ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МОЩНОСТИ, УСТРОЙСТВО ВОЗБУЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ, НАГНЕТАТЕЛЬ ВОЗДУХА, КОМПРЕССОР, КОНДИЦИОНЕР ВОЗДУХА, ХОЛОДИЛЬНИК И МОРОЗИЛЬНЫЙ АППАРАТ Российский патент 2017 года по МПК H02M1/08 H02M7/53 H03K17/687 H02P6/10 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к устройству преобразования мощности и переключающему устройству в устройстве преобразования мощности. Дополнительно настоящее изобретение относится к устройству возбуждения двигателя (устройству управления двигателем), нагнетателю воздуха, компрессору, кондиционеру воздуха, холодильнику и морозильному аппарату с использованием устройства преобразования мощности и переключающего устройства.

Уровень техники

[0002] Традиционно в качестве устройств преобразования мощности широко используется инвертор. Инвертор преобразует постоянный ток в переменный ток путем управления состоянием проводимости переключающих элементов. Состояние проводимости переключающего элемента (например, биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT)) управляется путем управления напряжением возбуждения, подаваемым между затвором и эмиттером. Типичный пример описанного выше инвертора представляет собой трехфазный инвертор, который преобразует постоянный ток в трехфазный переменный ток с использованием шести переключающих элементов. Трехфазный инвертор применяется, например, в асинхронном двигателе или синхронном двигателе с постоянными магнитами (далее «двигатель»). Например, такой двигатель, как описано выше, определяет ток двигателя и выполняет управление в соответствии с током двигателя. Двигатель использует шунтирующее сопротивление определения тока для определения тока.

[0003] Патентная литература 1, например, раскрывает технологию, в которой «обеспечено шунтирующее сопротивление источника питания, которое определяет ток между источником питания постоянного тока и устройством инвертора, и между переключающими элементами нижнего плеча и отрицательной стороной источника питания постоянного тока обеспечены шунтирующие сопротивления нижнего плеча для по меньшей мере двух фаз, каждое из которых определяет фазный ток соответствующей фазы так, что фазный ток, который не может быть обнаружен шунтирующими сопротивлениями нижнего плеча, определяется с использованием шунтирующего сопротивления источника питания».

Список противопоставленных документов

Патентная литература

[0004] Патентная литература 1: Выложенная заявка на патент Японии № 2006-67747

Сущность изобретения

Техническая проблема

[0005] Однако, согласно вышеописанной традиционной технологии, когда ток двигателя протекает через шунтирующее сопротивление, возникает падение напряжения. В связи с этим напряжение от опорного потенциала схемы возбуждения затвора переключающего элемента нижнего плеча до вывода эмиттера переключающего элемента нижнего плеча изменяется. Соответственно напряжение затвор-эмиттер изменяется. Таким образом, существует проблема, заключающаяся в том, что изменения напряжения вызывают ошибочное управление на переключающих элементах.

[0006] Настоящее изобретение получено для решения вышеописанных проблем, и задачей настоящего изобретения является обеспечение переключающего устройства в устройстве преобразования мощности, которое включает в себя шунтирующее сопротивление и переключающий элемент, и которое способно к выполнению стабильного управления.

Решение проблемы

[0007] Для решения вышеупомянутых проблем обеспечены: переключающее устройство, обеспеченное в устройстве преобразования мощности, расположенном между источником питания и нагрузкой, причем переключающее устройство согласно одному аспекту настоящего изобретения выполнено так, чтобы включать в себя переключающий элемент, который включает в себя вывод затвора, схема возбуждения затвора, которая подает напряжение возбуждения на вывод затвора переключающего элемента, и блок управления, который генерирует сигнал возбуждения, подлежащий подаче на схему возбуждения затвора, причем значение, получаемое вычитанием порогового напряжения переключающего элемента из напряжения возбуждения, подлежащего подаче на вывод затвора переключающего элемента, больше, чем произведение значения сопротивления от эмиттера переключающего элемента до отрицательного электрода схемы возбуждения затвора и максимального значения тока, который протекает через переключающий элемент.

Преимущественные эффекты изобретения

[0008] Согласно настоящему изобретению может быть получено переключающее устройство в устройстве преобразования мощности, которое включает в себя шунтирующее сопротивление и переключающий элемент, и которое способно к выполнению стабильного управления.

Краткое описание чертежей

[0009] Фиг. 1 представляет собой схему, иллюстрирующую пример конфигурации устройства преобразования мощности согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 2 представляет собой схему, иллюстрирующую пример конфигурации блока периферийной схемы устройства преобразования мощности согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 3A, 3B и 3C представляют собой схемы, иллюстрирующие пример формы волны переключения устройства преобразования мощности согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 4 представляет собой схему, иллюстрирующую пример конфигурации устройства преобразования мощности согласно второму варианту осуществления.

Фиг. 5 представляет собой схему, иллюстрирующую пример конфигурации устройства преобразования мощности согласно третьему варианту осуществления.

Фиг. 6 представляет собой схему, иллюстрирующую пример конфигурации блока периферийной схемы устройства преобразования мощности согласно третьему варианту осуществления.

Фиг. 7 представляет собой схему, иллюстрирующую пример конфигурации устройства преобразования мощности согласно четвертому варианту осуществления.

Фиг. 8 представляет собой схему, иллюстрирующую пример конфигурации блока периферийной схемы устройства преобразования мощности согласно четвертому варианту осуществления.

Фиг. 9 представляет собой схему, иллюстрирующую пример конфигурации устройства преобразования мощности согласно пятому варианту осуществления.

Фиг. 10 представляет собой схему, иллюстрирующую пример конфигурации блока периферийной схемы устройства преобразования мощности согласно пятому варианту осуществления.

Описание вариантов осуществления

[0010] Примерные варианты осуществления устройства преобразования мощности согласно настоящему изобретению будут подробно объяснены ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи. Настоящее изобретение не ограничивается этими вариантами осуществления. Следует отметить, что выражение «значение сопротивления» в нижеследующем описании может быть заменено выражением «значение импеданса». Дополнительно транзистор не ограничивается конкретным транзистором, а может представлять собой IGBT, FET (полевой транзистор) или может представлять собой биполярный транзистор. То есть, слово «эмиттер» может быть заменено словом «исток», слово «коллектор» может быть заменено словом «сток», а слово «затвор» может быть заменено словом «база».

[0011] Первый вариант осуществления.

Фиг. 1 представляет собой схему, иллюстрирующую пример конфигурации устройства преобразования мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство 10 преобразования мощности, проиллюстрированное на Фиг. 1, расположено между источником 1 питания постоянного тока и двигателем 3 и преобразует мощность постоянного тока источника 1 питания постоянного тока, которая должна подаваться на двигатель 3 (нагрузка), в мощность трехфазного переменного тока.

[0012] Устройство 10 преобразования мощности, проиллюстрированное на Фиг. 1, включает в себя инвертор 2, блок 4a периферийной схемы, блок 5 схемы возбуждения и блок 8 управления.

[0013] Инвертор 2 включает в себя участок 21 нижнего плеча и участок 22 верхнего плеча и выполнен посредством трех ветвей. Участок 21 нижнего плеча включает в себя переключающие элементы 21a-21c. Переключающий элемент 21a представляет собой переключающий элемент нижнего плеча U-фазы. Переключающий элемент 21b представляет собой переключающий элемент нижнего плеча V-фазы. Переключающий элемент 21c представляет собой переключающий элемент нижнего плеча W-фазы. Участок 22 верхнего плеча включает в себя переключающие элементы 22а-22c. Переключающий элемент 22а представляет собой переключающий элемент верхнего плеча U-фазы. Переключающий элемент 22b представляет собой переключающий элемент верхнего плеча V-фазы. Переключающий элемент 22c представляет собой переключающий элемент верхнего плеча W-фазы.

[0014] Блок 8 управления генерирует сигналы возбуждения соответственно для переключающих элементов 21a-21c и 22а-22c, включенных в инвертор 2, и выводит к ним сигналы возбуждения. Блок 8 управления представляет собой контроллер, который включает в себя микрокомпьютер или центральный блок обработки (CPU), например, и преобразует входной аналоговый сигнал напряжения (включающий в себя значение определения) в цифровое значение для осуществления вычисления и управления согласно приложению управления двигателя 3.

[0015] Блок 5 схемы возбуждения включает в себя схему 51 возбуждения затвора нижнего плеча и схему 52 возбуждения затвора верхнего плеча. Схема 51 возбуждения затвора нижнего плеча подает согласно сигналам возбуждения, генерируемым и выводимым блоком 8 управления, напряжение возбуждения на соответственные выводы затвора переключающих элементов 21a-21c. Схема 52 возбуждения затвора верхнего плеча подает согласно сигналам возбуждения, генерируемым и выводимым блоком 8 управления, напряжение возбуждения на соответственные выводы затвора переключающих элементов 22a-22c. Обратные диоды 41a-41c и 42a-42c соединены с переключающими элементами 21a-21c и 22а-22c соответственно обратно-параллельно.

[0016] Блок 4a периферийной схемы включает в себя шунтирующее сопротивление 6 источника питания, шунтирующие сопротивления 7a и 7b нижнего плеча и блоки 9a и 9b определения напряжения нижнего плеча.

[0017] Шунтирующее сопротивление 6 источника питания обеспечено между инвертором 2 и стороной отрицательного напряжения (GND) источника 1 питания постоянного тока. Значение сопротивления шунтирующего сопротивления 6 источника питания обозначено R_dc.

[0018] Шунтирующие сопротивления 7a и 7b нижнего плеча обеспечены между шунтирующим сопротивлением 6 источника питания и эмиттерами соответственных переключающих элементов 21a и 21b в участке 21 нижнего плеча. Шунтирующее сопротивление 7a нижнего плеча представляет собой шунтирующее сопротивление нижнего плеча U-фазы. Шунтирующее сопротивление 7b нижнего плеча представляет собой шунтирующее сопротивление нижнего плеча V-фазы. Значение сопротивления соответственных шунтирующих сопротивлений 7a и 7b нижнего плеча обозначены R_sh.

[0019] Блок 9a определения напряжения нижнего плеча обеспечен между блоком 8 управления и точкой соединения между шунтирующим сопротивлением 7a нижнего плеча и эмиттером переключающего элемента 21a в участке 21 нижнего плеча. Блок 9b определения напряжения нижнего плеча обеспечен между блоком 8 управления и точкой соединения между шунтирующим сопротивлением 7b нижнего плеча и эмиттером переключающего элемента 21b в участке 21 нижнего плеча. Блок 9a определения напряжения нижнего плеча представляет собой блок определения напряжения нижнего плеча U-фазы. Блок 9b определения напряжения нижнего плеча представляет собой блок определения напряжения нижнего плеча V-фазы. Блок 9a определения напряжения нижнего плеча определяет напряжение (V_u) между стороной отрицательного напряжения (GND) источника 1 питания постоянного тока и точкой соединения между шунтирующим сопротивлением 7a нижнего плеча и эмиттером переключающего элемента 21a в участке 21 нижнего плеча. Блок 9b определения напряжения нижнего плеча определяет напряжение (V_v) между стороной отрицательного напряжения (GND) источника 1 питания постоянного тока и точкой соединения между шунтирующим сопротивлением 7b нижнего плеча и эмиттером переключающего элемента 21b в участке 21 нижнего плеча.

[0020] Каждый из блоков 9a и 9b определения напряжения нижнего плеча выполнен, например, посредством блока усиления, который выполнен с возможностью установки напряжений V_u и V_v на значения напряжения, которые легко обрабатываются блоком 8 управления. Блок 8 управления вычисляет ток двигателя согласно значениям напряжения, определяемым блоками 9a и 9b определения напряжения нижнего плеча, и выполняет вычисление управления, и в соответствии с вычисленным значением тока блок 8 управления генерирует сигнал возбуждения.

[0021] Далее подробно описан блок 4a периферийной схемы. Фиг. 2 представляет собой схему, иллюстрирующую участок блока 4a периферийной схемы, который соединен с переключающим элементом 21a (переключающим элементом нижнего плеча U-фазы), выделяя область, окруженную пунктирной линией на Фиг. 1. Схема 51a возбуждения затвора нижнего плеча, которая представляет собой часть схемы 51 возбуждения затвора нижнего плеча, соединена с выводом затвора переключающего элемента 21a. Сторона положительного напряжения (положительная сторона) источника 11 питания постоянного тока соединена со схемой 51a возбуждения затвора нижнего плеча.

[0022] Согласно сигналу возбуждения (сигналу включения/выключения), выводимому из блока 8 управления, схема 51a возбуждения затвора нижнего плеча повышает напряжение для подачи на вывод затвора переключающего элемента 21a. То есть, когда переключающий элемент 21a должен быть включен, напряжение (V_cc), которое является более высоким, чем пороговое напряжение V_th переключающего элемента 21a, подается на вывод затвора переключающего элемента 21a.

[0023] Напряжение V_GE затвор-эмиттер в переключающем элементе 21a выражается в виде следующего выражения (1) с использованием потенциала V_E вывода эмиттера и потенциала V_G вывода затвора относительно опорного потенциала (GND) схемы 51a возбуждения затвора нижнего плеча.

[0024] [Выражение 1]

V_GE=V_G-V_E (1)

[0025] Потенциал V_E вывода эмиттера относительно опорного потенциала (GND) выражается в виде следующего выражения (2) с использованием напряжения V_Rdc на шунтирующем сопротивлении 6 источника питания и напряжения V_{Rsh_u} на шунтирующем сопротивлении 7a нижнего плеча.

[0026] [Выражение 2]

V_E=V_{Rsh_u}+V_Rdc (2)

[0027] Когда сигнал возбуждения для включения переключающего элемента 21a выводится из блока 8 управления, потенциал V_G вывода затвора относительно опорного потенциала (GND) равен потенциалу V_cc на стороне положительного напряжения источника 11 питания постоянного тока относительно опорного потенциала (GND). Напряжение V_GE затвор-эмиттер в переключающем элементе 21a выражается в виде следующего выражения (3) путем подстановки выражения (2) в вышеприведенное выражение (1).

[0028] [Выражение 3]

V_GE=V_cc-(V_{Rsh_u}+V_Rdc) (3)

[0029] Потенциал V_cc на стороне положительного напряжения источника 11 питания постоянного тока относительно опорного потенциала (GND) представляет собой фиксированное значение. В связи с этим напряжение V_GE затвор-эмиттер в переключающем элементе 21a изменяется согласно напряжению V_Rdc на шунтирующем сопротивлении 6 источника питания и напряжению V_{Rsh_u}(=V_u) на блоке 9a определения напряжения нижнего плеча.

[0030] Для поддержания включенного состояния переключающего элемента 21a напряжение V_GE затвор-эмиттер в переключающем элементе 21a должно поддерживаться так, чтобы быть больше порогового напряжения V_th переключающего элемента 21a, и в связи с этим V_GE>V_th. При использовании вышеприведенного выражения (3) необходимо удовлетворять следующему выражению (4) для того, чтобы поддерживать включенное состояние переключающего элемента 21a.

[0031] [Выражение 4]

V_cc-(V_{Rsh_u}+V_Rdc)>V_th (4)

[0032] Рассмотрен случай, в котором значение в левой стороне вышеприведенного выражения (4) минимизируется. Как описано выше, потенциал V_cc на стороне положительного напряжения источника 11 питания постоянного тока относительно опорного потенциала (GND) представляет собой фиксированное значение. В связи с этим, когда (V_{Rsh_u}+V_Rdc) в левой стороне вышеприведенного выражения (4) максимизируется, значение в левой стороне вышеприведенного выражения (4) становится минимальным. (V_{Rsh_u}+V_Rdc) в левой стороне вышеприведенного выражения (4) становится максимальным, когда пиковое значение I_peak тока двигателя протекает к шунтирующему сопротивлению 6 источника питания и блоку 9a определения напряжения нижнего плеча. То есть, когда (V_{Rsh_u}+V_Rdc) в левой стороне вышеприведенного выражения (4) максимизируется, это выражается в виде следующего выражения (5).

[0033] [Выражение 5]

V_{Rsh_u}+V_Rdc=(R_sh+R_dc)×I_peak (5)

[0034] Следующее выражение (6) получается путем подстановки вышеприведенного выражения (5) в вышеприведенное выражение (4).

