[go: up one dir, main page]

RU2485678C2 - Устройство и схема управления силовым электронным компонентом, соответствующие способ управления и пусковое устройство - Google Patents

Устройство и схема управления силовым электронным компонентом, соответствующие способ управления и пусковое устройство Download PDF

Info

Publication number
RU2485678C2
RU2485678C2 RU2009105731/07A RU2009105731A RU2485678C2 RU 2485678 C2 RU2485678 C2 RU 2485678C2 RU 2009105731/07 A RU2009105731/07 A RU 2009105731/07A RU 2009105731 A RU2009105731 A RU 2009105731A RU 2485678 C2 RU2485678 C2 RU 2485678C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
control
current
electronic component
circuit
power electronic
Prior art date
Application number
RU2009105731/07A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2009105731A (ru
Inventor
Жан-Пьер ЛЕПАЖ
Original Assignee
Альстом Транспорт Са
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 Альстом Транспорт Са filed Critical Альстом Транспорт Са
Publication of RU2009105731A publication Critical patent/RU2009105731A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2485678C2 publication Critical patent/RU2485678C2/ru

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/12—Modifications for increasing the maximum permissible switched current
    • H03K17/127—Modifications for increasing the maximum permissible switched current in composite switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/16—Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • H03K17/168—Modifications for eliminating interference voltages or currents in composite switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/06—Modifications for ensuring a fully conducting state
    • H03K2017/066—Maximizing the OFF-resistance instead of minimizing the ON-resistance
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0045—Full bridges, determining the direction of the current through the load

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
  • Air Bags (AREA)
  • Control Of Direct Current Motors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высоковольтных устройствах, вращающейся машине или в двигателе транспортного средства для преобразования переменного тока в постоянный или наоборот или для изменения формы, амплитуды и частоты тока. Техническим результатом является обеспечение управления силовым электронным компонентом таким образом, чтобы его можно было бы адаптировать для каждого нового варианта применения без изменения компонентов схемы. Схема (26) управления открыванием и закрыванием силового электронного компонента (12) содержит Н-образный мост, включающий первую вертикальную ветвь (33А) с первым генератором тока (40), управляемым в цифровом режиме, и первый выключатель (34). Первый генератор тока (40) выполнен с возможностью генерирования тока питания, имеющего первое направление. Схема управления содержит вторую вертикальную ветвь (33В) с вторым генератором тока (44), управляемым в цифровом режиме, и второй выключатель (36), последовательно соединенный с вторым генератором тока (44). Второй генератор тока (44) выполнен с возможностью генерирования тока питания, имеющего противоположное направление. Объектами изобретения являются также устройство управления, способ управления и пусковое устройство. 5 н. и 13 з.п. ф-лы, 11 ил.

