專利名稱：用于使串聯(lián)的門極控制半導(dǎo)體上電壓分配均衡方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于使具有不等長關(guān)斷時(shí)間的、門極控制的半導(dǎo)體的串聯(lián)電路上的電壓分配均衡的方法和設(shè)備。
在此，應(yīng)把門極控制的半導(dǎo)體理解為所有的、可通過其控制極(門極)進(jìn)行通、斷的半導(dǎo)體。
為了提高整流器的功率，增加工作電壓是一關(guān)鍵措施；在此，功率半導(dǎo)體的串聯(lián)連接是一可能性。其中，特別是把可關(guān)斷晶閘管(GTO)用作半導(dǎo)體是很有意義的，因?yàn)榭申P(guān)斷晶閘管具有可關(guān)斷半導(dǎo)體整流管的最高反向耐壓能力。
串聯(lián)電路中的主要問題在于半導(dǎo)體整流管的不等同的關(guān)斷特性，據(jù)此，使半導(dǎo)體整流管承受的反向電壓不均衡。主要以不同的關(guān)斷時(shí)間表現(xiàn)的、不同的關(guān)斷特性既是通過半導(dǎo)體的同型元件的參數(shù)差異造成的，又是通過外部參數(shù)，如關(guān)斷電流和溫度造成的。如果不采取其它措施，這種情況會導(dǎo)致半導(dǎo)體整流管及其電路的規(guī)格過大，從而使電路變得不經(jīng)濟(jì)并使電路中串聯(lián)的半導(dǎo)體整流管的數(shù)量受到限制。
相對而言，通過一直對電流的上升率有所限定的整流器電路的給定參數(shù)、通過半導(dǎo)體整流管在導(dǎo)通瞬間的反向耐壓能力并且也通過功率半導(dǎo)體的關(guān)斷特性的極小差別，串聯(lián)半導(dǎo)體整流管的導(dǎo)通過程是不困難的。用消極的措施可控制靜態(tài)的反向電壓負(fù)荷。因此，在這里不詳細(xì)探討通導(dǎo)特性和靜態(tài)阻塞。
因此，必須找到一個(gè)途徑，在導(dǎo)通過程期間使半導(dǎo)體整流管具有均衡的動態(tài)電壓負(fù)荷。作為給定的邊界條件，必須注意的是，整流器在滿電壓時(shí)須馬上工作，并且須避免對半導(dǎo)體整流管的選擇或其它手控措施。此外，還須注意的是，除半導(dǎo)體的同型元件的參數(shù)差異之外，關(guān)斷電流和溫度也影響半導(dǎo)體整流管的關(guān)斷特性，特別是影響關(guān)斷時(shí)間的差別。因此，既須補(bǔ)償突變的關(guān)斷電流的影響，以須補(bǔ)償緩慢變化的溫度的影響。對這種用于使在串聯(lián)的功率半導(dǎo)體上的電壓分配均衡的方法的另一要求是電路在所有的狀態(tài)(包括出錯狀態(tài))下的運(yùn)行安全性。
現(xiàn)已公開了不同的方法，用以使可關(guān)斷的半導(dǎo)體整流管串聯(lián)連接并確?？煽康仃P(guān)斷。其中，解決方案既包括純消極的方法，又包括須手控介入的措施，還包括以調(diào)整為工作基礎(chǔ)的方法。
應(yīng)把純消極的方法理解為如下措施，如超量規(guī)定電路容量、超量規(guī)定半導(dǎo)體整流管的反向電壓、根據(jù)同樣的關(guān)斷對半導(dǎo)體整流管進(jìn)行選擇以及對操縱裝置和電路進(jìn)行選擇。這樣做的目的在于盡可能得到均衡的動態(tài)反向電壓分配。
應(yīng)把手控介入電路理解為如下方法，這些方法通過對關(guān)斷時(shí)間點(diǎn)的手動調(diào)整(通過操縱中的延遲或不同的門極電感可實(shí)現(xiàn)上述調(diào)整)力圖在半導(dǎo)體整流管上達(dá)到均衡的反向電壓分配。
這些解決方案顯然不能滿足對上述用于串聯(lián)半導(dǎo)體整流管的方法提出的要求。這些方案首先會使半導(dǎo)體整流管的串聯(lián)電路變得不經(jīng)濟(jì)。
