CH716358A2

CH716358A2 - Leistungswandler mit Erkennung eines Kurzschlussstroms.

Info

Publication number: CH716358A2
Application number: CH00709/20A
Authority: CH
Inventors: Matsumoto Shuhei; Ishizuki Teruyuki; Mori Junji
Original assignee: Toshiba Kk; Toshiba Energy Systems & Solutions Corp
Priority date: 2019-06-25
Filing date: 2020-06-15
Publication date: 2020-12-30
Also published as: CN112134256A; JP2021005913A; CH716358B1; CN112134256B; JP7273629B2

Abstract

In einem erfindungsgemässen Leistungswandler ist jeder der Gate-Schaltkreise (11 bis 14) derart ausgestaltet, dass er einen Kurzschlussstrom erkennt und ein Kurzschlusssignal an eine Sperrsignalerzeugungsschaltung (41) sendet, wenn der Kurzschlussstrom in einer entsprechenden Schaltvorrichtung (1 bis 4) fliesst, und dass er den zu der entsprechenden Schaltvorrichtung (1 bis 4) fliessenden Kurzschlussstrom sperrt, wenn ein Sperrsignal von der Sperrsignalerzeugungsschaltung (41) empfangen wird, und die Sperrsignalerzeugungsschaltung (41) derart ausgestaltet ist, dass sie gleichzeitig ein Sperrsignal an jeden der Gate-Schaltkreise (11 bis 14) sendet, wenn das Kurzschlusssignal von einem beliebigen Gate-Schaltkreis der Gate-Schaltkreise (11 bis 14) empfangen wird.

Description

GEBIET

[0001] Die hier beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf einen Leistungswandler.

HINTERGRUND

[0002] In den letzten Jahren wird zunehmend ein Hochspannungs-Leistungswandler eingesetzt, der jeden Zweig durch eine Serienschaltung konfiguriert, die mit einer Vielzahl von Halbleiterschaltgeräten in Reihe geschaltet ist.

[0003] Wenn ein Kurzschlussstrom aufgrund eines Ausfalls eines Teils einer in Reihe geschalteten Schaltvorrichtung erzeugt wird, wenn jede der in Reihe geschalteten Schaltvorrichtungen den Kurzschlussstrom unabhängig voneinander erfasst und eine Stromabschaltung durchführt, muss die Schaltvorrichtung, die den Strom zuerst gesperrt hat, eine gesamte Spannung führen, was allmählich zur Zerstörung der Vorrichtung führen kann.

[0004] Daher ist es wünschenswert, einen Leistungswandler bereitzustellen, der den Kurzschlussstrom abschalten kann, so dass einige der Schaltvorrichtungen nicht die gesamte Spannung führen müssen, wenn ein Kurzschlussstrom in den in Reihe geschalteten Schaltvorrichtungen fliesst.

ZUSAMMENFASSUNG

[0005] Gemäss einer Ausführungsform ist ein Leistungswandler vorgesehen, der mehrere Schaltvorrichtungen, die in jedem Zweig in Reihe geschaltet sind,; mehrere Gate-Schaltkreise, die jeweils in den mehreren Schaltvorrichtungen vorgesehen sind; und eine Sperrsignalerzeugungsschaltung, die mit den mehreren Gate-Schaltkreisen kommuniziert, umfasst, wobei jeder der mehreren Gate-Schaltkreise derart ausgestaltet ist, dass er einen Kurzschlussstrom erfasst und ein Kurzschlusssignal an die Sperrsignalerzeugungsschaltung sendet, wenn der Kurzschlussstrom in einer entsprechenden Schaltvorrichtung fliesst, und dass er den Kurzschlussstrom, der zu der entsprechenden Schaltvorrichtung fliesst, sperrt, wenn ein Sperrsignal von der Sperrsignalerzeugungsschaltung empfangen wird, und die Sperrsignalerzeugungsschaltung derart ausgestaltet ist, dass sie in der Lage ist, jedes der von den mehreren Gate-Schaltkreisen ausgegebenen Kurzschlusssignale zu empfangen und gleichzeitig ein Sperrsignal an jeden der mehreren Gate-Schaltkreise zu senden, wenn das Kurzschlusssignal von einem Gate-Schaltkreis der mehreren Gate-Schaltkreise empfangen wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0006] Fig. 1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Teils eines Leistungswandlers gemäss einer ersten Ausführungsform zeigt. Fig. 2 ist ein Diagramm, das eine Modifikation der Konfiguration aus Fig. 1 zeigt. Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für den Betrieb eines Kurzschlussschutzes zeigt. Fig. 4 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Teils eines Leistungswandlers gemäss einer zweiten Ausführungsform zeigt. Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Konfiguration eines Teils eines Leistungswandlers gemäss einer dritten Ausführung zeigt. Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Konfiguration eines Teils eines Leistungswandlers gemäss einer vierten Ausführungsform zeigt. Fig. 7 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Teils eines Leistungswandlers gemäss einer fünften Ausführungsform zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

[0007] Nachfolgend werden die Ausführungsformen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.

[Erste Ausführungsform]

[0008] Eine erste Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben.

[0009] Fig. 1 ist eine Zeichnung, die eine Konfiguration eines Teils eines Leistungswandlers gemäss der ersten Ausführungsform zeigt.

[0010] Der Leistungswandler gemäss der vorliegenden Ausführungsform ist eine Vorrichtung, die derart ausgestaltet ist, dass sie Strom von Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, und die mehrere Halbleiterschaltvorrichtungen 1 bis 4 (im Folgenden als „Schaltvorrichtungen 1 bis 4“ bezeichnet), die in einem Zweig in Reihe geschaltet sind, sowie eine Kurzschlussschutzschaltung 20, die mit mehreren Gate-Schaltkreisen 11 bis 14 montiert ist, die jeweils den Schaltvorrichtungen 1 bis 4 zugeordnet sind, und eine Kurzschlusssignalintegrations- und Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 (im Folgenden als „Sperrsignalerzeugungsschaltung 41“ bezeichnet), die mit den Gate-Schaltkreisen 11 bis 14 kommunizieren kann, umfasst.

[0011] Fig. 1 zeigt ein Beispiel, bei dem eine Anzahl von Schaltvorrichtungen und eine Anzahl von Gate-Schaltkreisen jeweils vier ist; die vorliegende Ausführungsform beschränkt sich jedoch nicht auf ein solches Beispiel. Beispielsweise können mehrere Schaltvorrichtungen und Gate-Schaltkreise als in diesem Beispiel vorgesehen sein.

[0012] Jede der Schaltvorrichtungen 1 bis 4 umfasst z.B. einen injektionsverstärkten Gate-Transistor (IEGT) mit Hochspannungsfestigkeit. Die vorliegende Ausführungsform ist jedoch nicht auf ein solches Beispiel beschränkt.

[0013] Jeder der Gate-Schaltkreise 11 bis 14 ist derart ausgestaltet, dass er erkennt, wenn ein Kurzschlussstrom in einer entsprechenden Schaltvorrichtung fliesst, und dass er ein Kurzschlussstrom-Detektionssignal (im Folgenden als „Kurzschlusssignal“ bezeichnet), das anzeigt, dass der Kurzschlussstrom erkannt wurde, an die Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 sendet, und ist ausserdem derart ausgestaltet, dass er einen Prozess der Abschaltung des Kurzschlussstroms durchführt, der zu der entsprechenden Schaltvorrichtung fliesst, wenn ein Kurzschlussstrom-Sperrbefehlssignal (im Folgenden als „Sperrsignal“ bezeichnet) empfangen wird, das anweist, den Kurzschlussstrom von der Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 zu sperren.

[0014] Die Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 ist eine Schaltung zur Integration von Kurzschlusssignalen, die jeweils von den Gate-Schaltkreisen 11 bis 14 ausgegeben werden, und zur gleichzeitigen Ausgabe von Sperrsignalen an die Gate-Schaltkreise 11 bis 14. Insbesondere ist die Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 derart ausgestaltet, dass sie in der Lage ist, die Kurzschlusssignale zu empfangen, die jeweils von den Gate-Schaltkreisen 11 bis 14 ausgegeben werden, und gleichzeitig die Sperrsignale an jeden der Gate-Schaltkreise 11 bis 14 zu senden, wenn die Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 das Kurzschlusssignal von einem der Gate-Schaltkreise 11 bis 14 empfängt.

[0015] Der Gate-Schaltkreis 11 enthält eine Spannungsdetektionsschaltung 31, eine Kurzschlussdetektionsschaltung 32 und eine Gatesignal-Erzeugungsschaltung 33. Fig. 1 lässt eine detaillierte Konfiguration der Gate-Schaltkreise 12 bis 14 weg. Jeder der Gate-Schaltkreise 12 bis 14 enthält eine Spannungsdetektionsschaltung 31, eine Kurzschlussdetektionsschaltung 32 und eine Gatesignal-Erzeugungsschaltung 33, welche denjenigen des Gate-Schaltkreises 11 entsprechen.

[0016] Die Spannungsdetektionsschaltung 31 detektiert eine Kollektor-Emitter-Spannung (Vce) der entsprechenden Schaltvorrichtung und gibt eine Spannungsinformation aus, die ein Detektionsergebnis von Vce anzeigt.

[0017] Die Kurzschlussdetektionsschaltung 32 detektiert einen Kurzschluss, der in dem entsprechenden Schaltvorrichtungsstrom fliesst, und gibt das Kurzschlusssignal an die Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 auf der Grundlage der von der Spannungsdetektionsschaltung 31 ausgegebenen Spannungsinformation (Vce-Information) aus. Wenn ein Kurzschluss durch den Ausfall der Vorrichtung verursacht wird, weil ein grosser Strom fliesst, ist es möglich, einen Kurzschlussstrom durch Überwachung der Spannung zu erkennen, da die Spannungen an beiden Anschlüssen der Vorrichtung aufgrund der Eigenschaften der Vorrichtung ansteigen werden, obwohl sich die Vorrichtung im EIN-Zustand befindet.

[0018] Die Gatesignal-Erzeugungsschaltung 33 erzeugt ein Gate-Signal zur Steuerung eines Gates der oben genannten entsprechenden Schaltvorrichtung und führt eine Signaloperation zur Abschaltung des Kurzschlussstroms aus, der in der entsprechenden Schaltvorrichtung fliesst, wenn das Sperrsignal von der Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 empfangen wird.

[0019] Das von der Kurzschlussdetektionsschaltung 32 des Gate-Schaltkreises 11 ausgegebene Kurzschlusssignal wird über eine Kommunikationsleitung T1 in die Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 eingegeben. Das Kurzschlusssignal, das von einer nicht gezeigten Kurzschlussdetektionsschaltung 32 des Gate-Schaltkreises 12 ausgegeben wird, wird über eine Kommunikationsleitung T2 in die Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 eingegeben. Das Kurzschlusssignal, das von einer nicht gezeigten Kurzschlussdetektionsschaltung 32 des Gate-Schaltkreises 13 ausgegeben wird, wird über eine Kommunikationsleitung T3 in die Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 eingegeben. Das Kurzschlusssignal, das von einer nicht gezeigten Kurzschlussdetektionsschaltung 32 des Gate-Schaltkreises 14 ausgegeben wird, wird über eine Kommunikationsleitung T4 in die Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 eingegeben.

[0020] Nur eine Kurzschlussschutzschaltung 20, die mit der Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 montiert ist, ist für jeden Zweig vorgesehen.

[0021] Das von der Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 an den Gate-Schaltkreis 11 ausgegebene Sperrsignal wird über eine Kommunikationsleitung S1 in die Gatesignal-Erzeugungsschaltung 33 des Gate-Schaltkreises 11 eingegeben. Das von der Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 an den Gate-Schaltkreis 12 ausgegebene Sperrsignal wird über eine Kommunikationsleitung S2 in die nicht gezeigte Gatesignal-Erzeugungsschaltung 33 des Gate-Schaltkreises 12 eingegeben. Das von der Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 an den Gate-Schaltkreis 13 ausgegebene Sperrsignal wird über eine Kommunikationsleitung S3 in die Gatesignal-Erzeugungsschaltung 33 des Gate-Schaltkreises 13 eingegeben. Das von der Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 an den Gate-Schaltkreis 14 ausgegebene Sperrsignal wird über eine Kommunikationsleitung S4 in die Gatesignal-Erzeugungsschaltung 33 des Gate-Schaltkreises 14 eingegeben.

[0022] Die vorliegende Ausführungsform zeigt ein Beispiel für die Verwendung der Information einer Kollektor-Emitter-Spannung (Vce) der Schaltvorrichtung, um einen in jeder Schaltvorrichtung fliessenden Kurzschlussstrom zu erfassen; die vorliegende Darstellung ist jedoch nicht auf ein solches Beispiel beschränkt. Die Erfassung eines Kurzschlussstromes kann durch Verwendung anderer Informationen als der vorgenannten Vce erreicht werden (z.B. Informationen über eine Gate-Ladung (Qq), die durch Integration eines Gate-Stromes (Ig) der entsprechenden Schaltvorrichtung erhalten wird, Informationen über eine Gate-Emitter-Spannung (Vge), oder Informationen über einen Zweigstrom, der durch einen durch einzelne Schaltvorrichtungen konfigurierten Zweig fliesst).

[0023] Es wird ein Fall betrachtet, in dem ein Kurzschlussstrom in einen Zweig fliesst, der von den Schaltvorrichtungen 1 bis 4 in der in Fig. 1 gezeigten Konfiguration konfiguriert ist. In diesem Fall erfasst jede Spannungsdetektionsschaltung 31 in den Gate-Schaltkreisen 11 bis 14, die jeweils den Schaltvorrichtungen 1 bis 4 entsprechen, einen Kurzschlussstrom, der in der entsprechenden Schaltvorrichtung fliesst; der Fall ist jedoch nicht auf die gleichzeitige Erfassung eines Kurzschlussstroms in allen Spannungsdetektionsschaltungen 31 beschränkt. Die einzelne Spannungsdetektionsschaltung 31 kann den Kurzschlussstrom zu unterschiedlichen Zeitpunkten detektieren, z.B. wird der Kurzschlussstrom, der in der Schaltvorrichtung 1 fliesst, zuerst detektiert, und der Kurzschlussstrom, der jeweils in den Schaltvorrichtungen 2, 3 und 4 fliesst, wird sequentiell detektiert. In einem solchen Fall kann z.B. das Kurzschlusssignal, das von der Spannungsdetektionsschaltung 31 des Gate-Schaltkreises 11 ausgegeben wird, zuerst in die Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 eingegeben werden, und das Kurzschlusssignal, das von der jeweiligen Spannungsdetektionsschaltung 31 der Gate-Schaltkreise 12, 13, 14 ausgegeben wird, kann sequentiell in die Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 eingegeben werden.

[0024] Selbst wenn die jeweiligen Kurzschlussströme von den Gate-Schaltkreisen 11 bis 14 zu unterschiedlichen Zeitpunkten ausgegeben werden, sendet die Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 die Sperrsignale an den jeweiligen Gate-Schaltkreis 11 bis 14 zum gleichen Zeitpunkt und nicht zu unterschiedlichen Zeitpunkten.

[0025] Bei einer solchen Konfiguration gibt die Gatesignal-Erzeugungsschaltung 33 der jeweiligen Gate-Schaltkreise 11 bis 14 das Sperrsignal zum gleichen Zeitpunkt ein und reduziert das Gate-Signal, um den Strom der entsprechenden Schaltvorrichtung zum gleichen Zeitpunkt zu sperren. In diesem Fall ändert jede Gatesignal-Erzeugungsschaltung 33 den Zustand der entsprechenden Schaltvorrichtungen nicht sofort von Gate EIN auf Gate AUS und wechselt allmählich von einem Zustand von Gate EIN auf Gate AUS, indem sie eine vorbestimmte Geschwindigkeit des Gate-Signals reduziert. Wenn sich jede der Schaltvorrichtungen 1 bis 4 gleichzeitig in einem Zustand Gate AUS befindet und der Strom gesperrt ist, ist die Spannung Vce auf einem normalen Spannungspegel.

[0026] Durch Konfiguration des Leistungswandlers wie in Fig. 1 dargestellt, kann der Kurzschlussstrom gesperrt werden, so dass einige der Schaltvorrichtungen nicht die gesamte Spannung führen, wenn der Kurzschlussstrom in den in Reihe geschalteten Schaltvorrichtungen 1 bis 4 fliesst.

