[发明专利]逆变器装置及用于逆变器装置的半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及逆变器装置和用于该逆变器装置的半导体器件等，该 逆变器装置被配置为执行瞬时电流控制并从而驱动包括三相交流电机 (例如，感应电机或永磁体同步电机)的电机。

背景技术

目前，被配置为执行瞬时电流控制的逆变器装置被广泛用于制冷 机和空调机、吹风机、洗衣机、压缩机驱动器等。矢量控制被广泛应 用到控制中，具体地，被应用到对诸如感应电机或永磁体同步电机的 交流电机的控制中。简而言之，矢量控制就是一种通过检测电机电流 并执行特定计算而将电机电流分解为磁通量分量和转矩分量的控制方 法。当改变电机输出时，例如通过仅仅控制转矩电流可以获得有效的 控制。

因此，为了执行矢量控制，必须大体上检测流经电机每个相位的 交流电。在这点上，广泛使用被配置为流动三相交流电的三相感应电 机或永磁体同步电机。图1示出了检测电路的例子，其使用分路电阻器 以检测在永磁体同步电机(下文中简称为PMSM)上的电流。尽管在过 去霍尔元件常被用于检测电路，但目前更经常地使用分路电阻器。这 是因为与霍尔元件相比，分路电阻器具有包括更小外部形状和更佳温 度特性的特征。

如图1所示，使用三个分路电阻器131、132、和133来检测电流的 方法被称之为三分路检测方法。该方法被如下简略描述。例如，在U相 电流检测的情况下，通过运算放大器134放大分路电阻器131两端的电 压，同时通过在微处理器(下文中也称为微型计算机)150中包含的AD (模数)转换器151进行AD转换的电流Iu被送入电机控制器160。在此 执行公知的矢量控制。基于控制的结果，PWM(脉宽调制)发生器152 输出了用于控制开关元件的信号，并从而控制开关元件。最终控制流 向电机的电流。同时，通过使用关系式Iu+Iv+Iw＝0来检测三相中的 两相电流值的方法被称之为两分路检测方法。此外，还建议了单分路 检测方法，其被配置为通过使用单独一个分路电阻器来替代使用多个 分路电阻器检测直流值，来对每一相的电流进行估计，并进而执行矢 量控制。

然而，由于其特性，为了以简单配置获得有效的控制，单分路检 测方法面临许多实际问题。其中一个问题是该方法需要高性能和高速 度的微处理器，用于控制逆变器等。

从易于控制的角度来看，三分路检测方法是在使用分路电阻器执 行矢量控制的这些方法中最好的。然而，三分路检测方法需要高准确 度的电流检测。因此，必须避免三个分路电阻器间的阻抗值偏差、阻 抗值随时间变化等。在上下文中，日本专利申请公开第2004-225580号 (下文中称为专利文件1)公开了用于减少电抗值偏差的技术，其由于 焊接操作的变化，该焊接操作用于将分路电阻器附连到例如集成逆变 器的电动压缩机。此外，日本专利申请公开第2003-235268号(下文中 称为专利文件2)公开了用于校正分路电阻器阻抗值的技术，其通过执 行温度测量，以在电机温度升高的情况下阻止分路电阻器的温度特性 偏差，达到校正分路电阻器阻抗值的目的。

同时，尽管如图1所示，在许多情况下通过使用运算放大器134、 135、或136放大了每个分路电阻器两端之间的电压，但在运算放大器 中可能引起由于温度特性造成的偏移。即使分路电阻器测量了每相中 的精确电位差，也不能在具有由运算放大器引起偏移的情况下获得精 确电流值。基于此概念，日本专利申请公开第2003-324985号(下文中 称为专利文件3)公开了电机控制器件，其能够消除温度变化的影响， 精确测量电流，并进而获得适当的电机控制。

如上所述，目前实质的努力都以提高包括分路电阻器和运算放大 器的阻抗测量装置的准确度为目的。换句话说，极大的努力以追求更 高的电流检测器的准确度为目的。然而，这种尝试是与诸如成本降低 的市场需求相矛盾的。

同时，与用于避免分路电阻器中的电阻值偏差的、现有技术方案 中的追求更高的电流检测器的准确度相对地，日本专利申请公开第 2006-230766号(下文中称为专利文件4)公开了一种洗衣机电机，其即 使在用于检测逆变器每相上流动的电流的电流检测器具有较差检测准 确度时，也能尽可能地避免出现输出转矩波动。图2A和2B示出了公开 于专利文件4中的方法。在该方法中，简短描述之，在出货或市场服务 时，电压被施加到三相的每个线圈上，然后测量在每个时刻流动的电 流平均值。基于该平均值，找出校正系数，并从而校正电阻。在正常 使用时，基于给出的校正值，通过使用校正系数来找出电流校正值。