CN103944366A - 电力变换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力变换装置。提供了一种具有简单配置的电力变换装置，从而可保护电力变换装置主体免于来自负载的再生电力的伤害。该电力变换装置包括电力变换装置主体（逆变器装置）和制动电路，对该电力变换装置主体输入电源电压且该电力变换装置主体驱动负载，且该制动电路保护该电力变换装置主体免于施加至该电力变换装置主体的过电压的伤害，其中该制动电路包括齐纳二极管，当施加至该电力变换装置主体的电压超过预定值时该齐纳二极管导通，从而抑制了施加至该电力变换装置主体的电压。

Description

电力变换装置

发明背景

1.技术领域

本发明涉及一种电力变换装置，包括相对于来自负载的再生电力的保护功能。

2.背景技术

大量电力变换装置，以逆变器装置为代表，被用作驱动诸如马达之类的负载的驱动装置。概括而言，这种装置被配置从而经由诸如IGBT或MOSFET之类的半导体开关元件来开关作为已经整流的商用电源的输入电源电压，由此产生电力，例如三相交流电源，来驱动负载（马达）。

特定地，电力变换装置1，如图3中的主要部分示意性结构所示，包括电力变换装置主体（逆变器装置）2和制动电路3，该电力变换装置主体（逆变器装置）2开关直流电源电压Vin，由此产生驱动负载（马达）M的三相交流电，而该制动电路3，设置为与该电源装换装置主体2并联，对电力变换装置主体2进行过电压保护。图中的附图标记4是电源开关（断路器），附图标记5是对输入交流电压Vac进行整流的整流器电路，附图标记6是对整流器电路5的输出电压进行平滑处理的输入电容器（平滑电容器）。经由输入电容器6获得的直流电源电压Vin被提供至电力变换装置主体2。

此处，制动电路3被安装在，例如，直流电源电压Vin的电源之间，制动电路3由电阻器3a和半导体开关元件（例如，IGBT）3b成的串联电路（半导体开关电路）、以及与电阻器3a并联的浪涌电压吸收二极管3c形成。在半导体开关元件3b导通时，制动电路3形成电力变换装置主体2的电流旁通路径，并通过引起经过电阻器3a的电流因而消耗能量，来起到抑制（减少）施加到电力变换装置主体2上的直流电源电压Vin的作用。

另外，驱动制动电路3的控制电路7包括，例如，对直流电源电压Vin进行降压并检测的DC-DC变换器7a、将DC-DC变换器7a检测到的电压与参考电压进行比较的比较器7b。进一步，控制电路7被配置使得在比较器7b检测到直流电源电压Vin超过预定值（保护电压）时偏置驱动电路7c，且响应于保护信号输出，由该驱动电路7c使制动电路3的半导体开关元件3b导通并驱动该元件。

以此方式，监测直流电源电压Vin，且在直流电源电压Vin成为过电压时通过驱动该制动电路3对电力变换装置主体2进行保护的功能，在例如JP-A-2005-27424中进行了详细介绍。

发明内容

然而，当向由电力变换装置1所驱动的负载（马达）M施加制动力时，在负载M中会产生再生电力。然后，伴随着再生电力的产生，由于再生电流流入电力变换装置1的原因，直流电源电压Vin会升高。一般而言，然而，与该控制电路7的响应特性（操作延迟）相比，由于再生电流而引起的直流电源电压Vin的升高更为尖锐。由于此，难以在制动电路3中抵消由于再生电力引起的直流电源电压Vin的升高。作为此的结果，存在关于不仅电力变换装置主体2，而且输入电容器6等都可能被过电压损坏的担心。

本发明，考虑到此类情况而被设计，目的在于以简单配置来设置电力变换装置，从而可迅速地从负载吸收导致直流电源电压Vin尖锐上升的再生电力，且因此对电力变换装置主体进行过电压保护。

为了达到上述目的，根据本发明的一个方面的一电力变换装置包括电力变换装置主体和制动电路，电源电压输入该电力变换装置主体并且该电力变换装置主体驱动负载，且制动电路保护该电力变换装置主体免于施加在该电力变换装置主体上的过电压的伤害，该制动电路内设置齐纳二极管，当施加于该电力变换装置主体上的电压超过预定值时该齐纳二极管导通，因此抑制施加在该电力变换装置主体上的电压。

特定地，该制动电路包括，例如，半导体开关电路，当该半导体开关电路导通时，形成相对于电力变换装置主体的旁通路径，因此消耗过剩的能量，并且设置齐纳二极管从而当由于来自负载的再生电力而使施加在该电力变换装置主体上的电压超过预定值时，该齐纳二极管变成导通状态，因此驱动该半导体开关电路。另外，与此同时，该齐纳二极管，是导通的，起到将施加在该电力变换装置主体上的电压限制为该齐纳二极管的击穿电压的作用。

顺便提及的是，将稳压二极管安装在，例如，在施加了电源电压的正电极线和半导体开关电路的控制端子之间。进一步，优选地由该齐纳二极管驱动该制动电路，或由监测该电源电压并在该电源电压超过预定值时输出保护信号的控制电路驱动该制动电路。

根据具有上述配置的该电力变换装置，当由于来自负载的再生电力而使得施加在电力变换装置主体上的直流电源电压超过该该齐纳二极管的击穿电压时，制动电路中的半导体开关电路会迅速导通并由流过该齐纳二极管的电流驱动。因此，再生电流流过该半导体开关电路中的电阻器，即使驱动该制动电路的该控制电路响应特性不佳，该再生电力也将被迅速消耗。

作为此举的结果，有效地抑制了由于再生电力导致的直流电源电压的升高，且可对该电力变换设备主体进行过电压保护，从而预防对其的损坏。另外，还可用简单的配置有效地保护电力变换装置主体免于再生电路的伤害，在该简单配置中，例如，齐纳二极管被安装在施加电源电压的正电极线和半导体开关电路的控制端子之间，这样会有可观的实践优势。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的电力变换装置的主要部分示意性配置图。

图2是根据本发明另一个实施例的电力变换装置的主要部分示意性配置图；以及

图3是具有已知的常规过电压保护功能的电力变换装置的（制动电路）的主要部分示意性配置图。

具体实施方式

下文中，参考附图，将会对根据本发明的各实施例的电力变换装置给出描述。

根据本发明的电力变换装置1基本配置为包括电力变换装置主体（逆变电路）2以及与该电力变换装置主体2并联连接的制动电路3，与图3所示的已知的电力变换装置一样。因此，与已知装置相同的部分采用相同的附图标记，关于它们的描述将被省略。

根据这个实施例的电力变换装置1的特征在于，在该制动电路3中，齐纳二极管8被安装在直流电源电压Vin的正电极线和半导体开关3b（半导体开关电路的控制端子）的栅极之间，如图1中的主要部分示意性配置图所示。该齐纳二极管8，例如，由具有与预设最大极限电压（保护电压）相同大小的击穿电压特性的二极管形成，保护电力变换装置主体2免于直流电源电压Vin升高的伤害。

特定地，当电力变换装置主体2是通过输出200伏交流电压Vac来驱动负载M的逆变器装置时，使用具有例如350伏击穿电压特性的齐纳二极管8。可选地，当该电力变换装置主体2是通过输出400伏交流电压来驱动负载M的逆变器装置时，使用具有例如800至850伏击穿电压特性的齐纳二极管8。

该稳压二极管8具有特性在于，当向齐纳二极管8的正极与负极之间施加的反向电压超过齐纳二极管8的击穿电压Vzd时由于雪崩击穿导致从负极流向正极的电流。众所周知，此时齐纳二极管8执行将该施加在正极和负极之间的反向电压限制为该击穿电压Vzd的动作，此处没有必要给出描述。

根据该配置为包括此类齐纳二极管8的电力变换装置1，即使当向电力变换装置1所驱动的负载（马达）M施加制动力且藉此在该负载M内产生的再生电力被施加到该电力变换装置1时，也可有效地保护该电力变换装置1免于该再生电力的伤害。也就是说，一旦来自该负载（马达）的再生电流流入该电力变换装置1侧，该直流电源电压Vin响应于此而升高。此外，由于该再生电流而导致的直流电源电压Vin的升高一般很尖锐。

进一步，伴随着直流电源电压Vin的升高，一旦该直流电源电压Vin超过（升到其之上）齐纳二极管的击穿电压Vzd，作为其结果，在齐纳二极管8内发生雪崩击穿。作为其结果，伴随着直流电源电压Vin的升高，电流流入齐纳二极管8，且该电流使得制动电路3内的半导体开关3b导通并驱动该半导体开关3b。

然后，由于半导体开关3b导通，该再生电流流过电阻器3a并被消耗，由于此，抑制了直流电源电压Vin的升高。进一步，直流电源电压Vin被限制为齐纳二极管8的击穿电压。由该齐纳二极管8导通并驱动的制动电路3内的半导体开关3b，优先于由控制电路7导通和控制的制动电路3（半导体开关3b），因为后者存在由直流-直流变换器7a等造成的响应延迟。

随后，控制电路7检测到直流电源电压Vin的升高，并导通和驱动制动电路3中的半导体开关3b。然后，继续进行控制电路7对制动电路3的驱动，直到直流电源电压Vin降低至或低于相对该电力变换装置主体2的保护电压。作为此的结果，电力变换装置主体2被由齐纳二极管和控制电路7驱动的制动电路3进行了有效的过电压保护。特别是，即使再生电力导致直流电源电压Vin产生的尖锐上升时，简单地由齐纳二极管8的动作，能保护电力变换装置主体2免于过电压的伤害。

因此，根据具有上述配置的电力变换装置1，使用其中设置驱动制动电路3的齐纳二极管8的简单配置，可可靠地保护该电力变换装置主体2免于负载M中产生的再生电力的伤害。另外，即使该控制电路7的响应特性相对于直流电源电压Vin的升高而言很慢，或当电源开关（断路器）4处于断开状态且控制电路7未运行时，当由于再生电力而使直流电源电压Vin升高时，可可靠地导致制动电路3运行，因此可靠地保护电力变换装置主体2。因此，存在可观的实践优势。

然而，即使当电力变换装置1不包括该控制电路7时，如图2所示，齐纳二极管8能有效作用于制动电路3。在这种情况下，负载电阻9与该齐纳二极管8串联连接，且该串联电路被安装在该电源电压Vin的电源线之间。进一步，这样的配置足以通过流经齐纳二极管8的电流使得在负载电阻9中生成的电压施加至制动电路3中的半导体开关3b。

以此方式配置的电力变换装置1，当由来自负载（马达）M的再生电流施加至电力变换装置1的直流电源电压Vin超过齐纳二极管8的击穿电压时，雪崩击穿电流流过齐纳二极管8。然后，由于该电流引起负载电阻9中发生电压击穿，且半导体开关3b由该电压导通。作为此的结果，以与前述实施例一样的方式，电流流过电阻器3a并且耗费了该再生电力，由于此抑制了该直流电源电压Vin，且因此可保护该电力变换装置主体2免于过电压的伤害。结果，获得了与前述实施例相同的优势。

本发明并不限于上述各实施例。例如，代替由流过齐纳二极管8的电流直接驱动半导体开关3b，还可使用由流过齐纳二极管8的电流驱动光电耦合器的发光元件，且半导体开关3b由从该光电耦合器的受光元件产生的电动势所驱动。此外，还是关于制动电路3，可使用MOSFET或双极型晶体管作为半导体开关3b，且进一步，制动电路3还能实现为包括例如吸收再生电力的电容器的配置。

此外，还是关于监测直流电源电压Vin并驱动制动电路3的控制电路7，可按需采用各种迄今所提出的电源电压监测电路。进一步，还是关于电力变换装置主体2，不言而喻，其配置是不受限的。也就是说，如果根据本发明的电力变换装置表征为检测由于再生电力导致的直流电源电压Vin的过度上升，且制动电路3利用齐纳二极管8运作，且藉此保护电力变换装置主体2免于过电压的伤害，对于电力变换装置实施例的各种修改是可以的，并未超出本发明的范围。

Claims (5)

1.一种电力变换装置，包括：

电力变换装置主体，对所述电力变换装置主体输入电源电压且所述电力变换装置主体驱动负载；以及

制动电路，保护所述电力变换装置主体免于受到施加至所述电力变换装置主体的过电压的伤害，其中

所述制动电路包括齐纳二极管，当施加至所述电力变换装置主体的电压超过预定值时所述齐纳二极管导通，因此抑制了施加至所述电力变换装置主体的电压。

2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，所述制动电路包括半导体开关电路，当所述半导体开关电路导通时，形成相对于所述电力变换装置主体的旁通电流路径，因此消耗过剩的能量，并且

在施加至所述电力变换装置主体的电压由于来自所述负载的再生电力超过预定值时，所述齐纳二极管导通，因此驱动所述半导体开关电路。

3.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，在施加至所述电力变换装置主体的电压由于来自所述负载的再生电力超过预定值时，所述齐纳二极管导通，因此将施加至所述电力变换装置主体的电压限制为所述齐纳二极管的击穿电压。

4.根据权利要求2或3所述的电力变换装置，其特征在于，所述齐纳二极管被安装在施加了所述电源电压的正电极线和所述半导体开关电路的控制端子之间。

5.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，所述制动电路由所述齐纳二极管所驱动，或由监测所述电源电压且当所述电源电压超过预定值时输出保护信号的控制电路所驱动。