专利名称：逆变器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具备保护逆变器电路的上下臂短路的电路的逆变器装置。
背景技术：
使用半导体开关元件的逆变器装置中，从PWM电路对上下臂用的各栅极驱动电路输出使接通信号和断开信号交替反复的脉冲列信号即PWM信号，用这些上下臂用栅极驱动电路使上下臂的两个开关元件接通断开。通常，PWM电路为了防止因为栅极驱动电路的延迟时间不同而从PWM电路产生同时接通，而设置使上下臂的两个开关元件的接通定时错开的死区时间，但因为噪声等的不良影响可能会输出同时接通信号。产生同时接通信号时，电源与地短路，产生开关元件因为此时的大电流而破损的问题。 因此，为了防备产生这样的同时接通信号的情况，提出了在PWM电路与栅极驱动电路之间的信号通路上设置同时接通保护电路的结构(例如参照专利文献I)。现有技术文献专利文献专利文献I :日本国特开2002-75622号公报
发明内容
但是，专利文献I中记载的结构中，因为在PWM电路与栅极驱动电路之间设置了同时接通保护电路，所以从PWM电路输出的PWM信号经由同时接通保护电路输入到上下臂用的各栅极驱动电路。因此，从栅极驱动电路输出的信号的接通断开定时，无论是否产生同时接通信号，都持续受到同时接通保护电路的影响。结果，PWM电路中生成的死区时间在PWM信号经由同时接通保护电路时，受到同时接通保护电路内的元件的输入输出的延迟时间的影响，在上下臂之间产生延迟时间参差，存在开关元件输入时的上下臂之间的死区时间变化的问题。因此，PWM电路的输出信号中，需要预先扩大死区时间,但死区时间增加时,则发生逆变器的输出电路波形变形而电机的旋转不均增大的问题，或者发生PWM电路的接通期间的最大值受到限制而不能增大最大输出电流振幅的问题。根据本发明的第一方式，逆变器装置具备具有上臂用的第一开关元件和下臂用的第二开关元件的逆变器电路；分别输出作为第一开关元件的接通断开指令的第一信号和作为第二开关元件的接通断开指令的第二信号的控制电路；根据第一信号的接通断开指令对第一半导体开关元件进行接通断开驱动的第一驱动电路；根据第二信号的接通断开指令对第二半导体开关元件进行接通断开驱动的第二驱动电路；和信号切换部，其在第一和第二信号的至少一方为断开指令时，使从控制电路输出的第一和第二信号分别直接输入到对应的第一和第二驱动电路，在第一和第二信号都为接通指令的情况下，分别断开第一信号向第一驱动电路的输入和第二信号向第二驱动电路的输入，将作为断开指令的第三信号输入到第一和第二驱动电路。根据本发明的第二方式，在第一方式的逆变器装置中，优选信号切换部具有第三开关元件，其进行连接控制电路与第一驱动电路的第一信号通路的断路和非断路的切换，并且在断路时使第一驱动电路为断开指令输入状态；第四开关元件，其进行连接控制电路与第二驱动电路的第二信号通路的断路和非断路的切换，并且在断路时使第二驱动电路为断开指令输入状态；和逻辑电路，其与第一和第二信号通路并联连接，在第一和第二信号都为接通指令的情况下对第三和第四开关元件输出断路指令，在第一和第二信号的至少一方为断开指令的情况下对第三和第四开关元件输出非断路指令。根据本发明的第三方式，在第二方式的逆变器装置中，优选第一和第二驱动电路分别具备生成栅极电压用的驱动器1C，驱动器IC的短脉冲滤波器时间设定为，比从接通指令状态的第一和第二信号被输入到逻辑电路起到第三和第四开关元件成为断路状态的响应时间长。根据本发明的第四方式，在第二或第三方式的逆变器装置中，在逻辑电路的信号 输出侧串联连接有防止信号反射用的电阻。发明效果根据本发明，能够防止上下臂开关元件的短路，并且对从控制电路输出的开关指令的信号的死区时间没有影响。
图I是表示混合动力车的控制模块的图。图2是表示逆变器装置140的结构的图。图3是表示逆变器装置140中的同时接通保护电路的图。图4是表示栅极驱动电路610U、61IU和同时接通保护电路616U的电路结构的图。图5是表示同时接通保护电路的真值表的图。图6是表示比较例中的同时接通保护电路的结构的框图。图7是说明同时接通保护电路616U的动作的时序图。图8是表示同时接通保护电路616U中的电阻1001的配置的图。图9是驱动电路基板1101上的同时接通保护电路616U的配线的布局图。图10是表示同时接通保护电路616U的变形例的电路图。图11是表示变形例的图，是驱动电路基板1101上的同时接通保护电路616U的配线的布局图。
具体实施例方式以下参照
用于实施本发明的方式。本发明的实施方式的逆变器装置能够应用于混合动力车或纯电动车。以下说明将本发明的实施方式的逆变器装置应用于混合动力车的情况作为代表例。本发明的实施方式的逆变器装置中，举出机动车上搭载的车载电机系统的车载用电力变换装置、特别是车辆驱动用电机系统中使用的、搭载环境和动作环境等非常严苛的车辆驱动用逆变器装置为例进行说明。车辆驱动用逆变器装置作为控制车辆驱动用电动机的驱动的控制装置具备在车辆驱动用电机系统中，将从构成车载电源的车载电池或车载发电装置供给的直流电力变换为规定的交流电力，将得到的交流电力供给到车辆驱动用电动机而控制车辆驱动用电动机的驱动。此外，车辆驱动用电动机具有作为发电机的功能，所以车辆驱动用逆变器装置也具有与运转模式相应地将车辆驱动用电动机产生的交流电力变换为直流电力的功能。变换后的直流电力被供给到车载电池。其中，本实施方式的结构最适于作为机动车或卡车等的车辆驱动用电力变换装置。图I是表示将本发明的实施方式的逆变器装置应用于混合动力车的情况下的电力变换装置200的控制模块的图。图I中，混合动力电动车(以下记作“HEV”)110具备2个车辆驱动用系统。