電力轉(zhuǎn)換裝置制造方法
【專利摘要】通過形成功率半導(dǎo)體模塊（10）的半橋電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件（Q1、Q2～Q6）中的一個(gè)所具備的電流檢測端子、以及與該一種半導(dǎo)體開關(guān)元件（Q1、Q2～Q6）反向并聯(lián)連接的續(xù)流二極管（D1、D2～D6）所具備的電流檢測端子，利用電流檢測電路（11a、11b～11f）檢測流向所述半橋電路的電流。并且，利用采樣保持電路（14a、14b、14f）將表示通過電流檢測電路（11a、11b～11f）檢測出的電流的脈沖狀的電壓波形保持一定時(shí)間并轉(zhuǎn)換成階梯狀的電壓波形，通過絕緣電路（14a、14b、14c）將該采樣保持電路（14a、14b、14c）所保持的電壓傳輸?shù)娇刂齐娐罚?0）。
【專利說明】電力轉(zhuǎn)換裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力轉(zhuǎn)換裝置，其使具有多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件的功率半導(dǎo)體模塊與對所述多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件分別進(jìn)行開關(guān)驅(qū)動(dòng)的控制電路之間絕緣分離。
【背景技術(shù)】
[0002]具備被開關(guān)驅(qū)動(dòng)的IGBT等半導(dǎo)體開關(guān)元件并構(gòu)成逆變器裝置和斬波電路等的電力轉(zhuǎn)換裝置，廣泛應(yīng)用于各種用途。圖10是驅(qū)動(dòng)三相交流電機(jī)(負(fù)載)M的逆變器裝置的概略構(gòu)成圖。該逆變器裝置包括:功率半導(dǎo)體模塊10，其具有多個(gè)(6個(gè))半導(dǎo)體開關(guān)元件(IGBT)Ql、Q2~Q6并被封裝化；以及控制電路20，其使所述各半導(dǎo)體開關(guān)元件Q1、Q2~Q6相互關(guān)聯(lián)而進(jìn)行開/關(guān)(οη/ο--)驅(qū)動(dòng)。
[0003]所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q1、Q2~Q6，以每2個(gè)為I對被串聯(lián)連接并分別形成3個(gè)半橋電路HB，這些半橋電路HB被并聯(lián)設(shè)置而構(gòu)成所述負(fù)載M的驅(qū)動(dòng)電路。另外，多個(gè)(6個(gè))續(xù)流二極管(freewheel diode) D1、D2~D6分別與所述各半導(dǎo)體開關(guān)元件Q1、Q2~Q6反向并聯(lián)連接。所述各半橋電路，通過從分別構(gòu)成半橋電路的所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Ql、Q4的串聯(lián)連接點(diǎn)、所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q2、Q5以及所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q3、Q6的串聯(lián)連接點(diǎn)向所述負(fù)載M供給相位相差120°的3相(U相、V相、W相)電流，驅(qū)動(dòng)該負(fù)載M。
[0004]另一方面，所述控制電路20包括控制部22，所述控制部22包括例如CPU等運(yùn)算裝置21，并且生成根據(jù)所述各半橋電路的輸出電流對所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Ql、Q2~Q6分別進(jìn)行開/關(guān)控制的控制信號(hào)。所述控制電路20還包括驅(qū)動(dòng)電路23，該驅(qū)動(dòng)電路23輸出根據(jù)所述控制部22所生成的所述各控制信號(hào)對所述各半導(dǎo)體開關(guān)元件Q1、Q2~Q6分別進(jìn)行開/關(guān)驅(qū)動(dòng)的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vgl、Vg2~Vg6。
[0005]此外，所述控制部22所進(jìn)行的控制動(dòng)作所需的所述各半導(dǎo)體開關(guān)元件Q1、Q2~Q6的輸出電流的信息，例如，通 過利用電流互感器CT分別檢測所述各半橋電路的輸出電流而獲得。然而，最近，還通過使所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q以及所述續(xù)流二極管D具備電流檢測端子，并利用所述電流檢測端子檢測分別流經(jīng)該半導(dǎo)體開關(guān)元件Q以及續(xù)流二極管D的電流來獲取所述控制信息(參照例如專利文獻(xiàn)1、2)。
[0006]即，分別流經(jīng)所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q以及所述續(xù)流二極管D的電流，利用分別與各電流檢測端子相連接的電流檢測電路IlaUlb~Ilf進(jìn)行檢測。此外，如圖10所示，對流經(jīng)通過所述各電流檢測電路11 (IlaUlb~Ilf)檢測的各個(gè)所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q以及所述續(xù)流二極管D的各正負(fù)半周期部分的電流，使用加法器12 (12a、12b、12c)進(jìn)行合成，從而求出流經(jīng)所述各半橋電路的I個(gè)周期部分的電流。
[0007]此外，利用所述電流互感器CT等檢測出的所述各半橋電路的輸出電流，如圖11(a)所示，變?yōu)檎也娏鞑ㄐ巍Ｈ欢?，在這里僅顯示I個(gè)相的輸出電流。但是，通過所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q以及所述續(xù)流二極管D的所述各電流檢測端子檢測出的電流，如圖11 (b)所示，變?yōu)榕c該半導(dǎo)體開關(guān)元件Q的開關(guān)動(dòng)作周期同步的脈沖式離散型正弦波電流波形。
