[發(fā)明專利]功率電子電路、電子機械和檢測功率電子電路功能的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310503083.1
• 申請日: 2013-10-23
• 公開（公告）號: CN103780067B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 米夏埃爾·朗漢斯;塞巴斯蒂安·策厄特鮑爾
• 申請（專利權(quán)）人: 庫卡羅伯特有限公司
• 主分類號: H02M1/092
• 分類號: H02M1/092;H02M1/32;H02P27/08
• 代理公司: 隆天知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司72003
• 代理人: 時永紅,黃艷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種功率電子電路，一種具有該功率電子電路的電子機械和一種用于檢測這種功率電子電路的功能的方法。

背景技術(shù)

專利文獻DE10059173C1公開了一種與使用安全技術(shù)的逆變器相關(guān)的用于交流電動機的驅(qū)動控制裝置。對該逆變器的功率晶體管的控制通過脈沖阻塞來實施。在發(fā)生故障的情況下，通過脈沖阻塞裝置使逆變器的各個功率晶體管截止，在此，使各個用于功率晶體管的控制裝置的供電電壓斷開。脈沖阻塞裝置的功能將受到定期檢測，例如在每次接通電源電壓之后。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，能夠在功率電子電路的連續(xù)運行過程中檢測功率電子電路的控制電子裝置的功能。

本發(fā)明的目的通過一種功率電子電路來實現(xiàn)，該功率電子電路具有：

包括至少一個功率半導(dǎo)體開關(guān)的功率部件，并將該功率部件設(shè)計為，通過使該至少一個功率半導(dǎo)體開關(guān)交替地接通和斷開，由電壓產(chǎn)生用于電負載的時鐘電壓；和

控制電子裝置，用于控制該交替地接通和斷開的功率半導(dǎo)體開關(guān)，該控制電子裝置具有：光電耦合器，其包括構(gòu)成光發(fā)射器的輸入級和構(gòu)成光接收器的輸出級；與光發(fā)射器并聯(lián)連接的第一半導(dǎo)體開關(guān)；和與由第一半導(dǎo)體開關(guān)和光發(fā)射器組成的并聯(lián)電路串聯(lián)連接的第二半導(dǎo)體開關(guān)，在此將第一半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)計為，根據(jù)脈沖模式交替地打開和關(guān)閉，從而使電流根據(jù)脈沖模式流過光發(fā)射器，使光發(fā)射器根據(jù)脈沖模式發(fā)射光，所發(fā)出的光由光接收器接收，以產(chǎn)生相應(yīng)的用于至少一個功率半導(dǎo)體開關(guān)的控制信號。

本發(fā)明的另一方面涉及一種電子機械，其具有根據(jù)本發(fā)明的功率電子電路、由該功率電子電路提供時鐘電壓的電負載和控制裝置，該控制裝置根據(jù)脈沖模式通過控制器打開和關(guān)閉第一半導(dǎo)體開關(guān)。

根據(jù)本發(fā)明的功率電子電路例如是時鐘電源，也就是產(chǎn)生用于電負載的時鐘電壓的電源。這通過交替地接通和斷開的功率半導(dǎo)體開關(guān)來實現(xiàn)。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的那樣，可以使用例如功率晶體管作為功率半導(dǎo)體開關(guān)。功率晶體管例如是FET或MOSFET晶體管。時鐘電源的一個例子是逆變器，其可以基于直流電壓產(chǎn)生交流電壓。特別是將逆變器設(shè)計為，基于直流電壓產(chǎn)生三相交流電壓并具有多個功率半導(dǎo)體開關(guān)，這些功率半導(dǎo)體開關(guān)例如通過脈沖寬度調(diào)制而交替地打開和關(guān)閉，從而驅(qū)動例如作為電負載的交流電動機。

根據(jù)本發(fā)明的電子機械例如是機器人，特別是工業(yè)機器人。機器人通常具有機器人臂和控制裝置。機器人臂具有多個依次設(shè)置并通過關(guān)節(jié)相連接的節(jié)肢以及用于使節(jié)肢彼此相對運動的電機。一般情況下使用作為功率部件的逆變器來控制電機。因此，這種根據(jù)本發(fā)明的機器人包括至少一個逆變器，其功率半導(dǎo)體開關(guān)借助于一個或多個基于本發(fā)明的功率電子電路的控制電子裝置加以控制。在控制裝置上優(yōu)選運行用于使機器人臂的各個節(jié)肢運動的控制程序，并將控制裝置設(shè)置為，控制一個或多個控制電子裝置或其第一半導(dǎo)體開關(guān)。

為了打開或關(guān)閉該至少一個功率半導(dǎo)體開關(guān)，根據(jù)本發(fā)明的功率電子電路具有控制電子裝置，其根據(jù)脈沖模式控制該至少一個功率半導(dǎo)體開關(guān)。特別是為了實現(xiàn)電隔離（galvanische Trennung），該控制電子裝置包括光電耦合器，其具有作為輸入級的光發(fā)射器和作為輸出級的光接收器。光發(fā)射器包括例如發(fā)光二極管，其在電流流過光發(fā)射器或在光發(fā)射器上加載電壓時發(fā)光。光發(fā)射器和光接收器這樣實現(xiàn)光耦合：光接收器接收光發(fā)射器所產(chǎn)生的光，并緊接著形成相應(yīng)的、例如電流或電壓形式的電信號。該電信號是功率半導(dǎo)體開關(guān)的控制信號。光接收器包括例如具有后置連接的驅(qū)動級的光電二極管，但是也可以例如包括光電晶體管，光閘流管（Fotothyristor），光電雙向晶閘管（Fototriac），光電施密特觸發(fā)器或光達林頓晶體管。

第一半導(dǎo)體開關(guān)與光電耦合器或其光發(fā)射器并聯(lián)連接。第一半導(dǎo)體開關(guān)例如實施為第一晶體管。優(yōu)選第一晶體管是第一雙極型晶體管?，F(xiàn)在，如果在該并聯(lián)電路上加載電壓，則可以通過接通或斷開第一半導(dǎo)體開關(guān)來控制通過光電耦合器的光發(fā)射器的電流，而且由于在打開第一半導(dǎo)體開關(guān)時有電流流過光發(fā)射器，光發(fā)射器將發(fā)光，并由此使光電耦合器的輸出級例如關(guān)閉功率半導(dǎo)體開關(guān)。相反，當關(guān)閉第一半導(dǎo)體開關(guān)時，光電耦合器的輸入端或光發(fā)射器短路且不發(fā)光。因此光電耦合器或控制電子裝置將控制功率半導(dǎo)體開關(guān)使其打開。

根據(jù)本發(fā)明的功率電子電路的控制電子裝置還具有第二半導(dǎo)體開關(guān)。第二半導(dǎo)體開關(guān)例如實施為第二晶體管，優(yōu)選為第二雙極型晶體管，并與由光電耦合器或其光發(fā)射器和第一半導(dǎo)體開關(guān)組成的并聯(lián)電路串聯(lián)連接。