電源裝置以及電源裝置的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有使用了寬能帶隙半導(dǎo)體的半導(dǎo)體元件的電源裝置，該電源裝置進行將交流電源變換為直流電源的轉(zhuǎn)換器動作、或者將直流電源變換為交流電源的逆變器動作。
【背景技術(shù)】
[0002]在以往的電源裝置中，有為了輸入電流的功率因數(shù)的改善以及輸出電壓的升壓而使用具有電抗器、二極管以及半導(dǎo)體開關(guān)元件的升壓電路來進行轉(zhuǎn)換器動作的電源裝置(例如使用了升壓斬波器電路的轉(zhuǎn)換器裝置)。另外，作為該電源裝置的發(fā)展形態(tài)，有具備利用交錯方式的功率因數(shù)改善電路的電源裝置。在交錯方式的電源裝置中，使輸入端的高電壓側(cè)分支為2個以上的電流路徑，對所分支的各個路徑連接由電抗器、半導(dǎo)體開關(guān)元件以及二極管構(gòu)成的電路，使這些半導(dǎo)體開關(guān)元件交替地進行開關(guān)動作，從而抑制高次諧波噪聲電流(例如專利文獻1、2)。
[0003]在該交錯方式的電源裝置中，越是提高半導(dǎo)體開關(guān)元件的開關(guān)頻率，能夠越是減少電流的脈動分量，能夠?qū)崿F(xiàn)電抗器的小型化。但是，開關(guān)頻率的上升存在導(dǎo)致半導(dǎo)體開關(guān)元件中的電力損耗增加這樣的問題。因此，作為半導(dǎo)體開關(guān)元件，考慮并非使用由Si (硅)半導(dǎo)體形成的 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極晶體管)、MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)，場效應(yīng)晶體管)，而使用由SiC(碳化硅)等寬能帶隙半導(dǎo)體形成的半導(dǎo)體開關(guān)元件(例如M0SFET)，從而能夠抑制半導(dǎo)體開關(guān)元件中的電力損耗并且實施半導(dǎo)體開關(guān)元件的尚頻驅(qū)動。
[0004]專利文獻1:日本特開平11-289766號公報
[0005]專利文獻2:日本特開2007-195282號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]已知由SiC半導(dǎo)體形成的MOSFET (記載為SiC-MOSFET)具有溝道迀移率比S1-MOSFET的溝道迀移率更低這樣的器件特性，所以SiC-MOSFET的溝道部的電阻高于S1-MOSFET的溝道部的電阻。因此，在作為上述那樣的電源裝置的半導(dǎo)體開關(guān)元件而使用了SiC-MOSFET的情況下，考慮通過將半導(dǎo)體開關(guān)元件的柵極電壓設(shè)定得高于S1-MOSFET的柵極電壓而使MOSFET的溝道部的電阻降低。
[0007]但是，一般MOSFET其柵極的耐電壓性能低，所以難以提高柵極電壓的情況較多。另外，為了提高SiC-MOSFET的柵極電壓，需要與SiC-MOSFET以外的電路元件用的直流電壓源(例如15V)獨立地，為了用于SiC-MOSFET的柵極電壓而追加高電壓的直流電壓源(例如18V)、或者追加用于提高直流電壓的電路。因此，在有電子基板的基板面積方面的限制的情況下，無法追加新的電源等，所以還產(chǎn)生無法實現(xiàn)柵極電壓的高電壓化的情形。
[0008]在這樣的柵極電壓并非高電壓的狀況(例如柵極電壓低于15V的狀態(tài))并且極端的低溫(例如_50°C )的動作溫度環(huán)境下使用了 SiC-MOSFET的情況下，SiC-MOSFET的溝道迀移率變得異常低，所以有可能使導(dǎo)通電阻激增而產(chǎn)生急劇的發(fā)熱從而MOSFET元件被破壞。因此，難以實現(xiàn)在這樣的嚴酷的低溫環(huán)境下動作的電源裝置。
[0009]本發(fā)明是為了解決上述那樣的課題而完成的，本發(fā)明的目的在于得到一種在半導(dǎo)體開關(guān)元件中使用SiC-MOSFET、并且即使在低溫環(huán)境下也能夠動作的電源裝置。
[0010]本發(fā)明的電源裝置的特征在于，具備:電力變換單元，具有I個以上的第I半導(dǎo)體開關(guān)元件，進行將交流電力變換為直流電力的轉(zhuǎn)換器動作或者將直流電力變換為交流電力的逆變器動作；加熱用電阻，用于對所述第I半導(dǎo)體開關(guān)元件進行加熱；第2半導(dǎo)體開關(guān)元件，控制該加熱用電阻的導(dǎo)通；溫度檢測單元，檢測為了所述第I半導(dǎo)體開關(guān)元件的散熱而設(shè)置的散熱器的溫度或者室外空氣溫度；以及控制單元，使用所述溫度檢測單元檢測到的溫度，生成對所述第I半導(dǎo)體開關(guān)元件以及所述第2半導(dǎo)體開關(guān)元件進行接通/斷開控制的驅(qū)動信號。
[0011]本發(fā)明的電源裝置能夠擴展構(gòu)成電力變換單元的半導(dǎo)體開關(guān)元件的可驅(qū)動的溫度區(qū)域，所以能夠提供能夠在更低的溫度環(huán)境下使用的電源裝置。
【附圖說明】
[0012]圖1是實施方式I中的電源裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖2是說明實施方式I中的控制動作的動作流程圖。
[0014]圖3是實施方式2中的電源裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖4是說明實施方式2中的控制動作的動作流程圖。
[0016]圖5是示出實施方式2中的通電時間閾值數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)的圖。
[0017]圖6是實施方式I中的電源裝置的結(jié)構(gòu)圖(變形例)。
[0018]圖7是實施方式I中的電源裝置的結(jié)構(gòu)圖(變形例)。
[0019]圖8是實施方式3中的電源裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖9是說明實施方式3中的控制動作的動作流程圖。
[0021](符號說明)
[0022]1:交流電源；2:整流單元；3:加熱用電阻；4:半導(dǎo)體開關(guān)元件；5:升壓單元；6:平滑單元；7:電抗器；8:半導(dǎo)體開關(guān)元件；9:逆流防止二極管；10:分流電阻；11:直流負載；12:驅(qū)動電路；13:驅(qū)動電路；14:控制單元；15:輸出電壓檢測單元；16:散熱器溫度檢測單元；17:電流檢測單元；18:室外空氣溫度檢測單元；19:數(shù)據(jù)存儲單元；20:三相交流電源；21:整流單元；22:直流電源；23:逆變器主電路；24:半導(dǎo)體開關(guān)元件；25:驅(qū)動電路；26:電流檢測單元；27:分流電阻；28:加熱用電阻；29:半導(dǎo)體開關(guān)元件；30:驅(qū)動電路；31:散熱器溫度檢測單元；32:控制單元；33:三相馬達。
【具體實施方式】
[0023]實施方式1.
[0024]根據(jù)附圖，說明實施方式I中的電源裝置的結(jié)構(gòu)以及動作。圖1示出進行將交流電力變換為直流電力的轉(zhuǎn)換器動作的電源裝置(轉(zhuǎn)換器裝置)的結(jié)構(gòu)圖。在圖1所示的電源裝置中，作為單相交流電源的交流電源I與作為由二極管Dl?D4構(gòu)成的橋電路(全波整流電路)的整流單元2連接，在整流單元2的正極側(cè)輸出端子與負極側(cè)輸出端子之間串聯(lián)地連接了加熱用電阻3和由硅半導(dǎo)體形成的半導(dǎo)體開關(guān)元件4 (例如，硅-η型MOSFET)。對整流單元2的高電位輸出端子，并聯(lián)地連接了升壓單元5a、升壓單元5b，升壓單元5a、升壓單元5b的輸出端子與平滑單元(輸出電容器)6連接。逆變器等直流負載11并聯(lián)連接于平滑單元6的端子間。直流負載11從平滑單元6接受電力的供給而動作。
[0025]升壓單元5a由作為升壓電抗器發(fā)揮功能的電抗器7a、半導(dǎo)體開關(guān)元件8a、逆流防止二極管9a、以及分流電阻1a構(gòu)成。升壓單元5b也具有與升壓單元5a同樣的結(jié)構(gòu)，由作為升壓電抗器發(fā)揮功能的電抗器7b、半導(dǎo)體開關(guān)元件Sb、逆流防止二極管9b以及分流電阻1b構(gòu)成。另外，由整流單元2、升壓單元5a、5b、平滑單元6構(gòu)成進行轉(zhuǎn)換器動作的電力變換單元。
[0026]半導(dǎo)體開關(guān)元件8a利用由碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)系材料或者金剛石等寬能帶隙半導(dǎo)體形成的半導(dǎo)體開關(guān)元件(例如SiC-n型MOSFET)來構(gòu)成，集電極或者漏極連接于電抗器7a與逆流防止二極管9a之間，發(fā)射極或者源極經(jīng)由分流電阻1a而與整流單元2的負極側(cè)輸出端子及平滑單元6的負極側(cè)端子連接。同樣地，半導(dǎo)體開關(guān)元件Sb利用由SiC等寬能帶隙半導(dǎo)體形成的半導(dǎo)體開關(guān)元件來構(gòu)成，集電極或者漏極連接于電抗器7b與逆流防止二極管9b之間，發(fā)射極或者源極經(jīng)由分流電阻1b而與整流單元2的負極側(cè)輸出端子及平滑單元6的負極側(cè)端子連接。
[0027]逆流防止二極管9a的陽極與電抗器7a及半導(dǎo)體開關(guān)元件8a連接，陰極與平滑單元6連接。逆流防止二極管9b的陽極與電抗器7b及半導(dǎo)體開關(guān)元件Sb連接，陰極與平滑單元6連接。
[0028]輸出電壓檢測單元15與平滑單元6的兩端連接，檢測平滑單元6的端子之間的直流電壓。另外，散熱器溫度檢測單元16由熱敏電阻等構(gòu)成，設(shè)置于為了半導(dǎo)體開關(guān)元件8a、8b的各元件的散熱而設(shè)置的散熱器(未圖示)的周圍、或者與散熱器直接接觸地設(shè)置，而檢測散熱器的溫度。另外，電流檢測單元17a、17b根據(jù)分流電阻10a、10b的兩端電壓，分別檢測在分流電阻10a、10b中流過的電流。
[0029]控制單元14根據(jù)輸出電壓檢測單元15檢測到的平滑單元6的兩端電壓、電流檢測單元17a、17b檢測到的分流電阻10a、10b中流過的電流值、以及散熱器溫度檢測單元16檢測到的散熱器溫度，生成對半導(dǎo)體開關(guān)元件4以及半導(dǎo)體開關(guān)元件8a、8b分別進行接通/斷開(ON/OFF)控制的驅(qū)動信號，輸出到驅(qū)動電路12a、12b以及驅(qū)動電路13。另外，控制單元14具體而言通過微型計算機、DSP (Digital