CN114614689A - 栅极驱动用电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了栅极驱动用电源装置。能够实现基于电源单元的公共化的栅极驱动用电源装置的小型化，且即使在电力转换装置所具备的多相转换电路发生了短路故障的情况下也能够防止在单一芯片中局部地流过大电流。具备公共电源单元，该公共电源单元向设置于多相转换电路的多个下臂中的任一个下臂或者多相转换电路的多个上臂中的任一个上臂的栅极驱动电路、和设置于其他的转换电路的上臂或者下臂上的栅极驱动电路供给公共的直流电源。

Description

栅极驱动用电源装置
技术领域
本发明涉及栅极驱动用电源装置。
本申请针对2020年11月25日在日本提交的日本特愿2020-195264号主张优先权，在此引用其内容。
背景技术
在下述专利文献1中公开了一种具有栅极驱动电路的电机的控制装置，该栅极驱动电路对逆变器电路的各臂的开关(switching)元件进行驱动。该栅极驱动电路具有上臂的各栅极驱动电路(上段侧栅极驱动电路)和下臂的各栅极驱动电路(下段侧栅极驱动电路)。上述电机的控制装置具备向上段侧栅极驱动电路和下段侧栅极驱动电路单独供给电力的电力供给电路。上述电机的控制装置中的电力供给电路具备栅极驱动电路的个数(6个)量的变压器。该电力供给电路通过对各变压器的输出进行整流，从而向各栅极驱动电路单独地供给电力。
【先行技术文献】
【专利文献】
专利文献1：日本特开2009-130967号公报
上述电力供给电路在每个栅极驱动电路中具备电源生成电路，该电源生成电路具有变压器和整流电路。在上述电力供给电路中存在安装面积(安装体积)比较大的问题。例如，在将驱动多个逆变器电路的多个栅极驱动电路安装于一张印刷基板的情况下，需要逆变器电路的相数与逆变器电路的个数相乘所得的数量的电源生成电路。因此，会产生印刷基板大型化且导致成本上升的问题。为了解决该问题，考虑从一个电源生成电路(电源单元)对多个栅极驱动电路公共地供给直流电源。
例如，三相逆变器具有被设置有一个以上的开关元件的芯片(Chip)。在该芯片发生了短路故障的情况下，为了防止仅在发生了短路故障的芯片中流过大电流，优选进行使其他的开关元件能够强制导通的三相短路控制。此时，例如，若三相逆变器的下桥臂全部从单一电源单元被供给电力，则在该电源单元与芯片的短路故障同时地发生故障的情况下，无法强制性地导通其他下臂的开关元件。因此，仅在发生了短路故障的芯片中流过较大的电流。
发明内容
本发明是鉴于上述的问题点而完成的，其目的在于提供能够实现基于电源单元的公共化的栅极驱动用电源装置的小型化，并且即使在电力转换装置具备的多相转换电路发生了短路故障的情况下也能够防止大电流局部流过单一芯片的栅极驱动用电源装置。
本发明采用以下的构成作为用于解决上述课题的手段。
(1)本发明的一个方式涉及的栅极驱动用电源装置在包括进行直流电力转换或交流电力转换的一个以上的多相转换电路的多个电力转换电路的各个电力转换电路中设置多个上臂和多个下臂，向各上臂和各下臂的多个栅极驱动电路供给直流电源，该栅极驱动用电源装置具备公共电源单元，该公共电源单元是如下的直流电源电路：对驱动一个所述多相转换电路的多个所述下臂中的任一个下臂或者所述多相转换电路的多个所述上臂中的任一个上臂的所述栅极驱动电路、以及驱动一个所述多相转换电路以外的所述电力转换电路的所述上臂或者所述下臂的所述栅极驱动电路，供给公共的所述直流电源。
(2)根据上述(1)的栅极驱动用电源装置，也可以是，所述公共电源单元向驱动所述一个所述多相转换电路的多个所述下臂中的任一个下臂的所述栅极驱动电路供给所述直流电源，与所述公共电源单元独立地，还具备对驱动所述一个所述多相转换电路的多个所述上臂的所述栅极驱动电路的每个栅极驱动电路供给所述直流电源的多个直流电源电路。
(3)根据上述(2)的栅极驱动用电源装置，也可以是，所述多相转换电路具有三个以上的所述下臂，还具备如下的直流电源电路：向驱动所述三个以上的所述下臂的三个以上的所述栅极驱动电路中的、未从所述公共电源单元被供给所述直流电源的多个所述栅极驱动电路供给公共的所述直流电源。
(4)根据上述(1)至(3)中任一个的栅极驱动用电源装置，也可以是，作为所述电力转换电路，而具备：牵引用逆变器，由所述多相转换电路构成；以及升降压转换器，向所述牵引用逆变器供给升压电力。
(5)根据上述(4)的栅极驱动用电源装置，也可以是，所述公共电源单元对驱动所述牵引用逆变器的多个所述下臂中的任一个下臂或所述牵引用逆变器的多个所述上臂中的任一个上臂的所述栅极驱动电路、以及对驱动所述升降压转换器的所述上臂或所述下臂的所述栅极驱动电路供给公共的所述直流电源。
(6)根据上述(1)至(5)中任一个的栅极驱动用电源装置，也可以是，多个所述栅极驱动电路被安装于单一的印刷基板，所述公共电源单元向在所述印刷电路板上被邻接配置的两个所述栅极驱动电路供给公共的所述直流电源。
发明效果
