CN112740530A - 电力转换装置、电机驱动装置以及空调机 - Google Patents

Abstract

电力转换装置具备：桥臂电路(3)，该桥臂电路将从交流电源(1)输出的交流电压转换成直流电压，并具有至少1个以上的桥臂，该桥臂通过将并联连接有二极管的开关元件串联连接而成；以及电抗器(2)，该电抗器的一端与交流电源(1)连接而另一端与桥臂的2个开关元件的连接点连接。在桥臂电路(3)短路时流过的短路电流根据交流电源(1)的极性，按照从电抗器(2)向使电流在与并联连接的二极管的顺向相反的方向流动的桥臂的开关元件的顺序，或者从使电流在与并联连接的二极管的顺向相反的方向流动的桥臂的开关元件向电抗器(2)的顺序来流动。

Description

电力转换装置、电机驱动装置以及空调机

技术领域

本发明涉及将交流电力转换成直流电力的电力转换装置、电机驱动装置以及空调机。

背景技术

以往有使用由开关元件构成的桥臂电路将供给来的交流电力转换成直流电力并输出的电力转换装置。电力转换装置通过将开关元件接通断开，能够进行将交流电力的电压升压的升压工作以及对交流电力进行整流的同步整流工作。

在专利文献1中公开了以下技术：电力转换装置对应于从交流电源供给的交流电力的电压以及流向交流电源的电流，根据电压的极性来控制4个开关元件之中的2个开关元件，根据电流的极性来控制其他2个开关元件。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018-7326号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在电力转换装置中，一般来讲，在使用了开关速度为低速的开关元件的场合，由于开关频率低，所以连接在转换器与交流电源之间的电抗器会大型化。电力转换装置通过使用开关速度为高速的开关元件而能将电抗器小型化。但是，电力转换装置在使用了开关速度为高速的开关元件的场合，由于开关频率变高，所以存在辐射噪音、传导噪音等噪音增加这样的问题。

本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于获得能使电抗器小型化且能降低噪音的电力转换装置。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题并达成目的，本发明的电力转换装置具备：桥臂电路，该桥臂电路将从交流电源输出的交流电压转换成直流电压，并具有至少1个以上的桥臂，该桥臂通过将并联连接有二极管的开关元件串联连接而成；以及电抗器，该电抗器的一端与交流电源连接，该电抗器的另一端与桥臂的2个开关元件的连接点连接。在电力转换装置中，在桥臂电路短路时流过的短路电流根据交流电源的极性，按照从电抗器向使电流在与并联连接的二极管的顺向相反的方向流动的桥臂的开关元件的顺序，或者按照从使电流在与并联连接的二极管的顺向相反的方向流动的桥臂的开关元件向电抗器的顺序来流动。

发明的效果

本发明所涉及的电力转换装置发挥能使电抗器小型化且降低噪音这样的效果。

附图说明

图1是示出实施方式1所涉及的电力转换装置的构成例的图。

图2是示出MOSFET的概略结构的示意性剖视图。

图3是示出在电源电流的绝对值大于电流阈值且电源电压极性为正时在实施方式1所涉及的电力转换装置中流动的电流的路径的第1图。

图4是示出在电源电流的绝对值大于电流阈值且电源电压极性为负时在实施方式1所涉及的电力转换装置中流动的电流的路径的第1图。

图5是示出在电源电流的绝对值大于电流阈值且电源电压极性为正时在实施方式1所涉及的电力转换装置中流动的电流的路径的第2图。

图6是示出在电源电流的绝对值大于电流阈值且电源电压极性为负时在实施方式1所涉及的电力转换装置中流动的电流的路径的第2图。

图7是示出实施方式1所涉及的电力转换装置的桥臂电路所具备的门极驱动部的第1构成例的图。

图8是示出实施方式1所涉及的电力转换装置的桥臂电路所具备的门极驱动部的第2构成例的图。

图9是示出实施方式1所涉及的电力转换装置的桥臂电路所具备的门极驱动部的第3构成例的图。

图10是示出实施方式1所涉及的电力转换装置的桥臂电路所具备的门极驱动部的第4构成例的图。

图11是示出实现实施方式1所涉及的电力转换装置所具备的控制部的硬件构成的一例的图。

图12是示出实施方式2所涉及的电机驱动装置的构成例的图。

图13是示出实施方式3所涉及的空调机的构成例的图。

图14是示出实施方式4所涉及的电力转换装置的构成例的图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式所涉及的电力转换装置、电机驱动装置以及空调机进行详细说明。另外，并不由该实施方式限定本发明。

实施方式1.

图1是示出本发明的实施方式1所涉及的电力转换装置100的构成例的图。电力转换装置100是使用桥臂电路3将从交流电源1供给的交流电力转换成直流电力而施加给负载50的具有交流直流转换功能的电源装置。如图1所示那样，电力转换装置100具备电抗器2、桥臂电路3、平滑电容器4、电源电压检测部5、电源电流检测部6、母线电压检测部7和控制部10。

桥臂电路3是以下电路：具备并联连接的2个臂，该臂串联连接有2个并联连接了二极管的开关元件，2个臂并联连接。桥臂电路3将从交流电源1输出的交流电压转换成直流电压。具体来讲，桥臂电路3具备作为第1电路的第1臂31和作为第2电路的第2臂32。第1臂31具备串联连接的开关元件311以及开关元件312。在开关元件311形成寄生二极管311a。寄生二极管311a并联连接在开关元件311的漏极与源极之间。在开关元件312形成寄生二极管312a。寄生二极管312a并联连接在开关元件312的漏极与源极之间。寄生二极管311a、312a分别是作为续流二极管被使用的二极管。另外，有时将第1臂31称为桥臂。

第2臂32具备串联连接的开关元件321以及开关元件322。第2臂32与第1臂31并联连接。在开关元件321形成寄生二极管321a。寄生二极管321a并联连接在开关元件321的漏极与源极之间。在开关元件322形成寄生二极管322a。寄生二极管322a并联连接在开关元件322的漏极与源极之间。寄生二极管321a、322a分别是作为续流二极管被使用的二极管。另外，有时将第2臂32称为桥臂。

详细来讲，电力转换装置100具备：分别与交流电源1连接的第1配线501以及第2配线502；以及配置于第1配线501的电抗器2。另外，第1臂31具备：作为第1开关元件的开关元件311；作为第2开关元件的开关元件312；以及具有第1连接点506的第3配线503。开关元件311以及开关元件312由第3配线503串联连接。在第1连接点506连接第1配线501。第1连接点506经由第1配线501以及电抗器2而与交流电源1连接。也可以说，对于电抗器2，一端与交流电源1连接，另一端与开关元件311以及开关元件312的连接点连接。

第2臂32具备：作为第3开关元件的开关元件321；作为第4开关元件的开关元件322；以及具备第2连接点508的第4配线504。开关元件321以及开关元件322由第4配线504串联连接。在第2连接点508连接第2配线502。第2连接点508经由第2配线502而与交流电源1连接。

另外，桥臂电路3具备：驱动开关元件311的门极驱动部33；驱动开关元件312的门极驱动部34；驱动开关元件321的门极驱动部35；以及驱动开关元件322的门极驱动部36。门极驱动部33是基于由控制部10生成的控制信号来将开关元件311打开或者关闭的第1驱动部。门极驱动部34是基于由控制部10生成的控制信号来将开关元件312打开或者关闭的第2驱动部。门极驱动部35是基于由控制部10生成的控制信号来将开关元件321打开或者关闭的第3驱动部。门极驱动部36是基于由控制部10生成的控制信号来将开关元件322打开或者关闭的第4驱动部。

门极驱动部33～36通过设在内部的门极电阻，对连接的开关元件的开关速度进行控制。在本实施方式中，门极驱动部33在使开关元件311打开时和使开关元件311关闭时，使用不同电阻值的门极电阻。同样地，门极驱动部34在使开关元件312打开时和使开关元件312关闭时，使用不同电阻值的门极电阻。有关门极驱动部33、34的具体构成将在后叙述。门极驱动部35、36在内部具备1个门极电阻，在打开时和关闭时使用相同电阻来作为门极电阻。在以下的说明中，有时将打开简称为接通，将关闭简称为断开。另外，有关门极驱动部并不限定于图1的例子，也可以由1个门极驱动部将开关元件311、312打开或者关闭，也可以由1个门极驱动部将开关元件321、322打开或者关闭。

平滑电容器4是与桥臂电路3具体是第2臂32并联连接的电容器。在桥臂电路3中，开关元件311的一端与平滑电容器4的正侧连接，开关元件311的另一端与开关元件312的一端连接，开关元件312的另一端与平滑电容器4的负侧连接。

开关元件311、312、321、322由MOSFET构成。可在开关元件311、312、321、322使用由氮化镓(Gallium Nitride：GaN)、氧化镓(Gallium Oxide：Ga₂O₃)、碳化硅(SiliconCarbide：SiC)、金刚石或者氮化铝这样的宽带隙(Wide Band Gap：WBG)半导体构成的MOSFET。通过在开关元件311、312、321、322使用WBG半导体，耐电压性提高，允许电流密度也变高，故而能实现模块的小型化。WBG半导体由于耐热性也高，所以也能实现散热部的散热翅片的小型化。在本实施方式中，设定成开关元件311、312的开关速度比开关元件321、322的开关速度快。

控制部10基于从电源电压检测部5、电源电流检测部6以及母线电压检测部7分别输出的信号，生成使桥臂电路3的门极驱动部33～36工作的控制信号。电源电压检测部5是检测交流电源1的输出电压的电压值即电源电压Vs并将表示检测结果的电信号向控制部10输出的电压检测部。电源电流检测部6是检测从交流电源1输出的电流的电流值即电源电流Is并将表示检测结果的电信号向控制部10输出的电流检测部。电源电流Is是在交流电源1与桥臂电路3之间流动的电流的电流值。母线电压检测部7是检测母线电压Vdc并将表示检测结果的电信号向控制部10输出的电压检测部。母线电压Vdc是由平滑电容器4将桥臂电路3的输出电压平滑处理后的电压。控制部10根据电源电压Vs、电源电流Is以及母线电压Vdc生成控制信号，使门极驱动部33～36工作，控制开关元件311、312、321、322的接通断开。另外，控制部10也可以使用电源电压Vs、电源电流Is以及母线电压Vdc之中的至少1个来控制开关元件311、312、321、322的接通断开。

接着，对实施方式1所涉及的电力转换装置100的基本的工作进行说明。以下，有时将与交流电源1的正侧即交流电源1的正极端子连接的开关元件311、321称为上侧开关元件。另外，有时将与交流电源1的负侧即交流电源1的负极端子连接的开关元件312、322称为下侧开关元件。

在第1臂31中，上侧开关元件和下侧开关元件互补地工作。即，在上侧开关元件以及下侧开关元件之中的一方接通的场合，另一方断开。构成第1臂31的开关元件311、312通过分别由门极驱动部33、34生成的驱动信号即PWM(Pulse Width Modulation即脉冲宽度调制)信号来驱动。以下，也将依照PWM信号的开关元件311、312的接通或者断开的工作称为开关工作。为了防止经由交流电源1以及电抗器2的平滑电容器4的短路，在从交流电源1输出的电源电流Is的绝对值为电流阈值以下的场合，开关元件311以及开关元件312都变成断开。以下，将平滑电容器4的短路称为电容器短路。电容器短路是蓄积于平滑电容器4的能量被释放而在交流电源1再生电流的状态。

构成第2臂32的开关元件321、322通过分别由门极驱动部35、36生成的驱动信号而变成接通或者断开。开关元件321、322基本上根据从交流电源1输出的电压的极性即电源电压极性而变成接通或者断开的状态。具体来讲，在电源电压极性为正的场合，开关元件322接通，且开关元件321断开，在电源电压极性为负的场合，开关元件321接通，且开关元件322断开。另外，在图1中，以从控制部10朝向桥臂电路3的箭头示出了针对门极驱动部33～36的控制信号。

接着，对实施方式1中的开关元件的状态与在实施方式1所涉及的电力转换装置100中流动的电流的路径的关系进行说明。另外，在进行本说明之前，参照图2对MOSFET的结构进行说明。

图2是示出MOSFET的概略结构的示意性剖视图。在图2中例示n型MOSFET。在n型MOSFET的场合，如图2所示那样，使用p型的半导体基板600。在半导体基板600，形成源极电极S、漏极电极D以及门极电极G。在与源极电极S以及漏极电极D接触的部位，进行高浓度的杂质的离子注入来形成n型区域601。另外，在半导体基板600中，在未形成n型区域601的部位与门极电极G之间，形成氧化绝缘膜602。即，在门极电极G与半导体基板600中的p型区域603之间，夹设氧化绝缘膜602。

若对门极电极G施加正电压，则在半导体基板600中的p型区域603与氧化绝缘膜602之间的交界面吸引电子，该交界面变成带负电。在电子聚集的部位，电子密度比空穴密度高，从而n型化。该n型化的部分成为电流的通道，被称为沟道604。沟道604在图2的例子中是n型沟道。通过将MOSFET控制成接通，相比形成在p型区域603的寄生二极管，通流的电流会更多地流向沟道604。

图3是示出在电源电流Is的绝对值大于电流阈值且电源电压极性为正时在实施方式1所涉及的电力转换装置100中流动的电流的路径的第1图。在图3中，电源电压极性为正，开关元件311以及开关元件322接通，开关元件312以及开关元件321断开。在该状态下，电流按照交流电源1、电抗器2、开关元件311、平滑电容器4、开关元件322、交流电源1的顺序流动。这样，在实施方式1中，并不是电流流向寄生二极管311a以及寄生二极管322a，而是电流流向开关元件311以及开关元件322各自的沟道，从而进行同步整流工作。另外，在图3中，由圆形标记示出接通的开关元件。在以后的图中也同样。

图4是示出在电源电流Is的绝对值大于电流阈值且电源电压极性为负时在实施方式1所涉及的电力转换装置100中流动的电流的路径的第1图。在图4中，电源电压极性为负，开关元件312以及开关元件321接通，开关元件311以及开关元件322断开。在该状态下，电流按照交流电源1、开关元件321、平滑电容器4、开关元件312、电抗器2、交流电源1的顺序流动。这样，在实施方式1中，并不是电流流向寄生二极管321a以及寄生二极管312a，而是电流流向开关元件321以及开关元件312各自的沟道，从而进行同步整流工作。

图5是示出在电源电流Is的绝对值大于电流阈值且电源电压极性为正时在实施方式1所涉及的电力转换装置100中流动的电流的路径的第2图。在图5中，电源电压极性为正，开关元件312以及开关元件322接通，开关元件311以及开关元件321断开。在该状态下，电流按照交流电源1、电抗器2、开关元件312、开关元件322、交流电源1的顺序流动，形成不经由平滑电容器4的电源短路路径。这样，在实施方式1中，不是电流流向寄生二极管312a以及寄生二极管322a，而是电流流向开关元件312以及开关元件322各自的沟道，从而形成电源短路路径。

图6是示出在电源电流Is的绝对值大于电流阈值且电源电压极性为负时在实施方式1所涉及的电力转换装置100中流动的电流的路径的第2图。在图6中，电源电压极性为负，开关元件311以及开关元件321接通，开关元件312以及开关元件322断开。在该状态下，电流按照交流电源1、开关元件321、开关元件311、电抗器2、交流电源1的顺序流动，形成不经由平滑电容器4的电源短路路径。这样，在实施方式1中，不是电流流向寄生二极管321a以及寄生二极管311a，而是电流流向开关元件321以及开关元件311各自的沟道，从而形成电源短路路径。

在图5以及图6的例子中，开关元件311、312作为控制短路电流的流动的开关发挥功能。另外，在图5以及图6的例子中，开关元件321、322作为整流器发挥功能。在电力转换装置100中，在桥臂电路3短路时流过的短路电流根据交流电源1的极性，按照从电抗器2向使电流在与寄生二极管312a的顺向相反的方向流动的开关元件312的顺序，或者从使电流在与寄生二极管311a的顺向相反的方向流动的开关元件311向电抗器2的顺序来流动。具体来讲，如图5所示的例子那样，在交流电源1的正极在电抗器2侧的场合，在电力转换装置100中，由于电抗器2与开关元件312串联连接，所以短路电流在流经电抗器2之后流向开关元件312。另外，如图6所示的例子那样，在交流电源1的负极在电抗器2侧的场合，在电力转换装置100中，由于开关元件311与电抗器2串联连接，所以短路电流在流经开关元件311之后流向电抗器2。通过这样的构成，可期待在开关元件311、312中产生的开关时的噪音会因电抗器2的阻抗的影响而衰减。

在此，在图3所示的同步整流工作时，有时根据接通断开的时机会有电流在开关元件311的寄生二极管311a中流动。在该场合，若切换成图5所示的电源短路工作，则经由开关元件312a对寄生二极管311a施加负载侧电压(直流电压)。因而，虽然在寄生二极管311a中有因逆复归工作形成的恢复电流流动，但也会与本电流一起导致产生噪音(恢复噪音)。该恢复噪音沿配线传递而传导至交流电源1侧，但通过在图5所示那样的路径进行电源短路工作，由于电抗器2的阻抗的存在，能够抑制向交流电源1侧的噪音流出。即，关于与连接于电抗器侧的桥臂的开关元件并联连接的二极管，通过控制开关元件以便有与顺向相反的方向的短路电流流动，能够抑制恢复噪音的电源侧流出。

控制部10通过控制以上所述的电流路径的切换，能控制电源电流Is以及母线电压Vdc的值。电力转换装置100在电源电压极性为正时连续地切换图3所示的负载电力供给模式和图5所示的电源短路模式，在电源电压极性为负时连续地切换图4所示的负载电力供给模式和图6所示的电源短路模式，从而实现母线电压Vdc的上升、电源电流Is的同步整流等工作。具体来讲，控制部10将进行依靠PWM的开关工作的开关元件311、312的开关频率设定得比进行与电源电压Vs的极性相应的开关工作的开关元件321、322的开关频率高，控制开关元件311、312、321、322的接通断开。在以下说明中，有时在不区别开关元件311、312、321、322的场合简称为开关元件。同样地，有时在不区别寄生二极管311a、312a、321a、322a的场合简称为寄生二极管。

接着，对桥臂电路3所具备的门极驱动部33、34的构成进行说明。在桥臂电路3中，通过连接电抗器2，能降低因第1臂31的开关元件311、312导致的噪音，能抑制桥臂电路3的接地线的摇晃。在桥臂电路3中，由于能降低因开关元件311、312导致的噪音，所以，能减小分别与开关元件311、312连接的门极驱动部33、34所具备的门极电阻的电阻值。其结果，如前述那样，能将开关元件311、312的开关速度设定成比开关元件321、322的开关速度高的速度。另外，在电力转换装置100中，与开关元件311、312的开关速度跟开关元件321、322的开关速度相同的场合相比较，能减小电抗器2的大小，即能使电抗器2小型化。

桥臂电路3通过减小门极驱动部33、34的门极电阻的电阻值，能加快开关元件311、312的开关速度。另一方面，桥臂电路3即便使开关元件311、312的开关速度过快，因开关导致的辐射噪音、漏电流从负载50或者与负载50连接的构成经由对地阻抗而返回的传导噪音等噪音也会增加。另外，在开关元件311、312中，有时在打开时和关闭时噪音的产生状况会有不同。因而，在本实施方式中，在使开关元件311、312接通断开的门极驱动部33、34中，在打开时和关闭时使用不同电阻值的门极电阻。具体来讲，门极驱动部33、34在开关元件311、312中，将在打开或者关闭时产生的噪音小的工作中使用的门极电阻的电阻值设定成比在噪音大的工作中使用的门极电阻的电阻值小。通过在打开时和关闭时改变在门极驱动部33、34使用的门极电阻的电阻值，桥臂电路3能抑制噪音的产生，并且能提高开关元件的开关速度。

具体来讲，对在开关元件311、312中打开时的噪音比关闭时大的场合的门极驱动部33、34的构成进行说明。另外，在此由于门极驱动部33、34形成为同样的构成，所以使用门极驱动部33进行说明。图7是示出实施方式1所涉及的电力转换装置100的桥臂电路3所具备的门极驱动部33的第1构成例的图。门极驱动部33具备电阻331、二极管332和电阻333。电阻331是门极电阻，是在使开关元件311关闭时使用的第1电阻。二极管332是在开关元件311关闭时有电流流通的第1二极管。二极管332的阴极与电阻331连接，阳极与开关元件311连接。另外，图7所示的二极管332的配置是一例，但并不限定于此。也可以是二极管332的阴极与控制部10连接，阳极与电阻331连接。电阻333是门极电阻，是在使开关元件311打开时使用的第2电阻。在图7中，电阻331以及二极管332的串联电路与电阻333并联连接。图7所示的电路是在开关元件311的接通断开时改变开关速度的速度变更机构。对于以下说明的门极驱动部所具备的电路也同样。门极驱动部33根据门极电阻的电阻值变更接通断开时的开关速度。

在此，设定成电阻331的电阻值≤电阻333的电阻值。在图7中，在电阻331的电阻值与电阻333的电阻值之差大的场合，例如有10倍以上的差的场合，从开关元件311向控制部10的电流大致流向电阻331，而几乎不流向电阻333。此时，门极驱动部33使开关元件311关闭时的门极电阻的电阻值大体上是电阻331的电阻值。另外，在电阻331的电阻值与电阻333的电阻值相同或者差不大的场合，从开关元件311向控制部10的电流也流向电阻333。此时，门极驱动部33使开关元件311关闭时的门极电阻的电阻值成为电阻331以及电阻333并联连接的合成电阻的电阻值。可是，由于电阻331的电阻值≤电阻333的电阻值，所以合成电阻的电阻值小于电阻333的电阻值。

在门极驱动部33使开关元件311打开的场合，在门极驱动部33中，由于二极管332被反向连接，所以电流不流向电阻331，而是电流从控制部10经由电阻333流向开关元件311。此时，门极驱动部33使开关元件311打开时的门极电阻的电阻值成为电阻333的电阻值。

这样，门极驱动部33能在噪音大的打开时将电阻333作为门极电阻使用，在噪音小的关闭时将电阻331或者电阻331及电阻333的合成电阻作为门极电阻使用。

接着，对在开关元件311、312中关闭时的噪音比打开时大的场合的门极驱动部33、34的构成进行说明。另外，在此由于门极驱动部33、34设成同样的构成，所以使用门极驱动部33进行说明。图8是示出实施方式1所涉及的电力转换装置100的桥臂电路3所具备的门极驱动部33的第2构成例的图。门极驱动部33具备电阻331、电阻333和二极管334。二极管334是在使开关元件311打开时有电流流通的第2二极管。二极管334的阳极与电阻333连接，阴极与开关元件311连接。另外，图8所示的二极管334的配置是一例，并不限定于此。也可以是二极管334的阳极与控制部10连接，阴极与电阻333连接。在图8中，电阻331与电阻333以及二极管334的串联电路并联连接。

在此，设定成电阻331的电阻值≥电阻333的电阻值。在图8中，在电阻331的电阻值与电阻333的电阻值之差大的场合，例如有10倍以上的差的场合，自控制部10向开关元件311的电流大致流向电阻333，而几乎不流向电阻331。此时，门极驱动部33使开关元件311打开时的门极电阻的电阻值大体上是电阻333的电阻值。另外，在电阻331的电阻值与电阻333的电阻值相同或者差不大的场合，自控制部10向开关元件311的电流也流向电阻331。此时，门极驱动部33使开关元件311打开时的门极电阻的电阻值成为电阻333以及电阻331并联连接的合成电阻的电阻值。可是，由于电阻331的电阻值≥电阻333的电阻值，所以，合成电阻的电阻值小于电阻331的电阻值。

在门极驱动部33使开关元件311关闭的场合，在门极驱动部33中，由于二极管334被反向连接，所以电流不流向电阻333，而是电流从开关元件311经由电阻331流向控制部10。此时，门极驱动部33使开关元件311关闭时的门极电阻的电阻值成为电阻331的电阻值。

这样，门极驱动部33能在噪音大的关闭时将电阻331作为门极电阻使用，在噪音小的打开时将电阻333或者电阻333及电阻331的合成电阻作为门极电阻使用。

接着，对在开关元件311、312中打开时的噪音比关闭时稍大的场合的门极驱动部33、34的构成进行说明。另外，在此由于门极驱动部33、34形成为同样的构成，所以使用门极驱动部33来进行说明。图9是示出实施方式1所涉及的电力转换装置100的桥臂电路3所具备的门极驱动部33的第3构成例的图。门极驱动部33具备电阻331、二极管332、电阻333和二极管334。在图9中，电阻331以及二极管332的串联电路与电阻333以及二极管334的串联电路并联连接。

在此，设成电阻331的电阻值<电阻333的电阻值。在门极驱动部33使开关元件311打开的场合，在门极驱动部33中，由于二极管332被反向连接，所以电流不流向电阻331，而是经由二极管334被顺向连接的电阻333，电流从控制部10流向开关元件311。此时，门极驱动部33使开关元件311打开时的门极电阻的电阻值成为电阻333的电阻值。

在门极驱动部33使开关元件311关闭的场合，在门极驱动部33中，由于二极管334被反向连接，所以电流不流向电阻333，而是电流经由二极管332被顺向连接的电阻331，从开关元件311流向控制部10。此时，门极驱动部33使开关元件311关闭时的门极电阻的电阻值成为电阻331的电阻值。另外，在开关元件311、312中关闭时的噪音比打开时稍大的场合，设定成电阻331的电阻值>电阻333的电阻值。

针对由开关元件311打开时产生的噪音以及关闭时产生的噪音，在噪音的大小没有显著差异的场合，用户能根据产生的噪音的大小而在门极驱动部33使用适当电阻值的电阻331、333。门极驱动部33通过使用2个二极管332、334，能将考虑了关闭时噪音的电阻值的电阻331作为门极电阻使用，将考虑了打开时噪音的电阻值的电阻333作为门极电阻使用。

另外，虽然对门极驱动部33、34为相同构成的场合进行了说明，但只是一例，并不限定于此。例如，在门极驱动部33的构成为图7所示的构成的场合，也能将门极驱动部34的构成形成为图8或者图9所示的构成。

另外，在门极驱动部33、34为同样构成的场合，也能使用在门极驱动部33、34中为不同电阻值的门极电阻。图10是示出实施方式1所涉及的电力转换装置100的桥臂电路3所具备的门极驱动部33、34的第4构成例的图。门极驱动部33具备电阻331、二极管332和电阻333。另外，门极驱动部34具备电阻341、二极管342和电阻343。电阻341是门极电阻，是在使开关元件312关闭时使用的第3电阻。二极管342是在使开关元件312关闭时有电流流通的第3二极管。二极管342的阴极与电阻341连接，阳极与开关元件312连接。另外，图10所示的二极管342的配置是一例，并不限定于此。也可以是二极管342的阴极与控制部10连接，阳极与电阻341连接。电阻343是门极电阻，是在使开关元件312打开时使用的第4电阻。在图10中，电阻341以及二极管342的串联电路与电阻343并联连接。

例如，在打开时，在开关元件312的噪音比开关元件311的噪音大的场合，将门极驱动部34的电阻343的电阻值设定成大于门极驱动部33的电阻333的电阻值。同样地，在关闭时，在开关元件312的噪音比开关元件311的噪音大的场合，将门极驱动部34的电阻341的电阻值设定成大于门极驱动部33的电阻331的电阻值。由此，桥臂电路3能根据在各开关元件中产生的噪音的大小来使用适当电阻值的门极电阻。

即，门极驱动部33使开关元件311打开时的门极电阻的电阻值也可以与门极驱动部34使开关元件312打开时的门极电阻的电阻值不同。同样地，门极驱动部33使开关元件311关闭时的门极电阻的电阻值也可以与门极驱动部34使开关元件312关闭时的门极电阻的电阻值不同。电力转换装置100通过使用根据在开关元件311、312中产生的噪音的大小而设定的门极驱动部33、34的门极电阻，不用变更控制部10的控制内容就能抑制噪音的产生。另外，在图10中，作为门极驱动部33、34的构成，说明了与图7的门极驱动部33同样的构成的场合，但这只是一例，并不限定于此。作为门极驱动部33、34的构成，也可以使用与图8或者图9的门极驱动部33同样的构成。

在此，对开关元件的构成进行说明。在电力转换装置100中，作为提高开关元件的开关速度的方法之一，可列举减小开关元件的门极电阻的方法。门极电阻越小，相对门极输入容量的充放电时间就越短，打开期间以及关闭期间越短，因而开关速度越快。

但是，在通过减小门极电阻来降低开关转换损失时存在限制。于是，通过由GaN或者SiC这样的WBG半导体来构成开关元件，能进一步抑制每次转换的损失，更加提高了效率，且能进行高频开关。另外，由于能进行高频开关，所以能实现电抗器2的小型化，能实现电力转换装置100的小型化以及轻量化。另外，通过在开关元件使用WBG半导体，提高了开关速度，可抑制开关转换损失，故而可简化能使开关元件继续正常工作那样的散热对策。另外，通过在开关元件使用WBG半导体，能将开关频率设定成充分高的值例如16kHz以上，故而能抑制因开关导致的噪音。

另外，GaN半导体在GaN层与氮化铝镓层的界面产生二维电子气体，由于该二维电子气体，载体的移动度高。因而，使用GaN半导体的开关元件能实现高速开关。在此，在交流电源1是50Hz/60Hz的商用电源的场合，可听域频率成为16kHz至20kHz的范围，即商用电源的频率的266倍至400倍的范围。GaN半导体适于在比该可听域频率高的频率进行开关的场合。在以数十kHz以上的开关频率驱动由作为主流半导体材料的硅(Si)构成的开关元件311、312、321、322的场合，开关转换损失的比率变大，需要散热对策。相对于此，由GaN半导体构成的开关元件311、312、321、322即便在以数十kHz以上的开关频率具体是高于20kHz的开关频率进行驱动的场合，开关转换损失也非常小。因而，无需散热对策，或者能将被利用于散热对策的散热构件的尺寸小型化，能实现电力转换装置100的小型化以及轻量化。另外，由于能进行高频开关，所以能实现电抗器2的小型化。另外，为了防止开关频率的1次成分进入噪音端子电压规格的测定范围，优选的是，开关频率为150kHz以下。

另外，由于WBG半导体的静电容量比Si半导体小，所以因开关导致的恢复电流的产生少，能抑制因恢复电流导致的损失以及噪音的产生，故而适于高频开关。

另外，由于SiC半导体的接通电阻比GaN半导体小，所以，也可以是开关次数比第2臂32多的第1臂31的开关元件311、312由GaN半导体构成，开关次数少的第2臂32的开关元件321、322由SiC半导体构成。由此，能最大限度地利用SiC半导体以及GaN半导体各自的特性。另外，通过在开关次数比第1臂31少的第2臂32的开关元件321、322利用SiC半导体，在开关元件321、322的损失之中，导通损失所占的比例变多，打开损失以及关闭损失变小。因此，可抑制伴随于开关元件321、322的开关转换的发热的上升，能使构成第2臂32的开关元件321、322的内芯面积相对变小，能有效利用内芯制造时的生产率低的SiC半导体。

另外，也可以在开关次数少的第2臂32的开关元件321、322中使用超结(SuperJunction：SJ)-MOSFET。通过使用SJ-MOSFET，能发挥SJ-MOSFET的优点即低接通电阻，并能抑制静电容量高而容易发生恢复这样的缺点。另外，通过使用SJ-MOSFET，相比使用WBG半导体的场合，能降低第2臂32的制造成本。

另外，WBG半导体相比Si半导体耐热性高，即便在结温为高温时也能工作。因而，通过使用WBG半导体，即便在热阻大的小型的内芯中也能构成第1臂31以及第2臂32。尤其是，内芯制造时的生产率低的SiC半导体在利用于小型内芯时能实现低成本化。

另外，WBG半导体即便在以100kHz左右的高频驱动的场合也能抑制在开关元件中产生的损失的增加，因而依靠电抗器2的小型化而得的损失降低效果变大，在宽的输出带域即宽的负载条件下，能实现高效率的转换器。

另外，WBG半导体由于相比Si半导体耐热性高，依靠臂间的损失的偏向而定的转换的发热允许等级高，所以适于因高频驱动产生开关转换损失的第1臂31。

接着，对电力转换装置100所具备的控制部10的硬件构成进行说明。图11是示出实现实施方式1所涉及的电力转换装置100所具备的控制部10的硬件构成的一例的图。控制部10由处理器201以及存储器202实现。

处理器201是CPU(Central Processing Unit即中央处理器，也称为中央处理装置、处理装置、演算装置、微型处理器、微机、处理器、DSP(Digital Signal Processor即数字信号处理器))、或者系统LSI(Large Scale Integration即大规模集成电路)。存储器202可例示RAM(Random Access Memory即随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory即只读存储器)、闪存存储器、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory即可擦可编程只读存储器)、EEPROM(注册商标)(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory即电子抹除式只读存储器)这样的非易失性或易失性的半导体存储器。另外，存储器202并不限定于此，也可以是磁盘、光盘、压缩光盘、迷你光盘或者DVD(Digital Versatile Disc即数字多功能光盘)。

如以上说明的那样，根据本实施方式，在电力转换装置100中，形成以下电路构成：在桥臂电路3短路时，根据交流电源1的极性，将电抗器2与作为开关发挥功能的开关元件312和电抗器2串联连接，或者将作为开关发挥功能的开关元件311与电抗器2串联连接。由此，电力转换装置100由于能使因电抗器2的阻抗的影响在开关元件311、312中产生的开关时的噪音衰减，所以能将电抗器2小型化，并且能降低噪音。

另外，在电力转换装置100中，在桥臂电路3中，使开关元件311、312的开关速度比开关元件321、322的开关速度快。另外，在桥臂电路3中，驱动开关元件311的门极驱动部33在使开关元件311打开时和关闭时使用不同电阻值的门极电阻，可通过打开和关闭来改变开关速度。驱动开关元件312的门极驱动部34在使开关元件312打开时和关闭时使用不同电阻值的门极电阻，可通过打开和关闭来改变开关速度。由此，电力转换装置100能将电抗器2小型化，并能降低噪音。

另外，在电力转换装置100中，门极驱动部33使用对应于在开关元件311中产生的噪音的大小而设定的门极电阻，门极驱动部34使用对应于在开关元件312中产生的噪音的大小而设定的门极电阻。即，门极驱动部33以及门极驱动部34在使开关元件打开时使用不同电阻值的门极电阻，在使开关元件关闭时使用不同电阻值的门极电阻。由此，电力转换装置100能在门极驱动部33、34中使用不同电阻值的门极电阻，不用变更控制部10的控制内容就能对应于实际的噪音产生状况来降低噪音。

实施方式2.

在实施方式2中，对具备实施方式1所说明的电力转换装置100的电机驱动装置进行说明。

图12是示出实施方式2所涉及的电机驱动装置101的构成例的图。电机驱动装置101驱动作为负载的电机42。电机驱动装置101具备实施方式1的电力转换装置100、逆变器41、电机电流检测部44和逆变器控制部43。逆变器41将从电力转换装置100供给的直流电力转换成交流电力并向电机42输出，从而驱动电机42。另外，虽然说明的是电机驱动装置101的负载是电机42的场合的例子，但其只是一例，只要与逆变器41连接的设备是输入交流电力的设备即可，也可以是电机42以外的设备。

逆变器41是将以IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor即绝缘栅双极型晶体管)为首的开关元件形成为3相桥臂结构或者2相桥臂结构的电路。逆变器41中所使用的开关元件并不限定于IGBT，也可以是由WBG半导体构成的开关元件、IGCT(Integrated GateCommutated Thyristor即集成门极换流晶闸管)、FET(Field Effect Transistor即场效应晶体管)或者MOSFET。

电机电流检测部44对在逆变器41与电机42之间流动的电流进行检测。逆变器控制部43利用由电机电流检测部44检测的电流，生成用于驱动逆变器41内的开关元件以便电机42以所期望的转速旋转的PWM信号，向逆变器41施加。逆变器控制部43与控制部10同样地由处理器以及存储器实现。另外，电机驱动装置101的逆变器控制部43与电力转换装置100的控制部10也可由1个电路实现。

在电力转换装置100被用于电机驱动装置101的场合，桥臂电路3的控制所需的母线电压Vdc对应于电机42的运转状态而变化。一般来讲，电机42的转速越是高转速，就越需要提高逆变器41的输出电压。该逆变器41的输出电压的上限由对逆变器41的输入电压即作为电力转换装置100的输出的母线电压Vdc限制。将来自逆变器41的输出电压超过由母线电压Vdc限制的上限而饱和的区域称为过调制区域。

在这样的电机驱动装置101中，在电机42为低转速的范围即未到达过调制区域的范围中，无需使母线电压Vdc升压。另一方面，在电机42为高转速的场合，通过使母线电压Vdc升压，能使过调制区域更靠近高转速侧。由此，能够将电机42的运转范围放大到高转速侧。

另外，若无需放大电机42的运转范围，则能相应地增加电机42所具备的绕组向定子卷绕的匝数。通过增加绕组的匝数，在低转速的区域中，在绕组的两端产生的电机电压变高，相应地流向绕组的电流降低，因而能降低在逆变器41内的开关元件的开关工作中产生的损失。在获得电机42的运转范围放大以及低转速的区域的损失改善的双方效果的场合，电机42的绕组的匝数被设定成适当值。

如以上说明的那样，根据本实施方式，通过使用电力转换装置100，可降低臂间的发热的偏向，能实现高可靠性且高输出的电机驱动装置101。

实施方式3.

在实施方式3中，对具备实施方式2中所说明的电机驱动装置101的空调机进行说明。

图13是示出实施方式3所涉及的空调机700的构成例的图。空调机700是制冷循环装置的一例，具备实施方式2的电机驱动装置101以及电机42。空调机700具备内置有压缩机构87以及电机42的压缩机81、四通阀82、室外热交换器83、膨胀阀84、室内热交换器85和制冷剂配管86。空调机700并不限于室外机与室内机分离的分体型空调机，也可以是压缩机81、室内热交换器85以及室外热交换器83设在1个框体内的一体型空调机。电机42由电机驱动装置101驱动。

在压缩机81的内部，设有压缩制冷剂的压缩机构87和使压缩机构87工作的电机42。通过使制冷剂在压缩机81、四通阀82、室外热交换器83、膨胀阀84、室内热交换器85以及制冷剂配管86中循环，构成制冷循环。另外，空调机700所具备的构成要素也能应用于具备制冷循环的冰箱或者冰柜这样的设备。

另外，在实施方式3中，说明的是在压缩机81的驱动源利用电机42并由电机驱动装置101驱动电机42的构成例。但是，也可以在空调机700所具备的未图示的驱动室内机送风机以及室外机送风机的驱动源中应用电机42，由电机驱动装置101驱动该电机42。另外，也可以在室内机送风机、室外机送风机以及压缩机81的驱动源中应用电机42，由电机驱动装置101驱动该电机42。

另外，在空调机700中，由于在输出为额定输出的一半以下的中间条件即低输出条件下的运转在整年中都具有支配性，所以对中间条件下的整年耗电的贡献度变高。另外，在空调机700中，电机42的转速低，存在电机42的驱动所需的母线电压Vdc低的倾向。因而，从系统效率方面来看，使空调机700所使用的开关元件以被动状态工作是有效的。因此，从被动状态至高频开关状态的大幅度的运转模式下能减少损失的电力转换装置100对空调机700有用。如上述那样，在交错(interleave)方式中能将电抗器2小型化，但在空调机700中，由于中间条件下的运转多，所以无需将电抗器2小型化，电力转换装置100的构成以及工作在高次谐波的抑制、电源功率因数方面是有效的。

另外，电力转换装置100由于能抑制开关转换损失，所以可抑制电力转换装置100的温度上升，即便将未图示的室外机送风机的尺寸小型化，也能确保搭载于电力转换装置100的基板的冷却能力。因此，电力转换装置100效率高，并且适于4.0kW以上的高输出的空调机700。

另外，根据本实施方式，由于通过使用电力转换装置100降低了臂间的发热的偏向，能实现依靠开关元件的高频驱动的电抗器2的小型化，能抑制空调机700的重量增加。另外，根据本实施方式，通过开关元件的高频驱动，降低了开关转换损失，能量消耗率降低，可实现高效率的空调机700。

实施方式4.

在实施方式1中，电力转换装置100的桥臂电路3具备2个串联连接有2个开关元件的臂，但也可以针对一方的臂将开关元件置换成二极管。

图14是示出实施方式4所涉及的电力转换装置100a的构成例的图。图14所示的电力转换装置100a将图1所示的电力转换装置100的桥臂电路3置换为桥臂电路3a。桥臂电路3a通过从桥臂电路3削减门极驱动部35、36并将第2臂32置换为第2臂32a而成。在仅考虑升压工作的场合，电力转换装置100a能将第2臂32a设成为2个二极管323、324。电力转换装置100a通过将第2臂32a设成为2个二极管323、324，与电力转换装置100相比较，能削减开关元件321、322以及门极驱动部35、36，故而能降低电路成本。这样，在电力转换装置100a中，桥臂电路3a只要具备至少1个以上的通过将并联连接有二极管的开关元件串联连接而成的桥臂即可。

以上的实施方式所示的构成示出了本发明的内容的一例，也可以与其他公知技术组合，还可以在不脱离本发明构思的范围内省略或变更构成的一部分。

附图标记的说明

1交流电源；2电抗器；3、3a桥臂电路；4平滑电容器；5电源电压检测部；6电源电流检测部；7母线电压检测部；10控制部；31第1臂；32、32a第2臂；33～36门极驱动部；41逆变器；42电机；43逆变器控制部；44电机电流检测部；50负载；81压缩机；82四通阀；83室外热交换器；84膨胀阀；85室内热交换器；86制冷剂配管；87压缩机构；100、100a电力转换装置；101电机驱动装置；201处理器；202存储器；311、312、321、322开关元件；311a、312a、321a、322a寄生二极管；331、333、341、343电阻；323、324、332、334、342二极管；501第1配线；502第2配线；503第3配线；504第4配线；506第1连接点；508第2连接点；600半导体基板；601、603区域；602氧化绝缘膜；604沟道；700空调机。

Claims (7)

1.一种电力转换装置，其中，该电力转换装置具备：

桥臂电路，该桥臂电路将从交流电源输出的交流电压转换成直流电压，并具有至少1个以上的桥臂，该桥臂通过将并联连接有二极管的开关元件串联连接而成；以及

电抗器，该电抗器的一端与上述交流电源连接，该电抗器的另一端与上述桥臂的2个上述开关元件的连接点连接，

在上述桥臂电路短路时流过的短路电流根据上述交流电源的极性，按照从上述电抗器向使电流在与并联连接的上述二极管的顺向相反的方向流动的上述桥臂的上述开关元件的顺序，或者按照从使电流在与并联连接的上述二极管的顺向相反的方向流动的上述桥臂的上述开关元件向上述电抗器的顺序来流动。

2.如权利要求1所述的电力转换装置，其中，

将上述桥臂所具备的开关元件设为第1开关元件以及第2开关元件，

根据上述交流电源的极性，上述短路电流在流过上述电抗器之后流向上述第2开关元件，或者上述短路电流在流过上述第1开关元件之后流向上述电抗器。

3.如权利要求2所述的电力转换装置，其中，

上述桥臂电路具备驱动上述桥臂的驱动部，

上述驱动部具备在上述第1开关元件或者上述第2开关元件的接通断开时变更开关速度的速度变更机构。

4.如权利要求3所述的电力转换装置，其中，

由门极电阻进行上述开关速度的变更。

5.如权利要求3或4所述的电力转换装置，其中，

上述驱动部使上述第1开关元件接通时的门极电阻的电阻值与上述驱动部使上述第2开关元件接通时的门极电阻的电阻值不同，

上述驱动部使上述第1开关元件断开时的门极电阻的电阻值与上述驱动部使上述第2开关元件断开时的门极电阻的电阻值不同。

6.一种电机驱动装置，该电机驱动装置驱动电机，其中，

该电机驱动装置具备：

权利要求1～5中任一项所述的电力转换装置；以及

逆变器，该逆变器将从上述电力转换装置输出的直流电力转换成交流电力并向上述电机输出。

7.一种空调机，其中，

该空调机具备：

电机；以及

权利要求6所述的电机驱动装置。

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