[發明專利]電力轉換裝置和電力轉換裝置的控制方法

在審

• 申請號: 201380079079.5
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN105556816A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發明（設計）人: 井堀敏;佐佐木康;富山清隆
• 申請（專利權）人: 株式會社日立產機系統
• 主分類號: H02M1/08
• 分類號: H02M1/08;H02M7/5387;H03K17/16
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳;李炬

技術領域

本發明涉及電力轉換裝置和電力轉換裝置的控制方法。

背景技術

近年來，作為具有超越硅(Si)的物性值極限的性能的寬帶隙半導 體元件，碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)等受到關注，期待其作為下 一代功率半導體元件。

這些材料是兼具與Si相比絕緣破壞電壓是約10倍、導熱率是約3 倍、熔點是約2倍、飽和電子速度是約2倍這些特征的半導體元件， 特別是因為具有高絕緣破壞電壓，能夠使用于確保耐壓的漂移層變薄 至1/10左右，能夠降低功率半導體的導通電壓。

于是，如果用這些材料構成功率半導體，則與現有的代表性的功 率半導體元件IGBT(硅)相比較，期待能夠大幅降低發生的損失，進 而能夠實現電力轉換裝置的大幅小型化。

專利文獻1的[權利要求1]中，公開了：“一種半導體開關裝置， 其特征在于：由電流傳感器檢測出的電流在規定值以下的情況下，使 所述開關元件的柵極電阻值成為R1；所述電流傳感器檢測出的電流超 過規定值的情況、并且所述溫度傳感器檢測出的溫度超過規定溫度的 情況下，使所述柵極電阻值成為比R1小的R2；所述電流傳感器檢測 出的電流超過規定值的情況、并且所述溫度傳感器檢測出的溫度在規 定溫度以下的情況下，使所述開關元件的柵極電阻值成為R1。”

另外，專利文獻2的權利要求書中，公開了：“一種感應電動機的 過負載控制裝置，其特征在于，包括：檢測單元，其檢測從逆變器對 感應電動機供給的電流，根據該檢測電流檢測與有效分量成比例的分 量；判別單元，其判別所述感應電動機處于動力運轉和再生中的哪一 個工作模式；和由該判別單元檢測為動力運轉時，在所述檢測出的有 效分量超過預先決定的限制值的情況下，使所述逆變器的輸出頻率和 輸出電壓按規定的時間常數逐漸減少的單元。”

專利文獻1：日本專利第3820167號

專利文獻2：日本特公平4-40960號

發明內容

專利文獻1中，在段落[0018]的[發明的效果]中，記載了：“負載電 流在規定值以下的情況下，增大柵極電阻值減少噪聲發生，負載電流 超過規定值的情況、并且元件溫度超過規定溫度的情況下，通過減小 柵極電阻，而減少開關損失且防止熱破壞。而且，即使負載電流超過 規定值的情況下，在元件溫度在規定溫度以下的情況下，也通過增大 柵極電阻，而與開關損失的減少相比，更注重實現噪聲減少。”

功率半導體開關元件具有隨著元件溫度升高或者隨著元件中流過 的電流增大，即使柵極電阻值相同，其開關速度也變慢的趨勢。即， 可以認為元件中流過的電流越小，開關速度越快，噪聲水平越大。

基于負載電流和元件溫度調節柵極電阻的方式，需要檢測開關元 件的溫度的溫度檢測器。但是，電力轉換裝置不一定內置了溫度檢測 器。例如，未搭載冷卻風扇的自然冷卻方式的電力轉換裝置中沒有內 置溫度檢測器。

另外，在段落[0002]的[現有技術]中，公開了：“使用半導體開關元 件的裝置中，近年來要求高速開關，并且高速化不斷進展，因隨之發 生噪聲而逐漸在周圍環境中成為較大的問題。”為了防止因開關元件的 急劇的dV/dt引起的噪聲導致電力轉換裝置周邊存在的流量計、壓力 計、傳感器類的誤動作{EMC(電磁環境兼容性)問題}，需要平緩地 控制dV/dt。

一般而言，開關元件的芯片自身的溫度時間常數較短，但檢測芯 片自身溫度的情況下需要在開關元件的芯片上構成溫度檢測用的二極 管的特殊芯片，而成為高價的芯片。另外，冷卻體的熱時間常數較慢， 所以用安裝在冷卻體上的溫度檢測器檢測過負載需要一定程度的時間 (通常為幾十秒至幾十分：依賴于冷卻體的熱時間常數)，存在難以立 刻檢測過負載并調節柵極電阻的問題。

即，因為不能夠立刻執行該溫度檢測，所以調節柵極電阻有延遲， 不能夠抑制急劇的dV/dt，有電力轉換裝置周邊存在的以響應較快的電 信號工作的流量計、壓力計、傳感器類在抑制dV/dt時因dV/dt引起的 噪聲而誤動作的問題。