JP2011244525A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平滑コンデンサの放電時にスイッチング素子を駆動するための電圧を供給する放電用電源回路の構成を簡素化できる電力変換装置を提供する。
【解決手段】モータ制御装置１は、インバータ回路１０と、平滑コンデンサ１１と、放電用駆動回路１４０、１４１と、放電用電源回路１６とを備えている。インバータ回路１０は、直列接続された２つのＩＧＢＴからなるスイッチング回路を備えている。放電用電源回路１６は、電源回路１６０と、ダイオード回路１６１とを備えている。電源回路１６０は、平滑コンデンサ１１に蓄積された電荷によって放電時にＩＧＢＴを駆動するための電圧を生成し放電用駆動回路１４１に供給する。ダイオード回路１６１は、電源回路１６０から放電用駆動回路１４０に向けて順方向に接続されるダイオード１６１ａからなり、電源回路１６０の出力電圧を放電用駆動回路１４０に供給する。これにより、放電用電源回路１６の構成を簡素化することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、直列接続された複数のスイッチング素子からなるスイッチング回路と、スイッチング回路に並列接続される平滑コンデンサとを備えた電力変換装置に関する。

従来、直列接続された複数のスイッチング素子からなるスイッチング回路と、スイッチング回路に並列接続される平滑コンデンサとを備えた電力変換装置として、例えば特許文献１に開示されている電力変換装置や、特許文献２に開示されているモータ制御装置
がある。

特許文献１の電力変換装置は、電力変換回路と、平滑コンデンサと、制御装置とを備えている。電力変換回路は、直列接続された２つのスイッチング素子からなる３つのレグを並列接続して構成されている。電力変換回路及び平滑コンデンサは、直流電源の正極端子と負極端子の間に接続されている。

制御装置は、電力を変換するときには、電力変換回路を構成するスイッチング素子を所定のタイミングでオン、オフし、直流電源の出力する直流電力を３相交流電力に変換して電動機に供給する。

一方、平滑コンデンサを放電させるときには、レグを構成する２つのスイッチング素子を同時にオンし、平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電する。これにより、平滑コンデンサに蓄積された電荷による感電を防止することができる。

特許文献２のモータ制御装置は、コンバータと、低圧側コンデンサと、高圧側コンデンサと、ＭＧ＿ＥＣＵとを備えている。コンバータは、直列接続された２つのトランジスタと、リアクトルとを有している。直列接続された２つのトランジスタは、インバータの入力端子の間に接続されている。直列接続された２つのトランジスタのうち、低電位側のトランジスタのコレクタは、リアクトルを介してバッテリの正極端子に、エミッタはバッテリの負極端子にそれぞれ接続されている。低圧側コンデンサは、バッテリの正極端子と負極端子の間に接続されている。高圧側のコンデンサは、インバータの入力端子の間に接続されている。

ＭＧ＿ＥＣＵは、電力を変換するときには、コンバータを構成する２つのトランジスタを所定のタイミングでオン、オフし、バッテリの出力する低電圧の直流電力を高電圧の直流電力に変換してインバータに供給する。

一方、高圧側コンデンサを放電させるときには、コンバータを構成する２つのトランジスタのうち低電位側のトランジスタをオンするとともに高電位側のトランジスタをオフして低圧側コンデンサに蓄積された電荷を放電し、その後、低電位側のトランジスタをオフするとともに高電位側のトランジスタをオンして高圧側コンデンサに蓄積された電荷を放電して低圧側コンデンサを充電する。以降、同様の動作を繰り返し、高圧側コンデンサに蓄積された電荷を放電する。つまり、低電位側のトランジスタと高電位側のトランジスタを交互にオンして高圧側コンデンサに蓄積された電荷を放電する。これにより、高圧側コンデンサに蓄積された電荷による感電を防止することができる。

特開２００９−２３２６２０号公報 特開２００８ー３０６７９５号公報

近年のハイブリッド自動車の普及に伴い、前述した電力変換装置やモータ制御装置が
車両に搭載されている。電力変換装置やモータ制御装置は、システム電源から電圧を供給され作動する。システム電源の電圧によってスイッチング素子やトランジスタを駆動するための電圧を生成している場合、車両衝突に伴ってケーブル等が断線し、システム電源からの電圧の供給が遮断すると、平滑コンデンサや高圧側コンデンサを放電できなくなってしまう。そのため、平滑コンデンサや高圧側コンデンサに蓄積された電荷によって、スイッチング素子やトランジスタの駆動のための電圧を生成する構成がとられている。

直列接続された２つのスイッチング素子を駆動する場合、低電位側のスイッチング素子のオン、オフの状態によって高電位側のスイッチング素子を駆動する際の基準電位が変動する。そのため、低電位側のスイッチング素子を駆動するための電圧の基準と、高電位側のスイッチング素子を駆動するための電圧の基準を別々にする必要がある。つまり、それぞれを駆動する駆動回路に、互いに基準の異なる絶縁された電圧を供給しなければならない。直列接続された２つのトランジスタを駆動する場合も同様である。そのため、スイッチング素子やトランジスタの駆動回路毎に、電源回路を別々に設けなければならない。従って、構成が複雑になり、コストが上昇してしまうという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、第１平滑コンデンサの放電時にスイッチング素子を駆動するための電圧を供給する放電用電源回路の構成を簡素化することができる電力変換装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明者らは、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、第１平滑コンデンサに蓄積された電荷によって電圧を生成する電源回路を設け、電源回路の出力電圧を低電位側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に供給するとともに、電源回路の出力電圧をダイオード回路を介して、低電位側のスイッチング素子以外のスイッチング素子を駆動する駆動回路に供給することで、第１平滑コンデンサの放電時に、スイッチング素子を駆動するための電圧を供給する放電用電源回路の構成を簡素化できることを思いつき、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に記載の電力変換装置は、直列接続された複数のスイッチング素子からなるスイッチング回路と、スイッチング回路に並列接続される第１平滑コンデンサと、スイッチング素子毎に設けられ、スイッチング素子を駆動する駆動回路と、を備え、スイッチング回路によって電力を変換し、スイッチング回路によって第１平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電する電力変換装置において、第１平滑コンデンサに蓄積された電荷によって、第１平滑コンデンサの放電時にスイッチング素子を駆動するための電圧を生成し、直列接続された複数のスイッチング素子のうち、最も低電位側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に供給する電源回路と、最も低電位側のスイッチング素子以外のスイッチング素子を駆動する駆動回路毎に設けられ、電源回路の出力電圧を、最も低電位側のスイッチング素子以外のスイッチング素子を駆動する駆動回路に供給する、電源回路から駆動回路に向けて順方向に接続されるダイオードからなるダイオード回路と、を備えた放電用電源回路を有することを特徴とする。

この構成によれば、電源回路によって、最も低電位側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に電圧を供給することができる。また、ダイオード回路によって、最も低電位側のスイッチング素子以外のスイッチング素子を駆動する駆動回路に電源回路の出力電圧を供給することができる。そのため、従来のように、駆動回路毎に電源回路を設けることなく、それぞれの駆動回路に電圧を供給することができる。しかも、電源回路の出力電圧は、第１平滑コンデンサに蓄積された電荷によって生成されため、電力変換装置を作動させるシステム電源が遮断した後であっても供給することができる。従って、第１平滑コンデンサの放電時にスイッチング素子を駆動するための電圧を供給する放電用電源回路の構成を簡素化することができる。

請求項２に記載の電力変換装置は、スイッチング回路は、直列接続された２つのスイッチング素子からなり、電源回路は、生成した電圧を、直列接続された２つのスイッチング素子のうち、低電位側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に供給し、ダイオード回路は、電源回路の出力電圧を、直列接続された２つのスイッチング素子のうち、高電位側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に供給することを特徴とする。この構成によれば、直列接続された２つのスイッチング素子からなるスイッチング回路を備えた電力変換装置において、第１平滑コンデンサの放電時にスイッチング素子を駆動するための電圧を供給する放電用電源回路の構成を簡素化することができる。

請求項３に記載の電力変換装置は、駆動回路は、第１平滑コンデンサの放電時には、低電位側のスイッチング素子をオンした後に、高電位側のスイッチング素子をオンすることを特徴とする。この構成によれば、低電位側のスイッチング素子をオンすることで、高電位側のスイッチング素子の直列接続点側の端子電位を、電源回路の出力電圧の基準電位にすることができる。そのため、高電位側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に、電源回路の出力電圧を確実に供給することができる。従って、高電位側のスイッチング素子を確実にオンすることができる。

請求項４に記載の電力変換装置は、駆動回路は、第１平滑コンデンサの放電時には、低電位側のスイッチング素子と高電位側のスイッチング素子を同時にオンすることを特徴とする。この構成によれば、第１平滑コンデンサを確実に放電することができる。

請求項５に記載の電力変換装置は、高電位側のスイッチング素子を駆動する駆動回路は、高電位側のスイッチング素子に流れる電流を制限するように高電位側のスイッチング素子を駆動することを特徴とする。この構成によれば、平滑コンデンサの放電時に流れる電流によるスイッチング素子の破損を防止することができる。

請求項６に記載の電力変換装置は、低電位側のスイッチング素子に並列接続される第２平滑コンデンサを有し、放電用電源回路は、一端がダイオード回路と駆動回路の接続点に、他端が直列接続された２つのスイッチング素子の直列接続点にそれぞれ接続され、ダイオード回路を介して充電される電源用コンデンサを有し、駆動回路は、第１平滑コンデンサの放電時には、低電位側のスイッチング素子と高電位側のスイッチング素子を交互にオンすることを特徴とする。この構成によれば、低電位側のスイッチング素子をオンすることで、電源用コンデンサの他端の電位を、電源回路の出力電圧の基準電位にすることができる。そのため、電源用コンデンサを、電源回路の出力電圧で確実に充電することができる。従って、低電位側のスイッチング素子をオフした場合においても、高電位側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に、電源回路の出力電圧によって充電された電源用コンデンサの電圧を確実に供給することができる。これにより、低電位側のトランジスタと高電位側のトランジスタを確実に交互にオンすることができる。

請求項７に記載の電力変換装置は、駆動回路は、第１平滑コンデンサの放電時には、外部から入力される放電のための駆動信号に基づいてスイッチング素子を駆動することを特徴とする。この構成によれば、外部から入力される放電のための駆動信号に基づいて第１平滑コンデンサを放電することができる。

請求項８に記載の電力変換装置は、低電位側のスイッチング素子を駆動する駆動回路は、第１平滑コンデンサの放電時には、自ら生成した放電のための駆動信号に基づいて低電位側のスイッチング素子を駆動するとともに、高電位側のスイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成し、高電位側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に出力することを特徴とする。この構成によれば、外部から放電のための駆動信号を入力することなく、第１平滑コンデンサを放電することができる。

請求項９に記載の電力変換装置は、ダイオード回路は、電源回路から駆動回路に向けて順方向に直列接続された複数のダイオードからなることを特徴とする。この構成によれば、ダイオード回路に第１平滑コンデンサの電圧が加わる場合がある。ダイオード回路を、直列接続された複数のダイオードで構成することで、逆耐圧電圧の低いダイオードを用いることができる。そのため、コストを抑えることができる。

請求項１０に記載の電力変換装置は、車両に搭載され、直流電源の電力を変換して電気機器に供給することを特徴とする。この構成によれば、車両に搭載され、直流電源の電力を変換して電気機器に供給する電力変換装置において、第１平滑コンデンサの放電時にスイッチング素子を駆動するための電圧を供給する放電用電源回路の構成を簡素化することができる。

なお、第１及び第２平滑コンデンサは、平滑コンデンサを区別するために便宜的に導入したものである。

第１実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。 第２実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。

次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る電力変換装置を、車両に搭載され、バッテリの出力する直流電力を３相交流電力に変換して３相交流モータに供給するモータ制御装置に適用した例を示す。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して第１実施形態のモータ制御装置の構成について説明する。ここで、図１は、第１実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。

図１に示すモータ制御装置１（電力変換装置）は、高圧バッテリＢ１（直流電源）の出力する直流電力を３相交流電力に変換して３相交流モータＭ１（電気機器）に供給し、３相交流モータＭ１を駆動する装置である。モータ制御装置１は、インバータ回路１０と、平滑コンデンサ１１（第１平滑コンデンサ）と、電力変換用駆動回路１２０〜１２５と、電力変換用電源回路１３と、放電用駆動回路１４０、１４１（駆動回路）と、フォトカプラ１５と、放電用電源回路１６と、制御回路１７とを備えている。

インバータ回路１０は、高圧バッテリＢ１の出力する直流電力を３相交流電力に変換する回路である。インバータ回路１０は、３つのスイッチング回路１００〜１０２を備えている。ここで、スイッチング回路１００が、本発明のスイッチング回路に相当する。

スイッチング回路１００は、直列接続された２つのＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂ（スイッチング素子、複数のスイッチング素子）によって構成されている。ＩＧＢＴ１００ａのエミッタは、ＩＧＢＴ１００ｂのコレクタに接続されている。スイッチング回路１０１は、直列接続された２つのＩＧＢＴ１０１ａ、１０１ｂによって構成されている。ＩＧＢＴ１０１ａのエミッタは、ＩＧＢＴ１０１ｂのコレクタに接続されている。スイッチング回路１０２は、直列接続された２つのＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂによって構成されている。ＩＧＢＴ１０２ａのエミッタは、ＩＧＢＴ１０２ｂのコレクタに接続されている。３つのスイッチング回路１００〜１０２は、並列接続されている。

ＩＧＢＴ１００ａ〜１０２ａのコレクタは、リレーＲ１を介して高圧バッテリＢ１の正極端子に、ＩＧＢＴ１００ｂ〜１０２ｂのエミッタは、高圧バッテリＢ１の負極端子にそれぞれ接続されている。また、ＩＧＢＴ１００、１００ｂ、１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂのゲートとエミッタは、電力変換用駆動回路１２０〜１２５にそれぞれ接続されている。ＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂのゲートとエミッタは、放電用駆動回路１４０、１４１にもそれぞれ接続されている。さらに、直列接続されたＩＧＢＴ１００ａ，１００ｂ、ＩＧＢＴ１０１ａ、１０１ｂ及びＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂの直列接続点は、３相交流モータＭ１にそれぞれ接続されている。

平滑コンデンサ１１は、高圧バッテリＢ１の出力する直流電圧を平滑化する素子である。平滑コンデンサ１１の一端はリレーＲ１を介して高圧バッテリＢ１の正極端子に、他端は高圧バッテリＢ１の負極端子にそれぞれ接続されている。その結果、平滑コンデンサ１１が、スイッチング回路１００に並列接続されることとなる。

電力変換用駆動回路１２０〜１２５は、ＩＧＢＴ毎に設けられ、電力変換時に、制御回路１７の出力する電力変換用駆動信号に基づいてＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂ、１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂをそれぞれ駆動する回路である。電力変換用駆動回路１２０〜１２５は、制御回路１７に接続されている。また、ＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂ、１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂのゲートとエミッタにそれぞれ接続されている。

電力変換用電源回路１３は、電力変換時にＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂ、１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂを駆動するための電圧を電力変換用駆動回路１２０〜１２５に供給する回路である。電力変換用電源回路１３は、電源回路１３０〜１３３を備えている。

電源回路１３０〜１３３は、システム電源（図略）の出力電圧から、電力変換時にＩＧＢＴを駆動するための電圧を生成し、ＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂ、１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂを駆動する電力変換用駆動回路１２０〜１２５に供給する回路である。電源回路１３０〜１３２は、電力変換用駆動回路１２０、１２２、１２４にそれぞれ接続されている。電源回路１３３は、電力変換用駆動回路１２１、１２３、１２５に接続されている。

放電用駆動回路１４０、１４１は、ＩＧＢＴ毎（スイッチング素子毎）に設けられ、平滑コンデンサ１１の放電時に、ＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂをそれぞれ駆動する回路である。放電用駆動回路１４１は、平滑コンデンサ１１の放電時には、自ら生成した放電のための放電用駆動信号に基づいてＩＧＢＴ１００ｂを駆動するとともに、ＩＧＢＴ１００ａを駆動するための放電用駆動信号を生成し、放電用駆動回路１４０に出力する。放電用駆動回路１４０は、平滑コンデンサ１１の放電時には、フォトカプラ１５を介して放電用駆動回路１４１から入力される放電用駆動信号に基づいてＩＧＢＴ１００ａを駆動する。放電用駆動回路１４０、１４１は、ＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂのゲートとエミッタにそれぞれ接続されている。また、フォトカプラ１５と、放電用電源回路１６に接続されている。

フォトカプラ１５は、放電用駆動回路１４１の出力する放電用駆動信号を、絶縁して放電用駆動回路１４０に伝達する素子である。フォトカプラ１５の入力端子は放電用駆動回路１４１に、出力端子は放電用駆動回路１４０にそれぞれ接続されている。

放電用電源回路１６は、平滑コンデンサ１１の放電時にＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂを駆動するための電圧を、放電用駆動回路１４０、１４１に供給する回路である。放電用電源回路１６は、電源回路１６０と、ダイオード回路１６１とを備えている。

電源回路１６０は、平滑コンデンサ１１に蓄積された電荷によって、平滑コンデンサ１１の放電時にＩＧＢＴを駆動するための電圧を生成し、低電位側のＩＧＢＴ１００ｂを駆動する放電用駆動回路１４１に供給する回路である。電源回路１６０の入力端子は、平滑コンデンサ１１に、出力端子は放電用駆動回路１４１にそれぞれ接続されている。

ダイオード回路１６１は、電源回路１６０の出力電圧を、高電位側のＩＧＢＴ１００ａを駆動する放電用駆動回路１４０に供給する回路である。ダイオード回路１６１は、電源回路１６０から放電用駆動回路１４０に向けて順方向に接続されるダイオード１６１ａによって構成されている。ダイオード１６１ａのアノードは電源回路１６０の出力端子に、カソードは放電用駆動回路１４０にそれぞれ接続されている。

制御回路１７は、外部から入力される指令、及び、３相交流モータＭ１の相電流等に基づいて、電力変換用駆動回路１２０〜１２５に電力変換用駆動信号を出力する回路である。制御回路１７は、マイクロコンピュータを備えている。制御回路１７は、電力変換用駆動回路１２０〜１２５に接続されている。

次に、電力変換動作について説明する。電源回路１３０〜１３３は、システム電源の電圧によって電圧を生成し、電力変換用駆動回路１２０〜１２５に供給する。制御回路１７は、外部から入力される指令、及び、３相交流モータＭ１の相電流等に基づいて電力変換用駆動信号を出力する。電力変換用駆動回路１２０〜１２５は、制御回路１７の出力する電力変換用駆動信号に基づいて電源回路１３０〜１３３から供給された電圧を印加し、ＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂ、１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂを所定のタイミングでオン、オフする。これにより、高圧バッテリＢ１の出力する直流電力が３相交流電力に変換され、３相交流モータＭ１に供給される。３相交流電力を供給されることで、３相交流モータＭ１は、駆動力を発生する。

次に、平滑コンデンサの放電動作について説明する。平滑コンデンサ１１の放電開始に先立って、リレーＲ１がオフする。電源回路１６０は、平滑コンデンサ１１に蓄積された電荷によって電圧を生成し、放電用駆動回路１４１に供給する。ダイオード回路１６１は、電源回路１６０の出力電圧を放電用駆動回路１４０に供給する。放電用駆動回路１４１は、自ら生成した放電用駆動信号に基づいて電源回路１６０から供給された電圧を印加し、まず、ＩＧＢＴ１００ｂをオンする。そして、オン状態を継続する。このとき、ＩＧＢＴ１００ｂがオンしているため、ＩＧＢＴ１００ａのエミッタの電位は、ほとんど０Ｖである。そのため、ダイオード１６１ａに順方向の電圧が加わり、ダイオード１１６ａカソードの電位が、電源回路１６０の出力電圧からダイオード１６１ａの順方向電圧を引いた電圧となる。従って、ＩＧＢＴ１００ａを駆動するための電圧が、放電用駆動回路１４０に供給されることとなる。また、放電用駆動回路１４１は、ＩＧＢＴ１００ａを駆動するための放電用駆動信号を生成し出力する。フォトカプラ１５は、放電用駆動回路１４１から出力された放電用駆動信号を絶縁した状態で放電用駆動回路１４０に伝達する。放電用駆動回路１４０は、ダイオード回路１６１を介して供給された電圧で動作し、放電用駆動回路１４１から出力された放電用駆動信号に基づいてＩＧＢＴ１００ａを繰り返し微小時間オンする。つまり、ＩＧＢＴ１００ｂをオンし、以降、ＩＧＢＴ１００ａを繰り返し微小時間同時にオンする。これにより、平滑コンデンサ１１に蓄積された電荷が放電される。

次に、効果について説明する。第１実施形態によれば、電源回路１６０によって、低電位側のＩＧＢＴ１００ｂを駆動する放電用駆動回路１４１に電圧を供給することができる。また、ダイオード回路１６１によって、高電位側のＩＧＢＴ１００ａを駆動する放電用駆動回路１４０に、電源回路１６０の出力電圧を供給することができる。そのため、従来のように、放電用駆動回路毎に電源回路を設けることなく、それぞれの放電用駆動回路１４０、１４１に電圧を供給することができる。しかも、電源回路１６０の出力電圧は、平滑コンデンサ１１に蓄積された電荷によって生成されため、モータ制御装置１を作動させるシステム電源が遮断した後であっても、供給することができる。従って、車両に搭載され、高圧バッテリＢ１の電力を変換して３相交流モータＭ１に供給するモータ制御装置１において、平滑コンデンサ１１の放電時にＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂを駆動するための電圧を供給する放電用電源回路１６の構成を簡素化することができる。

また、第１実施形態によれば、低電位側のＩＧＢＴ１００ｂをオンすることで、高電位側のＩＧＢＴ１００ａのエミッタを、電源回路１６０の出力電圧の基準となる平滑コンデンサ１１の他端に接続することができる。これにより、ＩＧＢＴ１００ａのエミッタの電位を電源回路１６０の出力電圧の基準電位にすることができる。そのため、高電位側のＩＧＢＴ１００ａを駆動する放電用駆動回路１４０に、電源回路１６０の出力電圧を確実に供給することができる。従って、高電位側のＩＧＢＴ１００ａを確実にオンすることができる。

さらに、第１実施形態によれば、平滑コンデンサ１１の放電時には、放電用駆動回路１４０、１４１は、ＩＧＢＴ１００ｂオンした状態で、ＩＧＢＴ１００ａを繰り返し微小時間同時にオンする。そのため、平滑コンデンサ１１を確実に放電することができる。

加えて、第１実施形態によれば、平滑コンデンサ１１の放電時には、放電用駆動回路１４１は、自ら生成した放電のための放電用駆動信号に基づいてＩＧＢＴ１００ｂを駆動するとともに、ＩＧＢＴ１００ａを駆動するための放電用駆動信号を生成し、放電用駆動回路１４０に出力する。そのため、外部から放電のための放電用駆動信号を入力することなく、平滑コンデンサ１１を放電することができる。

なお、第１実施形態では、高電位側のＩＧＢＴ１００ａと低電位側のＩＧＢＴ１００ｂを同時にオンし、平滑コンデンサ１１を放電する例を挙げているが、これに限られるものではない。高電位側のＩＧＢＴ１００ａを駆動する放電用駆動回路１４０が、ＩＧＢＴ１００ａに流れる電流を制限するように１ＧＢＴ１００ａを駆動してもよい。具体的には、ＩＧＢＴ１００ａのゲートに印加する電圧を抑えてＩＧＢＴ１００ａを駆動すればよい。ＩＧＢＴ１００ａのゲートに印加される電圧は、ダイオード回路１６１を介して供給された電圧から生成されるため、電源回路１６０の出力電圧より、ダイオード１６１ａの順方向電圧分だけ低くなる。放電用駆動回路１４０が、ダイオード回路１６１を介して供給された電圧をさらに抑えてＩＧＢＴ１００ａのゲートに印加する。これにより、ＩＧＢＴ１００ａのコレクタ電流が制限され、平滑コンデンサ１１の放電時に流れる電流によるＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂの破損を防止することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態のモータ制御装置について説明する。
まず、図２を参照して第２実施形態のモータ制御装置の構成について説明する。ここで、図２は、第２実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。

図２示すモータ制御装置２（電力変換装置）は、低圧バッテリＢ２（直流電源）の出力する低電圧の直流電力を高電圧の直流電力に変換し、その後、３相交流電力に変換して３相交流モータＭ２（電気機器）に供給し、３相交流モータＭ２を駆動する装置である。モータ制御装置２は、コンバータ回路２０と、高圧側平滑コンデンサ２１（第１平滑コンデンサ）と、低圧側平滑コンデンサ２２（第２平滑コンデンサ）と、電力変換用駆動回路２３０、２３１と、電力変換用電源回路２４と、放電用駆動回路２５０、２５１（駆動回路）と、フォトカプラ２６と、放電用電源回路２７と、インバータ装置２８と、制御回路２９とを備えている。

コンバータ回路２０は、低圧バッテリＢ２の出力する低電圧の直流電力を高電圧の直流電力に変換する回路である。コンバータ回路２０は、スイッチング回路２００と、リアクトル２０１と備えている。

スイッチング回路２００は、直列接続された２つのＩＧＢＴ２００ａ、２００ｂ（複数のスイッチング素子）によって構成されている。ＩＧＢＴ２００ａのエミッタは、ＩＧＢＴ２００ｂのコレクタに接続されている。ＩＧＢＴ２００ａのコレクタとＩＧＢＴ２００ｂのエミッタは、インバータ装置２８に接続されている。ＩＧＢＴ２００ｂのエミッタは、低圧バッテリＢ２の負極端子にも接続されている。また、ＩＧＢＴ２００ａ、２００ｂのゲートとエミッタは、電力変換用駆動回路２３０、２３１と放電用駆動回路２５０、２５１にそれぞれ接続されている。さらに、直列接続されたＩＧＢＴ２００ａ、２００ｂの直列接続点は、リアクトル２０１とリレーＲ２を介して低圧バッテリＢ２の正極端子に接続されている。

高圧側平滑コンデンサ２１は、コンバータ回路２０によって昇圧された高圧の直流電圧を平滑化する素子である。高圧側平滑コンデンサ２１の一端はＩＧＢＴ２００ａのコレクタに、他端はＩＧＢＴ２００ｂのエミッタにそれぞれ接続されている。その結果、高圧側平滑コンデンサ２１が、スイッチング回路２００に並列接続されることとなる。

低圧側平滑コンデンサ２２は、低圧バッテリＢ２の出力する直流電圧を平滑化する素子である。低圧側平滑コンデンサ２２の一端はリレーＲ２を介して低圧バッテリＢ２の正極端子に、他端は低圧バッテリＢ２の負極端子にそれぞれ接続されている。

電力変換用駆動回路２３０、２３１は、ＩＧＢＴ毎に設けられ、電力変換時に、制御回路２９の出力する電力変換用駆動信号に基づいてＩＧＢＴ２００ａ、２００ｂをそれぞれ駆動する回路である。電力変換用駆動回路２３０、２３１は、制御回路１７に接続されている。また、ＩＧＢＴ２００ａ、２００ｂのゲートとエミッタにそれぞれ接続されている。

電力変換用電源回路２４は、電力変換時にＩＧＢＴ２００ａ、２００ｂを駆動するための電圧を電力変換用駆動回路２３０、２３１に供給する回路である。電力変換回路２４は、電源回路２４０、２４１を備えている。

電源回路２４０、２４１は、システム電源（図略）の出力電圧から、電力変換時にＩＧＢＴを駆動するための電圧を生成し、ＩＧＢＴ２００ａ、２００ｂを駆動する電力変換用駆動回路２３０、２３１に供給する回路である。電源変換回路２４０、２４１は、電力変換用駆動回路２３０、２３１にそれぞれ接続されている。

放電用駆動回路２５０、２５１は、ＩＧＢＴ毎（スイッチング素子毎）に設けられ、高圧側平滑コンデンサ２１の放電時に、ＩＧＢＴ２００ａ、２００ｂをそれぞれ駆動する回路である。放電用駆動回路２５１は、高圧側平滑コンデンサ２１の放電時には、自ら生成した放電のための放電用駆動信号に基づいてＩＧＢＴ２００ｂを駆動するとともに、ＩＧＢＴ２００ａを駆動するための放電用駆動信号を生成し、放電用駆動回路２５０に出力する。放電用駆動回路２５０は、高圧側平滑コンデンサ２１の放電時には、フォトカプラ２６を介して放電用駆動回路２５１から入力される放電用駆動信号に基づいてＩＧＢＴ２００ａを駆動する。放電用駆動回路２５０、２５１は、ＩＧＢＴ２００ａ、２００ｂのゲートとエミッタにそれぞれ接続されている。また、フォトカプラ２６と、放電用電源回路２７に接続されている。

フォトカプラ２６は、放電用駆動回路２５１の出力する放電用駆動信号を、絶縁して放電用駆動回路２５０に伝達する素子である。フォトカプラ２６の入力端子は放電用駆動回路２５１に、出力端子は放電用駆動回路２５０にそれぞれ接続されている。

放電用電源回路２７は、高圧側平滑コンデンサ２１の放電時に、ＩＧＢＴ２００ａ、２００ｂを駆動するための電圧を、放電用駆動回路２５０、２５１に供給する回路である。放電用電源回路２７は、電源回路２７０と、ダイオード回路２７１と、電源用コンデンサ２７２とを備えている。

電源回路２７０は、高圧側平滑コンデンサ２１に蓄積された電荷によって、高圧側平滑コンデンサ２１の放電時にＩＧＢＴを駆動するための電圧を生成し、低電位側のＩＧＢＴ２００ｂを駆動する放電用駆動回路２５１に供給する回路である。電源回路２７０の入力端子は高圧側平滑コンデンサ２１の両端に、出力端子は放電用駆動回路２５１にそれぞれ接続されている。

ダイオード回路２７１は、電源回路２７０の出力電圧を、高電位側のＩＧＢＴ２００ａを駆動する放電用駆動回路２５０に供給する回路である。ダイオード回路２７１は、電源回路２７０から放電用駆動回路２５０に向けて順方向に接続されるダイオード２５１ａによって構成されている。ダイオード２５１ａのアノードは電源回路２７０の出力端子に、カソードは放電用駆動回路２５０にそれぞれ接続されている。

電源用コンデンサ２７２は、ダイオード回路２７１を介して充電され、ダイオード回路２７１を介して供給される電圧を保持する素子である。電源用コンデンサ２７２の一端はダイオード回路２７１と放電用駆動回路２５０の接続点に、他端は直列接続された２つのＩＧＢＴ２００ａ、２００ｂの直列接続点にそれぞれ接続されている。

インバータ装置２８は、コンバータ回路２０によって昇圧された高圧の直流電力を３相交流電力に変換して３相交流モータＭ２に供給する装置である。インバータ装置２８の入力端子は、ＩＧＢＴ２００ａのコレクタとＩＧＢＴ２００ｂのエミッタに接続されている。また、出力端子は、３相交流モータＭ２に接続されている。

制御回路２９は、外部から入力される指令、及び、３相交流モータＭ２の相電流等に基づいて電力変換用駆動回路２３０、２３１に電力変換用駆動信号を出力する回路である。また、インバータ装置２８を制御する回路でもある。制御回路２９は、マイクロコンピュータを備えている。制御回路２９は、電力変換用駆動回路２３０、２３１に接続されている。

次に、電力変換動作について説明する。電源回路２４０、２４１は、システム電源の電圧によって電圧を生成し、電力変換用駆動回路２３０、２３１に供給する。制御回路２９は、外部から入力される指令、及び、３相交流モータＭ１の相電流等に基づいて電力変換用駆動信号を出力する。電力変換用駆動回路２３０、２３１は、制御回路２９の出力する電力変換用駆動信号に基づいて電源回路２４０、２４１から供給された電圧を印加し、ＩＧＢＴ２００ａ、２００ｂを所定のタイミングで交互にオン、オフする。これにより、低圧バッテリＢ２の出力する低電圧の直流電力を高電圧の直流電力に変換され、インバータ装置２８に供給される。インバータ装置２８は、制御回路２９によって制御され、高電圧の直流電力を３相交流電力に変換し、３相交流モータＭ１に供給する。３相交流電力を供給されることで、３相交流モータＭ１は、駆動力を発生する。

次に、高圧側平滑コンデンサの放電動作について説明する。高圧側平滑コンデンサ２１の放電開始に先立って、リレーＲ２がオフする。電源回路２７０は、高圧側平滑コンデンサ２１に蓄積された電荷によって電圧を生成し、放電用駆動回路２５１に供給する。放電用駆動回路２５１は、自ら生成した放電用駆動信号に基づいて電源回路２７０から供給された電圧を印加し、まずＩＧＢＴ２００ｂをオンする。このとき、ＩＧＢＴ２００ｂがオンしているため、ＩＧＢＴ２００ａのエミッタの電位は、ほとんど０Ｖとなる。そのため、ダイオード２７１ａには順方向の電圧が加わり、ダイオード２７１ａのカソードの電位が、電源回路２７０の出力電圧からダイオード２７１ａの順方向電圧を引いた電圧となる。これにより、電源用コンデンサ２７２は、ＩＧＢＴ２００ａのエミッタを基準として電圧で充電され、その電圧を保持する。

その後、ＩＧＢＴ２００ｂをオフする。このとき、ＩＧＢＴ２００ａのエミッタの電位は不定となるが、電源用コンデンサ２７２は、ＩＧＢＴ２００ａのエミッタを基準とした電圧で充電され、その電圧を保持している。そのため、電源用コンデンサ２７２からＩＧＢＴ２００ａを駆動するための電圧が、放電用駆動回路２５０に供給されることとなる。

そして、以降、オン、オフを繰り返す。また、放電用駆動回路２５１は、ＩＧＢＴ２００ａを駆動するための放電用駆動信号を生成し出力する。フォトカプラ２６は、放電用駆動回路２５１から出力された放電用駆動信号を絶縁した状態で放電用駆動回路２５０に伝達する。放電用駆動回路２５０は、放電用駆動回路２５１から出力された放電用駆動信号に基づいて電源用コンデンサ２７２の保持した電圧を印加し、ＩＧＢＴ２００ａをＩＧＢＴ２００ｂと交互にオンする。そして、以降、オン、オフを繰り返す。つまり、ＩＧＢＴ２００ｂをオンし、以降、ＩＧＢＴ２００ａとＩＧＢＴ２００ｂを交互にオンする。これにより、高圧側平滑コンデンサ２１に蓄積された電荷が、低圧側平滑コンデンサ２２を経由して放電される。

次に、効果について説明する。第２実施形態によれば、低電位側のＩＧＢＴ２００ｂをオンすることで、直列接続されたＩＧＢＴ２００ａ、２００ｂの直列接続点を、電源回路２７０の出力電圧の基準である高圧側平滑コンデンサ２１の他端に接続することができる。これにより、ＩＧＢＴ２００ａ、２００ｂの直列接続点に接続される電源用コンデンサ２７２の他端の電位を電源回路２７０の出力電圧の基準電位にすることができる。そのため、電源用コンデンサ２７２を、電源回路２７０の出力電圧で確実に充電することができる。従って、低電位側のＩＧＢＴ２００ｂをオフした場合においても、高電位側のＩＧＢＴ２００ａを駆動する放電用駆動回路２５０に、電源回路７０の出力電圧によって充電された電源用コンデンサ２７２の電圧を確実に供給することができる。これにより、低電位側のＩＧＢＴ２００ｂと高電位側のＩＧＢＴ２００ａを確実に交互にオンすることができる。

なお、第１及び第２実施形態では、スイッチング回路１００、２００が直列接続された２つＩＧＢＴからなる例を挙げているが、これに限られるものではない。スイッチング回路は、直列接続された３つ以上のスイッチング素子によって構成されていてもよい。この場合、最も低電位側のスイッチング素子を駆動する放電用駆動回路には、電源回路から、最も低電位側のスイッチング素子以外のスイッチング素子を駆動する放電用駆動回路には、放電用駆動回路毎に設けられたダイオード回路を介して低電位側のスイッチング素子から順次オンすることにより、それぞれ電圧を供給すればよい。同様に放電用駆動回路の構成を簡素化することができる。

また、第１及び第２実施形態では、低電位側のＩＧＢＴ１００ｂ、２００ｂを駆動する放電用駆動回路１４１、２５１が放電用駆動信号を生成する例を挙げているが、これに限られるものではない。放電用駆動回路１４１、２５１の外部で放電用駆動信号を生成し、放電用駆動回路１４１、２５１に入力するようにしてもよい。外部から入力される放電用駆動信号に基づいて平滑コンデンサ１１や高圧側平滑コンデンサ２１を放電することができる。

さらに、第１及び第２実施形態では、ダイオード回路１６１、２７１が１つのダイオード１６１ａ、２７１ａによって構成されている例を挙げているが、これに限られるものではない。直列接続された複数のダイオードによって構成してもよい。ダイオード回路１６１、２７１に平滑コンデンサ１１や高圧側平滑コンデンサ２１の電圧が加わる場合があるが、ダイオード回路１６１、２７１を、直列接続された複数のダイオードで構成することで、逆耐圧電圧の低いダイオードを用いることができる。そのため、コストを抑えることができる。

加えて、第１及び第２実施形態では、電力変換用駆動回路と放電用駆動回路を別々に設けた例を挙げているが、これに限られるものではない。電力変換用駆動回路を放電用駆動回路として用いてもよい。構成を簡素化することができる。

１、２・・・モータ制御装置、１０・・・インバータ回路、１００〜１０２・・・スイッチング回路、１００ａ、１００ｂ・・・ＩＧＢＴ（複数のスイッチング素子）、１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂ・・・ＩＧＢＴ、１１・・・平滑コンデンサ（第１平滑コンデンサ）、１２０〜１２５、２３０、２３１・・・電力変換用駆動回路、１３、２４・・・電力変換用電源回路、１３０〜１３３、２４０、２４１・・・電源回路、１４０、１４１、２５０、２５１・・・放電用駆動回路（駆動回路）、１５、２６・・・フォトカプラ、１６、２７・・・放電用電源回路、１６０、２７０・・・電源回路、１６１、２７１・・・ダイオード回路、１６１ａ、２７１ａ・・・ダイオード、１７、２９・・・制御回路、２０・・・コンバータ回路、２００・・・スイッチング回路、２００ａ、２００ｂ・・・ＩＧＢＴ（複数のスイッチング素子）、２０１・・・リアクトル、２１・・・高圧側平滑コンデンサ（第１平滑コンデンサ）、２２・・・低圧側平滑コンデンサ（第２平滑コンデンサ）、２７２・・・電源用コンデンサ、２８・・・インバータ装置、Ｂ１・・・高圧バッテリ（直流電源）、Ｂ２・・・低圧バッテリ（直流電源）、Ｍ１、Ｍ２・・・３相交流モータ（電気機器）、Ｒ１、Ｒ２・・・リレー

Claims (10)

1. 直列接続された複数のスイッチング素子からなるスイッチング回路と、
   前記スイッチング回路に並列接続される第１平滑コンデンサと、
   前記スイッチング素子毎に設けられ、前記スイッチング素子を駆動する駆動回路と、
   を備え、前記スイッチング回路によって電力を変換し、前記スイッチング回路によって前記第１平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電する電力変換装置において、
   前記第１平滑コンデンサに蓄積された電荷によって、前記第１平滑コンデンサの放電時
   に前記スイッチング素子を駆動するための電圧を生成し、直列接続された複数の前記スイッチング素子のうち、最も低電位側の前記スイッチング素子を駆動する前記駆動回路に供給する電源回路と、最も低電位側の前記スイッチング素子以外の前記スイッチング素子を駆動する前記駆動回路毎に設けられ、前記電源回路の出力電圧を、最も低電位側の前記スイッチング素子以外の前記スイッチング素子を駆動する前記駆動回路に供給する、前記電源回路から前記駆動回路に向けて順方向に接続されるダイオードからなるダイオード回路と、を備えた放電用電源回路を有することを特徴とする電力変換装置。
2. 前記スイッチング回路は、直列接続された２つの前記スイッチング素子からなり、
   前記電源回路は、生成した電圧を、直列接続された２つの前記スイッチング素子のうち、低電位側の前記スイッチング素子を駆動する前記駆動回路に供給し、
   前記ダイオード回路は、前記電源回路の出力電圧を、直列接続された２つの前記スイッチング素子のうち、高電位側の前記スイッチング素子を駆動する前記駆動回路に供給することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記駆動回路は、前記第１平滑コンデンサの放電時には、低電位側の前記スイッチング素子をオンした後に、高電位側の前記スイッチング素子をオンすることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記駆動回路は、前記第１平滑コンデンサの放電時には、低電位側の前記スイッチング素子と高電位側の前記スイッチング素子を同時にオンすることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
5. 高電位側の前記スイッチング素子を駆動する前記駆動回路は、高電位側の前記スイッチング素子に流れる電流を制限するように高電位側の前記スイッチング素子を駆動することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに１項に記載の電力変換装置。
6. 低電位側の前記スイッチング素子に並列接続される第２平滑コンデンサを有し、
   前記放電用電源回路は、一端が前記ダイオード回路と前記駆動回路の接続点に、他端が直列接続された２つの前記スイッチング素子の直列接続点にそれぞれ接続され、前記ダイオード回路を介して充電される電源用コンデンサを有し、
   前記駆動回路は、前記第１平滑コンデンサの放電時には、低電位側の前記スイッチング素子と高電位側の前記スイッチング素子を交互にオンすることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
7. 前記駆動回路は、前記第１平滑コンデンサの放電時には、外部から入力される放電のための駆動信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動することを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 低電位側の前記スイッチング素子を駆動する前記駆動回路は、前記第１平滑コンデンサの放電時には、自ら生成した放電のための駆動信号に基づいて低電位側の前記スイッチング素子を駆動するとともに、高電位側の前記スイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成し、高電位側の前記スイッチング素子を駆動する前記駆動回路に出力することを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
9. 前記ダイオード回路は、前記電源回路から前記駆動回路に向けて順方向に直列接続された複数の前記ダイオードからなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
10. 車両に搭載され、直流電源の電力を変換して電気機器に供給することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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