[发明专利]三电平功率转换器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种三电平逆变器或转换器的臂短路保护方法。

背景技术

JP-A-2004-248479(图1～3)中示出在三电平转换器中使用熔断器的保护电路。这里示出的三电平转换器电路是具有如下电路作为一个相的结构，其中，作为直流电源的电容器串联连接，正极、中间电极、和负极作为直流端子，在正极和负极之间连接与二极管逆并联连接的四个IGBT(两个在上臂且两个在下臂)的串联连接电路，在两个上臂IGBT的串联连接点和直流电源的中间电极之间，且在两个下臂IGBT的串联连接点和直流电源的中间电极之间，连接用于对中间电极进行钳位的二极管。示出电路结构中保护熔断器的插入位置的以下三个结构1～3。

1.在上臂IGBT和直流电源的正极之间，以及在下臂IGBT和直流电源的负极之间；

2.在用于对直流电源的中间电极进行钳位的二极管和直流电源的中间电极之间，以及在上臂IGBT和直流电源的正极之间；以及

3.在用于对直流电源的中间电极进行钳位的二极管和直流电源的中间电极之间。

图6示出将上述1的结构应用于本发明所基于的JP-A-2008-193779(图3)所示的三电平功率转换电路(这里为三相逆变器电路)的电路结构。其为如下结构：其中在由作为直流电源的电容器C1和C2的串联电路构成的直流电源电路的正极Pd和负极Nd之间并联连接图7所示的三电平IGBT模块的三个相。由于每个相的电路结构相同，因此下面对U相进行描述。U相电路由三电平IGBT模块MJ1、熔断器F1、以及熔断器F2构成，上述三电平IGBT模块MJ1包括：与二极管DI逆并联连接的IGBT T1和与二极管D2逆并联连接的IGBT T2的串联电路；以及与IGBT T1的发射极和IGBT T2的集电极的连接点连接的逆阻型IGBT T3和T4的逆并联电路，上述熔断器F1连接在IGBT模块MJ1的端子P和直流电源的正极Pd之间，而上述熔断器F2连接在IGBT模块MJ1的端子N和直流电源的负极Nd之间，其中IGBT模块MJ1的端子M与直流电源的中间电极Md连接。V相电路和W相电路具有与U相电路相同的结构。交流输出具有图8所示的那种三电平电压波形，且通过滤波器电抗器Lo、滤波器电容器等向负载LD施加波形失真小的正弦电压。

对这种结构的保护动作以U相为中心进行描述。

在图6的电路类型的情况下，在半导体元件发生短路故障时，短路电流流动的路径有三个。图9示出第一短路路径。该图示出在IGBT T1或二极管D1发生短路故障的情况下IGBT T3导通时、或者在IGBT T3或T4发生短路故障的情况下IGBT T1导通时的短路电流路径。在这些情况下，可通过上侧电源C1的电压Edp变成短路路径、和路径中的熔断器F1熔断来进行保护。

图10示出第二短路路径。该图示出在IGBT T2或二极管D2发生短路故障的情况下IGBT T4导通时、或者在IGBT T3或T4发生短路故障的情况下IGBT T2导通时的短路电流路径。在这些情况下，可通过上侧电源C2的电压Edn变成短路路径、和路径中的熔断器F2熔断来进行保护。

图11示出第三短路路径。该图是在使用T1和T2开关的两电平动作、而并非三电平动作时，在IGBT T1或二极管D1发生短路故障的情况下IGBT T2导通时，或者在IGBT T2或二极管D2发生短路故障的情况下IGBT T1导通时发生的情况下的电流路径图。在这些情况下，可通过上侧电源C1的电压Edp和下侧电源C2的电压Edn之和的电压变成短路路径、以及路径中熔断器F1和/或熔断器F2熔断来进行保护。

图15示出具有JP-A-2004-248479(图1～图3)的上述2的结构的一个相电路。以与上述1的结构相同的方式，在使上侧电源C1短路的半导体元件发生故障时通过熔断器F1和/或F3熔断、在使下侧电源C2短路的半导体元件发生故障时通过熔断器F3熔断、并且在上侧电源C1和下侧电源C2之和处于短路路径时通过熔断器F1熔断来进行保护。

接下来，图16示出具有JP-A-2004-248479(图1～图3)的上述3的结构的单相电路。虽然在使上侧电源C1短路的半导体元件发生故障时以及在使下侧电源C2短路的半导体元件发生故障时都可通过熔断器F3熔断来进行保护，但在使用T1和T2开关的两电平动作时发生的短路故障的情况下不可进行保护。

图12和图13示出图6所示的系统中正常工作时的动作示例。该示例示出从IGBT T1导通(图12)到IGBT T1截止(图13)的情况。