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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Stromrichter zur bestimmungsgemässen Verwendung
für einen
Wechselrichter, und einen Signalpegelumsetzer zur bestimmungsgemässen Verwendung
für den
Stromrichter, und insbesondere betrifft sie eine Verbesserung zur
Erhöhung
einer Durchschlagspannung der Vorrichtung, ohne dass dafür ein komplizierter
Herstellungsprozess notwendig wird, und gleichzeitig ein beständiger Betrieb
aufrechterhalten wird.
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Die
den Oberbegriffbildende Druckschrift US 5,351,182 A offenbart einen
Stromrichter mit Leistungsschaltgliedern. Darüber hinaus sind bei der bekannten
Schaltungsanordnung erste und zweite Treiberschaltungen zum Ansteuern
der ersten und zweiten Schaltglieder vorgesehen. Für eine Hochspannungsanwendung
weist die aus dem Stand der Technik bekannte Stromrichterschaltung
eine Vielzahl von Signalpegelumsetzern auf, die in einer Kaskade
mit mehreren Stufen angeordnet und ausgelegt sind, eine Pegelverschiebung
an Steuersignalen anzuwenden und die pegelverschobenen Steuersignale an
die erste Treiberschaltung zu überführen.
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In
einem Signalpegelumsetzerschaltkreis, der als Schnittstelle zwischen
einem Leistungsschaltungsglied und einem MPU (Mikrocomputer) zum Treiben
und Steuern des Leistungsschaltglieds arbeiten soll, wurde herkömmlicherweise
zur elektrischen Isolierung ein Optokoppler verwendet. In den letzten Jahren
wurde jedoch aufgrund von Vorteilen wie geringe Abmessungen, niedriger
Preis und lange Lebensdauer ein HVIC (High Voltage Integrated Circuit) verwendet.
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16 ist ein Blockschaltbild,
das einen, den HVIC verwendenden herkömmlichen Wechselrichter zeigt.
Ein Wechselrichter 150 umfasst drei Stromrichter 151 bis 153,
die denselben Aufbau haben. Die drei Stromrichter 151 bis 153 haben
jeweils drei Phasenausgänge
U, V, und W gemeinsam. Jeder der drei Stromrichter 151 bis 153 ist
zwischen einer Hochspannungsleitung PP und einer Niederspannungsleitung
(Masseleiter) NN vorgesehen und wird von einer externen Stromquelle 165 mit
Gleichstrom versorgt. Darüberhinaus
wird von einem externen Mikrocomputer 160 an jeden der
Stromrichter 151 bis 153 ein Steuersignal abgegeben.
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Der
Stromrichter 151 umfasst die Leistungsschaltglieder 172 und 173,
Freilaufdioden 174 und 175, einen Kondensator 170,
und einen HVIC (High Voltage Integrated Circuit) 154. In
einem Beispiel von 16 sind
die Leistungsschaltglieder 172 und 173 IGBTs (Insulated
Gate Bipolar Transistors – Isolierschicht-Bipolartransistoren). Über eine
Drahtverbindung OUT (U) ist eine Last an einen Anschlussabschnitt
der Leistungsschaltglieder 172 und 173 angeschlossen,
die untereinander in Reihe geschaltet sind.
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Der
HVIC 154 umfasst einen Puffer 166, Treiberkreise 169 und 171,
ein Schaltglied 167 und einen Widerstand 168.
Im Beispiel von 16 ist
das Schaltglied 167 ein Hochspannungs-MOSFET des N-Kanal-Typs.
Eine Quellenspannung wird von einer externen Gleichstromquelle 161 an
den Puffer 166 und den Treiberkreis 171 abgegeben.
Eine vom Kondensator 170 gehaltene Spannung wird als Quellenspannung
an einer Treiberkreis 169 abgegeben, der zusammen mit der
Drahtverbindung OUT (U) ein Quellenpotential ändert. Wird das Leistungsschaltglied 173 EIN-
oder AUS-geschaltet, belastet die Gleichstromquelle 161 wiederholt
den Kondensator 170 über
einen Widerstand 163 und eine Diode 164.
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Ein
Pegel eines zu übertragenden
Signals wird zwischen dem Puffer 166 und dem Treiberkreis 169 abgeändert. Eine
Reihenschaltung des Schaltglieds 167 und des Widerstands 168,
die zwischen dem Puffer 166 und dem Treiberkreis 169 vorgesehen
ist, dient als Pegelverschiebungskreis, um einen Pegel eines Signals
zwischen dem Puffer 166 und dem Treiberkreis 169 umzusetzen.
Demgemäss
wird für
das Schaltglied 167 eine Durchschlagspannung benötigt, die
grösser
oder gleich derer des Leistungsschaltglieds 172 ist.
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Der
HVIC hat beispielsweise Probleme damit, wenn die Durchschlagspannung
höher wird,
ein Herstellungsprozess komplizierter ist, eine Herstellungsvor richtung
neu eingeführt
werden soll, eine Fehlfunktion des HVIC selbst nicht leicht verhindert werden
kann, u. dgl. Beim HVIC ist eine Technik der Isolation eines Niederspannungsabschnitts
von einem Hochspannungsabschnitt eine Schlüsseltechnologie. Eine Übergangsisolationstechnik
und eine dielektrische Isolationstechnik wurden als die Isolationstechnik
bekannt. Bei der Übergangsisolationstechnik,
wird unter Verwendung eines Verfahrens, das standardmässig bei
einem normalen IC oder LSI eingesetzt wird, eine Isolationsinsel
auf einer p+-Sperrschicht ausgebildet, und
innerhalb dieser wird ein Glied oder ein Schaltkreis als Gliedergruppe ausgebildet.
Bei der dielektrischen Isolationstechnik ist jede einzelne der Siliziumkristallinseln,
die jedes Glied oder jeden Schaltkreis bilden, von einem Dielektrikum
(z.B. polykristallinem Silizium) umgeben. Folglich sind die Inseln
elektrisch voneinander isoliert.
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Die Übergangsisolationstechnik
besitzt den Vorteil, dass sie mit einer herkömmlichen Herstellungsvorrichtung
für ICs
durchgeführt
werden kann. In manchen Fällen
fliesst jedoch während
eines Schaltvorgangs ein Rauschstrom durch dv/dt (ein Wert der Veränderung
bei einer Spannung) zu einem schwebenden Kondensator in einem Isolationsbereich,
so dass der Betrieb des Schaltkreises beeinträchtigt ist. Ein Problem besteht
darin, dass sich dieses Phänomen
noch ausgeprägter
darstellt, wenn eine Durchschlagspannung erhöht ist. Die dielektrische Isolationstechnik
umfasst ein Spezialverfahren wie das Kontaktieren auf einem Siliziumsubstrat. Deshalb
besteht ein Problem darin, dass der Herstellungsvorgang komplizierter
wird und der Preis für
den einzelnen Chip steigt. Zusätzlich
wird der Herstellungsprozess mit höherer Durchschlagspannung komplizierter
und somit teuerer.
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Bislang
ist ein HVIC mit einer Durchschlagspannung von 600 V auf dem Markt.
Wenn jedoch die Durchschlagspannung erhöht werden soll, treten eben
die oben erwähnten
Probleme auf. Deshalb wurde eine Erhöhung der Durchschlagspannung
des HVIC in der Praxis nicht umgesetzt.
