JP2014007859A - 電力変換装置の駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化等があっても駆動するＳＷ素子の実動デューティの変動を抑制することのできる駆動回路を提供する。
【解決手段】指令信号ＳＵに基づいた第１信号Ｓ１を入力し、指令デューティを検出して、該指令デューティに基づいた第２信号Ｓ２を出力する指令デューティ検出部２０と、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの実動作に基づいた第３信号Ｓ３ａを入力し、実動デューティを検出して、該実動デューティに基づいた第４信号Ｓ４を出力する実動デューティ検出部３０Ｕ，３０Ｌと、第２信号Ｓ２と第４信号Ｓ４を入力し、指令デューティと実動デューティを比較して、比較結果に基づいた第５信号Ｓ５を出力するデューティ比較部４０とが設けられ、ゲート制御部１Ｕ，１Ｌが、第５信号Ｓ５を入力して、実動デューティが変動しない様に、ゲート信号ＧＵのパルス幅を制御する、電力変換装置１０の駆動回路１０Ｕ，１０Ｌとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流電源に接続する上アームと下アームの直列接続された２つのスイッチング素子（以下、ＳＷ素子と略記）を備え、該２つのＳＷ素子の接続点から負荷に電力を供給する、電力変換装置の駆動回路に関する。

直流電源に接続する上アームと下アームの直列接続された２つのＳＷ素子を備え、該２つのＳＷ素子の接続点から負荷に電力を供給する電力変換装置の駆動回路が、例えば、特開２０１１−５５７０３号公報（特許文献１）に開示されている。

図２０は、上記電力変換装置において用いられる従来の代表的な駆動回路を例示した図で、電力変換装置９の駆動回路９Ｕの基本構成を示した図である。尚、図２０では、上アームのＳＷ素子ＱＵを駆動するための駆動回路９Ｕだけが図示されているが、下アームのＳＷ素子ＱＬについても、同様の駆動回路が接続されている。

図２０に示す電力変換装置９は、直流電源（＋Ｂ）に接続する上アームと下アームの直列接続された２つのＳＷ素子（外部ＭＯＳ）ＱＵ，ＱＬを備え、該２つのＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの接続点Ｐから、波線で示した先にある負荷（図示省略）に電力を供給する。例えば、車に搭載される３相モータを制御するためのインバータとして利用されている電力変換装置は、ブリッジ接続された３本のアーム（上アーム＋下アーム）で構成され、各ＳＷ素子に所定のＰＷＭパルスを印加してスイッチングすることで、入力された直流電源からモータ駆動のための交流電力を得ている。尚、誘導性の負荷を駆動するインバータ回路では、各ＳＷ素子に対して逆並列にダイオードが接続され、いずれかのＳＷ素子がＯＦＦした時、モータに流れていた電流が別アームのダイオードを介して還流するようになっている。また、インバータ回路では、通常、上アームと下アームのＳＷ素子が同時にＯＮして電源短絡が発生するのを防ぐため、上アームと下アームのＳＷ素子が同時にＯＦＦ状態となるデッドタイムが設けられている。

図２０に示す電力変換装置９の駆動回路９Ｕは、通常、ＩＣの内部回路として構成され、破線で囲ったゲート制御部１Ｕを備える。ゲート制御部１Ｕは、ＳＷ素子ＱＵをパルス駆動させるための指令信号ＳＵを入力し、該ＳＷ素子ＱＵへのゲート信号ＧＵを出力する。ゲート制御部１Ｕは、例えば、ゲート信号ＧＵのＯＮ電圧のレベルを制御するチャージポンプ回路ＣＰ、指令信号ＳＵをレベルシフトさせるレベルシフト回路ＬＵ、および図のように接続された上段と下段のＭＯＳトランジスタからなる出力素子（内部ＭＯＳ）Ｗ１，Ｗ２を備えた構成である。

特開２０１１−５５７０３号公報

図２１は、図２０に示した駆動回路９Ｕの問題点を説明する図で、指令信号ＳＵのデューティ（パルス幅Ｔ０）、出力素子Ｗ１，Ｗ２の温度、およびゲート信号ＧＵ（ＳＷ素子ＱＵのゲート電圧Ｖｇｓ）のデューティ（パルス幅Ｔ１〜Ｔ４）の間の関係を模式的に並べて示した図である。

図２０に示す電力変換装置９の駆動回路９Ｕでは、図２１に示すように、指令信号ＳＵのデューティ（パルス幅Ｔ０）が一定であっても、ゲート制御部１Ｕにおける出力素子Ｗ１，Ｗ２の温度が変化すると、出力されるゲート信号ＧＵのデューティが該温度変化に依存して変動する。このため、インバータを構成するＳＷ素子（外部ＭＯＳ）ＱＵのＯＮ，ＯＦＦ速度も、図のゲート信号ＧＵに倣って同じように変動する。また、指令信号ＳＵのデューティとゲート信号ＧＵのデューティが一致している場合であっても、ＳＷ素子ＱＵの温度が変化すると、該温度変化に依存してＳＷ素子ＱＵの実動デューティも変化してしまう。このため、負荷電流のデューティが変動し、例えば電動パワーステアリング（ＥＰＳ）のような誘導性の負荷のモータ駆動に適用した場合には、トルク変動やトルクリップル増加等の悪影響が生じる。

そこで本発明は、直流電源に接続する上アームと下アームの直列接続された２つのＳＷ素子を備え、該２つのＳＷ素子の接続点から負荷に電力を供給する電力変換装置の駆動回路であって、温度変化等があっても駆動するＳＷ素子の実動デューティの変動を抑制することのできる駆動回路を提供することを目的としている。

本発明は、直流電源に接続する上アームと下アームの直列接続された２つのＳＷ素子を備え、該２つのＳＷ素子の接続点から負荷に電力を供給する電力変換装置の駆動回路であって、ＳＷ素子をパルス駆動させるための指令信号を入力し、該ＳＷ素子へのゲート信号を出力するゲート制御部を備える駆動回路において、指令信号に基づいた第１信号を入力し、指令信号の指令デューティを検出して、該指令デューティに基づいた第２信号を出力する指令デューティ検出部と、ＳＷ素子の実動作に基づいた第３信号を入力し、ＳＷ素子の実動デューティを検出して、該実動デューティに基づいた第４信号を出力する実動デューティ検出部と、第２信号と第４信号を入力し、指令デューティと実動デューティを比較して、該比較結果に基づいた第５信号を出力するデューティ比較部とが設けられ、ゲート制御部が、第５信号を入力して、実動デューティが変動しない様に、ゲート信号のパルス幅を制御することを特徴としている。

上記電力変換装置の駆動回路は、直流電力を交流電力に変換するインバータやＤＣ−ＤＣコンバータ等への適用が可能で、直流電源に接続する上アームと下アームの直列接続された２つのＳＷ素子を備え、該２つのＳＷ素子の接続点から負荷に電力を供給する電力変換装置の駆動回路である。上記電力変換装置の駆動回路は、通常、ＩＣの内部回路として構成され、上記ＳＷ素子をパルス駆動（例えばＰＷＭ駆動）させるための指令信号を入力し、該ＳＷ素子のゲートを駆動するゲート信号を出力する、ゲート制御部を備えている。

