[go: up one dir, main page]

DE69307612T2 - Pulsgesteuerter Umwandler und elektronische Motorsteuerung - Google Patents

Pulsgesteuerter Umwandler und elektronische Motorsteuerung

Info

Publication number
DE69307612T2
DE69307612T2 DE69307612T DE69307612T DE69307612T2 DE 69307612 T2 DE69307612 T2 DE 69307612T2 DE 69307612 T DE69307612 T DE 69307612T DE 69307612 T DE69307612 T DE 69307612T DE 69307612 T2 DE69307612 T2 DE 69307612T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
switch
pulse
circuit
control unit
controlled
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE69307612T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69307612D1 (de
Inventor
Jean-Marie Bourgeois
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STMicroelectronics lnc USA
Original Assignee
SGS Thomson Microelectronics Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SGS Thomson Microelectronics Inc filed Critical SGS Thomson Microelectronics Inc
Application granted granted Critical
Publication of DE69307612D1 publication Critical patent/DE69307612D1/de
Publication of DE69307612T2 publication Critical patent/DE69307612T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/689—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors with galvanic isolation between the control circuit and the output circuit
    • H03K17/691—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors with galvanic isolation between the control circuit and the output circuit using transformer coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/538—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a push-pull configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H02M7/53873—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with digital control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters with pulse width modulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen impulsgesteuerten Leistungswandler, die zugehörige Steuerung und eine Steuerung eines Elektromotors, in der diese Wandler verwendet werden.
  • Zum Beispiel verwenden elektronische Steuerungen für Elektromotoren diese Wandler, wobei elektronische Leistungsschalter in Brückenzweigkonfiguration oder als vollständige Brücke verwendet werden.
  • Elektronisch gesteuerte Elektromotoren sind für zahlreiche Anwendungen geeignet. Dennoch wurde die Entwicklung bestimmter Anwendungen bis heute aufgrund der Kosten der Wandler behindert.
  • Tatsächlich blieb der Einsatz der erforderlichen Leistungskomponenten bis in die letzten Jahre hinein verhältnismäßig kostspielig.
  • Seit einiger Zeit stehen MOSFET-Leistungstransistoren zur Verfügung, die das Ausbilden von qualitativ guten Gleichstrom/Wechselstromwandlem ermöglichen. Die Einfachheit, mit der sie eingesetzt werden können, macht sie besonders attraktiv.
  • Ferner sind bereits durch ein digitales System gesteuerte Wandler bekannt.
  • Diese weisen einen Niederspannungspegel (tiefe Stufe des Brückenzweigs) auf, dessen Realisierung keine besonderen Schwierigkeiten bereitet. Die digitale Steuereinheit kann mit einem Leistungsverstärker, beispielsweise einem MOSFET; verbunden sein.
  • Hingegen ist die Ausbildung der Hochspannungsschaltung (hohe Stufe des Brückenzweigs) aufgrund der zwischen dem Steuergitter und der digitalen Steuereinheit bestehenden Potentialdifferenz schwieriger.
  • Um diese Schaltung herstellen zu können, wurden unterschiedliche Lösungen vorgeschlagen.
  • Gemäß der ersten dieser Lösungen werden integrierte Hochspannungsschaltungen verwendet, die gegebenenfalls mit standardmäßigen integrierten Komponenten verbunden sind. Jedoch sind die Kosten dieser integrierten Hochspannungsschaltungen relativ hoch und werden sich in den kommenden Jahren nicht wesentlich verringern. Ferner erfordern diese Schaltungen komplementäre Schaltungen, beispielsweise floatende Zusatzversorgungseinrichtungen, die für ihr Funktionieren wichtig sind.
  • Eine andere Lösung besteht in der Verwendung eines kleinen Hochfrequenztransformators, der zwischen der Steuergitterschaltung des MOSFET und der digitalen Steuereinheit angeordnet ist. Die erste Schaltung dieses Transformators wird durch ein Hochfrequenzsignal gesteuert, die zweite Schaltung weist eine besondere Schaltung auf, die die Aktivierung des Gatters der MOSFET-Leistungskomponente ermöglicht.
  • Nach einer dritten Lösung wird schließlich die Eingangskapazität der MOSFET- Leistungskomponente im Durchlaßzustand wie ein Speicher verwendet. Der Speicher aktiviert im Sperrzustand eine zusätzliche Kapazität. Der Impulstransformator benötigt in diesem Fall lediglich einige Windungen.
