CN109155581A - 电力变换装置 - Google Patents
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Abstract
目的在于得到不设置电压监视电路,能够在运转开始前对自举电路的异常进行检测的电力变换装置,具有:串联电路(10),其一端与第1直流电源(1)的正极连接,另一端与第1直流电源(1)的负极连接,该串联电路是将第1开关元件、第2开关元件、分流电阻(9)按该顺序串联连接而得到的;输出部(11),其连接于第1开关元件和第2开关元件之间;第1驱动电路,其对第1开关元件进行通断驱动;第2驱动电路,其与第1开关元件互补地对第2开关元件进行通断驱动;第2直流电源(6),其是第2驱动电路的电源;以及电容器(7),如果第2开关元件接通,则该电容器通过第2直流电源(6)而进行充电,该电力变换装置在初始充电时利用分流电阻(9)的电流而对第1驱动电路的异常进行检测。
Description
技术领域
本发明涉及能够进行驱动电路的异常检测的电力变换装置。
背景技术
在现有的电力变换装置的驱动电路中,在第1直流电源的两侧串联连接上桥臂开关元件和下桥臂开关元件,作为上桥臂开关元件的驱动电源而使用的电容器通过二极管而连接于第2直流电源的+侧,在下桥臂开关元件接通时对电容器进行充电,在上桥臂开关元件接通时,消耗电容器的电荷。此外,这样的电路被称作自举电路。
根据作为现有技术的一个例子的专利文献1,公开了如下技术,即,通过电压监视电路而监视该自举电路的电容器的电压,在电压降低的情况下,使通断停止。
专利文献1:日本特开平3-150075号公报
发明内容
但是,根据上述的现有技术,存在如下问题,即,需要用于对上桥臂的栅极电源电路的故障进行检测的电压监视电路。
本发明就是鉴于上述问题而提出的,其目的在于得到一种电力变换装置,该电力变换装置不设置电压监视电路,能够在运转开始前对自举电路的异常进行检测。
为了解决上述课题、实现目的,本发明是一种电力变换装置,其具有:串联电路,其一端与第1直流电源的正极连接,另一端与所述第1直流电源的负极连接,该串联电路是将第1开关元件、第2开关元件、分流电阻按该顺序串联连接而得到的;输出部,其连接于所述第1开关元件和所述第2开关元件之间;第1驱动电路,其对所述第1开关元件进行通断驱动;第2驱动电路,其与所述第1开关元件互补地对所述第2开关元件进行通断驱动;第2直流电源,其是所述第2驱动电路的电源;电容器,如果所述第2开关元件接通,则该电容器通过所述第2直流电源而进行充电,该电容器是所述第1驱动电路的电源;以及控制部,其利用流过所述分流电阻的电流而进行所述第1驱动电路的异常检测。
发明的效果
本发明所涉及的电力变换装置实现如下效果,即,不设置电压监视电路,能够在运转开始前对自举电路的异常进行检测。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的电力变换装置的结构的电路图。
图2是表示图1所示的电力变换装置的初始充电时的上桥臂开关元件以及下桥臂开关元件的通断模式的图。
图3是表示图1所示的电力变换装置的充电时的电流路径的图。
图4是表示实施方式2所涉及的电力变换装置的结构的电路图。
图5是表示图4所示的电力变换装置的初始充电时的上桥臂开关元件以及下桥臂开关元件的通断模式的图。
图6是表示实施方式3所涉及的电力变换装置的结构的电路图。
具体实施方式
下面,基于附图,对本发明的实施方式所涉及的电力变换装置详细进行说明。此外,本发明不受本实施方式限定。
实施方式1.
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的电力变换装置的结构的电路图。图1所示的电力变换装置12具有:作为第1直流电源的直流电源1、作为第1开关元件的上桥臂开关元件2、作为第2开关元件的下桥臂开关元件3、作为第1驱动电路的上桥臂侧驱动电路4、作为第2驱动电路的下桥臂侧驱动电路5、作为第2直流电源的直流电源6、电容器7、二极管8、以及分流电阻9。另外,上桥臂开关元件2、下桥臂开关元件3、分流电阻9按该顺序串联连接而形成串联电路10。
电力变换装置12具有对第1驱动电路和第2驱动电路进行控制的控制部(未图示)。该控制部由例如CPU(Central Processing Unit)实现。
此外,在图1中,仅示出1个串联电路10,但串联电路实际上设置有多个。即,在输出单相交流的情况下,设置2个串联电路,在输出三相交流的情况下,设置3个串联电路。上桥臂侧驱动电路4将控制信号输出至上桥臂开关元件2的栅极而对上桥臂开关元件2进行通断驱动。下桥臂侧驱动电路5将控制信号输出至下桥臂开关元件3的栅极而与上桥臂开关元件2互补地对下桥臂开关元件3进行通断驱动。直流电源6是下桥臂侧驱动电路5的电源,直流电源6的正极与二极管8的阳极以及下桥臂侧驱动电路5连接。电容器7是上桥臂侧驱动电路4的电源,一端与上桥臂侧驱动电路4以及二极管8的阴极连接,另一端连接于下桥臂开关元件3与上桥臂侧驱动电路4、上桥臂开关元件2之间。如果下桥臂开关元件3接通,则通过直流电源6进行充电。二极管8与直流电源6、电容器7串联连接。分流电阻9与上桥臂开关元件2、下桥臂开关元件3串联连接而对输出电流进行检测。串联电路10的一端与直流电源1的正极连接,另一端与直流电源1的负极连接。输出部11连接于上桥臂开关元件2和下桥臂开关元件3之间。
图1所示的电力变换装置12通过使上桥臂开关元件2以及下桥臂开关元件3交替地进行通断,从而将来自直流电源1的直流电压变换为交流而产生输出电流。上桥臂侧驱动电路4通过对载波和相电压指令进行比较得到的PWM(Pulse Width Modulation)信号而使上桥臂开关元件2通断。下桥臂侧驱动电路5通过对载波和相电压指令进行比较得到的PWM信号而使下桥臂开关元件3通断。
在上桥臂开关元件2接通时,电容器7的电荷被作为栅极电源而消耗,电容器7的电压下降。另外,在下桥臂开关元件3接通时,对电容器7进行充电,电容器7的电压升高。上桥臂开关元件2以及下桥臂开关元件3互补地即交替地反复进行通断,以输出频率的1个周期为单位反复进行相同的电压变动。此外,在输出停止后重新开始进行输出的情况下,即在电力变换装置12启动时,进行电容器7的初始充电。
图2是表示图1所示的电力变换装置12的初始充电时的上桥臂开关元件2以及下桥臂开关元件3的通断模式的图。
此外,在图2中,上桥臂开关元件2以及下桥臂开关元件3都是同时接通的,但本发明并不限定于此,也能够以每一相为单位使上桥臂开关元件2以及下桥臂开关元件3接通的定时错开。但是,如图2所示那样,使各相的上桥臂开关元件2接通的定时一致、使各相的下桥臂开关元件3接通的定时一致能够缩短启动时间,因此优选。
图3是表示图1所示的电力变换装置12的电容器7充电时的电流路径的图。在初始充电时,如图2所示那样,首先,上桥臂开关元件2以放电完成时间即T1的时间接通,使电容器7放电而使得电容器7的电压接近0V。然后,下桥臂开关元件3以初始充电完成时间即T2的时间接通,对电容器7进行充电。此时的电容器7的电压Vc由下述式(1)、(2)表示。
【算式1】
【算式2】
Vc=Vm-ΔV-R×i …(2)
这里,在上述式(1)、(2)中,电压Vm是直流电源6的电压,电容C是电容器7的电容,电阻R是分流电阻9的电阻值,电压ΔV是二极管8的正向电压和下桥臂开关元件3的接通电压的合计电压值,电流i是由图3的虚线示出的电流路径的电流值。将上述式(1)代入至式(2),从将下桥臂开关元件3接通的T2时间的起始点算起t秒钟后的理论电流值即电流i(t)由下述式(3)表示。
【算式3】
在利用上述式(3)计算出的电流i与流过分流电阻9的电流大不相同的情况下,具体而言,电容C和电阻R已知的,对于ΔV也使用理论值,Vm由于是变动的因而使用实际测量值,能够求出时刻t处的理论电流i。在实际电流i偏离了通过电容器或电阻的部件波动或温度变化等的最大变化量的组合而求出的理论电流最大值imax、理论电流最小值imin的情况下,判定为自举电路发生故障。由于分流电阻9的电阻R已知,因此通过利用分流电阻9的两端的电压Vr而求出实际电流i。
以往是利用需要运算放大器以及绝缘电源的电压监视电路而对自举电路的异常进行检测,需要将上述电压监视电路设置于各相,因此,电力变换装置大型化,电力变换装置的制作成本增大。在本实施方式中,能够针对上桥臂开关元件2的驱动电路即上桥臂侧驱动电路4的异常,通过对流过电容器7的电流和作为供给源的直流电源6的电压进行测定,从而对自举电路的异常进行检测。因此,不需要如以往那样的需要运算放大器以及绝缘电源的电压监视电路,因此,能够使电力变换装置小型化,抑制制作成本。
根据本实施方式,不设置电压监视电路,能够在运转开始前对自举电路的异常进行检测。
此外,在本实施方式中,控制部利用流过分流电阻9的电流而对自举电路的异常进行判断。
实施方式2.
图4是表示本发明的实施方式2所涉及的电力变换装置的结构的电路图。图4所示的电力变换装置12a在如下方面与图1所示的电力变换装置12不同,即,取代分流电阻9而具有分流电阻20。分流电阻20连接于作为逆变器电路的串联电路21、21a、21b的下侧的连接点与直流电源1之间,能够根据流过分流电阻20的母线电流而求出通常运转中的输出电流。串联电路21包括U相的上桥臂开关元件2以及U相的下桥臂开关元件3,输出部11连接于上桥臂开关元件2和下桥臂开关元件3之间。串联电路21a包括V相的上桥臂开关元件2a以及V相的下桥臂开关元件3a,输出部11a连接于上桥臂开关元件2a和下桥臂开关元件3a之间。串联电路21b包括W相的上桥臂开关元件2b以及W相的下桥臂开关元件3b,输出部11b连接于上桥臂开关元件2b和下桥臂开关元件3b之间。此外,施加于分流电阻20的电压是电压Vr。
图5是表示图4所示的电力变换装置12a的初始充电时的上桥臂开关元件2、2a、2b以及下桥臂开关元件3、3a、3b的通断模式的图。就图4所示的电力变换装置12a而言,如果在初始充电时下桥臂开关元件3、3a、3b同时接通,则充电电流同时流动,因此难以进行异常的检测。因此,如图5所示那样,分别设置U相充电期间、V相充电期间以及W相充电期间,将各相的下桥臂开关元件3、3a、3b接通的定时错开,由此能够使各相的充电电流依次流过分流电阻20。
此外,在图5中,上桥臂开关元件2、2a、2b同时接通,但本发明并不限定于此,上桥臂开关元件2、2a、2b接通的定时也可以错开。但是,如图5所示那样,使上桥臂开关元件2、2a、2b接通的定时一致能够缩短启动时间,因此优选。
根据本实施方式,不设置电压监视电路,不针对各相设置分流电阻,仅设置1个分流电阻即可在运转开始前对自举电路的异常进行检测。
实施方式3.
