CN105830302B - 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，在过电压时，过电压导通电路(10)的压敏电阻处于导通状态，第2开关(12)断开，由此对设备(30)施加电压Va＝Vac‑Vzs，但由于比过电压值小，因而能够保护设备(30)不遭受过电压。并且，开关(11)将电源线(901)切断，由此抑制在阻抗电路(20)的过热，停止功率消耗。其结果是，能够减小阻抗电路(20)的额定功率。

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元件，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电路连接于电源和从该电源提供功率的设备之间，该过电压保护电路具有在过电压时流过电流的规定元件、和阻抗电路。规定元件与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。阻抗电路连接于电源线中的电源和规定元件之间。

在该过电压保护电路中，在过电压时，规定元件导通，由此使设备侧的电压保持固定。并且，施加给设备的电压下降在阻抗电路的压降量，能够保护设备不遭受瞬间的过电压。

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，具有开关和过电压状态检测单元。开关将电源线断开及闭合。过电压状态检测单元检测施加给规定元件的电压是过电压状态的情况。开关在通常时使电源线处于导通状态，在通过过电压状态检测单元检测出过电压状态时，将电源线切断。

在该过电压保护电路中，在过电压时开关进行动作，由此在规定元件达到临界耐性(破坏)以前电源线被切断，因而能够避免规定元件的破坏。另外，能够停止在阻抗电路的功率消耗，因而能够抑制阻抗电路的过热，减小额定功率。

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，还具有旁通电路和过电压状态检测电路。旁通电路是绕过阻抗电路的电路。过电压状态检测电路检测施加给规定元件的电压是过电压状态的情况。旁通电路具有将旁通电路断开及闭合的第2开关。第2开关在通常时将旁通电路闭合，在通过过电压状态检测单元检测出所述过电压状态时，将旁通电路切断。

在该过电压保护电路中，在通常时将旁通电路闭合，因而不会在阻抗电路中消耗功率，也能够避免对设备的施加电压下降在阻抗电路的压降量。

另一方面，在过电压时，施加给设备的电压下降在阻抗电路的压降量，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二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。第2开关在通常时将旁通电路闭合，在通过过电压状态检测单元检测出过电压状态时，将旁通电路切断。

在该过电压保护电路中，在通常时将旁通电路闭合，因而不会在阻抗电路中消耗功率，也能够避免对设备的施加电压下降在阻抗电路的压降量。

另一方面，在过电压时，施加给设备的电压下降在阻抗电路的压降量，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二～第四方面中任意一个方面所述的过电压保护电路，过电压状态检测单元是检测电源的电压的电压检测器。

本发明的第六方面的过电压保护电路是根据第二～第四方面中任意一个方面所述的过电压保护电路，过电压状态检测单元是在规定元件中流过的电流的电流检测器。

本发明的第七方面的过电压保护电路是根据第一～第六方面中任意一个方面所述的过电压保护电路，规定元件包括压敏电阻、齐纳二极管及雪崩二极管中的任意一个。

压敏电阻、齐纳二极管及雪崩二极管都是以较短的响应时间对电压的过渡性变动进行动作的元件。因此，在该过电压保护电路中，通过在过电压时该元件导通，虽然是短时间，也使设备侧的电压保持固定。并且，对设备施加的电压下降在阻抗电路的压降量，能够保护设备不遭受瞬间的过电压。

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，对设备施加的电压也下降在阻抗电路的压降量。因此，不需要仅仅为了对短时间的过大电压进行保护而设计将设备的整流部的电压额定值提高，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，将交流电压变换为直流电压。逆变器电路将直流电压变换为交流电压。

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性地施加的过大交流电压，或者保护逆变器电路不遭受过渡性地施加的过大直流电压。

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，规定元件导通，由此使设备侧的电压保持固定。并且，施加给设备的电压下降在阻抗电路的压降量，能够保护设备不遭受瞬间的过电压。

在本发明的第二方面、或者第五方面或者第六方面的过电压保护电路中，在过电压时开关进行动作，由此在规定元件达到临界耐性(破坏)以前电源线被切断，因而能够避免规定元件的破坏。另外，能够停止在阻抗电路的功率消耗，因而能够减小阻抗电路的额定功率。

在本发明的第三方面、或者第五方面或者第六方面的过电压保护电路中，在通常时将旁通电路闭合，因而不会在阻抗电路中消耗功率，也能够避免对设备的施加电压下降在阻抗电路的压降量。

另一方面，在过电压时，施加给设备的电压下降在阻抗电路的压降量，能够保护设备不遭受过电压。

在本发明的第四方面、或者第五方面或者第六方面的过电压保护电路中，在通常时将旁通电路闭合，因而不会在阻抗电路中消耗功率，也能够避免对设备的施加电压下降在阻抗电路的压降量。

另一方面，在过电压时，施加给设备的电压下降在阻抗电路的压降量，能够保护设备不遭受过电压。

在本发明的第七方面的过电压保护电路中，在过电压时规定元件导通，由此虽然是短时间，也使设备侧的电压保持固定。并且，对设备施加的电压下降在阻抗电路的压降量，能够保护设备不遭受瞬间的过电压。

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，对设备施加的电压也下降在阻抗电路的压降量。因此，不需要仅仅为了对短时间的过大电压进行保护而设计提高设备的整流部的电压额定值，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性地施加的过大交流电压，或者保护逆变器电路不遭受过渡性地施加的过大直流电压。

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是具有第1实施方式的变形例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2实施方式的过电压保护电路的装置的电路图。

图5是具有第2实施方式的变形例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3实施方式的过电压保护电路的装置的电路图。

图7是具有第3实施方式的变形例的过电压保护电路的电力变换装置的电路图。

图8是具有本发明的第4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，不是对本发明的技术范围进行限定。

<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、阻抗电路20、开关11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，采用压敏电阻、齐纳二极管(zener diode)、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由一个压敏电阻构成。压敏电阻通常不流过电流，但在施加电压超过限制电压时，在电流一气流过并且其电流值收敛在规定范围内的期间，能够将电压维持为规定的限制电压。

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)阻抗电路20

阻抗电路20构成为使该电路中的电压与电流之比即阻抗值达到Z的电路。

阻抗电路20在电源线901上连接于商用电源90与过电压导通电路10之间。

该阻抗电路20例如采用电阻和PTC热敏电阻。

(2-3)开关11

开关11将电源线901断开及闭合。其中，将电源线901断开及闭合是指将电源线901导通或者切断而使处于不导通状态。

开关11在通常时将电源线901闭合即处于导通状态。另一方面，在过电压时，过电压导通电路10的压敏电阻导通并维持规定的电压，构成商用电源90-阻抗电路20-过电压导通电路10-商用电源90的闭路电路，在进行了设备30的保护动作后，开关11断开，将电源线901切断。

将电源线901切断的目的是为了使在过电压导通电路10的元件和阻抗电路20的功率消耗停止，能够减小阻抗电路20的额定功率，能够实现低成本化。特别是在本实施方式中假定的过电压导通元件(压敏电阻、齐纳二极管、雪崩二极管)一般能量耐量不怎么大，因而适合于瞬间的保护，不适合于高电压或者长时间的电压施加，通过该开关11将电源线901切断很重要。

开关11只要能够在过电压导通电路10的元件和阻抗电路20达到破坏/故障前切断即可，不怎么要求高速性，因而在本实施方式中采用继电器电路。

如图1所示，开关11包括将电源线901断开及闭合的继电器接点11a、使继电器接点11a进行动作的继电器线圈11b、对继电器线圈11b进行通电及不通电的晶体管11c。继电器线圈11b的一端与电源Vb的正极连接，另一端与晶体管11c的集电极侧连接。控制部40切换晶体管11c的基极电流的有无，将集电极和发射极之间接通及断开，对继电器线圈11b进行通电及不通电。通过采用继电器电路，能够用约10ms从保护动作进行切断。

(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的两端电压被输入到变流器电路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被输入控制部40。即，将与施加给一次侧绕组331a的与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

在图1中，在通常时过电压导通电路10的压敏电阻不导通，而且开关11使电源线901处于导通状态，因而对设备30施加电压Va＝Vac-Vz。

在商用电源90的电压Vac急剧变动而达到过电压，电压Va超过压敏电阻的限制电压时，过电压导通电路10的压敏电阻处于导通状态，阻抗电路20的压降Vz增大了与此时流过压敏电阻的电流对应的量，对设备30施加电压Va＝Vac-Vz，由于所增加的Vz，Va小于过电压值，因而保护设备30不遭受过电压。

在电压检测器33检测出过电压状态时，开关11将电源线901切断，停止在阻抗电路20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输出的电压低于比压敏电阻的限制电压低的用于复原的阈值时，控制部40使开关11接通而将电源线901连接，由此恢复为通常的动作。即，根据在电压检测器33有无检测，开关11使电源线901切断/导通。

(4)第1实施方式的变形例

图2是具有第1实施方式的变形例的过电压保护电路50的装置的电路图。在图2中，在本变形例中，采用电流检测器34取代图1的第1实施方式的电流检测器33。电流检测器34与过电压导通电路10串联连接。

在电流检测器34检测出电流是指过电压导通电路10的压敏电阻处于导通状态，即这意味着商用电源90的电压Vac达到过大电压，因而能够替代电流检测器33而通过电流检测器34检测过电压。

(5)第1实施方式的特征

(5-1)在过电压时，过电压导通电路10的压敏电阻处于导通状态，过电压导通电路10的压敏电阻处于导通状态，对设备30施加电压Va＝Vac-Vz，由于比过电压值小，因而保护设备30不遭受过电压。

(5-2)另外，开关11将电源线901切断，由此停止在阻抗电路20的功率消耗。其结果是，能够减小阻抗电路20的额定功率。

(5-3)在通常时，对设备30施加电压Va＝Vac-Vz，即使电压Va是过大电压时，对设备30也只能施加电压Va＝Vac-Vz。因此，不需要仅仅为了对短时间的过大电压进行保护而设计提高设备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4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、阻抗电路20、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2实施方式是对第1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、阻抗电路20、开关11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是与阻抗电路20并联连接、并绕过阻抗电路20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。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)，在阻抗电路20始终消耗功率，对设备30的施加电压将下降阻抗电路20的阻抗Z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，构成商用电源90-阻抗电路20-过电压导通电路10-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，采用光电双向可控硅耦合器。

如图4所示，第2开关12在输入侧(A1-A2之间)设有发光二极管12a，在输出侧(B1-B2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来构成的。

发光二极管12a的阳极A1经由电阻R1与电源Vc连接。并且，发光二极管12a的阴极A2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B1连接于电源线901中的阻抗电路20和设备30之间。并且，光电双向可控硅12b的第2阳极B2连接于电源线901中的阻抗电路20和商用电源90之间。

发光二极管12a在电流流过时发光。光电双向可控硅12b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12a的光时，光电晶闸管121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12a的光时，光电晶闸管122处于接通状态。

这样，光电双向可控硅12b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。

并且，第2开关12的动作控制即对发光二极管12a的通电控制由控制部40进行。

(3)过电压保护电路50的动作

在图4中，在通常时开关11接通，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输出的电压超过压敏电阻将要导通的阈值时，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-阻抗电路20-过电压导通电路10-商用电源90的闭路电路。此时，对设备30施加电压Va＝Vac-Vz，由于比过电压值小，因而保护设备30不遭受过电压。

在电压检测器33检测出过电压状态时，开关11将电源线901切断，停止在阻抗电路20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输出的电压低于比压敏电阻的限制电压低的用于复原的阈值时，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。另外，使开关11接通将电源线901连接，由此恢复为通常的动作。

(4)第2实施方式的变形例

图5是具有第2实施方式的变形例的过电压保护电路50的装置的电路图。在图5中，在本变形例中，采用电流检测器34取代图4的第2实施方式的电流检测器33。电流检测器34与过电压导通电路10串联连接。

在电流检测器34检测出电流是指过电压导通电路10的压敏电阻处于导通状态，即这意味着商用电源90的电压Vac达到过大电压，因而能够取代电流检测器33而通过电流检测器34检测过电压。

(5)第2实施方式的特征

(5-1)在过电压保护电路50中，在通常时，过电压导通电路10的压敏电阻不导通、而且开关11使电源线901处于导通状态，使第2开关12接通，将旁通电路35闭合，因而不会在阻抗电路20中消耗功率，也能够避免对设备30的施加电压下降在阻抗电路20的压降量。

(5-2)在过电压时，过电压导通电路10的压敏电阻处于导通状态，第2开关12断开，对设备30施加电压Va＝Vac-Vzs，由于比过电压值小，因而保护设备30不遭受过电压。

(5-3)另外，开关11将电源线901断开，由此停止在阻抗电路20的功率消耗。其结果是，能够减小阻抗电路20的额定功率。

(5-4)即使电压Va是过大电压时，对设备30也只能施加电压Va＝Vac-Vzs。因此，不需要仅仅为了对短时间的过大电压进行保护而设计提高设备30的电压额定值，比较合理。

<第3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3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压，并将直流电压提供给平滑电容器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，关于电容器的种类，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，采用电解电容器作为平滑电容器82。

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、阻抗电路70、电压检测器83、旁通电路85、开关61。

(2)过电压保护电路100的具体结构

该第3实施方式和已经说明的第1实施方式及第2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，采用压敏电阻、齐纳二极管、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60由一个压敏电阻构成。压敏电阻通常不流过电流，但在施加电压超过限制电压时，在电流一气流过并且其电流值被控制在规定范围内的期间，能够将电压维持为规定的限制电压。

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)阻抗电路70

阻抗电路70构成为使该电路中的电压和电流之比即阻抗值达到Z的电路。一般采用电阻元件和PTC热敏电阻。

阻抗电路70在电源线801上连接于直流电源部80与过电压导通电路60之间。

(2-3)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。

(2-4)旁通电路85

旁通电路85是与阻抗电路70并联连接、并绕过阻抗电路70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。

(2-5)开关61

开关61将电源线801断开及闭合。其中，将电源线801断开及闭合是指将电源线801导通或者断开使处于不导通状态。

开关61在通常时将电源线801闭合即处于导通状态。另一方面，在过电压时，过电压导通电路60导通、第2开关62断开，构成直流电源部80-阻抗电路70-过电压导通电路60-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，开关61断开，将电源线801断开。

将电源线801断开的目的是为了停止在阻抗电路70的功率消耗，能够减小阻抗电路70的额定功率，能够实现低成本化。

开关61不要求高速性，因而在本实施方式中采用继电器电路。

如图6所示，开关61包括将电源线801断开及闭合的继电器接点61a、使继电器接点61a进行动作的继电器线圈61b、对继电器线圈61b进行通电及不通电的晶体管61c。继电器线圈61b的一端与电源Vb的正极连接，另一端与晶体管61c的集电极侧连接。控制部40切换晶体管61c的基极电流的有无，将集电极和发射极之间接通及断开，对继电器线圈61b进行通电及不通电。

(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)，在阻抗电路70中始终消耗功率，对逆变器95的施加电压将下降阻抗电路70的阻抗Z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-阻抗电路70-过电压导通电路60-直流电源部80的闭路电路。因此，要求第2开关62高速动作。

如图6所示，第2开关62由光耦合器62a、驱动电路62b、晶体管62c构成。光耦合器62a内置了发光二极管621和光电晶体管622。

开关61的输入侧(C1-C2之间)与光耦合器62a的发光二极管621连接。发光二极管621的阳极C1经由电阻R与电源Vc连接。发光二极管621的阴极C2经由信号线与控制部40连接。并且，光电晶体管622连接于驱动电路62b和地之间。

在第2开关62的输出侧(D1-D2之间)设有晶体管62c。晶体管62c的发射极D1连接于阻抗电路70和逆变器95之间。并且，晶体管62c的集电极D2连接于阻抗电路70和直流电源部80之间。

控制部40的控制信号经由光耦合器62a被输入到驱动电路62b。驱动电路62b与驱动用电源(未图示)连接，在控制部40使发光二极管621的信号线接通时，发光二极管621发光，光电晶体管622导通。在该光电晶体管622导通期间，从驱动电路62b向晶体管62c的基极输出驱动信号，晶体管62c的集电极D2-发射极D1之间导通。

相反，在控制部40将发光二极管621的信号线断开时，发光二极管621不发光，因而光电晶体管622不导通。在该光电晶体管622不导通的期间，晶体管62c的集电极D2-发射极D1之间也不导通。

(3)过电压保护电路100的动作

在图6中，在通常时过电压导通电路60的压敏电阻处于不导通状态，旁通电路85因第2开关62闭合而处于导通状态，因而对设备30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-阻抗电路70-过电压导通电路60-直流电源部80的闭路电路。此时，对逆变器95施加电压Va＝Vdc-Vz，由于比过电压值小，因而保护逆变器95不遭受过电压。

在电压检测器83检测出过电压状态时，开关61将电源线801切断，停止在阻抗电路70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83输出的电压低于比压敏电阻的限制电压低的用于复原的阈值时，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，使开关61接通而连接电源线801，由此恢复为通常的动作。

(4)第3实施方式的变形例

图7是具有第3实施方式的变形例的过电压保护电路100的电力变换装置200的电路图。在图7中，在本变形例中，采用电流检测器84取代图6的第3实施方式的电压检测器83。电流检测器84与过电压导通电路60串联连接。

在电流检测器84检测出电流是指过电压导通电路60的压敏电阻处于导通状态，即这意味着直流电源部80的电压Vdc达到过大电压，因而能够取代电流检测器83而通过电流检测器84检测过电压。

(5)第3实施方式的特征

(5-1)在过电压保护电路100中，在通常时，过电压导通电路60的压敏电阻不导通、而且开关61使电源线801处于导通状态，使第2开关62接通，将旁通电路35闭合，因而不会在阻抗电路70中消耗功率，也能够避免对逆变器95的施加电压下降在阻抗电路70的压降量。

(5-2)在过电压时，过电压导通电路60的压敏电阻处于导通状态，第2开关62断开，对逆变器95施加电压V＝Vdc-Vz，由于比过电压值小，因而保护逆变器95不遭受过电压。

(5-3)另外，开关61将电源线801断开，由此停止在阻抗电路70的功率消耗。其结果是，能够减小阻抗电路70的额定功率。

(5-4)另外，在直流电源部80的下游侧配置的第2开关62可以是单向开关，因而能够实现第2开关62的低成本化。

<第4实施方式>

(1)过电压保护电路100的结构

图8是具有本发明的第4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8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、开关11、阻抗电路70、电压检测器33、旁通电路85、第2开关62。

第4实施方式和已经说明的第3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，电压检测器和开关的配置与第1实施方式中的电压检测器33和开关11的配置相同。因此，鉴于电压检测器和开关也被从直流规格替换为交流规格，采用第1实施方式中的电压检测器33和开关11。

因此，各构成要素的内容与第1实施方式中的电压检测器33和开关11、第3实施方式的过电压导通电路60、阻抗电路70、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100的动作

在图8中，在通常时过电压导通电路60的压敏电阻处于不导通状态，旁通电路85因第2开关62闭合而处于导通状态，而且开关11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，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33输出的电压超过阈值时，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-阻抗电路70-过电压导通电路60-直流电源部80的闭路电路。此时，对逆变器95施加电压Va＝Vdc-Vz，由于比过电压值小，因而保护逆变器95不遭受过电压。

在电压检测器33检测出过电压状态时，开关11将电源线901切断，停止在阻抗电路70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输出的电压低于比压敏电阻的限制电压低的用于复原的阈值时，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，使开关11接通而连接电源线801，由此恢复为通常的动作。

(3)第4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，因而不会在阻抗电路70中消耗功率，也能够避免对逆变器95的施加电压下降在阻抗电路70的压降量。

(3-2)在过电压时过电压导通电路60的压敏电阻处于导通状态，第2开关62断开，由此对逆变器95施加电压Va＝Vdc-Vz，由于比过电压值小，因而保护逆变器95不遭受过电压。

(3-3)另外，开关11将电源线901切断，由此抑制阻抗电路70的过热，停止功率消耗。其结果是，能够减小阻抗电路70的额定功率。

(3-4)另外，在直流电源部80的下游侧配置的第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)图1所示的第1实施方式及图2所示的第1实施方式的变形例，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源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。

(B)第4实施方式是将第3实施方式变更为把电压检测器和开关设于商用电源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。

(C)在第3实施方式、第4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。

(D)在第1实施方式中，在进行了设备30的保护动作、电压检测器检测出过电压状态之后，将开关断开，但也可以在从进行了保护动作起经过规定的时间后将开关断开。

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(规定元件)；11、61开关；12、62第2开关；20、70阻抗电路；33、83电压检测器(过电压状态检测单元)；34、84电流检测器(过电压状态检测单元)；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)；200电力变换装置。

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 (8)

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：

规定元件(10、60)，其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，在通常时不流过电流，在过电压时流过电流；

阻抗电路(20、70)，其连接于所述电源线中的所述电源和所述规定元件(10、60)之间；

开关(11、61)，其将所述电源线断开及闭合；以及

过电压状态检测单元(33、34、83、84)，其检测施加给所述规定元件(10、60)的电压是过电压状态的情况，

所述开关(11、61)在通常时使所述电源线处于导通状态，在通过所述过电压状态检测单元(33、34、83、84)检测出过电压状态时，将所述电源线切断，使得所述阻抗电路(20、70)和所述规定元件(10、60)中的功率消耗停止。

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绕过所述阻抗电路(20、70)的旁通电路(35、85)，

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，在通过所述过电压状态检测单元(33、34、83、84)检测出所述过电压状态时，将所述旁通电路(35、85)切断。

3.根据权利要求1或2所述的过电压保护电路(50、100)，其中，

所述过电压状态检测单元是检测所述电源的电压的电压检测器(33、83)。

4.根据权利要求1或2所述的过电压保护电路(50、100)，其中，

所述过电压状态检测单元是检测在所述规定元件(10、60)中流过的电流的电流检测器(34、84)。

5.根据权利要求1或2所述的过电压保护电路(50、100)，其中，

所述规定元件(10、60)包括压敏电阻、齐纳二极管及雪崩二极管中的任意一个。

6.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。

7.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。

8.一种电力变换装置(200)，具有：

变流器电路(80)，其与交流电源连接，将交流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

权利要求1～7中任意一项所述的过电压保护电路(100)。