CN111052577B - 电力转换装置以及电力转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种电力转换装置(1)，其具备：开关模块(300)，其具备功率半导体元件来作为开关元件；栅极驱动器(320)，其将用于驱动所述开关元件的驱动信号向所述开关模块的控制端子输出；以及布线体(108)，其利用隔着间隔呈面状对置的多个导体将所述控制端子与所述栅极驱动电路的输出端子之间连接。

Description

电力转换装置以及电力转换方法

技术领域

本发明涉及电力转换装置以及电力转换方法，特别是，适合应用于在马达驱动的铁道车辆、钢铁的轧制机、风力发电机等中使用的大电力的电力转换装置。

背景技术

对于铁道车辆、钢铁的轧制机、风力发电机等，将大电力在直流与交流之间转换的电力转换装置利用能够在超过1kV的高电压下控制几百A以上的大电流的功率半导体元件来作为用于电力转换的开关元件。例如，已知有利用绝缘栅双极型晶体管(IGBT：InsulatedGate Bipolor Transistor)来作为开关元件的电力转换装置(专利文献1)。

IGBT是将输入部设为MOSFET构造，将输出部设为BIPOLAR构造进行复合化，为双极，并且兼顾低饱和电压和较快的开关特性的元件，该IGBT具备将主电源通电的两个主端子(集电极端子、发射极端子)、以及作为控制电流的控制端子的栅极端子，在栅极端子连接有控制栅极电压的栅极驱动电路。栅极驱动电路使栅极电压变化，从而控制在集电极端子与发射极端子之间流动的主电流。

另一方面，以电力转换装置的效率提高和小型化为目的，在电力转换装置中应用SiC(碳化硅)、GaN(氮化镓)、或者金刚石等的宽带隙半导体的元件来代替硅(非专利文献1)。

由于宽带隙半导体的绝缘破坏电场强度大到硅的数倍(SiC、GaN约为10倍，金刚石约为30倍)，因此除了能够提高芯片的杂质浓度以外，还能够将芯片的厚度较薄地构成。由此，电流通电时的导通电阻变小，能够减少导通损失。因而，由于开关元件的导通电阻被抑制得较小，所以开关元件也可以不是双极构造的IGBT，而是具有更快的开关特性的单级构造的功率MOSFET。而且，硅半导体在200℃左右为极限，但由于宽带隙半导体能够耐受超过该极限的高温，因此也能够简化电力转换器的冷却器，使电力转换器变得小型。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-198545号公报

非专利文献

非专利文献1：“Gate-Driver with Full Protection for SiC-MOSFETModules”，VDE Conference Publication，Karsten Fink and Andreas Volke，PowerIntegrations GmbH，Germany，Winson Wei，Power Integrations，China、and EugenWiesner and Eckhard ThaI，Mitsubishi Electric Europe B.V.，Germany，Date ofConference：28-30June 2016.

发明内容

发明要解决的课题

栅极驱动电路通过布线(栅极布线)与开关元件连接，但其布线长度为50cm～1m程度。如此加长布线长度的原因在于，当功率半导体元件在高电压、大电流下执行开关时，栅极驱动电路不会因开关时的电磁场噪声而误动作。而且，说明了宽带隙半导体应用于电力转换器的开关元件，能够使电力转换装置的冷却器小型化的情况，但通过加长布线长度，能够使栅极驱动电路不受开关元件的发热的影响，能够抑制栅极驱动电路的劣化。

另外，在开关元件断开时、或者相对于开关元件以反向并联的方式连接的续流二极管电流断开(以下，也称为“反向恢复”)时，由于开关元件的集电极-发射极间的电压的急剧变化，从而电流经由集电极-栅极间的反馈电容流向集电极向栅极，栅极电压变动，由此，为了使开关元件不引起误动作，也尝试在开关元件的栅极-发射极端子间连接电容器。

在宽带隙半导体中，栅极电压的变动因反馈电容而放大的情况也是相同的。利用了宽带隙半导体的MOSFET，要提高杂质浓度，降低电阻，使其厚度变薄，但相反地，导致反馈电容增加。

然而，即使将电容器应用于开关元件，当将电容器直接连接于开关元件时，由于开关时的发热，存在电容器的电容降低，或者电容器的连接部断线，而且电容器短路这样的课题。

因此，考虑将电容器经由已述的长栅极布线而与栅极驱动电路侧连接，但这样，导致抑制栅极电压的变动的效果降低。

本发明为了解决这种课题，其目的在于提出一种将栅极驱动电路与开关元件分离地连接，并且即使开关元件因开关动作而高温，也能够抑制栅极电压的变动，防止开关元件的误工作，从而提高可靠性的电力转换装置以及电力转换方法。

用于解决课题的方案

为了实现所述目的，本发明提供一种电力转换装置，其将电力在直流与交流之间转换，该电力转换装置的特征在于，具备：开关模块，其具备功率半导体元件来作为开关元件；栅极驱动器，其将用于驱动所述开关元件的驱动信号向所述开关模块的控制端子输出；以及布线体，其利用隔着间隔呈面状对置的多个导体将所述控制端子与所述栅极驱动电路的输出端子之间连接。本发明还涉及使用电力转换装置的电力转换方法。

发明效果

根据本发明，能够提出将栅极驱动电路与开关元件分离地连接，并且即使开关元件因开关动作而高温，也能够抑制栅极电压的变动，防止开关元件的误工作，从而提高可靠性的电力转换装置以及电力转换方法。

附图说明

图1是第一实施方式的电力转换装置的框图。

图2是从斜向观察图1的电力转换装置的栅极布线体的整体时的立体图。

图3是表示图1所示的电力转换装置的电构成例的电路图。

图4是图1所示的电力转换装置的动作波形的一例。

图5是表示寄生电流流动的情形的框图。

图6是第二实施方式的电力转换装置的框图。

图7是第三实施方式的电力转换装置的框图。

图8是第四实施方式的电力转换装置的框图。

图9是第五实施方式的电力转换装置的框图。

图10是第六实施方式的电力转换装置的框图。

图11是第七实施方式的电力转换装置的框图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。图1是电力转换装置的第一实施方式的框图，详细来讲是电力转换装置的开关系统的框图。电力转换装置1具备具有开关元件的开关模块、栅极驱动电路(栅极驱动器)320、以及作为将这些部件电连接的布线的栅极布线体。

以下，能够将栅极布线体省略记载为布线、或者栅极布线。需要说明的是，栅极布线体如后所述，作为优选的实施方式，由于是由多个平板状的导体构成(图2)，因此也记述为栅极布线条108。

另外，开关元件可以是IGBT。以下，将开关模块记述为IGBT模块300。需要说明的是，IGBT可以是硅半导体、或者宽带隙半导体。另外，开关元件可以是由宽禁带半导体构成的功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管：Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)。

按照图1继续说明。栅极驱动器320具备上臂源极辅助端子111、上臂栅极端子112、下臂源极辅助端子113、以及下臂栅极端子114。

IGBT模块300具备交流主端子101、直流P端子102、直流N端子103、上臂源极辅助端子104、上臂栅极端子303(相当于后述的上臂栅极端子105)、下臂源极辅助端子106以及下臂栅极端子313(相当于后述的下臂栅极端子107)。

上臂栅极端子112经由栅极布线条108连接于上臂栅极端子303，并在附近设置有上臂源极辅助端子111。在该上臂栅极端子303的附近设置有上臂源极辅助端子104。

下臂栅极端子114经由栅极布线条108连接于下臂栅极端子313，并在附近设置有下臂源极辅助端子113。在该下臂栅极端子313的附近设置有下臂源极辅助端子106。

在IGBT模块300分别设置有上臂和下臂两个直流P端子102以及上臂和下臂两个直流N端子103，并且分别设置有上臂和下臂两个交流主端子101。

接下来，详细说明栅极布线体。栅极布线体与以往那样的由电线构成的布线相比，可以是能够将IGBT模块300与栅极驱动器320之间的电感降低到几分之一到几十分之一的范围内那样的方式，主要可以是，多个导体隔着微小的间隙呈面状对置的方式。例如，可以是至少相互平行的一对平板状的导体对置的结构。可以将“平板状”称为“矩形状”、“面状”、或者“层状”。

以夹持薄膜状的绝缘体的方式层叠多个导体，将绝缘体与多个导体层叠而相互接合，从而能够制造栅极布线体。栅极布线体只要是多个导体呈面状对置的部件即可，除了平板状的导体以外，还可以是通过多个导体呈同轴状、或者同心圆状组合而成的。即，导体与导体对置的面积变大，并且尽量减小导体与导体的间隔而降低电感。导体可以是铜或者铝等具有导电性的材料，除此以外也可以是铁或者不锈钢等材料。面可以是平坦面、或者曲面。

图2是图1所示的栅极布线条108的立体图。栅极布线条108构成为宽度W的两张平板108A、108B隔着间隔d对置。栅极布线条108的电感根据这些对置的两张平板108A、108B的构成、配置来确定。越是将更大面积的各平板108A、108B更接近地配置，栅极布线条108的电感越降低。关于两张平板108A、108B的宽度W以及间隔d，优选的是以下式(1)所示的关系成立。

W/d≥5····式(1)

栅极布线条108的宽度(W)设为5mm，平板108A、108B的间隔设为1mm以下，为了使平板108A、108B更接近地配置，期望的是，使两张平板108A、108B夹着片状的绝缘体紧贴。例如，可以是使两张平板108A与108B在其之间以夹着片状的绝缘物的方式层叠，且整体用绝缘物覆盖并层叠而设为一体成型的层叠汇流条构造。

在电力转换器为应用于原有线路电车的逆变器的情况下，栅极布线条108的布线长度约50cm～1m。在由一对电线组成的布线中，电感最大为1μH，另一方面，栅极布线条108的电感降低到200nH以下。

将栅极驱动器320与IGBT模块300之间的距离设为50cm，如上述那样设置栅极布线条108的尺寸，将利用电线连接栅极驱动器320与IGBT模块300之间的情况下的电感和在栅极驱动器320与IGBT模块300之间设置栅极布线条108的情况下的电感进行比较时，与前者约为350nH相比，后者降低到约30nH。

图3是作为IGBT模块300、以及栅极驱动器320的电构成例的电路图。该IGBT模块300是所谓的2inl型的IGBT模块。作为开关元件的两个IGBT305、315包含在一个封装中，而且，这些部件在与连接于前述的交流主端子101的交流输入输出端子325连接的连接点处以串联的方式连接。在该IGBT模块300中，下臂为与上臂相同的结构，因此除了特别需要提及下臂的情况以外，主要通过上臂的说明来代替下臂的说明。

在栅极驱动器320中，省略了在图1中已说明的上臂源极辅助端子111、上臂栅极端子112、下臂源极辅助端子113以及下臂栅极端子114。

在IGBT305以反向并联的方式连接有上臂续流二极管306。在上臂续流二极管306中，在向与IGBT305相反的方向流动电流的情况下，该电流环流。在IGBT 305为功率MOSFET的情况下，上臂续流二极管306例如能够由MOSFET内置的体二极管构成。

IGBT305根据向上臂栅极端子303(相当于后述的上臂栅极主端子)以及发射极辅助端子304施加的电压控制接通/断开。IGBT305在向上臂栅极端子303施加正的电压时，电流从上臂集电极330流向上臂发射极331。

栅极驱动器320生成向IGBT305的上臂栅极端子303施加的电压。该栅极驱动器320基于来自进行逆变器系统的整体控制的栅极指令部(栅极指令模块)322的驱动指令生成栅极电压并向IGBT305的上臂栅极端子303输出。栅极指令部322可以由软件和/或硬件而构成。

栅极驱动器320与栅极指令部322经由光耦合器324连接，施加有高电压的IGBT305等与栅极指令部322绝缘。驱动栅极驱动器320的电源经由作为绝缘变压器的栅极电源变压器323从栅极电源321供给。

栅极驱动器320与IGBT模块300分别经由构成上述的栅极布线条108的两张平板108A、108B与上臂以及下臂连接。在连接于直流P端子102的上臂集电极主端子301与上臂栅极主端子(相当于上述上臂栅极端子303)之间具有被称作反馈电容的寄生电容307，另一方面，在上臂栅极主端子与上臂发射极331之间具有被称作输入电容的寄生电容308。

在IGBT305进行开关时，向上臂集电极主端子301与上臂发射极331之间施加的电压的急剧变化，从而通过被称作反馈电容的寄生电容307而寄生电流从上臂集电极主端子301流入上臂栅极主端子，有可能使上臂栅极主端子的栅极电压变动而引起误动作。然而，本发明的电力转换装置将栅极驱动器320与IGBT模块300之间的布线的至少一部分变更为栅极布线条108，以避免产生那样的现象。

图4的(A)～图4的(C)分别表示相对于IGBT305以反向并联的方式连接的上臂续流二极管306的反向恢复时的各波形的一例。

在图4的(A)中，单点划线表示上臂续流二极管306的阳极电流Ia的一例，双点划线表示上臂续流二极管306的阳极一阴极间的电压Vac的一例。图4的(B)表示在IGBT305的上臂栅极主端子中流动的栅极电流Ig的一例，图4的(C)表示IGBT305的上臂栅极主端子中的栅极电压Vg的一例。

如在图4的(A)中以单点划线所示上臂续流二极管306的阳极电流Ia直到时刻t1沿正向流动，但在之后换流的过程中，如在图4的(A)中以双点划线所示阳极-阴极间的电压Vac变动。如在图4的(A)中以单点划线所示在时刻t1，上臂续流二极管306的阳极电流Ia开始换流。

如在图4的(A)中以单点划线所示在时刻t2，当该阳极电流Ia成为0时，如在图4的(A)中以双点划线所示在上臂续流二极管306的两端(上臂集电极主端子301以及上臂发射极331)中急剧地施加电压。由于这种急剧的电压变化也向以反向并联的方式连接的IGBT305施加，因此在IGBT305中，上臂集电极主端子301与上臂发射极331之间的电压Vce按照电压变化率dVce/dt变化。

图5表示在IGBT305中在上臂集电极主端子301与上臂栅极主端子之间流动寄生电流Igres的情形的一例。在IGBT305中，在上臂集电极主端子301与上臂栅极主端子之间通常如上述那样具有被称作反馈电容(将其值设为Cres)的寄生电容307，因此与该电压变化相应地，以下式(2)所示的寄生电流Igres从上臂集电极主端子301向上臂栅极主端子流动。

Igres＝Cres×dVce/dt····式(2)

该寄生电流Igres分开向上述的IGBT305的输入电容(将其值设为Cies)与栅极驱动器320流动。若栅极驱动器320的输出电路、栅极布线的阻抗较小，则寄生电流Igres全部流入栅极驱动器320而不对被称作输入电容的寄生电容308进行充电，因此栅极布线的栅极电压不变动。需要说明的是，这里所提及的栅极布线若为本实施方式则与栅极布线条108对应。

另一方面，如上述那样在栅极驱动器320的输出电路的阻抗、栅极布线(若为本实施方式则与栅极布线条108对应)的电感309较大的情况下，寄生电流Igres流入被称作输入电容的寄生电容308而进行充电，因此可能如图4的(C)所示那样IGBT305的上臂栅极主端子的栅极电压增加。

在寄生电流Igres较大的情况下，当上臂栅极主端子的栅极电压Vg超过IGBT305的阈值电压Vt时，错误地使IGBT305接通。那样的栅极布线的电感309取决于栅极布线的长度，该栅极布线变得越长则电感309变得越大，错误地使IGBT305接通的可能性越高。

作为应对这种现象的对策，在本实施方式中，如前述那样，利用包括相互对置地接近的一对平板108A、108B的栅极布线条108构成IGBT305的栅极布线的至少一部分。

具备以上那样构成的栅极布线条108的电力转换装置1通过这些平板108A、108B将该栅极布线条108的电感抑制得较小，因此寄生电流Igres流入栅极驱动器320而不对被称作输入电容的寄生电容308进行充电，栅极布线的栅极电压不变动，因此抑制错误地接通IGBT305的情况。

在本实施方式中，采用这种构成的栅极布线条108而进行电力转换，从而即使将栅极驱动器320分离地配置在不受温度上升的影响的分离的位置，也能够抑制IGBT305的栅极电压的变动，因此即使在发挥宽带隙半导体的性能的高温下使用时，栅极驱动器320的可靠性也不降低，能够伴随配置的自由度变高而兼顾系统的小型化和可靠性的提高。并且，由于不需要将栅极驱动器320配置于半导体元件近前，因此配置的自由度增加，能够容易接近维护时的栅极驱动器320而提高使用便利性。

图6是说明第二实施方式的图，且是表示电力转换装置的构成栅极驱动器320的一部分的输出电路320A的构成例的电路图。需要说明的是，除了该输出电路320A以外，对其他电路要素省略图示。

对于该输出电路320A来说，关于与第一实施方式大致相同的构成以及动作省略说明，在以下，主要对两者的不同点进行说明。

第二实施方式中，对于作为输出电路320A的开关元件的P-MOSFET703以及N-MOSFET706，作为一例，采用互补型的MOSFET。

在该输出电路320A中，在使IGBT、SiC元件接通的情况下，当使规定的驱动指令分别向正侧预缓冲器701以及负侧预缓冲器702输入时，正侧预缓冲器701的输出成为低电平，P-MOSFET703接通，另一方面，N-MOSFET706断开。由此，从正电源线PP向与前述的栅极布线条108连接的栅极端子700输出正的电压，因此输出电路320A使IGBT、SiC元件接通。

另一方面，在该输出电路320A中，在使那样的IGBT、SiC元件断开的情况下，相反地，当使规定的驱动信号分别向正侧预缓冲器701以及负侧预缓冲器702输入时，正侧预缓冲器701的输出反转为高电平而使P-MOSFET703断开，另一方面，使N-MOSFET706接通。由此，从负电源线MP向与前述的栅极布线条108连接的栅极端子700输出负的电压，因此输出电路320A使IGBT、SiC元件断开。

在SiC-MOSFET断开状态的情况下，即使在因SiC-MOSFET的反馈电容而导致电流流入时，在本实施方式中，作为输出电路320A的开关元件，采用作为单极器件的MOSFET来代替双极晶体管，因此与双极晶体管相比也能够抑制动作延迟。因此，根据本实施方式，与前述的第一实施方式相同，能够抑制对于SiC-MOSFET的栅极电压的变动。

需要说明的是，在图6中，输出电路320A通过将正侧预缓冲器701设为高，而且将负侧预缓冲器702设为高的断开指令，将N-MOSFET706设为接通，将P-MOSFET703设为断开，从电容器1020进行电荷放电。

图7是第三实施方式的电力转换装置的框图。第三实施方式清楚地表明栅极布线体是栅极布线的至少一部分的同轴线缆200。同轴线缆200也与已述的栅极布线条108相同，多个导体隔着微小的间隙呈面状对置，更详细地将两个导体呈同心圆状设置，而能够降低电感。通常，同轴线缆200由于其两端是所谓的BNC型，因此能够通过将栅极驱动器320的连接器设为BCN型从而降低连接部分的电感。

该同轴线缆200将具备上臂SiC201以及下臂SiC203的SiC模块400侧的上臂栅极端子105、与栅极驱动器320侧的上臂栅极端子112连接，而抑制栅极布线的电感。

需要说明的是，在第三实施方式中，也与已述的实施方式相同，在上臂SiC201以反向并联的方式连接有上臂续流二极管202，并且在下臂SiC203以反向并联的方式连接有下臂续流二极管204。

上述的同轴线缆200也可以设置于将SiC模块400侧的上臂源极辅助端子104、与栅极驱动器320侧的上臂源极辅助端子111连接的栅极布线的至少一部分。

另一方面，该同轴线缆200与上臂相同，在下臂侧也可以设置于将SiC模块400侧的下臂栅极端子107、与栅极驱动器320侧的下臂栅极端子114连接的栅极布线的至少一部分，或者设置于将SiC模块400侧的下臂源极辅助端子109、与栅极驱动器320侧的下臂源极辅助端子113连接的栅极布线的至少一部分。

根据第三实施方式，由于这种同轴线缆200的存在，与第一以及第二实施方式相同，与线状的栅极布线相比能够降低电感，因此能够抑制栅极电压的变动。

接下来，对电力转换装置的第四实施方式进行说明。图8是其框图。在图8中，IGBT模块300描绘成一个元件收纳于一个封装的1in1型。该实施方式与已述的实施方式不同点在于，除了具备栅极布线条108以外，还具备电容器1020，从而能够更有效地抑制栅极电压因反馈电容407而变动。需要说明的是，在图8中，使IGBT模块300内的附图标记与图1的上臂的IGBT的附图标记相同。

用于抑制栅极电压的变动的电容器1020配置于栅极驱动器320与栅极布线条108之间，即配置于比开关模块靠栅极驱动器320侧或者栅极驱动器320附近。电容器1020的一端与将栅极驱动器320的一对输出端子中的一个输出端子和平板108A连接的布线1120A连接，电容器1020的另一端与将栅极驱动器320的另一个输出端子和平板108B连接的布线1120B连接。

在续流二极管406的电流断开、即反向恢复时，集电极端子401与发射极端子431之间的电压急剧增加，伴随着电压的急剧增加而从集电极端子401经由反馈电容407向栅极端子403流动电流。该电流向栅极驱动器320流动，抑制栅极端子403的电位上升。

当栅极布线的电感较高时，从反馈电容407向输入电容408流动电流，因此栅极端子403的电压增高，当该电压超过IGBT305的阈值电压时，导致IGBT305以接通的方式进行误工作。

与此相对，不仅能够使栅极布线体自身的电感足够低，而且还组合抑制栅极电压的变动的电容器1020，从而电容器1020充分地吸收从反馈电容407流入的电流，消除向输入电容408流入的电流，或者使该电流显著减少，由此抑制栅极端子403的电压变动的情况。

即使不将用于抑制栅极电压的变动的电容器1020直接与开关模块连接，而是将该电容器1020连接在栅极布线体与栅极驱动器320之间，由于栅极布线体自身的电感足够低，因此电容器1020能够充分地感应从反馈电容407流入的电流。

电容器1020的电容在IGBT305的输入电容的1/2～2倍程度的范围内选择最优值即可。例如，若为额定电压3.3kV，额定电流1200A的IGBT，则输入电容成为100nF左右，电容器1020的电容在50nF～200nF的范围内选定即可。

电容器1020经由栅极布线体而与开关模块分离，并位于栅极驱动器320侧，因此开关模块的发热的影响变少，抑制电容器1020的寿命减少。

例如，即使在20年左右的长时间使用了栅极驱动器320的情况下，电容器1020的功能也未劣化，因此能够长时间可靠地抑制IGBT305的栅极端子403的电压变动，防止IGBT305的误动作。其结果，即使电力转换装置从栅极驱动器320的一对输出端子将控制信号向开关模块输入从而实施电力转换，也能够提高电力转换的可靠性。

而且，由于栅极电压变动抑制用电容器1020能够与开关模块分离地配置，因此也不需要针对电容器1020确保绝缘耐压，能够抑制电容器1020的成本，并且能够减小其尺寸。

接下来，图9是电力转换装置的第五实施方式的框图。第五实施方式与第四实施方式不同点在于，在将栅极驱动器320和栅极布线体连接的一个布线与另一个布线之间具备阻尼电阻2010，该阻尼电阻2010与电容器1020以串联的方式连接。

当经由反馈电容407而向栅极流入的电流的频率成分与由栅极布线体、电容器1020、以及输入电容408构成的闭合电路的共振频率相同或者为接近的值时，有可能在该闭合电路产生共振。在式(3)中示出共振条件。

在式(3)中，fc表示共振频率，Lg表示栅极布线部100的电感，Cg表示栅极电压变动抑制用电容器102的容量，Cies表示输入电容。

在续流二极管406的反向恢复时从集电极端子401经由反馈电容407而流入的寄生电流中包含较多式(3)的共振频率的成分的情况下，产生共振，有可能栅极电压振动而IGBT305进行误动作，或者在栅极端子403产生过电压而破坏IGBT305。

通过在闭合电路中追加阻尼电阻2010来抑制共振，能够防止由共振引起的IGBT305的误动作、因栅极端子403的过电压引起的IGBT305的破坏。

接下来，图10是电力转换装置的第六实施方式的框图。第六实施方式的电力转换装置在将栅极驱动器320和栅极布线体连接的一个布线与另一个布线之间具备浪涌吸收器4010，该浪涌吸收器4010与用于抑制栅极端子403的电压变动的电容器1020以并联的方式连接，并去除一个布线以及另一个布线上的噪声。

当栅极布线的一部分置换为栅极布线体时布线的电感变小，因此电涌电压容易向栅极驱动器320施加。由于在栅极驱动器320具有比较器或者运算放大器等半导体元件，因此电涌电压的施加，会导致半导体元件被破坏。

因此，当在栅极驱动器320的一对输出端子的附近追加浪涌吸收器4010时，由该浪涌吸收器4010吸收电涌电压，保护栅极驱动器320不受电涌电压影响。

接下来，图11是电力转换装置的第七实施方式的框图。第七实施方式将图8的栅极布线条108变更为同轴线缆200，在栅极驱动器320一侧追加栅极电压变动抑制用电容器1020，从而抑制栅极电压的变动。

已述的实施方式是用于说明本发明的例示，并不将本发明限定在这些实施方式。例如，开关元件除了是使用了SiC的宽带隙半导体以外，也可以是使用了GaN或者金刚石的其他宽带隙半导体。

开关元件除了是IGBT、功率MOSFET之外，也可以是J-FET、SIT(Static InductionTransistor)。而且，在前述的实施方式中，说明了将两个开关元件收纳于一个封装的所谓的2in1型的半导体、搭载一个开关元件的1in1型的半导体，但也可以是搭载六个开关元件的6in1型的宽半导体。

即使栅极布线的全部不被置换为栅极布线体，只要能够降低电感的目的量，也可以将栅极布线的一部分置换为栅极布线体。

工业上的可利用性

本发明能够广泛地应用于在马达驱动的铁道车辆、钢铁的轧制机、风力发电机等使用的逆变器、转换器等大电力的电力转换装置。

附图标记说明：

1……电力转换装置，108……栅极布线条，108A、108B……一对平板(导体)，200……同轴线缆，300……IGBT模块，320……栅极驱动器(栅极驱动装置)，320A……输出电路，1020……电容器(栅极电压变动抑制用电容器)，2010……阻尼电阻，4010……浪涌吸收器。

Claims (11)

1.一种电力转换装置，其将电力在直流与交流之间转换，其中，

所述电力转换装置具备：

开关模块，其具备功率半导体元件来作为开关元件；

栅极驱动器，其将用于驱动所述开关元件的驱动信号向所述开关模块的控制端子输出；以及

布线体，其利用隔着间隔呈面状对置的多个导体将所述控制端子与所述栅极驱动器的输出端子之间连接，

所述布线体具备第一导体以及第二导体来作为所述多个导体，

将所述第一导体与所述第二导体各自的宽度设为W，

将所述第一导体与所述第二导体之间的间隔设为d，

所述W以及d的关系为W×5≥d，

所述开关模块使基于所述开关模块的主端子与所述控制端子之间的反馈电容的电流经由所述布线体蓄积于电容器中，利用所述布线体降低所述开关模块与所述栅极驱动器之间的电感，从而抑制所述控制端子的电压的变动，

所述电容器经由所述布线体而与所述开关模块分离，并位于所述栅极驱动器侧。

2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，

所述第一导体与第二导体分别由相互平行地配置的平板构成，

所述第一导体将所述开关模块的控制端子中的一个端子与所述栅极驱动器的输出端子中的一个端子连接，

所述第二导体将所述开关模块的控制端子中的另一个端子与所述栅极驱动器的输出端子中的另一个端子连接。

3.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，

所述栅极驱动器的输出电路具备MOSFET。

4.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，

在将所述栅极驱动器与所述第一导体连接的第一布线、以及将所述栅极驱动器与所述第二导体连接的第二布线上连接有所述电容器。

5.根据权利要求4所述的电力转换装置，其中，

在与所述第一布线和所述第二布线连接的所述电容器上串联地连接有电阻。

6.根据权利要求4所述的电力转换装置，其中，

在与所述第一布线和所述第二布线连接的所述电容器上并联地连接有浪涌吸收器。

7.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，

所述开关元件为绝缘栅双极型晶体管或者金属氧化物半导体场效应晶体管。

8.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，

所述布线体为所述第一导体与第二导体呈同轴状配置的同轴线缆。

9.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，

所述栅极驱动器与所述开关模块以50cm至1m的范围分开配置。

10.一种电力转换方法，其是使用将电力在直流与交流之间转换的电力转换装置的电力转换方法，所述电力转换装置具备：开关模块，其具备功率半导体元件来作为开关元件；栅极驱动器，其将用于驱动所述开关元件的驱动信号向所述开关模块的控制端子输出；以及布线体，其将所述控制端子与所述栅极驱动器的输出端子连接，

在所述电力转换方法中，

所述开关模块使基于所述开关模块的主端子与所述控制端子之间的反馈电容的电流经由所述布线体蓄积于电容器中，利用所述布线体降低所述开关模块与所述栅极驱动器之间的电感，从而抑制所述控制端子的电压的变动，

所述电容器经由所述布线体而与所述开关模块分离，并位于所述栅极驱动器侧，

所述布线体具备第一导体以及第二导体，

将所述第一导体与所述第二导体各自的宽度设为W，

将所述第一导体与所述第二导体之间的间隔设为d，

所述W以及d的关系为W×5≥d。

11.根据权利要求10所述的电力转换方法，其中，

所述布线体利用隔着间隔呈面状对置的多个导体将所述控制端子与所述栅极驱动器的输出端子之间连接。