CN109088531A - 电力变换单元的驱动电路及驱动方法、电力变换单元以及电力变换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够提高电流不平衡降低的精度或可靠性的电力变换单元的驱动电路及驱动方法、具备此种驱动电路的电力变换单元、以及多个电力变换单元并联连接的电力变换装置。设置在利用半导体开关元件(301)进行电力变换的电力变换单元(111)中并对半导体开关元件进行驱动的电力变换单元的驱动电路(501)具备电压可变电路部(55)，用于输出要施加给半导体开关元件的控制用驱动电压，在电压可变电路部中，当多个电力变换单元并联连接时，基于表示半导体开关元件的元件特性与驱动电压之间的关系的特性映射信息(31)，对驱动电压进行可变控制，使得元件特性为规定值(30)。

Description

电力变换单元的驱动电路及驱动方法、电力变换单元以及电 力变换装置

【技术领域】

本发明涉及一种利用半导体开关元件进行电力变换的电力变换单元的驱动电路及驱动方法、由半导体开关元件及驱动电路构成的电力变换单元、以及具备多个电力变换单元的电力变换装置。

【背景技术】

在逆变器装置等电力变换装置中，搭载有半导体开关元件的功率半导体模块、电容器、母排、栅极驱动电路等部件一体形成电力变换单元，通过搭载多个该电力变换单元，能够提高输出容量。通过使用此种电力变换单元，能够使部件共用，降低电力变换装置的成本。此处，通过增加电力变换单元的并联数量，能够实现电力变换装置的大容量化。

如果并联连接电力变换单元，由于半导体开关元件的栅极阈值或导通电压等的特性差异，流过半导体开关元件的电流值会不平衡。因此，将流过半导体开关元件的电流设定为比额定电流小的电流值来设计电力变换单元，或者从多个半导体开关元件中挑选具有相同特性的半导体开关元件使用。但是，通过电力变换单元的并联连接来实现电力变换装置的大容量化及低成本化受到限制。

对此，周知有如专利文献1及专利文献2所记载的现有技术，即通过半导体开关元件的驱动控制来降低电流不平衡。

根据专利文献1所记载的技术，在IGBT驱动电路上设置可变栅极电阻电路，相应于流过多个IGBT的电流脉冲的时滞，控制各可变栅极电阻电路，从而使IGBT的导通、关断控制开始时的各栅极电阻发生变化。

根据专利文献2所记载的技术，相应于栅极阈值电压与栅极阈值电压基准值的差分，使半导体开关元件的驱动电路中的驱动控制用电源及发射极电位生成用电源的各电压等量位移。

【现有技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本专利特开2014-230307号公报

专利文献2：日本专利特开2008-178248号公报

【发明内容】

【发明所要解决的技术问题】

根据专利文献1的技术，如果栅极电阻值不同，开关时序的温度依赖性会变大，因此，降低电流不平衡的精度或可靠性难以提高。

此外，根据专利文献2的技术，为了调整驱动控制用电源及发射极电位生成用电源的各电压，栅极驱动电路的构成会变得复杂，且电路的调整比较困难。因此，降低电流不平衡的精度或可靠性难以提高。

对此，本发明提供一种降低电流不平衡的精度或可靠性能够提高的电力变换单元的驱动电路及驱动方法、具备此种驱动电路的电力变换单元、以及多个电力变换单元并联连接的电力变换装置。

【解决技术问题所采用的技术方案】

为了解决上述问题，本发明的电力变换单元的驱动电路设置在利用半导体开关元件进行电力变换的电力变换单元中，对半导体开关元件进行驱动；所述电力变换单元的驱动电路具备电压可变电路部，用于输出要施加给半导体开关元件的控制用驱动电压；在电压可变电路部中，当多个电力变换单元并联连接时，基于表示半导体开关元件的元件特性与驱动电压之间的关系的特性映射信息，对驱动电压进行可变控制，使得元件特性为规定值。

为了解决上述问题，本发明的电力变换单元的驱动方法对半导体开关元件施加控制用驱动电压，驱动半导体开关元件，在多个电力变换单元并联连接时，基于表示半导体开关元件的元件特性与驱动电压之间的关系的特性映射信息，设定驱动电压值，使得元件特性为规定值。

此外，为了解决上述问题，本发明的电力变换单元具备半导体开关元件以及驱动半导体开关元件的驱动电路，利用半导体开关元件进行电力变换；驱动电路具备电压可变电路部，用于输出要施加给半导体开关元件的控制用驱动电压；在电压可变电路部中，当多个电力变换单元并联连接时，基于表示半导体开关元件的元件特性与驱动电压之间的关系的特性映射信息，对驱动电压进行可变控制，使得元件特性为规定值。

此外，为了解决上述问题，本发明的电力变换装置由多个电力变换单元并联连接而构成，所述电力变换单元具备半导体开关元件以及驱动半导体开关元件的驱动电路；所述电力变换装置具备电压可变电路部及通用控制部，其中，所述电压可变电路部设置于多个驱动电路的各驱动电路中，用于输出要施加给半导体开关元件的控制用驱动电压，所述通用控制部针对多个电压可变电路部的各电压可变电路部，生成用于设定驱动电压值的目标指令；通用控制部基于表示多个半导体开关元件的各元件特性与驱动电压之间的关系的特性映射信息，生成目标指令，使得各元件特性为通用的规定值。

【发明效果】

根据本发明，基于特性映射信息设定驱动电压值，从而能够使降低电流不平衡的精度或可靠性得到提高。

根据以下实施方式的说明，能够明确上述以外的问题、构成及效果。

【附图说明】

图1表示实施例1的电力变换单元的驱动电路的框图。

图2表示由实施例1的驱动电路驱动的半导体开关元件的栅极电压波形例及主电流波形例。

图3表示实施例1的驱动电路所具备的可变电压源的电路构成例。

图4是表示在实施例1中执行的电力变换单元的驱动方法的流程图。

图5表示实施例2的电力变换单元的驱动电路的框图。

图6表示实施例3的电力变换单元的驱动电路的框图。

图7表示实施例4的电力变换单元的驱动电路的框图。

图8表示实施例5的驱动电路所适用的电力变换装置中的导通波形例。

图9表示实施例5中半导体开关元件的温度与导通损耗(Eon)的不平衡率之间的关系。

【具体实施方式】

以下，利用实施例1～5，参照附图，说明本发明的实施方式。在各图中，参照编号或名称相同时，表示同一构成要素或具备类似功能的构成要素。

【实施例1】

图1表示本发明实施例1的电力变换单元的驱动电路的框图。另外，同时记载有栅极电压波形例和主电流波形例。

电流变换装置由电力变换单元111及电力变换单元112构成。电力变换单元111及电力变换单元112互相并联连接，由通用控制部6进行控制。另外，电力变换单元的并联数量并不仅限于2个，相应于电力变换装置的电力容量，可为多个。

电力变换单元111由功率用半导体开关元件301和驱动电路501构成。电力变换单元112由功率用半导体开关元件302和驱动电路502构成。半导体开关元件301及半导体开关元件302分别和续流二极管一同搭载于功率模块上。

另外，在本实施例1中，作为半导体开关元件301、302，使用IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)。此外，并不仅限于IGBT，也可以使用功率用MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应管)等。半导体开关元件301、302也可以和常规的功率模块一样，由在电路基板上并联连接的多个半导体元件芯片构成。

如果并联连接电力变换单元111及电力变换单元112，则半导体开关元件301和半导体开关元件302并联连接。半导体开关元件301及302分别由驱动电路501及驱动电路502驱动。对驱动电路501及驱动电路502进行独立控制，以便分别对半导体开关元件301、302输出导通/关断控制用栅极驱动电压。

驱动电路501及驱动电路502分别具备栅极电压可变电路部55。借此，驱动电路501及驱动电路502相应于相同的输入信号21，独立控制栅极电压可变电路部55，从而能够对半导体开关元件301及半导体开关元件302的栅极施加不同波形的栅极电压。

栅极电压可变电路部55由可变电压源10、充电用开关22、充电用电阻24、放电用开关23及放电用电阻25构成。在本实施例1中，使用MOSFET作为充电用开关22及放电用开关23。另外，并不仅限于MOSFET，也可以使用双极结型晶体管等。

相应于输入信号21，栅极电压可变电路部55对充电用开关22及放电用开关23进行互补的导通/关断控制，从而使栅极输出端子13的电位与正偏置端子11的电位大致相同，或者与负偏置端子12的电位大致相同(在本实施例1中为基准电位)。从而能够对半导体开关元件301、302的栅极与发射极之间的静电电容进行充放电，使半导体开关元件301、302导通/关断。