具备公共电源单元，该公共电源单元向设置于多相转换电路的多个下臂中的任一个下臂或者多相转换电路的多个上臂用开关元件中的任一个上臂用开关元件的栅极驱动电路、和设置于其他的电力转换电路的上臂用开关元件或者下臂的栅极驱动电路公共地供给直流电源。也就是说，在本发明中，与设置于全部的上臂的栅极驱动电路和设置于全部的下臂的栅极驱动电路分别设置电源单元的情况相比，能够减少电源单元的设置数量，能够使栅极驱动用电源装置小型化。
此外，公共电源单元向设置于多相转换电路的多个下臂中的任一个下臂或者多相转换电路的多个上臂中的任一个上臂的栅极驱动电路供给直流电源。因此，从其他的电源单元向设置于不从多相转换电路的公共电源单元供给直流电源的下臂和上臂的栅极驱动电路供给直流电源。因此，即使在多相转换电路中设置了开关元件的芯片发生短路故障、向该芯片提供直流电源的电源单元同时发生了故障的情况下，也能够从其他的电源单元(包括公共电源单元)向未发生短路故障的芯片提供直流电源，能够强制地导通设置于未发生短路故障的芯片的开关元件。因此，能够防止大电流仅局部流过发生了短路故障的芯片。
根据本发明，能够实现基于电源单元的公共化的栅极驱动用电源装置的小型化，并且即使在电力转换装置具备的多相转换电路发生了短路故障的情况下，也能够防止在单一的芯片局部地流过大电流。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的栅极驱动用电源装置的结构的电路图。
图2是表示本发明的第一实施方式中的基板布局的示意图。
图3是表示本发明的第一实施方式所涉及的栅极驱动用电源装置的结构的示意图以及第一实施方式中的电力转换电路的电路图。
图4是表示本发明的第一实施方式的变形例中的基板布局的示意图。
图5是表示本发明的第二实施方式中的基板布局的示意图。
图6是表示本发明的第二实施方式所涉及的栅极驱动用电源装置的结构的示意图以及第二实施方式中的电力转换电路的电路图。
附图标记说明
E1升降压转换器(转换电路)；E2发电用转换器；E3行驶用逆变器(多相转换电路)；G1第一栅极驱动电路；G2第二栅极驱动电路；G3第三栅极驱动电路；G4第四栅极驱动电路；G5第五栅极驱动电路；G6栅极驱动电路；G7第七栅极驱动电路；G8第八栅极驱动电路；G9第九栅极驱动电路；G10第十栅极驱动电路；G11第十一栅极驱动电路；G12第十二栅极驱动电路；G13第十三栅极驱动电路；G14第十四栅极驱动电路；G15第十五栅极驱动电路；G16第十六栅极驱动电路；K印刷基板；M1发电用电机；M2行驶用电机；P1第一电源单元；P2第二电源单元；P3第三电源单元；P4第四电源单元；P5第五电源单元；P6第六电源单元；P7第七电源单元；P8第八电源单元；P9第九电源单元；P10第十电源单元；P11第十一电源单元；4、6、8、10、12、14、16、18上臂；5、7、9、11、13、15、17、19下臂。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明所涉及的栅极驱动用电源装置的一个实施方式进行说明。
(第一实施方式)
图1是表示本发明第一实施方式所涉及的栅极驱动用电源装置的结构的电路图。如图1所示，第一实施方式所涉及的栅极驱动用电源装置具备11个即第一～第十一电源单元P1～P11和单一的电源驱动电路D。也可以构成为针对各个电源单元P1～P11而具备电源驱动电路。11个即第一～第十一电源单元P1～P11是对图2所示的合计16即第一～第十六栅极驱动电路G1～G16供给直流电源的直流电源电路，如图1所示，输入侧并联连接在电源驱动电路D的输出端和电路电源Vcc(直流电源)之间。
在图1中，为方便起见，仅示出了向第一栅极驱动电路G1供给直流电源的第一电源单元P1的详细结构，但合计11个即第一～第十一电源单元P1～P11全部具有相同的结构。图2是表示本发明的第一实施方式中的基板布局的示意图。如该图所示，第一电源单元P1向第一栅极驱动电路G1供给直流电源。
如图2所示，第二电源单元P2向三个栅极驱动电路供给直流电源。第二电源单元P2向第二栅极驱动电路G2、第四栅极驱动电路G4及第六栅极驱动电路G6供给直流电源。第三电源单元P3向第三栅极驱动电路G3供给直流电源。第四电源单元P4向第五栅极驱动电路G5供给直流电源。第五电源单元P5向第七栅极驱动电路G7供给直流电源。
第六电源单元P6向第九栅极驱动电路G9供给直流电源。第七电源单元P7向三个栅极驱动电路供给直流电源。第七电源单元P7向第八栅极驱动电路G8、第十栅极驱动电路G10及第十二栅极驱动电路G12供给直流电源。第八电源单元P8向第十一栅极驱动电路G11供给直流电源。第九电源单元P9向第十三栅极驱动电路G13供给直流电源。
第十电源单元P10向第十五栅极驱动电路G15供给直流电源。第十一电源单元P11向两个栅极驱动电路供给直流电源。第十一电源单元P11向第十四栅极驱动电路G14及第十六栅极驱动电路G16供给直流电源。
