JP2013090350A - Power conversion apparatus - Google Patents

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雄一郎 菅野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power conversion apparatus which restrains noise generated by the vibration of currents flowing in a reflux diode.SOLUTION: The power conversion apparatus comprises: a power conversion circuit, having a plurality of switching elements Q1 to Q6 and reflux diodes D1 to D6, which switches on/off of the plurality of switching elements Q1 to Q6 to convert input power and outputs the converted power to a load; a drive circuit 20 which drives the plurality of switching elements Q1 to Q6; and control means of controlling the power conversion circuit and the drive circuit 20. When a supply current supplied from the power conversion circuit to the load is near 0 amperes, the control means lowers a switching speed at which the switching elements Q1 to Q6 are turned on, so that it is lower than a switching speed applied in cases when the supply current is not near 0 amperes.

Description

本発明は、電力変換装置に関するものである。   The present invention relates to a power conversion device.

ブリッジ接続された複数のダイオードと各ダイオードに並列接続された半導体スイッチング素子とを有し、直流電源と発電電動機との間に配置されて供給された直流電力を交流電力に変換して発電電動機に給電する交直変換回路と、半導体スイッチング素子を断続制御する制御回路とを備え、制御回路が発電電動機のエンジン始動時に最大の抵抗値となるゲート抵抗器を通じて半導体スイッチング素子を駆動させることで、スイッチング素子のオン状態とオフ状態との間の状態遷移を遅らせて、スイッチングノイズを許容レベル範囲に抑制する車両用発電電動機制御装置が知られている(特許文献1)。   It has a plurality of bridge-connected diodes and a semiconductor switching element connected in parallel to each diode, and is arranged between the DC power supply and the generator motor to convert the supplied DC power into AC power and convert it to a generator motor. An AC / DC conversion circuit for supplying power and a control circuit for intermittently controlling the semiconductor switching element are provided, and the control circuit drives the semiconductor switching element through a gate resistor having a maximum resistance value when the generator motor is started. There is known a vehicular generator motor control device that delays a state transition between an ON state and an OFF state of the vehicle and suppresses switching noise within an allowable level range (Patent Document 1).

特開2005−65460号公報JP 2005-65460 A

上記従来の車両用発電電動機制御装置では、スイッチング素子のオン状態とオフ状態との間の状態遷移を遅らせることにより、スイッチング素子に流れる電流の変化を緩慢にしてスイッチングノイズを抑制しているが、ノイズを抑制するには不充分であった。 In the above-described conventional vehicle generator motor control device, the switching noise is suppressed by slowing the change in the current flowing through the switching element by delaying the state transition between the ON state and the OFF state of the switching element. It was insufficient to suppress noise.

スイッチング素子のスイッチング動作によって発生するノイズは、スイッチング素子に流れる電流の変化によって発生するノイズ以外にも、スイッチング素子に並列接続された還流ダイオードに流れる電流の振動によっても発生する。   The noise generated by the switching operation of the switching element is generated not only by the noise generated by the change of the current flowing through the switching element but also by the vibration of the current flowing through the free wheel diode connected in parallel to the switching element.

本発明は、電力変換回路から負荷に供給される供給電流が0アンペア付近にある場合に、スイッチング素子をターンオンさせる際のスイッチング速度を、供給電流が0アンペア付近ではない場合のスイッチング速度より低下させることによって上記課題を解決する。 According to the present invention, when the supply current supplied from the power conversion circuit to the load is in the vicinity of 0 amperes, the switching speed when the switching element is turned on is lower than the switching speed in the case where the supply current is not in the vicinity of 0 amperes. This solves the above problem.

本発明によれば、スイッチング素子をターンオンさせることで還流ダイオードに流れるリカバリ電流の変化率が抑制されるため、負荷への供給電流が0アンペア付近にある場合に、還流ダイオードの電流の振動によって発生するノイズを抑制することができるという効果を奏する。   According to the present invention, when the switching element is turned on, the rate of change of the recovery current flowing through the freewheeling diode is suppressed. Therefore, when the supply current to the load is near 0 ampere, the current is generated by the freewheeling diode current. The effect that the noise which carries out can be suppressed is produced.

本発明の実施形態に係る電力変換装置を含むモータ制御システムのブロック図である。1 is a block diagram of a motor control system including a power conversion device according to an embodiment of the present invention. 図1の駆動回路の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of the drive circuit in FIG. 1. 図1の制御回路のブロック図である。It is a block diagram of the control circuit of FIG. 図1のインバータのU相に相当する部分の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of a portion corresponding to a U phase of the inverter of FIG. 1. 図4aのダイオードを流れる電流の時間特性を示すグラフである。4b is a graph showing the time characteristics of the current flowing through the diode of FIG. 4a. 図1のインバータにおける供給電流に対するdi/dtの特性を示すグラフである。2 is a graph showing di / dt characteristics with respect to supply current in the inverter of FIG. 1. 図1のインバータにおける、コレクタ電流特性及びコレクタ−エミッタ間の電圧特性を示すグラフである。2 is a graph showing collector current characteristics and collector-emitter voltage characteristics in the inverter of FIG. 1. 本発明の変形例に係る制御回路のブロック図である。It is a block diagram of the control circuit which concerns on the modification of this invention. 本発明の変形例に係る制御回路のブロック図である。It is a block diagram of the control circuit which concerns on the modification of this invention. 本発明の他の実施形態に係る電力変換装置の駆動回路の回路図である。It is a circuit diagram of the drive circuit of the power converter device which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る電力変換装置における、電流指定値に対するゲート電圧の特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of the gate voltage with respect to the electric current designation value in the power converter device which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る電力変換装置の駆動回路の回路図である。It is a circuit diagram of the drive circuit of the power converter device which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る電力変換装置の駆動回路の回路図である。It is a circuit diagram of the drive circuit of the power converter device which concerns on other embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
《第1実施形態》
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<< First Embodiment >>

図1は、本発明の実施形態に係る電力変換装置を含むモータ制御システムを示すブロック図である。詳細な図示は省略するが、本例の電気自動車は、三相交流電力の永久磁石モータ3を走行駆動源として走行する車両であり、モータ3は電気自動車の車軸に結合されている。以下、電気自動車を例に説明するが、ハイブリッド自動車(HEV)にも本発明を適用可能であり、車両以外の装置の電力変換装置にも本発明を適用可能である。   FIG. 1 is a block diagram showing a motor control system including a power converter according to an embodiment of the present invention. Although detailed illustration is omitted, the electric vehicle of this example is a vehicle that travels using a three-phase AC power permanent magnet motor 3 as a travel drive source, and the motor 3 is coupled to the axle of the electric vehicle. Hereinafter, an electric vehicle will be described as an example. However, the present invention can also be applied to a hybrid vehicle (HEV), and the present invention can also be applied to a power conversion device of a device other than a vehicle.

本例のモータ制御システムは、インバータ1と、モータ3の電源であるバッテリ2と、上述した三相交流モータ3と、リレー4と、車両コントローラ5と、回転子位置センサ6とを備える。   The motor control system of this example includes an inverter 1, a battery 2 that is a power source of the motor 3, the above-described three-phase AC motor 3, a relay 4, a vehicle controller 5, and a rotor position sensor 6.

バッテリ2は、リレー4を介してインバータ1に接続されている。バッテリ2には、例えばリチウムイオン電池などの二次電池が搭載されている。リレー4は、車両のキースイッチ(図示しない)のON/OFF操作に連動して、車両コントローラ5により開閉駆動する。キースイッチ(図示しない)がオンの時に、リレー4が閉じられ、キースイッチ(図示しない)がオフの時に、リレー4が開かれる。   The battery 2 is connected to the inverter 1 via the relay 4. The battery 2 is mounted with a secondary battery such as a lithium ion battery, for example. The relay 4 is opened and closed by the vehicle controller 5 in conjunction with an ON / OFF operation of a key switch (not shown) of the vehicle. When the key switch (not shown) is on, the relay 4 is closed, and when the key switch (not shown) is off, the relay 4 is opened.

インバータ1は、複数のスイッチング素子(絶縁ゲートバイポーラトランジスタIGBT)Q1〜Q6と、各スイッチング素子Q1〜Q6に並列に接続され、スイッチング素子Q1〜Q6の電流方向とは逆方向に電流が流れる整流素子(還流ダイオード)D1〜D6を有し、バッテリ1の直流電力を交流電力に変換して、モータ3に供給する。本例では、2つのスイッチング素子を直列に接続した3対の回路がバッテリ1に並列に接続され、各対のスイッチング素子間とモータ3の三相入力部とがそれぞれ電気的に接続されている。各スイッチング素子Q1〜Q6には、同一のスイッチング素子が用いられ、例えば、絶縁ゲートパイポーラトランジスタ(IGBT)が用いられる。またスイッチング素子Q1、Q2及びダイオードD1、D2がパワーモジュール11としてモジュール化されており、同様に、スイッチング素子Q3、Q4及びダイオードD3、D4がパワーモジュール12として、スイッチング素子Q5、Q6及びダイオードD5、D6がパワーモジュール13としてモジュール化されている。   The inverter 1 includes a plurality of switching elements (insulated gate bipolar transistors IGBTs) Q1 to Q6 and a rectifying element that is connected in parallel to the switching elements Q1 to Q6 and in which a current flows in a direction opposite to the current direction of the switching elements Q1 to Q6. (Reflux diodes) D1 to D6 are provided, and the DC power of the battery 1 is converted into AC power and supplied to the motor 3. In this example, three pairs of circuits in which two switching elements are connected in series are connected in parallel to the battery 1, and each pair of switching elements is electrically connected to the three-phase input portion of the motor 3. . The same switching element is used for each switching element Q1-Q6, for example, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) is used. The switching elements Q1 and Q2 and the diodes D1 and D2 are modularized as the power module 11, and similarly, the switching elements Q3 and Q4 and the diodes D3 and D4 are the power module 12, and the switching elements Q5 and Q6 and the diode D5, D6 is modularized as a power module 13.

図1に示す例でいえば、スイッチング素子Q1とQ2、スイッチング素子Q3とQ4、スイッチング素子Q5とQ6がそれぞれ直列に接続され、スイッチング素子Q1とQ2の間とモータ3のU相、スイッチング素子Q3とQ4の間とモータ3のV相、スイッチング素子Q5とQ6の間とモータ3のW相がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Q1、Q3、Q5は、バッテリ1の正極側に電気的に接続されており、スイッチング素子Q2、Q4、Q6は、バッテリ1の負極側に電気的に接続されている。各スイッチング素子Q1〜Q6のオン及びオフの切り換えは、駆動回路20を介して制御回路30により制御される。   In the example shown in FIG. 1, switching elements Q1 and Q2, switching elements Q3 and Q4, switching elements Q5 and Q6 are connected in series, and between the switching elements Q1 and Q2 and the U phase of the motor 3, switching element Q3 And Q4 are connected to the V phase of the motor 3, and the switching elements Q5 and Q6 are connected to the W phase of the motor 3. Switching elements Q 1, Q 3, Q 5 are electrically connected to the positive electrode side of battery 1, and switching elements Q 2, Q 4, Q 6 are electrically connected to the negative electrode side of battery 1. The switching of the switching elements Q1 to Q6 is controlled by the control circuit 30 via the drive circuit 20.

インバータ1は、パワーモジュール11〜13、コンデンサ14、電圧センサ15、電流センサ16、駆動回路20及び制御回路30を備えている。コンデンサ14及び電圧センサ15は、リレー2と各スイッチング素子Q1〜Q6との間に接続されている。コンデンサ14は、バッテリ1から供給される直流電力を平滑化するために設けられる。電圧センサ15は、コンデンサ14の電圧を検出することで、P側及びN側のDC電源ライン間の電圧を検出するセンサである。電流センサ16は、インバータ1からモータ3に供給される各相電流(Iu、Iv、Iw)を検出センサであって、スイッチング素子Q1、Q2の接続点、スイッチング素子Q3、Q4の接続点及びスイッチング素子Q5、Q6の接続点と、モータ3との間の各相に設けられ、検出電流の信号を制御回路30に出力する。   The inverter 1 includes power modules 11 to 13, a capacitor 14, a voltage sensor 15, a current sensor 16, a drive circuit 20 and a control circuit 30. The capacitor 14 and the voltage sensor 15 are connected between the relay 2 and the switching elements Q1 to Q6. The capacitor 14 is provided to smooth the DC power supplied from the battery 1. The voltage sensor 15 is a sensor that detects the voltage between the P-side and N-side DC power supply lines by detecting the voltage of the capacitor 14. The current sensor 16 is a sensor that detects each phase current (Iu, Iv, Iw) supplied from the inverter 1 to the motor 3, and includes a connection point between the switching elements Q1, Q2, a connection point between the switching elements Q3, Q4, and switching. Provided in each phase between the connection point of the elements Q5 and Q6 and the motor 3, and outputs a detection current signal to the control circuit 30.

駆動回路20は、各スイッチング素子Q1〜Q6に対してゲート信号を送信し、各スイッチング素子Q1〜Q6のオン及びオフを駆動させる。駆動回路20は、電圧センサ15からの信号を入力とし、当該信号を制御回路30により認識できる波形レベルに変換し、コンデンサ14の電圧を示す信号として、制御回路30に送信する。なお、駆動回路20の具体的な構成は後述する。   The drive circuit 20 transmits a gate signal to each of the switching elements Q1 to Q6 to drive on and off of each of the switching elements Q1 to Q6. The drive circuit 20 receives the signal from the voltage sensor 15, converts the signal into a waveform level that can be recognized by the control circuit 30, and transmits the signal to the control circuit 30 as a signal indicating the voltage of the capacitor 14. The specific configuration of the drive circuit 20 will be described later.

制御回路30は、駆動回路20を介して各スイッチング素子Q1〜Q6を制御し、モータ3の動作を制御する。制御回路30は、車両コントローラ5から送信されるトルク指令値(T)を示す信号、回転子位置センサ6からの信号、電流センサ16から送信されるフィードバック信号、及び、電圧センサ7からの信号を読み込み、PWM(パルス幅変調)信号を生成し、当該信号を駆動回路20に送信する。そして、駆動回路20は、当該パルス幅変調信号に基づき、スイッチング素子Q1〜Q6を所定のタイミングでオン及びオフさせる。なお、制御回路30の具体的な構成は後述する。 The control circuit 30 controls the switching elements Q <b> 1 to Q <b> 6 via the drive circuit 20 and controls the operation of the motor 3. The control circuit 30 is a signal indicating a torque command value (T * ) transmitted from the vehicle controller 5, a signal from the rotor position sensor 6, a feedback signal transmitted from the current sensor 16, and a signal from the voltage sensor 7. Is generated, a PWM (pulse width modulation) signal is generated, and the signal is transmitted to the drive circuit 20. Then, the drive circuit 20 turns on and off the switching elements Q1 to Q6 at a predetermined timing based on the pulse width modulation signal. The specific configuration of the control circuit 30 will be described later.

車両コントローラ5は、中央演算装置(CPU)、リードオンメモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)を備え、本例の車両の全体を制御する制御部であって、アクセル信号等に基づきトルク指令値(T)を算出し、当該トルク指令値(T)を制御回路30に出力する。また車両コントローラ5は、車両の駆動に基づく起動要求司令と車両の停止に基づく停止要求司令を制御回路30に出力する。また車両コントローラ5は、リレー4の開閉情報を制御回路30へ送信する。 The vehicle controller 5 includes a central processing unit (CPU), a read-on memory (ROM), and a random access memory (RAM), and is a control unit that controls the entire vehicle according to the present embodiment. The value (T * ) is calculated, and the torque command value (T * ) is output to the control circuit 30. Further, the vehicle controller 5 outputs a start request command based on driving of the vehicle and a stop request command based on stopping of the vehicle to the control circuit 30. Further, the vehicle controller 5 transmits the opening / closing information of the relay 4 to the control circuit 30.

回転子位置センサ12は、レゾルバやエンコーダなどのセンサであって、モータ3に設けられ、モータ3の回転子の位置を検出し、回転子の位置をモータコントローラ9に出力する。   The rotor position sensor 12 is a sensor such as a resolver or an encoder, is provided in the motor 3, detects the position of the rotor of the motor 3, and outputs the position of the rotor to the motor controller 9.

次に、図2を用いて駆動回路20の構成を説明する。図2は駆動回路20のゲート電源部と駆動部との回路図を示す。なお、図2では半導体モジュール11と接続される駆動回路20の回路を示しているが、半導体モジュール12及び半導体モジュール13とそれぞれ接続される駆動回路20の回路も同じ構成であるため、説明を省略する。   Next, the configuration of the drive circuit 20 will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a circuit diagram of the gate power supply unit and the drive unit of the drive circuit 20. In FIG. 2, the circuit of the drive circuit 20 connected to the semiconductor module 11 is shown, but the circuit of the drive circuit 20 connected to the semiconductor module 12 and the semiconductor module 13 has the same configuration, and thus the description thereof is omitted. To do.

