电力转换装置制造方法及图纸

提供一种电力转换装置，抑制由电路的寄生电感和功率半导体元件的结电容引起的高频振动。通过具有电源、第1寄生电感、第1二极管、与第1二极管串联的第2寄生电感、与第1二极管并联连接的第2二极管、与第2二极管串联的第3寄生电感、开关元件、栅极电路及负载的等效电路来表示，电源、第1寄生电感、第1二极管、第2寄生电感、开关元件、栅极电路构成第1电路环路，电源、第1寄生电感、第2二极管、第3寄生电感、开关元件、栅极电路构成第2电路环路，第1电路环路的第1寄生电感和第2寄生电感与第1二极管的结电容之间的LC共振频率f1和第2电路环路的第1寄生电感和第3寄生电感与第2二极管的结电容之间的LC共振频率f2不同。

【技术实现步骤摘要】
电力转换装置
实施方式涉及电力转换装置。
技术介绍
近年来，对电力转换装置的高电力密度化（电力密度=电力转换器的输出电力/ 电力转换器的体积）的期望越来越高。为了实现高电力密度化，要求减小电力转换装置的 体积。 电力转换装置的体积的主要部分是冷却器、电容器或电感器等无源部件，为了实 现冷却器的小型化，需要电力转换器的损失的减少，为了实现无源部件的小型化，需要开关 频率的高频化。 一般而言，电力转换装置的负载中含有电感成分。在图1中示出了以往的电力转 换装置的基本等效电路。图1的电力转换装置的基本等效电路包括电源1、寄生电感2、二 极管3 (回流二极管）、开关元件4、负载5、栅极电路6。 在图1的等效电路中，若开关元件4接通，则在由电源1、寄生电感2、负载5、开关 元件4构成的电路环路中流动电流。 接下来，若开关元件4关断，则负载5由于包含有电感成分，因此，负载5中流动的 电流不会急剧地变为零，所以由负载5、二极管3构成的电路环路中流动有电流。然后，若开 关元件4再度接通，则形成由电源1、寄生电感2、负载5、开关元件4构成的电路环路，二极 管3中流动的电流减少，开关元件4中流动的电流增加。在图2的图表中示出了此时的开 关元件4的接通电流波形。 这样，在以往的电力转换装置中，在开关元件4接通时电流波形中产生高频振动， 成为噪声源。 先行技术文献 专利文献 专利文献1 :特开2011 - 82764
技术实现思路
实施方式的目的在于提供一种抑制由电路的寄生电感和开关元件的结电容（接 合容量）引起的高频振动的电力转换装置。 实施方式的电力转换装置通过具有电源、第1寄生电感、第1二极管、与第1二极 管串联连接的第2寄生电感、与第1二极管并联连接的第2二极管、与第2二极管串联连接 的第3寄生电感、开关元件、栅极电路以及负载的等效电路来表示，在等效电路中，由电源、 第1寄生电感、第1二极管、第2寄生电感、开关元件、栅极电路构成第1电路环路，在等效 电路中，由电源、第1寄生电感、第2二极管、第3寄生电感、开关元件、栅极电路构成第2电 路环路，将第1电路环路的第1寄生电感和第2寄生电感与第1二极管的结电容之间的LC 共振频率设为fl，将第2电路环路的第1寄生电感和第3寄生电感与第2二极管的结电容 之间的LC共振频率设为f2, fl和f2为不同的频率。 【附图说明】 图1是以往的电力转换装置的等效电路。 图2是表示以往的电力转换装置中的开关元件的接通电流波形的图表，使用肖特 基势垒二极管来表示M0SFET接通电流波形振动。 图3是第1实施方式的电力转换装置的等效电路图。 图4是表示第1实施方式的电力转换装置中的开关元件的接通电流波形的图表。 图5是第4实施方式的三相逆变器的等效电路图，是说明低端侧的开关元件接通 时的电路动作的图。 图6是第4实施方式的三相逆变器的等效电路图，是说明高端侧的开关元件接通 时的电路动作的图。 附图标记的说明 1......输入电源 2......第1寄生电感 3......第2寄生电感 4......第1回流二极管 5……第3寄生电感 6......第2回流二极管 7......开关元件 8......栅极电路 9......负载 10......第1电路环路 11......第2电路环路 12......电容器 13……与负载连接的逆变器的输出端子 14......第3电路环路 15......第4电路环路 【具体实施方式】 如上所述，在以往的电力转换装置中，开关元件4关断时的开关元件4的电流波形 在到达负载电流后重置有商频振动成分。 该高频振动在由电源1、寄生电感2、回流二极管3、开关元件4构成的电路环路内 产生，起因于寄生电感2与回流二极管3的结电容（未图示）之间的LC共振。 电路的寄生电感（总寄生电感）一般为几十nH?几百nH的等级。此外，回流二 极管的结电容为几百pF?几pF的等级。根据寄生电感和结电容，高频振动（LC共振频率） 的频率成为几十MHz等级的高频。存在几十MHz等级的高频成为高频噪声源的问题。 如果将开关元件的开关速度设为低速则高频振动得以抑制，但是若将开关速度设 为低速则存在开关损失增加的问题。即，高频振动抑制与损失减少处于折衷的关系。 能够通过使寄生电感的值接近于零来减少振动。但是，在使用封装为TO - 220封 装件等的开关元件的情况下，封装件固有的寄生电感约有lOnH，因此，原理上来讲不能设为 零。 于是，本实施方式的电力转换装置在回流二极管中使用了宽带隙半导体制肖特基 势垒二极管，其中，通过2芯片以上的多个芯片的并联连接来构成肖特基势垒二极管，使得 包含有肖特基势垒二极管的电路环路存在有多个。并且，通过将各个电路环路的寄生电感 的值设为不同值，或者将各个电路环路的结电容的值设为不同值，或者将各个电路环路的 寄生电感的值与结电容的值之间的积设为不同值，来使由肖特基势垒二极管的结电容和寄 生电感产生的LC共振频率成为不同值。通过使各个电路环路的LC共振频率成为不同值， 能够通过使各自的共振频率重合来抑制开关元件中重叠的高频振动。通过抑制高频振动， 实施方式具有高频噪声得以减少的优点。 在此，作为可低损化的开关元件，优选为使用了 Si的半导体、宽带隙半导体。作为 开关元件，作为宽隙半导体，能够列举出SiC、氮化物半导体或金刚石等。作为氮化物半导 体，能够列举出GaN、AlGaN、InGaN或AlInGaN。作为回流二极管，期待为宽带隙半导体制的 肖特基势垒二极管。肖特基势垒二极管也优选使用上述列举的SiC等的宽隙半导体。 肖特基势垒二极管是用于流动半导体中的电流的载流子仅为电子的单极型器件， 因此，与载流子为电子和空穴的双极型器件的PiN二极管相比，开关为高速。通过高速开 关，能够减少开关损失，因此，能够实现电力转换装置的效率提商和开关频率的商频化。另 夕卜，实施方式中，优选开关元件和回流二极管使用宽隙半导体。实施方式中，使用宽隙半导 体，例如以10kHz以上1000kHz以下的频率进行开关。 根据上述结构，能够不将开关元件4的开关速度设为低速地使高频振动迅速衰 减。即，能够同时实现高频振动抑制和损失减少。 以下，使用附图详细地说明本实施方式。 [第1实施方式] 首先，说明第1实施方式的电力转换装置。第1实施方式中涉及输入电压为直流、 电力转换后的输出电压为直流的电力转换装置。 图3是本实施方式的电力转换装置的等效电路。图3的等效电路包括：输入电源 1 (电源）、第1寄生电感2、第1回流二极管4(二极管）、与第1回流二极管4串联连接的 第2寄生电感3、第2回流二极管6、与第2回流二极管6 (二极管）串联连接的第3寄生电 感5、开关元件7、栅极电路8以及负载9。第1回流二极管4和第2回流二极管6并联连 接。此外，第2寄生电感3和第3寄生电感5并联连接。开关元件7的栅电极与连接有电 源的栅极电路8连接。负载9与回流二极管并联连接。 图3的等效电路中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力转换装置，其特征在于，该电力转换装置通过具有电源、第1寄生电感、第1二极管、与所述第1二极管串联连接的第2寄生电感、与所述第1二极管并联连接的第2二极管、与所述第2二极管串联连接的第3寄生电感、开关元件、栅极电路及负载的等效电路来表示，在所述等效电路中，由所述电源、所述第1寄生电感、所述第1二极管、所述第2寄生电感、所述开关元件和所述栅极电路构成第1电路环路，在所述等效电路中，由所述电源、所述第1寄生电感、所述第2二极管、所述第3寄生电感、所述开关元件和所述栅极电路构成第2电路环路，将所述第1电路环路的第1寄生电感和第2寄生电感与第1二极管的结电容之间的LC共振频率设为f1，将所述第2电路环路的第1寄生电感和第3寄生电感与第2二极管的结电容之间的LC共振频率设为f2，所述f1和f2为不同的频率。

【技术特征摘要】
2013.09.20 JP 2013-195790;2014.08.08 JP 2014-162761. 一种电力转换装置，其特征在于， 该电力转换装置通过具有电源、第1寄生电感、第1二极管、与所述第1二极管串联连 接的第2寄生电感、与所述第1二极管并联连接的第2二极管、与所述第2二极管串联连接 的第3寄生电感、开关元件、栅极电路及负载的等效电路来表示， 在所述等效电路中，由所述电源、所述第1寄生电感、所述第1二极管、所述第2寄生电 感、所述开关元件和所述栅极电路构成第1电路环路， 在所述等效电路中，由所述电源、所述第1寄生电感、所述第2二极管、所述第3寄生电 感、所述开关元件和所述栅极电路构成第2电路环路， 将所述第1电路环路的第1寄生电感和第2寄生电感与第1二极管的结电容之间的LC 共振频率设为n， 将所述第2电路环路的第1寄生电感和第3寄生电感与第2二极管的结电容之间的LC 共振频率设为f2， 所述n和f2为不同的频率。2. 如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于， 在所述等效电路中，还具有与所述第1二极管并联连接的第3二极管、W及与所述第3 二极管串联连接的第4寄生电感， 在所述等效电路中，由所述电源、所述第1寄生电感、所述第3二极管、所述第4寄生电 感、所述开关元件和所述栅极电路构成第3电路环路， 将所述第3电路环路的第1寄生电感和第4寄生电感与第3二极管的结电容之间的LC 共振频率设为f3， 所述巧是与所述n及f2不同的频率。3. 如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于， 所述第1二极管的结电容与所述第2二极管的结电容为不同值，或者，...

【专利技术属性】
技术研发人员：高尾和人，四户孝，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本;JP