[0008]【現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)】[0009]【專利文獻(xiàn)I】日本專利文獻(xiàn)特開2000-134855號(hào)公報(bào)
[0010]【專利文獻(xiàn)2】日本專利文獻(xiàn)特開2003-274667號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]技術(shù)問題
[0012]然而，在所述逆變器裝置(電力轉(zhuǎn)換裝置)中，從安全性的觀點(diǎn)來看，例如要求對被施加大電流、高電壓的所述功率半導(dǎo)體模塊10和所述控制電路20之間進(jìn)行電性絕緣。該電性絕緣，例如，如圖12所示，通過在所述加法器12 (12a、12b、12c)和所述運(yùn)算裝置21之間設(shè)置絕緣電路13 (13a、13b、13c)的同時(shí)，在所述控制部22和所述驅(qū)動(dòng)電路23之間設(shè)置絕緣電路24而實(shí)現(xiàn)。這些絕緣電路13、24,例如由絕緣放大器構(gòu)成,所述絕緣放大器對電壓信號(hào)進(jìn)行調(diào)制之后施加到變壓器的一次側(cè)，對從該變壓器的二次側(cè)輸出的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)而恢復(fù)所述電壓信號(hào)。
[0013]在這里，設(shè)置于所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q1、Q2~Q6的驅(qū)動(dòng)側(cè)的所述絕緣電路24，僅傳輸針對各半導(dǎo)體開關(guān)元件Q1、Q2~Q6的開/關(guān)控制信號(hào)(數(shù)字信號(hào))。與此相反，在反饋系統(tǒng)中設(shè)置的所述絕緣電路13，如圖11 (b)所示，需要傳輸由離散型正弦波電流波形構(gòu)成的所述加法器12的輸出電壓(模擬信號(hào))。因此，在通過所述絕緣電路13進(jìn)行的信號(hào)傳輸中，包含如以下說明的問題。
[0014]即，所述加法器12的輸出電壓是相當(dāng)于與所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q的開關(guān)同步而分別斷續(xù)地流經(jīng)該半導(dǎo)體開關(guān)元件Q以及所述續(xù)流二極管D的電流的電壓，如圖13(a)所示，其由峰值(電壓)變化的脈沖狀波形構(gòu)成。如果通過所述絕緣電路13傳輸這樣的所述加法器12的輸出電壓，則如圖13 (b)所示，由于該絕緣電路13的響應(yīng)特性(響應(yīng)延遲時(shí)間)，其輸出電壓會(huì)在其上升沿上嚴(yán)重失真，`這是毋庸置疑的。
[0015]具體地說，在所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q的開關(guān)周期為100μ秒、規(guī)定所述半橋電路中下臂的半導(dǎo)體開關(guān)元件Q的接通(on)寬度的占空比指令值為10% (10 μ秒)時(shí)，例如，響應(yīng)延遲時(shí)間為?ομ秒的所述絕緣電路13的輸出電壓呈大致三角波狀。于是，所述絕緣電路13的輸出電壓，I個(gè)周期平均降低到該絕緣電路13的輸入電壓的大致1/2。而且，如果所述占空比指令值變得更小，則由于受所述絕緣電路13的響應(yīng)延遲時(shí)間的影響，該絕緣電路13的輸入輸出電壓的誤差將變得越來越大。
[0016]另外，如果規(guī)定構(gòu)成所述半橋電路的上臂的半導(dǎo)體開關(guān)元件Q的接通寬度的占空比指令值為90% (90 μ秒)，則從下臂的續(xù)流二極管D檢測出的電流波形呈占空比為約10%(大致10μ秒)的矩形波形，同樣，所述絕緣電路13的輸出電壓將產(chǎn)生失真。因此，經(jīng)過所述絕緣電路13傳輸?shù)男盘?hào)變?yōu)榘c所述加法器12的輸出電壓明顯不同的較大的誤差的信號(hào)。于是，在所述控制電路20中，產(chǎn)生無法根據(jù)如上檢測出的電流來分別以較高的精度開關(guān)控制所述各半導(dǎo)體開關(guān)元件Ql、Q2~Q6的問題。
[0017]本發(fā)明是考慮這樣的情況而完成的，其目的在于提供一種具有如下簡易結(jié)構(gòu)的電力轉(zhuǎn)換裝置，該電力轉(zhuǎn)換裝置通過絕緣電路以較高的精度向控制電路傳輸通過半導(dǎo)體開關(guān)元件以及續(xù)流二極管各自所具備的電流檢測端子檢測出的電流，據(jù)此，能夠穩(wěn)定且以較高的精度開關(guān)控制所述半導(dǎo)體開關(guān)元件。
[0018]技術(shù)方案[0019]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置1，其特征在于，包括:功率半導(dǎo)體模塊10，其具有通過串聯(lián)連接形成半橋電路HB并相互關(guān)聯(lián)地被開/關(guān)驅(qū)動(dòng)的一對或多對半導(dǎo)體開關(guān)元件(例如IGBT) QU Q2?Q6以及分別與所述各半導(dǎo)體開關(guān)元件Ql、Q2?Q6反向并聯(lián)連接的多個(gè)續(xù)流二極管D1、D2?D6 ;
[0020]控制電路23，其與該功率半導(dǎo)體模塊10絕緣分離地設(shè)置，并根據(jù)流經(jīng)所述半橋電路HB的電流分別開/關(guān)驅(qū)動(dòng)所述各半導(dǎo)體開關(guān)元件Ql、Q2?Q6 ;
[0021]電流檢測電路IlaUlb?llf，其通過所述功率半導(dǎo)體模塊10的形成所述半橋電路HB的所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Ql、Q2?Q6的一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件所具備的電流檢測端子、以及與該一種半導(dǎo)體開關(guān)元件Q4、Q5、Q6反向并聯(lián)連接的所述續(xù)流二極管D4、D5、D6所具備的電流檢測端子來檢測流經(jīng)所述半橋電路HB的電流；
[0022]采樣保持電路14a、14b、14c，其將相當(dāng)于通過該電流檢測電路I la、I Ib?I If檢測出的電流的電壓保持一定時(shí)間，例如與所述半導(dǎo)體開關(guān)元件的開關(guān)周期同步的時(shí)間；
[0023]絕緣電路13a、13b、13c，其將該采樣保持電路14a、14b、14c所保持的電壓傳輸至所述控制電路20。
[0024]具體地說，所述電流檢測電路IlaUlb?Ilf包括:第I及第2電流檢測器11a、Ilb?llf，其分別檢測例如流經(jīng)所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q4、Q5、Q6的電流、以及流經(jīng)所述續(xù)流二極管D4、D5、D6的電流；以及加法器12a、12b、12c，其對這些第I及第2電流檢測電路IlaUlb?Ilf的各輸出進(jìn)行加法運(yùn)算。較為理想的是，所述第I及第2電流檢測器11a、Ilb?Ilf具有電流補(bǔ)償功能18，該電流補(bǔ)償功能18改變所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q4、Q5、Q6以及所述續(xù)流二極管D4、D5、D6各自所具備的電流檢測端子的電壓，以補(bǔ)償通過該電流檢測端子檢測出的電流。
[0025]需要說明的是，所述功率半導(dǎo)體模塊10，通過具備構(gòu)成與三相交流電源的各相對應(yīng)的3組半橋電路的6個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件Ql、Q2?Q6、以及6個(gè)續(xù)流二極管Dl、D2?D6而形成對三相交流負(fù)載的逆變器裝置I。
[0026]或者，所述功率半導(dǎo)體模塊10，分別具有構(gòu)成I組或2組半橋電路的I對或2對所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Ql、Q2?Q4、以及分別與所述各半導(dǎo)體開關(guān)元件Ql、Q2?Q4反向并聯(lián)連接的所述續(xù)流二極管Dl、D2?D4，
[0027]并且，與通過電感連接于所述I組或2組半橋電路的輸出端的輸出電路一同形成通過控制流經(jīng)所述電感的電流而在所述輸出電路中形成獲得規(guī)定電壓的變流器裝置。
[0028]需要說明的是，所述控制電路20，較為理想的是，對于通過所述絕緣電路13a、13b、13c提供的來自所述采樣保持電路14a、14b、14c的電壓信號(hào)，通過電壓調(diào)整電路16a、16b、16c調(diào)整增益和偏移后輸入蓋電壓信號(hào)。
[0029]發(fā)明效果
[0030]根據(jù)上述構(gòu)成的電力轉(zhuǎn)換裝置，在與所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q的開關(guān)動(dòng)作周期同步動(dòng)作的采樣保持電路中保持如下的電壓信號(hào)，即，所述電壓信號(hào)表示通過所述半導(dǎo)體開關(guān)元件以及與該半導(dǎo)體開關(guān)元件反向并聯(lián)連接的所述續(xù)流二極管各自所具備的電流檢測端子檢測出的脈沖狀的離散型正弦波電流波形。此外，通過所述絕緣電路傳輸該采樣保持電路的階梯狀變化的輸出電壓，因此不會(huì)受到該絕緣電路的響應(yīng)特性(響應(yīng)延遲時(shí)間)的影響，能夠以較高的精度將表示通過所述電流檢測端子檢測出的電流大小的電壓信號(hào)提供給控制電路。
[0031]因此，在所述控制電路中，基于通過所述絕緣電路輸入的信號(hào)，能夠高精度地生成對所述半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行開/關(guān)控制的控制信號(hào)，能夠分別穩(wěn)定地開關(guān)控制所述各半導(dǎo)體開關(guān)元件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明的一實(shí)施方式的電力轉(zhuǎn)換裝置的主要部分的概略構(gòu)成圖；
[0033]圖2是顯示圖1所示的電力轉(zhuǎn)換裝置中的電流檢測電路的構(gòu)成例的圖；
[0034]圖3是顯示圖1所示的電力轉(zhuǎn)換裝置中的采樣保持電路的構(gòu)成例的圖；
[0035]圖4是顯示采樣保持電路的動(dòng)作的信號(hào)波形圖；
[0036]圖5是顯示圖1所示的電力轉(zhuǎn)換裝置中的電流檢測動(dòng)作的信號(hào)波形圖；
[0037]圖6是用于說明圖1所示的電力轉(zhuǎn)換裝置中的電流檢測信號(hào)的傳輸作用的信號(hào)波形圖；
[0038]圖7是本發(fā)明的其他實(shí)施方式的電力轉(zhuǎn)換裝置的主要部分的概略構(gòu)成圖；
[0039]圖8是顯示圖7所示的電力轉(zhuǎn)換裝置中的電流檢測電路的構(gòu)成例的圖；
[0040]圖9是用于說明本發(fā)明效果的信號(hào)波形圖；
[0041]圖10是現(xiàn)有的電力轉(zhuǎn)換裝置的概略構(gòu)成圖；
[0042]圖11是顯示半橋電路的輸出電流波形和流經(jīng)半導(dǎo)體開關(guān)元件的電流波形的說明圖；
[0043]圖12是具有絕緣電路的現(xiàn)有電力轉(zhuǎn)換裝置的概略構(gòu)成圖；
[0044]圖13是顯示絕緣電路的輸入電壓波形和輸出電壓波形的圖。符號(hào)說明
[0045]I電力轉(zhuǎn)換裝置
[0046]10半導(dǎo)體模塊
[0047]11 (lla、llb?Ilf)電流檢測電路
[0048]12 (12a、12b、12c)加法器
[0049]13 (13a、13b、13c、13d)絕緣電路
[0050]14 (14a、14b、14c)采樣保持(SH)電路
