CN101291114A - 电力转换装置 - Google Patents

Abstract

一种电力转换装置。相对于连接构成电力转换装置(20)的整流器(3)、平滑电容器(4a、4b)以及逆变器(5)的正极侧的各开关元件(7)的各正极端子的正极侧主导体(11)和连接所述整流器、平滑电容器以及逆变器的负极侧的各开关元件的负极端子的负极侧主导体(12)中的任意一方主导体上的平滑电容器·开关元件间的部分，并联连接分流导体(23)。然后，通过电流计(24)检测在该分流导体(23)中流动的分流电流，在异常检测电路(25)，在该检测出的分流电流超过预先设定的上限值时，判定为在开关元件(7)上产生了短路异常。

Description

电力转换装置

技术领域

本发明涉及通过整流器将从交流电源输入的交流暂时转换成直流、进而通过逆变器将该直流转换成交流输出的电力转换装置。

背景技术

例如，作为对要求较宽的旋转速度的控制范围的工厂的机械进行驱动、或者对驱动电梯的感应电动机进行驱动的驱动控制装置，采用通过整流器将从交流电源输入的交流暂时转换成直流进而通过逆变器将该直流转换成具有任意的频率以及振幅(电压)的交流的电力转换装置。

图11是表示基本的电力转换装置的概略结构的电路图。从交流电源1供给的三相交流，由电力转换装置2的整流器3全波整流为直流，通过平滑电容器4将脉动(ripple)(高频成分)吸收，提供给逆变器5。在该逆变器5，将6个二极管6与开关元件7的并联电路8桥接。在桥接的各并联电路8的中间点(交流侧端子)连接有用于向外部输出交流的电力线13。

然后，通过来自驱动控制部9的各PWM(脉冲宽度调节)信号高速对该逆变器5的各开关元件7进行通断控制，由此能够将输入的直流转换成具有任意的频率以及电压的三相交流，经由电力线13提供给交流的电动机10。

在这样的结构的电力转换装置2中，将连接整流器3、平滑电容器4以及逆变器5的正极侧的各并联电路8(二极管6、开关元件7)的各正极端子的导体称作正极侧主导体11。另一方面，将连接整流器3、平滑电容器4以及逆变器5的负极侧的各并联电路8(二极管6、开关元件7)的各负极端子的导体称作负极侧主导体12。

在这样构成的电力转换装置2中，如果产生某种故障，则不能正常地对电动机10进行运行控制。故障原因概率较高的是通过各PWM(脉冲宽度调节)信号进行通断控制的、被组装在逆变器5中的开关元件7的短路异常。因此，需要简单地检测该开关元件7的短路异常的方法。

图12是表示组装有该开关元件7的短路异常的检测功能的电力转换装置2的电路图。与平滑电容器4并联地连接检测用电容器14，通过电流计15检测在该检测用电容器14中流过的电流。异常检测电路16组装有：产生与上限电流值相对应的阈值电压Ed的电压源17，和将由电流计15检测出的电流值(电压值)与阈值电压Ed相比较的比较器18。

然后，在该电力转换装置2工作期间，当在串联间插在逆变器5的正极侧主导体11与负极侧主导体12之间的一对并联电路8的各开关元件7上产生短路异常时，储存在平滑电容器4以及检测用电容器14中的电荷一气地流过由正极侧主导体11、各开关元件7与负极侧主导体12形成的放电电路，使平滑电容器4以及检测用电容器14放电。

其结果，由电流计15检测出的电流值急剧上升，从异常检测电路16的比较器18输出高电平的各开关元件7的“短路异常检测信号”。

然而，在图12所示的组装有开关元件7的短路异常的检测功能的电力转换装置2中，也具有还没有消除的下述问题。

即，为了检测开关元件7的短路异常，对于图11的基本的电力转换装置2，追加的结构构件数目增加。进而，还存在如下问题，即，由于电力转换装置2内的平滑电容器4和检测用电容器14的特性偏差，有可能导致电力转换装置2整体的电力转换特性的劣化。

另外，也考虑了在正极侧主导体11或负极侧主导体12上直接间插电流计、测定在开关元件7的短路时在正极侧主导体11或负极侧主导体12中流动的放电电流的方法。然而，此时正极侧主导体11或负极侧主导体12的构造复杂并且构件数目增加，所以电力转换装置2整体的制造费大幅度上升，并且制造工序复杂化，导致生产率的降低。

发明内容

本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供一种电力转换装置，其几乎不对作为电力转换装置的基本结构进行变更，仅附加简单的构件，能够简单且可靠地检测逆变器的开关元件的短路异常，廉价且能够提高可信性的。

本发明应用于电力转换装置，其具备：将从外部供给的交流整流为直流的整流器；将由该整流器整流后的直流中所含的高频成分除去的平滑电容器；将开关元件与二极管的并联电路桥接而成，将由平滑电容器除去高频成分后的直流转换成交流而输出的逆变器；和对该逆变器的各开关元件进行通断控制的驱动控制部。

而且，为了消除上述问题，在本发明的电力转换装置中，包括：分流导体，其相对于连接整流器、平滑电容器以及逆变器的正极侧的各开关元件的各正极端子的正极侧主导体和连接整流器、平滑电容器以及逆变器的负极侧的各开关元件的各负极端子的负极侧主导体中的任意一方主导体上的平滑电容器和开关元件间的部分并联连接；电流检测装置，其检测在该分流导体中流动的分流电流；和异常检测装置，其在由该电流检测装置检测的分流电流超过预先设定的上限值时，判定为在开关元件上产生了短路异常。

在这样构成的电力转换装置中，在该电力转换装置正常工作状态下，用于从整流器经由平滑电容器向逆变器提供直流的正极侧主导体和负极侧主导体的平滑电容器和开关元件间的部分上并联连接有分流导体。

如果在逆变器的开关元件上产生短路异常，则储存在平滑电容器上的电荷一气地在由正极侧主导体、各开关元件与负极侧主导体形成的放电电路中流动，平滑电容器放电。此时，在安装在正极侧主导体或者负极侧主导体的平滑电容器和开关元件间的分开的2个点间的分流导体中也流过与其相当的放电电流(短路电流)，所以通过检测在分流导体中流动的电流，能够简单地检测逆变器的开关元件的短路异常。

另外，在其他的发明中，分流导体的一端连接在平滑电容器的端子上，分流导体的另一端连接在开关元件的端子上。

另外，在其他的发明中，分流导体的一端连接在平滑电容器的端子上，分流导体的另一端连接在主导体上的平滑电容器的端子和开关元件的端子之间的任意位置上。

进而，在其他的发明中，分流导体的一端连接在主导体上的平滑电容器的端子和开关元件的端子之间的任意位置上，分流导体的另一端连接在开关元件的端子上。

进而，在其他的发明中，包括：电阻，其被串联间插在分流导体中；电压检测装置，其检测该电阻两端的电压；和异常检测装置，其在由该电压检测装置检测的电压超过预先设定的上限值时，判定为在开关元件上产生了短路异常。

进而，在其他的发明中，当在正极侧主导体和负极侧主导体上安装有多个分流导体时，包括：电流检测装置，其将分别在该多个分流导体中流动的各分流电流汇集而作为合计分流电流进行检测；和异常检测装置，其在由该电流检测装置检测的合计分流电流超过预先设定的上限值时，判定为在所述开关元件上产生了短路异常。

在本发明中，仅在正极侧主导体或者负极侧主导体的平滑电容器和开关元件间的分开的2个点间安装分流导体，不对作为电力转换装置的基本结构进行变更，能够简单且可靠地检测逆变器的开关元件的短路异常。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的电力转换装置的概略结构的电路图。

