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CN109104886B - 逆变器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明在根据过电流的产生而使开关元件关断时，减少开关元件的损耗。具备在直流电力与多个相的交流电力之间变换电力的逆变器电路的逆变器装置具备：向构成逆变器电路的多个开关元件(3)的每一个传递驱动信号的驱动电路(20)、和对在每个开关元件(3)中流动的电流进行检测的电流检测电路(26)，驱动电路(20)具备软关断电路(23)，该软关断电路(23)在由电流检测电路(26)检测出的电流为预先规定的过电流阈值以上的情况下，经由延迟电阻(Rs)传递驱动信号来使开关元件(3)关断，软关断电路(23)具备与延迟电阻(Rs)并联连接的电容器(Cs)。

Description

逆变器装置
技术领域
本发明涉及具备在直流电力与多个相的交流电力之间变换电力的逆变器电路的逆变器装置。
背景技术
经常从控制装置经由驱动电路对构成在直流与交流之间变换电力的逆变器电路的开关元件提供驱动信号。开关元件基于驱动信号被控制为从断开状态成为接通状态的开通(turn on)、从接通状态成为断开状态的关断(turn off)。另外，在接通状态的开关元件中流动超过基准的电流的情况下(过电流状态的情况下)，通过控制装置或驱动电路控制为该开关元件成为断开状态。例如，在下述表示编号的专利文献1中记载了在因短路等而流动过电流的情况下，使IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)的栅极电压断开(0V)(参照[0027]、[0030]、[0032] 等)。
然而，若在流动大电流的状态下开关元件紧急地关断，则会产生非常大的浪涌电压，有可能给开关元件带来大的损伤。因此，存在进行使驱动信号的变化变得缓慢来延长关断时的迁移时间的软关断(软开关)的情况。但是，在软关断(soft turnoff)中，因迁移时间变长，所以在开关元件中流动的电流减少的速度也变慢。因此，开关元件中的能量(损耗、热)与通常的关断相比，软关断有变大的趋势。
专利文献1:日本特开2012－151592号公报。
发明内容
鉴于上述背景，期望提供一种在根据过电流的产生而使开关元件关断时减少开关元件的损耗的技术。
作为一个方式，鉴于上述情况的、具备在直流电力与多个相的交流电力之间变换电力的逆变器电路的逆变器装置具备：
驱动电路，向构成上述逆变器电路的多个开关元件的每一个传递驱动信号，来使上述开关元件进行使上述开关元件从断开状态迁移为接通状态的开通、和使上述开关元件从接通状态迁移为断开状态的关断；以及
电流检测电路，对在每个上述开关元件中流动的电流进行检测，
上述驱动电路具备软关断电路，上述软关断电路在由上述电流检测电路检测出的电流为预先规定的过电流阈值以上的情况下经由延迟电阻传递上述驱动信号来使上述开关元件关断，
上述软关断电路具备与上述延迟电阻并联连接的电容器。
根据该结构，通过具备软关断电路，能够在伴随着过电流的产生而使开关元件关断时，抑制在开关元件产生的浪涌电压的大小。另外，通过软关断电路具备电容器，能够利用该电容器使开关元件的浮游电容所积蓄的电荷在关断时放电。即，能够通过软关断电路的延迟电阻，使开关元件的驱动信号的迁移变得缓慢，并且在迁移的初始，利用电容器的功能使驱动信号迅速地迁移。由于在迁移的初始，在开关元件中流动的电流也大，所以通过使驱动信号迅速地迁移，能够减少因在开关元件中流动的电流引起的能量(损耗、热)。这样，根据本结构，能够在根据过电流的产生而使开关元件关断时，减少开关元件的损耗。
逆变器装置的进一步的特征和优点根据针对参照附图而说明的实施方式的以下记载会变得明确。
附图说明
图1是示意性地表示逆变器装置的结构的电路框图。
图2是示意性地表示驱动电路的一个例子的电路框图。
图3是示意性地表示关断时的栅极电压以及元件电流的一个例子的波形图。
