CN104821733A - 电源装置以及电源装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电源装置以及电源装置的控制方法。在直流电源装置中，存在即使环境在从极低温到高温的宽范围内变动也无法以小的变换损耗稳定地进行电力变换这样的问题。控制单元(14)在散热器温度(Th)是低温阈值(Tth_low)以下时，将半导体开关元件(4)设为接通状态，通过因加热用电阻(3)的导通损耗所致的发热，对半导体开关元件(8a、8b)进行加热。之后，在散热器温度(Th)是高温阈值(Tth_high)以上时，将半导体开关元件(4)设为断开状态，停止半导体开关元件(8a、8b)的加热。

Description

电源装置以及电源装置的控制方法

技术领域

本发明涉及具有使用了宽能带隙半导体的半导体元件的电源装置，该电源装置进行将交流电源变换为直流电源的转换器动作、或者将直流电源变换为交流电源的逆变器动作。

背景技术

在以往的电源装置中，有为了输入电流的功率因数的改善以及输出电压的升压而使用具有电抗器、二极管以及半导体开关元件的升压电路来进行转换器动作的电源装置(例如使用了升压斩波器电路的转换器装置)。另外，作为该电源装置的发展形态，有具备利用交错方式的功率因数改善电路的电源装置。在交错方式的电源装置中，使输入端的高电压侧分支为2个以上的电流路径，对所分支的各个路径连接由电抗器、半导体开关元件以及二极管构成的电路，使这些半导体开关元件交替地进行开关动作，从而抑制高次谐波噪声电流(例如专利文献1、2)。

在该交错方式的电源装置中，越是提高半导体开关元件的开关频率，能够越是减少电流的脉动分量，能够实现电抗器的小型化。但是，开关频率的上升存在导致半导体开关元件中的电力损耗增加这样的问题。因此，作为半导体开关元件，考虑并非使用由Si(硅)半导体形成的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor(金属氧化物半导体场效应晶体管)，场效应晶体管)，而使用由SiC(碳化硅)等宽能带隙半导体形成的半导体开关元件(例如MOSFET)，从而能够抑制半导体开关元件中的电力损耗并且实施半导体开关元件的高频驱动。

专利文献1：日本特开平11-289766号公报

专利文献2：日本特开2007-195282号公报

发明内容

已知由SiC半导体形成的MOSFET(记载为SiC-MOSFET)具有沟道迁移率比Si-MOSFET的沟道迁移率更低这样的器件特性，所以SiC-MOSFET的沟道部的电阻高于Si-MOSFET的沟道部的电阻。因此，在作为上述那样的电源装置的半导体开关元件而使用了SiC-MOSFET的情况下，考虑通过将半导体开关元件的栅极电压设定得高于Si-MOSFET的栅极电压而使MOSFET的沟道部的电阻降低。

但是，一般MOSFET其栅极的耐电压性能低，所以难以提高栅极电压的情况较多。另外，为了提高SiC-MOSFET的栅极电压，需要与SiC-MOSFET以外的电路元件用的直流电压源(例如15V)独立地，为了用于SiC-MOSFET的栅极电压而追加高电压的直流电压源(例如18V)、或者追加用于提高直流电压的电路。因此，在有电子基板的基板面积方面的限制的情况下，无法追加新的电源等，所以还产生无法实现栅极电压的高电压化的情形。

在这样的栅极电压并非高电压的状况(例如栅极电压低于15V的状态)并且极端的低温(例如-50℃)的动作温度环境下使用了SiC-MOSFET的情况下，SiC-MOSFET的沟道迁移率变得异常低，所以有可能使导通电阻激增而产生急剧的发热从而MOSFET元件被破坏。因此，难以实现在这样的严酷的低温环境下动作的电源装置。

本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，本发明的目的在于得到一种在半导体开关元件中使用SiC-MOSFET、并且即使在低温环境下也能够动作的电源装置。

本发明的电源装置的特征在于，具备：电力变换单元，具有1个以上的第1半导体开关元件，进行将交流电力变换为直流电力的转换器动作或者将直流电力变换为交流电力的逆变器动作；加热用电阻，用于对所述第1半导体开关元件进行加热；第2半导体开关元件，控制该加热用电阻的导通；温度检测单元，检测为了所述第1半导体开关元件的散热而设置的散热器的温度或者室外空气温度；以及控制单元，使用所述温度检测单元检测到的温度，生成对所述第1半导体开关元件以及所述第2半导体开关元件进行接通/断开控制的驱动信号。

