專利名稱：逆變器裝置、電動機驅(qū)動裝置、制冷空調(diào)裝置以及發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種逆變器裝置、電動機驅(qū)動裝置、制冷空調(diào)裝置以及發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著可變電壓·可變頻率逆變器的實用化，一直開拓各種電力轉(zhuǎn)換裝置的應(yīng)用領(lǐng)域。例如，在電動機驅(qū)動裝置等中使用的驅(qū)動電路中使用三相電壓型逆變器等。三相電壓型逆變器由使用了晶閘管、晶體管、IGBT、M0SFET等電力用半導(dǎo)體開關(guān)元件的三相橋式電路等構(gòu)成。通過將各相的開關(guān)元件的正極端子和負極端子分別直接連接到直流電壓源的正極端子和負極端子，來能夠?qū)崿F(xiàn)本電路。近年來，隨著推進裝置的高效化，一直改進這種標準電路，推進進一步的高效化。在以往的技術(shù)中，例如提議“一種電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于具備一對主電路開關(guān)元件，其與直流電壓源串聯(lián)連接，對負載提供電力；續(xù)流二極管，其與這些各主電路開關(guān)元件反向并聯(lián)連接；以及反向電壓施加電路，其在這些各續(xù)流二極管切斷時，向各續(xù)流二極管施加小于上述直流電壓源的反向電壓?！?例如，參照專利文獻1)。專利文獻1 日本特開平10-327585號公報(權(quán)利要求1)

發(fā)明內(nèi)容
(發(fā)明要解決的問題)如上所述的以往的裝置存在如下問題由于開關(guān)元件的dv/dt偏差等，為了控制反向電壓施加定時，需要高功能·高價的控制裝置。另外，存在如下問題由于進行利用附加電路的反向電壓施加，在附加電路發(fā)生故障時逆變器效率顯著降低。另外，以往的逆變器裝置存在如下問題在開關(guān)動作時，由于具有寄生二極管的開關(guān)元件而產(chǎn)生恢復(fù)損失。本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于得到一種能夠降低恢復(fù)損失的逆變器裝置、電動機驅(qū)動裝置、制冷空調(diào)裝置以及發(fā)電系統(tǒng)。另外，其目的在于得到能夠通過比較簡單的結(jié)構(gòu)來提高能量效率的逆變器裝置、 電動機驅(qū)動裝置、制冷空調(diào)裝置以及發(fā)電系統(tǒng)。(用于解決問題的方案)本發(fā)明所涉及的逆變器裝置具備使電流導(dǎo)通及切斷的多個臂，所述多個臂中的至少一個具備多個開關(guān)元件，具有寄生二極管，且該多個開關(guān)元件是相互串聯(lián)連接的；以及續(xù)流二極管，與所述多個開關(guān)元件并聯(lián)連接。本發(fā)明所涉及的電動機驅(qū)動裝置是驅(qū)動電動機的電動機驅(qū)動裝置，具備上述逆變器裝置以及控制上述逆變器裝置的控制單元。本發(fā)明所涉及的制冷空調(diào)裝置具備上述電動機驅(qū)動裝置以及由上述電動機驅(qū)動裝置驅(qū)動的電動機。
本發(fā)明所涉及的發(fā)電系統(tǒng)具備產(chǎn)生直流電力的發(fā)電裝置以及上述逆變器裝置，上述逆變器裝置將上述發(fā)電裝置所產(chǎn)生的直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力。(發(fā)明的效果)本發(fā)明具備具有寄生二極管的多個開關(guān)元件相互串聯(lián)連接而成的臂，因此能夠降低臂的開關(guān)動作時的恢復(fù)損失。另外，能夠通過比較簡單的結(jié)構(gòu)來提高能量效率。


圖1是表示實施方式1所涉及的逆變器電路的臂的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示實施方式1所涉及的逆變器電路的結(jié)構(gòu)的圖。圖3是表示實施方式1所涉及的SJ構(gòu)造的MOSFET的構(gòu)造的概要圖。圖4是表示與SJ構(gòu)造的MOSFET有關(guān)的漏-源間電壓與導(dǎo)通電阻之間的關(guān)系的一例的圖。圖5是表示實施方式2所涉及的電動機驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖6是表示實施方式2所涉及的PWM生成時序的流程圖。圖7是表示實施方式2所涉及的電動機驅(qū)動裝置的PWM開關(guān)模式的一例的圖。圖8是表示實施方式3所涉及的電動機驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖9是表示PWM逆變器的上臂邏輯狀態(tài)的圖。圖10是表示PWM逆變器的逆變器旋轉(zhuǎn)角與電壓指令矢量之間的關(guān)系的圖。圖11是表示實施方式3所涉及的逆變器電路的低電平固定兩相調(diào)制(underlaid two-phase modulation)中的PWM開關(guān)模式的一例的圖。圖12是表示實施方式3所涉及的電動機驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖13是表示實施方式3所涉及的逆變器電路的高電平固定兩相調(diào)制(overlaid two-phase modulation)中的PWM開關(guān)模式的一例的圖。圖14是表示實施方式4所涉及的電動機驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖15是表示實施方式4所涉及的電動機驅(qū)動裝置的U相電壓指令和從動側(cè)逆變器U相電位的一例的圖。圖16是表示實施方式5所涉及的電動機驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖17是表示實施方式6所涉及的系統(tǒng)連結(jié)型太陽能發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。圖18是表示實施方式7所涉及的制冷空調(diào)裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖19是表示以往的逆變器電路的結(jié)構(gòu)的圖。圖20是表示以往的基于MOSFET的寄生二極管的等效短路電路形成的一例的圖。圖21是表示以往的逆變器電路所涉及的短路電流的一例的圖。(附圖標記說明)1 電動機；2 逆變器電路；2a 逆變器電路；2b 逆變器電路；3 電流檢測單元； 3a 電流檢測單元；3b 電流檢測單元；3c 電流檢測單元；4 臂；4a 4f 臂；5 上側(cè)開關(guān)元件 5f 上側(cè)開關(guān)元件；6 下側(cè)開關(guān)元件；6a 6f 下側(cè)開關(guān)元件；7 寄生二極管； 7a 7f 寄生二極管；8 寄生二極管；8a 8f 寄生二極管；9 續(xù)流二極管；9a 9f 續(xù)流二極管；10 電壓檢測單元；11 控制部；12 直流電壓源；13 開關(guān)元件；13a 13f 開關(guān)元件；14 開關(guān)元件；1 14f 開關(guān)元件；15 臂；15a 15f 臂；16 負載裝置；21 柵極；22 源極；23 漏極；24 襯底(極性η+) ；25 :ρ層；26 :η層；51 太陽能電池陣列；52 單相工業(yè)電力系統(tǒng)；53 系統(tǒng)連結(jié)逆變器裝置；61 升壓電路；62 濾波電路；63 連結(jié)繼電器；64 運算處理裝置；101 開關(guān)元件；IOla IOlf 開關(guān)元件；102 寄生二極管；10 102f 寄生二極管；201 室外機；202 制冷劑壓縮機；203 鼓風(fēng)機；204 室內(nèi)機。
具體實施例方式實施方式1〈臂4的結(jié)構(gòu)>圖1是表示實施方式1所涉及的逆變器電路的臂的結(jié)構(gòu)的圖。如圖1所示，臂4具備上側(cè)開關(guān)元件5、下側(cè)開關(guān)元件6以及續(xù)流二極管9。該臂 4用于導(dǎo)通和切斷電流。上側(cè)開關(guān)元件5例如由超結(jié)(Super Junction)構(gòu)造(以下稱為“SJ構(gòu)造”。)的M OSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor 金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)構(gòu)成。上側(cè)開關(guān)元件5具有寄生二極管7。此外，后面說明SJ構(gòu)造。