JP2006158150A - 半導体電力変換装置の地絡検出回路 - Google Patents

Abstract

【課題】電源の部品点数および高速フォトカプラを削減でき、小形化、低コスト化を実現することができる半導体電力変換装置の地絡検出回路を提供する。
【解決手段】地絡検出回路５は、平滑回路３と逆変換回路４との間のプラス側直流母線上に直列接続された第１の抵抗器５１と、平滑回路３と逆変換回路４との間のマイナス側直流母線上に直列接続された第２の抵抗器５２と、一端が第１の抵抗器５１の逆変換回路４側に接続されたコンデンサ５８と、一端が第２の抵抗器５２の逆変換回路４側に接続され、他端がコンデンサ５８の他端と接続された第３の抵抗器５９と、第２の抵抗器５２および第３の抵抗器５９の電圧降下により、地絡における過電流を検出する過電流検出手段５０と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体電力変換装置に関し、特に、出力線の地絡を検出する機能を備えた半導体電力変換装置の地絡検出回路に関する。

従来の半導体電力変換装置の地絡検出回路は、直流母線の夫々に電流検出器と電圧比較器を設け、専用の電源と高速フォトカプラを使用し、過電流検出と兼ねて地絡の検出を行なっている。
図４は、第１の従来技術を示す半導体電力変換装置の地絡検出回路の構成図である。
図４において、１は交流電源、２は交流電源を整流して直流に変換する整流回路（コンバータ回路）、２１、２２はダイオード、３は整流された直流電圧を平滑する平滑回路（平滑コンデンサ）、４は直流を任意の周波数に変換する逆変換回路（インバータ回路）、４１、４２、４３、４４はフリーホイールダイオード、４５、４６、４７、４８は半導体スイッチング素子、５は地絡検出回路、５１、５２、５０１、５０２、５０３、５０４は抵抗、５３、５４は電圧比較器、５５、５６は電源回路、５７は高速フォトカプラ、６は半導体電力変換装置、７は負荷装置、８は半導体電力変換装置６の出力線である。地絡検出回路５は、半導体電力変換装置６の平滑コンデンサ３と逆変換回路４１の間のプラス直流電圧母線と直列に抵抗５１を、平滑コンデンサ３と逆変換回路４１の間のマイナス直流母線と直列に抵抗５２を配置している。また、地絡検出回路５への電源は、電源回路５５および電源回路５６から供給する。
つぎに、地絡検出回路５の動作について説明する。
いま、地絡が発生し異常電流が図４のＩａまたはＩｂのように流れたとすると、抵抗５１の電圧降下と抵抗５０１、５０２で設定した電圧ａを電圧比較器５３により、また抵抗５２の電圧降下と抵抗５０３、５０４で設定した電圧ｂを電圧比較器５４により比較し、電圧比較器５３、５４は電圧降下が設定電圧ａ、ｂより大きい場合にそれぞれプラス側地絡検出信号およびマイナス側地絡検出信号を出力する。電圧比較器の入力極性が図４の場合、出力はハイレベルとなる。電圧比較器５３の出力は、高速フォトカプラ５７により絶縁され、電圧比較器５４の出力とともに、電源回路５６により駆動される論理和回路(不図示)に入力され、これらの出力のいずれか一方の信号が入力されたとき地絡として検出する。

また、第２の従来技術として、プラス側検出部の電源回路を削減した装置、すなわち、プラスの直流電圧母線と直列に直接フォトカプラの発光素子を挿入することも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−３７２４３号公報（第２−３頁、第１−４図）

しかしながら、第１の従来技術による半導体電力変換装置の地絡検出回路は、専用の電源回路５５および高速フォトカプラ５７が必要となるため、部品点数が多くなり、小形化あるいは低コスト化ができないという問題があった。また、第２の従来技術による半導体電力変換装置の地絡検出回路は、大電流に耐えられる高速フォトカプラが必要となるため、低コスト化ができないという問題があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、電源の部品点数および高速フォトカプラを削減でき、小形化、低コスト化を実現することができる半導体電力変換装置の地絡検出回路を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、交流電源を整流して直流電圧に変換する整流回路と、前記整流回路の直流出力と並列接続された平滑回路と、平滑された前記直流電圧を任意の周波数の電圧に変換する逆変換回路と、を備えた半導体電力変換装置に設けられ、前記平滑回路と前記逆変換回路の間のプラス側直流母線上に直列接続された第１の抵抗器と、
前記平滑回路と前記逆変換回路の間のマイナス側直流母線上に直列接続された第２の抵抗器と、前記抵抗器の電圧降下を設定値と比較する電圧比較器とからなる過電流検出手段を備えた地絡検出回路において、一端が前記第１の抵抗器の前記逆変換回路側に接続されたコンデンサと、一端が前記第２の抵抗器の前記逆変換回路側に接続され、他端が前記コンデンサの他端と接続された第３の抵抗器と、を備え、前記過電流検出手段は、前記第２の抵抗器および前記第３の抵抗器の電圧降下を前記電圧比較器で監視することにより、地絡における過電流を検出するものであることを特徴としている。

本発明の半導体電力変換装置の地絡検出回路によれば、直流母線プラス側およびマイナス側の過電流検出手段の電源を共通化することができるため、電源の部品点数および高速フォトカプラを削減することができ、小形化、低コスト化を実現することができる。

以下、本発明の具体的実施例について、図に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施例を示す半導体電力変換装置の地絡検出回路の構成図である。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じものについてはその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図１において、５０は過電流検出部、５８はコンデンサ、５９、５０５、５０６は抵抗である。
過電流検出部５０は、抵抗器５２および抵抗器５９の電圧降下により地絡における過電流を検出する構成とすることにより、プラス側地絡検出用の電圧比較器５３の電源を、マイナス側地絡検出用の電圧比較器５４と共通化するようにしている。
本発明が、図４に示す従来技術による地絡検出回路と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、本発明の地絡検出回路は、一端が抵抗器５１の逆変換回路４側に接続されたコンデンサ５８と、一端が抵抗器５２の逆変換回路４側に接続され、他端がコンデンサ５８の他端と接続された抵抗器５９を新たに追加し、この抵抗器５９の電圧降下と設定値を比較する電圧比較器を備えた過電流検出部５０を設けた点である。これにより従来技術である図４における電源回路５５と高速フォトカプラ５７を削減することができ、電源を構成する基板の小形化および低コスト化を実現することができる。

つぎに、本発明の地絡検出回路の動作を図２、３を用いて説明する。
図２は、本発明の第１動作モードの説明図、図３は第２動作モードの説明図である。
本発明の地絡検出回路５は、出力線８が地絡した場合に、次の２つの動作モードにおいて検出される。
第１の動作モードは、交流電源１の電位がアース電位よりも高いモード、第２の動作モードは交流電源１の電位がアース電位よりも低いモードである。この、第１のモードは、図２に示すように、ダイオード２１、抵抗器５１、スイッチング半導体素子４５を流れる経路である。抵抗器５１に過大な地絡電流が流れると抵抗器５１の両端電圧差が大きくなる。これにより、過渡的にコンデンサ５８を介して抵抗器５９の両端電圧が上昇する。この電圧を電圧比較器５３によって、抵抗５０５、５０６で設定された値ｃと比較監視することにより地絡を検出する。電圧比較器５３の入力極性が図２の場合、地絡検出時の出力はハイレベルになる。
第２のモードは、図３に示すように、スイッチング半導体素子４６、抵抗器５２、ダイオード２２を流れる経路である。抵抗器５２に流れる過大な地絡電流により抵抗器５２の両端電圧が上昇する。この電圧を電圧比較器５４によって、抵抗５０３、５０４で設定された値ｂと比較監視することにより地絡を検出する。電圧比較器５４の入力極性が図３の場合、地絡検出時の出力はハイレベルになる。

以上述べたように、本発明の実施例に係る半導体電力変換装置の地絡検出回路は、直流母線プラス側の電圧変動を、コンデンサ５８を介して直流母線マイナス側から見た電圧変動へ変換し、検出するようにしているので、電源の部品点数および高速フォトカプラを削減でき、小形化、低コスト化を実現することができる。このように、地絡検出回路を小形かつ安価に構成することによって、半導体電力変換装置も小形かつ安価に構成することができるのである。

小形化および低コスト化が要求される半導体電力変換装置に広く適用可能である。

本発明の実施例を示す半導体電力変換装置の地絡検出回路の構成図 本発明の第１動作モードの説明図 本発明の第２動作モードの説明図 第１の従来技術を示す半導体電力変換装置の地絡検出回路の構成図

符号の説明

１ 交流電源
２ 整流回路（コンバータ回路）
２１、２２ ダイオード
３ 平滑回路（平滑コンデンサ）
４ 逆変換回路（インバータ回路）
４１、４２、４３、４４ フリーホイールダイオード
４５、４６、４７、４８ 半導体スイッチング素子
５ 地絡検出回路
５０ 過電流検出部
５１、５２、５９、５０１、５０２、５０３、５０４、５０５、５０６ 抵抗器
５３、５４ 電圧比較器
５５、５６ 電源回路
５７ 高速フォトカプラ
５８ コンデンサ
６ 半導体電力変換装置
７ 負荷装置
８ 出力線

Claims (1)

1. 交流電源を整流して直流電圧に変換する整流回路（２）と、
   前記整流回路（２）の直流出力と並列接続された平滑回路（３）と、
   平滑された前記直流電圧を任意の周波数の電圧に変換する逆変換回路（４）と、を備えた半導体電力変換装置（６）に設けられ、
   前記平滑回路（３）と前記逆変換回路（４）の間のプラス側直流母線上に直列接続された第１の抵抗器（５１）と、
   前記平滑回路（３）と前記逆変換回路（４）の間のマイナス側直流母線上に直列接続された第２の抵抗器（５２）と、
   前記抵抗器の電圧降下を設定値と比較する電圧比較器（５３、５４）とからなる過電流検出手段を備えた地絡検出回路において、
   一端が前記第１の抵抗器（５１）の前記逆変換回路（４）側に接続されたコンデンサ（５８）と、
   一端が前記第２の抵抗器（５２）の前記逆変換回路（４）側に接続され、他端が前記コンデンサ（５８）の他端と接続された第３の抵抗器（５９）と、を備え、
   前記過電流検出手段（５０）は、前記第２の抵抗器（５２）および前記第３の抵抗器（５９）の電圧降下を前記電圧比較器（５３、５４）で監視することにより、地絡における過電流を検出するものであることを特徴とする半導体電力変換装置の地絡検出回路。

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