電力變換裝置制造方法
【專利摘要】將具有2個柵極的常斷型雙方向開關(20)與變壓器(10)連接。變壓器(10)具有第1繞組(18)和第2繞組(19)。設置第1柵偏壓電源(23)和第2柵偏壓電源(24)，該第1柵偏壓電源(23)通過由第1繞組(18)產生的電力來提供驅動雙方向開關(20)的一個柵極的電力，該第2柵偏壓電源(24)通過由第2繞組(19)產生的電力來提供驅動雙方向開關(20)的另一個柵極的電力。
【專利說明】電力變換裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及AC/DC電源等的電力變換裝置。
【背景技術】
[0002]為了降低電子設備的功率消耗，正在尋求作為電力變換裝置的電源的高效率化。例如，將交流電源變換為直流電源的所謂AC/DC電源，為通過二極管整流器使交流變?yōu)橹绷麟姟⒉⑼ㄟ^DC/DC轉換器實施電力變換以成為希望的電壓的構成?？墒牵捎谠诙O管整流器以及DC/DC轉換器會產生電力變換損失，因而為了電源的高效率化，降低二極管整流器、DC/DC轉換器的電力變換損失非常重要。
[0003]作為降低在二極管整流器產生的損失的電路，提案了使用雙方向開關的不需要二極管整流器的電源(參照專利文獻I)。在二極管整流器產生的損失完全消失，因而能夠實現AC/DC電源的高效率化。但是，由于使用了在柵極電壓為OV時會接通電流的常通型的雙方向開關，因此有可能在門電路的異常時不能阻斷電流，而導致電源電路損壞。
[0004]另一方面，已知具有在柵極電壓為OV時阻斷電流的能力的常斷型的雙方向開關(參照專利文獻2、3)。
[0005]在先技術文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻I JP特開2007-28894號公報
[0008]專利文獻2 JP國際公開第2008/062800號
[0009]專利文獻3 JP特開2009-148106號公報

【發(fā)明內容】

[0010]發(fā)明要解決的課題
[0011]專利文獻I所示出的電力變換裝置，為用于驅動常通型的雙方向開關的構成，即使在該電力變換裝置中使用常斷型的雙方向開關，也不能進行驅動。
[0012]本發(fā)明鑒于上述問題點而作，目的在于提供一種使用常斷型的雙方向開關，更加安全且高效率的電力變換裝置。
[0013]解決課題的手段
[0014]為了達成上述目的，本發(fā)明所涉及的電力變換裝置的特征在于，具備:變壓器；常斷型的第I雙方向開關，其具有2個柵極并與所述變壓器相連接;第I控制部，其控制所述第I雙方向開關；和柵極電源電路，其從交流電源生成提供給所述第I雙方向開關的柵極的電力。
[0015]若更具體地進行說明，則所述變壓器具有第I繞組和第2繞組，所述柵極電源電路具有:第I柵偏壓(gate bias)電源，其通過由所述第I繞組產生的電力來提供驅動所述第I雙方向開關的一個柵極的電力；和第2柵偏壓電源，其通過由所述第2繞組產生的電力來提供驅動所述第I雙方向開關的另一個柵極的電力。[0016]發(fā)明效果
[0017]根據本發(fā)明，能夠提供一種使用常斷型的雙方向開關，而更加安全且高效率的電力變換裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是示出本發(fā)明的第I實施方式所涉及的電力變換裝置的構成的電路圖。
[0019]圖2 (a)是示出圖1中的雙方向開關的柵偏壓方法的圖，圖2(b)是示出該雙方向開關的4個動作模式的圖。
[0020]圖3是示出本發(fā)明的第2實施方式所涉及的電力變換裝置的構成的電路圖。
[0021]圖4是示出圖3中的I個輔助電源電路的第I例的電路圖。
[0022]圖5是示出圖3中的I個輔助電源電路的第2例的電路圖。
[0023]圖6是示出圖3中的I個輔助電源電路的第3例的電路圖。
[0024]圖7是示出圖6中的λ 二極管的電流電壓特性的圖。
[0025]圖8是示出本發(fā)明的第3實施方式所涉及的電力變換裝置的構成的電路圖。