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Um
die oben erwähnten
Probleme beim Stand der Technik zu lösen, besteht eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung in der Bereitstellung eines Stromrichters und eines Signalpegelumsetzers,
die eine Durchschlagspannung erhöhen
können, ohne einen
komplizierten Herstellungsprozess notwendig zu machen, während gleichzeitig
ein beständiger
Betrieb aufrechterhalten wird.
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Ein
erster Aspekt der vorliegenden Erfindung richtet sich auf einen
Stromrichter, umfassend ein erstes Schaltglied mit ersten und zweiten
Hauptelektroden, ein zweites Schaltglied mit dritten und vierten Hauptelektroden,
wobei die vierte Hauptelektrode an die erste Hauptelektrode angeschlossen
ist, einen ersten Treiberkreis, um das erste Schaltglied basierend
auf einem von aussen kommenden ersten Steuersignal anzusteuern,
einen zweiten Treiberkreis, um das zweite Schaltglied basierend
auf einem von aussen kommenden zweiten Steuersignal anzusteuern, und
n Pegelverschiebungskreise, die in n Stufen in Kaskade geschaltet
sind, wobei n eine ganze Zahl von 2 oder mehr ist, und die n Pegelverschiebungskreise
dazu ausgelegt sind, das erste Steuersignal in den n Stufen pegelzuverschieben
und das pegelverschobene Signal an den ersten Treiberkreis zu übertragen.
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Ein
zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf den Stromrichter
nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung gerichtet, ferner
umfassend einen Messkreis, um einen Betriebszustand des ersten Schaltglieds
zu erfassen und ein den Betriebszustand wiedergebendes Erfassungssignal
abzugeben, und n weitere Pegelverschiebungskreise, die in n Stufen
in Kaskade geschaltet und dazu ausgelegt sind, das Erfassungssignal
in den n Stufen pegelzuverschieben und das pegelverschobene Signal nach
aussen zu übertragen.
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Ein
dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf den Stromrichter
nach dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung gerichtet, ferner
umfassend eine einstufige Impulsschaltung, die an einen Eingang
jedes der n weiteren Pegelverschiebungskreise angeschlossen ist,
und einen Latch, der an einen Ausgang jedes der n weiteren Pegelverschiebungskreise
angeschlossen ist.
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Ein
vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf den Stromrichter
nach einem der ersten bis dritten Aspekte der vorliegenden Erfindung
gerichtet, ferner umfassend eine einstufige Impulsschaltung, die
an den Eingang jedes der n Pegelverschiebungskreise angeschlossen
ist, und einen Latch, der an einen Ausgang der n Pegelverschiebungskreise
angeschlossen ist.
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Ein
fünfter
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf den Stromrichter nach
einem der ersten bis vierten Aspekte der vorliegenden Erfindung
gerichtet, bei dem jeder der n Pegelverschiebungskreise einen Widerstand
und ein Schaltglied umfasst, die untereinander in Reihe geschaltet
sind.
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Ein
sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung richtet sich auf den
Stromrichter nach dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung,
bei dem jeder der n weiteren Pegelverschiebungskreise einen Widerstand
und ein Schaltglied umfasst, die untereinander in Reihe geschaltet
sind.
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Ein
siebter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf den Stromrichter
nach einem der ersten bis sechsten Aspekte der vorliegenden Erfindung
gerichtet, ferner umfassend einen Spannungsteilerkreis, dessen eines
Ende an die dritte Hauptelektrode und dessen anderes Ende an die
erste Hauptelektrode angeschlossen ist, und der und dazu ausgelegt ist,
ein elektrisches Potential des einen Endes und ein elektrisches
Potential des anderen Endes zu teilen und dabei erste bis (n – 1)-te
Zwischenpotentiale abzugeben, erste bis n-te Dioden, die untereinander in
derselben Richtung in Reihe geschaltet sind, und erste bis n-te
Kondensatoren, bei dem ein Ende der ersten bis n-ten Kondensatoren
jeweils an eine Elektrode der ersten bis n-ten Dioden angeschlossen
ist, und das andere Ende der ersten bis n-ten Kondensatoren an einen
Ausgang der ersten bis (n – 1)-ten Zwischenpotentiale
bzw. die erste Hauptelektrode angeschlossen ist.
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Ein
achter Aspekt der vorliegenden Erfindung richtet sich auf den Stromrichter
nach dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung, bei dem der Spannungsteilerkreis
erste bis n-te Widerstände
umfasst, die untereinander in Reihe geschaltet sind, und die ersten
bis (n – 1)-ten
Zwischenpotentiale von (n – 1)
Anschlussabschnitten jeweils vom ersten bis n-ten Widerstand abgegeben
werden.
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Ein
neunter Aspekt der vorlegenden Erfindung richtet sich auf den Stromrichter
nach dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung, ferner umfassend
(n – 1)
Dioden, die jeweils mit den zweiten bis n-ten Widerständen parallelgeschaltet
sind.
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Ein
zehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung richtet sich auf den Stromrichter
nach einem der siebten bis neunten Aspekte der vorliegenden Erfindung,
ferner umfassend n Dioden, die untereinander in Reihe geschaltet
sind, wobei zwei Stromanschlüsse
des ersten Treiberkreises an das eine Ende des n-ten Kondensators
bzw. dessen anderes Ende angeschlossen sind, und einer von zwei
Stromanschlüssen
des zweiten Treiberkreises an die dritte Hauptelektrode und andere
der Stromanschlüsse an
ein Ende einer Reihenschaltung der n Dioden angeschlossen ist.
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Ein
elfter Aspekt der vorliegenden Erfindung richtet sich auf den Stromrichter
nach einem der siebten bis zehnten Aspekte der vorliegenden Erfindung, ferner
umfassend n Widerstände,
die jeweils mit den ersten bis n-ten Dioden parallelgeschaltet sind.
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Ein
zwölfter
Aspekt der vorliegenden Erfindung richtet sich auf den Stromrichter
nach einem der siebten bis elften Aspekte der vorliegenden Erfindung,
ferner umfassend einen weiteren Widerstand, der mit der ersten Diode
in Reihe geschaltet ist.
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Ein
dreizehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung richtet sich auf den
Stromrichter nach einem der ersten bis zwölften Aspekte der vorliegenden
Erfindung, ferner umfassend erste und zweite Freilaufdioden, die
mit den ersten bzw. zweiten Schaltgliedern antiparallel geschaltet
sind.
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Ein
vierzehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung richtet sich auf einen
Signalpegelumsetzer, umfassend einen Spannungsteilerkreis, dessen
eines Ende zur Übertragung
eines ersten Potentials an eine erste Potentialleitung angeschlossen
ist, und dessen anderes Ende zur Übertragung eines zweiten Potentials
an eine zweite Potentialleitung angeschlossen ist, und der dazu
ausgelegt ist, das erste Potential und das zweite Potential zu teilen
und dabei erste bis (n – 1)-te
Zwischenpotentiale abzugeben, erste bis n-te Dioden, die untereinander
in derselben Richtung in Reihe geschaltet sind, erste bis n-te Kondensatoren,
deren eines Ende jeweils an eine Elektrode der ersten bis n-ten
Dioden angeschlossen ist, und deren anderes Ende jeweils an einen
Ausgang der ersten bis (n – 1)-ten
Zwischenpotentiale und die zweite Potentialleitung angeschlossen
ist, und n Pegelverschiebungskreise, die in n Stufen in Kaskade geschaltet
sind, wobei n eine ganze Zahl von 2 oder mehr ist, und die n Pegelverschiebungskreise
dazu ausgelegt sind, ein auf dem ersten Potential basierendes Signal
und ein auf dem zweiten Potential basierendes Signal in n Stufen
pegelzuverschieben und selbiges dabei in das andere Signal umzusetzen.