本发明的电源装置能够扩展构成电力变换单元的半导体开关元件的可驱动的温度区域，所以能够提供能够在更低的温度环境下使用的电源装置。

附图说明

图1是实施方式1中的电源装置的结构图。

图2是说明实施方式1中的控制动作的动作流程图。

图3是实施方式2中的电源装置的结构图。

图4是说明实施方式2中的控制动作的动作流程图。

图5是示出实施方式2中的通电时间阈值数据的结构的图。

图6是实施方式1中的电源装置的结构图(变形例)。

图7是实施方式1中的电源装置的结构图(变形例)。

图8是实施方式3中的电源装置的结构图。

图9是说明实施方式3中的控制动作的动作流程图。

(符号说明)

1：交流电源；2：整流单元；3：加热用电阻；4：半导体开关元件；5：升压单元；6：平滑单元；7：电抗器；8：半导体开关元件；9：逆流防止二极管；10：分流电阻；11：直流负载；12：驱动电路；13：驱动电路；14：控制单元；15：输出电压检测单元；16：散热器温度检测单元；17：电流检测单元；18：室外空气温度检测单元；19：数据存储单元；20：三相交流电源；21：整流单元；22：直流电源；23：逆变器主电路；24：半导体开关元件；25：驱动电路；26：电流检测单元；27：分流电阻；28：加热用电阻；29：半导体开关元件；30：驱动电路；31：散热器温度检测单元；32：控制单元；33：三相马达。

具体实施方式

实施方式1.

根据附图，说明实施方式1中的电源装置的结构以及动作。图1示出进行将交流电力变换为直流电力的转换器动作的电源装置(转换器装置)的结构图。在图1所示的电源装置中，作为单相交流电源的交流电源1与作为由二极管D1～D4构成的桥电路(全波整流电路)的整流单元2连接，在整流单元2的正极侧输出端子与负极侧输出端子之间串联地连接了加热用电阻3和由硅半导体形成的半导体开关元件4(例如，硅-n型MOSFET)。对整流单元2的高电位输出端子，并联地连接了升压单元5a、升压单元5b，升压单元5a、升压单元5b的输出端子与平滑单元(输出电容器)6连接。逆变器等直流负载11并联连接于平滑单元6的端子间。直流负载11从平滑单元6接受电力的供给而动作。

升压单元5a由作为升压电抗器发挥功能的电抗器7a、半导体开关元件8a、逆流防止二极管9a、以及分流电阻10a构成。升压单元5b也具有与升压单元5a同样的结构，由作为升压电抗器发挥功能的电抗器7b、半导体开关元件8b、逆流防止二极管9b以及分流电阻10b构成。另外，由整流单元2、升压单元5a、5b、平滑单元6构成进行转换器动作的电力变换单元。

半导体开关元件8a利用由碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)系材料或者金刚石等宽能带隙半导体形成的半导体开关元件(例如SiC-n型MOSFET)来构成，集电极或者漏极连接于电抗器7a与逆流防止二极管9a之间，发射极或者源极经由分流电阻10a而与整流单元2的负极侧输出端子及平滑单元6的负极侧端子连接。同样地，半导体开关元件8b利用由SiC等宽能带隙半导体形成的半导体开关元件来构成，集电极或者漏极连接于电抗器7b与逆流防止二极管9b之间，发射极或者源极经由分流电阻10b而与整流单元2的负极侧输出端子及平滑单元6的负极侧端子连接。

逆流防止二极管9a的阳极与电抗器7a及半导体开关元件8a连接，阴极与平滑单元6连接。逆流防止二极管9b的阳极与电抗器7b及半导体开关元件8b连接，阴极与平滑单元6连接。

输出电压检测单元15与平滑单元6的两端连接，检测平滑单元6的端子之间的直流电压。另外，散热器温度检测单元16由热敏电阻等构成，设置于为了半导体开关元件8a、8b的各元件的散热而设置的散热器(未图示)的周围、或者与散热器直接接触地设置，而检测散热器的温度。另外，电流检测单元17a、17b根据分流电阻10a、10b的两端电压，分别检测在分流电阻10a、10b中流过的电流。

控制单元14根据输出电压检测单元15检测到的平滑单元6的两端电压、电流检测单元17a、17b检测到的分流电阻10a、10b中流过的电流值、以及散热器温度检测单元16检测到的散热器温度，生成对半导体开关元件4以及半导体开关元件8a、8b分别进行接通/断开(ON/OFF)控制的驱动信号，输出到驱动电路12a、12b以及驱动电路13。另外，控制单元14具体而言通过微型计算机、DSP(Digitalsignal Processor，数字信号处理器)等微处理器来实现，但也可以是组合了其以外的运算电路的结构。

对半导体开关元件8a、8b的栅极端子分别连接驱动电路12a、12b，对半导体开关元件4的栅极端子连接驱动电路13。驱动电路12a、12b以及驱动电路13根据控制单元14输出的驱动信号，生成对半导体开关元件4以及半导体开关元件8a、8b的栅极端子进行驱动的栅极控制信号，对半导体开关元件4以及半导体开关元件8a、8b分别进行驱动控制。

接下来，说明这样构成了的电源装置的动作。控制单元14依照图2的动作流程，控制半导体开关元件4以及半导体开关元件8a、8b的开关动作。以下，依照动作流程图，说明动作。

控制单元14最初将使半导体开关元件4以及半导体开关元件8a、8b成为断开状态的驱动信号分别输出到驱动电路13以及驱动电路12a、12b，从而将电源装置设定为电力变换动作(转换器动作)开始前的初始状态(步骤S1)。

接下来，在电源装置转移到电力变换动作时，控制单元14通过散热器温度检测单元16来检测散热器温度Th(步骤S2)，比较预先对电源装置设定了的作为阈值温度的低温阈值Tth_low与检测到的散热器温度Th(步骤S3)。

此处，低温阈值Tth_low的值表示对于在半导体开关元件8a、8b中使用的宽能带隙半导体元件的导通进行许可的下限温度，在SiC-MOSFET的情况下，设定为例如Tth_low＝-50℃即可。另外，散热器的温度低于构成半导体开关元件8a、8b的宽能带隙半导体元件的温度，所以能够视为在散热器温度Th大于低温阈值Tth_low的状态下，构成半导体开关元件8a、8b的器件元件的温度也是大于低温阈值Tth_low的状态。

在散热器温度Th大于低温阈值Tth_low时(步骤S3：“否”)，控制单元14维持半导体开关元件4的断开状态，并且开始半导体开关元件8a、8b的交错动作。由此，实现电源装置的电力变换动作(功率因数改善转换器动作)(步骤S7)。

此处，说明半导体开关元件8a、8b的交错动作。在交错动作中，使半导体开关元件8a成为接通状态而在电抗器7a中积蓄电磁能量，之后使半导体开关元件8a成为断开状态，从而将该电磁能量作为输出电流，经由逆流防止二极管9a供给到平滑单元6。半导体开关元件8b也与半导体开关元件8a同样地，将在电抗器7b中积蓄了的电磁能量经由逆流防止二极管9b供给到平滑单元6。

控制单元14根据电流检测单元17a检测到的分流电阻10a中的电流值、电流检测单元17b检测到的分流电阻10b中的电流值、以及输出电压检测单元15检测到的平滑单元6的端子间直流电压值，调整半导体开关元件8a、8b的接通状态的持续时间与断开状态的持续时间之比(接通/断开比)、以及接通/断开定时的相位，从而进行交错动作。这样，通过使半导体开关元件8a、8b进行交错动作，能够抑制开关动作所引起的高次谐波噪声电流。

在散热器温度Th是低温阈值Tth_low以下时(步骤S3：“是”)，控制单元14使半导体开关元件4成为接通状态。由此，加热用电阻3通电，通过加热用电阻3的导通损耗所致的发热，半导体开关元件8a、8b被加热(加热动作)，半导体开关元件8a、8b的温度上升。另外，半导体开关元件8a、8b维持断开状态，不进行开关动作(步骤S4)。

另外，为了更高效地进行半导体开关元件8a、8b的加热，期望将加热用电阻3配置于半导体开关元件8a、8b的附近、或者与半导体开关元件8a、8b接触地配置。

接下来，控制单元14通过散热器温度检测单元16检测散热器温度Th(步骤S5)，比较该检测到的散热器温度Th和预先对电源装置设定了的作为阈值温度的高温阈值Tth_high(步骤S6)。

