DE112019007362T5

DE112019007362T5 - Parallelansteuervorrichtung und leistungsumwandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112019007362T5
Application number: DE112019007362.1T
Authority: DE
Inventors: Yasushi Nakayama; Yoshiko Tamada; Takayoshi Miki; Shota Morisaki; Yukio Nakashima; Kenta Uchida; Keisuke Kimura; Tomonobu Mihara
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2022-02-10
Also published as: JPWO2020240744A1; JP7051008B2; US11955959B2; WO2020240744A1; US20220231595A1

Abstract

Eine Parallelansteuervorrichtung (50), die parallel verbundene Halbleiterelemente (1a und 1b) ansteuert, umfasst eine Steuerungseinheit (10) und eine Gate-Ansteuerschaltung (2). Die Steuerungseinheit (10) erfasst eine Temperaturdifferenz zwischen den Halbleiterelementen (1a und 1b) auf Basis von erfassten Werten durch Temperatursensoren (8a und 8b), die Temperaturen der individuellen Halbleiterelemente (1a und 1b) erfassen. Die Steuerungseinheit (10) erzeugt ein Steuersignal (5) zum Ändern des Zeitpunkts, bei dem ein erstes Halbleiterelement eingeschaltet wird, das aus den Halbleiterelementen (1a und 1b) auf Basis der Temperaturdifferenz spezifiziert ist. Die Gate-Ansteuerschaltung (2) erzeugt ein erstes Ansteuersignal zum Ansteuern der Halbleiterelemente (1a und 1b) und erzeugt ein zweites Ansteuersignal, das das erste Ansteuersignal ist, das auf Basis des Steuersignals (5) verzögert ist, und legt das zweite Ansteuersignal an das erste Halbleiterelement an.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Parallelansteuervorrichtung, die eine Schaltung mit einer Vielzahl von parallel verbundenen Leistungshalbleiterelementen (nachfolgend passend als „Halbleiterelement(e) abgekürzt“) ansteuert, und betrifft auch eine Leistungsumwandlungsvorrichtung einschließlich der Parallelansteuervorrichtung.
Hintergrund
Für parallel verbundene Halbleiterelemente sind Ströme, die durch die individuellen Halbleiterelemente fließen, während des Betriebs eines Wechselrichters aufgrund einer Eigenschaftsänderung unter den Halbleiterelementen oder einer Verkabelungsänderung zwischen den parallel verbundenen Halbleiterelementen nicht zueinander gleich. In diesem Fall verursacht ein Verlust in jedem der Halbleiterelemente ein Temperaturunausgewogenheit zwischen den Halbleiterelementen. Im Ergebnis erhöht sich eine Temperatur eines besonderen Halbleiterelements. Falls sich dieser Zustand fortsetzt, verkürzt sich die Wärmelebensdauer des Halbleiterelements, wodurch es höchst wahrscheinlich wird, dass das besondere Halbleiterelement im schlimmsten Fall ausfällt.
Um das oben genannte Problem zu lösen, offenbart die unten beschriebene Patentliteratur 1 ein Verfahren eines abwechselnden Steuerns, das ein diensthabendes („onduty“) Element und ein dienstfreies („off duty“) Element aus einer Vielzahl von Halbleiterelementen auswählt und periodisch ein Ansteuersignal zwischen dem diensthabenden Element und dem dienstfreien Element abwechselt, so dass die Belastungsunausgewogenheit der Halbleiterelemente, die parallel verwendet werden, eliminiert wird, um die Belastungen auszugleichen, wodurch die Verschlechterung eines besonderen Halbleiterelements verhindert wird. In der Patentliteratur 1 wird das Wort „Belastung“, das in dem Ausdruck „Belastungsunausgewogenheit‟ umfasst ist, nicht verwendet, um „mit einer Leistung zu versorgende Ziele“ zu bedeuten, sondern es wird verwendet, um eine „Beschädigung“ zu bedeuten.
Zitatliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung mit Nr. 2017-55259
Zusammenfassung
Technisches Problem
Das in der oben beschriebenen Patentliteratur 1 offenbarte Verfahren kann die Belastungsunausgewogenheit bei den Halbleiterelementen eliminieren, um die Belastungen auszugleichen. Leider versagt die Wechselsteuerung, die periodisch das diensthabende Element und das dienstfreie Element wechselt, wie in der Patentliteratur 1 beschrieben, das Temperaturgleichgewicht zwischen den Halbleiterelementen aufrecht zu erhalten.
Für das in der Patentliteratur 1 offenbarte Verfahren werden das diensthabende Element und das dienstfreie Element abwechselnd angesteuert, ohne gleichzeitig angesteuert zu werden. Da ein Leitungsverlust in einem Halbleiterelement proportional zum Quadrat des Stroms ist, der durch das Halbleiterelement fließt, ermöglicht ein gleichzeitiges Ansteuern des diensthabenden Elements und des dienstfreien Elements einen geringeren Leitungsverlust. Wenn das in der Patentliteratur 1 offenbarte Verfahren angewendet wird, gibt es somit ein Problem einer Erhöhung eines Verlustes in jedem individuellen Halbleiterelement.
Die vorliegende Erfindung wurde erzielt, um die oben genannten Probleme zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Parallelansteuervorrichtung vorzusehen, die, wenn eine Vielzahl von Halbleiterelementen parallel angesteuert wird, eine Erhöhung eines Verlustes in einem Halbleiterelement minimieren kann und die auch das Temperaturgleichgewicht zwischen den Halbleiterelementen aufrechterhalten kann.
Lösung des Problems
Um die oben genannten Probleme zu lösen und die Aufgabe zu erzielen, ist die vorliegende Erfindung eine Parallelansteuervorrichtung zum Ansteuern einer Vielzahl von Halbleiterelementen, die parallel verbunden sind. Die Parallelansteuervorrichtung umfasst eine Steuerungseinheit und eine Ansteuerschaltung. Die Steuerungseinheit erfasst eine Temperaturdifferenz zwischen den Halbleiterelementen auf Basis von erfassten Werten, die durch Temperatursensoren bereitgestellt werden, die Temperaturen der individuellen Halbleiterelemente erfassen. Die Steuerungseinheit erzeugt ein Steuersignal zum Ändern eines Zeitpunkts, bei dem ein erstes Halbleiterelement eingeschaltet wird, das aus den Halbleiterelementen auf Basis der Temperaturdifferenz spezifiziert ist. Die Ansteuerschaltung erzeugt ein erstes Ansteuersignal zum Ansteuern der Halbleiterelemente und erzeugt ein zweites Ansteuersignal, das das erste, auf Basis des Steuersignals verzögerte Ansteuersignal ist, und zum Anlegen des zweiten Ansteuersignals an das erste Halbleiterelement.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die Parallelansteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bewirkt, dass eine Erhöhung eines Verlustes in dem Halbleiterelement minimiert wird, und auch, dass das Temperaturgleichgewicht zwischen den Halbleiterelementen aufrechterhalten wird, wenn die Halbleiterelemente parallel angesteuert werden.
Figurenliste

1 stellt ein Diagramm dar, das ein Konfigurationsbeispiel einer Leistungsumwandlungsvorrichtung einschließlich einer Parallelansteuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
2 stellt ein Diagramm dar, das eine detaillierte Konfiguration der Parallelansteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform gemeinsam mit Halbleiterelementen veranschaulicht, die anzusteuernde Ziele sind.
3 stellt ein Zeitablaufdiagramm zum Erläutern eines Betriebs der relevanten Teile der ersten Ausführungsform dar.
4 zeigt Wellenformdiagramme, die den Betriebszustand der Halbleiterelemente zu drei Zeitpunkten des in 3 veranschaulichten Zeitablaufdiagramms veranschaulichen.
5 stellt ein Diagramm dar, das eine detaillierte Konfiguration einer Parallelansteuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform gemeinsam mit den Halbleiterelementen veranschaulicht, die anzusteuernde Ziele darstellen.
6 stellt ein Diagramm dar, das Verlusteigenschaften eines Halbleiterelements zum Erläutern eines Betriebs der Parallelansteuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
7 zeigt Wellenformdiagramme, die den Betriebszustand der Halbleiterelemente veranschaulichen, die gemäß einem ersten Steuerungsverfahren bei der zweiten Ausführungsform arbeiten.
8 zeigt Wellenformdiagramme, die den Betriebszustand der Halbleiterelemente veranschaulichen, die gemäß einem zweiten Steuerungsverfahren der zweiten Ausführungsform arbeiten.
9 stellt ein Diagramm dar, das ein Konfigurationsbeispiel einer allgemeinen Ansteuerschaltung mit konstanter Spannung veranschaulicht.
10 stellt ein Wellenformdiagramm zum Erläutern eines Betriebs der in 9 veranschaulichten Ansteuerschaltung mit konstanter Spannung dar.
11 stellt ein Diagramm dar, das ein Konfigurationsbeispiel einer Ansteuerschaltung mit konstantem Strom bei einer dritten Ausführungsform veranschaulicht.
12 stellt ein Wellenformdiagramm zum Erläutern eines Betriebs der in 11 veranschaulichten Ansteuerschaltung mit konstantem Strom dar.
13 stellt ein Diagramm dar, das Verlusteigenschaften von Halbleiterelementen veranschaulicht, wenn die Halbleiterelemente unter Verwendung der Ansteuerschaltung mit konstantem Strom bei der dritten Ausführungsform angesteuert werden.
14 stellt ein Blockdiagramm dar, das ein Beispiel der Hardware-Konfiguration zum Implementieren von Funktionen der Steuerungseinheit bei den ersten bis dritten Ausführungsformen veranschaulicht.
15 stellt ein Blockdiagramm dar, das ein weiteres Beispiel der Hardware-Konfiguration zum Implementieren der Funktionen der Steuerungseinheit bei den ersten bis dritten Ausführungsformen veranschaulicht.

Beschreibung der Ausführungsformen
Eine Parallelansteuervorrichtung und eine Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten detailliert unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die unten beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
Erste Ausführungsform.
1 stellt ein Diagramm dar, das ein Konfigurationsbeispiel einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 einschließlich einer Parallelansteuervorrichtung 50 gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht. 2 stellt ein Diagramm dar, das eine detaillierte Konfiguration der Parallelansteuervorrichtung 50 gemäß der ersten Ausführungsform gemeinsam mit Halbleiterelementen 1a und 1b veranschaulicht, die anzusteuernde Ziele darstellen.
In 1 umfasst die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform eine Wechselrichterschaltung 1 und die Parallelansteuervorrichtung 50. Eine DC-Leistungsversorgung 110 stellt eine Quelle einer DC-Leistung dar, um eine DC-Spannung an die Wechselrichterschaltung 1 anzulegen. Die DC-Leistungsversorgung 110 kann ein Wandler sein, der eine AC-Spannung, die von einer externen AC-Leistungsversorgung (nicht veranschaulicht) ausgegeben wird, in eine DC-Spannung wandelt. Die Wechselrichterschaltung 1 stellt eine Leistungsumwandlungsschaltung dar, um eine DC-Leistung, die von der DC-Leistungsversorgung 110 geliefert wird, in eine AC-Leistung zu wandeln. Die Wechselrichterschaltung 1 ist mit Halbleiterelementen 1a, 1b, 1c, 1d, 2a, 2b, 2c, 2d, 3a, 3b, 3c und 3d versehen. Ein Motor 80, der eine Last darstellt, ist mit Ausgangsanschlüssen der Wechselrichterschaltung 1 verbunden. Der Motor 80 wird mit einer AC-Leistung angesteuert bzw. angetrieben, die von der Wechselrichterschaltung 1 geliefert wird. Beispiele des Motors 80 umfassen einen Induktionsmotor oder einen Synchronmotor.
In der Wechselrichterschaltung 1 sind das Halbleiterelement 1a und das Halbleiterelement 1b parallel verbunden, um einen oberen U-Phasenarm zu bilden, während das Halbleiterelement 1c und das Halbleiterelement 1d parallel verbunden sind, um einen unteren U-Phasenarm zu bilden. Der Ausdruck „oberer Arm“ gibt ein Halbleiterelement oder eine Gruppe von Halbleiterelementen an, das bzw. die mit der positiven Seite oder einer Hochpotentialseite der DC-Leistungsversorgung 110 verbunden ist bzw. sind. Der Begriff „unterer Arm“ gibt ein Halbleiterelement oder eine Gruppe von Halbleiterelementen an, das bzw. die mit der negativen Seite oder einer Niederpotentialseite der DC-Leistungsversorgung 110 verbunden ist bzw. sind. Eine Schaltung, die den oberen Arm und den unteren Arm aufweist, die seriell verbunden sind, wird als „Bein“ bezeichnet.
Das Gleiche gilt für eine V-Phase und eine W-Phase. Auf ähnliche Weise, wie unten beschrieben, sind das Halbleiterelement 2a und das Halbleiterelement 2b parallel verbunden, um einen oberen V-Phasenarm zu bilden, während das Halbleiterelement 2c und das Halbleiterelement 2d parallel verbunden sind, um einen unteren V-Phasenarm zu bilden. Das Halbleiterelement 3a und das Halbleiterelement 3b sind parallel verbunden, um einen oberen W-Phasenarm zu bilden, während das Halbleiterelement 3c und das Halbleiterelement 3d parallel verbunden sind, um einen unteren W-Phasenarm zu bilden.
Die Wechselrichterschaltung 1 stellt eine dreiphasige Wechselrichterschaltung dar, die drei Beine umfasst, von denen jedes die seriell verbundenen oberen und unteren Arme für die entsprechende Phase aufweist. Eine Diode ist invers parallel mit jedem der Halbleiterelemente 1a bis 1d, 2a bis 2d und 3a bis 3d verbunden. 1 veranschaulicht Bipolartransistoren mit integrierten Gates (Insulated Gate Bipolar Transistors, IGBT) als Beispiele der Halbleiterelemente. Jedoch sind die Halbleiterelemente nicht darauf beschränkt. Metalloxid-Halbleiter-FeldeffektTransistoren (MOSFET) können anstatt der IGBT als die Halbleiterelemente verwendet werden.
