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CN115395812A - 逆变器装置和包括该逆变器装置的车辆 - Google Patents

逆变器装置和包括该逆变器装置的车辆 Download PDF

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CN115395812A
CN115395812A CN202110570046.7A CN202110570046A CN115395812A CN 115395812 A CN115395812 A CN 115395812A CN 202110570046 A CN202110570046 A CN 202110570046A CN 115395812 A CN115395812 A CN 115395812A
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resistance
bridge arm
inverter device
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佐佐木久幸
勝俣纯
渡边敏之
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Nidec Elesys Corp
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Abstract

一种逆变器装置和包括该逆变器装置的车辆，容易在电路不变得复杂化的情况下抑制断开浪涌电压或接通浪涌电压。本发明的逆变器装置包括：逆变器电路，具有第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂具有第一开关元件，第二桥臂具有与第一开关元件串联连接的第二开关元件；第一驱动电路，经由第一电阻电路与第一开关元件的栅极连接，对第一开关元件进行通断控制；以及第二驱动电路，经由第二电阻电路与第二开关元件的栅极连接，且对第二开关元件进行通断控制，第一桥臂侧的总电感值大于第二桥臂侧的总电感值，第一电阻电路的使第一开关元件断开(接通)时起作用的电路部分的总电阻值大于第二电阻电路的使第二开关元件断开(接通)时起作用的电路部分的总电阻值。

Description

逆变器装置和包括该逆变器装置的车辆
技术领域
本发明涉及逆变器装置和包括该逆变器装置的车辆。
背景技术
在通常的逆变器装置中，当将开关元件断开时，会对开关元件施加断开浪涌电压。在断开浪涌电压大于开关元件的最大额定电压(允许电压)时，开关元件会被破坏。
针对上述情况，在逆变器装置中，有时会设置用于抑制断开浪涌电压的结构。
例如，在专利文献1中公开了一种栅极驱动电路，其包括栅极电源、栅极电阻电路、电压值获取部和电阻值变更部，其中，栅极电源对与直流电源连接的开关元件的栅极电极施加栅极电压，栅极电阻电路设置在栅极电源与栅极电极之间，电压值获取部获取直流电源的电压值，电阻值变更部根据电压值获取部获取的直流电源的电压值对栅极电阻电路的电阻值进行变更。根据上述栅极驱动电路，在直流电源的电压值下降时，只要使栅极电阻电路的电阻值增大，就能延长开关元件的断开时间，由此，在开关元件断开时产生的浪涌电压的产生时间变长，能使浪涌电压的峰值相应地降低，从而避免开关元件破坏。
专利文献1：日本特开JP2019-9846A
此外，在通常的逆变器装置中，当将开关元件接通时，也会产生接通浪涌电压，与将开关元件断开时类似，在接通浪涌电压大于开关元件的最大额定电压(允许电压)时，开关元件也会被破坏。
针对上述情况，在逆变器装置中，也可考虑设置用于抑制接通浪涌电压的结构。
不过，在逆变器装置中，为了抑制断开浪涌电压或接通浪涌电压，容易导致电路复杂化。
发明内容
