专利名称：对二极管模式整流桥进行控制的方法以及该控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对二极管模式整流桥进行控制的方法以及对二极管模
式整流桥的晶闸管进行控制的电路，尤其是涉及在直流(DC)电压电路充 电之后，将来自整流器的全部DC电压提供给DC电压电路的整流桥中所使 用的方法和电i 各。
背景技术：
变频器典型地具有DC电压中间电路，该DC电压中间电路用于存储供 反相器部分使用的DC电压。变频器的反相器典型地将中间电路中的电压生 成可控交流电压以送至负载。典型地，送至中间电路的DC电压是利用整流 桥对交流(AC)主电压进行整流获得的。
该DC电压中间电路或者DC总线包含一个或多个用于存储该电压并使 该电压平滑的电容器。中间电路电容器的电容4艮大，并且当变频器投入使用 时，必须在执行任何控制操作之前对这些电容器进行充电。
由供电主电压对该中间电压电路的电容器进行充电，必须将充电电流限 制在适当大小，否则很大的电流会损坏整流器的电子元件或者会引起诸如熔 丝等等这样的保护元件的错误操作。典型地通过利用充电电阻器或者通过对 整流器的可控开关进行控制来实现对该电流的限制。
通常还在变频器中使用的一类整流器是半控整流桥。该半控整流桥包括 晶闸管和二极管的多个串联连接，并且通常晶闸管是上游元件，由此晶闸管 的阴极与DC中间电路的正电源线相连。
一旦中间电路电容器充电达到接近所整流的主电压值的电压，则充电阶 段结束，并且整流器中的晶闸管通常作为二极管进行操作。这意味着一旦阳 极和阴极间电压是正向电压，就将晶闸管控制为导通状态，然后触发晶闸管 为导通。处于二极管模式下操作的晶闸管即处于全相角的晶闸管可确保送至 DC中间电路的电压最大。
4在现有已知的技术方案中，晶闸管的控制需要与供电网络同步。利用对 供电网络的电压的测量以及下述锁相电路来实现该同步，锁相电路结合网络
的动态变化来控制晶闸管一直保持同相(in phase)。还可在诸如接地故障 和断电期间这样的特定情况下，确保晶闸管处于二极管模式下操作。
因此现有技术方案问题之一就是需要将整流桥与供电网络同步，用以控 制晶闸管处于二极管模式。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法以及用于实现该方法的电路以便解决上 述问题。本发明的目的是通过特征在于独立权利要求所述的方法和设置来实 现的。在从属权利要求中公开了本发明的优选实施例。
即，采用这样一种用于控制晶间管(VI)进入导通状态的电路，所述 晶闸管(VI)处于整流器中，所述整流器适于将直流电压提供给直流电压 电^各，所述电3各包4舌
触发电容器(C2)，所述触发电容器适于当所述晶闸管的阳极至阴极间 电压是正向电压时，由所述晶闸管(VI)两端的电压差来充电；
齐纳二极管(V5)，所述齐纳二极管适于在所述触发电容器(C2)的 电压超过所述齐纳二极管(V5)的击穿电压时，由所述触发电容器(C2) 的电压来触发；以及
辅助晶闸管(V3),所述辅助晶闸管(V3)适于由来自所述触发电容 器(C2)流过该齐纳二极管(V5)的电流来触发，其中
所述辅助晶闸管(V3)的阴极与所述晶闸管(VI)的栅极相连，以由 来自所述触发电容器(C2)的流过所述辅助晶闸管(V3)的电流触发所述 晶闸管(VI),以将所述晶闸管(VI)处于二极管模式下使用。
该电路进一步包括
用于对所述直流电压电路的电压进行测量的装置(1);以及 用于能对测量电压的所述装置响应，从而对所述触发电容器(C2)进行 充电的装置。
所述用于对所述DC电压电路进行充电的装置包括可控开关(Kl )，所 述可控开关适于通过二极管(V4 )与供电相电压和所述DC电压电路的正电源线(Udc+)之间的所述触发电容器(C2)相连，从而当所述供电相电压 高于所述直流电压电路的正电源线(Udc+)的电压时对所述触发电容器(C2) 充电。
本发明基本思想是利用前馈电路直接从晶闸管的阳极至阴极间电压来 触发半控整流桥的晶闸管。本发明电路使用电容器，该电容器由晶闸管的阳 极和阴^L间电压来充电，^v而该电容器的电荷可以可靠地触发该晶闸管。
