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JP4134380B2 - Voltage / current polarity detection device and power conversion device including the same - Google Patents
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JP4134380B2 - Voltage / current polarity detection device and power conversion device including the same - Google Patents

Voltage / current polarity detection device and power conversion device including the same Download PDF

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JP4134380B2 JP16819598A JP16819598A JP4134380B2 JP 4134380 B2 JP4134380 B2 JP 4134380B2 JP 16819598 A JP16819598 A JP 16819598A JP 16819598 A JP16819598 A JP 16819598A JP 4134380 B2 JP4134380 B2 JP 4134380B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は電力変換装置に特定の両端子の間に、特に双方向半導体スイッチの両端に印加される電圧の極性を検出することおよび双方向半導体スイッチに流れる電流方向を検出することに関する。
【0002】
【従来の技術】
電力変換装置、または半導体スイッチ、特に双方向半導体スイッチを制御したりあるいは保護するために、電力変換装置に特定の両端子の間に、例えば双方向半導体スイッチの両端に印加される電圧の極性および双方向半導体スイッチの電流方向を検出する必要がある。一般に図5 に示すような電圧極性検出回路を使用している。図5 において、101 、102 は発光ダイオード、103 、104 は抵抗である。発光ダイオード101 が発光するか発光ダイオード102 が発光するかによってx 、y の間の電圧極性を判別する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の電圧極性検出回路では、x 、y の間に高い電圧がある場合には、抵抗104 は高抵抗ではなければならない。抵抗104 の抵抗値は高いと、x 、y の間の低電圧極性を検出することができないという問題があった。
そこで、本発明は電力変換装置に特定の両端子の間の電圧極性と電流の方向の検出について、この電圧が広い範囲に変化しても、この電圧が高い時にも低い時にもこの電圧極性と電流の方向を検出できる電圧電流極性検出装置を提供する。特に双方向半導体スイッチの両端に印加される電圧の極性のおよびこの双方向半導体スイッチに流れる電流の方向を検出できる電圧電流極性検出装置を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は電力変換装置中の任意の二端子(x)(y)間の電圧電流極性を検出する電圧電流極性検出装置において、カソードが前記端子(x) に接続された第1のダイオード(1) と、カソードが前記端子(y) に接続された第2のダイオード(2) と、カソードが前記端子(x) に接続された第3のダイオード(3) と、カソードが前記端子(y) に接続された第4のダイオード(4) と、負極が前記第1のダイオード(1) および前記第2のダイオード(2) のアノードに接続された直流電源(13)と、一端が前記第3のダイオード(3) のアノードに接続され他端が前記直流電源(13)の正極に接続された第1の抵抗(5) と、一端が前記第4のダイオード(4) のアノードに接続され他端が前記直流電源(13)の正極に接続された第2の抵抗(6) と、前記第1の抵抗(5) の前記一端と前記第2の抵抗(6) の前記一端との間の電圧の極性に基づいて、前記端子(x) と前記端子(y) との間に印加される電圧の極性を判別する電圧極性判別部とを設けたものである。
また、請求項1において、前記第1のダイオード(1) に並列接続された第3の抵抗(7) と、前記第2のダイオード(2) に並列接続された第4の抵抗(8) と、
を設けたものである。
また、電力変換装置中の任意の二端子(x)(y)間の電圧電流極性を検出する電圧電流極性検出装置において、アノードが前記端子(x) に接続された第1のダイオード(1) と、アノードが前記端子(y) に接続された第2のダイオード(2) と、アノードが前記端子(x) に接続された第3のダイオード(3) と、アノードが前記端子(y) に接続された第4のダイオード(4) と、正極が前記第1のダイオード(1) および前記第2のカソードに接続された直流電源(13)と、一端が前記第3のダイオード(3) のカソードに接続され他端が前記直流電源(13)の負極に接続された第1の抵抗(5) と、一端が前記第4のカソードに接続され他端が前記直流電源(13)の負極に接続された第2の抵抗(6) と、前記第1の抵抗(5) の前記一端と前記第2の抵抗(6) の前記一端との間の電圧の極性に基づいて、前記端子(x) と前記端子(y) との間に印加される電圧の極性を判別する電圧極性判別部とを設けたものである。
また、請求項1または3において、前記電圧極性判別部から出力される電圧極性に基づいて前記二端子間の電流極性を判別するものである。
また、請求項1または3において、一端が前記端子(x) に接続され、他端が前記端子(y) に接続され電流が双方向に流せる半導体スイッチを前記電力変換装置中に備え、前記電圧極性判別部から出力された電圧の極性の信号に基づいて前記半導体スイッチの両端に印加される電圧の極性または前記半導体スイッチの電流極性を判別するものである。
また、コレクタが前記端子(x) に接続されエミッタが前記直流電源(13)の負極に接続された第1の半導体スイッチ手段(9) と、コレクタが前記端子(y) に接続されエミッタが前記直流電源(13)の負極に接続された第2の半導体スイッチ手段(10)とを備え、前記第1の半導体スイッチ手段(9) と前記第2の半導体スイッチ手段(10)と前記第1のダイオード(1)と前記第2のダイオード(2)により電流が双方向に流せる半導体スイッチを構成したものである。
また、請求項6において、前記第1のダイオード(1) に並列接続された第3の抵抗(7) と、前記第1のダイオード(2) に並列接続された第4の抵抗(8) と、を設けたものである。
また、請求項1において、エミッタが前記端子(x) に接続されコレクタが前記直流電源(13)の正極に接続された第1の半導体スイッチ手段(9) と、エミッタが前記端子(y) に接続されコレクタが前記直流電源(13)の正極に接続された第2の半導体スイッチ手段(10)とを備え、前記第1の半導体スイッチ手段(9) と前記第2の半導体スイッチ手段(10)と前記第1のダイオード(1)と前記第2のダイオード(2)により電流が双方向に流せる半導体スイッチを構成したものである。
また、請求項8において、 前記第1のダイオード(1) に並列接続された第3の抵抗(7) と、前記第1のダイオード(2) に並列接続された第4の抵抗(8) と、を設けたものである。
また、請求項6または8において、前記直流電源(13)を前記第1の半導体スイッチ手段(9) と前記第2の半導体スイッチ手段(10)のゲート駆動電源として共用し同一電源としたものである。
また、前記電力変換装置は、請求項1から10のいずれかの電圧電流極性検出装置を備えたものである。
【0005】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図1は本発明の実施例の回路図である。図1中符号21は電力変換装置、x,y は電力変換装置21中の任意の両端子、1,2,3,4 はダイオード、5,6,7,8,11,12 は抵抗、13,15,16は直流電源、14は比較器である。各図面において同一の名称は、同一符号をつけ重複する説明を省略する。
端子x,y,a,b,o,p の電位をそれぞれVx,Vy,Va,Vb,Vo,Vp とする。抵抗7,8 の抵抗値はVx,Vy およびx,y 両端子の間の電流の影響が無視できるように高くなければならない。抵抗5 と抵抗6 の抵抗値は同じ、抵抗7 と抵抗8 の抵抗値は同じ、抵抗11と抵抗12の抵抗値は同じ、ダイオード3 とダイオード4 の順電圧は同じである。ダイオード1,2,3,4 の順電圧をそれぞれVF1,VF2,VF3,VF4 とする。
ダイオード1,2,3,4 の逆耐圧はx,y 両端子の最大電圧より高いことが必要である。
1.x,y 両端子の電圧が直流電源13の電圧E より高い場合
ダイオード3 とダイオード4 のうちに1 個だけが導通となる。抵抗7,8 の作用で、VoはVxとVyの中間である。ダイオード1,2 の作用で、VoはVx,Vy の中の低い方とほぼ同じである。例えばVx>Vy の時に、Vx>Vo>Vyとなる。よって、ダイオード2 が導通し、Vo=Vy+VF2 すなわち Vp=V0+E>Vy となる。よって、ダイオード4 が導通し、Vb=Vy+VF4 となる。また、Vx>Vy+E より、ダイオード3 が遮断され、Va=Vp=Vy+E+VF2>Vy+Vf4=Vbとなる。
Vx<Vy の時同様に、Va<Vb と得られる。V の絶対値をABS(V)と表わすことにする。
また、ABS(Vx-Vy)が高くても、ABS(Va-Vb)が(E+ ε) より低い。なお、εはABS(VF2-VF4)あるいはABS(VF1-VF3)である。
2.x,y 両端子の電圧が直流電源13の電圧E より低い場合
ダイオード3 、ダイオード4 両方は導通され、Va=Vx+VF3 、Vb=Vy+VF4 となる。よって、Va-Vb=Vx-Vy+VF3-VF4 と得られる。すなわち、ABS(Vx-Vy)>ABS(VF1-VF3) であれば、Va-Vb とVx-Vy の符号が同じである。ダイオード3 とダイオード4 の順電圧が近ければ近いほど、電圧極性検出の精度は高い。
つまり、a,b 両端の電圧の極性により、x,y 両端の電圧極性を判別できる。
【0006】
抵抗11,12 と、直流電源15,16 と、比較器14とによってVaとVbのレベルを比較し、端子z の電圧レベルよりVaとVbのレベルを、すなわち、x,y 両端子の電圧極性を検出することができる。直流電源13と直流電源15は同一の電源でも良い。
【0007】
図2に示すように電力変換装置21の両端子x,y の間には電流が双方向に流すことができる半導体スイッチ22が存在し、半導体スイッチ22に電流ixy(漏れ電流を除く) が一方向に流れると、端子x と端子y との間に一定極性の電圧Vxy が存在し、電流ixy(漏れ電流を除く) の方向が逆に変わると、電圧Vxy の極性も逆になる。本発明によって図2に示すように半導体スイッチ22に流れている電流ixy(漏れ電流を除く) の方向を検出することもできる。
図2の半導体スイッチ22は図3(a),(b),(c),(d) に示すような半導体スイッチでも良い、すなわち、図1に示す電圧極性検出回路によってそれぞれ図3(a),(b),(c),(d) に示すような半導体スイッチの両端の電圧極性および半導体スイッチに流れる電流( 漏れ電流を除く) の方向を検出することができる。
図3(a) は逆極性に並列に接続された半導体素子( 本図ではIGBT) とダイオードからなる半導体スイッチである。x からy に電流が流れる場合には半導体素子31を通り、Vx>Vy となる。y からx に電流が流れる場合にはダイオード32を通り、Vx<Vy となる。
図3(b) は逆耐圧ができる半導体素子( 本図ではGTO)2 個を逆極性に並列に接続した双方向半導体スイッチである。x からy に電流が流れる場合には半導体素子33を通り、Vx>Vy となる。y からx に電流が流れる場合には半導体素子34を通り、Vx<Vy となる。
図3(c) は順極性に直列に接続された半導体素子( 本図ではIGBT) とダイオードからなる半導体スイッチ2 組を逆極性に並列に接続した双方向半導体スイッチである。x からy に電流が流れる場合にはダイオード35と半導体素子36を通り、Vx>Vy となる。y からx に電流が流れる場合にはダイオード38と半導体素子37を通り、Vx<Vy となる。
図3(d) は逆極性に並列に接続された半導体素子( 本図ではIGBT) とダイオードからなる半導体スイッチ2 組を逆極性に直列に接続した双方向半導体スイッチである。x からy に電流が流れる場合には半導体素子9 とダイオード40を通り、Vx>Vy となる。y からx に電流が流れる場合には半導体素子10とダイオード39を通り、Vx<Vy となる。
図1 あるいは図2 のダイオード1-4 と直流電源13の極性を反転しても良い。図1あるいは図2のダイオード1 とダイオード2 の漏れ電流を利用して抵抗7 、8 はないでも効果は変わらないが、あった方が良い。
【0008】
本発明により、図1のダイオード1 とダイオード2 の代わりにそれぞれ図3(d) のダイオード39とダイオード40を使用して、図3(d) に示すような双方向半導体スイッチの両端の電圧極性あるいは電流方向を図1と同様に図4 に示すように検出することができる。図4 の場合には、直流電源13は半導体素子9 あるいは半導体素子10のゲートドライバ回路の直流電源と同一の電源でも良い。このように電源を共通化できることは電力変換装置全体を小形軽量化するのに重要である。例えば3相PWMサイクロコンバータでは、双方向半導体スイッチが9個あり、この各々の両端に印加される電圧の極性と、この半導体スイッチの電流方向を検出する必要があるので、半導体素子のゲートドライバ回路と前記直流電源(13)を共通化できることは部品点数を減らせるので、電力変換装置の小形軽量化、信頼性向上に有効である。双方向の半導体スイッチとして図3(d) を適用すれば半導体素子のゲートドライバ回路と前記直流電源(13)を共通化できるが、図3(a) 、(b) 、(c) を適用した場合は電源を共通化することはできない。
図4のダイオード39、40の漏れ電流あるいは半導体素子9 、10の漏れ電流を利用して抵抗7 、8 はないでも効果は変わらないが、あった方が良い。
【0009】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明では2個の逆方向に直列接続されるダイオードで半導体スイッチの両端の電位のうち低い方を基準電圧とし、別の2個のダイオードで高電圧を遮断することによって、電力変換装置中の特定の両端子の間に印加される電圧が広い範囲に変化しても、高い時にも低い時にも、この電圧の極性を確実に検出することができるという効果がある。よって、半導体スイッチの両端電圧の極性あるいは半導体スイッチに流れる電流(漏れ電流を除く) の方向を検出することができるという効果がある。特に双方向半導体スイッチを制御するためにこの半導体スイッチの両端に印加される電圧の極性とこの半導体スイッチの電流方向を検出する電圧電流極性検出装置を提供することができ、PWMサイクロコンバータにおける双方向半導体スイッチの制御に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】電力変換装置に特定の両端子の間に印加される電圧の極性を検出する回路図である。
【図2】半導体スイッチの両端子の間に印加される電圧の極性および電流方向を検出する回路図である。
【図3】半導体スイッチの構成図である。
【図4】双方向半導体スイッチの両端電圧の極性および電流方向を検出する回路図である。
【図5】従来の電圧の極性を検出する回路図である。
【符号の説明】
1、2、3、4、32、35、38、39、40 ダイオード
5、6、7、8、11、12、103、104 抵抗
9、10、31、36、37 半導体素子IGBT
33、36 逆耐圧できる半導体素子GTO
13、15、16 直流電源
14 比較器
21 電力変換装置
22 半導体スイッチ
101、102 発光ダイオード
a、b、o、p、x、y、z 端子
Va、Vb、Vo、Vp、Vx、Vy 端子の電位
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to detecting a polarity of a voltage applied between both terminals specific to a power conversion device, particularly to both ends of a bidirectional semiconductor switch, and detecting a direction of a current flowing in the bidirectional semiconductor switch.
[0002]
[Prior art]
In order to control or protect a power converter, or a semiconductor switch, in particular a bidirectional semiconductor switch, the polarity of the voltage applied between the terminals specific to the power converter, for example across the bidirectional semiconductor switch, and It is necessary to detect the current direction of the bidirectional semiconductor switch. Generally, a voltage polarity detection circuit as shown in Fig. 5 is used. In FIG. 5, 101 and 102 are light emitting diodes, and 103 and 104 are resistors. The voltage polarity between x and y is determined depending on whether the light emitting diode 101 emits light or the light emitting diode 102 emits light.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the voltage polarity detection circuit described above, when there is a high voltage between x and y, the resistor 104 must be high. When the resistance value of the resistor 104 is high, there is a problem that the low voltage polarity between x and y cannot be detected.
Therefore, the present invention relates to the detection of the voltage polarity and current direction between both terminals specific to the power converter, even if this voltage changes over a wide range, and whether this voltage polarity is high or low. A voltage / current polarity detection device capable of detecting the direction of current is provided. In particular, an object of the present invention is to provide a voltage / current polarity detection device capable of detecting the polarity of a voltage applied to both ends of a bidirectional semiconductor switch and the direction of a current flowing through the bidirectional semiconductor switch.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the present invention provides a voltage / current polarity detection device for detecting a voltage / current polarity between any two terminals (x) (y) in a power converter, wherein a cathode is connected to the terminal (x). A first diode (1), a second diode (2) having a cathode connected to the terminal (y), a third diode (3) having a cathode connected to the terminal (x), A fourth diode (4) having a cathode connected to the terminal (y), and a DC power source (13) having a negative electrode connected to the anodes of the first diode (1) and the second diode (2) A first resistor (5) having one end connected to the anode of the third diode (3) and the other end connected to the positive electrode of the DC power source (13); and one end connected to the fourth diode (4 ) And the other end of the first resistor (5) connected to the positive electrode of the DC power source (13) and the first resistor (5). A voltage polarity for determining the polarity of the voltage applied between the terminal (x) and the terminal (y) based on the polarity of the voltage between the terminal and the one end of the second resistor (6) And a determination unit.
Further, in claim 1, a third resistor (7) connected in parallel to the first diode (1) and a fourth resistor (8) connected in parallel to the second diode (2) ,
Is provided.
Further, in the voltage / current polarity detection device for detecting the voltage / current polarity between any two terminals (x) and (y) in the power conversion device, the first diode (1) whose anode is connected to the terminal (x) A second diode (2) having an anode connected to the terminal (y), a third diode (3) having an anode connected to the terminal (x), and an anode to the terminal (y) A fourth diode (4) connected, a DC power source (13) having a positive electrode connected to the first diode (1) and the second cathode, and one end of the third diode (3) A first resistor (5) connected to the cathode and having the other end connected to the negative electrode of the DC power supply (13), and one end connected to the fourth cathode and the other end connected to the negative electrode of the DC power supply (13) Based on the polarity of the voltage between the connected second resistor (6) and the one end of the first resistor (5) and the one end of the second resistor (6). There are, is provided with a voltage polarity determination unit which determines the polarity of the voltage applied between the terminals (x) and the terminal (y).
The current polarity between the two terminals is discriminated based on the voltage polarity output from the voltage polarity discriminating unit.
The power conversion device according to claim 1 or 3, wherein the power converter includes a semiconductor switch having one end connected to the terminal (x) and the other end connected to the terminal (y) so that current can flow bidirectionally. The polarity of the voltage applied to both ends of the semiconductor switch or the current polarity of the semiconductor switch is determined based on the voltage polarity signal output from the polarity determination unit.
A first semiconductor switch means (9) having a collector connected to the terminal (x) and an emitter connected to the negative electrode of the DC power source (13); a collector connected to the terminal (y); Second semiconductor switch means (10) connected to the negative electrode of a DC power supply (13), and the first semiconductor switch means (9), the second semiconductor switch means (10), and the first semiconductor switch means (10). The diode (1) and the second diode (2) constitute a semiconductor switch that allows current to flow in both directions.
Further, in claim 6, a third resistor (7) connected in parallel to the first diode (1), and a fourth resistor (8) connected in parallel to the first diode (2), Are provided.
Further, in claim 1, the first semiconductor switch means (9) having an emitter connected to the terminal (x) and a collector connected to the positive electrode of the DC power source (13), and an emitter connected to the terminal (y) Second semiconductor switch means (10) connected and connected to the positive electrode of the DC power source (13), the first semiconductor switch means (9) and the second semiconductor switch means (10) The first diode (1) and the second diode (2) constitute a semiconductor switch that allows current to flow bidirectionally.
Further, in claim 8, a third resistor (7) connected in parallel to the first diode (1), and a fourth resistor (8) connected in parallel to the first diode (2) Are provided.
Further, in claim 6 or 8, the DC power source (13) is shared and used as a gate drive power source for the first semiconductor switch means (9) and the second semiconductor switch means (10). is there.
The power conversion device includes the voltage / current polarity detection device according to any one of claims 1 to 10.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention. 1, reference numeral 21 is a power converter, x and y are arbitrary terminals in the power converter 21, 1,2,3,4 are diodes, 5,6,7,8,11,12 are resistors, 15 and 16 are DC power supplies, and 14 is a comparator. In the drawings, the same names are assigned the same reference numerals, and duplicate descriptions are omitted.
The potentials at the terminals x, y, a, b, o, and p are Vx, Vy, Va, Vb, Vo, and Vp, respectively. The resistance values of the resistors 7 and 8 must be high so that the influence of the current between the Vx, Vy and x, y terminals can be ignored. The resistance values of the resistors 5 and 6 are the same, the resistance values of the resistors 7 and 8 are the same, the resistance values of the resistors 11 and 12 are the same, and the forward voltages of the diode 3 and the diode 4 are the same. The forward voltages of diodes 1, 2, 3, and 4 are VF1, VF2, VF3, and VF4, respectively.
The reverse withstand voltage of diodes 1, 2, 3, and 4 must be higher than the maximum voltage at both x and y terminals.
1. When the voltage at both the x and y terminals is higher than the voltage E of the DC power supply 13, only one of the diode 3 and the diode 4 becomes conductive. Due to the action of the resistors 7 and 8, Vo is between Vx and Vy. Due to the action of the diodes 1 and 2, Vo is almost the same as the lower one of Vx and Vy. For example, when Vx> Vy, Vx>Vo> Vy. Accordingly, the diode 2 becomes conductive, and Vo = Vy + VF2, that is, Vp = V0 + E> Vy. Therefore, the diode 4 becomes conductive and Vb = Vy + VF4. Further, since Vx> Vy + E, the diode 3 is cut off, and Va = Vp = Vy + E + VF2> Vy + Vf4 = Vb.
As with Vx <Vy, Va <Vb is obtained. Let the absolute value of V be expressed as ABS (V).
Further, even if ABS (Vx−Vy) is high, ABS (Va−Vb) is lower than (E + ε). Note that ε is ABS (VF2-VF4) or ABS (VF1-VF3).
2. When the voltage at both the x and y terminals is lower than the voltage E of the DC power supply 13, both the diode 3 and the diode 4 are turned on, and Va = Vx + VF3 and Vb = Vy + VF4. Therefore, Va-Vb = Vx-Vy + VF3-VF4 is obtained. That is, if ABS (Vx-Vy)> ABS (VF1-VF3), the signs of Va-Vb and Vx-Vy are the same. The closer the forward voltage of diode 3 and diode 4 is, the higher the accuracy of voltage polarity detection.
That is, the voltage polarity at both ends of x and y can be determined from the polarity of the voltage at both ends of a and b.
[0006]
The resistors 11 and 12, the DC power supplies 15 and 16, and the comparator 14 compare the levels of Va and Vb, and the level of Va and Vb from the voltage level of the terminal z, that is, the voltage polarity of both the x and y terminals Can be detected. The DC power supply 13 and the DC power supply 15 may be the same power supply.
[0007]
As shown in FIG. 2, there is a semiconductor switch 22 capable of flowing current bidirectionally between both terminals x and y of the power converter 21, and the current ixy (excluding leakage current) is uniform in the semiconductor switch 22. When flowing in the direction, a voltage Vxy having a certain polarity exists between the terminal x and the terminal y, and when the direction of the current ixy (excluding the leakage current) is reversed, the polarity of the voltage Vxy is also reversed. According to the present invention, the direction of the current ixy (excluding the leakage current) flowing through the semiconductor switch 22 can be detected as shown in FIG.
The semiconductor switch 22 of FIG. 2 may be a semiconductor switch as shown in FIGS. 3A, 3B, 3C, 3D, that is, the voltage polarity detection circuit shown in FIG. , (b), (c), and (d), the polarity of the voltage across the semiconductor switch and the direction of the current (excluding the leakage current) flowing through the semiconductor switch can be detected.
FIG. 3A shows a semiconductor switch composed of a semiconductor element (IGBT in this figure) and a diode connected in parallel with opposite polarity. When a current flows from x to y, it passes through the semiconductor element 31 and Vx> Vy. When current flows from y to x, it passes through the diode 32 and Vx <Vy.
FIG. 3 (b) shows a bidirectional semiconductor switch in which two semiconductor elements (GTO in this figure) capable of having a reverse breakdown voltage are connected in parallel in reverse polarity. When a current flows from x to y, it passes through the semiconductor element 33 and Vx> Vy. When a current flows from y to x, it passes through the semiconductor element 34 and Vx <Vy.
FIG. 3 (c) shows a bidirectional semiconductor switch in which two pairs of semiconductor switches composed of semiconductor elements (IGBT in this figure) and diodes connected in series with forward polarity are connected in parallel with opposite polarities. When a current flows from x to y, it passes through the diode 35 and the semiconductor element 36, and Vx> Vy. When a current flows from y to x, it passes through the diode 38 and the semiconductor element 37, and Vx <Vy.
FIG. 3 (d) shows a bidirectional semiconductor switch in which two pairs of semiconductor switches composed of semiconductor elements (IGBT in this figure) and diodes connected in parallel with opposite polarity are connected in series with opposite polarity. When a current flows from x to y, it passes through the semiconductor element 9 and the diode 40, and Vx> Vy. When a current flows from y to x, it passes through the semiconductor element 10 and the diode 39, and Vx <Vy.
The polarity of the diode 1-4 and the DC power supply 13 in FIG. 1 or 2 may be reversed. Using the leakage currents of diode 1 and diode 2 in FIG. 1 or 2 does not change the effect even if resistors 7 and 8 are not provided, but it is preferable to have them.
[0008]
According to the present invention, the voltage polarity across the bidirectional semiconductor switch as shown in FIG. 3 (d) is obtained by using the diode 39 and the diode 40 in FIG. 3 (d) in place of the diode 1 and the diode 2 in FIG. 1, respectively. Alternatively, the current direction can be detected as shown in FIG. 4 as in FIG. In the case of FIG. 4, the DC power supply 13 may be the same power supply as the DC power supply of the gate driver circuit of the semiconductor element 9 or the semiconductor element 10. The ability to share a power source in this way is important for reducing the overall size and weight of the power conversion device. For example, in a three-phase PWM cycloconverter, there are nine bidirectional semiconductor switches, and it is necessary to detect the polarity of the voltage applied to both ends of each of these and the current direction of the semiconductor switch. And the DC power supply (13) can be shared, which reduces the number of parts, and is effective in reducing the size and weight of the power conversion device and improving the reliability. If Fig. 3 (d) is applied as a bidirectional semiconductor switch, the gate driver circuit of the semiconductor element and the DC power source (13) can be shared, but Fig. 3 (a), (b) and (c) are applied. In this case, the power supply cannot be shared.
Even if the resistors 7 and 8 are not used by utilizing the leakage current of the diodes 39 and 40 in FIG. 4 or the leakage current of the semiconductor elements 9 and 10, the effect is not changed, but it is better.
[0009]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, by using two diodes connected in series in the opposite direction, the lower one of the potentials at both ends of the semiconductor switch is used as a reference voltage, and another two diodes are used to cut off the high voltage. There is an effect that the polarity of this voltage can be reliably detected even when the voltage applied between the two specific terminals in the power conversion device changes over a wide range or when the voltage is high or low. Therefore, it is possible to detect the polarity of the voltage across the semiconductor switch or the direction of the current (excluding the leakage current) flowing through the semiconductor switch. In particular, it is possible to provide a voltage / current polarity detection device for detecting the polarity of the voltage applied to both ends of the semiconductor switch and the current direction of the semiconductor switch in order to control the bidirectional semiconductor switch. Useful for controlling semiconductor switches.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram for detecting the polarity of a voltage applied between specific terminals of a power converter.
FIG. 2 is a circuit diagram for detecting the polarity and current direction of a voltage applied between both terminals of a semiconductor switch.
FIG. 3 is a configuration diagram of a semiconductor switch.
FIG. 4 is a circuit diagram for detecting the polarity and current direction of the voltage across the bidirectional semiconductor switch.
FIG. 5 is a circuit diagram for detecting the polarity of a conventional voltage.
[Explanation of symbols]
1, 2, 3, 4, 32, 35, 38, 39, 40 Diode 5, 6, 7, 8, 11, 12, 103, 104 Resistor 9, 10, 31, 36, 37 Semiconductor element IGBT
33, 36 Semiconductor device GTO capable of reverse breakdown voltage
13, 15, 16 DC power supply 14 Comparator 21 Power converter 22 Semiconductor switch 101, 102 Light emitting diodes a, b, o, p, x, y, z Potentials of terminals Va, Vb, Vo, Vp, Vx, Vy

Claims (11)

電力変換装置中の任意の二端子(x)(y)間の電圧電流極性を検出する電圧電流極性検出装置において、
カソードが前記端子(x) に接続された第1のダイオード(1) と、
カソードが前記端子(y) に接続された第2のダイオード(2) と、
カソードが前記端子(x) に接続された第3のダイオード(3) と、
カソードが前記端子(y) に接続された第4のダイオード(4) と、
負極が前記第1のダイオード(1) および前記第2のダイオード(2) のアノードに接続された直流電源(13)と、
一端が前記第3のダイオード(3) のアノードに接続され他端が前記直流電源(13)の正極に接続された第1の抵抗(5) と、
一端が前記第4のダイオード(4) のアノードに接続され他端が前記直流電源(13)の正極に接続された第2の抵抗(6) と、
前記第1の抵抗(5) の前記一端と前記第2の抵抗(6) の前記一端との間の電圧の極性に基づいて、前記端子(x) と前記端子(y) との間に印加される電圧の極性を判別する電圧極性判別部とを設けたことを特徴とする電圧電流極性検出装置。
In the voltage / current polarity detection device that detects the voltage / current polarity between any two terminals (x) (y) in the power conversion device,
A first diode (1) having a cathode connected to the terminal (x);
A second diode (2) having a cathode connected to the terminal (y);
A third diode (3) having a cathode connected to the terminal (x);
A fourth diode (4) having a cathode connected to the terminal (y);
A DC power source (13) having a negative electrode connected to the anodes of the first diode (1) and the second diode (2);
A first resistor (5) having one end connected to the anode of the third diode (3) and the other end connected to the positive electrode of the DC power source (13);
A second resistor (6) having one end connected to the anode of the fourth diode (4) and the other end connected to the positive electrode of the DC power source (13);
Applied between the terminal (x) and the terminal (y) based on the polarity of the voltage between the one end of the first resistor (5) and the one end of the second resistor (6) A voltage / current polarity detection device comprising: a voltage polarity discrimination unit for discriminating the polarity of the voltage to be applied.
前記第1のダイオード(1) に並列接続された第3の抵抗(7) と、
前記第2のダイオード(2) に並列接続された第4の抵抗(8) と、
を設けたことを特徴とする請求項1記載の電圧電流極性検出装置。
A third resistor (7) connected in parallel to the first diode (1);
A fourth resistor (8) connected in parallel to the second diode (2);
The voltage / current polarity detection device according to claim 1, wherein:
電力変換装置中の任意の二端子(x)(y)間の電圧電流極性を検出する電圧電流極性検出装置において、
アノードが前記端子(x) に接続された第1のダイオード(1) と、
アノードが前記端子(y) に接続された第2のダイオード(2) と、
アノードが前記端子(x) に接続された第3のダイオード(3) と、
アノードが前記端子(y) に接続された第4のダイオード(4) と、
正極が前記第1のダイオード(1) および前記第2のカソードに接続された直流電源(13)と、
一端が前記第3のダイオード(3) のカソードに接続され他端が前記直流電源(13)の負極に接続された第1の抵抗(5) と、
一端が前記第4のカソードに接続され他端が前記直流電源(13)の負極に接続された第2の抵抗(6) と、
前記第1の抵抗(5) の前記一端と前記第2の抵抗(6) の前記一端との間の電圧の極性に基づいて、前記端子(x) と前記端子(y) との間に印加される電圧の極性を判別する電圧極性判別部とを設けたことを特徴とする電圧電流極性検出装置。
In the voltage / current polarity detection device that detects the voltage / current polarity between any two terminals (x) (y) in the power conversion device,
A first diode (1) having an anode connected to the terminal (x);
A second diode (2) having an anode connected to said terminal (y);
A third diode (3) having an anode connected to the terminal (x);
A fourth diode (4) having an anode connected to the terminal (y);
A DC power supply (13) having a positive electrode connected to the first diode (1) and the second cathode;
A first resistor (5) having one end connected to the cathode of the third diode (3) and the other end connected to the negative electrode of the DC power source (13);
A second resistor (6) having one end connected to the fourth cathode and the other end connected to the negative electrode of the DC power source (13);
Applied between the terminal (x) and the terminal (y) based on the polarity of the voltage between the one end of the first resistor (5) and the one end of the second resistor (6) A voltage / current polarity detection device comprising: a voltage polarity discrimination unit for discriminating the polarity of the voltage to be applied.
前記電圧極性判別部から出力される電圧極性に基づいて前記二端子間の電流極性を判別することを特徴とする請求項1または3に記載の電圧電流極性検出装置。  4. The voltage / current polarity detection device according to claim 1, wherein a current polarity between the two terminals is determined based on a voltage polarity output from the voltage polarity determination unit. 5. 一端が前記端子(x) に接続され、他端が前記端子(y) に接続され電流が双方向に流せる半導体スイッチを前記電力変換装置中に備え、
前記電圧極性判別部から出力された電圧の極性の信号に基づいて前記半導体スイッチの両端に印加される電圧の極性または前記半導体スイッチの電流極性を判別することを特徴とする請求項1または3に記載の電圧電流極性検出装置。
One end is connected to the terminal (x), the other end is connected to the terminal (y), and a semiconductor switch that allows current to flow bidirectionally is provided in the power converter,
4. The voltage polarity applied to both ends of the semiconductor switch or the current polarity of the semiconductor switch is determined based on a voltage polarity signal output from the voltage polarity determination unit. The voltage / current polarity detection device described.
コレクタが前記端子(x) に接続されエミッタが前記直流電源(13)の負極に接続された第1の半導体スイッチ手段(9) と、
コレクタが前記端子(y) に接続されエミッタが前記直流電源(13)の負極に接続された第2の半導体スイッチ手段(10)とを備え、
前記第1の半導体スイッチ手段(9) と前記第2の半導体スイッチ手段(10)と前記第1のダイオード(1)と前記第2のダイオード(2)により電流が双方向に流せる半導体スイッチを構成したことを特徴とする請求項1記載の電圧電流極性検出装置。
First semiconductor switch means (9) having a collector connected to the terminal (x) and an emitter connected to the negative electrode of the DC power source (13);
Second semiconductor switch means (10) having a collector connected to the terminal (y) and an emitter connected to the negative electrode of the DC power source (13);
The first semiconductor switch means (9), the second semiconductor switch means (10), the first diode (1), and the second diode (2) constitute a semiconductor switch that allows current to flow bidirectionally. The voltage / current polarity detection device according to claim 1, wherein:
前記第1のダイオード(1) に並列接続された第3の抵抗(7) と、
前記第1のダイオード(2) に並列接続された第4の抵抗(8) と、
を設けたことを特徴とする請求項6記載の電圧電流極性検出装置。
A third resistor (7) connected in parallel to the first diode (1);
A fourth resistor (8) connected in parallel to the first diode (2);
The voltage / current polarity detection device according to claim 6, wherein:
エミッタが前記端子(x) に接続されコレクタが前記直流電源(13)の正極に接続された第1の半導体スイッチ手段(9) と、
エミッタが前記端子(y) に接続されコレクタが前記直流電源(13)の正極に接続された第2の半導体スイッチ手段(10)とを備え、
前記第1の半導体スイッチ手段(9) と前記第2の半導体スイッチ手段(10)と前記第1のダイオード(1)と前記第2のダイオード(2)により電流が双方向に流せる半導体スイッチを構成したことを特徴とする請求項1記載の電圧電流極性検出装置。
First semiconductor switch means (9) having an emitter connected to the terminal (x) and a collector connected to the positive electrode of the DC power source (13);
Second semiconductor switch means (10) having an emitter connected to the terminal (y) and a collector connected to the positive electrode of the DC power source (13);
The first semiconductor switch means (9), the second semiconductor switch means (10), the first diode (1), and the second diode (2) constitute a semiconductor switch that allows current to flow bidirectionally. The voltage / current polarity detection device according to claim 1, wherein:
前記第1のダイオード(1) に並列接続された第3の抵抗(7) と、
前記第1のダイオード(2) に並列接続された第4の抵抗(8) と、を設けたことを特徴とする請求項8記載の電圧電流極性検出装置。
A third resistor (7) connected in parallel to the first diode (1);
The voltage / current polarity detection device according to claim 8, further comprising a fourth resistor (8) connected in parallel to the first diode (2).
前記直流電源(13)を前記第1の半導体スイッチ手段(9) と前記第2の半導体スイッチ手段(10)のゲート駆動電源として共用し同一電源としたことを特徴とする請求項6または8に記載の電圧電流極性検出装置。  9. The DC power supply (13) is used as a gate drive power supply for the first semiconductor switch means (9) and the second semiconductor switch means (10) to be the same power supply. The voltage / current polarity detection device described. 前記電力変換装置は、請求項1から10のいずれかの電圧電流極性検出装置を備えたことを特徴とする電力変換装置。  The said power converter device is provided with the voltage current polarity detection apparatus in any one of Claim 1 to 10, The power converter device characterized by the above-mentioned.
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