EPO 288 422 B1公開了一種用于在可控半導(dǎo)體的串聯(lián)電路關(guān)斷時(shí)使電壓分配均衡的方法，該方法建立在對半導(dǎo)體整流管的反向電壓的調(diào)整上，即在操縱上使各個(gè)半導(dǎo)體整流管的關(guān)斷時(shí)間點(diǎn)相應(yīng)延遲，在該方法中，串聯(lián)的半導(dǎo)體整流管的陽極電壓的實(shí)際幅度被測量并與串聯(lián)的半導(dǎo)體整流管的總電壓的幅度進(jìn)行比較，從該對比中形成一個(gè)用以確定各個(gè)半導(dǎo)體整流管的關(guān)斷延遲的修正量。據(jù)此，各半導(dǎo)體之間的電壓差在理想的情況下被補(bǔ)償?shù)搅恪９β拾雽?dǎo)體的關(guān)斷是在起始為小電流至最后為滿工作電流間進(jìn)行的，其中，兩個(gè)相互銜接的關(guān)斷過程的關(guān)斷電流之間的差修正用于各個(gè)半導(dǎo)體整流管的規(guī)定延遲時(shí)間。為了對每一個(gè)半導(dǎo)體整流管產(chǎn)生一個(gè)延遲時(shí)間，規(guī)定一個(gè)差組分。據(jù)此，應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)與測出的、實(shí)際的電壓分配和理想的電壓分配之間的電壓差成比例的信號，該信號同時(shí)是用于具體的半導(dǎo)體整流管的關(guān)斷延遲值。因此，所述的這種調(diào)整器具有一純比例的特性。為了補(bǔ)償變化的電流的影響，相互銜接的關(guān)斷過程的不同的關(guān)斷電流應(yīng)通過一個(gè)電流差組分造成關(guān)斷信號的一個(gè)附加的延遲，用于對變化電流的影響進(jìn)行補(bǔ)償，對其關(guān)斷時(shí)間與關(guān)斷電流的關(guān)系很小并且在總體上具有耐用特性的半導(dǎo)體整流管，如功率晶體管和絕緣雙柵極晶體管(IGBT)而言，該調(diào)節(jié)系統(tǒng)是很有意義的。但在這些半導(dǎo)體整流管中，好象也可實(shí)現(xiàn)一種更簡單的、純粹的、跟蹤的調(diào)整裝置，該調(diào)整裝置在超過相關(guān)的半導(dǎo)體整流管的從外部給定的或調(diào)定的電壓的情況下，在關(guān)斷中延遲。
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種用于在串聯(lián)的、門極控制的半導(dǎo)體中使電壓分配均衡的方法和設(shè)備，用以在每一關(guān)斷瞬間足夠精確地知曉用于串聯(lián)的、門極控制的半導(dǎo)體整流管的正確延遲時(shí)間，以便保證可靠地關(guān)斷。
按照本發(fā)明，解決以上任務(wù)的技術(shù)方案在于權(quán)利要求1的方法特征1)至7)和權(quán)利4的特征部分中的特征。
本發(fā)明的方法的基點(diǎn)在于把串聯(lián)的、門極控制的半導(dǎo)體的允許關(guān)斷電流范圍劃分成若干范圍，其中，預(yù)先確定的延遲時(shí)間供每個(gè)范圍和串聯(lián)的半導(dǎo)體整流管中的每個(gè)半導(dǎo)體整流管支配。據(jù)此，在導(dǎo)通狀態(tài)期間，延遲時(shí)間已供一個(gè)瞬時(shí)的電流支配，在每個(gè)關(guān)斷瞬間，足夠精確的延遲時(shí)間也就供半導(dǎo)體整流管支配。因?yàn)榇送猓A(yù)先確定的延遲時(shí)間總是在關(guān)斷進(jìn)行過后被修正，所以從換向作業(yè)到換向作業(yè)，延遲時(shí)間總是與其整流器分別由串聯(lián)的、門極控制的半導(dǎo)體構(gòu)成的整流器裝置的作業(yè)相適配。在該方法中，變化的影響因素，如關(guān)斷電流和溫度也受到考慮。因此，人們得到一種用于使串聯(lián)的、門極控制的半導(dǎo)體的電壓分配均衡化的方法，該方法總是按當(dāng)前的工作狀態(tài)進(jìn)行的自動調(diào)整，據(jù)此，人們得到一種系統(tǒng)能自學(xué)習(xí)的方法。
在本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式中，借助一個(gè)學(xué)習(xí)價(jià)段自動求得預(yù)先確定的關(guān)斷延遲時(shí)間。該系統(tǒng)的學(xué)習(xí)階段與權(quán)利要求1所述的方法的區(qū)別在于，給出了對調(diào)整系統(tǒng)的關(guān)斷電流的給定和限定，在最簡單的情況下，學(xué)習(xí)階段的過程如下整流器首先多次在最小的電流范圍內(nèi)被關(guān)斷，通過對于各個(gè)整流管的延遲時(shí)間的調(diào)整使電壓的不均衡分配被修正到近似于零。如果在第一電流范圍內(nèi)做到這一點(diǎn)，則在下一電流范圍內(nèi)把該延遲時(shí)間轉(zhuǎn)做初始值?，F(xiàn)在為該較高的電流進(jìn)行相同的調(diào)整過程，直至也為此使電壓的不均衡分配得到補(bǔ)償為止。在規(guī)格設(shè)計(jì)正確的情況下，一個(gè)調(diào)整過程的持續(xù)時(shí)間不多于兩個(gè)開關(guān)過程。以上描述的過程被反復(fù)進(jìn)行到最高的電流范圍。在此，電壓的錯誤分配總能被保持在一定限度內(nèi)這一點(diǎn)建立在半導(dǎo)體整流管的關(guān)斷電流和關(guān)斷時(shí)間之間的穩(wěn)定關(guān)系上。學(xué)習(xí)階段期間的最大的電壓錯誤分配可通過對電流范圍的規(guī)定來確定。
在一個(gè)用于實(shí)施本發(fā)明的方法的、有利的設(shè)備中，為了實(shí)施方法，設(shè)有一個(gè)微處理機(jī)，由一個(gè)脈沖調(diào)制器把一個(gè)電流測量值、測出反向電壓分配的電壓測量值和通、斷信號輸往該微處理機(jī)。在脈沖調(diào)制器已應(yīng)用一個(gè)微處理機(jī)的條件下，采納軟件觖決方案。在脈中調(diào)制器和實(shí)施發(fā)明的方法的設(shè)備構(gòu)成一個(gè)結(jié)構(gòu)單元的條件下，該解決方案甚至更為有利。
也可借助分立的調(diào)整器建立實(shí)施本發(fā)明的方法的設(shè)備。在此，為每個(gè)電流范圍和為每個(gè)串聯(lián)的、門極控制的半導(dǎo)體設(shè)置一個(gè)分立的積分調(diào)整器。這種類型的調(diào)整器既保證對緩慢變化的參數(shù)(如溫度)進(jìn)行補(bǔ)償，又有能力記憶用于各個(gè)半導(dǎo)體整流器的正確延遲時(shí)間。在每次關(guān)斷整流管時(shí)，延遲時(shí)間均在調(diào)整器的輸出端供支配，延遲時(shí)間由前一開關(guān)過程的時(shí)間的修正構(gòu)成，其中，修正值為一與在上次關(guān)斷時(shí)存在的電壓錯誤分配成比例的值。
通過為每一電流范圍配設(shè)一個(gè)專有的調(diào)整器，可保證在每個(gè)關(guān)斷過程中有一與具體的關(guān)斷電流相適應(yīng)的延遲時(shí)間供支配。該也在軟件解決方案中得以實(shí)現(xiàn)的方案可允許在延遲時(shí)間和關(guān)斷電流之間存在任意的、也包括非線性的關(guān)系。此外，該方案還保證在關(guān)斷時(shí)馬上有正確的延遲時(shí)間供支配。
檢測關(guān)斷電流最好是通過對整流器的輸出電流的測量來進(jìn)行，因?yàn)樵撦敵鲭娏髟陔娏鞯南鄳?yīng)方向上等同于整流電流。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于，負(fù)載電流可輕易測量或者在大多情況下已作為測量值零電位地存在。
