JP5746954B2 - インバータ装置 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態に係るインバータ装置は、パワー半導体スイッチング素子と、SiCやGaNなどのワイドギャップ半導体のユニポーラ型ダイオードとが逆並列に接続されたパワー半導体モジュールを備えたインバータ装置であって、そのインバータ装置の主回路電流が所定値より大きい場合には、パワー半導体スイッチング素子をスイッチング駆動するためのゲート抵抗値(ゲートインピーダンス)を大きくするように構成したことを特徴とする。これにより、ユニポーラ型ダイオードのリカバリdv/dtを低減させて、パワー半導体スイッチング素子のターンオン損失やユニポーラ型ダイオードのリカバリ損失を少なくすることができると共に、パワー半導体スイッチング素子のコレクタ電流の振動による跳ね上がり(リンギング)を抑制することができる。
〈インバータ装置の構成〉
図1は、本発明の第1実施形態におけるインバータ装置の構成図である。なお、一般的には、インバータ装置はフルブリッジ回路で構成されているが、図1では、本実施形態の説明の便宜上、ハーフブリッジ回路のインバータ装置を示している。
図1に示すインバータ装置1aの基本的な動作を以下に説明する。制御回路40からの制御信号によって、上アーム駆動/制御回路20の駆動ロジック回路26及び下アーム駆動/制御回路30の駆動ロジック回路36を制御し、パワー半導体スイッチング素子であるSi−IGBT11とSi−IGBT12を交互にON/OFF動作させることにより、主回路電源15の直流電圧が交流電圧に変換され、主回路19に交流電流(主回路電流)が流れて負荷(図示せず)に供給されると共に、主回路19に流れた主回路電流は、主回路電流検出カレントトランス(CT)18で検出されて主回路電流検出回路50へ供給される。なお、制御回路40は、Si−IGBT11とSi−IGBT12をPWM制御してもよいし、Si−IGBT11とSi−IGBT12をそれぞれ電気角180度ごとにON/OFFして矩形波制御してもよい。あるいは、制御回路40は、矩形波制御をベースにして通電角を制御するデューティ幅制御(位相制御)を行ってもよい。
図7は、本発明の第2実施形態におけるインバータ装置の構成図である。図7に示す第2実施形態のインバータ装置1bについては、図1に示す第1実施形態のインバータ装置1aと同じ構成要素は同一の符号が付されている。第2実施形態のインバータ装置1bが第1実施形態のインバータ装置1aと異なる点は、主回路電流検出回路50から制御回路40へ制御信号線51が接続されているところである。
図9は、本発明の第3実施形態におけるインバータ装置の構成図である。図9に示す第3実施形態のインバータ装置1cについては、図7に示す第2実施形態のインバータ装置1bと同じ構成要素は同一の符号が付されている。第3実施形態のインバータ装置1cが第2実施形態のインバータ装置1bと異なる点は、パワー半導体スイッチング素子のゲート抵抗値(ゲートインピーダンス)を3段階で切り替えているところである。
なお、ゲート抵抗切替用pMOSとゲート抵抗との並列組み合わせ(例えば、ゲート抵抗切替用pMOS33aとゲート抵抗31aとの並列組み合わせ)の一組に対して、ゲート抵抗切替用pMOSとゲート抵抗との直列組み合わせ(例えば、ゲート抵抗切替用pMOS33bとゲート抵抗31bとの直列組み合わせ)を多段に設けることにより、ゲート抵抗の抵抗値を何段階にも可変させることが可能である。
以上説明したように、本発明のインバータ装置は、パワー半導体スイッチング素子とユニポーラ型ダイオードとが逆並列に接続されたインバータ装置であって、主回路電流が所定値より大きいときに、パワー半導体スイッチング素子を駆動するゲート駆動回路のゲート抵抗値を大きくしてユニポーラ型ダイオードのリカバリdv/dtを抑制し、ターンオン損失、リカバリ損失、及びリンギングによるノイズを低減させることができる。また、主回路電流が所定値より大きいときに、パワー半導体スイッチング素子をPWM制御するスイッチング回数を低減させてスイッチング損失を低減させることができる。
10 インバータ主回路
11,12 Si−IGBT(パワー半導体スイッチング素子)
11g,12g,21,22,21a,21b,31,32,31a,31b ゲート抵抗(ゲートインピーダンス)
13,14 ユニポーラ型ダイオード
15 主回路電源
16,17 主回路インダクタンス
18 主回路電流検出カレントトランス(電流検出手段)
19 主回路
20,20a 上アーム駆動/制御回路
23,23a,23b,33,33a,33b ゲート抵抗切替用pMOS(ゲートインピーダンス切替手段)
24,34 npnトランジスタ
25,35 pnpトランジスタ
26,36 駆動ロジック回路
27,28,37,38 駆動/制御回路電源
30,30a 下アーム駆動/制御回路
40 制御回路(スイッチング回数低減手段)
50 主回路電流検出回路(電流検出手段)
51 制御信号線
Claims (8)
- パワー半導体スイッチング素子とユニポーラ型ダイオードとが逆並列に接続されたパワー半導体モジュールを備えたインバータ装置であって、
前記パワー半導体モジュールに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段が検出した電流値が所定値より大きいときに、前記パワー半導体スイッチング素子を駆動するゲート駆動回路のゲートインピーダンスを大きくするように、該ゲートインピーダンスを切り替えるゲートインピーダンス切替手段と、
を備えることを特徴とするインバータ装置。 - 前記パワー半導体スイッチング素子はPWM制御を行うものであって、
前記電流検出手段が検出した電流値が所定値より大きいときに、前記PWM制御のスイッチング回数を低減させるスイッチング回数低減手段をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。 - 前記ゲートインピーダンス切替手段は、前記電流検出手段が検出した電流値の大きさに応じて前記ゲートインピーダンスを2段階以上に可変させることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のインバータ装置。
- 前記スイッチング回数低減手段は、前記電流検出手段が検出した電流値の大きさに応じて前記PWM制御のスイッチング回数を2段階以上に可変させることを特徴とする請求項2または請求項3に記載のインバータ装置。
- 前記パワー半導体スイッチング素子は、シリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム、またはダイヤモンドの少なくとも1つの材料によって生成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のインバータ装置。
- 前記パワー半導体スイッチング素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、接合型電界効果トランジスタ、金属酸化膜型電界効果トランジスタのいずれかであることを特徴とする請求項5に記載のインバータ装置。
- 前記ユニポーラ型ダイオードは、シリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム、またはダイヤモンドの少なくとも1つの材料によって生成されたワイドギャップ半導体であることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載のインバータ装置。
- 前記ユニポーラ型ダイオードは、逆回復時の電圧変化率が電流値に比例して大きくなるショットキーバリアダイオードであることを特徴とする請求項7に記載のインバータ装置。
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