JP2012060765A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平滑コンデンサの放電時に、スイッチング素子が発熱して破損することがない電力変換装置を提供する。
【解決手段】モータ制御装置は、平滑コンデンサと、インバータ回路と、制御回路とを備えている。インバータ回路は、直列接続された２つのＩＧＢＴからなるスイッチング回路１１０〜１１２を並列接続して構成されている。スイッチング回路１１０〜１１２の一端は平滑コンデンサの一端に、他端は平滑コンデンサの他端に接続されている。平滑コンデンサの放電時に、制御回路１２は、ＩＧＢＴ１１２ａ、１１２ｂのうち、ＩＧＢＴ１１２ａを電流制限せずにオンするとともに、ＩＧＢＴ１１２ｂを電流制限してオンする。そして、以降、切替え時間ｔ１毎に、電流制限するＩＧＢＴを、それまで電流制限していなかったＩＧＢＴに切替え、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、平滑コンデンサの放電時に、ＩＧＢＴの発熱が抑えられ、破損を防止できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、平滑コンデンサと、スイッチング素子によって構成される電力変換回路とを備えた電力変換装置に関する。

従来、平滑コンデンサと、スイッチング素子によって構成される電力変換回路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がある。

この電力変換装置は、平滑コンデンサと、電力変換回路と、制御装置とを備えている。平滑コンデンサの一端は直流電源の正極端に、平滑コンデンサの他端は直流電源の負極端にそれぞれ接続されている。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レグを３組並列接続して構成されている。レグの一端は平滑コンデンサの一端に、レグの他端は平滑コンデンサの他端にそれぞれ接続されている。また、レグをなす２つのスイッチング素子の直列接続点は、電動機に接続されている。制御装置は、スイッチング素子にそれぞれ接続されている。

この電力変換装置は、直流電源の出力する直流電圧を交流電圧に変換して電動機に供給する。電力変換装置が動作を開始すると、平滑コンデンサに電荷が蓄積され、直流電源の出力する直流電圧が平滑化される。その後、電力変換装置が動作を停止すると、平滑コンデンサに電荷が蓄積されたままの状態となる。そのため、平滑コンデンサに蓄積された電荷による感電の可能性がある。しかし、制御装置が、過電流とならない所定時間だけ全てのスイッチング素子をオンする。これにより、平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電することができる。そのため、感電を防止することができる。

特開２００９−２３２６２０号公報

前述した電力変換装置において、放電電流を抑えるため、全てのスイッチング素子を電流制限してオンする場合がある。具体的には、全てのスイッチング素子のゲート電圧を低減してオンする。しかし、電流制限してオンすると、電流制限せずにオンした場合に比べ、スイッチング素子のオン抵抗が増加する。そのため、消費電力が増加して、スイッチング素子が発熱してしまう。スイッチング素子が許容範囲を超えて発熱すると、スイッチング素子が破損してしまう可能性がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、平滑コンデンサの放電時に、スイッチング素子が発熱して破損することがない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、電流制限してオンするスイッチング素子を、それまで電流制限していなかったスイッチング素子に切替えることで、スイッチング素子の発熱が抑えられ、破損を防止できることを見出し、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、直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、直列接続された少なくとも２つのスイッチング素子からなるスイッチング回路を少なくとも１つ有し、スイッチング回路の一端が平滑コンデンサの一端に、スイッチング回路の他端が平滑コンデンサの他端に接続される電力変換回路と、スイッチング素子を制御する制御回路と、を備え、制御回路が、少なくとも１つのスイッチング回路で、スイッチング回路をなす全てのスイッチング素子をオンして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、制御回路は、スイッチング回路をなすスイッチング素子のうち、少なくとも１つのスイッチング素子を電流制限してオンするとともに、他のスイッチング素子を電流制限せずにオンし、その後、電流制限するスイッチング素子を、それまで電流制限していなかったスイッチング素子に切替えることを特徴とする。

