逆變驅動電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及通過開關元件的驅動對電壓進行轉換的逆變驅動電路。
【背景技術】
[0002]作為在空調(diào)器空調(diào)器和冷藏庫等家電產(chǎn)品中使用的電動機的控制方式，為了提高節(jié)能性能，廣泛利用能夠由微機進行高度的控制的逆變方式。在實現(xiàn)該控制方式的逆變驅動電路中，作為開關元件廣泛使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵型雙極晶體管)元件。
[0003]另外，將IGBT和其驅動IC形成為I個封裝而得到的IPM(Intelligent PowerModule:智能功率模塊)也在空調(diào)器等中廣泛使用。隨著SiCFET (Silicon Carbide FET:碳化硅FET)、GaNFET (GalIium Nitride FET:氮化鎵FET)等寬帶隙半導體元件的實用化，為了追求由其低導通電阻和高頻特性帶來的效率提高，研宄了它們在IPM中的內(nèi)置。
[0004]作為逆變驅動電路的例子，可以列舉如圖8所示，由驅動電路單元30、IGBT 41?46和FWD (Free-Wheeling D1de:續(xù)流二極管)51?56構成的3相逆變驅動電路。該逆變驅動電路將直流電源7供給的直流電力轉換為交流并向電動機8輸出，驅動電動機8。此夕卜，IGBT 41?43是上臂的開關元件，IGBT 44?46是下臂的開關元件。
[0005]驅動電路單元30具有上臂用的驅動電路組31和下臂用的驅動電路組32。另外，從外部對驅動電路單元30提供上臂用的控制信號(S-lu、S-lv、S-lw)和下臂用的控制信號(S-2u、S-2v、S-2w)。
[0006]此外，上臂用的驅動電路組31包括:被輸入控制信號S-1u而對IGBT 43輸出柵極信號的驅動電路31a ;被輸入控制信號S-1v而對IGBT 42輸出柵極信號的驅動電路31b ;和被輸入控制信號S-1w而對IGBT 41輸出柵極信號的驅動電路31c。
[0007]另外，下臂用的驅動電路組32包括:被輸入控制信號S_2u而對IGBT 46輸出柵極信號的驅動電路32a ;被輸入控制信號S-2v而對IGBT 45輸出柵極信號的驅動電路32b ;和被輸入控制信號S-2w而對IGBT 44輸出柵極信號的驅動電路32c。
[0008]另外，各個驅動電路(31a?31c、32a?32c)，如圖9所示，由電平移位電路47和輸出驅動器48構成。電平移位電路47將被輸入的控制信號的電壓電平調(diào)整為輸出驅動器48的輸入電壓電平。輸出驅動器48根據(jù)電平移位電路47的輸出，產(chǎn)生對IGBT的柵極提供的輸出電壓(柵極信號)。
[0009]另外，F(xiàn)WD51 與 IGBT 41 對應，F(xiàn)ffD 52 與 IGBT 42 對應，F(xiàn)WD53 與 IGBT 43 對應，F(xiàn)ffD 54 與 IGBT 44 對應，F(xiàn)WD 55 與 IGBT 45 對應，F(xiàn)WD 56 與 IGBT 46 對應。各 IGBT (41 ?46)的集電極和發(fā)射極端子分別與對應的FWD 51?56的陰極和陽極端子連接。
[0010]上臂的IGBT 41?43的集電極端子與直流電源7的正極端子連接。下臂的IGBT44?46的發(fā)射極端子與直流電源7的負極端子連接。IGBT 41的發(fā)射極端子與IGBT 44的集電極端子和電動機8的W相端子連接。IGBT 42的發(fā)射極端子與IGBT 45的集電極端子和電動機8的V相端子連接。IGBT 43的發(fā)射極端子與IGBT 46的集電極端子和電動機8的U相端子連接。
[0011]在上述結構的逆變驅動電路中，當IGBT截止時，蓄積在電動機8中的能量以電流的形式經(jīng)由FWD回流。接著，參照圖5的時序圖(timing chart)，對上述的逆變驅動電路的動作進行說明。
[0012]如圖5所示，各控制信號表示電動機8的矩形波驅動信號?？刂菩盘朣-1u是在O?120°區(qū)間進行PWM調(diào)制后的信號，控制信號S-1v是在120?240°區(qū)間進行PWM調(diào)制后的信號，控制信號S-1w是在240?0°區(qū)間進行PWM調(diào)制后的信號。另外，控制信號S-2u是在180?300°區(qū)間進行PWM調(diào)制后的信號，控制信號S-2v是在300?60°區(qū)間進行PWM調(diào)制后的彳目號，控制?目號S_2w是在60?180°區(qū)間進彳丁 PWM調(diào)制后的彳目號。
[0013]根據(jù)這些控制信號生成柵極信號，各IGBT 41?46進行開關動作的結果，對電動機8的U相端子、V相端子和W相端子分別輸出圖5所不的U相電壓、V相電壓和W相電壓。U相電壓、V相電壓和W相電壓各自近似于正弦波形地被輸出，因此，能夠驅動電動機8。
[0014]在此例如著眼于U相，在120?180°區(qū)間，經(jīng)由FWD 56向電動機8流動回流電流。另外，在300?0°區(qū)間，從電動機8經(jīng)由FWD 53流動回流電流。這樣流動回流電流在V相和W相中也是同樣的。此時，產(chǎn)生與各個FWD的正向電壓VF和回流電流ID的積相當?shù)碾娏Φ膿p失。在以下的說明中，將這樣的電力的損失稱為“第一損失”。
[0015]另外，例如有以下情況:在FWD 56流動正向電流后，IGBT 42導通，電流依次經(jīng)由IGBT 42的集電極端子和發(fā)射極端子流動，進而從電動機8的V相端子流向U相端子。在該情況下，反向飽和電流從FWD 56的陰極端子向陽極端子流動，因此，成為從上臂向下臂的短路電流。這樣的現(xiàn)象在各個FWD中產(chǎn)生，在各自中產(chǎn)生與直流電源7的兩端電壓和短路電流的積相當?shù)碾娏Φ膿p失。在以下的說明中，將這樣的電力的損失稱為“第二損失”。
[0016]從省電力等的觀點出發(fā)，希望盡可能抑制上述的電力的損失。因此，例如為了削減第一損失，有將正向電壓VF低的SBD (肖特基勢皇二極管)作為FWD使用的情況。
[0017]另外，例如為了削減第二損失，有將反向恢復特性優(yōu)異的FRD (First RecoveryD1de)作為FWD使用的情況。另外，設計出了對各個FWD設置反向電壓施加裝置，通過施加小的反向電壓，將由反向恢復電流引起的損失抑制較低的裝置(參照專利文獻I)。
[0018]另外，因為與IGBT相比導通電阻低，所以MOSFET (Metal Oxide SemiconductorFET:金屬氧化物半導體FET)有作為開關元件使用的情況。但是，一般，MOSFET的寄生二極管的反向恢復特性并不大好，因此，需要使用正向電壓VF比內(nèi)置二極管低的FWD，來使得寄生二極管不動作。另外，也開發(fā)了對內(nèi)置二極管的反向恢復特性進行改良使得不需要FWD的 MOSFET。
[0019]現(xiàn)有技術文獻
[0020]專利文獻
[0021]專利文獻1:日本特開平10-327585號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]發(fā)明要解決的技術問題
[0023]在對電動機那樣的感應性負載進行驅動的逆變驅動電路中，通過驅動開關元件將直流電壓轉換為交流電壓，因此，在切換電動機的電路時，在線圈中產(chǎn)生的電流想要在開關元件中逆流流動。在開關元件為MOSFET的情況下，寄生二極管的反向恢復特性差，因此，需要在外部附加FWD以將該電流釋放。
[0024]另外，在開關元件為IGBT的情況下，不能反向流動電流，因此，需要外加的FWD。在該FWD中產(chǎn)生的電力成為逆變驅動電路中的上述的第一損失。在作為FWD使用SBD的情況下，正向電壓VF低，因此，第一損失少，但是，反向的漏電流比一般的二極管大，因此，上述的第二損失變大。另外，在FWD中流動上述電流后，由于FWD的反向恢復特性，會產(chǎn)生在FWD中流動反向電流的現(xiàn)象，由此時的由短路電流引起的電力損失成為逆變驅動電路的第二損失。
[0025]上述的電力的損失，一般由于使用FWD而變大。另外，在使用上述的任一開關元件來形成逆變驅動電路的情況下，都需要FWD。因此，由這樣的電力損失引起的逆變驅動電路的效率降低成為問題。另外，在使用FWD的情況下，部件數(shù)量相應地變多，因此，從制造成本等觀點出發(fā)也不能說優(yōu)選。
[0026]另外，在將上述的改良了內(nèi)置二極管的反向恢復特性的MOSFET作為開關元件使用的情況下，能夠省略FWD。但是，在該情況下，能夠采用的開關元件非常受限制，不能夠采用一般的MOSFET等。此外，改良了內(nèi)置二極管的反向恢復特性從而使得不需要FWD的MOSFET，與一般的MOSFET等相比價格高，排列(line-up)也受到限制。
[0027]本發(fā)明鑒于上述的問題而做出，其目的是提供容易在盡可能避免能夠采用的開關元件的限制的同時，省略FWD來實現(xiàn)電力損失的減少等的逆變驅動電路。
[0028]用于解決技術問題的手段
[0029]本發(fā)明的逆變驅動電路具備:串聯(lián)在直流電源的正極與負極之間的上下臂的各開關元件；和按照對每個上述開關元件提供的控制信號，進行上述開關元件的導通/截止切換的控制的驅動電路，在上下臂的上述開關元件彼此的連接點連接負載，通過上述導通/截止切換將上述直流電源的電力轉換為交流，向上述負載供給，其中，上述驅動電路將上述開關元件的兩端的各端子的電壓進行比較，根據(jù)該比較的結果和上述控制信號進行上述控制。
[0030]根據(jù)該結構，容易在盡可能避免能夠采用的開關元件的限制的同時，省略FWD來實現(xiàn)電力損失的減少等。
[0031]另外，作為上述結構，更具體地說，可以采用以下結構:上述驅動電路對每個上述開關元件根據(jù)上述比較的結果來決定導通控制期間，在上述導通控制期間中，無論上述控制信號的內(nèi)容如何，都使該開關元件導通。
[0032]另外，作為上述結構，更具體地說，可以采用以下結構:上述驅動電路對于上臂的上述開關元件，將與上述負載連接的一側的端子的電壓比與上述直流電源的正極連接的一側的端子的電壓大的期間決定為上述導通控制期間