專利名稱：電力轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在主電路開(kāi)關(guān)元件上反向并聯(lián)連接了回流二極管的結(jié)構(gòu)的電力轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
在逆變器裝置中例如有如下結(jié)構(gòu)如圖1所示，在MOSFETSu～Sw和Sx～Sz上反向并聯(lián)連接回流二極管Du～Dw和Dx～Dz。在這種結(jié)構(gòu)的情況下，MOSFETSu～Sw和Sx～Sz關(guān)閉時(shí)，蓄積在負(fù)載M中的電流能量通過(guò)回流二極管Du～Dw和Dx～Dz回流。
這種情況下，例如回流二極管Dx中流有正向電流Ia時(shí)，如果MOSFETSu導(dǎo)通，則PN間電壓(所謂的直流鏈電壓(DC linkvoltage))作為反向偏置施加在回流二極管Dx的兩端，如圖2所示，在由于殘留電荷而在回流二極管Dx中流過(guò)反向電流后，回流二極管Dx斷開(kāi)。因此，由于PN間電壓和反向電流，回流二極管Dx中產(chǎn)生較大損失，因此必須使散熱器大型化。
因而有以下方案設(shè)置反向電壓施加電路，當(dāng)切斷回流二極管時(shí)，從反向電壓施加電路向回流二極管施加較小的反向電壓，由反向電壓施加電路的低電壓直流電壓源引起回流二極管的反向恢復(fù)，從而降低在回流二極管中產(chǎn)生的損失。例如包括在日本公開(kāi)特許公報(bào)的特開(kāi)平10-327585號(hào)中記載的發(fā)明。
圖3是具備反向電壓施加電路的現(xiàn)有的電力轉(zhuǎn)換裝置的電路圖。在圖3中，直流電壓源1對(duì)3相交流電源進(jìn)行整流，在直流電壓源1的正側(cè)直流母線1a和負(fù)側(cè)直流母線1b之間連接有平滑用的電容器2和逆變器主電路3。逆變器主電路3將相當(dāng)于主電路開(kāi)關(guān)元件的MOSFET4u～4w和4x～4z進(jìn)行3相橋接，在MOSFET4u～4w和4x～4z的集電極和發(fā)射極之間反向并聯(lián)連接回流二極管5u～5w和5x～5z，并在逆變器主電路3的輸出側(cè)連接負(fù)載6(例如電機(jī))。
另外，對(duì)于逆變器主電路3，存在控制該逆變器主電路3的控制電路(后述)。該控制電路相對(duì)上述逆變器主電路3，被定位為副電路(輔助電路)。
在各個(gè)回流二極管5u～5w和5x～5z上連接有反向電壓施加電路7。這些各個(gè)反向電壓施加電路7具有電壓值比直流電壓源1低的低電壓直流電壓源8，并且在MOSFET4u～4w和4x～4z的集電極和發(fā)射極之間分別連接低電壓直流電壓源8的電源線8a、8b。
各反向電壓施加電路7具有基極驅(qū)動(dòng)電路9，基極驅(qū)動(dòng)電路9的電源線9a、9b與低電壓直流電壓源8的電源線8a、8b連接，當(dāng)從省略圖示的開(kāi)關(guān)定時(shí)生成電路向基極驅(qū)動(dòng)電路9輸出了驅(qū)動(dòng)信號(hào)SGu～SGw、SGx～SGz(未圖示)時(shí)，基極驅(qū)動(dòng)電路9由來(lái)自低電壓直流電壓源8的電源驅(qū)動(dòng)，從而導(dǎo)通MOSFET4u～4w和4x～4z。
各反向電壓施加電路7具有相當(dāng)于反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件的MOSFET17，MOSFET17被插在低電壓直流電壓源8的電源線8a上，選擇耐壓比MOSFET4u～4w和4x～4z低的MOSFET17。該MOSFET17在回流二極管的反向恢復(fù)時(shí)導(dǎo)通。
各反向電壓施加電路7具有二極管13和電容器14，這些各個(gè)二極管13和電容器14與低電壓直流電壓源8的電源線8a并聯(lián)連接，當(dāng)MOSFET4u～4w和4x～4z被導(dǎo)通時(shí)，從各個(gè)低電壓直流電壓源8通過(guò)二極管13向電容器14充電。由此向電容器14充入基極驅(qū)動(dòng)電路18的驅(qū)動(dòng)用電源。在電源線8a、8b之間連接電容器15，并在電源線8a上串聯(lián)連接二極管29。另外，在電源線8a、8b之間連接二極管16。
基極驅(qū)動(dòng)電路18的電源線18a、18b連接在電容器14的兩個(gè)端子上，當(dāng)從根據(jù)逆變器主電路3的A、B、C點(diǎn)的電位輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的省略圖示的電位判別電路向基極驅(qū)動(dòng)電路18輸出了驅(qū)動(dòng)信號(hào)SGru～SGrw、SGrx～SGrz(未圖示)時(shí)，基極驅(qū)動(dòng)電路18由電容器14的充電電力驅(qū)動(dòng)，使MOSFET17導(dǎo)通。由此，從低電壓直流電壓源8通過(guò)MOSFET17向回流二極管5u～5w和5x～5z施加小于直流電壓源1的反向電壓。
但是，上述現(xiàn)有技術(shù)為了在回流二極管的反向恢復(fù)時(shí)使反向電壓施加電路7動(dòng)作，必須檢測(cè)出逆變器主電路3的A、B、C點(diǎn)的電位，并判定主電路電流的方向，因此需要電壓檢測(cè)器。
而且，在回流二極管的反向恢復(fù)時(shí)，由于主電路的電流暫時(shí)流過(guò)反向電壓施加電路的低電壓直流電壓電源8，因此輔助電源的電壓變動(dòng)大。即，在回流二極管的反向恢復(fù)時(shí)，反向電壓施加電路7使得在回流二極管中流動(dòng)的電流不流動(dòng)，因此在回流二極管中流動(dòng)的電流暫時(shí)流入反向電壓施加電路，從而形成通過(guò)反向電壓施加電路的低電壓直流電壓電源8將回流二極管旁路的電路。因此，反向電壓施加電路的低電壓直流電壓電源8的電壓變動(dòng)大。結(jié)果，必須增大反向電壓施加電路的低電壓直流電壓電源8的電流容量。
本發(fā)明的目的在于提供一種電力轉(zhuǎn)換裝置，可以抑制在回流二極管的反向恢復(fù)時(shí)流向反向電壓施加電路的輔助電源的主電路電流，并且可以適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行回流二極管的反向恢復(fù)。
進(jìn)而，本發(fā)明的目的在于提供一種電力轉(zhuǎn)換裝置，無(wú)需設(shè)置用于檢測(cè)在回流二極管中流動(dòng)的電流的方向的檢測(cè)器，就可適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行回流二極管的反向恢復(fù)，并且可以抑制在回流二極管的反向恢復(fù)時(shí)流向反向電壓施加電路的輔助電源的主電路電流。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置如下構(gòu)成。即，本發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置具備與直流電壓源串聯(lián)連接并向負(fù)載提供電力的兩個(gè)一組的主電路開(kāi)關(guān)元件；與這些各個(gè)主電路開(kāi)關(guān)元件反向并聯(lián)連接的回流二極管；和在切斷這些各個(gè)回流二極管時(shí)向各個(gè)回流二極管施加比直流電壓源小的反向電壓的反向電壓施加電路，其中，反向電壓施加電路由以下部分的串聯(lián)電路構(gòu)成電壓值比直流電壓源低的輔助電源；在回流二極管的反向恢復(fù)時(shí)接通并且耐壓比主電路開(kāi)關(guān)元件低的反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件；和反向恢復(fù)時(shí)間比回流二極管短的高速輔助二極管，輔助電源具備比直流電壓源的電壓低的低電壓直流電壓電源；與低電壓直流電壓電源串聯(lián)連接、并且抑制在回流二極管的反向恢復(fù)時(shí)流向低電壓直流電壓電源的主電路電流的電流抑制電路；和與低電壓直流電壓電源和電流抑制電路的串聯(lián)電路并聯(lián)連接、并且即使在高頻帶內(nèi)其內(nèi)部阻抗也較低的高頻用電容器。
另外，本發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置具備與直流電壓源串聯(lián)連接并向負(fù)載提供電力的兩個(gè)一組的主電路開(kāi)關(guān)元件；與這些各個(gè)主電路開(kāi)關(guān)元件反向并聯(lián)連接的回流二極管；和在切斷這些各個(gè)回流二極管時(shí)向各個(gè)回流二極管施加比直流電壓源小的反向電壓的反向電壓施加電路，其中，反向電壓施加電路由以下部分的串聯(lián)電路構(gòu)成電壓值比直流電壓源低的輔助電源；在回流二極管的反向恢復(fù)時(shí)接通并且耐壓比主電路開(kāi)關(guān)元件低的反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件；和反向恢復(fù)時(shí)間比回流二極管短的高速輔助二極管，并且該電力轉(zhuǎn)換裝置具備具有短時(shí)間的休止期間來(lái)切換主電路開(kāi)關(guān)元件的主電路開(kāi)關(guān)控制電路，該休止期間在對(duì)兩個(gè)一組的主電路開(kāi)關(guān)元件相互切換接通狀態(tài)和斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，使兩個(gè)主電路開(kāi)關(guān)元件都斷開(kāi)；和在從主電路開(kāi)關(guān)元件斷開(kāi)的時(shí)刻開(kāi)始的休止期間中使反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件接通、在休止期間經(jīng)過(guò)后使其斷開(kāi)的反向電壓施加開(kāi)關(guān)控制電路。


