CN105531915B - 开关装置、电力转换装置、电动机驱动装置、鼓风机和压缩机 - 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、鼓风机和压缩机
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(Insulated Gate Bipolar Transistor：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，本发明的开关装置包括：开关元件，其具有栅极端子；栅极驱动电路，其对上述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栅极信号，施加到上述栅极端子的上述驱动电压与上述开关元件的阈值电压的差，大于上述开关元件的发射极电位与上述栅极驱动电路的基准电位的差。
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(A)、图3(B)、图3(C)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(lower arm)部21和上臂(upper arm)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(Micro Computer)或CPU(Central Processing Unit：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。

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变换装置内，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栅极信号，
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所述的开关装置的上臂部和下臂部来构成臂。
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所述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6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，计算流过所述负载的电流值，并且基于该电流值，生成所述臂内的开关元件的栅极信号。
9.根据权利要求6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，进行所述负载中的过电流的检测。
10.根据权利要求6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，计算所述负载的电流值并将计算电流值输出到所述比较部，
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，停止生成所述栅极信号。
12.根据权利要求11所述的电力转换装置，其特征在于：
通过停止生成所述栅极信号，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栅极信号，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，生成所述栅极信号。
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14或权利要求15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负侧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所述比较部，
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所述的鼓风机和权利要求19所述的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所述的鼓风机和权利要求19所述的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所述的鼓风机和权利要求19所述的压缩机的至少任一方。
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