圖1中未示出反相器部分。 此外，圖1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。由圖1所示整流器引腳由晶閘管VI和二極管 V2所組成，該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類似地與圖1中省去的整流器引腳相連。
在圖1所示的示例中通過利用充電電阻器R2來執(zhí)行對中間電壓電路充 電。當供電線Ll的電壓超過電容器Cl的電壓時，在充電過程中充電電流流經(jīng)電阻器R2和二極管V6至電容器C1。充電電流通過圖l未示出的整流 器的二極管返回交流電源。 一旦中間電壓電路的電壓達到預定電平，該充電 過程結(jié)束。小于該預定電壓電平時，由于電流仍然在對電容C1進行充電， 晶閘管開始處于二極管模式下操作而整流器中不具有故障風險。
充電操作還可通過對晶閘管的相位角進行控制來實現(xiàn)。對晶閘管進行控 制以限制充電電流，并且類似地當中間電壓電路的電壓達到預定限值時該充 電過程結(jié)束。
圖1示出了用于對中間電壓電路的電壓進行測量的裝置1。這些裝置與 中間電路相連，并且提供對充電控制電路2的電壓測量。該充電控制電路保 持預定電壓限值，并且該充電控制電路要結(jié)束充電過程并轉(zhuǎn)換成二極管模式 操作是#4居所測量的電壓來確定的。
圖l還示出了由中間電壓源的電壓所形成的電源3。在此，示出了該電 源的操作電壓是源自于用于測量電壓的裝置1。這些測量裝置1直接與DC 電壓相連，并且將電壓傳送到電源3，該電壓可用作電源3的操作電壓。為 簡單起見，如圖1中的信號線示出了從測量裝置1送至充電控制電路2的電 壓信息以及送至電源3的電壓。
電源3將能量々貴送到充電控制電路2。在充電控制電路2確定出中間電 路的電壓電平為預定電平之后，將半控整流器轉(zhuǎn)換為二極管模式操作。該轉(zhuǎn) 換是通過圖1所示實施例中的繼電器K1來實現(xiàn)的，該繼電器K1中示出了 處于充電模式下的觸點。通過將繼電器Kl的觸點切換到二極管V4的陰極 上，來實現(xiàn)變換為二極管模式的操作。使用本發(fā)明的電路則會產(chǎn)生這種轉(zhuǎn)換。 應該注意的是，雖然圖1中示出了電源3為僅向充電控制電路供電，但是該 電源還可用于本發(fā)明之外的其它供電目的。因此本發(fā)明使用存在于該電路之 中的電源。此外為了簡單起見，僅示出了電源3與用于測量電壓的裝置1的 連接，并且該電源可從其它能源接收其能量輸入。
本發(fā)明的電路包括觸發(fā)電容器C2、齊納二極管V5、以及輔助晶閘管 V3。當二極管V4的陰極與該觸發(fā)電路電連接時，由供電線L1與電壓中間 電路的正電源線Udc+之間的電壓差對電容器C2進行充電。更具體地說，當 供電線Ll的電壓超過中間電壓電^^的電壓時，對電容器C2進行充電。當 供電線電壓低于中間電路電壓時，二極管V4用于阻斷流向電容器C2的電流。
在電容器C2充電的同時，整流器的晶閘管VI正向偏置，即陽才及和陰 極間電壓是正向電壓，然后觸發(fā)晶閘管。事實上，當二極管V4導通時，電 容器C2和晶閘管VI并聯(lián)。
在本發(fā)明的電路中將齊納二極管V5連接成齊納二極管V5的陰極與電 容器C2的一端相連。此外齊納二極管的陽極與輔助晶閘管V3的柵極相連， 并且輔助晶閘管V3的陽極與齊納二極管V5的陰極相連。輔助晶閘管V3 的陰極通過柵極電阻器R1與晶閘管VI的柵極相連。包括齊納二極管V5、 輔助晶閘管V3、電阻器R1、以及晶閘管VI的電路與觸發(fā)電容器C2并聯(lián)。
當觸發(fā)電容器C2的電壓上升時，在該并聯(lián)電路中也可見相同電壓。在 該并聯(lián)電路中電壓增加，經(jīng)過晶閘管VI的陰極和4冊極、4冊才及電阻器R1、以 及輔助晶閘管V3的陰極和柵極，齊納二極管中的電壓也增加?？梢娪|發(fā)電 容器上的幾乎所有的電壓加在齊納二極管V5上，這是因為當晶閘管處于關(guān) 斷時晶閘管的陰極和柵極間電壓是可以忽略的。
觸發(fā)電容器的電壓可升高，這是因為供電線L1的線電壓高于正電源線 電壓Udc+, —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。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顟B(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。晶閘管 的柵極接收到始自于觸發(fā)電容器的強電流，隨后晶閘管VI轉(zhuǎn)為導通狀態(tài)。
如上所描述的，當二極管模式操作4吏能(enable)時(通過圖1中的開 關(guān)Kl),由線電壓與DC中間電路的正電源線之間的電壓差對觸發(fā)電容器 C2進行充電。該同樣的電壓還使整流器的晶閘管VI正向偏置。電路的操作 很快，幾乎在晶閘管V1正向偏置之后，立刻導通，由來自觸發(fā)電容器C2 的電流實現(xiàn)該二極管模式操作。本發(fā)明電路中的齊納二極管V5可使電容器 C2中的電壓上升到電容器C2中的電荷可以可靠地導通可控晶閘管VI這樣 的級別。
如果由于某些原因，上述電流脈沖沒有導通晶閘管，本發(fā)明的觸發(fā)電路 按照相同方式生成另 一電流脈沖送至晶閘管的柵4及。 一旦晶閘管成功地導通，則晶閘管VI很小的陽極和陰極間電壓不會使電容器C2上形成電壓， 因此每當線電壓高于中間電路電壓時，僅將一個成功的電流脈沖提供給晶閘 管的柵極。
在上面描述中，僅就一個相位而言描述了 二極管模式操作的功能。然而， 在圖1中，供電電壓是三相電壓。很明顯的是，與不同輸入相位相連的整流 器的所有引腳必須轉(zhuǎn)換為二極管模式，以使整流器在二極管模式下操作。因 此單獨地對整流器的每個引腳執(zhí)行上述操作，從而每個晶閘管利用其各自的 陽極和陰極間電壓進行操作。對于不同晶閘管所使用的所有觸發(fā)電路而言， 用于對中間電壓電路的電壓進行測量的裝置1、充電控制電路2、以及電源 3是共用的。
