[发明专利]二象限截波器

说明书

技术领域

本发明是关于一种二象限截波器、关于一种用于操作二象限截波器的方法、以及关于一种用于一电驱动器的控制电路。

背景技术

使用包含电压连结的频率转换器来进行电驱动器的开放回路与封闭回路控制是一种惯常方法。对应的控制电路首先是经由B6二极管桥接或经由馈入转换器而从电源电压（在大部分的情况中，是第一三相电压）产生一直流电压。所产生的直流电压为例如700伏特的大小。通过控制电路，直流电压接着经由一转换器而被转换为一第二三相电压，所述第二三相电压包含了可调整为一特定范围的振幅与频率。通过改变振幅与频率，即可设置被供应第二三相电压的电动马达的扭矩与转速。

用于产生第二三相电压之转换器通常包含六个功率-电子切换器，典型地为IGBT切换器。功率-电子切换器为例如通过根据空间-向量-调制方法的脉冲宽度调制方式而被接入，来产生含有所需振幅与频率的第二三相电压。

功率-电子IGBT切换器并不在理想方式下运作。若切换器被启动，就会累积导通损失。此外，在切换器的切换期间累积会累积切换损失。

若以高切换频率来接入功率-电子切换器，所产生的结果是响应时间短、电流波动因子低，但也同时产生高切换损失。若以低切换频率来接入功率-电子切换器时，切换损失会降低，因而提高效率。然而，较低的切换频率会伴随衰减的响应时间与较高的电流波动因子。

另一种选择是，通过具有可调整振幅之三相自动变压器的方式，将提供作为电源电压的第一三相电压直接转换为第二三相电压以供电动马达之用。然而，这种三相自动变压器具有可观的尺寸以及相当低的效率。

除了包含IGBT切换器之转换器以外，也可使用具有金属氧化物半导体场效晶体管（MOSFET）切换晶体管之转换器。借此，可操作具有约2kW功率的小范围驱动器。合适的MOSFET切换晶体管在范围高达600伏特的阻断电压下为可用。通过这些晶体管的方式，可配置具有高达约400 V_dc电压连结的频率转换器。

这类MOSFET转换器的效率可大于99%。由于低损失之故，MOSFET转换器可配置为特别紧密的方式，因而可使MOSFET转换器整合到马达中。

可利用约350 V_dc的直流电压的方式来供应马达整合的MOSFET转换器功率。此一350 V_dc的供应电压可以是例如分别利用一降压转换器或一单象限截波器的方式而从电源电压所得之直流电压来产生。因此必须将功率半导体与降压转换器的电感调整至最大的可能尖峰电流。这再次产生了降压转换器的功率损失，降低了整个驱动器系统的整体效率。

除了降压转换器与单象限截波器以外，也可利用二象限截波器，其可反馈驱动器中所存储的功率而保持相对高的效率。

发明内容

本发明的目的在于提供具有增加效率的二象限截波器，此一目的是由具有如专利权利要求1所述特征的二象限截波器所达成。另外，本发明之目的在于提供一种用于操作具有增加效率的二象限截波器的方法，此一目的是通过具有如专利权利要求6所述特征的方法来解决。此外，本发明之目的在于提供一种电驱动器的控制电路，所述控制电路具有增加的效率；此目的是由具有如专利权利要求7所述特征的控制电路来解决。在附属权利要求中指出了较佳实施方式。

根据本发明的二象限截波器包含第一节点、第二节点、第三节点与第四节点。在第一节点与第二节点之间施加输入电压。在第一节点与第三节点之间撷取第一输出电压。在第三节点与第二节点之间撷取第二输出电压。第一电容器设置在第一节点与第三节点之间。第二电容器设置在第三节点与第二节点之间。第一晶体管的集极连接至第一节点，且第一晶体管的射极连接至第四节点。第一二极管的阴极连接至第一节点，且第一二极管的阳极连接至第四节点。第二晶体管的集极连接至第四节点，且第二晶体管的射极连接至第二节点。第二二极管的阴极连接至第四节点，且第二二极管的阳极连接至第二节点。此外，电感器设置在第三节点与第四节点之间。二象限截波器还包括用于测量在电感器中流动的电流的装置，以及配置用于使第一晶体管与第二晶体管根据调制指标而在导通状态与非导通状态之间互相切换的单元。所述调制指标是数值0.5以及在在电感器中流动的电流强度与定义虚拟电阻的乘积相关于输入电压量的比率的总和。