CN104052248B - 电力变换装置及其保护信号传递方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种电力变换装置及其保护信号传递方法。该电力变换装置包含功率半导体开关模块、驱动信号传递电路、多个故障检测电路、保护信号传递电路及控制电路。驱动信号传递电路用以接收且根据控制信号产生驱动信号，以驱动功率半导体开关模块。故障检测电路于检测到功率半导体开关其中之一、驱动信号传递电路或两者的结合发生故障时产生故障信号。保护信号传递电路的隔离脉冲变压单元接收根据故障信号产生的相應的故障脉冲信号，并输出保护脉冲信号。控制电路产生控制信号及接收根据保护脉冲信号产生的保护信号，且根据保护信号以产生关闭信号，以关闭功率半导体开关模块。

Description

电力变换装置及其保护信号传递方法
技术领域
本发明涉及一种装置及信号传递方法，且特别涉及一种电力变换装置及其保护信号传递方法。
背景技术
随着科技的进展，电力电子技术日益成熟，电力电子装置因而广泛的应用于各种电子装置中。可靠性是上述电力电子装置最基本的要求，一个可靠的电力电子装置能够于正常工作时稳定的运行，并且在故障时有效的保护电力电子装置，使得电力电子装置不至于损毁。
在电力电子装置故障时，电力电子装置主要是通过光隔离器件或隔离脉冲变压器来传递故障信号。然而，若采用光隔离器件来传递故障信号，电力电子装置的制作成本会增加，且可靠性较低。此外，若采用隔离脉冲变压器来传递故障信号，则需要针对每个功率半导体开关配置独立的隔离脉冲变压器来将其故障信号回传，如此，将导致电力电子装置的结构复杂，不利于生产制造。
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于提供一种电力变换装置及其保护信号传递方法，藉以改善存在于现有技术中的问题。
为达上述目的，本发明内容的一方面涉及一种电力变换装置，其包含功率半导体开关模块、驱动信号传递电路、多个故障检测电路、保护信号传递电路及控制电路。功率半导体开关模块包含多个功率半导体开关。驱动信号传递电路用以接收控制信号，且根据控制信号产生驱动信号，以驱动功率半导体开关模块开通或关闭。该些故障检测电路中的每一个用以对应的检测该些功率半导体开关其中之一、驱动信号传递电路或两者的结合，并于该些功率半导体开关其中之一、驱动信号传递电路或两者的结合发生故障时产生故障信号。保护信号传递电路包含隔离脉冲变压单元，隔离脉冲变压单元接收并根据故障信号产生的相应的故障脉冲信号，并输出保护脉冲信号。控制电路产生控制信号及接收根据该些脉冲信号产生的保护信号，且根据保护信号以产生控制端关闭信号，以关闭功率半导体开关模块。
根据本发明一实施例，前述保护信号传递电路还包含保护信号处理单元，保护信号处理单元电性耦接于隔离脉冲变压单元及控制电路之间，并用以接收保护脉冲信号，其中保护信号处理单元根据保护脉冲信号以产生保护信号，且传递保护信号至控制电路。
根据本发明另一实施例，前述保护信号处理单元同时传递保护信号至控制电路及驱动信号传递电路。
根据本发明再一实施例，前述驱动信号传递电路用以根据保护信号产生驱动端关闭信号，并传递驱动端关闭信号至功率半导体开关模块，以关闭功率半导体开关模块。
根据本发明又一实施例，前述保护信号传递电路还包含多个保护信号生成单元，该些保护信号生成单元中的每一个对应的耦接于该些故障检测电路其中之一，且该些保护信号生成单元电性耦接于隔离脉冲变压单元，其中该些保护信号生成单元根据该故障信号而产生相应的故障脉冲信号。
根据本发明另一实施例，前述隔离脉冲变压单元包含多个脉冲变压器，该些脉冲变压器中的每一个包含输入绕组、磁芯以及输出绕组，其中该些脉冲变压器中的每一个的输入绕组对应的电性耦接于该些保护信号生成单元其中之一，该些脉冲变压器的该些输出绕组依次串联连接，并电性耦接于保护信号处理单元。
根据本发明再一实施例，前述隔离脉冲变压单元包含脉冲变压器，脉冲变压器包含多个输入绕组、磁芯以及输出绕组，其中该些输入绕组的每一个对应的电性耦接于该些保护信号生成单元其中之一，输出绕组电性耦接于保护信号处理单元。
根据本发明又一实施例，前述隔离脉冲变压单元包含多个脉冲变压器，该些脉冲变压器的其中一个包含输入绕组、磁芯以及输出绕组，该些脉冲变压器的其中另一个包含多个输入绕组、磁芯以及输出绕组，其中该些输入绕组的每一个对应的电性耦接于该些保护信号生成单元其中之一，该些输出绕组依次串联连接，并电性耦接于保护信号处理单元。
根据本发明另一实施例，前述驱动信号传递电路包含驱动原边单元、信号磁隔离单元及驱动副边单元。驱动原边单元用以接收控制信号，根据控制信号产生驱动脉冲信号。信号磁隔离单元用以接收并传递驱动脉冲信号。驱动副边单元用以接收驱动脉冲信号，并将驱动脉冲信号转换为驱动信号，以驱动功率半导体开关模块。
根据本发明另一实施例，驱动信号传递电路包含驱动原边单元、信号光隔离单元及驱动副边单元。驱动原边单元用以接收控制信号，并根据控制信号产生原边信号。信号光隔离单元用以接收并传递原边信号。驱动副边单元用以接收原边信号，并将原边信号转换为驱动信号，以驱动功率半导体开关模块。
根据本发明再一实施例，前述驱动副边单元的数量为多个，该些驱动副边单元的每一个对应的电性耦接于功率半导体开关模块的该些功率半导体开关其中之一。
根据本发明另一实施例，前述信号隔离磁单元包含多个驱动脉冲隔离变压器，该些驱动脉冲隔离变压器中的每一个包含一个输入绕组、一个磁芯以及一个输出绕组，其中该些驱动脉冲隔离变压器中的每一个的输出绕组对应的电性耦接于该些驱动副边单元其中之一，该些驱动脉冲隔离变压器的该些输入绕组依次串联连接，并电性耦接于驱动原边单元。
根据本发明又一实施例，信号磁隔离单元包含驱动脉冲隔离变压器，驱动脉冲隔离变压器包含一个输入绕组、一个磁芯以及多个输出绕组，其中该些输出绕组中的每一个对应的电性耦接于该些驱动副边单元其中之一，输入绕组电性耦接于驱动原边单元。
根据本发明另一实施例，信号磁隔离单元包含多个驱动脉冲隔离变压器，该些驱动脉冲隔离变压器的其中一个包含一个输入绕组、一个磁芯以及一个输出绕组，该些驱动脉冲隔离变压器的其中另一个包含一个输入绕组、一个磁芯以及多个输出绕组，其中该些输出绕组的每一个对应的电性耦接于该些驱动副边单元其中之一，该些输入绕组依次串联连接，并电性耦接于该驱动原边单元。
根据本发明再一实施例，该些故障检测电路的每一个包含欠压故障检测电路、过压故障检测电路、短路故障检测电路及过温故障检测电路的其中一个。
根据本发明另一实施例，该些故障检测电路包含多个电源欠压故障检测电路和多个电源过压检测电路，其中该些电源欠压故障检测电路用以检测相应的该些驱动副边单元的电源的欠压故障，该些电源过压检测电路用以检测相应的该些驱动副边单元的电源的过压故障。
根据本发明再一实施例，该些故障检测电路包含多个过压故障检测电路、多个短路故障检测电路及多个过温故障检测电路，其中该些过压故障检测电路用以检测相应的功率半导体开关的过压故障，该些短路故障检测电路用以检测相应的功率半导体开关的短路故障，该些过温故障检测电路用以检测相应的功率半导体开关的过温故障。
根据本发明又一实施例，前述功率半导体开关模块的数量为多个，其中控制电路根据控制端关闭信号以关闭该些功率半导体开关模块。
为达上述目的，本发明内容的另一方面涉及一种电力变换装置的保护信号传递方法，此保护信号传递方法包含以下步骤：
检测功率半导体开关模块内的多个功率半导体开关、驱动信号传递电路或两者的结合，并于该些功率半导体开关其中之一、驱动信号传递电路或两者的结合发生故障时产生故障信号；
借由隔离脉冲变压单元接收根据故障信号产生的相应的故障脉冲信号，并用以输出保护脉冲信号；
接收根据保护脉冲信号产生的保护信号；以及
根据保护信号以产生控制端关闭信号，并传递控制端关闭信号至功率半导体开关模块，以关闭功率半导体开关模块。
根据本发明一实施例，前述传递控制端关闭信号至功率半导体开关模块的步骤包含：借由控制电路通过驱动信号传递电路以传递控制端关闭信号至功率半导体开关模块。
根据本发明另一实施例，前述接收根据保护脉冲信号产生的保护信号的步骤包含：借由保护信号处理单元根据保护脉冲信号产生保护信号；以及通过控制电路接收保护信号。
根据本发明再一实施例，前述保护信号传递方法还包含：借由保护信号处理单元同时传递保护信号至控制电路及驱动信号传递电路。
根据本发明又一实施例，前述保护信号传递方法还包含：借由驱动信号传递电路根据保护信号产生驱动端关闭信号，并传递驱动端关闭信号至功率半导体开关模块，以关闭功率半导体开关模块。
根据本发明另一实施例，前述通过隔离脉冲变压单元接收根据故障信号产生的相应的故障脉冲信号包含：借由多个保护信号生成单元根据故障信号而产生相应的故障脉冲信号。
根据本发明再一实施例，前述保护信号传递方法还包含：接收控制信号；传递控制信号；以及将控制信号转换为驱动信号，以驱动功率半导体开关模块。
根据本发明又一实施例，前述检测功率半导体开关模块内的多个功率半导体开关其中之一的步骤包含：检测功率半导体开关模块内的多个功率半导体开关其中之一是否过压；检测功率半导体开关模块内的多个功率半导体开关其中之一是否短路；以及检测功率半导体开关模块内的多个功率半导体开关其中之一是否过温。根据本发明再一实施例，前述检测驱动信号传递电路的步骤包含：检测驱动信号传递电路的电源是否欠压；以及检测驱动信号传递电路的电源是否过压。
根据本发明再一实施例，前述检测驱动信号传递电路的步骤包含：检测驱动信号传递电路内的驱动副边单元的电源是否欠压；以及检测驱动信号传递电路内的驱动副边单元的电源是否过压。
因此，根据本发明的技术内容，本发明实施例通过提供一种电力变换装置及其保护信号传递方法，藉以改善采用光隔离器件来传递故障信号所导致制作成本高及可靠性较低的问题，并可改善采用隔离脉冲变压单元来传递故障信号所导致电力电子装置的结构复杂的问题。
在参阅下文实施方式后，本发明所属技术领域中技术人员当可轻易了解本发明的基本精神及其它发明目的，以及本发明所采用的技术手段与实施方式。
附图说明
为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，对于说明书附图的说明如下：
图1是绘示依照本发明一实施例的一种电力变换装置的示意图。
图2是绘示依照本发明另一实施例的一种电力变换装置的示意图。
图3A是绘示依照本发明再一实施例的一种隔离脉冲变压单元示意图。
图3B是绘示依照本发明另一实施例的一种信号磁隔离单元示意图。
图4A是绘示依照本发明又一实施例的一种隔离脉冲变压单元示意图。
图4B是绘示依照本发明再一实施例的一种信号磁隔离单元示意图。
图5A是绘示依照本发明另一实施方式的一种隔离脉冲变压单元示意图。
图5B是绘示依照本发明又一实施方式的一种信号磁隔离单元示意图。
图6是绘示依照本发明再一实施方式的一种电力变换装置的部分电路示意图。
图7是绘示依照本发明又一实施方式的一种电力变换装置的部分电路示意图。
图8是绘示依照本发明另一实施方式的一种电力变换装置的部分电路示意图。
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，在不同图式间，以相同或相似的元件符号来指称相似的元件/部件。
附图标记说明：
100：电力变换装置 136：保护信号生成单元
100a～100c：电力变换装置 1361～136N：保护信号生成单元
110：控制电路 140：故障侦测电路
120：驱动信号传递电路 1401～140N：故障侦测电路
122：驱动原边单元 1421～142N：箝位单元
124：信号隔离单元 1441～144N：过温故障检测电路
1241～124N：驱动脉冲隔离变 1461～146N：短路故障检测电路压器
150：功率半导体开关模块
126：驱动副边单元 1521～152N：功率半导体开关
1261～126N：驱动副边单元 Input1～InputN：输入绕组
130：保护信号传递电路 Output：输出绕组
132：保护信号处理单元 Output1～OutputN：输出绕组
134：隔离脉冲变压单元
1341～134N：脉冲变压器
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方式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构建与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来实现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。
为解决电力电子装置中采用光隔离器件及隔离脉冲变压器来传递故障信号所产生的问题，本发明提出一种电力变换装置及其保护信号传递方法。此电力变换装置主要采用隔离脉冲变压器来传递故障信号，而能改善采用光隔离器件来传递故障信号所导致制作成本高及可靠性较低的问题。再者，本发明的电力变换装置仅需单一隔离脉冲变压器及保护信号处理电路来将故障信号回传，而能改善每个功率半导体开关都需要独立的隔离脉冲变压器来将其故障信号回传，以致电力电子装置的结构复杂的问题。上述电力变换装置及其保护信号传递方法详述如后。
图1是依照本发明一实施例绘示一种电力变换装置100的示意图。如图所示，此电力变换装置100包含控制电路110、驱动信号传递电路120、保护信号传递电路130、故障检测电路140及功率半导体开关模块150。进一步而言，驱动信号传递电路120包含驱动原边单元122、信号隔离单元124及驱动副边单元126，保护信号传递电路130包含保护信号处理单元132、隔离脉冲变压单元134及保护信号生成单元136。
于连接关系上，控制电路110电性耦接于驱动原边单元122，驱动原边单元122耦接于信号隔离单元124，信号隔离单元124(信号隔离单元可以是信号磁隔离单元，亦可以是信号光隔离单元)耦接于驱动副边单元126，驱动副边单元126电性耦接于功率半导体开关模块150。此外，控制电路110电性耦接于保护信号处理单元132，保护信号处理单元132电性耦接于隔离脉冲变压单元134，隔离脉冲变压单元134电性耦接于保护信号生成单元136，保护信号生成单元136耦接于故障检测电路140。然本发明并不以图1为限，其仅用以示例性的绘示本发明的实现方式之一。
于电力电子装置100正常运作的状况下，控制电路110输出控制信号，驱动原边单元122接收此控制信号，根据控制信号产生驱动脉冲信号，其中控制信号为具有高低电平的逻辑电平信号，驱动原边单元122对控制信号进行调变处理以产生驱动脉冲信号，其中驱动脉冲信号包含开通脉冲信号和关断脉冲信号，其中，开通脉冲信号的宽度和关断脉冲信号的宽度分别可以为50ns—10us的任一值，且开通脉冲信号对应于控制信号的上升沿，关断脉冲信号对应于控制信号的下降沿，当驱动原边单元122接收到控制信号的上升沿时，将控制信号进行调变处理以产生开通脉冲信号；当驱动原边单元122接收到控制信号的下降沿时，将控制信号进行调变处理以产生关断脉冲信号，信号隔离单元124用以接收并传递驱动脉冲信号。随后，驱动副边单元126接收驱动脉冲信号，并将驱动脉冲信号转换为驱动信号，以驱动功率半导体开关模块150开通或关闭，于本实施例中，信号隔离单元为信号磁隔离单元，其中驱动副边单元126将驱动脉冲信号经处理产生具有高低电平的驱动信号，并对该驱动信号进行放大处理以产生具有驱动能力的驱动信号，使得其足以驱动功率半导体模块150，例如，当驱动副边单元126接收到开通脉冲信号时，将开通脉冲信号锁存于高电平；当驱动副边单元126接收到关断脉冲信号时，将关断脉冲信号锁存于低电平，使得驱动信号具有高低电平，其中驱动信号的上升沿对应于开通脉冲，驱动信号的下降沿对应于关断脉冲。
另一方面，电力电子装置100故障时的状况如后所述。故障检测电路140对应的检测功率半导体开关模块150内的多个功率半导体开关(图中未示)，或驱动信号传递电路120，或功率半导体开关与驱动信号传递电路120，并于该些功率半导体开关其中之一，或驱动信号传递电路120或者功率半导体开关与驱动信号传递电路120共同发生故障时产生故障信号，故障检测电路140会将故障信号传递至保护信号生成单元136。保护信号生成单元136接收到故障信号后，根据故障信号而产生相应的故障脉冲信号。在一实施例中，此故障脉冲信号可为适合隔离脉冲变压单元134传递的窄脉冲信号。
随后，隔离脉冲变压单元134接收故障脉冲信号并输出保护脉冲信号。保护信号处理单元132接收保护脉冲信号，并根据保护脉冲信号以产生保护信号，保护信号处理单元132传递保护信号至控制电路110，控制电路110会接收并根据保护信号产生控制端关闭信号，并将控制端关闭信号通过驱动传递电路120以传递至功率半导体开关模块150，以关闭功率半导体开关模块150。在另一实施例中，保护信号处理单元132同时传递保护信号至控制电路110及驱动原边单元122。接着，驱动原边单元122根据保护信号产生驱动端关闭信号，并传递驱动端关闭信号至功率半导体开关模块150，以关闭功率半导体开关模块150。
如上所述，本发明实施例提出的电力电子装置100采用隔离脉冲变压单元134来传递故障信号，因此，相较于采用光隔离器件(如：光纤、光耦)来传递故障信号，采用隔离脉冲变压单元134的制作成本低及可靠性较高。
需说明的是，图1所示的功率半导体开关模块150仅为电力变换装置100中的其中一组功率半导体开关模块，实际上，电力变换装置100可包含多个功率半导体开关模块(图中未示)，该些功率半导体开关模块之间可以串联连接，这些功率半导体开关模块各自包含驱动信号传递电路及保护信号传递电路。依此，在又一实施例中，保护信号处理单元132可同时传递保护信号至驱动原边单元122及控制电路110，驱动原边单元122于收到保护信号后，会根据保护信号产生驱动端关闭信号，并将驱动端关闭信号传递至其所驱动的功率半导体开关模块，以关闭该功率半导体开关模块，控制电路110于收到保护信号后，会根据保护信号产生控制端关闭信号，并将控制端关闭信号传递至电力变换装置100中其余的驱动信号传递电路，藉以关闭电力变换装置100中其余的功率半导体开关模块，以实现关闭电力变换装置100中所有功率半导体开关模块的目的。
在一实施例中，功率半导体开关模块150可为电力变换装置100中同一个桥臂的各个开关阀，或者功率半导体开关模块150可为电力变换装置100中不同桥臂的各个开关阀。
图2是绘示依照本发明另一实施例的一种电力变换装置100a的示意图。相较于图1所示的电力变换装置100，在此的电力变换装置100a包含具有N个输出1241～124N的信号隔离单元、N个驱动副边单元1261～126N、N个故障检测电路1401～140N及N个保护信号生成单元1361～136N。需说明的是，在图2所示的电力变换装置100a中，电子元件标号与图1所示的电力变换装置100类似的，具备相同的电性操作方式，为使本发明说明简洁，电子元件标号相类似的在后文中不再赘述。后文仅就电力变换装置100及电力变换装置100a不同处加以说明。
于连接关系上，保护信号生成单元1361～136N中的每一个对应的耦接于故障检测电路1401～140N其中之一。例如，保护信号生成单元1361耦接于故障检测电路1401。此外，保护信号生成单元1361～136N皆耦接于单一隔离脉冲变压单元134，而隔离脉冲变压单元134电性耦接于单一保护信号处理单元132。另外，驱动副边单元1261～126N的每一个对应的电性耦接于功率半导体开关模块150中的功率半导体开关(图中未示)。再者，信号隔离单元的输出1241～124N的每一个对应的耦接于驱动副边单元1261～126N，例如，信号隔离单元的输出1241耦接于驱动副边单元1261。信号隔离单元的输入耦接于驱动原边单元122。
于操作关系上，上述故障检测电路1401～140N用以对应的检测功率半导体开关模块150中的多个功率半导体开关，并于功率半导体开关模块150中的任一功率半导体开关发生故障时产生故障信号。举例而言，若故障检测电路1401检测到功率半导体开关模块150中对应的功率半导体开关故障，则故障检测电路1401产生故障信号，并传递故障信号至保护信号生成单元1361，保护信号生成单元1361根据故障信号以产生故障脉冲信号，并通过隔离脉冲变压单元134及保护信号处理单元132进行回传。
另一方面，若故障检测电路1401及140N同时检测到功率半导体开关模块150中对应的功率半导体开关故障，例如，故障检测电路1401检测到功率半导体开关故障，且故障检测电路140N检测到功率半导体开关故障，则故障检测电路1401及故障检测电路140N所产生的两个故障信号，可通过对应的保护信号生成单元1361、136N产生对应的两个故障脉冲信号，并且通过单一隔离脉冲变压单元134产生保护脉冲信号，接着，由保护信号处理单元132依据该保护脉冲信号产生保护信号，并且将该保护信号进行回传。
如此，相较于每个功率半导体开关都需要独立的隔离脉冲变压器来将其故障信号回传的电路结构，本发明的电力变换装置100a仅需单一隔离脉冲变压器134及保护信号处理单元132来将故障信号回传，因此，电路结构较为简单，有利于生产制造，因此可节省制造成本。
图3A至图5A是绘示本发明实施例的隔离脉冲变压单元134的不同实现方式。另外，图3B至图5B是绘示本发明实施例的信号隔离单元124的不同实现方式，此信号隔离单元124可为信号磁隔离单元。如图3A所示，隔离脉冲变压单元134包含多个脉冲变压器1341～134N，每一个脉冲变压器都包含一个输入绕组、一个磁芯以及一个输出绕组，例如脉冲变压器1341包含输入绕组Input1、磁芯及输出绕组Output1。此外，每一个脉冲变压器的输入绕组对应的电性耦接于保护信号生成单元1361～136N，例如，脉冲变压器1341的输入绕组Input1电性耦接于保护信号生成单元1361。此外，所有脉冲变压器1341～134N的输出绕组Output1～OutputN依次串联连接，这些输出绕组Output1～OutputN串联连接的组合结构的两端电性耦接于保护信号处理单元132。
在一实施例中，如图3B所示，信号磁隔离单元124包含多个驱动脉冲隔离变压器1241～124N，每一个驱动脉冲隔离变压器都包含一个输入绕组、一个磁芯以及一个输出绕组，例如驱动脉冲变压器1241包含输入绕组Input1、磁芯及输出绕组Output1。此外，每一个驱动脉冲隔离变压器的输出绕组对应的电性耦接于驱动副边单元1261～126N的其中之一，例如，驱动脉冲变压器1241的输出绕组Output1电性耦接于驱动副边单元1261。此外，所有驱动脉冲隔离变压器1241～124N的输入绕组Input1～InputN依次串联连接，这些输入绕组Input1～InputN串联连接的组合结构的两端电性耦接于驱动原边单元122。
在另一实施例，请参阅图4A。需先说明的是，图3A所示的隔离脉冲变压单元134包含多个输出绕组Output1～OutputN，然而，图4A所示的隔离脉冲变压单元134仅包含一个输出绕组Output。详细而言，图4A所示的隔离脉冲变压单元134包含一个脉冲变压器，此脉冲变压器包含多个输入绕组Input1～InputN、一个磁芯以及一个输出绕组Output。每一个输入绕组对应的电性耦接于保护信号生成单元1361～136N，例如，输入绕组Input1电性耦接于保护信号生成单元1361。另外，输出绕组Output则电性耦接于保护信号处理单元132。
于再一实施例中，请参阅图4B。需先说明的是，图3B所示的信号隔离单元124包含多个输入绕组Input1～InputN，然而，图4B所示的信号磁隔离单元124仅包含一个输入绕组Input1。详细而言，图4B所示的信号隔离单元124包含一个驱动脉冲隔离变压器，此驱动脉冲隔离变压器包含一个输入绕组Input1、一个磁芯以及多个输出绕组Output1～OutputN。每一个输出绕组对应的电性耦接于驱动副边单元1261～126N，例如，输出绕组Output1电性耦接于驱动副边单元1261。另外，输入绕组Input则电性耦接于驱动原边单元122。
在又一实施例中，请参阅图5A。需先说明的是，图5A所示的隔离脉冲变压单元134基本上是图3A及图4A所示的隔离脉冲变压单元134的电路结构的组合。详细而言，图5A所示的隔离脉冲变压单元134的部分电路结构采用图3A所示的隔离脉冲变压单元134的电路结构。举例而言，图5A的隔离脉冲变压单元134包含多个脉冲变压器，每个脉冲变压器包含一个输入绕组Input1、一个磁芯以及一个输出绕组Output1，输入绕组Input1电性耦接于保护信号生成单元1361。
另一方面，图5A所示的隔离脉冲变压单元134的部分电路结构采用图4A所示的隔离脉冲变压单元134。举例而言，图5A的隔离脉冲变压单元134的脉冲变压器包含多个输入绕组Input(N-n+1)～InputN、一个磁芯以及一个输出绕组OutputN，每一个输入绕组对应的电性耦接于保护信号生成单元，例如，输入绕组InputN电性耦接于保护信号生成单元136N。在此需注意的是，所有脉冲变压器的输出绕组Output1～OutputN依次串联连接，这些输出绕组Output1～OutputN串联连接的组合结构的两端电性耦接于保护信号处理单元132。在前文描述中，上述N为正整数，而上述n为大于1且小于N的正整数。
在又一实施例中，请参阅图5B。需先说明的是，图5B所示的信号隔离单元124基本上是图3B及图4B所示的信号隔离单元124的电路结构的组合。详细而言，图5B所示的信号磁隔离单元124的部分电路结构采用图3B所示的信号磁隔离单元124的电路结构。举例而言，图5B的信号磁隔离单元124包含多个驱动脉冲隔离变压器，其中每个驱动脉冲隔离变压器包含一个输入绕组Input1、一个磁芯以及一个输出绕组Output1，输出绕组Output1电性耦接于驱动副边单元1261。
另一方面，图5B所示的信号磁隔离单元124的部分电路结构采用图4B所示的信号磁隔离单元124。举例而言，图5B的信号磁隔离单元124的驱动脉冲隔离变压器包含一个输入绕组InputN、一个磁芯以及多个输出绕组Output(N-n+1)～OutputN，每一个输出绕组对应的电性耦接于驱动副边单元，例如，输出绕组OutputN电性耦接于驱动副边单元126N。在此需注意的是，所有脉冲变压器的输入绕组Input1～InputN依次串联连接，这些输入绕组Input1～InputN串联连接的组合结构的两端电性耦接于驱动原边单元122。在前文描述中，上述N为正整数，而上述n为大于1且小于N的正整数。
图6是绘示依照本发明再一实施方式的一种电力变换装置100b的部分电路示意图。图7是绘示依照本发明又一实施方式的一种电力变换装置100b的部分电路示意图。需先说明的是，图6所示的电力变换装置100b的部分电路着重于驱动原边单元122与驱动副边单元1261～126N间的连接方式，而图7所示的电力变换装置100b的部分电路着重于保护信号处理单元132与保护信号生成单元1361～136N间的连接方式，实际上，图6与图7所示的电力变换装置100b的部分电路合成后才是完整的电力变换装置100b，在此将电力变换装置100b分成两部分是为了避免电路连接结构混乱，而不利于理解本发明。
需说明的是，在图6及图7所示的电力变换装置100b中，电子元件标号类似于图2所示的电力变换装置100a者，具备相同的电性操作方式，为使本发明说明简洁，电子元件标号类似者在后文中不再赘述。后文仅就电力变换装置100a及电力变换装置100b不同处加以说明。
如图6及图7所示，此处详细绘示驱动副边单元1261～126N及多个故障检测电路耦接于功率半导体开关模块150内的功率半导体开关1521～152N的连结结构，每个驱动副边单元对应耦接于一个功率半导体开关，每个故障检测电路检测对应的一个功率半导体开关及对应的一个驱动副边单元。故障检测电路耦接于保护信号生成单元1361～136N，例如，保护信号生成单元1361连接对应的一个故障检测电路。此外，图6及图7示例性的绘示故障检测电路的实现方式。多个故障检测电路包含多个欠压故障检测电路、多个过压故障检测电路、多个短路故障检测电路1461～146N及多个过温故障检测电路1441～144N。多个故障检测电路的每一个对应检测功率半导体开关模块150内的功率半导体开关1521～152N每一个过压故障、短路故障、过温故障以及驱动副边单元1261～126N每一个的电源欠压故障和过压故障。当故障检测电路检测到上述其中一种或多种故障时，故障检测电路输出对应的一个故障信号或多个故障信号至保护信号生成单元，保护信号生成单元根据接收到的一个或多个故障信号产生相应的一个故障脉冲信号，其中当故障信号为多个时，保护信号生成单元将该些故障信号进行逻辑“或”处理，产生一个故障脉冲信号。
关于欠压故障检测，可自驱动信号传递电路进行采样，以检测驱动信号传递电路的电源是否发生欠压状况，更进一步，可自驱动副边单元1261～126N进行采样，以检测驱动副边单元的供电电源是否发生欠压状况，若检测出驱动副边单元的供电电源有欠压状况，则由该欠压故障检测电路(图中未示出)提供欠压故障信号给保护信号生成单元1361～136N。关于过压故障检测，可自箝位电路1421～142N进行采样，以检测功率半导体开关1521～152N是否发生过压状况，若检测出功率半导体开关1521～152N有过压状况，则由过压故障检测电路(图中未示出)提供过压故障信号给保护信号生成单元1361～136N。于其它实施例中，过压故障检测也可自驱动信号传递电路进行采样，以检测驱动信号传递电路的电源是否发生过压状况，进一步可自驱动副边单元1261～126N的供电电源进行采样，以检测驱动副边单元1261～126N的供电电源是否发生过压状况，若驱动副边单元1261～126N的供电电源发生过压状况，则提供过压故障信号给保护信号生成单元1361～136N。
关于短路故障检测，可利用短路故障检测电路1461～146N对功率半导体开关1521～152N进行采样，以检测功率半导体开关1521～152N是否发生短路状况，若检测出功率半导体开关1521～152N有短路状况，则由短路故障检测电路1461～146N提供短路故障信号给保护信号生成单元1361～136N。在一实施例中，短路故障检测电路1461～146N可由电感来检测功率半导体开关的短路状况。关于过温故障检测，可自过温故障检测电路1441～144N进行采样，以检测功率半导体开关1521～152N是否发生过温状况，若检测出功率半导体开关1521～152N有过温状况，则由过温故障检测电路1441～144N提供过温故障信号给保护信号生成单元1361～136N。在一实施例中，过温故障检测电路1441～144N可安装在功率半导体开关模块150的散热器上。
需说明的是，只要上述欠压故障、过压故障、短路故障及过温故障的任一种状况发生时，故障信号会被传递至保护信号生成单元1361～136N，由保护信号生成单元1361～136N产生故障脉冲信号，并通过隔离脉冲变压单元134及保护信号处理单元132进行回传，进行关闭功率半导体开关模块150。
于实现本发明的实施例时，上述功率半导体开关可为但不限于双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor,BJT)、场效应晶体管(Field-Effect Transistor,FET)、绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)等。任何本领域技术人员在本发明实施例的精神下，当可依照实际需求以选择性的采用适当的元件来实现本发明。
图8是绘示依照本发明另一实施方式的一种电力变换装置100c的部分电路示意图。需说明的是，类似于图6所示的电力变换装置100b的部分电路，图8所示的电力变换装置100c的部分电路也是着重于驱动原边单元122与驱动副边单元1261～126N间的连接方式。与图6的差异在于，图8所示的电力变换装置100c的部分电路是采用光隔离器件来进行信号的隔离，例如信号隔离单元1241～124N可为信号光隔离单元，而图6所示的电力变换装置100b的部分电路是采用驱动脉冲隔离变压器来进行信号的隔离。于本实施例中，驱动原边单元122接收控制电路所提供的控制信号，根据该控制信号产生原边信号，原边信号经由信号光隔离单元，例如光纤1241～124N，传递原边信号至驱动副边单元1261～126N，驱动副边单元1261～126N将根据所接收到的原边信号分别产生驱动信号，用以驱动相应的功率半导体功率开关。
在一实施例中，本发明提出一种电力变换装置的保护信号传递方法，此保护信号传递包含以下步骤：
步骤210：检测功率半导体开关模块内的多个功率半导体开关其中之一、驱动信号传递电路或两者的组合，并于该些功率半导体开关其中之一、驱动信号传递电路或两者的组合发生故障时产生故障信号；
步骤220：根据故障信号而产生相应的个故障脉冲信号；
步骤230：通过隔离脉冲变压单元接收该故障脉冲信号，并用以输出保护脉冲信号；
步骤240：根据保护脉冲信号产生保护信号；
步骤250：接收保护信号；以及
步骤260：根据保护信号以产生控制端关闭信号，并传递控制端关闭信号至功率半导体开关模块，以关闭功率半导体开关模块。
为利于理解上述保护信号传递方法，请一并参阅图2。需说明的是，电力变换装置的保护信号传递方法的步骤并不限定由图2所示的电力变换装置100a的元件来执行，以下实施例仅用以说明本发明的实现方式之一。于步骤210中，可由故障检测电路1401～140N检测功率半导体开关模块150内的功率半导体开关，或者驱动信号传递电路120，或者两者的结合，并于任一功率半导体开关，或驱动信号传递电路120，或两者的结合发生故障时产生故障信号。于步骤220中，可由保护信号生成单元1361～136N根据故障信号而产生相应的故障脉冲信号。于步骤230中，可由隔离脉冲变压单元134来接收故障脉冲信号，并用以输出保护脉冲信号。于步骤240中，可由保护信号处理单元132接收保护脉冲信号，并根据保护脉冲信号产生保护信号。于步骤250中，可由控制电路110接收保护信号。于步骤260中，可由控制电路110根据保护信号以产生控制端关闭信号，并传递控制端关闭信号至功率半导体开关模块150，以关闭功率半导体开关模块150。
在一实施例中，请参阅图1，步骤260中传递控制端关闭信号至功率半导体开关模块的流程，可由控制电路110通过驱动信号传递电路120以传递控制端关闭信号至功率半导体开关模块150。
在另一实施例中，请参阅图1，电力变换装置的保护信号传递方法更可通过保护信号处理单元132同时传递保护信号至控制电路110及驱动信号传递电路120。
在又一实施例中，请参阅图1，电力变换装置的保护信号传递方法更可通过驱动信号传递电路120根据保护信号产生驱动端关闭信号，并传递驱动端关闭信号至功率半导体开关模块150，以关闭功率半导体开关模块150。
于再一实施中，请参阅图1，电力变换装置的保护信号传递方法更可通过控制电路110输出控制信号，并由驱动原边单元122接收并且处理控制信号，然后将处理后的信号由信号隔离单元124传递至驱动副边单元126，再由驱动副边单元126将其转换为驱动信号，以驱动功率半导体开关模块150。
在另一实施例中，请参阅图6，步骤210中检测功率半导体开关模块150内的功率半导体开关的流程，包含以下几种实施方式：通过过压故障检测电路检测功率半导体开关模块150内的功率半导体开关系否过压；通过短路故障检测电路1461～146N检测功率半导体开关模块150内的功率半导体开关系否短路；以及通过过温故障检测电路1441～144N检测功率半导体开关模块150内的功率半导体开关系否过温。
在又一实施例中，请参阅图6，步骤210中检测驱动信号传递电路120的流程，包含以下几种实施方式：通过欠压故障检测电路检测驱动信号传递电路120的电源是否欠压，进一步检测驱动信号传递电路120内的驱动副边单元1261～126N的电源是否欠压；以及通过过压故障检测电路检测驱动信号传递电路120的电源是否过压，进一步检测驱动信号传递电路120内的驱动副边单元1261～126N的电源是否过压。
如上所述的电力变换装置的保护信号传递方法皆可由软件、硬件与/或固件来执行。举例来说，若以执行速度及精确性为主要考量，则基本上可选用硬件与/或固件为主；若以设计弹性为主要考量，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，熟习此项技艺者当视当时需要弹性设计之。
再者，所属技术领域中技术人员当可明白，电力变换装置的保护信号传递方法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。本发明实施例通过提供一种电力变换装置及其保护信号传递方法，藉以改善采用光隔离器件来传递故障信号所导致制作成本高及可靠性较低的问题，并可改善每个开关都需要独立的隔离脉冲变压器来将其故障信号回传，以致电力电子装置的结构复杂的问题。
虽然上文实施方式中公开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技术人员，在不悖离本发明的原理与精神的情形下，当可对其进行各种变动与修饰，因此本发明的保护范围当以权利要求所界定者为准。

Claims (28)

1.一种电力变换装置，其特征在于，包含：
一功率半导体开关模块，包含多个功率半导体开关；
一驱动信号传递电路，电性耦接于该功率半导体开关模块，用以接收一控制信号，且根据该控制信号产生一驱动信号，以驱动该功率半导体开关模块开通或关闭；
多个故障检测电路，该些故障检测电路中的每一个用以对应的检测该些功率半导体开关其中之一和/或该驱动信号传递电路，并于该些功率半导体开关其中之一和/或该驱动信号传递电路发生故障时产生一故障信号；
一保护信号传递电路，包含：
一隔离脉冲变压单元，耦接于该些故障检测电路，并用以接收根据该故障信号产生的相应的故障脉冲信号，且用以输出一保护脉冲信号；以及
一控制电路，耦接于该驱动信号传递电路和该隔离脉冲变压单元，并用以产生该控制信号及接收根据该保护脉冲信号产生的一保护信号，且根据该保护信号以产生一控制端关闭信号，以关闭该功率半导体开关模块。
2.如权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，该保护信号传递电路还包含：
一保护信号处理单元，电性耦接于该隔离脉冲变压单元及该控制电路之间，并用以接收该保护脉冲信号，其中该保护信号处理单元根据该保护脉冲信号以产生该保护信号，且传递该保护信号至该控制电路。
3.如权利要求2所述的电力变换装置，其特征在于，该保护信号处理单元同时传递该保护信号至该控制电路及该驱动信号传递电路。
4.如权利要求3所述的电力变换装置，其特征在于，该驱动信号传递电路用以根据该保护信号产生一驱动端关闭信号，并传递该驱动端关闭信号至该功率半导体开关模块，以关闭该功率半导体开关模块。
5.如权利要求2所述的电力变换装置，其特征在于，该保护信号传递电路还包含：
多个保护信号生成单元，该些保护信号生成单元中的每一个对应的耦接于该些故障检测电路其中之一，且该些保护信号生成单元电性耦接于该隔离脉冲变压单元，其中该些保护信号生成单元根据该故障信号而产生的相应的该故障脉冲信号。
6.如权利要求5所述的电力变换装置，其特征在于，该隔离脉冲变压单元包含：
多个脉冲变压器，该些脉冲变压器中的每一个包含一个输入绕组、一个磁芯以及一个输出绕组，其中该些脉冲变压器中的每一个的该输入绕组对应的电性耦接于该些保护信号生成单元其中之一，该些脉冲变压器的该些输出绕组依次串联连接，并电性耦接于该保护信号处理单元。
7.如权利要求5所述的电力变换装置，其特征在于，该隔离脉冲变压单元包含：
一脉冲变压器，包含多个输入绕组、一个磁芯以及一个输出绕组，其中该些输入绕组的每一个对应的电性耦接于该些保护信号生成单元其中之一，该输出绕组电性耦接于该保护信号处理单元。
8.如权利要求5所述的电力变换装置，其特征在于，该隔离脉冲变压单元包含：
多个脉冲变压器，该些脉冲变压器的其中一个包含一个输入绕组、一个磁芯以及一个输出绕组，该些脉冲变压器的其中另一个包含多个输入绕组、一个磁芯以及一个输出绕组，其中该些输入绕组的每一个对应的电性耦接于该些保护信号生成单元其中之一，该些输出绕组依次串联连接，并电性耦接于该保护信号处理单元。
9.如权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，该驱动信号传递电路包含：
一驱动原边单元，用以接收该控制信号，根据该控制信号产生一驱动脉冲信号；
一信号磁隔离单元，用以接收并传递该驱动脉冲信号；以及
一驱动副边单元，用以接收该驱动脉冲信号，并将该驱动脉冲信号转换为该驱动信号，以驱动该功率半导体开关模块。
10.权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，该驱动信号传递电路包含：
一驱动原边单元，用以接收该控制信号，并根据该控制信号产生一原边信号；
一信号光隔离单元，用以接收并传递该原边信号；以及
一驱动副边单元，用以接收该原边信号，并将该原边信号转换为该驱动信号，以驱动该功率半导体开关模块。
11.如权利要求9所述的电力变换装置，其特征在于，该驱动副边单元的数量为多个，该些驱动副边单元的每一个对应的电性耦接于该功率半导体开关模块的该些功率半导体开关其中之一。
12.如权利要求11所述的电力变换装置，其特征在于，该信号磁隔离单元包含：
多个驱动脉冲隔离变压器，该些驱动脉冲隔离变压器中的每一个包含一个输入绕组、一个磁芯以及一个输出绕组，其中该些驱动脉冲隔离变压器中的每一个的该输出绕组对应的电性耦接于该些驱动副边单元其中之一，该些驱动脉冲隔离变压器的该些输入绕组依次串联连接，并电性耦接于该驱动原边单元。
13.如权利要求11所述的电力变换装置，其特征在于，该信号磁隔离单元包含：
一驱动脉冲隔离变压器，包含一个输入绕组、一个磁芯以及多个输出绕组，其中该些输出绕组中的每一个对应的电性耦接于该些驱动副边单元其中之一，该输入绕组电性耦接于该驱动原边单元。
14.如权利要求11所述的电力变换装置，其特征在于，该信号磁隔离单元包含：
多个驱动脉冲隔离变压器，该些驱动脉冲隔离变压器的其中一个包含一个输入绕组、一个磁芯以及一个输出绕组，该些驱动脉冲隔离变压器的其中另一个包含一个输入绕组、一个磁芯以及多个输出绕组，其中该些输出绕组的每一个对应的电性耦接于该些驱动副边单元其中之一，该些输入绕组依次串联连接，并电性耦接于该驱动原边单元。
15.如权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，该些故障检测电路的每一个包含一欠压故障检测电路、一过压故障检测电路、一短路故障检测电路及一过温故障检测电路的其中一个。
16.如权利要求9所述的电力变换装置，其特征在于，该些故障检测电路包含多个电源欠压故障检测电路和多个电源过压检测电路，其中该些电源欠压故障检测电路用以检测相应的该些驱动副边单元的电源的欠压故障，该些电源过压检测电路用以检测相应的该些驱动副边单元的电源的过压故障。
17.如权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，该些故障检测电路包含多个过压故障检测电路、多个短路故障检测电路及多个过温故障检测电路，其中该些过压故障检测电路用以检测相应的该些功率半导体开关的过压故障，该些短路故障检测电路用以检测相应的该些功率半导体开关的短路故障，该些过温故障检测电路用以检测相应的该些功率半导体开关的过温故障。
18.如权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，该功率半导体开关模块的数量为多个，其中该控制电路根据该控制端关闭信号以关闭该些功率半导体开关模块。
19.一种电力变换装置的保护信号传递方法，其特征在于，包含：
检测一功率半导体开关模块内的多个功率半导体开关其中之一、驱动信号传递电路或两者的组合，并于该些功率半导体开关其中之一、该驱动信号传递电路或两者的组合发生故障时产生一故障信号；
借由一隔离脉冲变压单元接收根据该故障信号产生的相应的故障脉冲信号，并用以输出一保护脉冲信号；
接收根据该保护脉冲信号产生的一保护信号；以及
根据该保护信号以产生一控制端关闭信号，并传递该控制端关闭信号至该功率半导体开关模块，以关闭该功率半导体开关模块。
20.如权利要求19所述的保护信号传递方法，其特征在于，传递该控制端关闭信号至该功率半导体开关模块的步骤包含：
借由一控制电路通过该驱动信号传递电路以传递该控制端关闭信号至该功率半导体开关模块。
21.如权利要求20所述的保护信号传递方法，其特征在于，接收根据该保护脉冲信号产生的该保护信号的步骤包含：
借由一保护信号处理单元根据该保护脉冲信号产生该保护信号；以及
借由该控制电路接收该保护信号。
22.如权利要求21所述的保护信号传递方法，其特征在于，还包含：
借由该保护信号处理单元同时传递该保护信号至该控制电路及该驱动信号传递电路。
23.如权利要求22所述的保护信号传递方法，其特征在于，还包含：
借由该驱动信号传递电路根据该保护信号产生一驱动端关闭信号，并传递该驱动端关闭信号至该功率半导体开关模块，以关闭该功率半导体开关模块。
24.如权利要求19所述的保护信号传递方法，其特征在于，通过该隔离脉冲变压单元接收根据该故障信号产生的相应的该故障脉冲信号包含：
借由多个保护信号生成单元根据故障信号而产生相应的故障脉冲信号。
25.如权利要求19所述的保护信号传递方法，其特征在于，还包含：
接收一控制信号，并传递该控制信号；以及
将该控制信号转换为一驱动信号，以驱动该功率半导体开关模块。
26.如权利要求19所述的保护信号传递方法，其特征在于，检测该功率半导体开关模块内的该些功率半导体开关其中之一的步骤包含：
检测该功率半导体开关模块内的该些功率半导体开关其中之一是否过压；
检测该功率半导体开关模块内的该些功率半导体开关其中之一是否短路；以及
检测该功率半导体开关模块内的该些功率半导体开关其中之一是否过温。
27.如权利要求19所述的保护信号传递方法，其特征在于，检测该驱动信号传递电路的步骤包含：
检测该驱动信号传递电路的电源是否欠压；以及
检测该驱动信号传递电路的电源是否过压。
28.如权利要求27所述的保护信号传递方法，其特征在于，检测该驱动信号传递电路的步骤还包含：
检测该驱动信号传递电路内的一驱动副边单元的电源是否欠压；以及
检测该驱动信号传递电路内的该驱动副边单元的电源是否过压。
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