专利名称：限制功率控制元件的过载-和短路电流的方法和所属装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于运行由交流电压供电的用电设备的装置，两个半导体作为功 率控制元件这样串联于该用电设备，即可以进行半波控制，也就是说可以单独接通全部交 流电压或每个电压半波。此外本发明还涉及一种用于保护用来供电的功率控制元件以防止其受到过载电 流和短路电流的损害的控制方法。
背景技术：
这种装置已在工业实践中是已知的。例如为了实施成型工序和烘干工序而将热辐 射器应用在工业中，并且热辐射器直接通过功率控制元件连接在低压电网上。在此，功率控 制元件根据可控硅元件技术或三端双向可控硅开关元件技术制造。在冷状态下，也就是说 在接通时，热辐射器首先具有大约3至5欧姆的欧姆内阻。在接通阶段中热辐射器加热，并 且最终在热状态下达到约为60欧姆的欧姆内阻。与此相应的，接通电流高于工作电流许多 倍。在该系统中客户必须注意的是，即并不同时接通热辐射器，这是因为否则在总系统中导 致过载电流。现今已公开的是具有350至500个热辐射器的设备。这样的过载电流要求， 不仅必须为简单的工作电流配置功率控制元件，还尤其必须为高的接通电流配置功率控制 元件。由于对于抗短路能力的需求，必须使功率控制元件的尺寸相应变大并且产生高昂的 费用。该抗短路能力迄今为止都是利用保险丝实现。
发明内容
本发明的目的因此在于，提出上述类型的一种装置和一种控制方法，其中，过载电 流被限制并且避免了功率控制元件尺寸过大。该控制方法所涉及的目的利用根据权利要求1所述的特征实现。两个IGBT (绝缘栅双极型晶体管)作为功率控制元件这样串联于用电设备，即可 以进行半波控制，也就是说可以单独接通整个交流电压或每个电压半波。控制方法具有以 下步骤a)监测当前分别在电压半波中接通的IGBT的集电极-发射极电压，并且b)只要IGBT的集电极-发射极电压由于过载电流或短路电流超过预定的阈值，就 通过阻断当前在各自的电压半波中接通的IGBT来中断用电设备中的电流，直至电压半波 结束为止。该控制方法的一个有利的改进方案在于，根据权利要求2，探测交流电压的过零， 并且自该时间点开始对于各自的正的或负的电压半波接通两个IGBT中的一个或另一个， 并且在导通方向上接通另一个IGBT的二极管。另外的涉及装置的目的利用根据权利要求3所述的特征实现。在此，半导体设计为IGBT (绝缘栅双极型晶体管)并且设置有用来监测两个IGBT 的集电极-发射极电压的监测装置。此外，还设有用于控制两个IGBT的控制装置，在当前分别对于正的或负的电压半波接通的IGBT的集电极-发射极电压超过预定的阈值时，控制 装置取消用于IGBT的控制信号以便中断电流，直至电压半波结束为止。
以下根据附图详细阐述本发明的一个实施例。
具体实施例方式附图中示出了根据本发明的装置1的结构，该装置具有由交流电压供电的用电设 备2。两个IGBT 3 (绝缘栅双极型晶体管)作为功率控制元件这样串联于用电设备、例如热 辐射器2，即可以进行半波控制，也就是说可以单独接通全部交流电压或每个电压半波。线 路端子4用于连接在低压电网的交流电压上。为了确保引线的安全而设有两个电路保护开 关5。此外，还设有用来监测两个IGBT 3的集电极-发射极电压的监测装置6以及用来控 制两个IGBT 3的控制装置7。控制装置传输用于两个IGBT 3的、共同的控制信号。在当前 分别对于正的或负的电压半波接通的IGBT 3的集电极-发射极电压超过预定的阈值时，控 制装置7取消用于IGBT 3的控制信号以便中断电流，直至电压半波结束为止。因为IGBT 3自身限制了短路电流，所以不会出现过载电流。按照根据本发明的控制方法，通过监测装置6监测当前分别在电压半波中接通的 IGBT 3的集电极-发射极电压。只要IGBT 3的集电极-发射极电压由于过载电流或短路 电流超过预定的阈值，就通过阻断当前在各自的电压半波中接通的IGBT 3来中断用电设 备2中的电流，直至电压半波结束为止。在该控制方法中，探测交流电压的过零，并且自该时间点开始对于各自正的或负 的电压半波接通两个IGBT 3中的一个或另一个，并且在导通方向上接通另一个IGBT 3的
二极管。可以共同地在一个微处理器中实现监测装置6以及控制装置7。具有多个热辐射器的设备的每个热辐射器2有利地对应于一个脉冲禁止器，微处 理器为该脉冲禁止器提供了低信号，由此关闭了热辐射器2。在高信号的情况下，并不禁止脉冲并且可以激活用电设备或者说热辐射器2。由于IGBT在当前的控制方法和所属的装置中自身限制了短路电流，所以无需使 用保险丝来保护半导体。上述控制方法和所属的装置也适用于运行其它的作为热辐射器的用电设备，从而 以简单的方式对例如在此产生的短路电流进行限制并且由此保护功率控制元件防止损坏。利用该方法例如可以借助于电流测量分流器(Strommessshimt)避免单独附加地 测量电流。
权利要求
1.一种用于保护用来供电的功率控制元件以防止所述功率控制元件受到过载电流和 短路电流的损害的控制方法，其中，两个IGBT(3)(绝缘栅双极型晶体管)作为所述功率控 制元件这样串联于利用交流电压供电的用电设备(2)，即可以进行半波控制，也就是说可以 单独接通全部所述交流电压或每个电压半波，所述控制方法具有以下步骤a)监测当前分别在所述电压半波中接通的所述IGBTC3)的集电极-发射极电压，并且b)只要所述IGBT的所述集电极-发射极电压由于所述过载电流或所述短路电流超过 预定的阈值，就通过阻断当前在各自的所述电压半波中接通的所述IGBT(3)来中断所述用 电设备O)中的电流，直至所述电压半波结束为止。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，探测所述交流电压的过零，并且自该 时间点开始对于各自的正的或负的所述电压半波接通所述两个IGBT(3)中的一个或另一 个，并且在导通方向上接通另一个所述IGBT的二极管。
3.一种用于运行由交流电压供电的用电设备O)的装置(1)，两个半导体作为功率 控制元件这样串联于所述用电设备，即可以进行半波控制，也就是说可以单独接通全部所 述交流电压或每个电压半波，其特征在于，所述半导体设计为IGBTC3)；设置有用来监测所 述两个IGBTC3)的集电极-发射极电压的监测装置(6)；并且设置有用于控制两个所述 IGBT(3)的控制装置(7)，在当前分别对于正的或负的所述电压半波接通的所述IGBT(3)的 所述集电极-发射极电压超过预定的阈值时，所述控制装置取消用于所述IGBT C3)的控制 信号以便中断电流，直至所述电压半波结束为止。
全文摘要
本发明提出一种用于保护功率控制元件以防止其受到过载电流和短路电流的损害的控制方法和一种所属的装置(1)。两个IGBT(3)(绝缘栅双极型晶体管)作为功率控制元件这样串联于用电设备(2)，即可以进行半波控制，也就是说可单独接通全部交流电压或每个电压半波。通过监测装置(6)监测当前分别在电压半波中接通的IGBT(3)的集电极-发射极电压。只要IGBT的集电极-发射极电压由于过载电流或短路电流超过预定阈值，就通过阻断当前在各自的电压半波中接通的IGBT(3)来中断热辐射器(2)中的电流，直至电压半波结束为止。在超过预定阈值时，用于控制两个IGBT(3)的控制装置(7)取消用于IGBT(3)的控制信号以便中断电流，直至电压半波结束为止。
文档编号H02H9/02GK102148496SQ20111000217
公开日2011年8月10日 申请日期2011年1月6日 优先权日2010年2月5日
发明者弗兰克·罗德, 恩里科·福奇斯 申请人:西门子公司