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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Stromumwandlungsvorrichtung, welche einen Stromresonanzwechselrichter einsetzt.
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Stand der Technik
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Stromumwandlungsvorrichtungen zum Umwandeln einer Gleichspannung in eine Wechselspannung mit Mittel- und Hochfrequenzresonanzwechselrichtern, die Stromresonanz einsetzen, werden für Anwendungen wie Schienenfahrzeuge oder solare Stromerzeugung verwendet (siehe Patentliteratur 1). Ein Stromresonanzwechselrichter erzeugt einen Moment, zu dem ein Strom null ist, unter Verwendung von Resonanz einer LC-Schaltung innerhalb eines Schaltkreises und schaltet ein Leistungshalbleiterschaltelement zu dem Zeitpunkt aus, wodurch die Schaltverluste verringert werden. Die Stromresonanz lässt Abschaltverluste des Leistungshalbleiters im Wesentlichen null werden, was vorteilhafterweise eine Stromumwandlungsvorrichtung mit geringen Verlusten bereitstellt.
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Wenn ein Schalter bei einer Frequenz unterschiedlich von einer Resonanzfrequenz der Wechselrichterschaltung aktiviert wird, unterliegt der Resonanzwechselrichter der Gefahr, ein Schaltelement brechen zu lassen, da eine Off-Resonanz auftritt und ein Überstrom über den Schalter fließt. Beispielsweise offenbart Patentliteratur 2 ein Steuerverfahren, um das Brechen eines Schaltelements aufgrund einer Off-Resonanz in einem Reihenresonanzwandler zu verhindern. Patentliteratur 2 offenbart einen Halbbrückenstromresonanzwandler, bei dem ein Strom einer sekundären Gleichrichterdiode, der während eines stationären Betriebs (bei einer normalen Frequenz) nicht fließt, erfasst wird, um eine Off-Resonanz zu ermitteln.
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Patentliteratur 3 offenbart ein Verfahren zur Steuerung einer Induktionsheizstromquelle, bei der, wenn ein Schaltverlust beim Ausschalten einen zulässigen Sollwert in einem Vollbrückenstromresonanzwechselrichter überschreitet, der Betrieb des Wechselrichters angehalten wird. Patentliteratur 4 offenbart eine Steuerschaltung für das Schalten einer Stromquelle, in der, wenn eine Off-Resonanz von einem erfassten Wert eines Ausgangsstroms eines komplexen Stromresonanzwandlers erfasst wird, ein Schaltelement ausgeschaltet wird. Patentliteratur 4 offenbart auch, dass ein Signal zum Einschalten eines Schaltelements blockiert wird, während ein Strom, der durch ein Impedanzelement fließt, erfasst wird, wobei beide von zwei Schaltelementen ausgeschaltet sind.
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Zitierliste
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2008/0055941
- Patentliteratur 2: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Kokai-Veröffentlichungsnummer 2010-187478
- Patentliteratur 3: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Kokai-Veröffentlichungsnummer 2010-153089
- Patentliteratur 4: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Kokai-Veröffentlichungsnummer 2011-135723
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Technisches Problem
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Wenn sich eine Resonanzfrequenz einer Wechselrichterschaltung aus irgendeinem Grund ändert, wird ein Leistungshalbleiterschaltelement in einem Zustand ausgeschaltet, in dem Strom durch das Schaltelement fließt, wodurch sich der Abschaltverlust erhöht. Während eines solchen Betriebs erhöht sich, da der Stromresonanzwechselrichter eine Mittel- und Hochfrequenzschaltung ist, der Verlust des Leistungshalbleiters schnell. Dann kann ein Temperaturdetektor, der an einer Grundfläche eines Kühlers zum Kühlen des Leistungshalbleiters montiert ist, bei der Erfassung einer schnellen Änderung in der Temperatur des Leistungshalbleiters versagen. Dieser Fehler kann eine Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiters veranlassen, ihre Grenze zu überschreiten, bevor der Übertemperaturschutz der Wechselrichterschaltung arbeitet, was zu einem Zusammenbruch führt. Beispielsweise tritt ein Stromabschaltzustand immer dann auf, wenn die Resonanzfrequenz der Schaltung aufgrund des Abschneidens eines Teils einer Transformatorwicklung, eines Kurzschlusses davon oder dergleichen, abnimmt. Das Leistungshalbleiterschaltelement braucht Schutz vor dem Stromabschaltzustand.
