專利名稱：涉及晶閘管的系統和方法
技術領域：
實施例一般涉及功率半導體變換器，其更具體地涉及測量晶間管中
的電流和使用Rowgoski線圏的晶閘管橋接電路。
背景技術：
在這點上，已使用多種測量方案來診斷及控制晶閘管橋接電路 (thyristor bridge circuit) 。 Y吏用分路器(shunt )是一種i貪斷和 控制晶閘管橋接電路的方法。出于控制目的，分路器可以被安置到晶閘 管橋接電路的直流輸(dc)輸出上。分路器導線經常承受高電壓。因而， 絕緣失效可以是普遍的。分路器也消耗大量能量并易于過熱。
另 一種用于診斷和控制晶閘管橋接電路的方法在晶閘管橋接電路 的流入交流總線上使用鐵芯交流(ac)變壓器。為使用此方法，電纜或 總線必須在組裝時穿過變壓器。測量母線(bus bar)上的大電流也需 要大型和昂貴的變壓器。
也使用霍爾效應電流傳感器來測量晶閘管橋接電路中的電流。霍爾 效應電流傳感器被安置到每個功率變換器的流入交流總線或流出直流 總線上。然而霍爾效應電流傳感器一般不輸出電流的高度線性表示。經 修正的霍爾效應電流傳感器(諸如通量平衡器件)能夠在指定范圍上進 行線性工作。它們具有比交流電流變壓器更大尺寸且更昂貴的缺點。
因而，理想情況是使用 一種用于確定晶閘管電路中的交流和直流電 流的裝置和方法，其不需要大型或昂貴的部件并輸出電流的線性表示。 另外，理想情況是使用 一種能通過遠程處理器來控制晶閘管電路的電流 和電壓輸出的裝置和方法。
發明內容
示例性的實施例包括一種用于測量和控制晶閘管的系統，包括晶 閘管，與晶閘管成可工作連通的Rowgoski線圏，和有歲文工作以/人 Rowgoski線圈接收信號及確定晶閘管的直流值、交流值并控制晶閘管的處理器。
一種示例性的方法包括用于測量晶閘管中電流的方法，該方法包括
對從Rowgoski線圈接收的信號進行積分、發送信號給處理器、和用處 理器處理信號以確定晶閘管中的交流值和直流值，其中Rowgoski線圏
與晶閘管成可工作的連通。
一種用于測量和控制晶閘管橋接電路的系統的備選的示例型實施
例包含了包括多個晶閘管的晶閘管橋接電路，與多個晶閘管中的一個 晶閘管成工作連通的Rowgoski線圈，和有效工作以從Rowgoski線圏接 收經比例變換的模擬信號并將經比例變換的模擬信號轉換為數字格式 的模擬-數字轉換器，有效工作以接收來自模擬-數字轉換器的信號并 經由第一串行鏈路輸出信號的串行輸出單元，有效工作以接收來自串行 輸出單元的信號并確定晶閘管交流值和直流值的處理器，且其中處理器 還有效工作以控制晶閘管，以及有效工作以經由第二串行鏈路接收來自 處理器的信號并發送柵極點火脈沖(firing pulse)到晶閘管的晶閘管 選通(gat ing )單元。
當參考附圖閱讀下列詳細說明時，這些及其它特性、方面、和優點 將變得更易于理解，其中在全部附圖中相同的附圖標記代表相同零件， 其中
圖1是用于確定多個晶閘管的電流的示例性系統的方塊圖。
圖2是圖解了積分輸出電流信號的示例的曲線圖。
圖3是圖解了積分輸出電流信號的另一示例的曲線圖。
具體實施例方式
在下列詳細說明中，闡明了眾多具體細節以便提供對本發明的各種 實施例的透徹理解。然而，本領域的技術人員將理解到可能在沒有這些 具體細節的情況下實踐本發明的某些實施例，而不限于所描述的實施 例。在其它實例中，尚未詳細說明熟知的方法、程序和部件。
此外，可能將各種工作描述為以有助于理解說明對象的方式履行的 多項離散的步驟。然而，說明順序不應當被解釋成暗示了必須以所陳 述的順序扭J亍這些工作、或它們甚至是順序相關的(order dependent )。而且，重復使用短語"在實施例中"不總是指相同實施例，盡管有可能 是。最后，正如在本申請中所使用的，術語"包含，，、"包括，，、"具 有"及類似術語意指為同義的，除非另外指出。
Rowgoski線圏是可以繞導體耦合的環形(toroidal )線圈。由導體 中電流所產生的交變磁場在線圈中感生了與電流變化率成比例的電壓。 晶閘管橋中使用的Rowgoski線圈與其它類型的電流測量器件相比較是 相對有效率且小型的。它們也易于絕緣。這些特征使得使用Rowgoski 線圈成為一種用于確定晶閘管及其它類型功率半導體變換器中的電流 的有吸引力的方法圖解的實施例示出了使用Rowgoski線圈確定晶閘管 中ac和dc電流的用法。