下側(cè)開關(guān)元件6由MOSFET構(gòu)成。下側(cè)開關(guān)元件6具有寄生二極管8。下側(cè)開關(guān)元件6的寄生二極管8與上側(cè)開關(guān)元件5的寄生二極管7相比，反向恢復(fù)時間短。此外，下側(cè)開關(guān)元件6并不必須是高耐壓元件，也可以使用低耐壓元件。例如，下側(cè)開關(guān)元件6也可以使用與上側(cè)開關(guān)元件5相比耐壓低的元件。此外，上側(cè)開關(guān)元件5和下側(cè)開關(guān)元件6相當(dāng)于本發(fā)明中的“開關(guān)元件”。上側(cè)開關(guān)元件5和下側(cè)開關(guān)元件6相互串聯(lián)連接。例如，將由η溝道的MOSFET構(gòu)成的上側(cè)開關(guān)元件5與由ρ溝道的MOSFET構(gòu)成的下側(cè)開關(guān)元件6串聯(lián)連接。另外，例如，將由ρ溝道的MOSFET構(gòu)成的上側(cè)開關(guān)元件5與由η溝道的MOSFET構(gòu)成的下側(cè)開關(guān)元件6串聯(lián)連接。也就是說，上側(cè)開關(guān)元件5及下側(cè)開關(guān)元件6是和與該MOSFET的溝道不同的溝道的MOSFET串聯(lián)連接。另外，例如，將由η溝道的MOSFET構(gòu)成的上側(cè)開關(guān)元件5與由η溝道的MOSFET構(gòu)成的下側(cè)開關(guān)元件6以共源極(common source)方式反向串聯(lián)連接。也就是說，上側(cè)開關(guān)元件5及下側(cè)開關(guān)元件6是和與該MOSFET的溝道相同的溝道的MOSFET反向串聯(lián)連接。通過這樣連接上側(cè)開關(guān)元件5和下側(cè)開關(guān)元件6，串聯(lián)連接成上側(cè)開關(guān)元件5的寄生二極管7的極性與下側(cè)開關(guān)元件6的寄生二極管8的極性相反。續(xù)流二極管9是與上側(cè)開關(guān)元件5及下側(cè)開關(guān)元件6并聯(lián)連接。另外，續(xù)流二極管9被連接成極性與上側(cè)開關(guān)元件5的寄生二極管7的極性相同。該續(xù)流二極管9與寄生二極管7及寄生二極管8相比，反向恢復(fù)時間短。續(xù)流二極管9起到如下作用在上側(cè)開關(guān)元件5和下側(cè)開關(guān)元件6處于斷開狀態(tài)時，使回流電流流動。此外，在本實施方式中，說明將MOSFET用作“開關(guān)元件”的方式，但是本發(fā)明并不限于此，只要具有寄生二極管，就能夠使用任意的開關(guān)元件。此外，在本實施方式中，說明在臂4中具備兩個開關(guān)元件的情況，但是本發(fā)明并不限于此，也可以具備2個以上的開關(guān)元件。<逆變器電路2的結(jié)構(gòu)>圖2是表示實施方式1所涉及的逆變器電路的結(jié)構(gòu)的圖。如圖2所示，逆變器電路2是將六個臂如 4f分別進行橋式連接來構(gòu)成的。該逆變器電路2通過各臂如 4f導(dǎo)通和切斷電流，將來自直流電壓源12的直流電壓轉(zhuǎn)換為任意電壓、任意頻率的三相交流并提供給負載裝置16。此外，逆變器電路2相當(dāng)于本發(fā)明中的“逆變器裝置”。此外，逆變器裝置還被稱為電力轉(zhuǎn)換裝置。臂^、4b、k的一端連接到直流電壓源12的高壓側(cè)(P側(cè))。臂4d、4e、7f的一端連接到直流電壓源12的低壓側(cè)(N側(cè))。而且，臂如與4d的連接點、臂4b與如的連接點、臂如與4f的連接點連接到負載裝置16。此外，在以下說明中，將臂^、4b、k還稱為“上臂”。另外，在以下說明中，將臂4d、4e、4f還稱為“下臂”。各臂乜 4f具備上側(cè)開關(guān)元件fe 5f、下側(cè)開關(guān)元件6a 6f、續(xù)流二極管9a 9f。上側(cè)開關(guān)元件fe 5f具備寄生二極管7a 7f。下側(cè)開關(guān)元件6a 6f具備寄生二極管8a 8f。以上，說明了本實施方式中的臂4以及具備它的逆變器電路2的結(jié)構(gòu)。接著，說明在上側(cè)開關(guān)元件5中使用的SJ構(gòu)造的MOSFET的特征以及使用了 SJ構(gòu)造的MOSFET的以往的逆變器電路的問題。