Description

Объектами настоящего изобретения являются устройство, схема и способ управления силовым электронным компонентом.
Силовые электронные компоненты используются, например, в высоковольтных устройствах переключения для «адаптации» формы тока к его применению во вращающейся машине или в двигателе транспортного средства на электрическом ходу.
Устройство переключения может преобразовывать переменный ток в постоянный ток и наоборот или изменять форму, амплитуду и частоту волны тока.
Устройство переключения содержит силовые электронные компоненты, например, силовые транзисторы IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors - биполярные транзисторы с изолированным затвором), которые при переключении из открытого состояния в закрытое состояние делят постоянное напряжение на вторичные волны для изменения характера тока и получения, например, переменного тока.
Для этого устройство переключения принимает командные сигналы от вычислительного устройства, которые оно переводит в команды открывания и закрывания транзисторов IGBT. Для активирования открывания или закрывания транзисторов IGBT подают напряжение между электродом затвора и электродом эмиттера транзисторов IGBT. Это приложение напряжения, как правило, осуществляют схемы RC (резистор-конденсатор).
Однако значения удельного сопротивления и емкостного сопротивления компонентов схем RC необходимо менять для каждого нового варианта применения, то есть каждый раз, когда устройство переключения управляет новой машиной и даже когда рабочие параметры этой новой машины меняются.
Настоящее изобретение призвано предложить схему управления, по меньшей мере, одним силовым электронным компонентом, выполненным с возможностью управления таким образом, чтобы его можно было адаптировать для каждого нового варианта применения без изменения компонентов схемы RC.
В этой связи объектом изобретения является схема управления открыванием и закрыванием силового электронного компонента, при этом силовой электронный компонент содержит электрод затвора, электрод эмиттера и электрод коллектора, схема содержит Н-образный мост, содержащий:
- первую вертикальную ветвь, содержащую первый выключатель и первый генератор тока, управляемый в цифровом режиме, при этом первый выключатель отделен от первого генератора тока центральной точкой, предназначенной для соединения с электродом эмиттера силового электронного компонента; и
- вторую вертикальную ветвь, параллельную первой вертикальной ветви, при этом вторая вертикальная ветвь содержит второй выключатель и второй генератор тока, управляемый в цифровом режиме, при этом второй выключатель отделен от второго генератора центральной точкой, предназначенной для соединения с электродом затвора силового электронного компонента;
- при этом первый генератор тока выполнен с возможностью генерирования тока питания, имеющего первое направление, для питания электрода затвора силового электронного компонента; и второй генератор тока выполнен с возможностью генерирования тока питания, имеющего второе направление, противоположное первому направлению, для питания электрода эмиттера силового электронного компонента.
Согласно другим вариантам изобретения, схема управления содержит один или несколько следующих признаков:
- Н-образный мост содержит третий выключатель, параллельно соединенный с первым генератором тока, и четвертый выключатель, параллельно соединенный со вторым генератором тока, и схема содержит источник тока, выполненный с возможностью подачи питания на Н-образный мост, при этом указанный источник тока подключен, с одной стороны, между первым и четвертым выключателями и, с другой стороны, между первым и вторым генераторами тока;
- источник напряжения содержит конденсатор; и
- выключатели являются транзисторами типа МОП-транзисторов.
Объектом настоящего изобретения является также способ управления описанной выше схемой управления, заключающийся в том, что во время подачи команды на закрывание силового электронного компонента генерируют ток питания первым генератором тока, при этом второй выключатель находится в состоянии пропускания в первом направлении.
Согласно другим вариантам изобретения, способ управления содержит один или несколько следующих признаков:
- способ содержит предварительный этап перевода второго выключателя в состояние пропускания в указанном первом направлении, при этом первый выключатель находится в состоянии пропускания в указанном первом направлении;
- способ дополнительно содержит:
- этап перевода третьего выключателя в состояние пропускания в первом направлении; при этом второй выключатель находится в состоянии пропускания в первом направлении,
- этап подачи источником тока импульса тока в первом направлении;
- во время подачи команды на открывание силового электронного компонента генерируют ток питания вторым генератором тока;
- способ содержит предварительный этап перевода четвертого выключателя в состояние пропускания в указанном втором направлении, при этом третий выключатель находится в состоянии пропускания в указанном втором направлении;
- способ также содержит:
- этап перевода первого и четвертого выключателей в состояние пропускания в указанном втором противоположном направлении, и
- этап подачи источником тока импульса тока в указанном втором направлении;
- этап подачи импульса тока происходит за счет разряда конденсатора; и
- этап подачи тока питания содержит этап постепенного понижения тока питания в течение времени согласно определенному профилю.
Кроме того, объектом изобретения является устройство управления, по меньшей мере, одной схемой управления вышеупомянутого типа, при этом устройство управления выполнено с возможностью приема силовых командных сигналов и с возможностью управления схемой управления для открывания и закрывания, по меньшей мере, одного силового электронного компонента в зависимости от силовых командных сигналов, при этом устройство содержит:
- блок управления, выполненный с возможностью преобразования силовых командных сигналов в сигналы управления размыканием и/или замыканием выключателей и в сигналы управления подачей напряжения и/или отключением напряжения на генераторах тока схемы управления;
- запоминающее устройство хранения рабочих параметров силового электронного компонента или каждого силового электронного компонента и параметров управления током, предназначенным для подачи на электрод затвора и электрод эмиттера силового электронного компонента или каждого силового электронного компонента, при этом указанное запоминающее устройство является стираемым и перезаписываемым; и
- периферийный логический блок, выполненный с возможностью получения из указанного запоминающего устройства рабочих параметров и параметров управления током питания, при этом периферийный логический блок выполнен с возможностью выполнения задач для блока управления в зависимости от полученных рабочих параметров и параметров управления током.
Согласно другим вариантам изобретения, устройство содержит один или несколько следующих признаков:
