CN102237783B - 电力转换装置 - Google Patents

Abstract

在以延迟动作进行运转的谐振型的感应加热装置中，在负载异常时等成为超前动作时，会使逆变器电路的二极管进行反向恢复而破坏。本发明提供一种电力转换装置，该电力转换装置具备检测半导体元件的主端子间电压的电压检测电路、和将电压设定值与所述电压检测值进行比较的电压比较电路，断开所述半导体元件后，将所述电压设定值与所述电压检测值进行比较，当所述电压设定值较大时，与所述半导体元件串联连接，不接通构成上下臂的相对臂的半导体元件。

Description

电力转换装置

技术领域

本发明涉及一种用于电力转换装置的半导体元件的保护电路，在输出连接谐振电容器和感应加热负载，相对输出电压，使输出电流以滞后相位进行运转。

背景技术

图3表示用于说明背景技术的电路图，图4表示其动作波形图。首先，对图3所示的电路图进行说明。

以直流电源8作为直流输入的电力转换器7是由直流电容器7e、反向并联连接有二极管的IGBT7a～7d构成的单相矩形波输出电压逆变器。在其输出连接有由谐振电容器9、电感成分10a和电阻成分10b形成的感应加热负载10，整体构成谐振电路。在此，自未图示的控制电路输出的频率指令值输入脉冲生成电路11，生成控制信号。控制信号输入栅极驱动电路12，其输出被输入电力转换器7的IGBT7a～7d的栅极。

如图4所示，电力转换器7的输出电压Vo虽然为矩形波，但由在其输出连接有谐振电路，以其谐振曲线的谐振点附近的输出频率进行运转时，输出电流Io成为接近正弦波的波形。并且，由于是以比谐振点高的输出频率进行运转，所以，相对输出电压Vo，输出电流Io成为滞后相位。

当在作为正常的动作状态的滞后相位下的运转期间的A点断开栅极信号G7a、G7d时，IGBT7a、7d的两端电压V7a、V7d上升，在IGBT流动的电流I7a、I7d从IGBT7a、7d换流至IGBT7b、7c。换流后的电流I7a、I7c的极性为负，所以，流过续流(回流)二极管，但通过连接于输出的谐振电路，电流逐渐减少，极性成为正后，电流增加。

在此，在从A点起在某一定时间(用于防止上下臂的短路的等待时间，以下称空载时间)后流过续流二极管的期间的B点，接通栅极信号G7b、G7c，从而，电流从续流二极管平滑地切换至IGBT。

接着，说明在作为异常的动作状态的超前相位下的运转期间的C点的动作。因感应加热负载10的异常(电感成分10a的减少、具体地说为加热线圈的短路)等使得谐振频率变高的情况下，电流I7a、I7d在栅极信号G7a、G7d断开前极性变为负，并流过续流二极管。即，输出电流Io相对于输出电压Vo成为超前相位。

因此，即使在C点栅极信号G7a、G7d为断开，电流也不会流过IGBT7b、7c，而是直接流过IGBT7a、7d的续流二极管。其后，在从C点开始在经过某一定时间(空载时间)后的D点接通栅极信号G7b、G7c时，IGBT7a、7d的续流二极管急剧地反向恢复，电流I7a、I7d换流至IGBT7b、7c。该情况下，在例如小电流等的电流区域，由于续流二极管的急剧的反向恢复，有时产生浪涌电压，半导体元件可能发生破坏。

另外，电力转换器的半导体元件使用MOSFET、将寄生二极管用作续流二极管时，仅进行急剧的反向恢复就发生破坏。在专利文献1中记载有背景技术。但是，背景技术面向的是通过PWM开关逐渐地控制输出电流的用途，不适合于续流二极管仅进行一次急剧地反向恢复，半导体元件就发生破坏的情况。

专利文献1：日本特开2004-112916号公报

发明内容

本发明要解决的课题涉及在输出连接谐振电容器和感应加热负载，输出电流相对输出电压以滞后相位进行运转的电力转换器，在因负载的异常等输出电流相对于输出电压为超前相位的情况下进行保护，以使续流二极管不会急剧地反向恢复。

为解决上述课题，在第一方面的发明中提供一种电力转换装置，在输出连接谐振电容器和感应加热负载，按照使输出电流的相位相对于输出电压滞后的方式进行运转，其中，具备检测半导体元件的主端子间电压的电压检测电路和将电压设定值与所述电压检测值进行比较的电压比较电路，具备半导体元件的保护电路，在使所述半导体元件断开后的规定时间后，对所述电压设定值与所述电压检测值进行比较，当所述电压设定值较大时，与所述半导体元件串联连接，不接通与所述半导体元件构成上下臂的相对臂的半导体元件。

在第二方面的发明中，第一方面的发明中的所述电压检测电路由与半导体元件并联联接的多个分压电阻构成。

在第3方面的发明中，第一方面的发明中的所述电压检测电路是用多个电阻对控制电路电源进行分压，在所述分压点与半导体元件的主电极之间连接二极管。

在第4方面的发明中，提供一种电力转换装置，其中，在输出连接谐振电容器和感应加热负载，按照使输出电流的相位相对于输出电压滞后的方式运转，具备检测半导体元件的主端子间电压的电压检测电路和将电压设定值与所述电压检测值进行比较的电压比较电路，且具备半导体元件的保护电路，在使所述半导体元件断开后的规定时间后，对所述电压设定值与所述电压检测值进行比较，当所述电压设定值较大时，停止电力转换装置的运行。

在第5方面的发明中，具备第4方面的发明中的、检测所述半导体元件的主端子间电压的电压检测电路和将电压设定值与所述电压检测值进行比较的电压比较电路，在使所述半导体元件断开后的规定时间后，将所述电压设定值与所述电压检测值进行比较，判断所述电压设定值较大的臂是电力转换装置的全部的臂或电力转换装置中同时进行动作的臂的一方。

在第6方面的发明中，第4方面的发明中的、具备检测所述半导体元件的主端子间电压的电压检测电路和对电压设定值和所述电压检测值进行比较的电压比较电路，在使所述半导体元件断开后的规定时间后，将所述电压设定值与所述电压检测值进行比较，判断所述电压设定值较大的臂是并联连接的多个电力转换装置中的任意一台的全部的臂或同时进行动作的臂的一方。

根据本发明，在断开半导体元件后，检测电流在续流二极管流动的情况并停止运转，由此，能够防止之后的相对臂的接通引起的所述续流二极管的急剧的反向恢复。其结果是，在小电流区域等中不会产生浪涌电压，半导体元件不会破坏。另外，将MOSFET的寄生二极管用作续流二极管的情况下，也不会做急剧的反向恢复，因此能够防止破坏。此外，由于是通过半导体元件的主电极电压的检测值和设定值的比较进行保护的判断，因此不需要电流检测器等，也不需要检测的电压的绝缘，可以用简单的电路构成。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的电路图；

图2是表示本发明的第二实施方式的电路图；

图3是通常的感应加热用谐振型逆变器的电路构成图。

图4是图3中的各部的动作波形图。

附图标记说明

1、1a分压电阻

2比较仪

3触发器

4延迟电路

5a NOR电路

5b、5c AND电路

6放大电路

7电力转换器

7a～7d IGBT

7e直流电容器

8直流电源

9谐振电容器

10感应加热负载

10a电感成分

10b电阻成分

11脉冲生成电路

12栅极驱动电路

R1、R2电阻

具体实施方式

本发明的要点是提供一种电力转换装置，在输出连接谐振电容器和感应加热负载，按照使输出电流的相位相对于输出电压滞后的方式进行运转，其中，具备检测半导体元件的主端子间电压的电压检测电路和将电压设定值与上述电压检测值进行比较的电压比较电路，断开上述半导体元件后，将上述电压设定值与上述电压检测值进行比较，当上述电压設定值较大时，与上述半导体元件串联连接，而不会接通构成上下臂的相对臂的半导体元件。

实施方式1

图1表示本发明的第一实施方式。其各部的动作波形图和背景技术同样地示于图4。是在图3中的各IGBT7a～7d中设置了保护电路时的构成。

首先，对图4进行说明。

相对通常的输出电压Vo，在输出电流Io为滞后相位时的A点，由于电流流过断开的IGBT7a、7d，因此在栅极信号G7a、G7d断开后的规定时间后(用于防止上下臂的短路的空载时间内的任意的点)的A’点，IGBT7a、7d的电压附加直流电容器7e的电压Ed。本电源为数百V以上。

因感应加热负载的异常等，相对于输出电压Vo，在输出电流Io为超前相位时的C点，电流流过断开的IGBT7a、7d的续流二极管，因此，在断开栅极信号G7a、G7d后的规定时间后(用于防止上下臂的短路的空载时间内的任意的点)的C’点，IGBT7a、7d的电压也为二极管导通时的顺方向下降电压的一数V左右。

本提案就是利用该电压的不同进行保护。

接着，对图1进行说明。

构成包括：由对检测出的IGBT7a的主电极间的电压的值进行分压的电阻R1、R2构成的分压电阻1、将该电压值与电压设定值进行比较的比较仪2、选定控制信号断开后的时机的触发器3、延迟电路4、及NOR电路5a、AND电路5b、5c、生成栅极信号的放大电路6。将IGBT7a的主电极间的电压通过分压电阻1分压成易于使用的数V左右的电压后，比较仪2对电压设定值和该值进行比较，IGBT7a的主电极间的电压在上述的直流中间电容器7e的电压(本电源中为数百V以上)时，输出低的电压(Lo)，在续流二极管导通时的电压(-数v左右)时，输出高的电压(Hi)。

相对通常的输出电压Vo，输出电流Io为滞后相位时，控制信号从接通状态变为断开，在栅极信号G7a、G7d断开后的规定时间后的A’点，比较仪2输出低的电压(Lo)。延迟电路4输入断开控制信号，在设定的栅极驱动延迟、IGBT断开的延迟等时间后，输出Hi→Lo，由此，触发器3输出Lo。当来自各IGBT上安装的同样的电路的故障信号全部为Lo时，NOR电路5a的输出为Hi，所以，AND电路5b、5c的输出也如来自图3的脉冲生成电路11的信号那样，向相对臂的IGBT输出接通信号，执行通常的动作。AND电路5b和5c相互输出相对臂的控制信号。

感应加热负载的异常等，相对于输出电压Vo，输出电流Io为超前相位时，控制信号从接通变为断开，在栅极信号G7a、G7d断开后的规定时间后的C’点，比较仪2输出Hi。延迟电路4输入断开控制信号，设定的栅极驱动延迟、IGBT的断开的延迟等时间后，输出Hi→Lo，由此，触发器3输出Hi。来自安装在各半导体元件上的同样的电路的故障信号的任一个为Hi时，NOR电路5a的输出为Lo，AND电路5b、5c的输出也为Lo。

其结果是，因为控制信号全部为Lo，运转停止，相对臂的IGBT的接通信号不被输出。因而，检测超前动作，当任一IGBT的保护电路动作时，IGBT不会被给予接通信号，所以，二极管不进行反向恢复。

另外，在该实施方式中，虽然表示了对全部IGBT设置保护电路的情况，但在同时进行接通断开动作的IGBT7a和7d的一方以及IGBT7b和7c的一方设置了保护电路的情况下，也同样可以进行保护。该构成时，NOR电路5a仅成为双输入，其它相同。

此外，为图3所示的电力转换器被多台并联联接且同时进行动作的构成时，由于多台电力转换器进行相同的动作，因此也可以仅在一个电力转换器中设置故障检测电路，一旦它动作则使全部电力转换器停止。这时，和单机运转的构成同样地，只要在同时进行接通断开动作的IGBT的一方设置保护电路，就同样地能够进行保护。