本发明正是鉴于上述问题而完成的，目的在于提供一种逆变器装置和包括该逆变器装置的车辆，容易在电路不变得复杂化的情况下抑制断开浪涌电压或接通浪涌电压。
为了实现上述目的，本发明提供一种逆变器装置，包括：逆变器电路，该逆变器电路具有第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂具有第一开关元件，所述第二桥臂具有与第一开关元件串联连接在外部电源的正负极之间的第二开关元件；第一驱动电路，该第一驱动电路经由第一电阻电路与所述第一开关元件的栅极连接，且对所述第一开关元件进行通断控制；以及第二驱动电路，该第二驱动电路经由第二电阻电路与所述第二开关元件的栅极连接，且对所述第二开关元件进行通断控制，其中，所述第一桥臂侧的总电感值大于所述第二桥臂侧的总电感值，所述第一电阻电路的使所述第一开关元件断开时起作用的电路部分的总电阻值大于所述第二电阻电路的使所述第二开关元件断开时起作用的电路部分的总电阻值。
此处，所谓“第一桥臂侧的总电感值”，是指与第一开关元件对应的总电感值，包括从外部电源至逆变器电路的电感(例如包括逆变器电路与连接在外部电源和逆变器之间的电容的连接部分的电感)以及逆变器电路内的电感(例如包括第一开关元件的内部配线的电感)，所谓“第二桥臂侧的总电感值”，是指与第二开关元件对应的总电感值，包括从外部电源至逆变器电路的电感(例如逆变器电路与连接在外部电源和逆变器之间的电容的连接部分的电感)以及逆变器电路内的电感(例如包括第二开关元件的内部配线的电感)。
根据本发明的逆变器装置，具有第一开关元件的第一桥臂侧的总电感值大于具有第二开关元件的第二桥臂侧的总电感值，因此，与第二开关元件相比，在第一开关元件处容易产生大的断开浪涌电压，不过，第一电阻电路的使第一开关元件断开时起作用的电路部分的总电阻值大于第二电阻电路的使第二开关元件断开时起作用的电路部分的总电阻值，因此，能延长第一开关元件的切换时间(断开的时间)，由此，能利用第一桥臂、第二桥臂、第一电阻电路和第二电阻电路这样的通常的逆变器装置所需的构成要素来抑制断开浪涌电压，容易在电路不变得复杂化的情况下抑制断开浪涌电压。因此，也有助于降低成本。
此外，在本发明的逆变器装置中，优选所述第一电阻电路的使所述第一开关元件断开时起作用的电路部分由多个电阻构成，和/或，所述第二电阻电路的使所述第二开关元件断开时起作用的电路部分由多个电阻构成。
根据本发明的逆变器装置，第一电阻电路的使第一开关元件断开时起作用的电路部分由多个电阻构成，和/或，第二电阻电路的使第二开关元件断开时起作用的电路部分由多个电阻构成，因此，容易利用电阻值相同的标准件来使第一电阻电路的使第一开关元件断开时起作用的电路部分的总电阻值不同于第二电阻电路的使第二开关元件断开时起作用的电路部分的总电阻值。
此外，在本发明的逆变器装置中，优选所述电阻包括芯片电阻和引线电阻中的至少一方。
此外，在本发明的逆变器装置中，优选所述第一开关元件是高侧开关元件，所述第二开关元件是低侧开关元件。
此外，在本发明的逆变器装置中，优选所述第一开关元件和所述第二开关元件分别是绝缘栅双极型晶体管。
此外，为了实现上述目的，本发明提供一种逆变器装置，包括：逆变器电路，该逆变器电路具有第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂具有第一开关元件，所述第二桥臂具有与第一开关元件串联连接在外部电源的正负极之间的第二开关元件；第一驱动电路，该第一驱动电路经由第一电阻电路与所述第一开关元件的栅极连接，且对所述第一开关元件进行通断控制；以及第二驱动电路，该第二驱动电路经由第二电阻电路与所述第二开关元件的栅极连接，且对所述第二开关元件进行通断控制，其中，所述第一桥臂侧的总电感值大于所述第二桥臂侧的总电感值，所述第一电阻电路的使所述第一开关元件接通时起作用的电路部分的总电阻值大于所述第二电阻电路的使所述第二开关元件接通时起作用的电路部分的总电阻值。
