專利名稱：電力轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力轉(zhuǎn)換器，所述電力轉(zhuǎn)換器配備有縱向串聯(lián)連接的開關(guān)元件以及用于驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
作為用于對(duì)存儲(chǔ)在平滑電容器中的電荷進(jìn)行放電的手段的一種現(xiàn)有途徑是在流經(jīng)一個(gè)或更多個(gè)開關(guān)元件的電流變?yōu)檫^電流之前，斷開所述一個(gè)或更多個(gè)開關(guān)元件。作為放電手段的另一種現(xiàn)有途徑是將開關(guān)元件的開啟電壓減小至防止流經(jīng)開關(guān)元件的電流變?yōu)檫^電流的電平(參見第一專利文獻(xiàn))。以上討論的技術(shù) 專利文獻(xiàn)第一專利文獻(xiàn)日本專利公開第2009-232620號(hào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題然而，第一專利文獻(xiàn)僅執(zhí)行電源中的從用于提供高電壓的供電(VH)向用于提供低電壓的供電(VL)的切換、以及對(duì)縱向串聯(lián)連接的開關(guān)元件中的每個(gè)的同時(shí)接通/斷開控制。當(dāng)縱向串聯(lián)連接的開關(guān)元件被同時(shí)接通時(shí)，開關(guān)元件會(huì)過熱，或由于諸如部件故障、弓丨線破損等的任何因素而導(dǎo)致過電流會(huì)流經(jīng)開關(guān)元件。在這樣的情況下，包括開關(guān)元件的電力轉(zhuǎn)換器會(huì)損壞。對(duì)縱向串聯(lián)連接的開關(guān)元件的同時(shí)接通/斷開控制存在以下問題第一個(gè)問題是，即使調(diào)節(jié)柵電壓以控制電流，開關(guān)元件的變化(各體差異)也會(huì)導(dǎo)致開關(guān)元件中所施加的電壓的變化，從而導(dǎo)致放電電流的變化，使得無法確定短路電流和過電流的限制值。第二個(gè)問題是，由于分別從縱向串聯(lián)連接的開關(guān)元件生成熱，必須針對(duì)上和下開關(guān)元件中的每個(gè)設(shè)置用于防止過熱的裝置，并且無法確定過熱的限制值。鑒于以上情形，本發(fā)明的目的是提供一種電力轉(zhuǎn)換器，該電力轉(zhuǎn)換器防止對(duì)開關(guān)元件等的損壞，并且通過對(duì)在將存儲(chǔ)在平滑電容器中的電荷放電時(shí)導(dǎo)致過電流或過熱的開關(guān)元件進(jìn)行限制來更可靠地防止過電流或過熱。用于解決問題的手段具體地，用于解決問題的權(quán)利要求I中提到的發(fā)明是一種電力轉(zhuǎn)換器。該電力轉(zhuǎn)換器包括第一和第二開關(guān)元件，所述第一和第二開關(guān)元件相對(duì)于基本電位位于高側(cè)和低側(cè)并串聯(lián)連接。第一和第二開關(guān)元件對(duì)來自電源的電力執(zhí)行轉(zhuǎn)換。該電力轉(zhuǎn)換器包括正常驅(qū)動(dòng)器以及與第一和第二開關(guān)元件并聯(lián)連接的電容器，該正常驅(qū)動(dòng)器在所述電力下操作以使用具有預(yù)定電壓和頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來驅(qū)動(dòng)第一和第二開關(guān)元件。該電力轉(zhuǎn)換器包括與電源分開設(shè)置的備用電源。備用電源在正常時(shí)段和放電時(shí)段中的至少一個(gè)時(shí)段期間提供電力。該電力轉(zhuǎn)換器包括放電驅(qū)動(dòng)器，該放電驅(qū)動(dòng)器在從備用電源提供的電力下操作，基于具有電壓和頻率中的至少一個(gè)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來接通/斷開第一和第二開關(guān)元件中的至少一個(gè)開關(guān)元件，并且驅(qū)動(dòng)第一和第二開關(guān)元件中的另一個(gè)開關(guān)元件以使得第一和第二開關(guān)元件中的所述另一個(gè)開關(guān)元件總是接通。所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓和頻率中的至少一個(gè)處于與從正常驅(qū)動(dòng)器輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的預(yù)定電壓和頻率中的至少一個(gè)相比更低的預(yù)定范圍內(nèi)。 利用此配置，除了正常驅(qū)動(dòng)器之外，放電驅(qū)動(dòng)器被設(shè)置為用于驅(qū)動(dòng)第一和第二開關(guān)元件的電路。在從備用電源提供的電力下操作的放電驅(qū)動(dòng)器基于預(yù)定范圍內(nèi)的電壓和頻率來接通/斷開串聯(lián)連接的第一和第二開關(guān)元件中的一個(gè)開關(guān)元件，并驅(qū)動(dòng)第一和第二開關(guān)元件中的另一個(gè)開關(guān)元件以使得另一個(gè)開關(guān)元件總是接通。開關(guān)元件具有電流根據(jù)控制電壓而變化的特性。因此，當(dāng)對(duì)其施加用于接通的控制電壓時(shí)，電流流經(jīng)開關(guān)元件。為了快速結(jié)束放電，期望開關(guān)元件通過使開關(guān)元件完全飽和的控制電壓而總是接通；下文中，控制電壓將僅稱作飽和電壓。為此原因，飽和電壓通常被用作從正常驅(qū)動(dòng)器輸出的預(yù)定電壓。然而，如果開關(guān)元件通過飽和電壓而總是接通，則過電流會(huì)流經(jīng)開關(guān)元件，這會(huì)增加開關(guān)元件中發(fā)生故障的概率。此外，開關(guān)元件具有以下特性當(dāng)反復(fù)接通/斷開時(shí)開關(guān)元件可能會(huì)發(fā)熱(可能會(huì)溫度增加)。因此，本發(fā)明基于具有電壓和頻率中的至少一個(gè)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來接通/斷開第一和第二開關(guān)元件中的一個(gè)開關(guān)元件。驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓和頻率中的至少一個(gè)在平滑電容器的放電期間處于與從正常驅(qū)動(dòng)器輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的預(yù)定電壓和頻率中的至少一個(gè)相比更低的預(yù)定范圍內(nèi)。因此，與通常的電容器相比，在平滑電容器的放電期間，可以減小所生成的熱量和電流量；可以減小第一和第二開關(guān)元件等中發(fā)生故障的概率。因?yàn)榧词龟P(guān)閉了電源，備用電源也允許對(duì)平滑電容器放電，所以可以改進(jìn)故障安全功能。可以將導(dǎo)致過電流或過熱的開關(guān)元件限制為第一和第二開關(guān)元件中的一個(gè)開關(guān)元件，因而更可靠地防止過電流或過熱。注意，作為電源，可應(yīng)用例如可以提供電力的DC電源(電池等)、系統(tǒng)電源、轉(zhuǎn)換器等。正常時(shí)段表不執(zhí)行正常電力轉(zhuǎn)換的定時(shí)或時(shí)段，放電時(shí)段表不在沒有電力轉(zhuǎn)換的情況下對(duì)存儲(chǔ)在平滑電容器中的電荷放電的定時(shí)或時(shí)段。因此，正常時(shí)段和放電時(shí)段不重疊。作為開關(guān)元件，可以使用具有開關(guān)功能的任何半導(dǎo)體元件，諸如FET (具體為M0SFET、JFET、MESFET等)、IGBT、GT0、以及功率晶體管。作為平滑電容器，可以使用包括儲(chǔ)存和放電裝置的任何電路元件，諸如電容器，其能夠?qū)㈦姾纱鎯?chǔ)到其中并從其將電荷放電以執(zhí)行平滑功能。需要針對(duì)每個(gè)開關(guān)元件設(shè)置正常驅(qū)動(dòng)器，但是可以在電力轉(zhuǎn)換器中設(shè)置至少一個(gè)放電驅(qū)動(dòng)器。預(yù)定范圍是任何范圍，該范圍比從正常驅(qū)動(dòng)器輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(也就是，用以驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件的信號(hào))的預(yù)定電壓和頻率中的至少一個(gè)更低；以及能夠驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件。對(duì)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓值，優(yōu)選地確立包括閾值的范圍，在閾值處開關(guān)元件從接通切換成斷開或從斷開切換成接通。例如，如果閾值是7V，則優(yōu)選地針對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓值確立7V到IOV的范圍。