專利名稱:換能器的過電流保護電路的制作方法
本發(fā)明涉及能防止換流器的換流部分所用的電閥門由于輸出端短路等原因產(chǎn)生的過電流而損壞的改進型的過電流保護電路。
圖1是現(xiàn)有的通用換流器(電壓型)中采用的換流器過電流保護電路及其外圍電路的結(jié)構(gòu)圖。這種結(jié)構(gòu)是目前最普通的換流器過電流保護電路。圖中(1)是直流電源;(2-1)是與晶體管(2-4)串聯(lián)連接的晶體管，它們之間的接點U與負(fù)載(5)連接，它們的兩端與直流電路(1)連接;(2-3)是與晶體管(2-6)串聯(lián)連接的晶體管，它們之間的接點V與負(fù)載(5)連接，它們的兩端與直流電源(1)連接;(2-5)是與晶體管(2-2)串聯(lián)連接的晶體管，它們之間的接點W與負(fù)載(5)連接，它們的兩端與直流電源(1)連接;(3-1)是與晶體管(2-1)并聯(lián)連接的二極管，它的導(dǎo)通方向與晶體管(2-1)的導(dǎo)通方向相反;(3-2)是與晶體管(2-2)反向并聯(lián)連接的二極管;(3-3)是與晶體管(2-3)反向并聯(lián)連接的二極管;(3-4)是與晶體管(2-4)反向并聯(lián)連接的二極管;(3-5)是與晶體管(2-5)反向并聯(lián)連接的二極管;(3-6)是與晶體管(2-6)反向并聯(lián)連接的二極管;(4-1)是接在晶體管(2-1)與晶體管(2-4)的連接點U和負(fù)載(5)之間的電流檢測器;(4-2)是接在晶體管(2-3)與晶體管(2-6)的連接點V和負(fù)載(5)之間的電流檢測器;(4-3)是接在晶體管(2-5)與晶體管(2-2)的連接點W與負(fù)載(5)之間的電流檢測器;(8)是分別把電流檢測器(4-1)，電流檢測器(4-2)和電流檢測器(4-3)的輸出作為輸入，選取各輸出值的絕對值并將最大輸出值輸出的最大值優(yōu)先電路;(9)是把最大值優(yōu)先電路(8)的輸出信號作為輸入而對過電流進行判斷的過電流判斷電路;(10)是與過電流判斷電路(9)的判斷輸出信號對應(yīng)的切斷信號;(7)是切斷電路，該電路輸入防止短路電路(11)的輸出信號和切斷信號(10)，向晶體管(2-1)、晶體管(2-2)、晶體管(2-3)、晶體管(2-4)、晶體管(2-5)和晶體管(2-6)的基極輸出信號;(6)是向防止短路電路(11)輸入信號的基極信號發(fā)生器。
下面說明圖1所示電路的工作情況。首先介紹正常運行時的工作情況。一旦換流器的輸出頻率由圖中未示出的頻率設(shè)定器設(shè)定，并作為頻率指令信號輸入基極信號發(fā)生器(6)，則基極信號發(fā)生器(6)便產(chǎn)生圖2所示的所謂180度通電式(6級)的送入各晶體管的控制信號。圖中，T表示周期，1/T為輸出頻率。但是，實際上由于晶體管有開關(guān)延遲效應(yīng)，所以，為了防止出現(xiàn)各支路上、下晶體管(例如晶體管(2-1)和(2-4)、(2-3)和(2-6)或(2-5)和(2-2))同時處于導(dǎo)通的短路狀態(tài)，由基極信號發(fā)生器(6)的輸出通過防止短路電路給上、下晶體管的基極信號(觸發(fā)信號)設(shè)定了空載時間(td)。圖3示出一個防止短路電路(11)的電路圖。不言而喻，實際上為6個晶體管配備了6個電路。另外，由于只是一種動作延遲定時器，所以它的工作情況不再詳述。由基極信號發(fā)生器(6)輸入圖2所示的晶體管控制信號，使之延遲的時間等于由電阻R和電容器C決定的時間常數(shù)，使上升邊延遲的時間等于空載時間(td)，把圖4所示的波形作為晶體管基極信號輸入切斷電路。另外，圖3中，D是二極管，B是緩沖器。當(dāng)沒有輸出切斷信號(10)時，切斷電路(7)將防止短路電路(11)的輸出信號，即晶體管基極信號輸給各個晶體管的基極。各個晶體管(2-1)-(2-6)隨這些信號而開關(guān)，從而把交流電供給負(fù)載(5)。這時，二極管(3-1)-(3-6)的作用相當(dāng)于用來處理負(fù)載(5)的無效能量的環(huán)流二極管。
下面說明過電流保護電路工作時的情況，電流檢測器(4-1)、(4-2)和(4-3)分別檢測出U相電流、V相電流和W相電流，并將其變換成與電流成正比的電壓信號輸入最大值優(yōu)先電路(8)。最大值優(yōu)先電路(8)將電壓信號按絕對值計而輸出其中最大的電壓。其工作情況示于圖5。