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Der Schutzansatz auf der Grundlage der Temperatur beinhaltet das Stoppen des Schaltvorgangs, wenn die durch einen Thermistor erfasste Temperatur eine bestimmte Temperatur überschreitet. Allerdings erlaubt dieser Ansatz nicht, den Leistungshalbleiter vor dem Übertemperaturzustand zu schützen. Somit wird der Stromabschaltzustand des Leistungshalbleiters erfasst, um den Schaltvorgang zu stoppen. Wenn beispielsweise das Schaltelement unmittelbar nach der Erfassung der Off-Resonanz ausgeschaltet wird, lässt die Erfassung der Off-Resonanz aufgrund von Rauschen oder dergleichen den Wechselrichter ebenfalls vorübergehend stoppen. Jedoch ist für Anwendungen wie elektrische Schienenfahrzeuge, bei denen häufige Abschaltungen der Stromversorgung nicht wünschenswert sind, Dauerbetrieb so lange wie möglich erforderlich.
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Die vorliegende Offenbarung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und ein Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, ein Schaltelement einer Resonanzwechselrichterschaltung zu schützen und übermäßiges Stoppen der Resonanzwechselrichterschaltung zu verhindern, wenn sich eine Resonanzfrequenz der Resonanzwechselrichterschaltung ändert.
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Lösung für Problem
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Eine Stromumwandlungsvorrichtung nach der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Resonanzwechselrichterschaltung mit zwei oder mehr Schaltelementen, einen Detektor, um einen Ausgangsstrom der Schaltelemente zu erfassen, eine Resonanz-Bestimmungseinrichtung und einen Regler. Die Resonanz-Bestimmungseinrichtung bestimmt, dass eine Resonanzfrequenz der Resonanzwechselrichterschaltung nicht normal ist, wenn eine Anzahl von Malen, die ein Absolutwert eines Stroms, der durch den Detektor beim Ausschalten der Schaltelemente erfasst wird, gleich oder größer als ein Schwellenwert ist, gleich oder größer als eine vorbestimmte Anzahl von Malen ist, die zwei oder mehr während einer vorbestimmten Zeitdauer beträgt, die mindestens zweimal eine Schaltperiode der Schaltelemente ist. Der Regler bewirkt, dass der Schaltvorgang der Resonanzwechselrichterschaltung stoppt, wenn die Resonanz-Bestimmungseinrichtung bestimmt, dass die Resonanzfrequenz der Resonanzwechselrichterschaltung nicht normal ist.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Nach den Techniken der vorliegenden Offenbarung wird, wenn die Anzahl der Male, die der Absolutwert des Stroms, der durch den Detektor beim Ausschalten der Schaltelemente erfasst wird, gleich oder größer als ein Schwellenwert ist, gleich oder größer als eine vorbestimmte Anzahl von Malen, die zwei oder mehr während einer vorbestimmten Zeitdauer ist, die gleich oder länger als zwei Schaltperioden ist, die Resonanzfrequenz der Resonanzwechselrichterschaltung als nicht normal bestimmt und der Schaltvorgang wird gestoppt, was die Schaltelemente der Resonanzwechselrichterschaltung schützt und ein übermäßiges Stoppen der Resonanzwechselrichterschaltung verhindert, wenn sich die Resonanzfrequenz der Resonanzwechselrichterschaltung ändert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Anordnung einer Stromumwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
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2 ist ein Diagramm, das Stromwellenformen einer normalen Resonanzfrequenz einer Resonanzwechselrichterschaltung veranschaulicht;
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3 ist ein Diagramm, das Stromwellenformen bei verringerter Resonanzfrequenz der Resonanzwechselrichterschaltung veranschaulicht;
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4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Logikschaltung einer Resonanzfrequenz-Bestimmungseinrichtung veranschaulicht;
