脉冲电压发生装置制造方法
【专利摘要】本发明的高电压发生器(13)生成高电压(HVDC)。信号发生器(33)将在一个周期中包含脉冲提供期间和脉冲停止期间的期间设定信号、以及脉冲信号进行重叠，生成仅在脉冲提供期间生成脉冲信号的合成信号，该脉冲信号的频率为比期间设定信号的频率要高的脉冲反复频率、且其振幅值为比高电压(HVDC)的值要低的电压值。半导体开关(40)在合成信号的电压值低于栅极设定电压值时，利用来自高电压发生器(13)的高电压(HVDC)在电容元件(16)中存储电荷，在合成信号的电压值在栅极设定电压值以上时，利用由电容元件(16)释放出的电荷来生成以高电压(HVDC)的值作为峰值的脉冲电压。能够实现使反复地生成稳定的脉冲电压的期间、和不生成脉冲电压的期间交替地产生的试验。
【专利说明】脉冲电压发生装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及脉冲电压发生装置。
【背景技术】
[0002]脉冲电压发生装置例如使用于具备电机动、逆变器及电缆的逆变器驱动系统中。该逆变器驱动系统中，逆变器利用开关动作从直流电压转换成脉冲电压，并将该脉冲电压经由电缆提供给电动机。利用该脉冲电压来驱动电动机。
[0003]然而，在逆变器驱动系统中，由于逆变器、电缆、电动机的阻抗不匹配，会产生反射波。由于该反射波会与脉冲电压重叠，因而可能会在电缆与电动机之间的部分、特别是电缆与电动机的连接部产生高电压噪声。为了区分该高电压噪声和雷击浪涌，此处称为逆变器浪涌。
[0004]因而，作为评价逆变器驱动系统的一个试验，有以模拟的方式生成逆变器浪涌并施加到例如作为负载的上述连接部的试验。尤其是具有如下试验:使反复地生成脉冲电压以作为模拟的逆变器浪涌并将该脉冲电压施加到负载的期间、和不生成该脉冲电压的期间交替地产生。为了实现该试验，开发出使用了放电间隙的脉冲电压发生装置。
[0005]该脉冲电压发生装置具备:高电压发生器、电容元件、第I输出端子、第2输出端子、第I电极、以及第2电极。
[0006]在第I节点和第2节点之间，设置高电压发生器。在第I节点和第2节点之间，以与高电压发生器并联的方式设置电容元件。例如在第I输出端子和第2输出端子之间，设置上述连接部以作为提供脉冲电压的负载。
[0007]在第I节点和第I输出端子之间，设置第I电极和第2电极。第I电极和第2电极例如是球状的金属电极(钨等)，且第I电极和第2电极分开设置。
[0008]高电压发生器生成高电压，且在电容元件中利用来自高电压发生器的高电压来存储电荷。此时，当第I电极和第2电极之间的电压达到火花放电开始电压时，发生火花放电，在第I输出端子和第2输出端子之间产生脉冲电压。该脉冲电压的峰值取决于大气中的火花放电，且小于高电压发生器所提供的高电压。
[0009]现有技术文献
[0010]非专利文献
[0011]非专利文献1:Li Ming 等 “EFFECTS OF REPETITIVE PULSE VOLTAGE ON SURFACETEMPERATURE INCREASE AT END CORONA PROTECTION REGION OF HIGH VOLTAGE MOTORS”，10thInsucon International Conference Birmingham2006o
【发明内容】
[0012]在使用了放电间隙的脉冲电压发生装置中，因火花放电而产生了脉冲电压。因此，通常不能使脉冲电压的电压值、上升沿时间、下降沿时间、以及逆变器重复频率等参数为定值。[0013]火花放电在大气中发生。因此，为了使上述参数为定值，需要在第I电极和第2电极之间提供固定的压力(空气)。即使如此，还存在无法使上述参数为定值的理由。
[0014]作为理由，第I电极和第2电极的表面因火花放电而产生了放电痕迹。因此，为了使上述参数为定值，需要定期地对第I电极和第2电极的表面进行清洁或进行更换。
[0015]另外，每次对脉冲电压的峰值进行调整时，都需要对第I电极和第2电极之间的距离、即放电间隙进行调整。由于只要放电间隙发生微小的距离变化，上述参数都会发生变化，因此需要花费大量的时间来调整放电间隙。
[0016]由此，在使用了放电间隙的脉冲电压发生装置中，在进行上述试验时，很难反复地生成稳定的脉冲电压。
[0017]另外，在非专利文献I中记载了使用半导体开关来生成高电压脉冲的电路。然而，并非是用于实现使反复生成脉冲电压的期间、和不生成该脉冲电压的期间交替地产生的试验的结构。
[0018]本发明所要解决的技术问题在于，实现使反复生成稳定的脉冲电压的期间、和不生成该脉冲电压的期间交替地产生的试验。
[0019]本发明的脉冲电压发生装置的特征在于，包括:生成高电压的高电压发生器；电容元件；信号发生器，该信号发生器将在一个周期中包含脉冲提供期间和在所述脉冲提供期间之后的脉冲停止期间的期间设定信号、以及脉冲信号进行重叠，生成仅在所述脉冲提供期间生成所述脉冲信号的合成信号，所述脉冲信号的频率为比所述期间设定信号的频率要高的脉冲反复频率、且其振幅值为比所述高电压的值要低的电压值；以及半导体开关，该半导体开关在所述合成信号的电压值低于预先设定的栅极设定电压值时，利用来自所述高电压发生器的所述高电压在所述电容元件存储电荷，在所述合成信号的电压值在所述栅极设定电压值以上时，使存储于所述电容元件的电荷释放，利用由所述电容元件释放出的电荷来生成以所述高电压的值作为峰值的脉冲电压，且向设置有负载的第I输出端子和第2输出端子之间提供所述脉冲电压。
[0020]根据本发明，能够实现使反复地生成稳定的脉冲电压的期间、和不生成该脉冲电压的期间交替地产生的试验。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是示出了本发明的第I实施方式所涉及的脉冲电压发生装置的结构的电路图。
[0022]图2是在本发明的第I实施方式所涉及的脉冲电压发生装置中、作为输入用直流电源和控制用直流电源能使高电压发生器生成的高电压的波形而示出了脉冲波的图。
[0023]图3是在本发明的第I实施方式所涉及的脉冲电压发生装置中、作为与图2不同的波形而示出了斜坡波的图。
[0024]图4是在本发明的第I实施方式所涉及的脉冲电压发生装置中、作为与图2和图3不同的波形而示出了将脉冲波和斜坡波组合后得到的波形的图。
[0025]图5是示出了本发明的第I实施方式所涉及的脉冲电压发生装置中的信号发生器所产生的期间设定信号及脉冲信号、信号发生器所生成的合成信号、以及半导体开关根据合成信号所产生的脉冲电压的图。[0026]图6是示出了在本发明的第I实施方式所涉及的脉冲电压发生装置中、放大图5的X部分时得到的脉冲电压的图。
[0027]图7是示出了在本发明的第I实施方式所涉及的脉冲电压发生装置中、放大图6的Y部分时得到的脉冲电压的上升沿的图。
[0028]图8是示出了适用有本发明第I实施方式所涉及的脉冲电压发生装置的系统的结构的图。
[0029]图9是作为与图8不同的示例，示出了适用有本发明第I实施方式所涉及的脉冲电压发生装置的系统的结构的图。
[0030]图10是示出了本发明的第2实施方式所涉及的脉冲电压发生装置的结构的电路图。
[0031]图11是示出了在本发明的第I实施方式所涉及的脉冲电压发生装置中、在负载中包含电感分量的情况下放大图5的X部分时得到的脉冲电压的图。
[0032]图12是示出了在本发明的第2实施方式所涉及的脉冲电压发生装置中、在负载中包含电感分量的情况下放大图5的X部分时得到的脉冲电压的图。
【具体实施方式】
[0033]下面，参照附图来说明本发明所涉及的脉冲电压发生装置的实施方式。
[0034][第I实施方式]
[0035]本发明的第I实施方式所涉及的脉冲电压发生装置适用于例如图8所示的系统中。该系统具备旋转电机1、逆变器2、以及电缆3。
[0036]电缆3用于连接逆变器2和旋转电机I。作为旋转电机1，举例示出了电动机(motor)或发电机。逆变器2利用开关动作从直流电压转换成脉冲电压，并将该脉冲电压经由电缆3提供给旋转电机I。利用该脉冲电压来驱动旋转电机I。
[0037]然而，在上述系统中，由于逆变器2、电缆3、旋转电机I的阻抗不匹配，会产生反射波。由于该反射波与脉冲电压重叠，可能在电缆3与旋转电机I的连接部4上发生逆变器浪涌。
[0038]该逆变器浪涌的上升沿时间非常短(例如50ns?2 μ s)，而其下降沿时间比上升沿时间要长。逆变器浪涌反复发生时的频率例如为IkHz?20kHz。
[0039]因而，作为对上述系统或者该系统中旋转电机I的线圈元件进行评价的一个试验，有以模拟的方式生成逆变器浪涌并施加到例如作为负载的上述连接部的试验。在试验中，使反复地生成脉冲电压以作为模拟的逆变器浪涌并将该脉冲电压施加到负载的期间、和不生成该脉冲电压的期间交替地产生。
[0040]本发明的第I实施方式所涉及的脉冲电压发生装置中，实现上述试验。
[0041]图1是示出了本发明的第I实施方式所涉及的脉冲电压发生装置的结构的电路图。
[0042]如图1所示，第I实施方式的脉冲电压发生装置具备:直流电源10、高电压发生器(HVDC) 13、电容元件16、充电电阻元件21、负载电阻元件22、调整电阻元件23、第I输出端子31、第2输出端子32、信号发生器33、开关用逆向电压保护二极管34、以及半导体开关40。[0043]高电压发生器13的输出连接至电容元件16的第I电极(正电极)11。电容元件16的第2电极(负电极)12与第2输出端子32的电位相同。具体而言，第2输出端子32接地。高电压发生器13输出后述的高电压HVDC。高电压HVDC表示高电压发生器13的第I电位至第2电位的电位差。在本实施方式中，由于将高电压发生器13的第I电位设定为O [V]，且将高电压发生器13的第2电位设定为高电压HVDC，因此将高电压发生器13的第I电位一侧的布线(未图示)及框体(未图示)接地。
[0044]直流电源10包含输入用直流电源14和控制用直流电源15。
[0045]输入用直流电源14的输出连接至高电压发生器13的输入端口(未图示)。输入用直流电源14输出后述的直流电压VDC。直流电压VDC表示输入用直流电源14的第I电位至第2电位的电位差。在本实施方式中，由于将输入用直流电源14的第I电位设定为O [V]，且将输入用直流电源14的第2电位设定为直流电压VDC，因此将输入用直流电源14的第I电位一侧的布线(未图示)及框体(未图示)接地。
[0046]控制用直流电源15的输出连接至高电压发生器13的输入端口(未图示)，控制用直流电源15输出对能经由输入端口流入高电压发生器13中的电流的值进行控制的电压(后述的控制信号)。该电压表示控制用直流电源15的第I电位至第2电位的电位差。在本实施方式中，由于将控制用直流电源15的第I电位设定为O [V]，且将控制用直流电源15的第2电位设定为上述电压，因此将控制用直流电源15的第I电位一侧的布线(未图示)及框体(未图示)接地。
[0047]在高电压发生器13的输出和电容元件16的第I电极11之间设置有电阻元件、即充电电阻元件21。在第I输出端子31和第2输出端子32之间设置有电阻元件、即负载电阻元件22。例如在第I输出端子31和第2输出端子32之间设置上述的电缆3与旋转电机I的连接部4，以作为提供脉冲电压的负载。
[0048]半导体开关40具有连接至电容元件16的第I电极11的第I端子41、连接至第I输出端子31的第2端子42、以及栅极端子43。在第I端子41和第2端子42之间设置电阻元件。当提供给栅极端子43的电压值在预先设定的栅极设定电压值以上时，半导体开关40导通，将第I端子41和第2端子42连接起来。
[0049]在半导体开关40的第2端子42和第I输出端子31之间设置电阻元件、即调整电阻元件23。
[0050]开关用逆向电压保护二极管34的阴极连接至半导体开关40的第I端子41，其阳极连接至半导体开关40的第2端子42。也就是说，开关用逆向电压保护二极管34与半导体开关40并联地设置，且被用作为整流二极管。
[0051]信号发生器33的输出连接至半导体开关40的栅极端子43。
[0052]接着，作为本发明的第I实施方式所涉及的脉冲电压发生装置的动作，对高电压发生器13、输入用直流电源14、以及控制用直流电源15的动作进行说明。
[0053]输入用直流电源14生成直流电压VDC，并将该直流电压VDC提供给高电压发生器13。
[0054]高电压发生器13生成与由输入用直流电源14所提供的直流电压VDC成比例、且高于直流电压VDC的高电压HVDC (HVDC >> VDC)，并将该高电压HVDC施加到电容元件16。该高电压HVDC是上述的逆变器浪涌的峰值电压、或者是假定为对该峰值电压乘以安全系数以后得到的值的电压。安全系数也被称为增强因数(enhancement factor)，在通过试验对上述系统或该系统的旋转电机I的线圈元件进行严格评价的情况下，例如采用1.3等预先决定的数值。
[0055]例如，高电压发生器13相对于由输入用直流电源14所提供的直流电压VDC，产生3000倍的电压来作为上述高电压HVDC。此处，当直流电压VDC在OV?IOV的范围内时，高电压发生器13以OV?30kV的范围来输出高电压HVDC。也就是说，当直流电压VDC为IOV时，高电压发生器13相对于直流电压VDC的IOV生成3000倍的电压、即30kV来作为上述高电压HVDC。
[0056]图2作为输入用直流电源14能使高电压发生器13产生的高电压HVDC的波形，示出了脉冲波的图。图3作为与图2不同的波形，是示出了斜坡波的图。图4作为与图2和图3不同的波形，示出了将脉冲波和斜坡波组合后得到波形的图。
[0057]控制用直流电源15对输入用直流电源14输出用于指定直流电压VDC的电压值、上升沿时间、以及下降沿时间的控制信号。如图3至图5所示，控制用直流电源15通过利用控制信号来调整直流电压VDC的电压值、上升沿时间以及下降沿时间，由此除了固定的高电压HVDC以外，还能够将高电压HVDC的波形变形为脉冲波、斜坡波、以及将脉冲波和斜坡波组合后的波形。
[0058]在本实施方式中，控制用直流电源15能够对流过高电压发生器13的电流的最大值进行设定。
[0059]接着，作为本发明的第I实施方式所涉及的脉冲电压发生装置的动作，对信号发生器33以及半导体开关40的动作进行说明。
[0060]首先，说明信号发生器33的动作。
[0061]图5是示出了本发明第I实施方式所涉及的脉冲电压发生装置中的信号发生器33所产生的期间设定信号50及脉冲信号53、信号发生器33所生成的合成信号54、以及半导体开关40根据合成信号54所产生的脉冲电压55的图。
[0062]在信号发生器33中，预先设定设定频率f I以作为第I频率，且预先设定第I电压值Vl以作为第I振幅值。信号发生器33在已设定设定频率f I时，产生由图5所示那样的波形(函数)所表示的期间设定信号50。
[0063]期间设定信号50的频率是设定频率Π，其振幅是第I电压值VI。期间设定信号50的一个周期中包含脉冲提供期间51、脉冲提供期间51之后的脉冲停止期间52。
[0064]在期间设定信号50的波形为方波的情况下，脉冲提供期间51是表示为期间设定信号50的振幅值即第I电压值Vl的期间，脉冲停止期间52是没有振幅的期间。在能够将期间设定信号50的一个周期分成脉冲提供期间51和脉冲停止期间52的情况下，期间设定信号50的波形不仅限于方波，也可以是正弦波或三角波。
[0065]另外。在信号发生器33中，预先设定高于设定频率Π的脉冲反复频率f2(f2 >f I)以作为第2频率，且预先设定第2电压值V2来作为第2振幅值。脉冲反复频率f2是假定上述逆变器浪涌反复发生的情况(例如为IkHz?20kHz)时的频率。信号发生器33在已设定脉冲反复频率f2及第2电压值V2时，生成如图5所示的脉冲信号53。
[0066]脉冲信号53的频率是脉冲反复频率f2，其振幅是第2电压值。例如在设定频率Π为500Hz的情况下，脉冲反复频率f2为10kHz。[0067]信号发生器33在生成了脉冲信号53时,使期间设定信号50和脉冲信号53相重叠，如图5所示，生成仅在脉冲提供期间51生成脉冲信号53的合成信号54，且提供给半导体开关40的栅极端子43。
[0068]此处,合成信号54的电压值即第3电压值V3表不为脉冲信号53的第2电压值V2 (V3 = V2)。或者，第3电压值V3表示为期间设定信号50的第I电压值Vl和脉冲信号53的第2电压值V2的逻辑与(V3 = Vl与V2)。该第3电压值V3由用于使半导体开关40导通的栅极设定电压值Vg(例如为5V)和信号发生器33的规格的组合来决定，其大幅度地低于高电压HVDC的值且高于栅极设定电压值Vg(Vg < V3 << HVDC)。
[0069]接着，说明半导体开关40的动作。
[0070]当前设定为由输入用直流电源14来生成第I控制信号。该第I控制信号在脉冲提供期间51即第I脉冲提供期间中，使高电压发生器13产生高电压HVDC即第I高电压(例如为IOkV)。也就是说，利用由输入用直流电源14所产生的第I控制信号，向高电压发生器13提供与所指定的电压值、上升沿时间以及下降沿时间相对应的第I直流电压(3.3V)，在此情况下，高电压发生器13生成相对于第I直流电压(3.3V)为3000倍的电压来作为第I高电压(IOkV)。其中，在流过高电压发生器13的电流的值超过由控制用直流电源15所规定的电流值的情况下，由于控制用直流电源15而不会产生高电压HVDC即第I高电压(IOkV)。
[0071]在提供给栅极端子43的合成信号54的电压值即第3电压值V3低于栅极设定电压值Vg时，半导体开关40断开，由此不连接第I端子41和第2端子42。此时，利用由高电压发生器13施加到电容元件16上的高电压HVDC(在此情况下为第I高电压(IOkV))，在电容元件16的第I电极11和第2电极12之间存储电荷。也就是说，半导体开关40对电容元件16进行充电。
[0072]当提供给栅极端子43的合成信号54的第3电压值V3在栅极设定电压值Vg以上时，半导体开关40导通，由此连接第I端子41和第2端子42。在此情况下，电容元件16的第I电极11通过半导体开关40及调整电阻元件23连接至第I输出端子31。此时，释放存储在电容元件16中的电荷。也就是说，半导体开关40对电容元件16进行放电。
[0073]其结果是，如图5所示，半导体开关40利用由电容元件16所释放出的电荷产生将上述高电压HVDC(第I高电压(IOkV))的值作为峰值的脉冲电压55，并将该脉冲电压55输出至第I输出端子31和第2输出端子32之间。
[0074]图6是示出了对图5的X部分进行放大后的脉冲电压55的图。图7是示出了对图6的Y部分进行放大后的脉冲电压55的上升沿的图。
[0075]如图6和图7所示，脉冲电压55的上升沿时间非常短(例如20ns?200ns)，而其下降沿时间比上升沿时间要长(例如20 μ S)。脉冲宽度(脉冲电压从上升沿结束到下降沿开始的宽度)为I μ s?10 μ s,脉冲反复频率f2是IkHz?20kHz (在上述示例中为IOkHz)。
[0076]由此，根据第I实施方式的脉冲电压发生装置，能够实现使反复地产生稳定的脉冲电压55的脉冲提供期间51、和不产生该脉冲电压55的脉冲停止期间52交替地产生的试验。另外，根据第I实施方式的脉冲电压发生装置，通过反复地产生上述脉冲电压55，由此能够正确地评价上述系统。[0077]在第I实施方式的脉冲电压发生装置中，还能够实现在每个脉冲提供期间51中逐渐增加高电压HVDC的试验。
[0078]例如，设定由输入用直流电源14在生成第I控制信号之后生成第2控制信号。例如，在第I脉冲提供期间之后的脉冲提供期间51即第2脉冲提供期间中，第2控制信号使高电压发生器13生成与第I高电压不同的高电压HVDC即第2高电压(例如是比第I高电压(IOkV)高的12kV)。也就是说，利用由输入用直流电源14所产生的第2控制信号，向高电压发生器13提供与所指定的电压值、上升沿时间以及下降沿时间相对应的第2直流电压(4.0V)，在此情况下，高电压发生器13生成相对于第2直流电压(4.0V)为3000倍的电压来作为第2高电压(12kV)。其中，在流过高电压发生器13的电流的值超过由控制用直流电源15所规定的电流值的情况下，由于控制用直流电源15而不会产生高电压HVDC即第2高电压(12kV)。
[0079]在提供给栅极端子43的合成信号54的电压值即第3电压值V3低于栅极设定电压值Vg时，半导体开关40断开，由此不连接第I端子41和第2端子42。此时，利用由高电压发生器13施加到电容元件16上的高电压HVDC(在此情况下为第2高电压(12kV))，在电容元件16的第I电极11和第2电极12之间存储电荷。也就是说，半导体开关40对电容元件16进行充电。
[0080]当提供给栅极端子43的合成信号54的第3电压值V3在栅极设定电压值Vg以上时，半导体开关40导通，由此连接第I端子41和第2端子42。在此情况下，电容元件16的第I电极11通过半导体开关40及调整电阻元件23连接至第I输出端子31。此时，释放存储在电容元件16中的电荷。
[0081 ] 其结果是，半导体开关40利用由电容元件16所释放出的电荷产生将上述高电压HVDC(第2高电压(12kV))的值作为峰值的脉冲电压55，并将该脉冲电压55输出至第I输出端子31和第2输出端子32之间。
[0082]在第I实施方式的脉冲电压发生装置中，为了实现在每个脉冲提供期间51使高电压HVDC逐渐增加的试验，输入用直流电源14例如使高电压发生器13生成第I?第6高电压(10kV、12kV、14kV、16kV、18kV、20kV)，以作为在第I?第6脉冲提供期间51中逐渐增加的高电压HVDC。其结果是，半导体开关40根据由信号发生器33所生成的合成信号54，利用开关动作在第I?第6脉冲提供期间51中反复地生成上述脉冲电压55。
[0083]在第I实施方式的脉冲电压发生装置中，还能够实现如下试验:在每个脉冲提供期间51，逐渐地增加高电压HVDC，然后在规定的时刻或任意的时刻开始，在每个脉冲提供期间51逐渐地减小高电压HVDC。在此情况下，输入用直流电源14例如使高电压发生器13生成第I?第6高电压(10kV、12kV、14kV、16kV、18kV、20kV)，以作为在第I?第6脉冲提供期间51中逐渐增加的高电压HVDC。接着，使高电压发生器13生成第7?第11高电压(18kV、16kV、14kV、12kV、10kV)，以作为在第7?第11脉冲提供期间51中逐渐减小的高电压HVDC。其结果是，半导体开关40根据由信号发生器33所生成的合成信号54，利用开关动作在第I?第11脉冲提供期间51中反复地生成上述脉冲电压55。
[0084]在第I实施方式的脉冲电压发生装置中，还能够实现如下试验:在每个脉冲提供期间51，逐渐地增加高电压HVDC，然后在规定的时刻或任意的时刻开始，使每个脉冲提供期间51的高电压HVDC保持一定。在此情况下，输入用直流电源14例如使高电压发生器13生成第I?第6高电压(10kV、12kV、14kV、16kV、18kV、20kV)，以作为在第I?第6脉冲提供期间51中逐渐增加的高电压HVDC。接着，使高电压发生器13生成第6高电压(20kV)，以作为在第7?第11脉冲提供期间51中保持一定的高电压HVDC。其结果是，半导体开关40根据由信号发生器33所生成的合成信号54，利用开关动作在第I?第11脉冲提供期间51中反复地生成上述脉冲电压55。
[0085]在第I实施方式的脉冲电压发生装置中，还能够实现如下试验:在每个脉冲提供期间51，逐渐地减小高电压HVDC，然后在规定的时刻或任意的时刻开始，使每个脉冲提供期间51的高电压HVDC保持一定。在此情况下，输入用直流电源14例如使高电压发生器13生成第I?第6高电压(20kV、18kV、16kV、14kV、12kV、IOkV)，以作为在第I?第6脉冲提供期间51中逐渐增加的高电压HVDC。接着，使高电压发生器13生成第6高电压(IOkV)，以作为在第7?第11脉冲提供期间51中保持一定的高电压HVDC。其结果是，半导体开关40根据由信号发生器33所生成的合成信号54，利用开关动作在第I?第11脉冲提供期间51中反复地生成上述脉冲电压55。
[0086]由此，根据第I实施方式的脉冲电压发生装置，能够实现使反复地产生稳定的脉冲电压55的脉冲提供期间51、和不产生该脉冲电压55的脉冲停止期间52交替地产生的试验，并且能够在每个脉冲提供期间51生成多种脉冲电压55。
[0087]再者，在本发明的第I实施方式所涉及的脉冲电压发生装置中，除了上述系统(参照图8)，还能适用于例如图9所示那样的系统中。
[0088]图9是与图8不同的示例，示出了适用有本发明第I实施方式所涉及的脉冲电压发生装置的系统的结构的图。
[0089]在该系统中，具备线性电动机5来取代上述旋转电机I。线性电动机5应用于例如磁悬浮式线性电动车或其它用途。在此情况下，电缆3连接逆变器2和线性电动机5或其线圈元件。逆变器2利用开关动作从直流电压转换成脉冲电压，并将该脉冲电压经由电缆3提供给线性电动机5。利用该脉冲电压来驱动线性电动机5。
[0090][第2实施方式]
[0091]关于第2实施方式，仅说明对于第I实施方式的变更点。
[0092]图10是示出了本发明的第2实施方式所涉及的脉冲电压发生装置的结构的电路图。图11是示出了在本发明的第I实施方式所涉及的脉冲电压发生装置中、在负载中包含电感分量的情况下放大图5的X部分时得到的脉冲电压的图。图12是示出了在本发明的第2实施方式所涉及的脉冲电压发生装置中、在负载中包含电感分量的情况下放大图5的X部分时得到的脉冲电压的图。
[0093]如图10所示，第2实施方式的脉冲电压发生装置除了第I实施方式的结构之外，还具备负载用逆向电压保护二极管44。负载用逆向电压保护二极管44的阴极连接至第I输出端子31，其阳极连接至第2输出端子32。也就是说，负载用逆向电压保护二极管44与负载电阻元件22及负载并联地设置，且被用作为整流二极管。
[0094]在上述第I实施方式所涉及的脉冲电压发生装置中，当在第I输出端子31和第2输出端子32之间的负载中包含有电感分量的情况下，由该电感分量生成反电动势。因此，如图11所示，当在脉冲提供期间51中生成脉冲电压55时，在以正极性的高电压HVDC作为峰值的第I波形生成之后，直到稳定为O [V]为止，生成第2波形以后的电压。例如利用由电感分量所生成的反电动势，在第I波形之后，生成以负极性的电压作为峰值的第2波形。也就是说，生成逆向电压。利用该逆向电压，在第2波形之后生成以正极性的电压作为峰值的第3波形，在第3波形之后生成以负极性的电压作为峰值的第4波形。作为脉冲电压55所必需的分量是第I波形。
[0095]另一方面，在第2实施方式的脉冲电压发生装置中，当在第I输出端子31和第2输出端子32之间的负载中包含电感分量的情况下，利用负载用逆向电压保护二极管44来防止上述逆向电压。因此，如图12所示，当在脉冲提供期间51中生成脉冲电压55时，即使在负载中包含电感分量，也仅生成以正极性的高电压HVDC作为峰值的第I波形。因此，根据第2实施方式的脉冲电压发生装置，能够仅得到作为脉冲电压55所必需的分量。
[0096]如上所述，对本发明的一实施方式进行了说明，但该实施方式仅作为示例呈现，而并非要对发明范围进行限定。其新的实施方式可通过其它各种方式进行实施，在不脱离发明要旨的范围内，可进行各种省略、替换、变更。该实施方式及其变形均包含在发明的范围和要旨中，并且包含在专利的权利要求所记载的发明及其等同范围内。
[0097]标号说明
[0098]I旋转电机
[0099]2逆变器
[0100]3 电缆
[0101]4连接部
[0102]5线性电动机
[0103]10直流电源
[0104]11第I电极(正电极)
[0105]12第2电极(负电极)
[0106]13高电压发生器
[0107]14输入用直流电源
[0108]15控制用直流电源
[0109]16电容元件
[0110]21充电电阻元件
[0111]22负载电阻元件
[0112]23调整电阻元件
[0113]31 第I输出端子
[0114]32 第2输出端子
[0115]33信号发生器
[0116]34开关用逆向电压保护二极管
[0117]40半导体开关
[0118]41 第I端子
[0119]42 第2端子
[0120]43栅极端子
[0121]44负载用逆向电压保护二极管
[0122]50期间设定信号[0123]51脉冲提供期间
[0124]52脉冲停止期间
[0125]53脉冲信号
[0126]54合成信号
[0127]55脉冲电压
[0128]fl设定频率
[0129]f2脉冲反复频率
[0130]HVDC 高电压
[0131]Vl第I电压值
[0132]V2第2电压值
[0133]V3第3电压值
[0134]VDC直流电压
[0135]Vg栅极设定电 压值。
【权利要求】
1.一种脉冲电压发生装置，其特征在于，包括: 高电压发生器，该高电压发生器生成高电压； 电容元件； 信号发生器，该信号发生器将在一个周期中包含脉冲提供期间和在所述脉冲提供期间之后的脉冲停止期间的期间设定信号、以及脉冲信号进行重叠，生成仅在所述脉冲提供期间生成所述 脉冲信号的合成信号，所述脉冲信号的频率为比所述期间设定信号的频率要高的脉冲反复频率、且其振幅值为比所述高电压的值要低的电压值；以及 半导体开关，该半导体开关在所述合成信号的电压值低于预先设定的栅极设定电压值时，利用来自所述高电压发生器的所述高电压在所述电容元件中存储电荷，在所述合成信号的电压值在所述栅极设定电压值以上时，使存储于所述电容元件的电荷释放，利用由所述电容元件释放出的电荷来生成以所述高电压的值作为峰值的脉冲电压，且向设置有负载的第I输出端子和第2输出端子之间提供所述脉冲电压。
2.如权利要求1所述的脉冲电压发生装置，其特征在于， 所述高电压发生器的输出连接至所述电容元件的第I电极， 所述半导体开关具备连接至所述电容元件的第I电极的第I端子、连接至所述第I输出端子的第2端子、以及连接至所述信号发生器的输出的栅极端子， 所述半导体开关 在提供给所述栅极端子的所述合成信号的电压值低于所述栅极设定电压值时，不通过所述半导体开关来连接所述电容元件的第I电极和所述第I输出端子，利用来自所述高电压发生器的所述高电压在所述电容元件的第I电极和第2电极之间存储电荷， 在提供给所述栅极端子的所述合成信号的电压值在所述栅极设定电压值以上时，通过所述半导体开关来连接所述电容元件的第I电极和所述第I输出端子，使存储于所述电容元件的电荷释放，利用由所述电容元件释放出的电荷来生成以所述高电压的值作为峰值的所述脉冲电压，向所述第I输出端子、和电位与所述电容元件的第2电极的电位相同的所述第2输出端子之间提供所述脉冲电压。
3.如权利要求2所述的脉冲电压发生装置，其特征在于，还包括: 充电电阻元件，该充电电阻元件是设置于所述高电压发生器的输出和所述电容元件的第I电极之间的电阻元件； 负载电阻元件，该负载电阻元件是设置于所述第I输出端子和所述第2输出端子之间的电阻元件；以及 调整电阻元件，该调整电阻元件是设置于所述半导体开关的所述第2端子和所述第I输出端子之间的电阻元件。
4.如权利要求2或3所述的脉冲电压发生装置，其特征在于， 还具有开关用逆向电压保护二极管，该开关用逆向电压保护二极管的阴极连接至所述半导体开关的所述第I端子，其阳极连接至所述半导体开关的所述第2端子。
5.如权利要求1至4中任一项所述的脉冲电压发生装置，其特征在于， 还包括生成直流电压的直流电源， 所述高电压发生器生成与由所述直流电源所提供的所述直流电压成比例、且高于所述直流电压的所述高电压。
6.如权利要求5所述的脉冲电压发生装置，其特征在于， 所述直流电源根据为了控制所述高电压而预先指定的电压值、上升沿时间、以及下降沿时间，向所述高电压发生器提供所述直流电压。
7.如权利要求6所述的脉冲电压发生装置，其特征在于， 所述直流电源 为了在所述脉冲提供期间即第I脉冲提供期间中，使所述高电压发生器生成所述高电压即第I高电压，向所述高电压发生器提供与所述第I高电压成比例的所述直流电压、即第I直流电压， 为了在所述第I脉冲提供期间之后的第2脉冲提供期间中，使所述高电压发生器生成与所述第I高电压不同的第2高电压，向所述高电压发生器提供与所述第2高电压成比例的所述直流电压、即第2直流电压。
8.如权利要求1至7中任一项所述的脉冲电压发生装置，其特征在于， 在对具备旋转电机、输出用于驱动所述旋转电机的脉冲电压的逆变器、以及连接所述逆变器和所述旋转电机的电缆的系统，或者该系统中的所述旋转电机的线圈元件进行评价时，使用所述脉冲电压发生装置， 所述高电压是有可能在所述电缆与所述旋转电机的连接部上产生的逆变器浪涌的峰值电压，或者是假定 为在该峰值电压上乘以安全系数后得到的值的电压， 所述脉冲反复频率是假定为所述逆变器浪涌反复产生的情况下的频率。
9.如权利要求1至7中任一项所述的脉冲电压发生装置，其特征在于， 在对具备线性电动机、输出用于驱动所述线性电动机的脉冲电压的逆变器、以及连接所述逆变器和所述线性电动机或其线圈元件的电缆的系统进行评价时，使用所述脉冲电压发生装置， 所述高电压是有可能在所述电缆与所述线性电动机的连接部上产生的逆变器浪涌的峰值电压，或者是假定为在该峰值电压上乘以安全系数后得到的值的电压， 所述脉冲反复频率是假定为所述逆变器浪涌反复产生的情况下的频率。
10.如权利要求1至9中任一项所述的脉冲电压发生装置，其特征在于， 还具备负载用逆向电压保护二极管，该负载用逆向电压保护二极管的阴极连接至所述第I输出端子，其阳极连接至所述第2输出端子，且该负载用逆向电压保护二极管与所述负载并联地设置。
【文档编号】G01R31/34GK103999347SQ201280062993
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2012年12月19日 优先权日:2011年12月20日
【发明者】小川弘之, 樱井孝幸, 吉满哲夫, 广濑达也, 广岛聪, 匹田政幸, 小迫雅裕, 上野崇寿 申请人:东芝三菱电机产业系统株式会社, 株式会社东芝