JP4112085B2 - コンバータ回路装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電力エレクトロニクスの分野に関する。詳述すれば、本発明は、特許請求の範囲の請求項１に記載されているように、特定的には 12 パルストポロジを有する整流器、及び中間回路を通して下流に接続されているインバータを有するコンバータ回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な型のコンバータ回路装置は、特定的には 12 パルストポロジを有し、直流中間回路に給電する整流器を含んでいる。整流器は、交流電源のＹ回路に接続されている第１の部分整流器と、交流電源のΔ回路に接続されている第２の部分整流器とを備えている。例えば、下流のコンバータに給電する直流中間回路をこれらの部分整流器に接続することができる。 12 パルストポロジを使用すると、極めて小さいリップルを特徴とする直流電圧が得られる。直流中間回路の下流に接続されているのは、例えば３点インバータの形状であることができるインバータである。この回路配列内の構成要素は、整流器、電源、またはインバータ内の種々の障害に対して保護されなければならない。即ち、中間回路のコンデンサは過充電されてはならない。整流器内の半導体が故障した場合には、それによる損害を最小に制限しなければならない。同じことは、インバータ半導体の障害にも言える。最後に、何等の損害も与えることなく、電源の高い過電圧にも対処できるようにすべきである。
【０００３】
【発明の概要】
従って、本発明の一目的は、上述した整流器、電源、またはインバータの障害に対して確実に保護することができる新しいコンバータ回路装置を提供することである。この目的は、独立請求項に記載の特色によって達成される。
本発明の本質は、整流器の２つの部分整流器と、直流中間回路内の中心電位との間に接続される保護回路である。
一実施例は、保護回路が、特定的にはバリスタまたは関連する素子の形状の電圧リミタ素子を有していることを特徴としている。若干の電圧リミタ素子は、スイッチオン及びオフさせることもできる。
以下に添付図面を参照して特定の実施の形態を説明するが、この説明から本発明及びその長所が完全に理解されよう。
【０００４】
【実施の形態】
図１に、本発明の実施の形態の回路図を示す。図の右側に３点インバータ９が示されており、正接続５、負接続６、及び中心電位接続８を有する中間回路４を介して 12 パルス整流器１、２から給電されている。中間回路４は、特定的にはコンデンサバンクＣ１、Ｃ２を含み、整流器９は過大な大電流及び電圧の攻撃から回路網によって保護される。整流器は２つの部分整流器１、２からなり、第１の部分整流器１は交流電源３のＹ回路に接続され、第２の部分整流器２は交流電源３のΔ回路に接続されている。従って、整流器は公知の 12 パルストポロジを有している。例えばＧＴＯのような半導体スイッチの他に、インバータ９は２つの限流用インダクタＬｓ１、Ｌｓ２、２つの抵抗Ｒｓ１、Ｒｓ２、２つの回路ダイオードＶｃｌ１、Ｖｃｌ２、及び２つの回路コンデンサＣｃｌ１、Ｃｃｌ２を有する回路網をも含んでいる。
【０００５】
本発明によれば、２つの部分整流器１及び２と、中心電位接続８との間に保護回路７が接続される。この保護回路は、特定的にはバリスタの形状の電圧リミタ素子Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を含んでいる。第１の電圧リミタ素子Ｖ１は、一方の側が第１の部分整流器１に、また他方の側が共通ノード１０に接続されている。第２の電圧リミタ素子Ｖ２は、一方の側が第２の部分整流器２に、また他方の側が共通ノード１０に接続されている。第３の電圧リミタ素子Ｖ３は、中心電位接続８と共通ノード１０との間に接続されている。第１及び第２の電圧リミタ素子Ｖ１及びＶ２は、例えばそれらと並列にスイッチＳ１またはＳ２を接続することによって、それらをスイッチオン及びスイッチオフできるように設計することができる。
【０００６】
この回路は以下のように動作する。
１．中間回路充電プロセス；
保護回路は、直流中間回路４のコンデンサバンクＣ１、Ｃ２の望ましくない過充電を確実に防ぐ。充電プロセスは以下のように行われる。
−電源主スイッチ（図示してない）が閉じる。スイッチＳ１及びＳ２は、中間回路電圧Ｕｚｋが安定状態に到達するまでは開かれたままである。電圧リミタＶ１及びＶ２が正しく設計されていれば、これは無負荷電圧Ｕｚｋ０よりもかなり低い。
−スイッチＳ１が閉じる。中間回路電圧Ｕｚｋ１が増加するが、電圧リミタＶ３が制限効果を有しているので無負荷電圧Ｕｚｋ１０には到達しない。
−Ｓ１が開き、Ｓ２が閉じる。中間回路電圧Ｕｚｋ２が増加するが、電圧リミタＶ３が制限効果を有しているので無負荷電圧Ｕｚｋ２０には到達しない。
−Ｓ１が再度閉じる。Ｖ３が適切に設計されていれば、中間回路電圧は極く僅かに、しきい値電圧の大きさまでオーバシュートする。
２．整流器ダイオードの障害；
