[发明专利]电力转换装置以及电力转换方法

说明书

本发明是一种电力转换装置(1)，其具备：开关模块(300)，其具备功率半导体元件来作为开关元件；栅极驱动器(320)，其将用于驱动所述开关元件的驱动信号向所述开关模块的控制端子输出；以及布线体(108)，其利用隔着间隔呈面状对置的多个导体将所述控制端子与所述栅极驱动电路的输出端子之间连接。

技术领域

本发明涉及电力转换装置以及电力转换方法，特别是，适合应用于在马达驱动的铁道车辆、钢铁的轧制机、风力发电机等中使用的大电力的电力转换装置。

背景技术

对于铁道车辆、钢铁的轧制机、风力发电机等，将大电力在直流与交流之间转换的电力转换装置利用能够在超过1kV的高电压下控制几百A以上的大电流的功率半导体元件来作为用于电力转换的开关元件。例如，已知有利用绝缘栅双极型晶体管(IGBT：InsulatedGate Bipolor Transistor)来作为开关元件的电力转换装置(专利文献1)。

IGBT是将输入部设为MOSFET构造，将输出部设为BIPOLAR构造进行复合化，为双极，并且兼顾低饱和电压和较快的开关特性的元件，该IGBT具备将主电源通电的两个主端子(集电极端子、发射极端子)、以及作为控制电流的控制端子的栅极端子，在栅极端子连接有控制栅极电压的栅极驱动电路。栅极驱动电路使栅极电压变化，从而控制在集电极端子与发射极端子之间流动的主电流。

另一方面，以电力转换装置的效率提高和小型化为目的，在电力转换装置中应用SiC(碳化硅)、GaN(氮化镓)、或者金刚石等的宽带隙半导体的元件来代替硅(非专利文献1)。

由于宽带隙半导体的绝缘破坏电场强度大到硅的数倍(SiC、GaN约为10倍，金刚石约为30倍)，因此除了能够提高芯片的杂质浓度以外，还能够将芯片的厚度较薄地构成。由此，电流通电时的导通电阻变小，能够减少导通损失。因而，由于开关元件的导通电阻被抑制得较小，所以开关元件也可以不是双极构造的IGBT，而是具有更快的开关特性的单级构造的功率MOSFET。而且，硅半导体在200℃左右为极限，但由于宽带隙半导体能够耐受超过该极限的高温，因此也能够简化电力转换器的冷却器，使电力转换器变得小型。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-198545号公报

非专利文献

非专利文献1：“Gate-Driver with Full Protection for SiC-MOSFETModules”，VDE Conference Publication，Karsten Fink and Andreas Volke，PowerIntegrations GmbH，Germany，Winson Wei，Power Integrations，China、and EugenWiesner and Eckhard ThaI，Mitsubishi Electric Europe B.V.，Germany，Date ofConference：28-30June 2016.

发明内容

发明要解决的课题

栅极驱动电路通过布线(栅极布线)与开关元件连接，但其布线长度为50cm～1m程度。如此加长布线长度的原因在于，当功率半导体元件在高电压、大电流下执行开关时，栅极驱动电路不会因开关时的电磁场噪声而误动作。而且，说明了宽带隙半导体应用于电力转换器的开关元件，能够使电力转换装置的冷却器小型化的情况，但通过加长布线长度，能够使栅极驱动电路不受开关元件的发热的影响，能够抑制栅极驱动电路的劣化。

另外，在开关元件断开时、或者相对于开关元件以反向并联的方式连接的续流二极管电流断开(以下，也称为“反向恢复”)时，由于开关元件的集电极-发射极间的电压的急剧变化，从而电流经由集电极-栅极间的反馈电容流向集电极向栅极，栅极电压变动，由此，为了使开关元件不引起误动作，也尝试在开关元件的栅极-发射极端子间连接电容器。