權(quán)利要求2中提到的發(fā)明的特征在于放電驅(qū)動(dòng)器包括過熱保護(hù)裝置，過熱保護(hù)裝置防止要根據(jù)具有預(yù)定范圍內(nèi)的電壓和頻率中的至少一個(gè)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)接通/斷開的第一和第二開關(guān)元件中的一個(gè)開關(guān)元件過熱，由此防止第一和第二開關(guān)元件中的所述一個(gè)開關(guān)元件超過容許溫度。過熱保護(hù)裝置可以被自由地設(shè)計(jì)成用于防止開關(guān)元件由于其溫度超過容許溫度而過熱的裝置。例如，過熱保護(hù)裝置可以包括測(cè)量開關(guān)元件的溫度的溫度測(cè)量單元，諸如溫度計(jì)和溫度敏感二極管；以及信號(hào)改變單元，其基于指示由溫度測(cè)量單元測(cè)量的溫度的信息來改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)(電壓和頻率中的至少一個(gè))。利用此配置，即使一個(gè)開關(guān)元件被接通/斷開，過熱保護(hù)裝置也防止開關(guān)元件超過容許溫度。因此，可以更可靠地減小開關(guān)元件等中發(fā)生故障的概率。權(quán)利要求3中提到的發(fā)明的特征在于放電驅(qū)動(dòng)器包括過電流保護(hù)裝置，所述過電流保護(hù)裝置防止流經(jīng)第一和第二開關(guān)元件中的總是接通的另一個(gè)開關(guān)元件的電流超過容許電流值。過電流保護(hù)裝置可以自由地設(shè)計(jì)為用于防止流經(jīng)開關(guān)元件的電流超過容許電流值的裝置。例如，過電流保護(hù)裝置可以包括測(cè)量流經(jīng)開關(guān)元件的電流的電流測(cè)量單元，諸如電流表和感測(cè)電流計(jì)；以及控制電壓改變單元，其基于指示由電流測(cè)量單元測(cè)量的電流的信息來改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)(控制電壓)。利用此配置，即使另一個(gè)開關(guān)元件被控制為總是接通，過電流保護(hù)裝置也防止流經(jīng)另一個(gè)開關(guān)元件的電流超過容許電流值。因此，可以更可靠地減小開關(guān)元件等中發(fā)生故障的概率。權(quán)利要求4中提到的發(fā)明的特征在于放電驅(qū)動(dòng)器根據(jù)具有處于比從正常驅(qū)動(dòng)器·輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的預(yù)定電壓和頻率中的至少一個(gè)更低的預(yù)定范圍內(nèi)的電壓和頻率中的至少一個(gè)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，來接通/斷開第一和第二開關(guān)元件中的對(duì)應(yīng)于高側(cè)的一個(gè)開關(guān)元件，并且驅(qū)動(dòng)第一和第二開關(guān)元件中的對(duì)應(yīng)于低側(cè)的另一個(gè)開關(guān)元件以使得另一個(gè)開關(guān)元件總是接通。利用此配置，可能在高側(cè)開關(guān)元件中而不是在低側(cè)開關(guān)元件中生成熱，這是因?yàn)閰⒖蓟倦娢?，高?cè)開關(guān)元件的電位比低側(cè)開關(guān)元件高。因此，控制高側(cè)開關(guān)元件的接通/斷開驅(qū)動(dòng)可以降低總熱量。這使得可以更可靠地減小開關(guān)元件等中發(fā)生故障的概率。


圖I是示意性示出了電力轉(zhuǎn)換器的第一示例配置的視圖；圖2是示出了開關(guān)元件的示例配置的電路圖；圖3是指示放電期間操作的第一示例中的時(shí)間相關(guān)變化的定時(shí)圖；圖4是示意性示出了電力轉(zhuǎn)換器的第二示例配置的視圖；圖5是示意性示出了電力轉(zhuǎn)換器的第三示例配置的視圖；圖6是示出了逆變器的應(yīng)用的示例的視圖；圖7是示出了轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用的示例的視圖；以及圖8是指示放電期間操作的第二示例中的時(shí)間相關(guān)變化的定時(shí)圖。
具體實(shí)施例方式將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。注意，除非另外指出，“連接到^示電連接。使用來簡(jiǎn)化連續(xù)的附圖標(biāo)記。例如，開關(guān)元件Q1-Q6表示開關(guān)元件Ql、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6。方向(諸如向上、向下、左和右方向)基于附圖中的描述。作為將電力轉(zhuǎn)換器所轉(zhuǎn)換的電力輸出的“輸出裝置”，可以應(yīng)用任何裝置。將描述以下情形作為示例其中交通工具的可以啟動(dòng)引擎并發(fā)電的馬達(dá)發(fā)電機(jī)被應(yīng)用于“輸出裝置”。(第一實(shí)施例)
將參照?qǐng)DI至圖5描述根據(jù)第一實(shí)施例的、實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)的示例。圖I示意性示出了電力轉(zhuǎn)換器的第一示例配置，圖2示出了開關(guān)元件的示例配置的電路圖。圖3示出了指示放電期間操作的第一示例的定時(shí)圖。圖4示意性示出了電力轉(zhuǎn)換器的第二示例配置，并且圖5示意性示出了電力轉(zhuǎn)換器的第三示例配置。(第一示例配置)將參照?qǐng)DI描述第一示例配置。圖I所示的電力轉(zhuǎn)換器具有對(duì)從電源Es提供的電力進(jìn)行轉(zhuǎn)換并將其輸出的功能。此電力轉(zhuǎn)換器包括備用電源Eb、平滑電容器Cav、正常驅(qū)動(dòng)器Mu和Md、放電驅(qū)動(dòng)器Mb、開關(guān)元件Qu和Qd、二極管Du和Dd、以及控制器⑶。在這些元件中，針對(duì)開關(guān)元件Qu設(shè)置正常驅(qū)動(dòng)器Mu，并且針對(duì)開關(guān)元件Qd設(shè)置正常驅(qū)動(dòng)器Md。相比之下，針對(duì)串聯(lián)連接的開關(guān)元件Qu和Qd的每個(gè)對(duì)設(shè)置放電驅(qū)動(dòng)器Mb，并且放電驅(qū)動(dòng)器Mb與電源Es并聯(lián)地設(shè)置在電源Es的上側(cè)(高側(cè))和下側(cè)(低側(cè))之間。設(shè)置在電力轉(zhuǎn)換器中的這些元件中的其它元件的數(shù)目是一個(gè)或更多個(gè)?！る娫碋s和備用電源Eb是不同的電源。平滑電容器Cav與電源Es并聯(lián)連接，備用電源Eb與平滑電容器Cav并聯(lián)連接。作為電源Es，可應(yīng)用DC電源(電池等)、系統(tǒng)電源、轉(zhuǎn)換器電路等。備用電源Eb可以具有以下結(jié)構(gòu)中的至少一種通常與電源Es并聯(lián)地提供電力的結(jié)構(gòu)；以及在電源Es由于任何關(guān)閉原因(諸如電力供應(yīng)線纜的破損等)而導(dǎo)致無法提供電力的情況下提供應(yīng)急電力的結(jié)構(gòu)。例如，后一結(jié)構(gòu)將電荷(也就是，存儲(chǔ)在作為電源的所示出的平滑電容器Cav中的電力)轉(zhuǎn)換成所需要的電壓或電流，并提供該電壓或電流。平滑電容器Cav可操作為對(duì)電力(特別是從電源Es提供的電壓)進(jìn)行平滑。作為平滑電容器Cav，可以使用能夠在其中存儲(chǔ)電荷并從其對(duì)電荷進(jìn)行放電的元件。平滑電容器Cav的位置是可選的，因此，平滑電容器Cav可以設(shè)置在電力轉(zhuǎn)換器內(nèi)、電源Es內(nèi)、或電力轉(zhuǎn)換器與電源Es之間等。開關(guān)元件Qu和Qd縱向串聯(lián)連接，并且可操作成當(dāng)接通或斷開時(shí)轉(zhuǎn)換電力。開關(guān)元件Qu和Qd與備用電源Eb并聯(lián)連接。作為開關(guān)兀件Qu和Qd,使用具有開關(guān)功能的半導(dǎo)體兀件,諸如IGBT和功率晶體管。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，稍后將描述包括開關(guān)元件Qu和Qd的具體電路示例(參見圖2)。每個(gè)二極管Du和Dd被連接在開關(guān)元件Qu和Qd中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的開關(guān)元件的輸入端子(例如，源極、集電極等)與輸出端子(例如，漏極、發(fā)射極等)之間，并與開關(guān)元件Qu和Qd中的所述對(duì)應(yīng)的開關(guān)元件并聯(lián)連接。每個(gè)二極管Du和Dd用作續(xù)流二極管。具體地，開關(guān)元件Qu的輸出端子連接到開關(guān)元件Qd的輸入端子，并且開關(guān)元件Qu的輸入端子連接到電源Es和備用電源Eb中的每個(gè)的正極端子、以及平滑電容器Cav的一端。開關(guān)元件Qd的輸出端子連接到電源Es和備用電源Eb中的每個(gè)的負(fù)極端子、以及平滑電容器Cav的另一端。