此处，关于高温阈值Tth_high的值，设定比低温阈值Tth_low大的温度(Tth_high>Tth_low)。在SiC-MOSFET的情况下，设定为例如Tth_high＝-20℃即可。如果高温阈值Tth_high和低温阈值Tth_low的温度差ΔT小，则担心由于散热器温度检测单元16的检测误差等而导致控制变得不稳定，所以为了确保控制的稳定性，期望使温度差ΔT大到某种程度。

在散热器温度Th小于高温阈值Tth_high时(步骤S6：“否”)，返回到步骤S5，接下来检测散热器温度，继续进行检测到的散热器温度Th和高温阈值Tth_high的比较。如果半导体开关元件8a、8b被加热而半导体开关元件8a、8b的温度上升，则安装于半导体开关元件8a、8b的散热器自身的温度也上升。因此，通过持续确认散热器温度Th，能够推测半导体开关元件8a、8b的温度上升。

在散热器温度Th是高温阈值Tth_high以上时(步骤S6：“是”)，控制单元14使半导体开关元件4成为断开状态，停止向加热用电阻3的通电。由此，针对半导体开关元件8a、8b的加热动作停止。另外，开始半导体开关元件8a、8b的开关的交错动作。由此，实现电源装置的电力变换动作(功率因数改善转换器动作)(步骤S7)。

如果半导体开关元件8a、8b能够正常地开始开关动作，则由于通过开关动作而产生的自身发热，半导体开关元件8a、8b的温度缓慢地上升，所以半导体开关元件8a、8b的温度不会降低至担忧热破坏的低温区域。之后，通过利用散热器和冷却风扇(未图示)的冷却功能，能够使半导体开关元件8a、8b在合适的温度范围内继续动作。

在以上的说明中，半导体开关元件8a、8b这两方都是由宽能带隙半导体形成的半导体开关元件，但不限于此，也可以仅将半导体开关元件8a、8b中的某一方设为由宽能带隙半导体形成的半导体开关元件，将另一方设为由Si半导体形成的半导体开关元件。

另外，在以上的说明中，是具备2个升压单元(升压单元5a、5b)的2相结构，但不限于此，升压单元也可以是1个(升压单元5a)，也可以通过除了升压单元5a和升压单元5b以外还多级并联连接升压单元而使升压单元进一步多相化。作为一个例子，图6示出将升压单元设为1个时的结构。在图6中，通过删除在图1的结构中存在的升压单元5b、电流检测单元17b、驱动电路12b从而将升压单元设为1相结构，控制单元14根据输出电压检测单元15检测到的平滑单元6的两端电压和散热器温度检测单元16检测到的散热器温度对半导体开关元件4以及半导体开关元件8a分别进行控制，从而进行电力变换(转换器动作)。关于控制单元14的动作流程，除了电力变换动作是未使用交错动作的升压转换器动作的点以外，与图2基本上相同，所以省略说明。

另外，在以上的说明中，交流电源1是单相交流电源，但也可以如图7所示，使用三相交流电源20。在该情况下，整流单元成为作为由二极管D1～D6构成的桥电路的整流单元21。其他电路结构以及电路动作与在图1以及图2中说明的部分相同，所以省略说明。

如以上那样，本实施方式中的电源装置在电源装置中使用的由SiC(碳化硅)等宽能带隙半导体形成的半导体开关元件的元件温度处于无法保证稳定的动作的低温区域的情况下，利用使加热用电阻通电而产生的发热对半导体开关元件进行加热，而使半导体开关元件的温度变化至可稳定动作的温度区域。然后，在确认了半导体开关元件的温度变化至可稳定动作的温度区域之后，进行半导体开关元件的开关动作控制，所以得到如下效果：即使在低温环境下的电源装置的起动时也能够防止半导体开关元件被热破坏，能够扩大电源装置的可开始通电的温度区域。

实施方式2.

在实施方式1的电源装置中，在控制单元14进行的控制时使用由散热器温度检测单元16检测到的散热器温度，但在实施方式2的电源装置中，设想将电源装置设置于室外的情况，代替散热器的温度而使用室外空气温度来进行控制。

以下，根据附图，说明实施方式2中的电源装置的结构以及动作。图3示出进行转换器动作的实施方式2的电源装置(转换器装置)的结构图。在图3中，室外空气温度检测单元18由热敏电阻等构成，检测设置有电源装置的周围的室外空气温度。另外，在电源装置嵌入于室外设置的电气设备的情况下，有时电气设备已经因为其他目的而具有室外空气温度检测单元，此时能够将该室外空气温度检测单元用作室外空气温度检测单元18。

数据存储单元19将针对每个室外空气温度的加热用电阻3的通电时间阈值预先存储为数据，关于数据内容，后述。

控制单元14根据输出电压检测单元15检测到的平滑单元6的两端电压、电流检测单元17a、17b检测到的在分流电阻10a、10b中流过的电流值、以及室外空气温度检测单元18检测到的室外空气温度，生成对半导体开关元件4以及半导体开关元件8a、8b分别进行接通/断开控制的驱动信号，并输出到驱动电路12a、12b以及驱动电路13。另外，其他结构部分与实施方式1(图1)的结构相同，所以附加同一符号，省略说明。

以下，控制单元14依照图4的动作流程，控制半导体开关元件4以及半导体开关元件8a、8b的开关动作。以下，依照动作流程图，说明动作。

控制单元14最初通过将使半导体开关元件4以及半导体开关元件8a、8b成为断开状态的栅极控制信号分别输出到驱动电路13以及驱动电路12a、12b，从而将电源装置设定为电力变换动作(转换器动作)开始前的初始状态(步骤S11)。

接下来，在电源装置转移到电力变换动作时，控制单元14利用室外空气温度检测单元18检测室外空气温度To(步骤S12)，比较预先对电源装置设定了的作为阈值温度的低温阈值Tth_low和检测到的室外空气温度To(步骤S13)。

此处，低温阈值Tth_low的值与实施方式1的情况同样地，表示对于在半导体开关元件8a、8b中使用的宽能带隙半导体元件的导通进行许可的下限温度。在实施方式2中，设想了将电源装置设置于室外的情况。例如，将电源装置搭载于空气调节器的室外机的情况相当于该情形。在该情况下，认为室外机启动前的室外机内的电子零件的温度与室外空气温度相同或者比其更高，所以能够视为在室外空气温度To大于低温阈值Tth_low的状态下，是半导体开关元件8a、8b的温度也大于低温阈值Tth_low的状态。

在室外空气温度To大于低温阈值Tth_low时(步骤S13：“否”)，控制单元14维持半导体开关元件4的断开状态，并且开始半导体开关元件8a、8b的交错动作。由此，实现电源装置的电力变换动作(功率因数改善转换器动作)(步骤S16)。

在室外空气温度To是低温阈值Tth_low以下时(步骤S13：“是”)，控制单元14进行加热动作(步骤S14)。具体而言，按照下述的步骤进行。首先，读出在数据存储单元19中预先保持着的作为与室外空气温度对应的规定时间的加热用电阻3的通电时间数据(阈值时间)，设定与室外空气温度To对应的通电时间阈值Ts。此处，通电时间阈值Ts表示在室外空气温度To处于规定的温度或者规定的温度范围时加热至不用担心半导体开关元件8a、8b的热破坏的规定的温度为止所需的加热用电阻3的通电时间。该通电时间阈值Ts既可以是通过实验等而预先调查得到的值，也可以使用通过计算机仿真而事先计算出的值。

图5示出在数据存储单元19中保持着的通电时间数据的数据内容。通电时间数据构成为针对室外空气温度To的每个范围对应着所对应的通电时间阈值Ts。例如，室外空气温度To为T5≤To<T6时的通电时间阈值Ts是Ts5。

在设定了通电时间阈值Ts之后，将半导体开关元件4设为接通状态。由此，加热用电阻3通电，由于因加热用电阻3的导通损耗所致的发热，半导体开关元件8a、8b被加热(加热动作)，半导体开关元件8a、8b的温度上升。另外，半导体开关元件8a、8b维持断开状态，不进行开关动作。另外，通过利用在控制单元14内设置的通电时间测量用的定时器Tm从Tm＝0开始计数动作，从而测量通电时间。

如果向加热用电阻3进行了通电，则半导体开关元件8a、8b的温度上升。另一方面，室外空气温度与半导体开关元件的温度变化无关，所以不应根据室外空气温度来判断向加热用电阻3的通电的结束定时。因此，控制单元14通过比较通电时间测量用定时器Tm值和通电时间阈值Ts，掌握向加热用电阻3的通电经过时间，判断向加热用电阻3的通电的结束定时(步骤S15)。

在通电时间测量用定时器Tm值小于通电时间阈值Ts时(步骤S15：“否”)，接下来继续比较通电时间测量用定时器Tm值和通电时间阈值Ts。

另一方面，在通电时间测量用定时器Tm值是通电时间阈值Ts以上时(步骤S15：“是”)，控制单元14将半导体开关元件4设为断开状态，停止向加热用电阻3的通电。由此，针对半导体开关元件8a、8b的加热动作停止。另外，开始半导体开关元件8a、8b的开关的交错动作。由此，实现电源装置的电力变换动作(功率因数改善转换器动作)(步骤S16)。

如以上那样，本实施方式中的电源装置根据室外空气温度检测单元检测到的室外空气温度、和在数据存储单元中预先保持着的针对每个室外空气温度的加热用电阻的通电时间数据，进行利用加热用电阻的通电进行的加热动作，所以得到如下效果：通过沿用已有的室外空气温度检测单元从而能够低成本地实现低温环境下的电源装置的起动控制。

另外，以上的说明中的控制单元14使用在数据存储单元中保持着的加热用电阻的通电时间数据来进行控制，但也可以变形为如下：将根据室外空气温度计算加热用电阻的通电时间数据的计算式预先嵌入到控制单元14中，根据该计算式计算与室外空气温度对应的通电时间阈值Ts。

实施方式3.

实施方式1～2中的电源装置是进行转换器动作的装置(转换器装置)，但在实施方式3中，说明是进行将直流电力变换为交流电力的逆变器动作的电源装置(逆变器装置)的情况。图8示出进行逆变器动作的电源装置(逆变器装置)的结构图。在图8所示的电源装置中，直流电源22将GND(接地)设为电位基准，将直流电压输出到直流母线正侧P与负侧N之间。逆变器主电路23由上支路的半导体开关元件24a～24c以及下支路的半导体开关元件24d～24f、和对半导体开关元件24a～24f分别进行驱动的驱动电路25a～25f构成，半导体开关元件24a～24f是由SiC(碳化硅)等宽能带隙半导体形成的半导体开关元件(例如SiC-n型MOSFET)。电流检测单元26检测在直流电源22与逆变器主电路23间的直流母线负侧N处设置了的分流电阻27中流过的直流电流。另外，在直流母线正侧P与负侧N之间，串联地连接了加热用电阻28和由硅半导体形成的半导体开关元件29(例如硅-n型MOSFET)。通过驱动电路30对半导体开关元件29进行接通/断开驱动。另外，由直流电源22、逆变器主电路23构成进行逆变器动作的电力变换单元。

散热器温度检测单元31由热敏电阻等构成，设置于为了半导体开关元件24a～24f的各元件的散热而设置了的散热器(未图示)的周围、或者与散热器直接接触地设置，而检测散热器的温度。

控制单元32根据电流检测单元26检测到的直流电流、散热器温度检测单元31检测到的散热器温度、以及未图示的运转指令值，生成对半导体开关元件24a～24f以及半导体开关元件29分别进行接通/断开控制的驱动信号，输出到驱动电路25a～25f以及驱动电路30。

作为逆变器主电路23的负载装置，三相马达33通过U、V、W的三相连接线而被连接。另外，作为负载装置，只要是能够通过逆变器主电路23进行驱动的装置即可，不限于三相马达33。

接下来，说明这样构成了的电源装置的动作。控制单元32依照图9的动作流程，控制半导体开关元件29以及半导体开关元件24a～24f的开关动作。以下，依照动作流程图，说明动作。

控制单元32最初通过将使半导体开关元件29以及半导体开关元件24a～24f成为断开状态的驱动信号分别输出到驱动电路30以及驱动电路25a～25f，从而将电源装置设定为电力变换动作(逆变器动作)开始前的初始状态(步骤S21)。

接下来，在电源装置转移到电力变换动作时，控制单元32利用散热器温度检测单元31检测散热器温度Th(步骤S22)，比较预先对电源装置设定了的作为阈值温度的低温阈值Tth_low和检测到的散热器温度Th(步骤S23)。另外，关于低温阈值Tth_low，如实施方式1所说明那样，设定为对于宽能带隙半导体元件的导通进行许可的下限温度即可。

在散热器温度Th大于低温阈值Tth_low时(步骤S23：“否”)，控制单元32维持半导体开关元件29的断开状态，并且开始半导体开关元件24a～24f的逆变器动作。由此，来自直流电源22的直流电力被变换为三相交流电力，驱动马达33。这样，实现电源装置的电力变换动作(逆变器动作)(步骤S27)。

控制单元32根据电流检测单元26检测到的直流电流和散热器温度检测单元31检测到的散热器温度、以及未图示的运转指令值，使用矢量控制等公知的逆变器控制技术，进行电力变换动作(逆变器动作)。

在散热器温度Th是低温阈值Tth_low以下时(步骤S23：“是”)，控制单元32使半导体开关元件29成为接通状态。由此，加热用电阻28通电，由于因加热用电阻28的导通损耗所致的发热，半导体开关元件24a～24f被加热(加热动作)，构成半导体开关元件24a～24f的半导体开关元件的温度上升。另外，半导体开关元件24a～24f维持断开状态，不进行开关动作(步骤S24)。

另外，为了更高效地进行半导体开关元件24a～24f的加热，期望将加热用电阻28配置于半导体开关元件24a～24f的附近、或者与半导体开关元件24a～24f接触地配置。

接下来，控制单元32通过散热器温度检测单元31检测散热器温度Th(步骤S25)，比较该检测到的散热器温度Th和预先对电源装置设定了的作为阈值温度的高温阈值Tth_high(步骤S26)。此处，根据在实施方式1中说明了的观点，设定高温阈值Tth_high的值即可。

在散热器温度Th小于高温阈值Tth_high时(步骤S26：“否”)，返回到步骤S25，接下来检测散热器温度，继续比较检测到的散热器温度Th和高温阈值Tth_high。如果半导体开关元件24a～24f被加热而半导体开关元件24a～24f的温度上升，则安装于半导体开关元件24a～24f的散热器自身的温度也上升。因此，通过持续确认散热器温度Th，能够推测半导体开关元件24a～24f的温度上升。

在散热器温度Th是高温阈值Tth_high以上时(步骤S26：“是”)，控制单元32使半导体开关元件29成为断开状态，停止向加热用电阻28的通电。由此，针对半导体开关元件24a～24f的加热动作停止。另外，开始半导体开关元件24a～24f的逆变器动作。由此，实现电源装置的电力变换动作(逆变器动作)(步骤S27)。

如果半导体开关元件24a～24f能够正常地开始开关动作，则由于因开关动作所产生的自身发热，半导体开关元件24a～24f的温度缓慢地上升，所以半导体开关元件24a～24f的温度不会降低至担心热破坏的低温区域。之后，通过散热器和冷却风扇(未图示)的冷却功能，能够使半导体开关元件24a～24f在合适的温度范围内继续动作。

在以上的说明中，半导体开关元件24a～24f是由宽能带隙半导体形成的半导体开关元件，但不限于此，也可以将半导体开关元件24a～24f中的几个设为由宽能带隙半导体形成的半导体开关元件，将剩余的半导体开关元件设为由Si半导体形成的半导体开关元件。

另外，也可以代替电流检测单元26，而在下支路的半导体开关元件24d～24f与直流母线负侧N之间设置电阻(3分流结构)，并设置检测在该电阻中流过的电流的电流检测单元。

如以上那样，本实施方式中的电源装置(逆变器装置)与在实施方式1中叙述了的电源装置同样地，在电源装置中使用的由SiC(碳化硅)等宽能带隙半导体形成的半导体开关元件的元件温度处于无法保证稳定的动作的低温区域的情况下，通过使加热用电阻通电而产生的发热对半导体开关元件进行加热，使半导体开关元件的温度变化至可稳定动作的温度区域，所以可得到如下效果：即使在低温环境下的逆变器装置的起动时也能够防止半导体开关元件被热破坏，能够扩大逆变器装置的可开始通电的温度区域。

另外，即使在电源装置(逆变器装置)中，当然也能够如在实施方式2(转换器装置)中所说明那样代替散热器温度检测单元31而设置室外空气温度检测单元和数据存储单元来进行基于室外空气温度的起动控制。

另外，在以上的实施方式1～3中，说明了使用由SiC(碳化硅)等宽能带隙半导体形成的半导体开关元件的电源装置，但半导体开关元件不限于宽能带隙半导体，在使用了在低温环境下元件的电阻增大的半导体开关元件的电源装置中也能够应用同样的结构。

Claims (10)

1.一种电源装置，其特征在于，具备：

电力变换单元，具有1个以上的第1半导体开关元件，进行将交流电力变换为直流电力的转换器动作或者将直流电力变换为交流电力的逆变器动作；

加热用电阻，用于对所述第1半导体开关元件进行加热；

第2半导体开关元件，控制该加热用电阻的导通；

温度检测单元，检测为了所述第1半导体开关元件的散热而设置的散热器的温度或者室外空气温度；以及

控制单元，使用所述温度检测单元检测到的温度，生成对所述第1半导体开关元件以及所述第2半导体开关元件进行接通/断开控制的驱动信号。

2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，

所述控制单元在所述温度检测单元检测到的温度是预先设定的第1阈值温度以下的情况下，生成将所述第2半导体开关元件设为接通状态的驱动信号，之后在所述温度检测单元检测到的温度成为预先设定的第2阈值温度以上时，生成将所述第2半导体开关元件设为断开状态的驱动信号。

3.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，

所述控制单元在所述温度检测单元检测到的温度是预先设定的第1阈值温度以下的情况下，生成将所述第2半导体开关元件设为接通状态的驱动信号，之后在经过预先设定的规定时间后，生成将所述第2半导体开关元件设为断开状态的驱动信号。

4.根据权利要求3所述的电源装置，其特征在于，

具备数据存储单元，该数据存储单元将与所述温度检测单元检测到的温度对应的阈值时间保持为数据，

所述控制单元将在所述数据存储单元中保持着的阈值时间用作预先设定的规定时间。

5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的电源装置，其特征在于，

所述电力变换单元具备：

整流单元，将交流电源的交流电压整流为直流电压；

平滑单元，使直流电压平滑；以及

1个以上的升压单元，连接于所述整流单元与所述平滑单元之间，由升压电抗器、所述第1半导体开关元件、逆流防止二极管构成，

所述加热用电阻以及所述第2半导体开关元件串联连接于所述整流单元的输出端子间。

6.根据权利要求1～4中的任意一项所述的电源装置，其特征在于，

所述电力变换单元具备：

直流电源，对直流母线间输出直流电压；以及

逆变器主电路，将分别具有所述第1半导体开关元件以及对该第1半导体开关元件进行驱动的驱动电路的上支路以及下支路串联连接于所述直流母线间，

所述加热用电阻以及所述第2半导体开关元件串联连接于所述直流电源的输出端子间。

7.根据权利要求1～4中的任意一项所述的电源装置，其特征在于，

所述第1半导体开关元件中的几个或者全部由宽能带隙半导体元件形成。

8.根据权利要求7所述的电源装置，其特征在于，

所述宽能带隙半导体是碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)系材料或者金刚石。

9.一种电源装置的控制方法，其中，该电源装置具备电力变换单元，该电力变换单元具有1个以上的第1半导体开关元件，并进行将交流电力变换为直流电力的转换器动作或者将直流电力变换为交流电力的逆变器动作，所述电源装置的控制方法的特征在于，具备：

在为了所述第1半导体开关元件的散热而设置的散热器的温度或者室外空气温度是预先设定的第1阈值温度以下的情况下，将对加热用电阻的导通进行控制的第2半导体开关元件设为接通状态而对所述第1半导体开关元件进行加热的工序；以及

之后在所述散热器的温度或者室外空气温度成为预先设定的第2阈值温度以上时，将所述第2半导体开关元件设为断开状态而停止所述第1半导体开关元件的加热的工序。

10.一种电源装置的控制方法，其中，该电源装置具备电力变换单元，该电力变换单元具有1个以上的第1半导体开关元件，并进行将交流电力变换为直流电力的转换器动作或者将直流电力变换为交流电力的逆变器动作，所述电源装置的控制方法的特征在于，具备：

在为了所述第1半导体开关元件的散热而设置的散热器的温度或者室外空气温度是预先设定的第1阈值温度以下的情况下，将对加热用电阻的导通进行控制的第2半导体开关元件设为接通状态而对所述第1半导体开关元件进行加热的工序；以及

之后在经过预先设定的规定时间后，将所述第2半导体开关元件设为断开状态而停止所述第1半导体开关元件的加热的工序。