  • GB-A-2 109 184 beschreibt eine Transformator-Verbindungssteuerschaltung zum Bewirken wechselnder Leitungspegel durch Umschalten. Bei einem der vorliegenden Ausfühungsbeispiele (Figur 5) weist die Schaltung zwei Steuerimpulserzeugungseinrichtungen auf, die jeweils auf zwei Schalter durch die Vorspannung von Transformatoren einwirken. Zwischen den Transformatoren und den Schaltern sind Zener-Dioden angeordnet, und die Impulserzeugungseinrichtungen müssen synchronisiert sein. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel (Figur 2b) ist eine Anordnung aus Zener- Dioden zwischen der Sekundärwicklung eines Transformators und dem Gatter eines Schalters angeordnet.
  • Das Dokument EP-A-0 486 359 schlägt seinerseits eine Steuerschaltung zum Umschalten eines MOS-Feldeffekttransistors oder eines Bipolartransistors mit isolierter Elektrode (IGBT) vor. Dieses Dokument zeigt insbesondere eine Schwellenwertschaltung mit Zener-Dioden, die in Reihe mit einem Widerstand geschaltet und zwischen der Sekundärwicklung eines Impuls-Transformators und dem Gatter eines Schalters angeordnet sind (Figur 6). Das Vorhandensein parasitärer Kapazitäten zwischen dem Gatter und der Source-Elektrode des Transistors ermöglicht es, den Transistor nach positiven oder negativen Impulsen im leitenden oder gesperrten Zustand zu halten.
  • Diese Schaltung basiert somit auf dem Verhalten der parasitären Kapazitanzen.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfmdung, einen möglichst einfachen Wandler zu schaffen, der durch Impulse mit adäquater Synchronisation gesteuert ist, das heißt, einen Wandler, dessen Kosten sehr niedrig sein können.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird es als erwunscht und möglich erachtet, der digitalen Steuereinheit eine große Zahl an Funktionen zuzuweisen und der Hochspannungsschaltung lediglich eine sehr einfache Funktion zu belassen.
  • Die Erfindung betrifft daher einen impulsgesteuerten Wandler mit wenigstens einem in der hohen Stufe eines Brückenzweigs befindlichen ersten statischen Schalter, der einen Gleichstrom periodisch unterbricht, und mit wenigstens einem zweiten Schalter, der in der tiefen Stufe eines Brückenzweigs angeordnet ist, wobei der erste Schalter durch an sein Gatter angelegte Impulse gesteuert ist.
  • Diese Impulse werden durch eine digitale Steuereinheit erzeugt, die mit dem Gatter des ersten Schalters über einen Impuls-Transformator verbunden ist.
  • Dieser Transformator weist eine Primärwicklung, die mit der digitalen Steuereinheit über eine "BUFFER"-Schaltung verbunden ist, und eine Sekundärwicklung auf, die mit dem Gatter des ersten Schalters über eine vereinfachte zweite Schaltung verbunden ist.
  • Der zweite Schalter wird direkt von der digitalen Steuereinheit gesteuert.
  • Der erste Schalter ist derart ausgebildet, daß, im offenen Zustand, ein von der digitalen Steuereinheit an ihn über den zugehörigen Transformator angelegter positiver Impuls das Schließen des Schalters bewirkt, und daß, wenn sich der Schalter im geschlossenen Zustand befindet, ein negativer Impuls das Öffnen des Schalters bewirkt.
  • Erfindungsgemäß und nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die zweite Schaltung lediglich eine Zener-Diode und einen Widerstand auf, die seriell zwischen einem ersten Anschluß der Sekundärwicklung und dem Gatter des ersten Schalters angeordnet sind.
  • Ferner erzeugt eine geeignete Steuersequenz einen über den zugehörigen Transformator an den ersten Schalter gerichteten negativen Impuls, wenn der erste Schalter offen ist, und dies jedes Mal, wenn jeder andere Schalter des Wandlers in den geschlossenen oder offenen Zustand gesteuert wird, wobei die Impulse mit der Umschaltung der anderen Schalter vollkommen synchronisiert sind.
  • Gemäß verschiedenen möglichen Ausführungsbeispielen weist der erste Schalter einen n-Kanal-MOSFET-Leistungstransistor oder einen Bipolartransistor mit isolierter Elektrode (IGBT) auf.
  • Nach einem möglichen Ausführungsbeispiel weist die zweite Schaltung einen Kondensator auf, der parallel zwischen der Zener-Diode und dem Widerstand, einerseits, und dem zweiten Anschluß der Sekundärwicklung, andererseits, angeordnet ist. Eine Diode ist somit parallel zum Widerstand angeordnet.
  • Die erste Schaltung weist vorteilhafterweise einen als "BUFFER" bezeichneten Stromoder Spannungsadapter auf, der die digitale Steuereinheit mit dem Impuls-Transformator verbindet.
  • Der Wandler weist einen zweiten Schalter auf, der auf das selbe Potential bezogen ist wie die digitale Steuereinheit und daher ohne Isoliertransformator direkt steuerbar ist.
  • Wenn der Wandler mehrere Brückenzweige aufweist, kann die selbe digitale Steuereinheit zum Erzeugen der Steuer- und Kontrollimpulse des Wandlers verwendet werden.
  • Ist die elektronische Steuerschaltung für Wechselstrommotoren vorgesehen und weist sie drei in Brückenform angeordnete Wandler auf, ist vorteilhafterweise jeder erste Schalter durch positive Impulse, die sein Schließen bewirken, und durch negative Impulse, die sein Öffnen bewirken, gesteuert.
  • Es ergibt sich eine Steuerschaltung, die insbesondere dann von Interesse ist, wenn die die digitale Steuereinheit beim Schließen jedes anderen ersten Schalters negative Impulse an jeden im offenen Zustand befindlichen ersten Schalter über den zugehörigen Transformator sendet.
  • Vorzugsweise ist jeder Wandler einem zweiten Schalter ohne Speichereffekt zugeordnet, welcher direkt von einem mit der digitalen Steuereinheit verbundenen Verstärker gesteuert wird.
  • Eine derartige materielle Konfiguration kann nur unter Verwendung einer sorgfältig durchdachten Steuerfolge der verschiedenen Schalter funktionieren, welche Gegenstand der Erfindung ist.
  • Im folgenden wird zur Erläuterung der Erfindung ein Ausführungsbeispiel als nicht einschränkendes Beispiel im einzelnen anhand der zugehörigen Zeichnungen beschrieben, welche zeigen:
  • Figur 1 - eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wandlers;
  • Figur 2 - eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen elektronischen Steuerung eines Wechselstrommotors;
  • Figur 3 - eine Darstellung der Steuersignalwellenformen der Schalter von Figur 2.
  • Der in Figur 1 dargestellte Stromwandler weist einen ersten statischen Schalter 1 auf, der mit seinen Anschlüssen 2 und 3 in dem Stromleiter 21 angeordnet ist. Der Zustand dieses ersten Schalters 1, offen oder geschlossen, wird durch Einwirkung auf sein Gatter 4 gesteuert.
  • Eine zweite Schaltung 14, die den Anschluß 4 des Gatters mit dem Anschluß 3 des ersten Schalters 1 verbindet, gewährleistet dessen Steuerung. Sie weist eine Sekundärwicklung 11 auf, die mit einer Primärwicklung 7 einen Transformator 6 bildet.
  • Die Primärwicklung 7 empfängt über ihre Anschlüsse 8 und 9 die von der digitalen Steuerung 5, mit der sie die erste Schaltung 10 bildet, erzeugten Impulse.
  • Die erste Schaltung 10 kann einen Verstärker anlweisen.
  • Die zweite Schaltung 14 weist eine Zener-Diode 15 und einen Widerstand 17 auf, die in Reihe zwischen einem Anschluß 12 der Sekundärwicklung 11 und dem Gatter 4 des ersten Schalters 1 angeordnet sind.
  • Der zweite Anschluß 13 der Sekundärwicklung 11 ist mit dem Anschluß 3 des ersten Schalters 1 verbunden.
  • Der zum Empfang der Impulse vorgesehene Transformator 6 kann kostengünstig hergestellt werden, da die Primärwicklung 7 und die Sekundärwicklung 11 jeweils nicht mehr als einige auf einen kleinen Kern aufgewickelte Windungen aulweisen.
  • Der Transformator isoliert die erste Schaltung 10, welche die digitale Steuereinheit 5 der zweiten Schaltung 14 aufweist.
  • Die zweite Schaltung ist extrem einfach. Ein von der digitalen Steuereinrichtung 5 erzeugter positiver Impuls, der über den Transformator 6 an die zweite Schaltung angelegt wird, bringt den ersten Schalter 1 in den geschlossenen Zustand. Im Gegensatz dazu versetzt ihn ein negativer Impuls in den offenen Zustand.
  • Ein zweiter Schalter 32 wird direkt durch die digitale Steuereinheit 5 über das Dämpfungsorgan (BUFFER) 30 gesteuert. Er befindet sich im geschlossenen Zustand, wenn er eine von Null verschiedene Spannung empfängt, und er befindet sich im offenen Zustand, wenn diese Spannung Null ist.
  • Der Ausgangsstrom des Wandlers wird zwischen dem Ausgang 33, der den beiden Schaltern 1 und 32 gemeinsam ist, und Masse 34 abgenommen.