<SJ 構(gòu)造的 M0SFET〉IGBT、MOSFET等功率器件使用于從民用設(shè)備至產(chǎn)業(yè)設(shè)備的各種用途。目前，使用了 SiC(碳化硅)、GaN(氮化鎵)等的器件開發(fā)以各種形式進行。另一方面，在功率MOSFET中，也出現(xiàn)了 SJ構(gòu)造的功率M0SFET，實現(xiàn)了與以往的構(gòu)造相比導(dǎo)通電阻低(超低導(dǎo)通電阻)的器件。圖3是表示實施方式1所涉及的SJ構(gòu)造的MOSFET的構(gòu)造的概要圖。如圖3所示，SJ構(gòu)造的MOSFET由柵極21、源極22、漏極23、襯底(極性η+) 24、ρ 層25以及η層沈構(gòu)成。SJ構(gòu)造的MOSFET通過使ρ層25與η層沈的電荷取得平衡，具有如下優(yōu)點能夠降低導(dǎo)通電阻，能夠提高耐壓。圖4是表示與SJ構(gòu)造的MOSFET有關(guān)的漏-源間電壓與導(dǎo)通電阻的關(guān)系的一例的圖。如圖4所示，在以往的MOSFET中，隨著漏-源間電壓上升，導(dǎo)通電阻增大。在SJ 構(gòu)造的MOSFET中，能夠?qū)?dǎo)通電阻抑制為較低。但是，SJ構(gòu)造的MOSFET具有如下特性與以往的MOSFET相比，寄生二極管的反向恢復(fù)時間長。
<以往的逆變器電路的問題>說明將具有如上所述的特性的SJ構(gòu)造的MOSFET適用于逆變器電路時的問題。圖19是表示以往的逆變器電路的結(jié)構(gòu)的圖。如圖19所示，以往的逆變器電路2對由SJ構(gòu)造的MOSFET形成的開關(guān)元件IOla IOlf進行橋式連接。逆變器電路2根據(jù)來自例如控制部11的PWM信號對開關(guān)元件IOla IOlf進行開關(guān)控制。由此，將來自直流電壓源12的直流電壓轉(zhuǎn)換為任意電壓、任意頻率的三相交流并提供給例如電動機1。這樣，到目前為止，以往的逆變器電路2的結(jié)構(gòu)一般是在上臂和下臂中分別具有一個開關(guān)元件IOla IOlf的電路。在用這種電路結(jié)構(gòu)進行使用了 PWM的電動機驅(qū)動運轉(zhuǎn)的情況下，無法忽略各開關(guān)元件IOla IOlf附帶的寄生二極管10 102f的恢復(fù)損失。圖20是表示以往的基于MOSFET的寄生二極管的等效短路電路形成的一例的圖。例如，著眼于U相。現(xiàn)在設(shè)U相上側(cè)的開關(guān)元件IOla和U相下側(cè)的開關(guān)元件IOld 都處于斷開狀態(tài)。而且，考察在負載電流(回流電流)流過U相下側(cè)的寄生二極管102d時將U相上側(cè)的開關(guān)元件IOla接通的情況。在這種情況下，即使對寄生二極管102d施加反向偏壓，也由于蓄積的載流子(電荷)而在反向恢復(fù)時間(恢復(fù)時間)的期間內(nèi)處于能夠通電的狀態(tài)。S卩，寄生二極管102d可視為一種電容器，因此直到放出完畢所蓄積的電荷量為止，即直到寄生二極管102d截止為止的期間內(nèi)處于導(dǎo)通狀態(tài)。因此，如圖20所示，當(dāng)將U相上側(cè)的開關(guān)元件IOla接通時，在寄生二極管102d的反向恢復(fù)時間的期間形成使直流電壓源12短路的電路。也就是說，在該期間內(nèi)，U相上側(cè)的開關(guān)元件IOla和U相下側(cè)的寄生二極管102d等效地被視為短路電路。形成這種等效短路電路的時間依賴于MOSFET的寄生二極管102的反向恢復(fù)時間， 反向恢復(fù)時間越長則恢復(fù)損失越大。如本例那樣，在以往的逆變器電路2中，當(dāng)將反向恢復(fù)時間長的SJ構(gòu)造的MOSFET 使用于開關(guān)元件101時，在開關(guān)的切換時由于寄生二極管102的存在而形成等效短路電路的時間變長，因此恢復(fù)損失大。圖21是表示以往的逆變器電路所涉及的短路電流的一例的圖。在圖21中，示出接通時的等效短路電路的主電路側(cè)(直流電壓源12側(cè))短路電流。如圖21所示，在將任意的開關(guān)元件101斷開并將相反側(cè)的開關(guān)元件101接通時， 直到放出完畢寄生二極管102的電荷為止的期間，通過與主電路側(cè)的環(huán)形路徑而流過等效的短路電流，因此導(dǎo)致?lián)p失惡化。<逆變器電路2的動作>接著，說明防止如上所述的短路電流來降低恢復(fù)損失的逆變器電路2的動作。再次用圖2說明。本實施方式中的臂4的上側(cè)開關(guān)元件5和下側(cè)開關(guān)元件6被提供同一邏輯的柵極信號。也就是說，同一臂4內(nèi)的上側(cè)開關(guān)元件5和下側(cè)開關(guān)元件6在同一定時被控制成接通狀態(tài)和斷開狀態(tài)。例如，著眼于U相?，F(xiàn)在設(shè)U相上側(cè)的臂如和U相下側(cè)的臂4d都處于斷開狀態(tài)。 在這種情況下，負載電流(回流電流)流過U相下側(cè)的臂4d的續(xù)流二極管9d。此時，下側(cè)開關(guān)元件6d的寄生二極管8d被連接成極性與續(xù)流二極管9d的極性相反，因此通過寄生二極管8d堵上負載電流流向上側(cè)開關(guān)元件5的導(dǎo)通路徑。因此，負載電流不會流過反向恢復(fù)時間長的寄生二極管7d。接著，在U相上側(cè)的臂如被接通的情況下，即使對寄生二極管7d施加反向偏壓， 負載電流也不會流過寄生二極管7d,因此不會流過恢復(fù)電流。如本例那樣，本實施方式中的逆變器電路2中即使使用具有反向恢復(fù)時間長的寄生二極管7的上側(cè)開關(guān)元件5，在開關(guān)切換時上側(cè)開關(guān)元件5也不會成為導(dǎo)通狀態(tài)。此外，由于負載電流流過續(xù)流二極管9，因此臂4僅在續(xù)流二極管9的反向恢復(fù)時間(恢復(fù)時間)的期間內(nèi)成為能夠?qū)ǖ臓顟B(tài)。如上所述，在本實施方式中，逆變器電路2的臂4被串聯(lián)連接成上側(cè)開關(guān)元件5的寄生二極管7的極性與下側(cè)開關(guān)元件6的寄生二極管8的極性相反。因此，負載電流不會流過上側(cè)開關(guān)元件5和下側(cè)開關(guān)元件6，能夠抑制在開關(guān)切換時恢復(fù)電流流過上側(cè)開關(guān)元件5和下側(cè)開關(guān)元件6。因此，即使在使用具有反向恢復(fù)時間長的寄生二極管7的上側(cè)開關(guān)元件5的情況下，也能夠降低恢復(fù)損失。因而，能夠提高逆變器電路2的效率。另外，下側(cè)開關(guān)元件6的寄生二極管8與上側(cè)開關(guān)元件5的寄生二極管7相比反向恢復(fù)時間短。因此，堵上在臂4的切換時負載電流流向上側(cè)開關(guān)元件5的導(dǎo)通路徑，能夠使形成等效短路電路的時間變短，能夠降低恢復(fù)損失。另外，臂4具備與上側(cè)開關(guān)元件5及下側(cè)開關(guān)元件6并聯(lián)連接的續(xù)流二極管9。因此，能夠使負載電流流過續(xù)流二極管9。另外，續(xù)流二極管9的反向恢復(fù)時間比上側(cè)開關(guān)元件5的寄生二極管7短。因此， 能夠使在臂4的切換時形成等效短路電路的時間變短，能夠降低恢復(fù)損失。另外，將SJ構(gòu)造的MOSFET用作上側(cè)開關(guān)元件5。因此，不會有損于能夠降低導(dǎo)通電阻并能夠提高耐壓的優(yōu)點，而能夠降低恢復(fù)損失。另外，當(dāng)對下側(cè)開關(guān)元件6使用低耐壓的MOS-FET時，不僅溝道電阻低，而且內(nèi)建電勢(built-in potential)(由耗盡層區(qū)域內(nèi)的電場產(chǎn)生的電位差)低，因此能夠?qū)?dǎo)通電壓的增加抑制為較低，能夠?qū)⒁蜷_關(guān)元件數(shù)增加所導(dǎo)致的效率降低抑制為最小限度。此外，在本實施方式中，示出了使用SJ構(gòu)造的MOSFET的逆變器電路2的情況，但是能夠使用存在寄生二極管或寄生電感的任意的開關(guān)元件。此外，通過對續(xù)流二極管9使用反向恢復(fù)時間短的高速類型的二極管，能夠進一步防止因臂4內(nèi)的上側(cè)開關(guān)元件5與下側(cè)開關(guān)元件6的反向恢復(fù)時間的特性差異引起的短路電路形成。此外，也可以將構(gòu)成逆變器電路2的臂4中的至少一個、或所有的臂模塊化。通過將這種模塊安裝到逆變器電路2，能夠去除引線電感增加等的噪聲因素。另外，能夠減小安裝面積。
實施方式2在本實施方式中，說明具備上述實施方式1的逆變器電路2的電動機驅(qū)動裝置。〈結(jié)構(gòu)〉圖5是表示實施方式2所涉及的電動機驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)的圖。如圖5所示，電動機驅(qū)動裝置具備逆變器電路2、電流檢測單元3a、電流檢測單元 3b、電壓檢測單元10、控制部11、直流電壓源12。該電動機驅(qū)動裝置用于對電動機1進行驅(qū)動運轉(zhuǎn)。此外，控制部11相當(dāng)于本發(fā)明中的“控制單元”。電動機1例如由三相同步電動機構(gòu)成。電動機1與逆變器電路2相連接。逆變器電路2是與上述實施方式1相同的結(jié)構(gòu)。此外，對與上述實施方式1相同的結(jié)構(gòu)附加同一標記。電流檢測單元3a和北檢測流過電動機1的繞組的電流(以下還稱為“電動機電流”。)。電流檢測單元3a和北例如由電流檢測元件構(gòu)成，檢測與電動機電流相應(yīng)的電壓。 而且，將由電流檢測元件得到的電壓輸入到控制部11。電壓檢測單元10檢測提供給逆變器電路2的直流電壓(母線電壓)。電壓檢測單元10例如由包括電阻·電容器等的分壓電路、A/D轉(zhuǎn)換器、放大器等構(gòu)成。電壓檢測單元將檢測到的電壓輸入到控制部11?？刂撇?1例如由CPU (Central Processing Unit :中央處理單元)構(gòu)成。控制部 11對逆變器電路2進行PWM(Pulse Width Modulation 脈寬調(diào)制)控制，驅(qū)動電動機1。后面說明動作的詳細內(nèi)容。另外，控制部11通過內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換器等將從電流檢測單元3a和3b輸入的電壓轉(zhuǎn)換為與其電壓值相應(yīng)的數(shù)值的數(shù)據(jù)，換算為流過電動機1的電流的數(shù)據(jù)(信息)。此外， 電流的檢測并不限定于此。另外，控制部11通過內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換器等將從電壓檢測單元10輸入的電壓轉(zhuǎn)換為與電壓值相應(yīng)的數(shù)值數(shù)據(jù)，換算為直流母線電壓的數(shù)據(jù)(信息)。此外，母線電壓的檢測并不限定于此。以上，說明了本實施方式中的電動機驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)。接著，說明本實施方式中的電動機驅(qū)動裝置的動作?！磩幼鳌翟诖耍f明使用PWM(Pulse Width Modulation 脈寬調(diào)制)的電動機驅(qū)動運轉(zhuǎn)。在本實施方式中，說明如下情況不附加磁極位置傳感器，而根據(jù)流過繞組的電流的數(shù)據(jù)(信息)等來對電動機1進行驅(qū)動運轉(zhuǎn)。在本實施方式中的電動機驅(qū)動裝置中，控制部11通過電流檢測單元3a和北能夠得到電動機電流的數(shù)據(jù)。另外，控制部11經(jīng)由電壓檢測單元10還能夠得到母線電壓的數(shù)據(jù)?？刂撇?1根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行運算來生成PWM占空信號(duty signals，以下，稱為PWM 信號)，使臂4內(nèi)的上側(cè)開關(guān)元件fe 5f和下側(cè)開關(guān)元件6a 6f進行動作來對電動機1 施加電壓，從而進行電動機1的驅(qū)動運轉(zhuǎn)控制。在此，說明控制部11根據(jù)電動機電流Iu和Iw生成輸出到逆變器電路2的PWM信號的過程。
圖6是表示實施方式2所涉及的PWM生成時序的流程圖。以下，根據(jù)圖6的各步驟說明動作。(S201)控制部11根據(jù)基于電流檢測單元3a和北的檢測得到的兩相電流(Iu，Iw)，利用 “三相電流的總和為0”的三相平衡逆變器的特征等，算出流過UVW各相的電流。(S202)接著，通過控制部11所具有的用于求出勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的單元對各相電流值進行坐標轉(zhuǎn)換，算出勵磁電流成分(Y軸電流)1^和轉(zhuǎn)矩電流成分(S軸電流)IS。具體地說，如下進行通過將電動機電流Iu Iw代入如下式(1)所示的轉(zhuǎn)換矩陣[Cl]并進行轉(zhuǎn)換，來算出勵磁電流I Y和轉(zhuǎn)矩電流I S。其中，示出(1)式中的θ為逆變器旋轉(zhuǎn)角且旋轉(zhuǎn)方向為順時針的情況。[式1]
權(quán)利要求
1.一種逆變器裝置，其特征在于，具備使電流導(dǎo)通及切斷的多個臂，所述多個臂中的至少一個具備多個開關(guān)元件，具有寄生二極管，且該多個開關(guān)元件是相互串聯(lián)連接的；以及續(xù)流二極管，與所述多個開關(guān)元件并聯(lián)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器裝置，其特征在于，將所述開關(guān)元件連接成該開關(guān)元件的寄生二極管的極性與相鄰的其它開關(guān)元件的寄生二極管的極性相反。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的逆變器裝置，其特征在于，所述多個開關(guān)元件中的、所述寄生二極管的極性與所述續(xù)流二極管的極性相反的開關(guān)元件與其它開關(guān)元件相比所述寄生二極管的反向恢復(fù)時間短。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任一項所述的逆變器裝置，其特征在于， 所述開關(guān)元件是MOSFET。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的逆變器裝置，其特征在于，所述MOSFET串聯(lián)連接于與該MOSFET的溝道不同的溝道的M0SFET。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的逆變器裝置，其特征在于，所述MOSFET反向串聯(lián)連接于與該MOSFET的溝道相同的溝道的M0SFET。
7.根據(jù)權(quán)利要求4 6中的任一項所述的逆變器裝置，其特征在于， 所述多個MOSFET中的至少一個是超結(jié)構(gòu)造的M0SFET。
8.根據(jù)權(quán)利要求4 6中的任一項所述的逆變器裝置，其特征在于，所述多個MOSFET中的、所述寄生二極管的極性與所述續(xù)流二極管的極性相同的 MOSFET是超結(jié)構(gòu)造的MOSFETo
9.根據(jù)權(quán)利要求4 8中的任一項所述的逆變器裝置，其特征在于，所述多個MOSFET中的、所述寄生二極管的極性與所述續(xù)流二極管的極性相反的 MOSFET是與其它MOSFET相比耐壓低的M0SFET。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 9中的任一項所述的逆變器裝置，其特征在于， 所述續(xù)流二極管與所述寄生二極管相比反向恢復(fù)時間短。
11.根據(jù)權(quán)利要求1 10中的任一項所述的逆變器裝置，其特征在于，所述多個臂中的、與提供到該逆變器裝置的直流電壓的高壓側(cè)連接的臂中的至少一個具備所述多個開關(guān)元件和所述續(xù)流二極管，所述多個臂中的、與提供到該逆變器裝置的直流電壓的低壓側(cè)連接的臂中的至少一個具備一個第二開關(guān)元件和與所述第二開關(guān)元件并聯(lián)連接的第二續(xù)流二極管。
12.根據(jù)權(quán)利要求1 10中的任一項所述的逆變器裝置，其特征在于，所述多個臂中的、與提供到該逆變器裝置的直流電壓的低壓側(cè)連接的臂的至少一個具備所述多個開關(guān)元件和所述續(xù)流二極管，所述多個臂中的、與提供到該逆變器裝置的直流電壓的高壓側(cè)連接的臂的至少一個具備一個第二開關(guān)元件和與所述第二開關(guān)元件并聯(lián)連接的第二續(xù)流二極管。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的逆變器裝置，其特征在于， 所述第二開關(guān)元件是IGBT或M0SFET。
14.根據(jù)權(quán)利要求1 13中的任一項所述的逆變器裝置，其特征在于，對所述多個臂中的至少一個進行了模塊化。
15.一種驅(qū)動電動機的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，具備 權(quán)利要求1 14中的任一項所述的逆變器裝置；以及控制單元，控制所述逆變器裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，具備電流檢測單元，該電流檢測單元檢測流過所述電動機的繞組的電流， 所述控制單元根據(jù)所述電流檢測單元所檢測到的電流對所述逆變器裝置進行PWM控制來驅(qū)動所述電動機。