更具体而言，当给出导通指令信号作为输入信号21时，充电用开关22变为导通状态，放电用开关23变为关断状态，可变电压源10的电压经由充电用开关22及充电用电阻24，施加到半导体开关元件的栅极与发射极之间。从而能够对半导体开关元件的栅极与发射极之间的静电电容进行充电，半导体开关元件导通。此处，发射极的电位与负偏置端子12的电位(基准电位)大致相同。

此外，当给出关断指令信号作为输入信号21时，放电用开关23变为导通状态，充电用开关22变为关断状态，在放电用开关23及放电用电阻25的作用下，半导体开关元件的栅极与发射极之间短路。从而能够使半导体开关元件的栅极与发射极之间的静电电容的充电电荷放电，半导体开关元件关断。

进而，驱动电路501及驱动电路502分别具备特性映射记录机构51，用于记录半导体开关元件301及半导体开关元件302的特性相关信息。另外，作为特性映射记录机构51，适用例如存储元件或二维条码等。

在电力变换单元111的特性映射记录机构51中，记录有表示半导体开关元件301的栅极(驱动)电压Vge与开关特性(在本实施例1中为“导通时间”)之间的关系的特性映射信息31。此外，在电力变换单元112的特性映射记录机构51中，记录有关于半导体开关元件302的同样的特性映射信息32。此处，本实施例1的特性映射信息中的栅极(驱动)电压是栅极电压(栅极与发射极之间的电压)波形中的电压峰值(Vge1、Vge2)，相当于可变电压源10输出的电源电压值。

在本实施例1中，特性映射信息是通过以栅极(驱动)电压Vge为自变量、以导通时间为因变量的函数(在图1中为“线性函数”)而给出的。该函数例如根据一边改变栅极驱动电压一边测定导通时间而获得的多个数据，并利用回归分析等统计模型而得到。

另外，特性映射信息只要是表示相对于栅极驱动电压变化的开关特性(导通时间等)变化的信息，则并不仅限于函数，也可以是表格数据等。

通用控制部6利用读取机构511获得记录于电力变换单元111的特性映射记录机构51中的特性映射信息31。并且，通用控制部6利用读取机构512获得记录于电力变换单元112的特性映射记录机构51中的特性映射信息32。另外，如果特性映射记录机构51是存储元件，则读取机构具有读取通用控制部6中的数据的功能。如果特性映射记录机构51是二维条码等，则读取机构是条码阅读器等。

通用控制部6基于读取机构511所获得的特性映射信息31，运算与开关特性的规定值即目标值30相对应的半导体开关元件301的栅极电压目标指令551(Vge1)。并且，通用控制部6基于读取机构512所获得的特性映射信息32，运算与半导体开关元件301通用的目标值30所对应的半导体开关元件302的栅极电压目标指令552(Vge2)。

进而，通用控制部6将通过运算而生成的栅极电压目标指令551以及栅极电压目标指令552分别发送给驱动电路501的栅极电压可变电路部55以及驱动电路502的栅极电压可变电路部55。由此，驱动电路501所具备的栅极电压可变电路部55中的可变电压源10的输出电压被设定为栅极电压目标指令551。并且，驱动电路502所具备的栅极电压可变电路部55中的可变电压源10的输出电压被设定为栅极电压目标指令552。由此，能够独立地控制施加于半导体开关元件301、302的各栅极的栅极驱动电压(例如，如图所示，能够使Vge1＞Vge2)。

在本实施例1中，如特性映射信息31、32所示，半导体开关元件301、302的开关特性不同，但根据以上所述的驱动电路，如主电流波形例所示，在进行开关时有大致相等的电流流过半导体开关元件301、302。也就是说，防止了半导体开关元件301、302中的电流不平衡。

以下针对本实施例1的动作进行详细说明。

图2表示由本实施例1的驱动电路驱动的半导体开关元件的栅极电压波形例(Vge1＞Vge2)及主电流波形例((b))。另外，为了进行比较，还示有栅极施加电压大致相同时(Vge1＝Vge2)的栅极电压波形例及主电流波形例((a))。

如上所述，本实施例1中的半导体开关元件301、302的开关特性不同。也就是说，如图1中的特性映射信息31、32所示，相对于相同的电压值，半导体开关元件301的导通比半导体开关元件302晚。这种开关特性的差异是由栅极阈值电压差异或杂质浓度分布等的结型结构差异等所致。

此处，导通时间是从栅极电压开始上升的时间点(t0)到主电流开始上升的时间点(t1a、t1b)为止的时间。因此，当Vge1＝Vge2时((a))，半导体开关元件301的导通时间为“t1b－t0”，半导体开关元件302的导通时间为“t1a－t0”，半导体开关元件301的导通时间比半导体开关元件302长。也就是说，半导体开关元件301的导通比半导体开关元件302晚。因此，电流容易集中到更快导通的半导体开关元件302中，进行开关时，半导体开关元件302的主电流I2要比半导体开关元件301的主电流I1大。也就是说，主电流I1及I2会产生不平衡，半导体开关元件的电力损耗出现不平衡。

对此，如本实施例1所述，当Vge1＞Vge2时((b))，半导体开关元件301的导通被相对地加快，半导体开关元件302的导通则被相对地减慢。因此，半导体开关元件301、302的导通时间大致相同(t1－t0)，主电流I1、I2大致相同，达到平衡。

图3表示本实施例1的驱动电路所具备的栅极电压可变电路部55中的可变电压源10的电路构成例。

如图3所示，可变电压源10由以下主要部件构成，即：绝缘变压器400、连接到绝缘变压器400的初级绕组的DC/DC控制器516、连接到绝缘变压器400的次级绕组的二极管整流器401以及用于设定可变电压源10的输出电压值的电位器(可变电阻)430。

此处，DC/DC控制器516具备半导体开关以及控制电路，并与其他部件一同构成作为可变电压源10的主电路部的DC/DC转换器电路，其中，所述半导体开关构成连接到绝缘变压器400的初级绕组的逆变器，所述控制电路向逆变器供应直流电并控制半导体开关。另外，DC/DC控制器516或者DC/DC控制器516所具备的控制电路可以设计为集成电路。

从未图示的直流电源向初级侧正电源输入端子518和初级侧负电源输入端子517的端子之间，即DC/DC控制器516的直流输入端子之间施加初级侧直流电压。经由绝缘变压器400，DC/DC控制器516将从直流电源输入的电力传输到次级侧。传输的电力经由二极管整流器401被蓄积于电容器402中。从而向次级侧正偏置端子11和负偏置端子12的端子之间输出次级侧直流电压。并且，利用稳压二极管404和电阻403设定中间电位端子14的电位。

通过DC/DC控制器516传输的电力的一部分经由绝缘变压器400的辅助绕组以及连接到辅助绕组的整流二极管433，蓄积到电容器432中。另外，产生于电容器402的两端和电容器432的两端的电压成比例。

为了对DC/DC控制器516给出指令以控制可变电压源10的输出电压，电容器432的两端连接有具备反馈端子431的电位器430。利用反馈端子431对电容器432的两端电压进行电阻分压，电阻分压比由给予电位器控制端子434的指令信号进行控制。因此，通过控制电位器430的电阻分压比，能够控制正偏置端子11和负偏置端子12的端子间电压，即可变电压源10的输出电压。

在本实施例1中，给予电位器控制端子434的指令信号是从通用控制部6发送来的上述栅极电压目标指令551、552。相应于栅极电压目标指令551、552设定电位器430的电阻分压比，因此，可变电压源10会输出栅极电压目标指令所表示的栅极驱动电压值的电源电压。

图4是表示在本实施例1中执行的电力变换单元的驱动方法的流程图。

首先，作为初始条件，在功率单元(电力变换单元111、112)中记录关于开关时序的栅极电压依赖性的信息(特性映射信息)(步骤S1)。

接着，利用通用控制部6，从电力变换单元获得特性映射信息(步骤S2)。

然后，在通用控制部6中，根据所获得的特性映射信息，计算出开关时序大致相同的各电力变换单元的栅极(驱动)电压(步骤S3)。

继而，将表示计算出的各栅极(驱动)电压值的栅极电压目标指令从通用控制部6发送到各驱动电路上所搭载的栅极电压可变电路部55(步骤S4)。

最后，利用栅极电压可变电路部55，以相应于栅极电压目标指令的栅极(驱动)电压驱动半导体开关元件(步骤S5)。

如上所述，根据本实施例1，基于预先记录于特性映射记录机构中的表示栅极驱动电压与开关特性之间的关系的特性映射信息，能够可变地控制驱动电路输出的栅极驱动电压，从而能够提高多个功率半导体开关元件的电流不平衡的降低精度或可靠性。并且，驱动电路具有相应于栅极电压目标指令进行控制的可变电压源，该栅极电压目标指令基于预先记录于特性映射记录机构中的表示栅极驱动电压与开关特性之间的关系的特性映射信息而生成，因此，容易且能够高精度地调整各功率半导体开关元件的栅极驱动电压。

【实施例2】

图5表示本发明实施例2的电力变换单元的驱动电路的框图。以下，主要针对不同于实施例1的方面进行说明。

在本实施例2中，电力变换单元中的功率用半导体开关元件的特性映射信息31、32(图1)从数据库201中参照得到。

如图5所示，表示各半导体开关元件的开关特性与栅极驱动电压之间的关系的特性映射信息保存于数据库201中。电力变换单元111及电力变换单元112利用它们所附带的产品条码或制造编号等识别机构，与数据库201中的特性映射信息建立关联。

并联连接电力变换单元111和电力变换单元112时，计算机203利用读取机构202，从数据库201中获得与电力变换单元111及电力变换单元112所附带的识别机构建立关联的特性映射信息。计算机203基于所获得的特性映射信息，运算相对于同一开关特性的各栅极驱动电压。然后，计算机203利用发送机构204将运算出的各栅极驱动电压发送给上位控制器205。上位控制器205相应于从计算机203发送来的栅极驱动电压值，生成栅极电压目标指令551、552，将生成的栅极电压目标指令551发送给电力变换单元111的栅极电压可变电路部55，并将生成的栅极电压目标指令552发送给电力变换单元112的栅极电压可变电路部55。

电力变换单元111及电力变换单元112的各栅极电压可变电路部55将栅极电源电压设定为从上位控制器205发送来的栅极电压目标指令值，然后与输入信号21同步地分别对半导体开关元件301及半导体开关元件302进行驱动控制。

另外，在本实施例2中，栅极电压可变电路部55保存从上位控制器205发送来的栅极电压目标指令。从而，在栅极电压可变电路部55的输出电压被设定为栅极电压目标指令值后，无论上位控制器205或发送机构204的状态如何，例如即便它们均停止，电力变换单元111及电力变换单元112的栅极电压可变电路部55的输出电压值也会维持在相应于栅极电压目标指令的值。

根据本实施例2，基于记录于数据库中的特性映射信息，控制栅极驱动电压，因此，和实施例1一样，能够提高多个功率半导体开关元件的电流不平衡降低的精度或可靠性。并且，是从数据库获得特性映射信息，因此，在电力变换装置安装时或保养时，容易对用于抑制多个电力变换单元的电流不平衡的电路进行调整。

【实施例3】

图6表示本发明实施例3的电力变换单元的驱动电路的框图。以下，主要针对不同于实施例1的方面进行说明。

电力变换单元111由具备上下桥臂的功率模块305、驱动上桥臂的半导体开关元件303的驱动电路503、以及驱动下桥臂的半导体开关元件301的驱动电路501构成。此外，电力变换单元112由具备上下桥臂的功率模块306、驱动上桥臂的半导体开关元件304的驱动电路504、以及驱动下桥臂的半导体开关元件302的驱动电路502构成。

并联连接电力变换单元111和电力变换单元112，构成电力变换装置(例如逆变器)的主电路的一相。如果并联连接电力变换单元111和电力变换单元112，则上桥臂的半导体开关元件303、304并联连接，并且下桥臂的半导体开关元件301、302并联连接。

上桥臂的半导体开关元件303、304的各高电位侧连接到直流端子(正极)601。下桥臂的半导体开关元件301、302的各低电位侧连接到直流端子(负极)602。上下桥臂的串联连接点即上桥臂的半导体开关元件303、304的各低电位侧以及下桥臂的半导体开关元件301、302的各高电位侧连接到输出端子603。

驱动电路501、502、503、504的电路构成相同。因此，以下对下桥臂用驱动电路501、502进行详细说明，而对上桥臂用驱动电路503、504进行概略说明。

如图6所示，驱动电路501、502具备记录机构51(相当于图1中的“特性映射记录机构”)、接口(I/F)电路部52、栅极电压斜率可变电路部54以及栅极电压可变电路部55。

驱动电路501及502的各记录机构51分别记录表示下桥臂的半导体开关元件301及302的开关特性与栅极驱动电压之间的关系的特性映射信息。优选在功率模块或半导体开关元件的出厂检查时，通过测试检查获得记录机构51所记录的特性映射信息。

利用栅极电压计算机构60，从记录机构51读取半导体开关元件301、302的特性映射信息。栅极电压计算机构60基于所读取的特性映射信息，运算与开关特性的目标值相对应的半导体开关元件301、302的各栅极驱动电压。通用控制部6相应于栅极电压计算机构60运算出的栅极驱动电压，生成栅极电压目标指令，并分别发送给驱动电路501、502。驱动电路501、502接收的栅极电压目标指令经由接口电路部52发送到栅极电压斜率可变电路部54以及栅极电压可变电路部55。

和实施例1一样，栅极电压可变电路部55相应于栅极电压目标指令，设定栅极驱动电压。从而能够切实地防止半导体开关元件301、302中的电流不平衡。

另外，在具备上下桥臂的功率模块中，在电路中的寄生电感及寄生电容、半导体开关元件的结型结构及开关特性的互相作用下，半导体开关元件导通、关断时会发生电流或电压的振荡(ringing)或浪涌现象。因此，在本实施例3中，利用栅极电压斜率可变电路部54，相应于栅极电压目标指令可变地设定栅极电阻(相当于图1中的充电用电阻24或放电用电阻25)的电阻值，从而调整栅极与发射极之间电压上升时或下降时栅极与发射极之间的电压斜率(上升率或下降率)。

借此，即便是在为了抑制电流不平衡而于驱动电路中设定的栅极驱动电压值下半导体开关元件301、302中容易发生电流或电压振荡或浪涌的电路状态，也能抑制半导体开关元件301、302中发生电流或电压的振荡或浪涌。

另外，上桥臂的驱动电路503、504的构成及动作与上述下桥臂的驱动电路501、502相同。因此，能够切实地防止上桥臂的半导体开关元件303、304中的电流不平衡。并且，在栅极与发射极之间电压上升时或下降时，能够抑制上桥臂的半导体开关元件303、304中发生电流或电压的振荡或浪涌。

如上所述，根据本实施例3，基于特性映射信息控制栅极驱动电压，因此，和实施例1一样，能够提高多个功率半导体开关元件的电流不平衡降低的精度或可靠性。进而，随着用于抑制电流不平衡的栅极驱动电压的设定，模块化的多个开关元件中电流或电压的振荡或浪涌会变大，但是相应于栅极电压目标指令即栅极驱动电压来控制栅极电压的斜率，能够防止发生该问题。

【实施例4】

图7表示本发明实施例4的电力变换单元的驱动电路的框图。本实施例4在所述实施例3的电路构成中增加了温度传感器67及温度检测部68。以下，主要针对不同于实施例3的方面进行说明。

如图7所示，在功率模块305及306中搭载有温度传感器67。另外，作为温度传感器67，适用例如热电偶、温度传感二极管、热敏电阻等。

通常，半导体开关元件的开关特性会随温度而变化。因此，在本实施例4中，不仅基于半导体开关元件的特性特性信息，还基于温度传感器67检测出的半导体开关元件的温度检测值，设定栅极(电源)电压。

以下，对下桥臂的半导体开关元件301、302的驱动电路进行说明，而上桥臂的半导体开关元件303、304的驱动电路的动作及构成与下桥臂的半导体开关元件301、302的驱动电路相同。

温度检测部68基于温度传感器67的检测信号，检测半导体开关元件301、302的温度，并将温度检测值发送给栅极电压计算机构60。除了从记录机构51读取的半导体开关元件301、302的特性映射信息外，栅极电压计算机构60还基于从温度检测部68发送来的半导体开关元件301、302的温度检测值，运算与开关特性的目标值相对应的半导体开关元件301、302的各栅极驱动电压。

此处，在本实施例4的记录机构51中，除了表示栅极驱动电压与开关特性之间的关系的特性映射信息外，还记录有表示开关特性的温度依赖性的信息。例如，记录有多个温度值(例如室温(25℃)和高温(125℃))下的特性映射信息。该情况下，栅极电压计算机构60从以半导体开关元件的温度为参数的多个特性映射信息中选择对应于温度检测值的特性映射信息，基于所选择的特性映射信息，运算栅极驱动电压。

