[發(fā)明專利]電力變換裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910065476.6
• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN110086358A
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 三宅裕樹
• 申請（專利權(quán)）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: H02M7/00
• 分類號: H02M7/00;H02M7/48;H02M3/10;H02M1/00
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 鄭宗玉

一種電力變換裝置，包括：通過使用第一半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第一開關(guān)元件；以及與第一開關(guān)元件并聯(lián)連接以及通過使用具有比第一半導(dǎo)體材料的帶隙窄的帶隙的第二半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第二開關(guān)元件。電力變換裝置還包括控制裝置，控制裝置被配置為選擇性地執(zhí)行分別根據(jù)電流指令值間歇地接通第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件的第一開關(guān)控制和第二開關(guān)控制中的任一種。第一開關(guān)元件的尺寸小于第二開關(guān)元件的尺寸。如果電流指令值小于第一閾值則控制裝置選擇第一開關(guān)控制，以及如果電流指令值大于第二閾值則控制裝置選擇第二開關(guān)控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本說明書中公開的技術(shù)涉及電力變換裝置。

背景技術(shù)

已知在電源與負(fù)載之間執(zhí)行電力變換的電力變換裝置，諸如DC-DC變換器和逆變器。在這種類型的電力變換裝置中，電源和負(fù)載通過一個(gè)或多個(gè)開關(guān)元件連接，以及例如通過對每個(gè)開關(guān)元件執(zhí)行脈寬調(diào)制(PWM)控制，在電源與負(fù)載之間執(zhí)行電力變換。

例如，日本專利申請公布第2014-27816號(JP2014-27816A)中公開了一種逆變器。在該逆變器中，采用并聯(lián)連接的兩個(gè)開關(guān)元件，以及這兩個(gè)開關(guān)元件中的一個(gè)根據(jù)這些開關(guān)元件中流動的電流優(yōu)先地工作。一個(gè)開關(guān)元件是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，而另一個(gè)開關(guān)元件是金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。關(guān)于構(gòu)成MOSFET的半導(dǎo)體材料，提出了采用碳化硅(SiC)。

發(fā)明內(nèi)容

碳化硅具有比硅寬的帶隙，以及這樣的半導(dǎo)體材料被稱為寬帶隙半導(dǎo)體。盡管寬帶隙半導(dǎo)體在性能方面優(yōu)于硅，但是寬帶隙半導(dǎo)體具有相對昂貴的問題。因此，在JP2014-27816A中公開的逆變器中，僅對于兩個(gè)開關(guān)元件中的一個(gè)采用寬帶隙半導(dǎo)體。這樣的配置可以實(shí)現(xiàn)電力變換裝置的性能改進(jìn)和成本降低，但是仍然存在改進(jìn)的空間。

因此，本說明書提供了一種可以實(shí)現(xiàn)電力變換裝置的性能改進(jìn)和生產(chǎn)成本降低的新技術(shù)。

本發(fā)明的第一方面涉及一種在電源與負(fù)載之間執(zhí)行電力變換的電力變換裝置。該電力變換裝置包括：第一開關(guān)元件，第一開關(guān)元件被設(shè)置在從電源到負(fù)載的電力供應(yīng)路徑上，并且第一開關(guān)元件是通過使用第一半導(dǎo)體材料構(gòu)成的；以及第二開關(guān)元件，第二開關(guān)元件與第一開關(guān)元件并聯(lián)連接，并且第二開關(guān)元件是通過使用具有比第一半導(dǎo)體材料的帶隙窄的帶隙的第二半導(dǎo)體材料構(gòu)成的。電力變換裝置還包括控制裝置，所述控制裝置選擇性地執(zhí)行用于根據(jù)電流指令值間歇地接通第一開關(guān)元件的第一開關(guān)控制和用于根據(jù)電流指令值間歇地接通第二開關(guān)元件的第二開關(guān)控制。第一開關(guān)元件的尺寸小于第二開關(guān)元件的尺寸。然后，如果電流指令值小于第一閾值，則控制裝置選擇第一開關(guān)控制，以及如果電流指令值大于第二閾值，則控制裝置選擇第二開關(guān)控制。

在以上描述的電力變換裝置中，允許第一開關(guān)元件的尺寸小于第二半導(dǎo)體元件的尺寸，以及對于第一開關(guān)元件，采用具有寬帶隙的半導(dǎo)體材料(下文中被稱為寬帶隙半導(dǎo)體)。通常，開關(guān)元件的生產(chǎn)成本與其尺寸成比例地增加，以及其趨勢在采用寬帶隙半導(dǎo)體的開關(guān)元件中變得顯著。因此，關(guān)于采用寬帶隙半導(dǎo)體的第一開關(guān)元件，可以通過減小尺寸來顯著地降低電力變換裝置的生產(chǎn)成本。

另一方面，隨著第一開關(guān)元件的尺寸減小，第一開關(guān)元件的額定電流也減少。因此，在上述電力變換裝置中，根據(jù)電流指令值選擇性地執(zhí)行用于使第一開關(guān)元件工作的第一開關(guān)控制和用于使第二開關(guān)元件工作的第二開關(guān)控制。結(jié)果，通過僅當(dāng)電流指令值相對小的時(shí)候才使第一開關(guān)元件工作，抑制了在第一開關(guān)元件中流動的過度電流。通常，在許多情況下，電力變換裝置以大電流指令值工作的時(shí)段是短的，以及相比于第二開關(guān)控制，更多地選擇第一開關(guān)控制。因此，即使在僅當(dāng)電流指令值相對小的時(shí)候才使第一開關(guān)元件工作的情況下，第一開關(guān)元件的使用頻率也變得相對高，從而可以充分地獲得采用寬帶隙半導(dǎo)體的優(yōu)點(diǎn)。