[发明专利]电动机驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种对三相电动机进行变频控制的电动机驱动电 路。 背景技术

在对三相无刷直流电动机进行变频控制的情况下，驱动三相变 频电路中的各个上臂侧开关元件和各个下臂侧开关元件开、关，将 直流电转换为三相交流电。

已知变频器的通电控制方式有：使各个开关元件的导通期间为 电动机角度2π/3的120度通电方式、使各个开关元件的导通期间 为电动机角度π的180度通电方式。为控制三相无刷直流电动机的 转矩，就要对三相变频电路的开关元件进行PWM(脉宽调制：Pulse Width Modulation)控制。

在所述三相无刷直流电动机的控制方法下，因为三相无刷直流 电动机具有很大的电感，所以在为进行PWM控制而切断某一规定相 的上臂侧开关元件(或者下臂侧开关元件)时，切断时已累积在三 相无刷直流电动机的电感中的磁能会继惯性动。

为克服上述缺点采取了以下做法，将各个开关元件与回流二极 管(惯性二极管)并列逆连接，经由该惯性二极管削弱累积在所述 电感中的磁能。

在PWM控制下，在正向电流刚刚流入惯性二极管不久，进行施 加逆向高压的工作。此时，惯性二极管中会瞬间流过朝逆向流动的 电流，该朝逆向流动的电流被称作恢复电流。该恢复电流产生对驱 动电动机无用的功率，在变频电路中作为热消耗掉，成为导致变频 器的功率转换效率降低的一个原因。

在用MOS(金属-绝缘膜-半导体)晶体管作开关元件的情况 下，是用MOS晶体管的寄生二极管作惯性二极管。但是，恢复电流 在MOS晶体管的寄生二极管中流动的时间很长。结果是，恢复电流 引起的功耗增大，而容易发热。

在用IGBT(绝缘栅双极型晶体管)作开关元件的情况下，因为 没有寄生二极管，所以需要外装惯性二极管。用恢复电流小的FRD (快速恢复二极管)作外装的惯性二极管，就能够使开关损耗减小 (参考例如专利文献1)。 专利文献1：日本公开特许公报特开平7-222459号公报 -发明要解决的技术问题-

然而存在的问题是：现在的变频电路需要外装FRD，这样变频 电路的部件个数会增多，阻碍小型化和低成本化。 发明内容

本发明对上述问题加以解决，不外装二极管就能够构成变频器， 实现了一个结构更加简单的电动机驱动电路。 -用以解决技术问题的技术方案-

本发明所公开的电动机驱动电路所具有的结构中包括开关元 件，该开关元件由半导体元件构成，该半导体元件中没有寄生二极 管，该半导体元件能够作为二极管工作。

具体而言，所列举的电动机驱动电路以驱动三相电动机的电动 机驱动电路为对象，包括具有三个分别驱动三相电动机的各相的上 臂的上臂侧开关元件和三个分别驱动各相的下臂的下臂侧开关元件 的三相变频电路。下臂侧开关元件和上臂侧开关元件中至少一种开 关元件是半导体元件，包括：半导体层叠层体，由形成在衬底上的 氮化物半导体制成；第一欧姆电极及第二欧姆电极，形成在半导体 层叠层体上，第一欧姆电极及第二欧姆电极间留有间隙；以及第一 栅电极，形成在第一欧姆电极和第二欧姆电极之间。半导体元件作 为二极管工作，将以第一欧姆电极的电位为基准第一栅电极的阈值 电压以下的电压施加在第一栅电极上，由此使从第一欧姆电极流向 第二欧姆电极的电流流动，切断从第二欧姆电极流向第一欧姆电极 的电流。

例示的电动机驱动电路中，开关元件中的至少一个开关元件是 作为二极管工作的半导体元件，即，将以第一欧姆电极的电位为基 准第一栅电极的阈值电压以下的电压施加在第一栅电极上，由此使 从第一欧姆电极流向第二欧姆电极的电流流动，切断从第二欧姆电 极流向第一欧姆电极的电流。因此，不将惯性二极管连接在变频元 件上，就能够防止上下臂间短路。在该情况下，恢复电流非常小， 因而能够使起因于惯性二极管的恢复电流的开关损耗降低。而且， 半导体元件包括：由形成在衬底上的氮化物半导体制成的半导体层 叠层体、形成在所述半导体层叠层体上的二者间留有间隙的第一欧 姆电极及第二欧姆电极以及形成在所述第一欧姆电极和第二欧姆电 极之间的第一栅电极，没有寄生二极管。结果是，能够使由于寄生 二极管引起的较大的恢复损耗降低。 -发明的效果-

根据本发明的电动机驱动电路，不外装二极管就能够构成变频 器，实现了结构更加简单的电动机驱动电路。 附图说明