電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動裝置及電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動裝置（15），其對具有由寬禁帶半導(dǎo)體形成的開關(guān)元件（3）的電力轉(zhuǎn)換裝置（9）進(jìn)行驅(qū)動，該電力轉(zhuǎn)換裝置（9）的驅(qū)動裝置（15）具備：PWM信號輸出部（11），其生成對開關(guān)元件（3）進(jìn)行PWM驅(qū)動的驅(qū)動信號；導(dǎo)通速度降低部（13），其在將開關(guān)元件（3）從斷開變化成導(dǎo)通的情況下，降低驅(qū)動信號的變化率；以及斷開速度改善部（14），其在將開關(guān)元件（3）從導(dǎo)通變化成斷開的情況下，快速地并且以高于從斷開變化成導(dǎo)通時的電荷吸出能力從開關(guān)元件（3）吸出電荷。
【專利說明】電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動裝置及電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動裝置及電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為對電力轉(zhuǎn)換裝置等中使用的開關(guān)元件(半導(dǎo)體元件)進(jìn)行驅(qū)動的技術(shù)，有積極利用半導(dǎo)體元件的柵極電容，來構(gòu)成部件數(shù)較少且結(jié)構(gòu)簡單的柵極驅(qū)動電路的技術(shù)(例如，參見下述專利文獻(xiàn)I)。在該技術(shù)中，將電容與電阻并聯(lián)連接的柵極驅(qū)動電路插入到柵極與開關(guān)輸出電路間，且使半導(dǎo)體元件的柵極電容CiS與上述電容Cg的關(guān)系為(導(dǎo)通時的開關(guān)控制電路輸出電壓)X(Cg/(Cg+Cis)) ^ (閾值電壓)，柵極驅(qū)動電路的電阻向柵極驅(qū)動式半導(dǎo)體元件的柵極提供與電導(dǎo)率調(diào)制相對應(yīng)的電流。由此，開關(guān)控制電路的輸出電壓被適當(dāng)分壓施加，施加給半導(dǎo)體元件的柵極端子，而實現(xiàn)部件數(shù)較少且電路結(jié)構(gòu)簡單的柵極驅(qū)動電路。
[0003]此外，還有如下技術(shù)，即，使用在轉(zhuǎn)向?qū)〞r由計時器設(shè)定的一定期間、施加低于通常時的施加電壓的電壓的電路，或在柵極驅(qū)動電路的輸出級的一對開關(guān)元件中使用開關(guān)時間不同的元件，由此使施加給半導(dǎo)體元件的柵極的電壓為較低電壓，來降低續(xù)流二極管的反向恢復(fù)電流(例如，參見下述專利文獻(xiàn)2)。
[0004]此外，還有如下技術(shù)，即，通過連接于柵極與發(fā)射極間的電容器，轉(zhuǎn)向?qū)〞r使柵極電壓逐漸升高，而轉(zhuǎn)向斷開時電容器不發(fā)揮作用，dv/dt也不變得平緩地來使開關(guān)損耗不增加(例如，參見下述專利文獻(xiàn)3)。
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開2010-51165號公報
[0006]專利文獻(xiàn)2:日本特開平2-179262號公報
`[0007]專利文獻(xiàn)3:日本特開2002-300016號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在上述專利文獻(xiàn)I的技術(shù)中，通過快速升高柵極電壓而加快開關(guān)速度，來降低開關(guān)損耗。而與此相對的，在上述專利文獻(xiàn)2的技術(shù)中，通過在轉(zhuǎn)向?qū)〞r以較低的電壓導(dǎo)通，來恢復(fù)續(xù)流二極管的反向阻斷能力，即，平緩地進(jìn)行開關(guān)，來降低噪聲。因此，上述專利文獻(xiàn)I的技術(shù)與上述專利文獻(xiàn)2的技術(shù)是相悖的，從而存在無法同時實現(xiàn)開關(guān)損耗降低與開關(guān)噪聲降低的問題。
