CN101336509A - 制冷循环装置 - Google Patents

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Abstract

MOSFET(4u、4v、及4w)和IGBT(3u、3v、及3w)沿印刷电路板(50)的端边缘成直线布置成该MOSFET(4u、4v、及4w)和该IGBT(3u、3v、及3w)彼此靠近的状态。此外，一个热沉(54)联接到该MOSFET(4u、4v、及4w)和该IGBT(3u、3v、及3w)。

Description

制冷循环装置
技术领域
本发明涉及制冷循环装置，其中压缩机由反相器装置驱动。
背景技术
用于驱动用于诸如空调和冰箱的制冷循环装置的压缩机的无刷DC电动机的反相器装置设置有多个两开关元件(其布置于电压施加方向的上游侧和下游侧)的串联电路，并且每个串联电路的上游侧开关元件和下游侧开关元件之间的互联连接到无刷DC电动机的每个相绕组。每个开关元件设置有回流二极管(reflux diode)(也称作寄生二极管)。
一般而言，IGBT或MOSFET近来经常用作开关元件。当使用MOSFET时，MOSFET的开-关速度高，并且因此获得了能够实现高频开关的优点。此外，低电压输出时的损耗小，并且因此MOSFET经常用于驱动诸如风扇电动机等的小输出的电动机。
然而，MOSFET的问题是元件制造过程中形成在相同元件上的回流二极管的反向恢复特性差。近些年，发展了开通时阻抗低和开关特性极优的超结MOSFET。然而，在此超结MOSFET中，形成在元件上的回流二极管的反向恢复特性仍然较差。
如果反向恢复特性差，会引起下述问题。即，当关闭MOSFET时，由于存储在电感负载中的能量，正向电流(也称作回流电流)流过MOSFET的回流二极管。在此状态下，如果相同串联电路的另一开关元件开启，并且向MOSFET施加DC电压，则源自存储在回流二极管中的电荷的大的反向恢复电流(也称作尖峰电流)流过回流二极管。此反向恢复电流是大的功率损耗。此外，在与MOSFET成对的另一开关元件开启时，此功率损耗的大部分成为生成的热。如果此热大，会引起另一开关元件被该热毁坏的问题。
由于该环境，用于驱动压缩机的大电流流过的反相器中很难使用MOSFET。
从而，迄今为止，存在一种配置，其中，设置有反向电压施加电路，用于在开启另一开关元件之前施加反向电压给MOSFET的回流二极管，并且其中，通过施加反向电压来防止反向恢复电流流过回流二极管，由此减小了功率损耗(例如，日本公开特许公报10-327585号)。通过此配置，在用于压缩机电动机驱动等的大输出电动机中使用MOSFET作为开关元件变得可能。
虽然，也可能将MOSFET用于反相器装置中的所有元件。然而，考虑到效率的提高程度，和反向电压施加电路的增加的成本，使用IGBT等作为如前的上游侧开关元件并使用MOSFET仅作为下游侧开关元件的方案是可以想得到的。
发明内容
在反相器装置中，如何在印刷电路板上布置开关元件，或如何处理开关元件的热生成是计划减小装置尺寸或稳定装置的操作中的重要因素。
本发明的制冷循环装置的目的是使得可能在在印刷电路板上以高的空间效率和高的发散效率布置包括MOSFET的开关元件，由此减小反相器装置的尺寸并稳定反相器装置的操作。
本发明的制冷循环装置包括压缩机、冷凝器、和蒸发器，其中，所述压缩机由反相器装置驱动，其中
所述反相器装置包括开关电路，以及
所述开关电路包括多个串联电路，在所述多个串联电路中的每一个中，设置有回流二极管的IGBT和MOSFET彼此串联连接，以便保持上游侧/下游侧关系，
多个反向电压施加电路，所述多个反向电压施加电路中的每一个在每个所述多个串联电路中的每一个的IGBT开启前向与该IGBT相同的串联电路中的MOSFET的回流二极管施加反向电压，
印刷电路板，所述多个反向电压施加电路安装于其上，各个IGBT安装成所述各个IGBT彼此相邻的状态，并且各个MOSFET安装成所述各个MOSFET彼此相邻的状态，以及
散热部件，所述各个IGBT和所述各个MOSFET与其联接。
附图说明
图1是示出实施例的配置和制冷循环的配置的框图；
图2是示出实施例中的印刷电路板上的IGBT和MOSFET的布置状态的视图；