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Ein
fünfzehnter
Aspekt der vorliegenden Erfindung richtet sich auf den Signalpegelumsetzer nach
dem vierzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung, ferner umfassend
eine einstufige Impulsschaltung, die an einen Eingang jeder der
n Pegelverschiebungskreise angeschlossen ist, und einen Latch, der
an einen Ausgang jedes der n Pegelverschiebungskreise angeschlossen
ist.
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Ein
sechzehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung richtet sich auf den
Signalpegelumsetzer nach einem der vierzehnten bis fünfzehnten
Aspekte der vorliegenden Erfindung, bei dem jeder der n Pegelverschiebungskreise
einen Widerstand und ein Schaltglied umfasst, die untereinander
in Reihe geschaltet sind.
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Ein
siebzehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung richtet sich auf den
Signalpegelumsetzer nach einem der vierzehnten bis sechzehnten Aspekte
der vorliegenden Erfindung, bei dem der Spannungsteilerkreis erste
bis n-te Widerstände
umfasst, die untereinander in Reihe geschaltet sind, und die ersten
bis (n – 1)-ten
Zwischenpotentiale von (n – 1) Anschlussabschnitten
jeweils von den ersten bis n-ten Widerständen abgegeben werden.
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Ein
achtzehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung richtet sich auf den
Signalpegelumsetzer nach dem siebzehnten Aspekt der vorliegenden
Erfindung, ferner umfassend (n – 1)
Dioden, die jeweils mit den zweiten bis n-ten Widerständen in
Reihe geschaltet sind.
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Ein
neunzehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung richtet sich auf den
Signalpegelumsetzer nach einem der vierzehnten bis achtzehnten Aspekte der
vorliegenden Erfindung, ferner umfassend n Widerstände, die
jeweils mit den ersten bis n-ten Dioden parallelgeschaltet sind.
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Ein
zwanzigster Aspekt der vorliegenden Erfindung richtet sich auf den
Signalpegelumsetzer nach einem der vierzehnten bis neunzehnten Aspekte
der vorlie genden Erfindung, ferner umfassend einen weiteren Widerstand,
der mit der ersten Diode in Reihe geschaltet ist.
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Nach
dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Steuersignal
in mehreren Stufen pegelverschoben. Deshalb ist es möglich, die
Durchschlagspannung der Vorrichtung anzuheben, ohne die Durchschlagspannung
zu erhöhen,
die für
jeden der Pegelverschiebungskreise notwendig ist. Da keine hohe
Durchschlagspannung für
jeden der Pegelvexschiebungskreise benötigt wird, kann die Durchschlagspannung
der Vorrichtung verstärkt
werden, ohne dass dies einen komplizierteren Herstellungsprozess
erforderlich machen würde,
und gleichzeitig wird ein beständiger
Betrieb aufrechterhalten.
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Nach
dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Erfassungssignal
in mehreren Stufen pegelverschoben. Deshalb ist es möglich, die Durchschlagspannung
der Vorrichtung zu erhöhen und
einen Betriebszustand des Schaltglieds (z.B. einen Strom oder eine
Temperatur) an eine externe Vorrichtung zu übertragen, ohne dabei die für jeden der
Pegel notwendige Durchschlagspannung anzuheben.
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Nach
dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Erfassungssignal
in eine einstufige Impulsform umgesetzt und dann pegelverschoben,
und wird durch den Latch wieder mit der ursprünglichen Wellenform hergestellt.
Deshalb ist es möglich,
die Pegelverschiebung des Erfassungssignals zu bewerkstelligen und
gleichzeitig den Leistungsverlust im Pegelverschiebungskreis zu
reduzieren.
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Nach
dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Steuersignal
in eine einstufige Impulsform umgesetzt und dann pegelverschoben,
und wird durch den Latch wieder mit der ursprünglichen Wellenform hergestellt.
Deshalb ist es möglich,
die Pegelverschiebung des Steuersignals zu bewerkstelligen und gleichzeitig
den Leistungsverlust im Pegelverschiebungskreis zu reduzieren.
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Nach
dem fünften
Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht jeder Pegelverschiebungskreis einfach
darin, dass der Widerstand und das Schaltglied verwendet werden,
die untereinander in Reihe geschaltet sind.
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Nach
dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht jeder Pegelverschiebungskreis einfach
darin, dass der Widerstand und das Schaltglied verwendet werden,
die untereinander in Reihe geschaltet sind.
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Nach
dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die Quellenpotentiale
des ersten Treiberkreises und der n Pegelverschiebungskreise durch
einen einfachen Aufbau erzeugt, der den Spannungsteilerkreis, die
ersten bis n-ten Dioden und die ersten bis n-ten Kondensatoren verwendet.
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Nach
dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht der Spannungsteilerkreis
einfach darin, dass er die ersten bis n-ten Widerstände verwendet,
die untereinander in Reihe geschaltet sind.
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Nach
dem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung, sind die (n – 1) Dioden
mit den zweiten bis n-ten Widerständen parallelgeschaltet. Deshalb
kann ein Hochgeschwindigkeitsschaltbetrieb beständiger durchgeführt werden.
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Nach
dem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung, sind die n, untereinander
in Reihe geschalteten Dioden an einem der Leistungsanschlüsse des
zweiten Treiberkreises angeschlossen. Deshalb ist es möglich, eine
Differenz zwischen der Quellenspannung des ersten Treiberkreises
und der Quellenspannung des zweiten Treiberkreises zu beseitigen,
die aus Vorwärtsspannungen
der ersten bis n-ten Dioden entsteht.
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Nach
dem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung, sind die n Widerstände mit
den ersten bis n-ten Dioden parallelgeschaltet. Deshalb kann ein Hochgeschwindigkeitsschaltbetrieb
beständiger durchgeführt werden.
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Nach
dem zwölften
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Widerstand mit der ersten
Diode in Reihe geschaltet. Deshalb ist es möglich, einen Stromstoss zu
reduzieren, der zu den ersten bis n-ten Dioden und den ersten bis
n-ten Kondensatoren fliesst.
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Nach
dem dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Freilaufdiode
an jedes der ersten und zweiten Schaltglieder angeschlossen. Deshalb
ist es möglich,
die Vorrichtung für
einen Wechselrichter oder dergleichen zu verwenden, ohne die Freilaufdiode
an eine externe Vorrichtung anzuschliessen.
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Nach
dem vierzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Signal
in mehreren Stufen zwischen dem auf dem ersten Potential basierenden Signal
und dem auf dem zweiten Potential basierenden Signal pegelverschoben.
Deshalb ist es möglich, einen
Pegelverschiebungsbereich zu vergrössern, ohne eine Durchschlagspannung
anzuheben, die für jeden
der Pegelverschiebungskreise notwendig ist. Zusätzlich werden die Quellenpotentiale
der n Pegelverschiebungskreise durch einen einfachen Aufbau erzeugt,
der den Spannungsteilerkreis, die ersten bis n-ten Dioden und die
ersten bis n-ten Kondensatoren verwendet.
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Nach
dem fünfzehnten
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Signal in eine einstufige
Impulsform umgesetzt und dann pegelverschoben, und wird dann vom
Latch wieder mit der ursprünglichen Wellenform
hergestellt. Deshalb ist es möglich,
eine Pegelverschiebung des Signals zu erreichen, während gleichzeitig
ein Leistungsverlust im Pegelverschiebungskreis reduziert wird.