過電流判斷電路(9)接收到最大值優(yōu)先電路的輸出信號后，如果負(fù)載由于其種原因變大而使電流增加，則向切斷電路(7)輸入一個切斷信號(10)，以便電流在遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于使晶體管(2-1)-(2-6)和二極管(3-1)-(3-6)損壞的電流值時便切斷對負(fù)載(5)的供電。由于切斷電路(7)是根據(jù)切斷信號(10)來切斷輸給各晶體管(2-1)-(2-6)的基極信號的，故各晶體管(2-1)-(2-6)被截止，從而切斷輸出。依靠上述動作即可保護所有晶體管(2-1)-(2-6)不會因過電流而損壞。
下面說明在過電流保護電路的工作過程中，晶體管承受最大負(fù)載的輸出短路保護。這里，所謂輸出短路是指U、V、W三相中的任意兩相處于短路狀態(tài)，或者三相都處于短路狀態(tài)的情況。下面考慮U、V、W三相都短路的情況。根據(jù)圖4，如果不考慮空載時間td和晶體管的開關(guān)時間，則加在各個晶體管(2-1)-(2-6)上的觸發(fā)信號可以分為表1所示的6種模式。
表1上面的晶體管 下面的晶體管相 U V W U V W晶體管 2-1 2-3 2-5 2-4 2-6 2-2模式 1 0 0 1 1 1 0模式 2 0 1 0 1 0 1模式 3 0 1 1 1 0 0模式 4 1 0 0 0 1 1模式 5 1 0 1 0 1 0模式 6 1 1 0 0 0 1表1中，1表示晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)，0表示晶體管的截止?fàn)顟B(tài)。由表可知晶體管肯定處于以下兩種狀態(tài)。即(1)上面的兩個晶體管(兩相)導(dǎo)通下面的一個晶體管(一相)導(dǎo)通(2)上面的一個晶體管(一相)導(dǎo)通下面的兩個晶體管(兩相)導(dǎo)通由于(1)、(2)兩種情況是相對的，所以作為典型例子，下面考慮(1)中的模式6，即晶體管(2-1)、晶體管(2-3)和晶體管(2-2)處于導(dǎo)通狀態(tài)時輸出端的U、V、W三相出現(xiàn)短路狀態(tài)的情況該狀態(tài)示于圖6。另外，短路時流過各晶體管的集電極電流和集電極與發(fā)射極之間的電壓示于圖7。下面說明圖7，在時間t1，如果產(chǎn)生短路狀態(tài)，則各個晶體管的集電極電流將會由于輸出阻抗降低而急劇地上升。晶體管(2-2)的集電極電流i(2-2)上升并箝位在由給定的基極電流和晶體管的電流放大系數(shù)h FE 所限制的電流值。另一方面，假定各晶體管的電氣特性基本相同，則根據(jù)基爾霍夫定律流過晶體管(2-1)和(2-2)的電流近似地滿足如下關(guān)系i(2-1)≈i(2-3)≈1/2i(2-2)所以，因晶體管(2-1)、(2-3)和(2-2)的各個集電極與發(fā)射極之間的電壓，其ic-Vce(集電極電流-集電極與發(fā)射極之間的電壓)特性是非線性的，所以通常如圖7所示，電壓幾乎全降在集電極電流大的晶體管(2-2)上，而晶體管(2-1)和晶體管(2-3)上幾乎沒有電壓。換句話說，晶體管(2-2)與晶體管(2-1)和晶體管(2-3)相比，前者工作在有源區(qū)域并承受很大的負(fù)載。這時，雖然電流i(2-2)，即W相電流在時刻t2超過了過電流判斷電平，但是如圖所示，直到t3時刻才開始切斷。這是由于電流檢測器(4-3)、最大值優(yōu)先電路(8)、過電流判斷電路(9)和切斷電路(7)等電路的響應(yīng)延遲，以及圖中未示出的基極驅(qū)動電路的響應(yīng)延遲和晶體管的存儲時間等因素引起的響應(yīng)延遲而造成的。所以，應(yīng)當(dāng)選用在上述響應(yīng)延遲的時間內(nèi)能承受短路時的電流和電壓而不致?lián)p壞的晶體管。
一旦到達(dá)t3時刻，便開始切斷電流。如前所述，由于晶體管(2-2)處于最深的有源區(qū)域，所以它的存儲時間最短，在三個晶體管中最早開始截止，因此，在t3時刻開始截止的是晶體管(2-2)，而晶體管(2-1)和晶體管(2-3)，因晶體管截止，客觀上減少了集電極電流i(2-1)和i(2-3)。經(jīng)過從t3時刻到t4時刻的下降時間，晶體管(2-2)，以電流衰減率di/dt使電流減小到0，從而完成切斷動作。這時，晶體管的集電極與發(fā)射極之間的電壓Vce(2-2)由于布線電感L而產(chǎn)生的峰值電壓Vp為Vp＝L (di)/(dt) 從而使晶體管(2-2)承受很大的負(fù)載。為了將其控制在晶體管的R、B、S、O、A(反偏壓安全工作區(qū))內(nèi)，采用了緩沖電路等進行抑制，并選用R、B、S、O、A大的晶體管?？傊缟纤?，短路時單獨觸發(fā)的晶體管承受的負(fù)載最大。