图3是示出实施例中每个部分的布置和印刷电路板上的布线图的视图。
具体实施方式
[1]以下将参照附图描述本发明的实施例。
图1中，参考符号M表示用作空调的压缩机电动机的无刷DC电动机(负载)，该空调是一种制冷循环装置，并且无刷DC电动机包含包括星形连接的三相绕组Lu、Lv及Lw的定子和包括永久磁铁的转子。通过由流过相绕组Lu、Lv、及Lw的电流形成的磁场和由永久磁铁形成的磁场之间的相互作用旋转转子。
此无刷DC电动机M包含在压缩机20中作为压缩机构的电源。在制冷时，从压缩机20释放的制冷剂如由实线箭头所示的经由四通阀21流入室外热交换器22，并且已经通过室外热交换器22的制冷剂经由膨胀阀23流入室内热交换器24。进一步，已经通过室内热交换器24的制冷剂经由四通阀21被吸入压缩机20。作为其结果，室外热交换器22用作冷凝器，并且室内热交换器24用作蒸发器。在加热时，切换四通阀21，由此制冷剂在由虚线箭头所示的方向上流动，并且室内热交换器24用作冷凝器，且室外热交换器22用作蒸发器。
反相器装置1连接到无刷DC电动机M。此反相器装置1包含用于整流商用交流电源30的电压的整流元件31、连接到整流元件31的输出端子的平滑电容器32、连接到平滑电容器32的两端的DC端子P和N、用于接收端子P和N之间的DC电压(例如，280V DC)并引起到相绕组Lu、Lv、及Lw的电流的开关电路2、用于驱动/控制开关电路2的控制部分10等。
此开关电路2包括串联电路，其中两个开关元件串联连接，以便对三相U、V、及W中的每一个保持DC电压的施加方向上的上游侧/下游侧关系。作为每个串联电路的上游侧的开关元件，使用除MOSFET以外的元件，例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)，并且使用低功率损耗MOSFET(超结MOSFET等)作为下游侧开关元件。即，相U的串联电路包括上游侧的IGBT3u和下游侧的MOSFET 4u。相V的串联电路包括上游侧的IGBT 3v和下游侧的MOSFET 4v。相W的串联电路包括上游侧的IGBT 3w和下游侧的MOSFET 4w。
回流二极管Du+、Dv+、及Dw+中的每一个与IGBT 3u、3v、及3w中的每一个反相并联连接。回流二极管Du-、Dv-、及Dw-中的每一个与MOSFET 4u、4v、及4w中的每一个反相并联连接。这些回流二极管作为寄生二极管嵌入于对应MOSFET的元件主体中。
设置驱动电路34u、34v、及34w以驱动MOSFET 4u、4v、及4w。这些驱动电路34u、34v、及34w根据来自控制部分10的输出端子Bu、Bv、及Bw的指令开/关驱动MOSFET 4u、4v、及4w。同样，驱动电路33u、33v、及33w开/关驱动IGBT 3u、3v、及3w。
相绕组Lu、Lv、及Lw中的每一个的未连接端连接到IGBT 3u和MOSFET 4u之间的互联点、IGBT 3v和MOSFET 4v之间的互联点、及IGBT3w和MOSFET 4w之间的互联点中的每一个。
此外，开关电路1包括反向电压施加电路6u、6v、及6w，用于在开启IGBT 3u、3v、及3w之前给MOSFET 4u、4v、及4w的回流二极管Du-、Dv-、及Dw-施加反向电压，以抑制反向恢复电流Irr，当归因于存储在相绕组Lu、Lv、及Lw(它们是电感负载)中的能量，正向电流(回流电流)流过回流二极管Du-、Dv-、及Dw-中的每一个时，反向恢复电流Irr伴随上游侧的IGBT 3u、3v、及3w的开启流过回流二极管Du-、Dv-、及Dw-中的每一个。
反向电压施加电路6u通过电阻器41将低电压DC电源电路40的输出电压(例如，15V)施加给反向电压施加电容器42，并且通过反向电压施加MOSFET 43的漏-源部分、及二极管44将反向电压施加电容器42的电压施加给MOSFET 4u的回流二极管Du-作为反向电压。此外，反向电压施加电路6u包括栅驱动电路46作为用于驱动反向电压施加MOSFET 43的电路。栅驱动电路46根据来自控制部分10的输出端子Au、Av、或Aw的指令生成并输出脉冲信号用于反向电压施加。此输出提供给反向电压施加MOSFET 43的栅。
其它的反向电压施加电路6v和6w的配置与反向电压施加电路6u的相同。因此，将省略其它的反向电压施加电路6v和6w的描述。
此外，用于电流探测的电阻器7u***并布置于IGBT 3u和MOSFET 4u的串联电路中MOSFET 4u的下游部分中。用于电流探测的电阻器7v***并布置于IGBT 3v和MOSFET 4v的串联电路中MOSFET 4v的下游部分中。用于电流探测的电阻器7w***并布置于IGBT 3w和MOSFET 4w的串联电路中MOSFET 4w的下游部分中。在电阻器7u、7v或7w生成对应于流过MOSFET 4u、4v、或4w的电流的水平的电压。将在电阻器7u、7v和7w处生成的电压提供给控制部分10。
控制部分10从在电阻器7u、7v、及7w处生成的每个电压探测流过无刷DC电动机M的每个相绕组的电流，从探测的电流探测无刷DC电动机M的转子的旋转速度和转子位置，并基于探测的旋转在预定的定时处驱动开关电路1的每个IGBT、每个MOSFET、及每个反向电压施加电路。此外，作为主要功能，控制部分10包括控制构件，用于相继地开关由开关电路1中的至少一个串联电路的上游侧IDGB和至少另一个串联电路的下游侧MOSFET建立的每个相绕组的通电。
下面将参照图2和3描述如上述配置的电路的每个IGBT和每个MOSFET的布置和联接结构。如图2中所示，使由金属板形成的框架51在印刷电路板50的端部升高，并且框架51设置有3个支承部件52和一个支承部件53。这些支承部件中，以使得MOSFET 4u、4v、及4w和IGBT 3u、3v、及3w中的两个沿印刷电路板50的端边缘成直线支承在每个支承部件上、并且彼此靠近的方式在三个支承部件52上分组和支承MOSFET 4u、4v、及4w和IGBT 3u、3v、及3w。即，MOSFET 4u、4v、及4w布置为彼此相邻作为MOSFET组，且IGBT 3u、3v、及3w布置为彼此相邻作为IGBT组。此外，MOSFET 4u、4v、及4w和IGBT 3u、3v、及3w中的每个的端子引脚通过焊接连接到印刷电路板50上的布线图(未示出)。
整流元件31支承在支承部件53上，并且整流元件31的布线通过焊接连接到印刷电路板50上的布线图(未示出)。此整流元件31也沿印刷电路板50的端边缘成直线布置，使得与MOSFET 4u、4v、及4w的组和IGBT 3u、3v、及3w的组对准。
此外，例如由具有好的热传导率的铝制成的热沉(具有鳍状片的散热器板)54的散热部件联接到MOSFET 4u、4v、及4w，IGBT 3u、3v、及3w，和整流元件31的后表面。此热沉54由框架54支承，并且与MOSFET4u、4v、及4w，IGBT 3u、3v、及3w，和整流元件31的后表面紧密接触。
整流元件31，MOSFET 4u、4v、及4w，和IGBT 3u、3v、及3w沿印刷电路板50的端边缘成直线布置，并且因此使得一个热沉54与整流元件31，MOSFET 4u、4v、及4w，和IGBT 3u、3v、及3w的所有容易地并且以节省空间的方式紧密接触是可能的。因此，由仅一个热沉54有效地散去从整流元件31，MOSFET 4u、4v、及4w，和IGBT 3u、3v、及3w生成的热是可能的。通过提高散热效率，稳定反相器装置1的操作是可能的。
此外，在配置中，开关元件分组成MOSFET 4u、4v、及4w的组和IGBT3u、3v、及3w的组，使得并排布置，并且因此在印刷电路板上以高空间效率布置MOSFET 4u、4v、及4w和IGBT 3u、3v、及3w是可能的。作为这的结果，有效地利用印刷电路板50上的空间以便向其联接其它组件并使得反相器装置1的尺寸小是可能的。
即，如图3中所示，通过集成反向电压施加电路6u、6v、及6w到一个主体中形成的混合IC 60安装在印刷电路板50上在MOSFET 4u、4v、及4w附近，并且状态为IC 60与MOSFET 4u、4v、及4w的直线相对。此外，直线布线图55u、55v、及55w设置在印刷电路板50的顶面上在MOSFET 4u、4v、及4w和混合IC 60之间。MOSFET 4u、4v、及4w和反向电压施加电路6u、6v、及6w之间的当前路径由布线图55u、55v、及55w形成。
MOSFET 4u、4v、及4w和反向电压施加电路6u、6v、及6w彼此靠近，并且它们之间的布线图55u、55v、及55w是成直线的，并且因此MOSFET4u、4v、及4w和反向电压施加电路6u、6v、及6w之间的当前路径被最大程度地缩短。作为这的结果，外部噪声难于叠加到要从反向电压施加电路6u、6v、及6w中的每一个施加到MOSFET 4u、4v、及4w中的每一个上的电压上。通过提高噪声免疫力，稳定操作并提高可靠性是可能的。
此外，平滑电容器32，驱动电路33u、33v、33w、34u、34v、及34w，低电压DC电源电路40，和温度传感器70等安装于电路板50上，并且这些通过布线图彼此连接。实线表示印刷电路板50的顶面侧上的布线图，而虚线表示印刷电路板的底面侧上的布线图。
通常，为了缩短布线图，低电压DC电源电路40安装于印刷电路板50上整流元件31侧。此低电压DC电源电路40从整流元件31的输出产生反向电压施加电路6u、6v、及6w的操作电压(DC低电压)，并且安装于印刷电路板50上整流元件31侧。此外，用于提供操作电压的布线图56a和56b设置在印刷电路板50上在低电压DC电源电路40和混合IC(反向电压施加电路6u、6v、及6w)60之间。低电压DC电源电路40安装于印刷电路板50上整流元件31侧，MOSFET 4u、4v、及4w的组布置在与整流元件31相邻的位置处，并且混合IC(反向电压施加电路6u、6v、及6w)60安装在与MOSFET 4u、4v、及4w相对的位置处，并且因此从而可能使得布线图56a和56b短。
温度传感器70设置在IGBT 3u、3v、及3w附近，并且用于合适地探测IGBT 3u、3v、及3w的大的温度升高作为反向电压施加电路6u、6v、及6w的异常(失灵或故障)。
顺便提及，在上述实施例中，MOSFET 4u、4v、及4w的组布置成与整流元件31相邻，而IGBT 3u、3v、及3w的组布置成与MOSFET 4u、4v、及4w的组相邻。然而，IGBT 3u、3v、及3w的组布置成与整流元件31相邻，而MOSFET 4u、4v、及4w的组布置成与IGBT 3u、3v、及3w的组相邻的配置也是容许的，虽然使得用于提供电源给反向电压施加电路6u、6v、及6w的布线稍微复杂。
工业适用性
当空调或冰箱的压缩机由反相器装置驱动时，能够使用本发明的制冷循环装置。

Claims (5)

1、一种制冷循环装置，包括压缩机、冷凝器、和蒸发器，其中，所述压缩机由反相器装置驱动，其中
所述反相器装置包括开关电路，以及。
所述开关电路包括多个串联电路，在所述多个串联电路中的每一个中，设置有回流二极管的IGBT和MOSFET彼此串联连接，以便保持上游侧/下游侧关系，
多个反向电压施加电路，所述多个反向电压施加电路中的每一个在所述多个串联电路中的每一个的IGBT开启前向与该IGBT相同的串联电路中的MOSFET的回流二极管施加反向电压，
印刷电路板，所述多个反向电压施加电路安装于其上，各个IGBT安装成所述各个IGBT彼此相邻的状态，并且各个MOSFET安装成所述各个MOSFET彼此相邻的状态，以及
散热部件，所述各个IGBT和所述各个MOSFET与其联接。
2、根据权利要求1所述的制冷循环装置，其中
所述多个反向电压施加电路安装于所述印刷电路板上所述各个MOSFET附近。
3、根据权利要求2所述的制冷循环装置，还包括设置在所述印刷电路板上在所述各个MOSFET和所述多个反向电压施加电路之间的直线布线图。
4、根据权利要求1所述的制冷循环装置，其中
所述反相器装置包括用于整流交流源的电压的整流元件，并输入所述整流元件的输出到所述开关电路，以及
所述整流元件与所述各个MOSFET和所述各个IGBT一起安装于所述印刷电路板上，使得按所述整流元件、所述各个MOSFET和所述各个IGBT的顺序成直线地布置，并且所述整流元件、所述各个MOSFET和所述各个IGBT联接到所述散热部件。
5、根据权利要求4所述的制冷循环装置，还包括：
低电压DC电源电路，其从所述整流元件的输出产生所述多个反向电压施加电路的操作电压，并且安装于所述印刷电路板上所述整流元件侧；以及
用于提供所述操作电压的布线图，其设置于所述印刷电路板上在所述低电压DC电源电路和所述多个反向电压施加电路之间。
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