[发明专利]电力变换装置

说明书

本发明提供一种电力变换装置，其开关电路具有彼此并联连接的第一开关元件以及第二开关元件。控制装置根据针对开关电路的电流指令值以及流过开关电路的实际电流，选择执行驱动第一开关元件的第一开关控制和驱动第二开关元件的第二开关控制中的一个。第一开关元件使用第一半导体材料制成，第二开关元件使用带隙比第一半导体材料窄的第二半导体材料制成。第二开关元件的尺寸比第一开关元件的尺寸大。控制装置在执行第一开关控制中电流指令值和实际电流的至少其中一个超过规定阈值时，切换到第二开关控制。

技术领域

本说明书公开的技术涉及一种电力变换装置。

背景技术

已知DC-DC转换器或逆变器等在电源与负载之间进行电力变换的电力变换装置。这种电力变换装置经由一个或多个开关电路将电源与负载之间连接，对各个开关电路进行例如PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)控制，从而在电源与负载之间进行电力变换。

例如，日本特开2014-27816号公报公开了一种逆变器。在该逆变器中，每个开关电路都具有并联连接的两个开关元件，根据开关电路中流动的电流而优先驱动两个开关元件之一。一个开关元件是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)，另一个开关元件是MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)。而且，对于制成MOSFET的半导体材料，提出采用碳化硅(SiC)的方案。

发明内容

碳化硅的带隙比硅(Si)宽，碳化硅的开关元件与硅的开关元件相比具有例如功率损耗低等优点。另一方面，碳化硅的开关元件比硅的开关元件价格高，通过采用碳化硅的开关元件，电力变换装置的制造成本增加。因此，在日本特开2014-27816号公报中记载的逆变器中，两个开关元件中只有一个采用碳化硅(或其他宽带隙半导体)的开关元件。这种结构能够兼顾电力变换装置的性能提高和成本降低。本说明书提供一种技术，能够通过适当地控制这两个开关元件来进一步增强这种优点。

本说明书公开的技术具体化为在电源与负载之间进行电力变换的电力变换装置。该电力变换装置具备开关电路和控制装置。开关电路具有第一开关元件和第二开关元件，第一开关元件和第二开关元件设置在从电源到负载的电力供给路径上并且彼此并联连接。控制装置根据针对开关电路的电流指令值以及流过开关电路的实际电流，选择执行驱动第一开关元件的第一开关控制和驱动第二开关元件的第二开关控制中的一个。第一开关元件使用第一半导体材料制成，第二开关元件使用带隙比第一半导体材料窄的第二半导体材料制成。第二开关元件的尺寸比第一开关元件的尺寸大。控制装置在执行第一开关控制中电流指令值和实际电流的至少其中一个超过规定阈值时，切换到第二开关控制。另外，这里所说的“根据流过开关电路的实际电流”不限于根据直接测量该实际电流得到的指标，也包括根据与该实际电流相应地变动的指标等能够推定实际电流的其他指标。

在上述电力变换装置中，第一开关元件的尺寸比第二开关元件的尺寸小，该较小的第一开关元件采用带隙宽的半导体材料(例如，宽带隙半导体)。一般地，开关元件的制造成本与其尺寸成正比地增加，该倾向在采用宽带隙半导体的开关元件中尤为明显。因此，关于采用宽带隙半导体的第一开关元件，通过减小其尺寸，能够特意降低电力变换装置的制造成本。

如果减小第一开关元件的尺寸，则第一开关元件的容许电流也降低。因此，在上述电力变换装置中，根据针对开关电路的电流指令值以及流过开关电路的实际电流，选择执行第一开关控制和第二开关控制中的一个。在第一开关控制中，仅驱动第一开关元件，不驱动第二开关元件。另一方面，在第二开关控制中，仅驱动第二开关元件，不驱动第一开关元件。由此，当电流指令值小于阈值时，执行第一开关控制，能够仅利用功率损耗小的第一开关元件。另一方面，当电流指令值大于阈值时，执行第二开关控制，能够仅利用容许电流较大的第二开关元件。