DE112017007206T5 - Hauptumwandlungsschaltung, Leistungsumwandlungsvorrichtung und sich bewegender Körper - Google Patents

Hauptumwandlungsschaltung, Leistungsumwandlungsvorrichtung und sich bewegender Körper Download PDF

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Abstract

Eine Vielzahl von Halbleitervorrichtungen (1) ist parallel miteinander verbunden. Ein Gatetreiber (13) stellt Gates der Vielzahl von Halbleitervorrichtungen (1) eine Gatespannung bereit. Ein Gatedraht (14, 16) ist vom Gatetreiber (13) aus mit den Gates der Vielzahl von Halbleitervorrichtungen (1) sequenziell verbunden. Ein Erregungsvermögen von jeder der Halbleitervorrichtungen (1) gibt an, wie leicht ein Kollektorstrom als Antwort auf die bereitgestellte Gatespannung fließt. Die Vielzahl von Halbleitervorrichtungen (1) mit einem niedrigeren Erregungsvermögen ist näher zum Gatetreiber (13) verbunden.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hauptumwandlungsschaltung, eine Leistungsumwandlungsvorrichtung und einen sich bewegenden Körper.
  • Hintergrund
  • Mit jeder neuen Generation von Hauptumwandlungsschaltungen wird es unabdingbar, eine zur Verfügung stehende Stromkapazität zu vergrößern. Als eines der Verfahren zum Vergrößern der Stromkapazität gibt es ein Verfahren, welches parallel verbundene Halbleitervorrichtungen nutzt. Da unabhängig von einer Reihe von Produkten eine Strommenge auf Seiten der Schaltungsauslegung bestimmt werden kann, nehmen in den letzten Jahren parallel verbundene Halbleitervorrichtungen zu. Wenn eine der parallel verbundenen Halbleitervorrichtungen das Ende der Lebensdauer erreicht, wird dies das Ende der Lebensdauer der Hauptumwandlungsschaltung. Wenn auf die Halbleitervorrichtungen angewendete Lasten (wie etwa Ströme) unausgeglichen sind, gerät die Lebensdauer ebenfalls aus dem Gleichgewicht, was Bedenken hervorruft, dass die Lebensdauer der Hauptumwandlungsschaltung verkürzt wird.
  • Um einen Isolationsabstand sicherzustellen, wird eine Vielzahl von Halbleitervorrichtungen in der gleichen Richtung ausgerichtet, wobei am Ende einer entweder rechten oder linken Seite der ausgerichteten Halbleitervorrichtungen ein Gatetreiber platziert wird. Daher wird, wenn die Vielzahl von Halbleitervorrichtungen mit einem einzigen Gatetreiber angesteuert wird, ein Unterschied in Abstand und Drahtlänge zwischen jeder der Halbleitervorrichtungen und dem Gatetreiber erzeugt. Die Halbleitervorrichtungen mit einem geringeren bzw. näheren Verdrahtungsabstand zum Gatetreiber empfangen eine größere angelegte Gatespannung und leiten Strom leichter. Da auf die Halbleitervorrichtungen, die Strom leichter leiten, große Lasten beaufschlagt bzw. angewendet werden, wird befürchtet, dass die Lebensdauer verkürzt wird.
  • Dementsprechend wird vorgeschlagen, Gatetreiber für die jeweiligen, parallel verbundenen Halbleitervorrichtungen vorzubereiten und die Gatetreiber individuell so einzustellen, dass eine höhere Gatespannung an eine Vorrichtung mit einer höheren Gate-Schwellenspannung angelegt wird, um das Ungleichgewicht von auf die Vorrichtungen angewendeten Lasten zu unterdrücken (siehe z.B. Patentliteratur 1). Es wird auch vorgeschlagen, den Halbleitervorrichtungen eine Funktion zur Kollektorstromerkennung hinzuzufügen, um ein Stromungleichgewicht zu detektieren und einen positiven Offset auf eine Gate-Schwellenspannung der Halbleitervorrichtungen anzuwenden, welche eine geringe Strommenge aufweisen, um das Stromungleichgewicht zu unterdrücken (siehe z.B. Patentliteratur 2).
  • Zitatliste
  • Patentliteratur
    • [PTL 1] JP 2008-178248 A
    • [PTL 2] JP 2004-229382 A
  • Zusammenfassung
  • Technisches Problem
  • In den herkömmlichen Technologien ist es jedoch notwendig, eine Vielzahl von Gatetreibern vorzubereiten oder eine zusätzliche Schaltung mit Transistoren zu verbinden, was ein Problem einer Vergrößerung und einer Verkomplizierung der Vorrichtungen hervorruft.
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die Probleme wie oben beschrieben zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hauptumwandlungsschaltung, eine Leistungsumwandlungsvorrichtung und einen sich bewegenden Körper vorzusehen, die imstande sind, die elektrische Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit zu steigern, während eine Vergrößerung und Verkomplizierung von Vorrichtungen vermieden werden.
  • Lösung für das Problem
  • Eine Hauptumwandlungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Vielzahl von Halbleitervorrichtungen, die miteinander parallel verbunden sind; einen Gatetreiber, der Gates der Vielzahl von Halbleitervorrichtungen eine Gatespannung bereitstellt; und einen Gatedraht, der vom Gatetreiber aus mit den Gates der Vielzahl von Halbleitervorrichtungen sequenziell verbunden ist, wobei ein Erregungsvermögen von jeder der Halbleitervorrichtungen angibt, wie leicht ein Kollektorstrom als Antwort auf die bereitgestellte Gatespannung fließt, und die Vielzahl von Halbleitervorrichtungen mit einem niedrigeren Erregungsvermögen näher zum Gatetreiber verbunden ist.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • In der vorliegenden Erfindung ist die Vielzahl von Halbleitervorrichtungen, die ein niedrigeres Erregungsvermögen aufweisen, näher zum Gatetreiber verbunden. Als Folge ist es möglich, die elektrische Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit zu steigern, während eine Vergrößerung und Verkomplizierung der Vorrichtungen vermieden werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Draufsicht, die eine Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 2 ist eine Draufsicht, die eine Hauptumwandlungsschaltung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Hauptumwandlungsschaltung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 4 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines elektrischen Leistungsumwandlungssystems veranschaulicht, für das die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform verwendet wird.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden eine Hauptumwandlungsschaltung, eine Leistungsumwandlungsvorrichtung und ein sich bewegender Körper gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die gleichen Komponenten werden durch die gleichen Symbole bezeichnet, und deren wiederholte Beschreibung kann unterlassen werden.
  • Ausführungsform 1
  • 1 ist eine Draufsicht, die eine Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Halbleitervorrichtung 1 enthält einen MOS-Transistor. In der Halbleitervorrichtung 1 ist ein AC-Ausgangsanschluss 2 in einem Ende in einer longitudinalen Richtung eines Gehäuses vorgesehen, und ein positiver Spannungseingangsanschluss 3 und ein negativer Spannungseingangsanschluss 4 sind im anderen Ende vorgesehen. Der positive Spannungseingangsanschluss 3 ist ein Hauptanschluss der Hochspannungsseite, und der negative Spannungseingangsanschluss 4 ist ein Hauptanschluss der Masseseite. Zwischen diesen Anschlüssen sind ein Gateanschluss 5 der Hochspannungsseite, ein Emitter-Hilfsanschluss 6 der Hochspannungsseite, ein Gateanschluss 7 der Niederspannungsseite und ein Emitter-Hilfsanschluss 8 der Niederspannungsseite vorgesehen.
  • 2 ist eine Draufsicht, die eine Hauptumwandlungsschaltung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt. 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Hauptumwandlungsschaltung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt. Aufgrund von Einschränkungen eines räumlichen Isolationsabstands und eines Oberflächenisolationsabstands ist eine Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 1 in der gleichen Richtung ausgerichtet. Jede der Halbleitervorrichtungen 1 weist Transistoren 9 und 10 und Reflux-Dioden 11 und 12 auf. Die Transistoren 9 der Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 1 sind miteinander parallel verbunden. Ähnlich sind die Transistoren 10 der Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 1 ebenfalls miteinander parallel verbunden.
  • Ein Gatetreiber 13 stellt den Gates der Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 1 eine Gatespannung bereit. Der Gatetreiber 13 ist am Ende einer entweder rechten oder linken Seite der ausgerichteten Halbleitervorrichtungen 1 positioniert. Ein Gatedraht 14 der Hochspannungsseite ist vom Gatetreiber 13 aus sequenziell mit den Gateanschlüssen 5 der Hochspannungsseite der Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 1 verbunden. Ein Emitterdraht 15 der Hochspannungsseite ist mit den Emitter-Hilfsanschlüssen 6 der Hochspannungsseite der Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 1 sequenziell verbunden. Ein Gatedraht 16 der Niederspannungsseite ist mit den Gateanschlüssen 7 der Niederspannungsseite der Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 1 sequenziell verbunden. Ein Emitterdraht 17 der Niederspannungsseite ist mit den Emitter-Hilfsanschlüssen 8 der Niederspannungsseite der Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 1 sequenziell verbunden. Der Gatedraht 14 der Hochspannungsseite weist zwischen dem Gatetreiber 13 und den Halbleitervorrichtungen 1 und zwischen den benachbarten Halbleitervorrichtungen 1 jeweils einen Induktor L1 und einen Widerstand R1 auf. Der Gatedraht 16 der Niederspannungsseite weist zwischen dem Gatetreiber 13 und den Halbleitervorrichtungen 1 und zwischen den benachbarten Halbleitervorrichtungen 1 jeweils einen Induktor L2 und einen Widerstand R2 auf.
  • Die Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 1 mit einem niedrigeren Erregungsvermögen ist näher zum Gatetreiber 13 verbunden. Das Erregungsvermögen jedes der Transistoren 9 gibt hier an, wie leicht ein Kollektorstrom als Antwort auf eine bereitgestellte Gatespannung fließt. Freilich kann man auf die Charakteristiken eines der beiden Transistoren 9 und 10, die in jeder der Halbleitervorrichtungen 1 enthalten sind, achten. Da die in der gleichen Halbleitervorrichtung 1 enthaltenen Transistoren 9 und 10 im Allgemeinen ähnliche Charakteristiken aufweisen, kann ungeachtet dessen, welche Charakteristiken beachtet werden, der gleiche Effekt erzielt werden. Auch kann dem Durchschnitt der Charakteristiken der beiden Transistoren 9 und 10 Aufmerksamkeit geschenkt werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 1 mit einem niedrigeren Erregungsvermögen näher zum Gatetreiber 13 verbunden. Daher ist der Verdrahtungsabstand der Transistoren 9 mit einem niedrigeren Erregungsvermögen vom Gatetreiber 13 kürzer, so dass ein Widerstandswert zwischen dem Gatetreiber 13 und Gates kleiner wird. Dementsprechend wird den Transistoren 9 mit einem niedrigeren Erregungsvermögen eine größere Gatespannung bereitgestellt. Daher ist es möglich, das Ungleichgewicht eines Stroms, der in die Vielzahl parallel verbundener Halbleitervorrichtungen 1 fließt, zu unterdrücken, ohne eine weitere Schaltung hinzuzufügen. Diese Maßnahme zur Verschiebung des Ungleichgewichts unterdrückt eine Abweichung der Lebensdauer der Vielzahl parallel verbundener Halbleitervorrichtungen 1, und die Lebensdauer der Hauptumwandlungsschaltung wird länger als diejenige einer herkömmlichen Konfiguration. Als Folge ist es möglich, die elektrische Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit zu steigern, während eine Vergrößerung und Verkomplizierung der Vorrichtungen vermieden werden.
  • Beispielsweise kann eine Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung VCE(sat) als das Erregungsvermögen genutzt werden. Die VCE(sat) ist eine Spannung zwischen einem Kollektor und einem Emitter, wenn in den Transistor 9 ein Nennstrom eingespeist wird. In diesem Fall ist die Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 1 mit einer größeren VCE(sat) näher zum Gatetreiber 13 verbunden. Dementsprechend wird den Transistoren mit einer größeren VCE(sat) eine größere Gatespannung bereitgestellt. Daher wird die VCE(sat) der Vielzahl parallel verbundener Halbleitervorrichtungen 1 ausgeglichen, so dass das Stromungleichgewicht unterdrückt werden kann. Im Fall einer Hauptumwandlungsschaltung für elektrische Eisenbahnen kann die VCE(sat) oft für alle Vorrichtungen erhalten werden, und daher kann eine Anordnung der Vorrichtungen verhältnismäßig einfach bestimmt werden. Eine Nutzung der VCE(sat) ist am effektivsten, um ein Stromungleichgewicht während eines regulären Betriebs zu unterdrücken. Falls man auf eine Steigerung der Zuverlässigkeit der Hauptumwandlungsschaltung abzielt, ist es wünschenswert, diesen Parameter zu nutzen.
  • Als das Erregungsvermögen kann auch eine Gate-Schwellenspannung VGE(th) genutzt werden. Die VGE(th) ist eine Gatespannung, die notwendig ist, um 1/10000 eines Nennstroms in dem Zustand einzuspeisen, in dem eine vorgeschriebene Spannung über den Kollektor und den Emitter angelegt ist. In diesem Fall ist die Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 1 mit einer größeren VGE(th) näher zu dem Gatetreiber 13 verbunden. Dementsprechend wird den Transistoren mit einer größeren VGE(th) eine größere Gatespannung bereitgestellt. Deshalb wird eine Differenz VGE(th)-VGE unter der Vielzahl parallel verbundener Halbleitervorrichtungen 1 ausgeglichen, was es möglich macht, das Ungleichgewicht der Strom- und Sättigungsstrommengen zu unterdrücken. Durch Beachten dieses Parameters wird das Ungleichgewicht der Sättigungsstrommenge unterdrückt, und daher wird das Ungleichgewicht einer Kurzschlusstoleranz unterdrückt. Dies macht es möglich, eine Steigerung der Zuverlässigkeit der Vorrichtung zum Zeitpunkt einer Schaltungsfehlfunktion zu erreichen. Daher ist dieser Parameter für die Verbraucherelektronik in Eisenbahnen geeignet.
  • Als das Erregungsvermögen kann auch eine Zeitverzögerung tdon eines Leitungsbeginns genutzt werden. Die tdon ist eine Verzögerungszeit, nachdem eine vorgeschriebene Gatespannung an die Transistoren angelegt wird, bis eine vorgeschriebene Strommenge zu fließen beginnt. In diesem Fall ist die Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 1 mit einer größeren tdon näher zu dem Gatetreiber 13 verbunden. Dementsprechend wird den Transistoren mit einer größeren tdon eine größere Gatespannung bereitgestellt. Deshalb kann das Ungleichgewicht von tdon in der Vielzahl parallel verbundener Halbleitervorrichtungen 1 unterdrückt werden, was es möglich macht, zu vermeiden, dass sich der Strom zum Zeitpunkt eines Leitungsbeginns auf einigen der Transistoren konzentriert. Es ist auch möglich, ein Ungleichgewicht der Totzeit unter den Halbleitervorrichtungen zu unterdrücken. Dementsprechend ist dieser Parameter für Umwandlungsschaltungen (wie etwa SIV) geeignet, von denen angenommen wird, dass sie eine Hochgeschwindigkeitsoperation ausführen.
  • Die Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 1 ist nicht auf jene beschränkt, die aus Silizium gebildet sind, sondern kann aus Halbleitern mit breiter Bandlücke gebildet sein, die eine größere Bandlücke als Silizium aufweisen. Die Halbleiter mit breiter Bandlücke sind beispielsweise Siliziumcarbid, Materialien auf Gallium-Nitrid-Basis oder Diamant.
  • Da Siliziumcarbidvorrichtungen eine schnellere Schaltgeschwindigkeit als Siliziumvorrichtungen aufweisen, treten ein Stromungleichgewicht und elektromagnetisches Rauschen eher auf. Deshalb wird in den herkömmlichen Techniken, welche eine Vielzahl von Gatetreibern oder eine zusätzliche Schaltung erfordern, eine Gegenmaßnahme gegen Rauschen benötigt, welche strikter als diejenige der Siliziumvorrichtungen ist. Indes kann in der vorliegenden Ausführungsform, selbst wenn die Siliziumcarbidvorrichtungen genutzt werden, ein einziger Gatetreiber genutzt werden, so dass eine zusätzliche Schaltung unnötig ist.
  • Eine Leistungs-Halbleitervorrichtung, die aus solch einem Halbleiter mit breiter Bandlücke gebildet ist, weist eine hohe Spannungsfestigkeit und eine hohe zulässige Stromdichte auf und kann somit miniaturisiert werden. Die Verwendung solcher einer miniaturisierten Vorrichtung ermöglicht die Miniaturisierung und hohe Integration des Halbleitermoduls, in welchem die Vorrichtung eingebaut ist. Da die Vorrichtung eine hohe Wärmebeständigkeit aufweist, kann überdies eine Abstrahllamelle eines Kühlkörpers miniaturisiert werden, und ein wassergekühlter Teil kann luftgekühlt werden, was zu einer weiteren Miniaturisierung des Halbleitermoduls führt. Da die Vorrichtung einen geringen Leistungsverlust und eine hohe Effizienz aufweist, kann ferner ein hocheffizientes Halbleitermodul erreicht werden.
  • Zweite Ausführungsform
  • In dieser Ausführungsform wird die Hauptumwandlungsschaltung gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform für eine elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung verwendet. Obgleich die vorliegende Erfindung nicht auf eine spezifische elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung beschränkt ist, wird im Folgenden als eine zweite Ausführungsform ein Fall beschrieben, in dem die vorliegende Erfindung für einen Dreiphasen-Inverter verwendet wird.
  • 4 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines elektrischen Leistungsumwandlungssystems veranschaulicht, für das die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform verwendet wird. Dieses elektrische Leistungsumwandlungssystem umfasst eine Stromversorgung 100, eine elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 und eine Last 300. Die Stromversorgung 100 ist eine DC-Stromversorgung und stellt der elektrischen Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 DC-Leistung bereit. Die Stromversorgung 100 kann aus verschiedenen Komponenten bestehen. Beispielsweise kann die Stromversorgung 100 aus einem DC-System, einer Solarzelle oder einer Speicherbatterie bestehen oder kann aus einem Gleichrichter oder einem AC/DC-Wandler bestehen, der mit einem AC-System verbunden ist. Alternativ dazu kann die Stromversorgung 100 aus einem DC/DC-Wandler bestehen, der von einem DC-System abgegebene DC-Leistung in eine vorbestimmte Leistung umwandelt.
  • Die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 ist ein mit einem Knoten zwischen der Stromversorgung 100 und der Last 300 verbundener Dreiphasen-Inverter, wandelt von der Stromversorgung 100 bereitgestellte DC-Leistung in AC-Leistung um und stellt der Last 300 die AC-Leistung bereit. Die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 enthält eine Hauptumwandlungsschaltung 201, die DC-Leistung in AC-Leistung umwandelt und die AC-Leistung abgibt, und eine Steuerschaltung 202, die ein Steuersignal zum Steuern der Hauptumwandlungsschaltung 201 an die Hauptumwandlungsschaltung 201 abgibt.
  • Die Last 300 ist ein Dreiphasen-Elektromotor, der durch von der elektrischen Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 bereitgestellte AC-Leistung angetrieben wird. Die Last 300 ist nicht auf eine spezifische Anwendung beschränkt. Die Last wird als ein auf verschiedenen elektrischen Vorrichtungen montierter Elektromotor, wie etwa ein Elektromotor für beispielsweise ein Hybridfahrzeug, ein Elektrofahrzeug, ein Schienenfahrzeug, einen Lift oder eine Klimaanlage, genutzt.
  • Im Folgenden wird die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 im Detail beschrieben. Die Hauptumwandlungsschaltung 201 enthält eine Schaltvorrichtung und eine Reflux-Diode (nicht veranschaulicht). Wenn die Schaltvorrichtung geschaltet wird, wandelt die Hauptumwandlungsschaltung 201 von der Stromversorgung 100 bereitgestellte DC-Leistung in AC-Leistung um und stellt der Last 300 die AC-Leistung bereit. Die Hauptumwandlungsschaltung 201 kann verschiedene Typen spezifischer Schaltungskonfigurationen aufweisen. Die Hauptumwandlungsschaltung 201 gemäß dieser Ausführungsform ist eine Dreiphasen-Vollbrückenschaltung mit zwei Niveaus, welche aus sechs Schaltvorrichtungen und sechs Reflux-Dioden bestehen kann, die mit den jeweiligen Schaltvorrichtungen antiparallel verbunden sind. Jede Schaltvorrichtung der Hauptumwandlungsschaltung 201 besteht aus den der oben beschriebenen ersten Ausführungsform entsprechenden Transistoren 9 und 10. Je zwei Schaltvorrichtungen der sechs Schaltvorrichtungen sind in Reihe geschaltet und bilden einen vertikalen Arm. Jeder vertikale Arm bildet je eine Phase (U-Phase, V-Phase, W-Phase) der Vollbrückenschaltung. Ausgangsanschlüsse jedes vertikalen Arms, d.h. drei Ausgangsanschlüsse der Hauptumwandlungsschaltung 201, sind mit der Last 300 verbunden.
  • Ferner enthält die Hauptumwandlungsschaltung 201 eine (nicht veranschaulichte) Ansteuerschaltung, die jede Schaltvorrichtung ansteuert. Die Ansteuerschaltung entspricht dem Gatetreiber 13 gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform und erzeugt ein Ansteuersignal zum Ansteuern jeder Schaltvorrichtung der Hauptumwandlungsschaltung 201 und stellt das erzeugte Ansteuersignal einer Steuerelektrode jeder Schaltvorrichtung der Hauptumwandlungsschaltung 201 bereit. Konkret gibt die Ansteuerschaltung an die Steuerelektrode jeder Schaltvorrichtung ein Ansteuersignal zum Einschalten jeder Schaltvorrichtung und ein Ansteuersignal zum Ausschalten jeder Schaltvorrichtung gemäß dem Steuersignal ab, das von der Steuerschaltung 202 abgegeben wird, die später beschrieben wird. Wenn der EIN-Zustand jeder Schaltvorrichtung beibehalten wird, ist das Ansteuersignal ein Spannungssignal (EIN-Signal) mit einer Spannung gleich einer oder höher als eine Schwellenspannung der Schaltvorrichtung. Wenn der AUS-Zustand jeder Schaltvorrichtung beibehalten wird, ist das Ansteuersignal ein Spannungssignal (AUS-Signal) mit einer Spannung gleicher der oder niedriger als die Schwellenspannung der Schaltvorrichtung.
  • Die Steuerschaltung 202 steuert jede Schaltvorrichtung der Hauptumwandlungsschaltung 201, um der Last 300 eine gewünschte Leistung bereitzustellen. Konkret berechnet die Steuerschaltung 202 eine Periode (EIN-Periode), in der jede Schaltvorrichtung der Hauptumwandlungsschaltung 201 im EIN-Zustand ist, basierend auf der der Last 300 bereitzustellenden Leistung. Beispielsweise kann die Hauptumwandlungsschaltung 201 mittels einer PWM-Steuerung, um die EIN-Periode jeder Schaltvorrichtung in Abhängigkeit von der abzugebenden Spannung zu modulieren, gesteuert werden. Die Steuerschaltung 202 gibt ferner einen Steuerbefehl (Steuersignal) an die Ansteuerschaltung ab, so dass zu jedem Zeitpunkt das EIN-Signal an jede einzuschaltende Schaltvorrichtung abgegeben wird und ein AUS-Signal an jede auszuschaltende Schaltvorrichtung abgegeben wird. Die Ansteuerschaltung gibt das EIN-Signal oder AUS-Signal als das Ansteuersignal an die Steuerelektrode jeder Schaltvorrichtung gemäß dem Steuersignal ab.
  • In der elektrischen Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform wird die Hauptumwandlungsschaltung gemäß der ersten Ausführungsform als die Hauptumwandlungsschaltung 201 verwendet. Daher werden die elektrische Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit des Transistors verbessert, und folglich ist es möglich, die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der Hauptumwandlungsschaltung zu verbessern.
  • Obgleich diese Ausführungsform ein Beispiel veranschaulicht, in welchem die vorliegende Erfindung für einen Dreiphasen-Inverter mit zwei Niveaus verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses beschränkt und kann für verschiedene Leistungsumwandlungsvorrichtungen verwendet werden. Während diese Ausführungsform eine elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung mit zwei Niveaus veranschaulicht, kann die vorliegende Erfindung auch für eine elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung mit drei Niveaus oder mehr Niveaus verwendet werden. Wenn einer einphasigen Last elektrische Leistung bereitgestellt wird, kann die vorliegende Erfindung für einen einphasigen Inverter verwendet werden. Die vorliegende Erfindung kann auch für einen DC/DC-Wandler oder einen AC/DC-Wandler verwendet werden, wenn einer DC-Last oder dergleichen elektrische Leistung bereitgestellt wird.
  • Ferner ist in der elektrischen Leistungsumwandlungsvorrichtung, für die die vorliegende Erfindung verwendet wird, die oben erwähnte Last nicht auf einen Elektromotor beschränkt. Beispielsweise kann die Last auch als Stromversorgungsvorrichtung für eine Elektroerosionsmaschine, eine Laserstrahlmaschine, eine Kocheinrichtung mit Induktionsheizung oder ein System zur drahtlosen Einspeisung einer Vorrichtungsleistung verwendet werden. Ferner kann die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung alternativ als Leistungskonditionierer für ein photovoltaisches Leistungserzeugungssystem, ein Elektrizitätsspeichersystem oder dergleichen genutzt werden.
  • Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, für die die vorliegende Erfindung verwendet wird, kann für einen sich bewegenden Körper verwendet werden. Da die vorliegende Erfindung die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der Leistungsumwandlungsvorrichtung steigern kann, ist es möglich, eine Steigerung der Zuverlässigkeit und der Lebensdauer des sich bewegenden Körpers zu erzielen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1 Halbleitervorrichtung; 13 Gatetreiber; 14 Gatedraht der Hochspannungsseite; 16 Gatedraht der Niederspannungsseite; 200 elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung; 201 Hauptumwandlungsschaltung; 202 Steuerschaltung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2008178248 A [0004]
    • JP 2004229382 A [0004]

Claims (8)

  1. Hauptumwandlungsschaltung, umfassend: eine Vielzahl von Halbleitervorrichtungen, die miteinander parallel verbunden sind; einen Gatetreiber, der Gates der Vielzahl von Halbleitervorrichtungen eine Gatespannung bereitstellt; und einen Gatedraht, der vom Gatetreiber aus mit den Gates der Vielzahl von Halbleitervorrichtungen sequenziell verbunden ist, wobei ein Erregungsvermögen jeder der Halbleitervorrichtungen angibt, wie leicht ein Kollektorstrom als Antwort auf die bereitgestellte Gatespannung fließt, und die Vielzahl von Halbleitervorrichtungen mit einem niedrigeren Erregungsvermögen näher zum Gatetreiber verbunden ist.
  2. Hauptumwandlungsschaltung nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Halbleitervorrichtungen mit einer größeren Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung näher zum Gatetreiber verbunden ist.
  3. Hauptumwandlungsschaltung nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Halbleitervorrichtungen mit einer größeren Gate-Schwellenspannung näher zum Gatetreiber verbunden ist.
  4. Hauptumwandlungsschaltung nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Halbleitervorrichtungen mit einer größeren Zeitverzögerung eines Leitungsbeginns näher zum Gatetreiber verbunden ist.
  5. Hauptumwandlungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vielzahl von Halbleitervorrichtungen aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke besteht.
  6. Hauptumwandlungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in der Vielzahl von Halbleitervorrichtungen ein AC-Ausgangsanschluss in einem Ende in einer longitudinalen Richtung eines Gehäuses vorgesehen ist, ein positiver Spannungseingangsanschluss und ein negativer Spannungseingangsanschluss in dem anderen Ende des Gehäuses vorgesehen sind und das Gate zwischen dem AC-Ausgangsanschluss und dem positiven Spannungseingangsanschluss oder dem negativen Spannungseingangsanschluss vorgesehen ist.
  7. Elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung, umfassend: die Hauptumwandlungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die eingespeiste Leistung umwandelt und umgewandelte Leistung abgibt; und eine Steuerschaltung, die ein Steuersignal zum Steuern der Hauptumwandlungsschaltung an die Hauptumwandlungsschaltung abgibt.
  8. Sich bewegender Körper, umfassend die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 7.
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