[发明专利]整流器和逆变器的晶体管配置

说明书

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的一种晶体管配置、根据权利要求12的前序部分所述的用于对至少一个电压进行整流和/或逆变的一种配置以及根据权利要求13所述的用于对至少一个电压进行整流和/或逆变的一种装置。此外，本发明公开根据权利要求14所述的一种晶体管配置的一种应用或根据权利要求14所述的一种配置、根据权利要求15所述的一种装置的一种应用以及根据权利要求16的总概念的用于控制一个晶体管的一种方法。

现有技术

整流器和逆变器目前在一个广泛的功率范围中大多采用可通断的电压控制晶体管来构造。在此尤其针对直流电压到三相交流电压的变换、或相反的变换而公开了一种六脉冲桥式电路，其中一个直流电压源可以通过扼流圈/电感与一个三相电压源相连接。在此针对低于100V的电压经常使用场效应晶体管(FET)，尤其MOSFET。在此单个晶体管的源极接点和漏极接点与一个二极管相连接(在MOSFET中该二极管在原理上已经包含在晶体管中)，其中该二极管则以简单的方式在没有其它控制的情况下承担三个交流电流的整流。对于直流电压的逆变，即与上述相反的情况，需要对晶体管进行一种特殊的控制，以使其按照一种已公开的方法(比如在使用基波震荡脉冲或脉宽调制的情况下)来导通和断开。在此已公开的是，可以有利地使用逆变器运行所需的这种控制电路，以在整流器运行中通过接通并联的晶体管来减轻该二极管的负荷。这种有时作为“同步整流”概念而公开的方法降低了整流中的电压损失。然而在此其缺点在于，为了确定该二极管以及该MOSFET的导通和关断时间点，尤其在考虑所要求的保护时间的情况下，额外需要一种控制。在使用一种自身控制的晶体管的情况下，比如在出版物“用于由爪极发电机组成的汽车车体电网的高效供电的新式整流原理”(U.Ammann；斯图加特大学功率电子和控制技术研究所的毕业论文，2002)和“12V汽车交流电机的一种智能同步整流器”(S.Rees，U.Ammann；第34届IEEE PESC会议2003年学报，第1516页起；阿卡普尔科，墨西哥)中公开的，可以省去上述这种耗费，然而同时放弃逆变器运行的这种可能。从而存留了对一种简化、有效的整流器和逆变器的期望。

本发明的优点

在一种具有一个晶体管的晶体管配置中，其具有一个第一和一个第二接点和一个调节第一和第二接点之间的电流的控制接点，还具有一个根据在第一和第二接点之间所存在的电压差来给该控制接点提供一个晶体管控制电压的信号处理装置，根据本发明推荐一种分配给该信号处理装置并将该信号处理装置在至少两种运行方式之间进行切换的控制装置。所述的晶体管在此在本申请的范畴内应理解为任何一种电压控制的半导体整流阀，也即其导通特性可以借助所施加的电压来进行控制的每个半导体元件。一种第一运行方式能够通过该电压差来控制该晶体管，这假设在一个所述的整流器和逆变器电路中用于自身控制的运行方式“同步整流”，也即用在交流电压的整流中。在该第二运行方式中，其中假设该第二运行方式在前述的整流器和逆变器电路中用于直流电压的逆变，用于控制该晶体管的电压差被叠加一个附加电压，或被该附加电压替代。在此其目的是，如此改变在该第一运行方式中所使用的控制，使得借助与该电压差无关的一个电压控制该晶体管，尤其是接通或导通。这样就实现了一种晶体管配置，其中该配置既可以自行操纵也可以接受外部对该晶体管的控制。这种配置的优点在下文中、尤其在实施例中被阐明。

该晶体管有利地作为FET、尤其作为MOSFET来实施，其中该第一接点是漏极接点，该第二接点是源极接点，该控制接点是栅极接点。如此可以为大量的应用经济地生产并仍然能够在相当大的功率下使用该晶体管配置。

根据本发明的一种改进，在第一和第二接点之间设置了一个电流控制单元。通常晶体管允许电流从第一接点流向第二接点。如果该晶体管不由于其构造而已具有这种单元，比如在MOSFET中，那么借助该电流控制单元可以使电流从第二流向第一接点。

如果该电流控制单元作为二极管来构造，那么这是有利的。这是一种可靠的和廉价的实现可能性。在MOSFET中由于构造原因已经含有这种二极管(自身二极管)。

该控制装置优选为输出控制信号的一种逆变器控制装置。逆变器控制装置用于控制一个逆变器电路的单个晶体管。本发明使得为了控制该信号处理装置并从而间接地控制该晶体管而可以使用一种已公开的逆变器控制装置的控制信号成为可能。虽然该控制信号也可以单独地产生，但是利用已有的逆变器控制装置可以省去一个附加的控制电路。