インバータ等に利用される電力変換装置の従来の駆動回路では、指令信号のデューティが一定であっても、例えばゲート制御部における最終段の出力素子が温度変化すると、出力されるゲート信号のデューティが該温度変化に依存して変動し、インバータを構成するＳＷ素子のＯＮ，ＯＦＦ速度もゲート信号に倣って変動する。このため、負荷電流のデューティが変動し、例えば電動パワーステアリング（ＥＰＳ）のＥＣＵに適用した場合には、モータ駆動にトルク変動やトルクリップル増加等の悪影響が生じるという問題があった。

そこで、上記電力変換装置の駆動回路においては、指令信号の指令デューティを検出する指令デューティ検出部と、ＳＷ素子の実動作に基づいた実動デューティを検出する実動デューティ検出部と、前記指令デューティと実動デューティを比較するデューティ比較部とが設けられている。そして、該比較結果に基づいて、ゲート制御部が、前記実動デューティが温度変化等に依存して変動しない様に、ゲート信号のパルス幅を制御するようにしている。

これによれば、例えばゲート制御部における最終段の出力素子の温度変化等によって発生するＳＷ素子の実動デューティの変動を、実動デューティ検出部で検出する。そして、デューティ比較部で指令デューティとの差分を計測し、ゲート制御部でＳＷ素子の実動デューティが変動しない様に出力するゲート信号のパルス幅を補正することで、実動デューティの変動をキャンセルすることができる。このため、例えば電動パワーステアリング（ＥＰＳ）のような誘導性の負荷のモータ駆動に適用した場合、トルク変動やトルクリップル増加等を抑制することができる。

以上のようにして、上記した電力変換装置の駆動回路は、直流電源に接続する上アームと下アームの直列接続された２つのＳＷ素子を備え、該２つのＳＷ素子の接続点から負荷に電力を供給する電力変換装置の駆動回路であって、温度変化等があっても駆動するＳＷ素子の実動デューティの変動を抑制することのできる駆動回路とすることができる。

上記電力変換装置の駆動回路は、実動デューティを精度よく検出するために、例えば、実動デューティ検出部が、前記接続点の電位を前記第３信号としてモニタし、実動デューティを検出する構成とすることができる。

これによれば、ＳＷ素子の閾値電圧Ｖｔｈを考慮することなく、該ＳＷ素子の実動デューティを検出することができるため、回路構成が簡単になる。

また、実動デューティを精度よく検出するために、例えば、ＳＷ素子の温度を検出するための直列接続されたセンス素子とセンス抵抗が、該ＳＷ素子に並列接続されてなり、実動デューティ検出部が、該ＳＷ素子のゲート電位とソース電位を第３信号としてモニタし、検出された温度に対応する該ＳＷ素子の閾値電圧を参照して、実動デューティを検出する構成としてもよい。

この場合には、各温度に対応したＳＷ素子の閾値電圧Ｖｔｈを、ＥＥＰＲＯＭなどの記憶媒体に予め記憶させておく。そして、該ＳＷ素子の温度をセンス素子とセンス抵抗で測定し、該ＳＷ素子の温度に対応した閾値電圧Ｖｔｈを用いて、実動デューティを検出する。尚、ＳＷ素子の温度を精度よく検出するため、ＳＷ素子とセンス素子は、１つのパッケージになっているのが望ましい。また、上記記憶媒体は、駆動回路を構成するＩＣの内部だけでなく、マイコンなどの外部素子に内蔵されたものを使用してもよい。

また、実動デューティ検出部が、ＳＷ素子のゲート電位とソース電位を第３信号としてモニタし、ＳＷ素子の閾値電圧を測定して、実動デューティを検出する構成とすることもできる。

この場合には、上記したＳＷ素子の温度測定と予め記憶している各温度に対応した閾値電圧Ｖｔｈを用いる替わりに、駆動回路を構成するＩＣの内部で、ＳＷ素子の閾値電圧Ｖｔｈを直接測定して実動デューティを検出する。これによれば、実動デューティをより正確に検出することができる。

尚、実動デューティを検出するにあたって、例えばＳＷ素子の温度変化が小さく、閾値電圧Ｖｔｈの変動を考慮する必要がない場合には、実動デューティ検出部が、ＳＷ素子のゲート電位を第３信号としてモニタし、実動デューティを検出する構成としてもよい。

以上に説明したいずれかの方法で、ＳＷ素子の実動デューティを検出することができる。尚、指令信号の指令デューティは、該指令信号から簡単に検出することができるし、指令信号に付随する情報として別途入力することもできる。

次に、上記電力変換装置の駆動回路は、指令デューティ検出部が、指令デューティをＤＣ電圧に変換して第２信号として出力し、実動デューティ検出部が、実動デューティをＤＣ電圧に変換して第４信号として出力し、デューティ比較部が、該第２信号と第４信号を差動増幅して第５信号として出力する、アナログの回路構成とすることができる。

また、指令デューティ検出部が、指令デューティを短パルスでカウント計測して第２信号として出力し、実動デューティ検出部が、実動デューティを短パルスでカウント計測して第４信号として出力し、デューティ比較部が、該第２信号と第４信号の比較結果を第５信号として出力する、デジタルの回路構成としてもよい。

次に、上記電力変換装置の駆動回路は、第５信号を基にしてゲート信号のパルス幅を制御するにあたり、以下の構成を採用することができる。

例えば、ゲート制御部が、ゲート信号のＯＮ電圧のレベルを設定するチャージポンプ回路を有してなる場合には、チャージポンプ回路に第５信号を入力して、該チャージポンプ回路がゲート信号のＯＮ電圧のレベルを制御することにより、該ゲート信号のパルス幅を制御する構成とすることができる。

また、ゲート制御部が、ゲート信号のＯＮ電圧のレベルを設定するブートストラップ回路を有してなる場合には、ブートストラップ回路において電荷を蓄積するコンデンサへの電圧設定部に第５信号を入力して、該ブートストラップ回路がゲート信号のＯＮ電圧のレベルを制御することにより、該ゲート信号のパルス幅を制御することができる。

さらに、ゲート制御部が、ＳＷ素子のゲートの入力抵抗を切り替える入力抵抗切替回路を有してなる構成とし、該入力抵抗切替回路に第５信号を入力して、該入力抵抗切替回路がゲート信号の立ち上り速度および立ち下り速度を切り替えることにより、ゲート信号のパルス幅を制御する構成としてもよい。

尚、上記電力変換装置の駆動回路は、起動時における安定動作を確保するため、リセット解除されるまでデューティ比較部の入力を所定の初期値に固定する、初期値固定回路を有してなる構成とすることが好ましい。

これにより、リセット解除されるまで実動デューティのフィードバックを停止することができ、起動時においても安定して動作させることができる。

前述したが、上記した電力変換装置の駆動回路は、例えば、電力変換装置が直流電力を交流電力へ変換するインバータであってよい。また、例えば、負荷が、誘導性の負荷である、モータであってよい。

