专利名称：全波直流/直流转换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制直流负载的控制单元，所述控制单元包括DC/DC电桥，它包括可控制半导体开关，所述电桥具有两个电桥部分，所述电桥部分之一导通直流，而另一个经由PWM控制来调整电流幅度。
背景技术：
电梯电机驱动器可以是交流或直流电机驱动器。可以例如经由PWM(脉冲宽度调制)来控制所述驱动器。现在，交流电机驱动器非常普遍，特别因为交流电机驱动器的简单结构。但是，直流电机驱动器仍然在使用。将直流电机驱动器替换为交流电机驱动器不总是适当的，因为例如无齿轮直流电机驱动器和其中使用的直流电机持久耐用，因此不必将它们替换为交流电机驱动器。而且，替换电机需要较高的成本。
因为趋势是使用交流电机驱动器，因此，特别开发用于直流驱动器控制的功率电子系统也是不太合理的。另外，在交流驱动器中使用的诸如IGBT的半导体部件总是在变得越来越有效和经济。而且，期望关于网络谐波的特别新的调整可以改变未来的情况，从而在直流驱动器中使用的传统闸流晶体管桥的使用将变得更困难。
发明内容
本发明的目的是消除现有技术的缺陷，并且实现一种用于控制诸如直流电机的直流负载的新型PWM控制的控制单元。本发明的解决方案基于功率电子拓扑逻辑的新原理，其中有可能利用交流驱动器的技术来用于控制直流电机。在本发明的解决方案中，PWM控制的电桥部分包括两个电桥臂，并且所述电桥臂的半导体开关交替进入导通状态。
在所附的权利要求中给出了本发明的解决方案的优选实施例。
通过使用本发明的技术，有可能制造现代的和经济的PWM控制的直流电机驱动器来例如用于电梯应用。通过应用本发明，可以在直流驱动器中使用功率电子技术和在大型生产序列中制造的交流驱动器的部件。功率级的导电轨和其他结构可以与在直流驱动器中使用的相同。另外，即使在直流应用中也可以优化诸如IGBT的半导体开关的使用。而且，特别是，在开发和生产方法中实现成本节约，因为这些方法可以用于直流驱动器和交流驱动器。
下面，借助于一个参照附图的示例来详细说明本发明，其中图1示出了现有技术的直流电桥，图2示出了交流驱动器的网络电桥，图3示出了按照本发明的直流驱动器，其中包括按照本发明的DC/DC电桥，图4示出了按照本发明的DC/DC电桥的时序图，图5图解了本发明的DC/DC电桥的半导体开关的布局和冷却。
具体实施例方式
图1示出了意欲例如用于电梯应用的直流电机驱动器的PWM控制的H电桥H1的现有技术。它包括与直流源UDC连接的两个电桥臂H11和H12，每个电桥臂包括用于正负极的可控半导体开关S11-S14，该开关例如包括IGBT晶体管和二极管的反向并联连接。所述电桥向诸如电梯的直流电机的直流负载L1馈电。
图2对应地示出了网络电桥A1和连接在其前部的交流电感器单元P1，网络电桥A1用于现有技术的三相交流驱动器中，用于将网络的交流电压UAC整流为直流电压UDC。所述电桥在上下臂中具有可控半导体开关S21-S26，它们连接到每个网络相，并且也可以包括例如IGBT晶体管和二极管的反向并联连接。
原理上，本发明的电机驱动器类似现有技术的三相交流驱动器，包括网络转换器(整流电桥)、电机电桥和电感器。本发明清楚地涉及馈电给电机的DC/DC电桥。网络电桥和电感器可以是例如如图2所示。按照本发明，可以在整流电桥和电机电桥中使用同一类型的可控半导体开关。
图3示出了按照本发明的DC/DC电桥B1，用于馈电给直流电机M1，在所述电机中流动着直流电Idc。通过控制单元BC1来控制电桥。使用独立的磁化单元MA1来实现电机的磁化，磁化单元MA1是以实质上公知的方式被控制的。
图3所示的DC/DC电桥包括两个电桥部分B11、B12。在按照图3的电桥中的第一电桥部分包括两个臂B111和B112，每个臂包括用于正极和负极的可控半导体开关UT、UB、VT、VB。第二电桥部分B12包括单个臂，所述单个臂具有用于正极和负极的可控半导体开关WT和WB。因此，作为整体的电桥具有三个臂，对应于三相DC/AC电桥。
本发明的DC/DC电桥的调制进行如下本发明的PWM控制的直流驱动器可以使用用于交流驱动器的PWM控制的相同种类的半导体开关。取代交流，使用零频率(不旋转的场)。在本发明的直流驱动器中，不是所有的半导体开关需要转换高频——通常为几kHz的频率——PWM控制信号；可以使用两个开关WT和WB来选择转矩方向(上/下)，并且所涉及的开关导通纯DC电流。用于PWM控制的开关UT、UB、VT、VB在几kHz的频率下被开启/断开，以控制电流Icd的幅度(转矩)。
在用于PWM控制的开关中发生最大的功率耗散。在本发明的控制方法中，用于PWM控制的开关被交替地在不同的臂中转入导通，因此所涉及的开关仅仅工作大约正常导通时间的50％或更少。在图4的时序图中直观化了这个行为，所述时序图表示了开关UT、VT和WT的导通时间以及开关UB和二极管VB的导通时间。
从热量角度来看，本发明提供了这样优点可以在直流驱动器中充分使用交流驱动器的功率级。在所述电路中使用的IGBT中的热量耗散通常是在不用于PWM控制的开关中耗散的两倍。因此，按照本发明，开关UT、VT和WT仅仅以循环的方式被保持导通至多50％的时间。导通周期按照所需要的电压(电流)来改变。
实际上，直流开关可以具有较高的耗散，因为直流损耗稍稍大于转换PWM损耗。因此，开关WT和WB被布置在冷却段COOL1(图5)的进气侧，因为进气侧比所述段的中间部分或出气侧要冷，如温度曲线TEMP所示。
对于本领域内的技术人员，显然本发明的不同实施例不限于上述的示例，它们可以在所附的权利要求的范围内被改变。除了IGBT之外，所使用的开关也可以包括其他全门控部件。除了直流电机之外，所述负载也可以包括例如电梯的制动磁铁。
本发明的配置可以用于宽范围的电驱动器。通过应用本发明的工作原理，有可能覆盖使用最新IGBT技术的直流电梯驱动器的功率范围。交流和直流驱动器模块可以被组装在同一生产线上，并且可以主要经由软件控制来选择应用。
权利要求
1.一种用于控制直流负载(M1)的控制单元，所述控制单元包括DC/DC电桥(B1)，该DC/DC电桥(B1)包括可控半导体开关(UT、UB、VT、VB、WT、WB)，所述电桥具有两个电桥部分(B11，B12)，所述电桥部分之一(B12)导通直流，而另一个(B11)经由PWM控制以调整电流幅度，其特征在于，经由PWM控制的所述电桥部分包括两个电桥臂(B111，B112)，在所述电桥臂中，半导体开关(UT、UB、VT、VB)被控制来交替导通。
2.按照权利要求1的控制单元，其特征在于，用于PWM控制的半导体开关被这样控制，即它们实质上导通所述电桥部分(B11)的导通时间的至多50％。
3.按照权利要求1的控制单元，其中所述半导体开关安装在被供给诸如空气的冷却介质的冷基(COOL1)上，其特征在于，导通直流的电桥部分的半导体开关(WT，WB)设置在所述介质的进入侧。
4.按照权利要求1的控制单元，其特征在于，所述直流负载是直流电机。
5.按照权利要求1的控制单元，其特征在于，所述直流负载是电梯的制动磁铁。
全文摘要
一种用于控制直流负载(M1)的控制单元，所述控制单元包括DC/DC电桥(B1)，DC/DC电桥(B1)包括可控半导体开关(UT、UB、VT、VB、WT、WB)，所述电桥具有两个电桥部分(B11，B12)，其中之一(B12)导通直流，而另一个(B11)经由PWM控制以调整电流幅度。经由PWM控制的电桥部分包括两个电桥臂(B111，B112)，在这些电桥臂中的半导体开关(UT、UB、VT、VB)被交替开启。
文档编号H02M3/158GK1589518SQ02822974
公开日2005年3月2日 申请日期2002年9月24日 优先权日2001年11月19日
发明者皮卡·杰科恩, 埃萨·帕特金恩 申请人:通力股份公司