本發(fā)明涉及一種設(shè)置于逆變器的輸出級而對控制輸出到負(fù)載的電流的半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷驅(qū)動的逆變器驅(qū)動裝置、以及一體地具備所述逆變器驅(qū)動裝置和所述半導(dǎo)體開關(guān)元件的半導(dǎo)體模塊。

背景技術(shù)：

驅(qū)動單相電機(jī)或者三相電機(jī)等的逆變器10，在其輸出級具備控制輸出到負(fù)載的電流的半導(dǎo)體開關(guān)元件sw，并且具備對該半導(dǎo)體開關(guān)元件sw進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷驅(qū)動的逆變器驅(qū)動裝置1。圖3是表示驅(qū)動作為負(fù)載的三相電機(jī)m的逆變器10的概略構(gòu)成的圖，作為半導(dǎo)體開關(guān)元件sw具備分別與u相、v相、w相圖騰柱式連接而被互補地導(dǎo)通驅(qū)動的上臂igbt(絕緣柵雙極型晶體管)2u、2v、2w以及下臂igbt3u、3v、3w。另外，在上臂igbt2u、2v、2w以及下臂igbt3u、3v、3w的各個發(fā)射極和集電極之間分別反并聯(lián)連接有回流二極管4u、4v、4w、5u、5v、5w。

也就是說，上臂igbt2u、2v、2w和下臂igbt3u、3v、3w之間的圖騰柱式連接是指，將上臂igbt2u、2v、2w的各個發(fā)射極分別連接在下臂igbt3u、3v、3w的各個集電極的電路結(jié)構(gòu)。這些圖騰柱式連接的上臂igbt2u、2v、2w和下臂igbt3u、3v、3w之間的串聯(lián)電路分別形成半橋電路。

另外，逆變器驅(qū)動裝置1，具備：上臂驅(qū)動電路(hvic)6u、6v、6w，其分別對上臂igbt2u、2v、2w進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷驅(qū)動；下臂驅(qū)動電路(lvic)7，其分別對下臂igbt3u、3v、3w進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷驅(qū)動。上臂驅(qū)動電路6u、6v、6w以及下臂驅(qū)動電路7，通過輸入從例如由pwm控制用微計算機(jī)組成的控制裝置cont個別地提供的控制信號，具體地說是u相、v相以及w相的各個pwm信號，而分別以預(yù)定的相位差對上臂igbt2u、2v、2w以及下臂igbt3u、3v、3w進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷驅(qū)動。

另外，在由圖騰柱式連接的上臂igbt2u、2v、2w以及下臂igbt3u、3v、3w構(gòu)成的半導(dǎo)體開關(guān)元件sw的供電電路，插裝有電流檢測電阻rs。電流檢測電阻rs，作為電流信息檢測與流動在逆變器10中的電流成比例的電壓，所檢測出的電流信息分別輸入到控制裝置cont以及下臂驅(qū)動電路7。

從該電流信息可以檢測出例如逆變器10的輸出布線中的絕緣不良和/或者錯誤布線引起的相間短路等故障。特別是，下臂驅(qū)動電路7具備過電流保護(hù)功能，其在檢測到過大電流時，即刻直接關(guān)斷下臂igbt3u、3v、3w，切斷流動到該下臂igbt3u、3v、3w的電流。另外，控制裝置cont具備過電流保護(hù)功能，其在檢測到過大電流時，輸出針對上臂驅(qū)動電路6u、6v、6w的控制電流信息，并由此分別關(guān)斷控制上臂igbt2u、2v、2w。

在這里，對逆變器驅(qū)動裝置1中的上臂驅(qū)動電路6u、6v、6w以及下臂驅(qū)動電路7進(jìn)行簡單的說明。圖4是僅抽取表示逆變器10中的單相、在這里是u相的逆變器驅(qū)動裝置1的概略結(jié)構(gòu)圖。另外，v相以及w相的逆變器驅(qū)動裝置1也具有同樣的結(jié)構(gòu)。

上臂驅(qū)動電路6(6u、6v、6w)具備p-mos8a以及n-mos8b，其作為對上臂igbt2u(2v、2w)進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷驅(qū)動的輸出級晶體管，串聯(lián)而互補地被導(dǎo)通關(guān)斷驅(qū)動。也就是說，由p-mos8a和n-mos8b組成的輸出級晶體管，將圖騰柱式連接的上臂igbt2u(2v、2w)與下臂igbt3u(3v、3w)的連接點電壓，即所謂的中點電壓vs作為參考電位互補地進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷動作而對上臂igbt2u(2v、2w)進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷驅(qū)動。

另外，上臂驅(qū)動電路6(6u、6v、6w)，具備：輸入濾波器8c，其輸入來自控制裝置cont的控制信號(pwm信號)；電平移動電路8d，其將通過輸入濾波器8c輸入的控制信號(pwm信號)電平移動為輸出級晶體管的工作參考電位。并且，上臂驅(qū)動電路6(6u、6v、6w)構(gòu)成為使用在電平移動電路8d中進(jìn)行了電平移動的控制信號(pwm信號)對輸出級晶體管(p-mos8a、n-mos8b)進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷驅(qū)動。

另外，控制裝置cont，在從通過電流檢測電阻rs檢測出的電流信息(檢測電壓)中檢測到發(fā)生過電流時，停止輸出控制信號(pwm信號)。由此停止p-mos8a以及n-mos8b的驅(qū)動，上臂igbt2u(2v、2w)被強(qiáng)制地進(jìn)行關(guān)斷控制。

與此相對，下臂驅(qū)動電路7的u相(v相、w相)具備p-mos9a以及n-mos9b，其作為對下臂igbt3u(3v、3w)進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷驅(qū)動的輸出級晶體管，串聯(lián)而互補地被導(dǎo)通關(guān)斷驅(qū)動。由p-mos9a以及n-mos9b組成的輸出級晶體管，將接地電位gnd作為參考電位互補地進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷動作而對下臂igbt3u(3v、3w)進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷驅(qū)動。

另外，下臂驅(qū)動電路7，具備：輸入濾波器9c，其取入從控制裝置cont提供的控制信號(pwm信號)；與門電路9d，其控制對于通過輸入濾波器9c取入的控制信號(pwm信號)的輸出級晶體管(p-mos9a、n-mos9b)的輸出。該與門電路9d，僅在鎖存電路9e的輸出為“h”時輸出控制信號(pwm信號)到輸出級晶體管(p-mos9a、n-mos9b)，發(fā)揮對p-mos9a以及n-mos9b互補地進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷驅(qū)動的作用。

在這里，通過電流檢測電阻rs檢測出的電流信息(檢測電壓)被提供到比較器9f而與預(yù)定的參考電壓9g進(jìn)行比較。在檢測電壓超過參考電壓9g時，比較器9f將此檢測為發(fā)生了過電流，并將鎖存電路9e的輸出設(shè)定為“l(fā)”。通過根據(jù)過電流的檢測將鎖存電路9e的輸出設(shè)定為“l(fā)”，與門電路9d被關(guān)閉，強(qiáng)制地禁止根據(jù)控制信號(pwm信號)驅(qū)動輸出級晶體管(p-mos9a、n-mos9b)。其結(jié)果，在檢測到過電流時，下臂igbt3u(3v、3w)被強(qiáng)制地進(jìn)行關(guān)斷控制。

但是，在具備上述結(jié)構(gòu)的逆變器驅(qū)動裝置1的逆變器10中，若例如產(chǎn)生輸出布線的相間短路而有過電流(短路電流)流動，則下臂驅(qū)動電路7會迅速檢測出該過電流的產(chǎn)生并對下臂igbt3u、3v、3w進(jìn)行關(guān)斷控制。與此相對，因為控制裝置cont檢測出過電流(短路電流)的產(chǎn)生而停止控制信號(pwm信號)的輸出，所以無法否認(rèn)由上臂驅(qū)動電路6u、6v、6w對上臂igbt2u、2v、2w進(jìn)行的關(guān)斷控制會產(chǎn)生少許延遲。