以上のようにして、上記した電力変換装置の駆動回路は、直流電源に接続する上アームと下アームの直列接続された２つのＳＷ素子を備え、該２つのＳＷ素子の接続点から負荷に電力を供給する電力変換装置の駆動回路であって、温度変化等があっても駆動するＳＷ素子の実動デューティを一定に保つことのできる駆動回路とすることができる。

従って、上記した電力変換装置の駆動回路は、電力変換装置が過酷な環境下で使用される車載用であり、直流電源が車のバッテリである場合に好適である。例えば、上記した電力変換装置の駆動回路は、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）の電子制御装置（ＥＣＵ）に適用するインバータの駆動回路に利用することができ、ＩＣの内部回路として構成することができる。

本発明に係る電力変換装置の駆動回路の一例を示した図で、（ａ），（ｂ）は、電力変換装置１０において、それぞれ、上アームと下アームのＳＷ素子ＱＵ，ＱＬを駆動するための駆動回路１０Ｕ，１０Ｌの基本構成を示したブロック図である。 図１（ａ）のブロック図で示した駆動回路１０Ｕについて、具体的な回路構成の一例を示した図である。 図１（ｂ）のブロック図で示した駆動回路１０Ｌについて、具体的な回路構成の一例を示した図である。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ、図２と図３に示した実動デューティ検出部３０Ｕ，３０Ｌにおいて、実動デューティを正確に検出する方法を説明する図である。 図２に示す電力変換装置１０の駆動回路１０Ｕの機能を説明する図で、指令信号ＳＵのデューティ（パルス幅Ｔ０）、出力素子Ｗ１，Ｗ２の温度、第２信号Ｓ２（Ｖｍ）と第４信号Ｓ４（Ｖｐ）、チャージポンプ回路ＣＰの出力電圧Ｖｃｐ、およびゲート信号ＧＵ（ＳＷ素子ＱＵのゲート電圧Ｖｇｓ）のデューティ（パルス幅Ｔ）の間の関係を模式的に並べて示した図である。 本発明に係る電力変換装置の駆動回路について別の例を示した図で、（ａ），（ｂ）は、電力変換装置１１において、それぞれ、上アームと下アームのＳＷ素子ＱＵ，ＱＬを駆動するための駆動回路１１Ｕ，１１Ｌの基本構成を示したブロック図である。 図６（ａ）のブロック図で示した駆動回路１１Ｕについて、具体的な回路構成の一例を示した図である。 図６（ｂ）のブロック図で示した駆動回路１１Ｌについて、具体的な回路構成の一例を示した図である。 図７と図８に示した実動デューティ検出部３１Ｕ，３１Ｌにおいて、実動デューティを正確に検出する方法を説明する図である。 図７に示した電力変換装置１１の駆動回路１１Ｕの変形例で、電力変換装置１２の駆動回路１２Ｕの具体的な回路構成の一例を示した図である。 図８に示した電力変換装置１１の駆動回路１１Ｌの変形例で、電力変換装置１２の駆動回路１２Ｌの具体的な回路構成の一例を示した図である。 図１０と図１１に示した実動デューティ検出部３２Ｕ，３２Ｌにおいて、実動デューティを正確に検出する方法を説明する図である。 別の例を示した図で、（ａ），（ｂ）は、電力変換装置１３において、それぞれ、上アームと下アームのＳＷ素子ＱＵ，ＱＬを駆動するための駆動回路１３Ｕ，１３Ｌの基本構成を示したブロック図である。 図１３（ａ）のブロック図で示した駆動回路１３Ｕについて、具体的な回路構成の一例を示した図である。 デジタルの回路構成による駆動回路の例を示した図で、電力変換装置１４において、上アームのＳＷ素子ＱＵを駆動するための駆動回路１４Ｕの基本構成を示したブロック図である。 ブートストラップ回路を有する上アームの駆動回路の例を示した図で、電力変換装置１５において、上アームのＳＷ素子ＱＵを駆動するための駆動回路１５Ｕの基本構成を示したブロック図である。 デューティ比較部４０が出力する第５信号Ｓ５を基にしてゲート信号ＧＵのパルス幅を制御する別の方法を示した図で、電力変換装置１６において、上アームのＳＷ素子ＱＬを駆動するための駆動回路１６Ｕの基本構成を示したブロック図である。 図１７のブロック図で示したゲート駆動部ＧＤと入力抵抗切替回路ＲＳについて、具体的な回路構成の例を示した図である。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ、図１７のブロック図で示したゲート駆動部ＧＤと入力抵抗切替回路ＲＳについて、具体的な回路構成の例を示した図である。 電力変換装置において用いられる従来の代表的な駆動回路を例示した図で、電力変換装置９の駆動回路９Ｕの基本構成を示した図である。 図２０に示した駆動回路９Ｕの問題点を説明する図で、指令信号ＳＵのデューティ（パルス幅Ｔ０）、出力素子Ｗ１，Ｗ２の温度、およびゲート信号ＧＵ（ＳＷ素子ＱＵのゲート電圧Ｖｇｓ）のデューティ（パルス幅Ｔ１〜Ｔ４）の間の関係を模式的に並べて示した図である。

本発明は、直流電源に接続する上アームと下アームの直列接続された２つのＳＷ素子を備え、該２つのＳＷ素子の接続点から負荷に電力を供給する、電力変換装置の駆動回路に関する。以下、本発明を実施するための形態を、図に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る上記電力変換装置の駆動回路の一例を示した図である。図１（ａ），（ｂ）は、電力変換装置１０において、それぞれ、上アームと下アームのＳＷ素子ＱＵ，ＱＬを駆動するための駆動回路１０Ｕ，１０Ｌの基本構成を示したブロック図である。また、図２と図３は、図１（ａ），（ｂ）のブロック図で示した駆動回路１０Ｕ，１０Ｌについて、それぞれの具体的な回路構成の一例を示した図である。尚、図１（ａ）と図２に示す電力変換装置１０および上アームの駆動回路１０Ｕにおいて、図２０に示した電力変換装置９および上アームの駆動回路９Ｕと同様の部分については、同じ符号を付した。

図１に示す電力変換装置１０は、図２０に示した電力変換装置９と同様に、直流電源（＋Ｂ）に接続する上アームと下アームの直列接続された２つのＳＷ素子ＱＵ，ＱＬを備え、該２つのＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの接続点Ｐから、波線で示した先にある負荷（図示省略）に電力を供給する。図１の電力変換装置１０は、直流電力を交流電力に変換するインバータやＤＣ−ＤＣコンバータ等への適用が可能である。

例えば、車に搭載される３相モータを制御するためのインバータとして利用されている電力変換装置は、ブリッジ接続された３本のアーム（上アーム＋下アーム）で構成され、各ＳＷ素子に所定のＰＷＭパルスを印加してスイッチングすることで、入力された直流電源からモータ駆動のための交流電力を得ている。尚、誘導性の負荷を駆動するインバータ回路では、各ＳＷ素子に対して逆並列にダイオードが接続され、いずれかのＳＷ素子がＯＦＦした時、モータに流れていた電流が別アームのダイオードを介して還流するようになっている。また、インバータ回路では、通常、上アームと下アームのＳＷ素子が同時にＯＮして電源短絡が発生するのを防ぐため、上アームと下アームのＳＷ素子が同時にＯＦＦ状態となるデッドタイムが設けられている。

また、図１（ａ），（ｂ）に示す電力変換装置１０の駆動回路１０Ｕ，１０Ｌは、図２０に示した電力変換装置９の駆動回路９Ｕと同様に、通常、ＩＣの内部回路として構成され、破線で囲ったゲート制御部１Ｕ，１Ｌを備える。ゲート制御部１Ｕ，１Ｌは、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬをパルス駆動（例えばＰＷＭ駆動）させるための指令信号ＳＵ，ＳＬを入力し、該ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬのゲートを駆動するゲート信号ＧＵ，ＧＬを出力する。図１（ａ）に示す上アームのゲート制御部１Ｕは、例えば図２に示すように、ゲート信号ＧＵのＯＮ電圧のレベルを制御するチャージポンプ回路ＣＰ、指令信号ＳＵをレベルシフトさせるレベルシフト回路ＬＵ、および図のように接続された上段と下段のＭＯＳトランジスタからなる出力素子（内部ＭＯＳ）Ｗ１，Ｗ２を備えた構成である。また、図１（ｂ）に示す下アームのゲート制御部１Ｌは、例えば図３に示すように、ゲート信号ＧＬのＯＮ電圧のレベルを制御するレギュレータ回路ＲＧ、指令信号ＳＬをレベルシフトさせるレベルシフト回路ＬＬ、および図のように接続された上段と下段のＭＯＳトランジスタからなる出力素子（内部ＭＯＳ）Ｗ１，Ｗ２を備えた構成である。

一方、図１（ａ），（ｂ）に示す電力変換装置１０の駆動回路１０Ｕ，１０Ｌは、いずれも、図２０に示した従来の電力変換装置９の駆動回路９Ｕと異なり、指令デューティ検出部２０、実動デューティ検出部３０Ｕ，３０Ｌ、およびデューティ比較部４０が設けられた構成となっている。指令デューティ検出部２０は、指令信号ＳＵ，ＳＬに基づいた第１信号Ｓ１を入力し、指令信号ＳＵ，ＳＬの指令デューティを検出して、該指令デューティに基づいた第２信号Ｓ２を出力する。実動デューティ検出部３０Ｕ，３０Ｌは、それぞれ、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの実動作に基づいた第３信号Ｓ３ａを入力し、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの実動デューティを検出して、該実動デューティに基づいた第４信号Ｓ４を出力する。尚、図１（ａ），（ｂ）の駆動回路１０Ｕ，１０Ｌにおける実動デューティ検出部３００Ｕ，３０Ｌは、実動デューティを精度よく検出するために、端子ＭＴから入力するＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの接続点Ｐの電位（端子ＭＴの電位）を第３信号Ｓ３ａとしてモニタし、実動デューティを検出する構成となっている。また、デューティ比較部４０は、前記第２信号Ｓ２と第４信号Ｓ４を入力し、指令デューティと実動デューティを比較して、該比較結果に基づいた第５信号Ｓ５を出力する。そして、ゲート制御部１Ｕ，１Ｌが、第５信号Ｓ５を入力して、実動デューティが変動しない様に、ゲート信号ＧＵ，ＧＬのパルス幅を制御する。

図２０と図２１で説明したように、インバータ等に利用される電力変換装置９の従来の駆動回路９Ｕでは、指令信号ＳＵのデューティが一定であっても、例えばゲート制御部１Ｕにおける最終段の出力素子Ｗ１，Ｗ２が温度変化すると、出力されるゲート信号ＧＵのデューティが該温度変化に依存して変動し、インバータを構成するＳＷ素子ＱＵ，ＱＬのＯＮ，ＯＦＦ速度もゲート信号ＧＵに倣って変動する。このため、負荷電流のデューティが変動し、例えば電動パワーステアリング（ＥＰＳ）のＥＣＵに適用した場合には、モータ駆動にトルク変動やトルクリップル増加等の悪影響が生じるという問題があった。

そこで、図１（ａ），（ｂ）に示す電力変換装置１０の駆動回路１０Ｕ，１０Ｌにおいては、指令信号ＳＵの指令デューティを検出する指令デューティ検出部２０と、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの実動作に基づいた実動デューティを検出する実動デューティ検出部３０Ｕ，３０Ｌと、前記指令デューティと実動デューティを比較するデューティ比較部４０とが設けられている。そして、該比較結果に基づいて、ゲート制御部１Ｕ，１Ｌが、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの実動デューティが温度変化等に依存して変動しない様に、ゲート信号のパルス幅を制御するようにしている。

これによれば、例えば図２０と図２１で説明したゲート制御部１Ｕ，１Ｌにおける最終段の出力素子Ｗ１，Ｗ２の温度変化等によって発生するＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの実動デューティの変動を、実動デューティ検出部３０Ｕ，３０Ｌで検出する。そして、デューティ比較部４０で指令デューティとの差分を計測し、ゲート制御部１Ｕ，１ＬでＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの実動デューティが変動しない様に出力するゲート信号ＧＵのパルス幅を補正することで、実動デューティの変動をキャンセルすることができる。このため、例えば電動パワーステアリング（ＥＰＳ）のような誘導性の負荷のモータ駆動に適用した場合、トルク変動やトルクリップル増加等を抑制することができる。

図１（ａ）の駆動回路１０Ｕにおける指令デューティ検出部２０は、例えば図２に破線で囲って示したように、第１信号Ｓ１を入力するＲＣフィルタ回路で構成することができる。図２の指令デューティ検出部２０は、指令信号ＳＵに対応した第１信号Ｓ１の入力波形をＲＣフィルタ回路で平滑化して、一定電圧Ｖｍにする。すなわち、指令デューティを、ＤＣ電圧に変換する。

図２に示す駆動回路１０Ｕの実動デューティ検出部３０Ｕは、図のように接続された分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２、アンプＡ１、差動増幅器Ａ２，Ａ３、ＡＮＤ素子Ａ４、およびＡＮＤ素子Ａ４の出力を入力するＲＣフィルタ回路で構成されている。図２の実動デューティ検出部３０Ｕは、ＡＮＤ素子Ａ４の出力波形をＲＣフィルタ回路で平滑化して、一定電圧Ｖｐにする。すなわち、ＡＮＤ素子Ａ４が出力する実動デューティを、ＤＣ電圧に変換する。

図２に示すように、駆動回路１０Ｕのデューティ比較部４０は、第２信号Ｓ２と第４信号Ｓ４を差動増幅する比較器Ｃ１で構成することができる。比較器Ｃ１は、指令デューティ検出部２０から出力される第２信号Ｓ２の電圧Ｖｍと実動デューティ検出部３０Ｕから出力される第４信号Ｓ４の電圧Ｖｐを比較し、この差分を第５信号Ｓ５として出力する。

また、図２に示す上アームの駆動回路１０Ｕでは、ゲート制御部１Ｕが、ゲート信号ＧＵのＯＮ電圧のレベルを設定するチャージポンプ回路ＣＰを有している。そして、チャージポンプ回路ＣＰに比較器Ｃ１の出力である第５信号Ｓ５を入力して、チャージポンプ回路ＣＰがゲート信号ＧＵのＯＮ電圧のレベルを制御することにより、後述するように、ゲート信号ＧＵのパルス幅を制御する。

尚、図２の左下に構成されている初期値固定回路５０は、起動時における安定動作を確保するため、リセット解除されるまでデューティ比較部４０の入力を所定の初期値に固定する回路である。すなわち、図２の初期値固定回路５０は、リセット解除（＝Ｈｉ）になるまで、比較器Ｃ１の入力端子をＬｏに落として、出力を２．５Ｖ付近にする。この時、チャージポンプ回路ＣＰは、ゲート信号ＧＵのＯＮ電圧のレベルを制御しない。このように、初期値固定回路５０を有する図２に示した駆動回路１０Ｕは、リセット解除されるまで、比較器Ｃ１の比較結果がゲート制御部１Ｕに反映されないようになっている。これにより、リセット解除されるまで実動デューティのフィードバックを停止することができ、起動時においても安定して動作させることができる。

図３に示す下アームの駆動回路１０Ｌにおける指令デューティ検出部２０、実動デューティ検出部３０Ｌ、およびデューティ比較部４０も、基本的には、図２に示す上アームの駆動回路１０Ｕと同様の構成となっている。図３に示す下アームの駆動回路１０Ｌでは、ゲート制御部１Ｌが、ゲート信号ＧＬのＯＮ電圧のレベルを設定するレギュレータ回路ＲＧを有している。そして、レギュレータ回路ＲＧに第５信号Ｓ５を入力してゲート信号ＧＬのＯＮ電圧のレベルを制御することで、ゲート信号ＧＬのパルス幅を制御する。

上記したＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの実動デューティを正確に検出するためには、閾値電圧を超えてＯＮ，ＯＦＦするＳＷ素子ＱＵ，ＱＬのＯＮ時間とＯＦＦ時間を、正確に検出する必要がある。

図４（ａ），（ｂ）は、それぞれ、図２と図３に示した実動デューティ検出部３０Ｕ，３０Ｌにおいて、上記した実動デューティを正確に検出する方法を説明する図である。図４（ａ），（ｂ）は、それぞれ、駆動回路１０Ｕ，１０Ｌにおける指令信号ＳＵ，ＳＬ、ゲート信号ＧＵ，ＧＬ、および接続点Ｐ（端子ＭＴ）の電位について、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬのＯＦＦからＯＮへの切り替わり時とＯＮからＯＦＦへの切り替わり時の電圧波形を示した図である。尚、図４（ａ），（ｂ）では、それぞれ、対となるもう一方のＳＷ素子ＱＬ，ＱＵがＯＦＦに固定になっている場合の電位レベルが示されている。

図２に示す実動デューティ検出部３０Ｕでは、差動増幅器Ａ２，Ａ３において、それぞれ、図４（ａ）に示すゲート信号ＧＵの閾値電圧Ｖｔｈに対応した端子ＭＴの閾値電位Ｖｔｈ３，Ｖｔｈ４が設定されている。そして、端子ＭＴの電位が閾値電位Ｖｔｈ３，Ｖｔｈ４のいずれかを横切る時点で、ＳＷ素子ＱＵのＯＮ，ＯＦＦを判定する。閾値電位Ｖｔｈ３は、（ＧＮＤ〜ＶＳ）×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）の間で適宜設定され、閾値電位Ｖｔｈ４は、（ＶＳ〜ＶＳ＋Ｖｆ）×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）の間で適宜設定される。尚、図４（ａ）において、ＳＷ素子ＱＵのＯＮ時における端子ＭＴの電位ＶＳは、電源電位＋Ｂにほぼ等しくなる。また、電圧Ｖｆは、各ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬに対して逆並列に接続されているダイオードの順方向電圧である。ＳＷ素子ＱＵのＯＦＦ時における端子ＭＴの２つの電位レベルＶＳ＋Ｖｆと電位レベル−Ｖｆは、ＳＷ素子ＱＵをＯＮ，ＯＦＦする直前に該ＳＷ素子ＱＵに接続されているダイオードに流れている電流の向きによって、いずれの電位レベルになるかが決まる。

同様に、図３に示す実動デューティ検出部３０Ｌでは、差動増幅器Ａ２，Ａ３において、それぞれ、図４（ｂ）に示すゲート信号ＧＬの閾値電圧Ｖｔｈに対応した端子ＭＴの閾値電位Ｖｔｈ５，Ｖｔｈ６が設定されている。そして、端子ＭＴの電位が閾値電位Ｖｔｈ５，Ｖｔｈ６のいずれかを横切る時点で、ＳＷ素子ＱＬのＯＮ，ＯＦＦを判定する。閾値電位Ｖｔｈ５は、（−Ｖｆ〜ＧＮＤ）×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）の間で適宜設定され、閾値電位Ｖｔｈ６は、（ＧＮＤ〜ＶＳ）×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）の間で適宜設定される。また、図４（ｂ）において、ＳＷ素子ＱＬのＯＮ時における端子ＭＴの電位ＶＳは、ＧＮＤにほぼ等しくなる。

図５は、上記した図２に示す電力変換装置１０の駆動回路１０Ｕの機能を説明する図で、指令信号ＳＵのデューティ（パルス幅Ｔ０）、出力素子Ｗ１，Ｗ２の温度、第２信号Ｓ２（Ｖｍ）と第４信号Ｓ４（Ｖｐ）、チャージポンプ回路ＣＰの出力電圧Ｖｃｐ、およびゲート信号ＧＵ（ＳＷ素子ＱＵのゲート電圧Ｖｇｓ）のデューティ（パルス幅Ｔ）の間の関係を模式的に並べて示した図である。尚、図５は、先に説明した図２１の従来の駆動回路９Ｕの問題点を説明する図に対応しており、指令信号ＳＵのデューティ（パルス幅Ｔ０）と出力素子Ｗ１，Ｗ２の温度は、同じグラフである。また、図５のゲート信号ＧＵ（ＳＷ素子ＱＵのゲート電圧Ｖｇｓ）のデューティ（パルス幅Ｔ）を示すグラフでは、従来の駆動回路９Ｕに関するデータを点線で示した。

先に図２１で説明したように、図２０に示した従来の電力変換装置９の駆動回路９Ｕでは、指令信号ＳＵのデューティ（パルス幅Ｔ０）が一定であっても、ゲート制御部１Ｕにおける出力素子Ｗ１，Ｗ２の温度が変化すると、出力されるゲート信号ＧＵのデューティも該温度変化に依存して変動する。このため、インバータを構成するＳＷ素子（外部ＭＯＳ）ＱＵのＯＮ，ＯＦＦ速度も、図のゲート信号ＧＵに倣って同じように変動し、ＳＷ素子ＱＵの実動デューティも変動してしまう問題があった。

これに対して、図５に示すように、図１（ａ）と図２に示した電力変換装置１０の駆動回路１０Ｕでは、ゲート制御部１Ｕにおける出力素子Ｗ１，Ｗ２の温度が変化すると、実動デューティ検出部３０ＵがＳＷ素子ＱＵの実動デューティの変化に応じた第４信号Ｓ４（Ｖｐ）を出力し、指令デューティ検出部２０から出力される第２信号Ｓ２（Ｖｍ）との差分（Ｖｐ−Ｖｍ）をデューティ比較部４０で検出する。そして、この差分に対応した第５信号Ｓ５によって、チャージポンプ回路ＣＰの出力電圧Ｖｃｐを実動デューティの増大とは逆に低下させ、出力素子Ｗ１，Ｗ２の温度変化等に依存して変動しない様に、ゲート信号ＧＵのデューティ（パルス幅Ｔ）を制御する。

尚、図１（ｂ）と図３に示した下アームの駆動回路１０Ｌについても、上アームの駆動回路１０Ｕと同様の構成を有しており、同じようにＳＷ素子ＱＬの実動デューティの変動を抑制することができる。

以上のようにして、上記した電力変換装置１０の駆動回路１０Ｕ，１０Ｌは、直流電源Ｂ＋に接続する上アームと下アームの直列接続された２つのＳＷ素子ＱＵ，ＱＬを備え、該２つのＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの接続点Ｐから負荷に電力を供給する電力変換装置の駆動回路であって、温度変化等があっても駆動するＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの実動デューティの変動を抑制することのできる駆動回路とすることができる。

次に、上記した電力変換装置１０の駆動回路１０Ｕ，１０Ｌの変形例について説明する。

図６は、本発明に係る電力変換装置の駆動回路について別の例を示した図で、図６（ａ），（ｂ）は、電力変換装置１１において、それぞれ、上アームと下アームのＳＷ素子ＱＵ，ＱＬを駆動するための駆動回路１１Ｕ，１１Ｌの基本構成を示したブロック図である。また、図７と図８は、図６（ａ），（ｂ）のブロック図で示した駆動回路１１Ｕ，１１Ｌについて、それぞれの具体的な回路構成の一例を示した図である。尚、図６〜図８に示す電力変換装置１１の駆動回路１１Ｕ，１１Ｌにおいて、図１〜図３に示した電力変換装置１０の駆動回路１０Ｕ，１０Ｌと同様の部分については、同じ符号を付した。

図１〜図３に示した電力変換装置１０の駆動回路１０Ｕ，１０Ｌは、実動デューティを精度よく検出するために、実動デューティ検出部３０Ｕ，３０Ｌが、接続点Ｐ（端子ＭＴ）の電位を第３信号Ｓ３ａとしてモニタし、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの実動デューティを検出する構成としていた。これによれば、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの閾値電圧Ｖｔｈを考慮することなく、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの実動デューティを検出することができるため、回路構成が簡単になる。

これに対して、図６〜図８に示す電力変換装置１１の駆動回路１１Ｕ，１１Ｌにおいては、実動デューティ検出部３１Ｕ，３１Ｌが、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬのゲート電位（端子ＨＧ＿Ｓ，ＬＧ＿Ｓの電位）とソース電位（端子ＨＳ，ＬＳの電位）を第３信号Ｓ３ｂ,Ｓ３ｃとしてモニタし、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの閾値電圧Ｖｔｈを測定して、実動デューティを検出する構成となっている。尚、図６（ａ）と図７に示した駆動回路１１Ｕの上アームの実動デューティ検出部３１ＵがモニタするＳＷ素子ＱＵのソース電位（端子ＨＳ）は、図１（ａ）と図２に示した駆動回路１０Ｕの上アームの実動デューティ検出部３０Ｕがモニタする接続点Ｐの電位（端子ＭＴの電位）と同じものである。

図６（ａ）の駆動回路１１Ｕにおける実動デューティ検出部３１Ｕは、例えば図７に破線で囲って示したように、ＳＷ素子ＱＵのゲート電位（端子ＨＧ＿Ｓ）を第３信号Ｓ３ｂとしてモニタする分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２とアンプＡ６、ＳＷ素子ＱＵのソース電位（端子ＨＳ）を第３信号Ｓ３ｃとしてモニタする分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２とアンプＡ７、アンプＡ７の出力からＳＷ素子ＱＵのＯＮ，ＯＦＦを判定しＳＷ素子ＱＵの閾値電圧Ｖｔｈを測定する差動増幅器Ａ２，Ａ３とＡＮＤ素子Ａ４、ＡＮＤ素子Ａ４の出力をホールドするサンプルホールド回路Ｈ１、アンプＡ６とアンプＡ７の出力を差動増幅してＳＷ素子ＱＵのゲート電圧Ｖｇｓを測定する差動増幅器Ａ８、閾値電圧Ｖｔｈに対応したサンプルホールド回路Ｈ１の出力とゲート電圧Ｖｇｓに対応した差動増幅器Ａ８の出力を比較する比較器Ｃ２、および比較器Ｃ２の出力を入力するＲＣフィルタ回路で構成されている。尚、図８に示す下アームの駆動回路１１Ｌにおける実動デューティ検出部３１Ｌも、基本的には、図７に示す上アームの実動デューティ検出部３１Ｕと同様の構成となっている。

図９は、図７と図８に示した実動デューティ検出部３１Ｕ，３１Ｌにおいて、実動デューティを正確に検出する方法を説明する図である。図９は、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬのゲート電圧Ｖｇｓに対応した差動増幅器Ａ８の出力波形と実動デューティ（パルス幅Ｔ）の情報が含まれる比較器Ｃ２の出力波形を示した図である。

図９に示す閾値電圧Ｖｔｈは、図７と図８のサンプルホールド回路Ｈ１の出力に対応し、ＩＣ内部の実動デューティ検出部３１Ｕ，３１Ｌで測定される値である。該閾値電圧Ｖｔｈを測定するため、図７の実動デューティ検出部３１Ｕでは、閾値電位Ｖｔｈ３がＧＮＤ〜ＶＳの間で適宜設定され、閾値電位Ｖｔｈ４が（ＶＳ＋Ｖｆ）〜ＶＳの間で適宜設定される。また、図８の実動デューティ検出部３１Ｌでは、閾値電位Ｖｔｈ５が（−Ｖｆ〜ＧＮＤ）×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）の間で適宜設定され、閾値電位Ｖｔｈ６が（ＧＮＤ〜ＶＳ）×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）の間で適宜設定される。

図６〜図８に示した電力変換装置１１の駆動回路１１Ｕ，１１Ｌでは、上記したようにリアルタイムで閾値電位Ｖｔｈを測定しながら実動デューティを検出する。また、接続点Ｐの電位（端子ＭＴの電位）を検出する図１〜図３に示した電力変換装置１０の駆動回路１０Ｕ，１０Ｌに較べて、ノイズによる悪影響を受け難いため、実動デューティをより正確に検出することができる。