[0009]此外，在上述專利文獻(xiàn)3中，公開了通過僅在轉(zhuǎn)向?qū)〞r平緩升高柵極電壓來解決轉(zhuǎn)向斷開時的開關(guān)損耗增加的技術(shù)。但是，該技術(shù)是針對無需使轉(zhuǎn)向斷開速度高速化并且不會產(chǎn)生因開關(guān)元件本身的等效電容所引發(fā)的振鈴噪聲的現(xiàn)有材料即硅的開關(guān)元件的解決方法。因此，在通過使用例如像寬禁帶半導(dǎo)體那樣，進(jìn)行快速開關(guān)而需要抑制振鈴噪聲的開關(guān)元件的情況下，就無法降低振鈴噪聲。
[0010]本發(fā)明鑒于上述問題而完成，其目的在于獲得一種電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動裝置及電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動方法，其在實施快速開關(guān)的情況下，能夠抑制轉(zhuǎn)向?qū)〞r及轉(zhuǎn)向斷開時的振鈴。
[0011]為了解決上述問題，達(dá)成目的，本發(fā)明的一種對具有由寬禁帶半導(dǎo)體形成的開關(guān)元件的電力轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行驅(qū)動的驅(qū)動裝置，其特征在于，具備:PWM信號輸出部，其生成對上述開關(guān)元件進(jìn)行PWM驅(qū)動的驅(qū)動信號；導(dǎo)通速度降低部，其在將上述開關(guān)元件從斷開變化成導(dǎo)通時，降低上述驅(qū)動信號的變化率；以及斷開速度改善部，其在將上述開關(guān)元件從導(dǎo)通變化成斷開時，快速地并且以高于從斷開變化成導(dǎo)通時的電荷吸出能力從開關(guān)元件吸出電荷。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，具有能夠抑制轉(zhuǎn)向?qū)〞r及轉(zhuǎn)向斷開時的振鈴的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是表示本發(fā)明所涉及的電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)例的圖。
[0014]圖2是表示寬禁帶半導(dǎo)體與現(xiàn)有硅半導(dǎo)體的比較的圖。
[0015]圖3是表示寬禁帶半導(dǎo)體的雜散電容的概念的圖。
[0016]圖4是表示實施方式的動作例的圖。
[0017]圖5是表示作為導(dǎo)通速度降低部13使用LCR電路的情況下的階躍響應(yīng)波形的一個示例的圖。
[0018]圖6是表示取規(guī)定波形與驅(qū)動信號的AND的導(dǎo)通速度降低部的結(jié)構(gòu)例的圖。
[0019]圖7是表示圖6的結(jié)構(gòu)例的動作波形的一個示例的圖。
[0020]圖8是表示電力轉(zhuǎn)換裝置的其他結(jié)構(gòu)例的圖。
[0021]圖9是表示圖8的結(jié)構(gòu)例的開關(guān)元件的波形的一個示例的圖。
[0022]圖10是表示電力轉(zhuǎn)換裝置的另一個結(jié)構(gòu)例的圖。
[0023]符號的說明
[0024]1、41 電源
[0025]2電抗器
[0026]3,34,35 開關(guān)元件
[0027]4反向阻斷二極管
[0028]5、36、42平滑電容器
[0029]6,37 負(fù)載
[0030]7、8、43、R 電阻
[0031]11 PWM信號輸出部
[0032]12柵極驅(qū)動部
[0033]13導(dǎo)通速度降低部
[0034]14斷開速度改善部
[0035]15電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動裝置
[0036]16-1 至 I6-3 電容
[0037]17波形生成部
[0038]18比較器
[0039]19 AND 電路
[0040]31交流電源[0041]32-1 至 32-6 二極管