正常驅(qū)動(dòng)器Mu和Md中的每個(gè)連接到開關(guān)元件Qu和Qd的一個(gè)對(duì)應(yīng)的開關(guān)元件的控制端子(例如，柵極、基極等)。正常驅(qū)動(dòng)器Mu和Md具有各自的端子Pu和Pd，并且端子Pu和Pd連接到控制器⑶。正常驅(qū)動(dòng)器Mu和Md中的每個(gè)可操作成在電力被轉(zhuǎn)換以向輸出裝置輸出的正常時(shí)段期間，根據(jù)從控制器CU輸入到端子Pu和Pd中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的端子的指示將驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到開關(guān)元件Qu和Qd中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的開關(guān)元件的控制端子，由此各自控制開關(guān)元件Qu和Qd的一個(gè)對(duì)應(yīng)的開關(guān)元件的接通/斷開。正常驅(qū)動(dòng)器Mu和Md在從正常驅(qū)動(dòng)電源(未示出)提供的電力(電壓Vs)下進(jìn)行操作。正常驅(qū)動(dòng)電源包括穩(wěn)定器等。正常驅(qū)動(dòng)電源接收從電源Es等提供的電力，將其轉(zhuǎn)換成正常驅(qū)動(dòng)器Mu和Md能夠操作的諸如電壓和電流的電力，并且穩(wěn)定地提供所轉(zhuǎn)換的電力。對(duì)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)，可應(yīng)用能夠驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件的任何信號(hào)。在第一示例配置中，驅(qū)動(dòng)信號(hào)是具有預(yù)定幅度和預(yù)定頻率的電壓信號(hào)。對(duì)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)，可應(yīng)用脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)或脈頻調(diào)制信號(hào)(PFM)。放電驅(qū)動(dòng)器Mb連接到開關(guān)元件Qu和Qd中的每個(gè)的控制端子。放電驅(qū)動(dòng)器Mb具有連接到控制器⑶的端子Pb。在放電時(shí)段期間(也就是，在對(duì)存儲(chǔ)在平滑電容器Cav中的電荷的放電被執(zhí)行的時(shí)段期間)，放電驅(qū)動(dòng)器Mb被驅(qū)動(dòng)；該時(shí)段是除了正常時(shí)段之外的時(shí)段。當(dāng)放電驅(qū)動(dòng)器Mb被驅(qū)動(dòng)時(shí)，其將驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到每個(gè)開關(guān)元件Qu和Qd的輸出端子(諸如柵極)，由此各自控制 每個(gè)開關(guān)元件Qu和Qd的接通/斷開。驅(qū)動(dòng)信號(hào)是具有預(yù)定幅度和預(yù)定頻率的電壓信號(hào)。對(duì)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)，可應(yīng)用脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)或脈頻調(diào)制信號(hào)(PFM)。放電驅(qū)動(dòng)器Mb當(dāng)接收到從備用電源Eb提供的電力(電壓Vb)時(shí)被激活，并且放電驅(qū)動(dòng)器Mb由過熱保護(hù)裝置Mh、過電流保護(hù)裝置Mc等構(gòu)成。過熱保護(hù)裝置Mh具有以下功能監(jiān)視在放電時(shí)段期間要被接通或斷開的開關(guān)元件的溫度(諸如圖I中的每個(gè)開關(guān)元件Qu和Qd的溫度)，以及保護(hù)開關(guān)元件以免過熱，由此防止監(jiān)視的溫度超過容許溫度。過熱保護(hù)裝置Mh可以被任意配置，只要它實(shí)現(xiàn)該功能。例如，過熱保護(hù)裝置Mh例如由溫度感測(cè)單元和信號(hào)改變單元構(gòu)成。例如，溫度計(jì)或溫度敏感二極管可應(yīng)用于溫度感測(cè)單元。溫度感測(cè)單元測(cè)量開關(guān)元件的溫度。信號(hào)改變單元基于指示由溫度感測(cè)單元測(cè)量的溫度的信息來改變要發(fā)送給開關(guān)元件Qu和Qd的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。例如，在第一示例配置中，信號(hào)改變單元改變幅度(電壓)和頻率中的至少一個(gè)。過電流保護(hù)裝置Mc具有以下功能監(jiān)視在放電時(shí)段期間流經(jīng)總是接通的開關(guān)元件(諸如圖I中的每個(gè)開關(guān)元件Qu和Qd)的電流，以及通過防止監(jiān)視的電流超過容許電流值來防止過電流流過。過電流保護(hù)裝置Mc可以被任意配置，只要它實(shí)現(xiàn)該功能。例如，過電流保護(hù)裝置Mc例如由電流感測(cè)單元和控制電壓改變單元構(gòu)成。例如，安培計(jì)或感測(cè)終端可應(yīng)用于電流感測(cè)單元。電流感測(cè)單元測(cè)量流經(jīng)開關(guān)元件的電流。控制電壓改變單元基于指示由電流感測(cè)單元測(cè)量的電流的信息來改變控制電壓(例如，柵極電壓)。存在用于從放電驅(qū)動(dòng)器Mb輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的兩種結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)是根據(jù)從控制器CU輸入到端子Pb的指示來從放電驅(qū)動(dòng)器Mb輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。被稱作主動(dòng)(active)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是根據(jù)放電驅(qū)動(dòng)器Mb本身的確定來從放電驅(qū)動(dòng)器Mb輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。如通過例如兩點(diǎn)虛線所示出的，主動(dòng)結(jié)構(gòu)監(jiān)視提供給正常驅(qū)動(dòng)器Mu和Md的電力(電壓Vs)，并且當(dāng)監(jiān)視的電力(電壓Vs)從正常值改變而達(dá)到預(yù)設(shè)閾值時(shí)向每個(gè)開關(guān)元件Qu和Qd自發(fā)地輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)；諸如3V的預(yù)設(shè)閾值是使得每個(gè)開關(guān)元件Qu和Qd處于每個(gè)開關(guān)元件Qu和Qd無法執(zhí)行電力轉(zhuǎn)換的狀態(tài)下的值。
控制器CU具有以下功能控制電力轉(zhuǎn)換器、其它裝置或電路等的整體操作?？刂破鰿U可以被任意配置，只要它實(shí)現(xiàn)該功能。例如，可安裝在交通工具中的電子控制單元(E⑶)可應(yīng)用于控制器⑶。在圖I中示出的示例中，控制器⑶向正常驅(qū)動(dòng)器Mu和Md以及放電驅(qū)動(dòng)器Mb中的每個(gè)各自傳送用以把每個(gè)開關(guān)元件Qu和Qd驅(qū)動(dòng)為接通或斷開的指示。將參照?qǐng)D2描述包括開關(guān)元件Qu和Qd的具體電路示例。圖2示出了基于開關(guān)元件Qn的電路示例。開關(guān)元件Qn代表開關(guān)元件Qu和Qd中的每個(gè)，并且二極管Dn代表二極管Du和Dd中的每個(gè)，這在下文中同樣用于圖6和7中示出的開關(guān)元件和二極管。與圖I中示出的用于開關(guān)元件Qu或Qd的二極管Du或Dd—樣，二極管Dn連接在開關(guān)元件Qn的輸入端子(例如，源極、集電極等)與輸出端子(例如，漏極、發(fā)射極等)之間并且與開關(guān)元件Qn并聯(lián)連接。針對(duì)開關(guān)元件Qn，設(shè)置溫度敏感二極管Dtn作為過熱保護(hù)裝置Mh的結(jié)構(gòu)元件。例如，溫度敏感二極管Dtn被設(shè)置在開關(guān)元件Qn內(nèi)或者開關(guān)元件Qn的表面(一個(gè)或更多個(gè)側(cè)面)上。作為過電流保護(hù)裝置Mc的結(jié)構(gòu)元件，針對(duì)開關(guān)元件Qn設(shè)置感測(cè)端子Psn。換言之，開關(guān)元件Qn配備有感測(cè)端子Psn，并且使用感測(cè)端子Psn作為過電流保護(hù)裝置Mc的結(jié)·構(gòu)元件。電阻器Rn連接在感測(cè)端子Psn與輸出端子之間，作為過電流保護(hù)裝置Mc的結(jié)構(gòu)元件。溫度敏感二極管Dtn由串聯(lián)連接的一個(gè)或更多個(gè)二極管構(gòu)成；每個(gè)二極管根據(jù)溫度改變其端子間電壓。溫度敏感二極管Dtn的陽極連接到電源(例如，備用電源Eb等)，并且陰極連接到開關(guān)元件Qn的輸出端子。