CN104034997A - 功率变流器及其短路检测装置与短路检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功率变流器及其短路检测装置与短路检测方法，所述短路检测装置包含线圈及处理电路。线圈用以检测流经功率半导体开关的电流的电流变化所产生的磁场变化，并根据磁场变化而产生感应电动势，当电流的电流变化率大于预设值时，处理电路用以根据感应电动势而产生短路信号，俾以根据短路信号而关闭功率半导体开关。

Description

功率变流器及其短路检测装置与短路检测方法
技术领域
本发明涉及一种检测装置及检测方法，且特别涉及一种功率变流器、短路检测装置及短路检测方法。
背景技术
全控型功率半导体其中之一的绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor,IGBT)具有输入阻抗高、开关速度快、驱动电路简单、通态压降小、耐压程度高、耐电流程度高等优点，因而广为业界所采用。
然而，绝缘栅双极晶体管具有退饱和特性，一旦绝缘栅双极晶体管短路而退出饱和区进入线性区，其损耗会大幅度地上升，严重影响采用绝缘栅双极晶体管的电子装置的特性。
由此可见，上述现有的方式，显然仍存在不便与缺陷，而有待改进。为了解决上述问题，相关领域莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来仍未发展出适当的解决方案。
发明内容
发明内容旨在提供本公开内容的简化摘要，以使阅读者对本公开内容具备基本的理解。此发明内容并非本公开内容的完整概述，且其用意并非在指出本发明实施例的重要/关键元件或界定本发明的范围。
本发明内容的一目的是在提供一种功率变流器及其短路检测装置与短路检测方法，藉以改善现有技术所存在的问题。
为达上述目的，本发明内容之一技术态样涉及一种短路检测装置，此短路检测装置包含线圈及处理电路。线圈用以检测流经功率半导体开关单元的电流的电流变化所产生的磁场变化，并根据磁场变化而产生感应电动势，当电流的电流变化率大于预设值时，处理电路用以根据感应电动势而产生短路信号，俾以根据短路信号而关闭功率半导体开关单元。
为达上述目的，本发明内容的另一技术态样涉及一种功率变流器，此功率变流器包含功率半导体开关单元及短路检测装置，短路检测装置包含线圈。短路检测装置利用线圈以检测流经功率半导体开关单元的电流的电流变化所产生的磁场变化，其中当电流的电流变化率大于预设值时，短路检测装置根据磁场变化而产生短路信号。功率变流器根据短路信号以关闭功率半导体开关单元。
为达上述目的，本发明内容的再一技术态样涉及一种短路检测方法。此短路检测方法包含：
检测流经功率半导体开关的电流的电流变化所产生的磁场变化，并根据磁场变化而产生感应电动势；以及
当电流的电流变化率大于预设值时，根据感应电动势而产生短路信号，俾以根据短路信号而关闭功率半导体开关。
在参阅下文实施方式后，本发明所属技术领域中的技术人员当可轻易了解本发明的基本精神及其他发明目的，以及本发明所采用的技术手段与实施态样。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1绘示依照本发明一实施例的一种功率半导体开关及其相应的短路检测装置的示意图。
图2依照本发明另一实施例绘示一种如图1所示的短路检测装置的电路方框示意图。
图3依照本发明再一实施例绘示一种如图1所示的短路检测装置的电路示意图。
图4依照本发明又一实施例绘示一种如图1所示的短路检测装置的示意图。
图5绘示依照本发明另一实施方式的一种短路检测方法流程图。
根据惯常的作业方式，图中各种特征与元件并未依比例绘制，其绘制方式是为了以最佳的方式呈现与本发明相关的具体特征与元件。此外，在不同附图间，以相同或相似的元件符号来指称相似的元件/部件。
其中，附图标记说明如下:
100、100a：短路检测装置 700：接地端
110：线圈 800：母排
110A～110C：线圈 800A～800B：母排
112：第一输出端 900：功率半导体开关
114：第二输出端 900A～900C：功率半导体开关
120：处理电路 CMP：比较单元
121：输入端 D1～D4：二极管
122：共模抑制单元 R1～R7：电阻
123：输入端 SCP：短路信号
124：共模抑制电路 Sout：输出电压信号
126：第一箝位电路 Ve：感应电动势
128：第二箝位电路 Vcc：电源
500：方法
510～520：步骤
600A～600C：散热元件
具体实施方式
为了使本公开内容的叙述更加详尽与完备，下文针对了本发明的实施态样与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其他具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。
