專利名稱：功率轉(zhuǎn)換裝置以及浪涌電壓抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率轉(zhuǎn)換裝置以及浪涌電壓抑制方法。
背景技術(shù)：
在強(qiáng)制斷開電流時(shí)，會對伺服電路或逆變器電路等中的開關(guān)元件施加急劇上升的電壓。因此，由于斷開時(shí)的電力損耗大，而且該損耗在局部集中，所以有可能導(dǎo)致開關(guān)元件自身損壞。特別是，在至開關(guān)元件的DC(Direct Current :直流)供電的配線較長的情況下，由于配線的感抗增加，因此，斷開時(shí)的浪涌電壓變大。通常，使用緩沖電容器等的緩沖電路，相對于該浪涌電壓，對開關(guān)元件進(jìn)行保護(hù)。緩沖電容器與開關(guān)元件并聯(lián)連接。并且，在開關(guān)元件斷開時(shí)，來自開關(guān)元件的電流對緩沖電 容器充電，從而抑制上述的浪涌電壓。另外，也存在利用與該緩沖電容器串聯(lián)連接電阻，抑制電壓的震蕩的情況。另外，作為無需使用緩沖電容器，就可以相對于浪涌電壓對元件進(jìn)行保護(hù)的現(xiàn)有技術(shù)，例如，在下述專利文獻(xiàn)I中，公開了ー種技術(shù)，即，在流過超過額定值的過電流(浪涌電流)的情況下，通過使柵極電壓上升，防止由過電流導(dǎo)致的元件損壞。另外，在下述專利文獻(xiàn)2中，公開了ー種技術(shù)，即，通過將在緩沖電路中使用的ニ極管設(shè)置為寬帶隙型(SiC)，使ニ極管以常溫動作時(shí)的20 30倍的電流密度動作，從而使導(dǎo)通電阻増大，取代緩沖電路的電阻。專利文獻(xiàn)I :日本特開2009-55200號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 國際公開第2006 — 003936號

發(fā)明內(nèi)容
然而，根據(jù)上述現(xiàn)有的使用緩沖電容器而抑制浪涌電壓的技術(shù)，在大容量逆變器的情況下，需要將各晶體管與緩沖電容器進(jìn)行連接，另外，也需要將緩沖電容器大容量化。因此，存在電路大型化、復(fù)雜化的問題。特別是如果試圖對應(yīng)逆變器輸出短路時(shí)的短路電流，則緩沖電容器的大型化變得顯著。另外，根據(jù)上述專利文獻(xiàn)I中記載的技術(shù)，通過使柵極電壓上升，防止由過電流導(dǎo)致的元件損壞。因此，存在不能降低斷開時(shí)(柵極電壓下降吋)的浪涌電壓的問題。另外，上述專利文獻(xiàn)2中記載的技術(shù)，是利用ニ極管取代緩沖電路的電阻的技木。因此，存在下述問題，即，沒有給出防止緩沖電容器的大容量化的對策。本發(fā)明是鑒于上述情況而提出的，其目的是得到使用小型且簡單化的電路，可以抑制浪涌電壓的功率轉(zhuǎn)換裝置以及浪涌電壓抑制方法。為了解決上述課題并達(dá)到目的，本發(fā)明的特征在于，具有電壓驅(qū)動型的開關(guān)元件，其使用寬帶隙半導(dǎo)體；以及驅(qū)動電路，其在所述寬帶隙開關(guān)元件斷開時(shí)，將用于驅(qū)動所述寬帶隙開關(guān)元件的電壓，基于電壓軌跡(profile)進(jìn)行控制，該電壓軌跡是以使所述寬帶隙開關(guān)元件在非線性區(qū)域中動作的方式確定出的。
發(fā)明的效果本發(fā)明所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置以及浪涌電壓抑制方法，實(shí)現(xiàn)使用小型且簡單化的電路，可以抑制浪涌電壓的效果。


圖I是表示實(shí)施方式I的功率轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)例的圖。圖2是表不實(shí)施方式I的浪涌電壓抑制方法的ー個(gè)例子的時(shí)序圖。圖3是表示開關(guān)元件的漏扱-源極間電壓與漏極電流的關(guān)系的一個(gè)例子的圖。圖4是表示實(shí)施方式2的功率轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)例的圖。圖5是表不實(shí)施方式2的浪涌電壓抑制方法的ー個(gè)例子的時(shí)序圖。圖6是表示實(shí)施方式3的功率轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)例的圖。圖7是表不實(shí)施方式3的浪涌電壓抑制方法的ー個(gè)例子的時(shí)序圖。圖8是表示實(shí)施方式4的功率轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)例的圖。圖9是表示實(shí)施方式4的浪涌電壓抑制方法的ー個(gè)例子的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式下面，基于附圖，對本發(fā)明所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置以及浪涌電壓抑制方法的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。此外，本發(fā)明并不限定于該實(shí)施方式。實(shí)施方式I圖I是表示本發(fā)明所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置的實(shí)施方式I的結(jié)構(gòu)例的圖。本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置，是具有平滑電容器3和逆變器電路的逆變器裝置。該逆變器電路由控制裝置I控制，將從直流電源2輸入的直流轉(zhuǎn)換為三相交流后，向電動機(jī)等負(fù)載20供給。此夕卜，直流電源2例如可以由對エ業(yè)交流電源等交流電源進(jìn)行整流的轉(zhuǎn)換器電路等構(gòu)成。平滑電容器3是使直流電源2的電壓平滑化的電容器。對于該平滑電容器3，例如可以采用電解電容器。逆變器電路由6個(gè)電壓驅(qū)動型的開關(guān)元件、和用于驅(qū)動該開關(guān)元件的驅(qū)動電路5-1 5-6構(gòu)成。這些開關(guān)元件是使用寬帶隙半導(dǎo)體的開關(guān)元件，在本實(shí)施方式中，作為一個(gè)例子而使用SiC (碳化娃)MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor)。此外，并不限定于SiC MOSFET，也可以使用GaN (氮化鎵)M0SFET、金剛石MOSFET等其他的寬帶隙半導(dǎo)體。此外，當(dāng)前，作為開關(guān)元件通常使用的Si (硅)半導(dǎo)體的動作溫度最大是150°C，但寬帶隙半導(dǎo)體的動作溫度的最大值高于Si半導(dǎo)體。因此，如本實(shí)施方式所示，使用寬帶隙半導(dǎo)體的開關(guān)元件的動作溫度的最大值大于或等于150°C，本實(shí)施方式的開關(guān)元件與現(xiàn)有的開關(guān)元件相比，可以動作的上限溫度提高，適宜在高溫環(huán)境下動作。詳細(xì)地說，各開關(guān)元件具有ニ極管4-i (i=l、2、…6)和晶體管(SiC MOSFET )
6-i。驅(qū)動電路5-i基于來自控制裝置I的指示，對晶體管6-i的柵極電位進(jìn)行控制，對其本身所連接的開關(guān)元件的接通/斷開進(jìn)行切換。在各開關(guān)元件斷開時(shí)(從接通狀態(tài)轉(zhuǎn)換至斷開狀態(tài)為止的時(shí)間)，浪涌電壓施加在開關(guān)元件上。因此，由于斷開時(shí)的電力損耗大，而且其在局部集中，因此，有可能導(dǎo)致開關(guān)元件本身損壞。在使用Si半導(dǎo)體的開關(guān)元件的現(xiàn)有逆變器電路中，通常利用緩沖電容器抑制該浪涌電壓。特別地，在母線等直流電源電路較長吋，浪涌電壓變大，要求緩沖電容器的大容量化。在本實(shí)施方式中，為了電路的小型化、簡單化，因此不使用大容量的緩沖電容器，而是通過對斷開時(shí)的柵極電壓進(jìn)行控制，使開關(guān)元件在非線性區(qū)域而抑制浪涌電壓。圖2是表示本實(shí)施方式的浪涌電壓抑制方法的ー個(gè)例子的時(shí)序圖。在圖2的上段示出指令信號，該指令信號是從控制裝置I對驅(qū)動電路5-i發(fā)送的，用于使開關(guān)元件保持接通或斷開的狀態(tài)?？刂蒲b置I通過分別對驅(qū)動電路5-1 5-6發(fā)送上述的指令信號，對各開關(guān)元件的接通或斷開進(jìn)行控制。在圖2的中段示出開關(guān)元件的柵極電壓Vg。驅(qū)動電路5-i基于來自控制裝置I的指令信號，如圖2所示，對晶體管6-i的柵極電壓Vg進(jìn)行控制。此外，在此，示出將接通狀態(tài)的柵極電壓設(shè)為5V的例子。利用Vg=5V的柵極電壓，形成反轉(zhuǎn)層，源扱-漏極之間導(dǎo)通并流過漏極電流Id,開關(guān)元件成為接通狀態(tài)。在接通狀態(tài)下，漏極電壓Vd保持為OV狀態(tài)。該接通狀態(tài)的柵極電壓不需要一定設(shè)為5V，只要對應(yīng)于所使用的晶體管，設(shè)定為2. 5V或3V等的適當(dāng)?shù)闹导纯?，可以設(shè)為任何值。另外，在圖2的下段示出漏極電壓Vd。
如圖2的上段所示，在時(shí)刻tl，指令信號從接通(ON)向斷開(OFF)變化。與其相伴，如圖2的中段所示，驅(qū)動電路5-i從時(shí)刻tl開始使柵極電壓Vg階段性地下降。圖3是表示開關(guān)元件的漏極-源極間電壓(漏極電壓Vd)與漏極電流(Id)的關(guān)系的一個(gè)例子的圖。利用4條曲線針對柵極電壓Vg=Vgl、Vg2、Vg3、Vg4示出Vd與Id的關(guān)系。另外，線性區(qū)域Al (曲線LI的左側(cè)區(qū)域)是相對于漏扱-源極間電壓(漏極電壓Vd)，漏極電流(Id)大致線性變化的線性區(qū)域(非飽和區(qū)域)。非線性區(qū)域A2 (由曲線LI、曲線L2和Vgl的曲線所包圍的區(qū)域)是相對于漏極電壓Vd，漏極電流Id非線性變化的非線性區(qū)域(飽和區(qū)域)。另外，截止區(qū)域A3 (Vgl的曲線的下側(cè))是漏極電流Id不流動的截止區(qū)域。在現(xiàn)有的通常的功率轉(zhuǎn)換裝置中，在指令信號從接通成為斷開的情況下，使柵極電壓Vg從5V —次性變化為0V。通過柵極電壓成為0V，漏極電流減少，另外，施加漏極電壓而成為源極ー漏極之間不導(dǎo)通的斷開狀態(tài)。并且，其后的OV期間，在截止區(qū)域Al中動作，因此，直到再次施加Vg=5V為止，持續(xù)斷開狀態(tài)。在現(xiàn)有的通常的功率轉(zhuǎn)換裝置中，在接通狀態(tài)下漏極電壓為0，在現(xiàn)有的通常的功率轉(zhuǎn)換裝置中，在斷開時(shí)利用線性區(qū)域Al和截止區(qū)域A3。另ー方面，如果柵極電壓成為0V，則開關(guān)元件成為斷開狀態(tài)，但由于在電路內(nèi)部累積的能量，在開關(guān)元件中產(chǎn)生浪涌電壓，漏極電壓急劇上升。在本實(shí)施方式中，為了抑制上述浪涌電壓，如果指令信號從接通向斷開變化，則驅(qū)動電路5-i使柵極電壓Vg逐漸地下降，使得開關(guān)元件在非線性區(qū)域A2內(nèi)的浪涌抑制時(shí)使用區(qū)域A4中動作。在圖2的例子中，使柵極電壓Vg以3個(gè)階段(例如，3. 3V、1. 7V、0V)下降。即，首先，使柵極電壓Vg從5V下降至OV 5V之間的電壓，與其相伴，漏極電壓上升，其結(jié)果，直到成為浪涌抑制時(shí)使用區(qū)域A4的狀態(tài)為止，維持該柵極電壓，然后，進(jìn)ー步同樣地在浪涌抑制時(shí)使用區(qū)域A4內(nèi)，反復(fù)使柵極電壓下降，最終使柵極電壓Vg成為0V。非線性區(qū)域A2可以根據(jù)開關(guān)元件的規(guī)格等事先掌握。對于開關(guān)元件在非線性區(qū)域A2動作時(shí)的柵極電壓的軌跡(使柵極電壓以何種速度下降即可？)，例如，通過試驗(yàn)或解析等求得即可。具體地說，例如，事先準(zhǔn)備多條柵極電壓的軌跡，在這些軌跡之中，從使柵極電壓下降最快的軌跡開始，按順序(下降速度的順序)，通過解析或試驗(yàn)研究在使用該軌跡的情況下開關(guān)元件是否在非線性區(qū)域A2中動作，采用在非線性區(qū)域A2中動作的下降速度最快的軌跡。此外，在使柵極電壓下降時(shí)，優(yōu)選在與開關(guān)元件的載波頻率相同程度的時(shí)間(例如10 μ S 400 μ S左右)內(nèi)，從5V下降至OV。此外，浪涌抑制時(shí)使用區(qū)域Α4是ー個(gè)例子，為了ー邊抑制浪涌電壓ー邊斷開而使用的區(qū)域，只要在非線性區(qū)域Α2內(nèi)，并不限定于浪涌抑制時(shí)使用區(qū)域Α4，也可以使用任意區(qū)域。此外，晶體管6-1 6-6只要如上述是寬帶隙半導(dǎo)體即可，但由于單極型相比于雙極型在非線性區(qū)域中的控制更加容易，因此，使用單極型可以使電路更加簡單化。如上所述，在本實(shí)施方式中，通過使開關(guān)元件在非線性區(qū)域Α2中動作，對在斷開時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓，通過利用開關(guān)元件自身的損耗來抑制。如果開關(guān)元件的損耗增加，則開關(guān)元件成為高溫狀態(tài)，但在本實(shí)施方式中，由于使用的是寬帶隙半導(dǎo)體，其動作溫度的最大值大于或等于150°C，可以動作的溫度范圍較寬，因此，可以適用上述抑制方法。另外，在逆變器電路的輸出短路吋，產(chǎn)生過大的浪涌電壓。如果為了對應(yīng)該過大的 浪涌電壓而設(shè)置緩沖電容器，則需要大容量的緩沖電容器。與其相対，在本實(shí)施方式中，通過在輸出短路時(shí)進(jìn)行本實(shí)施方式的浪涌電壓抑制動作，可以利用小型且簡單化的電路，抑制輸出短路時(shí)的浪涌電壓。如上所述，在本實(shí)施方式中，開關(guān)元件使用寬帶隙元件，驅(qū)動電路5-i在斷開時(shí)使柵極電壓變化，使得開關(guān)元件在非線性區(qū)域A2內(nèi)動作。因此，利用小型且簡單化的電路，可以抑制浪涌電壓。實(shí)施方式2圖4是表示本發(fā)明所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置的實(shí)施方式2的結(jié)構(gòu)例的圖。本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置，在實(shí)施方式I的功率轉(zhuǎn)換裝置中，除了追加有替代緩沖電容器而用作緩沖電路的開關(guān)元件即緩沖元件8、和驅(qū)動緩沖元件8的驅(qū)動電路9，設(shè)置Si半導(dǎo)體晶體管
7-i而替代晶體管6-i (i=l、2…6)以外，與實(shí)施方式I的功率轉(zhuǎn)換裝置相同。對具有與實(shí)施方式I相同功能的構(gòu)成要素，標(biāo)注與實(shí)施方式I相同的標(biāo)號并省略說明。在本實(shí)施方式中，在通常的逆變器電路中，在連接緩沖電容器的位置，設(shè)置緩沖元件8，該緩沖元件8是使用寬帶隙半導(dǎo)體的開關(guān)元件。此外，在本實(shí)施方式中，將緩沖元件8設(shè)為SiC M0SFET，但并不限定于此，也可以使用其他的寬帶隙半導(dǎo)體。另外，在本實(shí)施方式中，作為 Si 半導(dǎo)體開關(guān)兀件 7_i,使用 Si IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)。作為Si半導(dǎo)體開關(guān)元件7-i，并不限定于Si IGBT，也可以使用其他的Si半導(dǎo)體。此外，在本實(shí)施方式中，將緩沖元件8與晶體管6-i并聯(lián)連接，但也可以將緩沖元件8與晶體管6-i串聯(lián)連接。圖5是表示本實(shí)施方式的浪涌電壓抑制方法的ー個(gè)例子的時(shí)序圖。圖5的第I段表示與圖2的上段相同的指令信號。圖5的第2段表示利用驅(qū)動電路5-i對Si半導(dǎo)體晶體管7-i施加的柵極電壓Vg。圖5的第3段表示由驅(qū)動電路9對緩沖元件8施加的柵極電壓Vcg。圖5的第4段表不Si半導(dǎo)體晶體管7-i的漏極-源極間電壓(漏極電壓)Vd。在時(shí)刻tl之前，利用指令信號指示為接通狀態(tài)的期間中，驅(qū)動電路5-i將Vg=5V的柵極電壓施加在Si半導(dǎo)體晶體管7-i上。另ー方面，驅(qū)動電路9在來自控制裝置I的指令信號為接通狀態(tài)的期間，將緩沖元件8的柵極電壓Vdg設(shè)為0V。如果在時(shí)刻tl指令信號從接通向斷開轉(zhuǎn)換，則驅(qū)動電路5-i與現(xiàn)有的通常功率轉(zhuǎn)換裝置同樣地，將Si半導(dǎo)體晶體管7-i的柵極電壓Vg設(shè)為0V。如果在時(shí)刻tl指令信號從接通向斷開轉(zhuǎn)換，則驅(qū)動電路9通過將緩沖元件8的柵極電壓Vcg控制為，使緩沖元件8在非線性區(qū)域中動作，利用緩沖元件8自身的損耗，抑制在Si半導(dǎo)體晶體管7-1 7-6中產(chǎn)生的浪涌電壓。具體地說，例如，如圖5所示，將柵極電壓Vdg逐漸地増加至規(guī)定的值，然后在規(guī)定的期間內(nèi)保持該電壓，然后逐漸地減少至0V。此吋，優(yōu)選柵極電壓Vcg的接通時(shí)間(Vcg不是OV的時(shí)間)落在與開關(guān)元件的載波頻率相同程度的時(shí)間(例如10μ s 400μ s左右)內(nèi)。除了以上所述以外的本實(shí)施方式的動作與實(shí)施方式I相同。如上所述，在本實(shí)施方式中，使用緩沖元件8來替代緩沖電容器，在Si半導(dǎo)體晶體管7-1 7-6斷開時(shí)，以規(guī)定的軌跡施加?xùn)艠O電壓Vcg，使得緩沖元件8在非線性區(qū)域內(nèi)動作，利用緩沖元件8自身的損耗，對在Si半導(dǎo)體晶體管7-1 7-6中產(chǎn)生的浪涌電壓進(jìn)行抑制。如果緩沖元件8的損耗增加，則緩沖元件8成為高溫，在本實(shí)施方式中，由于作為緩沖元件8而使用寬帶隙半導(dǎo)體，其動作溫度的最大值大于或等于150°C，可以動作的溫度范圍較寬，因此，可以對應(yīng)高溫的環(huán)境。因此，可以使用小型且簡單化的電路抑制浪涌電壓。 實(shí)施方式3圖6是表示本發(fā)明所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置的實(shí)施方式3的結(jié)構(gòu)例的圖。本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置是電源再生轉(zhuǎn)換器裝置，是將電動機(jī)(在圖6中簡稱為M) 13產(chǎn)生的感應(yīng)反電動勢(再生能量)，經(jīng)由對電動機(jī)13進(jìn)行可變速控制的逆變器裝置12，向三相交流電源10進(jìn)行再生的裝置。此外，在本實(shí)施方式中，作為三相負(fù)載的ー個(gè)例子，示出使用電動機(jī)13的例子，但也可以使用其他的三相負(fù)載替代電動機(jī)13。在逆變器裝置12內(nèi)的未圖示的母線之間，連接有平滑電容器，該平滑電容器累積在電動機(jī)的減速動作時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置(電源再生轉(zhuǎn)換器)通過控制裝置14進(jìn)行控制，由6個(gè)開關(guān)元件、分別驅(qū)動開關(guān)元件的驅(qū)動電路5-1 5-6、以及緩沖電容器11構(gòu)成。對具有與實(shí)施方式I相同功能的構(gòu)成要素，標(biāo)注與實(shí)施方式I相同的標(biāo)號并省略說明。開關(guān)元件由再生晶體管15-i (i=l、2、"·6)、和ニ極管4-i構(gòu)成。作為再生晶體管15-i，與實(shí)施方式I的晶體管6-i相同，使用寬帶隙半導(dǎo)體，在本實(shí)施方式中，使用SiMOSFET0此外，再生晶體管15-i并不限定于Si M0SFET，只要是使用了寬帶隙半導(dǎo)體的開關(guān)元件，使用任何元件均可。再生晶體管15-i與ニ極管4-i反并聯(lián)連接。對于緩沖電容器11，例如可以采用薄膜電容器，但并不限定于此。緩沖電容器11與再生晶體管15-1 15-6并聯(lián)連接。上橋臂側(cè)的再生晶體管15-1 15-3和下橋臂側(cè)的再生晶體管15-4 15-6的各串聯(lián)連接端是再生輸出端，分別與交流電源端子連接。電流檢測器16-1 16-3分別配置在開關(guān)電路的上述3個(gè)再生輸出端與三相交流電源10的端子之間的連接線上，對各相電流的大小和方向進(jìn)行檢測?？刂撇?4在再生動作時(shí)，基于由未圖示的相位檢測器檢測出的三相交流電源10的各相(R相、S相、T相)的相位關(guān)系，確定再生晶體管15-1 15-6的接通/斷開動作定時(shí)。控制部14將所確定的再生晶體管15-1 15-6的接通/斷開動作定時(shí)，向驅(qū)動電路5-1 5-6作為指示進(jìn)行再生動作控制的指令信號輸出。驅(qū)動電路5-i基于指令信號，生成使再生晶體管15-i在指定的定時(shí)下動作的柵極信號后，施加至再生晶體管15-i的柵極端子。在本實(shí)施方式中，再生晶體管15-i與實(shí)施方式I的晶體管6-i同樣，利用自身的損耗，抑制浪涌電壓。圖7是表不本實(shí)施方式的浪涌電壓抑制方法的ー個(gè)例子的時(shí)序圖。圖7的上段表示控制裝置14輸出的指令信號，圖7的中段表示驅(qū)動電路5-i對再生晶體管15-i施加的柵極電壓Vg，圖7的下段表示再生晶體管15-i的漏極電壓Vd。驅(qū)動電路5-i與實(shí)施方式I同樣，在指令信號為接通的狀態(tài)下，將柵極電壓Vg設(shè)為5V，如果指令信號向斷開轉(zhuǎn)換，則使柵極電壓Vg逐漸地下降。此時(shí)，使柵極電壓Vg下降的軌跡與實(shí)施方式I相同，以再生晶體管15-i在非線性區(qū)域2內(nèi)變化的方式使柵極電壓Vg下降。此外，接通狀態(tài)的柵極電壓Vg并不限定于與實(shí)施方式I相同的5V。另外，與實(shí)施方式I同樣，此外，在使柵極電壓下降時(shí)，優(yōu)選在與開關(guān)元件的載波頻率相同程度的時(shí)間(例如10μ s 400μ s左右)內(nèi)，從5V下降至0V。除了以上所述以外，本實(shí)施方式的動作與實(shí)施方式I相同。如上所述，在本實(shí)施方式中，在作為電源再生轉(zhuǎn)換器而起作用的功率轉(zhuǎn)換裝置中， 再生晶體管15-i使用寬帶隙元件，驅(qū)動電路5-i在斷開時(shí)，以再生晶體管15-i在非線性區(qū)域內(nèi)動作的方式使柵極電壓變化。因此，可以使用小型且簡單化的電路抑制浪涌電壓。實(shí)施方式4圖8是表示本發(fā)明所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置的實(shí)施方式4的結(jié)構(gòu)例的圖。本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置，在實(shí)施方式3的功率轉(zhuǎn)換裝置中，除了追加有替代緩沖電容器而配置的開關(guān)元件即緩沖元件18、和驅(qū)動電路19，設(shè)置再生晶體管17-1 17-6替代再生晶體管15-1 15-6以外,與實(shí)施方式3的功率轉(zhuǎn)換裝置相同。對具有與實(shí)施方式3相同功能的構(gòu)成要素，標(biāo)注與實(shí)施方式3相同的標(biāo)號并省略說明。在本實(shí)施方式中，在現(xiàn)有的通常的電源再生轉(zhuǎn)換器中連接緩沖電容器的位置，配置緩沖元件18，該緩沖元件18是使用寬帶隙半導(dǎo)體的開關(guān)元件。在本實(shí)施方式中，將緩沖元件18設(shè)為SiC M0SFET，但并不限定于此，可以使用任意寬帶隙半導(dǎo)體。另外，在本實(shí)施方式中，作為再生晶體管17-1 17-6，使用Si IGBT0作為再生晶體管17_1 17_6，并不限定于Si IGBT，也可以使用其他的Si半導(dǎo)體。在本實(shí)施方式中，緩沖元件18與實(shí)施方式2的緩沖元件8同樣，利用自身的損耗，抑制針對再生晶體管17-1 17-6的浪涌電壓。圖9是表示本實(shí)施方式的浪涌電壓抑制方法的ー個(gè)例子的時(shí)序圖。圖9的第I段表示控制裝置14輸出的指令信號。圖9的第2段表示利用驅(qū)動電路5-i對再生晶體管17-i施加的柵極電壓Vg。圖9的第3段表示由驅(qū)動電路19對緩沖元件18施加的柵極電壓Vcg。圖9的第4段表示再生晶體管17-i的漏極-源極間電壓(漏極電壓)Vd。在本實(shí)施方式中，與實(shí)施方式2同樣，在時(shí)刻tl之前，通過指令信號指示為接通狀態(tài)的期間中，驅(qū)動電路5-i將Vg=5V的柵極電壓施加在再生晶體管17-i上。另ー方面，驅(qū)動電路19在來自控制裝置14的指令信號為接通狀態(tài)的期間，使緩沖元件18的柵極電壓Vdg為0V。如果在時(shí)刻tl指令信號從接通向斷開轉(zhuǎn)換，則驅(qū)動電路5-i與現(xiàn)有的通常的功率轉(zhuǎn)換裝置同樣地，使再生晶體管17-i的柵極電壓Vg成為0V。如果在時(shí)刻tl指令信號從接通向斷開轉(zhuǎn)換，則驅(qū)動電路19通過將緩沖元件18的柵極電壓Vcg控制為使緩沖元件18在非線性區(qū)域中動作，利用緩沖元件18自身的損耗，抑制在再生晶體管17-1 17-6中產(chǎn)生的浪涌電壓。具體地說，例如，如圖9所示，使柵極電壓Vdg逐漸地増加至規(guī)定的值，然后在規(guī)定的期間內(nèi)保持該電壓，然后逐漸減少至0V。此吋，優(yōu)選柵極電壓Vcg的接通時(shí)間(Vcg不是OV的時(shí)間)落在與再生晶體管17-1 17-6的載波頻率相同程度的時(shí)間(例如10μ s 400μ s左右)內(nèi)。除了以上所述以外，本實(shí)施方式的動作與實(shí)施方式3相同。如上所述，在本實(shí)施方式中，在作為電源再生轉(zhuǎn)換器而起作用的功率轉(zhuǎn)換裝置中，使用緩沖元件18替代緩沖電容器，在再生晶體管17-1 17-6斷開時(shí)，以規(guī)定的軌跡施加?xùn)艠O電壓Vcg，使得緩沖元件18在非線性區(qū)域內(nèi)動作，利用緩沖元件18自身的損耗，對在再生晶體管17-1 17-6中產(chǎn)生的浪涌電壓進(jìn)行抑制。因此，可以使用小型且簡單化的電路抑制浪涌電壓。エ業(yè)實(shí)用性如上所述，本發(fā)明所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置以及浪涌電壓抑制方法，適用于將直流轉(zhuǎn)換為三相交流的功率轉(zhuǎn)換裝置、或?qū)⒃陔妱訖C(jī)等中由逆變器電路或三相負(fù)載產(chǎn)生的感應(yīng)反電動勢向三相交流電源進(jìn)行再生的功率轉(zhuǎn)換裝置，特別是適用于實(shí)現(xiàn)電路的小型、簡單化的功率轉(zhuǎn)換裝置。 標(biāo)號的說明I、14控制裝置2直流電源3平滑電容器4-1 4-6 ニ極管5-1 5_6、9、19 驅(qū)動電路6-1 6-6 晶體管7-1 7-6 Si半導(dǎo)體晶體管8、18緩沖元件10三相交流電源11緩沖電容器12逆變器裝置13 電動機(jī)(M)15-1 15-6、17-1 17-6 再生晶體管16-1 16-3電流檢測器20 負(fù)載
權(quán)利要求
1.ー種功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，具有電壓驅(qū)動型的寬帶隙開關(guān)元件，其使用寬帶隙半導(dǎo)體；以及驅(qū)動電路，其在所述寬帶隙開關(guān)元件斷開時(shí)，將用于驅(qū)動所述寬帶隙開關(guān)元件的電壓，基于電壓軌跡進(jìn)行控制，該電壓軌跡是以使所述寬帶隙開關(guān)元件在非線性區(qū)域中動作的方式確定出的。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在干，所述功率轉(zhuǎn)換裝置是將由直流電源供給的直流電カ轉(zhuǎn)換為交流電カ的逆變器裝置，所述寬帶隙開關(guān)元件為通過自身的接通/斷開動作，將直流電カ轉(zhuǎn)換為交流電カ的開關(guān)元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在干，所述功率轉(zhuǎn)換裝置是將由負(fù)載供給的再生能量向交流電源進(jìn)行再生的再生轉(zhuǎn)換器裝置，所述寬帶隙開關(guān)元件為通過自身的接通/斷開動作，將再生能量向交流電源進(jìn)行再生的開關(guān)元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在干，所述功率轉(zhuǎn)換裝置是將由直流電源供給的直流電カ轉(zhuǎn)換為交流電カ的逆變器裝置，所述寬帶隙開關(guān)元件以將直流電カ轉(zhuǎn)換為交流電カ的開關(guān)元件作為保護(hù)對象開關(guān)元件，作為相對于過電流來保護(hù)所述保護(hù)對象開關(guān)元件的緩沖電路起作用。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在干，所述功率轉(zhuǎn)換裝置是將由負(fù)載供給的再生能量向交流電源進(jìn)行再生的再生轉(zhuǎn)換器裝置，所述寬帶隙開關(guān)元件以將再生能量向交流電源進(jìn)行再生的開關(guān)元件作為保護(hù)對象開關(guān)元件，作為相對于過電流來保護(hù)所述保護(hù)對象開關(guān)元件的緩沖電路起作用。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在干，作為緩沖電路起作用的所述寬帶隙開關(guān)元件，與所述保護(hù)對象開關(guān)元件并聯(lián)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在干，所述寬帶隙開關(guān)元件為單極型。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在干，作為所述斷開時(shí)，包含由輸出短路導(dǎo)致的斷開時(shí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中任一項(xiàng)所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在干，所述寬帶隙半導(dǎo)體采用碳化硅。
10.ー種浪涌電壓抑制方法，其是功率轉(zhuǎn)換裝置中的浪涌電壓抑制方法，該浪涌電壓抑制方法的特征在于，包含軌跡確定步驟，在該步驟中，將在開關(guān)元件斷開時(shí)用于驅(qū)動所述寬帶隙開關(guān)元件的電壓軌跡確定為，在基于所述電壓軌跡驅(qū)動時(shí)，使所述寬帶隙開關(guān)元件在非線性區(qū)域中動作；以及驅(qū)動步驟，在該步驟中，在所述寬帶隙開關(guān)元件斷開時(shí)，基于所述電壓軌跡，對用于驅(qū)動所述寬帶隙開關(guān)元件的電壓進(jìn)行控制，所述寬帶隙開關(guān)元件為使用寬帶隙半導(dǎo)體的電壓驅(qū)動型的開關(guān)元件。
全文摘要
一種功率轉(zhuǎn)換裝置，其將由直流電源(2)供給的直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力，該功率轉(zhuǎn)換裝置具有6個(gè)開關(guān)元件，其由使用寬帶隙半導(dǎo)體的電壓驅(qū)動型的晶體管(6-i)(i=1、2、…、6)和二極管(4-i)構(gòu)成；以及驅(qū)動電路(5-i)，其在開關(guān)元件斷開時(shí)，將用于驅(qū)動晶體管(6-i)的電壓，基于規(guī)定的電壓軌跡進(jìn)行控制，該規(guī)定的電壓軌跡是以使晶體管(6-i)在非線性區(qū)域中動作的方式確定出的。
文檔編號H02M7/48GK102835014SQ201080066009
公開日2012年12月19日 申請日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者中村和哉, 寺田啟, 高橋和孝, 神保茂雄 申請人:三菱電機(jī)株式會社