電力轉(zhuǎn)換裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電力轉(zhuǎn)換裝置，用于防止因一個開關(guān)元件的短路故障而無法斷開另一個開關(guān)元件。電力轉(zhuǎn)換裝置具備設(shè)置于高壓側(cè)的第一開關(guān)元件、和設(shè)置于低壓側(cè)的第二開關(guān)元件，且上述第一開關(guān)元件和上述第二開關(guān)元件串聯(lián)連接，該電力轉(zhuǎn)換裝置具備與上述第一開關(guān)元件或者上述第二開關(guān)元件串聯(lián)連接的第三開關(guān)元件，在檢測到因上述第一開關(guān)元件和上述第二開關(guān)元件中的一個開關(guān)元件的短路故障而產(chǎn)生的過電流流過另一個開關(guān)元件的情況下，斷開上述另一個開關(guān)元件和上述第三開關(guān)元件。
【專利說明】
電力轉(zhuǎn)換裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及電力轉(zhuǎn)換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]公知有一種在具備高壓側(cè)(highside)的電力開關(guān)元件和低壓側(cè)的電力開關(guān)元件的裝置中，當(dāng)檢測到一個電力開關(guān)元件短路的情況下，斷開另一個電力開關(guān)元件的短路保護(hù)方法(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。這樣的短路保護(hù)方法用于保護(hù)未發(fā)生短路故障的一個開關(guān)元件免受因另一個電力開關(guān)元件的短路故障而引起的過電流的影響。
[0003]專利文獻(xiàn)1:國際公開第2011/129263號刊
[0004]然而，存在由于一個開關(guān)元件的短路故障而施加于另一個開關(guān)元件的電壓暴漲，從而無法斷開該另一個開關(guān)元件的情況。使用圖1、2對這樣的情況的一個例子進(jìn)行說明。
[0005]圖1是表不升壓電路100的一個例子的構(gòu)成圖。圖2是表不升壓電路100的動作的一個例子的時序圖。柵極電壓Vgp表示設(shè)置于高壓側(cè)的開關(guān)元件I的柵極電壓。開關(guān)元件I在柵極電壓Vgp為高電平時接通，在柵極電壓Vgp為低電平時斷開。柵極電壓Vgn表示設(shè)置于低壓側(cè)的開關(guān)元件2的柵極電壓。開關(guān)元件2在柵極電壓Vgn為高電平時接通，在柵極電壓Vgn為低電平時斷開。
[0006]升壓電路100通過如圖2那樣對開關(guān)元件1、2進(jìn)行接通斷開驅(qū)動，來控制流過感應(yīng)性的負(fù)載3的電流，從而能夠?qū)⒌碗妷篤B升壓為高電壓VH(電壓值比低電壓VB高的電壓)。
[0007]然而，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)的開關(guān)元件2的短路故障(接通狀態(tài)下固定的故障)在高壓側(cè)的開關(guān)元件I的接通期間Tpon發(fā)生時，在接通期間Tpon施加于開關(guān)元件I的集電極C與發(fā)射極E之間的電壓朝向高電壓VH急劇地上升。由此，由于比較大的電流Ires經(jīng)由開關(guān)元件I的集電極C與柵極G之間的反饋電容Cres流入柵極G，所以柵極電壓Vgp提升。結(jié)果，存在即使為了保護(hù)開關(guān)元件I免受因開關(guān)元件2的短路故障而產(chǎn)生的過電流的影響，驅(qū)動電路4使柵極電壓Vgp為低電平，也無法斷開開關(guān)元件I的情況。
[0008]基于相同的理由，當(dāng)高壓側(cè)的開關(guān)元件I的短路故障在低壓側(cè)的開關(guān)元件2的接通期間Tnon發(fā)生時，也存在即使為了保護(hù)開關(guān)元件2免受因開關(guān)元件I的短路故障而產(chǎn)生的過電流的影響，驅(qū)動電路5使柵極電壓Vgn為低電平，也無法斷開開關(guān)元件2的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]鑒于此，本發(fā)明的目的在于，提供一種防止由于一方的開關(guān)元件的短路故障而無法斷開另一方的開關(guān)元件的電力轉(zhuǎn)換裝置。
[0010]在一個方案中，提供一種電力轉(zhuǎn)換裝置，具備設(shè)置于高壓側(cè)的第一開關(guān)元件和設(shè)置于低壓側(cè)的第二開關(guān)元件，且上述第一開關(guān)元件和上述第二開關(guān)元件串聯(lián)連接，其中，
[0011]所述電力轉(zhuǎn)換裝置具備與上述第一開關(guān)元件或者上述第二開關(guān)串聯(lián)連接的第三開關(guān)元件，
[0012]在檢測到因上述第一開關(guān)元件和上述第二開關(guān)元件中的一個開關(guān)元件的短路故障而產(chǎn)生的過電流流過另一個開關(guān)元件的情況下，斷開上述另一個開關(guān)元件和上述第三開關(guān)元件。
[0013]根據(jù)一個方式，通過由第一開關(guān)元件、第二開關(guān)元件以及第三開關(guān)元件的串聯(lián)連接而實(shí)現(xiàn)的電壓分擔(dān)，即使第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件中的一個開關(guān)元件短路故障，施加于另一個開關(guān)元件的電壓也被抑制。由此，由于另一個開關(guān)元件的柵極電壓的提升也被抑制，所以能夠防止無法斷開另一個開關(guān)元件。
【附圖說明】
[0014]圖1是表不升壓電路的一個例子的構(gòu)成圖。
[0015]圖2是表不升壓電路的動作的一個例子的時序圖。
[0016]圖3是表示作為電力轉(zhuǎn)換裝置的一個實(shí)施方式的升壓電路的一個例子的構(gòu)成圖。
[0017]圖4是表示作為電力轉(zhuǎn)換裝置的一個實(shí)施方式的升壓電路的動作的一個例子的時序圖。
[0018]圖5是表示作為電力轉(zhuǎn)換裝置的一個實(shí)施方式的升壓電路的動作的另一個例子的時序圖。
[0019]圖6是表不升壓電路的一個具體的例子的構(gòu)成圖。
[0020]圖7是表示升壓電路的另一個具體的例子的構(gòu)成圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下，根據(jù)附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0022]圖3是表示作為電力轉(zhuǎn)換裝置的一個實(shí)施方式的升壓電路101的一個例子的構(gòu)成圖。升壓電路101具備第一開關(guān)元件10、第二開關(guān)元件20、以及第三開關(guān)元件30。升壓電路101是通過在第三開關(guān)元件30總是接通的狀態(tài)下，如圖2那樣對第一開關(guān)元件10以及第二開關(guān)元件20進(jìn)行接通斷開驅(qū)動，來在輸入輸出之間轉(zhuǎn)換電力的電力轉(zhuǎn)換裝置的一個例子。具體而言，升壓電路1I是將低電壓VB升壓為高電壓VH的轉(zhuǎn)換器。
[0023]第一開關(guān)元件10是相對于中間節(jié)點(diǎn)43被設(shè)置于高壓側(cè)的半導(dǎo)體元件，第二開關(guān)元件20是相對于中間節(jié)點(diǎn)43被設(shè)置于低壓側(cè)的半導(dǎo)體元件。第一開關(guān)元件10和第二開關(guān)元件20經(jīng)由中間節(jié)點(diǎn)43串聯(lián)連接。有時第一開關(guān)元件10被稱為上臂，第二開關(guān)元件20被稱為下臂。
[0024]中間節(jié)點(diǎn)43是連接感應(yīng)性的負(fù)載42(例如，電感器)的一端的中間連接部。負(fù)載42的另一端連接電源4 O (例如，電池)的正極。也可以在負(fù)載4 2的另一端與電源4 O的正極之間串聯(lián)插入熔斷器41。
[0025]第三開關(guān)元件30是相對于第二開關(guān)元件20在與中間節(jié)點(diǎn)43相反側(cè)的低壓側(cè)與第二開關(guān)元件20串聯(lián)連接的半導(dǎo)體元件。第三開關(guān)元件30例如被串聯(lián)插入于第二開關(guān)元件20的低電位側(cè)的電極與接地電位(GND)的電流路徑45之間。
[0026]第一開關(guān)元件10具有晶體管11和二極管12。晶體管11是絕緣柵型的電壓控制半導(dǎo)體元件，例如是具有柵極G、集電極C以及發(fā)射極E的IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor:絕緣柵雙極型晶體管)。二極管12是并聯(lián)連接于晶體管11的整流元件。二極管12具有與晶體管11的發(fā)射極E連接的陽極和與晶體管11的集電極C連接的陰極。柵極G表示柵電極，集電極C表示高電位側(cè)的電極，發(fā)射極E表示低電位側(cè)的電極。
[0027]第二開關(guān)元件20具有晶體管21和二極管22，第三開關(guān)元件30具有晶體管31和二極管32。第二開關(guān)元件20以及第三開關(guān)元件30如圖示那樣具有與第一開關(guān)元件10相同的構(gòu)成。因此，援用第一開關(guān)元件10的上述說明而省略對于第二開關(guān)元件20以及第三開關(guān)元件30的構(gòu)成的說明。
[0028]其中，第一開關(guān)元件10的接通是指晶體管11的接通，第一開關(guān)元件10的斷開是指晶體管11的斷開。對于第二開關(guān)元件20以及第三開關(guān)元件30也相同。
[0029]升壓電路101具備驅(qū)動第一開關(guān)元件10的第一驅(qū)動部13、驅(qū)動第二開關(guān)元件20的第二驅(qū)動部23、以及驅(qū)動第三開關(guān)元件30的第三驅(qū)動部33。
[0030]設(shè)置于高壓側(cè)的第一驅(qū)動部13具有驅(qū)動電路14和過電流檢測電路15。驅(qū)動電路14根據(jù)從比第一驅(qū)動部13上位的控制裝置供給的驅(qū)動信號Sgp(例如，脈沖寬度調(diào)制信號)，控制與自身相同的高壓側(cè)的第一開關(guān)元件10的柵極電壓Vgp，來將第一開關(guān)元件10接通斷開。過電流檢測電路15檢測流過和自身相同的高壓側(cè)的第一開關(guān)元件10的集電極C與發(fā)射極E之間的過電流。驅(qū)動電路14在由過電流檢測電路15檢測到流過第一開關(guān)元件10的過電流的情況下，不管驅(qū)動信號Sgp如何都使柵極電壓Vgp的電平成為使第一開關(guān)元件10斷開的低電平。
[0031]設(shè)置于低壓側(cè)的第二驅(qū)動部23具有驅(qū)動電路24和過電流檢測電路25。驅(qū)動電路24根據(jù)從比第二驅(qū)動部23上位的控制裝置供給的驅(qū)動信號Sgn(例如，脈沖寬度調(diào)制信號)，控制與自身相同的低壓側(cè)的第二開關(guān)元件20的柵極電壓Vgn，來將第二開關(guān)元件20接通斷開。過電流檢測電路25檢測流過和自身相同的低壓側(cè)的第二開關(guān)元件20的集電極C與發(fā)射極E之間的過電流。驅(qū)動電路24在由過電流檢測電路25檢測到流過第二開關(guān)元件20的過電流的情況下，不管驅(qū)動信號Sgn如何都使柵極電壓Vgn的電平成為使第二開關(guān)元件20斷開的低電平。
[0032]第三驅(qū)動部33具有驅(qū)動電路34和過電流檢測電路35。驅(qū)動電路34根據(jù)從比第三驅(qū)動部33上位的控制裝置供給的驅(qū)動信號Sgr，控制第三開關(guān)元件30的柵極電壓Vgr，來將第三開關(guān)元件30接通斷開。過電流檢測電路35檢測流過第三開關(guān)元件30的集電極C與發(fā)射極E之間的過電流。驅(qū)動電路34在由過電流檢測電路35檢測到流過第三開關(guān)元件30的過電流的情況下，不管驅(qū)動信號Sgr如何都使柵極電壓Vgr的電平成為使第三開關(guān)元件30斷開的低電平。
[0033]不過，在第一開關(guān)元件10以及第二開關(guān)元件20如圖2那樣被接通斷開的情況下，使第三開關(guān)元件30總是以接通狀態(tài)固定的驅(qū)動信號Sgr被輸入至驅(qū)動電路34。驅(qū)動電路34根據(jù)使第三開關(guān)元件30總是以接通狀態(tài)固定的驅(qū)動信號Sgr，將第三開關(guān)元件30維持為總是接通的狀態(tài)。
[0034]升壓電路101通過在第三開關(guān)元件30總是接通的狀態(tài)下，如圖2那樣對第一開關(guān)元件10和第二開關(guān)元件20進(jìn)行接通斷開驅(qū)動，來控制流過感應(yīng)性的負(fù)載42的電流，由此能夠?qū)⒌碗妷篤B升壓為高電壓VH。因此，升壓電路101在例如被搭載于車輛的情況下，能夠?qū)㈦娫?0的低電壓VB升壓為車輛行駛所需要的高電壓VH。
[0035]高電壓VH的電力例如被充電到電容器等二次電池50。二次電池50與第一開關(guān)元件10、第二開關(guān)元件20以及第三開關(guān)元件30串聯(lián)連接而成的串聯(lián)電路并聯(lián)連接。二次電池50的高電位側(cè)的電極48通過連接點(diǎn)46連接于電源電位的電流路徑44，二次電池50的低電位側(cè)的電極49通過連接點(diǎn)47連接于接地電位的電流路徑45。
[0036]在第三開關(guān)元件30總是接通的狀態(tài)下，檢測到因第一開關(guān)元件10和第二開關(guān)元件20中的一個開關(guān)元件的短路故障而產(chǎn)生的過電流流過另一個開關(guān)元件的情況下，升壓電路101斷開該另一個開關(guān)元件和第三開關(guān)元件30。由此，通過由第一開關(guān)元件10、第二開關(guān)元件20以及第三開關(guān)元件30的串聯(lián)連接而實(shí)現(xiàn)的電壓分擔(dān)，即使該一個開關(guān)元件發(fā)生短路故障，施加于該另一個開關(guān)元件的電壓也被抑制。由此，在產(chǎn)生過電流時，由于經(jīng)由該另一個開關(guān)元件的反饋電容Cres流入柵極G的電流被抑制，所以該另一個開關(guān)元件的柵極電壓的提升也被抑制。因此，由于能夠防止無法斷開該另一個開關(guān)元件的情況，所以例如能夠防止該另一個開關(guān)元件也連鎖地發(fā)生短路故障的情況。
[0037]例如，若第二開關(guān)元件20的短路故障在第一開關(guān)元件10的接通期間Tpon(參照圖2)產(chǎn)生，則流過因第二開關(guān)元件20的短路故障而產(chǎn)生的過電流(以下，稱為“過電流Icno”)。過電流Icno是貫通第一開關(guān)元件10、第二開關(guān)元件20以及第三開關(guān)元件30的電流。因此，由過電流檢測電路15檢測到過電流Icno流過第一開關(guān)元件10，并且，由過電流檢測電路35檢測到過電流Icno流過第三開關(guān)元件30。因此，驅(qū)動電路14根據(jù)由過電流檢測電路15檢測到過電流Icno，來使第一開關(guān)元件10斷開，另一方面，驅(qū)動電路34根據(jù)由過電流檢測電路35檢測到過電流Icno，來使第三開關(guān)元件30斷開。
[0038]若第一開關(guān)元件10和第三開關(guān)元件30開始斷開，則能夠通過第一開關(guān)元件10的電阻量和第三開關(guān)元件30的電阻量來抑制過電流Icno的峰值。另外，高電壓VH被第一開關(guān)元件10的電阻量和第三開關(guān)元件30的電阻量分壓。因此，既能夠抑制施加于第一開關(guān)元件10的集電極C與發(fā)射極E之間的電壓，也能夠抑制施加于第三開關(guān)元件30的集電極C與發(fā)射極E之間的電壓。因此，由于第一開關(guān)元件10的柵極電壓Vgp以及第三開關(guān)元件30的柵極Vgr的提升均被抑制，所以驅(qū)動電路14能夠使第一開關(guān)元件10的斷開完成，驅(qū)動電路34能夠使第三開關(guān)元件30的斷開完成。
[0039]結(jié)果，能夠防止因過電流Icno造成的第一開關(guān)元件10的短路故障。另外，因?yàn)榧词沟诙_關(guān)元件20發(fā)生短路故障，第三開關(guān)元件30也斷開，所以能夠防止因來自電源40的過電流造成的熔斷器41的熔斷。因?yàn)槟軌蚍乐谷蹟嗥?1的熔斷，所以例如電源40能夠繼續(xù)進(jìn)行針對在熔斷器41與感應(yīng)性的負(fù)載42之間連接的其他負(fù)載(例如，計算機(jī)等)的供電，車輛的退避彳丁駛性提尚。
[0040]同樣，若第一開關(guān)元件10的短路故障在第二開關(guān)元件20的接通期間Tnon(參照圖2)產(chǎn)生，則流過因第一開關(guān)元件10的短路故障而產(chǎn)生的過電流(以下，稱為“過電流Icpo”)。過電流Icpo是貫通第一開關(guān)元件10、第二開關(guān)元件20以及第三開關(guān)元件30的電流。因此，由過電流檢測電路25檢測到過電流Icpo流過第二開關(guān)元件20，并且，由過電流檢測電路35檢測到過電流Icpo流過第三開關(guān)元件30。因此，驅(qū)動電路24基于由過電流檢測電路25檢測到過電流Icpo，來使第二開關(guān)元件20斷開，另一方面，驅(qū)動電路34基于由過電流檢測電路35檢測到過電流Icpo，來使第三開關(guān)元件30斷開。
[0041 ]若第二開關(guān)元件20和第三開關(guān)元件30開始斷開，則通過第二開關(guān)元件20的電阻量和第三開關(guān)元件30的電阻量，能夠抑制過電流Icpo的峰值。另外，高電壓VH被第二開關(guān)元件20的電阻量和第三開關(guān)元件30的電阻量分壓。因此，既能夠抑制施加于第二開關(guān)元件20的集電極C與發(fā)射極E之間的電壓，也能夠抑制施加于第三開關(guān)元件30的集電極C與發(fā)射極E之間的電壓。因此，由于第二開關(guān)元件20的柵極電壓Vgn以及第三開關(guān)元件30的柵極電壓Vgr的提升也被抑制，所以驅(qū)動電路24能夠使第二開關(guān)元件20的斷開完成，驅(qū)動電路34能夠使第三的開關(guān)元件30的斷開完成。
[0042]結(jié)果，能夠防止因過電流Icp0造成的第二開關(guān)元件20的短路故障。另外，因?yàn)榧词沟谝婚_關(guān)元件10發(fā)生短路故障，第二開關(guān)元件20以及第三開關(guān)元件30也斷開，所以能夠防止因來自電源40的過電流造成的熔斷器41的熔斷。
[0043]其中，Icp表示流過第一開關(guān)元件10的集電極C與發(fā)射極E之間的電流，Icn表示流過第二開關(guān)元件20的集電極C與發(fā)射極E之間的電流，Icr表示流過第三開關(guān)元件30的集電極C與發(fā)射極E之間的電流。
[0044]第一驅(qū)動部13具備在由過電流檢測電路15檢測到第一閾值Ithl以上的電流流過第一開關(guān)元件10的情況下，斷開第一開關(guān)元件10的驅(qū)動電路14。第一閾值Ithl是能夠檢測因第二開關(guān)元件20的短路故障而產(chǎn)生的過電流是否流過第一開關(guān)元件10的閾值的一個例子。
[0045]第二驅(qū)動部23具備在由過電流檢測電路25檢測到第二閾值Ith2以上的電流流過第二開關(guān)元件20的情況下，斷開第二開關(guān)元件20的驅(qū)動電路24。第二閾值Ith2是能夠檢測因第一開關(guān)元件10的短路故障而產(chǎn)生的過電流是否流過第二開關(guān)元件20的閾值的一個例子。
[0046]第三驅(qū)動部33具備在由過電流檢測電路35檢測到第三閾值Ith3以上的電流流過第三開關(guān)元件30的情況下，斷開第三開關(guān)元件30的驅(qū)動電路34。第三閾值Ith3是能檢測因第一開關(guān)元件10和第二開關(guān)元件20中的一個開關(guān)元件的短路故障而產(chǎn)生的過電流是否流過第三開關(guān)元件30的閾值的一個例子。
[0047]第三閾值Ith3為第一閾值Ithl以上并且為第二閾值Ith2以上。即，第三閾值Ith3既可以與第一閾值Ithl相同并且與第二閾值Ith2相同，也可以與第一閾值Ithl和第二閾值Ith2中的一個閾值相同并且大于另一個閾值。第一閾值Ithl和第二閾值Ith2可以相同也可以不同。
[0048]圖4是表示第二開關(guān)元件20的短路故障在第一開關(guān)元件10的接通期間Tpon(參照圖2)發(fā)生時的升壓電路101的動作的一個例子的時序圖。第二開關(guān)元件20的短路故障在第一開關(guān)元件10的接通期間Tpon發(fā)生時的Icp以及Icr實(shí)際上與上述的過電流Icno相同。
[0049]第一驅(qū)動部13的驅(qū)動電路14在由過電流檢測電路15檢測到第一閾值Ithl以上的電流Icp流過第一開關(guān)元件10的情況下，通過在時刻t0將柵極電壓Vgp從高電平切換為低電平，來斷開第一開關(guān)元件10。由此，電流Icp在過沖(overshoot)之后變得比第一閾值Ithl小。
[0050]另一方面，第三驅(qū)動部33的驅(qū)動電路34也在由過電流檢測電路35檢測到第三閾值Ith3以上的電流Icr流過第三開關(guān)元件30的情況下，通過在時刻t0將柵極電壓Vgr從高電平切換為低電平，來斷開第三開關(guān)元件30。由此，電流Icr在過沖之后變得比第三閾值Ith3小。
[0051]這樣，用于過電流檢測電路15檢測過電流的第一閾值Ithl、和用于過電流檢測電路35檢測過電流的第三閾值Ith3被設(shè)定為同一電流值。由此，能夠使驅(qū)動電路14開始斷開第一開關(guān)元件10的時刻和驅(qū)動電路34開始斷開第三開關(guān)元件30的時刻相同。因此，能夠防止因過電流Icno的能量偏向第一開關(guān)元件10和第三開關(guān)元件30中的任意一個開關(guān)元件而被消耗，使得該一個開關(guān)元件難以斷開。
[0052]此外，在由過電流檢測電路25檢測到第二閾值Ith2以上的電流Icn流過第二開關(guān)元件20的情況下，第二驅(qū)動部23的驅(qū)動電路24也可以通過在時刻tO將柵極電壓Vgn從高電平切換為低電平，來斷開第二開關(guān)元件20。即，用于第二驅(qū)動部23的過電流檢測電路25檢測過電流的第二閾值Ith2也被設(shè)定為與第三閾值Ith3相同的電流值。
[0053]由此，能夠使驅(qū)動電路24開始斷開第二開關(guān)元件20的時刻、和驅(qū)動電路34開始斷開第三開關(guān)元件30的時刻相同。因此，能夠防止因過電流Icpo的能量偏向第二開關(guān)元件20和第三開關(guān)元件30中的任意一個開關(guān)元件被消耗而使得該一個開關(guān)元件難以斷開。
[0054]圖5是表示第二開關(guān)元件20的短路故障在第一開關(guān)元件10的接通期間Tpon(參照圖2)發(fā)生時的升壓電路101的動作的另一個例子的時序圖。
[0055]第一驅(qū)動部13的驅(qū)動電路14在由過電流檢測電路15檢測到第一閾值Ithl以上的電流Icp流過第一開關(guān)元件10的情況下，通過在時刻tO將柵極電壓Vgp從高電平切換為低電平，來斷開第一開關(guān)元件10。
[0056]另一方面，第三驅(qū)動部33的驅(qū)動電路34在由過電流檢測電路35檢測到第三閾值Ith3以上的電流Icr流過第三開關(guān)元件30的情況下，通過在時刻tl將柵極電壓Vgr從高電平切換為低電平，來斷開第三開關(guān)元件30。第三閾值Ith3大于第一閾值Ithl。
[0057]當(dāng)即使第一開關(guān)元件10在時刻tO開始斷開，流過第一開關(guān)元件10以及第三開關(guān)元件30的過電流也不開始迅速降低而超過第一閾值Ithl的情況下，第三閾值Ith3能夠設(shè)定為大于第一閾值I th I的電流值。
[0058]這樣，在用于過電流檢測電路35檢測過電流的第三閾值Ith3被設(shè)定得比用于過電流檢測電路15檢測過電流的第一閾值Ithl大的情況下，驅(qū)動電路34開始斷開第三開關(guān)元件30的時刻tl比驅(qū)動電路14開始斷開第一開關(guān)元件10的時刻tO晚。
[0059]若第三開關(guān)元件30的斷開時刻tl比第一開關(guān)元件10的斷開時刻tO晚，則先開始斷開的第一開關(guān)元件10的集電極C與發(fā)射極E之間的電壓急速上升。由此，第一開關(guān)元件10的柵極電壓提升，第一開關(guān)元件10的損失增大。另一方面，由于因第一開關(guān)元件10先開始斷開使得第三開關(guān)元件30的電壓分擔(dān)減少，所以第三開關(guān)元件30的集電極C與發(fā)射極E之間的電壓減少，第三開關(guān)元件30的損失降低。
[0060]然而，即使第一開關(guān)元件10的柵極電壓提升，如果第一開關(guān)元件10能夠斷開，則只要第一開關(guān)元件10的損失不超過允許范圍，第三開關(guān)元件30的斷開時刻tl就可以比第一開關(guān)元件10的斷開時刻tO晚。即，第三閾值Ith3也可以被設(shè)定為比第一閾值Ithl大的電流值。[0061 ] 或者，當(dāng)?shù)谌撝礗 th3大于第一閾值I th I時，在比較小的過電流I cno ( S卩，峰值電流值比第一閾值Ithl高且比第三閾值Ith3低的過電流Icno)的情況下，能夠不使第三開關(guān)元件30斷開地使第一開關(guān)元件10斷開。即，在即使第三開關(guān)元件30不斷開第一開關(guān)元件10也能夠斷開的程度的大小的過電流Icno的情況下，能夠?qū)⒌谌_關(guān)元件30維持接通的狀態(tài)，防止第一開關(guān)元件10的短路故障。
[0062]同樣，即使第二開關(guān)元件20的柵極電壓提升，如果第二開關(guān)元件20能夠斷開，則只要第二開關(guān)元件20的損失不超過允許范圍，則第三開關(guān)元件30的斷開時刻tl也可以比第二開關(guān)元件20的斷開時刻tO晚。即，第三閾值Ith3也可以被設(shè)定為比第二閾值Ith2大的電流值。
[0063]同樣，當(dāng)?shù)谌撝礗th3大于第二閾值Ith2時，在比較小的過電流Icpo(g卩，峰值電流值比第二閾值Ith2高且比第三閾值Ith3低的過電流Icpo)的情況下，能夠不使第三開關(guān)元件30斷開地使第二開關(guān)元件20斷開。即，在即使第三開關(guān)元件30不斷開第二開關(guān)元件20也能夠斷開的程度的大小的過電流Icpo的情況下，能夠?qū)⒌谌_關(guān)元件30維持接通的狀態(tài)，防止第二開關(guān)元件20的短路故障。
[0064]另一方面，第三驅(qū)動部33的驅(qū)動電路34也可以在由過電流檢測電路35檢測到第三閾值I th3以上的電流I cr流過第三開關(guān)元件30之后第四閾值I th4以下的電流I cr流過第三開關(guān)元件30的情況下，通過在時刻t2將柵極電壓Vgr從高電平切換為低電平，來斷開第三開關(guān)元件30。第四閾值Ith4小于第三閾值Ith3。
[0065]由此，例如能夠防止在不能判斷第一開關(guān)元件10或者第二開關(guān)元件20是否因過電流的檢測而斷開的狀況下，第三開關(guān)元件30被錯誤斷開。第三驅(qū)動部33在由過電流檢測電路35檢測到電流Icr上升為第三閾值Ith3以上之后降低為第四閾值Ith4以下的情況下，能夠推斷為第一開關(guān)元件10或者第二開關(guān)元件20因過電流的檢測而斷開。
[0066]或者，第三驅(qū)動部33的驅(qū)動電路34也可以在由過電流檢測電路35檢測到第三閾值Ith3以上的電流Icr流過第三開關(guān)元件30之后電流Icr的上升率轉(zhuǎn)為負(fù)的情況下，通過將柵極電壓Vgr從高電平切換為低電平，來斷開第三開關(guān)元件30。由此，與上述相同，例如能夠防止在不能判斷第一開關(guān)元件10或者第二開關(guān)元件20是否因過電流的檢測而斷開的狀況下，第三開關(guān)元件30被錯誤斷開。
[0067]優(yōu)選第三開關(guān)元件30的斷開速度在第三閾值Ith3大于第一閾值Ithl的情況下，比第一開關(guān)元件10的斷開速度快，在第三閾值Ith3大于第二閾值Ith2的情況下，比第二開關(guān)元件20的斷開速度快。由此，第一開關(guān)元件10或者第二開關(guān)元件20開始斷開的時刻t0與第三開關(guān)元件30開始斷開的時刻tl之間的延遲時間被縮短。另外，第一開關(guān)元件10或者第二開關(guān)元件20開始斷開的時刻t0與第三開關(guān)元件30開始斷開的時刻t2之間的延遲時間被縮短。因此，能夠防止因過電流的能夠偏向任意一個開關(guān)元件被消耗而使得該任意一個開關(guān)元件難以斷開。
[0068]例如，使第三開關(guān)元件30的柵極電阻的電阻值小于第一開關(guān)元件10以及第二開關(guān)元件20的柵極電阻的電阻值。由此，能夠使第三開關(guān)元件30的斷開速度比第一開關(guān)元件10以及第二的開關(guān)元件20的斷開速度快。
[0069]圖6是表示升壓電路102的一個例子的構(gòu)成圖。升壓電路102是圖3的升壓電路101的具體的一個例子。引用對圖3的構(gòu)成的上述說明而省略對與圖3的構(gòu)成相同的構(gòu)成的說明。
[0070]升壓電路102具有上臂電路110、下臂電路120、以及半導(dǎo)體繼電器130。上臂電路110具有第一開關(guān)元件10和第一驅(qū)動部13，下臂電路120具有第二開關(guān)元件20和第二驅(qū)動部23，半導(dǎo)體繼電器130具有第三開關(guān)元件30和第三驅(qū)動部33。
[007?]第一開關(guān)元件10具有感測發(fā)射極(sense emitter)SE。感測發(fā)射極SE是根據(jù)電流Icp而輸出小于電流Icp的感測電流的感測電極。通過該感測電流流過電阻17，會產(chǎn)生與電流Icp的大小對應(yīng)的感測電壓Vsep。過電流檢測電路15具有比較器16和電阻17。在由比較器16檢測到比決定第一閾值Ithl的基準(zhǔn)電壓高的感測電壓Vsep的情況下，過電流檢測電路15可檢測為電流Icp上升到第一閾值Ithl以上。
[0072]同樣，過電流檢測電路25具有比較器26和電阻27。在由比較器26檢測到比決定第二閾值Ith2的基準(zhǔn)電壓高的感測電壓Vsen的情況下，過電流檢測電路25可檢測為電流Icn上升到第二閾值Ith2以上。
[0073]過電流檢測電路35具有產(chǎn)生感測電壓Vser的電阻37、被輸入感測電壓Vser的放大器36以及被輸入放大器36的模擬輸出的AD(Analog-to-Digital:模擬-數(shù)字)轉(zhuǎn)換器38。由此，過電流檢測電路35能夠基于AD轉(zhuǎn)換器38的轉(zhuǎn)換結(jié)果來檢測第三閾值Ith3以上的電流Icr流過第三開關(guān)元件30。或者，過電流檢測電路35能夠基于AD轉(zhuǎn)換器38的轉(zhuǎn)換結(jié)果來檢測第三閾值I th3以上的電流I cr流過第三開關(guān)元件30之后第四閾值I th4以下的電流I cr流過第三開關(guān)元件30。
[0074]圖7是表示升壓電路103的一個例子的構(gòu)成圖。升壓電路103是圖3的升壓電路101的另一個具體的例子。引用對圖3、6的構(gòu)成的上述說明而省略對與圖3、6的構(gòu)成相同的構(gòu)成的說明。
[0075]過電流檢測電路35具有產(chǎn)生感測電壓Vser的電阻37、和被輸入感測電壓Vser的比較器36a、36b。在由比較器36a檢測到比決定第三閾值Ith3的基準(zhǔn)電壓高的感測電壓Vser的情況下，過電流檢測電路35可檢測為電流Icr上升到第三閾值Ith3以上。另外，在由比較器36b檢測到比決定第四閾值Ith4的基準(zhǔn)電壓低的感測電壓Vser的情況下，過電流檢測電路35可檢測為電流Icr降低到第四閾值Ith4以下。
[0076]以上，通過實(shí)施方式對電力轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式。能夠在本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行與其他實(shí)施方式的一部分或者全部的組合、置換等各種變形以及改進(jìn)。
[0077]例如，電力轉(zhuǎn)換裝置并不局限于將直流電力升壓或者降壓的轉(zhuǎn)換器，例如也可以是在直流電力與交流電力之間進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換的逆變器等。例如，作為驅(qū)動3相式馬達(dá)的逆變器而使用的電力轉(zhuǎn)換裝置并聯(lián)地具備與3相式馬達(dá)的相數(shù)相同數(shù)目的三個由第一開關(guān)元件
10、第二開關(guān)元件20和第三開關(guān)元件30串聯(lián)連接而成的串聯(lián)電路。該情況下，連接于中間節(jié)點(diǎn)43的感應(yīng)性的負(fù)載42是馬達(dá)。
[0078]另外，例如在圖3中，第三開關(guān)元件30也可以相對于第一開關(guān)元件10在與中間節(jié)點(diǎn)43相反側(cè)的高壓側(cè)，串聯(lián)連接于第一開關(guān)元件10。該情況下，第三開關(guān)元件30被串聯(lián)插入第一開關(guān)元件1的高電位側(cè)的電極與電源電位的電流路徑44之間。
[0079]另外，第三開關(guān)元件30既可以串聯(lián)插入而連接于第二開關(guān)元件20與中間節(jié)點(diǎn)43之間，也可以串聯(lián)插入而連接于第一開關(guān)元件10與中間節(jié)點(diǎn)43之間。
[0080]另外，第三開關(guān)元件30的個數(shù)并不局限于一個，也可以是多個，一個或者多個第三開關(guān)元件30可以與第一開關(guān)元件10和第二開關(guān)元件20的至少一方串聯(lián)連接。
[0081 ] 另外，開關(guān)元件并不局限于IGBT，例如也可以是N溝道型的M0SFET(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor:金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)等。在MOSFE的情況下，在上述的說明中，“集電極”被置換為“漏極”，“發(fā)射極”被置換為“源極”。
[0082]另外，電容器51(參照圖6、7)也可以和第一開關(guān)元件10與第二開關(guān)元件20的串聯(lián)電路并聯(lián)連接。
[0083]附圖標(biāo)記說明
[0084]1、2..?開關(guān)元件；3.??負(fù)載;4、5..?驅(qū)動電路；10..?第一開關(guān)元件；13..?第一驅(qū)動部；20...第二開關(guān)元件；23...第二驅(qū)動部；30...第三開關(guān)元件；33...第三驅(qū)動部；43...中間節(jié)點(diǎn)；100、101、102、103...升壓電路；110...上臂電路；120...下臂電路；130...半導(dǎo)體繼電器。
【主權(quán)項】
1.一種電力轉(zhuǎn)換裝置，具備設(shè)置于高壓側(cè)的第一開關(guān)元件、和設(shè)置于低壓側(cè)的第二開關(guān)元件，且所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件串聯(lián)連接，其中， 所述電力轉(zhuǎn)換裝置具備與所述第一開關(guān)元件或者所述第二開關(guān)元件串聯(lián)連接的第三開關(guān)元件， 在檢測到因所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件中的一個開關(guān)元件的短路故障而產(chǎn)生的過電流流過另一個開關(guān)元件的情況下，斷開所述另一個開關(guān)元件和所述第三開關(guān)元件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其中，具備: 第一驅(qū)動部，在檢測到第一閾值以上的電流流過所述第一開關(guān)元件的情況下，斷開所述第一開關(guān)元件； 第二驅(qū)動部，在檢測到第二閾值以上的電流流過所述第二開關(guān)元件的情況下，斷開所述第二開關(guān)元件；以及 第三驅(qū)動部，在檢測到第三閾值以上的電流流過所述第三開關(guān)元件的情況下，斷開所述第三開關(guān)元件， 所述第三閾值為所述第一閾值以上并且為所述第二閾值以上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其中， 所述第一閾值和所述第二閾值相同。4.根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其中， 在所述第三閾值大于所述第一閾值的情況下，所述第三開關(guān)元件的斷開速度比所述第一開關(guān)元件的斷開速度快，在所述第三閾值大于所述第二閾值的情況下，所述第三開關(guān)元件的斷開速度比所述第二開關(guān)元件的斷開速度快。5.根據(jù)權(quán)利要求2?4中任意一項所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其中， 當(dāng)檢測到在所述第三閾值以上的電流流過所述第三開關(guān)元件之后小于所述第三閾值的第四閾值以下的電流流過所述第三開關(guān)元件的情況下，所述第三驅(qū)動部斷開所述第三開關(guān)元件。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其中，具備: 第一驅(qū)動部，在檢測到因所述第二開關(guān)元件的短路故障而產(chǎn)生的過電流流過所述第一開關(guān)元件的情況下，斷開所述第一開關(guān)元件； 第二驅(qū)動部，在檢測到因所述第一開關(guān)元件的短路故障而產(chǎn)生的過電流流過所述第二開關(guān)元件的情況下，斷開所述第二開關(guān)元件；以及 第三驅(qū)動部，在檢測到因所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件中的一個開關(guān)元件的短路故障而產(chǎn)生的過電流流過所述第三開關(guān)元件的情況下，斷開所述第三開關(guān)元件。
【文檔編號】H02M1/32GK105896940SQ201610068777
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年2月1日
【發(fā)明人】大西悠季生
【申請人】豐田自動車株式會社