电力转换装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力转换装置。
【背景技术】
[0002]近年来，作为具有超越硅(Si)的物性极限的性能的宽禁带半导体元件，碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等受到关注，有望成为下一代功率半导体元件。
[0003]与Si相比，这些材料的击穿电压约为10倍、热导率约为3倍、熔点约为2倍、电子饱和速度约为2倍，作为同时具有这些特征的半导体元件，特别是由于具有高击穿电压，所以可将用于确保耐压的漂移层减薄至1/10左右，能够降低宽禁带半导体的导通电压。
[0004]因此，如果使用这些材料构成功率半导体，与现有的典型的功率半导体IGBT (硅)相比，有望大幅降低损耗发生并且实现电力转换装置的大幅小型化。
[0005]专利文献I (日本特开平6-121461号)中公开了这样的技术，“在逆变器的各个桥臂(arm)上设置短路电流保护元件，当检测到构成逆变器的开关元件发生短路故障时，关断逆变器的所有桥臂上的开关元件，然后将相对于负载与连接有发生了短路故障的开关元件的桥臂相反的一侧的所有桥臂的开关元件关断，之后使发生了短路一侧的剩余桥臂的开关元件导通”。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开平6-121461号
【发明内容】
[0009]发明要解决的技术问题
[0010]由于晶闸管和二极管元件具有I2t(电流平方时间积)这一特性(参数)，因此若根据短路电流保护元件也就是熔丝(fuse)的熔断特性适当地选择熔丝的额定电流，可使短路时熔丝先熔断，保护元件不受短路电流的影响。
[0011]然而，由于IGBT、M0S-FET或JFET等开关元件并不具有电流平方时间积这一特性，因此短路时熔丝无法进行保护，熔丝熔断时IGBT、MOS-FET或JFET等开关元件也被击穿(破坏)。因此熔丝只被用于防止二次击穿的用途。即，熔丝无法实现保护协调(protect1ncoordinat1n)，IGBT> MOS-FET 或 JFET 等元件也被击穿。
[0012]此外，在使用宽禁带半导体元件构成电力转换装置的情况下，由于宽禁带半导体元件具有高击穿电压，因此能够将用于确保耐压的漂移层减薄至1/10左右，降低宽禁带半导体的导通电压，从而有望大幅降低损耗，但另一方面由于导通电压低，例如在发生负载短路事故等的情况下会流过极大的短路电流，造成无法保护半导体元件的问题。
[0013]解决问题的技术手段
[0014]为实现上述目的，本发明的电力转换装置包括:将交流电压转换成直流电压的整流器；包括使由上述整流器转换后的直流电压平滑化的平滑电容器的直流中间电路；将由上述直流中间电路平滑化后的直流电压转换成交流电压的、包括宽禁带半导体开关元件的逆变器；和位于上述平滑电容器与上述逆变器之间的电抗器和与上述电抗器并联连接的二极管，其中，上述二极管与上述平滑电容器的端子或连接于上述平滑电容器的端子附近的母线连接，并且上述二极管与上述宽禁带半导体开关元件的端子或连接于上述宽禁带半导体开关元件的端子附近的母线连接。
[0015]发明效果
[0016]根据本发明，具有能够提供高可靠性的电力转换装置之效果。
【附图说明】
[0017]图1是本发明的电力转换装置的结构图。
[0018]图2是功率半导体的安全工作区的一个例子。
[0019]图3是电力转换装置的过流检测等级的一个例子。
[0020]图4是电力转换装置在任意时刻下的宽禁带半导体开关元件的工作模式与负载短路电流图。
[0021]图5是电力转换装置的因发生负载短路而切断后的回流电流图。
[0022]图6是本发明的电力转换装置的主电路结构图(第一方式)。
[0023]图7是本发明的电力转换装置的主电路结构图(第二方式)。
[0024]图8是本发明的电力转换装置的主电路结构图(第三方式)。
[0025]图9是以往因发生负载短路而切断时的电压、电流的轨迹图的例子。
[0026]图10是本发明因发生负载短路而切断时的电压、电流的轨迹图。
[0027]图11是本发明的电力转换装置的主电路结构图(第四方式)。
[0028]图12是本发明的电力转换装置的主电路结构图(第五方式)。
【具体实施方式】
[0029]实施例1
[0030]以下使用附图对本发明进行说明。其中，对各图中共同的结构附加相同的标记。并且，本发明并不限定于图示的例子。
[0031]下面使用【附图说明】本发明的电力转换装置的实施例1。
[0032]图1是本发明的电力转换装置的结构图。
[0033]图1的电力转换装置10包括用于向交流电机4供给电力的整流器(顺变器)1、平滑用电容器2、逆变器3、控制电路5、冷却风扇6、数字操作面板7、驱动电路8、电压检测电路9、与第一电抗器Lp并联连接的回流二极管Dp和与第二电抗器Ln并联连接的回流二极管Dn0
[0034]图1表示作为任意的输入电源使用交流电源的场合。
[0035]整流器I将交流电力转换成直流电力。
[0036]平滑用电容器2设于直流中间电路。
[0037]逆变器3将直流电力转换成任意频率的交流电力。在逆变器3内，作为典型的宽禁带半导体开关元件，安装了具有漏极⑶、源极⑶和栅极(G)这些电极的SiC-MOSFET。
[0038]在此，作为开关元件并不限定为SiC-MOSFET，只要是宽禁带半导体开关元件即可。
[0039]第一电抗器和第二电抗器起到抑制发生桥臂短路或负载短路时的异常电流的作用。
[0040]电抗器的体积与其额定电流和电感值的大小成比例地增大。
[0041]为了使电力转换装置小型化，从电力转换装置内部的设置面积等方面来看，期望电抗器的体积较小。
[0042]在本实施例中采用了体积较小的第一电抗器Lp和第二电抗器Ln，因此例如可使第一电抗器Lp和第二电抗器Ln的电感值为仅由第一电抗器Lp构成的情况下的一半左右，所以可实现电抗器的小型化，进而有助于电力转换装置的小型化。
[0043]本实施例中针对设置了多个电抗器的情况进行说明，但即使仅由第一电抗器和第二电抗器其中之一构成也会不改变发明的主旨。
[0044]此外，电抗器可为铁心电抗器，也可为不存在磁饱和的空心电抗器。
[0045]冷却风扇6冷却整流器I和逆变器3内的功率模块。
[0046]数字操作面板7用于设定或更改电力转换装置的各种控制数据，进行异常状态和监视的显示。操作面板7上设有可显示异常的显示部，当检测到电力转换装置的异常时在该显示部上显示。作为本实施例的操作面板7其种类并无特别的限定，考虑了装置使用者的可操作性，作为数字操作面板构成为可一边看着显示部的显示一边进行操作。
[0047]此外，显示部并不一定需要与操作面板7构成为一体，但优选构成为一体以使得操作面板7的操作者能够边看着显示边进行操作。
[0048]从操作面板7输入的电力转换装置的各种控制数据保存在未图示的存储部中。
[0049]控制电路5的作用在于，基于从数字操作面板7输入的各种控制数据来控制逆变器3的宽禁带半导体开关元件，并且管理电力转换装置10整体的控制，其中安装了微机(控制运算装置)，以能够根据从数字操作面板7输入的各种控制数据进行必要的控制处理。另外，其中安装的微机(控制运算装置)基于保存各种控制数据的存储部的存储数据的信息进行运算，不过此处省略其内部结构。
[0050]电流检测器CT检测交流电机的U相、W相的线电流。V相的线电流能够根据交流条件(iu+iv+iw = O)，由iv = -(iu+iw)求出。图1表示了使用两个CT的例子，但也可使用三个CT，检测U相、V相、W相各自的线电流。
[0051]驱动电路8基于来自控制电路5的指令来驱动逆变器3的宽禁带半导体开关元件。驱动电路8内安装了开关电源(switching regulator)电路(DC/DC转换器)，生成电力转换装置运行所需的各直流电压，并将其供给到各部分。
[0052]电压检测电路9检测直流中间电路的直流电压VPN。