この構成によれば、スイッチング回路をなすスイッチング素子のうち、少なくとも１つのスイッチング素子を電流制限してオンする、他のスイッチング素子を電流制限せずにオンする。電流制限してオンすると、電流制限せずにオンした場合に比べ、スイッチング素子のオン抵抗が増加し発熱してしまう。しかし、その後、電流制限するスイッチング素子を、それまで電流制限していなかったスイッチング素子に切替える。そのため、従来のように、全てのスイッチング素子を電流制限してオンする場合に比べ、スイッチング素子の発熱を抑えることができる。従って、平滑コンデンサの放電時に、スイッチング素子の発熱が抑えられ、破損を防止することができる。

請求項２に記載の電力変換装置は、制御回路は、一定の切替え時間経過後に、電流制限するスイッチング素子を、それまで電流制限していなかったスイッチング素子に切替えることを特徴とする。この構成によれば、電流制限するスイッチング素子を、それまで電流制限していなかったスイッチング素子に、一定の切替え時間で確実に切替えることができる。そのため、スイッチング素子の発熱を確実に抑えることができる。

請求項３に記載の電力変換装置は、切替え時間は、電流制限してオンした際のスイッチング素子のオン抵抗に基づいて決定されることを特徴とする。この構成によれば、スイッチング素子がオンしたときの発熱は、スイッチング素子の消費電力、つまり、スイッチング素子のオン抵抗によって決まる。そのため、スイッチング素子の発熱を抑える適切な切替え時間を決定することができる。従って、スイッチング素子の発熱を確実に抑えることができる。

請求項４に記載の電力変換装置は、切替え時間は、電流制限してオンした際に、スイッチング素子の温度が所定値になるまでの時間に基づいて決定され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発熱を抑える適切な切替え時間を決定することができる。そのため、スイッチング素子の発熱を確実に抑えることができる。

請求項５に記載の電力変換装置は、スイッチング回路をなすスイッチング素子のうち、発熱しやすいスイッチング素子の温度が所定値になるまでの時間に基づいて決定されることを特徴とする。この構成によれば、発熱しやすいスイッチング素子の発熱を抑える適切な切替え時間を決定することができる。その結果、スイッチング素子の発熱を確実に抑えることができる。

請求項６に記載の電力変換装置は、発熱しやすいスイッチング素子は、電流制限してオンした際のスイッチング素子のオン抵抗に基づいて求められることを特徴とする。この構成によれば、発熱しやすいスイッチング素子を確実に求めることができる。

請求項７に記載の電力変換装置は、制御回路は、放電開始後に、時間の経過とともに切替え時間を長く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切替え回数を抑えることができる。平滑コンデンサの端子間電圧は、放電開始とともに低下する。そのため、放電開始後に、時間の経過とともに切替え時間を長くしても、消費電力が増加してスイッチング素子が発熱によって破損することはない。

請求項８に記載の電力変換装置は、制御回路は、スイッチング素子に流れる電流が電流制限する電流値より大きい所定値以上になると、切替え時間を短くすることを特徴とする。この構成によれば、特性のばらつきによって、実際にスイッチング素子に流れる電流が、電流制限する電流値より大きくなった場合であっても、スイッチング素子の発熱を確実に抑えることができる。

請求項９に記載の電力変換装置は、制御回路は、スイッチング素子の温度が所定値以上になると、電流制限するスイッチング素子を、それまで電流制限していなかったスイッチング素子に切替え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発熱を確実に抑えることができる。

請求項１０に記載の電力変換装置は、制御回路は、電流制限しないスイッチング素子がオンしている間に、電流制限するスイッチング素子が複数回オン、オフを繰返すようにスイッチング素子を制御することを特徴とする。この構成によれば、オフ期間中に、電流制限するスイッチング素子を放熱させることができる。そのため、電流制限しないスイッチング素子がオンしている間中、電流制限するスイッチング素子がオンする場合に比べ、電流制限するスイッチング素子の発熱を抑えることができる。従って、スイッチング素子の発熱をさらに抑えることができる。

請求項１１に記載の電力変換装置は、電力変換回路は、少なくとも２つのスイッチング回路を有し、制御回路は、スイッチング回路を切替えて平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電することを特徴とする。この構成によれば、電流制限するスイッチング素子を、切替え後のスイッチング回路をなす、それまで電流制限していなかったスイッチング素子と切替えことができる。そのため、平滑コンデンサの放電時に、スイッチング素子の発熱が抑えられ、破損を防止することができる。

請求項１２に記載の電力変換装置は、スイッチング回路は、電圧駆動型の２つのスイッチング素子からなり、制御回路は、スイッチング素子の制御端子の電圧を制限することにより、電流制限することを特徴とする。この構成によれば、スイッチング素子を確実に電流制限することができる。

請求項１３に記載の電力変換装置は、車両に搭載された車両駆動用モータに電力を供給することを特徴とする。この構成によれば、車両駆動用モータを制御する電力変換装置において、平滑コンデンサの放電時に、スイッチング素子の発熱が抑えられ、破損を防止することができる。

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１実施形態における平滑コンデンサ放電時のＩＧＢＴのスイッチング状態を示すタイミングチャートである。 別の形態における平滑コンデンサ放電時のＩＧＢＴのスイッチング状態を示すタイミングチャートである。 さらに別の形態における平滑コンデンサ放電時のＩＧＢＴのスイッチング状態を示すタイミングチャートである。 第３実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。 第３実施形態における平滑コンデンサ放電時のＩＧＢＴのスイッチング状態を示すタイミングチャートである。

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、車両駆動用モータを制御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は、車体から絶縁された高電圧バッテリＢ１の出力する直流高電圧（例えば２８８Ｖ）を３相交流電圧に変換して車両駆動用モータＭ１に供給し、車両駆動用モータＭ１を制御する装置である。モータ制御装置１は、平滑コンデンサ１０と、インバータ回路１１（電力変換回路）と、制御回路１２とを備えている。

平滑コンデンサ１０は、高電圧バッテリＢ１の直流高電圧を平滑化するための素子である。平滑コンデンサ１０の一端は、リレーＲ１０を介して高電圧バッテリＢ１の正極端に接続されている。また、他端は、リレーＲ１１を介して高電圧バッテリＢ１の負極端に接続されている。

インバータ回路１１は、平滑コンデンサ１０によって平滑化された直流電圧を３相交流電圧に変換して車両駆動用モータＭ１に供給する回路である。また、平滑コンデンサ１０に蓄積された電荷を放電する回路でもある。インバータ回路１１は、３つのスイッチング回路１１０〜１１２を備えている。

スイッチング回路１１０は、オン、オフすることで直流電圧を交流電圧に変換する回路である。また、オンすることで、平滑コンデンサ１０に蓄積された電荷を放電する回路でもある。スイッチング回路１１０は、電圧駆動型の２つのＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｂ（スイッチング素子）を備えている。ＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｂは、直列接続されている。具体的には、ＩＧＢＴ１１０ａのエミッタが、ＩＧＢＴ１１０ｂのコレクタに接続されている。

スイッチング回路１１１は、オン、オフすることで直流電圧を交流電圧に変換する回路である。また、オンすることで、平滑コンデンサ１０に蓄積された電荷を放電する回路でもある。スイッチング回路１１１は、電圧駆動型の２つのＩＧＢＴ１１１ａ、１１１ｂ（スイッチング素子）を備えている。ＩＧＢＴ１１１ａ、１１１ｂは、直列接続されている。具体的には、ＩＧＢＴ１１１ａのエミッタが、ＩＧＢＴ１１１ｂのコレクタに接続されている。

スイッチング回路１１２は、オン、オフすることで直流電圧を交流電圧に変換する回路である。また、オンすることで、平滑コンデンサ１０に蓄積された電荷を放電する回路でもある。スイッチング回路１１２は、電圧駆動型の２つのＩＧＢＴ１１２ａ、１１２ｂ（スイッチング素子）を備えている。ＩＧＢＴ１１２ａ、１１２ｂは、直列接続されている。具体的には、ＩＧＢＴ１１２ａのエミッタが、ＩＧＢＴ１１２ｂのコレクタに接続されている。

３つのスイッチング回路１１０〜１１２は、並列接続されている。具体的には、スイッチング回路１１０〜１１２の一端であるＩＧＢＴ１１０ａ〜１１２ａのコレクタ、及び、スイッチング回路１１０〜１１２の他端であるＩＧＢＴ１１０ｂ〜１１２ｂのエミッタがそれぞれ接続されている。ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１２ａのコレクタは平滑コンデンサ１０の一端に、ＩＧＢＴ１１０ｂ〜１１２ｂのエミッタは平滑コンデンサ１０の他端にそれぞれ接続されている。また、ＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｂ、１１１ａ、１１１ｂ、１１２ａ、１１２ｂのゲートとエミッタは、制御回路１２にそれぞれ接続されている。さらに、直列接続されたＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｂ、ＩＧＢＴ１１１ａ、１１１ｂ及びＩＧＢＴ１１２ａ、１１２ｂの直列接続点は、車両駆動用モータＭ１にそれぞれ接続されている。

制御回路１２は、スイッチング回路１１０〜１１２を制御する回路である。具体的には、ＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｂ、１１１ａ、１１１ｂ、１１２ａ、１１２ｂを制御する回路である。制御回路１２は、ＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｂ、１１１ａ、１１１ｂ、１１２ａ、１１２ｂのゲートとエミッタにそれぞれ接続されている。

次に、図１及び図２を参照してモータ制御装置の動作について説明する。ここで、図２は、第１実施形態における平滑コンデンサ放電時のＩＧＢＴのスイッチング状態を示すタイミングチャートである。

車両のイグニッションスイッチ（図略）がオンすると、図１に示すリレーＲ１０、Ｒ１１がオンし、モータ制御装置１が動作を開始する。リレーＲ１０、Ｒ１１がオンすると、高電圧バッテリＢ１の直流高電圧が平滑コンデンサ１０によって平滑化される。制御回路１２は、外部から入力される指令に基づいて、インバータ回路１１を構成するスイッチング回路１１０〜１１２を制御する。具体的には、ＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｂ、１１１ａ、１１１ｂ、１１２ａ、１１２ｂを制御する。インバータ回路１１は、平滑コンデンサ１０によって平滑化された直流高電圧を３相交流電圧に変換して車両駆動用モータＭ１に供給する。このようにして、モータ制御装置１が車両駆動用モータＭ１を制御する。

その後、イグニッションスイッチがオフすると、リレーＲ１０、Ｒ１１がオフする。モータ制御装置１は、車両駆動用モータＭ１への電圧の供給を停止する。車両駆動用モータＭ１への電圧の供給が停止すると、平滑コンデンサ１０に電荷が蓄積されたままの状態となる。

図２に示すように、制御回路１２は、スイッチング回路１１０を構成する２つのＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｂと、スイッチング回路１１１を構成する２つのＩＧＢＴ１１１ａ、１１１ｂをオフする。そして、スイッチング回路１１２をなす２つのＩＧＢＴ１１２ａ、１１２ｂのうち、ＩＧＢＴ１１２ａを電流制限せずにオンするとともに、ＩＧＢＴ１１２ｂを電流制限してオンする。具体的には、フルオンする充分な電圧をゲート端子（制御端子）に印加することにより、ＩＧＢＴ１１２ａを電流制限せずにオンする。また、フルオンする電圧より低く制限された電圧をゲート端子に印加することにより、ＩＧＢＴ１１２ｂを電流制限してオンする。

切替え時間ｔ１経過後（切替え時間経過後）、制御回路１２は、電流制限しないＩＧＢＴをＩＧＢＴ１１２ａからＩＧＢＴ１１２ｂに、電流制限するＩＧＢＴをＩＧＢＴ１１２ｂからＩＧＢＴ１１２ａに切替える。そして、以降、切替え時間ｔ１経過毎に、同様の切替えを繰返す。

ここで、切替え時間ｔ１は、事前に測定した、平滑コンデンサ１０の放電電流設定値に電流制限してオンした際のＩＧＢＴ１１２ａ、１１２ｂのオン抵抗に基づいて決定される。具体的には、放電電流と測定したオン抵抗から、ＩＧＢＴの温度が許容範囲内の所定値に達するまでの時間を算出することによって決定される。

これにより、平滑コンデンサ１０に蓄積された電荷が、スイッチング回路１１２によって放電される。そのため、平滑コンデンサ１０に蓄積された電荷による感電を防止することができる。

次に、効果について説明する。第１実施形態によれば、スイッチング回路１１２をなす２つのＩＧＢＴ１１２ａ、１１２ｂのうち、一方のＩＧＢＴを電流制限せずにオンするとともに、他方のＩＧＢＴを電流制限してオンする。電流制限してオンすると、電流制限せずにオンした場合に比べ、ＩＧＢＴのオン抵抗が増加し発熱してしまう。しかし、その後、電流制限するＩＧＢＴを、それまで電流制限していなかったＩＧＢＴに切替える。そのため、従来のように、全てのＩＧＢＴを電流制限してオンする場合に比べ、ＩＧＢＴの発熱を抑えることができる。従って、車両駆動用モータＭ１を制御するモータ制御装置１において、平滑コンデンサ１０の放電時に、ＩＧＢＴの発熱が抑えられ、破損を防止することができる。

また、第１実施形態によれば、電流制限するＩＧＢＴを、それまで電流制限していなかったＩＧＢＴに、一定の切替え時間ｔ１で確実に切替えることができる。そのため、ＩＧＢＴの発熱を確実に抑えることができる。

さらに、第１実施形態によれば、切替え時間ｔ１は、電流制限してオンした際のＩＧＢＴのオン抵抗に基づいて決定される。ＩＧＢＴがオンしたときの発熱は、ＩＧＢＴの消費電力、つまり、ＩＧＢＴのオン抵抗によって決まる。そのため、ＩＧＢＴの発熱を抑える適切な切替え時間を決定することができる。従って、ＩＧＢＴの発熱を確実に抑えることができる。

加えて、第１実施形態によれば、スイッチング回路１１０〜１１２は、電圧駆動型のＩＧＢＴによって構成されている。そして、フルオンする電圧より低く制限された電圧をゲート端子に印加することにより、ＩＧＢＴを電流制限してオンする。そのため、ＩＧＢＴを確実に電流制限することができる。

なお、第１実施形態では、電流制限しないＩＧＢＴと電流制限するＩＧＢＴを一定の切替え時間ｔ１毎に切替える例を挙げているが、これに限られるものではない。図３に示すように、放電開始後に、時間の経過とともに切替え時間をｔ２（＞ｔ１）、ｔ３（＞ｔ２）のように長くしてもよい。これにより、ＩＧＢＴの切替え回数を抑えることができる。平滑コンデンサ１０の端子間電圧は、放電開始とともに低下する。そのため、放電開始後に、時間の経過とともに切替え時間を長くしても、消費電力が増加してＩＧＢＴが発熱によって破損することはない。また、電流センサ等によってＩＧＢＴに流れる電流を検出し、ＩＧＢＴに流れる電流が、電流制限する電流値より大きい所定値以上になると、切替え時間を短くするようにしてもよい。特性のばらつきによって、実際にＩＧＢＴに流れる電流が、電流制限する電流値より大きくなった場合であっても、ＩＧＢＴの発熱を確実に抑えることができる。

また、第１実施形態では、放電期間中、電流制限しないＩＧＢＴと電流制限するＩＧＢＴをオンし続ける例を挙げているが、これに限られるものではない。図４に示すように、電流制限しないＩＧＢＴがオンしている間に、電流制限するＩＧＢＴが複数回オン、オフを繰返すようにしてもよい。これにより、オフ期間中に電流制限するＩＧＢＴを放熱させることができる。そのため、電流制限しないＩＧＢＴがオンしている間中、電流制限するＩＧＢＴがオンする場合に比べ、電流制限するＩＧＢＴの発熱を抑えることができる。従って、ＩＧＢＴの発熱をさらに抑えることができる。

さらに、第１実施形態では、平滑コンデンサ１０に蓄積された電荷を、インバータ回路１１のスイッチング回路１１２で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。スイッチング回路１１０によって放電してもよいし、スイッチング回路１１１によって放電してもよい。また、スイッチング回路１１０〜１１２のうち、２つのスイッチング回路によって放電してもよいし、３つのスイッチング回路によって放電してもよい。さらに、スイッチング１１０〜１１２を切替えて平滑コンデンサ１０に蓄積された電荷を放電してもよい。電流制限するＩＧＢＴを切替え後のスイッチング回路をなす、それまで電流制限していなかったＩＧＢＴと切替えことができる。そのため、この場合においても、平滑コンデンサの放電時に、ＩＧＢＴの発熱が抑えられ、破損を防止することができる。

加えて、第１実施形態では、電力変換回路が、３つのスイッチング回路を有し、それぞれのスイッチング回路が、直列接続された２つのＩＧＢＴで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。電力変換回路は、少なくとも１つのスイッチング回路を有していればよい。また、スイッチング回路は、直列接続された少なくとも２つのＩＧＢＴで構成されていればよい。電力変換回路が少なくとも２つのスイッチング回路を有している場合、スイッチング回路を切替えて平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電するようにしてもよい。スイッチング回路が少なくとも３つのＩＧＢＴで構成されている場合、少なくとも１つのＩＧＢＴで電流制限してオンするようにしてもよい。平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電するスイッチング回路が、一のスイッチング回路から他のスイッチング回路に切替わる場合、電流制限するＩＧＢＴが、一のスイッチング回路をなすＩＧＢＴから、他のスイッチング回路をなす、それまで電流制限されていなかったＩＧＢＴ、具体的には、それまでオフしていたＩＧＢＴに切替わることとなる。そのため、同様の効果を得ることができる。

（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。第２実施形態のモータ制御装置は、第１実施形態のモータ制御装置が、電流制限してオンした際のＩＧＢＴのオン抵抗に基づいて切替え時間を決定するのに対し、電流制限してオンした際にＩＧＢＴの温度が所定値になるまでの時間に基づいて切替え時間を決定するようにしたものである。

第２実施形態のモータ制御装置は、第１実施形態のモータ制御装置と同一の構成及び動作であるので、構成及び動作については説明を省略する。

まず、図１及び図２を参照して切替え時間の決定方法について説明する。図２に示す切替え時間ｔ１は、図１において事前に測定した、設定された平滑コンデンサ１０の放電電流値に電流制限してオンした際に、ＩＧＢＴ１１２ａ、１１２ｂの温度が許容範囲内の所定値に達するまでの時間に基づいて決定される。

次に、効果について説明する。第２実施形態によれば、ＩＧＢＴの発熱を抑える適切な切替え時間を決定することができる。そのため、ＩＧＢＴの発熱を確実に抑えることができる。

なお、第２実施形態では、スイッチング回路１１２をなす２つのＩＧＢＴ１１２ａ、１１２ｂの温度が許容範囲内の所定値に達するまでの温度に基づいて、切替え時間ｔ１が決定され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１１２をなす２つのＩＧＢＴ１１２ａ、１１２ｂのうち、発熱しやすいＩＧＢＴの温度が許容範囲内の所定値に達するまでの時間に基づいて、切替え時間を決定するようにしてもよい。これにより、発熱しやすいＩＧＢＴの発熱を抑える適切な切替え時間を決定することができる。その結果、ＩＧＢＴの発熱を確実に抑えることができる。その際、発熱しやすいＩＧＢＴは、電流制限してオンした際のＩＧＢＴのオン抵抗に基づいて求めるようにするとよい。発熱しやすいＩＧＢＴを確実に求めることができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態のモータ制御装置について説明する。第３実施形態のモータ制御装置は、第１実施形態のモータ制御装置が、電流制限しないＩＧＢＴと電流制限するＩＧＢＴを一定の切替え時間で切替えるのに対し、ＩＧＢＴの温度が許容範囲内の所定値以上になると切替えるようにしたものである。

まず、図５を参照してモータ制御装置の構成について説明する。ここで、図５は、第３実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。ここでは、第１実施形態のモータ制御装置との相違部分について説明し、共通する部分については必要とされる箇所以外説明を省略する。

図５に示すように、モータ制御装置３は、平滑コンデンサ３０と、インバータ回路３１（電力変換回路）と、制御回路３２とを備えている。

平滑コンデンサ３０の一端は、第１実施形態の平滑コンデンサ１０と同様に、リレーＲ３０を介して高電圧バッテリＢ３の正極端に接続されている。また、他端は、リレーＲ３１を介して高電圧バッテリＢ３の負極端に接続されている。

インバータ回路３１は、３つのスイッチング回路３１０〜３１２を備えている。スイッチング回路３１０〜３１２を構成するＩＧＢＴ３１０ａ、３１０ｂ、３１１ａ、３１１ｂ、３１２ａ、３１２ｂ（スイッチング素子）は、温度センサ３１０ｃ、３１０ｄ、３１１ｃ、３１１ｄ、３１２ｃ、３１２ｄをそれぞれ備えている。温度センサ３１０ｃ、３１０ｄ、３１１ｃ、３１１ｄ、３１２ｃ、３１２ｄは、ＩＧＢＴ３１０ａ、３１０ｂ、３１１ａ、３１１ｂ、３１２ａ、３１２ｂの温度を検出するための素子である。スイッチング回路３１０〜３１２は、温度センサ３１０ｃ、３１０ｄ、３１１ｃ、３１１ｄ、３１２ｃ、３１２ｄを除いて第１実施形態のスイッチング回路１１０〜１１２と同一構成である。

制御回路３２は、第１実施形態の制御回路１２と同様に、ＩＧＢＴ３１０ａ、３１０ｂ、３１１ａ、３１１ｂ、３１２ａ、３１２ｂのゲートとエミッタにそれぞれ接続されている。また、ＩＧＢＴ３１０ａ、３１０ｂ、３１１ａ、３１１ｂ、３１２ａ、３１２ｂの温度を検出するため、温度センサ３１０ｃ、３１０ｄ、３１１ｃ、３１１ｄ、３１２ｃ、３１２ｄにそれぞれ接続されている。

次に、図５及び図６を参照してモータ制御装置の動作について説明する。ここで、図６は、第３実施形態における平滑コンデンサ放電時のＩＧＢＴのスイッチング状態を示すタイミングチャートである。

車両のイグニッションスイッチ（図略）がオンすると、図５に示すリレーＲ３０、Ｒ３１がオンし、モータ制御装置３が動作を開始する。モータ制御装置３は、第１実施形態のモータ制御装置１と同様にして車両駆動用モータＭ３を制御する。

その後、イグニッションスイッチがオフすると、リレーＲ３０、Ｒ３１がオフする。モータ制御装置３は、車両駆動用モータＭ３への電圧の供給を停止する。車両駆動用モータＭ３への電圧の供給が停止すると、平滑コンデンサ３０に電荷が蓄積されたままの状態となる。

図６に示すように、制御回路３２は、スイッチング回路３１０を構成する２つのＩＧＢＴ３１０ａ、３１０ｂと、スイッチング回路３１１を構成する２つのＩＧＢＴ３１１ａ、３１１ｂをオフする。そして、スイッチング回路３１２をなす２つのＩＧＢＴ３１２ａ、３１２ｂのうち、ＩＧＢＴ３１２ａを電流制限せずにオンするとともに、ＩＧＢＴ３１２ｂを電流制限してオンする。具体的には、フルオンする充分な電圧をゲート端子（制御端子）に印加することにより、ＩＧＢＴ３１２ａを電流制限せずにオンする。また、フルオンする電圧より低く制限された電圧をゲート端子に印加することにより、ＩＧＢＴ３１２ｂを電流制限してオンする。

制御回路３２は、温度センサ３１２ｄによって検出した、電流制限しているＩＧＢＴ３１２ｂの温度が許容範囲内の所定値以上になると、電流制限しないＩＧＢＴをＩＧＢＴ３１２ａからＩＧＢＴ３１２ｂに、電流制限するＩＧＢＴをＩＧＢＴ３１２ｂからＩＧＢＴ３１２ａに切替える。その後、温度センサ３１２ｃによって検出した、電流制限しているＩＧＢＴ３１２ａの温度が許容範囲内の所定値以上になると、電流制限しないＩＧＢＴをＩＧＢＴ３１２ｂからＩＧＢＴ３１２ａに、電流制限するＩＧＢＴをＩＧＢＴ３１２ａからＩＧＢＴ３１２ｂに切替える。以降、同様にして、切替えを繰返す。

これにより、平滑コンデンサ３０に蓄積された電荷が、スイッチング回路３１２によって放電される。そのため、平滑コンデンサ３０に蓄積された電荷による感電を防止することができる。

次に、効果について説明する。第３実施形態によれば、ＩＧＢＴの温度に基づいて、電流制限するＩＧＢＴを、それまで電流制限していなかったＩＧＢＴに切替えることで、ＩＧＢＴの発熱を確実に抑えることができる。

１、３・・・モータ制御装置（電力変換装置）、１０、３０・・・平滑コンデンサ、１１、３１・・・インバータ回路、１１０〜１１２。３１０〜３１２・・・スイッチング回路、１１０ａ、１１０ｂ、１１１ａ、１１１ｂ、１１２ａ、１１２ｂ、３１０ａ、３１０ｂ、３１１ａ、３１１ｂ、３１２ａ、３１２ｂ・・・ＩＧＢＴ（スイッチング素子）、３１０ｃ、３１０ｄ、３１１ｃ、３１１ｄ、３１２ｃ、３１２ｄ・・・温度センサ、１２、３２・・・制御回路、Ｂ１、Ｂ３・・・高電圧バッテリ、Ｍ１、Ｍ３・・・車両駆動用モータ、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ３０、Ｒ３１・・・リレー

Claims (13)

1. 直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
   直列接続された少なくとも２つのスイッチング素子からなるスイッチング回路を少なくとも１つ有し、前記スイッチング回路の一端が前記平滑コンデンサの一端に、前記スイッチング回路の他端が前記平滑コンデンサの他端に接続される電力変換回路と、
   前記スイッチング素子を制御する制御回路と、
   を備え、前記制御回路が、少なくとも１つの前記スイッチング回路で、当該スイッチング回路をなす全ての前記スイッチング素子をオンして前記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、
   前記制御回路は、前記少なくとも１つのスイッチング回路をなす前記スイッチング素子のうち、少なくとも１つの前記スイッチング素子を電流制限してオンするとともに、他の前記スイッチング素子を電流制限せずにオンし、その後、電流制限するスイッチング素子を、それまで電流制限していなかったスイッチング素子に切替えることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記制御回路は、一定の切替え時間経過後に、電流制限するスイッチング素子を、それまで電流制限していなかったスイッチング素子に切替えることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記切替え時間は、電流制限してオンした際の前記スイッチング素子のオン抵抗に基づいて決定されることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記切替え時間は、電流制限してオンした際に、前記スイッチング素子の温度が所定値になるまでの時間に基づいて決定されることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
5. 前記切替え時間は、前記少なくとも１つのスイッチング回路をなす前記スイッチング素子のうち、発熱しやすいスイッチング素子の温度が所定値になるまでの時間に基づいて決定されることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記発熱しやすいスイッチング素子は、電流制限してオンした際の前記スイッチング素子のオン抵抗に基づいて求められることを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
7. 前記制御回路は、放電開始後に、時間の経過とともに前記切替え時間を長く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. 前記制御回路は、前記スイッチング素子に流れる電流が電流制限する電流値より大きい所定値以上になると、前記切替え時間を短く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. 前記制御回路は、前記スイッチング素子の温度が所定値以上になると、電流制限するスイッチング素子を、それまで電流制限していなかったスイッチング素子に切替えることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
10. 前記制御回路は、電流制限しないスイッチング素子がオンしている間に、電流制限するスイッチング素子が複数回オン、オフを繰返すように前記スイッチング素子を制御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。
11. 前記電力変換回路は、少なくとも２つの前記スイッチング回路を有し、
    前記制御回路は、前記スイッチング回路を切替えて前記平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
12. 前記スイッチング回路は、電圧駆動型の２つの前記スイッチング素子からなり、
    前記制御回路は、前記スイッチング素子の制御端子の電圧を制限することにより、電流制限することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電力変換装置。
13. 車両に搭載された車両駆動用モータに電力を供給することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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