駆動回路20は、ゲート電源部21と、駆動部22とを有している。ゲート電源部21は、ゲート電源21との間で絶縁された駆動部22に電源を供給する回路であり、スイッチング素子Q1〜Q6を駆動させる駆動電源回路である。ゲート電源は、1次側の電源から供給される電力を制御する電源IC211と、FET1(電界効果トランジスタ)と、フライバックトランス212と、電圧切替部213とを有している。ゲート電源部21はフライバックコンバータで構成され、フライバックトランス212の電圧検出用の巻線からの電圧を抵抗R1及びR2で分圧したものが電源制御IC211のFB(フィードバック)端子へ入力される。電源IC221は、FB端子に入力される検出電圧信号と基準電圧を比較し、FET1のオン及びオフのデューティ比を制御し、フライバックトランス212の巻線の出力電圧を一定にする。フライバックトランス212は、インバータ1の主回路側と駆動回路20の一次電源側とを絶縁している。スイッチング素子Q2、Q4、Q6の電源は、N側のDC電源ラインを同一の基準電源としてとっており、スイッチング素子Q1、Q3、Q5の電源は、それぞれ絶縁された巻線からとっている。   The drive circuit 20 includes a gate power supply unit 21 and a drive unit 22. The gate power supply unit 21 is a circuit that supplies power to the drive unit 22 that is insulated from the gate power supply 21, and is a drive power supply circuit that drives the switching elements Q1 to Q6. The gate power source includes a power source IC 211 that controls power supplied from the primary side power source, an FET 1 (field effect transistor), a flyback transformer 212, and a voltage switching unit 213. The gate power supply unit 21 is composed of a flyback converter, and a voltage obtained by dividing the voltage from the voltage detection winding of the flyback transformer 212 by the resistors R1 and R2 is input to the FB (feedback) terminal of the power supply control IC 211. . The power supply IC 221 compares the detection voltage signal input to the FB terminal with the reference voltage, controls the ON / OFF duty ratio of the FET 1, and makes the output voltage of the winding of the flyback transformer 212 constant. The flyback transformer 212 insulates the main circuit side of the inverter 1 from the primary power supply side of the drive circuit 20. The power supplies of the switching elements Q2, Q4, and Q6 take the N-side DC power supply line as the same reference power supply, and the power supplies of the switching elements Q1, Q3, and Q5 are respectively taken from insulated windings.

電圧切替部213は、スイッチング素子Q1〜Q6のゲート電圧を切り替えるための回路であって、フライバックトランス212の1次巻線側に接続された、抵抗R1及び抵抗R2の直列回路に流れる電流経路を切り替えることで、電源IC221のFB端子への入力電圧を切り替えて、スイッチング素子Q1〜Q6のゲート電圧を調整する。電圧切替部213はFET2と抵抗R3との直列回路を有し、当該直列回路は抵抗R2に対して並列に接続されている。電圧切替部213は、制御回路30から送信されるゲート電源電圧切替信号(L)によりFET2をターンオフさせる。FET2がオフになると、電源IC211のFB端子へ入力される電圧が上昇し、スイッチング素子Q1〜Q6のゲート電圧が低下する。   The voltage switching unit 213 is a circuit for switching the gate voltages of the switching elements Q1 to Q6, and is a current path that flows through a series circuit of the resistors R1 and R2 connected to the primary winding side of the flyback transformer 212. By switching the input voltage to the FB terminal of the power supply IC 221, the gate voltage of the switching elements Q1 to Q6 is adjusted. The voltage switching unit 213 has a series circuit of an FET 2 and a resistor R3, and the series circuit is connected in parallel to the resistor R2. The voltage switching unit 213 turns off the FET 2 by the gate power supply voltage switching signal (L) transmitted from the control circuit 30. When the FET 2 is turned off, the voltage input to the FB terminal of the power supply IC 211 increases, and the gate voltages of the switching elements Q1 to Q6 decrease.

駆動部22は、駆動IC221と、プッシュプル回路222とを有している。駆動部IC221は、制御回路30から出力されるPWM信号に基づき、プッシュプル回路222を制御し、ゲート抵抗Rg1、Rg2をそれぞれ介して、スイッチング素子Q1、Q2のゲート−エミッタ間にゲート電圧を印加して、スイッチング素子Q1、Q2のオン及びオフを切り替える。複数のプッシュプル回路222の入力側はフライバックトランス212に含まれる複数のトランスにそれぞれ接続され、出力側はゲート抵抗R1、R2を介して、スイッチング素子Q1、Q2にそれぞれ接続されている。駆動部22は、制御回路30との間でフォトカプラ等により絶縁される。   The drive unit 22 includes a drive IC 221 and a push-pull circuit 222. The driver IC 221 controls the push-pull circuit 222 based on the PWM signal output from the control circuit 30, and applies a gate voltage between the gate and emitter of the switching elements Q1 and Q2 via the gate resistors Rg1 and Rg2, respectively. Then, the switching elements Q1, Q2 are switched on and off. The input sides of the plurality of push-pull circuits 222 are connected to a plurality of transformers included in the flyback transformer 212, respectively, and the output sides are connected to switching elements Q1 and Q2 via gate resistors R1 and R2, respectively. The drive unit 22 is insulated from the control circuit 30 by a photocoupler or the like.

次に、図3を用いて制御回路30の構成を説明する。図3は制御回路30のブロック図である。図3に示すように、制御回路30は、電流指令値算出部31と、電流制御部32と、dq三相変換部33と、PWM信号生成部34と、三相dq変換部35と、位相演算部36と、回転数演算部37と、電圧切替判定部28とを備えている。   Next, the configuration of the control circuit 30 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram of the control circuit 30. As shown in FIG. 3, the control circuit 30 includes a current command value calculation unit 31, a current control unit 32, a dq three-phase conversion unit 33, a PWM signal generation unit 34, a three-phase dq conversion unit 35, a phase A calculation unit 36, a rotation number calculation unit 37, and a voltage switching determination unit 28 are provided.

電流指令値算出部31は、トルク指令値(T)と、回転数演算部37により演算されるモータ3の角周波数(回転速度)(ω)、及び、電圧センサ15により検出されるコンデンサ5の検出電圧(Vdc)を入力として、マップを参照し、インバータ1からモータ3に供給される交流電流の目標値を示す、dq軸電流指令値(I 、I )を算出する。当該マップは、トルク指令値(T)、角周波数(ω)、電圧(Vdc)を指標として、dq軸電流指令値(I 、I )を出力するために、電流指令値算出部31に予め格納されており、入力に対して、インバータ1の損失及びモータ3の損失を最小限に抑える最適な指令値を出力するよう対応づけられている。ここで、dq軸は、回転座標系の成分を示している。 The current command value calculation unit 31 includes the torque command value (T * ), the angular frequency (rotation speed) (ω) of the motor 3 calculated by the rotation speed calculation unit 37, and the capacitor 5 detected by the voltage sensor 15. With reference to the detected voltage (V dc ), the map is referred to, and the dq axis current command values (I d * , I q * ) indicating the target value of the alternating current supplied from the inverter 1 to the motor 3 are calculated. . The map outputs a current command value in order to output a dq axis current command value (I d * , I q * ) using the torque command value (T * ), angular frequency (ω), and voltage (V dc ) as indices. It is stored in the calculation unit 31 in advance, and is associated with the input so as to output an optimal command value that minimizes the loss of the inverter 1 and the loss of the motor 3. Here, the dq axis represents a component of the rotating coordinate system.

電流制御器32は、dq軸電流指令値(I 、I )、3相dq変換部35の出力であるdq軸電流(I、I)を入力として、dq軸電流(I、I)をdq軸電流指令値(I 、I )と一致させるdq軸電圧指令値(V 、V )を演算し、出力する。 The current controller 32 receives the dq-axis current command value (I d * , I q * ), the dq-axis current (I d , I q ), which is the output of the three-phase dq converter 35, as input, and the dq-axis current (I d, dq axis current command value I q) (I d *, dq -axis voltage command value to match the I q *) (V d * , V q *) is calculated and outputs.

dq3相変換部33は、dq軸電圧指令値(V 、V )及び位相演算部36の位相検出値(θ)を入力として、当該回転座標系のdq軸電圧指令値(V 、V )を固定座標系のu、v、w軸の電圧指令値(V 、V 、V )に変換する。またdq3相変換部33は、変換された電圧指令値(V 、V 、V )をPWM信号生成部34に出力する。 The dq three-phase conversion unit 33 receives the dq axis voltage command value (V d * , V q * ) and the phase detection value (θ) of the phase calculation unit 36 as inputs, and receives the dq axis voltage command value (V d of the rotating coordinate system ). *, to convert the V q *) u fixed coordinate system, v, voltage command values of the w-axis (V u *, V v *, the V w *). The dq three-phase conversion unit 33 outputs the converted voltage command values (V u * , V v * , V w * ) to the PWM signal generation unit 34.

PWM信号生成部34は、検出電圧(Vdc)、電圧指令値(V 、V 、V )に基づき、スイッチング素子Q1〜Q6をスイッチング制御するためのPWM信号を生成し、駆動回路20に出力する。 The PWM signal generation unit 34 generates a PWM signal for switching control of the switching elements Q1 to Q6 based on the detection voltage (V dc ) and the voltage command value (V u * , V v * , V w * ), Output to the drive circuit 20.

3相dq変換部35は、3相2相変換を行う制御部であり、電流センサ16で検出される相電流(I、I、I)及び位相演算部36の位相検出値(θ)を入力として、固定座標系の相電流(I、I、I)を回転座標系の相電流(I、I)に変換する。また3相dq変換部35は、変換された回転座標系の相電流(I、I)を、電流制御部32に出力する。 The three-phase dq conversion unit 35 is a control unit that performs three-phase to two-phase conversion. The phase current (I u , I v , I w ) detected by the current sensor 16 and the phase detection value (θ ) As an input, the phase current (I u , I v , I w ) in the fixed coordinate system is converted into the phase current (I d , I q ) in the rotating coordinate system. The three-phase dq conversion unit 35 outputs the converted phase currents (I d , I q ) of the rotating coordinate system to the current control unit 32.

位相演算部36は、回転子位置センサ6から送信される、モータ3の回転子の位置を示す信号に基づき、回転子の位相(θ)を演算し、dq3相変換部33、3相dq変換部35及び回転数演算部37に出力する。回転数演算部37は、当該位相(θ)を微分演算することで回転数(電気角速度)(ω)を演算し、電流指令値算出部31に出力する。   The phase calculation unit 36 calculates the phase (θ) of the rotor based on the signal transmitted from the rotor position sensor 6 and indicating the position of the rotor of the motor 3, and the dq three-phase conversion unit 33, three-phase dq conversion Output to the unit 35 and the rotational speed calculation unit 37. The rotation speed calculation unit 37 calculates the rotation speed (electrical angular velocity) (ω) by differentiating the phase (θ) and outputs it to the current command value calculation unit 31.

電圧切替判定部38は、電流指令値算出部31から出力されるdq軸電流指令値(I 、I )に基づいて、スイッチング素子Q1〜Q6のゲート電圧を切り替えるか否か判定し、判定結果に応じたゲート電源電圧切替信号を電圧切替部213に送信する。なお、電圧切替判定部38の具体的な制御内容は、後述する。 The voltage switching determination unit 38 determines whether to switch the gate voltages of the switching elements Q1 to Q6 based on the dq axis current command values (I d * , I q * ) output from the current command value calculation unit 31. The gate power supply voltage switching signal corresponding to the determination result is transmitted to the voltage switching unit 213. The specific control contents of the voltage switching determination unit 38 will be described later.

ここで、ダイオードD1〜D6に流れるリカバリ電流について図4a及び図4bを用いて説明する。図4aは、還流電流の電流経路を説明するための、U相部分である、スイッチング素子Q1、Q2及びダイオードD1、D2の回路図である。図4bは還流電流の時間特性を示すグラフである。   Here, the recovery current flowing through the diodes D1 to D6 will be described with reference to FIGS. 4A and 4B. FIG. 4a is a circuit diagram of switching elements Q1 and Q2 and diodes D1 and D2, which are U-phase portions, for explaining the current path of the return current. FIG. 4b is a graph showing the time characteristic of the reflux current.

図4aに示すように、モータ3からインバータ1に向かって還流電流(If)がながれ、ダイオードD1に電流(If)が流れている状態で、スイッチング素子Q2をターンオンすると、ダイオードD1に流れていた還流電流が、スイッチング素子D1に流れ出す。この時、ダイオードD1におけるキャリアの蓄積によって、ダイオードD1の逆方向に電流が流れ、その後、ゼロに収束する。図4bに示すように、還流電流(If)がダイオードD1に流れている状態で、時間tでスイッチング素子Q1をターンオンさせると、時間t1でゼロになった後に振動して、ゼロに収束する。そして、この振動している電流がリカバリ電流である。 As shown in FIG. 4a, when a return current (If) flows from the motor 3 to the inverter 1 and a current (If) flows through the diode D1, the switching element Q2 is turned on, and the current flows through the diode D1. The reflux current flows out to the switching element D1. At this time, due to the accumulation of carriers in the diode D1, a current flows in the reverse direction of the diode D1, and then converges to zero. As shown in Figure 4b, in a state in which the return current (If) is flowing through the diode D1, when turning on the switching element Q1 at time t 0, and the vibration after becoming zero at time t1, converges to zero . This oscillating current is the recovery current.

ところで、本例の電力変換装置を例えば車両に搭載して、モータ3の最大駆動電流値を約600Aにして、モータ3を駆動させると、インバータ1からモータ3に供給される電流が0A付近(上記最大駆動電流値に対して充分小さい電流値であり、ここでは約30A以下)になった場合に、上記のリカバリ電流を起因としたノイズが発生することが本発明により確認された。そして、当該ノイズは、車両に搭載されたラジオなどと干渉するため当該ノイズを抑制する必要があった。また、半導体モジュールにおいては、スイッチング素子Q1〜Q6の発熱を抑制することが求められているため、パワーモジュール11〜13の損失も抑制する必要がある。   By the way, when the power conversion device of this example is mounted on, for example, a vehicle and the maximum drive current value of the motor 3 is set to about 600 A and the motor 3 is driven, the current supplied from the inverter 1 to the motor 3 is around 0 A ( It was confirmed by the present invention that noise caused by the recovery current is generated when the current value is sufficiently smaller than the maximum drive current value, which is about 30 A or less in this case. And since the said noise interferes with the radio etc. which were mounted in the vehicle, it was necessary to suppress the said noise. Moreover, in the semiconductor module, since it is calculated | required to suppress the heat_generation | fever of switching element Q1-Q6, it is also necessary to suppress the loss of the power modules 11-13.

本発明は、以下のように、スイッチング素子Q1〜Q6のターンオンさせる際のスイッチング速度を複数設定し、インバータ1からモータ3に供給される供給電流が0アンペア付近にある場合には、スイッチング素子Q1〜Q6のターンオンさせる際のスイッチング速度を、当該供給電流が0アンペア付近ではない場合のスイッチング速度より低くする。   The present invention sets a plurality of switching speeds when turning on the switching elements Q1 to Q6 as follows, and when the supply current supplied from the inverter 1 to the motor 3 is in the vicinity of 0 amperes, the switching element Q1 The switching speed for turning on Q6 is set lower than the switching speed when the supply current is not near 0 amperes.

次に、図1〜図3及び図5を用いて、制御回路30の制御内容を説明する。図5は、インバータ1の出力電流に対する、リカバリ電流の変化率(di/dt)の特性を示すグラフである。制御回路30は、インバータ1からモータ3に供給される供給電流が0アンペア付近か否かを判定するために、電流指定値算出部31から出力されるdq軸電流指令値(I 、I )を用いる。 Next, the control contents of the control circuit 30 will be described with reference to FIGS. 1 to 3 and FIG. FIG. 5 is a graph showing the characteristics of the change rate (di / dt) of the recovery current with respect to the output current of the inverter 1. The control circuit 30 determines whether or not the supply current supplied from the inverter 1 to the motor 3 is in the vicinity of 0 amperes, and the dq axis current command value (I d * , I) output from the current designation value calculation unit 31. q * ) is used.

電圧切替判定部38は、電流指定値算出部31から出力されるdq軸電流指令値(I 、I )と、予め設定されている電流閾値とを比較し、比較結果に応じて、電源電圧切替信号のオン(H)及びオフ(L)波形を生成する。供給電流が0アンペア付近にある場合には、リカバリ電流の振動が大きくなり、それによってノイズが発生するため、本例は、リカバリ電流の変化率(di/dt)に応じて電流閾値を設定する。すなわち、本例の電力変換装置を搭載する車両などの装置において、リカバリ電流の振動により放射するノイズの許容される大きさを予め計測し、許容範囲内に入るよう、供給電流に対するリカバリ電流の変化率(di/dt)を評価した上で、設計段階で電流閾値を定める。 The voltage switching determination unit 38 compares the dq-axis current command value (I d * , I q * ) output from the current specified value calculation unit 31 with a preset current threshold, and according to the comparison result. Then, on (H) and off (L) waveforms of the power supply voltage switching signal are generated. When the supply current is in the vicinity of 0 ampere, the oscillation of the recovery current becomes large and noise is generated thereby. In this example, the current threshold is set according to the recovery current change rate (di / dt). . That is, in a device such as a vehicle equipped with the power conversion device of the present example, the allowable magnitude of noise radiated by the recovery current oscillation is measured in advance, and the change in the recovery current relative to the supply current is within the allowable range. After evaluating the rate (di / dt), a current threshold is determined at the design stage.

図5に示すように、インバータ1からモータ3への供給電流に対して、リカバリ電流の変化率(di/dt)の特性は予め評価される。そのため、許容ノイズ範囲内に入る、リカバリ電流の限界変化率(di/dt_max)を定め、当該限界変化率に対応する供給電流を、基準値(Ith)に設定する。また、当該供給電流はdq軸電流指令値(I 、I )と相関性をもっているため、制御回路30は、必ずしも供給電流を直接検出した上で、供給電流が0アンペア付近であるか否かを判定する必要はなく、当該基準値(Ith)に相当する電流指令値の閾値を、電流閾値として、電圧切替判定部38に格納する。 As shown in FIG. 5, the characteristics of the recovery current change rate (di / dt) with respect to the supply current from the inverter 1 to the motor 3 are evaluated in advance. Therefore, the recovery current limit change rate (di / dt_max) that falls within the allowable noise range is determined, and the supply current corresponding to the limit change rate is set to the reference value (Ith). Further, since the supply current has a correlation with the dq-axis current command values (I d * , I q * ), the control circuit 30 does not necessarily detect the supply current directly, but the supply current is close to 0 amperes. The threshold value of the current command value corresponding to the reference value (Ith) is stored in the voltage switching determination unit 38 as a current threshold value.

そして、電圧切替判定部38は、dq軸電流指令値(I 、I )が電流閾値より低い場合には、モータ3への供給電流が0アンペア付近にあると判定し、ゲート電源電圧切替信号(L)を駆動回路20に送信する。駆動回路20は、当該ゲート電源電圧切替信号(L)に基づき、スイッチング素子Q1〜Q6のゲート電圧を低下する。駆動回路20は、PWM信号により、スイッチング素子Q1〜Q6をターンオンする際には、低いゲート電圧でスイッチング素子Q1〜Q6をターンオンするため、当該スイッチング素子Q1〜Q6のスイッチング速度が低下し、還流電流が流れていたダイオードD1〜D6における、リカバリ電流の変化率(di/dt)を限界変化率(di/dt_max)以下に抑えることができる。 Then, when the dq-axis current command value (I d * , I q * ) is lower than the current threshold, the voltage switching determination unit 38 determines that the supply current to the motor 3 is near 0 amperes, and the gate power supply A voltage switching signal (L) is transmitted to the drive circuit 20. The drive circuit 20 reduces the gate voltage of the switching elements Q1 to Q6 based on the gate power supply voltage switching signal (L). When the switching circuit Q1 to Q6 is turned on by the PWM signal, the driving circuit 20 turns on the switching elements Q1 to Q6 with a low gate voltage. Therefore, the switching speed of the switching elements Q1 to Q6 decreases, and the return current The recovery current change rate (di / dt) in the diodes D1 to D6 where the current flows can be suppressed to a limit change rate (di / dt_max) or less.

一方、電圧切替判定部38は、dq軸電流指令値(I 、I )が電流閾値より高い場合には、モータ3への供給電流が0アンペア付近ではないと判定し、ゲート電源電圧切替信号(H)を駆動回路20に送信する。駆動回路20は、当該ゲート電源電圧切替信号(H)に基づき、スイッチング素子Q1〜Q6のゲート電圧を、通常のゲート電圧、言い換えると、供給電流が0アンペア付近にある場合のゲート電圧より高いゲート電圧、に設定する。駆動回路20は、PWM信号により、スイッチング素子Q1〜Q6をターンオンする際には、通常のゲート電圧でスイッチング素子Q1〜Q6をターンオンするため、当該スイッチング素子Q1〜Q6のスイッチング速度が通常制御時の速度となる。すなわち、スイッチング素子Q1〜Q6のスイッチング速度が低下させるためにゲート電圧を低くすると、スイッチング素子Q1〜Q6の損失が大きくなるため、供給電流の大きさに関わらず、常時、ゲート電圧を低い状態にすると、スイッチング素子Q1〜Q6からの発熱が大きくなる。そのため、本例では、モータ3への供給電流が0アンペア付近ではないと判定した場合には、ゲート電圧を通常時に戻して、スイッチング素子Q1〜Q6の損失を抑制している。 On the other hand, when the dq-axis current command value (I d * , I q * ) is higher than the current threshold, the voltage switching determination unit 38 determines that the supply current to the motor 3 is not near 0 amperes, and the gate power supply A voltage switching signal (H) is transmitted to the drive circuit 20. Based on the gate power supply voltage switching signal (H), the drive circuit 20 changes the gate voltage of the switching elements Q1 to Q6 to a normal gate voltage, in other words, a gate higher than the gate voltage when the supply current is near 0 amperes. Set to voltage. When the switching circuit Q1 to Q6 is turned on by the PWM signal, the driving circuit 20 turns on the switching elements Q1 to Q6 with a normal gate voltage. Therefore, the switching speed of the switching elements Q1 to Q6 is the same as that during normal control. It becomes speed. That is, if the gate voltage is lowered to decrease the switching speed of the switching elements Q1 to Q6, the loss of the switching elements Q1 to Q6 increases, so that the gate voltage is always kept low regardless of the magnitude of the supply current. Then, heat generation from the switching elements Q1 to Q6 increases. Therefore, in this example, when it is determined that the supply current to the motor 3 is not near 0 amperes, the gate voltage is returned to the normal time to suppress the loss of the switching elements Q1 to Q6.

次に、図6を用いて、ゲート電圧と、スイッチング速度に対応する変化率(di/dt)との関係について説明する。図6はコレクタ電流(Ic)及びコレクタ−エミッタ間の電圧(Vce)の時間特性を示し、グラフaはゲート電圧を低下させた時のIc、グラフbはゲート電圧を通常時にした時のIc、グラフcはゲート電圧を低下させた時のVce、グラフdはゲート電圧を通常時にした時のVceを示す。   Next, the relationship between the gate voltage and the rate of change (di / dt) corresponding to the switching speed will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows time characteristics of the collector current (Ic) and the collector-emitter voltage (Vce). Graph a shows Ic when the gate voltage is lowered, and graph b shows Ic when the gate voltage is normal. Graph c shows Vce when the gate voltage is lowered, and graph d shows Vce when the gate voltage is normal.

ゲート電圧を低下させると、スイッチング素子Q1〜Q6のゲート−エミッタ間の入力容量を充電する時間が長くなるため、グラフa及びグラフbに示すように、ゲート電圧を低下させた時のIcは、ゲート電圧を通常時にした時のIcと比較して、緩やかに流れている。そのため、コレクタ電流(Ic)のd(Ic)/dtも小さくなる。また、Vceについても同様に、グラフc及びグラフdに示すように、ゲート電圧を低下させた時のVceは、ゲート電圧を通常時にした時のVceと比較して、緩やかに変化する。そのため、ゲート−エミッタ間電圧(Vce)のd(Vce)/dtも小さくなる。   When the gate voltage is lowered, the time for charging the input capacitance between the gates and the emitters of the switching elements Q1 to Q6 becomes longer. Therefore, as shown in graphs a and b, Ic when the gate voltage is lowered is Compared with Ic when the gate voltage is set to normal, the current flows more slowly. Therefore, d (Ic) / dt of the collector current (Ic) is also reduced. Similarly for Vce, as shown in graphs c and d, Vce when the gate voltage is lowered changes more slowly than Vce when the gate voltage is normal. Therefore, d (Vce) / dt of the gate-emitter voltage (Vce) is also reduced.

これにより、ゲート電圧を低下させることで、Icの変化率(d(Ic)/dt)及びVceのd(Vce)/dtを抑制することができる。そして、Icの変化率(d(Ic)/dt)及びVceのd(Vce)/dtは、ダイオードD1〜D6のリカバリ電流の変化率と等価であるため、本例は、供給電流が0アンペア付近である場合に、ゲート電圧を低下させてスイッチング素子Q1〜Q6のスイッチング速度が低下させることで、ノイズを低減することができる。   Thereby, by decreasing the gate voltage, it is possible to suppress the rate of change of Ic (d (Ic) / dt) and d (Vce) / dt of Vce. Since the change rate of Ic (d (Ic) / dt) and d (Vce) / dt of Vce are equivalent to the change rate of the recovery current of the diodes D1 to D6, the supply current is 0 amperes. When it is in the vicinity, noise can be reduced by lowering the gate voltage and lowering the switching speed of the switching elements Q1 to Q6.

上記のように、本例において、制御回路30は、インバータ1からモータ3に供給される供給電流が0アンペア付近にある場合に、スイッチング素子Q1〜Q6をターンオンさせる際のスイッチング速度を、供給電流が0アンペア付近ではない場合のスイッチング速度より低下させる。これにより、供給電流が0アンペア付近にある場合に、スイッチング素子Q1〜Q6をターンオンさせることでダイオードD1〜D6に流れるリカバリ電流の変化率が抑制され、供給電流が0アンペア付近にある場合にリカバリ電流の振動によって発生するノイズを抑制することができる。また、本例は、供給電流が0アンペア付近にはない場合には、スイッチング速度を通常時の速度に戻すため、スイッチング素子Q1〜Q6を含むパワーモジュール11〜13での損失を抑制することができる。   As described above, in this example, when the supply current supplied from the inverter 1 to the motor 3 is near 0 amperes, the control circuit 30 determines the switching speed when turning on the switching elements Q1 to Q6 as the supply current. Is lower than the switching speed when it is not near 0 amperes. As a result, when the supply current is near 0 amperes, the switching elements Q1 to Q6 are turned on to suppress the rate of change of the recovery current flowing through the diodes D1 to D6, and the recovery is performed when the supply current is near 0 amperes. Noise generated by current vibration can be suppressed. Further, in this example, when the supply current is not in the vicinity of 0 amperes, the switching speed is returned to the normal speed, so that the loss in the power modules 11 to 13 including the switching elements Q1 to Q6 can be suppressed. it can.