在這里，在上臂igbt2u、2v、2w以及下臂igbt3u、3v、3w的強(qiáng)制關(guān)斷動作時，因為在上臂驅(qū)動電路6(6u、6v、6w)的內(nèi)部布線中存在的電感成分，在上臂igbt2u、2v、2w中流動回流電流。此時流動的回流電流，因為在上臂igbt2u、2v、2w以及下臂igbt3u、3v、3w即將被強(qiáng)制地進(jìn)行關(guān)斷控制之前流動的電流是過電流(短路電流)，所以是通常逆變器工作時流動的回流電流的約10倍以上，比較大。

于是,強(qiáng)制關(guān)斷上臂igbt2u、2v、2w時的電流變化量“－dic/dt”在1000a/μs以上,與通常工作時的電流變化量“－dic/dt”相比較在10倍以上。其結(jié)果，由內(nèi)部布線中存在的電感成分與電流變化量“－dic/dt”產(chǎn)生的反電動勢直接施加于上臂igbt2u、2v、2w。并且，如果反電動勢超過上臂igbt2u、2v、2w的集電極和發(fā)射極之間的擊穿電壓以及回流二極管4u、4v、4w的陰極和陽極之間的擊穿電壓，則上臂igbt2u、2v、2w可能被過電壓損壞。

為了解決這樣的問題，將上臂igbt2u、2v、2w的集電極和發(fā)射極之間的擊穿電壓以及回流二極管4u、4v、4w的陰極和陽極之間的擊穿電壓設(shè)為比因切斷時的電流變化量“－dic/dt”產(chǎn)生的反電動勢高。但是，因為上臂igbt2u、2v、2w的集電極和發(fā)射極之間的擊穿電壓和其導(dǎo)通損耗是折中(trade-off)關(guān)系，所以會產(chǎn)生在上臂驅(qū)動電路6(6u、6v、6w)正常工作時在上臂igbt2u、2v、2w中的損耗增大，逆變器10的工作效率降低等新的問題。

關(guān)于這一點，例如在專利文件1中公開如下：如在圖4用虛線所示，在上臂igbt2u、2v、2w的集電極和柵極之間串聯(lián)插裝有針對反電動勢的鉗位二極管(齊納二極管)zd和用于阻止電流逆流的二級管(反向阻止二極管)d，使用鉗位用二極管zd對施加于上臂igbt2u(2v、2w)的反電動勢進(jìn)行電壓鉗位。

根據(jù)這樣的由鉗位用二極管zd和反向阻止二極管d構(gòu)成的逆變器10，可以使施加于上臂igbt2u(2v、2w)的反電動勢的能量作為鉗位用二極管zd的擊穿電流ir從上臂igbt2u(2v、2w)的柵極側(cè)流入上臂驅(qū)動電路6(6u、6v、6w)。于是,利用通過鉗位用二極管zd流入上臂驅(qū)動電路6(6u、6v、6w)的擊穿電流ir，在上臂驅(qū)動電路6(6u、6v、6w)的等效內(nèi)部阻抗的兩端產(chǎn)生電壓，該電壓施加于上臂igbt2u(2v、2w)的柵極。

因此，將從上臂igbt2u(2v、2w)一側(cè)觀察到的上臂驅(qū)動電路6(6u、6v、6w)的內(nèi)部阻抗(等效的柵極電阻rg)設(shè)定為，例如施加于上臂igbt2u(2v、2w)的柵極的電壓超過該上臂igbt2u(2v、2w)的工作閾值，且通過上臂igbt2u(2v、2w)的飽和工作有集電極電流流動。于是，因為上臂igbt2u(2v、2w)在飽和工作狀態(tài)下進(jìn)行導(dǎo)通工作，因此施加于上臂igbt2u(2v、2w)的反電動勢的能量通過該上臂igbt2u(2v、2w)而流動。

其結(jié)果，在上臂igbt2u(2v、2w)可以將反電動勢的能量作為熱能而消耗。因此，在鉗位用二極管zd可以對施加于上臂igbt2u(2v、2w)的反電動勢進(jìn)行電壓抑制，還可以有效地防止上臂igbt2u(2v、2w)的過電壓破壞。

【專利文獻(xiàn)1】日本特開2009-253484號公報

但是，為了使上臂igbt2u(2v、2w)在飽和工作狀態(tài)下進(jìn)行導(dǎo)通工作，作為其柵極電壓需要約6v的電壓。另外，上臂驅(qū)動電路6(6u、6v、6w)的內(nèi)部阻抗(等效的柵極電阻rg)一般在10～50ω左右。因此，為了得到約6v的柵極電壓，需要使通過鉗位用二極管zd而流動的擊穿電流ir最大到600ma。于是，會產(chǎn)生為使鉗位用二極管zd的鉗位工作電阻變小，作為該鉗位用二極管zd需要確保與上臂igbt2u(2v、2w)同等程度的芯片面積，電路面積增加或者系統(tǒng)成本增大等問題。

另一方面，若假設(shè)可以嵌入到上臂驅(qū)動電路6(6u、6v、6w)的芯片內(nèi)的芯片面積較小的鉗位用二極管zd，則在該鉗位用二極管zd中流動的擊穿電流ir會減小到例如100μa左右。因此，為了產(chǎn)生使上臂igbt2u(2v、2w)在飽和工作狀態(tài)下進(jìn)行導(dǎo)通工作的約6v的柵極電壓，需要將上臂驅(qū)動電路6(6u、6v、6w)的內(nèi)部阻抗(等效的柵極電阻rg)設(shè)定為例如60kω左右。

這樣，如果使上臂驅(qū)動電路6(6u、6v、6w)的內(nèi)部阻抗變大，會使在逆變器10正常工作時在上臂igbt2u(2v、2w)中的開關(guān)損耗增大。并且，伴隨著上臂igbt2u(2v、2w)的導(dǎo)通工作的發(fā)熱量增大，在逆變器10的一般開關(guān)頻率10hz以上會使開關(guān)工作變得困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明鑒于上述問題而完成，其目的在于提供一種能夠抑制設(shè)置于逆變器輸出級的半導(dǎo)體開關(guān)元件在正常工作時的非預(yù)期的損耗，并且可靠地防止在異常狀態(tài)時因施加于所述半導(dǎo)體開關(guān)元件的反電動勢導(dǎo)致的該半導(dǎo)體開關(guān)元件的過電壓破壞的逆變器驅(qū)動裝置。

另外，同時，本發(fā)明的目的在于提供一種一體地具備上述設(shè)置于逆變器輸出級的半導(dǎo)體開關(guān)元件和對該半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷驅(qū)動的逆變器驅(qū)動裝置的半導(dǎo)體模塊。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的逆變器驅(qū)動裝置具備：主驅(qū)動電路，其向設(shè)置于逆變器的輸出級而控制輸出到負(fù)載的電流的半導(dǎo)體開關(guān)元件施加驅(qū)動電壓來對該半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷驅(qū)動，特別是具備：鉗位用二極管，其在所述主驅(qū)動電路的工作停止時，對施加于所述半導(dǎo)體開關(guān)元件的反電動勢進(jìn)行電壓鉗位；分壓電阻，其對與在反電動勢的電壓鉗位時通過所述鉗位用二極管而流出的電流成比例的電壓進(jìn)行電阻分壓而供于檢測；輔助驅(qū)動電路，其根據(jù)通過該分壓電阻得到的檢測電壓生成控制電壓，并將該控制電壓施加到所述半導(dǎo)體開關(guān)元件而使所述半導(dǎo)體開關(guān)元件導(dǎo)通。

也就是說，所述半導(dǎo)體開關(guān)元件例如是igbt，所述主驅(qū)動電路向所述igbt的柵極施加所述驅(qū)動電壓而對該igbt進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷驅(qū)動。另外，所述輔助驅(qū)動電路向所述igbt的柵極施加所述控制電壓而使該igbt在飽和工作區(qū)域?qū)āＴ谶@里，所述鉗位用二極管由齊納二極管構(gòu)成，該齊納二極管具有比所述igbt的集電極和發(fā)射極之間的擊穿電壓低的陰極和陽極之間的擊穿電壓。

具體地說，所述主驅(qū)動電路，在所述逆變器正常工作時，通過柵極電阻向所述igbt的柵極施加所述驅(qū)動電壓，所述輔助驅(qū)動電路，在所述逆變器處于異常狀態(tài)時，通過輸出電阻向所述igbt的柵極施加所述控制電壓。另外，所述輔助驅(qū)動電路相對于所述主驅(qū)動電路并聯(lián)地設(shè)置。

優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體開關(guān)元件例如是被圖騰柱式連接且交替地被進(jìn)行導(dǎo)通驅(qū)動的上臂igbt以及下臂igbt，所述主驅(qū)動電路由對所述上臂igbt進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷驅(qū)動的上臂驅(qū)動電路以及對所述下臂igbt進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷驅(qū)動的下臂驅(qū)動電路構(gòu)成。并且，所述輔助驅(qū)動電路針對上臂驅(qū)動電路而設(shè)置，并且發(fā)揮以下作用，在所述下臂igbt關(guān)斷后的狀態(tài)下，在所述上臂igbt關(guān)斷時，保護(hù)所述上臂igbt使其免受施加到該上臂igbt的反電動勢的影響。

另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊，一體地具備半導(dǎo)體開關(guān)元件以及逆變器驅(qū)動裝置，該半導(dǎo)體開關(guān)元件設(shè)置于逆變器的輸出級而控制輸出到負(fù)載的電流，該逆變器驅(qū)動裝置具有對該半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷驅(qū)動的結(jié)構(gòu)?；蛘?，本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊，以兩相并聯(lián)或者三相并聯(lián)的方式一體地設(shè)置有所述半導(dǎo)體開關(guān)元件以及逆變器驅(qū)動裝置，該逆變器驅(qū)動裝置具有對該半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷驅(qū)動的結(jié)構(gòu)。

也就是說，以兩相并聯(lián)或者三相并聯(lián)的方式設(shè)置的多個所述逆變器驅(qū)動裝置，以預(yù)定的相位差分別對并聯(lián)設(shè)置的多個所述半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷驅(qū)動。

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的逆變器驅(qū)動裝置以及半導(dǎo)體模塊，通過在逆變器處于異常狀態(tài)時強(qiáng)制地關(guān)斷所述半導(dǎo)體開關(guān)元件(例如igbt)，即使在該半導(dǎo)體開關(guān)元件中流動異常的回流電流，也可以通過所述輔助驅(qū)動電路使所述半導(dǎo)體開關(guān)元件(例如igbt)在飽和工作區(qū)域進(jìn)行導(dǎo)通工作。并且，可以在所述半導(dǎo)體開關(guān)元件上有效地消耗因為所述異常的回流電流而施加于所述半導(dǎo)體開關(guān)元件的反電動勢的能量。其結(jié)果，可以可靠地防止由所述異常的回流電流引起的反電動勢導(dǎo)致的所述半導(dǎo)體開關(guān)元件的過電壓擊穿。

另外，在所述逆變器正常工作時，所述輔助驅(qū)動電路不會代替所述主驅(qū)動電路而驅(qū)動所述半導(dǎo)體開關(guān)元件，所以所述輔助驅(qū)動電路的存在也不會成為使所述半導(dǎo)體開關(guān)元件的損耗增大的主要原因。因此，可以取得抑制正常工作時在所述半導(dǎo)體開關(guān)元件上的損耗而維持逆變器的效率，并且例如在逆變器輸出的短路等異常狀態(tài)時可靠地防止所述半導(dǎo)體開關(guān)元件的過電壓破壞等在實際應(yīng)用上的巨大效果。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明一實施方式的逆變器驅(qū)動裝置的主要部分結(jié)構(gòu)的圖。

圖2是表示構(gòu)建了用于驅(qū)動三相電機(jī)的逆變器的本發(fā)明一實施方式的半導(dǎo)體模塊的概略結(jié)構(gòu)的圖。

圖3是表示用于驅(qū)動三相電機(jī)的逆變器的一例的結(jié)構(gòu)圖。

圖4是表示現(xiàn)有的典型逆變器驅(qū)動裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖。

符號說明

1逆變器驅(qū)動裝置

2u、2v、2w上臂igbt

3u、3v、3w下臂igbt

4u、4v、4w、5u、5v、5w回流二極管

6u、6v、6w上臂驅(qū)動電路(hvic)

7下臂驅(qū)動電路(lvic)

8a、9apmos(輸出級晶體管)

8b、9bnmos(輸出級晶體管)

8c、9c輸入濾波器

8d電平移動電路

9d與門電路

9e鎖存電路

9f比較器

9g參考電壓

10逆變器

11主驅(qū)動電路

12輔助驅(qū)動電路

13a、13b反相放大器

20半導(dǎo)體模塊(ipm)

m三相電機(jī)(負(fù)載)

cont控制裝置

rs電流檢測電阻

zd鉗位用二極管

d二級管(反向阻止二極管)

ra、rb分壓電阻

具體實施方式

以下，參照附圖，對本發(fā)明一實施方式的逆變器驅(qū)動裝置，以用于驅(qū)動三相電機(jī)的逆變器中u相的逆變器驅(qū)動裝置為例進(jìn)行說明。另外，對于與圖3以及圖4所示的現(xiàn)有裝置相同的部分使用相同的符號，并省略其說明。另外，用于驅(qū)動三相電機(jī)的逆變器中v相以及w相的各個逆變器驅(qū)動裝置也與在這里說明的u相的逆變器驅(qū)動裝置相同地構(gòu)成。

本發(fā)明一實施方式的逆變器驅(qū)動裝置1，如在圖1中表示其概略構(gòu)成，具備主驅(qū)動電路11，其向設(shè)置于逆變器10的輸出級而控制輸出到負(fù)載的電流的半導(dǎo)體開關(guān)元件sw施加驅(qū)動電壓，從而對該半導(dǎo)體開關(guān)元件sw進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷驅(qū)動。

半導(dǎo)體開關(guān)元件sw，由圖騰柱式連接而互補地被進(jìn)行導(dǎo)通驅(qū)動的上臂igbt2u(2v、2w)以及下臂igbt3u(3v、3w)構(gòu)成。也就是說，在上臂igbt2u(2v、2w)以及下臂igbt3u(3v、3w)的各個發(fā)射極和集電極之間分別反并聯(lián)連接有回流二極管4u、4v、4w、5u、5v、5w。另外，主驅(qū)動電路11由對上臂igbt2u(2v、2w)進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷驅(qū)動的上臂驅(qū)動電路6u(6v、6w)與對下臂igbt3u(3v、3w)進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷驅(qū)動的下臂驅(qū)動電路7構(gòu)成。另外，在圖1中，僅抽取表示具備u相、v相以及w相的各個驅(qū)動電路的下臂驅(qū)動電路7中的u相的驅(qū)動電路。

在這里，本發(fā)明一實施方式的逆變器驅(qū)動裝置1的特征在于，具備：鉗位用二極管zd，其在主驅(qū)動電路11停止工作時，對施加于所述半導(dǎo)體開關(guān)元件sw、特別是上臂igbt2u(2v、2w)的反電動勢進(jìn)行電壓鉗位；分壓電阻ra、rb，其對與在通過該鉗位用二極管zd對反電動勢進(jìn)行電壓鉗位時通過鉗位用二極管zd而流出的電流成比例的電壓進(jìn)行電阻分壓而供于檢測。另外，與鉗位用二極管zd串聯(lián)連接有阻止電流逆流的反向阻止二極管d。

具體地說，鉗位用二極管zd被設(shè)置為將其陰極連接在上臂igbt2u(2v、2w)的集電極，在陽極連接反向阻止二極管d的陽極。并且，反向阻止二極管d的陰極通過串聯(lián)連接的分壓電阻ra、rb連接于規(guī)定上臂驅(qū)動電路6u(6v、6w)的參考電位的中點電壓vs的電源線。因此，在鉗位用二極管zd中對反電動勢進(jìn)行了電壓鉗位的電流通過反向阻止二極管d而流入分壓電阻ra、rb，分壓電阻ra、rb對與該電流成比例的電壓進(jìn)行分壓而供于檢測。

進(jìn)而，逆變器驅(qū)動裝置1的特征在于，具備輔助驅(qū)動電路12，其生成與通過分壓電阻ra、rb檢測的電壓相應(yīng)的控制電壓，將該控制電壓代替上臂驅(qū)動電路6u(6v、6w)中的主驅(qū)動電路11而施加到上臂igbt2u(2v、2w)。該輔助驅(qū)動電路12發(fā)揮以下作用：例如，在因產(chǎn)生短路電流而下臂igbt3u(3v、3w)被強(qiáng)制地進(jìn)行關(guān)斷控制，與此相伴，反電動勢施加于上臂igbt2u(2v、2w)時，使上臂igbt2u(2v、2w)在飽和工作區(qū)域?qū)ā?/p>

即，上臂驅(qū)動電路6u(6v、6w)具備并聯(lián)的主驅(qū)動電路11和輔助驅(qū)動電路12，所述主驅(qū)動電路11，在正常工作時，對上臂igbt2u(2v、2w)進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷驅(qū)動；所述輔助驅(qū)動電路12，在異常狀態(tài)下，當(dāng)反電動勢施加于上臂igbt2u(2v、2w)時，使上臂igbt2u(2v、2w)在飽和工作區(qū)域?qū)ā?/p>

也就是說，輔助驅(qū)動電路12具備2級連接的反相放大器13a、13b。這些反相放大器13a、13b分別由例如串聯(lián)連接的p-mos和n-mos構(gòu)成。第1級的反相放大器13a反相放大根據(jù)通過鉗位用二極管zd而流動至分壓電阻ra、rb的電流在分壓電阻rb的兩端之間產(chǎn)生的電壓。并且，第2級的反相放大器13b通過反相放大第1級的反相放大器13a的輸出電壓而生成用于使上臂igbt2u(2v、2w)在飽和工作區(qū)域?qū)ǖ目刂齐妷骸Ｔ摽刂齐妷鹤鳛槔缗c施加在輔助驅(qū)動電路12的電源電壓vb大致相等的電壓而生成。

這樣，輔助驅(qū)動電路12輸出的控制電壓，通過上臂驅(qū)動電路6u(6v、6w)的內(nèi)部阻抗、特別是主驅(qū)動電路11的等效內(nèi)部阻抗(柵極電阻)rg以及輔助驅(qū)動電路12的輸出電阻r1分壓而施加到上臂igbt2u(2v、2w)的柵極。通過這樣施加的控制電壓，上臂igbt2u(2v、2w)在飽和工作區(qū)域?qū)ǎ┘佑谏媳踚gbt2u(2v、2w)的反電動勢的能量通過該上臂igbt2u(2v、2w)而流動。其結(jié)果，因為反電動勢的能量在上臂igbt2u(2v、2w)中作為熱能被消耗，所以可以防止上臂igbt2u(2v、2w)的過電壓破壞。

另外，插裝于輸出電阻r1與主驅(qū)動電路11的輸出端之間的二級管發(fā)揮在正常工作時阻止輔助驅(qū)動電路12的輸出電壓(控制電壓)施加到主驅(qū)動電路11的輸出端的作用。通過該二級管，正常工作時主驅(qū)動電路11的驅(qū)動電壓不受輔助驅(qū)動電路12的輸出電壓的影響而施加到上臂igbt2u(2v、2w)。

這樣，如上所述，根據(jù)與主驅(qū)動電路11并聯(lián)地具備根據(jù)通過鉗位用二極管zd而流動的電流輸出控制電壓的輔助驅(qū)動電路12的上臂驅(qū)動電路6u(6v、6w)，可以在上臂igbt2u(2v、2w)的飽和工作區(qū)域通過導(dǎo)通工作使施加到上臂igbt2u(2v、2w)的反電動勢的能量作為熱能有效地消耗。因此，當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)時，即使主驅(qū)動電路11停止工作，且與此相伴，反電動勢施加于上臂igbt2u(2v、2w)施加，也可以有效地防止由反電動勢的能量引起的上臂igbt2u(2v、2w)的過電壓破壞。

而且，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，輔助驅(qū)動電路12的存在不會妨礙主驅(qū)動電路11的功能。因此，在正常工作時，通過從主驅(qū)動電路11輸出的驅(qū)動電壓，可以對上臂igbt2u(2v、2w)進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷驅(qū)動，所以上臂igbt2u(2v、2w)的開關(guān)損耗也不會增大。

進(jìn)而，鉗位用二極管zd對施加到上臂igbt2u(2v、2w)的反電動勢的能量進(jìn)行電壓鉗位，僅將電壓鉗位部分的能量作為擊穿電流ir使其流動至分壓電阻ra、rb。因此，可以減小通過鉗位用二極管zd流動的擊穿電流ir。因此，在保持鉗位用二極管zd的鉗位工作電阻較小的同時，可以減小鉗位用二極管zd的芯片面積。其結(jié)果，還可以將例如鉗位用二極管zd一體地組裝到上臂驅(qū)動電路6u(6v、6w)內(nèi)。

另外，無需像以往一樣在主驅(qū)動電路11中生成在異常狀態(tài)下使上臂igbt2u(2v、2w)在飽和工作狀態(tài)下進(jìn)行導(dǎo)通工作所需的柵極電壓，因此也無需增大主驅(qū)動電路11的內(nèi)部阻抗(柵極電阻)rg。因此，也不會導(dǎo)致在逆變器10正常工作時上臂igbt2u(2v、2w)中的開關(guān)損耗的增大。因此，容易確保逆變器10中的一般開關(guān)頻率在10hz以上時的開關(guān)工作。

圖2表示由分別具備上述輔助驅(qū)動電路12的u相、v相以及w相的各個上臂驅(qū)動電路6u、6v、6w與下臂驅(qū)動電路7構(gòu)成的用于驅(qū)動三相電機(jī)的逆變器10的概略構(gòu)成。特別是，在該逆變器10中，構(gòu)成為：在上臂igbt2u、2v、2w的各個集電極分別連接鉗位用二極管zd，分別通過這些鉗位用二極管zd向在上臂驅(qū)動電路6u(6v、6w)中組裝的圖1所示的分壓電阻ra、rb流動電流。

另外，u相、v相以及w相的各個上臂驅(qū)動電路6u、6v、6w以及下臂驅(qū)動電路7，與由圖騰柱式連接的上臂igbt2u、2v、2w和下臂igbt3u、3v、3w構(gòu)成的半導(dǎo)體開關(guān)元件sw以及3個鉗位用二極管zd一起一體化而構(gòu)建一個半導(dǎo)體模塊20。該半導(dǎo)體模塊20被稱為ipm(智能功率模塊)。這樣的半導(dǎo)體模塊20，鉗位用二極管zd的擊穿電流ir較小，并且鉗位工作電阻較小，所以僅搭載芯片面積較小的鉗位用二極管zd即可。因此，可以作為緊湊型半導(dǎo)體模塊20而實現(xiàn)。

如果使用這樣構(gòu)成的半導(dǎo)體模塊20，則可以較容易實現(xiàn)例如驅(qū)動三相電機(jī)m的逆變器10。同時，在逆變器10的輸出布線中發(fā)生短路事故等異常狀態(tài)時，可以可靠地防止上臂igbt2u、2v、2w的過電壓破壞。因此，其在實際應(yīng)用上的優(yōu)點很大。

另外，本發(fā)明并不僅限于上述實施方式。雖然在這里以驅(qū)動三相電機(jī)m的逆變器10為例進(jìn)行了說明，但是，理所當(dāng)然地，也可以作為具備單相或兩相的半導(dǎo)體開關(guān)元件sw以及其驅(qū)動電路的逆變器10來實現(xiàn)半導(dǎo)體模塊20。另外，理所當(dāng)然地，也可以將鉗位用二極管zd分別組裝到上臂驅(qū)動電路6u、6v、6w內(nèi)。進(jìn)而，由鉗位用二極管zd產(chǎn)生的鉗位電壓和/或分壓電阻ra、rb的分壓比等，只要根據(jù)逆變器10的規(guī)格、特別是半導(dǎo)體開關(guān)元件sw的工作規(guī)格來規(guī)定即可。除此之外，本發(fā)明在不脫離其宗旨的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行各種變形而實施。