实施方式2

图2表示本发明的第二实施方式。

和第一实施方式不同在于检测IGBT7a的主端子间电压的电路的不同。在该构成中，连接在控制电路电源的Vcc与IGBT7a的发射极之间连接有电阻R1和电阻R2的串联电路，在该串联连接点与IGBT7a的集电极之间连接有二极管D1。通过用比较仪2对该电阻串联电路的串联连接点的电压和电压设定值进行比较，可以和第一实施方式同样地进行保护。其它的动作和实施方式1相同。该构成的情况下，施加在电阻上的电压比第一实施方式低，所以，可以使分压电阻小型化。

另外，本提案的有效的用途是，虽然控制信号断开之后，在栅极驱动的信号的延迟、IGBT断开的延迟等各种延迟的时间后，半导体元件的电压上升，但在此之后，能够控制可否输出相对臂的控制信号的接通的、控制时间有富裕的装置。另外，在上述实施方式中，作为半导体元件虽然表示了应用IGBT的例子，但应用MOSFET的情况也同样地能够实现。

产业上的可利用性

在本发明中虽然对感应加热装置进行了说明，但本发明也能够适用于使用谐振电路的开关电源、DC-DC换流器等。

Claims (6)

1.一种电力转换装置，在输出连接谐振电容器和感应加热负载，按照使输出电流的相位相对于输出电压滞后的方式进行运转，该电力转换装置的特征在于，

具备检测半导体元件的主端子间电压的电压检测电路和将电压设定值与所述电压检测值进行比较的电压比较电路，

所述电压比较电路构成为，在输出电流的相位相对于输出电压滞后时，输出表示所述电压设定值为小的信号，在输出电流的相位相对于输出电压超前时，输出表示所述电压设定值为大的信号，

所述电力转换装置具备半导体元件的保护电路，在使所述半导体元件断开后的规定时间后，在输出电流的相位相对于输出电压超前时由所述电压比较电路输出了表示所述电压设定值为大的信号的情况下，在来自控制电路的控制信号成为接通信号时，该半导体元件的保护电路也与所述半导体元件串联连接，不接通与所述半导体元件构成上下臂的相对臂的半导体元件。

2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，

所述电压检测电路由与半导体元件并联连接的多个分压电阻构成。

3.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，

所述电压检测电路用多个电阻对控制电路电源进行分压，在所述分压点与半导体元件的主电极之间连接有二极管。

4.一种电力转换装置，在输出连接谐振电容器和感应加热负载，按照使输出电流的相位相对于输出电压滞后的方式进行运转，该电力转换装置的特征在于，

具备检测半导体元件的主端子间电压的电压检测电路和将电压设定值与所述电压检测值进行比较的电压比较电路，

所述电压比较电路构成为，在输出电流的相位相对于输出电压滞后时，输出表示所述电压设定值为小的信号，在输出电流的相位相对于输出电压超前时，输出表示所述电压设定值为大的信号，

所述电力转换装置具备半导体元件的保护电路，在使所述半导体元件断开后的规定时间后，在输出电流的相位相对于输出电压超前时由所述电压比较电路输出了表示所述电压设定值为大的信号的情况下，在来自控制电路的控制信号成为接通信号时，也不输出对所有的半导体元件的接通信号，该半导体元件的保护电路停止电力转换装置的运行。

5.如权利要求4所述的电力转换装置，其特征在于，

具备检测所述半导体元件的主端子间电压的电压检测电路和将电压设定值与所述电压检测值进行比较的电压比较电路，

在使所述半导体元件断开后的规定时间后，将所述电压设定值与所述电压检测值进行比较，判断所述电压设定值较大的臂是电力转换装置的全部的臂或电力转换装置中同时进行动作的臂的一方。

6.如权利要求4所述的电力转换装置，其特征在于，具备检测所述半导体元件的主端子间电压的电压检测电路和将电压设定值与所述电压检测值进行比较的电压比较电路，

在使所述半导体元件断开后的规定时间后，将所述电压设定值与所述电压检测值进行比较，判断所述电压设定值较大的臂是并联联接的多个电力转换装置中的任意一台的全部的臂或同时进行动作的臂的一方。