[发明专利]功率转换器

说明书

技术领域

本发明涉及其中均衡构成三级功率转换器的半导体器件的功率损耗的功率转换器。

背景技术

在将直流电转换成交流电或将交流电转换成直流电的功率转换器中采用三级功率转换器。三级功率转换器可减少交流电压波形失真，从而减少不需要的声音和噪声。

图9示出在JP-A-2002-247862中公开的三级功率转换器的电路。在图9中，附图标记1是第一直流电源，2是第二直流电源，M10和M20是半导体器件，而Q1至Q4是第一至第四半导体开关元件。

第一直流电源1和第二直流电源2串联连接，从而构成直流电压源串联电路。直流电压源串联电路的一端是第一端子P，而另一端是第二端子N。第一直流电源1和第二直流电源2的连接点是第三端子C。第一直流电源1和第二直流电源2的电压通常是相同的电压。当将每一电压取为E/2(V)时，直流电压源串联电路两端的电压(第一端子P和第二端子N之间的电压)为E(V)。

半导体器件M10由半导体开关元件Q1和Q2的串联电路(第一串联电路)构成。半导体开关元件Q1和Q2的串联电路的两端各自连接到第一端子P和第二端子N。同样，半导体开关元件Q1和Q2的连接点连接到第四端子AC。

同时，半导体器件M20由半导体开关元件Q3和Q4的串联电路(第二串联电路)构成。半导体开关元件Q3和Q4的串联电路的两端各自连接到第三端子C以及半导体开关元件Q1和Q2的连接点。

例如，第一至第四半导体开关元件Q1至Q4是例如具有自动换向能力的绝缘栅双极晶体管(IGBT)等，并且二极管反并联连接到其任一端。

在图9的电路中，当半导体开关元件Q1的IGBT导通而半导体开关元件Q2至Q4的IGBT截止时，电压E(V)被输出到第四端子AC。当半导体开关元件Q1和Q2的IGBT截止而半导体开关元件Q3和Q4的IGBT中的任一个导通时，电压E/2(V)被输出到第四端子AC。当半导体开关元件Q2的IGBT导通而半导体开关元件Q1、Q3和Q4的IGBT截止时，0(V)的电压被输出到第四端子AC。

因此，图9所示的功率转换器可产生由三级电位0(V)、E/2(V)和E(V)构成的交流电压。

在使用以上所述的现有技术的功率转换器中，其中半导体开关元件Q1和Q2串联连接的第一串联电路由半导体器件M10构成。同样，其中半导体开关元件Q3和Q4串联连接的第二串联电路由半导体器件M20构成。然后，在半导体开关元件Q1和Q2中发生的开关损耗大致是在半导体开关元件Q3和Q4中发生的开关损耗的两倍。因此，一般而言，与在半导体器件M20中发生的损耗的大小相比，在半导体器件M10中发生的损耗的大小约为其1.5倍。

因此，为了最佳地冷却半导体器件M10和半导体器件M20，需要两种具有不同冷却能力的散热片(cooling fin)。因此，散热片的设计、制造、冷却能力评估等需要翻倍的工时数量。同时，当用具有相同冷却能力的散热片冷却半导体器件M10和M20时，基于发生较大损耗的半导体器件M10的损耗特性固定散热片的冷却能力。因此，当考虑冷却半导体器件M20时，散热片的冷却能力太高。在此情况下，存在减小功率转换器的尺寸和降低功率转换器的成本的障碍。

发明内容

因此，为了解决迄今所述问题而设计的本发明的目的在于，提供一种有可能均衡在半导体器件中发生的损耗的功率转换器。

本发明的一方面的功率转换器包括：由串联连接的第一直流电压源和第二直流电压源构成的直流电压源串联电路；连接到直流电压源串联电路的正极侧端子的第一端子；连接到负极侧端子的第二端子；连接到第一直流电压源和第二直流电压源的连接点的第三端子；由串联连接的各自反并联地连接有二极管的第一半导体开关元件和第二半导体开关元件构成的第一串联电路；连接到第一串联电路的第一半导体开关元件和第二半导体开关元件的连接点的第四端子；以及由反串联连接的各自反并联地连接有二极管的第三半导体开关元件和第四半导体开关元件构成的第二串联电路，第一串联电路的两端各自连接到第一端子和第二端子，而第二串联电路的两端各自连接到第三端子和第四端子，其中第一半导体开关元件和第三半导体开关元件由第一半导体器件构成，而第二半导体开关元件和第四半导体开关元件由第二半导体器件构成。

然后，根据本发明的该方面的功率转换器是：第一半导体开关元件的端子和第三半导体开关元件的端子在第一半导体器件内部电隔离，而第二半导体开关元件的端子和第四半导体开关元件的端子在第二半导体器件内部电隔离。