開關裝置、電力轉(zhuǎn)換裝置、電動機驅(qū)動裝置、鼓風機、壓縮機、空調(diào)機、冰箱以及制冷機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力轉(zhuǎn)換裝置和電力轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)的開關裝置。此外，涉及使用了電力轉(zhuǎn)換裝置和電力轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)的開關裝置的電動機驅(qū)動裝置、鼓風機、壓縮機、空調(diào)機、冰箱和制冷機。
【背景技術】
[0002]以往，廣泛應用了作為電力轉(zhuǎn)換裝置之一的逆變器。逆變器通過對開關元件的導通狀態(tài)進行控制，將直流轉(zhuǎn)換為交流。通過對施加到柵極-發(fā)射極間的驅(qū)動電壓進行控制，進行開關元件(例如，IGBT( Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵雙極型晶體管))的導通狀態(tài)的控制。作為這樣的逆變器，能夠代表性地列舉出使用6個開關元件來將直流轉(zhuǎn)換為三相交流的三相逆變器。三相逆變器被應用于例如感應電動機或永久磁鐵同步電動機(以下，記作電動機)。這樣的電動機，例如對電動機電流進行檢測，并且基于該電動機電流來進行控制，在電流的檢測中使用電流檢測用分流電阻。
[0003]例如，在專利文獻I中公開了“設置對直流電源和逆變器裝置之間的電流進行檢測的電源分流電阻，在下臂開關元件和直流電源的負極側(cè)之間設置對該相的相電流進行檢測的、至少2相的下臂分流電阻，利用上述電源分流電阻對無法通過上述下臂分流電阻檢測的相電流進行檢測”的技術。
[0004]專利文獻I:日本特開2006-67747號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]然而，根據(jù)上述以往的技術，當電動機電流在分流電阻中通過時，產(chǎn)生電壓下降，下臂開關元件的柵極驅(qū)動電路基準電位到下臂開關元件的發(fā)射極端子的電壓發(fā)生變化，且柵極-發(fā)射極間的電壓發(fā)生變化。因此，存在引起開關元件的誤控制的問題。
[0006]本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于獲得一種開關裝置，其是能夠進行穩(wěn)定的控制且具有分流電阻和開關元件的電力轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)的開關裝置。
[0007]為了解決上述問題、并實現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明的開關裝置設置在配設于電源和負載之間的電力轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)，其包括:開關元件，其具有柵極端子;柵極驅(qū)動電路，其對上述開關元件的柵極端子施加驅(qū)動電壓；以及控制部，其生成供給到上述柵極驅(qū)動電路的驅(qū)動信號，從施加到上述開關元件的上述柵極端子的上述驅(qū)動電壓減去上述開關元件的閾值電壓所得的值，大于從上述開關元件的發(fā)射極到上述柵極驅(qū)動電路的負極的電阻值與在上述開關元件中流過的最大電流值的乘積。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，實現(xiàn)下述效果，能夠獲得一種可以進行穩(wěn)定的控制且具有分流電阻和開關元件的電力轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)的開關裝置。
【附圖說明】
[0009]圖1是表示實施方式I涉及的電力轉(zhuǎn)換裝置的一個結(jié)構(gòu)示例的圖。
[0010]圖2是表示實施方式I涉及的電力轉(zhuǎn)換裝置的周邊電路部的一個結(jié)構(gòu)示例的圖。
[0011]圖3是表示實施方式I涉及的電力轉(zhuǎn)換裝置的開關波形的一個示例的圖。
[0012]圖4是表示實施方式2涉及的電力轉(zhuǎn)換裝置的一個結(jié)構(gòu)示例的圖。
[0013]圖5是表示實施方式3涉及的電力轉(zhuǎn)換裝置的一個結(jié)構(gòu)示例的圖。
[0014]圖6是表示實施方式3涉及的電力轉(zhuǎn)換裝置的周邊電路部的一個結(jié)構(gòu)示例的圖。
[0015]圖7是表示實施方式4涉及的電力轉(zhuǎn)換裝置的一個結(jié)構(gòu)示例的圖。
[0016]圖8是表示實施方式4涉及的電力轉(zhuǎn)換裝置的周邊電路部的一個結(jié)構(gòu)示例的圖。
[0017]圖9是表示實施方式5涉及的電力轉(zhuǎn)換裝置的一個結(jié)構(gòu)示例的圖。
[0018]圖10是表示實施方式5涉及的電力轉(zhuǎn)換裝置的周邊電路部的一個結(jié)構(gòu)示例的圖。
[0019]標號說明
[0020]I直流電源、2逆變器;3電動機;4a?4d周邊電路部;5驅(qū)動電路部;6電源分流電阻；7a?7c下臂分流電阻;8控制部;9電源分流電壓檢測部;9a?9c下臂電壓檢測部；10、20、30、40、50電力轉(zhuǎn)換裝置；11直流電源；12過電流檢測部;21下臂部;22上臂部;21a?21c、22a?22c開關元件;41a?41c、42a?42c續(xù)流二極管;51、51a下臂柵極驅(qū)動電路;52上臂柵極驅(qū)動電路;501交流電源;502整流電路;503負載;504平滑電容器;505電抗器;506防逆流二極管；507開關元件;508控制部;509柵極驅(qū)動電路;510分流電阻；511分流電阻電壓檢測部;512直流電源。
【具體實施方式】
[0021]下面，根據(jù)附圖詳細地說明本發(fā)明涉及的電力轉(zhuǎn)換裝置的實施方式。另外，本發(fā)明不限于該實施方式。
[0022]實施方式I
[0023]圖1是表示本發(fā)明涉及的電力轉(zhuǎn)換裝置的實施方式I的結(jié)構(gòu)示例的圖。圖1所示的電力轉(zhuǎn)換裝置10配設在直流電源I和電動機3之間，將供給到電動機3(負載)的直流電源I的直流電力轉(zhuǎn)換為三相交流電力。
[0024]圖1所示的電力轉(zhuǎn)換裝置10具有:逆變器2、周邊電路部4a、驅(qū)動電路部5和控制部8。
[0025]逆變器2具有下臂(lower arm)部21和上臂(upper arm)部22，且由3個橋臂(leg)構(gòu)成。下臂部21具有開關元件21a?21c，開關元件21a為U相下臂開關元件，開關元件21b為V相下臂開關元件，開關元件21c為W相下臂開關元件。上臂部22具有開關元件22a?22c，開關元件22a為U相上臂開關元件，開關元件22b為V相上臂開關元件，開關元件22c為W相上臂開關元件。
[0026]控制部8生成在逆變器2中包含的開關元件21a?21c、22a?22c的驅(qū)動信號并分別輸出?？刂撇?為例如由微處理器(Micro Computer)或CPU(Central Processing Unit:中央處理單元)構(gòu)成的、將所輸入的模擬的電壓信號(包含檢測值。)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值、并進行與電動機3的控制應用程序相應的運算和控制的控制單元。
[0027]驅(qū)動電路部5具有下臂柵極驅(qū)動電路51和上臂柵極驅(qū)動電路52。下臂柵極驅(qū)動電路51根據(jù)由控制部8生成并輸出的驅(qū)動信號，對開關元件21a?21c各自的柵極端子施加驅(qū)動電壓。上臂柵極驅(qū)動電路52根據(jù)由控制部8生成并輸出的驅(qū)動信號，對開關元件22a?22c各自的柵極端子施加驅(qū)動電壓。此外，反向并聯(lián)連接的續(xù)流二極管41a?41c、42a?42c與開關元件21a?21 C、開關元件22a?22c連接。
[0028]周邊電路部4a具有:電源分流電阻6、下臂分流電阻7a、7b和下臂電壓檢測部9a、9b ο
[0029]電源分流電阻6設置在直流電源I的負電壓(GND)側(cè)和逆變器2之間。電源分流電阻6的電阻值為Rdc。
[0030]下臂分流電阻7a、7b設置于下臂部21的開關元件21a、21b各自的發(fā)射極和電源分流電阻6之間。下臂分流電阻7a為U相下臂分流電阻，下臂分流電阻7b為V相下臂分流電阻。下臂分流電阻7a、7b的電阻值為Rsh。
[0031]下臂電壓檢測部9a、9b設置在下臂部21的開關元件21a、21b各自的發(fā)射極與下臂分流電阻7a、7b的各連接點和控制部8之間。下臂電壓檢測部9a為U相下臂電壓檢測部，下臂電壓檢測部9b為V相下臂電壓檢測部。下臂電壓檢測部9a、9b對下臂部21的開關元件21a、21b各自的發(fā)射極與下臂分流電阻7a、7b的各連接點和直流電源I的負電壓(GND)側(cè)之間的電壓(Vu、Vv)進行檢測。
[0032]下臂電壓檢測部9a、9b例如由放大單元構(gòu)成，該放大單元能夠使電壓Vu、Vv成為容易由控制部8處理的電壓值?？刂撇?基于由下臂電壓檢測部9a、9b檢測出的電壓值，計算電動機電流，進行控制運算?；谟嬎愠龅碾娏髦?，生成驅(qū)動信號。
[0033]接著，對周邊電路部4a進行詳細說明。圖2是表示周邊電路部4a內(nèi)的與開關元件21a(U相下臂開關元件)連接的部分的圖，是提取出圖1的用虛線包圍的區(qū)域后示出的圖。另夕卜，作為下臂柵極驅(qū)動電路51的一部分的下臂柵極驅(qū)動電路51a與開關元件21a的柵極端子連接。直流電源11的正電壓側(cè)(正側(cè))與下臂柵極驅(qū)動電路51a連接。
[0034]下臂柵極驅(qū)動電路51a基于從控制部8輸出的驅(qū)動信號(導通/斷開信號)，對施加到開關元件21a的柵極端子的電壓進行切換。即，在使開關元件21a導通的情況下，對開關元件21a的柵極端子施加高于開關元件21a的閾值電壓Vth的電壓(V。。)。
[0035]這里，開關元件21a中的柵極-發(fā)射極間電壓Vce若使用相對于下臂柵極驅(qū)動電路51a的基準電位(GND)的發(fā)射極端子的電位Ve及柵極端子的電位VC，則用下述式(I)表示。
[0036]Vge = Vg-Ve--(I)
[0037]并且，相對于基準電位(GND)的發(fā)射極端子的電位Ve若使用電源分流電阻6的兩端電壓VRd。和下臂分流電阻7a的兩端電壓VRsh—u，則用下述式(2)表示。
[0038]VE = VRsh_u+VRdc---(2)
[0039]這里，在從控制部8輸出有使開關元件21a導通的驅(qū)動信號的情況下，相對于基準電位(GND)的柵極端子的電位Vg和相對于基準電位(GND)的直流電源11的正電壓側(cè)的電位V。。相等，若將式(2)代入上述式(I )，則開關元件21a中的柵極-發(fā)射極間電壓Vce用下述式
(3)表示。
[0040 ] Vge = Vcc- (VRsh_u+VRdc)…(3)
[0041 ]由于相對于基準電位(GND)的直流電源11的正電壓側(cè)的電位Vcc為固定值，所以開關元件21a中的柵極-發(fā)射極間電壓Vce與電源分流電阻6的兩端電壓VRd。和下臂電壓檢測部9a的兩端電壓VRsh—u (= Vu)相應地發(fā)生變化。
[0042]為了維持開關元件21a的導通狀態(tài)，必須將開關元件21a中的柵極-發(fā)射極間電壓Vce維持成大于開關元件21a的閾值電壓Vth，所以VCE>Vth，若使用上述式(3)，則為了維持開關元件21a的導通狀態(tài)，需要滿足下述式(4)。
[0043 ] Vcc-(VRsh_u+VRdc) > Vth...(4)
[0044]這里，考慮上述式(4)的左邊變?yōu)樽钚〉那闆r。由于如上所述相對于基準電位(GND)的直流電源11的正電壓側(cè)的電位Vcc為固定值，所以在上述式(4