[发明专利]功率转换装置

说明书

技术领域

本发明涉及采用半导体开关元件的功率转换装置，尤其是将电池等直流功率转换成多相交流功率，驱动旋转电机的桥式功率转换装置。

背景技术

在使用半导体开关元件的功率转换装置中，导通的半导体开关元件的正向(例如，若是MOSFET则从漏极向源极的方向)上来自直流电源的电流流动时，若使该半导体开关元件截止切断电流，则由于电源线路产生的寄生电感，在截止的半导体开关元件的主端子间产生冲击电压。当该冲击电压超过半导体开关元件的耐压时，致使元件损坏，所以，迄今为止提出各种抑制冲击电压的手段。

现有的作为冲击电压抑制手段的一个例子，示于日本特開平6-326579号公報(参照专利文献1)。在该手段中，为了将MOSFET的漏极端子和源极端子间产生的冲击电压限制在规定电压，因此在MOSFET的栅极端子和源极端子之间连接稳压二极管和反相阻断二极管的串联电路，作为栅极驱动电路。使MOSFET导通驱动，当切断负载上流动的电流时，由于电源线路的寄生电感，在MOSFET的漏极端子和源极端子之间产生冲击电压。该冲击电压一旦超过稳压二极管的击穿电压和反相阻断二极管的正向电压之和，电流就从MOSFET的漏极流入栅极MOSFET导通，一边将冲击电压限制在规定的电压，一边还能吸收MOSFET上寄生电感的能量。

但是，在将上述现有半导体开关元件的栅极驱动电路用于多相桥式功率转换装置时，由于稳压二极管特性的偏差，在各相的半导体开关元件关断时所消耗的寄生电感能量集中于特定相的半导体开关元件，有可能因损耗增大而直至过热损坏。

此外，因各半导体开关元件的损耗不均等，由于要进行合乎损耗最大的半导体开关元件的散热设计，因此功率转换装置的散热电路增大，存在的问题是恰好与追求小型、重量轻的车用装置背道而驰。

以下，以适用于车用功率转换装置的图9～图11的情况为例，详细说明上述现有技术的问题。图9表示利用功率转换装置70将电池90的直流功率转换成三相交流功率驱动电动发电机80驱动发动机，或通过功率转换装置70将由于伴随发动机驱动的电动发电机80的旋转而产生的三相交流功率整流转换成直流功率的系统总体构成。还有，Ldc表示因电池90和功率转换装置70间的直流电源线路的配线造成的寄生电感。

另外，省略了励磁电路及传感器电路等。功率转换装置70是由N沟道型的功率MOSFET30a～30f构成的三相桥式电路，高电压侧直流端子P和低电压侧直流端子N间连接电池90。另外，连接三相电桥各相(U相、V相、W相)中点的交流端子U、V、W分别与电动发电机80的U、V、W定子线圈相连。功率MOSFET50a～50f与栅极驱动电路30a～30f连接，再在其上游连接控制电路40。

图1 0表示图9的栅极驱动电路30a的内部电路，按照控制电路40的开关控制信号UH，栅极驱动器20通过栅极电阻Rg驱动功率MOSFET50a。另外，功率MOSFET50a的栅极端子和漏极端子之间连接稳压二极管Z1a和反相阻断二极管D1的串联连电路。还有，图9的其它栅极驱动电路30b～30f内部的电路构成也和图1 0相同，设各稳压二极管为Zlb～Z1f，V相栅极驱动电路30c、30d的稳压二极管Z1c、Z1d的击穿电压，比其它相的稳压二极管Z1a、Z1b、Z1e、Z1f小几伏。

图11表示在图9中从控制电路40输出导电角180度的矩形控制信号，将规定频率交流功率供给电动发电机80驱动时的动作波形。UH、UL、VH、VL、WH、WL为从控制电路40输出的各功率MOSFET50a～50f的开关控制信号，高电平表示导通指令、低电平表示截止指令。还有，在控制信号的开关切换定时上设置防止短路时间。Vpn为功率转换装置70的P端子和N端子间的电压。Vgs(50a)、Vgs(50b)、Vgs(50c)、Vgs(50d)、Vgs(50e)、Vgs(50f)分别为功率MOSFET50a～50f的栅极·源极间电压，中间电压的区间表示栅极驱动电路30a～30f动作将因寄生电感Ldc产生的冲击电压限制在规定值。