在半桥中具有短路中断的变频器制造技术

本发明专利技术涉及一种半桥中具有短路中断的变频器。本发明专利技术涉及一种用于控制变频器(1)的方法，其中，中间电路(3)的正极导线(12)和负极导线(13)借助于半桥(17)分别通过多个半导体开关(20、21、23)与交流电压相导体(9)连接，其中，每个半导体开关(20、21、23)分别具有自有的、串联连接的保险丝(22、24)。变频器(1)应该在持续短路时通过半导体开关之一(23)稳健地做出反应。该方法为此包括对故障的半导体开关(23)进行探测，其持续地保持在导电状态中，并且通过经过故障的半导体开关(23)和至少两个另外的半导体开关(21)的正极导线(12)和负极导线(13)的多次的彼此短接来逐步地熔断故障的半导体开关(23)的保险丝(24)。每次短路分别仅仅持续一个脉冲持续时间(Tsoa)，其小于在连续的短路时为了熔化保险丝所需要的熔断持续时间(Ta)。

A frequency converter with short circuit interruption in a half bridge

The present invention relates to a frequency converter with short circuit interruption in a half bridge. The invention relates to a method for controlling the inverter (1) method, wherein, the intermediate circuit (3) of the cathode conductor (12) and negative (13) with the help of half bridge wire (17) respectively through a plurality of semiconductor switches (20, 21, 23) phase conductor and the AC voltage (9) connected to the each semiconductor switch (20, 21, 23) respectively with its own, fuse connected in series (22, 24). The frequency converter (1) should react steadily through one of the semiconductor switches (23) when the short circuit is short circuited. The method for including a semiconductor switch (23) for fault detection, which remain in a conductive state, and through the semiconductor switches (23) and at least two additional semiconductor switch (21) the positive lead (12) and (13) the negative wire many short to each other gradually to fuse the fault semiconductor switch (23) fuse (24). Each short circuit only lasted for one pulse duration (Tsoa), which is less than the time needed to fuse the fuse during continuous short circuit (Ta).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在半桥中具有短路中断的变频器
本专利技术涉及一种用于对变频器进行控制的方法，该变频器具有半桥，通过该半桥将中间电路与交流电压相导体连接。一种变频器也属于本专利技术，可以根据本专利技术的方法对该变频器进行控制。最后，一种具有根据本专利技术的变频器的飞行器也属于本专利技术。
技术介绍
借助于变频器能够将具有预设的频率的交流电压转换成具有能设定的频率的交流电压。为此，该预设的交流电源借助于整流器转换成被提供到中间电路中的直流电压。从中间电路出发，借助于逆变器能够产生具有能设定的频率的交流电压。能够分别多相地提供两个交流电压，也就是说例如作为三相电流系统。通过变频器能够将发电机和电驱动马达耦合。这样的应用例如能够在具有电的螺旋桨驱动装置的飞行器中实现。内燃机在此驱动发电机，其交流电压通过变频器转换成用于电驱动马达的交流电压。驱动马达驱动飞行器的螺旋桨。用于运行飞行器的螺旋桨的驱动马达的变频器应该是尽可能抗失效的。另外的与安全相关的设备也需要抗失效的变频器。一种故障情况如下。在变频器中，中间电路可以通过半桥与各一个交流电压相导体连接。这样的半桥可以是整流器或者逆变器的组成部分。在变频器的运行中可能的故障情况是，半桥的半导体开关持续地电导通，也就是说不再能够通过电信号接通到电截止或者非导通状态中。然后，正极导线或者负极导线持续地与交流电压相导体短接。这通常要求中断运行和维修，例如更换半桥。在飞行器的情况中，这在飞行期间是不可能的。另外的与安全相关的应用同样可以要求变频器还暂时必须能够以故障的半导体开关继续运行。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种抗失效的变频器。该目的通过独立权利要求的内容实现。本专利技术的有利的改进方案通过从属权利要求的特征给出。本专利技术包括一种变频器，其以所描述的方式具有用于提供直流电压的中间电路。此外，该变频器具有至少一个半桥，通过该半桥将中间电路的正极导线和负极导线分别与同一个交流电压相导体连接。半桥尤其布置在变频器的逆变器中。为了提高失效安全性，在根据本专利技术的变频器中提出，中间电路的正极导线和负极导线分别通过半桥不仅仅通过单个半导体开关，而且分别通过多个半导体开关与交流电压相导体连接。每个半导体开关例如能够基于IGBT(绝缘栅双极型晶体管)或者MSOFET(金属氧化半导体场效应晶体管)形成。此外，每个半导体开关分别具有自有的、与电路路径串联连接的保险丝。换句话说，相应的保险丝前置连接或者后置连接在每个半导体开关上。换句话说，保险丝仅仅由电路路径的电流穿流。电路路径在上述的半导体开关的情况中是漏极-源极路径。另外的电路路径是集电极-发射极路径。变频器此外具有控制装置，其例如可以包括微控制器或者微处理器。控制装置设计用于对半导体开关进行控制。在此，控制装置设计用于执行下面的根据本专利技术的方法。根据本专利技术的方法，在变频器中探测，是否有半导体开关中的一个故障了，从而使得该半导体开关持续地保持在电导通状态中。换句话说，半导体开关不再能够切换到电截止状态中。如果探测到故障的半导体开关，那么就逐步地熔断故障的半导体开关的保险丝。为此，在中间电路的正极导线与负极导线之间多次顺序地产生短路。这通过半桥的至少两个另外的半导体开关和故障的半导体开关实现。正极导线和负极导线在此分别仅仅对于脉冲持续时间Tsoa短路，其小于在连续的短路时熔化保险丝所需要的熔断持续时间Ta。在每次短路之间中断短路电流。换句话说，保险丝顺序地通过分别借由短路产生的电流脉冲阶梯性地或者逐步地加热，直至其熔化或者形成电绝缘触点间隙(Sperrstrecke)。通过熔断保险丝随之最后截止或者阻止经过故障的半导体开关的电流。通过本专利技术获得如下优点，即在保险丝熔断时同样必须引导短路电流的至少两个另外的半导体开关能够被保护性地驱动。不必要长时间连续或者不中断地引导短路电流经过至少两个另外的半导体开关直至保险丝断开或者融化，也就是不必对于整个熔断持续时间Ta来引导。取而代之的是，在其间将至少两个另外的半导体开关切换到截止状态，从而至少两个另外的半导体开关能够冷却或者能够将热量分配到相应的半导体开关中。脉冲持续时间Tsoa尤其是较短或者与以下的时长相同的时长，即其已知作为安全的工作范围(SOA-safeoperationarea)。在此涉及如下的时长，即半导体开关直至该时长为止在电导通的状态中能够在给定的中间电路的直流电压的情况下引导短路电流，而不会自己故障。安全的工作范围例如可以从半导体开关的数据中获取。属于本专利技术的还有另外的改进方案，通过这些改进方案的特征获得附加的技术优点。根据一个改进方案，在每次短路之间设置有脉冲间隔Tp，其小于保险丝的热学时间常数。在脉冲间隔Tp期间，没有短路电流流过至少两个另外的半导体开关。通过使脉冲间隔Tp足够短，使得保险丝不过多地冷却。换句话说，通过多次的电流脉冲成功地加热了和熔化了保险丝。该改进方案基于如下的认识，即保险丝的热学时间常数大于半导体开关的热学时间常数，尤其是半导体开关的截止层(Sperrschicht)的热学时间常数，该截止层与保险丝一同在引导短路电流时加热。换句话说，半导体开关比保险丝冷却得更快。当脉冲间隔Tp大于截止层的时间常数，但是小于保险丝的热学时间常数时，至少一个另外的半导体开关能够被保护性地驱动，而能够引起保险丝熔断或者断开。时间常数例如可以是半减期或者冷却至初始温度的1/e的时间，其中，e是欧拉常数。根据一个改进方案，借助于控制半导体开关的驱动电路探测故障的半导体开关。这样的驱动电路在现有技术中已知为门极驱动器。为了借助于这样的驱动电路来探测故障的半导体开关，根据改进方案，将经由故障的半导体开关下降的电压与电压额定值进行比较。如果即使在半导体开关的控制输入端(例如门极上)产生用于截止半导体开关的控制信号，电压也保持小于电压额定值，那么发出半导体开关故障的信号。附加地或者可选择地，可以对通过另外的半导体开关中的一个下降的电压进行评估。在短路时，在此超出预定的额定值。根据一个改进方案，在保险丝熔断之后，借助于至少两个另外的半导体开关抑制在保险丝中的电弧。由此获得如下优点，即能够主动地控制电弧。一个改进方案实现了在变频器的运行期间执行该方法，也就是在通过变频器运行电负载期间执行该方法。在运行期间探测到故障的半导体开关。为了熔断保险丝，激活预定的脉冲图形，借助于该脉冲图形对至少两个另外的半导体开关进行驱控。在此期间，负载例如可以空转，当其例如是电驱动马达时。根据一个改进方案提出，在保险丝熔断之后利用故障的半导体开关继续驱动变频器。在此随后使用半桥的并联连接的半导体开关。由此实现了变频器的继续运行。例如由此能够实现飞行器的安全着陆。在一个改进方案中，脉冲持续时间Tsoa在8微秒至15微秒的范围中。在此，在短路电流的情况中也获得半导体开关的安全和/或受保护的运行。根据本专利技术的变频器尤其是二电平变频器。本专利技术还包括一种飞行器，其尤其设计成固定翼飞行器。根据本专利技术的飞行器具有至少一个电驱动马达，用于驱动飞行器的相应的螺旋桨。这样的飞行器也设计成电动飞机。在飞行器设计成直升飞机的情况中，螺旋桨是飞行器的旋翼。飞行器的至少一个驱动马达通过变频器与发电机耦合连接。变频器在此是根据本专利技术的变频器的一个实施方式。根据本专利技术的飞行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制变频器(1)的方法，其中，中间电路(3)的正极导线(12)和负极导线(13)通过半桥(17)分别经由多个半导体开关(20、21、23)与交流电压相导体(9)连接，其中，每个半导体开关(20、21、23)分别具有自有的、与电路路径串联的保险丝(22、24)，所述方法具有以下步骤：‑对故障的半导体开关(23)进行探测，所述故障的半导体开关持续地保持在导电状态中，‑通过对于相应一个脉冲持续时间(Tsoa)使得经过所述故障的半导体开关(23)和经过至少两个另外的半导体开关(21)的所述正极导线(12)和所述负极导线(13)的多次的彼此短接来逐步地熔断所述故障的半导体开关(23)的所述保险丝(24)，所述脉冲持续时间小于在连续的短路时为了熔化所述保险丝而需要的熔断持续时间(Ta)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.21 DE 102015207187.11.一种用于控制变频器(1)的方法，其中，中间电路(3)的正极导线(12)和负极导线(13)通过半桥(17)分别经由多个半导体开关(20、21、23)与交流电压相导体(9)连接，其中，每个半导体开关(20、21、23)分别具有自有的、与电路路径串联的保险丝(22、24)，所述方法具有以下步骤：-对故障的半导体开关(23)进行探测，所述故障的半导体开关持续地保持在导电状态中，-通过对于相应一个脉冲持续时间(Tsoa)使得经过所述故障的半导体开关(23)和经过至少两个另外的半导体开关(21)的所述正极导线(12)和所述负极导线(13)的多次的彼此短接来逐步地熔断所述故障的半导体开关(23)的所述保险丝(24)，所述脉冲持续时间小于在连续的短路时为了熔化所述保险丝而需要的熔断持续时间(Ta)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在每次短路(25)之间设置有脉冲间隔(Tp)，所述脉冲间隔小于所述保险丝(24)的热学时间常数。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，借助于对所述故障的半导体开关(23)进行驱控的驱动电路探测所述故障的半导体开关(23)，其中所述驱动电路对经由所述故障的半导体开关(23)下降的或者经由所述另外的半导体开关(21)中的一个下降的电压与电压额定值进行比较。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述保险丝(24)熔断之后，借助于至少两个所述另外的半导体开关(21)抑...

【专利技术属性】
技术研发人员：马塞尔·卢策，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE