JP2011142752A - ゲートドライブ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング損失を抑制し、磁化電流を流すことにより発生するサージ電圧を抑制することのできるゲートドライブ回路を提供することにある。
【解決手段】直流電源５から供給される直流電力を変換し、可変磁束モータ２に交流電力を供給する電力変換回路４１に用いられるスイッチング素子ＳＷをドライブするためのゲートドライブ回路４２であって、可変磁束モータ２に、磁化電流を出力ときのゲート抵抗値よりも、磁化電流を出力しないときのゲート抵抗値を小さくする構成がされたゲート抵抗回路を備えたゲートドライブ回路４２。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スイッチング素子をドライブするゲートドライブ回路に関する。

近年、低保磁力の永久磁石を磁化することにより、磁束を変化させることのできる可変磁束モータが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。また、可変磁束モータを備えたモータドライブシステムが開示されている（例えば、特許文献３参照）。

このようなモータドライブシステムにおいて、可変磁束モータの磁束を変化させる場合は、インバータから可変磁束モータに磁化電流を流すことにより行われる。また、インバータから磁化電流を出力させるためには、インバータを構成するスイッチング素子をドライブ（スイッチング）させる必要がある。従って、インバータには、スイッチング素子をドライブさせるためのゲートドライブ回路が設けられている。

特開２００６−２８０１９５号公報 特開２００８−０４８５１４号公報 特開２００８−１２５２０１号公報

しかしながら、可変磁束モータの磁束を変化させるためには、過大な瞬時の磁化電流を可変磁束モータに流す必要がある。

このような過大な電流をインバータから出力させると、スイッチング素子のサージ電圧が大きくなる。サージ電圧が大きくなると、スイッチング素子が破壊する恐れがある。これに対して、ゲート抵抗を大きくすることで、サージ電圧を抑制することができる。しかし、ゲート抵抗を大きくすると、スイッチング損失が大きくなるため、スイッチング素子の発熱が大きくなる。

そこで、本発明の目的は、スイッチング損失を抑制し、磁化電流を流すことにより発生するサージ電圧を抑制することのできるゲートドライブ回路を提供することにある。

本発明の観点に従ったゲートドライブ回路は、直流電源から供給される直流電力を変換し、磁束を変化させるための永久磁石を備えた永久磁石同期電動機に交流電力を供給するための電力変換に用いられるスイッチング素子をドライブするためのゲートドライブ回路であって、前記永久磁石同期電動機に、磁束を変化させる磁化電流を出力するときのゲート抵抗値よりも、前記磁化電流を出力しないときのゲート抵抗値を小さくする構成がされたゲート抵抗回路を備えている。

本発明によれば、スイッチング損失を抑制し、磁化電流を流すことにより発生するサージ電圧を抑制することのできるゲートドライブ回路を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る可変磁束モータドライブシステムの構成を示すブロック図。 第１の実施形態に係る制御部の構成を示すブロック図。 第１の実施形態に係るゲートドライブ回路の構成を示すブロック図。 第１の実施形態に係るインバータの磁化制御における直流電圧検出信号の変動を示す波形図。 第１の実施形態に係るインバータの磁化制御における磁化電流の変動を示す波形図。 第１の実施形態に係る制御部の磁化制御における磁化要求フラグの状態の遷移を示す状態遷移図。 第１の実施形態に係る制御部の磁化制御における磁化モードフラグの状態の遷移を示す状態遷移図。 第１の実施形態に係る制御部の磁化制御における昇圧完了フラグの状態の遷移を示す状態遷移図。 第１の実施形態に係る制御部の磁化制御における昇圧指令フラグの状態の遷移を示す状態遷移図。 第１の実施形態に係る制御部の磁化制御における磁化電流印加フラグの状態の遷移を示す状態遷移図。 第１の実施形態に係る制御部の磁化制御における磁化電流印加完了フラグの状態の遷移を示す状態遷移図。 第１の実施形態に係る制御部の磁化制御における上側スイッチング素子の状態の遷移を示す状態遷移図。 第１の実施形態に係る制御部の磁化制御における下側スイッチング素子の状態の遷移を示す状態遷移図。 第１の実施形態に係る制御部の磁化制御における通流率指令値の状態の遷移を示す状態遷移図。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る可変磁束モータドライブシステム１の構成を示すブロック図である。なお、以降の図における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複する説明を省略する。

可変磁束モータドライブシステム１は、可変磁束モータ２と、回転角度センサ３と、インバータ４と、直流電源５と、平滑コンデンサ６と、直流チョッパ７と、交流電流検出器８Ｕ，８Ｗと、制御部１０と、直流電圧検出器ＤＶ１，ＤＶ２とを備えている。

直流電源５は、直流チョッパ７の入力側と接続されている。直流チョッパ７の出力側は、インバータ４の入力側（直流側）に接続されている。可変磁束モータ２は、インバータ４の出力側（交流側）と接続されている。平滑コンデンサ６は、インバータ４と直流チョッパ７との間に設けられている。平滑コンデンサ６の２つの端子は、それぞれ直流の正極と負極とに接続されている。

可変磁束モータ２は、磁束を変化させることのできる永久磁石同期電動機である。可変磁束モータ２の回転子には、回転子鉄心に固定磁石及び可変磁石が組み込まれている。固定磁石は、磁束密度（磁束量）を変化させずに用いる永久磁石である。可変磁石は、磁束密度（磁束量）を変化させる永久磁石である。可変磁石には、低保磁力の磁性体を用いている。インバータ４から可変磁束モータ２に磁化電流を流すことにより、可変磁石を増磁又は減磁する。可変磁束モータ２の磁束は、固定子磁石と可変磁石のそれぞれの磁束の総和である。従って、可変磁石の磁束を変化させる（可変磁石を磁化する）ことにより、可変磁束モータ２の磁束が増磁又は減磁をする。

回転角度センサ３は、可変磁束モータ２の回転子の回転角度を検出する。回転角度センサ３は、検出した回転角度θを、制御部１０に出力する。回転角度センサ３は、例えば、レゾルバである。

インバータ４は、直流電源５から直流チョッパ７を介して供給された直流電力を三相交流電力に変換する。インバータ４は、変換した交流電力を可変磁束モータ２に供給する。インバータ４は、可変磁束モータ２に交流電力を出力することで、可変磁束モータ２を駆動する。

インバータ４は、電力変換回路４１と、ゲートドライブ回路４２とを備えた構成である。

電力変換回路４１は、複数のスイッチング素子ＳＷで構成されている。スイッチング素子ＳＷは、例えば、ＩＧＢＴ(insulated gate bipolar transistor)である。スイッチング素子ＳＷは、ゲートドライブ回路４２によりドライブされる。これにより、電力変換回路４１は、直流電力を交流電力に変換する。

ゲートドライブ回路４２は、制御部１０から入力されるゲート信号ＳＧ１に従って、電力変換回路４１のスイッチング素子ＳＷをドライブする。ゲートドライブ回路４２は、制御部１０から入力される抵抗切替信号ＳＲにより、ゲート抵抗値を切り替える。ゲートドライブ回路４２は、定常時は、ゲート抵抗値を小さくする。ゲートドライブ回路４２は、磁化時は、ゲート抵抗値を大きくする。

交流電流検出器８Ｕは、インバータ４から出力されるＵ相電流Ｉｕを検出する。交流電流検出器８Ｕは、検出したＵ相電流Ｉｕを信号として、制御部１０に出力する。交流電流検出器８Ｗは、インバータ４から出力されるＷ相電流Ｉｗを検出する。交流電流検出器８Ｗは、検出したＷ相電流Ｉｗを、制御部１０に出力する。

直流電源５は、インバータ４に直流電力を供給するための電源である。直流電源５から出力された直流電力は、直流チョッパ７に入力される。

直流チョッパ７は、直流電源５から供給された直流電圧を昇圧する回路である。直流チョッパ７は、供給された直流電圧を昇圧する。直流チョッパ７は、昇圧した直流電圧をインバータ４に供給する。直流チョッパ７は、磁化時に、インバータ４が磁化電流Ｉｄを流すため、インバータ入力電圧を昇圧する。直流チョッパ７は、定常時は、直流電源５から供給される直流電圧を、昇圧せずにそのままインバータ４に供給する。

直流チョッパ７は、リアクトルＬと、上側スイッチング素子ＳＷＵと、下側スイッチング素子ＳＷＤとで構成されている。上側スイッチング素子ＳＷＵ及び下側スイッチング素子ＳＷＤは、制御部１０から入力されるゲート信号ＳＧ２に従って、ドライブされる。これにより、直流チョッパ７は、入力された直流電圧を昇圧する。直流チョッパ７は、昇圧しないときは、上側スイッチング素子ＳＷＵを常時オンにし、下側スイッチング素子ＳＷＤを常時オフにする。

平滑コンデンサ６は、インバータ４と直流チョッパ７との間に印加される直流電圧を平滑するコンデンサである。

直流電圧検出器ＤＶ１は、直流電源５の直流電圧を検出する。直流電圧検出器ＤＶ１は、検出した直流電圧を、直流電圧検出信号ＳＶ１として、制御部１０に出力する。

直流電圧検出器ＤＶ２は、平滑コンデンサ６（直流チョッパ７の出力又はインバータ４の入力）の直流電圧を検出する。直流電圧検出器ＤＶ２は、検出した直流電圧を、直流電圧検出信号ＳＶ２として、制御部１０に出力する。

制御部１０は、外部から入力されたトルク指令値Ｔｍ＊、回転角度センサ３から入力された回転角度θ、直流電圧検出器ＤＶ１から入力された直流電圧検出信号ＳＶ１、及び直流電圧検出器ＤＶ２から入力された直流電圧検出信号ＳＶ２に基づいて、インバータ４及び直流チョッパ７を制御する。

制御部１０は、インバータ４を制御するために、ゲート信号ＳＧ１及び抵抗切替信号ＳＲをインバータ４に出力する。制御部１０は、直流チョッパ７を制御するために、ゲート信号ＳＧ２を直流チョッパ７に出力する。

制御部１０は、インバータ４の出力電圧を制御する。インバータ４から出力された交流電力は、可変磁束モータ２に供給される。可変磁束モータ２は、インバータ４から供給された交流電力により駆動する。即ち、制御部１０は、インバータ４を制御することで、可変磁束モータ２の運転を制御する。制御部１０は、直流チョッパ７を制御することで、インバータ４に入力される電圧を制御する。

図２は、本実施形態に係る制御部１０の構成を示すブロック図である。

制御部１０は、擬似微分器１１と、座標変換部１２と、磁束指令演算部１３と、ＤＱ軸電流指令演算部１４と、定常時電流制御回路１５と、磁化電流指令演算部１６と、磁化時電流制御回路１７と、座標変換部１８と、インバータ用ＰＷＭ回路１９と、磁化管理部２０と、昇圧電圧指令演算部２１と、直流電圧制御回路２２と、直流チョッパ用ＰＷＭ回路２３、磁化要求生成部２４と、切替器ＳＬ１，ＳＬ２とを備えている。

トルク指令値Ｔｍ＊は、ＤＱ軸電流指令演算部１４、磁化時電流制御回路１７、磁化管理部２０、及び磁化要求生成部２４に入力される。

回転角度センサ３から入力された回転角度θは、擬似微分器１１、座標変換部１２及び座標変換部１８に入力される。

直流電圧検出器ＤＶ１から入力された直流電圧検出信号ＳＶ１は、昇圧電圧指令演算部２１及び磁化要求生成部２４に入力される。

直流電圧検出器ＤＶ２から入力された直流電圧検出信号ＳＶ２は、直流電圧制御回路２２に入力される。

交流電流検出器８Ｕ，８Ｗから入力された相電流Ｉｕ，Ｉｗは、座標変換部１２に入力される。

磁化管理部２０は、制御部１０における磁化に関する制御を主に管理する演算処理部である。磁化管理部２０は、各種のフラグを管理する。磁化管理部２０は、磁化電流（磁化時のＤ軸電流）Ｉｄを流す時に、ゲート抵抗の抵抗値を切り替えるための抵抗切替信号ＳＲをゲートドライブ回路４２に出力する。

磁化管理部２０は、磁化電流Ｉｄを流し始めるときは、磁化電流印加フラグＦｉｍｓを発生させる（磁化電流印加フラグＦｉｍｓ＝「１」）。磁化電流印加フラグＦｉｍｓが発生することにより、切替器ＳＬ１が切り替わる。

磁化管理部２０は、磁化電流Ｉｄを流すために、インバータ４の入力電圧を昇圧するときは、昇圧指令フラグＦｖｓを発生させる（昇圧指令フラグＦｖｓ＝「１」）。昇圧指令フラグＦｖｓが発生することにより、昇圧電圧指令演算部２１に昇圧させるための指令が出力され、切替器ＳＬ２が切り替わる。

擬似微分器１１は、回転角度センサ３により検出された回転角度θを微分して、モータ角速度（回転子回転周波数、インバータ周波数）ωを演算する。擬似微分器１１は、演算したモータ角速度ωを、磁束指令演算部１３、定常時電流制御回路１５、磁化時電流制御回路１７及び磁化要求生成部２４に出力する。

磁束指令演算部１３は、擬似微分器１１により演算されたモータ角速度ωに基づいて、磁束指令値φ＊を演算する。磁束指令演算部１３は、演算した磁束指令値φ＊を、磁化電流指令演算部１６及びＤＱ軸電流指令演算部１４に出力する。

磁束指令値φ＊は、可変磁束モータ２の磁束を制御するための指令である。

ＤＱ軸電流指令演算部１４は、トルク指令値Ｔｍ＊、磁束指令演算部１３により演算された磁束指令値φ＊に基づいて、Ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びＱ軸電流指令値Ｉｑ＊を演算する。ＤＱ軸電流指令演算部１４は、演算したＤＱ軸電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を定常時電流制御回路１５に出力する。

Ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は、可変磁束モータ２に流すＤ軸電流（磁化電流）Ｉｄを制御するための指令値である。Ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊は、可変磁束モータ２に流すＱ軸電流（トルク電流）Ｉｑを制御するための指令値である。

ここで、ＤＱ軸上のＤ軸とは、磁石磁束方向の軸であり、磁気トルクに作用しない軸である。ＤＱ軸上のＱ軸とは、磁石磁束方向と直交する軸（Ｄ軸と直交する軸）であり、磁気トルクに作用する軸である。制御部１０は、Ｄ軸電流Ｉｄを流すことにより、可変磁束モータ２の磁束を変化させる。

座標変換部１２は、交流電流検出器８Ｕ，８Ｗにより検出された相電流Ｉｕ，Ｉｗ及び回転角度センサ３により検出された回転角度θに基づいて、インバータ４から出力される三相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，ＩｗをＤＱ軸電流Ｉｄ，Ｉｑに変換する。なお、三相交流電流のＶ相電流は、他の２つの相電流Ｉｕ，Ｉｗから演算される。座標変換部１２は、演算したＤＱ軸電流Ｉｄ，Ｉｑを定常時電流制御回路１５及び磁化時電流制御回路１７に出力する。

定常時電流制御回路１５は、可変磁束モータ２を磁化しないとき（定常時）に、インバータ４から出力されるＤＱ軸電流Ｉｄ，ＩｑをＤＱ軸電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に追従させる制御をする。定常時電流制御回路１５は、ＤＱ軸電流指令演算部１４により演算されたＤＱ軸電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊、座標変換部１２により演算されたＤＱ軸電流Ｉｄ，Ｉｑ、及び擬似微分器１１により演算されたモータ角速度ωに基づいて、定常時ＤＱ軸電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を演算する。定常時電流制御回路１５は、演算した定常時ＤＱ軸電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を切替器ＳＬ１に出力する。

定常時Ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊は、定常時に、インバータ４の出力電圧のＤ軸電圧を制御するための指令値である。磁化時Ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊は、定常時に、インバータ４の出力電圧のＱ軸電圧を制御するための指令値である。

磁化電流指令演算部１６は、磁束指令演算部１３により演算された磁束指令値φ＊に基づいて、磁化時Ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ＊を演算する。磁化電流指令演算部１６は、演算した磁化時Ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ＊を磁化時電流制御回路１７及び昇圧電圧指令演算部２１に出力する。

磁化時Ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ＊は、可変磁束モータ２に流す磁化電流（Ｄ軸電流Ｉｄ）を制御するための指令値である。

磁化時電流制御回路１７は、可変磁束モータ２を磁化するとき（磁化時）に、インバータ４から出力されるＤ軸電流Ｉｄを磁化時Ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ＊に追従させる制御をする。磁化時電流制御回路１７は、磁化電流指令演算部１６から出力された磁化時Ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ＊、トルク指令値Ｔｍ＊、座標変換部１２により演算されたＤＱ軸電流Ｉｄ，Ｉｑ、及び擬似微分器１１により演算されたモータ角速度ωに基づいて、磁化時ＤＱ軸電圧指令値Ｖｄｍ＊，Ｖｑｍ＊を演算する。磁化時電流制御回路１７は、演算した磁化時ＤＱ軸電圧指令値Ｖｄｍ＊，Ｖｑｍ＊を切替器ＳＬ１に出力する。磁化時電流制御回路１７は、磁化電流（磁化時の軸電流Ｉｄ）を流し終えると、磁化電流印加完了フラグＦｉｍｅを発生させる（磁化電流印加完了フラグＦｉｍｅ＝「１」）。

磁化時Ｄ軸電圧指令値Ｖｄｍ＊は、磁化時に、インバータ４の出力電圧のＤ軸電圧を制御するための指令値である。磁化時Ｑ軸電圧指令値Ｖｑｍ＊は、磁化時に、インバータ４の出力電圧のＱ軸電圧を制御するための指令値である。

切替器ＳＬ１は、定常時の電流制御を行うか磁化時の電流制御を行うかを選択する回路である。切替器ＳＬ１は、磁化電流印加フラグＦｉｍｓが発生すると、磁化時の電流制御を選択する。切替器ＳＬ１は、磁化が完了すると、定常時の電流制御に切り替える。定常時には、切替器ＳＬ１は、定常時電流制御回路１５から出力される定常時ＤＱ軸電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊の入力を選択する。磁化時には、切替器ＳＬ１は、磁化時電流制御回路１７から出力される磁化時ＤＱ軸電圧指令値Ｖｄｍ＊，Ｖｑｍ＊の入力を選択する。切替器ＳＬ１は、選択したＤＱ軸電圧指令値を座標変換部１８に出力する。

座標変換部１８は、切替器ＳＬ１から入力されたＤＱ軸電圧指令値を、回転角度センサ３から入力された回転角度θに基づいて、三相交流の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換する。座標変換部１８は、変換した三相交流の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊をインバータ用ＰＷＭ回路１９に出力する。

インバータ用ＰＷＭ回路１９は、座標変換部１８により演算された電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に基づいて、インバータ４をＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御するためのゲート信号ＳＧ１を生成する。インバータ用ＰＷＭ回路１９は、生成したゲート信号ＳＧ１をインバータ４のゲートドライブ回路４２に出力する。これにより、インバータ４の出力が制御される。

昇圧電圧指令演算部２１は、昇圧指令フラグＦｖｓが発生すると、磁化電流指令演算部１６により演算された磁化時Ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ＊及び直流電圧検出器ＤＶ１により検出された直流電圧検出信号ＳＶ１に基づいて、直流電源５から出力される直流電圧を昇圧するための昇圧電圧指令値Ｖｕｐ＊を演算する。昇圧電圧指令演算部２１は、磁化時に、インバータ４に入力される直流電圧を昇圧するために、昇圧電圧指令値Ｖｕｐ＊を演算する。昇圧電圧指令演算部２１は、演算した昇圧電圧指令値Ｖｕｐ＊を直流電圧制御回路２２に出力する。昇圧電圧指令演算部２１は、昇圧が完了すると、昇圧完了フラグＦｖｅを発生させる（昇圧完了フラグＦｖｅ＝「１」）。

直流電圧制御回路２２は、直流電圧検出器ＤＶ２により検出された直流電圧検出信号ＳＶ２を、昇圧電圧指令演算部２１により演算された昇圧電圧指令値Ｖｕｐ＊に追従させる制御をする。直流電圧制御回路２２は、直流電圧検出信号ＳＶ２及び昇圧電圧指令値Ｖｕｐ＊に基づいて、直流チョッパ７を制御するための通流率指令値Ｓαを演算する。直流電圧制御回路２２は、演算した通流率指令値Ｓαを切替器ＳＬ２に出力する。

切替器ＳＬ２は、直流チョッパ７を、昇圧する制御と昇圧しない制御とのいずれの制御をするかを選択する回路である。切替器ＳＬ２は、昇圧指令フラグＦｖｓが発生すると、昇圧する制御を選択する。切替器ＳＬ２は、磁化が完了すると、昇圧しない制御に切り替える。昇圧する制御をする場合は、切替器ＳＬ２は、直流電圧制御回路２２から出力される通流率指令値Ｓαの入力を選択する。昇圧しない制御をする場合は、切替器ＳＬ２は、予め設定されている常時オンとなる通流率指令値Ｓα０の入力を選択する。切替器ＳＬ２は、選択した通流率指令値を直流チョッパ用ＰＷＭ回路２３に出力する。

直流チョッパ用ＰＷＭ回路２３は、切替器ＳＬ２により選択された通流率指令値に基づいて、直流チョッパ７をＰＷＭ制御するためのゲート信号ＳＧ２を生成する。直流チョッパ用ＰＷＭ回路２３は、生成したゲート信号ＳＧ２を直流チョッパ７に出力する。これにより、直流チョッパ７の昇圧動作が制御される。

磁化要求生成部２４は、トルク指令値Ｔｍ＊、直流電圧検出器ＤＶ１から入力された直流電圧検出信号ＳＶ１及び擬似微分器１１により演算されたモータ角速度ωに基づいて、可変磁束モータ２の磁束を変化させる必要があるか否かを判断する。磁化要求生成部２４は、磁束を変化させる必要があると判断した場合、磁化要求フラグＦｒｑを発生させる（磁化要求フラグＦｒｑ＝「１」）。

図３は、本実施形態に係るゲートドライブ回路４２の構成を示すブロック図である。

ゲートドライブ回路４２は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４及びゲート抵抗Ｒｇ１，Ｒｇ２，Ｒｇ３，Ｒｇ４により構成されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４は、例えばＩＧＢＴである。

スイッチング素子Ｑ１のゲートには、ゲート信号ＳＧ１のターンオン指令が入力される。スイッチング素子Ｑ１のコレクタは、正極１５ボルトの電圧源と接続されている。スイッチング素子Ｑ１のエミッタは、ゲート抵抗Ｒｇ２及びゲート抵抗Ｒｇ１を直列に順次に介して、スイッチング素子ＳＷのゲートと接続されている。

スイッチング素子Ｑ３のゲートには、抵抗切替信号ＳＲが入力される。スイッチング素子Ｑ３のコレクタ及びエミッタは、それぞれゲート抵抗Ｒｇ２の両端の端子に接続されている。スイッチング素子Ｑ３がオンされると、ゲート抵抗Ｒｇ２の両端の端子が短絡された状態となる。

スイッチング素子Ｑ２のゲートには、ゲート信号ＳＧ１のターンオフ指令が入力される。スイッチング素子Ｑ２のコレクタは、ゲート抵抗Ｒｇ４及びゲート抵抗Ｒｇ３を直列に順次に介して、スイッチング素子ＳＷのゲートと接続されている。スイッチング素子Ｑ２のエミッタは、直流電圧の負極側に接続されている。

スイッチング素子Ｑ４のゲートには、抵抗切替信号ＳＲが入力される。スイッチング素子Ｑ４のコレクタ及びエミッタは、それぞれゲート抵抗Ｒｇ４の両端の端子に接続されている。スイッチング素子Ｑ４がオンされると、ゲート抵抗Ｒｇ４の両端の端子が短絡された状態となる。

ゲート抵抗Ｒｇ１，Ｒｇ２は、ターンオン用のゲート抵抗である。ゲート抵抗Ｒｇ３，Ｒｇ４は、ターンオフ用のゲート抵抗である。

スイッチング素子Ｑ１は、ゲート信号ＳＧ１に基づいて、電力変換回路４１のスイッチング素子ＳＷをターンオンさせるためのスイッチング素子である。スイッチング素子Ｑ２は、ゲート信号ＳＧ１に基づいて、電力変換回路４１のスイッチング素子ＳＷをターンオフさせるためのスイッチング素子である。

スイッチング素子Ｑ３は、抵抗切替信号ＳＲに基づいて、ターンオン時のゲート抵抗の抵抗値を切り替えるためのスイッチング素子である。スイッチング素子Ｑ４は、抵抗切替信号ＳＲに基づいて、ターンオフ時のゲート抵抗の抵抗値を切り替えるためのスイッチング素子である。

次に、ゲートドライブ回路４２の動作について説明する。

ゲート信号ＳＧ１は、スイッチング素子ＳＷをターンオンするときは、スイッチング素子Ｑ１をオンし、スイッチング素子Ｑ２をオフする信号となる。ゲート信号ＳＧ１は、スイッチング素子ＳＷをターンオフするときは、スイッチング素子Ｑ１をオフし、スイッチング素子Ｑ２をオンする信号となる。

抵抗切替信号ＳＲは、磁化電流印加フラグｉｍｓを反転（論理否定）した信号である。即ち、定常時では、抵抗切替信号ＳＲは、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４をオンする信号が入力される。磁化時では、抵抗切替信号ＳＲは、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４をオフする信号が入力される。

定常時では、スイッチング素子Ｑ３がオンされているため、ゲート抵抗Ｒｇ２は短絡状態である。このため、スイッチング素子ＳＷをターンオンするときに使用されるゲート抵抗は、実質的には、ゲート抵抗Ｒｇ１のみである。従って、ゲート抵抗の抵抗値は、ゲート抵抗Ｒｇ１の抵抗値である。

定常時では、スイッチング素子Ｑ４がオンされているため、ゲート抵抗Ｒｇ４は短絡状態である。このため、スイッチング素子ＳＷをターンオフするときに使用されるゲート抵抗は、実質的には、ゲート抵抗Ｒｇ３のみである。従って、ゲート抵抗の抵抗値は、ゲート抵抗Ｒｇ３の抵抗値である。

磁化時では、スイッチング素子Ｑ３がオフされているため、ゲート抵抗Ｒｇ２は短絡状態が解消している。このため、スイッチング素子ＳＷをターンオンするときのゲート抵抗は、ゲート抵抗Ｒｇ１及びゲート抵抗Ｒｇ２である。従って、ゲート抵抗の抵抗値は、ゲート抵抗Ｒｇ１及びゲート抵抗Ｒｇ２のそれぞれの抵抗値の総和である。従って、定常時でスイッチング素子ＳＷをターンオンするときよりも、ゲート抵抗の抵抗値は大きくなる。

磁化時では、スイッチング素子Ｑ４がオフされているため、ゲート抵抗Ｒｇ４は短絡状態が解消している。このため、スイッチング素子ＳＷをターンオフするときのゲート抵抗は、ゲート抵抗Ｒｇ３及びゲート抵抗Ｒｇ４である。従って、ゲート抵抗の抵抗値は、ゲート抵抗Ｒｇ３及びゲート抵抗Ｒｇ４のそれぞれの抵抗値の総和である。従って、定常時でスイッチング素子ＳＷをターンオフするときよりも、ゲート抵抗の抵抗値は大きくなる。

図４から図１４を参照して、本実施形態に係る制御部１０による可変磁束モータ２の磁化をする磁化制御について説明する。

図４は、磁化制御における直流電圧検出信号ＳＶ２（インバータ入力電圧）の変動を示す波形図である。図５は、磁化制御における磁化電流Ｉｄの変動を示す波形図である。図６は、磁化制御における磁化要求フラグＦｒｑの状態の遷移を示す状態遷移図である。図７は、磁化制御における磁化モードフラグＦｍｄの状態の遷移を示す状態遷移図である。図８は、磁化制御における昇圧完了フラグＦｖｅの状態の遷移を示す状態遷移図である。図９は、磁化制御における昇圧指令フラグＦｖｓの状態の遷移を示す状態遷移図である。図１０は、磁化制御における磁化電流印加フラグＦｉｍｓの状態の遷移を示す状態遷移図である。図１１は、磁化制御における磁化電流印加完了フラグＦｉｍｅの状態の遷移を示す状態遷移図である。図１２は、磁化制御における上側スイッチング素子ＳＷＵの状態ＳＴＵの遷移を示す状態遷移図である。図１３は、磁化制御における下側スイッチング素子ＳＷＤの状態ＳＴＤの遷移を示す状態遷移図である。図１４は、磁化制御における通流率αの状態の遷移を示す状態遷移図である。

定常時は、次の状態になっている。インバータ４の直流側には、直流電源５の出力電圧が昇圧されずに入力される。磁化管理部２０は、抵抗切替信号ＳＲを「１」にして、インバータ４のゲートドライブ回路４２に出力している。上側スイッチング素子ＳＷＵの状態ＳＴＵは、常時オン状態である。従って、常時オン相当の通流率指令値Ｓα０に対応するゲート信号ＳＧ２が出力されている。これにより、チョッパ通流率αは、１００％になる。下側スイッチング素子ＳＷＤの状態ＳＴＤは、常時オフ状態である。

磁化要求生成部２４から磁化要求がされると、磁化要求フラグＦｒｑが「１」になる（時刻ｔ１）。磁化要求フラグＦｒｑが「１」になると、磁化モードフラグＦｍｄ及び昇圧指令フラグＦｖｓがそれぞれ「１」になる。磁化モードフラグＦｍｄは、制御部１０が磁化制御中のときは、「１」である。磁化モードフラグＦｍｄは、制御部１０が定常時のときは、「０」である。

昇圧指令フラグＦｖｓが「１」になると、制御部１０は、磁化電流Ｉｄを流すために、インバータ４の入力電圧を昇圧させる制御をする。具体的には、制御部１０は、直流チョッパ７の上側スイッチング素子ＳＷＵ及び下側スイッチング素子ＳＷＤのスイッチング制御をする。これにより、直流電源５の電源電圧Ｖｂａが昇圧されて、インバータ４に入力される。制御部１０による昇圧制御により、チョッパ通流率αが変動をする。

磁化管理部２０は、インバータ入力電圧が磁化電流Ｉｄを流すために必要な電圧に達すると、昇圧完了フラグＦｖｅを発生させる（時刻ｔ２）。昇圧完了フラグＦｖｅが発生すると、磁化管理部２０は、磁化電流Ｉｄの出力を開始するために、磁化電流印加フラグＦｉｍｓを発生させる。これにより、インバータ４は、磁化電流Ｉｄを出力し始める。磁化電流印加フラグＦｉｍｓの発生により、磁化管理部２０は、インバータ４のゲートドライブ回路４２に、抵抗切替信号ＳＲを「０」にして出力する。

磁化電流Ｉｄを流し終えると、磁化管理部２０は、磁化電流印加フラグＦｉｍｓを消滅させ、磁化電流印加完了フラグＦｉｍｅを発生させる（時刻ｔ３）。磁化電流印加完了フラグＦｉｍｅが発生すると、制御部１０は、インバータ入力電圧を徐々に直流電源５の電源電圧Ｖｂａに戻すための制御を始める。

インバータ入力電圧が直流電源５の出力電圧Ｖｂａになると、磁化管理部２０は、昇圧指令フラグＦｖｓを消滅させる（時刻ｔ４）。これにより、制御部１０による磁化制御が完了するため、磁化管理部２０は、磁化モードフラグＦｍｄを消滅させる。このとき、上側スイッチング素子ＳＷＵ、下側スイッチング素子ＳＷＤ、及びチョッパ通流率αは、それぞれ磁化制御前の状態に戻る。

本実施形態によれば、以下の作用効果を得ることができる。

ゲートドライブ回路４２は、定常時では、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４がオンされることにより、ゲート抵抗の抵抗値を小さくして、スイッチング素子ＳＷをスイッチングする。定常時では、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４がオフされることにより、ゲート抵抗の抵抗値を大きくして、スイッチング素子ＳＷをスイッチングする。

よって、大きな電流を流す必要のない定常時では、ゲート抵抗値を小さくするため、スイッチング素子ＳＷが発熱する温度（ジャンクション温度又はチャネル温度など）を抑制することができる。一方、磁束を変化させるための磁化電流Ｉｄのように大きな電流を流す必要のある磁化時では、ゲート抵抗値を大きくするため、過大なサージ電圧を抑制することができる。

従って、可変磁束モータドライブシステム１は、ゲートドライブ回路４２を設けることにより、定常時では、スイッチング損失を抑制し、磁化時では、磁化電流Ｉｄを流すことにより発生するスイッチング素子ＳＷのサージ電圧を抑制することができる。

また、直流チョッパ７は、定常時では、上側スイッチング素子ＳＷＵは、常時オン状態である。従って、直流チョッパ７は、スイッチング動作を行わないため、定常時における直流チョッパ７によるスイッチング損は発生しない。また、リアクトルＬの高調波による損失も小さくすることができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…可変磁束モータドライブシステム、２…可変磁束モータ、３…回転角度センサ、４…インバータ、５…直流電源、６…平滑コンデンサ、７…直流チョッパ、８Ｕ，８Ｗ…交流電流検出器、１０…制御部、４１…電力変換回路、４２…ゲートドライブ回路、ＤＶ１，ＤＶ２…直流電圧検出器、Ｌ…リアクトル、ＳＷ…スイッチング素子、ＳＷＵ…上側スイッチング素子、ＳＷＤ…下側スイッチング素子。

Claims (8)

1. 直流電源から供給される直流電力を変換し、磁束を変化させるための永久磁石を備えた永久磁石同期電動機に交流電力を供給するための電力変換に用いられるスイッチング素子をドライブするためのゲートドライブ回路であって、
   前記永久磁石同期電動機に、磁束を変化させる磁化電流を出力するときのゲート抵抗値よりも、前記磁化電流を出力しないときのゲート抵抗値を小さくする構成がされたゲート抵抗回路
   を備えたことを特徴とするゲートドライブ回路。
2. 前記ゲート抵抗回路は、
   前記スイッチング素子をターンオンするときに、ゲート抵抗として用いられる第１の抵抗器と、
   前記スイッチング素子をターンオンするときに、ゲート抵抗として用いられる第２の抵抗器と、
   前記スイッチング素子をターンオフするときに、ゲート抵抗として用いられる第３の抵抗器と、
   前記スイッチング素子をターンオフするときに、ゲート抵抗として用いられる第４の抵抗器と、
   前記磁化電流を出力しない場合、前記第２の抵抗器を短絡状態にする第１の短絡手段と、
   前記磁化電流を出力しない場合、前記第４の抵抗器を短絡状態にする第２の短絡手段とを備えたこと
   を特徴とする請求項１に記載のゲートドライブ回路。
3. 磁束を変化させるための永久磁石を備えた永久磁石同期電動機を駆動するインバータであって、
   スイッチング素子により構成され、直流電源から供給される直流電力を変換し、交流電力を前記永久磁石同期電動機に供給する電力変換手段と、
   前記電力変換手段の前記スイッチング素子をドライブし、前記永久磁石同期電動機に磁束を変化させる磁化電流を出力するときのゲート抵抗値よりも、前記磁化電流を出力しないときのゲート抵抗値を小さくするゲートドライブ回路と
   を備えたことを特徴とするインバータ。
4. 前記ゲートドライブ回路は、
   前記スイッチング素子をターンオンするときに、ゲート抵抗として用いられる第１の抵抗器と、
   前記スイッチング素子をターンオンするときに、ゲート抵抗として用いられる第２の抵抗器と、
   前記スイッチング素子をターンオフするときに、ゲート抵抗として用いられる第３の抵抗器と、
   前記スイッチング素子をターンオフするときに、ゲート抵抗として用いられる第４の抵抗器と、
   前記磁化電流を出力しない場合、前記第２の抵抗器を短絡状態にする第１の短絡手段と、
   前記磁化電流を出力しない場合、前記第４の抵抗器を短絡状態にする第２の短絡手段と
   を備えたことを特徴とする請求項３に記載のインバータ。
5. 磁束を変化させるための永久磁石を備えた永久磁石同期電動機と、
   直流電力を出力する直流電源と、
   スイッチング素子により構成され、前記直流電源から供給される直流電力を変換し、交流電力を前記永久磁石同期電動機に供給する電力変換手段と、
   前記電力変換手段の前記スイッチング素子をドライブし、ゲート抵抗値が変化するゲートドライブ回路と、
   前記電力変換手段から磁束を変化させる磁化電流を出力させるときの前記ゲートドライブ回路のゲート抵抗値よりも、前記磁化電流を出力させないときの前記ゲートドライブ回路のゲート抵抗値を小さくする制御をする制御手段と
   を備えたことを特徴とするモータドライブシステム。
6. 前記ゲートドライブ回路は、
   前記スイッチング素子をターンオンするときに、ゲート抵抗として用いられる第１の抵抗器と、
   前記スイッチング素子をターンオンするときに、ゲート抵抗として用いられる第２の抵抗器と、
   前記スイッチング素子をターンオフするときに、ゲート抵抗として用いられる第３の抵抗器と、
   前記スイッチング素子をターンオフするときに、ゲート抵抗として用いられる第４の抵抗器と、
   前記磁化電流を出力しない場合、前記第２の抵抗器を短絡状態にする第１の短絡手段と、
   前記磁化電流を出力しない場合、前記第４の抵抗器を短絡状態にする第２の短絡手段と
   を備えたことを特徴とする請求項５に記載のモータドライブシステム。
7. 前記制御手段は、
   前記電力変換手段から前記磁化電流を出力させる場合、前記ゲートドライブ回路の前記第２の抵抗器の短絡状態を解消させる第１の短絡状態解消手段と、
   前記電力変換手段から前記磁化電流を出力させる場合、前記ゲートドライブ回路の前記第４の抵抗器の短絡状態を解消させる第２の短絡状態解消手段とを備えたこと
   を特徴とする請求項６に記載のモータドライブシステム。
8. 前記電力変換手段から前記磁化電流を出力する場合、前記直流電源から出力される直流電圧を昇圧し、前記電力変換手段に供給する昇圧手段と
   を備えたことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載のモータドライブシステム。

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