图4是示意性地表示软关断电路的其它例子的电路图。
图5是示意性地表示关断时的栅极电压以及元件电流的另一个例子的波形图。
图6是示意性地表示关断时的栅极电压以及元件电流的比较例的波形图。
具体实施方式
以下，基于附图对逆变器装置1的实施方式进行说明。如图1所示，逆变器装置1具备逆变器电路10，该逆变器电路10在直流电力与多个相的交流电力之间进行电力变换。在本实施方式中，例示与交流的旋转电机 80以及高压蓄电池11(直流电源)连接并在多个相的交流与直流之间变换电力的逆变器电路10。逆变器电路10经由接触器9与高压蓄电池11连接，并且与交流的旋转电机80连接而在直流与多个相的交流(此处为 3相交流)之间变换电力。逆变器电路10具备多个(此处为3个)由上段侧开关元件31和下段侧开关元件32的串联电路构成的交流1相份的臂 30。
旋转电机80例如能够为混合动力汽车、电动汽车等车辆的驱动力源。另外，旋转电机80既能够作为电动机发挥作用也能够作为发电机发挥作用。旋转电机80将经由逆变器电路10从高压蓄电池11供给的电力变换为驱动车辆的车轮的动力(动力运行)。或者，旋转电机80将从未图示的内燃机、车轮传递的旋转驱动力变换为电力，并经由逆变器电路10对高压蓄电池11进行充电(再生)。高压蓄电池11例如由镍氢电池、锂离子电池等二次电池(蓄电池)、双电层电容器等构成。在旋转电机80为车辆的驱动力源的情况下，高压蓄电池11是大电压大电容的直流电源，额定的电源电压例如是200～400[V]。
以下，将逆变器电路10的直流侧的正极电源线P与负极电源线N之间的电压称为直流链电压Vdc。在逆变器电路10的直流侧具备对直流链电压Vdc进行平滑化的平滑电容器(直流链电容器(dc-link capacitor)4)。直流链电容器4使根据旋转电机80的消耗电力的变动而变动的直流电压 (直流链电压Vdc)稳定。
如图1所示，在高压蓄电池11与逆变器电路10之间具备接触器9。具体而言，接触器9被配置在直流链电容器4与高压蓄电池11之间。接触器9能够将逆变器装置1的电气电路系统(直流链电容器4、逆变器电路10)与高压蓄电池11的电连接切断。即，逆变器电路10与旋转电机 80连接，并且经由接触器9连接在旋转电机80与高压蓄电池11之间。在接触器9为连接状态(闭合状态)下，高压蓄电池11和逆变器电路10(以及旋转电机80)电连接，在接触器9为开放状态(开路状态)下，高压蓄电池11与逆变器电路10(以及旋转电机80)的电连接被切断。
在本实施方式中，该接触器9是基于来自作为车辆内的上位控制装置之一的车辆ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)100(VHL-ECU) 的指令来进行开闭的机械继电器，例如被称为系统主继电器(SMR：System Main Relay)。接触器9在车辆的点火钥匙(IG钥匙)为接通状态(有效状态)时，继电器的触点闭合而成为导通状态(连接状态)，在IG钥匙为断开状态(非有效状态)时，继电器的触点打开而成为非导通状态(开放状态)。
如上述那样，逆变器电路10将具有直流链电压Vdc的直流电力变换为多个相(将n设为自然数则为n相，此处为3相)的交流电力并提供给旋转电机80，并且将旋转电机80发出的交流电力变换为直流电力并提供给直流电源。逆变器电路10构成为具有多个开关元件3。优选开关元件3 应用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)、功率 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)、SiC－MOSFET(Silicon Carbide-Metal Oxide Semiconductor FET：碳化硅-金属氧化物半导体场效应晶体管)、SiC－SIT (SiC-Static Induction Transistor：静电感应晶体管)、GaN－MOSFET (Gallium Nitride–MOSFET：氮化镓-场效应晶体管)等能够进行高频下的动作的功率半导体元件。如图1所示，在本实施方式中，使用IGBT作为开关元件3。如图2所示，开关元件3具备集电极端子C、发射极端子 E、栅极端子G(控制端子)。
例如在直流与多个相的交流之间进行电力变换的逆变器电路10由如公知那样具有与多个相的每个相对应的数量的臂30的桥接电路构成。即，如图1所示，在逆变器电路10的直流正极侧(正极电源线P)与直流负极侧(负极电源线N)之间串联连接两个开关元件3来构成一个臂30。在 3相交流的情况下，该串联电路(一个臂30)被3线路(3相)并联连接。即，构成一组串联电路(臂30)与旋转电机80的U相、V相、W相所对应的定子线圈8的每一个对应的桥接电路。
臂30的中间点、即正极电源线P一侧的开关元件3(上段侧开关元件31)与负极电源线N侧的开关元件3(下段侧开关元件32)的连接点分别与旋转电机80的3相的定子线圈8连接。此外，具备将从负极“N”朝向正极“P”的方向(从下段侧朝向上段侧的方向)设为正向而与各开关元件3并联连接的续流二极管5。
如图1所示，逆变器电路10被逆变器控制装置50(CTRL)控制。逆变器控制装置50以微型计算机等逻辑电路为核心部件而构建。例如，逆变器控制装置50基于从车辆ECU100等其它控制装置等作为请求信号而提供的旋转电机80的目标转矩来进行使用了向量控制法的电流反馈控制，并经由逆变器电路10来控制旋转电机80。在旋转电机80的各相的定子线圈8中流动的实际电流由电流传感器12来检测，逆变器控制装置 50获取其检测结果。另外，旋转电机80的转子在各时刻的磁极位置由例如解析器等旋转传感器13来检测，逆变器控制装置50获取其检测结果。逆变器控制装置50使用电流传感器12以及旋转传感器13的检测结果来执行电流反馈控制。逆变器控制装置50为了电流反馈控制而构成为具有各种功能部，各功能部通过微型计算机等的硬件和软件(程序)的配合来实现。对于电流反馈控制而言，由于是公知的，所以此处省略详细的说明。
另外，构成逆变器电路10的各开关元件3的控制端子(例如IGBT 的栅极端子G)经由驱动电路20(DRV)与逆变器控制装置50连接，被分别独立地进行开关控制。车辆ECU100、生成开关控制信号的逆变器控制装置50以微型计算机等为核心而构成，且动作电压(电路的电源电压) 与用于驱动旋转电机80的高压级电路大不相同。在多数的情况下，除了高压蓄电池11之外，在车辆还搭载与高压蓄电池11相比为低电压(例如 12～24[V])的电源即低压蓄电池(未图示)。车辆ECU100、逆变器控制装置50的动作电压例如是5[V]或3.3[V]，从低压蓄电池被供给电力而进行动作。
因此，逆变器装置1具备驱动电路20，该驱动电路20分别提高针对各开关元件3的开关控制信号(在IGBT的情况下，为栅极驱动信号(驱动信号))的驱动能力(例如电压振幅、输出电流等使后级的电路动作的能力)并进行中继。由低压级电路的逆变器控制装置50生成的驱动信号经由驱动电路20作为高压电路系统的驱动信号被供给至逆变器电路10。低压级电路和高压级电路在多数的情况下相互绝缘，此时，驱动电路20 例如利用光电耦合器或变压器等绝缘元件、驱动器IC来构成。
图2示出驱动电路20的一个例子。图2例示了针对于一个开关元件 3的驱动电路20的结构。驱动电路20以驱动器IC21为核心而构成。驱动器IC21具备被线与(wired or)连接并与开关元件3的栅极端子G连接的3个输出端子(OUTH、OUTL、SOFT)。在从3个输出端子内的任意一个输出信号时，其它两个输出端子为高阻抗(HiZ)状态。
OUTH端子是输出高状态的驱动信号的端子。该驱动信号通过使断开状态的开关元件3开通为接通状态并继续高状态，来将开关元件3维持为接通状态。OUTL端子是输出低状态的驱动信号的端子。该驱动信号通过使接通状态的开关元件3关断为断开状态并继续低状态，来将开关元件3 维持为断开状态。OUTH端子经由第一阻尼电阻R1与开关元件3的栅极端子G连接，OUTL端子经由第二阻尼电阻R2与开关元件的栅极端子G 连接。
SOFT端子是与OUTL端子同样地输出低状态的驱动信号的端子。但是，SOFT端子经由电阻值比第一阻尼电阻R1以及第二阻尼电阻R2大的延迟电阻Rs(软关断电阻)与开关元件3的栅极端子G连接。因此，从 SOFT端子输出驱动信号的情况与从OUTL端子输出驱动信号的情况相比，栅极电压Vge(栅极－发射极间电压)的迁移时间变长。结果，开关元件3关断时的迁移时间也变长，可实现所谓的软关断(软开关)。在延迟电阻Rs并联连接有电容器Cs，但对此将后述。
开关元件3还具有感测端子S，该感测端子S用于检测在开关元件3 中流动的电流(元件电流：集电极－发射极间电流Ice)。在感测端子S中流动以集电极－发射极间电流Ice的数千分之一～数百分之一与集电极－发射极间电流Ice成比例的电流。在感测端子S串联连接有分流电阻Rc。通过检测分流电阻Rc的端子间电压来检测集电极－发射极间电流Ice。
驱动电路20具备过电流判定电路25，该过电流判定电路25对分流电阻Rc的端子间电压和基准电压ref进行比较，并在端子间电压为基准电压ref以上的情况下判定为流动过电流。在本实施方式中，过电流判定电路25在判定为流动过电流的情况下输出高状态的信号，而在判定为没有流动过电流的情况下输出低状态的信号。过电流判定电路25的检测结果被输入至驱动器IC21的OC端子。在过电流判定电路25判定为在开关元件3中流动过电流的情况下，驱动器IC输出低状态的驱动信号。分流电阻Rc以及过电流判定电路25也能够称为检测是否在开关元件3中流动过电流的过电流检测电路26。另外，过电流判定电路25的基准电压ref相当于过电流阈值。
另外，在开关元件3的元件电流(集电极－发射极间电流Ice)大的情况下，若开关元件3紧急地关断，则有时在开关元件3的集电极－发射极间电压Vce产生大的浪涌电压。这样的浪涌电压有可能给开关元件3带来损伤，降低寿命。通过使关断时的迁移时间变得缓慢，能够抑制浪涌电压。因此，在产生了过电流的情况下，与从OUTL端子输出驱动信号的情况相比，通过从驱动信号的迁移时间变长的SOFT端子输出驱动信号来执行软关断(软开关)。
但是，在软关断中，由于集电极－发射极间电流Ice缓慢地减少，所以由电流(Ice)引起的能量(损耗、热)变大。鉴于此，驱动电路20具备软关断电路23，该软关断电路23具有用于实现软关断的延迟电阻Rs、和与延迟电阻Rs并联连接以便能够减少关断时的损耗的电容器Cs。以下，对电容器Cs的功能进行说明。
在开关元件3的栅极端子G存在浮游电容。因此，在开通时，需要用于对该浮游电容进行充电的电荷，由于该充电，迁移时间变长。另外，在关断时，需要使充电到浮游电容的电荷放电，由于该放电，迁移时间变长。与延迟电阻Rs并联连接的电容器Cs在关断时使栅极端子G的电荷放电。即，软关断电路23通过延迟电阻Rs来延长栅极电压Vge的迁移时间而实现软关断，并且通过电容器Cs来使栅极端子G的电荷(Qg)放电而缩短栅极电压Vge的迁移时间。
图3的波形图示意性地示出关断时的栅极电压Vge以及元件电流 (Ice)的一个例子。上段示出栅极电压Vge(栅极－发射极间电压)，下段示出开关元件3的元件电流(集电极－发射极间电流Ice)。若元件电流 (Ice)上升而超过过电流阈值TH(第一过电流阈值TH1)，则经过由过电流检测电路26检测的检测时间、从SOFT端子输出驱动信号所需的响应时间Tres，栅极电压Vge开始降低。在软关断电路23不具备电容器Cs 的情况下，如图3中用假想线所示，栅极电压Vge降低，元件电流(Ice) 也追随而降低。在软关断电路23具备电容器Cs的情况下，如图3中实线所示，栅极电压Vge降低，元件电流(Ice)也追随而降低。被假想线和实线围起的区域“E1”表示通过软关断电路23具备电容器Cs而减少的能量(损耗、热)。
在开关元件3为IGBT的情况下，在元件的结构上，如图3所示，栅极电压Vge呈阶梯状地变化。电容器Cs至少使直到栅极电压Vge达到阶梯状的中间值为止的时间缩短。此外，即使具备电容器Cs，由于元件电流(Ice)不是一口气下降到零，所以也可抑制开关元件3的集电极－发射极间产生的浪涌电压。
如以上参照图1～图3所说明那样，具备在直流电力与多个相的交流电力之间变换电力的逆变器电路10的逆变器装置1具备：向构成逆变器电路10的多个开关元件3的每一个传递驱动信号的驱动电路20、和对在每个开关元件3中流动的电流进行检测的电流检测电路(分流电阻Rc)。驱动电路20传递驱动信号来使开关元件3进行使开关元件3从断开状态迁移为接通状态的开通、和使开关元件3从接通状态迁移为断开状态的关断。另外，驱动电路20具备软关断电路23，该软关断电路23在由电流检测电路(分流电阻Rc)检测出的电流为预先规定的过电流阈值(例如 TH1)以上的情况下经由延迟电阻Rs传递驱动信号来使开关元件3关断。软关断电路23还具备与延迟电阻Rs并联连接的电容器Cs。
如上述那样，电容器Cs是为了使栅极电荷放电而设置的。因此，优选电容器Cs具有与栅极电荷对应的电容。如参照图3所上述那样，通过缩短呈阶梯状迁移的栅极电压Vge的第一段(前半部分)的迁移时间，能够有效利用软关断，并且迅速地减少元件电流(Ice)。栅极电压Vge大体上在2个阶段各变化1/2左右。因此，优选电容器Cs具有最大能够使充电到栅极端子G的电荷量(Qg)的约1/2放电的电容。
具体而言，优选电容器Cs的电容被设定为在将使开关元件3开通时的栅极端子G(控制端子)的充电电荷量设为“Qg”、使开关元件3开通时向栅极端子G施加的控制端子电压设为“Vge”、电容器Cs的电容设为“Cs”时，满足“Cs≤(Qg/2)/Vge”的关系。换言之，优选电容器 Cs的电容被设定为基于使开关元件3开通时的栅极端子G的充电电荷量 Qg和使开关元件3开通时向栅极端子G施加的控制端子电压(栅极电压 Vge)的、该栅极端子G的寄生电容的1/2以下。
此外，为了抑制流入电容器Cs的冲击电流、抑制因栅极电压Vge紧急地降低而产生的栅极电压Vge的波动，如图4所示，优选软关断电路 23具备与电容器Cs串联连接的限制电阻Rr。该限制电阻Rr是电阻值比延迟电阻Rs小的电阻器。
如上述那样，接触器9在车辆的点火钥匙(IG钥匙)为接通状态(有效状态)时成为连接状态，在IG钥匙为断开状态(非有效状态)时成为开放状态。在通常动作时，根据IG钥匙的状态也控制接触器9的开闭状态。然而，在IG钥匙为接通状态时因电气系统的不良状况、对车辆的较大的冲击等，接触器9有时会成为开放状态。例如，存在在向接触器9的电源供给被切断的情况下、接触器9的驱动电路产生不良状况的情况下、接触器9周边的电路产生断线的情况下、接触器9因振动、冲击等而机械地移动的情况下等接触器9成为开放状态的情况。若接触器9成为开放状态，则从高压蓄电池11向逆变器电路10侧的电力的供给被切断。同样，从旋转电机80经由逆变器电路10向高压蓄电池11的电力的再生也被接触器9切断。
此时，若旋转电机80正在旋转，则旋转电机80因惯性而继续旋转。定子线圈8中积蓄的电力经由逆变器电路10对直流链电容器4进行充电，由此存在直流链电容器4的端子间电压(直流链电压Vdc)在短时间上升的情况。若为了应对直流链电压Vdc的上升而使直流链电容器4大电容化、高耐压化，则带来电容器的体积的增大。另外，也需要逆变器电路10的高耐压化。结果，妨碍逆变器装置1的小型化，也影响部件成本、制造成本、产品成本。
因此，在接触器9成为开放状态的情况下，有时执行将多个相(此处为3相)全部的臂30的上段侧开关元件31控制为接通状态的上段侧主动短路(Active Short Circuit)控制、以及将多个相(3相)全部的臂30的下段侧开关元件32控制为接通状态的下段侧主动短路控制中的任意一个主动短路控制。若执行主动短路控制，则定子线圈8中积蓄的电力在定子线圈8与逆变器电路10的开关元件3之间环流。电流(环流电流)具有的能量在开关元件3、定子线圈8等中通过热等被消耗。
在执行主动短路控制的情况下流动的环流电流有时比参照图3所例示的第一过电流阈值TH1大。该情况下，虽然正执行主动短路控制，但驱动电路20的过电流保护功能起作用，导致使为了主动短路控制而被控制为接通状态的开关元件3关断。作为该对策，可考虑将过电流阈值设定为比第一过电流阈值TH1以及环流电流的规格上的最大值(Iasc)大的第二过电流阈值TH2(参照图5以及图6)。
图6例示出如此将过电流阈值设为第二过电流阈值TH2的情况下的栅极电压Vge、和元件电流(Ice)。图6是后述的图5的比较例，例示出软关断电路23不具备与延迟电阻Rs并联连接的电容器Cs的情况下的特性。
图5以及图6的波形图示意性地表示关断时的栅极电压Vge以及元件电流(Ice)的一个例子。图5例示出如图2所示那样软关断电路23具备与延迟电阻Rs并联连接的电容器Cs的情况下的特性。图6是图5的比较例，例示出软关断电路23不具备与延迟电阻Rs并联连接的电容器Cs的情况下的特性。
如图5以及图6所示，若将过电流阈值从第一过电流阈值TH1变更为比“TH1”大的第二过电流阈值TH2，则检测过电流的时刻延迟检测延迟时间Td。当然，经过响应时间Tres的时间也延迟检测延迟时间Td。结果，如图5以及图6所示，栅极电压Vge开始降低的时刻也延迟，元件电流(Ice)开始降低的时刻也延迟。在软关断电路23不具备电容器Cs的情况下，如图6所示，与过电流阈值TH为“TH1”的情况相比，在“TH2”的情况下，因元件电流(Ice)引起的能量(损耗、热)变大“E2”以及“E3”的量。
然而，在软关断电路23具备电容器Cs的情况下，如参照图3所上述那样，电容器Cs在关断时使栅极端子G的电荷放电。由此，如图5所示，至少直到栅极电压Vge达到阶梯状的中间值为止的时间缩短。在图6所示的比较例中，直到元件电流(Ice)降低到中间值为止，与过电流阈值TH 为“TH1”的情况相比，在“TH2”的情况下，能量(损耗、热)变大“E2”的量。然而，通过利用电容器Cs使栅极端子G的电荷放电，如图5所示，能够从“E2”减少“E1”的量。
如参照图3所上述那样，电容器Cs的电容被设定为适当的值，以使得元件电流(Ice)不会一口气下降到零。因此，即使缩短关断时的迁移时间，也维持软关断的功能，可抑制开关元件3的集电极－发射极间所产生的浪涌电压。因此，元件电流(Ice)从中间值降低降低到零时的能量(损耗、热)在软关断电路23具备电容器Cs的情况下(图5)和不具备电容器Cs的情况下(图6)几乎等效，此处都为“E3”。因此，通过使过电流阈值从“TH1”上升为“TH2”而增大的能量(损耗·热)为“E2－E1+ E3”。
这样，由于能够通过电容器Cs来抑制能量(损耗、热)的增大，所以优选根据在逆变器电路10为主动短路状态(后述)下，在被控制为接通状态的开关元件3中流动的电流(Iasc)来设定过电流阈值TH。即，如上述那样，优选过电流阈值TH被设定为比在逆变器电路10为主动短路状态下流动的环流电流的规格上的最大值(Iasc)大的第二过电流阈值 TH2。此外，在第一过电流阈值TH1大于环流电流的规格上的最大值(Iasc) 的情况下，第二过电流阈值TH2有可能为第一过电流阈值TH1以下。此时，过电流阈值TH被设定为第一过电流阈值TH1。
但是，在主动短路状态下，如上述那样环流电流在旋转电机80的定子线圈8和逆变器电路10的开关元件3中环流，环流电流的能量在定子线圈8以及逆变器电路10中成为热而被消耗。因此，考虑到定子线圈8 以及逆变器电路10的耐热等，并不妨碍将过电流阈值TH设定为比环流电流的规格上的最大值(Iasc)小的值。例如，也存在对直流链电容器4 另外设置放电电路的情况。在那样的情况下，可以组合执行对直流链电容器4的充电和主动短路控制。
例如，在开始了主动短路控制时，若环流电流超过过电流阈值TH而使开关元件3关断，则定子线圈8中积蓄的能量对直流链电容器4进行充电。而且，若直流链电压Vdc上升，则可以再次开始主动短路控制等断续地重复主动短路控制。由于可认为与第一次的环流电流相比，第二次以后的环流电流的大小降低，所以第二次转移的主动短路控制有可能能够连续地执行。在能够进行这样的控制的情况下，可以将过电流阈值TH设定为比环流电流的规格上的最大值(Iasc)小的值。优选包括大于和小于环流电流(Iasc)的情况，过电流阈值TH根据环流电流(Iasc)来设定。
其中，“逆变器电路10为主动短路状态”是指正对逆变器电路10执行上段侧主动短路控制以及下段侧主动短路控制中的任意一个主动短路控制的状态。因此，将是多个相全部的臂30的上段侧开关元件31被控制为接通状态的状态(上段侧主动短路状态)、以及多个相全部的臂30的下段侧开关元件32被控制为接通状态的状态(下段侧主动短路状态)中的任意一个状态称为逆变器电路10是主动短路状态。
次外，本说明书中公开的实施方式在全部的点上仅是例示。因此，在不脱离本公开主旨的范围内，能够适当地进行各种改变。
〔实施方式的概要〕
以下，简单地对上述说明的逆变器装置(1)的概要进行说明。
作为一个方式，具备在直流电力与多个相的交流电力之间变换电力的逆变器电路(10)的逆变器装置(1)具备：
驱动电路(20)，向构成上述逆变器电路(10)的多个开关元件(3) 的每一个传递驱动信号，来使上述开关元件(3)进行使上述开关元件(3) 从断开状态迁移为接通状态的开通、和使上述开关元件(3)从接通状态迁移为断开状态的关断；以及
电流检测电路(26)，对在每个上述开关元件(3)中流动的电流进行检测，
上述驱动电路(20)具备软关断电路(23)，该软关断电路(23)在由上述电流检测电路(26)检测出的电流为预先规定的过电流阈值(TH) 以上的情况下，经由延迟电阻(Rs)传递上述驱动信号，来使上述开关元件(3)关断，
上述软关断电路(23)具备与上述延迟电阻(Rs)并联连接的电容器 (Cs)。
根据该结构，通过具备软关断电路(23)，能够在伴随着过电流的产生而使开关元件(3)关断时，抑制在开关元件(3)产生的浪涌电压的大小。另外，通过在软关断电路(23)具备电容器(Cs)，能够利用该电容器(Cs)使开关元件(3)的浮游电容中积蓄的电荷在关断时放电。即，能够通过软关断电路(23)的延迟电阻(Rs)，使开关元件(3)的驱动信号的迁移变得缓慢，并且在迁移的初始，利用电容器(Cs)的功能使驱动信号迅速地迁移。由于在迁移的初始，在开关元件(3)中流动的电流也大，所以通过使驱动信号迅速地迁移，能够减少因开关元件(3)中流动的电流引起的能量(损耗、热)。这样，根据本结构，在根据过电流的产生来使开关元件(3)关断时，能够减少开关元件(3)的损耗。
作为一个优选的方式，在将使上述开关元件(3)开通时的控制端子 (G)的充电电荷量设为Qg、使上述开关元件(3)开通时向控制端子(G) 施加的控制端子电压设为Vge、上述电容器(Cs)的电容设为Cs时，上述电容器(Cs)的电容被设定为满足Cs≤(Qg/2)/Vge。
在开关元件(3)的控制端子(G)存在浮游电容。例如即使在开通时将驱动信号赋予给控制端子(G)，控制端子(G)的电压的变化也根据对该浮游电容进行充电的时间而延迟。在关断时，需要使充电到浮游电容的电荷放电，控制端子(G)的电压的变化根据浮游电容放电的时间而延迟。在关断时，为了抑制控制端子(G)的电压的变化的延迟，只要使充电到控制端子(G)的电荷放电即可。然而，若使电荷过放电，则设置软关断电路(23)来调整关断的迁移时间的效果变小，在关断时，也较难抑制在开关元件(3)产生的浪涌电压。由于在开关元件(3)中流动的电流与控制端子(G)的电压大致成比例，所以如果控制端子(G)的电压的迁移期间的前半部分的迁移速度变快，则使该电流减少的效果也变大。因此，在关断的开始时放电的电荷大体上为控制端子(G)的充电电荷量Qg 的1/2以下左右是足够的。因此，优选如上述公式那样设定电容器(Cs) 的电容。由此，能够有效利用软关断的效果，并且迅速地减小开关元件(3) 中流动电流(Ice)。
另外，作为一个优选的方式，上述逆变器电路(10)与交流的旋转电机(80)以及直流电源(11)连接，在多个相的交流与直流之间变换电力，并具备多个由上段侧开关元件(31)和下段侧开关元件(32)的串联电路构成的交流1相份的臂(30)，根据在主动短路状态中，在被控制为接通状态的上述开关元件(3)中流动的电流(Iasc)来设定上述过电流阈值(TH)，该主动短路状态是将多个相全部的上述臂(30)的上述上段侧开关元件(31)控制为接通状态的状态、以及将多个相全部的上述臂(30) 的上述下段侧开关元件(32)控制为接通状态的状态中的任意一个状态。
在逆变器电路(10)为主动短路状态的情况下，旋转电机(80)的定子线圈(8)中积蓄的能量在定子线圈(8)与逆变器电路(10)之间环流。因此，根据逆变器电路(10)成为主动短路状态时的旋转电机(80)的状态(旋转速度等)，存在环流非常大的电流的情况。在该电流的大小大于过电流阈值(TH)的情况下，保护功能起作用，导致开关元件(3)被关断，有可能消除主动短路状态。因此，优选过电流阈值被设定为在需要主动短路状态的情况下不会妨碍主动短路状态、且能够适当地进行过电流保护。例如，在需要主动短路状态的状态下，并且流动超过过电流阈值(TH) 那样的电流(Ice)的情况下，通过过电流保护功能适当地使开关元件(3) 关断。然而，由于根据在主动短路状态下，在被控制为接通状态的开关元件(3)中流动电流(Iasc)来设定过电流阈值(TH)，所以达到关断的定时延迟。因此，在能够允许在开关元件(3)中流动的电流(Ice)的范围内，适当地继续主动短路状态。
另外，上述软关断电路(23)具备电阻器(Rr)，该电阻器(Rr)的电阻值比上述延迟电阻(Rs)小并与上述电容器(Cs)串联连接。
在关断时，存在冲击电流流入电容器(Cs)、控制端子(G)的电压急剧地降低而控制端子(G)的电压产生波动的情况。为了抑制这样的冲击电流、波动，优选设置对流入电容器(Cs)的电流进行限制的电阻器(Rr)。
符号说明
1：逆变器装置；3：开关元件；10：逆变器电路；11：高压蓄电池(直流电源)；20：驱动电路；23：软关断电路；30：臂；31：上段侧开关元件；32：下段侧开关元件；80：旋转电机；Cs：电容器；G：栅极端子； Qg：充电电荷量；Rc：分流电阻(电流检测电路)；Rr：限制电阻(电阻器)；Rs：延迟电阻；TH：过电流阈值；TH1：第一过电流阈值(过电流阈值)；TH2：第二过电流阈值(过电流阈值)；Vge：栅极电压(控制端子电压)；ref：基准电压(过电流阈值)。

Claims (3)

1.一种逆变器装置，具备在直流电力与多个相的交流电力之间变换电力的逆变器电路，其中，上述逆变器装置具备：
驱动电路，向构成上述逆变器电路的多个开关元件的每一个传递驱动信号，来使上述开关元件进行使上述开关元件从断开状态迁移为接通状态的开通、和使上述开关元件从接通状态迁移为断开状态的关断；以及
电流检测电路，对在每个上述开关元件中流动的电流进行检测，
上述驱动电路具备软关断电路，上述软关断电路在由上述电流检测电路检测出的电流为预先规定的过电流阈值以上的情况下经由延迟电阻传递上述驱动信号来使上述开关元件关断，
上述软关断电路具备与上述延迟电阻并联连接的电容器，
上述逆变器电路与交流的旋转电机以及直流电源连接而在多个相的交流与直流之间变换电力，并具备多个由上段侧开关元件和下段侧开关元件的串联电路构成的交流1相份的臂，
根据在主动短路状态中，在被控制为接通状态的上述开关元件中流动的电流来设定上述过电流阈值，其中，上述主动短路状态是将多个相全部的上述臂的上述上段侧开关元件控制为接通状态的状态、以及将多个相全部的上述臂的上述下段侧开关元件控制为接通状态的状态中的任意一个状态。
2.根据权利要求1所述的逆变器装置，其中，
在将使上述开关元件开通时的控制端子的充电电荷量设为Qg、将使上述开关元件开通时向控制端子施加的控制端子电压设为Vge、将上述电容器的电容设为Cs时，上述电容器的电容被设定为满足Cs≤(Qg/2)/Vge。
3.根据权利要求1或2所述的逆变器装置，其中，
上述软关断电路具备电阻值比上述延迟电阻小并与上述电容器串联连接的电阻器。
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