[发明专利]功率转换装置

说明书

技术领域

本发明涉及使用场效应晶体管和二极管的功率转换装置。

背景技术

作为现有的使用宽带隙半导体元件的功率转换装置，存在一种具有2个半导体开关的电压型功率转换装置，其中半导体开关由宽带隙半导体FET(场效应晶体管)和反向并联连接(反并联连接)于上述FET的宽带隙半导体回流二极管构成，且上述2个半导体开关与起到作为电压源作用的电容器相连接。该功率转换装置通过使上述2个半导体开关FET互补地进行开关动作来进行功率转换。

相对于硅半导体IGBT和二极管而言，宽带隙半导体FET和二极管可在高温下进行动作，且开关损耗较小。因此，通过用宽带隙半导体来替换硅半导体，从而可减小半导体的面积，或可简化对半导体进行冷却的冷却器。此外，通过进行高频开关动作，可实现电容器或电抗器等无源元器件的小型化，从而可实现功率转换装置的小型化。

使用FET作为半导体开关元件的情况下，可不使用回流二极管，而使用内置寄生于FET中的二极管(体二极管)。但是，由于可通过使用可进行高速动作的肖特基势垒二极管等作为回流二极管来改善开关动作的特性，因此利用回流二极管。

此外，在宽带隙半导体即SiC半导体FET中，若体二极管通电，则可预想会因体二极管所进行的双极性动作而导致SiC半导体发生结晶劣化。因此，利用导通电压比体二极管的通电开始电压要低的回流二极管(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国专利特开2007-305836号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，由于在现有的功率转换装置中使用可进行双向通电(从漏极到源极的方向以及从源极到漏极的方向)的FET，因此，在FET的导通状态下，几乎没有电流流过回流二极管，而电流流过导通电压比回流二极管要低的FET。

因此，在2个串联连接的半导体开关的FET的互补开关动作中，存在以下问题：由于电流在死区时间(dead time)的期间以外流过FET，使得FET发热，因此，FET的温度与回流二极管相比则较高，功率转换装置的最大输出功率受限于FET的温度。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种降低功率转换装置的FET的发热、提高最大输出功率的改良后的功率转换装置。

用于解决技术问题的技术手段

本发明所涉及的功率转换装置具有：进行开关动作的2个1组的半导体开关，其中半导体开关由FET和反并联连接于所述FET的回流二极管构成；以及平滑电容器，仅使所述2个1组的半导体开关中的一方通电，通过开关动作进行功率转换，这种电压型的功率转换装置包括：对流过所述半导体开关的电流的方向进行检测的单元；以及控制部，该控制部在流过所述半导体开关的电流的方向为负时，使所述半导体开关的PWM选通脉冲信号成为相对于互补选通脉冲信号而抽去了一部分或全部导通信号的选通脉冲信号。

发明效果

若采用本发明所涉及的功率转换装置，则当半导体开关的电流的方向为负时，通过对PWM选通脉冲信号(gate signal)进行抽去，从而缩短电流流过FET的期间，而电流流过回流二极管的期间相应增加。因此，能增加回流二极管的发热但降低FET的发热，能降低FET的温度，能提高功率转换装置的最大输出功率。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的结构的电路图。

图2是表示使用本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的半桥逆变器的结构的电路图。

图3是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的控制部的框图。

图4是本发明的实施方式1所涉及的FET的电压电流特性图和回流二极管的电压电流特性图。

图5是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体开关的电流的图。

图6是构成本发明的实施方式1所涉及的半导体开关的FET和回流二极管的结构图。

图7是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的互补开关模式中的动作的波形图。

图8是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的抽去开关模式中的动作的波形图。

图9是表示使用本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的三相逆变器的结构的电路图。

图10是表示使用本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的DC/DC转换器的电路图。

图11是表示本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置的结构的电路图。

具体实施方式