[0051]15波形整形電路
[0052]16 (16a、16b、16c)電壓調(diào)整電路
[0053]17a、17b?17f電流檢測電路
[0054]18電流補(bǔ)償電路
[0055]20控制電路
[0056]21運(yùn)算裝置
[0057]21a AD 轉(zhuǎn)換器
[0058]21b運(yùn)算部
[0059]21c PWM 調(diào)制器
[0060]22控制部
[0061]23驅(qū)動(dòng)電路
[0062]24絕緣電路【具體實(shí)施方式】
[0063]以下，參照附圖對本發(fā)明的一實(shí)施方式的電力轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行說明。
[0064]圖1是本發(fā)明的一實(shí)施方式的電力轉(zhuǎn)換裝置I的概略構(gòu)成圖，對于與圖10所示的現(xiàn)有裝置相同的部分標(biāo)注相同符號(hào)進(jìn)行顯示。該實(shí)施方式的電力轉(zhuǎn)換裝置1，其特征在于，分別設(shè)置與所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q的開關(guān)周期同步地保持所述各加法器12( 12a、12b、12c)的輸出電壓的采樣保持(SH)電路14 (14a、14b、14c)，所述各絕緣電路13 (13a、13b、13c)將分別在所述各采樣保持電路14 (14a、14b、14c)中保持的輸出電壓傳輸至所述控制電路20。
[0065]即，所述各采樣保持電路14(14a、14b、14c)的動(dòng)作分別受到波形整形電路15的控制，所述波形整形電路15對通過與所述絕緣電路13a、13b、13c并聯(lián)連接的絕緣電路13d從所述控制電路20傳輸?shù)妮d波時(shí)鐘信號(hào)Fe進(jìn)行波形整形。此外，上述載波時(shí)鐘信號(hào)Fe是一種規(guī)定所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q (Ql、Q2?Q6)的開關(guān)頻率fc的占空比為50%的脈沖信號(hào)。
[0066]在這里，如果對所述控制電路20進(jìn)行簡單的說明，該控制電路20與上述脈沖信號(hào)(載波時(shí)鐘信號(hào)Fe)的上升/下降時(shí)序同步地生成三角波，并對該三角波和從所述半導(dǎo)體模塊10側(cè)反饋的反饋信號(hào)進(jìn)行比較。此外，所述控制電路20，例如，將所述三角波的電平超過所述反饋信號(hào)的電平的時(shí)間作為所述各半導(dǎo)體開關(guān)元件Q (QU Q2?Q6)的接通時(shí)間而求得，并在所述開關(guān)頻率fc的基礎(chǔ)上對所述各半導(dǎo)體開關(guān)元件Q (Ql、Q2?Q6)分別進(jìn)行開關(guān)控制(接通/斷開控制)。
[0067]此外，所述各電流檢測電路11( 11a、Ilb?llf)，例如，如圖2所示，由在運(yùn)算放大器OP的輸出端子和反相輸入端子之間設(shè)有反饋電阻Rf的反相放大器構(gòu)成。此外，所述電流檢測電路11構(gòu)成為，將從所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q或續(xù)流二極管D的電流檢測端子輸出的電流Is輸入至所述運(yùn)算放大器0P，并作為該運(yùn)算放大器OP的輸出而得到相當(dāng)于該輸入電流Is的輸出電壓Vs。此外，從所述電流檢測端子輸出的電流Is，與流經(jīng)所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q或續(xù)流二極管D的主電流成比例，通常設(shè)定為該主電流的幾千分之一左右，關(guān)于此無需進(jìn)一步說明。
[0068]另外，所述采樣保持電路14，例如，如圖3所示，具有由運(yùn)算放大器OPl構(gòu)成的輸入緩沖器和由運(yùn)算放大器0P2構(gòu)成的輸出緩沖器。并且，構(gòu)成為，通過開關(guān)元件SW對所述輸入緩沖器的輸出電壓進(jìn)行采樣而保持在電容器C中，并將保持在該電容器C中的電壓提供給所述輸出緩沖器。
[0069]對這樣構(gòu)成的采樣保持電路14 (14a、14b、14c)的所述開關(guān)元件SW，分別通過所述波形整形電路15的輸出進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，據(jù)此，例如如圖4所示，所述各加法器12(12a、12b、12c)的輸出電壓與所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q的開關(guān)同步地被采樣并被保持。具體地說，所述各采樣保持電路14，在所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q以及所述續(xù)流二極管D的各接通時(shí)間內(nèi)，例如在正中央的時(shí)序(Ton/2)對所述加法器12 (12a、12b、12c)的輸出電壓進(jìn)行采樣，并保持采樣的電壓。其結(jié)果，脈沖式電壓變化的所述加法器12 (12a、12b、12c)的輸出電壓的平均值，作為所述各采樣保持電路14的階梯狀變化的輸出電壓而得到。
[0070]S卩，所述波形整形電路15根據(jù)分別對所述各半導(dǎo)體開關(guān)元件Ql、Q2?Q6進(jìn)行開關(guān)控制的、前述的載波時(shí)鐘信號(hào)Fe來控制所述各采樣保持電路14 (14a、14b、14c)的采樣動(dòng)作。此外，所述各采樣保持電路14 (14a、14b、14c)，在所述載波時(shí)鐘信號(hào)Fe的下降時(shí)序中，對所述加法器12 (12a、12b、12f)的脈沖輸出電壓進(jìn)行采樣，并保持該載波時(shí)鐘信號(hào)Fe的I個(gè)周期。
