專利名稱：單相輸出逆變器及其輸出電流檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單相輸出逆變器，更具體地，涉及一種包含電流 檢測器的單相輸出逆變器及其輸出電流檢測方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)1
常規(guī)地，已經(jīng)公開了一種檢測流過耦合到在一個臂的直流電源中 的正電極側(cè)的并聯(lián)連接器的電流和流過耦合到在該一個臂的直流電源 中的負(fù)電極側(cè)的并聯(lián)連接器的電流，由此檢測輸出電流的方法(例如， 參見專利文獻(xiàn)l)。
圖4是示出了根據(jù)第一種現(xiàn)有技術(shù)的逆變器設(shè)備的電流檢測電路 的示意圖。
在圖4中，數(shù)字61至66表示分別由半導(dǎo)體開關(guān)元件11至16以 及二極管21至26組成的并聯(lián)連接器。該二極管21至26與這些半導(dǎo) 體開關(guān)元件以相反方向并聯(lián)連接。數(shù)字31至34表示電流檢測電阻。 數(shù)字41至44表示用于分別放大跨電流檢測電阻兩端的電壓的放大器。 數(shù)字50表示耦合到每個臂的輸出端U、 V、 W的電力負(fù)載。P表示逆 變器的直流總線的正電極，而N表示負(fù)電極。
此外，數(shù)字67表示U臂，數(shù)字68表示V臂，以及69表示W(wǎng)臂， 并且這些臂中的每一個具有串連連接的兩個并聯(lián)連接器。而且，U臂 67包括分別在正電極P和并聯(lián)連接器61之間以及在負(fù)電極N和并聯(lián) 連接器62之間的電流檢測器31和32。 W臂69包括分別在正電極P 和并聯(lián)連接器65之間以及在負(fù)電極N和并聯(lián)連接器66之間的電流檢
測器33和電流檢測器34。 接下來，將描述操作。
圖5A至圖5D是說明該現(xiàn)有技術(shù)的電流檢測操作的時序圖。
圖5A示出了 U相的輸出電流。圖5B示出了跨電流撿測電阻31 兩端的電壓。圖5C示出了跨電流檢測器32兩端的電壓。
通過分別用放大器41和42放大電流檢測器31和32的電壓并通 過放大器(未示出)將它們相加，可以獲得在圖5D中所示的U相的電 流檢測信號。
更具體地，通過耦合到U臂的兩個電流檢測電阻來檢測U相的輸 出電流，并通過耦合到W臂的兩個電流檢測電阻來檢測W相的輸出電 流。
現(xiàn)有技術(shù)2
此外，已經(jīng)公開了一種向三相逆變器的每個臂提供電流檢測器， 用于檢測流向耦合到直流電源的負(fù)電極N側(cè)的并聯(lián)連接器的電流的方 法。在這種方法中，同時檢測在PWM控制中具有較短關(guān)閉時間的兩相 的負(fù)電極側(cè)上的并聯(lián)連接導(dǎo)體的電流，并將該電流設(shè)為該逆變器的輸 出電流(例如參見專利文獻(xiàn)2)。
圖6是示出了根據(jù)第二種現(xiàn)有技術(shù)的逆變器設(shè)備的電流檢測電路 的示意圖。
在圖6中，數(shù)字61至66表示并聯(lián)連接器。數(shù)字35至37表示電 流檢測器，用于檢測流向耦合到每個臂的直流電源的負(fù)電極N側(cè)的并 聯(lián)連接器的電流。數(shù)字50.表示耦合到輸出的電負(fù)載。數(shù)字71表示用
于選擇檢測相的檢測相選擇部分。數(shù)字72表示用于對通過該選擇部分 獲得的電流檢測值進(jìn)行取樣的電流檢測部分。
接下來，將描述操作。
圖7是示出了該現(xiàn)有技術(shù)的操作的操作波形圖。
分別用u相、V相和W相電壓命令來比較載波，并產(chǎn)生U臂、V 臂、W臂驅(qū)動信號。分別通過電流檢測器35、 36、 37檢測流向如圖6 所示的U臂67、 V臂68和W臂69的負(fù)電極N側(cè)上的并聯(lián)連接器62、 64和66的電流，接著將電流輸入到檢測相選擇部分71。該檢測相選 擇部分71在直流電源的負(fù)電極N側(cè)上選擇具有較長的半導(dǎo)體開關(guān)裝置 導(dǎo)通時間的兩個相，然后將這兩個相位輸入到該電流檢測部分72。電 流檢測部分71同時還基于采樣定時信號在所選擇的兩個相的導(dǎo)通電流 上執(zhí)行采樣，然后將采樣值設(shè)置作為所選擇相的輸出電流。
專利文獻(xiàn)1: JP-A-2000-166247 專利文獻(xiàn)2: JP-A-2003-7915
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
單相逆變器可以由在上述第一種現(xiàn)有技術(shù)中公開的三相逆變器設(shè) 備的三個臂中的兩個構(gòu)成。但是，例如，當(dāng)由U臂和V臂構(gòu)成該單相 逆變器時，存在著這樣的問題，由于V臂沒有電流檢測器，因而無法 檢測由半導(dǎo)體開關(guān)元件故障導(dǎo)致的上臂和下臂中的短路電流。此外， 當(dāng)由U臂和W臂構(gòu)成該單相逆變器時，需要總共四個電流檢測器。出 于這些原因，存在費用增加的問題。
當(dāng)把上述第二種現(xiàn)有技術(shù)中公開的三相逆變器的電流檢測電路應(yīng) 用于單相輸出逆變器時，僅能夠檢測在第二傳導(dǎo)(convection)模式中
的電流，在該模式中電流經(jīng)并聯(lián)連接器和直流電源的負(fù)電極N側(cè)流回。 因此，存在檢測精度變低的問題。
因此，出于上述考慮本發(fā)明應(yīng)運而生，本發(fā)明的目的是提供一種 具有高可靠性的單相輸出逆變器及其輸出電流檢測方法。該輸出逆變
器配備元件數(shù)量少，價格低廉并且能夠i以很高的精度檢測電流。此外， 即使由于噪聲造成臂短路，該輸出逆變器也能夠檢測短路電流。
解決問題的手段
為了解決上述問題，本發(fā)明具有以下特征。
根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，在單相輸出逆變器中，將兩個并聯(lián)連 接器串聯(lián)連接，并聯(lián)連接器中的每一個包含半導(dǎo)體開關(guān)元件和以相反 的方向與該半導(dǎo)體幵關(guān)元件并聯(lián)連接的二極管，將具有適用作相輸出 端的連接部分的該串聯(lián)連接器設(shè)置為對應(yīng)于一個相的臂，并且將兩個 臂彼此并聯(lián)耦合在直流電源的正負(fù)電極之間。為兩臂之一的第一臂在 直流電源的正電極和并聯(lián)連接器之間設(shè)有第一電流檢測器，用于檢測 流向耦合到第一臂的直流電源的正電極側(cè)的并聯(lián)連接器的電流。為另 一臂的第二臂在直流電源的負(fù)電極和并聯(lián)連接器之間設(shè)有第二電流檢 測器，用于檢測流向耦合到第二臂的直流電源的負(fù)電極側(cè)的并聯(lián)連接 器的電流。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，在一種檢測單相輸出逆變器的電流的 方法中，將兩個并聯(lián)連接器串聯(lián)連接，并聯(lián)連接器中的每一個包含半 導(dǎo)體開關(guān)元件和以相反的方向與該半導(dǎo)體開關(guān)元件并聯(lián)連接的二極 管，將具有適用作相輸出端的連接部分的該串聯(lián)連接器設(shè)置為對應(yīng)于 一個相的臂，并且將兩個臂彼此并聯(lián)連接在直流電源的正負(fù)電極之間， 其中，為兩臂之一的第一臂在直流電源的正電極和并眹連接器之間設(shè) 有第一電流檢測器，用于檢測流向耦合到第一臂的直流電源的正電極 側(cè)的并聯(lián)連接器的電流，以及其中，為另一臂的第二臂在直流電源的
負(fù)電極和并聯(lián)連接器之間設(shè)有第二電流檢測器，用于檢測流向耦合到 第二臂的直流電源的負(fù)電極側(cè)的并聯(lián)連接器的電流，該方法包括利 用第一電流檢測器檢測在第一傳導(dǎo)模式中的電流，該電流通過耦合到 正電極的并聯(lián)連接器流回；利用第二電流檢測器檢測在第二傳導(dǎo)模式 中的電流，該電流通過耦合到負(fù)電極的并聯(lián)連接器流回；并根據(jù)第一 電流檢測器和第二電流檢測器的輸出信號來檢測輸出電流。
根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，該方法還包括將用于提供第一臂的 電壓的命令的第一輸出電壓命令與用于產(chǎn)生PWM信號的載波進(jìn)行比 較，由此產(chǎn)生用于驅(qū)動第一臂的半導(dǎo)體開關(guān)元件的第一臂驅(qū)動信號； 將用于提供第二臂的電壓的命令的第二輸出電壓命令同該載波進(jìn)行比 較，由此產(chǎn)生用于驅(qū)動第二臂的半導(dǎo)體開關(guān)元件的第二臂驅(qū)動信號； 在該載波的最低點上在第一傳導(dǎo)模式中的電流上執(zhí)行采樣；和在該載 波的最高點上在第二傳導(dǎo)模式中的電流上執(zhí)行采樣。
本發(fā)明的優(yōu)點
根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，使用了一種給每個臂設(shè)有一個電流檢 測器的結(jié)構(gòu)。因此，該結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)中的結(jié)構(gòu)相比，具有的元件數(shù) 量更少，且更廉價。此外，每個臂設(shè)有電流檢測器，并且由此上臂和 下臂短路電流以及地電流也都能夠被檢測。因此，可以實現(xiàn)具有高可 靠性的單相輸出逆變器。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，具有在一個載波周期中對電流檢測兩 次時的時間。因此，可以在很短的檢測周期中以高精度檢測電流。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的單相輸出逆變器的電路圖； 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的電流流動的電路圖； 圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的電流檢測原理的時序圖； 圖4是根據(jù)第一現(xiàn)有技術(shù)的逆變器的電路圖5A至5D是說明根據(jù)該第一現(xiàn)有技術(shù)的電流檢測操作的時序
圖6是根據(jù)第二現(xiàn)有技術(shù)的逆變器的電路圖7是示出了根據(jù)第二現(xiàn)有技術(shù)的操作的操作波形圖。
附圖標(biāo)記說明
l至4并聯(lián)連接器 11至14 半導(dǎo)體開關(guān)元件 15， 16半導(dǎo)體開關(guān)元件 21至24 二極管 25， 26 二極管 31至34 電流檢測電阻 35至37 電流檢測器 41至44 放大器 5， 50 電力負(fù)載
6 第一電流檢測器
7 第二電流檢測器 61至66 并聯(lián)連接器
67 U臂
68 V臂
69 W臂
71檢測相選擇部分 72電流檢測部分
8 第一臂
9 第二臂
實現(xiàn)發(fā)明的最佳實施例
在下文中，將參考附圖對本發(fā)明進(jìn)行說明。
第一實施例
圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的單相輸出逆變器的電路圖。
在圖1中，P表示直流電源的正電極側(cè)。N表示該直流電源的負(fù) 電極側(cè)。數(shù)字1至4表示分別包含半導(dǎo)體開關(guān)元件11至14以及二極
管21至24的并聯(lián)連接器。該二極管21至24分別與半導(dǎo)體開關(guān)元件 11至14以相反的方向并聯(lián)連接。數(shù)字5表示耦合在輸出端A和B之 間的電力負(fù)載。數(shù)字6表示第一電流檢測器，以及數(shù)字7表示第二電 流檢測器。此外，數(shù)字8表示由該并聯(lián)連接器1和2構(gòu)成的第一臂， 以及數(shù)字9表示由該并聯(lián)連接器3和4構(gòu)成的第二臂。
接下來將說明操作。
首先，將描述在每一種操作模式中的電流流動。
圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的單相輸出逆變器的電流流動的 電路圖。圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的單相輸出逆變器的電流檢 測原理的時序圖。將導(dǎo)致電流從輸出端A流出經(jīng)過電力負(fù)載5并被導(dǎo) 向輸出端B的情形為例進(jìn)行描述。
在圖3中，A相輸出電壓命令和B相輸出電壓命令給出輸出端A 和B的電壓的命令，將A相輸出電壓命令與載波比較以產(chǎn)生第一臂驅(qū) 動信號，以及將B相輸出電壓命令與載波比較以產(chǎn)生第二臂驅(qū)動信號。
如果該電壓命令大于載波，在正電極側(cè)上的開關(guān)元件就導(dǎo)通，而 在負(fù)電極側(cè)上的開關(guān)元件則斷開。如果該電壓命令小于該載波的電壓， 則在正電極側(cè)上的開關(guān)元件就斷開，而在負(fù)電極側(cè)上的開關(guān)元件則導(dǎo) 通。
在圖3中，在tO至tl區(qū)間中，A相輸出電壓命令比該載波大，而 B.相輸出電壓命令比該載波小。在這種情況下，第一臂驅(qū)動信號被設(shè)置
進(jìn)入Hi模式，該模式中，在正電極側(cè)上的半導(dǎo)體開關(guān)元件導(dǎo)通，而在 負(fù)電極側(cè)上的半導(dǎo)體開關(guān)元件斷開，而第二臂驅(qū)動信號被設(shè)置進(jìn)入Lo 模式，在該模式中，在正電極側(cè)上的半導(dǎo)體開關(guān)元件斷開，而在負(fù)電 極側(cè)上的半導(dǎo)體開關(guān)元件導(dǎo)通。
因此，在該區(qū)間中，第一臂的并聯(lián)連接器1的半導(dǎo)體開關(guān)元件11 和第二臂的并聯(lián)連接器4的半導(dǎo)體開關(guān)元件14導(dǎo)通。然后，電流從直
流電源的正電極P流出通過并聯(lián)連接器1經(jīng)輸出端A流向電力負(fù)載5。 然后，來自電力負(fù)載5的電流被導(dǎo)入輸出端B并隨后通過并聯(lián)連接器4 流向直流電源的負(fù)電極N。
由此，將該區(qū)間設(shè)置進(jìn)入晶體管模式(Tr模式)，其中，從直流 電源向電力負(fù)載提供功率。
在tl至t2的區(qū)間中，將第一和第二臂驅(qū)動信號都設(shè)置進(jìn)入Lo模 式。這時，半導(dǎo)體開關(guān)元件11斷開，而半導(dǎo)體開關(guān)元件12導(dǎo)通，以 及，輸出電流從輸出端A流出，通過電力負(fù)載5流向輸出端B,然后 從半導(dǎo)體開關(guān)元件14按照并聯(lián)連接器2的二極管22的前向方向通過N 線返回到輸出端A。
由此，將該區(qū)間設(shè)置進(jìn)入第二傳導(dǎo)模式，在該模式中，流向電力 負(fù)載的電流通過在直流電源的負(fù)電極側(cè)上的并聯(lián)連接導(dǎo)體和負(fù)電極N 流回，并利用第二電流檢測器7檢測流向電力負(fù)載的電流。
將t2至t3的區(qū)間設(shè)置進(jìn)入與t0至tl的區(qū)間相同的驅(qū)動模式，即 Tr模式。由此，半導(dǎo)體開關(guān)元件12斷開，而半導(dǎo)體開關(guān)元件ll導(dǎo)通。
在t3至t4的區(qū)間中，將第一和第二臂驅(qū)動信號設(shè)置進(jìn)入Hi模式。 這時，半導(dǎo)體開關(guān)元件14斷開，而半導(dǎo)體開關(guān)元件13導(dǎo)通，以及輸 出電流從輸出端A通過電力負(fù)載5流向輸出端B，然后通過并聯(lián)連接 器1的半導(dǎo)體開關(guān)元件11和正電極側(cè)上的P線以及并聯(lián)連接器3的二 極管23的前向方向返回到輸出端A。
由此，將區(qū)間設(shè)置進(jìn)入第一傳導(dǎo)模式，在該模式中，流向電力負(fù) 載的電流通過直流電源的正電極側(cè)上的并聯(lián)連接導(dǎo)體和該直流電源的
正電極P流回，并利用第一電流檢測器6檢測流向電力負(fù)載的電流。
在對該操作的說明中，已經(jīng)描述了輸出電流從輸出端A流向輸出 端B的情況。同時，當(dāng)電流從輸出端B流向輸出端A時，在Tr模式 中，電流從直流電源的正電極P通過并聯(lián)連接器3的半導(dǎo)體開關(guān)元件 13流向輸出端B，然后從輸出端A通過電力負(fù)載5和并聯(lián)連接器2的 半導(dǎo)體開關(guān)元件12流向直流電源的負(fù)電極N。
此外，在第一和第二傳導(dǎo)模式中，電流是在與電流從輸出端A流 向輸出端B的情況中相反的方向上流動的。但是，在電流從輸出端A 流向輸出端B的情況以及在電流從輸出端B流向輸出端A的情況中， 電流都是在第一傳導(dǎo)模式中流向并聯(lián)連接器1和3，在第二傳導(dǎo)模式中 流向并聯(lián)連接器2和4。因此，通過檢測并聯(lián)連接器1和4或者并聯(lián)連 接器2和3的電流，可以檢測在第一和第二傳導(dǎo)模式中的電流。在本 實施例中，檢測并聯(lián)連接器1和4的電流。
在圖3中，il表示當(dāng)載波在tl至t2的區(qū)間中達(dá)到最高點時在第二 傳導(dǎo)模式中的電流，i2表示當(dāng)載波在t3至t4的區(qū)間中達(dá)到最低點時在 第一傳導(dǎo)模式中的電流。利用電流檢測器7和電流檢測器6獲得在第 二傳導(dǎo)模式以及第一傳導(dǎo)模式中的檢測信號，使用采樣電路(未示出) 在當(dāng)載波達(dá)到最高點和載波到達(dá)最低點時順序?qū)ι鲜鰴z測信號進(jìn)行采 樣。
根據(jù)本發(fā)明，該單相輸出逆變器的兩臂之一包括位于直流電源的 正電極和并聯(lián)連接器之間的電流檢測器。另一個臂包括位于直流電源
的負(fù)電極和并聯(lián)連接器之間的電流檢測器。因此，可以檢測在第一傳 導(dǎo)模式中的電流和在第二傳導(dǎo)模式中的電流，上述電流分別在載波的 一個周期中產(chǎn)生一次。即，在載波的一個周期中可以檢測到兩歡輸出 電流。因此，可以在短檢測周期中進(jìn)行高精度的檢測。
而且，在每一個臂中提供一個電流檢測器就足夠了。因此，結(jié)構(gòu) 上變得簡單且廉價。此外，由于每個臂都包括電流檢測器，因此即使 由于噪聲導(dǎo)致發(fā)生臂短路，也可以檢測由臂短路造成的過載電流。
工業(yè)應(yīng)用
本發(fā)明適用于在機(jī)床、機(jī)器人或通用工業(yè)機(jī)械中使用的伺服驅(qū)動 設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種單相輸出逆變器，其中將兩個并聯(lián)連接器串聯(lián)連接，所述并聯(lián)連接器中的每一個包含半導(dǎo)體開關(guān)元件和以相反的方向與所述半導(dǎo)體開關(guān)元件并聯(lián)連接的二極管，將具有適用作相輸出端的連接部分的該串聯(lián)連接器設(shè)置為對應(yīng)于一相的臂，并且將兩個臂彼此并聯(lián)連接在直流電源的正負(fù)電極之間，其中，為所述臂之一的第一臂在所述直流電源的正電極和所述并聯(lián)連接器之間設(shè)有第一電流檢測器，用于檢測流向耦合到所述第一臂的所述直流電源的正電極側(cè)的所述并聯(lián)連接器的電流，和其中，為另一臂的第二臂在所述直流電源的所述負(fù)電極和所述并聯(lián)連接器之間設(shè)有第二電流檢測器，用于檢測流向耦合到所述第二臂的所述直流電源的負(fù)電極側(cè)的所述并聯(lián)連接器的電流。
2. —種檢測單相輸出逆變器的電流的方法，在所述單相輸出逆變 器中，將兩個并聯(lián)連接器串聯(lián)連接，所述并聯(lián)連接器中的每一個包含 半導(dǎo)體開關(guān)元件和以相反的方向與所述半導(dǎo)體開關(guān)元件并聯(lián)連接的二 極管，將具有適用作相輸出端的連接部分的該串聯(lián)連接器設(shè)置為對應(yīng) 于一個相的臂，并且將兩個臂彼此并聯(lián)連接在直流電源的正負(fù)電極之 間，其中，為所述臂之一的第一臂在所述直流電源的所述正電極和所 述并聯(lián)連接器之間設(shè)有第一電流檢測器，用于檢測流向耦合到所述第 一臂的所述直流電源的正電極側(cè)的所述并聯(lián)連接器的電流，以及其中，為另一臂的第二臂在所述直流電源的所述負(fù)電極和所述并 聯(lián)連接器之間設(shè)有第二電流檢測器，用于檢測流向耦合到所述第二臂 的所述直流電源的負(fù)電極側(cè)的所述并聯(lián)連接器的電流，所述方法包括利用所述第一電流檢測器檢測在第一傳導(dǎo)模式中的電流，所述電 流通過耦合到所述正電極的所述并聯(lián)連接器流回；利用所述第二電流檢測器檢測在第二傳導(dǎo)模式中的電流，所述電流通過耦合到所述負(fù)電極的所述并聯(lián)連接器流回；和根據(jù)所述第一電流檢測器和所述第二電流檢測器的輸出信號來檢 測輸出電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括將用于提供所述第一臂的電壓的命令的第一輸出電壓命令與用于產(chǎn)生PWM信號的載波進(jìn)行比較，由此產(chǎn)生用于驅(qū)動所述第一臂的所述 半導(dǎo)體開關(guān)元件的第一臂驅(qū)動信號；和將用于提供所述第二臂的電壓的命令的第二輸出電壓命令與所述 載波進(jìn)行比較，由此產(chǎn)生用于驅(qū)動所述第二臂的所述半導(dǎo)體開關(guān)元件 的第二臂驅(qū)動信號；和在所述載波的最低點上在所述第一傳導(dǎo)模式中的電流上執(zhí)行采 樣；和在所述載波的最高點上在所述第二傳導(dǎo)模式中的電流上執(zhí)行采樣。
全文摘要
提供一種單相輸出逆變器及其輸出電流檢測方法，該單相逆變器能夠以高精度通過較少數(shù)量的元件檢測電流。在第一臂(8)中將第一電流檢測器(6)布置在直流電源的正電極P側(cè)和并聯(lián)連接器(1)之間，在第二臂(9)中則將第二電流檢測器(7)布置在直流電源的負(fù)電極N側(cè)和并聯(lián)連接器(4)之間，利用第一電流檢測器(6)檢測在第一傳導(dǎo)模式中的電流，利用第二電流檢測器(7)檢測在第二傳導(dǎo)模式中的電流，并根據(jù)從第一電流檢測器(6)和第二電流檢測器(7)輸出的信號來檢測輸出電流。
文檔編號H02M7/48GK101361256SQ20068005124
公開日2009年2月4日 申請日期2006年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月17日
發(fā)明者樋口雅人 申請人:株式會社安川電機(jī)