17.—種驅(qū)動電動機的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，具備權(quán)利要求11、或者從屬于權(quán)利要求11的權(quán)利要求13或14中的任一項所述的逆變器裝置；電流檢測單元，檢測流過所述電動機的繞組的電流；以及控制單元，控制所述逆變器裝置，其中，所述控制單元根據(jù)所述電流檢測單元所檢測到的電流，通過低電平固定兩相調(diào)制對所述逆變器裝置進行PWM控制來驅(qū)動所述電動機。
18.—種驅(qū)動電動機的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，具備權(quán)利要求12、或者從屬于權(quán)利要求12的權(quán)利要求13或14中的任一項所述的逆變器裝置；電流檢測單元，檢測流過所述電動機的繞組的電流；以及控制單元，控制所述逆變器裝置，其中，所述控制單元根據(jù)所述電流檢測單元所檢測到的電流，通過高電平固定兩相調(diào)制對所述逆變器裝置進行PWM控制來驅(qū)動所述電動機。
19.一種驅(qū)動電動機的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，具備 權(quán)利要求1 14中的任一項所述的逆變器裝置；第二逆變器裝置，具備至少一個具有一個開關(guān)元件和一個續(xù)流二極管的臂；以及控制單元，控制所述逆變器裝置和所述第二逆變器裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，具備電流檢測單元，該電流檢測單元檢測流過所述電動機的繞組的電流， 所述控制單元根據(jù)所述電流檢測單元所檢測到的電流求出各相電壓指令值， 根據(jù)所述各相電壓指令值對所述逆變器裝置進行PWM控制， 根據(jù)所述各相電壓指令值的電壓極性控制所述第二逆變器裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于， 對所述逆變器裝置和所述第二逆變器裝置中的至少一個進行模塊化。
22.—種制冷空調(diào)裝置，其特征在于，具備權(quán)利要求15 21中的任一項所述的電動機驅(qū)動裝置；以及電動機，由所述電動機驅(qū)動裝置驅(qū)動。
23.一種發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，具備 發(fā)電裝置，產(chǎn)生直流電力；以及權(quán)利要求1 14中的任一項所述的逆變器裝置，其中，所述逆變器裝置將所述發(fā)電裝置所產(chǎn)生的直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述逆變器裝置將所述發(fā)電裝置所產(chǎn)生的直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力，連結(jié)到工業(yè)電力系統(tǒng)而提供電力。
25.根據(jù)權(quán)利要求23或M所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電裝置是太陽能電池、燃料電池以及風(fēng)力發(fā)電機中的至少一個。
全文摘要
得到能夠降低恢復(fù)損失的逆變器裝置、電動機驅(qū)動裝置、制冷空調(diào)裝置以及發(fā)電系統(tǒng)。具備將電流導(dǎo)通及切斷的多個臂(4)，多個臂(4)中的至少一個具備相互串聯(lián)連接的多個開關(guān)元件和續(xù)流二極管(9)，該多個開關(guān)元件具有寄生二極管，該續(xù)流二極管(9)與多個開關(guān)元件并聯(lián)連接。
文檔編號H02P27/06GK102396144SQ20098015869
公開日2012年3月28日 申請日期2009年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日
發(fā)明者下麥卓也, 中林弘一, 坂廼邊和憲, 有澤浩一, 田畑光晴, 篠本洋介 申請人:三菱電機株式會社