- устройство содержит, по меньшей мере, один хронометр, выполненный с возможностью хронометража моментов передачи сигналов управления размыканием и/или замыканием выключателей на основании рабочих параметров и параметров управления, получаемых от запоминающего устройства;
- устройство содержит блок регулирования, выполненный с возможностью подачи цифровых команд изменения тока питания по заранее определенному профилю на цифро-аналоговый преобразователь для управления генераторами тока; и
- устройство содержит:
- схему сбора данных о напряжении между электродом коллектора и электродом эмиттера силового электронного компонента, и
- временной блок фильтрования данных, поступающих в схему сбора,
- при этом блок управления выполнен с возможностью определения состояния силового электронного компонента на основании данных, фильтруемых временным блоком фильтрования, при этом блок управления выполнен также с возможностью контроля соответствия между силовыми командными сигналами и состоянием силового электронного компонента.
Кроме того, объектом изобретения является пусковое устройство, содержащее:
- устройство управления вышеупомянутого типа, и
- стираемое и перезаписываемое запоминающее устройство, при этом указанное запоминающее устройство снабжено электрическими контактами, выполненными с возможностью соединения с компьютером для получения параметров управления и рабочих параметров, при этом указанное запоминающее устройство подключено к запоминающему устройству устройства управления для передачи в него указанных параметров управления и указанных рабочих параметров.
Наконец, объектом изобретения является система, содержащая схему управления вышеупомянутого типа и вышеупомянутое устройство управления этой схемой управления.
Настоящее изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве иллюстрации, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 - схематичный вид системы управления вращающейся машиной;
фиг.2 - схематичный вид выключателя, состоящего из трех пакетов силовых электронных компонентов;
фиг.3 - схематичный вид архитектуры устройства управления и трех схем управления, каждая из которых выполнена с возможностью управления силовым электронным компонентом выключателя;
фиг.4 - схематичный вид детали схемы управления, показанной на фиг.3;
фиг.5 - блок-схема способа управления компонентами схемы управления, показанной на фиг.4;
фиг.6-9 - схематичный вид частей схемы управления, показанной на фиг.4.
Фиг.10 и 11 - графики изменения во времени различных рабочих параметров силового электронного компонента во время применения способа, показанного на фиг.5.
Показанная на фиг.1 система управления электрической вращающейся машиной 2 классически содержит вычислительное устройство 4, выполненное с возможностью подачи силовых командных сигналов на электронное пусковое устройство 6. Пусковое устройство 6 предназначено для преобразования силовых командных сигналов в команды управления выключателем 10 устройства 8 переключения.
Устройство 8 переключения является, например, трехфазным преобразователем постоянного тока в переменный. Оно содержит шесть выключателей 10.
На фиг.1 и 2 показан только один выключатель 10. Этот выключатель 10 содержит три пакета 11А, 11В, 11С. Каждый пакет 11А, 11В, 11С содержит силовой транзистор 12, 14, 16 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors), установленный противопараллельно со своим диодом 18, 20, 22. Каждый силовой транзистор содержит электрод затвора, электрод коллектора и электрод эмиттера, в дальнейшем называемые затвором, коллектором и эмиттером соответственно.
Каждый силовой транзистор 12, 14, 16 обычно выполнен с возможностью коммутации токов до 1200 А. Выключатель 10, то есть установленные параллельно три транзистора 12, 14, 16, выполнен с возможностью коммутации токов до 2500 А. Каждый силовой транзистор 12, 14, 16 может выдерживать напряжение VCE между коллектором и эмиттером в непропускном состоянии, то есть в отрытом состоянии, достигающее 4000 В, и в пропускном состоянии, то есть в закрытом состоянии, напряжение VCE, как правило, менее 5В.
Пусковое устройство 6 выполнено с возможностью управления переключением выключателя 10. Оно содержит не показанные кодер/декодер, систему питания и цифровую систему.
Оно содержит также флэш-память 23 и устройство управления 24 переключением силовых транзисторов пакета.
Флэш-память 23 выполнена с возможностью хранения рабочих параметров и параметров управления силовых транзисторов 12, 14, 16. Она является электрически стираемой и перезаписываемой. Для этого ее оборудуют электрическими контактами, выполненными с возможностью соединения с компьютером для изменения рабочих параметров и параметров управления силовых транзисторов 12, 14, 16 каждый раз, когда устройство 8 переключения управляет новой машиной.
Устройство 24 управления показано на фиг.3. Оно встроено в схему, программируемую пользователем, обычно называемую FPGA (от английского "Field Programmable Gate Array" - логическая матрица, программируемая пользователем). Оно содержит логическую схему управления, выполненную с возможностью синхронного и независимого управления тремя схемами управления 26, 28, 30, каждая из которых выполнена с возможностью управления парой затвор/эмиттер силового транзистора 12, 14, 16 выключателя 10. На фиг.4 показаны только схема управления 26 и силовой транзистор 12. Схемы управления 28 и 30 выполнены с возможностью управления переключением транзисторов 14 и соответственно 16. Эти схемы являются идентичными схеме 26, и их подробное описание опускается.
Поскольку силовой транзистор 12 ведет себя, как если бы он содержал конденсатор, на фиг.4-9 он показан с конденсатором 32, соединенным с его затвором и с его эмиттером.
Схема 26 является Н-образным мостом, который служит для установления потенциала между затвором и эмиттером силового транзистора 12. Она ограничена замкнутой линией и содержит две параллельные электрические линии связи, образующие первую 33А и вторую 33В вертикальные ветви Н-образного моста. Первая ветвь 33А содержит первый МОП-транзистор 34, первый генератор тока 40, параллельно соединенный с третьим МОП-транзистором 42. Первый МОП-транзистор 34 отделен от группы «генератор тока 40 - МОП-транзистор 42» центральной точкой 32А, предназначенной для соединения с эмиттером силового транзистора 12. Вторая ветвь 33В содержит второй МОП-транзистор 36, второй генератор тока 44, параллельно соединенный с четвертым МОП-транзистором 46. Второй МОП-транзистор 36 отделен от группы «генератор тока 44 - четвертый МОП-транзистор 46» второй центральной точкой 32В, предназначенной для соединения с затвором силового транзистора 12.
При отсутствии напряжения на своем затворе МОП-транзисторы пропускают ток от своего истока до своего стока (канал N) или от своего стока до своего истока (канал Р).
Поэтому они схематично показаны на фиг.4 и 6-9 в виде выключателей, установленных параллельно с диодом.
Генераторы 40 и 44 являются генераторами тока с переменным сопротивлением, управляемыми в цифровом режиме при помощи не показанного цифроаналогового преобразователя.
Управление открыванием и закрыванием МОП-транзисторов 34, 36, 42, 46 осуществляется непосредственно устройством 24 управления или блоками управления, управляемыми устройством 24 управления.
