功率转换装置的制作方法

1.本发明涉及功率转换装置。


背景技术：

2.功率转换装置具有用于将直流功率转换为交流功率的半导体元件。作为半导体元件，使用igbt(insulated gate bipolar transistor：绝缘栅双极晶体管)等。对高电压大电流进行开关的半导体元件会由于开关损耗等而发热。因此，在半导体元件附近设置感温二极管等温度检测元件来检测半导体元件的温度，并且进行控制使得半导体元件不超过允许温度。在驱动例如三相电动机的情况下，在功率转换装置中，在uvw相的各个相使用两个半导体元件，总共六个半导体元件，并且各个相的半导体元件的温度检测部也需要多个。专利文献1中记载了一种功率转换装置，该功率转换装置具备检测一个igbt的温度的感温二极管，通过计算处理来推定未检测温度的半导体元件的温度。现有技术文献专利文献
3.专利文献1：日本专利特开2012
‑
186968号公报


技术实现要素：

发明所要解决的技术问题
4.在专利文献1中记载的装置中，存在需要进行用于推定温度的复杂计算处理等问题。解决技术问题所采用的技术方案
5.本发明的功率转换装置包括：功率转换电路部，该功率转换电路部具有将直流功率转换为多相交流功率的多个半导体元件；以及温度检测部，该温度检测部用于检测与所述多相交流功率中的任一相相对应的所述半导体元件的温度，所述功率转换装置驱动由所述温度检测部检测温度的所述半导体元件，使其相比于未检测温度的其它所述半导体元件，由于开关损耗引起的发热变大。发明效果
6.根据本发明，以所需的最低限度来设置温度检测部，并且不需要用于推定温度的复杂的计算处理等。
附图说明
7.图1是功率转换装置的电路结构图。图2是示出驱动电路部的主要部分的电路图。图3(a)、图3(b)是示出电动机电流与温度及损耗之间关系的图表。
具体实施方式
8.[实施方式1]图1是功率转换装置1的电路结构图。功率转换装置1由具有用于将直流电流转换为交流电流的半导体元件的电路构成。功率转换装置1将电池2作为动力源，通过切换半导体元件的导通和断开来使期望的电流流过，从而控制电动机3的驱动。而且，在电池2和电动机3之间进行直流功率和交流功率的转换。电池2和功率转换装置1通过继电器4连接。此外，上位控制部5连接到功率转换装置1。
[0009]
功率转换装置1包括用于进行功率转换的功率转换电路部10、用于对直流电流进行滤波的电容器11、驱动电源部12、驱动电路部13、温度检测部14和控制部15。从外部电源6向控制部15供电。
[0010]
功率转换电路部10具有uvw相的上下臂串联电路。u相上下臂串联电路由u相上臂半导体元件tuu和u相上臂二极管duu、u相下臂半导体元件tul和u相下臂二极管dul组成。v相上下臂串联电路由v相上臂半导体元件tvu和v相上臂二极管dvu、v相下臂半导体元件tvl和v相下臂二极管dvl组成。w相上下臂串联电路由w相上臂半导体元件twu和w相上臂二极管dwu、w相下臂半导体元件twl和w相下臂二极管dwl组成。
[0011]
驱动电源部12连接到正极汇流条p和负极汇流条n进行供电，内置有dc
‑
ac转换器、变压器、ac
‑
dc转换器，并且输出用于驱动各相的半导体元件的驱动电路的电源电压vuu、vvu、vwu、vul、vvl和vwl。
[0012]
驱动电路部13包括：驱动电路guu，其被提供电源电压vuu，并对u相上臂半导体元件tuu进行导通/断开控制；驱动电路gvu，其被提供电源电压vvu，并对v相上臂半导体元件tvu进行导通/断开控制；以及驱动电路gwu，其被提供电源电压vwu，并对w相上臂半导体元件twu进行导通/断开控制。该驱动电路部13还包括：驱动电路gul，其被提供电源电压vul，并对u相下臂半导体元件tul进行导通/断开控制；驱动电路gvl，其被提供电源电压vvl，并对v相下臂半导体元件tvl进行导通/断开控制；以及驱动电路gwl，其被提供电源电压vwl，并对w相下臂半导体元件twl进行导通/断开控制。
[0013]
温度检测部14包括基于感温二极管td检测温度的温度检测电路141。在本实施方式中，感温二极管td配置在u相下臂半导体元件tul附近，而其它半导体元件附近不配置感温二极管。
[0014]
控制部15包括微机151，被输入由电流传感器16检测到的提供给电动机3的电流值，并且响应于来自上位控制部5的指令值，向驱动电路guu～驱动电路gwl输出驱动信号。此外，由温度检测部14检测到的温度被输入到控制部15，控制部15进行控制使得半导体元件不超过允许温度。
[0015]
图2是示出驱动电路部13的主要部分的电路图。如图2所示，感温二极管td配置在u相下臂半导体元件tul附近。温度检测部14具有基于感温二极管td检测温度的温度检测电路141，检测到的温度被输入到微机151。
[0016]
由微机151将驱动信号输出到驱动电路gul。驱动电路gul包括栅极控制电路131、导通侧栅极电阻rg1、断开侧栅极电阻rg2和栅极
‑
发射极间的电容器cge。此外，由驱动电源部12向栅极控制电路131和温度检测电路141提供电源电压vul作为驱动用电源。
[0017]
栅极控制电路131通过响应于由微机151输入的驱动信号向导通侧栅极电阻rg1输出导通信号，从而使u相下臂半导体元件tul导通。栅极控制电路131向断开侧栅极电阻rg2输出零电位。
[0018]
在图2中，示出了用于驱动u相下臂半导体元件tul的驱动电路gul，其它相的驱动电路guu、gvu～gwl也具有同样的结构。然而，在本实施方式中，如后述那样，驱动电路gul的导通侧栅极电阻rg1和断开侧栅极电阻rg2的电阻值与其它相的驱动电路guu、gvu～gwl的电阻值不同。另外，各相的电容器cge的电容都是相同的值。
[0019]
u相下臂半导体元件tul的开关特性由导通侧栅极电阻rg1和断开侧栅极电阻rg2这两个构成的栅极电阻决定。当使栅极电阻的电阻值增大时，u相下臂半导体元件tul的开关损耗增大，但由开关产生的浪涌电压的峰值减小。通常，栅极电阻的电阻值被设定为在浪涌电压不超过半导体元件的额定电压的范围内开关损耗最小。在本实施方式中，将由温度检测部14检测温度的u相下臂半导体元件tul的用于决定开关特性的栅极电阻的电阻值设定相比于没有检测温度的其它半导体元件的用于决定开关特性的栅极电阻，由开关损耗引起的发热变大的值。即，使u相下臂半导体元件tul的栅极电阻变大，使其温度高于其它相的半导体元件的温度，从而有意地制造出开关损耗增大的相，并检测该相的温度。
[0020]
考虑温度检测的偏差来设定进行温度检测的相的开关损耗，使进行温度检测的相的温度最小值大于未进行温度检测的相的温度最大值。可以认为结构上的冷却效率、半导体元件的特性和温度检测电路的特性是导致温度检测偏差的主要因素。因此，例如，当温度偏差为
±
10％时，使进行温度检测的相的开关损耗增大，使得温度上升 20％以上。
[0021]
图3(a)、图3(b)是示出应用了本实施方式时的电动机电流、温度和损耗之间的关系的图表。
[0022]
图3(a)中，在横轴上示出电动机电流，在纵轴上示出温度。当使u相下臂半导体元件tul的栅极电阻增大以使其温度高于其它相的半导体元件时，其温度高于其它相，例如w相。其温度差与电动机电流的大小成比例地增大。
[0023]
图3(b)中，在横轴上示出电动机电流，在纵轴上示出损耗。当使u相下臂半导体元件tul的栅极电阻增大以使温度高于其它相的半导体元件时，损耗高于其它相，例如w相。其损耗差与电动机电流的大小成比例地增大。
[0024]
根据本实施方式，通过检测特定相的半导体元件的温度，从而能以低成本实现包括其它相的半导体元件的过温保护，同时保持可靠性。
[0025]
[实施方式2]接着，对实施方式2进行说明。图1所示的功率转换装置的电路结构图、图2所示的驱动电路和温度检测部的电路结构图、图3所示的u相v相的温度和损耗的图表在本实施方式中也是相同的。
[0026]
在本实施方式中，对于图2所示的栅极
‑