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5 ist ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Betrieb von Stoppverarbeitung während einer Resonanzfrequenz-Abnormalität veranschaulicht, nach der Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung;
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6 ist ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Betrieb von Stoppverarbeitung während einer Resonanzfrequenz-Abnormalität veranschaulicht, nach der Ausführungsform 2 der vorliegenden Offenbarung.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Ausführungsform 1
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1 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Anordnung einer Stromumwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Die Stromumwandlungsvorrichtung umfasst eine Resonanzwechselrichterschaltung 1 und eine Steuervorrichtung 2. Die Resonanzwechselrichterschaltung 1 ist mit einer Gleichstromquelle 3 und einer Masse 4 verbunden und empfängt Gleichstrom, der von der Gleichstromquelle 3 geliefert wird. Die Steuervorrichtung 2 aktiviert die Resonanzwechselrichterschaltung 1, um die Resonanzwechselrichterschaltung 1 zu veranlassen, die Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln und den Wechselstrom an einen Lastschaltkreis 5 zu liefern.
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Die Resonanzwechselrichterschaltung 1 umfasst einen Filterkondensator 11, Resonanzkondensatoren 12 und 13, Schaltelemente 14 und 15, einen Resonanztransformator 16 und einen Detektor 17. Der Filterkondensator 11 blockiert Rauschen der Gleichspannungsquelle 3, um eine Veränderung in der Spannung, die an die Schaltelemente 14 und 15 angelegt wird, zu reduzieren.
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Die Resonanzkondensatoren 12 und 13 sind in Reihe geschaltet. Vor dem Beginn des Betriebs der Resonanzwechselrichterschaltung 1 werden die geteilten Gleichstromspannungen jeweils an die entsprechenden der Resonanzkondensatoren 12 und 13 angelegt. Die Werte der Kapazitäten der Resonanzkondensatoren 12 und 13 können gleich oder verschieden sein. Wenn die Resonanzkondensatoren 12 und 13 die gleiche Kapazität haben, sind die Spannungen der Kondensatoren gleich. Die Resonanzkondensatoren 12 und 13 können von einer Mehrzahl von Kondensatoren gebildet werden, die in Reihe und/oder parallel geschaltet sind. In diesem Fall sind die Kapazitäten der Resonanzkondensatoren 12 und 13 kombinierte Kapazitäten der Mehrzahl von Kondensatoren. Die Schaltelemente 14 und 15 können auch durch eine Mehrzahl von Elementen gebildet sein.
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Obwohl in 1 als Beispiel die Schaltelemente 14 und 15 jeweils als ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) veranschaulicht sind, sind die Schaltelemente 14 und 15 nicht auf den IGBT beschränkt, sondern können ein beliebiges Element sein, das steuerbar mit einem Gate-Signal ist. Die Schaltelemente 14 und 15 sind in Reihe geschaltet und mit den Resonanzkondensatoren 12 und 13 parallel geschaltet.
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Der Resonanztransformator 16 umfasst eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung und die beiden Enden der Primärwicklung des Resonanztransformators 16 sind jeweils mit einem entsprechenden Verbindungspunkt verbunden, das heißt, mit einem Verbindungspunkt zwischen den Resonanzkondensatoren 12 und 13 oder mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltelementen 14 und 15. Der Detektor 17 ist zwischen einem Ende des Resonanztransformators 16 und dem Verbindungspunkt zwischen den Schaltelementen 14 und 15 angeordnet und gibt eine Spannung proportional zu dem Ausgangsstrom der Schaltelemente 14 und 15 aus.
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Die Steuervorrichtung 2 schaltet abwechselnd die Schaltelemente 14 und 15 ein und aus, um die Resonanzkondensatoren 12 und 13 und den Resonanztransformator 16 zu veranlassen, gemeinsam zusammenzuwirken, um eine Wechselstromspannung über den Resonanztransformator 16 zu erzeugen. Die Steuervorrichtung 2 beginnt die Resonanzwechselrichterschaltung 1 zu aktivieren, beispielsweise wenn eine Eingangsspannung, welche zur Resonanzwechselrichterschaltung 1 gelenkt wird und durch einen nicht dargestellten Eingangsspannungsdetektor erfasst wird, in einen vorbestimmten Bereich fällt. Die Steuervorrichtung 2 stoppt die Resonanzwechselrichterschaltung 1, beispielsweise wenn die Eingangsspannung zur Resonanzwechselrichterschaltung 1 einen Schwellenwert übersteigt und eine Überspannung anzeigt.
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Es wird angenommen, dass die Resonanzkondensatoren 12 und 13 den gleichen Kapazitätswert haben und die Steuervorrichtung 2 ein Gate-Signal ausgibt, das es dem Schaltelement 14 ermöglicht, für eine vorbestimmte Leitungszeit zu Beginn des Betriebs der Resonanzwechselrichterschaltung 1 eingeschaltet zu werden. Die Steuervorrichtung 2 gibt ein Gate-Signal aus, so dass die Schaltelemente 14 und 15 abwechselnd für die Leitungszeit während des Betriebs der Resonanzwechselrichterschaltung 1 eingeschaltet werden. Eine Kurzschlussschutzzeit ist auch vorgesehen, in der die Schaltelemente 14 und 15 beide ausgeschaltet sind.
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Während das Schaltelement 14 eingeschaltet ist und das Schaltelement 15 ausgeschaltet ist, fließt ein Strom von der Gleichstromquelle 3 durch das Schaltelement 14, den Resonanztransformator 16 und den Resonanzkondensator 13 zur Masse 4. Während das Schaltelement 15 eingeschaltet ist und das Schaltelement 14 ausgeschaltet ist, fließt ein Strom von der Gleichstromquelle 3 durch den Resonanzkondensator 12, den Resonanztransformator 16 und das Schaltelement 15 zur Masse 4.
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Da der Resonanztransformator 16 und der Resonanzkondensator 12 in Reihe geschaltet sind oder der Resonanztransformator 16 und der Resonanzkondensator 13 in Reihe geschaltet sind, oszilliert ein Strom auf einer Resonanzfrequenz, welche durch eine Induktivität des Resonanztransformators 16 und die Kapazitäten der Resonanzkondensatoren 12 und 13 bestimmt ist. Der Schaltverlust kann durch Ausschalten der Schaltelemente 14 und 15, wenn der Strom gleich null ist, reduziert werden.
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2 zeigt Stromwellenformen der normalen Resonanzfrequenz der Resonanzwechselrichterschaltung. Das obere Diagramm von 2 zeigt einen Strom des Schaltelements 14. Das untere Diagramm von 2 zeigt einen Strom, der durch den Detektor 17 erfasst wird. Da das Schaltelement 15 eingeschaltet ist, während das Schaltelement 14 ausgeschaltet ist, wird der erfasste Strom abwechselnd als positiv oder negativ erscheinen.
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Wie in 2 dargestellt, ändert sich der Strom, um mit der Resonanzfrequenz zu oszillieren, welche durch den Resonanztransformator 16 und die Resonanzkondensatoren 12 und 13 bestimmt wird. Dann wird der Strom des Schaltelements ausgeschaltet, während der Strom null ist. Hier nimmt, wenn sich die Resonanzfrequenz, die durch den Resonanztransformator 16 und die Resonanzkondensatoren 12 und 13 bestimmt wird, aus irgendeinem Grund verringert, eine Periode der Stromschwingung zu. In diesem Fall fließt, wenn die Schaltelemente 14 und 15 zu dem gleichen Zeitpunkt ausgeschaltet werden, nachdem die Schaltelemente 14 und 15 eingeschaltet worden sind, der Strom noch zum Ausschaltzeitpunkt.
