JPH072006B2 - Chopper protection method - Google Patents
Chopper protection methodInfo
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- JPH072006B2 JPH072006B2 JP16339291A JP16339291A JPH072006B2 JP H072006 B2 JPH072006 B2 JP H072006B2 JP 16339291 A JP16339291 A JP 16339291A JP 16339291 A JP16339291 A JP 16339291A JP H072006 B2 JPH072006 B2 JP H072006B2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は電気車用補助電源等に用
いられる直流−直流変換装置、すなわち昇降圧チョッパ
装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC / DC converter used in an auxiliary power source for an electric vehicle, that is, a step-up / down chopper device.
【0002】[0002]
【従来の技術】本発明者が先に提案した特開平3-82364
号公報記載の昇降圧チョッパ装置の主回路接続図を図3
に示す。この昇降圧チョッパ装置は、直流電源1の正極
と負極間に充電抵抗13と並列接続された逆阻止形サイリ
スタ14と第1のリアクトル2と第1のスイッチング素子
5と第2のリアクトル9及び第2のスイッチング素子6
を直列接続し、前記第1のスイッチング素子5のアノー
ドと第2のスイッチング素子6のカソード間に第1,第
3及び第2のコンデンサ3,10及び4を直列接続し、前
記第1のスイッチング素子5のカソードにカソード側
を、第1と第3のコンデンサ3と10の接続点にアノード
側を配置して第1のダイオード7を接続し、また第2の
スイッチング素子6のアノードにアノード側を、第3と
第2のコンデンサ10と4の接続点にカソード側を配置し
て第2のダイオード8を接続すると共に、前記第3のコ
ンデンサ10の両端から出力を取り出すものである。この
昇降圧チョッパ装置の動作の詳しい説明は省略するが、
該回路の主な特徴は、入力直流電圧VL に対して第3の
コンデンサの両端である直流出力電圧V0 を昇圧するこ
とも降圧することもできること、及び出力電圧V0 の極
性が第1及び第2のコンデンサ3と4の極性と逆になっ
ていることである。2. Description of the Related Art JP-A-3-82364 proposed by the present inventor
Fig. 3 shows the main circuit connection diagram of the buck-boost chopper device described in Japanese Patent Publication No.
Shown in. This step-up / down chopper device includes a reverse blocking thyristor 14 connected in parallel with a charging resistor 13 between a positive electrode and a negative electrode of a DC power supply 1, a first reactor 2, a first switching element 5, a second reactor 9 and a second reactor 9. 2 switching elements 6
Are connected in series, and the first, third and second capacitors 3, 10 and 4 are connected in series between the anode of the first switching element 5 and the cathode of the second switching element 6, and the first switching The cathode of the element 5 is arranged on the cathode side, the anode side is arranged at the connection point of the first and third capacitors 3 and 10 to connect the first diode 7, and the anode of the second switching element 6 is arranged on the anode side. Is connected to the second diode 8 by arranging the cathode side at the connection point between the third and second capacitors 10 and 4, and the output is taken out from both ends of the third capacitor 10. A detailed description of the operation of this step-up / down chopper device is omitted,
The main feature of the circuit is that the DC output voltage V 0 across the third capacitor can be stepped up or down with respect to the input DC voltage V L , and the polarity of the output voltage V 0 is the first. And the polarities of the second capacitors 3 and 4 are opposite.
【0003】図3において、12は装置を直流電源から切
り離すための開閉器であり、充電抵抗13は開閉器12がオ
ンした時に第1,第2のコンデンサ3,4への急激な大
きい充電電流を抑制するためのものであり(第3のコン
デンサ10は図示しない並列ダイオードによって図3に示
す極性と逆方向には充電されない)、逆阻止形サイリス
タ14は第1,第2のコンデンサ3,4が充電するとター
ンオンして充電抵抗13を短絡するものである。In FIG. 3, reference numeral 12 is a switch for disconnecting the device from the DC power source, and charging resistor 13 is a large charging current for the first and second capacitors 3 and 4 when the switch 12 is turned on. (The third capacitor 10 is not charged in the opposite direction to the polarity shown in FIG. 3 by a parallel diode (not shown)), and the reverse blocking thyristor 14 is provided with the first and second capacitors 3, 4 When is charged, it turns on and shorts the charging resistor 13.
【0004】図3の回路で第1及び第2のスイッチング
素子5及び6を交互にオン・オフさせ、その導通率を制
御することにより、直流出力電圧である第3のコンデン
サ10の両端の電圧V0 を一定にすることが可能である。
入力直流電圧をVL とすると第1及び第2のコンデンサ
3及び4の両端の電圧VC1及びVC2は次式のようにな
る。 VC1=VC2=(VL +V0 )/2By alternately turning on and off the first and second switching elements 5 and 6 in the circuit of FIG. 3 and controlling the conduction rate thereof, the voltage across the third capacitor 10 which is a DC output voltage. It is possible to keep V 0 constant.
When the input DC voltage is V L , the voltages V C1 and V C2 across the first and second capacitors 3 and 4 are given by the following equations. V C1 = V C2 = (V L + V 0 ) / 2
【0005】この回路において負荷側の原因で直流出力
側に過電流が流れると、それに比例して第1及び第2の
スイッチング素子5及び6に流れる電流も大きくなり、
それがスイッチング素子の電流遮断能力以上となった場
合にはスイッチング素子を破壊する。それを防止するた
め、遮断能力以上の電流が流れた場合、スイッチング素
子5,6の遮断を阻止し、オン状態を継続する。これに
より、直流電源1→開閉器12→逆阻止サイリスタ14→リ
アクトル2→スイッチング素子5→リアクトル9→スイ
ッチング素子6→直流電源の経路で電流が流れ、リアク
トル2及び9の鉄心の磁気飽和によるインダクタンスの
低下により、急速に大きな電流となる。In this circuit, when an overcurrent flows on the DC output side due to the load side, the currents flowing through the first and second switching elements 5 and 6 also increase in proportion to it.
When it exceeds the current cutoff capability of the switching element, the switching element is destroyed. In order to prevent this, when a current having a breaking capacity or more flows, the breaking of the switching elements 5 and 6 is blocked and the ON state is continued. As a result, a current flows in the path of DC power supply 1 → switch 12 → reverse blocking thyristor 14 → reactor 2 → switching element 5 → reactor 9 → switching element 6 → DC power supply, and the inductance due to magnetic saturation of the iron cores of reactors 2 and 9 The current rapidly decreases to a large current.
【0006】この大きな電流は開閉器12で遮断すること
になるが、開閉器12は電流が更に大きくなる前に早期に
遮断動作を開始し、且つ短時間内に遮断を完了する高速
度のものでなければならない。また、スイッチング素子
5,6は、この遮断が完了するまでの電流に耐えられる
ものを選択する必要がある。This large current is cut off by the switch 12, but the switch 12 is of a high speed type which starts the breaking operation early before the current becomes larger and completes the breaking within a short time. Must. Further, as the switching elements 5 and 6, it is necessary to select ones that can withstand the current until the interruption is completed.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】従来の保護の方法で
は、スイッチング素子5,6自身の過電流耐量を大きく
しなければならず、不必要な大容量のスイッチング素子
を使用せざるを得ない。また、大きい電流を開閉器12で
遮断するため、開閉器の接点の荒損が発生し、その手入
れに時間と技術を要することになる。In the conventional protection method, the overcurrent withstanding capability of the switching elements 5 and 6 must be increased, and an unnecessarily large-capacity switching element must be used. Further, since a large current is cut off by the switch 12, the contact of the switch is damaged and it takes time and skill to clean it.
【0008】更に、直流電源1である変電所の保護シス
テムと、開閉器12の遮断性能との協調が良くないと、変
電所が先に遮断してしまい、他の健全な機器にまで影響
を及ぼしてしまう欠点があった。Furthermore, if the protection system for the substation, which is the DC power source 1, and the breaking performance of the switch 12 are not well coordinated, the substation will shut off first, affecting other healthy equipment. There was a drawback that caused it.
【0009】本発明の目的は、上述した欠点を解消する
ために、この回路の動作の特徴を利用した優れた保護方
式を提供することである。It is an object of the present invention to provide an excellent protection scheme which takes advantage of the operational characteristics of this circuit in order to overcome the above mentioned drawbacks.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】負荷過電流や直流出力過
電圧等の不具合発生時に、第3のコンデンサ10に充電さ
れた電荷を急速に放電させるようにする。[Means for Solving the Problem] When a problem such as a load overcurrent or a DC output overvoltage occurs, the electric charge charged in the third capacitor 10 is rapidly discharged.
【0011】[0011]
【作用】電圧V0 に充電された第3のコンデンサを急速
に放電させると、第1及び第2のコンデンサ3及び4に
充電された電圧〔(VL +V0 )/2〕は各コンデンサ
に容量が大きいものを使用していることもあり、急速に
は変化しない。従って、第3のコンデンサ10が放電され
てコンデンサ10の電圧が零になると、スイッチング素子
5のアノードとスイッチング素子6のカソードとの間の
電圧(これはVC1−V0 +VC2で、正常動作時はVC1−
V0 +VC2=VL となる)はV0 +VL となり、リアク
トル2には図3に示す極性に電圧V0 が印加される。従
って、リアクトル2に流れる電流、つまり直流入力電流
が急速に減少して零となり、逆阻止サイリスタ14は自然
消弧する。この後に開閉器を無電流で開とすることで、
確実に直流電源1からチョッパ回路を切り離すことが可
能となる。When the third capacitor charged to the voltage V 0 is rapidly discharged, the voltage [(V L + V 0 ) / 2] charged to the first and second capacitors 3 and 4 is discharged to each capacitor. It does not change rapidly because it uses a large capacity. Accordingly, when the third capacitor 10 is discharged and the voltage of the capacitor 10 becomes zero, the voltage between the anode of the switching element 5 and the cathode of the switching element 6 (this is V C1 −V 0 + V C2 Time is V C1 −
V 0 + V C2 = V L ) becomes V 0 + V L , and the voltage V 0 is applied to the reactor 2 in the polarity shown in FIG. Therefore, the current flowing through the reactor 2, that is, the DC input current rapidly decreases to zero, and the reverse blocking thyristor 14 spontaneously extinguishes the arc. After this, by opening the switch without current,
The chopper circuit can be reliably disconnected from the DC power supply 1.
【0012】[0012]
【実施例】本発明に基づくチョッパの保護方式の一実施
例を図面を用いて説明する。図1は本発明による保護方
式を適用した昇降圧チョッパ装置を示すが、図3と同一
機能のものには同一符号を付してある。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a chopper protection system according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a step-up / down chopper device to which a protection system according to the present invention is applied, and those having the same functions as those in FIG. 3 are designated by the same reference numerals.
【0013】第3のコンデンサ10の放電手段として、コ
ンデンサ10と並列にリアクトル16とサイリスタ15との直
列回路を接続する。保護時にサイリスタ15をターンオン
させると、コンデンサ10とリアクトル16とによる振動電
流がコンデンサ10から流れ、急速に放電してコンデンサ
10の電圧は零となり、前述のように逆阻止サイリスタ14
をターンオフさせることができる。As a discharging means of the third capacitor 10, a series circuit of a reactor 16 and a thyristor 15 is connected in parallel with the capacitor 10. When the thyristor 15 is turned on during protection, an oscillating current due to the capacitor 10 and the reactor 16 flows from the capacitor 10 and discharges rapidly
The voltage of 10 becomes zero, and as described above, the reverse blocking thyristor 14
Can be turned off.
【0014】本発明の他の実施例を図2に示す。図2は
直流負荷として電圧形インバータ17(単相あるいは三相
以上のいずれでも可)を接続した場合で、電圧形インバ
ータ17の交流出力側に交流変圧器18が接続される場合も
ある。図2において、保護時に電圧形インバータ17内の
直列接続されたスイッチング素子群(例えば図2に示す
GTU とGTX )の一つあるいはそれ以上を同時にターンオ
ンさせると、図1の場合と同様にコンデンサ10とリアク
トル16との振動電流が流れ、コンデンサ10の電圧を零と
することができる。Another embodiment of the present invention is shown in FIG. FIG. 2 shows a case where a voltage source inverter 17 (single-phase or three-phase or more) is connected as a DC load, and an AC transformer 18 may be connected to the AC output side of the voltage source inverter 17. In FIG. 2, a switching element group connected in series in the voltage source inverter 17 at the time of protection (for example, shown in FIG. 2).
When one or more of GTU and GTX) are turned on at the same time, an oscillating current between the capacitor 10 and the reactor 16 flows as in the case of FIG. 1 and the voltage of the capacitor 10 can be made zero.
【0015】また、電圧形インバータ17の交流側に変圧
器18が接続されている場合には、保護動作が始まる瞬間
のその電圧形インバータの各スイッチング素子の動作状
態を維持する(電圧形インバータ17が三相である場合
は、正極側で2個、負極側で1個、あるいはその逆で、
いずれかのスイッチング素子が導通する)。例えば図2
の電圧形インバータのスイッチング素子のうち、GTU, G
TV, GTZ が導通しているとすると、保護時に引き続きこ
れらのスイッチング素子の導通を継続させると、変圧器
18の一次巻線に直流電圧が印加され、変圧器の鉄心が急
速に磁気飽和をきたし、低インピーダンス(一次側漏れ
インダクタンス)となり、コンデンサ10から大きい電流
が流れてコンデンサ10を急速に放電させる。この場合、
変圧器の飽和時の一次側インピーダンスがリアクトル16
の役割を果たすので、図2におけるリアクトル16は必要
なくなる。Further, when the transformer 18 is connected to the AC side of the voltage source inverter 17, the operating state of each switching element of the voltage source inverter is maintained at the moment the protection operation starts (the voltage source inverter 17). Is three phases, two on the positive side, one on the negative side, or vice versa,
Either switching element is conducting). Figure 2
Among the switching elements of the voltage source inverter of GTU, G
Assuming that the TV and GTZ are conducting, if these switching elements are kept conducting during protection, the transformer
A DC voltage is applied to the primary winding of the transformer 18, the iron core of the transformer is rapidly magnetically saturated, and the impedance becomes low (primary side leakage inductance), and a large current flows from the capacitor 10 to rapidly discharge the capacitor 10. in this case,
When the transformer is saturated, the primary impedance is reactor 16
, The reactor 16 in FIG. 2 is unnecessary.
【0016】[0016]
【発明の効果】本発明によれば、コンデンサ10の充電さ
れた電荷を急速に放電させることで、入力側の逆阻止サ
イリスタを非導通にすることにより、保護時に確実にチ
ョッパ回路を直流電源1から切り離すことができる。According to the present invention, the reverse charge blocking thyristor on the input side is made non-conducting by rapidly discharging the charged electric charge of the capacitor 10, so that the chopper circuit can reliably operate the DC power supply 1 during protection. Can be separated from.
【図1】図1は本発明の保護方法の一実施例を示す回路
図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a protection method of the present invention.
【図2】図2は本発明の保護方法の他の実施例を示す回
路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing another embodiment of the protection method of the present invention.
【図3】図3は本発明の保護方法を適用する昇降圧チョ
ッパ装置の主回路図である。FIG. 3 is a main circuit diagram of a step-up / down chopper device to which the protection method of the present invention is applied.
1 直流電源 2 第1のリアクトル 3 第1のコンデンサ 4 第2のコンデンサ 5 第1のスイッチング素子 6 第2のスイッチング素子 7 第1のダイオード 8 第2のダイオード 9 第2のリアクトル 10 第3のコンデンサ 11 負荷 12 開閉器 13 充電抵抗 14 逆阻止サイリスタ 15 短絡用サイリスタ 16 保護用リアクトル 17 電圧形インバータ 18 交流変圧器 1 DC power supply 2 1st reactor 3 1st capacitor 4 2nd capacitor 5 1st switching element 6 2nd switching element 7 1st diode 8 2nd diode 9 2nd reactor 10 3rd capacitor 11 Load 12 Switch 13 Charge resistance 14 Reverse blocking thyristor 15 Short circuit thyristor 16 Protective reactor 17 Voltage source inverter 18 AC transformer
Claims (4)
列接続された逆阻止形サイリスタと第1のリアクトルと
第1のスイッチング素子と第2のリアクトル及び第2の
スイッチング素子を直列接続し、前記第1のスイッチン
グ素子のアノードと第2のスイッチング素子のカソード
間に第1,第3及び第2のコンデンサを直列接続し、前
記第1のスイッチング素子のカソードにカソード側を、
第1と第3のコンデンサの接続点にアノード側を配置し
て第1のダイオードを接続し、また第2のスイッチング
素子のアノードにアノード側を、第3と第2のコンデン
サの接続点にカソード側を配置して第2のダイオードを
接続すると共に、前記第3のコンデンサの両端から出力
を取り出す昇降圧チョッパ装置において、装置の異常動
作時に第3のコンデンサの電荷を急速に放電させること
により、前記逆阻止形サイリスタを強制的にターンオフ
させることを特徴とするチョッパの保護方式。1. A reverse blocking thyristor connected in parallel with a charging resistor between a positive electrode and a negative electrode of a DC power supply, a first reactor, a first switching element, a second reactor and a second switching element are connected in series. , First, third, and second capacitors are connected in series between the anode of the first switching element and the cathode of the second switching element, and the cathode side is connected to the cathode of the first switching element.
The anode side is arranged at the connection point of the first and third capacitors to connect the first diode, the anode side is connected to the anode of the second switching element, and the cathode is connected to the connection point of the third and second capacitors. In the step-up / down chopper device which arranges the side and connects the second diode, and takes out the output from both ends of the third capacitor, by rapidly discharging the electric charge of the third capacitor during abnormal operation of the device, A protection method for a chopper, characterized in that the reverse blocking thyristor is forcibly turned off.
電させる手段として第3のコンデンサと並列に保護用リ
アクトルと短絡用サイリスタとの直列回路を接続し、保
護時に該短絡用サイリスタをターンオンすることを特徴
とする請求項1記載のチョッパの保護方式。2. A series circuit of a protective reactor and a short-circuit thyristor is connected in parallel with the third capacitor as a means for rapidly discharging the electric charge of the third capacitor, and the short-circuit thyristor is turned on at the time of protection. The chopper protection system according to claim 1, wherein:
ンバータを負荷として接続したものにおいて、保護時に
該電圧形インバータのスイッチング素子を全てターンオ
ンさせ、第3のコンデンサを急速に放電させることを特
徴とする請求項1記載のチョッパの保護方式。3. A voltage-source inverter connected as a load to both ends of the third capacitor, all switching elements of the voltage-source inverter being turned on at the time of protection to rapidly discharge the third capacitor. The chopper protection system according to claim 1.
に交流変圧器を有する電圧形インバータを負荷として接
続したものにおいて、保護時に該電圧形インバータをそ
の瞬間における動作状態に維持し、前記交流変圧器を直
流勵磁させてこれを磁気飽和に到らしめ、該変圧器の一
次巻線を低インピーダンスとすることにより、第3のコ
ンデンサを急速に放電させることを特徴とする請求項1
記載のチョッパの保護方式。4. A voltage source inverter having an AC transformer on the output side is connected to both ends of the third capacitor as a load, and the voltage source inverter is maintained in an operating state at that moment during protection. 3. A third capacitor is rapidly discharged by causing a direct current demagnetization of the alternating current transformer to reach magnetic saturation and making the primary winding of the transformer low impedance.
Chopper protection method described.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16339291A JPH072006B2 (en) | 1991-06-10 | 1991-06-10 | Chopper protection method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16339291A JPH072006B2 (en) | 1991-06-10 | 1991-06-10 | Chopper protection method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04364357A JPH04364357A (en) | 1992-12-16 |
| JPH072006B2 true JPH072006B2 (en) | 1995-01-11 |
Family
ID=15773019
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP16339291A Expired - Fee Related JPH072006B2 (en) | 1991-06-10 | 1991-06-10 | Chopper protection method |
Country Status (1)
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| JP (1) | JPH072006B2 (en) |
Families Citing this family (2)
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1991
- 1991-06-10 JP JP16339291A patent/JPH072006B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH04364357A (en) | 1992-12-16 |
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