МОП-транзисторы 34, 42 и 36, 46 являются выключателями, функцией которых является установление полярности затвора и эмиттера силового транзистора 12 для обеспечения циркуляции тока, входящего в затвор силового транзистора 12 (тока в направлении часовой стрелки F1) или выходящего из этого затвора (ток в направлении против часовой стрелки F2).
Н-образный мост питается через конденсатор 50, подключенный к узлу 54, находящемуся между МОП-транзисторами 34 и 36, а также к узлу 56, находящемуся между группами «МОП-транзисторы 42, 46 - генераторы тока 40, 44». Напряжение конденсатора 50 устанавливают на 15 В при помощи источника напряжения 57. Этот источник подает ток, необходимый для работы, компенсируя джоулевы потери, неизбежные в процессе управления затвором транзистора 12.
Способ управления схемой 26 начинается с этапа 58, во время которого проверяют, чтобы конденсатор 32 не был замкнут накоротко, например, по причине неисправности МОП-транзистора.
Если происходит короткое замывание конденсатора 32, применяется защитная процедура, чтобы избежать повреждения пускового устройства 6.
Если конденсатор 32 не замкнут накоротко, напряжение VGE между затвором и эмиттером транзистора 12 изначально подается в значении -15В.
На этапе 60 транзистор 36 закрыт, то есть находится в состоянии пропускания. Транзисторы 42 и 46 находятся в открытом состоянии, то есть в непропускном состоянии. На генераторы тока 40, 44 не подается напряжение или ток, то есть они не генерируют тока. Ток Ig разряда конденсатора 32 устанавливается в верхней части Н-образного моста в направлении часовой стрелки F1, пока напряжение VGE между затвором и эмиттером не станет примерно равным 0 В. Часть схемы 26, в которой циркулирует ток Ig, показана на фиг.6.
Ток Ig имеет пик большой силы, находящийся в пределах от 5 до 10 А. Этот пик тока позволяет привести затвор силового транзистора 12 к порогу электропроводности.
Во время этого этапа напряжение VCE между коллектором и эмиттером транзистора 12 является высоким (превышающим 1/2 рабочего напряжения). Между коллектором и эмиттером силового транзистора 12 ток не проходит.
На этапе 62 на генератор тока 40 подается напряжение для генерирования тока Ig. Этот ток Ig проходит в затвор силового транзистора 12 через конденсатор 50 и транзистор 36, как показано на фиг.7 и 10.
Управление генератором 40 происходит таким образом, чтобы ток Ig постепенно уменьшался согласно заранее определенному профилю Р6, после чего прекращается подача напряжения на генератор 40. Профиль тока Р6 содержит горизонтальную площадку в момент, когда силовой транзистор 12 переходит в пропускное состояние, как показано на фиг.10, или меняется по обратной экспоненциальной кривой, как показано на фиг.11.
Как показано на фиг.10, ток Iс устанавливается между коллектором и эмиттером транзистора 12, тогда как напряжение VCE постепенно понижается.
Если ток Ig является очень большим, то ток Iс, который устанавливается между коллектором и эмиттером транзистора 12, может резко увеличиться до слишком большого значения (слишком большое значение dIc/dt), что может привести к необратимым последствиям на силовом транзисторе 12.
Поскольку генератор тока 40 в соответствии с настоящим изобретением управляется в цифровом режиме, уменьшение тока Ig точно регулируется устройством 24 управления, чтобы избежать любого повреждения силового транзистора 12.
Предпочтительно этот профиль кривой Р6 можно легко изменить, когда устройство 8 переключения используют для нового варианта применения, что будет подробнее пояснено ниже.
Во время этапа 64 транзистор 42 закрыт. Конденсатор 50 разряжается и генерирует импульс разряда D, показанный на фиг.10. Этот импульс разряда позволяет поддерживать пропускное состояние силового транзистора 12, избегая последовательных колебательных явлений закрывания и открывания, которые могли бы повредить транзистор 12.
В этом случае напряжение VCE примерно равно 5 В. Напряжение VGE между затвором и эмиттером равно +15 В.
Во время этапов 60 и 64 источник напряжения подзаряжает конденсатор 50, чтобы компенсировать джоулевы потери, накапливающиеся во время циклов заряда и разряда конденсатора 32.
Процедура открывания силовых транзисторов 12, 14, 16 начинается этапом 68, на котором транзистор 46 закрыт (пунктирная линия на фиг.8), а транзисторы 34, 36 и 42 открыты. В схеме 26 устанавливается сильный ток Ig разряда конденсатора 32 в направлении против часовой стрелки F2, как показано на фиг.8 и 10. Он может достигать значения от 5 до 10 А в зависимости от типа IGBT. В конце этапа 68 напряжение VGE примерно равно пороговому напряжению электропроводности IGBT.
После этого на этапе 70 транзистор 46 открывается (показано на фиг.8 сплошной линией), и на генератор тока 44 подается напряжение. Он генерирует ток Ig небольшой силы в направлении против часовой стрелки F2, как показано на фиг.10.
Генератор тока 44 постепенно уменьшает ток, который может поддерживаться на одном уровне в момент, когда силовой транзистор 12 переходит в блокированное или непропускное состояние. Наконец, на генератор тока 44 подается напряжение.
Во время этапа 72, показанного на фиг.9, транзисторы 46 и 34 закрыты. Конденсатор 50 генерирует импульс тока разряда D, показанный на фиг.10. Разряд конденсатора 50 в конденсатор 32 позволяет быстро привести ток, циркулирующий между коллектором и эмиттером силового транзистора 12, к нулевому значению. Этот импульс позволяет устранить колебательное явление, которое обычно происходит во время открывания силовых транзисторов нового поколения. Поскольку ток Iс быстро приходит к 0, потери от коммутации снижаются.
Во время этапов 68 и 72 источник напряжения 57 подзаряжает конденсатор 50, чтобы компенсировать джоулевы потери во время циклов заряда и разряда конденсатора 32.
Далее со ссылками на фиг.3 следует описание других блоков устройства 24 управления.
Устройство 24 управления содержит блок 79 управления, выполненный с возможностью решать, какое напряжение VGE следует подать между затвором и эмиттером транзисторов 12, 14, 16.
Блок 79 управления является машиной конечных состояний, выполненной с возможностью автоматического перехода от одного состояния управления к другому при соблюдении определенного условия перехода к следующему состоянию.
Блок 79 управления выполнен с возможностью преобразования силовых командных сигналов вычислительного устройства 4, принимаемых кодером/декодером пускового устройства 6 в сигналы управления для инжекции тока в затворы или извлечения тока из затворов силовых транзисторов 12, 14, 16.
Устройство 24 управления дополнительно содержит запоминающее устройство 80, периферийный логический блок 82 и схему 84 сбора данных о напряжении VCE между коллектором и эмиттером силовых транзисторов 12, 14, 16.