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3 zeigt Stromwellenformen bei verringerter Resonanzfrequenz der Resonanzwechselrichterschaltung. Wie zu sehen ist, weist der Resonanzstrom eine längere Periode auf und der Strom fließt somit noch beim Ausschalten der Schaltelemente 14 und 15.
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Die Steuervorrichtung 2 von 1 umfasst einen Stromdetektor 21, eine Resonanzfrequenz-Bestimmungseinrichtung 22 und einen Regler 23. Der Stromdetektor 21 führt eine Analog-zu-Digital-Wandlung einer Spannung proportional zu der Spannung durch, die vom Detektor 17 erfasst wird, um einen Stromwert auszugeben. Die Resonanzfrequenz-Bestimmungseinrichtung 22 bestimmt, dass die Resonanzfrequenz der Resonanzwechselrichterschaltung 1 nicht normal ist, wenn eine Anzahl von Malen, die ein Absolutwert des Stroms, der durch den Detektor 17 beim Ausschalten der Schaltelemente 14 und 15 erfasst wird, gleich oder größer als ein Schwellenwert ist, eine vorbestimmte Anzahl von Malen ist, die zwei oder mehr während einer vorbestimmten Zeitdauer beträgt, die mindestens zweimal eine Schaltperiode der Schaltelemente 14 und 15 ist. Der Regler 23 stoppt den Schaltvorgang der Resonanzwechselrichterschaltung 1, wenn die Resonanzfrequenz-Bestimmungseinrichtung 22 bestimmt, dass die Resonanzfrequenz der Resonanzwechselrichterschaltung 1 nicht normal ist. Die Steuervorrichtung 2 stoppt auch die Resonanzwechselrichterschaltung 1, wenn der Strom, welcher durch den Detektor 17 erfasst wird und in den Resonanztransformator 16 fließt, einen Schwellenwert überschreitet und zu einem Überstrom wird.
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Die Bedingungen für die Resonanzfrequenz-Bestimmungseinrichtung 22, um zu bestimmen, dass die Resonanzfrequenz nicht normal ist, kann als geeignet für Eigenschaften und Verwendung der Resonanzwechselrichterschaltung 1 bestimmt werden. Die Bedingungen können frei innerhalb eines Bereichs eingestellt werden, in dem M ≥ N ≥ 2 gilt, wobei die Bestimmungsperiode das M-Fache der Schaltperiode (M ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 2) ist, und N eine definierte Anzahl von Malen ist, die der Absolutwert des Stroms, der durch den Detektor 17 beim Ausschalten der Schaltelemente 14 und 15 erfasst wird, gleich oder größer ist als ein Schwellenwert für die Resonanzfrequenz, um als nicht normal bestimmt zu werden (N ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 2).
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4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Logikschaltung einer Resonanzfrequenz-Bestimmungseinrichtung veranschaulicht. Die Resonanzfrequenz-Bestimmungseinrichtung 22 verwendet einen Komparator 26, um beispielsweise einen Stromwert, der vom Stromdetektor 21 ausgegeben wird, mit einem Schwellenwert eines Registers 24 für jedes Ausschalten der Schaltelemente 14 und 15 zu vergleichen. Der Komparator 26 gibt dann an ein Schieberegister 28 und einen Addierer 29, ”1” für den Stromwert gleich oder größer als der Schwellenwert und ”0” für den Stromwert kleiner als der Schwellenwert aus. M – 1 Schieberegister (Flip-Flops) 28 sind in Reihe geschaltet, wobei das Schaltzykluszeitintervall für die Bestimmung M Perioden (M ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 2) beträgt. Die Ausgabe des letzten Schieberegisters 28 wird in einen Subtrahierer 30 eingegeben. Der Subtrahierer 30 empfängt eine Eingabe von einem Ergebnis des Addierers 29 und subtrahiert die Ausgabe des letzten Schieberegisters 28 vom Ergebnis des Addierers 29.
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Das Ergebnis des Subtrahierers 30 wird in einen Komparator 27 eingegeben und in der nächsten Periode zu dem Addierer 29 zurückgeführt. Der Addierer 29 und der Subtrahierer 30 wirken zusammen für die Addition des Stromergebnisses des Komparators 26 und für die Subtraktion des Ergebnisses des Komparators 26 von vor M Perioden früher. Der Komparator 27 vergleicht das Ergebnis des Subtrahierers 30 mit einer definierten Anzahl von Malen des Registers 25 (beispielsweise N), und gibt an den Regler 23 ”1 (nicht normale Resonanzfrequenz)” aus, wenn das Vergleichsergebnis gleich oder größer als die definierte Anzahl von Malen ist, und gibt ”0 (normale Resonanzfrequenz)” aus, wenn das Vergleichsergebnis kleiner als die definierte Anzahl von Malen ist. Als Ergebnis bestimmt die Resonanzfrequenz-Bestimmungseinrichtung 22, dass die Resonanzfrequenz nicht normal ist, wenn die Anzahl von Malen, die der Absolutwert des Stroms, der durch den Detektor 17 beim Ausschalten der Schaltelemente 14 und 15 erfasst wird, gleich oder größer als ein Schwellenwert ist, gleich oder größer als die definierte Anzahl von Malen (N) während einer Periode ist, die M mal die Schaltperiode ist.
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Der Strom beim Ausschalten der Schaltelemente 14 und 15 kann nur erfasst werden, wenn eines der Schaltelemente 14 und 15 ausgeschaltet ist, oder er kann nur erfasst werden, wenn die beiden Schaltelemente 14 und 15 ausgeschaltet sind. Die Bestimmungsperiode der Stromerfassung, wenn die beiden Schaltelemente 14 und 15 ausgeschaltet sind, ist eine Hälfte der Stromerfassung, wenn eines der beiden davon ausgeschaltet ist.
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5 ist ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Betrieb von Stoppverarbeitung während einer Resonanzfrequenz-Abnormalität veranschaulicht, nach der Ausführungsform 1. Die Resonanzfrequenz-Bestimmungseinrichtung 22 stellt zunächst einen Zähler auf Null (Schritt S01). Der Zähler zeigt die Anzahl von Malen an, die der Absolutwert des Stroms, der durch den Detektor 17 beim Ausschalten der Schaltelemente 14 und 15 erfasst wird, gleich oder größer als ein Schwellenwert ist. Dann wird der Stromwert, der vom Detektor 17 erfasst wird, für jedes Ausschalten der Schaltelemente 14 und 15 eingegeben (Schritt S02).
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Der Stromwert wird mit einem Schwellenwert verglichen und, wenn der Stromwert gleich oder größer als der Schwellenwert ist (Schritt S03; JA), wird 1 zu dem Zähler hinzugefügt (Schritt S04). Wenn der Stromwert kleiner als der Schwellenwert ist (Schritt S03; NEIN), bleibt der Zählerwert gleich. Dann wird, wenn der Stromwert M Perioden früher (M ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 2) gleich oder größer als ein Schwellenwert ist (Schritt S05; JA), 1 vom Zähler subtrahiert (Schritt S06). Wenn der Stromwert M Perioden früher (M ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 2) kleiner als ein Schwellenwert ist (Schritt S05; NEIN), bleibt der Zählerwert gleich.