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Nach
dem sechzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht jeder
Pegelverschiebungskreis einfach darin, dass er den Widerstand und
das Schaltglied verwendet, die untereinander in Reihe geschaltet
sind.
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Nach
dem siebzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht der Spannungsteilerkreis
einfach darin, dass er die ersten bis n-ten Widestände verwendet,
die untereinander in Reihe geschaltet sind.
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Nach
dem achtzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung, sind die (n – 1) Dioden
mit den zweiten bis n-ten Widerständen parallelgeschaltet. Deshalb
kann auch in einer solchen Verwendungsauslegung, bei der eine Differenz
zwischen dem ersten und dem zweiten Potential mit hoher Geschwindikeit
verändert
wird, der beständige
Betrieb der Vorrichtung bewerkstelligt werden.
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Nach
dem neunzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die n Widerstände mit
den ersten bis n-ten Dioden parallelgeschaltet. Deshalb kann auch
in einer solchen Verwendungsauslegung, bei der eine Differenz zwischen
dem ersten und dem zweiten Potential mit hoher Geschwindikeit verändert wird,
der beständige
Betrieb der Vorrichtung bewerkstelligt werden.
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Nach
dem zwanzigsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Widerstand
mit der ersten Diode in Reihe geschaltet. Deshalb ist es möglich, einen
Stromstoss zu reduzieren, der zu den ersten bis n-ten Dioden und
den ersten bis n-ten
Kondensatoren fliesst.
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Diese
und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der nachfolgenden genauen Beschreibung der
vorliegenden Erfindung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen
deutlicher.
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1 ist
ein Schaltbild, das einen Signalpegelumsetzerschaltkreis zeigt,
der für
einen Stromrichter nach jeder Ausführungsform verwendet werden
soll,
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2 ist
ein Schaltbild, das einen Stromrichter nach einer ersten Ausführungsform
zeigt,
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3 ist
ein Schaltbild, das Bedingungen zeigt, die bei einem Prüftest des
Stromrichters nach der ersten Ausführungsform eingesetzt werden,
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4 ist
ein Zeitdiagramm, der ein Ergebnis des Prüftests zeigt,
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5 ist
ein Schaltbild, das einen Stromrichter nach einer zweiten Ausführungsform
zeigt,
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6 ist
ein Schaltbild, das einen Stromrichter nach einer dritten Ausführungsform
zeigt,
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7 ist
ein Schaltbild, das einen Stromrichter nach einer vierten Ausführungsform
zeigt,
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8 ist
ein Zeitdiagramm, der einen Betrieb des Stromrichters von 7 zeigt,
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9 ist
ein Schaltbild, das einen Stromrichter nach einem anderen Beispiel
der vierten Ausführungsform
zeigt,
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10 ist
ein Schaltbild, das einen Stromrichter nach einer fünften Ausführungsform
zeigt,
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11 ist
ein Schaltbild, das einen Stromrichter nach einem ersten Beispiel
einer sechsten Ausführungsform
zeigt,
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12 ist
ein Schaltbild, das einen Stromrichter nach einem zweiten Beispiel
der sechsten Ausführungsform
zeigt,
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13 ist
ein Schaltbild, das einen Stromrichter nach einem dritten Beispiel
der sechsten Ausführungsform
zeigt,
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14 ist
ein Schaltbild, das einen Stromrichter nach einem vierten Beispiel
der sechsten Ausführungsform
zeigt,
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15 ist
ein Schaltbild, das einen Stromrichter nach einem fünften Beispiel
der sechsten Ausführungsform
zeigt, und
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16 ist
ein Schaltbild, das einen Wechselrichter aus dem herkömmlichen
Stand der Technik zeigt.
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Zunächst erfolgt
die Beschreibung der Auslegung eines Signalpegelumsetzers, der in
den Stromrichtern 101 bis 110 nach den folgenden
Ausführungsformen
verwendet werden soll. Ein in einem Schaltbild von 1 gezeigter
Signalpegelumsetzer 100 umfasst n Pegelverschiebungskreise
I1 bis In, n Signalübertragungskreise
S1 bis Sn, n Kondensatoren C1 bis Cn, n Dioden DD1 bis DDn, n Widerstände RR1
bis RRn und einen Spannungsteilerkreis DV. Die ganze Zahl n ist
grösser
oder gleich 2.
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Eines
der Enden des Spannungsteilerkreises DV ist an eine elektrische
Potentialleitung L0 angeschlossen, um ein erstes Potential zu übertragen, und
das andere Ende ist an eine elektrische Potentialleitung Ln angeschlossen,
um ein zweites Potential zu übertragen.
Die ersten und zweiten Potentiale werden geteilt, um erste bis (n – 1)-te
Zwischenpotentiale zu erzeugen und diese jeweils an die elektrischen
Potentialleitungen L1 bis L(n – 1)
abzugeben. Ein Schaltglied ist z.B. so an die elektrischen Potentialleitungen
L0 und Ln angeschlossen, dass deren Unterschied in einem elektrischen
Potential wiederholt zwischen beinahe 0 Volt und einer vorbestimmten
Spannung (die beispielsweise 600 V sein soll) wechselt. Folglich
wechselt ein Abstand zwischen den ersten bis (n – 1)-ten Zwischenpotentialen
in einem Bereich von beinahe 0 Volt bis 600 V/n.
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Wie
in 1 gezeigt ist, umfasst der Spannnungsteilerkreis
DV vorzugsweise n Widerstände
R1 bis Rn, die untereinander in Reihe geschaltet sind, und (n – 1) Anschlussabschnitte
zwischen diesen sind jeweils an die elektrischen Potentialleitungen
L1 bis L (n – 1)
angeschlossen. Wie in 1 gezeigt ist, sind noch bevorzugter
(n – 1)
Dioden D1 bis D(n – 1) an
die untereinander parallelgeschalteten Widerstände R2 bis Rn angeschlossen.
Die Dioden D1 bis D(n – 1)
sind in derselben Richtung aneinander angeschlossen.
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Die
Dioden DD1 bis DDn sind untereinander in derselben Richtung in Reihe
geschaltet. Vorzugsweise sind die Widerstände RR1 bis RRn jeweils mit den
Dioden DD1 bis DDn parallelgeschaltet. Eine Gleichstromquelle 10 ist
an die elektrische Potentialleitung L0 und eine Anode der Diode
DD1 angeschlossen. Eine von der Gleichstromquelle 10 abgegebene
Gleichstromspannung (die beispielsweise 15 V betragen soll), wird
auf einen viel kleineren Wert eingestellt als eine Spannung (600V),
die zwischen den elektrischen Potentialleitungen L0 and Ln angelegt
wird.
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Die
Enden der Kondensatoren C1 bis Cn sind jeweils an die Kathoden der
Dioden DD1 bis DDn angeschlossen, und die anderen Enden sind jeweils
an die elektrischen Potentialleitungen L1 bis Ln angeschlossen.
Wenn das elektrische Potential der elektrischen Potentialleitung
Ln basierend auf dem elektrischen Potential der elektrischen Potentialleitung
L0 wiederholt wechselt, werden die Kondensatoren C1 bis bis Cn wiederholt
von einem Strom beaufschlagt, der durch die Dio den D1 bis Dn von
der Gleichstromquelle 10 abgegeben wird. Als Ergebnis davon
halten die Kondensatoren C1 bis Cn fast konstante Spannungen.