第一车辆驱动用系统是以内燃机的发动机120为动力源的发动机系统，主要用作HEV的驱动源。第二车辆驱动用系统是以电动发电机192、194为动力源的车载电机系统，主要用作HEV的驱动源和HEV的电力发生源。电动发电机192、194例如是同步机或感应机，因运转方法不同而作为电动机或发电机动作，所以此处记作电动发电机。在车体的前部可旋转地轴支撑有前轮车轴114。在前轮车轴114的两端设置有I对前轮112。在车体的后部可旋转地轴支撑着后轮车轴(省略图 示)。在后轮车轴的两端设置有I对后轮。本实施方式的HEV中，采用使被动力驱动的主动轮为前轮112、被带动的从动轮为后轮的所谓前轮驱动方式，但也可以采用相反的后轮驱动方式。在前轮车轴114的中央部设置有前轮侧差动齿轮(以下记作“前轮侧DEF”)116。前轮车轴114与前轮侧DEF116的输出侧机械连接。变速机118的输出轴与前轮侧DEF116的输入侧机械连接。前轮侧DEF116是将被变速机118变速并传递的旋转驱动力分配到左右的前轮车轴114的差动式动力分配机构。电动发电机192的输出侧与变速机118的输入侧机械连接。发动机120的输出侧和电动发电机194的输出侧经由动力分配机构122与电动发电机192的输入侧机械连接。其中，电动发电机192、194和动力分配机构122收纳在变速机118的框体内部。电动发电机192、194是在转子中具备永磁铁的同步机，对定子的电枢绕组供给的交流电力被电力变换装置200的逆变器装置140、142控制，由此控制电动发电机192、194的驱动。电池136与逆变器装置140、142电连接，在电池136与逆变器装置140、142之间能够进行电力的传输。本实施方式中，具备由电动发电机192和逆变器装置140构成的第一电动发电单元、以及由电动发电机194和逆变器装置142构成的第二电动发电单元这两者，与运转状态相应地分别使用。S卩，在用来自发动机120的动力驱动车辆的情况下，要辅助(Assist)车辆的驱动转矩的情况下，用第二电动发电单元作为发电单元而用发动机120的动力使其动作而发电，用该发电得到的电力使第一电动发电单元作为电动单元动作。此外，同样的情况下，辅助车辆的车速的情况下，用第一电动发电单元作为发电单元而用发动机120的动力使其动作而发电，用该发电得到的电力使第二电动发电单元作为电动单元动作。此外，本实施方式中，通过用电池136的电力使第一电动发电单元作为电动单元动作，能够仅用电动发电机192的动力驱动车辆。进而，本实施方式中，用第一电动发电单元或第二电动发电单元作为发电单元而用发动机120的动力或来自车轮的动力使其动作而发电，由此能够进行电池136的充电。
电池136进而也用作用于驱动辅助机器用的电机195的电源。辅助设备例如是驱动空调机的压缩机的电机、或者驱动控制用的油压泵的电机，从电池136对逆变器装置43供给直流电力，用逆变器装置43变换为交流电力并对电机195供给。逆变器装置43具有与逆变器装置140和142同样的功能，控制对电机195供给的交流的相位和频率、电力。例如通过对电机195的转子的旋转供给超前相位的交流电力，而使电机195产生转矩。另一方面，通过产生延迟相位的交流电力，而使电机195作为发电机作用，电机195成为再现制动状态的运转。这样的逆变器43的控制功能与逆变器140、142的控制功能同样。因为电机195的容量比电动发电机192、194的容量小，所以逆变器43的最大变换电力比逆变器140和142小，但逆变器装置43的电路结构基本上与逆变器装置140、142的电路结构相同。逆变器装置140、142和逆变器装置43以及电容器模块500处于电密接的关系。进而，在需要对发热的对策这一点上也相同。此外，优选将装置的体积制造为尽可能小。根据这些观点，以下详细叙述的电力变换装置，将逆变器140、142和逆变器装置43以及电容器 模块500内置在电力变换装置的框体内。通过这样的结构，能够实现小型且可靠性高的装置。此外，通过将逆变器装置140、142、逆变器装置43和电容器模块500内置在一个框体中，在配线简化和噪声对策上也具有效果。进而，能够降低电容器模块500与逆变器装置140、142和逆变器装置43的连接电路的电感，能够降低尖峰(Spike)电压，并且能够实现减少发热和提高散热效率。接着，用图2说明逆变器装置140、142和逆变器装置43的电路结构。其中，图I、2所示的实施方式中，举出个别地构成逆变器装置140、142和逆变器装置43的情况为例进行说明。各逆变器装置140、142和逆变器装置43以同样的结构起到同样的作用，具有同样的功能，所以以下说明逆变器装置140作为代表例。本实施方式中的电力变换装置200具备逆变器装置140和电容器模块500，逆变器装置140具有逆变器电路144和控制部170。控制部170具有驱动控制逆变器电路144的驱动器电路174、经由信号线176对驱动器电路174供给控制信号的控制电路172。逆变器电路144由三相电桥电路构成，具有三相的上下臂串联电路150。各上下臂串联电路150分别在直流正极端子314与直流负极端子316之间电并联连接。直流正极端子314与电池136的正极侧电连接，直流负极端子316与电池136的负极侧电连接。上下臂串联电路150具备作为上臂动作的IGBT328 (绝缘栅双极型晶体管)和二极管156、和作为下臂动作的IGBT330和二极管166。各上下臂串联电路150的中点部分(中间电路169)，通过交流端子159与通向电动发电机192的交流电力线(交流汇流条)186连接。上臂和下臂的IGBT328、330是开关用功率半导体元件，接收从控制部170输出的驱动信号而动作，将从电池136供给的直流电力变换为三相交流电力。该变换后的电力对电动发电机192的电枢绕组供给。IGBT328.330具备集电极153、163、发射极(信号用发射极端子155、165)、栅极(栅极端子154、164)。IGBT328、330的集电极153、163与发射极之间如图所示电连接有二极管156、166。二极管156、166具备阴极和阳极这2个电极，以从IGBT328、330的发射极朝向集电极的方向为正方向的方式，阴极与IGBT328、330的集电极、阳极与IGBT328、330的发射极分别电连接。也可以使用MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)作为开关用功率半导体元件，该情况下不需要ニ极管156和ニ极管166。如上所述，上下臂串联电路150与电动发电机192的电枢绕组的各相绕组对应地设置有三相。3个上下臂串联电路150中，位于各臂的中点部分(即各IGBT328的发射极与IGBT330的集电极163的连接部分)的中间电极169，经由交流端子159和交流连接器188，与电动发电机192的电枢绕组的对应相的绕组电连接。上下臂串联电路150之间电并联连接。上臂的IGBT328的集电极153，经由正极端子(P端子)157与电容器模块500的正极侧电容器电极经由直流汇流条电连接。另一方面，下臂的IGBT330的发射极，经由负极端子(N端子)158与电容器模块500的负极侧电容器电极经由直流汇流条电连接。 电容器模块500构成抑制因IGBT328、330的开关动作产生的直流电压的变动的平滑电路。电池136的正极侧与电容器模块500的正极侧电容器电极、电池136的负极侧与电容器模块500的负极侧电容器电极分别经由直流连接器138电连接。由此，电容器模块500，在上臂IGBT328的集电极153与电池136的正极侧之间、和下臂IGBT330的发射极与电池136的负极侧之间连接，对于电池136与上下臂串联电路150电并联连接。控制部170具备控制电路172和驱动器电路174。控制电路172基于来自其他控制装置和传感器等的输入信息，生成用于控制IGBT328、330的开关定时的定时信号。驱动器电路174基于从控制电路172输出的定时信号，生成用于使IGBT328、330进行开关动作的驱动信号。控制电路172具备用于对IGBT328、330的开关定时进行运算处理的微型计算机(以下记作“微机”)。对微机输入对于电动发电机192要求的目标转矩值、从上下臂串联电路150对电动发电机192的电枢绕组供给的电流值、和电动发电机192的转子的磁极位置作为输入信息。目标转矩值基于从未图示的上级的控制装置输出的指令信号。电流值是基于从电流传感器180输出的检测信号182检测到的。磁极位置是基于从电动发电机192中设置的旋转磁极传感器(未图示)输出的检测信号检测到的。本实施方式中，举出检测三相的电流值的情况为例进行说明，但也可以检测两相的电流值。控制电路172内的微机，基于目标转矩值运算电动发电机192的d、q轴的电流指令值。然后，基于该运算后的d、q轴的电压指令值与检测到的d、q轴的电流值的差值计算d、q轴的电压指令值，进而将算出的d、q轴的电压指令值基于检测到的磁极位置变换为U相、V相、W相的电压指令值。进而，控制电路172内的微机根据对基于U相、V相、W相的电压指令值的基本波(正弦波)和载波(锯齿波)的比较生成脉冲状的调制波，将该生成的调制波作为PWM (脉冲宽度调制)信号输出到驱动器电路174。一方面，驱动器电路174在驱动下臂的情况下，对PWM信号放大，将其作为驱动信号输出到下臂的IGBT330的栅极。另ー方面，驱动上臂的情况下，使PWM信号的基准电位电平偏移至上臂的基准电位电平后对PWM信号放大，将其作为驱动信号输出到上臂的IGBT328的栅极。由此，各IGBT328、330基于输入的驱动信号进行开关动作。此外，控制部170通过进行异常检测(过电流、过电压、过热等)而保护上下臂串联电路150。因此，对控制部170输入传感信息。例如，从各臂的信号用发射极端子155、165对对应的驱动部(IC)输入各IGBT328、330的发射极流过的电流的信息。由此，各驱动部(IC)进行过电流检测，检测到过电流的情况下使对应的IGBT328、330的开关动作停止，保护对应的IGBT328、330避免过电流。此外，从上下臂串联电路150上设置的温度传感器(未图示)对微机输入上下臂串联电路150的温度信息。此外，对微机输入上下臂串联电路150的直流电极侧的电压信息。微机基于这些信息进行过热检测和过电压检测，检测到过热或过电压的情况下使所有IGBT328、330的开关动作停止。通过这样，保护上下臂串联电路150 (以及包括该电路150的半导体模块)避免过热或过电压。逆变器电路144中设置的上下臂的IGBT328、330按照一定的顺序切换导通和断开动作。该切换时的电动发电机192的定子绕组的电流，流过ニ极管156、166形成的电路。上下臂串联电路150，如图所示，具备Positive端子(P端子，正极端子)157、Negative端子(N端子、负极端子)158、从上下臂的中间电极169伸出的交流端子159、上臂的信号用端子(信号用发射极端子)155、上臂的栅极端子154、下臂的信号用端子(信号用发射极端子)165、下臂的栅极端子电极164。 此外，电カ变换装置200在输入侧具有直流连接器138，在输出侧具有交流连接器188，通过各连接器138、188与电池136和电动发电机192分别连接。其中，电カ变换装置200也可以是在各相并联连接2个上下臂串联电路的电路结构。