もし整流器ダイオードに障害が発生すれば、リミタＶ３がこれにより発生する短絡回路電流を制限し、結果として生ずる有害な障害を防ぐ。これは障害を起こした半導体の全負荷間隔を超過するのを防ぐ。隣接する整流器が結果的に障害を起こすのを回避するためには、短絡回路通路内の寄生インダクタンスを互いに整合させなければならない。レギュレータまたはコントローラによって障害を検出することなく、保護機能が保証される。
３．インバータ内の半導体の障害；
中間回路４の一方の半分（例えば、Ｃ１）に短絡を生じさせ得るインバータ内の半導体の障害の場合には、保護回路は結果的に生ずる危険な障害を防ぐ。これは、障害が検出されると直ちにスイッチＳ１及びＳ２を開くことによって行われる。これは、障害後の数マイクロ秒以内に行わなければならない。一旦中間回路のコンデンサの関連する半分（例えば、Ｃ１）が放電してしまうと、Ｖ１はその電流に関係する負電圧を限流用インダクタＬｓ1 内に発生させる。Ｖ１を適切に設計することによって、それは短絡回路内に含まれる全ての半導体の全負荷間隔を越えることができる。
【０００７】
この場合、今度はインバータ９内に短絡が存在する。従って、電源３は、電源ヒューズが溶断するか、または主スイッチを開くまで部分整流器１を通して短絡通路内に短絡電流を供給する。リミタＶ１のエネルギ吸収容量に対する要求を減少させるために、Ｃ１とＬｓ１との間の振動が減衰した後にスイッチＳ１及びＳ２を再度閉じることができる。
勿論、Ｃ２の領域内の障害に対して、及び２つの中間回路コンデンサＣ１及びＣ２の短絡に対して、同じように解析することができる。最後の場合には、両リミタＶ１及びＶ２が動作するようになる。
４．中間回路を受容できない程過負荷にする電源過電圧；
中間回路が過電圧の場合、スイッチＳ１及びＳ２が閉じる。これにより、電源が異常に高い過電圧の場合であってさえ、中間回路の危険な過負荷を効果的に防ぐ。
【０００８】
総合的に言えば、本発明は、コンバータ回路配列を信頼できるように動作させることを保証する。更にこの所要保護回路は簡単な設計であり、且つ他の多くの回路素子、特定的には整流器を救うことができる。
明らかに、以上の説明から本発明の多くの変更及び変形が可能である。従って本発明は特許請求の範囲内において以上の説明以外に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるコンバータ回路装置の回路図である。
【符号の説明】
１、２ 部分整流器
３ 交流電源
４ 中間回路
５ 正接続
６ 負接続
７ 保護回路
８ 中心電位
９ インバータ
１０ 共通ノード
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３ 電圧リミタ素子
Ｓ１、Ｓ２ スイッチ
Ｕｚｋ 中間回路電圧
Ｕｚｋ１、Ｕｚｋ２ 中間回路部分電圧
Ｃ１、Ｃ２ 中間回路コンデンサ
Ｒｓ１、Ｒｓ２ 回路抵抗
Ｌｓ１、Ｌｓ２ 限流インダクタ
Ｃｃｌ１、Ｃｃｌ２ 回路コンデンサ
Ｖｃｌ１、Ｖｃｌ２ 回路ダイオード

Claims (5)

  1. コンバータ回路装置において、
    第１の部分整流器（１）及び第２の部分整流器（２）を有する整流器を備え、前記整流器は、１２パルストポロジを有し、これらの部分整流器（１、２）は、交流電源（３）に接続されていて直流中間回路（４）に給電し、前記第１の部分整流器（１）の出力の一方が前記直流中間回路（４）の正接続（５）に接続され、他方が保護回路（７）に接続されるとともに、前記第２の部分整流器（２）の出力の一方が前記保護回路（７）に接続され、他方が前記直流中間回路（４）の負接続（６）に接続されており、且つ、前記直流中間回路（４）の中心電位（８）は、前記保護回路（７）に接続されており、且つ、
    前記直流中間回路（４）に接続されたインバータ（９）を有することを特徴とするコンバータ回路装置。
  2. 前記保護回路（７）は、第１、第２、及び第３の電圧リミタ素子（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３）を含み、前記第１の電圧リミタ素子（Ｖ１）の一方の側は、前記第１の部分整流器（１）に接続され、前記第２の電圧リミタ素子（Ｖ２）の一方の側は、前記第２の部分整流器（２）に接続され、前記第３の電圧リミタ素子（Ｖ３）の一方の側は、前記中心電位（８）に接続され、且つ、前記３つの全ての電圧リミタ素子の他方の側は、共通ノード（１０）に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のコンバータ回路装置。
  3. 前記第１及び第２の電圧リミタ素子（Ｖ１、Ｖ２）は、スイッチオン及びスイッチオフが可能であることを特徴とする請求項２に記載のコンバータ回路装置。
  4. 前記電圧リミタ素子（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３）は、バリスタ、または関連する電流／電圧特性を有する他の素子を有することを特徴ツする請求項２または３に記載のコンバータ回路装置。
  5. 前記第１及び第２の電圧リミタ素子（Ｖ１、Ｖ２）のバリスタと並列に、スイッチ（Ｓ１、Ｓ２）が配列されていることを特徴とする請求項４に記載のコンバータ回路装置。
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