專利名稱：變換器裝置驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于驅(qū)動(dòng)變換器裝置的方法。


圖1是表示一個(gè)變換器電路的已知驅(qū)動(dòng)電路的示意圖，其中這個(gè)電路布置為包括一個(gè)第一直流(DC)電源1，一個(gè)與DC電源1的正極側(cè)連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件2，一個(gè)用來使開關(guān)元件2接通/斷開驅(qū)動(dòng)的第二驅(qū)動(dòng)電路4，以及一個(gè)用來對(duì)驅(qū)動(dòng)電路4供給驅(qū)動(dòng)電壓的電容器7，該電路用來對(duì)這個(gè)電容器7充電。這種電路布置一般稱為“自舉”電路。在與第一DC電源1的負(fù)極側(cè)連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件3的接通時(shí)限期間，圖1輸出端的電壓變?yōu)榇笾碌扔诘谝籇C電源的負(fù)側(cè)上的電壓，以便由如圖1虛線部分所示的路線來安排該電路，以從第二DC電源6對(duì)電容器7充電和供給電荷，第二DC電源6是第一驅(qū)動(dòng)電路5的驅(qū)動(dòng)電源，第一驅(qū)動(dòng)電路5用于接通/斷開驅(qū)動(dòng)與負(fù)極側(cè)連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件3。
由這個(gè)電路在電容器7上充電的最終充電電壓變?yōu)榻咏扔诘诙﨑C電源6的電壓，從而使這個(gè)電容器7能夠直接用作第二驅(qū)動(dòng)電路4的驅(qū)動(dòng)電源，第二驅(qū)動(dòng)電路4使耦合到正極側(cè)的半導(dǎo)體開關(guān)元件2接通和斷開。
其次，在圖2中表示了上述布置中的一個(gè)示例性現(xiàn)有技術(shù)。
設(shè)計(jì)圖2所示電路，以便提供一個(gè)電壓監(jiān)視電路9，以監(jiān)視電容器7兩端之間的電壓，同時(shí)在電容器7保持在低電位情況下，通過防止與正極側(cè)連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件2的接通，還提供保護(hù)這個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件2的操作功能，因此消除了由于接通半導(dǎo)體開關(guān)元件2，使它在驅(qū)動(dòng)電壓保持在低電位情況下操作所引起的熱破壞或擊穿(Published Unexamined Japanese Patent Application or“PUJPA”No.3-150075)。
順便說到，在大多數(shù)情況下，在正常操作期間將很少出現(xiàn)圖2中電容器7的充電電壓變?yōu)榈陀陔妷罕O(jiān)視電路9所設(shè)定的電壓值，除非在變換器裝置中變換器操作開始起動(dòng)時(shí)，當(dāng)電容器7經(jīng)受最初充電時(shí)，這種情況才會(huì)在特定時(shí)間發(fā)生。
如下將要討論那樣，在上述特征下，進(jìn)一步在變換器裝置中，對(duì)于一個(gè)把接通/斷開驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳向上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件的接通/斷開驅(qū)動(dòng)電路的裝置，在裝置使用接通/斷開信號(hào)邊緣傳送/閉鎖方案，而不是連續(xù)信號(hào)傳送方案情況下，則出現(xiàn)另一個(gè)問題，這里如圖3所示，前個(gè)方案使用一個(gè)其中包含一個(gè)高擊穿電壓IC 11的驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳送部分12，以用于上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件，而后個(gè)方案是基于慣例上用作電絕緣裝置的光耦合器的接通/斷開。
在起動(dòng)變換器裝置的變換器操作時(shí)，下臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件典型地在長(zhǎng)時(shí)限期間連續(xù)地保持為接通狀態(tài)，以便增加其充電速度。另一方面，考慮到上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件的接通/斷開信號(hào)傳輸遵照邊緣傳送/閉鎖方案這個(gè)事實(shí)，在這個(gè)最初充電時(shí)限期間，由于上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳送部分12的誤動(dòng)作，或選擇地由于外部施加的“侵入”噪聲，則偶然使接通信號(hào)閉鎖，使上臂和下臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件同時(shí)都接通，造成上部和下部電氣短路狀態(tài)。此時(shí)，在這樣最初充電操作中間，由于電容器7的電壓保持在低電位，所以使用這個(gè)電容器7作為其驅(qū)動(dòng)電源的上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件接通，由于驅(qū)動(dòng)電壓不足，造成在不飽和狀態(tài)下操作，這樣又導(dǎo)致不希望的熱損失聚集，因此會(huì)帶來損壞或破壞。另外，在上述情況下，內(nèi)部提供用于保護(hù)上部和下部短路的過電流探測(cè)電路14被限制了電流，因?yàn)樗谶@樣不飽和狀態(tài)下操作，這樣使該電路不能按希望方式起作用。
避免這個(gè)問題的一種可能方法是使用現(xiàn)有技術(shù)電容器充電監(jiān)視電路，它在電容器電壓在最初充電時(shí)限期間保持為低時(shí)，可操作防止上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件接通，從而消除接通信號(hào)的閉鎖，然而，考慮到在其制造中的可能偏差，將可能出現(xiàn)這個(gè)電壓監(jiān)視電路的設(shè)定電壓值稍微低于設(shè)定電壓。如果情況是這樣，如圖4所示，在電容器充電電壓超過該電壓監(jiān)視電路的預(yù)定電壓值Vr之后，會(huì)立刻發(fā)生上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件的接通信號(hào)的閉鎖，從而引起上臂和下臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件兩者都接通，結(jié)果使電流抑制在一個(gè)水平，使過電流探測(cè)電路仍不呈現(xiàn)其發(fā)生上部和下部短路時(shí)的預(yù)期功能，這樣又引起不能保護(hù)上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件的問題。在圖4中，參考電壓Vo表示使過電流探測(cè)器電路能夠起作用的電壓，而Vc表示電容器的最終充電電壓值。(A)表示電壓監(jiān)視電路提供可靠保護(hù)能力的時(shí)限，即過電流探測(cè)器電路不能夠操作的時(shí)限；(B)是電壓監(jiān)視電路不提供可靠保護(hù)能力的時(shí)限，即過電流探測(cè)器電路不能夠保護(hù)的時(shí)限；(C)是過電流電路提供可靠保護(hù)能力的時(shí)限，即電壓監(jiān)視電路不能提供任何可靠保護(hù)的時(shí)限；以及(D)是過電流保護(hù)電路提供可靠保護(hù)能力的時(shí)限，即電壓監(jiān)視電路不能保護(hù)的時(shí)限。
本發(fā)明試圖達(dá)到的一個(gè)目的是完成電容器的最初充電，即使在電容器的最初充電時(shí)限期間，發(fā)生這樣的半導(dǎo)體開關(guān)元件的接通信號(hào)的閉鎖，也不損壞相聯(lián)的上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件。
為了達(dá)到該目的，按照本發(fā)明的變換器裝置驅(qū)動(dòng)方法是這樣一種驅(qū)動(dòng)變換器裝置的方法，該變換器裝置包括一個(gè)輸出部分，它在一個(gè)第一DC電源的正極和負(fù)極之間至少包括一個(gè)電路接線，這個(gè)電路接線由一對(duì)串聯(lián)耦合的半導(dǎo)體開關(guān)元件的串聯(lián)組合所構(gòu)成，這對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)元件以互補(bǔ)方式驅(qū)動(dòng)為接通和斷開；一個(gè)第一驅(qū)動(dòng)電路，用于接通/斷開驅(qū)動(dòng)一個(gè)與所述第一DC電源的負(fù)極側(cè)連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件；一個(gè)第二驅(qū)動(dòng)電路，用于接通/斷開驅(qū)動(dòng)另一個(gè)與所述第一DC電源的正極側(cè)連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件；一個(gè)第二DC電源，用于對(duì)所述第一驅(qū)動(dòng)電路供給一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)電壓；一個(gè)電容器，用于對(duì)所述第二驅(qū)動(dòng)電路供給一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)電壓，該電容器在與所述第一DC電源的負(fù)極側(cè)連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件的接通時(shí)限期間，通過這樣的半導(dǎo)體開關(guān)元件從所述第二DC電源充加電荷；一個(gè)接通/斷開信號(hào)處理電路，與連接在所述第一DC電源的正極和負(fù)極之間的一對(duì)或多對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)元件聯(lián)合操作；以及傳送裝置，包括一個(gè)高擊穿電壓IC，用來僅把所述接通/斷開信號(hào)處理電路輸出的那些信號(hào)中的接通/斷開信號(hào)傳向所述第二驅(qū)動(dòng)電路，這些信號(hào)的指向與所述第一DC電源的正極側(cè)連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件，其中通過驅(qū)動(dòng)所述串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件對(duì)，同時(shí)交替地重復(fù)短時(shí)ON-OFF操作來進(jìn)行在變換器起動(dòng)時(shí)對(duì)所述電容器的初始充電。
按照本發(fā)明，一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能完成對(duì)電容器的最初充電，在用作上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)電源的電容器的最初充電期間，即使由于其錯(cuò)誤操作，或在與其聯(lián)合的傳送部分處，由于對(duì)上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)電路施加外部侵入噪聲，而在采用高擊穿電壓IC的接通/斷開信號(hào)傳送部分中產(chǎn)生接通信號(hào)閉鎖，也不損壞上臂半導(dǎo)體開關(guān)元件。
圖1是表示用一個(gè)自舉電路對(duì)電容器充電的現(xiàn)有技術(shù)方法的電路圖，該電容器用作上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)電源。
圖2是表示現(xiàn)有技術(shù)一例的電路圖，它在自舉電路中使用一個(gè)電容器充電電壓監(jiān)視電路。
圖3是在自舉電路情況下的方框圖，該自舉電路實(shí)現(xiàn)為用一個(gè)高擊穿電壓IC，以規(guī)定信號(hào)傳輸方案向上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件傳送接通/斷開信號(hào)。
圖4是用于說明圖3電路方案所面臨的問題的示意圖。
