[发明专利]功率转换电路

说明书

技术领域

本发明涉及由多个上下臂构成的特别是大功率并且高频工作的功率转换电路。

背景技术

近年来，随着搭载于逆变器以及转换器等功率转换器的开关元件(IGBT或MOSFET、JFET)的高耐压化以及高速化的发展，正盛行基于开关元件的高耐压化的功率转换器的大功率化以及开关元件的高速化，即基于功率转换器的高频工作的功率转换器的小型化等的研究开发。

作为这样的功率转换器中的开关元件的工作，一般是通过规定的休止期间(通常，称为空载时间)使上下臂交换地进行开关动作，以便上下臂不会同时导通而发生短路动作。在此，施加于开关元件的电压越高，或者开关元件的动作速度越快，施加于开关元件的电压的变化率(通常，称为dv/dt)越大。此时，通过另一个开关元件的寄生电容C，充电电流从主端子流入控制端子，控制端子的电压与充电电流的值成比例地变化。进行这样的动作时，控制端子的电压有时可能会超过开关元件的阈值电压。假设，在规定的休止期间中，控制端子的电压发生变化，并且超过阈值电压时，上下臂同时导通并形成短路状态，造成开关元件的破坏，进而导致功率转换器的故障。

在此，使用图4针对由上臂21u的接通动作引起的下臂22u的误动作机理进行说明。最初，将上下臂21u及22u，共同设为断开的休止区间(所谓空载时间)。该休止区间，是例如逆变器中的开关频率的1/20以下，而且，一般地，在进行大功率的功率转换的逆变器中，开关频率多是15kHz以下。

在所述休止期间之后，若上臂21u进行接通动作，则在下臂22u的漏-源间施加电池1的直流电压Vdc。根据上臂21u的开关速度，快速地被下臂22u的寄生电容200充电，经由下臂侧栅电阻104u和下臂侧臂驱动电路102u，电流Ig流动。由于电流Ig流动，在下臂侧栅电阻104u的两端产生与下臂侧栅电阻104u的值对应的电位差。在此，若将下臂22u的漏-源间的寄生电容设为Cgd，将下臂侧栅电阻104u设为Rg，则在下臂侧栅电阻104u的两端产生的电位差，即下臂22u的漏-源间的电位差Vgs，由下式表示。

Vgs＝Rg×Cgd×(dVdc/dt)

即，决定下臂22u的开关速度的下臂侧栅电阻104u的电阻Rg、或下臂21u的寄生电容Cgd、或上臂21u的开关时间dVdc/dt的值越大，Vgs越大，下臂22u的误动作越容易产生。

下臂侧栅电阻104u的电阻Rg，由于是决定下臂22u的开关速度的值，所以不能自由地减小。此外，下臂21u的寄生电容Cgd，由于取决于下臂22u的内部结构，所以这个也不能自由地改变。此外，上臂21u的接通动作时的开关时间dVdc/dt，若减少则减缓上臂21u的开关速度，会导致开关损失的增加。

为了避免这些，以往，以即使存在由充电电流引起的控制端子的电压变化也不形成短路状态的方式，在包含电压变化期间的开关元件断开动作中，对控制端子施加负偏置电压。由此，能够避免同时导通的短路动作。例如，在下述专利文献1中进行了公开。

该公报中的逆变器，为了使开关元件断开，不由电源输出负偏置电压，而仅用电容器及二极管、FET等的电路，就能够施加负偏置电压，所以也能够降低电源电压的制约，而且，能够进行驱动电路的发热抑制，这也在所述公报得以公开。

[专利文献1]JP特开2004-159424号公报

然而，在这种逆变器中，开关元件在断开动作中，在整个期间，对开关元件的控制端子施加负偏置电压。

一般地，开关元件对控制端子施加负偏置电压的能力弱，负偏置电压的施加时间越长，开关元件就会加剧变差。

因此，在现有的方法中，由于施加负偏置电压的期间超过需要时间，所以会加速开关元件的变差，并会损坏开关元件及搭载它的功率变换器的可靠性。此外，由于以电容器及二极管、FET等电路构成负偏置电路，所以不能与基于开关元件的动作状态及周围环境等的开关元件的特性变化对应。而且，在构成负偏压电路的电容器电容中，需要根据驱动的开关元件的特性来决定，存在通用性差等问题。

发明内容

本发明鉴于所述问题点，其目的在于，提供一种在功率转换电路中，抑制了由施加高dv/dt引起的误动作，并且大幅改善了开关元件的寿命的功率转换电路。

为了达到上述目的，在本发明中，在功率转换电路中，对应于上臂动作与下臂动作的双方，将向断开动作中的开关元件施加负偏置电压的期间限制为极短的期间。