电动机驱动电路制造技术

本发明专利技术公开了一种电动机驱动电路。该电动机驱动电路包括三相变频电路（８）。该三相变频电路（８）中包括：驱动三相电动机（３）的各相的上臂的三个上臂侧开关元件（５６ａ－５６ｃ）和驱动各相的下臂的三个下臂侧开关元件（５６ｄ－５６ｆ）。上臂侧开关元件（５６ａ－５６ｃ）及下臂侧开关元件（５６ｄ－５６ｆ）中至少一种开关元件是作为二极管工作的半导体元件。作为二极管工作就是：将以第一欧姆电极Ｓ的电位为基准栅电极Ｇ的阈值电压以下的电压施加在栅电极Ｇ上，使从第一欧姆电极Ｓ流向第二欧姆电极Ｄ的电流流动，将从第二欧姆电极Ｄ流向第一欧姆电极Ｓ的电流切断。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种对三相电动机进行变频控制的电动机驱动电路。
技术介绍
在对三相无刷直流电动机进行变频控制的情况下，驱动三相变 频电路中的各个上臂侧开关元件和各个下臂侧开关元件开、关，将 直流电转换为三相交流电。 已知变频器的通电控制方式有使各个开关元件的导通期间为 电动机角度2;r /3的120度通电方式、使各个开关元件的导通期间 为电动机角度7T的180度通电方式。为控制三相无刷直流电动机的 转矩，就要对三相变频电路的开关元件进行PWM (脉宽调制Pulse Width Modulation)控制。 在所述三相无刷直流电动机的控制方法下，因为三相无刷直流 电动机具有很大的电感，所以在为进行PWM控制而切断某一规定相 的上臂侧开关元件(或者下臂侧开关元件)时，切断时已累积在三 相无刷直流电动机的电感中的磁能会继惯性动。 为克服上述缺点釆取了以下做法，将各个开关元件与回流二极 管(惯性二极管)并列逆连接，经由该惯性二极管削弱累积在所述 电感中的磁 食b 。在P丽控制下，在正向电流刚刚流入惯性二极管不久，进行施加逆向高压的工作。此时，惯性二极管中会瞬间流过朝逆向流动的电流，该朝逆向流动的电流被称作恢复电流。该恢复电流产生对驱动电动机无用的功率，在变频电路中作为热消耗掉，成为导致变频 器的功率转换效率降低的一个原因。在用MOS (金属一绝缘膜一半导体)晶体管作开关元件的情况下，是用M0S晶体管的寄生二极管作惯性二极管。但是，恢复电流在M0S晶体管的寄生二极管中流动的时间很长。结果是，恢复电流 引起的功耗增大，而容易发热。 在用IGBT (绝缘栅双极型晶体管)作开关元件的情况下，因为 没有寄生二极管，所以需要外装惯性二极管。用恢复电流小的FRD (快速恢复二极管)作外装的惯性二极管，就能够使开关损耗减小 (参考例如专利文献1)。专利文献1:日本公开特许公报特开平7 — 222459号公报 —专利技术要解决的技术问题一 然而存在的问题是现在的变频电路需要外装FRD，这样变频 电路的部件个数会增多，阻碍小型化和低成本化。
技术实现思路
本专利技术对上述问题加以解决，不外装二极管就能够构成变频器， 实现了 一个结构更加筒单的电动机驱动电路。 一用以解决技术问题的技术方案一件，该开关元件由半导体元件构成，该半导体元件中没有寄生二极 管，该半导体元件能够作为二极管工作。 具体而言，所列举的电动^l驱动电路以驱动三相电动才几的电动 才几驱动电路为对象，包括具有三个分別驱动三相电动机的各相的上 臂的上臂侧开关元件和三个分別驱动各相的下臂的下臂侧开关元件 的三相变频电路。下臂侧开关元件和上臂侧开关元件中至少 一种开 关元件是半导体元件，包括半导体层叠层体，由形成在衬底上的 氮化物半导体制成；第一欧姆电极及第二欧姆电极，形成在半导体 层叠层体上，第一欧姆电极及第二欧姆电极间留有间隙；以及第一 栅电极，形成在第一欧姆电极和第二欧姆电极之间。半导体元件作 为二极管工作，将以第一欧姆电极的电位为基准第一栅电极的阈值 电压以下的电压施加在第一栅电极上，由此使从第一欧姆电极流向 第二欧姆电极的电流流动，切断众第二欧姆电极流向第 一 欧姆电极 的电流。 例示的电动机驱动电路中，开关元件中的至少一个开关元件是作为二极管工作的半导体元件，即，将以第一欧姆电极的电位为基 准第一柵电极的阈值电压以下的电压施加在第一栅电极上，由此使 从第 一 欧姆电极流向第二欧姆电极的电流流动，切断从第二欧姆电 极流向第一欧姆电极的电流。因此，不将惯性二极管连接在变频元 件上，就能够防止上下臂间短路。在该情况下，恢复电流非常小， 因而能够使起因于惯性二极管的恢复电流的开关损耗降低。而且，半导体元件包括由形成在衬底上的氮化物半导体制成的半导体层 叠层体、形成在所述半导体层叠层体上的二者间留有间隙的第 一 欧 姆电极及第二欧姆电极以及形成在所述第 一 欧姆电极和第二欧姆电 极之间的第一栅电极，没有寄生二极管。结果是，能够使由于寄生 二极管引起的较大的恢复损耗降低。 一专利技术的效果一 根据本专利技术的电动机驱动电路，不外装二极管就能够构成变频 器，实现了结构更加简单的电动机驱动电路。 附图说明 是表示本专利技术第一实施方式所涉及的电动机驱动电路的 电路图。是表示本专利技术第一实施方式所涉及的双向开关与双向开 关的栅极电路的图。是表示本专利技术第一实施方式所涉及的双向开关的等效电 路的图。是表示本专利技术第一实施方式所涉及的双向开关的电流-电压特性的曲线图。是表示本专利技术第一实施方式所涉及的栅极驱动电路的图。是本专利技术第一实施方式所涉及的电动机驱动电路的工 作时序图。表示本专利技术第一实施方式所涉及的电动 机驱动电路工作时的电流流动情况，图7 (a)是表示上臂侧开关元件在脉宽期间的工作情况的图，图7 (b)是表示上臂侧开关元件在 脉冲间隔期间的工作情况的图。是表示本专利技术第一实施方式第一变形例所涉及的电动机驱动电路的电路图。是表示本专利技术第一实施方式第一变形例所涉及的电动 机驱动电路的工作时序的图。是表示本专利技术第二实施方式所涉及的电动机驱动电路 的电路图。是本专利技术第二实施方式所涉及的双向 开关。图11 (a)是双向开关的俯视图，图11 (b)是图11 (a)中 的XIb-XIb线的剖视图。是表示以本专利技术第二实施方式所涉及的双向开关作二 极管用时的恢复特性的曲线图。是本专利技术第二实施方式所涉及的电动机驱动电路的工 作时序图。表示本专利技术第二实施方式所涉及的 电动机驱动电路工作时的电流流动情况，图15 (a)是表示上臂侧 开关元件的脉宽期间的工作情况的图，图15 (b)是表示上臂侧开 关元件的脉冲间隔期间的工作情况的图。—符号说明一 1 直流电源2 电动4几驱动电路3 三相无刷直流电动机4 平滑电容器5 三相变频电路7 三相变频电路8 三相变频电路9 栅极控制器10半导体元件10A第一晶体管10B第二晶体管11村底12缓冲层13半导体层叠层体14第一半导体层15第二半导体层16A第一欧姆电极16B第二欧姆电极17保护膜18A第一栅电极18B第二栅电极19A第二控制层l犯第二控制层20控制部21第一电源22第二电源23栅极驱动电路24控制信号源30半导体元件31衬底32缓冲层33半导体层叠层体34第一半导体层35第二半导体层36A第一欧姆电极36B第二欧姆电极37保护膜38栅电极39控制层51a开关元件51b开关元件51c开关元件51d开关元件51e开关元件51f开关元件52a栅极电路52b栅极电路52c栅极电路52d栅极电路52e栅极电路52f栅极电路533二极管53b二极管53c二极管54a开关元件54b开关元件54c开关元件54d开关元件54e开关元件54f开关元件55a栅极电路55b栅极电路55c栅极电路55d栅极电路55e栅极电路55f栅极电路56a开关元件56b开关元件56c开关元件56d开关元件56e开关元件56f开关元件57s栅极电路57b栅极电路57c栅极电路57d栅极电路57e栅极电路57f栅极电路61第一欧姆电极布线62第二欧姆电极布线63栅电极布线65活性区域66非活性区域67第一欧姆电极垫68第二欧姆电极垫69栅电极垫具体实施方式 (第一实施方式)下面，参考附图对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动机驱动电路，是一个驱动三相电动机的电动机驱动电路，包括具有驱动所述三相电动机的各相的上臂的三个上臂侧开关元件和驱动各相的下臂的三个下臂侧开关元件的三相变频电路，其特征在于：　所述下臂侧开关元件和所述上臂侧开关元件中至少一种开关 元件是半导体元件，包括：　半导体层叠层体，由形成在衬底上的氮化物半导体制成，　第一欧姆电极及第二欧姆电极，形成在所述半导体层叠层体上，第一欧姆电极及第二欧姆电极间留有间隙，以及　第一栅电极，形成在所述第一欧姆电极和所述第二 欧姆电极之间，　所述半导体元件作为二极管工作，将以所述第一欧姆电极的电位为基准所述第一栅电极的阈值电压以下的电压施加在所述第一栅电极上，由此使从所述第一欧姆电极流向第二欧姆电极的电流流动，使从所述第二欧姆电极流向所述第一欧姆电极的电流 流动。

【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：森田竜夫，上本康裕，田中毅，白石松夫，森本笃史，石川晃一，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]