电力转换设备的保护回路制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种电力转换设备的保护电路，可分别检测电源中断用的各开关的短路故障状态，从而减少故障检测用的信号线和连接器端子的数量。电力转换设备的保护电路根据在电力转换设备的异常时产生的中断信号，中断构成电力转换设备的半导体开关元件用的驱动电路的电源。保护电路包括：设于驱动电路的电源供给用线，根据中断信号而断开的串联连接的开关(21)、(22)；设于中断信号的路径具有三态输出的缓冲IC(14)、(15)；控制缓冲IC(14)、(15)并使各开关(21)、(22)分别断开的控制装置(CPU13)；以及在开关(21)、(22)的串联电路的输出侧监视供应给驱动电路的电压的监视装置(CPU13)。监视装置具有的功能是，如果驱动电路供应电压是正常值，则判断由任一缓冲IC(14)、(15)断开的开关处于短路故障状态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有半导体开关元件的电力转换设备的保护电路。该保护电路检测电力转换设备的异常，中断对上述开关元件的驱动电路的供电，从而保护电力转换设备。
技术介绍
图3(a)、(b)表示用于逆变器等电力转换设备的常规保护电路的主要部分。图3(a)的保护电路被称为串联连接冗余电路。在电力转换设备异常时，保护电路将中断对构成该电力转换设备的诸如IGBT的半导体开关元件的栅极驱动电路的供电。该中断通过由互相串联连接的继电器或者晶体管构成的开关21、22进行的。图3(b)的保护电路被称为并联连接冗余电路。保护电路通过并联连接的开关21、22，分别中断对电力转换设备的上臂开关元件、下臂开关元件的栅极驱动电路的供电。在图3(a)、(b)中，附图标记10代表用于根据在电力转换设备异常时发出的中断信号控制开关21、22的控制电路板，标记20A、20B代表用于供给或者中断对栅极驱动电路的供电的驱动电路板，标记11代表用于接收上述中断信号的信号输入端子，标记12代表信号绝缘用的光耦合器，而标记13代表CPU。图3(a)、(b)的保护电路在半导体开关元件产生如短路故障等异常时对电力转换设备进行如下保护。将在信号输入端子11接收的中断信号经由光耦合器12供给至开关 21、22，使这些开关21、22同时断开，以中断对栅极驱动电路的供电。其结果是，所有开关元件被断开，从而中断电力转换设备的输出。从而保护电力转换设备。为了确保由安全标准所需要的冗余性，假定多个开关即图3(a)、(b)中的各开关 21、22串联或者并联连接，并且始终以相同状态操作，这意味着所有的开关为接通状态或者所有的开关为断开状态。安全标准还需要可以尽可能地检测损害冗余性的每个开关的故障。因此，CPU 13 读取来自图3(a)中的开关21、22的串联连接电路的输出、以及来自图3(b)中的开关21、22 的并联连接电路的输出，从而监视相关点的信号状态和开关的任何故障。图3(a)、(b)的保护电路具有被称作电源中断系统的电路结构，在异常时中断对栅极驱动电路的供电。已知另一类型的保护电路被称作信号中断系统，其中使用具有三态输出的缓冲IC代替上述开关，电力转换设备的全部栅极驱动信号、在三相电力转换设备情形中的6个信号被断开。下面，说明电源中断系统及信号中断系统的优点、缺点。此处，假定电源中断系统如图3(a)、(b)所示，具有2个开关21、22。(1)串联连接冗余电路(图3(a))·优点保护电路不会不利地受到开关21、22的状态变化和特性偏差的影响。·缺点在任何短路故障时无法或极难标识出哪个开关短路。(2)并联连接冗余电路(图3 (b))·优点由于CPU接收了来自各开关21、22的输出信号，因此在任何短路故障时， 相当容易检测哪个开关短路。·缺点由于各开关21、22的状态变化和特性的偏差，会过渡地发生意外的操作。 另外，为了检测各开关21、22的短路故障，需要将来自开关21、22的输出信号传送至CPU 13 的信号线。在如图3(b)所示CPU 13与开关21、22放置在单独的电路板10、20B的情况下， 连接器端子数增加，从而导致电路面积的增加和成本上升。(1)串联连接冗余电路·优点保护电路极少受到各缓冲IC的状态变化或特性偏差的影响。·缺点由于除了端子输入有6个栅极信号，因此必需用于故障监视的大量对象。 此外，在一个缓冲IC被固定于启用状况的故障中，无法或极难检测出故障。(2)串联连接冗余电路·优点各缓冲IC的故障检测相当容易。·缺点由于各缓冲IC的状态变化或特性的偏差，会过渡地发生意外的操作。此外，与串联连接冗余电路同样，要监视大量对象，从而使得故障检测电路复杂。专利文献1公开了信号中断系统的半导体元件的异常检测及保护电路。图4是该专利文献1所公开的异常检测及保护电路的结构图。在图4中，标记30代表电力转换设备的上臂或者下臂的半导体开关元件，标记41代表短路检测装置，标记42代表过电流检测装置，标记43代表不足电压检测装置，标记44代表过热检测装置，标记51 54代表与各检测装置41 44对应而设的异常储存电路，标记60代表异常通知电路，标记 70代表一般控制系统，标记80代表用于对开关元件30生成栅极信号的驱动电路，标记90 代表操作停止装置。图4的电路通过检测装置41 44检测开关元件30中的各种异常并将其储存在异常储存电路51 54。在异常是需要紧急保护的类型时，基于来自异常储存电路51 54 的输出对操作停止装置90进行操作，且将用于开关元件30的栅极信号强制接地，从而停止开关元件30的操作。在异常不是需要紧急处理的类型时，将来自异常储存电路51 54的输出经由异常通知电路60发送至一般控制系统70，一般控制系统70进行的处理包括与异常的种类和其他臂的开关元件的状况相应地，变更发送至驱动电路80的开关指令的逻辑。专利文献1 日本未审查专利申请No.H9-238476(具体是段落 、 图1)如上所述的信号中断系统的保护电路需要大量的监视对象，因而故障检测电路易于变得复杂。电源中断系统的保护电路难以分别检测各开关的短路故障。特别是在并联连接冗余电路中，为了检测各短路故障，需要与开关数量相同的信号线和连接器端子，这导致电路复杂、电路面积增加、成本上升。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种电力转换设备的保护电路，通过采用电源中断系统解决信号中断系统的缺点，允许分别检测电源中断用的各开关的短路故障，并减少故障检测的信号线和连接器端子的数量。为实现上述目的，根据技术方案1的本专利技术的电力转换设备的保护电路，根据基于电力转换设备的异常而产生的中断信号，中断对构成电力转换设备的半导体开关元件的驱动电路的供电，该保护电路包括多个串联连接的开关，设置在向驱动电路供电的线路中的开关的串联连接电路中，并根据中断信号断开；中断信号启用/禁用装置，用于启用或禁用该中断信号；控制装置，用于控制中断信号启用/禁用装置并递送用于单独断开每个开关的控制信号；以及监视装置，用于监视在开关的串联连接电路的输出侧检测到的供应给驱动电路的电压，该监视装置具有如下功能如果响应于控制信号从该控制装置向该中断信号启用/禁用装置的递送，而将供应给驱动电路的电压检测为正常值，则判断为根据该控制信号断开的开关处于短路故障状态。技术方案2的本专利技术的电力转换设备的保护电路，根据基于电力转换设备的异常而产生的中断信号，中断对构成电力转换设备的半导体开关元件的驱动电路的供电，该保护电路包括多个串联连接的开关，设置在向驱动电路供电的线路中的开关的串联连接电路中，并根据中断信号断开；中断信号启用/禁用装置，用于启用或禁用这些开关中的一个开关的中断信号；控制装置，用于控制中断信号启用/禁用装置并递送用于将这些开关中的一个开关断开的控制信号；电阻器，连接至接地与开关的串联连接电路中的串联连接的开关之间的连接点；电阻器和电容器的并联连接电路，连接至接地与开关的串联连接电路的输出侧；以及监视装置，用于监视在开关的串联连接电路的输出侧检测到的供应给驱动电路的电压，该监视装置具有如下两个功能如果响应于处于接通状态的中断信号而将供应给驱动电路的电压检测为正常值，且中断信号启用/禁用装置被控制装置禁用，则判断为该开关处于短路故本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：水野修，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：