專利名稱：限制功率控制元件的過載-和短路電流的方法和所屬裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于運行由交流電壓供電的用電設備的裝置，兩個半導體作為功 率控制元件這樣串聯于該用電設備，即可以進行半波控制，也就是說可以單獨接通全部交 流電壓或每個電壓半波。此外本發明還涉及一種用于保護用來供電的功率控制元件以防止其受到過載電 流和短路電流的損害的控制方法。
背景技術：
這種裝置已在工業實踐中是已知的。例如為了實施成型工序和烘干工序而將熱輻 射器應用在工業中，并且熱輻射器直接通過功率控制元件連接在低壓電網上。在此，功率控 制元件根據可控硅元件技術或三端雙向可控硅開關元件技術制造。在冷狀態下，也就是說 在接通時，熱輻射器首先具有大約3至5歐姆的歐姆內阻。在接通階段中熱輻射器加熱，并 且最終在熱狀態下達到約為60歐姆的歐姆內阻。與此相應的，接通電流高于工作電流許多 倍。在該系統中客戶必須注意的是，即并不同時接通熱輻射器，這是因為否則在總系統中導 致過載電流。現今已公開的是具有350至500個熱輻射器的設備。這樣的過載電流要求， 不僅必須為簡單的工作電流配置功率控制元件，還尤其必須為高的接通電流配置功率控制 元件。由于對于抗短路能力的需求，必須使功率控制元件的尺寸相應變大并且產生高昂的 費用。該抗短路能力迄今為止都是利用保險絲實現。
發明內容
本發明的目的因此在于，提出上述類型的一種裝置和一種控制方法，其中，過載電 流被限制并且避免了功率控制元件尺寸過大。該控制方法所涉及的目的利用根據權利要求1所述的特征實現。兩個IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)作為功率控制元件這樣串聯于用電設備，即可 以進行半波控制，也就是說可以單獨接通整個交流電壓或每個電壓半波。控制方法具有以 下步驟a)監測當前分別在電壓半波中接通的IGBT的集電極-發射極電壓，并且b)只要IGBT的集電極-發射極電壓由于過載電流或短路電流超過預定的閾值，就 通過阻斷當前在各自的電壓半波中接通的IGBT來中斷用電設備中的電流，直至電壓半波 結束為止。該控制方法的一個有利的改進方案在于，根據權利要求2，探測交流電壓的過零， 并且自該時間點開始對于各自的正的或負的電壓半波接通兩個IGBT中的一個或另一個， 并且在導通方向上接通另一個IGBT的二極管。另外的涉及裝置的目的利用根據權利要求3所述的特征實現。在此，半導體設計為IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)并且設置有用來監測兩個IGBT 的集電極-發射極電壓的監測裝置。此外，還設有用于控制兩個IGBT的控制裝置，在當前分別對于正的或負的電壓半波接通的IGBT的集電極-發射極電壓超過預定的閾值時，控制 裝置取消用于IGBT的控制信號以便中斷電流，直至電壓半波結束為止。
以下根據附圖詳細闡述本發明的一個實施例。
具體實施例方式附圖中示出了根據本發明的裝置1的結構，該裝置具有由交流電壓供電的用電設 備2。兩個IGBT 3 (絕緣柵雙極型晶體管)作為功率控制元件這樣串聯于用電設備、例如熱 輻射器2，即可以進行半波控制，也就是說可以單獨接通全部交流電壓或每個電壓半波。線 路端子4用于連接在低壓電網的交流電壓上。為了確保引線的安全而設有兩個電路保護開 關5。此外，還設有用來監測兩個IGBT 3的集電極-發射極電壓的監測裝置6以及用來控 制兩個IGBT 3的控制裝置7。控制裝置傳輸用于兩個IGBT 3的、共同的控制信號。在當前 分別對于正的或負的電壓半波接通的IGBT 3的集電極-發射極電壓超過預定的閾值時，控 制裝置7取消用于IGBT 3的控制信號以便中斷電流，直至電壓半波結束為止。因為IGBT 3自身限制了短路電流，所以不會出現過載電流。按照根據本發明的控制方法，通過監測裝置6監測當前分別在電壓半波中接通的 IGBT 3的集電極-發射極電壓。只要IGBT 3的集電極-發射極電壓由于過載電流或短路 電流超過預定的閾值，就通過阻斷當前在各自的電壓半波中接通的IGBT 3來中斷用電設 備2中的電流，直至電壓半波結束為止。在該控制方法中，探測交流電壓的過零，并且自該時間點開始對于各自正的或負 的電壓半波接通兩個IGBT 3中的一個或另一個，并且在導通方向上接通另一個IGBT 3的
