电源装置的制作方法

本发明涉及功率电子系统中的电源装置。

背景技术：

在包括多个速度控制交流(AC)电机的功率电子系统中，通常的做法是在诸如转换器之类的功率模块之间使用直流(DC)功率分配链路，所述直流(DC)功率分配链路对供电交流电网和逆变器的电压整流，形成电机的可调交流电压。

现代功率模块的控制，例如速度控制交流系统中的转换器和逆变器，通常基于数字技术，在这种情况下，这通常意味着具有可下载软件的可编程逻辑电路，例如使用下载到存储装置的软件的微处理器。功率模块可以包括一个或多个可编程装置，例如，高功率逆变器单元通常包括至少两个可编程控制装置，至少两个可编程控制装置在不同的电位下操作，逆变器的控制单元中的处于地电位的第一装置，和逆变器的测量单元中的处于主电路电位的第二装置。

有时存储装置中存储的软件可能需要更新。为了更新，与存储装置相关联的电路需要被激励，例如，在逆变器单元的情况下这通过将系统联接到供电交流电网而以自然方式发生。这导致直流功率分配链路的电压上升到正常工作电平，使得联接到直流链路的逆变器单元的辅助电源能够启动并向逆变器单元的控制系统提供必要的功率。

由于执行更新工作的操作员保持地电位，所以危险的主电路电位可能会导致特殊的软件更新问题。出于安全考虑，操作员与处于危险电位下的存储装置之间的信号路径需要隔离，或者与存储装置相关的电路需要通过临时专用装置进行激励，以避免系统与供电交流电网联接。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于功率电子系统的新型装置，例如以激励与可能需要软件更新的存储装置相关联的电路。本发明可以在没有任何临时安全装置的情况下以个人安全方式启用软件下载过程。可选地或另外地，本发明可以使得能够输入低压诊断模式。以下是为了提供对本发明的各种实施例的一些方面的基本理解的简要概述，稍后给出示例性实施例的更详细的描述。本发明的目的通过独立权利要求中规定的内容来实现，其他优选实施例在从属权利要求中公开。

根据本发明，功率电子系统包括用于通过低压激励直流功率分配链路的装置，从个人安全的角度来看，该低压是电安全的。此外，为了例如为了实现软件更新过程，联接到直流功率分配链路并且包括具有可下载软件的存储装置的每个功率模块可以包括用于将直流功率分配链路的低压转换为与存储装置相关联的电路所需的辅助电压的装置。

根据本发明的实施例，用于通过低压激励直流功率分配链路的装置包括联接在系统的供电交流电网和直流功率分配链路之间的低功率转换模块。

根据本发明的实施例，用于通过低压激励直流功率分配链路的装置包括低功率转换模块，该低功率转换模块联接在未被功率电子系统用于其正常操作的交流电网与直流功率分配链路之间。

根据本发明的实施例，用于通过低压激励直流功率分配链路的装置包括低功率转换模块，该低功率转换模块联接在未被功率电子系统用于其正常操作的直流电网与直流功率分配链路之间。

根据本发明的实施例，用于将直流功率分配链路的低压转换为辅助电压的装置可以被设计为仅在低直流输入电压范围内工作。该内部辅助电源可以与普通辅助电源并联，普通辅助电源被设计用于在满足功率电子系统的正常供电交流电压范围的较高直流输入电压范围内工作。

根据本发明的实施例，用于将直流功率分配链路的低压转换为辅助电压的装置可以被设计为在较宽直流输入电压范围内工作。较宽直流输入电压范围同时满足直流功率分配链路的低压和功率电子系统的正常供电交流电压范围。

根据本发明的配置使得可以在没有临时安全相关装置或辅助电源相关装置的情况下更新功率模块的可编程逻辑的软件。通过在待机时间期间保持由低压激励的直流功率分配链路并且从而消除从非易失性存储装置到工作存储装置的软件上传时间，可以最小化系统启动时间。还可以在低压待机期间运行自我诊断措施，例如，控制电源开关，检查测量电路的功能等，从而避免在全工作电压下启动时可能发生的故障。

附图说明

通过使用参考附图的实施例来更详细地解释本发明，其中：

图1给出了功率电子系统，

图2给出了功率模块，

图3表示根据本发明的电源装置，

图4示出了与根据本发明的电源装置有关的电压。

具体实施方式

图1示出了作为功率电子系统的示例的所谓变速多电机驱动FC的简化主电路图，其中可应用根据本发明的电源装置。要注意的是，该图被简化为集中于与清楚理解本发明相关的元件，同时为了清楚的目的而省略了其他元件，例如一些部件的识别标记，可控制部件的控制装置等，这对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。本文中类似的澄清简化也适用于其它附图。

在图1的系统中，三相电源电压UL通过负载开关S1和充电接触器K1连接到整流桥REC。电阻器R1通过接触器联接，以在关闭接触器之前限制直流功率分配链路的初始充电电流。直流链路的电压uDC由电容器CDC滤波。多个逆变器单元INU1，INU2，INU3被联接到直流链路，以分别为电机M1，M2，M3提供受控的可变电压。尽管在图1中示出了多个逆变器单元，但是本发明不限于具有多个逆变器单元的电路。