[0026]圖9是示出圖8中的I個控制部的示例的電路圖。
[0027]圖10是示出本發(fā)明的第3實施方式的第I變形例的電路圖。
[0028]圖11是示出本發(fā)明的第3實施方式的第2變形例的電路圖。
【具體實施方式】
[0029]以下，基于附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。
[0030]第I實施方式
[0031]圖1是示出使用了雙方向開關的電力變換裝置的第I實施方式的電路圖。圖1中的電力變換裝置由變壓器10、第I 二極管13、第2 二極管14、電容器15、雙方向開關20、第I門電路21、第2門電路22、第I柵偏壓電源23、第2柵偏壓電源24、第I電阻25和第2電阻26構成，從第I控制信號源27以及第2控制信號源28分別向第I門電路21以及第2門電路22輸入信號，從而切換(switching)雙方向開關20來進行電力變換。
[0032]在此示出的雙方向開關20是至少對于正負的施加電壓具有耐壓、并能夠切換雙方向的電流的開關。在本實施方式中，對使用了能夠執(zhí)行專利文獻2所示的常斷動作的具有2個柵極的雙方向開關20的示例進行說明。另外，雙方向開關20具有作為第I源極電極的SI端子、作為第2源極電極的S2端子、作為第I柵極電極的Gl端子和作為第2柵極電極的G2端子。
[0033]變壓器10具有一次側繞組11和二次側繞組12，一次側繞組11的一個端子與交流電源17相連接，另一個端子與雙方向開關20的S2端子相連接。此外，二次側繞組12具有3個端子，其中I個端子與第I 二極管13的陽極相連接，另一個端子與第2 二極管14的陽極相連接，連接至二次側繞組12的中間的端子與電容器15的一個端子和負載16相連接。電容器15的另一個端子與第I 二極管13的陰極、第2 二極管14的陰極和負載16相連接。
[0034]雙方向開關20的SI端子與交流電源17相連接，Gl端子與第I門電路21的No端子相連接，G2端子與第2門電路22的No端子相連接。
[0035]第I門電路21的VDD端子與第I柵偏壓電源23的正極相連接，第I門電路21的GND端子與雙方向開關20的SI端子和第I柵偏壓電源23的負極相連接。
[0036]第2門電路22的VDD端子與第2柵偏壓電源24的正極相連接，第2門電路22的GND端子與雙方向開關20的S2端子和第2柵偏壓電源24的負極相連接。
[0037]第I電阻25被連接在雙方向開關20的SI端子與Gl端子之間，假設即使在第I門電路21不工作的情況下，也能夠將Gl端子與SI端子之間的控制電壓維持為0V，并阻斷從S2端子流向SI端子的電流，從而防止本電力變換裝置的損壞。
[0038]第2電阻26被連接在雙方向開關20的S2端子與G2端子之間，假設即使在第2門電路22不工作的情況下，也能夠將G2端子與S2端子之間的控制電壓維持為0V，并阻斷從SI端子流向S2端子的電流，從而防止本電力變換裝置的損壞。
[0039]第I門電路21以及第2門電路22，在對Vin端子輸入了例如表示Low的例如OV的信號的情況下，執(zhí)行將Vo端子與GND之間電連接并且將Vo端子與VDD端子之間電斷開的動作，在對Vin端子輸入了表示High的例如5V的信號到情況下，執(zhí)行將Vo端子與VDD端子之間電連接并且將Vo端子與GND端子之間電斷開的動作。
[0040]圖2(a)是示出在本實施方式中所使用的雙方向開關20的柵偏壓方法的圖。該雙方向開關20能夠通過連接在SI端子與Gl端子之間的電源Vgl、和連接在S2端子與G2端子之間的電源Vg2，在圖2(b)所示的4個驅動條件下實現4個動作模式。Vgl和Vg2是分別高于雙方向開關20的柵極閾值電壓的電壓,例如在輸出5V的電壓的情況下,成為在SI端子與S2端子之間雙方向地接通電流的動作模式I的狀態(tài)。此時，因為該電流電壓特性中，無偏移的特性顯現出來，所以能夠以更低的導通電阻接通電流。