此处，所谓“第一桥臂侧的总电感值”，是指与第一开关元件对应的总电感值，包括从外部电源至逆变器电路的电感(例如包括逆变器电路与连接在外部电源和逆变器之间的电容的连接部分的电感)以及逆变器电路内的电感(例如包括第一开关元件的内部配线的电感)，所谓“第二桥臂侧的总电感值”，是指与第二开关元件对应的总电感值，包括从外部电源至逆变器电路的电感(例如逆变器电路与连接在外部电源和逆变器之间的电容的连接部分的电感)以及逆变器电路内的电感(例如包括第二开关元件的内部配线的电感)。
根据本发明的逆变器装置，具有第一开关元件的第一桥臂侧的总电感值大于具有第二开关元件的第二桥臂侧的总电感值，因此，与第二开关元件相比，在第一开关元件处容易产生大的接通浪涌电压，不过，第一电阻电路的使第一开关元件接通时起作用的电路部分的总电阻值大于第二电阻电路的使第二开关元件接通时起作用的电路部分的总电阻值，因此，能延长第一开关元件的切换时间(接通的时间)，由此，能利用第一桥臂、第二桥臂、第一电阻电路和第二电阻电路这样的通常的逆变器装置所需的构成要素来抑制接通浪涌电压，容易在电路不变得复杂化的情况下抑制接通浪涌电压。因此，也有助于降低成本。
此外，在本发明的逆变器装置中，优选所述第一电阻电路的使所述第一开关元件接通时起作用的电路部分由多个电阻构成，和/或，所述第二电阻电路的使所述第二开关元件接通时起作用的电路部分由多个电阻构成。
根据本发明的逆变器装置，第一电阻电路的使第一开关元件接通时起作用的电路部分由多个电阻构成，和/或，第二电阻电路的使第二开关元件接通时起作用的电路部分由多个电阻构成，因此，容易利用电阻值相同的标准件来使第一电阻电路的使第一开关元件接通时起作用的电路部分的总电阻值不同于第二电阻电路的使第二开关元件接通时起作用的电路部分的总电阻值。
此外，在本发明的逆变器装置中，优选所述电阻包括芯片电阻和引线电阻中的至少一方。
此外，在本发明的逆变器装置中，优选所述第一开关元件是高侧开关元件，所述第二开关元件是低侧开关元件。
此外，在本发明的逆变器装置中，优选所述第一开关元件和所述第二开关元件分别是绝缘栅双极型晶体管。
此外，为了实现上述目的，本发明提供一种车辆，其包括上述任一项的逆变器装置。
(发明效果)
根据本发明，具有第一开关元件的第一桥臂侧的总电感值大于具有第二开关元件的第二桥臂侧的总电感值，因此，与第二开关元件相比，在第一开关元件处容易产生大的断开浪涌电压或接通浪涌电压，不过，第一电阻电路的使第一开关元件断开时起作用的电路部分的总电阻值大于第二电阻电路的使第二开关元件断开时起作用的电路部分的总电阻值，和/或，第一电阻电路的使第一开关元件接通时起作用的电路部分的总电阻值大于第二电阻电路的使第二开关元件接通时起作用的电路部分的总电阻值，因此，能延长第一开关元件的切换时间(断开或接通的时间)，由此，能利用第一桥臂、第二桥臂、第一电阻电路和第二电阻电路这样的通常的逆变器装置所需的构成要素来抑制断开浪涌电压或接通浪涌电压，容易在电路不变得复杂化的情况下抑制断开浪涌电压或接通浪涌电压。因此，也有助于降低成本。
附图说明
图1是示意表示本发明实施方式的逆变器装置的电路图。
图2是示意表示本发明实施方式的逆变器装置的局部电路图，其中仅图示了马达的一相对应的第一开关元件和第二开关元件。
图3是用于说明逆变器电路中的开关元件断开时的集电极电流以及断开浪涌电压的图表。
(符号说明)
1 逆变器装置
10 逆变器电路
11 第一桥臂
111 第一开关元件
112 第一二极管
12 第二桥臂
121 第二开关元件
122 第二二极管
20 栅极驱动电路
21 第一驱动电路
22 第二驱动电路
23 第一电阻电路
231 电路部分
232 电路部分
24 第二电阻电路
241 电路部分
242 电路部分
30 控制电路
40 高压电池
50 低压电池
90 马达
具体实施方式
下面，结合图1至图3对本发明实施方式的逆变器装置进行说明，其中，图1是示意表示本发明实施方式的逆变器装置的电路图，图2是示意表示本发明实施方式的逆变器装置的局部电路图，其中仅图示了马达的一相对应的第一开关元件和第二开关元件，图3是用于说明逆变器电路中的开关元件断开时的集电极电流以及断开浪涌电压的图表。
(逆变器装置的整体结构)
如图1所示，逆变器装置1包括：逆变器电路10，该逆变器电路10具有开关元件；以及栅极驱动电路20，该栅极驱动电路20向逆变器电路10发送驱动信号，以对逆变器电路10的开关元件的通断进行控制。
此处，如图1所示，逆变器电路10由外部的高压电池40(本发明中的外部电源)供电。
此外，如图1所示，逆变器装置1还包括控制电路30，该控制电路30由外部的低压电池50供电，且向栅极驱动电路20发送控制信号。
此外，如图1所示，逆变器装置1用于对马达90(在图示的例子中具有UVW三相，但并不局限于此)进行供电。
(逆变器电路的结构)
如图1所示，逆变器电路10具有第一桥臂11和第二桥臂12，第一桥臂11具有第一开关元件111，第二桥臂12具有与第一开关元件111串联连接在外部电源的正负极之间的第二开关元件121。
此处，如图1所示，第一桥臂11是上桥臂，第一开关元件111是高侧开关元件；第二桥臂12是下桥臂，第二开关元件121是低侧开关元件。具体而言，第一桥臂11包括并联连接的多个(在图示的例子中与马达90的VUW三相对应地设置有三个)第一开关元件111，第一开关元件111是绝缘栅双极型晶体管，集电极与外部电源的正极连接；第二桥臂12包括并联连接的多个(在图示的例子中与马达90的VUW三相对应地设置有三个)第二开关元件121，第二开关元件121也是绝缘栅双极型晶体管，集电极与第一开关元件111的发射极连接，发射极与外部电源的负极连接。并且，第一开关元件111与第二开关元件121之间的连接点经由电线与马达90的线圈连接(在图示的例子中，与马达90的U相对应的第一开关元件111和第二开关元件121之间的连接点经由电线与马达90的U相线圈连接，与马达90的V相对应的第一开关元件111和第二开关元件121之间的连接点经由电线与马达90的V相线圈连接，与马达90的W相对应的第一开关元件111和第二开关元件121之间的连接点经由电线与马达90的W相线圈连接)。
此外，如图1所示，第一桥臂11具有与第一开关元件111反向并联连接的第一二极管112；第二桥臂12具有与第二开关元件121反向并联连接的第二二极管122。具体而言，第一桥臂11包括与并联连接的多个第一开关元件111分别对应的多个第一二极管112；同样地，第二桥臂12包括与并联连接的多个第二开关元件121分别对应的多个第二二极管122。
(栅极驱动电路)
如图2所示，栅极驱动电路20包括：第一驱动电路21(例如由芯片构成)，该第一驱动电路21经由第一电阻电路23(例如设置于电路板)与第一开关元件111的栅极连接，且对第一开关元件111进行通断控制；以及第二驱动电路22(例如由芯片构成)，该第二驱动电路22经由第二电阻电路24(例如设置于电路板)与第二开关元件112的栅极连接，且对第二开关元件112进行通断控制。
此处，如图2所示，第一电阻电路23的使第一开关元件111断开时起作用的电路部分231由多个电阻构成(在图示的例子中这多个电阻并联连接，但并不局限于此)，第二电阻电路24的使第二开关元件112断开时起作用的电路部分241由多个电阻构成(在图示的例子中这多个电阻并联连接，但并不局限于此)。并且，第一电阻电路23的使第一开关元件111接通时起作用的电路部分232由多个电阻构成(在图示的例子中这多个电阻并联连接，但并不局限于此)，第二电阻电路24的使第二开关元件112接通时起作用的电路部分242由多个电阻构成(在图示的例子中这多个电阻并联连接，但并不局限于此)。并且，作为电阻，可选用芯片电阻和/或引线电阻。
(开关元件断开时产生的断开浪涌电压)
在逆变器电路中，当开关元件断开时，如图3所示，会产生以Vcep为峰值的断开浪涌电压Vce，该断开浪涌电压Vce可由下述公式表示：
Vce＝-Ls×dlc/dt+Vcc
其中，断开浪涌电压Vce是集电极与发射极间的电压(collector-emittervoltage)，Ls是浮动电感(floating inductance)，lc是集电极电流(collector current)，Vcc是输入电压。
此外，-Ls越大，断开浪涌电压Vce的峰值Vcep越大。
(断开浪涌电压的抑制措施)
在本实施方式中，为了抑制断开浪涌电压，采用了以下结构：使第一桥臂11侧的总电感值大于第二桥臂12侧的总电感值(例如，使第一开关元件111的电感值大于第二开关元件112的电感值，使第一桥臂11侧的-Ls比第二桥臂12侧的-Ls大)，并且，第一电阻电路23的使第一开关元件111断开时起作用的电路部分的总电阻值大于第二电阻电路24的使第二开关元件112断开时起作用的电路部分的总电阻值。
(本实施方式的主要效果)
根据本实施方式的逆变器装置1，具有第一开关元件111的第一桥臂11侧的总电感值大于具有第二开关元件112的第二桥臂12侧的总电感值，因此，与第二开关元件112相比，在第一开关元件111处容易产生大的断开浪涌电压，不过，第一电阻电路23的使第一开关元件111断开时起作用的电路部分的总电阻值大于第二电阻电路24的使第二开关元件112断开时起作用的电路部分的总电阻值，因此，能延长第一开关元件111的切换时间(断开的时间)，由此，能利用第一桥臂11、第二桥臂12、第一电阻电路23和第二电阻电路24这样的通常的逆变器装置所需的构成要素来抑制断开浪涌电压，容易在电路不变得复杂化的情况下抑制断开浪涌电压。因此，也有助于降低成本。
此外，根据本实施方式的逆变器装置1，具有第一开关元件111的第一桥臂11侧的总电感值大于具有第二开关元件112的第二桥臂12侧的总电感值，因此，与第二开关元件112相比，在第一开关元件111处容易产生大的接通浪涌电压，不过，第一电阻电路23的使第一开关元件111接通时起作用的电路部分的总电阻值大于第二电阻电路24的使第二开关元件112接通时起作用的电路部分的总电阻值，因此，能延长第一开关元件111的切换时间(接通的时间)，由此，能利用第一桥臂11、第二桥臂12、第一电阻电路23和第二电阻电路24这样的通常的逆变器装置所需的构成要素来抑制接通浪涌电压，容易在电路不变得复杂化的情况下抑制接通浪涌电压。因此，也有助于降低成本。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明的具体实现并不受上述实施方式的限制。
例如，在上述实施方式中，逆变器装置1可应用于车辆，以对车辆的运转进行控制。
此外，在上述实施方式中，逆变器装置1用于对马达90进行供电，但并不局限于此，也可应用于对其它装置进行供电。
此外，在上述实施方式中，第一电阻电路23的使第一开关元件111断开时起作用的电路部分的总电阻值大于第二电阻电路24的使第二开关元件112断开时起作用的电路部分的总电阻值，并且，第一电阻电路23的使第一开关元件111接通时起作用的电路部分的总电阻值大于第二电阻电路24的使第二开关元件112接通时起作用的电路部分的总电阻值，但并不局限于此，也可仅将第一电阻电路23的使第一开关元件111断开时起作用的电路部分231的总电阻值设定成大于第二电阻电路24的使第二开关元件112断开时起作用的电路部分241的总电阻值，或者仅将第一电阻电路23的使第一开关元件111接通时起作用的电路部分232的总电阻值设定成大于第二电阻电路24的使第二开关元件112接通时起作用的电路部分242的总电阻值。
此外，在上述实施方式中，第一桥臂11是上桥臂，第一开关元件111是高侧开关元件；第二桥臂12是下桥臂，第二开关元件121是低侧开关元件，但并不局限于此，也可以是第一桥臂11是下桥臂，第一开关元件111是低侧开关元件，第二桥臂12是上桥臂，第二开关元件121是高侧开关元件。
此外，在上述实施方式中，第一电阻电路23的使第一开关元件111断开时起作用的电路部分231由多个电阻构成，第二电阻电路24的使第二开关元件112断开时起作用的电路部分241由多个电阻构成，并且，第一电阻电路23的使第一开关元件111接通时起作用的电路部分232由多个电阻构成，第二电阻电路24的使第二开关元件112接通时起作用的电路部分242由多个电阻构成，但并不局限于此，电路部分231、241、232、242也可由单个电阻构成，电路部分241也可由单个电阻构成。
此外，在上述实施方式中，在外部电源与逆变器电路10之间还可设置平滑电容等。
应当理解，本发明在其范围内，能将实施方式中的各个部分自由组合，或是将实施方式中的各个部分适当变形、省略。

Claims (11)

1.一种逆变器装置，包括：逆变器电路，该逆变器电路具有第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂具有第一开关元件，所述第二桥臂具有与第一开关元件串联连接在外部电源的正负极之间的第二开关元件；第一驱动电路，该第一驱动电路经由第一电阻电路与所述第一开关元件的栅极连接，且对所述第一开关元件进行通断控制；以及第二驱动电路，该第二驱动电路经由第二电阻电路与所述第二开关元件的栅极连接，且对所述第二开关元件进行通断控制，其特征在于，
所述第一桥臂侧的总电感值大于所述第二桥臂侧的总电感值，
所述第一电阻电路的使所述第一开关元件断开时起作用的电路部分的总电阻值大于所述第二电阻电路的使所述第二开关元件断开时起作用的电路部分的总电阻值。
2.如权利要求1所述的逆变器装置，其特征在于，
所述第一电阻电路的使所述第一开关元件断开时起作用的电路部分由多个电阻构成，
和/或，
所述第二电阻电路的使所述第二开关元件断开时起作用的电路部分由多个电阻构成。
3.如权利要求2所述的逆变器装置，其特征在于，
所述电阻包括芯片电阻和引线电阻中的至少一方。
4.如权利要求1所述的逆变器装置，其特征在于，
所述第一开关元件是高侧开关元件，
所述第二开关元件是低侧开关元件。
5.如权利要求1所述的逆变器装置，其特征在于，
所述第一开关元件和所述第二开关元件分别是绝缘栅双极型晶体管。
6.一种逆变器装置，包括：逆变器电路，该逆变器电路具有第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂具有第一开关元件，所述第二桥臂具有与第一开关元件串联连接在外部电源的正负极之间的第二开关元件；第一驱动电路，该第一驱动电路经由第一电阻电路与所述第一开关元件的栅极连接，且对所述第一开关元件进行通断控制；以及第二驱动电路，该第二驱动电路经由第二电阻电路与所述第二开关元件的栅极连接，且对所述第二开关元件进行通断控制，其特征在于，
所述第一桥臂侧的总电感值大于所述第二桥臂侧的总电感值，
所述第一电阻电路的使所述第一开关元件接通时起作用的电路部分的总电阻值大于所述第二电阻电路的使所述第二开关元件接通时起作用的电路部分的总电阻值。
7.如权利要求6所述的逆变器装置，其特征在于，
所述第一电阻电路的使所述第一开关元件接通时起作用的电路部分由多个电阻构成，
和/或，
所述第二电阻电路的使所述第二开关元件接通时起作用的电路部分由多个电阻构成。
8.如权利要求7所述的逆变器装置，其特征在于，
所述电阻包括芯片电阻和引线电阻中的至少一方。
9.如权利要求6所述的逆变器装置，其特征在于，
所述第一开关元件是高侧开关元件，
所述第二开关元件是低侧开关元件。
10.如权利要求6所述的逆变器装置，其特征在于，
所述第一开关元件和所述第二开关元件分别是绝缘栅双极型晶体管。
11.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1至10中任一项所述的逆变器装置。
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