图3是说明本实施方式中的逆变器系统的图，更加详细地表示图2所示的逆变器装置的控制部170的结构。控制部170具备内置有CPU、计数器电路、输入输出电路等的PWM电路319，用于驱动作为上述开关元件的IGBT328U、328V、328W、330U、330V、330W的栅极驱动电路610U、610V、610W、611U、611V、6111，对从？丽电路319输出的信号进行运算、保护逆变器防止短路的同时接通保护电路616U、616V、616W。此处，同时接通保护电路616U对应于栅极驱动电路610U、611U，同时接通保护电路616V对应于栅极驱动电路610V、611V，同时接通保护电路616W对应于栅极驱动电路610W、611W，这样对应于上下臂620、621的PWM信号对。同时接通保护电路616U设置在PWM电路319与栅极驱动电路61OU、61IU之间。其他同时接通保护电路616V、616W也是同样的配置。 图3所示的电路结构中，用电流传感器180检测作为开关元件的IGBT328U 330W输出的电流，使PWM电路319进行使设定值与检测到的电流值的偏差为零的PWM(脉冲宽度调制)运算。然后，从PWM电路319对栅极驱动电路610U 611W输出接通信号和断开信号交替反复的PWM信号(脉冲信号)。其中，栅极驱动信号610U 611W是负逻辑，所以接通信号是逻辑“L”电平，断开信号是逻辑“H”电平。(栅极驱动电路和同时接通保护电路结构)图4是表示栅极驱动电路610U、61IU和同时接通保护电路616U的电路结构的图。此外，V相和W相的结构也同样。上臂侧的栅极驱动电路610U，由一次侧电源725(L-Vcc)、二次侧电源726 (H-Vccl)、输入电阻701、光电稱合器706、光电稱合器输出用上拉电阻(Pull-up Resistor) 727、驱动器 IC710 构成。上臂开关信号端子713经由输入电阻701与光电稱合器706的一次侧阴极输入连接。对端子713输入的信号为Pin。光电稱合器706的一次侧阳极输入与一次侧电源725(L-Vcc)连接。光电耦合器706的二次侧集电极输出经由上拉电阻727与二次侧电源726连接，并且与驱动器IC710的输入端子连接。此外，光电耦合器706的二次侧发射极输出与驱动器IC710的接地端子连接。驱动器IC710的输出与IGBT328U的栅极端子154连接。下臂侧的栅极驱动电路611U，由一次侧电源725 (L_Vcc)、二次侧电源728(H-Vcc2)、输入电阻702、光电耦合器707、光电耦合器输出用上拉电阻729、驱动器IC711构成，是与栅极驱动电路610U同样的结构。下臂开关信号端子714经由输入电阻702与光电率禹合器707的一次侧阴极输入连接。对端子714输入的信号为Nin。光电稱合器707的一次侧阳极输入与一次侧电源725 (L-Vcc)连接，二次侧集电极输出经由上拉电阻729与ニ次侧电源728 (H-Vcc2)连接，并且与驱动器IC711的输入端子连接。光电耦合器707的ニ次侧发射极输出与驱动器IC711的接地端子连接。驱动器IC711的输出与IGBT330U的栅极端子164连接。同时接通保护电路616U由OR门电路703、PNP双极型晶体管704和705构成。上臂开关信号端子Pin和下臂开关信号端子Nin与OR门电路703的输入连接。OR门电路703的输出与PNP双极型晶体管704和705的基极连接。PNP双极型晶体管704的集电极和发射极分别与光电耦合器706的一次侧阴极和阳极输入连接。此外，PNP双极型晶体管705的 集电极和发射极分别与光电耦合器707的一次侧阴极和阳极输入连接。(栅极驱动电路和同时接通保护电路的动作)对于栅极驱动电路610U的上臂开关信号端子713，输入来自PWM电路319的上臂开关信号Pin。另ー方面，对于栅极驱动电路611U的下臂开关信号端子714,输入来自PWM电路319的下臂开关信号Nin。从PWM电路319输出的这些信号是负逻辑，“L”电平对应于有效、即IGBT328U、330U的接通。首先，考虑上臂开关信号端子713为“H”电平的情況。该情况下，经由输入电阻701，光电耦合器706的一次侧阴极输入电压与一次侧电源725(L-Vcc)的电压变得相等。因此，光电耦合器706的光电ニ极管在阴极-阳极之间不施加偏置电压，光电ニ极管断开。从而，光电I禹合器706的输出晶体管也断开,光电I禹合器706的输出、即驱动器IC710的输入Pout被上拉至二次侧电源726 (H-Vccl)而成为“H”电平。因此，驱动器IC710对IGBT328U的栅极端子154输出“L”电平，IGBT328U断开。接着，考虑对上臂开关信号端子713输入了“L”电平的情況。该情况下，经由输入电阻701，光电稱合器706的一次侧阴极输入电压下降，对光电稱合器706的光电ニ极管施加正向偏置电压。结果，光电I禹合器706的输出晶体管接通,光电I禹合器706的输出即驱动器IC70的输出Pout成为“L”电平。然后，驱动器IC70使IGBT328U的栅极端子154成为“H” 电平，IGBT328U 接通。下臂侧的栅极驱动电路611U也是与栅极驱动电路610U相同的结构，对于下臂开关信号端子Nin,从PWM电路319输入下臂开关信号。下臂开关信号端子714为“H”电平的情况下，经由输入电阻702，光电耦合器707的一次侧阴极输入电压与一次侧电源725 (L-Vcc)的电压变得相等，光电稱合器707的光电ニ极管的阴极-阳极间不施加偏置电压，光电ニ极管断开。从而，光电耦合器707的输出晶体管也断开，光电耦合器707的输出即驱动器IC711的输入Nout，被上拉至二次侧电源728 (H-Vcc2)而成为“H”电平。因此，驱动器IC711对IGBT330的栅极端子164输出“ L”电平，IGBT330U断开。