和实施例1一样，以半导体开关元件的温度为参数的多个特性映射信息分别由以栅极驱动电压及开关特性为变量的函数给出，或者由表格数据给出。另外，特性映射信息也可以通过以温度和栅极电压为自变量、且以开关特性为因变量的多元函数给出。可以一边改变温度及栅极驱动电压一边测定开关特性(例如导通时间)，根据所获得的多个数据，利用统计模型而得到这种多元函数。

如上所述，根据本实施例4，特性映射信息包括表示开关特性的温度依赖性的信息，从而在半导体开关元件的温度发生变化时，也能切实地抑制电流不平衡。

【实施例5】

图8表示本发明实施例5的驱动电路所适用的电力变换装置中的半导体开关元件导通波形例。另外，驱动电路及电力变换装置的构成与实施例1相同，但在本实施例5中，使用650～750V、400～600A级的功率模块。

图8中所示为室温(25℃)和高温(125℃)下半导体开关元件301、302的导通波形例。为了进行比较，同时记载有使栅极电源电压(Vge1≒Vge2)固定并通过栅极电阻调整开关特性这样的周知技术(例如，参照上述专利文献1)下的导通波形例。

通过栅极电阻调整开关特性时((a))，即便在125℃下电流I1、I2基本平衡，但在25℃下半导体开关元件301的电流I1和半导体开关元件302的电流I2也不平衡。这主要是栅极电阻的电阻值的温度依赖性所致。

与此相对，如本实施例5所示，通过栅极(电源)电压调整开关特性时((b))，在25℃和125℃时I1、I2均基本平衡。

图9表示本实施例5中半导体开关元件的温度(Temperature)与导通损耗(Eon)的不平衡率(Unbalance Rate)之间的关系。另外，为了进行比较，同时记载有通过栅极电阻调整开关特性这样的周知技术下的同一关系。

如图9所示，通过栅极电阻调整开关特性时((a))，如果温度发生变化，半导体开关元件301中的导通损耗的不平衡率701和半导体开关元件302中的导通损耗的不平衡率702会发生较大变化。

与此相对，如本实施例5所示，通过栅极(电源)电压调整开关特性时((b))，即便温度发生变化，半导体开关元件301中的导通损耗的不平衡率701和半导体开关元件302中的导通损耗的不平衡率702也基本不发生变化。

如上所述，通过控制栅极驱动电压，能够使并联连接的半导体开关元件的电流或电力损耗均等地分担，并且温度依赖性小。因此，能够防止因部分电力变换单元故障或劣化致使电力变换装置使用寿命缩短或者电力变换装置保养频率变大。从而能够提高多个电力变换单元并联连接的电力变换装置的可靠性。此外，能够降低电力变换单元的电力容量的似然，或者降低电力变换装置的似然，减少电力变换单元的并联数量。因此，能够降低电力变换单元或电力变换单元的装置尺寸及成本。

另外，本发明并不仅限于上述实施方式，还包括各种变形例。例如，为了通俗易懂地说明本发明，上述实施方式进行了详细的说明，但本发明并不仅限于一定要具备所说明的全部构成。此外，还能对各实施方式的部分构成进行删除或追加、替换其他构成。

例如，半导体开关元件的并联数量并不仅限于并联2个，也可以并联2个以上的任意数量。

另外，作为电力变换装置，适用DC/AC转换器、DC/DC转换器、各种开关电源等各种类型。

电力变换单元中的半导体开关元件可以是结型场效应晶体管等电压控制型半导体开关元件。另外，半导体开关元件的基板材料可以是硅，也可以是碳化硅等宽禁带半导体。

并且，特性映射信息中的元件特性并不仅限于开关时间，也可以是开关损耗(例如导通损耗)等其他元件特性。

【标号说明】

6 通用控制部

10 可变电压源

11 正偏置端子

12 负偏置端子

13 栅极输出端子

14 中间电位端子

21 输入信号

22 充电用开关

23 放电用开关

24 充电用电阻

25 放电用电阻

31、32 特性映射信息

51 特性映射记录机构

52 接口电路部

54 栅极电压斜率可变电路部

55 栅极电压可变电路部

60 栅极电压计算机构

67 温度传感器

68 温度检测部

111、112 电力变换单元

301、302、303、304 半导体开关元件

305、306 功率模块

400 绝缘变压器

401 二极管整流器

402 电容器

403 电阻

404 稳压二极管

430 电位器

431 反馈端子

432 电容器

433 整流二极管

434 电位器控制端子

501、502、503、504 驱动电路

511、512 特性映射信息获得机构

516 DC/DC控制器

517 初级侧负电源输入端子

518 初级侧正电源输入端子

551、552 栅极电压目标指令

601 直流端子(正极)

602 直流端子(负极)

603 输出端子

Claims (15)

1.一种电力变换单元的驱动电路，其设置在利用半导体开关元件进行电力变换的电力变换单元中，对所述半导体开关元件进行驱动，其特征在于，

具备电压可变电路部，用于输出要施加给所述半导体开关元件的控制用的驱动电压，

当多个所述电力变换单元并联连接时，在所述电压可变电路部中，基于表示所述半导体开关元件的元件特性与所述驱动电压之间的关系的特性映射信息，对所述驱动电压进行可变控制，使得所述元件特性为规定值。

2.如权利要求1所述的电力变换单元的驱动电路，其特征在于，

所述特性映射信息表示相对于所述元件特性变化的所述驱动电压的变化。

3.如权利要求2所述的电力变换单元的驱动电路，其特征在于，

所述特性映射信息由以所述驱动电压及所述元件特性为变量的函数给出。

4.如权利要求1所述的电力变换单元的驱动电路，其特征在于，

所述元件特性是开关特性。

5.如权利要求1所述的电力变换单元的驱动电路，其特征在于，

所述规定值通用于并联连接的各电力变换单元。

6.如权利要求1所述的电力变换单元的驱动电路，其特征在于，

并联连接的各电力变换单元中的各半导体开关元件并联连接。

7.如权利要求1所述的电力变换单元的驱动电路，其特征在于，

具备记录所述特性映射信息的记录机构。

8.如权利要求1所述的电力变换单元的驱动电路，其特征在于，

所述特性映射信息登录于数据库中。

9.如权利要求1所述的电力变换单元的驱动电路，其特征在于，

所述半导体开关元件为IGBT，所述元件特性为导通时间，所述驱动电压为栅极电源电压。

10.如权利要求1所述的电力变换单元的驱动电路，其特征在于，

所述半导体开关元件包含于上下桥臂中的某一方中。

11.如权利要求1或10所述的电力变换单元的驱动电路，其特征在于，

还具备相应于所述驱动电压来控制栅极电阻的电阻值的电路部。

12.如权利要求1所述的电力变换单元的驱动电路，其特征在于，

所述特性映射信息包括所述元件特性的温度依赖性的相关信息，

基于所述特性映射信息及所述半导体开关元件的温度检测值，对所述驱动电压进行可变控制，使得所述元件特性为所述规定值。

13.一种电力变换单元的驱动方法，其对半导体开关元件施加控制用的驱动电压，驱动所述半导体开关元件，从而进行电力变换，其特征在于，

在多个所述电力变换单元并联连接时，基于表示所述半导体开关元件的元件特性与所述驱动电压之间的关系的特性映射信息，设定所述驱动电压的值，使得所述元件特性为规定值。

14.一种电力变换单元，其具备：

半导体开关元件、以及

驱动所述半导体开关元件的驱动电路，

利用所述半导体开关元件进行电力变换，

所述电力变换单元的特征在于，

所述驱动电路具备电压可变电路部，用于输出要施加给所述半导体开关元件的控制用的驱动电压，

当多个所述电力变换单元并联连接时，在所述电压可变电路部中，基于表示所述半导体开关元件的元件特性与所述驱动电压之间的关系的特性映射信息，对所述驱动电压进行可变控制，使得所述元件特性为规定值。

15.一种电力变换装置，其由多个电力变换单元并联连接而构成，其中，所述电力变换单元具备半导体开关元件以及驱动所述半导体开关元件的驱动电路，所述电力变换装置的特征在于，具备：

电压可变电路部，其设置于多个所述驱动电路的各驱动电路中，用于输出要施加给所述半导体开关元件的控制用的驱动电压，以及

通用控制部，其针对多个所述电压可变电路部的各电压可变电路部，生成用于设定所述驱动电压的值的目标指令，

所述通用控制部基于表示多个所述半导体开关元件的各元件特性与所述驱动电压之间的关系的特性映射信息，生成所述目标指令，使得所述各元件特性为通用的规定值。