合计11个即第一～第十一电源单元P1～P11中的第一电源单元P1、第三电源单元P3、第四电源单元P4、第五电源单元P5、第六电源单元P6、第八电源单元P8、第九电源单元P9以及第十电源单元P10向单一的栅极驱动电路供给直流电源，但第二电源单元P2向三个栅极驱动电路供给直流电源，第七电源单元P7向三个栅极驱动电路供给直流电源，第十一电源单元P11向两个栅极驱动电路供给直流电源。第一、第三、第四、第五、第六、第八、第九、第十电源单元P1、P3、P4、P5、P6、P8、P9、P10相当于本发明的单个电源单元。第七电源单元P7相当于本发明的公共电源单元。第二电源单元P2、第十一电源单元P11相当于本发明的多相转换电路内的公共电源单元。公共电源单元是直流电源电路。
图3是表示本发明的第一实施方式所涉及的栅极驱动用电源装置的结构的示意图以及第一实施方式中的电力转换电路的电路图。合计16即栅极驱动电路G1～G16是驱动如图3所示的电力转换装置的驱动电路。该电力转换装置例如是搭载于车辆的PCU(功率控制单元)，其具有升降压转换器E1、发电用转换器E2以及行驶用逆变器E3(牵引用逆变器)。升降压转换器E1、发电用转换器E2以及行驶用逆变器E3相当于本发明的电力转换电路。行驶用逆变器E3相当于本发明的多相转换电路。
关于这样的电力转换装置，上述第一～第六栅极驱动电路G1～G6驱动发电用转换器E2。第七～第十栅极驱动电路G7～G10驱动升降压转换器E1。第十一～第十六栅极驱动电路G11～G16驱动行驶用逆变器E3。
升降压转换器E1是双向的升降压电路，如图3所示，具备第一平滑电容器1、第一电抗器2、第二电抗器3、上臂用开关元件4、6(上臂)以及下臂用开关元件5、7(下臂)。
该升降压转换器E1具有如下的升压功能：使从外部向输入输出端a1、a2输入的第一直流电力升压，并将升压后的电力即第二直流电力向行驶用逆变器E3输出。升降压转换器E1具有如下的降压功能：将从发电用转换器E2和/或行驶用逆变器E3输入的第二直流电力降压并将降压后的电力即第一直流电力输出到输入输出端a1、a2。升降压转换器E1具有上述升压功能和上述降压功能。例如输入输出端a1被设为高电位，输入输出端a2被设为低电位。上臂用开关元件4、6和下臂用开关元件5、7例如为IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor：绝缘栅双极型晶体管)，例如分别被芯片化。例如，被芯片化的开关元件是表面安装部件。
在升降压转换器E1中，第一平滑电容器1是使从外部输入到输入输出端a1、a2的第一直流电力的电压平滑的平滑电容器。第一电抗器2与第二电抗器3被相互磁耦合。第一电抗器2的一端与第一平滑电容器1的一端连接，另一端与上臂用开关元件4和下臂用开关元件5之间的连接点连接。第二电抗器3的一端与第一平滑电容器1的一端连接，另一端与上臂用开关元件6和下臂用开关元件7之间的连接点连接。上臂用开关元件4与下臂用开关元件5被连接，上臂用开关元件6与下臂用开关元件7被连接。
上臂用开关元件4通过从第五电源单元P5接受电源供给的第七栅极驱动电路G7而被驱动。下臂用开关元件5通过从第七电源单元P7接受电源供给的第八栅极驱动电路G8而被驱动。
上臂用开关元件6通过从第六电源单元P6接受电源供给的第九栅极驱动电路G9而被驱动。下臂用开关元件7由从第七电源单元P7接受电源供给的第十栅极驱动电路G10而被驱动。
发电用转换器E2是以发电用电机M1为电力供给源的三相转换器，具备三个即上臂用开关元件8、10、12以及三个即下臂用开关元件9、11、13。该发电用转换器E2将从发电用电机M1输入的交流电力正交转换为直流电力并输出至升降压转换器E1。发电用电机M1是作为交流发电机而发挥功能的电机。
在该发电用转换器E2中，上臂用开关元件8以及下臂用开关元件9构成第一开关支路(switching Leg)。上臂用开关元件10及下臂用开关元件11构成第二开关支路。上臂用开关元件12及下臂用开关元件13构成第三开关支路。
在发电用转换器E2中，上臂用开关元件8通过从第一电源单元P1接受电源供给的第一栅极驱动电路G1而被驱动。下臂用开关元件9通过从第二电源单元P2接受电源供给的第二栅极驱动电路G2而被驱动。
上臂用开关元件10通过从第三电源单元P3接受电源供给的第三栅极驱动电路G3而被驱动。下臂用开关元件11通过从第二电源单元P2接受电源供给的第四栅极驱动电路G4而被驱动。
上臂用开关元件12通过从第四电源单元P4接受电源供给的第五栅极驱动电路G5而被驱动。下臂用开关元件13通过从第二电源单元P2接受电源供给的第六栅极驱动电路G6而被驱动。上述上臂用开关元件8、10、12以及下臂用开关元件9、11、13例如是IGBT，且例如分别被芯片化。
行驶用逆变器E3是将行驶用电动机M2作为负载来驱动的三相逆变器(多相转换电路)，具备三个上臂用开关元件14、16、18以及三个下臂用开关元件15、17、19。该发电用转换器E2将从升降压转换器E1输入的第二直流电力直流电力转换为第二交流电力并输出至行驶用电机M2。上述行驶用电机M2是驱动车轮的电机。
在该行驶用逆变器E3中，上臂用开关元件14及下臂用开关元件15构成第四开关支路。另外，上臂用开关元件16及下臂用开关元件17构成第五开关支路。而且，上臂用开关元件18及下臂用开关元件19构成第六开关支路。
在这样的行驶用逆变器E3中，上臂用开关元件14通过从第八电源单元P8接受电源供给的第十一栅极驱动电路G11而被驱动。下臂用开关元件15通过从第七电源单元P7接受电源供给的第十二栅极驱动电路G12而被驱动。
另外，上臂用开关元件16通过从第九电源单元P9接受电源供给的第十三栅极驱动电路G13而被驱动。下臂用开关元件17通过从第十一电源单元P11接受电源供给的第十四栅极驱动电路G14而被驱动。
而且，上臂用开关元件18通过从第十电源单元P10接受电源供给的第十五栅极驱动电路G15而被驱动。下臂用开关元件19通过从第十一电源单元P11接受电源供给的第十六栅极驱动电路G16而被驱动。上述上臂用开关元件14、16、18及下臂用开关元件15、17、19例如是IGBT，且例如分别被芯片化。
这样的电力转换装置具备用于输出第二直流电力的第二平滑电容器20。第二平滑电容器20的一端与升降压转换器E1的一方的输出端连接，另一端与升降压转换器E1的另一方的输出端连接。第二平滑电容器20使升降压转换器E1的输出平滑化。
电源驱动电路D具备脉冲产生电路S和驱动晶体管Tr。脉冲产生电路S产生规定周期且规定占空比的脉冲信号，并输出到驱动晶体管Tr的基极(base)端子。驱动晶体管Tr的基极端子与脉冲产生电路S的输出端连接，发射极端子被接地，集电极端子与变压器T1中的一次绕组的一端连接。这样的电源驱动电路D对第一～第十一电源单元P1～P11的输入侧、即被相互串联连接的第一～第十一电源单元P1～P11的各变压器的一次绕组施加脉冲状的电力(脉冲功率)。
第一电源单元P1将通过电源驱动电路D施加到变压器T1的一次绕组的脉冲功率在变压器T1中进行变压且在整流电路中进行整流。第一电源单元P1生成规定电压的直流电力，并从整流电容器C1的两端输出到栅极驱动电路G1。其他的第二～第十一电源单元P2～P11也与第一电源单元P1同样地，通过电源驱动电路D将施加到变压器T1的一次绕组的脉冲功率在变压器中进行变压且在整流电路中进行整流。第二～第十一电源单元P2～P11生成规定电压的直流电力，并从整流电容器的两端向第二～第十六栅极驱动电路G2～G16输出。
上述合计16个即栅极驱动电路G1～G16通过如图2所示的控制电路CT被统一控制。第一～第十一电源单元P1～P11与第一～第十六栅极驱动电路G1～G16的直流电力的接受提供关系如上所述。第一～第十一电源单元P1～P11、第一～第十六栅极驱动电路G1～G16以及控制电路CT如图2所示那样被安装在单一的印刷基板K上。第一～第十六栅极驱动电路G1～G16以及控制电路CT也可以安装在与第一～第十一电源单元P1～P11独立的基板上。在该情况下，例如在控制电路CT的位置设置电源驱动电路D。
通过对驱动上臂用开关元件4、6、8、10、12、14、16、18的第一、第三、第五、第七、第九、第十一、第十三、第十五栅极驱动电路G1、G3、G5、G7、G9、G11、G13、G15供给直流电源的第一、第三、第四、第五、第六、第八、第九、第十一电源单元P1、P3、P4、P5、P8、P9、P11；对驱动下臂用开关元件9、11、13的第二、第四、第六栅极驱动电路G2、G4、G6供给直流电源的第二电源单元P2；对驱动下臂用开关元件5、7、15的第八、第十、第十二栅极驱动电路G8、G10、G12供给直流电源的第七电源单元P7；以及对驱动下臂用开关元件17、19的第十四、第十九栅极电路G14、G19供给直流电源的第十一电源单元P11，以隔着控制电路CT(或者，电源驱动电路D)的方式进行配置(布局)。
更详细而言，相对于长方形的印刷基板K，控制电路CT(或电源驱动电路D)沿着长边在中央部被配置成长条状。在该控制电路CT(或电源驱动电路D)的端部配置用于与外部进行电源及信号的授受的连接器CN。在由单一的基板构成栅极驱动电路G1～G16和控制电路CT的情况下，在控制电路CT中，在连接器CN的附近安装生成控制电路CT用的电源的电源电路Pc。
第一、第三、第四、第五、第六、第八、第九、第十电源单元P1、P3、P4、P5、P6、P8、P9、P10在控制电路CT(或电源驱动电路D)的一侧沿印刷基板K的长边被配置为一列。第二电源单元P2、第七电源单元P7及第十一电源单元P11在控制电路CT(或电源驱动电路D)的另一侧沿着印刷基板K的长边被配置为一列。第一、第三、第四电源单元P1、P3、P4以隔着控制电路CT(或电源驱动电路D)而与第二电源单元P2在印刷基板K的短边方向上相对的状态被配置。第五、第六、第八电源单元P5、P6、P8以隔着控制电路CT(或电源驱动电路D)而与第七电源单元P7在印刷基板K的短边方向上相对的状态被配置。第九、第十电源单元P9、P10以隔着控制电路CT(或电源驱动电路D)而与第十一电源单元P11在印刷基板K的短边方向上相对的状态被配置。