Запоминающее устройство 80 является оперативным запоминающим устройством типа RAM с двойным портом, загружаемым от электрически программируемой флэш-памяти 23. Она содержит рабочие параметры каждого силового транзистора 12, 14, 16 и параметры управления током Ig, предназначенным для подачи на затвор и на эмиттер каждого силового транзистора 12, 14, 16. Эти параметры передаются от флэш-памяти 23 на последовательный порт запоминающего устройства 80 для подачи напряжения на пусковое устройство 6 и после этого могут передаваться от 16-битового порта запоминающего устройства 80 для программирования периферийного логического блока 82.
Когда устройство 8 переключения используют для нового варианта применения, рабочие параметры и параметры управления можно легко изменить путем подключения флэш-памяти 23 к компьютеру, содержащему программу, позволяющую изменять эти параметры.
Схема 84 сбора выполнена с возможностью определения в любой момент напряжения VCE между коллектором и эмиттером силовых транзисторов 12, 14, 16, а также его изменения относительно времени. Принцип работы этой схемы подробно описан в патентной заявке, опубликованной под номером 02 851 056, и его описание в настоящей заявке опускается.
Блок 79 управления выполнен с возможностью приема данных измерения напряжения VCE, а также данных измерений изменения этого напряжения VCE во времени, от схемы 84 сбора для постоянного контроля соответствия между командными сигналами, полученными от вычислительного устройства 4, и состоянием каждого силового транзистора 12, 14, 16 как в момент переключений, так и во время стационарных состояний.
Периферийный логический блок 82 содержит временной блок 88 фильтрования сигналов, полученных от схемы 84 сбора, первый 90 и второй 92 хронометры, блок 94 регулирования профиля тока, инжектируемого в затвор силовых транзисторов 12, 14, 16, и, наконец, проверочный блок 96.
Временной блок 88 фильтрования выполнен с возможностью осуществления фильтрования напряжения VCE в заранее определенном временном интервале для устранения сигналов, характеризующих паразитные колебания этого напряжения.
Первый хронометр 90 выполнен с возможностью хронометража интервалов времени порядка десятка микросекунд по команде блока 79 управления. Он может принимать от запоминающего устройства 80 рабочие параметры и параметры управления. В частности, в них входят минимальная продолжительность Р1 импульса, допустимая для затвора каждого силового транзистора 12, 14 16, а также минимальный срок Р2 насыщения каждого силового транзистора, то есть минимальный промежуток между двумя командами переключения. Примеры рабочих параметров и параметров управления показаны на фиг.11.
Второй хронометр 92 выполнен с возможностью измерения интервалов времени от 25 нс до нескольких микросекунд по команде блока 79 управления. Он принимает предназначенные для хронометража параметры от запоминающего устройства 80. В частности, его используют для хронометража моментов Р3, Р4, Р5 инжекции токов Ig в каждый затвор силовых транзисторов 12, 14, 16 выключателя, длины импульса тока Р7, а также времени регулирования Р8.
Блок 94 регулирования выполнен с возможностью изменения кривых тока Ig1, Ig2, Ig3 питания силовых транзисторов 12, 14, 16 по Р6 или нескольким заранее определенным профилям тока, полученным от запоминающего устройства 80. Профиль тока Р6 может образовать ступеньку, как показано на фиг.10, или понижающуюся экспоненту, как показано на фиг.11.
Блок 94 управления выполнен с возможностью управления генераторами тока 40 и 44 схем 26, 28 и 30 управления. Для этого его подключают к цифроаналоговым преобразователям, которые, в свою очередь, соединяют с каждым из генераторов 40, 44.
Проверочный блок 96 принимает команды от блока 79 управления для управления блоками управления транзисторами 34, 36, 42 и 46. Проверочный блок 96 обеспечивает недопущение восстановления проводимости МОП-транзисторов. Кроме того, проверочный блок 96 позволяет запустить инжекцию токов Ig1, Ig2, Ig3 в затворы каждого из транзисторов 12, 14, 16 в заранее определенные моменты Р3, Р4, Р5.
Рабочие параметры и параметры управления, хранящиеся в запоминающем устройстве 80, содержат, в частности, минимальную продолжительность Р1 импульса, допустимую для затвора каждого силового транзистора, минимальный срок Р2 насыщения, моменты Р3, Р4, Р5 инжекции тока в каждый затвор силовых транзисторов 12, 14, 16 и профиль Р6 понижения тока затвора.
Устройство 24 управления и схемы 26, 28, 30 управления позволяют точно и быстро управлять всеми тремя транзисторами 12, 14, 16 с учетом рабочего состояния каждого из этих силовых транзисторов, причем устройство 24 управления выполнено с возможностью запуска аварийной процедуры в случае выхода из строя одного или нескольких силовых транзисторов.
Силовые транзисторы 12, 14, 16 характеризуются разными моментами перехода из пропускного состояния в непропускное состояние и наоборот. Эти различия моментов перехода из одного состояния в другое вытекают из второстепенных различий в поведении их кремния и из их положения в силовом контуре переключения. Промышленный разброс параметров пакетов 11А, 11В, 11С и незначительная асимметрия контура переключения вносят дисбаланс в мгновенное распределение тока в параллельно установленных пакетах во время переключений. Это ограничивает полномасштабное использование возможности отключения пакетов в параллельных монтажных схемах.
Иначе говоря, первый транзистор выключателя, который производит переключение, должен выдерживать более высокий переходный ток, чем другие, пока все другие параллельно установленные транзисторы не заработают на полную мощность. Поэтому необходимо ограничивать номинальный ток переключения преобразователя, то есть ток, коммутируемый выключателем 10.
Перед использованием производят тестирование пакетов 11А, 11В, 11С для точного определения относительных отклонений между ними. Моменты срабатывания Р3, Р4, Р5 тока Ig определяют в зависимости от этих отклонений. Проверочный блок 96 устройства управления включает подачу напряжения на генераторы тока 40, 44 и отключает от них напряжение, чтобы все силовые транзисторы 12, 14, 16 переходили в пропускное состояние в один и тот же момент, как показано на фиг.11, таким образом, чтобы можно было повышать номинальный ток преобразователя.
В варианте, генераторы тока 40, 44 могут быть выполнены в виде регуляторов напряжения и усилителей.
В известных схемах управления энергия, используемая для переключения силовых транзисторов 12, 14, 16, рассеивается в резисторах, тогда как, согласно настоящему изобретению, эта энергия предпочтительно отбирается конденсатором 50. Следовательно, устройство запуска 6 потребляет меньше энергии, и компоненты схем 26, 28, 30 управления не перегреваются и, следовательно, не портятся.
Иначе говоря, принцип управления парой затвор/эмиттер силового транзистора, используемого в схеме управления в соответствии с настоящим изобретением, позволяет рассеивать энергию при запуске силовых транзисторов только на укороченных этапах. Это позволяет уменьшить в 10-50 раз рассеяние энергии схемами 26, 28, 30 во время запуска затворов силовых транзисторов. Действительно, энергия рассеивается только на этапах 60 и 70, и нет необходимости в искусственном усилении конденсатора 32 силовых транзисторов 12, 14, 16 путем добавления дополнительного внешнего конденсатора для корректировки схемы RC.