本发明方法和电路的优点是简化了对二极管模式晶闸管的触发。本发明 的电路仅需要很少的元件，其当中任何一个都不是磁元件，因此很容易将该 电路扩展为多个功率级。
本发明的进一步优点在于本方法不需要与供电网络同步。本发明的方法 和电路可容忍网络的动态变化，并且只要晶闸管的阳极和阴极间电压是正向 电压就触发晶闸管。此外，本发明的电路成本低，这是因为不需要用于阴极 电势的辅助电压并且不包含》兹元件或者集成电5^。
在下文中参考附图通过优选实施例对本发明进行更详细地描述，在附图
中
图1示例了本发曰具体实施例方式
图1示出了本发明的用于对DC电路电容器C1进行充电的电路相连的 电路。电容器C1连接在DC电路的正负电源线之间。在变频器中反相器部 分与用于将交流电提供给负载的DC电路相连，并且通常将与变频器相连的 该DC电路称为DC总线的中间电压电路。但是，图1中未示出反相器部分。 此外，图1仅示出了用于将DC电压提供给中间电路的整流器的一个引脚， 为简单起见省略其它引脚。由图1所示整流器引脚由晶闸管VI和二极管 V2所组成，该整流器引脚与供电相位L1相连。三相交流电压供电的其他相 位L2、 L3类似地与图1中省去的整流器引脚相连。
在图1所示的示例中通过利用充电电阻器R2来执行对中间电压电路充 电。当供电线Ll的电压超过电容器Cl的电压时，在充电过程中充电电流流经电阻器R2和二极管V6至电容器C1。充电电流通过图l未示出的整流 器的二极管返回交流电源。 一旦中间电压电路的电压达到预定电平，该充电 过程结束。小于该预定电压电平时，由于电流仍然在对电容C1进行充电， 晶闸管开始处于二极管模式下操作而整流器中不具有故障风险。
充电操作还可通过对晶闸管的相位角进行控制来实现。对晶闸管进行控 制以限制充电电流，并且类似地当中间电压电路的电压达到预定限值时该充 电过程结束。
图1示出了用于对中间电压电路的电压进行测量的装置1。这些装置与 中间电路相连，并且提供对充电控制电路2的电压测量。该充电控制电路保 持预定电压限值，并且该充电控制电路要结束充电过程并转换成二极管模式 操作是#4居所测量的电压来确定的。
图l还示出了由中间电压源的电压所形成的电源3。在此，示出了该电 源的操作电压是源自于用于测量电压的装置1。这些测量装置1直接与DC 电压相连，并且将电压传送到电源3，该电压可用作电源3的操作电压。为 简单起见，如图1中的信号线示出了从测量装置1送至充电控制电路2的电 压信息以及送至电源3的电压。
电源3将能量々贵送到充电控制电路2。在充电控制电路2确定出中间电 路的电压电平为预定电平之后，将半控整流器转换为二极管模式操作。该转 换是通过图1所示实施例中的继电器K1来实现的，该继电器K1中示出了 处于充电模式下的触点。通过将继电器Kl的触点切换到二极管V4的阴极 上，来实现变换为二极管模式的操作。使用本发明的电路则会产生这种转换。 应该注意的是，虽然图1中示出了电源3为仅向充电控制电路供电，但是该 电源还可用于本发明之外的其它供电目的。因此本发明使用存在于该电路之 中的电源。此外为了简单起见，仅示出了电源3与用于测量电压的装置1的 连接，并且该电源可从其它能源接收其能量输入。
本发明的电路包括触发电容器C2、齐纳二极管V5、以及辅助晶闸管 V3。当二极管V4的阴极与该触发电路电连接时，由供电线L1与电压中间 电路的正电源线Udc+之间的电压差对电容器C2进行充电。更具体地说，当 供电线Ll的电压超过中间电压电^^的电压时，对电容器C2进行充电。当 供电线电压低于中间电路电压时，二极管V4用于阻断流向电容器C2的电流。
在电容器C2充电的同时，整流器的晶闸管VI正向偏置，即阳才及和阴 极间电压是正向电压，然后触发晶闸管。事实上，当二极管V4导通时，电 容器C2和晶闸管VI并联。
