CN112042100A - 电力转换装置 - Google Patents

电力转换装置 Download PDF

Info

Publication number
CN112042100A
CN112042100A CN201880092985.1A CN201880092985A CN112042100A CN 112042100 A CN112042100 A CN 112042100A CN 201880092985 A CN201880092985 A CN 201880092985A CN 112042100 A CN112042100 A CN 112042100A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
power
voltage
capacitor
gate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201880092985.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112042100B (zh
Inventor
山口俊行
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Original Assignee
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp filed Critical Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Publication of CN112042100A publication Critical patent/CN112042100A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112042100B publication Critical patent/CN112042100B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0096—Means for increasing hold-up time, i.e. the duration of time that a converter's output will remain within regulated limits following a loss of input power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/322—Means for rapidly discharging a capacitor of the converter for protecting electrical components or for preventing electrical shock
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36—Means for starting or stopping converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/4826—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode operating from a resonant DC source, i.e. the DC input voltage varies periodically, e.g. resonant DC-link inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0006—Arrangements for supplying an adequate voltage to the control circuit of converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/10—Arrangements incorporating converting means for enabling loads to be operated at will from different kinds of power supplies, e.g. from ac or dc
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5375—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with special starting equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/538—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a push-pull configuration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

技术方案的电力转换装置具有电力转换单元、第1电容器、栅极电路、旁路电路和放电电路。上述电力转换单元包括具有栅极的开关元件，通过向所具备的直流输入端子供给的直流电力生成交流电力。上述第1电容器设置在上述电力转换单元的直流输入侧。上述栅极电路包括输出向上述多个开关元件中的一个或多个开关元件的栅极供给的栅极驱动信号的驱动电路和使向上述驱动电路供给的电力的电源电压平滑化的第2电容器。上述旁路电路在控制系统电路的电源失效时，使积蓄在上述第1电容器的电力的一部分向上述第2电容器充电，通过积蓄在上述第2电容器的电力，使上述栅极驱动信号成为能够维持为负偏压的状态。

