[发明专利]逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及一种逆变器，该逆变器包括由正电压母线和负电压母线构成的直流电压中间电路和辅助电压源。

背景技术

逆变器的主电路一般由直流电压中间电路和连接到该直流电压中间电路的半导体开关组成，半导体开关通常是FET或IGBT开关。串联连接在中间电路的正电压母线和负电压母线之间的半导体对构成逆变器的输出级。逆变器中的半导体对的数目取决于输出相的数目，即，每个输出相存在独立的输出。半导体开关可用于将正电压母线或负电压母线的电压连接到与逆变器的输出相连的负载。通过将电压脉冲连接到输出，能够向负载提供在给定时间所需的电压，所述电压的振幅和频率是可变的。

借助连接到半导体开关的控制电极的栅极驱动器控制逆变器的半导体。取决于所采用的部件的种类，控制电极可例如被称为栅极或基极。栅极驱动器为半导体开关的控制电极生成必要的电流或电压脉冲，从而开关能够可靠地转换成导通状态。难以成本效率高地产生栅极驱动器所需的辅助电压，尤其是因为连接到正电压母线的电源半导体(这里称为上部半导体部件)的输出电极的电位随另一个电源半导体的状态的变化而显著改变。输出电极被称为例如发射极或源极，名称随部件的种类的不同而改变。利用称为自举(bootstrap)法的方法，可产生上部半导体部件的正接通电压，在所述自举法中，根据以负电压母线为基准的正电压产生正接通电压，换句话说，根据相对于中间电路的负电压母线的一定大小的电压产生正接通电压。在自举法中，当连接到负电压母线的电源半导体处于导通状态时，上部栅极驱动器通过连接到栅极驱动器的二极管接收正辅助电压。这样，能够产生栅极驱动器所需的、并用于触发(ignite)开关部件的正辅助电压。在低电流电源半导体中，一般通过将栅极经由基极电阻连接到开关部件的发射极电位来断开开关部件。

如果电源半导体打算用于高电流，那么栅极驱动器必须能够产生相对于半导体的发射极为负的断开电压。当使用负断开电压时，可以使部件更快地切断通过电流。此外，通过使栅极相对于发射极保持负电位，能够避免否则会因部件上的电压的高变化率而引起的部件的无意接通。部件上的电压的变化起因于其它电源半导体的状态变化。在IGBT的情况下，由电压变化引起的接通起因于内部栅极充电的快速变化，而内部栅极充电的快速变化则归因于Miller电容的影响。这种无意接通仅仅持续几十纳秒，其间高电流峰值通过部件，导致电源开关中的增大的功率损耗。为了避免这种现象，当部件处于断开状态时，必须使部件的栅极相对于发射极保持至少约5伏的负电位。

美国专利6,147,887公开一种逆变器，其中通过利用以正电流母线为基准的负电压，和连接到所述负电压的二极管，通过自举法为连接到中间电路的正电压母线的电源半导体的栅极驱动器产生负辅助电压。结果，通过利用相对于发射极为负的栅极电压，上部功率半导体能够被断开并且保持断开状态。与现有技术方案相比，这降低了部件成本，因为要产生相对于中间电路的正电压母线的负直流电压，只需要电源变压器的一个次级绕组，以及逆变器的每个输出相的一个二极管。

发明内容

本发明的一个方面是一种能够使得逆变器的结构更简单，尺寸更小的逆变器设计。

本发明的一个方面是在附加的独立权利要求中陈述的逆变器。在从属权利要求中陈述了本发明的一些实施例。

根据本发明实施例的逆变器提供一种用于控制双电平或多电平逆变器的新颖自举技术。根据本发明的实施例，自举技术被用于根据已由自举技术形成的至少一个自举的负辅助电压，向至少一个半导体开关的开关驱动器提供至少一个另外的自举负辅助电压，所述另外的自举负辅助电压以相应的开关驱动器的公共电位为基准。该新的自举结构使得能够为电源半导体的开关驱动器产生正辅助电压和负辅助电压。在本发明的实施例中，在启动逆变器时，逆变器可被配置成执行启动序列，以通过顺序地接通和断开电源半导体，向开关驱动器的辅助电压输入提供辅助电压。借助本发明，能够避免供给其电位比负电流母线的电位更负的辅助电压。结果，能够消除电源变压器的一个次级绕组。从而，与现有技术的解决方案相比，本发明降低了部件成本。在多电平逆变器中，能够用数目较少的供给的辅助电压提供半导体开关的开关驱动器的所需数目的辅助电压。

附图说明

下面参考附图，借助示例性实施例更详细地说明本发明，其中

图1示意性示出根据本发明示例性实施例的双电平逆变器的一个输出级。

图2示意性示出根据本发明示例性实施例的多电平逆变器的一个输出级。

图3示意性示出根据本发明另一个示例性实施例的多电平逆变器的一个输出级。