[發明專利]功率變換裝置

有效

• 申請號: 201110178638.0
• 申請日: 2011-06-22
• 公開（公告）號: CN102299654A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: 安岡育雄;戶田伸一;沼崎光浩;中澤洋介;武田亮;南貴彥;高木隆志
• 申請（專利權）人: 株式會社東芝
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;H02M1/32
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 陳松濤;夏青

技術領域

這里描述的實施例涉及功率變換裝置。

背景技術

近年來，完成了對使用SiC的功率半導體元件的研究和開發。SiC在半導體特性上優于傳統的Si。具體而言，Sic有高的電介質擊穿強度，并且SiC的使用可以實現與Si相比更高耐電壓性的元件。雖然利用使用Si的SBD(肖特基二極管)或JBS(結勢壘受控肖特基)二極管可以實現數百伏的低耐電壓性，但是通過使用SiC可以實現1700伏或更高的高耐電壓性。

在SBD或JBS二極管用作功率變換電路的續流二極管的情況下，由于不同于傳統PiN二極管，SBD或JBS二極管不是雙極器件，因此在關斷時間不會發生反向恢復并且二極管恢復損耗變得基本上可忽略。因此，損耗的減小對增強器件效率和減小器件尺寸有好處。

如果在具有兩電平或三電平電路的功率變換裝置中由于元件故障或控制錯誤而在正極和負極之間發生短路，則正電極和負電極之間的電容器中的電荷突然地流過短路電路。在電容器已經放電之后，由于電容器的電容和主電路的電感之間的關系，電壓和電流變得振蕩，由此在一些情況下產生反向電流(電流從負電極流向正電極)。雖然元件不會在發生短路之后由電流立即破壞，但是仍然有可能發生元件損壞并且可能更糟，這是因為遠大于額定值的反向電流將分流到續流二極管。

雖然SBD或JBS二極管能夠有助于損耗減小，但是它們具有其浪涌阻抗小于PiN二極管的浪涌阻抗的缺點。為此，認為：SBD或JBS二極管往往比PiN二極管更易于被遠大于額定值的電流所破壞，例如，被在正電極和負電極之間發生短路之后流動的反向電流所破壞。因此，所關心的是：這可能降低裝置可靠性。在地鐵中使用的功率變換裝置的情況下，供應諸如3300V、4500V或6500V之類的高電壓，并且可能出現更大的問題。

附圖說明

圖1是示出第一實施例的功率變換裝置的電路圖；

圖2是示出第二實施例的功率變換裝置的電路圖；

圖3是示出第三實施例的功率變換裝置的電路圖；

圖4是示出第四實施例的功率變換裝置的電路圖；

圖5是示出第五實施例的功率變換裝置的電路圖；

圖6是示出第六實施例的功率變換裝置的電路圖；

圖7是示出第七實施例的功率變換裝置的電路圖；

圖8是示出第八實施例的功率變換裝置的電路圖；

圖9是示出針對第八實施例的功率變換裝置的短路模擬的電路圖；以及

圖10是由于短路模擬的電流電壓波形圖。

具體實施方式

根據一個實施例的功率變換裝置包括：正電極；負電極；由SBD或JBS二極管形成的續流二極管；以及與一對臂連接的PiN(P-本征-N)二極管，所述PIN二極管反并聯連接在所述功率變換裝置的DC側處的所述正電極和所述負電極之間；由此當在所述正電極和所述負電極之間發生短路時，抑制元件損壞。

以下將參考附圖詳細描述某些實施例。

第一實施例

圖1示出了第一實施例的功率變換裝置。該實施例涉及由兩電平三相電路形成的功率變換裝置。用于功率變換電路的U、V和W各相的橋的上臂和下臂是包括如下部件的一對臂：諸如IGBT(絕緣柵雙極晶體管)元件的半導體開關元件Q11到Q32；由SiC制成的SBD或JBS續流二極管D11到D32，所述續流二極管D11到D32分別反并聯連接到各半導體開關元件Q11到Q32。電容器C1連接在功率變換電路的DC側的正電極P和負電極N之間，同時PiN二極管D1連接到在電容器C1的AC側的正電極P和負電極N之間反并聯連接的一對臂。

本實施例的功率變換裝置操作如下。一般地，在兩電平三相電路形成的功率變換裝置中，如果如圖9所示上半導體開關元件Q11和下半導體開關元件Q12同時處于導通狀態，并且因此，正電極P和負電極N之間發生短路，由于主電路電感L1和L2以及電容器C1，因此電壓和電流變得振蕩，由此產生由虛線所示的從負電極N流向正電極P的反向電流。當反向電流分流到正常元件的續流二極管D11和D12時，由于SBD和JBS具有低于PiN二極管的浪涌阻抗，因此與使用PiN二極管作為續流二極管D11和D12的功率變換裝置相比，元件損壞的可能性變得更大。