具有功率转换器和电容器放电装置的电路装置的制作方法

本发明涉及一种具有功率转换器和电容器放电装置的电路装置。

背景技术：

从ep2639916a2中已知一种电路装置，该电路装置具有功率转换器，该功率转换器包括功率半导体开关和用于使功率转换器的中间电路的电容器放电的电容器放电装置。在技术上，该电容器也称为中间电路电容器。电容器被电气连接在中间电路的第一和第二中间电路导体之间。如果电容器被电气地充电，则在电容器的电端子之间存在高的中间电路电压并且从而在第一和第二中间电路导体之间存在高的中间电路电压。除了功率转换器的操作之外，电容器可以在相对长的时间段内继续被电气地充电，使得即使在发生所有功率半导体开关中断的情况下，中间电路电压也继续在被延长的时间段内呈现相对高的电压值，这对人身有害，例如，在维修操作期间。因此，该电路装置包括电容器放电装置，借助于控制信号对其致动之后，该电容器放电装置在相对短的时间段内(通常为几秒钟)对电容器放电，以使中间电路电压呈现对人无害的电压值。该电路装置的缺点是，在电容器放电装置中发生缺陷的情况下，由于电容器不再由电容器放电装置放电，中间电路电压能够呈现在相对长的时间内对人有危害的电压值。因此，存在针对监测电容器放电装置是否实际上使电容器电气地放电的技术要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具有功率转换器的电路装置，该功率转换器包括功率半导体开关和电容器放电装置，该电容器放电装置用于对功率转换器的中间电路的电容器进行电气放电，其可靠地监测是否电容器放电装置正在使电容器放电。

此目的通过一种具有功率转换器的电路装置来实现，该功率转换器：包括功率半导体开关，该功率半导体开关被电气连接在用于传导第一dc电压电势的第一中间电路导体与用于传导第二dc电压电势的第二中间电路导体之间的电路中，并且包括电容器，该电容器以电气传导的方式被连接到第一和第二中间电路导体；并且具有用于电容器放电的电容器放电装置，其中，电容器放电装置包括致动装置、放电电阻器和具有第一和第二负载电流端子并具有控制端子的第一半导体开关，其中第一半导体开关的第一负载电流端子经由放电电阻器以电气传导的方式被连接到第一中间电路导体，并且第一半导体开关的第二负载电流端子以电气传导的方式被连接到第二中间电路导体，其中，致动装置被设计以在第一半导体开关的控制端子上根据控制信号生成致动电压，用于第一半导体开关的闭合和断开；并具有电容器放电监测装置，该电容器放电监测装置被设计以监测在第一半导体开关的第一负载电流端子和第二中间电路导体之间存在的电监测电压，并且在监测电压低于监测电压限值的情况下，生成电容器放电信号。

已证明有利的是，如果电容器放电监测装置包括信号处理装置、电压源、第一电阻器和二极管，其中，信号处理装置的第一输入经由二极管以电气传导的方式被连接到第一半导体开关的第一负载电流端子并且，经由第一电阻器以电气传导的方式被连接到电压源，其中，电容器放电监测装置监测在第一半导体开关的第一负载电流端子和第二中间电路导体之间存在的电监测电压，并且在监测电压低于监测电压限值的情况下，生成电容器放电信号，其中，在当第一半导体开关被闭合时信号处理装置的第一输入上存在的表示监测电压的测量电压低于表示监测电压限值的测量电压限值的情况下，信号处理装置生成电容器放电信号。结果，可以以特别简单和可靠的方式配置电容器放电监测装置。

在这一点上，已经证明是有利的，如果测量电压限值以电压值的形式存在于信号处理装置的第二输入上。结果，可以以特别简单的方式在功率转换器和电容器放电装置上调节测量电压限值。

已经进一步证明有利的是，如果第一半导体开关的第二负载电流端子经由中间电阻器以电气传导的方式被连接到第二中间电路导体，其中，信号处理装置被配置为当第一半导体开关被闭合时，用于确定和输出流过第一半导体开关的电容器放电电流，其中，信号处理装置输出表示测量电压的电容器放电电流信号。结果，例如，在上级控制电路中，电容器的放电电流的大小能够可用于评估的目的。

已经进一步证明有利的是，如果第一dc电压电势被配置为正dc电压电势，并且第二dc电压电势被配置为负dc电压电势，或者如果第一dc电压电势被配置为负dc电压电势并且第二dc电压电势被配置为正dc电压电势。

已经进一步证明有利的是，如果致动装置包括第二电阻器、齐纳二极管和第二半导体开关，其中，第一半导体开关的控制端子经由第二电阻器以电气传导的方式被连接到第一中间电路导体，并且经由齐纳二极管以电气传导的方式被连接到第二中间电路导体，其中第二半导体开关的第一负载端子以电气传导的方式被连接到第一半导体开关的控制端子，并且第二半导体开关的第二负载端子以电气传导的方式被连接到第二中间电路导体，其中，控制信号被馈送到第二半导体开关的控制端子。结果，实现控制装置的特别可靠的配置。

