JP2004072804A - 車両用インバータ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】インバータ回路の効率低下を最小限に抑えてサージ電圧の発生を抑制することができる制御回路を備えた車両用インバータ装置を提供する。
【解決手段】駆動指令回路２は、車両に搭載された各種センサ類３から得られた情報から、車両の運転状態を検出すると共に、検出された車両の運転状態に基づいて、必要と思われるインバータ部１の出力電流が大きくなる程、インバータ部１のスイッチング駆動回路の時定数を大きくするようなモード信号Ｓ２を生成する。モード信号Ｓ２は、インバータ部１を構成する各スイッチング素子ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのゲート端子をドライブするゲート制御回路１３ａ〜１３ｆに入力される。ゲート制御回路１３ａ〜１３ｆでは、例えばゲート抵抗の抵抗値を変更して、インバータ部１でのスイッチング損失とサージ電圧の抑制のバランスを取りながら、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆをスイッチング制御する。
【選択図】 図１
【解決手段】駆動指令回路２は、車両に搭載された各種センサ類３から得られた情報から、車両の運転状態を検出すると共に、検出された車両の運転状態に基づいて、必要と思われるインバータ部１の出力電流が大きくなる程、インバータ部１のスイッチング駆動回路の時定数を大きくするようなモード信号Ｓ２を生成する。モード信号Ｓ２は、インバータ部１を構成する各スイッチング素子ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのゲート端子をドライブするゲート制御回路１３ａ〜１３ｆに入力される。ゲート制御回路１３ａ〜１３ｆでは、例えばゲート抵抗の抵抗値を変更して、インバータ部１でのスイッチング損失とサージ電圧の抑制のバランスを取りながら、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆをスイッチング制御する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載されたモータを駆動するためのインバータ回路を備えた車両用インバータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モータ等の負荷を駆動するためのインバータ回路では、高電流をスイッチングした場合、スイッチング時の電流変化や回路のインダクタンス成分等の要因により、スイッチング素子をＯＮ・ＯＦＦする際に、スイッチング素子を破壊する要因に成り得るサージ電圧が発生する。このサージ電圧の発生を抑制するには、例えばインバータ回路を駆動するための駆動指令回路（例えば車両に搭載されたＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ ）とインバータ回路のスイッチング素子のスイッチング制御端子との間に挿入されたスイッチング制御端子をドライブするための抵抗の抵抗値の制御を行い、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせることが有効である。しかし、この方法ではサージ電圧は低下するものの、スイッチング素子のスイッチング損失が大幅に増大してしまうという問題が発生する。一方、サージ電圧に耐えるように素子耐圧のランクを上げると、スイッチング素子の導通損失が増大してしまうという問題がある。
【０００３】
特に、ハイブリット自動車等のように、通常の走行中の出力電流に対し、始動時や減速時の高トルクアシスト時や高トルク回生時に非常に大きな電流をスイッチングする必要があるシステムにおいては、高電流時にサージ電圧がスイッチング素子の耐圧を超えないように設定した抵抗値のまま使用領域の全域をスイッチングした場合、通常の電流域で無駄にインバータ回路のスイッチング速度を遅らせることになり、通常の電流域での効率をひどく損なってしまう。
【０００４】
そのため、改善策として従来は、スイッチング時の出力電流や出力電圧を監視し、スイッチング時の出力電流や出力電圧が規定値を超えた場合にのみ、スイッチング制御端子をドライブする抵抗の抵抗値を制御することにより、インバータ回路のスイッチング速度を変更することが行われる。従って、インバータ回路には、その出力に出力電流や出力電圧を監視する監視手段が設けられ、またこれらの監視手段による出力電流や出力電圧の監視結果に基づいて、上述の抵抗の抵抗値を制御するためのスイッチ手段も設けられる。
【０００５】
また、このような装置としては、例えば、特開２００１−２６８９２６号公報に記載のものがある。この装置は、ゲート駆動制御回路により、インバータ回路の出力が過電流となりやすいインバータ回路の起動時には、インバータ回路を構成するスイッチング素子であるＩＧＢＴ（ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ）のゲート抵抗の抵抗値を大きくするか、もしくはゲート電圧を小さくすることにより、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせるように制御し、サージ電圧によるスイッチング素子の破壊を防止する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ハイブリット自動車等に用いられるインバータ装置は、車両をより安定して走行させるために、従来の装置のようにインバータ回路の起動時だけサージ電圧の発生を抑制するのではなく、車両のあらゆる運転状態に伴うインバータ回路の各状態に応じてサージ電圧の発生を抑制し、モータを安定して駆動させなければならないという問題があった。
また、インバータ回路に設けられた出力電流や出力電圧を監視する監視手段は、スイッチング時の電流や電圧を測定するので、スイッチング時のノイズに対する耐性を備えたものでなければならないため、容易に構成することができるものではない。特に、監視手段がスイッチング時の出力電流や出力電圧が規定値を超えたことを検出してから、スイッチ手段がゲート抵抗の抵抗値を制御するまでの遅延時間があり、かつ、スイッチング時のノイズに対する耐性は大きくせざるを得ず、インバータ回路に監視手段を設けることは、基板の大型化やコストアップを招くと共に、その回路は容易に構成することができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、インバータ回路の効率低下を最小限に抑えてサージ電圧の発生を抑制することができる制御回路を備えた車両用インバータ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明に係る車両用インバータ装置は、車両に搭載されたモータ（例えば実施の形態のモータ５）を駆動するためのインバータ回路（例えば実施の形態のインバータ部１）を備えた車両用インバータ装置において、前記車両の状態を検出するセンサ（例えば実施の形態の各種センサ類３）からの信号に基づいて、前記車両の運転状態を検出すると共に、検出された前記運転状態に応じて前記インバータ回路に備えられたスイッチング素子（例えば実施の形態のＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆ）を駆動するためのスイッチング駆動回路（例えば第１の実施の形態のゲート制御回路１３ａ〜１３ｆ、または第２の実施の形態において第１の実施の形態のゲート制御回路１３ａ〜１３ｆと置き換えるゲート制御回路１４ａ〜１４ｆ）の時定数を変更する制御回路（例えば実施の形態の駆動指令回路２）を備えたことを特徴とする。
【０００９】
以上の構成を備えた車両用インバータ装置は、制御回路において、車両の各部に配置されると共に車両の状態を検出するセンサからの信号によって、車両の運転状態を検出し、検出された前記運転状態に応じて、インバータ回路に備えられたスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を大きくすることにより、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせるように制御し、サージ電圧の発生を抑制することができる。
【００１０】
請求項２の発明に係る車両用インバータ装置は、請求項１に記載の車両用インバータ装置において、前記制御回路は、検出された前記運転状態が少なくとも前記車両のエンジン始動時、前記車両の発進時、前記モータの駆動トルクが所定値以上の高トルク駆動時、前記モータの回生制動量が所定値以上の高トルク回生時のいずれかである場合、前記車両の定常運転での前記モータの駆動時より、前記スイッチング駆動回路の時定数を大きくすることを特徴とする。
【００１１】
以上の構成を備えた車両用インバータ装置は、車両のエンジン始動時、車両の発進時、モータの駆動トルクが所定値以上の高トルク駆動時、モータの回生制動量が所定値以上の高トルク回生時等、車両の定常運転でのモータの駆動時よりインバータ回路の出力電流が大きく、サージ電圧が発生し易い状態の時に、インバータ回路に備えられたスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を大きくすることにより、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせるように制御し、サージ電圧の発生を抑制することができる。
【００１２】
請求項３の発明に係る車両用インバータ装置は、請求項１に記載の車両用インバータ装置において、前記制御回路が、前記センサから前記車両の車速を示す信号を取得すると共に、該車速が規定範囲内の場合に前記スイッチング駆動回路の時定数を大きくし、該車速が規定範囲を超えた場合に前記スイッチング駆動回路の時定数を小さくすることを特徴とする。
【００１３】
以上の構成を備えた車両用インバータ装置は、制御回路が車速に基づいて車両の運転状態を検出し、車速が規定範囲内で、車両の定常運転でのモータの駆動時よりインバータ回路の出力電流が大きく、サージ電圧が発生し易い状態の時には、インバータ回路に備えられたスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を大きくし、車速が規定範囲を超えた車両の定常運転でのモータの駆動状態の時には、インバータ回路に備えられたスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を小さくすることにより、インバータ回路の効率とサージ電圧の抑制とのバランスを取りながらモータを駆動することができる。
【００１４】
請求項４の発明に係る車両用インバータ装置は、請求項１に記載の車両用インバータ装置において、前記制御回路が、前記センサから前記車両のエンジンの吸気管負圧を示す信号を取得すると共に、該吸気管負圧が規定範囲内の場合に前記スイッチング駆動回路の時定数を大きくし、該吸気管負圧が規定範囲を超えた場合に前記スイッチング駆動回路の時定数を小さくすることを特徴とする。
【００１５】
以上の構成を備えた車両用インバータ装置は、制御回路が車両に搭載されたエンジンの吸気管負圧に基づいて車両の運転状態を検出し、吸気管負圧が規定範囲内で、車両の定常運転でのモータの駆動時よりインバータ回路の出力電流が大きく、サージ電圧が発生し易い状態の時には、インバータ回路に備えられたスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を大きくし、吸気管負圧が規定範囲を超えた車両の定常運転でのモータの駆動状態の時には、インバータ回路に備えられたスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を小さくすることにより、インバータ回路の効率とサージ電圧の抑制とのバランスを取りながらモータを駆動することができる。
【００１６】
請求項５の発明に係る車両用インバータ装置は、請求項１に記載の車両用インバータ装置において、前記制御回路が、前記センサから前記車両のエンジンまたはモータの回転数を示す信号を取得すると共に、該回転数が規定範囲内の場合に前記スイッチング駆動回路の時定数を大きくし、該回転数が規定範囲を超えた場合に前記スイッチング駆動回路の時定数を小さくすることを特徴とする。
【００１７】
