[发明专利]用于三电平逆变器的控制电路

说明书

提出了具有一个初级侧电路部分和四个次级侧电路部分的控制电路，初级侧电路部分具有控制逻辑电路和初级侧基准电位，次级侧电路部分分别具有驱动级，该驱动级为了控制三电平逆变器的相位而构造，三电平逆变器分别具有第一至第四半导体开关，其中，每个半导体开关和分配给它的次级侧电路部分具有所分配的第一至第四次级侧基准电位，并且其中，各电平转换器将初级侧电路部分和各自的次级侧电路部分连接起来，并且因此被分别分配给两个电路部分。在这里，初级侧基准电位相应于第一次级侧基准电位。此外，至少控制逻辑电路、第一和第二电平转换器以及第一和第二驱动级是单片集成的。

技术领域

本发明描述了具有多个电平转换器的控制电路，该电平转换器用于将控制信号从具有第一基准电位的控制逻辑电路传输至具有至少部分地不同的另外的基准电位的驱动级。原则上，在功率电子系统中需要这样的控制电路来控制半导体开关，该半导体开关作为单个开关地布置或者布置在桥式电路中。这种桥式电路作为单相、双相或三相桥式电路而已知，其中，单相的、所谓的半桥电路是许多功率电子电路的基础元件。在二电平半桥电路中，将两个功率开关、下方的所谓第一BOT开关和上方的所谓第二TOP开关布置在串联电路中。这样的半桥通常具有至直流电压中间电路的连接。构造为半桥的交流电压接头的输出端以本领域常规方式与负载连接。

背景技术

通过TOP开关和BOT开关的交替切换，在中间电路上的正负电压接头的固定电压值之间的半桥电路中的输出电压发生改变。因为因此存在两个静态电压状态，所以将该半桥电路称为二电平半桥电路或二电平逆变器。

除了二电平半桥电路，还已知更复杂的桥式电路，通过所述更复杂的桥式电路可切换三个或更多个静态电压状态。这被称为多电平逆变器。多电平逆变器的优点是可以使输出电压的曲线接近期望的正弦形曲线。由此可以降低输出电流的总谐波失真(TotalHarmonic Distortion，THD)，从而可以使用较小的且成本较低廉的电源滤波器。另一方面，借助多电平逆变器，相对于二电平逆变器而言可以以较低的切换频率实现相同的TDH值，由此产生较小的切换损耗。然而，在多电平逆变器的情况下不利的是提高了的用于调节的耗费，以及较高数量的所需器件和控制电路。

多电平逆变器的最简单的设计方案是具有三个可切换电压状态的三电平逆变器。原则上，已知两种用于三电平逆变器的拓扑结构，其共同点是它们以本领域常规方式通过两个串联联接的高压中间电路利用正接头和负接头供电。串联电路的中点被称为中性节点，并且以本领域常规方式处于接地电位。中性节点被用作第三电压状态。

用于三电平逆变器的控制电路以本领域常规方式利用一个初级侧和多个次级侧之间的电流隔离来实施。在这种情况下，控制电路由多个部分电路或功能块组成。将置于上游的控制逻辑电路例如微控制器的控制信号在第一初级侧电路部分中为了控制逻辑电路而进行预处理。在这种情况下，初级侧电路部分的基准电位位于接地的中性节点上。控制信号向次级侧电路部分的传输以电流隔离的方式通过变压器式工作的脉冲传输器或者以光学方式通过光电耦合器或光纤来实现。作为次级侧电路部分的一部分的驱动级相应于传输的控制信号控制半导体开关，例如IGBT。

原则上可以将所有初级侧的以及各次级侧的功能分别整合在单片集成电路中。然而，根据现有技术，所需的电流隔离的电位隔离件不是能集成的，从而初级侧电路部分和次级侧电路部分的功能块以通常方式连同电位隔离件分散地构建在电路板(PCB-印制电路板)上。

对于二电平逆变器，在集成电路技术中，例如在高压开关电路(HVIC-高压集成电路)中，借助电位隔离的控制电路原则上是已知的。由于不同的优点，例如小体积、低价格和长寿命，HVIC使用得越来越多。在这种情况下，HVIC提供了在初级侧控制电路与次级侧驱动电路之间实现电位隔离的可能性，以及另一方面将电平转换器与高压器件集成的可能性，该高压器件具有与电位差相应的HVIC的击穿电压，该电平转换器可用于初级侧和次级侧电路部分之间的信号传输。