雙向開關電路的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種雙向開關電路，該雙向開關電路包括連接成能夠雙向導通的兩個開關元件，該兩個開關元件相互串聯，兩個開關元件中被施加源極側的電壓比漏極側的電壓高的逆向電壓的開關元件構成為，即使處于柵極端子上尚未輸入導通驅動信號的狀態，電流也能夠從源極側向漏極側流動，被施加所述逆向電壓的開關元件，在柵極端子和漏極之間具有只允許電流從該柵極端子側流向漏極側的柵極-漏極間寄生二極管，開關元件構成為使該開關元件成為導通狀態的閾值電壓Vt比所述柵極-漏極間寄生二極管的正向電壓Vf小。
【專利說明】雙向開關電路
[0001]本申請是原案申請號為N0.201080001344.4的發明專利申請(國際申請號:PCT/ JP2010/000222，申請日:2010年I月18日，發明名稱:雙向開關電路及包括該雙向開關電 路的功率轉換裝置)的分案申請。
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種兩個開關元件串聯構成為能夠雙向導通的雙向開關電路。
【背景技術】
[0003]迄今為止，連接兩個開關元件構成為能夠雙向導通的雙向開關電路已為眾所周 知。這樣的雙向開關電路，如專利文獻1、2所公開的那樣，是將設置有逆向并聯二極管的 IGBT或MOSFET等開關元件,使該逆向并列二極管相互逆向相向地連接,或者是將一對逆阻 止IGBT相互逆向并聯而得。
[0004]所述那樣的雙向開關電路，例如使用于所述專利文獻2公開的那樣的矩陣交-交 轉換器的開關電路、以及專利文獻3所公開的功率轉換電路的功率因素改善電路等中。
[0005]先行專利文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本公開專利公報特開號公報
[0008]專利文獻2:日本公開專利公報特開2005-20799號公報
[0009]專利文獻3:日本公開專利公報特開號公報
[0010]然而，如上所述，若通過在開關元件上各自設置逆向并列二極管構成雙向開關電 路，則這部分就會增加元器件數量，使電路復雜了的同時也增大了導通狀態損耗，這成為問 題。
[0011]對此，如所述專利文獻I公開的構成那樣，可以考慮省略逆向并列二極管而由逆 向并聯一對逆向元件IGBT來構成等，但是，為了防止逆向電壓(源極側電壓比漏極側電壓 還高的狀態)對開關元件的損傷有必要在最佳時刻驅動控制多個開關元件，而這樣又使得 控制變得復雜。

【發明內容】

[0012]本發明是鑒于以上諸點而研發的，其目的在于:在兩個開關元件連接成能夠雙向 導通的雙向開關電路中，謀求減少元器件數簡化電路及降低導通狀態損耗，并且得到可借 助對開關元件的簡單驅動控制雙向導通的構成。
[0013]—為解決現有問題的技術方案一
[0014]為達成所述的目的，本發明所涉及的雙向開關電路30中，是將開關元件SW1、SW2 中施加逆向電壓的開關元件SWl，構成為即便是在柵極端子Gl上沒有輸入導通狀態驅動信 號的狀態下逆向電流也流通。
[0015]具體地講，第一方面的發明，是以包括連接成能夠雙向導通的兩個開關元件SW1、SW2的雙向開關電路為對象的。并且，所述兩個開關元件SW1、SW2相互串聯，所述兩個開關 元件SWl、SW2中，被施加源極SI側的電壓比漏極D側的電壓高的逆向電壓的開關元件SWl， 構成為即便是柵極端子Gl上沒有輸入導通驅動信號的狀態下，電流也可以從源極SI側向 漏極D側流動。
[0016]根據以上的構成，被施加源極SI側的電壓比漏極D側的電壓高的逆向電壓的開關 元件SW1，在未被驅動控制的狀態下，也是為了使電流從該源極SI側流向漏極D側，不再需 要回流二極管，也不再需要驅動多個開關元件。因此，由所述的構成，減少了雙向開關電路 30的部件數量，這樣不僅簡化了電路的構成，也可以謀得導通狀態損耗的降低。還有，根據 所述構成，因為不再需要對雙向開關電路30內的所有開關元件進行驅動控制，所以控制變 得容易。
[0017]在所述構成中，包括用以驅動控制被施加所述逆向電壓的開關元件SWl的柵極驅 動電路33，所述柵極驅動電路33，包括在所述開關元件SWl的源極SI和柵極端子Gl之間 與該開關元件SWl并聯的電阻體44 (第二方面的發明)。
[0018]借助這樣在所述開關元件SWl的源極SI和柵極端子Gl之間與該開關元件SWl并 聯的電阻體44，源極SI和漏極D之間的電壓，基本上都施加在柵極端子Gl和漏極D之間。 因此，根據所述構成，就可以有效地增大所述柵極端子Gl和漏極D之間的電壓，盡可能地使 其迅速地上升到所述開關元件SWl成為導通狀態的閾值電壓Vt，還可以使該開關元件SWl 成為逆向導通狀態(能夠從源極端子向漏極導通的狀態)。
[0019]還有，通過設置所述那樣的電阻體44，就可以防止施加超過在源極SI和柵極端子 Gl之間的耐壓那樣大的電壓，為此就可以防止開關元件SWl的源極SI和柵極端子Gl之間 發生破壞。
[0020]還有，優選被施加所述逆向電壓的開關元件SW1’具有:只允許電流在柵極端子Gl 和漏極D之間從該柵極端子Gl側流向漏極D側的柵極-漏極間寄生二極管Dgdl，所述開關 元件SW1’，構成為使得該開關元件swr成為導通狀態的閾值電壓vt比所述柵極-漏極間 寄生二極管Dgdl的正向電壓Vf小(第三方面的發明)。
[0021]由此，電流不會在形成于柵極端子Gl和漏極D之間的柵極-漏極間的寄生二極管 Dgdl中流動，開關元件SW1’借助柵極端子Gl和漏極D之間的電壓成為導通狀態，電流在該 開關元件swr中流動。在此，若開關元件swr內的柵極-漏極間的寄生二極管Dgdi上流 通電流，則該寄生二極管Dgdl內蓄積了少數載流子導致斷開時的延遲，并且與電流流過開 關元件swr的情況相比損耗增大，但是如上所述，通過使電流不在柵極-漏極間寄生二極 管Dgdi中流動，而使電流在開關元件swr中流動，就可以防止斷開時的延遲的發生或損耗 的增大。
[0022]還有，優選被施加所述逆向電壓的開關元件SWl ’，具有只允許電流在柵極端子Gl 和漏極D之間從該柵極端子Gl側流向漏極D側的柵極-漏極間寄生二極管Dgdl和用以驅 動控制所述開關元件SWl ’的柵極驅動電路51 ;所述柵極驅動電路51，包括調整柵極-漏極 間電壓Vgd的柵極電壓調整部54，使得柵極端子Gl和漏極D之間的該柵極-漏極間電壓 Vgd比所述柵極-漏極間寄生二極管Dgdl的正向電壓Vf小(第四方面的發明)。