发射极间的电容器cge，将进行温度检测的相的电容器cge的电容设定为大于未进行温度检测的其它相的电容。即，使电容器cge的电容增大，使得u相下臂半导体元件tul的温度高于其它相的半导体元件的温度，由此有意地制造出开关损耗增大的相，并检测该相的温度。另外，各相的栅极电阻的电阻值都是相同的值。
[0027]
考虑到温度检测的偏差，设定进行温度检测的相的开关损耗，使得进行温度检测的相的温度最小值大于未进行温度检测的相的温度最大值。可以认为结构上的冷却效率、半导体元件的特性和温度检测电路的特性是温度检测偏差的主要因素。因此，例如，当温度偏差为
±
10％时，使进行温度检测的相的开关损耗增大，使得温度上升 20％以上。
[0028]
根据本实施方式，通过检测特定相的半导体元件的温度，从而能以低成本实现包括其它相的半导体元件的过温保护，同时保持可靠性。
[0029]
[实施方式3]接着，对实施方式3进行说明。图1所示的功率转换装置的电路结构图、图2所示的驱动电路和温度检测部的电路结构图、图3所示的u相v相的温度和损耗的图表在本实施方式中也是相同的。
[0030]
在本实施方式中，将从图1所示的驱动电源部12提供给驱动电路gul的电源电压vul设为低于提供给其它驱动电路的电源电压vuu、vvu、vwu、vvl、vwl的电压。通过降低电压，使用由导通侧栅极电阻rg1和断开侧栅极电阻rg2构成的栅极电阻的开关损耗增加。即，以低电压对驱动电路gul进行驱动，使得u相下臂半导体元件tul的温度高于其它相的半导体元件的温度，由此有意地制造出使开关损耗增大的相，并检测该相的温度。另外，各相的栅极电阻的电阻值、电容器cge的电容都是相同的值。
[0031]
考虑到温度检测的偏差，设定进行温度检测的相的开关损耗，使得进行温度检测的相的温度最小值大于未进行温度检测的相的温度最大值。可以认为结构上的冷却效率、半导体元件的特性和温度检测电路的特性是温度检测偏差的主要因素。因此，例如，当温度偏差为
±
10％时，使进行温度检测的相的开关损耗增大，使得温度上升 20％以上。
[0032]
根据本实施方式，通过检测特定相的半导体元件的温度，从而能以低成本实现包括其它相的半导体元件的过温保护，同时保持可靠性。
[0033]
根据以上说明的实施方式，能够得到以下的作用效果。(1)功率转换装置1包括：功率转换电路部10，其具有用于将直流功率转换为多相交流功率的多个半导体元件；以及温度检测部14，其用于检测与多相交流功率中的任一相相对应的半导体元件的温度，该功率转换装置1驱动由温度检测部14检测温度的半导体元件，使其由开关损耗引起的发热比未检测温度的其它半导体元件要大。由此，以所需的最低限度来设置温度检测部，也不需要用于推定温度的复杂的计算处理等。
[0034]
(变形例)本发明能够将以上说明的实施方式1至实施方式3进行如下变形来实施。(1)在各实施方式中，说明了对特定的一个相检测温度的例子，但是也可以对特定的多个相检测温度。在这种情况下，基于检测到的温度中较高一方的温度进行控制以不超过允许温度。
[0035]
(2)各实施方式的功率转换电路部以应用于uvw相这三相的例子进行了说明，但是不限于三相，还能应用于多相。
[0036]
本发明不限于上述实施方式，只要不损害本发明的特征，在本发明的技术思想范围内可以考虑的其他方式也包括在本发明的范围内。另外，也可以是组合了上述实施方式
和多个变形例的结构。标号说明
[0037]
1功率转换装置2电池3电动机4继电器5上位控制部6外部电源10功率转换电路部11电容器12驱动电源部13驱动电路部14温度检测部15控制部16电流传感器131栅极控制电路141温度检测电路151微机tuuu相上臂半导体元件tu1u相下臂半导体元件tvuv相上臂半导体元件tv1v相下臂半导体元件twuw相上臂半导体元件tw1w相下臂半导体元件duuu相上臂二极管du1u相下臂二极管dvuv相上臂二极管dv1v相下臂二极管dwuw相上臂二极管dw1w相下臂二极管cge栅极
‑
发射极间的电容器td感温二极管rg1导通侧栅极电阻rg2断开侧栅极电阻guu、gvu、gwu、gul、gvl、gwl驱动电路。