Claims (18)

1. Схема (26, 28, 30) управления открыванием и закрыванием силового электронного компонента (12, 14, 16), содержащего электрод затвора, электрод эмиттера и электрод коллектора, характеризующаяся тем, что содержит Н-образный мост, содержащий:
- первую вертикальную ветвь (33А), содержащую первый выключатель (34) и первый генератор тока (40), управляемый в цифровом режиме, при этом первый выключатель (34) отделен от первого генератора тока (40) центральной точкой (32А), предназначенной для соединения с электродом эмиттера силового электронного компонента (12, 14, 16); и
- вторую вертикальную ветвь (33В), параллельную первой вертикальной ветви (33А), при этом вторая вертикальная ветвь (33В) содержит второй выключатель (36) и второй генератор тока (44), управляемый в цифровом режиме, при этом второй выключатель (36) отделен от второго генератора (44) центральной точкой (32В), предназначенной для соединения с электродом затвора силового электронного компонента (12, 14, 16);
- при этом первый генератор тока (40) выполнен с возможностью генерирования тока питания (Ig), имеющего первое направление (F1), для питания электрода затвора силового электронного компонента (12, 14, 16); и второй генератор тока (44) выполнен с возможностью генерирования тока питания (Ig), имеющего второе направление (F2), противоположное первому направлению (F1), для питания электрода эмиттера силового электронного компонента (12, 14, 16).
2. Схема (26, 28, 30) управления по п.1, в которой Н-образный мост содержит третий выключатель (42), параллельно соединенный с первым генератором тока (40), и четвертый выключатель (46), параллельно соединенный со вторым генератором тока (44), при этом схема (26, 28, 30) содержит источник тока (50, 57), выполненный с возможностью подачи питания на Н-образный мост, причем указанный источник тока подключен с одной стороны между первым (34) и вторым (36) выключателями, а с другой стороны - между первым (40) и вторым (44) генераторами тока.
3. Схема (26, 28, 30) управления по п.2, в которой источник напряжения (50, 57) содержит конденсатор (50).
4. Схема (26, 28, 30) управления по любому из пп.1-3, в которой выключатели (34, 36, 42, 44) являются транзисторами типа МОП-транзисторов.
5. Способ управления схемой (26, 28, 30) управления по любому из пп.1-4, характеризующийся тем, что во время подачи команды на закрывание силового электронного компонента (12, 14, 16) осуществляют этап (62) генерирования тока питания (Ig) первым генератором тока (40), при этом второй выключатель (36) находится в состоянии пропускания в первом направлении (F1).
6. Способ управления по п.5, характеризующийся тем, что содержит предварительный этап (60) перевода второго выключателя (36) в состояние пропускания в указанном первом направлении (F1), при этом первый выключатель (34) находится в состоянии пропускания в указанном первом направлении (F1).
7. Способ управления по п.5 или 6, применяемый для схемы по п.2, характеризующийся тем, что содержит:
- этап (64) перевода третьего выключателя (42) в состояние пропускания в первом направлении (F1); при этом второй выключатель (36) находится в состоянии пропускания в первом направлении (F1);
- этап (64) подачи источником тока (50, 57) импульса тока в первом направлении (F1).
8. Способ управления по п.5 или 6, характеризующийся тем, что во время подачи команды на открывание силового электронного компонента (12, 14, 16) осуществляют этап (70) генерирования тока питания (Ig) вторым генератором тока (44).
9. Способ управления по п.8, применяемый для схемы по п.2, характеризующийся тем, что осуществляют предварительный этап (68) перевода четвертого выключателя (46) в состояние пропускания в указанном втором направлении (F2), при этом третий выключатель (42) находится в состоянии пропускания в указанном втором направлении (F2).
10. Способ управления по п.8, применяемый для схемы по п.2, характеризующийся тем, что осуществляют:
- этап (72) перевода первого (34) и четвертого (46) выключателей в состояние пропускания в указанном втором противоположном направлении (F2) и
- этап (72) подачи источником тока (50, 57) импульса тока в указанном втором направлении (F2).
11. Способ управления по п.7, применяемый для схемы по п.3, характеризующийся тем, что этап (64, 72) подачи импульса тока происходит за счет разряда конденсатора (50).
12. Способ управления по п.5 или 6, характеризующийся тем, что этап подачи тока питания (Ig) содержит этап (62, 70) постепенного понижения тока питания (Ig) со временем в соответствии с заранее определенным профилем.
13. Устройство (24) управления, по меньшей мере, одной схемой (26, 28, 30) управления по любому из пп.1-4, характеризующееся тем, что выполнено с возможностью приема силовых командных сигналов и с возможностью управления схемой (26, 28, 30) управления для открывания и закрывания, по меньшей мере, одного силового электронного компонента (12, 14, 16) в зависимости от силовых командных сигналов, при этом устройство (24) содержит:
- блок (79) управления, выполненный с возможностью преобразования силовых командных сигналов в сигналы управления размыканием и/или замыканием выключателей (34, 36, 42, 46) и в сигналы управления подачей напряжения и/или отключением напряжения на генераторах тока (40, 44) схемы управления (26, 28, 30);
- запоминающее устройство (80) для хранения рабочих параметров (P1, P2, Р3, Р4, Р5, Р6, Р7, Р8) силового электронного компонента или каждого силового электронного компонента (12, 14, 16) и параметров управления током (Ig), который подается на электрод затвора и электрод эмиттера силового электронного компонента или каждого силового электронного компонента (12, 14, 16), при этом указанное запоминающее устройство (80) является стираемым и перезаписываемым; и
- периферийный логический блок (82), выполненный с возможностью получения из указанного запоминающего устройства (80) рабочих параметров и параметров управления током питания (Ig), при этом периферийный логический блок (82) выполнен с возможностью выполнения задач для блока (79) управления в зависимости от полученных рабочих параметров и параметров управления током.
14. Устройство (24) управления по п.13, характеризующееся тем, что содержит, по меньшей мере, один хронометр (92, 94), выполненный с возможностью хронометража моментов передачи сигналов управления размыканием и/или замыканием выключателей (34, 36, 42, 46) на основании рабочих параметров и параметров управления, получаемых из запоминающего устройства (80).
15. Устройство (24) управления по п.13 или 14, характеризующееся тем, что содержит блок (94) регулирования, выполненный с возможностью подачи цифровых команд изменения тока питания (Ig) по заранее определенному профилю (Р6) на цифроаналоговый преобразователь для управления генераторами тока (40, 44).
16. Устройство (24) управления по п.13 или 14, характеризующееся тем, что содержит:
- схему (84) сбора данных о напряжении V(CE) между электродом коллектора и электродом эмиттера силового электронного компонента (12, 14, 16) и
- временной блок (88) фильтрования данных, поступающих в схему сбора (84),
- при этом блок (79) управления выполнен с возможностью определения состояния силового электронного компонента (12, 14, 16) на основании данных, фильтруемых временным блоком (88) фильтрования, при этом блок (79) управления выполнен также с возможностью контроля соответствия между силовыми командными сигналами и состоянием силового электронного компонента (12, 14, 16).
17. Пусковое устройство (6), содержащее:
- устройство (24) управления по любому из пп.13-16 и
- стираемое и перезаписываемое запоминающее устройство (23), при этом указанное запоминающее устройство (23) снабжено электрическими контактами, выполненными с возможностью соединения с компьютером для получения параметров управления и рабочих параметров, при этом указанное запоминающее устройство (23) подключено к запоминающему устройству (80) устройства (24) управления для передачи в него указанных параметров управления и указанных рабочих параметров.
18. Система, содержащая схему (26, 28, 30) управления по любому из пп.1-4 и устройство (24) управления по любому из пп.13-16 для управления этой схемой (26, 28, 30) управления.
RU2009105731/07A 2008-02-19 2009-02-18 Устройство и схема управления силовым электронным компонентом, соответствующие способ управления и пусковое устройство RU2485678C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0851046 2008-02-19
FR0851046A FR2927738B1 (fr) 2008-02-19 2008-02-19 Dispositif et circuit de commande d'un composant electronique de puissance, procede de pilotage et allumeur associes.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009105731A RU2009105731A (ru) 2010-08-27
RU2485678C2 true RU2485678C2 (ru) 2013-06-20

