[發明專利]功率轉換裝置

在審

• 申請號: 201210119111.5
• 申請日: 2012-04-20
• 公開（公告）號: CN102857135A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 池田又彥;小林勝;森武直紀;三井貴夫;前川博敏;石橋誠治;井出之上慎介
• 申請（專利權）人: 三菱電機株式會社
• 主分類號: H02M7/537
• 分類號: H02M7/537;H01L25/18
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 侯穎媖

技術領域

本發明涉及使用場效應晶體管和二極管的功率轉換裝置。

背景技術

作為現有的使用寬帶隙半導體元件的功率轉換裝置，存在一種具有2個半導體開關的電壓型功率轉換裝置，其中半導體開關由寬帶隙半導體FET(場效應晶體管)和反向并聯連接(反并聯連接)于上述FET的寬帶隙半導體回流二極管構成，且上述2個半導體開關與起到作為電壓源作用的電容器相連接。該功率轉換裝置通過使上述2個半導體開關FET互補地進行開關動作來進行功率轉換。

相對于硅半導體IGBT和二極管而言，寬帶隙半導體FET和二極管可在高溫下進行動作，且開關損耗較小。因此，通過用寬帶隙半導體來替換硅半導體，從而可減小半導體的面積，或可簡化對半導體進行冷卻的冷卻器。此外，通過進行高頻開關動作，可實現電容器或電抗器等無源元器件的小型化，從而可實現功率轉換裝置的小型化。

使用FET作為半導體開關元件的情況下，可不使用回流二極管，而使用內置寄生于FET中的二極管(體二極管)。但是，由于可通過使用可進行高速動作的肖特基勢壘二極管等作為回流二極管來改善開關動作的特性，因此利用回流二極管。

此外，在寬帶隙半導體即SiC半導體FET中，若體二極管通電，則可預想會因體二極管所進行的雙極性動作而導致SiC半導體發生結晶劣化。因此，利用導通電壓比體二極管的通電開始電壓要低的回流二極管(例如，參照專利文獻1)。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本國專利特開2007-305836號公報

發明內容

發明所要解決的技術問題

然而，由于在現有的功率轉換裝置中使用可進行雙向通電(從漏極到源極的方向以及從源極到漏極的方向)的FET，因此，在FET的導通狀態下，幾乎沒有電流流過回流二極管，而電流流過導通電壓比回流二極管要低的FET。

因此，在2個串聯連接的半導體開關的FET的互補開關動作中，存在以下問題：由于電流在死區時間(dead?time)的期間以外流過FET，使得FET發熱，因此，FET的溫度與回流二極管相比則較高，功率轉換裝置的最大輸出功率受限于FET的溫度。

本發明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于提供一種降低功率轉換裝置的FET的發熱、提高最大輸出功率的改良后的功率轉換裝置。

用于解決技術問題的技術手段

本發明所涉及的功率轉換裝置具有：進行開關動作的2個1組的半導體開關，其中半導體開關由FET和反并聯連接于所述FET的回流二極管構成；以及平滑電容器，僅使所述2個1組的半導體開關中的一方通電，通過開關動作進行功率轉換，這種電壓型的功率轉換裝置包括：對流過所述半導體開關的電流的方向進行檢測的單元；以及控制部，該控制部在流過所述半導體開關的電流的方向為負時，使所述半導體開關的PWM選通脈沖信號成為相對于互補選通脈沖信號而抽去了一部分或全部導通信號的選通脈沖信號。

發明效果

若采用本發明所涉及的功率轉換裝置，則當半導體開關的電流的方向為負時，通過對PWM選通脈沖信號(gate?signal)進行抽去，從而縮短電流流過FET的期間，而電流流過回流二極管的期間相應增加。因此，能增加回流二極管的發熱但降低FET的發熱，能降低FET的溫度，能提高功率轉換裝置的最大輸出功率。

附圖說明

圖1是表示本發明的實施方式1所涉及的功率轉換裝置的結構的電路圖。

圖2是表示使用本發明的實施方式1所涉及的功率轉換裝置的半橋逆變器的結構的電路圖。

圖3是表示本發明的實施方式1所涉及的功率轉換裝置的控制部的框圖。

圖4是本發明的實施方式1所涉及的FET的電壓電流特性圖和回流二極管的電壓電流特性圖。

圖5是表示本發明的實施方式1所涉及的半導體開關的電流的圖。

圖6是構成本發明的實施方式1所涉及的半導體開關的FET和回流二極管的結構圖。

圖7是表示本發明的實施方式1所涉及的功率轉換裝置的互補開關模式中的動作的波形圖。

圖8是表示本發明的實施方式1所涉及的功率轉換裝置的抽去開關模式中的動作的波形圖。

圖9是表示使用本發明的實施方式1所涉及的功率轉換裝置的三相逆變器的結構的電路圖。

圖10是表示使用本發明的實施方式1所涉及的功率轉換裝置的DC/DC轉換器的電路圖。

圖11是表示本發明的實施方式2所涉及的功率轉換裝置的結構的電路圖。

具體實施方式