図１０と図１１は、それぞれ、図７と図８に示した電力変換装置１１の駆動回路１１Ｕ，１１Ｌの変形例で、電力変換装置１２の駆動回路１２Ｕ，１２Ｌの具体的な回路構成の一例を示した図である。尚、図１０と図１１に示す電力変換装置１２の駆動回路１２Ｕ，１２Ｌにおいて、図７と図８に示した電力変換装置１１の駆動回路１１Ｕ，１１Ｌと同様の部分については、同じ符号を付した。

図６〜図８で説明した電力変換装置１１の駆動回路１１Ｕ，１１Ｌにおいては、実動デューティ検出部３１Ｕ，３１Ｌが、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬのゲート電位（端子ＨＧ＿Ｓ，ＬＧ＿Ｓの電位）とソース電位（端子ＨＳ，ＬＳの電位）を第３信号Ｓ３ｂ,Ｓ３ｃとしてモニタし、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの閾値電圧Ｖｔｈを直接測定して、実動デューティを検出していた。

一方、図１０と図１１に示す電力変換装置１２の駆動回路１２Ｕ，１２Ｌは、図７と図８に示した駆動回路１１Ｕ，１１Ｌと同様に、実動デューティ検出部３２Ｕ，３２ＬがＳＷ素子ＱＵ，ＱＬのゲート電位とソース電位を第３信号Ｓ３ｂ,Ｓ３ｃとしてモニタする。しかしながら、図１０と図１１の駆動回路１２Ｕ，１２Ｌでは、実動デューティ検出部３２Ｕ，３２ＬがＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの閾値電圧Ｖｔｈを測定することなく、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの温度を検出して、予め記憶された該温度に対応する閾値電圧Ｖｔｈを参照して、実動デューティを検出する構成となっている。

すなわち、図１０と図１１に示す電力変換装置１２の駆動回路１２Ｕ，１２Ｌでは、実動デューティを精度よく検出するために、それぞれ、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの温度を検出するための直列接続されたセンス素子ＴＵ，ＴＬとセンス抵抗Ｒｓが、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬに並列接続されている。センス抵抗Ｒｓの両端電圧は、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬが高温になるほど上昇する。そして、実動デューティ検出部３２Ｕ，３２Ｌが、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬのゲート電位（端子ＨＧ＿Ｓ，ＬＧ＿Ｓの電位）とソース電位（端子ＨＳ，ＬＳの電位）を第３信号Ｓ３ｂ,Ｓ３ｃとしてモニタし、検出された前記温度に対応するＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの閾値電圧を参照して、実動デューティを検出する構成となっている。

図１０の駆動回路１２Ｕにおける実動デューティ検出部３２Ｕは、端子ＴＥＭＰ＿Ｓから入力されるＳＷ素子ＱＵの温度信号を解析する温度計測回路ＴＫとＳＷ素子ＱＵの温度と閾値電圧Ｖｔｈの対応を保存したＲＯＭ、ＳＷ素子ＱＵのゲート電位（端子ＨＧ＿Ｓ）を第３信号Ｓ３ｂとしてモニタする分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２とアンプＡ６、ＳＷ素子ＱＵのソース電位（端子ＨＳ）を第３信号Ｓ３ｃとしてモニタする分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２とアンプＡ７、アンプＡ６とアンプＡ７の出力を差動増幅してＳＷ素子ＱＵのゲート電圧Ｖｇｓを測定する差動増幅器Ａ８、ＲＯＭから出力される温度に対応した閾値電圧Ｖｔｈの分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２とアンプＡ９、閾値電圧Ｖｔｈに対応したアンプＡ９の出力とゲート電圧Ｖｇｓに対応した差動増幅器Ａ８の出力を比較する比較器Ｃ２、および比較器Ｃ２の出力を入力するＲＣフィルタ回路で構成されている。尚、図１１に示す下アームの駆動回路１２Ｌにおける実動デューティ検出部３２Ｌも、図１０に示す上アームの実動デューティ検出部３２Ｕと同様の構成となっている。

図１２は、図１０と図１１に示した実動デューティ検出部３２Ｕ，３２Ｌにおいて、実動デューティを正確に検出する方法を説明する図である。図１２は、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬのゲート電圧Ｖｇｓに対応した差動増幅器Ａ８の出力波形と実動デューティ（パルス幅Ｔ）の情報が含まれる比較器Ｃ２の出力波形を示した図である。

図１２に示すゲート電圧Ｖｇｓに対応した差動増幅器Ａ８の出力波形は、図９に示した差動増幅器Ａ８の出力波形と同じものである。一方、図９に示した閾値電圧Ｖｔｈは、サンプルホールド回路Ｈ１の出力に対応し、ＩＣ内部の実動デューティ検出部３１Ｕ，３１Ｌで測定される値であった。これに対して、図１２に示す閾値電圧Ｖｔｈは、アンプＡ９の出力に対応し、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの温度を検出し、検出された該温度に対応する閾値電圧ＶｔｈをＲＯＭから読み込んだものである。

以上のように、図１０〜図１２に示した電力変換装置１２の駆動回路１２Ｕ，１２Ｌでは、測定した閾値電位Ｖｔｈを用いる替わりに、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの各温度に対応した閾値電圧Ｖｔｈを、ＥＥＰＲＯＭなどの記憶媒体に予め記憶させておく。そして、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの温度をセンス素子ＴＵ，ＴＬとセンス抵抗Ｒｓで測定し、測定されたＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの温度に対応した閾値電圧Ｖｔｈを用いて、実動デューティを検出する。尚、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの温度を精度よく検出するため、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬとセンス素子ＴＵ，ＴＬは、１つのパッケージになっているのが望ましい。また、上記記憶媒体は、駆動回路１２Ｕ，１２Ｌを構成するＩＣの内部だけでなく、マイコンなどの外部素子に内蔵されたものを使用してもよい。

図１３は、別の例を示した図で、図１３（ａ），（ｂ）は、電力変換装置１３において、それぞれ、上アームと下アームのＳＷ素子ＱＵ，ＱＬを駆動するための駆動回路１３Ｕ，１３Ｌの基本構成を示したブロック図である。また、図１４は、図１３（ａ）のブロック図で示した駆動回路１３Ｕについて、具体的な回路構成の一例を示した図である。

実動デューティを検出するにあたって、例えば、ゲート電圧最大値の変動が十分小さい場合を仮定すると、出力信号振幅Ｓ２，Ｓ４を同程度となるようにに乗数を一意にあわせこむことができる。この場合は、デューティ比較を正確にできるので、図１３（ａ），（ｂ）に示す電力変換装置１３の駆動回路１３Ｕ，１３Ｌのように、実動デューティ検出部３３Ｕ，３３Ｌが、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬのゲート電位（端子ＨＧ＿Ｓ，ＬＧ＿Ｓの電位）を第３信号Ｓ３ｂとしてモニタし、実動デューティを検出する構成としてもよい。ただし、一般的に、ＶＳ電源の電圧変動により、ゲート電圧の最大値は変動することが一般的で、ＶＳ変動を考慮しなければならない時は、この検出方法は不向きである。