Family

ID=39929952

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009105731/07A RU2485678C2 (ru) 2008-02-19 2009-02-18 Устройство и схема управления силовым электронным компонентом, соответствующие способ управления и пусковое устройство

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP2093868B1 (ru)
JP (1) JP5322687B2 (ru)
CN (1) CN101521455B (ru)
ES (1) ES2628822T3 (ru)
FR (1) FR2927738B1 (ru)
PL (1) PL2093868T3 (ru)
RU (1) RU2485678C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU170562U1 (ru) * 2015-07-27 2017-04-28 Акционерное общество "Калужский завод "Ремпутьмаш" Система управления путевой машиной

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102005990B (zh) * 2010-11-12 2013-09-18 中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心 一种电机的h桥驱动控制电路
JP7091819B2 (ja) 2018-05-10 2022-06-28 富士電機株式会社 ゲート駆動装置およびスイッチ装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1989008951A1 (en) * 1988-03-10 1989-09-21 General Electric Company Electronic control circuits, electronically commutated motor systems, switching regulator power supplies, and methods
JPH0923664A (ja) * 1995-07-07 1997-01-21 Nippondenso Co Ltd インバータ装置
US6229339B1 (en) * 1998-03-27 2001-05-08 Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho Circuit for driving switching element
US6538481B1 (en) * 2001-09-05 2003-03-25 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Driving control device, power converting device, method of controlling power converting device and method of using power converting device
RU31971U1 (ru) * 2003-04-15 2003-09-10 Белов Александр Михайлович Устройство крышка-стерилизатор
RU2223590C1 (ru) * 2002-08-02 2004-02-10 Ульяновский государственный технический университет Мостовой инвертор
RU59907U1 (ru) * 2006-08-14 2006-12-27 Дмитрий Владимирович Барыльник Управляемое устройство для преобразования постоянного напряжения в переменное
EP1881592A2 (en) * 2006-07-20 2008-01-23 Hitachi, Ltd. Power converter