在本发明的电路中将齐纳二极管V5连接成齐纳二极管V5的阴极与电 容器C2的一端相连。此外齐纳二极管的阳极与辅助晶闸管V3的栅极相连， 并且辅助晶闸管V3的阳极与齐纳二极管V5的阴极相连。辅助晶闸管V3 的阴极通过栅极电阻器R1与晶闸管VI的栅极相连。包括齐纳二极管V5、 辅助晶闸管V3、电阻器R1、以及晶闸管VI的电路与触发电容器C2并联。
当触发电容器C2的电压上升时，在该并联电路中也可见相同电压。在 该并联电路中电压增加，经过晶闸管VI的阴极和4册极、4册才及电阻器R1、以 及辅助晶闸管V3的阴极和栅极，齐纳二极管中的电压也增加。可见触发电 容器上的几乎所有的电压加在齐纳二极管V5上，这是因为当晶闸管处于关 断时晶闸管的阴极和栅极间电压是可以忽略的。
触发电容器的电压可升高，这是因为供电线L1的线电压高于正电源线 电压Udc+, —旦触发电容器上的电压上升超过齐纳二极管V5的击穿电压， 则电容器C2开始通过齐纳二极管V5放电。电容器的电流还流至辅助晶闸 管V3的栅极，然后触发晶闸管V3。
辅助晶闸管V3转变为导通状态，并且触发电容器C2上形成的电压经 由晶闸管V3，通过栅极电阻器R1进一步放电到晶闸管VI的栅极。晶闸管 的栅极接收到始自于触发电容器的强电流，随后晶闸管VI转为导通状态。
如上所描述的，当二极管模式操作4吏能(enable)时(通过图1中的开 关Kl),由线电压与DC中间电路的正电源线之间的电压差对触发电容器 C2进行充电。该同样的电压还使整流器的晶闸管VI正向偏置。电路的操作 很快，几乎在晶闸管V1正向偏置之后，立刻导通，由来自触发电容器C2 的电流实现该二极管模式操作。本发明电路中的齐纳二极管V5可使电容器 C2中的电压上升到电容器C2中的电荷可以可靠地导通可控晶闸管VI这样 的级别。
如果由于某些原因，上述电流脉冲没有导通晶闸管，本发明的触发电路 按照相同方式生成另 一电流脉冲送至晶闸管的栅4及。 一旦晶闸管成功地导通，则晶闸管VI很小的阳极和阴极间电压不会使电容器C2上形成电压， 因此每当线电压高于中间电路电压时，仅将一个成功的电流脉冲提供给晶闸 管的栅极。
在上面描述中，仅就一个相位而言描述了 二极管模式操作的功能。然而， 在图1中，供电电压是三相电压。很明显的是，与不同输入相位相连的整流 器的所有引脚必须转换为二极管模式，以使整流器在二极管模式下操作。因 此单独地对整流器的每个引脚执行上述操作，从而每个晶闸管利用其各自的 阳极和阴极间电压进行操作。对于不同晶闸管所使用的所有触发电路而言， 用于对中间电压电路的电压进行测量的装置1、充电控制电路2、以及电源 3是共用的。
对于本领域普通技术人员而言是很清楚的，本发明的方法和电路还可与 具有任意相数的供电电压相结合地使用。本发明还可与例如12个脉沖桥相 结合地使用。无需与供电网络同步即可实现二极管模式下的操作。因此本发 明的电路还可在同步引起问题的困难环境下，提供半控整流桥的二极管模式 操作。
在上面描述中，结合变频器对本发明进行了描述。在变频器中反相器部 分与中间电压电路相连。然而很清楚的是，那些适于使用DC电压作为输入 电压的任何其他设备可使用送至DC电压电路(例如中间电压电路)的DC 电压。
在上面描述中，本发明描述了整流器，在该整流器中可控晶闸管与整流 的DC电压的正电势相连，而二极管处于负电势侧。但是，对于本领域普通 技术人员而言是很显然的，可控晶闸管VI可代替图1中的二极管V2，而 相应地，二极管V2可代替图1中的晶闸管V1。无论晶闸管处于引脚上部 还是引脚下部，无需进行任何修改即可执行本发明。
在上面描述中，本发明描述了整流器，以及，包括如上述发明内容中所 述任意一项所述的电路的变频器。
本发明也提供了关于控制晶闸管(VI)进入导通状态的方法，所述晶 闸管(VI)处于整流器中，所述整流器将直流电压提供给直流电压电路， 所述方法在所述直流电压上升至预定电平之后包括以下步骤
当所述晶闸管的阳极至阴极间电压是正向电压，由所述晶闸管(VI)
9两端的电压差对触发电容器(C2)充电；
当所述触发电容器(C2)的电压超过齐纳二极管(V5)的击穿电压时， 由所述触发电容器(C2)的电压来触发所述齐纳二极管(V5);
由来自所述触发电容器流过所述齐纳二极管(V5)的电流来触发辅助 晶闸管(V3)，以及
由来自所述触发电容器(C2)流过所述辅助晶闸管(V3)的电流触发 所述晶闸管(VI)以将所述晶闸管(VI)处于二极管模式下使用。
以及，根据上面所述的方法，其中所述直流电压电路是变频器的中间电 路，并且所述方法是在所述变频器中执行的。
对于本领域技术人员而言显而易见的是，随着技术的提高，可以多种方 式实现本发明构思。本发明及其实施例并不局限于上面描述的例子，而是在 权利要求的范围内可作变化。
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权利要求
1、一种用于控制晶闸管(V1)进入导通状态的电路，所述晶闸管(V1)处于整流器中，所述整流器适于将直流电压提供给直流电压电路，其特征在于所述电路包括触发电容器(C2)，所述触发电容器适于当所述晶闸管的阳极和阴极间电压是正向电压时，由所述晶闸管(V1)两端的电压差来充电；齐纳二极管(V5)，所述齐纳二极管适于在所述触发电容器(C2)的电压超过所述齐纳二极管(V5)的击穿电压时，由所述触发电容器(C2)的电压来触发；以及辅助晶闸管(V3)，所述辅助晶闸管(V3)适于由来自所述触发电容器(C2)流过该齐纳二极管(V5)的电流来触发，其中所述辅助晶闸管(V3)的阴极与所述晶闸管(V1)的栅极相连，以由来自所述触发电容器(C2)的流过所述辅助晶闸管(V3)的电流触发所述晶闸管(V1)，以将所述晶闸管(V1)处于二极管模式下使用。
2、 根据权利要求1所述的电路，其特征在于该电路进一步包括 用于对所述直流电压电路的电压进行测量的装置(1);以及 用于能对测量电压的所述装置响应，从而对所述触发电容器(C2)进行充电的装置。
3、 根据权利要求2所述的电路，其特征在于所述用于对所述DC电压 电路进行充电的装置包括可控开关(Kl),所述可控开关适于通过二极管(V4)与供电相电压和所述DC电压电路的正电源线(Udc+)之间的所述 触发电容器(C2)相连，从而当所述供电相电压高于所述直流电压电路的 正电源线(Udc+)的电压时对所述触发电容器(C2)充电。
4、 一种包括如上述权利要求1至3任意一项所述的电路的变频器。
5、 一种控制晶闸管(VI)进入导通状态的方法，所述晶闸管(VI)处 于整流器中，所述整流器将直流电压提供给直流电压电路，其特征在于，所 述方法在所述直流电压上升至预定电平之后包括以下步骤当所述晶闸管的阳极和阴极间电压是正向电压，由所述晶闸管(VI) 两端的电压差对触发电容器(C2)充电；当所述触发电容器(C2)的电压超过齐纳二极管(V5)的击穿电压时，由所述触发电容器(C2)的电压来触发所述齐纳二极管(V5);由来自所述触发电容器流过所述齐纳二极管(V5)的电流来触发辅助 晶闸管(V3)，以及由来自所述触发电容器(C2)流过所述辅助晶闸管(V3)的电流触发 所述晶闸管(VI)以将所述晶闸管(VI)处于二极管模式下使用。
6、根据权利要求5所述的方法，其中所述直流电压电路是变频器的中 间电路，并且所述方法是在所述变频器中执行的。
全文摘要
一种控制晶闸管(V1)处于导通状态的方法和电路，该晶闸管(V1)处于整流器中，该整流器将直流电压提供给直流电压电路。该电路包括触发电容器(C2)，适于在晶闸管的阳极和阴极间电压是正向电压时由晶闸管(V1)两端的电压差来充电；齐纳二极管(V5)，适于在触发电容器(C2)的电压超过齐纳二极管(V5)的击穿电压时由触发电容器(C2)的电压来触发；以及辅助晶闸管(V3)，适于由来自触发电容器(C2)的流过齐纳二极管(V5)的电流来触发，其中辅助晶闸管(V3)的阴极与晶闸管(V1)的栅极相连以由来自触发电容器(C2)的流过辅助晶闸管(V3)的电流触发晶闸管(V1)以将晶闸管(V1)处于二极管模式下使用。
文档编号H02M1/08GK101651405SQ20091016152
公开日2010年2月17日 申请日期2009年7月31日 优先权日2008年8月12日
发明者朱希·索尔蒂, 马丁·莱特宁 申请人:Abb公司