具有半导体开关和所属控制电路的电路装置制造方法
【专利摘要】为了能够借助于逆变器例如为电机提供大功率，可以使用较高的工作电压（Uzk）。但是，这种可能性被逆变器的半导体开关（44，78）的最大反向电压能力所限制。本发明的目的在于提供一种低维护的开关装置，利用该开关装置也可以在功率相对较大时通断电流。根据本发明的电路装置具有由至少两个半导体开关（44，78）构成的串联电路（80），其中每个半导体开关通过其控制输入端与相应的控制电路（42，82）连接。在控制电路（42，82）中的至少一个中，其开关特性由至少一个数字通断参数确定。通断参数的数值（K1（1）*UzK，K2（1）*UzK，K1（n）*UzK，K2（n）*UzK）是能变化的，使得能在运行过程中，即在两个通断过程之间，对开关特性进行设定。
【专利说明】具有半导体开关和所属控制电路的电路装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有半导体开关的电路装置，该半导体开关通过其控制输入端与控制电路连接，该控制电路设计用于，根据能预给定的开关信号通断半导体开关。该电路装置可以用于变频器。本发明还涉及一种用于运行具有所属控制电路的半导体开关的方法。
【背景技术】
[0002]这种电路装置由W02008/032113A1中已知。例如可以在可控变频器的整流器或逆变器中提供这种电路装置，例如可以将整流器或逆变器用于运行三相电机。
[0003]下文中将根据图1对可控变频器的工作原理做进一步说明。借助于逆变器10可以借助于直流电压Uzk在相位导体12，14，16中产生交流电流II，12，13，该交流电流共同构成三相电流，利用该三相电流可以运行电机18。例如可以在变频器的中间回路的两个汇流排ZK+，ZK-之间提供直流电压Uzk。为了产生交流电流II，12，13，相位导体12，14，16按照图1示出的方式分别通过半电桥20，22，24与汇流排ZK+，ZK-连接。下文中将结合半电桥20说明如何产生交流电流II，12，13。相应情况也适用于与半电桥22和24连接的交流电流12和13。
[0004]半电桥20具有两个半导体断路器26，28，半导体断路器中的每一个具有晶体管Trl或Tr2和与之反并联的二极管Vl或V2。通过该半导体断路器26，28，相位导体12 —方面与正汇流排ZK+并且另一方面与负汇流排ZK-连接。晶体管Trl，Tr2例如可以是IGBT(绝缘栅双极型晶体管Insulated Gate Bipolar Transistor)或MOSFET (金氧氧化物半导体场效应晶体管 Metal oxide semiconductor field effect transistor)。半导体断路器26，28分别通过控制导线30，32与控制单元34连接。该控制单元34产生时钟信号36，通过控制导线30将该时钟信号传输到半导体断路器26。通过时钟信号36，将半导体断路器26的晶体管Trl交替地切换至导通状态和截止状态。控制单元34通过另一个控制导线32将推挽信号传输到半导体断路器26，从而在推挽中将半导体断路器28的晶体管Tr2通断到晶体管Trl。通过交替地通断晶体管Trl和Tr2，在相位导体12中产生交流电压，从而产生交流电流II。为了产生三相电流，将通过控制单元34相应相位偏移的时钟信号通过其它控制导线传输给其余半电桥22和24的断路器。借助于半导体断路器的二极管可行的是，对由电机18产生的交流电压进行整流。
[0005]由控制单元34产生的时钟信号，如时钟信号36，通常不以一种形式存在，以便于能够直接控制半导体断路器。所以，将控制电路40连接在半导体断路器26的控制输入端38的上游，该控制电路借助于(图中没有详细示出的)放大电路根据时钟信号36在控制输入端38处产生控制电压。该控制输入端38在使用晶体管的情况下是其栅极或基极。按照相同的方式，将相应的控制电路连接在半导体断路器28的上游，并且将相应的控制电路也连接在电桥22和24的断路器的上游。
[0006]为了能够借助于逆变器10为电机18提供大功率，例如大于50kW，同时不产生交流电流II，12，13的过大电流强度，可以使用较高的总工作电压，即较高的直流电压Uzk。但是，这种可能性被半导体断路器Trl，Tr2的最大反向电压能力所限制。另外，在电压接近最大允许反向电压时运行半导体断路器会导致这种构件比以明显较小的电压运行时损耗更大。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于，提供一种低维护的控制装置，利用该控制装置，在功率相对较大时也可以控制电流。
[0008]这一目的通过根据权力权利要求1所述的电路装置以及通过根据权力权利要求12所述的方法来实现。根据本发明的电路装置和根据本发明的方法的有利改进方案由从属权利要求中得出。
[0009]根据本发明的电路装置具有由至少两个半导体开关构成的串联电路，S卩，由这些半导体开关的负载线路构成的串联电路。根据所使用半导体开关的类型，其负载线路是集电极发射极线路、漏极源极线路或阳极阴极线路。通过在串联电路中使用至少两个半导体开关，在工作电压较高时也可以通断电流。另外，为了中断电流，将串联电路的所有半导体开关切换至截止状态。然后，总工作电压分配到各个半导体开关，从而使它们的最大反向电压能够小于总工作电压。为了能够通过开关信号的预定值通断各个半导体开关，半导体开关在根据本发明的电路装置中通过其控制输入端(基极或栅极)与相应的控制电路连接。这些控制电路的每一个以前文所述的方式通断对应于该控制电路的半导体开关。在此，每个控制电路具有特定的开关特性，例如特定的开关延迟或调节特性，通过其将经过半导体开关的电压限制在最闻值。
[0010]在根据本发明的电路装置中，在控制电路中的至少一个中其开关特性由至少一个数字通断参数确定。通断参数的数值是能变化的，使得能在运行过程中，即在两个通断过程之间，设定开关特性。由此得出以下的优点，即也可以在串联电路中节省地运行半导体开关。如果没有控制电路的能控制的开关特性，当所有的半导体开关都切换至截止状态时，参数值离散会在半导体开关或控制电路中，一方面在通断过程中、另一方面在静态截止阶段中，导致电压分布不均。这种不对称可以在使用断路器的条件下导致单个半导体开关的不允许的高电压荷载并导致不对称的损耗分布。因此，半导体开关可能不同程度地快速损耗。通过在运行过程中对控制电路的开关特性进行设定，可以使经过单个半导体开关下降的分电压更加对称，使开关损失均匀地分配到半导体开关上并保护各个半导体防止过压。优选地，可以在运行过程中设定根据本发明的电路装置的所有控制电路的开关特性。
[0011]这些优点也可以借助于根据本发明的方法来实现。这种方法涉及由两个半导体开关构成的串联电路的运行，能分别通过对应于半导体开关的控制电路来通断该半导体开关。根据这种方法，首先可以为串联电路的至少一个总工作参数求出当前的总值。例如可以为下文中描述的至少一个总工作参数求出总值:可以求出在通断过程中经过串联电路下降的电压的最高数值。这个电压值可以大于总工作电压，条件是例如电感系数在通断过程中感应出附加的电压。完全相同地，可以求出电源电压的电压值，即总工作电压。总工作电压是由电源产生的电压，应借助于串联电路控制电源的输出端电流。另一个数值，考虑该数值就能够实现所述的优点，是图像跳动值，通过该图像跳动值提供控制电路通断过程的起点之间的时间差。通过对半导体开关的这种时间错开的通断，例如由图像抖动引起，可能出现总工作电压在对各个半导体开关进行错开通断的过程中完全经过半导体开关中的一个下降，从而使这个半导体开关过载。
[0012]基于求出的至少一个总工作参数的总值，为各个控制电路求出相应的分数值，gp，以总工作电压为例，这可能是同样大小的分电压，该分电压应分别在半导体开关中的一个上下降。然后，控制电路中的至少一个的开关特性相应于为其求出的分数值来配置。最后，通过为控制电路中的每一个产生开关信号来通断半导体开关。在此，以这种方式通过配置来确定控制电路中的至少一个的开关特性，即，也实际得出所求的分数值。
[0013]对于分数值的预定值的这种形式，有多种特别优选的实施方式。所以，在根据本发明的电路装置的有利改进方案中，在至少一个控制电路中设置电压监控装置，该电压监控装置设计用于监控经过由控制电路控制的半导体开关下降的电压(例如集电极发射极电压)。在该电压大于极限值的情况下，电压监控装置就这样影响通断过程，即电压减低至小于或等于极限值的数值。在此，极限值能够以所述的方式设定作为控制电路的通断参数。可以实现的极限值是通过对通断过程中由感应产生的最高电压进行分配得出的分电压。通过具有能设定的极限值的电压监控装置得出始终可以将电压分配到各个半导体开关上的优点。
[0014]当在控制电路中的至少一个中电压终值作为通断参数能设定时，得出另一种有利的改进方案，经过由控制电路控制的半导体开关下降的电压在通断过程结束时应具有该电压终值。在这种情况下，控制电路设计用于，为了设定用于结束通断过程的电压终值在半导体开关的控制输入端处产生至少一个对称脉冲。通过该对称脉冲能实现，即，使所控制的半导体开关短时间地转换其控制状态(从截止至导通或相反)并由此对经过各个半导体开关下降的分电压的电压值进行补偿。
[0015]当作为通断参数的电压终值能设定时，在总工作电压能变化时也总是可以使分电压至少近似于大小相同，从而使半导体开关均匀地承受荷载。
[0016]根据本发明的电路装置的另一种有利改进方案提出，在控制电路中的至少一个中能设定开关延迟作为通断参数。在此，这种控制电路设计用于，在接收开关信号后在延迟了经过设定的开关延迟之后开始通断过程。从而可以补偿控制电路和功率电子开关的公差。
[0017]当控制电路中的至少一个具有用于测量经过半导体开关中的至少一个下降的电压的电压测量装置以及测量输出端时，在该测量输出端处能读取测量值，得出另一个优点。然后可以借助于电路装置求出当前的总工作电压。
[0018]为了减小电磁辐射干扰对控制电路中的一个的开关特性的影响，能将该控制电路设计用于通过光纤连接与外部装置交换信号。
[0019]如果将控制电路设计用于借助于容错的传输协议与外部装置交换信号，就得出另一种保护控制电路免受辐射干扰的可能性。
[0020]在电路装置的特别优选的实施方式中，控制电路中的一个作为主控制装置运行并且至少另一个控制电路作为从控制装置运行。从控制装置这一概念是指，这种控制电路通过主控制装置与电路装置的信号发生装置交换数据，该信号发生装置为控制电路产生开关信号。在只有主控制装置直接与信号发生装置交换数据时，只需要非常少的通信导线，以便于在信号发生装置和控制电路之间交换数据。
[0021]当控制电路通过环形总线彼此交换数据时，得出另一个优点。然后，为了使控制电路能够彼此交换数据，只须提供非常少的通信导线。此外，能使用同种类型的装置来为所有控制电路提供数据，从而可以简化电路装置的生产并降低生产成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]下文中根据实施例对本发明做详细说明。图中示出:
[0023]图1是逆变器的原理性结构的示意图；
[0024]图2是控制电路和半导体断路器的示意图，其构造在根据本发明的电路装置的实施方式中；
[0025]图3示出两个图表，通过该图表示出通断参数对断路过程产生怎样的影响，该通断参数在图2的控制电路中可以是能设定的；
[0026]图4是具有所属控制电路的半导体开关的两个串联电路的接线图，其中该串联电路分别构成根据本发明的电路装置的实施方式；
[0027]图5至图7分别示出根据本发明的电路装置的另一种实施方式的示意图。
【具体实施方式】
[0028]所述的实例是本发明的优选实施方式。