[0035] [Выражение 6]

(R_sh+R_dc)×I_peak<(V_cc-V_th) (6)

[0036] Вышеприведенное выражение (6) представляет собой условие для поддержания включенного состояния переключающего элемента 21a.

[0037] Фиг. 3A, 3B и 3C представляют собой схемы, иллюстрирующие пример формы (A) волны переключения потенциала V_G вывода затвора, и формы (B и C) волны переключения напряжения V_GE затвор-эмиттер в устройстве 10 преобразования мощности согласно настоящему варианту осуществления изобретения.

[0038] Потенциал V_G вывода затвора становится равным V_cc, когда переключающий элемент 21a включен, и становится равным 0 В, когда переключающий элемент 21a выключен, согласно сигналу возбуждения из блока 8 управления. В связи с этим форма волны потенциала V_G вывода затвора представляет собой прямоугольную волну (Фиг. 3(A)). Форма волны напряжения V_GE затвор-эмиттер также представляет собой прямоугольную волну, однако она смещена в отрицательном направлении на величину потенциала V_E вывода эмиттера.

[0039] Когда вышеуказанное выражение (6) не удовлетворяется, напряжение V_GE затвор-эмиттер, когда переключающий элемент 21a включен, становится ниже порогового напряжения V_th. В связи с этим переключающий элемент 21a выключается (Фиг. 3(B)). Когда вышеуказанное выражение (6) удовлетворяется, напряжение V_GE затвор-эмиттер, когда переключающий элемент 21a включен, не становится ниже порогового напряжения V_th, даже принимая во внимание величину смещения. В связи с этим переключающий элемент 21a поддерживает включенное состояние (Фиг. 3(C)).

[0040] Соответственно в настоящем варианте осуществления путем обеспечения шунтирующего сопротивления 6 источника питания и шунтирующих сопротивлений 7a и 7b нижнего плеча, которые имеют значение сопротивления, которое удовлетворяет вышеуказанному выражению (6), переключающий элемент 21a может быть стабильно возбужден.

[0041] Как описано выше, каждый из блоков 9a и 9b определения напряжения нижнего плеча выполнен посредством блока усиления, который устанавливает значение напряжения на напряжение, которое легко обрабатывается блоком 8 управления. Примеры такого блока усиления включают в себя операционный усилитель. Однако так как операционный усилитель в общем имеет мертвую зону, когда операционный усилитель используется в качестве блока усиления, входное напряжение операционного усилителя регулируется, чтобы быть равным или большим, чем напряжение в мертвой зоне.

[0042] Как описано выше, может быть получено устройство преобразования мощности, которое включает в себя шунтирующие сопротивления и переключающие элементы, и которое способно к выполнению стабильного управления.

[0043] Хотя не проиллюстрировано, устройство 10 преобразования мощности настоящего варианта осуществления может иметь конфигурацию, в которой определяется сверхток. В частности, в настоящем изобретении значение сопротивления шунтирующего сопротивления устанавливается согласно напряжению включения переключающего элемента. В связи с этим значение сопротивления уменьшается, а значение тока может быть увеличено. Соответственно конфигурация определения сверхтока является эффективной. Например, блок 8 управления может включать в себя блок вычисления тока и блок сравнения.

[0044] Блок вычисления тока использует значение напряжения, определенное описанным выше образом, и значение сопротивления шунтирующего сопротивления для вычисления значения тока и выводит вычисленное значение тока в блок сравнения.

[0045] Блок сравнения включает в себя блок хранения. Блок хранения имеет пороговое значение сверхтока для определения сверхтока, сохраненное в нем. Блок сравнения сравнивает вычисленное значение тока с пороговым значением сверхтока. Он может быть выполнен так, что, когда вычисленное значение тока равно или больше, чем пороговое значение сверхтока, или вычисленное значение тока превышает пороговое значение сверхтока, блок 8 управления останавливает генерацию сигнала возбуждения и останавливает подачу напряжения V_cc возбуждения на переключающий элемент.

[0046] Второй вариант осуществления.

Фиг. 4 представляет собой схему, иллюстрирующую пример конфигурации устройства преобразования мощности согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство 20 преобразования мощности, проиллюстрированное на Фиг. 4, расположено между источником 1 питания постоянного тока и двигателем 3 и преобразует мощность постоянного тока источника 1 питания постоянного тока для подачи двигателю 3 (нагрузка) в мощность трехфазного переменного тока.

[0047] Устройство 20 преобразования мощности, проиллюстрированное на Фиг. 4, включает в себя инвертор 2, блок 4b периферийной схемы, блок 5 схемы возбуждения и блок 8 управления. Инвертор 2, блок 5 схемы возбуждения и блок 8 управления идентичны описанным в первом варианте осуществления.

[0048] Блок 4b периферийной схемы включает в себя шунтирующее сопротивление 6 источника питания, шунтирующие сопротивления 7a и 7b нижнего плеча и шунтирующее сопротивление 7c нижнего плеча, блоки 9a и 9b определения напряжения нижнего плеча и блок 9c определения напряжения нижнего плеча. То есть, устройство 20 преобразования мощности отличается от устройства 10 преобразования мощности, проиллюстрированного на Фиг. 1 согласно первому варианту осуществления в том, что устройство 20 преобразования мощности включает в себя шунтирующее сопротивление 7c нижнего плеча и блок 9c определения напряжения нижнего плеча. Другие конфигурации идентичны устройству 10 преобразования мощности согласно первому варианту осуществления. В связи с этим их описания изложены в первом варианте осуществления.

[0049] Шунтирующее сопротивление 7c нижнего плеча обеспечено между шунтирующим сопротивлением 6 источника питания и эмиттером переключающего элемента 21c в участке 21 нижнего плеча. Шунтирующее сопротивление 7c нижнего плеча представляет собой шунтирующее сопротивление нижнего плеча W-фазы. Значение сопротивления шунтирующего сопротивления 7c нижнего плеча обозначено R_sh.

[0050] Блок 9c определения напряжения нижнего плеча обеспечен между блоком 8 управления и точкой соединения между шунтирующим сопротивлением 7c нижнего плеча с эмиттером переключающего элемента 21c в участке 21 нижнего плеча. Блок 9c определения напряжения нижнего плеча представляет собой блок определения напряжения нижнего плеча W-фазы. Блок 9c определения напряжения нижнего плеча определяет напряжение (V_w) между стороной отрицательного напряжения (GND) источника 1 питания постоянного тока и точкой соединения между шунтирующим сопротивлением 7c нижнего плеча и эмиттером переключающего элемента 21c в участке 21 нижнего плеча.

[0051] Блок 9c определения напряжения нижнего плеча выполнен, например, посредством блока усиления, который выполнен с возможностью установки напряжения V_w на значение напряжения, которое легко обрабатывается блоком 8 управления. Блок 8 управления вычисляет ток двигателя согласно значению напряжения, определяемому блоками 9a, 9b и 9c определения напряжения нижнего плеча, и выполняет вычисление управления.

[0052] Также в настоящем варианте осуществления путем обеспечения шунтирующего сопротивления 6 источника питания, имеющего значение сопротивления, которое удовлетворяет выражению (6) в первом варианте осуществления, и блока 9a определения напряжения нижнего плеча, переключающий элемент 21a может быть стабильно возбужден.

[0053] Как описано выше, шунтирующее сопротивление нижнего плеча и блок определения напряжения нижнего плеча могут быть обеспечены для каждой из трех фаз.

[0054] Подобно первому варианту осуществления устройство 20 преобразования мощности настоящего варианта осуществления может иметь конфигурацию, в которой определяется сверхток.

[0055] Третий вариант осуществления.

Фиг. 5 представляет собой схему, иллюстрирующую пример конфигурации устройства преобразования мощности согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство 30 преобразования мощности, проиллюстрированное на Фиг. 5, расположено между источником 1 питания постоянного тока и двигателем 3 и преобразует мощность постоянного тока источника 1 питания постоянного тока для подачи двигателю 3 (нагрузка) в мощность трехфазного переменного тока.

[0056] Устройство 30 преобразования мощности, проиллюстрированное на Фиг. 5, включает в себя инвертор 2, блок 4c периферийной схемы, блок 5 схемы возбуждения и блок 8 управления. Инвертор 2, блок 5 схемы возбуждения и блок 8 управления идентичны описанным в первом варианте осуществления.

[0057] Блок 4c периферийной схемы включает в себя шунтирующее сопротивление 6 источника питания и блок 9 определения шунтирующего напряжения источника питания. То есть, устройство 30 преобразования мощности отличается от устройства 10 преобразования мощности, проиллюстрированного на Фиг. 1 согласно первому варианту осуществления в том, что устройство 30 преобразования мощности не включает в себя шунтирующие сопротивления 7a и 7b нижнего плеча и блоки 9a и 9b определения напряжения нижнего плеча, а включает в себя блок 9 определения шунтирующего напряжения источника питания. Другие конфигурации идентичны устройству 10 преобразования мощности согласно первому варианту осуществления. В связи с этим их описания изложены в первом варианте осуществления.

[0058] Блок 9 определения шунтирующего напряжения источника питания обеспечен между шунтирующим сопротивлением 6 источника питания и эмиттерами переключающих элементов 21a-21c в участке 21 нижнего плеча и определяет напряжение (V_Rdc) между стороной отрицательного напряжения (GND) источника 1 питания постоянного тока и стороной эмиттера переключающих элементов 21a-21c в участке 21 нижнего плеча.

[0059] Блок 9 определения шунтирующего напряжения источника питания выполнен, например, посредством блока усиления, который выполнен с возможностью установки напряжения V_Rdc на значение напряжения, которое легко обрабатывается блоком 8 управления. Блок 8 управления вычисляет ток двигателя согласно значению напряжения, определяемому блоком 9 определения шунтирующего напряжения источника питания, и выполняет вычисление управления.

[0060] Далее подробно описан блок 4c периферийной схемы. Фиг. 6 представляет собой схему, иллюстрирующую участок блока 4c периферийной схемы, который соединен с переключающим элементом 21a (переключающим элементом нижнего плеча U-фазы), выделяя область, окруженную пунктирной линией на Фиг. 5 и соответствующую Фиг. 2 согласно первому варианту осуществления. Схема 51a возбуждения затвора нижнего плеча, которая представляет собой часть схемы 51 возбуждения затвора нижнего плеча, соединена с выводом затвора переключающего элемента 21a. Сторона положительного напряжения источника 11 питания постоянного тока соединена со схемой 51a возбуждения затвора.

[0061] Согласно сигналу возбуждения (сигналу включения/выключения), выводимому из блока 8 управления, схема 51a возбуждения затвора нижнего плеча повышает напряжение для подачи на вывод затвора переключающего элемента 21a. То есть, когда переключающий элемент 21a должен быть включен, напряжения (V_cc), которое является более высоким, чем пороговое напряжение V_th переключающего элемента 21a, подается на вывод затвора переключающего элемента 21a.

[0062] Напряжение V_GE затвор-эмиттер в переключающем элементе 21a выражается в виде выражения (1) в первом варианте осуществления с использованием потенциала V_E вывода эмиттера и потенциала V_G вывода затвора относительно опорного потенциала (GND) схемы 51a возбуждения затвора нижнего плеча. Потенциал V_E вывода эмиттера выражается в виде следующего выражения (7) с использованием напряжения V_Rdc.

[0063] [Выражение 7]

V_E=V_Rdc (7)

[0064] Когда сигнал возбуждения для включения переключающего элемента 21a выводится из блока 8 управления, потенциал V_G вывода затвора относительно опорного потенциала (GND) равен потенциалу V_cc на стороне положительного напряжения источника 11 питания постоянного тока относительно опорного потенциала (GND). Напряжение V_GE затвор-эмиттер в переключающем элементе 21a выражается в виде следующего выражения (8) путем подстановки выражения (7) в вышеприведенное выражение (1).

[0065] [Выражение 8]

V_GE=V_cc-V_Rdc (8)

[0066] Потенциал V_cc на стороне положительного напряжения источника 11 питания постоянного тока относительно опорного потенциала (GND) представляет собой фиксированное значение. В связи с этим напряжение V_GE затвор-эмиттер в переключающем элементе 21a изменяется согласно напряжению V_Rdc на шунтирующем сопротивлении 6 источника питания.

[0067] Для поддержания включенного состояния переключающего элемента 21a напряжение V_GE затвор-эмиттер в переключающем элементе 21a должно поддерживаться так, чтобы быть больше порогового напряжения V_th переключающего элемента 21a, и в связи с этим V_GE >V_th. При использовании вышеприведенного выражения (8) необходимо удовлетворять следующему выражению (9) для того, чтобы поддерживать включенное состояние переключающего элемента 21a.

[0068] [Выражение 9]

V_cc-V_Rdc>V_th (9)

[0069] Рассмотрен случай, в котором значение в левой стороне вышеприведенного выражения (9) минимизируется. Как описано выше, потенциал V_cc на стороне положительного напряжения источника 11 питания постоянного тока относительно опорного потенциала (GND) представляет собой фиксированное значение. В связи с этим, когда напряжение V_Rdc максимизируется, значение в левой стороне вышеприведенного выражения (9) становится минимальным. Напряжение V_Rdc становится максимальным, когда пиковое значение I_peak тока двигателя протекает к шунтирующему сопротивлению 6 источника питания. Это выражается в виде следующего выражения (10).

[0070] [Выражение 10]

V_Rdc=R_dc×I_peak (10)

[0071] Следующее выражение (11) получается путем подстановки вышеприведенного выражения (10) в вышеприведенное выражение (9).

[0072] [Выражение 11]

R_dc×I_peak<(V_cc-V_th) (11)

[0073] Вышеприведенное выражение (11) представляет собой условие для поддержания включенного состояния переключающего элемента 21a.

[0074] Подобно описаниям со ссылкой на Фиг. 3 в первом варианте осуществления потенциал V_G вывода затвора становится равным V_cc, когда переключающий элемент 21a включен, и становится равным 0 В, когда переключающий элемент 21a выключен, согласно сигналу возбуждения из блока 8 управления. В связи с этим форма волны потенциала V_G вывода затвора представляет собой прямоугольную волну. Форма волны напряжения V_GE затвор-эмиттер также представляет собой прямоугольную волну, однако она смещена в отрицательном направлении на величину потенциала V_E вывода эмиттера (напряжение V_Rdc). Когда вышеуказанное выражение (11) не удовлетворяется, напряжение V_GE затвор-эмиттер, когда переключающий элемент 21a включен, становится ниже порогового напряжения V_th. В связи с этим переключающий элемент 21a выключается. Когда вышеуказанное выражение (11) удовлетворяется, напряжение V_GE затвор-эмиттер, когда переключающий элемент 21a включен, не становится ниже порогового напряжения V_th, даже принимая во внимание величину смещения. В связи с этим переключающий элемент 21a поддерживает включенное состояние.

[0075] Соответственно в настоящем варианте осуществления путем обеспечения шунтирующего сопротивления 6 источника питания, которое имеет значение сопротивления, которое удовлетворяет вышеприведенному выражению (11), переключающий элемент 21a может быть стабильно возбужден.

[0076] Подобно первому и второму вариантам осуществления примеры блока усиления, который образует блок 9 определения шунтирующего напряжения источника питания, включают в себя операционный усилитель. Так как операционный усилитель в общем имеет мертвую зону, когда операционный усилитель используется в качестве блока усиления, входное напряжение операционного усилителя регулируется, чтобы быть равным или большим, чем напряжение в мертвой зоне.

[0077] Как описано выше, даже когда устройство преобразования мощности не включают в себя шунтирующее сопротивление нижнего плеча или блок определения напряжения нижнего плеча, путем включения шунтирующего сопротивления источника питания и блока определения шунтирующего напряжения источника питания может быть получено устройство преобразования мощности, которое включает в себя шунтирующее сопротивление и переключающий элемент, и которое способно к выполнению стабильного управления. Согласно конфигурации настоящего варианта осуществления количество элементов может быть уменьшено по сравнению с первым и вторым вариантами осуществления.

[0078] Подобно первому варианту осуществления, хотя устройство 30 преобразования мощности настоящего варианта осуществления может иметь конфигурацию, в которой определяется сверхток, оно может быть выполнено так, что блок 12 определения сверхтока, проиллюстрированный на Фиг. 6, непосредственно использует потенциал шунтирующего сопротивления для осуществления определения сверхтока посредством аппаратного обеспечения.

[0079] Четвертый вариант осуществления.

