[发明专利]电力变换装置

说明书

一种电力变换装置，包括：通过使用第一半导体材料构成的第一开关元件；以及与第一开关元件并联连接以及通过使用具有比第一半导体材料的带隙窄的带隙的第二半导体材料构成的第二开关元件。电力变换装置还包括控制装置，控制装置被配置为选择性地执行分别根据电流指令值间歇地接通第一开关元件和第二开关元件的第一开关控制和第二开关控制中的任一种。第一开关元件的尺寸小于第二开关元件的尺寸。如果电流指令值小于第一阈值则控制装置选择第一开关控制，以及如果电流指令值大于第二阈值则控制装置选择第二开关控制。

技术领域

本说明书中公开的技术涉及电力变换装置。

背景技术

已知在电源与负载之间执行电力变换的电力变换装置，诸如DC-DC变换器和逆变器。在这种类型的电力变换装置中，电源和负载通过一个或多个开关元件连接，以及例如通过对每个开关元件执行脉宽调制(PWM)控制，在电源与负载之间执行电力变换。

例如，日本专利申请公布第2014-27816号(JP2014-27816A)中公开了一种逆变器。在该逆变器中，采用并联连接的两个开关元件，以及这两个开关元件中的一个根据这些开关元件中流动的电流优先地工作。一个开关元件是绝缘栅双极晶体管(IGBT)，而另一个开关元件是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。关于构成MOSFET的半导体材料，提出了采用碳化硅(SiC)。

发明内容

碳化硅具有比硅宽的带隙，以及这样的半导体材料被称为宽带隙半导体。尽管宽带隙半导体在性能方面优于硅，但是宽带隙半导体具有相对昂贵的问题。因此，在JP2014-27816A中公开的逆变器中，仅对于两个开关元件中的一个采用宽带隙半导体。这样的配置可以实现电力变换装置的性能改进和成本降低，但是仍然存在改进的空间。

因此，本说明书提供了一种可以实现电力变换装置的性能改进和生产成本降低的新技术。

本发明的第一方面涉及一种在电源与负载之间执行电力变换的电力变换装置。该电力变换装置包括：第一开关元件，第一开关元件被设置在从电源到负载的电力供应路径上，并且第一开关元件是通过使用第一半导体材料构成的；以及第二开关元件，第二开关元件与第一开关元件并联连接，并且第二开关元件是通过使用具有比第一半导体材料的带隙窄的带隙的第二半导体材料构成的。电力变换装置还包括控制装置，所述控制装置选择性地执行用于根据电流指令值间歇地接通第一开关元件的第一开关控制和用于根据电流指令值间歇地接通第二开关元件的第二开关控制。第一开关元件的尺寸小于第二开关元件的尺寸。然后，如果电流指令值小于第一阈值，则控制装置选择第一开关控制，以及如果电流指令值大于第二阈值，则控制装置选择第二开关控制。

在以上描述的电力变换装置中，允许第一开关元件的尺寸小于第二半导体元件的尺寸，以及对于第一开关元件，采用具有宽带隙的半导体材料(下文中被称为宽带隙半导体)。通常，开关元件的生产成本与其尺寸成比例地增加，以及其趋势在采用宽带隙半导体的开关元件中变得显著。因此，关于采用宽带隙半导体的第一开关元件，可以通过减小尺寸来显著地降低电力变换装置的生产成本。

另一方面，随着第一开关元件的尺寸减小，第一开关元件的额定电流也减少。因此，在上述电力变换装置中，根据电流指令值选择性地执行用于使第一开关元件工作的第一开关控制和用于使第二开关元件工作的第二开关控制。结果，通过仅当电流指令值相对小的时候才使第一开关元件工作，抑制了在第一开关元件中流动的过度电流。通常，在许多情况下，电力变换装置以大电流指令值工作的时段是短的，以及相比于第二开关控制，更多地选择第一开关控制。因此，即使在仅当电流指令值相对小的时候才使第一开关元件工作的情况下，第一开关元件的使用频率也变得相对高，从而可以充分地获得采用宽带隙半导体的优点。