具有冗余的开关熔融保险装置组合的变流器和用于在开关失效情况下选择性地触发保险装置的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种变流器(1)，其具有：中间回路(3)，用于提供在正导线(11)和负导线(12)之间的直流电压(10)；相导线(8，9)，用于接收和/或输出交流电压；和半桥电路(17)，其具有第一开关装置(18)和第二开关装置(19)，所述第一开关装置用于将正导线(11)与相导线(8，9)连接，所述第二开关装置用于将负导线(12)与相导线(8，9)连接。在变流器(1)的半导体开关(20，21)故障时，变流器(1)应能够自动地保护并且继续运行。对此，第一开关装置(18)和第二开关装置(19)分别具有由多个开关支路(Z)构成的并联电路并且在每个电路支路(Z)中，为半导体开关(20，21)中的一个提供自身的、与半导体开关(20，21)串联的熔融保险装置(22)。

Converter with redundant switch fuse safety device and method for selectively triggering an insurance device in the event of a switch failure

The invention relates to a converter (1), which has a middle loop (3), for providing a positive conductor (11) and negative conductor (12) between the DC voltage (10); phase conductors (8, 9), for receiving and / or output AC voltage and half bridge circuit (17); that has a first switching device (18) and the second switch device (19), the first switch device for positive conductor (11) and phase conductors (8, 9) connected to the second switching device for negative conductor (12) and phase conductors (8, 9) connection. When the semiconductor switch (20, 21) fails in the converter (1), the converter (1) should be able to automatically protect and continue operation. In this regard, the first switching device (18) and second (19) are respectively provided with a switching device composed of a plurality of branch switch (Z) parallel circuit and in each branch circuit (Z), as a semiconductor switch (20, 21) in a semiconductor switch, and provides its own melting (20, 21) safety device in series (22).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有冗余的开关熔融保险装置组合的变流器和用于在开关失效情况下选择性地触发保险装置的方法
本专利技术涉及一种变流器、一种具有根据本专利技术的变流器的交通工具以及一种用于运行变流器的方法。变流器具有中间回路，其正导线和负导线经由半桥电路与交流电压相导体连接。半桥电路基于半导体开关形成。
技术介绍
这种半导体开关能够在故障时需要中断变流器的运行，以便能够维修半桥电路。但是这并不总是可行的，例如在飞行器飞行期间，所述飞行器的推进器借助电动马达驱动，所述电动马达又通过变流器来供电。但是用于这种电子驱动的飞行器的半导体开关刚好经受显著密集的宇宙辐射。这放大了一个或多个半导体开关损坏或失效的概率。在这种故障中，不能够预测：故障的半导体开关占据何种状态。在IGBT(绝缘栅双极型晶体管)中、MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)或二极管作为相应的半导体开关的情况下，能够在故障情况下出现：半导体开关在故障情况下导通或者短路，并且在另一故障情况下不导通或者保持持久断开。随后，故障的半导体开关不再能够通过控制信号转变到其他状态下。为了适当地对故障状态做出反应，需要极其快速的检测和驱控，以便必要时借助于另外的开关将短路的半导体开关与系统分离开，所述短路的半导体开关持久电导通。这种类型的保护装置提高构件数量，并且扩大所需要的结构空间。特别地，在用于分离半导体开关的连接器或继电器情况下，附加耗费不期望地大。但是如果完全不存在保护措施，那么在故障情况下出现不可控的补偿电流。因此，由于半导体开关故障，能够破坏其他的半导体进而整体破坏变流器，所述故障的半导体开关由短路电流穿流。专利技术内容本专利技术所基于的目的是：在变流器运行中，快速且牢固地对变流器的半导体开关中的一个中的故障做出反应。所述目的通过独立权利要求的主题来实现。本专利技术的有利的改进形式通过从属权利要求的特征来得出。本专利技术包括变流器，其具有：中间回路，其用于提供在正导线和负导线之间的直流电压。变流器还包括至少一个相导线，其用于接收和/或输出交流电压。下面，根据唯一的相导体描述本专利技术，但是该阐述内容也适用于其他的相导体。相导体经由半桥电路与正导线和负导线连接。半桥电路具有第一开关装置和第二开关装置，所述第一开关装置用于将正导线与相导体连接，所述第二开关装置用于将负导线与相导体连接。该开关装置也称作为高边沿和低边沿。以已知的方式，能够通过交替地开关第一开关装置和第二开关装置对接收的交流电压整流，或者从中间回路的直流电压在相导体中产生交流电压并且输出。现在，为了在半桥电路的半导体开关故障的情况下还能够可靠地继续运行变流器，根据本专利技术提出：第一开关装置和第二开关装置分别具有由多个开关支路构成的并联电路，其中在每个电路支路中，提供半导体开关，所述半导体开关具有自身的、与半导体开关的触点间隙串联的熔融保险装置。对于变流器具有多个相导体的情况，经由所描述类型的半桥电路相应地将每个相导体与正导线和负导线连接。本专利技术具有的优点是：在半导体开关故障的情况下，当所述半导体开短路时，即持久地和/或不受控地电导通时，通过故障的半导体开关的熔融保险装置，将所述半导体开关通过如下方式切换成无效，即一旦短路电流流经故障的半导体开关，就烧穿熔融保险装置。随后，变流器能够借助来自至少一个并联的开关支路中的其余的半导体开关继续运行。为了触发熔融保险装置，甚至不需要检测故障的半导体开关。在根据本专利技术的变流器中，每个半导体开关例如能够基于IGBT或MOSFET或二极管形成。触点间隙在上述半导体开关中是漏极源级路径或集电极发射极路径。根据本专利技术的变流器尤其是2级变流器。如下改进形式也属于本专利技术，通过所述改进形式的特征得到附加的优点。根据一个改进形式，变流器的控制装置设计用于：在每个开关装置中分别同时驱控半导体开关的控制输入端，即相应的栅极或基极。由此得到如下优点：在半导体开关中的一个故障时变流器的运行未中断地基于其余的半导体开关继续。如已经详述，能够通过半桥电路对交流电压整流或者将中间回路的直流电压变换成交流电压。对此，必须分别交替地开关第一和第二开关装置。在此，根据另一改进形式确保：第一开关装置和第二开关装置在不同的时间区间以电导通状态运行。在此，如果在一个时间区间中半导体开关中的一个损坏，使得该半导体开关短路，那么在运行另一开关装置的下一时间区间中，引起正导线和负导线之间的短路，通过所述短路触发故障的半导体开关的熔融保险装置。在第一开关装置再次导通的下一时间区间中，所述第一开关装置于是能够在半导体开关没有故障的情况下继续工作。根据一个改进形式确保：故障的半导体开关的熔融保险装置通过短路破坏并且另一电路装置的那个短路电流(划分成子电流)同样流经的半导体开关的熔融保险装置未被破坏。在该改进形式中，每个熔融保险装置设计成：如果正导线和负导线之间的短路电流仅流经熔融保险装置，那么才分别在具有如下电流强度的触发电流的情况下进行触发，所述电流强度与应短路电流相符。由此确保：触发故障的半导体开关的熔融保险装置。因为短路电流在另一开关装置中分布到多个半导体开关上，那么所述半导体开关的熔融保险装置在该熔融保险装置的该设计中不触发。根据本专利技术的自动保险的变流器尤其能够有利地应用在交通工具中，因为所述交通工具在半导体开关故障时可能无需立即中断其行驶。相应地，如下交通工具也属于本专利技术，其具有用于驱动交通工具以行驶的电的驱动马达，其中驱动马达经由变流器与电的发电机耦联。在此，变流器为根据本专利技术的变流器的一个实施方式。在根据本专利技术的交通工具中，得到如下优点：该交通工具在一个半导体开关故障的情况下不必直接中断其行驶。根据一个改进方案，交通工具设计为飞行器，特别是设计为固定翼飞行器。驱动马达在此情况下驱动飞行器的推进器或(在直升机的情况下)驱动飞行器的旋翼。另一个改进方案提出，交通工具设计为机动车，例如设计为私人轿车或载重车。在根据本专利技术的机动车的行驶期间，在此同样继续运行用于交通工具的轮的驱动马达，即使半导体开关的一个中出现故障时也如此。一个改进形式提出：驱动马达、变流器和发电机在没有接触器的情况下彼此互联。由此，交通工具尤其紧凑地且容易地构成。根据一个改进形式，通过驱动马达和发电机分别仅具有唯一的多相绕组系统的方式，也减小了结构空间和重量。换言之，不提供冗余的交流绕组，如其当为了提供冗余而并行运行两个变流器时是需要的那样。最后，用于运行一个实施方式的根据本专利技术的变流器的方法也属于本专利技术。借助该方法，使故障的半导体开关无效，所述半导体开关持久地锁定在电导通状态下。在变流器运行中执行下述方案，其中在此期间变流器接收具有预设频率的第一交流电压，例如发电机的第一交流电压，并且产生具有可调节的频率的第二交流电压，以便将其输送给驱动马达。在半桥电路的开关装置处产生用于断开全部半导体开关的控制信号，其中故障的半导体开关设置在所述开关装置中。故障的半导体开关并不对该信号做出反应。通过切换到非导通状态下，全部其余的、功能完好的半导体开关对控制信号做出反应。在半桥电路的另一开关装置处产生用于闭合全部半导体开关的控制信号。由此，一方经由故障的半导体开关和另一方经由另一开关装置的至少两个另外的半导体开关来将正导线和负导线短路。由此，短路电流在正导线和负导线之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变流器(1)，具有：‑中间回路(3)，用于提供在正导线(11)和负导线(12)之间的直流电压(10)；‑相导线(8，9)，用于接收和/或输出交流电压；‑半桥电路(17)，具有第一开关装置(18)和第二开关装置(19)，所述第一开关装置用于将所述正导线(11)与所述相导线(8，9)连接，所述第二开关装置用于将所述负导线(12)与所述相导线(8，9)连接，其特征在于，所述第一开关装置(18)和所述第二开关装置(19)分别具有由多个开关支路(Z)构成的并联电路，并且在每个电路支路(Z)中，提供半导体开关(20，21)，所述半导体开关具有自身的、与所述半导体开关(20，21)的触点间隙串联的熔融保险装置(22)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.09 DE 102014213309.2;2015.04.14 DE 10201521.一种变流器(1)，具有：-中间回路(3)，用于提供在正导线(11)和负导线(12)之间的直流电压(10)；-相导线(8，9)，用于接收和/或输出交流电压；-半桥电路(17)，具有第一开关装置(18)和第二开关装置(19)，所述第一开关装置用于将所述正导线(11)与所述相导线(8，9)连接，所述第二开关装置用于将所述负导线(12)与所述相导线(8，9)连接，其特征在于，所述第一开关装置(18)和所述第二开关装置(19)分别具有由多个开关支路(Z)构成的并联电路，并且在每个电路支路(Z)中，提供半导体开关(20，21)，所述半导体开关具有自身的、与所述半导体开关(20，21)的触点间隙串联的熔融保险装置(22)。2.根据权利要求1所述的变流器(1)，其中控制装置(5)设计用于：在每个开关装置(18，19)中分别同时驱控所述半导体开关(20，21)的控制输入端。3.根据上述权利要求中任一项所述的变流器(1)，其中所述控制装置(5)设计用于：为了从所述直流电压(10)中产生交流电压或者为了从所述交流电压中产生所述直流电压(10)，使所述第一开关装置(18)和所述第二开关装置(19)在不同的时间区间以电导通状态运行。4.根据上述权利要求中任一项所述的变流器(1)，其中每个半导体开关(20，21)分别通过IGBT或MOSFET或二极管形成。5.根据上述权利要求中任一项所述的变流器(1)，其中每个熔融保险装置(22)设计用于：如果所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖纳·莱纳特，马库斯·普法伊费尔，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE