用于負(fù)荷有諧振負(fù)載網(wǎng)絡(luò)的逆變器的控制裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種用于從源(Uin，Izk)中對振蕩回路(LS，CS)饋電的逆變器，其具有至少兩個(gè)開關(guān)機(jī)構(gòu)(S1，S2，S3，S4)，其中逆變器的控制裝置控制開關(guān)機(jī)構(gòu)(S1，S2，S3，S4)，其特征在于，控制裝置將開關(guān)機(jī)構(gòu)(S1，S2，S3，S4)控制成，使得在逆變器的第一模式A中經(jīng)由開關(guān)機(jī)構(gòu)從源(Uin，Izk)中對振蕩回路(LS，CS)饋電，而在第二模式B中將振蕩回路(LS，CS)與源(Uin，Izk)脫耦，其中控制裝置為了調(diào)控振蕩回路(LS，CS)中的期望電流(Ip_soll)或者振蕩回路(LS，CS)上的期望電壓(Up_soll)而在這兩個(gè)模式A和B之間來回切換。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】用于負(fù)荷有諧振負(fù)載網(wǎng)絡(luò)的逆變器的控制裝置
本專利技術(shù)涉及一種用于從源中對振蕩回路饋電的逆變器，其具有至少兩個(gè)開關(guān)機(jī)構(gòu)，其中逆變器的控制裝置控制開關(guān)機(jī)構(gòu)。
技術(shù)介紹
在現(xiàn)代逆變器技術(shù)中，越來越多地將諧振開關(guān)過程用作功率半導(dǎo)體的開關(guān)卸載。這引起較小的開關(guān)損耗并進(jìn)而也引起改進(jìn)的總效率。只要逆變器負(fù)荷有諧振負(fù)載網(wǎng)絡(luò)，則振蕩回路在輸出回路中活動，而不在逆變器的中間回路中活動。圖1至圖4示出在輸出端側(cè)對振蕩回路饋電的逆變器。如圖1中示出的那樣，逆變器可以構(gòu)成為推挽式逆變器。逆變器在此借助于中間回路電壓Uzk饋電。然而，逆變器也可以構(gòu)成為半橋逆變器(圖2)或構(gòu)成為全橋逆變器(圖3)。為了借助于逆變器對諧振負(fù)載饋電存在不同的方法。第一方法提出:借助固定的時(shí)鐘頻率激勵(lì)逆變器的功率半導(dǎo)體。在此，將時(shí)鐘頻率選擇成，使得盡可能僅出現(xiàn)小的開關(guān)損耗。在此，工作點(diǎn)可以優(yōu)選選擇為略微電感性。只要對串聯(lián)振蕩回路饋電，則只有當(dāng)功率半導(dǎo)體的電壓等于零時(shí)才接通功率半導(dǎo)體，而當(dāng)功率半導(dǎo)體的電流近似為零(ZCS)時(shí)切斷功率半導(dǎo)體(ZVS)。在該方法中不利的是，通過對功率半導(dǎo)體的時(shí)鐘控制只有不利的調(diào)節(jié)可能性，因?yàn)槊}寬調(diào)制引起高的開關(guān)損耗。另一調(diào)節(jié)可能性在于所饋電的逆變器的中間回路電壓Uzk變化。中間回路電壓例如可以借助于DC/DC轉(zhuǎn)換器來設(shè)定，如這在圖4中示出。在第二可行的方法中，可以通過逆變器的時(shí)鐘頻率來調(diào)節(jié)輸出量。該方法利用輸出端側(cè)的振蕩回路的頻率相關(guān)性。在此，控制裝置利用高于諧振頻率的頻率對功率半導(dǎo)體進(jìn)行時(shí)鐘控制，使得始終確保電感性的運(yùn)行。該方法具有下述缺點(diǎn):盡管在ZVS中接通，但是功率半導(dǎo)體必須持續(xù)地切斷一定的電流，由此形成開關(guān)損耗。第三可行的方法提供對傳遞介質(zhì)的變化、例如由于機(jī)械影響引起的電感變化、電容老化、發(fā)熱等進(jìn)行匹配的優(yōu)點(diǎn)。在此，必須進(jìn)行測量，所述測量實(shí)現(xiàn)對時(shí)鐘控制進(jìn)行時(shí)鐘預(yù)設(shè)。在應(yīng)用串聯(lián)振蕩回路時(shí)，在大多數(shù)應(yīng)用中，輸出電流的測量就足夠并且所述輸出電流作為反向的激勵(lì)信號轉(zhuǎn)發(fā)給功率半導(dǎo)體。在此，180°的相移實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的起振。在上述方法中可行的是，也通過中間回路電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，然而由此必須在逆變器之前連接DC/DC轉(zhuǎn)換器形式的另一功率級，由此不利地使總效率變差。從DE 101 15 326中已知用于激勵(lì)逆變器的橋支路中的可斷開的半導(dǎo)體開關(guān)的方法，所述半導(dǎo)體開關(guān)用于對連接于逆變器的輸出端的并聯(lián)振蕩回路供電，其中借助注入的電流驅(qū)動逆變器并且分別將至少一個(gè)二極管與半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)。從DE 101 15 326中已知的方法應(yīng)用調(diào)節(jié)器，其對最佳的相角進(jìn)行調(diào)控，使得在半導(dǎo)體開關(guān)上還有在串聯(lián)二極管上出現(xiàn)電壓尖峰。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是，提供具有用于逆變器的開關(guān)機(jī)構(gòu)的控制裝置的逆變器，所述開關(guān)機(jī)構(gòu)尤其構(gòu)成為功率半導(dǎo)體，所述逆變器在應(yīng)用對逆變器饋電的恒定的源的情況下實(shí)現(xiàn)將輸出量調(diào)節(jié)成期望量。根據(jù)本專利技術(shù)，該目的通過下述方式實(shí)現(xiàn):即控制裝置控制開關(guān)機(jī)構(gòu)，使得在逆變器的第一模式A中經(jīng)由開關(guān)機(jī)構(gòu)從源中對振蕩回路饋電，而在第二模式B中將振蕩回路與源脫耦，其中控制裝置為了調(diào)控振蕩回路中的期望電流(Ip—S()11)或者振蕩回路上的期望電壓(Up soll)而在這兩個(gè)模式A和B之間來回切換。在此，經(jīng)由這兩個(gè)模式A和B的持續(xù)時(shí)間、尤其經(jīng)由其占空比在應(yīng)用串聯(lián)振蕩回路時(shí)調(diào)控期望電流或者在應(yīng)用并聯(lián)振蕩回路時(shí)調(diào)控期望電壓。在此，控制裝置軟性激勵(lì)開關(guān)機(jī)構(gòu)，使得一個(gè)模式活動的持續(xù)時(shí)間等于或長于振蕩回路的諧振頻率的周期持續(xù)時(shí)間。控制開關(guān)機(jī)構(gòu)的控制信號(尤其是選通信號)的開關(guān)頻率在模式A中與振蕩回路的諧振頻率相關(guān)，通常最低大于諧振頻率。在此，控制裝置或調(diào)節(jié)器可以有利地構(gòu)成為，使得借以將開關(guān)機(jī)構(gòu)在|吳式A中開關(guān)的開關(guān)頻率由振蕩回路的頻率確定。逆變器可以通過橋式電路實(shí)現(xiàn)。所述橋式電路可以構(gòu)成為半橋或全橋或推挽式裝置。在其橋支路中，設(shè)置有開關(guān)機(jī)構(gòu)，其中通過振蕩回路形成橫向支路。在應(yīng)用半控的逆變器時(shí)，可在未受控的橋支路中設(shè)有電容器，如其在圖2中示出。只要將串聯(lián)振蕩回路連接在逆變器的輸出端上，逆變器就有利地通過直流電壓源、尤其具有恒定輸出電壓的電壓源來饋電。在該情況下，調(diào)節(jié)流經(jīng)串聯(lián)振蕩回路的電流Ipo可以應(yīng)用雙點(diǎn)調(diào)節(jié)器、PWM調(diào)節(jié)器或推挽式調(diào)節(jié)器作為調(diào)節(jié)器。在模式A中，逆變器正常工作，其中開關(guān)機(jī)構(gòu)的時(shí)鐘頻率由串聯(lián)振蕩回路的諧振頻率預(yù)設(shè)。只要應(yīng)用雙點(diǎn)調(diào)節(jié)器，一旦串聯(lián)振蕩回路中的電流Ip超過最大值，則控制裝置就切換到模式B。在模式B中，串聯(lián)振蕩回路經(jīng)由逆變器的兩個(gè)橋支路短路并進(jìn)而與對逆變器饋電的電壓源脫耦。串聯(lián)振蕩回路中的電流因此在模式B中經(jīng)由逆變器的全橋電流的兩個(gè)上部橋支路或兩個(gè)下部橋支路續(xù)流。一旦借助于根據(jù)本專利技術(shù)的逆變器對能量傳遞系統(tǒng)的初級振蕩回路饋電，則串聯(lián)振蕩回路的諧振頻率隨氣隙寬度和次級側(cè)的負(fù)載而改變。串聯(lián)諧振回路中的電流與次級側(cè)的品質(zhì)或負(fù)載相關(guān)地更快或更慢地下降。一旦串聯(lián)諧振回路中的電流達(dá)到或低于下閾值，控制裝置再次切換到模式A中。在從一個(gè)模式變換到另一模式中時(shí)，再次有利地軟性進(jìn)行開關(guān)，使得僅出現(xiàn)少量的開關(guān)損耗并且出現(xiàn)少量的干擾性電磁輻射。只要在逆變器的輸出端處連接并聯(lián)振蕩回路，則逆變器有利地通過直流電流源、尤其恒定電流源來饋電。在該情況下，調(diào)節(jié)在并聯(lián)振蕩回路上降落的電壓up。在模式A中，逆變器的開關(guān)機(jī)構(gòu)的開關(guān)頻率同樣跟隨并聯(lián)振蕩回路的頻率。在超過上電壓值時(shí)，在此也切換到模式B中，使得并聯(lián)振蕩回路不再經(jīng)由電流源饋電。為此，開關(guān)機(jī)構(gòu)在模式B的持續(xù)時(shí)間中可被開關(guān)，使得電流源的電流僅流經(jīng)橋支路并且并聯(lián)振蕩回路中的電壓自由振蕩。盡可能低損耗地對開關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行開關(guān)。在應(yīng)用串聯(lián)振蕩回路時(shí)，控制裝置可以有利地進(jìn)一步形成為使得僅當(dāng)在開關(guān)機(jī)構(gòu)上降落的電壓等于零時(shí)，才接通開關(guān)機(jī)構(gòu)。首先當(dāng)經(jīng)過相應(yīng)的開關(guān)機(jī)構(gòu)的電流下降到特定的、尤其可預(yù)設(shè)的閾值之下時(shí)，才開始或使能關(guān)斷過程。在此，閾值要么一次性通過校準(zhǔn)過程來設(shè)定，其中逆變器例如朝最佳的總效率和/或小的電磁干擾來優(yōu)化。通過優(yōu)化的閾值設(shè)定電流與電壓之間的相角，使得關(guān)斷過程既不過于電感性并進(jìn)而不必開關(guān)過高的電流，也不過于電容性，使得不過于靠近電流過零進(jìn)行開關(guān)。在應(yīng)用并聯(lián)振蕩回路時(shí)，在重疊時(shí)間中全部開關(guān)機(jī)構(gòu)活動、即導(dǎo)通。在可控的半導(dǎo)體形式的對角線上的一對開關(guān)元件閉合期間，當(dāng)在對角線上的另一對開關(guān)元件上超過負(fù)電壓閾值Uiwt時(shí)，才閉合對角線上的所述另一對開關(guān)元件。開關(guān)元件僅當(dāng)在其中流動的電流為零時(shí)才有利地被關(guān)斷。當(dāng)在開關(guān)元件上測量到正電壓時(shí)，才得到該時(shí)間點(diǎn)。優(yōu)選的相位是略微電感性的。因此得到工作頻率fA，所述工作頻率略微大于并聯(lián)振蕩回路的諧振頻率f0。由于振蕩回路的品質(zhì)，在從一個(gè)模式變換到另一模式時(shí)有利地將所饋入的功率的階躍變化平滑，使得負(fù)載僅經(jīng)受小的次同步的紋波。在應(yīng)用串聯(lián)振蕩回路時(shí)，至少測量在開關(guān)機(jī)構(gòu)上降落的電壓以及流經(jīng)振蕩回路的實(shí)際電流Ip-1st。所測量的量形成用于調(diào)節(jié)回路的反饋量，待調(diào)控的期望電流Ip-W1形成調(diào)節(jié)器的輸入量。在應(yīng)用并聯(lián)振蕩回路時(shí)，至少測量在開關(guān)機(jī)構(gòu)上降落的電壓以及在振蕩回路上降落的實(shí)際電壓up_ist。所測量的量形成用于調(diào)節(jié)回路的反饋量，要調(diào)控的期望電壓形υρ_η成調(diào)節(jié)器的輸入量。下面，闡明用于具有輸出端側(cè)的串聯(lián)振蕩回路的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種逆變器，其具有至少兩個(gè)開關(guān)機(jī)構(gòu)(S1，S2，S3，S4)，所述逆變器用于從電壓源(Uin)對串聯(lián)振蕩回路(LS，CS)饋電或者從電流源(Izk)對并聯(lián)振蕩回路饋電，其中所述逆變器的控制裝置控制所述開關(guān)機(jī)構(gòu)(S1，S2，S3，S4)，并且所述控制裝置控制所述開關(guān)機(jī)構(gòu)(S1，S2，S3，S4)控制，使得:?在第一模式A中所述逆變器經(jīng)由所述開關(guān)機(jī)構(gòu)從源(Uin，Izk)對振蕩回路(LS，CS)饋電，而?在第二模式B中使所述振蕩回路(LS，CS)與源(Uin，Izk)脫耦，其中所述控制裝置為了調(diào)控所述振蕩回路(LS，CS)中的期望電流(Ip_soll)或者所述振蕩回路(LS，CS)上的期望電壓(Up_soll)而在這兩個(gè)模式A和B之間來回切換，其特征在于，在饋電的情況下在達(dá)到或低于預(yù)定的電流閾值(IPosSchwell，INegSchwell)時(shí)所述控制裝置關(guān)斷開關(guān)機(jī)構(gòu)(S1，S2，S3，S4)，為了關(guān)斷使能控制信號或相應(yīng)地為了關(guān)斷所述開關(guān)機(jī)構(gòu)(S1，S2，S3，S4)而改變控制信號，其中所述電流閾值(IPosSchwell，INegSchwell)選擇成，使得控制所述開關(guān)機(jī)構(gòu)(S1，S2，S3，S4)的控制信號(G1?G4)的開關(guān)頻率(fA)尤其是選通信號在所述模式A中確定起振的所述振蕩回路(LS，CS)的工作頻率(fA)，其中所述振蕩回路的諧振頻率(f0)小于所述控制信號(G1?G4)的開關(guān)頻率(fA)。...

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2011.12.22 DE 102011122103.81.一種逆變器，其具有至少兩個(gè)開關(guān)機(jī)構(gòu)(S1, S2, S3, S4),所述逆變器用于從電壓源(Uin)對串聯(lián)振蕩回路(LS，CS)饋電或者從電流源(Izk)對并聯(lián)振蕩回路饋電，其中所述逆變器的控制裝置控制所述開關(guān)機(jī)構(gòu)(S1, S2，S3，S4),并且所述控制裝置控制所述開關(guān)機(jī)構(gòu)(S1,S2, S3, S4)控制，使得: -在第一模式A中所述逆變器經(jīng)由所述開關(guān)機(jī)構(gòu)從源(Uin，Izk)對振蕩回路(Ls，Cs)饋電，而 -在第二模式B中使所述振蕩回路(LS，CS)與源(Uin，Izk)脫耦，其中所述控制裝置為了調(diào)控所述振蕩回路(LS，CS)中的期望電流(Ip S()11)或者所述振蕩回路(LS，CS)上的期望電壓(Up soll)而在這兩個(gè)模式A和B之間來回切換， 其特征在于，在饋電的情況下在達(dá)到或低于預(yù)定的電流閾值(IP()sScterell，INegSehwell)時(shí)所述控制裝置關(guān)斷開關(guān)機(jī)構(gòu)(S1, S2, S3, S4)，為了關(guān)斷使能控制信號或相應(yīng)地為了關(guān)斷所述開關(guān)機(jī)構(gòu)(S1, S2, S3, S4)而改變控制信號，其中所述電流閾值(Ip?！?，INegSchwell)選擇成，使得控制所述開關(guān)機(jī)構(gòu)(S1, S2，S3，S4)的控制信號(G1-G4)的開關(guān)頻率(fA)尤其是選通信號在所述模式A中確定起振的所述振蕩回路(LS，CS)的工作頻率(fA)，其中所述振蕩回路的諧振頻率(fo)小于所述控制信號(G1-G4)的開關(guān)頻率(fA)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器，其特征在于，所述控制裝置經(jīng)由這兩個(gè)模式A和B的持續(xù)時(shí)間、尤其經(jīng)由其占空比來調(diào)控所述期望電流(Ip—S()11)或所述期望電壓(UP S()11)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的逆變器，其特征在于，一個(gè)所述模式活動的持續(xù)時(shí)間等于所述振蕩回路(Ls，Cs)的諧振頻率的一半的周期持續(xù)時(shí)間或者為其多倍，其中尤其所述模式B持續(xù)地在所述振蕩回路(LS，CS)的所述工作頻率(fA)的一個(gè)完整的周期持續(xù)時(shí)間或多倍的完整的周期持續(xù)時(shí)間中是活動的。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的逆變器，其特征在于，所述逆變器在對串聯(lián)振蕩回路饋電時(shí)略微電感性地開關(guān)并且在對并聯(lián)振蕩回路饋電時(shí)略微電容性地開關(guān)。5.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的逆變器，其特征在于，直流電壓源是具有恒定的輸出電壓(Uin)的電壓源，或者所述源是具有恒定輸出電流(Izk)的電流源。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的逆變器，其特征在于，僅當(dāng)在所述開關(guān)機(jī)構(gòu)(S1, S2，S3，S4)上降落的電壓等于或近似零或者等于閾值(Upsdiwell)時(shí)，所述控制裝置才接通開關(guān)機(jī)構(gòu)(S1, S2，S3，S4)或者將用于所述開關(guān)機(jī)構(gòu)的激勵(lì)信號改變成“接通”，其中尤其將閾值(Upsctorellli)與每個(gè)開關(guān)機(jī)構(gòu)相關(guān)聯(lián)或者分別與一組開關(guān)機(jī)構(gòu)相關(guān)聯(lián)。7.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的逆變器，其特征在于，所述逆變器具有橋式電路，在所述橋式電路的輸入端處連接有恒定的輸入源并且在所述橋式電路的輸出端處連接有所述振蕩回路。8.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的逆變器，其特征在于，所述橋式電路具有兩個(gè)或四個(gè)開關(guān)機(jī)構(gòu)(S1, S2, S3, S4)、尤其是IGBT或MOSFET形式的半導(dǎo)體開關(guān)，使得所述逆變器在所述模式A中作為半橋逆變器或全橋逆變器或推挽式逆變器工作，并且在應(yīng)用串聯(lián)振蕩回路時(shí)在所述模式B中所述振蕩回路經(jīng)由所述開關(guān)機(jī)構(gòu)(S1和S3或S2和S4)進(jìn)行續(xù)流或者在應(yīng)用并聯(lián)振蕩回路時(shí)在所述模式B中所述振蕩回路經(jīng)由所述開關(guān)機(jī)構(gòu)(S1和S2或S3和S4)與所述源脫耦。9.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的逆變器，其特征在于，在串聯(lián)振蕩回路的情況下在所述模式B中所述逆變器為所述串聯(lián)振蕩回路(LS，CS)的雙極短路，使得在至少一個(gè)振蕩周期之上或在至少一個(gè)一半的振蕩周期之上在所述振蕩回路(LS，CS)中流動的電流(Ip)能夠沿兩個(gè)流動方向進(jìn)行續(xù)流。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的逆變器，其特征在于，所述短路經(jīng)由一個(gè)導(dǎo)通的開關(guān)機(jī)構(gòu)和電容器或者經(jīng)由兩個(gè)導(dǎo)通的開關(guān)機(jī)構(gòu)(S1和&或&和S4)實(shí)現(xiàn)，其中相應(yīng)另外的開關(guān)機(jī)構(gòu)(S2和S^S1和S3...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：費(fèi)卡爾·圖爾基，托馬斯·沃斯哈根，
申請(專利權(quán))人：保羅·瓦爾有限公司和兩合公司，
類型：發(fā)明
國別省市：德國;DE