對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言是很清楚的，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。本發(fā)明還可與例如12個脈沖橋相 結(jié)合地使用。無需與供電網(wǎng)絡(luò)同步即可實現(xiàn)二極管模式下的操作。因此本發(fā) 明的電路還可在同步引起問題的困難環(huán)境下，提供半控整流橋的二極管模式 操作。
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 分與中間電壓電路相連。然而很清楚的是，那些適于使用DC電壓作為輸入 電壓的任何其他設(shè)備可使用送至DC電壓電路(例如中間電壓電路)的DC 電壓。
在上面描述中，本發(fā)明描述了整流器，在該整流器中可控晶閘管與整流 的DC電壓的正電勢相連，而二極管處于負電勢側(cè)。但是，對于本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員而言是很顯然的，可控晶閘管VI可代替圖1中的二極管V2，而 相應地，二極管V2可代替圖1中的晶閘管V1。無論晶閘管處于引腳上部 還是引腳下部，無需進行任何修改即可執(zhí)行本發(fā)明。
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， 所述方法在所述直流電壓上升至預定電平之后包括以下步驟
當所述晶閘管的陽極至陰極間電壓是正向電壓，由所述晶閘管(VI)
9兩端的電壓差對觸發(fā)電容器(C2)充電；
當所述觸發(fā)電容器(C2)的電壓超過齊納二極管(V5)的擊穿電壓時， 由所述觸發(fā)電容器(C2)的電壓來觸發(fā)所述齊納二極管(V5);
由來自所述觸發(fā)電容器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)流過所述輔助晶閘管(V3)的電流觸發(fā) 所述晶閘管(VI)以將所述晶閘管(VI)處于二極管模式下使用。
以及，根據(jù)上面所述的方法，其中所述直流電壓電路是變頻器的中間電 路，并且所述方法是在所述變頻器中執(zhí)行的。
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。
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權(quán)利要求
1、一種用于控制晶閘管(V1)進入導通狀態(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觸發(fā)電容器(C2)，所述觸發(fā)電容器適于當所述晶閘管的陽極和陰極間電壓是正向電壓時，由所述晶閘管(V1)兩端的電壓差來充電；齊納二極管(V5)，所述齊納二極管適于在所述觸發(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)流過該齊納二極管(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，以由來自所述觸發(fā)電容器(C2)的流過所述輔助晶閘管(V3)的電流觸發(fā)所述晶閘管(V1)，以將所述晶閘管(V1)處于二極管模式下使用。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于該電路進一步包括 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，從而對所述觸發(fā)電容器(C2)進行充電的裝置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于所述用于對所述DC電壓 電路進行充電的裝置包括可控開關(guān)(Kl),所述可控開關(guān)適于通過二極管(V4)與供電相電壓和所述DC電壓電路的正電源線(Udc+)之間的所述 觸發(fā)電容器(C2)相連，從而當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。
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 述方法在所述直流電壓上升至預定電平之后包括以下步驟當所述晶閘管的陽極和陰極間電壓是正向電壓，由所述晶閘管(VI) 兩端的電壓差對觸發(fā)電容器(C2)充電；當所述觸發(fā)電容器(C2)的電壓超過齊納二極管(V5)的擊穿電壓時，由所述觸發(fā)電容器(C2)的電壓來觸發(fā)所述齊納二極管(V5);由來自所述觸發(fā)電容器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)流過所述輔助晶閘管(V3)的電流觸發(fā) 所述晶閘管(VI)以將所述晶閘管(VI)處于二極管模式下使用。
6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述直流電壓電路是變頻器的中 間電路，并且所述方法是在所述變頻器中執(zhí)行的。
全文摘要
一種控制晶閘管(V1)處于導通狀態(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。該電路包括觸發(fā)電容器(C2)，適于在晶閘管的陽極和陰極間電壓是正向電壓時由晶閘管(V1)兩端的電壓差來充電；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)的電流觸發(fā)晶閘管(V1)以將晶閘管(V1)處于二極管模式下使用。
文檔編號H02M1/08GK101651405SQ20091016152
公開日2010年2月17日 申請日期2009年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月12日
發(fā)明者朱希·索爾蒂, 馬丁·萊特寧 申請人:Abb公司