[0071]其結(jié)果，所述各采樣保持電路14 (14a、14b、14c)所采樣的電壓，變?yōu)樵谒霭雽?dǎo)體開關(guān)元件Q以及所述續(xù)流二極管D的接通時(shí)間(Ton)的中央(1/2)時(shí)序(Ton/2)中的平均電壓值。換而言之，所述各采樣保持電路14 (14a、14b、14c)的輸出電壓，作為所述加法器12 (12a、12b、12f)的脈沖式斷續(xù)的輸出電壓的橫貫I個(gè)脈沖寬度的平均值而得到。
[0072]需要說明的是，如果縮短所述各采樣保持電路14 (14a、14b、14c)中的所述開關(guān)元件SW的接通時(shí)間△ ta，則無法充分地對所述電容器C進(jìn)行充電，無法可靠地保持所述加法器12 (12a、12b、12f)的輸出電壓。相反，如果延長所述開關(guān)元件SW的接通時(shí)間Ata，則相對于載波周期中的所述加法器12 (12a、12b、12f)的輸出電壓平均值的誤差將增大。因此，較為理想的是，例如，在載波周期為100μ秒的情況下，將所述開關(guān)元件SW的接通時(shí)間Ata設(shè)定為I μ秒左右，還將所述電容器C的容量設(shè)定為InF左右，從而設(shè)法使其采樣誤差不變大。然而，關(guān)于這些各值，理所當(dāng)然地，根據(jù)電流檢測條件和容許檢測誤差等規(guī)格進(jìn)行設(shè)定為佳。
[0073]因此，如上被采樣控制的所述采樣保持電路14的輸出電壓，使繪制出離散型正弦波電流波形而其峰值(電壓值)斷續(xù)變化的加法器12的輸出電壓的平均值變?yōu)榻咏谠诿恳粋€(gè)所述開關(guān)周期保持的正弦波的階梯狀的電壓波形。此外，該采樣保持電路14的輸出電壓，通過所述絕緣電路13 (13a、13b、13c)傳輸至所述控制電路2(Η則。
[0074]在這里，作為所述絕緣電路13 (13a、13b、13c)，在使用以較高的精度傳輸其輸入電壓的輸入輸出特性較良好的絕緣電路時(shí)，不可否認(rèn)通常其響應(yīng)延遲時(shí)間較長。假設(shè)使用例如從零電壓(OV)到其最大電壓的上升時(shí)間為10μ秒的絕緣電路13 (13a、13b、13c)。并且，假設(shè)所述半橋電路的輸出電流的頻率為100Hz，其振幅為容許最大電流的正弦波，對此用IOkHz的載波頻率進(jìn)行開關(guān)控制。
`[0075]于是，所述半橋電路的輸出電流從零至達(dá)到其最大值(1/4周期)被開關(guān)25次。因此，在I個(gè)載波周期中的電壓變化量為最大輸出電壓范圍的[1/25]。因此，在這種情況下，通過簡單計(jì)算，所述絕緣電路13 (13a、13b、13c)，在400η秒內(nèi)跟蹤輸入電壓波形而獲得其輸出電壓。因此，所述絕緣電路13( 13a、13b、13c)，能夠充分寬裕地以較高的精度傳輸所述加法器12 (12a、12b、12f)的輸出電壓。
[0076]這樣通過所述各絕緣電路13 (13a、13b、13c)傳輸?shù)乃龈鞑蓸颖３蛛娐?4的輸出電壓，在分別通過電壓調(diào)整電路16 (16a、16b、16c)進(jìn)行電壓調(diào)整之后，提供給所述控制電路20中的所述控制部22。需要說明的是，所述電壓調(diào)整電路16 (16a、16b、16c)，對所述各絕緣電路13 (13a、13b、13c)的輸出電壓，具有能夠調(diào)整增益和偏移的功能。此外，所述控制部22的例如以CPU作為主體而構(gòu)成的運(yùn)算裝置21，通過該運(yùn)算裝置21所具有的AD轉(zhuǎn)換器21a獲得所述電壓調(diào)整電路16 (16a、16b、16c)的輸出電壓，以獲取流經(jīng)所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q以及續(xù)流二極管D的電流信息。
[0077]所述運(yùn)算裝置21，基于通過所述AD轉(zhuǎn)換器21a獲取的信息，通過運(yùn)算器21b計(jì)算分別流經(jīng)所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q以及所述續(xù)流二極管D的電流，并根據(jù)其計(jì)算結(jié)果生成所述各半導(dǎo)體開關(guān)元件Q (Q1、Q2~Q6)的開關(guān)控制所需的信號(hào)(反饋信號(hào))。此外，例如PWM調(diào)制器21c，按照所述運(yùn)算器21b所求得的信號(hào)(反饋信號(hào))，分別生成用于開/關(guān)驅(qū)動(dòng)所述各半導(dǎo)體開關(guān)元件Q (Q1、Q2?Q6)的脈沖寬度調(diào)制的控制信號(hào)。這樣生成的控制信號(hào)通過所述絕緣電路24傳輸?shù)剿鲵?qū)動(dòng)電路23，生成所述柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vgl、Vg2?Vg6，從而所述各半導(dǎo)體開關(guān)元件Q (Q1、Q2?Q6)以相互關(guān)聯(lián)的時(shí)序分別被開關(guān)驅(qū)動(dòng)。
[0078]在這里，對本裝置的整體動(dòng)作進(jìn)行說明。圖5對比顯示如上構(gòu)成的電力轉(zhuǎn)換裝置I中的各部分的信號(hào)波形。如該圖5所示，在構(gòu)成所述半橋電路的下臂的半導(dǎo)體開關(guān)元件Q中，在負(fù)半周期中，電流與該半導(dǎo)體開關(guān)元件Q的開關(guān)同步而繪制離散型正弦波且以脈沖狀流動(dòng)。另外，與該脈沖狀的電流成比例的感測電流，從該半導(dǎo)體開關(guān)元件Q的所述電流檢測端子輸出。因此，檢測該感測電流的所述電流檢測電路Ila的輸出電壓，如圖5(a)所示，變?yōu)槔L制離散型正弦波且以脈沖狀變化的負(fù)半周期的脈沖電壓波形。
[0079]另外，在與所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q反向并聯(lián)連接的所述續(xù)流二極管D中，在正半周期中，電流與所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q的開關(guān)同步而繪制離散型正弦波地以脈沖狀流動(dòng)。此夕卜，相當(dāng)于該電流的感測電流，從該續(xù)流二極管D的所述電流檢測端子輸出。因此，檢測該感測電流的所述電流檢測電路Ilb的輸出電壓，如圖5 (b)所示，變?yōu)槔L制離散型正弦波且以脈沖狀變化的正半周期的脈沖電壓波形。