Die Parallelansteuervorrichtung 50 stellt eine Vorrichtung dar, die eine Vielzahl von parallel verbundenen Halbleiterelementen ansteuert. Die Parallelansteuervorrichtung 50 umfasst eine Gate-Ansteuerschaltung 2, die eine Ansteuerschaltung darstellt, und eine Steuerungseinheit 10. Die Steuerungseinheit 10 erzeugt ein Steuersignal 5 zum Steuern von jedem der Halbleiterelemente 1a bis 1d, 2a bis 2d und 3a bis 3d, und gibt das Steuersignal 5 an die Gate-Ansteuerungsschaltung 2 aus. Auf Basis des Steuersignals 5 erzeugt die Gate-Ansteuerschaltung 2 ein Ansteuersignal 6 zum Ansteuern von jedem der Halbleiterelemente 1a bis 1d, 2a bis 2d und 3a bis 3d, und gibt das Ansteuersignal 6 an die Wechselrichterschaltung 1 aus. 1 veranschaulicht einen Beispielfall, wo das durch die Parallelansteuervorrichtung 50 anzusteuernde Ziel eine dreiphasige Wechselrichterschaltung ist. Jedoch ist das Ziel nicht darauf beschränkt. Das durch die Parallelansteuervorrichtung 50 anzusteuernde Ziel kann eine einphasige Wechselrichterschaltung einschließlich zweier Beine oder eine Halbbrückenschaltung einschließlich eines einzelnen Beins sein.
Zur Vereinfachung einer Erläuterung veranschaulicht 2 lediglich einige der Einheiten der Wechselrichterschaltung 1, die Gate-Ansteuerschaltung 2 und die Steuerungseinheit 10, wobei die veranschaulichten Einheiten für die Beschreibung Überblicks über die erste Ausführungsform relevant sind. Insbesondere umfasst die Steuerungseinheit 10 eine Gate-Steuerungseinheit 3 und einen Temperaturdifferenzkalkulator 4. Die Gate-Steuerungsschaltung 2 umfasst eine erste Ansteuerschaltung 21 und eine zweite Ansteuerschaltung 22. Die zweite Ansteuerschaltung 22 umfasst eine erste Schaltung 22a und eine zweite Schaltung 22b. Das Halbleiterelement 1a ist in einem Modul 12a untergebracht. Das Halbleiterelement 1b ist in einem Modul 12b untergebracht. In dem Modul 12a ist ein Temperatursensor 8a zum Erfassen der Temperatur des Halbleiterelements 1a vorgesehen. In dem Modul 12b ist ein Temperatursensor 8b zum Erfassen der Temperatur des Halbleiterelements 1b vorgesehen.
Obwohl es höchst wünschenswert ist, die Temperatur einer Diode auf dem Chip als eine Temperatur des Halbleiterelements selbst zu erfassen, kann die zu erfassende Temperatur die Temperatur eines Substrats mit einem darauf installierten Halbleiterelement oder die Temperatur einer Wärmesenke mit einem daran angebrachten Modul sein. Zusammenfassend können Temperaturen von irgendwelchen Bereichen, die eine Temperaturdifferenz zwischen einer Vielzahl von Halbleiterelementen bestimmen können, erfasst werden.
Als Nächstes wird der Betrieb der Parallelansteuervorrichtung 50 gemäß der ersten Ausführungsform unter weiterer Bezugnahme auf die 3 und 4 zusätzlich zur 2 beschrieben. 3 stellt ein Zeitablaufdiagramm zum Erläutern eines Betriebs der relevanten Teile der ersten Ausführungsform dar. 4 zeigt Wellenformdiagramme, die den Betriebszustand der Halbleiterelemente 1a und 1b zu drei Zeitpunkten des in 3 veranschaulichten Zeitablaufs veranschaulichen.
Der Temperatursensor 8a erfasst die Temperatur des Halbleiterelements 1a. Der Temperatursensor 8b erfasst die Temperatur des Halbleiterelements 1b. Ein durch den Temperatursensor 8a erfasster Wert Ta und ein durch den Temperatursensor 8b erfasster Wert Tb werden in den Temperaturdifferenzkalkulator 4 eingegeben. Der Temperaturdifferenzkalkulator 4 berechnet einen Absolutwert |Tb-Ta|, der eine Differenz zwischen dem erfassten Wert Tb und dem erfassten Wert Ta darstellt. Dieser Absolutwert ITb-Tal wird als ΔT repräsentiert. ΔT wird als „Temperaturdifferenz“ bezeichnet. Eine Information über die Temperaturdifferenz ΔT wird an die Gate-Steuerungseinheit 3 übertragen. Die Gate-Steuereinheit 3 erzeugt das Steuersignal 5 auf Basis der Temperaturdifferenz ΔT. Das Steuersignal 5 umfasst ein Signal zum Erzeugen einer Spannung, die an den Motor 80 anzulegen ist, um den Motor 80 anzusteuern, und umfasst außerdem ein Signal zum Ändern des Zeitpunkts, zu dem ein besonderes Halbleiterelement einzuschalten ist.
Auf Basis des in die Gate-Ansteuerschaltung 2 eingegebenen Steuersignals 5 ändert die Gate-Ansteuerschaltung 2 den Zeitpunkt, zu dem das Halbleiterelement 1a oder das Halbleiterelement 1b einzuschalten ist. Zum Beispiel wird ein Halbleiterelement, für das eine relativ hohe Temperatur bestimmt wurde, in Übereinstimmung mit dem Ansteuersignal 6 zum Verzögern des Einschaltzeitpunkts angesteuert, während ein Halbleiterelement, für das keine relativ hohe Temperatur bestimmt wurde, in Übereinstimmung mit einem normalen Ansteuersignal 6 ohne eine Verzögerungssteuerung angesteuert wird.
Ein durch die erste Ansteuerschaltung 21 erzeugtes Signal wird durch die erste Schaltung 22a der zweiten Ansteuerschaltung 22 an ein Gate des Halbleiterelements 1a angelegt und wird durch die zweite Schaltung 22b der zweiten Ansteuerschaltung 22 auch an ein Gate des Halbleiterelements 1b angelegt. Die erste Schaltung 22a und die zweite Schaltung 22b können auf jegliche Weise eingerichtet sein. Ein Beispiel der Konfiguration wird nachfolgend beschrieben. Sowohl die erste Schaltung 22a als auch die Schaltung 22b umfasst eine Nichtverzögerungsschaltung, um ein erstes Ansteuersignal, das durch die erste Ansteuerschaltung 21 erzeugt wird, durch die Nichtverzögerungsschaltung ohne eine Verzögerung durchzulassen, und eine Verzögerungsschaltung zum Verzögern des ersten Ansteuersignals, das durch die erste Ansteuerschaltung 21 erzeugt wird, und zum Ausgeben eines zweiten Ansteuersignals, das das verzögerte erste Signal ist. Diese Nichtverzögerungsschaltung und Verzögerungsschaltung sind parallel miteinander verbunden. Normalerweise wird ein Ansteuersignal über die Nichtverzögerungsschaltung ausgegeben. Wenn für ein Halbleiterelement bestimmt wird, dass es eine relativ hohe Temperatur hat, wird ein Ansteuersignal über die Verzögerungsschaltung ausgegeben.
Das Zeitablaufdiagramm in 3 veranschaulicht einen Zustand, in welchem sich die Temperaturdifferenz zwischen den Halbleiterelementen 1a und 1b mit dem Lauf der Zeit erhöht. Der obere Abschnitt des Zeitablaufdiagramms veranschaulicht Änderungen bei den erfassten Werten Ta und Tb von Temperaturen der Halbleiterelemente 1a und 1b, die durch die Temperatursensoren 8a bzw. 8b erfasst werden. Der untere Abschnitt des Zeitablaufdiagramms veranschaulicht eine Änderung der Temperaturdifferenz ΔT, die durch den Temperaturdifferenzkalkulator 4 berechnet wird. Das Zeitablaufdiagramm zeigt drei Zeitpunkte T₀, T₁ und T₂ auf der horizontalen Achse, die eine Zeit zum Unterscheiden repräsentiert, ob sich die Halbleiterelemente 1a und 1b in dem Anfangszustand unmittelbar nach dem Betriebsstart befinden oder sich in dem Zustand nach dem Ablauf einer gewissen Zeitdauer befinden oder sich in dem Zustand befinden, in welchem die oben genannte Verzögerungssteuerung aktiv ist, wobei sich die erhöhende Temperaturdifferenz erhöht.
4 veranschaulicht eine Gate-Spannung Vge, die an das Gate von jedem der Halbleiterelemente 1a und 1b anzulegen ist, eine Kollektor-Emitter-Spannung Vce, die zwischen einem Kollektor und einem Emitter von jedem der Halbleiterelemente 1a und 1b anzulegen ist, und einen Kollektorstrom Ic, der an den Kollektor von jedem der Halbleiterelemente 1a und 1b fließt. 4 veranschaulicht die Betriebswellenform des Halbleiterelements 1a mit der gepunkteten Linie und veranschaulicht die Betriebswellenform des Halbleiterelements 1b mit der durchgezogenen Linie.
Im Anfangszustand unmittelbar nach dem Betriebsstart, wie in 4(a) veranschaulicht, gibt es kaum irgendeine Differenz zwischen den Betriebswellenformen der Halbleiterelemente 1a und 1b. Im Gegenteil, nachdem eine gewisse Zeitdauer nach dem Betriebsstart der Wechselrichterschaltung 1 verstrichen ist, wird eine Temperaturdifferenz zwischen den Halbleiterelementen 1a und 1b durch verschiedene Faktoren hervorgerufen. Allgemein fließt ein Strom, wenn ein Halbleiter eine höhere Temperatur aufweist, einfacher durch den Halbleiter. In 3 weist das Halbleiterelement 1b zur und um die Zeit T₁ herum eine höhere Temperatur als jene des Halbleiterelements 1a auf. Im Ergebnis ist der Kollektorstrom Ic, wie in 4(b) veranschaulicht, in dem Halbleiterelement 1b höher als in dem Halbleiterelement 1a, obwohl die Gate-Spannung Vge sowohl im Halbleiterelement 1a als auch im Halbleiterelement 1b gleich ist. Angesichts des oben Gesagten wird bei der ersten Ausführungsform, wenn die Temperaturdifferenz ΔT einen ersten Schwellenwert überschreitet, der ein Schwellenwert Tth1 ist, das Halbleiterelement 1b unter Verwendung eines Verfahrens der vorliegenden Anmeldung angesteuert. Zum Zwecke eines Spezifizierens des Halbleiterelements 1b, wobei die Temperaturdifferenz ΔT den Schwellenwert Tth1 überschritten hat, wird das Halbleiterelement 1b in diesem Zustand manchmal als ein „erstes Halbleiterelement“ bezeichnet.
4(c) veranschaulicht die Betriebswellenform während der Betriebsdauer in Übereinstimmung mit dem Verfahren der vorliegenden Anmeldung. Während der Betriebsdauer gemäß dem Verfahren der vorliegenden Anmeldung arbeitet die Verzögerungsschaltung in der zweiten Schaltung 22b so, dass das Halbleiterelement 1b, das eine höhere Temperatur aufweist, verzögert eingeschaltet wird. Aufgrund dieses Betriebs fließt während einer gewissen Zeitdauer lediglich ein Strom durch das Halbleiterelement 1a, weil das Halbleiterelement 1a eingeschaltet ist. Aus diesem Grund konzentriert sich die Stromverteilung auf das Halbleiterelement 1a mit einer niedrigeren Temperatur. Im Ergebnis verringert sich ein Verlust in dem Halbleiterelement 1b, während sich ein Verlust in dem Halbleiterelement 1a erhöht. Dementsprechend verringert sich die Temperaturdifferenz ΔT und folglich wird das Temperaturgleichgewicht zwischen den Halbleiterelementen 1a und 1b aufrechterhalten. Danach kehrt der Betrieb zu einem Normalbetrieb zurück, wenn beobachtet wird, dass sich die Temperaturdifferenz ΔT unter den zweiten Schwellenwert verringert hat, der ein Schwellenwert Tth2 ist. Der Schwellenwert Tth2 ist eingestellt, um die Fluktuation des Betriebs zu verringern. Der Wert des Schwellenwerts Tth2 ist kleiner als jener des Schwellenwerts Tth1. Wenn die Temperaturdifferenz ΔT den Schwellenwert Tth1 wieder überschreitet, nachdem der Betrieb zum Normalbetrieb zurückgekehrt ist, wird das Verfahren der vorliegenden Anmeldung aktiviert. Jedes Mal, wenn die Temperaturdifferenz ΔT den Schwellenwert Tth1 überschreitet, wird das Verfahren der vorliegenden Anmeldung aktiviert. Da in einem Halbleiterelement, das verzögert eingeschaltet wird, kein Einschaltverlust auftritt, verringert sich die Temperatur dieses Halbleiterelements mehr als das Halbleiterelement, das früher eingeschaltet wurde. Aus diesem Grund verringert sich die Temperaturdifferenz zwischen den Halbleiterelementen 1a und 1b, und folglich kann das Temperaturgleichgewicht zwischen den Halbleiterelementen 1a und 1b aufrechterhalten werden. Diese Konfiguration verlängert auch die Leistungslebensdauer der Halbleiterelemente 1a und 1b und kann dementsprechend die Zuverlässigkeit der Halbleiterelemente 1a und 1b verbessern. Ferner kann diese Konfiguration eine Kühleinrichtung vereinfachen, die die Halbleiterelemente 1a und 1b kühlt, und kann somit zu einer Kostenreduktion der Leistungsumwandlungsvorrichtung beitragen.
Die obigen Beschreibungen wurden für den Fall gemacht, wo die Halbleiterelemente 1a und 1b des oberen U-Phasenarms angesteuert werden. Die gleiche Steuerung wird auch ausgeführt, wenn die Halbleiterelemente 1c und 1d des unteren U-Phasenarms angesteuert werden. Das Gleiche gilt für die V-Phase und die W-phase. Das Verfahren der vorliegenden Anmeldung wird auch individuell und unabhängig auf den oberen Arm und auf den unteren Arm für die U-, V- und W-Phasen angewendet. Dies ermöglicht es der Wechselrichterschaltung 1, die mit einer Vielzahl von Halbleiterelementen versehen ist, das Temperaturgleichgewicht zwischen den Halbleiterelementen 1a und 1b auf einfache und autonome Weise aufrechtzuerhalten, ohne eine komplizierte Steuerung auszuführen.
1 veranschaulicht ein Beispielfall, wo jeder der oberen und unteren Arme für jede der U-, V- und W-Phasen, die die Wechselrichterschaltung 1 bilden, die zwei parallel verbundenen Halbleiterelemente aufweist. Jedoch ist die Anzahl von parallel verbundenen Halbleiterelementen nicht auf zwei beschränkt. Jeder der oberen und unteren Arme für jede der U-, V- und W-Phasen kann drei oder mehr parallel verbundenen Halbleiterelemente aufweisen. In einem Fall, wo die Anzahl von parallel verbundenen Halbleiterelementen größer oder gleich drei ist, können Temperaturdifferenzen unter diesen Halbleiterelementen erfasst werden. Alternativ kann eine Temperaturdifferenz zwischen der maximalen Temperatur und der minimalen Temperatur der Halbleiterelemente erfasst werden. Alternativ kann eine Temperaturdifferenz zwischen der maximalen Temperatur eines Halbleiterelements und der Durchschnittstemperatur von allen Halbleiterelementen erfasst werden. In diesen Fällen kann das erste Halbleiterelement als ein Halbleiterelement mit der maximalen Temperatur definiert werden, wobei die Temperaturdifferenz den Schwellenwert überschreitet.
Wie oben beschrieben, erzeugt die Parallelansteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ein Steuersignal zum Ändern des Zeitpunkts, zu dem das erste Halbleiterelement eingeschaltet wird, das aus einer Vielzahl von Halbleiterelementen auf Basis einer Temperaturdifferenz zwischen den Halbleiterelementen spezifiziert ist. Dann erzeugt die Parallelansteuervorrichtung ein erstes Ansteuersignal zum Ansteuern der Halbleiterelemente und erzeugt ein zweites Ansteuersignal, das das erste Ansteuersignal ist, das auf Basis des Steuersignals verzögert ist, und legt das zweite Ansteuersignal an das erste Halbleiterelement an. Dies kann das Temperaturgleichgewicht zwischen den Halbleiterelementen aufrechterhalten und auch eine Erhöhung eines Verlusts im Halbleiterelement minimieren.
Das Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform verzögert ein Einschalten eines Halbleiterelements, das eine höhere Temperatur aufweist, nur dann, wenn die Temperaturdifferenz einen Schwellenwert überschreitet, und steuert alle der parallel verbundenen Halbleiterelemente gemeinsam, wenn die Temperaturdifferenz den Schwellenwert nicht überschreitet. Im Ergebnis kann eine Erhöhung eines Leitungsverlusts im Vergleich zu dem in der Patentliteratur 1 offenbarten Verfahren minimiert werden, bei dem das diensthabende Element und das dienstfreie Element abwechselnd angesteuert werden.
Zweite Ausführungsform.
5 stellt ein Diagramm dar, das die detaillierte Konfiguration einer Parallelansteuervorrichtung 50A gemäß einer zweiten Ausführungsform gemeinsam mit den Halbleiterelementen 1a und 1b veranschaulicht, die anzusteuernde Ziele darstellen. In 5 wird in der Parallelansteuervorrichtung 50A gemäß der zweiten Ausführungsform die Gate-Ansteuerschaltung 2, die in der Parallelansteuervorrichtung 50 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst ist, die in 2 veranschaulicht ist, durch eine Gate-Steuerungsschaltung 2A ersetzt. In der Gate-Ansteuerschaltung 2A wird die erste Ansteuerschaltung 21 durch eine Ansteuerschaltung 23 mit einer variablen Spannungsfunktion ersetzt. Andere Konfigurationen sind die gleichen oder identisch zu jenen der ersten Ausführungsform, wobei die gleichen oder identische Bestandteilelemente durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und wobei deren redundante Erläuterungen weggelassen werden.
6 stellt ein Diagramm dar, das Verlusteigenschaften eines Halbleiterelements zum Erläutern eines Betriebs der Parallelansteuervorrichtung 50A gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. In 6 repräsentiert die horizontale Achse den Kollektorstrom Ic, während die vertikale Achse einen Einschaltverlust Eon repräsentiert. Dies bedeutet, dass 6 eine Abhängigkeit des Einschaltverlustes Eon vom Strom in einem allgemeinen Halbleiterelement veranschaulicht. In 6 zeigt die dick durchgezogene Kurve die Verlusteigenschaften eines einzelnen Halbleiterelements und ist eine nach unten konvexe Kurve. Die horizontale Achse und die vertikale Achse sind in 6 normiert. Der Einschaltverlust relativ zum Nennstrom „1×Ic“ wird als „1×E“ ausgedrückt. In 6 zeigt die dünn durchgezogene Kurve die Verlusteigenschaften, wenn zwei Halbleiterelemente parallel verbunden sind. Da die zwei parallel verbundenen Halbleiterelemente gleichzeitig betrieben werden, ist ein Strom, der durch die zwei Halbleiterelemente fließt, doppelt so groß wie ein Strom, der fließt, wenn ein einzelnes Halbleiterelement betrieben wird. Aus diesem Grund stellt die Verlustkurve für die zwei parallel verbundenen Halbleiterelemente eine nach unten konvexe Kurve dar, die den Ursprung O und den Punkt P miteinander bindet. Im Punkt P wird der doppelte Einschaltverlust „2×E“ relativ zum Strom „2×Ic“ vorgesehen, der zweimal so groß wie der Nennstrom ist.
Die erste Ausführungsform verzögert ein Einschalten des auf Basis der Temperaturdifferenz ΔT spezifizierten, ersten Halbleiterelements, wodurch das Temperaturgleichgewicht aufrechterhalten wird. Wie oben diskutiert, ist eine Abhängigkeit des Einschaltverlustes Eon von dem Strom in einem allgemeinen Halbleiterelement durch eine nach unten konvexe Kurve gezeigt. Wie in 6 veranschaulicht, weist die Verlustkurve für zwei Halbleiterelemente, die parallel verbundenen sind, dementsprechend eine Eigenschaft dahingehend auf, dass sie sich unterhalb der Verlustkurve für ein einzelnes Halbleiterelement befindet. Ein Führen eines Stroma von „0,7×Ic“ durch jedes Halbleiterelement beim Ansteuern der zwei parallelen Halbleiterelemente ist zu beachten. Wenn diese zwei Halbleiterelemente parallel angesteuert werden, fließt ein Strom von „1,4×Ic“ durch eines der Halbleiterelemente. In dem Fall von zwei Halbleiterelementen, die nicht parallel angesteuert werden, wird dieser Betriebspunkt somit als „Q“ repräsentiert. Im Gegensatz dazu, wenn die zwei Halbleiterelemente parallel angesteuert werden, wird der Betriebspunkt als „R“ repräsentiert. Es ist somit verständlich, dass ein Einschaltverlust niedriger ist, wenn die zwei Halbleiterelemente parallel angesteuert werden. Umgekehrt gilt in dem Fall eines Führens gleicher Ströme durch die Halbleiterelemente, dass sich der Einschaltverlust, wenn die Halbleiterelemente nicht parallel angesteuert werden, im Vergleich dazu erhöht, wenn die zwei Halbleiterelemente parallel angesteuert werden.
Angesichts des oben Gesagten schlägt die zweite Ausführungsform ein Verfahren zum Verringern des Einschaltverlusts vor, indem eine positive Vorspannung des Gates (nachfolgend „Gate-Spannung“) höher als der Normalwert beim Verzögern eines Einschaltens eines Halbleiterelements eingestellt wird, das eine höhere Temperatur aufweist. Die Gate-Spannung wird variiert, indem die Ansteuerschaltung 23 eine variable Spannungsfunktion aufweist, die in 5 veranschaulicht ist. Die Gate-Spannung wird variiert, wenn die Temperaturdifferenz ΔT den Schwellenwerts Tth1 übersteigt. Die Gate-Spannung wird sowohl für das Halbleiterelement 1a als auch für das Halbleiterelement 1b variiert.
7 zeigt Wellenformdiagramme, die den Betriebszustand der Halbleiterelemente 1a und 1b veranschaulichen, die in Übereinstimmung mit einem ersten Steuerungsverfahren bei der zweiten Ausführungsform betrieben werden. Es gibt verschiedene mögliche Zeitpunkte, zu denen die Gate-Spannung variiert wird. Bei der zweiten Ausführungsform wird die Gate-Spannung gleichzeitig mit dem Zeitpunkt variiert, bei dem das Halbleiterelement eingeschaltet wird. 7(c) veranschaulicht die Betriebswellenform, wenn die Gate-Spannung variiert wird. Die Betriebswellenformen, die in den 7(a) und 7(b) veranschaulicht sind, sind identisch zu jenen, die in 4 veranschaulicht sind.
Es ist bevorzugt, den Wert der Gate-Spannung auf eine solche Weise auszuwählen, dass eine Verlustkurve vorgesehen wird, die unterhalb der Verlustkurve der 6 für die zwei parallel angesteuerten Halbleiterelemente liegt. Ein Beispiel dieser Verlustkurve, die so vorgesehen wird, ist mit einer strichpunktierten Linie gezeigt, wobei der Betriebspunkt als „S“ repräsentiert ist, wenn der Strom von „1,4×Ic“ fließt. Es ist somit verständlich, dass der Einschaltverlust im Betriebspunkt „S“ relativ zum jenem beim Betriebspunkt „R“, wenn die Halbleiterelemente parallel angesteuert werden, verringert wird.
Wenn die Gate-Spannung gleichzeitig mit dem Zeitpunkt variiert wird, bei dem das Halbleiterelement eingeschaltet wird, erhöht sich die Einschaltgeschwindigkeit im Vergleich dazu, wenn die Gate-Spannung nicht variiert wird. Dementsprechend wird die Wirkung eines weiteren Reduzierens des Einschaltverlust erhalten. Die Wirkung eines Reduzierens des Leitungsverlusts wird auch erhalten, indem die Gate-Spannung höher als der Normalwert eingestellt wird.
8 zeigt Wellenformdiagramme, die den Betriebszustand der Halbleiterelemente 1a und 1b veranschaulichen, die in Übereinstimmung mit einem zweiten Steuerungsverfahren bei der zweiten Ausführungsform betrieben werden. Bei dem zweiten Steuerverfahren, wie in 8(c) veranschaulicht, wird die Gate-Spannung erhöht, nachdem die Einschaltdauer endet. Die Betriebswellenformen, die in den 8(a) und 8(b) veranschaulicht sind, sind identisch zu jenen, die in den 4 und 7 veranschaulicht sind.
In einem Fall, wo die Gate-Spannung zum Einschaltzeitpunkt erhöht wird, gibt es eine Möglichkeit, dass der Strom den maximalen Einschaltstrom überschreiten könnte, und dann könnte die Überstrom-Erfassungsfunktion aktiv werden, oder die Halbleiterelemente könnten einer unbeabsichtigten Belastung ausgesetzt werden. Im Gegensatz dazu, wenn die Gate-Spannung erhöht wird, nachdem die Einschaltdauer endet, kann die Erhöhung der Einschaltgeschwindigkeit dann minimiert werden. Im Ergebnis wird die Wirkung eines Reduzierens des Leitungsverlusts erhalten werden und der Einschaltstrom kann auch daran gehindert werden, den maximalen Wert zu überschreiten.
Wie oben beschrieben, umfasst die Parallelansteuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform die Ansteuerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform, wobei eine variablen Spannungsfunktion hinzugefügt ist. Wenn das erste Halbleiterelement zum Zeitpunkt eines Anlegens der ersten und zweiten Ansteuersignale an die Halbleiterelemente spezifiziert wurde, erhöht die Ansteuerschaltung mit einer variablen Spannungsfunktion das Spannungsniveau der ersten und zweiten Ansteuersignale zu dem Zeitpunkt, bei dem Halbleiterelemente eingeschaltet werden, so dass das Spannungsniveau höher als das Spannungsniveau der ersten und zweiten Ansteuersignale wird, wenn das erste Halbleiterelement nicht spezifiziert wurde. Im Ergebnis können die Wirkungen eines Verringerns des Einschaltverlusts und des Leitungsverlusts erhalten werden.
In der Parallelansteuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform erhöht die Ansteuerschaltung mit einer variablen Spannungsfunktion, wenn das erste Halbleiterelement spezifiziert wurde, zu dem Zeitpunkt eines Anlegens der ersten und zweiten Ansteuersignale an die Halbleiterelemente das Spannungsniveau der ersten und zweiten Ansteuersignale, nachdem das Halbleiterelement eingeschaltet ist, so dass das Spannungsniveau höher als das Spannungsniveau der ersten und zweiten Ansteuersignale wird, wenn das erste Halbleiterelement nicht spezifiziert wurde. Im Ergebnis kann die Wirkung eines Verringerns bzw. Reduzierens des Leitungsverlusts erhalten werden.
Dritte Ausführungsform.
Wie bei der zweiten Ausführungsform beschrieben, ist eine Abhängigkeit des Einschaltverlusts von dem Strom in einem Halbleiterelement durch eine nach unten konkave Kurve gezeigt. Diese Eigenschaft wird oft allgemein beobachtet, wenn eine Ansteuerschaltung verwendet wird, die als eine „Ansteuerschaltung mit konstanter Spannung“ bezeichnet wird. Der Einschaltverlust verringert sich, wenn die Einschaltgeschwindigkeit höher ist. Der Einschaltverlust erhöht sich, wenn die Einschaltgeschwindigkeit kleiner ist. Eine der Eigenschaften zum Bestimmen der Einschaltgeschwindigkeit ist eine Stromanstiegsgeschwindigkeit. Als Erstes werden unten die Einschalteigenschaften eines Halbleiterelements beschrieben werden.
Eine an das Gate anzulegende Spannung muss erhöht werden, um das Halbleiterelement einzuschalten. Ein selbst Lichtbogenauslöschendes Halbleiterelement („self arcextinguishing seminconductor element“), das vorzugsweise als ein Leistungshalbleiterelement verwendet wird, weist eine parasitäre Kapazität auf, die als eine „Gate-Kapazität“ bezeichnet wird. Für das selbst Lichtbogenauslöschende Halbleiterelement wird die Gate-Kapazität geladen, um dadurch die Gate-Spannung zu erhöhen. Wenn die Gate-Spannung eine Gate-Schwellenwertspannung Vth überschreitet, beginnt ein Strom zu fließen. Das selbst Lichtbogenauslöschende Halbleiterelement weist Eigenschaften eines Vorsehens einer höheren Stromanstiegsgeschwindigkeit zu dem Zeitpunkt eines Einschaltens auf, weil der Gate-Ladestrom größer ist, bevor die Gate-Spannung die Gate-Schwellenwertspannung Vth erreicht.
9 stellt ein Diagramm dar, das ein Konfigurationsbeispiel einer allgemeinen Ansteuerschaltung 30 mit konstanter Spannung veranschaulicht. 10 stellt ein Wellenformdiagramm zum Erläutern eines Betriebs der in 9 veranschaulichten Ansteuerschaltung 30 mit konstanter Spannung dar. Die in 2 veranschaulichte erste Ansteuerschaltung 21 stellt eine Komponente entsprechend der in 9 veranschaulichten Ansteuerschaltung 30 mit konstanter Spannung dar.
10 veranschaulicht geordnet vom oberen Abschnitt an einen Gate-Ladestrom, eine Gate-Spannung und ein Gate-Steuersignal. In einem Fall, wo die Ansteuerschaltung mit konstanter Spannung verwendet wird, ist der Gate-Ladestrom unmittelbar nach dem Start eines Anlegens der Gate-Spannung maximal, wie in 10 veranschaulicht. Im Gegensatz dazu ist der Gate-Ladestrom bei der und um die Gate-Schwellenwertspannung Vth herum relativ gering. Aufgrund dieser Eigenschaft wird eine Abhängigkeit des Einschaltverlustes vom Strom durch eine nach unten konvexe Kurve gezeigt, wie in 6 veranschaulicht. Wie bei der zweiten Ausführungsform beschrieben, resultiert diese Eigenschaft in einer Erhöhung des Verlusts in der Wechselrichterschaltung in ihrer Gesamtheit.
Angesichts dessen verwendet die dritte Ausführungsform eine Ansteuerschaltung, die eine nach oben konvexe Kurve, die eine Abhängigkeit des Einschaltverlustes vom Strom zeigt, vorsieht. Insbesondere wird eine Ansteuerschaltung mit konstantem Strom verwendet. 11 stellt ein Diagramm dar, das ein Konfigurationsbeispiel einer Ansteuerschaltung 32 mit konstantem Strom bei der dritten Ausführungsform veranschaulicht. 12 stellt ein Wellenformdiagramm zum Erläutern eines Betriebs der Ansteuerschaltung 32 mit konstantem Strom dar, die in 11 veranschaulicht ist.
12 veranschaulicht geordnet von dem oberen Abschnitt an einen Gate-Ladestrom, eine Gate-Spannung und ein Gate-Steuersignal. In einem Fall, wo die Ansteuerschaltung 32 mit einem konstantem Strom verwendet wird, wird der Gate-Ladestrom ungefähr auf einem konstanten Wert unmittelbar nach dem Start eines Anlegens der Gate-Spannung gehalten, wie in 12 veranschaulicht. Somit ist ein Gate-Ladestrom Igc, der von der Ansteuerschaltung 32 mit konstantem Strom bei und um die Gate-Schwellenwertspannung Vth herum fließt, größer bzw. höher als ein Gate-Ladestrom Igv, der von der Ansteuerschaltung 30 mit konstanter Spannung bei und um die gleiche Gate-Schwellenwertspannung Vth herum fließt. Bei der Gate-Schwellenwertspannung Vth wird ein selbst Lichtbogenauslöschendes Halbleiterelement eingeschaltet.
13 stellt ein Diagramm dar, das Verlusteigenschaften von Halbleiterelementen veranschaulicht, wenn die Halbleiterelemente unter Verwendung der Ansteuerschaltung 32 mit konstantem Strom bei der dritten Ausführungsform angesteuert werden. Die Verlusteigenschaften der unter Verwendung der Ansteuerschaltung 32 mit konstantem Strom angesteuerten Halbleiterelemente sind durch eine nach oben konvexe Kurve gezeigt, wie in 13 veranschaulicht. Ähnlich zur 6 sind die Verlusteigenschaft eines einzelnen Halbleiterelements mit einer dick durchgezogenen Linie und der dick gepunkteten Linie gezeigt, während die Verlusteigenschaft der zwei Halbleiterelemente, die parallel verbundenen sind, mit der dünn durchgezogenen Linie veranschaulicht sind. Beide Verlusteigenschaften sind durch nach oben konvexe Kurven gezeigt. Eine der Kurven, die die Verlusteigenschaft eines einzelnen Halbleiterelements zeigt, liegt unterhalb der anderen Kurve, die die Verlusteigenschaft der zwei Halbleiterelemente zeigt, die parallel verbundenen sind. In dem Fall einer Verwendung der Ansteuerschaltung 32 mit konstantem Strom erhöht sich deshalb der Einschaltverlust nicht, obwohl das Halbleiterelement mit einer geringen Temperatur eine Last dahingehend trägt, dass es eingeschaltet wird, weil das Halbleiterelement mit einer höheren Temperatur verzögert eingeschaltet wird. Die Gründe, warum die Verlusteigenschaften durch die nach oben konvexen Kurven gezeigt sind, können wie folgt erläutert werden.
Für die Ansteuerschaltung 30 mit konstanter Spannung erhöht sich die Gate-Spannung auf solch eine Weise, um so eine nach oben konvexe Kurve zu zeichnen, wie in 10 veranschaulicht. Der Grund dafür ist, dass die Gate-Kapazität geladen wird, um sich so in Übereinstimmung mit einer Zeitkonstanten CR zu erhöhen, die das Produkt eines Gate-Widerstands R und einer Gate-Kapazität C ist. Im Gegensatz dazu weist die Ansteuerschaltung 32 mit konstantem Strom eine lineare Eigenschaft eines Erhöhens der Gate-Spannung auf, wenn die Gate-Kapazität mit einem konstanten Gate-Strom geladen wird. Im Allgemeinen ist eine Geschwindigkeit einer Erhöhung des Stroms relativ zur Erhöhung der Gate-Spannung, die als Übertragungseigenschaft eines selbst Lichtbogen-auslöschenden Halbleiterelements betrachtet wird, den Eigenschaften des selbst Lichtbogen-auslöschenden Halbleiterelements zuzuschreiben.
Für die Ansteuerschaltung 30 mit konstanter Spannung erhöht sich die Gate-Spannung entlang einer nach oben konvexen Kurve in Übereinstimmung mit der Zeitkonstanten CR. Aufgrund dieser Eigenschaft verläuft eine Erhöhung der Gate-Spannung in Bezug auf die Zeit sanft, nachdem die Gate-Spannung die Gate-Schwellenwertspannung Vth überschreitet. Dementsprechend erhöht sich eine Erhöhungsgeschwindigkeit des Stroms so sanft, dass der Strom langsam ansteigt. In der Ansteuerschaltung 32 mit konstantem Strom erhöht sich im Gegensatz dazu die Gate-Spannung linear, so dass die Erhöhung der Gate-Spannung in Bezug auf die Zeit, nachdem die Gate-Spannung die Gate-Schwellenwertspannung Vth überschreitet, größer als die in der Ansteuerschaltung 30 mit konstanter Spannung ist. Dementsprechend wird die Erhöhungsgeschwindigkeit des Stroms höher als die der Ansteuerschaltung 30 mit konstanter Spannung, und der Strom steigt dementsprechend schneller an. Somit verringert sich der Einschaltverlust in der Ansteuerschaltung 32 mit konstantem Strom stärker als in der Ansteuerschaltung 30 mit konstanter Spannung, da der Schaltstrom erhöht wird. Dies bedeutet, dass der Einschaltverlust durch die nach oben konvexe Kurve gezeigt wird, wie in 13 veranschaulicht.
Wie oben erläutert, verwendet die Parallelansteuervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform die Ansteuerschaltung mit konstantem Strom, um die Gate-Ansteuerschaltung zu bilden. Aufgrund dieser Konfiguration wird eine weitere Verringerung des Verlusts in der Wechselrichterschaltung in seiner Gesamtheit bewirkt.
Als Nächstes wird die Hardware-Konfiguration zum Implementieren der Funktionen der Steuerungseinheit 10 gemäß den ersten bis dritten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen der 14 und 15 beschrieben. 14 stellt ein Blockdiagramm dar, das ein Beispiel der Hardware-Konfiguration zum Implementieren der Funktionen der Steuerungseinheit 10 bei den ersten bis dritten Ausführungsformen veranschaulicht. 15 stellt ein Blockdiagramm dar, das ein weiteres Beispiel der Hardware-Konfiguration zum Implementieren der Funktionen der Steuerungseinheit 10 bei den ersten bis dritten Ausführungsformen veranschaulicht.
Um die Funktionen der Steuerungseinheit 10 gemäß der ersten bis dritten Ausführungsformen zu implementieren, wie in 14 veranschaulicht, kann die Hardware-Konfiguration eingerichtet sein, einen Prozessor 300 zum Durchzuführen einer Kalkulation, einen Speicher 302 zum darin Speichern von Programmen, die durch den Prozessor 300 zu lesen sind, und eine Schnittstelle 304 zu umfassen, durch welche ein Signal eingegeben/ausgegeben wird.
Der Prozessor 300 könnte eine Berechnungseinrichtung wie zum Beispiel eine Berechnungsvorrichtung, ein Mikroprozessor, ein Mikrocomputer, eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit), oder ein DSP (Digitalsignalprozessor) sein. Als der Speicher 302 kann beispielhaft ein nicht flüchtiger oder flüchtiger Halbleiterspeicher wie zum Beispiel ein RAM (Random Access Memory),ein ROM (Read Only Memory), ein Flash-Speicher, ein EPROM (löschbar programmierbarer ROM) und ein EEPROM^® (elektrisches EPROM), eine Magnetscheibe, eine Diskette, eine optische Scheibe, eine Compactdisk, eine Minidisk und eine DVD (Digital Versatile Disk) verwendet werden.
Der Speicher 302 weist darin gespeicherte Programme auf, die die Funktionen der Steuerungseinheit 10 gemäß der ersten bis dritten Ausführungsformen ausführen. Der Prozessor 300 überträgt oder empfängt eine notwendige Information durch die Schnittstelle 304, führt die in dem Speicher 302 gespeicherten Programme aus, referenziert Tabellen, die in dem Speicher 302 gespeichert sind, und kann dadurch die oben beschriebene Verarbeitung durchführen.
Ergebnisse der durch den Prozessor 300 durchgeführten Berechnung können in dem Speicher 302 gespeichert werden.
Der Prozessor 300 und der Speicher 302, die in 14 veranschaulicht sind, können durch eine Verarbeitungsschaltung 305 ersetzt werden. Eine einzelne Schaltung, eine kombinierte Schaltung, ein ASIC (Applikations-spezifisch integrierte Schaltung), ein FPGA (frei programmierbares Verknüpfungsfeld) oder eine Kombination davon entsprechen der Verarbeitungsschaltung 305. Eine in die Verarbeitungsschaltung 305 einzugebende oder aus ihr auszugebende Information kann durch die Schnittstelle 304 übertragen oder empfangen werden.
Die Konfigurationen, die bei den oben genannten Ausführungsformen beschrieben sind, stellen lediglich Beispiele des Inhalts der vorliegenden Erfindung dar. Die Konfigurationen können mit anderen wohlbekannten Verfahren kombiniert werden, und ein Teil von jeder der Konfigurationen kann weggelassen oder modifiziert werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1: Wechselrichterschaltung;
1a bis 1d, 2a bis 2d, 3a bis 3d: Halbleiterelement;
2, 2A: Gate-Ansteuerschaltung;
3: Gate-Steuerungseinheit;
4: Temperaturdifferenzkalkulator;
5: Steuersignal;
6: Ansteuersignal;
8a, 8b: Temperatursensor;
10: Steuerungseinheit;
12a, 12b: Modul;
21: erste Ansteuerschaltung;
22: zweite Ansteuerschaltung;
22a: erste Schaltung;
22b: zweite Schaltung;
23: Ansteuerschaltung mit variabler Spannungsfunktion;
30: Ansteuerschaltung mit konstanter Spannung;
32: Ansteuerschaltung mit konstantem Strom;
50, 50A: Parallelansteuervorrichtung;
80: Motor;
100: Leistungsumwandlungsvorrichtung;
110: DC-Leistungsversorgung;
300: Prozessor;
302: Speicher;
304: Schnittstelle;
305: Verarbeitungsschaltung.

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 201755259 [0004]

Claims

Parallelansteuervorrichtung zum Ansteuern einer Vielzahl von parallel verbundenen Halbleiterelementen, wobei die Parallelansteuervorrichtung aufweist: eine Steuerungseinheit zum Erfassen einer Temperaturdifferenz zwischen den Halbleiterelementen auf Basis von erfassten Werten, die durch Temperatursensoren vorgesehen werden, wobei die Temperatursensoren Temperaturen der individuellen Halbleiterelemente erfassen, und zum Erzeugen eines Steuersignals zum Ändern eines Zeitpunkts, bei dem ein erstes Halbleiterelement, das aus den Halbleiterelementen auf Basis der Temperaturdifferenz spezifiziert ist, eingeschaltet wird; und eine Ansteuerschaltung zum Erzeugen eines ersten Ansteuersignals zum Ansteuern der Halbleiterelemente und zum Erzeugen eines zweiten Ansteuersignals, welches das erste Ansteuersignal ist, das auf Basis des Steuersignals verzögert ist, und zum Anlegen des zweiten Ansteuersignals an das erste Halbleiterelement.
Parallelansteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei, wenn die Anzahl der parallel verbundenen Halbleiterelemente zwei ist, die Temperaturdifferenz eine Differenz einer Temperatur zwischen den zwei Halbleiterelementen ist, und wobei das erste Halbleiterelement ein Halbleiterelement mit einer einen Schwellenwert überschreitenden Temperaturdifferenz ist, und, wenn die Anzahl der parallel verbundenen Halbleiterelemente größer oder gleich drei ist, die Temperaturdifferenz eine Differenz zwischen einer maximalen Temperatur und einer minimalen Temperatur der Halbleiterelemente oder eine Differenz zwischen einer maximalen Temperatur eines Halbleiterelements und einer Durchschnittstemperatur von allen Halbleiterelementen ist, und wobei das erste Halbleiterelement das Halbleiterelement mit der maximalen Temperatur ist, wobei die Temperaturdifferenz einen Schwellenwert überschreitet.
Parallelansteuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei, wenn die Temperaturdifferenz einen Schwellenwert überschreitet, die Ansteuerschaltung das zweite Ansteuersignal an das erste Halbleiterelement anlegt, und, wenn die Temperaturdifferenz auf einen Schwellenwert oder kleiner abnimmt, die Ansteuerschaltung das erste Ansteuersignal an das erste Halbleiterelement anlegt.
Parallelansteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, wenn das erste Halbleiterelement spezifiziert ist, beim Anlegen der ersten und zweiten Ansteuersignale an die Halbleiterelemente die Ansteuerschaltung ein Spannungsniveau der ersten und zweiten Ansteuersignale zu einem Zeitpunkt erhöht, bei dem die Halbleiterelemente eingeschaltet werden, so dass das Spannungsniveau höher als ein Spannungsniveau der ersten und zweiten Ansteuersignale wird, wenn das erste Halbleiterelement nicht spezifiziert ist.
Parallelansteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, wenn das erste Halbleiterelement spezifiziert ist, beim Anlegen der ersten und zweiten Ansteuersignale an die Halbleiterelemente die Ansteuerschaltung ein Spannungsniveau der ersten und zweiten Ansteuersignale erhöht, nachdem das Halbleiterelement eingeschaltet ist, so dass das Spannungsniveau höher als ein Spannungsniveau der ersten und zweiten Ansteuersignale wird, wenn das erste Halbleiterelement nicht spezifiziert ist.
Parallelansteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Ansteuerschaltung eine Ansteuerschaltung mit konstanter Spannung ist.
Parallelansteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Ansteuerschaltung eine Ansteuerschaltung mit konstantem Strom ist.
Leistungsumwandlungsvorrichtung, die aufweist: die Parallelansteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7; und eine Leistungsumwandlungsschaltung einschließlich der Halbleiterelemente, die durch die Parallelansteuervorrichtung anzusteuern sind.