另ー方面，对下臂开关信号端子714输入“L”电平的情况下，经由输入电阻702，光电率禹合器707的一次侧阴极输入电压下降,对光电稱合器707的光电ニ极管施加正向偏置电压。结果，光电I禹合器707的输出晶体管接通,光电I禹合器707的输出即驱动器IC711的输入Nout成为“L”电平。这样，驱动器IC711使IGBT330U的栅极端子164成为“H”电平，IGBT330U 接通。接着，说明同时接通保护电路616U的动作。对同时接通保护电路616U的OR门电路703的输入侧，输入对上臂开关信号端子713和下臂开关信号端子714输入的信号Pin、Nin。因此，对上臂开关信号端子713和下臂开关信号端子714双方同时输入“L”电平的情况(同时接通信号)下，OR门电路703输出“L”电平，此外的情况(任一方为“H”电平的情況)下输出“H”电平。同时输入“L”电平而由OR门电路703输出了 “L”电平的情况下，PNP双极型晶体管704和705接通。結果，与上臂开关信号端子Pin和下臂开关信号端子Nin的输出电平无关地，光电耦合器706和707的一次侧阳极-阴极间电压强制地成为大致OV (Vcesat)。即，对光电耦合器706和707的同时接通信号被屏蔽。 光电耦合器706和707的一次侧阳极-阴极间电压强制地成为大致OV (Vcesat)时，光电耦合器706和707的输出晶体管断开，驱动器IC710的输入Pout和驱动器IC711的输入Nout分别成为“H”电平。结果，驱动器IC710对IGBT328U的栅极端子154输出“L”，IGBT328U断开。同样地，驱动器IC711也对IGBT330U的栅极端子164输出“L”，IGBT330U断开。如果没有设置同时接通保护电路616U，因为噪声等原因而有同时接通信号作为PWM是信号对栅极驱动电路610U、611U输入时，上下臂的IGBT328U和330U同时接通，电源与地短路，在IGBT328U、330U中产生大电流，IGBT328U、330U破损。但是，设置了同时接通保护电路616U的情况下，在这样发生同时接通信号的情况下，对IGBT328U、330U输出“L”电平，上下臂的IGBT328U、330U断开，防止短路。另ー方面，没有输入同时接通信号的情况、即对上臂开关信号端子713和下臂开关信号端子714的任一方输入“H”电平的情况下，OR门电路703输出“H”电平，所以PNP双极型晶体管704和705断开。即，不会对光电耦合器706的输入PinC和光电耦合器707的输入NinC造成影响，栅极驱动电路610U、611U按照来自PWM电路319的上臂和下臂开关信
号动作。例如，设栅极驱动电路610U的输出“L” 一 “H”的延迟时间为TpLH610U，栅极驱动电路611U的输出“H”一“L”的延迟时间为TpLH611U，则IGBT328U、330U的栅极端子中的死区时间Tdead如以下式(I)所述。结果，同时接通保护电路616U、616V、616W对上下开关元件的死区时间不造成影响。Tdead=Tdead319+TpLH610-TpHL6II…(I)这样，同时接通保护电路616比616￥、6161，如图5的真值表所述地动作。即，输入了同时接通信号的情况下，同时接通保护电路616U、616V、616W，使对栅极驱动电路6IOU 611W的输入信号強制地成为逻辑“H”而使上下两个开关元件断开，由此防止上下两个开关元件的短路而保护开关元件。进而，通过对于栅极驱动电路610U、611U并联地设置同时接通保护电路616U，如式(I)所示，不对IGBT328U、330U的栅极端子154、164中的死区时间Tdead造成影响。图6表示比较例，表示与现有同样结构的同时接通保护电路的电路结构。该同时接通保护电路由对于从PWM电路319发送来的信号进行运算的NAND电路401 404构成。其中，对同时接通保护电路的上臂输入端子405和下臂输入端子406输入的PWM信号，分别为Pin、Nin。同样地，从上臂输出端子407和下臂输出端子408输出的PWM信号，分别为Pout、Nout。图6所示的同时接通保护电路316U的情况下,真值表也用上述图5表示。如上所述，PWM电路319为了防止因为从PWM电路319到栅极驱动电路610U、611U的延迟时间參差而发生同时接通，使上下臂的两开关元件的接通定时延迟，或者使断开定时提前，在输出信号中设置不进行开关的区间。这是上述死区时间Tdead319。图6所示的结构中，对同时接通保护电路输入的PWM信号，与其是否为同时接通信号无关地，经由同时接通保护电路内的NAND电路401 404对栅极驱动电路610U、611U输出。因此，从栅极驱动电路610U、611U输出的信号的定时，无论是否发生同时接通信号，都受到同时接通保护电路的影响，在到达栅极驱动电路610U、611U时被施加上下臂间的延迟 參差(接通、断开偏尚)。即，IGBT328U、330U的栅极端子154、164中的死区时间Tdead2如以下式(2)所述。此处，Tdead319是PWM电路319中生成的死区时间，TpLH401是NAND电路401的输出“L” — “H”时的延迟时间，TpHL402是NAND电路402的输出“H” — “L”时的延迟时间，TpLH310是栅极电路610U的输出“L” 一“H”时的延迟时间，TpHL403是NAND电路403的输出“H” — “L”时的延迟时间，TpLH404是NAND电路404的输出“L” — “H”时的延迟时间，TpHL311是栅极驱动电路611U的输出“H” 一 “L”时的延迟时间。Tdead=Tdead319+ (TpLH401+TpHL402+TpLH310 )- (TpHL403+TpLH404+TpHL311)…(2)因此，图6所示的比较例的情况下，死区时间与没有设置同时接通保护电路的情况不同，PWM信号经过同时接通保护电路时，产生以下式(3)所示的延迟时间參差Tskew。Tskew= (TpLH401+TpHL402) - (TpHL403+TpLH404)…(3)另ー方面，本实施方式中，如上所述对上臂开关信号端子713和下臂开关信号端子714的任ー个输入“H”电平的情况下，即没有发生同时接通信号的情况下，PWM信号不受到同时接通保护电路616U的影响而通过，对栅极驱动电路610U、611U输入，所以不发生延迟时间參差Tskew。(关于时序图和障碍(Hazard))图7是说明图4所示的同时接通保护电路616U的动作的时序图。图7中，Pin、Nin表不对上臂开关信号端子713和下臂开关信号端子714输入的信号，HALTB表不OR门电路703的输出信号，PinC、NinC表示对光电耦合器706、707输入的信号，Pout、Nout表示对驱动器IC710、711输入的信号，P-Vg> N-Vg表不对栅极端子154、164输入的栅极信号。图7所示的例子表示发生了同时接通信号的情況。即，上臂开关信号端子713的信号Pin，在定时901信号电平为“H” 一 “L”，在定时912为“L” 一 “H”，但在定时912之前的定时905，下臂开关信号端子714的信号Nin为“H”一“L”。然后，信号线Nin在定时922为“L”一 “H”。因此，在定时905与定时912之间，信号Pin、Nin都为“L”电平，在没有同时接通保护电路616U的情况下，上下臂的IBGT328U、330U同时接通。
信号Pin在定时901为“H”一“L”时，在定时902光电耦合器706的输入信号PinC也为“H” 一 “L”。然后，在经过光电耦合器706中的延迟时间Tl之后，在定时903驱动器IC710的输入信号Pout为“H”一“L”。之后，在经过了驱动器IC710的延迟时间T2的定时904，IGBT328U的栅极信号P-Vg的信号电平为“L” 一 “H”，IGBT328U接通。接着，在上臂开关端子713的信号Pin恢复“L” 一 “H”之前的定时905，下臂开关信号端子714的信号Nin的信号电平为“H”一“L”。此处,光电稱合器707的输入信号NinC立刻为“H”一 “L”。信号Pin和Nin的信号电平都为“L”，所以在经过OR门电路703的延迟时间T3的定时908，OR门电路703的输出信号HALTB为“H”一“L”，在经过PNP双极型晶体管704、705的延迟时间T4的定时909，PNP双极型晶体管704、705接通。PNP双极型晶体管704,705接通时，光电耦合器706,707的输入信号PinC和NinC为“L” — “H”。結果，同时接通信号被屏蔽。但是，OR门电路703和PNP双极型晶体管704、705分别具有延迟时间T3和T4，所以光电耦合器707的输入信号NinC在定时905为“H” 一 “L”之后，在定时909信号PinC、NinC为“L”一 “H”之前，发生时间延迟(T3+T4)。该时间延迟为10 20ns左右，即使同时 接通保护电路616U动作，也会发生相当于该时间延迟的信号PinC、NinC双方为“L”电平的期间(从定时905到定时909 )。即，同时接通信号残留。该同时接通信号被驱动器IC710的输入信号Pout和驱动器IC711的输入信号Nout继承，为“H”电平的驱动器IC711的输入信号Nout，在从发生同时接通信号的定时905经过了光电耦合器707中的延迟时间Tl的定时906，为“H”一 “L”。然后，在定时909信号NinC为“L”一 “H”时，在经过了光电耦合器706、707中的延迟时间Tl的定时911，驱动器IC710、711的输入信号Pout、Nout为“L”一 “H”。S卩，驱动器IC711的输入信号Nout中产生障碍(定时906与定时911之间的短脉冲)。这样，同时接通保护电路616U中会产生如上所述的障碍，但一般而言，在驱动器IC的内部设置有防止障碍用的短脉冲滤波器。例如，非专利文献KInfineon Technology,“1ED020I12-F Single IGBT Driver IC Datasheet Ver.2. I ”，p. 12Input PulseSuppression IN+, IN-的项目)中记载的驱动器IC的数据表中记载了对脉冲宽度30ns以下的障碍输入进行滤波，而非专利文献2 (STMicroelectronics, <<:TD35IAdvanced IGBT/MOSFET Driver Datasheet”, p. 4tonmin 的项目，p. 54. IInput stage)中记载的驱动器 IC的数据表中记载了对脉冲宽度100ns以下的障碍输入进行滤波。因此，信号Nout中出现的上述短时间的障碍被驱动器IC711滤波，如信号N-Vg的虚线907所示，不对IGBT330U的栅极端子164输出，避免上下臂短路。另ー方面，关于上臂，在延迟了驱动器IC710的延迟时间T2的定时915，IGBT328U的栅极信号P-Vg为“H”一“L”。接着，上臂开关端子713的信号Pin在定时912为“L” 一“H”吋，同时接通信号状态结束。结果，在经过了 OR门电路703的延迟时间T3的定时921，OR门电路703的输出信号HALTB为“L” 一“H”，在经过了 PNP双极型晶体管704、705的延迟时间T4的定时913，PNP双极型晶体管704、705断开。这样，下臂开关端子714的信号Nin为“L”，所以光电耦合器707的输入信号NinC为“H”一 “L”，在延迟了光电耦合器707的延迟时间Tl的定时914驱动器711的输入信号Nout为“H”一 “L”。然后，在延迟了驱动器IC711的延迟时间T2的定时916，IGBT330的栅极信号N-Vg为“L” — “H”。