[0080]其結(jié)果，分別通過所述各電流檢測電路I la、I Ib檢測出并通過所述加法器12a合成的I個(gè)周期的電壓波形，如圖5 (c)所示，變?yōu)榕c所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q的開關(guān)同步而繪制離散型正弦波地變化的脈沖電壓波形。此外，與所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q的開關(guān)同步地對該加法器12a的輸出電壓采樣并保持的所述采樣保持電路14a的輸出電壓，如圖5 Cd)所示，根據(jù)其電壓保持功能變?yōu)榕c填滿所述離散型脈沖電壓波形的波谷間而連續(xù)且以階梯狀變化的正弦波相近的電壓波形。
[0081]S卩，如圖6 (a) (b)分別對所述加法器12a的輸出電壓和所述采樣保持電路14a的輸出電壓進(jìn)行放大顯示，所述采樣保持電路14a的輸出電壓呈現(xiàn)出伴隨采樣時(shí)的所述電容器C的充放電的瞬態(tài)響應(yīng)變化，且變?yōu)橐来尾蓸硬⒈３炙黾臃ㄆ?2a的輸出電壓而以階梯狀變化的電壓波形。需要說明的是，在這里，顯示的是設(shè)定為所述電容器C的充放電時(shí)間為零(O)且采樣保持信號(hào)的[H]時(shí)間也為無限小時(shí)的理想的采樣保持波形。
[0082]對于繪制這樣的電壓波形的所述采樣保持電路14a的輸出電壓，如果通過所述絕緣電路13a進(jìn)行傳輸，則如圖5( e )所示，該絕緣電路13a的輸出電壓，受到該絕緣電路13a的響應(yīng)特性的影響而產(chǎn)生稍微的失真，但顯示為大致保持所述采樣保持電路14a的輸出電壓變化的電壓信號(hào)波形。即，所述絕緣電路13a的輸出電壓，如圖6 (C)所示，變?yōu)橐贿叜a(chǎn)生與顯示所述采樣保持電路14a的階梯狀的輸出電壓的變化的電壓差相應(yīng)的波形圓鈍且一邊傳輸?shù)碾A梯狀的電壓波形。因此，所述絕緣電路13a的輸出電壓，變?yōu)榇笾卤Ｕ娴刂噩F(xiàn)繪制所述離散型正弦波地變化的脈沖電壓波形的平均電壓的變化的電壓波形。
[0083]另外，該絕緣電路13a的輸出電壓，通過所述電壓調(diào)整電路16a按照所述AD轉(zhuǎn)換器21a的動(dòng)態(tài)范圍被電壓調(diào)整，以作為圖5 Cf)所示的電壓波形反饋信號(hào)輸入至所述運(yùn)算裝置21。因此，在所述運(yùn)算裝置21中，根據(jù)經(jīng)由所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q以及所述續(xù)流二極管D而以脈沖式流動(dòng)的電流，將與從由該半導(dǎo)體開關(guān)元件Q以及續(xù)流二極管D形成的半橋電路輸出的電流相當(dāng)?shù)碾娏餍畔⒆鳛榉答佇盘?hào)，能夠以較高的精度生成用于開關(guān)控制所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q的控制信號(hào)。[0084]這樣，在本實(shí)施方式的電力轉(zhuǎn)換裝置I中，采用如下結(jié)構(gòu)，即，利用所述采樣保持電路14 (14a、14b、14c)來與所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q的開關(guān)周期同步地采樣并保持述加法器12 (12a、12b、12c)的輸出電壓，并通過所述絕緣電路13 (13a、13b、13c)傳輸該采樣保持電路14 (14a、14b、14c)的輸出電壓。其結(jié)果，基本上不會(huì)受到所述絕緣電路13 (13a、13b、13c)的響應(yīng)延遲時(shí)間的影響，能夠以較高的精度將所述加法器12 (12a、12b、12c)的輸出電壓所表示的信息傳輸至所述控制電路20偵U。
[0085]因此，根據(jù)上述構(gòu)成的電力轉(zhuǎn)換裝置1，即使在通過所述絕緣電路13 (13a、13b、13c)絕緣分離所述半導(dǎo)體模塊10側(cè)與所述控制電路20側(cè)的情況下，也能夠根據(jù)所述各半橋電路的輸出電流分別以適當(dāng)?shù)臅r(shí)序?qū)λ龈靼雽?dǎo)體開關(guān)元件Q (QU Q2?Q6)進(jìn)行開關(guān)控制。而且，由于能夠減少通過所述絕緣電路13 (13a、13b、13c)傳輸?shù)碾妷盒盘?hào)的變化，因此也能夠減少因該絕緣電路13 (13a、13b、13c)的傳輸特性而產(chǎn)生的誤差本身，能夠?qū)崿F(xiàn)聞精度的開關(guān)控制。
[0086]然而，通過所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q以及續(xù)流二極管D的各電流檢測端子檢測出的感測電流Is，較為理想的是，與分別流經(jīng)該半導(dǎo)體開關(guān)元件Q以及續(xù)流二極管D的主電流成比例，其電流比根據(jù)該元件的主區(qū)域和感測區(qū)域的面積比決定。然而，根據(jù)各元件的設(shè)備結(jié)構(gòu)和區(qū)域布局的差異，不可否認(rèn)上述電流比會(huì)產(chǎn)生誤差。
[0087]關(guān)于這樣的誤差，例如，能夠根據(jù)通過所述電壓調(diào)整電路16a、16b、16c實(shí)施的增益調(diào)整和偏移調(diào)整進(jìn)行補(bǔ)償。但是，在感測電流Is的檢測誤差較大的情況以及針對分別流經(jīng)所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q以及續(xù)流二極管D的主電流的所述感測電流Is的誤差為非線性的情況下，在所述電壓調(diào)整電路16a、16b、16c中，很難廣范圍地進(jìn)行精度較高的補(bǔ)償。