Vgl和Vg2分別是低于雙方向開關20的柵極閾值電壓的電壓，例如在輸出OV的電壓的情況下，成為在SI端子與S2端子之間阻斷雙方向的電流的動作模式2的狀態(tài)。此外，在Vgl輸出了高于柵極閾值電壓的例如5V、而Vg2輸出了低于柵極閾值電壓的例如OV的情況下，成為執(zhí)行從S2端子向SI端子通上電流、并阻斷從SI端子流向S2端子的電流的二極管那樣的動作的動作模式3的狀態(tài)。此夕卜，在Vg2輸出了高于柵極閾值電壓的例如5V、而Vgl輸出了低于柵極閾值電壓的例如OV的情況下，成為執(zhí)行從SI端子向S2端子通上電流、并阻斷從S2端子流向SI端子的電流的二極管那樣的動作的動作模式4的狀態(tài)。
[0041]通過使上述那樣的構成的電力變換裝置按照下面的方式執(zhí)行動作，能夠將交流電變換為直流電。
[0042]在與變壓器10相連接的交流電源17的端子的電位高于另一個交流電源17的端子的電位的情況下，通過輸入PWM(Pulse Width Modulation)信號到第I門電路21的Vin端子，切換經過變壓器10從雙方向開關20的S2端子流向SI端子的電流，并經由變壓器10向二次側繞組12傳遞電力。此時，希望輸入High信號到第2門電路22的Vin端子，并例如施加5V到雙方向開關20的G2端子，使得雙方向開關20以更低的導通電阻通上電流。另外，即使輸入Low信號到第2門電路22的Vin端子也工作。
[0043]在與變壓器10相連接的交流電源17的端子的電位低于另一個交流電源17的端子的電位的情況下，通過輸入PWM信號到第2門電路22的Vin端子，切換從雙方向開關20的SI端子經過S2端子流向變壓器10的電流，并經由變壓器10向二次側繞組12傳遞電力。此時，優(yōu)選輸入High信號到第I門電路21的Vin端子，并例如施加5V到雙方向開關20的Gl端子，使得雙方向開關20以更低的導通電阻通上電流。另外，即使輸入Low信號到第I門電路21的Vin端子也工作。
[0044]能夠將由二次側繞組12產生的電力，通過第I 二極管13與第2 二極管14整流為直流，并通過電容器15進行平滑，從而變換為穩(wěn)定的直流電。
[0045]另外，在就以交流的形式使用變壓器10的二次側繞組12產生的交流電的情況下，也可以不使用第I 二極管13、第2 二極管14、電容器15。
[0046]此外，雖然也可以從外部提供第I柵偏壓電源23和第2柵偏壓電源24，但下面對利用交流電源17生成電力的電路進行說明。
[0047]第2實施方式
[0048]圖3是第2實施方式的電力變換裝置的電路圖。第2實施方式為從交流電源17得到第I實施方式的第I柵偏壓電源23與第2柵偏壓電源24的電力的構成。
[0049]第I柵偏壓電源23由變壓器10具有的第I繞組18、第3 二極管33、第2電容器35和第I輔助電源電路37構成，第I繞組18的一個端子與雙方向開關20的SI端子相連接，另一個端子與第3 二極管33的陽極相連接。第3 二極管33的陰極與第I輔助電源電路37的No端子和第I門電路21的VDD端子相連接。第2電容器35的一個端子與第I門電路21的VDD端子相連接，另一個端子與第I門電路21的GND端子相連接。第I輔助電源電路37的GND端子與雙方向開關20的SI端子相連接，Vi端子與連接變壓器10和交流電源17的布線相連接。
[0050]第2柵偏壓電源24由變壓器10具有的第2繞組19、第4 二極管34、第3電容器36和第2輔助電源電路38構成，第2繞組19的一個端子與雙方向開關20的S2端子相連接，另一個端子與第4 二極管34的陽極相連接。第4 二極管34的陰極與第2輔助電源電路38的No端子和第2門電路22的VDD端子相連接。第3電容器36的一個端子與第2門電路22的VDD端子相連接，另一個端子與第2門電路22的GND端子相連接。第2輔助電源電路38的GND端子與雙方向開關20的S2端子相連接，Vi端子與連接雙方向開關20和交流電源17的布線相連接。
[0051]通過設為這樣的構成，在雙方向開關20的切換動作中，電力不僅從一次側繞組11傳遞到二次側繞組12，還傳遞到第I繞組18、第2繞組19。例如，將由第I繞組18產生的電力通過第3 二極管33變換為直流電，并通過第2電容器35進行平滑，從而作為驅動第I門電路21的電力來提供。此外，也同樣地生成第2柵偏壓電源24的電力。
[0052]此外，在雙方向開關20未執(zhí)行切換動作的情況下，在第I柵偏壓電源23中，第I輔助電源電路37始終供給電力。同樣地，在第2柵偏壓電源24中，第2輔助電源電路38始終供給電力。
[0053]通過上述這樣的構成從交流電源17直接確保第I以及第2柵偏壓電源23、24的電力。
[0054]圖4示出在本實施方式中所述的輔助電源電路37的第I例。第I例的輔助電源電路37由第I 二極管41、第2 二極管42、三端子調節(jié)器43、第I設定用電阻44、第2設定用電阻45、電容器46和齊納二極管47構成，具有Vi端子、Vo端子和GND端子。Vi端子與第I 二極管41的陽極相連接，第I 二極管41的陰極與三端子調節(jié)器43的Vin端子相連接，三端子調節(jié)器43的Vout端子與齊納二極管47的陰極和Vo端子相連接，三端子調節(jié)器43的ADJ端子經由第I設定用電阻44與齊納二極管47的陽極和GND端子相連接。電容器46的一個端子與Vo端子相連接，另一個端子與GND端子相連接。第2設定用電阻45被連接在三端子調節(jié)器43的Vout端子與ADJ端子之間。第2 二極管42的陰極與三端子調節(jié)器43的Vin端子相連接，陽極與三端子調節(jié)器43的Vout端子相連接。
[0055]在Vi端子的電位高于GND端子的電位時，從交流電源17經由Vi端子與第I 二極管41，對三端子調節(jié)器43施加電壓。通過三端子調節(jié)器43降壓至希望的柵偏壓電壓，例如在此降壓至5V。為了柵偏壓電壓的穩(wěn)定化，在此插入電容器46與齊納二極管47。
[0056]此外，在Vi端子的電位低于GND端子的電位時，通過第I 二極管41來維持Vi端子與GND端子之間的電壓，并通過第2 二極管42與齊納二極管47使得不會對三端子調節(jié)器43與電容器46施加較大的反方向電壓。
[0057]通過采用這樣的構成，能夠從交流電源17來提供柵偏壓電源23的電力。另外，只要能夠得到希望的輸出電壓，也可以不是齊納二極管47，也可以按照不對電容器46施加反方向電壓的方式采用二極管。
[0058]另外，只要三端子調節(jié)器43能夠設定希望的輸出電力，也可以沒有第I設定用電阻44以及第2設定用電阻45。
[0059]另外，如果在三端子調節(jié)器43的Vout端子與Vin端子之間，即使施加Vin端子的電位較高的電壓，只要該三端子調節(jié)器43不會損壞而正常工作，那么也可以沒有第I 二極管41以及第2 二極管42。
[0060]圖5是示出了輔助電源電路37的第2例的電路圖。第2例的輔助電源電路37由二極管51、常通型FET (Field-Effect Transistor) 52、電容器53和齊納二極管54構成，具有Vi端子、Vo端子和GND端子。Vi端子經由二極管51與常通型FET52的漏極相連接，常通型FET52的源極與Vo端子相連接，柵極與GND端子相連接。電容器53被連接在Vo端子與GND端子之間，齊納二極管54的陰極與Vo端子相連接，陽極與GND端子相連接。另外，在此，常通型FET52的柵極閾值電壓例如設為-5V。
[0061]在Vi端子的電位高于GND端子的電位時，從交流電源17經由Vi端子與二極管51，對常通型FET52施加電壓。在對電容器53充電了 5V電壓時，因為常通型FET52的柵極電壓相對于源極為-5V，所以常通型FET52變?yōu)閿嚅_狀態(tài)。在從Vo端子與GND端子之間供給電力、例如電容器53的電壓為4V時，常通型FET52的柵極電壓相對于源極為-4V，常通型FET52變?yōu)榻油顟B(tài)，從交流電源17經由二極管51對電容器53進行充電。若進行充電從而電容器53的電壓變?yōu)?V，則常通型FET52又變?yōu)閿嚅_狀態(tài)。
[0062]此外，在Vi端子的電位低于GND端子的電位時，通過二極管51來維持Vi端子與GND端子之間的電壓，并使得不會對常通型FET52與電容器53施加較大的反方向電壓。
[0063]通過采用這樣的構成，能夠從交流電源17來提供柵偏壓電源23的電力。另外，只要能夠得到希望的輸出電壓，也可以不是齊納二極管54，也可以按照不對電容器53施加反方向電壓的方式采用二極管。
[0064]另外，也可以為了調整輔助電源電路37的輸出電壓，在常通型FET52的柵極與GND端子之間插入齊納二極管。
[0065]圖6是示出了輔助電源電路37的第3例的電路圖。第3例的輔助電源電路37由第I 二極管61、第2 二極管62、λ 二極管63、電容器64和齊納二極管65構成，具有Vi端子、Vo端子和GND端子。第I 二極管61的陽極與Vi端子相連接，陰極與λ 二極管63的陽極相連接。λ 二極管63的陰極與Vo端子相連接。電容器64的一個端子與Vo端子相連接，另一個端子與GND端子相連接。齊納二極管65的陰極與Vo端子相連接，陽極與GND端子相連接。第2 二極管62的陰極與λ 二極管63的陽極相連接，陽極與λ 二極管63的陰極相連接。
[0066]圖7示出了 λ 二極管63的電流電壓特性。λ 二極管63具有若是較低的施加電壓則接通電流、若施加較高的電壓則阻斷電流的特性。
[0067]通過采用上述的構成，在Vi端子的電位高于GND端子的電位時，從交流電源17經由Vi端子與第I 二極管61，對λ 二極管63施加電壓。在施加給λ 二極管63的電壓例如是I?2V程度的情況下，因為λ 二極管63為接通狀態(tài)，所以能夠通過交流電源17的電力對電容器64進行充電。若交流電源17的電壓增高、施加給λ 二極管63的電壓例如為IOV程度，則λ 二極管63變?yōu)樽钄酄顟B(tài)，不接通電流。因為在交流電源17的I個周期中存在2次λ 二極管63成為接通狀態(tài)的電壓，在該時刻能夠從交流電源17對電容器64進行充電。
[0068]此外，在Vi端子的電位低于GND端子的電位時，由于通過第I 二極管61來維持Vi端子與GND端子之間的電壓，第2 二極管62與λ 二極管63反并聯(lián)地連接，因此使得不會對λ 二極管63施加較大的反方向電壓，從而防止了損壞。另外，若是λ 二極管63不會損壞的范圍內的電壓，則無需使用第2 二極管62。
[0069]另外，也可以在圖3所示的實施方式中，廢除第I繞組18、第2繞組19、第3 二極管33、第4 二極管34、第2電容器35以及第3電容器36，而通過第I輔助電源電路37以及第2輔助電源電路38來生成第I以及第2柵偏壓電源23、24的電力。
[0070]根據上述那樣的構成，能夠使用常斷型雙方向開關20構成電力變換裝置，并能夠進一步提高電力變換裝置的安全性。
[0071]第3實施方式
[0072]圖8是示出第3實施方式的電力變換裝置的電路圖。圖8中的電力變換裝置具有分別在第I以及第2實施方式中所述的具有2個柵極的第I雙方向開關71、第2雙方向開關72、第3雙方向開關73和第4雙方向開關74，并由變壓器10、第I 二極管13、第2 二極管14、電容器15、與第I雙方向開關71相連接的第I控制部81、與第2雙方向開關72相連接的第2控制部82、與第3雙方向開關73相連接的第3控制部83和與第4雙方向開關74相連接的第4控制部84構成。
[0073]在本實施方式的電力變換裝置中，第I雙方向開關71與第2雙方向開關72串聯(lián)連接的電路、和第3雙方向開關73與第4雙方向開關74串聯(lián)連接的電路進行并聯(lián)連接，交流電源17經由第IAC總線75與第I雙方向開關71以及第3雙方向開關73相連接，而且，經由第2AC總線76與第2雙方向開關72以及第4雙方向開關74相連接。變壓器10的一次側繞組11的一個端子與第I雙方向開關71和第2雙方向開關72的連接點相連接，另一個端子與第3雙方向開關73和第4雙方向開關74的連接點相連接。
