專利名稱：電力變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用了電力用半導(dǎo)體元件的電力變換裝置。特別涉及流過過電流的情況下的與開關(guān)元件并聯(lián)地連接的二極管的保護(hù)。
背景技術(shù)：
作為以往的電力變換裝置，例如，在專利文獻(xiàn)I中公開了與同步整流方式相關(guān)的例子。在該專利文獻(xiàn)I中，公開了如下電路方式:關(guān)于在驅(qū)動(dòng)感應(yīng)性負(fù)載的情況下、在與開關(guān)元件的正向相反的方向上流過電流的回流模式時(shí)、對(duì)功率開關(guān)元件進(jìn)行接通(ON)驅(qū)動(dòng)、極力降低功率開關(guān)元件中的電壓下降的同步整流方式，將停頓時(shí)間(dead time)縮短為最小限度，由此，能夠削減續(xù)流二極管(free-wheeling diode)。另外，作為其他電力變換裝置，例如，在專利文獻(xiàn)2中，公開了與逆變器裝置的過電流保護(hù)相關(guān)的技術(shù)。在該專利文獻(xiàn)2中，示出了在流過了異常電流的情況下，柵極電壓控制電路動(dòng)作，在動(dòng)作中不會(huì)使輸出切斷信號(hào)將電流急劇切斷是其特征，但在發(fā)生了過電流時(shí)，使全部開關(guān)元件截止的例子。專利文獻(xiàn)1:日本特開2008 - 211703號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本特開平06 - 054552號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
如果如專利文獻(xiàn)2那樣，在過電流時(shí)使全部開關(guān)元件截止，則在與開關(guān)元件并聯(lián)地連接的二極管中流過過電流。在使用專利文獻(xiàn)I所示那樣的同步整流方式的情況下、特別是削減續(xù)流二極管而向體二極管流過電流等情況下，如果與開關(guān)元件并聯(lián)地連接的二極管的過電流耐量(capacity)低，則導(dǎo)致二極管劣化，在最壞的情況下，有可能導(dǎo)致破壞。本發(fā)明是為了解決上述那樣的問題而完成的，其目的在于得到一種即使在發(fā)生了過電流的情況下，也能夠抑制與開關(guān)元件并聯(lián)地連接的二極管中流過的電流，以避免過電流所致的劣化、破壞的方式進(jìn)行保護(hù)的電力變換裝置。本發(fā)明提供一種電力變換裝置，具備:正極以及負(fù)極，構(gòu)成第I輸入輸出端；以及上支路以及下支路，相互串聯(lián)地連接在從第I輸入輸出端的正極至負(fù)極之間，在該電力變換裝置中，將上支路和下支路的串聯(lián)連接點(diǎn)連接到第2輸入輸出端，其中，上支路以及下支路分別具有能夠以正向以及逆向進(jìn)行開關(guān)的開關(guān)元件和與開關(guān)元件并聯(lián)地連接的二極管，該電力變換裝置具備:控制電路，進(jìn)行開關(guān)元件的接通截止(ON-OFF)控制；電流檢測(cè)器，檢測(cè)串聯(lián)連接點(diǎn)和第2輸入輸出端的連接部中流過的電流；以及過電流探測(cè)部，探測(cè)來自電流檢測(cè)器的電流檢測(cè)值超過了規(guī)定的過電流設(shè)定值，控制電路在過電流探測(cè)部探測(cè)到過電流時(shí)，將開關(guān)元件的接通截止控制切換為電流降低接通截止控制模式，其中，該電流降低接通截止控制模式是如下模式:是使此前流著的電流降低的模式，且在該模式是使二極管中的某一個(gè)通電的模式的情況下，使與該通電二極管并聯(lián)地連接的開關(guān)元件接通。如以上那樣，本發(fā)明的電力變換裝置的控制電路在過電流探測(cè)部探測(cè)到過電流時(shí)，將開關(guān)元件的接通截止控制切換為電流降低接通截止控制模式，其中，該電流降低接通截止控制模式是如下模式:是使此前流著的電流降低的模式，且在該模式是使二極管中的某一個(gè)通電的模式的情況下，使與該通電二極管并聯(lián)地連接的開關(guān)元件接通。所以即使發(fā)生了過電流，二極管中流過的電流也被可靠地抑制，而能夠以避免劣化、破壞的方式進(jìn)行保護(hù)。


圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式I的電力變換裝置的電路圖。圖2是示出本發(fā)明的實(shí)施方式I的電力變換裝置的過電流探測(cè)時(shí)的動(dòng)作的電路圖。圖3是示出本發(fā)明的實(shí)施方式2的電力變換裝置的電路圖。圖4是示出本發(fā)明的實(shí)施方式2的電力變換裝置的過電流探測(cè)時(shí)的動(dòng)作的電路圖。圖5是示出本發(fā)明的實(shí)施方式3的電力變換裝置的過電流探測(cè)時(shí)的動(dòng)作的電路圖。圖6是示出本發(fā)明的實(shí)施方式4的電力變換裝置的電路圖。圖7是示出本發(fā)明的實(shí)施方式4的電力變換裝置的過電流探測(cè)時(shí)的動(dòng)作的電路圖。圖8是示出本發(fā)明的實(shí)施方式5的電力變換裝置的過電流探測(cè)時(shí)的動(dòng)作的電路圖。圖9是示出本發(fā)明的實(shí)施方式6的電力變換裝置的過電流探測(cè)時(shí)的動(dòng)作的電路圖。圖10是示出本發(fā)明的實(shí)施方式7的電力變換裝置的過電流探測(cè)時(shí)的動(dòng)作的電路圖。圖11是示出本發(fā)明的實(shí)施方式7的電力變換裝置的過電流探測(cè)時(shí)的與圖10不同的動(dòng)作的電路圖。圖12是示出本發(fā)明的實(shí)施方式8的電力變換裝置的過電流探測(cè)時(shí)的動(dòng)作的電路圖。圖13是示出本發(fā)明的實(shí)施方式8的電力變換裝置的過電流探測(cè)時(shí)的與圖12不同的動(dòng)作的電路圖。圖14是示出本發(fā)明的實(shí)施方式9的電力變換裝置的電路圖。圖15是示出本發(fā)明的實(shí)施方式9的電力變換裝置的過電流探測(cè)時(shí)的動(dòng)作的電路圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施方式1.