對電壓錯誤分配的測量一方面是通過針對一個(gè)半導(dǎo)體整流管測量陽極電壓來進(jìn)行，然后把陽極電壓針對整流管和半導(dǎo)體的數(shù)量與由整個(gè)電壓構(gòu)成的比率進(jìn)行比較。測量電壓的第二可能性在于只測量各個(gè)陰極電位和一個(gè)并聯(lián)設(shè)置的分壓器網(wǎng)絡(luò)之間的電壓差。這些小的電壓差被相互聯(lián)結(jié)并被一個(gè)裝置補(bǔ)償?shù)搅?。這些方法的共同特點(diǎn)是，總是對靜態(tài)的反向電壓進(jìn)行檢測，就是說，毋須采用用于動態(tài)過程的昂貴的測值傳感器。
下面借助附圖詳細(xì)說明本發(fā)明，在附圖中示意地示出了一個(gè)實(shí)施本發(fā)明的用于使串聯(lián)的、門極控制半導(dǎo)體整流管的電壓分配均衡的方法的設(shè)備。附圖所示為

圖1本發(fā)明的、用于串聯(lián)的、門極控制的半導(dǎo)體的操縱時(shí)間的設(shè)備的一個(gè)優(yōu)越的實(shí)施例的原理電路圖，圖2對串聯(lián)的、門極控制半導(dǎo)體關(guān)斷延遲時(shí)間進(jìn)行調(diào)整的、能學(xué)習(xí)的調(diào)整系統(tǒng)的調(diào)整流程圖，圖3簡化檢測電壓的原理電路圖，圖4在沒有補(bǔ)償?shù)那闆r下，兩個(gè)串聯(lián)的、門極控制的、具有關(guān)斷時(shí)間差間t變化的曲線。
圖5在對操縱側(cè)的關(guān)斷時(shí)間有補(bǔ)償?shù)那闆r下，上述信號曲線分別與時(shí)間t的關(guān)系線圖。
圖1示出了一個(gè)用以使在具有不等長關(guān)斷時(shí)間的、門極控制的半導(dǎo)體2的串聯(lián)電路上的電壓分配均衡化的、能學(xué)習(xí)的調(diào)整系統(tǒng)的原理電路圖。在此，可關(guān)斷晶閘管(GTO)被用作門極控制的半導(dǎo)體2。這些可關(guān)斷晶閘管2構(gòu)成一個(gè)圖中來詳細(xì)示出的整流電路的一個(gè)電橋支路的一半，該整流電路，譬如一個(gè)6脈沖的逆變器，由一個(gè)直流電壓源供電，圖中只示出了以上直流電壓源的一條正向級間耦合電路母線4。電橋支路中被示出的部分除n個(gè)可關(guān)斷晶體閘管2外還具有一個(gè)用以限定電源的扼流圈6。在電橋支路中點(diǎn)連接一個(gè)負(fù)載接口8，該負(fù)載接口8具有一個(gè)用于檢測負(fù)載電流iL的電流互感器10。每個(gè)半導(dǎo)體整流管2設(shè)有一個(gè)與整流管電并聯(lián)的裝置12。
該裝置12包括一個(gè)公知的卸載網(wǎng)絡(luò)，譬如一個(gè)RCD電路，一般又稱為緩沖電路，分壓器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)電阻和一個(gè)用以能分別測量電壓錯誤分配的一個(gè)值的測試電壓裝置。公開的RCD電路由一個(gè)包括一個(gè)電容和一個(gè)與一個(gè)歐姆電阻電并聯(lián)的二極管的串聯(lián)電路構(gòu)成。在固定狀態(tài)下，在n個(gè)半導(dǎo)體整流管2的串聯(lián)電路上的電壓分配通過與每個(gè)半導(dǎo)體2并聯(lián)的電阻來保證。該固定的、其電壓分配只能緩慢地通過較高歐姆的、并聯(lián)的電阻建立的狀態(tài)只有在整流管2處于持續(xù)關(guān)斷狀態(tài)時(shí)才具有實(shí)在的意義。而在關(guān)斷過程后跟著存在的電壓錯誤分配在一個(gè)正常的脈沖持續(xù)時(shí)間期間幾乎保持不變，據(jù)此，該錯誤分配在關(guān)斷期間是準(zhǔn)固定地可達(dá)的。此外，每個(gè)裝置12還具有一個(gè)用于所屬的半導(dǎo)體整流管2的自振蕩二極管。輸出信號，即電壓錯誤分配的值ΔU1、ΔU2……ΔUn－2、ΔUn－1經(jīng)過n－1個(gè)導(dǎo)線被電位分離地輸往設(shè)備14。
操縱n個(gè)半導(dǎo)體整流管2導(dǎo)通和關(guān)斷是分別借助一個(gè)公開的驅(qū)動電路16進(jìn)行的，這些驅(qū)動電路16分別接在相關(guān)的、門極控制的半導(dǎo)體2的控制極G和陰極K上。驅(qū)動電路的16的輸入端分別電位分離地與設(shè)備14的輸出端相連。