Description

电力转换装置
技术领域
本发明涉及电力转换装置。
背景技术
已知具备1或多个开关元件，将电力在直流电力与交流电力之间转换的电力转换装置。在这样的电力转换装置中，存在随着电力转换装置的控制系统电路的电源失效而停止电力的转换的装置。此时，具有希望稳定地控制与电力的转换有关的开关元件的情况。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本再公开WO2013/125004号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明要解决的课题是提供一种在随着电力转换装置的控制系统电路的电源丧失，电力转换装置停止电力的转换时，能够更稳定地控制与电力的转换有关的开关元件的电力转换装置。
用来解决课题的手段
技术方案的电力转换装置具有电力转换单元、第1电容器、栅极电路、旁路电路和放电电路。上述电力转换单元包括具有栅极的开关元件，通过向所具备的直流输入端子供给的直流电力生成交流电力。上述第1电容器设置在上述电力转换单元的直流输入侧。上述栅极电路包括输出向上述多个开关元件中的一个或多个开关元件的栅极供给的栅极驱动信号的驱动电路和使向上述驱动电路供给的电力的电源电压平滑化的第2电容器。上述旁路电路在控制系统电路的电源失效时，使积蓄在上述第1电容器的电力的一部分向上述第2电容器充电，通过积蓄在上述第2电容器的电力，使上述栅极驱动信号成为能够维持为负偏压的状态。
附图说明
图1是表示实施方式的电力转换装置的结构图。
图2是表示实施方式的栅极电路的结构图。
图3是用来说明实施方式的DCDC转换器的相对于输入电压变动的输出电压的稳定性的图。
图4是表示实施方式的电力转换装置的动作的时序图。
图5是用来对使实施方式的放电电路开始放电的电压进行说明的等价电路图。
具体实施方式
以下，对实施方式的电力转换装置进行说明。
在以下的说明中，“栅极驱动信号”，是作为驱动电力转换装置所具有的开关元件的栅极的信号而向栅极供给的信号。“栅极驱动用电力”，是能够使设置在开关元件的前级的“栅极电路”将“栅极驱动信号”以希望的电压向开关元件的栅极供给的电力。在上述希望的电压中，除了形成脉冲的电压以外，还包括脉冲的送出已停止的状态下的直流电压。“栅极解锁”，是为了使电力转换装置动作，而将用来使电力转换装置所具有的开关元件成为导通状态的栅极驱动信号向栅极连续地或脉冲式地供给的控制状态。“栅极封锁”，是用来使电力转换装置所具有的开关元件成为导通状态的栅极驱动信号未连续地向开关元件的栅极供给的控制状态。因而，在栅极封锁中，开关元件继续断开状态。本实施方式的“电力线”，是线缆、汇流条等连接导体。
在本说明书中，有时将电连接简单称作“连接”。在本说明书中记载的“基于XX”，是指“至少基于XX”，也包括除了XX以外还基于其他要素的情况。进而，所记载的“基于XX”，并不限定于直接使用XX的情况，也包括基于对XX进行运算或加工得到的结果的情况。“XX”是任意的要素(例如任意的信息)。
图1是表示实施方式的电力转换装置1的结构图。图1所示的电力转换装置1例如具备升压斩波单元10(直流电源单元)、电力转换单元20、控制电源单元40、电力分配单元50(电力中继电路)、旁路电路60、不足电压检测部70、放电电路80和控制部90(控制装置)。
升压斩波单元10的直流输入端子(输入侧)与供给直流电力的直流电源装置DC连接。升压斩波单元10的直流输出端子(输出侧)与母线(主电路直流链路)连接，并经由母线与电力转换单元20的直流输入端子(直流输入侧)连接。电力转换单元20的交流输出端子(交流输出侧)与负载LD连接。将从升压斩波单元10到电力转换单元20为止的范围称作主电路。另外，将控制电源单元40、电力分配单元50、不足电压检测部70和控制部90称作控制系统电路。
升压斩波单元10例如具备电感器11、二极管12和开关元件13。升压斩波单元10将施加在升压斩波单元10的直流输入端子的输入电压升压并输出。
升压斩波单元10还可以具备电容器14(第1电容器)和放电电阻15。另外，电容器14和放电电阻15也可以设置在升压斩波单元10的外部。例如，电容器14也可以设置在升压斩波单元10与电力转换单元20之间。
电容器14和放电电阻15分别与升压斩波单元10的直流输出端子的正极端子和负极端子连接。电容器14和放电电阻15相互并联地连接。设置有电容器14和放电电阻15的位置是电力转换单元20的直流输入侧。电容器14是平滑电容器。放电电阻15使积蓄在电容器14的电荷放电。经由放电电阻15放电的情况下的时间常数τ1基于放电电阻15的阻抗和电容器14的电容而规定。上述的时间常数τ1通常设定得比较长。
与升压斩波单元10的直流输出端子连接的主电路直流链路是将升压斩波单元10的直流输出端子与电力转换单元20的直流输入端子相连的正极母线93和负极母线94的组。例如，将主电路直流链路的额定电压假定为直流400伏特。将主电路直流链路的电压用VM表示。
电力转换单元20的直流输入端子与主电路直流链路连接。电力转换单元20从供给到电力转换单元20的直流输入端子的直流电力生成交流电力。电力转换单元20将所生成的交流电力向负载LD供给。
例如，电力转换单元20具备多个开关元件21和栅极电路30。例如，电力转换单元20包括两对将两个开关元件2级联连接的支线(leg)。这样的电力转换单元20被称作单相型逆变器。图中所示的电力转换单元20的结构表示其一例，并不限制于此，也可以是其他形态。例如，电力转换单元20的开关元件的个数与上述不同，也可以是3相型。
各开关元件21例如是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)或MOSFET(Metal－Oxide－Semiconductor Field－Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)等电力用半导体。对于开关元件21，包括使用SiC(碳化硅)的SiC－MOSFET等。例如，后述的栅极电路30对作为开关元件21的控制端子的栅极21g施加负的偏压，从而能够使开关元件21的断开状态稳定化。在以下的说明中，例示IGBT而进行说明。
栅极电路30与电力转换单元20的开关元件21对应而设置。栅极电路30接收从后述的控制部90供给的选通脉冲，对于开关元件21供给开关元件21的栅极驱动信号。
另外，栅极电路30也可以与电力转换单元20分体地形成。栅极电路30也可以对多个开关元件21供给各开关元件21的栅极驱动信号。
各栅极电路30的基准电位为与对应的开关元件21的发射极侧的端子的电位相等的电位。例如，栅极电路30使栅极驱动信号的逻辑值与从控制部90供给的选通脉冲的逻辑值一致。在使开关元件21成为导通状态的情况下，栅极电路30向开关元件21供给H(高)电平的栅极驱动信号，在使开关元件21成为断开状态的情况下，向开关元件21供给L(低)电平的栅极驱动信号。另外，实施方式的栅极驱动信号是双极的信号。栅极电路30通过向开关元件21供给L电平的栅极驱动信号，使开关元件21的栅极21g偏压为负电压。由此，电力转换单元20的耐噪声性变高。
栅极电路30在栅极电路30的内部生成用来生成上述双极的栅极驱动信号的正和负电源。栅极电路30的具体例后述。另外，省略了从控制部90到栅极电路30为止的信号线的记载。
控制电源单元40经由后述的电力分配单元50向各栅极电路30供给栅极驱动用电力。控制电源单元40例如转换来自未图示的控制用外部电源的电力，向控制电源单元40的输出侧供给。例如，将由控制电源单元40生成的电力的额定电压假定为直流100伏特。
电力分配单元50例如具备与控制电源单元40连接的第1直流输入端子对510和与旁路电路60连接的第2直流输入端子对520。
第1直流输入端子对510具备第1正极端子511和第1负极端子512。控制电源单元40的输出侧的正极端子与第1正极端子511连接。控制电源单元40的输出侧的负极端子与第1负极端子512连接。
电力分配单元50例如从控制电源单元40接收电力的供给。电力分配单元50经由绝缘电路对电力进行中继，将从控制电源单元40供给的电力的一部分向各栅极电路30分配。电力分配单元50对作为分配目标的栅极电路30供给上述分配后的电力作为栅极电路30的栅极驱动用电力。如上所述，电力分配单元50是电力中继电路的一例。
第2直流输入端子对520具备第2正极端子521(输入端子的正极)和第2负极端子522(输入端子的负极)。第2正极端子521与后述的旁路电路60的正极母线97A连接。第2负极端子522与旁路电路60的负极母线98A连接。
电力分配单元50存在经过与第2直流输入端子对520连接的旁路电路60从主电路侧接收电力的供给的情况。电力分配单元50将经过旁路电路60接收的供给的电力的一部分与上述控制电源单元40的情况同样地进行分配。
例如，电力分配单元50具备二极管51、开关元件52、电容器53、绝缘用高频变压器54、二极管55、电阻56、定电压二极管57、发信器58(第4检测部)、正极母线95和负极母线96。绝缘用高频变压器54是绝缘电路的一例。
第1正极端子511与二极管51的阳极连接。二极管51的阴极经由正极母线95与绝缘用高频变压器54的1次线圈的第1端子连接。