[0088]因此，在假想這種情況時(shí)，較為理想的是，例如，如圖7所示，向所述電流檢測電路I la、I Ib?I If分別導(dǎo)入電流補(bǔ)償電路。導(dǎo)入有該電流補(bǔ)償電路的電流檢測電路17a、17b?17f，例如，如圖8所示一樣地構(gòu)成。即，除了由具有反饋電阻Rf的運(yùn)算放大器OP構(gòu)成的反相放大型的電流檢測電路17之外，還設(shè)置將與該運(yùn)算放大器OP的輸出電壓Vs相應(yīng)的電壓反饋至所述運(yùn)算放大器OP的非反相端子中的電流補(bǔ)償電路18。
[0089]該電流補(bǔ)償電路18，具體包括:第I可變電壓源電路18a，其生成與所述電流檢測電路17中的所述運(yùn)算放大器OP的輸出電壓Vs相應(yīng)的電壓；第2可變電壓源電路18b，其生成規(guī)定的電壓；以及加法電路18c，其對這些可變電壓源電路18a、18b的各輸出電壓進(jìn)行加法運(yùn)算，并將其輸出電壓施加到所述運(yùn)算放大器OP的非反相端子。
[0090]S卩，所述第I可變電壓源電路18a包括可變電阻器或與其相當(dāng)?shù)碾娐?。此外，所述第I可變電壓源電路18a，在所述感測電流比規(guī)格大時(shí)，通過所述可變電阻器的調(diào)整來提高所述運(yùn)算放大器OP的非反相端子的電壓，從而在所述半導(dǎo)體開關(guān)元件(IGBT) Q中，僅使施加到感測元件部的集電極.發(fā)射極之間電壓降低，據(jù)此，發(fā)揮使所述感測電流Is減少的作用。根據(jù)這種所述運(yùn)算放大器OP的非反相端子的電壓調(diào)整，進(jìn)行與所述半導(dǎo)體開關(guān)元件(IGBT)Q中的主要元件部和感測元件部的內(nèi)部電阻比的設(shè)計(jì)規(guī)格不同而引起的所述感測電流Is的誤差補(bǔ)償。
[0091 ] 另外，所述第2可變電壓源電路18b包括可變電壓源或與其相當(dāng)?shù)碾娐?。此外，所述?可變電壓源電路18b，通過改變所述運(yùn)算放大器OP的非反相端子的電壓，發(fā)揮調(diào)整所述感測電流的作用。通過這種所述運(yùn)算放大器OP的非反相端子的電壓調(diào)整，可以調(diào)整所述半導(dǎo)體開關(guān)元件(IGBT) Q中的主要元件部和感測元件部的閾值電壓的差異。
[0092]因此，如果使用具有如圖8所示一樣構(gòu)成的電流補(bǔ)償電路18的電流檢測電路17來代替上述電流檢測電路11，則不僅能夠補(bǔ)償上述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q以及續(xù)流二極管D的規(guī)格差異，而且還能夠分別補(bǔ)償與各半導(dǎo)體開關(guān)元件Q1、Q2?Q6以及續(xù)流二極管D1、D2?D6的個(gè)體差相應(yīng)的感測電流Is的檢測誤差。因此，與通過所述電壓調(diào)整電路16(16a、16b、16c)調(diào)整所述絕緣電路13 (13a、13b、13c)的輸出電壓時(shí)相比，能夠簡單且高精度地調(diào)整所述感測電流Is,還能夠提聞其檢測精度。因此,能夠進(jìn)行比此如的實(shí)施方式更聞精度的開關(guān)控制。
[0093]以上，如對本發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置的實(shí)施方式進(jìn)行的說明，在本裝置中，使所述加法器12a、12b、12c的脈沖狀的輸出電壓在所述采樣保持電路14a、14b、14c中與所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Q的開關(guān)周期同步而保持該開關(guān)周期的每個(gè)時(shí)間。因此，所述采樣保持電路14a、14b、14c的輸出電壓，變?yōu)樗黾臃ㄆ?2a、12b、12c的脈沖狀的輸出電壓的平均值連續(xù)的階梯狀的電壓波形。
[0094]在此基礎(chǔ)上，由于分別通過所述絕緣電路13a、13b、13c將所述采樣保持電路14a、14b、14c的輸出電壓傳輸至控制電路20側(cè)，因此能夠使所述脈沖狀的輸出電壓的平均值的變化基本上不受所述絕緣電路13a、13b、13c的延遲響應(yīng)特性的影響而可靠地傳輸。其結(jié)果，能夠?qū)λ霭雽?dǎo)體開關(guān)元件Q進(jìn)行高精度的開關(guān)控制。
[0095]特別是，所述絕緣電路13a、13b、13c的輸出電壓，由于傳輸所述采樣保持電路14a、14b、14c的階梯狀變化的輸出電壓，因此由該絕緣電路13a、13b、13c的延遲響應(yīng)特性引起的電壓波形的圓鈍僅為依賴于所述階梯狀的電壓變化量的部分，如圖9 (a)所示，大致保真地重現(xiàn)所述采樣保持電路14a、14b、14c的輸出電壓。因此，對所述加法器12a、12b、12c的脈沖狀的輸出電壓的平均值的誤差也能夠控制得充分小。
[0096]S卩，在直接將所述加法器12a、12b、12c的脈沖狀的輸出電壓傳輸至所述絕緣電路13a、13b、13c時(shí)，如圖9(b)所示，該絕緣電路13a、13b、13c的輸出電壓，與所述加法器12a、12b、12c的脈沖狀的輸出電壓相比，不可否認(rèn)地含有較大的誤差。特別是在脈沖寬度較窄的情況下，在所述絕緣電路13a、13b、13c的輸出電壓充分上升之前該輸出電壓恢復(fù)為零(0)，因此其輸出電壓波形與輸入電壓波形存在較大的差異。
[0097]在這一點(diǎn)上，如果利用所述采樣保持電路14a、14b、14c，將所述加法器12a、12b、12c的脈沖狀的輸出電壓轉(zhuǎn)換為階梯狀的電壓波形，并在此基礎(chǔ)上通過所述絕緣電路13a、13b、13c進(jìn)行傳輸,則與傳輸脈沖狀的電壓波形時(shí)不同，能夠大致保真地傳輸其輸入電壓波形。因此，如在圖9 (a) (b沖對比顯示所述絕緣電路13a、13b、13c的輸出電壓，通過利用所述采樣保持電路14a、14b、14c，能夠?qū)⒂稍摻^緣電路13a、13b、13c的延遲響應(yīng)特性引起的傳輸誤差控制在最小限度。
