功率转换装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供能在并联结构之间发生了电流分担的不均匀后在尽可能早的时间段降低电流分担的不均匀的功率转换装置。该功率转换装置具有在一个相内并联连接多个具有上下一对MOSFET的半导体模块而成的开关电路，用于在直流与交流之间进行转换，该功率转换装置具有：检测各个半导体模块的交流侧电流的电流检测部分；和根据在电流检测部分中检测到的电流对MOSFET的导通和断开进行控制的栅极控制部分，在有环流电流在MOSFET中的任一个MOSFET内流动的环流模式期间，栅极控制部分将在电流检测部分中检测到的电流较小的一方的半导体模块的成为环流模式的一侧的MOSFET的导通时间控制成比在电流检测部分中检测到的电流较大的一方的半导体模块的成为环流模式的一侧的MOSFET的导通时间长。

【技术实现步骤摘要】
功率转换装置
本专利技术涉及功率转换装置，尤其是涉及一种在一个相内并联连接具有MOSFET的半导体模块而构成的功率转换装置。
技术介绍
在电梯驱动用功率转换装置等的中等容量和大容量的功率转换装置中，以不会导致作为负载的电动机的电压上升为高压的方式通过增大电流来实现大容量化。因此，采用在一个相内将半导体开关器件并联连接的结构。在并联连接结构中，除了开关器件的特性会导致电流分担变得不均匀外，主电路布线电感和栅极驱动电路的不均匀也是导致电流分担变得不均匀的原因之一。因此，通过在各个并联结构之间采用通用的栅极驱动电路，能够消除由栅极驱动电路的电流分担不均匀带来的影响。此外，如专利文献1所示，通过在各个并联的半导体模块采用各自不同的栅极驱动电路，并且对发送到各个栅极驱动电路的信号进行延迟调整来调整开关动作的定时，由此能够降低电流分担的不均匀。另外，通过组合使用由SiC(碳化硅)制成的MOSFET和作为环流二极管的SiC的肖特基势垒二极管(SBD)，能够降低开关模块的损耗，但该方式会导致电压变化率dv/dt和电流变化率di/dt增大，所以即使布线电感出现很小的差异，也会造成使电流分担变得不均匀等的影响。在先技术文献专利文献专利文献1日本国专利特开2009-135626号公报
技术实现思路
为了应对电流分担的不均匀，在专利文献1中，将并联连接的开关器件的栅极驱动电路设置成各自独立的电路，并且对各个开关器件的温度进行比较，通过延迟电路对发送到各个栅极驱动电路的信号进行调整，使得温度保持平衡，由此来降低电流分担的不均匀等。例如在图6所示的三相逆变器电路的功率转换装置中，通过将半导体模块31，32并联连接来构成各相的开关电路3，以下对该功率转换装置进行说明。图7表示半导体模块31的正极侧开关器件31QP的驱动信号GP1、负极侧开关器件31QN的驱动信号GN1、与半导体模块31并联连接的半导体模块32的正极侧开关器件32QP的驱动信号GP2、负极侧开关器件32QN的驱动信号GN2、开关器件31QP，31QN，32QP，32QN的电压VP1，VP2，VN1，VN2、开关器件31QP，31QN，32QP，32QN的电流IP1，IP2，IN1，IN2、半导体模块31，32的交流输出端子31AC，32AC的电流Iac1，1ac2。图7的横轴表示时间。在图7中，到时间点t1为止，正极侧开关器件31QP，32QP处于导通状态，并且电流均匀地流动。假设在时间点t1使正极侧开关器件31Q，32QP断开后，受到栅极驱动电路或者器件特性的偏差的影响，开关器件31QP的断开定时发生延迟，使得电流出现了不均匀。此时，由于后断开的开关器件31QP的电流IP1增大，所以交流输出端子的电流也变为Iac1＞Iac2，电流出现了不均匀。在时间点t1以后变为负极侧的环流模式，但到时间点t2为止，由于开关器件31QN，32QN的驱动信号GN1，GN2处于断开状态，所以在负极侧的环流二极管31DN，32DN和由MOSFET构成的开关器件31QN，32QN的寄生二极管中有电流流动。图4表示MOSFET的电流Id-电压Vds特性，如图4所示，反向电流也能够通过寄生二极管流通(图4的点线表示只有MOSFET寄生二极管而没有环流二极管的场合，虚线表示将MOSFET寄生二极管与环流二极管(肖特基势垒二极管，SBD)组合使用的场合)。此外，针对反向电流，能够通过施加栅极电压使模式变为同步整流模式，由此能够降低电压(Vds的绝对值)(如图4中的表示MOSFET同步整流的实线所示)。在此，为了降低损耗，优选尽可能使时间点t2接近时间点t1，但需要设置防止短路的时间(无效时间，deadtime)。在从时间点t2起至时间点t4为止的期间，使有环流电流流动的环流模式的开关器件31GN，32GN的驱动信号GN1，GN2导通，以进行同步整流。在这一期间，电流继续处于不均匀状态。在时间点t4，负极侧开关器件31QN，32QN的驱动信号GN1，GN2断开，在经过无效时间后，使正极侧开关器件31QP，32QP导通。此时，使电流大(Iac1＞Iac2)的一侧的驱动信号GP1延迟。在时间点t5，首先使开关器件32QP导通(使驱动信号GP2导通)，此后在时间点t6使开关器件31QP导通(使驱动信号GP1导通)。由此，由于电流IP2流入先导通的开关器件32QP中，所以能够实现电流的均匀化。在此，由于电流的不均匀性随着开关器件的温度差变大而变大，所以使从时间点t5起至时间点t6为止的期间的长度延长。此外，在图7的场合，通过使电流Iac1与电流Iac2的大小颠倒来降低电流分担的不均匀性，但即使不使电流Iac1与电流Iac2的大小颠倒而仅使得两者的差缩小，与不采取任何措施的场合相比，也能够降低电流分担的不均匀性。可是，如图7所示，在同步整流结束后，在从时间点t5起至时间点t6为止的期间，通过使正极侧开关器件31QP，32QP的导通定时错开来降低电流分担的不均匀性。在这一场合，在比时间点t5早的时间段，电流一直处于不均匀状态。在电流发生了不均匀的期间，由于并联连接的两个开关器件之间的发热量不同，所以在并联连接的开关器件之间会导致开关器件的使用寿命出现差异。因此，优选在电流发生了不均匀后在尽可能早的时间段降低电流分担的不均匀性。此外，如图8所示，在采用具有双系统的三相绕组的电动机52的结构的场合，还会出现其他的问题。在图8所示的具有双系统的三相绕组的电动机52的结构中，在使断开的定时错开后，在交流输出端子之间会产生很大的电位差(与采用单元并联结构的各个功率转换装置301或者302的直流电压相当)。也就是说，如图9所示，由于在时间点t5首先使开关器件32QP导通，所以开关器件32QP的电压VP2先变成大致0，半导体模块32的交流输出端子32AC大致变为正极P2的电位(半导体模块32的正极的电位)。另一方面，由于半导体模块31的交流输出端子31AC的开关器件31QP此时还没有导通，所以还处于大致负极N1的电位(半导体模块31的负极的电位)，在交流输出端子31AC与交流输出端子32AC之间产生与直流电压相当的电位差。在该电位差的作用下，循环电流沿着交流输出端子32AC→U2相→寄生电容523→U1相→交流输出端子31AC→环流二极管31DN→直流的负极N1→功率转换装置301的转换器侧的开关器件中的任一个开关器件→功率转换装置302的转换器侧的开关器件中的任一个开关器件→直流的负极N2→功率转换装置302的直流的平滑电容器→直流的正极P2→开关器件32QP→交流输出端子32AC的路径流动，可能会导致布线导体等的温度上升。同样，在这一场合，由于在从时间点t5起至时间点t6为止的期间，电流的不均匀程度随着开关器件的温度差变大而变大，所以为了缩短从时间点t5起至时间点t6为止的时间长度，在时间点t5这一时间点降低电流分担的不均匀程度。与图7的场合一样，优选在电流发生不均匀后，在尽可能早的时间点降低电流分担的不均匀性。本专利技术所要解决的课题是提供一种功率转换装置，使得能够在并联结构之间发生了电流分担的不均匀时，在尽可能早的时间点降低电流分担的不均匀性。解决方案为了解决上述课题，在本专利技术中，使各个并联结构之间的同步整流期间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率转换装置，具有在一个相内并联连接多个分别具有上下一对MOSFET的半导体模块而成的开关电路，该功率转换装置用于在直流与交流之间进行转换，所述功率转换装置的特征在于，具有电流检测部分和栅极控制部分，所述电流检测部分检测各个所述半导体模块的交流侧的电流，所述栅极控制部分根据在所述电流检测部分中检测到的电流对所述MOSFET的导通和断开进行控制，在有环流电流在所述MOSFET中的任一个MOSFET内流动的环流模式期间，所述栅极控制部分将在所述电流检测部分中检测到的电流较小的一方的半导体模块的成为环流模式的一侧的MOSFET的导通时间控制成比在所述电流检测部分中检测到的电流较大的一方的半导体模块的成为环流模式的一侧的MOSFET的导通时间长。

【技术特征摘要】
2013.08.08 JP 2013-1646711.一种功率转换装置，具有在一个相内并联连接多个分别具有上下一对MOSFET的半导体模块而成的开关电路，该功率转换装置用于在直流与交流之间进行转换，所述功率转换装置的特征在于，具有电流检测部分和栅极控制部分，所述电流检测部分检测各个所述半导体模块的交流侧的电流，所述栅极控制部分根据在所述电流检测部分中检测到的电流对所述MOSFET的导通和断开进行控制，在有环流电流在所述MOSFET中的任一个MOSFET内流动的环流模式期间，所述栅极控制部分将在所述电流检测部分中检测到的电流较小的一方的半导体模块的成为环流模式的一侧的MOSFET的导通时间控制成比在所述电流检测部分中检测到的电流较大的一方的半导体模块的成为环流模式的一侧的MOSFET的导通时间长。2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，所述电流检测部分使用设置在所述半导体模块的交流侧的电流传感器来检测所述半导体模块的交流侧的电流。3.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，所述电流检测部分假定所述MOSFET的温度越高则其电流越大，并且通过检测所述MOSFET的温度来检测所述半导体模块的交流侧的电流。4.如权利要求1至3中的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，所述栅极控制部分将在所述电流检测部分中检测到的电流较小的一方的半导体模块的成为环流模式的一侧的MOSFET的导通定时控制成比在所述电流检测部分中检测到的电流较大的一方的半导体模块的成为环流模式的一侧的MOSFET的导通定时早。5.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：森和久，大沼直人，石川胜美，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP