CN105531915A - 开关装置、电力转换装置、电动机驱动装置、鼓风机、压缩机、空调机、冰箱以及制冷机 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于获得一种开关装置，上述开关装置是能够进行稳定的控制且具有分流电阻和开关元件的电力转换装置内的开关装置，设置在配设于电源和负载之间的电力转换装置内的开关装置包括：开关元件（21a），其具有栅极端子；栅极驱动电路（51a），其对上述开关元件（21a）的栅极端子施加驱动电压（Vcc）；以及控制部（8），其生成供给到上述栅极驱动电路（51a）的驱动信号，该开关装置构成为从施加到上述开关元件（21a）的上述栅极端子的上述驱动电压（Vcc）减去上述开关元件（21a）的阈值电压（Vth）所得的值，大于从上述开关元件（21a）的发射极到上述栅极驱动电路（51a）的负极的电阻值（Rsh+Rdc）与在上述开关元件（21a）中流过的最大电流值（Ipeak）的乘积。

Description

开关装置、电力转换装置、电动机驱动装置、鼓风机、压缩机、空调机、冰箱以及制冷机
技术领域
本发明涉及一种电力转换装置和电力转换装置内的开关装置。此外，涉及使用了电力转换装置和电力转换装置内的开关装置的电动机驱动装置、鼓风机、压缩机、空调机、冰箱和制冷机。
背景技术
以往，广泛应用了作为电力转换装置之一的逆变器。逆变器通过对开关元件的导通状态进行控制，将直流转换为交流。通过对施加到栅极-发射极间的驱动电压进行控制，进行开关元件(例如，IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor：绝缘栅双极型晶体管))的导通状态的控制。作为这样的逆变器，能够代表性地列举出使用6个开关元件来将直流转换为三相交流的三相逆变器。三相逆变器被应用于例如感应电动机或永久磁铁同步电动机(以下，记作电动机)。这样的电动机，例如对电动机电流进行检测，并且基于该电动机电流来进行控制，在电流的检测中使用电流检测用分流电阻。
例如，在专利文献1中公开了“设置对直流电源和逆变器装置之间的电流进行检测的电源分流电阻，在下臂开关元件和直流电源的负极侧之间设置对该相的相电流进行检测的、至少2相的下臂分流电阻，利用上述电源分流电阻对无法通过上述下臂分流电阻检测的相电流进行检测”的技术。
专利文献1：日本特开2006-67747号公报
发明内容
然而，根据上述以往的技术，当电动机电流在分流电阻中通过时，产生电压下降，下臂开关元件的栅极驱动电路基准电位到下臂开关元件的发射极端子的电压发生变化，且栅极-发射极间的电压发生变化。因此，存在引起开关元件的误控制的问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于获得一种开关装置，其是能够进行稳定的控制且具有分流电阻和开关元件的电力转换装置内的开关装置。
为了解决上述问题、并实现发明目的，本发明的开关装置设置在配设于电源和负载之间的电力转换装置内，其包括：开关元件，其具有栅极端子；栅极驱动电路，其对上述开关元件的栅极端子施加驱动电压；以及控制部，其生成供给到上述栅极驱动电路的驱动信号，从施加到上述开关元件的上述栅极端子的上述驱动电压减去上述开关元件的阈值电压所得的值，大于从上述开关元件的发射极到上述栅极驱动电路的负极的电阻值与在上述开关元件中流过的最大电流值的乘积。
根据本发明，实现下述效果，能够获得一种可以进行稳定的控制且具有分流电阻和开关元件的电力转换装置内的开关装置。
附图说明
图1是表示实施方式1涉及的电力转换装置的一个结构示例的图。
图2是表示实施方式1涉及的电力转换装置的周边电路部的一个结构示例的图。
图3是表示实施方式1涉及的电力转换装置的开关波形的一个示例的图。
图4是表示实施方式2涉及的电力转换装置的一个结构示例的图。
图5是表示实施方式3涉及的电力转换装置的一个结构示例的图。
图6是表示实施方式3涉及的电力转换装置的周边电路部的一个结构示例的图。
图7是表示实施方式4涉及的电力转换装置的一个结构示例的图。
图8是表示实施方式4涉及的电力转换装置的周边电路部的一个结构示例的图。
图9是表示实施方式5涉及的电力转换装置的一个结构示例的图。
图10是表示实施方式5涉及的电力转换装置的周边电路部的一个结构示例的图。
标号说明
1直流电源、2逆变器；3电动机；4a～4d周边电路部；5驱动电路部；6电源分流电阻；7a～7c下臂分流电阻；8控制部；9电源分流电压检测部；9a～9c下臂电压检测部；10、20、30、40、50电力转换装置；11直流电源；12过电流检测部；21下臂部；22上臂部；21a～21c、22a～22c开关元件；41a～41c、42a～42c续流二极管；51、51a下臂栅极驱动电路；52上臂栅极驱动电路；501交流电源；502整流电路；503负载；504平滑电容器；505电抗器；506防逆流二极管；507开关元件；508控制部；509栅极驱动电路；510分流电阻；511分流电阻电压检测部；512直流电源。
具体实施方式
下面，根据附图详细地说明本发明涉及的电力转换装置的实施方式。另外，本发明不限于该实施方式。
实施方式1
图1是表示本发明涉及的电力转换装置的实施方式1的结构示例的图。图1所示的电力转换装置10配设在直流电源1和电动机3之间，将供给到电动机3(负载)的直流电源1的直流电力转换为三相交流电力。
图1所示的电力转换装置10具有：逆变器2、周边电路部4a、驱动电路部5和控制部8。
逆变器2具有下臂(lowerarm)部21和上臂(upperarm)部22，且由3个桥臂(leg)构成。下臂部21具有开关元件21a～21c，开关元件21a为U相下臂开关元件，开关元件21b为V相下臂开关元件，开关元件21c为W相下臂开关元件。上臂部22具有开关元件22a～22c，开关元件22a为U相上臂开关元件，开关元件22b为V相上臂开关元件，开关元件22c为W相上臂开关元件。
控制部8生成在逆变器2中包含的开关元件21a～21c、22a～22c的驱动信号并分别输出。控制部8为例如由微处理器(MicroComputer)或CPU(CentralProcessingUnit：中央处理单元)构成的、将所输入的模拟的电压信号(包含检测值。)转换为数字值、并进行与电动机3的控制应用程序相应的运算和控制的控制单元。
驱动电路部5具有下臂栅极驱动电路51和上臂栅极驱动电路52。下臂栅极驱动电路51根据由控制部8生成并输出的驱动信号，对开关元件21a～21c各自的栅极端子施加驱动电压。上臂栅极驱动电路52根据由控制部8生成并输出的驱动信号，对开关元件22a～22c各自的栅极端子施加驱动电压。此外，反向并联连接的续流二极管41a～41c、42a～42c与开关元件21a～21c、开关元件22a～22c连接。
周边电路部4a具有：电源分流电阻6、下臂分流电阻7a、7b和下臂电压检测部9a、9b。
电源分流电阻6设置在直流电源1的负电压(GND)侧和逆变器2之间。电源分流电阻6的电阻值为Rdc。
下臂分流电阻7a、7b设置于下臂部21的开关元件21a、21b各自的发射极和电源分流电阻6之间。下臂分流电阻7a为U相下臂分流电阻，下臂分流电阻7b为V相下臂分流电阻。下臂分流电阻7a、7b的电阻值为Rsh。
下臂电压检测部9a、9b设置在下臂部21的开关元件21a、21b各自的发射极与下臂分流电阻7a、7b的各连接点和控制部8之间。下臂电压检测部9a为U相下臂电压检测部，下臂电压检测部9b为V相下臂电压检测部。下臂电压检测部9a、9b对下臂部21的开关元件21a、21b各自的发射极与下臂分流电阻7a、7b的各连接点和直流电源1的负电压(GND)侧之间的电压(Vu、Vv)进行检测。
下臂电压检测部9a、9b例如由放大单元构成，该放大单元能够使电压Vu、Vv成为容易由控制部8处理的电压值。控制部8基于由下臂电压检测部9a、9b检测出的电压值，计算电动机电流，进行控制运算。基于计算出的电流值，生成驱动信号。
接着，对周边电路部4a进行详细说明。图2是表示周边电路部4a内的与开关元件21a(U相下臂开关元件)连接的部分的图，是提取出图1的用虚线包围的区域后示出的图。另外，作为下臂栅极驱动电路51的一部分的下臂栅极驱动电路51a与开关元件21a的栅极端子连接。直流电源11的正电压侧(正侧)与下臂栅极驱动电路51a连接。
下臂栅极驱动电路51a基于从控制部8输出的驱动信号(导通/断开信号)，对施加到开关元件21a的栅极端子的电压进行切换。即，在使开关元件21a导通的情况下，对开关元件21a的栅极端子施加高于开关元件21a的阈值电压Vth的电压(Vcc)。
这里，开关元件21a中的栅极-发射极间电压VGE若使用相对于下臂栅极驱动电路51a的基准电位(GND)的发射极端子的电位VE及栅极端子的电位VG，则用下述式(1)表示。
VGE＝VG-VE…(1)
并且，相对于基准电位(GND)的发射极端子的电位VE若使用电源分流电阻6的两端电压VRdc和下臂分流电阻7a的两端电压VRsh_u，则用下述式(2)表示。
VE＝VRsh_u+VRdc…(2)
这里，在从控制部8输出有使开关元件21a导通的驱动信号的情况下，相对于基准电位(GND)的栅极端子的电位VG和相对于基准电位(GND)的直流电源11的正电压侧的电位Vcc相等，若将式(2)代入上述式(1)，则开关元件21a中的栅极-发射极间电压VGE用下述式(3)表示。
