[發(fā)明專利]脈寬調(diào)制式逆變裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 00118986.7
• 申請日: 2000-07-05
• 公開（公告）號: CN1291822A
• 公開（公告）日: 2001-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 伊藤一行;沖田美久;田中克明
• 申請（專利權(quán)）人: TDK股份有限公司
• 主分類號: H02M3/28
• 分類號: H02M3/28;H02M3/335
• 代理公司: 柳沈知識產(chǎn)權(quán)律師事務(wù)所
• 代理人: 馬瑩

本發(fā)明涉及一種用于把直流電源變換成交流電源或直流電源的脈寬調(diào)制式逆變裝置。

通常，為了從一個直流電源獲得交流電壓，已經(jīng)廣泛地使用脈寬調(diào)制式逆變器。設(shè)計一個脈寬調(diào)制式逆變器以便通過利用半導(dǎo)體開關(guān)來交替改變提供給一個負(fù)載的電壓極性，由此產(chǎn)生交流電壓。該脈寬調(diào)制式逆變器包括多個半導(dǎo)體開關(guān)，這些半導(dǎo)體開關(guān)連接成橋式電路并且利用來自一個驅(qū)動電路的驅(qū)動輸出來控制這些半導(dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通-關(guān)斷。來自驅(qū)動電路的驅(qū)動輸出交替地使半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷，這些半導(dǎo)體開關(guān)在橋式電路中對角地設(shè)置，以便于在負(fù)載的兩端上可以產(chǎn)生一個交流電壓。在圖1中，示出了一種逆變器電路的例子，該逆變器電路包括兩個串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件2和5。開關(guān)元件2，5與直流電源1并聯(lián)連接。另外兩個彼此串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件4，3也分別地與直流電源1和半導(dǎo)體開關(guān)元件2，5并聯(lián)連接。二極管D2，D3，D4，D5分別地與開關(guān)元件2，3，4，5并聯(lián)連接，以便于它們的連接極性與直流電源1的極性相反。一個負(fù)載7通過一個輸出電路6被連接在開關(guān)元件2和5之間的連接點(diǎn)與開關(guān)元件4和3之間的連接點(diǎn)之間，以便構(gòu)成一個橋式電路。

一個控制電路8接收輸出電路6的一個輸出電流或輸出電壓作為一個輸入信號。設(shè)置電流檢測器以便檢測流到每個開關(guān)元件2，3，4，5中的電流。每個電流檢測器產(chǎn)生電流信號S12，S13，S14，S15，這些電流信號與在每個開關(guān)元件中的電流相對應(yīng)，并且這些電流信號S12，S13，S14，S15被提供給控制電路8。控制電路8產(chǎn)生開關(guān)控制信號SS2，SS3，SS4，SS5，以便根據(jù)這些輸入信號來控制這些開關(guān)元件2，3，4，5中各自的轉(zhuǎn)換時間，由此控制開關(guān)元件2，3，4，5的操作。

在這個逆變器電路中，開關(guān)元件2和開關(guān)元件3是一對開關(guān)而開關(guān)元件4和開關(guān)5也是一對開關(guān)。因此，一對開關(guān)元件和另外一對開關(guān)元件被交替地導(dǎo)通和關(guān)斷。應(yīng)該指出：作為這類電路的一個問題是用于使半導(dǎo)體開關(guān)元件導(dǎo)通和關(guān)斷的轉(zhuǎn)換周期是相對長的，并且這個轉(zhuǎn)換周期導(dǎo)致限制了操作頻率，以便于不可能獲得高頻操作的逆變器電路。

日本專利特許公開號昭60-174069中建議：在如圖1中所示的逆變器電路中，設(shè)置附加的半導(dǎo)體開關(guān)元件，這些開關(guān)元件具有更快的開關(guān)速度和更高的導(dǎo)通電壓，而且與串聯(lián)連接的一對半導(dǎo)體開關(guān)元件中的各自對應(yīng)的開關(guān)元件并聯(lián)連接。參照在圖1中所示的電路，建議把附加的半導(dǎo)體開關(guān)12，13分別地與半導(dǎo)體開關(guān)元件4，3并聯(lián)連接。在該建議的逆變器電路中，首先通過把一個驅(qū)動信號提供給開關(guān)元件2，然后，在開關(guān)元件2已經(jīng)完全地變?yōu)閷?dǎo)通之后，把該驅(qū)動信號提供給與開關(guān)元件3并聯(lián)連接的開關(guān)元件13，以便給負(fù)載提供一個輸出電壓。然后，在開關(guān)元件13已經(jīng)完全地變?yōu)閷?dǎo)通之后立刻給與開關(guān)元件13并聯(lián)連接的開關(guān)元件3提供一個驅(qū)動信號，以便使開關(guān)元件3導(dǎo)通。當(dāng)由直流電源1給負(fù)載提供的電源被切斷時，提供給開關(guān)元件3的驅(qū)動信號首先被切斷。然后，在電流完全地被轉(zhuǎn)移到與開關(guān)元件3并聯(lián)連接的開關(guān)元件13中之后，立刻使開關(guān)元件13關(guān)斷。

在上述特許公開中描述的逆變器電路的結(jié)構(gòu)和控制的目的在于減小開關(guān)損耗。然而，在這個電路中，具有更快的開關(guān)速度和更高的導(dǎo)通電壓的開關(guān)元件只與構(gòu)成橋式電路的四個開關(guān)元件之中的兩個開關(guān)元件并聯(lián)設(shè)置，而對另外的兩個開關(guān)元件沒有采取措施。因此，在負(fù)載是電感的情況下，沒有這種附加開關(guān)元件與其并聯(lián)連接的開關(guān)元件在導(dǎo)通損耗方面可能沒有改善，這是因?yàn)樵谶@些開關(guān)元件被導(dǎo)通和關(guān)斷的時間期間循環(huán)電流仍然存在。此外，用于驅(qū)動開關(guān)元件的驅(qū)動信號需要按照適當(dāng)順序被設(shè)置，這導(dǎo)致增加了控制的困難。

此外，在1995年日本電器工程師學(xué)會，工業(yè)應(yīng)用協(xié)會的年會收集的論文No．214中一個名為“無噪音高效逆變器”的文章中，建議把一個具有小的開關(guān)損耗但具有大的導(dǎo)通損耗的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)與一個具有小的導(dǎo)通損耗但具有大的開關(guān)損耗的主晶體管并聯(lián)連接，并且控制一個開關(guān)時間，使在主晶體管開關(guān)轉(zhuǎn)換時IGBT總是導(dǎo)通，以便減少開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗。在這個建議的電路和控制方案中，根據(jù)主晶體管用于導(dǎo)通的開關(guān)時間、導(dǎo)通時間和用于關(guān)斷的開關(guān)時間的總和來確定IGBT的最小導(dǎo)通時間。然而，由于常規(guī)晶體管的開關(guān)時間通常比IGBT的開關(guān)時間長幾倍，所以在此提出的控制方案不能獲得逆變器的高頻操作。

考慮到上述的情況，本發(fā)明的一個目的是提供一種脈寬調(diào)制式逆變器，該脈寬調(diào)制式逆變器使得容易地減少它的尺寸和重量以及具有能夠?qū)崿F(xiàn)減小開關(guān)損耗和高效的高頻操作的能力。