变换器装置制造方法及图纸

一种采用大容量自消弧型半导体器件，可同时实现大容量、低损耗、高可靠性和小型化的变换器装置。本装置由回收电容回收存储于２级或３级变换器电桥的电流变化率抑制器件群中的电能，电能再生电路将再生电能馈给直流电压电路。电能再生电路按与负荷电流的大小成正比地控制回收电容的充电电压。在同一直流电压电路连接有多台变换器电桥时，将其分成多个组，对每组不同的电能再生电路连接到各组的变换器电桥上。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种应用自消弧型半导体器件的大容量变换器装置，特别是，以及极力抑制大容量变换器装置内的电能损耗的降低损耗技术。现在，为构成大容量变换器装置，已应用了大容量自消弧型半导体器件。可以举出，例如栅控整流型截止闸流晶体管(GCT)或绝缘栅型双极晶体管(IGBT)等。GCT就是将全部的导通电流迅速地转换到栅极电路，以断路电流增益为1进行断开动作，与IGBT相比容量大。IGBT的最大额定功率现在大约为4.5kV、1.5kA。另一方面，通过应用6英寸硅片，目前GCT已有6.0kV、6.0kA额定功率，预计今后还要进一步提高额定功率。附图说明图15是应用GCT的现有变换器装置，特别示出了2级变换器电桥的结构。图15已公开于特开平9-182460号公报上。图15中，1是具有电位P和电位N的直流电压电路(电压E)，2a、2b是作为自消弧型半导体器件的GCT，3a、3b是续流二极管，4是阳极电抗线圈，5是箝位二极管，6是箝位电容，以及7是放电电阻。OUT为连接负载的输出端子。GCT2a、3b由于与现有的栅控截止闸流晶体管相比，临界电压上升率高了几倍，安全工作区宽，在应用栅控截止闸流晶体管的情况下，由于不需要用必须的充放电型浪涌电压保护电路，所以可应用图15示出的电压箝位型浪涌电压保护电路。例如在GCT2a的截止动作中，随续流二极管3b的反向恢复电流产生的电能，还有在GCT2a的截止动作中，随负载电流产生的电能都被存储到阳极电抗线圈4里。这些存储的电能，一度向箝位电容6充电后，就为放电电阻7所消耗。随GCT2a的截止动作而产生的续流二极管3b反向恢复电流的最大值，强烈地依赖于负载电流的大小、由直流电压电路1的电压大小E和阳极电抗线圈4的电感决定的电流变化率大小，或续流二极管3b的结温度。可以考虑，图15示出的电路中，直流电压电路1的电压E急剧改变的情况，特别是上升边改变的情况。这时，图15所示的电路，通过阳极电抗线圈4和箝位二极管5向箝位电容6充电，就应这样动作，使得直流电压电路1的电压与箝位电容6的电压差减少。原因是，由于除GCT2a、2b的开关动作的过渡状态以外，并没有对箝位二极管5加上反向电压。另一方面，作为市场的需求，要使变换器装置大容量化。作为用于实现图15的额定容量的大容量化手段，还有3级变换器。若把图15展开成3级变换器电桥，即使上述的特开平9-182460号公报上没有图示出来，也可考虑图16的结构。在这里，直流电压电路1a具有电位P和电位C，直流电压电路1b具有电位C和电位N，电位P和电位C与电位C和电位N之间的电位差等于电压E。并且，8a、8b为结二极管。同图15比较，因输出端子OUT可能输出的电压为2E，若把同样额定功率的GCT应用于图15和图16的情况做比较，图16的变换器装置的额定容量为图15的2倍。但是，需要配备2个阳极电抗线圈4a、4b。按照市场上的需求，在将变换器装置大容量化的情况下，必须增加负载电流或直流电压电路的电压。这些就成为增加续流二极管的反向恢复电流的原因。并且在作为续流二极管应用的二极管使用了大直径晶片的情况下，由于随晶片面积的增加而结面积变大，其反向恢复电流将进一步增加。因为阳极电抗线圈的存储电能与流向阳极电抗线圈的电流值的2次方成正比，所以在放电电阻上发生的电力损耗将大幅度增加。因此，存在变换器装置的效率降低这样的问题。并且，因为使GCT动作的栅极信号不适当，发生因GCT误动作等引起的直流电压电路短路时，就会在图15的主电路中流过过大的短路电流。因该短路电流，有时会发生阳极电抗线圈的变形、用于连接各构成元件的金属导体的变形和损坏的情况。为了解决这个问题，可以考虑增大阳极电抗线圈，或串联连接熔丝等办法。在考虑到GCT的浪涌电流容量和熔丝的熔断特性的情况下，还面临必须增加阳极电抗线圈电感的问题。在增加了阳极电抗线圈电感的情况下，放电电阻上的电力损耗将进一步增加，结果出现变换器装置的电力损耗增加，效率下降这样的问题。并且，直流电压电路的电压上升时，如上述那样，必须通过箝位二极管向箝位电容充电。在该充电电流导通箝位二极管的期间，GCT开始接通动作的情况下，从箝位二极管开始反向恢复动作，到箝位电容的充电电压反向施加于箝位二极管上的期间，就有伴随过大的电流上升率的电流流入GCT中。因此，存在GCT一面造成接通失败，一面由于在箝位二极管上施加过大的反向浪涌电压等原因而导致破坏主电路器件的危险发生的问题。并且，为了实现大容量的变换器装置，在应用图16所示的3级变换器电桥时，为了增加阳极电抗线圈的个数，就存在在变换器装置发生的电力损耗增加，招来冷却装置大型化的问题。本专利技术就是为了消除上述问题而做出专利技术，其目的在于提供一种使用大容量自消弧型半导体器件，能同时实现大容量、低损耗、高可靠性和小型化的变换器装置。按照第1专利技术的变换器装置，在配备具有2个电位P和N的直流电压电路，和在连接负载的输出端子上可以选择性地输出上述电位P或N的n台(n≥1的整数)的2级变换器电桥的变换器装置中，上述n台的2级变换器电桥的每个配备串联连接的第1和第2的自消弧型半导体器件，反向并联连接于上述第1和第2自消弧型半导体器件的每个上的第1和第2续流二极管，连接于上述直流电压电路的电位P和上述第1的自消弧型半导体器件的阳极端子之间的电流变化率抑制器件群，由连接于上述第1自消弧型半导体器件的阳极端子和上述第2自消弧型半导体器件的阴极端子之间的箝位二极管和箝位电容构成的第1串联连接体，以及用于回收上述箝位电容和上述电流变化率抑制器件群的存储电能的回收二极管和回收电容构成的第2串联连接体；上述箝位二极管的阴极端子和上述回收二极管的阳极端子共同具备连接到上述箝位电容的2个端子之中没有连接上述第2自消弧型半导体器件的阴极端子的端子上；并配备连接到上述回收电容，用于在上述直流电压电路中再生上述回收电容中存储的电能的电能再生电路。按照第2专利技术的变换器装置，在配备具有3个电位P、C和N的直流电压电路，和在连接负载的输出端子上可以选择性地输出上述电位P、电位C或电位N的n台(n≥1的整数)的3级变换器电桥的变换器装置中，上述n台的3级变换器电桥的每个配备有串联连接的第1到第4的自消弧型半导体器件，反向并联连接于上述第1到第4自消弧型半导体器件的每个上的第1到第4的续流二极管，连接于上述直流电压电路的电位C和上述第2的自消弧型半导体器件的阳极端子之间的第1面结型二极管，连接于上述第3自消弧型半导体器件的阴极端子和上述直流电压电路的电位C之间的第2面结型二极管，连接于上述直流电压电路的电位P和上述第1自消弧型半导体器件的阳极端子之间的第1电流变化率抑制器件群，连接于上述直流电压电路的电位N和上述第4自消弧型半导体器件的阴极端子之间的第2电流变化率抑制器件群，由连接于上述第1自消弧型半导体器件的阳极端子和上述直流电压电路的电位C之间的第1箝位二极管和第1箝位电容构成的第1串联连接体，由连接于上述直流电压电路的电位C和上述第4自消弧型半导体器件的阴极端子之间的第2箝位电容和第2箝位二极管构成的第2串联连接体，以及用于回收上述第1箝位电容和上述第1电流变化率抑制器件群的存储电能的第1回收二极管和第1回收电容构成的第3串联连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变换器装置，配备有２个电位Ｐ和Ｎ的直流电压电路，和在连接负载的输出端子上可以选择性地输出上述电位Ｐ或电位Ｎ的ｎ台（ｎ≥１的整数）的２级变换器电桥，其特征是 上述ｎ台的２级变换器电桥的每台配备：串联连接的第１和第２的自消弧型半导体器件，反向并联连接于上述第１和第２自消弧型半导体器件的每个上的第１和第２续流二极管，连接于上述直流电压电路的电位Ｐ与上述第１的自消弧型半导体器件的阳极端子之间的电流变化率抑制器件群，由连接于上述第１自消弧型半导体器件的阳极端子和上述第２自消弧型半导体器件的阴极端子之间的箝位二极管和箝位电容构成的第１串联连接体，以及用于回收上述箝位电容和上述电流变化率抑制器件群的存储电能的回收二极管和回收电容构成的第２串联连接体；上述箝位二极管的阴极端子和上述回收二极管的阳极端子共同连接到上述箝位电容的２个端子之中的没有连接上述第２自消弧型半导体器件的阴极端子的端子上；以及 还配备连接到上述回收电容，用于为上述直流电压电路再生上述回收电容中存储的电能的电能再生电路。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：冈山秀夫，土谷多一郎，山口弘昭，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]