Фиг. 7 представляет собой схему, иллюстрирующую пример конфигурации устройства преобразования мощности согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство 40 преобразования мощности, проиллюстрированное на Фиг. 7, расположено между источником 1 питания постоянного тока и двигателем 3 и преобразует мощность постоянного тока источника 1 питания постоянного тока для подачи двигателю 3 (нагрузка) в мощность трехфазного переменного тока.

[0080] Устройство 40 преобразования мощности, проиллюстрированное на Фиг. 7, включает в себя инвертор 2, блок 4d периферийной схемы, блок 5 схемы возбуждения и блок 8 управления.

[0081] Инвертор 2, блок 5 схемы возбуждения и блок 8 управления идентичны описанным в первом варианте осуществления.

[0082] Блок 4d периферийной схемы включает в себя шунтирующие сопротивления 7a, 7b и 7c нижнего плеча и блоки 9a, 9b и 9c определения напряжения нижнего плеча. То есть, устройство 40 преобразования мощности отличается от устройства 10 преобразования мощности, проиллюстрированного на Фиг. 1 согласно первому варианту осуществления в том, что устройство 40 преобразования мощности не включают в себя шунтирующее сопротивление 6 источника питания, а включает в себя шунтирующее сопротивление 7c нижнего плеча и блок 9c определения напряжения нижнего плеча. Другие конфигурации идентичны устройству 10 преобразования мощности согласно первому варианту осуществления. В связи с этим их описания изложены в первом варианте осуществления. Устройство 40 преобразования мощности отличается от устройства 20 преобразования мощности, проиллюстрированного на Фиг. 4 согласно второму варианту осуществления в том, что устройство 40 преобразования мощности не включают в себя шунтирующее сопротивление 6 источника питания.

[0083] Шунтирующие сопротивления 7a, 7b и 7c нижнего плеча обеспечены между стороной отрицательного напряжения (сторона GND) источника 1 питания постоянного тока и соответственными эмиттерами переключающих элементов 21a, 21b и 21c в участке 21 нижнего плеча. Шунтирующее сопротивление 7a нижнего плеча представляет собой шунтирующее сопротивление нижнего плеча U-фазы. Шунтирующее сопротивление 7b нижнего плеча представляет собой шунтирующее сопротивление нижнего плеча V-фазы. Шунтирующее сопротивление 7c нижнего плеча представляет собой шунтирующее сопротивление нижнего плеча W-фазы. Значение сопротивления соответственных шунтирующих сопротивлений 7a, 7b и 7c нижнего плеча обозначено R_sh.

[0084] Блок 9a определения напряжения нижнего плеча обеспечен между блоком 8 управления и точкой соединения между шунтирующим сопротивлением 7a нижнего плеча и эмиттером переключающего элемента 21a в участке 21 нижнего плеча. Блок 9b определения напряжения нижнего плеча обеспечен между блоком 8 управления и точкой соединения между шунтирующим сопротивлением 7b нижнего плеча и эмиттером переключающего элемента 21b в участке 21 нижнего плеча. Блок 9c определения напряжения нижнего плеча обеспечен между блоком 8 управления и точкой соединения между шунтирующим сопротивлением 7c нижнего плеча и эмиттером переключающего элемента 21c в участке 21 нижнего плеча. Блок 9a определения напряжения нижнего плеча представляет собой блок определения напряжения нижнего плеча U-фазы. Блок 9b определения напряжения нижнего плеча представляет собой блок определения напряжения нижнего плеча V-фазы. Блок 9c определения напряжения нижнего плеча представляет собой блок определения напряжения нижнего плеча W-фазы. Блок 9a определения напряжения нижнего плеча определяет напряжение (V_u) между стороной отрицательного напряжения (GND) источника 1 питания постоянного тока и точкой соединения между шунтирующим сопротивлением 7a нижнего плеча и эмиттером переключающего элемента 21a в участке 21 нижнего плеча. Блок 9b определения напряжения нижнего плеча определяет напряжение (V_v) между стороной отрицательного напряжения (GND) источника 1 питания постоянного тока и точкой соединения между шунтирующим сопротивлением 7b нижнего плеча и эмиттером переключающего элемента 21b в участке 21 нижнего плеча. Блок 9c определения напряжения нижнего плеча определяет напряжение (V_w) между стороной отрицательного напряжения (GND) источника 1 питания постоянного тока и точкой соединения между шунтирующим сопротивлением 7c нижнего плеча и эмиттером переключающего элемента 21c в участке 21 нижнего плеча.

[0085] Каждый из блоков 9a, 9b и 9c определения напряжения нижнего плеча выполнен, например, посредством блока усиления, который выполнен с возможностью установки напряжений V_u, V_v и V_w на значения напряжения, которые легко обрабатываются блоком 8 управления. Блок 8 управления вычисляет ток двигателя согласно значению напряжения, определяемому блоками 9a, 9b и 9c определения напряжения нижнего плеча, и выполняет вычисление управления.

[0086] Далее подробно описан блок 4d периферийной схемы. Фиг. 8 представляет собой схему, иллюстрирующую участок блока 4d периферийной схемы, который соединен с переключающим элементом 21a (переключающим элементом нижнего плеча U-фазы), выделяя область, окруженную пунктирной линией на Фиг. 7 и соответствующую Фиг. 2 согласно первому варианту осуществления или соответствующую Фиг. 6 согласно третьему варианту осуществления. Схема 51a возбуждения затвора нижнего плеча, которая представляет собой часть схемы 51 возбуждения затвора нижнего плеча, соединена с выводом затвора переключающего элемента 21a. Сторона положительного напряжения источника 11 питания постоянного тока соединена со схемой 51a возбуждения затвора нижнего плеча.

[0087] Согласно сигналу возбуждения (сигналу включения/выключения), выводимому из блока 8 управления, схема 51a возбуждения затвора нижнего плеча повышает напряжение для подачи на вывод затвора переключающего элемента 21a. То есть, когда переключающий элемент 21a должен быть включен, напряжения (V_cc), которое является более высоким, чем пороговое напряжение V_th переключающего элемента 21a, подается на вывод затвора переключающего элемента 21a.

[0088] Напряжение V_GE затвор-эмиттер в переключающем элементе 21a выражается в виде выражения (1) в первом варианте осуществления с использованием потенциала V_E вывода эмиттера и потенциала V_G вывода затвора относительно опорного потенциала (GND) схемы 51a возбуждения затвора нижнего плеча. Потенциал V_E вывода эмиттера выражается в виде следующего выражения (12) с использованием напряжения V_{Rsh_u} на шунтирующем сопротивлении 7a нижнего плеча.

[0089] [Выражение 12]

V_E=V_{Rsh_u} (12)

[0090] Когда сигнал возбуждения для включения переключающего элемента 21a выводится из блока 8 управления, потенциал V_G вывода затвора относительно опорного потенциала (GND) равен потенциалу V_cc на стороне положительного напряжения источника 11 питания постоянного тока относительно опорного потенциала (GND). Напряжение V_GE затвор-эмиттер в переключающем элементе 21a выражается в виде следующего выражения (13) путем подстановки выражения (12) в вышеприведенное выражение (1).

[0091] [Выражение 13]

V_GE=V_cc-V_{Rsh_u} (13)

[0092] Потенциал V_cc на стороне положительного напряжения источника 11 питания постоянного тока относительно опорного потенциала (GND) представляет собой фиксированное значение. В связи с этим напряжение V_GE затвор-эмиттер в переключающем элементе 21a изменяется согласно напряжению V_Rdc на шунтирующем сопротивлении 6 источника питания и напряжению V_{Rsh_u} на блоке 9a определения напряжения нижнего плеча.

[0093] Для поддержания включенного состояния переключающего элемента 21a напряжение V_GE затвор-эмиттер в переключающем элементе 21a должно поддерживаться так, чтобы быть больше порогового напряжения V_th переключающего элемента 21a, и в связи с этим V_GE>V_th. При использовании вышеприведенного выражения (13) необходимо удовлетворять следующему выражению (14) для того, чтобы поддерживать включенное состояние переключающего элемента 21a.

