功率变换装置以及电梯制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种功率变换装置以及电梯，在逆变器侧也进行同步整流的低损耗化，并且在由于异常而导致在逆变器电路中不能进行同步整流控制且开关元件为断开状态的情况下，也能够防止来自感性负载的再生所导致的开关元件的热损坏。PWM整流电路以及逆变器电路具有由具有寄生二极管的SiC-MOSFET或者具有寄生二极管的GaN-MOSFET构成的开关元件，在PWM整流电路的开关元件不连接外部二极管而进行通过使开关元件接通从而使回流电流导通的同步整流控制，在逆变器电路的开关元件反并联连接外部二极管，并且在从感性负载进行再生时进行通过使开关元件接通从而使回流电流导通的同步整流控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功率变换装置以及使用了该功率变换装置的电梯。
技术介绍
当前，在电梯等的可变速驱动中，通常采用如下方式：通过转换器(PWM整流电路)将来自电源的交流变换为直流后，通过逆变器(逆变器电路)将该直流变换为可变频的交流，进行电动机驱动。迄今为止，逆变器的功率半导体开关元件以使用了硅(Si)的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor：IGBT)为主流。但是，近年来，作为功率半导体的宽禁带半导体元件，碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等备受关注。这些材料与Si相比，能带隙较大，具有约10倍的高击穿电压强度，能够将用于确保耐压的漂移层减薄至1/10左右，所以能够实现功率器件的低接通电阻化。此外，因为是单极型，所以还能够实现开关速度的高速化，可预期低损耗化。通过功率模块成为低损耗，从而转换器可以使冷却器等周边设备小形化。进而，MOSFET在漏极-源极间具有pn结二极管即所谓的寄生二极管的特性，因此能够是去掉由IGBT构成功率变换电路时所需要的外部的二极管的、无外部二极管的结构，功率模块还可以小形化。作为使用了MOSFET的功率变换装置，在专利文献1、专利文献2中记载了如下功率变换装置：在转换器侧，由MOSFET构成开关元件，并且不连接外部二极管，并且进行同步整流控制；在逆变器侧，由IGBT或者MOSFET构成开关元件，并且反并联连接了外部二极管。另外，在逆变器侧，因为反并联连接了外部二极管，所以不需要同步整流控制。这里，所谓同步整流，是指利用MOSFET所具有的反向导通特性，通过使MOSFET的栅极接通，从而通过MOSFET而并非寄生二极管来流通回流电流等向源极-漏极方向的电流的方法。由此，不再需要反并联连
接外部二极管，并且与寄生二极管单体相比，能够抑制导通损耗。专利文献1：JP特开2010-017061号公报专利文献2：JP特开2009-183115号公报这里，图1中示出SiC-MOSFET、SiC-肖特基势垒二极管(Shotkey Barrier Diode：SBD)、寄生二极管的反向导通特性。如图1所示，在小电流I1即低负载区域中使SiC-MOSFET的栅极接通而导通的同步整流是最低损耗，继而SiC-SBD为低损耗。而且，若成为大电流I2即高负载区域，则相较于SiC-MOSFET的同步整流，SiC-SBD变为低损耗。另一方面，对于SiC-MOSFET的寄生二极管而言，如图1所示，因为SiC的能带隙较大，所以pn二极管的上升沿电压变大到3V左右，若电流仅流过寄生二极管，则与使用了同步整流或SiC-SBD的情况相比，变为数倍～数10倍的损耗。因此，如专利文献1或专利文献2的转换器侧那样，在省略外部的二极管仅采用寄生二极管并且使用同步整流来实现低损耗、小形化的情况下，会产生如下问题：例如若在发生了由于停电所引起的电源丧失或检测到异常所导致的转换器以及逆变器的动作停止等异常的情况下，不能进行同步整流，SiC-MOSFET的栅极变得不能接通，则变为仅在寄生二极管流过电流，损耗大幅增加，开关元件、使用了开关元件的模块或芯片等有可能发生热损坏。该问题在发生来自感性负载的再生时尤其显著。这里，若如专利文献1或专利文献2的逆变器侧那样，不进行同步整流而使用外部二极管，则即使在发生了异常的情况下，也由于能够在外部二极管流过回流电流，因此不会产生热损坏的问题，但是存在没有异常的状态下的动作中损耗增加这样的问题。另外，在专利文献1或专利文献2中，因为原本针对发生了异常的情况并未作任何考虑、以及具有能够省略外部二极管这样的优点，所以在省略外部二极管的同时进行了同步整流，因此并未考虑在逆变器侧连接外部二极管的同时进行同步整流。此外，尤其是对于电梯的功率变换装置而言，若地震发生时或轿厢极度的摇晃、升降中的轿厢以及电梯门厅的门开闭的异常等电梯异常发生，则会使PWM整流电路和逆变器电路的全部开关元件的栅极断开，使电梯在最近楼层紧急停止。在该情况下，从逆变器电路流过电动机的电流由于
再生而回流，在构成逆变器电路的开关元件中的几个开关元件中会向源极-漏极方向流动电流。但是，由于异常检测而导致栅极断开，因而不能进行需要使栅极接通的同步整流动作。因此，假设在逆变器侧在开关元件中使用MOSFET而省略外部二极管来进行了同步整流的情况下，在发生电梯故障或者异常而进行了紧急停止时，用于从作为感性负载的电动机向逆变器电路流动回流电流的路径仅是寄生二极管，与通常动作即同步整流动作时相比，会发生数倍～数10倍的损耗，作为二次损伤，开关元件或使用了开关元件的模块有可能发生热损坏。在该情况下，恢复电梯服务花费时间，存在导致服务大幅降低这样的问题。
技术实现思路
本专利技术的课题是提供一种功率变换装置以及使用了该功率变换装置的电梯，在采用了SiC-MOSFET、GaN-MOSFET这样的能带隙较大的半导体开关元件的功率变换装置中，在逆变器侧也进行同步整流的低损耗化，同时即使在由于异常而导致在逆变器电路中不能进行同步整流控制、开关元件变为了断开状态的情况下，也能够防止由于来自感性负载的再生而导致的开关元件的热损坏。为了解决上述课题，本专利技术的功率变换装置例如具有将从电源供给的第1交流电变换为直流电的PWM整流电路、和将从所述PWM整流电路供给的直流电变换为第2交流电并提供给感性负载的逆变器电路，其特征在于，所述PWM整流电路以及所述逆变器电路具有由具有寄生二极管的SiC-MOSFET或者具有寄生二极管的GaN-MOSFET构成的开关元件，在所述PWM整流电路的所述开关元件不连接外部二极管而进行通过使所述开关元件接通从而使回流电流导通的同步整流控制，在所述逆变器电路的所述开关元件反并联连接外部二极管，并且在从所述感性负载进行再生时，进行通过使所述开关元件接通从而使回流电流导通的同步整流控制。此外，本专利技术的电梯的特征在于，具有这种功率变换装置、构成所述感性负载的电动机、和由所述电动机驱动的轿厢。专利技术效果根据本专利技术，在采用了SiC-MOSFET、GaN-MOSFET这样的能带隙
较大的半导体开关元件的功率变换装置以及使用了该功率变换装置的电梯中，在逆变器电路的开关元件连接外部二极管，并且在从感性负载进行再生时进行通过接通开关元件从而使回流电流导通的同步整流控制，所以在逆变器侧也进行同步整流的低损耗化，同时即使在由于异常而导致在逆变器电路中不能进行同步整流控制且开关元件成为断开状态的情况下，来自感性负载的再生所引起的回流电流会流过外部二极管，所以能够防止开关元件的热损坏。附图说明图1示出SiC-MOSFET以及SiC-SBD的源极-漏极间电压与源极电流特性的比较。图2示出本专利技术的第1实施例的功率变换装置的概略构成。图3示出SiC-MOSFET以及各种SiC-SBD的源极-漏极间电压与源极电流特性的比较。图4示出本专利技术的第2实施例的功率变换装置的概略构成。符号说明100…功率变换电路、101…PWM整流电路、102…逆变器电路、103、103a～103f、104、104a～104f…SiC-MOSFET、105、105a～105f、106、106a～106f…SiC-MOSFET中的M本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率变换装置，具有将从电源供给的第1交流电变换为直流电的PWM整流电路、和将从所述PWM整流电路供给的直流电变换为第2交流电并提供给感性负载的逆变器电路，所述功率变换装置的特征在于，所述PWM整流电路以及所述逆变器电路具有由具有寄生二极管的SiC‑MOSFET或者具有寄生二极管的GaN‑MOSFET构成的开关元件，在所述PWM整流电路的所述开关元件不连接外部二极管而进行通过使所述开关元件接通从而使回流电流导通的同步整流控制，在所述逆变器电路的所述开关元件反并联连接外部二极管，并且在从所述感性负载进行再生时，进行通过使所述开关元件接通从而使回流电流导通的同步整流控制。

【技术特征摘要】
2015.02.24 JP 2015-0334801.一种功率变换装置，具有将从电源供给的第1交流电变换为直流电的PWM整流电路、和将从所述PWM整流电路供给的直流电变换为第2交流电并提供给感性负载的逆变器电路，所述功率变换装置的特征在于，所述PWM整流电路以及所述逆变器电路具有由具有寄生二极管的SiC-MOSFET或者具有寄生二极管的GaN-MOSFET构成的开关元件，在所述PWM整流电路的所述开关元件不连接外部二极管而进行通过使所述开关元件接通从而使回流电流导通的同步整流控制，在所述逆变器电路的所述开关元件反并联连接外部二极管，并且在从所述感性负载进行再生时，进行通过使所述开关元件接通从而使回流电流导通的同步整流控制。2.根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，在由于异常而导致在所述逆变器电路中不能进行所述同步整流控制且所述开关元件为断开状态的情况下，与所述寄生二极管相比回流电流较多地流过所述外部二极管。3.根据权利要求2所述的功率变换装置，其特征在于，在由于异常而导致在所述逆变器电路中不能进行所述同步整流控制且所述开关元件为断开状态、且在所述开关元件流过所述开关元件的额定...

【专利技术属性】
技术研发人员：加藤香，森和久，大沼直人，松本洋平，
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