附图说明

在下文中，参考以下附图描述本发明的示例性实施例。在附图中：

图1示出根据本发明的电路装置。

具体实施方式

图1表示根据本发明的电路装置1，其具有功率转换器2，该功率转换器2包括功率半导体开关t，该功率半导体开关t被电气连接在用于传导第一dc电压电势的第一中间电路导体8和用于传导第二dc电压电势的第二中间电路导体9之间的电路中。二极管d优选地以反并联布置的方式被连接到功率半导体开关t。功率半导体开关t通常以晶体管的形式存在，例如igbt(绝缘栅双极晶体管)或mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)晶体管的形式，或晶闸管的形式。

功率半导体开关t优选与至少一个半桥电路5电互连。如示例性实施例中所表示的半桥电路5在此可以被配置为2级半桥电路，但是也可以被配置为多级半桥电路，特别是3级半桥电路。在示例性实施例的上下文中，功率转换器2包括ac电压端子ac，每个ac电压端子ac以电气传导的方式被连接到各自的半桥电路5的中点电路节点。如果功率转换器2以逆变器模式运行，则存在于第一和第二中间电路导体8和9之间的中间电路电压udc被功率转换器2转换成存在于ac电压端子ac上的ac电压。如果功率转换器2以整流器模式运行，则存在于ac电压端子ac上的ac电压被整流成存在于第一和第二中间电路导体8和9之间的中间电路电压udc。功率转换器2还包括导电的第一dc电压电势负载端子dc+，其以电气传导的方式被连接到第一中间电路导体8；和导电的第二dc电压电势负载端子dc-，其以电气传导的方式被连接到第二中间电路导体9。如示例性实施例中所表示的第一dc电压电势可以被配置为正dc电压电势，并且第二dc电压电势可以被配置为负dc电压电势。可替选地，第一dc电压电势可以被配置为负dc电压电势，并且第二dc电压电势可以被配置为正dc电压电势。

功率转换器2还包括电容器cz，该电容器cz以电气传导的方式被连接到第一和第二中间电路导体8和9。通常，在本领域中，电容器cz也被称为中间电路电容器，其在功率转换器2的操作中的功能是存储电能。第一和第二中间电路导体8和9与电容器cz一起组成中间dc电压电路。

如果电容器cz被电气地充电，则在电容器的电端子之间存在高的中间电路电压udc，并且从而在第一和第二中间电路导体8和9之间存在高的中间电路电压udc。此外，更进一步针对功率转换器2的操作，电容器cz可以在相对长的时间段内继续被电气地充电，使得即使在所有功率半导体开关t的中断的情况下，中间电路电压vdc也继续在被延长的时间段内呈现相对高的电压值，这对人有害，例如，在维修操作期间。因此，根据本发明的电路装置1包括电容器放电装置3，其用于在借助于控制信号s对其致动之后，在相对短的时间段内(通常为几秒钟)对电容器cz电气地放电，以使中间电路电压udc呈现对人无害的电压值。

电容器放电装置3包括致动装置10、放电电阻器re和第一半导体开关t1，其具有第一和第二负载电流端子c和e并且具有控制端子g，其中第一半导体开关t1的第一负载电流端子c经由放电电阻器re以电气传导的方式被连接到第一中间电路导体8，并且第一半导体开关t1的第二负载电流端子e以电气传导的方式被连接到第二中间电路导体9。放电电阻器re优选地被配置为ptc(正温度系数)电阻器，即，与本领域中公共的标准技术电阻器相比，至少在特定温度范围内，其呈现超过温度范围的明显较高的正的并且通常为非线性的温度系数。致动装置10被设计为在第一半导体开关t1的控制端子g上根据控制信号s生成用于闭合和断开第一半导体开关t1的致动电压ua。致动装置10优选包括第二电阻器r2、齐纳二极管z和第二半导体开关t2。第一半导体开关t1的控制端子g经由第二电阻器r2以电气传导的方式被连接到第一中间电路导体8，并且经由齐纳二极管z以电气传导的方式被连接到第二中间电路导体9。在示例性实施例的上下文中，齐纳二极管z的阳极以电气传导的方式被连接到第二中间电路导体9。第二半导体开关t2的第一负载端子以电气传导的方式被连接到第一半导体开关t1的控制端子g，并且第二半导体开关t2的第二负载端子以电气传导的方式被连接到第二中间电路导体9。控制信号s被馈送到第二半导体开关t2的控制端子，并且可以例如通过上级控制电路(图1中未表示)生成。第二半导体开关t2的控制端子可以经由第三电阻器r3以电气传导的方式被连接到第二中间电路导体9。

齐纳二极管z具有超过对于闭合第一半导体开关t1所需的电压的击穿电压。因此，假设中间电路电压udc大于齐纳二极管的击穿电压，在电容器放电装置3的相关工作范围内总是如此，如果第二半导体开关t2被断开，则第一半导体开关t1闭合，因为存在于第一半导体开关t1的控制端子g上的致动电压ua对应于齐纳二极管z的击穿电压，该击穿电压又足够高使得第一半导体开关t1被闭合。如果第一半导体开关t1被闭合，则借助于其电容器cz被放电的电容器放电电流ie流过第一半导体开关t1并流过放电电阻器re。如果要通过电容器放电装置3对电容器cz进行放电，则控制信号s的电压值例如为0v，使得第二半导体开关t2被断开。如果电容器cz不被电容器放电装置3放电，则控制信号s呈现足够高的电压值，使得第二半导体开关t2被闭合，并且从而第一半导体开关t1被断开，因为致动电压ua低于对于闭合第一半导体开关t1所需的电压。

根据本发明的电路装置1包括电容器放电监测装置7，该电容器放电监测装置7被设计为监测在第一半导体开关t1的第一负载电流端子c与第二中间电路导体9之间存在的电监测电压ug并且，在监测电压ug低于监测电压限值ug1的情况下，生成电容器放电信号es。电容器放电信号es可以作为输入变量被发送到例如上级控制电路。如果上级控制电路生成用于闭合第一半导体开关t1的控制信号s，则其通过电容器放电信号es接收关于电容器cz是否实际上被电容器放电装置3放电的反馈。因此，可以由上级控制电路可靠地检测有缺陷的电容器放电装置3。

电容器放电监测装置7优选地包括信号处理装置4、电压源6、第一电阻器r1和二极管d1。信号处理装置4的第一输入e1经由二极管d1以电气传导的方式被连接到第一半导体开关t1的第一负载电流端子c，并且经由第一电阻器r1以电气传导的方式被连接到电压源6。电压源6生成具有电压值uv的电压。在示例性实施例的上下文中，二极管d1的阴极以电气地面对第一半导体开关t1的第一负载电流端子c的方式布置。信号处理装置4被配置为，在当第一半导体开关t1被闭合时存在于信号处理装置4的第一输入e1上的表示监测电压ug的测量电压um低于代表监测电压限值ug1的测量电压限值um1的情况下，生成电容器放电信号es。在示例性实施例中，测量电压限值um1以对应的电压的形式存在，其呈现测量电压限值um1为信号处理装置4的第二输入e2上的电压值。可替选地，测量电压限值um1也可以以保存在信号处理装置4中的值的形式存在，或者可以以逻辑电平阈值(例如，模数转换器或逻辑门)的形式固有地存在，在逻辑电平阈值以下，信号处理装置4将在第二输入e2上存在的电压解释为逻辑值“0”。当第一半导体开关t1断开时，二极管d1呈现非导通状态，并且将在第一半导体开关t1侧上存在的高电压电平与电容器放电监测装置7侧上存在的低电压电平隔离。立即，在第一半导体开关t1的闭合过程期间，监测电压ug稍微低于电压值uv，二极管d1开始导电，并且测量电压um对应于穿过第一二极管d1的电压ud和监测电压ug之和，其中电压ud是恒定的，使得测量电压um代表监测电压ug，结果，在示例性实施例中，um＝ug+ud。在示例性实施例中，测量电压限值um1以类似的方式从期望的监测电压限值ug1导出，其中um1＝ug1+ud，使得测量电压限值um1代表监测电压限值ug1。因此，对于期望的监测电压限值ug1，预先确定代表后者的测量电压限值um1，并且将具有以电压值的形式的测量电压限值um1的电压施加到信号处理装置4的第二输入e2。在这一点上应观察到，在本发明的意义上，在第二变量y代表第一变量x的概念下，要理解，第二变量y对于第一变量x为线性的，即，y＝a·x+c，其中a和c呈现恒定值。在示例性实施例中，a＝1并且c＝ud。

第一半导体开关t1的第二负载电流端子e可以经由中间电阻器rs以电气传导的方式被连接到第二中间电路导体9，其中，信号处理装置4被配置为，当第一半导体开关t1被闭合时，用于确定和输出流过第一半导体开关t1的电容器放电电流ie，其中信号处理装置4输出代表测量电压um的电容器放电电流信号ie’。结果，电容器的放电电流ie的大小，例如，在上级控制电路中，可以用于评估的目的。当第一半导体开关t1的第二负载电流端子e上的电势被增加跨中间电阻器rs的下降的中间电阻器电压urs时，与不存在中间电阻器rs时相比，齐纳二极管z应呈现对应于使用中的中间电阻器电压urs的最大可能电压值的较高的击穿电压，使得当第二半导体开关t2被断开时第一半导体开关t1被可靠地闭合。

自然地，假如不排除其本身，在根据本发明的电路装置中也可以存在以单数形式指定的特征。

在这一点上应该观察到，假如本发明的不同示例性实施例的特征不是相互排斥的，就可以根据需要自然地相互组合，而不脱离本发明的范围。