除非本说明书另有定义，此处所用的科学与技术词汇的含义与本发明所属技术领域中的技术人员所理解与惯用的意义相同。此外，在不和上下文冲突的情形下，本说明书所用的单数名词涵盖该名词的复数型；而所用的复数名词时亦涵盖该名词的单数型。
另外，关于本文中所使用的“耦接”，可指二或多个元件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，亦可指二或多个元件相互操作或动作。
为解决功率半导体开关短路而导致损耗大幅度上升的问题，本发明提出一种短路检测装置，此短路检测装置能准确地检测出功率半导体开关的短路状态，进而输出短路信号以关闭功率半导体开关，如此，即可避免功率半导体开关短路而导致损耗大幅度上升。上述短路检测装置将以附图及实施例以例示性地说明如后。
请参阅图1，其是依照本发明一实施例绘示一种功率半导体开关900及其相应的短路检测装置100的示意图。如图所示，短路检测装置100包含线圈110及处理电路120。于结构上，线圈110电性耦接于处理电路120。于电性操作上，线圈110用以检测流经功率半导体开关900的电流i的电流变化所产生的磁场变化ΔB，并根据磁场变化ΔB而产生感应电动势Ve，当电流i的电流变化率大于预设值时，处理电路120用以根据感应电动势Ve而产生短路信号SCP，俾以根据短路信号SCP而关闭功率半导体开关900。然本发明实施例的短路检测装置100并不以图1所示的结构为限，其仅用以例示性地阐释本发明的实现方式之一。此外，上述预设值可视实际需求而设定。
这里主要说明的是，上述线圈110与电流互感器(Current Transformer,CT)的区别：线圈110不同于电流互感器，其不具备磁芯元件，直接由导电线绕制而成，其用以检测电流变化率，其输出的为电压信号，连接的网络阻抗一般较大，适用于短路保护，且安装方便。CT的一次侧与二次侧绕组通过磁芯元件，磁芯体积较大，安装不方便，且CT运用变压器原理，一次侧的电流值与二次侧的电流值成一个比例关系，其二次侧输出是电流信号，其连接的是一个低阻的网络，且二次侧不允许开路，CT一般用于电流采样，可用于过流保护。
如上所述，本发明所提出的短路检测装置100得以有效地利用线圈110检测出功率半导体开关900的状态，处理电路120会根据功率半导体开关900的短路状态而输出短路信号SCP，进而直接或间接将功率半导体开关900关闭，避免功率半导体开关900短路而导致损耗大幅度上升，以免影响采用功率半导体开关900的电子装置的特性。进一步来说，本发明实施例的线圈110可有效地应用于检测功率半导体开关900在短路情形下的电流变化。
在一实施例中，功率半导体开关900为绝缘栅双极晶体管(Insulated GateBipolar Transistor,IGBT)或其他全控型功率半导体开关，而本发明实施例的短路检测装置100能够在绝缘栅双极晶体管的短路电流上升的阶段就检测出短路状态，不需等到绝缘栅双极晶体管进入退饱和状态才能检测出短路状态，因此，短路检测装置100的检测速度较快。其次，短路检测装置100可在短路电流上升的阶段就检测出短路状态，进而关闭绝缘栅双极晶体管，因而绝缘栅双极晶体管的关闭电流较小。再者，短路检测装置100采用线圈110来进行检测，此线圈110的面积及匝数均可视需求而进行调整，据此，短路检测装置100可检测到较大范围的电流变化，使得短路检测装置100的应用层面更广。
图2是依照本发明另一实施例绘示一种如图1所示的短路检测装置100的电路方框示意图。如图所示，处理电路120进一步包含共模抑制单元122及比较单元CMP。于结构上，共模抑制单元122耦接于线圈110及比较单元CMP之间。于电性操作上，共模抑制单元122用以对感应电动势Ve进行处理而产生输出电压信号Sout，比较单元CMP用以根据输出电压信号Sout而产生短路信号SCP。然本发明实施例的短路检测装置100并不以图2所示的结构为限，其仅用以例示性地阐释本发明的实现方式之一。
图3是依照本发明再一实施例绘示一种如图1所示的短路检测装置100的电路示意图。如图所示，线圈110包含第一输出端112及第二输出端114。于电性操作上，线圈110根据磁场变化ΔB于第一输出端112和第二输出端114产生感应电动势Ve。
另一方面，处理电路120包含共模抑制单元122及比较单元CMP，进一步而言，共模抑制单元122包含共模抑制电路124，比较单元CMP包含非反相输入端及反相输入端。于结构上，共模抑制电路124的输入端121及123分别耦接于线圈110的第一输出端112及第二输出端114，共模抑制电路124的输出端耦接于比较单元CMP的反相输入端及非反相输入端。于电性操作上，共模抑制电路124用以接收并对感应电动势Ve进行处理，以分别产生第一输出电压信号和第二输出电压信号。比较单元CMP用以比较第一输出电压信号与第二输出电压信号以产生短路信号SCP。
在一实施例中，请参阅图3，比较单元CMP的反相输入端用以接收第一输出电压信号，比较单元CMP的非反相输入端用以接收第二输出电压信号。此外，当电流的电流变化率大于预设值时，第二输出电压信号大于第一输出电压信号，比较单元CMP于第二输出电压信号大于第一输出电压信号的状况下产生短路信号SCP。
请参阅图3，在另一实施例中，共模抑制电路124包含第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5及第六电阻R6，进一步而言，上述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5及第六电阻R6皆包含第一端及第二端。于结构上，第一电阻R1的第一端耦接于共模抑制电路124的输入端121，第二电阻R2的第一端耦接于第一电阻R1的第二端，第二电阻R2的第二端用以耦接电源Vcc，第三电阻R3的第一端用以耦接接地端700，第三电阻R3的第二端用以耦接于第一电阻R1的第二端，第四电阻R4的第一端耦接于共模抑制电路124的输入端123，第五电阻R5的第一端耦接于第四电阻R4的第二端，第五电阻R5的第二端用以耦接接地端700，第六电阻R6的第一端耦接于第四电阻R4的第二端和第五电阻R5的第一端，第六电阻R6的第二端用以耦接于接地端700。然本发明并不以图3所示的结构为限，其仅用以例示性地说明本发明的实现方式之一。
在进行比较单元CMP的电性操作的说明之前，先行说明采用线圈110来进行短路检测的原理，以利于理解本发明的操作状况。请参阅图1，母排800电性耦接于功率半导体开关900，短路检测装置100的线圈110可配置邻近于母排800。一旦功率半导体开关900短路，则流经母排800的电流i会快速上升，线圈110即可检测电流i所产生的磁场变化△B。假设dA为线圈110内的面元，此面元与母排的距离为r，则短路电流i与面元上所产生的磁场B的关系式如下：
2π·r·B/μ0＝i...公式1
此外，线圈110的磁通的关系式如下：
φ = ∫ A N · B · dA = N · μ 0 · i 2 π · ∫ A 1 r · dA …公式2
假设线圈110的形状已知，线圈110与母排800的相对关系已知，则为一定值C，由此可得线圈110输出端的感应电动势的关系式如下：
V e = dφ dt = N · μ 0 · C 2 π · di dt …公式3
请参阅公式3，若线圈110的匝数、面积及其与母排800的相对位置确定，则线圈110输出端的感应电动势Ve会与短路电流成正比。
于了解检测的原理后，请参阅图3，若短路电流为0，线圈110的感应电动势Ve为0，经共模抑制电路124处理后，将使得第二输出电压信号小于第一输出电压信号，比较单元CMP相应地输出低电平信号。此外，若短路电流的关系为则第二输出电压信号依旧小于第一输出电压信号，比较单元CMP相应地输出低电平信号。然而，需注意的是，此时两者的压差减小。
再者，若短路电流的关系为则第二输出电压信号将大于第一输出电压信号，比较单元CMP将会输出高电平信号，亦即比较单元CMP将会输出短路信号SCP。另外，若短路电流的关系为则比较单元CMP相应地输出低电平信号。然而，需注意的是，第二输出电压信号与第一输出电压信号之间的压差将会增大。
总结而论，若短路电流大于预设阀值，则第二输出电压信号将大于第一输出电压信号，此时比较单元CMP将会输出短路信号SCP，进而关闭功率半导体开关900。在此需说明的是，上述预设阀值可依据实际来预先设定。
请参阅图3，在一实施例中，共模抑制单元122还包含第一箝位电路126及第二箝位电路128。于结构上，第一箝位电路126耦接于共模抑制电路124的输出端与比较单元CMP的反相输入端，第二箝位电路128耦接于共模抑制电路124输出端与比较单元CMP的非反相输入端。于操作上，第一箝位电路126用以将第一输出电压信号控制于第一预设范围内，第二箝位电路128用以将第二输出电压信号控制于第二预设范围内。举例而言，第一箝位电路126可对第一输出电压信号进行控制，而使第一输出电压信号符合以下关系式：
0≤V-≤Vcc…关系式1
在上述关系式1中，Vcc代表电源供应电压，V-代表第一输出电压信号，因此，第一箝位电路126可控制第一输出电压信号，使其小于等于电源供应电压而大于等于零。
此外，第二箝位电路128可对第二输出电压信号进行控制，而使第二输出电压信号符合以下关系式：
0≤V+≤Vcc…关系式2
在上述关系式2中，Vcc同样代表电源供应电压，V+代表第二输出电压信号，因此，第二箝位电路128可控制第二输出电压信号，使其小于等于电源供应电压而大于等于零。
于结构上，举例而言，第一箝位电路126包含第一二极管D1及第二二极管D2。第一二极管D1及第二二极管D2皆包含第一端及第二端。第一二极管D1的第一端耦接于比较单元CMP的反相输入端，第一二极管D1的第二端用以耦接电源Vcc，第二二极管D2的第一端用以耦接接地端700，第二二极管D2的第二端耦接于比较单元CMP的反相输入端。
另一方面，第二箝位电路128包含第三二极管D3及第四二极管D4。第三二极管D3及第四二极管D4均包含第一端及第二端。第三二极管D3的第一端耦接于比较单元CMP的非反相输入端，第三二极管D3的第二端用以耦接电源Vcc，第四二极管D4的第一端用以耦接接地端700，第四二极管D4的第二端耦接于比较单元CMP的非反相输入端。然而第一箝位电路126及第二箝位电路128并不以图3所示的结构为限，其仅用以例示性地说明本发明的实现方式之一。
在一实施例中，本发明实施例的短路检测装置100可应用于高压大功率领域，例如中高压变频器、风力发电、轻型直流输电技术等。在此，将上述应用的装置统称为功率变流器，则如图1所示，功率变流器(图中未示)包含功率半导体开关900及短路检测装置100，进一步而言，短路检测装置100包含线圈110。于电性操作上，短路检测装置100利用线圈110以检测流经功率半导体开关900的电流的电流变化所产生的磁场变化△B，其中短路检测装置100根据磁场变化△B而产生短路信号SCP。功率变流器可根据短路信号SCP以关闭功率半导体开关900，避免功率半导体开关短路而导致损耗大幅度上升。
图4是依照本发明又一实施例绘示一种如图1所示的短路检测装置的部分结构示意图。如图所示，短路检测装置100a包含线圈110A～110C及母排800A～800B，此外，短路检测装置100a可用以检测功率半导体开关900A～900C。在结构上，母排800A耦接于功率半导体开关900A及功率半导体开关900B，使得功率半导体开关900A与功率半导体开关900B串联。此外，母排800B耦接于功率半导体开关900B及功率半导体开关900C，使得体开关900B与功率半导体开关900C串联。再者，线圈110A～110B配置邻近于母排800A，线圈110B～110C配置邻近于母排800B，而线圈110B配置邻近于母排800A和母排800B之间。另外，标号600A～600C的元件为散热元件。
图5绘示依照本发明又一实施方式的一种短路检测方法500流程图。如图所示，短路检测方法500包含：
步骤510：检测流经功率半导体开关的电流的电流变化所产生的磁场变化，并根据磁场变化而产生感应电动势；以及
步骤520：当电流的电流变化率大于预设值时，根据感应电动势而产生短路信号，俾以根据短路信号而关闭功率半导体开关。
为使本发明实施例的短路检测方法500易于理解，请一并参照图1及图5。于步骤510中，可藉由线圈110以检测流经功率半导体开关900的电流的电流变化所产生的磁场变化△B，并根据磁场变化△B而产生感应电动势Ve。随后，请参阅步骤520，可藉由处理电路120来执行步骤520，当电流的电流变化率大于预设值时，处理电路120根据感应电动势而产生短路信号，俾以根据短路信号SCP而关闭功率半导体开关900。然本发明实施例的短路检测方法500的步骤并不限于由上述装置来执行，其仅用以例示性地说明本发明的实现方式之一。
在一实施例中，请参阅步骤520，更可藉由图2所示的共模抑制单元122来对感应电动势Ve进行处理而产生输出电压信号Sout。接着，更可藉由比较单元CMP根据输出电压信号Sout而产生短路信号SCP。
在另一实施例中，请一并参阅图3与图5，上述步骤520中根据感应电动势Ve而产生短路信号SCP的步骤包含：藉由共模抑制单元122对感应电动势进行处理，以分别产生第一输出电压信号和第二输出电压信号；以及藉由比较单元CMP比较第一输出电压信号与第二输出电压信号以产生短路信号SCP。举例而言，可由比较单元CMP于比较第一输出电压信号与第二输出电压信号后，在第二输出电压信号大于第一输出电压信号的状况下产生短路信号SCP，其中，当电流的电流变化率大于预设值时，第二输出电压信号大于第一输出电压信号。然而，本发明的短路检测方法500产生短路信号SCP的条件并不以上述为限，此条件当可视实际需求而定。
请继续参阅图3及图5，前述短路检测方法500包含：控制第一输出电压信号于第一预设范围内，此步骤可藉由第一箝位电路126来完成。此外，前述短路检测方法500包含：控制第二输出电压信号于第二预设范围内，此步骤则可藉由第二箝位电路128来执行。
需说明的是，图5所示的短路检测方法500的步骤并不限定由短路检测装置100的元件来执行，以上实施例仅用以说明本发明的实现方式的一，本发明实施例的短路检测方法500的范围当视权利要求而定。
如上所述的短路检测方法500皆可由软件、硬件与/或固件来执行。举例来说，若以执行速度及精确性为首要考虑，则基本上可选用硬件与/或固件为主；若以设计弹性为首要考虑，则基本上可选用软件为主；或者，可同时采用软件、硬件及固件协同作业。应了解到，以上所举的这些例子并没有所谓孰优孰劣之分，亦并非用以限制本发明，本领域的技术人员当视当时需要弹性设计之。
再者，所属技术领域中的技术人员当可明白，短路检测方法500中的各步骤依其执行的功能予以命名，仅是为了让本案的技术更加明显易懂，并非用以限定该等步骤。将各步骤予以整合成同一步骤或分拆成多个步骤，或者将任一步骤更换到另一步骤中执行，皆仍属于本公开内容的实施方式。
由上述本发明实施方式可知，应用本发明具有下列优点。本发明实施例藉由提供一种功率变流器及其短路检测装置与短路检测方法，藉以检测功率半导体开关的状态，并于功率半导体开关短路的状况下，关闭功率半导体开关。
虽然上文实施方式中揭露了本发明的具体实施例，然其并非用以限定本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不悖离本发明的原理与精神的情形下，当可对其进行各种更动与修饰，因此本发明的保护范围当以附随申请专利范围所界定者为准。

Claims (33)

1.一种短路检测装置，其特征在于，包含：
一线圈，用以检测流经一功率半导体开关单元的电流的电流变化所产生的一磁场变化，并根据该磁场变化而产生一感应电动势；以及
一处理电路，当该电流的电流变化率大于一预设值时，该处理电路用以根据该感应电动势而产生一短路信号，俾以根据该短路信号而关闭该功率半导体开关单元。
2.如权利要求1所述的短路检测装置，其中该处理电路包含：
一共模抑制单元，用以对该感应电动势进行处理而产生一输出电压信号；以及
一比较单元，用以根据该输出电压信号而产生该短路信号。
3.如权利要求1所述的短路检测装置，其中该线圈包含：
一第一输出端，以及
一第二输出端，其中该线圈根据该磁场变化于该第一输出端和该第二输出端产生该感应电动势；
其中该处理电路包含：
一共模抑制单元，用以接收并对该感应电动势进行处理，以分别产生一第一输出电压信号和一第二输出电压信号；以及
一比较单元，用以比较该第一输出电压信号与该第二输出电压信号以产生该短路信号。
4.如权利要求3所述的短路检测装置，其中该比较单元包含：
一反相输入端，用以接收该第一输出电压信号；以及
一非反相输入端，用以接收该第二输出电压信号；
其中当该电流的电流变化率大于该预设值时，该第二输出电压信号大于该第一输出电压信号，该比较单元于该第二输出电压信号大于该第一输出电压信号的状况下产生该短路信号。
5.如权利要求4所述的短路检测装置，其中该共模抑制单元包含：
一共模抑制电路，该共模抑制电路的输入端耦接于该线圈的该第一输出端和该线圈的该第二输出端，该共模抑制电路的输出端耦接于该比较单元的该反相输入端和该比较单元的该非反相输入端。
6.如权利要求5所述的短路检测装置，其中该共模抑制电路包含：
一第一电阻，包含一第一端及一第二端，其中该第一电阻的该第一端耦接于该共模抑制电路的输入端；
一第二电阻，包含一第一端及一第二端，其中该第二电阻的该第一端耦接于该第一电阻的该第二端，该第二电阻的该第二端用以耦接一电源；
一第三电阻，包含一第一端及一第二端，其中该第三电阻的该第一端用以耦接一接地端，该第三电阻的该第二端用以耦接于该第一电阻的该第二端。
一第四电阻，包含一第一端及一第二端，其中该第四电阻的该第一端耦接于该共模抑制电路的输入端；
一第五电阻，包含一第一端及一第二端，其中该第五电阻的该第一端耦接于该第四电阻的该第二端，该第五电阻的该第二端用以耦接该接地端；以及
一第六电阻，包含一第一端及一第二端，其中该第六电阻的该第一端耦接于该第四电阻的该第二端和该第五电阻的该第一端，该第六电阻的该第二端用以耦接于该接地端。
7.如权利要求5所述的短路检测装置，其中该共模抑制单元还包含：
一第一箝位电路，耦接于该共模抑制电路的该输出端与该比较单元的该反相输入端，用以将该第一输出电压信号控制于一第一预设范围内；以及
一第二箝位电路，耦接于该共模抑制电路的输出端与该比较单元的该非反相输入端，用以将该第二输出电压信号控制于一第二预设范围内。
8.如权利要求7所述的短路检测装置，其中该第一箝位电路包含：
一第一二极管，包含一第一端及一第二端，其中该第一二极管的该第一端耦接于该比较单元的该反相输入端，该第一二极管的该第二端用以耦接一电源；以及
一第二二极管，包含一第一端及一第二端，其中该第二二极管的该第一端用以耦接一接地端，该第二二极管的该第二端耦接于该比较单元的该反相输入端。
9.如权利要求7所述的短路检测装置，其中该第二箝位电路包含：
一第三二极管，包含一第一端及一第二端，其中该第三二极管的该第一端耦接于该比较单元的该非反相输入端，该第三二极管的该第二端用以耦接一电源；以及
一第四二极管，包含一第一端及一第二端，其中该第四二极管的该第一端用以耦接一接地端，该第四二极管的该第二端耦接于该比较单元的该非反相输入端。
10.如权利要求1-9任一项所述的短路检测装置，其中该功率半导体开关单元为全控型功率半导体开关。
11.如权利要求1-9任一项所述的短路检测装置，还包含：
一母排，耦接于该功率半导体开关单元，其中该线圈配置邻近于该母排。
12.如权利要求1-9任一项所述的短路检测装置，其中该功率半导体开关单元包含：
一第一功率半导体开关；以及
一第二功率半导体开关，耦接于该第一功率半导体开关。
13.如权利要求12所述的短路检测装置，还包含
一第一母排，耦接于该第一功率半导体开关；以及
一第二母排，耦接于该第二功率半导体开关；
其中该线圈配置邻近于该第一母排和该第二母排之间。
14.一种功率变流器，包含：
一功率半导体开关单元；以及
一短路检测装置，包含一线圈，其中该短路检测装置利用该线圈以检测流经该功率半导体开关单元的电流的电流变化所产生的一磁场变化，其中当该电流的电流变化率大于一预设值时，该短路检测装置根据该磁场变化而产生一短路信号；
其中该功率变流器根据该短路信号以关闭该功率半导体开关单元。
15.如权利要求14所述的功率变流器，其中该线圈根据该磁场变化而产生一感应电动势，其中该短路检测装置还包含：
一处理电路，用以根据该感应电动势而产生该短路信号。
16.如权利要求15所述的功率变流器，其中该处理电路包含：
一共模抑制单元，用以对该感应电动势进行处理而产生一输出电压信号；以及
一比较单元，用以根据该输出电压信号而产生该短路信号。
17.如权利要求15所述的功率变流器，其中该线圈包含:
一第一输出端；以及
一第二输出端，其中该线圈根据该磁场变化于该第一输出端和第二输出端产生该感应电动势；
其中该处理电路包含：
一共模抑制单元，用以接收并对该感应电动势进行处理，以分别产生一第一输出电压信号和一第二输出电压信号；以及
一比较单元，用以比较该第一输出电压信号与该第二输出电压信号以产生该短路信号。
18.如权利要求17所述的功率变流器，其中该比较单元包含：
一反相输入端，用以接收该第一输出电压信号；以及
一非反相输入端，用以接收该输出电压信号；
其中当该电流的电流变化率大于该预设值时，该第二输出电压信号大于该第一输出电压信号，该比较单元于该第二输出电压信号大于该第一输出电压信号的状况下产生该短路信号。
19.如权利要求18所述的功率变流器，其中该共模抑制单元包含：
一共模抑制电路，该共模抑制电路的输入端耦接于该线圈的该第一输出端和该线圈的该第二输出端，该共模抑制电路的输出端耦接于该比较单元的该反相输入端和该比较单元的该非反相输入端。
20.如权利要求19所述的功率变流器，其中该共模抑制电路包含：
一第一电阻，包含一第一端及一第二端，其中该第一电阻的该第一端耦接于该共模抑制电路的输入端；
一第二电阻，包含一第一端及一第二端，其中该第二电阻的该第一端耦接于该第一电阻的该第二端，该第二电阻的该第二端用以耦接一电源；
一第三电阻，包含一第一端及一第二端，其中该第三电阻的该第一端用以耦接一接地端，该第三电阻的该第二端用以耦接于该第一电阻的该第二端；
一第四电阻，包含一第一端及一第二端，其中该第四电阻的该第一端耦接于该共模抑制电路的输入端；
一第五电阻，包含一第一端及一第二端，其中该第五电阻的该第一端耦接于该第四电阻的该第二端，该第五电阻的该第二端用以耦接该接地端；以及
一第六电阻，包含一第一端及一第二端，其中该第六电阻的该第一端耦接于该第四电阻的该第二端和该第五电阻的该第一端，该第六电阻的该第二端用以耦接于该接地端。
21.如权利要求19所述的功率变流器，其中该共模抑制单元还包含：
一第一箝位电路，耦接于该共模抑制电路的该输出端与该比较单元的该反相输入端，用以将该第一输出电压信号控制于一第一预设范围内；以及
一第二箝位电路，耦接于该共模抑制电路的输出端与该比较单元的该非反相输入端，用以将该第二输出电压信号控制于一第二预设范围内。
22.如权利要求21所述的功率变流器，其中该第一箝位电路包含：
一第一二极管，包含一第一端及一第二端，其中该第一二极管的该第一端耦接于该比较单元的该反相输入端，该第一二极管的该第二端用以耦接一电源；以及
一第二二极管，包含一第一端及一第二端，其中该第二二极管的该第一端用以耦接一接地端，该第二二极管的该第二端耦接于该比较单元的该反相输入端。
23.如权利要求21所述的功率变流器，其中该第二箝位电路包含：
一第三二极管，包含一第一端及一第二端，其中该第三二极管的该第一端耦接于该比较单元的该非反相输入端，该第三二极管的该第二端用以耦接一电源；以及
一第四二极管，包含一第一端及一第二端，其中该第四二极管的该第一端用以耦接一接地端，该第四二极管的该第二端耦接于该比较单元的该非反相输入端。
24.如权利要求14～23任一项所述的功率变流器，其中该功率半导体开关单元为全控型功率半导体开关。
25.如权利要求14～23任一项所述的功率变流器，还包含：
一母排，耦接于该功率半导体开关单元，其中该线圈配置邻近于该母排。
26.如权利要求14-23任一项所述的功率变流器，其中该功率半导体开关单元包含：
一第一功率半导体开关；以及
一第二功率半导体开关，耦接于该第一功率半导体开关。
27.如权利要求26所述的功率变流器，还包含
一第一母排，耦接于该第一功率半导体开关；以及
一第二母排，耦接于该第二功率半导体开关；
其中该线圈配置邻近于该第一母排和该第二母排之间。
28.一种短路检测方法，包含：
检测流经该功率半导体开关的电流的电流变化所产生的一磁场变化，并根据该磁场变化而产生一感应电动势；以及
当该电流的电流变化率大于一预设值时，根据该感应电动势而产生一短路信号，俾以根据该短路信号而关闭一功率半导体开关。
29.如权利要求28所述的短路检测方法，其中根据该感应电动势而产生该短路信号的步骤包含：
对该感应电动势进行处理而产生一输出电压信号；以及
根据该输出电压信号而产生该短路信号。
30.如权利要求28所述的短路检测方法，其中根据该感应电动势而产生该短路信号的步骤包含：
对该感应电动势进行处理，以分别产生一第一输出电压信号和一第二输出电压信号；以及
比较该第一输出电压信号与该第二输出电压信号以产生该短路信号。
31.如权利要求30所述的短路检测方法，其中比较该第一输出电压信号与该第二输出电压信号以产生该短路信号的步骤包含：
当该电流的电流变化率大于该预设值时，该第二输出电压信号大于该第一输出电压信号，于该第二输出电压信号大于该第一输出电压信号的状况下产生该短路信号。
32.如权利要求30所述的短路检测方法，还包含：
控制该第一输出电压信号于一第一预设范围内；以及
控制该第二输出电压信号于一第二预设范围内。
33.如权利要求28～32任一项所述的短路检测方法，其中该功率半导体开关为全控型功率半导体开关。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107526003A (zh) * 2017-07-20 2017-12-29 北京天泰怡和科技有限公司 智能配电网自动化分析系统
CN108599280A (zh) * 2018-05-02 2018-09-28 华北电力大学 直流输电系统限流器在线取电电路及系统
CN108983079A (zh) * 2017-06-05 2018-12-11 通用电气公司 故障检测装置、系统及方法
CN111313874A (zh) * 2020-03-18 2020-06-19 上海海事大学 一种用于SiC MOSFET的电流检测装置及短路保护方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018001515A1 (en) 2016-07-01 2018-01-04 Abb Schweiz Ag Detection of high current time derivatives in a cell of a modular multilevel converter
DE102018119916A1 (de) 2018-08-16 2020-02-20 Eaton Intelligent Power Limited Elektrische AC/DC-Umwandlungs-Anordnung

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020180417A1 (en) * 2001-04-02 2002-12-05 Sentec Limited, A Great Britain Corporation Current Sensor
EP1206705B1 (en) * 1999-08-06 2004-02-04 Sentec Ltd. Current sensor
CN101221196A (zh) * 2007-01-10 2008-07-16 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 一种电压电流传感器
CN101336378A (zh) * 2006-01-24 2008-12-31 森泰克有限公司 电流传感器
CN202309038U (zh) * 2011-10-25 2012-07-04 杭州日鼎控制技术有限公司 大功率变频装置igbt短路保护电路
CN202815136U (zh) * 2012-09-03 2013-03-20 北京合康亿盛变频科技股份有限公司 一种中、高压大功率igbt的低成本短路检测电路
CN103036415A (zh) * 2011-09-29 2013-04-10 台达电子企业管理（上海）有限公司 一种功率半导体开关串联电路及其控制方法
CN103278726A (zh) * 2013-04-25 2013-09-04 合容电器股份有限公司 一种串联电抗器监测及保护装置及方法
CN103683202A (zh) * 2012-09-20 2014-03-26 博世力士乐(西安)电子传动与控制有限公司 一种用于检测变频器输出对地短路的装置和方法
CN103701104A (zh) * 2013-12-30 2014-04-02 长沙奥托自动化技术有限公司 多个igbt短路检测和保护方法及装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4217621A (en) * 1978-09-22 1980-08-12 General Motors Corporation Circuit for detecting diode shorting
TW330319B (en) 1997-06-30 1998-04-21 Ind Tech Res Inst The protection method and apparatus for IGBT
EP1452877A1 (de) * 2003-02-28 2004-09-01 ABB Schweiz AG Kurzschlussdetektion in einer Umrichterschaltung
US8054603B2 (en) * 2008-10-08 2011-11-08 Himax Analogic, Inc. Power converter, short detection circuit thereof, and method for detecting short
CA2718620C (en) 2009-02-20 2013-12-24 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Power conversion device
CN202888814U (zh) 2012-09-29 2013-04-17 北京合康亿盛变频科技股份有限公司 一种igbt短路保护软关断电路
US9274158B2 (en) * 2012-11-15 2016-03-01 Ford Global Technologies, Llc Hybrid/electrical vehicle HV AC system leakage and ground fault detection

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1206705B1 (en) * 1999-08-06 2004-02-04 Sentec Ltd. Current sensor
US20020180417A1 (en) * 2001-04-02 2002-12-05 Sentec Limited, A Great Britain Corporation Current Sensor
CN101336378A (zh) * 2006-01-24 2008-12-31 森泰克有限公司 电流传感器
CN101221196A (zh) * 2007-01-10 2008-07-16 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 一种电压电流传感器
CN103036415A (zh) * 2011-09-29 2013-04-10 台达电子企业管理（上海）有限公司 一种功率半导体开关串联电路及其控制方法
CN202309038U (zh) * 2011-10-25 2012-07-04 杭州日鼎控制技术有限公司 大功率变频装置igbt短路保护电路
CN202815136U (zh) * 2012-09-03 2013-03-20 北京合康亿盛变频科技股份有限公司 一种中、高压大功率igbt的低成本短路检测电路
CN103683202A (zh) * 2012-09-20 2014-03-26 博世力士乐(西安)电子传动与控制有限公司 一种用于检测变频器输出对地短路的装置和方法
CN103278726A (zh) * 2013-04-25 2013-09-04 合容电器股份有限公司 一种串联电抗器监测及保护装置及方法
CN103701104A (zh) * 2013-12-30 2014-04-02 长沙奥托自动化技术有限公司 多个igbt短路检测和保护方法及装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108983079A (zh) * 2017-06-05 2018-12-11 通用电气公司 故障检测装置、系统及方法
CN107526003A (zh) * 2017-07-20 2017-12-29 北京天泰怡和科技有限公司 智能配电网自动化分析系统
CN108599280A (zh) * 2018-05-02 2018-09-28 华北电力大学 直流输电系统限流器在线取电电路及系统
CN111313874A (zh) * 2020-03-18 2020-06-19 上海海事大学 一种用于SiC MOSFET的电流检测装置及短路保护方法

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