圖1是表示現(xiàn)有的逆變器電路的一個(gè)例子的電路圖。
圖2是表示回流二極管的反向恢復(fù)特性的電流波形圖。
圖3是表示現(xiàn)有的電力轉(zhuǎn)換裝置的一個(gè)例子的電路圖。
圖4是本發(fā)明第1實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置的電路圖。
圖5是本發(fā)明第1實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路的主要部分的電路圖。
圖6是本發(fā)明第1、7實(shí)施例中的電流抑制電路的電路圖。
圖7是本發(fā)明第2實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路的主要部分的電路圖。
圖8是本發(fā)明第3實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路的主要部分的電路圖。
圖9是本發(fā)明第4實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路的主要部分的電路圖。
圖10是本發(fā)明第5實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路的主要部分的電路圖。
圖11是一般的功率MOSFET的元件特性的導(dǎo)通電阻和反向恢復(fù)時(shí)間的傾向曲線圖。
圖12是本發(fā)明第6實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置的電路圖。
圖13是本發(fā)明第6實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路的主要部分的電路圖。
圖14是本發(fā)明第6實(shí)施例中的來(lái)自主電路開(kāi)關(guān)控制電路的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)和來(lái)自反向電壓施加開(kāi)關(guān)控制電路的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的說(shuō)明圖。
圖15是本發(fā)明第7實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路的主要部分的電路圖。
圖16是本發(fā)明第8實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路的主要部分的電路圖。
圖17是本發(fā)明第9實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路的主要部分的電路圖。
圖18是本發(fā)明第10實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路的主要部分的電路圖。
圖19是本發(fā)明第11實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路的主要部分的電路圖。
圖20A、圖20B是本發(fā)明第11實(shí)施例中的正側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖缺損的說(shuō)明圖。
圖21是本發(fā)明第12實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路的主要部分的電路圖。
圖22是本發(fā)明第13實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路的主要部分的電路圖。
圖23是本發(fā)明第14實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路的主要部分的電路圖。
具體實(shí)施例方式
以下參照?qǐng)D4至圖23詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置的各實(shí)施例。
(第1實(shí)施例)圖4是本發(fā)明第1實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置的電路圖。該第1實(shí)施例相對(duì)于圖3所示的現(xiàn)有例，在反向電壓施加電路7內(nèi)追加設(shè)置了抑制在回流二極管5(5u、5v、5w、5x、5y、5z)的反向恢復(fù)時(shí)流向低電壓直流電壓電源8的主電路電流的電流抑制電路10，并且在低電壓直流電壓電源8和電流抑制電路10的串聯(lián)電路上并聯(lián)連接了即使在高頻帶內(nèi)其內(nèi)部阻抗也較低的高頻用電容器15A。與圖3相同的要素使用相同的符號(hào)并省略重復(fù)說(shuō)明。
在圖4中，檢測(cè)出逆變器主電路3的A點(diǎn)的電壓，當(dāng)判定為處于進(jìn)行回流二極管5u的反向恢復(fù)的狀態(tài)時(shí)，向基極驅(qū)動(dòng)電路18輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，MOSFET17導(dǎo)通。由此，通過(guò)電源線8a向回流二極管5u施加反向電壓，從而回流二極管5u中流動(dòng)的電流減少。
這樣，從負(fù)載6經(jīng)由回流二極管5u流向直流電壓電源的P側(cè)的主電路電流流入反向電壓施加電路7。流入了反向電壓施加電路的主電路電流將流入低電壓直流電壓電源8和高頻用電容器15A，但由于低電壓直流電壓電源8上串聯(lián)連接了電流抑制電路10，因此流入低電壓直流電壓電源8的電流被抑制，流向高頻用電容器15A一方。從而可以抑制流向低電壓直流電壓電源的主電路電流，而無(wú)需增大恒壓電源的電流容量。另外，可以在短時(shí)間內(nèi)流動(dòng)使回流二極管5u反向恢復(fù)所需的電流，從而無(wú)需延長(zhǎng)在切換以互補(bǔ)的關(guān)系通斷的兩個(gè)一組的主電路開(kāi)關(guān)元件4u、4x的通斷時(shí)的休止期間。因此，還可以抑制由于休止期間所產(chǎn)生的電力轉(zhuǎn)換裝置的控制質(zhì)量的劣化(波形劣化)。
圖5是第1實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路7的主要部分的電路圖。在圖5中省略了基極驅(qū)動(dòng)電路9、18等的記載。直流電壓源1例如通過(guò)對(duì)三相交流電源進(jìn)行整流并由平滑電容器2進(jìn)行平滑而得到。正側(cè)直流母線1a和負(fù)側(cè)直流母線1b從直流電壓源1延伸，在正側(cè)直流母線1a和負(fù)側(cè)直流母線1b之間串聯(lián)連接作為主電路開(kāi)關(guān)元件4u、4x的2個(gè)MOSFET。
這些正側(cè)的主電路開(kāi)關(guān)元件4u和負(fù)側(cè)的主電路開(kāi)關(guān)元件4x雙方都分別內(nèi)置回流二極管5u、5x。從正側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4u和負(fù)側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4x之間取出與負(fù)載連接的負(fù)載端子11，并且在主電路開(kāi)關(guān)元件4的漏極端子和源極端子之間(回流二極管5的負(fù)極端子和正極端子之間)連接反向電壓施加電路7。
反向電壓施加電路7由電壓值低于直流電壓源1的輔助電源12、耐壓低于主電路開(kāi)關(guān)元件4的反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17、反向恢復(fù)時(shí)間短于回流二極管5的高速輔助二極管16的串聯(lián)連接構(gòu)成。
輔助電源12通過(guò)串聯(lián)連接比直流電壓源的電壓的約1/4低的低電壓直流電壓電源8、作為電流抑制電路10的電阻器、即使在高頻帶內(nèi)其內(nèi)部阻抗也較低的高頻用電容器15A而構(gòu)成。
這里，高頻用電容器15A不使用平滑用的電解電容器等，而是使用陶瓷電容器或薄膜電容器等高頻用電容器。另外，作為電流抑制電路10的電阻器例如也可以使用印刷布線基板的銅箔圖案的布線電阻或銅線、銅板等的布線電阻。而且，也可以使用例如圖6所示的恒流電路。
在圖5的結(jié)構(gòu)中，連接了高頻用電容器15A、反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17、輔助二極管16和回流二極管5的放電路徑盡可能短地布線，以便減小阻抗。
在上述結(jié)構(gòu)的第1實(shí)施例中，使用即使在高頻帶內(nèi)其內(nèi)部阻抗也較低的高頻用電容器15A，因此，從該高頻用電容器15A的電荷放電可以高速地執(zhí)行，從而可以縮短在使回流二極管5反向恢復(fù)時(shí)流動(dòng)的電流的上升時(shí)間，并且最大電流也變高。另外，還與電流抑制電路10的作用相輔，這種脈沖狀的電流不直接在低電壓直流電壓電源8中流動(dòng)，而是更為平均的波形的電流在低電壓直流電壓電源8中流動(dòng)。
根據(jù)第1實(shí)施例，可以使反向恢復(fù)回流二極管5所需的電流在短時(shí)間內(nèi)流動(dòng)，而不需要延長(zhǎng)休止期間，因此，還可以抑制由于切換以互補(bǔ)的關(guān)系通斷的兩個(gè)一組的主電路開(kāi)關(guān)元件4u、4x的通斷時(shí)的休止期間所產(chǎn)生的電力轉(zhuǎn)換裝置的控制質(zhì)量的劣化(波形劣化)等。
另外，在向回流二極管5提供反向恢復(fù)電流的時(shí)間中，主電路電流(負(fù)載電流)也通過(guò)反向電壓施加電路7，從而由主電路電流所導(dǎo)致的損失也增加，因此最好盡可能快地結(jié)束回流二極管5的反向恢復(fù)，這種要求也可以實(shí)現(xiàn)。而且，由于對(duì)低電壓直流電壓電源8的負(fù)擔(dān)也減輕，因此低電壓直流電壓電源8可以是低電流容量的電源，從而低電壓直流電壓電源8的內(nèi)部發(fā)熱也減輕。
(第2實(shí)施例)圖7是本發(fā)明第2實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路7的主要部分的電路圖。該第2實(shí)施例相對(duì)于圖4所示的第1實(shí)施例，將低電壓直流電壓電源8用作主電路開(kāi)關(guān)元件4的驅(qū)動(dòng)用電源。
在圖7中，主電路開(kāi)關(guān)元件4的基極驅(qū)動(dòng)電路9包括柵極驅(qū)動(dòng)用放大器27和柵極電阻19，柵極驅(qū)動(dòng)用放大器27從低電壓直流電壓電源8得到電力，并經(jīng)由柵極電阻19，作為主電路開(kāi)關(guān)元件4的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入到主電路開(kāi)關(guān)元件4的柵極端子。圖7中示出了使用電阻器作為電流抑制電路10的情況。
由于電流抑制電路10的電流抑制作用和高頻用電容器15A的高頻阻抗降低作用，在低電壓直流電壓電源8中不再流動(dòng)伴隨回流二極管5的反向恢復(fù)的脈沖狀的電流，因此即使在回流二極管5的反向恢復(fù)時(shí)，低電壓直流電壓電源8的電壓變動(dòng)也非常小。
根據(jù)第2實(shí)施例，低電壓直流電壓電源8的電壓變動(dòng)小、實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定化，因此即使向主電路開(kāi)關(guān)元件4的基極驅(qū)動(dòng)電路9提供電源，在回流二極管5的反向恢復(fù)時(shí)也可以防止電源電壓變動(dòng)等的壞影響。另外，通過(guò)低電壓直流電壓電源8與基極驅(qū)動(dòng)電路9的電源的電源共有，可以實(shí)現(xiàn)電路的簡(jiǎn)化。
(第3實(shí)施例)圖8是本發(fā)明第3實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路7的主要部分的電路圖。該第3實(shí)施例相對(duì)于圖4所示的第1實(shí)施例，僅在兩個(gè)一組的主電路開(kāi)關(guān)元件4u～4w和4x～4z中的、連接在直流電源負(fù)側(cè)的主電路開(kāi)關(guān)元件4x～4z中具備反向電壓施加電路7。在圖8中示出用作三相逆變器時(shí)的電力轉(zhuǎn)換裝置。
在圖8中，正側(cè)直流母線1a和負(fù)側(cè)直流母線1b從直流電壓源1延伸，在正側(cè)直流母線1a和負(fù)側(cè)直流母線1b之間，在正側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4u～4w中應(yīng)用IGBT，在負(fù)側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4x～4z中應(yīng)用MOSFET。
在負(fù)側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4x～4z中使用內(nèi)置有回流二極管5x～5z的MOSFET，而在正側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4u～4w中使用沒(méi)有內(nèi)置回流二極管5u～5w的IGBT，因此在正側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4u～4w上并聯(lián)連接反向恢復(fù)時(shí)間短并且反向恢復(fù)損失小的回流二極管5u～5w。從而在正側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4u～4w中不需要反向電壓施加電路7。
即，雖然在負(fù)側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4x～4z上連接反向電壓施加電路7，但在正側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4u上沒(méi)有連接反向電壓施加電路7。負(fù)側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4x～4z的反向電壓施加電路7針對(duì)三相電路僅共用一個(gè)低電壓直流電壓電源8。這是因?yàn)閤相～z相的反向電壓施加電路7的一個(gè)電源線可以與直流電壓源1的負(fù)側(cè)直流母線1b共用。
根據(jù)第3實(shí)施例，僅在負(fù)側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4x～4z中應(yīng)用反向電壓施加電路7，因此不必針對(duì)三相電路為每相設(shè)置低電壓直流電壓電源8，各相共用一個(gè)即可。另外，由于低電壓直流電壓電源8可以僅為1個(gè)，因此可以實(shí)現(xiàn)電路的簡(jiǎn)化。
(第4實(shí)施例)圖9是本發(fā)明第4實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路7的主要部分的電路圖。該第4實(shí)施例相對(duì)于圖4所示的第1實(shí)施例，設(shè)置了電壓變化率抑制電路20，用于調(diào)整主電路開(kāi)關(guān)元件4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓，以便抑制主電路開(kāi)關(guān)元件4的輸出電壓隨時(shí)間的急劇變化。
在圖9中，電壓變化率抑制電路20通過(guò)串聯(lián)連接電壓變化率抑制用電容器21和電壓變化率抑制用電阻器22而構(gòu)成，并且連接在主電路開(kāi)關(guān)元件4的漏極端子和主電路開(kāi)關(guān)元件4的柵極端子之間。
在回流二極管的反向恢復(fù)時(shí)，由于反向電壓施加電路7的動(dòng)作，回流二極管5急速截止。因此，主電路開(kāi)關(guān)元件4的漏極-源極間電壓的時(shí)間變化率大。從而，當(dāng)主電路開(kāi)關(guān)元件4的漏極電壓開(kāi)始急劇下降時(shí)，由于電壓變化率抑制電路20的作用，降低了主電路開(kāi)關(guān)元件4的柵極電壓，結(jié)果緩和了主開(kāi)關(guān)元件的接通速度。
根據(jù)第4實(shí)施例，由于緩和了主開(kāi)關(guān)元件4的接通速度，因此，抑制了主電路開(kāi)關(guān)元件4的電壓變化率，從而抑制了電磁干擾波(噪聲)的發(fā)生。
(第5實(shí)施例)圖10是本發(fā)明第5實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路7的主要部分的電路圖。該第5實(shí)施例相對(duì)于圖4所示的第1實(shí)施例，使用優(yōu)先設(shè)計(jì)了低導(dǎo)通電阻的MOSFET作為主電路開(kāi)關(guān)元件4，并在主電路開(kāi)關(guān)元件4上并聯(lián)連接雙極元件23。該雙極元件23與主電路開(kāi)關(guān)元件4幾乎同時(shí)接通，并且比主電路開(kāi)關(guān)元件4的斷開(kāi)稍早地?cái)嚅_(kāi)。
在圖10中，與主電路開(kāi)關(guān)元件4并聯(lián)連接雙極元件23。柵極信號(hào)延遲電路24接收原始的柵極信號(hào)，將其分成給予主電路開(kāi)關(guān)元件4的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)和給予雙極元件23的基極驅(qū)動(dòng)用信號(hào)，并使主電路開(kāi)關(guān)元件4的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的斷開(kāi)定時(shí)比雙極元件23的基極驅(qū)動(dòng)用信號(hào)的斷開(kāi)定時(shí)稍晚。
給予主電路開(kāi)關(guān)元件4的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)由基極驅(qū)動(dòng)電路9的柵極驅(qū)動(dòng)用放大器27和柵極電阻19，輸入到主電路開(kāi)關(guān)元件4的柵極。同樣，給予雙極元件23的基極驅(qū)動(dòng)用信號(hào)經(jīng)由基極驅(qū)動(dòng)電路25的柵極驅(qū)動(dòng)用放大器28和柵極電阻26，輸入到雙極元件23。
圖11表示一般的功率MOSFET的元件特性的導(dǎo)通電阻和反向恢復(fù)時(shí)間的傾向曲線。在圖11中示出如下傾向如果將MOSFET設(shè)計(jì)成導(dǎo)通電阻較小，則反向恢復(fù)時(shí)間變長(zhǎng)，結(jié)果，由反向恢復(fù)導(dǎo)致的損失也變大，相反，如果將MOSFET設(shè)計(jì)成導(dǎo)通電阻較大，則反向恢復(fù)時(shí)間變短，結(jié)果，由反向恢復(fù)導(dǎo)致的損失也變小。
因此，在第5實(shí)施例中，作為在主電路開(kāi)關(guān)元件4中使用的功率MOSFET，應(yīng)用將導(dǎo)通電阻優(yōu)先設(shè)計(jì)得較低的功率MOSFET，并且并聯(lián)連接與主電路開(kāi)關(guān)元件4幾乎同時(shí)接通、并且比主電路開(kāi)關(guān)元件4的斷開(kāi)稍早地?cái)嚅_(kāi)的雙極元件23。
由此可以實(shí)現(xiàn)與具有積蓄時(shí)間的雙極元件23的并行操作。當(dāng)接通時(shí)，由于大量電流流到低電阻的雙極元件23中，因此可以實(shí)現(xiàn)接通損失的降低。另外，在關(guān)閉時(shí)，雙極元件23的斷開(kāi)定時(shí)稍早，因此，在具有積蓄時(shí)間的雙極元件23完全斷開(kāi)后，主電路開(kāi)關(guān)元件4才斷開(kāi)，因此關(guān)閉損失也可以減小。
根據(jù)第5實(shí)施例，可以減小功率半導(dǎo)體的芯片面積，并且可以降低所產(chǎn)生的損失，從而可以實(shí)現(xiàn)低成本、高效率的電力轉(zhuǎn)換裝置。
(第6實(shí)施例)圖12是本發(fā)明第6實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置的電路圖。該第6實(shí)施例相對(duì)于圖3所示的現(xiàn)有例，設(shè)置了主電路開(kāi)關(guān)控制電路30和反向電壓施加開(kāi)關(guān)控制電路31，主電路開(kāi)關(guān)控制電路30設(shè)置在使兩個(gè)一組的主電路開(kāi)關(guān)元件4u～4w、4x～4z相互切換接通狀態(tài)和斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，使兩組主電路開(kāi)關(guān)元件4u～4w、4x～4z共同斷開(kāi)的短時(shí)間的休止期間來(lái)進(jìn)行切換，反向電壓施加開(kāi)關(guān)控制電路31在從主電路開(kāi)關(guān)元件4u～4w、4x～4z斷開(kāi)的時(shí)刻開(kāi)始的休止期間中，使反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17接通，在休止期間經(jīng)過(guò)后使其斷開(kāi)。與圖3相同的要素使用相同的符號(hào)并省略重復(fù)的說(shuō)明。
在圖12中，主電路開(kāi)關(guān)控制電路30輸出主電路開(kāi)關(guān)元件4u～4w、4x～4z的通斷指令，并且以與成組的主電路開(kāi)關(guān)元件4u～4w、4x～4z互補(bǔ)的關(guān)系輸出通斷指令。在圖12中示出了主電路開(kāi)關(guān)控制電路30僅與主電路開(kāi)關(guān)元件4u連接的情況，但也與其它的主電路開(kāi)關(guān)元件4v～4z連接。
主電路開(kāi)關(guān)控制電路30例如針對(duì)成組的主電路開(kāi)關(guān)元件4u和主電路開(kāi)關(guān)元件4x，在主電路開(kāi)關(guān)元件4x斷開(kāi)時(shí)向主電路開(kāi)關(guān)元件4u輸出接通指令，在主電路開(kāi)關(guān)元件4x接通時(shí)向主電路開(kāi)關(guān)元件4u輸出斷開(kāi)指令。
此時(shí)，具有使兩個(gè)主電路開(kāi)關(guān)元件4x、4u同時(shí)斷開(kāi)的短時(shí)間的休止期間，主電路開(kāi)關(guān)控制電路30在該休止期間中將主電路開(kāi)關(guān)元件4u切換為接通狀態(tài)。
反向電壓施加電路7的反向電壓施加開(kāi)關(guān)控制電路31在從主電路開(kāi)關(guān)元件4u斷開(kāi)的時(shí)刻開(kāi)始的休止期間中，使反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17接通，從而使反向電壓施加電路7動(dòng)作。然后，在休止期間經(jīng)過(guò)后，使反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17斷開(kāi)，從而停止反向電壓施加電路7的動(dòng)作。由此，可以與主電路中流動(dòng)的主電路電流的方向無(wú)關(guān)，適當(dāng)?shù)厥狗聪螂妷菏┘与娐?動(dòng)作，從而不需要檢測(cè)電流方向的檢測(cè)器等。
圖13是第6實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路7的主要部分的電路圖。直流電壓源1例如通過(guò)對(duì)三相交流電源進(jìn)行整流并由平滑電容器2進(jìn)行平滑而得到。正側(cè)直流母線1a和負(fù)側(cè)直流母線1b從直流電壓源1延伸，在正側(cè)直流母線1a和負(fù)側(cè)直流母線1b之間串聯(lián)連接相當(dāng)于主電路開(kāi)關(guān)元件4u、4x的2個(gè)MOSFET。這些正側(cè)的主電路開(kāi)關(guān)元件4u和負(fù)側(cè)的主電路開(kāi)關(guān)元件4x雙方都分別內(nèi)置回流二極管5u、5x。從正側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4u和負(fù)側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4x之間取出與負(fù)載連接的負(fù)載端子11。
反向電壓施加電路7a、7b連接在主電路開(kāi)關(guān)元件4u、4x的漏極端子和源極端子之間。即，在回流二極管5u、5x的負(fù)極端子和回流二極管5u、5x的正極端子之間連接反向電壓施加電路7a、7b。
反向電壓施加電路7a、7b由具有電壓值低于直流電壓源1的恒壓直流電源8a、8b的輔助電源12a、12b、耐壓低于主電路開(kāi)關(guān)元件4u、4x的反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17a、17b、反向恢復(fù)時(shí)間短于回流二極管5u、5x的高速輔助二極管29a、29b的串聯(lián)連接構(gòu)成。主電路開(kāi)關(guān)元件4u、4x的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1a、g1b從主電路開(kāi)關(guān)控制電路30經(jīng)由基極驅(qū)動(dòng)電路9a、9b被輸入到主電路開(kāi)關(guān)元件4u、4x的柵極端子。另外，反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)g2a、g2b從反向電壓施加開(kāi)關(guān)控制電路31經(jīng)由基極驅(qū)動(dòng)電路18a、18b被輸入到反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17a、17b的柵極端子。
圖14是來(lái)自主電路開(kāi)關(guān)控制電路30的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1和來(lái)自反向電壓施加開(kāi)關(guān)控制電路31的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)g2的說(shuō)明圖。柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1a是輸入到正側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4u的柵極端子的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1b是輸入到負(fù)側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4x的柵極端子的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)g2b是輸入到反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17的柵極端子的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
在圖14中，從負(fù)側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4x的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1b在時(shí)刻t1變成斷開(kāi)指令狀態(tài)后、到正側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4u的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1a在時(shí)刻t3變成接通指令狀態(tài)之間的休止期間T中，在時(shí)刻t2使負(fù)側(cè)反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17b的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)g2b變成接通指令狀態(tài)，在休止期間T經(jīng)過(guò)后的時(shí)刻t4變成斷開(kāi)指令狀態(tài)。另外，雖然省略圖示，但對(duì)于正側(cè)反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件4u的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)g2a，也同樣地提供通斷定時(shí)。
以下說(shuō)明動(dòng)作。說(shuō)明從負(fù)載端子11與負(fù)側(cè)直流母線1b連接的狀態(tài)向與正側(cè)直流母線1a連接的狀態(tài)切換的情況。這種情況下，首先，在負(fù)載電流從負(fù)載側(cè)向負(fù)載端子11流入時(shí)，如果負(fù)側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4x的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1b切換成斷開(kāi)指令狀態(tài)，則負(fù)側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4x在其后很快斷開(kāi)，負(fù)載電流立即通過(guò)正側(cè)回流二極管5u流入正側(cè)直流母線1a。
此時(shí)，負(fù)載端子11的電位狀態(tài)變成與正側(cè)直流母線1a連接的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，負(fù)側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4x的漏極端子、即負(fù)側(cè)輔助二極管29b的負(fù)極端子的電位也變成與正側(cè)直流母線1a連接的狀態(tài)。另一方面，由于負(fù)側(cè)恒壓直流電壓源8b的電壓值低于直流電壓源1，因此反向電壓被施加在負(fù)側(cè)輔助二極管29b上，即使將負(fù)側(cè)反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17b變成接通狀態(tài)，電流也不流向反向電壓施加電路7b。
這種情況下，使負(fù)側(cè)反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17b變成接通狀態(tài)的定時(shí)如果太早，則負(fù)側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4x可能沒(méi)有完全斷開(kāi)，從而使輔助電源12b斷路。這樣，雖然電壓值低于直流電壓源1，但最好不產(chǎn)生多余的損失。因此，將使負(fù)側(cè)反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17變成接通狀態(tài)的定時(shí)(圖14的時(shí)刻t2)設(shè)成負(fù)側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4x完全斷開(kāi)后的定時(shí)。
然后，當(dāng)負(fù)載電流從負(fù)載端子11向負(fù)載側(cè)流出時(shí)，即使將負(fù)側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4x的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1b切換成斷開(kāi)指令狀態(tài)，負(fù)側(cè)回流二極管5x也使電流繼續(xù)沿正向流動(dòng)。因此，負(fù)載端子11的電位狀態(tài)依然保持與負(fù)側(cè)直流母線1b連接的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，不向負(fù)側(cè)輔助二極管29b施加反向電壓，而是通過(guò)將負(fù)側(cè)反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17b變成接通狀態(tài)，使電流從輔助電源12b的低壓直流電壓源8b流出。
由此，通過(guò)從反向電壓施加電路7b向負(fù)側(cè)回流二極管5x流入反向恢復(fù)電流，可以使負(fù)側(cè)回流二極管5x處于截止?fàn)顟B(tài)。然后，在休止期間T經(jīng)過(guò)后，正側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4u變成接通狀態(tài)，于是，負(fù)載端子11的電位狀態(tài)變成與正側(cè)直流母線1a連接的狀態(tài)。
這種情況下，使負(fù)側(cè)反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17b變成接通狀態(tài)的定時(shí)如果過(guò)晚，則用于使反向恢復(fù)電流流入負(fù)側(cè)回流二極管5x的時(shí)間不足，從而負(fù)側(cè)回流二極管5x不能完全反向恢復(fù)。因此，將使負(fù)側(cè)反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17b變成接通狀態(tài)的定時(shí)設(shè)成能夠確保負(fù)側(cè)回流二極管5x可以利用來(lái)自反向電壓施加電路7b的反向恢復(fù)電流來(lái)進(jìn)行反向恢復(fù)所需的時(shí)間的定時(shí)。
這樣，使反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17變成接通狀態(tài)的定時(shí)無(wú)論過(guò)早還是過(guò)晚都有問(wèn)題，因此考慮它們的平衡來(lái)決定。另外，也可以利用它們的平衡將休止期間T設(shè)定為適當(dāng)長(zhǎng)。
根據(jù)第6實(shí)施例，可以與主電路電流(負(fù)載電流)的方向無(wú)關(guān)地以統(tǒng)一的定時(shí)來(lái)使反向電壓施加電路7適當(dāng)?shù)貏?dòng)作，因此不需要檢測(cè)主電路電流方向的檢測(cè)器等，從而可以簡(jiǎn)化控制機(jī)構(gòu)。
(第7實(shí)施例)圖15是第7實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路7的主要部分的電路圖。該第7實(shí)施例與圖13所示的第6實(shí)施例相比，輔助電源12a、12b設(shè)置了比直流電壓源1的電壓低的低電壓直流電壓電源8a、8b；與低電壓直流電壓電源8a、8b串聯(lián)連接并且抑制在回流二極管的反向恢復(fù)時(shí)流向低電壓直流電壓電源8a、8b的主電路電流的電流抑制電路10a、10b；與低電壓直流電壓電源8a、8b和電流抑制電路10a、10b的串聯(lián)電路并聯(lián)連接并且即使在高頻帶內(nèi)其內(nèi)部阻抗也較低的高頻用電容器32a、32b。
在圖15中，輔助電源12a、12b通過(guò)串聯(lián)連接比直流電壓源1的電壓的約1/4低的低電壓直流電壓電源8a、8b、作為電流抑制電路10a、10b的電阻器、即使在高頻帶內(nèi)其內(nèi)部阻抗也較低的高頻用電容器32a、32b而構(gòu)成。
這里，高頻用電容器32a、32b不使用平滑用的電解電容器等，而是使用陶瓷電容器或薄膜電容器等高頻用電容器。另外，作為電流抑制電路10a、10b的電阻器例如也可以代用印刷布線基板的銅箔圖案的布線電阻或銅線、銅板等的布線電阻。另外，也可以置換成圖6中所示的恒流電路來(lái)形成。在圖15的結(jié)構(gòu)中，連接了高頻用電容器32a、32b、反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17a、17b、輔助二極管29a、29b和回流二極管5u、5x的放電路徑盡可能短地布線，以便減小阻抗。
在上述結(jié)構(gòu)的第7實(shí)施例中，使用了即使在高頻帶內(nèi)其內(nèi)部阻抗也較低的高頻用電容器32a、32b，因此，從該高頻用電容器32a、32b的電荷放電可以高速地執(zhí)行，從而可以縮短在使回流二極管5u、5x反向恢復(fù)時(shí)流動(dòng)的電流的上升時(shí)間，并且最大電流也變高。另外，還與電流抑制電路10a、10b的作用相輔，這種脈沖狀的電流不直接在低電壓直流電壓電源8a、8b中流動(dòng)，而是更為平均的波形的電流在低電壓直流電壓電源8a、8b中流動(dòng)。
根據(jù)第6實(shí)施例，在第6實(shí)施例的效果的基礎(chǔ)上，還可以使反向恢復(fù)回流二極管5u、5x所需的電流在短時(shí)間內(nèi)流動(dòng)，而不需要延長(zhǎng)休止期間，因此，還可以抑制由休止期間產(chǎn)生的電力轉(zhuǎn)換裝置的控制質(zhì)量的劣化(波形劣化)等。另外，在向回流二極管5u、5x提供反向恢復(fù)電流的時(shí)間中，主電路電流(負(fù)載電流)也通過(guò)反向電壓施加電路7，從而由主電路電流所導(dǎo)致的損失也增加，因此最好盡可能快地結(jié)束回流二極管5u、5x的反向恢復(fù)，這種要求也可以實(shí)現(xiàn)。而且，由于對(duì)低電壓直流電壓電源8a、8b的負(fù)擔(dān)也減輕，因此低電壓直流電壓電源8a、8b可以是低電流容量的電源，從而低電壓直流電壓電源8a、8b的內(nèi)部發(fā)熱也減輕。
(第8實(shí)施例)圖16是本發(fā)明第8實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路7的主要部分的電路圖。該第8實(shí)施例相對(duì)于第6實(shí)施例，將低電壓直流電壓電源8用作主電路開(kāi)關(guān)元件4的驅(qū)動(dòng)用電源。
在圖16中，主電路開(kāi)關(guān)元件4的基極驅(qū)動(dòng)電路9包括柵極驅(qū)動(dòng)用放大器27和柵極電阻19，柵極驅(qū)動(dòng)用放大器27從低電壓直流電壓電源8得到電力，并經(jīng)由柵極電阻19，作為主電路開(kāi)關(guān)元件4的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入到主電路開(kāi)關(guān)元件4的柵極端子。在圖16中示出了使用電阻器作為電流抑制電路10的情況。另外，主電路開(kāi)關(guān)控制電路30向基極驅(qū)動(dòng)電路9的柵極驅(qū)動(dòng)用放大器27輸出通斷指令，對(duì)主電路開(kāi)關(guān)元件4進(jìn)行通斷控制，反向電壓施加開(kāi)關(guān)控制電路31經(jīng)由基極驅(qū)動(dòng)電路18向反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17輸出通斷指令。
在圖16的結(jié)構(gòu)中，由于電流抑制電路10的電流抑制作用和高頻用電容器32的高頻阻抗降低作用，在低電壓直流電壓電源8中不再流動(dòng)伴隨回流二極管5的反向恢復(fù)的脈沖狀的電流，因此即使在回流二極管5的反向恢復(fù)時(shí)，低電壓直流電壓電源8的電壓變動(dòng)也非常小。
根據(jù)第8實(shí)施例，在第6實(shí)施例的效果的基礎(chǔ)上，由于低電壓直流電壓電源8a、8b的電壓變動(dòng)小、實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定化，因此即使向主電路開(kāi)關(guān)元件4的基極驅(qū)動(dòng)電路9提供電源，在回流二極管5的反向恢復(fù)時(shí)也可以防止電源電壓變動(dòng)等的壞影響。另外，通過(guò)低電壓直流電壓電源8與基極驅(qū)動(dòng)電路9的電源的電源共有，可以實(shí)現(xiàn)電路的簡(jiǎn)化。
(第9實(shí)施例)圖17是本發(fā)明笫9實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路7的主要部分的電路圖。該笫9實(shí)施例與第6實(shí)施例相比較，反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17的驅(qū)動(dòng)電源利用自舉電路33從主電路開(kāi)關(guān)元件4的驅(qū)動(dòng)電源提供。
在圖17中，反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17的基極驅(qū)動(dòng)電路18包括柵極驅(qū)動(dòng)用放大器34和柵極電阻35，利用自舉電路33從低電壓直流電壓電源8得到電力。自舉電路33包括自舉二極管36和自舉電容器37。
然后，反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17的基極驅(qū)動(dòng)電路18響應(yīng)來(lái)自反向電壓施加開(kāi)關(guān)控制電路31的指令，利用自舉電路33得到電力，作為反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17的柵極端子。
在主電路開(kāi)關(guān)元件4接通的期間、或者回流二極管5通電的期間，形成低電壓直流電壓電源8的正極→自舉二極管36→自舉電容器37→輔助二極管29→主電路開(kāi)關(guān)元件4→低電壓直流電壓電源8的負(fù)極的充電環(huán)路，從而從低電壓直流電壓電源8為自舉電容器37充電。使用為該自舉電容器37充電后得到的電力作為反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17的驅(qū)動(dòng)電源。
根據(jù)第9實(shí)施例，在第6實(shí)施例的效果的基礎(chǔ)上，可以在不準(zhǔn)備另外的絕緣電源的情況下得到反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17的基極驅(qū)動(dòng)電路18的電源，從而可以簡(jiǎn)化電路。
(第10實(shí)施例)圖18是本發(fā)明第10實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路7的主要部分的電路圖。該第10實(shí)施例與第6實(shí)施例相比較，反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)由脈沖變壓器38供給。
在圖18中，反向電壓施加開(kāi)關(guān)控制電路31經(jīng)由脈沖變壓器38向反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17提供柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)g2一邊由脈沖變壓器38絕緣，一邊驅(qū)動(dòng)反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17的柵極。
根據(jù)第10實(shí)施例，可以僅用1個(gè)脈沖變壓器38來(lái)絕緣柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，因此不需要專用的柵極驅(qū)動(dòng)用放大器的電源。從而可以利用與其它相的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同的電源，以共同的控制電位進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而可以實(shí)現(xiàn)電路的簡(jiǎn)化。
(第11實(shí)施例)圖19是本發(fā)明第11實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路7的主要部分的電路圖。該第11實(shí)施例相對(duì)于第6實(shí)施例，使從控制電路39輸出的、提供給主電路開(kāi)關(guān)元件4u、4x的驅(qū)動(dòng)原始信號(hào)G的脈沖寬度比使兩個(gè)主電路開(kāi)關(guān)元件4u、4x都斷開(kāi)的短時(shí)間的休止期間長(zhǎng)。
從控制電路39產(chǎn)生的主電路開(kāi)關(guān)元件4u、4x的驅(qū)動(dòng)原始信號(hào)G通常形成PWM波形?？刂齐娐?9僅輸出脈沖寬度比使兩個(gè)主電路開(kāi)關(guān)元件4u、4x都斷開(kāi)的休止期間長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)原始信號(hào)G。這是為了防止正側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4u的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1a的脈沖缺損。
圖20A、圖20B是正側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4u的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1a的脈沖缺損的說(shuō)明圖。如圖20A所示，正側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4u的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1a形成為使驅(qū)動(dòng)原始信號(hào)G的上升時(shí)間延遲了休止期間T后的信號(hào)，負(fù)側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4x的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1b通過(guò)將使驅(qū)動(dòng)原始信號(hào)G的接通和斷開(kāi)反轉(zhuǎn)后的波形的上升時(shí)間延遲了休止期間而形成。
在這樣形成的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1a、g1b中，如圖20B所示，在驅(qū)動(dòng)原始信號(hào)G的接通狀態(tài)期間比休止期間T短的情況下，在正側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4u的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1a中不再有接通狀態(tài)，從而產(chǎn)生脈沖缺損。
負(fù)側(cè)反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17b通常通過(guò)利用正側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4u的接通，將負(fù)側(cè)輔助二極管29b反向偏置，來(lái)自然地切斷電流。但是，當(dāng)發(fā)生這樣的脈沖欠缺時(shí)，正側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4u不接通，因此負(fù)側(cè)反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件4x利用自身的切斷能力斷開(kāi)，從而負(fù)側(cè)反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件4x的關(guān)閉時(shí)的開(kāi)關(guān)損失或浪涌電壓增大，結(jié)果，反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17b必須選擇能力高的元件。因此，第11實(shí)施例不輸出這樣的比休止期間窄的脈沖寬度。
根據(jù)第11實(shí)施例，在第6實(shí)施例的效果的基礎(chǔ)上，由于控制裝置39不輸出比休止期間T短的脈沖寬度的驅(qū)動(dòng)原始信號(hào)G，因此可以防止正側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4u的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1a的脈沖欠缺。因此，通過(guò)將輔助二極管29b反向偏置，反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17b的電流自然切斷，結(jié)果，反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件17b可以不選擇能力高的元件。
(第12實(shí)施例)圖21是本發(fā)明第12實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路7的主要部分的電路圖。相對(duì)于第6實(shí)施例，該第12實(shí)施例僅在兩個(gè)一組的主電路開(kāi)關(guān)元件4u～4w和4x～4z中的、連接在直流電源的負(fù)側(cè)的主電路開(kāi)關(guān)元件4x～4z中具備反向電壓施加電路7。在圖21中示出用作三相逆變器時(shí)的電力轉(zhuǎn)換裝置。
在圖21中，正側(cè)直流母線1a和負(fù)側(cè)直流母線1b從直流電壓源1延伸，在正側(cè)直流母線1a和負(fù)側(cè)直流母線1b之間，在正側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4u～4w中應(yīng)用IGBT，在負(fù)側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4x～4z中應(yīng)用MOSFET。
在負(fù)側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4x～4z中使用內(nèi)置有回流二極管5x～5z的MOSFET，而在正側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4u～4w中使用沒(méi)有內(nèi)置回流二極管5u～5w的IGBT，因此在正側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4u～4w上并聯(lián)連接反向恢復(fù)時(shí)間短并且反向恢復(fù)損失小的回流二極管5u～5w。從而在正側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4u～4w中不需要反向電壓施加電路7。
即，雖然在負(fù)側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4x～4z上連接了反向電壓施加電路7x～7z，但在正側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4u上沒(méi)有連接反向電壓施加電路7。負(fù)側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4x～4z的反向電壓施加電路7x～7z針對(duì)三相電路僅共用一個(gè)低電壓直流電壓電源8。這是因?yàn)閤相～z相的反向電壓施加電路7的一個(gè)電源線可以與直流電壓源1的負(fù)側(cè)直流母線1b共用。
根據(jù)第12實(shí)施例，在第6實(shí)施例的效果的基礎(chǔ)上，僅在負(fù)側(cè)主電路開(kāi)關(guān)元件4x～4z中應(yīng)用反向電壓施加電路7x～7z，因此不必針對(duì)三相電路為每相設(shè)置低電壓直流電壓電源8，各相共用一個(gè)即可。另外，由于低電壓直流電壓電源8可以僅為1個(gè)，因此可以實(shí)現(xiàn)電路的簡(jiǎn)化。
(第13實(shí)施例)圖22是本發(fā)明第13實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路7的主要部分的電路圖。該第13實(shí)施例相對(duì)于第6實(shí)施例，設(shè)置了電壓變化率抑制電路20，用于調(diào)整主電路開(kāi)關(guān)元件4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓，以便抑制主電路開(kāi)關(guān)元件4的輸出電壓隨時(shí)間的急劇變化。
在圖22中，電壓變化率抑制電路20通過(guò)串聯(lián)連接電壓變化率抑制用電容器21和電壓變化率抑制用電阻器22而構(gòu)成，并且連接在主電路開(kāi)關(guān)元件4的漏極端子和主電路開(kāi)關(guān)元件4的柵極端子之間。
在回流二極管5的反向恢復(fù)時(shí)，由于反向電壓施加電路7的動(dòng)作，回流二極管5急速截止。因此，主電路開(kāi)關(guān)元件4的漏極-源極間電壓的時(shí)間變化率大。從而，當(dāng)主電路開(kāi)關(guān)元件4的漏極電壓開(kāi)始急劇下降時(shí)，由于電壓變化率抑制電路20的作用，降低了主電路開(kāi)關(guān)元件4的柵極電壓，結(jié)果緩和了主開(kāi)關(guān)元件的接通速度。
根據(jù)第13實(shí)施例，在第6實(shí)施例的效果的基礎(chǔ)上，由于緩和了主開(kāi)關(guān)元件4的接通速度，因此，抑制了主電路開(kāi)關(guān)元件4的電壓變化率，從而抑制了電磁干擾波(噪聲)的發(fā)生。
(第14實(shí)施例)圖23是本發(fā)明第14實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置中的反向電壓施加電路7的主要部分的電路圖。該第14實(shí)施例相對(duì)于第6實(shí)施例，使用優(yōu)先設(shè)計(jì)了低導(dǎo)通電阻的MOSFET作為主電路開(kāi)關(guān)元件4，并在主電路開(kāi)關(guān)元件4上并聯(lián)連接雙極元件23。該雙極元件23與主電路開(kāi)關(guān)元件4幾乎同時(shí)接通，并且比主電路開(kāi)關(guān)元件4的斷開(kāi)稍早地?cái)嚅_(kāi)。
在圖23中，與主電路開(kāi)關(guān)元件4并聯(lián)連接雙極元件23。柵極信號(hào)延遲電路24從主電路開(kāi)關(guān)控制電路30接收原始的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，將其分成給予主電路開(kāi)關(guān)元件4的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)和給予雙極元件23的基極驅(qū)動(dòng)用信號(hào)，并使主電路開(kāi)關(guān)元件4的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的斷開(kāi)定時(shí)比雙極元件23的基極驅(qū)動(dòng)用信號(hào)的斷開(kāi)定時(shí)稍晚。
給予主電路開(kāi)關(guān)元件4的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)由基極驅(qū)動(dòng)電路9的柵極驅(qū)動(dòng)用放大器27和柵極電阻19，輸入到主電路開(kāi)關(guān)元件4。同樣，給予雙極元件23的基極驅(qū)動(dòng)用信號(hào)經(jīng)由基極驅(qū)動(dòng)電路25的柵極驅(qū)動(dòng)用放大器28和柵極電阻26，輸入到雙極元件23。
如前所述，圖11表示一般的功率MOSFET的元件特性的導(dǎo)通電阻和反向恢復(fù)時(shí)間的傾向曲線。在該圖中示出如下傾向如果將MOSFET設(shè)計(jì)成導(dǎo)通電阻較小，則反向恢復(fù)時(shí)間變長(zhǎng)，結(jié)果，由反向恢復(fù)導(dǎo)致的損失也變大，相反，如果將MOSFET設(shè)計(jì)成導(dǎo)通電阻較大，則反向恢復(fù)時(shí)間變短，結(jié)果，由反向恢復(fù)導(dǎo)致的損失也變小。
因此，在第14實(shí)施例中，在主電路開(kāi)關(guān)元件4所使用的功率MOSFET中應(yīng)用將導(dǎo)通電阻優(yōu)先設(shè)計(jì)得較低的功率MOSFET，并且并聯(lián)連接與主電路開(kāi)關(guān)元件4幾乎同時(shí)接通、并且比主電路開(kāi)關(guān)元件4的斷開(kāi)稍早地?cái)嚅_(kāi)的雙極元件23。
由此可以實(shí)現(xiàn)與具有積蓄時(shí)間的雙極元件23的并行操作。當(dāng)接通時(shí)，由于大量電流流到低電阻的雙極元件23中，因此可以實(shí)現(xiàn)接通損失的降低。另外，在關(guān)閉時(shí)，由于雙極元件23的斷開(kāi)定時(shí)稍早，因此，在具有積蓄時(shí)間的雙極元件23完全斷開(kāi)后，主電路開(kāi)關(guān)元件4才斷開(kāi)，因此關(guān)閉損失也可以減小。
根據(jù)第14實(shí)施例，可以減小功率半導(dǎo)體的芯片面積，并且可以降低所產(chǎn)生的損失，從而可以實(shí)現(xiàn)低成本、高效率的電力轉(zhuǎn)換裝置。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性根據(jù)本發(fā)明，設(shè)置了電流抑制電路，可以抑制在回流二極管的反向恢復(fù)時(shí)流向低電壓直流電壓電源的主電路電流，因此可以抑制在低電壓直流電壓電源中流動(dòng)的主電路電流，從而無(wú)需增大恒壓電源的電流容量。
在回流二極管的反向恢復(fù)時(shí)流入反向電壓施加電路的主電路電流在反向電壓施加電路的高頻用電容器中流動(dòng)，因此可以在短時(shí)間內(nèi)流動(dòng)使回流二極管反向恢復(fù)所需的電流，從而不需要延長(zhǎng)休止期間。因此還可以抑制由休止期間產(chǎn)生的電力轉(zhuǎn)換裝置的控制質(zhì)量的劣化(波形劣化)等。
而且，根據(jù)本發(fā)明，可以與主電路電流的方向無(wú)關(guān)地以統(tǒng)一的定時(shí)使反向電壓施加電路適當(dāng)?shù)貏?dòng)作，因此不需要檢測(cè)電流方向的檢測(cè)器等，從而可以簡(jiǎn)化控制機(jī)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，具備(1)與直流電壓源串聯(lián)連接并向負(fù)載提供電力的兩個(gè)一組的主電路開(kāi)關(guān)元件；(2)與這些各個(gè)主電路開(kāi)關(guān)元件反向并聯(lián)連接的回流二極管；和(3)在切斷這些各個(gè)回流二極管時(shí)向各個(gè)回流二極管施加比上述直流電壓源小的反向電壓的反向電壓施加電路，其中，上述反向電壓施加電路由以下部分的串聯(lián)電路構(gòu)成(a)電壓值比上述直流電壓源低的輔助電源；(b)(i)在上述回流二極管的反向恢復(fù)時(shí)接通并且耐壓比上述主電路開(kāi)關(guān)元件低的反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件；和(ii)反向恢復(fù)時(shí)間比上述回流二極管短的高速輔助二極管，上述輔助電源具備(i)比直流電壓源的電壓低的低電壓直流電壓電源；(ii)與上述低電壓直流電壓電源串聯(lián)連接、并且抑制在上述回流二極管的反向恢復(fù)時(shí)流向上述低電壓直流電壓電源的主電路電流的電流抑制電路；和(iii)與上述低電壓直流電壓電源和上述電流抑制電路的串聯(lián)電路并聯(lián)連接、并且即使在高頻帶內(nèi)其內(nèi)部阻抗也較低的高頻用電容器。
2.一種電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，具備(1)與直流電壓源串聯(lián)連接并向負(fù)載提供電力的兩個(gè)一組的主電路開(kāi)關(guān)元件；(2)與這些各個(gè)主電路開(kāi)關(guān)元件反向并聯(lián)連接的回流二極管；和(3)在切斷這些各個(gè)回流二極管時(shí)向各個(gè)回流二極管施加比上述直流電壓源小的反向電壓的反向電壓施加電路，其中，上述反向電壓施加電路由以下部分的串聯(lián)電路構(gòu)成(a)電壓值比上述直流電壓源低的輔助電源；(b)(i)在上述回流二極管的反向恢復(fù)時(shí)接通并且耐壓比上述主電路開(kāi)關(guān)元件低的反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件；和(ii)反向恢復(fù)時(shí)間比上述回流二極管短的高速輔助二極管，并且該電力轉(zhuǎn)換裝置具備(4)具有短時(shí)間的休止期間來(lái)切換上述主電路開(kāi)關(guān)元件的主電路開(kāi)關(guān)控制電路，該休止期間在對(duì)上述兩個(gè)一組的主電路開(kāi)關(guān)元件相互切換接通狀態(tài)和斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，使兩個(gè)主電路開(kāi)關(guān)元件都斷開(kāi)；和(5)在從上述主電路開(kāi)關(guān)元件斷開(kāi)的時(shí)刻開(kāi)始的休止期間中使上述反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件接通、在上述休止期間經(jīng)過(guò)后使其斷開(kāi)的反向電壓施加開(kāi)關(guān)控制電路。
3.如權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，上述低電壓直流電壓電源用作上述主電路開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)用電源。
4.如權(quán)利要求1或3所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，僅在兩個(gè)一組的主電路開(kāi)關(guān)元件中的、與直流電源的負(fù)側(cè)連接的主電路開(kāi)關(guān)元件中具備上述反向電壓施加電路。
5.如權(quán)利要求1或3所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，設(shè)置電壓變化率抑制電路，用于調(diào)整上述主電路開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓，以便抑制上述主電路開(kāi)關(guān)元件的輸出電壓隨時(shí)間的急劇變化。
6.如權(quán)利要求1或3所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，主電路開(kāi)關(guān)元件使用優(yōu)先設(shè)計(jì)了低導(dǎo)通電阻的MOSFET，并且將雙極元件與上述主電路開(kāi)關(guān)元件并聯(lián)連接，該雙極元件與上述主電路開(kāi)關(guān)元件幾乎同時(shí)接通，并且比上述主電路開(kāi)關(guān)元件的斷開(kāi)稍早地?cái)嚅_(kāi)。
7.如權(quán)利要求2所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，上述輔助電源具備比直流電壓源的電壓低的低電壓直流電壓電源；與上述低電壓直流電壓電源串聯(lián)連接、并且抑制在上述回流二極管的反向恢復(fù)時(shí)流向上述低電壓直流電壓電源的主電路電流的電流抑制電路；和與上述低電壓直流電壓電源和上述電流抑制電路的串聯(lián)電路并聯(lián)連接、并且即使在高頻帶內(nèi)其內(nèi)部阻抗也較低的高頻用電容器。
8.如權(quán)利要求2或7所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，上述低電壓直流電壓電源用作上述主電路開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)用電源。
9.如權(quán)利要求2或7所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，利用自舉電路從上述主電路開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)電源提供上述反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)電源。
10.如權(quán)利要求2或7所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，上述反向電壓施加開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)由脈沖變壓器提供。
11.如權(quán)利要求2或7所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，使提供給上述主電路開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)原始信號(hào)的脈沖寬度比上述休止期間長(zhǎng)。
12.如權(quán)利要求2或7所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，僅在上述兩個(gè)一組的主電路開(kāi)關(guān)元件中的、與直流電源的負(fù)側(cè)連接的主電路開(kāi)關(guān)元件中具備上述反向電壓施加電路。
13.如權(quán)利要求2或7所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，設(shè)置電壓變化率抑制電路，用于調(diào)整上述主電路開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓，以便抑制上述主電路開(kāi)關(guān)元件的輸出電壓隨時(shí)間的急劇變化。
14.如權(quán)利要求2或7所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，上述主電路開(kāi)關(guān)元件使用優(yōu)先設(shè)計(jì)了低導(dǎo)通電阻的MOSFET，并且將雙極元件與上述主電路開(kāi)關(guān)元件并聯(lián)連接，該雙極元件與上述主電路開(kāi)關(guān)元件幾乎同時(shí)接通，并且比上述主電路開(kāi)關(guān)元件的斷開(kāi)稍早地?cái)嚅_(kāi)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電力轉(zhuǎn)換裝置，具備與直流電壓源串聯(lián)連接并向負(fù)載提供電力的兩個(gè)一組的主電路開(kāi)關(guān)元件(4u)、(4x)；與這些各個(gè)主電路開(kāi)關(guān)元件反向并聯(lián)連接的回流二極管(5u)、(5x)；和在切斷這些各個(gè)回流二極管時(shí)向各個(gè)回流二極管施加比直流電壓源小的反向電壓的反向電壓施加電路(8)，其中，反向電壓施加電路具備抑制在回流二極管的反向恢復(fù)時(shí)流向低電壓直流電壓電源的主電路電流的電流抑制電路(10)。
文檔編號(hào)H02M7/48GK101044669SQ20058003562
公開(kāi)日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2005年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月15日
發(fā)明者餅川宏, 小山建夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