圖1示出本發(fā)明的實(shí)施方式I的電力變換裝置的電路圖。作為電力變換裝置的代表例，使用3相2電平逆變器來說明。電力變換裝置100在其第I輸入輸出端101連接了直流電源1，并將直流電源I的直流電壓變換為3相交流電壓而驅(qū)動(dòng)連接到第2輸入輸出端102的、交流側(cè)的馬達(dá)2。對(duì)電力變換裝置100的第I輸入輸出端101連接了濾波電容器3。在第I輸入輸出端101的正極與負(fù)極之間，串聯(lián)地連接了 3相量的開關(guān)元件4a 4c、4d 4f。開關(guān)元件4a 4f是使用MOSFET等能夠以正向以及逆向進(jìn)行開關(guān)的元件而構(gòu)成的。與開關(guān)元件4a 4f并聯(lián)地連接了二極管5a 5f，由在正極側(cè)安裝的開關(guān)元件4a 4c和二極管5a 5c構(gòu)成各相的上支路，由在負(fù)極側(cè)安裝的開關(guān)元件4d 4f和二極管5d 5f構(gòu)成各相的下支路。上支路的開關(guān)元件4a 4c和下支路的開關(guān)元件4d 4f的串聯(lián)連接點(diǎn)成為輸出點(diǎn)，與馬達(dá)2連接?？刂齐娐?將使開關(guān)元件4a 4f接通、截止的控制信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)電路7a 7f，驅(qū)動(dòng)電路7a 7f 根據(jù)控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件4a 4f。在馬達(dá)2與開關(guān)元件4a 4f的串聯(lián)連接點(diǎn)之間，插入了檢測(cè)各相的電流的電流檢測(cè)器8a 8c，電流檢測(cè)器8a 8c的檢測(cè)信號(hào)被輸入到控制電路6。控制電路6具備:接收電流檢測(cè)器8a 8c的檢測(cè)信號(hào)并判斷是否流過過電流、即電流檢測(cè)值超過預(yù)先設(shè)定的規(guī)定的過電流設(shè)定值的過電流探測(cè)部；以及探測(cè)來自電流檢測(cè)器8a Sc的檢測(cè)電流的電流方向的電流方向探測(cè)部。在正常狀態(tài)下，使用如下同步整流方式:對(duì)上支路的開關(guān)元件和下支路的開關(guān)元件，以不會(huì)使兩個(gè)支路的開關(guān)元件同時(shí)接通的方式，隔著停頓時(shí)間交替進(jìn)行接通驅(qū)動(dòng)。例如，如果從通過上支路的開關(guān)元件4a從正極側(cè)向馬達(dá)2側(cè)流過電流的狀態(tài),使開關(guān)元件4a截止，則開關(guān)元件4a中流過的電流轉(zhuǎn)流到下支路的二極管5d。在停頓時(shí)間期間、即上支路的開關(guān)元件4a和下支路的開關(guān)元件4d都截止的期間，流過下支路的二極管5d，但之后，下支路的開關(guān)元件4d接通，電流分流到下支路的開關(guān)元件4d和二極管5d而流過。另外，開關(guān)元件4d與二極管5d的分流比由元件特性決定，根據(jù)元件特性，有時(shí)僅在開關(guān)元件中流過電流。另外，如果如專利文獻(xiàn)I所述，使用將停頓時(shí)間極力縮短的手法，則還能夠縮短在開關(guān)元件中不流過電流而僅在二極管中流過電流的期間。在使用這樣的同步整流方式的情況下，僅在二極管中流過電流的期間短，即使在其以外的期間也流過電流，也與開關(guān)元件分流而流過，所以相比于未使用同步整流方式的情況，能夠使二極管小容量化，根據(jù)情況，還能夠使用開關(guān)元件的體二極管(body diode)。另外，在本發(fā)明的應(yīng)用上，作為正常狀態(tài)下的控制動(dòng)作，也可以不必須采用同步整流方式。實(shí)施方式2以后的情況也是同樣的。接下來，根據(jù)圖2，說明過電流發(fā)生時(shí)的動(dòng)作。如果如專利文獻(xiàn)2那樣，在過電流探測(cè)時(shí)使全部開關(guān)元件截止，則存在在二極管中流過過電流這樣的問題，但通過使與流過過電流的二極管并聯(lián)地連接的開關(guān)元件接通而能夠?qū)崿F(xiàn)二極管的保護(hù)。圖2 (a)示出流過過電流的狀態(tài)，設(shè)想了開關(guān)元件4a、4e、4f是接通狀態(tài)，且在開關(guān)元件4a、4e、4f的正向上流過電流的情況。如果流過過電流，則接收來自電流檢測(cè)器8a 8c的檢測(cè)信號(hào)的控制電路6中，其過電流探測(cè)部探測(cè)過電流的發(fā)生，根據(jù)由其電流方向探測(cè)部探測(cè)的、過電流流過的朝向，判斷使哪個(gè)開關(guān)元件接通，使哪個(gè)開關(guān)元件截止。即，使電流從電力變換裝置100內(nèi)的上下支路的串聯(lián)連接點(diǎn)向交流側(cè)的馬達(dá)2流出的相的上支路的開關(guān)元件截止、使下支路的開關(guān)元件接通、使從交流側(cè)的馬達(dá)2通過串聯(lián)連接點(diǎn)向電力變換裝置100內(nèi)流入的相的下支路的開關(guān)元件截止、使上支路的開關(guān)元件接通。圖2 (b)示出以上敘述的保護(hù)動(dòng)作后的狀態(tài)，在該例子中，在過電流探測(cè)時(shí)(圖2(a))，使電流從電力變換裝置100內(nèi)的串聯(lián)連接點(diǎn)向交流側(cè)的馬達(dá)2流出的相的上支路的開關(guān)元件4a截止，使下支路的開關(guān)元件4d接通，使從交流側(cè)的馬達(dá)2通過串聯(lián)連接點(diǎn)向電力變換裝置100內(nèi)流入的相的下支路的開關(guān)元件4e、4f截止，使上支路的開關(guān)元件4b、4c接通。通過這樣控制，成為電流分流到二極管和開關(guān)元件來流過、同時(shí)對(duì)濾波電容器3進(jìn)行充電的電路動(dòng)作，電流衰減。S卩，控制電路6如果其過電流探測(cè)部探測(cè)到過電流的發(fā)生，則將各開關(guān)元件的接通截止控制切換為電流降低接通截止控制模式，其中該電流降低接通截止控制模式是如下模式:是使此前流著的電流降低的模式，且在該模式是使二極管中的某一個(gè)通電的模式的情況下，使與該通電二極管 并聯(lián)地連接的開關(guān)元件接通。此處，該電流降低接通截止控制模式成為對(duì)濾波電容器3進(jìn)行充電的、充電接通截止控制模式，在該控制模式下進(jìn)行接通動(dòng)作的開關(guān)元件(4b、4c、4d)都與各并聯(lián)連接的二極管(5b、5c、5d)進(jìn)行分流，而發(fā)揮使該二極管中流過的電流進(jìn)一步減輕的作用。之后，電流降低至不會(huì)對(duì)二極管的劣化、破壞造成影響的程度，成為預(yù)先設(shè)定的規(guī)定的下限值以下之后，使接通的開關(guān)元件截止，從而能夠切斷電流。在3相的情況下，也可以從電流降低至不會(huì)對(duì)二極管的劣化、破壞造成影響的程度的相開始使開關(guān)元件截止。在如專利文獻(xiàn)2那樣，在過電流探測(cè)時(shí)使全部開關(guān)元件截止的情況下，在開關(guān)元件中不流過電流，而僅在二極管中流過電流，相對(duì)于此，在本發(fā)明中，電流分流到開關(guān)元件和二極管而流過，所以能夠防止二極管的劣化、破壞。特別，通過采用同步整流方式等，在二極管中使用開關(guān)元件的體二極管的情況等的二極管的過電流耐量低的情況下，本發(fā)明的效果變大。如以上那樣，在本發(fā)明的實(shí)施方式I中，在作為電力變換裝置的3相2電平逆變器中，如果探測(cè)到過電流，則將開關(guān)元件的此前的接通截止控制模式切換為作為使此前流著的電流降低的電流降低接通截止控制模式的、對(duì)濾波電容器進(jìn)行充電的充電接通截止控制模式，由此，關(guān)于同時(shí)通電的二極管，與其并聯(lián)地連接的開關(guān)元件接通而向該開關(guān)元件也分流，所以二極管中流過的電流大幅降低，過電流發(fā)生所致的二極管的劣化、破壞被防止而耐久性提聞。另外，在該例子中，作為電力變換裝置示出了將直流變換為交流的逆變器的例子，但只要在上支路和下支路中具備開關(guān)元件和與開關(guān)元件并聯(lián)的二極管，則也可以是將交流變換為直流的轉(zhuǎn)換器。實(shí)施方式2.