  • Die geeignete Erzeugung der Steuerfolge der digitalen Steuereinheit 5 ermöglicht somit die Kontrolle eines Leistungsstroms, dessen Hauptparameter leicht in dem Leiter 21 kontrollierbar sind.
  • Der erste Schalter wird naturgemäß von der zweiten Schaltung als mit einer zwischen dem Anschluß 4 des Gatters 2 und dem Anschluß 3 des ersten Schalters 1 angeordneten natürlichen Kapazität versehen erachtet. Diese natürliche Kapazität hält den geschlossenen Zustand des ersten Schalters, wenn dieser durch einen positiven Impuls aktiviert wird, bis zum Empfang eines negativen Impulses aufrecht.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen ist es erwünscht, das Schließen des ersten Schalters zu verzögern.
  • Zu diesem Zweck ist eine Kapazität 18 zwischen dem der Zener-Diode 15 und dem Widerstand 17 gemeinsamen Anschluß 16 und einem direkt mit dem zweiten Anschluß 13 der Sekundärwicklung 11 und dem Anschluß 3 des ersten Schalters 1 verbundenen Anschluß 19 angeordnet. Ferner ist eine Diode 20 parallel zum Widerstand 17 zwischen dem Anschluß 4 des Gatters und dem Anschluß 16 in zu der Zener-Diode 15 entgegengesetzter Richtung angeordnet.
  • Auf diese Weise bewirkt ein von der digitalen Steuereinheit 5 erzeugter positiver Impuls die Ladung der Kapazität 18 im Direktmodus durch einen die Zener-Diode durchfließenden Strom.
  • Der Widerstand 17 begrenzt den Ladestrom und bestimmt den Zeitpunkt des Umschaltens des ersten Schalters 1 in bezug zum Impuls.
  • Die Kapazität 18 dient somit dem Beibehalten des Durchlaßzustands, da die Zener- Diode auf diese Weise invers polarisiert ist und den Strom an dem Gatter 4 aufrecht erhält.
  • Umgekehrt dazu bewirkt ein von der digitalen Steuereinheit 5 ausgegebener negativer Impuls, der die Zener-Spannung kompensiert, das Entladen der Kapazität 18 und der Eingangskapazität und somit das Öffiien des ersten Schalters 1.
  • Der zweite Schalter 32 ist mit dem selben Potential verbunden wie die Steuerschaltung und kann über einen Widerstand 31 direkt durch einen BUFFER 30 gesteuert werden.
  • Eine solche materielle Konfiguration kann ohne eine sorgfältig durchdachte Abfolge der Steuerung der verschiedenen Schalter, welche Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, nicht fünktiomeren.
  • a) Die Schaltfolge des ersten Schalters ist im folgenden aufgefhhrt:
  • - ein positiver Spannungsimpuls wird an die Primärwicklung des Transformators angelegt, wodurch die Eingangskapazität des ersten Schalters über den Widerstand und die Diode geladen und der Schalter leitend wird;
  • - anschließend werden die Ladungen in der Kapazität des Gatters des Schalters aufgrund der Zener-Diode beibehalten, wobei der Schalter leitend bleibt;
  • - ein an die Primärwicklung des Transformators angelegter und der Spannung der Zener-Diode entsprechender negativer Spannungsimpuls entlädt die Eingangskapazität des ersten Schalters und sperrt diesen.
  • b) Ein positiver Impuls ist anzulegen:
  • - jedesmal, wenn der erste Schalter vom offenen Zustand in den geschlossenen Zustand geschaltet werden soll;
  • - zum Auffrischen der Ladung der Eingangskapazität, wenn der geschlossene Zustand über einen erheblichen Zeitraum andauert.
  • c) Ein negativer Impuls muß angelegt werden:
  • - jedesmal, wenn der erste Schalter vom geschlossenen in den offenen Zustand geschaltet werden soll;
  • - wenn bei im offenen Zustand befindlichem ersten Schalter der zweite oder jeder andere Schalter des Wandlers in den geschlossenen oder offenen Zustand geschaltet wird, und zwar vollkommen synchron.
  • In Figur 2 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen elektronischen Steuerung eines elektrischen Wechselstrommotors dargestellt.
  • Drei zweite Schaltungen 321, 323, 325 sind über Transformatoren 61, 62, 63 jeweils von der digitalen Steuereinheit 5 gesteuert. Der Einfachheit halber ist nur die Sekundärwicklung 111 gegenüber der entsprechenden Primärwicklung 71 dargestellt. Es sei darauf hingewiesen, daß bei der konkreten Ausbildung die Sekundärwicklungen 113 und 115 jeweils den Primärwicklungen 72 und 73 zugeordnet sind.
  • Die Bestandteile der verschiedenen zweiten Schaltungen sind identisch und nur die Schaltung 321 wird im folgenden beschrieben, wobei sich die anderen Schaltungen daraus leicht ableiten lassen.
  • Eine Zener-Diode 151 ist in Reihe mit einem Widerstand 171 zwischen einem der Anschlüsse der Sekundärwicklung 111 und dem Gatter 41 des ersten Schalters 101 angeordnet. Die Anschlüsse 102 und 103 des ersten Schalters 101 sind in der Stromleitung 211 angeordnet. Eine Diode 331 ist zwischen den Anschlüssen 102 und 103 parallel zum ersten Schalter angeordnet.
  • Die erste Schaltung 311 ist mit einer digitalen Steuereinheit 5 über zwei Verstärker 341 und 351 verbunden. Die zweiten Schaltungen 313 und 315 sind von der gleichen Art und weisen die Verstärker 343, 352 bzw. 345, 355 auf.
  • Drei weitere Schalter 322, 324, 326, die als "zweite Schalter" bezeichnet werden, sind jeweils mit einem der ersten Schalter verbunden. Sie weisen einen mit dem Anschluß 103 des entsprechenden ersten Schalters 101 verbundenen Anschluß 104 auf und ihr zweiter Anschluß 105 ist über das Element 370 mit Masse verbunden. Die Hochspannung V besteht zwischen dem Anschluß 102 und Masse 107. Die Gatter 42 des Schalters 322 ist über einen Widerstand 362 und einen Verstärker 342 mit einer digitalen Steuereinheit 5 verbunden. Die Schalter 324 und 326 sind auf die gleiche Weise angebracht und mit den Verstärkern 344 und 346 verbunden.
  • Dioden 332, 334, 336 sind jeweils zwischen dem Anschluß 104 des zweiten Schalters, gemeinsam mit dem Anschluß 103 der Primärwicklung, und Masse angeordnet.
  • Jede der Spulen B1, B2, B3 des Motors ist über einen ihrer Anschlüsse an den gemeinsamen Anschluß 103-104 des ersten und des zweiten Schalters angeschlossen.
  • Die ersten Schalter werden durch positive und negative Impulse gesteuert, und die zweiten Schalter bewahren die Speicherung des geschlossenen Zustands, der durch einen positiven Impuls erzeugt wurde, bis zum Empfang eines negativen Impulses.
  • Die zweiten Schalter 322, 324, 326 werden direkt gesteuert. Sie befinden sich im geschlossenen Zustand, wenn sie eine von Null verschiedene Spannung empfangen, die von der digitalen Steuereinheit 5 über die Verstärker 342, 344, 346 gesteuert ist, und befinden sich im offenen Zustand, wenn sie eine Null-Spannung empfangen.
  • Die Steuerfolgen jedes des Schalterpaare 101/322, 201/324 und 301/326 sind zueinander analog und sind in Figur 3 dargestellt.
  • Für das Paar 101/322 gilt:
  • Die Abfolge 101 der Schaltung des ersten Schalters ist die folgende:
  • a) ein positiver Spannungsimpuls 410 wird an die Primärwicklung des Transformators angelegt, wodurch die Eingangskapazität des ersten Schalters über den Widerstand und die Diode geladen und der Schalter leitend wird.
  • Ein positiver Impuls wird daher angelegt:
  • - jedesmal, wenn der erste Schalter vom offenen Zustand in den geschlossenen Zustand geschaltet werden soll (beispielsweise bei 410-411);
  • - zum Auffrischen der Ladung der Eingangskapazität, wenn der geschlossene Zustand über einen erheblichen Zeitraum andauert (nicht dargestellt).
  • b) Anschließend werden die Ladungen in der Kapazität der Gatter des Schalters aufgrund der Zener-Diode beibehalten, wobei der Schalter leitend bleibt.
  • c) Ein an die Primärwicklung des Transformators angelegter und der Spannung der Zener-Diode entsprechender negativer Spannungsimpuls 412-415 entlädt die Eingangskapazität des ersten Schalters und sperrt diesen.
  • Ein negativer Impuls wird daher angelegt:
  • - jedesmal, wenn der erste Schalter vom geschlossenen in den offenen Zustand geschaltet werden soll (beispielsweise bei 412 und 416),
  • - wenn bei im offenen Zustand befindlichem ersten Schalter der zweite oder jeder andere Schalter des Wandlers in den geschlossenen oder offenen Zustand geschaltet wird, und zwar vollkommen synchron (beispielsweise bei 413-414-415)..
  • Die Abfolge 322 zeigt die Umschaltungen des zweiten Schalters 31.
  • Für das Paar 201/324 gilt:
  • Die Abfolge 201 der Schaltung des ersten Schalters ist die folgende:
  • a) ein positiver Spannungsimpuls 430 wird an die Primärwicklung des Transformators angelegt, wodurch die Eingangskapazität des ersten Schalters über den Widerstand und die Diode geladen und der Schalter leitend wird.
  • Ein positiver Impuls wird daher angelegt:
  • - jedesmal, wenn der erste Schalter vom offenen Zustand in den geschlossenen Zustand geschaltet werden soll (beispielsweise bei 430-431);
  • - zum Auffrischen der Ladung der Eingangskapazität, wenn der geschlossene Zustand uber einen erheblichen Zeitraum andauert (nicht dargestellt).
  • b) Anschließend werden die Ladungen in der Kapazität des Gatters des Schalters aufgrund der Zener-Diode beibehalten, wobei der Schalter leitend bleibt.
  • c) Ein an die Primärwicklung des Transformators angelegter und der Spannung der Zener-Diode entsprechender negativer Spannungsimpuls 436 entlädt die Eingangskapazität des ersten Schalters und sperrt diesen.
  • Ein negativer Impuls wird daher angelegt:
  • - jedesmal, wenn der erste Schalter vom geschlossenen in den offenen Zustand geschaltet werden soll (beispielsweise bei 432 - 436),
  • - wenn bei im offenen Zustand befindlichem ersten Schalter der zweite oder jeder andere Schalter des Wandlers in den geschlossenen oder offenen Zustand geschaltet wird, und zwar vollkommen synchron (beispielsweise bei 433-434-435-437).
  • Für das Paar 301/326 gilt:
  • Die Abfolge 301 der Schaltung des ersten Schalters ist die folgende:
  • a) ein positiver Spannungsimpuls 450 wird an die Primärwicklung des Transformators angelegt, wodurch die Eingangskapazität des ersten Schalters über den Widerstand und die Diode geladen und der Schalter leitend wird.
  • Ein positiver Impuls wird daher angelegt:
  • - jedesmal, wenn der erste Schalter vom offenen Zustand in den geschlossenen Zustand geschaltet werden soll (beispielsweise bei 450-451);
  • - zum Auffrischen der Ladung der Eingangskapazität, wenn der geschlossene Zustand über einen erheblichen Zeitraum andauert (nicht dargestellt).
  • b) Anschließend werden die Ladungen in der Kapazität des Gatters des Schalters aufgrund der Zener-Diode beibehalten, wobei der Schalter leitend bleibt.
  • c) Ein an die Primärwicklung des Transformators angelegter und der Spannung der Zener-Diode entsprechender negativer Spannungsimpuls 453 entlädt die Eingangskapazität des ersten Schalters und sperrt diesen.
  • Ein negativer Impuls wird daher angelegt:
  • - jedesmal, wenn der erste Schalter vom geschlossenen in den offenen Zustand geschaltet werden soll (beispielsweise bei 452 - 453),
  • - wenn bei im offenen Zustand befindlichem ersten Schalter der zweite oder jeder andere Schalter des Wandlers in den geschlossenen oder offenen Zustand geschaltet wird, und zwar vollkommen synchron (beispielsweise bei 454-455-456-457-458).
  • Die nach den in den Patentansprüchen aufgeführten technischen Merkmalen eingefügten Bezugszeichen dienen lediglich dem Zweck deren Verständnis zu erleichtern und beschränken deren Umfang in keiner Weise.

Claims (10)

1. Impulsgesteuerter Wandler mit wenigstens einem in der hohen Stufe eines Brückenzweigs befindlichen ersten statischen Schalter (1, 101), der einen Gleichstrom periodisch unterbricht, um diesen Strom zu regeln, und mit wenigstens einem zweiten Schalter, der in der tiefen Stufe eines Brückenzweigs angeordnet ist,
- wobei der erste Schalter (1, 101) durch an sein Gatter (4) angelegte Impulse gesteuert ist,
- wobei die Impulse durch eine digitale Steuereinheit (5) erzeugt werden, die mit dem Gatter (4) des ersten Schalters (1) über einen Transformator (6, 61) verbunden ist, welcher eine Primärwicklung (7, 71), die mit der digitalen Steuereinheit (5) über eine erste Schaltung (10, 340) verbunden ist, und eine Sekundärwicklung (11, 111) aufweist, die mit dem Gatter (4) des ersten Schalters (1) über eine zweite Schaltung (14) verbunden ist,
- wobei der zweite Schalter direkt von der digitalen Steuereinheit (5) gesteuert wird,
- wobei der erste Schalter (1, 101) derart ausgebildet ist, daß, im offenen Zustand, ein von der digitalen Steuereinheit (5) an ihn über den zugehörigen Transformator (6) angelegter positiver Impuls das Schließen des Schalters bewirkt, und daß, wenn sich der Schalter im geschlossenen Zustand befindet, ein negativer Impuls das Öffnen des Schalters bewirkt,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltung (14) eine Zener-Diode (15, 151) und einen Widerstand (17, 171) aufweist, die seriell zwischen einem ersten Anschluß (12) der Sekundärwicklung (11) und dem Gatter (4) des ersten Schalters (1, 101) angeordnet sind, und daß die digitale Steuereinheit (5) eine geeignete Steuersequenz mit einem über den zugehörigen Transformator an den ersten Schalter gerichteten negativen Impuls erzeugt, wenn der erste Schalter offen ist, und dies jedes Mal, wenn jeder andere Schalter des Wandlers in den geschlossenen oder offenen Zustand gesteuert wird, wobei die Impulse mit der Umschaltung der anderen Schalter vollkommen synchronisiert sind.
2. Impulsgesteuerter Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schalter einen n-Kanal-MOSFET-Leistungstransistor aufweist.
3. Impulsgesteuerter Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schalter einen Bipolartransistor mit isolierter Elektrode, oder IGBT, aufweist.
4. Impulsgesteuerter Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltung einen Kondensator (18), der parallel zwischen dem Verbindungspunkt zwischen der Zener-Diode und dem Widerstand, einerseits, und dem zweiten Anschluß der Sekundärwicklung, andererseits, angeordnet ist, und eine Diode (20) aufweist, die parallel zum Widerstand angeordnet ist.
5. Impulsgesteuerter Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltung ein Dänipflingsorgan oder einen Puffer (340) aufweist.
6. Elektronische Steuerschaltung eines Elektromotors, mit wenigstens einem Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
7. Elektronische Steuerschaltung für einen Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe digitale Steuereinheit die Impulse erzeugt.
8. Elektronische Steuerschaltung flir einen Wechselstrommotor nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie drei in Brückenform angeordnete Wandler aulweist, und daß jeder erste Schalter durch positive Impulse, welche das Schließen desselben bewirken, und durch negative Impulse gesteuert wird, welche das Öffnen desselben bewirken.
9. Elektronische Steuerschaltung für einen Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Steuereinheit beim Schließen jedes anderen ersten Schalters negative Impulse an jeden im offenen Zustand befindlichen ersten Schalter über den zugehörigen Transformator sendet.
10. Elektronische Steuerschaltung für einen Motor nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wandler einem zweiten Schalter ohne Speichereffekt zugeordnet ist, welcher direkt von einem mit der digitalen Steuereinheit verbundenen Verstärker gesteuert wird.
DE69307612T 1992-07-10 1993-07-05 Pulsgesteuerter Umwandler und elektronische Motorsteuerung Expired - Fee Related DE69307612T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9208637A FR2693604B1 (fr) 1992-07-10 1992-07-10 Convertisseur commandé par impulsions et commande électrique de moteur.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69307612D1 DE69307612D1 (de) 1997-03-06
DE69307612T2 true DE69307612T2 (de) 1997-05-15

Family

ID=9431823

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69307612T Expired - Fee Related DE69307612T2 (de) 1992-07-10 1993-07-05 Pulsgesteuerter Umwandler und elektronische Motorsteuerung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5469041A (de)
EP (1) EP0578555B1 (de)
JP (1) JPH06178554A (de)
DE (1) DE69307612T2 (de)
FR (1) FR2693604B1 (de)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2714547B1 (fr) * 1993-12-23 1996-01-12 Commissariat Energie Atomique Système de commande d'actionneurs à courant continu en électronique de puissance.
FI97176C (fi) * 1994-09-27 1996-10-25 Abb Industry Oy Puolijohdekytkimen ohjauspiiri
US6252288B1 (en) * 1999-01-19 2001-06-26 Rockwell Science Center, Llc High power trench-based rectifier with improved reverse breakdown characteristic
DE19926979A1 (de) * 1999-06-14 2001-01-04 Siemens Ag Spannungszwischenkreis-Umrichter
US6252258B1 (en) * 1999-08-10 2001-06-26 Rockwell Science Center Llc High power rectifier
US6900557B1 (en) * 2000-01-10 2005-05-31 Diversified Technologies, Inc. High power modulator
US20050012489A1 (en) * 2003-07-16 2005-01-20 Jmc Products D/B/A Ljm Products, Inc. High frequency pulse width modulation
JP4918795B2 (ja) * 2006-03-16 2012-04-18 富士電機株式会社 パワーエレクトロニクス機器
EP2434644B1 (de) * 2010-09-27 2015-11-11 Delphi Technologies, Inc. Hochspannungs-Floating-Gate-Treibertopologie für sehr hohe Schaltfrequenzen
US10011178B1 (en) * 2017-06-08 2018-07-03 Ford Global Technologies, Llc DC inverter having reduced switching loss and reduced voltage spikes

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3678367A (en) * 1971-05-26 1972-07-18 Gen Electric Versatile power converters with a high frequency link
US4063146A (en) * 1975-05-22 1977-12-13 Reliance Electric Company Digital firing control for a converter
US4155113A (en) * 1977-10-17 1979-05-15 Litton Systems, Inc. Protective circuit for transistorized inverter-rectifier apparatus
GB2109184B (en) * 1981-10-22 1984-11-07 Ferranti Ltd Controlling conduction of semiconductor device
US4672521A (en) * 1984-12-21 1987-06-09 Allied Corporation Power converter for synthesizing a wave form
US4891764A (en) * 1985-12-06 1990-01-02 Tensor Development Inc. Program controlled force measurement and control system
US4742441A (en) * 1986-11-21 1988-05-03 Heart Interface Corporation High frequency switching power converter
US4855891A (en) * 1987-09-23 1989-08-08 Eventide Inc. Power supply design
FR2669477A1 (fr) * 1990-11-16 1992-05-22 Gen Electric Cgr Circuit de commande de commutation basse frequence de transistors a effet de champ et de transistors bipolaires a grille isolee.
US5306988A (en) * 1991-10-03 1994-04-26 Sgs-Thomson Microelectronics, Inc. Method and apparatus for operating polyphase dc motors
US5260861A (en) * 1992-05-01 1993-11-09 Wert Harry E Digital controlled converter and method

Also Published As

Publication number Publication date
US5469041A (en) 1995-11-21
EP0578555A1 (de) 1994-01-12
FR2693604B1 (fr) 1994-10-07
FR2693604A1 (fr) 1994-01-14
JPH06178554A (ja) 1994-06-24
EP0578555B1 (de) 1997-01-22
DE69307612D1 (de) 1997-03-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69111113T2 (de) Kondensator-Ladungspumpen.
EP1887698B1 (de) Levelshifter für eine Ansteuerschaltung für Leistungshalbleiterbauelemente
DE69122541T2 (de) Statischer Schalter für mittlere Spannung
DE69838991T2 (de) Treiber für piezoelektrische motoren
DE102019102311A1 (de) Gate-Treiber-Schaltung mit Spannungsinvertierung für einen Leistungshalbleiterschalter
WO2007054149A1 (de) Schaltungsanordnung und ein verfahren zur galvanisch getrennten ansteuerung eines halbleiterschalters
DE102018126779A1 (de) Gate-Treiber-Schaltung mit Spannungsinvertierung für einen Leistungshalbleiterschalter
DE2657948A1 (de) Logikschaltung
DE69307612T2 (de) Pulsgesteuerter Umwandler und elektronische Motorsteuerung
DE69216663T2 (de) Schaltkreis
DE69406857T2 (de) Schnittstellenschaltung und diese Schaltung enthaltende Spannungserhöhungsschaltung
DE3884925T2 (de) Schaltung, um einen MOS-Transistor bei Ausfall der Versorgungsspannung im leitenden Zustand zu halten.
DE102018005382A1 (de) Verfahren und Einrichtung zum Steuern von wenigstens zwei an einem gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis angeschlossenen Energiewandlern sowie System hiermit
DE2446028A1 (de) Statisches speicherelement
DE3030380C2 (de) Taktgeneratorschaltung
DE3209070A1 (de) Verfahren und schaltungsanordnung zum schalten elektrischer lasten
EP0024549B1 (de) TTL-Pegelumsetzer zur Ansteuerung von Feldeffekttransistoren
DE10064123A1 (de) Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Halbleiterschaltelements
EP1065600B1 (de) Datenbus-Transmitter
WO1999059249A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum umschalten eines feldeffekttransistors
EP0570402B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur zeit/spannungs-wandlung
DE69127426T2 (de) Halbleiter-Dekodierungsvorrichtung mit einem MOSFET zur Entladung eines Ausgangsanschlusses
DE2657281C3 (de) MIS-Inverterschaltung
WO1999001938A1 (de) Ansteuerschaltung für ein steuerbares halbleiterbauelement
DE3341767A1 (de) Spannungsschaltregler

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee