CN107148738B - 电力变换装置 - Google Patents

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Abstract

电力变换装置(100)的控制电路(40)在逆变器电路(30)的再生控制时，在直流电源(1)与平滑电容器(2)之间的路径为切断状态的情况下，每隔预先确定的切换期间切换第1控制和第2控制而进行控制，上述第1控制使逆变器电路(30)内的上开关元件(31U、31V、31W)接通，并且使全部下开关元件(32U、32V、32W)断开，上述第2控制使下开关元件(32U、32V、32W)接通，并且使全部上开关元件(31U、31V、31W)断开。

Description

电力变换装置
技术领域
本发明涉及在具备将直流电力变换为交流电力而输出的逆变器的电力变换装置中特别是逆变器的再生控制时的动作。
背景技术
在混合动力汽车或电动汽车等电动车中，在再生控制时，将作为再生能量的再生电力经由具备逆变器的电力变换装置充电到电池。然后通过对该再生电力进行再次利用，从而有效地利用电力。但是，在再生控制时，在产生例如连接电池和电力变换装置的缆线断线等问题、电池和电力变换装置成为切断状态的情况下，无法将再生电力向电池进行充电。例如当在电池与其平滑电容器之间发生了该断线的情况下，再生电力除了由布线的寄生电阻及逆变器的开关元件的导通电阻消耗的电力之外，全部被积蓄到平滑电容器。当再生电力被持续积蓄到平滑电容器时，平滑电容器的电压上升并成为过电压，使平滑电容器及逆变器的开关元件的可靠性下降。
在作为以往的电力变换装置的逆变器装置中，在使马达停止时，使马达的各相的1对开关元件中的与直流电源的负侧连接的下开关元件全部接通。由此，使马达的各相相互短路，利用马达的线圈等负载电消耗此刻为止驱动马达的能量(例如，参照专利文献1)。
另外公开了利用以下方法抑制再生动作中的直流电源线的电压上升的以往的电力变换装置。
当探测到直流电源线的过电压时，进行3相短路。由于3相短路，电流在马达与半导体开关元件之间回流，能够抑制直流电源线的电压上升。在3相短路中，接通上支路的半导体开关元件或者下支路的半导体开关元件而使电流回流，所以接通这一侧的半导体开关元件发热。为了防止发生由于热所引起的半导体开关元件的故障，适当地进行3相短路的支路的切换。也可以在逆变器部的上支路侧和下支路侧分别设置温度传感器，通过这些温度传感器的输出来切换进行该3相短路的支路，以使上支路侧和下支路侧的半导体开关元件的温度成为相同程度(例如，参照专利文献2)。
专利文献1：日本特开2006－166504号公报(第4页，第[0012]、[0013]段，图2)
专利文献2：国际公开编号WO2012/077187(第20页，第[0062]～[0066]段，第25页，[0086]，图4、图6)
发明内容
在上述专利文献1所记载的以往的电力变换装置中，在使马达的各相相互短路时，仅接通与直流电源的低电位侧连接的全相的下开关元件。由此，通过在马达与逆变器电路之间使再生电流回流来消耗再生电力，从而抑制平滑电容器的电压上升。但是，由于仅接通下开关元件使再生电流回流，所以由于开关时的导通损耗，下开关元件的温度上升，可靠性下降。
另外，在专利文献2所记载的3相的电力变换装置中，进行支路的切换控制，以使上支路侧和下支路侧的开关元件的温度为相同程度。但是，在各相分别存在上下支路，有时由于电力变换装置的动作模式、每个支路的冷却条件、每个支路的开关元件的并联连接数量、各开关元件的特性的偏差、各开关元件的安装位置等条件不同，开关元件的温度针对每个相不同。
另外，即使在相同的支路内，也有时对开关元件的温度造成影响的条件针对各开关元件的每一个而不同，各开关元件的温度未必会一样。
因此，难以准确地获取开关元件的温度，难以对上支路侧和下支路侧的开关元件适合地进行切换控制。
因此，存在无法可靠性良好地抑制电力变换装置所具备的开关元件的温度上升这样的问题。
本发明是为了解决如上所述的问题点而完成的，其目的在于提供如下电力变换装置：即使在电力变换装置的再生控制时直流电源与平滑电容器之间为切断状态的情况下，也能够通过对高电位侧的支路的开关元件和低电位侧的支路的开关元件适合地进行切换控制，一边抑制平滑电容器的电压上升，一边可靠性良好地抑制开关元件的温度上升。
本发明的电力变换装置具备：平滑电容器，连接于直流母线间，对来自直流电源的直流电力进行平滑；逆变器电路，具备串联体，将直流电力变换为交流电力而输出，该串联体分别并联连接于所述直流母线间，在所述串联体中与所述直流母线的高电位侧连接的上开关元件和与所述直流母线的低电位侧连接的下开关元件分别被串联连接，所述上开关元件和所述下开关元件的连接点与各相交流输入输出线连接；以及控制电路，控制所述逆变器电路的动力运行以及再生，其中，所述控制电路在所述逆变器电路的再生控制中，在所述直流电源与所述平滑电容器之间的路径为切断状态的情况下，每隔预先确定的切换期间切换第1控制和第2控制而进行控制，所述第1控制使全部所述上开关元件接通，并且使全部所述下开关元件断开，所述第2控制使全部所述下开关元件接通，并且使全部所述上开关元件断开。
另外，发明的电力变换装置具备：平滑电容器，连接于直流母线间，对来自直流电源的直流电力进行平滑；逆变器电路，具备串联体，将直流电力变换为交流电力并输出，该串联体分别并联连接于所述直流母线间，在所述串联体中与所述直流母线的高电位侧连接的上开关元件和与所述直流母线的低电位侧连接的下开关元件分别被串联连接，所述上开关元件和所述下开关元件的连接点与各相交流输入输出线连接；以及控制电路，控制所述逆变器电路的动力运行以及再生，其中，所述控制电路在所述逆变器电路的再生控制中，在所述直流电源与所述平滑电容器之间的路径为切断状态的情况下，每隔规定的切换期间切换第1控制和第2控制而进行控制，所述第1控制使全部所述上开关元件接通，并且使全部所述下开关元件断开，所述第2控制使全部所述下开关元件接通，并且使全部所述上开关元件断开，所述控制电路根据在所述各相交流输入输出线中流过的电流确定所述切换期间。
根据本发明的电力变换装置，即使在逆变器电路的再生控制时直流电源与平滑电容器之间被切断的状态的情况下，也能够对高电位侧的上开关元件和低电位侧的下开关元件适合地进行切换控制，能够一边抑制平滑电容器的电压上升，一边可靠性良好地抑制开关元件的温度上升，使平滑电容器以及开关元件的可靠性提高，实现长寿命化。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1的电力变换装置的结构的概略图。
图2是本发明的实施方式1的开关元件的驱动用的绝缘电源的电路结构图。
图3是表示本发明的实施方式1的控制电路的再生控制时的过电压抑制控制的信号的例子的示意图。
图4是示出本发明的实施方式1的控制电路内的数据表格的结构例的图。
图5是示出本发明的实施方式1的开关元件安装于基板的状态的剖面图。
图6是示出本发明的实施方式1的控制电路内的数据表格的其它结构例的图。
图7是表示本发明的实施方式1的控制电路的再生控制时的过电压抑制控制的信号的其它例子的示意图。
图8是表示本发明的实施方式2的控制电路的再生控制时的过电压抑制控制的信号的示意图。
图9是示出本发明的实施方式3的电力变换装置的结构的概略图。
图10是表示本发明的实施方式3的控制电路的再生控制时的过电压抑制控制的信号的示意图。
具体实施方式
实施方式1.
以下，作为本发明的实施方式1的电力变换装置，使用附图来说明应用于电动车的电动机驱动的电力变换装置100。
图1是示出本发明的实施方式1的电力变换装置100的结构的概略图。
电力变换装置100具备：作为逆变器电路的电动机驱动装置30，连接于直流电源1与在电动车中使用的电动机4之间，将来自直流电源1的直流电力变换为交流电力并输出到电动机4；平滑电容器2，对来自直流电源1的直流电力进行平滑；以及控制电路40，控制电动机驱动装置30的动力运行以及再生。
平滑电容器2以与电动机驱动装置30并联的方式连接于高电位侧的直流母线(以后称为母线21)与低电位侧的直流母线(以后称为母线22)之间，经由继电器6连接于直流电源1的正负端子。能够通过该继电器6机械地连接以及切断电动机驱动装置30和直流电源1。
电动机驱动装置30具备串联体35U、35V、35W，在该串联体35U、35V、35W中上开关元件31U、31V、31W和下开关元件32U、32V、32W分别被串联连接，上述上开关元件31U、31V、31W是开关元件且连接于母线21，上述下开关元件32U、32V、32W是开关元件且连接于母线22。
二极管与开关元件31(31U、31V、31W)、开关元件32(32U、32V、32W)分别反并联地连接。
以后，在不区分上开关元件31和下开关元件32进行说明的情况下，只记载为开关元件31、32。
串联体35U、35V、35W分别并联连接于母线21与母线22之间。而且，各串联体35U、35V、35W的上开关元件31U、31V、31W与下开关元件32U、32V、32W的连接点分别与U相、V相、W相的各相交流输入输出线(在图中U、V、W)连接。电动机4的各相与该U相、V相、W相的各相交流输入输出线连接。
进而，电动机驱动装置30具备用于驱动上开关元件31U、31V、31W的高电位侧驱动电路33U、33V、33W和用于驱动下开关元件32U、32V、32W的低电位侧驱动电路34U、34V、34W。此外，在图中，将各驱动电路33U、33V、33W、34U、34V、34W显示为DR。
另外，具备用于检测电动机驱动装置30以及电动机4的状态的电压传感器71、电流传感器72以及旋转传感器73这3个传感器。
控制电路40根据电压传感器71的感测信息，检测母线21、22间的电压V1。另外，控制电路40根据电流传感器72的感测信息，检测电动机驱动装置30的输出电流(在各相交流输入输出线中流过的电流)Ia。另外，控制电路40根据旋转传感器73的感测信息，检测电动机4的速度ω及磁极位置θ。
图2是本发明的实施方式1的开关元件31、32的驱动用的绝缘电源7的电路结构图。
如图2所示，绝缘电源7具备开关元件7a、变压器7b、二极管7c、7d以及电容器7e。而且，绝缘电源7接受母线21、22间的电力，生成对高电位侧驱动电路33U、33V、33W以及低电位侧驱动电路34U、34V、34W供给的驱动电源。该绝缘电源7能够根据其内部的开关元件的导通时间和变压器的匝数比使生成的电压可变。
控制电路40为了控制电动机4的转速及转矩，控制电动机驱动装置30的动作。该控制电路40具备指令值生成部41、电压控制部42以及PWM电路43。指令值生成部41根据电动机4的目标转速及目标转矩的信息和驱动器的控制信息生成指令值C1。然后，将该指令值C1输入到电压控制部42。电压控制部42根据由上述各传感器71～73感测而检测出的母线21、22间的电压V1、输出电流(各相交流输入输出线的电流)Ia、速度ω以及磁极位置θ的值以及指令值C1，输出用于控制电动机驱动装置30的输出电压的指令值C2。PWM电路43根据指令值C2通过PWM控制生成驱动信号，将所生成的驱动信号输入到高电位侧驱动电路33U、33V、33W和低电位侧驱动电路34U、34V、34W。
这样与各相对应地配置的上开关元件31U、31V、31W被高电位侧驱动电路33U、33V、33W驱动，对母线21与U相、V相、W相的各相交流输入输出线之间进行开关。另外，下开关元件32U、32V、32W被低电位侧驱动电路34U、34V、34W驱动，对母线22与U相、V相、W相的各相交流输入输出线之间进行开关。
接下来，说明电动机驱动装置30的再生控制。
在再生制动器工作时，旋转转矩从电动车的车轮被传递到电动机4，电动机4根据传递到的旋转转矩生成交流电力(再生电力)。此时，控制电路40对电动机驱动装置30进行再生控制，再生所生成的交流电力。
在直流电源1与平滑电容器2之间的路径正常连接的情况下，控制电路40将电动机驱动装置30的开关元件31、32全部断开。
此外，并不限于如上所述的将开关元件31、32全部断开的控制。例如，也可以是与二极管的导通同步地进行开关元件31、32的开关的同步整流控制。由此，该交流电力被电动机驱动装置30变换为直流电力，被充电到直流电源1。所充电的电力在电动机驱动装置30的动力运行动作时再次被用作行驶能量。
在直流电源1与平滑电容器2之间的路径为切断状态的情况(例如继电器6为开路状态时、或由于某种原因而连接到直流电源1的缆线脱落的状态的情况等)下，控制电路40为了抑制再生电力所引起的平滑电容器2的电压上升，进行以下的过电压抑制控制。
图3是表示本发明的实施方式1的控制电路40的再生控制时的过电压抑制控制的信号的示意图。此外，横轴表示时间，Q表示过电压抑制控制的期间。
在图中示出在直流电源1与平滑电容器2之间的路径为切断状态时为Hi的Fail信号F1、控制电路40在过电压抑制控制时输出到电动机驱动装置30的下开关元件32U、32V、32W的驱动信号S2以及上开关元件31U、31V、31W的驱动信号S1的关系。
在电动机驱动装置30的再生控制时，当在时刻t0，Fail信号F1成为Hi时，控制电路40开始过电压抑制控制。
例如使用继电器6的开闭信号、由电压传感器71、电流传感器72获取到的电力变换装置100的电压及电流的信息等，判定直流电源1与平滑电容器2之间的路径是否为切断状态来输出该Fail信号F1。
在该过电压抑制控制中，控制电路40执行第2控制P2，该第2控制P2具有使U相、V相、W相的全部下开关元件32U、32V、32W接通、并且使全部的上开关元件31U、31V、31W断开的零向量期间。
当全相的下开关元件32U、32V、32W接通时，电动机4的电枢绕组的各相短路，在电动机驱动装置30与电动机4之间再生电流回流。然后，再生电力被接通的各下开关元件32U、32V、32W的导通电阻、电动机4的电枢绕组的负载以及布线的寄生电阻消耗。
在从时刻t0起经过期间Δt的时刻t1，控制电路40切换到第1控制P1，该第1控制P1具有使U相、V相、W相的全部上开关元件31U、31V、31W接通、并且使全部下开关元件32U、32V、32W断开的零向量期间。
与第2控制P2时同样地，再生电力被接通的上开关元件31U、31V、32W的导通电阻、电动机4的电枢绕组的负载以及布线的寄生电阻消耗。
在从时刻t1起经过期间Δt的时刻t2，控制电路40切换到第2控制P2。在从时刻t2起经过期间Δt的时刻t3，控制电路40切换到第1控制P1。
直至Fail信号F1成为Low为止反复进行基于该控制电路40进行的每隔期间Δt的第1控制P1与第2控制P2的切换控制。
此外，如图3所示，始终将恒定长度的期间Δt用作切换期间。
在上述时刻t0至时刻t1的第2控制P2的期间，再生电流在下开关元件32U、32V、32W中流过。因此，下开关元件32U、32V、32W的温度上升。相对于此，在断开的上开关元件31U、31V、31W中不流过再生电流。因此，上开关元件31U、31V、31W的温度下降。
在上述时刻t1至时刻t2的第1控制P1的期间，再生电流在上开关元件31U、31V、31W中流过。因此，上开关元件31U、31V、31W的温度上升。相对于此，在断开的下开关元件32U、32V、32W中不流过再生电流。因此，下开关元件32U、32V、32W的温度下降。
这样，通过控制电路40每隔期间Δt切换下开关元件32U、32V、32W成为接通的第2控制P2和上开关元件31U、31V、31W成为接通的第1控制P1而进行控制。这样，能够确保在断开的一方的开关元件31、32中不流过再生电流的冷却期间。由此，能够抑制开关元件31、32的温度上升。
进而，通过切换上开关元件31U、31V、32W和下开关元件32U、32V、32W，产生切换时的开关损耗。能够通过该开关损耗进一步有效地消耗再生电力。
此外，在本实施方式中，在过电压抑制控制中，在先进行第2控制P2之后，进行第1控制P1，但其顺序也可以是相反的。
以下，说明上述切换期间Δt。
图4是示出本发明的实施方式1的控制电路40内的数据表格的结构例的图。
图4所示的上限温度值Tmax表示作为半导体元件的开关元件31、32的内部的P型半导体区域与N型半导体区域的PN结部处的上限的温度值(在该情况下，130℃)。
而且，在该数据表格中，保持有以使PN结部的温度成为该上限温度值Tmax以下的方式预先确定的切换期间Δt的期间长度(在该情况下10μs)。
该切换期间Δt的值(10μs)是根据各开关元件31、32的元件特性、电力变换装置100的动作模式、各开关元件31、32的安装位置等条件J1预先确定的。
这些条件J1能够在电力变换装置100动作之前准确地获取。而且，根据这些条件J1，确定电力变换装置100所具备的全部开关元件31、32成为上限温度值Tmax以下那样的切换期间Δt。
控制电路40使用如上所述预先确定的10μs的切换期间Δt，每隔10μs切换第1控制P1和第2控制P2来进行控制。
作为上述条件J1即各开关元件31、32的元件特性的具体例，以下说明使用开关元件31、32的热阻的情况。
通过使用开关元件31、32的热阻，能够预先计算开关元件31、32的温度上升值ΔTr。然后，确定计算出的温度上升值ΔTr被散热而开关元件31、32的温度为上限温度值Tmax以下的切换期间Δt。
另外，为了计算更准确的温度上升值ΔTr，除了可以使用开关元件31、32的热阻之外，还可以使用开关元件31、32的热容量。
另外，为了计算温度上升值ΔTr，除了可以使用开关元件31、32的热阻之外，还可以使用与开关元件31、32热连接的散热部的热阻。以下，使用图说明该散热部。
图5是示出本发明的实施方式1的开关元件31、32安装于基板60的状态的剖面图。
如图所示，在表面安装有开关元件31、32的基板60的背面，安装有作为散热部的散热器61。这样，构成为开关元件31、32的发热经由作为热传导路径的基板60而传热到散热器61。
在该情况下，能够使用开关元件31、32的热阻、基板60的热阻以及散热器61的热阻来计算更准确的温度上升值ΔTr。
以下，说明使用与上述图4不同的结构的数据表格的第1控制P1与第2控制P2的切换控制。
图6是示出本发明的实施方式1的控制电路40内的数据表格的其它结构例的图。
在图6所示的数据表格中，保持有针对切换期间Δt的多个期间长度。与图4所示的切换期间Δt同样地，根据条件J1预先确定这些切换期间Δt以使开关元件31、32的PN结部的温度为上限温度值Tmax以下。
进而，针对在图中示出为Ia、Ta、N的每个条件J2确定这些切换期间Δt的期间长度。
条件J2是指在电力变换装置100的动作中由传感器等获取的、对开关元件31、32的温度造成影响的条件。
具体而言，作为图6(a)所示的条件J2的Ia是由电流传感器72获取到的在各相交流输入输出线中流过的电流的值，作为图6(b)所示的条件J2的Ta是开关元件31、32的周围温度Ta，作为图6(c)所示的条件J2的N是冷却开关元件31、32的风扇的冷却条件(此处，风扇的转速N)。
这样，预先确定与这些条件J2的值相应的切换期间Δt以使电力变换装置100所具备的全部开关元件31、32为上限温度值Tmax以下。
以下，说明使用上述条件J2的控制电路40的控制。
在电力变换装置100的动作中，当Fail信号F1为Hi、控制电路40将直流电源1与平滑电容器2之间的路径判定为切断状态时，控制电路40获取上述条件J2。
此处，无需获取3个条件J2(电流Ia、周围温度Ta、风扇转速N)全部，也可以获取至少1个条件J2。
接下来，控制电路40根据获取到的条件J2，从切换期间Δt的多个期间长度选出1个期间长度。
具体而言，获取在各相交流输入输出线中流过的电流Ia作为条件J2，设该电流Ia的值是120A。在该情况下，控制电路40从图6(a)所示的数据表格中选出与120A的电流Ia对应地预先确定的10.5μs的期间长度。
接下来，控制电路40将10.5μs的期间长度用于切换期间Δt，每隔10.5μs切换第1控制P1和第2控制P2而进行控制。
此外，在获取到周围温度Ta作为条件J2的情况下，控制电路40从图6(b)所示的数据表格中选出与获取到的周围温度Ta的值对应地预先确定的切换期间Δt的期间长度。
另外，在获取到风扇转速N作为条件J2的情况下，控制电路40从图6(c)所示的数据表格中选出与获取到的风扇转速N的值对应地预先确定的切换期间Δt的期间长度。
此外，并非限定于如上所述针对每1个条件J2选出期间长度。例如，也可以同时获取多个条件J2(例如，电流Ia和周围温度Ta)的两个值，根据保持有与该两个值对应的期间长度的表格(未图示)选出期间长度。
这样，控制电路40根据获取到的条件J2中的至少1个值，从多个期间长度中选出1个期间长度。
以下，说明与使用上述图3、图4、图6说明的控制不同的第1控制P1与第2控制P2的切换控制。
图7是在本发明的实施方式1的控制电路40的再生控制时的过电压抑制控制中示出与图3所示的控制不同的控制的示意图。
在使用图3说明的切换控制中，不论第1控制P1与第2控制P2的切换控制的经过时间如何，都始终使用恒定的切换期间Δt。
在图7所示的切换控制中，从开始第1控制P1与所述第2控制P2的切换控制的时刻t0至时刻t5使用的切换期间Δt1与从时刻t5至时刻t7使用的切换期间Δt2不同。
这样，还能够使用根据第1控制P1与所述第2控制P2的切换控制的经过时间预先确定的切换期间Δt1、Δt2。
此外，在本实施方式中，作为电动机驱动装置30的开关元件，图示n型MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)，但并非限定于此。具有开关功能即可，也可以使用双极型晶体管或IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)。作为单极型器件的MOSFET一般具有由于温度而导通电阻增加的趋势。另一方面，作为双极型器件的IGBT一般被认为集电极和发射极间的饱和电压相对于温度的增加量少。也可以考虑这些开关元件31、32的特性而选择以得到电动车的驱动器所要求的制动力。
另外，关于与开关元件31、32反并联连接的二极管，在使用MOSFET的情况下示出MOSFET的体二极管，但并非限定于此。该二极管具有反向地使电流流过的功能即可，也可以使用SBD(Schottky Barrier Diode，肖特基势垒二极管)或PN结二极管。另外，也可以不使用二极管，而使用MOSFET的同步整流。
在这些开关元件31、32中，除了Si半导体之外，还能够使用采用宽带隙半导体的开关元件。在宽带隙半导体中，除了有碳化硅之外，还有氮化镓、金刚石。宽带隙半导体能够进行高温动作，所以能够简化散热器等的冷却系统，能够实现装置的小型化。
另外，在本实施方式中，举出了使用继电器6的例子，但并非限定于此，根据电路结构，还存在不设置该继电器6的情况。
另外，上述电压传感器71、电流传感器72以及旋转传感器73的结构是一个例子。根据电动机4或与该电动机4连接的负载，有时不需要这些传感器、或者不使用感测到的信息。或者，还有时需要更多信息的感测，所以适当地变更传感器的结构即可。
另外，电动机驱动装置30的直流电源1例如包括NiMH(镍金属氢化物)电池或Li－ion(锂离子)电池。另外，也可以对交流电源进行整流来用作直流电源。
根据如上所述构成的本实施方式的电力变换装置100，当在再生控制时直流电源1与平滑电容器2之间为切断状态的情况下，在电动机驱动装置30与电动机4之间使再生电流回流。由此能够控制成再生电力不被充电到平滑电容器2。因此，能够抑制平滑电容器2的电压上升，能够防止平滑电容器2的过电压所引起的平滑电容器以及开关元件31、32的可靠性下降。
进而，当在电动机驱动装置30与电动机4之间使再生电流回流时，每隔预先确定的切换期间Δt切换第1控制P1和第2控制P2而进行控制。因此，能够确保一边由接通这一侧的开关元件31、32消耗再生电力、一边对断开这一侧的开关元件31、32不流过再生电流的冷却期间。由此能够对温度临时上升的开关元件31、32进行冷却，能够抑制开关元件31、32的温度上升，使可靠性提高。这样，能够提供可靠性高且寿命长的电力变换装置。
进而，还能够使用电容小的小型平滑电容器2和开关元件31、32，所以能够使装置结构小型化。
进而，不是如以往技术那样根据难以准确地探测的动作中的开关元件的温度确定切换期间，而是控制电路40使用预先确定的切换期间Δt。该切换期间Δt是根据对开关元件31、32的温度造成影响的各种各样的条件J1而预先确定的。而且，条件J1是开关元件31、32的元件特性等能够在电力变换装置100动作之前准确地获取的条件。因此，能够使用基于能够准确地获取的条件的合适的切换期间Δt。这样，能够将开关元件31、32的温度可靠性良好地抑制到上限温度值Tmax以下。
另外，在电力变换装置100的动作中，控制电路40获取Fail信号F1成为Hi的时间点处的在各相交流输入输出线中流过的电流Ia的值等条件J2，根据该条件J2选出切换期间Δt的期间长度。
即使在电力变换装置100的动作中也能够准确地获取在各相交流输入输出线中流过的电流Ia等该条件J2。另外，该条件J2表示即将进行第1控制P1与第2控制P2的切换控制之前的电力变换装置100的状态。
这样，能够根据准确、进而结合电力变换装置100的最近的动作状况的条件J2，从预先确定的多个期间长度之中选出最佳的期间长度。因此，能够高精度地抑制开关元件31、32的温度上升。
另外，不是如以往技术那样一边比较上开关元件31的温度和下开关元件32的温度，一边确定切换期间Δt。因此，不会招致控制电路40的比较控制所引起的处理的延迟。这样，控制电路40能够迅速地进行第1控制P1与第2控制P2的切换控制。
另外，这样每隔预先确定的切换期间Δt进行预先确定的第1控制P1与第2控制P2的切换控制，所以能够防止颤动。这样，能够进行稳定性高的切换控制。
另外，能够确定与第1控制P1和所述第2控制P2的切换控制的经过时间相应的切换期间Δt。由此，在开关元件31、32的温度高的过电压抑制控制的开始时间点使用期间长度短的切换期间Δt1。然后，在从过电压抑制控制的开始起经过规定的期间而到达开关元件31、32的温度变低的时刻时，使用期间长度长的切换期间Δt2。这样，能够根据第1控制P1和所述第2控制P2的经过时间，适当地减少开关元件31、32的开关次数。因此，能够抑制关断时的浪涌电压所致的开关元件31、32的劣化。
另外，将在电力变换装置100的通常动作时的控制中获取的电流Ia的值还用于过电压抑制控制中的切换期间Δt的确定。因此，无需为了确定切换期间Δt而另外设置电流传感器，能够活用现有的电流传感器72。由此，能够实现电力变换装置100的小型化、低成本化。
此外，在图6(c)中，作为冷却开关元件31、32的冷却条件，示出了风扇的转速N，但并非限定于此。例如也可以使用冷却水，在该情况下，作为冷却条件能够使用冷却水的温度、容积等。
另外，各种各样的条件J1并非限定于电力变换装置100的动作模式、各开关元件31、32的元件特性的偏差、各开关元件31、32的安装位置。对开关元件的温度造成影响的条件中的能够在电力变换装置100动作之前准确地获取的条件即可。
另外，作为热传导路径示出了基板60，作为散热部示出了散热器61，但并非限定于此。与开关元件31、32热连接即可。
另外，上限温度值Tmax设为开关元件31、32的PN结部的温度，但并非限定于此。例如，也可以是开关元件31、32的封装的表面温度。
实施方式2.
以下，以与上述实施方式1不同的地方为中心说明本发明的实施方式2。
在实施方式1中，预先确定有切换期间Δt，控制电路40使用该预先确定的切换期间Δt，对第1控制P1和第2控制P2进行切换控制。
在本实施方式中，控制电路40根据在电力变换装置100的动作中在各相交流输入输出线中流过的电流Ia确定规定的切换期间Δt。
该电流Ia与在上述实施方式1中作为条件J2而示出的电流Ia相同，与实施方式1同样地在电力变换装置100的动作中由电流传感器72获取。
然后，控制电路40根据电流Ia而确定切换期间Δt，每隔切换期间Δt切换第1控制P1和第2控制P2而进行控制。
控制电路40例如预先保持示出电流Ia与切换期间Δt的对应的表格，根据检测出的电流Ia确定切换期间Δt。另外，确定切换期间Δt以使开关元件31、32的PN结部的温度成为上限温度值Tmax以下。
另外，控制电路40也可以根据上述电流Ia和开关元件31、32的周围温度Ta来确定切换期间Δt。
该周围温度Ta与在上述实施方式1中作为条件J2而示出的周围温度Ta相同。
另外，控制电路40也可以根据上述电流Ia和冷却开关元件31、32的冷却条件而确定切换期间Δt。
该周围温度Ta与在上述实施方式1中作为条件J2而示出的周围温度Ta相同，是风扇的转速N等。
另外，控制电路40使用开关元件31、32的热阻以及热容量中的至少热阻来计算开关元件31、32的温度上升值ΔTr。然后，也可以根据上述电流Ia和计算出的温度上升值ΔTr而确定切换期间Δt。
另外，控制电路40也可以使用上述电流Ia、散热部的热阻以及热传导路径的热阻来计算温度上升值ΔTr。
该散热部和热传导路径与在上述实施方式1中示出的例子相同，是散热器61、基板60等。
另外，控制电路40也可以基于上述电流Ia而根据第1控制P1与第2控制P2的切换控制的经过时间来确定切换期间Δt。
该切换控制与上述实施方式1的图7所示的切换控制等同，切换期间Δt按照切换控制的经过时间而不同。
另外，也可以使用如在以下使用图而示出的基准信号来确定切换期间Δt。
图8是表示本发明的实施方式2的控制电路40的再生控制时的过电压抑制控制的信号的示意图。
在图中，示出用于控制电力变换装置100的动力运行以及再生的、成为驱动开关元件31、32的基础的载波C1。该载波C1是根据作为基准信号的时钟信号CLK生成的载波。
在本实施方式中，控制电路40根据该时钟信号CLK调整根据电流Ia所确定的切换期间Δt。
如图8所示，切换期间Δt被调整成时钟信号CLK的周期的整数倍，各切换期间Δt与时钟信号CLK的上升同步地开始。
这样，对切换期间Δt的确定也使用用于生成载波C1的时钟信号CLK。
根据如上所述构成的本实施方式的电力变换装置，即使在再生控制时直流电源1与平滑电容器2之间的路径为切断状态的情况下，控制电路40也根据电力变换装置100的动作中的在各相交流输入输出线中流过的电流Ia的值来确定切换期间Δt。
这样，控制电路40能够根据能够准确地获取且结合实际的动作状况的电流Ia确定合适的切换期间Δt。
另外，控制电路40确定切换期间Δt，所以即使在电力变换装置100的动作中也能够确定切换期间Δt。因此，控制的自由度提高。
这样，能够一边抑制平滑电容器2的电压上升，一边可靠性良好地抑制开关元件31、32的温度上升，设为上限温度值Tmax以下。
因此，能够使平滑电容器2以及开关元件31、32的可靠性提高。由此，能够提供可靠性高且寿命长的电力变换装置。进而，还能够使用电容小的小型平滑电容器2及开关元件31、32，所以能够使装置结构小型化。
进而，控制电路40除了上述电流Ia之外，还根据能够准确地获取的其它各种各样的条件(开关元件31、32的周围温度Ta、用于冷却开关元件31、32的冷却条件、开关元件31、32的热阻、开关元件31、32的热容量、开关元件31、32的热传导路径的热阻、散热部的热阻)确定切换期间Δt。
这样，能够根据能够更准确地获取的各种各样的条件确定合适的切换期间Δt。
进而，控制电路40能够确定与第1控制P1和所述第2控制P2的切换控制的经过时间相应的切换期间Δt。由此，能够适当地减少开关元件31、32的开关次数，抑制关断时的浪涌电压所致的开关元件31、32的劣化。
进而，控制电路40能够根据用于驱动开关元件31、32的时钟信号CLK调整切换期间Δt，确定其相位。
这样，能够将用于对控制电路40的动力运行以及再生进行控制的时钟信号CLK也用于切换期间Δt的确定，无需新追加基准信号。由此，能够降低控制电路40的控制动作的负荷。
实施方式3.
以下，以与上述实施方式1以及实施方式2不同的地方为中心，使用图说明本发明的实施方式3。对与上述实施方式1以及实施方式2相同或者等同的结构要素附加相同符号，省略说明。
图9是示出本发明的实施方式3的电力变换装置300的结构的概略图。
如图所示，在本实施方式中，用于对平滑电容器2进行放电的放电电路380与平滑电容器2并联连接。放电电路380包括电阻381、开关元件382以及用于驱动开关元件382的驱动电路383。
图10是表示本发明的实施方式3的控制电路340的再生控制时的过电压抑制控制的信号的示意图。此外，横轴表示时间，Q表示过电压抑制控制的期间。
在图中，示出在直流电源1与平滑电容器2之间的路径成为切断状态的情况下成为接通的Fail信号F1、控制电路340的PWM电路43在过电压抑制控制时输出到电动机驱动装置30的下开关元件32U、32V、32W以及上开关元件31U、31V、31W的驱动信号S2、S1、与过电压抑制控制时的放电电路380的驱动信号S3的关系。
与实施方式1同样地，控制电路340在电动机驱动装置30的再生控制时，当在时刻t0处Fail信号F1成为Hi时，开始过电压抑制控制。然后，控制电路340执行第2控制P2，该第2控制P2具有使U相、V相、W相的全部下开关元件32U、32V、32W接通、并且使全部上开关元件31U、31V、31W断开的零向量期间。
在从时刻t0起经过期间Δt的时刻t1，控制电路340使下开关元件32U、32V、32W以及上开关元件31U、31V、31W断开，并且使放电电路380内的开关元件382接通。此时，上开关元件31U、31V、31W以及下开关元件32U、32V、32W都为断开，所以再生电力被充电到平滑电容器2。此时，放电电路380内的开关元件382被接通。因此，充电到平滑电容器2内的电力被电阻381消耗，抑制平滑电容器2的电压上升。
在从时刻t1起经过规定的期间的时刻t2，控制电路40从接通放电电路380内的开关元件382的控制切换到第1控制P1，该第1控制P1具有使U相、V相、W相的全部上开关元件31U、31V、31W接通、并且使全部下开关元件32U、32V、32W断开的零向量期间。
接下来，在从时刻t2起经过期间Δt的时刻t3切换到第2控制P2。该时刻t3的控制状态与时刻t0的控制状态相同，在时刻t3以后，直至Fail信号F1成为Low为止反复进行与上述时刻t0～时刻t2相同的控制动作。
这样，控制电路40每隔切换期间Δt切换第1控制P1和第2控制P2而进行控制，在从第2控制P2切换到第1控制P1的期间进行放电控制P3。
此外，关于在本实施方式中使用的切换期间Δt，既可以使用如上述实施方式1所示的预先确定的切换期间Δt，也可以如上述实施方式2所示由控制电路40确定切换期间Δt。
根据如上所述构成的本实施方式的电力变换装置300，起到与上述实施方式1同样的效果，即使在再生控制时直流电源1与平滑电容器2之间的路径为切断状态的情况下，也能够一边抑制平滑电容器2的电压上升，一边可靠性良好地抑制开关元件31、32的温度上升。因此，能够提高平滑电容器2以及开关元件31、32的可靠性。由此，能够提供可靠性高且寿命长的电力变换装置。进而，还能够使用电容小的小型平滑电容器2及开关元件31、32，所以能够使装置结构小型化。
进而，通过设置放电电路380，构成为不仅能够在电动机驱动装置30的内部消耗再生电力，而且还能够由放电电路380的电阻381消耗再生电力。而且，在第1控制P1与第2控制P2之间，设置如下控制：使上开关元件31U、31V、31W以及下开关元件32U、32V、32W断开，并且通过放电电路380消耗再生电力。由此，能够将一边抑制平滑电容器2的电压上升、一边对各开关元件31、32不流过再生电流的冷却期间确保得更长。这样，使开关元件31、32的可靠性提高的效果进一步提高。
此外，在本实施方式中，在从第2控制P2切换到第1控制P1的期间设置有通过放电电路380使平滑电容器2放电的控制，但并非限定于该顺序。也可以在从第1控制P1切换到第2控制P2的期间设置通过放电电路380使平滑电容器2放电的控制。
另外，也可以对控制电路340设置判定平滑电容器2的电压V1是否为规定的电压Vs以上的单元，控制成仅在平滑电容器2的电压Vdc为电压Vs以上的情况下，使开关元件382接通，对平滑电容器2进行放电。由此，能够进行与实际的平滑电容器2的电压Vdc相应的控制。
另外，上述所示的放电电路380的结构是一个例子，并非限定于此，是具备能够切换流过再生电流的路径的接通、断开的开关元件并能够消耗再生电力的电路结构即可。
另外，在本实施方式中，每隔规定的恒定切换期间Δt切换第1控制P1和第2控制P2而进行控制，但并非限定于此。例如也可以设定成执行第1控制P1的期间和执行第2控制P2的切换期间Δt不同。
另外，使用放电电路380的期间也可以设定成与切换期间Δt不同。
这样的开关元件的驱动方法是一个例子。只要使用温度信息来控制开关元件31、32以抑制电动机驱动装置30的开关元件31、32的可靠性的下降即可。
另外，在上述实施方式1～3中叙述的电力变换装置不限于用于电动车的电动机驱动的电力变换装置，电动机4也不限于用于电动车的电动机。
另外，本发明能够在该发明的范围内对各实施方式自由地进行组合，能够对各实施方式适当地进行变形、省略。

Claims (24)

1.一种电力变换装置，具备：
平滑电容器，连接于直流母线间，对来自直流电源的直流电力进行平滑；
逆变器电路，具备串联体，并将直流电力变换为交流电力并输出，该串联体分别并联连接于所述直流母线间，在所述串联体中与所述直流母线的高电位侧连接的上开关元件和与所述直流母线的低电位侧连接的下开关元件分别被串联连接，所述上开关元件和所述下开关元件的连接点与各相交流输入输出线连接；以及
控制电路，控制所述逆变器电路的动力运行以及再生，其中，
所述控制电路在所述逆变器电路的再生控制中，在所述直流电源与所述平滑电容器之间的路径为切断状态的情况下，每隔预先确定的切换期间切换第1控制和第2控制而进行控制，所述第1控制使全部所述上开关元件接通，并且使全部所述下开关元件断开，所述第2控制使全部所述下开关元件接通，并且使全部所述上开关元件断开，
所述控制电路对于所述切换期间保持多个不同的期间长度，
根据在所述各相交流输入输出线中流过的电流、所述上开关元件以及所述下开关元件的周围温度、冷却所述上开关元件以及所述下开关元件的条件中的至少1个，从多个所述期间长度中选出1个期间长度来用于所述切换期间。
2.一种电力变换装置，具备：
平滑电容器，连接于直流母线间，对来自直流电源的直流电力进行平滑；
逆变器电路，具备串联体，并将直流电力变换为交流电力并输出，该串联体分别并联连接于所述直流母线间，在所述串联体中与所述直流母线的高电位侧连接的上开关元件和与所述直流母线的低电位侧连接的下开关元件分别被串联连接，所述上开关元件和所述下开关元件的连接点与各相交流输入输出线连接；以及
控制电路，控制所述逆变器电路的动力运行以及再生，其中，
所述控制电路在所述逆变器电路的再生控制中，在所述直流电源与所述平滑电容器之间的路径为切断状态的情况下，每隔预先确定的切换期间切换第1控制和第2控制而进行控制，所述第1控制使全部所述上开关元件接通，并且使全部所述下开关元件断开，所述第2控制使全部所述下开关元件接通，并且使全部所述上开关元件断开，
根据所述第1控制与所述第2控制的切换控制的经过时间确定所述切换期间。
3.一种电力变换装置，具备：
平滑电容器，连接于直流母线间，对来自直流电源的直流电力进行平滑；
逆变器电路，具备串联体，并将直流电力变换为交流电力并输出，该串联体分别并联连接于所述直流母线间，在所述串联体中与所述直流母线的高电位侧连接的上开关元件和与所述直流母线的低电位侧连接的下开关元件分别被串联连接，所述上开关元件和所述下开关元件的连接点与各相交流输入输出线连接；以及
控制电路，控制所述逆变器电路的动力运行以及再生，其中，
所述控制电路在所述逆变器电路的再生控制中，在所述直流电源与所述平滑电容器之间的路径为切断状态的情况下，每隔预先确定的切换期间切换第1控制和第2控制而进行控制，所述第1控制使全部所述上开关元件接通，并且使全部所述下开关元件断开，所述第2控制使全部所述下开关元件接通，并且使全部所述上开关元件断开，
所述电力变换装置具备具有开关元件的放电电路，该放电电路与所述平滑电容器并联连接，
所述控制电路在所述第1控制与所述第2控制之间设置放电控制，该放电控制使所述上开关元件以及所述下开关元件断开，并且使所述放电电路内的所述开关元件接通。
4.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中，
确定所述切换期间以使所述上开关元件以及所述下开关元件的温度为上限温度值以下。
5.根据权利要求2所述的电力变换装置，其中，
确定所述切换期间以使所述上开关元件以及所述下开关元件的温度为上限温度值以下。
6.根据权利要求3所述的电力变换装置，其中，
确定所述切换期间以使所述上开关元件以及所述下开关元件的温度为上限温度值以下。
7.一种电力变换装置，具备：
平滑电容器，连接于直流母线间，对来自直流电源的直流电力进行平滑；
逆变器电路，具备串联体，并将直流电力变换为交流电力并输出，该串联体分别并联连接于所述直流母线间，在所述串联体中与所述直流母线的高电位侧连接的上开关元件和与所述直流母线的低电位侧连接的下开关元件分别被串联连接，所述上开关元件和所述下开关元件的连接点与各相交流输入输出线连接；以及
控制电路，控制所述逆变器电路的动力运行以及再生，其中，
所述控制电路在所述逆变器电路的再生控制中，在所述直流电源与所述平滑电容器之间的路径为切断状态的情况下，每隔规定的切换期间切换第1控制和第2控制而进行控制，所述第1控制使全部所述上开关元件接通，并且使全部所述下开关元件断开，所述第2控制使全部所述下开关元件接通，并且使全部所述上开关元件断开，
所述控制电路根据在所述各相交流输入输出线中流过的电流确定所述切换期间。
8.根据权利要求7所述的电力变换装置，其中，
所述控制电路确定所述切换期间以使所述上开关元件以及所述下开关元件的温度为上限温度值以下。
9.根据权利要求7所述的电力变换装置，其中，
所述控制电路根据所述上开关元件以及所述下开关元件的周围温度确定所述切换期间。
10.根据权利要求8所述的电力变换装置，其中，
所述控制电路根据所述上开关元件以及所述下开关元件的周围温度确定所述切换期间。
11.根据权利要求7所述的电力变换装置，其中，
所述控制电路根据冷却所述上开关元件以及所述下开关元件的冷却条件确定所述切换期间。
12.根据权利要求8所述的电力变换装置，其中，
所述控制电路根据冷却所述上开关元件以及所述下开关元件的冷却条件确定所述切换期间。
13.根据权利要求9所述的电力变换装置，其中，
所述控制电路根据冷却所述上开关元件以及所述下开关元件的冷却条件确定所述切换期间。
14.根据权利要求10所述的电力变换装置，其中，
所述控制电路根据冷却所述上开关元件以及所述下开关元件的冷却条件确定所述切换期间。
15.根据权利要求7所述的电力变换装置，其中，
使用所述上开关元件以及所述下开关元件的热阻以及热容量中的至少热阻来预先计算所述上开关元件以及所述下开关元件的温度上升值，
所述控制电路根据所述温度上升值确定所述切换期间。
16.根据权利要求8所述的电力变换装置，其中，
使用所述上开关元件以及所述下开关元件的热阻以及热容量中的至少热阻来预先计算所述上开关元件以及所述下开关元件的温度上升值，
所述控制电路根据所述温度上升值确定所述切换期间。
17.根据权利要求15所述的电力变换装置，其中，
所述上开关元件以及所述下开关元件的发热经由热传导路径传热到散热部，使用所述散热部的热阻和所述热传导路径的热阻来计算所述温度上升值。
18.根据权利要求7所述的电力变换装置，其中，
所述控制电路根据所述第1控制与所述第2控制的切换控制的经过时间确定所述切换期间。
19.根据权利要求8所述的电力变换装置，其中，
所述控制电路根据所述第1控制与所述第2控制的切换控制的经过时间确定所述切换期间。
20.根据权利要求7至19中的任意一项所述的电力变换装置，其中，
所述控制电路根据基准信号调整所述切换期间，该基准信号用于生成用于所述上开关元件以及所述下开关元件的驱动控制的载波。
21.根据权利要求7至19中的任意一项所述的电力变换装置，其中，
具备具有开关元件的放电电路，该放电电路与所述平滑电容器并联连接，
所述控制电路在所述第1控制与所述第2控制之间设置放电控制，该放电控制使所述上开关元件以及所述下开关元件断开，并且使所述放电电路内的所述开关元件接通。
22.根据权利要求1至19中的任意一项所述的电力变换装置，其中，
所述控制电路在所述逆变器电路的再生控制中，在所述直流母线间的电压成为规定电压值以上的情况下，判定为所述路径为切断状态。
23.根据权利要求1至19中的任意一项所述的电力变换装置，其中，
所述上开关元件以及所述下开关元件是单极型器件。
24.根据权利要求1至19中的任意一项所述的电力变换装置，其中，
所述上开关元件以及所述下开关元件是双极型器件。
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