逆變器裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及逆變器裝置，用于在由具備開關(guān)元件的多個相的橋臂開關(guān)構(gòu)成的逆變器電路裝置中，抑制恢復(fù)電流以短路狀態(tài)向橋臂開關(guān)流動。由分別具有一對開關(guān)元件的主橋臂開關(guān)以及輔助橋臂開關(guān)構(gòu)成一個相，在用于將直流電力變換成交流電力的主橋臂開關(guān)的一對開關(guān)元件的公共連接點(diǎn)與用于通過恢復(fù)電流的輔助橋臂開關(guān)的一對開關(guān)元件的公共連接點(diǎn)之間連接限流電抗器。
【專利說明】逆變器裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及具有開關(guān)元件橋接的構(gòu)成的逆變器裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]逆變器裝置、例如電壓型三相逆變器裝置具備3相的量的橋臂開關(guān)(switchingleg),該橋臂開關(guān)由串聯(lián)連接的一對開關(guān)兀件(將一方稱為正側(cè)，將另一方稱為負(fù)側(cè))構(gòu)成。通過對各橋臂開關(guān)的開關(guān)元件的接通斷開進(jìn)行PWM(Pulse Width Modulation:脈沖寬度調(diào)制)控制，來將直流電力變換成交流電力。由于此時(shí)的開關(guān)控制模式(switching pattern)按照在一個橋臂開關(guān)內(nèi)一對開關(guān)元件不同時(shí)接通的方式而夾設(shè)有兩者都處于斷開狀態(tài)的時(shí)間段(死區(qū)時(shí)間(dead time))，所以不會發(fā)生直流電源經(jīng)由橋臂開關(guān)被短路的情況。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開平5 - 111263號公報(bào)
[0006]但是，應(yīng)該防止的短路電流除了因上述那樣的原因引起之外，還存在經(jīng)過續(xù)流二極管的短路電流的問題。即，與構(gòu)成逆變器的一對開關(guān)元件通常以反向并聯(lián)的方式具備續(xù)流二極管(free-wheeling diode)。公知如果從一對正側(cè)及負(fù)側(cè)開關(guān)元件在死區(qū)時(shí)間中都斷開的狀態(tài)起例如正側(cè)開關(guān)元件轉(zhuǎn)向接通，則經(jīng)過該接通的開關(guān)元件的電流成為在負(fù)側(cè)開關(guān)的續(xù)流二極管中反向通過的短路電流。還公知其原因在于因續(xù)流二極管的殘留載流子引起的恢復(fù)電流(recovery current)。
[0007]由于恢復(fù)電流為尖銳的針狀波形，所以帶來大的浪涌電壓，引起激烈的噪聲，因此導(dǎo)致使底盤電位變動、使控制的誤差放大、使開關(guān)損失增大等各種故障。專利文獻(xiàn)I中公開了一種用于避免該情況的降低三相電壓型逆變器中的恢復(fù)電流的技術(shù)。其公開的解決方案是與所有的各開關(guān)元件串聯(lián)夾設(shè)限流電抗器，與該開關(guān)元件和電抗器的串聯(lián)電路并聯(lián)具備續(xù)流二極管的構(gòu)成。該構(gòu)成不需要軟件的輔助，但穩(wěn)定電流總是通過限流電抗器，在想要避免損失增大的用途上是不利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠有效抑制恢復(fù)電流，而且不招致控制方面的復(fù)雜化，并且能夠?qū)⒒謴?fù)電流能量利用為負(fù)載能量的逆變器裝置。
[0009]該逆變器裝置具有:正側(cè)及負(fù)側(cè)的直流輸入線、將分別反向并聯(lián)具備二極管的一對開關(guān)元件串聯(lián)連接而成的主橋臂開關(guān)、和將分別反向并聯(lián)具備二極管的一對開關(guān)元件串聯(lián)連接而成的輔助橋臂開關(guān)。在上述正側(cè)及負(fù)側(cè)的直流輸入線間連接以上述主橋臂開關(guān)與輔助橋臂開關(guān)的組作為I相的多個相，在各相內(nèi)的主橋臂開關(guān)的兩個開關(guān)元件的公共連接點(diǎn)與輔助橋臂開關(guān)的兩個開關(guān)元件的公共連接點(diǎn)之間連接限流電抗器。
【專利附圖】

【附圖說明】[0010]圖1是該實(shí)施方式的逆變器裝置的電路圖。
[0011]圖2是摘錄圖1的電路圖的一部分進(jìn)行表示的電路圖。
[0012]圖3是用于對圖1的動作進(jìn)行說明的信號以及電流波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]該實(shí)施方式的逆變器電路I是從與直流電源2連接的正側(cè)直流輸入線3以及負(fù)側(cè)直流輸入線4接收直流電力，并將其轉(zhuǎn)換成交流電力的電路。直流電源2可以是電池，也可以是DC — DC轉(zhuǎn)換器。該逆變器電路I由多相例如U、V、W這3相的主橋臂開關(guān)5U、5V、5W和與這些各主橋臂開關(guān)分別構(gòu)成組的輔助橋臂開關(guān)6U、6V、6W構(gòu)成。將這些橋臂開關(guān)5U?6W連接在直流輸入線3以及4間。U相的主橋臂開關(guān)5U通過將2個開關(guān)元件7UP和7UN串聯(lián)連接而成，同樣，主橋臂開關(guān)5V由2個開關(guān)元件7VP與7VN構(gòu)成，主橋臂開關(guān)5W由2個開關(guān)元件7WP與7WN構(gòu)成。而且，U相的輔助橋臂開關(guān)6U通過將2個開關(guān)元件8UP與8UN串聯(lián)連接而成，同樣，V相的輔助橋臂開關(guān)6V由2個開關(guān)元件8VP與8VN構(gòu)成，W相的輔助橋臂開關(guān)6W由2個開關(guān)元件8WP與8WN構(gòu)成。
[0014]在U相的主橋臂開關(guān)5U的兩個開關(guān)元件7UP和7UN的公共連接點(diǎn)9U與U相的輔助橋臂開關(guān)6U的兩個開關(guān)元件8UP和8UN的公共連接點(diǎn)IOU之間連接限流電抗器11U。與此相同，對于其他各相，也在公共連接點(diǎn)9V與IOV之間、以及9W與IOW之間分別連接限流電抗器IlV以及11W。主橋臂開關(guān)5U、5V、5W的公共連接點(diǎn)9U、9V、9W也是逆變器電路I的輸出端子，它們與作為負(fù)載的旋轉(zhuǎn)電機(jī)、例如無刷馬達(dá)12的各定子繞組12U、12V、12W連接。構(gòu)成主橋臂開關(guān)的6個開關(guān)元件7UP?7WN以及構(gòu)成輔助橋臂開關(guān)的6個開關(guān)元件8UP?8WN由半導(dǎo)體開關(guān)元件、例如FET構(gòu)成，分別具備反向并聯(lián)的續(xù)流二極管D1。該續(xù)流二極管Dl也可以是寄生于FET的電容成分。
[0015]本實(shí)施方式的逆變器裝置包括控制部13，該控制部13輸出對12個開關(guān)元件7UP?7WN以及8UP?8WN進(jìn)行接通斷開控制的開關(guān)控制信號。該控制信號是在這種逆變器裝置中廣泛公知的PWM信號。其中，圖中14是平滑電容器。
[0016]接著，參照圖2以及圖3對上述構(gòu)成的作用進(jìn)行說明。逆變器電路I的UVW相的主橋臂開關(guān)5U、5V、5W中的開關(guān)元件7UP?7WN、以及輔助橋臂開關(guān)6U、6V、6W中的開關(guān)元件8UP?8WN的接通斷開模式通過控制部13中的PWM控制，與將直流輸入變換成三相正弦波交流的通常逆變器電路的接通斷開模式相同。若基于圖3對此進(jìn)行說明，則U相主橋臂開關(guān)6U的開關(guān)元件7UP以及7UN的接通斷開模式如圖3的(b)、(d)所示，Tl是所謂的死區(qū)時(shí)間。
[0017]在本實(shí)施方式中，輔助橋臂開關(guān)的開關(guān)元件的接通定時(shí)以規(guī)定時(shí)間先行于與該輔助橋臂開關(guān)具有組關(guān)系的主橋臂開關(guān)的開關(guān)元件的接通定時(shí)(提前了規(guī)定時(shí)間)，斷開定時(shí)也被定為先行于主橋臂開關(guān)的開關(guān)元件的斷開定時(shí)的關(guān)系。若利用圖3對此進(jìn)行說明，則如圖3的(a)、(b)所示，對于主橋臂開關(guān)5U的正側(cè)開關(guān)元件7UP與輔助橋臂開關(guān)6U的正側(cè)開關(guān)元件8UP的關(guān)系而言，在主橋臂開關(guān)的元件7UP接通的情況下，輔助橋臂開關(guān)的元件8UP在先行與此時(shí)的時(shí)刻tl接通。另外，將(a) (b)對比可知，輔助橋臂開關(guān)的元件8UP的斷開動作先行于主橋臂開關(guān)的元件7UP的斷開動作(時(shí)刻t2)。
[0018]對于這樣的定時(shí)關(guān)系而言，U相中的主橋臂開關(guān)5U的負(fù)側(cè)開關(guān)元件7UN與輔助橋臂開關(guān)6U的負(fù)側(cè)開關(guān)元件8UN的關(guān)系也如圖3 (c)、(d)所示那樣是同樣的?；谏鲜瞿菢拥慕油〝嚅_模式的電流路徑如圖2所示，其接通斷開定時(shí)以及電流模式如圖3所示，以構(gòu)成直流-交流變換的主體的主橋臂開關(guān)，作為一個例子是U相的主橋臂開關(guān)5U的下述那樣的開關(guān)控制模式(一)、(二)為中心，對電流的流動進(jìn)行說明。
[0019](一)是從在死區(qū)時(shí)間Tl內(nèi)主橋臂開關(guān)5U的兩個開關(guān)元件7UP、7UN都斷開的狀態(tài)正側(cè)開關(guān)元件7UP接通(時(shí)刻t2)—該元件斷開(t4)的模式。(二)是從在死區(qū)時(shí)間Tl內(nèi)主橋臂開關(guān)5U的兩個開關(guān)元件7UP、7UN都斷開的狀態(tài)負(fù)側(cè)開關(guān)元件7UN接通(時(shí)刻t6)—該元件斷開(時(shí)刻t8)的模式。
[0020]在模式(一)中，首先在先行的時(shí)刻tl輔助橋臂開關(guān)6U的正側(cè)開關(guān)元件8PU接通。于是如路徑LI所示，電流Ia經(jīng)由元件8PU以及限流電抗器11U，在與主橋臂開關(guān)5U的處于斷開狀態(tài)的負(fù)側(cè)開關(guān)元件7UN反向并聯(lián)的續(xù)流二極管Dl中反向通過而到達(dá)負(fù)側(cè)直流輸入線4。如此產(chǎn)生在續(xù)流二極管Dl中反向通過的電流是因?yàn)樵谏洗蔚拈_關(guān)周期中由定子繞組保存的電能作為續(xù)流電流在該二極管Dl中正向通過所產(chǎn)生的殘留載流子引起的，是所謂的恢復(fù)電流。
[0021]該恢復(fù)電流的急劇上升通過限流電抗器IlU被鈍化，不會成為大的短路電流。隨后，在時(shí)刻t2主橋臂開關(guān)5U的正側(cè)開關(guān)元件7UP轉(zhuǎn)為接通，轉(zhuǎn)移到基于主橋臂開關(guān)5U的通常的PWM開關(guān)控制周期。先行接通的輔助橋臂開關(guān)6U的開關(guān)元件8UP在元件7UP的剛剛接通之后(時(shí)刻t3)斷開。隨著接通占空比(ON duty)的經(jīng)過，正側(cè)開關(guān)元件7UP斷開(時(shí)刻 t4)。
[0022]在緊接著上述模式(一)的模式(二)中，輔助橋臂開關(guān)6U的負(fù)側(cè)開關(guān)元件8UN在先行于主橋臂開關(guān)5U的負(fù)側(cè)開關(guān)元件7UN的接通的時(shí)刻t5接通。于是如路徑L2所示，電流Ib在與處于斷開狀態(tài)的正側(cè)開關(guān)元件7UP反向并聯(lián)的續(xù)流二極管Dl中反向通過，經(jīng)過限流電抗器11U、先行接通的上述開關(guān)元件8UN而到達(dá)負(fù)側(cè)直流輸入線4。
[0023]這里，續(xù)流二極管Dl中反向流過的電流也是因來自定子繞組的續(xù)流電流在與處于斷開狀態(tài)的正側(cè)開關(guān)元件7UP反向并聯(lián)的續(xù)流二極管Dl中正向續(xù)流引起的恢復(fù)電流。該情況下，恢復(fù)電流的增大也被限流電抗器IlU抑制。隨后，主橋臂開關(guān)5U的負(fù)側(cè)開關(guān)元件7UN在時(shí)刻t6轉(zhuǎn)為接通，轉(zhuǎn)移到基于主橋臂開關(guān)5U的通常的PWM開關(guān)控制周期。先行接通的輔助橋臂開關(guān)6U的開關(guān)元件8UN在元件7UN剛剛接通之后(時(shí)刻t7)斷開。
[0024]基于上述那樣的恢復(fù)電流的通過，在限流電抗器IlU中通過輔助橋臂開關(guān)6U的開關(guān)元件8UP或者8UN的斷開而保存電能，其在經(jīng)過作為負(fù)載的定子繞組12U?12W的任意一個、在該時(shí)刻接通的主橋臂開關(guān)5U的開關(guān)元件、以及與輔助橋臂開關(guān)5U的成為斷開的開關(guān)元件反向并聯(lián)的續(xù)流二極管Dl的閉環(huán)中的定子繞組內(nèi)，作為電力被利用。其中，在圖2以及圖3中，電流Iu是U相的定子繞組電流，電流IUP以及IUN分別是通過開關(guān)元件7UP以及7UN的電流。
[0025]在該實(shí)施方式中，關(guān)于主以及輔助橋臂開關(guān)的開關(guān)元件的接通斷開定時(shí)，在使輔助橋臂開關(guān)的接通斷開定時(shí)比主橋臂開關(guān)的接通斷開定時(shí)先行的過程中，對PWM控制的高速化而言，優(yōu)選盡量縮短輔助橋臂開關(guān)的開關(guān)元件的接通期間。作為其方案，可以通過適當(dāng)設(shè)定限流電抗器的時(shí)間常量，來使輔助橋臂開關(guān)的開關(guān)元件的接通期間比主橋臂開關(guān)的開關(guān)元件基于PWM控制的接通斷開周期短，或者為了使其更短而使輔助橋臂開關(guān)的開關(guān)元件的斷開時(shí)刻緊接在主橋臂開關(guān)的開關(guān)元件的接通時(shí)刻之后。
[0026]如上所述，根據(jù)該實(shí)施方式，能夠提供下述的逆變器裝置:可以有效地抑制帶來各種弊端的恢復(fù)電流，并且由于使輔助橋臂開關(guān)的接通斷開定時(shí)先行于主橋臂開關(guān)的接通斷開定時(shí)，所以還不招致控制的復(fù)雜化，另外，能夠?qū)⑾蘖麟娍蛊髦性诨謴?fù)電流抑制時(shí)保存的電能有效活用為電力。
【權(quán)利要求】
1.一種逆變器裝置，其特征在于，具備: 正側(cè)及負(fù)側(cè)的直流輸入線、將分別具備反向并聯(lián)的二極管的一對開關(guān)元件串聯(lián)連接而成的主橋臂開關(guān)、將分別具備反向并聯(lián)的二極管的一對開關(guān)元件串聯(lián)連接而成的輔助橋臂開關(guān)、和限流電抗器， 在上述正側(cè)及負(fù)側(cè)的直流輸入線間連接以上述主橋臂開關(guān)與輔助橋臂開關(guān)的組作為I個相的多個相，在各相內(nèi)的主橋臂開關(guān)的兩個開關(guān)元件的公共連接點(diǎn)與輔助橋臂開關(guān)的兩個開關(guān)元件的公共連接點(diǎn)之間連接上述限流電抗器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器裝置，其特征在于， 具有對構(gòu)成上述主橋臂開關(guān)的上述各開關(guān)元件的接通斷開動作進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制控制的控制部，將上述限流電抗器的電感選定為作為時(shí)間常量的值，該時(shí)間常量小于等于主橋臂開關(guān)的開關(guān)元件的接通斷開周期。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的逆變器裝置，其特征在于， 上述控制部是使上述輔助橋臂開關(guān)的正側(cè)及負(fù)側(cè)的開關(guān)元件的接通動作分別先行于主橋臂開關(guān)的正側(cè)及負(fù)側(cè)的開關(guān)元件的接通動作而開始的構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的逆變器裝置，其特征在于， 上述控制部是使上述輔助橋臂開關(guān)的正側(cè)及負(fù)側(cè)的開關(guān)元件的斷開動作分別緊接在主橋臂開關(guān)的正側(cè)及負(fù)側(cè)的開關(guān)元件的接通動作之后開始的構(gòu)成。
【文檔編號】H02M7/5395GK103427689SQ201310197164
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月25日
【發(fā)明者】筱原尚人, 永井一信 申請人:株式會社東芝