图2更详细地示出了如图1中所示的示例性逆变器单元INU。该装置将供电的直流电压uDC转换成具有相位U1，V1和W1的三相输出电压。DC/AC转换将通过控制与反并联二极管D1...D6联接的可控功率半导体开关V1...V6，有利地，IGBT，分别来完成。有关创建输出电压和因而控制电机的能力通常位于控制单元CU1中，特别是在控制软件中。装置控制的一部分，例如一些测量和保护功能可以位于包括其自己的控制软件的另一个控制板CB1中。因为控制单元CU1通常还包括外部控制连接，所以它通常被设计为满足安全超低压装置的要求，如国际安全标准(例如IEC61800-5-1)所限定的，以便允许直接与装置进行人体接触。内部控制板CB1可以处于主电路电位，例如，处于直流总线电位。逆变器单元的辅助电源单元POW1通常由直流链路供电，并且它将直流链路电压uDC分别转换为用于CU1和CB1的供电电压uAUX1和uAUX2。供电电压uAUX1和uAUX2根据相关的功能和安全要求彼此隔离，并且它们都可以包括几个直流电压电平，例如，3个直流电压电平，3V，5V和15V。

图3示出了根据本发明的电源装置的示例，其中直流功率分配链路由单独的功率单元POWDC激励，功率单元POWDC产生满足安全超低压的要求的低直流电压，即≤60VDC，如安全国际标准IEC61800-5-1所限定的。P0WDC可以由外部能源供电，在这个例子中，可以从与整个功率电子系统的能量源相同的三相交流电压UL或者从本地低分配电压U1(例如230VAC)供电。POWDC也可以由外部直流电压源(未示出)提供。由于POWDC的输出电压较低，二极管DDC可能会联接到与直流链路连接的任一极，以防止由直流链路正常工作电压电平(通常高于300VDC)引起的损坏。

由于技术和经济原因，辅助电源通常只能在有限的电源电压范围内工作。这就是为什么根据本发明的逆变器单元INU11包括两个辅助电源POW11和POW12，两个辅助电源POW11和POW12都可以以与上面结合图2所述相同的方式产生由控制装置CU11和CB11所需的辅助电压uAUX11和uAUX12。根据本发明，即通过在图3的例子中的单独的功率单元POWDC，第一辅助电源P0W11被设计为在系统的正常工作电压范围内工作，并且第二辅助电源P0W12被设计为在低压范围内工作。

通过本发明的电源装置实现的好处在于，可以通过低压激励直流功率分配链路，从人身安全角度来看这是不危险的，并且仍然保持电源模块的控制装置可操作，这样可以(例如)在安全条件下更新控制软件。另一个好处是可以在低压待机期间运行自我诊断措施，例如，控制电源开关，检查测量电路的功能等，从而避免在全工作电压下启动时可能发生的故障。

图4示出描述本发明的一些特性图。这些示意图全部由低压电源和正常电压源显示了直流链路电压uDC，功率模块的辅助电压uAUX和功率模块的工作准备度SW。

--在时刻t1，低压电源(例如图3中的POWDC)开启，

--在时刻t2，直流链路的电压电平达到值UDC1，其中第二辅助电压源(图3中的P0W12)启动，开始产生其输出电压uAUX，

--将控制软件从非易失性存储装置上传到工作存储装置可能需要几秒钟的时间。只有在图中标记为tD的这个时间延迟之后，控制系统才可操作(标记为信号SW的高电平状态)，

--在时刻t3之前的短时间段内断开低压电源，这导致在时刻t3直流链路电压降低并且第二辅助电压电源停止工作，

--在时刻t4，系统的主电源开启(例如，在图1中，开关S1闭合)，这意味着直流链路电压开始以由充电电流和直流链路电容值(图1中的R1，CDC)确定的速度升高，

--在时刻t5，直流链路的电压电平达到值UDC3，其中第一辅助电压源(图3中的POW11)启动以产生输出电压uAUX。在时刻t4和t5之间，当直流链路电压在其工作范围UDC1...UDC2内时，第二辅助电压源可以在短时间内启动，

--在时间延迟tD后，控制软件上传并且系统可操作(标记为信号SW的高电平状态)。

值得注意的是，通过在系统待机期间持续保持低电压源接通，在接通主电源之后可以避免软件上传时间延迟(即，在图4中，如果主电源在时刻t3之前开启，第二时间延迟tD消除)。通过这种方式，可以利用本发明来加速系统启动过程。

一般参考软件的更新来描述本发明。这是本发明原理的一个示例性应用，但是其他应用也是可能的并且落入权利要求的范围内。例如，在维修或诊断操作模式期间，较低的直流链路电压可能是合适的。

除非另有明确说明，否则以上描述中提供的具体示例不是穷尽的，也不应将其解释为限制所附权利要求的范围和适用性。除非另有明确说明，否则在所附权利要求中列举的特征可相互自由组合。在本文中使用的动词“包含”和“包括”作为开放性限制，这既不排除也不要求也存在未叙述的特征。此外，应该理解，在本文件中使用“一”或“一个”，即单数形式并不排除多个。