CN105099213A - 电力变换装置及电力变换装置的异常诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电力变换装置，与以往相比可以进一步提高安全性。具体而言，实施方式所涉及的电力变换装置具备：电力变换部；选通驱动部，驱动电力变换部；选通驱动信号产生部，生成向选通驱动部供给的选通驱动信号；2个阻断部，连接在选通驱动部和选通驱动信号产生部之间，根据来自外部的上一级装置的指令，对向选通驱动部供给及阻断选通驱动信号进行切换；诊断部，根据来自一个阻断部的与输出信号相关的反馈信号和指令，诊断2个阻断部中的至少一个阻断部的异常状态；及阻断控制部，在由诊断部诊断出一个阻断部处于异常状态时，使2个阻断部中的另一个阻断部阻断向选通驱动部供给选通驱动信号。

Description

电力变换装置及电力变换装置的异常诊断方法

技术领域

本发明涉及一种电力变换装置及电力变换装置的异常诊断方法。

背景技术

例如有一种电力变换装置，利用逆变器等进行电力变换而生成交流电力，这种电力变换装置常常被用于驱动马达。在专利文献1中，作为这种电力变换装置而记载有一种马达控制装置，其利用逆变器从直流电力生成交流电力。

专利文献1所记载的马达控制装置具备：选通驱动电路，驱动逆变器；PWM产生电路，生成给予选通驱动电路的PWM(PulseWidthModulation：脉宽调制)信号；及2个三态缓冲器，串联连接在选通驱动电路和PWM产生电路之间，上述三态缓冲器的门的开闭与外部的2个停止开关分别连动。根据该马达控制装置，可以通过外部的2个停止开关使2个三态缓冲器的门关闭，阻断向选通驱动电路供给PWM信号，使逆变器停止，从而使马达停止。由此，可以省去以往设置在马达和逆变器之间的电磁接触器(ElectromagneticContactor)，实现省空间化，可以削减系统总成本。另外，通过由停止开关及三态缓冲器实现的安全停止电路的双重化，可以提高安全性。

另外，该马达控制装置生成表示三态缓冲器异常状态的信号的逻辑积。由此，可以通过外部的上一级装置检测出安全停止电路自身的异常状态，可以进一步提高安全性。

专利文献1：日本国特许第5370724号公报

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电力变换装置及电力变换装置的异常诊断方法，与以往相比可以进一步提高安全性。

本发明的电力变换装置的特征在于，具备：电力变换部，将交流电力直接变换为频率不同的交流电力；选通驱动部，驱动电力变换部；选通驱动信号产生部，生成向选通驱动部供给的选通驱动信号；2个阻断部，连接在选通驱动部和选通驱动信号产生部之间，根据来自外部的上一级装置的指令，对向选通驱动部供给及阻断选通驱动信号进行切换；诊断部，诊断2个阻断部中的至少一个阻断部的异常状态；及阻断控制部，在由诊断部诊断出一个阻断部处于异常状态时，使2个阻断部中的另一个阻断部阻断向选通驱动部供给选通驱动信号，一个阻断部生成与输出信号相关的反馈信号，诊断部根据指令和反馈信号，诊断一个阻断部的异常状态。

另外，本发明的电力变换装置的异常诊断方法是如下电力变换装置的异常诊断方法，该电力变换装置具备：电力变换部，将交流电力直接变换为频率不同的交流电力；选通驱动部，驱动电力变换部；选通驱动信号产生部，生成向选通驱动部供给的选通驱动信号；及2个阻断部，连接在选通驱动部和选通驱动信号产生部之间，根据来自外部的上一级装置的指令，对向选通驱动部供给及阻断选通驱动信号进行切换，其特征在于，根据来自所述一个阻断部的与输出信号相关的反馈信号和所述指令，诊断2个阻断部中的至少一个阻断部的异常状态，在诊断出一个阻断部处于异常状态时，使2个阻断部中的另一个阻断部阻断向选通驱动部供给选通驱动信号。

另外，本发明的电力变换装置的特征在于，也可以具备：电力变换电路，将交流电力直接变换为频率不同的交流电力；选通驱动电路，驱动电力变换电路；选通驱动信号产生电路，生成向选通驱动电路供给的选通驱动信号；2个阻断电路(选通缓冲器)，串联连接在选通驱动电路和选通驱动信号产生电路之间，根据来自外部的上一级装置的指令，对向选通驱动电路供给及阻断选通驱动信号进行切换；诊断单元(诊断电路)，诊断2个阻断电路中的至少一个阻断电路的异常状态；及阻断控制单元(阻断控制电路)，在由诊断单元诊断出一个阻断电路处于异常状态时，使2个阻断电路中的另一个阻断电路阻断向选通驱动电路供给选通驱动信号，一个阻断电路生成与输出信号相关的反馈信号，诊断单元根据指令和反馈信号，诊断一个阻断电路的异常状态。

根据本发明，与以往相比可以进一步提高安全性。

附图说明

图1是表示一个实施方式所涉及的电力变换装置的电路框图。

图2是表示另一个实施方式所涉及的电力变换装置的电路框图。

符号说明

1、1A-电力变换装置；10-电力变换部；20-PWM产生部；30-选通驱动部；40、40A、50-阻断部；41、51、61-光耦合器；42-切断电路；60-诊断部；70-阻断控制部；71、72-晶体管。

具体实施方式

下面，参照附图对实施方式详细进行说明。另外，在各附图中对相同或相当的部分标注相同的符号。

图1是表示一个实施方式所涉及的电力变换装置的电路框图。图1所示的电力变换装置1具备电力变换部(电力变换电路)10、PWM产生部(PWM产生电路、选通驱动信号产生部、选通驱动信号产生电路)20、选通驱动部(选通驱动电路)30、2个阻断部(阻断电路、选通缓冲器)40、50、诊断部(诊断单元、诊断电路)60、阻断控制部(阻断控制单元、阻断控制电路)70、及光耦合器41、51、61。

电力变换部10包含多个开关元件，将交流电力直接变换为频率不同的交流电力。例如，在为了驱动三相交流马达，而将三相交流电力直接变换为频率不同的三相交流电力时，电力变换部10包含矩阵变换器电路(循环换流器电路)。矩阵变换器电路在三相交流电源和三相交流马达之间包含9个双向开关。首先，3个双向开关的一端分别连接于三相交流电源的U相、V相、W相，该3个双向开关的另一端连接于三相交流马达的U相。另外，另一组3个双向开关的一端分别连接于三相交流电源的U相、V相、W相，该3个双向开关的另一端连接于三相交流马达的V相。另外，剩余的3个双向开关的一端分别连接于三相交流电源的U相、V相、W相，该3个双向开关的另一端连接于三相交流马达的W相。而且，9个双向开关分别由2个开关元件构成。即，电力变换部10包含18个开关元件。作为这些开关元件的一个例子，可列举FET(Fieldeffecttransistor：场效应晶体管)、IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor：绝缘栅双极型晶体管)等。电力变换部10通过PWM产生部20及选通驱动部30而被驱动。

PWM产生部20根据来自外部的上一级装置的指令(例如后述的HWBB1、HWBB2)，生成用于驱动电力变换部10的PWM(PulseWidthModulation)信号。例如，PWM产生部20为了电力变换部10中的18个开关元件的每一个而生成6个PWM信号。PWM产生部20向选通驱动部30供给PWM信号。另外，PWM产生部20根据来自外部的上一级装置的指令，停止向选通驱动部30供给PWM信号。

选通驱动部30根据来自PWM产生部20的PWM信号，生成用于驱动电力变换部10的驱动信号。例如，选通驱动部30根据来自PWM产生部20的6个PWM信号，分别生成用于对电力变换部10中的18个开关元件进行驱动的18个驱动信号。在PWM产生部20和选通驱动部30之间串联连接有2个阻断部40、50。

阻断部40、50分别根据来自外部的上一级装置的指令HWBB1、HWBB2，对从PWM产生部20朝向选通驱动部30的PWM信号的供给及阻断进行切换。例如，阻断部40、50分别为了6个PWM信号而包含6个三态缓冲器。指令HWBB1、HWBB2分别介由光耦合器41、51而被输入至阻断部40、50的使能端子。

在此，指令HWBB1、HWBB2是为了使马达停止而停止向电力变换部10供给驱动信号的指令，即阻断从PWM产生部20向选通驱动部30供给PWM信号的指令。指令HWBB1、HWBB2包含常导通信号，例如在使马达动作时为低电平，在使马达停止时为高电平。指令HWBB1、HWBB2也可以包含分别来自专利文献1所记载的2个停止开关的信号。

例如，指令HWBB1是表示动作的低电平时，光耦合器41处于导通状态，向阻断部40的使能端子输入低电平的动作指令HWBB1。于是，根据该低电平的动作指令HWBB1，三态缓冲器的门打开，阻断部40向阻断部50供给来自PWM产生部20的PWM信号。同样，指令HWBB2是表示动作的低电平时，光耦合器51处于导通状态，向阻断部50的使能端子输入低电平的动作指令HWBB2。于是，根据该低电平的动作指令HWBB2，三态缓冲器的门打开，阻断部50向选通驱动部30供给来自阻断部40的PWM信号。

另一方面，指令HWBB1是表示停止的高电平时，光耦合器41处于关断状态，向阻断部40的使能端子输入高电平的停止指令HWBB1。于是，根据该高电平的停止指令HWBB1，三态缓冲器的门关闭，三态缓冲器的输出变为高阻抗，阻断部40阻断从PWM产生部20向阻断部50供给PWM信号。同样，指令HWBB2是表示停止的高电平时，光耦合器51处于关断状态，向阻断部50的使能端子输入高电平的停止指令HWBB2。于是，根据该高电平的停止指令HWBB2，三态缓冲器的门关闭，三态缓冲器的输出变为高阻抗，阻断部50阻断从阻断部40向选通驱动部30供给PWM信号。由此，与专利文献1一样，可以通过由阻断部40、50实现的安全停止电路的双重化，而提高安全性。

另外，阻断部40、50分别作为表示自身的正常状态及异常状态的信息，而向诊断部60供给与自身的输出信号相关的反馈信号FB1、FB2。例如，阻断部40、50处于正常状态时，反馈信号FB1、FB2为低电平。另一方面，阻断部40、50处于异常状态时，反馈信号FB1、FB2为高电平。

诊断部60根据来自外部的上一级装置的指令HWBB1和来自阻断部40的反馈信号FB1，诊断阻断部40的正常状态及异常状态。另外，诊断部60根据来自外部的上一级装置的指令HWBB2和来自阻断部50的反馈信号FB2，诊断阻断部50的正常状态及异常状态。诊断部60在诊断出阻断部40、50中的任意一个处于异常状态时，通知阻断控制部70。

诊断部60包含CPU(CentralProcessingUnit：中央处理器)、ROM(ReadOnlyMemory：只读存储器)、RAM(RandomAccessMemory：随机存取存储器)等，通过由CPU执行储存在ROM中的程序而构成。

诊断部60构成为被如下编程，为了在指令HWBB1是表示动作的低电平时，向阻断部40供给低电平的动作指令HWBB1，而将低电平信号SO1通知给阻断控制部70。另外，诊断部60构成为被如下编程，为了在指令HWBB2是表示动作的低电平时，向阻断部50供给低电平的动作指令HWBB2，而将低电平信号SO2通知给阻断控制部70。

另外，诊断部60构成为被如下编程，在指令HWBB1是表示动作的低电平时，如果反馈信号FB1为低电平，则诊断出阻断部40处于正常状态，持续向阻断控制部70供给低电平信号SO2。同样，诊断部60构成为被如下编程，在指令HWBB2是表示动作的低电平时，如果反馈信号FB2为低电平，则诊断出阻断部50处于正常状态，持续向阻断控制部70供给低电平信号SO1。

另一方面，诊断部60构成为被如下编程，在指令HWBB1是表示动作的低电平时，如果反馈信号FB1为高电平，则诊断出阻断部40处于异常状态，用表示异常的高电平信号SO2向阻断控制部70进行通知。同样，诊断部60构成为被如下编程，在指令HWBB2是表示动作的低电平时，如果反馈信号FB2为高电平，则诊断出阻断部50处于异常状态，用表示异常的高电平信号SO1向阻断控制部70进行通知。

另外，诊断部60构成为被如下编程，生成表示阻断部40、50异常状态的信号的逻辑积信号EDM。信号EDM介由光耦合器61而被供给至外部的上一级装置(EDM监控)。由此，与专利文献1一样，能够通过外部的上一级装置检测出安全停止电路自身的异常状态，可以提高安全性。

阻断控制部70在由诊断部60诊断出一方的阻断部40处于异常状态时，则阻断向另一方的阻断部50供给指令HWBB2。另一方面，阻断控制部70在由诊断部60诊断出一方的阻断部50处于异常状态时，则阻断向另一方的阻断部40供给指令HWBB1。

例如，阻断控制部70包含2个晶体管71、72，分别串联介在于阻断部40、50的使能端子。晶体管71的集电极连接于阻断部40的使能端子，发射极中介由光耦合器41而输入指令HWBB1，基极中输入来自诊断部60的信号SO1。另一方面，晶体管72的集电极连接于阻断部50的使能端子，发射极中介由光耦合器51而输入指令HWBB2，基极中输入来自诊断部60的信号SO2。

例如，阻断控制部70中的晶体管71收到来自诊断部60的低电平信号SO1而变为导通状态，向阻断部40供给指令HWBB1。另外，阻断控制部70中的晶体管72收到来自诊断部60的低电平信号SO2而变为导通状态，向阻断部50供给指令HWBB2。

另一方面，阻断控制部70中的晶体管71从诊断部60收到表示阻断部50异常的高电平信号SO1而变为关断状态，阻断向阻断部40供给指令HWBB1。另外，阻断控制部70中的晶体管72从诊断部60收到表示阻断部40异常的高电平信号SO2而变为关断状态，阻断向阻断部50供给指令HWBB2。

下面，示出电力变换装置的动作及异常诊断方法。首先，输入低电平的动作指令HWBB1、HWBB2时，来自诊断部60的信号SO1、SO2变为低电平，阻断控制部70中的晶体管71、72变为导通状态，向阻断部40、50供给低电平的动作指令HWBB1、HWBB2。

阻断部40、50处于正常状态时，阻断部40、50中的三态缓冲器的门打开，从PWM产生部20向选通驱动部30供给PWM信号。此时，阻断部40、50的反馈信号FB1、FB2为低电平。于是，由诊断部60根据低电平的动作指令HWBB1、HWBB2和低电平的反馈信号FB1、FB2，而诊断出阻断部40、50处于正常状态，将信号SO1、SO2保持为低电平。于是，通过阻断控制部70继续向阻断部40、50供给低电平的动作指令HWBB1、HWBB2，并通过阻断部40、50继续从PWM产生部20向选通驱动部30供给PWM信号。

另一方面，例如阻断部40处于异常状态时，则阻断部40的反馈信号FB1为高电平。于是，由诊断部60根据低电平的动作指令HWBB1和高电平的反馈信号FB1，而诊断出阻断部40处于异常状态，用表示异常的高电平信号SO2向阻断控制部70进行通知。于是，阻断控制部70中的晶体管72变为关断状态，通过阻断控制部70阻断向阻断部50供给指令HWBB2。于是，通过处于正常状态的另一方的阻断部50，可以阻断从PWM产生部20向选通驱动部30供给PWM信号。

另外，例如阻断部50处于异常状态时，则阻断部50的反馈信号FB2为高电平。于是，由诊断部60根据低电平的动作指令HWBB2和高电平的反馈信号FB2，而诊断出阻断部50处于异常状态，用表示异常的高电平信号SO1向阻断控制部70进行通知。于是，阻断控制部70中的晶体管71变为关断状态，通过阻断控制部70阻断向阻断部40供给指令HWBB1。于是，通过处于正常状态的另一方的阻断部40，可以阻断从PWM产生部20向选通驱动部30供给PWM信号。

根据本实施方式的电力变换装置，由于其内置：诊断部60，诊断2个阻断部40、50中的至少一个阻断部的异常状态；及阻断控制部70，在由诊断部60诊断出一个阻断部处于异常状态时，使2个阻断部40、50中的另一个阻断部阻断向选通驱动部30供给PWM信号，因此不介由外部的上一级装置便能诊断作为安全停止电路的阻断部40、50自身的异常状态，当一个阻断部处于异常状态时，对处于正常状态的另一个阻断部进行阻断控制，可以进一步提高安全性。

然而，根据欧洲电梯安全标准，为了省去马达和电力变换装置之间的电磁接触器(ElectromagneticContactor)，则要求相当于安全标准IEC61508的SIL3等级。另一方面，专利文献1所记载的马达控制装置相当于安全标准IEC61508的SIL2等级，其被使用于面向欧洲的电梯时，无法省去电磁接触器(ElectromagneticContactor)，从而无法实现面向欧洲的电梯的小型化、低成本化。但是，由于本实施方式的电力变换装置相当于安全标准IEC61508的SIL3等级，因此其被使用于面向欧洲的电梯时，可以省去电磁接触器(ElectromagneticContactor)，从而实现面向欧洲的电梯的小型化、低成本化。

另外，在本实施方式中，也可以是2个阻断部40、50中的任意一个阻断部生成与输出信号相关的反馈信号，而诊断部60根据指令和来自上述一个阻断部的反馈信号，诊断上述一个阻断部的异常状态。此时，诊断部60在诊断出上述一个阻断部处于异常状态时，通知阻断控制部70，阻断控制部70根据来自诊断部60的通知，阻断向2个阻断部40、50中的另一个阻断部供给指令，由此也可以使另一个阻断部阻断向选通驱动部30供给PWM信号。

另外，在本实施方式中，如上所述，也可以是2个阻断部40、50双方生成与输出信号相关的反馈信号，诊断部60根据指令HWBB1、HWBB2和来自2个阻断部40、50的反馈信号FB1、FB2，诊断2个阻断部40、50双方的异常状态。此时，诊断部60在诊断出2个阻断部40、50中的任意一个阻断部处于异常状态时，通知给阻断控制部70，阻断控制部70根据来自诊断部60的通知SO1、SO2，阻断向2个阻断部40、50中的另一个阻断部供给指令，由此也可以使另一个阻断部阻断向选通驱动部30供给PWM信号。

另外，图2中示出另一个实施方式所涉及的电力变换装置的电路框图。图2所示的电力变换装置1A与本实施方式的不同之处是在电力变换装置1中代替阻断部40而具备阻断部40A。电力变换装置1A的其它构成与电力变换装置1相同。

阻断部40A例如为了6个PWM信号而包含6个光耦合器。另外，阻断部40A包含切断电路42，对向6个光耦合器供给及阻断电源电压进行切换，切断电路42包含晶体管。例如，从阻断控制部70供给低电平的指令HWBB1时，切断电路42中的晶体管变为导通状态，切断电路42向光耦合器供给电源电力Vcc，光耦合器变为导通状态，从PWM产生部20向选通驱动部30供给PWM信号。另一方面，例如从阻断控制部70供给高电平的指令HWBB1时，切断电路42中的晶体管变为关断状态，切断电路42阻断向光耦合器供给电源电力Vcc，光耦合器变为关断状态，阻断从PWM产生部20向选通驱动部30供给PWM信号。

另外，在阻断部50处于异常状态，而由阻断控制部70阻断低电平指令HWBB1的供给时，切断电路42中的晶体管变为关断状态，切断电路42阻断向光耦合器供给电源电力Vcc，光耦合器变为关断状态，阻断从PWM产生部20向选通驱动部30供给PWM信号。如此，阻断部40A在由阻断控制部70阻断低电平指令HWBB1的供给时，由切断电路42阻断向光耦合器供给电源电力Vcc，阻断从PWM产生部20向选通驱动部30供给PWM信号。

另外，阻断部40A也可以通过反馈信号FB1而将切断电路42的异常状态通知给诊断部60。此时，诊断部60根据来自切断电路42的反馈信号FB1，诊断切断电路42的异常状态。例如，切断电路42的晶体管处于开路异常状态时，诊断部60也可以构成为被如下编程，可以根据表示动作的低电平的指令HWBB1和表示切断电路42异常状态的反馈信号FB1，诊断切断电路42的晶体管的异常状态。另外，切断电路42的晶体管处于短路异常状态时，诊断部60也可以构成为被如下编程，可以根据表示停止的高电平的指令HWBB1和表示切断电路42异常状态的反馈信号FB1，诊断切断电路42的晶体管的异常状态。

根据该另一个实施方式的电力变换装置1A，由于阻断部40A包含光耦合器和切断电路42，可以由切断电路42阻断向光耦合器供给电源电力，因此可以切实地阻断从PWM产生部20向选通驱动部30供给PWM信号，可以进一步提高安全性。

以上，虽然对实施方式进行了说明，但是本发明不必一定限定于上述的实施方式，可在不脱离其主旨的范围内实施各种变更。例如，电力变换装置1中的阻断部40、50的配列顺序以及电力变换装置1A中的阻断部40A、50的配列顺序也可以进行变更。另外，电力变换装置1A中的阻断部50也可以是与阻断部40A相同的构成。另外，在本实施方式中，虽然例示了具备2个阻断部的安全停止电路的双重化，但是通过具备3个以上的阻断部则可以实现三重化以上的安全停止电路。另外，在本实施方式中，虽然作为生成向选通驱动部30供给的选通驱动信号的选通驱动信号产生部，例示了生成PWM信号的PWM产生部20，但是选通驱动信号产生部并不限定于此。例如，选通驱动信号产生部也可以生成矩形波信号(开关的接通/断开信号)，以代替PWM信号。另外，根据本发明内容，本领域技术人员可以认识到即便是逻辑电路等的电路元件的组合电路也能够实现诊断部60。

Claims (7)

1.一种电力变换装置，具备：

电力变换部，将交流电力直接变换为频率不同的交流电力；

选通驱动部，驱动所述电力变换部；

选通驱动信号产生部，生成向所述选通驱动部供给的选通驱动信号；

2个阻断部，连接在所述选通驱动部和所述选通驱动信号产生部之间，根据来自外部的上一级装置的指令，对向所述选通驱动部供给及阻断所述选通驱动信号进行切换；

诊断部，诊断所述2个阻断部中的至少一个阻断部的异常状态；

及阻断控制部，在由所述诊断部诊断出所述一个阻断部处于异常状态时，使所述2个阻断部中的另一个阻断部阻断向所述选通驱动部供给所述选通驱动信号，其特征在于，

所述一个阻断部生成与输出信号相关的反馈信号，

所述诊断部根据所述指令和所述反馈信号，诊断所述一个阻断部的异常状态。

2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，所述诊断部在诊断出所述一个阻断部处于异常状态时，通知所述阻断控制部，

所述阻断控制部根据来自所述诊断部的通知，阻断向所述另一个阻断部供给所述指令，由此使所述另一个阻断部阻断向所述选通驱动部供给所述选通驱动信号。

3.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，所述2个阻断部分别生成与输出信号相关的反馈信号，

所述诊断部根据所述指令和来自所述2个阻断部的反馈信号，分别诊断所述2个阻断部的异常状态。

4.根据权利要求3所述的电力变换装置，其特征在于，所述诊断部在诊断出所述2个阻断部中的任意一个阻断部处于异常状态时，通知所述阻断控制部，

所述阻断控制部根据来自所述诊断部的通知，阻断向所述2个阻断部中的另一个阻断部供给所述指令，由此使所述另一个阻断部阻断向所述选通驱动部供给所述选通驱动信号。

5.根据权利要求2或4所述的电力变换装置，其特征在于，所述另一个阻断部根据所述指令供给的阻断而阻断供给电源电力，由此阻断向所述选通驱动部供给所述选通驱动信号。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的电力变换装置，其特征在于，所述选通驱动信号是PWM信号或矩形波信号。

7.一种电力变换装置的异常诊断方法，该电力变换装置具备：电力变换部，将交流电力直接变换为频率不同的交流电力；选通驱动部，驱动所述电力变换部；选通驱动信号产生部，生成向所述选通驱动部供给的选通驱动信号；及2个阻断部，连接在所述选通驱动部和所述选通驱动信号产生部之间，根据来自外部的上一级装置的指令，对向所述选通驱动部供给及阻断所述选通驱动信号进行切换，其特征在于，

根据来自所述一个阻断部的与输出信号相关的反馈信号和所述指令，诊断所述2个阻断部中的至少一个阻断部的异常状态，

在诊断出所述一个阻断部处于异常状态时，使所述2个阻断部中的另一个阻断部阻断向所述选通驱动部供给所述选通驱动信号。