專利名稱：具有pwm信號用的延遲電路的逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有PWM信號用的延遲電路的逆變器.這種 逆變器例如在驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域中得到廣泛應用，以便給電動機供應電 流。
背景技術(shù)：
為了給電動機供應電流，公知的是，借助半橋電路將在中間回 路中可供使用的直流電壓轉(zhuǎn)換成各個電動機相用的交變電流.每一 電動機相為此需要半橋電路，利用所述半橋電路的兩個半導體開關(guān) 元件將電動機相交替地切換到中間回路的正或負的匯流排上.脈寬 調(diào)制法(PWM法)通常在此得到采用，其中如此處理PWM信號，
使得因此可以控制兩個半導體開關(guān)元件.
DE 102005020805 Al描述了這種按照PWM法運行的半橋電 路，并且說明，當在兩個半導體開關(guān)元件之間轉(zhuǎn)接時，對鎖定時間 或閉鎖時間(Blockzeit)的遵守是重要的，在該鎖定時間或閉鎖時間 期間，兩個半導體開關(guān)元件是關(guān)斷的和因此是不導通的，因為否則 在正的和負的匯流排之間即將發(fā)生短路.DE 102005020805 Al也闡 述了可以如何生成這種閉鎖時間通過使PWM信號的上升沿延遲來 確保遵守閉鎖時間.根據(jù)所述文獻中的至少一個實施例，也使PWM 信號的下降沿延遲，而且延遲關(guān)斷延遲(tdl)，所述關(guān)斷延遲小于 上升沿的接通延遲(tel+tdl).于是閉鎖時間是兩個延遲時間的差。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務是說明一種具有盡可能簡單的延遲電路的逆變器 (Umrichter)，利用所述延遲電路可以實現(xiàn)PWM信號的上升沿的
接通延遲和下降沿的關(guān)斷延遲。
通過根據(jù)權(quán)利要求1的逆變器來解決該任務.
延遲電路含有第一電容器，該電容器的充電狀態(tài)確定比較器的 輸入端處的電壓電平。如果延遲電路的輸入端處的PWM信號從低電 平切換到高電平，則通過由第一和笫二電阻組成的串聯(lián)電路使第一 電容器充電。如果在PWM信號從高電平切換到低電平之后使第一電
容器放電，則通過與笫二電阻并聯(lián)的二極管來跨接該笫二電阻.因 此電容器的放電快于充電，
由于電容器的充電狀態(tài)確定比較器的輸入端處的電壓電平，并 且在超過接通電平時，該比較器將其輸出端從低電平切換到高電 平，并且在未超出關(guān)斷電平時，將其輸出端從高電平接通到低電平，
因此可以不同地延遲PWM信號的上升的和下降的切換沿.利用大于 關(guān)斷延遲的接通延遲來延遲上升沿，利用所述關(guān)斷延遲來延遲PWM 信號的下降沿。
同時關(guān)斷半橋的兩個半導體開關(guān)元件的閉鎖時間對應于接通延 遲和關(guān)斷延遲的差.
此外，所述的延遲電路負責用于切換半導體開關(guān)所使用的信 號超過對應于關(guān)斷延遲的最小脈沖持續(xù)時間，因此可以避免半導體 開關(guān)元件的太短接通持續(xù)時間的負效應.因為這種太短的接通持續(xù) 時間可能導致，在與半導體開關(guān)元件并聯(lián)的空轉(zhuǎn)二極管 (Freilaufdiode)中出現(xiàn)電流截斷特性，由此電流很快變化，并且通 過存在的漏電感感應出高電壓，所述高電壓可能破壞參與的功率半 導體。
借助附圖從優(yōu)選實施形式的以下說明中得出本發(fā)明的其它優(yōu)點 以及細節(jié)。在此
圖l展示了逆變器中的半橋，
圖2展示了用于控制半橋的PWM信號，
圖3展示了用于PWM信號的延遲電路，
圖4展示了信號和電位圖。
具體實施例方式
圖l展示了逆變器的片段.中間回路提供直流電壓Uzk.借助 半橋電路，將電動機M(或一般地負栽)的相交替地切換到中間 回路的正的和負的電位。在此，半橋電路由兩個半導體開關(guān)元件 TH、 TL組成，所述半導體開關(guān)元件TH、 TL交替地導通或截止， 并且在任何時候都不允許兩者導通.這些半導體開關(guān)元件TH、 TL 例如是IGBT或功率MOSFET。空轉(zhuǎn)二極管DH、 DL與半導體開關(guān) 元件TH、 TL并聯(lián).通過切斷負栽電流，由于負載的電感而感應出
電壓，所述電壓抵制(entgegenwirken)切斷.通過空轉(zhuǎn)二極管DH、 DL經(jīng)由中間回路繼續(xù)引導從中產(chǎn)生的電流.