第2正极端子521与二极管55的阳极连接。第2正极端子521是“连接点”的一例。二极管55的阴极经由正极母线95与绝缘用高频变压器54的1次线圈的第1端子连接。进而，第2正极端子521与定电压二极管57的阴极和电阻56的各第1端子连接。定电压二极管57的阳极和电阻56的各第2端子经由负极母线96与第2负极端子522连接。例如，定电压二极管57的齐纳电压规定为比控制电源单元40的输出侧的额定电压稍高。上述的齐纳电压例如也可以规定为相对于控制电源单元40的输出侧的额定电压高二极管55的顺向电压降的量。定电压二极管57将第2正极端子521的电压限制为定电压二极管57的齐纳电压以下。电阻56和定电压二极管57的作用的详细情况在后面叙述。另外，定电压二极管57也可以代替由单一定电压二极管构成，而通过多个定电压二极管的组合、或比较小电容的定电压二极管和比较大电容的晶体管的组合，由限制端子间的电压的上限的定电压电路构成。
开关元件52例如也可以是高频开关用的npn型晶体管。第1负极端子512和第2负极端子522经由负极母线96与开关元件52的发射极连接，开关元件52的集电极与绝缘用高频变压器54的1次线圈的第2端子连接。对于开关元件52的基极，从发信器58供给包含周期性的脉冲的基极驱动信号。开关元件52对应于基极驱动信号的脉冲而进行通断，从而调整流过绝缘用高频变压器54的1次侧的电流。
发信器58生成基于绝缘用高频变压器54的2次线圈的线间电压的包含周期性的脉冲的基极驱动信号。例如，发信器58调整开关元件52的基极驱动信号的脉冲的DUTY，以使得检测到的线间电压成为希望的电压。发信器58通过该DUTY使开关元件52进行通断。发信器58也可以与正极母线95和负极母线96连接，将电容器53作为电源。
电容器53与正极母线95和负极母线96连接。电容器53使施加在上述正极母线95和负极母线96的电压平滑化。
绝缘用高频变压器54例如具备1个1次线圈和多个带中央抽头的2次线圈。上述1个1次线圈和多个2次线圈的全部线圈相互绝缘，并且相互磁结合。绝缘用高频变压器54的1次侧经由旁路电路60与电容器14连接。图中所示的绝缘用高频变压器54是具备4个2次线圈的结构的一例。绝缘用高频变压器54的各2次线圈和与该2次线圈成对的栅极电路30的电源端子连接。
另外，二极管51、开关元件52、电容器53、绝缘用高频变压器54和后述的栅极电路30的电源电路34(图2)的组合，是第1DCDC转换器的一例。上述的第1DCDC转换器应用于电力分配单元50从控制电源单元40接收电力的供给的情况。此外，二极管55、开关元件52、电容器53、绝缘用高频变压器54和电源电路34的组合是第2DCDC转换器的一例。上述的第2DCDC转换器应用于电力分配单元50经由后述的旁路电路60接收电力的供给的情况。在不区别第1DCDC转换器和第2DCDC转换器而进行说明的情况下，简单称作DCDC转换器100(图2)。
旁路电路60例如具备第1继电器61(第1开闭器)、第2继电器62(第2开闭器)、电阻63(电流限制电阻)、正极母线97、97A和负极母线98、98A。
第1继电器61是双极型，例如具备正极用的触点611和负极用的触点612。同样，第2继电器62是双极型，例如具备正极用的触点621和负极用的触点622。第1继电器61和第2继电器62与由后述的不足电压检测部70得到的检测结果联动，择一地选择使主电路直流链路与第2直流输入端子对520导通、或使主电路直流链路与第2直流输入端子对520绝缘。另外，在将第1继电器61和第2继电器62设为单极型的情况下，可以将负极侧的触点省略。
电阻63、第1继电器61的触点611和第2继电器62的触点621以将电容器14的正极端子与电力分配单元50之间连接的方式设置在正极母线97与正极母线97A之间。第1继电器61的触点612和第2继电器62的触点622以将电容器14的负极端子与电力分配单元50之间连接的方式设置在负极母线98与负极母线98A之间。
例如，第1继电器61的触点611的第1端子与后述的电阻63串联连接，进而经由正极母线97与主电路直流链路的正极母线93连接。触点611的第2端子与正极母线97A连接，进而经由第2正极端子521与二极管55的阳极连接，经由二极管55与正极母线95连接。第1继电器61的触点612的第1端子经由负极母线98与主电路直流链路的负极母线94连接。触点612的第2端子经由负极母线98A与第2负极端子522连接，进而与负极母线96连接。第1继电器61通过来自后述的电压检测器71的信号而成为导通状态。
第2继电器62的触点621与第1继电器61的触点611并联连接。第2继电器62的触点622与第1继电器61的触点612并联连接。关于第2继电器62的各触点的详细的连接关系，参照第1继电器61的各触点的连接关系的说明。第2继电器62通过来自后述的电压检测器72的信号而成为导通状态。
根据上述的电路，电容器14的正极经由正极母线93和与正极母线93连接的电阻63，与第1继电器61的触点611的第1端子和第2继电器62的触点621的第1端子连接。进而，第1继电器61的触点611的第2端子和第2继电器62的触点621的第2端子分别与第2正极端子521连接。通过使第1继电器61和第2继电器62的任一个成为导通状态，从而电阻63和电阻56串联连接，其两端与主电路直流链路的正极母线93和负极母线94连接。电阻63是电流限制电阻。
上述的旁路电路60根据从不足电压检测部70输出的信号，将第1继电器61与第2继电器62的触点关闭。通过使第1继电器61和第2继电器62的任一个的触点关闭，从而积蓄在电容器14中的电力的一部分向后述的电容器342、343供给。上述的旁路电路60在控制系统电路的电源失效时，使积蓄在电容器14中的电力的一部分向电容器342、343充电。旁路电路60通过将电力积蓄到电容器342、343中，成为能够将栅极驱动信号维持为负偏压的状态。
不足电压检测部70检测控制系统电路的电源失效时间。例如，不足电压检测部70具备电压检测器71(第1检测部)和电压检测器72(第2检测部)。
电压检测器71并联地电连接在控制电源单元40的输入端子间，检测控制电源单元40的输入电压(输入侧的电压)，检测控制电源单元40的输入电压是否不到第1阈值。例如，电压检测器71通过检测出控制电源单元40的输入电压不足第1阈值，从而检测出从控制电源单元40至少在栅极解锁中向栅极电路30供给的电力量有可能不足。电压检测器71在上述的情况下，将旁路电路60的第1继电器61设为导通状态。控制电源单元40的输入电压不满第1阈值的状态，是控制系统电路的电源失效的检测结果的一例。
电压检测器72的输入侧以并联的方式与控制电源单元40的输出侧的正极端子和负极端子电连接。电压检测器72检测控制电源单元40的输出电压(输出侧的电压)，检测控制电源单元40的输出电压不足第2阈值的情况。例如，电压检测器72通过检测出控制电源单元40的输出电压不足第2阈值，从而检测出从控制电源单元40至少在栅极解锁中向栅极电路30供给的电力量有可能不足。电压检测器72在上述的情况下，将旁路电路60的第2继电器62设为导通状态。控制电源单元40的输出电压不足第2阈值的状态，是控制系统电路的电源失效的检测结果的一例。
如上所述，不足电压检测部70基于控制电源单元40的输入电压和输出电压的任一个电压，检测从控制电源单元40至少向栅极电路30供给的电力量不足的情况。由此，不足电压检测部70检测栅极驱动用电力的电力不足的状态。旁路电路60基于不足电压检测部70的检测结果，将旁路电路60的第1继电器61或第2继电器62的触点设为导通状态，使旁路电路60导通。
放电电路80例如具备电压检测器81(第3检测部)、电流限制电阻82(放电电阻)和放电用半导体开关83(第3开闭器)。
电压检测器81连接在主电路直流链路的两极间，从主电路直流链路接收动作用的电力，并且检测主电路直流链路的正极母线93和负极母线94的电位差(电压VM)。正极母线93与负极母线94的电位差为电力转换单元20的输入电压(作用于直流输入端子的电压)。电压检测器81在不足电压检测部70检测出栅极驱动用电力的电力不足状态，并且主电路直流链路的电压VM比预先设定的第3阈值低的情况下，向后级的放电用半导体开关83输出触发信号。上述的触发信号是使放电用半导体开关83开始放电的信号，是放电开始信号的一例。
另外，电压检测器81在栅极驱动信号由于积蓄在电容器342、343中的电力而维持在负偏压的状态时，使积蓄在电容器14中的电力放电。例如，电压检测器81向放电用半导体开关83输出放电开始信号的触发信号的定时是在到达因积蓄在电容器342、343中的电力不足而使得上述栅极驱动信号不能维持为负偏压的状态之前。
电流限制电阻82使积蓄在电容器14中的电力放电。其放电时的放电电流被电流限制电阻82的阻抗等限制。
放电用半导体开关83例如是在正常工作时处于非导通状态，接收触发信号而导通的晶闸管。放电用半导体开关83接收来自电压检测器81的触发信号而成为导通状态，使电流限制电阻82与电容器14并联连接。由此，放电用半导体开关83使经由电流限制电阻82的电容器14的放电开始。
如上所述，将积蓄在电容器14中的直流电力的一部分经由旁路电路60向栅极电路30供给带来的放电，与由放电电路80进行的放电组合，将积蓄在电容器14中的电力的放电时间缩短。
