DE112021000086T5 - Kurzschluss-detektor und stromrichter - Google Patents

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Natsuko Takeuchi
Kunio Matsubara
Hiromu Takubo
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

Ein Kurzschluss-Detektor 100 umfasst: eine erste Rogowski-Spule 101, die dazu konfiguriert ist, ein erstes Erkennungssignal S1 gemäß einem Lastkurzschlussstrom zu erzeugen, wobei der Lastkurzschlussstrom ein Strom ist, der durch einen ersten Zweig aus der Vielzahl der Zweige 10 aufgrund eines Kurzschlusses in der Last fließt; eine zweite Rogowski-Spule 102, die dafür konfiguriert ist, ein zweites Erkennungssignal S2 gemäß einem Zweigkurzschlussstrom zu erzeugen, wobei der Zweigkurzschlussstrom ein Strom ist, der durch den ersten Zweig fließt aufgrund von: einem Kurzschluss im ersten Zweig; oder einem Kurzschluss in einem zweiten Zweig aus der Vielzahl von Zweigen; eine Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111, die dazu konfiguriert ist, den Kurzschluss in der Last basierend auf dem ersten Erkennungssignal S1 zu erkennen; eine Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112, die dazu konfiguriert ist, den Kurzschluss im ersten Zweig oder den Kurzschluss im zweiten Zweig basierend auf dem zweiten Erkennungssignal S2 zu erkennen; und eine Kurzschluss-Erkennungsschaltung 120, die dazu konfiguriert ist, einen Kurzschluss zu erkennen, basierend auf: einem Ausgangssignal, das von der Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 ausgegeben wird; und einem Ausgangssignal, das von der Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 ausgegeben wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Kurzschluss-Detektoren und Stromrichter.
  • STAND DER TECHNIK
  • In einem Stromrichter, der eine Last wie etwa einen Motor antreibt, fließt in manchen Fällen ein Überstrom durch einen Halbleiterschalter des Stromrichters. Wenn ein solcher Überstrom über einen längeren Zeitraum fließt, kann der Halbleiterschalter beschädigt werden. Somit ist im Stromrichter ein Kurzschluss-Detektor vorgesehen. Der Kurzschluss-Detektor erkennt einen Überstrom, der durch einen Halbleiterschalter fließt, und stoppt dann den Stromrichter.
  • Bei dieser Art von Kurzschluss-Detektor wird ein Shunt-Widerstand, ein Stromwandler (CT) oder eine Rogowski-Spule verwendet, um einen in einem Halbleiterschalter fließenden Strom zu erkennen. Unter diesen Komponenten hat die Rogowski-Spule keinen Kern, wodurch die Bereitstellung kleiner Kurzschluss-Detektoren und die Erkennung eines Überstroms erreicht werden.
  • Patentdokument 1 betrifft einen Stromrichter, der eine Last durch einen Zweig (eine Zweigschaltung), der einen Halbleiterschalter umfasst, antreibt, und offenbart, dass ein Kurzschluss in dem Zweig mittels einer Rogowski-Spule erkannt wird. 17 ist ein Schaltungsdiagramm einer in Patentdokument 1 offenbarten Vorrichtung. In 17 liefert eine Gate-Treiberschaltung 96 eine Gate-Spannung an einen Halbleiterschalter 91 über einen Gate-Widerstand 95, um den Halbleiterschalter 91 anzusteuern. Die Rogowski-Spule 97 erzeugt (gibt aus) eine Spannung über den Anschlüssen, die proportional zu einem Zeitgradienten di/dt eines Stroms ist, der durch den Halbleiterschalter 91 fließt. Der Kurzschluss-Detektor 98 erkennt, dass eine große Spannung über den Anschlüssen der Rogowski-Spule 97 über einen gewissen Zeitraum angelegt ist. In einem solchen Fall bestimmt der Kurzschluss-Detektor 98, dass ein Zweigkurzschluss aufgetreten ist, und bewirkt dann, dass die Gate-Treiberschaltung 6 aufhört, den Halbleiterschalter 91 anzusteuern.
  • Beispiele für Kurzschlüsse, die in dem Stromrichter auftreten können, umfassen jedoch nicht nur Zweigkurzschlüsse, sondern auch Lastkurzschlüsse. Die Lastkurzschlüsse können in der Last auftreten, die mit einem Ausgang des Stromrichters verbunden ist. Somit offenbart Patentdokument 2 eine Technik zum Erkennen eines Zweigkurzschlussstroms durch eine Luftkernspule und zum Erkennen eines Lastkurzschlussstroms durch einen Stromwandler (CT).
  • Dokumente zum Stand der Technik
  • Patentdokumente
    • Patentdokument 1: Offengelegte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2001-169533
    • Patentdokument 2: WO 2018/073909
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Durch die Erfindung zu lösendes Problem
  • Die in Patentdokument 1 offenbarte Technik ist beim Erkennen von Zweigkurzschlüssen effektiv, aber es ist schwierig, Lastkurzschlüsse zu erkennen. Dieses Problem wird beschrieben.
  • Fig: 18 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen Kurzschlussstrompfad RT1 in einem Stromrichter während eines Zweigkurzschlusses zeigt. 19 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen Kurzschlussstrompfad RT2 in dem Stromrichter während eines Lastkurzschlusses zeigt.
  • Bei dem in den 18 und 19 gezeigten Stromrichter sind zwei Zweige miteinander in Reihe geschaltet und zwischen den beiden Anschlüssen eines Kondensators CE angeordnet, der auf eine Gleichspannung Ev aufgeladen ist. Einer der beiden Zweige enthält einen Halbleiterschalter SW1 und eine Freilaufdiode DI1, die antiparallel zueinander geschaltet sind. Der andere Zweig enthält einen Halbleiterschalter SW2 und eine Freilaufdiode DI2, die antiparallel zueinander geschaltet sind. Außerdem sind zwei Zweige miteinander in Reihe geschaltet und sie sind zwischen beiden Anschlüssen des Kondensators CE angeordnet. Einer der beiden Zweige weist einen Halbleiterschalter SW3 und eine Freilaufdiode DI3 auf, die antiparallel zueinander geschaltet sind. Der andere Zweig weist einen Halbleiterschalter SW4 und eine Freilaufdiode DI4 auf, die antiparallel zueinander geschaltet sind. Eine Last Z (z. B. eine Motorwicklung) ist zwischen die gemeinsamen Verbindungsknoten 99_1 und 99_2 geschaltet. Der gemeinsame Verbindungsknoten 99_1 liegt zwischen den Halbleiterschaltern SW1 und SW2. Der gemeinsame Verbindungsknoten 99_2 liegt zwischen den Halbleiterschaltern SW3 und SW4. In den 18 und 19 stellt „L1“ eine Selbstinduktivität dar, die während eines Zweigkurzschlusses im Kurzschlussstrompfad vorhanden ist. „L2“ stellt eine Selbstinduktivität dar, die in einem Strompfad von dem gemeinsamen Verbindungsknoten 99_1 zu dem gemeinsamen Verbindungsknoten 99_2 durch die Last Z vorhanden ist.
  • Im Stromrichter werden zwei in Reihe geschaltete Halbleiterschalter (z. B. SW1 und SW2) so gesteuert, dass sie nicht gleichzeitig einschalten, um einen Kurzschluss in der Stromversorgung zu vermeiden. Aus irgendeinem Grund können die Halbleiterschalter jedoch ausfallen oder eine Fehlfunktion aufweisen. Ebenso können die Freilaufdioden ausfallen. In einem solchen Fall tritt ein unten beschriebener Zweigkurzschluss auf. In dem in 18 gezeigten Beispiel wird ein Fall beschrieben, in dem der Halbleiterschalter SW1 oder die Freilaufdiode DI1 aus irgendeinem Grund ausgefallen ist. In 18 repräsentiert das gezeigte „X (Kreuz)“-Zeichen Ausfälle dieser Komponenten. Dies ist auch für 19 der Fall. Wenn der Halbleiterschalter SW2 auf EIN gesetzt ist, wird der Halbleiterschalter SW1 auf AUS gesetzt. Wenn jedoch der Halbleiterschalter SW1 unbeabsichtigt eingeschaltet wird und der Halbleiterschalter SW2 aus irgendeinem Grund eingeschaltet wird, tritt ein Zweigkurzschluss auf. In diesem Fall fließt ein Zweigkurzschlussstrom ia durch den Strompfad RT1. Dies ist auch der Fall, wenn aus irgendeinem Grund ein Rückstrom durch die Freilaufdiode DI1 fließt. In einem solchen Fall fließt der Zweigkurzschlussstrom ia in folgender Reihenfolge:
  • Kondensator CE → Halbleiterschalter SW1 → Halbleiterschalter SW2 → Kondensator CE.
  • In diesem Fall stellt sich die folgende Formel für den Zweigkurzschlussstrom ia auf. Ev = L1 × dia/dt .
    Figure DE112021000086T5_0001
  • Wie bei den Halbleiterschaltern kann es aus irgendeinem Grund zu einem Kurzschluss in der Last kommen.
  • In dem in 19 gezeigten Beispiel wird ein Fall beschrieben, in dem ein Kurzschluss in der Last Z aufgetreten ist, wenn die Halbleiterschalter SW1 und SW4 EIN sind und die Halbleiterschalter SW2 und SW3 AUS sind. In diesem Fall fließt der Lastkurzschlussstrom ir durch den Strompfad RT2. Konkret fließt der Lastkurzschlussstrom ir in folgender Reihenfolge:
  • Kondensator CE → Halbleiterschalter SW1 → Last Z → Halbleiterschalter SW4 → Kondensator CE.
  • Dabei stellt sich für den Lastkurzschlussstrom ir folgende Formel auf. Ev = ( L1 + L2 ) × dir/dt .
    Figure DE112021000086T5_0002
  • Hier ist die Beziehung zwischen den Selbstinduktivitäten L1 und L2 L1 << L2. Somit ist aus den Formeln (1) und (2) klar, dass die folgende Formel aufzustellen ist. dir/dt < < dia/dt .
    Figure DE112021000086T5_0003
  • 20 zeigt Wellenformen eines Zweigkurzschlussstroms ia und eines Lastkurzschlussstroms ir. In 20 repräsentiert die horizontale Achse die Zeit t und die vertikale Achse repräsentiert den Strom (Stromwert) i.
  • Zunächst wird der in 18 gezeigte Zweigkurzschlussstrom ia beschrieben. Die im Pfad RT1 des Zweigkurzschlussstroms ia vorhandene Selbstinduktivität L1 ist klein. Wenn der Halbleiterschalter SW2 bei t = 0 eingeschaltet wird, steigt aus diesem Grund der Zweigkurzschlussstrom ia stark an, dessen Wert innerhalb einer kurzen Zeitspanne zunimmt. Als Ergebnis werden in dem Kondensator CE gespeicherte Ladungen innerhalb einer kurzen Zeitspanne entladen und der Zweigkurzschlussstrom ia wird innerhalb einer kurzen Zeitspanne nach dem Einschalten des Halbleiterschalters SW2 erzeugt. Dagegen ist die im Pfad RT2 des Lastkurzschlussstroms ir vorhandene Eigeninduktivität L2 deutlich größer als die Eigeninduktivität L1. Aus diesem Grund steigt der Lastkurzschlussstrom ir nach dem Einschalten der Halbleiterschalter SW1 und SW4 mit einem sehr sanften zeitlichen Gradienten an. Im Frequenzbereich hat das Frequenzband des Zweigkurzschlusses eine obere Frequenzgrenze, die viel höher ist als die des Lastkurzschlussstroms.
  • Ein Ansatz, den Lastkurzschlussstrom ir mit kleinem Zeitgradienten zu erkennen, besteht darin, die Windungszahl der Rogowski-Spule zu erhöhen und deren Empfindlichkeit zu erhöhen. Dabei führt eine Erkennung des Lastkurzschlussstroms durch die Rogowski-Spule nicht nur zu einer Vergrößerung der Rogowski-Spule, sondern auch zu einer Vergrößerung und Komplexität des Stromrichters.
  • Die große Windungszahl der Rogowski-Spule führt zu einer höheren Eigeninduktivität der Rogowski-Spule. In diesem Fall besteht sowohl während des Zweigkurzschlusses als auch während des Lastkurzschlusses ein Ansatz zum genauen Erkennen der Spannung an den Anschlüssen der Rogowski-Spule darin, die Eigeninduktivität der Rogowski-Spule zu verringern und die Resonanzfrequenz eines LC-Schwingkreises ausreichend zu erhöhen. Hier umfasst der LC-Schwingkreis eine Eigeninduktivität und eine parasitäre Kapazität der Rogowski-Spule. Bei einer ausreichend hohen Resonanzfrequenz muss die Resonanzfrequenz höher sein als die obere Frequenzgrenze des Frequenzbands der Spannung über den Anschlüssen der Rogowski-Spule während eines Zweigkurzschlusses. Dies liegt daran, dass die innerhalb des Frequenzbandes liegende Resonanzfrequenz eine Verzerrung der Spannungswellenform an den Anschlüssen der Rogowski-Spule verursacht, wodurch die Erkennung eines Zweigkurzschlusses schwierig ist.
  • Somit besteht ein Ansatz zur Vermeidung von Resonanzeffekten darin, die Eigeninduktivität der Rogowski-Spule zu verringern und die Resonanzfrequenz zu erhöhen. Eine Verringerung der Selbstinduktivität der Rogowski-Spule führt jedoch auch zu einer Verringerung der Empfindlichkeit der Rogowski-Spule. Der extrem kleine zeitliche Gradient dia/dt des Lastkurzschlussstroms ir bewirkt, dass die Spannung an den Anschlüssen der Rogowski-Spule im Rauschen begraben wird, wodurch die Erkennung eines Lastkurzschlusses extrem schwierig wird.
  • Bei der in Patentdokument 2 offenbarten Technik wird ein Zweigkurzschlussstrom durch eine Luftspule erkannt, und ein Lastkurzschlussstrom wird durch einen CT erkannt. Die Verwendung des CT erhöht jedoch die Kosten und die Anzahl eigenständiger Komponenten, was zu einer erhöhten Komplexität der Konfiguration des Stromrichters führt.
  • Diese Erfindung wurde unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Probleme gemacht und es wurde versucht, eine Technik zum Erkennen wenigstens eines Lastkurzschlusses unter einem Zweigkurzschluss und einem Lastkurzschluss unter Verwendung von Rogowski-Spulen bereitzustellen.
  • Mittel zur Lösung des Problems
  • Ein Kurzschluss-Detektor gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kurzschluss-Detektor für einen Stromrichter, der eine Vielzahl von Zweigen aufweist, von denen jeder einen Halbleiterschalter umfasst, wobei der Stromrichter über die Vielzahl von Zweigen Strom an eine Last liefert, wobei der Kurzschluss-Detektor umfasst: eine erste Rogowski-Spule, die dazu konfiguriert ist, ein erstes Erkennungssignal gemäß einem Lastkurzschlussstrom zu erzeugen, wobei der Lastkurzschlussstrom ein Strom ist, der durch einen ersten Zweig von einer Vielzahl von Zweigen aufgrund eines Kurzschlusses in der Last fließt; eine zweite Rogowski-Spule, die dafür konfiguriert ist, ein zweites Erkennungssignal gemäß einem Zweigkurzschlussstrom zu erzeugen, wobei der Zweigkurzschlussstrom ein Strom ist, der durch den ersten Zweig fließt aufgrund: eines Kurzschlusses im ersten Zweig; oder eines Kurzschlusses in einem zweiten Zweig aus der Vielzahl von Zweigen; eine Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung, die dazu konfiguriert ist, den Kurzschluss in der Last basierend auf dem ersten Erkennungssignal zu erkennen; eine Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung, die dazu konfiguriert ist, den Kurzschluss im ersten Zweig oder den Kurzschluss im zweiten Zweig basierend auf dem zweiten Erkennungssignal zu erkennen; und eine Kurzschluss-Erkennungsschaltung, die dazu konfiguriert ist, einen Kurzschluss zu erkennen, basierend auf: einem Ausgangssignal, das von der Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung ausgegeben wird; und auf einem Ausgangssignal, das von der Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung ausgegeben wird.
  • Ein Kurzschluss-Detektor gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kurzschluss-Detektor für einen Stromrichter, der eine Vielzahl von Zweigen aufweist, von denen jeder einen Halbleiterschalter umfasst, wobei der Stromrichter über die Vielzahl von Zweigen Leistung an eine Last liefert, wobei der Kurzschluss-Detektor umfasst: eine Rogowski-Spule, die dazu konfiguriert ist, ein Erkennungssignal gemäß einem Lastkurzschlussstrom zu erzeugen, wobei der Lastkurzschlussstrom ein Strom ist, der durch einen ersten Zweig aus der Vielzahl von Zweigen aufgrund von einem Kurzschluss in der Last fließt; eine Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung, die dazu konfiguriert ist, den Kurzschluss in der Last basierend auf dem Erkennungssignal zu bestimmen; und eine Kurzschluss-Erkennungsschaltung, die konfiguriert ist, um einen Kurzschluss basierend auf einem Ausgangssignal, das von der Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung ausgegeben wird, zu erkennen.
  • Ein Stromrichter gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Stromrichter, der aufweist: einen Kurzschluss-Detektor gemäß dem ersten Aspekt oder dem zweiten Aspekt; und eine Gate-Treiberschaltung, die dazu konfiguriert ist, das Ansteuern eines Halbleiterschalters, der in dem ersten Zweig vorhanden ist, basierend auf einem Kurzschluss-Erkennungssignal, das von dem Kurzschluss-Detektor ausgegeben wird, zu stoppen.
  • Ein Stromrichter gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Stromrichter zum Zuführen von Leistung zu einer Last durch eine Vielzahl von P (P ist eine ganze Zahl von 2 oder mehr) Zweigen, die jeweils einen Halbleiterschalter aufweisen, wobei der Stromrichter Folgendes umfasst: eine Vielzahl von Q (Q ist eine positive ganze Zahl, die kleiner als P ist) Kurzschluss-Detektoren, die den jeweiligen einer Vielzahl von Q-Zweigen aus der Vielzahl von P-Zweigen entsprechen, in denen jeder der Vielzahl von Q Kurzschluss-Detektoren konfiguriert ist, um zu umfassen: eine erste Rogowski-Spule, die konfiguriert ist, um ein erstes Erkennungssignal gemäß einem Strom auszugeben, der aufgrund eines Kurzschlusses in der Last durch einen entsprechenden Zweig fließt, und um einen Kurzschluss basierend auf dem ersten Erkennungssignal zu erkennen.
  • Ein Stromrichter gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Stromrichter zum Zuführen von Leistung zu einer Last durch einen Zweig, der einen Halbleiterschalter umfasst, wobei der Stromrichter umfasst: eine erste Rogowski-Spule, die dazu konfiguriert ist, ein erstes Erkennungssignal entsprechend einem Stromfluss durch den Zweig aufgrund eines Kurzschlusses in der Last auszugeben; eine zweite Rogowski-Spule, die dazu konfiguriert ist, ein zweites Erkennungssignal gemäß einem Strom auszugeben, der aufgrund eines Kurzschlusses in einer mit dem Zweig in Reihe geschalteten Diode durch den Zweig fließt; und einen Kurzschluss-Detektor, der dazu konfiguriert ist, einen Kurzschluss basierend auf dem ersten Erkennungssignal oder dem zweiten Erkennungssignal zu erkennen.
  • Wirkung der Erfindung
  • In dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Zweigkurzschlussstrom durch die zweite Rogowski-Spule erkannt und ein Lastkurzschlussstrom wird durch die erste Rogowski-Spule erkannt. Dadurch kann die Empfindlichkeit der ersten Rogowski-Spule auf einen zur Erkennung des Lastkurzschlussstroms geeigneten Wert eingestellt werden. Selbst wenn die Selbstinduktivität der ersten Rogowski-Spule zunimmt, stört diese Erhöhung daher nicht die Erkennung eines Zweigkurzschlussstroms durch die zweite Rogowski-Spule, was dazu führt, dass sowohl ein Zweigkurzschluss als auch ein Lastkurzschluss erkannt werden.
  • Im zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Lastkurzschlussstrom durch die erste Rogowski-Spule erkannt. Dadurch kann ein Lastkurzschluss erkannt werden.
  • Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Stromrichter bereitgestellt, der wenigstens einen Lastkurzschluss unter einem Lastkurzschluss und unter einem Zweigkurzschluss erkennt.
  • In dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind Kurzschluss-Detektoren vorgesehen, die jeweils die erste Rogowski-Spule für jeweiligen von einigen der Vielzahl von Zweigen aufweisen. Ein Lastkurzschlussstrom wird von der ersten Rogowski-Spule erkannt. Da für einige Zweige erste Rogowski-Spulen vorgesehen sind, wird ein Lastkurzschlussstrom erkannt, ohne die Größe und Komplexität des Stromrichters zu erhöhen.
  • Im fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ermöglicht die erste Rogowski-Spule, dass ein Lastkurzschluss erkannt wird. Darüber hinaus ermöglicht die zweite Rogowski-Spule, dass ein Kurzschluss in einer Diode, die in Reihe zu einem Zweig geschaltet ist, erkannt wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration eines Stromrichters zeigt, der einen Kurzschluss-Detektor gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst.
    • 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration eines Kurzschluss-Detektors gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 3Aist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Operation gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 3B ist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Operation gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 3C ist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Operation gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 4 ist ein Diagramm eines ersten spezifischen Beispiels gemäß der ersten Ausführungsform.
    • 5 ist ein Diagramm eines zweiten spezifischen Beispiels gemäß der ersten Ausführungsform.
    • 6 ist ein Diagramm eines dritten spezifischen Beispiels gemäß der ersten Ausführungsform.
    • 7A ist ein Diagramm, das ein viertes spezifisches Beispiel der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 7B ist ein Diagramm, das das vierte spezifische Beispiel der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 8 ist ein Diagramm, das ein fünftes spezifisches Beispiel der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 9 ist ein Schaltungsdiagramm eines Stromrichters gemäß einer zweiten Ausführungsform.
    • 10 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration jedes Kurzschluss-Detektors gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
    • 11A ist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Operation gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
    • 11B ist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Operation gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
    • 11C ist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Operation gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
    • 12 ist ein Schaltungsdiagramm eines ersten Betriebsbeispiels gemäß der zweiten Ausführungsform.
    • 13 ist ein Schaltungsdiagramm eines zweiten Betriebsbeispiels gemäß der zweiten Ausführungsform.
    • 14 ist ein Schaltungsdiagramm eines dritten Betriebsbeispiels gemäß der zweiten Ausführungsform.
    • 15A ist ein Schaltungsdiagramm gemäß der zweiten Ausführungsform.
    • 15B ist ein Schaltungsdiagramm gemäß der zweiten Ausführungsform.
    • 16 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Anwendungsbeispiel eines Kurzschluss-Detektors gemäß der zweiten Ausführungsform bei einem anderen Stromrichter zeigt.
    • 17 ist ein Schaltungsdiagramm einer Konfiguration eines herkömmlichen Kurzschluss-Detektors.
    • 18 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen Strompfad eines Zweigkurzschlusses in einem Stromrichter zeigt.
    • 19 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen Strompfad eines Lastkurzschlusses in dem Stromrichter zeigt.
    • 20 zeigt Wellenformen eines Zweigkurzschlussstroms und eines Lastkurzschlussstroms.
  • ARTEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • 1. Erste Ausführungsform
  • Die erste Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration eines Stromrichters 1 zeigt, der einen Kurzschluss-Detektor gemäß der ersten Ausführungsform aufweist. In dem Stromrichter 1 wird ein Kondensator 30 durch eine Gleichstromversorgung 40 geladen, um eine Gleichspannung zu stabilisieren. Die Zweige 10_1 und 10_2 sind miteinander in Reihe geschaltet und sie sind zwischen den zwei Anschlüssen des Kondensators 30 angeordnet. Außerdem sind die Zweige 10 3 und 10_4 miteinander in Reihe geschaltet und sie sind zwischen den Anschlüssen angeordnet. Es gibt einen gemeinsamen Verbindungsknoten ND1 zwischen den Zweigen 10_1 und 10_2. Es gibt einen gemeinsamen Verbindungsknoten ND2 zwischen den Zweigen 10 3 und 10_4. Eine Last Z (z. B. eine Motorwicklung) ist zwischen den gemeinsamen Verbindungsknoten ND1 und ND2 angeordnet und mit diesen gemeinsamen Verbindungsknoten verbunden. Jeder der Zweige 10_1 bis 10_4 weist einen Halbleiterschalter auf. Gate-Treiberschaltungen 20_1 bis 20_4 entsprechen jeweils den Zweigen 10_1 bis 10_4. Jede der Gate-Treiberschaltungen 20_1 bis 20_4 liefert ein Gate-Signal an einen Halbleiterschalter des entsprechenden Zweigs, um den Halbleiterschalter zu steuern. Somit umfasst der Stromrichter 1 die Zweige 10_1 bis 10 4, von denen jeder einen Halbleiterschalter umfasst, und liefert Leistung an die Last Z von einer Gleichstromversorgung 40 über diese Zweige. Jeder der Zweige 10_1 und 10_3 ist ein Beispiel für einen „ersten Zweig“, und jeder der Zweige 10 2 und 10_4 ist ein Beispiel für einen „zweiten Zweig“.
  • Hier wird die Aufmerksamkeit auf den Zweig 10_1 gerichtet und es wird eine Beschreibung eines Zweigkurzschlusses gegeben. Um einen Kurzschluss in der Stromversorgung zu vermeiden, werden die beiden in Reihe zueinander geschalteten Halbleiterschalter 10_1 und 10_2 so angesteuert, dass sie nicht gleichzeitig einschalten. Es wird ein Beispiel gegeben, bei dem der Halbleiterschalter 10_1 auf EIN gesetzt ist und der Halbleiterschalter 10_2 auf AUS gesetzt ist. Wenn aus irgendeinem Grund ein Kurzschluss im Zweig 10 2 auftritt und der Halbleiterschalter des Zweigs 10_1 eingeschaltet wird, verursacht ein unbeabsichtigter Kurzschluss im Halbleiterschalter 10_2 einen Zweigkurzschlussstrom, der durch den Halbleiterschalter des Zweigs 10_1 fließt. Außerdem fließt ein Kurzschlussstrom durch den Halbleiterschalter des Zweigs 10_1 aufgrund einer Einschaltfehlfunktion des Halbleiterschalters des Zweigs 10 2, selbst wenn es keinen Kurzschluss im Zweig 10_2 gibt. Eine der Ursachen für eine solche Fehlfunktion ist Rauschen. Die obige Beschreibung basiert auf der Tatsache, dass der Halbleiterschalter 10_1 auf AUS gesetzt ist und der Halbleiterschalter 10 2 auf EIN gesetzt ist. Zusätzlich zu dem Zweigkurzschluss fließt, wenn aus irgendeinem Grund ein Kurzschluss in der Last Z auftritt, ein Lastkurzschlussstrom durch den Zweig 10_1.
  • Ein derartiger Kurzschlussstrom oder Lastkurzschlussstrom, der über einen langen Zeitraum durch den Zweig 10_1 fließt, kann den normalen Halbleiterschalter des Zweigs 10_1 beschädigen. Somit ist ein Kurzschluss-Detektor 100_1 für den Zweig 10_1 vorgesehen. Der Kurzschluss-Detektor 100_1 erkennt einen Zweigkurzschluss oder einen Lastkurzschluss basierend auf einem Strom, der in dem Zweig 10_1 fließt, und bewirkt, dass die Gate-Treiberschaltung 20_1 aufhört, den Halbleiterschalter anzusteuern. Ein ähnlicher Zweigkurzschlussstrom und Lastkurzschlussstrom kann durch andere Zweige 10_2 bis 10_4 fließen. Somit ist ein Kurzschluss-Detektor 100_2 für den Zweig 10 2 vorgesehen. Für die Zweige 10 3 ist ein Kurzschluss-Detektor 100 3 vorgesehen. Für die Zweige 10 4 ist ein Kurzschluss-Detektor 100_4 vorgesehen.
  • In der folgenden Beschreibung werden, wenn es nicht erforderlich ist, jeden der Zweige 10_1 - 10_4 zu unterscheiden, die Zweige 10_1 bis 10_4 gemeinsam als Zweig 10 bezeichnet. Die Gate-Treiberschaltungen 20_1 bis 20_4 werden gemeinsam als Gate-Treiberschaltung 20 bezeichnet. Die Kurzschluss-Detektoren 100_1 bis 100_4 werden gemeinsam als Kurzschluss-Detektor 100 bezeichnet.
  • 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration eines Kurzschluss-Detektors 100 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. In 2 sind zur Klarstellung der Beschreibung des Kurzschluss-Detektors 100 ein Zweig 10 und eine Gate-Treiberschaltung 20 zusammen mit dem Kurzschluss-Detektor 100 gezeigt.
  • In 2 enthält jeder der Zweige 10_1 bis 10_4 einen Halbleiterschalter 11 und eine Freilaufdiode 12, die antiparallel dazu geschaltet ist. In diesem Beispiel ist der Halbleiterschalter 11 ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET). Der Halbleiterschalter 11 umfasst eine Source (eine Source-Elektrode), einen Drain (eine Drain-Elektrode) und ein Gate (eine Steuerelektrode). Der Drain des Halbleiterschalters 11 ist über den Leiter 51 mit dem Kondensator 30 oder dem anderen Zweig verbunden. Die Source des Halbleiterschalters 11 ist über den Leiter 52 mit dem Kondensator 30 oder dem anderen Zweig verbunden. Das Gate des Halbleiterschalters 11 ist mit der Gate-Treiberschaltung 20 verbunden. Die Gate-Treiberschaltung 20 führt dem Gate des Halbleiterschalters 11 ein Gate-Signal zu, um den Halbleiterschalter 11 ein- und auszuschalten.
  • In dem in 2 gezeigten Beispiel ist ein Leiter 52 in die erste Rogowski-Spule 101 und die zweite Rogowski-Spule 102 eingeschoben. Hier erkennt die erste Rogowski-Spule 101 einen Lastkurzschlussstrom. Die zweite Rogowski-Spule 102 erkennt einen Zweigkurzschlussstrom. Als Reaktion auf einen durch den Leiter 52 fließenden Strom wird um den Leiter 52 herum ein kreisförmiges Magnetfeld mit dem Strom in der Mitte erzeugt. In der ersten Rogowski-Spule 101 und der zweiten Rogowski-Spule 102 wird eine Spannung induziert, die der Zeitänderung der Intensität dieses Magnetfelds entspricht. Als Ergebnis wird ein erstes Erkennungssignal S1 von der ersten Rogowski-Spule 101 ausgegeben. Das erste Erkennungssignal S1 hat eine Spannungswellenform proportional zu dem Zeitgradienten di/dt des in dem Leiter 52 fließenden Stroms. Ähnlich wird ein zweites Erkennungssignal S2 von der zweiten Rogowski-Spule 102 ausgegeben. Das zweite Erkennungssignal S2 hat eine Spannungswellenform proportional zu dem zeitlichen Gradienten di/dt des im Leiter 52 fließenden Stroms.
  • In dieser Ausführungsform ist die erste Rogowski-Spule 101 zum Erkennen eines Lastkurzschlussstroms optimiert. Die zweite Rogowski-Spule 102 ist zum Erkennen eines Zweigkurzschlussstroms optimiert. Hier wird die Aufmerksamkeit auf die Empfindlichkeit gegenüber dem Zeitgradienten di/dt des zu erkennenden Stroms gerichtet (d. h. ein Verhältnis einer Ausgangsspannung der Rogowski-Spule zu dem Zeitgradienten di/dt des Stroms). Die Empfindlichkeit der zweiten Rogowski-Spule 102 ist geringer als die der ersten Rogowski-Spule 101. Genauer gesagt ist die Windungszahl der zweiten Rogowski-Spule 102 geringer als die der ersten Rogowski-Spule 101, was den folgenden Grund hat: Wenn die Eigeninduktivität der zweiten Rogowski-Spule 102 niedrig ist, ist die Resonanzfrequenz des LC-Resonanzkreises, der die Eigeninduktivität und die parasitäre Kapazität der zweiten Rogowski-Spule 102 umfasst, hoch und diese Resonanzfrequenz liegt außerhalb des Bereichs des Frequenzbandes des Zweigkurzschlussstrom-Frequenzbandes. Die erste Rogowski-Spule 101 mit höherer Empfindlichkeit als die zweite Rogowski-Spule 102 ermöglicht eine genaue Erkennung des Lastkurzschlussstroms mit einem kleinen Zeitgradienten.
  • Eine Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 erkennt ein Auftreten eines Zweigkurzschlusses in dem Stromrichter 1 basierend auf dem zweiten Erkennungssignal S2. Insbesondere bestimmt die Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112, dass ein Zweigkurzschluss aufgetreten ist, wenn das zweite Erkennungssignal S2 über eine zweite Referenzzeit Tref2 hinaus auf einem Pegel gehalten wird, der höher ist als ein zweiter Referenzpegel Vref2. Als Reaktion auf das Erkennen eines Zweigkurzschlusses ändert die Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 ein Kurzschluss-Erkennungssignal E2 von dem inaktiven Pegel „0“ auf den aktiven Pegel „1".
  • Eine Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 erkennt ein Auftreten eines Lastkurzschlusses in dem Stromrichter 1 basierend auf dem ersten Erkennungssignal S1. Insbesondere bestimmt die Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111, dass ein Lastkurzschluss aufgetreten ist, wenn das erste Erkennungssignal S1 über eine erste Referenzzeit Tref1 hinaus auf einem Pegel gehalten wird, der höher als ein erster Referenzpegel Vref1 ist. Als Reaktion auf das Erkennen eines Lastkurzschlusses ändert die Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 ein Kurzschluss-Erkennungssignal E1 von dem inaktiven Pegel „0“ auf den aktiven Pegel „1“.
  • Eine Kurzschluss-Erkennungsschaltung 120 erzeugt ein Kurzschluss-Erkennungssignal E basierend (i) auf dem von der Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 ausgegebenen Kurzschluss-Erkennungssignal E2 und (ii) auf dem von der Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 ausgegebenen Kurzschluss-Erkennungssignal E1. Das Kurzschluss-Erkennungssignal E repräsentiert ein Auftreten irgendeines Kurzschlusses in dem Stromrichter 1.
  • In diesem Beispiel ist die Kurzschluss-Erkennungsschaltung 120 eine ODER-Schaltung. Die Kurzschluss-Erkennungsschaltung 120 gibt als das Kurzschluss-Erkennungssignal E eine logische Summe des Kurzschluss-Erkennungssignals E2 und des Kurzschluss-Erkennungssignals E1 aus. Wenn das Kurzschluss-Erkennungssignal E auf den aktiven Pegel „1“ wechselt, stoppt die Gate-Treiberschaltung 20 die Ansteuerung des Halbleiterschalters 11.
  • Die 3A, 3B und 3C sind jeweils Wellenformdiagramme, die einen beispielhaften Betrieb gemäß der ersten Ausführungsform zeigen.
  • In 3A sind, jeweils (a) während eines normalen Zustands, (b) während eines Zweigkurzschlusses und (c) während eines Lastkurzschlusses, (1) eine Wellenform eines Stroms i, der durch den Leiter 52 fließt, (2) eine Wellenform des zweiten Erkennungssignals S2, (3) eine Wellenform eines Pegelbestimmungssignals D2, das in der Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 erzeugt wird, und (4) eine Wellenform des Kurzschluss-Erkennungssignals E2, das von der Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 ausgegeben wird, gezeigt.
  • In 3B sind, jeweils (a) während eines normalen Zustands, (b) während eines Zweigkurzschlusses und (c) während eines Lastkurzschlusses, (1) eine Wellenform eines Stroms i, der durch den Leiter 52 fließt, (2) eine Wellenform des ersten Erkennungssignals S1, (3) eine Wellenform eines Pegelbestimmungssignals D1, das in der Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 erzeugt wird, und (4) eine Wellenform des Kurzschluss-Erkennungssignals E1, das von der Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 ausgegeben wird, gezeigt.
  • In 3C sind, jeweils (a) während eines normalen Zustands, (b) während eines Zweigkurzschlusses und (c) während eines Lastkurzschlusses, (1) eine Wellenform eines Stroms i, der durch den Leiter 52 fließt, (2) eine Wellenform des Kurzschluss-Erkennungssignals E2, das von der Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 ausgegeben wird, (3) eine Wellenform des Kurzschluss-Erkennungssignals E1, das von der Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 ausgegeben wird, und (4) eine Wellenform des Kurzschluss-Erkennungssignals E, das von der Kurzschluss-Erkennungsschaltung 120 ausgegeben wird, gezeigt.
  • In diesen Zeichnungen repräsentiert die horizontale Achse die Zeit t und die vertikale Achse repräsentiert Spannung, Strom und Wahrheitswert.
  • Zunächst erfolgt eine Beschreibung des Betriebs der Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 unter Bezugnahme auf 3A. Die Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 vergleicht das von der zweiten Rogowski-Spule 102 ausgegebene zweite Erkennungssignal S2 mit dem zweiten Referenzpegel Vref2. Wenn das zweite Erkennungssignal S2 den zweiten Referenzpegel Vref2 übersteigt, setzt die Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 das Pegelbestimmungssignal D2 auf den aktiven Pegel „1“. Während eines Zweigkurzschlusses fließt ein Strom i mit einem großen Zeitgradienten di/dt durch den Leiter 52. Dementsprechend wird die Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 benötigt, um solch einen großen Zeitgradienten di/dt zu erkennen. Aus diesem Grund hat der zweite Referenzpegel Vref2 eine ausreichend große Spannung, die zum Vergleich mit dem zweiten Erkennungssignal S2 während des Zweigkurzschlusses geeignet ist. Außerdem setzt die Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 das Kurzschluss-Erkennungssignal E2 auf den aktiven Pegel „1“, wenn das Pegelbestimmungssignal D2 über die zweite Referenzzeit Tref2 hinaus auf dem aktiven Pegel „1“ gehalten wird. Während eines Zweigkurzschlusses reicht der Strom i, der einen großen Zeitgradienten di/dt hat und in dem Leiter 52 fließt, aus, um den Halbleiterschalter 11 augenblicklich ausfallen zu lassen. Als Ergebnis ist während des Zweigkurzschlusses eine Zeit kurz, während der der Strom i mit einem großen Zeitgradienten di/dt durch den Leiter 52 fließt. Aus diesem Grund ist die zweite Referenzzeit Tref2 kurz genug, um einen Zweigkurzschluss zu erkennen (z. B. in der Größenordnung von 10 ns bis 100 ns).
  • Während eines normalen Zustands steigt der durch den Leiter 52 fließende Strom i durch Einschalten des Halbleiterschalters 11 an. In der Anstiegsperiode des Stroms i überschreitet das zweite Erkennungssignal S2, das den Zeitgradienten di/dt des Stroms i darstellt, den zweiten Referenzpegel Vref2 und das Pegelbestimmungssignal D2 wird auf dem aktiven Pegel „1“ gehalten. Die Anstiegsperiode des Stroms i ist jedoch kurz. Außerdem ist die Zeitdauer, während der das Pegelbestimmungssignal D1 auf dem aktiven Pegel „1“ gehalten wird, kleiner als die zweite Referenzzeit Tref2. Dementsprechend ändert sich das Kurzschluss-Erkennungssignal E2 niemals auf den aktiven Pegel „1“.
  • Bei einem Lastkurzschluss steigt der durch den Leiter 52 fließende Strom i durch Einschalten des Halbleiterschalters 11 an. Danach steigt der Strom i mit einem zeitlichen Gradienten an, der durch die im Lastkurzschlussstrom vorhandene Selbstinduktivität bestimmt ist. In diesem Fall überschreitet das zweite Erkennungssignal S2 in der Anstiegsperiode des Stroms i den zweiten Referenzpegel Vref2. Die Anstiegsperiode des Stroms i ist jedoch so kurz wie sie im Normalzustand ist. Außerdem ist eine Zeitdauer, während der das Pegelbestimmungssignal D2 auf dem aktiven Pegel „1“ gehalten wird, kürzer als die zweite Referenzzeit Tref2. Dementsprechend ändert sich das Kurzschluss-Erkennungssignal E2 niemals auf den aktiven Pegel „1“.
  • Der Betrieb der Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 während eines Zweigkurzschlusses ist wie folgt:
    • Es wird ein Fall erläutert, in dem ein Kurzschluss in einem anderen Zweig 10 aufgetreten ist, der in Reihe mit dem Halbleiterschalter 11 geschaltet ist, aufgrund eines Einschaltens des Halbleiterschalters 11 jedes der Zweige 10. In diesem Fall steigt der Strom i, der durch den Leiter 52 fließt, mit einem zeitlichen Gradienten an, der durch die im Pfad des Stroms i vorhandene Selbstinduktivität bestimmt ist. Als Ergebnis übersteigt das zweite Erkennungssignal S2 den zweiten Referenzpegel Vref2 und das Pegelbestimmungssignal D2 ändert sich auf den aktiven Pegel „1“. In diesem Fall ist die Anstiegsperiode des Stroms i länger als während des Normalzustands. Außerdem wird das Pegelbestimmungssignal D2 über die zweite Referenzzeit Tref2 hinaus auf dem aktiven Pegel „1“ gehalten. Aus diesem Grund wechselt das Kurzschluss-Erkennungssignal E2 auf den aktiven Pegel „1“.
  • In diesem Beispiel erkennt die zweite Rogowski-Spule 102 mit hoher Genauigkeit den Zeitgradienten di/dt des Stroms, in dem das zweite Erkennungssignal S2 in den Bereich A2p oder A2n fällt.
  • Der zweite Referenzpegel Vref2 liegt innerhalb des Bereichs A2p. Dementsprechend kann die Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 einen Zweigkurzschluss mit hoher Genauigkeit erkennen.
  • Als Nächstes wird der Betrieb der Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 unter Bezugnahme auf 3B beschrieben. Die Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 vergleicht das von der ersten Rogowski-Spule 101 ausgegebene erste Erkennungssignal S1 mit dem ersten Referenzpegel Vref1. Wenn das erste Erkennungssignal S1 den ersten Referenzpegel Vref1 überschreitet, setzt die Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 das Pegelbestimmungssignal D1 auf den aktiven Pegel „1“. Während eines Lastkurzschlusses fließt ein Strom i mit einem kleinen Zeitgradienten di/dt durch den Leiter 52. Dementsprechend wird die Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 benötigt, um solch einen kleinen Zeitgradienten di/dt zu erkennen. Aus diesem Grund ist der erste Referenzpegel Vref1 eine kleine Spannung, die ausreicht, um den ersten Referenzpegel Vref1 mit dem ersten Erkennungssignal S1 zu vergleichen, das während des Lastkurzschlusses erhalten wird. Außerdem setzt die Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 das Kurzschluss-Erkennungssignal E1 auf den aktiven Pegel „1“, wenn das Pegelbestimmungssignal D1 über die erste Referenzzeit Tref1 hinaus auf dem aktiven Pegel „1“ gehalten wird. Während eines Lastkurzschlusses ist der Zeitgradient di/dt des Stroms i, der durch den Leiter 52 fließt, länger als jener während des Normalzustands und eines Zweigkurzschlusses. Aus diesem Grund wird die erste Referenzzeit Tref1 auf eine ausreichend lange Zeit eingestellt, die so definiert ist, dass der Normalbetrieb oder ein Zweigkurzschluss nicht als Lastkurzschluss erkannt wird (z. B. zehn- bis hundertmal länger als die Referenzzeit Trefl).
  • Während des Normalzustands steigt ein durch den Leiter 52 fließender Strom i aufgrund eines Einschaltens des Halbleiterschalters 11 an. Danach überschreitet in der Anstiegsperiode des Stroms i das erste Erkennungssignal S1, das den Zeitgradienten di/dt des Stroms i repräsentiert, den ersten Referenzpegel Vref1 und das Pegelbestimmungssignal D1 wechselt auf den aktiven Pegel „1“.
  • Jedoch ist die Zeitdauer, während der das Pegelbestimmungssignal D1 auf dem aktiven Pegel „1“ gehalten wird, kürzer als die erste Referenzzeit Tref1. Dementsprechend ändert sich das Kurzschluss-Erkennungssignal E1 niemals auf den aktiven Pegel „1".
  • Wenn ein mit dem Halbleiterschalter 11 in Reihe geschalteter Halbleiterschalter einen Kurzschlussfehler hat und der Halbleiterschalter 11 eingeschaltet wird, tritt ein Zweigkurzschluss auf. Dabei steigt der durch den Leiter 52 fließende Strom i mit einem zeitlichen Gradienten an, der durch die im Pfad des Zweigkurzschlussstroms vorhandene Selbstinduktivität bestimmt ist. Als Ergebnis übersteigt das erste Erkennungssignal S1 den ersten Referenzpegel Vref1 und das Pegelbestimmungssignal D1 ändert sich auf den aktiven Pegel „1“. Während des Zweigkurzschlusses überschreitet jedoch das zweite Erkennungssignal S2 den zweiten Referenzpegel Vref2, und das Pegelbestimmungssignal D2 ändert sich auf den aktiven Pegel „1“. Hier besteht eine Beziehung zwischen einer Zeit, die benötigt wird, um einen Zweigkurzschluss zu erkennen, und einer Zeit, die benötigt wird, um einen Lastkurzschluss zu erkennen, die durch „Tref2 << Tref1“ definiert ist. Dementsprechend wechselt das Kurzschluss-Erkennungssignal E2 während eines Zweigkurzschlusses vor dem Kurzschluss-Erkennungssignal E1 auf den aktiven Pegel „1“, wodurch ein aus einem Zweigkurzschluss resultierender Lastkurzschluss niemals erkannt wird.
  • Während eines Lastkurzschlusses steigt ein durch den Leiter 52 fließender Strom i aufgrund des Einschaltens des Halbleiterschalters 11 an. Danach steigt der Strom i mit einem zeitlichen Gradienten an, der durch die im Pfad des Lastkurzschlussstroms vorhandene Selbstinduktivität bestimmt ist. Somit überschreitet in der Zeitdauer, während der der Strom i unmittelbar nach dem Anstieg des Stroms i mit einem konstanten Zeitgradienten ansteigt, das erste Erkennungssignal S1 den ersten Referenzpegel Vref1 und das Pegelbestimmungssignal D1 ändert sich auf den aktiven Pegel „1“. Während des Lastkurzschlusses wird das Pegelbestimmungssignal D1 über die erste Referenzzeit Tref1 hinaus auf dem aktiven Pegel „1“ gehalten. Dementsprechend ändert sich das Kurzschluss-Erkennungssignal E2 auf den aktiven Pegel „1“.
  • In diesem Beispiel erkennt die erste Rogowski-Spule 101 mit hoher Genauigkeit den Stromzeitgradienten di/dt, in dem das erste Erkennungssignal S1 in den Bereich A1 fällt. Der erste Referenzpegel Vref1 liegt innerhalb des Bereichs A2. Dementsprechend kann das durch einen Lastkurzschluss erzeugte erste Erkennungssignal S1 mit hoher Genauigkeit erkannt werden.
  • Als Nächstes wird der Betrieb der Kurzschluss-Erkennungsschaltung 120 unter Bezugnahme auf 3C beschrieben. Wie in 3C gezeigt, gibt die Kurzschluss-Erkennungsschaltung 120 als das Kurzschluss-Erkennungssignal E die logische Summe des Kurzschluss-Erkennungssignals E1 und des Kurzschluss-Erkennungssignals E2 aus. Dementsprechend wird während eines Zweigkurzschlusses oder eines Lastkurzschlusses das Kurzschluss-Erkennungssignal E an die Gate-Treiberschaltung 20 ausgegeben. Als Ergebnis wird die Ansteuerung des Halbleiterschalters 11 durch die Gate-Treiberschaltung 20 gestoppt.
  • Wie in der vorstehenden Beschreibung ermöglicht gemäß dieser Ausführungsform die Verwendung einer Rogowski-Spule, dass sowohl ein Zweigkurzschluss als auch ein Lastkurzschluss, die in einem Stromrichter auftreten werden, genau erkannt werden. Darüber hinaus werden gemäß dieser Ausführungsform keine eigenständigen Komponenten, wie beispielsweise ein CT und dergleichen, verwendet, um einen Kurzschlussstrom zu erkennen, was die Kosten reduziert und eine Vergrößerung des Kurzschluss-Detektors vermeidet.
  • Im Folgenden wird eine Vielzahl spezifischer Beispiele gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.
  • Erstes spezifisches Beispiel
  • Ein erstes spezifisches Beispiel betrifft zwei Rogowski-Spulen. Eine der Rogowski-Spulen ist eine zweite Rogowski-Spule 102, die ein zweites Erkennungssignal S2 erzeugt, das während eines Zweigkurzschlusses einen geeigneten Pegel hat. Die andere ist eine erste Rogowski-Spule 101, die ein erstes Erkennungssignal S1 erzeugt, das während eines Lastkurzschlusses einen geeigneten Pegel hat. Dasselbe gilt für das unten beschriebene zweite und dritte spezifische Beispiel.
  • 4 ist ein Diagramm des ersten spezifischen Beispiels gemäß der ersten Ausführungsform. In dem spezifischen Beispiel hat die zweite Rogowski-Spule 102A zum Erkennen eines Zweigkurzschlusses einen ersten Abschnitt 41 und einen zweiten Abschnitt 42. Der erste Abschnitt 41 ist ein ringförmig gewickelter Teil von einem Ende eines Leiters (einer Verdrahtung) zu einem gegebenen Punkt des Leiters. Der zweite Abschnitt 42 ist ein Teil, in dem ein Abschnitt von dem gegebenen Punkt des Leiters zu dem anderen Ende durch die Ringspule verläuft und das andere Ende zu dem Ende zurückkehrt. Die erste Rogowski-Spule 101A zum Erkennen eines Lastkurzschlusses umfasst einen ersten Abschnitt 43 ähnlich dem ersten Abschnitt 41 und einen zweiten Abschnitt 44 ähnlich dem zweiten Abschnitt 42. In dem ersten spezifischen Beispiel unterscheidet sich die Anzahl von Windungen n2 der zweiten Rogowski-Spule Spule 102Azum Erkennen eines Zweigkurzschlusses von der Windungszahl n1 der ersten Rogowski-Spule 101A zum Erkennen eines Lastkurzschlusses. Insbesondere besteht eine Beziehung zwischen der Windungszahl n2 des ersten Abschnitts 41 der zweiten Rogowski-Spule 102A und der Windungszahl n1 des ersten Abschnitts 43 der ersten Rogowski-Spule 101A, die durch „n1> n2“ definiert ist. Die Gründe dafür werden nachstehend beschrieben.
  • Eine in jeder Rogowski-Spule induzierte Spannung v ist durch die folgende Formel gegeben. v = - μ ⋅ ( SQ ⋅ n/LG ) ⋅ ( di/dt ) .
    Figure DE112021000086T5_0004
  • Wobei „µ“ die magnetische Permeabilität von Luft ist (die gleiche wie die eines Vakuums). Das „SQ“ ist eine Querschnittsfläche über einen magnetischen Pfad einer Rogowski-Spule. Das „n“ ist die Anzahl der Windungen der Rogowski-Spule. „LG“ ist eine magnetische Pfadlänge der Rogowski-Spule. „di/dt“ ist ein Zeitgradient eines Stroms i, der von der Rogowski-Spule erkannt wird. Die Querschnittsfläche SQ bezieht sich auf eine Fläche, die von der Ringspule des ersten Abschnitts (41 oder 43) der Rogowski-Spule umgeben ist. Die magnetische Pfadlänge bezieht sich auf eine Länge eines Raums, der von den Ringspulen der Rogowski-Spule umgeben ist, und sie ist im Wesentlichen dieselbe wie die des zweiten Abschnitts (42 oder 44).
  • Wenn die Formel (4) nach der Windungszahl n aufgelöst wird, erhält man die folgende Formel. n = − ( LG ⋅ v ) / ( μ ⋅ SQ ⋅ ( di/dt ) ) .
    Figure DE112021000086T5_0005
  • Gemäß Formel (5) muss, um bei einem kleinen zeitlichen Gradienten des Stroms di/dt eine ausreichend hohe Spannung v an der Rogowski-Spule zu erhalten, die Windungszahl n erhöht werden.
  • In dem ersten spezifischen Beispiel ist der Zeitgradient di/dt des zu erkennenden Stroms klein und daher ist die Windungszahl n1 der ersten Rogowski-Spule 101A größer als die Windungszahl n2 der zweiten Rogowski-Spule 102A. Insbesondere wird in Formel (5) der Zeitgradient di/dt des Stroms während eines Zweigkurzschlusses auf zum Beispiel 10-mal größer als der während eines Lastkurzschlusses eingestellt und dadurch werden die Windungszahlen n1 und n2 berechnet. Die Rogowski-Spulen 101A und 102A haben die durch Formel (5) jeweils berechnete Windungszahl n1 und n2, wodurch sowohl ein Zweigkurzschluss als auch ein Lastkurzschluss mit Genauigkeit berechnet werden können.
  • Zweites spezifisches Beispiel
  • 5 ist ein Diagramm eines zweiten spezifischen Beispiels gemäß der ersten Ausführungsform. In dem zweiten spezifischen Beispiel unterscheidet sich die Querschnittsfläche SQ2 der zweiten Rogowski-Spule 102B zum Erkennen eines Zweigkurzschlusses von der Querschnittsfläche SQ1 der ersten Rogowski-Spule 101B zum Erkennen eines Lastkurzschlusses. Insbesondere gibt es eine Beziehung zwischen den Querschnittsflächen SQ1 und SQ2, die durch „SQ1 > SQ2“ definiert ist.
  • Durch Auflösen der Formel (5) für die Querschnittsfläche SQ wird die folgende Formel erhalten. SQ = − ( LG ⋅ v ) / ( μ ⋅ n ⋅ ( di/dt ) ) .
    Figure DE112021000086T5_0006
  • Um gemäß Formel (7) eine Spannung v mit einem ausreichenden Pegel von der Rogowski-Spule zu erhalten, wenn der Zeitgradient des Stroms di/dt klein ist, muss die Querschnittsfläche SQ vergrößert werden.
  • In dem zweiten speziellen Beispiel ist der Zeitgradient di/dt des zu erkennenden Stroms klein und daher ist die Querschnittsfläche SQ1 der ersten Rogowski-Spule 101B größer als die Querschnittsfläche SQ2 der zweiten Rogowski-Spule 102B. Insbesondere wird in Formel (7) der Zeitgradient di/dt des Stroms während eines Zweigkurzschlusses beispielsweise auf 10-mal größer eingestellt als der während eines Lastkurzschlusses und mithilfe dessen werden die Querschnittsflächen SQ1 und SQ2 berechnet. Die Rogowski-Spulen 101B und 102B haben die durch Formel (7) jeweils berechneten Querschnittsflächen SQ1 und SQ2, wodurch sowohl ein Zweigkurzschluss als auch ein Lastkurzschluss mit Genauigkeit berechnet werden können.
  • Drittes spezifisches Beispiel
  • 6 ist ein Diagramm eines dritten spezifischen Beispiels gemäß der ersten Ausführungsform. In dem dritten spezifischen Beispiel unterscheidet sich die magnetische Pfadlänge LG2 der zweiten Rogowski-Spule 102C zum Erkennen eines Zweigkurzschlusses von der magnetischen Pfadlänge LG1 der ersten Rogowski-Spule 101C zum Erkennen eines Lastkurzschlusses. Insbesondere gibt es eine Beziehung zwischen den Magnetpfadlängen LG1 und LG2, die durch „LG1 < LG2“ definiert ist. Die Magnetpfadlänge LG1 der ersten Rogowski-Spule 101C ist kürzer als die Magnetpfadlänge LG2 der zweiten Rogowski-Spule 102C.
  • Durch Auflösen der Formel (5) für die magnetische Pfadlänge LG wird die folgende Formel erhalten. LG = − ( μ ⋅ SQ ⋅ n ⋅ ( di/dt ) ) / v .
    Figure DE112021000086T5_0007
  • In dem dritten spezifischen Beispiel wird in Formel (8) der Zeitgradient des Stroms di/dt während eines Zweigkurzschlusses auf zum Beispiel 10-mal größer eingestellt als der während eines Lastkurzschlusses und dadurch werden die magnetischen Pfadlängen LG1 und LG2 berechnet. Die Rogowski-Spulen 101C und 102C haben die durch Formel (8) jeweils berechneten magnetischen Pfadlängen LG1 und LG2, wodurch sowohl ein Zweigkurzschluss als auch ein Lastkurzschluss mit Genauigkeit berechnet werden können.
  • Viertes spezifisches Beispiel
  • Das vierte Beispiel betrifft die Implementierung der ersten Rogowski-Spule 101 und der zweiten Rogowski-Spule 102. 7A und 7B sind jeweils Diagramme, die das vierte spezifische Beispiel der ersten Ausführungsform zeigen. Hier ist 7A ein Diagramm der ersten Rogowski-Spule 101D und der zweiten Rogowski-Spule 102D, wie gesehen von dem in 7B gezeigten Halbleiterschalter 11D. 7B ist eine Querschnittsansicht der Linie A-A' von 7A.
  • In 7B ist eine Mehrschicht-Leiterplatte zwischen dem Halbleiterschalter 11D und einer Hauptleiterplatte 70 angeordnet. Die Mehrschicht-Leiterplatte umfasst eine Erstschicht-Leiterplatte 61, eine Zweitschicht-Leiterplatte 62 und eine Drittschicht-Leiterplatte 63. Die Erstschicht-Leiterplatte 61 ist von der Hauptleiterplatte 70 getrennt. Die Zweitschicht-Leiterplatte 62 ist von der Erstschicht-Leiterplatte 61 getrennt. Die Drittschicht-Leiterplatte 63 ist von der Zweitschicht-Leiterplatte 62 getrennt. Der Halbleiterschalter 11D ist von der Drittschicht-Leiterplatte 63 getrennt.
  • Die Leiter 51 und 52 entsprechen jeweils den in 2 gezeigten Leitern 51 und 52. Der Leiter 51 ist mit der Source des Halbleiterschalters 11D verbunden. Der Leiter 52 ist mit dem Drain des Halbleiterschalters 11D verbunden. Die Leiter 51 und 52 sind mit der Hauptleiterplatte 70 über die Drittschicht-Leiterplatte 63, die Zweitschicht-Leiterplatte 62 und die Erstschicht-Leiterplatte 61 verbunden. Der Halbleiterschalter 11D ist mit einem anderen Halbleiterschalter des Stromrichters 1 oder eine andere Stromleitung über (i) die Hauptleiterplatte 70 und (ii) den Leiter 51 oder 52 verbunden.
  • Die zweite Rogowski-Spule 102D zum Erkennen eines Zweigkurzschlusses ist in der Erstschicht-Leiterplatte 61, der Zweitschicht-Leiterplatte 62 und der Drittschicht-Leiterplatte 63 so angeordnet, dass der Leiter 51 von der zweiten Rogowski-Spule 102D umgeben ist. Die erste Rogowski-Spule 101D zum Erkennen eines Lastkurzschlusses ist in der Erstschicht-Leiterplatte 61, der Zweitschicht-Leiterplatte 62 und der Drittschicht-Leiterplatte 63 so angeordnet, dass der Leiter 52 von der ersten Rogowski-Spule 101D umgeben ist.
  • Insbesondere umfasst die zweite Rogowski-Spule 102D einen ersten Abschnitt 41 und einen zweiten Abschnitt 42. Der erste Abschnitt 41 ist ein ringförmig gewickelter Teil von einem Ende eines Leiters (einer Verdrahtung) zu einem gegebenen Punkt des Leiters. Der zweite Abschnitt 42 ist ein Teil, in dem ein Abschnitt von dem gegebenen Punkt des Leiters zu dem anderen Ende durch die Ringspule verläuft und das andere Ende zu dem Ende zurückkehrt. Der zweite Abschnitt 42 ist auf der Leiterplatte 62 der zweiten Schicht angeordnet. Der erste Abschnitt 41 umfasst (i) eine Verdrahtung auf der Leiterplatte 61 der ersten Schicht, (ii) eine Verdrahtung von der Leiterplatte 61 der ersten Schicht zu der Leiterplatte der dritten Schicht 63 über Durchgangslöcher, die in der Leiterplatte 62 der zweiten Schicht angeordnet sind, und (iii) eine Verdrahtung auf der Leiterplatte 63 der dritten Schicht. Die erste Rogowski-Spule 101D umfasst einen ersten Abschnitt 43, der dem ersten Abschnitt 41 der zweiten Rogowski-Spule 102D ähnlich ist, und einen zweiten Abschnitt 44, der dem zweiten Abschnitt 42 der zweiten Rogowski-Spule 102D ähnlich ist.
  • Im vierten spezifischen Beispiel werden sowohl ein Zweigkurzschluss als auch ein Lastkurzschluss mit hoher Genauigkeit erkannt. Im vierten spezifischen Beispiel ist anders als bei der in 2 gezeigten Konfiguration die zweite Rogowski-Spule 102D an einer Position angeordnet, die der Source des Halbleiterschalters 11D entspricht. Die erste Rogowski-Spule 101D ist an einer Position angeordnet, die dem Drain des Halbleiterschalters 11D entspricht. Mit anderen Worten, in dem vierten spezifischen Beispiel ist die zweite Rogowski-Spule 102D an dem Leiter 51, der mit der Source des Halbleiterschalters 11D verbunden ist, im Strompfad durch einen Zweig 10 angeordnet. Weiterhin ist die erste Rogowski-Spule 101D auf dem Leiter 52 angeordnet, der mit dem Drain des Halbleiterschalters 11D verbunden ist. Mit anderen Worten sind im Strompfad durch den Zweig 10 die zweite Rogowski-Spule 102D, der Halbleiterschalter 11D und die erste Rogowski-Spule 101D in der aufgelisteten Reihenfolge angeordnet. Dadurch können die beiden Rogowski-Spulen unter dem Zweig angeordnet werden, wie in 7B gezeigt. Bei dem vierten spezifischen Beispiel kann die Verdrahtungslänge zwischen den zwei miteinander in Reihe geschalteten Halbleiterschaltern 11D sowie die Verdrahtungslänge des Kondensators 30 (siehe 1) verkürzt werden.
  • Fünftes spezifisches Beispiel
  • 8 ist ein Diagramm, das das fünfte spezifische Beispiel der ersten Ausführungsform zeigt. In dem fünften spezifischen Beispiel sind eine zweite Rogowski-Spule 102E zum Erkennen eines Zweigkurzschlusses und eine erste Rogowski-Spule 101E zum Erkennen eines Lastkurzschlusses angeordnet und eine Sammelschiene 104 ist von ihnen umgeben. Die Sammelschiene 104 ist ein Beispiel für eine zu messende Stromstrecke. In dem fünften speziellen Beispiel ist eine Abschirmplatte 103 zwischen der ersten Rogowski-Spule 101E und der zweiten Rogowski-Spule 102E angeordnet. In einem Beispiel ist die Abschirmplatte 103 aus Metall hergestellt.
  • Gemäß dem fünften spezifischen Beispiel wird eine Interferenz zwischen zwei unterschiedlichen Strömen vermieden, von denen der eine Strom durch die zweite Rogowski-Spule 102E fließt und der andere Strom durch die erste Rogowski-Spule 101E fließt.
  • Modifikationen der ersten Ausführungsform
  • Die erste Ausführungsform kann wie unten beschrieben modifiziert werden.
  • (1) In der ersten Ausführungsform wird der Kurzschluss-Detektor auf einen zweiphasigen Wechselrichter mit vier Zweigen angewendet. Der Anwendungsbereich des Kurzschluss-Detektors ist jedoch nicht darauf beschränkt. Der Kurzschluss-Detektor kann auf einen Wechselrichter mit einer anderen Anzahl von Phasen als zwei angewendet werden, beispielsweise einen dreiphasigen Wechselrichter. Der Kurzschluss-Detektor kann auf einen anderen Stromrichter als einen Inverter angewendet werden, wie etwa einen DC/DC-Wandler.
  • (2) In der ersten Ausführungsform werden MOSFETs als Beispiel für Halbleiterschalter verwendet. Die Halbleiterschalter sind jedoch nicht darauf beschränkt und sie können andere Typen von Halbleiterschaltern sein, wie z. B. Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs).
  • (3) Jegliche zwei, drei, vier oder alle der ersten bis fünften spezifischen Beispiele können kombiniert werden. Beispielsweise kann die Anzahl der Windungen der ersten Rogowski-Spule 101 größer sein als die der zweiten Rogowski-Spule 102. Außerdem kann die Querschnittsfläche der ersten Rogowski-Spule 101 größer sein als die der zweiten Rogowski-Spule 102. Darüber hinaus kann die Magnetpfadlänge der ersten Rogowski-Spule 101 kürzer sein als die der zweiten Rogowski-Spule 102.
  • (4) In dem vierten spezifischen Beispiel sind sowohl die zweite Rogowski-Spule 102D als auch die erste Rogowski-Spule 101D in der Erstschicht-Leiterplatte 61, der Zweitschicht-Leiterplatte 62 und der Drittschicht-Leiterplatte 63 angeordnet. Jedoch wenigstens eine der ersten Rogowski-Spule 101D und der zweiten Rogowski-Spule 102D können auf einer Leiterplatte (der Leiterplatte 61 der ersten Schicht, der Leiterplatte 62 der zweiten Schicht und der Leiterplatte 63 der dritten Schicht) angeordnet sein. In dem vierten spezifischen Beispiel sind die zweite Rogowski-Spule 102D, der Halbleiterschalter 11D und die erste Rogowski-Spule 101D in der aufgelisteten Reihenfolge im Strompfad durch einen Zweig 10 angeordnet. Alternativ jedoch können die erste Rogowski-Spule 101D, der Halbleiterschalter 11D und die zweite Rogowski-Spule 102D in der aufgelisteten Reihenfolge im Strompfad durch den Zweig 10 angeordnet sein. Mit anderen Worten, der Halbleiterschalter 11D und die erste Rogowski-Spule 101D können in der aufgelisteten Reihenfolge oder in der umgekehrten Reihenfolge angeordnet sein.
  • (5) In der ersten Ausführungsform sind die Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112, die Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 und die Kurzschluss-Erkennungsschaltung 120 getrennt, aber diese Schaltungen können auch eine einzige Schaltung sein.
  • (6) In der ersten Ausführungsform empfängt die Gate-Treiberschaltung 20 ein Kurzschluss-Erkennungssignal E, aber die Gate-Treiberschaltung 20 kann Kurzschluss-Erkennungssignale E1 und E2 empfangen. Der Schutzbetrieb kann in Übereinstimmung mit einem Kurzschluss-Erkennungssignal wie folgt geändert werden:
    • (i) Wenn ein Kurzschluss-Erkennungssignal E2 ausgegeben wird, ist ein Zweigkurzschluss aufgetreten. Dementsprechend kann ein Neustart der Gate-Treiberschaltung 20 verhindert werden, nachdem die Gate-Treiberschaltung 20 gestoppt wurde.
    • (ii) Wenn ein Kurzschluss-Erkennungssignal E1 ausgegeben wird, ist ein Lastkurzschluss aufgetreten. Dementsprechend kann, wenn der Lastkurzschluss entfernt wird, nachdem die Gate-Treiberschaltung 20 gestoppt wurde, die Gate-Treiberschaltung 20 neu gestartet werden.
  • 2. Zweite Ausführungsform
  • Die zweite Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 9 ist ein Schaltungsdiagramm eines Stromrichters 1A gemäß der zweiten Ausführungsform. In dem Stromrichter 1A wird der Kondensator 30 durch die Gleichstromversorgung 40 geladen, um die Gleichspannung zu stabilisieren. Die Zweige 10_1 und 10_2 sind miteinander in Reihe geschaltet und sie sind zwischen den zwei Anschlüssen des Kondensators 30 angeordnet. Außerdem sind die Zweige 10_3 und 10_4 miteinander in Reihe geschaltet und sie sind zwischen den Anschlüssen angeordnet. Außerdem sind die Zweige 10_5 und 10_6 miteinander in Reihe geschaltet und zwischen den zwei Anschlüssen angeordnet. Es gibt einen gemeinsamen Verbindungsknoten ND1 zwischen den Zweigen 10_1 und 10_2. Es gibt einen gemeinsamen Verbindungsknoten ND2 zwischen den Zweigen 10 3 und 10_4. Es gibt einen gemeinsamen Verbindungsknoten ND3 zwischen den Zweigen 10 5 und 10_6. Die Knoten ND1, ND2 und ND3 sind mit einer Last Z (z. B. einer Motorwicklung) verbunden. Jeder der Zweige 10_1 bis 10_6 weist einen Halbleiterschalter auf. Die Gate-Treiberschaltungen 20_1 bis 20_6 entsprechen jeweils den Zweigen 10_1 bis 10_6. Jede der Gate-Treiberschaltungen 20_1 bis 20_6 liefert ein Gate-Signal an das Gate eines entsprechenden Halbleiterschalters, um den Halbleiterschalter anzusteuern. Auf diese Weise umfasst der Stromrichter 11A zwei oder mehr Zweige 10_1 bis 10 6, von denen jeder einen Halbleiterschalter aufweist, und liefert durch die Zweige Leistung von der Gleichstromversorgung 40 an die Last Z.
  • Die Aufmerksamkeit wird auf den Zweig 10 2 gerichtet und es wird eine Beschreibung eines Zweigkurzschlusses gegeben. Um einen Kurzschluss in der Stromversorgung zu vermeiden, werden zwei zueinander in Reihe geschaltete Halbleiterschalter 10_1 und 10_2 so angesteuert, dass sie nicht gleichzeitig einschalten. Diesbezüglich ist die Beschreibung die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform. Es wird ein Beispiel eines Falls beschrieben, in dem der Halbleiterschalter 10_1 auf AUS eingestellt ist und der Halbleiterschalter 10_2 auf EIN eingestellt ist. Wenn der Halbleiterschalter des Zweigs 10 2 eingeschaltet wird, während ein Kurzschluss im Zweig 10_1 auftritt, fließt aufgrund eines unbeabsichtigten Kurzschlusses im Halbleiterschalter 10_1 ein Zweigkurzschlussstrom durch den Halbleiterschalter des Zweigs 10_2. Selbst wenn kein Kurzschluss im Zweig 10_1 vorliegt, wird der Halbleiterschalter des Zweigs 10 2 aufgrund einer Fehlfunktion des Halbleiterschalters des Zweigs 10_1 eingeschaltet. Wenn ein Kurzschluss in der Last Z in dem Stromrichter 1A auftritt, fließt ein Lastkurzschlussstrom in dem Zweig 10 2.
  • Wenn ein solcher Zweigkurzschlussstrom oder ein Lastkurzschlussstrom für lange Zeit durch den Zweig 10 2 fließt, kann der normale Halbleiterschalter des Zweigs 10_2 beschädigt werden. Somit ist ein Kurzschluss-Detektor 100_2 vorgesehen, der dem Zweig 10 2 entspricht. Ein ähnlicher Zweigkurzschlussstrom und Lastkurzschlussstrom können durch die anderen Zweige 10_1 und 10_3 bis 10_6 fließen. Somit umfasst der Stromrichter 1A in dieser Ausführungsform eine Vielzahl von Q Kurzschluss-Detektoren, die jeweiligen einer Vielzahl von Q Zweigen aus einer Vielzahl von P-Zweigen entsprechen. „P“ ist eine positive ganze Zahl von 2 oder mehr (z. B. P = 6). „Q“ ist eine positive ganze Zahl, die kleiner als P ist (z. B. Q = 3). Mit anderen Worten, es ist ein Kurzschluss-Detektor für jeden von einigen der sechs Zweige 10_1 bis 10_6 vorgesehen. In dem Beispiel von 9 sind Kurzschluss-Detektoren 100_2, 100_4 und 100_6 für jeweilige Zweige 10_2, 10_4 und 10_6 bereitgestellt. Die Zweige 10_2, 10_4 und 10_6 sind die Hälfte aller Zweige (d. h. Q = P/2).
  • In der folgenden Beschreibung wird jeder der Zweige 10_1 bis 10_6 kollektiv als Zweig 10 bezeichnet, solange keine Notwendigkeit besteht, zwischen jedem der Zweige 10_1 bis 10_6 zu unterscheiden. In ähnlicher Weise wird jede der Gate-Treiberschaltungen 20_1 bis 20_6 kollektiv als Gate-Treiberschaltung 20 bezeichnet. Jeder der Kurzschluss-Detektoren 100_2, 100_4 und 1 bis 100_6 wird gemeinsam als Kurzschluss-Detektor 100 bezeichnet.
  • In dieser Ausführungsform sieht der Grund für die Bereitstellung der Kurzschluss-Detektoren 100_2, 100_4 und 100_6 für die jeweiligen Zweige 10_2, 10_4 und 10_6 wie folgt aus:
  • Es gibt drei Muster von Strompfaden, durch die Zweigkurzschlussströme fließen.
    • (1) Strompfad R12, der durch die Zweige 10_1 und 10_2 verläuft:
      • Wenn ein Kurzschluss in einem der Zweige 10_1 oder 10_2 auftritt, fließt ein Zweigkurzschlussstrom durch den Strompfad R12.
    • (2) Strompfad R34, der durch die Zweige 10_3 und 10_4verläuft:
      • Wenn ein Kurzschluss in einem der Zweige 10_3 oder 10_4auftritt, fließt ein Zweigkurzschlussstrom durch den Strompfad R34.
    • (3) Strompfad R56, der durch die Zweige 10_5 und 10_6 verläuft:
      • Wenn ein Kurzschluss in einem der Zweige 10_5 oder 10_6 auftritt, fließt ein Zweigkurzschlussstrom durch den Strompfad R56.
  • Um in allen Strompfaden fließende Zweigkurzschlussströme zu erkennen, müssen Kurzschluss-Detektoren 100 für die folgenden Zweige (i) bis (iii) bereitgestellt werden:
    • (i) entweder im Zweig 10_1 oder 10 2,
    • (ii) entweder im Zweig 10_3 oder 10 4, und
    • (iii) entweder im Zweig 10_5 oder 10_6.
  • Das ist Bedingung 1.
  • Es gibt sechs Muster von Strompfaden, durch die Lastkurzschlussströme fließen.
    • (1) Strompfad R14, der durch die Zweige 10_1 und 10_4 verläuft:
      • Wenn ein Kurzschluss in einem Abschnitt von den Zweigen 10_1 bis 10_4 auftritt, die durch die Last Z verlaufen, fließt ein Lastkurzschlussstrom in dem Strompfad R14.
    • (2) Strompfad R32, der durch die Zweige 10_3 und 10_2 verläuft:
      • Wenn ein Kurzschluss in einem Abschnitt von den Zweigen 10_3 bis 10_2 auftritt, die durch die Last Z verlaufen, fließt ein Lastkurzschlussstrom in dem Strompfad R32.
    • (3) Strompfad R36, der durch die Zweige 10_3 und 10_6 verläuft:
      • Wenn ein Kurzschluss in einem Abschnitt von den Zweigen 10_3 bis 10 6 auftritt, die durch die Last Z verlaufen, fließt ein Lastkurzschlussstrom in dem Strompfad R36.
    • (4) Strompfad R54, der durch die Zweige 10 5 und 10_4 verläuft:
      • Wenn ein Kurzschluss in einem Abschnitt von den Zweigen 10_5 bis 10_4 auftritt, der durch die Last Z verläuft, fließt ein Lastkurzschlussstrom in dem Strompfad R54.
    • (5) Strompfad R52, der durch die Zweige 10 5 und 10_2 verläuft:
      • Wenn ein Kurzschluss in einem Abschnitt von den Zweigen 10_5 bis 10_2 auftritt, die durch die Last Z verlaufen, fließt ein Lastkurzschlussstrom in dem Strompfad R52.
    • (6) Strompfad R16, der durch die Zweige 10_1 und 10_6 verläuft:
      • Wenn ein Kurzschluss in einem Abschnitt von den Zweigen 10_1 bis 10_6 auftritt, die durch die Last Z verlaufen, fließt ein Lastkurzschlussstrom in dem Strompfad R16.
  • Um Lastkurzschlussströme zu erkennen, die in allen Strompfaden fließen, müssen Kurzschluss-Detektoren 100 für die folgenden Zweige (i) bis (vi) bereitgestellt werden:
    • (i) entweder im Zweig 10_1 oder 10_4,
    • (ii) entweder im Zweig 10_3 oder 10_2,
    • (iii) entweder im Zweig 10_3 oder 10_6,
    • (iv) entweder im Zweig 10_5 oder 10_4,
    • (v) entweder im Zweig 10_5 oder 10_2, und
    • (vi) entweder im Zweig 10_1 oder 10_6.
  • Das ist Bedingung 2.
  • Es gibt zwei Ansätze, um beide Bedingungen 1 und 2 zu erfüllen. Der erste Ansatz besteht darin, Kurzschluss-Detektoren 100 für die Zweige 10_1, 10_3 und 10_5 bereitzustellen. Der zweite Ansatz besteht darin, Kurzschluss-Detektoren 100 für die Zweige 10_2, 10_4 und 10_6 bereitzustellen. In dieser Ausführungsform wird der zweite Ansatz verwendet, um einen Zweigkurzschlussstrom und einen Lastkurzschlussstrom für alle Strompfade zu erkennen.
  • 10 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel der Konfiguration jedes Kurzschluss-Detektors 100 gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. In 10 sind ein Zweig 10 und eine Gate-Treiberschaltung 20 zusammen mit einem Kurzschluss-Detektor 100 gezeigt, um die Beschreibung des Kurzschluss-Detektors 100 zu verdeutlichen.
  • In 10 weist jeder Zweig 10 einen Halbleiterschalter 11 und eine Freilaufdiode 12, die umgekehrt parallel zu dem Halbleiterschalter 11 geschaltet ist, auf. Da der Halbleiterschalter 11 und die Gate-Treiberschaltung 20 die gleichen sind wie diejenigen der ersten Ausführungsform, wird eine detaillierte Beschreibung davon weggelassen.
  • In dem in 10 gezeigten Beispiel wird ein Leiter 52 in die erste Rogowski-Spule 101 und die zweite Rogowski-Spule 102 eingeschoben. Da die erste Rogowski-Spule 101 und die zweite Rogowski-Spule 102 die gleichen sind wie jene der ersten Ausführungsform, wird eine detaillierte Beschreibung davon weggelassen.
  • Die Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 erkennt einen Zweigkurzschluss in dem Stromrichter 1A basierend auf einem zweiten Erkennungssignal S2. Da die Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 die gleiche wie die der ersten Ausführungsform ist, wird eine detaillierte Beschreibung davon weggelassen.
  • Die Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 erkennt einen Lastkurzschluss in dem Stromrichter 1A basierend auf einem ersten Erkennungssignal S1. Da die Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 die gleiche ist wie die der ersten Ausführungsform, wird eine detaillierte Beschreibung davon weggelassen.
  • Eine Unterbrechungssteuerschaltung 121 erkennt, ob irgendein Kurzschluss in dem Stromrichter 1A aufgetreten ist, basierend auf dem Kurzschluss-Erkennungssignal E1, das von der Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 ausgegeben wird, und dem Kurzschluss-Erkennungssignal E2, das von der Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 ausgegeben wird. In diesem Fall erzeugt die Unterbrechungssteuerschaltung 121 ein Kurzschluss-Erkennungssignal E. In diesem Beispiel weist die Unterbrechungssteuerschaltung 121 eine ODER-Schaltung auf. Die ODER-Schaltung erzeugt als Kurzschluss-Erkennungssignal E das Kurzschluss-Erkennungssignal E1 und das Kurzschluss-Erkennungssignal E2.
  • Die Unterbrechungssteuerschaltung 121 führt eine Steuerung zum Unterbrechen eines Zweigkurzschlussstroms oder eines Lastkurzschlussstroms als Reaktion auf das Erzeugen des Kurzschluss-Erkennungssignals E durch. Insbesondere gibt die Unterbrechungssteuerschaltung 121 ein Unterbrechungssignal C als Reaktion auf das Erzeugen des Kurzschluss-Erkennungssignals E2 aus. Das Unterbrechungssignal C dient zum Stoppen des Ansteuerns der folgenden (i) und (ii):
    • (i) einen Halbleiterschalter 11 eines Zweigs 10 (z. B. 10_2), für den ein Kurzschluss-Detektor 100 vorgesehen ist, und
    • (ii) einen Halbleiterschalter 11 eines Zweigs 10 (z. B. 10_1), für den kein Kurzschluss-Detektor 100 vorgesehen ist.
  • Insbesondere wird ein Fall erklärt, in dem ein Zweigkurzschluss in dem in 9 gezeigten Kurzschluss-Detektor 100_2 aufgetreten ist (das Kurzschluss-Erkennungssignal E2 wird erzeugt). In diesem Fall gibt die Unterbrechungssteuerschaltung 121 des Kurzschluss-Detektors 100_2 ein Unterbrechungssignal C2 an die Gate-Treiberschaltung 20 2 des Zweigs 10_2 aus, in dem ein Zweigkurzschlussstrom erkannt wird. Außerdem gibt die Unterbrechungssteuerschaltung 121 ein Unterbrechungssignal C1 an die Gate-Treiberschaltung 20_1 des Zweigs 10_1 aus. Wenn das Kurzschluss-Erkennungssignal E1 erzeugt wird, gibt die Unterbrechungssteuerschaltung 121 an die Gate-Treiberschaltung 20 des Zweigs 10, in dem ein Lastkurzschlussstrom erkannt wird, ein Unterbrechungssignal C zum Stoppen der Ansteuerung des Halbleiterschalters 11 des Zweiges 10 aus.
  • Wenn das Kurzschluss-Erkennungssignal E erzeugt wird, gibt die Unterbrechungssteuerschaltung 121 ein Fehlersignal F an eine Steuervorrichtung 1000 aus. Die Steuervorrichtung 1000 empfängt das Fehlersignal F und startet eine Steuerung zum Stoppen des Stromrichters 1A.
  • 11A, 11B und 11C zeigen jeweils Wellenformdiagramme von beispielhaften Operationen gemäß der zweiten Ausführungsform.
  • 11A zeigt jeweils (a) während eines normalen Zustands, (b) während eines Zweigkurzschlusses und (c) während eines Lastkurzschlusses (1) eine Wellenform eines Stroms i, der durch den Leiter 52 fließt, (2) eine Wellenform des zweiten Erkennungssignals S2, (3) eine Wellenform eines Pegelbestimmungssignals D2, das in der Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 erzeugt wird, und (4) eine Wellenform des Kurzschluss-Erkennungssignals E2, das von der Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 ausgegeben wird.
  • In 11B sind jeweils (a) während eines normalen Zustands, (b) während eines Zweigkurzschlusses und (c) während eines Lastkurzschlusses (1) eine Wellenform eines Stroms i gezeigt, der durch den Leiter 52 fließt, (2) eine Wellenform des ersten Erkennungssignals S1, (3) eine Wellenform eines Pegelbestimmungssignals D1, das in der Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 erzeugt wird, und (4) eine Wellenform des Kurzschluss-Erkennungssignals E1, das von der Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 ausgegeben wird.
  • In 11C sind jeweils (a) während eines normalen Zustands, (b) während eines Zweigkurzschlusses und (c) während eines Lastkurzschlusses (1) eine Wellenform eines Stroms i gezeigt, der durch den Leiter 52 fließt, (2) eine Wellenform des Kurzschluss-Erkennungssignals E2, das von der Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 ausgegeben wird, (3) eine Wellenform des Kurzschluss-Erkennungssignals E1, das von der Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 ausgegeben wird, und (4) eine Wellenform des Kurzschluss-Erkennungssignals E, das von der Unterbrechungssteuerschaltung 121 ausgegeben wird.
  • In diesen Zeichnungen repräsentiert die horizontale Achse die Zeit t und die vertikale Achse repräsentiert eine Spannung, einen Strom und einen Wahrheitswert.
  • Zunächst wird unter Bezugnahme auf 11A eine Beschreibung des Betriebs der Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 gegeben. Die Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 vergleicht das zweite Erkennungssignal S2, das von der zweiten Rogowski-Spule 102 ausgegeben wird, mit dem zweiten Referenzpegel Vref2. Wenn das zweite Erkennungssignal S2 den zweiten Referenzpegel Vref2 übersteigt, setzt die Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 das Pegelbestimmungssignal D2 auf den aktiven Pegel „1“. Diesbezüglich ist die Beschreibung die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform.
  • Außerdem setzt die Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 das Zweigkurzschluss-Erkennungssignal E2 auf den aktiven Pegel „1“, wenn das Pegelbestimmungssignal D2 über die zweite Referenzzeit Tref2 hinaus auf dem aktiven Pegel „1“ gehalten wird. Diesbezüglich ist die Beschreibung die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform.
  • Während eines normalen Zustands steigt der durch den Leiter 52 fließende Strom i durch Einschalten des Halbleiterschalters 11 an. In der Anstiegsperiode des Stroms i überschreitet das zweite Erkennungssignal S2, das den Zeitgradienten di/dt des Stroms i darstellt, den zweiten Referenzpegel Vref2 und das Pegelbestimmungssignal D2 wird auf dem aktiven Pegel „1“ gehalten. Diesbezüglich ist die Beschreibung die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform. Aus dem gleichen Grund, der in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, ändert sich das Kurzschluss-Erkennungssignal E2 niemals auf den aktiven Pegel „1".
  • Bei einem Lastkurzschluss steigt der durch den Leiter 52 fließende Strom i durch Einschalten des Halbleiterschalters 11 an. Danach steigt der Strom i mit einem zeitlichen Gradienten an, der durch die Selbstinduktivität bestimmt ist, die im Pfad des Lastkurzschlussstroms vorhanden ist. Diesbezüglich ist die Beschreibung die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform. Aus dem gleichen Grund, der in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, ändert sich das Kurzschluss-Erkennungssignal E2 niemals auf den aktiven Pegel „1".
  • Der Betrieb der Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 während eines Zweigkurzschlusses ist derselbe wie derjenige in der ersten Ausführungsform. Das Pegelbestimmungssignal D2 wird über die zweite Referenzzeit Tref2 hinaus auf dem aktiven Pegel „1“ gehalten. Aus demselben Grund, der in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, ändert sich das Kurzschluss-Erkennungssignal E2 auf den aktiven Pegel „1“.
  • In diesem Beispiel erkennt die zweite Rogowski-Spule 102 mit hoher Genauigkeit den Zeitgradienten di/dt des Stroms, in dem das zweite Erkennungssignal S2 in den Bereich A2p oder A2n fällt. Der zweite Referenzpegel Vref2 liegt innerhalb des Bereichs A2p. Dementsprechend kann die Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 einen Zweigkurzschluss mit hoher Genauigkeit erkennen.
  • Als Nächstes wird der Betrieb der Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 unter Bezugnahme auf 11B beschrieben. Die Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 vergleicht das von der ersten Rogowski-Spule 101 ausgegebene erste Erkennungssignal S1 mit dem ersten Referenzpegel Vref1. Wenn das erste Erkennungssignal S1 den ersten Referenzpegel Vref1 überschreitet, setzt die Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 das Pegelbestimmungssignal D1 auf den aktiven Pegel „1“.
  • Diesbezüglich ist die Beschreibung die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform.
  • Außerdem setzt die Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 das Kurzschluss-Erkennungssignal E1 auf den aktiven Pegel „1“, wenn das Pegelbestimmungssignal D1 über die erste Referenzzeit Tref1 hinaus auf dem aktiven Pegel „1“ gehalten wird. Diesbezüglich ist die Beschreibung ebenfalls die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform.
  • Während des Normalzustands steigt ein durch den Leiter 52 fließender Strom i aufgrund des Einschaltens des Halbleiterschalters 11 an. Danach übersteigt in der Anstiegsperiode des Stroms i das erste Erkennungssignal S1, das den Zeitgradienten di/dt des Stroms i darstellt, den ersten Referenzpegel Vrefl, und das Pegelbestimmungssignal D1 ändert sich auf den aktiven Pegel „1“. Diesbezüglich ist die Beschreibung die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform. Aus dem gleichen Grund, der in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, ändert sich das Kurzschluss-Erkennungssignal E1 niemals auf den aktiven Pegel „1“.
  • Wenn ein mit dem Halbleiterschalter 11 in Reihe geschalteter Halbleiterschalter einen Kurzschlussfehler hat und der Halbleiterschalter 11 eingeschaltet wird, tritt ein Zweigkurzschluss auf. In diesem Fall überschreitet das erste Erkennungssignal S1 aus demselben Grund, der in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, den ersten Referenzpegel Vrefl und das Pegelbestimmungssignal D1 ändert sich auf den aktiven Pegel „1“.
  • Während des Zweigkurzschlusses überschreitet jedoch das zweite Erkennungssignal S2 den zweiten Referenzpegel Vref2, und das Pegelbestimmungssignal D2 ändert sich auf den aktiven Pegel „1“.
  • Aus dem gleichen Grund, der in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, wird ein Lastkurzschluss, der aus einem Zweigkurzschluss resultiert, niemals erkannt.
  • Während eines Lastkurzschlusses überschreitet in der Zeitspanne, während der der Strom i unmittelbar nach dem Anstieg des Stroms i mit einem konstanten Zeitgradienten ansteigt, das erste Erkennungssignal S1 den ersten Referenzpegel Vrefl, und das Pegelbestimmungssignal D1 ändert sich auf den aktiven Pegel „1“. Diesbezüglich ist die Beschreibung die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform. Aus demselben Grund, der in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, ändert sich das Kurzschluss-Erkennungssignal E1 auf den aktiven Pegel „1“.
  • In diesem Beispiel erkennt die erste Rogowski-Spule 101 mit hoher Genauigkeit den Stromzeitgradienten di/dt, in dem das erste Erkennungssignal S1 in den Bereich A1 fällt. Der erste Referenzpegel Vrefl liegt innerhalb des Bereichs A1. Dementsprechend kann das durch einen Lastkurzschluss erzeugte erste Erkennungssignal S1 mit hoher Genauigkeit erkannt werden.
  • Als Nächstes wird der Betrieb der Unterbrechungssteuerschaltung 121 unter Bezugnahme auf 11C beschrieben. Wie in 11C gezeigt, gibt die Unterbrechungssteuerschaltung 121 als das Kurzschluss-Erkennungssignal E die logische Summe des Kurzschluss-Erkennungssignals E1 und des Kurzschluss-Erkennungssignals E2 aus. Dementsprechend wird während eines Zweigkurzschlusses oder eines Lastkurzschlusses das Kurzschluss-Erkennungssignal E an die Gate-Treiberschaltung 20 ausgegeben. Als Ergebnis wird die Ansteuerung des Halbleiterschalters 11 durch die Gate-Treiberschaltung 20 gestoppt.
  • Als Nächstes wird eine Beschreibung eines Gesamtbetriebsbeispiels gemäß der zweiten Ausführungsform gegeben. 12 ist ein Schaltungsdiagramm eines ersten Betriebsbeispiels gemäß der zweiten Ausführungsform. Im ersten Betriebsbeispiel ist im Zweig 10_1 ein Kurzschluss aufgetreten. Das in 12 gezeigte „X (Kreuz)“-Zeichen steht für einen Kurzschluss. Dies ist auch in den 6 und 7 der Fall. In einem Beispiel ist dieser Kurzschluss ein Ausfall des Halbleiterschalters 11 des Zweigs 10_1. In einem Beispiel kann dieser Kurzschluss auftreten, wenn der Halbleiterschalter 11 aufgrund einer Fehlfunktion aufgrund von Rauschen oder anderen Faktoren eingeschaltet wird. Im ersten Betriebsbeispiel fließt der Zweigkurzschlussstrom aufgrund des Kurzschlusses im Zweig 10_1 durch den Zweig 10 2, der sich im EIN-Zustand befindet.
  • In dem Kurzschluss-Detektor 100 2, der dem Zweig 10 2 entspricht, erzeugt die Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 ein Kurzschluss-Erkennungssignal E2. Die Unterbrechungssteuerschaltung 121 gibt ein Unterbrechungssignal C2 an die Gate-Treiberschaltung 20 2 des Zweigs 10_2 aus. Außerdem gibt die Unterbrechungssteuerschaltung 121 ein Unterbrechungssignal C1 an die Gate-Treiberschaltung 20_1 des Zweigs 10_1 aus. Dadurch wird der durch den Strompfad durch die Zweige 10_1 und 10_2 fließende Zweigkurzschlussstrom unterbrochen. In dem Kurzschluss-Detektor 100_2 gibt die Unterbrechungssteuerschaltung 121 ein Fehlersignal F2 an die Steuervorrichtung 1000 aus. Dies bewirkt, dass die Steuervorrichtung 1000 eine Steuerung startet, um den Stromrichter 1 zu stoppen.
  • 13 ist ein Schaltungsdiagramm eines zweiten Betriebsbeispiels gemäß der zweiten Ausführungsform. In dem zweiten Betriebsbeispiel tritt, wenn der Zweig 10_1 in dem EIN-Zustand ist, ein Kurzschluss in dem Zweig 10_2 auf, der mit dem Zweig 10_1 verbunden ist. Zu diesem Zeitpunkt fließt ein Zweigkurzschlussstrom durch die Zweige 10_1 bis 10_2.
  • In diesem Fall erzeugt in dem Kurzschluss-Detektor 100 2, der dem Zweig 10 2 entspricht, die Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 ein Kurzschluss-Erkennungssignal E2. Die Unterbrechungssteuerschaltung 121 gibt ein Unterbrechungssignal C2 an die Gate-Treiberschaltung 20 2 des Zweigs 10 2 aus. Außerdem gibt die Unterbrechungssteuerschaltung 121 ein Unterbrechungssignal C1 an die Gate-Treiberschaltung 20_1 des Zweigs 10_1 aus. Als Ergebnis wird der Zweig 10_1 vom EIN-Zustand in den AUSZustand geändert und der Zweigkurzschlussstrom, der durch den Strompfad fließt, der durch die Zweige 10_1 und 10_2 verläuft, wird unterbrochen. In diesem Fall gibt in dem Kurzschluss-Detektor 100_2 die Unterbrechungssteuerschaltung 121 ein Fehlersignal F2 an die Steuervorrichtung 1000 aus.
  • 14 ist ein Schaltungsdiagramm eines dritten Betriebsbeispiels gemäß dieser Ausführungsform. In dem dritten Betriebsbeispiel wird ein Fall erläutert, in dem ein Kurzschluss in einem Abschnitt von den Zweigen 10_1 bis 10_4 durch die Last Z aufgetreten ist. In diesem Fall, wenn die Zweige 10_1 und 10 4 in dem EIN-Zustand sind, fließt ein Lastkurzschlussstrom durch die Zweige 10_1 und 10_4.
  • In dem Kurzschluss-Detektor 100 4, der dem Zweig 10 4 entspricht, erzeugt die Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 ein Kurzschluss-Erkennungssignal E1. Außerdem gibt die Unterbrechungssteuerschaltung 121 ein Unterbrechungssignal C4 an die Gate-Treiberschaltung 20 4 des Zweigs 10_4 aus. Dadurch wird der Lastkurzschlussstrom, der durch den Strompfad fließt, der durch die Zweige 10_1 und 10_4 verläuft, unterbrochen. Ferner gibt in dem Kurzschluss-Detektor 100_4 die Unterbrechungssteuerschaltung 121 ein Fehlersignal F2 an die Steuervorrichtung 1000 aus.
  • Wie oben beschrieben, weist der Stromrichter 1A eine Vielzahl von Q Kurzschluss-Detektoren (z. B. Q = 3) (z. B. 100 2, 100 4 und 100 6) auf, die jeweiligen von einer Vielzahl von Q Zweigen (z. B. 10 2, 10 4 und 10 6) aus einer Vielzahl von P-Zweigen 10 (z. B. P = 6) entsprechen. Mit anderen Worten gesagt, sind nur für einige der Zweige Kurzschluss-Detektoren vorgesehen.
  • Jeder der sechs Kurzschluss-Detektoren 100 umfasst eine erste Rogowski-Spule 101, die ein erstes Erkennungssignal S1 gemäß einem Strom ausgibt, der aufgrund eines Kurzschlusses in der Last durch einen entsprechenden Zweig (zB 10_2) fließt, und einen Kurzschluss basierend auf dem ersten Erkennungssignal S1 erkennt. Zusätzlich umfasst jeder der Kurzschluss-Detektoren 100 eine zweite Rogowski-Spule 102, die ein zweites Erkennungssignal S2 in Übereinstimmung mit einem Strom ausgibt, der in dem entsprechenden Zweig (z. B. 10_2) aufgrund (i) eines Kurzschlusses in dem entsprechenden Zweig oder (ii) einem anderen Zweig (z. B. 10_1) von sechs Zweigen 10 fließt, und einen Kurzschluss basierend auf dem zweiten Erkennungssignal S2 erkennt.
  • Gemäß dieser Ausführungsform ermöglicht die Verwendung einer Rogowski-Spule, dass sowohl ein Zweigkurzschluss als auch ein Lastkurzschluss, die in dem Stromrichter 1A auftreten können, genau erkannt werden. Darüber hinaus werden gemäß dieser Ausführungsform keine eigenständigen Komponenten, wie beispielsweise ein CT und dergleichen, verwendet, um einen Kurzschlussstrom zu erkennen, was die Kosten reduziert und eine Vergrößerung des Kurzschluss-Detektors vermeidet.
  • In dieser Ausführungsform weist jeder der Vielzahl von Q Kurzschluss-Detektoren 100 eine Unterbrechungssteuerschaltung 121 auf. Als Reaktion auf das Erkennen eines Kurzschlusses stoppt die Unterbrechungssteuerschaltung 121 das Ansteuern (i) eines Halbleiterschalters 11 des entsprechenden Zweigs (z. B. 10_2) und (ii) eines Halbleiterschalters 11 eines anderen Zweigs (z. B. 10_1), für den keiner der Vielzahl von Q Kurzschluss-Detektoren vorgesehen ist. Dementsprechend werden, während die Halbleiterschalter 11 jedes der Zweige 10 vor Kurzschlüssen geschützt werden, eine Verringerung der Größe und eine Verringerung der Kosten des Stromrichters 1A erreicht.
  • Bei dieser Ausführungsform sind zwei Rogowski-Spulen erforderlich. Eine der beiden ist die erste Rogowski-Spule 101, die während eines Lastkurzschlusses ein erstes Erkennungssignal S1 mit entsprechendem Pegel erzeugt. Die andere ist die zweite Rogowski-Spule 102, die während eines Zweigkurzschlusses ein zweites Erkennungssignal S2 mit einem geeigneten Pegel erzeugt. Es folgt eine Beschreibung spezifischer Beispiele der ersten Rogowski-Spule 101 und der zweiten Rogowski-Spule 102 in der zweiten Ausführungsform.
  • Erstes spezifisches Beispiel
  • In der ersten Ausführungsform unterscheidet sich die Windungszahl n2 der zweiten Rogowski-Spule 102 zum Erkennen eines Zweigkurzschlusses von der Windungszahl n1 der ersten Rogowski-Spule 101 zum Erkennen eines Lastkurzschlusses. In dieser Hinsicht ist die Beschreibung die gleiche wie die in dem ersten spezifischen Beispiel der ersten Ausführungsform. Die aus diesem ersten spezifischen Beispiel erhaltenen Wirkungen sind die gleichen wie diejenigen des ersten spezifischen Beispiels der ersten Ausführungsform.
  • Zweites spezifisches Beispiel
  • In dem zweiten spezifischen Beispiel unterscheidet sich die Querschnittsfläche SQ1 der ersten Rogowski-Spule 101 zum Erkennen eines Lastkurzschlusses von der Querschnittsfläche SQ2 der zweiten Rogowski-Spule 102 zum Erkennen eines Zweigkurzschlusses. In dieser Hinsicht ist die Beschreibung die gleiche wie die in dem zweiten spezifischen Beispiel der ersten Ausführungsform. Die aus diesem zweiten spezifischen Beispiel erhaltenen Wirkungen sind die gleichen wie diejenigen des zweiten spezifischen Beispiels der ersten Ausführungsform.
  • Drittes spezifisches Beispiel
  • In dem dritten Beispiel unterscheidet sich die Magnetpfadlänge LG1 der ersten Rogowski-Spule 101 zum Erkennen eines Lastkurzschlusses von der Magnetpfadlänge LG2 der zweiten Rogowski-Spule 102 zum Erkennen eines Zweigkurzschlusses. In dieser Hinsicht ist die Beschreibung die gleiche wie die in dem dritten spezifischen Beispiel der ersten Ausführungsform. Die aus diesem dritten spezifischen Beispiel erhaltenen Wirkungen sind die gleichen wie diejenigen des dritten spezifischen Beispiels der ersten Ausführungsform.
  • Viertes spezifisches Beispiel
  • Das vierte Beispiel betrifft die Implementierung der ersten Rogowski-Spule 101 und der zweiten Rogowski-Spule 102. 15A und 15B sind jeweils Diagramme gemäß dem vierten spezifischen Beispiel der zweiten Ausführungsform. Hiervon stellt 15A ein Diagramm der ersten Rogowski-Spule 101 und der zweiten Rogowski-Spule 102, gesehen von dem in 7B gezeigten Halbleiterschalter 11, dar. 15B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' in 15A.
  • In 15B ist eine Mehrschicht-Leiterplatte zwischen dem Halbleiterschalter 11 und einer Hauptleiterplatte 70 angeordnet. Die Mehrschicht-Leiterplatte umfasst eine Erstschicht-Leiterplatte 61, eine Zweitschicht-Leiterplatte 62 und eine Drittschicht-Leiterplatte 63. In dieser Hinsicht ist die Beschreibung die gleiche wie die in dem vierten spezifischen Beispiel der ersten Ausführungsform.
  • Die Leiter 51 und 52 entsprechen jeweils den in 10 gezeigten Leitern 51 und 52. Der Leiter 51 ist mit der Source des Halbleiterschalters 11 verbunden. Der Leiter 52 ist mit dem Drain des Halbleiterschalters 11 verbunden. In dieser Hinsicht ist die Beschreibung dieselbe wie die in dem vierten spezifischen Beispiel der ersten Ausführungsform.
  • Die zweite Rogowski-Spule 102 zum Erkennen eines Zweigkurzschlusses ist in der Erstschicht-Leiterplatte 61, der Zweitschicht-Leiterplatte 62 und der Drittschicht-Leiterplatte 63 so angeordnet, dass der Leiter 51 von der zweiten Rogowski-Spule 102 umgeben ist. Die erste Rogowski-Spule 101 zum Erkennen eines Lastkurzschlusses ist in der Erstschicht-Leiterplatte 61, der Zweitschicht-Leiterplatte 62 und der Drittschicht-Leiterplatte 63 derart angeordnet, dass der Leiter 52 von der ersten Rogowski-Spule 101 umgeben ist. Diesbezüglich ist die Beschreibung die gleiche wie die in dem vierten spezifischen Beispiel der ersten Ausführungsform.
  • Dieses vierte spezifische Beispiel hat dieselben Wirkungen wie das vierte spezifische Beispiel der ersten Ausführungsform. Mit anderen Worten werden sowohl ein Zweigkurzschluss als auch ein Lastkurzschluss mit hoher Genauigkeit erkannt. Außerdem sind im Strompfad durch den Zweig 10 die zweite Rogowski-Spule 102D, der Halbleiterschalter 11D und die erste Rogowski-Spule 101D in der aufgelisteten Reihenfolge angeordnet. Dementsprechend kann im vierten Beispiel die Verdrahtungslänge zwischen den zwei miteinander in Reihe geschalteten Halbleiterschaltern 11 sowie die Verdrahtungslänge des Kondensators 30 (siehe 9) verkürzt werden.
  • Fünftes spezifisches Beispiel
  • In dem fünften spezifischen Beispiel sind die zweite Rogowski-Spule 102 zum Erkennen eines Zweigkurzschlusses und die erste Rogowski-Spule 101 zum Erkennen eines Lastkurzschlusses so angeordnet, dass sie von einer Sammelschiene umgeben sind. In dieser Hinsicht ist die Beschreibung die gleiche wie die in dem fünften speziellen Beispiel der ersten Ausführungsform. Die aus diesem fünften spezifischen Beispiel erhaltenen Wirkungen sind die gleichen wie diejenigen des fünften spezifischen Beispiels der ersten Ausführungsform.
  • 16 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Anwendungsbeispiel des Kurzschluss-Detektors 100 gemäß der zweiten Ausführungsform bei einem anderen Stromrichter zeigt. 16 zeigt als Anwendungsbeispiel einen Tiefsetzsteller 122. In 16 sind die Teile, die den in den 9 und 10 oben gezeigten Teilen entsprechen, mit demselben Zeichen gekennzeichnet.
  • In 16 umfasst ein Zweig 10 einen Halbleiterschalter 11 und eine Freilaufdiode 12, die umgekehrt parallel zu dem Halbleiterschalter 11 geschaltet ist. In diesem Beispiel ist der Halbleiterschalter 11 ein MOSFET. Der Drain des Halbleiterschalters 11 ist mit der positiven Elektrode der Gleichstromversorgung 40 und mit einer der Elektroden des Kondensators 30 über den Leiter 51 verbunden. Die Source des Halbleiterschalters 11 ist mit der Kathode der Diode 302 über den Leiter 52 verbunden. Die Anode der Diode 302 ist mit der negativen Elektrode der Gleichstromversorgung 40 und mit der anderen Elektrode des Kondensators 30 verbunden. Mit anderen Worten, die Diode 302 ist mit dem Zweig 10 in Reihe geschaltet. Die Last Za und eine Spule 301 sind miteinander in Reihe geschaltet. Die Diode 302 ist mit der Spule 301 und der Last Za in Reihe geschaltet. Die Gate-Treiberschaltung 20 führt dem Halbleiterschalter 11 ein Gate-Signal zu, um dessen Ein- und Ausschalten zu steuern.
  • In der Periode, während der der Halbleiterschalter 11 eingeschaltet ist, fließt ein Strom von dem Kondensator 30 zu der Last Za durch den Leiter 51, den Halbleiterschalter 11, den Leiter 52 und die Spule 301. Wenn der Halbleiterschalter 11 ausgeschaltet ist, wird die in der Spule 301 gespeicherte elektrische Energie freigesetzt. Dann fließt der Strom in der Schleife einschließlich der Spule 301, der Last Za und der Diode 302. Auf diese Weise liefert der Tiefsetzsteller 122 als ein Stromrichter Strom an die Last Za durch den Zweig 10 einschließlich des Halbleiterschalters 11.
  • In der in 16 gezeigten Konfiguration ist der Leiter 52 zwischen dem Halbleiterschalter 11 und der Diode 302 in die erste Rogowski-Spule 101 und die zweite Rogowski-Spule 102 eingefügt. Die erste Rogowski-Spule 101 ist zum Erkennen eines Lastkurzschlussstroms optimiert. Die zweite Rogowski-Spule 102 ist zum Erkennen eines Kurzschlussstroms, der aufgrund eines Kurzschlusses in der Diode 302 durch den Zweig 10 fließt, optimiert.
  • Auf der Grundlage eines zweiten Erkennungssignals S2, das von der zweiten Rogowski-Spule 102 erhalten wird, erkennt die Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112, dass ein Kurzschluss der Diode 302 innerhalb des Tiefsetzstellers 122 aufgetreten ist. Insbesondere die Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 erkennt einen Kurzschluss der Diode 302, wenn das zweite Erkennungssignal S2 über die zweite Referenzzeit Tref2 hinaus auf einem Pegel gehalten wird, der höher ist als der zweite Referenzpegel Vref2. In diesem Fall ändert die Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112 das Kurzschluss-Erkennungssignal E2 von dem inaktiven Pegel „0“ auf den aktiven Pegel „1“.
  • Die Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 erkennt, dass ein Lastkurzschluss in dem Tiefsetzsteller 122 aufgetreten ist, basierend auf dem ersten Erkennungssignal S1, das von der ersten Rogowski-Spule 101 erhalten wird. Insbesondere erkennt die Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111, dass ein Lastkurzschluss aufgetreten ist, wenn das erste Erkennungssignal S1 über die erste Referenzzeit Trefl hinaus auf einem Pegel gehalten wird, der höher ist als der erste Referenzpegel Vrefl. In diesem Fall ändert die Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 das Kurzschluss-Erkennungssignal E1 von dem inaktiven Pegel „0“ auf den aktiven Pegel „1“.
  • Die Unterbrechungssteuerschaltung 121 erkennt basierend auf den Kurzschluss-Erkennungssignalen E1 und E2, ob irgendein Kurzschluss in dem Tiefsetzsteller 122 aufgetreten ist. In diesem Fall gibt die Unterbrechungssteuerschaltung 121 ein Unterbrechungssignal C zum Stoppen der Ansteuerung des Halbleiterschalters 11 aus. Außerdem gibt die Unterbrechungssteuerschaltung 121 ein Fehlersignal F an die Steuervorrichtung 1000 aus (siehe 9).
  • In dem Tiefsetzsteller 122 werden die gleichen Wirkungen wie jene in dem in 9 gezeigten Stromrichter 1A erhalten.
  • Modifikation der zweiten Ausführungsform
  • Die zweite Ausführungsform kann wie unten beschrieben modifiziert werden.
  • (1) Die zweite Ausführungsform kann auf andere Typen von Stromrichtern wie beispielsweise Wechselrichter, und zwar andere als Dreiphasenwechselrichter, oder DC/DC-Wandler, und zwar andere als Tiefsetzsteller, angewendet werden.
  • (2) In der zweiten Ausführungsform wurde ein Beispiel von MOSFETs als Halbleiterschalter gegeben. Die Halbleiterschalter sind jedoch nicht darauf beschränkt und sie können andere Arten von Halbleiterschaltern wie beispielsweise IGBTs sein.
  • (3) In der zweiten Ausführungsform sind die Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung 112, die Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung 111 und die Unterbrechungssteuerschaltung 121 getrennt. Sie können jedoch ein einziger Schaltkreis sein.
  • (4) In der in 9 gezeigten Konfiguration umfasst der Stromrichter 1A drei Kurzschluss-Detektoren 100, die jedem der drei Zweige 10 von den sechs Zweigen entsprechen. Solange jedoch die Anzahl der Kurzschluss-Detektoren 100 die Anzahl P der Zweige 10 nicht übersteigt, sind Kurzschluss-Detektoren 100 für jeden von wenigstens der Hälfte der Zweige 10 vorgesehen. Mit anderen Worten gesagt, kann die Anzahl Q der Zweige 10 wenigstens die Hälfte der Gesamtzahl P der Zweige 10 sein. Als Ergebnis werden die Redundanz des Stromrichters 1A und die Sicherheit verbessert.
  • (5) In der in 9 gezeigten Konfiguration umfasst der Stromrichter 1A die Kurzschluss-Detektoren 100_2, 100 4 und 100 6, die den jeweiligen Zweigen 10 2, 10_4 und 10 6 (den unteren Zweigen) entsprechen. Jeder Kurzschluss-Detektor 100 umfasst sowohl die erste Rogowski-Spule 101 als auch die zweite Rogowski-Spule 102. Als Ergebnis sind die oben beschriebenen Bedingungen 1 und 2 erfüllt.
  • Diese Ausführungsform ist jedoch nicht darauf beschränkt. Der Stromrichter 1A kann eine Vielzahl von Q Kurzschluss-Detektoren 100 aufweisen, die jeweiligen einer Vielzahl von Q Zweigen 10 aus einer Vielzahl von P Zweigen entsprechen. Jeder der Vielzahl von Q Zweigen 10 kann auch nur die erste Rogowski-Spule 101 aufweisen. Außerdem kann der Stromrichter 1A eine Vielzahl von R Kurzschluss-Detektoren 100 aufweisen, die entsprechenden einer Vielzahl von R Zweigen 10 von der Vielzahl von P-Zweigen 10 entsprechen. Die Vielzahl von R Zweigen 10 unterscheidet sich von der Vielzahl von Q Zweigen 10. „R“ ist eine positive ganze Zahl, die (P-Q) nicht übersteigt. Jeder der Vielzahl von R Kurzschluss-Detektoren weist jedoch nur die zweite Rogowski-Spule auf. Mit anderen Worten gesagt, können zwei unterschiedliche Typen von Kurzschluss-Detektoren für unterschiedliche Zweige 10 bereitgestellt werden. Einer der zwei Typen ist ein Kurzschluss-Detektor, der nur die erste Rogowski-Spule 101 umfasst. Der andere Typ ist ein Kurzschluss-Detektor, der nur die zweite Rogowski-Spule 102 umfasst. Als Ergebnis können die Bedingungen 1 und 2 erfüllt werden.
  • Jeder der Vielzahl von Q Kurzschluss-Detektoren 100 kann die Unterbrechungssteuerschaltung 121 umfassen. Jeder der Vielzahl von R Kurzschluss-Detektoren kann die Unterbrechungssteuerschaltung 121 umfassen.
  • Beispielsweise können drei Kurzschluss-Detektoren 100, von denen jeder nur die erste Rogowski-Spule 101 aufweist, für jeweilige drei obere Zweige 10 (z. B. 10_1, 10_3 und 10_5) vorgesehen sein. Die oberen Zweige sind zwischen der Hochleistungsleitung und der Last Z angeordnet. Ferner sind drei Kurzschluss-Detektoren 100, die jeweils nur die zweite Rogowski-Spule 102 aufweisen, für jeweilige untere Zweige 10 (z. B. 10 2, 10_4 und 10_6) vorgesehen. Die unteren Zweige können zwischen einer Niedrigleistungsleitung und der Last Z angeordnet sein. In diesem Aspekt können die Bedingungen 1 und 2 erfüllt sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Kurzschluss-Detektor,
    30
    Kondensator;
    40
    DC-Netzteil;
    10_1 bis 10_6, 10
    Zweig;
    20_1 bis 20_6, 20
    Gate-Treiberschaltung;
    100_1 bis 100_6, 100
    Kurzschluss-Detektor;
    11, 11D
    Halbleiterschalter;
    12
    Freilaufdiode;
    51, 53
    Leiter;
    101, 101A, 101B, 101C, 101D, 101E
    erste Rogowski-Spule;
    102, 102A, 102B, 102C, 102D, 102E
    zweite Rogowski-Spule,
    41, 43
    erster Abschnitt;
    42, 44
    zweiter Abschnitt;
    70
    Hauptplatine;
    61
    Erstschicht-Leiterplatte;
    62
    Zweitschicht-Leiterplatte;
    63
    Drittschicht-Leiterplatte;
    111
    Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung,
    112
    Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung,
    120
    Kurzschluss- Erkennungsschaltung;
    121
    Unterbrechungssteuerschaltung;
    122
    Tiefsetzsteller;
    103
    Abschirmplatte;
    Z
    Last
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2018/073909 [0005]

Claims (19)

  1. Kurzschluss-Detektor für einen Stromrichter, der mehrere Zweige aufweist, von denen jeder einen Halbleiterschalter umfasst, wobei der Stromrichter über die Vielzahl von Zweigen Strom an eine Last liefert, wobei der Kurzschluss-Detektor umfasst: eine erste Rogowski-Spule, die dazu konfiguriert ist, ein erstes Erkennungssignal gemäß einem Lastkurzschlussstrom zu erzeugen, wobei der Lastkurzschlussstrom ein Strom ist, der aufgrund eines Kurzschlusses in der Last durch einen ersten Zweig aus der Vielzahl von Zweigen fließt; eine zweite Rogowski-Spule, die dazu konfiguriert ist, ein zweites Erkennungssignal gemäß einem Zweigkurzschlussstrom zu erzeugen, wobei der Zweigkurzschlussstrom ein Strom ist, der durch den ersten Zweig fließt aufgrund von: einem Kurzschluss im ersten Zweig; oder einem Kurzschluss in einem zweiten Zweig aus der Vielzahl von Zweigen; eine Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung, die dazu konfiguriert ist, den Kurzschluss in der Last basierend auf dem ersten Erkennungssignal zu erkennen; eine Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung, die dazu konfiguriert ist, den Kurzschluss im ersten Zweig oder den Kurzschluss im zweiten Zweig basierend auf dem zweiten Erkennungssignal zu erkennen; und eine Kurzschluss-Erkennungsschaltung, die konfiguriert ist, um einen Kurzschluss zu erkennen, basierend auf: einem Ausgangssignal, das von der Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung ausgegeben wird; und einem Ausgangssignal, das von der Zweigkurzschluss-Erkennungsschaltung ausgegeben wird.
  2. Kurzschluss-Detektor nach Anspruch 1, wobei eine Windungszahl der ersten Rogowski-Spule größer ist als die der zweiten Rogowski-Spule.
  3. Kurzschluss-Detektor nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Querschnittsfläche der ersten Rogowski-Spule größer ist als die der zweiten Rogowski-Spule.
  4. Kurzschluss-Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine magnetische Pfadlänge der ersten Rogowski-Spule kürzer ist als die der zweiten Rogowski-Spule.
  5. Kurzschluss-Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei wenigstens eine der ersten Rogowski-Spule oder der zweiten Rogowski-Spule in einer Leiterplatte angeordnet ist.
  6. Kurzschluss-Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zweite Rogowski-Spule, ein im ersten Zweig enthaltener Halbleiterschalter und die erste Rogowski-Spule in einer aufgelisteten Reihenfolge oder in umgekehrter Reihenfolge in einem Strompfad durch den ersten Zweig angeordnet sind.
  7. Kurzschluss-Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend eine Abschirmung, die zwischen der ersten Rogowski-Spule und der zweiten Rogowski-Spule angeordnet ist.
  8. Kurzschluss-Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der erste Zweig und der zweite Zweig in Reihe miteinander verbunden sind.
  9. Kurzschluss-Detektor für einen Stromrichter mit einer Vielzahl von Zweigen, die jeweils einen Halbleiterschalter umfassen, wobei der Stromrichter über die Vielzahl von Zweigen Strom an eine Last liefert, wobei der Kurzschluss-Detektor umfasst: eine Rogowski-Spule, die dazu konfiguriert ist, ein Erkennungssignal gemäß einem Lastkurzschlussstrom zu erzeugen, wobei der Lastkurzschlussstrom ein Strom ist, der aufgrund eines Kurzschlusses in der Last durch einen ersten Zweig aus der Vielzahl von Zweigen fließt; eine Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung, die dazu konfiguriert ist, den Kurzschluss in der Last basierend auf dem Erkennungssignal zu erkennen; und eine Kurzschluss-Erkennungsschaltung, die dazu konfiguriert ist, einen Kurzschluss zu erkennen, basierend auf einem Ausgangssignal, das von der Lastkurzschluss-Erkennungsschaltung ausgegeben wird.
  10. Stromrichter, umfassend: einen Kurzschluss-Detektor nach Anspruch 1 oder 9; und eine Gate-Treiberschaltung, die dazu konfiguriert ist, das Ansteuern eines Halbleiterschalters, der in dem ersten Zweig umfasst ist, basierend auf einem Kurzschluss-Erkennungssignal, das von dem Kurzschluss-Detektor ausgegeben wird, zu stoppen.
  11. Stromrichter zum Zuführen von Leistung zu einer Last durch eine Vielzahl von P (P ist eine ganze Zahl von 2 oder mehr) Zweigen, die jeweils einen Halbleiterschalter aufweisen, wobei der Stromrichter umfasst: eine Vielzahl von Q (Q ist eine positive ganze Zahl, die kleiner als P ist) Kurzschluss-Detektoren, die jeweiligen einer Vielzahl von Q-Zweigen aus der Vielzahl von P-Zweigen entsprechen, wobei jeder der Vielzahl von Q Kurzschluss-Detektoren konfiguriert ist: eine erste Rogowski-Spule zu umfassen, die dazu konfiguriert ist, ein erstes Erkennungssignal gemäß einem Strom auszugeben, der aufgrund eines Kurzschlusses in der Last durch einen entsprechenden Zweig fließt, und einen Kurzschluss basierend auf dem ersten Erkennungssignal zu erkennen.
  12. Stromrichter nach Anspruch 11, wobei jeder der Vielzahl von Q Kurzschluss-Detektoren konfiguriert ist: ferner eine zweite Rogowski-Spule zu umfassen, die dazu konfiguriert ist, ein zweites Erkennungssignal gemäß einem Strom, der durch den entsprechenden Zweig fließt, aufgrund von: einem Kurzschluss im entsprechenden Zweig; oder einem Kurzschluss in einem anderen Zweig aus der Vielzahl von P Zweigen auszugeben; und einen Kurzschluss basierend auf dem zweiten Erkennungssignal zu erkennen.
  13. Stromrichter nach Anspruch 11, ferner umfassend eine Vielzahl von R (R ist eine positive ganze Zahl, die (P-Q) nicht überschreitet) Kurzschluss-Detektoren, die jeweiligen einer Vielzahl von R Zweigen aus der Vielzahl von P Zweigen entsprechen, wobei sich die Vielzahl von R Zweigen von der Vielzahl von Q Zweigen unterscheidet, wobei jeder der Vielzahl von R Kurzschluss-Detektoren dazu konfiguriert ist: eine zweite Rogowski-Spule zu umfassen, die dazu konfiguriert ist, ein zweites Erkennungssignal gemäß einem Strom, der durch den entsprechenden Zweig fließt aufgrund von: einem Kurzschluss im entsprechenden Zweig; oder einem Kurzschluss in einem anderen Zweig aus der Vielzahl von P-Zweigen auszugeben, und einen Kurzschluss basierend auf dem zweiten Erkennungssignal zu erkennen.
  14. Stromrichter nach Anspruch 12, wobei Q wenigstens die Hälfte von P ist.
  15. Stromrichter nach Anspruch 12 oder 14, wobei die zweite Rogowski-Spule, ein in dem entsprechenden Zweig umfasster Halbleiterschalter und die erste Rogowski-Spule in einer aufgelisteten Reihenfolge oder in einer umgekehrten Reihenfolge in einem Strompfad durch den entsprechenden Zweig angeordnet sind.
  16. Stromrichter nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei jeder der Vielzahl von Q Kurzschluss-Detektoren dazu konfiguriert ist, eine Unterbrechungssteuerschaltung aufzuweisen, die dazu konfiguriert ist, als Reaktion auf das Erkennen eines Kurzschlusses das Ansteuern zu stoppen: eines Halbleiterschalters des entsprechenden Zweiges; und eines Halbleiterschalters eines anderen Zweiges, für den keiner der Vielzahl von Q Kurzschluss-Detektoren vorgesehen ist.
  17. Stromrichter nach Anspruch 13, wobei jeder der Vielzahl von Q Kurzschluss-Detektoren dazu konfiguriert ist, eine Unterbrechungssteuerschaltung aufzuweisen, die dazu konfiguriert ist, als Reaktion auf das Erkennen eines Kurzschlusses das Ansteuern zu stoppen: eines Halbleiterschalters des entsprechenden Zweiges, und eines Halbleiterschalters eines anderen Zweiges, für den keiner der Vielzahl von Q Kurzschluss-Detektoren vorgesehen ist, und wobei jeder der Vielzahl von R Kurzschluss-Detektoren dazu konfiguriert ist, eine Unterbrechungssteuerschaltung aufzuweisen, die dazu konfiguriert ist, als Reaktion auf das Erkennen eines Kurzschlusses das Ansteuern zu stoppen: eines Halbleiterschalters des entsprechenden Zweiges; und eines Halbleiterschalters eines anderen Zweiges, für den keiner der Vielzahl von R Kurzschluss-Detektoren vorgesehen ist.
  18. Stromrichter nach Anspruch 12 oder 13, wobei der entsprechende Zweig und der andere Zweig in Reihe miteinander verbunden sind.
  19. Stromrichter zum Zuführen von Leistung zu einer Last durch einen Zweig, der einen Halbleiterschalter aufweist, wobei der Stromrichter umfasst: eine erste Rogowski-Spule, die dazu konfiguriert ist, ein erstes Erkennungssignal gemäß einem Strom auszugeben, der aufgrund eines Kurzschlusses in der Last durch den Zweig fließt; eine zweite Rogowski-Spule, die dazu konfiguriert ist, ein zweites Erkennungssignal gemäß einem Strom auszugeben, der aufgrund eines Kurzschlusses in einer mit dem Zweig in Reihe geschalteten Diode durch den Zweig fließt; und einen Kurzschluss-Detektor, der dazu konfiguriert ist, einen Kurzschluss basierend auf dem ersten Erkennungssignal oder dem zweiten Erkennungssignal zu erkennen.
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