為了控制通常的三相電動機，需要三個如在圖1中所示的半橋，下面應說明對半橋的控制、即半導體開關(guān)元件TH、 TL的切換. 數(shù)字的、即在高電平和低電平之間來回跳躍的PWM信號A施加在 半橋上。A的占空比在此對應于應施加在電動機M的相(Phase)上 的電壓。因此在占空比為0.5時，相正好位于中間回路的正和負電位 之間、即處在OV.因此，在占空比為0和l之間的情況下，可以在 電動機M的相處在中間回路的負和正電位之間調(diào)整每個電壓，
由于必須相反地切換兩個半導體開關(guān)元件TH、 TL(直至遵守 閉鎖時間)，因此由PWM信號A借助反相器(Inverter) I生成與 A相反的PWM信號nA。不僅A而且nA各流經(jīng)延遲電路D，該延 遲電路D又生成信號A，或nA，，并且在下面詳細說明該延遲電路D 的工作方式。該延遲電路D基本上負責遵守閉鎖時間.閉鎖時間是 在關(guān)斷一個半導體開關(guān)元件(TH或TL)和接通另一個半導體開關(guān) 元件(TH或TL)之間的時間間距，并且例如為2ys。
延遲電路D使A或nA的上升沿延遲一段確定的、這里稱為接 通延遲的時間。同樣使下降沿延遲一段確定的、這里稱為關(guān)斷延遲 的時間.關(guān)斷延遲在此稍短于接通延遲.
在延遲電路D和相應的半導體開關(guān)元件TH、 TL之間還可以存在其它的電路，諸如驅(qū)動器電路或還有邏輯電路，只有在存在脈沖 釋放時，所述邏輯電路才將PWM信號A，、 nA，給予半導體開關(guān)元件 TH、 TL.為此將邏輯釋放信號與相應的PWM信號A，、 nA，與 (UND)邏輯連接。如果不存在釋放，則兩個半導體開關(guān)元件截止.
圖2以信號A中的PWM脈沖的時間特性曲線的方式展示了上 面提及的PWM信號A、 nA、 A，、 nA，，信號nA對應于在反相器4中被逆轉(zhuǎn)的信號A,通過將A的上升沿(即從低電平L到高電平H的變換)延遲接 通延遲Ton,和將A的下降沿(即從高電平H到低電平L的變換) 延遲關(guān)斷延遲Toff，得出A，.
通過將nA的上升沿延遲接通延遲Ton，和將nA的下降沿延遲 關(guān)斷延遲Toff，得出信號nA，.這意味著，nA'不是A，的逆轉(zhuǎn)(Invertierung )，而是由延遲電路D所改變的信號nA.
在對最后用于控制半導體開關(guān)元件TH、TL所考慮的信號A，和 nA，進行比較時，認識到，現(xiàn)在遵守閉鎖時間Tb-Ton-Toff。典型的 值對于Ton是2.5ns并且對于Toff是0.5ps，由此又得出上面提及 的2|is的閉鎖時間。
圖3現(xiàn)在展示了延遲電路D本身，每半橋存在兩次所述延遲電 路D，因為用于控制每一個半導體開關(guān)元件TH、 TL所使用的控制 信號A，或nA，源自每一個這種延遲電路D.因此為了運行三相電動 機M需要六個這種延遲電路D,
在延遲電路D的輸入端e處施加還未延遲的PWM信號A。信 號A通過由第一電阻Rl和第二電阻R2所組成的串聯(lián)電路到達電容 器C1的第一端子，該電容器Cl的第二端子固定地處于低電平.此 外，電容器C1的第一端子與比較器K的輸入端相連接，該比較器K 的輸出端形成延遲電路D的輸出端a.與在比較器K的輸入端上的 電壓電平有關(guān)地，比較器K的輸出端和因此延遲電路D的輸出端a 處于低電平或高電平。
二極管D1如此與第二電阻R2并聯(lián)，使得在延遲電路D的輸入 端e處在從低電平L向高電平H變換時，該第二電阻R2與笫一電 阻Rl —起限制笫一電容器Cl的充電電流，而在輸入端e處在從高 電平H向低電平L變換時，僅由第一電阻Rl限制該第一電容器Cl 的放電電流。如果在輸入端e的高電平H時和在比較器K的輸入端 的低電平時二極管D1截止，而在相反的電平關(guān)系時(即在已充電的 電容器Cl和輸入端e的低電平L時)二極管Dl導通，并且短接第 二電阻R2，則這得到確保，
笫二電容器C2與比較器K并聯(lián)，即連接在該比較器K的輸入 端和輸出端之間.借助圖4更詳細地闡述該電容器的功能.
圖4a展示了在延遲電路D的輸入端e處所施加的信號A.該信 號僅僅含有上升的和下降的沿。
圖4b與比較器K的接通電平Son和關(guān)斷電平Soff—起展示了 在比較器K的輸入端上的電壓特性曲線。
圖4c展示了在延遲電路D的輸出端a處的得出的信號A，。
在時刻tl，信號A從低電平L變換到高電平H,從該時刻tl起，
通過笫一和第二電阻Rl和R2使電容器Cl和電容器C2充電，比較 器K的輸入端處的電壓因此上升.在時刻t2,達到比較器K的接通 電平Son,在該瞬間該比較器K的輸出端從低電平L切換到高電平 H.由于比較器K的輸出端同時是延遲電路D的輸出端a，所以在該 瞬間A，也切換到高電平H，相對于信號A稍遲了接通延遲Ton(Ton =t2-tl)。時間Ton因此是第一電容器Cl和第二電容器C2直至達 到接通電平Son的充電時間，并且通過對充電電流進行限制的兩個 電阻R1和R2的串聯(lián)電路確定該時間。
在沒有第二電容器C2的情況下，在比較器K的輸入端處的電 平在時刻t2之后會跟隨虛線，并且接近于高電平H.如果在比較器 K的輸入端處施加滿的高電平H之前，信號A現(xiàn)在重新下降到低電 平L，則會不清楚地定義直至在時刻t3達到關(guān)斷電平Soff的時間和 因此關(guān)斷延遲Toff。也即電容器Cl的放電于是會從較低的電平出發(fā) 來開始.
由于關(guān)斷延遲Toff也限定了具有所分配的半導體開關(guān)元件 TH、 TL的最短接通持續(xù)時間的切換脈沖，所以縮短的關(guān)斷延遲可能 會導致如此短的PWM脈沖，使得像上面提及的那樣，受到破壞半導 體開關(guān)元件TH、 TL的威脅.
通過笫二電容器C2避免了該問題。由于將在比較器的輸出端處 的電容器C2推移到高電平H，在電容器C2中直至時刻t2所存儲的 電荷可用于對第一電容器Cl完全充電.因此像在圖4b中所示出的 那樣，實際上在t2之后無時滯地實現(xiàn)在比較器K的輸入端處向高電 平H的跳躍.因此使信號A中的跟隨時刻t2的下降沿總是延遲完全 的關(guān)斷延遲Toff，由此始終遵守所分配的半導體開關(guān)元件TH、 TL 的最小接通持續(xù)時間。
在時刻t3，信號A跳回到低電平L，現(xiàn)在通過R1使電容器C1 放電，因為在放電時通過二極管Dl跨接了電阻R2,放電過程因此 顯著快于充電過程，直至在時刻t4達到比較器K的關(guān)斷電平Soff 的時間和因此關(guān)斷延遲Toff (Toff = t4-t3)相應地短于接通延遲 Ton。因此通過適當?shù)剡x擇電阻Rl和R2以及電容器Cl和C2,可 以確定(較短的)關(guān)斷延遲Toff和(較長的)接通延遲Ton。
第二電容器C2在時刻t4也負責，在比較器K的輸入端處的電
平實際上立刻下降到低電平L,使得比較器K對于A的下一上升沿 是準備好的.
還應該示范性地說明用于確定延遲電路D的器件的尺寸的值
R1 - 2kn, R2 = 2.5kfl, C1 - 300pF, C2 = 150pF
對于延遲時間近似地適用
Ton = (R1 + R2) * (C1 + C2) Toff-R"(C1 + C2)
權(quán)利要求
1.具有在延遲電路(D)輸入端(e)處所施加的PWM信號(A，nA)用的延遲電路的逆變器，通過所述延遲電路，將所述PWM信號(A，nA)的上升沿延遲接通延遲(Ton)，和將PWM信號(A，nA)的下降沿延遲關(guān)斷延遲(Toff)，用于為半導體開關(guān)元件(TH，TL)形成在延遲電路(D)的輸出端(a)處所施加的控制信號(A’，nA’)，其中，-所述輸入端(e)通過由第一電阻(R1)和第二電阻(R2)所組成的串聯(lián)電路與第一電容器(C1)的第一端子相連接，該第一電容器(C1)的第二端子恒定地處于低電平(L)，-第一電容器(C1)的第一端子與比較器(K)的輸入端相連接，該比較器(K)的輸出端構(gòu)成延遲電路(D)的輸出端(a)，該輸出端(a)與比較器(K)的輸入端處的電壓電平有關(guān)地在高電平(H)和低電平(L)之間變換，其中比較器(K)的輸入端處的電壓電平與第一電容器(C1)的充電狀態(tài)有關(guān)，-二極管(D1)如此與第二電阻(R2)并聯(lián)，使得在延遲電路(D)的輸入端(e)處從低電平(L)向高電平(H)變換時，該第二電阻(R2)與第一電阻(R1)一起限制第一電容器(C1)的充電電流，而在輸出端(a)處從高電平(H)向低電平(L)變換時，僅通過第一電阻(R1)限制該第一電容器(C1)的放電電流。
2. 按權(quán)利要求1的具有延遲電路的逆變器，其中所述延遲電路 (D)此外具有連接在比較器(K)的輸入端和輸出端之間的第二電容器(C2)。
3. 按權(quán)利要求1的具有延遲電路的逆變器，其中所述接通延遲 (Ton)大于所述關(guān)斷延遲(Toff).
4. 按權(quán)利要求1的具有延遲電路的逆變器，其中比較器(K)的 接通電平位于低電平(L)和高電平(H)之間，而比較器(K)的 關(guān)斷電平位于低電平(L)和接通電平之間。
全文摘要
本發(fā)明描述一種具有在延遲電路(D)的輸入端(e)處所施加的PWM信號(A，nA)用的延遲電路的逆變器，通過所述延遲電路，將PWM信號(A，nA)的上升沿延遲接通延遲(Ton)，和將PWM信號(A，nA)的下降沿延遲關(guān)斷延遲(Toff)，用于為半導體開關(guān)元件(TH，TL)形成施加在延遲電路(D)的輸出端(a)上的控制信號(A’，nA’)。延遲電路(D)含有兩個電阻(R1，R2)、兩個電容器(C1，C2)、二極管(D1)和比較器(K)，并且因此可以特別簡單地予以實現(xiàn)。
文檔編號H02M1/08GK101207326SQ20071016005
公開日2008年6月25日 申請日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
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