半导体功率转换装置制造方法及图纸

浪涌电压目标设定部（１０３）基于由电压检测部（１０２）检测出的半导体开关元件（１００）的端子间电压（Ｖｃｅ）来获取半导体功率转换装置的主电路电源电压（ＶＨ），并根据获取的主电路电源电压来设定浪涌电压的控制目标（Ｖｍ）。有源栅极控制部（７１）在半导体开关元件（１００）断开时如果端子间电压（Ｖｃｅ）超过了控制目标（Ｖｍ），则基于端子间电压（Ｖｃｅ）的反馈来设定电压修正量（Ｖ１）以便向提高栅极电压（Ｖｇ）的方向、即向降低断开速度的方向修正栅极电压（Ｖｇ）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体功率转换装置，尤其涉及用于抑制在构成逆变器或变换器等半导体功率转换装置的半导体开关元件断开时和/或断开时所发生的电压变动的有源栅极控制。
技术介绍
在构成逆变器或变换器等半导体功率转换装置的半导体开关元件中，使用动态控制栅极电压的有源栅极控制技术，该技术是在不需要缓冲电路的情况下抑制开关动作时的峰值电压的技术。 例如，在日本专利文献特开2001-136732号公报(以下记为专利文献1)中公开了一种半导体功率转换装置，该半导体功率转换装置包括向栅极施加正向偏置和反向偏置并使半导体开关元件的发射极设为中点电位的电压施加单元、以及对集电极-发射极之间的电压进行分压的分压单元，并且当在驱动信号为无效(off)的情况下集电极-发射极之间的电压通过分压单元达到规定的电压以上时，根据集电极与发射极之间的电压来控制栅极电压。 根据专利文献1公开的半导体功率转换装置，当半导体开关元件断开时，基于分压后的集电极-发射极之间的电压动态控制栅极电压，由此能够进行栅极电压控制以反馈浪涌电压并降低浪涌电压，即能够进行有源栅极控制。 此外，在日本专利文献特开2001-238431号公报中(以下记为专利文献2)中公开了一种半导体功率转换装置，该半导体功率转换装置包括IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，该IGBT是与连接直流电源和负荷的各桥臂连接的用于功率转换的半导体开关元件，并且在其集电极-发射极之间串联连接了桥臂；电容器，该电容器连接在该IGBT的集电极-栅极之间，向栅极提供与集电极-发射极之间的电压变化率对应的电流；以及辅助直流电源，该辅助直流电源经由缓冲二极管与该电容器并联连接。并且公开了当在电容器的集电极侧电压上相加缓冲二极管的正向电压降而得的电压超过辅助直流电源的输出电压时，经由电容器向栅极提供电流的结构。 在专利文献2公开的半导体功率转换装置中，当集电极电压超过在电容器中用辅助直流电源充电的预定电压时施加反馈，从而能够改变栅极电压以降低浪涌电压。由此，能够进行有源栅极控制以降低浪涌电压。 通常，在安装于空调或混合动力车辆上的逆变器中，进行通过由逆变器驱动控制的电动机的驱动条件来动态地变更通过逆变器(半导体功率转换装置)而转换的主电路电源电压的控制。 然而，在以专利文献1和2为代表的传统的有源栅极控制中，通过比较半导体开关元件的集电极电压和预定的固定电压来判断是否要变更栅极电压以抑制浪涌电压。即，使有源栅极控制开始工作的设定电压是固定的。 因此，当与主电路电源电压的最大设计值对应地规定上述设定电压时，虽可使有源栅极控制发挥作用以不超过半导体开关元件的耐电压，但另一方面在将主电路电源电压控制在低电压时却会产生通过有源栅极控制无法有效地执行浪涌抑制的问题。此时，通过有源栅极控制而反馈的量减少，从而半导体开关元件的开关动作变为单纯地向栅极交替地施加正向偏置电压(接通用电压)和反向偏置电压(断开用电压)的单纯的动作，不能抑制随着接通以及断开而发生的电压变动。其结果是，有时会由于半导体开关元件的寄生电容和主电路的寄生阻抗而产生自由波动的电压变动，这样的波动电压将成为造成EMI(Electro-Magnetic Interference，电磁干扰)、典型地为电磁噪声的原因。 此外，如通常所指出的那样，当通过逆变器对电动机进行驱动控制时，如果逆变器的输出电压的电压变动(dv/dt)过大，则容易在电动机内部的绕组间发生局部放电，从而造成绝缘被破坏。为了防止绝缘被破坏，重要的是将dv/dt抑制在预定范围内。另外，如上所述，抑制dv/dt在应对EMI方面也很重要。 但是，在利用专利文献1和专利文献2公开的半导体功率转换装置进行的有源栅极控制中，通过对集电极电压和预定电压(设定电压)进行比较来规定使有源栅极控制工作的电压条件。因此，通过有源栅极控制来严格地限制构成逆变器的半导体开关元件的集电极-发射极间电压的dv/dt并不是容易执行的。其结果是，难以将逆变器的输出电压、即电动机的端子间电压的dv/dt可靠地抑制在预定范围内。
技术实现思路
本专利技术就是为了解决上述问题而做出的，其目的在于，提供根据主电路电源电压的变化、或者为了将半导体开关元件的输出端子间电压的电压变动(dv/dt)可靠地抑制在预定范围内而有效地执行有源栅极控制的半导体功率转换装置。 本专利技术的半导体功率转换装置对被可变控制的主电路电源电压进行电压转换，其包括半导体开关元件、驱动控制部和驱动电路。半导体开关元件被构成为响应控制电极的电压或电流而控制第一电极和第二电极之间的电流。驱动控制部被构成为根据控制信号来在第一电压以及第二电压的范围内设定控制电压，其中，控制信号指示半导体开关元件的接通和断开，第一电压用于使半导体开关元件导通，第二电压用于使半导体开关元件关断。驱动电路被构成为根据由驱动控制部设定的控制电压来驱动控制电极的电压或电流。驱动控制部包括电压检测部，所述电压检测部检测第一电极和第二电极的电极间电压；浪涌控制目标设定部，所述浪涌控制目标设定部用于根据主电路电源电压而可变地设定在半导体开关元件断开时在第一电极和第二电极之间产生的浪涌电压的控制目标；以及第一有源栅极控制部，所述第一有源栅极控制部用于在由电压检测部检测出的电极间电压超过了控制目标时，通过基于电极间电压的电压修正量来向接近第一电压的方向修正控制电压。 根据上述半导体功率转换装置，能够在电极间电压(端子间电压)超过了根据主电路电源电压而可变地设定的浪涌电压的控制目标时，使得用于将半导体开关元件断开时的控制电压从第二电压向接近第一电压的方向修正的有源栅极控制工作。从而，通过与主电路电源电压的变化相对应地适当执行有源栅极控制，能够抑制在半导体开关元件中产生过大的浪涌电压和急剧的电压变动(dv/dt)。其结果是，能够防止元件被破坏和产生电磁噪声。 优选如下第一有源栅极控制部进行基于电极间电压相对于控制目标的偏差的控制运算，并在控制运算结果为正值时根据控制运算结果来设定电压修正值，另一方面在控制运算结果为负值时将电压修正值实际设定为0。 通过如上构成，能够通过基于端子间电压相对于浪涌电压的控制目标的偏差确定的适当的电压修正量来执行断开时的有源栅极控制，以避免将半导体开关元件接通时的端子间电压的变化没必要地变缓而导致开关功率损失增大。 更优选如下第一有源栅极控制部通过比例微分控制来进行控制运算。 通过如上构成，可通过比例微分控制来与半导体开关元件的端子间电压的上升、即浪涌电压的产生相对应地提前开始有源栅极控制。 另外优选如下浪涌控制目标设定部基于在半导体开关元件的断开期间、且半导体开关元件电连接在被施加主电路电源电压的电源线之间的期间内由电压检测部检测出的检测电压来设定控制目标。 通过如上构成，可利用不需要从驱动控制部之外绝缘传递主电路电源电压的信息的、廉价的电路结构，基于检测到的半导体开关元件的端子间电压与主电路电源电压的变化相对应地适当设定浪涌电压的控制目标。 优选如下驱动控制部被构成为还包括电压上升率控制目标设定部、第二有源栅极控制部以及调节部。电压上升率控制目标设定部设定电压上升率的控制目标，电压上升率是电极间电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体功率转换装置（４０），对被可变控制的主电路电源电压（ＶＨ）进行电压转换，包括：　半导体开关元件（１００），所述半导体开关元件（１００）响应控制电极（Ｇ）的电压或电流而控制第一电极和第二电极（Ｃ、Ｅ）之间的电流；　驱动控 制部（７０），所述驱动控制部（７０）根据控制信号（Ｓｇ）而在第一电压（Ｖｄｄ）以及第二电压（Ｖｓｓ）的范围内设定控制电压（Ｖｃ），其中，所述控制信号（Ｓｇ）指示所述半导体开关元件的接通以及断开，所述第一电压（Ｖｄｄ）用于使所述半导体开关元件导通，所述第二电压（Ｖｓｓ）用于使所述半导体开关元件关断；以及　驱动电路（８０），所述驱动电路（８０）根据由所述驱动控制部设定的所述控制电压来驱动所述控制电极的所述电压或所述电流，　其中，所述驱动控制部包括：　电压检测部（ １０２），所述电压检测部（１０２）检测所述第一电极和所述第二电极的电极间电压（Ｖｃｅ）；　浪涌控制目标设定部（１０３），所述浪涌控制目标设定部（１０３）用于根据所述主电路电源电压而可变地设定在所述半导体开关元件（１００）断开时在所述第 一电极和所述第二电极之间产生的浪涌电压的控制目标（Ｖｍ）；以及　第一有源栅极控制部（７１），所述第一有源栅极控制部（７１）用于在由所述电压检测部检测出的所述电极间电压超过了所述控制目标时，通过基于所述电极间电压的电压修正量（Ｖ１）来向 接近所述第一电压的方向修正所述控制电压。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：久野裕道，广濑敏，高松直义，辻浩也，榊原启之，深津一树，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，株式会社电装，株式会社日本自动车部品综合研究所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]