TW201544820A - 逆變器電路之短路故障檢測裝置及方法 - Google Patents

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Abstract

一種短路故障檢測方法，適於三相多電平的逆變器電路，逆變器電路包含三個單相支路，其中各單相支路包括複數開關管，短路故障檢測方法包含：向各單相支路的開關管發送至少一檢測脈衝序列；根據檢測脈衝序列，判斷各單相支路中是否形成導通回路；以及當存在導通回路時，根據導通回路的路徑確定各單相支路之故障開關管位置。

Description

逆變器電路之短路故障檢測裝置及方法 【0001】
本發明是有關於一種逆變器技術，且特別是有關於一種逆變器電路之短路故障檢測裝置及方法。
 【0002】
逆變器由於廣泛應用於電力系統中，因此人們對其可維護性的要求也越來越高。以多電平逆變器為例，其在高壓、大功率場合的應用提供了很多便利，但隨著電平數增加，主電路所需的開關管數量成倍增加，電路結構和控制更加複雜，這使得電力電子設備的故障增多，系統的可靠性大大降低。
【0003】
目前容易出現的故障，包括開關管的開路或短路故障，以及線路錯接或線路斷開，驅動失效等故障，都會造成對器件及系統的損害。如果沒有有效的機制測試逆變器電路是否有短路的故障情形出現，逆變器電路在運作時勢必容易損壞，輕則造成工礦企業停産，重則造成嚴重的、災難性的事故。
【0004】
因此，如何設計一個新的逆變器電路之短路故障檢測裝置及方法 ，以解決上述的問題，乃為此一業界亟待解決的問題。
 【0005】
因此，本發明之一態樣是在提供一種短路故障檢測方法，適於多電平的逆變器電路，逆變器電路包含若干單相支路，其中每個單相支路包括複數開關管，短路故障檢測方法包含：向單相支路的開關管發送至少一檢測脈衝序列；根據檢測脈衝序列，判斷單相支路中是否形成導通回路；以及當存在導通回路時，根據導通回路的路徑確定該單相支路之故障開關管位置。
【0006】
本發明之另一態樣是在提供一種短路故障檢測裝置，適於多電平的逆變器電路，逆變器電路包含若干單相支路，其中每個單相支路包括複數開關管，短路故障檢測裝置包含：脈衝發送模組、回路判斷模組以及故障檢測模組。脈衝發送模組向單相支路的開關管發送至少一檢測脈衝序列。回路判斷模組根據檢測脈衝序列，判斷該單相支路中是否形成導通回路。故障檢測模組於存在該導通回路時，根據導通回路的路徑確定該單相支路的故障開關管位置。
【0007】
本發明之又一態樣是在提供一種三相三電平逆變器電路，包含：電容模組、三個單相支路以及故障檢測模組。電容模組包含藉由第一中點電性串聯之第一電容以及第二電容。每單相支路與該電容模組並聯，包含：第一二極體、第二二極體、第一開關管、第二開關管、第三開關管以及第四開關管。第一二極體及第二二極體藉由第二中點同向電性串聯於第三中點以及第四中點間，且第二中點電性連接於第一中點。第一開關管以及第二開關管藉由第三中點電性串聯。第三開關管以及第四開關管，藉由第四中點電性串聯，且第二開關管與第三開關管藉由第五中點電性串聯。故障檢測模組向第一開關管、第二開關管、第三開關管和第四開關管發送由“0”和“1”構成的檢測脈衝序列，根據檢測脈衝序列，判斷該單相支路中是否形成導通回路，當該單相支路存在該導通回路時，根據該導通回路的路徑確定該單相支路的故障開關管位置。
【0008】
應用本發明之優點在於藉由檢測脈衝序列檢測逆變器電路包含的單相支路是否形成導通回路，進一步在導通回路產生時，根據導通回路的路徑確定各單相支路的故障開關管位置，迅速地檢測出短路的開關管，而輕易地達到上述之目的。
 【0085】
1‧‧‧逆變器電路
12、14、16‧‧‧單相支路
121A‧‧‧絕緣柵雙極電晶體
122‧‧‧第二開關管
126‧‧‧第四開關管
600‧‧‧短路故障檢測方法
7‧‧‧逆變器電路
72、74、76‧‧‧單相支路
722‧‧‧第二開關管
10‧‧‧電容模組
120‧‧‧第一開關管
121B‧‧‧二極體
124‧‧‧第三開關管
18‧‧‧故障檢測模組
601-609‧‧‧步驟
70‧‧‧電容模組
720‧‧‧第一開關管
78‧‧‧故障檢測模組
【0009】
第1圖為本發明一實施例中，一種逆變器電路之電路圖；
第2A圖至第2C圖分別為本發明一實施例中，電容模組及單相支路的電路圖；
第3A圖至第3C圖分別為本發明一實施例中，電容模組及單相支路的電路圖；
第4A圖及第4B圖分別為本發明一實施例中，電容模組及單相支路的電路圖；
第5A圖及第5B圖分別為本發明一實施例中，電容模組及單相支路的電路圖；
第6圖為本發明一實施例中，一種逆變器電路短路測試方法之流程圖；以及
第7圖為本發明一實施例中，一種逆變器電路之電路圖。
 【0010】
請參照第1圖。第1圖為本發明一實施例中，一種逆變器電路1之電路圖。逆變器電路1包含電容模組10、單相支路12、14及16與故障檢測模組18。
【0011】
電容模組10包含藉由第一中點P1電性串聯之第一電容C1以及第二電容C2。於一實施例中，電容模組10透過母線（未繪示）連接至其他外部的電路，例如但不限於整流電路（未繪示）。
【0012】
單相支路12、14及16各與電容模組10並聯。於一實施例中，單相支路12、14及16可具有相同的結構。以下將以單相支路12為例進行更詳細的說明。單相支路12於不同實施例中，可為兩電平變換器、三電平變換器或五電平變換器。第1圖中所繪示的單相支路12係以三電平變換器為範例，其包含：第一二極體D1、第二二極體D2、第一開關管120、第二開關管122、第三開關管124以及第四開關管126。
【0013】
第一二極體D1及第二二極體D2藉由第二中點P2同向電性串聯於第三中點P3以及第四中點P4間。其中第二中點P2電性連接於第一中點P1。
【0014】
第一開關管120及第二開關管122藉由第三中點P3電性串聯。第三開關管124及第四開關管126藉由第四中點P4電性串聯，且第二開關管122與第三開關管124藉由第五中點P5電性串聯。
【0015】
於一實施例中，第一開關管120、第二開關管122、第三開關管124以及第四開關管126包含相同之結構。以第一開關管120為例，第一開關管120包含相電性並聯之絕緣柵雙極電晶體（Insulated Gate Bipolar Transistor；IGBT）121A及二極體121B。其中，絕緣柵雙極電晶體121A的開關可由其閘極上施加的電壓訊號控制。於其他實施例中，第一至第四開關120-126亦可能由其他結構實現，不為本實施例所限。
【0016】
故障檢測模組18用以傳送檢測脈衝序列至各單相支路12、14及16的第一至第四開關120-126。其中，檢測脈衝序列是由“ 0 ”的低態訊號和的“ 1 ”的高態訊號構成。於第1圖中，係範例性地繪示一組由故障檢測模組18傳送至單相支路12的檢測脈衝序列S1、S2、S3及S4，並分別對應於第一至第四開關120-126。
【0017】
以檢測脈衝序列S1-S4中的脈衝S1為例，當其為0時，將使對應的第一開關管120斷開，而當其為1時，將使對應的第一開關管120導通。在單相支路12的各開關均正常運作時，檢測脈衝序列S1-S4將不會使單相支路12產生任何的導通回路。
【0018】
因此，故障檢測模組18根據所發出的檢測脈衝序列S1-S4，判斷單相支路12中是否形成導通回路。當單相支路12存在導通回路時，故障檢測模組18根據導通回路的路徑確定單相支路的故障開關管位置。
【0019】
請參照第2A圖至第2C圖。第2A圖至第2C圖分別為本發明一實施例中，電容模組10及單相支路12的電路圖。
【0020】
第2A圖至第2C圖中，故障檢測模組18所傳送的檢測脈衝序列，目的是使第一開關管120、第二開關管122、第三開關管124以及第四開關管126在正常運作的狀況下，其中之一導通，並使其他三者斷開。
【0021】
舉例來說，於第2A圖中，所傳送的檢測脈衝序列S1-S4為“ 1000 ”。其中，接收高態（即為1）脈衝的第一開關管120是以實線繪示，而接收低態（即為0）脈衝的第二至第四開關122-126是以虛線繪示。
【0022】
當第二至第三開關122、124正常運作時，將由於檢測脈衝序列S2、S3的控制而斷開，且不論第四開關管126是否正常，單相支路12與電容模組10間均不會產生導通回路。然而，當單相支路12與電容模組10間形成導通回路LOOP1時，將表示第二及第三開關122、124因故障而產生短路的狀況。
【0023】
如第2A圖所示，導通回路LOOP1包括第一開關管120、第二開關管122、第三開關管124，並經由電容C1及第二二極體D2所形成。如單相支路12與電容模組10間產生導通回路LOOP1，則可判斷導通回路LOOP1上的第二及第三開關122、124產生短路，而非原先預定的斷開狀態。因此，藉由“ 1000 ”的檢測脈衝序列S1-S4，可測試第二及第三開關122、124是否產生短路。
【0024】
於第2B圖中，所傳送的檢測脈衝序列S1-S4為“ 0100 ”。其中，接收高態（即為1）脈衝的第二開關管122是以實線繪示，而接收低態（即為0）脈衝的第一開關管120及第三至第四開關124-126是以虛線繪示。
【0025】
當第一及第三開關120、124正常運作時，將由於檢測脈衝序列S1、S3的控制而斷開。然而，當單相支路12與電容模組10間將形成導通回路LOOP2時，將代表第一及第三開關120、124因故障而產生短路的狀況。
【0026】
於一實施例中，故障檢測模組18係藉由上述的檢測脈衝序列以及一硬體短路保護機制確定單相支路12存在導通回路。
【0027】
如第2B圖所示，導通回路LOOP2包括第一開關管120、第二開關管122、第三開關管124，並經由電容C1及第二二極體D2所形成。如單相支路12與電容模組10間產生導通回路LOOP2，則可判斷導通回路LOOP2上第一及第三開關120、124產生短路，而非原先預定的斷開狀態。因此，藉由“ 0100 ”的檢測脈衝序列S1-S4，可測試第一及第三開關120、124是否產生短路。
【0028】
然而需注意的是，在發出此檢測脈衝序列S1-S4而造成包括第二開關管122、第三開關管124及第四開關管126，並經由電容C2及第一二極體D1形成的導通回路時，係代表第三及第四開關124、126均產生短路的故障情形。
【0029】
並且，在發出此檢測脈衝序列S1-S4而造成包括第一至第四開關管120-126的導通回路產生時，則代表第一開關管120、第三開關管124和第四開關管126均出現短路故障。
【0030】
於第2C圖中，所傳送的檢測脈衝序列S1-S4為“ 0010 ”。其中，接收高態（即為1）脈衝的第三開關管124是以實線繪示，而接收低態（即為0）脈衝的第一、第二及第四開關120、122、126是以虛線繪示。
【0031】
當第二及第四開關122、126正常運作時，將由於脈衝S2、S4的控制而斷開，單相支路12與電容模組10間不會產生導通回路。然而，當單相支路12與電容模組10間形成導通回路LOOP3時，將表示第二及第四開關122、126因故障而產生短路的狀況。
【0032】
如第2C圖所示，導通回路LOOP3包括第二開關管122、第三開關管124及第四開關管126，並經由電容C2及第一二極體D1所形成。如單相支路12與電容模組10間產生導通回路LOOP3，則可判斷導通回路LOOP3上的第二及第四開關122、126產生短路，而非原先預定的斷開狀態。因此，藉由“ 0010 ”的一組檢測脈衝序列S1-S4，可測試第二及第四開關122、126是否產生短路。
【0033】
然而需注意的是，在發出此檢測脈衝序列S1-S4而造成包括第一開關管120、第二開關管122、第三開關管124，並經由電容C1及第二二極體D2的導通回路時，係代表第一及第二開關120、122均產生短路的故障情形。
【0034】
並且，在發出此檢測脈衝序列S1-S4而造成包括第一至第四開關管120-126的導通回路時，則第一開關管120、第二開關管122和第四開關管126均出現短路故障。
【0035】
而（0, 0, 0, 1）的檢測脈衝序列S1-S4由於功效與“ 1000 ”相當，因此於一實施例中，可不需再行傳送。
【0036】
請參照第3A圖至第3C圖。第3A圖至第3C圖分別為本發明一實施例中，電容模組10及單相支路12的電路圖。
【0037】
第3A圖至第3C圖中，故障檢測模組18所傳送的檢測脈衝序列，目的是使第一開關管120、第二開關管122、第三開關管124以及第四開關管126在正常運作的狀況下，其中之二導通，並使其他二者斷開。
【0038】
舉例來說，於第3A圖中，所傳送的檢測脈衝序列S1-S4為“ 1100 ”。其中，接收高態（即為1）脈衝的第一及第二開關120、122是以實線繪示，而接收低態（即為0）脈衝的第三及第四開關124、126是以虛線繪示。
【0039】
當與第一及第二開關120、122鄰接的第三開關管124正常運作時，將由於脈衝S3的控制而斷開，且不論第四開關管126是否正常，單相支路12與電容模組10間均不會產生導通回路。然而，當單相支路12與電容模組10間形成導通回路LOOP4時，將表示第三開關管124因故障而產生短路的狀況。
【0040】
如第3A圖所示，導通回路LOOP4包括第一開關管120、第二開關管122、第三開關管124，並經由電容C1及第二二極體D2所形成。如單相支路12與電容模組10間產生導通回路LOOP4，則可判斷導通回路LOOP4上的第三開關管124產生短路，而非原先預定的斷開狀態。因此，藉由“ 1100 ”的一組檢測脈衝序列S1-S4，可測試第三開關管124是否產生短路。
【0041】
於第3B圖中，所傳送的檢測脈衝序列S1-S4為“ 0011 ”。其中，接收高態（即為1）脈衝的第三及第四開關124、126是以實線繪示，而接收低態（即為0）脈衝的第一及第二開關120、122是以虛線繪示。
【0042】
當與第三及第四開關124、126鄰接的第二開關管122正常運作時，將由於檢測脈衝序列S2的控制而斷開，且不論第一開關管120是否正常，單相支路12與電容模組10間均不會產生導通的回路。然而，當單相支路12與電容模組10間形成導通回路LOOP5時，將表示第二開關管122因故障而產生短路的狀況。
【0043】
如第3B圖所示，導通回路LOOP5包括第二開關管122、第三開關管124及第四開關管126，並經由電容C2及第一二極體D1所形成。如單相支路12與電容模組10間產生導通回路LOOP5，則可判斷導通回路LOOP5上的第二開關管122產生短路，而非原先預定的斷開狀態。因此，藉由“ 0011 ”的一組檢測脈衝序列S1-S4，可測試第二開關管122是否產生短路。
【0044】
於第3C圖中，所傳送的檢測脈衝序列S1-S4為“ 0110 ”。其中，接收高態（即為1）脈衝的第二及第三開關122、124是以實線繪示，而接收低態（即為0）脈衝的第一及第四開關120、126是以虛線繪示。
【0045】
當與第二及第三開關122、124鄰接的第一及第四開關120、126均正常運作時，將由於檢測脈衝序列S1及S4的控制而斷開，不會產生導通回路。然而，當例如單相支路12與電容模組10間形成導通回路LOOP6時，將表示第一開關管120因故障而產生短路的狀況。
【0046】
如第3C圖所示，導通回路LOOP6包括第一開關管120、第二開關管122、第三開關管124，並經由電容C1及第二二極體D2所形成。如單相支路12與電容模組10間產生導通回路LOOP6，則可判斷導通回路LOOP6上的第一開關管120產生短路，而非原先預定的斷開狀態。因此，藉由“ 0110 ”的一組檢測脈衝序列S1-S4，可測試第一開關管120是否產生短路。
【0047】
然而需注意的是，在發出此檢測脈衝序列S1-S4而造成包括電容C2、第一二極體D1、第二開關管122、第三開關管124及第四開關管126的導通回路產生時，將表示第四開關管126產生短路的故障情形。
【0048】
另一方面，在發出此檢測脈衝序列S1-S4而造成包括第一至第四開關管120-126的導通回路產生，則表示第一開關管120和第四開關管126均出現短路故障。
【0049】
請參照第4A圖及第4B圖。第4A圖及第4B圖分別為本發明一實施例中，電容模組10及單相支路12的電路圖。
【0050】
第4A圖及第4B圖中，故障檢測模組18所傳送的檢測脈衝序列，目的是使第一開關管120、第二開關管122、第三開關管124以及第四開關管126在正常運作的狀況下，其中之三導通，並使剩下的一者斷開。
【0051】
故障檢測模組18需經由控制訊號線（未繪示）傳送檢測脈衝序列S1-S4至第一至第四開關120-126。如相鄰的第一及第二開關120、122間的控制訊號線有反接的狀況，亦可能造成短路的產生。
【0052】
舉例來說，於第4A圖中，所傳送的檢測脈衝序列S1-S4為“ 1011 ”。其中，接收高態（即為1）脈衝的第一、第三及第四開關120、124、126是以實線繪示，而接收低態（即為0）脈衝的第二開關管122是以虛線繪示。
【0053】
當第一及第二開關120、122的訊號線並未反接時，單相支路12與電容模組10間不會產生導通回路。然而，當單相支路12與電容模組10間形成導通回路LOOP7時，表示第一及第二開關120、122如第4A圖所示具有反接的狀況而造成短路。
【0054】
如第4A圖所示，導通回路LOOP7為由電容C2、第一二極體D1、第二開關管122、第三開關管124及第四開關管126所形成的回路。如單相支路12與電容模組10間產生導通回路LOOP7，則可判斷導通回路LOOP7上的第一與第二開關120、122有訊號線反接的狀況，才會由因訊號線反接而導通的第二開關122產生導通回路LOOP7。因此，藉由“ 1011 ”的一組檢測脈衝序列S1-S4，可測試第一與第二開關120、122是否因訊號線反接而產生短路。
【0055】
另一方面，如相鄰的第三及第四開關124、126間的控制訊號線有反接的狀況，亦可能造成短路的產生。
【0056】
舉例來說，於第4B圖中，所傳送的檢測脈衝序列S1-S4為“ 1101 ”。其中，接收高態（即為1）脈衝的第一、第二及第四開關120、122、126是以實線繪示，而接收低態（即為0）脈衝的第三開關管124是以虛線繪示。
【0057】
當第三及第四開關124、126的訊號線並未反接時，單相支路12與電容模組10間不會產生導通的回路。然而，當第三及第四開關124、126如第4B圖所示具有反接的狀況，將造成短路，而在單相支路12與電容模組10間形成導通回路LOOP8。
【0058】
如第4B圖所示，導通回路LOOP8為由電容C1、第一開關管120、第二開關管122、第三開關管124及第二二極體D2所形成的回路。如單相支路12與電容模組10間產生導通回路LOOP8，則可判斷導通回路LOOP8上的目標開關，亦即第三與第四開關124、126有訊號線反接的狀況，才會由因訊號線反接而導通的第三開關126產生導通回路LOOP8。因此，藉由“ 1101 ”的一組檢測脈衝序列S1-S4，可測試第三與第四開關124、126是否因訊號線反接而產生短路。
【0059】
請參照第5A圖及第5B圖。第5A圖及第5B圖分別為本發明一實施例中，電容模組10及單相支路12的電路圖。
【0060】
上述的檢測脈衝序列亦可用以測試第一及第二開關120、122間，或第三及第四開關124、126間是否有實體反接的狀況。
【0061】
舉例來說，於第5A圖中，所傳送的檢測脈衝序列S1-S4為“ 1011 ”。其中，接收高態（即為1）脈衝的第一、第三及第四開關120、124、126是以實線繪示，而接收低態（即為0）脈衝的第二開關管122是以虛線繪示。
【0062】
當第一及第二開關120、122並未反接時，單相支路12與電容模組10間不會產生導通回路。然而，當單相支路12與電容模組10間形成導通回路LOOP9時，將表示第一及第二開關120、122如第5A圖所示具有反接的狀況。
【0063】
如第5A圖所示，導通回路LOOP9包括第二開關管122、第三開關管124及第四開關管126，並經由電容C2及第一二極體D1所形成。如單相支路12與電容模組10間產生導通回路LOOP9，則可判斷導通回路LOOP9上的第一與第二開關120、122有實體反接的狀況，才會由實體反接並導通的第一開關120產生導通回路LOOP9。因此，藉由“ 1011 ”的一組檢測脈衝序列S1-S4，可測試第一與第二開關120、122是否因實體反接而產生短路。
【0064】
另一方面，如相鄰的第三及第四開關124、126間有實體反接的狀況，亦可能造成短路的產生。
【0065】
舉例來說，於第5B圖中，所傳送的檢測脈衝序列S1-S4為“ 1101 ”。其中，接收高態（即為1）脈衝的第一、第二及第四開關120、122、126是以實線繪示，而接收低態（即為0）脈衝的第三開關管124是以虛線繪示。
【0066】
當與第三及第四開關124、126並未反接時，單相支路12與電容模組10間不會產生導通回路。然而，當單相支路12與電容模組10間形成導通回路LOOP10時，將表示第三及第四開關124、126如第5B圖所示具有反接的狀況，將造成短路。
【0067】
如第5B圖所示，導通回路LOOP10包括第一開關管120、第二開關管122、第三開關管124，並經由電容C1及第二二極體D2所形成。如單相支路12與電容模組10間產生導通回路LOOP10，則可判斷導通回路LOOP10上的第三與第四開關124、126有實體反接的狀況，才會由實體反接並導通的第四開關管126產生導通回路LOOP10。因此，藉由“ 1101 ”的一組檢測脈衝序列S1-S4，可測試第三與第四開關124、126是否因實體反接而產生短路。
【0068】
於一實施例中，故障檢測模組18向各單相支路12、14及16的開關管依照預設次序發送多組檢測脈衝序列，從而循環檢測該等開關管是否發生短路故障。並且，於一實施例中，多組檢測脈衝序列的發送次序遵循單相支路中的開關管的開通數量由少到多的原則。舉例來說，故障檢測模組18可依據傳送六組檢測脈衝序列S1-S4：“ 1000 ”、“ 0100 ”、“ 0010 ”、“ 1100 ”、“ 0011 ”、“ 0110 ”、“ 1011 ”及“ 1101 ”至第一至第四開關120-126，以有效率地判斷是否具有短路的狀況。
【0069】
於一實施例中，逆變器電路1對應三相交流電包含三個單相支路，如第1圖所繪示的單相支路12、14及16。故障檢測模組18可依序分別傳送上述的檢測脈衝序列S1-S4至各單相支路12、14及16進行測試。
【0070】
於一實施例中，上述的短路測試，可在電容模組10連接的母線上的母線電壓充電到一預定值時開始進行。於不同實施例中，短路測試可在逆變器電路1開機時進行，亦或在運行中進行。而在短路測試中發現第一至第四開關120-126有短路或是反接的情形時，故障檢測模組18可進行短路保護處理，例如但不限於停止傳送控制第一至第四開關120-126運作的脈衝訊號以關閉整個逆變器電路1。並且，故障檢測模組18亦可根據測試結果，產生故障結果整合分析。
【0071】
請參照第6圖。第6圖為本發明一實施例中，一種短路故障檢測方法600之流程圖。短路故障檢測方法600可應用於如第1圖所示的逆變器電路1。短路故障檢測方法600包含下列步驟（應瞭解到，在本實施方式中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行）。
【0072】
於步驟601，短路測試流程開始。
【0073】
於步驟602，使母線電壓充電到預定值。
【0074】
於步驟603，向每單相支路12、14及16的開關管發送至少一檢測脈衝序列。
【0075】
於步驟604，根據檢測脈衝序列，判斷各單相支路12、14及16中是否形成導通回路。
【0076】
當形成導通回路時，流程係於步驟605由故障檢測模組18進行短路保護處理，並根據導通回路的路徑確定各單相支路12、14及16之故障開關管位置。
【0077】
當並未有短路故障的情形時，流程於步驟606傳送檢測脈衝序列以測試第一及第二開關120、122間和第三及第四開關124、126間是否具有反接的情形。
【0078】
於步驟607，根據檢測脈衝序列，判斷各單相支路12、14及16中是否形成導通回路。
【0079】
當形成導通回路時，流程係於步驟605由故障檢測模組18進行短路保護處理，並根據導通回路的路徑確定各單相支路12、14及16之故障開關管位置。
【0080】
當未形成導通回路，或是步驟605故障檢測模組18完成短路保護處理及位置之確定後，於步驟608，故障檢測模組18將進行故障結果整合分析，並於步驟609結束短路測試流程。
【0081】
請參照第7圖。第7圖為本發明一實施例中，一種逆變器電路7之電路圖。逆變器電路7包含電容模組70、單相支路72、74及76與故障檢測模組78。
【0082】
逆變器電路7如同第1圖所繪示的逆變器電路1，為三相的逆變器電路，包含與電容模組70並聯的三個單相支路72、74及76。但與第1圖不同的是，逆變器電路7的單相支路72、74及76分別為兩電平變換器。於一實施例中，單相支路72、74及76可具有相同的結構。以下將以單相支路72為例進行更詳細的說明。單相支路72包含串接的第一開關管720和第二開關管722。
【0083】
類似第1圖的逆變器電路1，逆變器電路7可藉由故障檢測模組78向單相支路72中的第一開關管720和第二開關管722發送檢測脈衝序列S1-S2。舉例來說，故障檢測模組78可發送為“ 01 ”的檢測脈衝序列S1-S2，並判斷單相支路72是否產生導通回路。當導通回路存在時，故障檢測模組78將可根據該檢測脈衝序列“ 01 ”中的“0”所對應的開關管確定單相支路72的短路故障位置。
【0084】
雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧逆變器電路
12、14、16‧‧‧單相支路
121A‧‧‧絕緣柵雙極電晶體
122‧‧‧第二開關管
126‧‧‧第四開關管
10‧‧‧電容模組
120‧‧‧第一開關管
121B‧‧‧二極體
124‧‧‧第三開關管
18‧‧‧故障檢測模組

Claims (26)

  1. 【第1項】
    一種短路故障檢測方法，適於多電平的逆變器電路，該逆變器電路包含若干單相支路，其中每個單相支路包括複數開關管，該短路故障檢測方法包含：
    向該單相支路的該等開關管發送至少一檢測脈衝序列；
    根據該檢測脈衝序列，判斷該單相支路中是否形成一導通回路；以及
    當存在該導通回路時，根據該導通回路的路徑確定該單相支路之故障開關管位置。
  2. 【第2項】
    如請求項1所述之短路故障檢測方法，其中，該逆變器電路為兩電平變換器、三電平變換器或五電平變換器。
  3. 【第3項】
    如請求項2所述之短路故障檢測方法，其中，該逆變器電路為三相兩電平變換器，包括一電容與各該等單相支路並聯連接，各該等單相支路包括串接的一第一開關管和一第二開關管，該短路故障檢測方法包括：
    向該單相支路中的第一開關管和第二開關管發送檢測脈衝序列“01”；
    當該單相支路存在該導通回路時，根據該檢測脈衝序列“01”中的“0”所對應的開關管確定該單相支路的短路故障位置。
  4. 【第4項】
    如請求項2所述之短路故障檢測方法，其中，該逆變器電路為三相三電平變換器，包含：一電容模組，包含藉由一第一中點電性串聯之一第一電容以及一第二電容，該電容模組與各該等單相支路並聯；各該等單相支路包含：一第一二極體以及一第二二極體，藉由一第二中點同向電性串聯於一第三中點以及一第四中點間，且該第二中點電性連接於該第一中點；一第一開關管以及一第二開關管，藉由該第三中點電性串聯；一第三開關管以及一第四開關管，藉由該第四中點電性串聯，且該第二開關管與該第三開關管藉由一第五中點電性串聯，該短路故障檢測方法包括：
    向該第一開關管、第二開關管、第三開關管和第四開關管發送由“0”和“1”構成的該檢測脈衝序列；
    當該單相支路存在該導通回路時，根據該導通回路的路徑確定該導通回路中之一開關管位置和數量；
    將該導通回路中之至少一該等開關管與該檢測脈衝序列進行匹配；以及
    將匹配結果對應為該檢測脈衝序列中的“0”的至少一該等開關管確定為短路故障。