在前面的實(shí)施方式I中，示出了 2電平電力變換裝置的情況，但在本實(shí)施方式中，說明除了正極以及負(fù)極以外還具有中間電極的3電平電力變換裝置的情況。圖3示出本實(shí)施方式2的電力變換裝置的電路圖。圖3的電力變換裝置200是將與第2輸入輸出端202連接的單相交流電源10的交流變換為直流并從第I輸入輸出端201輸出的單相3電平轉(zhuǎn)換器，示出了用作前面的實(shí)施方式I所示的電力變換裝置100的直流電源的情況。在3電平電力變換裝置200中，具有正極、負(fù)極和中間電極，所以使用了正極側(cè)濾波電容器Ila和負(fù)極側(cè)濾波電容器lib。在正極側(cè)與負(fù)極側(cè)之間，上支路的開關(guān)元件12a、12e和下支路的開關(guān)元件12d、12h相互串聯(lián)地連接來安裝，它們的串聯(lián)連接點(diǎn)與單相交流電源10連接。另外，在這些串聯(lián)連接點(diǎn)、與正極側(cè)濾波電容器Ila和負(fù)極側(cè)濾波電容器Ilb的連接點(diǎn)(中間電極)之間，分別相互逆串聯(lián)(ant1-series)地安裝了構(gòu)成輸出中間電位的中間支路的開關(guān)元件12b和12c、12f和12g。開關(guān)元件12a 12h是使用MOSFET等能夠以正向以及逆向進(jìn)行開關(guān)的元件而構(gòu)成的。另外，對(duì)各開關(guān)元件，并聯(lián)地連接二極管13a 13h?？刂齐娐?4將使開關(guān)元件12a 12h接通、截止的控制信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)電路15a 15h，驅(qū)動(dòng)電路15a 15h根據(jù)控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件12a 12h。安裝了檢測(cè)單相交流電源10的各相的電流的電流檢測(cè)器16a、16b，電流檢測(cè)器16a、16b的檢測(cè)信號(hào)被輸入到控制電路14?？刂齐娐?4具備:接收電流檢測(cè)器16a、16b的檢測(cè)信號(hào)并判斷是否流過過電流、即電流檢測(cè)值超過預(yù)先設(shè)定的規(guī)定的過電流設(shè)定值的過電流探測(cè)部；以及探測(cè)來自電流檢測(cè)器16a、16b的檢測(cè)電流的電流方向的電流方向探測(cè)部。在這樣的3電平電力變換裝置中也是在正常狀態(tài)下使用在二極管的正向上流過電流的情況下使與二極管并聯(lián)地連接的開關(guān)元件接通的同步整流方式，從而能夠使二極管中流過的電流分流到開關(guān)元件，能夠使二極管小容量化，根據(jù)情況，還能夠使用開關(guān)元件的
體二極管。使用圖4，說明3電平電力變換裝置200的過電流發(fā)生時(shí)的動(dòng)作。圖4 (a)設(shè)想了流過過電流的情況，通過開關(guān)元件12a從電力變換裝置200側(cè)流到單相交流電源10側(cè)，通過開關(guān)元件12f、12g從單相交流電源10側(cè)流到電力變換裝置200側(cè)。如果流過過電流，則接收來自電流檢測(cè)器16a、16b的檢測(cè)信號(hào)的控制電路14中，如果通過其過電流探測(cè)部探測(cè)到過電流，則切換為電流降低接通截止控制模式，所以根據(jù)由其電流方向探測(cè)部探測(cè)的電流流過的朝向，判斷使哪個(gè)開關(guān)元件接通，使哪個(gè)開關(guān)元件截止。在前面的實(shí)施方式I中，是上支路和下支路的開關(guān)元件的接通、截止控制，但在3電平電力變換裝置的情況下，還需要考慮中間支路的開關(guān)元件的接通截止控制。為了加快電流的衰減，優(yōu)選設(shè)為使電流返回濾波電容器IlaUlb這兩方的充電動(dòng)作，為此，優(yōu)選不使電流流過中間支路的開關(guān)元件12b、12c、12f、12g、以及二極管13b、13c、13f、13g。因此，對(duì)于電流從電力變換裝置200內(nèi)的上下支路的串聯(lián)連接點(diǎn)向單相交流電源10側(cè)流出的相，使上支路的開關(guān)元件截止，使下支路的開關(guān)元件接通，對(duì)于從單相交流電源10側(cè)通過串聯(lián)連接點(diǎn)向電力變換裝置200內(nèi)流入的相，使下支路的開關(guān)元件截止，使上支路的開關(guān)元件接通，對(duì)中間支路的開關(guān)元件進(jìn)行截止控制。圖4 (b)示出以上敘述的保護(hù)動(dòng)作后的狀態(tài)，在該例子中，在過電流探測(cè)時(shí)(圖4(a))，對(duì)于電流從電力變換裝置200內(nèi)的串聯(lián)連接點(diǎn)向單相交流電源10側(cè)流出的相，使上支路的開關(guān)元件12a截止，使下支路的開關(guān)元件12d接通，將中間支路的開關(guān)元件12c從接通控制為截止。對(duì)于電流從單相交流電源10側(cè)通過串聯(lián)連接點(diǎn)向電力變換裝置200內(nèi)流入的相，下支路的開關(guān)元件12h保持截止?fàn)顟B(tài)，使中間支路的開關(guān)元件12f、12g截止，對(duì)上支路的開關(guān)元件12e進(jìn)行接通控制。通過這樣控制，此前的接通截止控制模式切換為對(duì)兩個(gè)濾波電容器IlaUlb進(jìn)行充電的、作為電流降低接通截止控制模式的充電接通截止控制模式，從過電流狀態(tài)使電流降低，同時(shí)，電流分流到開關(guān)元件12d、12e和二極管13d、13e，所以通電二極管的電流進(jìn)一步衰減。之后，通過在電流降低至不會(huì)對(duì)二極管的劣化、破壞造成影響的程度的時(shí)刻使接通的開關(guān)元件截止，能夠切斷電流。如以上那樣，在本發(fā)明的實(shí)施方式2中，在作為電力變換裝置的單相3電平轉(zhuǎn)換器中，如果探測(cè)到過電流，則將開關(guān)元件的此前的接通截止控制模式切換為作為使此前流著的電流降低的電流降低接通截止控制模式的、對(duì)正極側(cè)濾波電容器以及負(fù)極側(cè)濾波電容器進(jìn)行充電的充電接通截止控制模式，由此，關(guān)于同時(shí)通電的二極管，與其并聯(lián)地連接的開關(guān)元件接通而向該開關(guān)元件也分流，所以二極管中流過的電流大幅降低，過電流發(fā)生所致的二極管的劣化、破壞被防止而耐久性提高。特別，成為對(duì)兩個(gè)濾波電容器進(jìn)行充電的動(dòng)作，所以具有電流的衰減變快這樣的優(yōu)點(diǎn)。另外，在本實(shí)施方式中，作為電力變換裝置示出了將單相交流變換為直流的單相3電平轉(zhuǎn)換器的例子，但還能夠應(yīng)用于將3相交流變換為直流的情況、用作將直流變換為單相或者3相交流的3電平逆變器的情況。實(shí)施方式3.
