[发明专利]电力变换器

说明书

技术领域

本公开内容涉及电力变换器，其包括两个连接到直流电源的开关装置的串联电路，并从开关装置之间的连接点向负载供电。

背景技术

与JP-A-2001-169407对应的US2001/0002782公开了一种电力变换器，用于控制安装于电动车辆以驱动该车辆的电机。电力变换器包括逆变器电路，用以将直流（DC）电变换为交流（AC）电。

通常，用于控制电机的逆变器电路连接到DC电源，并包括上开关装置和下开关装置，上开关装置和下开关装置串联连接以形成所谓的逆变器电路的支路（leg）。逆变器电路将电力从上和下开关装置之间的连接点提供给电感性负载。例如，用于三相电机的逆变器电路具有以桥结构连接的三个支路。将PWM信号施加到逆变器电路的开关装置，开关装置根据PWM信号接通和断开。因此，逆变器电路由DC电源产生AC电。

在驱动电感性负载的逆变器电路中，二极管与每一个开关装置反并联连接。当上和下开关装置中的一个断开时，电流通过电感性负载以及上和下开关装置中的另一个的二极管循环。通常，提供上和下开关装置都保持断开的死区（dead）时间，以避免上和下开关同时接通，从而避免了电源中的短路。

实践中，需要包括逆变器电路的电力变换器以通过克服具有折衷关系的两个挑战来实现稳定且有效的操作。第一个挑战是保护开关装置免于浪涌电压。第二个挑战是减小损耗。具体地，在诸如用于逆变器电路中的IGBT或功率MOS晶体管的开关装置中，尽管开关损耗（即热生成）随开关速度的增大而减小，但浪涌电压随开关速度的增大而增大。就是说，随着开关装置根据PWM信号而接通和断开的开关速度变得更快，浪涌电压变得更大。当浪涌电压超过开关装置可允许的击穿电压时，开关装置被损坏。因此，为了确保开关装置的稳定操作，开关速度要缓慢以使得浪涌电压小于击穿电压。减小开关速度的一个方案是将输入电阻器（即栅极电阻器）串联连接到开关装置的栅极，以便可以平滑栅极信号的波形的上升和下降沿。然而，这一方案增大了开关损耗，因此其难以实现开关装置的有效操作。此外，由于开关损耗的增大造成开关装置中生成的热的增大，存在开关装置的温度超过开关装置可允许的温度。出于这些原因，如果不可能设定开关速度以满足可允许的击穿电压和可允许的温度两者，就需要增大击穿电压和/或开关装置的尺寸。结果，增大了开关装置的尺寸和成本。

在US2001/0002782所公开的技术中，基于开关装置的温度来改变开关速度，以保护开关装置免于浪涌电压并减小开关损耗。然而，根据这一技术，基于开关速度何时缓慢来确定死区时间。因此，当开关速度快时，死区时间太长。过多的死区时间使电力变换器的电压利用率（factor）降低，并且还造成输出电压的波动。因此，例如当将该技术应用于用于电机的电力变换器时，会缩窄电机的可用RPM-转矩范围，并且由于转矩波动还会使安静性降低。

发明内容

鉴于以上，本公开内容的目的是提供一种电力变换器，用于在不增大尺寸和成本的情况下实现稳定和有效的操作。

根据本公开内容的一个方案，电力变换器包括输出电路和控制电路。输出电路具有连接到直流电源的上开关装置和与上开关装置串联连接的下开关装置。输出电路从开关装置之间的连接点向负载供电。控制电路向开关装置提供PWM控制信号，以接通和断开开关装置。控制电路可变地设定开关装置的开关速度和死区时间。当开关速度被设定为第一速度时，死区时间被设定为第一时间长度。当开关速度被设定为比第一速度快的第二速度时，死区时间被设定为比第一时间长度短的第二时间长度。

附图说明

依据以下参考附图做出的详细说明，本公开内容的以上及其他目的、特点和优点会变得更为明显。在附图中：

图1是根据本公开内容的第一实施例的电力变换器的方框图；

图2A是示出典型开关装置的温度特性的图示，图2B是示出IGBT的温度特性的图示，及图2C是示出电力变换器的开关装置的开关速度和死区时间的设定的图示；

图3是电力变换器的时序图；

图4A是示出电力变换器的确定电路的具体示例的图示，图4B是示出在温度信号与温度之间关系的图示，及图4C是示出在非门的输出与开关速度和死区时间的设定之间关系的图示；

图5A是示出电力变换器的开关速度切换器的具体第一示例的图示，及图5B是示出开关速度切换器的具体第二示例的图示；

图6是示出电力变换器的死区时间发生器的具体第一示例的图示；

图7是图6中所示的死区时间发生器的时序图；