[0029]图2示出控制电路42，将该控制电路装入变频器的(图2中没有详细示出的)可控制的逆变器中。逆变器的工作原理符合图1示出的逆变器。控制电路42控制半导体断路器44。这种半导体断路器具有晶体管46 (此处为IGBT)和与该晶体管反并联的二极管48。作为对IGBT的替代，例如也可以设置M0SFET。为了控制半导体断路器44，控制电路42在半导体断路器44的控制输入端50处产生控制电压。控制输入端50此时相当于IGBT的栅极。借助于半导体断路器44控制地通断电流Ic。
[0030]根据开关信号SI在控制输入端50处产生控制电压，控制电路42通过光接收机或输入端光电稱合器52接收该开关信号，控制电路42通过光接收机或输入端光电稱合器与(图中未示出的)逆变器控制装置的信号导线54连接。该信号导线54包括光纤。逆变器控制装置包括逆变器的信号发生装置。
[0031]由可编程的控制装置56对开关信号SI进行分析。例如可以通过FPGA(现场可编程门阵列 field programmable gate array)或ASIC(专用集成电路application-specificintegrated circuit)提供控制装置56。逆变器控制装置通过开关信号SI预先给定半导体断路器44应处于导通状态还是截止状态。控制装置56产生相应的数字信号，为了该信号由数字模拟转换器58产生模拟信号。该模拟信号由放大电路60放大，并作为控制电压通过栅极电阻62传输到控制输入端50。根据放大电路60和晶体管46的类型，也可以在没有栅极电阻的条件下运行控制电路42。
[0032]在控制装置56中，可以设置数字过滤器或数字调节装置，以便于从逆变器控制装置的开关信号SI中产生适于控制半导体断路器44的数字信号。此外，例如能为半导体断路器44设置保护功能。控制装置56在逆变器控制装置和半导体断路器44之间构成数字接口。
[0033]控制电路42具有电压测量装置64，利用该电压测量装置检测二级管电压Ud。该二级管电压Ud此时也相当于晶体管46的集电极发射极电压Uce。通过模拟数字转换器66将检测到的电压值转换为数字测量值，由控制装置56对该测量值进行分析。二级管电压Ud是经过由控制电路42控制的半导体断路器44下降的电压。
[0034]在控制电路42中，可以通过光发射器或输出端光电耦合器68和信号导线70将数据，例如数字测量值或状态信息，传输到逆变器控制装置。该信号导线70包括光纤。
[0035]在控制电路42中可以设置为，为了在逆变器控制装置和控制装置56之间进行数据交换而使用容错的文件传输协议，从而在数据失真时，例如被电磁辐射干扰而失真，也能够从失真的数据中重新修复原来发送的(在一定程度之内受损的)信息。这种传输协议的实例是巴克码或循环码。
[0036]如果由逆变器控制装置通过控制导线54的开关信号SI预先给定对半导体断路器44的开关状态的转换，也就是从导通到截止或相反，就由控制电路42通过改变控制输入端50处的控制电压来影响相应的通断过程。在此，控制电路42的开关特性由控制装置56的通断参数确定，可以在控制电路42的运行过程中改变该通断参数的数值。在控制电路42中，可以将通断参数的数值与开关信号SI 一起通过控制导线54从逆变器控制装置传输到控制装置56。
[0037]下文中根据图3说明如何通过将通断参数设定至特定数值来影响通断过程。
[0038]图3示出电流Ic的电流强度和集电极发射极电压Uce在断路过程中经过时间t的变化曲线。为了中断电流Ic，使其电流强度逐渐减小，从而使电流强度在通断过程中的时间变化曲线具有有限的斜率(Ic在断开过程中的对时间的导数)。电压Uce的变化曲线在断路过程中具有升高部72，该升高部由电压引起，通过(图2中没有示出的)电感系数在断开电流Ic时产生该电压。
[0039]集电极发射极电压Uce的电压最高值Kl*Uzk是极限值，不得超出该极限值。电压最高值Kl*Uzk作为分电压值由直流电压Uzk的当前数值构成。直流电压Uzk是逆变器的工作电压。在变频器的中间回路中提供该直流电压，逆变器连接至该中间回路。直流电压Uzk在下文中也称为中间回路电压Uzk。中间回路电压Uzk的电压值已经由逆变器控制装置作为总工作参数求出。
[0040]电压最高值Kl*Uzk作为通断参数在控制装置56中是可以设定的。就此而言，电压测量装置64、模拟数字转换器66和控制装置56构成电压监控装置，该电压监控装置采用二级管电压Ud或Uce的调节器的形式。逆变器控制装置通过控制导线54将想要的电压最高值Kl*Uzk与开关信号SI 一起传输给控制电路42。
[0041]借助于电压测量装置64检测通断过程中的当前电压值Ulmax。如果当前电压值Ulmax大于电压最高值Kl*Uzk，则通过控制装置56使通断过程放慢，使得Ic电流强度变化曲线的斜率绝对值减小。
[0042]作为第二通断参数，电压终值K2*Uzk是能预给定的，电压Uce在断路过程结束时应具有该电压终值。为了达到电压终值K2*Uzk，可以设置为，控制装置56 —次或多次短时间地通过产生对称脉冲将半导体断路器44重新从截止状态切换至导通状态，从而可以短时间地实现电流并由此可以在逆变器中实现电压转移。通过电压测量装置64检测当前的电压值Ul。
[0043]作为第三参数，在控制装置56中作为通断参数的开关延迟值dtl是能设定的。开关延迟值dtl提供持续时间，在逆变器控制装置通过开关信号SI要求通断过程后，控制装置56在该持续时间之后开始通断过程。通过在控制输入端50处按照图3示出的变化曲线改变栅极发射极电压Uge的方式导入通断过程。
[0044]图4示出逆变器的具有两个半电桥支路74，76的半电桥，其中装入控制电路42和半导体断路器44。半电桥支路74，76相应地是根据本发明的电路装置的实施方式，其中，(图中未示出的)逆变器控制装置也被看作电路装置的组成部分。半导体断路器44与另一个半导体断路器78 —起连接到串联电路80。如图4中省略号“…”所示，除了两个半导体断路器44和78，串联电路80中还可以包含其它的半导体断路器。下文中以η表示在串联电路80中串联的半导体断路器的总数。
[0045]借助于这两个半电桥支路74，76，在逆变器中产生交流电流II。交流电流Il符合图1所示的逆变器中具有相同参考标号的交流电流。串联电路80的功能与图1所示的逆变器的单个半导体断路器26相符合。然而，在逆变器中，图4示出所述逆变器的半电桥，通过串联电路80可以以中间回路电压Uzk运行逆变器，该中间回路电压大于最大反向电压，该反向电压最多可以经过一个单独的半导体断路器44，78下降。为了产生交流电流II，交替地将一个半电桥支路74，76切换至导通状态并将相应的另一个半电桥支路76，74切换至截止状态。因此，总是几乎整个中间回路电压Uzk经过这两个半导体支路74，76中的一个下降。
[0046]半导体断路器78通过控制输入端与自身的控制电路82连接，该控制电路的工作原理与控制电路42符合。控制电路82通过控制导线84从逆变器控制装置接收开关信号Sn。
[0047]半电桥支路76的结构方式与半电桥支路74符合。所以不对半电桥支路76的元件做进一步说明。
[0048]图5至图7示出，如何能够将控制电路42和82并且在可能的情况下也将其它控制电路一方面与逆变器的逆变器控制装置通断并且另一方面彼此通断。在图中示出的实例中设定为，串联电路80由总数为η个半导体断路器构成，其中，图5至图7中为了图示清晰分别只示出具有所属控制电路42的第一半导体断路器44以及具有所属控制电路82的最后一个半导体断路器78。
[0049]在图5示出的变体方案中，逆变器的逆变器控制装置86从逆变器的(图中未示出的)电压测量装置接收中间回路电压Uzk的测量值。根据串联电路80的半导体断路器的总数η求出因数Kl (I)至Kl (η)，用于为各个半导体断路器的晶体管的集电极发射极电压计算电压最高值Kl (l)*Uzk至Kl (n)*Uzk。这些数值构成极限值，就像已经结合图3所说明的那样。在这种情况下，电压最高值Kl (l)*Uzk相当于结合图3说明的电压最高值Kl*Uzk。
[0050]按照因数Kl (I)至Kl (η)也可以计算出因数K2 (I)至Κ2 (η)，用于计算电压终值Κ2 (l)*Uzk至Κ2 (n) *Uzk，就像同样已经结合图3所说明的那样。电压终值K2 (I)*Uzk相当于结合图3描述的电压终值K2*Uzk。
[0051]以这种方式求出因数Kl (I)至Kl (η)和K2 (I)至Κ2 (η)，即在逆变器的运行过程中总是得出串联电路80的总共η个半导体断路器的均匀荷载。
[0052]逆变器控制装置86 的信号发生装置88为串联电路80的η个半导体断路器的每个控制电路I至η产生开关信号SI至Sn。控制电路42在图中示出的实例中具有序号1，控制电路82具有序号η。通过信号导线54和84和其它在图5中由省略号示出的信号导线，将每个开关信号SI至Sn与所属的用于通断参数的参数值一起，即与电压最高值Kl(I)*Uzk至Kl (n)*Uzk和电压终值K2 (l)*Uzk至K2 (n) *Uzk—起，相应地传输到为其指定的控制电路。
[0053]图6示出的变体方案以对当前电压值Ul和Ulmax的测量为基础，例如通过控制电路42进行测量，以对相应的当前电压值Un和Un，max的测量为基础，例如通过控制电路82进行测量，以及以通过半电桥支路74 (见图4)的其余控制电路对其它当前电压值的相应测量为基础。控制电路42通过信号导线70，控制电路82通过相应的信号导线90，其余控制电路通过其它相应的信号导线将测量值传输给图6示出的变体方案的逆变器控制装置86’。
[0054]在逆变器控制装置86’内部，信号发生装置88’从数值Ul至Un中计算出当前中间回路电压Uzk和(与电压值Ulmax至Un, max组合)从中得出的电压最高值Kl (I) *Uzk至 Kl (n) *Uzk 以及电压终值 K2 (l)*Uzk 至 K2 (n) *Uzk。
[0055]这些数值作为参数值与开关信号SI至Sn —起以结合图5所描述的方式传输给控制电路。附加地可以设置为，通过信号发生装置88’根据接收的当前电压值Ul至Un和Ulmax至Un, max求出各个控制电路之间的运行时间差，并确定相应的延迟时间dtl至dtn,并且同样地作为用于相应通断参数的参数值传输给控制电路。
[0056]图7示出一种变体方案，在该变体方案中，将各个控制电路之间的参数值和当前电压值进行交换。在主从配置中将总共η个控制电路42，82彼此连接。此时，将控制电路82配置为主控制装置，也就是说，它是半电桥支路74的唯一控制电路，该控制电路通过信号导线84，90与逆变器控制装置连接。
[0057]控制电路82为半电桥支路74的所有控制电路42，82接收开关信号SI至Sn，并将接收的开关信号(除了为其自身指定的开关信号)传输给其余被配置为从控制装置的控制电路42等。在此，可以将各个控制电路之间通过信号导线54，70和其余图中未示出的信号导线的通信连接设计为环形总线连接。
[0058]由其余的控制电路42将相应的当前电压值Ul，Ulmax等以及其它反馈信号传输给主控制装置(控制电路82)。
[0059]可以设置为，由主控制装置，即控制电路82,计算电压最高值Kl (l)*Uzk至Kl (η)*Uzk和/或电压终值Κ2 (l)*Uzk至K2 (n) *Uzk以及在可能的情况下的延迟时间dtl至dtn。为此所需的中间回路电压Uzk的数值可以在主控制装置中相应地通过对各个电压值Ul至Un的累加求出。这种变体方案符合图7中示出的配置。于是，只须通过信号导线84传输开关信号SI至Sn。
[0060]在主从配置的另一种变体方案中，通过信号导线90由主控制装置将当前电压值Ul至Un和Ulmax至Un，max以及其余的反馈信号传输给逆变器控制装置。然后，可以在那里通过信号发生装置求出所述的参数值并与开关信号SI至Sn 一起传输给主控制装置，该信号发生装置的功能与信号发生装置88’符合。
[0061]通过实例示出，如何通过提供数字控制装置在运行过程中不断重新配置控制电路或为其给定参数。于是形成这种可能性，即在运行过程中将用于影响运行特性的参数传输给控制电路。因此，可以通过信号导线有效地影响控制电路的开关特性，以便于在半导体开关的串联电路中影响电压对称。详细地说，可以通过所描述的发明实现以下几点:[0062]-用于控制电路的可以在运行过程中重新配置或改变运行参数的数字可编程控制装置，
[0063]-借助于数字控制装置通过检测中间回路电压并确定相应极限值或额定值使半导体开关的串联电路对称，
[0064]-借助于光纤连接将极限值或额定值与控制信息一起加密传输给各个控制电路的控制装置，
[0065]-通过控制装置接收极限值或额定值，并限制经过半导体开关下降的电压至传输的极限值，或将这些电压设定至传输的额定值，
[0066]-为提高操作安全性借助于容错的传输协议传输极限值或额定值和控制信息，
[0067]-通过容错的传输协议反馈电压实际值，并在中央逆变器控制装置中从反馈的实际值中计算出极限值或额定值，
[0068]-为了使电压分布对称，将能为每个控制电路预先给定的时间延迟在线传输给在串联电路中的半导体开关。
【权利要求】
1.一种电路装置(74，76)，具有由至少两个半导体开关(44，78)构成的串联电路(80)，其中每个半导体开关通过其控制输入端(50)与相应的控制电路(42，82)连接，所述控制电路设计用于，根据能预给定的开关信号(SI，Sn)通断所述半导体开关(44，78)，其中，在通断过程中，所述控制电路(42，82)中的至少一个的开关特性通过至少一个数字通断参数确定，所述通断参数的数值(Kl*UzK，K2*UzK，Kl (l)*UzK，K2 (l)*UzK，Kl (n)*UzK，K2 (η)*UzK, dtl，dtn)是能变化的，使得能在运行过程中设定所述开关特性。
2.根据权利要求1所述的电路装置(74，76)，其中，所述控制电路(42，82)中的至少一个具有电压监控装置(64)，所述电压监控装置设计用于监控经过在由所述控制电路(42，82)控制的所述半导体开关(44, 78)下降的电压(Ud, Uce, Ulmax, Un, max)并且,在所述电压(Ud, Uce, Ulmax, Un, max)大于极限值(Kl*UzK, Kl (I) *UzK, Kl (n) *UzK)的情况下，通过影响所述通断过程降低所述电压(Ud, Uce, Ulmax, Un, max),其中，所述极限值(Kl*UzK, Kl(l)*UzK, Kl (n) *UzK)能设定作为所述控制电路(42，82)的通断参数。
3.根据权利要求1或2所述的电路装置(74，76)，其中，在所述控制电路(42，82 )中的至少一个中能设定电压终值(K2*UzK，K2 (I) *UzK，K2 (n) *UzK)作为通断参数，经过由所述控制电路(42，82)控制的所述半导体开关(44，78)下降的电压(Ud，Uce，Ul, Un)在通断过程结束时应具有所述电压终值，其中所述控制电路(42，82 )设计用于，为了设定用于结束所述通断过程的所述电压终值(K2*UzK，K2 (l)*UzK，K2 (n) *UzK)在所述半导体开关(44，78)的所述控制输入端(50)处产生至少一个对称脉冲。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电路装置(74，76)，其中，在所述控制电路(42，82)中的至少一个中能设定开关延迟(dtl，dtn)作为通断参数，并且其中，所述控制电路(42，82)设计用于，在接收所述开关信号(SI，Sn)后，延迟了经过设定的所述开关延迟(dtl, dtn)之后开 始通断过程。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电路装置(74，76)，其中，所述控制电路(42，82)中的至少一个具有用于测量经过所述半导体开关(44，78)中的至少一个下降的电压(Ud，Uce)的电压测量装置(64)以及测量输出端(68)，在所述测量输出端处能读取测量值(U1，Ulmax, Un, Un, max)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电路装置(74，76)，具有调节装置(88，88’)，所述调节装置设计用于求出经过所有半导体开关(44，78)下降的总电压(Uzk)，并从求出的所述总电压(Uzk)中为每个所述半导体开关(44，78)求出分电压值，并将求出的所述分电压值作为参数值(Kl*UzK，K2*UzK，Kl (l)*UzK，K2 (l)*UzK，Kl (η) *UzK，Κ2 (η) *UzK)传输给分别所属的所述控制电路(42，82 )。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电路装置(74，76)，具有调节装置(88，88’)，所述调节装置设计用于为至少一个控制电路(42，82)求出在所述控制电路(42，82)的通断过程的起点之间引起时间差的数值，并从求出的所述数值中求出时间延迟，并将求出的所述时间延迟作为参数值(dtl，dtn)传输给所述控制电路(42，82)中的一个。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电路装置(74，76)，其中，所述控制电路(42，82)中的至少一个设计用于通过光纤连接(54，70，84，90)与外部装置(86，86’)交换信号。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电路装置(74，76)，其中，所述控制电路(42，82)中的至少一个设计用于借助于容错的传输协议与外部装置(86，86’)交换信号。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电路装置(74，76)，其中，所述控制电路(42，82)中的一个作为主控制装置(82)运行并且至少另一个控制电路作为从控制装置(42)运行，其中所述从控制装置(42)通过所述主控制装置(82)与所述电路装置(74，76)的信号发生装置(88，88’)交换数据，所述信号发生装置为所述控制电路产生所述开关信号(SI，Sn)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的电路装置(74，76)，其中，所述控制电路(42，82)通过环形总线彼此交换数据。
12.一种用于运行由两个半导体开关(44，78)构成的串联电路(80)的方法，能分别通过对应于所述半导体开关的控制电路(42，82)通断所述半导体开关，具有以下步骤: -为所述串联电路(80)的至少一个总工作参数(Uzk)求出当前总值， -在求出的所述总值(Uzk)的基础上为所述控制电路(42，82)确定相应的分数值(Kl*UzK,K2*UzK, Kl (I)*UzK, K2 (I)*UzK, Kl (η)*UzK, Κ2 (η)*UzK), -相应于为所述控制电路求出的所述分数值(Kl*UzK，K2*UzK，Kl (l)*UzK, K2 (I)*UzK，Kl (n)*UzK，K2 (n) *UzK)配置至少一个控制电路(42，82)， -通过产生开关信号(SI，Sn)为所述控制电路(42，82)的每一个通断所述半导体开关(44,78)
13.根据权利要求12所述的方法，其中，为以下的至少一个总工作参数求出总值: -在通断过程中经过所述串联电路下降的电压的最高数值， -由电源产生的电 源电压(Uzk)的电压值，应借助于所述串联电路(80)通断所述电源的输出端电流(Ic)， -能提供所述控制电路(42，82)的通断过程的起点之间的时间差的数值。
【文档编号】H03K17/10GK103891143SQ201280035688
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年7月13日 优先权日:2011年7月21日
【发明者】卡斯滕·汉特, 马克·希勒, 赖纳·佐默 申请人:西门子公司