提供了一种控制功率转换装置的方法以及该功率转换装置，其中可缓解由构成功率转换装置的多个功率半导体开关元件同时改变其状态引起的电磁噪声的增加。在该方法中，检测输入到功率半导体开关元件的导通/截止脉冲的状态变化，并且当任意两个导通/截止脉冲的状态变化的定时相匹配时，延迟其状态变化相匹配的任一导通/截止脉冲的状态变化。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，具体地涉及用于抑制在构成功率转换器的功率半导体开关元件的开关操作中生成的电磁噪声的技术。
技术介绍
诸如用于驱动电动机的逆变器之类的功率转换器输出用于通过开关功率半导体元件来控制作为负载的电动机的功率。诸如IGBT (绝缘栅双极晶体管)或MOS-FET (金属氧化硅场效应晶体管)之类的自消弧型功率半导体元件已知为以上所述的功率半导体元件。在下文中，IGBT用于描述功率半导体元件。具有存储在一个封装中的功率半导体元件(诸如IGBT)的功率半导体模块被用作功率转换器。所谓的智能功率模块(在下文中称为“IPM”)已投入到实际使用中。IPM通过将多个IGBT、用于驱动这些IGBT的驱动电路、用于保护IGBT免遭过电流及其他异常状态的保护电路、以及驱动电路的绝缘电源存储在一个封装中而获取。图8是示出IPM的外观的示图。树脂容器200具有连接到高电压大电流的主电路部分的主端子2a、2b。容器200的内部设置有用于将外部驱动IGBT的导通/截止(0N/0FF)信号输出到IGBT(未示出)的驱动电路或者用于将驱动电源连接到驱动电路的控制端子2c。图10是示出用于驱动电动机的逆变器的电路配置的示图。在图10中，附图标记I表不通过对商用电源整流而获取的DC电源,2表不IPM,并且5表不用作负载的电动机。IPM2连接在DC电源I的正电极和负电极之间。作为功率半导体元件的两个IGBT3U、3X串联连接在IPM2中的正电极和负电极(在端子2a之间)之间。另外，回流二极管(FWD) 4U、4X与IGBT3U、3X反并联连接。该串联电路根据负载的相的数量并联连接在电源之间(例如，在驱动三相电动机的情况下为三个电路)。在图10中，由于负载5有三相，因此IGBT3V、3Y、3W、3Z以及FWD4V、4Y、4W、4Z与IGBT3U、3X以及FWD4U、4X并联连接。通过交替地开关垂直地串联连接的这些IGBT JfDC电源I的DC功率转换成具有任意频率和电压的AC功率，该AC功率随后从端子2b输出。电动机5供应有从端子2b输出的AC功率，并且作为负载以可变的速度驱动。在图10中，附图标记6表示缓冲电容器，并且7表示驱动电路。附图标记2a、2b和2c对应于图8所示的IPM2的容器200的端子。供应给IGBT (3U至3W、3X至3Z)的各个栅极的导通/截止信号的图案一般通过PWM控制来获取。用于驱动各个IGBT的导通/截止信号由IPM2的外部控制电路生成。在图10中，附图标记20表示设置在IPM2外部的控制电路。附图标记8至10表不用于输出各相的输出电压命令值Vu、Vv和Vw的电压命令电路,这些输出电压命令值由IPM2 (用于驱动电动机的逆变器电路)输出。通过比较器11将这些电压命令电路8至10的输出电压命令值Vu、Vv和Vw与从载波生成电路12输出的载波CW进行比较，以确定PWM图案。通过脉冲分配电路13生成PWM图案作为到各个IGBT (3U至3W、3X至3Z)的导通/截止信号(脉冲PUUPVl、PWUPXl、PYUPZl )。所生成的导通/截止信号被发送到IPM2的端子2c。图9是用于生成以上所述的PWM图案的方法的时序图。三相逆变器将从电压命令电路8、9和10输出且其相位彼此相差120°的三个输出电压命令值Vu、Vv和Vw的电平与从载波生成电路12输出的载波CW的电平进行比较(参见图9(a))。在与输出电压命令值相对应的正弦波的电平大于载波CW的电平的情况下，将导通信号施加到各相的上臂中的IGBT，并且将截止信号施加到下臂中的IGBT。例如，将U相输出电压命令值Vu与载波CW进行比较。当U相输出电压命令值Vu大于载波CW时，将导通信号施加到构成上臂的IGBT3U，并且将截止信号施加到构成相同相的下臂的IGBT3X。类似地，对V相和W相输出电压命令值进行同样的比较，并且确定各相的IGBT3V、3Y、3W、3Z的导通/截止图案。这些导通/截止信号被输入到IPM2的端子2c，并且以IGBT可由驱动电路7驱动的方式放大，由此驱动IGBT。通过垂直地交替串联连接的IGBT (3U至3W、3X至3Z)，将DC电源I的DC功率作为具有受控频率和电压的AC功率供应给电动机5。在图10所示的用于驱动电动机的逆变器中，IGBT (3U至3W、3X至3Z)开关IPM2中的高电压大电流的DC电源。为此，在开关时生成的电磁噪声的增加成为问题。电磁噪声的生成引起安装在用于驱动电动机的逆变器附近的其他设备中的误差，并且生成无线电等中的噪声。因此，构成功率转换器(诸如用于驱动电动机的逆变器)的IGBT的开关操作的特性要求生成较少的噪声。图7是示出生成电磁噪声的原因的示意图。图7 (a)是示意性地示出IPM2的U相的示图。如图10所示，出于控制在开关各相的IGBT (3U至3W、3X至3Z)时生成的峰值电压的目的，具有低阻抗的电容器(缓冲电容器)6连接在IPM的DC端子2a之间。缓冲电容器6的电容、布线上的寄生电感、以及每一 IGBT (3U至3W、3X至3Z)和每一 FWD (4X至4W、4X至4Z)之间的P-N结的电容构成LC串联谐振电路。开关IGBT/FWD使串联谐振电路谐振，且使图7(a)中的虚线所示的高频谐振电流流过。该高频谐振电流生成磁场，从而产生噪声。在一些情况中，为了获取电流容量，在IPM2中，通过并联连接多个元件来配置各相的 IGBT (3U 至 3W、3X 至 3Z)和 FffD (4X 至 4W、4X 至 4Z)。图7(b)示出构成U相的两对元件并联连接的情况。换句话说，图7(b)所示的IGBT3XU3X2对应于图7(a)所示的IGBT3X。同样适用于其他元件。在图7(b)中，IGBT3X1、3X2同时导通/截止。因此，两个高频谐振电流流动并且在DC端子2a之间彼此重叠，如虚线所示。为此，与图7(a)所示的情况相比，电磁噪声趋于增加。如上所述，降低开关IGBT的速度以抑制高频电流的生成一般是有效的。开关IGBT的速度指示IGBT截止和IGBT导通之间的时间段、以及IGBT导通和IGBT截止之间的时间段。作为降低开关速度的结果，IGBT的导通状态缓慢地变成截止状态，从而防止高频谐振电流的生成。然而，由于开关损耗增加，因此开关速度的过度降低不是优选的。即使在开关速度降低时，电磁噪声在特定相的IGBT或FWD以及另一相的IGBT或FffD同时开关时进一步增加。多个相的这种同时开关在多个相的电压命令值彼此相等时发生。多个相的同时开关在图9所示的点(A)和(B)处发生。在点(A)处，U相电压命令的波形与V相电压命令的波形相等。当在尺寸方面将这些电压命令值与载波进行比较时，将导通信号同时施加到U相IGBT (3U)和V相IGBT (3V)，并且将截止信号同时施加到X相IGBT (3X)和Y相IGBT(3Y)，如图10所示。类似地，在点(B)处，U相电压命令值和W相电压命令值彼此相等。因此，将开关信号同时施加到U相IGBT (3U)和W相IGBT (3W)以及X相IGBT (3X)和Z相IGBT (3Z)。图8是示出多个相同时开关的波形图。举例而言，如在图6的点(A)处所示，当如图11(a)所示U相IGBT (3U)导通且同时本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.09.24 JP 2010-2132231.一种具有多个功率半导体开关元件的功率转换器的控制方法，所述控制方法包括以下步骤 检测分别输入到所述功率半导体开关元件的导通/截止脉冲的状态变化；以及 当所述导通/截止脉冲的任一脉冲的状态变化的定时彼此匹配时，延迟其状态变化彼此匹配的所述导通/截止脉冲中的任一脉冲的状态变化。2.如权利要求1所述的功率转换器的控制方法，其特征在于， 所述多个功率半导体开关元件桥接以构成功率转换电路，以及 当控制所述功率转换电路的输出电压的多相的电压命令值中的两个不同相的电压命令值彼此匹配时、且当匹配的电压命令值的电平与所述载波的电平相匹配时，确定导通/截止脉冲的状态变化的定时彼此匹配，并且延迟其状态变化彼此匹配的所述导通/截止脉冲中的任一脉冲的状态变化。3.如权利要求1或2所述的功率转换器的控制方法，其特征在于，输出被延迟的所述导通/截止脉冲是截止脉冲。4.如权利要求1或2所述的功率转换器的控制方法，其特征在于，输出被延迟的所述导通/截止脉冲是导通脉冲。5.—种功率转换器,包括 功率转换电路，其中多个功率半导体开关元件桥接； 驱动电路，所述驱动电路驱动所述功率半导体开关元件； 输出各相的电压命令值的电压命令电路，所述电压命令值控制所述功率转换电路的输出电压； 载波生成电路，所述载波生成电路输出用于生成使所述功率半导体开关元件导通/截止的导通/截止脉冲的载波；以及 脉冲分配电路，所述脉冲分配电路基于通过比较所述电压命令值与所述载波而获取的比较信号来输出使所述功率半导体开关元件导通/截止的导通/截止脉冲， 所述功率转换器还包括定时调整电路，所述定时调整电路接收所述电压命令电路输出的各相的电压命令值、所述载波、以及从所述脉冲分配电路输出且使所述功率半导体开关元件导通/截止的所述导通/截止脉冲的输入，在从所述电压命令电路输出的多相的电压命令值中的两个不同相的电压命令值彼此匹配时且在所述电压命令值与所述载波的比较结果表示...
【专利技术属性】
技术研发人员：田久保拡，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：
国别省市：
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