[0074]此外，變壓器10的二次側繞組12具有3個端子，其中I個端子與第I 二極管13的陽極相連接，另一個端子與第2 二極管14的陽極相連接，被連接到二次側繞組12的中間的端子，與電容器15的一個端子和負載16相連接。電容器15的另一個端子與第I 二極管13的陰極、第2 二極管14的陰極和負載16相連接。[0075]第I控制部81的Vddl端子、第2控制部82的Vddl端子、第3控制部83的Vddl端子和第4控制部84的Vddl端子，與第2AC總線76相連接。此外，第I控制部81的Vdd2端子、第2控制部82的Vdd2端子、第3控制部83的Vdd2端子和第4控制部84的Vdd2端子，與第IAC總線75相連接。
[0076]圖9示出在本實施方式中所使用的控制部81?84的構成例?？刂撇?1具有SI端子、S2端子、Gl端子、G2端子、Vinl端子、Vin2端子、Vddl端子和Vdd2端子，并具備第I門電路21、第2門電路22、第I電阻25、第2電阻26、第I電容器91、第2電容器92、第I輔助電源電路37和第2輔助電源電路38。第I以及第2門電路21、22與第I以及第2輔助電源電路37、38，也可以和在第I以及第2實施方式中所述的電路相同。
[0077]在圖9的控制部81中，第I門電路21的Vo端子與Gl端子相連接，第I門電路21的GND端子與SI端子相連接，第I門電路21的Vin端子與Vinl端子相連接，第I門電路21的VDD端子與第I輔助電源電路37的No端子相連接。第I電阻25的一個端子與Gl端子相連接，另一個端子與SI端子相連接。第I電容器91的一個端子與第I門電路21的VDD端子相連接，另一個端子與第I門電路21的GND端子相連接。第I輔助電源電路37的GND端子與SI端子相連接，第I輔助電源電路37的Vi端子與Vddl端子相連接。
[0078]第2門電路22的No端子與G2端子相連接，第2門電路22的GND端子與S2端子相連接，第2門電路22的Vin端子與Vin2端子相連接，第2門電路22的VDD端子與第2輔助電源電路38的Vo端子相連接。第2電阻26的一個端子與G2端子相連接，另一個端子與S2端子相連接。第2電容器92的一個端子與第2門電路22的VDD端子相連接，另一個端子與第2門電路22的GND端子相連接。第2輔助電源電路38的GND端子與S2端子相連接，第2輔助電源電路38的Vi端子與Vdd2端子相連接。
[0079]通過采用上述的構成，能夠從交流電源17生成柵偏壓電源的電力，通過來自外部的控制信號即對Vinl端子以及Vin2端子的信號來控制第I?第4雙方向開關71?74,并經由變壓器10將交流電變換為直流電。
[0080]在本實施方式中，控制信號輸入到第I?第4控制部81?84各自的Vinl端子與Vin2端子。通過將High信號輸入到Vinl端子,來對雙方向開關的Gl端子施加柵極閾值電壓以上的電壓，通過輸入Low信號來對雙方向開關的Gl端子施加小于柵極閾值電壓的電壓。同樣地，通過將High信號輸入到Vin2端子來對雙方向開關的G2端子施加柵極閾值電壓以上的電壓，通過輸入Low信號對雙方向開關的G2端子施加小于柵極閾值電壓的電壓。此外，輸入到Vinl端子以及Vin2端子的控制信號，在與生成控制信號的電路的基準電位不同的情況下，經由光稱合器(photo coupler)等的對一次側與二次側絕緣的絕緣稱合器來輸入。這樣，只要將控制信號輸入到第I?第4控制部81?84各自的Vinl端子以及Vin2端子，就能夠將交流電變換為直流電。
[0081]根據上述那樣的構成，能夠使用常斷型雙方向開關71?74來構成電力變換裝置，并能夠進一步提高電力變換裝置的安全性。
[0082]另外，關于通過什么樣的動作序列來控制第I?第4雙方向開關71?74的柵極，也可以按照專利文獻3所記載的定時來進行。
[0083]圖10是示出第3實施方式的第I變形例的圖。與圖8相比，在第I控制部81的Vddl端子以及Vdd2端子、和第3控制部83的Vddl端子以及Vdd2端子與第2AC總線76相連接這一點上不同。此外，在第2控制部82的Vddl端子以及Vdd2端子和第4控制部84的Vddl端子以及Vdd2端子與第IAC總線75相連接這一點上不同。
[0084]通過這樣的構成，也能夠從交流電源17生成柵偏壓電源的電力，通過來自外部的信號來控制第I?第4雙方向開關71?74，并經由變壓器10將交流電變換為直流電。
[0085]圖11是示出第3實施方式的第2變形例的圖。與圖8相比，在如下點上不同:第I控制部81的Vddl端子和第2控制部82的Vdd2端子與第I雙方向開關71和第2雙方向開關72的連接點相連接，第3控制部83的Vddl端子和第4控制部84的Vdd2端子與第3雙方向開關73和第4雙方向開關74的連接點相連接，第I控制部81的Vdd2端子和第3控制部83的Vdd2端子與第IAC總線75相連接，第2控制部82的Vddl端子和第4控制部84的Vddl端子與第2AC總線76相連接。
[0086]通過這樣的構成，也能夠從交流電源17生成柵偏壓電源的電力，通過來自外部的信號來控制第I?第4雙方向開關71?74，并經由變壓器10將交流電變換為直流電。
[0087]另外，前述的輔助電源電路37內的電容器46、53、64，在第3實施方式中也可以兼用作與第I以及第2輔助電源電路37、38的No端子相連接的第I以及第2電容器91、92。
[0088]此外，在第I?第3實施方式中，對于雙方向開關20、71?74，可以利用使用了 2個IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)與2個二極管的雙方向開關、具有阻斷反方向電流的能力的2個IGBT反并聯(lián)地連接的雙方向開關、串聯(lián)連接2個MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)的雙方向開關等，也可以利用具有2個柵極的雙柵型MOSFET。
[0089]此外，在第I?第3實施方式中，示出了在變壓器10的二次側繞組12連接第I 二極管13、第2 二極管14以及電容器15，并將由二次側繞組12產生的交流電變換為直流電的示例，但在直接使用交流電的情況下，也可以直接使用電力變換后的輸出到二次側繞組12的交流電。
[0090]另外，本發(fā)明的電力變換裝置能夠通過和專利文獻2所記載的具有P型柵極的雙柵型雙方向開關進行組合，能夠更進一步實現電力變換裝置的高效率化以及小型化。專利文獻2記載的使用了 P型柵極的雙方向開關通過從柵極注入空穴，能夠在溝道內引起電導調制，從而實現驅動電流的增大、導通電阻的降低。因此，通過利用該雙方向開關來構成電力變換裝置，能夠降低導通電阻所引起的導通損失，并與現有的由絕緣柵型器件所構成的雙方向開關構成的電力變換裝置相比能夠實現小型化、高效率化。
[0091]為了通過具有P型柵極的雙方向開關來使電導調制發(fā)生，與絕緣柵型器件相比，為了維持雙方向開關的接通狀態(tài)而需要較大的柵極電流?，F有已知的柵極電源電路成為如下構成:將電能例如使用發(fā)光二極管變換為光等其他的能量，使用太陽電池再變換為電能，生成浮動的柵極電力。在該情況下，由于向其他形態(tài)的能量進行一次變換，因而變換效率低下，只能得到y(tǒng)w程度的電力。因此，雖然足夠用于驅動絕緣柵型器件，但卻不足以進行具有P型柵極的雙方向開關的驅動。此外，雖然還有使用具有變壓器的絕緣型DC/DC轉換器的方法，但變壓器的小型化很困難，結果電力變換裝置會大型化。
[0092]另一方面，在第I?第3實施方式中所示出的柵極電源電路，不是直接變換為光能量的方式，而是通過直接的電力變換來生成柵極電力，所以能夠在較小的尺寸下，確保驅動具有P型柵極的雙方向開關所需要的柵極電力。此外，因為主要通過電阻和半導體元件來構成，所以能夠實現柵極電源電路的集成化。通過本發(fā)明和專利文獻2記載的具有P型柵極的雙方向開關，能夠更進一步實現電力變換電路的小型化。
[0093]工業(yè)實用性
[0094]如以上所說明的那樣，本發(fā)明所涉及的電力變換裝置是使用了常斷型的雙方向開關的、更加安全且高效率的電力變換裝置，作為AC/DC電源等非常有用。
[0095]符號說明
[0096]10變壓器
[0097]11 一次側繞組
[0098]12 二次側繞組
[0099]13、14 二極管
[0100]15 電容器
[0101]16 負載
[0102]17交流電源
[0103]18第I繞組
[0104]19第2繞組
[0105]20雙方向開關
[0106]21、22 門電路
[0107]23、24柵偏壓電源
[0108]25、26 電阻
[0109]27,28控制信號源
[0110]33、34 二極管
[0111]35,36 電容器
[0112]37、38輔助電源電路
[0113]41、42 二極管
[0114]43三端子調節(jié)器
[0115]44、45設定用電阻
[0116]46 電容器
[0117]47齊納二極管
[0118]51 二極管
[0119]52 常通型 FET
[0120]53 電容器
[0121]54齊納二極管
[0122]61 62 二極管
[0123]63 λ 二極管
[0124]64 電容器
[0125]65齊納二極管
[0126]71、72、73、74 雙方向開關
[0127]75、76 AC 總線
[0128]81、82、83、84 控制部
[0129]91、92 電容器
【權利要求】
1.一種電力變換裝置，其特征在于，具備: 變壓器； 常斷型的第I雙方向開關，其具有2個柵極并與所述變壓器相連接； 第I控制部，其控制所述第I雙方向開關；和 柵極電源電路，其從交流電源生成提供給所述第I雙方向開關的柵極的電力。
2.根據權利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述變壓器具有第I繞組和第2繞組， 所述柵極電源電路具有: 第I柵偏壓電源，其通過由所述第I繞組產生的電力來提供驅動所述第I雙方向開關的一個柵極的電力；和 第2柵偏壓電源，其通過由所述第2繞組產生的電力來提供驅動所述第I雙方向開關的另一個柵極的電力。
3.根據權利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述柵極電源電路具有調節(jié)器。
4.根據權利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述柵極電源電路具有常通型的晶體管。
5.根據權利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述柵極電源電路具有λ 二極管。
6.根據權利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，還具備: 常斷型的第2雙方向開關； 第2控制部，其控制所述第2雙方向開關； 常斷型的第3雙方向開關； 第3控制部，其控制所述第3雙方向開關； 常斷型的第4雙方向開關；和 第4控制部，其控制所述第4雙方向開關。
7.根據權利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述第I雙方向開關具有P型柵極。
8.根據權利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于， 在所述第I雙方向開關的第I源極電極與第I柵極電極之間連接有第I電阻，在所述第I雙方向開關的第2源極電極與第2柵極電極之間連接有第2電阻。
【文檔編號】H02M1/08GK103765746SQ201280042309
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年6月15日 優(yōu)先權日:2011年8月30日
【發(fā)明者】森田竜夫 申請人:松下電器產業(yè)株式會社