[发明专利]用于逆变器的负载异常检测电路和逆变器装置

说明书

一种在逆变器的操作期间检测负载的异常的用于逆变器的负载异常检测电路，逆变器具有开关元件和将输出频率控制为负载的谐振频率的相位同步回路，负载异常检测电路包括：相移检测部，该相移检测部检测从逆变器向负载施加的输出电压与输出电流之间的相移，并且基于测得的相移发送异常负载信号。开关元件包括自熄弧元件和与自熄弧元件反向并联连接的回流二极管。相移检测部检测输出电流相对于输出电压的相位的提前和延迟。

技术领域

本发明涉及一种用于逆变器的负载异常检测电路和包括该逆变器的逆变器装置，设置所述负载异常检测电路用以在被供给来自逆变器的电力的负载中发生异常时保护逆变器免受负载异常的影响。

背景技术

逆变器装置被用作向负载供应交流电的供电装置。当电力供应到逆变器装置时，由于能够任意地设定向负载施加的电压值和电流值，所以根据负载的特性和需要的工作量来供应电力，从而在向负载供应电力时不存在浪费，从而能够有效地进行电力的供应。

作为逆变器装置的实例，如图7所示，已知一种逆变器装置1，其包括：整流电路10，其利用二极管11和平滑电容器12将三相交流电转换为直流电；恒压电路20，其使整流电路10的输出电压形成为预定电压；逆变电路30，其将来自恒压电路20的直流电转换为交流电；以及相位同步回路(后文简称为“PLL电路”)40，其将从逆变电路30输出的交流电的频率控制为负载2的谐振频率。逆变器装置1是电压型逆变器装置，其产生能够被认作高频率的高频交流电，并且具有小的输出阻抗。

恒压电路20是即使在负载或输入电压中具有变化也向输出侧稳定地供应预定直流电压的斩波型恒压电路。恒压电路20设置有：用于电力控制的MOSFET 21，其是用作斩波器本体的开关元件；电抗器22和电容器23，用于电压和电流平滑；以及续流二极管24，其在MOSFET21断开时用作负载电流路径。恒压电路20能够通过改变施加于MOSFET 21的栅极的周期信号的接通时间宽度来调节输出电压。

逆变电路30设置有用于频率控制的MOSFET 31，其为以桥形连接的开关元件。二极管32并联连接于各个MOSFET 31，以在感性负载的情况下使滞后电流分量返回到直流电路，或使滞后电流分量在桥中回流。此外，逆变电路30设置有变流器33和变压器34，变流器和变压器连接至包括电感L和电容C的负载2，以检测流向负载2的电流I1和电压V1。

PLL电路40设置有：相位比较电路41，其检测流向负载2的电流I1和电压V1的相移；模拟加法器/减法器42，其加上/减去预设的频率设定值，以匹配由相位比较电路41检测的电流I1和电压V1的相移；压控振荡器43，其输出频率与自从模拟加法器/减法器42输出的电压所对应的信号；以及栅极信号控制电路44，其根据从压控振荡器43输出的信号的频率而顺次向逆变电路30的MOSFET 31的栅极A至D发送信号。

根据这样的逆变器装置1，能够产生具有能被视为高频率的高频的交流电，使得其能够用于钢材的高频硬化等。另外，由于输出频率被控制为匹配流向负载2的电流I1和电压V1的相移，所以输出电力频率与包括电感L和电容C的负载2的谐振频率一致，使得其能够有效地操作负载2。

在逆变器装置1的运行期间，当发生诸如负载2侧电路的一部分的诸如短路和开路的异常时，由于负载2的阻抗快速变化，所以谐振频率大幅改变。于是，由于逆变器装置1的PLL电路40控制输出频率以跟随负载2的谐振频率，所以在控制的瞬态下可能瞬间产生大电流或大电压，从而MOSFET 31可能损坏。特别地，当由于负载2的阻抗的变化而导致电流I1的相位相对于电压V1的相位提前时，产生相对大的浪涌电压，导致MOSFET 31容易被浪涌电压损坏的问题。因此，从确保对电流I1的相位提前的裕度的观点出发，逆变器装置1以电流I1的相位相对于电压V1的相位稍微延迟的状态运行。此外，在现有技术中已知检测电流I1相对于电压V1的相位的提前以加强MOSFET 31的保护。