JP2004350360A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】動作保証温度がＳｉ半導体素子よりも高い半導体素子を用いて冷却機構を簡素化し、また、制御部及び変換部間を分離して配置することにより、変換部から制御部へ伝わる熱を減少させた電力変換装置を提供する。
【解決手段】フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６が接続されたトランジスタＴ１〜Ｔ６などのスイッチング素子として、動作保証温度範囲の上限温度がＳｉ半導体素子よりも高い例えばＳｉＣ半導体素子を用いる。また、変換部３０及び制御部２０を例えば光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６を用いて接続する。制御部２０は、駆動信号を光信号に変換する信号変換部２２，・・・，２２を備え、信号変換部２２，・・・，２２で変換した光信号を、光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６を用いて変換部３０のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６へ送信する。
【選択図】 図１
【解決手段】フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６が接続されたトランジスタＴ１〜Ｔ６などのスイッチング素子として、動作保証温度範囲の上限温度がＳｉ半導体素子よりも高い例えばＳｉＣ半導体素子を用いる。また、変換部３０及び制御部２０を例えば光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６を用いて接続する。制御部２０は、駆動信号を光信号に変換する信号変換部２２，・・・，２２を備え、信号変換部２２，・・・，２２で変換した光信号を、光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６を用いて変換部３０のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６へ送信する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング素子を用いて電力変換を行う変換部と、該変換部に駆動信号を出力して前記スイッチング素子を駆動制御する制御部とを備える電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流電力から交流電力への変換などを行う電力変換装置は従来から存在する（例えば、特許文献１参照）。例えば、交流モータを直流電源で駆動する場合、電力変換装置を用いて直流電力を交流電力に変換する。電力変換装置の一例を図７に示す。直流電力を出力するバッテリ４０及び交流モータ４２間に、電力変換装置１が接続されている。電力変換装置１は、トランジスタＴ１〜Ｔ６などのスイッチング素子を含む変換部３と、変換部３に駆動信号を出力して前記スイッチング素子を駆動制御する制御部２とを備える。スイッチング素子としては、ほとんどの場合、Ｓｉ半導体素子が使用されている。また、制御部２及び変換部３間は銅線Ｌ１〜Ｌ６で接続されており、両者はほぼ一体的に構成されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１５２５０２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
Ｓｉ半導体素子は、安定して動作する動作保証温度範囲の上限温度が１２５度程度であり、高温での動作には向いていない。例えばハイブリッドカーのように走行補助用モータに供給する電力を変換する場合、高電力の変換及び高速なスイッチングが必要になるため、スイッチング素子の発熱量が増大する。そのため、発熱対策として、空冷又は水冷などの冷却機構を設ける必要が生じる。冷却機構を設けた場合、コストが増加すると共に、装置全体が大型化するという問題が生じる。
【０００５】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、動作保証温度範囲の上限温度がＳｉ半導体素子よりも高い半導体素子を用いて冷却機構を簡素化した電力変換装置を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、制御部及び変換部を分離して配置することにより、変換部から制御部への熱の伝導を減少して安定性及び信頼性を高めた電力変換装置を提供することを他の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る電力変換装置は、スイッチング素子を用いて直流電力を交流電力に変換する変換部と、該変換部に駆動信号を出力して前記スイッチング素子を駆動制御する制御部とを備える電力変換装置において、前記スイッチング素子は、Ｓｉ半導体素子よりも動作保証温度範囲の上限温度が高い半導体素子であり、前記制御部及び変換部は、制御部の温度が動作保証温度範囲を超えないように制御部が変換部から受ける発熱の影響を減少させる間隔を空けて配置されていることを特徴とする。
【０００８】
第２発明に係る電力変換装置は、第１発明において、前記変換部及び制御部は、異なる筐体に配置されていることを特徴とする。
【０００９】
第３発明に係る電力変換装置は、第１又は第２発明において、前記スイッチング素子は、ＳｉＣ半導体素子であることを特徴とする。
【００１０】
第４発明に係る電力変換装置は、第１乃至３の何れかの発明において、前記変換部及び制御部は光信号を伝送する光ケーブルで接続されており、前記スイッチング素子は、フォトダイオードが接続され、該フォトダイオードの受光状態に応じたスイッチング動作を行うトランジスタ、又は、フォトトランジスタであり、前記制御部は、駆動信号を光信号に変換する信号変換手段を備え、該信号変換手段で変換した光信号を、光ケーブルを用いて前記変換部のフォトダイオード又はフォトトランジスタへ送信するように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
第５発明に係る電力変換装置は、第１乃至３の何れかの発明において、前記スイッチング素子は、フォトダイオードが接続され、該フォトダイオードの受光状態に応じたスイッチング動作を行うトランジスタ、又は、フォトトランジスタであり、前記制御部は、駆動信号を光信号に変換する信号変換手段と、該信号変換手段が変換した光信号を前記変換部のフォトダイオード又はフォトトランジスタに照射する照射手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
第６発明に係る電力変換装置は、第１乃至３の何れかの発明において、前記スイッチング素子は、フォトダイオードが接続され、該フォトダイオードの受光状態に応じたスイッチング動作を行うトランジスタ、又は、フォトトランジスタであり、前記変換部は、前記制御部が出力した駆動信号を光信号に変換する信号変換手段と、該信号変換手段が変換した光信号を前記フォトダイオード又はフォトトランジスタに照射する照射手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
第７発明に係る電力変換装置は、第１乃至６の何れかの発明において、前記変換部が変換する電力は、車両の走行補助用モータに供給する電力であることを特徴とする。
【００１４】
第１発明においては、スイッチング素子として、動作保証温度範囲の上限温度がＳｉ半導体素子よりも高い半導体素子を用いる。また、変換部及び制御部は、制御部の温度が動作保証温度範囲を超えないように制御部が変換部から受ける発熱の影響を減少させる間隔を空けて配置する。動作保証温度が高い半導体素子をスイッチング素子に用いることにより、高温での安定動作が可能になり、冷却機構を簡素化することが可能になる。また、制御部及び変換部を分離することにより、制御部が変換部から受ける熱の影響を減少し、制御部の温度を動作保証温度範囲内に保つことが可能になる。
【００１５】
第２発明においては、変換部及び制御部は、異なる筐体に配置する。制御部及び変換部を異なる筐体に分離して配置することにより、変換部の熱が制御部に伝達することを最小限に抑えることが可能になる。
【００１６】
第３発明においては、スイッチング素子に、ＳｉＣ半導体素子を用いる。ＳｉＣ半導体素子を用いることにより、Ｓｉ半導体素子に比べて高温での安定動作が可能になる。
【００１７】
第４発明においては、変換部及び制御部を、光信号を伝送する光ケーブルで接続し、スイッチング素子として、フォトダイオードが接続され、該フォトダイオードの受光状態に応じたスイッチング動作を行うトランジスタ、又は、フォトトランジスタを用いる。制御部は、駆動信号を光信号に変換する信号変換手段を備え、信号変換手段で変換した光信号を、光ケーブルを用いて変換部のフォトダイオード又はフォトトランジスタへ送信する。制御部及び変換部間の接続に光ケーブルを用いることにより、変換部の熱が銅線などの配線を介して制御部に伝達されることを防止することが可能になる。
【００１８】
第５発明においては、スイッチング素子として、フォトダイオードが接続され、該フォトダイオードの受光状態に応じたスイッチング動作を行うトランジスタ、又は、フォトトランジスタを用いる。制御部は、駆動信号を光信号に変換する信号変換手段と、信号変換手段が変換した光信号を変換部のフォトダイオード又はフォトトランジスタに照射する照射手段とを備える。制御部の信号変換手段で変換した光信号を、制御部の照射手段から変換部のフォトダイオード又はフォトトランジスタへ照射する。制御部及び変換部間を非接触にすることにより、接続による熱伝導を防止することが可能になる。
【００１９】
第６発明においては、スイッチング素子として、フォトダイオードが接続されたトランジスタ、又は、フォトトランジスタを用いる。変換部は、制御部が出力した駆動信号を光信号に変換する信号変換手段と、信号変換手段が変換した光信号をフォトダイオード又はフォトトランジスタに照射する照射手段とを備える。変換部内においては、信号変換手段で変換した光信号を、照射手段からフォトダイオード又はフォトトランジスタへ照射する。制御部から変換部へ駆動信号を伝送する配線と変換部のスイッチング素子との接続を非接触にすることにより、接続による熱伝導を防止することが可能になる。
【００２０】
第７発明においては、変換部が変換する電力は、車両の走行補助用モータに供給する電力である。例えばハイブリッドカーなどの走行補助用モータに供給する電力の変換を行う場合は高電力の変換及び高速のスイッチングを行うため、スイッチング素子の発熱量は増大する。また、一般的に、車両内は熱がこもり易く、空冷又は水冷などのスイッチング素子用の冷却機構を設ける必要がある。しかし、動作保証温度が高い半導体素子をスイッチング素子に用いることにより、冷却機構を簡素化でき、車両を小型・軽量化することが可能になる。また、制御部を発熱量の多い変換部から分離することにより、制御部が動作保証温度を超えることを防止し、制御部の動作の安定性を高めることが可能になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。本説明では、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置を例にして説明を行う。また、本説明においては、車両に搭載された走行補助用の交流モータに、専用のバッテリから直流電力を供給する際の電力変換を例にして説明を行う。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る電力変換装置の例を示すブロック図である。電力変換装置１０は、スイッチング素子を用いて電力変換を行う変換部３０と、変換部３０へ駆動信号を出力して前記スイッチング素子を駆動制御する制御部２０とを備える。本説明においては、電力変換装置１０には、直流電力を出力するバッテリ４０と、交流モータ（以下、モータと略す）４２とが接続されている。バッテリ４０は、モータ４２駆動用の直流電源であり、例えば１００ｖの電圧を出力する。電力変換装置１０は、バッテリ４０から出力される直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力をモータ４２に出力する。
【００２３】
図２は、車両に配置されたバッテリ４０、モータ４２及び電力変換装置１０の概要を示す図である。モータ４２はエンジン４６と同様に車輪を回転させることが可能である。例えば、低速走行時はエンジン４６を停止し、モータ４２を駆動して走行することが可能である。
【００２４】
変換部３０は、図１に示すように、バッテリ４０の正極端子にドレイン端子が接続されたトランジスタＴ１，Ｔ３，Ｔ５（スイッチング素子）と、バッテリ４０の負極端子にソース端子が接続されると共にトランジスタＴ１，Ｔ３，Ｔ５の各ソース端子にドレイン端子が夫々接続されたトランジスタＴ２，Ｔ４，Ｔ６（スイッチング素子）と、各トランジスタＴ１〜Ｔ６のソース端子及びドレイン端子間に接続されたダイオードＤ１〜Ｄ６とを備える。ただし、ダイオードＤ１〜Ｄ６は、ソース端子からドレイン端子方向を正方向にして接続されている。
【００２５】
また、各トランジスタＴ１〜Ｔ６のゲート端子は、抵抗Ｒを介してグランドレベルに接続されると共に、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６を介して電源４４の正極に接続されている。ただし、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６は、ゲート端子から電源４４方向を正方向にして接続されている。電源４４は、例えば一般的な車載バッテリ及び電圧調整器であり、例えば５ｖの電圧を出力する。また、電源４４の負極はグランドレベルに接続されている。
【００２６】
ここで、トランジスタＴ１〜Ｔ６は、Ｓｉトランジスタよりも動作保証温度範囲の上限温度が高いＳｉＣ（炭化珪素）トランジスタである。また、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６はＳｉＣフォトトランジスタである。さらに、ダイオードＤ１〜Ｄ６はＳｉＣダイオードである。スイッチング素子の主な構成要素はトランジスタＴ１〜Ｔ６であるが、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６などの周辺素子もスイッチング素子と見なすことも可能である。
【００２７】
制御部２０及び変換部３０は、異なる筐体に配置されるなど、分離して離れた位置に配置されており、光ファイバなどの光信号を伝送する光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６によって接続されている。制御部２０及び変換部３０は、制御部２０の温度が動作保証温度範囲を超えないように制御部２０が変換部３０から受ける発熱の影響を減少させる間隔を空けて配置されている。制御部２０は、各トランジスタＴ１〜Ｔ６を駆動制御する駆動信号を夫々光信号に変換する例えば発光ダイオードなどの信号変換部（信号変換手段）２２，・・・，２２を備える。信号変換部２２，・・・，２２は、例えば制御部２２内の各駆動信号の出力用配線と光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６との接続部に夫々設けることが可能である。
【００２８】
変換部３０内では、光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６の端部は、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６に光を照射するように配置されている。制御部２０から出力される各トランジスタＴ１〜Ｔ６の駆動信号は、夫々信号変換部２２，・・・，２２で光信号に変換され、光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６を介してフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６に照射される。フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６に光が照射された場合、光が照射されたフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６において逆電流が流れることにより、光が照射されたフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６に接続されたトランジスタＴ１〜Ｔ６のゲート端子に電圧が印加される。このように、従来と同様に各トランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチング動作を行って電力変換を行うことが可能である。
【００２９】
制御部２０は、光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６で変換部３０と接続されており、変換部３０と電気的に非接触である（銅線などの熱伝導体によって接続されていない）ため、変換部３０から直接的に熱が伝わることを防止することが可能である。また、制御部２０は、変換部３０と分離してあり、変換部３０から離れた位置に配置されているため、空気などを介して変換部３０から間接的に受ける発熱の影響を減少することが可能である。５ｖ程度の低電圧しか加わらない制御部２０を、１００ｖなどの高電圧が加わる変換部３０から分離し、例えば制御部２０を車室内に配置するなどして、信頼性及び安全性を向上させることが可能である。また、光ケーブルを使用することにより、銅線に比べてノイズの影響を受け難くなる。
【００３０】
また、変換部３０内では、ＳｉＣトランジスタ又はＳｉＣダイオードなどのＳｉＣ半導体素子を使用しているため、従来のＳｉ半導体素子に比べて、高温での安定動作が可能になる。例えば、Ｓｉ半導体素子では一般的に１２５度以下で使用する必要があるが、ＳｉＣ半導体素子においては一般的に１２６度以上で使用することが可能である。ここで、ＳｉＣ半導体素子自体は６００度程度まで動作可能であるが、配線などを考慮して３００度程度まで動作可能であると考えられる。従来よりも高温の環境で安定動作が行えることにより、冷却機構を簡素化してコストを削減又は装置全体を小型・軽量化したり、冷却による配置場所の制限を緩和して配置の自由度を高めることが可能になる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
上述した実施の形態においては、トランジスタＴ１〜Ｔ６に接続されたフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６に対して、光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６から光を照射したが、フォトトランジスタを用いて、フォトトランジスタに光を照射することも可能である。図３は、本発明に係る電力変換装置の他の例を示すブロック図である。電力変換装置１１は、制御部２０と変換部３１とを備える。
【００３２】
変換部３１は、バッテリ４０の正極端子にドレイン端子が接続されたフォトトランジスタＰＴ１，ＰＴ３，ＰＴ５（スイッチング素子）と、バッテリ４０の負極端子にソース端子が接続されると共にフォトトランジスタＰＴ１，ＰＴ３，ＰＴ５の各ソース端子にドレイン端子が夫々接続されたフォトトランジスタＰＴ２，ＰＴ４，ＰＴ６（スイッチング素子）と、各フォトトランジスタＴ１〜Ｔ６のソース端子及びドレイン端子間に接続されたダイオードＤ１〜Ｄ６とを備える。ただし、ダイオードＤ１〜Ｄ６は、ソース端子からドレイン端子方向を正方向にして接続されている。
【００３３】
ここで、フォトトランジスタＰＴ１〜ＰＴ６は、Ｓｉトランジスタよりも動作保証温度範囲の上限温度が高いＳｉＣトランジスタである。また、ダイオードＤ１〜Ｄ６はＳｉＣダイオードである。スイッチング素子の主な構成要素はフォトトランジスタＰＴ１〜ＰＴ６であるが、ダイオードＤ１〜Ｄ６などの周辺素子を含めてスイッチング素子と見なすことも可能である。
【００３４】
制御部２０及び変換部３１は、第１の実施の形態と同様に、分離して離れた位置に配置されており、光ファイバなどの光信号を伝送する光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６で接続されている。制御部２０及び変換部３１は、制御部２０の温度が動作保証温度範囲を超えないように制御部２０が変換部３１から受ける発熱の影響を減少させる間隔を空けて配置されている。制御部２０は、第１の実施の形態と同様に、各トランジスタＴ１〜Ｔ６を駆動制御する駆動信号を夫々光信号に変換する信号変換部２２，・・・，２２を備える。
【００３５】
変換部３１内では、光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６の端部は、各フォトトランジスタＰＴ１〜ＰＴ６に光を照射するように配置されている。制御部２０から出力される各フォトトランジスタＰＴ１〜ＰＴ６の駆動信号は、夫々信号変換部２２，・・・，２２で光信号に変換され、光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６を介してフォトトランジスタＰＴ１〜ＰＴ６に照射される。フォトトランジスタＰＴ１〜ＰＴ６に光が照射された場合、光が照射されたフォトトランジスタＰＴ１〜ＰＴ６においてソース端子及びドレイン端子間に電流が流れる。このように、各フォトトランジスタＰＴ１〜ＰＴ６のスイッチング動作を行って電力変換を行うことが可能である。
【００３６】
図３に示した電力変換装置１１においては、図１に示した第１の実施の形態の電力変換装置１０に比べて、変換部３１のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６及び抵抗Ｒが不要となるため、部品点数が少なくなり、コスト又は回路サイズを減少したり、製造が容易になる。
【００３７】
（第３の実施の形態）
上述した第１又は第２の実施の形態においては、制御部２０及び変換部３０，３１を光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６で接続したが、光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６を使用せずに、制御部２０から光を照射し、照射された光を変換部３０，３１で受光することも可能である。図４は、本発明に係る電力変換装置の更に他の例を示すブロック図である。電力変換装置は、制御部２１と変換部５０とを備える。本説明において、変換部５０は、第１の実施の形態と同様に、トランジスタＴ１〜Ｔ６、ダイオードＤ１〜Ｄ６、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６、及び、抵抗Ｒなどを備えるものとする。
【００３８】
制御部２１は、図１に示した第１の実施の形態の制御部２０の信号変換部２２，・・・，２２と同様にスイッチング信号を光信号に変換することに加えて、変換した光信号を照射する照射部２４，・・・，２４（信号変換手段、照射手段）を備える。
【００３９】
変換部５０のハウジングには、例えば、制御部２１から照射された光を内部に入射させる貫通孔５２，・・・，５２が形成されており、各貫通孔５２，・・・，５２の内側正面部分には、夫々フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６が配置されている。また、制御部２１及び変換部５０は、照射部２４，・・・，２４の正面に貫通孔５２，・・・，５２が位置するように配置されている。
【００４０】
制御部２１から出力される各トランジスタＴ１〜Ｔ６（図示していない）の駆動信号は、照射部２４，・・・，２４で光信号に変換されると共に、変換部５０のフォトトランジスタＰＴ１〜ＰＴ６に照射される。フォトトランジスタＰＴ１〜ＰＴ６に光が照射された場合、図１に示した第１の実施の形態と同様に、各トランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチング動作を行って電力変換を行うことが可能である。
【００４１】
光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６を使用しない場合は、照射部２４，・・・，２４から照射された光を変換部５０のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６が受光するように、制御部２１及び変換部５０を配置する必要が生じるが、光ファイバＯＬ１〜ＯＬ６のコスト又は配線の手間がなくなる。
【００４２】
（第４の実施の形態）
上述した第３の実施の形態においては、変換部５０のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６に対し、制御部２１の照射部２４から光を照射したが、変換部５０に、照射部（信号変換手段、照射手段）２４を設けることも可能である。図５は、本発明に係る電力変換装置の更に他の例を示すブロック図である。電力変換装置は制御部２と変換部５１とを備える。本説明において、変換部５１は、第１の実施の形態と同様に、トランジスタＴ１〜Ｔ６、ダイオードＤ１〜Ｄ６、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６、及び、抵抗Ｒなどを備えるものとする。
【００４３】
制御部２は、図７に示した従来の制御部２と同様に、駆動信号を出力する銅線Ｌ１〜Ｌ６が接続されている。また、変換部５１は、銅線Ｌ１〜Ｌ６に接続され、銅線Ｌ１〜Ｌ６から受取った駆動信号を光信号に変換してフォトダイオードＰＴ１〜ＰＴ６に照射する例えば発光ダイオードなどの照射部（信号変換手段、照射手段）２４を備えている。
【００４４】
制御部２から出力した各トランジスタＴ１〜Ｔ６の駆動信号は、夫々変換部５１の照射部２４，・・・，２４で光信号に変換され、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６に照射される。図４に示した第３の実施の形態と同様に、各トランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチング動作を行って電力変換を行うことが可能である。
【００４５】
図５に示した電力変換装置５１においては、銅線Ｌ１〜Ｌ６を用いているため、図１に示した第１の実施の形態の電力変換装置１０に比べて、制御部２０及び変換部３０間の熱伝導は増えると考えられるが、光ケーブルに比べて低コストの銅線を用いることが可能なため、コストが低減すると共に、製造が容易になる。
【００４６】
図４及び図５においては、図１に示した第１の実施の形態の変換部３０が有するフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６を例にして説明したが、図３に示した第２の実施の形態の変換部３１が有するフォトトランジスタＰＴ１〜ＰＴ６に対し、制御部２１の照射部２４，・・・，２４又は変換部５１の照射部２４，・・・，２４から光信号を照射することも勿論可能である。
【００４７】
（第５の実施の形態）
上述した第２の実施の形態においては、変換部３１のフォトトランジスタＰＴ１〜ＰＴ６に対し、光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６の端部から光を照射したが、変換部３１に、光信号を電気信号に変換する信号変換部を設けて、通常のトランジスタを用いることも可能である。図６は、本発明に係る電力変換装置の更に他の例を示すブロック図である。電力変換装置は制御部２０と変換部６０とを備える。本説明において、変換部６０は、第１の実施の形態と同様なトランジスタＴ１〜Ｔ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６（ＳｉＣ半導体素子）を備えている（フォトトランジスタＰＤ１〜ＰＤ６及び抵抗Ｒは備えていない）ものとする。
【００４８】
制御部２０は、図１に示した第１の実施の形態の制御部２０と同様に、光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６に接続され、電気信号（駆動信号）を光信号に変換する信号変換部２２，・・・，２２を備えている。また、変換部６０は、トランジスタＴ１〜Ｔ６のゲート及び光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６間に接続され、光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６から受取った光信号を電気信号に変換してトランジスタＴ１〜Ｔ６のゲートに出力する信号変換部６２を備えている。
【００４９】
制御部２０から出力される各トランジスタＴ１〜Ｔ６の駆動信号は、夫々信号変換部２２，・・・，２２で光信号に変換され、光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６を介して変換部６０へ送られる。変換部６０が光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６から受付けた光信号は、信号変換部６２，・・・，６２で電気信号に変換され、トランジスタＴ１〜Ｔ６のゲートに出力される。図１に示した第１の実施の形態と同様に、各トランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチング動作を行って電力変換を行うことが可能である。
【００５０】
上述した各実施の形態においては、Ｓｉ半導体素子よりも動作保証温度範囲の上限温度が高い半導体素子としてＳｉＣ半導体素子を例にして説明したが、ＳｉＣ（炭化珪素）に限定はされず、ＧａＮ（窒化ガリウム）又はダイヤモンドなど、Ｓｉ半導体素子よりも動作保証温度範囲の上限温度が高い任意の材料のスイッチング素子を用いることが可能である。
【００５１】
【発明の効果】
第１発明によれば、動作保証温度範囲の上限温度がＳｉ半導体素子よりも高い半導体素子をスイッチング素子に用いることにより、従来よりも高温の環境での安定動作が可能になる。高温であっても安定動作が行えるため、冷却機構を簡素化して、コストを削減したり、装置全体を小型・軽量化したり、冷却による配置場所の制限を緩和して配置の自由度を高めることが可能になる。また、制御部及び変換部を分離することにより、制御部が変換部から受ける熱の影響を減少して、制御部の動作の安定性及び信頼性を高めることが可能になる。
【００５２】
第２発明によれば、制御部及び変換部を異なる筐体に分離して配置することにより、変換部の熱が制御部に伝達することを最小限に抑えて、制御部の動作の安定性及び信頼性を高めることが可能である。
【００５３】
第３発明によれば、スイッチング素子に、ＳｉＣ半導体素子を用いることにより、高温での安定動作が可能になる。高温であっても安定動作が行えるため、冷却機構を簡素化して、コストを削減したり、装置全体を小型・軽量化したり、配置の自由度を高めることが可能になる。
【００５４】
第４発明によれば、制御部及び変換部間の接続に光ケーブルを用いることにより、変換部の熱が銅線などの配線を介して制御部に伝達されることを防止でき、制御部の動作の安定性及び信頼性を高めることが可能である。
【００５５】
第５発明によれば、制御部及び変換部間を非接触にすることにより、接続による変換部から制御部への熱伝導を防止でき、制御部の動作の安定性及び信頼性を高めることが可能である。
【００５６】
第６発明によれば、変換部及び制御部間の配線と変換部のスイッチング素子との接続を非接触にすることにより、接続による変換部から制御部への熱伝導を防止でき、制御部の動作の安定性及び信頼性を高めることが可能である。
【００５７】
第７発明によれば、動作保証温度が高い半導体素子をスイッチング素子に用いることにより、冷却機構を簡素化でき、車両を小型・軽量化することが可能になる。また、制御部を発熱量の多い変換部から分離することにより、制御部の動作の安定性を高め、走行の安全性を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置の例を示すブロック図である。
【図２】車両に配置されたバッテリ、モータ及び電力変換装置の概要を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る電力変換装置の他の例を示すブロック図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る電力変換装置の更に他の例を示すブロック図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る電力変換装置の更に他の例を示すブロック図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態に係る電力変換装置の更に他の例を示すブロック図である。
【図７】従来の電力変換装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ 電力変換装置
２０、２１ 制御部
２２ 信号変換部（信号変換手段）
２４ 照射部（信号変換手段、照射手段）
３０、３１、５０、５１、６０ 変換部
４０ バッテリ
４２ モータ
４６ エンジン
５２ 貫通孔
６２ 信号変換部
ＯＬ１〜ＯＬ６ 光ケーブル
Ｔ１〜Ｔ６ トランジスタ（スイッチング素子）
ＰＤ１〜ＰＤ６ フォトダイオード
ＰＴ１〜ＰＴ６ フォトトランジスタ（スイッチング素子）
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング素子を用いて電力変換を行う変換部と、該変換部に駆動信号を出力して前記スイッチング素子を駆動制御する制御部とを備える電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流電力から交流電力への変換などを行う電力変換装置は従来から存在する（例えば、特許文献１参照）。例えば、交流モータを直流電源で駆動する場合、電力変換装置を用いて直流電力を交流電力に変換する。電力変換装置の一例を図７に示す。直流電力を出力するバッテリ４０及び交流モータ４２間に、電力変換装置１が接続されている。電力変換装置１は、トランジスタＴ１〜Ｔ６などのスイッチング素子を含む変換部３と、変換部３に駆動信号を出力して前記スイッチング素子を駆動制御する制御部２とを備える。スイッチング素子としては、ほとんどの場合、Ｓｉ半導体素子が使用されている。また、制御部２及び変換部３間は銅線Ｌ１〜Ｌ６で接続されており、両者はほぼ一体的に構成されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１５２５０２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
Ｓｉ半導体素子は、安定して動作する動作保証温度範囲の上限温度が１２５度程度であり、高温での動作には向いていない。例えばハイブリッドカーのように走行補助用モータに供給する電力を変換する場合、高電力の変換及び高速なスイッチングが必要になるため、スイッチング素子の発熱量が増大する。そのため、発熱対策として、空冷又は水冷などの冷却機構を設ける必要が生じる。冷却機構を設けた場合、コストが増加すると共に、装置全体が大型化するという問題が生じる。
【０００５】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、動作保証温度範囲の上限温度がＳｉ半導体素子よりも高い半導体素子を用いて冷却機構を簡素化した電力変換装置を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、制御部及び変換部を分離して配置することにより、変換部から制御部への熱の伝導を減少して安定性及び信頼性を高めた電力変換装置を提供することを他の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る電力変換装置は、スイッチング素子を用いて直流電力を交流電力に変換する変換部と、該変換部に駆動信号を出力して前記スイッチング素子を駆動制御する制御部とを備える電力変換装置において、前記スイッチング素子は、Ｓｉ半導体素子よりも動作保証温度範囲の上限温度が高い半導体素子であり、前記制御部及び変換部は、制御部の温度が動作保証温度範囲を超えないように制御部が変換部から受ける発熱の影響を減少させる間隔を空けて配置されていることを特徴とする。
【０００８】
第２発明に係る電力変換装置は、第１発明において、前記変換部及び制御部は、異なる筐体に配置されていることを特徴とする。
【０００９】
第３発明に係る電力変換装置は、第１又は第２発明において、前記スイッチング素子は、ＳｉＣ半導体素子であることを特徴とする。
【００１０】
第４発明に係る電力変換装置は、第１乃至３の何れかの発明において、前記変換部及び制御部は光信号を伝送する光ケーブルで接続されており、前記スイッチング素子は、フォトダイオードが接続され、該フォトダイオードの受光状態に応じたスイッチング動作を行うトランジスタ、又は、フォトトランジスタであり、前記制御部は、駆動信号を光信号に変換する信号変換手段を備え、該信号変換手段で変換した光信号を、光ケーブルを用いて前記変換部のフォトダイオード又はフォトトランジスタへ送信するように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
第５発明に係る電力変換装置は、第１乃至３の何れかの発明において、前記スイッチング素子は、フォトダイオードが接続され、該フォトダイオードの受光状態に応じたスイッチング動作を行うトランジスタ、又は、フォトトランジスタであり、前記制御部は、駆動信号を光信号に変換する信号変換手段と、該信号変換手段が変換した光信号を前記変換部のフォトダイオード又はフォトトランジスタに照射する照射手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
第６発明に係る電力変換装置は、第１乃至３の何れかの発明において、前記スイッチング素子は、フォトダイオードが接続され、該フォトダイオードの受光状態に応じたスイッチング動作を行うトランジスタ、又は、フォトトランジスタであり、前記変換部は、前記制御部が出力した駆動信号を光信号に変換する信号変換手段と、該信号変換手段が変換した光信号を前記フォトダイオード又はフォトトランジスタに照射する照射手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
第７発明に係る電力変換装置は、第１乃至６の何れかの発明において、前記変換部が変換する電力は、車両の走行補助用モータに供給する電力であることを特徴とする。
【００１４】
第１発明においては、スイッチング素子として、動作保証温度範囲の上限温度がＳｉ半導体素子よりも高い半導体素子を用いる。また、変換部及び制御部は、制御部の温度が動作保証温度範囲を超えないように制御部が変換部から受ける発熱の影響を減少させる間隔を空けて配置する。動作保証温度が高い半導体素子をスイッチング素子に用いることにより、高温での安定動作が可能になり、冷却機構を簡素化することが可能になる。また、制御部及び変換部を分離することにより、制御部が変換部から受ける熱の影響を減少し、制御部の温度を動作保証温度範囲内に保つことが可能になる。
【００１５】
第２発明においては、変換部及び制御部は、異なる筐体に配置する。制御部及び変換部を異なる筐体に分離して配置することにより、変換部の熱が制御部に伝達することを最小限に抑えることが可能になる。
【００１６】
第３発明においては、スイッチング素子に、ＳｉＣ半導体素子を用いる。ＳｉＣ半導体素子を用いることにより、Ｓｉ半導体素子に比べて高温での安定動作が可能になる。
【００１７】
第４発明においては、変換部及び制御部を、光信号を伝送する光ケーブルで接続し、スイッチング素子として、フォトダイオードが接続され、該フォトダイオードの受光状態に応じたスイッチング動作を行うトランジスタ、又は、フォトトランジスタを用いる。制御部は、駆動信号を光信号に変換する信号変換手段を備え、信号変換手段で変換した光信号を、光ケーブルを用いて変換部のフォトダイオード又はフォトトランジスタへ送信する。制御部及び変換部間の接続に光ケーブルを用いることにより、変換部の熱が銅線などの配線を介して制御部に伝達されることを防止することが可能になる。
【００１８】
第５発明においては、スイッチング素子として、フォトダイオードが接続され、該フォトダイオードの受光状態に応じたスイッチング動作を行うトランジスタ、又は、フォトトランジスタを用いる。制御部は、駆動信号を光信号に変換する信号変換手段と、信号変換手段が変換した光信号を変換部のフォトダイオード又はフォトトランジスタに照射する照射手段とを備える。制御部の信号変換手段で変換した光信号を、制御部の照射手段から変換部のフォトダイオード又はフォトトランジスタへ照射する。制御部及び変換部間を非接触にすることにより、接続による熱伝導を防止することが可能になる。
【００１９】
第６発明においては、スイッチング素子として、フォトダイオードが接続されたトランジスタ、又は、フォトトランジスタを用いる。変換部は、制御部が出力した駆動信号を光信号に変換する信号変換手段と、信号変換手段が変換した光信号をフォトダイオード又はフォトトランジスタに照射する照射手段とを備える。変換部内においては、信号変換手段で変換した光信号を、照射手段からフォトダイオード又はフォトトランジスタへ照射する。制御部から変換部へ駆動信号を伝送する配線と変換部のスイッチング素子との接続を非接触にすることにより、接続による熱伝導を防止することが可能になる。
【００２０】
第７発明においては、変換部が変換する電力は、車両の走行補助用モータに供給する電力である。例えばハイブリッドカーなどの走行補助用モータに供給する電力の変換を行う場合は高電力の変換及び高速のスイッチングを行うため、スイッチング素子の発熱量は増大する。また、一般的に、車両内は熱がこもり易く、空冷又は水冷などのスイッチング素子用の冷却機構を設ける必要がある。しかし、動作保証温度が高い半導体素子をスイッチング素子に用いることにより、冷却機構を簡素化でき、車両を小型・軽量化することが可能になる。また、制御部を発熱量の多い変換部から分離することにより、制御部が動作保証温度を超えることを防止し、制御部の動作の安定性を高めることが可能になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。本説明では、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置を例にして説明を行う。また、本説明においては、車両に搭載された走行補助用の交流モータに、専用のバッテリから直流電力を供給する際の電力変換を例にして説明を行う。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る電力変換装置の例を示すブロック図である。電力変換装置１０は、スイッチング素子を用いて電力変換を行う変換部３０と、変換部３０へ駆動信号を出力して前記スイッチング素子を駆動制御する制御部２０とを備える。本説明においては、電力変換装置１０には、直流電力を出力するバッテリ４０と、交流モータ（以下、モータと略す）４２とが接続されている。バッテリ４０は、モータ４２駆動用の直流電源であり、例えば１００ｖの電圧を出力する。電力変換装置１０は、バッテリ４０から出力される直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力をモータ４２に出力する。
【００２３】
図２は、車両に配置されたバッテリ４０、モータ４２及び電力変換装置１０の概要を示す図である。モータ４２はエンジン４６と同様に車輪を回転させることが可能である。例えば、低速走行時はエンジン４６を停止し、モータ４２を駆動して走行することが可能である。
【００２４】
変換部３０は、図１に示すように、バッテリ４０の正極端子にドレイン端子が接続されたトランジスタＴ１，Ｔ３，Ｔ５（スイッチング素子）と、バッテリ４０の負極端子にソース端子が接続されると共にトランジスタＴ１，Ｔ３，Ｔ５の各ソース端子にドレイン端子が夫々接続されたトランジスタＴ２，Ｔ４，Ｔ６（スイッチング素子）と、各トランジスタＴ１〜Ｔ６のソース端子及びドレイン端子間に接続されたダイオードＤ１〜Ｄ６とを備える。ただし、ダイオードＤ１〜Ｄ６は、ソース端子からドレイン端子方向を正方向にして接続されている。
【００２５】
また、各トランジスタＴ１〜Ｔ６のゲート端子は、抵抗Ｒを介してグランドレベルに接続されると共に、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６を介して電源４４の正極に接続されている。ただし、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６は、ゲート端子から電源４４方向を正方向にして接続されている。電源４４は、例えば一般的な車載バッテリ及び電圧調整器であり、例えば５ｖの電圧を出力する。また、電源４４の負極はグランドレベルに接続されている。
【００２６】
ここで、トランジスタＴ１〜Ｔ６は、Ｓｉトランジスタよりも動作保証温度範囲の上限温度が高いＳｉＣ（炭化珪素）トランジスタである。また、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６はＳｉＣフォトトランジスタである。さらに、ダイオードＤ１〜Ｄ６はＳｉＣダイオードである。スイッチング素子の主な構成要素はトランジスタＴ１〜Ｔ６であるが、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６などの周辺素子もスイッチング素子と見なすことも可能である。
【００２７】
制御部２０及び変換部３０は、異なる筐体に配置されるなど、分離して離れた位置に配置されており、光ファイバなどの光信号を伝送する光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６によって接続されている。制御部２０及び変換部３０は、制御部２０の温度が動作保証温度範囲を超えないように制御部２０が変換部３０から受ける発熱の影響を減少させる間隔を空けて配置されている。制御部２０は、各トランジスタＴ１〜Ｔ６を駆動制御する駆動信号を夫々光信号に変換する例えば発光ダイオードなどの信号変換部（信号変換手段）２２，・・・，２２を備える。信号変換部２２，・・・，２２は、例えば制御部２２内の各駆動信号の出力用配線と光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６との接続部に夫々設けることが可能である。
【００２８】
変換部３０内では、光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６の端部は、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６に光を照射するように配置されている。制御部２０から出力される各トランジスタＴ１〜Ｔ６の駆動信号は、夫々信号変換部２２，・・・，２２で光信号に変換され、光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６を介してフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６に照射される。フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６に光が照射された場合、光が照射されたフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６において逆電流が流れることにより、光が照射されたフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６に接続されたトランジスタＴ１〜Ｔ６のゲート端子に電圧が印加される。このように、従来と同様に各トランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチング動作を行って電力変換を行うことが可能である。
【００２９】
制御部２０は、光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６で変換部３０と接続されており、変換部３０と電気的に非接触である（銅線などの熱伝導体によって接続されていない）ため、変換部３０から直接的に熱が伝わることを防止することが可能である。また、制御部２０は、変換部３０と分離してあり、変換部３０から離れた位置に配置されているため、空気などを介して変換部３０から間接的に受ける発熱の影響を減少することが可能である。５ｖ程度の低電圧しか加わらない制御部２０を、１００ｖなどの高電圧が加わる変換部３０から分離し、例えば制御部２０を車室内に配置するなどして、信頼性及び安全性を向上させることが可能である。また、光ケーブルを使用することにより、銅線に比べてノイズの影響を受け難くなる。
【００３０】
また、変換部３０内では、ＳｉＣトランジスタ又はＳｉＣダイオードなどのＳｉＣ半導体素子を使用しているため、従来のＳｉ半導体素子に比べて、高温での安定動作が可能になる。例えば、Ｓｉ半導体素子では一般的に１２５度以下で使用する必要があるが、ＳｉＣ半導体素子においては一般的に１２６度以上で使用することが可能である。ここで、ＳｉＣ半導体素子自体は６００度程度まで動作可能であるが、配線などを考慮して３００度程度まで動作可能であると考えられる。従来よりも高温の環境で安定動作が行えることにより、冷却機構を簡素化してコストを削減又は装置全体を小型・軽量化したり、冷却による配置場所の制限を緩和して配置の自由度を高めることが可能になる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
上述した実施の形態においては、トランジスタＴ１〜Ｔ６に接続されたフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６に対して、光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６から光を照射したが、フォトトランジスタを用いて、フォトトランジスタに光を照射することも可能である。図３は、本発明に係る電力変換装置の他の例を示すブロック図である。電力変換装置１１は、制御部２０と変換部３１とを備える。
【００３２】
変換部３１は、バッテリ４０の正極端子にドレイン端子が接続されたフォトトランジスタＰＴ１，ＰＴ３，ＰＴ５（スイッチング素子）と、バッテリ４０の負極端子にソース端子が接続されると共にフォトトランジスタＰＴ１，ＰＴ３，ＰＴ５の各ソース端子にドレイン端子が夫々接続されたフォトトランジスタＰＴ２，ＰＴ４，ＰＴ６（スイッチング素子）と、各フォトトランジスタＴ１〜Ｔ６のソース端子及びドレイン端子間に接続されたダイオードＤ１〜Ｄ６とを備える。ただし、ダイオードＤ１〜Ｄ６は、ソース端子からドレイン端子方向を正方向にして接続されている。
【００３３】
ここで、フォトトランジスタＰＴ１〜ＰＴ６は、Ｓｉトランジスタよりも動作保証温度範囲の上限温度が高いＳｉＣトランジスタである。また、ダイオードＤ１〜Ｄ６はＳｉＣダイオードである。スイッチング素子の主な構成要素はフォトトランジスタＰＴ１〜ＰＴ６であるが、ダイオードＤ１〜Ｄ６などの周辺素子を含めてスイッチング素子と見なすことも可能である。
【００３４】
制御部２０及び変換部３１は、第１の実施の形態と同様に、分離して離れた位置に配置されており、光ファイバなどの光信号を伝送する光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６で接続されている。制御部２０及び変換部３１は、制御部２０の温度が動作保証温度範囲を超えないように制御部２０が変換部３１から受ける発熱の影響を減少させる間隔を空けて配置されている。制御部２０は、第１の実施の形態と同様に、各トランジスタＴ１〜Ｔ６を駆動制御する駆動信号を夫々光信号に変換する信号変換部２２，・・・，２２を備える。
【００３５】
変換部３１内では、光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６の端部は、各フォトトランジスタＰＴ１〜ＰＴ６に光を照射するように配置されている。制御部２０から出力される各フォトトランジスタＰＴ１〜ＰＴ６の駆動信号は、夫々信号変換部２２，・・・，２２で光信号に変換され、光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６を介してフォトトランジスタＰＴ１〜ＰＴ６に照射される。フォトトランジスタＰＴ１〜ＰＴ６に光が照射された場合、光が照射されたフォトトランジスタＰＴ１〜ＰＴ６においてソース端子及びドレイン端子間に電流が流れる。このように、各フォトトランジスタＰＴ１〜ＰＴ６のスイッチング動作を行って電力変換を行うことが可能である。
【００３６】
図３に示した電力変換装置１１においては、図１に示した第１の実施の形態の電力変換装置１０に比べて、変換部３１のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６及び抵抗Ｒが不要となるため、部品点数が少なくなり、コスト又は回路サイズを減少したり、製造が容易になる。
【００３７】
（第３の実施の形態）
上述した第１又は第２の実施の形態においては、制御部２０及び変換部３０，３１を光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６で接続したが、光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６を使用せずに、制御部２０から光を照射し、照射された光を変換部３０，３１で受光することも可能である。図４は、本発明に係る電力変換装置の更に他の例を示すブロック図である。電力変換装置は、制御部２１と変換部５０とを備える。本説明において、変換部５０は、第１の実施の形態と同様に、トランジスタＴ１〜Ｔ６、ダイオードＤ１〜Ｄ６、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６、及び、抵抗Ｒなどを備えるものとする。
【００３８】
制御部２１は、図１に示した第１の実施の形態の制御部２０の信号変換部２２，・・・，２２と同様にスイッチング信号を光信号に変換することに加えて、変換した光信号を照射する照射部２４，・・・，２４（信号変換手段、照射手段）を備える。
【００３９】
変換部５０のハウジングには、例えば、制御部２１から照射された光を内部に入射させる貫通孔５２，・・・，５２が形成されており、各貫通孔５２，・・・，５２の内側正面部分には、夫々フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６が配置されている。また、制御部２１及び変換部５０は、照射部２４，・・・，２４の正面に貫通孔５２，・・・，５２が位置するように配置されている。
【００４０】
制御部２１から出力される各トランジスタＴ１〜Ｔ６（図示していない）の駆動信号は、照射部２４，・・・，２４で光信号に変換されると共に、変換部５０のフォトトランジスタＰＴ１〜ＰＴ６に照射される。フォトトランジスタＰＴ１〜ＰＴ６に光が照射された場合、図１に示した第１の実施の形態と同様に、各トランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチング動作を行って電力変換を行うことが可能である。
【００４１】
光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６を使用しない場合は、照射部２４，・・・，２４から照射された光を変換部５０のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６が受光するように、制御部２１及び変換部５０を配置する必要が生じるが、光ファイバＯＬ１〜ＯＬ６のコスト又は配線の手間がなくなる。
【００４２】
（第４の実施の形態）
上述した第３の実施の形態においては、変換部５０のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６に対し、制御部２１の照射部２４から光を照射したが、変換部５０に、照射部（信号変換手段、照射手段）２４を設けることも可能である。図５は、本発明に係る電力変換装置の更に他の例を示すブロック図である。電力変換装置は制御部２と変換部５１とを備える。本説明において、変換部５１は、第１の実施の形態と同様に、トランジスタＴ１〜Ｔ６、ダイオードＤ１〜Ｄ６、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６、及び、抵抗Ｒなどを備えるものとする。
【００４３】
制御部２は、図７に示した従来の制御部２と同様に、駆動信号を出力する銅線Ｌ１〜Ｌ６が接続されている。また、変換部５１は、銅線Ｌ１〜Ｌ６に接続され、銅線Ｌ１〜Ｌ６から受取った駆動信号を光信号に変換してフォトダイオードＰＴ１〜ＰＴ６に照射する例えば発光ダイオードなどの照射部（信号変換手段、照射手段）２４を備えている。
【００４４】
制御部２から出力した各トランジスタＴ１〜Ｔ６の駆動信号は、夫々変換部５１の照射部２４，・・・，２４で光信号に変換され、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６に照射される。図４に示した第３の実施の形態と同様に、各トランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチング動作を行って電力変換を行うことが可能である。
【００４５】
図５に示した電力変換装置５１においては、銅線Ｌ１〜Ｌ６を用いているため、図１に示した第１の実施の形態の電力変換装置１０に比べて、制御部２０及び変換部３０間の熱伝導は増えると考えられるが、光ケーブルに比べて低コストの銅線を用いることが可能なため、コストが低減すると共に、製造が容易になる。
【００４６】
図４及び図５においては、図１に示した第１の実施の形態の変換部３０が有するフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６を例にして説明したが、図３に示した第２の実施の形態の変換部３１が有するフォトトランジスタＰＴ１〜ＰＴ６に対し、制御部２１の照射部２４，・・・，２４又は変換部５１の照射部２４，・・・，２４から光信号を照射することも勿論可能である。
【００４７】
（第５の実施の形態）
上述した第２の実施の形態においては、変換部３１のフォトトランジスタＰＴ１〜ＰＴ６に対し、光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６の端部から光を照射したが、変換部３１に、光信号を電気信号に変換する信号変換部を設けて、通常のトランジスタを用いることも可能である。図６は、本発明に係る電力変換装置の更に他の例を示すブロック図である。電力変換装置は制御部２０と変換部６０とを備える。本説明において、変換部６０は、第１の実施の形態と同様なトランジスタＴ１〜Ｔ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６（ＳｉＣ半導体素子）を備えている（フォトトランジスタＰＤ１〜ＰＤ６及び抵抗Ｒは備えていない）ものとする。
【００４８】
制御部２０は、図１に示した第１の実施の形態の制御部２０と同様に、光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６に接続され、電気信号（駆動信号）を光信号に変換する信号変換部２２，・・・，２２を備えている。また、変換部６０は、トランジスタＴ１〜Ｔ６のゲート及び光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６間に接続され、光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６から受取った光信号を電気信号に変換してトランジスタＴ１〜Ｔ６のゲートに出力する信号変換部６２を備えている。
【００４９】
制御部２０から出力される各トランジスタＴ１〜Ｔ６の駆動信号は、夫々信号変換部２２，・・・，２２で光信号に変換され、光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６を介して変換部６０へ送られる。変換部６０が光ケーブルＯＬ１〜ＯＬ６から受付けた光信号は、信号変換部６２，・・・，６２で電気信号に変換され、トランジスタＴ１〜Ｔ６のゲートに出力される。図１に示した第１の実施の形態と同様に、各トランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチング動作を行って電力変換を行うことが可能である。
【００５０】
上述した各実施の形態においては、Ｓｉ半導体素子よりも動作保証温度範囲の上限温度が高い半導体素子としてＳｉＣ半導体素子を例にして説明したが、ＳｉＣ（炭化珪素）に限定はされず、ＧａＮ（窒化ガリウム）又はダイヤモンドなど、Ｓｉ半導体素子よりも動作保証温度範囲の上限温度が高い任意の材料のスイッチング素子を用いることが可能である。
【００５１】
【発明の効果】
第１発明によれば、動作保証温度範囲の上限温度がＳｉ半導体素子よりも高い半導体素子をスイッチング素子に用いることにより、従来よりも高温の環境での安定動作が可能になる。高温であっても安定動作が行えるため、冷却機構を簡素化して、コストを削減したり、装置全体を小型・軽量化したり、冷却による配置場所の制限を緩和して配置の自由度を高めることが可能になる。また、制御部及び変換部を分離することにより、制御部が変換部から受ける熱の影響を減少して、制御部の動作の安定性及び信頼性を高めることが可能になる。
【００５２】
第２発明によれば、制御部及び変換部を異なる筐体に分離して配置することにより、変換部の熱が制御部に伝達することを最小限に抑えて、制御部の動作の安定性及び信頼性を高めることが可能である。
【００５３】
第３発明によれば、スイッチング素子に、ＳｉＣ半導体素子を用いることにより、高温での安定動作が可能になる。高温であっても安定動作が行えるため、冷却機構を簡素化して、コストを削減したり、装置全体を小型・軽量化したり、配置の自由度を高めることが可能になる。
【００５４】
第４発明によれば、制御部及び変換部間の接続に光ケーブルを用いることにより、変換部の熱が銅線などの配線を介して制御部に伝達されることを防止でき、制御部の動作の安定性及び信頼性を高めることが可能である。
【００５５】
第５発明によれば、制御部及び変換部間を非接触にすることにより、接続による変換部から制御部への熱伝導を防止でき、制御部の動作の安定性及び信頼性を高めることが可能である。
【００５６】
第６発明によれば、変換部及び制御部間の配線と変換部のスイッチング素子との接続を非接触にすることにより、接続による変換部から制御部への熱伝導を防止でき、制御部の動作の安定性及び信頼性を高めることが可能である。
【００５７】
第７発明によれば、動作保証温度が高い半導体素子をスイッチング素子に用いることにより、冷却機構を簡素化でき、車両を小型・軽量化することが可能になる。また、制御部を発熱量の多い変換部から分離することにより、制御部の動作の安定性を高め、走行の安全性を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置の例を示すブロック図である。
【図２】車両に配置されたバッテリ、モータ及び電力変換装置の概要を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る電力変換装置の他の例を示すブロック図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る電力変換装置の更に他の例を示すブロック図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る電力変換装置の更に他の例を示すブロック図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態に係る電力変換装置の更に他の例を示すブロック図である。
【図７】従来の電力変換装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ 電力変換装置
２０、２１ 制御部
２２ 信号変換部（信号変換手段）
２４ 照射部（信号変換手段、照射手段）
３０、３１、５０、５１、６０ 変換部
４０ バッテリ
４２ モータ
４６ エンジン
５２ 貫通孔
６２ 信号変換部
ＯＬ１〜ＯＬ６ 光ケーブル
Ｔ１〜Ｔ６ トランジスタ（スイッチング素子）
ＰＤ１〜ＰＤ６ フォトダイオード
ＰＴ１〜ＰＴ６ フォトトランジスタ（スイッチング素子）
Claims (7)
- スイッチング素子を用いて直流電力を交流電力に変換する変換部と、該変換部に駆動信号を出力して前記スイッチング素子を駆動制御する制御部とを備える電力変換装置において、
前記スイッチング素子は、Ｓｉ半導体素子よりも動作保証温度範囲の上限温度が高い半導体素子であり、
前記制御部及び変換部は、制御部の温度が動作保証温度範囲を超えないように制御部が変換部から受ける発熱の影響を減少させる間隔を空けて配置されていることを特徴とする電力変換装置。 - 前記変換部及び制御部は、異なる筐体に配置されていることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
- 前記スイッチング素子は、ＳｉＣ半導体素子であることを特徴とする請求項１又は２記載の電力変換装置。
- 前記変換部及び制御部は光信号を伝送する光ケーブルで接続されており、
前記スイッチング素子は、フォトダイオードが接続され、該フォトダイオードの受光状態に応じたスイッチング動作を行うトランジスタ、又は、フォトトランジスタであり、
前記制御部は、駆動信号を光信号に変換する信号変換手段を備え、
該信号変換手段で変換した光信号を、光ケーブルを用いて前記変換部のフォトダイオード又はフォトトランジスタへ送信するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の電力変換装置。 - 前記スイッチング素子は、フォトダイオードが接続され、該フォトダイオードの受光状態に応じたスイッチング動作を行うトランジスタ、又は、フォトトランジスタであり、
前記制御部は、駆動信号を光信号に変換する信号変換手段と、該信号変換手段が変換した光信号を前記変換部のフォトダイオード又はフォトトランジスタに照射する照射手段とを備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の電力変換装置。 - 前記スイッチング素子は、フォトダイオードが接続され、該フォトダイオードの受光状態に応じたスイッチング動作を行うトランジスタ、又は、フォトトランジスタであり、
前記変換部は、前記制御部が出力した駆動信号を光信号に変換する信号変換手段と、該信号変換手段が変換した光信号を前記フォトダイオード又はフォトトランジスタに照射する照射手段とを備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の電力変換装置。 - 前記変換部が変換する電力は、車両の走行補助用モータに供給する電力であることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の電力変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003142552A JP2004350360A (ja) | 2003-05-20 | 2003-05-20 | 電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2003142552A JP2004350360A (ja) | 2003-05-20 | 2003-05-20 | 電力変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004350360A true JP2004350360A (ja) | 2004-12-09 |
Family
ID=33530608
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003142552A Pending JP2004350360A (ja) | 2003-05-20 | 2003-05-20 | 電力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004350360A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009060751A (ja) * | 2007-09-03 | 2009-03-19 | Denso Corp | 信号伝播装置及び電力変換システム |
| WO2012127896A1 (ja) * | 2011-03-22 | 2012-09-27 | 日本碍子株式会社 | パルス発生装置及びパルス発生装置の設置方法 |
-
2003
- 2003-05-20 JP JP2003142552A patent/JP2004350360A/ja active Pending
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| US8466730B2 (en) | 2011-03-22 | 2013-06-18 | Ngk Insulators, Ltd. | Pulse generator and method of disposing pulse generator |
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