專利名稱：帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)，更詳細(xì)地講，涉及連接在交流電源與負(fù)載之間的磁能再生開關(guān)、即具有保護(hù)電路和控制方法的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)，該保護(hù)電路用于保護(hù)構(gòu)成磁能再生開關(guān)的再生并蓄積磁能的電容器不受過電壓或短路放電的影響，并且，保護(hù)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和負(fù)載免受過電壓或過電流。
背景技術(shù)：
目前，電能系統(tǒng)成為一刻也不能停止的重要的社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施，但是，由于負(fù)載的異?；蚬收弦鸬倪^電流對(duì)策是負(fù)載的高速切斷，如使用保險(xiǎn)絲或高速機(jī)械開關(guān)等實(shí)現(xiàn)。但是，要求如下的高功能的開關(guān)即所謂的控制器或限流器不是完全切斷，僅限制過電流而繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，在恢復(fù)后能夠直接運(yùn)轉(zhuǎn)。電力系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)成，能夠耐受白熾燈點(diǎn)亮?xí)r的浪涌電流等短時(shí)間的過電流、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的浪涌電流或變壓器的初始勵(lì)磁突入的過電流，可靠地分配設(shè)備的耐量是很重要的，但是，近年來的半導(dǎo)體式逆變器電源、例如燃料電池逆變器大多無法耐受變壓器的勵(lì)磁突入電流的接近10倍的峰值電流。因此，在逆變器電源中具有各種軟啟動(dòng)功能，但是，在針對(duì)一個(gè)逆變器電源具有一個(gè)負(fù)載的情況下可以應(yīng)對(duì)，在一個(gè)逆變器電源連接有多個(gè)負(fù)載的情況下，難以應(yīng)對(duì)之后起動(dòng)的負(fù)載。在電力系統(tǒng)中，考慮保護(hù)協(xié)調(diào)、電流和持續(xù)時(shí)間來進(jìn)行設(shè)計(jì)，以使得設(shè)備能夠耐受事故時(shí)或短時(shí)間的過電流，但是，僅進(jìn)行如下目的的保護(hù)協(xié)調(diào)開關(guān)選擇性地切斷事故電流，從而使事故不會(huì)波及上游。近年來的社會(huì)要求為，如果是系統(tǒng)下游的事故，則希望不切斷電源而盡可能地繼續(xù)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。在利用串聯(lián)要素對(duì)事故電流進(jìn)行限流的限流器中，例如開發(fā)了應(yīng)用超電導(dǎo)與常電導(dǎo)的轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的限流器，但是，當(dāng)事故電流過大時(shí)，切斷器的容量也過大，所以，如果能夠通過限流器使事故電流減少為一半，則能夠削減切斷器的尺寸和成本。并且，尋求這種限流器。存在磁能再生開關(guān)(以下稱為MERS)這種能夠針對(duì)負(fù)載進(jìn)行電力控制的開關(guān)。 MERS包括由4個(gè)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)構(gòu)成的全橋電路以及連接在全橋電路的直流端子之間的電容器。電容器用于蓄積電流切斷時(shí)的磁能并針對(duì)負(fù)載再生。并且，將位于全橋電路的對(duì)角的2個(gè)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)作為一組對(duì)，向成對(duì)的2個(gè)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極發(fā)送柵極控制信號(hào)。如果以在接通一對(duì)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)時(shí)斷開另一對(duì)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的方式，在對(duì)之間交替接通/斷開柵極控制信號(hào)，則能夠控制電流相位。進(jìn)而，如果一邊使該柵極控制信號(hào)與交流電源的頻率同步一邊控制其相位，則能夠任意地控制電流相位。并且，在與MERS連接的負(fù)載為感應(yīng)性負(fù)載時(shí)，通過使電流相位提前，從而能夠提高或降低針對(duì)負(fù)載的電壓。該技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了專利登記并公開(參照專利文獻(xiàn)1)。將該形式的MERS稱為全橋型MERS。并且，在MERS中，全橋型MERS的功能的一部分被限制，但是，已經(jīng)申請(qǐng)、公開并公知存在能夠由2個(gè)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)構(gòu)成的更簡易的MERS電路。(參照專利文獻(xiàn)2和專利文獻(xiàn)3)。專利文獻(xiàn)1 日本特許第3634982號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2007-58676號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開2008-92745號(hào)公報(bào)簡易的MERS電路中的被稱為縱半橋型MERS的部件是使全橋電路半橋化后的部件。更詳細(xì)地講，將全橋型MERS的橋連接的4個(gè)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)中的在一個(gè)交流端子側(cè)連接的2個(gè)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)分別置換為利用二極管連接成相反方向的部件。并且，追加一個(gè)相同容量的電容器，使電容器與各個(gè)二極管并聯(lián)連接。簡易的MERS電路中的被稱為橫半橋型MERS的部件也是使全橋電路半橋化后的部件，但是，半橋化的方法與縱半橋型MERS不同。將以與全橋電路連接的電容器為軸、沿橫向 (水平方向)分?jǐn)嗟南掳氩糠钟米麟娐?，并追加一個(gè)相同容量的電容器。更詳細(xì)地講，串聯(lián)連接2個(gè)將電容器與反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)并聯(lián)連接后的電路，在串聯(lián)連接時(shí)，反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)彼此以反向串聯(lián)的朝向進(jìn)行連接?？v半橋型MERS和橫半橋型MERS與全橋型MERS相比，所使用的電容器的數(shù)量需要 2倍，但是，所使用的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的數(shù)量減半。因此，電流通過的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的數(shù)量減少，導(dǎo)通損失減少。并且，每一個(gè)電容器的電流任務(wù)(每單位時(shí)間通過電容器的電流的量)減半，所以，一般地，電容器的壽命延長。并且，與磁能再生有關(guān)的基本的電氣特性與全橋型MERS大致等效。與全橋型MERS相比，特別是在以大電流為對(duì)象的應(yīng)用時(shí)， 縱半橋型MERS和橫半橋型MERS均是有利的。如果能夠?qū)⒖v半橋型MERS和橫半橋型MERS用作控制器或限流器，則能夠?qū)崿F(xiàn)當(dāng)初的目的。但是，其使用時(shí)具有問題。在縱半橋型MERS中，在由電容器和負(fù)載的電抗成分決定的諧振頻率比對(duì)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極賦予的柵極控制信號(hào)的開關(guān)頻率低的情況下，2個(gè)電容器的電荷未完全放電而殘存，在各個(gè)電容器中殘存有電壓(以下稱為偏置電壓，將在電容器中殘存有電壓的狀態(tài)稱為DC偏置模式)。在一個(gè)電容器進(jìn)行充放電的期間內(nèi)，在另一個(gè)電容器中仍然殘存有偏置電壓。因此，在斷開狀態(tài)的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)中，除了施加正在進(jìn)行充放電的電容器的電壓以外，還施加另一個(gè)電容器所具有的偏置電壓，所以，有時(shí)會(huì)超過反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和電容器的額定電壓。并且，在橫半橋型MERS中，在由電容器和負(fù)載的電抗成分決定的諧振頻率比對(duì)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極賦予的柵極控制信號(hào)的開關(guān)頻率低的情況下，同樣，在各個(gè)電容器中產(chǎn)生偏置電壓，但是，在一個(gè)電容器中產(chǎn)生偏置電壓的狀態(tài)下對(duì)另一個(gè)電容器進(jìn)行充電時(shí)，使產(chǎn)生偏置電壓的一個(gè)電容器短路放電(以下，將在橫半橋型MERS中使電容器短路放電的狀態(tài)稱為電容器短路模式)。