带保护电路的磁能再生开关制造技术

本发明专利技术提供带保护电路的磁能再生开关。在至少由２个反向导通型半导体开关和２个电容器构成的磁能再生开关中，具有保护电路和控制方法的带保护电路的磁能再生开关能够用作控制器或限流器，该保护电路用于保护电容器不受过电压或短路放电的影响，并且，保护反向导通型半导体开关和负载免受过电压或过电流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及带保护电路的磁能再生开关，更详细地讲，涉及连接在交流电源与负载之间的磁能再生开关、即具有保护电路和控制方法的带保护电路的磁能再生开关，该保护电路用于保护构成磁能再生开关的再生并蓄积磁能的电容器不受过电压或短路放电的影响，并且，保护反向导通型半导体开关和负载免受过电压或过电流。
技术介绍
目前，电能系统成为一刻也不能停止的重要的社会基础设施，但是，由于负载的异常或故障引起的过电流对策是负载的高速切断，如使用保险丝或高速机械开关等实现。但是，要求如下的高功能的开关即所谓的控制器或限流器不是完全切断，仅限制过电流而继续运转，在恢复后能够直接运转。电力系统必须设计成，能够耐受白炽灯点亮时的浪涌电流等短时间的过电流、感应电动机起动时的浪涌电流或变压器的初始励磁突入的过电流，可靠地分配设备的耐量是很重要的，但是，近年来的半导体式逆变器电源、例如燃料电池逆变器大多无法耐受变压器的励磁突入电流的接近10倍的峰值电流。因此，在逆变器电源中具有各种软启动功能，但是，在针对一个逆变器电源具有一个负载的情况下可以应对，在一个逆变器电源连接有多个负载的情况下，难以应对之后起动的负载。在电力系统中，考虑保护协调、电流和持续时间来进行设计，以使得设备能够耐受事故时或短时间的过电流，但是，仅进行如下目的的保护协调开关选择性地切断事故电流，从而使事故不会波及上游。近年来的社会要求为，如果是系统下游的事故，则希望不切断电源而尽可能地继续进行运转。在利用串联要素对事故电流进行限流的限流器中，例如开发了应用超电导与常电导的转移现象的限流器，但是，当事故电流过大时，切断器的容量也过大，所以，如果能够通过限流器使事故电流减少为一半，则能够削减切断器的尺寸和成本。并且，寻求这种限流器。存在磁能再生开关(以下称为MERS)这种能够针对负载进行电力控制的开关。 MERS包括由4个反向导通型半导体开关构成的全桥电路以及连接在全桥电路的直流端子之间的电容器。电容器用于蓄积电流切断时的磁能并针对负载再生。并且，将位于全桥电路的对角的2个反向导通型半导体开关作为一组对，向成对的2个反向导通型半导体开关的栅极发送栅极控制信号。如果以在接通一对反向导通型半导体开关时断开另一对反向导通型半导体开关的方式，在对之间交替接通/断开栅极控制信号，则能够控制电流相位。进而，如果一边使该栅极控制信号与交流电源的频率同步一边控制其相位，则能够任意地控制电流相位。并且，在与MERS连接的负载为感应性负载时，通过使电流相位提前，从而能够提高或降低针对负载的电压。该技术已经进行了专利登记并公开(参照专利文献1)。将该形式的MERS称为全桥型MERS。并且，在MERS中，全桥型MERS的功能的一部分被限制，但是，已经申请、公开并公知存在能够由2个反向导通型半导体开关构成的更简易的MERS电路。(参照专利文献2和专利文献3)。专利文献1 日本特许第3634982号公报专利文献2 日本特开2007-58676号公报专利文献3 日本特开2008-92745号公报简易的MERS电路中的被称为纵半桥型MERS的部件是使全桥电路半桥化后的部件。更详细地讲，将全桥型MERS的桥连接的4个反向导通型半导体开关中的在一个交流端子侧连接的2个反向导通型半导体开关分别置换为利用二极管连接成相反方向的部件。并且，追加一个相同容量的电容器，使电容器与各个二极管并联连接。简易的MERS电路中的被称为横半桥型MERS的部件也是使全桥电路半桥化后的部件，但是，半桥化的方法与纵半桥型MERS不同。将以与全桥电路连接的电容器为轴、沿横向 (水平方向)分断的下半部分用作电路，并追加一个相同容量的电容器。更详细地讲，串联连接2个将电容器与反向导通型半导体开关并联连接后的电路，在串联连接时，反向导通型半导体开关彼此以反向串联的朝向进行连接。纵半桥型MERS和横半桥型MERS与全桥型MERS相比，所使用的电容器的数量需要 2倍，但是，所使用的反向导通型半导体开关的数量减半。因此，电流通过的反向导通型半导体开关的数量减少，导通损失减少。并且，每一个电容器的电流任务(每单位时间通过电容器的电流的量)减半，所以，一般地，电容器的寿命延长。并且，与磁能再生有关的基本的电气特性与全桥型MERS大致等效。与全桥型MERS相比，特别是在以大电流为对象的应用时， 纵半桥型MERS和横半桥型MERS均是有利的。如果能够将纵半桥型MERS和横半桥型MERS用作控制器或限流器，则能够实现当初的目的。但是，其使用时具有问题。在纵半桥型MERS中，在由电容器和负载的电抗成分决定的谐振频率比对反向导通型半导体开关的栅极赋予的栅极控制信号的开关频率低的情况下，2个电容器的电荷未完全放电而残存，在各个电容器中残存有电压(以下称为偏置电压，将在电容器中残存有电压的状态称为DC偏置模式)。在一个电容器进行充放电的期间内，在另一个电容器中仍然残存有偏置电压。因此，在断开状态的反向导通型半导体开关中，除了施加正在进行充放电的电容器的电压以外，还施加另一个电容器所具有的偏置电压，所以，有时会超过反向导通型半导体开关和电容器的额定电压。并且，在横半桥型MERS中，在由电容器和负载的电抗成分决定的谐振频率比对反向导通型半导体开关的栅极赋予的栅极控制信号的开关频率低的情况下，同样，在各个电容器中产生偏置电压，但是，在一个电容器中产生偏置电压的状态下对另一个电容器进行充电时，使产生偏置电压的一个电容器短路放电(以下，将在横半桥型MERS中使电容器短路放电的状态称为电容器短路模式)。在电容器短路模式的情况下，电容器短路放电，过电流流过反向导通型半导体开关和负载。有时成为破坏反向导通型半导体开关的原因。纵半桥型MERS和横半桥型MERS始终掌握并使用对电容器的耐电压、反向导通型半导体开关的电流容量和耐电压造成影响的电容器的电荷、即电容器的电压状态，这在应用上是不可或缺的。关于DC偏置模式和电容器短路模式，除了可能由于电源频率的扰乱而产生以外，还可能由于负载的过电流而引起。并且，与电源频率的扰乱相比，负载的过电流的产生频度较高。在纵半桥型MERS和横半桥型MERS的通常动作中对由于负载的过电流而引起的过大磁能进行控制时，有时再生而产生预定外的较大磁能。此时，负载电压也成为过电压。有时该过电压超过负载的耐电压而成为使负载故障或破坏负载的原因。在产生负载的过电流的情况下，如果能够迅速保护电容器和反向导通型半导体开关，则其结果也能够保护负载。保护电容器和反向导通型半导体开关的功能是很重要的，与此同时，电容器和反向导通型半导体开关自身不具有过大的过载耐量即可，为了实现MERS的小型化和低成本化，这也是很重要的。保护电容器和反向导通型半导体开关时，附加有切断MERS电路自身的电路、或对 MERS电路的输入端和输出端进行旁通的电路，转移到对MERS电路进行旁通的状态，能够容易地仅中止MERS的功能。但是，那样的话会中止负载的运转或大幅变更运转条件(例如从全负载运转变更为中负载运转等)，与MERS并联连接且正在运转的其他负载也同时受到影响。以往，对此毫无办法。纵半桥型MERS和横半桥型MERS具有2个反向导通型半导体开关和2个电容器，反向导通型半导体开关的接通/断开本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种带保护电路的磁能再生开关，其具有：磁能再生开关，其插入于交流电源与负载之间，蓄积电流切断时的电流的磁能而再生到所述负载中；以及保护单元，其用于保护该磁能再生开关免受过电压或过电流，其中，所述磁能再生开关具有：桥电路，其由２个串联连接的反向导通型半导体开关和２个串联连接的二极管构成；２个串联连接的电容器，它们相对于所述２个串联连接的二极管分别并联连接；以及控制单元，其控制所述反向导通型半导体开关的栅极控制信号的相位，以与所述交流电源的频率同步地，交替地对所述反向导通型半导体开关进行接通／断开控制，所述保护单元具有：电压检测部，其连接在所述桥电路的直流端子之间，检测所述２个串联连接的电容器的两端电压；以及放电电路，其连接在所述桥电路的所述直流端子之间，由放电电阻和放电开关串联连接而成，对所述放电开关的栅极进行如下控制：在所述电压检测部的输出超过规定值时，使所述放电开关短路，经由所述放电电阻来释放所述电容器的电荷。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：褔田志郎，
申请(专利权)人：莫斯科技株式会社，
类型：发明
国别省市：JP