[发明专利]电力转换装置及过电流保护电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种将直流电转换为交流电而供应给交流电动机，并进行该交流电动机的驱动控制的电力转换装置。

背景技术

近年来，伴随着对环境问题的关注度的提高，正在迅速普及作为动力源使用交流电动机（以下，简称“电动机”）的电动汽车和区分使用电动机和内燃机的混合动力汽车。这是因为电动机不会像内燃机那样排放二氧化碳，有助于削减二氧化碳排放量。图13为示出电动汽车或混合动力汽车用的电动机的速度-扭矩特性之一例的图。这种电动机具有较宽的运行速度范围，在低速时保持给定的大扭矩，在高速时收拢扭矩并保持给定的功率。并且，在电动汽车和混合动力汽车中，还积极地进行将电动机的动能转换为电能而再生的制动运行。例如，在图13所示的速度-扭矩特性中，驱动运行时的最大扭矩为180N·m，制动运行时的最小扭矩为-127N·m，转速（每分钟的转数）达到3000min^-1为止呈恒定扭矩特性，转速在3000min^-1以上、8000min^-1以下时呈恒定功率特性。图14为示出电动汽车用或混合动力汽车用的电动机的速度-电流特性之一例的图。如图14所示，这种电动机的扭矩-电流之间有很强的相关性，扭矩的绝对值越大，电流也就越大。

在电动汽车或混合动力汽车的电动机的变速控制中，多使用逆变器。逆变器是指将由电池等直流电源供应的直流电通过IGBT（Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管）等半导体开关的转换操作（switching）转换成任意频率及任意电压的交流电而供应到负载的电力转换装置。如前所述，用于电动汽车和混合动力汽车的电动机具有较宽的运行速度范围，扭矩的绝对值越大，电流也就越大。在向电动机供应大电流的情况下，如果在电力转换装置中发生接地故障等，则半导体开关中流过过大的电流（以下，称为过电流），存在破坏该半导体开关的危险。因此，电力转换装置中多设有用于防止过电流破坏半导体开关的过电流保护功能。

过电流保护功能是指当检测到超过阈值的电流产生时，断开参与电力转换的所有半导体开关，进而断开连接直流电源和电力转换装置的电源开关，由此紧急停止电力转换动作的功能。该阈值由电力转换装置所具备的半导体开关的允许电流所决定，在以往的电力转换装置中该阈值基本是固定值。另外，半导体开关的允许电流随着半导体开关的温度发生变化，因此提出有检测（或估计）作为保护对象的半导体开关的温度，并对应于作为保护对象的半导体开关的温度检测结果（或估计结果）改变该阈值的方案（参照专利文献1）。进而，电力转换装置中，还有在过电流保护功能的基础上具有电流限制功能的电力转换装置。电流限制功能是指在用于判定是否启动过电流保护功能的阈值（以下，称为第一阈值）之外另行设定第二阈值，并抑制半导体开关的转换操作以防止有超过该第二阈值的电流流过，但不停止整个电力转换装置的动作的功能。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-10649号公报

在电力转换装置中的接受来自直流电源的直流电供应的直流部设有用于将该直流电平滑化的电容器。如前所述，当过电流保护功能启动时，参与电力转换的所有半导体开关都被断开，从电动机向电力转换装置再生能量。此时，若断开电源开关，则电力转换装置的直流部所设置的电容器通过所述再生能量被充电，导致该电容器的电极间电压上升。在电动汽车和混合动力汽车中作为电动机多使用永久磁铁型同步电动机，在永久磁铁型同步电动机中转速与空载感应电压成比例。因此，当启动过电流保护功能时，此时的转速越高，从电动机再生到电力转换装置的能量就越大。也就是说，在要求电动机高速运行的电动汽车和混合动力汽车中，过电流保护功能启动后的再生能量较大，电极间电压上升至超过设置在直流部的用于平滑化的电容器的耐压的值，存在破坏该电容器的危险。