[0042]33-1、33-2、L 線圈
[0043]44開關(guān)部
[0044]C 電容器
[0045]21、22 波形
【具體實施方式】
[0046]下面基于附圖詳細(xì)說明本發(fā)明所涉及的電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動裝置及電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動方法的實施方式。另外，本發(fā)明并不局限于該實施方式。
[0047]實施方式
[0048]圖1是表示本發(fā)明所涉及的電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)例的圖。本實施方式的電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動裝置(驅(qū)動裝置)15驅(qū)動電力轉(zhuǎn)換裝置9。電力轉(zhuǎn)換裝置9具備:直流電源1、電抗器2、開關(guān)元件3、反向阻斷二極管4、平滑電容器5、負(fù)載6及電阻7、8。驅(qū)動裝置15具備:PWM信號輸出部11、柵極驅(qū)動部12、導(dǎo)通速度降低部13及斷開速度改善部
14。電力轉(zhuǎn)換裝置9的結(jié)構(gòu)為一個示例，只要是作為開關(guān)元件使用寬禁帶半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)即可，并不局限于圖1的結(jié)構(gòu)。
[0049]本實施方式的電力轉(zhuǎn)換裝置9及驅(qū)動裝置15例如用于空調(diào)機(jī)等的壓縮機(jī)。在用于壓縮機(jī)等的情況下，負(fù)載6例如為電感性負(fù)載。本實施方式的電力轉(zhuǎn)換裝置9及驅(qū)動裝置15并不局限于此，制冷機(jī)、洗滌干燥機(jī)以外，還能夠應(yīng)用于冰箱、除濕器、熱泵式熱水機(jī)、陳列柜、吸塵器等全部家電產(chǎn)品，也能夠應(yīng)用于風(fēng)扇電動機(jī)、換氣扇、烘手機(jī)、電磁感應(yīng)加熱烹調(diào)器等。進(jìn)一步而言，不僅是家電產(chǎn)品，還能應(yīng)用于電梯、自動扶梯、工廠設(shè)備用電動機(jī)驅(qū)動逆變器、電氣火車逆變器、電動汽車、混合動力汽車等工業(yè)設(shè)備用的電動機(jī)驅(qū)動逆變器。
[0050]開關(guān)元件3由被稱為寬禁帶半導(dǎo)體的半導(dǎo)體構(gòu)成。寬禁帶半導(dǎo)體例如由GaN(氮化鎵)、SiC(碳化硅)類材料、或者金剛石等材料形成。寬禁帶半導(dǎo)體是作為具有能夠快速動作、低損失、改善耐熱性等特性的新半導(dǎo)體裝置而備受關(guān)注的半導(dǎo)體。
[0051]另一方面，由于半導(dǎo)體的材料、素材的創(chuàng)新，通過使用上述寬禁帶半導(dǎo)體，開關(guān)元件的性能得到改善，特別是開關(guān)元件的動作速度得到顯著提高，因此產(chǎn)生新的問題。在快速開關(guān)得以實現(xiàn)之前的現(xiàn)有技術(shù)中，雖然配線阻抗的影響是一個問題，但是有對策能夠解決該問題。而與此相對的，在快速開關(guān)得以實現(xiàn)的情況下，則無法適用現(xiàn)有的對策，因而配線阻抗的影響成為較大的問題。
[0052]圖2是表示寬禁帶半導(dǎo)體與現(xiàn)有硅半導(dǎo)體的比較的圖。圖2(a)示出了將現(xiàn)有硅半導(dǎo)體作為開關(guān)元件使用的情況下的動作波形，圖2( b )示出了將寬禁帶半導(dǎo)體作為開關(guān)元件使用的情況下的動作波形。兩圖都以橫軸為時間，從上而下依次示出了開關(guān)元件兩端電壓、開關(guān)元件電流、開關(guān)元件驅(qū)動電流。
[0053]在使用寬禁帶半導(dǎo)體的情況下，開關(guān)的轉(zhuǎn)變時間T1、T2，比使用硅半導(dǎo)體的情況下短，因此能夠?qū)崿F(xiàn)快速開關(guān)，實現(xiàn)高頻驅(qū)動。此外，對于寬禁帶半導(dǎo)體來說，由于其轉(zhuǎn)變時間短，因此即使高頻驅(qū)動，也不會產(chǎn)生開關(guān)損耗，而被認(rèn)為是適合高頻驅(qū)動的半導(dǎo)體。