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Die
Pegelverschiebungskreise I1 bis In sind in n Stufen in Kaskade geschaltet,
so dass ein auf dem ersten Potential basierendes Signal, und ein
auf dem zweiten Potential basierendes Signal in den n Stufen pegelverschoben
und so in das andere Signal umgesetzt wird. Ein herkömmlicher,
hinlänglich
bekannter Pegelverschiebungskreis (beispielsweise eine Serienschaltung
des Schaltglieds 167 und des Widerstands 168 von 16)
kann für
jeden der Pegelverschiebungskreise I1 bis In verwendet werden.
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Die
Signalübertragungskreise
S1 bis Sn sind Schaltkreise (z.B. Puffer) zur Übertragung eines Signals, und
arbeiten nach Erhalt der abgegebenen Spannungen, die jeweils von
den Kondensatoren C1 bis Cn als Quellenspannungen gehalten werden. Dementsprechend
sind die Quellenspannungen der Signalübertragungskreise S1 bis Sn
fast gleich einer Gleichstromspannung (15V), die von der Gleichstromquelle 10 abgegeben
wird, und sind untereinander fast gleichwertig. Die Quellenpotentiale
entsprechen jedoch jeweils den elektrischen Potentialen der elektrischen
Potentialleitungen L0 bis Ln und unterscheiden sich schrittweise
von einander.
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Wie
oben beschrieben wurde, pegelverschieben beim Signalpegelumsetzerkreis 100 die
Pegelverschiebungskreise I1 bis In das Signal schrittweise in mehreren
Stufen. Deshalb ist es möglich, dass
ein Pegelverschiebungsbereich vergrössert werden kann, ohne die
Durchlagspannung zu erhöhen,
die für
jeden der Pegelverschiebungskreise I1 bis In benötigt wird. Ist die Anzahl der
Stufen n höher, kann
der Pegelverschiebungsbereich vergrössert werden. Darüberhinaus
werden der Spannungsteilerkreis DV, die Dioden DD1 bis DDn und die
Kondensatoren C1 bis Cn verwendet. Deshalb können die Quellenspannungen
der Pegelverschiebungskreise I1 bis In mit einem einfachen Schaltungsaufbau
erreicht werden. Ferner kann der Spannungsteilerkreis DV durch Verwendung
der Widerstände
R1 bis Rn einfacher ausgelegt werden. Darüberhinaus sind die Dioden D1
bis D(n – 1)
mit den Widerständen
R2 bis Rn parallelgeschaltet. Auch in solch einer Verwendungsauslegung,
bei der ein Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Potential
in einer hohen Geschwindigkeit wechselt, ist es deshalb möglich, den
beständigen
Betrieb der Vorrichtung zu bewerkstelligen. Ferner sind die Widerstände RR1
bis RRn jeweils mit den Dioden DD1 bis DDn parallelgeschaltet. Deshalb
kann die Beständigkeit
des Hochgeschwindigkeitsbetriebs noch verstärkt werden.
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Es
ist auch möglich,
die schrittweise Pegelverschiebung eines Signals nur mit den Pegelverschiebungskreisen
I1 bis In zu erreichen, ohne die Übertragungskreise S1 bis Sn
vorzusehen.
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Erste Ausführungsform
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(Aufbau und Betrieb der
Vorrichtung)
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2 ist
ein Schaltbild, das den Aufbau eines Stromrichters nach einer ersten
Ausführungsform
zeigt. Ein Stromrichter 101 umfasst Leistungsschaltglieder 1a und 1b,
Freilaufdioden 2a und 2b, Treiberkreise 3a und 3b und
den Signalpegelumsetzerkreis 100 (1). In einem
Beispiel von 2 sind die Leistungsschaltglieder 1a und 1b IGBTs
des n-Kanal-Typs. Eine Reihenschaltung, bei der die Leistungsschaltglieder 1a und 1b untereinander
in Reihe geschaltet sind, ist zwischen einer Hochpotentialleitung
PP und einer Niederpotentialleitung (beispielsweise einer Erdungsleitung)
NN vorgesehen. Während
des Betriebs des Leistungsumsetzers 101 ist eine nicht
gezeigte externe Energiequelle an die Hochpotentialleitung PP und
die Niederpotentialleitung NN angeschlossen, so dass eine hohe Gleichstromquellenspannung
angelegt wird. Eine Last wird über
eine Drahtverbindung OUT an einem Anschlussabschnitt der Leistungsschaltglieder 1a und 1b angeschlossen.
Mit anderen Worten gehören
die Leistungsschaltglieder 1a und 1b jeweils zu
unteren bzw. oberen Zweigen.
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Noch
genauer ausgedrückt
wird eine der Hauptelektroden (ein Emitter im Beispiel des IGBT des
n-Kanal-Typs) des Leistungsschaltglieds 1a an die Drahtverbindung
OUT angeschlossen, und die andere Hauptelektrode (ein Kollektor
im Beispiel des IGBT des n-Kanal-Typs) wird an die Hochpotentialleitung
PP angeschlossen. Darüberhinaus
wird eine der Hauptelektroden (der Emitter im Beispiel des IGBT des
n-Kanal-Typs) des Leistungsschaltglieds 1b an die Niederpotentiallei tung
NN angeschlossen, und die andere Hauptelektrode (der Kollektor im
Beispiel des IGBT des n-Kanal-Typs) wird an die Drahtverbindung
OUT angeschlossen.
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Die
Freilaufdioden 2a und 2b sind jeweils antiparallel
an die Leistungsschaltglieder 1a und 1b angeschlossen.
In dieser Spezifikation impliziert "antiparalleler Anshcluss" eine Parallelverbindung,
bei der eine Anode und eine Kathode einer Diode einzeln an ein Paar
Hauptelektroden eines Schaltglieds in solch einer Richtung angeschlossen
sind, dass ein Vorwärtsstrom
wie ein Ring darin fliessen kann. Wie in 2 dargestellt
ist, impliziert der antiparallele Anschluss des IGBT des n-Kanal-Typs und der
Diode dementsprechend einen solchen Anschluss, bei dem ein Emitter
an eine Anode und ein Kollektor an eine Kathode angeschlossen ist.
Die Freilaufdioden 2a und 2b erfüllen die
Aufgabe, einen Rück
Vorwärtsstrom
umzuleiten.
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Die
Leistungsschaltglieder 1a und 1b werden über eine
(nicht gezeigte) externe Stromquelle mit einer hohen Gleichstromquellenspannung
versorgt. Diese externe Stromquelle ist während des Betriebs des Stromrichters 201 an
die Hochpotentialeitung PP und die Niederpotentialleitung NN angeschlossen.
Ausgänge
der Treiberkreise 3a und 3b sind an Steuerelektroden
(Gates im Beispiel des IGBT) der Leistungsschaltglieder 1a und 1b angeschlossen,
so dass die Treiberkreise 3a und 3b jeweils die
Leistungsschaltglieder 1a und 1b ansteuern. Werden
die Leistungsschaltglieder 1a und ab AN- oder AUS-geschaltet,
wechselt ein elektrisches Potential der Drahtverbindung OUT wiederholt
zwischen einem elektrischen Potential der Niederpotentialleitung
NN und demjenigen der Hochpotentialleitung PP.
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Beim
Stromrichter 101, beträgt
die Anzahl der Stufen des Signalpegelumsetzerkreises 100 2. Der
Stromrichter 101 umfasst eine Reihenschaltung aus einem
Schaltglied 13 und einem Widerstand 14 als Pegelverschiebungskreis
I1 (1), und eine Reihenschaltung aus einem Schaltglied 16 und
einem Widerstand 17 als Pegelverschiebungskreis I2. Im
Beispiel von 2 sind die Schaltglieder 13 und 16 Hochspannungs-MOSFETS
des n-Kanal-Typs. Der Stromrichter 101 umfasst ferner einen
Puffer 12 als Signalübertragungskreis
S1 und einen Puffer 15 als Signalübertragungskreis S2. Darüberhinaus
entsprechen die Niederpotentialleitung NN und die Drahtverbindung
OUT jeweils den elektrischen Potentialleitungen L0 und Ln des Signalpegelumsetzerkreises 100 (1).
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Eine
externe Gleichstromquelle 10 und ein externer Mikrocomputer 11 sind
ferner an den Stromrichter 101 angeschlossen, wenn dieser
in Betrieb ist. Der Puffer 12 und der Treiberkreis 3b werden
von der Gleichstromquelle 10 über die Niederspannungsleitung
NN und eine Gleistromleitung EE mit einer Quellenspannung versorgt.
Der Puffer 15 wird über
eine Spannung, die von einem Kondensator C1 gehalten wird, mit einer
Quellenspannung versorgt, und der Treiberkreis 3a wird über eine
Spannung, die von einem Kondensator C2 gehalten wird, mit einer
Quellenspannung versorgt. Wie in 2 gezeigt
ist, ist vorzugsweise ein Widerstand 6 zwischen einer Diode DD1
und der Gleichstromleitung EE vorgesehen. Folglich kann ein die
Kondensatoren C1 und C2 belastender Stromstoss eingeschränkt werden.
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Der
Mikrocomputer 11 gibt ein Steuersignal A ab, um das Leistungsschaltglied 1a anzusteuern, und
eine Steuersignal B, um das Leistungsschaltglied 1b anzusteuern.
Das Kontrollsignal A passiert den Puffer 12 und wird dann
durch zweistufige Pegelverschiebungskreise pegelverschoben und dann
in den Treiberkreis 3a eingegeben. Das Steuersignal B wird
in den Treiberkreis 3b eingegeben.
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Da
der Stromrichter 101 den oben erwähnten Aufbau hat, werden die
Duchschlagspannungen für die
Schaltglieder 13 und 16 nicht erhöht, aber
eine Spannung, die zwischen der Hochpotentialleitung PP und der
Niederpotentialleitung NN angelegt wird, d.h. eine Durchschlagspannung
des Stromrichters 101, kann erhöht werden. Alternativ ist es
möglich,
Schaltglieder 13 und 16 mit niedrigen Durchschlagspannungen
zu verwenden, um eine äquivalente
Durchschlagspannung der Vorrichtung zu erzielen.
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(Gültige Daten)
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Als
nächstes
wird ein Prüftest
beschrieben, der für
den Stromrichter 101 durchgeführt wurde, und die auf diese
Weise erhaltenen gültigen
Daten. 3 ist ein Schaltbild, das den Stromrichter 101 zeigt
und die Bedingungen darstellt, die für den Prüftest eingesetzt wurden. Eine
externe Stromquelle 42 zur Abgabe einer Spannung von 600
V ist an die Hochpotentialleitung PP und die Niederpotentialleitung
NN angeschlossen. Ferner ist ein Glättungskondensator 41 an
die externe Stromquelle 42 angeschlossen. Ein Induktor 40 mit
1,2 mH ist als Last an die Drahtverbindung OUT und die Niederpotentialleitung
NN angeschlossen. Eine Gleichstromspannung, die von der Gleichstromquelle 10 abgegeben
wird, ist auf 15 V eingestellt. Jedes der Steuersignale A und B
besitzt zwei Werte, 0 V (niedriger Pegel) und 15 V (hoher Pegel).
Eine Leistungskonstante jedes Glieds ist in 3 gezeigt.
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4 ist
ein Zeitdiagramm einer Spannung oder eines Stroms jedes der in 3 gezeigten
Abschnitte (a) bis (g), das mit dem Prüftest erzielt wurde. Wenn,
wie in 4 gezeigt ist, nach einer Zeit 0, bei
der die Steuersignal A und B ausgelöst werden, ungefähr 1 msec
vergeht, sind die beiden Kondensatoren fast voll aufgeladen. Dann
werden, auch nachdem ein Schaltvorgang eingeleitet wurde, Ladespannungen
der Kondensatoren C1 und C2 nicht verändert. Als Ergebnis wird eine
Quellenspannung von ca. 15 V beständig an den Puffer 15 und
den Treiberkreis 3a sowie den Treiberkreis 3b abgegeben.
Folglich kann ein normaler Schaltvorgang erfolgen. Darüberhinaus
ist eine an den Widerstand R1 anzulegende Spannung die Hälfte von
600 V, also 300 V. Dementsprechend wird keine Spannung, die höher als 315
V ist, an das Schaltglied 13 und ferner auch nicht an das
Schaltglied 16 angelegt. Somit zeigt das Ergebnis des Prüftests,
dass der Stromrichter 101 unter einer hohen Spannung normal
betrieben werden kann, ohne dass eine hohe Durchschlagspannung für den Pegelverschiebungskreis
nötig wird.
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Zweite Ausführungsform
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5 ist
ein Schaltbild, das einen Aufbau eines Stromrichters nach einer
zweiten Ausführungsform
zeigt. Ein Stromrichter 102 unterscheidet sich darin kennzeichnenderweise
vom Stromrichter 101, dass die Anzahl der Stufen n des
Signalpegelumsetzerkreises 100 (1) auf 3
eingestellt ist. Der Stromrichter 102 umfasst eine Reihenschaltung
aus einem Schaltglied 36 und einem Widerstand 37 als Pegelverschiebungskreis
I3 (1) und einen Puffer 35 als Signalübertragungskreis
S3. Selbst wenn ein Pegelverschiebungskreis mit derselben Durchschlagspannung
verwendet wird, kann eine Quellenspannung, die ca. 1,5 mal höher als
diejenige des Stromrichters 101 ist, an die Hochpotentialleitung
PP und die Niederpotentialleitung NN im Stromrichter 102 angelegt
werden.
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Dritte Ausführungsform
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6 ist
ein Schaltbild, das den Aufbau eines Stromrichters nach einer dritten
Ausführungsform
zeigt. Ein Stromrichter 103 unterscheidet sich darin kennzeichnenderweise
vom Stromrichter 101, dass er einen Messkreis 21 zur
Erfassung eines Betriebszustands des Leistungsschaltglieds 1a und
zur Abgabe eines den Betriebszustand darstellenden Erfassungssignals
und einen weiteren Pegelverschiebungskreis umfasst, um das Erfassungssignal
in zwei Stufen pegelzuverschieben und eben dieses Signal an den
Mikrocomputer 11 zu übertragen.
Der Messkreis 21 erfasst beispielsweise eine Magnitude eines
Stroms, der zum Leistungsschaltglied 1a fliesst, eine Temperatur
des Leistungsschaltglieds 1a u.dgl. Der Mikrocomputer 11 kann
durch das Erfassungssignal den Betriebszustand des Leistungsschaltglieds 1a überwachen.
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Der
Messkreis 21 wird auf dieselbe Weise wie ein Treiberkreis 3a durch
eine vom Kondensator gehaltene Spannung mit Quellenspannung versorgt. Dementsprechend
gibt der Meßkreis 21 das
Erfassungssignal als ein auf einem elektrischen Potential einer
Drahtverbindung OUT basierendes Signal ab. Der Pegelverschiebungskreis
zur Ubertragung des Erfassungssignals führt eine Pegelverschiebung
in einer zum Pegelverschiebungskreis umgekehrten Richtung aus, um
ein Steuersignal A abzugeben. Mit anderen Worten umfasst der Stromrichter 103 eine Reihenschaltung
aus einem Schaltglied 27 und einem Widerstand 28 zusätzlich zu
einer Reihenschaltung aus dem Schaltglied 13 und dem Widerstand 14 als
dem Pegelverschiebungskreis I1 (1), und eine
Reihenschaltung aus einem Schaltglied 23 und einem Widerstand 24 zusätzlich zu
einer Reihenschaltung aus dem Schaltglied 16 und dem Widerstand 17 als
dem Pegelverschiebungskreis I2. In einem Beispiel von 6 sind
die Schaltglieder 23 und 27 Hochspannungs-MOSFETs
des p-Kanal-Typs.
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Der
Stromrichter 103 umfasst ferner zusätzlich zum Puffer 12 als
dem Signalübertragungskreis S1
einen Wechselrichter 29, und zusätzlich zum Puffer 15 als
dem Signalübertragungskreis
S2 einen Wechselrichter 25 und einen Puffer 26.
Das vom Messkreis 21 abgegebene Erfassungssignal wird durch
einen Puffer 22 sowohl in das Schaltglied 23 als
auch den Treiberkreis 3a eingegeben. Überschreitet der Wert des Erfassungsssignals
einen vorbestimmten Bereich, dann steuert der Treiberkreis 3a die
AUS-Schaltung des Leistungsschaltglieds 1a an.
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Eine
zwischen einer Hochpotentialleitung PP und einer Niederpotentialleitung
NN anzulegende Spannung kann mit einer Durchschlagspannung erhöht werden,
die für
die im Stromrichter 103 zu verwendenden Schaltglieder 23 und 27 so
niedrig aufrechterhalten wird wie für die Schaltglieder 13 und 16.
Alternativ ist es möglich,
ein Glied mit einer niedrigen Durchschlagspannung wie die Schaltglieder 12, 16, 23 und 27 zu
verwenden, um die äquivalente Durchschlagspannung
der Vorrichtung zu erzielen.
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Vierte Ausführungsform
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7 ist
ein Schaltbild, das einen Aufbau eines Stromrichter nach einer vierten
Ausführungsform zeigt.
Ein Stromrichter 104 unterscheidet sich darin kennzeichnenderweise
von einem Stromrichter 101, dass eine einstufige Impulsschaltung
in jeder Stufe an eine Eingangsseite eines Pegelverschiebungskreises
und ein Latch an eine Ausgangsseite angeschlossen ist. Genauer ausgedrückt umfasst
der Stromrichter 104 zusätzlich zu den Komponenten des
Stromrichters 101 eine logische Eingangsschaltung 50,
eine einstufige Impulsschaltung 51, einen Puffer 52,
ein Schaltglied 53, einen Widerstand 54, einen
Latch 55, eine einstufige Impulsschaltung 56, einen
Puffer 57, ein Schaltglied 58, einen Widerstand 59 und
einen Latch 60. In einem Beispiel von 7 sind
die Schaltglieder 53 und 58 genau wie die Schaltglieder 13 und 16 Hochspannungs-MOSFETs des
n-Kanal-Typs.
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8 ist
ein Zeitdiagramm, das eine Spannungswellenform in jedem der Abschnitte
(p) bis (u) von 7 zeigt. Ein von einem Mikrocomputer 11 abgegebenes
Steuersignal A wird in die einstufige Impulsschaltung 51 (Signal
p) eingegeben, nachdem es durch die logische Eingangsschaltung 50 einer
Wellenformung unterzogen wurde. Die einstufige Impulsschaltung 51 gibt
einen einstufigen Impuls (Signal q) ab, der synchron zu einem Abfall
des Steuersignals A ist, und einen einstufigen Impuls (Signal r),
der zu einem Anstieg synchron ist. Der einstufige Impuls (Signal
q) wird von einer Reihenschaltung aus dem Schaltglied 13 und
einem Widerstand 14 pegelverschoben und invertiert, und
dann in den Latch 55 (als Signal s) eingegeben. Auf ähnliche
Weise wird der andere einstufige Impuls (Signal r) von einer Reihenschaltung
aus Schaltglied 53 und Widerstand 54 pegelverschoben
und invertiert, und dann in den Latch 55 (als Signal t)
eingegeben. Der Latch 55 hält abwechselnd (als Signal
u) Werte der Eingangssignale (s und t). Genauer ausgedrückt erfüllt der
Latch 55 die Aufgaben eines hinlänglich bekannten herkömmlichen
SR-Latches.
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Das
Ausgangssignal (u) des Latches 55 enstpricht einem Signal,
das durch Pegelverschiebung des Steuersignals A in einer Stufe erhalten wird.
Das Ausgangssignal (u) des Latches 55 wird auf änliche Weise
in einer anderen Stufe durch die einstufige Impulsschaltung 56,
einen Puffer 15 und dem Puffer 57, die Schaltglieder 16 und 58 und
den Latch 60 pegelverschoben. Auf dieselbe Weise wird wie
beim Stromrichter 101 das Steuersignal A durch die zweistufigen
Pegelvexschiebungskreise pegelverschoben und dann in einen Treiberkreis 3a eingegeben.
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Ein
einstufiger Impuls wird jedoch in die Schaltglieder 13, 53, 16 und 58,
die zu einem Pegelverschiebungskreis in jeder Stufe gehören, eingegeben.
Deshalb wird eine Dauer verkürzt,
während
der ein EIN-Zustand aufrechterhalten wird. Folglich kann der Vorteil
erzielt werden, dass Energie, die von den Widerständen 14, 54, 17 und 59 verbraucht
wird, d.h. Energie, die vom Pegelverschiebungskreis in jeder Stufe
verbraucht wird, reduziert werden kann. Da ein Leistungsverlust
reduziert ist, kann der Pegelverschiebungskreis in jeder Stufe auch
einen einfachen Aufbau haben und darüberhinaus die Zuverlässigkeit des
Pegelverschiebungskreises erhöht
werden.
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Obwohl
die einstufige Impulsschaltung und der Latch in 7 auf
einem Übertragungsweg
für das
Steuersignal A vorgesehen sind, können sie auch auf dem Übertragungsweg
für das
in 6 dargestellte Erfassungssignal vorgesehen sein. 9 zeigt
ein Beispiel des Aufbaus. Ein Stromrichter 104a unterscheidet
sich kennzeichnenderweise darin vom Stromrichter 103, dass
eine einstufige Impulsschaltung in jeder Stufe an eine Eingangsseite
eines Pegelverschiebungskreises und ein Latch an eine Ausgangsseite
angeschlossen ist. Genauer ausgedrückt umfasst der Stromrichter 104a eine
Signalverarbeitungsschaltung 80, eine einstufige Impulsschaltung 81,
einen Latch 84, eine einstufige Impulsschaltung 85 und
eine ausgangs seitige Verarbeitungsschaltung 88 anstelle
der Puffer 22 und 26 und der Wechselrichter 25 und 29 bei
den Komponenten des Stromrichters 103. Der Stromrichter 104a umfasst
ferner ein Schaltglied 82, einen Widerstand 83,
ein Schaltglied 86 und einen Widerstand 87.