圖5示出本發(fā)明的實(shí)施方式3的電力變換裝置的電路圖。本實(shí)施方式也與前面的實(shí)施方式2同樣地，是3電平電力變換裝置的情況。在3電平電力變換裝置中，具有正極、負(fù)極和中間電極，所以如實(shí)施方式2那樣，作為電流降低接通截止控制模式，能夠使電流流向?qū)υ谡龢O、負(fù)極間串聯(lián)連接的正極側(cè)以及負(fù)極側(cè)濾波電容器這兩方進(jìn)行充電的方向，而使電流衰減，但還能夠使電流流向?qū)蝹?cè)的電容器進(jìn)行充電的方向而使電流衰減。在本實(shí)施方式中，涉及這樣的控制方法。·圖5 (a)、(b)是以使電流流向?qū)蝹?cè)的濾波電容器進(jìn)行充電的方向的方式進(jìn)行控制的例子，在圖5 (a)中，以使電流流向?qū)φ龢O側(cè)濾波電容器Ila進(jìn)行充電的方向的方式進(jìn)行控制，在圖5 (b)中，以使電流流向?qū)ω?fù)極側(cè)濾波電容器Ilb進(jìn)行充電的方向的方式進(jìn)行控制。此處，也與實(shí)施方式2的情況同樣地，設(shè)想圖4 (a)的狀態(tài)下的過電流，示出了從該狀態(tài)進(jìn)行了保護(hù)動(dòng)作之后的控制方法、即作為電流降低接通截止模式的充電接通截止控制模式。首先，為了使電流流向?qū)φ龢O側(cè)濾波電容器Ila進(jìn)行充電的方向，控制為:對(duì)于電流從電力變換裝置內(nèi)的串聯(lián)連接點(diǎn)向單相交流電源側(cè)流出的相，使上支路、下支路的開關(guān)元件截止，使中間支路的2個(gè)開關(guān)元件接通，對(duì)于電流從單相交流電源側(cè)通過串聯(lián)連接點(diǎn)向電力變換裝置內(nèi)流入的相，使下支路的開關(guān)元件、中間支路的2個(gè)開關(guān)元件截止，使上支路的開關(guān)元件成為接通狀態(tài)。在圖5 (a)的例子中，使從電力變換裝置內(nèi)的串聯(lián)連接點(diǎn)向單相交流電源側(cè)流出電流的相的上支路的開關(guān)元件12a從接通成為截止，使中間支路的開關(guān)元件12b從截止成為接通，下支路的開關(guān)元件12d保持截止?fàn)顟B(tài)，中間支路的另一個(gè)開關(guān)元件12c保持接通狀態(tài)。使從單相交流電源側(cè)通過串聯(lián)連接點(diǎn)向電力變換裝置內(nèi)流入電流的相的中間支路的2個(gè)開關(guān)元件12f、12g從接通成為截止，使上支路的開關(guān)元件12e從截止成為接通，下支路的開關(guān)元件12h保持截止?fàn)顟B(tài)。為了使電流流向?qū)ω?fù)極側(cè)的濾波電容器Ilb進(jìn)行充電的方向，控制為:對(duì)于電流從電力變換裝置內(nèi)的串聯(lián)連接點(diǎn)向單相交流電源側(cè)流出的相，使上支路、中間支路的2個(gè)開關(guān)元件截止，使下支路的開關(guān)元件接通，對(duì)于電流從單相交流電源側(cè)通過串聯(lián)連接點(diǎn)向電力變換裝置內(nèi)流入的相，使上支路、下支路的開關(guān)元件截止、使中間支路的2個(gè)開關(guān)元件成為接通狀態(tài)。在圖5 (b)的例子中，使從電力變換裝置內(nèi)的串聯(lián)連接點(diǎn)向單相交流電源側(cè)流出電流的相的上支路的開關(guān)元件12a、中間支路的開關(guān)元件12c從接通成為截止，使下支路的開關(guān)元件12d從截止成為接通，中間支路的開關(guān)元件12b保持截止?fàn)顟B(tài)。從單相交流電源側(cè)通過串聯(lián)連接點(diǎn)向電力變換裝置內(nèi)流入電流的相的上支路的開關(guān)元件12e、下支路的開關(guān)元件12h保持截止?fàn)顟B(tài),中間支路的2個(gè)開關(guān)元件12f、12g保持接通狀態(tài)。在本實(shí)施方式中，相比于實(shí)施方式2，充電接通截止控制模式是僅對(duì)正極側(cè)濾波電容器Ila或者負(fù)極側(cè)濾波電容器Ilb的某一方進(jìn)行充電的模式，所以電流的衰減變慢，但在本實(shí)施方式中，也并非僅在二極管中流過電流，而分流到開關(guān)元件和二極管而流過，所以能夠以避免通電二極管的劣化、破壞的方式進(jìn)行保護(hù)。特別，在二極管中使用開關(guān)元件的體二極管的情況下，體二極管的過電流耐量低，所以其效果變大。另外，作為本實(shí)施方式中的充電接通截止控制模式，作為將正極側(cè)濾波電容器Ila或者負(fù)極側(cè)濾波電容器Ilb中的哪一個(gè)選擇為充電對(duì)象的判定方式，考慮以下的方法。例如，考慮如下方式:具備比較過電流探測(cè)部探測(cè)到過電流時(shí)的正極側(cè)濾波電容器Ila和負(fù)極側(cè)濾波電容器Ilb的電壓的電容器電壓比較部，關(guān)于正極側(cè)濾波電容器Ila和負(fù)極側(cè)濾波電容器Ilb中的哪一個(gè)，選擇由電容器電壓比較部比較的電壓更低的一方的電容器來進(jìn)行充電動(dòng)作。在該情況下，通過該充電動(dòng)作，具有兩個(gè)電容器的電壓向平衡的方向動(dòng)作這樣的優(yōu)點(diǎn)。另外，作為其他方式，考慮如下方式:具備電容器放電檢測(cè)部，該電容器放電檢測(cè)部根據(jù)開關(guān)元件的接通截止?fàn)顟B(tài)、以及過電流流過的朝向等，檢測(cè)過電流探測(cè)部探測(cè)到過電流時(shí)的正極側(cè)濾波電容器Ila和負(fù)極側(cè)濾波電容器Ilb的放電動(dòng)作，在由電容器放電檢測(cè)部檢測(cè)到正極側(cè)濾波電容器Ila 和負(fù)極側(cè)濾波電容器Ilb中的某一方的放電時(shí)，選擇檢測(cè)到該放電的一方的電容器來進(jìn)行充電動(dòng)作。另外，在兩個(gè)電容器的電壓是相同的程度的情況、或檢測(cè)到兩個(gè)電容器的放電時(shí)，也可以與前面的實(shí)施方式2的情況同樣地，對(duì)兩個(gè)電容器進(jìn)行充電而加快電流降低，并且，在單側(cè)的電容器的電壓高、如果對(duì)兩個(gè)電容器進(jìn)行充電則電壓變得過高時(shí)，也可以僅對(duì)電壓低的電容器進(jìn)行充電。如以上那樣，在本發(fā)明的實(shí)施方式3中，在作為電力變換裝置的單相3電平轉(zhuǎn)換器中，如果探測(cè)到過電流，則將開關(guān)元件的此前的接通截止控制模式切換為作為使此前流著的電流降低的電流降低接通截止控制模式的、對(duì)正極側(cè)濾波電容器或者負(fù)極側(cè)濾波電容器中的某一方進(jìn)行充電的充電接通截止控制模式，由此，關(guān)于同時(shí)通電的二極管，與其并聯(lián)地連接的開關(guān)元件接通而向該開關(guān)元件也分流，所以二極管中流過的電流大幅降低，過電流發(fā)生所致的二極管的劣化、破壞被防止而耐久性提高。實(shí)施方式4.
圖6示出本發(fā)明的實(shí)施方式4的電力變換裝置的電路圖。本實(shí)施方式也是具有正極、負(fù)極和中間電極的3電平電力變換裝置，但示出電路結(jié)構(gòu)與前面的實(shí)施方式2、3不同的情況。在正極與負(fù)極之間，對(duì)于各相，從正極側(cè)依次4個(gè)串聯(lián)地連接了第I開關(guān)元件17a、17e、第2開關(guān)元件17b、17f、第3開關(guān)元件17c、17g、第4開關(guān)元件17d、17h，第2及第3開關(guān)元件的連接點(diǎn)與單相交流電源10連接。第I 第4開關(guān)元件17a 17h是使用MOSFET等能夠以正向以及逆向進(jìn)行開關(guān)的元件而構(gòu)成的。另外，對(duì)第I 第4開關(guān)元件17a 17h并聯(lián)地連接了二極管18a 18h。另外，在正極側(cè)以及負(fù)極側(cè)濾波電容器Ila和Ilb的連接點(diǎn)與第I及第2開關(guān)元件的連接點(diǎn)、與第3及第4開關(guān)元件的連接點(diǎn)之間,連接了鉗位二極管(clamping diode) 19a 19d。第I及第2開關(guān)元件17a、17b、17e、17f、二極管18a、18b、18e、18f、以及鉗位二極管19a、19c形成各相的上支路，第3及第4開關(guān)元件17c、17d、17g、17h、二極管18c、18d、18g、18h、以及鉗位二極管19b、19d形成各相的下支路。在使用這樣的3電平電力變換裝置的情況下，相比于實(shí)施方式2、3，與具備鉗位二極管19a 19d相應(yīng)地，元件數(shù)增加，但由于在正負(fù)極間4個(gè)串聯(lián)地連接了元件，所以具有對(duì)各開關(guān)元件施加的電壓變低、而能夠使用額定電壓低的元件的優(yōu)點(diǎn)。在這樣的3電平電力變換裝置中也在正常狀態(tài)下使用在二極管的正向上流過電流的情況下使與二極管并聯(lián)地連接的開關(guān)元件接通的同步整流方式，由此能夠使二極管中流過的電流分流到開關(guān)元件，能夠使二極管小容量化，根據(jù)情況，還能夠?qū)㈤_關(guān)元件的體二極管用作二極管。使用圖7，說明過電流發(fā)生時(shí)的動(dòng)作。圖7 (a)設(shè)想了流過過電流的情況，通過開關(guān)元件17a、17b從電力變換裝置200側(cè)流向單相交流電源10側(cè)，通過開關(guān)元件17g、鉗位二極管19d從單相交流電源10側(cè)流向電力變換裝置200側(cè)。如果流過過電流，則接收來自電流檢測(cè)器16a、16b的檢測(cè)信號(hào)的控制電路21中，如果通過其過電流探測(cè)部探測(cè)到過電流，貝U切換為電流降低接通截止控制模式，所以根據(jù)由其電流方向探測(cè)部探測(cè)的電流流過的朝向，判斷使哪個(gè)開關(guān)元件接通，使哪個(gè)開關(guān)元件截止。串聯(lián)地連接了開關(guān)元件這一點(diǎn)與前面的實(shí)施方式2的情況不同，但在本實(shí)施方式中，也對(duì)于從電力變換裝置200側(cè)向單相交流電源10側(cè)流過電流的相，對(duì)上支路的開關(guān)元件進(jìn)行截止控制，對(duì)下支路的開關(guān)元件進(jìn)行接通控制。對(duì)于從單相交流電源10側(cè)向電力變換裝置200內(nèi)流過電流的相，對(duì)下支路的開關(guān)元件進(jìn)行截止控制，對(duì)上支路的開關(guān)元件進(jìn)is接通控制。圖7 (b)示出過電流保護(hù)動(dòng)作后的情況，在該例子中，在過電流探測(cè)時(shí)(圖7 Ca ,對(duì)電流從電力變換裝置200向單相交流電源10側(cè)流出的相的上支路的開關(guān)元件即17a、17b進(jìn)行截止控制，對(duì)下支路的開關(guān)元件即17c、17d進(jìn)行接通控制。對(duì)于電流從單相交流電源10側(cè)向電力變換裝置200內(nèi)流入的相，使下支路的開關(guān)元件17g截止，對(duì)于17h保持截止?fàn)顟B(tài)，使上支路的開關(guān)元件即17e接通，對(duì)于17f保持接通狀態(tài)。由此，電流在通過開關(guān)元件17c、17d、17e、17f 和二極管 18c、18d、18e、18f 流過的同時(shí)衰減。之后，通過在電流降低至不會(huì)對(duì)二極管的劣化、破壞造成影響的程度的時(shí)刻使接通的開關(guān)元件成為截止，能夠切斷電流。
如以上那樣，在本發(fā)明的實(shí)施方式4中，在作為電力變換裝置的單相3電平轉(zhuǎn)換器中，如果探測(cè)到過電流，則將開關(guān)元件的此前的接通截止控制模式切換為作為使此前流著的電流降低的電流降低接通截止控制模式的、對(duì)正極側(cè)濾波電容器以及負(fù)極側(cè)濾波電容器進(jìn)行充電的充電接通截止控制模式，由此，關(guān)于同時(shí)通電的二極管，與其并聯(lián)地連接的開關(guān)元件接通而向該開關(guān)元件也分流，所以二極管中流過的電流大幅降低，過電流發(fā)生所致的二極管的劣化、破壞被防止而耐久性提高。特別，成為對(duì)兩個(gè)濾波電容器進(jìn)行充電的動(dòng)作，所以具有電流的衰減變快這樣的優(yōu)點(diǎn)。另外，在本實(shí)施方式中，作為電力變換裝置示出了單相3電平轉(zhuǎn)換器的例子，但還能夠應(yīng)用于3相的情況、用作逆變器的情況。實(shí)施方式5.
圖8示出本發(fā)明的實(shí)施方式5的電力變換裝置的電路圖。本實(shí)施方式涉及在與前面的實(shí)施方式4同樣的電路結(jié)構(gòu)的3電平電力變換裝置中，如實(shí)施方式3所示，以在對(duì)正極側(cè)、負(fù)極側(cè)的濾波電容器的單側(cè)進(jìn)行充電的方向上流過電流的方式進(jìn)行控制的情況。圖8 (a)示出以從圖7 (a)的過電流狀態(tài)在對(duì)正極側(cè)濾波電容器Ila進(jìn)行充電的方向上流過電流的方式進(jìn)行了控制的情況，圖8 (b)示出以在對(duì)負(fù)極側(cè)濾波電容器Ilb進(jìn)行充電的方向上流過電流的方式進(jìn)行了控制的情況。在對(duì)正極側(cè)濾波電容器Ila進(jìn)行充電的方向上流過電流的情況下，對(duì)于從電力變換裝置200側(cè)向單相交流電源10側(cè)流出電流的相，使第1、第3、第4開關(guān)元件截止，使第2開關(guān)元件接通，對(duì)于從單相交流電源10側(cè)向電力變換裝置200內(nèi)流入電流的相，使第3、第4開關(guān)元件截止，使第1、第2開關(guān)元件接通。在對(duì)負(fù)極側(cè)濾波電容器Ilb進(jìn)行充電的方向上流過電流的情況下，對(duì)于從電力變換裝置200側(cè)向單相交流電源10側(cè)流出電流的相，使第1、第2開關(guān)元件截止，使第3、第4開關(guān)元件接通，對(duì)于從單相交流電源10側(cè)向電力變換裝置200內(nèi)流入電流的相，使第1、第
2、第4開關(guān)元件截止，使第3開關(guān)元件接通。具體而言，在對(duì)正極側(cè)濾波電容器Ila進(jìn)行充電的方向上進(jìn)行控制的圖8 (a)的情況下，使從電力變換裝置200側(cè)向單相交流電源10側(cè)流出電流的相的第I開關(guān)元件17a從接通成為截止，第3、第4開關(guān)元件17c、17d保持截止?fàn)顟B(tài)，第2開關(guān)元件17b保持接通狀態(tài)。使從單相交流電源10側(cè)向電力變換裝置200內(nèi)流入電流的相的第3開關(guān)元件17g從接通成為截止，使第I開關(guān)元件17e從截止成為接通，第2開關(guān)元件17f保持接通狀態(tài)，第4開關(guān)元件17h保持截止?fàn)顟B(tài)。另外，在對(duì)負(fù)極側(cè)濾波電容器Ilb進(jìn)行充電的方向上進(jìn)行控制的圖8 (b)的情況下，使從電力變換裝置200側(cè)向單相交流電源10側(cè)流出電流的相的第1、第2開關(guān)元件17a、17b從接通成為截止，使第3、第4開關(guān)元件17c、17d從截止成為接通。使從單相交流電源10側(cè)向電力變換裝置200內(nèi)流入電流的相的第2開關(guān)元件17f從接通成為截止，第1、第4開關(guān)元件17e、17h保持截止?fàn)顟B(tài),第3開關(guān)元件Ug保持接通狀態(tài)。在本實(shí)施方式中，相比于實(shí)施方式4，電流的衰減變慢，但在本實(shí)施方式中也并非僅在二極管中流過電流，而是分流到開關(guān)元件和二極管而流過，所以能夠以避免通電二極管的劣化、破壞的方式進(jìn)行保護(hù)。特別，在二極管中使用開關(guān)元件的體二極管的情況下，體二極管的過電流耐量低，所以其效果變大。另外，作為本實(shí)施方式中的充電接通截止控制模式，作為將正極側(cè)濾波電容器Ila或者負(fù)極側(cè)濾波電容器Ilb中的哪一個(gè)選擇為充電對(duì)象的判定方式，采用與在前面的實(shí)施方式3中說明的方式同樣的方式即可。

如以上那樣，在本發(fā)明的實(shí)施方式5中，在作為電力變換裝置的單相3電平轉(zhuǎn)換器中，如果探測(cè)到過電流，則將開關(guān)元件的此前的接通截止控制模式切換為作為使此前流著的電流降低的電流降低接通截止控制模式的、對(duì)正極側(cè)濾波電容器或者負(fù)極側(cè)濾波電容器中的某一方進(jìn)行充電的充電接通截止控制模式，由此，關(guān)于同時(shí)通電的二極管，與其并聯(lián)地連接的開關(guān)元件接通而向該開關(guān)元件也分流，所以二極管中流過的電流大幅降低，過電流發(fā)生所致的二極管的劣化、破壞被防止而耐久性提高。實(shí)施方式6.
圖9示出本發(fā)明的實(shí)施方式6的電力變換裝置的電路圖。圖9示出了與在前面的實(shí)施方式I中示出的電力變換裝置相同的2電平電力變換裝置的情況下的、控制方法與實(shí)施方式I不同的情況。即，在實(shí)施方式I中，作為探測(cè)過電流并切換的電流降低接通截止控制模式采用充電接通截止控制模式，控制電路6檢測(cè)電流流過的方向，進(jìn)行開關(guān)元件的控制，但需要檢測(cè)電流流過的方向來判斷使哪個(gè)元件進(jìn)行開關(guān)，所以有時(shí)直至進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作需要時(shí)間。相對(duì)于此，本實(shí)施方式中作為電流降低接通截止控制模式，采用在通電路徑中不包括濾波電容器3的回流接通截止控制模式，是用于縮短與切換相伴的運(yùn)算時(shí)間、加快直至進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間的方式。圖9示出從與實(shí)施方式I所示內(nèi)容相同的圖2 (a)所示的過電流發(fā)生狀態(tài)進(jìn)行了保護(hù)動(dòng)作之后的電流路徑。在本方式中，在探測(cè)到過電流的情況下，對(duì)上支路的全部開關(guān)元件進(jìn)行截止控制，對(duì)下支路的全部開關(guān)元件進(jìn)行接通控制。在圖9的例子中，從在圖2 (a)中通過開關(guān)元件4a流過過電流的狀態(tài)起，使流過過電流的開關(guān)元件4a截止，使作為下支路的開關(guān)元件的4d接通，對(duì)于其他相，是下支路的開關(guān)元件4e、4f接通的狀態(tài)，所以保持該狀態(tài)。電流通過開關(guān)元件4d、二極管5d、開關(guān)元件4e、4f而回流。通過該控制，抑制電流，同時(shí)不會(huì)僅在二極管5d中流過電流，而分流到開關(guān)元件4d和二極管5d而流過，所以能夠防止二極管的劣化、破壞。另外，在本方式中，僅判斷是否為過電流即可，無需根據(jù)電流的朝向判斷對(duì)哪個(gè)開關(guān)元件進(jìn)行接通、截止控制，所以能夠縮短與切換相關(guān)的運(yùn)算時(shí)間，縮短直至進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間。另外，作為回流接通截止控制模式，在圖9中，示出了對(duì)上支路的全部開關(guān)元件進(jìn)行了截止控制、對(duì)下支路的全部開關(guān)元件進(jìn)行了接通控制的例子，但也可以對(duì)下支路的全部開關(guān)元件進(jìn)行截止控制，對(duì)上支路的全部開關(guān)元件進(jìn)行接通控制。對(duì)于使下支路的全部開關(guān)元件接通、還是使上支路的全部開關(guān)元件接通，例如，也可以進(jìn)行如下控制:在探測(cè)到過電流的相的上支路的開關(guān)元件是接通狀態(tài)的情況(相當(dāng)于圖2 Ca)的情況)下，使下支路的全部開關(guān)元件接通，在探測(cè)到過電流的相的下支路的開關(guān)元件是接通狀態(tài)的情況下，使上支路的全部開關(guān)元件接通。另外，在本方式中，電流持續(xù)回流，所以相比于實(shí)施方式I 5，電流的衰減更慢。因此，也可以暫時(shí)通過本保護(hù)方式切換為使電流回流的回流接通截止控制模式，然后檢測(cè)電流的朝向，進(jìn)行加快電流的衰減的充電接通截止控制模式。即，如圖2 (b)所示，使電流從電力變換裝置100側(cè)向交流側(cè)的馬達(dá)2流出的相的上支路的開關(guān)元件截止，使下支路的開關(guān)元件接通，使從交流側(cè)的馬達(dá)2向電力變換裝置100內(nèi)流入的相的下支路的開關(guān)元件截止，使上支路的開關(guān)元件接通。通過進(jìn)行這樣的控制，能夠加快電流的衰減，能夠更可靠地針對(duì)過電流保護(hù)元件。

如以上那樣，在本發(fā)明的實(shí)施方式6中，在作為電力變換裝置的3相2電平逆變器中，如果探測(cè)到過電流，則將開關(guān)元件的此前的接通截止控制模式切換為作為使此前流著的電流降低的電流降低接通截止控制模式的、在通電路徑中不包括濾波電容器的回流接通截止控制模式，由此，關(guān)于同時(shí)通電的二極管，與其并聯(lián)地連接的開關(guān)元件接通而向該開關(guān)元件也分流，所以二極管中流過的電流降低，過電流發(fā)生所致的二極管的劣化、破壞被防止而耐久性提聞。另外，在該例子中，作為電力變換裝置示出了將直流變換為交流的逆變器的例子，但只要在上支路和下支路中具備開關(guān)元件和與開關(guān)元件并聯(lián)的二極管，則也可以是將交流變換為直流的轉(zhuǎn)換器。實(shí)施方式7.
圖10示出本發(fā)明的實(shí)施方式7的電力變換裝置的電路圖。在前面的實(shí)施方式2、4所示的3電平電力變換裝置中，也能夠應(yīng)用與實(shí)施方式6同樣的控制方法。即，本實(shí)施方式涉及在與前面的實(shí)施方式2、3同樣的電路結(jié)構(gòu)的3電平電力變換裝置中，如實(shí)施方式6所示，作為電流降低接通截止控制模式切換為回流接通截止控制模式的情況。在用于圖10所示的3電平電力變換裝置的情況下，由于具有正極、負(fù)極、中間電極，所以除了使上支路的開關(guān)元件接通而回流的方法、和使下支路的開關(guān)元件接通而回流的方法以外，還有使中間支路的開關(guān)元件接通而回流的方法。在從實(shí)施方式2的圖4 Ca)所示的過電流發(fā)生狀態(tài)使上支路接通而切換為回流接通截止控制模式的情況下，如圖10所示，對(duì)中間支路的開關(guān)元件12b、12c、12f、12g、下支路的開關(guān)元件12d、12h進(jìn)行截止控制，對(duì)上支路的開關(guān)元件12a、12e進(jìn)行接通控制。在使下支路接通而回流的情況下，對(duì)中間支路的開關(guān)元件12b、12c、12f、12g、上支路的開關(guān)元件12a、12e進(jìn)行截止控制，對(duì)下支路的開關(guān)元件12d、12h進(jìn)行接通控制。另外，在通過中間支路的開關(guān)元件而回流的情況下，如圖11所示，對(duì)上支路的開關(guān)元件12a、12e、下支路的開關(guān)元件12d、12h進(jìn)行截止控制，對(duì)中間支路的開關(guān)元件12b、12c、12f、12g進(jìn)行接通控制。

通過這樣的控制，在圖10所示那樣的3電平電力變換裝置中，也不會(huì)使過電流僅持續(xù)流過二極管，而能夠防止二極管的劣化、破壞。另外，在3電平電力變換裝置中，也可以暫時(shí)以本方式進(jìn)行回流之后，檢測(cè)電流的方向，進(jìn)行使電流的衰減變快那樣的控制。實(shí)施方式8.