從電源向溫度敏感二極管Dtn提供恒定電流。溫度敏感二極管Dtn兩端的電壓Vtn取決于溫度Τη?？刂齐妷篤gn (也就是，驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓)被施加在開關(guān)元件Qn的控制端子(例如，柵極、基電極等)與輸出端子之間以驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件Qn。從開關(guān)元件Qn的輸入端子流過輸出端子的電流I的量值在量值上根據(jù)控制電壓Vgn的量值而改變。此外，從感測(cè)端子Psn流出的感測(cè)電流Isn的量值根據(jù)控制電壓Vgn的量值而改變。感測(cè)電壓Vsn在感測(cè)電流Isn所流經(jīng)的電阻器Rn兩端形成；感測(cè)電壓Vsn與感測(cè)電流Isn相關(guān)。電壓Vtn被輸入到過熱保護(hù)裝置Mh，并且通過作為過熱保護(hù)裝置Mh的結(jié)構(gòu)元件的A/D轉(zhuǎn)換器而轉(zhuǎn)換。根據(jù)過熱保護(hù)裝置Mh在電壓Vtn與溫度之間具有的相關(guān)函數(shù)，轉(zhuǎn)換后的信息(數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù))被用作溫度信息(溫度Τη)。感測(cè)電壓Vsn被輸入到過電流保護(hù)裝置Mc，并通過作為過電流保護(hù)裝置Mc的結(jié)構(gòu)元件的A/D轉(zhuǎn)換器而轉(zhuǎn)換。根據(jù)過電流保護(hù)裝置Mc在感測(cè)電壓Vsn與從開關(guān)元件Qn的輸入端子開始流過輸出端子的電流I之間具有的相關(guān)函數(shù)，轉(zhuǎn)換后的信息(數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù))被用作電流信息(電流I)。將參照?qǐng)D3描述以上提到的所設(shè)計(jì)的電力轉(zhuǎn)換器的操作的示例。作為“一個(gè)開關(guān)元件”，使用上臂開關(guān)元件Qu，并且作為“另一開關(guān)元件”，使用下臂開關(guān)元件Qd作為示例(參見圖I)。水平軸表示時(shí)間，使得其伴隨著時(shí)間。豎直軸依次表示來自電源Es的供應(yīng)電壓的改變；從正常驅(qū)動(dòng)器Mu (Md)向開關(guān)兀件Qu (Qd)傳輸?shù)尿?qū)動(dòng)信號(hào)的改變；來自備用電源Eb的供應(yīng)電壓的改變；從放電驅(qū)動(dòng)器Mb向上臂開關(guān)兀件Qu傳輸?shù)尿?qū)動(dòng)信號(hào)的改變；以及從放電驅(qū)動(dòng)器Mb向下臂開關(guān)元件Qd傳輸?shù)尿?qū)動(dòng)信號(hào)的改變。從電源Es向正常驅(qū)動(dòng)器Mu (Md)提供電力(電壓Vs)直到時(shí)間tl，使得正常驅(qū)動(dòng)器Mu (Md)根據(jù)來自控制器⑶的指示向開關(guān)元件Qu (Qd)傳輸驅(qū)動(dòng)信號(hào)。驅(qū)動(dòng)信號(hào)是具有最大電壓Vc和指示頻率Fe的脈沖信號(hào)。電壓Vc采用閾值電壓Vt與飽和電壓Vm之間的范圍內(nèi)的值，這通過“Vt ^ Vc ^ Vm”來表示。閾值電壓Vt是例如7V，并且飽和電壓是例如15V。相比之下，因?yàn)闆]有從備用電源Eb提供電力(電壓Vb)，所以放電驅(qū)動(dòng)器Mb是不活動(dòng)的，并且由此不向開關(guān)元件Qu和Qd傳輸驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在時(shí)間tl處，由于諸如供電線纜破損等的任何關(guān)閉的原因而導(dǎo)致沒有從電源Es提供電力。由于此原因，備用電源Eb開始向放電驅(qū)動(dòng)器Mb提供電力(電壓Vb)。接收所提供的電力的放電驅(qū)動(dòng)器Mb向每個(gè)開關(guān)兀件Qu和Qd傳輸驅(qū)動(dòng)信號(hào)。要傳輸給上臂開關(guān)兀件Qu的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是如下脈沖信號(hào)其具有作為其最大電壓的閾值電壓Vt和低于從正常驅(qū)動(dòng)器Mu (Md)傳輸?shù)尿?qū)動(dòng)信號(hào)的頻率的頻率Fbl (這表示為“Fbl〈Fc”)。傳輸給下臂開關(guān)元件Qd的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是用于使開關(guān)元件Qd總是接通的恒定飽和電壓Vm。在時(shí)間tl之后，放電驅(qū)動(dòng)器Mb根據(jù)電流1(或溫度Tn)改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且將其傳輸?shù)介_關(guān)元件Qu。在圖3中示出的控制的示例中，放電驅(qū)動(dòng)器Mb在時(shí)間t2處將驅(qū)動(dòng)振蕩改變?yōu)榫哂械陀陬l率Fbl的頻率Fb2 (這表示為“Fb2〈Fbl”)的脈沖信號(hào)。當(dāng)?shù)綍r(shí)間t3時(shí)， 放電驅(qū)動(dòng)器Mb將驅(qū)動(dòng)振蕩改變?yōu)榫哂懈哂陬l率Fb2的頻率Fb3(這表示為“Fb2〈Fb3〈Fbl”)的脈沖信號(hào)。注意，量值關(guān)系是一個(gè)示例，并且根據(jù)流經(jīng)每個(gè)開關(guān)元件Qu和Qd的電流I或開關(guān)元件Qu的溫度Tn的量值來改變量值關(guān)系。(第二示例配置)將參照?qǐng)D4描述第二示例配置。圖4中示出的電力轉(zhuǎn)換器示出了替代圖I中示出的電力轉(zhuǎn)換器的示例配置，因此，將主要描述它們之間的不同點(diǎn)。由于此原因，對(duì)應(yīng)與圖I中示出的元件相同的元件分配相同的附圖標(biāo)記，并且省略它們的描述。圖4中示出的電力轉(zhuǎn)換器設(shè)置有用于開關(guān)元件Qu的放電驅(qū)動(dòng)器Mbu、以及用于開關(guān)元件Qd的放電驅(qū)動(dòng)器Mbd，其不同于圖I中示出的電力轉(zhuǎn)換器。用圖4中示出的兩點(diǎn)虛線圈住的元件對(duì)應(yīng)于放電驅(qū)動(dòng)器Mb ；該元件由分開的放電驅(qū)動(dòng)器Mbu和放電驅(qū)動(dòng)器Mbd構(gòu)成。放電驅(qū)動(dòng)器Mbu和Mbd具有連接到控制器⑶(圖4中未示出)的相應(yīng)端子Pbu和Pbd0當(dāng)接收到從備用電源Eb提供的電力時(shí)，放電驅(qū)動(dòng)器Mbu和Mbd被激活。為實(shí)現(xiàn)圖3中示出的控制，與第一實(shí)施例一樣，放電驅(qū)動(dòng)器Mbu包括過熱保護(hù)裝置Mh，并且放電驅(qū)動(dòng)器Mbd包括過電流保護(hù)裝置Me。具體地，放電驅(qū)動(dòng)器Mbu僅執(zhí)行開關(guān)元件Qu的接通/斷開驅(qū)動(dòng)，并且放電驅(qū)動(dòng)器Mb驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件Qd使得其總是接通。(第三示例配置)將參照?qǐng)D5描述第三示例配置。圖5中示出的電力轉(zhuǎn)換器示出了替代圖I和4中示出的電力轉(zhuǎn)換器的示例配置，因此，將主要描述它們之間的不同點(diǎn)。由于此原因，對(duì)于與圖I和4中示出的元件相同的元件分配相同的附圖標(biāo)記，并且省略它們的描述。圖5中示出的電力轉(zhuǎn)換器被配置為使得用于開關(guān)元件Qu的放電驅(qū)動(dòng)器Mu被安裝在正常驅(qū)動(dòng)器Mu中并且用于開關(guān)元件Qd的放電驅(qū)動(dòng)器Mbd被安裝在正常驅(qū)動(dòng)器Md中，其不同于圖I和4中示出的電力轉(zhuǎn)換器。用圖5中示出的兩點(diǎn)虛線圈住的元件對(duì)應(yīng)于圖I中示出的放電驅(qū)動(dòng)器Mb。與圖4 一樣，為實(shí)現(xiàn)圖3中示出的控制，放電驅(qū)動(dòng)器Mbu包括過熱保護(hù)裝置Mh，并且放電驅(qū)動(dòng)器Mbd包括過電流保護(hù)裝置Me。如上所述的第一實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了以下效果。
具體地，根據(jù)第一實(shí)施例的每個(gè)電力轉(zhuǎn)換器由用于在放電時(shí)段期間提供電力的備用電源Eb以及放電驅(qū)動(dòng)器Mb構(gòu)成(參見圖I至圖5),該放電驅(qū)動(dòng)器Mb 通過處于與從正常驅(qū)動(dòng)器Mu或Md輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓和頻率相比更低的相應(yīng)范圍內(nèi)的電壓和頻率來執(zhí)行作為豎直地串聯(lián)連接的開關(guān)元件Qu和Qd之一的上臂開關(guān)元件Qu的接通/斷開驅(qū)動(dòng)；以及驅(qū)動(dòng)作為開關(guān)元件Qu和Qd中的另一個(gè)的下臂開關(guān)元件Qd以使得下臂開關(guān)元件Qd總是接通。這會(huì)對(duì)存儲(chǔ)在平滑電容器Cav中的電荷進(jìn)行放電。以上提到的配置通過處于與在正常時(shí)段中使用的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓和頻率相比更低的相應(yīng)范圍內(nèi)的電壓和頻率而僅接通/斷開開關(guān)元件Qu，同時(shí)使得開關(guān)元件Qd為常開的。由于此原因，可以限制熱的產(chǎn)生并且在存儲(chǔ)在平滑電容器Cav中的電荷的放電期間減小電流，由此防止到開關(guān)元件Qu和Qd等。因?yàn)榧词乖陔娫碋s不激活時(shí)也執(zhí)行這一點(diǎn)，所·以可以提高故障安全功能。可以將導(dǎo)致過電流或過熱的開關(guān)元件限制于作為一個(gè)開關(guān)元件的上臂開關(guān)元件Qu，由此更可靠地防止過電流或過熱。在根據(jù)第一實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換器中，放電驅(qū)動(dòng)器Mb設(shè)置有過熱保護(hù)裝置Mh，其保護(hù)一個(gè)開關(guān)元件Qu以免在其溫度超過容許溫度的情況下過熱；通過相應(yīng)范圍內(nèi)的電壓和頻率將開關(guān)元件Qu驅(qū)動(dòng)為接通/斷開(參見圖I至圖5)。該配置允許過熱保護(hù)裝置Mh防止開關(guān)元件Qu的溫度超過容許溫度，甚至在開關(guān)元件Qu被驅(qū)動(dòng)為接通/斷開的情況下。因此，可以更可靠地防止對(duì)開關(guān)元件Qu等的損壞。在根據(jù)第一實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換器中，放電驅(qū)動(dòng)器Mb設(shè)置有過電流保護(hù)裝置Mc，其防止具有高于容許電流值的值的過電流流過另一個(gè)開關(guān)元件Qu ;另一個(gè)開關(guān)元件總是接通(參見圖I至圖5)。該配置允許過電流保護(hù)裝置Mc通過防止流過開關(guān)元件Qu、Qd的電流超過容許電流值來保護(hù)開關(guān)元件Qu、Qd。因此，可以更可靠地防止對(duì)開關(guān)元件Qu、Qd等的損壞。在根據(jù)第一實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換器中，放電驅(qū)動(dòng)器Mb被配置成通過處于與從正常驅(qū)動(dòng)器Mu或Md輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓和頻率相比更低的相應(yīng)范圍內(nèi)的電壓和頻率來將上臂(上側(cè))開關(guān)元件Qu驅(qū)動(dòng)為接通或斷開；并且驅(qū)動(dòng)下臂(下側(cè))開關(guān)元件Qd，使得下臂開關(guān)元件Qd總是接通。利用該配置，上臂開關(guān)元件Qu具有比基本電位N高的電位，基本電位N是電力轉(zhuǎn)換器進(jìn)行操作的電位。因此，由于可能在上臂開關(guān)元件Qu而不是下臂開關(guān)元件Qd中生成了熱，所以對(duì)上臂開關(guān)元件Qu的接通/斷開驅(qū)動(dòng)的控制允許總熱量減小。因此，可以更可靠地防止對(duì)開關(guān)元件Qu和Qd的毀壞。(第二實(shí)施例)第二實(shí)施例是通過將第一實(shí)施例中示出的示例配置應(yīng)用于逆變器而獲得的示例。下文中將參照?qǐng)D6描述第二實(shí)施例。為了便于描述，在第二實(shí)施例中，將描述第一和第二實(shí)施例之間的不同點(diǎn)。由于此原因，對(duì)于與圖I和4中示出的元件相同的元件分配相同的附圖標(biāo)記，并且省略它們的描述。圖6中示出的逆變器20包括一個(gè)或更多個(gè)電力轉(zhuǎn)換單元21、22、…，并且被配置成實(shí)現(xiàn)供電功能和輸電功能中的至少一個(gè)。供電功能是經(jīng)由轉(zhuǎn)換器10將從DC電源El提供的DC電(電壓VH，例如650V)轉(zhuǎn)換成三相AC電，并且將三相AC電提供給對(duì)應(yīng)的馬達(dá)發(fā)電機(jī)31、32···。輸電功能是對(duì)由對(duì)應(yīng)的馬達(dá)發(fā)電機(jī)31、32···生成的三相AC電進(jìn)行整流，并且經(jīng)由轉(zhuǎn)換器10將整流后的電力返回給DC電源E1。平滑電容器Cl連接到DC電源El的輸出端子。平滑電容器C2被設(shè)置在轉(zhuǎn)換器10與逆變器10之間、或在轉(zhuǎn)換器10內(nèi)、或在逆變器20內(nèi)。因?yàn)殡娏D(zhuǎn)換單元21、22…具有相同的結(jié)構(gòu)，所以將典型地描述電力轉(zhuǎn)換單元21的結(jié)構(gòu)。電力轉(zhuǎn)換單元21包括正常驅(qū)動(dòng)器Mla_M6a、放電驅(qū)動(dòng)器Mlb_M6b、開關(guān)元件Q1-Q6、二極管D1-D6、電阻器R1-R6等。正常驅(qū)動(dòng)器Mla至M3a、放電驅(qū)動(dòng)器Mlb至M3b、開關(guān)元件Ql至Q3、二極管Dl至D3、以及電阻器Rl至R3位于上臂處，而正常驅(qū)動(dòng)器M4a至M6a、放電驅(qū)動(dòng)器M4b至M6b、開關(guān)元件Q4至Q6、二極管D4至D6、以及電阻器R4至R6位于下臂處。當(dāng)根據(jù)把開關(guān)元件Ql至Q3中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的開關(guān)元件的輸出端子作為基準(zhǔn)電位接收從正常驅(qū)動(dòng)電源提供的電力(電壓Va)時(shí)，正常驅(qū)動(dòng)器Mla至M3a中的每個(gè)被激活。當(dāng)根據(jù)把開關(guān)元件Q4至Q6中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的開關(guān)元件的輸出端子作為基準(zhǔn)電位接收從正常驅(qū)動(dòng)電源提供的電力(電壓Vc)時(shí)，正常驅(qū)動(dòng)器M4a至M6a中的每個(gè)被激活。正常驅(qū)動(dòng)器Mla至 M6a中的每個(gè)可操作成根據(jù)從ECU 40向端子Pla至P6a中的一個(gè)對(duì)應(yīng)端子輸入的指示將驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到開關(guān)元件Ql至Q6中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的開關(guān)元件的控制端子。當(dāng)根據(jù)把開關(guān)元件Ql至Q3中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的開關(guān)元件的輸出端子作為基準(zhǔn)電位接收從備用電源Eb提供的電力(電壓Vb)時(shí)，放電驅(qū)動(dòng)器Mlb至M3b中的每個(gè)被激活。當(dāng)根據(jù)把開關(guān)元件Q4至Q6中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的開關(guān)元件的輸出端子作為基準(zhǔn)電位接收從備用電源Eb提供的電力(電壓Vd)時(shí)，放電驅(qū)動(dòng)器M4b至M6b中的每個(gè)被激活。放電驅(qū)動(dòng)器Mlb至M6b中的每個(gè)可操作成根據(jù)從ECU 40向端子Plb至P6b中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的端子輸入的指示將驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到開關(guān)元件Ql至Q6中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的開關(guān)元件的控制端子。注意，電力轉(zhuǎn)換器21可以設(shè)置有前述放電驅(qū)動(dòng)器Mlb至M6b中的至少一個(gè)。在圖6中示出的示例配置中，針對(duì)V相設(shè)置了放電驅(qū)動(dòng)器M2b和M5b (參見實(shí)線)，但是可以僅針對(duì)對(duì)應(yīng)的相來設(shè)置放電驅(qū)動(dòng)器Mlb和M4b或者放電驅(qū)動(dòng)器M3b和M6b?？梢詢H設(shè)置用于任何兩相(諸如U相和V相)的放電驅(qū)動(dòng)器，或者可以設(shè)置用于相應(yīng)的三相的放電驅(qū)動(dòng)器。與根據(jù)第一實(shí)施例的第一示例配置相似，電力轉(zhuǎn)換器21可以設(shè)置成具有針對(duì)一個(gè)相(也就是，縱向串聯(lián)連接的一組開關(guān)元件)設(shè)置的一個(gè)放電驅(qū)動(dòng)器、或設(shè)置成具有對(duì)應(yīng)于第二示例配置的放電驅(qū)動(dòng)器(參見圖4)或第三示例配置的放電驅(qū)動(dòng)器(參見圖5)的放電驅(qū)動(dòng)器。對(duì)于各個(gè)正常驅(qū)動(dòng)器Mla至M6a，可以設(shè)置單個(gè)正常驅(qū)動(dòng)電源或可以設(shè)置多個(gè)正常驅(qū)動(dòng)電源。這可以被應(yīng)用于備用電源Eb。針對(duì)各個(gè)放電驅(qū)動(dòng)器Mlb至M6b，可以如圖6所示那樣設(shè)置單個(gè)備用電源Eb，或者可以設(shè)置多個(gè)備用電源。注意，電壓Va、Vb、Vc和Vd是相同的電壓，但是不限于此。具體地，電壓Va、Vb、Vc和Vd可以根據(jù)對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)電位差而彼此不同。開關(guān)元件Ql至Q6中的每個(gè)對(duì)應(yīng)于圖2中示出的開關(guān)元件Qn。作為開關(guān)元件Ql至Q6，配備有感測(cè)端子Psl至Ps6的IGBT被用作示例。二極管Dl至D6中的每個(gè)連接在開關(guān)元件Ql至Q6中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的開關(guān)元件的輸入端子與輸出端子之間并且與其并聯(lián)連接。二極管Dl至D6中的每個(gè)用作續(xù)流二極管。開關(guān)元件Q2、Q4和Q6中的每個(gè)的輸出端子連接到基本電位N。電阻器R4至R6中的每個(gè)連接在感測(cè)端子Ps4至Ps6中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的感測(cè)端子與基本電位N之間。電阻器Rl至R3分別連接到對(duì)應(yīng)的開關(guān)元件Ql至Q3的輸出端子?；倦娢籒是電力轉(zhuǎn)換器21中的公共電位(公共電位地線)，并且當(dāng)接地時(shí)變?yōu)?V。電力轉(zhuǎn)換器21中的電路元件被分成三相(本實(shí)施例中的U相、V相和W相)，如用虛線示出的。對(duì)于每個(gè)相，電路元件的操作由E⑶40控制。U相由正常驅(qū)動(dòng)器Mla和M4a、放電驅(qū)動(dòng)器Mlb和M4b、開關(guān)元件Ql和Q4、二極管Dl和D4、電阻器Rl和R4等構(gòu)成。V相由正常驅(qū)動(dòng)器M2a和M5a、放電驅(qū)動(dòng)器M2b和M5b、開關(guān)元件Q2和Q5、二極管D2和D5、電阻器R2和R5等構(gòu)成。W相由正常驅(qū)動(dòng)器M3a和M6a、放電驅(qū)動(dòng)器M3b和M6b、開關(guān)元件Q3和Q6、二極管D3和D6、電阻器R3和R6等構(gòu)成。U相上開關(guān)元件Ql和下開關(guān)元件Q4串聯(lián)連接以形成半橋。類似地，V相上開關(guān)元件Q2和下開關(guān)元件Q5串聯(lián)連接以形成半橋，并且W相上開關(guān)元件Q3和下開關(guān)元件Q6串聯(lián)連接以形成半橋。每個(gè)相的半橋的連接點(diǎn)經(jīng)由線路Ku、Kv和Kw中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的線路而連接到馬達(dá)發(fā)電機(jī)31的三相端子的一個(gè)對(duì)應(yīng)端子。U相電流Iu、V相電流Iv和W相電流Iw分別通過線路Ku、Kv和Kw流動(dòng)。 E⑶40控制轉(zhuǎn)換器10、逆變器20等的整體操作。E⑶40可以被配置成使得CPU(微型計(jì)算機(jī))執(zhí)行軟件控制；或包括IC (LSI、門陣列等)和晶體管的電子元件執(zhí)行硬件控制。以下是與第一實(shí)施例的關(guān)聯(lián)性。電力轉(zhuǎn)換器21對(duì)應(yīng)于電力轉(zhuǎn)換器。DC電源E1、電容器Cl和轉(zhuǎn)換器10對(duì)應(yīng)于電源Es。電容器C2對(duì)應(yīng)于平滑電容器Ca，上臂開關(guān)元件Ql、Q2和Q3中的每個(gè)對(duì)應(yīng)于開關(guān)元件Qu，并且下臂開關(guān)元件Q4、Q5和Q6中的每個(gè)對(duì)應(yīng)于開關(guān)元件QcL 二極管D1、D3和D5中的每個(gè)對(duì)應(yīng)于二極管Du，并且二極管D2、D4和D6中的每個(gè)對(duì)應(yīng)于二極管Dd。正常驅(qū)動(dòng)器Mla、M3a和M5a中的每個(gè)對(duì)應(yīng)于正常驅(qū)動(dòng)器Mu，并且正常驅(qū)動(dòng)器M2a、Ma和M6a中的每個(gè)對(duì)應(yīng)于正常驅(qū)動(dòng)器Md。放電驅(qū)動(dòng)器Mlb至M6b中的每個(gè)對(duì)應(yīng)于放電驅(qū)動(dòng)器Mb，并且E⑶40對(duì)應(yīng)于控制器⑶。感測(cè)端子Psl至Ps6中的每個(gè)對(duì)應(yīng)于作為過電流保護(hù)裝置Mc的結(jié)構(gòu)元件的感測(cè)端子Psn，并且連接在感測(cè)端子Psl至Ps6中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的感測(cè)端子與對(duì)應(yīng)的輸出端子之間的電阻器Rl至R6中的每個(gè)等同于作為過電流保護(hù)裝置Mc的結(jié)構(gòu)元件的電阻器Rn。電力轉(zhuǎn)換器21如下操作。在正常時(shí)段期間，根據(jù)從E⑶40向端子M2b和M5b中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的端子輸入的指示，將驅(qū)動(dòng)信號(hào)從正常驅(qū)動(dòng)器Mla至M6a中的每個(gè)傳輸?shù)介_關(guān)元件Ql至Q6中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的開關(guān)元件的控制端子。這將從轉(zhuǎn)換器10提供的電力轉(zhuǎn)換，并且轉(zhuǎn)換后的電力被輸出到馬達(dá)發(fā)電機(jī)31。在放電時(shí)段期間，根據(jù)從ECU 40向端子P2b和P5b中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的端子輸入的指示，將驅(qū)動(dòng)信號(hào)從放電驅(qū)動(dòng)器M2b至M5b中的每個(gè)傳輸?shù)介_關(guān)元件Q2和Q5中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的開關(guān)元件的控制端子。替選地，在放電時(shí)段期間，將驅(qū)動(dòng)信號(hào)從放電驅(qū)動(dòng)器Q2和Q5中的每個(gè)自發(fā)地傳輸?shù)介_關(guān)兀件Q2和Q5中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的開關(guān)元件的控制端子。具體地，如圖3所示，上臂驅(qū)動(dòng)信號(hào)被傳輸?shù)介_關(guān)元件Q2，并且下臂驅(qū)動(dòng)信號(hào)被傳輸?shù)介_關(guān)元件Q5，由此對(duì)存儲(chǔ)在平滑電容器C2中的電荷進(jìn)行放電。根據(jù)第二實(shí)施例的逆變器電路20 (電力轉(zhuǎn)換器21、22···)將放電驅(qū)動(dòng)器Mb應(yīng)用于放電驅(qū)動(dòng)器M2b和M5b中的每個(gè)，由此實(shí)現(xiàn)與第一實(shí)施例相同的功能和效果。(第三實(shí)施例)
第三實(shí)施例是通過將第一實(shí)施例中示出的第一示例配置應(yīng)用于轉(zhuǎn)換器而獲得的示例。下文中將參照?qǐng)D7描述第三實(shí)施例。為了便于描述，在第三實(shí)施例中，將描述第一和第三實(shí)施例之間的不同點(diǎn)。由于此原因，向與根據(jù)第一實(shí)施例的元件相同的元件分配相同的附圖標(biāo)記，并且省略它們的描述。圖7中示出的轉(zhuǎn)換器10包括正常驅(qū)動(dòng)器Mll和M12、放電驅(qū)動(dòng)器Mb、開關(guān)元件Qll和Q12、二極管Dll和D12、電感器L10、電阻器Rl和R2等，以實(shí)現(xiàn)升壓功能來增大從電源Es提供的電力(電壓VL)并輸出升壓后電力。當(dāng)根據(jù)把開關(guān)元件Qll的輸出端子作為基準(zhǔn)電位接收從正常驅(qū)動(dòng)電源提供的電力(電壓Va)時(shí)，正常驅(qū)動(dòng)器Mll被激活。當(dāng)根據(jù)把開關(guān)元件Q12的輸出端子作為基準(zhǔn)電位接收從正常驅(qū)動(dòng)電源提供的電力(電壓Vc)時(shí)，正常驅(qū)動(dòng)器M12被激活。正常驅(qū)動(dòng)器Mll和M12中的每個(gè)可操作成根據(jù)從ECU 40向端子Pll和P12中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的端子輸入的指示將驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到開關(guān)元件Qll和Q12中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的開關(guān)元件的控制端子。當(dāng)根據(jù)把開關(guān)元件Qll的輸出端子作為基準(zhǔn)電位接收從備用電源Eb提供的電力·(電壓Vb)時(shí)，放電驅(qū)動(dòng)器Mub被激活。當(dāng)根據(jù)把開關(guān)元件Q12的輸出端子作為基準(zhǔn)電位接收從備用電源Eb提供的電力(電壓Vd)時(shí)，放電驅(qū)動(dòng)器Mdb被激活。放電驅(qū)動(dòng)器Mb中的每個(gè)可操作成根據(jù)從ECU 40向端子Pub和Pdb中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的端子輸入的指示將驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到開關(guān)元件Qll和Q12中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的開關(guān)元件的控制端子。注意，電壓Va、Vb、Vc和Vd是與第二實(shí)施例中相同的電壓，但是不限于此。具體地，電壓Va、Vb、Vc和Vd可以根據(jù)對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)電位差而彼此不同。上開關(guān)元件Qll和下開關(guān)元件Q12串聯(lián)連接以形成半橋。作為開關(guān)元件Qll和Q12，配備有感測(cè)端子Psll和Psl2的IGBT被分別用作示例。電阻器R12連接在感測(cè)端子Psl2與基本電位N之間。電阻器Rll連接在感測(cè)端子Psll與到開關(guān)元件Q12的輸入端子的中間連接點(diǎn)之間。中間連接點(diǎn)經(jīng)由電感器LlO連接到電源Es的正電極。作為電感器L10，扼流線圈用作示例。二極管Dll和D12中的每個(gè)連接在開關(guān)元件Qll和Q12中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的開關(guān)元件的輸入端子與輸出端子之間并與其并聯(lián)連接。二極管Dll和D12中的每個(gè)用作續(xù)流二極管。開關(guān)元件Q12的輸出端子連接到電源Es的負(fù)電極。以下是與第一實(shí)施例的關(guān)聯(lián)性。轉(zhuǎn)換器10對(duì)應(yīng)于電力轉(zhuǎn)換器。開關(guān)元件Qll對(duì)應(yīng)于開關(guān)元件Qu，并且開關(guān)元件Q12對(duì)應(yīng)于開關(guān)元件Qd。二極管Dll對(duì)應(yīng)于二極管Du，并且二極管D12對(duì)應(yīng)于二極管Dd。正常驅(qū)動(dòng)器Mll對(duì)應(yīng)于正常驅(qū)動(dòng)器Muv，并且正常驅(qū)動(dòng)器M12對(duì)應(yīng)于正常驅(qū)動(dòng)器Md。E⑶40對(duì)應(yīng)于控制器⑶。感測(cè)端子Psl和Ps2中的每個(gè)對(duì)應(yīng)于作為過電流保護(hù)裝置Mc的結(jié)構(gòu)元件的感測(cè)端子Psn，并且連接在感測(cè)端子Psl和Ps2中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的感測(cè)端子與對(duì)應(yīng)的輸出端子之間的電阻器Rll和R12中的每個(gè)等同于作為過電流保護(hù)裝置Mc的結(jié)構(gòu)元件的電阻器Rn。轉(zhuǎn)換器10如下操作。在正常時(shí)段期間，根據(jù)從E⑶40向端子Pll和P12中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的端子輸入的指示，將驅(qū)動(dòng)信號(hào)從正常驅(qū)動(dòng)器Mll和M12中的每個(gè)傳輸?shù)介_關(guān)元件Qll和Q12中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的開關(guān)元件的控制端子。這將從電源Es提供的電力進(jìn)行轉(zhuǎn)換(升壓)，并且輸出轉(zhuǎn)換后的電力。例如，接通開關(guān)元件Q12會(huì)對(duì)電感器LlO充電。此后，開關(guān)元件Q12被斷開，并且開關(guān)元件Qll被接通。這產(chǎn)生了轉(zhuǎn)換器10的輸出電壓VH;輸出電壓VH等于電源Es的DC電壓與電感器LlO中充電的電壓的和。在放電時(shí)段期間，根據(jù)從ECU 40向端子Pb輸入的指示將驅(qū)動(dòng)信號(hào)從放電驅(qū)動(dòng)器Mb傳輸?shù)介_關(guān)元件Qll和Q12中的每個(gè)的控制端子。替選地，在放電時(shí)段期間，將驅(qū)動(dòng)信號(hào)從放電驅(qū)動(dòng)器Mb自發(fā)地傳輸?shù)介_關(guān)元件Qll和Q12中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的開關(guān)元件的控制端子。具體地，如圖3所示，上臂驅(qū)動(dòng)信號(hào)被傳輸?shù)介_關(guān)元件Q11，并且下臂驅(qū)動(dòng)信號(hào)被傳輸?shù)介_關(guān)元件Q12，由此對(duì)存儲(chǔ)在平滑電容器Cav中的電荷進(jìn)行放電。根據(jù)第三實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器10使用第一示例配置的放電驅(qū)動(dòng)器Mb，由此實(shí)現(xiàn)與第一實(shí)施例相同的功能和效果。注意，當(dāng)使用第二示例配置(參見圖4)或第三示例配置(參見圖5)時(shí)，根據(jù)第三實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器10可以實(shí)現(xiàn)與第一實(shí)施例相同的功能和效果。(其它實(shí)施例)雖然已經(jīng)根據(jù)第一至第三實(shí)施例描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但是本發(fā)明不限于第一·至第三實(shí)施例中的任何一個(gè)。換言之，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以以各種形式使用本發(fā)明。例如，可以實(shí)現(xiàn)以下實(shí)施例。在以上提到的第一至第三實(shí)施例中的每個(gè)中，用于執(zhí)行對(duì)開關(guān)元件(上臂)Qu的接通/斷開驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)被配置成使得在閾值電壓Vt不變的情況下其頻率改變(參見圖3)，但是也可以被配置成使得在頻率不變的情況下，閾值電壓Vt改變；或者在頻率改變的情況下，閾值電壓Vt改變。也就是，可以通過處于與從正常驅(qū)動(dòng)器Mu和Md輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓和頻率相比更低的相應(yīng)預(yù)定范圍內(nèi)的電壓和頻率來控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)。利用這些配置，過熱保護(hù)裝置Mh保護(hù)開關(guān)元件Qu的溫度以免超過容許溫度，并且過電流保護(hù)裝置Mc防止流經(jīng)開關(guān)元件Qu和Qd的電流超過容許電流值。因此，可以可靠地防止對(duì)開關(guān)元件Qu等的損壞。以上提到的第一至第三實(shí)施例中的每個(gè)被配置成監(jiān)視電流I以便由此控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)(參見圖3)，但是其也可以被配置成監(jiān)視溫度Tn以便由此控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)，或被配置成監(jiān)視電流I和溫度Tn兩者以便由此控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)。此外，這些實(shí)施例中的至少一個(gè)可以與這些實(shí)施例中的另一個(gè)組合。在此情況下，更好是能夠控制流經(jīng)開關(guān)元件Qu和Qd的電流I以及開關(guān)元件Qu的溫度Tn，以使得電流I低于容許電流值并且溫度Tn低于容許溫度。與第一至第三實(shí)施例中的每個(gè)一樣，在這些配置中，過熱保護(hù)裝置Mh防止開關(guān)元件Qu超過容許溫度，并且過電流保護(hù)裝置Mc防止流經(jīng)開關(guān)元件Qu和Qd的電流超過容許電流值。因此，可以更可靠地防止對(duì)開關(guān)元件Qu等的損壞。以上提到的第一至第三實(shí)施例中的每個(gè)被配置成接通/斷開上臂開關(guān)元件Qu，并且控制下臂開關(guān)元件Qd使得其總是接通(參見圖3)，但是也可以被配置成接通/斷開下臂開關(guān)元件Qd，并且控制上臂開關(guān)元件Qu使得其總是接通。因?yàn)檫@是要用下開關(guān)元件替換上開關(guān)元件，所以可以實(shí)現(xiàn)與第一至第三實(shí)施例相同的功能和效果。以上提到的第一至第三實(shí)施例中的每個(gè)被配置成接通/斷開一個(gè)開關(guān)元件(上臂開關(guān)元件)Qu，并且控制另一開關(guān)元件(下臂開關(guān)元件)Qd使得其總是接通(參見圖3)，但是也可以被配置成當(dāng)滿足切換條件時(shí)在要接通/斷開的開關(guān)元件與總是接通的開關(guān)元件之間進(jìn)行切換?？梢钥蛇x地確立切換條件。例如，在圖8中示出的控制的示例中，在升高的電流I變得低于閾值電流It的時(shí)間t3處，要接通/斷開的開關(guān)元件被切換成下臂開關(guān)元件，并且總是接通的開關(guān)元件被切換成上臂開關(guān)元件。切換(即，從接通變?yōu)閿嚅_或從斷開變?yōu)榻油?可能導(dǎo)致溫度增加。因此，切換會(huì)減小溫度的增加。因此，可以實(shí)現(xiàn)與第一至第三實(shí)施例相同的功能和效果。以上提到的第一至第三實(shí)施例中的每個(gè)被配置成監(jiān)視電流I (或溫度Tn)，并且控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)，由此當(dāng)監(jiān)視的電流I或溫度Tn達(dá)到閾值電流It (或閾值溫度Tt)時(shí)改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)(參見圖3和圖8)，但是可以被配置成監(jiān)視電流I (或溫度Tn)的增加/減小率以及控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)，由此當(dāng)監(jiān)視的每單位時(shí)間的增加/減小率達(dá)到增加/減小率閾值時(shí)改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)。如果在圖3或圖8中示出的控制的示例中，用角Θ表示每單位時(shí)間的增加/減小率(改變率)，則每當(dāng)角θ達(dá)到增加/減小閾值Qt時(shí)可以改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)。如果增加/減小率為大的值，則其可以快速超過容許值。因此，快速改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)使得可以更可靠地防止對(duì)開關(guān)元件Qu等的損壞。附圖標(biāo)記的描述
Es 電源Eb備用電源Cav平滑電容器(電容器)Mu、Md正常驅(qū)動(dòng)器Mb放電驅(qū)動(dòng)器Mh過熱保護(hù)裝置Mc過電流保護(hù)裝置Qu、Qd開關(guān)元件CN控制器10轉(zhuǎn)換器(電力轉(zhuǎn)換器)20逆變器(電力轉(zhuǎn)換器)21、22…電力轉(zhuǎn)換單元31、32…馬達(dá)發(fā)電機(jī)40ECU (控制器)C1、C2 電容器Mla_M6a、Mll、M12 正常驅(qū)動(dòng)器Mlb-M6b放電驅(qū)動(dòng)器Q1-Q6、Q1UQ12 開關(guān)元件
權(quán)利要求
1.一種電力轉(zhuǎn)換器，包括 第一和第二開關(guān)元件，所述第一和第二開關(guān)元件相對(duì)于基本電位位于高側(cè)和低側(cè)并串聯(lián)連接，所述第一和第二開關(guān)元件對(duì)來自電源的電力執(zhí)行轉(zhuǎn)換； 正常驅(qū)動(dòng)器，其在所述電力下操作以使用具有預(yù)定電壓和頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來驅(qū)動(dòng)所述第一和第二開關(guān)元件； 與所述第一和第二開關(guān)元件并聯(lián)連接的電容器； 與所述電源分開設(shè)置的備用電源，所述備用電源在正常時(shí)段和放電時(shí)段中的至少一個(gè)時(shí)段期間提供電力；以及 放電驅(qū)動(dòng)器，其在從所述備用電源提供的電力下操作，基于具有電壓和頻率中的至少一個(gè)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來接通或斷開所述第一和第二開關(guān)元件中的至少一個(gè)開關(guān)元件，并且驅(qū)動(dòng)所述第一和第二開關(guān)元件中的另一個(gè)開關(guān)元件以使得所述第一和第二開關(guān)元件中的所述另一個(gè)開關(guān)元件總是接通，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓和頻率中的至少一個(gè)處于與從所述正常驅(qū)動(dòng)器輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的所述預(yù)定電壓和頻率中的至少一個(gè)相比更低的預(yù)定范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述放電驅(qū)動(dòng)器包括過熱保護(hù)裝置，所述過熱保護(hù)裝置防止要根據(jù)具有所述預(yù)定范圍內(nèi)的電壓和頻率中的至少一個(gè)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)接通或斷開的所述第一和第二開關(guān)元件中的一個(gè)開關(guān)元件過熱，由此防止所述第一和第二開關(guān)元件中的所述一個(gè)開關(guān)元件超過容許溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述放電驅(qū)動(dòng)器包括過電流保護(hù)裝置，所述過電流保護(hù)裝置防止流經(jīng)所述第一和第二開關(guān)元件中的總是接通的另一個(gè)開關(guān)元件的電流超過容許電流值。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述放電驅(qū)動(dòng)器根據(jù)具有處于與從所述正常驅(qū)動(dòng)器輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的所述預(yù)定電壓和頻率中的至少一個(gè)相比更低的在所述預(yù)定范圍內(nèi)的電壓和頻率中的至少一個(gè)的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)，來接通/斷開所述第一和第二開關(guān)元件中的對(duì)應(yīng)于所述高側(cè)的一個(gè)開關(guān)元件，并且所述放電驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述第一和第二開關(guān)元件中的對(duì)應(yīng)于所述低側(cè)的另一個(gè)開關(guān)元件以使得所述另一個(gè)開關(guān)元件總是接通。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述放電驅(qū)動(dòng)器并入所述正常驅(qū)動(dòng)器中。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電力轉(zhuǎn)換器，其中，來自所述電源的電力是直流電，所述第一和第二開關(guān)元件被配置成將來自所述電源的所述直流電轉(zhuǎn)換成交流電，并且將所述交流電提供給交流負(fù)載，并且針對(duì)所述交流負(fù)載的至少一個(gè)相設(shè)置所述第一和第二開關(guān)元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一和第二開關(guān)元件被配置成使來自所述電源的電力升壓，并將所述升壓的電力提供給負(fù)載。
全文摘要
一種電力轉(zhuǎn)換裝置包括備用電源(Eb)，其與電源(Es)分開設(shè)置并且在放電時(shí)段期間提供電力；放電時(shí)段驅(qū)動(dòng)電路(Mb)，用于在串聯(lián)連接的開關(guān)元件(Qu、Qd)之間通過比從正常時(shí)段驅(qū)動(dòng)電路(Mu、Md)輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)更低的預(yù)定范圍內(nèi)的電壓和頻率來接通和斷開上臂(臂之一)的開關(guān)元件(Qu)并且驅(qū)動(dòng)下臂(另一個(gè)臂)的開關(guān)元件(Qd)以使其總是接通。利用這種配置，當(dāng)對(duì)平滑電容器(Cav)放電時(shí)，可以防止開關(guān)元件(Qu、Qd)和其它元件被損壞并可以改進(jìn)故障安全功能。由于引起過量電流和過熱的開關(guān)元件被指定為開關(guān)元件之一，所以可以更可靠地防止過量電流和過熱。
文檔編號(hào)H02M3/155GK102884721SQ201180023180
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月12日
發(fā)明者濱中義行, 前原恒男, 坂田浩一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝, 豐田自動(dòng)車株式會(huì)社