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU5508990A (en) * 1989-05-18 1990-11-22 Hirotami Nakano Switching power supply apparatus and isolating method thereof
JP2760590B2 (ja) * 1989-09-04 1998-06-04 株式会社東芝 電圧駆動形素子の駆動回路
JPH06196978A (ja) * 1992-12-25 1994-07-15 Hitachi Denshi Ltd 直流再生回路
JPH10108477A (ja) * 1996-09-30 1998-04-24 Mitsutoyo Corp インバータ回路
JPH11205108A (ja) * 1998-01-07 1999-07-30 New Japan Radio Co Ltd Ｎｐｎトランジスタ駆動回路
US6037720A (en) * 1998-10-23 2000-03-14 Philips Electronics North America Corporation Level shifter
JP3941309B2 (ja) * 1998-12-03 2007-07-04 株式会社日立製作所 電圧駆動形スイッチング素子のゲート駆動回路
US6456511B1 (en) * 2000-02-17 2002-09-24 Tyco Electronics Corporation Start-up circuit for flyback converter having secondary pulse width modulation
JP4145462B2 (ja) * 2000-03-10 2008-09-03 株式会社リコー スイッチング素子駆動回路装置およびそれを用いた電子機器
JP2002094363A (ja) * 2000-09-18 2002-03-29 Toshiba Corp 絶縁ゲート型半導体素子のゲート駆動回路、絶縁ゲート型半導体素子およびそれらを用いた電力変換装置
JP4434510B2 (ja) * 2001-03-16 2010-03-17 株式会社東芝 絶縁ゲート型半導体素子の故障検出方法および故障検出装置
DE10211077A1 (de) * 2002-03-13 2003-09-04 Siemens Ag Verfahren zur Ansteuerung von MOS-Gate gesteuerten Leistungshalbleitern
JP4044861B2 (ja) * 2003-04-03 2008-02-06 三菱電機株式会社 電力変換装置およびその電力変換装置を備える電力変換システム装置
EP1471626A3 (en) * 2003-04-24 2006-05-10 International Rectifier Corporation Fault protected self-oscillating full-bridge driver
TWI258261B (en) * 2004-05-18 2006-07-11 Richtek Techohnology Corp JFET driving circuit applied to DC/DC converter and method thereof
DE102005016440A1 (de) * 2005-04-01 2006-10-05 Hantschel, Jochen, Dipl.-Ing. (FH) Vorrichtung und Verfahren zur flexiblen Optimierung der Schaltvorgänge eines nichteinrastenden, abschaltbaren Leistungshalbleiters
JP4672575B2 (ja) * 2006-03-08 2011-04-20 三菱電機株式会社 パワーデバイスの駆動回路

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1989008951A1 (en) * 1988-03-10 1989-09-21 General Electric Company Electronic control circuits, electronically commutated motor systems, switching regulator power supplies, and methods
JPH0923664A (ja) * 1995-07-07 1997-01-21 Nippondenso Co Ltd インバータ装置
US6229339B1 (en) * 1998-03-27 2001-05-08 Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho Circuit for driving switching element
US6538481B1 (en) * 2001-09-05 2003-03-25 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Driving control device, power converting device, method of controlling power converting device and method of using power converting device
RU2223590C1 (ru) * 2002-08-02 2004-02-10 Ульяновский государственный технический университет Мостовой инвертор
RU31971U1 (ru) * 2003-04-15 2003-09-10 Белов Александр Михайлович Устройство крышка-стерилизатор
EP1881592A2 (en) * 2006-07-20 2008-01-23 Hitachi, Ltd. Power converter
RU59907U1 (ru) * 2006-08-14 2006-12-27 Дмитрий Владимирович Барыльник Управляемое устройство для преобразования постоянного напряжения в переменное

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU170562U1 (ru) * 2015-07-27 2017-04-28 Акционерное общество "Калужский завод "Ремпутьмаш" Система управления путевой машиной

Also Published As

Publication number Publication date
CN101521455B (zh) 2013-11-06
FR2927738A1 (fr) 2009-08-21
EP2093868A3 (fr) 2013-12-04
CN101521455A (zh) 2009-09-02
EP2093868B1 (fr) 2017-04-12
JP2009201110A (ja) 2009-09-03
RU2009105731A (ru) 2010-08-27
PL2093868T3 (pl) 2017-10-31
JP5322687B2 (ja) 2013-10-23
ES2628822T3 (es) 2017-08-04
FR2927738B1 (fr) 2013-01-04
EP2093868A2 (fr) 2009-08-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3091626B1 (en) High-voltage dc circuit breaker
EP2719067B1 (en) Method for energizing a chain-link converter, controller, computer programs and computer program products
RU2654533C2 (ru) Устройство для коммутации постоянного тока
US9742346B2 (en) Method of discharging at least one electrical energy storage unit, in particular a capacitor, of an electrical circuit
US11011974B2 (en) Inverter arrangement, electric drive system, and method for discharging a DC link capacitor in an inverter arrangement
KR20150054812A (ko) 인버터용 작동 상태 회로, 및 인버터의 작동 상태 설정 방법
US11133795B2 (en) Overcurrent determining apparatus and drive unit using the same
CA2836030A1 (en) System and method for fault protection
JP2017175771A (ja) インバータ装置
EP2773006B1 (en) Control circuit
CN103548266A (zh) 用于运行功率输出级的方法和装置
RU2485678C2 (ru) Устройство и схема управления силовым электронным компонентом, соответствующие способ управления и пусковое устройство
CN110651407A (zh) 功率转换装置
TW201641947A (zh) 動態特性測試裝置及動態特性測試方法
Qin et al. Intelligent Gate Drive for Cryogenic Solid-state Circuit Breaker with Current Limitation Capability for Aviation Application
EP3496250B1 (en) Inverter, assembly and vehicle comprising such inverter, and method for operating an inverter
WO2020038704A1 (en) Switching valve
KR0133530B1 (ko) 구동회로
CN109950940B (zh) 阀组充电装置和阀组充电控制方法
EP3742568A1 (en) Overvoltage protection circuit, power converter, electric drive device and vehicle
RU2510774C1 (ru) Высоковольтный коммутатор с динамическим ограничением энергии
CN105493407A (zh) 半导体开关装置
US20250030414A1 (en) Solid state power controller, power management system and power converter
RU2624254C2 (ru) Способ переключения рабочего тока
US20240266631A1 (en) Temperature raising controller

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20150918

PD4A Correction of name of patent owner