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Im
Beispiel von 9 sind die Schaltglieder 82 und 86 genau
wie die Schaltglieder 23 und 27 Hochspannungs-MOSFETs
des p-Kanal-Typs. Die Signalverarbeitungsschaltung 80 überträgt ein Ausgangssignal
eines Messkreises 21 an den Treiberkreis 3a und
die einstufige Impulsschaltung 81 und umfasst z.B. einen
Puffer. Die einstufigen Impulsschaltungen 81 und 85 geben
genauso wie die einstufigen Impulsschaltungen 51 und 56 des
Stromrichters 104 einen einstufigen Impuls ab, der zu einem Abfall
eines Eingangssignals synchron ist, und einen einstufigen Impuls,
der synchron zu einem Anstieg ist. Der Latch 84 erfüllt genauso
wie die Latche 55 und 60 die Aufgabe eines SR-Latches.
Die ausgangsseitige Verarbeitungsschaltung 88 umfasst einen
Latch, um Ausgangssignale der Schaltglieder 27 und 86 zu
schalten, und eine Pufferschaltung, um einen Ausgang des Latches
an einen Mikrocomputer 11 zu übertragen.
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Auch
beim Stromrichter 104a ist es möglich, den Vorteil zu erzielen,
dass Energie, die in jeder Stufe vom Pegelverschiebungskreis verbraucht
wird, auf dieselbe Weise wie beim Stromrichter 104 reduziert werden
kann. Da ein Leistungsverlust verringert ist, kann der Pegelverschiebungskreis
in jeder Stufe auch einfach aufgebaut sein und ferner die Zuverlässigkeit
des Pegelverschiebungskreises auch erhöht werden.
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Darüberhinaus
können
die einstufige Impulsschaltung und der Latch auch sowohl auf dem Übertragungsweg
für das
Steuersignal A als auch dem Übertragungsweg
für das
Erfassungssignal vorgesehen sein. Folglich kann die verbrauchte
Energie noch effizienter reduziert werden. Ein Stromrichter, bei dem
die einstufige Impulsschaltung und der Latch sowohl auf dem Übertragungsweg
für das
Steuersignal A als auch dem Übertragungsweg
für das
Erfassungssignal vorgesehen sind, besteht z.B. aus einer Kombination
aus Stromrichter 104 (7) und Stromrichter 104a (9).
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Fünfte Ausführungsform
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10 ist
ein Schaltbild eines Aufbaus eines Stromrichters nach einer fünften Ausführungsform. Ein
Stromrichter 105 unterscheidet sich darin kennzeichnenderweise
vom Stromrichter 101, dass zwei Dioden 70 zwischen
einer Gleichstromleitung EE und einem Stromanschluss eines Treiberkreises 3b vorgesehen
sind. Noch genauer ausgedrückt
ist einer der Stromanschlüsse
des Treiberkreises 3b an eine Niedrigpotentialleitung NN
und der andere Stromanschluss über
die Dioden 70 an die Gleichstromleitung EE angeschlossen.
Zwei Stromanschlüsse
eines Treiberkreises 3a sind jeweils an die Enden eines Kondensators
C2 angeschlossen. Deshalb ist eine Quellenspannung des Treiberkreises 3a niedriger
als eine Gleichstromspannung (z.B. 15 V), die von einer Gleichstromquelle 10 aufgrund
von Vorwärtsspannungen
der Dioden DD1 und DD2 geliefert wird. Beim Stromrichter 105 ist
eine Quellenspannung des Treiberkreises 3b ebenfalls niedriger
als die Gleichstomspannung, die von der Gleichstromquelle 10 aufgrund
einer Vorwärtsspannung
der Dioden 70 geliefert wird. Deshalb ist ein Unterschied
zwischen den Quellenspannungen, mit denen die beiden Treiberkreise 3a und 3b versorgt
werden, reduziert oder gleich Null. Bei einem allgemeinen Stromrichter
mit Pegelverschiebungskreisen in n Stufen, ist die Anzahl der Dioden 70 auf
n gesetzt.
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Sechste Ausführungsform
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Bei
den Stromrichtern 101 bis 105 nach den ersten
bis fünften
Ausführungsformen
ist es wünschenswert,
dass ein spezifischer Vorrichtungsabschnitt auf einem einzelnen
Chip oder als IC (integrierte Schaltung) ausgebildet wird. In einer
sechsten Ausführungsform
werden bevorzugte Beispiele eines einzelnen Chips und eines IC bezüglich des
Stromrichters 101 nach der ersten Ausführungsform gezeigt. Bei den
Stromrichtern 102 bis 105 kann eine ähnliche
Integration in einen einzelnen Chip und in eine integrierte Schaltung
erfolgen.
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Bei
einem in 11 gezeigten Stromrichter 106 sind
Schaltungsglieder, die keine Schaltglieder 1a und 1b,
Freilaufdioden 2a und 2b, Kondensatoren C1 und
C2, Widerstände
R1 und R2, Diode D1 und Widerstände 6,
RR1 und RR2, aufweisen, in einem einzelnen Chip 76 in 11 hergestellt.
Folglich kann die Grösse
der Vorrichtung reduziert werden.
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Bei
einem in 12 gezeigten Stromrichter 107 sind
ein Puffer 12, ein Schaltglied 13 und ein Widerstand 14 in
einem einzelnen Chip 78, und ein Puffer 15, ein
Schaltglied 16 und ein Widerstand 17 sind in einem
anderen einzelnen Chip 77 hergestellt. Folglich kann die
Vorrichtung standardisiert und flexibler ausgelegt werden.
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Bei
einem in 13 gezeigten Stromrichter 108 sind
der Puffer 15, das Schaltglied 16, der Widerstand 17 und
ein Treiberkreis 3a in einem einzelnen Chip 90 hergestellt.
Folglich kann die Vorrichtung standardisiert und flexibler ausgelegt
werden.
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Bei
einem in 14 gezeigten Stromrichter 109 sind
der Puffer 12, das Schaltglied 13, der Widerstand 14 und
der Puffer 15 in einem einzelnen Chip 79 hergestellt.
Folglich kann die Vorrichtung standardisiert und flexibler ausgelegt
werden.
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Bei
einem in 15 gezeigten Stromrichter 110 sind
Schaltungsabschnitte, die keine Kondensatoren C1 und C2, Widerstände R1 und
R2, Diode D1 und Widerstände 6,
RR1 und RR2, aufweisen, in 15 in
eine IC 91 abgeändert.
Folglich kann die Grösse
der Vorrichtung reduziert werden.
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Variante
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Der
Stromrichter nach jeder der vorstehend beschriebenen Asusführungsformen
kann in die Praxis umgesetzt werden, indem seine Merkmale miteinander
kombiniert werden. Beim Stromrichter nach der vorliegenden Erfindung
ist es darüberhinaus auch
möglich,
weitgehend andere Signalpegelumsetzerschaltungen als die in 1 gezeigte
Signalpegelumsetzerschaltung zu verwenden, um ein Signal schrittweise
in mehreren Stufen pegelzuverschieben.
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Obwohl
die Erfindung im Einzelnen aufgezeigt und beschrieben wurde, ist
die vorstehende Beschreibung in allen Aspekten darstellend und nicht einschränkend. Selbstverständlich können zahlreiche
Abänderungen
und Variationen angedacht werden, ohne dass dabei der Rahmen der
Erfindung verlassen würde.