為了進(jìn)行電位分離，可采用具有光電耦合器和光電導(dǎo)體的電壓頻率轉(zhuǎn)換裝置或具有數(shù)字信號光電傳輸裝置的、在測量電位上的測值數(shù)字化裝置。為了進(jìn)行簡化的信號傳輸，看來也可對電壓錯誤分配只進(jìn)行很粗略的測量。
用于使在串聯(lián)的、門極控制的半導(dǎo)體2上的電壓分配均衡化的設(shè)備14
用于使在串聯(lián)的、門極控制的半導(dǎo)體2上的電壓分配均衡化的設(shè)備14的輸入端與整流器裝置的一個(gè)脈沖調(diào)制器18相連，整流器裝置從脈沖調(diào)制器18處得到一個(gè)控制信號E/A(導(dǎo)通信號或者關(guān)斷信號)和一個(gè)啟動信號StA。該調(diào)制器18從設(shè)備14處分別得到一個(gè)涉及半導(dǎo)體整流管2和學(xué)習(xí)階段的開關(guān)狀態(tài)的回答信號RS和RL。設(shè)備14由一個(gè)不平衡臨視器20、一個(gè)控制裝置22、一個(gè)計(jì)算裝置24、一個(gè)中間存儲裝置26和一個(gè)輸出裝置28組成?？刂蒲b置22設(shè)在設(shè)備14中的輸出側(cè)并接收來自脈沖調(diào)制器18的啟動信號St或控制信號E/A。此外，尚有一個(gè)關(guān)斷信號SG和負(fù)載電流iL的一個(gè)電流測量信號被輸往該控制裝置22?？刂蒲b置22一方面為調(diào)制器18生成回答信號RS和RL，另一方面為計(jì)算裝置24生成狀態(tài)信號SL、SEA并為輸出裝置28生成一個(gè)啟動信號St。此外，尚有電壓錯誤分配的值ΔU1……ΔUn－1和負(fù)載電流iL的一個(gè)電流測量信號被輸往計(jì)算裝置24。
下面借助該原理電路圖和圖2所示的流程圖詳細(xì)說明發(fā)明的方法，其中，首先詳細(xì)說明權(quán)利要求1所述的方法，然后詳細(xì)說明學(xué)習(xí)程序在計(jì)算裝置24中具有一張其上有用于K個(gè)電流范圍和n個(gè)半導(dǎo)體整流管2的延遲時(shí)間的表，其中，這些延遲時(shí)間可譬如借助為發(fā)明的方法的一個(gè)子程序的學(xué)習(xí)程序得以建立。在正常工作期間，設(shè)備14的控制裝置22得到來自脈沖調(diào)制器18的一個(gè)控制信號E或A。隨后，控制裝置22觸發(fā)狀態(tài)信號SEA，據(jù)此，計(jì)算裝置24被置入轉(zhuǎn)換模式。根據(jù)一個(gè)圖中未詳細(xì)示出的時(shí)鐘信號，負(fù)載電流iL的測量值連續(xù)地被讀入計(jì)算裝置24，其中，對于該電流測量范圍，在下一時(shí)鐘脈沖時(shí)從表中有n個(gè)所屬的延遲時(shí)間被讀出，這些延遲時(shí)間在下一時(shí)鐘脈沖時(shí)被存儲在中間存儲裝置26內(nèi)。如果調(diào)制器18的控制信號由E轉(zhuǎn)換成A關(guān)斷狀態(tài)，則控制裝置22生成啟動信號st，據(jù)此，存儲在中間存儲裝置26內(nèi)的n個(gè)延遲時(shí)間被轉(zhuǎn)入輸出裝置28中，使n個(gè)半導(dǎo)體整流管2分別以其專有的延遲時(shí)間被關(guān)斷。此外，狀態(tài)信號SEA的電平也發(fā)生變換，使上次被調(diào)用的延遲時(shí)間被標(biāo)記。
在n個(gè)串聯(lián)的、門極控制的半導(dǎo)體2完成關(guān)斷之后，為關(guān)斷電流范圍所標(biāo)記的延遲時(shí)間被更新。發(fā)生該更新的根據(jù)在于，在一個(gè)待給定的周期之后，根據(jù)電壓值為每個(gè)整流管2形成電壓錯誤分配的一個(gè)值ΔU1……ΔUn－1并且該值被輸往不平衡監(jiān)視器20和計(jì)算裝置24。計(jì)算裝置24從電壓錯誤分配的這些值ΔU1……Un－1中為該關(guān)斷電流范圍求得新的延遲時(shí)間，即分別有一個(gè)與由電壓錯誤分配的值ΔU1……ΔUn－1構(gòu)成的結(jié)合成比例的量被加在被標(biāo)記的延遲時(shí)間上。