另外，放电电路80不包含在电力分配单元50的电力的分配目标中。这样的放电电路80的各部构成为，利用主电路直流链路的电力发挥功能。对于上述那样的放电电路80，例如如果主电路直流链路的电压VM低于规定的电压，则能够不从控制系统电源供给电力，而使积蓄在电容器14中的电力放电。
参照图2，对更具体的栅极电路的一例进行说明。图2是表示实施方式的栅极电路30的结构图。
栅极电路30例如具备信号绝缘电路31、驱动电路32和电源电路34。
例如，对于栅极电路30，从后述的控制部90供给选通脉冲。选通脉冲例如也可以是通过PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)控制而调制的。栅极电路30经由下述的阶段生成基于选通脉冲的栅极驱动信号，将栅极驱动信号向开关元件21的栅极21g供给。
信号绝缘电路31例如包括未图示的光耦合器等，将输入端子侧和输出端子侧电气地绝缘。信号绝缘电路31的输入端子与控制部90的输出端子连接。信号绝缘电路31生成与从控制部90供给的选通脉冲对应的绝缘栅极信号，向与信号绝缘电路31的后级连接的驱动电路32供给绝缘栅极信号。另外，绝缘栅极信号例如是拥有与选通脉冲相同的逻辑值的信号。
对于驱动电路32，从后述的电源电路34供给正电压VP和负电压VN。驱动电路32作为从负电压VN到正电压VP的电压范围内的信号而生成驱动开关元件21的栅极21g的栅极驱动信号。
驱动电路32例如具备电压放大电路321和电流放大电路322。电压放大电路321将从信号绝缘电路31供给的绝缘栅极信号的电压放大。电流放大电路322将电压经过电压放大电路321放大的绝缘栅极信号的电流放大，生成基于绝缘栅极信号的栅极驱动信号，将栅极驱动信号输出。电流放大电路322例如由基于互补晶体管(complementary transistor)的推挽型电路构成。由此，当选通脉冲为高电平时栅极电路30输出正极性的栅极驱动信号。此外，在包括栅极封锁中的选通脉冲为低电平时，栅极电路30将栅极驱动信号设为负偏压状态，能够可靠地使开关元件21成为断开状态。
电源电路34基于从电力分配单元50分配的电力，至少生成向驱动电路32供给的电力。电源电路34例如生成相对于基准电位的正电压VP和负电压VN。
电源电路34例如具备整流单元341(整流电路)和电容器342、343(第2电容器)。例如，整流单元341是由4个二极管构成的半波整流电路。整流单元341与绝缘用高频变压器54的1个2次线圈连接。
整流单元341例如具备二极管3411、3412、3413、3414。整流单元341形成半波整流电路，通过开关元件52的通断，将在绝缘用高频变压器54的2次线圈中诱发的电流整流。整流单元341通过使用二极管3411、3412的半波整流生成正电压VP，通过使用另两个二极管3413、3414的半波整流生成负电压VN。
电容器342将通过整流单元341的整流而产生的电压的变动量吸收，使绝缘用高频变压器54的2次侧电压的正电压VP平滑化。电容器343将通过整流单元341的整流而产生的电压的变动量吸收，使绝缘用高频变压器54的2次侧电压的负电压VN平滑化。这样的电容器342、343使作为向驱动电路32供给的电力的电源电压的正电压VP和负电压VN平滑化，并积蓄电力。
另外，将电容器342、343的电容规定为超过以下电容量的电容，该电容量是指在从来自整流单元341的电力的供给停止到经过希望的期间为止的期间中能够供给希望的电压的电容量。将电容器342、343供给希望的电压的期间规定为比后述的放电电路80的放电时间常数τ2长。关于其详细情况在后面叙述。
另外，如上所述，电源电路34通过与电力分配单元50的组合作为DCDC转换器100发挥作用。DCDC转换器100基于供给至电力分配单元50的栅极驱动用电力，供给正电压VP和负电压VN。
例如，电力分配单元50基于由未图示的检测器检测到的绝缘用高频变压器54的2次线圈的电压，调整绝缘用高频变压器54的1次线圈的电流。即使绝缘用高频变压器54的1次线圈侧的电压发生变动，只要其变动的大小在容许的变动范围内，电源电路34就能够通过如上所述地进行调整而供给希望的电压的正电压VP和负电压VN。
由此，从栅极电路30向电力转换单元20供给的栅极驱动信号成为从相对于基准电压为负电位的负电压VN到为正电位的正电压VP为止的范围内的电压。另外，栅极电路30的基准电位按照每个栅极电路30分别设定。例如，栅极电路30的基准电位是与栅极电路30对应的电力转换单元20的开关元件21的发射极21e的电位。
参照图3，对DCDC转换器100的相对于输入电压变动的输出电压的稳定性进行说明。图3是用来说明实施方式的DCDC转换器100的相对于输入电压变动的输出电压的稳定性的图。DCDC转换器100的输入电压是供给到电力分配单元50的输入侧的电压。DCDC转换器100的输出电压是供给到栅极电路30的驱动电路32的电压。
该图3所示的曲线图是在选通脉冲已供给到开关元件21的状态下，以DCDC转换器100的输入电压为横轴，以DCDC转换器100的输出电压为纵轴，表示输入与输出的关系的图。图中所示的输入电压已标准化，将额定输入电压用1PU表示。在使输入电压从1PU变化至0PU为止的情况下，在从1PU到0.5PU左右为止，在输出电压中看不到大的变动，输出既定的电压(正电压VP和负电压VN)。如果使输入电压进一步下降而降低到0.3PU左右，则输出电压相对于规定的电压的偏离变大。如果进一步使输入电压下降而降低到比0.2PU低，则不再能够产生输出电压，输出电压成为0PU。
另外，根据DCDC转换器100的结构及栅极电路30的耗电等，有时成为与该图所示的特性不同的特性。电阻值及各种判定值也可以基于作为DCDC转换器100所需要的特性来规定。
参照图4，对实施方式的电力转换装置1的动作进行说明。图4是用来说明实施方式的电力转换装置1的动作的时序图。在图4中的(a)中，将从直流电源装置DC向升压斩波单元10供给的电压(VDC)表示为曲线图。在图4中的(b)中，将控制电源单元40的输入电压(VC_1)表示为曲线图。在图4中的(c)中，将控制电源单元40的输出电压(VC_2)表示为曲线图。在图4中的(d)中，表示电压检测器71的检测结果(DET_1)。不足既定的第1阈值的情况用H电平表示。在图4中的(e)中，表示电压检测器72的检测结果(DET_2)。不足既定的第2阈值的情况用H电平表示。
在图4中的(f)中，表示向升压斩波单元10供给的栅极驱动信号(GDS_13)。在图4中的(g)中，表示向电力转换单元20供给的栅极驱动信号(GDS_21)。在图4中的(h)中，将主电路直流链路的电压VM表示为曲线图。在图4中的(i)中，对旁路电路60的状态(I_60)进行导通状态和绝缘状态的二值化表示。触点的接通状态对应于电压检测器71和电压检测器72的任一个的检测结果是H电平的情况。在图4中的(j)中，表示了从控制电源单元40或旁路电路60向电力分配单元50的输入侧供给电力，在已通过该电力进行了充电的电容器53的端子间产生的电压(VC_3)。以下，将在电容器53的端子间产生的电压称作电力分配单元50的输入电压VC_3。在图4中的(k)中，表示向开关元件52供给的基极驱动信号(GDS_52)的状态。在图4中的(l)中，表示电压检测器81的检测结果(DET_3)。在图4中的(m)中，表示由放电电路80带来的放电电流(I_80)。在图4中的(n)中，表示在栅极电路30中生成的电压VP。另外，将图4中的电压VN的记载省略。电压VN呈现与电压VP同样的倾向，极性与电压VP不同。
对该图4所示的从时刻t10至时刻t24为止的电力转换装置1的栅极驱动用电力消失时的处理进行说明。在该图4所示的初始状态下，电力转换装置1处于工作中(栅极解锁中)的状况。到达到时刻t10为止，各信号等的状态是下述这样的。
从直流电源装置DC向电力转换装置1的主电路供给直流电力。如图4中的(a)所示，从直流电源装置DC供给的电压在图中所示的期间内不会大幅变化。
如图4中的(b)所示，对于控制电源单元40以希望的额定输入电压供给直流电力。如图4中的(c)所示，控制电源单元40输出额定输出电压。例如，规定了比控制电源单元40的额定输入电压低的第1阈值和比控制电源单元40的额定输出电压低的第2阈值。电压检测器71检测出控制电源单元40的输入电压比第1阈值高的情况，如图4中的(d)所示，将第1继电器61的触点611、612设为断开状态(OFF)。电压检测器72检测出控制电源单元40的输出电压比第2阈值高的情况，如图4中的(e)所示，将第2继电器62的触点621、622设为断开状态(OFF)。
如图4中的(f)所示，从控制部90周期性地向升压斩波单元10供给脉冲状的栅极驱动信号。升压斩波单元10进行电力转换。如图4中的(g)所示，从栅极电路30周期性地向电力转换单元20供给脉冲状的栅极驱动信号。电力转换单元20进行电力转换。
如图4中的(h)所示，主电路直流链路的电压VM是额定值。假定主电路直流链路的电压VM的额定值例如是400伏特。如图4中的(i)所示，旁路电路的状态处于绝缘状态。如图4中的(j)所示，电力分配单元50的输入电压VC_3成为相当于控制电源单元40的额定输出电压的额定值。如图4中的(k)所示，从发信器58向开关元件52周期性地供给脉冲状的基极驱动信号。
如图4中的(l)所示，主电路直流链路的电压VM是第3阈值以上。如图4中的(m)所示，没有流过放电电路80的电流。如图4中的(n)所示，栅极电路30的电压为希望的电压。
这里，假定在时刻t10发生控制电源单元40的输入电压失效的现象且该现象持续的情况。从时刻t10起，控制电源单元40的输入电压开始下降，在时刻t11检测到低于额定电压的情况(图4中的(b))。在此情况下，电压检测器71检测出控制电源单元40的输入电压低于第1阈值的情况。电压检测器71如图4中的(d)所示，将第1继电器61的触点611、612设为导通状态(ON)(时刻t11)。由此，如图4中的(i)所示，主电路侧和栅极电路用电源电路侧经由旁路电路60电连接。开始从电容器14经由旁路电路60向电力分配单元50的输入侧供给电力。
另外，即使控制电源单元40的输入电压失效，通常由于设置在控制电源单元40内的电容器(未图示)所积蓄的电力的存在，控制电源单元40的输出电压不会立即下降。此外，即使控制电源单元40丧失输入电压，由于积蓄在电容器53中的电力的存在，电力分配单元50的输入电压也不会立即下降。
另外，对于实际的第1继电器61等有时发生响应延迟，但将响应延迟看作0而进行了图示。例如，可以在电力分配单元50以后的电容器设置补偿由第1继电器61等的响应延迟带来的影响那样的电容。
此外，控制部90取得电压检测器71的检测结果，基于电压检测器71的检测结果识别控制电源单元40的输入电压低于第1阈值的情况。控制部90与此对应，如图4中的(f)和(g)所示，由于对升压斩波单元10和电力转换单元20进行栅极封锁，所以包括开关元件13和开关元件21的选通脉冲的信号的供给停止。伴随上述的栅极封锁，升压斩波单元10和电力转换单元20将电力转换停止。
此外，在控制电源单元40的输入电压低于额定电压后，如图4中的(c)所示，控制电源单元40的输出电压也下降。例如，从时刻t12起，控制电源单元40的输出电压的下降开始，在时刻t13检测到低于额定电压(图4中的(c))。由此，不再从控制电源单元40向电力分配单元50供给栅极驱动用电力(时刻t12)。另外，在该时刻，已经经由旁路电路60的第1继电器61从电容器14向电力分配单元50供给着电力。
如图4中的(e)所示，电压检测器72检测到控制电源单元40的输出电压低于第2阈值，将第2继电器62的触点621、622设为接通状态(ON)(时刻t13)。主电路侧和栅极电路用电源电路侧已经经由旁路电路60的第1继电器61电连接，对于第2继电器62也与第1继电器61相同，主电路侧和栅极电路用电源电路侧经由第2继电器62电连接。
另外，上述阶段的主电路直流链路的电压VM处于主电路直流链路的大致额定电压，处于与控制电源单元40的输出侧的额定电压或实际的输出电压相比充分高的状况。因此，由于第1继电器61和第2继电器62成为导通状态，经由旁路电路60的电阻63，从电容器14向电力分配单元50流过电流。由此，一部分的电力从电容器14经由旁路电路60向电力分配单元50供给。电力分配单元50将从电容器14供给到电力分配单元50的电力从电力分配单元50向栅极电路30供给，使栅极电路30的电容器充电。由此，电力分配单元50能够将从电容器14供给的电力用于栅极驱动用电力。
另外，如果从电容器14经由旁路电路60向电力分配单元50供给电力，则第2正极端子521的电压的上限被定电压二极管57限制为额定值。如上所述，即使在时刻t10控制电源单元40的输入电压失效，如图4中的(j)所示那样，电力分配单元50的输入电压VC_3在时刻t10以后也保持为额定值。
这里，对与电力分配单元50的输入电压VC_3相关的第2正极端子521的电压进行说明。定电压二极管57如果以齐纳电压以上的电压逆偏置则导通。因此，以负极母线96的电位为基准的第2正极端子521的电压通过定电压二极管57的作用而成为定电压二极管57的齐纳电压。对于该状态，在时刻t13以后，主电路直流链路的电压VM也下降，电阻56的端子间电压持续下降到定电压二极管57的齐纳电压以下。
如果到达时刻t14，则电阻56的端子间电压下降到定电压二极管57的齐纳电压以下。定电压二极管57以齐纳电压以下的电压逆偏置也会成为非导通。因此，与此对应，定电压二极管57不再限制第2正极端子521的电压。由此，如果主电路直流链路的电压VM下降，则与此相伴第2正极端子521的电压也下降。如图4中的(j)所示那样，与第2正极端子521的电压的变化对应，从电容器14到电力分配单元50的输入电压VC_3也下降。
即使已过上述时刻t14在到达时刻t21为止，栅极电路30内的电源电压VP与VN的电压也如图4中的(n)所示那样没有变化，其稳定性得到确保。
接着，对该图4所示的从时刻t21至时刻t24为止的电力转换装置1的主电路直流链路的电压VM下降时的处理进行说明。
假设在时刻t21，主电路直流链路的电压VM下降到比第3阈值低。
电压检测器81基于电力转换单元20的输入电压，检测电力转换单元20的输入电压是否不足第3阈值。如图4中的(l)所示，电压检测器81的检测结果成为H电平，放电用半导体开关83导通(ON状态)。由此，经由电流限制电阻82和放电用半导体开关83的由放电电路80进行的电容器14的放电开始(时刻t21)。
如果过了时刻t21，则由于电容器14的放电电流增加，主电路直流链路的电压VM的下降速度变快，如图4中的(h)所示，主电路直流链路的电压VM迅速地下降，如果到达时刻t22，则其电压成为0。另外，根据该主电路直流链路的电压VM的变化，如图4中的(j)所示那样，电力分配单元50的输入电压VC_3也变化，成为0。
然后，如图4中的(n)所示那样，由栅极电路30生成的电压VP开始下降(时刻t23)，栅极电路30不再能够使栅极驱动信号的电压维持负偏压，栅极驱动信号的电压VM成为0(时刻t24)。
另外，由于在到达时刻t23之前，主电路直流链路的电压VM已经大约成为0，所以即使栅极驱动信号的电压不再负偏压，即使电力转换单元20的开关元件21误导通，由于主电路的直流链路的残留能量，开关元件21也不会损伤。
另外，实现上述放电次序的放电电路80的放电特性例如如下述这样规定。在放电电路80的放电特性中，包括放电时的时间常数τ2、电流平方时间积和放电开始电压。时间常数τ2是放电电路的放电时间常数的一例。首先，对放电时的时间常数τ2进行说明。放电时的时间常数τ2例如由于电流限制电阻82的阻抗与放电电阻15的阻抗相比足够小，所以大致基于电流限制电阻82的阻抗和电容器14的电容来规定。另外，放电时的时间常数τ2是放电时间常数的一例。时间常数τ2比上述的时间常数τ1短。
例如，该放电时的时间常数τ2可以设为在电力转换单元20的开关元件21的栅极21g负偏置的期间中，电容器14的电荷通过放电而消失那样的大小。换言之，在电力转换单元20的开关元件21的栅极21g负偏置的期间中，将时间常数τ2的大小规定为使得主电路直流链路的电压VM下降到不给开关元件21带来损伤的程度的电压即可。
更具体地说，规定了时间常数τ2，使得在栅极电路30的电源电路34的电容器342、343在栅极封锁状态中持续保持希望的电压的期间中，使电容器14的电压下降到由开关元件21设定的规定的电压。在此情况下，将放电时的时间常数τ2规定为比能够通过电容器342、343的电力将栅极21g维持为负偏置的电压保持时间小。如果如上所述规定放电特性的时间常数τ2，则在电容器342、343保持希望的电压的期间中，能够使电容器14的放电完成，随之，能够使电力转换单元20的输入电压大致下降到0伏特。
另外，关于表示放电电路80的特性的电流平方时间积，例如基于放电开始时的主电路直流链路的电压VM和电容器14的电容来规定。在放电电路80的放电的路径中设置的各元件的耐受量规定为比上述电流平方时间积的值大。
另外，例如如果将主电路直流链路的额定电压设为直流400伏特，将定电压二极管57的齐纳电压设为50V，将放电电路80的放电开始电压设为约100V，则电力转换单元20刚停止动作后的主电路直流链路的电压的约1/4的电压成为放电电路80的放电开始电压，能够使放电电路80的电流平方时间积成为与从直流400伏特开始放电的情况相比约为1/16的较小的值。
参照图5，对使实施方式的放电电路80开始放电的电压(第3阈值、阈值电压)进行说明。图5是用来对使实施方式的放电电路80开始放电的电压进行说明的等价电路图。
该图的上段侧表示主电路直流链路。该主电路直流链路的电压如上所述是VM。将电阻63的阻抗用RD1表示。将电阻56的阻抗用RD2表示。该图的下段侧表示供给栅极驱动用电力的控制系统电路。将控制系统电路中的DCDC转换器100的输入电压容许变动范围的下限电压用VC_3L表示。DCDC转换器100的输入电压相当于上述的电力分配单元50的输入电压VC_3。
在栅极电路30处于栅极封锁的状态并且发信器58向开关元件52供给基极驱动信号的状态下，将从绝缘用高频变压器54的1次侧观察到的栅极电路30侧的电路用等价的等价负载电路的阻抗RD3表示。
另外，在该图所示的等价电路中，省略了与电容器14并联设置的放电电阻15和放电电路80。
通过使旁路电路60的触点关闭，来自电容器14的电力经过旁路电路60向电力分配单元50供给，来自电容器14的放电电流向第2正极端子521流入。另外，作为以下的解析的条件，假设电阻56的端子间电压为定电压二极管57的齐纳电压以下。此外，各二极管的顺向电压降是微小的，将其忽视。
根据上述的关系，电压VC_3L能够用以下的式(1)表示。
VC_3L＝VM×RP/(RP+RD1)…(1)
另外，上述的式(1)中的RP如式(2)所示，是将阻抗RD2与阻抗RD3并联连接时的合成阻抗。
RP＝(RD2×RD3)/(RD2+RD3)…(2)
根据将上述的式(1)转换而得到的式(3)，能够得到电压VC_3成为电压VC_3L的情况下的电压VM。
VM＝(RP+RD1)×VC_3L/RP…(3)
例如，假定电压VC_3下降至作为DCDC转换器100的输入电压容许变动范围的下限值(例如50V)。如果电压检测器81检测到该情况下的电压VM，则能够从该时刻开始由放电电路80进行的放电。由此，只要将第3阈值设为不超过式(3)的值就可以。
在图5所示的等价电路中，将通过从电容器14供给到电力分配单元50的电力而流过电流的电路中的、从第2正极端子521经过电容器14和第2负极端子522到电力分配单元50的1次侧的负极为止的范围的电路的第1阻抗确定为RD1。在图5所示的等价电路中，也可以将RD1看作电阻63的阻抗(直流电阻)。
此外，在上述的等价电路中，将比电力分配单元50的第2直流输入端子对520靠栅极电路30侧的电路的等价阻抗规定为RD3。另外，RD2是电力分配单元50的电阻56的阻抗。上述的RD3的等价阻抗和上述的RD3与RD2的并联电路的阻抗是第2阻抗的一例。
上述的式(3)在变量中包含RD1到RD3。另外，在没有设置电阻56的情况下，在RD2的大小相比RD3充分大的情况等情况下，也可以从式(3)将RD2省略，替代为在变量中包含RD1和RD3的式子。
根据上述记载，第3阈值至少可以基于上述第1阻抗和上述第2阻抗来规定。
通过利用这样的关系式，在从栅极电路30将负偏压的栅极驱动信号向电力转换单元20供给的期间中，放电电路80能够使供给到电力转换单元20的输入侧的电力降低到实质上不给开关元件21带来影响的值。
另外，根据上述实施方式，放电电路80实际开始放电的时刻的主电路直流链路的电压VM规定为比主电路直流链路的额定电压低的值。
例如，在从由不足电压检测部70检测到电压下降的时刻开始放电电路80的放电的情况下，基于主电路直流链路的额定电压规定放电电路80的电流平方时间积。相对于此，在实施方式中，以基于将电压VC_3确定为基准的主电路直流链路的电压VM的电流平方时间积为基准，规定放电电路80的放电电流耐受量。越是降低以电压VC_3为基准确定的主电路直流链路的电压VM，越能够使放电电路80的耐受量变低。
根据上述实施方式，在放电电路80至少经过旁路电路60向栅极电路30供给电力后，在由电压检测器81检测到主电路直流链路的电压VM比上述第3阈值低的情况下，开始电容器14的放电，迅速地使放电完成。通过该放电完成，在电容器14中不残留给开关元件21带来损伤那样的电力。电力转换装置1能够在电力转换装置1的控制系统电路的电源失效时停止电力的转换。
此外，在向控制电源单元40的输入电压不足第1阈值的情况下，不足电压检测部70可以对从控制电源单元40至少向栅极电路30供给的电力量不足的情况进行检测。由此，与检测控制电源单元40的输出电压的情况相比，能够更早地检测到向栅极电路30供给的电力量不足。另外，第1阈值可以设定为比控制电源单元40的输入电压的容许变动范围的下限值大、比控制用外部电源的电源电压变动的下限小的值。
进而，旁路电路60的第1继电器61在由电压检测器71检测到向控制电源单元40的输入电压不足第1阈值的情况下，使设置在正极母线97的触点611与设置在负极母线98的触点612导通。通过上述的导通，积蓄在电容器14中的直流电力的一部分向栅极电路30供给。由此，由于积蓄在电容器14中的直流电力，不会达到向栅极电路30供给的电力量不足的状态，栅极电路30能够将栅极驱动信号向电力转换单元20供给。
此外，不足电压检测部70在来自控制电源单元40的输出电压不足第2阈值的情况下，也可以对从控制电源单元40至少向栅极电路30供给的电力量不够的情况进行检测。由此，并不限于向控制电源单元40输入的电力消失的情况，能够检测由于控制电源单元40的故障等而向栅极电路30供给的电力量不足的情况。另外，第2阈值可以设定为与控制电源单元40的输出电压的容许变动范围的下限值相关的值。与控制电源单元40的输出电压的容许变动范围的下限值相关的值是指比控制电源单元40的输出电压的容许变动范围的下限值小规定的大小的值，可以设定为上述下限值以下且电压VC_3L以上的值。
进而，旁路电路60的第2继电器62在由电压检测器72检测到来自控制电源单元40的输出电压不足第2阈值的情况下，通过使设置在正极母线97的触点621与设置在负极母线98的触点622导通，能够消除向栅极电路30供给的电力量不足的状态。由此，积蓄在电容器14中的直流电力的一部分向栅极电路30供给，栅极电路30能够基于积蓄在电容器14中的直流电力将栅极驱动信号向电力转换单元供给。
此外，控制部90在检测到控制电源单元40的输入电压不足第1阈值时，或者如果检测到来自控制电源单元40的输出电压不足第2阈值，识别出从控制电源单元40向栅极电路30供给的电力不足，则停止从升压斩波单元10向电力转换单元20的电力的供给。放电电阻15使积蓄在电容器14的电力放电。其结果，电力转换单元20的输入电压逐渐下降。在反映电力转换单元20的输入电压的处理中使用的第3阈值规定为比控制电源单元40的输出电压的额定值低的值。
(实施方式的第1变形例)
对实施方式的第1变形例进行说明。上述实施方式的电力分配单元50在其内部具备绝缘的绝缘用高频变压器54。本变形例取而代之，栅极电路30具备绝缘用高频变压器，经由绝缘用高频变压器中继电力。与此配合，将电力分配单元50的绝缘用高频变压器54省略。
栅极电路30的绝缘用高频变压器具有1次线圈和2次线圈。绝缘用高频变压器的1次线圈和2次线圈磁结合。栅极电路30的绝缘用高频变压器的1次线圈与电力分配单元50的输入侧的正极母线95连接。电源电路34与绝缘用高频变压器的2次线圈连接。
根据上述实施方式的变形例，虽然将电子电路用电源绝缘的单元不同，但起到与第1实施方式同样的效果。
(实施方式的第2变形例)
对实施方式的第2变形例进行说明。上述实施方式的电力分配单元50在其内部具备绝缘的绝缘用高频变压器54。本变形例取而代之，栅极电路30还具备贯通型的变压器，经由绝缘用高频变压器中继电力。与此配合，将电力分配单元50的绝缘用高频变压器54省略。
变压器具备检测在母线中流动的电流的线圈，母线和线圈相互绝缘。栅极电路30的变压器的母线和线圈(2次线圈)磁结合。例如，上述的母线是电力分配单元50的输入侧的正极母线95。电源电路34的输入与变压器36的线圈连接。
电力分配单元50的输入侧的正极母线95向外部延长，在其延长处设置有多个上述变压器。在电力分配单元50的输入侧的正极母线95流过的高频电流由各栅极电路30内的变压器转换，向各栅极电路30分配电力。
根据上述实施方式的变形例，虽然将电子电路用电源绝缘的单元不同，但起到与第1实施方式同样的效果。
根据以上说明的至少一个实施方式，旁路电路在控制系统电路的电源失效时，使积蓄在第1电容器的电力的一部分向上述第2电容器充电，通过积蓄在上述第2电容器的电力使成为能够将栅极驱动信号维持为负偏压的状态。放电电路在至少经过旁路电路向栅极电路供给电力后，在由第2检测部检测到主电路直流链路的电压VM比第3阈值低的情况下，在通过积蓄在上述第2电容器的电力将上述栅极驱动信号维持为负偏压的状态下，使积蓄在上述第1电容器的电力放电。由此，对于电力转换装置，在伴随着电力转换装置的控制系统电路的电源失效，电力转换装置停止电力的转换时，能够更稳定地控制与电力的转换有关的开关元件。
上述的电力转换装置也可以将其至少一部分由通过CPU等处理器执行程序而发挥功能的软件功能部实现，也可以全部通过LSI等硬件功能部实现。
说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子提示的，不是要限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种各样的形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨中，同样包含在权利要求书所记载的发明和其等价的范围中。
例如，控制部90也可以基于各电压检测器的检测结果等对旁路电路60、放电电路80等进行控制。
标号说明
1…电力转换装置；10…升压斩波单元(直流电源单元)；14…电容器(第1电容器)；13、21、52…开关元件；20…电力转换单元(电力转换单元)；30…栅极电路；40…控制电源单元；50…电力分配单元(电力中继电路)；58…发信器(第4检测部)、60…旁路电路、70…不足电压检测部、71…电压检测器(第1检测部)；72…电压检测器(第2检测部)；80…放电电路；81…电压检测器(第3检测部)；83…放电用半导体开关；90…控制部；91、93、95、97…正极母线(电力线)；92、94、96、98…负极母线(电力线)；100…DCDC转换器；342、343…电容器(第2电容器)。