[0023]由此，確實可以使柵極端子Gl和漏極D之間的柵極-漏極間電壓Vgd比形成在柵 極端子Gl和漏極D之間的柵極-漏極間寄生二極管Dgdl的正向電壓Vf小，為此，也就可以更確實地防止在該柵極-漏極間寄生二極管Dgdl上流過電流。[0024]還有，優選包括用以分別驅動控制所述兩個開關元件SW1、SW2的兩個柵極驅動電路33、34，所述柵極驅動電路33、34，構成為對各個開關元件SW1、SW2的各自的在柵極端子 Gl、G2上輸入相同的驅動信號(第五方面的發明)。
[0025]通過這樣做，不再需要針對每個開關元件SW1、SW2改變驅動信號的內容以及該驅動信號的輸入時刻，所以開關元件SWl、SW2的驅動控制就變得容易。
[0026]另外，正如所述的構成，若同時向各開關兀件SW1、SW2輸入驅動信號,則由于時刻的偏離以及開關元件SW1、SW2的特性的偏差等使得各開關元件SW1、SW2成為導通狀態的時刻偏離，還有可能使得施加逆向電壓的開關元件的破壞，但是如所述第一方面的發明那樣， 作為開關元件使用的是即使輸入柵極端子Gl的驅動信號是斷開信號電流也逆向流動的結構，因此，即使電壓逆向施加在開關元件SWl、SW2上，也能夠防止該開關元件SWl、SW2損壞。
[0027]還有，優選的是包括構成為對被施加所述逆向電壓的開關元件SWl輸出斷開控制信號的控制電路30(第六方面的發明)。由此，在被施加逆向電壓的開關元件SWl上流通逆向電流，且由該開關元件SWl確實可以遮斷該開關元件SWl的正向電流。也就是說，根據所述構成，就可以得到能夠更確實地切換導通方向的雙向開關電路30。
[0028]還有，優選的是所述兩個開關元件SW1、SW2設置在具有兩個柵電極的一個器件上 (第七方面的發明)。通過這樣做，兩個開關元件SWl、SW2就可以共有漏極端子，器件的芯片面積也相應的減少。因此，就可以降低雙向開關電路30的損耗。
[0029]還有，在第七方面的發明所述的雙向開關電路中，優選的是所述兩個柵電極的距離，比相互對應的的柵電極和源電極之間的距離大(第八方面的發明)。通過這樣做，就可以確保貢獻于開關元件SW1、SW2的耐壓的兩個柵極電極間的距離能夠更大。
[0030]第九至第十二方面的發明，涉及功率轉換裝置。具體地講，第八方面的發明中，功率轉換裝置，是包括將第一至第四方面任一方面的發明所述的雙向開關電路作為開關部的矩陣交-交轉換器60 (第九方面的發明)。通過這個構成，即便是在矩陣交-交轉換器60 中，也可以得到第一至第四方面的發明那樣的作用。特別是在第九方面的發明中，優選的是構成所述矩陣交-交轉換器60的開關部的兩個開關元件Surl、Sur2設置在具有兩個柵電極的一個器件上(第十方面的發明)。通過這樣做，在矩陣交-交轉換器60中也能夠得到與所述第七方面的發明同樣的作用。在第十方面的發明中，優選的是所述兩個柵電極的距離比相互對應的的柵電極和源電極之間的距離大(第十一方面的發明)。通過這樣做，對開關元件(SW1、SW2)的耐壓起貢獻的兩個柵電極間的距離可以確保得更大。
[0031 ] 還有，第十方面的發明中，功率轉換裝置1、I’，包括將第一至第八方面任一方面的發明中所述的雙向開關電路作為開關部的(第十二方面的發明)。通過這樣的構成，即便是在包括功率因素改善電路等雙向開關電路的功率轉換裝置1、1’中，也可以得到所述第七方面的發明那樣的效果。
[0032]本發明還提供一種雙向開關電路，包括連接成能夠雙向導通的兩個開關元件 (SffU SW2)，其中:所述兩個開關元件(SW1、SW2)相互串聯，所述兩個開關元件(SW1、SW2) 中被施加源極(SI)側的電壓比漏極⑶側的電壓高的逆向電壓的開關元件(SWl)，構成為即使處于柵極端子(Gl)上尚未輸入導通驅動信號的狀態，電流也能夠從源極(SI)側向漏極⑶側流動，被施加所述逆向電壓的開關元件(swr)，在柵極端子(Gi)和漏極⑶之間具有只允許電流從該柵極端子(Gl)側流向漏極(D)側的柵極-漏極間寄生二極管(Dgdl)， 所述開關元件(swr )構成為，使該開關元件(swr )成為導通狀態的閾值電壓vt比所述 柵極-漏極間寄生二極管(Dgdl)的正向電壓Vf小。
[0033]本發明還提供一種雙向開關電路，包括連接成能夠雙向導通的兩個開關元件 (SffU SW2)，其中:所述兩個開關元件(SW1、SW2)相互串聯，所述兩個開關元件(SW1、SW2) 中被施加源極(SI)側的電壓比漏極⑶側的電壓高的逆向電壓的開關元件(SWl)，構成為 即使處于柵極端子(Gl)上尚未輸入導通驅動信號的狀態，電流也能夠從源極(SI)側向漏 極⑶側流動，被施加所述逆向電壓的開關元件(swr)，在柵極端子(Gi)和漏極⑶之間 具有只允許電流從該柵極端子(Gl)側流向漏極(D)側的柵極-漏極間寄生二極管(Dgdl)， 和用以驅動控制所述開關元件(SW1’)的柵極驅動電路(51);所述柵極驅動電路(51)包括 調整柵極-漏極間電壓Vgd的柵極電壓調整部(54)，以使柵極端子(Gl)和漏極(D)之間的 該柵極-漏極間電壓Vgd比所述柵極-漏極間寄生二極管(Dgdl)的正向電壓Vf小。
[0034]一發明的效果一
[0035]如上所述，根據第一方面的發明，串聯的兩個開關元件SW1、SW2中施加逆向電壓 的開關元件SW1，因為是構成為即便是柵極端子Gl上沒有輸入導通狀態驅動信號的狀態下 也可以逆向導通，所以可削減元器件數，簡化電路構成及謀得導通損耗的降低，并且易于易 進行對多個開關元件的控制。
[0036]還有，根據第二方面的發明，所述開關元件SWl的柵極驅動電路33，因為在源極SI 和柵極端子Gl之間包括與該開關元件SWl并聯的電阻體44，所以就可以防止在源極SI和 柵極端子Gl之間施加超過耐壓的電壓，并且可以使所述開關元件SWl成為有效的導通狀 態。
[0037]還有，根據第三方面的發明，所述開關元件SW1’，在柵極端子Gl和漏極D之間具有 柵極-漏極間寄生二極管Dgdl，因為使該開關元件SW1’成為導通狀態的閾值電壓Vt比所 述寄生二極管Dgdl的正向電壓Vf小，所以就不會使逆向電流流過該寄生二極管Dgdl而是 會使逆向電路流過開關元件SW1’，就可以防止斷開時的延遲及損耗的增大。
[0038]還有，根據第四方面的發明，所述開關元件SW1’，在柵極端子Gl和漏極D之間具有 柵極-漏極間寄生二極管Dgdl，因為調整柵極端子Gl和漏極D之間的電壓Vgd使得與該寄 生二極管Dgdl的正向電壓Vf相比該柵極端子Gl和漏極D之間的電壓Vgd小，所以確實可 以防止電流流過該寄生二極管Dgdl。
[0039]還有，根據第五方面的發明，柵極驅動電路33、34，因為是構成為向多個開關元件 SffU SW2的柵極端子Gl、G2輸入同樣的驅動信號，所以就可以容易地進行多個開關元件 SffU SW2的驅動控制。
