CN114144955A - 过电流保护装置以及使用该装置的电力转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种过电流保护装置以及使用该装置的电力转换装置。本发明一实施例的电力转换装置包括：控制部，通过第一输出节点向开关元件提供集电极‑发射极电压；以及过电流保护电路，串联连接在所述第一输出节点和所述开关元件之间，用于限制所述开关元件的过电流。

Description

过电流保护装置以及使用该装置的电力转换装置
技术领域
本发明涉及过电流保护装置以及使用该装置的电力转换装置。
背景技术
一般而言，电力转换装置是将某种电力转换为具有不同电流、电压、频率等的电力的装置，其代表有将直流(DC)电转换为交流(AC)的逆变器以及将AC转换为DC的转换器。
图1是一般的电力转换装置的电路结构图，示出了逆变器的情况。
电力转换装置100接收三相交流电源，整流部110对该三相交流电源电源进行整流，平滑部120对整流部110整流后的直流电压进行平滑并存储。逆变器部130根据脉宽调制(pulse width modulation：PWM)控制信号，将存储在作为平滑部120的直流链路电容器中的直流电压输出为具有规定电压和频率的交流电压，并且将该交流电压提供给电动机。
此时，在逆变器部130中，复数个开关元件根据规定拓扑排列，各个开关元件连接到栅极控制部以从相应的栅极控制部接收PWM控制信号。
图2是用于说明栅极控制部的动作的示例图，示出了与开关元件的集电极-发射极电压VCE对应的切断动作以及使用电阻和二极管作为监测部210的电路。
监测部210的电阻和二极管监测逆变器部130的开关元件的集电极-发射极电压VCE的饱和电平(saturation level)，并且当检测到过电流时将其通知给栅极控制部200。
当检测到过电流时，栅极控制部200切断输出电压并将故障信号(fault signal)提供给上级控制部。
在这样的栅极控制部电路中，将复数个二极管或齐纳二极管串联连接到开关元件，以降低切断检测临界电压。
图3用于说明连接复数个二极管以降低切断检测临界电压，图4用于说明连接齐纳二极管以降低切断检测临界电压。
参照图3，利用复数个二极管使电压下降以校正开关元件的电压临界值，参照图4，利用二极管和齐纳二极管使电压下降以校正开关元件的电压临界值。
但是，在前者的情况下，当二极管数目增加时，因温度引起的偏差会增加，从而存在对电路造成影响的问题，而在后者的情况下，当栅极控制部的输出电流较小时，齐纳二极管无法达到击穿电压，从而存在电压误差变大的问题。
发明内容
所要解决的问题
本发明所要解决的技术问题是，提供一种通过简单的结构来校正栅极控制部的电压临界值的过电流保护装置以及使用该装置的电力转换装置。
解决问题的技术方案
为了解决上述技术问题，本发明一实施例的过电流保护装置可以包括：控制部，通过第一输出节点向开关元件提供集电极-发射极电压；以及过电流保护电路，串联连接在所述第一输出节点和所述开关元件之间，用于限制所述开关元件的过电流。
在本发明一实施例中，所述控制部可以通过第二输出节点向所述开关元件的栅极提供脉宽调制(PWM)控制信号。
在本发明一实施例中，所述过电流保护电路可以包括：第一二极管，其第一输出与所述第一输出节点连接，第二输出与所述开关元件连接，从而串联连接在所述第一输出节点和所述开关元件之间；第一电阻；以及第二电阻，所述第一电阻和第二电阻的串联连接与所述第一二极管并联连接，所述第一电阻和第二电阻之间的节点与所述第一二极管的第三输出连接。
在本发明一实施例中，所述过电流保护电路可以包括分流调节器。
本发明一实施例的过电流保护装置还可以包括：监测部，配置在所述过电流保护电路和所述开关元件之间，以监测流向所述开关元件的过电流。
在本发明一实施例中，所述监测部可以包括串联连接的第三电阻和第二二极管。
在本发明一实施例中，当通过所述监测部检测出过电流时，所述控制部可以切断所述PWM控制信号。
在本发明一实施例中，当所述第一输出节点的电压为规定大小以上时，所述控制部可以切断所述PWM控制信号。
另外，为了解决上述技术问题，本发明一实施例的电力转换装置可以包括：直流电压提供部，用于提供直流电压；复数个开关元件，分别根据PWM控制信号而导通/截止，以转换所述直流电压并将其输出；控制部，通过第一输出节点向复数个所述开关元件各自的栅极提供所述PWM控制信号，通过第二输出节点向复数个所述开关元件各个提供集电极-发射极电压；以及过电流保护电路，串联连接在所述第一输出节点和所述开关元件之间，用于限制所述开关元件的过电流。
在本发明一实施例中，所述过电流保护电路可以包括：二极管，其第一输出与所述第一输出节点连接，第二输出与所述开关元件连接，从而串联连接在所述第一输出节点和所述开关元件之间；第一电阻；以及第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻的串联连接与所述二极管并联连接，所述第一电阻和第二电阻之间的节点与所述二极管的第三输出连接。
在本发明一实施例中，所述过电流保护电路可以包括分流调节器。
另外，为了解决上述技术问题，本发明一实施例的电力转换装置可以包括：直流电压提供部，用于提供直流电压；复数个开关元件，分别根据PWM控制信号而导通/截止，以转换所述直流电压并将其输出；控制部，通过第一输出节点向复数个所述开关元件各自的栅极提供所述PWM控制信号，通过第二输出节点向复数个所述开关元件各个提供集电极-发射极电压；以及过电流保护电路，串联连接在所述第一输出节点和所述开关元件之间，用于限制所述开关元件的过电流。
在本发明一实施例中，所述过电流保护电路可以包括：二极管，其第一输出与所述第一输出节点连接，第二输出与所述开关元件连接，从而串联连接在所述第一输出节点和所述开关元件之间；第一电阻；以及第二电阻，所述第一电阻和第二电阻的串联连接与所述二极管并联连接，所述第一电阻和第二电阻之间的节点与所述二极管的第三输出连接。
在本发明一实施例中，所述过电流保护电路可以包括分流调节器。
技术效果
根据如上所述的本发明，利用可通过电阻来调节电压的分流调节器(shuntregulator)的特性，能够容易地调节过电流检测临界电压的大小，并且能够减小由温度等外部因素引起的误差以准确地设定临界电压。
附图说明
图1是一般的电力转换装置的电路结构图。
图2是用于说明栅极控制部的动作的示例图。
图3用于说明连接复数个二极管以降低切断检测临界电压。
图4用于说明连接齐纳二极管以降低切断检测临界电压。
图5是用于说明电力转换装置中使用的开关元件的特性的一示例图。
图6是用于说明本发明一实施例的电力转换装置的过电流保护电路的一示例图。
附图标记说明
10：开关元件 20：监测部
40：控制部 50：过电流保护电路
具体实施方式
为了充分理解本发明的结构和效果，将参考附图描述本发明的优选实施例。然而，本发明不限于下面描述的实施例，而是可以以各种形式实施，并且可以进行各种改变。然而，本实施例的描述旨在提供本发明的完整公开，并且向本发明所属领域的普通技术人员充分公开本发明的范围。在附图中，为了便于说明，结构要素的尺寸被放大，并且结构要素的比例可以被夸大或减小。
术语“第一”，“第二”等可以用于描述各种结构要素，但是这些结构要素不应受限于上述术语。上述术语仅可用于区分一个结构要素与另一个结构要素。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，“第一结构要素”可以被命名为“第二结构要素”，并且类似地，“第二结构要素”也可以被命名为“第一结构要素”。此外，除非上下文另有明确规定，否则单数的表述包括复数的表述。除非另外定义，否则本发明的实施例中使用的术语可以被解释为本领域技术人员公知的。
以下，参照附图对本发明一实施例的过电流保护电路以及使用该电路的电力转换装置进行说明。
图5是用于说明电力转换装置中使用的开关元件的特性的一示例图，示出了使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为开关元件时的特性。这样的开关元件可以用于逆变器或转换器等多样的电力转换装置。
如图所示，示出了与栅极-发射极电压VGE对应的集电极电流IC与集电极-发射极电压VCE的关系。由于IGBT的这样的元件特性，过电流检测临界值可以被设定为400A。
例如，图5中的A表示当栅极-发射极电压VGE为15V，且集电极电流IC为临界值400A时，集电极-发射极电压VCE为3.25V的情形。即，当过电流检测临界值被设定为400A时，如果栅极-发射极电压VGE为15V，则集电极-发射极电压VCE可以为3.25V。
图6是用于说明本发明一实施例的过电流保护电路的一示例图。
如图所示，本发明一实施例的过电流保护电路用于保护逆变器部130的开关元件10，其可以包括监测部20、控制部40和过电流限制电路50。
参照图6和图5，当从控制部40的输出节点A输出的电压Vdesat超过9.25V时，控制部40可以输出故障(fault)信号并切断输出节点B以使PWM信号不输出。另外，控制部40可以将故障信号的输出发送给上级控制部(未示出)，从而控制电力转换装置的动作关闭。
在本发明一实施例中，当电压Vdesat超过9.25V时，控制部40输出故障(fault)信号，因此，过电流限制电路50和监测部20降低除去3.25V的6V的电压，使得3.25V被施加到开关元件10。
监测部20的电阻Rdesat和二极管的大小是确定的，过电流限制电路50的Vzener可以由以分流调节器的形式连接到二极管51的R1和R2的电阻来确定。
即，再次对此进行说明，在图6的电路中，电压Vdesat可以如下确定。
[公式1]
Vdesat＝Vzener+(idesat x Rdesat)+VF+VCE
VCE、VF、Rdesat、idesat是预先确定的，Vzener可以通过以下公式求得。
[公式2]
Vzener＝Vref(1+(R2/R1))
在本发明一实施例中，在过电流限制电路50中，与输出节点A串联连接的二极管51与第一电阻52和第二电阻53的串联连接并联连接，二极管51的第三输出端子可以连接到第一电阻52和第二电阻53之间的节点。
然而，在本发明一实施例中，以使用二极管51作为与输出节点A串联连接的元件的情形为例进行了说明，但是也可以使用齐纳二极管。
通过上述电路结构，过电流限制电路50构成分流调节器(shunt regulator)，并且如公式2所示，根据施加到第一电阻52的参考电压Vref以及第一电阻52和第二电阻53的电阻值，可以确定施加到二极管51的电压。
一般而言，分流调节器是用于保持恒压的电路，是指参考电压Vref恒定且可以通过串联连接的电阻的电阻值来改变整体电压的电路。
根据本发明一实施例，通过使用分流调节器作为过电流限制电路50，能够容易地调节过电流检测临界电压的大小，并且能够减小由温度等外部因素引起的误差以准确地设定临界电压。
另一方面，监测部20的电阻Rdesat和二极管可以监测开关元件10的集电极-发射极电压VCE的饱和电平，并且当检测到过电流时将其通知给控制部40。控制部40可以通过过电流检测来将故障信号发送给电力转换装置的上级控制部(未示出)。
此外，控制部40可以通过与输出节点B连接的第三电阻Rg 60向开关元件10的栅极提供PWM控制信号。
当通过过电流检测而产生故障信号时，控制部40可以切断PWM控制信号的输出，以控制开关元件10的动作停止。此外，除了通过过电流检测之外，当输出节点A的电压Vdesat在规定大小(例如，9.25V)以上时，控制部40还可以切断PWM控制信号通过输出节点B输出，以控制开关元件10的动作停止。
显然，以上说明的数字的大小是示例性的，其可以根据电路的元件而以多样的方式构成。
根据本发明一实施例的上述电路结构，利用可通过电阻来调节电压的分流调节器的特性，能够容易地调节过电流检测临界电压的大小，并且能够减小由温度等外部因素引起的误差以准确地设定临界电压。
即，与如图3所示使用串联连接的复数个二极管的情形相比，能够利用较少的元件准确地设定感测电压，并且能够减小因温度引起的偏差。另外，与如图4所示使用齐纳二极管的情形相比，能够解决当流动有较小电流时因无法达到击穿电压而难以实现准确的电压下降的问题。
应当理解的是，以上所说明的根据本发明的实施例仅仅是示例性的，本领域技术人员可以由此实施各种变形和等同范围内的实施例。因此，本发明真正的技术保护范围应由所附的权利要求书确定。
工业实用性
本发明利用可通过电阻的变化来改变电压的自然规律，能够容易地调节过电流检测临界电压的大小，具有工业实用性。

Claims (12)

1.一种过电流保护装置，其中，
包括：
控制部，通过第一输出节点向开关元件提供集电极-发射极电压；以及
过电流限制电路，串联连接在所述第一输出节点和所述开关元件之间，用于限制所述开关元件的过电流。
2.根据权利要求1所述的过电流保护装置，其中，
所述控制部通过第二输出节点向所述开关元件的栅极提供PWM控制信号。
3.根据权利要求1所述的过电流保护装置，其中，
所述过电流限制电路包括：
第一二极管，其第一输出与所述第一输出节点连接，第二输出与所述开关元件连接，从而串联连接在所述第一输出节点和所述开关元件之间；
第一电阻；以及
第二电阻，
所述第一电阻和第二电阻的串联连接与所述第一二极管并联连接，
所述第一电阻和第二电阻之间的节点与所述第一二极管的第三输出连接。
4.根据权利要求1所述的过电流保护装置，其中，
所述过电流限制电路包括分流调节器。
5.根据权利要求2所述的过电流保护装置，其中，
还包括：
监测部，配置在所述过电流限制电路和所述开关元件之间，以监测流向所述开关元件的过电流。
6.根据权利要求5所述的过电流保护装置，其中，
当通过所述监测部检测出过电流时，所述控制部切断所述PWM控制信号。
7.根据权利要求5所述的过电流保护装置，其中，
所述监测部包括串联连接的第三电阻和第二二极管。
8.根据权利要求7所述的过电流保护装置，其中，
当通过所述监测部检测出过电流时，所述控制部切断所述PWM控制信号。
9.根据权利要求1所述的过电流保护装置，其中，
当所述第一输出节点的电压为规定大小以上时，所述控制部切断所述PWM控制信号。
10.一种电力转换装置，其中，
包括：
直流电压提供部，用于提供直流电压；
复数个开关元件，分别根据PWM控制信号而导通/截止，以转换所述直流电压并将其输出；
控制部，通过第一输出节点向复数个所述开关元件各自的栅极提供所述PWM控制信号，通过第二输出节点向复数个所述开关元件各个提供集电极-发射极电压；以及
过电流限制电路，串联连接在所述第一输出节点和所述开关元件之间，用于限制所述开关元件的过电流。
11.根据权利要求9所述的电力转换装置，其中，
所述过电流限制电路包括：
二极管，其第一输出与所述第一输出节点连接，第二输出与所述开关元件连接，从而串联连接在所述第一输出节点和所述开关元件之间；
第一电阻；以及
第二电阻，
所述第一电阻和所述第二电阻的串联连接与所述二极管并联连接，
所述第一电阻和第二电阻之间的节点与所述二极管的第三输出连接。
12.根据权利要求9所述的电力转换装置，其中，
所述过电流限制电路包括分流调节器。
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