[發明專利]電力轉換設備的保護回路

有效

• 申請號: 201110266247.4
• 申請日: 2011-09-01
• 公開（公告）號: CN102386612A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 水野修
• 申請（專利權）人: 富士電機株式會社
• 主分類號: H02H7/10
• 分類號: H02H7/10;G01R31/02
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 張鑫

相關申請的交叉引用

本申請基于并要求2010年9月3日提交的日本專利申請No.2010-197451的優先權，納入其中的內容以作參考。

技術領域

本發明涉及具有半導體開關元件的電力轉換設備的保護電路。該保護電路檢測電力轉換設備的異常，中斷對上述開關元件的驅動電路的供電，從而保護電力轉換設備。

背景技術

圖3(a)、(b)表示用于逆變器等電力轉換設備的常規保護電路的主要部分。

圖3(a)的保護電路被稱為串聯連接冗余電路。在電力轉換設備異常時，保護電路將中斷對構成該電力轉換設備的諸如IGBT的半導體開關元件的柵極驅動電路的供電。該中斷通過由互相串聯連接的繼電器或者晶體管構成的開關21、22進行的。圖3(b)的保護電路被稱為并聯連接冗余電路。保護電路通過并聯連接的開關21、22，分別中斷對電力轉換設備的上臂開關元件、下臂開關元件的柵極驅動電路的供電。

在圖3(a)、(b)中，附圖標記10代表用于根據在電力轉換設備異常時發出的中斷信號控制開關21、22的控制電路板，標記20A、20B代表用于供給或者中斷對柵極驅動電路的供電的驅動電路板，標記11代表用于接收上述中斷信號的信號輸入端子，標記12代表信號絕緣用的光耦合器，而標記13代表CPU。

圖3(a)、(b)的保護電路在半導體開關元件產生如短路故障等異常時對電力轉換設備進行如下保護。將在信號輸入端子11接收的中斷信號經由光耦合器12供給至開關21、22，使這些開關21、22同時斷開，以中斷對柵極驅動電路的供電。其結果是，所有開關元件被斷開，從而中斷電力轉換設備的輸出。從而保護電力轉換設備。

為了確保由安全標準所需要的冗余性，假定多個開關即圖3(a)、(b)中的各開關21、22串聯或者并聯連接，并且始終以相同狀態操作，這意味著所有的開關為接通狀態或者所有的開關為斷開狀態。

安全標準還需要可以盡可能地檢測損害冗余性的每個開關的故障。因此，CPU?13讀取來自圖3(a)中的開關21、22的串聯連接電路的輸出、以及來自圖3(b)中的開關21、22的并聯連接電路的輸出，從而監視相關點的信號狀態和開關的任何故障。

圖3(a)、(b)的保護電路具有被稱作電源中斷系統的電路結構，在異常時中斷對柵極驅動電路的供電。已知另一類型的保護電路被稱作信號中斷系統，其中使用具有三態輸出的緩沖IC代替上述開關，電力轉換設備的全部柵極驅動信號、在三相電力轉換設備情形中的6個信號被斷開。

下面，說明電源中斷系統及信號中斷系統的優點、缺點。此處，假定電源中斷系統如圖3(a)、(b)所示，具有2個開關21、22。

[電源中斷系統]

(1)串聯連接冗余電路(圖3(a))

·優點：保護電路不會不利地受到開關21、22的狀態變化和特性偏差的影響。

·缺點：在任何短路故障時無法或極難標識出哪個開關短路。

(2)并聯連接冗余電路(圖3(b))

·優點：由于CPU接收了來自各開關21、22的輸出信號，因此在任何短路故障時，相當容易檢測哪個開關短路。

·缺點：由于各開關21、22的狀態變化和特性的偏差，會過渡地發生意外的操作。另外，為了檢測各開關21、22的短路故障，需要將來自開關21、22的輸出信號傳送至CPU?13的信號線。在如圖3(b)所示CPU?13與開關21、22放置在單獨的電路板10、20B的情況下，連接器端子數增加，從而導致電路面積的增加和成本上升。

[信號中斷系統]

(1)串聯連接冗余電路

·優點：保護電路極少受到各緩沖IC的狀態變化或特性偏差的影響。

·缺點：由于除了端子輸入有6個柵極信號，因此必需用于故障監視的大量對象。此外，在一個緩沖IC被固定于啟用狀況的故障中，無法或極難檢測出故障。

(2)串聯連接冗余電路

·優點：各緩沖IC的故障檢測相當容易。

·缺點：由于各緩沖IC的狀態變化或特性的偏差，會過渡地發生意外的操作。此外，與串聯連接冗余電路同樣，要監視大量對象，從而使得故障檢測電路復雜。

專利文獻1公開了信號中斷系統的半導體元件的異常檢測及保護電路。