图2是表示该实施方式的电力转换装置的逆变器以及平滑电容器部分的安装状态的立体图。

图3A是该安装状态的俯视图。

图3B是该安装状态的侧视图。

图4是表示本发明的第2实施方式所涉及的电力转换装置的概略结构的电路图。

图5A是表示该实施方式的电力转换装置的逆变器以及平滑电容器部分的安装状态的俯视图。

图5B是表示该实施方式的电力转换装置的逆变器以及平滑电容器部分的安装状态的侧视图。

图6是表示本发明的第3实施方式所涉及的电力转换装置的概略结构的电路图。

图7A是表示该实施方式的电力转换装置的逆变器以及平滑电容器部分的安装状态的俯视图。

图7B是表示该实施方式的电力转换装置的逆变器以及平滑电容器部分的安装状态的侧视图。

图8A是表示本发明的第4实施方式所涉及的电力转换装置的逆变器以及平滑电容器部分的安装状态的俯视图。

图8B是表示本发明的第4实施方式所涉及的电力转换装置的逆变器以及平滑电容器部分的安装状态的侧视图。

图9A是表示本发明的第5实施方式所涉及的电力转换装置的逆变器以及平滑电容器部分的安装状态的俯视图。

图9B是表示本发明的第5实施方式所涉及的电力转换装置的逆变器以及平滑电容器部分的安装状态的侧视图。

图10A是表示本发明的第6实施方式所涉及的电力转换装置的逆变器以及平滑电容器部分的安装状态的俯视图。

图10B是表示本发明的第6实施方式所涉及的电力转换装置的逆变器以及平滑电容器部分的安装状态的侧视图。

图11是表示基本的电力转换装置的概略结构的电路图。

图12是表示组装有以往的短路异常的检测功能的电力转换装置的概略结构的电路图。

具体实施方式

下面，使用附图对本发明的各实施方式进行说明。

(第1实施方式)

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的电力转换装置的概略结构的电路图。对于与图11所示的不具有短路异常检测功能的基本的电力转换装置2相同部分赋予相同符号，省略重复部分的详细说明。

从交流电源1提供的三相交流，通过电力转换装置2的整流器3全波整流为直流，送到正极侧主导体11、极侧主导体12。在该正极侧主导体11、负极侧主导体12之间并联连接有具有相同电容的一对平滑电容器4a、4b。进而，在正极侧主导体11、负极侧主导体12之间，并联连接有构成逆变器5的半导体模块21a、21b、21c。

各半导体模块21a、21b、21c的结构相同。二极管6和开关元件7的并联电路8串联有2个。正极侧的开关元件7的集电极端子C，作为各半导体模块21a、21b、21c的正极端子28a连接在正极侧主导体11上，负极侧的开关元件7的发射极端子E，作为各半导体模块21a、21b、21c的负极端子28b连接在负极侧主导体12上。在各半导体模块21a、21b、21c的各并联电路8的中间点(交流侧端子)上连接有用于向外部输出交流的电力线13。

然后，通过来自驱动控制部9的各PWM(脉冲宽度调节)信号高速地对该逆变器5的各开关元件7进行通断控制，由此逆变器5将输入的直流转换成具有任意的频率以及任意的电压的三相交流，经由电力线13提供给交流的电动机10。

然后，在该第1实施方式的电力转换装置20中，在正极侧主导体11上的平滑电容器4a、4b·开关元件7之间的相离开的2个点22a、22b间，与该正极侧主导体11并联地连接有分流导体23。通过电流计24检测流过该分流导体23的电流。异常检测电路25组装有：产生与上限电流值相对应的阈值电压Es的电压源26，和将由电流计24检测出的电流值(电压值)与阈值电压Es相比较的比较器27。

然后，在该电力转换装置20工作中，当在逆变器5的间插于正极侧主导体11与负极侧主导体12之间的某一半导体模块21a、21b、21c中所组装的一对并联电路8的各开关元件7上产生短路异常时，储存在平滑电容器4a、4b中的电荷一气地流过由正极侧主导体11、各开关元件7与负极侧主导体12形成的放电电路，使平滑电容器4a、4b放电。此时，在并联连接在正极侧主导体11上的分流导体23中，也流过与正极侧主导体11和分流导体23电阻比相应的放电电流。

其结果，由电流计24检测出的电流值急剧上升，从异常检测电路25的比较器27输出高电平的各开关元件7的“短路异常检测信号”。

图2是表示该实施方式的电力转换装置20的逆变器5以及平滑电容器4a、4b部分的安装状态的立体图，图3A是表示安装状态的俯视图，图3B是侧视图。

在平板状的负极侧主导体12的上侧，隔着未图示的绝缘层，以水平方向位置互相错位的方式设有平板状的正极侧主导体11。沿着该正极侧主导体11与负极侧主导体12的边界线，安装有各半导体模块21a、21b、21c。具体地说，各半导体模块21a、21b、21c的正极端子28a被软焊在正极侧主导体11上，负极端子28b被软焊在负极侧主导体12上。进而，各平滑电容器4a、4b也安装在正极侧主导体11与负极侧主导体12的边界线上。而且，各平滑电容器4a、4b的正极端子29a被软焊在正极侧主导体11上，负极端子29b被软焊在负极侧主导体12上。

而且，在平板状的正极侧主导体11的相分离的2个点22a、22b间，连接有线状的分流导体23，在该分流导体23的中途位置上安装有环状的电流计24。

另外，在该图2以及图3A、图3B中，连接在各半导体模块21a、21b、21c的各并联电路8的中间点(交流侧端子)上的向外部输出交流的电力线13的记载被省略。

在这样构成的第1实施方式的电力转换装置20中，如图2、图3A、图3B所示，仅通过在平板状的正极侧主导体11的相分开的2个点22a、22b间设置线状的分流导体23，没有设置检测用电容器14，没有对作为电力转换装置的基本结构进行变更，能够简单且可靠地检测逆变器5的开关元件7的短路异常。

另外，也可以将分流导体23设置在负极侧主导体12上而不是正极侧主导体11上。

(第2实施方式)

图4是表示本发明的第2实施方式所涉及的电力转换装置的概略结构的电路图。对于与图1所示的本发明的第1实施方式的电力转换装置20相同部分赋予相同符号，省略重复部分的详细说明。另外，图5A是表示该第2实施方式的电力转换装置20a的逆变器5以及平滑电容器4a、4b部分的安装状态的俯视图，图5B是侧视图。与图3A、图3B相同部分赋予相同符号。

在该第2实施方式的电力转换装置20a中，分流导体23的一端被软焊在平滑电容器4a的正极端子29a上，分流导体23的另一端被软焊在正极侧主导体11的正极端子28a(正极侧的开关元件7的集电极端子)上。其他的结构与所述的第1实施方式的电力转换装置20相同。

在这样构成的第2实施方式的电力转换装置20a中也一样，能够通过异常检测电路25检测出逆变器5的开关元件7的短路异常，所以能够起到与先前说明的第1实施方式的电力转换装置20大致相同的作用效果。

进而，在该第2实施方式的电力转换装置20a中，因为将分流导体23软焊在平滑电容器4a的正极端子29a以及半导体模块21a的正极端子28a上，所以不必在正极侧主导体11上设置专用的软焊区域。

进而，能够将分流导体23与平滑电容器4a、半导体模块21a同时软焊在正极侧主导体11上，所以能够使制造工序进一步简单化。

(第3实施方式)

图6是表示本发明的第3实施方式所涉及的电力转换装置的概略结构的电路图。对于与图1所示的本发明的第1实施方式的电力转换装置20相同部分赋予相同符号，省略重复部分的详细说明。另外，图7A是表示该第3实施方式的电力转换装置20b的逆变器5以及平滑电容器4a、4b部分的安装状态的俯视图，图7B是侧视图。与图3A、图3B相同部分赋予相同符号。

在该第3实施方式的电力转换装置20b中，分流导体23的一端被软焊在平滑电容器4a的正极端子29a上，分流导体23的另一端被软焊在正极侧主导体11上的平滑电容器4a、4b·开关元件7之间的任意点22b上。其他的结构与所述的第1实施方式的电力转换装置20相同。

在这样构成的第3实施方式的电力转换装置20b中也一样，能够通过异常检测电路25检测出逆变器5的开关元件7的短路异常，所以能够起到与先前说明的第1实施方式的电力转换装置20大致相同的作用效果。

进而，在该第3实施方式的电力转换装置20b中，将分流导体23软焊在平滑电容器4a的正极端子29a上，所以不必在正极侧主导体11上设置2个专用的软焊区域。

进而，能够将分流导体23与平滑电容器4a同时软焊在正极侧主导体11上，所以能够使制造工序进一步简单化。

(第4实施方式)

图8A是表示本发明的第4实施方式所涉及的电力转换装置20c的逆变器5以及平滑电容器4a、4b部分的安装状态的俯视图，图8B是侧视图。对于与图3A、图3B所示的第1实施方式的安装状态相同部分，赋予相同符号。其他结构与第1实施方式的电力转换装置20大致相同。

在该第4实施方式的电力转换装置20c中，分流导体23的一端被软焊在正极侧主导体11上的平滑电容器4a、4b·开关元件7之间的任意点22a上，分流导体23的另一端被软焊在半导体模块21b的正极端子28a(正极侧的开关元件7的集电极端子)上。

在这样构成的第4实施方式的电力转换装置20c中也一样，能够起到与先前说明的第3实施方式的电力转换装置20b大致相同的作用效果。

(第5实施方式)

图9A是表示本发明的第5实施方式所涉及的电力转换装置20d的逆变器5以及平滑电容器4a、4b部分的安装状态的俯视图，图9B是侧视图。对于与图3A、图3B所示的第1实施方式的安装状态相同部分，赋予相同符号。其他结构与第1实施方式的电力转换装置20大致相同。

在该第5实施方式的电力转换装置20d中，以与第1实施方式的电力转换装置20相同的方式，分流导体23的一端被软焊在正极侧主导体11的平滑电容器4a的正极端子29a上，分流导体23的另一端被软焊在正极侧主导体11上的平滑电容器4a、4b·半导体模块21a、21b、21c(正极侧的开关元件7的集电极端子)之间的任意点22b上。

而且，在该分流导体23的中途位置间插有具有预定的电阻值的电阻30。该电阻的两端电压通过电压计31测定，向异常检测电路25a输入。异常检测电路25a，具有与图1所示的第1实施方式的异常检测电路25大致相同的电路结构，在从电压计31输入的电压超过预先设定的阈值电压时，输出高电平的各开关元件7的“短路异常检测信号”。

在这样的结构的第5实施方式的电力转换装置20d中，因为通过用由电压计31检测出的电压除以电阻30的电阻值，能够检测出在分流导体23中流过的放电电流，所以能够得到与所述的各实施方式大致相同的作用效果。

(第6实施方式)

图10A是表示本发明的第6实施方式所涉及的电力转换装置20e的逆变器5以及平滑电容器4a、4b部分的安装状态的俯视图，图10B是侧视图。对于与图3A、图3B所示的第1实施方式的安装状态相同部分，赋予相同符号。其他结构与第1实施方式的电力转换装置20大致相同。

在该第6实施方式的电力转换装置20e中，相对于正极侧主导体11连接有2根分流导体23a、23b。一方的分流导体23a的一端被连接在的平滑电容器4a的正极端子29a上，另一端被连接在正极侧主导体11上的平滑电容器4a、4b·半导体模块21a、21b、21c(开关元件7的集电极端子)之间的任意点22b上。

另一方的分流导体23b的一端被连接在的平滑电容器4a的正极端子29b上，另一端被连接在正极侧主导体11上的平滑电容器4a、4b·半导体模块21a、21b、21c(开关元件7的集电极端子)之间的其他的任意点22c上。

然后，环状的电流计24a，将分别在各分流导体23a、23b中流动的各分流电流汇集而作为合计的分流电流进行检测。由该电流计24a检测出的合计的分流电流被输入一个异常检测电路25。异常检测电路25，在从电压计24a输入的合计的分流电流超过预先设定的上限值时，判断为在半导体模块21a、21b、21c的各开关元件7上产生了短路异常，输出高电平的各开关元件7的“短路异常检测信号”。

在这样构成的第6实施方式的电力转换装置20e中也一样，能够检测出逆变器5的开关元件7的短路异常，所以能够得到与所述的各实施方式的电力转换装置20～20d大致相同的作用效果。

进而，在该第6实施方式的电力转换装置20e中，各分流导体23a、23b被连接在各平滑电容器4a、4b的正极端子29a上，所以能够可靠地检测出在开关元件7的短路异常时产生的、各平滑电容器4a、4b的放电电流。因此，能够更加可靠地检测出开关元件7的短路异常。

进而，通过一个环状的电流计24a将分别在各分流导体23a、23b中流动的各分流电流汇集，作为合计的分流电流进行检测，所以能够使电路结构简单化，能够降低电力转换装置20e整体的制造费用。

Claims (6)

1.一种电力转换装置，该电力转换装置具备：将从外部供给的交流整流为直流的整流器；将由该整流器整流后的直流中所含的高频成分除去的平滑电容器；将开关元件与二极管的并联电路桥接而成，将由所述平滑电容器除去高频成分后的直流转换成交流而输出的逆变器；和对该逆变器的各开关元件进行通断控制的驱动控制部；其特征在于，包括：

分流导体，其相对于连接所述整流器、平滑电容器以及逆变器的正极侧的各开关元件的各正极端子的正极侧主导体和连接所述整流器、平滑电容器以及逆变器的负极侧的各开关元件的各负极端子的负极侧主导体中的任意一方主导体上的平滑电容器·开关元件间的部分并联连接；

电流检测装置，其检测在该分流导体中流动的分流电流；和

异常检测装置，其在由该电流检测装置检测的分流电流超过预先设定的上限值时，判定为在所述开关元件上产生了短路异常。

2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：所述分流导体的一端连接在所述平滑电容器的端子上，所述分流导体的另一端连接在所述开关元件的端子上。

3.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：所述分流导体的一端连接在所述平滑电容器的端子上，所述分流导体的另一端连接在所述主导体上的所述平滑电容器的端子和所述开关元件的端子之间的任意位置上。

4.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：所述分流导体的一端连接在所述主导体上的所述平滑电容器的端子和所述开关元件的端子之间的任意位置上，所述分流导体的另一端连接在所述开关元件的端子上。

5.一种电力转换装置，该电力转换装置具备：将从外部供给的交流整流为直流的整流器；将由该整流器整流后的直流中所含的高频成分除去的平滑电容器；将开关元件与二极管的并联电路桥接而成，将由所述平滑电容器除去高频成分后的直流转换成交流而输出的逆变器；和对该逆变器的各开关元件进行通断控制的驱动控制部；其特征在于，包括：

分流导体，其相对于连接所述整流器、平滑电容器以及逆变器的正极侧的各开关元件的各正极端子的正极侧主导体和连接所述整流器、平滑电容器以及逆变器的负极侧的各开关元件的各负极端子的负极侧主导体中的任意一方主导体上的平滑电容器·开关元件间的部分并联连接；

电阻，其被串联间插在所述分流导体中；

电压检测装置，其检测该电阻两端的电压；和

异常检测装置，其在由该电压检测装置检测的电压超过预先设定的上限值时，判定为在所述开关元件上产生了短路异常。

6.一种电力转换装置，该电力转换装置具备：将从外部供给的交流整流为直流的整流器；将由该整流器整流后的直流中所含的高频成分除去的平滑电容器；将开关元件与二极管的并联电路桥接而成，将由所述平滑电容器除去高频成分后的直流转换成交流而输出的逆变器；和对该逆变器的各开关元件进行通断控制的驱动控制部；其特征在于，包括：

多个分流导体，其相对于连接所述整流器、平滑电容器以及逆变器的正极侧的各开关元件的各正极端子的正极侧主导体和连接所述整流器、平滑电容器以及逆变器的负极侧的各开关元件的各负极端子的负极侧主导体中的至少一方主导体上的平滑电容器·开关元件间的部分并联连接；

电流检测装置，其将分别在该多个分流导体中流动的各分流电流汇集而作为合计分流电流进行检测；和

异常检测装置，其在由该电流检测装置检测的合计分流电流超过预先设定的上限值时，判定为在所述开关元件上产生了短路异常。

Images