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Der Zählerwert wird mit der definierten Anzahl von Malen verglichen und, wenn der Zählerwert gleich oder größer als die definierte Anzahl von Malen ist (Schritt S07; JA), wird der Schaltvorgang der Resonanzwechselrichterschaltung 1 gestoppt (Schritt S08). Wenn der Zählerwert kleiner als die definierte Anzahl von Malen ist (Schritt S07; NEIN), kehrt die Verarbeitung zu Schritt S02 zurück und startet erneut mit der Eingabe des Stromwertes.
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Wie oben beschrieben, bestimmt die Stromumwandlungsvorrichtung der Ausführungsform 1, dass die Resonanzfrequenz der Resonanzwechselrichterschaltung 1 nicht normal ist, wenn die Anzahl von Malen, die der Absolutwert des Stroms, der durch den Detektor 17 beim Ausschalten der Schalterelemente 14 und 15 erfasst wird, gleich oder größer als der Schwellenwert ist, gleich oder größer als die vorbestimmte Anzahl von Malen ist, die zwei oder mehr während einer vorbestimmten Zeitdauer ist, die mindestens zweimal eine Schaltperiode ist, und dann wird der Schaltvorgang gestoppt. Als Ergebnis werden, wenn sich die Resonanzfrequenz der Resonanzwechselrichterschaltung 1 ändert, die Schaltelemente 14 und 15 der Resonanzwechselrichterschaltung 1 geschützt und ein übermäßiges Stoppen der Resonanzwechselrichterschaltung 1 wird verhindert.
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Ausführungsform 2
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In der Ausführungsform 2 wird eine Resonanzfrequenz-Abnormalität bestimmt, wenn eine Anzahl von Malen, die ein Absolutwert eines Stroms, der durch einen Detektor 17 für jedes Ausschalten der Schaltelemente 14 und 15 erfasst wird, gleich oder größer als ein Schwellenwert ist, weiterhin gleich oder größer als eine definierte Anzahl von Malen bleibt. Insbesondere entspricht diese Bedingung M = N ≥ 2 in der Konfiguration der Ausführungsform 1, was bedeutet, dass die M Perioden, die eine Bestimmungsperiode darstellen (M ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 2), gleich einer definierten Anzahl von Malen N sind (N ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 2), die zur Bestimmung verwendet werden, dass die Resonanzfrequenz nicht normal ist.
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6 ist ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Betrieb von Stoppverarbeitung nach der Ausführungsform 2 während einer Resonanzfrequenz-Abnormalität veranschaulicht. Eine Resonanzfrequenz-Bestimmungseinrichtung 22 stellt zunächst einen Zähler auf null (Schritt S11). Der Zähler gibt die Anzahl von Malen an, die der Absolutwert des Stroms, der durch den Detektor 17 beim Ausschalten der Schaltelemente 14 und 15 erfasst wird, gleich oder größer als ein Schwellenwert ist. Dann wird der vom Detektor 17 erfasste Stromwert für jedes Ausschalten der Schaltelemente 14 und 15 eingegeben (Schritt S12).
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Der Stromwert wird mit einem Schwellenwert verglichen und es wird, wenn der Stromwert gleich oder größer als der Schwellenwert ist (Schritt S13; JA), 1 zu dem Zähler hinzugefügt (Schritt S14). Wenn der Stromwert kleiner als der Schwellenwert ist (Schritt S13; NEIN), kehrt die Verarbeitung zu Schritt S11 zurück und startet erneut mit einem Rücksetzen des Zählers (Setzen auf 0).
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Nachdem 1 zu dem Zähler in Schritt S14 hinzugefügt ist, wird der Zählerwert mit einer definierten Anzahl von Malen verglichen und, wenn der Zählerwert gleich oder größer als die definierte Anzahl von Malen ist (Schritt S15; JA), wird der Schaltvorgang der Resonanzwechselrichterschaltung 1 gestoppt (Schritt S16). Wenn der Zählerwert kleiner als die definierte Anzahl von Malen ist (Schritt S15; NEIN), wird der Prozess zurück zu Schritt S12 geführt, ohne den Zähler zurückzusetzen, und von einer Eingabe des Stromwertes aus wiederholt.
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Wie oben erwähnt, wird nach der Ausführungsform 2 die nicht normale Resonanzfrequenz als auftretend bestimmt, wenn die Anzahl von Malen, die der Absolutwert des Stroms, der durch den Detektor 17 für jedes Ausschalten der Schaltelemente 14 und 15 erfasst wird, gleich oder größer als der Schwellenwert ist, gleich oder größer als die definierte Anzahl von Malen ist. Dies ermöglicht somit eine einfache Konfiguration der Resonanzfrequenz-Bestimmungseinrichtung 22.
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In den obigen Ausführungsformen erzeugen, um das Verständnis zu erleichtern, die beschriebenen beispielhaften Stromumwandlungsvorrichtungen einphasigen Wechselstrom und haben einen einzelnen Schenkel, der einen oberen Arm (Schaltelement 14) und einen unteren Arm (Schaltelement 15) umfasst. Jedoch kann die Konfiguration der Ausführungsformen auch auf eine Stromumwandlungsvorrichtung angewendet werden, die Drei-Phasen-Wechselstrom erzeugt, und drei Schenkel aufweist. Für den Drei-Phasen-Wechselstrom-Typ der Stromumwandlungsvorrichtung sind Detektoren 17 jeweils für den entsprechenden der Schenkel vorgesehen, um den Ausgangsstrom eines jeden Schenkels zu erfassen, um Erfassung und Bestimmung einer Resonanzfrequenz-Abnormalität zu gewährleisten.
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Die Stromumwandlungsvorrichtungen der Ausführungsformen können auch konfiguriert werden, um als die Schaltelemente 14 und 15 Schaltelemente einzusetzen, welche aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke hergestellt sind, der einen breiteren Bandlücke als Silizium aufweist. Der Halbleiter mit breiter Bandlücke besteht beispielsweise aus Siliziumcarbid-, Galliumnitrid-basiertem Material oder Diamant. Das Schaltelement, welches aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke hergestellt ist, weist eine hohe Isolationsspannungsfestigkeit und eine hohe zulässige Stromdichte auf. Solche Eigenschaften ermöglichen eine reduzierte Größe des Schaltelements und die Verwendung des Schaltelements reduzierter Größe ermöglicht somit eine reduzierte Größe eines Halbleitermoduls, welches das Schaltelement umfasst.
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Der Halbleiter mit breiter Bandlücke weist eine hohe Wärmebeständigkeit auf, so dass eine Verringerung der Größe der Wärmeabstrahlungsrippen aus einem Kühlkörper und die Verwendung von Luft zur Kühlung eines Wasserkühlers möglich wird, was die Größe des Halbleitermoduls weiter reduziert. Darüber hinaus ermöglicht die geringere Verlustleistung eine höhere Effizienz in dem Schaltelement und ermöglicht somit ein Halbleitermodul höherer Effizienz.
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Vorzugsweise werden beide Schaltelemente 14 und 15 aus Halbleiter mit breiter Bandlücke hergestellt, aber auch eines der Schaltelemente kann aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke hergestellt sein. In diesem Fall kann die Wirkung, wie in Ausführungsform 1 beschrieben, ebenfalls erzielt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Resonanzwechselrichterschaltung
- 2
- Steuervorrichtung
- 3
- Gleichstromquelle
- 4
- Masse
- 5
- Lastschaltkreis
- 11
- Filterkondensator
- 12, 13
- Resonanzkondensator
- 14, 15
- Schaltelement
- 16
- Resonanztransformator
- 17
- Detektor
- 21
- Stromdetektor
- 22
- Resonanzfrequenz-Bestimmungseinrichtung
- 23
- Regler
- 24, 25
- Register
- 26, 27
- Komparator
- 28
- Schieberegister
- 29
- Addierer
- 30
- Subtrahierer
