TWI798906B - 電力轉換裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明之電力轉換裝置之目的在於提高馬達驅動用電力轉換裝置之可靠性，其具備：整流部，其將交流電壓整流並輸出直流電壓；平滑電容器，其將直流電壓平滑化；反相器部，其輸入直流電壓且輸出交流電力；反相器驅動部，其將閘極信號輸出至反相器部；再生制動部，其並聯連接於平滑電容器；再生制動驅動部，其將閘極信號輸出至再生制動部；控制部，其將驅動信號輸出至反相器驅動部與再生制動驅動部；再生制動過電流檢測部，其於流過再生制動部之電流超過判定值之情形時，輸出過電流檢測信號；及鎖存部，其輸入自再生制動過電流檢測部輸出之過電流檢測信號，對控制部輸出閘極輸出切斷信號；且該電力轉換裝置構成為，當再生制動過電流檢測部檢測出過電流之情形時，反相器部與再生制動部之開關元件在斷開狀態下停止。

Description

電力轉換裝置
本發明係關於一種對馬達供給交流電力之電力轉換裝置。
馬達驅動用之電力轉換裝置一般由將交流電壓轉換為直流電壓之整流部、將直流電壓平滑化之平滑電容器、將直流電壓進行逆轉換之反相器部構成。反相器部係於動力動作時，將直流電壓轉換為用於馬達驅動之交流電力並供給至馬達，於再生動作時，將由馬達再生之交流電力轉換為直流電力並供給至平滑電容器。因此，於馬達之再生動作時，因經由反相器電路對平滑電容器充電再生能量，故直流電壓上升。
為了防止於馬達之再生動作時直流電壓超過平滑電容器之耐壓，一般已知有如下之方法：對平滑電容器並聯地配置由制動電阻與開關元件之直列體構成之再生制動部，於直流電壓超過特定電壓之情形時，驅動再生制動部之開關元件，由制動電阻消耗再生能量。因制動電阻之電阻值或額定電力、開關元件之容許電流依存於消耗之再生能量之量，故必須根據機器選定適當者。
此處，將電阻值低於本來需要之值者連接於制動電阻之情形，或使制動電阻之兩端錯誤短路之情形時，大於設想之電流流過開關元件，有開關元件損壞之虞。又，將額定電力低於本來需要之值者連接於制動電阻之情形時，有制動電阻燒損之虞。因此，期望馬達驅動用之電力轉換裝置於再生制動部具備過電流保護電路以提高可靠性。
作為本技術領域之先前技術文獻有專利文獻1。於專利文獻1中記載有具備保護機構之電力轉換裝置，所述保護機構於制動電阻及開關元件串聯設置電流切斷機構，於檢測出過電流時，切斷流動於制動電阻之電流。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2002-315352號公報
[發明所欲解決之問題]
於專利文獻1中，將附熱動繼電器之接觸器串聯連接於制動電阻，藉由過電流觸發熱動繼電器時，接觸器成為斷開狀態，防止制動阻抗之燒損。然而，未提及制動阻抗於檢測出過電流時之反相器部之動作，於觸發熱動繼電器時，存在未實現本來之目的即抑制直流電壓上升之問題。 [解決問題之技術方法]
本發明舉其之一例，為一種電力轉換裝置，其具備：整流部，其將交流電壓整流並輸出直流電壓；平滑電容器，其將直流電壓平滑化；反相器部，其輸入直流電壓輸出交流電力；反相器驅動部，其將閘極信號輸出至反相器部；再生制動部，其並聯連接於平滑電容器；再生制動驅動部，其將閘極信號輸出至再生制動部；控制部，其將驅動信號輸出至反相器驅動部與再生制動驅動部；再生制動過電流檢測部，其於流過再生制動部之電流超過判定值之情形時，輸出過電流檢測信號；及鎖存部，其輸入自再生制動過電流檢測部輸出之過電流檢測信號，對控制部輸出閘極輸出切斷信號；且該電力轉換裝置構成為，當再生制動過電流檢測部檢測出過電流之情形時，反相器部與再生制動部之開關元件在斷開狀態下停止。 [發明之效果]
根據本發明，可提供一種能防止制動電阻及再生制動部之開關元件之破壞，且抑制直流電壓之上升的電力轉換裝置。
以下對於本發明之實施例，使用圖式進行說明。 [實施例1]
圖1係實施例之電力轉換裝置1之構成圖。於圖1中，電力轉換裝置1具備：整流部101，其輸入交流電壓輸出直流電壓；平滑電容器106，其將直流電壓平滑化；電壓檢測部102，其檢測整流部101輸出之直流電壓之值；再生制動部103，其於由電壓檢測部102檢測出之電壓值超過特定值之情形時，以抑制直流電壓上升之方式動作；再生制動驅動部212，其將閘極信號VGB輸出至再生制動部103；及再生制動過電流檢測部211，其於流過再生制動部103之電流超過判定值之情形時，輸出過電流檢測信號SCB。再者，電力轉換裝置1具備：反相器部104，其將直流電壓轉換為交流電力；反相器驅動部202，其將閘極信號VGI輸出至反相器部104；控制部231，其將驅動信號GB、GI輸出至再生制動驅動部212、反相器驅動部202；及鎖存部221，其於再生制動過電流檢測部211輸出過電流檢測信號SCB之情形時，將閘極輸出切斷信號GS輸出至再生制動驅動部212、反相器驅動部202、控制部231。
整流部101至少由6個二極體構成，將自輸入端子R、S、T輸入之交流電壓轉換為直流電壓，輸出至平滑電容器106之兩電極。藉由整流部101之二極體之整流作用，產生於節點P側之直流電壓配線為正電壓，於節點N側之直流電壓配線為負電壓之直流電壓。平滑電容器106於節點P與節點N中連接於直流電壓配線，將配線間之電壓平滑化。
反相器部104由開關元件1041～1046構成。於使馬達動力運行之情形時，將平滑電流器106之直流電壓轉換為交流電力並輸出至馬達，於使馬達再生運轉之情形時，開關元件1041～1046以將來自馬達之再生能量充電至平滑電容器之方式動作。另，圖1所示之開關元件作為代表例應用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：絕緣閘雙極電晶體)之電路記號，但亦可應用MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金屬氧化物半導體場效電晶體)等另外之功率半導體。
再生制動部103由開關元件1031、制動電阻105、二極體1032構成。再生制動部103於由電壓檢測部102檢測出之直流電壓值高於特定值時，驅動開關元件1031，由制動電阻105消耗能量，抑制直流電壓上升。因此制動電阻105使反相器部104之制動轉矩提高，於反相器部104高頻率地反復接通斷開、或使大負載慣性轉矩之馬達減速等時，於再生能量相對較大之條件下連接。
再生制動驅動部212由緩衝部214、閘極驅動部213構成，接收控制部231輸出之驅動信號GB，將閘極信號VGB輸出至再生制動部103。
又，反相器驅動部202亦同樣，由緩衝部204、閘極驅動部203構成，接收控制部231輸出之驅動信號GI，將閘極信號VGI輸出至反相器部104。
再生制動過電流檢測部211當因連接制動電阻105之電阻值低於指定值者，或因誤連接導致圖1所示之節點P-RB間短路等要因，流動於再生制動部103之電流超過判定值之情形時，將過電流檢測信號SCB輸出至鎖存部221。
鎖存部221由正反器等構成，再生制動過電流檢測部211檢測出過電流之情形時，將閘極輸出切斷信號GS輸出至緩衝部214、204之控制輸入端子。緩衝部214、204接收到閘極輸出切斷信號GS之情形時，不論自控制部231輸出之驅動信號GB、GI如何，皆使閘極信號VGB、VGI之輸出轉變為在將再生制動部103與反相器部104之開關元件斷開之狀態下停止。藉此，於過電流流過再生制動部103之情形時，實現閘極輸出切斷動作。
鎖存部221藉由自控制部231接收重設信號RST而解除停止，基於自控制部231輸出之驅動信號GB、GI，再生制動驅動部212、反相器驅動部202輸出閘極信號VGB、VGI，重啟再生制動部103與反相器部104之驅動。
控制部231接收到鎖存部221之閘極輸出切斷信號GS時，轉變為使再生制動部103與反相器部104之開關元件為斷開狀態停止對再生制動驅動部212、反相器驅動部202輸出驅動信號GB、GI。藉此，過電流流過再生制動部103之情形時，除了藉由上文所述之緩衝部214、204之閘極輸出切斷以外，還可構建雙重保護系統。
使用圖2說明本實施例之電力轉換裝置之動作例。圖2分別顯示驅動信號GB、GI、閘極信號VGB、VGI、過電流檢測信號SCB、閘極輸出切斷信號GS、重設信號RST，且顯示出時間方向上依階段(Stage)1、階段2、階段3推移之狀況。
圖2中，於階段1，自控制部231將驅動信號GB、GI輸出至再生制動驅動部212、反相器驅動部202，再生制動驅動部212、反相器驅動部202接收來自控制部231之驅動信號GB、GI，對再生制動部103、反相器部104輸出閘極信號VGB、VGI。
於再生制動部103之動作中，若再生制動過電流檢測部211檢測到過電流，則再生制動過電流檢測部211輸出過電流檢測信號SCB(SCB：L→H)移行至階段2。鎖存部221接收過電流檢測信號SCB之轉變，輸出閘極輸出切斷信號GS(GS：L→H)，並將該狀態鎖存。再生制動驅動部212、反相器驅動部202構成為於閘極輸出切斷信號GS為H狀態之期間，停止閘極信號VGB、VGI之輸出。又，控制部231構成為於閘極輸出切斷信號GS為H狀態之期間，停止驅動信號GB、GI之輸出。藉由停止再生制動部103之動作，切斷再生制動部103之電流，再生制動過電流檢測部211停止過電流檢測信號SCB之輸出(SCB：H→L)。
於確認再生制動部103無因過電流引起之故障等動作上問題之情形時，控制部231輸出重設信號RST(RST：L→H)，移行至階段3。鎖存部221接收重設信號RST之上升，解除閘極輸出切斷信號GS之鎖存(GS：H→L)，控制部231接收閘極輸出切斷信號GS之下降，將驅動信號GB、GI輸出至再生制動驅動部212、反相器驅動部202，再生制動驅動部212、反相器驅動部202重啟閘極信號VGB、VGI之輸出。
另，如圖2所示之信號係一例，邏輯不拘。例如，本實施例中，已就對重設信號RST輸入單擊脈衝，上升時解除鎖存部221之鎖存停止之動作進行記述，但亦可為下降時解除鎖存等圖示之方式以外之方法。
於圖3、圖4顯示本實施例之再生制動過電流檢測部211之具體例。圖3係如下之方式：於再生制動部103之開關元件1031之射極側配置電流檢測電阻2111，於電流檢測電阻2111之電壓(Vs)超過閾值電壓Vth之情形時，比較器輸出過電流檢測信號SCB。又，圖4係如下之方式：分別以圖示之方式將二極體2112連接於再生制動部103之開關元件1031之集極端子，將電阻2113連接於閘極端子，檢測再生制動部103之開關元件1031為接通狀態(VGB：H)下之射極-集極間電壓Vce，於Vce超過閾值電壓Vth之情形時，比較器輸出過電流檢測信號SCB。其等係一般使用之方式，前者之優點在於構成簡單，後者之優點在於電力損失較小。
於圖5、圖6顯示本實施例之緩衝部214之具體例。另，圖5、圖6所示之構成係一例，邏輯不拘，但參考本說明中上文所述之圖2所示之動作。圖5係將3狀態緩衝器配置於緩衝部214之方式，圖6係將AND閘極與NOT閘極以圖示之方式配置於緩衝部214之方式。任一方式中，於自鎖存部221輸出之閘極輸出切斷信號GS為H之狀態下，不論驅動信號GB如何，緩衝部214之輸出皆為L，將閘極驅動部213以於輸入為L狀態下且再生制動部103之開關元件為斷開狀態下停止之方式構成，藉此實現期望之動作。
如以上所述，於本實施例中，再生制動過電流檢測部211檢測出過電流之情形時，使再生制動部103與反相器部104之開關元件在斷開狀態下停止。藉此，於再生制動部103發生過電流之情形時，防止再生制動部103之開關元件破壞，且可切斷來自反相器部104之再生能量，抑制直流電壓上升。
另，於本實施例中，已就緩衝部214之閘極輸出切斷、停止自控制部231輸出驅動信號GB、GI等2種進行記述，但此乃設想如下之動作者：即使其中任一者因故障或誤動作等要因而未動作時，當再生制動過電流檢測部211檢測出過電流之情形時，亦確實地使再生制動部103與反相器部104之開關元件在斷開狀態下停止。因此，根據電力轉變裝置1之保護程度，亦可僅採用任一者。
又，若再生制動過電流檢測部211具備如圖3、圖4所示之構成，則連接部位不拘。例如，可將圖3、圖4所示之電路藉由外附之零件進行配線，亦可將內置有圖3、圖4所示之功能之一部分或全部之閘極驅動器應用於再生制動驅動部212。此處，於將內置有圖3、圖4所示之功能之一部分或全部之閘極驅動器應用於再生制動驅動部212之情形時，圖3、圖4所示之過電流檢測信號SCB有可能存在於閘極驅動器內部。該情形時，當再生制動過電流檢測部211檢測出過電流之情形時，藉由將自閘極驅動器輸出之錯誤信號等與過電流檢測同步之其他信號代替過電流檢測信號SCB，而實現與本實施例中所述之動作相同之動作。
又，過電流檢測信號SCB亦可為於再生制動過電流檢測部211檢測出過電流起經過特定時間後停止輸出之自恢復型。
又，只要為可實現當再生制動過電流檢測部211檢測出過電流之情形時、將再生制動部103與反相器104之開關元件在斷開狀態下停止之動作的構成，則緩衝部214、204之連接部位不拘。作為一例，亦可將內置緩衝部214之功能、當自外部向啟用端子等之控制端子輸入控制信號時切斷閘極輸出之閘極驅動器應用於再生制動驅動部212與反相器驅動部202，將來自鎖存部221之控制信號輸入至閘極驅動器之控制端子。又，亦可將藉由輸出啟用信號等之功能而內置緩衝部214之功能、當將控制信號輸入至特定端子時停止輸出驅動信號的微型電腦應用於控制部231，將來自鎖存部221之控制信號輸入至控制部231之該端子。
如此，根據本實施例，於檢測出制動電阻之過電流之情形時，因再生制動部之開關元件與反相器部之開關元件分別在斷開狀態下停止，故可謀求防止制動電阻及再生制動部之開關元件破壞，且抑制直流電壓上升，可提高電力轉換裝置之可靠性。 [實施例2]
圖7係本實施例之電力轉換裝置2之構成圖。於圖7中，對與圖1相同之構成標註相同之符號，省略其說明。於圖7中，與圖1不同之點在於追加反相器過電流檢測部201，其於流過反相器部104之電流超過判定值之情形時，輸出過電流檢測信號SCI。又，鎖存部221當再生制動過電流檢測部211或反相器過電流檢測部201檢測出過電流之情形時，將閘極輸出切斷信號GS輸出至控制部231、再生制動控制部212、反相器驅動部202。
即，反相器過電流檢測部201於流過反相器部104之電流超過判定值之情形時，將過電流檢測信號SCI輸出至鎖存部221。又，與實施例1相同，再生制動過電流檢測部211於流過再生制動部103之電流超過判定值之情形時，將過電流檢測信號SCB輸出至鎖存部221。
鎖存部211自再生制動過電流檢測部211或反相器過電流檢測部201接收到過電流檢測信號SCB、SCI之情形時，將閘極輸出切斷信號GS輸出至緩衝部214、204之控制輸入端子。
於圖8顯示本實施例之鎖存部221、再生制動驅動部212、反相器驅動部202之具體例。另，如圖8所示之構成係一例，邏輯不拘。又，圖8之再生制動驅動部212、反相器驅動部202之緩衝部係作為代表例，設為圖5所示之緩衝部之構成。
於圖8中，鎖存部221由邏輯電路222、鎖存電路223構成。另，本實施例中，說明將邏輯電路222作為OR閘極時之動作。再生制動過電流檢測部211及反相器過電流檢測部201構成為通常時輸出L，過電流時輸出H，各過電流檢測部之輸出被輸入至邏輯電路222。因此，邏輯電路222於通常時輸出L，於再生制動過電流檢測部211或反相器過電流檢測部201輸出H之情形時，將H輸出至鎖存電路223。鎖存電路223於自邏輯電路222輸入H之情形時，將閘極輸出切斷信號GS輸出至再生制動驅動部212、反相器驅動部202、控制部231。又，鎖存電路223藉由自控制部231接收重設信號RST而解除鎖存，基於自控制部231輸出之驅動信號GB、GI，重啟再生制動部103、反相器部104之驅動。
又，於圖8中，反相器驅動部202由緩衝部204與閘極驅動部203構成，緩衝部204由6個與圖5所示之緩衝部214相同之構成之緩衝部構成，閘極驅動部203亦由6個與圖5所示之閘極驅動部213相同之構成之閘極驅動部構成。且，接收控制部231輸出之6個驅動信號GI，將6個閘極信號VGI輸出至反相器部104。
使用圖9，對本實施例之電力轉換裝置之再生制動過電流檢測部211檢測出過電流之情形時之動作進行說明。圖9分別顯示驅動信號GB、GI、閘極信號VBG、VGI、過電流檢測信號SCB、邏輯電路222之輸出信號(FO)、閘極輸出切斷信號GS、重設信號RST，且顯示出時間方向上依階段1、階段2、階段3推移之狀況。另，圖9所示之信號係一例，邏輯不拘。
圖9中，於階段1，自控制部231將驅動信號GB、GI輸出至再生制動驅動部212、反相器驅動部202，再生制動驅動部212、反相器驅動部202接收來自控制部231之驅動信號GB、GI，將閘極信號VGB、VGI輸出至再生制動部103、反相器部104。
若再生制動過電流檢測部211檢測出過電流，則再生制動過電流檢測部211輸出過電流檢測信號SCB(SCB：L→H)，移行至階段2。邏輯電路222接收過電流檢測信號SCB之上升，輸出H(FO：L→H)，鎖存部221接收邏輯電路222輸出信號之上升，輸出閘極輸出切斷信號GS(GS：L→H)，並將該狀態鎖存。再生制動驅動部212、反相器驅動部202構成為於閘極輸出切斷信號GS為H狀態之期間，停止閘極信號VGB、VGI之輸出。又，控制部231構成為於閘極輸出切斷信號GS為H狀態之期間，停止驅動信號GB、GI之輸出。藉由停止再生制動部103之動作，切斷再生制動部103之電流，再生制動過電流檢測部211停止過電流檢測信號SCB之輸出(SCB：H→L)。
確認再生制動部103無因過電流引起之故障等動作上問題之情形時，控制部231輸出重設信號RST(RST：L→H)，移行至階段3。鎖存電路223接收重設信號RST之上升，解除閘極輸出切斷信號GS之鎖存(GS：H→L)，控制部231接收閘極輸出切斷信號GS之下降，將驅動信號GB、GI輸出至再生制動部212、反相器驅動部202，再生制動驅動部212、反相器驅動部202重啟閘極信號VGB、VGI之輸出。
另，圖9中，已就再生制動過電流檢測部211檢測出過電流之情形時之動作進行記述，但於反相器過電流檢測部201檢測出過電流之情形時，變為將圖9之過電流檢測信號SCB置換成SCI之動作，與再生制動過電流檢測部211檢測出過電流之情形相同，再生制動部103、反相器部104之開關元件在斷開狀態下停止。
於圖10、圖11顯示本實施例之反相器過電流檢測部201之具體例。圖10係如下之方式：於反相器部104之低側開關元件1042、1044、1046之射極側配置電流檢測電阻2011、2012、2013，於電流檢測電阻之電壓(Vs)超過閾值電壓Vth之情形時，比較器輸出過電流檢測信號SCI。又，圖11係如下之方式：分別以圖示之方式將二極體2031～2036連接於反相器部104之開關元件1041～1046之集極端子，將電阻2021～2026連接於閘極端子，檢測反相器部104之開關元件1041～1046為接通狀態下射極-集極間電壓Vce，於Vce超過閾值電壓之情形時，比較器輸出過電流檢測信號SCI。其等係一般使用之方式，前者之優點在於構成簡單，後者之優點在於電力損失較小，且亦可檢測高側之過電流。
如以上所述，本實施例中，相對於實施例1追加反相器過電流檢測部201，除實施例1中所述之動作外，於反相器過電流檢測部201輸出過電流檢測信號SCI之情形時，停止再生制動部103與反相器部104之開關。由於因誤接線引起之過電流等意外事態不限於再生制動部103，於反相器部104中亦可能會發生，故根據與再生制動部103相同之理由，期望電力轉換裝置2於反相器部104亦設置過電流檢測部。藉由將本實施例中所述之鎖存部221以後之構成由再生制動部103與反相器部104共用，相對於實施例1，與以另外系統具備反相器部104之過電流保護系統之情形相比，零件數得以削減。
另，本實施例中，已說明作為邏輯電路222之具體例使用OR閘極，但邏輯電路222可根據過電流檢測部輸出之邏輯而適當變更。作為一例，將OR閘極設為AND閘極，再生制動過電流檢測部211及反相器過電流檢測部201通常時輸出H，於過電流時輸出L。藉此，AND閘極於通常時輸出H，於再生制動過電流檢測部211或反相器過電流檢測部201輸出L之情形時，對鎖存電路223輸出L。鎖存電路223於自AND閘極輸入L之情形時，將閘極輸出切斷信號GS輸出至再生制動驅動部212、反相器驅動部202、控制部231。藉此，與本實施例中所述之動作相同，於過電流流過再生制動部103或反相器部104之情形時，可實現閘極輸出切斷動作。
又，反相器過電流檢測部201只要具備圖10、圖11所示之構成，則連接部位不拘。例如，圖10、圖11所示之電路亦可藉由外附之零件進行配線，亦可將內置有圖10、圖11所示之功能之一部分或全部之閘極驅動器應用於反相器驅動部202。將內置有圖10、圖11所示之功能之一部分或全部之閘極驅動器應用於反相器驅動部202之情形時，圖10、圖11所示之過電流檢測信號SCI可能存在於閘極驅動器內部。該情形時，於反相器過電流檢測部201檢測出過電流之情形時，將自閘極驅動器輸出之錯誤信號等與過電流檢測同步之另外信號代替過電流檢測信號SCI，藉此實現與本實施例中所述之動作相同之動作。 [實施例3]
圖12係本實施例之電力轉換裝置3之構成圖。於圖12中，對與圖7相同之構成標註相同之符號，省略其說明。於圖12中，與圖7不同之點在於變更鎖存部221之構成，於鎖存部221內追加鎖存電路224，將鎖存電路223、224之輸出輸入至邏輯電路222。
於圖12中，反相器過電流檢測部201於流過反相器部104之電流超過判定值之情形時，將過電流檢測信號SCI輸出至鎖存電路224。鎖存電路224接收到過電流檢測信號SCI時，對邏輯電路222輸出閘極輸出切斷信號GSI。另一方面，再生制動過電流檢測部211於流過再生制動部103之電流超過判定值之情形時，將過電流檢測信號SCB輸出至鎖存電路223。鎖存電路223接收到過電流檢測信號SCB時，對邏輯電路222輸出閘極輸出切斷信號GSB。邏輯電路222於被輸入過電流檢測信號SCB或SCI時，將閘極輸出切斷信號GS輸出至再生制動驅動部212、反相器驅動部202、控制部231。
於圖13顯示本實施例之鎖存部221之具體例。另，圖13所示之構成係一例，邏輯不拘。
於圖13中，鎖存部221由邏輯電路222、鎖存電路223、224構成。另，本實施例中說明將邏輯電路222設為OR閘極之動作。再生制動過電流檢測部211及反相器過電流檢測部201構成為通常時輸出L，於過電流時輸出H，各過電流檢測部之輸出分別被輸入至鎖存電路223、224。鎖存電路223、224於自再生制動過電流檢測部211及反相器過電流檢測部201輸入H之情形時，將閘極輸出切斷信號GSB、GSI輸出至邏輯電路222。邏輯電路222於被輸入閘極輸出切斷信號GSB或GSI之情形時，將閘極輸出切斷信號GS輸出至再生制動驅動部212、反相器驅動部202、控制部231。鎖存電路223、224藉由自控制部231接收重設信號RST而解除鎖存，基於自控制部231輸出之驅動信號GB、GI，重啟反相器部104之驅動。
使用圖14，對本實施例之電力轉換裝置之再生過電流檢測部211檢測出過電流之情形時之動作進行說明。圖14分別顯示驅動信號GB、GI、閘極信號VGB、VGI、過電流檢測信號SCB、閘極輸出切斷信號GSB、GS、重設信號RST，且顯示出時間方向上依階段1、階段2、階段3推移之之狀況。另，圖14所示之信號係一例，邏輯不拘。
圖14中，於階段1，自控制部231將驅動信號GB、GI輸出至再生制動驅動部212、反相器驅動部202，再生制動驅動部212、反相器驅動部202接收來自控制部231之驅動信號GB、GI，對再生制動部103、反相器部104輸出閘極信號VGB、VGI。
若再生制動過電流檢測部211檢測出過電流，則再生制動驅動部211輸出過電流檢測信號SCB(SCB：L→H)，移行至階段2。鎖存電路223接收過電流檢測信號SCB之上升，輸出H(GSB：L→H)，並將該狀態鎖存。邏輯電路222接收過電流檢測信號SCB之上升，輸出H(GS：L→H)。再生制動驅動部212、反相器驅動部202構成為於閘極輸出切斷信號GS為H狀態期間，停止輸出閘極信號VGB、VGI。又，控制部231構成為於閘極輸出切斷信號GS為H狀態期間，停止輸出驅動信號GB、GI。藉由停止再生制動部103之動作且切斷再生制動部103之電流，再生制動過電流檢測部211停止輸出過電流檢測信號SCB(SCB：H→L)。
若確認再生制動部103無因過電流引起之故障等動作上的問題時，控制部231輸出重設信號RST(RST：L→H)，移行至階段3。鎖存電路223接收重設信號RST之上升，解除閘極輸出切斷信號GSB之鎖存(GSB：H→L)，邏輯電路222接收閘極輸出切斷信號GSB之下降，輸出L(GS：H→L)。控制部231接收閘極輸出切斷信號GSB之下降，將驅動信號GB、GI輸出至再生制動驅動部212、反相器驅動部202，再生制動驅動部212、反相器驅動部202重啟閘極信號VGB、VGI之輸出。
另，圖14中，已就再生制動過電流檢測部211檢測出過電流之情形之動作進行記述，但於反相器過電流檢測部201檢測出過電流之情形時，則為將圖14之過電流檢測信號SCB置換為SCI、將閘極輸出切斷信號GSB置換為GSI之動作，與再生制動過電流檢測部211檢測出過電流之情形同樣地，再生制動部103、反相器部104之開關元件在斷開狀態下停止。
如以上所述，於本實施例中，相對於實施例2追加鎖存電路224，將鎖存電路223、224之輸出輸入至邏輯電路222，自邏輯電路222向控制部231、再生制動驅動部212、反相器驅動部202輸出閘極輸出切斷信號GS。本實施例中所述之電力轉換裝置3係實施例2中所述之電力轉換裝置2之變化例，其任一者皆實現當檢測出過電流時將再生制動部103與反相器部104之開關元件在斷開狀態下停止之動作，故可鑑於安裝面積或零件成本等，視需要而適當變更。
此處，只要為圖12所示之構成，則鎖存電路224之連接部位不拘。例如，可藉由外附零件將鎖存電路224進行配線，亦可將內置有過電流保護時之鎖存功能之閘極驅動器應用於反相器驅動部202。於將內置有過電流保護時之鎖存功能之閘極驅動器應用於反相器驅動部202之情形時，圖12所示之閘極切斷信號SCI有可能存在於閘極驅動器內部。於該情形時，於反相器過電流檢測部201檢測出過電流之情形時，將自閘極驅動器輸出之錯誤信號等與過電流檢測同步之其他信號代替過電流檢測信號SCI，或自閘極驅動器直接輸出過電流檢測信號SCI，藉此實現與本實施例所述之動作相同之動作。 [實施例4] 圖15、圖16係本實施例之電力轉換裝置4之構成圖。於本實施例中，就圖1、圖7、圖12等所記述之電力轉換裝置之電力轉換部，敘述構成例。 如圖15所示，於本實施例之電力轉換裝置4中，整流部101、構成再生制動部103之開關元件1031及二極體1032、反相器部104乃配置於同一封裝之半導體模組107之內部。此種形態之半導體模組一般稱為PIM(Power Integrated Module：功率積體模組)。 又，圖16所示之構成與圖15不同，由半導體模組108構成整流部101，由半導體模組109構成反相器部104，由分立元件110、112構成：構成再生制動部103之開關元件1031、二極體1032。除圖15、圖16所示之構成以外，內置於半導體模組之電路之組合，亦存在例如將整流部101與反相器部104內置於同一封裝者等之各種組合。 以下，作為代表例，使用圖15對本實施例進行敘述。自交流電源輸入之交流電壓被輸入至半導體模組107之R端子、S端子、T端子，由配置於半導體模組107內部之整流部101整流為直流電壓。直流電壓之高電壓側自半導體模組107之P1端子輸出至半導體模組107外部，輸入至浪涌電流限制部111。浪涌電流限制部111乃防止於投入交流電源時等對平滑電容器106之充電電流過大。 自浪涌電流限制部111輸出之直流電壓輸入至半導體模組107之P2端子，藉由反相器部104之開關自U端子、V端子、W端子輸出交流電力。 如上文所述，制動電阻105根據反相器部104之制動轉矩或馬達之慣性轉矩而判斷是否需要連接。此處，於制動電阻105未連接，且開關元件1031斷開時，開關元件1031之集極端子(圖15之RB端子)以開關元件1031之斷開狀態之電阻值與節點N連接。開關元件1031之斷開狀態之電阻值為MΩ級高阻抗值，於該狀態下自交流電源將電力供給至馬達之情形時，會因反相器部104中產生之電磁雜訊，使得再生制動過電流檢測部211誤動作，而有輸出再生制動過電流檢測信號SCB之虞。 因此，將電流路徑1033配置於RB端子與節點N之間。藉由配置電流路徑1033之效果，即使開關元件1031為斷開狀態，自反相器部104產生之電磁雜訊亦藉由電流路徑1033而流至節點N，故RB端子之電位穩定，耐雜訊性提高。 於圖17顯示浪涌電流限制部111、電流路徑1033之一例。浪涌電流限制部111由繼電器1111與限流電阻1112構成。於投入交流電源時等，於浪涌電流限制部111之兩端產生電壓，於該條件下，繼電器1111斷開，電流流過限流電阻1112。若對平滑電容器106充電之直流電壓高於特定值，則繼電器1111接通。浪涌電流限制部111除此以外，亦可由閘流體等構成。 電流路徑1033沿陽極連接於開關元件1031之節點N、陰極連接於RB端子之方向配置二極體1034。藉由沿圖示之方向追加二極體1034，即使開關元件1031為斷開狀態，RB端子亦以二極體1034之陽極-陰極間之斷開電阻與NB端子或節點N連接，故與未連接電流路徑1033之情形相比，RB端子之電位穩定。 圖18中，與圖17不同，電流路徑1033將電阻1035配置於節點N與RB端子間。藉此，與圖17同樣地，即使開關元件1031為斷開狀態，因RB端子以電阻1035之電阻值與節點N連接，故與未連接電流路徑1033之情形相比，RB端子之電位穩定。 圖19與圖15不同，將電流路徑1033配置於節點P與RB端子之間，藉由使自反相器部104產生之電磁雜訊流至節點P，提高再生制動過電流檢測部211之耐雜訊性。電流路徑1033與實施例4同樣地，可由二極體或電阻構成。 電流路徑1033之電阻值越低則耐雜訊性越高，另一方面，損耗增加。為了具有最低限度之耐雜訊性，以避免自反相器部104產生之電磁雜訊流至開關元件1031，期望以電流路徑1033之電阻值低於開關元件1031之斷開狀態之電阻值之方式加以選定。
雖已說明以上實施例，但上述之實施例係為了便於理解地說明本發明而詳細說明者，未必限定於具備說明之所有構成者。又，可將某實施例之構成之一部分置換成其他實施例之構成，又，可對某實施例之構成添加其他實施例之構成。又，關於各實施例之構成之一部分，可進行其他構成之追加、刪除、置換。
1:電力轉換裝置 2:電力轉換裝置 3:電力轉換裝置 4:電力轉換裝置 101:整流部 102:電壓檢測部 103:再生制動部 104:反相器部 105:制動電阻 106:平滑電容器 107～109:半導體模組 110:分立元件 111:浪涌電流限制部 112:分立元件 201:反相器過電流檢測部 202:反相器驅動部 203:閘極驅動部 204:緩衝部 211:再生制動過電流檢測部 212:再生制動驅動部 213:閘極驅動部 214:緩衝部 221:鎖存部 222:邏輯電路 223:鎖存電路 224:鎖存電路 231:控制部 1031:開關元件 1032:二極體 1033:電流路徑 1034:二極體 1035:電阻 1041～1046:開關元件 1111:繼電器 1112:限流電阻 2011～2013:電流檢測電阻 2111:電流檢測電阻 2112:二極體 2113:電阻 2021～2026:電阻 2031～2026:二極體 FO:輸出信號 GB:驅動信號 GI:驅動信號 GS:閘極輸出切斷信號 GSB:閘極輸出切斷信號 GSI:閘極輸出切斷信號 N:節點 P:節點 R:輸入端子 RB:節點 RST:重設信號 S:輸入端子 SCB:過電流檢測信號 SCI:過電流檢測信號 T:輸入端子 Vce:電壓 VGB:閘極信號 VGI:閘極信號 Vth:閾值電壓 Vs:電壓
圖1係實施例1之電力轉換裝置之構成圖。 圖2係說明實施例1之電力轉換裝置之動作例之圖。 圖3係顯示實施例1之再生制動過電流檢測部之具體例之構成圖。 圖4係顯示實施例1之再生制動過電流檢測部之具體例之構成圖。 圖5係顯示實施例1之再生制動驅動部之具體例之構成圖。 圖6係顯示實施例1之再生制動驅動部之具體例之構成圖。 圖7係實施例2之電力轉換裝置之構成圖。 圖8係顯示實施例2之鎖存部、再生制動驅動部、反相器驅動部之具體例之構成圖。 圖9係說明實施例2之電力轉換裝置之動作例之圖。 圖10係顯示實施例2之反相器過電流檢測部之具體例之構成圖。 圖11係顯示實施例2之反相器過電流檢測部之具體例之構成圖。 圖12係實施例3之電力轉換裝置之構成圖。 圖13係顯示實施例3之鎖存部之具體例之構成圖。 圖14係說明實施例3之電力轉換裝置之動作例之圖。 圖15係實施例4之電力轉換裝置之構成圖。 圖16係實施例4之電力轉換裝置之構成圖。 圖17係顯示實施例4之浪涌電流限制部、電流路徑之具體例之構成圖。 圖18係顯示實施例4之浪涌電流限制部、電流路徑之具體例之構成圖。 圖19係顯示實施例4之電力轉換裝置之構成圖。
1:電力轉換裝置
101:整流部
102:電壓檢測部
103:再生制動部
104:反向器部
105:制動電阻
106:平滑電容器
202:反相器驅動部
203:閘極驅動部
204:緩衝部
211:再生制動過電流檢測部
212:再生制動驅動部
213:閘極驅動部
214:緩衝部
221:鎖存部
231:控制部
1031:開關元件
1032:二極體
1041~1046:開關元件
GB:驅動信號
GI:驅動信號
GS:閘極輸出切斷信號
N:節點
P:節點
R:輸入端子
RB:節點
RST:重設信號
S:輸入端子
SCB:過電流檢測信號
T:輸入端子
VGB:閘極信號
VGI:閘極信號

Claims (15)

  1. 一種電力轉換裝置，其特徵在於，其係輸入交流電壓且輸出交流電力者，且具備：整流部，其將交流電壓整流並輸出直流電壓；平滑電容器，其將上述直流電壓平滑化；反相器部，其輸入上述直流電壓且輸出交流電力；反相器驅動部，其對上述反相器部輸出第1閘極信號；再生制動部，其並聯連接於上述平滑電容器；再生制動驅動部，其對上述再生制動部輸出第2閘極信號；控制部，其對上述反相器驅動部與上述再生制動驅動部輸出驅動信號；再生制動過電流檢測部，其於流過上述再生制動部之電流超過判定值之情形時，輸出第1過電流檢測信號；及鎖存部，其輸入自上述再生制動過電流檢測部輸出之上述第1過電流檢測信號，對上述控制部輸出閘極輸出切斷信號；且當上述再生制動過電流檢測部檢測出過電流之情形時，上述反相器部與上述再生制動部之開關元件在斷開狀態下停止。
  2. 如請求項1之電力轉換裝置，其中上述再生制動驅動部具備：再生制動緩衝部，其自上述控制部輸入驅動信號；再生制動閘極驅動部，其對上述再生制動部輸出上述第2閘極信號。
  3. 如請求項2之電力轉換裝置，其中上述鎖存部當上述再生制動過電流檢測部檢測出過電流之情形時，以於上述再生制動部之開關元件斷開之狀態下停止自上述再生制動驅動部輸出上述第2閘極信號之方式，對上述再生制動緩衝部輸出閘極輸出切斷信號。
  4. 如請求項1之電力轉換裝置，其具備：反相器過電流檢測部，其於流過上述反相器部之電流超過判定值之情形時，輸出第2過電流檢測信號，且上述鎖存部輸入自上述再生制動過電流檢測部輸出之上述第1過電流檢測信號與自上述反相器過電流檢測部輸出之上述第2過電流檢測信號，對上述控制部輸出閘極輸出切斷信號。
  5. 如請求項4之電力轉換裝置，其中上述再生制動驅動部具備：再生制動緩衝部，其自上述控制部輸入驅動信號；及再生制動閘極驅動部，其對上述再生制動部輸出上述第2閘極信號，且上述反相器驅動部具備：反相器緩衝部，其自上述控制部輸入驅動信號；及反相器閘極驅動部，其對上述反相器部輸出上述第1閘極信號。
  6. 如請求項5之電力轉換裝置，其中 上述鎖存部當上述再生制動過電流檢測部或上述反相器過電流檢測部檢測出過電流之情形時，自上述再生制動驅動部輸出之上述第2閘極信號與自上述反相器驅動部輸出之上述第1閘極信號，以上述再生制動部與反相器驅動部之開關元件在斷開狀態下停止之方式，對上述再生制動緩衝部與上述反相器緩衝部輸出閘極輸出切斷信號。
  7. 如請求項4之電力轉換裝置，其中上述鎖存部由邏輯電路與鎖存電路構成。
  8. 如請求項7之電力轉換裝置，其中上述邏輯電路輸入自上述再生制動過電流檢測部輸出之上述第1過電流檢測信號與自上述反相器過電流檢測部輸出之上述第2過電流檢測信號，當上述再生制動過電流檢測部或上述反相器過電流檢測部檢測出過電流之情形時，輸出上述第1過電流檢測信號或上述第2過電流檢測信號，上述鎖存電路於被輸入自上述邏輯電路輸出之上述第1過電流檢測信號或上述第2過電流檢測信號時，自上述再生制動驅動部輸出之上述第2閘極信號與上述反相器驅動部輸出之上述第1閘極信號，以上述再生制動部與上述反相器部之開關元件在斷開狀態下停止之方式，輸出閘極輸出切斷信號。
  9. 如請求項7之電力轉換裝置，其中上述鎖存電路輸入自上述再生制動過電流檢測部輸出之上述第1過電流檢測信號與自上述反相器過電流檢測部輸出之上述第2過電流檢測信 號，當上述再生制動過電流檢測部或上述反相器過電流檢測部檢測出過電流之情形時，輸出閘極輸出切斷信號，上述邏輯電路於被輸入自上述鎖存電路輸出之閘極輸出切斷信號時，自上述再生制動驅動部輸出之上述第2閘極信號與自上述反相器驅動部輸出之上述第1閘極信號，以上述再生制動部與上述反相器部之開關元件在斷開狀態下停止之方式，輸出閘極輸出切斷信號。
  10. 如請求項1之電力轉換裝置，其中上述鎖存部包含正反器電路，藉由接收自上述控制部輸出之重設信號，而解除鎖存停止狀態。
  11. 如請求項1之電力轉換裝置，其中上述第1過電流檢測信號於上述再生制動過電流檢測部檢測出過電流起經過特定時間後停止輸出。
  12. 一種電力轉換裝置，其特徵在於，其係輸入交流電壓且輸出交流電力者，且具備：整流部，其將交流電壓整流並輸出直流電壓；平滑電容器，其將上述直流電壓平滑化；反相器部，其輸入上述直流電壓且輸出交流電力；再生制動部，其並聯連接於上述平滑電容器；及再生制動過電流檢測部，其當流過上述再生制動部之電流超過判定值時，輸出過電流檢測信號；且 當上述再生制動過電流檢測部檢測出過電流之情形時，上述反相器部與上述再生制動部之開關元件在斷開狀態下停止；於內置有構成上述再生制動部之開關元件的半導體封裝外部之上述開關元件之集極端子(或汲極端子)與上述直流電壓之負電壓側之間，具備電流路徑。
  13. 一種電力轉換裝置，其特徵在於，其係輸入交流電壓且輸出交流電力者，且具備：整流部，其將交流電壓整流並輸出直流電壓；平滑電容器，其將上述直流電壓平滑化；反相器部，其輸入上述直流電壓且輸出交流電力；再生制動部，其並聯連接於上述平滑電容器；及再生制動過電流檢測部，其當流過上述再生制動部之電流超過判定值時，輸出過電流檢測信號；且當上述再生制動過電流檢測部檢測出過電流之情形時，上述反相器部與上述再生制動部之開關元件在斷開狀態下停止；於內置有構成上述再生制動部之開關元件的半導體封裝外部之上述開關元件之集極端子(或汲極端子)與上述直流電壓之高電壓側之間，具備電流路徑。
  14. 如請求項12或13之電力轉換裝置，其中上述電流路徑包含二極體或電阻。
  15. 如請求項12或13之電力轉換裝置，其中上述電流路徑之電阻值低於上述開關元件為斷開狀態之電阻值。
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