以上の構成を備えた車両用インバータ装置は、制御回路が車両に搭載されたエンジンまたはモータの回転数に基づいて車両の運転状態を検出し、回転数が規定範囲内で、車両の定常運転でのモータの駆動時よりインバータ回路の出力電流が大きく、サージ電圧が発生し易い状態の時には、インバータ回路に備えられたスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を大きくし、回転数が規定範囲を超えた車両の定常運転でのモータの駆動状態の時には、インバータ回路に備えられたスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を小さくすることにより、インバータ回路の効率とサージ電圧の抑制とのバランスを取りながらモータを駆動することができる。
【００１８】
請求項６の発明に係る車両用インバータ装置は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の車両用インバータ装置において、前記制御回路が、前記スイッチング素子のスイッチング制御端子をドライブするためのドライブ用抵抗（例えば実施の形態のゲート抵抗５４ａ〜５４ｇ）と、前記ドライブ用抵抗の抵抗値を変更するための切り替え回路（例えば実施の形態の絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路５５、及びコンパレータ５６ａ〜５６ｆ、抵抗５７ａ〜５７ｇ、更にはＡＮＤゲート５８ａ〜５８ｆ）とを備え、前記センサからの信号により検出された前記車両の運転状態に応じて前記切り替え回路を切り替えて、前記ドライブ用抵抗の抵抗値を変更することにより、前記スイッチング駆動回路の時定数を変更することを特徴とする。
【００１９】
以上の構成を備えた車両用インバータ装置は、スイッチング素子のスイッチング制御端子をドライブするためのドライブ用抵抗の抵抗値を変更することで、ドライブ用抵抗の抵抗値とスイッチング制御端子の容量成分とによる時定数により、サージ電圧が発生し易い状態の時に、スイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を制御し、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせてサージ電圧の発生を抑制することができる。
【００２０】
請求項７の発明に係る車両用インバータ装置は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の車両用インバータ装置において、前記制御回路が、前記スイッチング素子のスイッチング制御端子と接地点との間に接続されたコンデンサ（例えば実施の形態のコンデンサ６８ａ〜６８ｄ）と、前記コンデンサの容量値を変更するための切り替え回路（例えば実施の形態の絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６５、及びコンパレータ６６ａ〜６６ｄ、抵抗６７ａ〜６７ｅ、更にはＦＥＴ６９ａ〜６９ｄ）とを備え、前記センサからの信号により検出された前記車両の運転状態に応じて前記切り替え回路を切り替えて、前記コンデンサの容量値を変更することにより、前記スイッチング駆動回路の時定数を変更することを特徴とする。
【００２１】
以上の構成を備えた車両用インバータ装置は、スイッチング素子のスイッチング制御端子と接地点との間に接続されたコンデンサの容量値を変更することで、スイッチング制御端子のドライブ用の抵抗成分とコンデンサの容量値とによる時定数により、サージ電圧が発生し易い状態の時に、スイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を制御し、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせてサージ電圧の発生を抑制することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
まず、第１の実施の形態の車両用インバータ装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態の車両用インバータ装置を示す回路図である。第１の実施の形態では、サージ電圧の発生を抑制するために、車両の状態を検出するセンサからの信号に基づいて検出された車両の運転状態に応じて、インバータ回路のドライブ用の抵抗を用いて、インバータ回路のスイッチング速度をフィードフォワード制御する場合の車両用インバータ装置について説明する。
【００２３】
図１において、本実施の形態の車両用インバータ装置は、例えばスイッチング素子としてＩＧＢＴを３相ブリッジ接続したインバータ回路を備えたインバータ部１と、インバータ部１の各ＩＧＢＴのゲート端子を制御する駆動指令回路２とを備えており、車両に備えられた各種センサ類３（例えばイグニッションやアクセル、ブレーキ、車速、更にはギヤ等の状態を検出するセンサ類）から得られた車両の状態を示す信号が駆動指令回路２へ入力されると、駆動指令回路２は、制御するインバータ部１により、モータ駆動用電源４から供給された直流電力を３相交流電力に変換してモータ５を駆動する。
【００２４】
なお、コンデンサ６は、電源電圧を安定させるための平滑コンデンサである。
また、スイッチング素子として用いる素子は、ＩＧＢＴに限らず、逆阻止サイリスタ、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ Ｔｕｒｎ Ｏｆｆ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ ）、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ等を用いても良い。
また、駆動指令回路２は、車両に搭載されたＥＣＵの一部として実現されても良い。
【００２５】
また、図１において設けられた電流センサ７は、インバータ部１を用いてモータ５をＰＷＭ制御方式によりベクトル制御するために利用するものであって、本実施の形態ではフィードフォワード制御を行うことでサージ電圧の発生を抑制するので制御遅延がなく、かつ、電流センサ７のノイズに対する耐性は、従来のフィードバック制御用の電流センサよりも低くて良い。また、ＰＷＭ制御方式においてベクトル制御を行うのでなければ、電流センサ７は必ずしも設ける必要はない。
【００２６】
また、インバータ部１は、３相ブリッジ接続したＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆと、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのそれぞれのコレクタ端子とエミッタ端子間に、カソード端子がコレクタ端子へ、アノード端子がエミッタ端子へそれぞれ接続されたＦＷＤ（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：転流ダイオード）１２ａ〜１２ｆとを備えている。
更に、インバータ部１は、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのそれぞれのゲート端子に接続され、駆動指令回路２からの駆動信号及び制御信号により、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆをＯＮ・ＯＦＦ制御すると共に、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのスイッチング速度を制御するゲート制御回路１３ａ〜１３ｆを備えている。
【００２７】
なお、駆動指令回路２からインバータ部１へ供給される駆動信号は、例えばＰＷＭ制御方式の駆動信号であるスイッチング指令信号Ｓ１であって、駆動指令回路２は、駆動指令回路２からインバータ部１の各ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのゲート端子へ接続されたスイッチング指令信号Ｓ１により、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのＯＮ時間とＯＦＦ時間の割合を変えて出力電圧を制御する。
また、駆動指令回路２からインバータ部１へ供給される制御信号は、車両に備えられたイグニッションやアクセル、ブレーキ、車速、更にはギヤ等の状態を検出する各種センサ類３から得られた車両の状態に基づいて、駆動指令回路２が検出した車両の運転状態をインバータ部１へ指示するための信号であって、駆動指令回路２は、指示する車両の運転状態を、制御信号であるモード信号Ｓ２に変換してインバータ部１へ指示する。なお、モード信号Ｓ２については、詳細を後述する。
【００２８】
次に、ゲート制御回路１３ａ〜１３ｆについて図面を参照して説明する。ゲート制御回路１３ａ〜１３ｆは、全て同一の回路であるので、ここでは代表してゲート制御回路１３ａについて説明する。
図２は、ゲート制御回路１３ａを示す回路図であって、通常駆動を含めて全７モードの制御に対応する回路を一例として示す。
図２において、ゲート制御回路１３ａは、駆動指令回路２からＩＧＢＴ１１ａのＯＮ時間とＯＦＦ時間の割合を変えて出力電圧を制御するためのスイッチング指令信号Ｓ１を受けて、ＩＧＢＴ１１ａを駆動する系統と、駆動指令回路２から検出した車両の運転状態に基づいてＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度を制御するためのモード信号Ｓ２を受けて、ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度を制御する系統に分類される。
【００２９】
まず、スイッチング指令信号Ｓ１を受けてＩＧＢＴ１１ａを駆動する系統について説明すると、ＩＧＢＴ１１ａのＯＮ・ＯＦＦ制御を信号のＤｕｔｙ（デューティ）比で表したスイッチング指令信号Ｓ１は、駆動指令回路２から出力されて、バッファ５１を介してフォトカプラ５２へ入力される。フォトカプラ５２では、光を媒体に信号を中継することにより、フォトカプラ５２の入力端子と出力端子とを絶縁し、入力端子側と出力端子側との電位の差を許容して信号を中継することができる。そして、フォトカプラ５２の出力は、更にバッファ５３ａへ供給され、ゲート抵抗５４ａを介してゲート制御回路１３ａの出力として、該ゲート制御回路１３ａの出力に接続されたＩＧＢＴ１１ａのゲート端子に供給され、ＩＧＢＴ１１ａを駆動する。
【００３０】
一方、駆動指令回路２からモード信号Ｓ２を受けてＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度を制御する系統について説明すると、駆動指令回路２から出力されたモード信号Ｓ２は、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路５５へ入力される。絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路５５では、ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度を信号のデューティ（Ｄｕｔｙ）比で表したモード信号Ｓ２を、該デューティ比に対応する電圧レベルに変換する。そして、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路５５の出力は、コンパレータ５６ａ〜５６ｆへ供給され、ゲート制御回路１３ａの電源電圧を抵抗５７ａ〜５７ｇにより分圧して生成した各電圧レベルとそれぞれ比較される。
なお、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路５５は、例えば入出力信号をトランス結合することで容易に実現することができる。
【００３１】
また、コンパレータ５６ａ〜５６ｆの出力は、それぞれＡＮＤゲート５８ａ〜５８ｆへ供給され、ＡＮＤゲート５８ａ〜５８ｆにおいて、フォトカプラ５２の出力するスイッチング指令信号から生成された信号と掛け合わせることにより、スイッチング指令信号と同一のデューティ比を持つ信号に変換されてバッファ５３ｂ〜５３ｇへそれぞれ入力される。
ここで、バッファ５３ａ及びバッファ５３ｂ〜５３ｇの出力は、それぞれ、ＩＧＢＴ１１ａのゲート端子をドライブするためのゲート抵抗５４ａ〜５４ｇを介して、並列にＩＧＢＴ１１ａへ供給されている。
すなわち、コンパレータ５６ａ〜５６ｆの出力によって、ＡＮＤゲート５８ａ〜５８ｆの内の複数のＡＮＤゲートが、入力されたフォトカプラ５２の出力信号をその出力へ伝達すると、ＩＧＢＴ１１ａのゲート端子は、複数のゲート抵抗によりドライブされることになる。
【００３２】
