Переключающее устройство, устройство преобразования мощности, устройство возбуждения двигателя, нагнетатель воздуха, компрессор, кондиционер воздуха, холодильник и морозильный аппарат

Переключающее устройство, устройство преобразования мощности, устройство возбуждения двигателя, нагнетатель воздуха, компрессор, кондиционер воздуха, холодильник и морозильный аппарат

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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) ис