CN2013105217814A 逆变器装置的积蓄电力放电电路 1-16

(10)申请公布号 CN 103795283 A (43)申请公布日 2014.05.14 CN 103795283 A (21)申请号 201310521781.4 (22)申请日 2013.10.29 2012-240375 2012.10.31 JP H02M 7/48(2007.01) (71)申请人 东芝施耐德变换器公司 地址 日本三重县 (72)发明人 贝沼佳宏 乡司阳一 (74)专利代理机构 中原信达知识产权代理有限 责任公司 11219 代理人 谢丽娜 关兆辉 (54) 发明名称 逆变器装置的积蓄电力放电电路 (57) 摘要 本发明的实施方式涉及逆变器装置的积蓄电 力放电电路。提供一种逆变器装置的积蓄电力放 电电路， 在采用将多个主电路电容器串联连接的 结构时， 能够减少通常动作时的放电导致的损失 并保持多个主电路电容器的电压平衡， 并且在电 源切断时能够使主电路电容器的积蓄电荷急速 放电。积蓄电力放电电路具备 ： 多个主电路电容 器， 在主端子间串联连接而积蓄电力 ； 串联电阻， 在通常动作时与多个主电路电容器并联连接 ； 电 压稳定化电路， 在通常动作时根据串联电阻的分 压电压使上述多个主电路电容器各自的端子间电 压稳定化 ； 和控制开关， 具备控制输入， 在电源切 断时断开串联电阻的通电电流， 使由电压稳定化 电路实现的多个主电路电容器的电压稳定状态破 坏。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书7页 附图6页 (10)申请公布号 CN 103795283 A CN 103795283 A 1/2 页 2 1. 一种逆变器装置的积蓄电力放电电路， 其特征在于， 具备 ： 串联电阻， 在通常动作时与多个主电路电容器并联连接 ； 电压稳定化电路， 在通常动作时根据上述串联电阻的分压电压使上述多个主电路电容 器各自的端子间电压稳定化 ； 以及 控制开关， 具备控制输入， 在电源切断时断开上述串联电阻的通电电流， 使由上述电压 稳定化电路实现的上述多个主电路电容器的电压稳定状态破坏。 2. 一种逆变器装置的积蓄电力放电电路， 其特征在于， 具备 ： 第 1 串联电阻， 使用多个电阻与多个主电路电容器并联连接 ； 第 2 串联电阻， 使用多个电阻与多个主电路电容器并联连接 ； 电压稳定化电路， 在通常动作时根据上述第 1 串联电阻的分压电压和上述第 2 串联电 阻的分压电压使上述多个主电路电容器各自的端子间电压稳定化 ； 以及 控制开关， 具备控制输入， 在电源切断时使上述第 1 串联电阻的分压电压的分压比为 另外的第 1 分压比， 同时使上述第 2 串联电阻的分压电压的分压比切换为与第 1 分压比不 同的另外的第 2 分压比， 从而使由上述电压稳定化电路实现的上述多个主电路电容器的电 压稳定状态破坏。 3. 根据权利要求 1 所述的逆变器装置的积蓄电力放电电路， 其特征在于， 上述多个主电路电容器具备第 1 主电路电容器和第 2 主电路电容器， 上述串联电阻由第 1 电阻和第 2 电阻串联连接而构成， 上述控制开关构成为根据上述控制输入对上述第 1 电阻和上述第 2 电阻之间切换通 断， 上述电压稳定化电路具备在上述第1主电路电容器的端子之间串联连接的第1通电电 阻和第 1 晶体管， 并且具备在上述第 2 主电路电容器的端子之间串联连接的第 2 通电电阻 和第 2 晶体管， 上述第 1 晶体管的控制端子连接在上述第 1 电阻和上述控制开关之间， 上述第 2 晶体 管的控制端子连接在上述控制开关与上述第 2 电阻之间， 上述控制开关在通常动作时将上述第 1 电阻和上述第 2 电阻之间切换为通电， 在电源 切断时将上述第 1 电阻和上述第 2 电阻之间切换为断电。 4. 根据权利要求 2 所述的逆变器装置的积蓄电力放电电路， 其特征在于， 上述多个主电路电容器具备第 1 主电路电容器和第 2 主电路电容器， 上述第1串联电阻由第3电阻和电阻值与该第3电阻相同的第4电阻串联连接而构成， 上述第 2 串联电阻由第 5 电阻、 电阻值与该第 5 电阻相同的第 6 电阻、 以及第 7 电阻串 联连接而构成， 上述电压稳定化电路具备在上述第1主电路电容器的端子之间串联连接的第1通电电 阻和第 1 晶体管， 并且具备在上述第 2 主电路电容器的端子之间串联连接的第 2 通电电阻 和第 2 晶体管， 上述第 1 晶体管的控制端子连接在上述第 2 串联电阻的上述第 5 电阻和上述第 6 及第 7电阻的串联电路之间， 上述第2晶体管的控制端子连接在上述第1串联电阻的上述第3电 阻和上述第 4 电阻之间， 上述控制开关在通常动作时将第 7 电阻的端子之间短路， 在电源切断时使上述第 7 电 权 利 要 求 书 CN 103795283 A 2 2/2 页 3 阻的端子之间开路同时使上述第 4 电阻的一部分短路。 权 利 要 求 书 CN 103795283 A 3 1/7 页 4 逆变器装置的积蓄电力放电电路 技术领域 0001 本申请以日本专利申请 2012-240375( 申请日 ： 2012 年 10 月 31 日 ) 为基础， 享有 该申请的优先权。本申请通过引用上述申请而包括该申请的全部内容。 0002 本发明的实施方式涉及逆变器装置的积蓄电力放电电路。 背景技术 0003 逆变器装置使交流电源整流、 平滑化而生成直流电压， 将该直流电压供给到逆变 器主电路来驱动逆变器主电路。 在此， 作为用于使直流电压平滑的主电路电容器， 使用铝电 解电容器等大容量电容器。 由于即使是在切断电源的情况下直流电力仍积蓄到主电路电容 器， 因此若在主电路电容器积蓄有直流电力的状态下接触逆变器装置， 就存在着触电的危 险。 0004 为了使主电路电容器的积蓄电力放电， 采用与主电路电容器并联连接放电用的电 阻并缩短电源切断时的放电时间的方法。然而， 在该方法中， 由于在电源供给时也在放电， 因此需要增大电阻值以减少接通电源后的通常动作时的放电， 存在着无法缩短电源切断时 的放电时间的问题。 而且， 虽然减小电阻值的话能够缩短放电时间， 但是在通常动作时会增 加不必要的损失。 0005 例如， 在将多个电容器串联连接起来用作主电路电容器的情况下， 为了实现该多 个主电路电容器的施加电压的均衡， 有时要与各主电路电容器并联连接平衡电阻。即使考 虑将平衡电阻兼用作放电电阻， 由于放电电阻处于一直与主电路电容器连接的状态不变， 因此在通常动作时会产生不必要的损失。 发明内容 0006 本发明要解决的课题在于提供一种逆变器装置的积蓄电力放电电路， 在采用将多 个主电路电容器串联连接的结构时， 能够减少通常动作时的因放电导致的损失并保持多个 主电路电容器的电压平衡， 同时在电源切断时能够使主电路电容器的积蓄电荷急速放电。 0007 一个实施方式的逆变器装置的积蓄电力放电电路具备下面的构成要素。 具备在通 常动作时与多个主电路电容器并联连接的串联电阻。 而且， 具备电压稳定化电路， 上述电压 稳定化电路在通常动作时根据串联电阻的分压电压使多个主电路电容器各自的端子间电 压稳定化。而且， 具备控制开关， 上述控制开关具备控制输入， 在电源切断时断开串联电阻 的通电电流， 使由电压稳定化电路实现的多个主电路电容器的电压稳定状态破坏。 0008 而且， 一个实施方式的逆变器装置的积蓄电力放电电路具备下面的构成要素。一 个实施方式具备使用多个电阻与上述多个主电路电容器并联连接的第 1 串联电阻。而且， 具备使用多个电阻与上述多个主电路电容器并联连接的第 2 串联电阻。而且， 具备电压稳 定化电路， 上述电压稳定化电路在通常动作时根据第 1 串联电阻的分压电压和上述第 2 串 联电阻的分压电压使多个主电路电容器各自的端子间电压稳定化。 而且， 具备控制开关， 上 述控制开关具备控制输入， 在电源切断时使第 1 串联电阻的分压电压的分压比为另外的第 说 明 书 CN 103795283 A 4 2/7 页 5 1 分压比， 同时使第 2 串联电阻的分压电压的分压比切换为与第 1 分压比不同的另外的第 2 分压比， 从而使由电压稳定化电路实现的多个主电路电容器的电压稳定状态破坏。 0009 根据上述结构的逆变器装置的积蓄电力放电电路， 在采用将多个主电路电容器串 联连接的结构时， 能够减少通常动作时的放电导致的损失并保持多个主电路电容器的电压 平衡， 并且在电源切断时能够使主电路电容器的积蓄电荷急速放电。 附图说明 0010 图 1 是概要地示出第 1 实施方式的逆变器装置的电气结构图。 0011 图2是示出第1实施方式中电源切断前后的主要部分节点的电压的时间变化的时 序图。 0012 图3是概要地示出第2实施方式的逆变器装置的电气结构图(与图1相当的图)。 0013 图4是示出第2实施方式中电源切断前后的主要部分节点的电压的时间变化的时 序图 ( 与图 2 相当的图 )。 0014 图 5 是示出第 1 和第 2 实施方式的比较对象电路的、 与图 1、 图 3 相当的图。 0015 图 6 是示出第 1 和第 2 实施方式的比较对象特性的、 与图 2、 图 4 相当的图。 具体实施方式 0016 ( 第 1 实施方式 ) 0017 参照图 1 和图 2 说明第 1 实施方式。如图 1 所示， 逆变器装置 1 具备输入三相交 流电源 2 的端子 R、 S、 T， 端子 R、 S、 T 与整流器 3 连接。该整流器 3 使输入到端子 R、 S、 T 的 三相交流电源 2 的交流电源输入并进行整流。该整流器 3 的输出被提供至主电源线 N1 和 N2。在上述主电源线 N1 和 N2 之间串联连接主电路电容器 C1 和 C2， 主电路电容器 C1 和 C2 使整流器 3 的整流输出平滑化并输出直流电力 ( 直流电压 )。主电路电容器 C1 和 C2 分别 被设定为数千 F 左右 ( 例如， 6800F)。将多个主电路电容器 C1 和 C2 串联连接， 这是为 了即使整流器 3 的整流电压更高也能够确保耐压。 0018 上述直流电力输入到 DCDC( 直流 - 直流 ) 变换器 4。DCDC 变换器 4 对输入的直流 电力进行电压变换， 将控制用直流电源V1通过输出节点N3供给到控制电路5。 主电路电容 器 C1 和 C2 平滑化了的直流电力也被提供至逆变器主电路 6。逆变器主电路 6 基于控制电 路 5 输出的 PWM 控制信号对输入的直流电力进行交流变换， 而将三相交流电力供给到马达 7。 0019 在通常动作时， 为了保持多个主电路电容器C1和C2彼此的电压平衡， 在主电路电 容器 C1 和 C2 的各端子之间连接平衡电路 8。该平衡电路 8 构成为对主电路电容器 C1 和 C2 的电压偏差进行修正。 0020 平衡电路 8 是将放电控制用开关 ( 相当于控制开关 )9、 串联电阻 10 和电压稳定 化电路 11 组合而构成的。串联电阻 10 构成为在主电源线 N1 和 N2 之间经由放电控制用开 关 9 的固定触点 9a 和可动触点 9c 串联连接电阻 Ra1 Ra4。在本实施方式中， 上述电阻 Ra1Ra4被设定为例如彼此相同的电阻值， 在电阻Ra2和Ra3之间连接有放电控制用开关 9。另外， 电阻 Ra1 Ra4 分别被设定为例如数百 k( 例如 360k) 左右的电阻值。 0021 放电控制用开关 9 除了上述的固定触点 9a 和可动触点 9c 之外还具备固定触点 说 明 书 CN 103795283 A 5 3/7 页 6 9b。该放电控制用开关 9 例如是用 a 型的继电器开关构成的， 在通常动作时固定触点 9a 和 可动触点 9c 导通连接， 当从放电控制电路 12 收到放电指令信号时， 将连接从固定触点 9a 侧切换到固定触点 9b 侧。因此， 串联电阻 10 为， 在通常动作时电阻 Ra1 Ra4 串联连接， 然后， 当从放电控制电路 12 收到放电指令信号时， 断开为电阻 Ra1 和 Ra2 以及电阻 Ra3 和 Ra4。放电控制用开关 9 也可以采用半导体开关。 0022 电压稳定化电路 11 与串联电阻 10 的后段连接在一起。该电压稳定化电路 11 构 成为， 在主电源线 N1 和 N2 之间串联连接作为第 1 通电电阻的电阻 Rc1、 NPN 晶体管 ( 第 1 晶体管 )Qb 的集电极发射极间、 PNP 晶体管 ( 第 2 晶体管 )Qa 的发射极集电极间、 作为第 2 通电电阻的电阻 Rc2， 并且在各晶体管 Qb、 Qa 的基极发射极间分别连接电阻 Rd1、 Rd2。 0023 而且， 晶体管 Qa 和 Qb 的发射极共用连接， 并且该共用连接点与主电路电容器 C1 和 C2 的共用连接点连接。电阻 Rc1 和电阻 Rc2 被设定为例如彼此相同的电阻值， 并且电阻 Rd1 和电阻 Rd2 被设定为例如彼此相同的电阻值。另外， 电阻 Rc1、 Rc2 分别被设定为数十 k(例如28k)的电阻值， 电阻Rd1、 Rd2分别被设定为数十k(例如180k)的电阻值。 在本实施方式中， 10 相当于串联电阻， Ra1+Ra2 相当于第 1 电阻， Ra3+Ra4 相当于第 2 电阻， Rc1 相当于第 1 通电电阻， Rc2 相当于第 2 通电电阻。 0024 另一方面， 在端子 R、 S、 T 和 DCDC 变换器 4 的输出连接有放电控制电路 12。放电 控制电路 12 输入上述端子 R、 S、 T 的电源输入信号、 整流器 3 的输出电压 ( 主电源线 N1-N2 间端子电压 V0) 以及 / 或者 DCDC 变换器 4 的输出电压 V1， 向放电控制用开关 9 输出放电指 令信号。 0025 放电控制电路 12 例如由对三相交流电源 2 进行整流的整流器、 各种电阻、 各种晶 体管 ( 例如， PNP 晶体管、 NPN 晶体管、 FET) 等构成。例如三相交流电源 2 的输出被切断的 话， 当检测出电源输入比预定的第 1 阈值电压、 或者主电源线 N1 和 N2 间的输出电压 V0 比 预定的第 2 阈值电压低、 或者 DCDC 变换器 4 的输出电压 V1 比预定的第 3 阈值电压低时， 放 电控制电路 12 向放电控制用开关 9 输出放电指令信号。 0026 对上述结构的作用进行说明。主电路电容器 C1 和 C2 大多采用大容量的电解电容 器， 而且， 主电路电容器 C1 和 C2 的共用连接节点 N4 的电压 Vc2 大多与上述电容器 C1 和 C2 的泄漏电流的偏差的差异相应而与理想的电压 (=V0/2) 不同。因此， 在本实施方式中， 设有 平衡电路 8。 0027 如上所述， 在电源接通后的通常动作时， 放电控制用开关 9 将可动触点 9c 与固定 触点 9a 连接， 串联电阻 10(Ra1 和 Ra2 以及 Ra3 和 Ra4) 全部串联连接。这样一来， 供给到 主电源线 N1 和 N2 之间的直流电压施加到串联电阻 10， 对各晶体管 Qb 和 Qa 的基极 ( 控制 端子 ) 施加偏置电压 Va。电阻 Ra1+Ra2: 电阻 Ra3+Ra4 的电阻比若被设定为 1:1， 则该偏置 电压 Va 为主电源线 N1 和 N2 之间的直流电压 V0 的 1/2。 0028 如果主电路电容器 C1 和 C2 采用彼此相同的容量值的话， 理想的是节点 N4 的电压 Vc2 为主电源线 N1 和 N2 间电压 V0 的 1/2。这样一来， 各晶体管 Qb、 Qa 的基极发射极间电 压为 0， 因此晶体管 Qa、 Qb 均截止， 晶体管 Qa、 Qb 均没有电流流过。 0029 但是， 当与各主电路电容器C1和C2的元件之间的偏差相应地、 例如主电路电容器 C1 的泄漏电流比主电路电容器 C2 的泄漏电流大时， 主电路电容器 C1 的端子间电压 Vc1 比 主电路电容器 C2 的端子间电压 Vc2 小， 节点 N4 的电压 Vc2 相对于理想的电压 (=V0/2) 上 说 明 书 CN 103795283 A 6 4/7 页 7 升。在该情况下， 根据图 1 的电路结构， 晶体管 Qb 保持截止、 使晶体管 Qa 导通， 从而在电阻 Rc2 有电流流过。由此， 电压 Vc2 变小， 接近理想电压 (=V0/2)。 0030 相反地， 当主电路电容器C1的泄漏电流比主电路电容器C2的泄漏电流小时， 主电 路电容器 C1 的端子间电压 Vc1 比主电路电容器 C2 的端子间电压 Vc2 大， 节点 N4 的电压 Vc2 相对于理想的电压 (=V0/2) 下降。在该情况下， 晶体管 Qa 保持截止、 使晶体管 Qb 导通， 从而在电阻 Rc1 有电流流过。由此， 电压 Vc2 变大， 接近理想电压 (=V0/2)。 0031 因此， 无论主电路电容器 C1 和 C2 的泄漏电流的偏差情况如何， 均能够使节点 N4 的电压接近理想电压 (=V0/2)。另外， 例如当切断三相交流电源 2 的电源输入时， 放电控制 电路 10 对放电控制用开关 9 发出放电指令信号。放电控制开关 9 将可动触点 9c 的连接从 固定触点 9a 侧切换到固定触点 9b 侧。 0032 这样一来， 晶体管Qb的基极电压急剧地偏向主电源线N1的电压。 此时， 晶体管Qb 的基极电压从电压Va上升至电压Va1(Va)。 而且， 同时， 晶体管Qa的基极电压急剧地偏向 主电源线 N2 的电压。此时， 晶体管 Qa 的基极电压从电压 Va 下降至电压 Va2(V0/2) 被施加到晶体管 Qb 的基 极， 同时电压 Va4(V0/2) 被施加到晶体管 Qa 的基极。这样一来， 对各晶体管 Qb、 Qa 的基极 发射极间施加相应晶体管的阈值电压以上的电压， 晶体管 Qb、 Qa 同时导通。 说 明 书 CN 103795283 A 8 6/7 页 9 0052 主电路电容器 C1 的积蓄电荷主要通过电阻 Rc1 和晶体管 Qb 的集电极发射极间而 放电， 主电路电容器 C2 的积蓄电荷主要通过晶体管 Qa 和电阻 Rc2 而放电。由此， 例如即使 三相交流电源 2 的电源输入被切断， 也能够安全地使主电路电容器 C1 和 C2 的积蓄电荷放 电。 0053 即使采用这样的图 3 的电路结构， 也能够与上述实施方式同样地使主电路电容器 C1 和 C2 的积蓄电源安全地放电。 0054 图 4 示出了放电指令前后的主电源线 N1 和 N2 间的电压 V0 和各电容器 C1、 C2 的 端子电压 Vc1、 Vc2 的放电特性。另外， 在上述实施方式的图 2、 后述的图 6 所示的特性中， 将横轴的时间标尺、 纵轴的电压标尺均以相同刻度图示。 在本实施方式中， 可知能够比后述 的图 6 所示的放电特性更快地放电。 0055 图 5 示出图 1 或图 3 的比较对象电路， 图 6 示出图 5 的电路结构的放电特性。图 5 所示的平衡电路 208 采用 PhotoMOS( 光耦 ) 继电器 209 构成， 在电源切断时， 仅改变两个 串联电阻 210a、 210b 中一个串联电阻 210a 的电阻分压平衡。 0056 说明平衡电路 208 的结构。串联电阻 210a 是将电阻 Ra1 Ra4 串联连接而构成 的， 串联电阻 210b 是将电阻 Rb1 Rb4 串联连接而构成的， 将常关 (normally-off) 型的 PhotoMOS继电器209的一次侧与放电控制电路12连接， 并且将其二次侧与电阻Ra4的两个 端子连接。而且， 在两个并联连接的串联电阻 210a、 201b 的后段， 连接有与电压稳定化电路 111 为相同电路结构的电压稳定化电路 211。 0057 对晶体管Qb的基极施加串联电阻210b的分压电压Va(=V0/2)。 而且， 在通常动作 时， 由于 PhotoMOS 继电器 209 的二次侧开路， 因此对晶体管 Qa 的基极施加串联电阻 210a 的分压电压Va(=V0/2)。 因此， 能够与上述实施方式同样地确保各主电路电容器C1和C2的 电压平衡。 0058 在电源切断时， 从放电控制电路12向PhotoMOS继电器209施加放电指令信号(光 电二极管的非通电信号)， 而此时PhotoMOS继电器209使二次侧通电而导通。 这样一来， 电 阻 Ra4 的端子之间被短路， 首先晶体管 Qa 的基极电压下降， 晶体管 Qa 导通。在该时刻， 晶 体管 Qb 保持截止状态， 但由于晶体管 Qa 持续导通， 因此主电路电容器 C2 的积蓄电荷首先 被放电。 0059 这样一来， 节点N4的电压降低， 当晶体管Qb的基极发射极间电压达到阈值电压以 上时， 晶体管 Qb 延迟导通。这样一来， 主电路电容器 C1 的积蓄电荷也被放电。通过这样的 动作， 能够使主电路电容器 C1 和 C2 的积蓄电荷安全地放电。 0060 如图 6