參看圖1,系統100包括示例性晶閘管橋接電路102,其包括經由 連接103而連接到dc電路的晶閘管104。 Rowgoski線圈106耦合到每 個晶閘管104。在圖解的實施例中，在晶閘管104的脈沖電流位置105 中4吏用Rowgoski線圈106,且將Rowgoski線圈106連接成使一個 Rowgoski線圈106可監控一對晶閘管104。
每個晶閘管104都可連接到積分放大器108。積分放大器108的輸 出連接到模擬-數字轉換器110,模擬-數字轉換器iio連接到串行輸 出器件112。串行輸出器件112的輸出經由串行鏈路114連接到處理器 116。處理器116可連接到存儲器118。
處理器116經由串行鏈路122連接到晶閘管選通單元120。
在下面說明了用于測量晶閘管橋接電路102中的電路的示例性方 法。在這點上，參看圖1，積分放大器108接收代表了來自Rowgoski線 圏106的電流導數的電壓信號，并發送積分放大信號到模擬-數字轉換 器110。圖解的實施例使用AE (delta-sigma)方法來將模擬信號轉換 為數字信號，然而其它實施例可使用任何適當的方法用于信號的模擬-數字轉換。在某些備選實施中，由Rowgoski線圏106發送的電壓幅值 可能不需要用積分放大器放大，因而某些備選實施例可能不包括積分放 大器108、但是因而可能被動地對信號進行部分積分以準備將在處理器 116中進一步數值地執行積分。
一旦經過放大，信號由串行輸出器件112接收并經由串行鏈路114 發送到處理器116。在某些實施例中，由處理器116接收到的信號可以 被儲存在存儲器118中。由處理器116從串行鏈路114接收到的信號可以還^皮積分以確定晶 閘管104的ac電流。
在圖解的實施例中，處理器116用銅基串行鏈路122連接到晶閘管 選通單元120。在備選實施例中，處理器116可用任何適當連接(諸如 基于光纖的串行連接)而連接到晶閘管選通單元120。
晶閘管選通單元120連接到晶閘管104的柵極端101。串行鏈路122 的用法容許將處理器116定位成遠離晶閘管選通單元120和晶閘管104。
也可能使用處理器116來經由類似于晶閘管選通單元12 0的另外的 晶閘管選通單元和類似于串行鏈路114的串行信號輸入而控制多個晶閘 管電路。圖解的實施例包括笫二串行鏈路123,其連接到類似于晶閘管 選通單元120的另一晶閘管選通單元(未示出)。串行鏈路115連接到 可以提供來自另一組Rowgoski線圈105 (未示出)的信號的另一串行輸 出器件(未示出)。
在工作中，Rowgoski線圈106輸出流經晶閘管104的電流的導數 (di/dt)。要確定晶閘管104中的ac值，必須對信號進行積分。積分 信號產生了晶閘管104中流動的實際ac電流的表示。積分放大器108 可能部分地對信號進行積分。處理器116可完成對信號的積分。圖解的 實施例包括積分放大器108,然而，在相同的備選實施例中，由Rowgoski 線圏106輸出的信號可能不需要放大，但是可能需要比例變換。因而， 在備選實施例中，放大器108可能例如比例變換信號并執行其它所需的 信號衰減。
圖2圖解了積分輸出ac電流信號曲線圖的示例。處理器116通過 在時間(tl)采樣第一信號而計算晶閘管104的dc電流，其中第一信 號是值(yl)。在圖解的實施例中，yl被認為是零電流點，而與在時間 tl的實際測量電流無關。處理器116在時間(t2)將晶閘管104指向柵 極并用值(y2)接收第二信號。處理器116隨后取介于值y2與yl之間 的差值(y2-yl)。所得到的差值是晶閘管104的dc電流。
圖3圖解了可能由處理器116實施用于確定晶閘管104的dc電流 的一種方法。圖3圖解了積分輸出ac電流信號的曲線圖。第二值(y2) 可能計算為在晶閘管的導通間隔(t3)上取得的測量值的均值。即，通 過處理器在t3期間采集到時間上間隔開的多個測量值，并對它們求均 值以形成值y2。該結果是更能代表實際電流的晶閘管dc電流的測量值。處理器U6使用計算出的晶閘管104的電流和電壓值以確定待發送 到晶閘管選通單元120的適當控制信號。晶閘管選通單元120接收來自 處理器的控制信號并生成了發送到晶閘管104的柵極端101的點火 (firing)脈沖。圖解的實施例包括了可由處理器116通過控制每個晶 閘管104而控制的晶閘管104,處理器可控制晶閘管橋接電路102。控 制可包括例如主動(act i ve ly)平衡電流，控制輸出電壓，及調節電流。
此書面說明使用了示例來披露本發明，包括最佳模式，且也能實踐 實施例，包括形成和使用任何器件或系統以及執行任何所包含的方法。 由權利要求限定了實施例的可授權范圍，且該可授權范圍包括其它示
件，或如果它們包括與權利要求的書5面語言無實:質性差異的等效結:元
件，則這些其它示例意在屬于權利要求的范疇。
100系統
102晶閘管橋接電路
103連接
104晶閘管
105脈沖電流位置
106 Rowgoski線圈
108積分放大器
110數字轉換器
112串行輸出器件
114串行輸入
115串行鏈路
116處理器
118存儲器
120晶閘管選通單元
122銅基串行鏈路
123第二串行鏈路
權利要求
1. 一種用于測量和控制晶閘管橋接電路(102)的系統(100)，其包含晶閘管橋接電路(102)，其包括多個晶閘管(104)；Rowgoski線圈106，其與多個晶閘管(104)中的一個晶閘管成可工作的連通；模擬-數字轉換器(110)，其有效工作以接收來自Rowgoski線圈(106)的經比例變換的模擬信號、并將經比例變換的模擬信號轉換為數字格式；串行輸出單元(112)，其有效工作以接收來自模擬-數字轉換器(110)的信號并經由第一串行鏈路(115)而輸出信號；處理器(116)，其有效工作以接收來自串行輸出單元(112)的信號并確定晶閘管(104)的交流值和直流值，且其中處理器(116)還有效工作以控制晶閘管(104)；和晶閘管選通單元(120)，其有效工作以經由第二串行鏈路(115)接收來自處理器(116)的信號并發送柵極點火脈沖到晶閘管(102)。
2. —種用于測量和控制權利要求19的晶閘管橋接電路(102)的 系統UOO),其中系統(100)還包括第三串行鏈路(115)，其有效工作以接收來自耦合到第二橋接電路 (102)的Rowgoski線圈(106)的信號并發送該信號到處理器(116); 和第四串行鏈路(115),其有效工作以將來自處理器(116)的信號發 送到第二晶閘管選通單元(120)，第二晶閘管選通單元(120)有效工作 以發送柵極點火脈沖到笫二橋接電路(102)。
3. —種用于測量晶閘管(104)中電流的方法，該方法包括 對從Rowgoski線圈(106)接收到的信號進行積分，其中Rowgoski線圈(106)與晶閘管(104)成可工作的連通；放大從Rowgoski線圏(106)接收到的信號；和 將信號從模擬格式轉換為數字格式； 發送信號到處理器(116);和用處理器(116 )處理信號以確定晶閘管(104 )中的交流值和直流值。
4. 一種用于測量和控制權利要求3的晶閘管(104 )的方法，其中該方法還包括衰減從Rowgoski線圏(106)接收到的信號。
5. —種用于測量和控制權利要求3的晶閘管(104 )的方法，其中 該方法還包才舌在選通晶閘管(104)之前接收來自Rowgoski線圈(106)的第一經 轉換的信號；在選通晶閘管(104)之后接收來自Rowgoski線圈(106)的第二經 轉換的信號；確定晶閘管(104)的dc電壓；和 將控制信號從處理器(116)發送到晶閘管(104)。
6. —種用于測量和控制權利要求5的晶閘管(104)的方法，其中確 定晶閘管(104)的dc電壓包括計算第二經轉換的信號與第一經轉換的信 號之間的差值。
7. —種用于測量和控制權利要求5的晶閘管(104 )的方法，其中 確定晶閘管(104)的dc電壓包括計算第二經轉換的信號與第一經轉換的 信號的均值。
8. —種用于測量和控制權利要求3的晶閘管(104 )的方法，其中 該方法還包括將控制信號從處理器(116)經由晶閘管選通單元(120)發 送到晶閘管(104)。
9. 一種用于測量和控制權利要求3的晶閘管(104)的方法，其中 該方法還包括將控制信號從處理器(116 )經由串行鏈路(115 )發送到晶 閘管選通單元(120),其中晶閘管選通單元(120)有效工作以控制多個 晶閘管(104)。
10. —種用于測量和控制權利要求3的晶閘管(104)的方法，其中該 方法還包括通過串行輸出器件(112)接收來自模擬-數字轉換器(110)的多個 信號；和經由串行鏈路(115)將多個信號發送到處理器(116)。
全文摘要
本發明涉及晶閘管的系統和方法。示例性的實施例包括一種用于測量和控制晶閘管的系統，包括晶閘管，與晶閘管成可工作連通的Rowgoski線圈，和有效工作以從Rowgoski線圈接收信號及確定晶閘管的直流數值并控制晶閘管的處理器。
文檔編號H02M1/06GK101453160SQ200810179818
公開日2009年6月10日 申請日期2008年12月5日 優先權日2007年12月5日
發明者W·R·皮爾森 申請人:通用電氣公司