電壓錯誤分配的值ΔU1……ΔUn－1可譬如按下列方程式相互結(jié)合Uunsym.vi＝ΔUn－1＋ΔUi－ΔUi－1其中，n為串聯(lián)的整流管2的個(gè)數(shù)，i為第1、2……i個(gè)整流管2。
這些被更新了的延遲時(shí)間為該關(guān)斷電流范圍被寄存在表中，就是說，現(xiàn)實(shí)的延遲時(shí)間對用于該電流范圍的相應(yīng)的、被存儲了的延遲時(shí)間進(jìn)行重寫。據(jù)此，設(shè)備14不斷地適應(yīng)可變的參數(shù)。如果電壓錯誤分配的一個(gè)值超過一個(gè)預(yù)先確定的限定值，則設(shè)備14被關(guān)斷并通過一個(gè)光電信號被識別。通過關(guān)斷，防止在下一開關(guān)過程中因過大的電壓錯誤分配使串聯(lián)的、門極控制的整流管2遭到損害或破壞。
這是設(shè)備14在正常工作中的典型調(diào)整過程，因此變得清楚的一點(diǎn)是，設(shè)備14具有積分的特性，據(jù)此，調(diào)整誤差，即電壓的不均衡分布可被補(bǔ)償?shù)搅恪ＴO(shè)備14的時(shí)鐘頻率或者掃描時(shí)間相當(dāng)于整流管2的開關(guān)時(shí)間。
也可為每個(gè)表值采用一個(gè)分立的積分調(diào)整器，用以替代計(jì)算裝置24中的表，因?yàn)檫@種調(diào)整器既可保證補(bǔ)償緩慢變化的參數(shù)(如溫度)，又有能力，“標(biāo)記記憶”用于各個(gè)半導(dǎo)體整流管2的正確的延遲時(shí)間。
因?yàn)樵谡髌鞯谝淮螌?dǎo)通時(shí)用于半導(dǎo)體整流管2的延遲時(shí)間是未知的，而在第一次關(guān)斷時(shí)過電壓會導(dǎo)致半導(dǎo)體2受破壞，所以借助發(fā)明的方法在一個(gè)所謂的學(xué)習(xí)階段中求得延遲時(shí)間。學(xué)習(xí)階段中的方法與已經(jīng)述及的方法的區(qū)別在于，在學(xué)習(xí)階段中由調(diào)整器對關(guān)斷電流作出了給定或者限定。
根據(jù)圖2所示的流程圖，初始時(shí)電壓等于額定電壓，電流值近似于零并且GTO的參數(shù)是未知的。因?yàn)橛米髡鞴?的可關(guān)斷晶閘管(GTO)的參數(shù)是未知的，所以在設(shè)備14中也儲有關(guān)斷延遲時(shí)間。串聯(lián)的、門極控制半導(dǎo)體2在最小的電流范圍K＝1內(nèi)被關(guān)斷。借助計(jì)算裝置24把求得的電壓錯誤分配值ΔU1……ΔUn－1換算成延遲時(shí)間。用于最小的電流范圍K＝1的該過程可多次反復(fù)進(jìn)行，以便把電壓的錯誤分配補(bǔ)償?shù)浇朴诹?。該調(diào)整過程的持續(xù)時(shí)間最好不多于兩個(gè)開關(guān)過程。這些為第一電流范圍求得的n個(gè)延遲時(shí)間被存儲在計(jì)算裝置24的表內(nèi)并作為各電流范圍K＝2選定的延遲時(shí)間被記憶。在關(guān)斷進(jìn)行過后，電流范圍K＝2這些被記憶了的延遲時(shí)間借助電壓錯誤分配的求得值ΔU1……ΔUn－1得以更新并且為第二電流范圍被存儲在表中。同時(shí)，這些延遲時(shí)間再形用于下一電流范圍K＝3的延遲時(shí)間。這些過程一直被反復(fù)進(jìn)行，直至達(dá)到最大的電流范圍K＝K為止。
在每個(gè)電流范圍K中可進(jìn)行多次關(guān)斷，以便在求得關(guān)斷延遲時(shí)間時(shí)達(dá)到很高的精確度。在設(shè)備14的該學(xué)習(xí)階段中，由一個(gè)圖中未詳細(xì)示出的調(diào)整裝置把電流由零提高到最大關(guān)斷電流。如果為K個(gè)電流范圍分別求得了n個(gè)關(guān)斷延遲時(shí)間，則切換到正常運(yùn)作。
對電壓錯誤分配的測量一方面可針對一個(gè)半導(dǎo)體整流管2通過測量陽極電壓UV1……UVn來進(jìn)行，然后把陽極電壓針對半導(dǎo)體整流管2的數(shù)量與由整個(gè)電壓Uges構(gòu)成的比率Uges/n進(jìn)行比較。測量電壓的第二可能性在于只測量各個(gè)陽極電位UV1……UVn和一個(gè)并聯(lián)設(shè)置的分壓器網(wǎng)絡(luò)之間的電壓差ΔU1……Un－1(圖3)。這兩個(gè)測量方式的共有特點(diǎn)是，總是對關(guān)斷后存在的、靜態(tài)的反向電壓進(jìn)行檢測，而毋須應(yīng)用昂貴的、用于動態(tài)過程的測值傳感器。在這兩種情況下，需要對電壓測量值進(jìn)行電位分離地傳輸，其中，在檢測陽極電壓時(shí)所需的分辨率比檢測電壓差時(shí)所需的高四倍。電位分離地傳輸相宜地通過對測量信號的數(shù)字化來進(jìn)行并且看來原則上可在反正存在的驅(qū)動器回答信號的范疇內(nèi)以適中的費(fèi)用實(shí)現(xiàn)。
在圖3中示出了在應(yīng)用一個(gè)用于測量半導(dǎo)體整流管2上的電壓錯誤分配的電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)情況下檢測電壓的原理電路圖。從該圖中可以清楚看出，在此，只需驅(qū)動器16的一個(gè)附加的回答信號RSZ，即ΔUmax是否被超過。-ΔUmax是否被低過。據(jù)此省去了模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換并且可想而知，電位分離也變得簡單了。
通過該發(fā)明的方法，參數(shù)的緩慢變化，即經(jīng)歷多個(gè)開關(guān)過程的參數(shù)變化，如溫度變化，通過一個(gè)純粹的、跟蹤的調(diào)整裝置得以補(bǔ)償，而快速變化的影響因素關(guān)斷電源，作為調(diào)整參數(shù)馬上地并從而在實(shí)在的關(guān)斷過程中作用到延遲時(shí)間上，通過調(diào)整裝置的跟蹤和直接調(diào)整之間的這種結(jié)合使本文開頭狀所述的問題得到很有利的解決。
為了清楚說明發(fā)明的，用于使串聯(lián)的、門極控制半導(dǎo)體整流管2的電壓分配均衡化的方法的作用，在圖4和5中分別在與時(shí)間t的關(guān)系線圖中分別示出了兩個(gè)串聯(lián)的、具有不同的關(guān)斷時(shí)間的半導(dǎo)體2的關(guān)斷隨時(shí)間變化的曲線。在線圖中示出了控制信號S的、控制電流IGV1、IGV2的以及陽極電流IAV1、IAV2的和陽極電壓UV1、UV2的隨時(shí)間變化的曲線。在圖4中，關(guān)斷時(shí)間差Δtoff不等于零，而在圖5中，該關(guān)斷時(shí)間差Δtoff借助發(fā)明的方法被補(bǔ)償至零。通過對更快的半導(dǎo)體整流管的相應(yīng)延遲，使整流管2上的電壓變化變得均衡。
本發(fā)明方法的另一優(yōu)點(diǎn)在于，系統(tǒng)有能力在毋須進(jìn)行費(fèi)工的校準(zhǔn)的情況下能自動啟動并在啟動時(shí)能保證整流器的安全運(yùn)行。在首次投入運(yùn)行的情況下，在更換部件之后或在較長時(shí)間停機(jī)后，用于半導(dǎo)體整流管2的未知的延遲時(shí)間問題可通過學(xué)習(xí)階段中的方法解決。
權(quán)利要求
1.用于使具有不等長關(guān)斷時(shí)間的、門極控制半導(dǎo)體(2)的串聯(lián)電路上的電壓分配均衡的方法，其特征在于，具有如下方法步驟1)在串聯(lián)的、門極控制的半導(dǎo)體(2)的導(dǎo)通狀態(tài)期間，測量流經(jīng)這些半導(dǎo)體(2)的電流(iL)，2)根據(jù)測得的電流值，為串聯(lián)的、門極控制半導(dǎo)體(2)分別調(diào)用一個(gè)預(yù)確定的關(guān)斷延遲時(shí)間，3)隨著關(guān)斷信號(A)的抵達(dá)，串聯(lián)的、門極控制的半導(dǎo)體(2)以求得的關(guān)斷延遲時(shí)間被關(guān)斷，4)在這些半導(dǎo)體(2)被關(guān)斷過后，在一個(gè)待給定的周期后檢測半導(dǎo)體(2)上的反向電壓分配，5)根據(jù)該檢測出的反向電壓分配，求得電壓錯誤分配的值，6)被調(diào)用了的關(guān)斷延遲時(shí)間被更新，即分別加上一個(gè)與電壓錯誤分配的求得的值(ΔU1.....ΔUn－1)構(gòu)成的結(jié)合成比例的量，7)這些被更新了的關(guān)斷延遲時(shí)間被存儲。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在投入運(yùn)行時(shí)自行借助一個(gè)學(xué)習(xí)階段求得并存儲預(yù)先確定的關(guān)斷延遲時(shí)間。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，具有如下方法步驟1)流經(jīng)串聯(lián)的、門極控制半導(dǎo)體(2)的電流(iL)的測量范圍被分成K個(gè)電流測量范圍，2)為每個(gè)電流范圍進(jìn)行權(quán)利要求1所述的方法步驟1)至7)，其中，分別把待存儲的、更新了的關(guān)斷延遲時(shí)間同時(shí)作為用于下一電流測量范圍的預(yù)先確定的關(guān)斷延遲時(shí)間，3)在為所有的K個(gè)電流測量范圍分別求得更新了的關(guān)斷延遲時(shí)間之后，切換到正常工作。
4.實(shí)施權(quán)利要求1所述的方法的，用于具有不等長關(guān)斷時(shí)間的、門極控制半導(dǎo)體12)的串聯(lián)電路的設(shè)備(14)，在其控制極(G、K)上分別連接一個(gè)驅(qū)動電路(16)，該驅(qū)動電路(16)借助一個(gè)電位分離裝置與一個(gè)脈沖調(diào)制器(18)電氣連接，其特征在于，該設(shè)備(14)包括一個(gè)控制裝置(22)、一個(gè)計(jì)算裝置(24)、一個(gè)中間存儲裝置(26)和一個(gè)輸出裝置(28)，并且接在脈沖調(diào)制器(18)和電位分離裝置之間，其中，控制裝置(22)根據(jù)脈沖調(diào)制器(18)的信號(StA)、E/A)控制計(jì)算裝置(24)和輸出裝置(28)，其中，負(fù)載電流(iL)的一個(gè)測量值被輸往控制裝置(22)和計(jì)算裝置(24)，還有電壓測量值(UV1……UVn，ΔU1……ΔUn－1)被輸往計(jì)算裝置(24)。
5.按照權(quán)利要求4所述的設(shè)備(14)，其特征在于，設(shè)備(14)包括一個(gè)不平衡監(jiān)視裝置(20)，電壓測量值(ΔU1……ΔUn－1)被輸往該監(jiān)視裝置(20)的輸入端，該監(jiān)視裝置(20)的輸出端一方面與控制裝置(22)相連，另一方面與中間存儲裝置(26)相連。
6.按照權(quán)利要求4所述的設(shè)備(14)，其特征在于，該設(shè)備(14)是一個(gè)微處理機(jī)。
7.按照權(quán)利要求4所述的設(shè)備(14)，其特征在于，設(shè)備(14)是脈沖調(diào)制器(18)的組成部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于使串聯(lián)的、門極控制半導(dǎo)體(2)的電壓分配均衡的方法和設(shè)備(14)。按照發(fā)明，在導(dǎo)通狀態(tài)期間根據(jù)負(fù)載電流(i
文檔編號H02M1/08GK1144024SQ95192109
公開日1997年2月26日 申請日期1995年3月3日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月15日
發(fā)明者馬克-馬西亞斯·貝克蘭 申請人:西門子公司