JP2011244625A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平滑コンデンサを放電させる場合にスイッチング素子等の損傷を防止するとともに、コストを低減し、回路規模を維持または縮小できる電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置において、少なくとも放電時には電力を供給するバックアップ電源Ｅｂと、放電時にバックアップ電源Ｅｂから供給される電力を受けて作動し、一方のスイッチング素子Ｑｕをオン／オフ駆動し、他方のスイッチング素子Ｑｄを常時オンするように駆動する放電時駆動回路Ｍｂとを有する。放電時駆動回路Ｍｂは、他方のスイッチング素子Ｑｄの出力端子と同電位を基準電位とし、スイッチング素子の状態（例えば電流や温度等）を検出した検出信号をデータ情報に変換する変換部Ｍｅと、当該データ情報に基づいてスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄを個別に駆動する駆動信号を生成する信号生成部Ｍｇとを備える演算処理部Ｍｃを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力源から電力が供給され、上下に直列接続される複数のスイッチング素子と、これらのスイッチング素子を駆動する駆動回路とを備える電力変換装置に関する。

平滑を行うためのコンデンサ（以下では単に「平滑コンデンサ」と呼ぶ。）を放電させる手段として、従来ではスイッチング素子に流れる電流が過電流となる前に１以上のスイッチング素子をオフにしたり、スイッチング素子のオン電圧を過電流とならない電圧に低減したりする技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。

また、スイッチングトランジスタの制御端子に印加する制御電圧の大きさを調整することで、当該スイッチングトランジスタに流れる電流を所定値に制限する技術の一例が開示されている（例えば特許文献２を参照）。

特開２００９−２３２６２０号公報 特開平９−２０１０６５号公報

しかし、特許文献１の技術では、単に高い電圧を供給する電源（ＶＨ）から低い電圧を供給する電源（ＶＬ）に切り換え、上下に直列接続された全てのスイッチング素子について同時にオン／オフの制御を行うに過ぎない。上下に直列接続されたスイッチング素子が同時にオンになったときには、何らかの要因（例えば部品故障や断線等）によってスイッチング素子が過熱したり、過電流が流れたりする場合もあり得る。この場合には、スイッチング素子等を含めて電力変換装置が損傷する可能性がある。

また、特許文献２の技術では、スイッチングトランジスタを活性領域で動作させるため、飽和領域で動作しないようにスイッチ（Ｓ）を抵抗値の大きな抵抗器（Ｒ２）側に切り換える必要がある（特許文献２の段落番号［００１９］〜［００２１］を参照）。スイッチの切り換えは制御装置によって行われるため、断線等の要因で制御装置に電源が供給されなくなった場合や、スイッチ自体に故障等が発生した場合には、スイッチが切り換わらない。スイッチが切り換わらなければ、放電時に大きな電流がスイッチングトランジスタに流れて損傷する可能性がある。こうした事態を回避するには、制御装置によらずに自発的に切り換えるようにスイッチを構成したり、複数のスイッチを備えて一のスイッチに故障等が発生しても他のスイッチで切り換えるように構成する方法が考えられる。これらの方法を実現するには、コストが嵩み、回路が大型化するという問題点がある。

本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、平滑コンデンサを放電させる場合にスイッチング素子等の損傷を防止するとともに、コストを低減し、回路規模を維持または縮小できる電力変換装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、電力源から電力が供給され、上下に直列接続されて前記電力源から供給される電力を変換する複数のスイッチング素子と、前記電力源から供給される電力を受けて作動し前記複数のスイッチング素子を駆動する通常時駆動回路と、を備える電力変換装置において、
前記電力源とは別個に設けられ、通常時および放電時のうちで少なくとも前記放電時には電力を供給するバックアップ電源と、前記放電時に前記バックアップ電源から供給される電力を受けて作動し、上下に直列接続されたスイッチング素子のうちで一方のスイッチング素子をオン／オフ駆動し、他方のスイッチング素子を常時オンするように駆動して、平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電する放電時駆動回路と、を有し、前記放電時駆動回路は、前記他方のスイッチング素子の一端子と同電位を基準電位とし、前記スイッチング素子の状態を検出した検出信号をデータ情報に変換する変換部と、前記変換部によって変換されたデータ情報に基づいて前記複数のスイッチング素子を個別に駆動する駆動信号を生成する信号生成部と、を備える演算処理部を含むことを特徴とする。

この構成によれば、複数のスイッチング素子を駆動する回路として、通常時駆動回路のほかに放電時駆動回路を備える。バックアップ電源から供給される電力を受けて作動する放電時駆動回路は、上下に直列接続されたスイッチング素子のうちで一方のスイッチング素子をオン／オフ駆動し、他方のスイッチング素子を常時オンするように駆動する制御を行う。一方のスイッチング素子にかかるオン／オフ駆動は、通常時駆動回路が出力する駆動信号よりも低い所定範囲内の電圧および周波数で行うのが望ましい。他方のスイッチング素子にかかる常時オンする駆動は、スイッチング素子を完全飽和させる制御電圧（以下では単に「飽和制御電圧」と呼ぶ。）以下の電圧とするのが望ましい。

オン／オフ駆動を行う一方のスイッチング素子によって、上下に直列接続されたスイッチング素子に流れる電流を制限することによって全体の熱発生量を少なく抑えるとともに電流を少なく抑えるので、スイッチング素子等の損傷を防止することができる。何らかの遮断要因（例えばケーブルの断線等）が生じると、スイッチング素子やトランジスタを駆動するための電源がシステム電源から供給されるとは限らない。そのため、確実に電源が供給できるのは放電すべき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（バックアップ電源）を生成する構成である。そのため、フェールセーフ機能を向上できる。

演算処理部は、他方のスイッチング素子の一端子（例えばエミッタ端子やドレイン端子等のような出力端子）と同電位を基準電位として作動する。よって、変換部によって変換されるデータ情報を安定して取得でき、信号生成部によって生成する駆動信号を安定して生成することができる。このように放電時駆動回路は演算処理部を有することにより、コストを低減し、回路規模を維持または縮小できる。

なお、「電力源」は例えば直流電源（バッテリー等），システム電源，コンバータ回路などが該当する。「通常時」は通常の電力変換を行う時期や期間を意味し、「放電時」は電力変換を行わずに平滑コンデンサに蓄積された電荷の放電を行う時期や期間を意味する。よって、通常時と放電時とが同時期になることはない。「スイッチング素子」にはスイッチング機能を奏する任意の半導体素子を用いることができ、例えばＦＥＴ（具体的にはＭＯＳＦＥＴ，ＪＦＥＴ，ＭＥＳＦＥＴ等）、ＩＧＢＴ、ＧＴＯ、パワートランジスタ等が該当する。「平滑コンデンサ」には平滑機能を実現するために電荷の蓄積と放電（放出）が可能な任意の回路素子を用いることができ、キャパシタ等の蓄放電手段を含む。「通常時駆動回路」はスイッチング素子ごとに対応して備える必要がある。「放電時駆動回路」は電力変換装置内に一以上を備えればよい。「演算処理部」は少なくとも演算機能，変換部および信号生成部を備えていれば任意の演算処理回路や演算処理装置等を適用可能であり、例えばＣＰＵ，ゲートアレイ，ワンチップマイコン等が該当する。

請求項２に記載の発明は、前記放電時駆動回路は、前記一方のスイッチング素子を駆動する第１駆動回路と、前記他方のスイッチング素子を駆動する第２駆動回路と、前記第１駆動回路に供給する電力を生成する電源生成回路とを有し、前記演算処理部は、前記変換部によって変換されたデータ情報に基づいて前記第１駆動回路に供給する電力を制御する電力制御信号を前記電源生成回路に出力することを特徴とする。この構成によれば、演算処理部が出力する電力制御信号によって、第１駆動回路に供給する電力の大きさが変化し、一方のスイッチング素子のオン／オフ駆動を行う駆動信号（例えば制御電圧等）が変化する。一方のスイッチング素子のオン／オフ駆動を適切かつ確実に行えるので、スイッチング素子等の損傷を防止することができる。

請求項３に記載の発明は、前記演算処理部の法線方向には、前記他方のスイッチング素子の一端子と同電位の導電体が少なくとも一部配置されることを特徴とする。この構成によれば、演算処理部は他方のスイッチング素子の一端子と同電位を基準電位とするだけでなく、演算処理部の法線方向に配置されるので、電位差がほとんど生じない。また、ノイズを遮蔽する効果により検出信号をより正確に受けることができ、変換部によって変換されるデータ情報に基づいて駆動信号を安定して生成することができる。したがって、スイッチング素子等の損傷をより確実に防止することができる。

請求項４に記載の発明は、前記演算処理部は、前記放電時以外の時期にスリープ状態にすることを特徴とする。「スリープ状態」は少なくとも一部の機能を停止させる状態を意味する。例えば、演算処理部が有する機能を停止する機能停止状態や、消費電力を低く抑えて最小限の機能（例えば信号入力の有無を監視する機能等）を作動する省電力状態などが該当する。この構成によれば、演算処理部（ひいては電力変換装置）の消費電力が低く抑えられるので、通常時駆動電源の電力消耗を低減することができる。

請求項５に記載の発明は、前記演算処理部と前記一方のスイッチング素子との間に絶縁素子を介在させ、前記演算処理部と前記他方のスイッチング素子との間にバッファ回路を介在させることを特徴とする。「絶縁素子」には絶縁を確保して信号を伝達可能な任意の回路素子を適用することができる。例えば、フォトカプラ、磁気結合素子（例えばコイルやトランス等のインダクタ）、アイソレーションアンプ、抵抗器、容量性素子（例えばコンデンサ等のキャパシタ）などが該当する。この構成によれば、絶縁素子を介在させることによって、演算処理部と一方のスイッチング素子との間における電位差が大きくても確実に信号を伝達することができる。また、バッファ回路を介在させることによって、他方のスイッチング素子を確実に常時オンする駆動を行える。

請求項６に記載の発明は、前記変換部は、電流値または温度値に対応する電圧からなる検出信号をデータ情報に変換するアナログ／デジタル変換回路で構成することを特徴とする。この構成によれば、スイッチング素子の状態を検出する検出信号が電圧である場合には、アナログ／デジタル変換回路によって正確にデータ情報に変換することができる。

電力変換装置の構成例を模式的に示す図である。 スイッチング素子の構成例を示す回路図である。 放電時駆動回路の第１構成例を模式的に示す図である。 放電時駆動回路の第２構成例を模式的に示す図である。 放電時駆動回路の第３構成例を模式的に示す図である。 バッファ回路の構成例を模式的に示す図である。 放電時の作動例について経時的変化を示すタイムチャートである。 放電時駆動回路の第４構成例を模式的に示す図である。 インバータ回路への適用例を示す図である。 基板の配置例を示す平面図である。 コンバータ回路への適用例を示す図である。 複数のスイッチング素子を並列接続する構成例を示す回路図である。

以下では、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的な接続を意味する。また、連続符号は記号「〜」を用いて簡略化する。例えば「スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６」は「スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６」を意味する。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。電力変換装置で変換した電力を出力する「出力機器」は任意に適用可能であるが、その一例として車両用の発電電動機（エンジン始動および発電の双方が行える機器）を適用した場合を説明する。

〔実施の形態１〕
実施の形態１は、本発明を実現する電力変換装置の構成例について、図１〜図７を参照しながら説明する。電力変換装置は、電力源Ｅｓから供給される電力を変換して出力機器に出力する機能を担い、その構成例を模式的に図１に示す。

図１に示す電力変換装置は、平滑コンデンサＣａｖ、通常時駆動回路Ｍｕ，Ｍｄ、放電時駆動回路Ｍｂ、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄ、ダイオードＤｕ，Ｄｄなどを有する。これらの要素のうち、通常時駆動回路Ｍｕはスイッチング素子Ｑｕに対応して備え、通常時駆動回路Ｍｄはスイッチング素子Ｑｄに対応して備える。これに対して放電時駆動回路Ｍｂは、上下に直列接続されるスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄを１組として、１組ごとに対応して備える。他の要素については、電力変換装置内に一以上を備えていればよい。

電力源Ｅｓとバックアップ電源Ｅｂとは、別個の電力供給源である。電力源Ｅｓには、例えばバッテリー等の直流電源やコンバータ回路などが該当する。バックアップ電源Ｅｂは、電力源Ｅｓと並行して常時に電力を供給する構成と、何らかの遮断要因（例えば電力供給用ケーブルの断線等）によって電力源Ｅｓから電力が供給できなくなる事態が発生したときに非常用の電力を供給する構成とのうちで、一方または双方の構成が該当する。後者の構成は、例えば図示するように平滑コンデンサＣａｖ蓄積された電荷（すなわち電力）を供給源として、所要の電圧や電流に変換して供給する。

平滑コンデンサＣａｖは、電力源Ｅｓから供給される電力（特に電圧）を平滑する機能を担う。電荷の蓄積と放電（放出）が可能な素子であればよく、他には例えばキャパシタ等を適用してもよい。この平滑コンデンサＣａｖの接続位置は任意であり、電力変換装置内のみならず、電力源Ｅｓ内や、電力源Ｅｓと電力変換装置との間等でもよい、
通常時駆動回路Ｍｕ，Ｍｄは、それぞれ通常時（出力機器に出力するために電力変換を行う時期）において、コントローラＣＵから端子Ｐｕ，Ｐｄに入力される指令信号に基づいて駆動信号をスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄの制御端子（例えばゲート端子やベース端子等）に出力し、当該スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄのオン／オフを個別に制御する。この通常時駆動回路Ｍｕ，Ｍｄは、通常時駆動用電源から供給される電力（電圧Ｖｓ）を受けて作動する。この通常駆動用電源は安定化回路等を含む低電圧電源であり（図５を参照）、例えば図示されない車両低圧バッテリー（例えば１２[Ｖ]電源等）から絶縁電源（例えばフライバック電源等）を介して電力を受けて、通常時駆動回路Ｍｕ，Ｍｄが作動可能な電力（電圧や電流）に変換して安定的に供給する。なお図５は通常時駆動回路の下アーム部へ供給する部分のみ記載されているが、上アーム部の通常時駆動回路へは別途絶縁された電源が供給されている。駆動信号はスイッチング素子を駆動可能な任意の信号を適用することができ、例えばパルス幅変調信号（ＰＷＭ）やパルス周波数変調信号（ＰＦＭ）などが該当する。

放電時駆動回路Ｍｂは、放電時（通常時以外の時期であって平滑コンデンサＣａｖに蓄積された電荷の放電を行う時期）に駆動され、駆動信号をスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄの各制御端子（ゲート端子）に出力し、当該スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄのオン／オフを個別に制御する。この場合、演算装置が配置された他方へは絶縁素子Ｚを介して信号供給される。放電時駆動回路Ｍｂは、バックアップ電源Ｅｂから供給される電力（電圧Ｖｂ；例えば５[Ｖ]等）を受けて作動し、演算処理部Ｍｃを含む。

演算処理部Ｍｃは、他方のスイッチング素子（例えばスイッチング素子Ｑｄ等）の一端子（例えば出力端子等）と同電位を基準電位とし、変換部Ｍｅや信号生成部Ｍｇなどを有する。この演算処理部Ｍｃには、例えばＣＰＵ，ゲートアレイ，ワンチップマイコン等を用いることができ、ソフトウェア制御とハードウェア制御とを問わない。

変換部Ｍｅは、例えばアナログ／デジタル変換回路等が該当し、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄの状態（例えば電流や温度等）を検出した検出信号をデータ情報に変換する機能を担う。信号生成部Ｍｇは、変換部Ｍｅによって変換されたデータ情報に基づいて、一方のスイッチング素子（例えばスイッチング素子Ｑｕ等）をオン／オフ駆動するための駆動信号を生成する。

放電時駆動回路Ｍｂ（具体的には信号生成部Ｍｇ）が出力する駆動信号は、コントローラＣＵから端子Ｐｂに入力される指令信号に基づいて行う構成と、放電時駆動回路Ｍｂが自らの判断に基づいて行う構成（以下では「能動構成」と呼ぶ。）のうち一方または双方で実現する。能動構成は、例えば二点鎖線で図示するように、通常時駆動回路Ｍｕ，Ｍｄに供給される電力（電圧Ｖｓ）を監視し、当該電力（電圧Ｖｓ）が通常値から変化して所定閾値（例えば３[Ｖ]等）に達すると、自発的に駆動信号をスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄに出力する。

スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄは上下に直列接続され、オン／オフのスイッチングによって電力を変換する機能を担う。スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄにはスイッチング機能を実現する任意の半導体素子を用いることができるが、本形態ではセンス端子を備えたＩＧＢＴを用いる（図２を参照）。本発明を実現するうえで、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄを含む具体的な回路例については後述する（図２を参照）。ダイオードＤｕ，Ｄｄは、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄの入力端子（例えばソース端子やコレクタ端子等）と出力端子（例えばドレイン端子やエミッタ端子等）との間に並列接続され、いずれも還流（フリーホイール）ダイオードとして機能する。

コントローラＣＵは、上述した電力変換装置や、他の装置や回路等について全体の作動を司る機能を担う。この機能を実現する限りにおいてコントローラＣＵの構成は任意であり、例えば車両に搭載する電子制御ユニット（ＥＣＵ）が該当する。図１の例では、通常時駆動回路Ｍｕや放電時駆動回路Ｍｂに対して個別に指令信号を伝達し、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄのオン／オフを駆動させる。

上述したスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄを含む具体的な回路例について、図２を参照しながら説明する。図２には、スイッチング素子Ｑｎを中心とする回路例を示す。スイッチング素子Ｑｎはスイッチング素子Ｑｕやスイッチング素子Ｑｄを個々に代表する。同様にして、ダイオードＤｎはダイオードＤｕやダイオードＤｄを個々に代表する。なお、後述する図９や図１１に示すスイッチング素子およびダイオードについても同様である。

図１に示すスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄに対するダイオードＤｕ，Ｄｄと同様にして、スイッチング素子Ｑｎの入力端子（例えばソース端子やコレクタ端子等）と出力端子（例えばドレイン端子やエミッタ端子等）との間にはダイオードＤｎが並列接続される。感温ダイオードＤｔｎは、スイッチング素子Ｑｎの内部に備えるか、あるいはスイッチング素子Ｑｎの表面（一以上の面）に接触させて用いられる。スイッチング素子Ｑｎに備えるセンス端子Ｐｓｎと出力端子との間には、抵抗器Ｒｓｎを接続する。

感温ダイオードＤｔｎは、温度に応じて端子間電圧（電圧Ｖｔｎ）が変化する一以上のダイオードを直列接続して構成される。この感温ダイオードＤｔｎは、アノード側を電力供給源（例えばバックアップ電源Ｅｂ等）に接続し、カソード側をスイッチング素子Ｑｎの出力端子に接続する。感温ダイオードＤｔｎには電力供給源から定電流が供給され、感温ダイオードＤｔｎの両端にかかる電圧Ｖｔｎは温度Ｔｎに相関する。

スイッチング素子Ｑｎの制御端子（例えばゲート端子やベース端子等）と出力端子との間には、スイッチング素子Ｑｎを駆動させるために制御電圧Ｖｇｎを印加する。制御電圧Ｖｇｎの大きさに応じて、スイッチング素子Ｑｎの入力端子から出力端子を経て流れる電流Ｉの大きさが変化し、さらにセンス端子Ｐｓｎから流れるセンス電流Ｉｓｎの大きさも変化する。センス電流Ｉｓｎが流れる抵抗器Ｒｓｎの両端には、当該センス電流Ｉｓｎと相関するセンス電圧Ｖｓｎが生じる。

上述したセンス電圧Ｖｓｎや電圧Ｖｔｎは変換部Ｍｅに入力され、演算処理部Ｍｃで内部処理可能なデータ情報に変換される。具体的には、センス電圧Ｖｓｎは相関する電流情報（すなわち電流Ｉの電流値）に変換され、電圧Ｖｔｎは相関する温度情報（すなわち温度Ｔｎの温度値）に変換される。通常は、個別に電圧値と状態値との相関関係を示す関数を演算して変換を行う。

次に、放電時駆動回路Ｍｂの具体的な構成例について、図３〜図６を参照しながら説明する。図３には放電時駆動回路Ｍｂの第１構成例を模式的に示す。図４には放電時駆動回路Ｍｂの第２構成例を模式的に示す。図５には放電時駆動回路Ｍｂの第３構成例を模式的に示す。図６には図３〜図５に示すバッファ回路の構成例を模式的に示す。なお、図３〜図６には説明に必要な要素のみを図示する。

（第１構成例）
まず第１構成例について、図３を参照しながら説明する。図３に一点鎖線で囲って示す放電時駆動回路Ｍｂは、演算処理装置（すなわちＣＰＵ）Ｘｂ，トランスＴｂ，抵抗器Ｒｂ，スイッチング素子Ｑｂ，バッファ回路Ｂｂなどを有する。演算処理装置Ｘｂは上述した「演算処理部Ｍｃ」に相当し、変換部Ｍｅや信号生成部Ｍｇなどの回路や機能等を備える。バックアップ電源Ｅｂは電圧Ｖｕとともに安定化された電力（電圧Ｖｂ）を供給する。この電力（電圧Ｖｂ）の供給を受けて、演算処理装置Ｘｂは作動する。トランスＴｂは「絶縁素子」に相当する。スイッチング素子Ｑｂには、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄと同等の半導体素子を用いてもよく、トランジスタ等を用いてもよい。バッファ回路Ｂｂの構成例や機能作用については後述する（図６を参照）。

トランスＴｂの一次側は、バックアップ電源Ｅｂと、スイッチング素子Ｑｂの入力端子とに接続する。トランスＴｂの二次側は、抵抗器Ｒｂが介在するスイッチング素子Ｑｕの制御端子と、スイッチング素子Ｑｕの出力端子とに接続する。スイッチング素子Ｑｂは、制御端子を信号生成部Ｍｇに接続し、出力端子を基底電位Ｎに接続する。バッファ回路Ｂｂは、入力端子を信号生成部Ｍｇに接続し、出力端子をスイッチング素子Ｑｄの制御端子に接続する。変換部Ｍｅは、スイッチング素子Ｑｄのセンス端子と抵抗器Ｒｓｎとの中間接続点に接続し、図２に示すセンス電圧Ｖｓｎに相当する電圧Ｖｓｄを入力する。なお、演算処理装置Ｘｂの接地端子（ＧＮＤ）は基底電位Ｎに接続する。

演算処理装置Ｘｂは、変換部Ｍｅに入力された電圧Ｖｓｄを電流情報に変換し、信号生成部Ｍｇは当該電流情報に基づいて駆動信号Ｓ１および駆動信号Ｓ２を生成して出力する。駆動信号Ｓ１はスイッチング素子Ｑｂに出力し、駆動信号Ｓ２はバッファ回路Ｂｂに出力する。スイッチング素子Ｑｂが駆動信号Ｓ１に従ってオン／オフ駆動すると、バックアップ電源Ｅｂから供給される電力（電圧Ｖｕ；例えば１５[Ｖ]等）がトランスＴｂによって変換される。変換された電力は抵抗器Ｒｂを経てスイッチング素子Ｑｕの制御端子に伝達され、スイッチング素子Ｑｕがオン／オフ駆動する。バッファ回路Ｂｂは駆動信号Ｓ２（特にオン信号）に従って、スイッチング素子Ｑｄの制御端子に常時オンする駆動を行う制御電圧を伝達する。よって放電時には、上アームのスイッチング素子Ｑｕはオン／オフ駆動が行われ、下アームのスイッチング素子Ｑｄは常時オンとなる駆動が行われる。

（第２構成例）
次に第２構成例について、図４を参照しながら説明する。図４に示す放電時駆動回路Ｍｂは、第１構成例に代わる構成例であって、次の点で相違する。すなわち、コントローラＣＵから端子Ｐｂ（図１を参照）に入力される指令信号に、トリガ信号である放電制御信号Ｓｃｕを含める。トリガ信号には、スリープトリガやウェイクアップトリガ等を含む。演算処理装置Ｘｂは、通常時等にスリープトリガを受けると、スリープ状態になる。スリープ状態は、例えば演算処理部が有する機能を停止する機能停止状態や、消費電力を低く抑えて最小限の機能を作動する省電力状態などが該当する。また、放電時にウェイクアップトリガを受けると、電圧Ｖｓｄを電流情報に変換し、当該電流情報に基づいて駆動信号Ｓ１や駆動信号Ｓ２を生成して出力し始める。

（第３構成例）
次に第３構成例について、図５を参照しながら説明する。図５に示す放電時駆動回路Ｍｂは、第１構成例や第２構成例に代わる構成例である。第２構成例と比較すると、バックアップ電源Ｅｂと並行して、通常時駆動用電源Ｅｎから供給される電力（電圧Ｖｂ）を受ける点で相違する。なお、電力を並行して受けるために、逆流を防止するダイオードＤｍ１，Ｄｍ２と、当該電力を平滑する平滑コンデンサＣｍとを備える。

（バッファ回路の構成例）
次にバッファ回路の構成例について、図６を参照しながら説明する。図６に一点鎖線で囲って示すバッファ回路Ｂｂは、レベルシフト機能を兼ね備え、トランジスタＱｂ１，Ｑｂ２や抵抗器Ｒｂ１などを有する。トランジスタＱｂ１とトランジスタＱｂ２は、通常時駆動用電源（電圧Ｖｓ）と基底電位Ｎとの間に直列接続され、双方とも演算処理装置Ｘｂから伝達される駆動信号Ｓ２に従ってオン／オフする。抵抗器Ｒｂ１は、トランジスタＱｂ１の出力端子とトランジスタＱｂ２の入力端子との中間接続点と、スイッチング素子Ｑｄの制御端子との間に接続される。

上述のように構成された電力変換装置の作動例について、図７を参照しながら説明する。「一方のスイッチング素子」には上アームのスイッチング素子Ｑｕを適用し、「他方のスイッチング素子」には下アームのスイッチング素子Ｑｄを適用した例を示す（図１を参照）。横軸には時間をとり、経過とともに右方向に進む。実線で示す左側縦軸には、上から順番に、電力源Ｅｓの供給電圧、通常時駆動回路Ｍｕ（Ｍｄ）からスイッチング素子Ｑｕ（Ｑｄ）に伝達する駆動信号、バックアップ電源Ｅｂの供給電圧、放電時駆動回路Ｍｂから上アームのスイッチング素子Ｑｕに伝達する駆動信号、放電時駆動回路Ｍｂから下アームのスイッチング素子Ｑｄに伝達する駆動信号、平滑コンデンサＣａｖの両端にかかる電位差についての各変化を示す。

時刻ｔ１までは電力源Ｅｓから電力（電圧Ｖｓ）が供給され、通常時駆動回路Ｍｕ（Ｍｄ）はコントローラＣＵからの指令信号に基づいてスイッチング素子Ｑｕ（Ｑｄ）に駆動信号を伝達している。この駆動信号は、最大電圧を電圧Ｖｃとし、指令された周波数Ｆｃとするパルス信号である。電圧Ｖｃは、閾値電圧Ｖｔから飽和制御電圧Ｖｍまでの間（すなわちＶｔ≦Ｖｃ≦Ｖｍ）である。閾値電圧Ｖｔは例えば７[Ｖ]であり、飽和制御電圧Ｖｍは例えば１５[Ｖ]である。これに対して、バックアップ電源Ｅｂからは電力（電圧Ｖｂ）が供給されていない。そのため、放電時駆動回路Ｍｂは作動せず、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄには駆動信号を伝達しない。

時刻ｔ１になると、何らかの遮断要因（例えば電力供給用ケーブルの断線等）によって電力源Ｅｓから電力が供給されなくなったので、バックアップ電源Ｅｂが電力（電圧Ｖｂ）を供給し始める。この電力の供給を受ける放電時駆動回路Ｍｂは、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄに対して個別に駆動信号を伝達する。上アームのスイッチング素子Ｑｕに伝達する駆動信号は、最大電圧を閾値電圧Ｖｔとし、通常時駆動回路Ｍｕ（Ｍｄ）が伝達する駆動信号よりは低い周波数Ｆｂ１（すなわちＦｂ１＜Ｆｃ）とするパルス信号である。下アームのスイッチング素子Ｑｄに伝達する駆動信号は、スイッチング素子Ｑｄを常時オンさせるため、一定値の飽和制御電圧Ｖｍである。

上述した実施の形態１によれば、以下に示す各効果を得ることができる。まず請求項１に対応し、少なくとも放電時には電力を供給するバックアップ電源Ｅｂと、放電時にバックアップ電源Ｅｂから供給される電力を受けて作動し、一方のスイッチング素子Ｑｕをオン／オフ駆動し、他方のスイッチング素子Ｑｄを常時オンするように駆動して、平滑コンデンサＣａｖに蓄積された電荷を放電する放電時駆動回路Ｍｂとを備える構成とした（図１を参照）。また、放電時駆動回路Ｍｂは、他方のスイッチング素子Ｑｄの出力端子と同電位（すなわち基底電位Ｎ）を基準電位とし、スイッチング素子Ｑｄの状態（例えば電流Ｉや温度Ｔｎ等）を検出した検出信号をデータ情報に変換する変換部Ｍｅと、当該データ情報に基づいてスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄを個別に駆動する駆動信号Ｓ１，Ｓ２を生成する信号生成部Ｍｇとを備える演算処理部Ｍｃを含む構成とした（図３〜図５を参照）。この構成によれば、平滑コンデンサＣａｖを放電させる場合、熱の発生を少なく抑えるとともに電流を少なく抑えるので、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄ等の損傷を防止することができる。また電力源Ｅｓが電力の供給を停止した場合でもバックアップ電源Ｅｂが電力を供給するので、フェールセーフ機能を向上できる。さらに、他方のスイッチング素子Ｑｄの出力端子と同電位（すなわち基底電位Ｎ）を基準電位とする演算処理部Ｍｃを有するので、コストを低減し、回路規模を維持または縮小できる。

請求項４に対応し、演算処理部ＭｃはコントローラＣＵから受ける放電制御信号Ｓｃｕ（トリガ信号）に基づいて、放電時以外の時期にスリープ状態にする構成とした（図４，図５を参照）。この構成によれば、演算処理部Ｍｃ（ひいては電力変換装置）の消費電力が低く抑えられるので、電力源Ｅｓの電力消耗を低減することができる。

請求項５に対応し、演算処理部Ｍｃと一方のスイッチング素子Ｑｕとの間にトランスＴｂ（絶縁素子）を介在させ、演算処理部Ｍｃと他方のスイッチング素子Ｑｄとの間にバッファ回路Ｂｂを介在させる構成とした（図３〜図５を参照）。この構成によれば、トランスＴｂを介在させるので、演算処理部Ｍｃと一方のスイッチング素子Ｑｕとの間における電位差が大きくても確実に信号を伝達することができる。また、バッファ回路Ｂｂを介在させるので、他方のスイッチング素子Ｑｄを確実に常時オンする駆動を行える。

請求項６に対応し、変換部Ｍｅは、電流Ｉの電流値（または温度Ｔｎの温度値）に対応する電圧からなる検出信号をデータ情報に変換するアナログ／デジタル変換回路で構成する構成とした（図３〜図５を参照）。この構成によれば、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄの状態を検出する検出信号はセンス電圧Ｖｓｎや電圧Ｖｔｎであるので（図２を参照）、正確にデータ情報に変換することができる。

〔実施の形態２〕
実施の形態２は、実施の形態１で示した構成例に代わる構成例であり、図８を参照しながら説明する。説明を簡単にするために、実施の形態２では実施の形態１と異なる点について説明する。よって、実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

図８に示す構成例は、実施の形態１に示す第２構成例（図４を参照）に代わる構成例である。この構成例は、演算処理装置Ｘｂのほかに、電源生成回路Ｍ１，上アーム駆動回路Ｍ２，下アーム駆動回路Ｍ３などを有する。

電源生成回路Ｍ１は、演算処理装置Ｘｂの信号生成部Ｍｇから出力される駆動信号Ｓ１に基づいて、上アーム駆動回路Ｍ２に供給する電力を生成する機能を担う。この構成例における駆動信号Ｓ２は「電力制御信号」に相当する。電源生成回路Ｍ１は、スイッチング素子Ｑｂ，トランスＴｂ，ダイオードＤｂ，平滑コンデンサＣｂなどを有する。整流回路としてのダイオードＤｂおよび平滑コンデンサＣｂは、トランスＴｂで電圧変換された電力を半波整流して平滑する機能を担う。電源生成回路Ｍ１は、駆動信号Ｓ１に従ってスイッチング素子Ｑｂがオン／オフ駆動され、トランスＴｂによって電圧変換される。よって、電源生成回路Ｍ１は上アーム駆動回路Ｍ２に供給する電力の大きさを制御できる。

上アーム駆動回路Ｍ２は「第１駆動回路」に相当し、スイッチング素子Ｑｕを駆動する回路である。この上アーム駆動回路Ｍ２は、ドライブ回路Ｘ２やフォトカプラＰｃなどを有する。フォトカプラＰｃは「絶縁素子」に相当し、電位差がある演算処理装置Ｘｂとドライブ回路Ｘ２との間において、演算処理装置Ｘｂの信号生成部Ｍｇから出力される駆動信号Ｓ３をドライブ回路Ｘ２に伝達する。ドライブ回路Ｘ２は、電源生成回路Ｍ１から供給される電力を受けて作動し、駆動信号Ｓ３に基づいてスイッチング素子Ｑｕのオン／オフ駆動を行う。

下アーム駆動回路Ｍ３は「第２駆動回路」に相当し、ドライブ回路Ｘ３などを有する。このドライブ回路Ｘ３は、演算処理装置Ｘｂと同様に、バックアップ電源Ｅｂから供給される電力（電圧Ｖｂ）を受けて作動する。また、演算処理装置Ｘｂの信号生成部Ｍｇから出力される駆動信号Ｓ２を受けて、スイッチング素子Ｑｄを駆動する。

上述した実施の形態２によれば、請求項２に対応し、放電時駆動回路Ｍｂは、一方のスイッチング素子Ｑｕを駆動する上アーム駆動回路Ｍ２（第１駆動回路）と、他方のスイッチング素子Ｑｄを駆動する下アーム駆動回路Ｍ３（第２駆動回路）と、ドライブ回路Ｘ２に供給する電力を生成する電源生成回路Ｍ１とを備えた（図８を参照）。演算処理部Ｍｃは、変換部Ｍｅによって変換されたデータ情報に基づいて上アーム駆動回路Ｍ２に供給する電力を制御する駆動信号Ｓ１（電力制御信号）を電源生成回路Ｍ１に出力する構成とした（図８を参照）。この構成によれば、演算処理部Ｍｃの信号生成部Ｍｇが出力する駆動信号Ｓ１によって、上アーム駆動回路Ｍ２に供給する電力の大きさが変化し、一方のスイッチング素子Ｑｕのオン／オフ駆動を行う制御電圧が変化する。一方のスイッチング素子Ｑｕのオン／オフ駆動を適切かつ確実に行えるので、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄ等の損傷を防止することができる。他の点については実施の形態１と同様であるので、実施の形態１と同等の作用効果を得ることができる。

〔実施の形態３〕
実施の形態３は、実施の形態１，２で示した構成例をインバータ回路に適用した例であり、図９を参照しながら説明する。説明を簡単にするために、実施の形態３では実施の形態１，２と異なる点について説明する。よって、実施の形態１，２で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

図９に示すインバータ回路２０は、一以上の電力変換部２１，２２，…を有し、給電機能および送電機能のうち一方または双方の機能を実現可能に構成される。給電機能は、直流電源Ｅ１からコンバータ回路１０を介して供給される直流電力（電圧ＶＨ；例えば６５０[Ｖ]等）を三相交流電力に変換し、対応する発電電動機３１，３２，…に供給する機能である。送電機能は、対応する発電電動機３１，３２，…が発電した三相交流電力を整流し、コンバータ回路１０を介して直流電源Ｅ１に還流する機能である。直流電源Ｅ１の出力端子側には平滑用のコンデンサＣ１が接続される。コンバータ回路１０とインバータ回路２０との間や、コンバータ回路１０内、あるいはインバータ回路２０内のいずれかには平滑用のコンデンサＣ２が接続される。インバータ回路２０の電力変換部２１，２２，…は同一構成であるので、以下では電力変換部２１を代表して説明する。

電力変換部２１は、通常時駆動回路Ｍ１ａ〜Ｍ６ａ、放電時駆動回路Ｍ１ｂ〜Ｍ３ｂ、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６、ダイオードＤ１〜Ｄ６、抵抗器Ｒ１〜Ｒ６、コンデンサＣ２などを有する。通常時駆動回路Ｍ１ａ〜Ｍ３ａ、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３、ダイオードＤ１〜Ｄ３、抵抗器Ｒ１〜Ｒ３などは上アームに配置される。通常時駆動回路Ｍ４ａ〜Ｍ６ａ、スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６、ダイオードＤ４〜Ｄ６、抵抗器Ｒ４〜Ｒ６などは下アームに配置される。

通常時駆動回路Ｍ１ａ〜Ｍ３ａは、それぞれスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３の出力端子を基準電位として通常時駆動用電源から供給される電力（電圧Ｖａ）を受けて作動する。通常時駆動回路Ｍ４ａ〜Ｍ６ａは、それぞれスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６の出力端子を基準電位として通常時駆動用電源から供給される電力（電圧Ｖｃ）を受けて作動する。これらの通常時駆動回路Ｍ１ａ〜Ｍ６ａは、それぞれＥＣＵ４０から個別に端子Ｐ１ａ〜Ｐ６ａに入力される指令信号に従って、対応するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の制御端子に駆動信号を出力する。

放電時駆動回路Ｍ１ｂ〜Ｍ３ｂは、バックアップ電源Ｅｂから供給される電力（電圧Ｖｂ）を受けて作動する。これらの放電時駆動回路Ｍ１ｂ〜Ｍ３ｂは、それぞれＥＣＵ４０から個別に端子Ｐ１ｂ〜Ｐ３ｂに入力される指令信号に従って、対応するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の制御端子に駆動信号を出力する。なお、放電時駆動回路Ｍ１ｂ〜Ｍ３ｂは、電力変換部２１内に一以上を備えればよい。図９の構成例ではＵ相内に実線で示す放電時駆動回路Ｍ１ｂを備えるが、Ｖ相のみ（放電時駆動回路Ｍ２ｂ）、Ｗ相のみ（放電時駆動回路Ｍ３ｂ）、いずれか選択する二相（例えばＵ相とＶ相）、三相全部のいずれに放電時駆動回路を備えてもよい。

スイッチＳｗは、直流電源Ｅ１とコンデンサＣ１との間に介在される。このスイッチＳｗは、直流電源Ｅ１から供給される電力を受電（オン）するか、非受電（オフ）するかを切り換える機能を担う。この機能を奏する任意の素子（例えば接点スイッチ，リレー（電磁または半導体），フォトカプラ等）を適用可能であり、特にＥＣＵ４０等から出力される信号に基づいてオン／オフの切り換えが可能な素子（例えばリレーやフォトカプラ等）を用いるのが望ましい。放電時にはコンデンサＣ１，Ｃ２に蓄積された電荷の放電を行うが、直流電源Ｅ１から電力が供給され続けるとコンデンサＣ１，Ｃ２の放電自体を行えない。放電時にスイッチＳｗを非受電（オフ）に切り換えることで、コンデンサＣ２に蓄積された電荷を放電可能な環境にする。

なお、コンバータ回路１０内にはコンデンサＣ１からコンデンサＣ２に対してダイオード（例えば図１１に示すダイオードＤ１１，Ｄ１２等）が接続されているため、コンデンサＣ２を放電すればコンデンサＣ２の電圧とコンデンサＣ１の電圧とが同電圧になった時点からコンデンサＣ１も放電される。また、コンデンサＣ２およびスイッチＳｗのうちで一方または双方をコンバータ回路１０に内在させてもよい。

通常時駆動用電源は一つ備える形態でもよく、通常時駆動回路Ｍ１ａ〜Ｍ６ａごとに対応して複数備える形態でもよい。バックアップ電源Ｅｂについても同様であり、図９に示すように一つ備える形態でもよく、放電時駆動回路Ｍ１ｂ〜Ｍ３ｂごとに対応して複数備える形態でもよい。なお、上述した電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃは、同じ電圧となる場合に限らず、基準電位の相違によって異なる電圧となる場合もある。

スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は図２に示すスイッチング素子Ｑｎに相当し、例えばセンス端子Ｐｓ１〜Ｐｓ６を備えたＩＧＢＴを用いる。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の入力端子と出力端子との間に並列接続されるダイオードＤ１〜Ｄ６は、それぞれ還流（フリーホイール）ダイオードとして機能する。スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６の各出力端子は、基底電位Ｎに接続する。センス端子Ｐｓ４〜Ｐｓ６と基底電位Ｎとの間は、それぞれ抵抗器Ｒ４〜Ｒ６を接続する。抵抗器Ｒ１〜Ｒ３はそれぞれ対応するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３の各出力端子と接続する。基底電位Ｎは電力変換部２１内で共通する電位（同電位グランド）であり、接地された場合には０[Ｖ]になる。

電力変換部２１内の回路素子は、一点鎖線で囲って示すように三相（本形態ではＵ相，Ｖ相，Ｗ相）に分けられ、ＥＣＵ４０によって相ごとに作動が制御される。Ｕ相は、通常時駆動回路Ｍ１ａ，Ｍ４ａ、放電時駆動回路Ｍ１ｂ、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４、ダイオードＤ１，Ｄ４、抵抗器Ｒ１，Ｒ４などで構成される。Ｖ相は、通常時駆動回路Ｍ２ａ，Ｍ５ａ、放電時駆動回路Ｍ１ｂ、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ５、ダイオードＤ２，Ｄ５、抵抗器Ｒ２，Ｒ５などで構成される。Ｗ相は、通常時駆動回路Ｍ３ａ，Ｍ６ａ、放電時駆動回路Ｍ３ｂ、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６、ダイオードＤ３，Ｄ６、抵抗器Ｒ３，Ｒ６などで構成される。Ｕ相のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４は、上下に直列接続されてハーフブリッジを構成する。Ｖ相のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ５と、Ｗ相のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ６とについても同様に、上下に直列接続されてハーフブリッジを構成する。ハーフブリッジの各接続点と発電電動機３１の三相端子とは、線路Ｋｕ，Ｋｖ，Ｋｗによって相ごとに接続される。線路ＫｕにはＵ相電流Ｉｕが流れ、線路ＫｖにはＶ相電流Ｉｖが流れ、線路ＫｗにはＷ相電流Ｉｗが流れる。

ＥＣＵ４０は、コンバータ回路１０やインバータ回路２０等について全体の作動を司る。このＥＣＵ４０は、例えばＣＰＵ（マイコンを含む）によってソフトウェア制御を行う構成としてもよく、ＩＣ（ＬＳＩやゲートアレイ等を含む）やトランジスタ等の電子部品を用いてハードウェア制御を行う構成としてもよい。

上述したインバータ回路２０の構成要素を基板上に配置する例について、図１０を参照しながら説明する。図１０（Ａ）には基板の配置例を平面図で示し、図１０（Ｂ）には図１０（Ａ）に示すXB−XB線矢視の断面図を示す。ただし、図９に示す全ての要素は図示できないので、説明に必要な要素のみを図示する。

図１０に示す基板１００は、バックアップ電源Ｅｂ、高圧系領域１１１〜１１６、低圧系領域１２０、接続部Ｊ１〜Ｊ６などを有する。高圧系領域１１１〜１１６は、それぞれが導電体（例えば銅箔等）で形成される同電位領域である。高圧系領域１１１，１１４はＵ相であり、高圧系領域１１２，１１５はＶ相であり、高圧系領域１１３，１１６はＷ相である。低圧系領域１２０は例えば「コ」字状に形成され、ＥＣＵ４０との接続を行うコネクタ１３０を備える。この低圧系領域１２０には、接地電位（ＧＮＤ）を基準として低電圧（例えば１２[Ｖ]等）が印加される。

高圧系領域１１１にはスイッチング素子Ｑ１（あるいはモジュール）に接続する接続部Ｊ１が配置され、高圧系領域１１４にはスイッチング素子Ｑ４（あるいはモジュール）に接続する接続部Ｊ４が配置される。言い換えれば、高圧系領域１１１はスイッチング素子Ｑ１の一端子（例えば出力端子等）と同電位の導電体であり、高圧系領域１１４はスイッチング素子Ｑ４の一端子と同電位の導電体である。他の高圧系領域１１２，１１３，１１５，１１６についても同様であり、対応するスイッチング素子（あるいはモジュール）に接続する接続部Ｊ２，Ｊ３，Ｊ５，Ｊ６が配置される。接続部Ｊ１〜Ｊ６は、基板１００とスイッチング素子（あるいはモジュール）とを接続する任意の形態（例えばコネクタ，ビアコンタクト，スルーホール，プリントパターン等）を適用できる。高圧系領域１１１と高圧系領域１１４との間を接続する絶縁素子（トランスＴｂやフォトカプラＰｃ等）が配置される。高圧系領域１１１，高圧系領域１１４および低圧系領域１２０で囲まれた部位には、バックアップ電源Ｅｂが配置される。

図１０（Ｂ）に示すように、演算処理部Ｍｃは基板１００の上面に対する法線方向（上方）であって、高圧系領域１１４の少なくとも一部を含むように配置される。逆に言えば、演算処理部Ｍｃの法線方向（下方）には、スイッチング素子Ｑ４の一端子と同電位の高圧系領域１１４（導電体）の少なくとも一部が配置される。本例では、高圧系領域１１４の上方に演算処理部Ｍｃを配置したが、他の高圧系領域の上方に演算処理部Ｍｃを配置してもよい。また、演算処理部Ｍｃは高圧系領域の法線方向（下方）にあっても良い。さらに、演算処理部Ｍｃが平面方向に広い場合には、２以上の高圧系領域にまたがって法線方向（上方または下方）に配置してもよい。

実施の形態１との関連は次のようになる。電力変換部２１は「電力変換装置」に相当する。直流電源Ｅ１，コンデンサＣ１およびコンバータ回路１０は「電力源Ｅｓ」に相当する。コンデンサＣ２は「平滑コンデンサＣａｖ」に相当する。上アームのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５はそれぞれ「スイッチング素子Ｑｕ」に相当し、下アームのスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６はそれぞれ「スイッチング素子Ｑｄ」に相当する。ダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ５はそれぞれ「ダイオードＤｕ」に相当し、ダイオードＤ２，Ｄ４，Ｄ６はそれぞれ「ダイオードＤｄ」に相当する。通常時駆動回路Ｍ１ａ，Ｍ３ａ，Ｍ５ａはそれぞれ「通常時駆動回路Ｍｕ」に相当し、通常時駆動回路Ｍ２ａ，Ｍ４ａ，Ｍ６ａはそれぞれ「通常時駆動回路Ｍｄ」に相当する。放電時駆動回路Ｍ１ｂ〜Ｍ３ｂはそれぞれ「放電時駆動回路Ｍｂ」に相当する。ＥＣＵ４０は「コントローラＣＵ」に相当する。

電力変換部２１は、次のように作動する。通常時には、ＥＣＵ４０から端子Ｐ１ａ〜Ｐ６ａに個別に入力される指令信号に基づいて通常時駆動回路Ｍ１ａ〜Ｍ６ａから駆動信号がスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の制御端子に伝達され、コンバータ回路１０から供給される電力を変換し、発電電動機３１に出力する。放電時には、ＥＣＵ４０から端子Ｐ２ｂに入力される指令信号に基づいて、あるいは放電時駆動回路Ｍ１ｂが自発的に、駆動信号をスイッチング素子Ｑ２，Ｑ５の制御端子に個別に伝達する。すなわち図７に示すように、スイッチング素子Ｑ２には駆動信号Ｓ１を伝達し、スイッチング素子Ｑ５には駆動信号Ｓ２を伝達することで、コンデンサＣ２に蓄積された電荷を放電する。

上述した実施の形態３によれば、以下に示す各効果を得ることができる。まず請求項３に対応し、演算処理部Ｍｃは、他方のスイッチング素子Ｑ４の一端子と同電位の高圧系領域１１４（導電体）が少なくとも一部配置される構成とした（図１０を参照）。この構成によれば、演算処理部Ｍｃの法線方向に配置されるので、電位差がほとんど生じない。また、ノイズを遮蔽する効果により検出信号をより正確に受けることができ、変換部Ｍｅによって変換されるデータ情報に基づいて駆動信号Ｓ１，Ｓ２を安定して生成することができる。したがって、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４等の損傷をより確実に防止できる。

また、インバータ回路２０（電力変換部２１，２２，…）は、実施の形態１，２に示す放電時駆動回路Ｍｂを放電時駆動回路Ｍ１ｂとして適用するので、当該実施の形態１，２と同様の作用効果を得ることができる。この場合、図３に示す第１構成例、図４に示す第２構成例、図５に示す第３構成例のいずれを適用してもよい。

〔実施の形態４〕
実施の形態４は、実施の形態１，２に示す構成例をコンバータ回路に適用した例であり、図１１を参照しながら説明する。なお、図示および説明を簡単にするために実施の形態４では実施の形態１，２と異なる点について説明する。よって実施の形態１，２で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

図１１に示すコンバータ回路１０は、直流電源Ｅ１から供給される電力（電圧ＶＬ）を昇圧して出力する昇圧機能を実現するため、通常時駆動回路Ｍ１１，Ｍ１２、放電時駆動回路Ｍｂ、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２、ダイオードＤ１１，Ｄ１２、コイルＬ１０、抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２などを有する。

通常時駆動回路Ｍ１１は、スイッチング素子Ｑ１１の出力端子を基準電位として通常時駆動用電源から供給される電力（電圧Ｖａ）を受けて作動する。通常時駆動回路Ｍ１２は、スイッチング素子Ｑ１２の出力端子を基準電位として通常時駆動用電源から供給される電力（電圧Ｖｃ）を受けて作動する。これらの通常時駆動回路Ｍ１１，Ｍ１２は、それぞれＥＣＵ４０から個別に端子Ｐ１１，Ｐ１２に入力される指令信号に従って、対応するスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２の制御端子に駆動信号を出力する。

放電時駆動回路Ｍｂは、スイッチング素子Ｑ１２の出力端子を基準電位としてバックアップ電源Ｅｂから供給される電力（電圧Ｖｂ）を受けて作動する。放電時駆動回路Ｍｂは、ＥＣＵ４０から端子Ｐｂに入力される指令信号に従って、対応するスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２の制御端子に駆動信号を出力する。なお、電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃは、実施の形態３と同様に同じ電圧となる場合に限らず、基準電位の相違によって異なる電圧となる場合もある。

スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２は、上下に直列接続されてハーフブリッジを構成している。このスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２には、例えばセンス電流を出力するセンス端子Ｐｓ１１，Ｐｓ１２を備えたＩＧＢＴを用いる。センス端子Ｐｓ１２と基底電位Ｎとの間には、抵抗器Ｒ１２を接続する。抵抗器Ｒ１１は、センス端子Ｐｓ１１と、スイッチング素子Ｑ１２の入力端子との中間接続点との間に接続される。この中間接続点は、さらにコイルＬ１０を介して直流電源Ｅ１のプラス電極に接続する。このコイルＬ１０には、例えばチョークコイルを用いる。スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２の入力端子と出力端子との間に並列接続されるダイオードＤ１１，Ｄ１２は、それぞれ還流（フリーホイール）ダイオードとして機能する。スイッチング素子Ｑ１２の出力端子は、直流電源Ｅ１のマイナス電極（すなわち基底電位Ｎ）に接続する。

コンバータ回路１０以外では、スイッチＳｗがある。このスイッチＳｗは、直流電源Ｅ１が電力源Ｅｓに代わる点と、電荷を放電させるコンデンサＣ２が平滑コンデンサＣａｖに代わる点を除けば、図９に示すスイッチＳｗと同一の構成である。

実施の形態１との関連は次のようになる。コンバータ回路１０は「電力変換装置」に相当する。直流電源Ｅ１は「電力源Ｅｓ」に相当する。スイッチング素子Ｑ１１は「スイッチング素子Ｑｕ」に相当し、スイッチング素子Ｑ１２は「スイッチング素子Ｑｄ」に相当する。ダイオードＤ１１は「ダイオードＤｕ」に相当し、ダイオードＤ１２は「ダイオードＤｄ」に相当する。通常時駆動回路Ｍ１１は「通常時駆動回路Ｍｕ」に相当し、通常時駆動回路Ｍ１２は「通常時駆動回路Ｍｄ」に相当する。ＥＣＵ４０は「コントローラＣＵ」に相当する。

図１１のように構成されたコンバータ回路１０では、次のように作動する。通常時には、ＥＣＵ４０から端子Ｐ１１，Ｐ１２に個別に入力される指令信号に基づいて通常時駆動回路Ｍ１１，Ｍ１２から駆動信号がスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２の制御端子に伝達され、直流電源Ｅ１から供給される電力を変換（昇圧）して出力する。放電時には、ＥＣＵ４０から端子Ｐｂに入力される指令信号に基づいて、あるいは放電時駆動回路Ｍｂが自発的に、駆動信号をスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２の制御端子に個別に伝達する。すなわち図１１に示すように、スイッチング素子Ｑ１１には駆動信号Ｓ１を伝達し、スイッチング素子Ｑ１２には駆動信号Ｓ２を伝達することで、平滑コンデンサＣａｖに蓄積された電荷を放電する。

上述した実施の形態４に示すコンバータ回路１０は、実施の形態１，２に示す放電時駆動回路Ｍｂを適用するので、当該実施の形態１，２と同様の作用効果を得ることができる。この場合、図３に示す第１構成例、図４に示す第２構成例、図５に示す第３構成例のいずれを適用してもよい。

〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態１〜４に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。

上述した実施の形態１〜４では、スイッチング素子Ｑｕ（上アーム）のオン／オフ駆動を行う駆動信号は、周波数を変化させ、閾値電圧Ｖｔを変化させないように制御する構成とした（図７を参照）。この形態に代えて、閾値電圧Ｖｔを変化させて周波数を変化させないように制御する構成としてもよく、閾値電圧Ｖｔおよび周波数の双方を変化させるように制御する構成としてもよい。すなわち、通常時駆動回路Ｍｕ，Ｍｄが出力する駆動信号よりも低くい所定範囲内の電圧および周波数で制御すればよい。これらの構成でも実施の形態１〜４の場合と同様に、放電時駆動回路Ｍｂによってスイッチング素子Ｑｕが許容温度値を超えないように保護され、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄに流れる電流が許容電流値を超えないように保護される。したがって、スイッチング素子Ｑｕ等の損傷をより確実に防止できる。

上述した実施の形態１〜４では、電流Ｉを監視して駆動信号を変化させるように制御する構成とした（図７を参照）。この形態に代えて、温度Ｔｎを監視して駆動信号を変化させるように制御する構成としてもよく、電流Ｉおよび温度Ｔｎの双方を監視して駆動信号を変化させるように制御する構成としてもよい。さらには、上述した構成のいずれを組み合わせてもよい。この場合、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄを流れる電流Ｉが許容電流値を超えないように、かつ、スイッチング素子Ｑｕの温度Ｔｎが許容温度値を超えないように制御できればよい。これらの構成でも実施の形態１〜４の場合と同様に、放電時駆動回路Ｍｂによってスイッチング素子Ｑｕが許容温度値を超えないように保護され、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄに流れる電流が許容電流値を超えないように保護される。したがって、スイッチング素子Ｑｕ等の損傷をより確実に防止できる。

上述した実施の形態１〜４では、上アームのスイッチング素子Ｑｕをオン／オフ駆動し、下アームのスイッチング素子Ｑｄを常時オンするように制御する構成とした（図７を参照）。この形態に代えて、下アームのスイッチング素子Ｑｄをオン／オフ駆動し、上アームのスイッチング素子Ｑｕを常時オンするように制御する構成としてもよい。上下のスイッチング素子の入れ換えるに過ぎないので、実施の形態１〜４と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１〜４では、電流Ｉ（または温度Ｔｎ）を監視し、閾値電流Ｉｔ（または閾値温度Ｔｔ）に達すると駆動信号を変化させるように制御する構成とした（図７を参照）。この形態に代えて、電流Ｉ（または温度Ｔｎ）の増減率を監視し、単位時間当たりの増減率が増減閾値に達すると駆動信号を変化させるように制御する構成としてもよい。図７に示す制御例において、単位時間当たりの増減率（変化率）を角度θで表すとき、増減閾値θｔに達すると駆動信号を変化させればよい。増減率が大きい場合には早期に許容値を超える可能性があるので、早めに駆動信号を変化させることで、スイッチング素子等の損傷をさらに確実に防止することができる。

上述した実施の形態１〜４では、上下に直列接続されたスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄの一組に対して、放電時駆動回路Ｍｂが駆動信号（実施の形態１では駆動信号Ｓ１，Ｓ２、実施の形態２では駆動信号Ｓ２，Ｓ３）を出力して駆動させる構成とした（図１〜図１１を参照）。この形態に代えて、上下に直列接続されたスイッチング素子の複数組に対して、放電時駆動回路Ｍｂが一の駆動信号を出力して駆動させる構成としてもよい。

例えば、実施の形態１における第１構成例に適用した例を図１２に示す。図１２に示す構成例では、上下に直列接続されたスイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｄ１の一組と、上下に直列接続されたスイッチング素子Ｑｕ２，Ｑｄ２の一組とにそれぞれ駆動信号Ｓ１，Ｓ２を伝達して実現する。言い換えれば、スイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｄ１とスイッチング素子Ｑｕ２，Ｑｄ２とを並列接続する。並列接続とするため、放電時駆動回路Ｍｂとスイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｄ１との間に抵抗器Ｒｍ１，Ｒｍ２を介在し、放電時駆動回路Ｍｂとスイッチング素子Ｑｕ２，Ｑｄ２との間に抵抗器Ｒｍ３，Ｒｍ４を介在する。なお、図１２には二組の例を示したが、三組以上の複数に対しても同様に構成することができる。また、実施の形態１における第２構成例や第３構成例、実施の形態２についても同様に適用することができる。いずれの構成にせよ、上下に直列接続されたスイッチング素子の複数組に対して一の放電時駆動回路Ｍｂで制御できるので、各組ごとに放電時駆動回路Ｍｂで制御する構成に比べるとコストを低減することができる。

Ｅｓ 電力源
Ｅｂ バックアップ電源
Ｅｎ 通常時駆動用電源
Ｃａｖ 平滑コンデンサ（キャパシタ）
Ｍｕ，Ｍｄ 通常時駆動回路
Ｍｂ 放電時駆動回路
Ｍｃ 演算処理部
Ｍｅ 変換部
Ｍｇ 信号生成部
Ｑｕ，Ｑｄ スイッチング素子
ＣＮ コントローラ
１０ コンバータ回路（電力変換装置）
２０ インバータ回路（電力変換装置）
２１，２２，… 電力変換部
３１，３２，… 発電電動機
４０ ＥＣＵ（コントローラ）
Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ（キャパシタ）
Ｍ１ａ〜Ｍ６ａ，Ｍ１１，Ｍ１２ 通常時駆動回路
Ｍ１ｂ〜Ｍ３ｂ 放電時駆動回路
Ｑ１〜Ｑ６，Ｑ１１，Ｑ１２ スイッチング素子

Claims (6)

1. 電力源から電力が供給され、上下に直列接続されて前記電力源から供給される電力を変換する複数のスイッチング素子と、前記電力源から供給される電力を受けて作動し前記複数のスイッチング素子を駆動する通常時駆動回路と、を備える電力変換装置において、
   前記電力源とは別個に設けられ、通常時および放電時のうちで少なくとも前記放電時には電力を供給するバックアップ電源と、
   前記放電時に前記バックアップ電源から供給される電力を受けて作動し、上下に直列接続されたスイッチング素子のうちで一方のスイッチング素子をオン／オフ駆動し、他方のスイッチング素子を常時オンするように駆動して、平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電する放電時駆動回路と、を有し、
   前記放電時駆動回路は、前記他方のスイッチング素子の一端子と同電位を基準電位とし、前記スイッチング素子の状態を検出した検出信号をデータ情報に変換する変換部と、前記変換部によって変換されたデータ情報に基づいて前記複数のスイッチング素子を個別に駆動する駆動信号を生成する信号生成部と、を備える演算処理部を含むことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記放電時駆動回路は、前記一方のスイッチング素子を駆動する第１駆動回路と、前記他方のスイッチング素子を駆動する第２駆動回路と、前記第１駆動回路に供給する電力を生成する電源生成回路と、を有し、
   前記演算処理部は、前記変換部によって変換されたデータ情報に基づいて前記第１駆動回路に供給する電力を制御する電力制御信号を前記電源生成回路に出力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. 前記演算処理部の法線方向には、前記他方のスイッチング素子の一端子と同電位の導電体が少なくとも一部配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
4. 前記演算処理部は、前記放電時以外の時期にスリープ状態にすることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
5. 前記演算処理部と前記一方のスイッチング素子との間に絶縁素子を介在させ、
   前記演算処理部と前記他方のスイッチング素子との間にバッファ回路を介在させることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
6. 前記変換部は、電流値または温度値に対応する電圧からなる検出信号をデータ情報に変換するアナログ／デジタル変換回路で構成することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電力変換装置。

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