現(xiàn)有的換流器過電流保護電路是按照上述方式構(gòu)成的，所以，當(dāng)輸出短路時，單獨觸發(fā)的晶體管承受的負(fù)載最大。
現(xiàn)有的換流器過電流保護電路是按照上述方式的，所以，當(dāng)輸出短路時，單獨觸發(fā)的晶體管將承受很大的負(fù)載。如前所述，如果能夠設(shè)法縮短電流檢測器(4-3)、最大值優(yōu)先電路(8)、過電流判斷電路(9)和切斷電路(7)等電路的響應(yīng)延遲時間和圖中未示出的基極驅(qū)動電路的響應(yīng)延遲時間，則可減小晶體管在短路狀態(tài)下的負(fù)載。即圖7中t1時刻到t3時刻的負(fù)載。另一方面，如前所述，由于單獨觸發(fā)的晶體管在t3到t4的斷開時間內(nèi)承受的負(fù)載受布線電感的影響，所以要想減小負(fù)載可以采用減小布線電感，或者強化緩沖電路、抑制峰值電壓的方法。但是，都必須對結(jié)構(gòu)進行考慮，緩沖電路的大型化會妨礙儀器的小型化，當(dāng)需要小型化的儀器時，則必須采用R、B、S、O、A大而昂貴的晶體管。
本發(fā)明正是為了解決上述問題而提出來的，所以，其目的在于當(dāng)輸出端處于短路狀態(tài)時，借助過電流保護電路的動作使晶體管斷開時顯著降低單獨觸發(fā)的晶體管的負(fù)載，這是防止損壞晶體管所必須的，不使用造成儀器大型化的強化緩沖電路和R、B、S、O、A大而昂貴的晶體管，從而獲得可以保護晶體管的換流器過電流保護電路。
本發(fā)明的第一個目的旨在提供這樣一種換流器過電流保護電路，其中，設(shè)置了擇多判斷電路，該電路接收電閥門的開關(guān)信號，對三條支路中上面的電氣閥門的關(guān)閉信號和三條支路中下面的電閥門的關(guān)閉信號進行擇多判斷、通過過電流保護動作時擇多判斷電路的判斷，先把判斷為多數(shù)的電閥門的關(guān)閉信號作為打開信號，而在某一時限之后才把判斷為少數(shù)的電閥門的關(guān)閉信號作為打開信號。
本發(fā)明的第二目的是提供一種換流器過電流保護電路，其中，設(shè)置了擇多判斷電路，該電路接收電閥門的開關(guān)信號，對三條支路中上面的電閥門的關(guān)閉信號和三條支路中下面的電閥門的關(guān)閉信號進行擇多判斷，通過過電流保護動作時擇多判斷電路的判斷，先把判斷為多數(shù)電閥門中的一個電氣閥門的關(guān)閉信號作為打開信號，而在某一時限之后才把其余的電閥門的關(guān)閉信號作為打開信號。
本發(fā)明的過電流保護電路的作用是當(dāng)由于輸出端短路等情況把過大的負(fù)載加到電閥門上時，為了使電閥門與第1個負(fù)載脫開，檢測出以該電閥門為開狀態(tài)時承受第2個最大負(fù)載的電閥門，控制電閥門的打開順序，以減小加在電閥門上的負(fù)載，從而保護電閥門在輸出端短距時不會因承受過大的負(fù)載而被損壞。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)實施例的換流器及其過電流保護電路;
圖2是基極信號發(fā)生器(6)輸出的各個晶體管的控制信號圖;
圖3是防止短路電路中的一個電路圖;
圖4是防止短路電路輸出各個晶體管的基極信號圖;
圖5是最大優(yōu)先電路(8)的動作說明圖;
圖6是模式6的輸出端短路的圖;
圖7是模式6的輸出端短路時各晶體管的集電極電流和集電極與發(fā)射極之間的電壓圖;
圖8是按照本發(fā)明第1個實施例構(gòu)成的換流器及其過電流保護電路;
圖9是圖8的電路斷路時的時間圖;
圖10是采用圖8電路而輸出端短路時流過各個晶體管的集電極電流和集電極與發(fā)射極之間的電壓圖。
圖11是按照本發(fā)明第二個實施例構(gòu)成的換流器及其過電流保護電路;
圖12是圖11的電路切斷時的時間圖;
圖13是采用圖11電路而輸出端短路時流過各個晶體管的集電極電流和集電極與發(fā)射極之間的電壓圖;
圖14是擇多判斷電路12的一個例子;
圖15是切斷電路(70)的一個例子;
圖16是把擇多判斷電路(12)和切斷電路(70)合并后的一個例子。
下面參照本發(fā)明的第1個實施例。圖8中，(1)是直流電源;(2-1)是與晶體管(2-4)串聯(lián)連接的晶體管，它們之間的接點U與負(fù)載(5)連接，它們的兩端與直流電源(1)連接;(2-3)是與晶體管(2-6)串聯(lián)連接的晶體管，它們之間的接點V與負(fù)載(5)連接，它們的兩端與直流電源(1)連接;(2-3)是與晶體管(2-2)串聯(lián)連接的晶體管，它們之間的接點W與負(fù)載(5)連接，它們的兩端與直流電源(1)連接;(3-1)是與晶體管(2-1)反向并聯(lián)連接的二極管，導(dǎo)通方向與晶體管(2-1)的導(dǎo)通方向相反;(3-2)是與晶體管(2-2)反向并聯(lián)連接的二極管;(3-3)是與晶體管(2-3)反向并聯(lián)連接的二極管;(3-4)是與晶體管(2-4)反向并聯(lián)連接的二極管;(3-5)是與晶體管(2-5)反向并聯(lián)連接的二極管;(3-6)是與晶體管(2-6)反向并聯(lián)連接的二極管;(4-1)是接在晶體管(2-1)與晶體管(2-4)的接點U和負(fù)載(5)之間的電流檢測器;(4-2)是接在晶體管(2-3)與晶體管(2-6)的接點V和負(fù)載(5)之間的電流檢測器;(4-3)是接在晶體管(2-5)與晶體管(2-2)的接點W和負(fù)載(5)之間的電流檢測器;(8)是分別把電流檢測器(4-1)、電流檢測器(4-2)和電流檢測器(4-3)的輸出作為輸入、選取各輸出值的絕對值并將最大輸出值輸出的最大值優(yōu)先電路;(9)是把最大值優(yōu)先電路(8)的輸出信號作為輸入而對電流進行判斷的過電流判斷電路;(10)是與過電流判斷電路(9)的判斷輸出信號對應(yīng)的切斷信號;(6)是向防止短路電路(11)輸入信號的基極信號發(fā)生器;(12)是以防止短路電路(11)的輸出信號和切斷信號(10)作為輸入信號的擇多判斷電路;(13)是擇多判斷電路輸出的擇多判斷結(jié)果信號;(70)是切斷電路，它把擇多判斷電路的輸出信號和切斷信號(10)作為輸入，向晶體管(2-1)、晶體管(2-2)、晶體管(2-3)、晶體管(2-4)、晶體管(2-5)和晶體管(2-6)的基極輸出信號。
下面說明圖8所示的電路的工作情況。首先，在正常運行時，即未輸出切斷信號(10)時，擇多判斷電路(12)和切斷電路(70)把防止短路電路(11)的輸出信號作為晶體管(2-1)、晶體管(2-2)、晶體管(2-3)、晶體管(2-4)、晶體管(2-5)和晶體管(2-6)的基極信號直接輸給各個晶體管，所以它的工作情況與現(xiàn)有技術(shù)的實施例完全相同，這里不再說明。
下面說明產(chǎn)生過電流時的工作情況。但是，由于，電流檢測器(4-1)、電流檢測器(4-2)、電流檢測器(4-3)、最大值優(yōu)先電路(8)、過電流判斷電路(9)和切斷信號(10)的工作情況也和現(xiàn)有技術(shù)的實施例相同，所以這里不再說明。
下面只詳細(xì)說明有切斷信號(10)輸出時，擇多判斷電路(12)、擇多判斷信號(13)和切斷電路(70)的工作情況。
擇多判斷電路(12)對上面支路中的晶體管(2-1)、(2-3)、(2-5)的基極信號(導(dǎo)通信號)和下面支路中的晶體管(2-2)、(2-4)、(2-6)的基極信號(導(dǎo)通信號)進行擇多判斷。利用說明現(xiàn)有技術(shù)的實施例時所用的表1，把對模式1到模式6分別進行擇多判斷后得到的擇多判斷結(jié)果信號(13)示于表2。表中，晶體管一欄中的1表示輸出基極信號(導(dǎo)通信號)的狀態(tài)，0表示未輸出基極信號的狀態(tài);擇多判斷結(jié)果信號(13)欄中的1表示上面支路中的晶體管為多數(shù)，0表示下面支路中的晶體管為多數(shù)。另外擇多判斷結(jié)果信號(13)由切斷信號(10)鎖定。
表2上面支路中的 下面支路中的 擇多判斷結(jié)果晶體管 晶體管相 U V W U V W 信號晶體管 2-1 2-3 2-5 2-4 2-6 2-2 (13)模式1 0 0 1 1 1 0 0模式2 0 1 0 1 0 1 0模式3 0 1 1 1 0 0 1模式4 1 0 0 0 1 1 0模式5 1 0 1 0 1 0 1模式6 1 1 0 0 0 1 1如果因輸出端發(fā)生短路等情況而輸出切斷信號(10)，切斷電路(70)在收到擇多判斷結(jié)果信號(13)和切斷信號(10)后，便按下述順序切斷晶體管(2-1)～(2-6)的基極信號。當(dāng)輸出的擇多判斷結(jié)果信號(13)為1時，先把上面支路中的晶體管的基極信號(導(dǎo)通信號)從1變成0，即切斷(截止)信號經(jīng)過某一時限(tx)后，把下面支路中的晶體管的基極信號(導(dǎo)通信號)從1變換成0，即切斷(截止)信號。與此相反，當(dāng)輸出擇多判斷結(jié)果信號(13)為0時，則先把下面支路中的晶體管的基極信號(導(dǎo)通信號)從1變換成0，即切斷(截止)信號，經(jīng)過某一時限(tx)之后，再把上面支路中的晶體管的基極信號(導(dǎo)通信號)從1變換成0，即切斷(截止)信號。作為一個例子，把模式6中有切斷信號(10)輸出時切斷各個晶體管的基極信號的時間圖示于圖9。
另外，圖10表示模式6中發(fā)生短路時流過各晶體管的集電極電流和集電極與發(fā)射極之間的電壓(模式6的短路狀態(tài)圖參見圖6)。如果短路狀態(tài)發(fā)生在t1時刻，則各個晶體管的集電極電流將會由于輸出阻抗降低而急劇上升。到了t2時刻，雖然電流i(2-2)超過了過電流判斷的標(biāo)準(zhǔn)Ls，但由于響應(yīng)時間延遲的原因，直到t3時才開始輸出切斷信號(10)，按照上述圖9所示的切斷順序進行切斷。所以，集電極電流小的、接近飽和區(qū)的晶體管(2-1)和晶體管(2-3)先被切斷。但是與現(xiàn)有技術(shù)的實施例的圖7相比，小的電流是被緩慢地切斷的(由于接近飽和狀態(tài)。所以切斷速度比現(xiàn)有技術(shù)的實施例切斷單獨觸發(fā)并工作在有源區(qū)域的晶體管的速度要慢)，連緩沖電路也幾乎不會引起浪涌電壓，與現(xiàn)有技術(shù)的實施例中的第2個負(fù)載相比，負(fù)載(第2個負(fù)載)變得很小。
此外，在上述實施例中，電閥門采用的是三極管，但是，不言而喻，如果采用場效應(yīng)晶體管等其他元件做電閥門，也可以達(dá)到同樣的效果。
在上述實施例中，作為換流器的電閥門的控制信號(基極信號)，是以所謂的180度通電式(6級)為例介紹的，但是，即使采用正弦波PWM(脈寬調(diào)制)等其他電閥門的控制信號方式，也可構(gòu)成符合本發(fā)明宗旨的過電流保護電路，達(dá)到同樣的效果。
另外，在上述實施例中，由于沒有在切斷信號發(fā)生的同時鎖定基極信號發(fā)生器(6)的輸出，所以，在切斷動作時偶爾也會發(fā)生基極信號切換不當(dāng)?shù)默F(xiàn)象。為了避免出現(xiàn)這種情況，可以如圖8中虛線所示的那樣，把切斷信號(10)輸給基極信號發(fā)生器(6)或防止短路電路(11)，并利用該信號(10)鎖定基極信號的輸出狀態(tài)。
如上所述，按照本發(fā)明的第一個實施例，其結(jié)構(gòu)是根據(jù)在過電流保護動作時依照擇多判斷電路的判斷，先把判斷為多數(shù)的電閥門的關(guān)閉信號作為打開信號，經(jīng)過某一時限之后，再把判斷為少數(shù)的電閥門的關(guān)閉信號作為打開信號而構(gòu)成的，所以，依靠過電流保護電路的動作可以顯著地減少使電閥門斷開時單獨觸發(fā)的電閥門的負(fù)載，并使緩沖電路小型化，從而可以減少儀器體積、降低價格。另外，還可以采用斷開時承受能力小的電閥門，這樣也可以降低產(chǎn)品的價格。
下面參照本發(fā)明的第二個實施例。在圖11中，與圖8相同的符號表示相同的部分或相應(yīng)的部分。(1)是直流電源;(2-1)是與晶體管(2-4)串聯(lián)連接的晶體管，它們之間的連接點U與負(fù)載(5)連接，它們的兩端與直流電源(1)連接;(2-3)是與晶體管(2-6)串聯(lián)連接的晶體管，它們之間的連接點V與負(fù)載(5)連接，它們的兩端與直流電源(1)連接;(2-5)是與晶體管(2-2)串聯(lián)連接的晶體管，它們之間的接點W與負(fù)載(5)連接，它們的兩端與直流電源(1)連接;(3-1)是與晶體管(2-1)反向并聯(lián)連接的二極管;(3-2)是與晶體管(2-2)反向并聯(lián)連接的二極管;(3-3)是與晶體管(2-2)反向并聯(lián)連接的二極管;(3-2)是與晶體管(2-4)反向并聯(lián)連接的二極管;(3-5)是與晶體管(2-5)反向并聯(lián)連接的二極管;(3-6)是與晶體管(2-6)反向并聯(lián)連接的二極管;(4-1)是接在晶體管(2-1)與晶體管(2-4)的中間接點U和負(fù)載(5)之間的電流檢測器;(4-2)是接在晶體管(2-3)與晶體管(2-6)的中間接點V和負(fù)載(5)之間的電流檢測器;(4-3)是接在晶體管(2-5)與晶體管(2-2)的連接點W和負(fù)載(5)之間的電流檢測器。(8)是以電流檢測器(4-1)、電流檢測器(4-2)和電流檢測器(4-3)的輸出信號為輸入信號的最大值優(yōu)先電路;(9)是以最大值優(yōu)先電路(8)的輸出信號為輸入信號的過電流判斷電路;(10)是過電流判斷電路(9)輸出的切斷信號;(6)是向防止短路電路(11)輸入信號的基極信號發(fā)生器;(120)是以防止短路電路(11)的輸出信號和切斷信號(10)為輸入信號的擇多判斷電路;(13)是擇多判斷電路輸出的擇多判斷結(jié)果信號;(71)是以擇多判斷電路的輸出信號和切斷信號(10)為輸入信號、并向晶體管(2-1)、晶體管(2-2)、晶體管(2-3)、晶體管(2-4)、晶體管(2-5)和晶體管(2-6)的基極輸出信號的切斷電路。
下面根據(jù)電路圖說明其工作過程。首先，在正常工作的情況下，即沒有輸出切斷信號(10)時，擇多判斷電路(120)和切斷電路(71)把防止短路電路(11)的輸出信號直接輸給晶體管(2-1)、晶體管(2-2)、晶體管(2-3)、晶體管(2-4)、晶體管(2-5)和晶體管(2-6)的基極，所以，其工作過程與現(xiàn)有技術(shù)的實施例完全相同，這里不再說明。
其次，說明過電流動作時的情況。但是，由于電流檢測器(4-1)、電流檢測器(4-2)、電流檢測器(4-3)、最大值優(yōu)先電路(8)、過電流判斷電路(9)和切斷信號(10)的工作情況也與現(xiàn)有技術(shù)的實施例相同，所以，這里也不再說明。下面只詳細(xì)地說明有切斷信號(10)輸出時擇多判斷電路(120)、擇多判斷結(jié)果信號(13)和切斷電路(71)的工作情況。
擇多判斷電路(120)對上面支路中的晶體管的基極信號(導(dǎo)通信號)和下面支路中的晶體管的基極信號(導(dǎo)通信號)進行擇多判斷。利用說明現(xiàn)有技術(shù)實施例時所用的表1，把對模式1至模式6分別進行擇多判斷后得到的擇多判斷結(jié)果信號(13)示于表3。表中，晶體管一欄中的1表示輸出了基極信號(導(dǎo)通信號)的狀態(tài)，0表示未輸出基極信號的狀態(tài);擇多判斷結(jié)果信號(13)欄內(nèi)的1表示上面的晶體管為多數(shù)，0表示下面的晶體管為多數(shù)。另外，擇多判斷結(jié)果信號(13)由切斷信號(10)鎖定。
表3上面支路中的 下面支路中的 擇多判斷結(jié)果晶體管 晶體管相 U V W U V W 信號晶體管 2-1 2-3 2-5 2-4 2-6 2-2 (13)模式1 0 0 1 1 1 0 0模式2 0 1 0 1 0 1 0模式3 0 1 1 1 0 0 1模式4 1 0 0 0 1 1 0模式5 1 0 1 0 1 0 1模式6 1 1 0 0 0 1 1一旦由于輸出端發(fā)生短路等情況而輸出切斷信號(10)時，切斷電路(71)在收到擇多判斷結(jié)果信號(13)和切斷信號(10)后，便按下述順序切斷晶體管(2-1)～(2-6)的基極信號。當(dāng)輸出的擇多判斷結(jié)果信號(13)為1時，先把上面支路中的晶體管基極信號(導(dǎo)通信號)為1的2個晶體管中的一個晶體管的基極信號從1變換為0，即切斷(截止)信號，經(jīng)過某一時限(tx)之后，再把上面支路中另一個晶體管的基極信號(導(dǎo)通信號)和下面支路中的晶體管的基極信號(導(dǎo)通信號)為1的晶體管的基極信號從1變換到0，即切斷(截止)信號。與此相反，當(dāng)輸出的擇多判斷結(jié)果信號(13)為0時，先把下面支路中的晶體管的基極信號(導(dǎo)通信號)為1的2個晶體管中的一個晶體管的基極信號從1變換成0，即切斷(截止)信號，經(jīng)過某一時限(tx)之后，再把上面支路中另一個晶體管的基極信號(導(dǎo)通信號)和上面支路中的晶體管的基極信號(導(dǎo)通信號)為1的晶體管的基極信號從1變換成0，即切斷(截止)信號。作為一個例子，把模式6中有切斷信號(10)輸出時切斷各晶體管的基極信號的時間圖示于圖12。
另外，圖13表示模式6中發(fā)生短路時流過各晶體管的集電極電流和集電極與發(fā)射極之間的電壓(模式6的短路狀態(tài)圖參見圖6)。若在t1時刻出現(xiàn)短路狀態(tài)，則各個晶體管的集電極電流將會由于輸出阻抗降低而急劇上升。到了t2時刻，雖然電流已超過電流判斷標(biāo)準(zhǔn)Ls，但是，由于響應(yīng)時間延遲的影響，所以直到t3時刻才開始輸出切斷信號(10)，按照上述圖2所示的切斷順序進行切斷。由于晶體管(2-1)先被切斷，所以在t3時刻以后，只有晶體管(2-3)和晶體管(2-2)處于導(dǎo)通狀態(tài)，于是晶體管(2-3)和晶體管(2-2)的集電極-發(fā)射極之間的電壓分別為約1/2Edc。所以，到了t4時刻，當(dāng)晶體管(2-3)和晶體管(2-4)被切斷時，與現(xiàn)有技術(shù)的實施例相比，切斷時的第2個負(fù)載將大大減輕，總負(fù)載變得很小。
在上述實施例中，電閥門采用的是晶體三極管，但是，不言而喻，如果使用場效應(yīng)晶體管等其他元件做電閥門也可達(dá)到同樣的效果。
另外，在上述實施例中，作為換流器的電閥門的控制信號(基極信號)，是以所謂的180度通電式(6級)為例介紹的，但是，即使采用正弦波PWM(脈寬調(diào)制)等其他電閥門的控制信號方式，也可構(gòu)成符合本發(fā)明目的的過電流保護電路，并達(dá)到同樣的效果。
此外，在上述實施例中，由于沒有在切斷信號的同時鎖定基極信號發(fā)生器(6)的輸出，所以，在切斷動作時基極信號偶而也可能發(fā)生切換不當(dāng)?shù)默F(xiàn)象。為了避免出現(xiàn)這種情況，可以如圖11中虛線所示的那樣，把切斷信號(10)輸給基極信號發(fā)生器(6)或防止短路電路(11)，并利用該信號(10)鎖定基極信號的輸出狀態(tài)。
如上所述，按照本發(fā)明的第二個實施例，其結(jié)構(gòu)是這樣構(gòu)成的，即在過電流保護動作時依照擇多判斷電路的判斷，先把判斷為多數(shù)的電閥門的關(guān)閉信號作為打開信號，經(jīng)過某一時限之后，再把判斷為少數(shù)的電閥門的關(guān)閉信號作為打開信號。所以，依靠過電流保護電路的動作可以顯著地減少使電閥門斷開時單獨觸發(fā)的電閥門的負(fù)載，并使緩沖電路小型化，從而可以縮少儀器體積、降低成本。并且，還可以采用斷開時的承受能力小的電氣閥門，這樣也可以降低成本。
下面說明本發(fā)明第1個實施例中的擇多判斷電路(12)，該電路的一個例子示于圖14。圖14是由多個“與”電路和“或”電路按照上述表2的雙值邏輯組合而成的，各個晶體管(2-1)～(2-6)的控制信號為1(高電平)時，各晶體管導(dǎo)通;控制信號為0(低電平)時各晶體管截止。如表2所示，當(dāng)上面支路中的晶體管(2-1)、(2-3)、(2-5)中有兩個處于導(dǎo)通狀態(tài)時，擇多判斷結(jié)果信號(13)為1(高電平);當(dāng)下面支路中的晶體管(2-2)、(2-4)、(2-6)中有兩個處于導(dǎo)通狀態(tài)時擇多判斷結(jié)果信號(13)的0(低電平)。
圖15是本發(fā)明第1個實施例中的切斷電路(70)的一個例子，這是由多個“與”電路、“或非”電路、規(guī)定時限(規(guī)定的時間)tx的電阻R。和電容C。構(gòu)成的時限電路以及對時限電路的輸出信號波形進行整形的緩沖器B組合而成的，由此可得到圖9所示的雙值邏輯的時間圖。
另外，圖16是把本發(fā)明第1個實施例的擇多判斷電路(12)和切斷電路(70)合并以后的一個例子。總之，對專業(yè)人員說來，這些電路(12)和(70)是很容易辦到的，所以，并非只限于上述電路結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種換流器的過電流保護電路，其換流器裝置具有三條上、下兩部分串聯(lián)連接的電閥門支路，其兩端與直流電源連接，而中間接點與負(fù)載連接，電閥門按照控制電路的開關(guān)信號順次開關(guān)，把三相交流電供給負(fù)載，其特征在于具有對流過電閥門的電流進行直接或間接地監(jiān)視的電流檢測器；根據(jù)電流檢測器的輸出，在電流超過一定值時輸出過電流信號的過電流檢測電路；接收到電閥門的開關(guān)信號后對三條支路中上面的電閥門的關(guān)閉信號和三條支路中下面的電閥門的關(guān)閉信號的數(shù)量進行擇多判斷的擇多判斷電路；當(dāng)出現(xiàn)過電流信號時，根據(jù)擇多判斷電路的判斷先把判斷為多數(shù)的電閥門的關(guān)閉信號作為打開信號，經(jīng)過某一時限后，再把判斷為少數(shù)的電閥門的關(guān)閉信號作為打開信號。
2.按權(quán)利要求
1所述的換流器的過電流保護電路，其特征在于擇多判斷電路對三條支路中上面的電閥門的打開信號和三條支路中下面的電閥門的打開信號進行擇多判斷，當(dāng)發(fā)生過電流時，根據(jù)擇多判斷電路判斷，先把判斷為少數(shù)的電閥門的關(guān)閉信號作為打開信號，經(jīng)過某一時限后再把判斷為多數(shù)的電閥門的關(guān)閉信號作為打開信號。
3.按權(quán)利要求
1所述的換流器的過電流保護電路，其特征在于擇多判斷電路是由發(fā)生的過電流信號鎖定的。
4.按權(quán)利要求
1所述的換流器的過電流保護電路，其特征在于控制電路輸給電閥門的開關(guān)信號是由發(fā)生的過電流信號鎖定的。
5.一種換流器的過電流保護電路，其換流器裝置具有三條上、下兩部分串聯(lián)連接的電閥門支路，其兩端與直流電源連接，而中間接點與負(fù)載連接，電閥門按照控制電路的開關(guān)信號順次開關(guān)，把三相交流電供給負(fù)載，其特征在于具有對流過電閥門的電流進行直接或間接地監(jiān)視的電流檢測器;根據(jù)電流檢測器的輸出，在電流常規(guī)一定值時便輸出過電流信號的過電流檢測電路;接收電閥門的開關(guān)信號后對三條支路中上面的電閥門的關(guān)閉信號和三條支路中下面的電閥門的關(guān)閉信號的數(shù)量進行擇多判斷的擇多判斷電路;當(dāng)出現(xiàn)過電流信號時，根據(jù)擇多判斷電路的判斷，先把判斷為多數(shù)的電閥門中的一個電閥門的關(guān)閉信號作為打開信號，經(jīng)過某一時限后再把其余的電閥門的關(guān)閉信號作為打開信號。
6.按權(quán)利要求
5所述的換流器的過電流保護電路，其特征在于擇多判斷電路對三條支路中上面的電閥門的打開信號和三條支路中下面的電閥門的打開信號進行擇多判斷，當(dāng)發(fā)生過電流時，根據(jù)擇多判斷電路的判斷，先把判斷為多數(shù)的電閥門中的一個電閥門的關(guān)閉信號作為打開信號，經(jīng)過某一時限后再把其余的電閥門的關(guān)閉信號作為打開信號。
7.按權(quán)利要求
5所述的換流器的過電流保護電路，其特征在于擇多判斷電路是由發(fā)生的過電流信號鎖定的。
8.按權(quán)利要求
5所述的換流器的過電流保護電路，其特征在于控制電路輸給電閥門的開關(guān)信號是由發(fā)生的過電流信號鎖定的。
9.一種換流器的過電流保護電路，其換流器裝置具有三條上、下兩部分串聯(lián)連接的電閥門支路，其兩端與直流電源連接，而中間接點與負(fù)載連接，電閥門按照控制電路的開關(guān)信號順次開關(guān)，把三相交流電供給負(fù)載，其特征在于具有對流過電閥門的電流進行直接或間接地監(jiān)視的電流檢測器;根據(jù)電流檢測器的輸出，在電流超過一定值時便輸出過電流信號的過電流檢測電路;接收到電閥門的開關(guān)信號后對三條支路中上面的電閥門的關(guān)閉信號和三條支路中下面的電閥門的關(guān)閉信號的數(shù)量進行擇多判斷的擇多判斷電路;當(dāng)出現(xiàn)過電流時，根據(jù)擇多判斷電路的判斷，可以把電閥門與上述過電流脫開，并測出以該電閥門為開狀態(tài)時承受負(fù)載最嚴(yán)重的電閥門，然后控制電閥門的開關(guān)順序，以減小被測出的電閥門所承受的負(fù)載，從而可以保護電閥門。
專利摘要
本發(fā)明的換能器的過電流保護電路具有三條由上、下兩部分串聯(lián)連接的電閥門支路，其兩端與直流電源連接而中間接點與負(fù)載連接，電閥門按控制電路的開關(guān)信號順序開關(guān)，把三相交流電供給負(fù)載。因輸出端短路等情況使電閥門承受過大的負(fù)載時，可使電閥門與第1負(fù)載脫開，并測出此時承受第2個最大負(fù)載的電閥門，然后控制電閥門的開關(guān)順序以減小被測出的電閥門承受的負(fù)載，從而保護電閥門在輸出端短路時不因過大的負(fù)載而損壞。
文檔編號H02H9/02GK87106643SQ87106643
公開日1988年4月20日 申請日期1987年9月30日
發(fā)明者廣瀨健二, 杉島榮一, 大上正勝 申請人:三菱電機株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan