專利名稱：功率變換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于對(duì)籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等的電感性負(fù)載提供任意的電壓波形的功率變換電路。
背景技術(shù)：
作為對(duì)電動(dòng)機(jī)等的電感性負(fù)載提供任意的電壓波形的功率變換電路，例如是逆變器電路。在專利文獻(xiàn)1中公開了具備2個(gè)半橋電路的逆變器電路。半橋電路具備高壓側(cè)開關(guān)元件及低壓側(cè)開關(guān)元件，相對(duì)電源串聯(lián)連接；第1 二極管，與高壓側(cè)開關(guān)元件反并聯(lián)連接；以及第2 二極管，與低壓側(cè)開關(guān)元件反并聯(lián)連接。第1 二極管是在低壓側(cè)開關(guān)元件關(guān)斷時(shí)，為了對(duì)負(fù)載的能量進(jìn)行續(xù)流而使用的二極管。第2 二極管是在高壓側(cè)開關(guān)元件關(guān)斷時(shí)， 為了對(duì)負(fù)載的能量進(jìn)行續(xù)流而使用的二極管。這樣的功率變換電路通過以適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)對(duì)負(fù)載提供直流電源的2個(gè)電位，對(duì)平均的負(fù)載電壓及負(fù)載電流進(jìn)行控制。專利文獻(xiàn)1 日本特開平6-165510號(hào)公報(bào)。當(dāng)?shù)蛪簜?cè)開關(guān)元件處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，在由電源、負(fù)載以及低壓側(cè)開關(guān)元件構(gòu)成的串聯(lián)電路中流過電流。當(dāng)在該狀態(tài)下使低壓側(cè)開關(guān)元件關(guān)斷時(shí)，流過電感性負(fù)載的電流不會(huì)急劇地消失而是持續(xù)流過。其結(jié)果是，在具有負(fù)載和第1 二極管的電路中電流持續(xù)流過。 該電流稱為續(xù)流電流(freewheeling current)。在第1 二極管中流過續(xù)流電流時(shí)，向低壓側(cè)開關(guān)元件的柵極傳輸導(dǎo)通信號(hào)時(shí)，低壓側(cè)開關(guān)元件便逐漸地導(dǎo)通。此時(shí)，直到內(nèi)部的載流子消失為止，流過續(xù)流電流的第1 二極管都不會(huì)變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)，在一定期間正反兩方向均是導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)?shù)? 二極管為導(dǎo)通狀態(tài)的期間中低壓側(cè)開關(guān)元件導(dǎo)通時(shí)，存在由第1 二極管和低壓側(cè)開關(guān)元件使電源短路連接的情況。該現(xiàn)象稱為二極管的恢復(fù)。而且瞬時(shí)流過的短路電流稱為恢復(fù)電流。由于這樣的恢復(fù)電流導(dǎo)致在低壓側(cè)開關(guān)元件會(huì)消耗較大的電流，所以開關(guān)元件的開關(guān)時(shí)的損失增大。該損失的增大不依賴于供給功率變換電路的電源電壓的數(shù)量、半橋電路的數(shù)量，只要二極管引起恢復(fù)就會(huì)產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決上述的課題而完成的，其目的在于，提供一種能對(duì)開關(guān)元件的開關(guān)時(shí)的損失進(jìn)行抑制的功率變換電路。第1發(fā)明的功率變換電路，其特征在于，高壓側(cè)開關(guān)元件，在電源的高電位側(cè)連接有集電極；低壓側(cè)開關(guān)元件，在該電源的低電位側(cè)連接有發(fā)射極；第1連接點(diǎn)，將該高壓側(cè)開關(guān)元件的發(fā)射極和該低壓側(cè)開關(guān)元件的集電極進(jìn)行連接；第1 二極管，陰極連接于該高壓側(cè)開關(guān)元件的集電極；第2 二極管，陽極連接于該低壓側(cè)開關(guān)元件的發(fā)射極；第2連接點(diǎn)，將該第1二極管的陽極和該第2 二極管的陰極進(jìn)行連接；電感，將該第1連接點(diǎn)和該第 2連接點(diǎn)進(jìn)行連接；以及緩沖電路，構(gòu)成為與該第1連接點(diǎn)連接，并且在續(xù)流時(shí)對(duì)積蓄在該電感的能量進(jìn)行吸收。第2發(fā)明的功率變換電路，接受高電位、低電位、以及該高電位和該低電位之間的中點(diǎn)電位的供給，其特征在于，具有-M開關(guān)，以接受該中點(diǎn)電位的供給的方式連接；以及開關(guān)元件，集電極接受該高電位的供給，發(fā)射極經(jīng)由該AC開關(guān)接受該中點(diǎn)電位的供給，該 AC開關(guān)具有二極管，在該二極管和該開關(guān)元件之間連接有電感。根據(jù)本發(fā)明，能抑制開關(guān)元件的開關(guān)時(shí)的損失。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式1的功率變換電路的電路圖。圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的功率變換電路的變形例的電路圖。圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式2的功率變換電路的電路圖。圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的功率變換電路的變形例的電路圖。圖5是圖4示出的功率變換電路圖的交流等效電路圖。圖6是圖4示出的功率變換電路圖的交流等效電路圖。圖7是本發(fā)明的實(shí)施方式3的功率變換電路的電路圖。圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的功率變換電路的變形例的電路圖。圖9是本發(fā)明的實(shí)施方式4的功率變換電路的電路圖。圖10是本發(fā)明的實(shí)施方式5的功率變換電路的電路圖。圖11是抽出在圖10的電路圖中與輸出電位比中點(diǎn)電位高的期間的工作有關(guān)的元件的電路圖。圖12是表示本發(fā)明的實(shí)施方式5的功率變換電路的變形例的電路圖。圖13是本發(fā)明的實(shí)施方式6的功率變換電路的電路圖。附圖標(biāo)記
10功率變換電路； 12緩沖電路； Sffl高壓側(cè)開關(guān)元件； SW2低壓側(cè)開關(guān)元件； Dl第1 二極管； D2第2 二極管； Ll恢復(fù)抑制電感。
具體實(shí)施例方式實(shí)施方式1
參照?qǐng)D1對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式1進(jìn)行說明。再有，存在對(duì)于同一或者相應(yīng)的結(jié)構(gòu)要素附加同一符號(hào)而省略重復(fù)說明的情況。在其它的實(shí)施方式中也是同樣的。圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式1的功率變換電路的電路圖。功率變換電路10具備輸出端子Vo、高壓側(cè)端子Vh、以及低壓側(cè)端子Vl。輸出端子Vo連接于負(fù)載的一端，高壓側(cè)端子Vh以及低壓側(cè)端子Vl連接于負(fù)載的另一端。功率變換電路10具備高壓側(cè)開關(guān)元件SWl (以后，稱為開關(guān)元件SWl)和低壓側(cè)開關(guān)元件SW2 (以后，稱為開關(guān)元件SW2)。開關(guān)元件SWl和開關(guān)元件SW2例如由IGBT形成。 開關(guān)元件SWl的集電極與電源Vl的高電位側(cè)連接。開關(guān)元件SW2的發(fā)射極與電源Vl的低電位側(cè)連接。開關(guān)元件SWl的發(fā)射極和開關(guān)元件SW2的集電極在第1連接點(diǎn)Pl連接。在開關(guān)元件SWl的集電極連接有第1 二極管Dl的陰極。在開關(guān)元件SW2的發(fā)射極連接有第2 二極管D2的陽極。第1 二極管Dl的陽極和第2 二極管D2的陰極在第2連接點(diǎn)P2連接。在第2連接點(diǎn)P2連接有輸出端子Vo。第1連接點(diǎn)Pl和第2連接點(diǎn)P2通過恢復(fù)抑制電感Ll連接。在第1連接點(diǎn)Pl連接有緩沖電路12。緩沖電路12是提供用于續(xù)流時(shí)對(duì)積蓄在恢復(fù)抑制電感Ll的能量進(jìn)行續(xù)流的路徑的電路。緩沖電路12具備二極管14以及二極管 20。二極管14的陽極連接于第1連接點(diǎn)P1。二極管14的陰極經(jīng)由電阻16連接于電源Vl 的高電位側(cè)，并且經(jīng)由電容18連接于電源Vl的低電位側(cè)。另一方面，二極管20的陰極連接于第1連接點(diǎn)Pl。二極管20的陽極經(jīng)由電容22 連接于電源Vl的高電位側(cè)，并且經(jīng)由電阻M連接于電源Vl的低電位側(cè)。在此，電容18及 22的容量被設(shè)定為在這些電容充電的電壓比開關(guān)元件(指的是功率變換電路的任一個(gè)開關(guān)元件，以下相同)的耐壓及反向耐壓稍低。之后，針對(duì)功率變換電路10的工作進(jìn)行說明。首先，考慮如下情況，即，在負(fù)載、輸出端子Vo、第1 二極管Dl、以及高壓側(cè)端子Vh的路徑中流過續(xù)流電流時(shí)，接通開關(guān)元件SW2 的情況。此時(shí)，為了在電源Vl的高電位側(cè)一高壓側(cè)端子Vh —負(fù)載一輸出端子Vo —恢復(fù)抑制電感Ll —開關(guān)元件SW2 —電源Vl的低電位側(cè)的路徑中使電流流過，將開關(guān)元件SW2接
ο在開關(guān)元件SW2接通時(shí)，首先將電源Vl的電壓施加于恢復(fù)抑制電感Li。因此，開關(guān)元件SW2的集電極電流的上升速度被恢復(fù)抑制電感Ll限制，變得緩慢(稱為ZCS (Zero Current Switching 零電流開關(guān))狀態(tài))。此時(shí)，第1 二極管Dl在正反兩方向?yàn)閷?dǎo)通狀態(tài)， 但由于開關(guān)元件SW2的集電極電流被抑制，所以不會(huì)由第1 二極管Dl和開關(guān)元件SW2使電源Vl短路連接而引起恢復(fù)。因此，能抑制開關(guān)元件的開關(guān)時(shí)的損失。再有，在開關(guān)元件SW2的接通中積蓄在恢復(fù)抑制電感Ll的能量使通過開關(guān)元件 SW2的電流暫時(shí)有少許上升?？墒牵撾娏鞯纳仙龑?dǎo)致的損失增加與利用恢復(fù)電流抑制的損失減少相比是輕微的。接著，針對(duì)關(guān)斷開關(guān)元件SW2的情況進(jìn)行說明。當(dāng)向開關(guān)元件SW2的柵極輸入關(guān)斷信號(hào)時(shí)，開關(guān)元件SW2的集電極電流逐漸減少。此時(shí)，為了回避關(guān)斷浪涌電壓導(dǎo)致開關(guān)元件SW2受到損害，積蓄在恢復(fù)抑制電感Ll的能量必須向恢復(fù)抑制電感Ll的外部放出。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式1的功率變換電路10的結(jié)構(gòu)，恢復(fù)抑制電感Ll的能量經(jīng)由第1連接點(diǎn)Pl及緩沖電路12的二極管14對(duì)緩沖電路12的電容18充電。因此，能回避關(guān)斷浪涌電壓導(dǎo)致開關(guān)元件SW2受到損害。在此，將對(duì)電容18充電的電壓施加于開關(guān)元件SW2?？墒?，電容18的容量被設(shè)定為由該容量充電的電壓比開關(guān)元件的耐壓及反向耐壓稍低。因此，能防止對(duì)電容18充電的電壓導(dǎo)致開關(guān)元件SW2劣化。再有，對(duì)電容18充電的能量在開關(guān)元件SW2再次導(dǎo)通時(shí)，會(huì)經(jīng)由電容18、第2 二極管D2、以及恢復(fù)抑制電感Ll在開關(guān)元件SW2成為熱損失。因此，在開關(guān)元件SW2關(guān)斷時(shí)，從恢復(fù)抑制電感Ll放出且對(duì)電容充電的能量成為損失。可是，作為功率變換電路10的開關(guān)工作整體來看，通過恢復(fù)抑制電感Ll的恢復(fù)抑制的效果，能大幅度地減少損失。到此，針對(duì)開關(guān)元件SW2的接通及關(guān)斷進(jìn)行了說明，但對(duì)于開關(guān)元件SWl的情況也同樣地能減少開關(guān)損失，因此省略說明。再有，在使用具有充分短的恢復(fù)時(shí)間的二極管(快速恢復(fù)二極管)的情況下，恢復(fù)電流變小?？墒牵?dāng)使用快速恢復(fù)二極管時(shí)，存在導(dǎo)通損失增加、或恢復(fù)波形中包含的頻率成分變高而導(dǎo)致噪聲(EMI)、電磁感應(yīng)損失(skin effect 趨膚效應(yīng))、或緩沖電路部件的選擇面減少的弊端?？墒?，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式1的功率變換電路10的結(jié)構(gòu)，作為與開關(guān)元件反并聯(lián)連接的二極管，由于不使用快速恢復(fù)二極管就能抑制恢復(fù)電流，所以能回避上述弊端。本發(fā)明的實(shí)施方式1的功率變換電路10與半橋電路相關(guān)但本發(fā)明并不限定于此。 即，通過將多個(gè)本發(fā)明的實(shí)施方式1的功率變換電路10進(jìn)行組合，能構(gòu)成具有單相、3相或者這以上的交流的相位的功率變換電路。圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的功率變換電路 10的變形例的電路圖。如圖2所示，構(gòu)成單相交流型的功率變換電路也可。功率變換電路 26是對(duì)作為負(fù)載的電動(dòng)機(jī)觀連接有2個(gè)圖1的功率變換電路10的結(jié)構(gòu)。此外，因?yàn)殚_關(guān)元件并不僅限于IGBT，只要具有至少比二極管的Vf大的反向阻斷性(電壓下降)的晶體管即可，所以，例如可以是功率M0SFET。此外，開關(guān)元件不限于Si，以 SiC等形成也可。實(shí)施方式2
參照?qǐng)D3對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式2進(jìn)行說明。圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式2的功率變換電路的電路圖。功率變換電路30的特點(diǎn)在于，在得到本發(fā)明的實(shí)施方式1的功率變換電路的效果的同時(shí)，還能使開關(guān)元件低價(jià)格化。功率變換電路30具備緩沖電路32。緩沖電路32具備二極管34以及二極管40。 二極管34的陰極連接于開關(guān)元件SWl的發(fā)射極。將二極管34的陰極和開關(guān)元件SWl的發(fā)射極的連接點(diǎn)稱為第3連接點(diǎn)P3。在本實(shí)施方式中，在第3連接點(diǎn)P3和第1連接點(diǎn)Pl之間配置有第2個(gè)損失抑制電感L2。上述的二極管34的陽極與高壓側(cè)電容36的一端及高壓側(cè)電阻38的一端連接。高壓側(cè)電容36的另一端及高壓側(cè)電阻38的另一端連接于開關(guān)元件SWl的集電極。二極管40的陽極與開關(guān)元件SW2的集電極連接。二極管40的陰極與低壓側(cè)電容 42的一端及低壓側(cè)電阻44的一端連接。低壓側(cè)電容42的另一端及低壓側(cè)電阻44的另一端連接于開關(guān)元件SW2的發(fā)射極。這樣，開關(guān)元件SWl的集電極和發(fā)射極經(jīng)由二極管34通過高壓側(cè)電容36連接。此外，開關(guān)元件SW2的集電極和發(fā)射極經(jīng)由二極管40通過低壓側(cè)電容42連接。接著，針對(duì)功率變換電路30的工作進(jìn)行說明。在開關(guān)元件的接通時(shí)對(duì)恢復(fù)電流進(jìn)行抑制的情況，由于與本發(fā)明的實(shí)施方式1中的說明相同，所以省略。在此，針對(duì)開關(guān)元件SW2的關(guān)斷進(jìn)行說明。在開關(guān)元件SW2的導(dǎo)通期間中，在電源的高電位側(cè)一高壓側(cè)端子 Vh —負(fù)載一輸出端子Vo —恢復(fù)抑制電感Ll —開關(guān)元件SW2 —以及電源的低電位側(cè)的路徑中流過電流。當(dāng)向開關(guān)元件SW2的柵極輸入關(guān)斷信號(hào)時(shí)，開關(guān)元件SW2的集電極電流逐漸減少。而且，積蓄在恢復(fù)抑制電感Ll的能量經(jīng)由第1連接點(diǎn)Pl以及二極管40，流向低壓側(cè)電容42。在此，低壓側(cè)電容42的初始電壓(在開關(guān)元件SW2關(guān)斷前的導(dǎo)通狀態(tài)下的電壓)幾乎為零。因此，利用積蓄在恢復(fù)抑制電感Ll的能量對(duì)低壓側(cè)電容42進(jìn)行充電。因?yàn)橥ㄟ^該充電，開關(guān)元件SW2的Vce不會(huì)立刻增加(稱為ZVS (Zero Voltage Switching 零電壓開關(guān))狀態(tài))，所以能使開關(guān)元件SW2的關(guān)斷損失減少。從恢復(fù)抑制電感Ll放出并對(duì)低壓側(cè)電容42充電的能量作為在低壓側(cè)電阻44中的熱損失被消耗。由此，因?yàn)槟芊乐乖撃芰吭陂_關(guān)元件SW2作為熱損失被消耗，所以，開關(guān)元件SW2不需要高的耐熱性。因此，作為開關(guān)元件SW2能使用耐熱性低的廉價(jià)的開關(guān)元件使功率變換電路30的成本減少。針對(duì)開關(guān)元件SWl也同樣能使用廉價(jià)的開關(guān)元件。接著，對(duì)損失抑制電感L2的功能進(jìn)行說明。從在電源Vl的高電位側(cè)一開關(guān)元件 Sffl —損失抑制電感L2 —恢復(fù)抑制電感Ll —輸出端子Vo —負(fù)載一低壓側(cè)端子Vl —電源 Vl的低電位側(cè)的路徑中流過電流的狀態(tài)，將開關(guān)元件SWl設(shè)為關(guān)斷。于是，在損失抑制電感 L2和恢復(fù)抑制電感Ll中積蓄的能量經(jīng)由第1 二極管Dl對(duì)高壓側(cè)電容36進(jìn)行充電。接著，存在這樣的隱患，即在開關(guān)元件SW2接通的情況下，高壓側(cè)電容36的充電電流流到開關(guān)元件SW2，成為開關(guān)元件SW2的接通損失?？墒?，在連結(jié)高壓側(cè)電容36和開關(guān)元件SW2的路徑上，由于串聯(lián)連接有損失抑制電感L2，所以，高壓側(cè)電容36的充電電流不會(huì)急劇地上升。因此，由于在開關(guān)元件SW2的接通時(shí)，高壓側(cè)電容36的充電電流不會(huì)急劇地流到開關(guān)元件SW2，所以，能抑制接通損失。在本發(fā)明的實(shí)施方式2的功率變換電路30中，雖然使用了恢復(fù)抑制電感Ll和損失抑制電感L2的2個(gè)電感，但本發(fā)明并不限定于此。即，也可以將恢復(fù)抑制電感Ll和損失抑制電感L2集合成1個(gè)電感使功率變換電路成為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。在圖4至圖6中示出了將電感集合成1個(gè)的結(jié)構(gòu)例。圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的功率變換電路的變形例的電路圖。在該例子中，電感Lm擔(dān)負(fù)著上述的恢復(fù)抑制電感 Ll和損失抑制電感L2的雙方的作用。圖5是圖4示出的功率變換電路的交流等效電路圖。 圖6是圖4示出的功率變換電路的交流等效電路圖。根據(jù)在圖4至圖6示出的功率變換電路圖的結(jié)構(gòu)，在將電感集合成1個(gè)來簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的同時(shí)，還能得到本發(fā)明的實(shí)施方式2的功率變換電路30的效果。實(shí)施方式3
參照?qǐng)D7對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式3進(jìn)行說明。圖7是本發(fā)明的實(shí)施方式3的功率變換電路的電路圖。功率變換電路70是在開關(guān)頻率低的情況下，以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)對(duì)開關(guān)元件的開關(guān)時(shí)的損失進(jìn)行抑制的電路。功率變換電路70具備緩沖電路72。緩沖電路72具備2個(gè)小型二極管74以及2 個(gè)小型二極管76。2個(gè)小型二極管74具備串聯(lián)連接的二極管74a以及74b。二極管7 的陰極連接于第1 二極管Dl的陰極。二極管74a的陽極連接于二極管74b的陰極。二極管 74b的陽極連接于第1連接點(diǎn)P1。2個(gè)小型二極管76具備串聯(lián)連接的二極管76a以及76b。二極管76a的陰極連接于第1連接點(diǎn)P1。二極管76a的陽極連接于二極管76b的陰極。二極管76b的陽極連接于第2 二極管D2的陽極。2個(gè)小型二極管74的合成Vf (用于使充分的電流流過的正方向電壓)比第1 二極管Dl的Vf大。此外，2個(gè)小型二極管76的合成Vf比第2 二極管D2的Vf大?？紤]在經(jīng)由電源Vl —開關(guān)元件SWl —恢復(fù)抑制電感Ll —負(fù)載的路徑中流過電流時(shí)，開關(guān)元件SWl關(guān)斷的情況。在該情況下，在2個(gè)小型二極管76以及第2 二極管D2—第 2連接點(diǎn)P2—負(fù)載一以及低壓側(cè)端子Vl的路徑中流過續(xù)流電流(續(xù)流電流的流向是在圖7 中以實(shí)線箭頭表示的方向)。由于2個(gè)小型二極管76的合成Vf比第2 二極管D2的Vf大，所以，在恢復(fù)抑制電感Ll的兩端產(chǎn)生電壓(Vf的差)。通過該電壓(Vf的差)能將恢復(fù)抑制電感Ll的能量在上述的續(xù)流路徑(以圖7的實(shí)線箭頭表示的路徑)中放出。到此，雖然針對(duì)開關(guān)元件SWl的關(guān)斷之后不久的情況進(jìn)行了說明，但對(duì)于開關(guān)元件SW2的關(guān)斷的情況和上述的內(nèi)容相同。在開關(guān)元件SW2的關(guān)斷的情況下，在以圖7的虛線箭頭表示的方向流過續(xù)流電流。這樣，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式3的功率變換電路70的結(jié)構(gòu)，作為緩沖電路72，在使用2個(gè)小型的二極管74以及76使功率變換電路70成為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)的同時(shí)，還通過恢復(fù)抑制電感Ll以及緩沖電路72能實(shí)現(xiàn)和實(shí)施方式1同樣的損失減少。雖然構(gòu)成緩沖電路72的2個(gè)小型二極管74以及76分別具有2個(gè)二極管，但只要不妨礙功率變換電路70的簡(jiǎn)化，也可增加緩沖電路72的二極管的數(shù)量。當(dāng)增加構(gòu)成緩沖電路72的二極管的數(shù)量時(shí)，能使緩沖電路72的Vf進(jìn)一步變大，能使上述的Vf差變大。因此，能迅速地進(jìn)行恢復(fù)抑制電感Ll的能量放出。若能使恢復(fù)抑制電感Ll的能量放出迅速化，則流到2個(gè)小型二極管74或76的電流也會(huì)相應(yīng)地迅速地變無。因此，能迅速地防止2 個(gè)小型二極管74或76引起恢復(fù)。圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的功率變換電路70的變形例的電路圖。功率變換電路80是通過使上述的Vf差進(jìn)一步變大從而能迅速地進(jìn)行恢復(fù)抑制電感Ll的能量放出的電路。功率變換電路80的緩沖電路82具有穩(wěn)壓二極管84以及86。穩(wěn)壓二級(jí)管84是代替圖7的二極管74b而連接的二級(jí)管，連接方向和二極管74b反向。穩(wěn)壓二極管86是代替圖7的二極管76b而連接的二級(jí)管，連接方向和二極管76b反向。這樣，當(dāng)在緩沖電路82中連接穩(wěn)壓二極管84及86時(shí)，能使Vf變大。因此，例如， 由于能使2個(gè)小型二極管88的Vf比第1 二極管Dl的Vf充分大，所以能使恢復(fù)抑制電感 Ll的能量迅速地放出。實(shí)施方式4
參照?qǐng)D9對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式4進(jìn)行說明。圖9是本發(fā)明的實(shí)施方式4的功率變換電路的電路圖。功率變換電路90由中點(diǎn)箝位型3電平逆變器電路形成。功率變換電路90接受高電位Vhigh、低電位Vlow、以及高電位和低電位之間的中點(diǎn)電位Vmid的3個(gè)電位的供給而工作。中點(diǎn)電位Vmid從電源Vl和電源V2之間取出。中點(diǎn)電位Vmid的部分和第1連接點(diǎn)Pl通過AC開關(guān)92連接。在功率變換電路90中，和本發(fā)明的實(shí)施方式1的功率變換電路10同樣地連接有恢復(fù)抑制電感Ll和緩沖電路12。由于功率變換電路90作為電源使用電源Vl及V2的2個(gè)電源并以高電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，所以第1 二極管Dl以及第2 二極管D2是高耐壓的二極管。通常，在高耐壓的二極管中恢復(fù)電流變大。可是，根據(jù)功率變換電路90的結(jié)構(gòu)，由于通過恢復(fù)抑制電感Ll能抑制恢復(fù)電流，所以能減少開關(guān)元件的開關(guān)時(shí)的損失。另外，能得到和本發(fā)明的實(shí)施方式1的情況同等的效果。實(shí)施方式5
參照?qǐng)D10及圖11對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式5進(jìn)行說明。圖10是本發(fā)明的實(shí)施方式5的功率變換電路的電路圖。功率變換電路100由中點(diǎn)箝位型3電平逆變器電路形成，與本發(fā)明的實(shí)施方式4的功率變換電路90相同，同樣地接受高電位Vhigh、低電位Vlow、以及高電位和低電位之間的中點(diǎn)電位Vmid的3個(gè)電位供給。中點(diǎn)電位Vmid受到AC開關(guān)102的控制。AC開關(guān)102具備開關(guān)元件104和106、以及二極管108及110(以后，有將開關(guān)元件104 及106總稱為AC開關(guān)內(nèi)開關(guān)元件的情況)。中點(diǎn)電位Vmid的部分經(jīng)由開關(guān)元件104、二極管108、電感Lb連接于輸出端子Vo。 在二極管108的陰極和電感Lb連接有二極管112的陽極。二極管112的陰極連接于高壓側(cè)端子Vh。中點(diǎn)電位Vmid的部分也以經(jīng)由開關(guān)元件106、二極管110、電感Lb的路徑連接于輸出端子Vo。在輸出端子Vo的電位比中點(diǎn)電位Vmid高的期間，通過中點(diǎn)電位Vmid和高電位 Vhigh的開關(guān)來使功率變換電路100工作。在輸出端子Vo的電位跨過中點(diǎn)電位Vmid的時(shí)刻也存在這些以外的通電模式，但在全部開關(guān)中該期間短，對(duì)損失的影響小。此外，因?yàn)檩敵龆俗覸o的電位比中點(diǎn)電位Vmid低的期間與輸出端子Vo的電位比中點(diǎn)電位Vmid高的期間上下對(duì)稱，所以，若能減少輸出電位Vo的電位比中點(diǎn)電位Vmid高的期間的損失，則同樣地能減少損失。以下，針對(duì)功率變換電路100的損失減少的實(shí)現(xiàn)，通過能減少輸出端子Vo 的電位比中點(diǎn)電位Vmid高的期間的損失來進(jìn)行說明。圖11是抽出圖10的電路圖中與輸出端子Vo的電位比中點(diǎn)電位Vmid高的期間的工作有關(guān)的元件的電路圖。在該期間中，通過二極管112、第1開關(guān)元件SW1、第1 二極管D1、 開關(guān)元件106、以及二極管108來進(jìn)行2電平逆變器那樣的工作。具體地，根據(jù)負(fù)載電流的方向，成為如下情況之一，即，第1開關(guān)元件SWl和開關(guān)元件104交替地通電、或第1 二極管 Dl和開關(guān)元件106交替地通電。從圖11的電路圖很明顯地看出，通過在第1 二極管Dl和開關(guān)元件106之間連接電感La，來抑制第1 二極管Dl的恢復(fù)。此外，通過在二極管108和開關(guān)元件SWl之間連接電感La及Lb，來抑制二極管108的恢復(fù)。在此，AC開關(guān)102中的二極管108為進(jìn)行恢復(fù)電壓抑制而為高耐壓。通常，在高耐壓的二極管中恢復(fù)電流增加?？墒牵鶕?jù)本發(fā)明的實(shí)施方式5的功率變換電路100的結(jié)構(gòu)，由于利用電感La及Lb的2個(gè)電感能抑制二極管108的恢復(fù)電流，所以能有效地減少損失。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式5的功率變換電路100的結(jié)構(gòu)，能減少輸出端子Vo 的電位比中點(diǎn)電位Vm i d高的期間的損失。圖12是表示本發(fā)明的實(shí)施方式5的功率變換電路的變形例的電路圖。例如，圖12 示出的電路結(jié)構(gòu)也能得到和本發(fā)明的實(shí)施方式5的功率變換電路100同等的效果。再有， 在本發(fā)明的實(shí)施方式5的功率變換電路100中，雖然不包含對(duì)AC開關(guān)內(nèi)開關(guān)元件的兩端產(chǎn)生的浪涌電壓的緩沖電路，但通過根據(jù)需要來附加該緩沖電路能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)損失減少。實(shí)施方式6
參照?qǐng)D13對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式6進(jìn)行說明。圖13是本發(fā)明的實(shí)施方式6的功率變換電路的電路圖。功率變換電路130具備二極管132及134。二極管132的陰極連接于第1
10電源Vl的高電位側(cè)，陽極連接于開關(guān)元件SW2的發(fā)射極。二極管134的陰極連接于開關(guān)元件SW3的集電極，陽極連接于第2電源V2的低電位側(cè)。二極管132及134對(duì)AC開關(guān)內(nèi)開關(guān)元件的浪涌電壓作為緩沖電路來發(fā)揮作用。因此，特別在大電流用途的中點(diǎn)箝位型3電平逆變器電路中，由于能實(shí)現(xiàn)有效的浪涌電壓對(duì)策，所以能減少損失。
權(quán)利要求
1.一種功率變換電路，其特征在于，具備高壓側(cè)開關(guān)元件，在電源的高電位側(cè)連接有集電極； 低壓側(cè)開關(guān)元件，在所述電源的低電位側(cè)連接有發(fā)射極；第1連接點(diǎn)，將所述高壓側(cè)開關(guān)元件的發(fā)射極和所述低壓側(cè)開關(guān)元件的集電極進(jìn)行連接；第1 二極管，陰極連接于所述高壓側(cè)開關(guān)元件的集電極； 第2 二極管，陽極連接于所述低壓側(cè)開關(guān)元件的發(fā)射極； 第2連接點(diǎn)，將所述第1二極管的陽極和所述第2 二極管的陰極進(jìn)行連接； 電感，將所述第1連接點(diǎn)和所述第2連接點(diǎn)進(jìn)行連接；以及緩沖電路，構(gòu)成為與所述第1連接點(diǎn)連接，并且在續(xù)流時(shí)對(duì)積蓄在所述電感的能量進(jìn)行吸收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換電路，其特征在于， 所述緩沖電路具備低壓側(cè)電容，連接所述低壓側(cè)開關(guān)元件的集電極和發(fā)射極； 低壓側(cè)電阻，與所述低壓側(cè)電容并聯(lián)連接； 高壓側(cè)電容，連接所述高壓側(cè)開關(guān)元件的集電極和發(fā)射極；以及高壓側(cè)電阻，與所述高壓側(cè)電容并聯(lián)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率變換電路，其特征在于，在連結(jié)第3連接點(diǎn)和所述第1連接點(diǎn)的配線上，串聯(lián)連接有損失抑制電感，所述第3連接點(diǎn)是將所述高壓側(cè)開關(guān)元件的發(fā)射極和所述高壓側(cè)電容器進(jìn)行連接的連接點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換電路，其特征在于， 所述緩沖電路，具備第1小型二極管，比所述第1 二極管更小型，并且陰極與所述第1 二極管的陰極連接， 陽極與所述第1連接點(diǎn)連接；以及第2小型二極管，比所述第2 二極管更小型，并且陽極與所述第2 二極管的陽極連接， 陰極與所述第1連接點(diǎn)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換電路，其特征在于， 所述緩沖電路，具備第1穩(wěn)壓二極管，陰極與所述第1連接點(diǎn)連接，陽極和所述第1 二極管的陰極連接；以及第2穩(wěn)壓二極管，陽極與所述第1連接點(diǎn)連接，陰極和所述第2 二極管的陽極連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換電路，其特征在于，具備AC開關(guān)，以對(duì)所述第1連接點(diǎn)供給電位的方式連接于所述第1連接點(diǎn)。
7.—種功率變換電路，接受高電位、低電位、以及所述高電位和所述低電位之間的中點(diǎn)電位的供給，其特征在于，具有AC開關(guān)，以接受所述中點(diǎn)電位的供給的方式連接；以及開關(guān)元件，集電極接受所述高電位的供給，發(fā)射極經(jīng)由所述AC開關(guān)接受所述中點(diǎn)電位的供給，所述AC開關(guān)具有二極管，在所述二極管和所述開關(guān)元件之間連接有電感。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的功率變換電路，其特征在于， 所述AC開關(guān)具有AC幵關(guān)內(nèi)開關(guān)元件，具備對(duì)所述AC開關(guān)內(nèi)開關(guān)元件的兩端產(chǎn)生的浪涌電壓的緩沖電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及功率變換電路，其目的在于提供一種能對(duì)開關(guān)元件的開關(guān)時(shí)的損失進(jìn)行抑制的功率變換電路。具備高壓側(cè)開關(guān)元件，集電極連接于電源的高電位側(cè)；低壓側(cè)開關(guān)元件，發(fā)射極連接于該電源的低電位側(cè)；第1連接點(diǎn)，將該高壓側(cè)開關(guān)元件的發(fā)射極和該低壓側(cè)開關(guān)元件的集電極進(jìn)行連接；第1二極管，與該高壓側(cè)開關(guān)元件反并聯(lián)連接；第2二極管，與該低壓側(cè)開關(guān)元件反并聯(lián)連接；第2連接點(diǎn)，將該第1二極管的陽極和該第2二極管的陰極進(jìn)行連接；電感，將該第1連接點(diǎn)和該第2連接點(diǎn)進(jìn)行連接；以及緩沖電路，構(gòu)成為與該第1連接點(diǎn)連接，并且在續(xù)流時(shí)對(duì)積蓄在該電感的能量進(jìn)行吸收。
文檔編號(hào)H02M7/48GK102237813SQ201110102118
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者田畑光晴 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社