圖12示出本發(fā)明的實(shí)施方式8的電力變換裝置的電路圖。本實(shí)施方式涉及在與前面的實(shí)施方式4的圖6同樣的電路結(jié)構(gòu)的3電平電力變換裝置中，如實(shí)施方式6所示，作為電流降低接通截止控制模式切換為回流接通截止控制模式的情況。在從實(shí)施方式4的圖7 Ca)所示的過電流發(fā)生狀態(tài)使上支路接通而切換為回流接通截止控制模式的情況下，如圖12所示，對(duì)下支路的開關(guān)元件17c、17d、17g、17h進(jìn)行截止控制，對(duì)上支路的開關(guān)元件17a、17b、17e、17f進(jìn)行接通控制。在使下支路接通而進(jìn)行回流的情況下，對(duì)上支路的開關(guān)元件17a、17b、17e、17f進(jìn)行截止控制，對(duì)下支路的開關(guān)元件17c、17d、17g、17h進(jìn)行接通控制。在通過鉗位二極管而進(jìn)行回流的情況下，如圖13所示，對(duì)與正極連接的開關(guān)元件17a、17e、與負(fù)極連接的開關(guān)元件17d、17h進(jìn)行截止控制，對(duì)開關(guān)元件17b、17c、17f、17g進(jìn)行接通控制。
通過這樣的控制，在圖12所示那樣的3電平電力變換裝置中，也不會(huì)使過電流僅持續(xù)流過二極管，而能夠防止二極管的劣化、破壞。另外，在3電平電力變換裝置中，也可以暫時(shí)以本方式進(jìn)行回流之后，檢測(cè)電流的方向，進(jìn)行使電流的衰減變快那樣的控制。實(shí)施方式9.
圖14示出本發(fā)明的實(shí)施方式9的電力變換裝置的電路圖。前面的實(shí)施方式例都是進(jìn)行直流與交流之間的變換的電力變換裝置，但在該實(shí)施方式中，作為進(jìn)行直流與直流之間的變換的電力變換裝置的例子，示出將高電壓側(cè)的直流電源30的電壓降壓為低電壓而供給到負(fù)載31的斬波器裝置300。在高電壓側(cè)的第I輸入輸出端301以及低電壓側(cè)的第2輸入輸出端302上，分別具備第I及第2電容器32、33。在高壓側(cè)的正極與負(fù)極間，相互串聯(lián)地連接了開關(guān)元件34a、34b。開關(guān)元件34a、34b是使用MOSFET等能夠以正向以及逆向進(jìn)行開關(guān)的元件而構(gòu)成的。對(duì)開關(guān)元件34a、34b，并聯(lián)地連接了二極管35a、35b，由在正極側(cè)安裝的開關(guān)元件34a和二極管35a構(gòu)成上支路，由在負(fù)極側(cè)安裝的開關(guān)元件34b和二極管35b構(gòu)成下支路。上支路的開關(guān)元件34a和下支路的開關(guān)元件34b的串聯(lián)連接點(diǎn)成為輸出點(diǎn)，經(jīng)由電抗器36而與負(fù)載31連接?？刂齐娐?7將使開關(guān)元件34a、34b接通、截止的控制信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)電路38a、38b，驅(qū)動(dòng)電路38a、38b根據(jù)控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件34a、34b。由電流檢測(cè)器39檢測(cè)電抗器36中流過的電流，控制電路37具備:接收電流檢測(cè)器39的檢測(cè)信號(hào)來判斷是否流過過電流、即電流檢測(cè)值超過預(yù)先設(shè)定的規(guī)定的過電流設(shè)定值的過電流探測(cè)部；以及探測(cè)來自電流檢測(cè)器39的檢測(cè)電流的電流方向的電流方向探測(cè)部。在圖14所示的斬波器裝置300中，通過上支路的開關(guān)元件34a的接通、截止動(dòng)作以及下支路的開關(guān)元件的接通、截止動(dòng)作，進(jìn)行從直流電源30向負(fù)載31的電力供給以及從負(fù)載31的電力再生。在這樣的斬波器裝置中也在正常狀態(tài)下使用在二極管的正向上流過電流的情況下使與二極管并聯(lián)地連接的開關(guān)元件接通的同步整流方式，從而能夠與開關(guān)元件分流二極管中流過的電流，能夠使二極管小容量化，根據(jù)情況，還能夠使用開關(guān)元件的體二極管。

接下來，使用圖15來說明過電流發(fā)生時(shí)的動(dòng)作。圖15 (a)示出流過過電流的狀態(tài)，設(shè)想了開關(guān)元件34a是接通狀態(tài)，且在開關(guān)元件34a的正向上流過了電流的情況。如果流過過電流，則接收來自電流檢測(cè)器39的檢測(cè)信號(hào)的控制電路37探測(cè)過電流，根據(jù)電流流過的朝向，判斷使哪個(gè)開關(guān)元件接通，使哪個(gè)開關(guān)元件截止。S卩，在電流從作為電力變換裝置的斬波器裝置300內(nèi)的上下支路的串聯(lián)連接點(diǎn)向負(fù)載31側(cè)流出的情況下，使上支路的開關(guān)元件截止，使下支路的開關(guān)元件接通，在從負(fù)載31側(cè)通過串聯(lián)連接點(diǎn)向斬波器裝置300側(cè)流入的情況下，使下支路的開關(guān)元件截止，使上支路的開關(guān)元件接通。圖15 (b)示出過電流保護(hù)動(dòng)作后的情況，在該例子中，使上支路的開關(guān)元件34a截止，使下支路的開關(guān)元件34b接通。通過這樣控制，成為電流分流到二極管和開關(guān)元件而流過的同時(shí)對(duì)第2電容器33進(jìn)行充電的電路動(dòng)作，電流衰減。S卩，控制電路37如果其過電流探測(cè)部探測(cè)到過電流的發(fā)生，則將各開關(guān)元件的接通截止控制模式切換為使此前流著的電流降低的電流降低接通截止控制模式。此處，該電流降低接通截止控制模式成為對(duì)第2電容器33進(jìn)行充電的、充電接通截止控制模式，在該控制模式下進(jìn)行接通動(dòng)作的開關(guān)元件34b發(fā)揮與并聯(lián)連接的二極管35b分流、而使該二極管中流過的電流進(jìn)一步減輕的作用。之后，電流降低至不會(huì)對(duì)二極管的劣化、破壞造成影響的程度，在成為預(yù)先設(shè)定的規(guī)定的下限值以下之后，使接通的開關(guān)元件成為截止，從而能夠切斷電流。如以上那樣，在本發(fā)明的實(shí)施方式9中，在作為電力變換裝置的斬波器裝置中，如果探測(cè)到過電流，則將開關(guān)元件的此前的接通截止控制模式切換為作為使此前流著的電流降低的電流降低接通截止控制模式的、對(duì)電容器進(jìn)行充電的充電接通截止控制模式，由此，關(guān)于同時(shí)通電的二極管，與其并聯(lián)地連接的開關(guān)元件接通而向該開關(guān)元件也分流，所以二極管中流過的電流大幅降低，過電流發(fā)生所致的二極管的劣化、破壞被防止而耐久性提高。特別，在二極管中使用開關(guān)元件的體二極管的情況下，體二極管的過電流耐量低，所以其效果變大。另外，在本實(shí)施方式中，示出了從配置于高電壓側(cè)的直流電源向配置于低電壓側(cè)的負(fù)載供給電力的情況，但即使在使配置于低電壓側(cè)的直流電源升壓而向配置于高電壓側(cè)的負(fù)載供給的情況下，也能夠同樣地應(yīng)用。實(shí)施方式10.
對(duì)于在前面的實(shí)施方式I 9中使用的開關(guān)元件、二極管、鉗位二極管，除了由硅形成的例子以外，也可以由帶隙比硅大的寬帶隙(wide-gap)半導(dǎo)體形成。作為寬帶隙半導(dǎo)體，例如，有碳化硅、氮化鎵系材料或者金剛石。在使用了寬帶隙半導(dǎo)體的情況下，容許電流密度高，且電力損失也低，所以能夠?qū)崿F(xiàn)裝置的小型化。另外，在開關(guān)元件中使用了寬帶隙半導(dǎo)體的情況下，MOSFET等能夠以雙向進(jìn)行開關(guān)的元件的耐電壓提高，能夠應(yīng)用至高電壓區(qū)域。
另外，在開關(guān)元件、二極管、鉗位二極管全部由寬帶隙半導(dǎo)體形成的情況下，裝置的小型化這樣的效果大，但即使在僅其一部分由寬帶隙半導(dǎo)體形成的情況下，也有效果。
權(quán)利要求
1.一種電力變換裝置，具備: 正極以及負(fù)極，構(gòu)成第I輸入輸出端；以及 上支路以及下支路，相互串聯(lián)地連接在從所述第I輸入輸出端的所述正極至所述負(fù)極之間， 在該電力變換裝置中，將所述上支路和所述下支路的串聯(lián)連接點(diǎn)連接到第2輸入輸出端， 該電力變換裝置的特征在于: 所述上支路以及所述下支路分別具有能夠以正向以及逆向進(jìn)行開關(guān)的開關(guān)元件和與所述開關(guān)元件并聯(lián)地連接的二極管， 所述電力變換裝置具備:控制電路，進(jìn)行所述開關(guān)元件的接通截止控制；電流檢測(cè)器，檢測(cè)所述串聯(lián)連接點(diǎn)和所述第2輸入輸出端的連接部中流過的電流；以及過電流探測(cè)部，探測(cè)來自所述電流檢測(cè)器的電流檢測(cè)值超過了規(guī)定的過電流設(shè)定值， 所述控制電路在所述過電流探測(cè)部探測(cè)到過電流時(shí)，將所述開關(guān)元件的接通截止控制切換為電流降低接通截止控制模式，其中，該電流降低接通截止控制模式是如下模式:是使此前流著的電流降低的模式，且在該模式是使所述二極管中的某一個(gè)通電的模式的情況下，使與該通電二極管并聯(lián)地連接的所述開關(guān)元件接通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于， 在所述正極與所述負(fù)極之間連接了電容器，針對(duì)各相的每一個(gè)設(shè)置了所述上支路以及所述下支路，并在施加直流電壓的所述第I輸入輸出端與施加交流電壓的所述第2輸入輸出端之間，進(jìn)行直流/交流變換。`
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于， 在所述正極與所述負(fù)極之間連接了第I電容器，在構(gòu)成所述第2輸入輸出端的正極以及負(fù)極之間，連接了第2電容器，在所述串聯(lián)連接點(diǎn)與所述第2輸入輸出端的所述正極之間，插入連接了電抗器，在施加直流電壓的所述第I輸入輸出端與施加直流電壓的所述第2輸入輸出端之間，進(jìn)行直流/直流變換。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述電流降低接通截止控制模式是進(jìn)行所述電容器的充電動(dòng)作的充電接通截止控制模式。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述電流降低接通截止控制模式是在通電路徑中不包括所述電容器的進(jìn)行回流動(dòng)作的回流接通截止控制模式。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述電流降低接通截止控制模式在暫時(shí)成為在通電路徑中不包括所述電容器的進(jìn)行回流動(dòng)作的回流接通截止控制模式之后，轉(zhuǎn)移到進(jìn)行所述電容器的充電動(dòng)作的充電接通截止控制模式。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變換裝置，其特征在于， 除了所述正極以及所述負(fù)極以外還具備中間電極， 作為所述電容器，具備在所述正極與所述中間電極之間連接的正極側(cè)電容器、以及在所述中間電極與所述負(fù)極之間連接的負(fù)極側(cè)電容器，作為所述開關(guān)元件與所述二極管的并聯(lián)體，除了所述上支路以及所述下支路以外，還具備在所述中間電極與所述各相的串聯(lián)連接點(diǎn)之間連接的中間支路， 能夠?qū)λ龅?輸入輸出端輸出3電平的電位。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變換裝置，其特征在于， 除了所述正極以及所述負(fù)極以外，還具備中間電極， 作為所述電容器，具備在所述正極與所述中間電極之間連接的正極側(cè)電容器、以及在所述中間電極與所述負(fù)極之間連接的負(fù)極側(cè)電容器， 作為所述上支路，具備作為分別并聯(lián)地連接了所述二極管的所述開關(guān)元件的、相互串聯(lián)地連接的第I及第2開關(guān)元件， 作為所述下支路，具備作為分別并聯(lián)地連接了所述二極管的所述開關(guān)元件的、相互串聯(lián)地連接的第3及第4開關(guān)元件， 具備在所述第I及第2開關(guān)元件的連接點(diǎn)與所述中間電極之間、所述第3及第4開關(guān)元件的連接點(diǎn)與所述中間電極之間分別插入的鉗位二極管， 能夠?qū)λ龅?輸入輸出端輸出3電平的電位。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或者8所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述電流降低接通截止控制模式是進(jìn)行所述正極側(cè)電容器和所述負(fù)極側(cè)電容器中的某一方的充電動(dòng)作的充電接通截止控制模式。
10.根據(jù)權(quán)利要求4、6、7、8中的任一項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特征在于， 具備電流方向探測(cè)部，該電流方向探測(cè)部探測(cè)來自所述電流檢測(cè)器的檢測(cè)電流的電流方向， 在所述充電接通截止控制模式下，使由所述電流方向探測(cè)部探測(cè)的電流方向是從所述串聯(lián)連接點(diǎn)流出的相的各個(gè)所述上支路的開關(guān)元件截止，使所述下支路的開關(guān)元件接通，使由所述電流方向探測(cè)部探測(cè)的電流方向是流入所述串聯(lián)連接點(diǎn)的相的各個(gè)所述下支路的開關(guān)元件截止，使所述上支路的開關(guān)元件接通，在還具備所述中間支路的情況下，使所有相的所述中間支路截止。
11.根據(jù)權(quán)利要求5或者6所述的電力變換裝置，其特征在于， 在所述回流接通截止控制模式下，使所有相的各個(gè)所述上支路的開關(guān)元件截止，使所述下支路的開關(guān)元件接通，或者，使所述所有相的各個(gè)所述上支路的開關(guān)元件接通，使所述下支路的開關(guān)元件截止，在還具備所述中間支路的情況下，使所有相的所述中間支路截止。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述控制電路在切換為所述電流降低接通截止控制模式之后，在來自所述電流檢測(cè)器的電流檢測(cè)值成為規(guī)定的下限值以下時(shí)，使與所述通電二極管并聯(lián)地連接的所述開關(guān)元件截止。
13.根據(jù)權(quán)利要求2、4至8中的任一項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述控制電路在切換為所述電流降低接通截止控制模式之后，從來自所述電流檢測(cè)器的電流檢測(cè)值成為規(guī)定的下限值以下的相開始，依次使與所述通電二極管并聯(lián)地連接的所述開關(guān)元件截止。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任一 項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特征在于， 構(gòu)成所述開關(guān)元件以及所述二極管的半導(dǎo)體元件的全部或者一部分由寬帶隙半導(dǎo)體形成。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述寬帶隙半導(dǎo)體是碳化硅、 氮化鎵或者金剛石。
全文摘要
控制電路(6)在過電流探測(cè)部探測(cè)到過電流時(shí)，針對(duì)能夠以正向以及逆向進(jìn)行開關(guān)的開關(guān)元件的接通截止控制，在作為使此前流著的電流降低的模式的、該模式是使二極管中的某一個(gè)通電的模式的情況下，控制為使與該通電二極管并聯(lián)地連接的開關(guān)元件接通。具體而言，使電流從上下支路的串聯(lián)連接點(diǎn)向馬達(dá)(2)流出的相的上支路的開關(guān)元件(4a)截止，使下支路的開關(guān)元件(4d)接通，使從馬達(dá)(2)通過串聯(lián)連接點(diǎn)流入的相的下支路的開關(guān)元件(4e)、(4f)截止，使上支路的開關(guān)元件(4b)、(4c)接通。由此，即使在發(fā)生了過電流的情況下，也抑制與開關(guān)元件并聯(lián)地連接的二極管中流過的電流，以避免過電流所致的劣化、破壞的方式進(jìn)行保護(hù)。
文檔編號(hào)H02H7/122GK103190048SQ20118005209
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者中山靖, 東圣 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社