[0027] Fig. 2 ist eine Abbildung, die ein Modifikationsbeispiel für die in Fig. 1 dargestellte Konfiguration zeigt. In der in Fig. 2 gezeigten Konfiguration enthält jeder der Gate-Schaltkreise 11 bis 14 in der in Fig. 1 gezeigten Konfiguration zusätzlich eine Überspannungsschutzschaltung 34. Diese Überspannungsschutzschaltung 34 ist jedoch kein notwendiges Schaltungselement und kann nur bei Bedarf vorgesehen werden.

[0028] Die Überspannungsschutzschaltung 34, die in jedem der Gate-Schaltkreise 11 bis 14 vorgesehen ist, enthält die Funktion, einen Anstieg von Vce der Schaltvorrichtung zu unterdrücken, wenn der zu der entsprechenden Schaltvorrichtung fliessende Kurzschlussstrom gesperrt wird. Insbesondere enthält die Überspannungsschutzschaltung 34 die Funktion des Sendens eines Spannungseinstellbefehls (weicher Abschaltbefehl) an eine Gatesignal-Erzeugungsschaltung 33, wobei der Spannungseinstellbefehl anweist, die Vce der Schaltvorrichtung mit einer noch langsameren Geschwindigkeit zu reduzieren, wenn die Vce der Schaltvorrichtung während des Abschaltens des zu der entsprechenden Schaltvorrichtung fliessenden Kurzschlussstroms eine vorbestimmte Schwelle (Überspannungschutzsbetriebsschwelle) überschreitet. Wenn der Spannungseinstellbefehl in die Gatesignal-Erzeugungsschaltung 33 eingegeben wird, verlangsamt die Gatesignal-Erzeugungsschaltung 33 das Absinken des Pegels des absteigenden Gate-Signals für eine bestimmte Zeitspanne weiter. Durch eine solche Konfiguration kann ein Spannungsanstieg durch eine Stossspannung unterdrückt und die entsprechende Schaltvorrichtung in den Zustand Gate AUS geschaltet werden.

[0029] Durch eine Konfiguration des Leistungswandlers wie in Fig. 2 dargestellt ist es möglich, den Anstieg einer solchen Spannung in einem Zustand zu unterdrücken, in dem eine bestimmte Schaltvorrichtung in einen Überspannungszustand übergeht.

[0030] Ein Beispiel für den Betrieb des Kurzschlussschutzes durch einen Leistungswandler gemäss der vorliegenden Ausführungsform wird anhand des in Fig. 3 dargestellten Zeitdiagramms erläutert. Im vorliegenden Beispiel wird die Funktionsweise anhand des Beispiels der Konfiguration von Fig. 2 erläutert. Weiter wird sich die Erklärung auf die Beziehung zwischen einem Gate-Schaltkreis der Gate-Schaltkreise 11 bis 14 (z.B. der Gate-Schaltkreis 11) und der Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 konzentrieren.

[0031] Im vorliegenden Beispiel wird die Information eines Zweigstroms (Strominformation) für die Erfassung des Kurzschlussstroms nicht verwendet; es werden jedoch auch die Aspekte bezüglich der Strominformation erläutert, um die Funktionsweise besser zu erklären.

[0032] Im Gate-Schaltkreis 11 wird z.B. angenommen, dass die Gatesignal-Erzeugungsschaltung 33 ein Gate-Signal von „Gate-Spannung (Vge) = 0“ an ein Gate der Schaltvorrichtung 1 liefert, und die Schaltvorrichtung 1 sich im Zustand Gate OFF befindet. In diesem Fall fliesst kein Strom im Zweig und die Strominformation zeigt einen Zustand „Zweigstrom = 0“ an. Ferner wird die von der Spannungsdetektionsschaltung 31 auszugebende Spannungsinformation durch „Vce = konstanter Wert (AUS-Zustand normaler Spannungspegel)“ angezeigt. Darüber hinaus befinden sich sowohl das Kurzschlusssignal als auch das Sperrsignal in einem AUS-Zustand und der Spannungseinstellbefehl ebenfalls in einem AUS-Zustand.

[0033] Wenn das Gate-Signal der Gatesignal-Erzeugungsschaltung 33 des Gate-Schaltkreises 11 die entsprechende Schaltvorrichtung 1 z.B. zum Zeitpunkt t1 in einen Gate ON Zustand schaltet, sinkt die in der Spannungsinformation angezeigte Vce auf einen vorgegebenen Pegel ab. Wie aus dem Bezugszeichen P1 hervorgeht, beginnt der in der Strominformation angezeigte Zweigstrom zu steigen. Die in der Spannungsinformation angegebene Vce wird für eine bestimmte Zeitspanne auf einem vorbestimmten Pegel gehalten. Der in der Strominformation angegebene Zweigstrom erreicht schliesslich einen Sättigungszustand.

[0034] Wenn die in der Spannungsinformation angegebene Vce z.B. zum Zeitpunkt t2 eine vordefinierte Schwelle (eine Kurzschlussstrom-Detektionsschwelle) überschreitet, wird angenommen, dass der Kurzschlussstrom an der Schaltvorrichtung 1 erzeugt wird und das Kurzschlusssignal von der Kurzschlussdetektionsschaltung 32 an die Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 gesendet wird. Ein ähnlicher Vorgang wie bei diesem Gate-Schaltkreis 11 wird später in den Gate-Schaltkreisen 12 bis 14 angenommen.

[0035] Nachdem der Kurzschlussstrom zum Zeitpunkt t2, wie mit Bezugszeichen P2 dargestellt, erfasst worden ist, wird das Kurzschlusssignal vom Gate-Schaltkreis 11 zunächst z.B. zum Zeitpunkt t3 in die Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 eingegeben, und gleichzeitig werden jeweils Sperrsignale von der Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 auf einmal zu den Gate-Schaltkreisen 11 bis 14 übertragen. Diese Sperrsignale werden in die Gatesignal-Erzeugungsschaltung 33 der jeweiligen Gate-Schaltkreise 11 bis 14 eingegeben.

[0036] Wenn das Sperrsignal zum Zeitpunkt t3 in die Gatesignal-Erzeugungsschaltung 33 der jeweiligen Gate-Schaltkreise 11 bis 14 eingegeben wird, wird das Gate-Signal der entsprechenden Schaltvorrichtung, wie mit dem Bezugszeichen P3 gezeigt, von jeder Gatesignal-Erzeugungsschaltung 33 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit reduziert, und die entsprechende Schaltvorrichtung wechselt allmählich von einem Gate EIN Zustand in einen Gate AUS Zustand.

[0037] Nehmen wir zum Beispiel an, wenn die die Vce anzeigende Spannungsinformation zu steigen beginnt, beginnt der in der Strominformation angezeigte Zweigstrom abzunehmen.

[0038] Wenn die in der Spannungsinformation angegebene Vce z.B. zum Zeitpunkt t4 einen vordefinierten Schwellwert (Überspannungsschutzbetrieb-Schwellwert) überschreitet, wird dies von der Überspannungsschutzschaltung 34 erkannt. In diesem Fall wird, wie mit Bezugszeichen P4 gezeigt, der Spannungseinstellbefehl (weicher Abschaltbefehl), der anweist, die Vce der entsprechenden Schaltvorrichtung mit noch geringerer Geschwindigkeit zu verringern, zum Zeitpunkt t5 von der Überspannungsschutzschaltung 34 an die Gatesignal-Erzeugungsschaltung 33 gesendet.

[0039] Wenn dieser Spannungseinstellbefehl in die Gatesignal-Erzeugungsschaltung 33 eingegeben wird, wie mit Bezugszeichen P5 dargestellt, wird der Abfall des absteigenden Gate-Signalpegels gleichzeitig für eine bestimmte Zeitspanne aufgrund einer Operation in der Gatesignal-Erzeugungsschaltung 33 noch langsamer. Damit wird auch eine in der Strominformation angezeigte Abnahme des Zweigstroms langsamer.

[0040] Durch eine solche Konfiguration wird ein Spannungsanstieg aufgrund einer Stossspannung unterdrückt und die entsprechende Schaltvorrichtung langsam in den Zustand Gate AUS geschaltet.

[0041] Wenn eine bestimmte Zeitspanne ab dem Zeitpunkt t5 verstreicht, wird der Spannungseinstellbefehl z.B. zum Zeitpunkt t6 gesendet, und wie mit Bezugszeichen P6 gezeigt, wird das Gate-Signal der entsprechenden Schaltvorrichtung durch die Gatesignal-Erzeugungsschaltung 33 wieder mit der ursprünglichen vorgegebenen Rate reduziert, und die entsprechende Schaltvorrichtung wird allmählich von einem Zustand Gate ON in einen Zustand Gate OFF verschoben.

[0042] Schliesslich wird die in der Spannungsinformation angegebene Vce zu einem normalen Spannungspegel wenn der Strom gesperrt wird, da jede der Schaltvorrichtungen 1 bis 4 gleichzeitig in einen Gate OFF Zustand übergeht.

[0043] Gemäss der ersten Ausführungsform kann durch die Übernahme der in Fig. 1 dargestellten Konfiguration der Kurzschlussstrom gesperrt werden, so dass einige der Schaltvorrichtungen nicht die gesamte Spannung führen müssen, wenn in den in Reihe geschalteten Schaltvorrichtungen 1 bis 4 Kurzschlussstrom fliesst. Weiterhin ist es durch Übernahme der in Fig. 2 dargestellten Konfiguration möglich, den Anstieg der Spannung in einem Zustand zu unterdrücken, in dem eine bestimmte Schaltvorrichtung in einen Überspannungszustand übergeht.

[0044] Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform die von der Spannungsdetektionsschaltung 31 ermittelte Vce-Information zur Erfassung des Kurzschlussstroms verwendet, der zu jeder Schaltvorrichtung fliesst; die Vce-Information kann also zur Verhinderung von Überspannung verwendet werden, indem sie, wie in Fig. 2 gezeigt, in die Überspannungsschutzschaltung 34 eingegeben wird, und der Überspannungsschutz kann mit einer einfachen Konfiguration erreicht werden.

[Zweite Ausführungsform]

[0045] Als nächstes wird die zweite Ausführungsform unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben. Fig. 1 bis 3, die in den vorstehenden Erläuterungen verwendet wurden, werden ebenfalls in geeigneter Weise verwendet. Im Folgenden werden Erläuterungen, die sich mit der Konfiguration von Fig. 2 in der ersten Ausführungsform überschneiden, weggelassen, und die Erläuterungen werden sich auf die Teile der Konfiguration konzentrieren, die sich unterscheiden.

[0046] Fig. 4 ist eine Abbildung, die eine Konfiguration eines Teils des Leistungswandlers gemäss der zweiten Ausführungsform zeigt.

[0047] In der in Fig. 2 gezeigten Konfiguration gemäss der obigen ersten Ausführungsform zeigt die Abbildung ein Beispiel, bei dem die Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 auf einer von den Gate-Schaltkreisen 11 bis 14 unabhängigen Kurzschlussschutzschaltung 20 montiert ist; in der zweiten Ausführungsform hingegen ist die Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 auf einem Gate-Schaltkreis der Gate-Schaltkreise 11 bis 14 montiert. Im Folgenden wird z.B. angenommen, dass der Gate-Schaltkreis 11 von Fig. 2 derjenige Gate-Schaltkreis ist, der auf der Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 montiert ist, und ein solcher Gate-Schaltkreis wird „ein repräsentativer Gate-Schaltkreis 11'“ genannt. Eine Leiterplatte des repräsentativen Gate-Schaltkreises 11' dient als Master-Leiterplatte, und die Schaltungsgruppen 31 bis 33 und die Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 sind auf der Master-Leiterplatte montiert.

[0048] Die anderen Konfigurationen und Operationen ähneln denen der ersten Ausführungsform.

[0049] Gemäss der zweiten Ausführungsform wird die Kurzschlussschutzschaltung 20 überflüssig, und die Installation der Leiterplatte zur Montage der Kurzschlussschutzschaltung 20 wird ebenfalls überflüssig. Damit werden eine Vergrösserung der Installationsfläche der Schaltung und eine Erhöhung der Herstellungskosten unterdrückt.

[Dritte Ausführungsform]

[0050] Als nächstes wird die dritte Ausführungsform unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben. Fig. 1 bis 4, die in der vorstehenden Erklärung verwendet werden, werden in geeigneter Weise verwendet. Im Folgenden werden Erläuterungen, die sich mit der Konfiguration von Fig. 4 in der zweiten Ausführungsform überschneiden, weggelassen und es werden hauptsächlich Teile der Konfiguration erläutert, die sich unterscheiden.

[0051] Fig. 5 ist eine Abbildung, die eine Konfiguration eines Teils des Leistungswandlers gemäss der dritten Ausführungsform zeigt.

[0052] Der Unterschied zwischen der dritten Ausführungsform und der Konfiguration von Fig. 4 in der zweiten Ausführungsform sind Kommunikationsleitungen, die eine Verbindung zwischen einer Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 und den Gate-Schaltkreisen 12 bis 14 herstellen.

[0053] In der dritten Ausführungsform sind die Kommunikationsleitungen C1, C2, C3, C4, die eine rückgekoppelte Daisy-Chain bilden, so angeordnet, dass die Kette von der Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 zur Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 verläuft, wobei sie sequentiell durch die Gate-Schaltkreise 12 bis 14 verläuft, mit Ausnahme des repräsentativen Gate-Schaltkreises 11'.

[0054] Das Kurzschlusssignal, das von der nicht gezeigten Kurzschlussdetektionsschaltung 32 des Gate-Schaltkreises 12 ausgegeben wird, wird über die Kommunikationsleitungen C2, C3, C4 in die Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 eingegeben. Das Kurzschlusssignal, das von der nicht gezeigten Kurzschlussdetektionsschaltung 32 des Gate-Schaltkreises 13 ausgegeben wird, wird über die Kommunikationsleitungen C3, C4 in die Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 eingegeben. Das Kurzschlusssignal, das von der nicht gezeigten Kurzschlussdetektionsschaltung 32 des Gate-Schaltkreises 14 ausgegeben wird, wird über die Kommunikationsleitung C4 in die Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 eingegeben.

[0055] Das von der Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 an die Gate-Schaltkreise 12 bis 14 ausgegebene Sperrsignal wird über die Kommunikationsleitung C1 in die nicht gezeigte Gatesignal-Erzeugungsschaltung 33 des Gate-Schaltkreises 12 eingegeben; das Signal wird anschliessend über die Kommunikationsleitung C2 in die nicht gezeigte Gatesignal-Erzeugungsschaltung 33 des Gate-Schaltkreises 13 eingegeben; und das Signal wird anschliessend über die Kommunikationsleitung C3 in die nicht gezeigte Gatesignal-Erzeugungsschaltung 33 des Gate-Schaltkreises 14 eingegeben.

[0056] Wenn in der obigen Konfiguration ein gewisser Zeitunterschied in einer Ankunftszeit der Sperrsignale zu den Gate-Schaltkreisen 12 bis 14 auftritt, ist es wünschenswert, eine Ansprechgeschwindigkeit der nicht gezeigten Gatesignal-Erzeugungsschaltung 33 in den Gate-Schaltkreisen 12 bis 14 so einzustellen, dass die Abschaltung der Kurzschlusssignale in jeder Schaltvorrichtung gleichzeitig durchgeführt wird.

[0057] Die anderen Konfigurationen und Operationen sind denen der zweiten Ausführungsform ähnlich.

[0058] Gemäss der dritten Ausführungsform wird die Anzahl der Kommunikationsleitungen reduziert und die Fläche für die Einstellung der Kommunikationsleitungen und die Kosten können ebenfalls verringert werden.

[Vierte Ausführungsform]

[0059] Als nächstes wird die vierte Ausführungsform unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben. Fig. 1 bis 5, die in der vorhergehenden Erklärung verwendet wurden, werden in geeigneter Weise verwendet. Im Folgenden werden Erläuterungen, die sich mit der Konfiguration von Fig. 2 in der ersten Ausführungsform überschneiden, weggelassen, und die Erklärung konzentriert sich auf die Teile der Konfiguration, die sich unterscheiden.

[0060] Fig. 6 ist eine Abbildung, die eine Konfiguration eines Teils eines Leistungswandlers gemäss einer vierten Ausführungsform zeigt.

[0061] Der Unterschied zwischen der vierten Ausführungsform und der Konfiguration aus Fig. 2 in der ersten Ausführungsform ist ein drahtloser Kommunikationspfad 50, der für jede der Kommunikationsleitungen T1 bis T4 und S1 bis S4 vorgesehen ist und die Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 mit den Gate-Schaltkreisen 11 bis 14 verbindet.

[0062] Sowohl die Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 als auch die Gate-Schaltkreise 11 bis 14 übertragen jeweils ein Kurzschlusssignal oder ein Sperrsignal über den drahtlosen Kommunikationspfad 50.

[0063] Die anderen Konfigurationen und Operationen sind denen der ersten Ausführungsform ähnlich.

[0064] Gemäss der vierten Ausführungsform ist es möglich, über den drahtlosen Kommunikationspfad 50 zwischen einem Verbindungszustand und einem Nichtverbindungszustand der Kommunikation umzuschalten; dadurch wird die Funktionsfähigkeit während der Herstellung und Montage sowie die Wartungszeit verbessert. So ist es z.B. möglich, die Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 vor der Einstellung des Leistungswandlers an einem Verwendungsort in einer Fabrik usw. herzustellen und zu testen sowie den Leistungswandler an den Verwendungsort zu transportieren und zu montieren. Darüber hinaus ist es möglich, bei Wartungsarbeiten usw. die Kurzschlussschutzschaltung 20 einschliesslich der Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 aus dem Leistungswandler zu entfernen, um einen einzigen Test usw. durchzuführen.

[Fünfte Ausführungsform]

[0065] Als nächstes wird die fünfte Ausführungsform unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben. Fig. 1 bis 6, die in der vorhergehenden Erklärung verwendet wurden, werden in geeigneter Weise verwendet. Im Folgenden werden Erläuterungen, die sich mit der Konfiguration von Fig. 2 in der ersten Ausführungsform überschneiden, weggelassen, und die Erläuterungen werden sich auf die Teile der Konfiguration konzentrieren, die sich unterscheiden.

[0066] Fig. 7 ist eine Abbildung, die eine Konfiguration eines Teils eines Leistungswandlers gemäss der fünften Ausführungsform zeigt.

[0067] Der Unterschied zwischen dieser fünften Ausführungsform und der Konfiguration von Fig. 2 in der ersten Ausführungsform besteht darin, dass der Leistungswandler weiter für jeden Zweig einen oder mehrere Stromdetektoren 35 enthält, die in einer von mehreren Leitungen vorgesehen sind, die die Schaltvorrichtungen 1 bis 4 in Reihe schalten (z.B. in einer Leitung, die die Schaltvorrichtung 1 mit der Schaltvorrichtung 2 verbindet), und die Kurzschlussdetektionsschaltung 32 „Strominformation“ verwendet, die ein Stromdetektionsergebnis vom Stromdetektor 35 ist, und keine „Spannungsinformation“ verwendet, die ein Spannungsdetektionsergebnis von der Spannungsdetektionsschaltung 31 anzeigt.

[0068] Mit anderen Worten detektiert die Kurzschlussdetektionsschaltung 32, der in jedem der Gate-Schaltkreise 11 bis 14 vorgesehen ist, einen Kurzschlussstrom, wenn der Kurzschlussstrom in der entsprechenden Schaltvorrichtung fliesst, und gibt das Kurzschlusssignal an den Sperrsignalerzeugungsschaltkreis 41 auf der Grundlage der „Strominformation“ aus, die das Stromdetektionsergebnis vom Stromdetektor 35 ist. Insbesondere dann, wenn der in der Strominformation angezeigte Stromwert eine vordefinierte Schwelle (Kurzschlussdetektionsschwelle) überschreitet, wird angenommen, dass Kurzschlussstrom an der entsprechenden Schaltvorrichtung erzeugt wird, und das Kurzschlusssignal von der Kurzschlussdetektionsschaltung 32 wird an die Sperrsignalerzeugungsschaltung 41 gesendet.

[0069] Die anderen Konfigurationen und Operationen sind ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform.

[0070] Gemäss der fünften Ausführungsform kann ein Strom, der zu jeder Schaltvorrichtung fliesst, direkt vom Stromdetektor 35 erfasst werden; somit kann der Kurzschlussstrom schnell und mit hoher Genauigkeit erfasst werden.

(Sonstiges)

[0071] Die obige fünfte Ausführungsform zeigt das Beispiel, bei dem der Stromdetektor 35 für die Konfiguration von Fig. 2 der ersten Ausführungsform vorgesehen ist und die Kurzschlussdetektionsschaltung 32 die „Spannungsinformation“ anstelle der „Strominformation“ zur Erkennung des Kurzschlussstroms verwendet. Andere Konfigurationen, wie z.B. die Konfiguration von Fig. 4 gemäss der zweiten Ausführungsform, die Konfiguration von Fig. 5 gemäss der dritten Ausführungsform und die Konfiguration von Fig. 6 gemäss der vierten Ausführungsform, können ebenfalls konfiguriert werden, um den Stromdetektor 35 bereitzustellen, und so konfiguriert werden, dass die Kurzschlussdetektionsschaltung 32 die „Strominformation“ anstelle der „Spannungsinformation“ zum Erkennen des Kurzschlussstroms verwendet.

[0072] Wie oben erläutert, kann gemäss jeder Ausführungsform, wenn der Kurzschlussstrom in den in Reihe geschalteten Schaltvorrichtungen fliesst, der Kurzschlussstrom gesperrt werden, so dass einige der Schaltvorrichtungen nicht die gesamte Spannung führen.

[0073] Es wurden zwar bestimmte Ausführungsformen beschrieben, diese Ausführungsformen wurden jedoch nur beispielhaft dargestellt und sind nicht dazu bestimmt, den Umfang der Erfindungen einzuschränken. In der Tat können die hier beschriebenen neuartigen Ausführungsformen in einer Vielzahl anderer Formen dargestellt werden; darüber hinaus können verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Änderungen in der Form der hier beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden. Die begleitenden Ansprüche und ihre Äquivalente sollen solche Formen oder Änderungen abdecken, die in den Anwendungsbereich der Erfindungen fallen würden.

Claims

1. Ein Leistungswandler, umfassend: mehrere Schaltvorrichtungen (1 bis 4), die in jedem Zweig in Reihe geschaltet sind; mehrere Gate-Schaltkreise (11 bis 14), die jeweils in den mehreren Schaltvorrichtungen (1 bis 4) vorgesehen sind; und eine Sperrsignalerzeugungsschaltung (41), die mit den mehreren Gate-Schaltkreisen (11 bis 14) kommunizieren kann, wobei jeder der mehreren Gate-Schaltkreise (11 bis 14) derart ausgestaltet ist, dass er einen Kurzschlussstrom detektiert und ein Kurzschlusssignal an die Sperrsignalerzeugungsschaltung (41) sendet, wenn der Kurzschlussstrom in einer entsprechenden Schaltvorrichtung (1 bis 4) fliesst, und dass er den Kurzschlussstrom, der zu der entsprechenden Schaltvorrichtung (1 bis 4) fliesst, sperrt, wenn ein Sperrsignal von der Sperrsignalerzeugungsschaltung (41) empfangen wird, und die Sperrsignalerzeugungsschaltung (41) derart ausgestaltet ist, dass sie in der Lage ist, jedes der von den mehreren Gate-Schaltkreisen (11 bis 14) ausgegebenen Kurzschlusssignale zu empfangen und gleichzeitig ein Sperrsignal an jeden der mehreren Gate-Schaltkreise (11 bis 14) zu senden, wenn das Kurzschlusssignal von einem beliebigen Gate-Schaltkreis der mehreren Gate-Schaltkreise (11 bis 14) empfangen wird.

2. Der Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei jeder der mehreren Gate-Schaltkreise (11 bis 14) weiter eine Überspannungsschutzschaltung (34) zum Unterdrücken eines Anstiegs einer Kollektor-Emitter-Spannung der Schaltvorrichtung (1 bis 4) aufweist, wenn der zu der entsprechenden Schaltvorrichtung (1 bis 4) fliessende Kurzschlussstrom gesperrt wird.

3. Der Leistungswandler nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Sperrsignalerzeugungsschaltung (41) auf einer Leiterplatte eines repräsentativen Gate-Schaltkreises der mehreren Gate-Schaltkreise (11 bis 14) angeordnet ist.

4. Der Leistungswandler nach Anspruch 3, weiter umfassend Kommunikationsleitungen (S2-S4, T2-T4, C1-C4), die von der Sperrsignalerzeugungsschaltung (41) sequentiell über mehrere der anderen Gate-Schaltkreise als der repräsentative Gate-Schaltkreis zu der Sperrsignalerzeugungsschaltung (41) gelangen, wobei sowohl die Sperrsignalerzeugungsschaltung (41) als auch die mehreren Gate-Schaltkreise mit Ausnahme des repräsentativen Gate-Schaltkreises das Kurzschlusssignal oder das Sperrsignal über die Kommunikationsleitungen (S2-S4, T2-T4, C1-C4) übertragen.

5. Der Leistungswandler nach Anspruch 1 oder 2, wobei sowohl die Sperrsignalerzeugungsschaltung (41) als auch die mehreren Gate-Schaltkreise (11 bis 14) das Kurzschlusssignal oder das Sperrsignal über einen drahtlosen Kommunikationspfad (50) übertragen.

6. Der Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jeder der mehreren Gate-Schaltkreise (11 bis 14): eine Spannungsdetektionsschaltung (31) zum Detektieren der Kollektor-Emitter-Spannung der entsprechenden Schaltvorrichtungen (1 bis 4), und eine Kurzschlussdetektionsschaltung (32) zum Detektieren des Kurzschlussstroms und zum Senden des Kurzschlusssignals an die Sperrsignalerzeugungsschaltung (41), wenn der Kurzschlussstrom in der entsprechenden Schaltvorrichtung (1 bis 4) fliesst, basierend auf einem Detektionsergebnis der Spannungsdetektionsschaltung (31), umfasst.

7. Der Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter umfassend: mindestens einen Stromdetektor (35), der für eine beliebige von mehreren Leitungen vorgesehen ist, um die mehreren Schaltvorrichtungen (1 bis 4) in Reihe zu schalten, wobei jede der mehreren Gate-Schaltkreise (11 bis 14) eine Kurzschlussdetektionsschaltung (32) zum Detektieren des Kurzschlussstroms und zum Senden des Kurzschlusssignals an die Sperrsignalerzeugungsschaltung (41), wenn der Kurzschlussstrom in den entsprechenden Schaltvorrichtungen (1 bis 4) fliesst, basierend auf einem Detektionsergebnis des Stromdetektors (35), umfasst.