Claims (9)

1.一种电力转换装置，其具备：
电力转换单元，包括具有栅极的开关元件，通过向所具备的直流输入端子供给的直流电力生成交流电力；
第1电容器，设置在上述电力转换单元的直流输入侧；
栅极电路，包括输出向上述开关元件的栅极供给的栅极驱动信号的驱动电路和使向上述驱动电路供给的电力的电源电压平滑化的第2电容器；
旁路电路，在控制系统电路的电源失效时，使积蓄在上述第1电容器的电力的一部分向上述第2电容器充电，通过积蓄在上述第2电容器的电力，使上述栅极驱动信号成为能够维持为负偏压的状态；以及
放电电路，在由积蓄在上述第2电容器的电力将上述栅极驱动信号维持为负偏压的状态下，使积蓄在上述第1电容器的电力放电。
2.如权利要求1所述的电力转换装置，其中，
还具备电力中继电路，包括将1次侧和2次侧绝缘的绝缘电路，经由上述绝缘电路中继电力；
上述绝缘电路的1次侧经由上述旁路电路与上述第1电容器连接，上述绝缘电路的2次侧与上述栅极电路的上述第2电容器连接。
3.如权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，还具备：
控制电源单元，向上述栅极电路供给电力；以及
第1检测部，检测朝向上述控制电源单元的输入电压不足第1阈值的情况；
上述旁路电路具备第1触点设置在上述第1电容器与上述中继电路之间的第1开闭器；
上述第1开闭器在由上述第1检测部检测到朝向上述控制电源单元的输入电压不足第1阈值的情况下将上述第1触点闭合。
4.如权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，
还具备：
控制电源单元，经由上述电力中继电路向上述栅极电路供给电力；以及
第2检测部，检测来自上述控制电源单元的输出电压不足第2阈值的情况；
上述旁路电路具备第2触点设置在上述第1电容器与上述中继电路之间的第2开闭器；
上述第2开闭器在由上述第2检测部检测到来自上述控制电源单元的输出电压不足第2阈值的情况下将上述第2触点闭合。
5.如权利要求4所述的电力转换装置，其具备：
直流电源单元，向上述电力转换单元的上述直流输入端子供给直流电力；
控制装置，如果至少检测到来自上述控制电源单元的输出电压不足第2阈值，则停止从上述直流电源单元向上述电力转换单元的电力的供给；以及
第3检测部，检测作用于上述电力转换单元的上述直流输入端子的电压，在作用于上述电力转换单元的上述直流输入端子的电压比第3阈值低的情况下，输出放电开始信号。
6.如权利要求5所述的电力转换装置，其中，
上述放电电路具备：
放电电阻，使积蓄在上述第1电容器的电力放电；
第3检测部，检测作用于上述电力转换单元的上述直流输入端子的电压，在作用于上述电力转换单元的上述直流输入端子的电压比第3阈值低的情况下，输出放电开始信号；以及
第3开闭器，接收上述放电开始信号，使上述放电电阻与上述第1电容器并联连接。
7.如权利要求5所述的电力转换装置，其中，
上述第3阈值至少基于第1阻抗和第2阻抗来规定，上述第1阻抗是流过与从上述第1电容器向上述电力中继电路供给的电力有关的电流的电路中的、从上述电力中继电路的输入端子的正极经过上述第1电容器到上述电力中继电路的输入端子的负极为止的范围的电路的阻抗，上述第2阻抗是与比上述电力中继电路的输入端子靠上述栅极电路侧的电路等价的等价电路的阻抗。
8.如权利要求2所述的电力转换装置，其中，
上述旁路电路具备电流限制电阻、第1开闭器和第2开闭器；
上述第1电容器的正极经由与上述电力转换单元的上述直流输入端子的正极连接的正极母线和与上述正极母线连接的上述电流限制电阻，与上述第1开闭器的触点的第1端子和上述第2开闭器的触点的第1端子连接；
上述第1开闭器的触点的第2端子和上述第2开闭器的触点的第2端子分别与连接点连接；
上述电力中继电路具备限制上述连接点的电压的上限值的定电压电路；
上述定电压电路的第1端子与上述连接点连接；
上述定电压电路的第2端子经由上述电力转换单元的与上述直流输入端子的负极连接的负极母线与上述第1电容器的负极连接。
9.如权利要求1所述的电力转换装置，其中，
上述放电电路的放电时间常数比能够通过上述第2电容器将上述栅极维持为负偏压的电压保持时间小。
CN201880092985.1A 2018-11-28 2018-11-28 电力转换装置 Active CN112042100B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2018/043739 WO2020110225A1 (ja) 2018-11-28 2018-11-28 電力変換装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112042100A true CN112042100A (zh) 2020-12-04
CN112042100B CN112042100B (zh) 2024-06-25

Family

ID=70852747

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880092985.1A Active CN112042100B (zh) 2018-11-28 2018-11-28 电力转换装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11368105B2 (zh)
JP (1) JP6942269B2 (zh)
CN (1) CN112042100B (zh)
WO (1) WO2020110225A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3729599B1 (en) * 2017-12-22 2022-05-11 Heliox B.V. A charging system and a method of charging an electrical energy storage device
FR3109251B1 (fr) * 2020-04-14 2022-03-18 Commissariat Energie Atomique Convertisseur de puissance comportant au moins un transistor normalement fermé
US20230208275A1 (en) * 2020-05-12 2023-06-29 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Power conversion device, semiconductor switch drive device, and control method
JP7320561B2 (ja) * 2021-06-08 2023-08-03 本田技研工業株式会社 電源システム及び移動体

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02164275A (ja) * 1988-12-19 1990-06-25 Fuji Electric Co Ltd インバータの電源供給装置
JPH06315201A (ja) * 1993-04-27 1994-11-08 Toyota Motor Corp 電気自動車の駆動装置
JP2009200891A (ja) * 2008-02-22 2009-09-03 Fuji Electric Holdings Co Ltd ゲート駆動回路
CN102437718A (zh) * 2010-09-28 2012-05-02 三垦电气株式会社 栅极驱动电路以及开关电源装置
JP2016123202A (ja) * 2014-12-25 2016-07-07 日産自動車株式会社 電力変換装置及び電力変換装置の制御方法
CN106877634A (zh) * 2015-10-15 2017-06-20 Tdk株式会社 开关驱动装置以及开关驱动方法
JP2018074666A (ja) * 2016-10-26 2018-05-10 日立アプライアンス株式会社 電力変換装置
JP2018121386A (ja) * 2017-01-23 2018-08-02 株式会社デンソー 駆動装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5464851B2 (ja) * 2008-12-16 2014-04-09 三菱電機株式会社 インバータ装置
US8730700B2 (en) 2012-02-23 2014-05-20 Kyosan Electric Mfg. Co., Ltd. Current source inverter and method for controlling current source inverter
JP5928430B2 (ja) * 2013-10-03 2016-06-01 トヨタ自動車株式会社 電流センサ、電力変換装置
US9787246B2 (en) * 2014-03-15 2017-10-10 Mitsubishi Electric Corporation Motor drive control device, compressor, air-sending device, and air-conditioning apparatus
JP6267562B2 (ja) * 2014-03-26 2018-01-24 株式会社Kelk 熱電発電装置及び熱電発電方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02164275A (ja) * 1988-12-19 1990-06-25 Fuji Electric Co Ltd インバータの電源供給装置
JPH06315201A (ja) * 1993-04-27 1994-11-08 Toyota Motor Corp 電気自動車の駆動装置
JP2009200891A (ja) * 2008-02-22 2009-09-03 Fuji Electric Holdings Co Ltd ゲート駆動回路
CN102437718A (zh) * 2010-09-28 2012-05-02 三垦电气株式会社 栅极驱动电路以及开关电源装置
JP2016123202A (ja) * 2014-12-25 2016-07-07 日産自動車株式会社 電力変換装置及び電力変換装置の制御方法
CN106877634A (zh) * 2015-10-15 2017-06-20 Tdk株式会社 开关驱动装置以及开关驱动方法
JP2018074666A (ja) * 2016-10-26 2018-05-10 日立アプライアンス株式会社 電力変換装置
JP2018121386A (ja) * 2017-01-23 2018-08-02 株式会社デンソー 駆動装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2020110225A1 (ja) 2021-02-15
US11368105B2 (en) 2022-06-21
WO2020110225A1 (ja) 2020-06-04
CN112042100B (zh) 2024-06-25
JP6942269B2 (ja) 2021-09-29
US20210218345A1 (en) 2021-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112042100B (zh) 电力转换装置
US9479060B2 (en) Control circuit, battery power supply device and control method
US9024609B2 (en) Circuit and method for providing hold-up time in a DC-DC converter
US9543839B2 (en) Voltage stabilizing circuit
US11955893B2 (en) Switching power supply, power adapter and charger
US11218084B2 (en) Power supply device for electric vehicle
EP3038223B1 (en) Load driving circuit
EP3813239B1 (en) Self-feeding circuit and power conversion device
CN107529349B (zh) 沿面放电元件驱动用电源电路
CN106469980B (zh) 直流－直流转换装置
US20200195128A1 (en) Power supply device, power supply control device, and power supply control method
US10615681B2 (en) Switching power supply circuit
CN107529348B (zh) 沿面放电元件驱动用电源电路
JPWO2015079580A1 (ja) 電源装置
JP2015070750A (ja) 電力変換装置
CN103036413A (zh) 电源供应装置
US20150244166A1 (en) Inverter apparatus having primary-side and secondary-side driver circuits driven by respective dc/dc converters and control method thereof
US9960636B2 (en) Power supply system and direct-current converter thereof
RU2447571C1 (ru) Преобразователь
EP4117129A1 (en) Switching mode power supply
CN107546986B (zh) 沿面放电元件驱动用电源电路
US20220294257A1 (en) Inductive holding circuit
JP6373460B2 (ja) 沿面放電素子駆動用電源回路
CN108123422B (zh) 过电压保护电路
JP2016208630A (ja) 充電装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Country or region after: Japan

Address after: Tokyo

Applicant after: TMEIC Co.,Ltd.

Address before: Tokyo

Applicant before: TOSHIBA MITSUBISHI-ELECTRIC INDUSTRIAL SYSTEMS Corp.

Country or region before: Japan

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant