專利名稱：全波直流/直流轉換器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于控制直流負載的控制單元，所述控制單元包括DC/DC電橋，它包括可控制半導體開關，所述電橋具有兩個電橋部分，所述電橋部分之一導通直流，而另一個經由PWM控制來調整電流幅度。
背景技術：
電梯電機驅動器可以是交流或直流電機驅動器。可以例如經由PWM(脈沖寬度調制)來控制所述驅動器。現在，交流電機驅動器非常普遍，特別因為交流電機驅動器的簡單結構。但是，直流電機驅動器仍然在使用。將直流電機驅動器替換為交流電機驅動器不總是適當的，因為例如無齒輪直流電機驅動器和其中使用的直流電機持久耐用，因此不必將它們替換為交流電機驅動器。而且，替換電機需要較高的成本。
因為趨勢是使用交流電機驅動器，因此，特別開發用于直流驅動器控制的功率電子系統也是不太合理的。另外，在交流驅動器中使用的諸如IGBT的半導體部件總是在變得越來越有效和經濟。而且，期望關于網絡諧波的特別新的調整可以改變未來的情況，從而在直流驅動器中使用的傳統閘流晶體管橋的使用將變得更困難。
發明內容
本發明的目的是消除現有技術的缺陷，并且實現一種用于控制諸如直流電機的直流負載的新型PWM控制的控制單元。本發明的解決方案基于功率電子拓撲邏輯的新原理，其中有可能利用交流驅動器的技術來用于控制直流電機。在本發明的解決方案中，PWM控制的電橋部分包括兩個電橋臂，并且所述電橋臂的半導體開關交替進入導通狀態。
在所附的權利要求中給出了本發明的解決方案的優選實施例。
通過使用本發明的技術，有可能制造現代的和經濟的PWM控制的直流電機驅動器來例如用于電梯應用。通過應用本發明，可以在直流驅動器中使用功率電子技術和在大型生產序列中制造的交流驅動器的部件。功率級的導電軌和其他結構可以與在直流驅動器中使用的相同。另外，即使在直流應用中也可以優化諸如IGBT的半導體開關的使用。而且，特別是，在開發和生產方法中實現成本節約，因為這些方法可以用于直流驅動器和交流驅動器。
下面，借助于一個參照附圖的示例來詳細說明本發明，其中圖1示出了現有技術的直流電橋，圖2示出了交流驅動器的網絡電橋，圖3示出了按照本發明的直流驅動器，其中包括按照本發明的DC/DC電橋，圖4示出了按照本發明的DC/DC電橋的時序圖，圖5圖解了本發明的DC/DC電橋的半導體開關的布局和冷卻。
具體實施例方式
圖1示出了意欲例如用于電梯應用的直流電機驅動器的PWM控制的H電橋H1的現有技術。它包括與直流源UDC連接的兩個電橋臂H11和H12，每個電橋臂包括用于正負極的可控半導體開關S11-S14，該開關例如包括IGBT晶體管和二極管的反向并聯連接。所述電橋向諸如電梯的直流電機的直流負載L1饋電。
圖2對應地示出了網絡電橋A1和連接在其前部的交流電感器單元P1，網絡電橋A1用于現有技術的三相交流驅動器中，用于將網絡的交流電壓UAC整流為直流電壓UDC。所述電橋在上下臂中具有可控半導體開關S21-S26，它們連接到每個網絡相，并且也可以包括例如IGBT晶體管和二極管的反向并聯連接。
原理上，本發明的電機驅動器類似現有技術的三相交流驅動器，包括網絡轉換器(整流電橋)、電機電橋和電感器。本發明清楚地涉及饋電給電機的DC/DC電橋。網絡電橋和電感器可以是例如如圖2所示。按照本發明，可以在整流電橋和電機電橋中使用同一類型的可控半導體開關。
圖3示出了按照本發明的DC/DC電橋B1，用于饋電給直流電機M1，在所述電機中流動著直流電Idc。通過控制單元BC1來控制電橋。使用獨立的磁化單元MA1來實現電機的磁化，磁化單元MA1是以實質上公知的方式被控制的。
圖3所示的DC/DC電橋包括兩個電橋部分B11、B12。在按照圖3的電橋中的第一電橋部分包括兩個臂B111和B112，每個臂包括用于正極和負極的可控半導體開關UT、UB、VT、VB。第二電橋部分B12包括單個臂，所述單個臂具有用于正極和負極的可控半導體開關WT和WB。因此，作為整體的電橋具有三個臂，對應于三相DC/AC電橋。
本發明的DC/DC電橋的調制進行如下本發明的PWM控制的直流驅動器可以使用用于交流驅動器的PWM控制的相同種類的半導體開關。取代交流，使用零頻率(不旋轉的場)。在本發明的直流驅動器中，不是所有的半導體開關需要轉換高頻——通常為幾kHz的頻率——PWM控制信號；可以使用兩個開關WT和WB來選擇轉矩方向(上/下)，并且所涉及的開關導通純DC電流。用于PWM控制的開關UT、UB、VT、VB在幾kHz的頻率下被開啟/斷開，以控制電流Icd的幅度(轉矩)。
在用于PWM控制的開關中發生最大的功率耗散。在本發明的控制方法中，用于PWM控制的開關被交替地在不同的臂中轉入導通，因此所涉及的開關僅僅工作大約正常導通時間的50％或更少。在圖4的時序圖中直觀化了這個行為，所述時序圖表示了開關UT、VT和WT的導通時間以及開關UB和二極管VB的導通時間。
從熱量角度來看，本發明提供了這樣優點可以在直流驅動器中充分使用交流驅動器的功率級。在所述電路中使用的IGBT中的熱量耗散通常是在不用于PWM控制的開關中耗散的兩倍。因此，按照本發明，開關UT、VT和WT僅僅以循環的方式被保持導通至多50％的時間。導通周期按照所需要的電壓(電流)來改變。
實際上，直流開關可以具有較高的耗散，因為直流損耗稍稍大于轉換PWM損耗。因此，開關WT和WB被布置在冷卻段COOL1(圖5)的進氣側，因為進氣側比所述段的中間部分或出氣側要冷，如溫度曲線TEMP所示。
對于本領域內的技術人員，顯然本發明的不同實施例不限于上述的示例，它們可以在所附的權利要求的范圍內被改變。除了IGBT之外，所使用的開關也可以包括其他全門控部件。除了直流電機之外，所述負載也可以包括例如電梯的制動磁鐵。
本發明的配置可以用于寬范圍的電驅動器。通過應用本發明的工作原理，有可能覆蓋使用最新IGBT技術的直流電梯驅動器的功率范圍。交流和直流驅動器模塊可以被組裝在同一生產線上，并且可以主要經由軟件控制來選擇應用。
權利要求
1.一種用于控制直流負載(M1)的控制單元，所述控制單元包括DC/DC電橋(B1)，該DC/DC電橋(B1)包括可控半導體開關(UT、UB、VT、VB、WT、WB)，所述電橋具有兩個電橋部分(B11，B12)，所述電橋部分之一(B12)導通直流，而另一個(B11)經由PWM控制以調整電流幅度，其特征在于，經由PWM控制的所述電橋部分包括兩個電橋臂(B111，B112)，在所述電橋臂中，半導體開關(UT、UB、VT、VB)被控制來交替導通。
2.按照權利要求1的控制單元，其特征在于，用于PWM控制的半導體開關被這樣控制，即它們實質上導通所述電橋部分(B11)的導通時間的至多50％。
3.按照權利要求1的控制單元，其中所述半導體開關安裝在被供給諸如空氣的冷卻介質的冷基(COOL1)上，其特征在于，導通直流的電橋部分的半導體開關(WT，WB)設置在所述介質的進入側。
4.按照權利要求1的控制單元，其特征在于，所述直流負載是直流電機。
5.按照權利要求1的控制單元，其特征在于，所述直流負載是電梯的制動磁鐵。
全文摘要
一種用于控制直流負載(M1)的控制單元，所述控制單元包括DC/DC電橋(B1)，DC/DC電橋(B1)包括可控半導體開關(UT、UB、VT、VB、WT、WB)，所述電橋具有兩個電橋部分(B11，B12)，其中之一(B12)導通直流，而另一個(B11)經由PWM控制以調整電流幅度。經由PWM控制的電橋部分包括兩個電橋臂(B111，B112)，在這些電橋臂中的半導體開關(UT、UB、VT、VB)被交替開啟。
文檔編號H02M3/158GK1589518SQ02822974
公開日2005年3月2日 申請日期2002年9月24日 優先權日2001年11月19日
發明者皮卡·杰科恩, 埃薩·帕特金恩 申請人:通力股份公司