二極管。可以共同地在一個微處理器中實現監測裝置6以及控制裝置7。具有多個熱輻射器的設備的每個熱輻射器2有利地對應于一個脈沖禁止器，微處 理器為該脈沖禁止器提供了低信號，由此關閉了熱輻射器2。在高信號的情況下，并不禁止脈沖并且可以激活用電設備或者說熱輻射器2。由于IGBT在當前的控制方法和所屬的裝置中自身限制了短路電流，所以無需使 用保險絲來保護半導體。上述控制方法和所屬的裝置也適用于運行其它的作為熱輻射器的用電設備，從而 以簡單的方式對例如在此產生的短路電流進行限制并且由此保護功率控制元件防止損壞。利用該方法例如可以借助于電流測量分流器(Strommessshimt)避免單獨附加地 測量電流。
權利要求
1.一種用于保護用來供電的功率控制元件以防止所述功率控制元件受到過載電流和 短路電流的損害的控制方法，其中，兩個IGBT(3)(絕緣柵雙極型晶體管)作為所述功率控 制元件這樣串聯于利用交流電壓供電的用電設備(2)，即可以進行半波控制，也就是說可以 單獨接通全部所述交流電壓或每個電壓半波，所述控制方法具有以下步驟a)監測當前分別在所述電壓半波中接通的所述IGBTC3)的集電極-發射極電壓，并且b)只要所述IGBT的所述集電極-發射極電壓由于所述過載電流或所述短路電流超過 預定的閾值，就通過阻斷當前在各自的所述電壓半波中接通的所述IGBT(3)來中斷所述用 電設備O)中的電流，直至所述電壓半波結束為止。
2.根據權利要求1所述的控制方法，其特征在于，探測所述交流電壓的過零，并且自該 時間點開始對于各自的正的或負的所述電壓半波接通所述兩個IGBT(3)中的一個或另一 個，并且在導通方向上接通另一個所述IGBT的二極管。
3.一種用于運行由交流電壓供電的用電設備O)的裝置(1)，兩個半導體作為功率 控制元件這樣串聯于所述用電設備，即可以進行半波控制，也就是說可以單獨接通全部所 述交流電壓或每個電壓半波，其特征在于，所述半導體設計為IGBTC3)；設置有用來監測所 述兩個IGBTC3)的集電極-發射極電壓的監測裝置(6)；并且設置有用于控制兩個所述 IGBT(3)的控制裝置(7)，在當前分別對于正的或負的所述電壓半波接通的所述IGBT(3)的 所述集電極-發射極電壓超過預定的閾值時，所述控制裝置取消用于所述IGBT C3)的控制 信號以便中斷電流，直至所述電壓半波結束為止。
全文摘要
本發明提出一種用于保護功率控制元件以防止其受到過載電流和短路電流的損害的控制方法和一種所屬的裝置(1)。兩個IGBT(3)(絕緣柵雙極型晶體管)作為功率控制元件這樣串聯于用電設備(2)，即可以進行半波控制，也就是說可單獨接通全部交流電壓或每個電壓半波。通過監測裝置(6)監測當前分別在電壓半波中接通的IGBT(3)的集電極-發射極電壓。只要IGBT的集電極-發射極電壓由于過載電流或短路電流超過預定閾值，就通過阻斷當前在各自的電壓半波中接通的IGBT(3)來中斷熱輻射器(2)中的電流，直至電壓半波結束為止。在超過預定閾值時，用于控制兩個IGBT(3)的控制裝置(7)取消用于IGBT(3)的控制信號以便中斷電流，直至電壓半波結束為止。
文檔編號H02H9/02GK102148496SQ20111000217
公開日2011年8月10日 申請日期2011年1月6日 優先權日2010年2月5日
發明者弗蘭克·羅德, 恩里科·福奇斯 申請人:西門子公司