圖5(a)是表示本發(fā)明第一實(shí)施例的上側(cè)和下側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件的接通信號(hào)的波形圖；以及圖5(b)是其時(shí)電容器的最初充電電壓波形圖。
圖6(a)是表示本發(fā)明第二實(shí)施例的上側(cè)和下側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件的接通信號(hào)的波形圖；以及圖6(b)是其時(shí)電容器的最初充電電壓波形圖。
在本發(fā)明中，在上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件在接通信號(hào)閉鎖狀態(tài)情況下，為了消去這個(gè)狀態(tài)，將要求對(duì)上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)電路傳送一個(gè)斷開信號(hào)。對(duì)于邊緣傳送，這個(gè)“斷開”信號(hào)傳送可以通過從圖3中的接通/斷開信號(hào)產(chǎn)生部分15，按ON OFF的順序，立刻向圖3所示的接通/斷開信號(hào)處理電路16向前發(fā)送一次接通和斷開信號(hào)，作為上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)信號(hào)從ON變?yōu)镺FF時(shí)，執(zhí)行邊緣傳送，允許斷開信號(hào)送向圖3所示的上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳送部分12，從而釋放接通信號(hào)的閉鎖狀態(tài)。
本發(fā)明為這樣，即對(duì)用作上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)電源的電容器7執(zhí)行最初充電，同時(shí)在短時(shí)限內(nèi)循環(huán)地執(zhí)行上述操作，因此使得上部和下部短路在這個(gè)接通時(shí)限內(nèi)也短，這種上部和下部短路在對(duì)電容器7充電時(shí)的下臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件的接通時(shí)限之內(nèi)，會(huì)因上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件的接通信號(hào)的閉鎖而發(fā)生，從而因?yàn)橄卤蹅?cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件在上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件破壞或擊穿之前斷開這個(gè)事實(shí)，使得有可能終止上部和下部短路；其次，短時(shí)間的ON OFF信號(hào)傳送到上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件，因此能夠按上述方式消除接通信號(hào)閉鎖；之后，雖然用于充電的下臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件再次接通，但是此時(shí)接通信號(hào)閉鎖已經(jīng)消除，因此上部和下部短路將不再發(fā)生，以保證電容器的充電能繼續(xù)進(jìn)行，而不損壞上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件。
這樣，按照本發(fā)明，即使接通信號(hào)閉鎖在對(duì)電容器最初充電期間的任何時(shí)間發(fā)生，也可能繼續(xù)完成對(duì)電容器的最初充電，而不損壞上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件。
下文將根據(jù)圖5說明本發(fā)明的第一實(shí)施例。
在具有圖3布置的變換器裝置的驅(qū)動(dòng)器裝置中，在指令起動(dòng)變換器操作的時(shí)刻，如圖5(a)所示，僅在預(yù)定時(shí)限期間，在對(duì)用作上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)電源的電容器7的最初充電時(shí)，具有算術(shù)處理器裝置的接通/斷開信號(hào)產(chǎn)生部分15操作，以產(chǎn)生并發(fā)送信號(hào)，用來使上臂和下臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件在短時(shí)間內(nèi)交替地?cái)嚅_和接通。這些接通/斷開信號(hào)以這樣方式傳送，以便它們中的一個(gè)通過一個(gè)接通/斷開信號(hào)處理電路16，傳送到下臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件，而剩下一個(gè)通過接通/斷開信號(hào)處理電路16和上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳送部分12，傳送到上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件。這里如圖5(a)所示，在下臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件接通的有限短時(shí)間之內(nèi)(接通/斷開信號(hào)產(chǎn)生部分15的預(yù)定接通時(shí)間T，幾μs到30μs)，只執(zhí)行電容器7的充電。
在由于上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳送部分12的誤動(dòng)作而引起接通信號(hào)閉鎖發(fā)生情況下，在下臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件用于對(duì)電容器7充電的接通時(shí)間期間，會(huì)發(fā)生上部和下部電氣短路；然而，這個(gè)接通時(shí)限短，因此上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件在任何情況下將不再損壞。此外，對(duì)上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳送部分12的下次接通/斷開信號(hào)傳送使接通信號(hào)閉鎖在斷開開始的信號(hào)邊緣釋放或消除，如圖5(a)所示。
因此，接通/斷開信號(hào)產(chǎn)生部分15通過產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)或多個(gè)信號(hào)，用來使上臂和下臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件兩者僅在預(yù)定時(shí)限之內(nèi)短時(shí)間交替地接通和斷開，以允許成功地完成對(duì)電容器7的最初充電；在這個(gè)預(yù)定時(shí)限結(jié)束之后，接通/斷開信號(hào)產(chǎn)生部分15返回為正常變換器操作。
注意這里所用的半導(dǎo)體開關(guān)元件還可以適用于雙極晶體管、IGBT、功率MOS-FET，以及其他類似晶體管。
安排一個(gè)第二實(shí)施例，以便如圖6所示，在具有圖3電路布置的變換器裝置驅(qū)動(dòng)裝置中，在指令起動(dòng)變換器操作時(shí)，在能夠用電容器7的充電電壓監(jiān)視電路建立可靠保護(hù)的時(shí)限內(nèi)，具有其算術(shù)處理器裝置的接通/斷開信號(hào)產(chǎn)生部分15操作，使下臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件僅在圖6(a)所示的預(yù)定時(shí)限T1期間，繼續(xù)地處在接通狀態(tài)。此外，在下一個(gè)預(yù)定時(shí)限T2期間，執(zhí)行如第一實(shí)施例相同的操作；在這兩個(gè)時(shí)限T1、T2結(jié)束之后，接通/斷開信號(hào)產(chǎn)生部分15返回正常變換器操作。在圖6(b)中，Tp是電壓監(jiān)視電路9可獲得可靠保護(hù)的時(shí)限。
本發(fā)明可以用于各種變換器領(lǐng)域，這些變換器適用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、照明設(shè)備及其他設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)變換器裝置的方法，該變換器裝置包括一個(gè)輸出部分，它在一個(gè)第一直流(DC)電源的正極和負(fù)極之間至少包括一個(gè)電路接線，這個(gè)電路接線包括一對(duì)串聯(lián)耦合的半導(dǎo)體開關(guān)元件的串聯(lián)組合，這對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)元件以互補(bǔ)方式驅(qū)動(dòng)為接通/斷開；一個(gè)第一驅(qū)動(dòng)電路，用于接通/斷開驅(qū)動(dòng)一個(gè)與所述第一DC電源的負(fù)極側(cè)連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件；一個(gè)第二驅(qū)動(dòng)電路，用于接通/斷開驅(qū)動(dòng)一個(gè)與所述第一DC電源的正極側(cè)連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件；一個(gè)第二電源，用于對(duì)所述第一驅(qū)動(dòng)電路供給一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)電壓；一個(gè)電容器，用于在與所述第一DC電源的負(fù)極側(cè)連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件的接通時(shí)限期間，對(duì)所述第二驅(qū)動(dòng)電路供給一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)電壓，該電容器通過這樣的半導(dǎo)體開關(guān)元件從所述第二DC電源充加電荷；一個(gè)接通/斷開信號(hào)處理電路，與連接在所述第一DC電源的正極和負(fù)極之間的一對(duì)以上的半導(dǎo)體開關(guān)元件聯(lián)合操作；以及傳送裝置，包括一個(gè)高擊穿電壓IC，用來僅把所述信號(hào)處理電路輸出的那些信號(hào)中的接通/斷開信號(hào)傳送到所述第二驅(qū)動(dòng)電路，這些信號(hào)指向與所述第一DC電源的正極側(cè)連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件，其特征在于通過驅(qū)動(dòng)所述串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件對(duì)，同時(shí)交替地重復(fù)短時(shí)ON-OFF操作來進(jìn)行在變換器起動(dòng)時(shí)對(duì)所述電容器的初始充電。
全文摘要
在一種變換器驅(qū)動(dòng)方法中,提供一種完成電容器的最初充電的方法,這種方法即使在最初的電容器充電期間,當(dāng)發(fā)生其ON信號(hào)閉鎖時(shí),也不破壞上臂側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)元件。提供一種驅(qū)動(dòng)變換器的方法,該變換器設(shè)有一個(gè)輸出裝置,其中在一個(gè)第一DC電源的正極和負(fù)極之間至少連接一個(gè)串聯(lián)體的電路,這個(gè)電路包括一對(duì)串聯(lián)連接并互補(bǔ)ON－OFF驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體開關(guān)元件。在這種方法中,通過驅(qū)動(dòng)一對(duì)串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件,同時(shí)交替地重復(fù)執(zhí)行短時(shí)ON－OFF操作,來完成變換器起動(dòng)時(shí)電容器(7)的最初充電。
文檔編號(hào)H03K17/06GK1229537SQ97197667
公開日1999年9月22日 申請(qǐng)日期1997年8月4日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月8日
發(fā)明者上田英史, 工藤雅一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社安川電機(jī)