VGE＝Vcc-(VRsh_u+VRdc)…(3)
由于相对于基准电位(GND)的直流电源11的正电压侧的电位Vcc为固定值，所以开关元件21a中的栅极-发射极间电压VGE与电源分流电阻6的两端电压VRdc和下臂电压检测部9a的两端电压VRsh_u(＝Vu)相应地发生变化。
为了维持开关元件21a的导通状态，必须将开关元件21a中的栅极-发射极间电压VGE维持成大于开关元件21a的阈值电压Vth，所以VGE>Vth，若使用上述式(3)，则为了维持开关元件21a的导通状态，需要满足下述式(4)。
Vcc-(VRsh_u+VRdc)＞Vth…(4)
这里，考虑上述式(4)的左边变为最小的情况。由于如上所述相对于基准电位(GND)的直流电源11的正电压侧的电位Vcc为固定值，所以在上述式(4)的左边内的(VRsh_u+VRdc)变为最大时，上述式(4)的左边变为最小。并且，在电动机电流的峰值Ipeak流过电源分流电阻6和下臂电压检测部9a时上述式(4)的左边内的(VRsh_u+VRdc)变为最大。即，在上述式(4)的左边内的(VRsh_u+VRdc)变为最大时，可用下述式(5)表示。
VRsh_u+VRdc＝(Rsh+Rdc)×Ipeak…(5)
若将上述式(5)代入上述式(4)，则导出下述式(6)。
(Rsh+Rdc)×Ipeak＜(Vcc-Vth)…(6)
上述式(6)是开关元件21a维持导通状态的条件。
图3是示出本发明涉及的电力转换装置10的本实施方式中的、栅极端子的电位VG的开关波形(A)和栅极-发射极间电压VGE的开关波形(B、C)的一个示例的示意图。
栅极端子的电位VG基于来自控制部8的驱动信号，在开关元件21a导通时变为Vcc，在断开时变为0V，所以其波形为矩形波状(图3(A))。栅极-发射极间电压VGE的波形也为矩形波状，不过负向偏移发射极端子的电位VE的量。
这里，在不满足上述式(6)的情况下，由于导通时的栅极-发射极间电压VGE低于阈值电压Vth，所以开关元件21a断开(图3(B))。在满足上述式(6)的情况下，即使考虑偏移量，导通时的栅极-发射极间电压VGE也不会低于阈值电压Vth，所以开关元件21a维持导通状态(图3(C))。
因此，在本实施方式中，通过配设满足上述式(6)的电阻值的电源分流电阻6和下臂分流电阻7a、7b，能够稳定地驱动开关元件21a。
另外，如上所述，下臂电压检测部9a、9b由放大单元构成，该放大单元用于使电压成为容易由控制部8处理的电压值。作为这样的放大单元，例如能够列举出运算放大器。但是，由于在运算放大器中通常存在死区，所以在使用运算放大器来作为放大单元的情况下，将运算放大器输入电压调整为死区的电压以上。
如上所述，能够获得一种能够进行稳定的控制的、具有分流电阻和开关元件的电力转换装置。
另外，虽然未图示，但是本实施方式的电力转换装置10也可以具有对过电流进行检测的结构。尤其是，在本发明中，根据开关元件的导通电压来设定分流电阻的电阻值，由此电阻值被抑制，所以电流值能上升，从而对过电流进行检测的结构是有效的。例如，控制部8可以具有电流计算部和比较部。
电流计算部使用如上所说明地检测出的电压值以及分流电阻的电阻值来计算电流值，并将计算电流值输出到比较部。
比较部具有存储部，在该存储部中存储用于过电流判定的过电流阈值，对计算电流值和过电流阈值进行比较，在计算电流值为过电流阈值以上的情况下、或在计算电流值超过过电流阈值的情况下，控制部8停止生成驱动信号，并且停止向开关元件施加驱动电压Vcc。
实施方式2
图4是表示本发明涉及的电力转换装置的实施方式2的结构示例的图。图4所示的电力转换装置20配设在直流电源1和电动机3之间，将供给到电动机3(负载)的直流电源1的直流电力转换为三相交流电力。
图4所示的电力转换装置20具有：逆变器2、周边电路部4b、驱动电路部5和控制部8。逆变器2、驱动电路部5和控制部8与在实施方式1中所说明的同样。
周边电路部4b具有：电源分流电阻6、下臂分流电阻7a、7b、7c和下臂电压检测部9a、9b、9c。即，与实施方式1中的图1所示的电力转换装置10相比，不同的是具有下臂分流电阻7c和下臂电压检测部9c，其他结构与实施方式1所示的电力转换装置10同样，援引实施方式1的说明。
下臂分流电阻7c设置在下臂部21的开关元件21c的发射极和电源分流电阻6之间。下臂分流电阻7c为W相下臂分流电阻。下臂分流电阻7c的电阻值为Rsh。
下臂电压检测部9c设置于下臂部21的开关元件21c的发射极与下臂分流电阻7c的连接点和控制部8之间。下臂电压检测部9c为W相下臂电压检测部。下臂电压检测部9c对下臂部21的开关元件21c的发射极与下臂分流电阻7c的连接点和直流电源1的负电压侧(GND)之间的电压(Vw)进行检测。
