变换器制造技术

本实用新型专利技术所涉及的变换器其具备：将串联连接了第1开关元件及第2开关元件的臂并联连接N个的电路，其中N为2以上的整数；和N个栅极驱动电路，进行各臂内的第1开关元件及第2开关元件的导通截止控制。N个栅极驱动电路的各个电路，能与外部的控制器连接，基于来自外部的控制器的一个指令信号，生成针对第1开关元件的栅极的第1栅极驱动信号以及针对第2开关元件信号的第2栅极驱动信号，向第1开关元件的栅极输出第1栅极驱动信号，并与第1栅极驱动信号同步地向第2开关元件输出第2栅极驱动信号，栅极驱动电路是生成相对于第1驱动信号波形翻转的第2驱动信号的电路，第1开关元件及第2开关元件具备单极型二极管区域。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及在采用同步整流方式的变换器(inverter)中简化栅极驱动电路的结构的技术。
技术介绍
已知一种变换器，其采用所谓的同步整流方式，使作为整流元件的整流用开关单元与主开关单元同步地进行动作以进行整流动作(例如，专利文献1)。在采用同步整流方式的变换器中，以低于回流二极管的启动电压的电压使整流用开关单元进行动作，由此其优点在于可实现功率变换效率的提高。图10表示包括采用同步整流方式的变换器的负载驱动系统的整体结构。负载驱动系统900具备直流电源DC、平滑电容器902、变换器901、以及作为负载的三相交流电动机903。变换器901具备三相桥式电路，由U相臂90如、V相臂904v、W相臂90 并联连接而成；和栅极驱动电路GD91、GD92，对构成各臂的开关单元的开关动作进行控制。由于各相臂9(Mu、904v、9(Mw的构成是共通的，因此这里仅取出W相臂90 进行说明。W相臂90 由串联连接的高侧开关单元H9和低侧开关单元L9构成。开关单元H9、L9 为了实现同步整流，由金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor，以下记为MOSFET。)为代表的、在导通情况下具有在正向和反向的双向导通的沟道区域的功率半导体元件构成。开关单元H9、L9的栅极端子分别与栅极驱动电路⑶91、⑶92连接，从栅极驱动电路⑶91、⑶92输出的栅极驱动信号SgH9、SgL9被输出至开关单元H9、L9的栅极端子，以控制开关单元H9、L9的动作。在高侧开关单元H9的漏极-源极之间，按照与高侧开关单元H9的输入输出方向逆并联的方式设有回流二极管DH9，同样，在低侧开关单元L9也设有回流二极管DL9。使用回流二极管DH9、DL9的目的在于，在开关单元H9、L9的双方都截止的情况下，确保使电流回流的路径。在专利文献1中公开了如下的技术，将构成开关单元的MOSFET自身构造上具备的、仅在反方向导通的双极型的二极管区域用作回流二极管DL9。根据该结构，不需要在 MOSFET之外另行设置二极管，达到了能够实现开关单元小型化的这种效果。此外，MOSFET 自身构造上具备的二极管区域也被称为体二极管或寄生二极管。专利文献1JP特开2008-61403号公报专利文献2JP特开2002-299625号公报专利文献3JP特开2008-17237号公报图11表示负载驱动系统900具备的变换器901动作时的时序图，仅提取并示出了构成图10中的W相臂90 的开关单元H9、L9的动作。图11(a)表示W相臂90 的输出电流波形，图11(b)表示(a)中的圆圈包围部分的放大图。在采用同步整流方式时，在图11(a)所示的正半周期(圆圈包围的部分包含在该期间中)中，高侧开关单元H9作为主开关单元发挥功能，低侧开关单元L9作为整流用开关单元发挥功能。另一方面，在负半周期中，低侧开关单元L9作为主开关单元发挥功能，高侧开关单元H9作为整流用开关单元发挥功能。以下，在本说明书中，只要没有特别记载，则所说明的是正半周期的情况。图11 (c)表示栅极驱动信号SgH9的电压波形，图11 (d)表示栅极驱动信号SgL9 的电压波形。在栅极驱动信号SgH9、SgL9中的高电平期间，对应的开关单元导通，在低电平期间截止。以往，为了防止流过因开关单元H9、L9的双方都导通引起的短路电流，如图 ll(c)、(d)所示那样，在栅极驱动信号SgH9、SgL9中设置空载时间DT1、DT2。因此，栅极驱动电路⑶必需设置用于接收外部输入的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation)信号 (以下，记为PWM信号)并基于这些这些信号生成设置有空载时间DTI、DT2的栅极驱动信号SgH9、SgL9的结构。其结果，产生了栅极驱动电路结构复杂化的问题。
技术实现思路
本技术是鉴于上述问题进行的，其目的在于提供一种防止在高侧开关单元和低侧开关单元之间流过短路电流的同时，能够简化栅极驱动电路结构的变换器。为了实现上述目的，本技术的一实施方式所涉及的变换器具备将串联连接了第1开关元件及第2开关元件的臂并联连接N个(N为2以上的整数)的电路；和N个栅极驱动电路，针对每个所述臂进行设置，进行各臂内的第1开关元件及第2开关元件的导通截止控制。所述第1开关元件及所述第2开关元件是金属-绝缘体-半导体场效应晶体管，所述N个栅极驱动电路的各个电路，能与外部的控制器连接，与各栅极驱动电路所对应的臂内的所述第1开关元件的栅极以及第2开关元件的栅极连接，基于来自所述外部的控制器的一个指令信号，生成针对所述第1开关元件的栅极的第1栅极驱动信号以及针对所述第2开关元件的第2栅极驱动信号，向所述第1开关元件的栅极输出所述第1栅极驱动信号，并与所述第1栅极驱动信号同步地向所述第2开关元件输出所述第2栅极驱动信号。 所述栅极驱动电路是生成相对于所述第1栅极驱动信号波形翻转的所述第2栅极驱动信号的电路。所述第1开关元件及所述第2开关元件具备单极型二极管区域。如上所述，一般周知在串联连接的开关单元的双方导通时流过短路电流。但是，本申请技术专利技术者通过认真研究发现，只要该双方开关单元处于导通的期间在规定期间内就不会流过短路电流。产生该没有短路电流流过的“规定期间”的原因是由于直流电源与变换器之间的布线具有寄生电感等。因此，本技术所涉及的变换器具备的栅极驱动电路在第1开关单元与第2开关单元之间使开关动作定时一致。其结果，能够实现如下的栅极驱动电路，其不需要用于生成设置空载时间的栅极驱动信号的结构。附图说明图1是表示具备第1实施方式所涉及的变换器101的负载驱动系统100的整体结构图。图2是表示第1实施方式所涉及的栅极驱动电路GDl的电路结构的示意图。图3是示意地表示第1实施方式所涉及的变换器101所具备的开关单元H1、L1的结构的剖面图。图4表示第1实施方式所涉及的变换器101动作时的时序图。图5表示第1实施方式所涉及的开关单元H1、L1存在双方处于截止的期间时的时序图。图6是表示具备第2实施方式所涉及的变换器201的负载驱动系统200的整体结构图。图7是示意地表示第2实施方式所涉及的变换器201所具备的开关单元H2、L2的结构的剖面图。图8是用于说明第2实施方式所涉及的变换器201所具备的开关单元H2、L2的动作的示意剖面图。图9表示第4实施方式所涉及的栅极驱动电路的电路结构图。图10表示具备采用了同步整流方式的变换器的负载驱动系统的整体结构图。图11是表示负载驱动系统900具备的变换器901动作时的时序图。具体实施方式以下，参照附图对本技术的实施方式进行说明。第1实施方式(整体结构)图1表示具备第1的实施方式所涉及变换器的负载驱动系统100的整体结构图。 在本实施方式中，说明以三相交流电动机为负载的结构。负载驱动系统100具备直流电源DC、变换器101、平滑电容器102、三相交流电动机 103、控制器105。直流电源DC例如是对电源系统进行整流而得到的直流电源、或者是电池类型(代表的有镍氢或锂离子等的二次电池)的直流电源。变换器101将从直流电源DC供给的直流电变换成相位分别相差120° (2 π /3弧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：北畠真，风间俊，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：实用新型
国别省市：