また本例において、制御回路30は、スイッチング素子Q1〜Q6をターンオンさせることでダイオードD1〜D6に流れるリカバリ電流の限界変化率に対応する電流閾値と、供給電流とを比較し、供給電流が電流閾値より低い場合に、供給電流が0アンペア付近にあると判定し、スイッチング速度より低下させる。これにより、供給電流が0アンペア付近にある場合にリカバリ電流の振動によって発生するノイズを抑制することができる。   In this example, the control circuit 30 compares the supply current with the current threshold corresponding to the limit change rate of the recovery current flowing through the diodes D1 to D6 by turning on the switching elements Q1 to Q6, and the supply current is the current. If it is lower than the threshold, it is determined that the supply current is in the vicinity of 0 amperes, and the switching speed is reduced. Thereby, when the supply current is in the vicinity of 0 amperes, noise generated by the oscillation of the recovery current can be suppressed.

また本例において、制御回路30は、電流指令値算出部31により算出された電流指定値に基づき、供給電流が0アンペア付近にあるか否かを判定する。これにより、電流指定値を用いて、電流閾値と供給電流とを比較し、供給電流が0アンペア付近にあるか否かを判定することができる。   In this example, the control circuit 30 determines whether or not the supply current is in the vicinity of 0 amperes based on the specified current value calculated by the current command value calculation unit 31. Thereby, it is possible to compare the current threshold value with the supply current using the specified current value to determine whether or not the supply current is near 0 amperes.

また本例において、制御回路30は、スイッチング素子Q1〜Q6のゲート電圧を低下させることで、スイッチング速度を低下させる。これにより、供給電流が0アンペア付近にある場合にリカバリ電流の振動によって発生するノイズを抑制することができる。   In this example, the control circuit 30 reduces the switching speed by reducing the gate voltage of the switching elements Q1 to Q6. Thereby, when the supply current is in the vicinity of 0 amperes, noise generated by the oscillation of the recovery current can be suppressed.

なお本例は、電圧切替判定部38において、dq軸電流指令値(I 、I )と電流指令値と対応する電流閾値とを比較して、供給電流が0アンペア付近にあるか否かを判定したが、電流センサ16の検出電流に基づいて、供給電流が0アンペア付近にあるか否かを判定してもよい。すなわち、電流閾値を、上記のように電流指令値ではなく、モータ3への供給電流に対応する閾値に予め設定し、制御回路30は、電流センサ16の検出電流と電流閾値とを比較して、検出電流が電流閾値より低い場合に、供給電流が0アンペア付近にあると判定する。これにより、電流センサ16の検出値を用いて、供給電流が0アンペア付近にあるか否かを判定することができる。 In this example, the voltage switching determination unit 38 compares the dq-axis current command value (I d * , I q * ) with the current command value and the corresponding current threshold, and determines whether the supply current is near 0 amperes. Whether or not the supply current is in the vicinity of 0 amperes may be determined based on the detection current of the current sensor 16. That is, the current threshold value is set in advance to a threshold value corresponding to the current supplied to the motor 3 instead of the current command value as described above, and the control circuit 30 compares the detected current of the current sensor 16 with the current threshold value. When the detected current is lower than the current threshold, it is determined that the supply current is in the vicinity of 0 amperes. Thus, it is possible to determine whether or not the supply current is in the vicinity of 0 amperes using the detection value of the current sensor 16.

また本例は、図7に示すように、3相dq変換部35の出力であるdq軸電流(I、I)に基づいて、供給電流が0アンペア付近にあるか否かを判定してもよい。図7は、本発明の変形例に係る電力変換装置の制御回路30のブロック図である。電圧切替判定部38は、dq軸電流(I、I)からモータ電流成分(Ia)を抽出し、当該モータ電流成分(Ia)と電流閾値とを比較して、供給電流が0アンペア付近にあるか否かを判定し、判定結果に応じて、ゲート電圧を低下させる。なお、当該電流閾値は、モータ電流成分(Ia)と対応する閾値を設定する。 Further, in this example, as shown in FIG. 7, it is determined whether or not the supply current is in the vicinity of 0 amperes based on the dq axis current (I d , I q ) that is the output of the three-phase dq converter 35. May be. FIG. 7 is a block diagram of the control circuit 30 of the power conversion device according to the modification of the present invention. The voltage switching determination unit 38 extracts a motor current component (Ia) from the dq-axis current (I d , I q ), compares the motor current component (Ia) with a current threshold value, and the supply current is near 0 amperes. The gate voltage is reduced according to the determination result. The current threshold value is set to a threshold value corresponding to the motor current component (Ia).

また本例は、図8に示すように、インバータ1の外部から入力されるトルク指令値(T)、モータ3の角周波数(ω)に基づいて、供給電流が0アンペア付近にあるか否かを判定してもよい。図8は、本発明の変形例に係る電力変換装置の制御回路30のブロック図である。電圧切替判定部38には、モータ3への供給電流がゼロ付近になるトルク及び角周波数の範囲が予め設定されている。そして、電圧切替判定部38は、トルク指令値(T)及びモータ3の角周波数(ω)を入力とし、トルク指令値(T)及びモータ3の角周波数(ω)が当該範囲内にある場合に、供給電流が0アンペア付近にあると判定し、判定結果に応じて、ゲート電圧を低下させる。これにより、トルク指令値及びモータ3の回転速度を用いて、供給電流が0アンペア付近にあるか否かを判定することができる。 Further, in this example, as shown in FIG. 8, based on the torque command value (T * ) input from the outside of the inverter 1 and the angular frequency (ω) of the motor 3, whether or not the supply current is near 0 amperes. It may be determined. FIG. 8 is a block diagram of the control circuit 30 of the power conversion device according to the modification of the present invention. The voltage switching determination unit 38 is preset with a torque and angular frequency range in which the supply current to the motor 3 is near zero. The voltage switching determination unit 38 receives the torque command value (T * ) and the angular frequency (ω) of the motor 3 as inputs, and the torque command value (T * ) and the angular frequency (ω) of the motor 3 are within the ranges. In some cases, it is determined that the supply current is in the vicinity of 0 amperes, and the gate voltage is reduced according to the determination result. Thus, it is possible to determine whether or not the supply current is in the vicinity of 0 amperes using the torque command value and the rotation speed of the motor 3.

なお、上記のダイオードD1〜D6は本発明の「還流ダイオード」に相当し、モータ3が「負荷」に相当し、制御回路30は「制御手段」に相当し、インバータ1に含まれる回路が「電力変換回路」に相当し、電流指定値算出部31が「指令値算出手段」に相当する。   The diodes D1 to D6 are equivalent to the “freewheeling diode” of the present invention, the motor 3 is equivalent to the “load”, the control circuit 30 is equivalent to “control means”, and the circuit included in the inverter 1 is “ It corresponds to a “power conversion circuit”, and the specified current value calculation unit 31 corresponds to “command value calculation means”.

《第2実施形態》
図9は、発明の他の実施形態に係る電力変換装置の駆動回路20の回路図である。本例では上述した第1実施形態に対して、駆動回路20及び制御回路30の一部の構成が異なる。これ以外の構成は上述した第1実施形態と同じであるため、その記載を援用する。
<< Second Embodiment >>
FIG. 9 is a circuit diagram of a drive circuit 20 of a power conversion device according to another embodiment of the invention. In this example, the configuration of a part of the drive circuit 20 and the control circuit 30 is different from the first embodiment described above. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment described above, the description thereof is incorporated.

第1実施形態と異なり、制御回路30は、電流指定値算出部31から出力されるdq軸電流指令値(I 、I )を駆動回路20に、ゲート電源電圧指令値として、直接出力する。そして、図9に示すように、電源IC211には、制御回路30からのゲート電源電圧指令値である、dq軸電流指令値(I 、I )が入力される。電源IC211は、dq軸電流指令値(I 、I )が所定の閾値(Ids )以下であって、dq軸電流指令値(I 、I )がゼロに近いほど、ゲート電圧が低くなるように、FET1を制御する。 Unlike the first embodiment, the control circuit 30 directly uses the dq-axis current command value (I d * , I q * ) output from the current specified value calculation unit 31 as the gate power supply voltage command value to the drive circuit 20. Output. As shown in FIG. 9, dq axis current command values (I d * , I q * ), which are gate power supply voltage command values from the control circuit 30, are input to the power supply IC 211. The power supply IC 211 has a dq-axis current command value (I d * , I q * ) that is equal to or less than a predetermined threshold (I ds * ) and a dq-axis current command value (I d * , I q * ) is close to zero. The FET 1 is controlled so that the gate voltage becomes lower.

図10は、電流指令値に対するゲート電圧の特性を示すグラフである。すなわち、図10に示すように、駆動回路20は、dq軸電流指令値(I 、I )が所定の電流閾値(Ids )より高い場合には、ゲート電圧を、通常時のゲート電圧(Vg1)にする。また、dq軸電流指令値(I 、I )が電流閾値(Ids )以下においては、dq軸電流指令値(I 、I )がゼロに近づくほど、ゲート電圧がリニアに低下させ、ゲート電圧(Vg1)より低いゲート電圧(Vg2)に近づくように、駆動回路20はゲート電圧を低下させる。 FIG. 10 is a graph showing characteristics of the gate voltage with respect to the current command value. That is, as shown in FIG. 10, when the dq-axis current command value (I d * , I q * ) is higher than a predetermined current threshold value (I ds * ), the drive circuit 20 Gate voltage (V g1 ). In addition, when the dq-axis current command value (I d * , I q * ) is equal to or less than the current threshold value (I ds * ), the gate voltage increases as the dq-axis current command value (I d * , I q * ) approaches zero. Decreases linearly, and the drive circuit 20 decreases the gate voltage so as to approach a gate voltage (V g2 ) lower than the gate voltage (V g1 ).

上記のように本例において、駆動回路20は、供給電流が0アンペア付近に近いほど、スイッチング速度を低下させる。これにより、供給電流が0アンペア付近にある場合にリカバリ電流の振動によって発生するノイズを抑制することができる。また、本例は、供給電流が0アンペア付近にはない場合には、スイッチング速度を通常時の速度に戻すため、スイッチング素子Q1〜Q6を含むパワーモジュール11〜13での損失を抑制することができる。   As described above, in this example, the drive circuit 20 decreases the switching speed as the supply current is closer to 0 ampere. Thereby, when the supply current is in the vicinity of 0 amperes, noise generated by the oscillation of the recovery current can be suppressed. Further, in this example, when the supply current is not in the vicinity of 0 amperes, the switching speed is returned to the normal speed, so that the loss in the power modules 11 to 13 including the switching elements Q1 to Q6 can be suppressed. it can.

《第3実施形態》
図11は、発明の他の実施形態に係る電力変換装置の駆動回路20の回路図である。本例では上述した第1実施形態に対して、駆動回路20の一部の構成が異なる。これ以外の構成は上述した第1実施形態と同じであるため、第1実施形態及び第2実施形態の記載を適宜、援用する。
<< Third Embodiment >>
FIG. 11 is a circuit diagram of a drive circuit 20 of a power conversion device according to another embodiment of the invention. In this example, the configuration of a part of the drive circuit 20 is different from the first embodiment described above. Since the configuration other than this is the same as that of the first embodiment described above, the descriptions of the first embodiment and the second embodiment are incorporated as appropriate.

図11に示すように、駆動回路20は、ゲート電源部21と、駆動部22と、ゲート電源部23とを有している。ゲート電源部21は、ゲート電源電圧切替信号に基づきゲート電圧を低下させるための回路である電圧切替部213を有し、下アーム回路のスイッチング素子Q2に電気的に接続されている。一方、ゲート電源部23は、電圧切替部213を有しておらず、上アーム回路のスイッチング素子Q1に電気的に接続されている。すなわち、本例の駆動回路20は、ゲート電源電圧切替信号に基づき、インバータ1の電力変換回路のうち下アーム回路に含まれるスイッチング素子Q2、Q4、Q6のゲート電圧を低下させて、上アーム回路に含まれるスイッチング素子Q1、Q3、Q5のゲート電圧を低下させない。   As shown in FIG. 11, the drive circuit 20 includes a gate power supply unit 21, a drive unit 22, and a gate power supply unit 23. The gate power supply unit 21 includes a voltage switching unit 213 that is a circuit for lowering the gate voltage based on a gate power supply voltage switching signal, and is electrically connected to the switching element Q2 of the lower arm circuit. On the other hand, the gate power supply unit 23 does not have the voltage switching unit 213 and is electrically connected to the switching element Q1 of the upper arm circuit. That is, the drive circuit 20 of this example reduces the gate voltage of the switching elements Q2, Q4, and Q6 included in the lower arm circuit in the power conversion circuit of the inverter 1 based on the gate power supply voltage switching signal, so that the upper arm circuit The gate voltages of the switching elements Q1, Q3, and Q5 included in are not reduced.

上記のように、本例は、モータ3に供給される供給電流が0アンペア付近にある場合に、直列接続されたスイッチング素子Q1〜Q6のうち、一方のスイッチング素子Q2、Q4、Q6のゲート電圧を低下させて、他方のスイッチング素子Q1、Q3、Q5のゲート電圧を低下させない。これにより、供給電流が0アンペア付近にある場合にリカバリ電流の振動によって発生するノイズを抑制することができる。また、損失を増加させる制御が、一部にスイッチング素子Q1〜Q6に限定されるため、パワーモジュール11〜13での損失を抑制することができる。   As described above, in this example, when the supply current supplied to the motor 3 is in the vicinity of 0 amperes, the gate voltage of one switching element Q2, Q4, Q6 among the switching elements Q1-Q6 connected in series. And the gate voltage of the other switching element Q1, Q3, Q5 is not lowered. Thereby, when the supply current is in the vicinity of 0 amperes, noise generated by the oscillation of the recovery current can be suppressed. Moreover, since the control which increases a loss is limited in part to switching elements Q1-Q6, the loss in the power modules 11-13 can be suppressed.

《第4実施形態》
図12は、発明の他の実施形態に係る電力変換装置の駆動回路20の回路図である。本例では上述した第1実施形態に対して、駆動回路20及び制御回路30の一部の構成が異なる。これ以外の構成は上述した第1実施形態と同じであるため、第1〜第3実施形態の記載を適宜、援用する。
<< 4th Embodiment >>
FIG. 12 is a circuit diagram of a drive circuit 20 of a power conversion device according to another embodiment of the invention. In this example, the configuration of a part of the drive circuit 20 and the control circuit 30 is different from the first embodiment described above. Since the configuration other than this is the same as that of the first embodiment described above, the description of the first to third embodiments is incorporated as appropriate.

制御回路30は、モータ3への供給電流が0アンペア付近にあるか否かの判定結果に基づいて、駆動回路20にゲート抵抗切替信号を送信する。ゲート抵抗切替信号は、スイッチング素子Q1〜Q6のゲート抵抗を切り替えるための制御信号である。制御回路30は、供給電流が0アンペア付近にある場合には、ゲート抵抗切替信号(H)を送信し、供給電流が0アンペア付近ではない場合には、ゲート抵抗切替信号(L)を送信する。   The control circuit 30 transmits a gate resistance switching signal to the drive circuit 20 based on the determination result of whether or not the supply current to the motor 3 is near 0 amperes. The gate resistance switching signal is a control signal for switching the gate resistance of the switching elements Q1 to Q6. The control circuit 30 transmits a gate resistance switching signal (H) when the supply current is near 0 amperes, and transmits a gate resistance switching signal (L) when the supply current is not near 0 amperes. .

駆動回路20は、スイッチング素子Q1及びスイッチング素子Q2と対応させて、駆動IC221、プッシュプル回路222、絶縁素子223及びスイッチング素子224、225を有している。絶縁素子223は、フォトカプラ等で駆動回路20の電源部分と制御回路30とを絶縁するための素子である。また絶縁素子223は、制御回路30から送信されるゲート抵抗切替信号に基づいてスイッチング素子224及びスイッチング素子225を制御する。スイッチング素子Q1、Q2のゲート端子には、ゲート抵抗を設定するための抵抗Rg1、Rg2及び抵抗Rg1’、Rg2’を並列接続させた抵抗回路がそれぞれ接続されている。また、抵抗Rg1’、Rg2’の一端にはスイッチング素子225が接続されており、スイッチング素子225のオン及びオフに応じて、当該抵抗回路の抵抗値が変わる。すなわち、当該抵抗回路において、抵抗Rg1、Rg2及び抵抗Rg1’、Rg2’を並列回路にすれば、ゲート抵抗は低くなり、抵抗Rg1、Rg2のみ導通する回路にすれば、ゲート抵抗は高くなる。   The driving circuit 20 includes a driving IC 221, a push-pull circuit 222, an insulating element 223, and switching elements 224 and 225 corresponding to the switching elements Q1 and Q2. The insulating element 223 is an element for insulating the power supply portion of the drive circuit 20 and the control circuit 30 with a photocoupler or the like. The insulating element 223 controls the switching element 224 and the switching element 225 based on the gate resistance switching signal transmitted from the control circuit 30. Resistor circuits in which resistors Rg1 and Rg2 and resistors Rg1 'and Rg2' for setting the gate resistance are connected in parallel are connected to the gate terminals of the switching elements Q1 and Q2, respectively. A switching element 225 is connected to one end of each of the resistors Rg1 'and Rg2', and the resistance value of the resistor circuit changes depending on whether the switching element 225 is turned on or off. That is, in the resistor circuit, if the resistors Rg1 and Rg2 and the resistors Rg1 'and Rg2' are a parallel circuit, the gate resistance is low, and if only the resistors Rg1 and Rg2 are conductive, the gate resistance is high.

駆動回路20は、絶縁素子223により制御回路30から送信されるゲート抵抗切替信号(L)を受信すると、スイッチング素子224及びスイッチング素子225を制御して、抵抗Rg1、Rg2及び抵抗Rg1’、Rg2’を並列回路にする。一方、駆動回路20は、絶縁素子223により制御回路30から送信されるゲート抵抗切替信号(H)を受信すると、スイッチング素子224及びスイッチング素子225を制御して、抵抗Rg1’、Rg2’の電流経路を遮断して、抵抗Rg1、Rg1’、Rg2、Rg2’の抵抗回路を抵抗Rg1、Rg2の導通回路とする。これにより、例えば、Rg1=Rg1’、Rg2=Rg2’とすると、供給電流が0アンペア付近にある場合には、供給電流が0アンペア付近ではない場合と比較して、ゲート抵抗が2倍になるため、スイッチング速度が低下する。これにより、本例は、ゲート抵抗を高くすることで、スイッチング素子Q1〜Q6のスイッチング速度を低下させる。   When the driving circuit 20 receives the gate resistance switching signal (L) transmitted from the control circuit 30 by the insulating element 223, the driving circuit 20 controls the switching element 224 and the switching element 225, thereby causing the resistors Rg1, Rg2, and the resistors Rg1 ′, Rg2 ′. Into a parallel circuit. On the other hand, when the driving circuit 20 receives the gate resistance switching signal (H) transmitted from the control circuit 30 by the insulating element 223, the driving circuit 20 controls the switching element 224 and the switching element 225, and current paths of the resistors Rg1 ′ and Rg2 ′. And the resistance circuit of the resistors Rg1, Rg1 ′, Rg2, and Rg2 ′ is used as a conduction circuit of the resistors Rg1 and Rg2. Thus, for example, when Rg1 = Rg1 ′ and Rg2 = Rg2 ′, when the supply current is in the vicinity of 0 amperes, the gate resistance is doubled compared to the case in which the supply current is not in the vicinity of 0 amperes. As a result, the switching speed decreases. Thereby, this example reduces the switching speed of switching element Q1-Q6 by making gate resistance high.

上記のように、本例は、スイッチング素子225、抵抗Rg1、Rg2及び抵抗Rg1’、Rg2’で形成される、複数のゲート抵抗を設定する抵抗回路を備え、ゲート抵抗を高くする方の回路に切り替えることで、スイッチング速度を低下させる。これにより、供給電流が0アンペア付近にある場合にリカバリ電流の振動によって発生するノイズを抑制することができる。   As described above, the present example includes a resistance circuit for setting a plurality of gate resistances, which is formed by the switching element 225, the resistances Rg1 and Rg2, and the resistances Rg1 ′ and Rg2 ′. Switching speed is reduced by switching. Thereby, when the supply current is in the vicinity of 0 amperes, noise generated by the oscillation of the recovery current can be suppressed.

1…インバータ
Q1〜Q6…スイッチング素子
D1〜D6…ダイオード
11、12、13…パワーモジュール
14…コンデンサ
15…電圧センサ
16…電流センサ
20…駆動回路
21、23…ゲート電源部
211…電源IC
212…フライバックトランス
213…電圧切替部
22…駆動部
221…駆動IC
222…プッシュプル回路
223…絶縁素子
224、225…スイッチング素子
30…制御回路
31…電流指令値算出部
32…電流制御部
33…dq3相変換部
34…PWM信号生成部
35…3相dq変換部
36…位相演算部
37…回転数演算部
38…電圧切替判定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inverter Q1-Q6 ... Switching element D1-D6 ... Diode 11, 12, 13 ... Power module 14 ... Capacitor 15 ... Voltage sensor 16 ... Current sensor 20 ... Drive circuit 21, 23 ... Gate power supply part 211 ... Power supply IC
212 ... Flyback transformer 213 ... Voltage switching unit 22 ... Drive unit 221 ... Drive IC
222 ... Push-pull circuit 223 ... Insulating element 224, 225 ... Switching element 30 ... Control circuit 31 ... Current command value calculation unit 32 ... Current control unit 33 ... dq 3-phase conversion unit 34 ... PWM signal generation unit 35 ... 3-phase dq conversion unit 36 ... Phase calculation unit 37 ... Rotational speed calculation unit 38 ... Voltage switching determination unit

Claims (9)

複数のスイッチング素子と前記複数のスイッチングにそれぞれ並列接続された複数の還流ダイオードとを有し、前記複数のスイッチング素子のオン及びオフを切り換えることで、入力された電力を変換し、負荷に出力する電力変換回路と、
前記複数のスイッチング素子を駆動する駆動回路と、
前記電力変換回路及び前記駆動回路を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記電力変換回路から前記負荷に供給される供給電流が0アンペア付近にある場合に、前記スイッチング素子をターンオンさせる際のスイッチング速度を、前記供給電流が0アンペア付近ではない場合のスイッチング速度より低下させる
ことを特徴とする電力変換装置。
It has a plurality of switching elements and a plurality of free-wheeling diodes connected in parallel to the plurality of switching, and converts the input power by switching on and off of the plurality of switching elements and outputs it to the load A power conversion circuit;
A drive circuit for driving the plurality of switching elements;
Control means for controlling the power conversion circuit and the drive circuit,
The control means includes
When the supply current supplied from the power conversion circuit to the load is in the vicinity of 0 amperes, the switching speed when turning on the switching element is lower than the switching speed in the case where the supply current is not in the vicinity of 0 amperes. The power converter characterized by the above-mentioned.
前記制御手段は、
前記スイッチング素子をターンオンさせることで前記還流ダイオードに流れるリカバリ電流の限界変化率に対応する電流閾値と、前記供給電流とを比較し、
前記供給電流が前記電流閾値より低い場合に、前記供給電流が0アンペア付近にあると判定する
ことを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。
The control means includes
By comparing the supply current with a current threshold value corresponding to a limit change rate of a recovery current flowing in the return diode by turning on the switching element,
The power converter according to claim 1, wherein when the supply current is lower than the current threshold, it is determined that the supply current is in the vicinity of 0 amperes.
前記電力変換回路と前記負荷との間に接続される電流センサをさらに備え、
前記制御手段は、
前記電流センサにより検出される検出電流に基づき、前記供給電流が0アンペア付近にあるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電力変換装置。
A current sensor connected between the power conversion circuit and the load;
The control means includes
The power converter according to claim 1 or 2, wherein it is determined whether or not the supply current is in the vicinity of 0 amperes based on a detection current detected by the current sensor.
前記負荷であるモータの回転速度、前記電力変換回路に接続された電源の電圧、及び、外部から入力されるトルク指令値に基づき、前記電力変換回路から前記負荷に出力される交流電流の電流指令値を算出する指令値算出手段をさらに備え、
前記制御手段は、
前記指令値算出手段により算出された電流指定値に基づき、前記供給電流が0アンペア付近にあるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電力変換装置。
Based on the rotational speed of the motor that is the load, the voltage of the power source connected to the power conversion circuit, and the torque command value input from the outside, the current command of the alternating current output from the power conversion circuit to the load Further comprising command value calculating means for calculating a value,
The control means includes
3. The power converter according to claim 1, wherein it is determined whether or not the supply current is in the vicinity of 0 amperes based on a current designation value calculated by the command value calculation unit.
前記制御手段は、
前記負荷であるモータの回転速度及び外部から入力されるトルク指令値に基づき、前記供給電流が0アンペア付近にあるか否かを判定する
ことを特徴とする
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
The control means includes
2. The method according to claim 1, wherein it is determined whether or not the supply current is in the vicinity of 0 amperes based on a rotational speed of the motor as the load and a torque command value input from the outside. Power converter.
前記駆動回路は、
前記スイッチング素子のゲート抵抗を複数設定する抵抗回路を含み、
前記制御手段は、
前記抵抗回路を制御し、前記ゲート抵抗を高くする方の回路に切り替えることで、前記スイッチング素子速度を低下させる
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の電力変換装置。
The drive circuit is
Including a resistance circuit for setting a plurality of gate resistances of the switching elements;
The control means includes
The power converter according to claim 1, wherein the switching element speed is decreased by controlling the resistance circuit and switching to a circuit that increases the gate resistance.
前記駆動回路は、
前記スイッチング素子のゲート−エミッタ間にゲート電圧を印加して前記スイッチング素子をターンオンさせ、
前記制御手段は、
前記ゲート電圧を低下させることで、前記スイッチング速度を低下させる
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の電力変換装置。
The drive circuit is
Applying a gate voltage between the gate and emitter of the switching element to turn on the switching element;
The control means includes
The power conversion device according to claim 1, wherein the switching speed is reduced by lowering the gate voltage.
前記駆動回路は、
前記供給電流が0アンペア付近に近いほど、前記スイッチング速度を低下させる
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の電力変換装置。
The drive circuit is
The power conversion device according to any one of claims 1 to 7, wherein the switching speed is decreased as the supply current is closer to 0 ampere.
前記電力変換回路は、
前記複数のスイッチング素子を複数の電源線の間で直列に接続させた直列回路を含み、
前記駆動回路は、
前記複数のスイッチングのうち少なくとも一方のスイッチング素子のゲート電圧を低下させる
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の電力変換装置。
The power conversion circuit includes:
A series circuit in which the plurality of switching elements are connected in series between a plurality of power supply lines;
The drive circuit is
The power converter according to any one of claims 1 to 8, wherein a gate voltage of at least one of the plurality of switching elements is lowered.
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