[0094] [Выражение 14]

V_cc-V_{Rsh_u}>V_th (14)

[0095] Рассмотрен случай, в котором значение в левой стороне вышеприведенного выражения (14) минимизируется. Как описано выше, потенциал V_cc на стороне положительного напряжения источника 11 питания постоянного тока относительно опорного потенциала (GND) представляет собой фиксированное значение. В связи с этим, когда напряжение V_{Rsh_u} максимизируется, значение в левой стороне вышеприведенного выражения (14) становится минимальным. Напряжение V_{Rsh_u} становится максимальным, когда пиковое значение I_peak тока двигателя протекает к шунтирующему сопротивлению 7a нижнего плеча. То есть, когда напряжение V_{Rsh_u} в вышеприведенном выражении (14) максимизируется, это выражается в виде следующего выражения (15).

[0096] [Выражение 15]

V_{Rsh_u}=R_sh×I_peak (15)

[0097] Следующее выражение (16) получается путем подстановки вышеприведенного выражения (15) в вышеприведенное выражение (14).

[0098] [Выражение 16]

R_sh×I_peak<(V_cc-V_th) (16)

[0099] Вышеприведенное выражение (16) представляет собой условие для поддержания включенного состояния переключающего элемента 21a.

[0100] Подобно описаниям со ссылкой на Фиг. 3 в первом варианте осуществления потенциал V_G вывода затвора становится равным V_cc, когда переключающий элемент 21a включен, и становится равным 0 В, когда переключающий элемент 21a выключен, согласно сигналу возбуждения из блока 8 управления. В связи с этим форма волны потенциала V_G вывода затвора представляет собой прямоугольную волну. Форма волны напряжения V_GE затвор-эмиттер также представляет собой прямоугольную волну, однако она смещена в отрицательном направлении на величину потенциала V_E вывода эмиттера (напряжение V_{Rsh_u}). Когда вышеуказанное выражение (16) не удовлетворяется, напряжение V_GE затвор-эмиттер, когда переключающий элемент 21a включен, становится ниже порогового напряжения V_th. В связи с этим переключающий элемент 21a выключается. Когда вышеуказанное выражение (16) удовлетворяется, напряжение V_GE затвор-эмиттер, когда переключающий элемент 21a включен, не становится ниже порогового напряжения V_th, даже принимая во внимание величину смещения. В связи с этим переключающий элемент 21a поддерживает включенное состояние.

[0101] Соответственно в настоящем варианте осуществления путем обеспечения шунтирующих сопротивлений 7a, 7b и 7c нижнего плеча, которые имеют значение сопротивления, которое удовлетворяет вышеприведенному выражению (16), переключающий элемент 21a может быть стабильно возбужден.

[0102] Подобно вариантам осуществления с первого по третий примеры блока усиления, который образует каждый из блоков 9a, 9b и 9c определения напряжения нижнего плеча, включают в себя операционный усилитель. Так как операционный усилитель в общем имеет мертвую зону, когда операционный усилитель используется в качестве блока усиления, входное напряжение операционного усилителя регулируется, чтобы быть равным или большим, чем напряжение в мертвой зоне.

[0103] Как описано выше, даже когда устройство преобразования мощности не включает в себя шунтирующее сопротивление источника питания, путем включения шунтирующих сопротивлений нижнего плеча и блоков определения напряжения нижнего плеча, соответствующих всем фазам, может быть получено устройство преобразования мощности, которое включает в себя шунтирующее сопротивление и переключающий элемент, и которое способно к выполнению стабильного управления.

[0104] Подобно первому варианту осуществления устройство 40 преобразования мощности настоящего варианта осуществления может иметь конфигурацию определения сверхтока.

[0105] Пятый вариант осуществления.

Фиг. 9 представляет собой схему, иллюстрирующую пример конфигурации устройства преобразования мощности согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство 50 преобразования мощности, проиллюстрированное на Фиг. 9, расположено между источником 501 питания переменного тока и нагрузкой 503. Устройство 50 преобразования мощности преобразует мощность переменного тока, подаваемую от источника 501 питания переменного тока, в мощность постоянного тока и повышает напряжение этой мощности постоянного тока для подачи на нагрузку 503.

[0106] Устройство 50 преобразования мощности, проиллюстрированное на Фиг. 9, включает в себя схему 502 выпрямления, сглаживающий конденсатор 504, реактор 505, диод 506 для предотвращения противотока, переключающий элемент 507, блок 508 управления и схему 509 возбуждения затвора.

[0107] Схема 502 выпрямления преобразует мощность переменного тока, подаваемую от источника 501 питания переменного тока, в мощность постоянного тока. Сглаживающий конденсатор 504 сглаживает напряжение постоянного тока, выводимое из схемы 502 выпрямления. Реактор 505 соединен со стороной положительного напряжения сглаживающего конденсатора 504. Диод 506 для предотвращения противотока предотвращает противоток тока из нагрузки 503. Переключающий элемент 507 выполняет управление коротким замыканием. Блок 508 управления генерирует сигнал возбуждения для переключающего элемента 507 и выводит сигнал возбуждения. Блок 508 управления представляет собой контроллер, который выполнен в виде микрокомпьютера или CPU, например, и преобразует входной аналоговый сигнал напряжения в цифровое значение для управления напряжением или током для подачи на нагрузку 503. Согласно сигналу возбуждения, выводимому из блока 508 управления, схема 509 возбуждения затвора подает напряжение возбуждения на вывод затвора переключающего элемента 507.

[0108] Устройство 50 преобразования мощности, проиллюстрированное на Фиг. 9, дополнительно включает в себя шунтирующее сопротивление 510 и блок 511 определения напряжения шунтирующего сопротивления. Шунтирующее сопротивление 510 обеспечено между выводом эмиттера переключающего элемента 507 и стороной отрицательного напряжения источника 501 питания переменного тока. Блок 511 определения напряжения шунтирующего сопротивления обеспечен между стороной отрицательного напряжения источника 501 питания переменного тока и точкой соединения между шунтирующим сопротивлением 510 и переключающим элементом 507. Значение сопротивления шунтирующего сопротивление 510 обозначено R_sh.

[0109] Блок 511 определения напряжения шунтирующего сопротивления выполнен, например, посредством блока усиления, который выполнен с возможностью установки напряжения V0 шунтирующего сопротивления 510 на значение напряжения, которое легко обрабатывается блоком 508 управления. Блок 508 управления управляет напряжением и током для подачи на нагрузку 503 согласно значению напряжения, определяемому блоком 511 определения напряжения шунтирующего сопротивления.

[0110] Далее подробно описан блок периферийной схемы устройства 50 преобразования мощности. Фиг. 10 представляет собой схему, иллюстрирующую участок блока периферийной схемы устройства 50 преобразования мощности, который соединен с переключающим элементом 507, выделяя область, окруженную пунктирной линией на Фиг. 9. Схема 509 возбуждения затвора соединена с выводом затвора переключающего элемента 507. Сторона положительного напряжения источника 512 питания постоянного тока соединена со схемой 509 возбуждения затвора.

[0111] Согласно сигналу возбуждения (сигналу включения/выключения), выводимому из блока 508 управления, схема 509 возбуждения затвора повышает напряжение для подачи на вывод затвора переключающего элемента 507. То есть, когда переключающий элемент 507 должен быть включен, напряжение (V_cc), которое является более высоким, чем пороговое напряжение V_th переключающего элемента 507, подается на вывод затвора переключающего элемента 507.

[0112] Напряжение V_GE затвор-эмиттер в переключающем элементе 507 выражается в виде выражения (1) в первом варианте осуществления с использованием потенциала V_E вывода эмиттера и потенциала V_G вывода затвора относительно опорного потенциала (GND) схемы 509 возбуждения затвора. Потенциал V_E вывода эмиттера выражается в виде следующего выражения (17) с использованием напряжения V_Rsh на шунтирующем сопротивлении 510.

[0113] [Выражение 17]

V_E=V_Rsh (17)

[0114] Когда сигнал возбуждения для включения переключающего элемента 507 выводится из блока 508 управления, потенциал V_G вывода затвора относительно опорного потенциала (GND) равен потенциалу V_cc на стороне положительного напряжения источника 512 питания постоянного тока относительно опорного потенциала (GND). Напряжение V_GE затвор-эмиттер в переключающем элементе 507 выражается в виде следующего выражения (18) путем подстановки выражения (17) в вышеприведенное выражение (1).

[0115] [Выражение 18]

V_GE=V_cc-V_Rsh (18)

[0116] Потенциал V_cc на стороне положительного напряжения источника 512 питания постоянного тока относительно опорного потенциала (GND) представляет собой фиксированное значение. В связи с этим напряжение V_GE затвор-эмиттер в переключающем элементе 507 изменяется согласно напряжению V_Rsh на шунтирующем сопротивлении 510.

[0117] Для поддержания включенного состояния переключающего элемента 507 напряжение V_GE затвор-эмиттер в переключающем элементе 507 должно поддерживаться так, чтобы быть больше, чем пороговое напряжение V_th переключающего элемента 507, и, таким образом, V_GE>V_th. При использовании вышеприведенного выражения (18) необходимо удовлетворять следующему выражению (19) для того, чтобы поддерживать включенное состояние переключающего элемента 507.

[0118] [Выражение 19]

V_cc-V_Rsh>V_th (19)

[0119] Рассмотрен случай, в котором значение в левой стороне вышеприведенного выражения (19) минимизируется. Как описано выше, потенциал V_cc на стороне положительного напряжения источника 512 питания постоянного тока относительно опорного потенциала (GND) представляет собой фиксированное значение. В связи с этим, когда напряжение V_Rsh максимизируется, значение в левой стороне вышеприведенного выражения (14) становится минимальным. Напряжения V_Rsh становится максимальным, когда пиковое значение I_peak тока двигателя протекает к шунтирующему сопротивлению 510. То есть, когда напряжения V_Rsh в вышеприведенном выражении (19) максимизируется, это выражается в виде следующего выражения (20).

[0120] [Выражение 20]

V_Rsh=R_sh×I_peak (20)

[0121] Следующее выражение (21) получается путем подстановки вышеприведенного выражения (20) в вышеприведенное выражение (19).

[0122] [Выражение 21]

R_sh×I_peak<(V_cc-V_th) (21)

[0123] Подобно описаниям со ссылкой на Фиг. 3A, 3B и 3C в первом варианте осуществления потенциал V_G вывода затвора становится равным V_cc, когда переключающий элемент 507 включен, и становится равным 0 В, когда переключающий элемент 507 выключен, согласно сигналу возбуждения из блока 8 управления. В связи с этим форма волны потенциала V_G вывода затвора представляет собой прямоугольную волну. Форма волны напряжения V_GE затвор-эмиттер также представляет собой прямоугольную волну, однако она смещена в отрицательном направлении на величину потенциала V_E вывода эмиттера (напряжение V_{Rsh_u}). Когда вышеуказанное выражение (21) не удовлетворяется, напряжение V_GE затвор-эмиттер, когда переключающий элемент 507 включен, становится ниже порогового напряжения V_th. В связи с этим переключающий элемент 507 выключается. Когда вышеуказанное выражение (21) удовлетворяется, напряжение V_GE затвор-эмиттер, когда переключающий элемент 21a включен, не становится ниже порогового напряжения V_th, даже принимая во внимание величину смещения. В связи с этим переключающий элемент 507 поддерживает включенное состояние.

[0124] Соответственно в настоящем варианте осуществления путем обеспечения шунтирующего сопротивления 510, которое имеет значение сопротивления, которое удовлетворяет вышеприведенному выражению (21), переключающий элемент 507 может быть стабильно возбужден.

[0125] Подобно вариантам осуществления с первого по четвертый примеры блока усиления, который образует блок 511 определения напряжения шунтирующего сопротивления, включают в себя операционный усилитель. Так как операционный усилитель в общем имеет мертвую зону, когда операционный усилитель используется в качестве блока усиления, входное напряжение операционного усилителя регулируется, чтобы быть равным или большим, чем напряжение в мертвой зоне.

[0126] Как описано выше, может быть получено устройство преобразования мощности, которое включает в себя шунтирующее сопротивление и переключающий элемент, и которое способно к выполнению стабильного управления.

[0127] Хотя в описанных выше вариантах осуществления с первого по пятый описаны примеры, в которых устройство преобразования мощности преобразует мощность постоянного тока источника 1 питания постоянного тока в мощность трехфазного переменного тока, настоящее изобретение не ограничивается ими. Настоящее изобретение также может быть выполнено так, что устройство преобразования мощности преобразует мощность постоянного тока источника 1 питания постоянного тока мощность однофазного переменного тока.

[0128] Устройство преобразования мощности, описанное в вариантах осуществления с первого по пятый, иллюстрирует двигатель в качестве нагрузки, и в связи с этим двигатель может быть применен к устройству возбуждения двигателя вышеописанным образом. Такое устройство возбуждения двигателя может быть применено к нагнетателю воздуха или компрессору, установленным в кондиционере воздуха, холодильнике или морозильном аппарате.

Список условных обозначений

[0129] 1 источник питания постоянного тока, 2 инвертор, 3 двигатель, 4a-4d блок периферийной схемы, 5 блок схемы возбуждения, 6 шунтирующее сопротивление источника питания, 7a-7c шунтирующее сопротивление нижнего плеча, 8 блок управления, 9 блок определения шунтирующего напряжения источника питания, 9a-9c блок определения напряжения нижнего плеча, 10, 20, 30, 40, 50 устройство преобразования мощности, 11 источник питания постоянного тока, 12 блок определения сверхтока, 21 участок нижнего плеча, 22 участок верхнего плеча, 21a-21c, 22а-22c переключающий элемент, 41a-41c, 42a-42c диод свободного хода, 51, 51a схема возбуждения затвора нижнего плеча, 52 схема возбуждения затвора верхнего плеча, 501 источник питания переменного тока, 502 схема выпрямления, 503 нагрузка, 504 сглаживающий конденсатор, 505 реактор, 506 диод для предотвращения противотока, 507 переключающий элемент, 508 блок управления, 509 схема возбуждения затвора, 510 шунтирующее сопротивление, 511 блок определения напряжения шунтирующего сопротивления, 512 источник питания постоянного тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройстве преобразования мощности, переключающем устройстве, устройстве возбуждения двигателя, нагнетателе воздуха, компрессоре, кондиционере воздуха, холодильнике и морозильном аппарате. Задачей настоящего изобретения является обеспечение переключающего устройства в устройстве преобразования мощности, которое расположено между источником питания и нагрузкой, причем устройство преобразования мощности включает в себя шунтирующее сопротивление и переключающий элемент и способно к выполнению стабильного управления переключающим устройством. Переключающее устройство включает в себя переключающий элемент (21a), который включает в себя вывод затвора, схему (51a) возбуждения затвора, которая подает напряжение V_cc возбуждения на вывод затвора переключающего элемента (21a), и блок (8) управления, который генерирует сигнал возбуждения для подачи на схему (51a) возбуждения затвора, и причем значение, получаемое вычитанием порогового напряжения V_th переключающего элемента (21a) из напряжения V_cc возбуждения для подачи на вывод затвора переключающего элемента (21a), больше, чем произведение значения R_sh+R_dc сопротивления от эмиттера переключающего элемента (21a) до отрицательного электрода схемы (51a) возбуждения затвора и максимального значения I_peak тока, который протекает через переключающий элемент (21a). 31 н. и 13 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Переключающее устройство, содержащее:

переключающий элемент, который включает в себя вывод затвора;

схему возбуждения затвора, которая подает напряжение возбуждения на вывод затвора; и

блок управления, который генерирует сигнал затвора, подлежащий подаче на схему возбуждения затвора, причем

разность между пороговым напряжением переключающего элемента и напряжением возбуждения, подлежащим подаче на вывод затвора больше, чем разность между потенциалом эмиттера переключающего элемента и опорным потенциалом схемы возбуждения затвора.

2. Переключающее устройство по п. 1, в котором разность между потенциалом эмиттера переключающего элемента и опорным потенциалом схемы возбуждения затвора включает в себя произведение значения сопротивления от эмиттера переключающего элемента до опорного потенциала схемы возбуждения затвора и значения тока, который протекает через переключающий элемент.

3. Устройство преобразования мощности, которое расположено между источником питания постоянного тока и нагрузкой и включает в себя по меньшей мере одно переключающее устройство по п. 1 или 2.

4. Устройство преобразования мощности, которое расположено между источником питания постоянного тока и нагрузкой и включает в себя множество переключающих устройств по п. 1 или 2, в котором плечо, имеющее верхний участок плеча и нижний участок плеча, обеспечено для подачи мощности переменного тока на нагрузку.

5. Устройство преобразования мощности по п. 4, причем

плечо включает в себя три ветви, соединенные параллельно, и

устройство преобразования мощности подает мощность трехфазного переменного тока на нагрузку.

6. Устройство преобразования мощности по п. 5, в котором

по меньшей мере две из трех ветвей дополнительно включают в себя

шунтирующее сопротивление нижнего плеча, которое подсоединено между выводом эмиттера переключающего элемента и выводом отрицательной стороны источника питания постоянного тока, и

блок определения напряжения нижнего плеча, который определяет потенциал между шунтирующим сопротивлением нижнего плеча и выводом эмиттера переключающего элемента относительно вывода отрицательной стороны источника питания постоянного тока, и

ветвь, которая не включает в себя шунтирующее сопротивление нижнего плеча и блок определения напряжения нижнего плеча, дополнительно включает в себя шунтирующее сопротивление источника питания, которое подсоединено между выводом эмиттера переключающего элемента и выводом отрицательной стороны источника питания постоянного тока.

7. Устройство преобразования мощности по п. 5, дополнительно содержащее:

шунтирующее сопротивление источника питания, которое подсоединено между выводом эмиттера переключающего элемента и выводом отрицательной стороны источника питания постоянного тока; и

блок определения шунтирующего напряжения источника питания, который определяет потенциал между шунтирующим сопротивлением источника питания и выводом эмиттера переключающего элемента относительно вывода отрицательной стороны источника питания постоянного тока.

8. Устройство преобразования мощности по п. 5, в котором

по меньшей мере две из трех ветвей дополнительно включают в себя

шунтирующее сопротивление нижнего плеча, которое подсоединено между выводом эмиттера переключающего элемента и выводом отрицательной стороны источника питания постоянного тока, и

блок определения напряжения нижнего плеча, который определяет потенциал между шунтирующим сопротивлением нижнего плеча и выводом эмиттера переключающего элемента относительно вывода отрицательной стороны источника питания постоянного тока.

9. Устройство преобразования мощности по п. 7, в котором

значение тока, который протекает к нагрузке, равно значению тока, который протекает через переключающий элемент,

блок управления вычисляет значение тока, который протекает к нагрузке, согласно значению напряжения, определяемому блоком определения шунтирующего напряжения источника питания, и

блок управления генерирует сигнал затвора для переключающего элемента в плече согласно упомянутому значению тока.

10. Устройство преобразования мощности по п. 7, в котором блок управления выполняет определение сверхтока на нагрузке согласно значению напряжения, определяемому блоком определения шунтирующего напряжения источника питания.

11. Устройство преобразования мощности по п. 7, в котором

блок управления включает в себя блок вычисления тока и блок сравнения,

причем блок вычисления тока вычисляет значение тока нагрузки согласно значению напряжения, определяемому блоком определения шунтирующего напряжения источника питания, и выводит вычисленное значение тока в блок сравнения,

блок сравнения включает в себя блок хранения, который имеет пороговое значение сверхтока для определения сверхтока, сохраненное в нем, и сравнивает вычисленное значение тока с пороговым значением сверхтока, и

блок управления выполняет определение сверхтока путем определения того, что сверхток обнаружен, когда вычисленное значение тока равно или больше, чем пороговое значение сверхтока, или когда вычисленное значение тока превышает пороговое значение сверхтока.

12. Устройство преобразования мощности по п. 10 или 11, в котором при определении сверхтока блок управления останавливает генерацию сигнала затвора.

13. Устройство преобразования мощности по п. 12, в котором блок управления останавливает генерацию сигнала затвора для прерывания напряжения возбуждения на вывод затвора переключающего элемента.

14. Устройство преобразования мощности, расположенное между источником питания переменного тока и нагрузкой, причем устройство преобразования мощности содержит:

схему выпрямления, которая выпрямляет напряжение источника питания переменного тока;

блок сглаживания, который обеспечен ближе к нагрузке, чем схема выпрямления, и который сглаживает напряжение постоянного тока, выпрямленное схемой выпрямления;

реактор, который обеспечен ближе к нагрузке, чем блок сглаживания;

элемент предотвращения противотока, который обеспечен на последующей ступени относительно реактора, и который предотвращает противоток тока к источнику питания переменного тока от блока сглаживания; и

переключающее устройство по п. 1 или 2, которое расположено между реактором и элементом предотвращения противотока, причем

переключающее устройство вызывает короткое замыкание положительной стороны и отрицательной стороны схемы выпрямления согласно сигналу затвора, сгенерированному блоком управления.

15. Устройство преобразования мощности по п. 14, дополнительно содержащее:

шунтирующее сопротивление, которое вставлено на отрицательной стороне схемы выпрямления; и

блок определения напряжения шунтирующего сопротивления отрицательной стороны, который определяет потенциал между шунтирующим сопротивлением и переключающим элементом в переключающем устройстве относительно потенциала на отрицательной стороне схемы выпрямления, причем

блок управления генерирует сигнал затвора согласно значению определения блока определения напряжения шунтирующего сопротивления отрицательной стороны.

16. Устройство преобразования мощности по п. 15, в котором блок управления выполняет определение сверхтока согласно значению определения блока определения напряжения шунтирующего сопротивления отрицательной стороны.

17. Устройство преобразования мощности по п. 15 или 16, в котором

блок управления включает в себя блок вычисления тока и блок сравнения,

причем блок вычисления тока вычисляет значение тока нагрузки согласно значению напряжения, определяемому блоком определения напряжения шунтирующего сопротивления отрицательной стороны, и выводит вычисленное значение тока в блок сравнения,

блок сравнения включает в себя блок хранения, который имеет пороговое значение сверхтока для определения сверхтока, сохраненное в нем, и сравнивает вычисленное значение тока с пороговым значением сверхтока, и

блок управления выполняет определение сверхтока путем определения того, что сверхток обнаружен, когда вычисленное значение тока равно или больше, чем пороговое значение сверхтока, или когда вычисленное значение тока превышает пороговое значение сверхтока.

18. Устройство возбуждения двигателя, содержащее устройство преобразования мощности по п. 3.

19. Устройство возбуждения двигателя, содержащее устройство преобразования мощности по п. 4.

20. Устройство возбуждения двигателя, содержащее устройство преобразования мощности по п. 14.

21. Нагнетатель воздуха, содержащий устройство возбуждения двигателя по п. 18.

22. Нагнетатель воздуха, содержащий устройство возбуждения двигателя по п. 19.

23. Нагнетатель воздуха, содержащий устройство возбуждения двигателя по п. 20.

24. Компрессор, содержащий устройство возбуждения двигателя по п. 18.

25. Компрессор, содержащий устройство возбуждения двигателя по п. 19.

26. Компрессор, содержащий устройство возбуждения двигателя по п. 20.

27. Кондиционер воздуха, содержащий по меньшей мере нагнетатель воздуха по п. 21.

28. Кондиционер воздуха, содержащий по меньшей мере нагнетатель воздуха по п. 22.

29. Кондиционер воздуха, содержащий по меньшей мере нагнетатель воздуха по п. 23.

30. Кондиционер воздуха, содержащий по меньшей мере компрессор по п. 24.

31. Кондиционер воздуха, содержащий по меньшей мере компрессор по п. 25.

32. Кондиционер воздуха, содержащий по меньшей мере компрессор по п. 26.

33. Холодильник, содержащий по меньшей мере нагнетатель воздуха по п. 21.

34. Холодильник, содержащий по меньшей мере нагнетатель воздуха по п. 22.

35. Холодильник, содержащий по меньшей мере нагнетатель воздуха по п. 23.

36. Холодильник, содержащий по меньшей мере компрессор по п. 24.

37. Холодильник, содержащий по меньшей мере компрессор по п. 25.

38. Холодильник, содержащий по меньшей мере компрессор по п. 26.

39. Морозильный аппарат, содержащий по меньшей мере нагнетатель воздуха по п. 21.

40. Морозильный аппарат, содержащий по меньшей мере нагнетатель воздуха по п. 22.

41. Морозильный аппарат, содержащий по меньшей мере нагнетатель воздуха по п. 23.

42. Морозильный аппарат, содержащий по меньшей мере компрессор по п. 24.

43. Морозильный аппарат, содержащий по меньшей мере компрессор по п. 25.

44. Морозильный аппарат, содержащий по меньшей мере компрессор по п. 26.