CN102570434B - 电力变换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明得到一种抑制平滑电容器的电压降低，抑制恢复电力时的冲击电流的电力变换装置。控制装置(20)在判定为由直流电压检测单元(24)检测出的母线电压(Vdc)成为规定的基准电压以下的情况下，针对直流负载控制部(23)，使直流负载(30)的动作停止。
Description
技术领域
本发明涉及具有可以得到任意的直流电压的有源转换器的电力变换装置，特别涉及其冲击电流抑制动作。
背景技术
在通常的转换器电路中，通过与平滑电容器串联地设置电流限制电阻，抑制电源接通时的冲击电流，在负载的通电时等稳定时，通过继电器等开关单元对电流限制电阻进行旁路(例如，参照专利文献2中的图4)。
另外，有如下的电力变换装置，在该电力变换装置中，通过瞬时停电对平滑电容器的两端电压与预定的基准电压进行比较，并根据其比较结果控制与电流限制电阻并联地连接的开关元件，抑制冲击电流(例如，参照专利文献1)。
进而，有通过监视交流电压的过零来检测瞬时停电，根据平滑电容器的静电电容以及负载电流，计算可容许的瞬时停电的时间，控制与电流限制电阻并联地连接的继电器的开闭动作的冲击电流限制方法(例如，参照专利文献2)。
【专利文献1】日本特开平5-316640号公报(第2页)
【专利文献2】日本特开平10-271668号公报(第2页)
发明内容
在以往的抑制从瞬时停电恢复电力时产生的冲击电流的方法中，针对冲击电流流过的路径，通过继电器进行切换，以介入电流限制电阻，所以存在在引起了瞬时停电之后在继电器动作之前的极短的期间内恢复电力时，无法抑制冲击电流这样的问题。
另外，用于继电器切换或者使后述直流负载停止的基准电压(阈值)是预定的固定值，所以还存在没有考虑对产品输入的最大电压这样的问题。
另外，在从瞬时停电恢复电力时产生的冲击电流的大小取决于刚要从瞬时停电恢复电力之前的直流电压、即平滑电容器的两端电压、与从瞬时停电恢复电力时输入到有源转换器的交流电压之差。而且，与有源转换器的输出侧连接的负载越大，在瞬时停电产生时平滑电容器的两端电压降低的速度越快，所以冲击电流的大小变大，在该冲击电流流过的路径中存在的半导体元件等的耐电流性低的情况下，存在导致该半导体元件等的破坏这样的问题。为此，需要具备考虑了与电流限制电阻并联连接的继电器的延迟动作的耐电流性，半导体元件等变得大型化，而损害半导体元件等的小型化，进而，还存在妨碍低成本化这样的问题。特别是在将针对瞬间电流的耐电流性弱、且昂贵的SiC、GaN或者金刚石等宽带隙半导体用于有源转换器的情况下，不利于通过小型化而实现低成本化。
本发明是为了解决上述课题而完成的，第1的目的在于得到一种抑制平滑电容器的电压降低，抑制恢复电力时的冲击电流的电力变换装置。
另外，第2的目的在于得到一种将刚要从瞬时停电恢复电力之前的平滑电容器的两端电压、与在从瞬时停电恢复电力时输入到有源转换器的交流电压之差抑制得较小，抑制在用于抑制冲击电流的开关元件动作之前恢复电力时的冲击电流的电力变换装置。
本发明提供一种电力变换装置，其特征在于，具备：有源转换器，由半导体元件构成，从交流电源接受交流电压的供给，对该交流电压进行整流而升压至任意的直流电压；平滑电容器，连接到该有源转换器的输出侧，并在其两端连接直流负载，对所述有源转换器输出的直流电压进行平滑；电流限制电阻，连接在所述交流电源与所述有源转换器之间，限制从所述交流电源流出的电流；开关单元，与该电流限制电阻并联地连接；直流电压检测单元，对作为所述平滑电容器的两端电压的母线电压进行检测；以及控制装置，对所述有源转换器输出的直流电压的升压动作进行控制，该控制装置在从所述交流电源输出了所述交流电压的情况下，使所述开关单元进行导通动作，在所述交流电源中产生了停电的情况下，使所述开关单元进行断开动作，在判定为由所述直流电压检测单元检测出的所述母线电压为规定的基准电压以下的情况下，使所述直流负载的动作停止。
根据本发明，在母线电压成为规定的基准电压以下的情况下，通过使直流负载的动作停止，可以抑制母线电压的降低，抑制在通过开关单元的断开动作而切换为经由电流限制电阻的路径之前恢复了电力的情况的冲击电流。
附图说明
图1是包括本发明的实施方式1的有源转换器40的电力变换装置的结构图的例子。
图2是示出本发明的实施方式1的电力变换装置中的从瞬时停电至恢复电力的平滑电容器31的两端电压的推移和冲击电流抑制动作的图。
图3是示出本发明的实施方式1的电力变换装置中的母线电压Vdc与基准电压的关系的图。
图4是示出本发明的实施方式1的电力变换装置的有源转换器40实施了升压动作的情况下、从瞬时停电至恢复电力的母线电压Vdc的推移和冲击电流抑制动作的图。
图5是示出在本发明的实施方式1的电力变换装置的有源转换器40停止升压动作的情况下使升压电平阶段性地下降的控制的图。
(符号说明)
10：交流电源；11：电流限制电阻；12：开关单元；20：控制装置；21：有源转换器控制部；22：开关控制部；23：直流负载控制部；24：直流电压检测单元；30：直流负载；31：平滑电容器；40：有源转换器。
具体实施方式
实施方式1.
(电力变换装置的结构)
图1是包括本发明的实施方式1的有源转换器40的电力变换装置的结构图的例子。
如图1所示，有源转换器40与商用电源等交流电源10连接，并在该交流电源10与有源转换器40之间，连接了冲击电流抑制用的电流限制电阻11。在该电流限制电阻11的两端，并联连接了用于对电流限制电阻11进行旁路的开关单元12。在有源转换器40的输出侧，连接了平滑电容器31，进而在该平滑电容器31的两端，连接了直流负载30。另外，在有源转换器40的输出侧，连接了对有源转换器40的输出电压、即平滑电容器31的两端电压进行检测的直流电压检测单元24，该直流电压检测单元24与微型机等控制装置20连接。
有源转换器40由半导体元件等构成，具有对从交流电源10供给的交流电压进行整流并升压至任意的直流电压的功能，并将该升压了的直流电压输出到直流负载30。此时，由有源转换器40输出的直流电压通过平滑电容器31进行平滑。另外，有源转换器40在不进行升压动作的情况下，作为通常的无源的二极管桥动作，对从交流电源10供给的交流电压进行整流。
另外，构成有源转换器40的半导体元件例如也可以由SiC、GaN或者金刚石等宽带隙半导体构成。
控制装置20接收由直流电压检测单元24检测出的平滑电容器31的两端电压的电压信息。另外，控制装置20具备对有源转换器40输出的直流电压进行控制的有源转换器控制部21、对利用开关单元12的旁路动作进行控制的开关控制部22、以及对作为由半导体开关元件构成的逆变器等的直流负载30的动作进行控制而可以立即停止的直流负载控制部23。
(冲击电流抑制动作)
图2是示出本发明的实施方式1的电力变换装置中的从瞬时停电至恢复电力的平滑电容器31的两端电压(以下，称为母线电压Vdc)的推移和冲击电流抑制动作的图。在图2中，示出了进行与有源转换器40不实施升压动作的无源的二极管桥等同的动作的情况的例子。
如图2所示，如果发生瞬时停电，则来自交流电源10的交流电压的供给停止，向平滑电容器31的充电动作也停止，所以电流从平滑电容器31流向直流负载30而放电，母线电压Vdc降低。此时，控制装置20在判定为由直流电压检测单元24检测出的母线电压Vdc为规定的基准电压以下的情况下，针对直流负载控制部23，使直流负载30的动作停止。由此，可以抑制平滑电容器31的两端电压、即母线电压Vdc的降低，通过利用开关控制部22的开关单元12的断开动作，抑制在切换到经由电流限制电阻11的路径之前的期间恢复电力了的情况的冲击电流。此时，控制装置20针对开关控制部22使开关单元12的断开动作实施的定时既可以是母线电压Vdc成为基准电压以下的情况，也可以根据其他条件使开关单元12的断开动作实施。
此时，需要使从瞬时停电恢复电力时的输入到有源转换器40的交流电压的作为产品规定的最大值、与刚要从瞬时停电恢复电力之前的母线电压Vdc之差ΔVin，小于有源转换器40中的半导体元件的针对冲击电流的耐电流性的ΔVin的极限值ΔVrush。
图3是示出本发明的实施方式1的电力变换装置中的母线电压Vdc与基准电压的关系的图。以下，参照图3，说明上述基准电压的设定方法。
在有源转换器40没有实施升压动作的情况下，如上所述，作为通常的无源的二极管桥动作，对从交流电源10供给的交流电压进行整流。此时，针对作为由有源转换器40整流后的直流电压的母线电压Vdc，通过直流电压检测单元24进行检测，控制装置20从该检测出的母线电压Vdc，减去考虑了由于直流负载30的变动、或者起因于电压脉动等的有源转换器40的输出电压的变动而引起的误探测的余量(margin)，进而根据通过母线电压Vdc推算输入到有源转换器40的交流电源10的交流电压而得到的值，设定差ΔVin不超过极限值ΔVrush那样的基准电压。此处，控制装置20例如通过将由直流电压检测单元24检测出的母线电压Vdc除以2的平方根，推算交流电源10的交流电压。控制装置20判断为该推算出的交流电压是从瞬时电压恢复电力时的交流电源10的交流电压。如果在有源转换器40不实施升压动作的期间中，控制装置20针对每规定时间实施以上那样的基准电压的设定动作，则还可以应对交流电源10输出的交流电压(一次电压)的变动，可以设定与该变动的交流电压对应的基准电压。
另外，控制装置20也可以设置检测交流电源10的交流电压的单元并使用该检测出的交流电压值，而代替使用根据由直流电压检测单元24检测出的母线电压Vdc推算交流电源10的交流电压。
接下来，在有源转换器40实施升压动作，而所输出的直流电压升压了的情况下，由直流电压检测单元24检测该升压了的直流电压而作为母线电压Vdc，控制装置20从该检测出的母线电压Vdc，减去考虑了由于直流负载30的变动、或者起因于电压脉动等的有源转换器40的输出电压的变动而引起的误探测的余量，来设定基准电压。即，如图3所示，通过有源转换器控制部21，每当有源转换器40的输出电压(母线电压Vdc)变动时，使基准电压也连动地变动。
另外，控制装置20也可以在根据由直流电压检测单元24检测出的母线电压Vdc，判断为有源转换器40的输出电压升压为任意的直流电压的情况下，从该任意的直流电压，减去考虑了由于直流负载30的变动、或者起因于电压脉动等的有源转换器40的输出电压的变动而引起的误探测的余量，来设定基准电压。
图4是示出在本发明的实施方式1的电力变换装置的有源转换器40实施了升压动作的情况下的从瞬时停电至恢复电力的母线电压Vdc的推移和冲击电流抑制动作的图。
如图4所示，在有源转换器40进行升压动作时，升压幅度越大，从瞬时停电恢复电力时的输入到有源转换器40的交流电压的最大值、与刚要从瞬时停电恢复电力之前的母线电压Vdc之差即ΔVin越小，可以有效地抑制冲击电流。
(使升压动作停止的情况的动作)
图5是示出在本发明的实施方式1的电力变换装置的有源转换器40停止升压动作的情况下使升压电平阶段性地下降的控制的图。以下，参照图5，说明在有源转换器40停止升压动作的情况下使升压电平阶段性地降低的动作。
在有源转换器40停止升压动作，而转移到通常的无源的整流动作的情况下，控制装置20针对有源转换器控制部21，实施使通过有源转换器40得到的升压电平如图5所示阶段性地降低的动作。然后，控制装置20在通过有源转换器40得到的各升压电平下，通过上述方法，设定基准电压。此时，控制装置20判定通过有源转换器控制部21向有源转换器40的升压电平的控制值是否低于由直流电压检测单元24检测出的母线电压Vdc。控制装置20在判定为升压电平的控制值低于母线电压Vdc的情况下，根据该母线电压Vdc推算交流电源10的交流电压，设定基准电压。
通过以上的动作，即使在利用有源转换器40的升压动作期间中，作为一次电压的交流电源10的交流电压变动了的情况下，也可以推算该变动了的交流电压，并根据该推算值，设定基准电压。
(实施方式1的效果)
如以上那样的结构以及动作那样，在控制装置20判定为由直流电压检测单元24检测出的母线电压成为规定的基准电压以下的情况下，通过使直流负载30的动作停止，可以抑制母线电压Vdc的降低，抑制在通过开关单元12的断开动作而切换为经由电流限制电阻11的路径之前恢复电力了的情况的冲击电流。
另外，控制装置20根据有源转换器40的升压电平，从检测出的母线电压Vdc，减去考虑了由于直流负载30的变动、或者起因于电压脉动等的有源转换器40的输出电压的变动而引起的误探测的余量，设定差ΔVin不超过极限值ΔVrush那样的基准电压，从而即使在从瞬时停电至开关单元12进行断开动作的期间恢复电力了的情况下，也可以抑制冲击电流。另外，通过这样抑制冲击电流，可以实现构成有源转换器40的半导体元件的小型化，可以实现低成本化。特别地，在该半导体元件由昂贵的SiC、GaN或者金刚石等宽带隙半导体等构成的情况下，通过小型化实现的低成本化的效果变高。
另外，通过控制装置20根据有源转换器40的升压电平的变动，使基准电压也连动地变动，升压幅度越大，从瞬时停电恢复电力时的输入到有源转换器40的交流电压的最大值、与刚要从瞬时停电恢复电力之前的母线电压Vdc之差即ΔVin越小，可以有效地抑制冲击电流。
在有源转换器40停止升压动作，而转移到通常的无源的整流动作的情况下，控制装置20实施使通过有源转换器40得到的升压电平阶段性地下降的控制，判定通过有源转换器控制部21向有源转换器40设置的升压电平的控制值是否低于母线电压Vdc，从而即使在利用有源转换器40的升压动作期间中，作为一次电压的交流电源10的交流电压变动了的情况下，也可以推算该变动了的交流电压，并根据该推算值来设定基准电压。
Claims (7)
1.一种电力变换装置，其特征在于，具备：
有源转换器，由半导体元件构成，从交流电源接受交流电压的供给，对该交流电压进行整流而升压至任意的直流电压；
平滑电容器，连接到该有源转换器的输出侧，并在其两端连接直流负载，对所述有源转换器输出的直流电压进行平滑；
电流限制电阻，连接在所述交流电源与所述有源转换器之间，限制从所述交流电源流出的电流；
开关单元，与该电流限制电阻并联地连接；
直流电压检测单元，对作为所述平滑电容器的两端电压的母线电压进行检测；以及
控制装置，对所述有源转换器输出的直流电压的升压动作进行控制，
该控制装置在从所述交流电源输出了所述交流电压的情况下，使所述开关单元进行导通动作，在所述交流电源中产生了停电的情况下，使所述开关单元进行断开动作，在判定为由所述直流电压检测单元检测出的所述母线电压为规定的基准电压以下的情况下，使所述直流负载的动作停止，
所述控制装置在每当所述有源转换器的所述母线电压变动时，使所述基准电压也连动地变动。
2.一种电力变换装置，其特征在于，具备：
有源转换器，由半导体元件构成，从交流电源接受交流电压的供给，对该交流电压进行整流而升压至任意的直流电压；
平滑电容器，连接到该有源转换器的输出侧，并在其两端连接直流负载，对所述有源转换器输出的直流电压进行平滑；
电流限制电阻，连接在所述交流电源与所述有源转换器之间，限制从所述交流电源流出的电流；
开关单元，与该电流限制电阻并联地连接；
直流电压检测单元，对作为所述平滑电容器的两端电压的母线电压进行检测；以及
控制装置，对所述有源转换器输出的直流电压的升压动作进行控制，
该控制装置在从所述交流电源输出了所述交流电压的情况下，使所述开关单元进行导通动作，在所述交流电源中产生了停电的情况下，使所述开关单元进行断开动作，在判定为由所述直流电压检测单元检测出的所述母线电压为规定的基准电压以下的情况下，使所述直流负载的动作停止，
所述控制装置根据从所述有源转换器输出的直流电压的电压电平，设定所述基准电压。
3.根据权利要求1或者2所述的电力变换装置，其特征在于，
所述控制装置在所述有源转换器实施升压动作的情况下，减去考虑了由于所述有源转换器的输出电压的变动而引起的误探测的余量，来设定所述基准电压。
4.根据权利要求1或者2所述的电力变换装置，其特征在于，
所述控制装置在所述有源转换器不实施升压动作，而实施所述交流电压的整流动作的情况下，根据由所述直流电压检测单元检测出的所述母线电压，推算所述交流电源的所述交流电压，减去考虑了由于所述有源转换器的输出电压的变动而引起的误探测的余量，并且根据所推算出的所述交流电压值，设定所述基准电压。
5.根据权利要求1或者2所述的电力变换装置，其特征在于，
所述控制装置在停止所述有源转换器的升压动作而转移到整流动作的情况下，使升压电平阶段性地降低，当判定为在该阶段性地降低了的各状态下针对所述有源转换器的所述升压电平的控制值低于由所述直流电压检测单元检测出的所述母线电压的情况下，根据该母线电压，推算所述交流电源的所述交流电压，根据该推算出的该交流电压值，设定所述基准电压。
6.根据权利要求1或者2所述的电力变换装置，其特征在于，
所述半导体元件是宽带隙半导体。
7.根据权利要求6所述的电力变换装置，其特征在于，
所述宽带隙半导体是SiC、GaN或者金刚石。
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