图6是表示本发明的实施方式3所涉及的电力变换装置的结构的电路图。图6所示的电力变换装置12b在如下方面与图1所示的电力变换装置12不同,即,在直流电源6向下桥臂侧驱动电路5分支的分支点和二极管8之间具有限流电阻30,不具有分流电阻9。
在图6所示的电力变换装置12b中,通常运转中的输出电流是通过利用与从逆变器输出向电动机的输出绝缘的电流检测器而进行检测的。此时,自举电路的充电电流不流过电流检测器,因此,通过对限流电阻30的两端的电压Vr=Vs-Vm进行测定而求出该充电电流。这里,电压Vs是从直流电源6的负极至限流电阻30的二极管8的阳极侧为止的电压值,电压Vm是直流电源6的电源电压值。电压Vs、Vm的公共电位是共通的,因此,能够利用AD(Analog to Digital)变换器同时进行测定。
根据本实施方式,不设置电压监视电路以及分流电阻,能够在运转开始前对自举电路的异常进行检测。
此外,在实施方式1至实施方式3中,异常检测是由实现电力变换装置的控制部的、未图示的CPU(Central Processing Unit)进行的。
以上的实施方式所示出的结构表示的是本发明的内容的一个例子,也可以与其他公知技术进行组合,还可以在不脱离本发明的主旨的范围对结构的一部分进行省略、变更。
标号的说明
1、6直流电源,2、2a、2b上桥臂开关元件,3、3a、3b下桥臂开关元件,4上桥臂侧驱动电路,5下桥臂侧驱动电路,7电容器,8二极管,9、20分流电阻,10、21、21a、21b串联电路,11、11a、11b输出部,12、12a、12b电力变换装置,30限流电阻。
Claims (4)
1.一种电力变换装置,其具有:
串联电路,其一端与第1直流电源的正极连接,另一端与所述第1直流电源的负极连接,该串联电路是将第1开关元件、第2开关元件、分流电阻按该顺序串联连接而得到的;
输出部,其连接于所述第1开关元件和所述第2开关元件之间;
第1驱动电路,其对所述第1开关元件进行通断驱动;
第2驱动电路,其与所述第1开关元件互补地对所述第2开关元件进行通断驱动;
第2直流电源,其是所述第2驱动电路的电源;
电容器,如果所述第2开关元件接通,则该电容器通过所述第2直流电源而进行充电,该电容器是所述第1驱动电路的电源;以及
控制部,其利用流过所述分流电阻的电流而进行所述第1驱动电路的异常检测。
2.一种电力变换装置,其具有:
多个串联电路,它们各自的一端与第1直流电源的正极连接,该串联电路是将第1开关元件、第2开关元件按该顺序串联连接而得到的;
分流电阻,其一端与所述多个串联电路各自的另一端连接,另一端与所述第1直流电源的负极连接;
输出部,其连接于所述第1开关元件和所述第2开关元件之间;
第1驱动电路,其对所述第1开关元件进行通断驱动;
第2驱动电路,其与所述第1开关元件互补地对所述第2开关元件进行通断驱动;
第2直流电源,其是所述第2驱动电路的电源;
电容器,如果所述第2开关元件接通,则该电容器通过所述第2直流电源而进行充电,该电容器是所述第1驱动电路的电源;以及
控制部,其利用流过所述分流电阻的电流而进行所述第1驱动电路的异常检测。
3.一种电力变换装置,其具有:
串联电路,其一端与第1直流电源的正极连接,另一端与所述第1直流电源的负极连接,该串联电路是将第1开关元件、第2开关元件、分流电阻按该顺序串联连接而得到的;
输出部,其连接于所述第1开关元件和所述第2开关元件之间;
第1驱动电路,其对所述第1开关元件进行通断驱动;
第2驱动电路,其与所述第1开关元件互补地对所述第2开关元件进行通断驱动;
第2直流电源,其是所述第2驱动电路的电源;
电容器,如果所述第2开关元件接通,则该电容器通过所述第2直流电源而进行充电,该电容器是所述第1驱动电路的电源;
限流电阻,其对所述第2开关元件接通时的充电电流进行限制;以及
控制部,其利用流过所述限流电阻的电流而进行所述第1驱动电路的异常检测。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电力变换装置,其特征在于,
所述电容器的状态的检测是以下述方式进行的,即,在启动时,将所述第1开关元件以放电完成时间接通而使所述电容器放电,将所述第2开关元件以充电完成时间接通而使所述电容器进行初始充电。
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