[发明专利]功率电子电路、电子机械和检测功率电子电路功能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率电子电路，一种具有该功率电子电路的电子机械和一种用于检测这种功率电子电路的功能的方法。

背景技术

专利文献DE10059173C1公开了一种与使用安全技术的逆变器相关的用于交流电动机的驱动控制装置。对该逆变器的功率晶体管的控制通过脉冲阻塞来实施。在发生故障的情况下，通过脉冲阻塞装置使逆变器的各个功率晶体管截止，在此，使各个用于功率晶体管的控制装置的供电电压断开。脉冲阻塞装置的功能将受到定期检测，例如在每次接通电源电压之后。

发明内容

本发明的目的在于，能够在功率电子电路的连续运行过程中检测功率电子电路的控制电子装置的功能。

本发明的目的通过一种功率电子电路来实现，该功率电子电路具有：

包括至少一个功率半导体开关的功率部件，并将该功率部件设计为，通过使该至少一个功率半导体开关交替地接通和断开，由电压产生用于电负载的时钟电压；和

控制电子装置，用于控制该交替地接通和断开的功率半导体开关，该控制电子装置具有：光电耦合器，其包括构成光发射器的输入级和构成光接收器的输出级；与光发射器并联连接的第一半导体开关；和与由第一半导体开关和光发射器组成的并联电路串联连接的第二半导体开关，在此将第一半导体开关设计为，根据脉冲模式交替地打开和关闭，从而使电流根据脉冲模式流过光发射器，使光发射器根据脉冲模式发射光，所发出的光由光接收器接收，以产生相应的用于至少一个功率半导体开关的控制信号。

本发明的另一方面涉及一种电子机械，其具有根据本发明的功率电子电路、由该功率电子电路提供时钟电压的电负载和控制装置，该控制装置根据脉冲模式通过控制器打开和关闭第一半导体开关。

根据本发明的功率电子电路例如是时钟电源，也就是产生用于电负载的时钟电压的电源。这通过交替地接通和断开的功率半导体开关来实现。正如本领域技术人员所公知的那样，可以使用例如功率晶体管作为功率半导体开关。功率晶体管例如是FET或MOSFET晶体管。时钟电源的一个例子是逆变器，其可以基于直流电压产生交流电压。特别是将逆变器设计为，基于直流电压产生三相交流电压并具有多个功率半导体开关，这些功率半导体开关例如通过脉冲宽度调制而交替地打开和关闭，从而驱动例如作为电负载的交流电动机。

根据本发明的电子机械例如是机器人，特别是工业机器人。机器人通常具有机器人臂和控制装置。机器人臂具有多个依次设置并通过关节相连接的节肢以及用于使节肢彼此相对运动的电机。一般情况下使用作为功率部件的逆变器来控制电机。因此，这种根据本发明的机器人包括至少一个逆变器，其功率半导体开关借助于一个或多个基于本发明的功率电子电路的控制电子装置加以控制。在控制装置上优选运行用于使机器人臂的各个节肢运动的控制程序，并将控制装置设置为，控制一个或多个控制电子装置或其第一半导体开关。

为了打开或关闭该至少一个功率半导体开关，根据本发明的功率电子电路具有控制电子装置，其根据脉冲模式控制该至少一个功率半导体开关。特别是为了实现电隔离（galvanische Trennung），该控制电子装置包括光电耦合器，其具有作为输入级的光发射器和作为输出级的光接收器。光发射器包括例如发光二极管，其在电流流过光发射器或在光发射器上加载电压时发光。光发射器和光接收器这样实现光耦合：光接收器接收光发射器所产生的光，并紧接着形成相应的、例如电流或电压形式的电信号。该电信号是功率半导体开关的控制信号。光接收器包括例如具有后置连接的驱动级的光电二极管，但是也可以例如包括光电晶体管，光闸流管（Fotothyristor），光电双向晶闸管（Fototriac），光电施密特触发器或光达林顿晶体管。

第一半导体开关与光电耦合器或其光发射器并联连接。第一半导体开关例如实施为第一晶体管。优选第一晶体管是第一双极型晶体管。现在，如果在该并联电路上加载电压，则可以通过接通或断开第一半导体开关来控制通过光电耦合器的光发射器的电流，而且由于在打开第一半导体开关时有电流流过光发射器，光发射器将发光，并由此使光电耦合器的输出级例如关闭功率半导体开关。相反，当关闭第一半导体开关时，光电耦合器的输入端或光发射器短路且不发光。因此光电耦合器或控制电子装置将控制功率半导体开关使其打开。

根据本发明的功率电子电路的控制电子装置还具有第二半导体开关。第二半导体开关例如实施为第二晶体管，优选为第二双极型晶体管，并与由光电耦合器或其光发射器和第一半导体开关组成的并联电路串联连接。