下臂电压检测部9c例如由放大单元构成，该放大单元能够使电压Vw成为容易由控制部8处理的电压值。控制部8基于由下臂电压检测部9a、9b、9c检测出的电压值，计算电动机电流，进行控制运算。
在本实施方式中，也通过配设满足实施方式1的式(6)的电阻值的电源分流电阻6和下臂电压检测部9a，能够稳定地驱动开关元件21a。
如上所述，也可以在三相都具有下臂分流电阻及下臂电压检测部。
另外，与实施方式1同样，本实施方式的电力转换装置20也可以具有对过电流进行检测的结构。
实施方式3
图5是表示本发明涉及的电力转换装置的实施方式3的结构示例的图。图5所示的电力转换装置30配设在直流电源1和电动机3之间，将供给到电动机3(负载)的直流电源1的直流电力转换为三相交流电力。
图5所示的电力转换装置30具有：逆变器2、周边电路部4c、驱动电路部5和控制部8。逆变器2、驱动电路部5和控制部8与在实施方式1中所说明的同样。
周边电路部4c具有电源分流电阻6和电源分流电压检测部9。即，若与实施方式1中的图1所示的电力转换装置10相比，存在以下不同：不具有下臂分流电阻7a、7b和下臂电压检测部9a、9b、9c，而是具有电源分流电压检测部9。其他结构与实施方式1所示的电力转换装置10同样，援引实施方式1的说明。
电源分流电压检测部9设置在下臂部21的开关元件21a～21c的发射极和电源分流电阻6之间，对下臂部21的开关元件21a～21c的发射极侧和直流电源1的负电压侧(GND)之间的电压(VRdc)进行检测。
电源分流电压检测部9例如由放大单元构成，该放大单元能够使电压VRdc成为容易由控制部8处理的电压值。控制部8基于由电源分流电压检测部9检测出的电压值，计算电动机电流，进行控制运算。
接着，对周边电路部4c进行详细说明。图6是表示周边电路部4c内的与开关元件21a(U相下臂开关元件)连接的部分的图，是提取出图5的用虚线包围的区域后示出的图，与实施方式1中的图2对应。另外，作为下臂栅极驱动电路51的一部分的下臂栅极驱动电路51a与开关元件21a的栅极端子连接。直流电源11的正电压侧与栅极驱动电路51a连接。
下臂栅极驱动电路51a基于从控制部8输出的驱动信号(导通/断开信号)，对施加到开关元件21a的栅极端子的电压进行切换。即，在使开关元件21a导通的情况下，对开关元件21a的栅极端子施加高于开关元件21a的阈值电压Vth的电压(Vcc)。
这里，开关元件21a中的栅极-发射极间电压VGE若使用相对于下臂栅极驱动电路51a的基准电位(GND)的发射极端子的电位VE及栅极端子的电位VG，则用实施方式1的式(1)表示，发射极端子的电位VE使用电压VRdc，用下述式(7)表示。
VE＝VRdc…(7)
这里，在从控制部8输出有使开关元件21a导通的驱动信号的情况下，相对于基准电位(GND)的栅极端子的电位VG和相对于基准电位(GND)的直流电源11的正电压侧的电位Vcc相等，若将式(7)代入上述式(1)，则开关元件21a中的栅极-发射极间电压VGE用下述式(8)表示。
VGE＝Vcc-VRdc…(8)
由于相对于基准电位(GND)的直流电源11的正电压侧的电位Vcc为固定值，所以开关元件21a中的栅极-发射极间电压VGE与电源分流电阻6的两端电压VRdc相应地发生变化。
为了维持开关元件21a的导通状态，必须将开关元件21a中的栅极-发射极间电压VGE维持成大于开关元件21a的阈值电压Vth，所以VGE>Vth，若使用上述式(8)，则为了维持开关元件21a的导通状态，需要满足下述式(9)。
Vcc-VRdc＞Vth…(9)
这里，考虑上述式(9)的左边变为最小的情况。由于如上所述相对于基准电位(GND)的直流电源11的正电压侧的电位Vcc为固定值，所以在电压VRdc为最大时，上述式(9)的左边变为最小。并且，在电动机电流的峰值Ipeak在电源分流电阻6中流过时电压VRdc变为最大，并用下述式(10)表示。
VRdc＝Rdc×Ipeak…(10)
若将上述式(10)代入上述式(9)，则导出下述式(11)。
Rdc×Ipeak＜(Vcc-Vth)…(11)
上述式(11)是开关元件21a维持导通状态的条件。
与在实施方式1中参照图3进行的说明同样，栅极端子的电位VG基于来自控制部8的驱动信号，在开关元件21a导通时变为Vcc，在断开时变为0V，其波形为矩形波状。并且，栅极-发射极间电压VGE的波形也为矩形波状，不过负向偏移发射极端子的电位VE(电压VRdc)量。这里，在不满足上述式(11)的情况下，由于导通时的栅极-发射极间电压VGE低于阈值电压Vth，所以开关元件21a断开，而在满足上述式(11)的情况下，即使考虑偏移量，导通时的栅极-发射极间电压VGE也不会低于阈值电压Vth，所以开关元件21a维持导通状态。
因此，在本实施方式中，通过配设满足上述式(11)的电阻值的电源分流电阻6，能够稳定地驱动开关元件21a。
另外，与实施方式1、2同样，作为构成电源分流电压检测部9的放大单元，例如可以列举出运算放大器，由于在运算放大器中通常存在死区，所以在将运算放大器用作放大单元的情况下，将运算放大器输入电压调整为死区的电压以上。
如上所述，即使不具有下臂分流电阻和下臂电压检测部，也通过具有电源分流电阻和电源分流电压检测部，能够获得一种能够进行稳定的控制的、具有分流电阻和开关元件的电力转换装置。根据本实施方式的结构，与实施方式1、2相比，能够削减元件数量。
另外，与实施方式1同样，本实施方式的电力转换装置30也可以具有对过电流进行检测的结构，不过也可以利用图6所示的过电流检测部12，通过硬件型的方法，直接使用分流电阻的电位来进行过电流检测。
实施方式4
图7是表示本发明涉及的电力转换装置的实施方式4的结构示例的图。图7所示的电力转换装置40配设在直流电源1和电动机3之间，将供给到电动机3(负载)的直流电源1的直流电力转换为三相交流电力。
图7所示的电力转换装置40具有：逆变器2、周边电路部4d、驱动电路部5和控制部8。
逆变器2、驱动电路部5和控制部8与在实施方式1中所说明的同样。
周边电路部4d具有下臂分流电阻7a、7b、7c和下臂电压检测部9a、9b、9c。即，与实施方式1中的图1所示的电力转换装置10相比，不同的是不具有电源分流电阻6而具有下臂分流电阻7c和下臂电压检测部9c，其他结构与实施方式1所示的电力转换装置10同样，援引实施方式1的说明。另外，与实施方式2中的图4所示的电力转换装置20相比，不同的是不具有电源分流电阻6。
下臂分流电阻7a、7b、7c设置在下臂部21的开关元件21a、21b、21c各自的发射极和直流电源1的负电压侧(GND侧)之间。下臂分流电阻7a为U相下臂分流电阻，下臂分流电阻7b为V相下臂分流电阻，下臂分流电阻7c为W相下臂分流电阻。下臂分流电阻7a、7b，7c的电阻值为Rsh。
下臂电压检测部9a、9b、9c设置在下臂部21的开关元件21a、21b、21c各自的发射极与下臂分流电阻7a、7b、7c的各连接点和控制部8之间。下臂电压检测部9a为U相下臂电压检测部，下臂电压检测部9b为V相下臂电压检测部，下臂电压检测部9c为W相下臂电压检测部。下臂电压检测部9a、9b、9c对下臂部21的开关元件21a、21b、21c各自的发射极与下臂分流电阻7a、7b、7c的各连接点和直流电源1的负电压侧(GND)之间的电压(Vu、Vv、Vw)进行检测。
下臂电压检测部9a、9b、9c例如由放大单元构成，该放大单元能够使电压Vu、Vv、Vw成为容易由控制部8处理的电压值。控制部8基于由下臂电压检测部9a、9b、9c检测出的电压值，计算电动机电流，进行控制运算。
接着，对周边电路部4d进行详细说明。图8是表示周边电路部4d内的与开关元件21a(U相下臂开关元件)连接的部分的图，是对图7的用虚线包围的区域进行提取后示出的图，与实施方式1中的图2或实施方式3中的图6对应。另外，作为下臂栅极驱动电路51的一部分的下臂栅极驱动电路51a与开关元件21a的栅极端子连接。直流电源11的正电压侧与下臂栅极驱动电路51a连接。
下臂栅极驱动电路51a基于从控制部8输出的驱动信号(导通/断开信号)，对施加到开关元件21a的栅极端子的电压进行切换。即，在为使开关元件21a导通时，对开关元件21a的栅极端子施加高于开关元件21a的阈值电压Vth的电压(Vcc)。
这里，开关元件21a中的栅极-发射极间电压VGE若使用相对于下臂栅极驱动电路51a的基准电位(GND)的发射极端子的电位VE及栅极端子的电位VG，则用实施方式1的式(1)表示，发射极端子的电位VE若使用下臂分流电阻7a的两端电压VRsh_u，则用下述式(12)表示。
VE＝VRsh_u…(12)
这里，在从控制部8输出有使开关元件21a导通的驱动信号的情况下，相对于基准电位(GND)的栅极端子的电位VG和相对于基准电位(GND)的直流电源11的正电压侧的电位Vcc相等，若将式(12)代入上述式(1)，则开关元件21a中的栅极-发射极间电压VGE用下述式(13)表示。
VGE＝Vcc-VRsh_u…(13)
由于相对于基准电位(GND)的直流电源11的正电压侧的电位Vcc为固定值，所以开关元件21a中的栅极-发射极间电压VGE与电源分流电阻6的两端电压VRdc和下臂电压检测部9a的两端电压VRsh_u相应地发生变化。
为了维持开关元件21a的导通状态，必须将开关元件21a中的栅极-发射极间电压VGE维持成大于开关元件21a的阈值电压Vth，所以VGE>Vth，若使用上述式(13)，则为了维持开关元件21a的导通状态，需要满足下述式(14)。
Vcc-VRsh_u＞Vth…(14)
这里，考虑上述式(14)的左边变为最小的情况。由于如上所述相对于基准电位(GND)的直流电源11的正电压侧的电位Vcc为固定值，所以在电压VRsh_u为最大时，上述式(14)的左边变为最小。并且，在电动机电流的峰值Ipeak在下臂分流电阻7a中流过时电压VRsh_u变为最大。即，在上述式(14)的电压VRsh_u为最大时，可用下述式(15)表示。
VRsh_u＝Rsh×Ipeak…(15)
若将上述式(15)代入上述式(14)，则导出下述式(16)。
Rsh×Ipeak＜(Vcc-Vth)…(16)
上述式(16)是开关元件21a维持导通状态的条件。
与在实施方式1中参照图3进行的说明同样，栅极端子的电位VG基于来自控制部8的驱动信号，在开关元件21a导通时变为Vcc，在断开时变为0V，其波形为矩形波状。并且，栅极-发射极间电压VGE的波形也为矩形波状，不过负向偏移发射极端子的电位VE(电压VRsh_u)量。这里，在不满足上述式(16)的情况下，由于导通时的栅极-发射极间电压VGE低于阈值电压Vth，所以开关元件21a断开，而在满足上述式(16)的情况下，即使考虑偏移量，导通时的栅极-发射极间电压VGE也不会低于阈值电压Vth，所以开关元件21a维持导通状态。
因此，在本实施方式中，通过配设满足上述式(16)的电阻值的下臂分流电阻7a、7b、7c，能够稳定地驱动开关元件21a。
另外，与实施方式1～3同样，作为构成下臂电压检测部9a、9b、9c的放大单元，例如可以列举出运算放大器，由于在运算放大器中通常存在死区，所以在将运算放大器用作放大单元的情况下，将运算放大器输入电压调整为死区的电压以上。
如上所述，即使不具有电源分流电阻，也通过具有与每个相位对应的下臂分流电阻及下臂电压检测部，能够获得一种能够进行稳定的控制的、具有分流电阻和开关元件的电力转换装置。
另外，与实施方式1同样，本实施方式的电力转换装置30也可以具有对过电流进行检测的结构。
实施方式5
图9是表示本发明涉及的电力转换装置的实施方式5的结构示例的图。图9所示的电力转换装置50配设在交流电源501和负载503之间，将从交流电源501供给的交流电力转换为直流电力，并将该直流电力的电压升压后供给到负载503。
图9所示的电力转换装置50具有：整流电路502、平滑电容器504、电抗器505、防逆流二极管506、开关元件507、控制部508和栅极驱动电路509。
整流电路502将从交流电源501供给的交流电力转换为直流电力。平滑电容器504对从整流电路502输出的直流电压进行平滑。电抗器505与平滑电容器504的正电压侧连接。防逆流二极管506防止来自负载503侧的电流的逆流。开关元件507对短路进行控制。控制部508生成并输出开关元件507的驱动信号。控制部508例如为如下控制单元：由微处理器或CPU构成，将所输入的模拟的电压信号转换为数字值，对供给到负载503的电压或电流进行控制。栅极驱动电路509基于从控制部508输出的驱动信号，对开关元件507的栅极端子施加驱动电压。
此外，图9所示的电力转换装置50还具有分流电阻510和分流电阻电压检测部511。分流电阻510设置在开关元件507的发射极端子和交流电源501的负电压侧之间。分流电阻电压检测部511设置在开关元件507与分流电阻510的连接点和交流电源501的负电压侧之间。另外，分流电阻510的电阻值为Rsh。
分流电阻电压检测部511例如由放大单元构成，该放大单元能够使分流电阻510的电压V0成为容易由控制部508处理的电压值。控制部508基于由分流电阻电压检测部511检测出的电压值，控制供给到负载503的电压和电流。
接着，对电力转换装置50的周边电路部进行详细说明。图10是表示电力转换装置50的周边电路部内的与开关元件507连接的部分的图，是提取出图9的用虚线包围的区域后示出的图。另外，作为栅极驱动电路509的一部分的栅极驱动电路509与开关元件507的栅极端子连接。直流电源512的正电压侧与栅极驱动电路509连接。
栅极驱动电路509基于从控制部508输出的驱动信号(导通/断开信号)，对施加到开关元件507的栅极端子的电压进行切换。即，在使开关元件507导通的情况下，对开关元件507的栅极端子施加高于开关元件507的阈值电压Vth的电压(Vcc)。
这里，开关元件507中的栅极-发射极间电压VGE若使用相对于栅极驱动电路509的基准电位(GND)的发射极端子的电位VE及栅极端子的电位VG，则用实施方式1的式(1)表示，发射极端子的电位VE若使用分流电阻510的两端电压VRsh，则用下述式(17)表示。
VE＝VRsh…(17)
这里，在从控制部508输出使开关元件507导通的驱动信号的情况下，相对于基准电位(GND)的栅极端子的电位VG和相对于基准电位(GND)的直流电源11的正电压侧的电位Vcc相等，若将式(17)代入上述式(1)，则开关元件21a中的栅极-发射极间电压VGE用下述式(18)表示。
VGE＝Vcc-VRsh…(18)
由于相对于基准电位(GND)的直流电源11的正电压侧的电位Vcc为固定值，所以开关元件507中的栅极-发射极间电压VGE与分流电阻510的两端电压VRdc相应地发生变化。
为了维持开关元件507的导通状态，必须将开关元件507中的栅极-发射极间电压VGE维持成大于开关元件507的阈值电压Vth，所以VGE>Vth，若使用上述式(18)，则为了维持开关元件21a的导通状态，需要满足下述式(19)。
Vcc-VRsh＞Vth…(19)
这里，考虑上述式(19)的左边变为最小的情况。由于如上所述相对于基准电位(GND)的直流电源11的正电压侧的电位Vcc为固定值，所以在电压VRsh为最大时，上述式(14)的左边变为最小。并且，在电动机电流的峰值Ipeak在分流电阻510中流过时电压VRsh变为最大。即，在上述式(19)的电压VRsh为最大时，可用下述式(20)表示。
VRsh＝Rsh×Ipeak…(20)
若将上述式(20)代入上述式(19)，则导出下述式(21)。
Rsh×Ipeak＜(Vcc-Vth)…(21)
与在实施方式1中参照图3进行的说明同样，栅极端子的电位VG基于来自控制部8的驱动信号，在开关元件21a导通时变为Vcc，在断开时变为0V，其波形为矩形波状。并且，栅极-发射极间电压VGE的波形也为矩形波状，不过负向偏移发射极端子的电位VE(电压VRsh_u)量。这里，在不满足上述式(21)的情况下，由于导通时的栅极-发射极间电压VGE低于阈值电压Vth，所以开关元件21a断开，而在满足上述式(21)的情况下，即使考虑偏移量，导通时的栅极-发射极间电压VGE也不会低于阈值电压Vth，所以开关元件21a维持导通状态。
因此，在本实施方式中，通过配设满足上述式(21)的电阻值的分流电阻510，能够稳定地驱动开关元件507。
另外，与实施方式1～4同样，作为构成分流电阻电压检测部511的放大单元，例如可以列举出运算放大器，由于在运算放大器中通常存在死区，所以在将运算放大器用作放大单元的情况下，将运算放大器输入电压调整为死区的电压以上。
如上所述，能够获得一种能够进行稳定的控制的、具有分流电阻和开关元件的电力转换装置。
另外，虽然在上述实施方式1～5中，以将直流电源1的直流电力转换为三相交流电力的方式为示例进行了说明，但是本发明不限于此，也可以是将直流电源1的直流电力转换为单相交流电力的结构。
在实施方式1～5中进行了说明的电力转换装置作为负载例示了电动机进行了说明，但是，也能够这样应用于电动机驱动装置。这样的电动机驱动装置能够应用于被搭载于空调机、冰箱或制冷机的鼓风机或压缩机。

Claims (22)

1.一种开关装置，其设置在配设于电源和负载之间的电力转换装置内，其特征在于，包括：
开关元件，其具有栅极端子；
栅极驱动电路，其对所述开关元件的栅极端子施加驱动电压；以及
控制部，其生成供给到所述栅极驱动电路的驱动信号，
从施加到所述开关元件的所述栅极端子的所述驱动电压减去所述开关元件的阈值电压所得的值，大于从所述开关元件的发射极到所述栅极驱动电路的负极的电阻值与在所述开关元件中流过的最大电流值的乘积。
2.一种电力转换装置，其特征在于：
该电力转换装置配设在直流电源和负载之间，
具有至少一个根据权利要求1所述的所述开关装置。
3.一种电力转换装置，其特征在于：
该电力转换装置配设在直流电源和负载之间，
由设置有多个权利要求1所述的所述开关装置的上臂部和下臂部来构成臂，
对所述负载供给交流电力。
4.根据权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于：
所述臂具有并联连接的3个桥臂，
对所述负载供给三相交流电力。
5.根据权利要求4所述的电力转换装置，其特征在于：
在所述3个桥臂中的至少2个中，还包括：
下臂分流电阻，其连接在所述开关元件的发射极端子和所述直流电源的负极侧端子之间；以及
下臂电压检测部，其以所述直流电源的负极侧端子为基准，对所述开关元件的发射极端子和所述下臂分流电阻之间的电位进行检测，
在不具有所述下臂分流电阻和下臂电压检测部的桥臂中，还包括：
电源分流电阻，其连接在所述开关元件的发射极端子和所述直流电源的负极侧端子之间。
6.根据权利要求4所述的电力转换装置，其特征在于，还包括：
电源分流电阻，其连接在所述开关元件的发射极端子和所述直流电源的负极侧端子之间；以及
电源分流电压检测部，其以所述直流电源的负极侧端子为基准，对所述开关元件的发射极端子和所述电源分流电阻之间的电位进行检测。
7.根据权利要求4所述的电力转换装置，其特征在于：
在所述3个桥臂中的至少2个中，还包括：
下臂分流电阻，其连接在所述开关元件的发射极端子和所述直流电源的负极侧端子之间；以及
下臂电压检测部，其以所述直流电源的负极侧端子为基准，对所述开关元件的发射极端子和所述下臂分流电阻之间的电位进行检测。
8.根据权利要求5至7中的任一项所述的电力转换装置，其特征在于：
流过所述负载的电流值与在所述开关元件中流过的所述最大电流值相等，
所述控制部，基于所述电源分流电压检测部检测出的电压值或所述下臂电压检测部检测出的电压值，计算流过所述负载的电流的电流值，并且基于该电流的电流值，生成所述臂内的开关元件的驱动信号。
9.根据权利要求5至7中的任一项所述的电力转换装置，其特征在于：
所述控制部基于所述电源分流电压检测部检测出的电压值或所述下臂电压检测部检测出的电压值，进行所述负载中的过电流的检测。
10.根据权利要求5至7中的任一项所述的电力转换装置，其特征在于：
所述控制部具有电流计算部和比较部，
所述电流计算部基于所述电源分流电压检测部检测出的电压值或所述下臂电压检测部检测出的电压值，计算所述负载的电流值并将计算电流值输出到比较部，
所述比较部具有存储用于过电流判定的过电流阈值的存储部，并对该过电流阈值和所述计算电流值进行比较，
进行过电流的检测，在所述计算电流值为所述过电流阈值以上的情况下、或者在所述计算电流值超过所述过电流阈值的情况下，判定为检测出了过电流。
11.根据权利要求9或权利要求10所述的电力转换装置，其特征在于：
所述控制部检测到过电流时，停止生成所述驱动信号。
12.根据权利要求11所述的电力转换装置，其特征在于：
通过停止生成所述驱动信号，切断向所述开关元件的栅极端子施加的驱动电压。
13.一种电力转换装置，其配设于交流电源和负载之间，其特征在于，包括：
整流电路，其对所述交流电源的电压进行整流；
平滑单元，其设置于比所述整流电路靠近所述负载侧，对由所述整流电路整流后的直流电压进行平滑；
电抗器，其设置于比所述平滑单元靠近所述负载侧；
防逆流元件，其设置于所述电抗器的后级，防止所述平滑单元的向所述交流电源侧的电流的逆流；以及
根据权利要求1所述的所述开关装置，其配置在所述电抗器和所述防逆流元件之间，
所述开关装置基于所述控制部生成的所述驱动信号，使所述整流电路的正侧与负侧短路。
14.根据权利要求13所述的电力转换装置，其特征在于，还包括：
分流电阻，其插入到所述整流电路的负侧；以及
负侧分流电阻电压检测部，其对相对于所述整流电路的负侧的电位的、所述开关装置内之所述开关元件和所述分流电阻之间的电位进行检测，
所述控制部基于所述负侧分流电阻电压检测部的检测值，生成所述驱动信号。
15.根据权利要求14所述的电力转换装置，其特征在于：
所述控制部基于所述负侧分流电阻电压检测部的检测值，进行过电流的检测。
16.根据权利要求13至15中的任一项所述的电力转换装置，其特征在于：
所述控制部具有电流计算部和比较部，
所述电流计算部基于所述分流电阻电压检测部检测出的电压值，计算所述负载的电流值并将计算电流值输出到比较部，
所述比较部具有存储用于过电流判定的过电流阈值的存储部，并对该过电流阈值和所述计算电流值进行比较，
进行过电流的检测，在所述计算电流值为所述过电流阈值以上的情况下、或者在所述计算电流值超过所述过电流阈值的情况下，判定为检测出了过电流。
17.一种电动机驱动装置，其特征在于：
具有权利要求2至权利要求16中的任一项所述的所述电力转换装置。
18.一种鼓风机，其特征在于：
具有权利要求17所述的所述电动机驱动装置。
19.一种压缩机，其特征在于：
具有权利要求17所述的所述电动机驱动装置。
20.一种空调机，其特征在于：
具有权利要求18所述的所述鼓风机和权利要求19所述的所述压缩机的至少任一方。
21.一种冰箱，其特征在于：
具有权利要求18所述的所述鼓风机和权利要求19所述的所述压缩机的至少任一方。
22.一种制冷机，其特征在于：
具有权利要求18所述的所述鼓风机和权利要求19所述的所述压缩机的至少任一方。
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