この時、ゲート制御回路１３ａの電源電圧を抵抗５７ａ〜５７ｇにより分圧して生成した各電圧レベルは、抵抗５７ａと抵抗５７ｂとの接続点をＶ１、抵抗５７ｂと抵抗５７ｃとの接続点をＶ２、抵抗５７ｃと抵抗５７ｄとの接続点をＶ３、抵抗５７ｄと抵抗５７ｅとの接続点をＶ４、抵抗５７ｅと抵抗５７ｆとの接続点をＶ５、抵抗５７ｆと抵抗５７ｇとの接続点をＶ６とすると、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ４＜Ｖ５＜Ｖ６であるため、モード信号Ｓ２によって絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路５５の出力の電圧値が上昇すると、コンパレータ５６ａから順に出力がＨＩＧＨ（アクティブ）になる。従って、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路５５の出力の電圧値が高ければ高い程、ＩＧＢＴ１１ａのゲート端子をドライブするゲート抵抗の数は多くなる。
【００３３】
次に、図１と図２を参照して、本実施の形態の車両用インバータ装置の動作を説明する。図１と図２において、まず、例えばイグニッションやアクセル、ブレーキ、車速、更にはギヤ等の状態を検出する各種センサ類３から車両の状態が駆動指令回路２へ入力されると、駆動指令回路２は、各種センサ類３から取得した車両の状態を判断し、以下の表１のモード判別テーブルに示すような車両の運転状態を検出する。
【表１】
そして、検出された車両の運転状態を、インバータ部１へ指示するために、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのスイッチング速度を信号のデューティ（Ｄｕｔｙ）比で表したモード信号Ｓ２に変換する。
【００３４】
また、モード信号Ｓ２は、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路５５へ入力される。ここで、モード信号Ｓ２と絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路５５との対応関係は、必要と思われるインバータ部１の出力電流が大きい程、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路５５の出力電圧が低くなる対応関係を持つ。
すなわち、駆動指令回路２により検出された車両の運転状態に基づいて、必要と思われるインバータ部１の出力電流が大きくなる程、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路５５の出力する制御信号の電圧を低くする。この制御信号は、コンパレータ５６ａ〜５６ｆにおいてゲート制御回路１３ａの電源電圧を抵抗５７ａ〜５７ｇにより分圧して生成した各電圧レベルとそれぞれ比較され、コンパレータ５６ａ〜５６ｆの出力は、ＡＮＤゲート５８ａ〜５８ｆにおけるフォトカプラ５２の出力するスイッチング指令信号の伝達を制御する。
【００３５】
従って、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路５５の出力する制御信号の電圧が低い程、出力がアクティブになるコンパレータの出力が少なくなり、ＩＧＢＴ１１ａのゲート端子をドライブするゲート抵抗の数が少なくなるので、ゲート抵抗の合成抵抗とＩＧＢＴ１１ａのゲート端子の容量成分とによる時定数が大きくなり、ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度は遅くなる。
【００３６】
なお、モード信号Ｓ２の場合分けに対してゲート抵抗の数を少なくし、モード信号Ｓ２が異なっても、場合によっては同じ抵抗値になるようにＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのゲート抵抗を制御しても良い。
【００３７】
以上、第１の実施の形態として、車両の状態を検出するセンサからの信号に基づいて検出された車両の運転状態に応じて、インバータ回路のドライブ用の抵抗を用いて、インバータ回路のスイッチング速度をフィードフォワード制御する場合の車両用インバータ装置について説明した。
以上説明したように、本実施の形態の車両用インバータ装置は、駆動指令回路２が検出した車両の運転状態から必要と思われるインバータ部１の出力電流の大きさに基づいて、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのゲート端子をドライブするゲート抵抗の数を制御する。
【００３８】
これにより、ゲート抵抗の合成抵抗値とＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのゲート端子の容量成分とによる時定数で決定されるＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのスイッチング速度をフィードフォワード制御することで、インバータ部１の出力電流を検出してサージ電圧の発生を検出するための電流センサが必要なくなる。また、ＰＷＭ制御のために必要な電流センサ３も、サージ電圧の抑制のための制御がフィードフォワード制御であるため制御遅延が発生せず、従ってノイズに対する耐性も、サージ電圧の発生を検出するための電流センサよりも低いものが利用できるようになる。
【００３９】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態の車両用インバータ装置について説明する。
第２の実施の形態では、サージ電圧の発生を抑制するために、車両の状態を検出するセンサからの信号に基づいて検出された車両の運転状態に応じて、コンデンサを用いて、インバータ回路のスイッチング速度をフィードフォワード制御する場合の車両用インバータ装置について説明する。
なお、本実施の形態の車両用インバータ装置を示す回路図は、図１に示した第１の実施の形態の車両用インバータ装置を示す回路図において、ゲート制御回路１３ａ〜１３ｆがゲート制御回路１４ａ〜１４ｆに変更されるだけであるので、図示は省略する。
【００４０】
更に、ゲート制御回路１４ａ〜１４ｆも、第１の実施の形態で説明したゲート制御回路１３ａ〜１３ｆと同様に全て同一の回路であるので、本実施の形態では、ゲート制御回路１４ａ〜１４ｆに関し、代表してゲート制御回路１４ａについて説明する。
図３は、ゲート制御回路１４ａを示す回路図であって、通常駆動を含めて全５モードの制御に対応する回路を一例として示す。
図３において、ゲート制御回路１４ａは、駆動指令回路２からＩＧＢＴ１１ａのＯＮ時間とＯＦＦ時間の割合を変えて出力電圧を制御するためのスイッチング指令信号Ｓ１を受けて、ＩＧＢＴ１１ａを駆動する系統と、駆動指令回路２から検出したインバータ回路の出力電流に基づいてＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度を制御するためのモード信号Ｓ２を受けて、ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度を制御する系統に分類される。
【００４１】
まず、スイッチング指令信号Ｓ１を受けてＩＧＢＴ１１ａを駆動する系統について説明すると、ＩＧＢＴ１１ａのＯＮ・ＯＦＦ制御を信号のＤｕｔｙ（デューティ）比で表したスイッチング指令信号Ｓ１は、駆動指令回路２から出力されて、バッファ６１を介してフォトカプラ６２へ入力される。フォトカプラ６２では、光を媒体に信号を中継することにより、フォトカプラ６２の入力端子と出力端子とを絶縁し、入力端子側と出力端子側との電位の差を許容して信号を中継することができる。そして、フォトカプラ６２の出力は、更にバッファ６３へ供給され、ゲート抵抗６４を介してゲート制御回路１４ａの出力として、該ゲート制御回路１４ａの出力に接続されたＩＧＢＴ１１ａのゲート端子に供給され、ＩＧＢＴ１１ａを駆動する。
【００４２】
一方、駆動指令回路２からモード信号Ｓ２を受けてＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度を制御する系統について説明すると、駆動指令回路２から出力されたモード信号Ｓ２は、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６５へ入力される。絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６５では、ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度を信号のデューティ（Ｄｕｔｙ）比で表したモード信号Ｓ２を、該デューティ比に対応する電圧レベルに変換する。そして、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６５の出力は、コンパレータ６６ａ〜６６ｄへ供給され、ゲート制御回路１４ａの電源電圧を抵抗６７ａ〜６７ｅにより分圧して生成した各電圧レベルとそれぞれ比較される。
なお、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６５も、例えば入出力信号をトランス結合することで容易に実現することができる。
【００４３】
また、コンパレータ６６ａ〜６６ｄの出力は、それぞれ、例えばＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ：電界効果トランジスタ）６９ａ〜６９ｄのゲート端子へ供給される。ＦＥＴ６９ａ〜６９ｄは、ＩＧＢＴ１１ａのゲート端子をドライブするためのゲート抵抗６４とゲート制御回路１４ａに接続されるＩＧＢＴ１１ａのゲート端子との間に一端を接続された４個のコンデンサ６８ａ〜６８ｄの接続を制御するスイッチ手段である。
ここで、ＦＥＴ６９ａ〜６９ｄのドレイン端子には、ゲート抵抗６４とＩＧＢＴ１１ａのゲート端子とに接続されたコンデンサ６８ａ〜６８ｄの反対側の端子が接続されており、ＦＥＴ６９ａ〜６９ｄのソース端子はグランド（接地点）に接続されている。すなわち、ＦＥＴ６９ａ〜６９ｄのゲート端子を制御してＦＥＴ６９ａ〜６９ｄをＯＮすると、コンデンサ６８ａ〜６８ｄが接地されることになる。
【００４４】
この時、ゲート制御回路１４ａの電源電圧を抵抗６７ａ〜６７ｅにより分圧して生成した各電圧レベルは、抵抗６７ａと抵抗６７ｂとの接続点をＶ１、抵抗６７ｂと抵抗６７ｃとの接続点をＶ２、抵抗６７ｃと抵抗６７ｄとの接続点をＶ３、抵抗６７ｄと抵抗６７ｅとの接続点をＶ４とすると、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ４であるため、モード信号Ｓ２によって絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６５の出力の電圧値が上昇すると、コンパレータ６６ａから順に出力がＨＩＧＨ（アクティブ）になる。従って、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６５の出力の電圧値が高ければ高い程、接地されるコンデンサの数は多くなる。
なお、スイッチ手段は、ＦＥＴ６９ａ〜６９ｄの代わりに、ＩＧＢＴの他、逆阻止サイリスタ、ＧＴＯ、バイポーラトランジスタ等を用いることができる。
【００４５】
次に、図１と図３を参照して、本実施の形態の車両用インバータ装置の動作を説明する。なお、ここでは図１に記載されたゲート制御回路１３ａ〜１３ｆをゲート制御回路１４ａ〜１４ｆに読み替えて図１を参照するものとする。、
図１及び図３において、例えばイグニッションやアクセル、ブレーキ、車速、更にはギヤ等の状態を検出する各種センサ類３から車両の状態が駆動指令回路２へ入力されると、駆動指令回路２は、各種センサ類３から取得した車両の状態を判断し、第１の実施の形態で説明した表１のモード判別テーブルに示すような車両の運転状態を検出する。
そして、検出された車両の運転状態を、インバータ部１へ指示するために、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのスイッチング速度を信号のデューティ（Ｄｕｔｙ）比で表したモード信号Ｓ２に変換する。
【００４６】
また、モード信号Ｓ２は、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６５へ入力される。ここで、モード信号Ｓ２と絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６５との対応関係は、必要と思われるインバータ部１の出力電流が大きい程、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６５の出力電圧が高くなる対応関係を持つ。
すなわち、駆動指令回路２により検出された車両の運転状態に基づいて、必要と思われるインバータ部１の出力電流が大きくなる程、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６５の出力する制御信号の電圧を高くする。この制御信号は、コンパレータ６６ａ〜６６ｄにおいてゲート制御回路１４ａの電源電圧を抵抗６７ａ〜６７ｅにより分圧して生成した各電圧レベルとそれぞれ比較され、コンパレータ６６ａ〜６６ｄの出力はＦＥＴ６９ａ〜６９ｄのスイッチングを制御する。
