CN103080756A - 功率转换装置 - Google Patents

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Abstract

将电极图案（12）配置在输出图案（LO）的附近，利用漏电流检测电路（11）经由电极图案（12）对从输出图案（LO）流出的漏电流（PA）进行检测，通过基于漏电流检测电路（11）的检测结果对发光二极管（14）进行驱动，从而通知逆变器（3）的动作状态。

Description

功率转换装置
技术领域
本发明涉及一种功率转换装置，特别地，涉及一种使功率转换装置的输出状态可视化的方式。 
背景技术
作为检测功率转换装置的输出状态的方法，已知以下两种方法，即，将信号输入部与功率转换装置的电路直接连接来检测电压的方法，或利用由铁芯包夹电路周围的变流器检测电流的方法。 
另外，在专利文献1中公开了下述技术，即，通过在与电子设备连接的电源线或信号线上夹设检测部，对由电子设备动作而产生的共模噪声进行检测，从而从外部以非接触的方式检测电子设备的动作状况。 
另外，在专利文献2中公开了下述技术，即，通过将传感器部靠近电气设备的电源电缆的外侧地配置，利用传感器部对电气设备工作时由流过电源电缆的电流而产生的磁通进行检测，从而在电源电缆的任意位置检测有无通电。 
专利文献1：日本特开2007－120956号公报 
专利文献2：日本特开2002－368191号公报 
发明内容
然而，在将信号输入部与功率转换装置的电路直接连接的方法中，功率转换装置的输出电压为高电压，需要使电压下降的电阻或用于绝缘的光耦合器，存在需要使部件成本增加或设置空间增大的问题。 
在使用变流器的方法中，需要使用铁芯包夹电路周围，存在设置位置受到制约而不易安装的问题。 
在专利文献1中公开的方法中，需要在电源线或信号线上夹设检测部，存在在电源线或信号线的周围需要很大空间的问题。 
在专利文献2中公开的方法中，存在磁传感器价格高，设置空间增大的问题。 
本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到一种能够抑制设置空间的增大，并以非接触的方式对功率转换装置的输出状态进行检测的功率转换装置。 
为了解决上述课题并实现目的，本发明的功率转换装置的特征在于，具有：电极图案，在该电极图案和与逆变器连接的输出图案之间形成有寄生电容；漏电流检测电路，其经由所述电极图案对从所述输出图案流出的漏电流进行检测；以及通知部，其基于所述漏电流检测电路的检测结果，通知所述逆变器的动作状态。 
发明的效果 
根据本发明，具有能够抑制设置空间的增大，并以非接触的方式对功率转换装置的输出状态进行检测的效果。 
附图说明
图1是表示本发明所涉及的功率转换装置的实施方式1的概略结构的框图。 
图2是表示图1的漏电流检测电路11及驱动器13的结构例的电路图。 
图3是表示图1的功率转换装置5输出时的图2的比较器PA的输入输出波形的图。 
图4是表示图1的功率转换装置5停止输出时的图2的比较器PA的输入输出波形的图。 
图5（a）是表示图1的功率转换装置5的概略结构的俯视图，图5（b）是表示图1的功率转换装置5的概略结构的侧视图。 
图6是表示由图5（a）的A-A′线剖断的主电路基板25的概略结构的剖视图。 
具体实施方式
下面，基于附图，详细说明本发明所涉及的功率转换装置的实施方式。此外，本发明并不限定于本实施方式。 
实施方式1 
图1是表示本发明所涉及的功率转换装置的实施方式1的概略结构的框图。在图1中，在功率转换装置5中设置有转换器2及逆变器3，其中，转换器2将商用频率的交流转换为直流，逆变器3将直流转换为希望频率的交流。在这里，在转换器2侧设有R相输入端子R、S相输入端子S及T相输入端子T，在逆变器3侧设有U相输出端子U、V相输出端子V及W相输出端子W。 
并且，转换器2经由R相输入端子R、S相输入端子S及T相输入端子T与三相电源1连接，逆变器3经由U相输出端子U、V相输出端子V及W相输出端子W与电动机4连接。其中，上述R相输入端子R、S相输入端子S及T相输入端子T，经由输入图案LI与转换器2连接。U相输出端子U、V相输出端子V及W相输出端子W，经由输出图案LO与逆变器3连接。 
在转换器2中设有整流二极管D1至D6，整流二极管D1、D2彼此串联连接，整流二极管D3、D4彼此串联连接，整流二极管D5、D6彼此串联连接。并且，在整流二极管D1、D2的连接点处设置R相输入端子R，在整流二极管D3、D4的连接点处设置S相输入端子S，在整流二极管D5、D6的连接点处设置T相输入端子T。 
平滑电容器C1与整流二极管D1、D2的串联电路、整流二极管D3、D4的串联电路及整流二极管D5、D6的串联电路并联连接。 
在逆变器3中设有开关元件M1至M6及续流二极管N1至N6。此外，作为开关元件M1至M6，可以使用IGBT，可以使用双极晶体管，也可以使用场效应晶体管。 
在此，续流二极管N1至N6分别与开关元件M1至M6并联连接。开关元件M1、M2彼此串联连接，开关元件M3、M4彼此串联连接，开关元件M5、M6彼此串联连接。并且，在开关元件M1、 M2的连接点处设置U相输出端子U，在开关元件M3、M4的连接点处设置V相输出端子V，在开关元件M5、M6的连接点处设置W相输出端子W。 
另外，在该功率转换装置5中设有：电极图案12，其配置在输出图案LO的附近；漏电流检测电路11，其经由电极图案12对从输出图案LO流出的漏电流PA进行检测；驱动器13，其基于漏电流检测电路11的检测结果驱动发光二极管14；以及发光二极管14，其通知逆变器3的动作状态。其中，电极图案12能够在与输出图案LO之间形成寄生电容Cf。 
图2是表示图1的漏电流检测电路11及驱动器13的结构例的电路图。在图2中，在漏电流检测电路11中设有电容器C11、C12、二极管D11、电阻R11、开关SW、基准电源DC及比较器CP。在驱动器13中设有电阻R12、R13及晶体管TR。 
并且，电极图案12依次经由电容器C11、二极管D11及电阻R11而与比较器CP的一侧的输入端子连接。另外，在比较器CP的一侧的输入端子上连接有电容器C12。另外，电容器C12与开关SW并联连接。基准电源DC与比较器CP的另一侧的输入端子连接。 
比较器CP的输出端子经由电阻R12与晶体管TR的基极连接。晶体管TR的集电极经由电阻R13与电源电位连接，晶体管TR的发射极与发光二极管14连接。 
下面，对图1的功率转换装置5的动作进行说明。 
如果交流电力从三相电源1输入至转换器2，则利用转换器2转换为直流，输入至逆变器3。并且，在逆变器3中，通过追随开关元件M1至M6的通断动作将直流变换为交流，并将该交流向电动机4供给，从而通过PWM控制来驱动电动机4。 
图3是表示图1的功率转换装置5输出时的图2的比较器PA的输入输出波形的图。在图3中，如果图1的开关元件M1至M6进行通断动作，则通过快速接通/断开，对应于每次通断经由寄生电容Cf流过漏电流PA。 
此时的漏电流PA能够通过公式PA=Cf·dv/dt表示。其中，dv/dt 是开关元件M1至M6的通断速度。该漏电流PA按照平滑电容器C1→开关元件M1至M6输出图案LO→电极图案12→漏电流检测电路11→接地点E1→接地点E2→平滑电容器C1的路径流动。此时，利用漏电流PA对漏电流检测电路11的电容器C12进行充电。 
并且，通过对电容器C12进行充电，如果电容器C12的端子间电压Vc2大于或等于由基准电源DC施加的基准电压Vref，则比较器CP的输出电压Vout升高。其结果，通过晶体管TR导通，电流经由晶体管TR流向发光二极管14，从而发光二极管14点亮，由此，通知逆变器3处于动作中。 
此时，开关SW以一定的周期接通/断开，电容器C12间断地放电。此外，能够对此时的开关SW的接通/断开的周期进行设定，以使得在功率转换装置5输出时，电容器C11的端子间电压Vc2不低于基准电压Vref。 
图4是表示图1的功率转换装置5停止输出时的图2的比较器PA的输入输出波形的图。在图4中，漏电流PA=Cf·dv/dt，如果开关元件M1至M6的通断动作停止，则dv/dt=0。因此。没有漏电流PA从输出图案LO流出，不会经由寄生电容Cf对电极图案12充电。 
此时，通过开关SW以一定的周期接通/断开，积蓄在电容器C12上的电荷进行放电，使电容器C12的端子间电压Vc2低于基准电压Vref，从而比较器CP的输出电压Vout变为低电平。 
其结果，晶体管TR截止，通过利用晶体管TR将流向发光二极管14的电流切断，从而发光二极管14熄灭，通知逆变器3处于停止中。 
在此，通过基于经由电极图案12检测到的漏电流PA对逆变器3的动作状态进行检测，无需将信号输入部与功率转换装置5的电路直接连接或者在电源线或信号线上夹设检测部，能够抑制设置空间的增大，并以非接触的方式对功率转换装置5的输出状态进行检测。 
此外，在上述实施方式中，对作为通知逆变器3的动作状态的通知部而使用发光二极管14的情况进行了说明，但也可以使用灯泡或液晶显示装置等。 
图5（a）是表示图1的功率转换装置的概略结构的俯视图，图5（b）是表示图1的功率转换装置的概略结构的侧视图。在图5中，半导体模块21安装在主电路基板25上，并经由模块插脚23与主电路基板25电气连接。此外，在半导体模块21上搭载有形成有图1的开关元件M1至M6、整流二极管D1至D6及续流二极管N1至N6的半导体芯片。 
并且，在半导体模块21的背面配置有散热器22，该散热器22释放从半导体模块21产生的热量。在散热器22的附近设置有向散热器22送风的风扇27。另外，从半导体模块21的正面侧引出有模块插脚23。 
另外，在主电路基板25上安装有平滑电容器C1及主电路端子台26。另外，在主电路基板25上形成有输出图案LO，对应于UVW各相，模块插脚23和主电路端子台26经由输出图案LO连接。 
此外，能够在主电路端子台26上设置R相输入端子R、S相输入端子S、T相输入端子T、U相输出端子U、V相输出端子V及W相输出端子W。 
另外，在主电路基板25上的输出图案LO的附近形成有电极图案12。另外，在主电路基板25上安装有发光二极管14，发光二极管14能够配置在主电路端子台26的U相输出端子U、V相输出端子V或W相输出端子W的附近。 
在此，通过在主电路基板25上安装发光二极管14，能够在向主电路端子台26进行电缆配线时，容易地确认逆变器3的动作状态，从而能够提高逆变器3的动作状态确认时的安全性。 
图6是表示由图5（a）的A－A′线剖断的主电路基板的概略结构的剖视图。在图6中，在主电路基板25的表面设有配线层L1，在主电路基板25的背面设有配线层L2。并且，在配线层L1上形成输出图案LO，在配线层L2上形成电极图案12。此外，优选电极图案12以与输出图案LO的至少1层相对的方式配置。 
此外，可以将电极图案12和输出图案LO中的至少一方配置在主电路基板25的内层。在此情况下，优选电极图案12和输出图案LO相 对地配置在主电路基板25的彼此相邻的层上。 
在此，通过将电极图案12和输出图案LO中的至少一方形成在主电路基板25的内层，能够抑制主电路基板25的面积的增大，从而抑制功率转换装置5的大型化。 
工业实用性 
如上所述，本发明所涉及的功率转换装置能够抑制设置空间的增大，并以非接触的方式对功率转换装置的输出状态进行检测，适用于使功率转换装置的输出状态可视化的方法。 
标号的说明 
1三相电源 
2转换器 
3逆变器 
4电动机 
5功率转换装置 
D1至D6整流二极管 
C1平滑电容器 
M1至M6开关元件 
N1至N6续流二极管 
11漏电流检测电路 
12电极图案 
13驱动器 
14发光二极管 
LI输入图案 
LO输出图案 
R R相输入端子 
SS相输入端子 
TT相输入端子 
UU相输出端子 
V V相输出端子 
W W相输出端子 
21半导体模块 
22散热器 
23模块插脚 
25主电路基板 
26主电路端子台 
27风扇 
L1、L2配线层 
C11、C12电容器 
D11二极管 
R11至R13电阻 
SW开关 
DC基准电源 
CP比较器 
TR晶体管 。

Claims (6)

1.一种功率转换装置，其特征在于，具有：
电极图案，在该电极图案和与逆变器连接的输出图案之间形成有寄生电容；
漏电流检测电路，其经由所述电极图案对从所述输出图案流出的漏电流进行检测；以及
通知部，其基于所述漏电流检测电路的检测结果，通知所述逆变器的动作状态。
2.根据权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
所述通知部是基于所述漏电流检测电路的检测结果而动作的发光二极管。
3.根据权利要求2所述的功率转换装置，其特征在于，
还具有主电路基板，在主电路基板上彼此接近地配置有所述电极图案和所述输出图案。
4.根据权利要求3所述的功率转换装置，其特征在于，
所述电极图案和所述输出图案相对地配置在所述主电路基板的彼此相邻的层上。
5.根据权利要求4所述的功率转换装置，其特征在于，
所述输出图案配置在所述主电路基板的内层。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述发光二极管配置在主电路端子台的附近，该主电路端子台安装在所述主电路基板上。
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