[0054]另一方面，在圖1中的A點、B點、C點，雖然未圖示，但存在配線電感成分。該電感成分被設(shè)計為數(shù)ηΗ，非常小，為如果是現(xiàn)有的硅半導(dǎo)體就不會產(chǎn)生問題的程度。但是，因為配線電感為L成分，因此如果頻率升高，則以jcoL表示的阻抗就升高。另外，設(shè)ω為角頻率(ω = 2 Ji f:f為頻率)，設(shè)j為虛數(shù)單位。
[0055]在寬禁帶半導(dǎo)體的情況下，開關(guān)元件的端子間被稱為雜散電容的電容成分比現(xiàn)有硅半導(dǎo)體大I至2個位數(shù)程度。圖3是表示寬禁帶半導(dǎo)體的雜散電容的概念的圖。以圖3的虛線表示的電容16-1至16-3表示在電路圖中不存在的作為雜散電容的電容。
[0056]進(jìn)而，在寬禁帶半導(dǎo)體中，因該被稱為雜散電容的電容與配線電感所引發(fā)的LC共振，如圖2所示那樣產(chǎn)生與由現(xiàn)有硅半導(dǎo)體構(gòu)成的電力轉(zhuǎn)換裝置相比高頻的振鈴。另外，在現(xiàn)有硅半導(dǎo)體的情況下，因反向阻斷的恢復(fù)延遲而產(chǎn)生恢復(fù)電流。而與此相對的，在寬禁帶半導(dǎo)體的情況下，雖然反向恢復(fù)快且沒有產(chǎn)生恢復(fù)電流，但是半導(dǎo)體的等效電容增大，因LC共振而產(chǎn)生振鈴。
[0057]特別是，與流過開關(guān)元件的電流重疊的振鈴電流成為噪聲產(chǎn)生源，由于該振鈴會從電路輻射電場，或傳導(dǎo)給交流電源。因此，需要通過延長圖2所示的開關(guān)的轉(zhuǎn)變時間Tl、T2等的方法抑制噪聲，但是僅靠單純地延長轉(zhuǎn)變時間，無法發(fā)揮寬禁帶半導(dǎo)體的快速開關(guān)的特性。
[0058]于是，在本實施方式中，通過實施如下所示的動作，來發(fā)揮寬禁帶半導(dǎo)體的快速開關(guān)、低損失的特性，并且實現(xiàn)降低因配線電感與寬禁帶半導(dǎo)體的等效電容的LC共振所引發(fā)的振鈴的噪聲。
[0059]圖1所示的電力轉(zhuǎn)換裝置9 一般為升壓型的DC (Direct Current:直流電)/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。如使開關(guān)元件3導(dǎo)通，則由于電抗器2與開關(guān)元件3使直流電源I短路，電荷存儲在電抗器2。如使開關(guān)元件3斷開，則存儲在電抗器2的電荷經(jīng)由反向阻斷二極管4流入電容器5，使電容器5兩端的電壓升高。
[0060]在寬禁帶半導(dǎo)體的開關(guān)元件3導(dǎo)通時，逆流電流從平滑電容器5經(jīng)過反向阻斷二極管4流動。該反向阻斷二極管4如果也是寬禁帶半導(dǎo)體，則該逆流電流為微量，反向阻斷二極管4斷開。原本，由于二極管4斷開，恢復(fù)電流會消失，噪聲也不會產(chǎn)生，但是因等效電容與配線電感所引發(fā)的LC共振，尤其會在該電流不流動的路徑(圖1的B點)中產(chǎn)生。
[0061]LC共振在電容器與電容器之間存在電感的情況下會產(chǎn)生。因此，反向阻斷二極管4和開關(guān)元件3的由寬禁帶半導(dǎo)體構(gòu)成的等效電容與存在于它們之間的配線電感、即圖1中的B點和C點成為LC共振的產(chǎn)生源。由該LC共振所引發(fā)的振鈴產(chǎn)生能量，因此產(chǎn)生噪聲。
[0062]因此，如圖1所示，在本實施方式的驅(qū)動裝置15中，不僅具備PWM信號輸出部11和柵極驅(qū)動部12，還具備導(dǎo)通速度降低部13。不是如上述專利文獻(xiàn)I所示那樣，為了續(xù)流二極管等的反向恢復(fù)而平緩地進(jìn)行開關(guān)，在本實施方式中，是為了避免產(chǎn)生LC共振而降低導(dǎo)通速度地進(jìn)行開關(guān)。
[0063]如使開關(guān)元件3階躍狀變化，則在圖1中的B點、C點，作為衰減項的電阻成分較小，因此LC共振持續(xù)振動而產(chǎn)生振鈴。為了抑制該振鈴，可以插入電阻成分等，但是會因插入用于解決問題的部件而產(chǎn)生損失，所以無法充分利用寬禁帶半導(dǎo)體的特性。因此，在電力轉(zhuǎn)換裝置9的電源電路中為解決問題而插入部件是不理想的。
[0064]因此，在本實施方式中使驅(qū)動裝置15的結(jié)構(gòu)為，將動作信號控制成使開關(guān)元件3的變化不成為階躍狀變化。圖4是表示本實施方式的動作例的圖。PWM信號輸出部11與以往同樣的，生成并輸出用于對電力轉(zhuǎn)換裝置9的開關(guān)信號進(jìn)行驅(qū)動的PWM信號。圖4的上部示出了從PWM信號輸出部11輸出的PWM信號(驅(qū)動信號)的一個示例。圖4的中部示出了開關(guān)元件3的G(柵極)-S (源極)間的端子間電壓，圖4的下部示出了開關(guān)元件3的電流。
[0065]如圖4所不,與表不從PWM信號輸出部11輸出的開關(guān)兀件3的驅(qū)動信號的導(dǎo)通定時的上升沿相對應(yīng)地，開關(guān)元件3的G-S間電壓發(fā)生變化，此時，僅在從斷開向?qū)ㄗ兓那昂笃骄彽?、換言之，以描繪S形的方式使G-S間電壓發(fā)生變化。
[0066]快速動作的寬禁帶半導(dǎo)體也采用晶體管構(gòu)造，因此如圖4所示地對G-S間施加電壓，由此開關(guān)元件3的電流平緩上升。進(jìn)而寬禁帶半導(dǎo)體的快速開關(guān)這一特性在上升后得以體現(xiàn)，而能夠維持低開關(guān)損耗。進(jìn)而，通過在開關(guān)轉(zhuǎn)變時間的最終階段以平緩的變化結(jié)束開關(guān)動作，能抑制開關(guān)元件3的變化成為階躍狀的急速變化，而阻斷成為振鈴原因的階躍響應(yīng)能量。通過使驅(qū)動裝置15的結(jié)構(gòu)為能夠?qū)嵤┥鲜鲛D(zhuǎn)向?qū)▌幼?，從而能夠降低振鈴，能夠降低在寬禁帶半?dǎo)體中被視為問題的產(chǎn)生的噪聲。
[0067]圖1中作為實現(xiàn)如上所述的轉(zhuǎn)向?qū)▌幼鞯碾娐返囊粋€示例示出了導(dǎo)通速度降低部13。圖1所示的導(dǎo)通速度降低部13由LCR(線圈L、電容器C、電阻R)組成的低通濾波器構(gòu)成。即，其是如下結(jié)構(gòu)的電路，用LC來使在轉(zhuǎn)變時間的上升時及即將結(jié)束前的變化成為平緩的變化，用R來衰減因LC共振而產(chǎn)生的過沖(overshoot)。
[0068]圖5是表示作為導(dǎo)通速度降低部使用LCR電路的情況下的階躍響應(yīng)波形的一個示例的圖。在圖5中，作為一個示例，示出了設(shè)R = 15 Ω、L = 2 m H、C = 22uF時的階躍響應(yīng)波形，波形21表示輸入，波形22表示輸出。可見通過使用由LCR構(gòu)成的低通濾波器，在轉(zhuǎn)變時間的剛開始后及即將結(jié)束前變得平緩(變化率降低)。
[0069]圖1示出的導(dǎo)通速度降低部13的結(jié)構(gòu)例是通過使用電路硬件(H/ W )來實現(xiàn)圖4所示的G-S間電壓的，但導(dǎo)通速度降低部13的安裝方法并不局限于圖1的示例。例如，還可以是取規(guī)定波形與驅(qū)動信號的AND的結(jié)構(gòu)。圖6是表示取規(guī)定波形與驅(qū)動信號的AND的導(dǎo)通速度降低部13a的結(jié)構(gòu)例的圖，圖7是表示其動作波形的一個示例的圖。圖7的括弧內(nèi)文字(D至H)所對應(yīng)的波形分別表示，圖6中相對應(yīng)文字所表示的位置上的波形。
[0070]從圖6的D點輸出PWM信號(驅(qū)動信號)。圖6的E點與D點為相同波形，該波形為圖7的(D)所示的。在從圖6的E點傳遞到F點時，存在CR低通濾波器，因此如圖7的(F)所示，波形變化為上升沿成為平緩曲線的波形。波形生成部17生成圖7的(G)所示的規(guī)定波形(此處為鋸齒波)。比較器18對波形生成部17所生成的鋸齒波與驅(qū)動信號進(jìn)行比較并輸出，AND電路19將對從比較器18輸出的信號與驅(qū)動信號進(jìn)行AND計算所得的結(jié)果(圖7的(H))輸出。另外，波形生成部17所生成的波形并不局限于鋸齒波，只要是能夠獲得相同效果的波形，可以是任何波形。
[0071]圖7(H)的波形，在寬禁帶半導(dǎo)體的情況下也有可能快速響應(yīng)，如果是通過由柵極電阻8及開關(guān)元件3的G-S間的等效電容形成的濾波器而可以變得平滑的快速鋸齒波，那么這種情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)平緩的柵極驅(qū)動。進(jìn)一步而言，即使從PWM信號輸出部11直接向AND電路19輸出，也沒有什么問題。通過從PWM信號輸出部11直接向AND電路19輸出，能夠更加細(xì)微地設(shè)定S形的上升特性。
[0072]如上所示，能夠使用驅(qū)動裝置15a來替代圖1的驅(qū)動裝置15，該驅(qū)動裝置15a具備圖6的圖1所示的導(dǎo)通速度降低部13a以替代圖1所示的導(dǎo)通速度降低部13。在圖6所示的結(jié)構(gòu)中，與圖1的結(jié)構(gòu)例相比，能夠減少線圈L，從而能夠在進(jìn)行封裝時實現(xiàn)小型化。
[0073]下面對轉(zhuǎn)向斷開時的情況進(jìn)行闡述。轉(zhuǎn)向斷開時也會產(chǎn)生因開關(guān)元件3的等效電容所引發(fā)的LC共振的振鈴，但振鈴量小于轉(zhuǎn)向?qū)〞r。與轉(zhuǎn)向?qū)〞r不同是由于二極管反向并聯(lián)地與開關(guān)元件3連接。在開關(guān)元件3與反向阻斷二極管4之間產(chǎn)生的LC共振，即使開關(guān)元件3斷開，但是也會僅在開關(guān)元件3的反向并聯(lián)二極管-反向阻斷二極管4-平滑電容器5的方向上形成電流路徑，產(chǎn)生因?qū)ζ交娙萜?充電而引起的衰減作用。
[0074]進(jìn)而，由于是因開關(guān)元件3及反向阻斷二極管4的等效電容所引發(fā)的LC共振，因此從開關(guān)元件3的柵極導(dǎo)出(吸出)電荷時，同時也從該等效電容中導(dǎo)出電荷。因此，在使用寬禁帶半導(dǎo)體的情況下，要求驅(qū)動裝置15在轉(zhuǎn)向斷開時的電流容量高于轉(zhuǎn)向?qū)〞r的。在本實施方式中，還使用從開關(guān)元件3快速導(dǎo)出電荷的斷開速度改善部14來實施轉(zhuǎn)向斷開動作，由此將電荷從開關(guān)元件的等效電容中導(dǎo)出，該電荷可稱作是LC共振所引發(fā)的振鈴的產(chǎn)生源，從而抑制振鈴。
[0075]因此，轉(zhuǎn)向斷開時與轉(zhuǎn)向?qū)〞r不同，需要具有快速地且高于轉(zhuǎn)向?qū)〞r的電荷吸出能力的驅(qū)動裝置，因此，圖1的驅(qū)動裝置15具備對斷開速度進(jìn)行改善的斷開速度改善部14。圖1的斷開速度改善部14構(gòu)成使用例如PNP晶體管等來快速引出電荷那樣的電路。由此，斷開速度改善部14不僅能降低開關(guān)損耗，還能同時降低因振鈴所產(chǎn)生的噪聲。在此類電路結(jié)構(gòu)的情況下，如圖4所示僅在導(dǎo)出電荷的轉(zhuǎn)向斷開時，成柵極驅(qū)動部12的PNP晶體管并聯(lián)連接的狀態(tài)，因此轉(zhuǎn)向斷開時的開關(guān)元件電流會急劇降低。
[0076]只要使用柵極驅(qū)動部12充分導(dǎo)出電荷就沒有問題，但是在柵極驅(qū)動部12為圖騰柱(totem pole)構(gòu)造、C (Complementary:互補型)-MOS (Metal Oxide Semiconductor:金屬氧化物半導(dǎo)體)構(gòu)造的情況下，需要事先使上下晶體管的性能一致。因此，在該情況下，如果在轉(zhuǎn)向?qū)▊?cè)電荷供給量增多，則轉(zhuǎn)向?qū)〞r的振鈴增加。故而，作為寬禁帶半導(dǎo)體的驅(qū)動裝置，具有如斷開速度改善部14那樣僅在轉(zhuǎn)向斷開時對快速化進(jìn)行補償?shù)碾娐肥呛线m的，不會有損寬禁帶的特性，并能夠抑制因快速開關(guān)所導(dǎo)致的噪聲產(chǎn)生。
[0077]圖8是表示電力轉(zhuǎn)換裝置的其他結(jié)構(gòu)例的圖。圖8所示的電力轉(zhuǎn)換裝置是具備交流電源31、二極管32-1至32-6、線圈33_1、33_2、開關(guān)元件34、35、平滑電容器36、負(fù)載37的交流直流變換裝置。能夠使用圖8的電力轉(zhuǎn)換裝置替代圖1的電力轉(zhuǎn)換裝置9。
[0078]圖8的交流直流變換裝置使2個開關(guān)元件34、35的相位顛倒，以圖9所示的波形使其動作，由此降低開關(guān)所產(chǎn)生的紋波電流。圖9(a)示出圖8的開關(guān)元件34的動作所產(chǎn)生的電流波形的一個示例，圖9( b )示出了開關(guān)元件35的動作所產(chǎn)生的電流波形的一個示例。圖9( c )示出了圖9(a)的波形與圖9( b )的波形的合成電流波形。通過合成，變?yōu)殚_關(guān)元件34、35的動作的2倍的紋波，相當(dāng)于以2倍的周期進(jìn)行動作。
[0079]因此，通過使其像寬禁帶半導(dǎo)體那樣快速動作，并且以2倍頻率的電流紋波向交流電源流出，能夠以小型扼流線圈等來解決問題，從而能夠減輕對變壓器等設(shè)備儀器的影響。此外，圖8中記載了 2個開關(guān)元件，但開關(guān)元件的數(shù)量并不局限于2個，也可以是3個以上。設(shè)開關(guān)元件的個數(shù)為η個，若以360/η的相位差進(jìn)行動作，就能夠?qū)崿F(xiàn)上述效果。
[0080]圖10是表示電力轉(zhuǎn)換裝置的另一個結(jié)構(gòu)例的圖。圖10所示的電力轉(zhuǎn)換裝置具備:電源41、平滑電容器42、電阻43及開關(guān)部44。開關(guān)部44由6個開關(guān)元件構(gòu)成。在此類結(jié)構(gòu)的電力轉(zhuǎn)換裝置中，在作為開關(guān)元件應(yīng)用寬禁帶半導(dǎo)體的情況下，使用上述驅(qū)動裝置15進(jìn)行驅(qū)動，由此不會有損寬禁帶半導(dǎo)體的特性，并能夠降低噪聲。這是因為在使用寬禁帶半導(dǎo)體的情況下，由于寬禁帶半導(dǎo)體的等效電容與配線電感的LC共振，而振鈴成為噪聲的原因，其機(jī)理不同于以往引用例那樣由反向恢復(fù)所引發(fā)的恢復(fù)電流而產(chǎn)生的噪聲。
[0081]如此，在本實施方式中，具備:使驅(qū)動信號的轉(zhuǎn)向?qū)〞r的轉(zhuǎn)變時間的上升時及即將結(jié)束前的變化變得平緩的導(dǎo)通速度降低部13、以及在轉(zhuǎn)向斷開時將電荷快速導(dǎo)出的斷開速度改善部14。因此，在對使用寬禁帶半導(dǎo)體的實施快速開關(guān)的電力轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行驅(qū)動的情況下，能夠抑制轉(zhuǎn)向?qū)〞r及轉(zhuǎn)向斷開時的振鈴。
[0082]如上所示，本發(fā)明所涉及的電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動裝置適用于對能夠應(yīng)用寬禁帶半導(dǎo)體的電力轉(zhuǎn)換裝置、所謂交流直流變換、直流直流變換、直流交流變換、交流交流變換等的電力轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行驅(qū)動的裝置。特別是提供能夠用于轉(zhuǎn)換器、逆變器等，應(yīng)用寬禁帶半導(dǎo)體來實現(xiàn)節(jié)能，并能降低因快速開關(guān)所產(chǎn)生的噪聲的驅(qū)動裝置。除了空調(diào)機(jī)、制冷機(jī)、洗滌干燥機(jī)外，還能夠應(yīng)用于冰箱、除濕器、熱泵式熱水機(jī)、陳列柜、吸塵器等全部家電產(chǎn)品，也能夠應(yīng)用于風(fēng)扇電動機(jī)、換氣扇、烘手機(jī)、電磁感應(yīng)加熱烹調(diào)器等。進(jìn)一步而言，不僅是家電產(chǎn)品，還能應(yīng)用于電梯、自動扶梯、工廠設(shè)備用電動機(jī)驅(qū)動逆變器、電氣火車逆變器、電動汽車、混合動力汽車等工業(yè)設(shè)備用的電動機(jī)驅(qū)動逆變器。
【權(quán)利要求】
1.一種電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動裝置，其對具有由寬禁帶半導(dǎo)體形成的開關(guān)元件的電力轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行驅(qū)動， 該電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動裝置的特征在于，具備: PWM信號輸出部，其生成對所述開關(guān)元件進(jìn)行PWM驅(qū)動的驅(qū)動信號； 導(dǎo)通速度降低部，其在將所述開關(guān)元件從斷開變化成導(dǎo)通時，降低所述驅(qū)動信號的變化率；以及 斷開速度改善部，其在將所述開關(guān)元件從導(dǎo)通變化成斷開時，快速地并且以高于從斷開變化成導(dǎo)通時的電荷吸出能力從開關(guān)元件吸出電荷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動裝置，其特征在于: 所述導(dǎo)通速度降低部在所述開關(guān)元件從斷開轉(zhuǎn)向?qū)ǖ膭幼鬓D(zhuǎn)變時間剛開始后及即將結(jié)束前，降低所述驅(qū)動信號的變化率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動裝置，其特征在于: 所述導(dǎo)通速度降低部降低所述變化率，以抑制因所述開關(guān)元件的等效電容所引發(fā)的LC共振而產(chǎn)生的振鈴。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動裝置，其特征在于: 所述斷開速度改善部對于所述開關(guān)元件從導(dǎo)通轉(zhuǎn)向斷開的變化，使積蓄在所述開關(guān)元件的等效電容中的電荷放電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動裝置，其特征在于: 所述斷開速度改善部，以使在所述開關(guān)元件從導(dǎo)通向斷開變化的情況下的電荷移動量多于從斷開向?qū)ㄗ兓那闆r下的方式將電荷吸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動裝置，其特征在于: 所述電力轉(zhuǎn)換裝置具備多個所述開關(guān)元件，多個所述開關(guān)元件分別相互改變相位地被驅(qū)動。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動裝置，其特征在于: 所述電力轉(zhuǎn)換裝置是連接有以電感性負(fù)載為負(fù)載的直流交流電力轉(zhuǎn)換裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動裝置，其特征在于: 所述電力轉(zhuǎn)換裝置控制壓縮機(jī)。
9.一種電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動方法，其是對具有由寬禁帶半導(dǎo)體形成的開關(guān)元件的電力轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行驅(qū)動的驅(qū)動方法， 該電力轉(zhuǎn)換裝置的驅(qū)動方法的特征在于，具備: PWM信號輸出步驟，生成對所述開關(guān)元件進(jìn)行PWM驅(qū)動的驅(qū)動信號； 導(dǎo)通速度降低步驟，在將所述開關(guān)元件從斷開變化成導(dǎo)通時，降低所述驅(qū)動信號的變化率；以及 斷開速度改善步驟，在將所述開關(guān)元件從導(dǎo)通變化成斷開時，快速地并且以高于從斷開變化成導(dǎo)通時的電荷吸出能力，從開關(guān)元件吸出電荷。
【文檔編號】H02M1/08GK103891115SQ201180074522
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月2日
【發(fā)明者】筱本洋介, 山田倫雄, 畠山和德, 下麥桌也 申請人:三菱電機(jī)株式會社