【００４７】
従って、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６５の出力する制御信号の電圧が高い程、出力がアクティブになるコンパレータが多くなり、ＦＥＴ６９ａ〜６９ｄにより接地されるコンデンサの数が多くなるので、ゲート抵抗６４と接地されたコンデンサの合成容量とによる時定数が大きくなり、ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度は遅くなる。
なお、モード信号Ｓ２の場合分けに対してコンデンサの数を少なくし、モード信号Ｓ２が異なっても、場合によっては同じ容量値になるように接地するコンデンサの数を制御しても良い。
【００４８】
以上、第２の実施の形態として、車両の状態を検出するセンサからの信号に基づいて検出された車両の運転状態に応じて、コンデンサを用いて、インバータ回路のスイッチング速度をフィードフォワード制御する場合の車両用インバータ装置について説明した。
以上説明したように、本実施の形態の車両用インバータ装置は、駆動指令回路２が検出した車両の運転状態から必要と思われるインバータ部１の出力電流の大きさに基づいて、コンデンサ６８ａ〜６８ｄが接地される数を制御することにより、ゲート抵抗６４と接地されたコンデンサの合成容量とによる時定数で決定されるＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのスイッチング速度を制御し、ゲート抵抗での電力損失を発生させずに、ゲート抵抗の抵抗値を制御する場合よりもインバータ回路の効率低下を抑えつつサージ電圧の発生を抑制することができる。
【００４９】
更に、第１の実施の形態と同様に、インバータ部１の出力電流を検出してサージ電圧の発生を検出するための電流センサが必要なくなると共に、ＰＷＭ制御のために必要な電流センサ３のノイズに対する耐性も、サージ電圧の発生を検出するための電流センサよりも低いものが利用できるようになる。
【００５０】
また、図４は、前述の表１に示す６個の車両の運転状態に対して、以下の表２に示す３個の制御モードを用いてサージ電圧の抑制及びインバータ部１の出力電流とスイッチング損失との関係を示す図である。
【表２】
図４に示すように、制御モードを切り替えることにより、サージ電圧が減少すると共に、例えばインバータ部１の出力電流が小さいモードＢやモードＡの制御領域において、インバータ部１の出力電流が大きく、ゲート制御回路１３ａ〜１３ｆまたはゲート制御回路１４ａ〜１４ｆの時定数が大きいモードＣの制御領域における時定数のままインバータ部１を制御するより、それぞれの制御領域に適合したゲート制御回路の時定数を選択することにより、インバータ部１のスイッチング損失を低減することができる。
【００５１】
なお、上述の第１、第２の実施の形態においては、車両に備えられた例えばイグニッションやアクセル、ブレーキ、車速、更にはギヤ等の状態を検出する各種センサ類３から得られた車両の状態を示す信号を取得して車両の運転状態を検出すると共に、検出された運転状態に基づいてゲート抵抗の抵抗値やゲートに接続されたコンデンサの容量値を制御して、インバータ部１のＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆを駆動するためのゲート制御回路１３ａ〜１３ｆまたはゲート制御回路１４ａ〜１４ｆの時定数を変更し、サージ電圧の発生を抑制する場合について説明したが、車両の運転状態を検出するための情報は、車両の複数の項目に関する状態を検出する各種センサ類３から得られた複数の情報に限らず、例えば車速、または車両に搭載されたエンジンの吸気管負圧、または車両に搭載されたエンジンもしくはモータの回転数のいずれか等、車両の単独の項目に関する状態を検出するセンサから得られた単独の情報を利用しても良い。
【００５２】
この場合、例えば車速が規定範囲内または所定値以下の場合には、インバータ部１のＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆを駆動するためのゲート制御回路１３ａ〜１３ｆまたはゲート制御回路１４ａ〜１４ｆの時定数を大きくし、該車速が規定範囲または所定値を超えた場合には、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆを駆動するためのゲート制御回路１３ａ〜１３ｆまたはゲート制御回路１４ａ〜１４ｆの時定数を小さくする。
また、例えば車両のエンジンの吸気管負圧が規定範囲内または所定値以下の場合には、インバータ部１のＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆを駆動するためのゲート制御回路１３ａ〜１３ｆまたはゲート制御回路１４ａ〜１４ｆの時定数を大きくし、該吸気管負圧が規定範囲または所定値を超えた場合には、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆを駆動するためのゲート制御回路１３ａ〜１３ｆまたはゲート制御回路１４ａ〜１４ｆの時定数を小さくする。
また、例えば車両のエンジンまたはモータの回転数が規定範囲内または所定値以下の場合には、インバータ部１のＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆを駆動するためのゲート制御回路１３ａ〜１３ｆまたはゲート制御回路１４ａ〜１４ｆの時定数を大きくし、該回転数が規定範囲または所定値を超えた場合には、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆを駆動するためのゲート制御回路１３ａ〜１３ｆまたはゲート制御回路１４ａ〜１４ｆの時定数を小さくする。
【００５３】
【発明の効果】
以上の如く、請求項１に記載の車両用インバータ装置によれば、現在の車両の運転状態を検出し、検出された運転状態に応じて、インバータ回路に備えられたスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を大きくすることにより、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせるように制御し、サージ電圧の発生を抑制することができる。
従って、実際にインバータ回路の出力電圧や出力電流を検出するセンサ等の、ノイズに耐えてインバータ回路の出力を監視する監視手段を用いることなく、車両の運転状態に基づいてスイッチング速度を制御し、インバータ回路の効率低下を最小限に抑えつつサージ電圧の発生を抑制するインバータ装置を実現することができるという効果が得られる。
【００５４】
請求項２に記載の車両用インバータ装置によれば、車両の定常運転でのモータの駆動時よりインバータ回路の出力電流が大きく、サージ電圧が発生し易い状態の時に、インバータ回路に備えられたスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を大きくすることにより、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせるように制御し、サージ電圧の発生を抑制することができる。
従って、車両の定常運転でのモータの駆動時は、インバータ回路の効率を低下させずにモータを駆動し、インバータ回路の出力電流が大きく、サージ電圧が発生し易い状態の時には、サージ電圧の発生を抑制しながらモータを駆動し、トータルでのインバータ回路の効率低下を最小限に抑えつつサージ電圧の発生を抑制することができるという効果が得られる。
【００５５】
請求項３、４、５に記載の車両用インバータ装置によれば、車速、車両に搭載されたエンジンの吸気管負圧、車両に搭載されたエンジンまたはモータの回転数のいずれかに基づいて、サージ電圧が発生し易い状態の時には、インバータ回路に備えられたスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を大きくし、車両の定常運転でのモータの駆動状態の時には、インバータ回路に備えられたスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を小さくすることにより、インバータ回路の効率とサージ電圧の抑制とのバランスを取りながらモータを駆動することができる。
従って、複数の車両の状態を示す情報から車両の運転状態を検出する場合に比較して、簡単かつ短時間に車両の運転状態を検出し、素早くスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を切り替えて、インバータ回路の効率低下を最小限に抑えつつサージ電圧の発生を抑制することができるという効果が得られる。
【００５６】
請求項６に記載の車両用インバータ装置によれば、スイッチング制御端子をドライブするためのドライブ用抵抗の抵抗値を変更することにより、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせるように制御し、サージ電圧の発生を抑制することができる。
従って、インバータ回路の出力を監視する監視手段を用いることなく、簡単なドライブ用抵抗の抵抗値変更だけで、インバータ回路の効率低下を最小限に抑えつつサージ電圧の発生を抑制するインバータ装置を実現することができるという効果が得られる。
【００５７】
請求項７に記載の車両用インバータ装置によれば、スイッチング制御端子に接続されたコンデンサの容量値を変更することにより、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせるように制御し、サージ電圧の発生を抑制することができる。
従って、コンデンサを制御してスイッチング駆動回路の時定数を決定するので、ゲート抵抗における損失が増加することがなく、ゲート抵抗の抵抗値を制御してインバータ回路のスイッチング速度を遅らせるように制御する場合に比較して、インバータ回路の効率低下を抑えつつサージ電圧の発生を抑制するインバータ装置を実現することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の車両用インバータ装置を示す回路図である。
【図２】同実施の形態のゲート制御回路を示す回路図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態のゲート制御回路を示す回路図である。
【図４】サージ電圧の抑制及びインバータ部の出力電流とスイッチング損失との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ インバータ部
２ 駆動指令回路
３ 各種センサ類
５ モータ
１１ａ〜１１ｆ ＩＧＢＴ
１２ａ〜１２ｆ ＦＷＤ
１３ａ〜１３ｆ ゲート制御回路
５４ａ〜５４ｇ ゲート抵抗
５５ 絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路
５６ａ〜５６ｆ コンパレータ
５７ａ〜５７ｇ 抵抗
５８ａ〜５８ｆ ＡＮＤゲート
１４ａ ゲート制御回路
６４ ゲート抵抗
６５ 絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路
６６ａ〜６６ｄ コンパレータ
６７ａ〜６７ｅ 抵抗
６８ａ〜６８ｄ コンデンサ
６９ａ〜６９ｄ ＦＥＴ
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載されたモータを駆動するためのインバータ回路を備えた車両用インバータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モータ等の負荷を駆動するためのインバータ回路では、高電流をスイッチングした場合、スイッチング時の電流変化や回路のインダクタンス成分等の要因により、スイッチング素子をＯＮ・ＯＦＦする際に、スイッチング素子を破壊する要因に成り得るサージ電圧が発生する。このサージ電圧の発生を抑制するには、例えばインバータ回路を駆動するための駆動指令回路（例えば車両に搭載されたＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ ）とインバータ回路のスイッチング素子のスイッチング制御端子との間に挿入されたスイッチング制御端子をドライブするための抵抗の抵抗値の制御を行い、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせることが有効である。しかし、この方法ではサージ電圧は低下するものの、スイッチング素子のスイッチング損失が大幅に増大してしまうという問題が発生する。一方、サージ電圧に耐えるように素子耐圧のランクを上げると、スイッチング素子の導通損失が増大してしまうという問題がある。
【０００３】
特に、ハイブリット自動車等のように、通常の走行中の出力電流に対し、始動時や減速時の高トルクアシスト時や高トルク回生時に非常に大きな電流をスイッチングする必要があるシステムにおいては、高電流時にサージ電圧がスイッチング素子の耐圧を超えないように設定した抵抗値のまま使用領域の全域をスイッチングした場合、通常の電流域で無駄にインバータ回路のスイッチング速度を遅らせることになり、通常の電流域での効率をひどく損なってしまう。
【０００４】
そのため、改善策として従来は、スイッチング時の出力電流や出力電圧を監視し、スイッチング時の出力電流や出力電圧が規定値を超えた場合にのみ、スイッチング制御端子をドライブする抵抗の抵抗値を制御することにより、インバータ回路のスイッチング速度を変更することが行われる。従って、インバータ回路には、その出力に出力電流や出力電圧を監視する監視手段が設けられ、またこれらの監視手段による出力電流や出力電圧の監視結果に基づいて、上述の抵抗の抵抗値を制御するためのスイッチ手段も設けられる。
【０００５】
また、このような装置としては、例えば、特開２００１−２６８９２６号公報に記載のものがある。この装置は、ゲート駆動制御回路により、インバータ回路の出力が過電流となりやすいインバータ回路の起動時には、インバータ回路を構成するスイッチング素子であるＩＧＢＴ（ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ）のゲート抵抗の抵抗値を大きくするか、もしくはゲート電圧を小さくすることにより、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせるように制御し、サージ電圧によるスイッチング素子の破壊を防止する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ハイブリット自動車等に用いられるインバータ装置は、車両をより安定して走行させるために、従来の装置のようにインバータ回路の起動時だけサージ電圧の発生を抑制するのではなく、車両のあらゆる運転状態に伴うインバータ回路の各状態に応じてサージ電圧の発生を抑制し、モータを安定して駆動させなければならないという問題があった。
また、インバータ回路に設けられた出力電流や出力電圧を監視する監視手段は、スイッチング時の電流や電圧を測定するので、スイッチング時のノイズに対する耐性を備えたものでなければならないため、容易に構成することができるものではない。特に、監視手段がスイッチング時の出力電流や出力電圧が規定値を超えたことを検出してから、スイッチ手段がゲート抵抗の抵抗値を制御するまでの遅延時間があり、かつ、スイッチング時のノイズに対する耐性は大きくせざるを得ず、インバータ回路に監視手段を設けることは、基板の大型化やコストアップを招くと共に、その回路は容易に構成することができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、インバータ回路の効率低下を最小限に抑えてサージ電圧の発生を抑制することができる制御回路を備えた車両用インバータ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明に係る車両用インバータ装置は、車両に搭載されたモータ（例えば実施の形態のモータ５）を駆動するためのインバータ回路（例えば実施の形態のインバータ部１）を備えた車両用インバータ装置において、前記車両の状態を検出するセンサ（例えば実施の形態の各種センサ類３）からの信号に基づいて、前記車両の運転状態を検出すると共に、検出された前記運転状態に応じて前記インバータ回路に備えられたスイッチング素子（例えば実施の形態のＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆ）を駆動するためのスイッチング駆動回路（例えば第１の実施の形態のゲート制御回路１３ａ〜１３ｆ、または第２の実施の形態において第１の実施の形態のゲート制御回路１３ａ〜１３ｆと置き換えるゲート制御回路１４ａ〜１４ｆ）の時定数を変更する制御回路（例えば実施の形態の駆動指令回路２）を備えたことを特徴とする。
【０００９】
以上の構成を備えた車両用インバータ装置は、制御回路において、車両の各部に配置されると共に車両の状態を検出するセンサからの信号によって、車両の運転状態を検出し、検出された前記運転状態に応じて、インバータ回路に備えられたスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を大きくすることにより、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせるように制御し、サージ電圧の発生を抑制することができる。
【００１０】
請求項２の発明に係る車両用インバータ装置は、請求項１に記載の車両用インバータ装置において、前記制御回路は、検出された前記運転状態が少なくとも前記車両のエンジン始動時、前記車両の発進時、前記モータの駆動トルクが所定値以上の高トルク駆動時、前記モータの回生制動量が所定値以上の高トルク回生時のいずれかである場合、前記車両の定常運転での前記モータの駆動時より、前記スイッチング駆動回路の時定数を大きくすることを特徴とする。
【００１１】
以上の構成を備えた車両用インバータ装置は、車両のエンジン始動時、車両の発進時、モータの駆動トルクが所定値以上の高トルク駆動時、モータの回生制動量が所定値以上の高トルク回生時等、車両の定常運転でのモータの駆動時よりインバータ回路の出力電流が大きく、サージ電圧が発生し易い状態の時に、インバータ回路に備えられたスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を大きくすることにより、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせるように制御し、サージ電圧の発生を抑制することができる。
【００１２】
請求項３の発明に係る車両用インバータ装置は、請求項１に記載の車両用インバータ装置において、前記制御回路が、前記センサから前記車両の車速を示す信号を取得すると共に、該車速が規定範囲内の場合に前記スイッチング駆動回路の時定数を大きくし、該車速が規定範囲を超えた場合に前記スイッチング駆動回路の時定数を小さくすることを特徴とする。
【００１３】
以上の構成を備えた車両用インバータ装置は、制御回路が車速に基づいて車両の運転状態を検出し、車速が規定範囲内で、車両の定常運転でのモータの駆動時よりインバータ回路の出力電流が大きく、サージ電圧が発生し易い状態の時には、インバータ回路に備えられたスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を大きくし、車速が規定範囲を超えた車両の定常運転でのモータの駆動状態の時には、インバータ回路に備えられたスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を小さくすることにより、インバータ回路の効率とサージ電圧の抑制とのバランスを取りながらモータを駆動することができる。
【００１４】
請求項４の発明に係る車両用インバータ装置は、請求項１に記載の車両用インバータ装置において、前記制御回路が、前記センサから前記車両のエンジンの吸気管負圧を示す信号を取得すると共に、該吸気管負圧が規定範囲内の場合に前記スイッチング駆動回路の時定数を大きくし、該吸気管負圧が規定範囲を超えた場合に前記スイッチング駆動回路の時定数を小さくすることを特徴とする。
【００１５】
以上の構成を備えた車両用インバータ装置は、制御回路が車両に搭載されたエンジンの吸気管負圧に基づいて車両の運転状態を検出し、吸気管負圧が規定範囲内で、車両の定常運転でのモータの駆動時よりインバータ回路の出力電流が大きく、サージ電圧が発生し易い状態の時には、インバータ回路に備えられたスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を大きくし、吸気管負圧が規定範囲を超えた車両の定常運転でのモータの駆動状態の時には、インバータ回路に備えられたスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を小さくすることにより、インバータ回路の効率とサージ電圧の抑制とのバランスを取りながらモータを駆動することができる。
【００１６】
請求項５の発明に係る車両用インバータ装置は、請求項１に記載の車両用インバータ装置において、前記制御回路が、前記センサから前記車両のエンジンまたはモータの回転数を示す信号を取得すると共に、該回転数が規定範囲内の場合に前記スイッチング駆動回路の時定数を大きくし、該回転数が規定範囲を超えた場合に前記スイッチング駆動回路の時定数を小さくすることを特徴とする。
【００１７】
以上の構成を備えた車両用インバータ装置は、制御回路が車両に搭載されたエンジンまたはモータの回転数に基づいて車両の運転状態を検出し、回転数が規定範囲内で、車両の定常運転でのモータの駆動時よりインバータ回路の出力電流が大きく、サージ電圧が発生し易い状態の時には、インバータ回路に備えられたスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を大きくし、回転数が規定範囲を超えた車両の定常運転でのモータの駆動状態の時には、インバータ回路に備えられたスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を小さくすることにより、インバータ回路の効率とサージ電圧の抑制とのバランスを取りながらモータを駆動することができる。
【００１８】
請求項６の発明に係る車両用インバータ装置は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の車両用インバータ装置において、前記制御回路が、前記スイッチング素子のスイッチング制御端子をドライブするためのドライブ用抵抗（例えば実施の形態のゲート抵抗５４ａ〜５４ｇ）と、前記ドライブ用抵抗の抵抗値を変更するための切り替え回路（例えば実施の形態の絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路５５、及びコンパレータ５６ａ〜５６ｆ、抵抗５７ａ〜５７ｇ、更にはＡＮＤゲート５８ａ〜５８ｆ）とを備え、前記センサからの信号により検出された前記車両の運転状態に応じて前記切り替え回路を切り替えて、前記ドライブ用抵抗の抵抗値を変更することにより、前記スイッチング駆動回路の時定数を変更することを特徴とする。
【００１９】
以上の構成を備えた車両用インバータ装置は、スイッチング素子のスイッチング制御端子をドライブするためのドライブ用抵抗の抵抗値を変更することで、ドライブ用抵抗の抵抗値とスイッチング制御端子の容量成分とによる時定数により、サージ電圧が発生し易い状態の時に、スイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を制御し、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせてサージ電圧の発生を抑制することができる。
【００２０】
請求項７の発明に係る車両用インバータ装置は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の車両用インバータ装置において、前記制御回路が、前記スイッチング素子のスイッチング制御端子と接地点との間に接続されたコンデンサ（例えば実施の形態のコンデンサ６８ａ〜６８ｄ）と、前記コンデンサの容量値を変更するための切り替え回路（例えば実施の形態の絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６５、及びコンパレータ６６ａ〜６６ｄ、抵抗６７ａ〜６７ｅ、更にはＦＥＴ６９ａ〜６９ｄ）とを備え、前記センサからの信号により検出された前記車両の運転状態に応じて前記切り替え回路を切り替えて、前記コンデンサの容量値を変更することにより、前記スイッチング駆動回路の時定数を変更することを特徴とする。
【００２１】
以上の構成を備えた車両用インバータ装置は、スイッチング素子のスイッチング制御端子と接地点との間に接続されたコンデンサの容量値を変更することで、スイッチング制御端子のドライブ用の抵抗成分とコンデンサの容量値とによる時定数により、サージ電圧が発生し易い状態の時に、スイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を制御し、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせてサージ電圧の発生を抑制することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
まず、第１の実施の形態の車両用インバータ装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態の車両用インバータ装置を示す回路図である。第１の実施の形態では、サージ電圧の発生を抑制するために、車両の状態を検出するセンサからの信号に基づいて検出された車両の運転状態に応じて、インバータ回路のドライブ用の抵抗を用いて、インバータ回路のスイッチング速度をフィードフォワード制御する場合の車両用インバータ装置について説明する。
【００２３】
図１において、本実施の形態の車両用インバータ装置は、例えばスイッチング素子としてＩＧＢＴを３相ブリッジ接続したインバータ回路を備えたインバータ部１と、インバータ部１の各ＩＧＢＴのゲート端子を制御する駆動指令回路２とを備えており、車両に備えられた各種センサ類３（例えばイグニッションやアクセル、ブレーキ、車速、更にはギヤ等の状態を検出するセンサ類）から得られた車両の状態を示す信号が駆動指令回路２へ入力されると、駆動指令回路２は、制御するインバータ部１により、モータ駆動用電源４から供給された直流電力を３相交流電力に変換してモータ５を駆動する。
【００２４】
なお、コンデンサ６は、電源電圧を安定させるための平滑コンデンサである。
また、スイッチング素子として用いる素子は、ＩＧＢＴに限らず、逆阻止サイリスタ、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ Ｔｕｒｎ Ｏｆｆ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ ）、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ等を用いても良い。
また、駆動指令回路２は、車両に搭載されたＥＣＵの一部として実現されても良い。
【００２５】
また、図１において設けられた電流センサ７は、インバータ部１を用いてモータ５をＰＷＭ制御方式によりベクトル制御するために利用するものであって、本実施の形態ではフィードフォワード制御を行うことでサージ電圧の発生を抑制するので制御遅延がなく、かつ、電流センサ７のノイズに対する耐性は、従来のフィードバック制御用の電流センサよりも低くて良い。また、ＰＷＭ制御方式においてベクトル制御を行うのでなければ、電流センサ７は必ずしも設ける必要はない。
【００２６】
また、インバータ部１は、３相ブリッジ接続したＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆと、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのそれぞれのコレクタ端子とエミッタ端子間に、カソード端子がコレクタ端子へ、アノード端子がエミッタ端子へそれぞれ接続されたＦＷＤ（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：転流ダイオード）１２ａ〜１２ｆとを備えている。
更に、インバータ部１は、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのそれぞれのゲート端子に接続され、駆動指令回路２からの駆動信号及び制御信号により、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆをＯＮ・ＯＦＦ制御すると共に、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのスイッチング速度を制御するゲート制御回路１３ａ〜１３ｆを備えている。
【００２７】
なお、駆動指令回路２からインバータ部１へ供給される駆動信号は、例えばＰＷＭ制御方式の駆動信号であるスイッチング指令信号Ｓ１であって、駆動指令回路２は、駆動指令回路２からインバータ部１の各ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのゲート端子へ接続されたスイッチング指令信号Ｓ１により、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのＯＮ時間とＯＦＦ時間の割合を変えて出力電圧を制御する。
また、駆動指令回路２からインバータ部１へ供給される制御信号は、車両に備えられたイグニッションやアクセル、ブレーキ、車速、更にはギヤ等の状態を検出する各種センサ類３から得られた車両の状態に基づいて、駆動指令回路２が検出した車両の運転状態をインバータ部１へ指示するための信号であって、駆動指令回路２は、指示する車両の運転状態を、制御信号であるモード信号Ｓ２に変換してインバータ部１へ指示する。なお、モード信号Ｓ２については、詳細を後述する。
【００２８】
次に、ゲート制御回路１３ａ〜１３ｆについて図面を参照して説明する。ゲート制御回路１３ａ〜１３ｆは、全て同一の回路であるので、ここでは代表してゲート制御回路１３ａについて説明する。
図２は、ゲート制御回路１３ａを示す回路図であって、通常駆動を含めて全７モードの制御に対応する回路を一例として示す。
図２において、ゲート制御回路１３ａは、駆動指令回路２からＩＧＢＴ１１ａのＯＮ時間とＯＦＦ時間の割合を変えて出力電圧を制御するためのスイッチング指令信号Ｓ１を受けて、ＩＧＢＴ１１ａを駆動する系統と、駆動指令回路２から検出した車両の運転状態に基づいてＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度を制御するためのモード信号Ｓ２を受けて、ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度を制御する系統に分類される。
【００２９】
まず、スイッチング指令信号Ｓ１を受けてＩＧＢＴ１１ａを駆動する系統について説明すると、ＩＧＢＴ１１ａのＯＮ・ＯＦＦ制御を信号のＤｕｔｙ（デューティ）比で表したスイッチング指令信号Ｓ１は、駆動指令回路２から出力されて、バッファ５１を介してフォトカプラ５２へ入力される。フォトカプラ５２では、光を媒体に信号を中継することにより、フォトカプラ５２の入力端子と出力端子とを絶縁し、入力端子側と出力端子側との電位の差を許容して信号を中継することができる。そして、フォトカプラ５２の出力は、更にバッファ５３ａへ供給され、ゲート抵抗５４ａを介してゲート制御回路１３ａの出力として、該ゲート制御回路１３ａの出力に接続されたＩＧＢＴ１１ａのゲート端子に供給され、ＩＧＢＴ１１ａを駆動する。
【００３０】
一方、駆動指令回路２からモード信号Ｓ２を受けてＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度を制御する系統について説明すると、駆動指令回路２から出力されたモード信号Ｓ２は、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路５５へ入力される。絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路５５では、ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度を信号のデューティ（Ｄｕｔｙ）比で表したモード信号Ｓ２を、該デューティ比に対応する電圧レベルに変換する。そして、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路５５の出力は、コンパレータ５６ａ〜５６ｆへ供給され、ゲート制御回路１３ａの電源電圧を抵抗５７ａ〜５７ｇにより分圧して生成した各電圧レベルとそれぞれ比較される。
なお、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路５５は、例えば入出力信号をトランス結合することで容易に実現することができる。
【００３１】
また、コンパレータ５６ａ〜５６ｆの出力は、それぞれＡＮＤゲート５８ａ〜５８ｆへ供給され、ＡＮＤゲート５８ａ〜５８ｆにおいて、フォトカプラ５２の出力するスイッチング指令信号から生成された信号と掛け合わせることにより、スイッチング指令信号と同一のデューティ比を持つ信号に変換されてバッファ５３ｂ〜５３ｇへそれぞれ入力される。
ここで、バッファ５３ａ及びバッファ５３ｂ〜５３ｇの出力は、それぞれ、ＩＧＢＴ１１ａのゲート端子をドライブするためのゲート抵抗５４ａ〜５４ｇを介して、並列にＩＧＢＴ１１ａへ供給されている。
すなわち、コンパレータ５６ａ〜５６ｆの出力によって、ＡＮＤゲート５８ａ〜５８ｆの内の複数のＡＮＤゲートが、入力されたフォトカプラ５２の出力信号をその出力へ伝達すると、ＩＧＢＴ１１ａのゲート端子は、複数のゲート抵抗によりドライブされることになる。
【００３２】
この時、ゲート制御回路１３ａの電源電圧を抵抗５７ａ〜５７ｇにより分圧して生成した各電圧レベルは、抵抗５７ａと抵抗５７ｂとの接続点をＶ１、抵抗５７ｂと抵抗５７ｃとの接続点をＶ２、抵抗５７ｃと抵抗５７ｄとの接続点をＶ３、抵抗５７ｄと抵抗５７ｅとの接続点をＶ４、抵抗５７ｅと抵抗５７ｆとの接続点をＶ５、抵抗５７ｆと抵抗５７ｇとの接続点をＶ６とすると、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ４＜Ｖ５＜Ｖ６であるため、モード信号Ｓ２によって絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路５５の出力の電圧値が上昇すると、コンパレータ５６ａから順に出力がＨＩＧＨ（アクティブ）になる。従って、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路５５の出力の電圧値が高ければ高い程、ＩＧＢＴ１１ａのゲート端子をドライブするゲート抵抗の数は多くなる。
【００３３】
次に、図１と図２を参照して、本実施の形態の車両用インバータ装置の動作を説明する。図１と図２において、まず、例えばイグニッションやアクセル、ブレーキ、車速、更にはギヤ等の状態を検出する各種センサ類３から車両の状態が駆動指令回路２へ入力されると、駆動指令回路２は、各種センサ類３から取得した車両の状態を判断し、以下の表１のモード判別テーブルに示すような車両の運転状態を検出する。
【表１】
【００３４】
また、モード信号Ｓ２は、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路５５へ入力される。ここで、モード信号Ｓ２と絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路５５との対応関係は、必要と思われるインバータ部１の出力電流が大きい程、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路５５の出力電圧が低くなる対応関係を持つ。
すなわち、駆動指令回路２により検出された車両の運転状態に基づいて、必要と思われるインバータ部１の出力電流が大きくなる程、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路５５の出力する制御信号の電圧を低くする。この制御信号は、コンパレータ５６ａ〜５６ｆにおいてゲート制御回路１３ａの電源電圧を抵抗５７ａ〜５７ｇにより分圧して生成した各電圧レベルとそれぞれ比較され、コンパレータ５６ａ〜５６ｆの出力は、ＡＮＤゲート５８ａ〜５８ｆにおけるフォトカプラ５２の出力するスイッチング指令信号の伝達を制御する。
【００３５】
従って、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路５５の出力する制御信号の電圧が低い程、出力がアクティブになるコンパレータの出力が少なくなり、ＩＧＢＴ１１ａのゲート端子をドライブするゲート抵抗の数が少なくなるので、ゲート抵抗の合成抵抗とＩＧＢＴ１１ａのゲート端子の容量成分とによる時定数が大きくなり、ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度は遅くなる。
【００３６】
なお、モード信号Ｓ２の場合分けに対してゲート抵抗の数を少なくし、モード信号Ｓ２が異なっても、場合によっては同じ抵抗値になるようにＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのゲート抵抗を制御しても良い。
【００３７】
以上、第１の実施の形態として、車両の状態を検出するセンサからの信号に基づいて検出された車両の運転状態に応じて、インバータ回路のドライブ用の抵抗を用いて、インバータ回路のスイッチング速度をフィードフォワード制御する場合の車両用インバータ装置について説明した。
以上説明したように、本実施の形態の車両用インバータ装置は、駆動指令回路２が検出した車両の運転状態から必要と思われるインバータ部１の出力電流の大きさに基づいて、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのゲート端子をドライブするゲート抵抗の数を制御する。
【００３８】
これにより、ゲート抵抗の合成抵抗値とＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのゲート端子の容量成分とによる時定数で決定されるＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのスイッチング速度をフィードフォワード制御することで、インバータ部１の出力電流を検出してサージ電圧の発生を検出するための電流センサが必要なくなる。また、ＰＷＭ制御のために必要な電流センサ３も、サージ電圧の抑制のための制御がフィードフォワード制御であるため制御遅延が発生せず、従ってノイズに対する耐性も、サージ電圧の発生を検出するための電流センサよりも低いものが利用できるようになる。
【００３９】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態の車両用インバータ装置について説明する。
第２の実施の形態では、サージ電圧の発生を抑制するために、車両の状態を検出するセンサからの信号に基づいて検出された車両の運転状態に応じて、コンデンサを用いて、インバータ回路のスイッチング速度をフィードフォワード制御する場合の車両用インバータ装置について説明する。
なお、本実施の形態の車両用インバータ装置を示す回路図は、図１に示した第１の実施の形態の車両用インバータ装置を示す回路図において、ゲート制御回路１３ａ〜１３ｆがゲート制御回路１４ａ〜１４ｆに変更されるだけであるので、図示は省略する。
【００４０】
更に、ゲート制御回路１４ａ〜１４ｆも、第１の実施の形態で説明したゲート制御回路１３ａ〜１３ｆと同様に全て同一の回路であるので、本実施の形態では、ゲート制御回路１４ａ〜１４ｆに関し、代表してゲート制御回路１４ａについて説明する。
図３は、ゲート制御回路１４ａを示す回路図であって、通常駆動を含めて全５モードの制御に対応する回路を一例として示す。
図３において、ゲート制御回路１４ａは、駆動指令回路２からＩＧＢＴ１１ａのＯＮ時間とＯＦＦ時間の割合を変えて出力電圧を制御するためのスイッチング指令信号Ｓ１を受けて、ＩＧＢＴ１１ａを駆動する系統と、駆動指令回路２から検出したインバータ回路の出力電流に基づいてＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度を制御するためのモード信号Ｓ２を受けて、ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度を制御する系統に分類される。
【００４１】
まず、スイッチング指令信号Ｓ１を受けてＩＧＢＴ１１ａを駆動する系統について説明すると、ＩＧＢＴ１１ａのＯＮ・ＯＦＦ制御を信号のＤｕｔｙ（デューティ）比で表したスイッチング指令信号Ｓ１は、駆動指令回路２から出力されて、バッファ６１を介してフォトカプラ６２へ入力される。フォトカプラ６２では、光を媒体に信号を中継することにより、フォトカプラ６２の入力端子と出力端子とを絶縁し、入力端子側と出力端子側との電位の差を許容して信号を中継することができる。そして、フォトカプラ６２の出力は、更にバッファ６３へ供給され、ゲート抵抗６４を介してゲート制御回路１４ａの出力として、該ゲート制御回路１４ａの出力に接続されたＩＧＢＴ１１ａのゲート端子に供給され、ＩＧＢＴ１１ａを駆動する。
【００４２】
一方、駆動指令回路２からモード信号Ｓ２を受けてＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度を制御する系統について説明すると、駆動指令回路２から出力されたモード信号Ｓ２は、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６５へ入力される。絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６５では、ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度を信号のデューティ（Ｄｕｔｙ）比で表したモード信号Ｓ２を、該デューティ比に対応する電圧レベルに変換する。そして、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６５の出力は、コンパレータ６６ａ〜６６ｄへ供給され、ゲート制御回路１４ａの電源電圧を抵抗６７ａ〜６７ｅにより分圧して生成した各電圧レベルとそれぞれ比較される。
なお、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６５も、例えば入出力信号をトランス結合することで容易に実現することができる。
【００４３】
また、コンパレータ６６ａ〜６６ｄの出力は、それぞれ、例えばＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ：電界効果トランジスタ）６９ａ〜６９ｄのゲート端子へ供給される。ＦＥＴ６９ａ〜６９ｄは、ＩＧＢＴ１１ａのゲート端子をドライブするためのゲート抵抗６４とゲート制御回路１４ａに接続されるＩＧＢＴ１１ａのゲート端子との間に一端を接続された４個のコンデンサ６８ａ〜６８ｄの接続を制御するスイッチ手段である。
ここで、ＦＥＴ６９ａ〜６９ｄのドレイン端子には、ゲート抵抗６４とＩＧＢＴ１１ａのゲート端子とに接続されたコンデンサ６８ａ〜６８ｄの反対側の端子が接続されており、ＦＥＴ６９ａ〜６９ｄのソース端子はグランド（接地点）に接続されている。すなわち、ＦＥＴ６９ａ〜６９ｄのゲート端子を制御してＦＥＴ６９ａ〜６９ｄをＯＮすると、コンデンサ６８ａ〜６８ｄが接地されることになる。
【００４４】
この時、ゲート制御回路１４ａの電源電圧を抵抗６７ａ〜６７ｅにより分圧して生成した各電圧レベルは、抵抗６７ａと抵抗６７ｂとの接続点をＶ１、抵抗６７ｂと抵抗６７ｃとの接続点をＶ２、抵抗６７ｃと抵抗６７ｄとの接続点をＶ３、抵抗６７ｄと抵抗６７ｅとの接続点をＶ４とすると、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ４であるため、モード信号Ｓ２によって絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６５の出力の電圧値が上昇すると、コンパレータ６６ａから順に出力がＨＩＧＨ（アクティブ）になる。従って、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６５の出力の電圧値が高ければ高い程、接地されるコンデンサの数は多くなる。
なお、スイッチ手段は、ＦＥＴ６９ａ〜６９ｄの代わりに、ＩＧＢＴの他、逆阻止サイリスタ、ＧＴＯ、バイポーラトランジスタ等を用いることができる。
【００４５】
次に、図１と図３を参照して、本実施の形態の車両用インバータ装置の動作を説明する。なお、ここでは図１に記載されたゲート制御回路１３ａ〜１３ｆをゲート制御回路１４ａ〜１４ｆに読み替えて図１を参照するものとする。、
図１及び図３において、例えばイグニッションやアクセル、ブレーキ、車速、更にはギヤ等の状態を検出する各種センサ類３から車両の状態が駆動指令回路２へ入力されると、駆動指令回路２は、各種センサ類３から取得した車両の状態を判断し、第１の実施の形態で説明した表１のモード判別テーブルに示すような車両の運転状態を検出する。
そして、検出された車両の運転状態を、インバータ部１へ指示するために、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのスイッチング速度を信号のデューティ（Ｄｕｔｙ）比で表したモード信号Ｓ２に変換する。
【００４６】
また、モード信号Ｓ２は、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６５へ入力される。ここで、モード信号Ｓ２と絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６５との対応関係は、必要と思われるインバータ部１の出力電流が大きい程、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６５の出力電圧が高くなる対応関係を持つ。
すなわち、駆動指令回路２により検出された車両の運転状態に基づいて、必要と思われるインバータ部１の出力電流が大きくなる程、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６５の出力する制御信号の電圧を高くする。この制御信号は、コンパレータ６６ａ〜６６ｄにおいてゲート制御回路１４ａの電源電圧を抵抗６７ａ〜６７ｅにより分圧して生成した各電圧レベルとそれぞれ比較され、コンパレータ６６ａ〜６６ｄの出力はＦＥＴ６９ａ〜６９ｄのスイッチングを制御する。
【００４７】
従って、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６５の出力する制御信号の電圧が高い程、出力がアクティブになるコンパレータが多くなり、ＦＥＴ６９ａ〜６９ｄにより接地されるコンデンサの数が多くなるので、ゲート抵抗６４と接地されたコンデンサの合成容量とによる時定数が大きくなり、ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度は遅くなる。
なお、モード信号Ｓ２の場合分けに対してコンデンサの数を少なくし、モード信号Ｓ２が異なっても、場合によっては同じ容量値になるように接地するコンデンサの数を制御しても良い。
【００４８】
以上、第２の実施の形態として、車両の状態を検出するセンサからの信号に基づいて検出された車両の運転状態に応じて、コンデンサを用いて、インバータ回路のスイッチング速度をフィードフォワード制御する場合の車両用インバータ装置について説明した。
以上説明したように、本実施の形態の車両用インバータ装置は、駆動指令回路２が検出した車両の運転状態から必要と思われるインバータ部１の出力電流の大きさに基づいて、コンデンサ６８ａ〜６８ｄが接地される数を制御することにより、ゲート抵抗６４と接地されたコンデンサの合成容量とによる時定数で決定されるＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのスイッチング速度を制御し、ゲート抵抗での電力損失を発生させずに、ゲート抵抗の抵抗値を制御する場合よりもインバータ回路の効率低下を抑えつつサージ電圧の発生を抑制することができる。
【００４９】
更に、第１の実施の形態と同様に、インバータ部１の出力電流を検出してサージ電圧の発生を検出するための電流センサが必要なくなると共に、ＰＷＭ制御のために必要な電流センサ３のノイズに対する耐性も、サージ電圧の発生を検出するための電流センサよりも低いものが利用できるようになる。
【００５０】
また、図４は、前述の表１に示す６個の車両の運転状態に対して、以下の表２に示す３個の制御モードを用いてサージ電圧の抑制及びインバータ部１の出力電流とスイッチング損失との関係を示す図である。
【表２】
【００５１】
なお、上述の第１、第２の実施の形態においては、車両に備えられた例えばイグニッションやアクセル、ブレーキ、車速、更にはギヤ等の状態を検出する各種センサ類３から得られた車両の状態を示す信号を取得して車両の運転状態を検出すると共に、検出された運転状態に基づいてゲート抵抗の抵抗値やゲートに接続されたコンデンサの容量値を制御して、インバータ部１のＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆを駆動するためのゲート制御回路１３ａ〜１３ｆまたはゲート制御回路１４ａ〜１４ｆの時定数を変更し、サージ電圧の発生を抑制する場合について説明したが、車両の運転状態を検出するための情報は、車両の複数の項目に関する状態を検出する各種センサ類３から得られた複数の情報に限らず、例えば車速、または車両に搭載されたエンジンの吸気管負圧、または車両に搭載されたエンジンもしくはモータの回転数のいずれか等、車両の単独の項目に関する状態を検出するセンサから得られた単独の情報を利用しても良い。
【００５２】
