[发明专利]功率转换装置

说明书

技术领域

本发明涉及将串联连接常开(normally on)型开关元件及常关(normallyoff)型开关元件而构成的臂(arm)进行桥接而形成的功率转换装置。

背景技术

构筑功率转换装置的结型场效应晶体管(JFET)及静电感应型晶体管(SIT)是能够在高电压、大功率领域中实现高速动作的功率用半导体开关元件。

该功率用半导体开关元件一般表示栅电压为0[V]时漏电流流过的常开型的特性。在栅电极上未施加足够的负极性电压时，若施加漏电压，则有时大的漏电流流过，功率用半导体开关元件被破坏。因此，与双极型晶体管、金属氧化膜半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等具有常关型特性的晶体管相比，功率用半导体开关元件的处理较困难。

为了解决这样的技术问题，提出了通过由静电感应型晶体管(SIT)及绝缘栅型场效应晶体管(IGFET)级联连接(cascode)而成的常关型复合半导体元件(以下简单称为级联元件)构成的功率转换装置(例如，参照专利文献1)。

图4表示专利文献1中记载的将功率用半导体的一部分置换为其他功率用半导体之后进行桥接而构成的功率转换装置的主电路图。

即，在图4的功率转换装置中，将常开型半导体元件从静电感应型晶体管(SIT)置换为结型场效应晶体管(JFET)，并且通过与作为常关型半导体元件的金属氧化膜半导体场效应晶体管(MOSFET)112进行电气串联连接而构成的级联元件110，构成各相的臂，进而通过三相桥接各臂而构成逆变器主电路3。

图中，1为直流电源，2为平流电容器，113为制作金属氧化膜半导体场效应晶体管112时在源区域与漏区域之间寄生(内置)的二极管(整流二极管)。

这样构成的以往的逆变器主电路3，在电源接入时或异常时等丧失栅电源的状态下，级联元件110为截止状态，因此能够防止逆变器主电路3的短路故障。并且，通过将栅驱动电路(省略图示)与金属氧化膜半导体场效应晶体管112的栅端子连接，进行级联元件110的导通与截止的切换。

如上所述，在金属氧化膜半导体场效应晶体管112中，在源区域与漏区域之间内置有二极管(整流二极管)113，因此在关注正极臂中的例如U相的情况下，成为：也能够从输出端子U(与作为X相的负极臂之间的共用连接端子)经过二极管113u及结型场效应晶体管111u向正侧直流母线1p流过电流(以下，简单称为“回流电流”)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-251846号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

图4所示的功率转换装置没有考虑到以下问题点。

即，在开关动作时，若一方的臂(例如U相)的级联元件110u导通(开)，则另一方的臂(X相)的金属氧化膜半导体场效应晶体管112x的二极管113成为非导通(关)。

此时，处于非导通状态的二极管113x的PN结部生成的耗尽层中积累有少数载流子。耗尽层中积累的少数载流子作为反向恢复电流流到二极管113x，因此发生反向恢复损失。反向恢复损失是二极管113x的开关损失，每次开关动作时发生。并且，该反向恢复电流流入导通过渡状态的级联元件110u，引起级联元件110u的开关损失增大。

进而，开关损失的增大成为发热损失的增大。因此需要使用大型的冷却用散热设备，因此功率转换装置大型化。

另外，这种问题不是功率转换装置中构成级联元件110的结型场效应晶体管111特有的问题，在将结型场效应晶体管111替换为静电感应型晶体管(SIT)后的情况下同样发生。

因此，本发明是为了解决上述问题而做出的，目的在于提供一种功率转换装置，能够减少由反向恢复电流引起的开关损失及发热损失。

用于解决技术问题的手段