之后，在定时922下臂开关端子714的信号Nin为“L” 一 “H”时，光电耦合器707的输入信号NinC为“L”一“H”，进而，在延迟了光电耦合器707的延迟时间Tl的定时923，驱动器711的输入信号Nout为“L”一“H”。这样，在延迟了驱动器IC711的延迟时间T2的定时924，IGBT330U的栅极信号N-Vg为“H” 一 “L”。这样，本发明的同时接通保护电路616U，在输入同时接通信号时屏蔽控制信号而使上下臂的IBGT328U、330U断开，在对上臂开关信号端子713和下臂开关信号端子714的任一方输入“H”电平的情况下，即没有发生同时接通信号的情况下，使PWM信号不受到同时接通保护电路616U的影响地通过。因此，同时接通保护电路616U不对上下臂开关信号的死区时间造成影响。由此能够降低逆变器输出电流的波形变形，能够提供电机的旋转不均较小、输出电流振幅较大的逆变器。一第二实施方式一图8、9是说明本发明的第二实施方式的图。图8是同时接通保护电路616U的电路图，图9是驱动电路基板1101上的同时接通保护电路616U的配线的布局图。本实施方式 中，如图8、9所示，是对于OR门电路703的输出插入串联电路1001的结构。其中，以下以同时接通保护电路616U为例进行说明，但也能够同样应用于同时接通保护电路616V、610W。一般而言，栅极驱动电路由包括上臂驱动器IC的上臂用栅极驱动电路和包括下臂驱动器IC的下臂用栅极驱动电路构成，上下臂用栅极驱动电路电绝缘地配置。图9所示的布局中，上臂用栅极驱动电路610U 610W在基板上1101的图示上侧配置，下臂用栅极驱动电路61IU 61IW在上臂用栅极驱动电路610U 610W的下侧隔开空间地配置。这样配置的情况下，同时接通保护电路616U的PNP双极型晶体管704、705配置在相互远离的场所。因此，与连接器1102的端子713、714 (參照图8)连接的OR门电路703的输出，用长配线1002、1003的分支配线向PNP双极型晶体管704、705配线。然而，在图4的同时接通保护电路616U中，使用IC作为OR门电路703的情况下，OR门电路703的输出信号电压急剧变化。这样急剧变化的电压，对如图9所示的长配线1002、1003输入的情况下，配线表现为分布常数线路的状況。从而，如果在配线的终端部不进行阻抗匹配等措施则会引起反射，在信号电压中发生过冲(Overshoot)。此外,配线分支的情况下，如果存在配线长度的不平衡则容易因反射信号的往复发生振荡(Ringing)。这样的信号电压的过冲和振荡，可能导致电路的误动作和半导体部件的破损等。另ー方面，在配线的终端部设置了阻抗匹配用的电阻的情况下，产生信号电平降低和消费电カ増加的问题。于是，本实施方式中，如图8、9所示的电阻1001，作为阻尼电阻插入OR门电路703的输出。通过设置该电阻1001，能够在OR门电路703的输出中缓和电压变化，在配线终端部即PNP双极型晶体管704、705的基极中防止信号反射发生。例如使用100 Ω的电阻作为电阻1001。此外，因为配线1002、1003的配线长度相差较大时容易发生振荡，所以优选使其尽可能为等长配线。例如，在配线1002、1003中，通过使较短的配线1003延长，能够使配线1002、1003的长度相等。(变形例)图10、11是表示第二实施方式的变形例的图。图10是同时接通保护电路616U的电路图，图11是驱动电路基板1101上的同时接通保护电路616U的配线的布局图。其中，以下以同时接通保护电路616U为例进行说明，但也能够同样应用于同时接通保护电路616V、616W。图8、9所示的实施方式中，在电阻1001后使配线分支为长配线1002、1003，与各栅极驱动电路610U、611U的图示上侧配置的PNP双极型晶体管704、705连接。另ー方面，图10、11所示的变形例中，在上臂用栅极驱动电路610U 610W与下臂用栅极驱动电路611U 611W之间的空间中配置PNP双极型晶体管704、705，经由I根长配线1201连接OR门电路703的输出与PNP双极型晶体管704、705。其中，与上述实施方式同样，对于OR门电路703的输出插入电阻1001。图10、11所示的变形例中，用I根长配线1201代替2根长配线构成的分支配线，所以能够容易地防止振荡发生，并且能够进ー步减小配线空间。这样，即使在电路安装上将PNP双极型晶体管704、705配置在相互远离的场所，也不会发生信号的反射和振荡，能够防止电路的误动作和半导体部件的破损等。 如上所述，本实施方式的逆变器装置的特征在于，具备具有上臂用的IGBT328U 328W和下臂用的IGBT330U 330W的逆变器电路；分别输出作为IGBT328U 328W的接通断开指令的第一信号、和作为IGBT330U 330W的接通断开指令的第二信号的PWM电路319 ;根据第一信号的接通断开指令对IGBT328U 328W进行接通断开驱动的栅极驱动电路6IOU 6IOW ;根据第二信号的接通断开指令对IGBT330U 330W进行接通断开驱动的栅极驱动电路611U 611W ;和同时接通保护电路616U 616W，其在第一和第二信号的至少一方为断开指令时，使从PWM电路319输出的第一信号直接输入到栅极驱动电路610U 610W，并且使从PWM电路319输出的第二信号直接输入到栅极驱动电路61IU 611W，在第一和第二信号都为接通指令的情况下，分别屏蔽第一信号对栅极驱动电路6IOU 6IOW的输入和第二信号对栅极驱动电路61IU 61IW的输入，将作为断开指令的第三信号输入到栅极驱动电路6IOU 610W、611U 611W。结果，在发生同时接通信号的情况下，使上下臂的IGBT断开，所以能够防止上下臂的短路。进而，第一和第二信号的至少一方为断开指令时，即没有发生同时接通信号吋，同时接通保护电路616U 616W不对上下臂的开关信号的死区时间造成影响。例如，同时接通保护电路616U 616W能够以如下所述的PNP双极型晶体管704、705和OR门电路703构成。PNP双极型晶体管704设置在栅极驱动电路610U 610W的输入侧，断开动作时将第一信号Pin输入到栅极驱动电路610U 610W，接通动作时屏蔽第一信号对栅极驱动电路610U 610W的输入，并且使栅极驱动电路610U 610W的输入侧成为断开指令输入状态。另ー方面，PNP双极型晶体管705设置在栅极驱动电路61IU 61IW的输入侧，断开动作时将第二信号输入到栅极驱动电路611U 611W，接通动作时屏蔽第二信号对栅极驱动电路611U 611W的输入,并且使栅极驱动电路611U 611W的输入侧成为断开指令输入状态。此外，OR门电路703，在第一和第二信号的至少一方为断开指令的情况下，使PNP双极型晶体管704、705断开动作，在第一和第二信号都为接通指令的情况下，使PNP双极型晶体管704、705接通动作。进而，栅极驱动电路6IOU 610W、611U 61IW分别具备生成栅极电压用的驱动器IC710、711，将驱动器IC710、711的短脉冲滤波时间设定为，比从接通指令状态的第一和第二信号被输入到OR门电路703起到PNP双极型晶体管704、705接通的响应时间长，由此能够防止同时接通保护电路616U中的如上所述的障碍发生。上述 各实施方式可以分别単独地、或者组合地使用。这是因为各实施方式中的效果能够単独或协同奏效。此外，只要不损害本发明的特征，本发明就不限定于上述实施方式。以上说明了各种实施方式和变形例，但本发明不限定于这些内容。本发明的技术思想的范围内可以想到的其他方式也包括在本发明的范围内。
权利要求
1.一种逆变器装置，其特征在于，包括 具有上臂用的第一开关元件和下臂用的第二开关元件的逆变器电路； 分别输出作为所述第一开关元件的接通断开指令的第一信号和作为所述第二开关元件的接通断开指令的第二信号的控制电路； 根据所述第一信号的接通断开指令对所述第一半导体开关元件进行接通断开驱动的第一驱动电路； 根据所述第二信号的接通断开指令对所述第二半导体开关元件进行接通断开驱动的第二驱动电路；和 信号切换部，其在所述第一和第二信号的至少一方为断开指令时，使从所述控制电路输出的所述第一和第二信号分别直接输入到对应的所述第一和第二驱动电路，在所述第一和第二信号都为接通指令的情况下，分别断开所述第一信号向所述第一驱动电路的输入和所述第二信号向所述第二驱动电路的输入，将作为断开指令的第三信号输入到所述第一和第二驱动电路。
2.如权利要求I所述的逆变器装置，其特征在于 所述信号切换部具有 第三开关元件，其进行连接所述控制电路与所述第一驱动电路的第一信号通路的断路和非断路的切换，并且在所述断路时使所述第一驱动电路为断开指令输入状态； 第四开关元件，其进行连接所述控制电路与所述第二驱动电路的第二信号通路的断路和非断路的切换，并且在所述断路时使所述第二驱动电路为断开指令输入状态；和 逻辑电路，其与所述第一和第二信号通路并联连接，在所述第一和第二信号都为接通指令的情况下对所述第三和第四开关元件输出断路指令，在所述第一和第二信号的至少一方为断开指令的情况下对所述第三和第四开关元件输出非断路指令。
3.如权利要求2所述的逆变器装置，其特征在于 所述第一和第二驱动电路分别具备生成栅极电压用的驱动器1C， 所述驱动器IC的短脉冲滤波器时间设定为，比从接通指令状态的所述第一和第二信号被输入到所述逻辑电路起到所述第三和第四开关元件成为断路状态的响应时间长。
4.如权利要求2或3所述的逆变器装置，其特征在于 在所述逻辑电路的信号输出侧串联连接有防止信号反射用的电阻。
全文摘要
逆变器装置具备具有上臂用的第一开关元件(328U～328W)和下臂用的第二开关元件(330U～330W)的逆变器电路；分别输出作为第一开关元件的接通断开指令的第一信号和作为第二开关元件的接通断开指令的第二信号的控制电路(319)；根据第一信号的接通断开指令对第一半导体开关元件进行接通断开驱动的第一驱动电路(610U～610W)；根据第二信号的接通断开指令对第二半导体开关元件进行接通断开驱动的第二驱动电路(611U～611W)；和信号切换部(616U～616W)，其在第一和第二信号的至少一方为断开指令时，使从控制电路输出的第一和第二信号分别直接输入到对应的第一和第二驱动电路，在第一和第二信号都为接通指令的情况下，分别断开第一信号向第一驱动电路的输入和第二信号向第二驱动电路的输入，将作为断开指令的第三信号输入到第一和第二驱动电路。
文档编号H02M7/48GK102835015SQ20118001743
公开日2012年12月19日 申请日期2011年3月31日 优先权日2010年4月1日
发明者馆山哲郎, 船场诚司, 能登康雄, 八幡光一, 岛野裕基 申请人:日立汽车系统株式会社