[0040]還有，根據第六方面的發明，因為是對施加逆向電壓的開關元件SWl輸出斷開狀 態控制信號的，所以可以遮斷該開關元件SWl的正向流動的電流，可以得到更確實能夠進 行雙向切換的雙向開關電路30。
[0041]還有，根據第七方面的發明，因為所述開關元件SW1、SW2是設置在一個器件上，所 以謀得縮小器件的芯片面積降低損耗。
[0042]還有，根據第八方面的發明，因為可以確保兩個柵極電極間的距離更大，所以就可 以提高兩個源極端子間，即漏極-源極間的耐壓。[0043]還有，根據第九方面的發明，因為矩陣交-交轉換器60包括所述第一至第四方面的發明的任一雙向開關電路作為開關部，所以即便是在該矩陣交-交轉換器60中，也可以得到與所述第一至第四方面的發明相同的效果。特別是如第十方面的發明那樣，矩陣交-交轉換器60中，通過將開關元件Surl、Sur2設置在一個器件中，就可以得到與所述第七方面的發明同樣的效果。還有，根據所述第十一方面的發明，因為可以確保兩個柵極電極間的距離為更大，所以就可以得到與第八方面的發明同樣的效果。
[0044]再有，根據第十二方面的發明，因為功率轉換裝置1、1’包括所述第一至第八方面任一方面的發明中的雙向開關電路作為開關部，所以就可以得到與第一至第八方面的發明同樣的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]圖1是表示第一實施方式所涉及的功率轉換裝置的概略構成的圖。
[0046]圖2(a)是表示構成雙向開關的雙柵型(dual gate型)器件的概略構成的圖；圖2 (b)是表不雙柵型器件的電路記號的例。
[0047]圖3是表示雙向開關的驅動電路的概略構成圖。
[0048]圖4是表示驅動電路的動作及狀態的時序圖。
[0049]圖5是表示雙向開關的驅動狀態的時序圖。
[0050]圖6是表示第一實施方式的變形例I所涉及的功率轉換裝置的概略構成圖。
[0051]圖7是表示變形例I的功率轉換裝置中雙向開關的驅動狀態的流程的圖。
[0052]圖8是第一實施方式的變形例2所涉及的功率轉換裝置的相當于圖3的圖。
[0053]圖9是第一實施方式的變形例3所涉及的功率轉換裝置的相當于圖3的圖。
[0054]圖10是表示第一實施方式的變形例4所涉及的功率轉換裝置的雙向開關的概略構成的圖。
[0055]圖11是表示第二實施方式所涉及的功率轉換裝置的概略構成的圖。
[0056]圖12(a)是表示第二實施方式所涉及的功率轉換裝置的R相_T相間通電的狀態的圖；圖12(b)是表示第二實施方式所涉及的功率轉換裝置的S相-T相間通電的狀態的圖。
[0057]圖13是表示現有的雙向開關的概略構成的圖。
[0058]圖14是表示現有的雙向開關的另一構成的圖。
[0059]圖15(a)是表示現有的雙向開關的lu>0的情況下的開關起伏圖(switchingpattern)及導通狀態的圖。
[0060]圖15(b)是表示現有的雙向開關的lu〈0的情況下的開關起伏圖(switchingpattern)及導通狀態的圖。
[0061]圖16是表示第二實施方式所涉及的功率轉換裝置的雙向開關的概略構成的圖。
[0062]圖17(a)和圖17(b)是第二實施方式所涉及的雙向開關的相當于圖15(a)和圖15(b)的圖。
【具體實施方式】
[0063]以下，基于附圖詳細說明本發明所涉及的實施方式。另外，以下的優選的實施方式的說明，從本質上講不過是個示例，無意于限制本發明及其適用物或其用途。
[0064](第一實施方式)
[0065]圖1中表示了本發明的第一實施方式所涉及的功率轉換裝置I的電路的一例。這 個功率轉換裝置1，包括交直流轉換電路11、倍電壓電路12、平滑電容13、直交流轉換電路 14和功率因素改善電路15，構成為將從交流電源2供來的交流電壓轉變為規定頻率的電 壓，供給三相交流馬達等的負荷3。
[0066]所述交直流轉換電路11，連接于所述交流電源2，構成為將交流電壓整流為直流。 這個交直流轉換電路11，是由多個(圖4例中為四個)二極管Dl?D4連接為橋式而成的 二極管橋式電路，經電抗線圈(L)連接在交流電源2上。由此，所述交流電源2的交流電壓， 由所述二極管Dl?D2的橋式電路轉變為直流電壓。
[0067]所述倍壓電路12，包括串聯的兩個電容21、22。這個倍壓電路12，是所述交流電 源2的一端經所述交直流轉換電路11連接在這些電容21、22之間而構成的，所以所述電容 2U22被充電，電容21、22的串聯電路兩端的電壓成為所述交流電源2的電壓兩倍的電荷。
[0068]所述平滑電容13，是為平滑由所述交直流轉換電路11及倍壓電路12整流了的直 流電壓的電容器。
[0069]所述直交流轉換電路14，與所述倍壓電路12及平滑電容13都是與交直流轉換電 路11并聯。這個直交流轉換電路14，是由多個開關元件14a(例如三相交流時為六個)連 接成橋式而成。也就是說，沒有特別圖示，但是所述直交流轉換電路14，是由兩個開關元件 14a、14a相互串聯而成的開關腳(switching leg)三個并聯而成的，構成為利用這些開關 元件14a的開關動作將直流電壓轉變成交流電壓，供給負荷3。另外，本實施方式中，如圖1 所示，所述各開關元件14a，是由晶體管和二極管反相并聯而成的，但是并不限于此，只要是 構成為能夠開關的構成，其他的構成亦可。
[0070]所述功率因素改善電路15，包括具有可以雙向導通的雙向開關31的雙向開關電 路30，所述雙向開關31的兩端連接于該交流電源2使得所述交流電源2能夠短路。所述功 率因素改善電路15，構成為根據交流電源2的電壓極性驅動控制雙向開關31，以使該交流 電源2短路，通過與所述電抗線圈L的組合對該功率因素改善電路15的輸入電流Is進行 整流，改善電源功率因素且控制電壓Vpn的大小。
[0071]具體地講，所述功率因素改善電路15，包括所述雙向開關電路30和對該開關電路 30輸出對應于所述交流電源2的電壓極性的零交叉信號Sz的零交叉檢測部32。這個零交 叉檢測部32，構成為對應于所述交流電源2的交流電壓的波形，每半個周期生成輸出信號 (ON-OFF)翻轉的零交叉信號Sz并輸出。
[0072]所述雙向開關電路30，包括構成為能夠雙向導通的雙向開關31、對該雙向開關31 輸出驅動信號Vgl、Vg2驅動該雙向開關31的驅動電路33、34和對該驅動電路33、34輸出 控制信號Sgl、Sg2的功率因素改善控制部35 (控制部)。這個功率因素改善控制部35，構 成為若輸入從所述零交叉檢測部32輸出的零交叉信號Sz，則基于該零交叉信號Sz將用以 驅動控制雙向開關31的控制信號Sgl、Sg2輸出給所述驅動電路33、34。
[0073]所述雙向開關31，是將兩個開關元件SW1、SW2以漏極相互連接的方式串聯構成， 通過由所述驅動電路33、34驅動控制該開關元件SW1、SW2，構成為能夠雙向導通。所述開 關元件SW1、SW2，例如是由結型場效應晶體管以及靜電感應晶體管、金屬半導體場效應型應晶體管、異質結場效應型晶體管、高電子遷移率晶體管等形成，構成為在源極側施加比漏極側還高的電壓(以下稱為逆向電壓)的狀態下，即便是柵極端子上沒有輸入驅動信號的情況下，電流也從源極側向漏極側流動。另外，所述開關元件SW1、SW2,如圖2(a)所示,設置有兩個源極端子S1、S2及柵極端子Gl、G2且共有漏極側，也就是可以由所謂的雙柵極型器件構成，也可以由各自獨立的器件構成。另外，圖2(b)，是由所謂的雙柵極型器件構成開關元件SW1、SW2的情況下的電路記號的例。所述雙柵極型的開關元件SW1、SW2中，優選兩個柵極電極的距離比相互對應的柵極電極和源極電極之間的距離大。也就是說，圖2(a)的例中，使源極S1-柵極Gl間的距離小于柵極Gl-柵極G2間的距離，且源極S2-柵極G2間的距離小于柵極Gl-柵極G2間的距離更好。這是因為所述雙柵極型的器件中，兩個源極端子S1、S2間的耐壓是受兩個柵極端子Gl、G2間的耐壓左右的，如上所述通過規定電極間的距離，確保充分地耐壓性就成為可能。
[0074]在此，給所述開關元件SW1、SW2設定通態電阻Ron，使得由從源極側向漏極側流動的逆向電流產生的通態電壓，比開關元件SW1、SW2成為導通狀態的閾值電壓Vt高。由此，就可以使柵極-漏極間的電壓更迅速地達到所述閾值電壓Vt以上的電壓。因此，就可以更迅速地使得所述開關元件SWl、SW2成為導通驅動狀態，還可以降低電流導通時的損耗。另夕卜，結型場效應晶體管以及靜電感應晶體管等晶體管中，閾值電壓在2.5V以下，這樣可以使得所述通態電阻較小，所以即便是如上所述那樣的通態電壓達到閾值電壓以上的構成也可以降低開關元件的導通損耗。
[0075]由此，詳細地如后所述，所述開關元件SW1、SW2中源極側施加高電壓的開關元件SW1，在導通狀態即便是不進行驅動控制，也可以由作用于該開關元件SWl的逆向電壓成為逆向導通可能的狀態。因此，本實施方式中，只驅動控制對漏極側施加比源極側高的電壓的開關元件SWl。
[0076]—驅動電路一
[0077]以下基于圖3說明用以驅動控制具有以上所述那樣構成的開關元件SW1、SW2的驅動電路33、34的構成。另外，如該圖3所示那樣，驅動電路33、34，因為具有相同的構成，所以以下只說明一個驅動電路33，另一個驅動電路34中與該一個驅動電路33相同的構成標注相同的符號。
[0078]所述驅動電路33，包括用以在開關元件SWl的柵極G-源極SI間施加電壓Vg的驅動電源41、響應于從功率因素改善控制部35輸出的控制信號Sgl進行開關動作的兩個柵極驅動用開關元件42、43和在所述開關元件SWl的柵極G-源極SI間與該開關元件SWl并聯的電阻44 (電阻體)。
[0079]所述柵極驅動用開關元件42、43相互串聯，所述開關元件SWl的柵極端子Gl連接在這些開關元件42、43之間。柵極驅動用開關元件43，配置在所述驅動電源41和開關元件Sffl的柵極端子Gl之間，該開關元件43形成在導通狀態時所述驅動電源41的電壓Vg施加在開關元件SWl的柵極端子Gl上的電壓供給電路。另一方面，柵極驅動用開關元件42，設置為該開關元件42處于導通狀態時將開關元件SWl的源極側SI和柵極端子Gl起來。另夕卜，所述圖3中，符號45，是設置在柵極驅動用開關元件42、43和開關元件SWl的柵極端子Gl之間的，調整開關元件SWl的開關速度用電阻。
[0080]還有，串聯的所述柵極驅動用開關元件42、43，分別對應于從所述功率因素改善控制部35輸出的控制信號Sgl,由驅動控制部46、47驅動控制,使得一方為導通狀態時另一方 為斷開狀態，而一方為斷開狀態時而另一方為導通狀態。
[0081]由此，在利用控制信號Sgl柵極驅動用開關元件43成為導通狀態，并且柵極驅動 用開關元件42成為斷開狀態的情況下，開關元件SWl的柵極端子Gl上被施加驅動電源41 的電壓Vg，該開關元件SWl開始工作。即這種情況下，從驅動電路33向開關元件SWl的柵 極端子Gl輸入導通狀態驅動信號Vgl。
[0082]相反，由控制信號Sgl，柵極驅動用開關元件42成為導通狀態，且柵極驅動用開關 元件43成為斷開狀態的情況下，開關元件SWl的柵極端子Gl上不施加驅動電源41的電壓 Vg，該開關元件SWl成為斷開狀態。這種情況下，從驅動電路33向開關元件SWl的柵極端 子Gl輸入的不是導通驅動信號而是斷開控制信號。
[0083]在所述開關元件SWl的柵極Gl-源極SI之間與所述開關元件SWl并聯的所述電 阻44具有比該開關元件充分小的電阻值，使得當在所述開關元件SWl上被施加逆向電壓 時，該開關元件SWl的柵極Gl-漏極D之間幾乎原樣施加逆向電壓。S卩，通過使所述電阻44 具有充分小的電阻值，電壓幾乎不作用在與該電阻44并聯的開關元件SWl的源極S1-柵極 Gl之間，所述逆向電壓作用在該開關元件SWl的柵極Gl-漏極D之間。
[0084]一雙向開關電路的動作一
[0085]以下，基于圖1至圖5說明具有以上那樣構成的雙向開關電路30的動作。
[0086]首先，說明用以驅動雙向開關電路30內的雙向開關31的開關元件SW1、SW2的驅 動電路33、34的動作。
[0087]如圖3、圖4所示，在t=t0，若在雙向開關31上對開關元件SWl施加相對于開關元 件SWl為逆向(源極側SI的電壓比漏極側D高的狀態)的電源電壓Vdc，則通過在該開關 元件SWl的驅動電路33上設置電阻44，施加在該開關元件SWl上的電壓基本上都加到了 柵極Gl-漏極D之間。這樣，源極S1-柵極Gl間的電壓Vsg基本為零，并且源極S1-漏極 D之間的電壓Vsd及柵極Gl-漏極D間的電壓Vgd保持為開關元件SWl成為導通狀態的閾 值電壓Vt。這樣,雙向開關31的一個開關兀件SWl上，因為只被施加閾值電壓Vt的電壓， 所以雙向開關31的另一個開關元件SW2上，施加剩下的電壓Vdc — Vt。另外，這個開關元 件SW2上，因為沒有輸入導通狀態驅動信號，就成為柵極Gl-源極S2間的電壓Vgs為零，漏 極D-柵極G2間的施加Vdc - Vt的全部電壓的狀態。
[0088]接下來，在t=tl，若在所述開關元件SW2的驅動電路34上輸入控制信號Sg2的導 通信號，則驅動電路34的柵極驅動用開關元件43成為導通狀態，電壓Vg就從驅動電源41 施加在所述開關元件SW2的柵極端子G2上。這樣，所開關元件SW2成為導通狀態，電流Is 在雙向開關31內流動。即，所述開關元件SW2成為導通狀態的期間成為導通狀態期間ton。
[0089]在此，所述開關元件SW2的漏極D-源極S2間的電壓Vds，若該開關元件SW2成為 導通狀態，則一旦變為零，然后對應于流過該開關元件SW2的電流徐徐增大。另一方面，所 述開關元件SWl也是，源極S1-漏極D間的電壓Vsd及柵極Gl-漏極D間的電壓Vgd，由于 在該開關元件SW2內的電流而產生的電壓徐徐增大。
[0090]并且，在t=t2，若輸入所述開關元件SW2的驅動電路34的控制信號Sg2為斷開狀 態，則該驅動電路34的柵極驅動用開關元件43成為斷開狀態，所述開關元件SW2的柵極端 子Gl上沒有施加驅動電源41的電壓Vg，柵極G2-源極S2間的電壓Vgs為零。這樣，所述開關元件SW1、SW2的各電壓，成為與t=tO相同的狀態。
[0091]將上述那樣的驅動電路33、34的動作與電源電壓的波形以及零交叉信號Sz等排列記載的圖表示在圖5中。另外，這個圖5中，零交叉信號Sz為導通狀態時，在雙向開關31的開關元件SWl上施加逆向電壓，且零交叉信號Sz成為斷開狀態時，在開關元件SW2上施加逆向電壓。
[0092]如所述圖5所示，當在開關元件SW1、SW2上施加逆向電壓時，即便是該開關元件SffU SW2上沒有輸入驅動信號，只要柵極Gl、G2-漏極D間的電壓Vgd、Vdg在閾值電壓Vt之上，就成為導通狀態。并且，進行驅動控制使另一方的開關元件成為導通狀態，電流Is就會在雙向開關31中流動。
[0093]一第一實施方式的效果一
[0094]如上所述，根據這個實施方式，作為雙向開關31的開關元件SW1、SW2，在源極SI側施加比漏極D側高的電壓的狀態(被施加逆向電壓的狀態)下，即便是柵極端子Gl、G2上沒有輸入導通狀態驅動信號的情況下，通過使用電流從源極側SI流向漏極D側的開關元件，只要只驅動控制在漏極D側施加比源極S2側更高的電壓的開關元件，就可以進行雙向開關31的通電控制。因此，所述雙向開關31的開關元件SW1、SW2的驅動控制就變得容易。
[0095]而且，通過以上所述那樣的構成，因為不再需要現有所必須的二極管，就可以減少這部分元器件的數量，謀求電路構成的簡單化和導通損耗的降低。
[0096]一第一實施方式的變形例I 一
[0097]這個變形例1，如圖6所示，只是在從功率轉換裝置I’的功率因素改善控制部35’只輸出一個控制信號Sgl，雙向開關31的開關元件SW1、SW2中輸入相同的驅動信號(Vgl=Vg2)這一點與所述第一實施方式不同，所以與該第一實施方式相同的部分標注同樣的符號，以下只說明不同的部分。
[0098]具體地講，如所述圖6所示，從零交叉檢測部32輸入零交叉信號Sz的功率因素改善控制部35’中，構成為將控制信號Sgl輸出給驅動電路33、34。由此，因為對所述驅動電路33，34輸入相同的控制信號Sgl，所以如圖7所示，從該驅動電路33，34向開關元件SWl、SW2分別輸出相同的驅動信號Vgl、Vg2。
[0099]這樣，通過向雙向開關31的兩個開關元件SW1、SW2輸入相同的信號，與分別驅動控制該開關元件SWl、SW2的情況相比控制變得容易。
[0100]在此，一般地，如上所述，若向雙向開關31的兩個開關元件SW1、SW2輸入相同的信號，由于開關元件的性能的偏差等，開關元件變成導通狀態的時刻有偏離的情況。因此，通過使用所述第一實施方式那樣構成的開關元件SW1、SW2，則被施加逆向電壓的開關元件，與對柵極端子Gl、G2的驅動信號無關地變成導通狀態，因此就可以防止該開關元件受到損傷。
[0101]一第一實施方式的變形例2 -
[0102]這個變形例2，如圖8所示，只是在具有雙向開關31’的兩個開關元件SW1’、SW2’中，柵極端子Gl’、G2’ -漏極D間形成有寄生二極管Dgdl、Dgd2，并且所述開關元件SW1’、SW2’具有不讓電流在該寄生二極管Dgdl、dgd2側流動的構成這一點與所述第一實施方式不同，所以與該第一實施方式相同的部分標注同樣的符號，以下只說明不同的部分。
[0103]具體地講，如所述圖8所示，對開關元件SW1’、SW2’分別在柵極G1、G2_漏極D間設置有只能從柵極端子Gl、G2側向漏極D側導通的寄生二極管Dgdl、Dgd2。并且，所述開 關元件SW1’、SW2’，構成為成為導通狀態的閾值電壓Vt比所述寄生二極管Dgdl、Dgd2的正 向電壓Vf小。
[0104]由此，電流在所述寄生二極管Dgdl，Dgd2側流動以前，所述開關元件SW1’、SW2’成 為導通狀態該開關元件SW1’、SW2’上流通電流。一般地，若寄生二極管Dgdl、Dgd2上流通 電流，則該寄生二極管Dgdl、Dgd2內蓄積了少數載流子產生斷開時的延遲或者與流過該寄 生二極管Dgdl、Dgd2內之際產生較大的損耗，但是通過做成所述那樣的構成并在開關元件 SW1’、SW2’側流通電流，就可以防止斷開時的延遲以及損耗的增大。
[0105]一第一實施方式的變形例3 -
[0106]這個變形例3，如圖9所示，與所述變形例2 —樣，只是在雙向開關31’的開關元件 SW1’、SW2’的柵極端子G1、G2-漏極D間形成寄生二極管Dgdl、Dgd2這一點，以及驅動電路 51、52的驅動電源53構成為電壓可變的這一點與所述第一實施方式不同，所以與該第一實 施方式相同的部分標注同樣的符號，以下只說明不同的部分。
[0107]具體地講，如所述圖9所示，對開關元件SW1’、SW2’分別在在柵極Gl、G2_漏極D 之間設置有可以只從該柵極端子Gl、G2側向漏極側D導通的寄生二極管Dgdl、Dgd2。
[0108]所述開關元件SW1’、SW2’的驅動電路51、52中，分別設置有構成為電壓可變的驅 動電源53。還有，所述驅動電路51、52，包括基于在雙向開關31’中流動的電流Is求出柵 極Gl、G2-漏極D間的電壓Vgd，調整所述驅動電源53的電壓使得該電壓Vgd總是比所述 寄生二極管Dgdl、Dgd2的正向電壓Vf小的柵極電壓調整部54。
[0109]詳細地說，因為源極S1、S2-漏極D間的電壓Vsd，是對應雙向開關31’中流動的 電流Is變化的(=1 sXRon(開關元件SW1’、SW2’的通態電阻))，所以所述柵極電壓調整部 54，構成為對應于所述電壓Vsd改變柵極G1、G2-源極S1、S2間的電壓Vgs (驅動電源53的 電壓)，使得柵極G1、G2-漏極D間的電壓Vgd總是比所述寄生二極管Dgdl、Dgd2的正向電 壓Vf小。
[0110]由此，因為可以使開關元件SW1’、SW2’的柵極Gl、G2-漏極D間的電壓Vgd總是 比所述寄生二極管Dgdl、Dgd2的正向電壓Vf小，所以可以確實防止在該寄生二極管Dgdl、 Dgd2中流通電流。因此，也就確實可以防止斷開時的遲延的發生以及損耗的增大。
[0111]一第一實施方式的變形例4 -
[0112]這個變形例4，如圖10所示，因為只是在雙向開關55的開關元件56、57的源極S1、 S2-漏極D間形成有寄生二極管Dgdl、Dgd2這一點與所述第一實施方式不同，所以與該第 一實施方式相同的部分標注同樣的符號，以下只說明不同的部分。
[0113]具體地講，對雙向開關55的開關元件56、57在源極S1、S2-漏極D間設置有只從 源極S1、S2側向漏極D側能夠導通的寄生二極管Dgdl、Dgd2。S卩，所述開關元件56、57，具 有源極S1、S2-漏極D間的寄生二極管Dgdl、Dgd2，由例如MOSFET等構成。
[0114]由此，即便是在所述開關元件56、57上施加源極S1、S2側比漏極D側更高的逆向 電壓的情況下，到該開關元件56、57成為導通狀態為止，由于電流可以在所述寄生二極管 Dgdl、Dgd2中流動，所以就可以降低所述開關元件56、57為斷開狀態時的損耗。
[0115](第二實施方式)
[0116]一整體構成一[0117]圖11中表示了本發明的第二實施方式所涉及的功率轉換裝置60的概略構成。這個功率轉換裝置60，是直接將從一定頻率的交流電源61得到的交流電進行功率轉換成為另一頻率的交流電，即所謂的矩陣交-交轉換器(matrix converter)。
[0118]所述矩陣交-交轉換器60，包括作為開關部的多個(圖示例中為六個)雙向開關Sur> Sus> Sut> Svr> Svs、Svt。另外,所述圖11的例中，所述矩陣交-交轉換器60,構成為將從三相交流電源61輸出的交流電轉變成單相電流供給馬達等負荷62，但是并不限于此，例如還可以是將三相交流電源61的交流電作為三相交流電供給負荷的構成等，也可以是其他任何構成。
[0119]所述多個雙向開關Sur、Sus> Sut> Svr> Svs、Svt,設置為相對于所述負荷62的輸出入側有選擇地連接于所述交流電源61的各相的端子。具體地講，構成所述負荷62的輸出入側的兩個端子上，分別連接著各自連接所述交流電源61的各相端子的三個雙向開關。由這些雙向開關Sur、Sus> Sut> Svr> Svs、Svt,在所述矩陣交-交轉換器60內，構成所述負荷62的輸出入側上的，分別與所述交流電源61的各相連接的R相、S相及T相。
[0120]具有如上所述那樣構成的矩陣交-交轉換器60中，如圖12(a)所示，例如若使R相及T相的雙向開關Sur、Svt成為導通狀態，電流Iu就會流過矩陣交-交轉換器60的R相和T相之間。并且，如圖12(b)所示，若使R相的雙向開關Sur為斷開狀態，且S相雙向開關Sus成為導通狀態，則電流在矩陣交-交轉換器60的S相和T相之間流動。S卩，通過進行所述圖12那樣的開關動作，進行矩陣交-交轉換器60的轉流動作。
[0121]一雙向開關的構成及動作一
[0122]以下說明所述雙向開關Sur、Sus、Sut、Svr、Svs、Svt的具體構成。另外，各個雙向開關Sur、Sus> Sut> Svr> Svs、Svt,因為都具有同樣的構成,所以以下只說明R相及S相的雙向開關Sur、Sus。
[0123]在說明本發明的構成之前，首先基于圖13至圖15說明現有的雙向開關Sur’、Sus’的構成及其動作。
[0124]如所述圖13所示，各雙向開關Sur’、Sus’，逆向并聯使得開關元件SurI’、Sur2\Susl\ Sus2，和二極管 DurI’、Dur2，、DusI，、Dus2’ 串聯的電路中該二極管 DurI’、Dur2，、Dusl’、Dus2’的導通方向為逆向。這些二極管Durl，、Dur2’、Dusl，、Dus2’，相對于開關元件 Surl’、Sur2’、Susl，、Sus2’ 串聯連接使得該開關元件 Surl’、Sur2’、Susl，、Sus2，只能正向(漏極側的電壓比源極側的電壓高時電流的流通方向)導通。即，所述雙向開關Sur’、Sus’，具有只能單向導通的兩個電路逆向并聯的構成，由此能夠雙向導通。
[0125]另外，所述雙向開關Sur'Sus’的構成，在所述圖13的構成以外，還有將相對于開關元件Surl’、Sus2’逆向并聯了二極管Durl’、Dur2’的電路,使得開關元件Surl’、Sus2’和二極管Durl’、Dur2’各自之間逆向阻止的串聯的圖14那樣的構成也已為所知。在圖13及圖14中，實線箭頭表示電流Iu流過R相的情況,虛線箭頭表示電流Iu流過S相的情況。
[0126]接下來，與矩陣交直流轉換器的轉流動作一起說明具有如上所述那樣的現有的雙向開關Sur’、Sus’的動作。在此，圖15,表示從R相向S相進行轉流動作的雙向開關Sur’、Sus’的動作，圖15(a)表示電流Iu為正值情況的，而圖15(b)表示電流Iu為負值情況的雙向開關Sur’、Sus’的動作。還有，圖15中，用實斜線表示在R相上施加比S相高的電壓狀態下的導通情況，而用虛斜線表示在S相上施加比R相高的電壓的情況下切換通電的開關元件的情況。
[0127]另外，沒有特別圖示，所述矩陣交-交轉換器，包括檢測交流電源的電壓的極性的 電壓極性檢測部件或者是檢測電流極性的電流極性檢測部件，基于這個檢測結果，決定雙 向開關Sur’、Sus，的開關動作的時刻(從t0到t7)。
[0128]首先，電流Iu為正值的情況下，如圖15(a)所示，t=t0時，開關元件Surl’成為導 通狀態，電流Iu流過R相。這時,R相的雙向開關Sur’中的另一個開關元件Sur2’也成為 導通狀態。這是因為在負荷62側發生短路故障之際，使得電流逆向流動，以防止矩陣交-交 轉換器出現故障之故。
[0129]在使電流Iu從R相轉流向S相之際，首先在t=tl，使所述開關元件Sur2’成為斷 開狀態。并且，在接下來的t=t2，進行驅動控制使S相的雙向開關Sus’的開關元件Susl’ 成為導通狀態。這時，如果是在R相上施加比S相更高的電壓的狀態(Vrs>0)，則R相上 電流Iu繼續流動(Surl’的實線部分)，而如果是在S相上施加比R相更高的電壓的狀態 (Vrs<0)，電流Iu流動的相產生變化從R相變為S相(從Surl’的實線部分變向Surl’的 虛線部分)。在t=t3，若使所述開關元件Surl’成為斷開狀態，則即便是Vrs>0，電流Iu流 動的相也從R相變為S相(從Surl’的實線部分變為Susl’的實線部分)。
[0130]通過這樣做，可以將在R相流動的電流Iu轉流到S相。其后，在t=t4，進行驅動控 制使得S相的雙向開關Sus’的另一個開關元件Sur2’也成為導通狀態，在故障之際等逆向 也有電流流動。
[0131]相反，使電流Iu再度從S相轉流到R相之際，首先在t=t5使所述開關元件Sus2’ 成為導通狀態后，在接下來的t=t6，進行驅動控制R相的雙向開關Sur’的開關元件Surl’ 成為導通狀態。這時，如果是在R相上施加比S相更高的電壓的狀態(Vrs>0)，則電流Iu流 動的相從S相變為R相(從Susl’的實線部分變為Surl’的實線部分)，而如果是在S相上 施加比R相更高的電壓的狀態(Vrs〈0)，電流Iu流動的相還是在S相(Susl’的虛線部分)。 若在t=t7使開關元件Susl’成為斷開狀態，則即便是Vrs〈0，電流Iu流動的相也會從S相 變為R相(從Susl’的虛線部分變為Surl’的實線部分)。由此完成了從S相向R相的電 流Iu的轉流動作。
[0132]在如上所述的轉流動作中，因為通過使開關元件Surl’、Susl’的動作和開關元件 Sur2’、SUS2’的動作互逆，可以實現所述圖15(b)的轉流動作，所以省略該圖15(b)的情況 的動作說明。
[0133]然而，具有以上所述那樣構成的雙向開關Sur’、Sus’的情況，因為在開關元件 SurI\ Sur2\ Susl\ Sus2’之外，還需要用以阻止電流逆向流動的逆向阻止用二極管 Durl’、Dur2’、Dusl\ Dus2’，所以元器件數量多，電路構成也變得復雜，導通損耗也隨之變 大，成為問題。對此，想到了采用省略二極管Durr、Dur2’、Dusl’、Dus2’使用逆阻IGBT的 構成，但是為了防止開關元件的破壞有必要時刻良好地驅動控制該開關元件，需要高精度 且復雜的控制。
[0134]對此，本實施方式中，為了減少元器件數量，簡化電路及降低導通損耗，且由開關 元件的簡單驅動控制可以實現矩陣交-交轉換器的雙向開關，作為雙向開關的開關元件， 使用了構成為在源極側施加比漏極側更高的電壓的狀態下，即便是在柵極端子上沒有輸入 驅動信號的情況下，電流也可以從源極側向漏極側流動的器件。[0135]具體地講，如圖16所示，矩陣交-交轉換器60的雙向開關Sur、Sus,以兩個開關元件Surl、Sur2、Susl、Sus2的漏極側相連的方式串聯。并且，所述各開關元件Surl、Sur2、SusU Sus2，構成為在源極側施加比漏極側更高的電壓的狀態下，即便是柵極端子上沒有輸入導通狀態驅動信號，電流也可以從源極側向漏極側流動。所述開關元件SW1、SW2,例如是由結型場效應晶體管以及靜電感應晶體管、金屬半導體電場效型應晶體管、異性接合場效應晶體管、聞電子遷移率晶體管等構成。所述圖16中，實線箭頭表不電流Iu流過R相的情況，虛線箭頭表示電流Iu流過S相的情況。
[0136]在此,構成所述各雙向開關Sur、Sus的兩個開關元件Surl、Sur2、Susl、Sus2,與所述第一實施方式的開關元件SW1、SW2 一樣，設置有兩個源極端子S1、S2及柵極端子Gl、G2且共有漏極D，也就是可以由所謂的雙柵極型器件構成，也可以由各自獨立的器件構成。
[0137]所述開關元件Surl、Sur2、SusU Sus2,設定通態電阻Ron使得由從源極側向漏極側流動的逆向電流產生的通態電壓，比開關元件SW1、SW2成為導通狀態的閾值電壓Vt高。由此，就可以使柵極-漏極間的電壓更迅速地達到所述閾值電壓Vt以上的電壓。因此，就可以更迅速地使得所述開關元件Surl、Sur2、Susl、Sus2成為導通驅動狀態，還可以降低逆向電流導通時的損耗。另外，結型場效應晶體管以及靜電感應晶體管等的晶體管中，閾值電壓在2.5V以下，這樣可以使得所述通態電阻較小，所以即便是如上所述那樣的通態電壓達到閾值電壓以上的構成也可以降低開關元件的導通損耗。
[0138]由此,詳細地如后所述,所述開關元件Surl、Sur2、Susl、Sus2中，源極側施加高電壓的開關元件，在導通狀態即便是不被驅動控制，也可以由作用于該開關元件的逆向電壓成為逆向導通可能的狀態。
[0139]另外，因為所述開關元件Surl、Sur2、SusU Sus2的驅動電路，與所述第一實施方式一樣，所以省略構成及動作的說明。也就是說，在所述第一實施方式的圖3中，開關元件SffU SW2分別與本實施方式中的開關元件Sur2、Sus2及開關元件Surl、Susl對應。
[0140]將所述開關元件Surl、Sur2、SusU Sus2制成以上所述那樣構成的情況的雙向開關Sur、Sus的動作，與矩陣交-交轉換器的轉流動作一起說明。在此，圖17，表示從R相向S相進行轉流動作情況下的雙向開關SuinSus的動作，圖17(a)表示電流Iu為正值時的雙向開關Sur、Sus的動作，圖17 (b)表示電流Iu為負值時的雙向開關Sur、Sus的動作。另夕卜，所述圖17中，用實斜線表示在R相上施加比S相高的電壓狀態下的導通情況，而用虛斜線表示在S相上施加比R相高的電壓的情況下切換通電的開關元件的情況。
[0141]另外，沒有特別圖示，所述矩陣交-交轉換器，包括檢測交流電源的電壓的極性的電壓極性檢測部件或者是檢測電流極性的電流極性檢測部件，基于這個檢測結果，決定雙向開關Sur’、Sus，的開關動作的時刻(從t0到t7) ο
[0142]首先，電流Iu為正值的情況下，如圖17(a)所示，t=t0時，開關元件Surl成為導通狀態，電流Iu流過R相。這時，R相的雙向開關Sur中的另一個開關元件Sur2也成為導通狀態。
[0143]在使電流Iu從R相轉流向S相之際，首先在t=tl，使所述開關元件Sur2成為斷開狀態。因此，因為這個開關元件Sur2上被施加逆向電壓,所以即便是在該開關元件Sur2的柵極端子上不輸入導通狀態驅動信號的狀態，在R相上施加電壓的狀態繼續的期間電流Iu流過該開關元件Sur2。[0144]并且，在接下來的時刻t=t2，進行驅動控制使S相的雙向開關Sus的開關元件 Surl成為導通狀態。這時，如果是在R相上施加比S相更高的電壓的狀態(Vrs>0)，則R相 上電流Iu繼續流動(Surl的實線部分)，而如果是在S相上施加比R相更高的電壓的狀態 (Vrs<0)，電流Iu流動的相產生變化從R相變為S相(從Surl的實線部分變向Surl的虛 線部分)。在t=t3,若使所述開關元件Surl成為斷開狀態,則即便是Vrs>0,電流Iu流動的 相也從R相變為S相(從Surl的實線部分變為Susl的實線部分)。在此，如上所述，只使 S相的雙向開關Sus的開關元件Susl成為導通狀態，S相上施加流過電流Iu那樣的電壓， 而S相的雙向開關Sus的另一個開關元件Sus2的柵極端子上即便是不輸入導通狀態驅動 信號的狀態，該開關元件Sus2成為能夠導通的狀態，S相中流過電流Iu。
[0145]通過這樣做，可以將在R相流動的電流Iu轉流到S相上。其后，在t=t4進行驅動 控制使S相的雙向開關Sus的另一個開關元件Sur2也成為導通狀態,謀求該開關元件Sus2 的導通損耗降低。
[0146]相反，使電流Iu再度從S相轉流到R相之際，首先在t=t5使所述開關元件Sus2 成為斷開狀態。這時，因為這個開關元件Sus2上被施加逆向電壓,所以該開關元件Sus2的 柵極端子上即便是不輸入導通狀態驅動信號的狀態，在S相上施加電壓的狀態繼續的期間 電流Iu會在該開關元件Sus2內流動。
[0147]其后，在接下來的t=t6，進行驅動控制以使R相的雙向開關Sur的開關元件Surl 成為導通狀態。這時，如果是在R相上施加比S相更高的電壓的狀態(Vrs>0)，電流Iu流 動的相從S相變為R相(從Susl的實線部分變為Surl的實線部分)，而如果是在S相上 施加比R相更高的電壓的狀態(Vrs〈0)，電流Iu流動的相還是在S相(Susl的虛線部分)。 若在t=t7使開關元件Susl成為斷開狀態，則即便是Vrs〈0，電流Iu流動的相從S相變為R 相(從Susl的虛線部分變為Surl的實線部分)。在此，如上所述，如果使R相的雙向開關 Sur的開關元件Surl成為導通狀態，R相上施加流過電流Iu那樣的電壓，而R相的雙向開 關Sur的另一個開關元件Sus2上，因為被施加逆向電壓，即便是該開關元件Sus2的柵極端 子上不輸入導通狀態驅動信號的狀態，該開關元件Sus2成為能夠導通的狀態，R相中流過 電流Iu。由此完成了從S相向R相的電流Iu的轉流動作。
[0148]在如上所述的轉流動作中，通過使開關元件Surl、Susl的動作和開關元件Sur2、 Sus2的動作相反進行，因為可以實現所述圖17(b)的轉流動作，所以省略該圖17(b)的情況 的動作說明。
[0149]另外，這個實施方式中也是，與所述第一實施方式一樣，還可以構成為該第一實施 方式的變形例I至變形例4。
[0150]一第二實施方式的效果一
[0151]如上所述，根據這個實施方式，作為構成矩陣交-交轉換器60的雙向開關Sur、Sus 的開關元件Surl、Sur2、Susl、Sus2，使用了在源極側施加比漏極側更高的逆向電壓的狀態 下，即便是柵極端子上沒有輸入導通狀態驅動信號的情況下，電流也能夠從源極側向漏極 側流動的器件，所以就可以省略逆止二極管削減元器件數量，由此響應地謀求小型化及成 本的降低，且謀求導通損耗的降低。
[0152]而且，如上所述，施加逆向電壓的開關元件Surl、Sur2、Susl、Sus2,即便是不進行 驅動控制也成為導通可能的狀態，就不需要時刻良好地控制所有的開關元件Surl、Sur2,Susl、Sus2，控制就變得容易。
[0153](其他的實施方式)
[0154]所述的各實施方式，還可以是以下的構成。
[0155]所述第一實施方式中，在源極側上被施加比漏極側高的電壓的開關元件SWl的柵極端子上未輸入導通狀態驅動信號，但是并不限于此，當檢測或則推測到該開關元件SWl上流過逆向電流時，可以在該開關元件SWl的柵極端子上輸入導通狀態驅動信號。通過這樣做，可以驅動該開關元件SWl使其成為導通狀態，所以比起未驅動就導通的情況，謀得導通損耗的降低。還有，所述第二實施方式中也是，若檢測或推測到開關元件Sur2、Sus2上流過逆向電流時，可以迅速地將導通驅動信號輸入該開關元件Sur2、Sus2。
[0156]一產業實用性一
[0157]本發明對于包括多個開關元件串聯的雙向開關的功率轉換裝置特別有用。
[0158]—符號說明一
[0159]I 功率轉換裝置
[0160]15功率因素改善電路
[0161]30雙向開關電路
[0162]31、31’、55、Sur、Sus 雙向開關(開關部)
[0163]32零交叉檢測部(zero cross檢測部)
[0164]33驅動電路(柵極驅動電路)
[0165]34驅動電路
[0166]33、35’功率因數改善控制部(控制部)
[0167]41驅動電源
[0168]42、43柵極驅動用開關元件
[0169]44 電阻(電阻體)
[0170]45 電阻
[0171]46、47驅動控制部
[0172]51、52驅動電路
[0173]53驅動電源
[0174]54柵極電壓調整部
[0175]56,57開關元件
[0176]60功率轉換裝置(矩陣交-交轉換器)
[0177]Dgdl、Dgd2 寄生二極管
[0178]L 電抗線圈
[0179]SffU SW2, Sffl \SW2> 開關元件
[0180]S1、S2 源極
[0181]D 漏極
[0182]Gl > G2棚極?而子
【權利要求】
1.一種雙向開關電路，包括連接成能夠雙向導通的兩個開關元件(SW1、SW2)，其特征 在于:所述兩個開關元件(SW1、SW2)相互串聯，所述兩個開關元件(SW1、SW2)中被施加源極(SI)側的電壓比漏極(D)側的電壓高的 逆向電壓的開關元件(SWl)，構成為即使處于柵極端子(Gl)上尚未輸入導通驅動信號的狀 態，電流也能夠從源極(SI)側向漏極(D)側流動，被施加所述逆向電壓的開關元件(SW1’)，在柵極端子(Gl)和漏極(D)之間具有只允 許電流從該柵極端子(Gl)側流向漏極(D)側的柵極-漏極間寄生二極管(Dgdl)，所述開關元件(swr )構成為，使該開關元件(swr )成為導通狀態的閾值電壓vt比 所述柵極-漏極間寄生二極管(Dgdl)的正向電壓Vf小。
2.一種雙向開關電路，包括連接成能夠雙向導通的兩個開關元件(SW1、SW2)，其特征 在于:所述兩個開關元件(SW1、SW2)相互串聯，所述兩個開關元件(SW1、SW2)中被施加源極(SI)側的電壓比漏極(D)側的電壓高的 逆向電壓的開關元件(SWl)，構成為即使處于柵極端子(Gl)上尚未輸入導通驅動信號的狀 態，電流也能夠從源極(SI)側向漏極(D)側流動，被施加所述逆向電壓的開關元件(SW1’)，在柵極端子(Gl)和漏極(D)之間具有只允 許電流從該柵極端子(Gl)側流向漏極(D)側的柵極-漏極間寄生二極管(Dgdl)，和用以驅動控制所述開關元件(SW1’ )的柵極驅動電路(51)；所述柵極驅動電路(51)包括調整柵極-漏極間電壓Vgd的柵極電壓調整部(54)，以使 柵極端子(Gl)和漏極⑶之間的該柵極-漏極間電壓Vgd比所述柵極-漏極間寄生二極 管(Dgdl)的正向電壓Vf小。
【文檔編號】H02M1/42GK103560652SQ201310415004
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2010年1月18日 優先權日:2009年1月19日
【發明者】川嶋玲二, 久山和志, 日比野寬, 關本守滿, 前田敏行, 松野澄和 申請人:大金工業株式會社