[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及一种变流器、一种具有根据本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明所基于的目的是：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。本发明的有利的改进形式通过从属权利要求的特征来得出。

本发明包括变流器，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发明，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，根据本发明提出：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。

本发明具有的优点是：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。

在根据本发明的变流器中，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。

根据本发明的变流器尤其是2级变流器。

如下改进形式也属于本发明，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。