[0098]因此，即使在利用所述絕緣電路13a、13b、13c絕緣分離所述半導(dǎo)體模塊10與所述控制電路20之間的情況下，在所述控制電路20中，簡單且可靠地從所述開關(guān)元件Q以及所述續(xù)流二極管D的各感測電流Is檢測出分別流經(jīng)所述半導(dǎo)體模塊10的各半橋電路的電流，且能夠分別以較高的精度開關(guān)控制所述半導(dǎo)體開關(guān)元件Ql、Q2?Q6。
[0099]此外，本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式。在這里，以具有6個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件Q1、Q2?Q6而構(gòu)成3組半橋電路的半導(dǎo)體模塊10為例進(jìn)行了說明，但是對于具有2組半橋電路的半導(dǎo)體模塊10也同樣能夠適用。另外，理所當(dāng)然地對于構(gòu)成I組半橋電路的半導(dǎo)體模塊10也同樣能夠適用。另外，理所當(dāng)然地也可以構(gòu)成為檢測構(gòu)成所述半橋電路的一對開關(guān)元件Q的各個(gè)感應(yīng)電流Is來代替檢測所述續(xù)流二極管D的感測電流Is。
[0100]此外，對于所述絕緣電路13a、13b、13c的具體構(gòu)成，考慮到其傳輸特性的線性與延遲響應(yīng)特性，只要滿足電力轉(zhuǎn)換裝置的規(guī)格，也都可以適當(dāng)?shù)夭捎?。另外，對于所述采樣保持電?4a、14b、14c，只要具有滿足電力轉(zhuǎn)換裝置規(guī)格的特性，也即足以。另外，理所當(dāng)然地，本發(fā)明同樣能夠適用于上述三相交流用逆變器裝置以外的各種方式的變流器裝置，即從以往開始有各種提議的各種方式的電力轉(zhuǎn)換裝置。此外，本發(fā)明在不脫離其宗旨的范圍內(nèi)均可以通過各種變形而實(shí)施。
【權(quán)利要求】
1.一種電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，具備: 功率半導(dǎo)體模塊，其具有通過串聯(lián)連接形成半橋電路并相互關(guān)聯(lián)地被開/關(guān)驅(qū)動(dòng)的一對或多對半導(dǎo)體開關(guān)元件、以及分別與所述各半導(dǎo)體開關(guān)元件反向并聯(lián)連接的多個(gè)續(xù)流二極管； 控制電路，其與該功率半導(dǎo)體模塊絕緣分離地設(shè)置，并分別對所述各半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行開/關(guān)驅(qū)動(dòng)； 電流檢測電路，其通過所述功率半導(dǎo)體模塊的形成所述半橋電路的所述半導(dǎo)體開關(guān)元件中的一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件所具備的電流檢測端子、以及與該一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件反向并聯(lián)設(shè)置的所述續(xù)流二極管所具備的電流檢測端子來檢測流經(jīng)所述半橋電路的電流； 采樣保持電路，其將相當(dāng)于通過該電流檢測電路檢測出的電流的電壓保持一定時(shí)間；以及 絕緣電路，其將該采樣保持電路所保持的電壓傳輸?shù)剿隹刂齐娐贰?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其中，所述電流檢測電路包括:第I及第2電流檢測器，其分別檢測流經(jīng)所述半導(dǎo)體開關(guān)元件的電流、以及流經(jīng)所述續(xù)流二極管的電流；以及加法器，其對這些第I及第2電流檢測電路的各輸出進(jìn)行加法運(yùn)算。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其中，所述第I及第2電流檢測器具備電流補(bǔ)償電路，所述電流補(bǔ)償電路改變所述半導(dǎo)體開關(guān)元件以及所述續(xù)流二極管各自所具備的電流檢測端子的電壓，以對通過該電流檢測端子檢測出的電流進(jìn)行補(bǔ)償。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其中，所述采樣保持電路與所述半導(dǎo)體開關(guān)元件的開關(guān)周期同步地對所述電流檢測電路的輸出信號(hào)進(jìn)行采樣，并將其保持到下一次采樣時(shí)序。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其中，所述功率半導(dǎo)體模塊具備構(gòu)成與三相交流電源的各相對應(yīng)的3組半橋電路的6個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件以及6個(gè)續(xù)流二極管而形成針對三相交流負(fù)載的逆變器裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其中，所述功率半導(dǎo)體模塊分別包括構(gòu)成I組或2組半橋電路的I對或2對所述半導(dǎo)體開關(guān)元件、以及分別與所述各半導(dǎo)體開關(guān)元件反向并聯(lián)連接的所述續(xù)流二極管， 與通過電感連接于所述I組或2組半橋電路的輸出端的輸出電路一同形成通過控制流經(jīng)所述電感的電流而在所述輸出電路中獲得規(guī)定電壓的變流器裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其中，所述控制電路，對于通過所述絕緣電路提供的來自所述采樣保持電路的電壓信號(hào)，通過電壓調(diào)整電路調(diào)整增益和偏移后輸入該電壓信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H02M7/48GK103828216SQ201280028917
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月20日
【發(fā)明者】川島鐵也 申請人:富士電機(jī)株式會(huì)社