CN101606307B - 半导体功率转换装置 - Google Patents

Abstract

浪涌电压目标设定部(103)基于由电压检测部(102)检测出的半导体开关元件(100)的端子间电压(Vce)来获取半导体功率转换装置的主电路电源电压(VH)，并根据获取的主电路电源电压来设定浪涌电压的控制目标(Vm)。有源栅极控制部(71)在半导体开关元件(100)断开时如果端子间电压(Vce)超过了控制目标(Vm)，则基于端子间电压(Vce)的反馈来设定电压修正量(V1)以便向提高栅极电压(Vg)的方向、即向降低断开速度的方向修正栅极电压(Vg)。

Description

半导体功率转换装置

技术领域

本发明涉及半导体功率转换装置，尤其涉及用于抑制在构成逆变器或变换器等半导体功率转换装置的半导体开关元件接通时和/或断开时所发生的电压变动的有源栅极控制。 

背景技术

在构成逆变器或变换器等半导体功率转换装置的半导体开关元件中，使用动态控制栅极电压的有源栅极控制技术，该技术是在不需要缓冲电路的情况下抑制开关动作时的峰值电压的技术。 

例如，在日本专利文献特开2001-136732号公报(以下记为专利文献1)中公开了一种半导体功率转换装置，该半导体功率转换装置包括：向栅极施加正向偏置和反向偏置并使半导体开关元件的发射极设为中点电位的电压施加单元、以及对集电极-发射极之间的电压进行分压的分压单元，并且当在驱动信号为无效(off)的情况下集电极-发射极之间的电压通过分压单元达到规定的电压以上时，根据集电极与发射极之间的电压来控制栅极电压。 

根据专利文献1公开的半导体功率转换装置，当半导体开关元件断开时，基于分压后的集电极-发射极之间的电压动态控制栅极电压，由此能够进行栅极电压控制以反馈浪涌电压并降低浪涌电压，即能够进行有源栅极控制。 

此外，在日本专利文献特开2001-238431号公报中(以下记为专利文献2)中公开了一种半导体功率转换装置，该半导体功率转换装置包括：IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，该IGBT是与连接直流电源和负荷的各桥臂连接的用于功率转换的半导体开关元件，并且在其集电极-发射极之间串联连接了桥臂；电容器，该电容器连接 在该IGBT的集电极-栅极之间，向栅极提供与集电极-发射极之间的电压变化率对应的电流；以及辅助直流电源，该辅助直流电源经由缓冲二极管与该电容器并联连接。并且公开了当在电容器的集电极侧电压上相加缓冲二极管的正向电压降而得的电压超过辅助直流电源的输出电压时，经由电容器向栅极提供电流的结构。 

在专利文献2公开的半导体功率转换装置中，当集电极电压超过在电容器中用辅助直流电源充电的预定电压时施加反馈，从而能够改变栅极电压以降低浪涌电压。由此，能够进行有源栅极控制以降低浪涌电压。 

通常，在安装于空调或混合动力车辆上的逆变器中，进行通过由逆变器驱动控制的电动机的驱动条件来动态地变更通过逆变器(半导体功率转换装置)而转换的主电路电源电压的控制。 

然而，在以专利文献1和2为代表的传统的有源栅极控制中，通过比较半导体开关元件的集电极电压和预定的固定电压来判断是否要变更栅极电压以抑制浪涌电压。即，使有源栅极控制开始工作的设定电压是固定的。 

因此，当与主电路电源电压的最大设计值对应地规定上述设定电压时，虽可使有源栅极控制发挥作用以不超过半导体开关元件的耐电压，但另一方面在将主电路电源电压控制在低电压时却会产生通过有源栅极控制无法有效地执行浪涌抑制的问题。此时，通过有源栅极控制而反馈的量减少，从而半导体开关元件的开关动作变为单纯地向栅极交替地施加正向偏置电压(接通用电压)和反向偏置电压(断开用电压)的单纯的动作，不能抑制随着接通以及断开而发生的电压变动。其结果是，有时会由于半导体开关元件的寄生电容和主电路的寄生阻抗而产生自由波动的电压变动，这样的波动电压将成为造成EMI(Electro-Magnetic Interference，电磁干扰)、典型地为电磁噪声的原因。 

此外，如通常所指出的那样，当通过逆变器对电动机进行驱动控制时，如果逆变器的输出电压的电压变动(dv/dt)过大，则容易在电动机内部的绕组间发生局部放电，从而造成绝缘被破坏。为了防止绝缘被破坏，重要的是将dv/dt抑制在预定范围内。另外，如上所述，抑制dv/dt在应对 EMI方面也很重要。 

但是，在利用专利文献1和专利文献2公开的半导体功率转换装置进行的有源栅极控制中，通过对集电极电压和预定电压(设定电压)进行比较来规定使有源栅极控制工作的电压条件。因此，通过有源栅极控制来严格地限制构成逆变器的半导体开关元件的集电极-发射极间电压的dv/dt并不是容易执行的。其结果是，难以将逆变器的输出电压、即电动机的端子间电压的dv/dt可靠地抑制在预定范围内。 

发明内容

本发明就是为了解决上述问题而做出的，其目的在于，提供根据主电路电源电压的变化、或者为了将半导体开关元件的输出端子间电压的电压变动(dv/dt)可靠地抑制在预定范围内而有效地执行有源栅极控制的半导体功率转换装置。 

本发明的半导体功率转换装置对被可变控制的主电路电源电压进行电压转换，其包括：半导体开关元件、驱动控制部和驱动电路。半导体开关元件被构成为响应控制电极的电压或电流而控制第一电极和第二电极之间的电流。驱动控制部被构成为根据控制信号来在第一电压以及第二电压的范围内设定控制电压，其中，控制信号指示半导体开关元件的接通和断开，第一电压用于使半导体开关元件导通，第二电压用于使半导体开关元件关断。驱动电路被构成为根据由驱动控制部设定的控制电压来驱动控制电极的电压或电流。驱动控制部包括：电压检测部，所述电压检测部检测第一电极和第二电极的电极间电压；浪涌控制目标设定部，所述浪涌控制目标设定部用于根据主电路电源电压而可变地设定在半导体开关元件断开时在第一电极和第二电极之间产生的浪涌电压的控制目标；以及第一有源栅极控制部，所述第一有源栅极控制部用于在由电压检测部检测出的电极间电压超过了控制目标时，通过基于电极间电压的电压修正量来向接近第一电压的方向修正控制电压。 

根据上述半导体功率转换装置，能够在电极间电压(端子间电压)超过了根据主电路电源电压而可变地设定的浪涌电压的控制目标时，使得用 于将半导体开关元件断开时的控制电压从第二电压向接近第一电压的方向修正的有源栅极控制工作。从而，通过与主电路电源电压的变化相对应地适当执行有源栅极控制，能够抑制在半导体开关元件中产生过大的浪涌电压和急剧的电压变动(dv/dt)。其结果是，能够防止元件被破坏和产生电磁噪声。 

优选如下：第一有源栅极控制部进行基于电极间电压相对于控制目标的偏差的控制运算，并在控制运算结果为正值时根据控制运算结果来设定电压修正值，另一方面在控制运算结果为负值时将电压修正值实际设定为0。 

通过如上构成，能够通过基于端子间电压相对于浪涌电压的控制目标的偏差确定的适当的电压修正量来执行断开时的有源栅极控制，以避免将半导体开关元件接通时的端子间电压的变化没必要地变缓而导致开关功率损失增大。 

更优选如下：第一有源栅极控制部通过比例微分控制来进行控制运算。 

通过如上构成，可通过比例微分控制来与半导体开关元件的端子间电压的上升、即浪涌电压的产生相对应地提前开始有源栅极控制。 

另外优选如下：浪涌控制目标设定部基于在半导体开关元件的断开期间、且半导体开关元件电连接在被施加主电路电源电压的电源线之间的期间内由电压检测部检测出的检测电压来设定控制目标。 

通过如上构成，可利用不需要从驱动控制部之外绝缘传递主电路电源电压的信息的、廉价的电路结构，基于检测到的半导体开关元件的端子间电压与主电路电源电压的变化相对应地适当设定浪涌电压的控制目标。 

优选如下：驱动控制部被构成为还包括电压上升率控制目标设定部、第二有源栅极控制部以及调节部。电压上升率控制目标设定部设定电压上升率的控制目标，电压上升率是电极间电压的上升时的时间微分值。第二有源栅极控制部在电压上升率超过了控制目标时，基于由电压检测部检测出的电极间电压来修正控制电压，以使该控制电压向第一电压接近与电压上升率相对于控制目标的偏差相应的电压修正量。调节部用于修正控制电 压，以使该控制电压向第一电压接近基于第一以及第二有源栅极控制部的电压修正量中更大的那个电压量。 

通过如此构成，当半导体开关元件的端子间电压的电压上升率超过了预先设定的控制目标时，能够向抑制电压上升的方向执行有源栅极控制。从而能够在半导体开关元件断开时执行有源栅极控制，以便抑制与主电路电源电压相对应的浪涌电压的上升，并使电压变化率(上升率)进入预定范围内。 

更优选如下：驱动控制部被构成为还包括电压下降率控制目标设定部和第三有源栅极控制部。电压下降率控制目标设定部设定电压下降率的控制目标，电压下降率是电极间电压的下降时的时间微分值。第三有源栅极控制部在电压下降率超过了控制目标时，基于由电压检测部检测出的电极间电压来修正控制电压，以使该控制电压向第二电压接近与电压下降率相对于控制目标的偏差相应的电压修正量。 

通过如此构成，当半导体开关元件的端子间电压的电压下降率超过了预先设定的控制目标时，能够向抑制电压下降的方向执行有源栅极控制。从而即使在半导体开关元件接通时也能够执行有源栅极控制，以使电压变化率(下降率)进入预定范围内。 

特别是在这样的结构中，驱动控制部还包括选择部，该选择部用于根据控制信号来选择性地使第二以及第三有源栅极控制部中的一个工作。并且，优选选择部在半导体开关元件被断开时使第二有源栅极控制部工作，另一方面在半导体开关元件被接通时使第三有源栅极控制部工作。 

通过如此构成，当半导体开关元件断开时能够执行有源栅极控制以使端子间电压的电压上升率不超过控制目标，另一方面，当半导体开关元件接通时能够执行有源栅极控制以使端子间电压的电压下降率不超过预定控制目标。其结果是，能够将接通以及断开时的电压变动(dv/dt)可靠地抑制在预定范围内，并且不会不必要地增大半导体开关元件的开关功率损失。 

优选如下：驱动控制部被构成为还包括电压下降率控制目标设定部和第三有源栅极控制部。电压下降率控制目标设定部设定电压下降率的控制 目标，电压下降率是电极间电压的下降时的时间微分值。第三有源栅极控制部在电压下降率超过了控制目标时，基于由电压检测部检测出的电极间电压来修正控制电压，以使该控制电压向第二电压接近与电压下降率相对于控制目标的偏差相应的电压修正量。 

通过如此构成，当半导体开关元件的端子间电压的电压下降率超过了预先设定的控制目标时，能够向抑制电压下降的方向执行有源栅极控制。从而即使在半导体开关元件接通时也能够执行有源栅极控制，以使电压变化率(下降率)可靠地进入预定范围内。 

更优选如下：电压上升率控制目标设定部或电压下降率控制目标设定部基于由半导体功率转换装置驱动控制的电动机的温度、气压以及相对湿度中的至少一个来可变地设定控制目标。 

通过如此构成，能够基于作为负荷的电动机的温度、气压以及湿度(相对湿度)中的至少一个来可变地设定半导体开关元件的端子间电压的电压上升率和/或电压下降率的限制范围。由此，通过当处于电动机容易发生局部放电的环境时缩小上述限制范围，否则放宽上述限制范围，能够防止电动机中由于局部放电发生绝缘破坏，并且不会不必要地增大半导体开关元件中的开关功率损失。 

此外，优选如下：半导体功率转换装置还包括温度检测部和控制参数变更部。温度检测部检测半导体开关元件的温度。控制参数变更部被构成为根据由温度检测部检测出的元件温度来可变地设定控制参数，控制参数是在第一至第三有源栅极控制部中的至少一个中被使用在用于求出控制电压的电压修正量的控制运算中的参数。 

通过如上构成，能够反映随着温度上升而半导体开关元件的响应能力下降的特性，从而当处于同一条件下电压变化速度变大的低温时能够相对地增大基于有源栅极控制的电压修正量。其结果是，通过反映半导体开关元件的温度特性，能够抑制低温时发生过大的电压变动，并能够抑制高温时开关损失增大。 

本发明另一方面的半导体功率转换装置包括半导体开关元件、驱动控制部以及驱动电路。半导体开关元件被构成为响应控制电极的电压或电流 而控制第一电极和第二电极之间的电流。驱动控制部被构成为根据控制信号而在第一电压以及第二电压的范围内设定控制电压，其中，控制信号指示半导体开关元件的接通以及断开，第一电压用于使半导体开关元件导通，第二电压用于使半导体开关元件关断。驱动电路被构成为根据由驱动控制部设定的控制电压来驱动控制电极的电压或电流。驱动控制部包括：电压检测部，该电压检测部检测第一电极和第二电极的电极间电压；电压变化率控制目标设定部，所述电压变化率控制目标设定部设定电压变化率的控制目标，所述电压变化率是电极间电压的变化时的时间微分值；以及有源栅极控制部。有源栅极控制部被构成为当电压变化率超过了控制目标时，基于由电压检测部检测出的电极间电压向阻碍当前的电极间电压的变化的方向修正控制电压。 

通过上述半导体功率转换装置，当半导体开关元件的电极间电压(集电极-发射极间电压)的电压变化率超过了预先设定的控制目标时，能够向抑制电压变化的方向执行有源栅极控制。从而能够执行有源栅极控制，以使半导体开关元件接通时以及断开时的电压变化率进入预定范围内。 

优选如下：电压变化率控制目标设定部设定电压上升率的控制目标，所述电压上升率是电极间电压的上升时的时间微分值，有源栅极控制部在半导体开关元件断开时如果电压上升率超过了控制目标，则基于由电压检测部检测出的电极间电压来修正控制电压，以使该控制电压从第二电压向第一电压接近。 

通过如上构成，当半导体开关元件断开时能够进行有源栅极控制以使端子间电压的电压上升率不超过控制目标，并能够将抑制电压下降率的控制设定为非执行状态。从而能够将半导体开关元件断开时的电压变化率(dv/dt)可靠地抑制在预定范围内，并且不会不必要地增大开关功率损失。 

此外，优选如下：电压变化率控制目标设定部设定电压下降率的控制目标，所述电压上升率是电极间电压的下降时的时间微分值，有源栅极控制部在半导体开关元件接通时如果电压下降率超过了控制目标，则基于由电压检测部检测出的电极间电压来修正控制电压，以使该控制电压从第一 电压向第二电压接近。 

通过如上构成，当半导体开关元件接通时能够进行有源栅极控制以使端子间电压的电压下降率不超过控制目标，并能够将抑制电压上升率的控制设定为非执行状态。从而能够将半导体开关元件接通时的电压变化率(dv/dt)可靠地抑制在预定范围内，并且不会不必要地增大开关功率损失。 

更优选如下：电压变化率控制目标设定部基于由半导体功率转换装置驱动控制的电动机的温度、气压以及相对湿度中的至少一个来可变地设定控制目标。 

通过如此构成，能够基于作为负荷的电动机的温度、气压以及湿度(相对湿度)中的至少一个来可变地设定半导体开关元件的端子间电压的电压变化率的限制范围。由此，通过当电动机容易发生局部放电时缩小上述限制范围，否则放宽上述限制范围，能够防止电动机中由于局部放电发生绝缘破坏，并且不会不必要地增大半导体开关元件中的开关功率损失。 

此外，优选如下：半导体功率转换装置还包括温度检测部和控制参数变更部。温度检测部检测半导体开关元件的温度。控制参数变更部被构成为根据由温度检测部检测出的元件温度来可变地设定控制参数，控制参数是在有源栅极控制部中被使用在用于求出控制电压的电压修正量的控制运算中的参数。 

通过如上构成，能够反映随着温度上升而半导体开关元件的响应能力下降的特性，从而当处于同一条件下电压变化速度变大的低温时能够相对地增大基于有源栅极控制的电压修正量。其结果是，通过反映半导体开关元件的温度特性，能够抑制低温时发生过大的电压变动，并能够抑制高温时开关损失增大。 

因此，本发明的主要优点在于：在半导体功率转换装置中通过根据主电路电源电压的变化、或者为了将半导体开关元件的输出端子间电压的电压变动(dv/dt)可靠地抑制在预定范围内而有效地执行有源栅极控制，能够抑制半导体开关元件的接通以及断开时的电压变动。 

附图说明

图1是示出本发明实施方式1涉及的半导体功率转换装置的结构例的电路图； 

图2是用于说明实施方式1涉及的半导体功率转换装置的各桥臂的开关控制结构的框图； 

图3是用于说明实施方式1涉及的半导体功率转换装置中的有源栅极控制的动作的波形图； 

图4是示出图2所示的电压检测部的结构例的框图； 

图5是用于说明图4所示的电压检测部的动作的框图； 

图6是用于说明实施方式2涉及的半导体功率转换装置的各桥臂的开关控制结构的框图； 

图7是用于说明实施方式2涉及的半导体功率转换装置中的有源栅极控制的动作的波形图； 

图8是示出可应用本发明实施方式2涉及的有源栅极控制的半导体功率转换装置的结构例的电路图； 

图9是用于说明实施方式2的变形例涉及的半导体功率转换装置的各桥臂的开关控制结构的框图； 

图10是用于说明实施方式3涉及的半导体功率转换装置的各桥臂的开关控制结构的框图； 

图11是用于说明实施方式3的变形例涉及的半导体功率转换装置的各桥臂的开关控制结构的框图； 

图12是用于说明实施方式4涉及的半导体功率转换装置的各桥臂的开关控制结构的框图； 

图13是用于说明半导体开关元件的电压变化率的温度特性的概念图； 

图14是用于说明在实施方式4涉及的半导体功率转换装置的各桥臂的开关控制结构中有关控制增益的设定的概念图。 

具体实施方式

下面，参考附图对本发明的实施方式进行详细的说明。对于以下附图中相同或相当的部分标注相同的标号，并且原则上不对其进行重复说明。 

(实施方式1) 

图1是示出本发明实施方式涉及的半导体功率转换装置的结构例的电路图。 

参考图1，功率转换系统5包括：直流电源10、变换器20、平滑电容器30、作为本发明实施方式涉及的半导体功率转换装置的一个代表例而示出的逆变器40、由逆变器40驱动控制的电动机60。 

直流电源10输出直流电压Vb。变换器20具有直流电压变换功能，对来自直流电源10的输出电压Vb进行电压变换并输出直流电压VH。变换器20的输出电压通过平滑电容器30被平滑。 

逆变器40具有分别构成3相的上下桥臂的六个桥臂50-1～50-6。如将在后面进行说明的那样，各桥臂50(对桥臂50-1～50-6的统称，下同)分别具有半导体开关元件。 

电动机60包括缠绕有三相线圈绕组65u、65v、65w的定子(没有图示)和转子(没有图示)。各相线圈绕组65u、65v、65w的每一个的一端在中性点67彼此电连接，每一个的另一端分别与逆变器40的U相、V相、W相的上下桥臂连接点相连。 

在电动机60上设置有用于测定表示电动机状态的各种测定值Tst的各种传感器69。电动机测定值Tst中除了控制电动机所需的电流(各相)、转子旋转角等之外，还包括表示电动机的动作环境的温度、湿度(典型地有相对湿度)以及气压等。 

逆变器40将由变换器20可变地控制的作为主电路电源电压的直流电压VH转换成用于对电动机60进行驱动控制的交流电压。 

图2是用于说明实施方式1涉及的半导体功率转换装置的各桥臂的开关控制结构的框图。 

参考图2，各桥臂被构成为包括半导体开关元件100、反向并联二极管101、驱动控制部70、驱动电路80。在本实施方式中，作为代表例，假定用IGBT构成了半导体开关元件100。从而，包括半导体开关元件100 的接通和断开，集电极-发射极间的电流响应栅极电压Vg而被控制。 

驱动控制部70包括：电压检测部102、有源栅极控制部71、电平变换部119、电压相加部120。有源栅极控制部71包括：浪涌控制目标设定部103、电压运算部104、PD控制部105、整流部106。驱动电路80包括缓冲电路121和栅极电阻器122。 

半导体开关元件100是响应于栅极控制信号Sg而被接通和断开的开关元件，特别是在断开时，由于主电路内的寄生电感，随着由于硬开关而电流突然被切断，会在半导体开关元件100的端子之间、在图2的例子中会在集电极-发射极之间产生浪涌电压。以下，还将集电极-发射极间电压Vce简称为端子间电压Vce。 

电压检测部102检测半导体开关元件100的端子间电压Vce，并产生依照Vce的电压信号。根据后级的有源栅极控制部71的结构，电压检测部102的输出信号取为模拟信号或数字信号。即，有源栅极控制部71的各构成要素也可以用硬件(包含模拟信号处理和多位的数字信号处理，下同)和软件中的任一个构成。 

当有源栅极控制部71用模拟电路构成时，电压检测部102由基于电阻分割的分压电路、差动放大电路等构成，并输出与端子间电压Vce成比例的模拟电压。分压电路除了可被构成为基于单纯的电阻分割的结构之外，还可以考虑寄生电容而通过频率特性好的RC电路网络来构成。此外，使用差动放大电路能够降低共模噪声。 

另一方面，当有源栅极控制部71由数字电路或软件构成时，电压检测部102由上述分压电路、差动放大电路等以及模/数转换器构成，并输出表示端子间电压Vce的多位的数字信号。以下，将电压检测部102的输出信号也记为端子间电压Vce。 

浪涌控制目标设定部103基于由电压检测部102检测出的半导体开关元件100的端子间电压Vce以及栅极控制信号Sg来获得主电路电源电压VH，并且根据主电路电源电压VH来设定浪涌电压的控制目标Vm。具体地说，与主电路电源电压VH的设计上的最大值相对应地设定控制目标Vm，以使端子间电压Vce不超过半导体开关元件100的耐电压，并且在 主电路电源电压VH下降时也使控制目标Vm下降。对于由浪涌控制目标设定部103获得主电路电源电压VH的结构，将在后面进行详细的说明。 

电压运算部104计算由电压检测部102检测出的集电极-发射极间电压Vce相对于由浪涌控制目标设定部103设定的浪涌电压的控制目标Vm的偏差ΔV(ΔV＝Vce-Vm)。 

PD控制部105通过由电压运算部104求出的偏差ΔV的比例微分(PD)控制运算来生成控制运算电压Vpd。即，PD控制部105中的控制运算具体可由下述公式(1)表示。在式(1)中，Gp以及Gd表示控制增益。 

Vpd＝Gp·ΔV+Gd·dΔV/dt  ……(1) 

整流部106通过仅使得由PD控制部105算出的控制运算电压Vpd的正值通过来算出电压修正量V1。即，当Vpd＞0时设定为V1＝Vpd，另外当Vpd≤0时设定为V1＝0。由此，只向提高半导体开关元件100的栅极电压Vg的方向、即阻碍半导体开关元件100断开的方向设定通过有源栅极控制部71进行的电压修正量V1。 

电平变换部119通过变换栅极控制信号Sg的电压来产生栅极控制电压V0，栅极控制信号Sg是指示半导体开关元件100的接通和断开的数字信号。栅极控制电压V0在指示半导体开关元件100接通时被设定为用于使半导体开关元件100导通的接通用电压Vdd，另一方面，在指示半导体开关元件100断开时被设定为用于使半导体开关元件100关断的断开用电压Vss(Vdd＞Vss)。 

电压相加部120根据由电平变换部119输出的栅极控制电压V0和基于有源栅极控制部71的电压修正量V1的总和来产生控制电压Vc。 

缓冲电路121由以低阻抗输出与所输入的控制电压Vc对应的栅极电压Vg的发射极跟随器等功率放大电路构成。即，在本实施方式中，Vg＝Vc，半导体开关元件100的栅极电压受控制电压Vc的控制。 

接着，使用图3对实施方式1的半导体功率转换装置中的有源栅极控制动作进行说明。 

参考图3，当栅极控制信号Sg从接通电平转移到断开电平、即断开时 (时刻t1)，栅极电压Vg随着栅极控制电压V0(图2)被设定为断开用电压Vss而开始下降。 

随着半导体开关元件100响应栅极控制信号Sg而断开，端子间电压Vce开始上升。控制运算电压Vpd在开始断开时(时刻t1)取在偏差ΔV＝-Vm上乘以控制增益Gp而得的值(-Gp·Vm)，并随着端子间电压Vce上升而上升。然后，在端子间电压Vce接近控制目标Vm时，变为Vpd＞0。特别是，通过结合微分控制，能够在端子间电压Vce超过控制目标值m之前使得Vpd＞0。 

如果控制运算电压变为Vpd＞0，则由整流部106输出的电压修正量被设定为V1＝Vpd，控制电压Vc从断开用电压Vss被修正，因此向提高栅极电压Vg的方向、即向降低断开速度的方向修正栅极电压Vg的有源栅极控制开始执行。 

随着栅极电压Vg通过有源栅极控制而上升，端子间电压Vce下降。随之控制运算电压Vpd也下降。因此由整流部106输出的电压修正量再次变为V1＝0，栅极电压Vg朝着断开用电压Vss逐渐下降。 

其结果是，在半导体开关元件100断开时，可利用端子间电压Vce的反馈来进行有源栅极控制，以使端子间电压Vce被抑制在根据主电路电源电压VH设定的控制目标Vm左右。 

由此，能够将半导体开关元件100断开时的浪涌电压控制在与主电路电源电压VH相对应地设定的控制目标Vm。而且，即使在改变了主电路电源电压VH时，也能够通过浪涌控制目标设定部103立刻改变控制目标Vm，因此与控制目标值被固定设定的时候相比，特别是在主电路电源电压低的范围内也能够使有源栅极控制适当地起作用，从而能够防止端子间电压Vce产生浪涌或电压波动。 

此外，通过设置整流部106，能够在端子间电压Vce(浪涌电压)没有达到控制目标Vm的期间，不使反馈控制起作用，而通过缓冲电路121向断开用电压Vss迅速地改变栅极电压Vg。由此，通过执行有源栅极控制，能够防止开关功率损失(断开损失)不必要地增大。 

接下来，对用于浪涌控制目标设定部103获取主电路电源电压VH的 结构进行说明。 

图4是用于说明图2所示的浪涌控制目标设定部103中用于获取主电路电源电压VH的结构的框图。 

参考图4，浪涌控制目标设定部103包括：延迟部131、采样保持部132以及脉冲微分部133。 

延迟部131输出将由电压检测部102检测出的端子间电压Vce延迟了预定时间的Vce#。脉冲微分部133在基于栅极控制信号Sg而产生半导体开关元件100的接通指令时、即在栅极控制信号Sg从断开电平向接通电平转移的时间点输出脉冲Pg。 

当由脉冲微分部133产生脉冲Pg时，采样保持部132通过对延迟后的端子间电压Vce#进行采样来获取主电路电源电压VH。 

图5是用于说明图4所示的电压检测部的动作的波形图。 

参考图5，栅极控制信号Sg根据半导体开关元件100的接通及断开指令被交替地设定为断开电平和接通电平。当栅极控制信号Sg从断开电平向接通电平转移时，脉冲微分部133产生单触发式的脉冲Pg。 

栅极控制信号Sg#是用于指示与图2的半导体开关元件100构成一对的半导体开关元件(没有图示)的接通和断开的信号，该半导体开关元件与半导体开关元件100串联连接在电源线之间，并且主电路电源电压VH被施加在该电源线之间。具体地说，在图1的逆变器40中，栅极控制信号Sg和Sg#分别对应于同一相的上下桥臂(例如桥臂50-1和50-2)的半导体开关元件的接通和断开控制信号。因此，栅极控制信号Sg#在保证栅极控制信号Sg和Sg#双方均被设定为断开电平的死区时间Td的情况下与栅极控制信号Sg互补地被设定为接通电平和断开电平。 

在栅极控制信号Sg#处于接通电平并且栅极控制信号Sg处于断开电平的期间，断开状态的半导体开关元件100被连接在被施加主电路电源电压VH的电源线之间。从而，该期间内的半导体开关元件100的端子间电压Vce与主电路电源电压VH相等。 

因此，通过将基于图4所示的延迟部131的延迟时间设定为与死区时间Td相当的时间，能够在半导体开关元件100接通时，响应于脉冲Pg来 对经延迟部131延迟后的端子间电压Vce#进行采样，并由此获得上述期间内的端子间电压Vce，即主电路电源电压VH。 

如图5所示，每当半导体开关元件100被接通时，通过采样保持部132获取主电路电源电压VH，并根据获取的主电路电源电压VH来设定浪涌电压的控制目标Vm。由此，能够追随主电路电源电压VH的改变来改变断开时的有源栅极控制中的浪涌电压的控制目标Vm。 

特别是，通过构成为图4的结构，与在从驱动控制部70的外部获得主电路电源电压VH的时候需要昂贵的绝缘部件相比，通过对半导体开关元件100的端子间电压Vce进行采样，可利用不需要使用绝缘部件的廉价的电路结构来检测适当地设定浪涌电压的控制目标Vm所必需的主电路电源电压VH。 

(实施方式2) 

在实施方式2中，对通过为电压变化率设定控制目标可直接限制电压变化率的有源栅极控制进行说明，所述电压变化率是半导体开关元件100的端子间电压Vce的时间微分值。 

图6是用于说明本发明实施方式2涉及的半导体功率转换装置的各桥臂的开关控制结构的框图。 

参考图6，在实施方式2涉及的开关控制结构中，驱动控制部70包括电压微分部107、电压上升率控制目标设定部110和有源栅极控制部72、电压下降率控制目标设定部115和有源栅极控制部73，以取代图1中的有源栅极控制部71。与有源栅极控制部71一样，电压微分部107以及有源栅极控制部72、73的各构成要素也可以用硬件和软件中的任一个构成。 