在電容器短路模式的情況下，電容器短路放電，過電流流過反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和負(fù)載。有時(shí)成為破壞反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的原因?？v半橋型MERS和橫半橋型MERS始終掌握并使用對(duì)電容器的耐電壓、反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的電流容量和耐電壓造成影響的電容器的電荷、即電容器的電壓狀態(tài)，這在應(yīng)用上是不可或缺的。關(guān)于DC偏置模式和電容器短路模式，除了可能由于電源頻率的擾亂而產(chǎn)生以外，還可能由于負(fù)載的過電流而引起。并且，與電源頻率的擾亂相比，負(fù)載的過電流的產(chǎn)生頻度較高。在縱半橋型MERS和橫半橋型MERS的通常動(dòng)作中對(duì)由于負(fù)載的過電流而引起的過大磁能進(jìn)行控制時(shí)，有時(shí)再生而產(chǎn)生預(yù)定外的較大磁能。此時(shí)，負(fù)載電壓也成為過電壓。有時(shí)該過電壓超過負(fù)載的耐電壓而成為使負(fù)載故障或破壞負(fù)載的原因。在產(chǎn)生負(fù)載的過電流的情況下，如果能夠迅速保護(hù)電容器和反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)，則其結(jié)果也能夠保護(hù)負(fù)載。保護(hù)電容器和反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的功能是很重要的，與此同時(shí)，電容器和反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)自身不具有過大的過載耐量即可，為了實(shí)現(xiàn)MERS的小型化和低成本化，這也是很重要的。保護(hù)電容器和反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)時(shí)，附加有切斷MERS電路自身的電路、或?qū)?MERS電路的輸入端和輸出端進(jìn)行旁通的電路，轉(zhuǎn)移到對(duì)MERS電路進(jìn)行旁通的狀態(tài)，能夠容易地僅中止MERS的功能。但是，那樣的話會(huì)中止負(fù)載的運(yùn)轉(zhuǎn)或大幅變更運(yùn)轉(zhuǎn)條件(例如從全負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)變更為中負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)等)，與MERS并聯(lián)連接且正在運(yùn)轉(zhuǎn)的其他負(fù)載也同時(shí)受到影響。以往，對(duì)此毫無辦法。縱半橋型MERS和橫半橋型MERS具有2個(gè)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和2個(gè)電容器，反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的接通/斷開的定時(shí)也能夠自由設(shè)定。因此，如果使用充分利用這些性質(zhì)的控制方法，則能夠進(jìn)行如下動(dòng)作在負(fù)載的過電流時(shí)，不用僅切斷或旁通MERS電路自身，在保持最大能力的狀態(tài)下，對(duì)過電流進(jìn)行阻止或限流，如果過電流的產(chǎn)生原因消失， 則恢復(fù)為通常動(dòng)作。如果能夠進(jìn)行上述動(dòng)作，則縱半橋型MERS和橫半橋型MERS能夠具有更高功能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于這些情況而完成的，其目的在于，提供如下的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)能夠保護(hù)縱半橋型MERS和橫半橋型MERS不受縱半橋型MERS的電容器的偏置電壓成為原因的過電壓、橫半橋型MERS的電容器的偏置電壓成為原因的短路放電、以及由于負(fù)載的異?；蚬收隙鸬倪^電壓或過電流的影響。本發(fā)明的上述目的通過以下手段來實(shí)現(xiàn)。(1)通過如下的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)來實(shí)現(xiàn)該帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)具有磁能再生開關(guān)，其插入于交流電源與負(fù)載之間，蓄積電流切斷時(shí)的電流的磁能而再生到負(fù)載中；以及保護(hù)單元，其用于保護(hù)磁能再生開關(guān)免受過電壓或過電流，其中，磁能再生開關(guān)具有橋電路，其由2個(gè)串聯(lián)連接的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和2個(gè)串聯(lián)連接的二極管構(gòu)成；對(duì)2個(gè)串聯(lián)連接的二極管分別并聯(lián)連接的2個(gè)串聯(lián)連接的電容器；以及控制單元，其控制反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極控制信號(hào)的相位，使得與交流電源的頻率同步地，交替地對(duì)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)進(jìn)行接通/斷開控制，保護(hù)單元具有電壓檢測(cè)部，其連接在橋電路的直流端子之間，檢測(cè)2個(gè)串聯(lián)連接的電容器的兩端電壓；以及放電電路，其連接在橋電路的直流端子之間，由放電電阻和放電開關(guān)串聯(lián)連接而成，對(duì)放電開關(guān)的柵極進(jìn)行如下控制在電壓檢測(cè)部的輸出超過規(guī)定值時(shí)，使放電開關(guān)短路，使得經(jīng)由放電電阻釋放出電容器的電荷。(2)進(jìn)而，上述目的通過如下的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)來實(shí)現(xiàn)該帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)具有磁能再生開關(guān)，其插入于交流電源與負(fù)載之間，蓄積電流切斷時(shí)的電流的磁能而再生到負(fù)載中；以及保護(hù)單元，其用于保護(hù)磁能再生開關(guān)免受過電壓或過電流，其中，磁能再生開關(guān)具有橋電路，其由2個(gè)串聯(lián)連接的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和2個(gè)串聯(lián)連接的二極管構(gòu)成；串聯(lián)連接的第1電容器和第2電容器，它們相對(duì)于2個(gè)串聯(lián)連接的二極管分別并聯(lián)連接；以及控制單元，其控制反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極控制信號(hào)的相位，使得與交流電源的頻率同步地，交替地對(duì)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)進(jìn)行接通/斷開控制， 保護(hù)單元在橋電路的直流端子之間具有第1電壓檢測(cè)部，其與第1電容器并聯(lián)連接，檢測(cè)第1電容器的電壓；第2電壓檢測(cè)部，其與第2電容器并聯(lián)連接，檢測(cè)第2電容器的電壓；第 1放電電路，其與第1電容器并聯(lián)連接且與第1電壓檢測(cè)部并聯(lián)連接，由第1放電電阻和第 1放電開關(guān)串聯(lián)連接而成；以及第2放電電路，其與第2電容器并聯(lián)連接且與第2電壓檢測(cè)部并聯(lián)連接，由第2放電電阻和第2放電開關(guān)串聯(lián)連接而成，對(duì)放電開關(guān)的柵極進(jìn)行如下控制在第1電壓檢測(cè)部的輸出超過規(guī)定值時(shí)，使第1放電開關(guān)短路，經(jīng)由第1放電電阻釋放第1電容器的電荷，進(jìn)而，在第2電壓檢測(cè)部的輸出超過規(guī)定值時(shí)，使第2放電開關(guān)短路，經(jīng)由第2放電電阻釋放第2電容器的電荷。(3)進(jìn)而，上述目的通過如下的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)來實(shí)現(xiàn)該帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)具有磁能再生開關(guān)，其插入于交流電源與負(fù)載之間，蓄積電流切斷時(shí)的電流的磁能而再生到負(fù)載中；以及保護(hù)單元，其用于保護(hù)磁能再生開關(guān)免受過電壓或過電流，其中，磁能再生開關(guān)具有布線，其將2個(gè)反向串聯(lián)連接的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)與串聯(lián)連接的第1電容器和第2電容器并聯(lián)連接，連接2個(gè)反向串聯(lián)連接的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的中點(diǎn)與串聯(lián)連接的第1電容器和第2電容器的中點(diǎn)彼此之間；以及控制單元，其控制反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極控制信號(hào)的相位，使得與交流電源的頻率同步地，交替地對(duì)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)進(jìn)行接通/斷開控制，保護(hù)單元具有第1電壓檢測(cè)部，其與第1電容器并聯(lián)連接，檢測(cè)第1電容器的電壓；第2電壓檢測(cè)部，其與第2電容器并聯(lián)連接，檢測(cè)第 2電容器的電壓；第1放電電路，其與第1電容器并聯(lián)連接且與第1電壓檢測(cè)部并聯(lián)連接， 由第1放電電阻和第1放電開關(guān)串聯(lián)連接而成；以及第2放電電路，其與第2電容器并聯(lián)連接且與第2電壓檢測(cè)部并聯(lián)連接，由第2放電電阻和第2放電開關(guān)串聯(lián)連接而成，對(duì)放電開關(guān)的柵極進(jìn)行如下控制在第1電壓檢測(cè)部的輸出超過規(guī)定值時(shí)，使第1放電開關(guān)短路，經(jīng)由第1放電電阻釋放第1電容器的電荷，進(jìn)而，在第2電壓檢測(cè)部的輸出超過規(guī)定值時(shí)，使第2放電開關(guān)短路，經(jīng)由第2放電電阻釋放第2電容器的電荷。(4)通過如下的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)來實(shí)現(xiàn)在(1) (3)中的任一項(xiàng)所述的發(fā)明中，保護(hù)單元還具有電流檢測(cè)部，該電流檢測(cè)部插入于交流電源與負(fù)載之間，檢測(cè)流過負(fù)載的電流，在電流檢測(cè)部的輸出超過規(guī)定值時(shí)，使反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極控制信號(hào)的接通脈沖的占空比小于0. 5，由此進(jìn)行限流控制。(5)通過如下的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)來實(shí)現(xiàn)在(4)所述的發(fā)明中，保護(hù)單元在電流檢測(cè)部的輸出返回到規(guī)定值時(shí)，使反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極控制信號(hào)的接通脈沖的占空比返回到0. 5，結(jié)束限流控制。(6)通過如下的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)來實(shí)現(xiàn)在(1) (4)中的任一項(xiàng)所述的發(fā)明中，保護(hù)單元對(duì)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極進(jìn)行如下控制在電壓檢測(cè)部的輸出超過規(guī)定值的期間超過規(guī)定時(shí)間時(shí)，斷開全部反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)，切斷電流。(7)通過如下的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)來實(shí)現(xiàn)在(1) (4)中的任一項(xiàng)所述的發(fā)明中，保護(hù)單元對(duì)放電開關(guān)的柵極進(jìn)行如下控制在電壓檢測(cè)部的輸出超過規(guī)定值的期間超過規(guī)定時(shí)間時(shí)，釋放2個(gè)電容器的電荷，使電壓成為零，然后，對(duì)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極進(jìn)行如下控制接通全部反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)，使電流成為雙向?qū)顟B(tài)。(8)通過如下的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)來實(shí)現(xiàn)在(1) (3)中的任一項(xiàng)所述的發(fā)明中，保護(hù)單元還具有電流檢測(cè)部，該電流檢測(cè)部插入于交流電源與負(fù)載之間，檢測(cè)流過負(fù)載的電流，對(duì)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極進(jìn)行如下控制在電流檢測(cè)部的輸出超過規(guī)定值時(shí)，斷開全部反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)，切斷電流。(9)通過如下的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)來實(shí)現(xiàn)在(1)所述的發(fā)明中，保護(hù)單元還具有電流檢測(cè)部，該電流檢測(cè)部插入于交流電源與負(fù)載之間，檢測(cè)流過負(fù)載的電流，對(duì)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極進(jìn)行如下控制在電流檢測(cè)部的輸出超過規(guī)定值時(shí)，僅使接通的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)斷開，切斷電流。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供如下的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)通過保護(hù)電路，能夠保護(hù)縱半橋型MERS和橫半橋型MERS不受縱半橋型MERS的電容器的偏置電壓成為原因的過電壓、橫半橋型MERS的電容器的偏置電壓成為原因的短路放電、以及由于負(fù)載的異?；蚬收隙鸬倪^電壓或過電流的影響。
圖1示出使用現(xiàn)有的全橋型磁能再生開關(guān)的交流電源裝置。圖2示出使用現(xiàn)有的縱半橋型磁能再生開關(guān)的交流電源裝置。圖3A是示出使用現(xiàn)有的縱半橋型磁能再生開關(guān)的交流電源裝置的電流流程的圖。圖3B是示出圖3A的電流流程時(shí)的動(dòng)作的波形圖。示出DC偏置模式的狀態(tài)。圖4示出使用現(xiàn)有的橫半橋型磁能再生開關(guān)的交流電源裝置。圖5A是示出使用現(xiàn)有的橫半橋型磁能再生開關(guān)的交流電源裝置的電流流程的圖。圖5B是示出圖5A的電流流程時(shí)的動(dòng)作的波形圖。示出電容器短路模式的狀態(tài)。圖6A是示出現(xiàn)有的縱半橋型磁能再生開關(guān)中的過電壓和過電流的產(chǎn)生的仿真結(jié)果的波形圖。圖6B是示出現(xiàn)有的縱半橋型磁能再生開關(guān)中的過電壓和過電流的產(chǎn)生的仿真結(jié)果的波形圖。圖7是示出本發(fā)明的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)的實(shí)施方式1的電路框圖。圖8A是示出本發(fā)明的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)的實(shí)施方式1的動(dòng)作的仿真結(jié)果的圖。圖8B是示出本發(fā)明的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)的實(shí)施方式1的動(dòng)作的仿真結(jié)果的波形圖。圖9A是示出用于進(jìn)行本發(fā)明的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)的實(shí)施方式1的動(dòng)作的其他仿真的電路的圖。圖9B是示出本發(fā)明的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)的實(shí)施方式1的動(dòng)作的其他仿真結(jié)果的波形圖。
圖9C是示出本發(fā)明的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)的實(shí)施方式1的動(dòng)作的其他仿真結(jié)果的波形圖。圖10是說明本發(fā)明的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)的實(shí)施方式1的柵極接通脈沖的占空比的圖。圖11是示出本發(fā)明的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)的實(shí)施方式2的電路框圖。圖12是示出本發(fā)明的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)的實(shí)施方式3的電路框圖。圖13A是示出用于進(jìn)行本發(fā)明的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)的實(shí)施方式3的動(dòng)作的仿真的電路的圖。圖1 是示出本發(fā)明的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)的實(shí)施方式3的動(dòng)作的仿真結(jié)果的波形圖。圖13C是示出本發(fā)明的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)的實(shí)施方式3的動(dòng)作的仿真結(jié)果的波形圖。圖13D是示出本發(fā)明的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)的實(shí)施方式3的動(dòng)作的仿真結(jié)果的波形圖。標(biāo)號(hào)說明IaUb 橋電路(半橋電路)；3 交流電源；4 控制單元；5、501、502 電壓檢測(cè)部； 6、601、602 放電電路；61,611,612 放電電阻；62,621,622 放電開關(guān)；7 電流檢測(cè)部；8 負(fù)載；L 負(fù)載的電抗成分；R 負(fù)載的電阻成分；10 保護(hù)電路；Si、S2、S3、S4 反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān);G1、G2、G3、G4 柵極控制信號(hào)；H1、H2、H4 柵極控制信號(hào)；C1、C2 電容器；DU D2 輔助二極管；AC 橋電路的交流端子；DC(P)、DC(N)橋電路的直流端子；Vin :電源電壓；Iin 輸入電流；Vcl :電容器Cl的電壓；Vc2 電容器C2的電壓；Icl :電容器Cl的電流； Ic2 電容器C2的電流；Vout 輸出電壓；Iout 輸出電流。
具體實(shí)施例方式下面，參照
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。對(duì)各圖所示的相同或同等的構(gòu)成要素、部件、處理標(biāo)注相同標(biāo)號(hào)，適當(dāng)省略重復(fù)說明。并且，實(shí)施方式并不對(duì)發(fā)明進(jìn)行限定而是例示，實(shí)施方式所記述的全部特征及其組合不一定是發(fā)明的本質(zhì)的特征及其組合。[實(shí)施方式1]接著，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式1的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)進(jìn)行說明。圖7是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)100的結(jié)構(gòu)的電路圖。該帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)100是具有用于保護(hù)圖2所示的使用縱半橋型MERS 的交流電源裝置Ia免受過電壓或過電流的保護(hù)電路的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)。更詳細(xì)地講，如圖7所示，帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)100的基本結(jié)構(gòu)為縱半橋型 MERS，其包括橋電路(半橋電路)，其由2個(gè)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)S1、S2和2個(gè)輔助二極管D1、D2構(gòu)成；電容器C1、C2，其在該橋電路的直流端子DC⑵與DC(N)之間，對(duì)各個(gè)輔助二極管Dl、D2并聯(lián)連接，蓄積橋電路的電流切斷時(shí)的磁能；以及柵極控制單元4，其控制柵極控制信號(hào)G1、G2的相位，以便與電源的頻率同步地，交替地對(duì)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)Si、 S2進(jìn)行接通/斷開控制。
反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)Si、S2例如由FET或IGBT等的自消弧形的半導(dǎo)體元件和反向并聯(lián)連接的二極管構(gòu)成。反向并聯(lián)連接的二極管能夠使用在交流電源的頻率充分低的情況下反向回復(fù)時(shí)間較長的功率MOSFET的寄生二極管。該縱半橋型MERS串聯(lián)插入于交流電源3與負(fù)載8之間，該負(fù)載8由電抗成分L和電阻成分R構(gòu)成。具體而言，交流電源3與橋電路的一個(gè)交流端子(AC)連接，負(fù)載8與另一個(gè)交流端子(AC)連接，構(gòu)成交流電源裝置la。用于保護(hù)縱半橋型MERS免受過電壓或過電流的保護(hù)電路10具有電壓檢測(cè)部5， 其連接在橋電路的直流端子DC(P)與DC(N)之間，且與電容器Cl和C2的串聯(lián)電路并聯(lián)連接，檢測(cè)電容器Cl和電容器C2的合計(jì)電壓；以及放電電路6，其同樣與電容器Cl和C2的串聯(lián)電路并聯(lián)連接。該放電電路6串聯(lián)連接有放電電阻61和放電開關(guān)62，通過從控制單元 4傳遞的放電開關(guān)62的柵極控制信號(hào)Hl對(duì)放電開關(guān)62的接通/斷開進(jìn)行控制。具體而言，電壓檢測(cè)部5的輸出被輸入到控制單元4，在控制單元4中與預(yù)先存儲(chǔ)的規(guī)定值(閾值)進(jìn)行比較，在電壓檢測(cè)部5的輸出超過閾值時(shí)、即電容器Cl和電容器C2 的合計(jì)電壓為過電壓時(shí)，從控制單元4傳遞使放電開關(guān)62的柵極接通的柵極控制信號(hào)H1， 使放電開關(guān)62短路，經(jīng)由放電電阻61釋放電容器Cl和電容器C2的電荷，由此，降低兩個(gè)電容器電壓。在電容器電壓恢復(fù)到正常范圍內(nèi)時(shí)，從控制單元4傳遞使放電開關(guān)62的柵極斷開的柵極控制信號(hào)H1，斷開放電開關(guān)62。另外，放電開關(guān)62也可以與反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)S1、S2同樣，例如由FET或IGBT等的自消弧形的半導(dǎo)體元件和反向并聯(lián)連接的二極管構(gòu)成，或者是功率MOSFET。電容器Cl和電容器C2的電壓以反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)Si、S2的柵極控制信號(hào) G1、G2的周期進(jìn)行振動(dòng)，所以，針對(duì)過電壓的保護(hù)必須是高速的。當(dāng)由電壓檢測(cè)部5檢測(cè)到的電容器電壓要超過閾值時(shí)，通過電流限制的放電電阻61等進(jìn)行放電，其結(jié)果，電容器的電壓不會(huì)超過閾值而在該值停止。圖8A和圖8B示出具有保護(hù)電路10的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)100的動(dòng)作的
仿真結(jié)果。當(dāng)電容器Cl和電容器C2的合計(jì)電壓要超過大約SOOVpp時(shí)，通過控制單元4接通放電開關(guān)62，使向放電電阻61放出電流的放電電路6進(jìn)行動(dòng)作，對(duì)電容器Cl和電容器C2 的過電壓進(jìn)行放電，電容器Cl和電容器C2的合計(jì)電壓不會(huì)成為SOOVpp以上。這里，重點(diǎn)是抑制了電容器Cl和電容器C2的合計(jì)電壓，其結(jié)果，抑制了電抗電壓，所以，通過電容器Cl 和電容器C2的合計(jì)電壓的限制，抑制了負(fù)載電壓Vout和負(fù)載電流Iout的上升。圖6A和圖6B示出不具有保護(hù)電路10的使用現(xiàn)有的縱半橋型MERS的交流電源裝置Ia的動(dòng)作的仿真結(jié)果。由于過載，在負(fù)載8的電阻成分R成為一半而產(chǎn)生過電流后的大約0.5秒之后， 輸出電壓Vout從IOOVrms急速上升到MOVrms，電容器Cl和電容器C2的合計(jì)電壓從大約 280pp急速上升到大約1600Vpp。因此，如圖8A和圖8B所示可知，具有保護(hù)電路10的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)100有效地發(fā)揮作用。特征在于，當(dāng)縱半橋型MERS產(chǎn)生過電流時(shí)，2個(gè)電容器的電壓急速上升，但是，如果抑制電容器的電壓，則負(fù)載電壓和負(fù)載電流雙方不會(huì)急速上升，與用作現(xiàn)有的電壓型逆變器裝置內(nèi)的直流電壓源的電容器的過電壓保護(hù)具有本質(zhì)區(qū)別。
作為其他方法，在超過電容器的耐電壓、反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的耐電壓的情況下，首先考慮使縱半橋型MERS的柵極控制信號(hào)的相位進(jìn)一步提前，來降低負(fù)載的分擔(dān)電壓。但是，柵極控制信號(hào)的相位的控制周期是與交流電源的頻率同步的半個(gè)循環(huán)，關(guān)于與交流電源的相位的變化速度接近的柵極控制信號(hào)的接通/斷開的相位的變化，反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極的接通時(shí)間為交流電源的周期的半個(gè)循環(huán)以上，在負(fù)載電壓中產(chǎn)生直流成分，所以，是不理想的。在柵極控制信號(hào)的接通/斷開的相位的變化中需要加入IOmS以上 (交流電源的頻率為50Hz的情況)的時(shí)間常數(shù)。并且，在交流電源的周期的一個(gè)循環(huán)后出現(xiàn)結(jié)果。針對(duì)負(fù)載的輸出變化控制，利用上述控制就足夠了，但是，由事故等引起的過電流的電流增加速度比交流電源的一個(gè)循環(huán)快，所以，保護(hù)動(dòng)作跟不上。圖9A是觀察本發(fā)明的實(shí)施方式1的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)100中的基于柵極控制信號(hào)的相位的急劇變化和柵極接通信號(hào)的脈沖寬度縮小而引起的電容器電壓、負(fù)載電壓、負(fù)載電流的變化的仿真用的電路圖。圖9B示出在時(shí)刻0. 50秒產(chǎn)生基于過載的負(fù)載電壓的過電壓和負(fù)載電流的過電流、在時(shí)刻0. 60秒作為保護(hù)對(duì)應(yīng)而急劇改變柵極信號(hào)相位時(shí)的仿真結(jié)果。圖9B的波形圖從上側(cè)起示出負(fù)載(輸出)電壓、負(fù)載(輸出)電流、電容器電壓。 該情況下，在柵極控制信號(hào)的脈沖缺失時(shí)，負(fù)載(輸出)電流紊亂，成為直流輸出的狀態(tài)。因此，可知，電壓檢測(cè)部5的輸出被輸入到控制單元4，在控制單元4中與預(yù)先存儲(chǔ)的規(guī)定值 (閾值)進(jìn)行比較，在電壓檢測(cè)部5的輸出超過閾值時(shí)、即電容器Cl和電容器C2的合計(jì)電壓為過電壓時(shí)，即使向降低電容器電壓的方向改變柵極控制信號(hào)的接通/斷開的相位，也跟不上。因此，作為本發(fā)明的保護(hù)電路的更加優(yōu)選的實(shí)施方式，存在減少柵極控制信號(hào)的接通信號(hào)的脈沖寬度的方法，即，也可以使柵極控制信號(hào)的“占空比”小于0.5。S卩，如圖7 所示，也可以在交流電源裝置Ia與負(fù)載8之間插入電流檢測(cè)部7，檢測(cè)流過負(fù)載8的電流， 在電流檢測(cè)部7的輸出超過規(guī)定值時(shí)，控制單元4使反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)Si、S2的柵極控制信號(hào)G1、G2的脈沖的接通/斷開的“占空比”小于0. 5，由此進(jìn)行限流控制。圖10對(duì)接通/斷開的“占空比，，進(jìn)行說明。在通常狀態(tài)、即電流檢測(cè)部7的輸出沒有超過規(guī)定值時(shí)，反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)Sl的柵極控制信號(hào)Gl在時(shí)間tl轉(zhuǎn)到接通，在時(shí)間t3轉(zhuǎn)到斷開，在t5再次轉(zhuǎn)到接通，以后反復(fù)進(jìn)行該動(dòng)作。并且，反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)S2的柵極控制信號(hào)G2在時(shí)間tl轉(zhuǎn)到斷開，在時(shí)間t3轉(zhuǎn)到接通，在t5再次轉(zhuǎn)到斷開，成為與反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)Sl的柵極控制信號(hào)Gl正好相反的動(dòng)作。另外，柵極控制信號(hào)的接通/斷開切換定時(shí)比交流電源的極性相位切換定時(shí)提前adeg(即、接通/斷開相位α 的狀態(tài))。這里，關(guān)于反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)Sl的柵極控制信號(hào)G1，接通時(shí)間(從時(shí)間tl 到時(shí)間t3)與斷開時(shí)間(從時(shí)間t3到時(shí)間t5)相等。觀察反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)S2的柵極控制信號(hào)G2時(shí)，斷開時(shí)間(從時(shí)間tl到時(shí)間t3)與接通時(shí)間(從時(shí)間t3到時(shí)間t5)相等。這是接通/斷開的“占空比” =0.5的狀態(tài)。當(dāng)“使接通/斷開的“占空比”小于0.5”時(shí)，如圖10所示，反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān) Sl的柵極控制信號(hào)Gl在時(shí)間tl轉(zhuǎn)到接通，在時(shí)間t2(時(shí)間t3的規(guī)定時(shí)間前)轉(zhuǎn)到斷開， 在t5再次轉(zhuǎn)到接通，以后反復(fù)進(jìn)行該動(dòng)作。并且，反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)S2的柵極控制信號(hào)G2在時(shí)間t3轉(zhuǎn)到接通，在t4(時(shí)間t5的規(guī)定時(shí)間前)再次轉(zhuǎn)到斷開，成為與反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)Sl的柵極控制信號(hào)Gl正好相反的動(dòng)作。這里，關(guān)于反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān) Sl的柵極控制信號(hào)G1，削減了從時(shí)間t2到時(shí)間t3的接通時(shí)間，關(guān)于反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)S2的柵極控制信號(hào)G2，削減了從時(shí)間t4到時(shí)間t5的接通時(shí)間。即，減少了接通信號(hào)的脈沖寬度。從時(shí)間t2到時(shí)間t3以及從時(shí)間t4到時(shí)間t5的期間是反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)Sl 的柵極控制信號(hào)Gl和反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)S2的柵極控制信號(hào)G2均斷開的期間(以下稱為全斷開期間)。全斷開期間設(shè)定在反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)Sl的柵極控制信號(hào)Gl和反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)S2的柵極控制信號(hào)G2的接通期間的后部(削減接通期間的后部)。 并且，也可以在接通期間的中途瞬時(shí)一次或多次斷開已接通的柵極，從而設(shè)置全斷開期間。圖9C示出在時(shí)刻0. 50秒產(chǎn)生基于過載的負(fù)載電壓的過電壓和負(fù)載電流的過電流、在時(shí)刻0. 60秒作為保護(hù)對(duì)應(yīng)而急劇地使接通信號(hào)的脈沖寬度從“占空比” =0. 5急速減少時(shí)的仿真結(jié)果。圖9C的波形圖從上側(cè)起示出柵極控制信號(hào)、負(fù)載(輸出)電壓、負(fù)載(輸出)電流、電容器電壓?？芍词箿p少柵極控制信號(hào)的接通信號(hào)的脈沖寬度，也不會(huì)引起電流波形的紊亂，電流減少。具體而言，控制單元4在檢測(cè)到過電壓時(shí)，根據(jù)該過電壓信號(hào)，減少反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)S1、S2的柵極控制信號(hào)G1、G2的接通信號(hào)的脈沖寬度，和/或在檢測(cè)到過電流時(shí)， 根據(jù)該過電流信號(hào)，減少反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)Si、S2的柵極控制信號(hào)G1、G2的接通信號(hào)的脈沖寬度。由此，負(fù)載電壓的上升停止，負(fù)載電流由于電流反饋控制而降低到過電流保護(hù)電平以下。電容器Cl和電容器C2的過電壓也低于保護(hù)電平?；谠摉艠O控制信號(hào)的占空比控制的電流反饋控制在瞬時(shí)沒有效果，所以，優(yōu)選與基于放電開關(guān)62的電容器的電荷放電相組合。并且，在進(jìn)行基于柵極控制信號(hào)的占空比控制的電流反饋控制和/或基于放電開關(guān)62的放電時(shí)，優(yōu)選接通/斷開相位不變化而是固定的。通過基于柵極控制信號(hào)的占空比控制的電流反饋控制，在負(fù)載電流超過閾值時(shí)， 反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)Si、S2的柵極斷開的時(shí)間變長(接通信號(hào)的脈沖寬度變窄)。艮口， 反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)S1、S2作為限流器發(fā)揮作用。因此，能夠使縱半橋型MERS自身作為限流器進(jìn)行動(dòng)作。如上所述，作為縱型半橋MERS的保護(hù)方法，能夠發(fā)揮基于電容器Cl和電容器C2 的電壓的削峰而實(shí)現(xiàn)的過電壓保護(hù)功能、以及基于反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)Si、S2的柵極控制信號(hào)Gl、G2的占空比控制而實(shí)現(xiàn)的電流限制功能。這些功能可以僅使用一方，也可以組合使用。在組合使用的情況下，縱半橋型MERS的保護(hù)功能進(jìn)一步提高。也可以構(gòu)成為，對(duì)柵極控制信號(hào)G1、G2進(jìn)行如下控制在電壓檢測(cè)部5的輸出超過規(guī)定值的期間超過規(guī)定時(shí)間時(shí)，斷開全部反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)Si、S2，切斷電流。并且，也可以構(gòu)成為，對(duì)放電開關(guān)的柵極進(jìn)行如下控制在電壓檢測(cè)部5的輸出超過規(guī)定電壓值的期間超過規(guī)定時(shí)間時(shí)，釋放電容器Cl和電容器C2的電荷，使電壓成為零， 然后，對(duì)柵極控制信號(hào)Gl、G2進(jìn)行如下控制接通全部反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)Si、S2，成為電流的雙向?qū)顟B(tài)。[實(shí)施方式2]接著，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式2的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)進(jìn)行說明。
圖11是示出本發(fā)明的實(shí)施方式2的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)200的結(jié)構(gòu)的電路圖。該帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)200是具有用于保護(hù)圖2所示的使用縱半橋型MERS 的交流電源裝置Ia免受過電壓或過電流的保護(hù)電路的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)。在本發(fā)明的實(shí)施方式2中，作為保護(hù)電路，設(shè)置與電容器Cl和電容器C2對(duì)應(yīng)的2 個(gè)放電電路和2個(gè)電壓檢測(cè)部。更詳細(xì)地講，第1放電電路601與電容器Cl并聯(lián)連接，第2放電電路602與電容器C2并聯(lián)連接，進(jìn)而，第1電壓檢測(cè)部501與電容器Cl和第1放電電路601并聯(lián)連接，第 2電壓檢測(cè)部502與電容器C2和第2放電電路602并聯(lián)連接。第1放電電路601是串聯(lián)連接放電電阻611和放電開關(guān)621而構(gòu)成的，第2放電電路602是串聯(lián)連接放電電阻612和放電開關(guān)622而構(gòu)成的。通過從控制單元4傳遞的放電開關(guān)621、622的柵極控制信號(hào)HI、H2對(duì)各個(gè)放電開關(guān)621、622的接通/斷開進(jìn)行控制。 即，電壓檢測(cè)部501的輸出被輸入到控制單元4，在控制單元4中與預(yù)先存儲(chǔ)的規(guī)定值(閾值)進(jìn)行比較，在電壓檢測(cè)部501的輸出超過閾值時(shí)、即電容器Cl的電壓為過電壓時(shí)，從控制單元4傳遞使放電開關(guān)621的柵極接通的柵極控制信號(hào)H1，使放電開關(guān)621短路，經(jīng)由放電電阻611釋放電容器Cl的電荷，由此，降低電容器Cl的電壓，并且，在電容器Cl的電壓恢復(fù)到正常范圍內(nèi)時(shí)，從控制單元4傳遞使放電開關(guān)621的柵極斷開的柵極控制信號(hào)H1，斷開放電開關(guān)621。同樣，電壓檢測(cè)部502的輸出被輸入到控制單元4，在控制單元4中與預(yù)先存儲(chǔ)的規(guī)定值(閾值)進(jìn)行比較，在電壓檢測(cè)部502的輸出超過閾值時(shí)、即電容器C2的電壓為過電壓時(shí)，從控制單元4傳遞使放電開關(guān)622的柵極接通的柵極控制信號(hào)H2，使放電開關(guān)622 短路，經(jīng)由放電電阻612釋放電容器C2的電荷，由此，降低電容器C2的電壓，并且，在電容器C2的電壓恢復(fù)到正常范圍內(nèi)時(shí)，從控制單元4傳遞使放電開關(guān)622的柵極斷開的柵極控制信號(hào)H2，斷開放電開關(guān)622。這樣，在本發(fā)明的實(shí)施方式2中，通過電壓檢測(cè)部501和電壓檢測(cè)部502，能夠單獨(dú)地檢測(cè)縱半橋型MERS的電容器Cl和電容器C2的電壓，單獨(dú)地保護(hù)各個(gè)電容器Cl和電容
C2 ο進(jìn)而，如圖11所示，也可以在交流電源裝置Ia與負(fù)載8之間插入電流檢測(cè)部7， 檢測(cè)流過負(fù)載8的電流，在電流檢測(cè)部7的輸出超過規(guī)定值時(shí)，控制單元4使反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)Si、S2的柵極控制信號(hào)G1、G2的脈沖的接通/斷開的“占空比”小于0. 5，由此進(jìn)行限流控制?！罢伎毡取钡男问脚c在本發(fā)明的實(shí)施方式1的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)100 中說明的形式相同。也可以構(gòu)成為，對(duì)柵極控制信號(hào)Gl、G2進(jìn)行如下控制在電壓檢測(cè)部501、502的輸出超過規(guī)定值的期間超過規(guī)定時(shí)間時(shí)，斷開全部反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)Si、S2，切斷電流。并且，也可以構(gòu)成為，對(duì)放電開關(guān)621、622的柵極HI、H2進(jìn)行如下控制在電壓檢測(cè)部501、502的輸出超過規(guī)定電壓值的期間超過規(guī)定時(shí)間時(shí)，釋放電容器Cl和電容器C2 的電荷，使電壓成為零，然后，對(duì)柵極控制信號(hào)G1、G2進(jìn)行如下控制接通全部反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)Si、S2，使電流成為雙向?qū)顟B(tài)。[實(shí)施方式3]
接著，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式3的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)進(jìn)行說明。圖12是示出本發(fā)明的實(shí)施方式3的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)300的結(jié)構(gòu)的電路圖。該帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)300是具有用于保護(hù)圖4所示的使用橫半橋型MERS 的交流電源裝置Ib免受過電壓或過電流的保護(hù)電路的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)。更詳細(xì)地講，如圖12所示，帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)300具有布線23，其將2 個(gè)反向串聯(lián)連接的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)S2、S4與串聯(lián)連接的第1電容器Cl和第2電容器C2并聯(lián)連接，連接2個(gè)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)Sl和S2的中點(diǎn)與第1電容器Cl和第2電容器C2的中點(diǎn)彼此之間；以及控制單元4，其控制柵極控制信號(hào)G2、G4的相位，使得與交流電源的頻率同步地，交替地對(duì)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)進(jìn)行接通/斷開控制。交流電源3與反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)S2和電容器Cl之間的連接點(diǎn)連接，負(fù)載8經(jīng)由電流檢測(cè)部7與反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)S4和電容器C2之間的連接點(diǎn)連接。在本發(fā)明的實(shí)施方式3中，第1放電電路601與Cl并聯(lián)連接，第2放電電路602 與電容器22并聯(lián)連接，進(jìn)而，第1電壓檢測(cè)部501與電容器21和第1放電電路601并聯(lián)連接，第2電壓檢測(cè)部501與電容器22和第2放電電路602并聯(lián)連接。第1放電電路601是串聯(lián)連接放電電阻611和放電開關(guān)621而構(gòu)成的，第2放電電路602是串聯(lián)連接放電電阻612和放電開關(guān)622而構(gòu)成的。通過從控制單元4傳遞的放電開關(guān)621、622的柵極控制信號(hào)H2、H4對(duì)各個(gè)放電開關(guān)621、622的接通/斷開進(jìn)行控制。S卩，電壓檢測(cè)部501的輸出被輸入到控制單元4，在控制單元4中與預(yù)先存儲(chǔ)的規(guī)定值(閾值)進(jìn)行比較，在電壓檢測(cè)部501的輸出超過閾值時(shí)、即電容器Cl的電壓為過電壓時(shí)，從控制單元4傳遞使放電開關(guān)621的柵極接通的柵極控制信號(hào)H2，使放電開關(guān)621短路，經(jīng)由放電電阻611釋放電容器Cl的電荷，由此，降低電容器Cl的電壓，并且，在電容器 Cl的電壓恢復(fù)到正常范圍內(nèi)時(shí)，從控制單元4傳遞使放電開關(guān)621的柵極斷開的柵極控制信號(hào)H2，斷開放電開關(guān)621。同樣，電壓檢測(cè)部502的輸出被輸入到控制單元4，在控制單元4中與預(yù)先存儲(chǔ)的規(guī)定值(閾值)進(jìn)行比較，在電壓檢測(cè)部502的輸出超過閾值時(shí)、即電容器C2的電壓為過電壓時(shí)，從控制單元4傳遞使放電開關(guān)622的柵極接通的柵極控制信號(hào)H4，使放電開關(guān)622 短路，經(jīng)由放電電阻612釋放電容器C2的電荷，由此，降低電容器C2的電壓，并且，在電容器C2的電壓恢復(fù)到正常范圍內(nèi)時(shí)，從控制單元4傳遞使放電開關(guān)622的柵極斷開的柵極控制信號(hào)H4，斷開放電開關(guān)622。在本發(fā)明的實(shí)施方式3中，通過電壓檢測(cè)部501和電壓檢測(cè)部502，能夠單獨(dú)地檢測(cè)橫半橋型MERS的電容器Cl和電容器C2的電壓，單獨(dú)地保護(hù)各個(gè)電容器Cl和C2。進(jìn)而，如圖12所示，也可以在交流電源裝置Ib與負(fù)載8之間插入電流檢測(cè)部7， 檢測(cè)流過負(fù)載8的電流，在電流檢測(cè)部7的輸出超過規(guī)定值時(shí)，控制單元4使反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)S2、S4的柵極控制信號(hào)G2、G4的脈沖的接通/斷開的“占空比”小于0. 5，由此進(jìn)行限流控制?！罢伎毡取钡男问脚c在本發(fā)明的實(shí)施方式1的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)100 中說明的形式相同。圖13A是觀察本發(fā)明的實(shí)施方式3的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)300中的基于過電壓保護(hù)電路和柵極接通信號(hào)的脈沖寬度縮小而引起的電容器電壓、負(fù)載(輸出)電壓、負(fù)載(輸出)電流的變化的仿真用的電路圖。圖1 示出如下情況下的負(fù)載(輸出)電壓和負(fù)載(輸出)電流的變化的仿真結(jié)果在時(shí)刻0. 20秒 時(shí)刻0. 50秒的期間產(chǎn)生基于過載的過電壓和過電流，同時(shí)電容器Cl、 C2示出規(guī)定電壓以上的情況下，進(jìn)行通過放電電路對(duì)過電壓進(jìn)行放電的對(duì)應(yīng)。圖13B的波形圖從上側(cè)起示出柵極控制信號(hào)、負(fù)載(輸出)電壓、電容器電壓、負(fù)載(輸出)電流、放電開關(guān)的柵極控制信號(hào)。可知，在電容器C1、C2示出規(guī)定電壓以上的情況下，放電開關(guān)621、622對(duì)電容器Cl和電容器C2的過電壓進(jìn)行放電，所以，電容器Cl和電容器C2的電壓分別被抑制為大約400Vpp，其結(jié)果，抑制了負(fù)載電壓Vout和負(fù)載電流Iout 的大幅上升。圖13C示出如下情況下的負(fù)載(輸出)電壓和負(fù)載(輸出)電流的變化的仿真結(jié)果在時(shí)刻0. 20秒 時(shí)刻0. 50秒的期間產(chǎn)生基于過載的過電壓和過電流，同時(shí)電容器Cl 和電容器C2的電壓不為零的情況下，進(jìn)行不接通反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)S2的柵極G2和反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)S4的柵極G4的對(duì)應(yīng)。圖13C的波形圖從上側(cè)起示出柵極控制信號(hào)、負(fù)載(輸出)電壓、電容器電壓、負(fù)載(輸出)電流。控制單元4在對(duì)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)S2和S4的接通/斷開進(jìn)行切換時(shí)，在與接著接通的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)并聯(lián)連接的電容器的電壓不為零的情況下，在該電容器的電壓為零之前，維持之前的狀態(tài)(該反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)斷開的狀態(tài))，在電容器的電壓為零的時(shí)點(diǎn)，賦予接通該反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極控制信號(hào)。因此，電容器 Cl和電容器C2不引起短路放電。關(guān)于該柵極控制信號(hào)G2和G4的脈沖波形，在反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極G2、G4 接通的期間，在電容器C1、C2不是零電壓的情況下，不接通柵極G2、G4，所以，相當(dāng)于減少反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)S2、S4的柵極控制信號(hào)G2、G4的脈沖接通信號(hào)的脈沖寬度、使“占空比”小于0.5的情況。因此，在本發(fā)明的實(shí)施方式3的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)300中，減少反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)S2、S4的柵極控制信號(hào)G2、G4的脈沖接通信號(hào)的脈沖寬度、“占空比”小于 0. 5，作為電容器Cl、C2的保護(hù)是有效的。全斷開期間設(shè)定在反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)Sl的柵極控制信號(hào)Gl和反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)S2的柵極控制信號(hào)G2的接通期間的前部(削減接通期間的初始)。這里，在電容器Cl、電容器C2的電壓不為零的情況下，通過不接通反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)S2、S4的柵極控制信號(hào)G2、G4的限制，來進(jìn)行全斷開期間的設(shè)定，但是，也可以假設(shè)電容器Cl、電容器C2進(jìn)行放電的時(shí)間來設(shè)定全斷開期間。如上所述，作為橫型半橋MERS的保護(hù)方法，能夠發(fā)揮基于電容器Cl和電容器C2 的電壓的削峰而實(shí)現(xiàn)的過電壓保護(hù)功能、以及基于反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)S2、S4的柵極控制信號(hào)G2、G4的占空比控制而實(shí)現(xiàn)的電流限制功能。這些功能可以僅使用一方，也可以組合使用。在組合使用的情況下，橫半橋型MERS的保護(hù)功能進(jìn)一步提高。圖13D是如下情況下的仿真結(jié)果在時(shí)刻0. 20秒 時(shí)刻0. 50秒的期間產(chǎn)生基于過載的過電壓和過電流，同時(shí)電容器Cl和電容器C2的電壓不為零的情況下，進(jìn)行不接通柵極G2、G4的對(duì)應(yīng)以及通過放電電路對(duì)過電壓進(jìn)行放電的對(duì)應(yīng)這雙方。圖13D的波形圖從上側(cè)起示出柵極控制信號(hào)、負(fù)載(輸出)電壓、電容器電壓、負(fù)載(輸出)電流、放電開關(guān)的柵極控制信號(hào)。該情況下，電容器Cl和電容器C2的電壓分別被抑制為大約400Vpp，并且，抑制了負(fù)載(輸出)電壓的大幅上升。進(jìn)而，與穩(wěn)定狀態(tài)相比， 較少地提供負(fù)載(輸出)電流，更大地實(shí)現(xiàn)了限流控制的效果。在本發(fā)明的實(shí)施方式3的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)300中，在進(jìn)行基于柵極脈沖的占空比控制的電流反饋控制和/或基于放電開關(guān)621、622的放電時(shí)，優(yōu)選接通/斷開相位不變化而是固定的。也可以構(gòu)成為，對(duì)放電開關(guān)621、622的柵極H2、H4進(jìn)行如下控制在電壓檢測(cè)部 501、502的輸出超過規(guī)定電壓值的期間超過規(guī)定時(shí)間時(shí)，釋放電容器Cl和電容器C2的電荷，使電壓成為零，然后，對(duì)柵極G2、G4進(jìn)行如下控制斷開全部反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)S2、 S4，切斷電流。并且，也可以構(gòu)成為，對(duì)放電開關(guān)621、622的柵極H2、H4進(jìn)行如下控制在電壓檢測(cè)部501、502的輸出超過規(guī)定電壓值的期間超過規(guī)定時(shí)間時(shí)，釋放電容器Cl和電容器C2 的電荷，使電壓成為零，然后，對(duì)柵極G2、G4進(jìn)行如下控制接通全部反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)S2、S4，成為電流的雙向?qū)顟B(tài)。另外，本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，能夠根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識(shí)進(jìn)行各種設(shè)計(jì)變更等的變形，進(jìn)行了這種變形后的實(shí)施方式也能夠包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)，其具有磁能再生開關(guān)，其插入于交流電源與負(fù)載之間，蓄積電流切斷時(shí)的電流的磁能而再生到所述負(fù)載中；以及保護(hù)單元，其用于保護(hù)該磁能再生開關(guān)免受過電壓或過電流， 其中，所述磁能再生開關(guān)具有橋電路，其由2個(gè)串聯(lián)連接的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和2個(gè)串聯(lián)連接的二極管構(gòu)成；2個(gè)串聯(lián)連接的電容器，它們相對(duì)于所述2個(gè)串聯(lián)連接的二極管分別并聯(lián)連接；以及控制單元，其控制所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極控制信號(hào)的相位，以與所述交流電源的頻率同步地，交替地對(duì)所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)進(jìn)行接通/斷開控制，所述保護(hù)單元具有電壓檢測(cè)部，其連接在所述橋電路的直流端子之間，檢測(cè)所述2個(gè)串聯(lián)連接的電容器的兩端電壓；以及放電電路，其連接在所述橋電路的所述直流端子之間， 由放電電阻和放電開關(guān)串聯(lián)連接而成，對(duì)所述放電開關(guān)的柵極進(jìn)行如下控制在所述電壓檢測(cè)部的輸出超過規(guī)定值時(shí)，使所述放電開關(guān)短路，經(jīng)由所述放電電阻來釋放所述電容器的電荷。
2.一種帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)，其具有磁能再生開關(guān)，其插入于交流電源與負(fù)載之間，蓄積電流切斷時(shí)的電流的磁能而再生到所述負(fù)載中；以及保護(hù)單元，其用于保護(hù)該磁能再生開關(guān)免受過電壓或過電流， 其中，所述磁能再生開關(guān)具有橋電路，其由2個(gè)串聯(lián)連接的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和2個(gè)串聯(lián)連接的二極管構(gòu)成；串聯(lián)連接的第1電容器和第2電容器，它們相對(duì)于所述2個(gè)串聯(lián)連接的二極管分別并聯(lián)連接；以及控制單元，其控制所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極控制信號(hào)的相位，以與所述交流電源的頻率同步地，交替地對(duì)所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)進(jìn)行接通/斷開控制，所述保護(hù)單元在所述橋電路的直流端子之間具有第1電壓檢測(cè)部，其與所述第1電容器并聯(lián)連接，檢測(cè)所述第1電容器的電壓；第2電壓檢測(cè)部，其與所述第2電容器并聯(lián)連接， 檢測(cè)所述第2電容器的電壓；第1放電電路，其與所述第1電容器并聯(lián)連接且與所述第1電壓檢測(cè)部并聯(lián)連接，由第1放電電阻和第1放電開關(guān)串聯(lián)連接而成；以及第2放電電路，其與所述第2電容器并聯(lián)連接且與所述第2電壓檢測(cè)部并聯(lián)連接，由第2放電電阻和第2放電開關(guān)串聯(lián)連接而成，對(duì)所述放電開關(guān)的柵極進(jìn)行如下控制在所述第1電壓檢測(cè)部的輸出超過規(guī)定值時(shí)，使所述第1放電開關(guān)短路，經(jīng)由所述第1放電電阻來釋放所述第1電容器的電荷，進(jìn)而，在所述第2電壓檢測(cè)部的輸出超過規(guī)定值時(shí)，使所述第2放電開關(guān)短路，經(jīng)由所述第2放電電阻來釋放所述第2電容器的電荷。
3.一種帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)，其具有磁能再生開關(guān)，其插入于交流電源與負(fù)載之間，蓄積電流切斷時(shí)的電流的磁能而再生到所述負(fù)載中；以及保護(hù)單元，其用于保護(hù)該磁能再生開關(guān)免受過電壓或過電流， 其中，所述磁能再生開關(guān)具有布線，其將2個(gè)反向串聯(lián)連接的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)與串聯(lián)連接的第1電容器和第2電容器并聯(lián)連接，連接所述2個(gè)反向串聯(lián)連接的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的中點(diǎn)與所述串聯(lián)連接的第1電容器和所述第2電容器的中點(diǎn)彼此之間；以及控制單元，其控制所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極控制信號(hào)的相位，以與所述交流電源的頻率同步地，交替地對(duì)所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)進(jìn)行接通/斷開控制，所述保護(hù)單元具有第1電壓檢測(cè)部，其與所述第1電容器并聯(lián)連接，檢測(cè)所述第1電容器的電壓；第2電壓檢測(cè)部，其與所述第2電容器并聯(lián)連接，檢測(cè)所述第2電容器的電壓； 第1放電電路，其與所述第1電容器并聯(lián)連接且與所述第1電壓檢測(cè)部并聯(lián)連接，由第1放電電阻和第1放電開關(guān)串聯(lián)連接而成；以及第2放電電路，其與所述第2電容器并聯(lián)連接且與所述第2電壓檢測(cè)部并聯(lián)連接，由第2放電電阻和第2放電開關(guān)串聯(lián)連接而成，對(duì)所述放電開關(guān)的柵極進(jìn)行如下控制在所述第1電壓檢測(cè)部的輸出超過規(guī)定值時(shí)，使所述第1放電開關(guān)短路，經(jīng)由所述第1放電電阻來釋放所述第1電容器的電荷，進(jìn)而，在所述第2電壓檢測(cè)部的輸出超過規(guī)定值時(shí)，使所述第2放電開關(guān)短路，經(jīng)由所述第2放電電阻來釋放所述第 2電容器的電荷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任一項(xiàng)所述的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)，其中， 所述保護(hù)單元還具有電流檢測(cè)部，該電流檢測(cè)部插入于所述交流電源與所述負(fù)載之間，檢測(cè)流過所述負(fù)載的電流，在所述電流檢測(cè)部的輸出超過規(guī)定值時(shí)，所述保護(hù)單元使所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極控制信號(hào)的接通脈沖的占空比小于0. 5，由此進(jìn)行限流控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)，其中，在所述電流檢測(cè)部的輸出返回規(guī)定值時(shí)，所述保護(hù)單元使所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極控制信號(hào)的接通脈沖的占空比返回0. 5，結(jié)束限流控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任一項(xiàng)所述的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)，其中，所述保護(hù)單元對(duì)所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極進(jìn)行如下控制在所述電壓檢測(cè)部的輸出超過所述規(guī)定值的期間超過規(guī)定時(shí)間時(shí)，斷開全部所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)，切斷電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任一項(xiàng)所述的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)，其中，所述保護(hù)單元對(duì)所述放電開關(guān)的柵極進(jìn)行如下控制在所述電壓檢測(cè)部的輸出超過所述規(guī)定值的期間超過規(guī)定時(shí)間時(shí)，釋放所述2個(gè)電容器的電荷，使電壓成為零，然后，對(duì)所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極進(jìn)行如下控制接通全部所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)，使電流處于雙向?qū)顟B(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任一項(xiàng)所述的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)，其中， 所述保護(hù)單元還具有電流檢測(cè)部，該電流檢測(cè)部插入于所述交流電源與所述負(fù)載之間，檢測(cè)流過所述負(fù)載的電流，所述保護(hù)單元對(duì)所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極進(jìn)行如下控制在所述電流檢測(cè)部的輸出超過規(guī)定值時(shí)，斷開全部所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)，切斷電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)，其中，所述保護(hù)單元還具有電流檢測(cè)部，該電流檢測(cè)部插入于所述交流電源與所述負(fù)載之間，檢測(cè)流過所述負(fù)載的電流，所述保護(hù)單元對(duì)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極進(jìn)行如下控制在所述電流檢測(cè)部的輸出超過規(guī)定值時(shí)，僅使接通的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)斷開，切斷電流。
全文摘要
本發(fā)明提供帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)。在至少由2個(gè)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和2個(gè)電容器構(gòu)成的磁能再生開關(guān)中，具有保護(hù)電路和控制方法的帶保護(hù)電路的磁能再生開關(guān)能夠用作控制器或限流器，該保護(hù)電路用于保護(hù)電容器不受過電壓或短路放電的影響，并且，保護(hù)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和負(fù)載免受過電壓或過電流。
文檔編號(hào)H02M1/32GK102217177SQ20088013196
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2008年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月13日
發(fā)明者褔田志郎 申請(qǐng)人:莫斯科技株式會(huì)社