  5. 【第5項】
    如請求項4所述之短路故障檢測方法，其中，該檢測脈衝序列為“0100”且存在該導通回路時，該單相支路的短路故障為下列任一情形：
    若該導通回路包括該第二開關管、該第三開關管和該第四開關管，則該第三開關管和該第四開關管出現短路故障；
    若該導通回路包括該第一開關管、該第二開關管和該第三開關管，則該第一開關管和該第三開關管出現短路故障；
    若該導通回路包括該第一開關管、該第二開關管、該第三開關管和該第四開關管，則該第一開關管、該第三開關管和該第四開關管均出現短路故障。
  6. 【第6項】
    如請求項4所述之短路故障檢測方法，其中，該檢測脈衝序列為“0010”且存在該導通回路時，該單相支路的短路故障為下列任一情形：
    若該導通回路包括該第一開關管、該第二開關管和該第三開關管，則該第一開關管和該第二開關管出現短路故障；
    若該導通回路包括該第二開關管、該第三開關管和該第四開關管，則該第二開關管和該第四開關管出現短路故障；
    若該導通回路包括該第一開關管、該第二開關管、該第三開關管和該第四開關管，則該第一開關管、該第二開關管和該第四開關管均出現短路故障。
  7. 【第7項】
    如請求項4所述之短路故障檢測方法，其中，該檢測脈衝序列為“0110”且存在該導通回路時，該單相支路的短路故障為下列任一情形：
    若該導通回路包括該第一開關管、該第二開關管和該第三開關管，則該第一開關管出現短路故障；
    若該導通回路包括該第二開關管、該第三開關管和該第四開關管，則該第四開關管出現短路故障；
    若該導通回路包括該第一開關管、該第二開關管、該第三開關管和該第四開關管，則該第一開關管和該第四開關管均出現短路故障。
  8. 【第8項】
    如請求項4所述之短路故障檢測方法，其中，該檢測脈衝序列為“1100”且存在該導通迴路時，該第三開關管出現短路故障。
  9. 【第9項】
    如請求項4所述之短路故障檢測方法，其中，該檢測脈衝序列為“0011”且存在該導通迴路時，該第二開關管出現短路故障。
  10. 【第10項】
    如請求項4所述之短路故障檢測方法，其中，該短路故障檢測方法包括：向各該等單相支路的該等開關管依照預設次序發送多組檢測脈衝序列，從而循環檢測該等開關管是否發生短路故障。
  11. 【第11項】
    如請求項10所述之短路故障檢測方法，其中，該多組檢測脈衝序列的發送次序遵循該單相支路中的開關管的開通數量由少到多的原則。
  12. 【第12項】
    如請求項4所述之短路故障檢測方法，其中該檢測脈衝序列為一光纖接反檢測脈衝，且其中：
    當該檢測脈衝序列為“1011”且存在該導通回路時，該第一開關管與該第二開關管存在光纖反接情形；
    當該檢測脈衝序列為“1101”且存在該導通回路時，該第三開關管與該第四開關管存在光纖反接情形。
  13. 【第13項】
    如請求項1所述之短路故障檢測方法，其中該短路故障檢測方法還包括：
    根據該檢測脈衝序列和一硬體短路保護機制，確定該單相支路存在該導通回路。
  14. 【第14項】
    一種短路故障檢測裝置，適於多電平的逆變器電路，該逆變器電路包含若干單相支路，其中各該等單相支路包括複數開關管，該短路故障檢測裝置包含：
    一脈衝發送模組，用以向該單相支路的該等開關管發送至少一檢測脈衝序列；
    一回路判斷模組，用以根據該檢測脈衝序列，判斷該單相支路中是否形成一導通回路；以及
    一故障檢測模組，用以於存在該導通回路時，根據該導通回路的路徑確定該單相支路的故障開關管位置。
  15. 【第15項】
    如請求項14所述之短路故障檢測裝置，其中該逆變器電路為兩電平變換器、三電平變換器或五電平變換器。
  16. 【第16項】
    如請求項15所述之短路故障檢測裝置，其中，該逆變器電路為三相兩電平變換器，包括一電容與各該等單相支路並聯連接，各該等單相支路包括串接的一第一開關管和一第二開關管，該脈衝發送模組向各該等單相支路中的第一開關管和第二開關管發送檢測脈衝序列“01”，當存在該導通回路時，該故障檢測模組根據該檢測脈衝序列“01”中的“0”所對應的開關管確定該單相支路的短路故障位置。
  17. 【第17項】
    如請求項15所述之短路故障檢測裝置，其中，該逆變器電路為三相三電平變換器，包含：一電容模組，包含藉由一第一中點電性串聯之一第一電容以及一第二電容，該電容模組與各該等單相支路並聯；各該等單相支路包含：一第一二極體以及一第二二極體，藉由一第二中點同向電性串聯於一第三中點以及一第四中點間，且該第二中點電性連接於該第一中點；一第一開關管以及一第二開關管，藉由該第三中點電性串聯；一第三開關管以及一第四開關管，藉由該第四中點電性串聯，且該第二開關管與該第三開關管藉由一第五中點電性串聯，
    該脈衝發送模組向該第一開關管、第二開關管、第三開關管和第四開關管發送由“0”和“1”構成的該檢測脈衝序列， 當該單相支路存在該導通回路時，該故障檢測模組根據該導通回路的路徑確定該導通回路中的開關管位置和數量，將該導通回路中的開關管與該檢測脈衝序列進行匹配，並將將匹配結果對應為該檢測脈衝序列中的“0”的開關管確定為短路故障。
  18. 【第18項】
    如請求項14所述之短路故障檢測裝置，其中，該回路判斷模組根據該檢測脈衝序列和一硬體短路保護機制，確定該單相支路存在該導通回路。
  19. 【第19項】
    一種三相三電平逆變器電路，包含：
    一電容模組，包含藉由一第一中點電性串聯之一第一電容以及一第二電容；
    三個單相支路，各該等單相支路與該電容模組並聯，包含：
    一第一二極體以及一第二二極體，藉由一第二中點同向電性串聯於一第三中點以及一第四中點間，且該第二中點電性連接於該第一中點；
    一第一開關管以及一第二開關管，藉由該第三中點電性串聯；以及
    一第三開關管以及一第四開關管，藉由該第四中點電性串聯，且該第二開關管與該第三開關管藉由一第五中點電性串聯；以及
    一故障檢測模組，用以向該單相支路中的該第一開關管、該第二開關管、該第三開關管和該第四開關管發送由“0”和“1”構成的檢測脈衝序列，根據該檢測脈衝序列，判斷該單相支路中是否形成一導通回路，當該單相支路存在該導通回路時，根據該導通回路的路徑確定該單相支路的故障開關管位置。
  20. 【第20項】
    如請求項19所述之三相三電平逆變器電路，其中，該故障檢測模組根據該導通回路的路徑確定該導通回路中的開關管位置和數量，將該導通回路中的開關管與該檢測脈衝序列進行匹配，將匹配結果對應為該檢測脈衝序列中的“0”的開關管確定為短路故障。
  21. 【第21項】
    如請求項19所述之三相三電平逆變器電路，其中，該檢測脈衝序列為“0100”且存在該導通回路時，該單相支路的短路故障為下列任一情形：
    若該導通回路包括該第二開關管、該第三開關管和該第四開關管，則該第三開關管和該第四開關管出現短路故障；
    若該導通回路包括該第一開關管、該第二開關管和該第三開關管，則該第一開關管和該第三開關管出現短路故障；
    若該導通回路包括該第一開關管、該第二開關管、該第三開關管和該第四開關管，則該第一開關管、該第三開關管和該第四開關管均出現短路故障。
  22. 【第22項】
    如請求項19所述之三相三電平逆變器電路，其中，該檢測脈衝序列為“0010”且存在該導通回路時，該單相支路的短路故障為下列任一情形：
    若該導通回路包括該第一開關管、該第二開關管和該第三開關管，則該第一開關管和該第二開關管出現短路故障；
    若該導通回路包括該第二開關管、該第三開關管和該第四開關管，則該第二開關管和該第四開關管出現短路故障；
    若該導通回路包括該第一開關管、該第二開關管、該第三開關管和該第四開關管，則該第一開關管、該第二開關管和該第四開關管均出現短路故障。
  23. 【第23項】
    如請求項19所述之三相三電平逆變器電路，其中，該檢測脈衝序列為“0110”且存在該導通回路時，該單相支路的短路故障為下列任一情形：
    若該導通回路包括該第一開關管、該第二開關管和該第三開關管，則該第一開關管出現短路故障；
    若該導通回路包括該第二開關管、該第三開關管和該第四開關管，則該第四開關管出現短路故障；
    若該導通回路包括該第一開關管、該第二開關管、該第三開關管和該第四開關管，則該第一開關管和該第四開關管均出現短路故障。
  24. 【第24項】
    如請求項19所述之三相三電平逆變器電路，其中，該故障檢測模組向該單相支路的該等開關管依照預設次序發送多組檢測脈衝序列，從而循環檢測該等開關管是否發生短路故障。
  25. 【第25項】
    如請求項19所述之三相三電平逆變器電路，其中，該多組檢測脈衝序列的發送次序遵循該單相支路中的開關管的開通數量由少到多的原則。
  26. 【第26項】
    如請求項19所述之三相三電平逆變器電路，其中，該檢測脈衝序列為一光纖接反檢測脈衝，
    當該檢測脈衝序列為“1011”且存在該導通回路時，該第一開關管與該第二開關管存在光纖反接情形；
    當該檢測脈衝序列為“1101”且存在該導通回路時，該第三開關管與該第四開關管存在光纖反接情形。
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