CN105814762B - 过电压保护电路及具有该过电压保护电路的电力变换装置 - Google Patents

Abstract

本发明的课题是提供保护设备不遭受瞬间的过大电压的小型且低成本的过电压保护电路、以及具有该过电压保护电路的电力变换装置。在过电压保护电路(50)中，在通常时将第2开关(12)接通使旁通电路(35)闭合，因而不会在第2阻抗电路(22)中消耗功率，也能够避免对设备(30)的施加电压下降在第2阻抗电路(22)的压降量。并且，在过电压时过电压导通电路(10)的开关(11)接通、第2开关(12)断开，由此对设备(30)仅施加与第1阻抗电路(21)和第2阻抗电路(22)的阻抗之比对应的电压，因而能够保护设备(30)不遭受过电压。

Description

过电压保护电路及具有该过电压保护电路的电力变换装置

技术领域

本发明涉及过电压保护电路及具有该过电压保护电路的电力变换装置。

背景技术

在电源电压容易产生变动的地域中使用的设备无论电压上升时的对策怎样，都有可能导致设备的故障。因此，设有如专利文献1(日本特开2009－207329号公报)公开的过电压保护电路。该过电压保护电路构成为在达到规定的电压以上时通过继电器切断电源。

发明内容

发明要解决的问题

但是，电源电压达到过大值所需的时间极短，上述通过继电器进行切断动作反应迟缓，难以可靠地进行保护。尤其是对于如半导体元件那样能够承受过电压的时间较短的部件，基于继电器的切断不能进行保护。并且，由于是瞬间的过大电压，因而将半导体元件等的耐压提高会导致高成本化、大型化。

因此，本发明的课题是提供保护设备不遭受瞬间的过大电压的小型且低成本的过电压保护电路、以及具有该过电压保护电路的电力变换装置。

用于解决问题的手段

本发明的第一方面的过电压保护装置是连接于电源和从该电源提供功率的设备之间的过电压保护电路，具有过电压导通电路、第1阻抗电路和第2阻抗电路。过电压导通电路与该设备并联地连接于将电源和设备连接起来的一对电源线之间，在过电压时流过电流。第1阻抗电路与设备并联而且与过电压导通电路串联地连接于一对电源线之间。第2阻抗电路连接于电源线中的电源和第1阻抗电路之间。

在该过电压保护电路中，在过电压时，过电压导通电路导通，由此构成“电源-过电压导通电路-第1阻抗电路-第2阻抗电路-电源”的闭路电路。其结果是，对设备只能施加与两个阻抗电路的阻抗之比对应的电压，因而能够保护设备不遭受过电压。

本发明的第二方面的过电压保护电路是根据第一方面所述的过电压保护电路，过电压导通电路包括过渡电压抑制器、齐纳二极管、浪涌吸收器及雪崩二极管中的任意一个作为在过电压时流过电流的元件。

过渡电压抑制器、齐纳二极管、浪涌吸收器及雪崩二极管都是对电压的过渡变动以较短的响应时间进行动作的元件。因此，在该过电压保护电路中，在过电压时该元件导通，由此对设备只能施加与两个阻抗电路的阻抗之比对应的电压，因而能够保护设备不遭受过电压。

本发明的第三方面的过电压保护电路是根据第一方面所述的过电压保护电路，还具有检测电源的电压的电压检测器。过电压导通电路具有将电源线和第1阻抗电路之间断开及闭合的开关。该开关在电压检测器的检测值超过规定的阈值时接通，使电源线和第1阻抗电路之间导通。

在该过电压保护电路中，例如在将第1阻抗电路及第2阻抗电路各自的阻抗设为Za及Zb时，在过电压时开关使电源线和第1阻抗电路之间导通，由此对设备只能施加电源电压的与两个阻抗之比{Za/(Za+Zb)}对应的电压，因而能够保护设备不遭受过电压。

本发明的第四方面的过电压保护电路是根据第一方面或者第二方面所述的过电压保护电路，还具有电压检测器和旁通电路。电压检测器检测电源的电压。旁通电路是绕过第2阻抗电路的电路。并且，旁通电路具有将旁通电路断开及闭合的第2开关。该第2开关在通常时将旁通电路接通，在电压检测器的检测值超过规定的阈值时将旁通电路断开。

在该过电压保护电路中，例如在将第1阻抗电路及第2阻抗电路各自的阻抗设为Za及Zb时，在通常时将旁通电路接通，因而不会在阻抗Zb消耗功率，也能够避免对设备的施加电压下降在阻抗Zb的压降量。

另一方面，在过电压时第2开关将旁通电路切断，由此对设备只能施加电源电压的与两个阻抗之比{Za/(Za+Zb)}对应的电压，因而能够保护设备不遭受过电压。

本发明的第五方面的过电压保护电路是根据第三方面所述的过电压保护电路，还具有旁通电路。旁通电路是绕过第2阻抗电路的电路。并且，旁通电路具有将旁通电路断开及闭合的第2开关。该第2开关在通常时将旁通电路闭合，在电压检测器的检测值超过规定的阈值时将旁通电路切断。

在该过电压保护电路中，例如在将第1阻抗电路及第2阻抗电路各自的阻抗设为Za及Zb时，在通常时将旁通电路闭合，因而不会在阻抗Zb中消耗功率，也能够避免对设备的施加电压下降在阻抗Zb的压降量。

另一方面，在过电压时第2开关将旁通电路切断，由此对设备只能施加电源电压的与两个阻抗之比{Za/(Za+Zb)}对应的电压，因而能够保护设备不遭受过电压。

本发明的第六方面的过电压保护电路是根据第一方面或者第二方面所述的过电压保护电路，还具有电压检测器和第3开关。电压检测器检测电源的电压。第3开关将电源线断开及闭合。第3开关在通常时使电源线处于导通状态，在电压检测器的检测值超过规定的阈值时，在第2开关进行动作后将电源线断开。

在该过电压保护电路中，例如在将第1阻抗电路及第2阻抗电路各自的阻抗设为Za及Zb时，在过电压时开关及第2开关进行动作，由此对设备只能施加电源电压的与两个阻抗之比{Za/(Za+Zb)}对应的电压，因而能够保护设备不遭受过电压，另外第3开关进行动作将电源线切断，由此停止在阻抗Za及Zb的功率消耗。其结果是，能够抑制阻抗Za及Zb的过热，减小额定功率。

本发明的第七方面的过电压保护电路是根据第三～第五方面中任意一个方面所述的过电压保护电路，还具有第3开关。第3开关将电源线断开及闭合。第3开关在通常时使电源线处于导通状态，在电压检测器的检测值超过规定的阈值时，在第2开关进行动作后将电源线切断。

在该过电压保护电路中，例如在将第1阻抗电路及第2阻抗电路各自的阻抗设为Za及Zb时，在过电压时开关及第2开关进行动作，由此对设备只能施加电源电压的与两个阻抗之比{Za/(Za+Zb)}对应的电压，因而能够保护设备不遭受过电压，另外第3开关进行动作而将电源线切断，由此停止在阻抗Za及Zb的功率消耗。其结果是，能够抑制阻抗Za及Zb的过热，减小额定功率。

本发明的第八方面的过电压保护电路是根据第一～第七方面中任意一个方面所述的过电压保护电路，电源是AC电源。

在该过电压保护电路中，即使是来自AC电源的供给电压是过大电压时，对设备也只能施加与两个阻抗之比对应的电压。因此，不需要仅仅为了对短时间的过大电压进行保护而提高设计设备的电压额定值，比较合理。

本发明的第九方面的过电压保护电路是根据第一～第七方面中任意一个方面所述的过电压保护电路，电源是DC电源。

在该过电压保护电路中，将交流接通及断开的开关需要是双向性的，但在DC电源的下游侧配置的开关也可以是单向开关，因而能够实现开关的低成本化。

本发明的第十方面的电力变换装置具有变流器电路、逆变器电路、和第一～第九方面中任意一个方面所述的过电压保护电路。变流器电路与交流电源连接，将交流电变换为直流电。逆变器电路将直流电变换为交流电。

在该电力变换装置中，过电压保护电路能够保护变流器电路不遭受过渡施加的过大交流电压，或者保护逆变器电路不遭受过渡施加的过大交流电压。

发明效果

在本发明的第一方面的过电压保护电路中，在过电压时将过电压导通电路导通，由此构成“电源-过电压导通电路-第1阻抗电路-第2阻抗电路-电源”的闭路电路。其结果是，对设备只能施加与两个阻抗电路的阻抗之比对应的电压，因而能够保护设备不遭受过电压。

在本发明的第二方面的过电压保护电路中，在过电压时将元件导通，由此对设备只能施加与两个阻抗电路的阻抗之比对应的电压，因而能够保护设备不遭受过电压。

在本发明的第三方面的过电压保护电路中，例如在将第1阻抗电路及第2阻抗电路各自的阻抗设为Za及Zb时，在过电压时开关使电源线和第1阻抗电路之间导通，由此对设备只能施加电源电压的与两个阻抗之比(Za/(Za+Zb))对应的电压，因而能够保护设备不遭受过电压。

在本发明的第四方面或者第五方面的过电压保护电路中，例如在将第1阻抗电路及第2阻抗电路各自的阻抗设为Za及Zb时，在通常时将旁通电路接通，因而不会在阻抗Zb中消耗功率，也能够避免对设备的施加电压下降在阻抗Zb的压降量。

另一方面，在过电压时第2开关将旁通电路切断，由此对设备只能施加电源电压的与两个阻抗之比(Za/(Za+Zb))对应的电压，因而能够保护设备不遭受过电压。

在本发明的第六方面或者第七方面的过电压保护电路中，例如在将第1阻抗电路及第2阻抗电路各自的阻抗设为Za及Zb时，在过电压时开关及第2开关进行动作，由此对设备只能施加电源电压的与两个阻抗之比(Za/(Za+Zb))对应的电压，因而能够保护设备不遭受过电压，另外第3开关进行动作而将电源线切断，由此停止在阻抗Za及Zb的功率消耗。其结果是，能够抑制阻抗Za及Zb的过热，减小额定功率。

在本发明的第八方面的过电压保护电路中，即使是来自AC电源的供给电压是过大电压时，对设备也只能施加与两个阻抗之比对应的电压。因此，不需要仅仅为了对短时间的过大电压的保护而提高设计设备的电压额定值，比较合理。

在本发明的第九方面的过电压保护电路中，将交流接通及断开的开关需要是双向性的，但在DC电源的下游侧配置的开关也可以是单向开关，因而能够实现开关的低成本化。

在本发明的第十方面的电力变换装置中，过电压保护电路能够保护变流器电路不遭受过渡施加的过大交流电压，或者保护逆变器电路不遭受过渡施加的过大交流电压。

附图说明

图1是具有本发明的第1实施方式的过电压保护电路的装置的电路图。

图2是具有本发明的第2实施方式的过电压保护电路的装置的电路图。

图3是电压检测器的电路图。

图4是具有本发明的第3实施方式的过电压保护电路的装置的电路图。

图5是具有本发明的第4实施方式的过电压保护电路的装置的电路图。

图6是具有本发明的第5实施方式的过电压保护电路的电力变换装置的电路图。

图7是具有本发明的第6实施方式的过电压保护电路的电力变换装置的电路图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式。另外，下面的实施方式是本发明的具体例，不能限定本发明的技术范围。

<第1实施方式>

(1)过电压保护电路50的结构

图1是具有本发明的第1实施方式的过电压保护电路50的装置的电路图。在图1中，设备30从商用电源90经由一对电源线901、902被供电。过电压保护电路50连接于商用电源90和设备30之间。

过电压保护电路50包括过电压导通电路10、第1阻抗电路21和第2阻抗电路22。

(2)过电压保护电路50的具体结构

(2-1)过电压导通电路10

过电压导通电路10由在过电压时流过电流的元件构成。作为在过电压时流过电流的元件，采用过渡电压抑制器、齐纳二极管(zener diode)、浪涌吸收器(surge absorber)及雪崩二极管中任意一个元件。

在本实施方式中，过电压导通电路10由一个浪涌吸收器构成。浪涌吸收器是具有电压依赖性的元件，在通常的状态下具有较高的电阻值，但在施加的电压超过规定的电压时使电阻值急剧下降，由此能够进行电压的限制。作为浪涌吸收器的具体元件，可以举出放电器(arrester)和放电管等，但不限于这些。

过电压导通电路10与设备30并联地连接于一对电源线901、902之间。另外，当在商用电源90为多相电源时进行各相间的过电压保护的情况下，过电压导通电路10连接于各相的电源线之间。

(2-2)第1阻抗电路21

第1阻抗电路21构成为使该电路中的电压和电流之比即阻抗值达到Za的电路。

第1阻抗电路21与设备30并联而且与过电压导通电路10串联地连接于一对电源线901、902之间。

(2-3)第2阻抗电路22

第2阻抗电路22构成为使该电路中的电压和电流之比即阻抗值达到Zb的电路。

第2阻抗电路22连接于电源线902中的商用电源90和第1阻抗电路21之间。

(3)过电压保护电路50的动作

为了便于说明，将商用电源90的电压设为Vac，将施加给设备30的电压设为Va，将施加在第2阻抗电路22的两端的电压设为Vb。

在图1中，在通常时过电压导通电路10的浪涌吸收器不导通，因而对设备30施加电压Va＝Vac-Vb。

在商用电源90的电压Vac急剧变动而成为过电压、电压Va超过浪涌吸收器的动作开始电压时，过电压导通电路10的浪涌吸收器导通，构成商用电源90-过电压导通电路10-第1阻抗电路21-第2阻抗电路22-商用电源90的闭路电路。此时，对设备30只能施加电压Vac的与两个阻抗之比对应的电压Va＝Vac×Za/(Za+Zb)。其结果是，保护设备30不遭受过电压。

(4)第1实施方式的特征

(4-1)在过电压保护电路50中，在过电压时过电压导通电路10的浪涌吸收器导通，由此对设备30只能施加与第1阻抗电路21和第2阻抗电路22的阻抗之比对应的电压，因而保护设备30不遭受过电压。

(4-2)即使是来自商用电源90的供给电压是过大电压时，对设备30也只能施加与两个阻抗之比对应的电压。因此，不需要仅仅为了对短时间的过大电压进行保护而提高设计设备30的电压额定值，比较合理。

<第2实施方式>

(1)过电压保护电路50的结构

图2是具有本发明的第2实施方式的过电压保护电路50的装置的电路图。在图2中，设备30从商用电源90经由一对电源线901、902被供电。过电压保护电路50连接于商用电源90和设备30之间。

过电压保护电路50包括过电压导通电路10、第1阻抗电路21、第2阻抗电路22和电压检测器33。

(2)过电压保护电路50的具体结构

(2-1)过电压导通电路10

过电压导通电路10采用开关11替代第1实施方式中的浪涌吸收器。如图2所示，开关11由光电双向可控硅耦合器构成，在输入侧(A1-A2之间)设有发光二极管11a，在输出侧(B1-B2之间)设有光电双向可控硅11b。光电双向可控硅11b的等效电路是将两个光电晶闸管111、112互为反向地并联连接来构成的。

发光二极管11a的阳极A1经由电阻R1与电源Vc连接。并且，发光二极管11a的阴极A2经由信号线与控制部40连接。

光电双向可控硅11b的第1阳极B1与电源线901连接。并且，光电双向可控硅11b的第2阳极B2与第1阻抗电路21连接。

发光二极管11a在电流流过时发光。光电双向可控硅11b当在第1阳极B1的电位大于第2阳极B2的电位的状态下接受到来自发光二极管11a的光时，光电晶闸管111处于接通状态。另一方面，当在第1阳极B1的电位小于第2阳极B2的电位的状态下接受到来自发光二极管11a的光时，光电晶闸管112处于接通状态。

这样，光电双向可控硅11b是对双向的施加电压进行动作的双向元件，而且是高速动作，因而被用作双向的高速开关。

另外，双向的高速开关不限于光电双向可控硅，也可以采用通常的可控硅和双向导通地连接的MOSFET等。在采用其它形式的高速开关的情况下，适当使用与该开关的形式对应的驱动电路。

过电压导通电路10与设备30并联地连接于一对电源线901、902之间。另外，当在商用电源90是多相电源时进行各相间的过电压保护的情况下，过电压导通电路10连接于各相的电源线之间。

并且，开关11的动作控制即对发光二极管11a的通电控制由控制部40进行。

(2-2)第1阻抗电路21

第1阻抗电路21构成为使该电路中的电压与电流之比即阻抗值达到Za的电路。

第1阻抗电路21与设备30并联而且与过电压导通电路10串联地连接于一对电源线901、902之间。

(2-3)第2阻抗电路22

第2阻抗电路22构成为使该电路中的电压与电流之比即阻抗值达到Zb的电路。

第2阻抗电路22连接于电源线902中的商用电源90和第1阻抗电路21之间。

(2-4)电压检测器33

电压检测器33由交流电压检测电路构成。交流电压检测电路有多种，根据使用条件而适当采用。例如，图3是一般的电压检测器33的电路图。在图3中，电压检测器33由变压电路331和变流器电路332构成。

变压电路331位于输入侧，由一次侧绕组331a和二次侧绕组331b构成。

变流器电路332是将由整流二极管构成的整流部332a、和平滑电容器332b并联连接构成的电路。

在电压检测器33中，在对变压电路331施加交流电压时，交流电压通过变压电路331而变压。并且，二次侧绕组331b的两端电压输入到变流器电路332。

输入到变流器电路332的变压后的交流电压在整流部332a被变换为直流电压，在平滑电容器332b被平滑。将该平滑后的直流电压输入控制部40。即，将与施加给一次侧绕组331a的电压对应的直流电压输入控制部40。

(3)过电压保护电路50的动作

为了便于说明，将商用电源90的电压设为Vac，将施加给设备30的电压设为Va，将施加在第2阻抗电路22的两端的电压设为Vb。

在图2中，在通常时过电压导通电路10的开关11断开，因而对设备30施加电压Va＝Vac-Vb。

在商用电源90的电压Vac急剧增加，控制部40判定为从电压检测器33输出的电压超过阈值时，控制部40对开关11的发光二极管11a通电。由此，光电双向可控硅11b接通(on)，构成商用电源90-过电压导通电路10-第1阻抗电路21-第2阻抗电路22-商用电源90的闭路电路。此时，对设备30只能施加电压Vac的与两个阻抗之比对应的电压Va＝Vac×Za/(Za+Zb)。其结果是，保护设备30不遭受过电压。另外，为了保护设备30，要求开关11高速动作。

在商用电源90的电压Vac下降，控制部40判定为从电压检测器33输出的电压回归而低于阈值时，控制部40使开关11的发光二极管11a的通电停止(off)。由此，光电双向可控硅11b断开(off)，恢复为通常的动作。

(4)第2实施方式的特征

(4-1)在过电压保护电路50中，在过电压时过电压导通电路10的开关11接通，由此对设备30只能施加与第1阻抗电路21和第2阻抗电路22的阻抗之比对应的电压，因而保护设备30不遭受过电压。

(4-2)即使是来自商用电源90的供给电压是过大电压时，对设备30也只能施加与两个阻抗之比对应的电压。因此，不需要仅仅为了对短时间的过大电压进行保护而提高设计设备30的电压额定值，比较合理。

<第3实施方式>

(1)过电压保护电路50的结构

图4是具有本发明的第3实施方式的过电压保护电路50的装置的电路图。在图4中，设备30从商用电源90经由一对电源线901、902被供电。过电压保护电路50连接于商用电源90和设备30之间。

过电压保护电路50包括过电压导通电路10、第1阻抗电路21、第2阻抗电路22、电压检测器33和旁通电路35。

(2)过电压保护电路50的具体结构

第3实施方式是对第2实施方式追加了旁通电路35构成的方式，过电压导通电路10、第1阻抗电路21、第2阻抗电路22以及电压检测器33采用相同的结构。因此，在此仅对旁通电路35进行说明。

(2-1)旁通电路35

旁通电路35是与第2阻抗电路22并联连接、并绕过第2阻抗电路22的电路。旁通电路35具有第2开关12。第2开关12将旁通电路35断开及闭合(開閉)。其中，将旁通电路35断开及闭合是指使旁通电路35导通或者切断而处于不导通状态。

(2-2)第2开关12

第2开关12在通常时将旁通电路35闭合即处于导通状态。因为如果在通常时将旁通电路35设为断开(不导通状态)，第2阻抗电路22处于始终被连接的状态而始终消耗功率，对设备30的施加电压将下降第2阻抗电路22的阻抗Zb的压降量。

另一方面，为了在过电压时保护设备30，需要尽快将旁通电路35断开，将第2阻抗电路22连接，构成商用电源90-过电压导通电路10-第1阻抗电路21-第2阻抗电路22-商用电源90的闭路电路。因此，要求第2开关12高速动作。

第2开关12采用双向可控硅、双向导通地连接的MOSFET等。在本实施方式中，采用与开关11一样的光电双向可控硅耦合器。

如图4所示，第2开关12在输入侧(C1-C2之间)设有发光二极管12a，在输出侧(D1-D2之间)设有光电双向可控硅12b。光电双向可控硅12b的等效电路是将两个光电晶闸管121、122互为反向地并联连接构成的。

发光二极管12a的阳极C1经由电阻R2与电源Vc连接。并且，发光二极管12a的阴极C2经由信号线与控制部40连接。

光电双向可控硅12b的第1阳极D1连接于电源线902中的第2阻抗电路22和设备30之间。并且，光电双向可控硅12b的第2阳极D2连接于电源线902中的第2阻抗电路22和商用电源90之间。

发光二极管12a及光电双向可控硅12b的光电晶闸管121、122的工作原理与开关11中的发光二极管11a及光电双向可控硅11b的光电晶闸管111、112的工作原理相同，因而在此省略动作说明。

(3)过电压保护电路50的动作

在图4中，在通常时过电压导通电路10的开关11断开，旁通电路35因第2开关12闭合而处于导通状态，因而对设备30施加电压Va＝Vac。

在商用电源90的电压Vac急剧增加，控制部40判定为从电压检测器33输出的电压超过阈值时，控制部40对开关11的发光二极管11a通电，使光电双向可控硅11b接通。同时，控制部40停止对第2开关12的发光二极管12a的通电，使光电双向可控硅12b断开。

其结果是，构成商用电源90-过电压导通电路10-第1阻抗电路21-第2阻抗电路22-商用电源90的闭路电路。此时，对设备30只能施加电压Vac的与两个阻抗之比对应的电压Va＝Vac×Za/(Za+Zb)。其结果是，保护设备30不遭受过电压。

在商用电源90的电压Vac下降，控制部40判定为从电压检测器33输出的电压回归而低于阈值时，控制部40将开关11的发光二极管11a通电停止，使光电双向可控硅11b断开。同时，控制部40对第2开关12的发光二极管12a通电，使光电双向可控硅12b接通。由此，恢复为通常的动作。

(4)第3实施方式的特征

(4-1)在过电压保护电路50中，在通常时将第2开关12接通使旁通电路35闭合，因而不会在第2阻抗电路22中消耗功率，也能够避免对设备30的施加电压下降在第2阻抗电路22的压降量。

(4-2)并且，在过电压时过电压导通电路10的开关11接通，第2开关12断开，由此对设备30只能施加与第1阻抗电路21和第2阻抗电路22的阻抗之比对应的电压，因而保护设备30不遭受过电压。

(4-3)即使是来自商用电源90的供给电压是过大电压时，对设备30也只能施加与两个阻抗之比对应的电压。因此，不需要仅仅为了对短时间的过大电压进行保护而提高设计设备30的电压额定值，比较合理。

<第4实施方式>

(1)过电压保护电路50的结构

图5是具有本发明的第4实施方式的过电压保护电路50的装置的电路图。在图5中，设备30从商用电源90经由一对电源线901、902被供电。过电压保护电路50连接于商用电源90和设备30之间。

过电压保护电路50包括过电压导通电路10、第1阻抗电路21、第2阻抗电路22、电压检测器33、旁通电路35和第3开关13。

(2)过电压保护电路50的具体结构

第4实施方式是对第3实施方式追加了第3开关13构成的方式，过电压导通电路10、第1阻抗电路21、第2阻抗电路22、电压检测器33以及旁通电路35采用相同的结构。因此，在此仅对第3开关13进行说明。

(2-1)第3开关13

第3开关13将电源线901断开及闭合。其中，将电源线901断开及闭合是指使电源线901导通或者切断而处于不导通状态。

第3开关13在通常时使电源线901闭合即处于导通状态。另一方面，在过电压时，开关11接通、第2开关12断开，构成商用电源90-过电压导通电路10-第1阻抗电路21-第2阻抗电路22-商用电源90的闭路电路，在进行了设备30的保护动作后，第3开关13断开，将电源线901切断。

将电源线901切断的目的在于，使第1阻抗电路21及第2阻抗电路22的功率消耗停止，能够抑制第1阻抗电路21及第2阻抗电路22的过热，因而能够减小额定功率，实现低成本化。

第3开关13被要求如开关11及第2开关12那样的高速性，因而在本实施方式中采用继电器电路。

如图5所示，第3开关13包括使电源线901断开及闭合的继电器接点13a、使继电器接点13a进行动作的继电器线圈13b、和对继电器线圈13b进行通电及不通电的晶体管13c。继电器线圈13b的一端与电源Vb的正极连接，另一端与晶体管13c的集电极侧连接。控制部40切换晶体管13c的基极电流的有无，使集电极和发射极之间接通及断开，进行对继电器线圈13b的通电及不通电。

(3)过电压保护电路50的动作

在图5中，在通常时过电压导通电路10的开关11断开，旁通电路35因第2开关12闭合而处于导通状态，而且第3开关13使电源线901处于导通状态，因而对设备30施加电压Va＝Vac。

在商用电源90的电压Vac急剧增加，控制部40判定为从电压检测器33输出的电压超过阈值时，控制部40对开关11的发光二极管11a通电，使光电双向可控硅11b接通。同时，控制部40停止对第2开关12的发光二极管12a的通电，使光电双向可控硅12b断开。

其结果是，构成商用电源90-过电压导通电路10-第1阻抗电路21-第2阻抗电路22-商用电源90的闭路电路。此时，对设备30只能施加电压Vac的与两个阻抗之比对应的电压Va＝Vac×Za/(Za+Zb)。其结果是，保护设备30不遭受过电压。

然后，在过电压状态继续的情况下，第3开关13将电源线901切断，停止在第1阻抗电路21及第2阻抗电路22的功率消耗。

在商用电源90的电压Vac下降，控制部40判定为从电压检测器33输出的电压回归而低于阈值时，控制部40将开关11的发光二极管11a的通电停止，使光电双向可控硅11b断开。同时，控制部40对第2开关12的发光二极管12a通电，使光电双向可控硅12b接通。并且，使第3开关13接通而连接电源线901，由此恢复为通常的动作。

(4)第4实施方式的特征

(4-1)在过电压保护电路50中，在通常时将第2开关12接通使旁通电路35闭合，因而不会在第2阻抗电路22中消耗功率，也能够避免对设备30的施加电压下降在第2阻抗电路22的压降量。

(4-2)并且，在过电压时，使过电压导通电路10的开关11接通，第2开关12断开，由此对设备30只能施加与第1阻抗电路21和第2阻抗电路22的阻抗之比对应的电压，因而保护设备30不遭受过电压。

(4-3)另外，第3开关13将电源线901切断，使在第1阻抗电路21及第2阻抗电路22的功率消耗停止。其结果是，能够抑制第1阻抗电路21及第2阻抗电路22的过热，减小额定功率。

(4-4)即使是来自商用电源90的供给电压是过大电压时，对设备30也只能施加与两个阻抗之比对应的电压。因此，不需要仅仅为了对短时间的过大电压进行保护而提高设计设备30的电压额定值，比较合理。

<第5实施方式>

(1)电力变换装置200的结构

图6是具有本发明的第5实施方式的过电压保护电路100的电力变换装置200的电路图。在图6中，电力变换装置200由直流电源部80、逆变器95、过电压保护电路100构成。

逆变器95从直流电源部80经由一对电源线801、802被供电。过电压保护电路100连接于直流电源部80和逆变器95之间。

(1-1)直流电源部80

直流电源部80由整流部81、和与整流部81并联连接的平滑电容器82构成。

整流部81由4个二极管D1a、D1b、D2a、D2b构成为桥状。具体而言，二极管D1a和D1b、D2a和D2b彼此相互串联连接。二极管D1a、D2a各自的阴极端子都与平滑电容器82的正侧端子连接，作为整流部81的正侧输出端子发挥作用。二极管D1b、D2b各自的二极管的各阳极端子都与平滑电容器82的负侧端子连接，作为整流部81的负侧输出端子发挥作用。

二极管D1a和二极管D1b的连接点与商用电源90的一个极连接。二极管D2a和二极管D2b的连接点与商用电源90的另一个极连接。整流部81对从商用电源90输出的交流电压进行整流而生成直流电，并将直流电提供给平滑电容器82。

平滑电容器82对由整流部81整流后的电压进行平滑处理。将平滑后的电压Vdc施加给与平滑电容器82的输出侧连接的逆变器95。

另外，关于电容器的类型，可以举出电解电容器和薄膜电容器、钽质电容器等，在本实施方式中，平滑电容器82采用电解电容器。

该直流电源部80也能够称为将交流电压变换为直流电压的变流器电路。

(1-2)逆变器95

逆变器95包括多个IGBT(绝缘栅极型双向晶体管，以下简称为晶体管)和多个回流用二极管。逆变器95被施加来自平滑电容器82的电压Vdc，而且在由栅极驱动电路96指示的定时进行各晶体管的接通及断开，由此生成驱动电机150的驱动电压。电机150例如是热泵式空调机的压缩机电机、风扇电机。

另外，本实施方式的逆变器95是电压形逆变器，但不限于此，也可以是电流形逆变器。

(1-3)栅极驱动电路96

栅极驱动电路96根据来自控制部40的指令，使逆变器95的各晶体管的接通及断开的状态变化。

(1-4)过电压保护电路100

过电压保护电路100包括过电压导通电路60、第1阻抗电路71、第2阻抗电路72、电压检测器83、旁通电路85、第3开关63。

(2)过电压保护电路100的具体结构

第5实施方式和已经说明的第1～第4实施方式最大的不同之处在于，过电压保护电路100被设于直流部。因此，鉴于各构成要素也被从交流规格替换为直流规格，即使是相同的名称，也更换标号再次进行说明。

(2-1)过电压导通电路60

过电压导通电路60采用开关61替代第4实施方式中的开关11。

如图6所示，开关61由光耦合器61a、驱动电路61b、晶体管61c构成。光耦合器61a内置了发光二极管611和光电晶体管612。

开关61的输入侧(E1-E2之间)与光耦合器61a的发光二极管611连接。发光二极管611的阳极E1经由电阻R1与电源Vc连接。发光二极管611的阴极E2经由信号线与控制部40连接。并且，光电晶体管612连接于驱动电路61b和地之间。

在开关61的输出侧(F1-F2之间)设有晶体管61c。晶体管61c的集电极F1与电源线801连接。并且，晶体管61c的发射极F2与第1阻抗电路71连接。

控制部40的控制信号经由光耦合器61a被输入到驱动电路61b。驱动电路61b与驱动用电源(未图示)连接，在控制部40使发光二极管611的信号线接通时，发光二极管611发光，光电晶体管612导通。在该光电晶体管612导通的期间，从驱动电路61b向晶体管61c的基极输出驱动信号，晶体管61c的集电极F1-发射极F2之间导通。

相反，在控制部40将发光二极管611的信号线断开时，发光二极管611不发光，因而光电晶体管612不导通。在该光电晶体管612不导通的期间，晶体管61c的集电极F1-发射极F2之间也不导通。

这样，在将直流电路断开及闭合时可以是单向开关，因而不需要将交流电路断开及闭合时的双向性，具有成本优势。另外，单向开关的结构不限于本实施方式，但优选能够如半导体开关那样高速地进行开关动作。

过电压导通电路60与设备30并联连接于一对电源线801、802之间。

(2-2)第1阻抗电路71

第1阻抗电路71构成为使该电路中的电压和电流之比即阻抗值达到Za的电路。通常采用电阻元件。

第1阻抗电路71与逆变器95并联而且与过电压导通电路60串联地连接于一对电源线801、802之间。

(2-3)第2阻抗电路72

第2阻抗电路72构成为使该电路中的电压和电流之比即阻抗值达到Zb的电路。通常采用电阻元件。

第2阻抗电路72连接于电源线802中的直流电源部80和第1阻抗电路71之间。

(2-4)电压检测器83

电压检测器83与平滑电容器82的输出侧连接，检测平滑电容器82的两端电压即平滑后的电压Vdc的值。电压检测器83例如构成为将相互串联连接的两个电阻与平滑电容器82并联连接，对电压Vdc进行分压。将这两个电阻彼此的连接点的电压值输入控制部40。

(2-5)旁通电路85

旁通电路85是与第2阻抗电路72并联连接、并绕过第2阻抗电路72的电路。旁通电路85具有第2开关62。第2开关62将旁通电路85断开及闭合。其中，将旁通电路85断开及闭合是指使旁通电路85导通或者切断而处于不导通状态。

(2-6)第2开关62

第2开关62在通常时将旁通电路85闭合即处于导通状态。因为如果在通常时将旁通电路85设为断开(不导通状态)，在第2阻抗电路72中始终消耗功率，对逆变器95的施加电压将下降第2阻抗电路72的阻抗Zb的压降量。

另一方面，为了在过电压时保护逆变器95，需要尽快将旁通电路85断开，构成直流电源部80-过电压导通电路60-第1阻抗电路71-第2阻抗电路72-直流电源部80的闭路电路。因此，要求第2开关62高速动作。在本实施方式中采用与开关61一样的开关。另外，开关不限于本实施方式。

如图6所示，第2开关62在输入侧(G1-G2之间)设有光耦合器62a的发光二极管621，在输出侧(H1-H2之间)设有晶体管62c。发光二极管621的阳极G1经由电阻R2与电源Vc连接。并且，发光二极管621的阴极G2经由信号线与控制部40连接。

晶体管62c的集电极H1连接于电源线802中的第2阻抗电路72和逆变器95之间。并且，晶体管62c的发射极H2连接于电源线802中的第2阻抗电路72和直流电源部80之间。

第2开关62的工作原理与开关61的工作原理相同，因而在此省略动作说明。

(2-7)第3开关63

第3开关63将电源线801断开及闭合。其中，将电源线801断开及闭合是指使电源线801导通或者切断而处于不导通状态。

第3开关63在通常时使电源线801闭合即处于导通状态。另一方面，在过电压时，开关61接通、第2开关62断开，构成直流电源部80-过电压导通电路60-第1阻抗电路71-第2阻抗电路72-直流电源部80的闭路电路，在进行了逆变器95的保护动作后，第3开关63断开，将电源线801切断。

将电源线801切断的目的在于，停止在第1阻抗电路71及第2阻抗电路72的功率消耗，能够抑制第1阻抗电路71及第2阻抗电路72的过热，因而能够减小额定功率，实现低成本化。

第3开关63被要求如开关61及第2开关62那样的高速性，因而在本实施方式中采用继电器电路。

如图6所示，第3开关63包括将电源线801断开及闭合的继电器接点63a、使继电器接点63a进行动作的继电器线圈63b、和对继电器线圈63b进行通电及不通电的晶体管63c。继电器线圈63b的一端与电源Vb的正极连接，另一端与晶体管63c的集电极侧连接。控制部40切换晶体管63c的基极电流的有无，将集电极和发射极之间接通及断开，进行对继电器线圈63b的通电及不通电。

(3)过电压保护电路50的动作

在图6中，在通常时过电压导通电路60的开关61断开，旁通电路85因第2开关62闭合而处于导通状态，而且第3开关63使电源线801处于导通状态，因而对逆变器95施加电压Va＝Vdc。

当直流电源部80的电压Vdc急剧增加，控制部40判定为从电压检测器83输出的电压超过阈值时，控制部40对开关61的发光二极管611通电，使晶体管61c接通。同时，控制部40停止对第2开关62的发光二极管621的通电，使晶体管62c断开。

其结果是，构成直流电源部80-过电压导通电路60-第1阻抗电路71-第2阻抗电路72-直流电源部80的闭路电路。此时，对逆变器95只能施加电压Vdc的与两个阻抗之比对应的电压Va＝Vdc×Za/(Za+Zb)。其结果是，保护逆变器95不遭受过电压。

然后，在过电压状态继续的情况下，第3开关63将电源线801切断，停止第1阻抗电路71及第2阻抗电路72的功率消耗。

在商用电源90的电压Vac及直流电源部80的电压Vdc下降，控制部40判定为从电压检测器83输出的电压回归而低于阈值时，控制部40将开关61的发光二极管611的通电停止，使晶体管61c断开。同时，控制部40对第2开关62的发光二极管621通电，使晶体管62c接通。并且，使第3开关63接通而连接电源线801，由此恢复为通常的动作。

(4)第5实施方式的特征

(4-1)在过电压保护电路100中，在通常时将第2开关62接通使旁通电路85闭合，因而不会在第2阻抗电路72中消耗功率，也能够避免对逆变器95的施加电压下降第2阻抗电路72的压降量。

(4-2)并且，在过电压时过电压导通电路60的开关61接通，第2开关62断开，由此对逆变器95只能施加与第1阻抗电路71和第2阻抗电路72的阻抗之比对应的电压，因而保护逆变器95不遭受过电压。

(4-3)另外，第3开关63将电源线801切断，停止在第1阻抗电路71及第2阻抗电路72的功率消耗。其结果是，能够抑制第1阻抗电路71及第2阻抗电路72的过热，减小额定功率。

(4-4)另外，在直流电源部80的下游侧配置的开关61、第2开关62可以是单向开关，因而能够实现开关的低成本化。

<第6实施方式>

(1)过电压保护电路100的结构

图7是具有本发明的第6实施方式的过电压保护电路100的电力变换装置200的电路图。在图7中，逆变器95从直流电源部80经由一对电源线801、802被供电。过电压保护电路100的一部分连接于商用电源90和直流电源部80之间，其它部分连接于直流电源部80和逆变器95之间。

过电压保护电路100包括过电压导通电路60、第1阻抗电路71、第2阻抗电路72、电压检测器33、旁通电路85、第3开关13。

第6实施方式和已经说明的第5实施方式的不同之处在于，作为过电压保护电路100的构成要素的电压检测器和第3开关设于商用电源90和直流电源部80之间。即，电压检测器和第3开关的配置与第4实施方式中的电压检测器33和第3开关13的配置相同。因此，鉴于电压检测器和第3开关也被从直流规格替换为交流规格，采用第4实施方式中的电压检测器33和第3开关13。

因此，各构成要素的内容与第4实施方式中的电压检测器33和第3开关13、第5实施方式的过电压导通电路60、第1阻抗电路71、第2阻抗电路72、及旁通电路85相同，因而在此省略说明，仅进行动作说明。

(2)过电压保护电路50的动作

在图7中，在通常时过电压导通电路60的开关61断开，旁通电路85因第2开关62闭合而处于导通状态，而且第3开关63使电源线901处于导通状态，因而对逆变器95施加电压Va＝Vdc。

在由于商用电源90的电压Vac的变动，Vac急剧增加，控制部40判定为从电压检测器33输出的电压超过阈值时，控制部40对开关61的发光二极管611通电，使晶体管61c接通。同时，控制部40停止对第2开关62的发光二极管621的通电，使晶体管62c断开。

其结果是，构成直流电源部80-过电压导通电路60-第1阻抗电路71-第2阻抗电路72-直流电源部80的闭路电路。此时，对逆变器95只能施加电压Vdc的与两个阻抗之比对应的电压Va＝Vdc×Za/(Za+Zb)。其结果是，保护逆变器95不遭受过电压。

然后，第3开关13将电源线901切断，停止第1阻抗电路71及第2阻抗电路72的功率消耗。

(3)第6实施方式的特征

(3-1)在过电压保护电路100中，在通常时将第2开关62接通使旁通电路85闭合，因而不会在第2阻抗电路72中消耗功率，也能够避免对逆变器95的施加电压下降在第2阻抗电路72的压降量。

(3-2)并且，在过电压时过电压导通电路60的开关61接通，第2开关62断开，由此对逆变器95只能施加与第1阻抗电路71和第2阻抗电路72的阻抗之比对应的电压，因而保护逆变器95不遭受过电压。

(3-3)另外，第3开关13将电源线901切断，停止在第1阻抗电路71及第2阻抗电路72的功率消耗。其结果是，能够抑制第1阻抗电路71及第2阻抗电路72的过热，减小额定功率。

(3-4)另外，在直流电源部80的下游侧配置的开关61、第2开关62可以是单向开关，因而能够实现开关的低成本化。

<其它实施方式>

(A)在图1所示的第1实施方式的第2阻抗电路22中并联连接图4所示的第3实施方式的旁通电路35而得到的实施方式，也是有效的。

在通常时将第2开关12接通而使旁通电路35闭合，因而不会在第2阻抗电路22中消耗功率，能够避免对设备30的施加电压下降在第2阻抗电路22的压降量。

(B)通过图5所示的第4实施方式的第3开关13将图1所示的第1实施方式及图2所示的第2实施方式的电源线901断开及闭合而得到的实施方式，也是有效的。

通过第3开关13将电源线901切断，停止在第1阻抗电路21及第2阻抗电路22的功率消耗，因而能够减小第1阻抗电路21及第2阻抗电路22的额定功率。

(C)图1所示的第1实施方式、图2所示的第2实施方式及图4所示的第3实施方式的过电压保护电路50，都是以针对交流电压的过电压保护电路为实施方式，而在电源是直流电源的情况下、或者在设备内具有对交流电进行整流的直流电源部的情况下，也可以将各构成要素从交流规格替换为直流规格而设于直流电源部的下游侧。

(D)第6实施方式是将第5实施方式变更为把电压检测器和第3开关设于商用电源90和直流电源部80之间得到的方式，但也可以仅把电压检测器设于商用电源90和直流电源部80之间。

(E)在第5实施方式、第6实施方式中示出了在设备的内部具有过电压保护电路的示例，但是设备不限于具有变流器电路和逆变器电路。

(F)在第3实施方式中，在进行了设备30的保护动作之后将第3开关断开，但也可以在从进行了保护动作起经过规定的时间后将第3开关断开。

(G)在第3实施方式中，在进行了设备30的保护动作之后将第3开关断开，但还可以具有检测设备电压V的设备电压检测器，在设备电压超过规定值时将第3开关断开。

(H)在第1实施方式中，关于在过电压时流过电流的元件，以浪涌吸收器为例进行了说明。在这种情况下，如在第1实施方式中说明的那样，在导通时元件自身不保持电压，因而将电源电压按照阻抗之比进行分压而施加给设备30。但是，作为过电压导通电路的元件，在将诸如压敏电阻(varistor)和齐纳二极管等在导通时由元件自身保持规定的电压的那样元件应用于过电压电路的情况下，对从电源电压去除该保持电压量后的电压，按照阻抗之比进行分压。在这种情况下，对设备只能施加元件的保持电压加上由阻抗分压后的电压而得的电压，因而限制对设备的施加电压，能够保护设备不遭受过电压。

产业上的可利用性

本发明用于在电源电压容易产生变动的地域中使用的设备例如冷冻装置。

标号说明

10、60过电压导通电路；11、61开关；12、62第2开关；13、63第3开关；21、71第1阻抗电路；22、72第2阻抗电路；33、83电压检测器；35、85旁通电路；50、100过电压保护电路；80直流电源部(DC电源、变流器电路)；90商用电源(AC电源)；95逆变器(逆变器电路)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009－207329号公报

Claims (9)

1.一种过电压保护电路(50、100)，其连接于电源与由所述电源提供电力的设备之间，所述过电压保护电路具有：

过电压导通电路(10、60)，其构成与所述设备并联地连接于将所述电源和所述设备连接起来的一对电源线之间的串联电路，在通常时不流过电流，在过电压时流过电流；

第1阻抗电路(21、71)，其与所述过电压导通电路(10、60)串联且与所述过电压导通电路(10、60)一起构成所述串联电路；

第2阻抗电路(22、72)，其连接于所述电源线中的所述电源和所述第1阻抗电路(21、71)之间；

电压检测器(33、83)，其检测所述电源的电压；以及

旁通电路(35、85)，其绕过所述第2阻抗电路(22、72)，

所述过电压导通电路(10、60)包括过渡电压抑制器、齐纳二极管、浪涌吸收器及雪崩二极管中的任意一个作为在过电压时流过电流的元件，

所述旁通电路(35、85)具有将所述旁通电路(35、85)断开及闭合的第2开关(12、62)，

所述第2开关(12、62)在通常时将所述旁通电路(35、85)闭合，使得在第2阻抗电路(22、72)中不消耗功率，在所述电压检测器(33、83)的检测值超过规定的阈值时将所述旁通电路(35、85)切断。

2.根据权利要求1所述的过电压保护电路(50、100)，其中，

所述过电压保护电路还具有将所述电源线断开及闭合的第3开关(13、63)，

所述第3开关(13、63)在通常时使所述电源线处于导通状态，在所述电压检测器(33、83)的检测值超过规定的阈值时，在所述过电压导通电路(10、60)导通后将所述电源线切断。

3.根据权利要求1或2所述的过电压保护电路(50)，其中，

所述电源是交流电源。

4.根据权利要求1或2所述的过电压保护电路(100)，其中，

所述电源是直流电源。

5.一种过电压保护电路(50、100)，其连接于电源与由所述电源提供电力的设备之间，所述过电压保护电路具有：

过电压导通电路(10、60)，其构成与所述设备并联地连接于将所述电源和所述设备连接起来的一对电源线之间的串联电路，在通常时不流过电流，在过电压时流过电流；

第1阻抗电路(21、71)，其与所述过电压导通电路(10、60)串联且与所述过电压导通电路(10、60)一起构成所述串联电路；

第2阻抗电路(22、72)，其连接于所述电源线中的所述电源和所述第1阻抗电路(21、71)之间；

电压检测器(33、83)，其检测所述电源的电压；以及

第3开关(13、63)，其将所述电源线断开及闭合，

所述过电压导通电路(10、60)包括过渡电压抑制器、齐纳二极管、浪涌吸收器及雪崩二极管中的任意一个作为在过电压时流过电流的元件，

所述第3开关(13、63)在通常时使所述电源线处于导通状态，在所述电压检测器(33、83)的检测值超过规定的阈值时，在所述过电压导通电路(10、60)导通后将所述电源线切断，使得所述第1阻抗电路(21、71)和所述第2阻抗电路(22、72)中的功率消耗停止。

6.根据权利要求5所述的过电压保护电路(50)，其中，

所述电源是交流电源。

7.根据权利要求5所述的过电压保护电路(100)，其中，

所述电源是直流电源。

8.一种电力变换装置，具有：

变流器电路(80)，其将交流电源的电压变换为直流电压；

逆变器电路(95)，其将所述直流电压变换为交流电压；以及

使用直流用的开关作为所述第2开关元件(62)的权利要求1或2所述的过电压保护电路(100)。

9.一种电力变换装置，具有：

逆变器电路(95)，其将直流电源的电压变换为交流电压；以及

权利要求4或7所述的过电压保护电路(100)。