电压微分部107计算电压变化率dVce/dt，该电压变化率dVce/dt是由电压检测部102检测出的端子间电压Vce的时间微分值。 

电压上升率控制目标设定部110设定电压上升时的电压变化率dVce/dt(＞0)的控制目标dVu(＞0)。从而，控制目标dVu相当于电压上升率控制目标。 

同样地，电压下降率控制目标设定部115设定电压下降时的电压变化率dVce/dt(＜0)的控制目标dVe(＞0)。从而，控制目标dVe相当于电 压下降率控制目标。电压上升率控制目标设定部110和电压下降率控制目标设定部115分别对应于用于设定电压变化率dVce/dt的控制目标的“电压变化率控制目标设定部”。 

有源栅极控制部72包括电压运算部111、放大部112以及整流部113。 

电压运算部111计算由电压微分部107算出的电压变化率dVce/dt相对于电压上升率控制目标dVu的偏差ΔdVu(ΔdVu＝dVce/dt-dVu)。放大部112输出使用预定的控制增益(放大增益)放大偏差ΔdVu而得的电压。整流部113通过仅使放大部112的输出电压中的正值通过来算出电压修正量V2。其余的时候，即当放大部112的输出为0或负电压时电压修正量V2被设定为V2＝0。 

从而，通过有源栅极控制部72设定的电压修正量V2在电压上升时的电压变化率dVce/dt超过了控制目标dVu时，只向提高半导体开关元件100的栅极电压Vg的方向、即只向阻碍半导体开关元件100断开的方向被设定。 

同样地，有源栅极控制部73包括电压运算部116、放大部117以及整流部118。 

电压运算部116计算由电压微分部107算出的电压变化率dVce/dt相对于电压下降率控制目标dV1(＜0)的偏差ΔdV1(ΔdV1＝dVce/dt-dV1)。放大部117输出使用预定的控制增益(放大增益)放大偏差ΔdVu而得的电压。整流部118通过仅使放大部112的输出电压中的负值通过来算出电压修正量V3。其余的时候，即当放大部112的输出为0或正电压时电压修正量V3被设定为V3＝0。 

从而，通过有源栅极控制部73设定的电压修正量V3在电压下降时的电压变化率dVce/dt(＜0)的绝对值超过了控制目标dV1(＜0)的绝对值时(|dVce/dt|＞|dV1|)，只向降低半导体开关元件100的栅极电压Vg的方向、即只向阻碍半导体开关元件100接通的方向被设定。 

并且，电压相加部120依照由电平变换部119输出的栅极控制电压V0、由有源栅极控制部72设定的电压修正量V2(V2＞0)以及由有源栅 极控制部73设定的电压修正量V3(V3＜0)的总和来产生控制电压Vc。缓冲电路121根据控制电压Vc来驱动半导体开关元件100的栅极电压Vg。 

图7示出了用于说明实施方式2涉及的半导体功率转换装置中的有源栅极控制的动作的波形图。 

参考图7，当半导体开关元件100断开时(时刻t4前后)，端子间电压Vce随着有浪涌电压产生而上升，从而电压微分部107的输出、即电压变化率dVce/dt变为正值。然后，一旦电压变化率dVce/dt超过了电压上升率控制目标dVu，偏差ΔdVu就变为正。电压修正量V2在电压变化率dVce/dt超过电压上升率控制目标dVu的期间被设定为V2＞0，其余的期间被设定为V2＝0。 

当断开时，端子间电压Vce不会下降很多，因此，电压变化率dVce/dt通常不会低于电压下降率控制目标dV1。即，由于dVce/dt＞dV1，因此ΔdV1始终为正，电压修正量V3被固定在V3＝0。 

从而，当半导体开关元件100断开时，在电压变化率dVce/dt超过电压上升率控制目标dVu的期间，向提高栅极电压的方向设定电压修正量V2。由此，执行向由控制电压Vc提高栅极电压Vg的方向、即向降低半导体开关元件100的断开速度以缓解端子间电压Vce的上升率的方向修正栅极电压Vg的有源栅极控制。 

另一方面，当半导体开关元件100接通时(时刻t5前后)，随着端子间电压Vce下降，电压微分部107的输出、即电压变化率dVce/dt变为负值。然后，一旦电压变化率dVce/dt(＜0)低于电压下降率控制目标dV1(＜0)，偏差ΔdV1就变为负。电压修正量V3在电压变化率dVce/dt低于电压下降率控制目标dV1的期间被设定为V3＜0，其余的期间被设定为V3＝0。 

当接通时，端子间电压Vce不会上升很多，因此，电压变化率dVce/dt通常不会超过电压上升率控制目标dVu。即，由于dVce/dt＜dVu，因此偏差ΔdVu始终为负，电压修正量V2被固定在V2＝0。 

从而，当半导体开关元件100接通时，在电压变化率dVce/dt低于电 压下降率控制目标dV1(|dVce/dt|＞|dV1|)的期间，向降低栅极电压的方向设定电压修正量V3。由此，执行向由控制电压Vc降低栅极电压Vg的方向、即向降低半导体开关元件100的接通速度以缓解端子间电压Vce的下降率的方向修正栅极电压Vg的有源栅极控制。 

如此，在实施方式2涉及的半导体功率转换装置中，能够执行如下的有源栅极控制，即：逐次计算端子间电压Vce的电压变化率(dv/dt)，并且在该电压变化率脱离了电压上升率控制目标dVu～电压上升率控制目标dV1的范围时，向阻碍当前的端子间电压的变化的方向修正控制电压Vc、即栅极电压Vg。从而，能够直接进行有源栅极控制，以使端子间电压Vce的电压变化率(dv/dt)抑制在预定的控制目标范围内。 

其结果是，能够直接防止半导体开关元件100的端子间电压Vce的电压变化率变得过大，因此可防止由于电动机60中的绕组间的局部放电而导致绝缘被破坏，并能够可靠地利用电压变化率(dv/dt)的抑制来应对EMI。 

这里，已知局部放电的发生依赖于电动机60的工作环境，特别是就温度、湿度(相对湿度)以及气压来说，在高温下、高湿度下、以及低气压(高地)环境下，局部放电容易发生。 

因此，使得由传感器69(图1)测得的电动机测定值Tst中包含温度、湿度(相对湿度)以及气压，并如在图6中虚线所示，向设定控制目标dVu的电压上升率控制目标设定部110以及设定控制目标dVu的电压下降率控制目标设定部115传递电动机测定值Tst。并且优选构成为根据温度、湿度(相对湿度)以及气压中的至少一个来可变地设定控制目标dVu和控制目标dV1中的至少一个的结构。 

具体地说，在高温下、高湿度下、以及低气压(在高地上使用的时候)等易发生局部放电的工作环境下，只要将控制目标dVu(＞0)以及控制目标dV1(＜0)的绝对值设定得相对小即可。即，优选在电动机60容易发生局部放电的环境下，缩小电压变化率的限制范围，而在电动机60难以发生局部放电的环境下，放宽电压变化率的限制范围。由此，能够在不会不必要地增大半导体开关元件100的开关功率损失的情况下防止由电动 机60的局部放电导致绝缘被破坏。 

实施方式2涉及的开关控制结构与实施方式1涉及的结构不同，能够在不获取主电路电源电压VH的情况下控制半导体开关元件100的接通和断开，以将端子间电压的电压变化率抑制在预定范围内。从而，实施方式2涉及的各桥臂的开关控制结构不仅应用于图1所示结构下的逆变器40，而且也能够适应于从图1的结构中省去变换器20从而向作为半导体功率转换装置的逆变器40提供的输入电压、即主电路电源电压为恒定的结构。即，根据实施方式2的有源栅极控制也能够应用于构成具有如图8所示的结构的半导体功率转换装置的半导体开关元件，在图8所示的结构中，将来自直流电源10的输出电压Vb作为主电路电源电压经由平滑电容器30提供给逆变器40。 

(实施方式2的变形例) 

当将根据实施方式2的有源栅极控制应用于在图1所示的结构中应用的逆变器(半导体功率转换装置)40时，也可以将实施方式1和2的有源栅极控制组合起来。 

图9是用于说明实施方式2的变形例涉及的半导体功率转换装置的各桥臂的开关控制结构的框图。 

参考图9，在实施方式2的变形例涉及的开关控制结构中，与图6所示的实施方式2涉及的开关控制结构相比，驱动控制部70被构成为还包括与图1相同的有源栅极控制部71、以及最大值设定部114。最大值设定部114也可以用硬件和软件中的任一个构成。 

如在实施方式1中进行说明的那样，当端子间电压Vce超过了与主电路电源电压VH相对应地设定的浪涌电压的控制目标Vm时，有源栅极控制部71向提高半导体开关元件100的栅极电压Vg的方向、即向阻碍半导体开关元件100断开的方向设定电压修正量V1。 

最大值设定部114输出分别来自有源栅极控制部71和72的电压修正量V1和V2中的最大值。即，最大值设定部114对应于“调节部”。 

电压相加部120依照由电平变换部119输出的栅极控制电压V0、由最大值设定部114输出的电压修正量V1和V2中的最大值(＞0)以及由有源 栅极控制部73设定的电压修正量V3(V3＜0)的总和来产生控制电压Vc。缓冲电路121根据控制电压Vc来驱动半导体开关元件100的栅极电压Vg。 

通过如此构成，实施方式2的变形例涉及的半导体功率转换装置能够以组合实施方式1和实施方式2的方式进行半导体开关元件的有源栅极控制，以便防止浪涌电压(端子间电压Vce)的上升超过与主电路电源电压VH对应的控制目标，并防止产生超过预定的控制目标范围的过大的电压变化率。 

(实施方式3) 

图10是用于说明实施方式3涉及的半导体功率转换装置的各桥臂的开关控制结构的框图。 

参考图10，在实施方式3涉及的开关控制结构中，与图6所示的实施方式2涉及的开关控制结构相比，驱动控制部70被设置为还包括切换开关108、109。切换开关108、109也可以用硬件和软件中的任一个构成。 

切换开关108在电压微分部107所输出的电压变化率dVce/dt和接地电平(GND)之间切换向电压运算部111的输入。当通过切换开关108而向电压运算部111输入电压变化率dVce/dt时(图10的I侧)，有源栅极控制部72通过与实施方式2中说明的反馈控制相同的反馈控制来生成电压修正量V2。 

另一方面，当通过切换开关108而向电压运算部111输入接地电平(GND)时(图10的II侧)，处于与电压变化率dVce/dt固定在dVce/dt＝0时等效的状态，从而由有源栅极控制部72设定的电压修正量V2被固定在V2＝0。即，等效于有源栅极控制部72被强制设置成非工作状态。 

同样地，切换开关109在电压微分部107所输出的电压变化率dVce/dt和接地电平(GND)之间切换向电压运算部116的输入。当通过切换开关109而向电压运算部116输入电压变化率dVce/dt时(图10的II侧)，有源栅极控制部73与实施方式2一样地生成电压修正量V3，另外当通过切换开关108而向电压运算部116输入接地电平(GND)时(图10的I侧)，等效于有源栅极控制部73被强制设置成非工作状态，电压修正量 V3被固定在V3＝0。 

切换开关108和109通过当前的栅极控制信号Sg的电平来控制。 

具体地说，当栅极控制信号Sg被设定为断开电平的半导体开关元件100断开的时候，一方面担心断开时端子间电压急剧上升，而另一方面却没有必要应对急剧的电压下降。从而，将切换开关108和109控制在I侧，并使有源栅极控制部72工作以将端子间电压Vce的电压上升率控制在控制目标内，另外将有源栅极控制部73设置为非工作(固定为V3＝0)状态。由此，当半导体开关元件100断开时，中止不需要的用于限制电压下降率的有源栅极控制，随之能够防止开关功率损失的产生。 

另外，当栅极控制信号Sg被设定为接通电平的半导体开关元件100接通的时候，一方面担心接通时端子间电压急剧下降，而另一方面却没有必要应对急剧的电压上升。从而，将切换开关108和109控制在II侧，并使有源栅极控制部73工作以将端子间电压Vce的电压下降率控制在控制目标内，另外将有源栅极控制部72设置为非工作(固定为V2＝0)状态。由此，当半导体开关元件100接通时，中止不需要的用于限制电压上升率的有源栅极控制，随之能够防止开关功率损失的产生。如此，由切换开关108和109构成了“选择部”，该“选择部”根据栅极控制信号Sg，在断开时选择性地使有源栅极控制部72工作，而在接通时则选择性地使有源栅极控制部73工作。 

通过如上构成，能够在半导体开关元件100断开时和接通时均实施有源栅极控制，以便在适当的方向(上升或下降)上抑制电压变化率的增大。特别是，通过根据半导体开关元件的接通和断开来选择要限制的电压变化方向，对于从保护元件的角度来说进行抑制的必要性低的方向上的电压变动，中止有源栅极控制，由此可避免开关功率损失不必要地增加。 

(实施方式3的变形例) 

实施方式3涉及的开关控制结构与根据实施方式2的结构一样能够应用于可变地控制主电路电源电压VH的图1的逆变器(半导体功率转换装置)40、以及主电路电源电压VH恒定的图8的逆变器(半导体功率转换装置)40中的任一个。而且与根据实施方式2的结构一样，当将实施方式 3涉及的开关控制结构应用于图1的逆变器40中时，也可以构成为组合了实施方式1和3的有源栅极控制的开关控制结构。 

图11是用于说明实施方式3的变形例涉及的半导体功率转换装置的各桥臂的开关控制结构的框图。 

参考图11，在实施方式3的变形例涉及的开关控制结构中，与图10所示的实施方式3涉及的开关控制结构相比，驱动控制部70被构成为还包括与图1相同的有源栅极控制部71以及最大值设定部114。 

有源栅极控制部71的动作如实施方式1所述，并且最大值设定部114和电压相加部120的动作如实施方式2的变形例所述，因此这里不再重复详细说明。 

通过如上构成，实施方式3的变形例涉及的半导体功率转换装置能够以组合实施方式1和实施方式3的方式进行半导体开关元件的有源栅极控制，以便除实施方式3的效果之外，还可防止浪涌电压(端子间电压Vce)的上升超过与主电路电源电压VH对应的控制目标。 

(实施方式4) 

图12是用于说明实施方式4涉及的半导体功率转换装置的各桥臂的开关控制结构的框图。 

参考图12，实施方式4涉及的开关控制结构除了图2所示的实施方式1涉及的开关控制结构之外，还设有元件温度检测部141和控制参数变更部142。元件温度检测部141和控制参数变更部142也可以用硬件和软件中的任一个构成。 

元件温度检测部141例如基于来自设置在半导体开关元件100中的温度传感器(没有图示)的信号，输出半导体开关元件100的元件温度Tsw。控制参数变更部142基于来自元件温度检测部141的元件温度Tsw，可变地设定在PD控制部105中用于PD控制运算的公式(1)中的控制增益Gp和Gd。图12所示的开关控制结构中的其他部分的结构和动作与图2的图示相同，因此不再重复对其的说明。 

如图13所示，半导体开关元件100的端子间电压的电压变化率dVce/dt的绝对值在元件温度以外的条件相同的条件下随着元件温度Tsw 的上升而变小，随着元件温度Tsw的下降而变大。即，在低温下，电压变化率相对变大，浪涌电压容易变大。 

因此，如图14所示，根据元件温度Tsw来改变控制增益Gp、Gd，从而在低温下相对提高有源栅极控制中的反馈控制增益，在高温下相对降低该反馈控制增益。 

通过如上构成，在低温下，相对增大对于端子间电压Vce的变化的基于有源栅极控制的栅极电压修正量来防止产生过大的电压变动。另一方面，在半导体开关元件的响应能力下降从而电压变化相对变缓的高温下，通过相对减小基于有源栅极控制的栅极电压修正量，能够防止由于控制过度而导致半导体开关元件的开关功率损失增大。 

将PD控制部105中的控制增益作为通过元件温度检测部141和控制参数变更部142变更的控制参数来进行了说明，但其仅仅是一个例子，也可以根据半导体开关元件的元件温度来可变地设定与有源栅极控制相关的其他控制参数。例如，在实施方式2(图6)等中进行说明的放大部112、117中的放大增益也一样，也可以如图14所示那样，在高温下将其设为相对小的值，并且在高温下将其设为相对大的值，由此可获得与上述相同的效果。 

或者，也可以如在图2等中用虚线所示构成为向浪涌控制目标设定部103传递元件温度Tsw的结构，并根据半导体开关元件的元件温度来可变地设定浪涌电压的控制目标Vm。具体地说，在电压变化率dVce/dt大的低温下，将浪涌电压的控制目标Vm设定得相对低，由此能够有效地预防低温下浪涌电压变得过大，并且能够防止高温下由于有源栅极控制过度而导致开关功率损失增大。 

如此，实施方式4涉及的开关控制结构通过与实施方式1～3的结构适当组合能够应用于可变地控制主电路电源电压VH的图1的逆变器(半导体功率转换装置)40、以及主电路电源电压VH恒定的图8的逆变器(半导体功率转换装置)40中的任一个。 

在以上说明的本实施方式中，作为本发明涉及的半导体功率转换装置，举例说明了对电动机进行驱动控制的逆变器，但本发明的应用并不限 定于此。即，本发明可应用于DC/DC变换器、升压斩波器、开关模式放大器等包括执行所谓硬开关的半导体开关元件的半导体功率转换装置的开关控制中。 

此外，关于半导体开关元件，在本实施方式中例举了IGBT，但对于电力MOS(Metal Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体)晶体管等其他的电压驱动型开关元件也能够应用本发明的开关控制结构。另外，如果将在驱动电路80(图2等)中的缓冲电路121构成为向控制电极(基极)提供与控制电压Vc相应的驱动电流，则在通过电力双极晶体管等电流驱动型开关元件构成的半导体功率转换装置中也能够应用本发明的开关控制结构。 

这次公开的实施方式在其所有方面均应当理解为例示性公开而并非用来限制的。本发明的范围并不是由上述的说明而是由权利要求书示出，其中将包含与权利要求书等同的含义以及范围内的所有变更。 

产业上的实用性 

如上所述，本发明可用于DC/DC变换器、升压斩波器、开关模式放大器等包括执行所谓硬开关的半导体开关元件的半导体功率转换装置的开关控制中。 

Claims (20)

1.一种半导体功率转换装置(40)，对被可变控制的主电路电源电压(VH)进行电压转换，包括：

半导体开关元件(100)，所述半导体开关元件(100)响应控制电极(G)的电压或电流而控制第一电极和第二电极(C、E)之间的电流；

驱动控制部(70)，所述驱动控制部(70)根据控制信号(Sg)而在第一电压(Vdd)以及第二电压(Vss)的范围内设定控制电压(Vc)，其中，所述控制信号(Sg)指示所述半导体开关元件的接通以及断开，所述第一电压(Vdd)用于使所述半导体开关元件导通，所述第二电压(Vss)用于使所述半导体开关元件关断；以及

驱动电路(80)，所述驱动电路(80)根据由所述驱动控制部设定的所述控制电压来驱动所述控制电极的电压或电流，

其中，所述驱动控制部包括：

电压检测部(102)，所述电压检测部(102)检测所述第一电极和所述第二电极的电极间电压(Vce)；

浪涌控制目标设定部(103)，所述浪涌控制目标设定部(103)用于根据所述主电路电源电压而可变地设定在所述半导体开关元件(100)断开时在所述第一电极和所述第二电极之间产生的浪涌电压的控制目标(Vm)；以及

第一有源栅极控制部(71)，所述第一有源栅极控制部(71)用于在由所述电压检测部检测出的所述电极间电压超过了所述控制目标时，通过基于所述电极间电压的电压修正量(V1)来向接近所述第一电压的方向修正所述控制电压。

2.如权利要求1所述的半导体功率转换装置，其中，所述第一有源栅极控制部(71)进行基于所述电极间电压(Vce)相对于所述控制目标(Vm)的偏差(ΔV)的控制运算，并在控制运算结果(Vpd)为正值时根据所述控制运算结果来设定所述电压修正量(V1)，另一方面在所述控制运算结果为负值时将所述电压修正量实际设定为0。 

3.如权利要求2所述的半导体功率转换装置，其中，所述第一有源栅极控制部(71)通过比例微分控制来进行所述控制运算。

4.如权利要求1所述的半导体功率转换装置，其中，所述浪涌控制目标设定部(103)基于在所述半导体开关元件(100)的断开期间、且所述半导体开关元件(100)电连接在被施加所述主电路电源电压(VH)的电源线之间的期间内由所述电压检测部(102)检测出的检测电压来设定所述控制目标(Vm)。

5.如权利要求1所述的半导体功率转换装置，其中，所述驱动控制部(70)还包括：

电压上升率控制目标设定部(110)，所述电压上升率控制目标设定部(110)设定电压上升率的控制目标(dVu)，所述电压上升率是所述电极间电压(Vce)的上升时的时间微分值；

第二有源栅极控制部(72)，所述第二有源栅极控制部(72)用于当所述电压上升率超过了所述电压上升率的控制目标时，基于由所述电压检测部(102)检测出的所述电极间电压来修正所述控制电压(Vc)，以使该控制电压(Vc)向所述第一电压(Vdd)接近与所述电压上升率相对于所述电压上升率的控制目标的偏差相应的电压修正量(V2)；以及

调节部(114)，所述调节部(114)用于修正所述控制电压，以使该控制电压向所述第一电压接近由所述第一以及所述第二有源栅极控制部(71、72)设定的电压修正量(V1、V2)中更大的那个电压量。

6.如权利要求5所述的半导体功率转换装置，其中，所述驱动控制部(70)还包括：

电压下降率控制目标设定部(115)，所述电压下降率控制目标设定部(115)设定电压下降率的控制目标(dVl)，所述电压下降率是所述电极间电压(Vce)的下降时的时间微分值；以及

第三有源栅极控制部(73)，所述第三有源栅极控制部(73)用于当所述电压下降率超过了所述电压下降率的控制目标时，基于由所述电压检测部(102)检测出的所述电极间电压来修正所述控制电压(Vc)，以使该控制电压(Vc)向所述第二电压(Vss)接近与所述电压下降率相对于 所述电压下降率的控制目标的偏差相应的电压修正量(V3)。

7.如权利要求6所述的半导体功率转换装置，其中，

所述驱动控制部(70)还包括选择部(108、109)，所述选择部(108、109)用于根据所述控制信号(Sg)来选择性地使所述第二以及所述第三有源栅极控制部(72、73)中的一个工作，

所述选择部在所述半导体开关元件(100)被断开时使所述第二有源栅极控制部(72)工作，另一方面在所述半导体开关元件被接通时使所述第三有源栅极控制部(73)工作。

8.如权利要求1所述的半导体功率转换装置，其中，所述驱动控制部(70)还包括：

电压下降率控制目标设定部(115)，所述电压下降率控制目标设定部(115)设定电压下降率的控制目标(dVl)，所述电压下降率是所述电极间电压(Vce)的下降时的时间微分值；以及

第三有源栅极控制部(73)，所述第三有源栅极控制部(73)用于当所述电压下降率超过了所述电压下降率的控制目标时，基于由所述电压检测部(102)检测出的所述电极间电压来修正所述控制电压(Vc)，以使该控制电压(Vc)向所述第二电压(Vss)接近与所述电压下降率相对于所述电压下降率的控制目标的偏差相应的电压修正量(V3)。

9.如权利要求5所述的半导体功率转换装置，其中，

所述电压上升率控制目标设定部(110)基于由所述半导体功率转换装置(40)驱动控制的电动机(60)的温度、气压以及相对湿度中的至少一个来可变地设定所述电压上升率的控制目标(dVu)。

10.如权利要求6或7所述的半导体功率转换装置，其中，

所述电压上升率控制目标设定部(110)或所述电压下降率控制目标设定部(115)基于由所述半导体功率转换装置(40)驱动控制的电动机(60)的温度、气压以及相对湿度中的至少一个来可变地相应设定所述电压上升率的控制目标(dVu)或所述电压下降率的控制目标(dVl)。

11.如权利要求8所述的半导体功率转换装置，其中，

所述电压下降率控制目标设定部(115)基于由所述半导体功率转换 装置(40)驱动控制的电动机(60)的温度、气压以及相对湿度中的至少一个来可变地设定所述电压下降率的控制目标(dVl)。

12.如权利要求1至4中任一项所述的半导体功率转换装置，其中，还包括：

温度检测部(141)，所述温度检测部(141)检测所述半导体开关元件(100)的温度；以及

控制参数变更部(142)，所述控制参数变更部(142)用于根据由所述温度检测部检测出的元件温度(Tsw)来可变地设定控制参数，所述控制参数是在所述第一有源栅极控制部(71)中被使用在用于求出所述控制电压(Vc)的电压修正量(V1)的控制运算中的参数。

13.如权利要求5所述的半导体功率转换装置，其中，还包括：

温度检测部(141)，所述温度检测部(141)检测所述半导体开关元件(100)的温度；以及

控制参数变更部(142)，所述控制参数变更部(142)用于根据由所述温度检测部检测出的元件温度(Tsw)来可变地设定控制参数，所述控制参数是在所述第一和所述第二有源栅极控制部(71～72)中的至少一个中被使用在用于求出所述控制电压(Vc)的电压修正量(V1～V2)的控制运算中的参数。

14.如权利要求6或7所述的半导体功率转换装置，其中，还包括：

温度检测部(141)，所述温度检测部(141)检测所述半导体开关元件(100)的温度；以及

控制参数变更部(142)，所述控制参数变更部(142)用于根据由所述温度检测部检测出的元件温度(Tsw)来可变地设定控制参数，所述控制参数是在所述第一至所述第三有源栅极控制部(71～73)中的至少一个中被使用在用于求出所述控制电压(Vc)的电压修正量(V1～V3)的控制运算中的参数。

15.如权利要求8所述的半导体功率转换装置，其中，还包括：

温度检测部(141)，所述温度检测部(141)检测所述半导体开关元件(100)的温度；以及 

控制参数变更部(142)，所述控制参数变更部(142)用于根据由所述温度检测部检测出的元件温度(Tsw)来可变地设定控制参数，所述控制参数是在所述第一和所述第三有源栅极控制部(71、73)中的至少一个中被使用在用于求出所述控制电压(Vc)的电压修正量(V1、V3)的控制运算中的参数。

16.一种半导体功率转换装置，包括：

半导体开关元件(100)，所述半导体开关元件(100)响应控制电极(G)的电压或电流而控制第一电极和第二电极(C、E)之间的电流；

驱动控制部(70)，所述驱动控制部(70)根据控制信号(Sg)而在第一电压(Vdd)以及第二电压(Vss)的范围内设定控制电压(Vc)，其中，所述控制信号(Sg)指示所述半导体开关元件的接通以及断开，所述第一电压(Vdd)用于使所述半导体开关元件导通，所述第二电压(Vss)用于使所述半导体开关元件关断；以及

驱动电路(80)，所述驱动电路(80)根据由所述驱动控制部设定的所述控制电压来驱动所述控制电极的电压或电流，

其中，所述驱动控制部包括：

电压检测部(102)，所述电压检测部(102)检测所述第一电极和所述第二电极的电极间电压(Vce)；

电压变化率控制目标设定部(110、115)，所述电压变化率控制目标设定部(110、115)设定电压变化率的控制目标(dVl、dVu)，所述电压变化率是所述电极间电压的变化时的时间微分值；以及

有源栅极控制部(72、73)，所述有源栅极控制部(72、73)用于当所述电压变化率超过了所述控制目标时，基于由所述电压检测部检测出的所述电极间电压向阻碍当前的所述电极间电压的变化的方向修正所述控制电压。

17.如权利要求16所述的半导体功率转换装置，其中，所述电压变化率的控制目标包括电压上升率的控制目标(dVu)，所述电压上升率是所述电极间电压(Vce)的上升时的时间微分值；

所述有源栅极控制部(72)在所述半导体开关元件断开时，如果所述 电压上升率超过了所述电压上升率的控制目标，则基于由所述电压检测部(102)检测出的所述电极间电压来修正所述控制电压(Vc)，以使该控制电压(Vc)从所述第二电压(Vss)向所述第一电压(Vdd)接近。

18.如权利要求16所述的半导体功率转换装置，其中，所述电压变化率的控制目标包括电压下降率的控制目标(dVl)，所述电压下降率是所述电极间电压(Vce)的下降时的时间微分值；

所述有源栅极控制部(73)在所述半导体开关元件接通时，如果所述电压下降率超过了所述电压下降率的控制目标，则基于由所述电压检测部(102)检测出的所述电极间电压来修正所述控制电压，以使该控制电压从所述第一电压(Vdd)向所述第二电压(Vss)接近。

19.如权利要求16至18中任一项所述的半导体功率转换装置，其中，所述电压变化率控制目标设定部(110、115)基于由所述半导体功率转换装置(40)驱动控制的电动机(60)的温度、气压以及相对湿度中的至少一个来可变地设定所述电压变化率的控制目标(dVu、dVl)。

20.如权利要求16至18中任一项所述的半导体功率转换装置，其中，还包括：

温度检测部(141)，所述温度检测部(141)检测所述半导体开关元件(100)的温度；以及

控制参数变更部(142)，所述控制参数变更部(142)用于根据由所述温度检测部检测出的元件温度(Tsw)来可变地设定控制参数，所述控制参数是在所述有源栅极控制部(72、73)中被使用在用于求出所述控制电压(Vc)的电压修正量(V2、V3)的控制运算中的参数。 

Images