印刷基板K是至少在两面形成有图案布线的多层印刷基板。第一～第十六栅极驱动电路G1～G16被安装在印刷基板K的一个表面上。第一～第十一电源单元P1～P11被安装在印刷基板K的另一个表面上。也就是说，第一～第十六栅极驱动电路G1～G16和向该第一～第十六栅极驱动电路G1～G16供给直流电源的第一～第十一电源单元P1～P11在印刷基板K上正背面的位置关系被安装。
更具体而言，如图2所示，第一栅极驱动电路G1和第一电源单元P1以正背面的位置关系被安装。第二、第四、第六栅极驱动电路G2、G4、G6和第二电源单元P2以正背面的位置关系被安装。第三栅极驱动电路G3和第三电源单元P3以正背面的位置关系被安装。第五栅极驱动电路G5和第四电源单元P4以正背面的位置关系被安装。第七栅极驱动电路G7和第五电源单元P5以正背面的位置关系被安装。
第九栅极驱动电路G9和第六电源单元P6以正背面的位置关系被安装。第八、第十、第十二栅极驱动电路G8、G10、G12和第七电源单元P7以正背面的位置关系被安装。第十一栅极驱动电路G11和第八电源单元P8以正背面的位置关系被安装。第十三栅极驱动电路G13和第九电源单元P9以正背面的位置关系被安装。第十五栅极驱动电路G15和第一电源单元P10以正背面的位置关系被安装。第十四、第十六驱动电路G14、G16和第十一电源单元P11以正背面的位置关系被安装。
参照图1，对第一～第十一电源单元P1～P11的详细要件进行说明。第一～第十一电源单元P1～P11全部具有相同的结构，因此以下以第一电源单元P1的详细结构为代表进行说明。
第一电源单元P1具备变压器T1、一对二极管D11、D12以及整流电容器C1。变压器T1是具备一次绕组和二次绕组的变压器。在该变压器T1中，一次绕组的一端与电源驱动电路D的输出端连接，一次绕组的另一端与第二电源单元P2的一个输入端即第二电源单元P2的变压器(图示略)中的一次绕组的一端连接。
在该变压器T1中，二次绕组的一端与一方的二极管D11的阳极端子连接，二次绕组的另一端与另一方的二极管D12的阳极端子连接。该变压器T1的二次绕组的中间抽头与整流电容器C1的另一端连接。
一对二极管D11、D12中的、一方的二极管D11的阳极端子与变压器T1的二次绕组的一端连接，阴极端子与另一方的二极管D12的阴极端子以及整流电容器C1的一端连接。另一方的二极管D12的阳极端子与变压器T1的二次绕组的另一端连接，阴极端子与一方的二极管D11的阴极端子以及整流电容器C1的一端连接。
整流电容器C1的一端与一对二极管D11、D12的各阴极端子连接，另一端与变压器T1中的二次绕组的中间抽头连接。这样的一对二极管D11、D12以及整流电容器C1构成对从变压器T1的二次绕组输入的脉冲功率(脉冲电压)进行整流而转换为直流功率(直流电压)的整流电路。
如图2及图3所示，在该栅极驱动用电源装置中，具备：与行驶用逆变器E3的多个下臂用开关元件15、17、19中的下臂用开关元件15对应地设置的第十二栅极驱动电路G12；以及与升降压转换器E1的下臂用开关元件5、7对应地设置的第八、第十栅极驱动电路G8、G10公共地供给直流电源的第七电源单元P7。
因此，与在全部的上臂用开关元件4、6、8、10、12、14、16、18中以一对一对应地设置的第一、第三、第五、第七、第九、第十一、第十三、第十五栅极驱动电路G1、G3、G5、G7、G9、G11、G13、G15中、以及在全部的下臂用开关元件5、7、9、11、13、15、17、19中以一对一对应地设置的第二、第四、第六、第八、第十二、第十四、第十六栅极驱动电路G2、G4、G6、G8、G10、G12、G14、G16中分别设置电源单元的情况相比，能够减少电源单元的设置数，且能使栅极驱动用电源装置小型化。
在该栅极驱动用电源装置中，将第七电源单元P7与行驶用逆变器E3的多个下臂用开关元件15、17、19中的下臂用开关元件15对应地设置的第十二栅极驱动电路G12、与升降压转换器E1的下臂用开关元件5、7对应地设置的第八、第十栅极驱动电路G8、G10公共地供给直流电源。因此，从设置在不从行驶用逆变器E3的第七电源单元P7供给直流电源的下臂用开关元件17、19上的第十四、第十六栅极驱动电路G14、G16中，从作为其他电源单元的第一电源单元P11被供给直流电源。
即使在例如行驶用逆变器E3中在下臂用开关元件15被设置的芯片、下臂用开关元件17被设置的芯片、下臂用开关元件19被设置的芯片中的任一个芯片上发生短路故障、且对设置于发生了短路故障的芯片的下臂用开关元件对应地设置的栅极驱动电路供给直流电源的电源单元同时发生故障的情况下，栅极驱动用电源装置也能够强制地导通设置在未因其他的电源单元的电力而发生短路故障的芯片上的开关元件。栅极驱动用电源装置能够防止大电流仅局部流过发生了短路故障的芯片。
