[发明专利]电力转换装置

说明书

在使用了宽禁带半导体元件的电力转换装置中发生负载短路事故等的情况下，有极大的短路电流流过，存在无法保护半导体元件的问题。本发明的电力转换装置包括：将交流电压转换成直流电压的整流器；包括使由上述整流器转换后的直流电压平滑化的平滑电容器的直流中间电路；将由上述直流中间电路平滑化后的直流电压转换成交流电压的、包括宽禁带半导体开关元件的逆变器；和位于上述平滑电容器与上述逆变器之间的电抗器和与上述电抗器并联连接的二极管，其中，上述二极管与上述平滑电容器的端子或连接于上述平滑电容器的端子附近的母线连接，并且上述二极管与上述宽禁带半导体开关元件的端子或连接于上述宽禁带半导体开关元件的端子附近的母线连接。

技术领域

本发明涉及电力转换装置。

背景技术

近年来，作为具有超越硅(Si)的物性极限的性能的宽禁带半导体元件，碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等受到关注，有望成为下一代功率半导体元件。

与Si相比，这些材料的击穿电压约为10倍、热导率约为3倍、熔点约为2倍、电子饱和速度约为2倍，作为同时具有这些特征的半导体元件，特别是由于具有高击穿电压，所以可将用于确保耐压的漂移层减薄至1/10左右，能够降低宽禁带半导体的导通电压。

因此，如果使用这些材料构成功率半导体，与现有的典型的功率半导体IGBT(硅)相比，有望大幅降低损耗发生并且实现电力转换装置的大幅小型化。

专利文献1(日本特开平6-121461号)中公开了这样的技术，“在逆变器的各个桥臂(arm)上设置短路电流保护元件，当检测到构成逆变器的开关元件发生短路故障时，关断逆变器的所有桥臂上的开关元件，然后将相对于负载与连接有发生了短路故障的开关元件的桥臂相反的一侧的所有桥臂的开关元件关断，之后使发生了短路一侧的剩余桥臂的开关元件导通”。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-121461号

发明内容

发明要解决的技术问题

由于晶闸管和二极管元件具有I²t(电流平方时间积)这一特性(参数)，因此若根据短路电流保护元件也就是熔丝(fuse)的熔断特性适当地选择熔丝的额定电流，可使短路时熔丝先熔断，保护元件不受短路电流的影响。

然而，由于IGBT、MOS-FET或JFET等开关元件并不具有电流平方时间积这一特性，因此短路时熔丝无法进行保护，熔丝熔断时IGBT、MOS-FET或JFET等开关元件也被击穿(破坏)。因此熔丝只被用于防止二次击穿的用途。即，熔丝无法实现保护协调(protectioncoordination)，IGBT、MOS-FET或JFET等元件也被击穿。

此外，在使用宽禁带半导体元件构成电力转换装置的情况下，由于宽禁带半导体元件具有高击穿电压，因此能够将用于确保耐压的漂移层减薄至1/10左右，降低宽禁带半导体的导通电压，从而有望大幅降低损耗，但另一方面由于导通电压低，例如在发生负载短路事故等的情况下会流过极大的短路电流，造成无法保护半导体元件的问题。

解决问题的技术手段

为实现上述目的，本发明的电力转换装置包括：将交流电压转换成直流电压的整流器；包括使由上述整流器转换后的直流电压平滑化的平滑电容器的直流中间电路；将由上述直流中间电路平滑化后的直流电压转换成交流电压的、包括宽禁带半导体开关元件的逆变器；和位于上述平滑电容器与上述逆变器之间的电抗器和与上述电抗器并联连接的二极管，其中，上述二极管与上述平滑电容器的端子或连接于上述平滑电容器的端子附近的母线连接，并且上述二极管与上述宽禁带半导体开关元件的端子或连接于上述宽禁带半导体开关元件的端子附近的母线连接。

发明效果

根据本发明，具有能够提供高可靠性的电力转换装置之效果。