專利名稱：電力變換設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于向感性負(fù)載供電的電力變換設(shè)備，其使用至少一個FET作為主電路開關(guān)元件。
技術(shù)背景過去，已經(jīng)提出了一種用于驅(qū)動感性負(fù)載的電力變換設(shè)備，該電 力變換設(shè)備使用FET作為其逆變器電路中設(shè)置的開關(guān)元件對(例如， 日本專利申請?zhí)卦S公開H10-327585)。這種電力變換設(shè)備具有反向電 壓施加電路，用以減少伴隨MOSFET的切換而由反向電流在與該開 關(guān)元件MOSFET反并聯(lián)連接的寄生二極管上產(chǎn)生的損耗。這里所說 的寄生二極管是MOSFET自身的副產(chǎn)品。利用這個反向電壓施加電 路，能夠在MOSFET從"導(dǎo)通"轉(zhuǎn)變?yōu)?關(guān)斷"之后，并在另一個 MOSFET從"關(guān)斷"轉(zhuǎn)變?yōu)?導(dǎo)通"之前，將反向電壓施加在寄生 二極管上?；隍?qū)動信號施加反向電壓，該驅(qū)動信號是由PWM (脈 沖寬度調(diào)制)信號和要為MOSFET施加反向電壓的"關(guān)斷"信號的 組合所產(chǎn)生的。該PWM信號是通過三角波信號與參考信號之間基于 參考頻率和參考電壓的比較而產(chǎn)生的。發(fā)明內(nèi)容日本專利申請?zhí)卦S公開H10-327585中使用根據(jù)PWM信號和具 有延遲的開關(guān)信號所處理的信號來產(chǎn)生驅(qū)動信號，以施加反向電壓， 其中上述的延遲是用于防止在開關(guān)元件上同時生成"導(dǎo)通"信號。用于施加反向電壓的驅(qū)動信號的產(chǎn)生有時會由于PWM信號的脈沖寬度和延遲電路的延遲時間之間的關(guān)系而失敗?，F(xiàn)在詳細(xì)地說明上面這種情況。圖10是時序圖，用以示出基于由參考信號和三角波信號產(chǎn)生的PWM信號而產(chǎn)生的信號的"導(dǎo)通" 和"關(guān)斷"狀態(tài)。PWM信號具有用于每個脈沖的附圖標(biāo)記，從"tl" 到"t6"。在時序圖中， 一對主電路開關(guān)元件被稱為"上臂"和"下 臂"。"上臂驅(qū)動信號"和"下臂驅(qū)動信號"是用于驅(qū)動開關(guān)元件 MOSFET的信號。"上臂反向電壓施加信號"和"下臂反向電壓施加 信號"分別是用于驅(qū)動在反向電流施加電路中設(shè)置的開關(guān)元件(下文 中稱作"反向電流防止開關(guān)元件")的信號，該反向電流施加電路用 于在寄生二極管上施加反向電壓。如圖10中的時序圖的上部所示，產(chǎn)生PWM信號。在下述條件 下，即，用于驅(qū)動上臂MOSFET的上臂驅(qū)動信號從"導(dǎo)通"轉(zhuǎn)變?yōu)?"關(guān)斷"的條件下，如實線"a"所示，反向電壓施加在上臂MOSFET 的寄生二極管上(上臂反向電壓施加信號變?yōu)?導(dǎo)通")。同樣地，在 下述條件下，即，用于驅(qū)動下臂MOSFET的下臂驅(qū)動信號從"導(dǎo)通" 轉(zhuǎn)變?yōu)?關(guān)斷"的條件下，如實線"b"所示，反向電壓施加在下臂 MOSFET的寄生二極管上(下臂反向電壓施加信號變?yōu)?導(dǎo)通")。在"導(dǎo)通"信號同時施加在上臂和下臂中設(shè)置的該對MOSFET 上的情況下，電路通常被放電。為了延遲分別施加到上臂和下臂的"導(dǎo) 通"信號的時刻，將MOSFET的實際"導(dǎo)通"信號相對于PWM信 號延遲一預(yù)定的時間。如虛線"c"所示，當(dāng)PWM信號的脈沖寬度 變得比死區(qū)時間"td"(參見PWM信號的脈沖"t5")的時間寬度短 時，不產(chǎn)生用于驅(qū)動下臂的"導(dǎo)通"信號。施加反向電壓的信號通常 基本上基于開關(guān)元件從被延遲的"導(dǎo)通"轉(zhuǎn)變?yōu)?關(guān)斷"的時刻。只 要下臂驅(qū)動信號保持為"關(guān)斷"，要輸出的針對從"導(dǎo)通"到"關(guān)斷" 的切換的下臂反向電壓施加信號就不會被產(chǎn)生，如圖10中的"下臂 反向電壓施加信號"中的虛線所示。這樣，反向電壓就不會施加在下 臂MOSFET的寄生二極管上。因此，不可能調(diào)節(jié)在上述時刻產(chǎn)生的 流入寄生二極管的反向電流。請注意，上面日本專利申請?zhí)卦S公幵H10-327585中所述的系統(tǒng) 利用根據(jù)PWM信號和具有延遲的用于開關(guān)元件的驅(qū)動信號所處理 (延遲)的信號來產(chǎn)生反向電壓施加信號。未知的是如何產(chǎn)生處理的5PWM信號，因此，不清楚是否可以解決上述情況，其中，開關(guān)元件 的驅(qū)動信號無法輸出。提出本發(fā)明來解決上述問題。本發(fā)明的目的是提供一種電力變換 設(shè)備，該電力變換設(shè)備能夠在PWM信號的脈沖寬度比死區(qū)時間短時 通過利用開關(guān)信號校正單元校正開關(guān)信號來減少功耗和噪聲產(chǎn)生，以 便于防止盡管電流在反向方向上流入二極管(寄生二極管)而反向電 壓施加電路仍不工作的情況的發(fā)生，并因此調(diào)節(jié)了在反向方向上流過 二極管的電流。根據(jù)本發(fā)明的實施例的特征在于，電力變換設(shè)備包括 一對主電路開關(guān)元件，其串聯(lián)連接到直流電壓源，并通過基于開關(guān)信號的"導(dǎo) 通"或"關(guān)斷"控制來向感性負(fù)載供電，其中，該對主電路開關(guān)元件中的至少一個是FET; 二極管，其分別反并聯(lián)連接到該對主電路開關(guān) 元件；PWM信號產(chǎn)生單元，其產(chǎn)生用于驅(qū)動該對主電路開關(guān)元件的 PWM信號；延遲單元，其將開關(guān)信號的"導(dǎo)通"時刻延遲預(yù)定的延 遲時間，所述開關(guān)信號是基于所述PWM信號產(chǎn)生單元產(chǎn)生的PWM 信號產(chǎn)生的；開關(guān)信號校正單元，其在PWM信號的"導(dǎo)通"時間比 FET的延遲時間短時校正開關(guān)信號，以保持與所述FET成對的幵關(guān) 元件的"導(dǎo)通"狀態(tài)，或者使FET的"導(dǎo)通"狀態(tài)保持預(yù)定的時間； 以及反向電壓施加電路，其基于所述開關(guān)信號校正單元所校正的開關(guān) 信號來將低于直流電壓源電壓的反向電壓施加在反并聯(lián)連接到所述 FET的二極管上。
圖1是示出了電力變換設(shè)備的整體構(gòu)造的示意圖； 圖2是示出了根據(jù)第一和第二實施例的微型計算機(jī)的結(jié)構(gòu)的方 框圖；圖3是示出了根據(jù)第一實施例的判斷方法的流程圖以及基于各 個判斷結(jié)果所輸出的波形圖；圖4是示出了根據(jù)第二實施例的判斷方法的流程圖以及基于各 個判斷結(jié)果而輸出的波形圖；6圖5是示出了根據(jù)第三實施例的微型計算機(jī)的結(jié)構(gòu)的方框圖； 圖6是示出了根據(jù)第三實施例的電力變換設(shè)備的整體構(gòu)造的示意圖；圖7是示出了根據(jù)第三實施例的判斷方法的流程圖；圖8是示出了根據(jù)第三實施例的判斷結(jié)果的電流流動的電路圖；圖9是示出了根據(jù)第三實施例的判斷結(jié)果的電流流動的電路圖；以及圖10是示出了根據(jù)常規(guī)實施例的施加到主電路開關(guān)元件和寄生 二極管上的信號的時序圖。
具體實施方式
將參考附圖詳細(xì)地介紹本發(fā)明的實施例。 (第一實施例)如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電力變換設(shè)備1具有直流電壓源2、連接到直流電壓源2的電源線上的逆變器電路3、以及連 接到逆變器電路3的輸出側(cè)的諸如電機(jī)之類的感性負(fù)載4。逆變器電路3由三層橋式連接的上部元件MOSFET5u、 5v、 5w 和下部元件5x、 5y、 5z組成，上部元件MOSFET 5u、 5v、 5w和下 部元件5x、 5y、 5z是主電路開關(guān)元件。MOSFET "5u和5x"、 "5v 和5y"以及"5w和5z"分別構(gòu)成一對主電路開關(guān)元件。MOSFET 5u、 5v、5w和5x、5y、5z每個的源極和漏極之間分別都設(shè)置有與MOSFET 反并聯(lián)的二極管6u、 6v、 6w和6x、 6y、 6z。請注意，從效率方面考 慮，優(yōu)選使用具有低導(dǎo)通電阻的超結(jié)結(jié)構(gòu)的MOSFET。作為反向電壓施加單元的反向電壓施加電路7u、 7v、 7w和7x、 7y、 7z連接到二極管6。這些反向電壓施加電路7具有低壓直流電壓 源8，該低壓直流電壓源8具有比直流電壓源2低的電壓。反向電壓 施加電路7x、 7y、 7z共用低壓直流電壓源8x。在每個MOSFET的源 極和漏極之間分別連接有低壓直流電壓源8的電源線。反向電壓施加 電路7在層"X"、 "Y"、 "Z" —側(cè)的電源線與直流電壓源2的電源線 共用。電阻9u、 9v、 9w和9x、 9y、 9串聯(lián)連接到反向電壓施加電路7 的低壓直流電壓源8，而電容器10u、 10v、 10x和10x、 10y、 10z并 聯(lián)連接到反向電壓施加電路7的低壓直流電壓源8。設(shè)置電阻9來防 止伴隨電容器10的充電而生成的涌入電流。在低壓直流電壓源8的 電源線上連接有反向電流防止開關(guān)元件llu、 llv、 llw和llx、 lly、 11z以及二極管12u、 12v、 12w和12x、 12y、 12z，用以防止反向電 流。優(yōu)選使用低功耗的MOSFET來作為反向電流防止開關(guān)元件11?；谖⑿陀嬎銠C(jī)13輸出的經(jīng)過單觸發(fā)脈沖產(chǎn)生單元14 (14u、 14v、 14w和14x、 14y、 14z)和柵極驅(qū)動單元15 (15u、 15v、 15w 和15x、 15y、 15z)的開關(guān)信號來驅(qū)動反向電壓施加電路7。以相對 于開關(guān)信號從"導(dǎo)通"到"關(guān)斷"的開關(guān)時刻具有少量延遲，單觸發(fā) 脈沖產(chǎn)生單元14和柵極驅(qū)動單元15向反向電流防止開關(guān)元件11提 供"導(dǎo)通"信號，然后使"導(dǎo)通"狀態(tài)保持一預(yù)定短時間，并且提供 "關(guān)斷"信號。相應(yīng)地，反向電流防止開關(guān)元件11能夠在與該 MOSFET成對的另一個MOSFET的"導(dǎo)通"狀態(tài)期間在該MOSFET 的二極管上施加反向電壓。因此，可以調(diào)節(jié)流入與該MOSFET反并 聯(lián)連接的(寄生)二極管的反向電流。微型計算機(jī)13通過輸出端"A、 C、 E"禾B "B、 D、 F"連接到 逆變器電路3。輸出端"A" ("C、 E")將下述開關(guān)信號校正單元13e 所輸出的校正過的開關(guān)信號傳送到層"U" ("V、 W")中的主電路開 關(guān)元件5，并且通過層"U" ("V、 W")中的單觸發(fā)脈沖產(chǎn)生單元14 和柵極驅(qū)動單元15將其傳送到反向電壓施加電路7。類似地，輸出 端"B" ("D、 F")將開關(guān)信號校正單元13e所輸出的校正過的開關(guān) 信號傳送到層"X" ("Y、 Z")中的主電路開關(guān)元件5，并通過層"X" ("Y、 Z")中的單觸發(fā)脈沖產(chǎn)生單元14和柵極驅(qū)動單元15將其傳 送到反向電壓施加電路7。如圖2所示，微型計算機(jī)13包括參考信號產(chǎn)生單元13a，用 于產(chǎn)生參考信號；三角波產(chǎn)生單元13b，用于產(chǎn)生三角波；PWM信 號產(chǎn)生單元13c，用于產(chǎn)生驅(qū)動一對主電路開關(guān)元件的PWM信號； 反相器13dc,用于使PWM信號反相來用作下部開關(guān)元件的PWM信號；延遲單元13da、 13db，用于分別將PWM信號的"導(dǎo)通"時刻延 遲預(yù)定時間(死區(qū)時間)；幵關(guān)信號校正單元13e，用于比較PWM信 號的脈沖寬度和死區(qū)時間，并且在其中一個PWM信號的脈沖寬度比 死區(qū)時間短時，保持一對主電路開關(guān)元件中的另一個開關(guān)元件的"導(dǎo) 通"狀態(tài)；以及電流感測單元13f。電流感測單元13f測量每一層中 的逆變器電路3和感性負(fù)載4之間的電流的值或者電流的方向，以便 于控制作為感性負(fù)載的電機(jī)的速度。參考信號產(chǎn)生單元13a和三角波產(chǎn)生單元13b分別產(chǎn)生用作 PWM信號的基準(zhǔn)的參考信號和三角波信號。根據(jù)本實施例，參考信 號產(chǎn)生單元13a和三角波產(chǎn)生單元13b設(shè)置在微型計算機(jī)13內(nèi)。它 們也可以設(shè)置在微型計算機(jī)13的外面。PWM信號產(chǎn)生單元13c利用參考信號和三角波信號產(chǎn)生PWM 信號。該PWM信號用作在開關(guān)元件上施加電壓的開關(guān)信號的基準(zhǔn)。 如圖IO所示，基于參考信號和三角波信號之間的比較結(jié)果使產(chǎn)生的 PWM信號為"導(dǎo)通"和"關(guān)斷"。延遲單元13d使上部和下部開關(guān)元件的"導(dǎo)通"信號延遲預(yù)定時 間(死區(qū)時間)，以便于防止由于"導(dǎo)通"信號同時出現(xiàn)在上部和下 部開關(guān)元件而造成短路。不使"關(guān)斷"信號延遲。請注意，從效率角 度考慮，在防止短路的同時，預(yù)定時間(死區(qū)時間)優(yōu)選盡可能的短。延遲單元13d延遲的用于開關(guān)元件的PWM信號輸入到開關(guān)信號 校正單元13e。參考信號產(chǎn)生單元13a產(chǎn)生的參考信號和三角波產(chǎn)生 單元13b產(chǎn)生的三角波信號也輸入到開關(guān)信號校正單元13e。開關(guān)信號校正單元13e對要加到PWM信號上的死區(qū)時間與事先 利用參考信號和三角波信號產(chǎn)生的PWM信號的脈沖寬度進(jìn)行比較。 當(dāng)其中一個PWM信號的脈沖寬度比死區(qū)時間短時，開關(guān)信號校正單 元Be校正并輸出PWM信號，以便保持一對主電路開關(guān)元件中的另 一個開關(guān)元件的"導(dǎo)通"狀態(tài)。將校正過的PWM信號作為校正過的 開關(guān)信號施加到該對主電路開關(guān)元件上。請注意，為了簡明起見，作為例子，下面將僅介紹作為一對主電 路的層"U"和"X"。實際上，層"U、 V、 W"和"X、 Y、 Z"的三個主電路都分別設(shè)置有延遲單元和開關(guān)信號校正單元13e。因此， 通過對應(yīng)于每個開關(guān)元件的輸出端"A"到"F"，有執(zhí)行工作的六個 輸出端。開關(guān)信號校正單元13e輸出的用于上部開關(guān)元件的校正過的開 關(guān)信號通過輸出端"A" (C、 E)輸入到層"U" (V、 W)的主電路 開關(guān)元件5u (5v、 5w)和層"U" (V、 W)的單觸發(fā)脈沖產(chǎn)生單元 14u (14v、 14w)?；谠撔Ｕ^的開關(guān)信號，設(shè)置在反向電壓施加 電路7中的反向電流防止開關(guān)元件11在預(yù)定時刻切換為"導(dǎo)通"，并 持續(xù)預(yù)定時間。類似地，開關(guān)信號校正單元13e輸出的用于下部開關(guān)元件的校正 過的開關(guān)信號通過輸出端"B" (D、 F)輸入到層"X" (Y、 Z)的主 電路開關(guān)元件5x (5y、 5z)和單觸發(fā)脈沖產(chǎn)生單元14x (14y、 14z)。 基于校正過的開關(guān)信號，設(shè)置在反向電壓施加電路7中的反向電流防 止開關(guān)元件ll在預(yù)定時刻切換為"導(dǎo)通"，并持續(xù)預(yù)定時間。單觸發(fā)脈沖產(chǎn)生單元14產(chǎn)生用于輸出反向電壓施加信號的波 形，由此產(chǎn)生的信號通過柵極驅(qū)動單元15輸入到反向電流防止開關(guān) 元件11。這使得能夠通過反向電流防止開關(guān)元件11在與MOSFET 反并聯(lián)設(shè)置的二極管6上施加反向電壓，因此能夠調(diào)節(jié)流入二極管6 的反向電流。在第一實施例中，開關(guān)信號校正單元13e按照下述執(zhí)行PWM信 號的脈沖寬度與死區(qū)時間的比較和判斷方法。圖3示出了流程圖和波 形，其表示在每種情況下主電路開關(guān)元件的導(dǎo)通狀態(tài)。首先，判斷參 考信號是否超過了基于三角波信號所設(shè)置的上限(ST1)。上限"VA"按照下式獲得-f——/ ^ 、 ^=&,x^~~ (1)f pw附其中，"Vtri"是三角波信號，"tpwm"是三角波的一個周期，"td" 是死區(qū)吋間。請注意，將介紹層"U、 X"的一對主電路開關(guān)元件5u、 5x，作為電力變換設(shè)備1上設(shè)置的主電路開關(guān)元件5對的一個例子。 層"V、 Y"和"W、 Z"的其它對的主電路開關(guān)元件的操作與層"U、X"的操作相同。當(dāng)參考信號超過上限"VA"時(STh "是")，PWM信號的脈沖 寬度變得比死區(qū)時間短，該死區(qū)時間要增加以防止層"U、 X"短路。 例如，當(dāng)層"U"的主電路開關(guān)元件5u "導(dǎo)通"，同時來自感性 負(fù)載4的電流流向該開關(guān)元件5u，然后主電路幵關(guān)元件5u被切換為 "關(guān)斷"時，流過感性負(fù)載4的電流流入二極管6x中，該二極管6x 反并聯(lián)連接到層"X"的主電路開關(guān)元件5x。此時，由于用于驅(qū)動主 電路開關(guān)元件5x的驅(qū)動信號的"導(dǎo)通"時間比死區(qū)時間短，所以不 產(chǎn)生用于驅(qū)動主電路開關(guān)元件5x的驅(qū)動信號。相應(yīng)地，不產(chǎn)生反向 電壓施加信號，這對應(yīng)于主電路開關(guān)元件5x的驅(qū)動信號的"關(guān)斷" 狀態(tài)，并且沒有反向電壓施加到主電路開關(guān)元件5x的二極管6x上。 這樣，當(dāng)層"U"的主電路開關(guān)元件5u再次切換為"導(dǎo)通"時，電 流的從層"U"流過感性負(fù)載4的那部分流入二極管6x中，作為大 的反向電流。在這種情況下，正是由于與層"X"相對應(yīng)的層"U"的主電路 開關(guān)元件5u處于"關(guān)斷"狀態(tài)，所以反向電流流入主電路開關(guān)元件 5x的二極管6x中。因此，當(dāng)參考信號超過上限"VA"時，用于保持 "導(dǎo)通"狀態(tài)的驅(qū)動信號被輸出到主電路開關(guān)元件5u。在開關(guān)信號 校正單元13e作出這種判斷的情況下，將沒有"關(guān)斷"狀態(tài)的驅(qū)動信 號施加在主電路開關(guān)元件5u上(ST2)。相應(yīng)地，沒有反向電流流過 主電路開關(guān)元件5x的二極管6x。請注意，通過使層"U"的開關(guān)信 號反相來將用于驅(qū)動層"X"的主電路開關(guān)元件5x的驅(qū)動信號明顯 地保持在"關(guān)斷"狀態(tài)下。這一直保持到下一個時刻的判斷。在圖3中的ST2的下方，分別示出了要施加到主電路幵關(guān)元件 5u和5x的信號。上邊表示"導(dǎo)通"狀態(tài)，其中施加開關(guān)信號，而下 邊表示"關(guān)斷"狀態(tài)，其中不施加開關(guān)信號。在這種情況下，驅(qū)動信 號使開關(guān)元件5u保持在"導(dǎo)通"狀態(tài)，而開關(guān)元件5x由于沒有驅(qū)動 信號產(chǎn)生而保持在"關(guān)斷"狀態(tài)。當(dāng)參考信號沒有超過上限時(ST1:"否")，判斷參考信號是否 超過基于三角波信號而設(shè)置的下限"VB"(在下限以下)(ST3)。下限"VB"按照下式獲得:當(dāng)參考信號超過下限"VB"時(ST3:"是")，PWM信號的脈沖 寬度變得比死區(qū)時間短，該死區(qū)時間要增加以防止層"U、 X"短路。 請注意，與上述的上限"VA"不同的是，不產(chǎn)生驅(qū)動主電路開關(guān)元 件5u的驅(qū)動信號。在這種情況下，正是由于主電路開關(guān)元件5x的"關(guān)斷"狀態(tài)， 反向電流流入主電路開關(guān)元件5u的二極管6u中。因此，當(dāng)參考信號 超過上限Vb吋，將用于保持"導(dǎo)通"狀態(tài)的驅(qū)動信號輸出到主電路 開關(guān)元件5x。在開關(guān)信號校正單元13e作出這種判斷的情況下，將 沒有"關(guān)斷"狀態(tài)的驅(qū)動信號施加在主電路開關(guān)元件5x上(ST4)。 請注意，用于驅(qū)動主電路開關(guān)元件5u的驅(qū)動信號保持在"關(guān)斷"狀 態(tài)。這一直保持到下一個時刻的判斷。如圖3中的ST4下方的開關(guān)信號所示，開關(guān)元件5由驅(qū)動信號 保持在"導(dǎo)通"狀態(tài)，而開關(guān)元件5u保持在"關(guān)斷"狀態(tài)。當(dāng)參考信號保持在上限"VA"和下限"VB"之間時(ST3:"是")， 開關(guān)信號校正單元13e輸出未校正的開關(guān)信號，其是基于參考信號和 三角波信號之間的比較結(jié)果并且由延遲單元13d延遲后的PWM信號 (ST5)。如圖3下部中的波形所示，用于"導(dǎo)通"或"關(guān)斷"的驅(qū) 動信號被提供給層"U、 X"的主電路開關(guān)元件5u、 5x。然后，基于 該驅(qū)動信號產(chǎn)生反向電壓施加信號?；谠摲聪螂妷菏┘有盘?，將反 向電壓施加到二極管。如上所述，當(dāng)由于PWM信號的短脈沖寬度而不會產(chǎn)生其中一個 主電路幵關(guān)元件的"導(dǎo)通"信號時，開關(guān)信號校正單元校正開關(guān)信號， 并將其輸出到成對主電路開關(guān)元件中的另一個，以保持它的"導(dǎo)通" 狀態(tài)。相應(yīng)地，可以使主電路開關(guān)元件的驅(qū)動信號與反向電流流入二 極管的時刻相吻合。這樣，就一定可以調(diào)節(jié)流入二極管(寄生二極管) 中的反向電流。此外，僅利用微型計算機(jī)輸出的開關(guān)信號，就可以在 適當(dāng)?shù)臅r刻將反向電壓施加在反并聯(lián)連接到FET的二極管上。(第二實施例)將說明根據(jù)本發(fā)明的第二實施例。請注意，與上述第一實施例中 已說明過的元件相同的那些元件具有相同的附圖標(biāo)記，并且省略對相 同元件的詳細(xì)說明。如圖4所示，第二實施例與第一實施例的不同之處在于開關(guān)信號 校正單元13e對開關(guān)信號的校正方法。在第一實施例中，對信號進(jìn)行 校正和輸出，以在參考值超出時不間斷地保持該對主電路開關(guān)元件中 的任意一個主電路開關(guān)元件的"導(dǎo)通"狀態(tài)。在第二實施例中，在參 考值超出時，輸出具有預(yù)定寬度的信號。如上所述，開關(guān)信號校正單元13e判斷參考信號是否超過上限 (STll)。請注意，第二實施例的上限與第一實施例的上限不同。該 上限"Vc"由下式表示-其中，"VtH"表示三角波信號，"tpwm"表示三角波信號的一個周 期，"td"表示死區(qū)時間。"A"是為了輸出具有預(yù)定寬度的信號而設(shè) 置的占空比。當(dāng)參考信號超過上限VA時(ST11:"是")，PWM信號 的脈沖寬度變得比死區(qū)時間短，該死區(qū)時間要被增加以防止層"U、 X"短路。在這種情況下，不產(chǎn)生反向電壓施加信號，這對應(yīng)于主電路開關(guān) 元件5x的驅(qū)動信號的"關(guān)斷"狀態(tài)。因此，沒有反向電壓施加到主 電路開關(guān)元件5x的二極管6x上。在這種情況下，為了產(chǎn)生一定能夠使主電路開關(guān)元件5x "導(dǎo)通" 或"關(guān)斷"的驅(qū)動信號，開關(guān)信號校正單元13e忽略了由延遲單元 13da、 db輸出的開關(guān)信號。然后，開關(guān)信號校正單元13e輸出具有預(yù) 定最小脈沖寬度"tA"的開關(guān)信號(ST12)。請注意，如果最小脈沖 寬度"tA"被設(shè)定得太長，則從主電路輸出的波形就失去了正弦波的 形狀。因此，優(yōu)選將脈沖寬度設(shè)定得盡可能短。結(jié)果，該對主電路開關(guān)元件中的兩個開關(guān)都一定能被"導(dǎo)通"或 "關(guān)斷"。利用校正的開關(guān)信號，使得能夠產(chǎn)生反向電壓施加信號。13對于三角波的每個周期，都執(zhí)行這種判斷。在圖4中的ST12的下方，示出了要施加到主電路開關(guān)元件5u、 5x的信號。在這種情況下，將具有最小脈沖寬度"tA"的開關(guān)信號 提供給開關(guān)元件5x，同時開關(guān)信號校正單元13e將具有增加了延遲 時間的最小脈沖寬度"tA"的反相信號的開關(guān)信號提供給開關(guān)元件 5u。當(dāng)參考信號沒有超過上限時(ST11:"否")，判斷參考信號是否 超過了基于三角波信號而設(shè)置的下限(ST13)。下限"VD"按照下式 獲得當(dāng)參考信號超過下限"VD"時(ST13:"是")，PWM信號的脈 沖寬度變得比死區(qū)時間短，該死區(qū)時間要增加以防止層"U、 X"短 路。請注意，與上面所述的上限"Vc"不同的是，開關(guān)信號校正單元 13e產(chǎn)生的具有最小脈沖寬度"tB"的開關(guān)信號不是用于層"X"，而 是用于層"U" (ST14)。在圖4中的ST14的下方，示出了要施加到主電路開關(guān)元件5u、 5z的開關(guān)信號。在這種情況下，開關(guān)信號校正單元13e將具有最小脈 沖寬度"tB"的開關(guān)信號提供給開關(guān)元件5u，同時開關(guān)信號校正單 元13e將具有增加了延遲時間的最小脈沖寬度"tB"的反相信號的信 號提供給幵關(guān)元件5x。請注意，當(dāng)參考信號保持在上限"Vc"和下 限"VD"之間時(ST13:"是")，開關(guān)信號校正單元13e輸出未校正 的由延遲單元13d輸出的開關(guān)信號(ST15)。如上所述，可以通過開關(guān)信號校正單元一定產(chǎn)生并輸出"導(dǎo)通" 狀態(tài)至少具有預(yù)定最小脈沖寬度的開關(guān)信號來減少產(chǎn)生的功耗和噪 聲，以便于防止反向電壓施加電路不管電流在反向方向上流過二極管 (寄生二極管)而不工作，并因此調(diào)節(jié)在反向方向上流入二極管中的 電流。(第三實施例)將說明根據(jù)本發(fā)明的第三實施例。請注意，與上述第一和第二實 施例中己說明過的元件相同的那些元件具有相同的附圖標(biāo)記，并省略 詳細(xì)說明。第三實施例的特征在于基于逆變器電路3和感性負(fù)載4之間流 過電流的方向來控制反向電流防止元件11的操作。只有當(dāng)主電路開關(guān)元件5中的一個在電流在正向方向上流過二 極管(其反并聯(lián)連接到成對主電路開關(guān)元件5中的另一個主電路開關(guān) 元件5)期間"導(dǎo)通"時，才有反向電流流到二極管6。相應(yīng)地，通 過檢測或預(yù)測電流方向，然后判斷反向電流防止開關(guān)元件11的操作 是否必要，可以減少反向電流防止開關(guān)元件11的驅(qū)動次數(shù)。因此， 減少該電路的功耗。如圖5所示，第三實施例的微型計算機(jī)具有連接到電流感測單元 13f的判斷單元13g。判斷單元13g基于電流感測單元13f測量到的 電流方向或電流值來判斷控制哪一個反向電流防止開關(guān)元件11。當(dāng) 判斷單元13g判斷不控制反向電流防止開關(guān)元件11時，也禁止開關(guān) 信號校正單元13e進(jìn)行校正，這是因為開關(guān)信號的校正是不必要的。判斷單元13g判斷下述可能性，即，由于下一個幵關(guān)信號的施加 而使反向電壓流入反并聯(lián)連接到主電路開關(guān)元件5的二極管6的可能 性。在產(chǎn)生下一個開關(guān)信號之前，基于電流感測單元13f測量到的輸 出來進(jìn)行判斷。當(dāng)存在流過反向電流的可能性時，判斷單元13g提供 指令給相應(yīng)的單觸發(fā)脈沖產(chǎn)生單元14，用于允許與二極管6對應(yīng)的 反向電流防止開關(guān)元件11進(jìn)行操作。當(dāng)不存在可能性時，判斷單元 13g提供指令給相應(yīng)的單觸發(fā)脈沖產(chǎn)生單元14，用于禁止反向電流防 止開關(guān)元件11進(jìn)行操作。在這種情況下，判斷單元13g同時提供信 號給開關(guān)信號校正單元13e，用于禁止進(jìn)行校正，這是因為相應(yīng)開關(guān) 信號的校正也是不必要的。通過圖6所示的輸出端"G" (H、 I、 J、 L)，判斷單元13g輸出 允許或禁止操作的指令到單觸發(fā)脈沖產(chǎn)生單元14，其中，該輸出端 "G" (H、 I、 J、 L)連接微型計算機(jī)13和單觸發(fā)脈沖產(chǎn)生單元14。 更具體而言，輸入了用于允許或禁止單脈沖產(chǎn)生單元14操作的指令。同時，判斷單元13g將允許或禁止控制操作的指令輸出到開關(guān)信號校 正單元13e。如圖5所示，開關(guān)信號校正單元13e設(shè)置在PWM信號產(chǎn)生單元 13c和延遲單元13da、 13db之間，并執(zhí)行對PWM信號的校正，該 PWM信號由PWM信號產(chǎn)生單元13c產(chǎn)生并且還沒有被延遲。利用 這種結(jié)構(gòu)，不需要對要施加到上部元件和下部元件的兩個開關(guān)信號進(jìn) 行校正，而只需要校正單個PWM信號。因此，可以顯著簡化結(jié)構(gòu)。請注意，當(dāng)使這種結(jié)構(gòu)中的開關(guān)信號校正單元13e輸出具有最小 脈沖寬度的信號時，如第二實施例中所述，需要分別給第二實施例中 的最小脈沖寬度"tA"、 "tB"附加一個延遲時間。如圖7的流程圖所示，判斷目前在逆變器電路3和感性負(fù)載4之 間流動的電流"Iu"是否等于或者大于"+Ia" (ST21)。當(dāng)?shù)扔诨蛘叽?于"+Ia"時(ST21:"是")，判斷電流從逆變器電路3流到感性負(fù)載 4，且處理過程進(jìn)行到ST22。 "+Ia"表示電流從逆變器電路3流到感 性負(fù)載4。請注意，電流方向是第三實施例中為了方便起見而決定的 方向。只要可以判斷出電流方向，則該決定可以任章。在這種情況下，如圖8所示，電流通過層"U"中的主電路開關(guān) 元件5u并且通過層"X"中的二極管6x流到感性負(fù)載4。因此，需 要在適當(dāng)時刻給層"X"中的反向電流防止開關(guān)元件llx提供驅(qū)動信 號，并且控制反向電壓在二極管6x上的施加，從而調(diào)節(jié)在反向方向 上的電流。然后，判斷單元13g通過輸出端"H"提供信號給單觸發(fā) 脈沖產(chǎn)生單元14x，用以允許施加反向電壓的操作(ST22)。由于沒 有電流流入層"U"中的二極管6u，所以判斷單元13g通過輸出端"G" 提供信號給單觸發(fā)脈沖產(chǎn)生單元14u，用以禁止操作(ST22)。因此， 反向電流防止開關(guān)元件1 lu不工作。當(dāng)目前在逆變器電路3和感性負(fù)載4之間流動的電流"Iu"不等 于或者不大于"+Ia"時，則判斷目前在逆變器電路3和感性負(fù)載4 之間流動的電流"Iu"是否等于或者小于"-Ia" (ST23)。 "-Ia"表示 電流從感性負(fù)載4流到逆變器電路3。當(dāng)?shù)扔诨蛘咝∮?-1/'時(ST23: "是")，判斷電流從感性負(fù)載4流到逆變器電路3，如圖9所示。判斷單元13g通過輸出端"G"提供允許信號來執(zhí)行操作，用以利用反 向電流防止開關(guān)元件llu來施加反向電壓(ST24)。同時，判斷單元 13g通過輸出端"H"提供信號給單觸發(fā)脈沖產(chǎn)生單元14x，用以禁 止操作(ST24)。當(dāng)電流不等于或者不小于"-Ia"時，可以執(zhí)行更加詳細(xì)的 判斷，如下所示(ST25):其中，表示最新測量到的電流值，"Iu。"表示前一個測量到 的電流值。左側(cè)的第二項表示預(yù)測的電流值。除以2是因為信號的波 形通常在PWM信號的一個周期的中心處發(fā)生變化，在該點，也就是 在半個周期附近預(yù)測電流值最可靠。當(dāng)左側(cè)大于右側(cè)時，電流方向為"+"，也就是說，電流從逆變器 電路3流到感性負(fù)載4，如圖8所示(ST25:"是")。允許反向電流 防止開關(guān)元件llx輸出反向電壓施加信號，并利用反向電壓調(diào)節(jié)二極 管6x上的在反向方向的電流(ST22)。同時，由于沒有電流流入二 極管6u中，所以禁止反向電壓施加電路7u施加反向電壓的操作 (ST22)。當(dāng)右側(cè)大于左側(cè)時，電流方向為"-"。也就是說，電流從感性負(fù) 載4流到逆變器電路3中，如圖9所示(ST25)。允許反向電流防止 開關(guān)元件llu的操作，并且禁止反向電流防止開關(guān)元件llx的操作 (ST24)。如上所述，由于使用了初始設(shè)置的用于控制感性負(fù)載4的電流感 測單元13f，僅在必要時操作反向電流防止開關(guān)元件ll。因此，在不 可能有反向電流時，不會由于不必要地導(dǎo)通反向電流防止開關(guān)元件 11而使功耗增加。請注意，與第三實施例不同的是，可以將單觸發(fā)脈沖產(chǎn)生單元 14和柵極驅(qū)動單元15的功能包含在微型計算機(jī)中，并從微型計算機(jī) 的輸出端直接驅(qū)動反向電流防止開關(guān)元件11。所說明的每個實施例都采用兩個MOSFET來用作該對主電路開關(guān)元件5。也可以只采用一個MOSFET來用作其中的一個主電路開 關(guān)元件5，而采用IGBT (絕緣柵雙極晶體管)或晶體管來用作另一 個主電路開關(guān)元件。在這種情況下，只在反向電壓流到MOSFET的 寄生二極管時，才可以利用開關(guān)信號校正單元來校正開關(guān)信號。此外, 本發(fā)明的實施例采用三層逆變器來驅(qū)動作為例子的電機(jī)。但并不限于 電機(jī)，可以采用任何感性負(fù)載。也可應(yīng)用單層逆變器。上面說明了根 據(jù)本發(fā)明的實施例。但是，本發(fā)明并不局限于上面的實施例，實際操 作中可以在不脫離要點的范圍內(nèi)通過修改元件來改進(jìn)本發(fā)明。通過組 合上面實施例中所公開的元件，可以形成各種類型的發(fā)明。例如，可 以從實施例所示的所有元件中刪掉某些元件。此外，根據(jù)不同實施例 的各個元件可以適當(dāng)?shù)亟M合。工業(yè)實用性本發(fā)明例如用于各種電力變換設(shè)備，如逆變器設(shè)備或變換器設(shè)備。
權(quán)利要求
1、一種電力變換設(shè)備，包括一對主電路開關(guān)元件，其串聯(lián)連接到直流電壓源，并通過基于開關(guān)信號的“導(dǎo)通”或“關(guān)斷”控制來向感性負(fù)載供電，其中，該對主電路開關(guān)元件中的至少一個是FET；二極管，其分別反并聯(lián)連接到該對主電路開關(guān)元件；PWM信號產(chǎn)生單元，其產(chǎn)生用于驅(qū)動該對主電路開關(guān)元件的PWM信號；延遲單元，其將所述開關(guān)信號的“導(dǎo)通”時刻延遲預(yù)定的延遲時間，所述開關(guān)信號是基于所述PWM信號產(chǎn)生單元產(chǎn)生的PWM信號產(chǎn)生的；開關(guān)信號校正單元，其在所述PWM信號的“導(dǎo)通”時間比所述FET的所述延遲時間短時校正所述開關(guān)信號，以保持與所述FET成對的開關(guān)元件的“導(dǎo)通”狀態(tài)；以及反向電壓施加電路，其基于所述開關(guān)信號校正單元所校正的開關(guān)信號來將低于直流電壓源電壓的反向電壓施加在反并聯(lián)連接到所述FET的二極管上。
2、 一種電力變換設(shè)備，包括-一對主電路開關(guān)元件，其串聯(lián)連接到直流電壓源，并通過基于開 關(guān)信號的"導(dǎo)通"或"關(guān)斷"控制來向感性負(fù)載供電，其中，該對主 電路開關(guān)元件中的至少一個是FET;二極管，其分別反并聯(lián)連接到該對主電路開關(guān)元件； PWM信號產(chǎn)生單元，其產(chǎn)生用于驅(qū)動該對主電路開關(guān)元件的 PWM信號；延遲單元，其將所述開關(guān)信號的"導(dǎo)通"時刻延遲預(yù)定的延遲時 間，所述開關(guān)信號是基于所述PWM信號產(chǎn)生單元產(chǎn)生的PWM信號 產(chǎn)生的；開關(guān)信號校正單元，其在所述PWM信號的"導(dǎo)通"時間比所述FET的所述延遲時間短時校正所述開關(guān)信號，以使所述FET的"導(dǎo) 通"狀態(tài)保持預(yù)定時間；以及反向電壓施加電路，其基于所述開關(guān)信號校正單元所校正的幵關(guān) 信號來將低于直流電壓源電壓的反向電壓施加在反并聯(lián)連接到所述 FET的二極管上。
3、如權(quán)利要求1或2所述的電力變換設(shè)備，進(jìn)一步包括 判斷單元，其判斷在該對主電路開關(guān)元件和所述感性負(fù)載之間流動的電流的方向，其中，所述開關(guān)信號校正單元的校正以及所述反向電壓施加單元在所述二極管上施加反向電壓都基于所述判斷單元的判斷結(jié)果。
全文摘要
一種電力變換設(shè)備，其設(shè)置有一對主電路開關(guān)元件(5)，其中至少一個開關(guān)元件(5)由具有反并聯(lián)連接了二極管(6)的FET構(gòu)成；產(chǎn)生PWM基準(zhǔn)信號的單元(13c)；延遲單元(13d)，用于將PWM基準(zhǔn)信號的“導(dǎo)通”信號延遲預(yù)定的時間；開關(guān)信號校正單元(13e)，其比較延遲時間和PWM基準(zhǔn)信號的“導(dǎo)通”時間，并在PWM基準(zhǔn)信號的“導(dǎo)通”時間比延遲時間短時，保持另一個開關(guān)元件的“導(dǎo)通”狀態(tài)；以及反向電壓施加單元(7)，用于向二極管(6)施加反向電壓。
文檔編號H02M7/48GK101263647SQ200680033399
公開日2008年9月10日 申請日期2006年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月13日
發(fā)明者溫品治信, 餅川宏 申請人:東芝開利株式會社