例如，设在行驶用逆变器E3的下臂用开关元件17被设置的芯片上发生短路故障，且对与下臂用开关元件17对应地设置的第十四栅极驱动电路G14供给直流电源的第十一电源单元P11同时故障。即使在该情况下，栅极驱动用电源装置也能够通过利用第七电源单元P7向第十二栅极驱动电路G12供给直流电源来使行驶用逆变器E3的下臂用开关元件15成为强制地导通的状态。栅极驱动用电源装置能够防止从旋转中的行驶用电动机M2产生的电流仅流过发生了短路故障的下臂用开关元件17被设置的芯片。
另外，设在行驶用逆变器E3的下臂用开关元件19被设置的芯片上发生短路故障，且对与下臂用开关元件19对应地设置的第十六栅极驱动电路G16供给直流电源的第十一电源单元P11同时故障。即使在该情况下，栅极驱动用电源装置也能够通过利用第七电源单元P7向第十二栅极驱动电路G12供给直流电源来使行驶用逆变器E3的下臂用开关元件15成为强制地导通的状态。栅极驱动用电源装置能够防止从旋转中的行驶用电动机M2产生的电流仅流过发生了短路故障的下臂用开关元件19被设置的芯片。
设在行驶用逆变器E3的下臂用开关元件15被设置的芯片上发生短路故障，且对与下臂用开关元15对应地设置的第十二栅极驱动电路G12供给直流电源的第七电源单元P7同时故障。即使在该情况下，栅极驱动用电源装置也能够通过利用第十一电源单元P11对第十四、第十六栅极驱动电路G14、G16供给直流电源来使行驶用逆变器E3的下臂用开关元件17、19成为强制地导通的状态。栅极驱动用电源装置能够防止从旋转中的行驶用电动机M2产生的电流仅流过发生了短路故障的下臂用开关元件15被设置的芯片。
如以上说明的那样，栅极驱动用电源装置能够通过电源单元的公共化而实现小型化，并且即使在电力转换装置所具备的行驶用逆变器E3中发生了短路故障的情况下，也能够防止大电流局部流过单一芯片。
在栅极驱动用电源装置中，针对与上臂用开关元件4、6、8、10、12、14、16、18对应地设置的第一、第三、第五、第七、第九、第十一、第十三、第十五栅极驱动电路G1、G3、G5、G7、G9、G11、G13、G15，被设置单独的电源单元。
即使在设置上臂用开关元件4、6、8、10、12、14、16、18的芯片的任一个芯片上发生了短路故障的情况下，栅极驱动用电源装置也能够使其他的上臂用开关元件4、6、8、10、12、14、16、18成为强制地导通的状态。
在行驶用逆变器E3中，从第十一电源单元P11对与下臂用开关元件17、19对应地设置的第十四、第十六栅极驱动电路G14、G16公共地供给直流电源。能够进一步降低电源单元P的数量，使栅极驱动用电源装置进一步小型化。
在第七电源单元P7与行驶用逆变器E3的下臂用开关元件15对应地设置的第十二栅极驱动电路G12、与升降压转换器E1的下臂用开关元件5、7对应地向第八、第十栅极驱动电路G8、G10公共地供给直流电源。由此，在本实施方式中，能够将行驶用逆变器E3的多个下臂用开关元件15、17、19分为多个电源单元而进行驱动。这是因为在车辆中对发电能力的维持和行驶能力的维持进行比较，对于行驶能力的维持要求更高的可靠性。
例如，在电源单元具有能够对四个栅极驱动电路供电的性能的情况下，如图4所示，也可以通过第七电源单元P7对与发电用转换器E2的下臂用开关元件13对应地设置的第六栅极驱动电路G6供给直流电源。
在这样的情况下，例如在发电用转换器E2中在下臂用开关元件9被设置的芯片、下臂用开关元件11被设置的芯片和下臂用开关元件13被设置的芯片的任一个芯片上产生短路故障，在针对设置于发生了短路故障的芯片的下臂用开关元件而设置的栅极驱动电路供给直流电源的电源单元同时发生了故障的情况下，栅极驱动用电源装置也能够强制地导通设置于未因其他电源单元的电力而产生短路故障的芯片的下臂用开关元件。栅极驱动用电源装置能够防止大电流仅局部流过发生了短路故障的芯片。
例如，设在发电用转换器E2的下臂用开关元件9被设置的芯片发生短路故障，且对与下臂用开关元件9对应地设置的第二栅极驱动电路G2供给直流电源的第二电源单元P2同时发生故障。即使在该情况下，栅极驱动用电源装置通过由第七电源单元P7向第六栅极驱动电路G6供给直流电源，从而能够使发电用转换器E2的下臂用开关元件13成为强制地导通的状态。栅极驱动用电源装置能够防止由发电用电机M1产生的电流仅流过发生了短路故障的下臂用开关元件9被设置的芯片。
设在发电用转换器E2的下臂用开关元件11被设置的芯片发生短路故障，且对与下臂用开关元件11对应地设置的第四栅极驱动电路G4供给直流电源的第二电源单元P2同时故障。即使在该情况下，栅极驱动用电源装置通过由第七电源单元P7向第六栅极驱动电路G6供给直流电源，从而能够使发电用转换器E2的下臂用开关元件13成为强制地导通的状态。栅极驱动用电源装置能够防止由发电用电机M1产生的电流仅流过发生了短路故障的下臂用开关元件11被设置的芯片。
设在发电用转换器E2的下臂用开关元件13被设置的芯片发生短路故障，且对与下臂用开关元件13对应地设置的第六栅极驱动电路G6供给直流电源的第七电源单元P7同时故障。即使在该情况下，栅极驱动用电源装置通过利用第二电源单元P2向第二、第四栅极驱动电路G2、G4供给直流电源，从而能够使发电用转换器E2的下臂用开关元件9、11成为强制地导通的状态。栅极驱动用电源装置能够防止旋转中的发电用电机M1产生的电流仅流过发生了短路故障的下臂用开关元件13被设置的芯片。
栅极驱动用电源装置在印刷基板K上，对相邻配置的栅极驱动电路彼此公共地从一个电源单元供给直流电源。栅极驱动用电源装置能够抑制在多个栅极驱动电路中公共地供给直流电源的电源单元(在本实施方式中，第二电源单元P2、第七电源单元P7以及第十一电源单元P11)的大型化。
(第二实施方式)
接着，对本发明的第二实施方式进行说明。在本实施方式的说明中，对于与上述第一实施方式相同的部分，省略或者简化其说明。
图5是表示本发明的第二实施方式中的基板布局的示意图。图6是表示本发明的第二实施方式所涉及的栅极驱动用电源装置的结构的示意图以及第二实施方式中的电力转换电路的电路图。
如图5以及图6所示，在本实施方式中在电力转换电路中未设置升降压转换器E1，而设置有行驶用逆变器E3和发电用转换器E2。随之，本实施方式的栅极驱动用电源装置不具备第五、第六、第七电源单元P5、P6、P7。在本实施方式的栅极驱动用电源装置中，第二电源单元P2除了第二栅极驱动电路G2、第四栅极驱动电路G4、第六栅极驱动电路G6之外，还向第十二栅极驱动电路G12公共地供给直流电源。在本实施方式中，第二电源单元P2相当于本发明的公共电源单元。
该栅极驱动用电源装置具备第二电源单元P2。如图5及图6所示，第二电源单元P2向与行驶用逆变器E3的多个下臂用开关元件15、17、19中的下臂用开关元件15对应设置的第二栅极驱动电路G12、和与发电用转换器E2的下臂用开关元件9、11、13对应设置的第二、第四、第六栅极驱动电路G2、G4、G6公共地供给直流电源。
与对应于全部的上臂用开关元件8、10、12、14、16、18而设置的第一、第三、第五、第十一、第十三、第十五栅极驱动电路G1、G3、G5、G11、G13、G15和对应于全部的下臂用开关元件9、11、13、15、17、19而设置的第二、第四、第六、第十二、第十四、第十六栅极驱动电路G2、G4、G6、G12、G14、G16分别设置电源单元的情况相比，能够减少电源单元的设置数量。因此，能够使栅极驱动用电源装置小型化。
该栅极驱动用电源装置将第二电源单元P2向与行驶用逆变器E3的多个下臂用开关元件15、17、19中的下臂用开关元件15对应地设置的第十二栅极驱动电路G12、和与发电用逆变器E2的下臂用开关元件9、11、13对应地设置的第二、第四、第六栅极驱动电路G2、G4、G6公共地提供直流电源。
因此，在与不从行驶用逆变器E3的第二电源单元P2供给直流电源的下臂用开关元件17、19对应地设置的第十四、第十六栅极驱动电路G14、G16，从作为其他的电源单元的第一电源单元P11被供给直流电源。
因此，例如即使在行驶用逆变器E3中在下臂用开关元件15被设置的芯片、下臂用开关元件17被设置的芯片、下臂用开关元件19被设置的芯片中的任一个芯片上发生短路故障，且对与设置于发生了短路故障的芯片的下臂用开关元件对应地设置的栅极驱动电路供给直流电源的电源单元同时发生故障的情况下，也能够使设置于未因其他电源单元的电力而发生短路故障的芯片的开关元件强制地导通。因此，能够防止大电流仅局部流过发生了短路故障的芯片。
例如，设行驶用逆变器E3的下臂用开关元件17被设置的芯片发生短路故障，且向驱动下臂用开关元件17的第十四栅极驱动电路G14供给直流电源的第十一电源单元P11同时故障。即使在该情况下，通过利用第二电源单元P2向第一栅极驱动电路G12供给直流电源，从而能够使行驶用逆变器E3的下臂用开关元件15成为强制地导通的状态。能够防止从旋转中的行驶用电动机M2产生的电流仅流过发生了短路故障的下臂用开关元件17被设置的芯片。
另外，设行驶用逆变器E3的下臂用开关元件19被设置的芯片发生短路故障，且对与下臂用开关元件19对应地设置的第十六栅极驱动电路G16供给直流电源的第十一电源单元P11同时故障。即使在该情况下，通过利用第二电源单元P2向第十二栅极驱动电路G12供给直流电源，从而能够使行驶用逆变器E3的下臂用开关元件15成为强制地导通的状态。因此，能够防止从旋转中的行驶用电动机M2产生的电流仅流过发生了短路故障的下臂用开关元件15被设置的芯片。
如以上说明的那样，根据栅极驱动用电源装置，能够实现基于电源单元的公共化的小型化，并且即使在电力转换装置具备的行驶用逆变器E3发生了短路故障的情况下也能够防止大电流局部地流过单一芯片。
以上，参照附图对本发明的优选实施方式进行了说明，但是本发明当然不限于上述实施方式。上述实施方式中示出的各构成部件的各形状、组合等为一例，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够基于设计要求等进行各种变更。
例如，在上述实施方式中，对向与下臂用开关元件对应地设置的栅极驱动电路供给直流电源的电源单元被公共化的结构进行了说明。但是，本发明并不限定于此。也可以采用使向设置在上臂用开关元件的栅极驱动电路供给直流电源的电源单元公共化的结构。
另外，也可以在取代发电用电机M1而设置行驶辅助用电机、取代发电用转换器E2而设置行驶辅助用转换器的结构中应用本发明。并且，在上述实施方式中，对转换电路的数量为两个或者三个的结构进行了说明，但也可以将本发明应用于具备四个以上的转换电路的结构。

Claims (12)

1.一种栅极驱动用电源装置，在包括进行直流电力转换或交流电力转换的一个以上的多相转换电路的多个电力转换电路的各个电力转换电路中设置多个上臂和多个下臂，向各上臂和各下臂的多个栅极驱动电路供给直流电源，
所述栅极驱动用电源装置具备公共电源单元，所述公共电源单元是如下的直流电源电路：对驱动一个所述多相转换电路的多个所述下臂中的任一个下臂或者所述多相转换电路的多个所述上臂中的任一个上臂的所述栅极驱动电路、以及驱动一个所述多相转换电路以外的所述电力转换电路的所述上臂或者所述下臂的所述栅极驱动电路，供给公共的所述直流电源。
2.根据权利要求1所述的栅极驱动用电源装置，其中，
所述公共电源单元向驱动所述一个所述多相转换电路的多个所述下臂中的任一个下臂的所述栅极驱动电路供给所述直流电源，
与所述公共电源单元独立地，还具备对驱动所述一个所述多相转换电路的多个所述上臂的所述栅极驱动电路的每个栅极驱动电路供给所述直流电源的多个直流电源电路。
3.根据权利要求2所述的栅极驱动用电源装置，其中，
所述多相转换电路具有三个以上的所述下臂，
还具备如下的直流电源电路：向驱动所述三个以上的所述下臂的三个以上的所述栅极驱动电路中的、未从所述公共电源单元被供给所述直流电源的多个所述栅极驱动电路供给公共的所述直流电源。
4.根据权利要求1所述的栅极驱动用电源装置，其中，
所述电力转换电路具备：
牵引用逆变器，由所述多相转换电路构成；以及
升降压转换器，向所述牵引用逆变器供给升压电力，
所述公共电源单元对驱动所述牵引用逆变器的多个所述下臂中的任一个下臂或所述牵引用逆变器的多个所述上臂中的任一个上臂的所述栅极驱动电路、以及对驱动所述升降压转换器的所述上臂或所述下臂的所述栅极驱动电路供给公共的所述直流电源。
5.根据权利要求2所述的栅极驱动用电源装置，其中，
所述电力转换电路具备：
牵引用逆变器，由所述多相转换电路构成；以及
升降压转换器，向所述牵引用逆变器供给升压电力，
所述公共电源单元对驱动所述牵引用逆变器的多个所述下臂中的任一个下臂或所述牵引用逆变器的多个所述上臂中的任一个上臂的所述栅极驱动电路、以及对驱动所述升降压转换器的所述上臂或所述下臂的所述栅极驱动电路供给公共的所述直流电源。
6.根据权利要求3所述的栅极驱动用电源装置，其中，
所述电力转换电路具备：
牵引用逆变器，由所述多相转换电路构成；以及
升降压转换器，向所述牵引用逆变器供给升压电力，
所述公共电源单元对驱动所述牵引用逆变器的多个所述下臂中的任一个下臂或所述牵引用逆变器的多个所述上臂中的任一个上臂的所述栅极驱动电路、以及对驱动所述升降压转换器的所述上臂或所述下臂的所述栅极驱动电路供给公共的所述直流电源。
7.根据权利要求1所述的栅极驱动用电源装置，其中，
多个所述栅极驱动电路被安装于单一的印刷基板，
所述公共电源单元向在所述印刷电路板上被邻接配置的两个所述栅极驱动电路供给公共的所述直流电源。
8.根据权利要求2所述的栅极驱动用电源装置，其中，
多个所述栅极驱动电路被安装于单一的印刷基板，
所述公共电源单元向在所述印刷电路板上被邻接配置的两个所述栅极驱动电路供给公共的所述直流电源。
9.根据权利要求3所述的栅极驱动用电源装置，其中，
多个所述栅极驱动电路被安装于单一的印刷基板，
所述公共电源单元向在所述印刷电路板上被邻接配置的两个所述栅极驱动电路供给公共的所述直流电源。
10.根据权利要求4所述的栅极驱动用电源装置，其中，
多个所述栅极驱动电路被安装于单一的印刷基板，
所述公共电源单元向在所述印刷电路板上被邻接配置的两个所述栅极驱动电路供给公共的所述直流电源。
11.根据权利要求5所述的栅极驱动用电源装置，其中，
多个所述栅极驱动电路被安装于单一的印刷基板，
所述公共电源单元向在所述印刷电路板上被邻接配置的两个所述栅极驱动电路供给公共的所述直流电源。
12.根据权利要求6所述的栅极驱动用电源装置，其中，
多个所述栅极驱动电路被安装于单一的印刷基板，
所述公共电源单元向在所述印刷电路板上被邻接配置的两个所述栅极驱动电路供给公共的所述直流电源。
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