一种电力转换装置，具备双向开关，该双向开关插入安装于串联连接且被相互关联地进行导通关断驱动来转换直流电压的一对或多对半导体开关元件的串联连接点与电源部之间，将上述半导体开关元件钳位在上述直流电压的中间电位点，该电力转换装置用于防止上述半导体开关元件进行关断动作时上述双向开关损坏。将上述半导体开关元件进行关断动作时在上述双向开关处产生的感应电动势抑制为上述双向开关开始正向恢复时的栅极电压与栅极阈值电压之差以下，从而防止上述双向开关正向恢复时的异常电压上升。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种在成对的半导体开关元件的串联连接点与电源部之间插入安装有双向开关的中性点钳位(NPC)式电力转换装置。
技术介绍
作为小型且高效的电力转换装置，已知一种逆变器，该逆变器对串联连接的一对半导体开关元件以相互关联的方式进行导通关断(ON/OFF)驱动来转换直流电压。其中尤其是以三电平逆变器为代表的多电平逆变器与一般的两电平逆变器相比在实现小型化、高效化的方面具有很多优点。顺带一提，三电平逆变器也被称为中性点钳位式(NPC；Neutral Point Clamped)逆变器。如果将上述直流电压设为Vin，则针对该中性点的输出电压为±Vin/2以及0这三个值。因而，使用了三电平逆变器的三相逆变器中的输出电压取±Vin、±Vin/2以及0这五个值。由此，生成接近正弦波的交流电压(例如参照专利文献1、2)。 图1表示构建了三相交流用电力转换装置的改进型NPC式逆变器的概要结构图。该逆变器(电力转换装置)具备三对(六个)半导体开关元件(例如IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)Q1、Q2～Q6，这三对半导体开关元件分别串联连接而形成三组半桥电路，被相互关联地进行导通关断驱动来转换直流电压Vin。这些半桥电路并联连接而构成针对三相交流的全桥电路。此外，图中D1、D2～D6是被设置成与上述各半导体开关元件Q1、Q2～Q6分别反并联的多个续流二极管(free-wheeling diode)。另外，在上述各半桥电路的中间点与电源部之间，分别插入安装有将上述半导体开关元件Q1、Q2～Q6钳位在上述直流电压Vin的中性点(中间电位点；Vin/2)的三个双向开关S1、S2、S3。 这些双向开关S1、S2、S3例如图2的(a)所示那样由反并联连接的开关元 件(例如IGBT)Q11、Q12以及与各开关元件Q11、Q12分别串联连接的二极管D11、D12构成。这些二极管D11、D12起到提高上述开关元件Q11、Q12的反向耐压的作用。另外，最近，将提高了反向耐压的开关元件(例如逆阻型IGBT)Q21、Q22如图2的(b)所示那样反并联连接来构建上述双向开关S1、S2、S3的情况也多(例如参照专利文献3、4)。 此外，也有时使用MOS-FET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor：金属氧化物半导体场效应管)来代替上述IGBT作为上述半导体开关元件Q1、Q2～Q6，另外还有时使用逆阻型MOS-FET代替逆阻型IGBT来构建上述双向开关S1、S2、S3。 专利文献1：日本特开2012-253981号公报 专利文献2：日本特开2011-223867号公报 专利文献3：日本特开2011-193646号公报 专利文献4：日本特开2008-193779号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题 但是，随着上述IGBT、MOS-FET的开关速度的提高，NPC式逆变器中的各种部位处的布线电感越来越成为问题。例如当上述半导体开关元件(IGBT)Q1、Q2～Q6与上述双向开关(反向耐压IGBT)S1、S2、S3之间的布线电感大时，该半导体开关元件(IGBT)Q1、Q2～Q6进行关断动作时的浪涌电压变大。因此，上述半导体开关元件(IGBT)Q1、Q2～Q6以及上述双向开关(反向耐压IGBT)S1、S2、S3需要具备电压耐量高的特性。 但是在这种情况下，会招致上述半导体开关元件(IGBT)Q1、Q2～Q6等的大型化、成本提高的问题。因此，以往例如尝试了以下做法：将分别构成上述各半桥电路的一对半导体开关元件以及上述双向开关收纳在一个封装中来模块化，减小该半导体开关元件与双向开关之间的布线电感。 然而，在如上所述那样构成的NPC式逆变器中确认出，在上述半导体开 关元件Q1、Q2～Q6的开关速度(关断速度)快的情况下，会产生如下现象：在该半导体开关元件Q1、Q2～Q6进行关断动作时上述双向开关会随着发热而发生元件损坏。为了消除这种问题，例如考虑增大针对双向开关的冷却装置，但是这自然是有限的。 本专利技术是考虑到这种情形而完成的，其目的在于提供一种即使在半导体开关元件的开关速度(关断速度)快的情况下也能够有效避免该半导体开关元件进行关断动作时的双向开关的元件损坏的电力转换装置。 用于解决问题的方案 本专利技术是着眼于半导体开关元件进行关断动作时的上述双向开关的行为而完成的。即，在半导体开关元件进行关断动作时，构成上述双向开关的元件(逆阻型IGBT或逆阻型MOS-FET)以二极管模式进行动作。此时，上述逆阻型IGBT(逆阻型MOS-FET)处于其栅极被正偏置而沟道打开的状态，在该状态下如图3的(a)所示那样从反向偏置状态切换为正向偏置状态。在此，图3示出了在上述半导体开关元件进行关断动作时施加于上述逆阻型IGBT(逆阻型MOS-FET)的电压(Vce)和流过该逆阻型IGBT的电流(Ic)的变化。 顺带一提，上述逆阻型IGBT(逆阻型MOS-FET)以上述的二极管模式进行动作的状态是与二极管的正向恢复相当的动作模式。而且确认出，在该动作模式下，若上述半导体开关元件的关断速度快，则会例如图3的(b)所示那样施加于上述逆阻型IGBT(逆阻型MOS-FET)的电压(Vce)异常地上升。于是，此时流过上述逆阻型IGBT(逆阻型MOS-FET)的电流(Ic)大，与此相应地该逆阻型IGBT(逆阻型MOS-FET)中的损耗变大。本专利技术是着眼于因这种现象导致发生元件损坏的情况而完成的。 因此，本专利技术所涉及的电力转换装置基本上构成为具备：一对或多对半导体开关元件，各对半导体开关元件串联连接而形成半桥电路，被相互关联地进行导通关断驱动来转换直流电压；多个续流二极管，该多个续流二极管被设置成与各半导体开关元件分别反并联；以及双向开关，其插入安装于上 述半桥电路的中间点与电源部之间，将上述半导体开关元件钳位在上述直流电压的中间电位点，该电力转换装置进行设定，使得避免在上述半导体开关元件进行关断动作时上述双向开关变为关断状态。 而且，特别是在本专利技术中，特征在于，上述电力转换装置进行设定，使得将伴随上述半导体开关元件的关断动作而在上述双向开关正向恢复时产生的感应电动势抑制为上述双向开关开始正向恢复时的栅极电压与栅极阈值电压之差以下。 顺带一提，上述半导体开关元件是绝缘栅双极型晶体管即IGBT或者金属氧化物半导体场效应管即MOS-FET，而且上述双向开关由反并联连接的一对逆阻型IGBT或者逆阻型MOS-FET构成。此外，当然也能够使用以下结构的双向开关：将一对IGBT或MOS-FET反并联连本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电力转换装置，其特征在于，具备：一对或多对半导体开关元件，各对半导体开关元件串联连接而形成半桥电路，被相互关联地进行导通关断驱动来转换直流电压；多个续流二极管，该多个续流二极管被设置成与各半导体开关元件分别反并联；以及双向开关，其插入安装于上述半桥电路的中间点与电源部之间，将上述半导体开关元件钳位在上述直流电压的中间电位点，该电力转换装置进行设定，使得避免在上述半导体开关元件进行关断动作时上述双向开关变为关断状态。
【技术特征摘要】
2013.02.13 JP 2013-0251831.一种电力转换装置，其特征在于，具备：
一对或多对半导体开关元件，各对半导体开关元件串联连接而形成半桥
电路，被相互关联地进行导通关断驱动来转换直流电压；
多个续流二极管，该多个续流二极管被设置成与各半导体开关元件分别
反并联；以及
双向开关，其插入安装于上述半桥电路的中间点与电源部之间，将上述
半导体开关元件钳位在上述直流电压的中间电位点，
该电力转换装置进行设定，使得避免在上述半导体开关元件进行关断动
作时上述双向开关变为关断状态。
2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，
该电力转换装置进行设定，使得将伴随上述半导体开关元件的关断动作
而在上述双向开关正向恢复时产生的感应电动势抑制为上述双向开关开始
正向恢复时的栅极电压与栅极阈值电压之差以下。
3.根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，
上述半导体开关元件是绝缘栅双极型晶体管即IGBT或者金属氧化物半
导体场效应管即MOS-FET，上述双向开关由反并联连接的一对逆阻型IGBT
或者逆阻型MOS-FET构成。
4.根据权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，
以依赖于上述半导体开关元件的关断速度的上述双向开关的正向恢复
速度与该双向开关的电感之积来求出上述双向开关正向恢复时产生的感应
电动势，进行设定使得该感应电动势为上述栅极电压与上述栅极阈值电压之
差以下。
5.根据权利要求1或3所述的电力转换装置，其特征在于，
通过使上述双向开关的栅极驱动电压从上述双向开关即将正向恢复起
在产生正向恢复电流的时间变化的整个期间内上升，来实现上述设定。
【专利技术属性】
技术研发人员：吉川功，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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