この場合、例えば車速が規定範囲内または所定値以下の場合には、インバータ部１のＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆを駆動するためのゲート制御回路１３ａ〜１３ｆまたはゲート制御回路１４ａ〜１４ｆの時定数を大きくし、該車速が規定範囲または所定値を超えた場合には、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆを駆動するためのゲート制御回路１３ａ〜１３ｆまたはゲート制御回路１４ａ〜１４ｆの時定数を小さくする。
また、例えば車両のエンジンの吸気管負圧が規定範囲内または所定値以下の場合には、インバータ部１のＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆを駆動するためのゲート制御回路１３ａ〜１３ｆまたはゲート制御回路１４ａ〜１４ｆの時定数を大きくし、該吸気管負圧が規定範囲または所定値を超えた場合には、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆを駆動するためのゲート制御回路１３ａ〜１３ｆまたはゲート制御回路１４ａ〜１４ｆの時定数を小さくする。
また、例えば車両のエンジンまたはモータの回転数が規定範囲内または所定値以下の場合には、インバータ部１のＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆを駆動するためのゲート制御回路１３ａ〜１３ｆまたはゲート制御回路１４ａ〜１４ｆの時定数を大きくし、該回転数が規定範囲または所定値を超えた場合には、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆを駆動するためのゲート制御回路１３ａ〜１３ｆまたはゲート制御回路１４ａ〜１４ｆの時定数を小さくする。
【００５３】
【発明の効果】
以上の如く、請求項１に記載の車両用インバータ装置によれば、現在の車両の運転状態を検出し、検出された運転状態に応じて、インバータ回路に備えられたスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を大きくすることにより、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせるように制御し、サージ電圧の発生を抑制することができる。
従って、実際にインバータ回路の出力電圧や出力電流を検出するセンサ等の、ノイズに耐えてインバータ回路の出力を監視する監視手段を用いることなく、車両の運転状態に基づいてスイッチング速度を制御し、インバータ回路の効率低下を最小限に抑えつつサージ電圧の発生を抑制するインバータ装置を実現することができるという効果が得られる。
【００５４】
請求項２に記載の車両用インバータ装置によれば、車両の定常運転でのモータの駆動時よりインバータ回路の出力電流が大きく、サージ電圧が発生し易い状態の時に、インバータ回路に備えられたスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を大きくすることにより、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせるように制御し、サージ電圧の発生を抑制することができる。
従って、車両の定常運転でのモータの駆動時は、インバータ回路の効率を低下させずにモータを駆動し、インバータ回路の出力電流が大きく、サージ電圧が発生し易い状態の時には、サージ電圧の発生を抑制しながらモータを駆動し、トータルでのインバータ回路の効率低下を最小限に抑えつつサージ電圧の発生を抑制することができるという効果が得られる。
【００５５】
請求項３、４、５に記載の車両用インバータ装置によれば、車速、車両に搭載されたエンジンの吸気管負圧、車両に搭載されたエンジンまたはモータの回転数のいずれかに基づいて、サージ電圧が発生し易い状態の時には、インバータ回路に備えられたスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を大きくし、車両の定常運転でのモータの駆動状態の時には、インバータ回路に備えられたスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を小さくすることにより、インバータ回路の効率とサージ電圧の抑制とのバランスを取りながらモータを駆動することができる。
従って、複数の車両の状態を示す情報から車両の運転状態を検出する場合に比較して、簡単かつ短時間に車両の運転状態を検出し、素早くスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を切り替えて、インバータ回路の効率低下を最小限に抑えつつサージ電圧の発生を抑制することができるという効果が得られる。
【００５６】
請求項６に記載の車両用インバータ装置によれば、スイッチング制御端子をドライブするためのドライブ用抵抗の抵抗値を変更することにより、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせるように制御し、サージ電圧の発生を抑制することができる。
従って、インバータ回路の出力を監視する監視手段を用いることなく、簡単なドライブ用抵抗の抵抗値変更だけで、インバータ回路の効率低下を最小限に抑えつつサージ電圧の発生を抑制するインバータ装置を実現することができるという効果が得られる。
【００５７】
請求項７に記載の車両用インバータ装置によれば、スイッチング制御端子に接続されたコンデンサの容量値を変更することにより、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせるように制御し、サージ電圧の発生を抑制することができる。
従って、コンデンサを制御してスイッチング駆動回路の時定数を決定するので、ゲート抵抗における損失が増加することがなく、ゲート抵抗の抵抗値を制御してインバータ回路のスイッチング速度を遅らせるように制御する場合に比較して、インバータ回路の効率低下を抑えつつサージ電圧の発生を抑制するインバータ装置を実現することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の車両用インバータ装置を示す回路図である。
【図２】同実施の形態のゲート制御回路を示す回路図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態のゲート制御回路を示す回路図である。
【図４】サージ電圧の抑制及びインバータ部の出力電流とスイッチング損失との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ インバータ部
２ 駆動指令回路
３ 各種センサ類
５ モータ
１１ａ〜１１ｆ ＩＧＢＴ
１２ａ〜１２ｆ ＦＷＤ
１３ａ〜１３ｆ ゲート制御回路
５４ａ〜５４ｇ ゲート抵抗
５５ 絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路
５６ａ〜５６ｆ コンパレータ
５７ａ〜５７ｇ 抵抗
５８ａ〜５８ｆ ＡＮＤゲート
１４ａ ゲート制御回路
６４ ゲート抵抗
６５ 絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路
６６ａ〜６６ｄ コンパレータ
６７ａ〜６７ｅ 抵抗
６８ａ〜６８ｄ コンデンサ
６９ａ〜６９ｄ ＦＥＴ
Claims (7)
- 車両に搭載されたモータを駆動するためのインバータ回路を備えた車両用インバータ装置において、前記車両の状態を検出するセンサからの信号に基づいて、前記車両の運転状態を検出すると共に、検出された前記運転状態に応じて前記インバータ回路に備えられたスイッチング素子を駆動するためのスイッチング駆動回路の時定数を変更する制御回路を備えたことを特徴とする車両用インバータ装置。
- 前記制御回路は、検出された前記運転状態が少なくとも前記車両のエンジン始動時、前記車両の発進時、前記モータの駆動トルクが所定値以上の高トルク駆動時、前記モータの回生制動量が所定値以上の高トルク回生時のいずれかである場合、前記車両の定常運転での前記モータの駆動時より、前記スイッチング駆動回路の時定数を大きくする
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用インバータ装置。 - 前記制御回路が、前記センサから前記車両の車速を示す信号を取得すると共に、該車速が規定範囲内の場合に前記スイッチング駆動回路の時定数を大きくし、該車速が規定範囲を超えた場合に前記スイッチング駆動回路の時定数を小さくする
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用インバータ装置。 - 前記制御回路が、前記センサから前記車両のエンジンの吸気管負圧を示す信号を取得すると共に、該吸気管負圧が規定範囲内の場合に前記スイッチング駆動回路の時定数を大きくし、該吸気管負圧が規定範囲を超えた場合に前記スイッチング駆動回路の時定数を小さくする
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用インバータ装置。 - 前記制御回路が、前記センサから前記車両のエンジンまたはモータの回転数を示す信号を取得すると共に、該回転数が規定範囲内の場合に前記スイッチング駆動回路の時定数を大きくし、該回転数が規定範囲を超えた場合に前記スイッチング駆動回路の時定数を小さくする
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用インバータ装置。 - 前記制御回路が、
前記スイッチング素子のスイッチング制御端子をドライブするためのドライブ用抵抗と、
前記ドライブ用抵抗の抵抗値を変更するための切り替え回路と
を備え、
前記センサからの信号により検出された前記車両の運転状態に応じて前記切り替え回路を切り替えて、前記ドライブ用抵抗の抵抗値を変更することにより、前記スイッチング駆動回路の時定数を変更する
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の車両用インバータ装置。 - 前記制御回路が、
前記スイッチング素子のスイッチング制御端子と接地点との間に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサの容量値を変更するための切り替え回路と
を備え、
前記センサからの信号により検出された前記車両の運転状態に応じて前記切り替え回路を切り替えて、前記コンデンサの容量値を変更することにより、前記スイッチング駆動回路の時定数を変更する
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の車両用インバータ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002223600A JP2004072804A (ja) | 2002-06-14 | 2002-07-31 | 車両用インバータ装置 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002174842 | 2002-06-14 | ||
| JP2002223600A JP2004072804A (ja) | 2002-06-14 | 2002-07-31 | 車両用インバータ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004072804A true JP2004072804A (ja) | 2004-03-04 |
Family
ID=32032375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002223600A Withdrawn JP2004072804A (ja) | 2002-06-14 | 2002-07-31 | 車両用インバータ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004072804A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR102229656B1 (ko) * | 2019-11-27 | 2021-03-19 | 현대모비스 주식회사 | 전력 반도체 소자의 동작 속도 제어 장치 및 전력 반도체 시스템 |
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-
2002
- 2002-07-31 JP JP2002223600A patent/JP2004072804A/ja not_active Withdrawn
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