また、図１４に示す駆動回路１３Ｕの実動デューティ検出部３３Ｕは、ＳＷ素子ＱＵのゲート電位（端子ＨＧ＿Ｓ）を第３信号Ｓ３ｂとしてモニタする分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２とＲＣフィルタ回路だけで構成されている。図１４の実動デューティ検出部３３Ｕは、ＳＷ素子ＱＵのゲート電圧Ｖｇｓに対応した分圧抵抗Ｒ２の出力波形をＲＣフィルタ回路で平滑化して、一定電圧Ｖｐにする。すなわち、実動デューティを、ＤＣ電圧に変換する。

そして、比較器Ｃ１が指令デューティと実動デューティを比較し、（指令デューティ＜実動デューティ）の場合には、チャージポンプ回路ＣＰの出力電圧Ｖｃｐを低下し、実動デューティを小さくして指令デューティに近づける。（指令デューティ＝実動デューティ）の場合には、チャージポンプ回路ＣＰの出力電圧Ｖｃｐは制御しない。また、（指令デューティ＞実動デューティ）の場合には、チャージポンプ回路ＣＰの出力電圧Ｖｃｐを上昇し、実動デューティを大きくして指令デューティに近づける。

以上に説明したように、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬの実動デューティは、上記した種々の方法で検出することができる。尚、指令信号ＳＵの指令デューティは、ＲＣフィルタ回路だけで構成される指令デューティ検出部２０で、指令信号ＳＵに対応した第１信号Ｓ１から簡単に検出することができる。また、指令信号ＳＵに付随する情報として、別途入力することもできる。

次に、先に例示した電力変換装置の駆動回路は、いずれも、指令デューティ検出部２０が、指令デューティをＤＣ電圧に変換して第２信号Ｓ２として出力し、実動デューティ検出部３０Ｕ〜３３Ｕ，３０Ｌ〜３３Ｌが、実動デューティをＤＣ電圧に変換して第４信号Ｓ４として出力し、デューティ比較部４０の比較器Ｃ１が、該第２信号Ｓ２と第４信号Ｓ４を差動増幅して第５信号として出力する、アナログの回路構成であった。

一方、先に例示した電力変換装置の駆動回路は、いずれも、デジタルの回路で構成することもできる。すなわち、前記指令デューティ検出部が、指令デューティを短パルスでカウント計測して前記第２信号として出力し、前記実動デューティ検出部が、前記実動デューティを短パルスでカウント計測して前記第４信号として出力し、前記デューティ比較部が、該第２信号と第４信号の比較結果を前記第５信号として出力する、デジタルの回路構成である。

図１５は、上記デジタルの回路構成による駆動回路の例を示した図で、電力変換装置１４において、上アームのＳＷ素子ＱＵを駆動するための駆動回路１４Ｕの基本構成を示したブロック図である。

図１５に示す電力変換装置１４の駆動回路１４Ｕは、図１３（ａ）に示した電力変換装置１３の駆動回路１３Ｕの指令デューティ検出部２０、実動デューティ検出部３３Ｕ、およびデューティ比較部４０をデジタル化している。図１５の駆動回路１４Ｕでは、図１３（ａ）の指令デューティ検出部２０に対応した指令デューティカウンタ２０ｄが、指令デューティを短パルスでカウント計測して第２信号Ｓ２として出力し、図１３（ａ）の実動デューティ検出部３３Ｕに対応した実動デューティカウンタ３３Ｕｄが、実動デューティを短パルスでカウント計測して第４信号Ｓ４として出力し、図１３（ａ）のデューティ比較部４０に対応したカウント比較器４０ｄが、該第２信号Ｓ２と第４信号Ｓ４の比較結果を第５信号Ｓ５として出力する。

図１５に例示した駆動回路１４Ｕのように、デジタルの回路構成による駆動回路は、ＳＷ素子ＱＵ，ＱＬのＯＮ，ＯＦＦ速度が小さい時に適用可能である。

次に、先に例示した上アームの駆動回路は、ゲート制御部１Ｕがゲート信号のＯＮ電圧のレベルを設定するチャージポンプ回路ＣＰを有しており、チャージポンプ回路ＣＰに第５信号Ｓ５を入力して、チャージポンプ回路ＣＰがゲート信号ＧＵのＯＮ電圧のレベルを制御することにより、ゲート信号ＧＵのパルス幅を制御する構成となっていた。

これに限らず、上アームの駆動回路において、ゲート制御部が前記ゲート信号のＯＮ電圧のレベルを設定するブートストラップ回路を有してなる場合には、前記ブートストラップ回路において電荷を蓄積するコンデンサへの電圧設定部に前記第５信号を入力して、該ブートストラップ回路が前記ゲート信号のＯＮ電圧のレベルを制御することにより、該ゲート信号のパルス幅を制御するようにしてもよい。

図１６は、上記ブートストラップ回路を有する上アームの駆動回路の例を示した図で、電力変換装置１５において、上アームのＳＷ素子ＱＵを駆動するための駆動回路１５Ｕの基本構成を示したブロック図である。

図１６に示す電力変換装置１５の駆動回路１５Ｕは、ゲート制御部１Ｕｂにおいて、ゲート信号ＧＵのＯＮ電圧のレベルを設定するブートストラップ回路が構成されている。そして、ブートストラップ回路において電荷を蓄積するコンデンサＣｂへの電圧設定部ＲＥＧに第５信号Ｓ５を入力して、該ブートストラップ回路がゲート信号ＧＵのＯＮ電圧のレベルを制御することにより、該ゲート信号ＧＵのパルス幅を制御するようにしている。図１６に例示したブートストラップ回路を有する上アームの駆動回路１５Ｕは、例えば図１４に例示したチャージポンプ回路ＣＰを有する上アームの駆動回路１３Ｕに較べて、ゲート駆動部における出力素子Ｗ１，Ｗ２の耐圧を小さくすることができる。

図１７は、デューティ比較部４０が出力する第５信号Ｓ５を基にしてゲート信号ＧＵのパルス幅を制御する別の方法を示した図で、電力変換装置１６において、上アームのＳＷ素子ＱＬを駆動するための駆動回路１６Ｕの基本構成を示したブロック図である。

図１７に示す電力変換装置１６の駆動回路１６Ｕは、ゲート制御部１ＵｒがＳＷ素子ＱＵのゲートの入力抵抗を切り替える、入力抵抗切替回路ＲＳを有した構成となっている。そして、ゲート制御部１Ｕｒのゲート駆動部ＧＤに設けられた入力抵抗切替回路ＲＳにデューティ比較部４０が出力する第５信号Ｓ５を入力して、該入力抵抗切替回路ＲＳがゲート信号ＧＵの立ち上り速度および立ち下り速度を切り替えることにより、ゲート信号ＧＵのパルス幅を制御する構成となっている。このように、図１７に示す駆動回路１６Ｕでは、図５に示したチャージポンプ回路やブートストラップ回路によるゲート信号ＧＵの電圧レベル制御による変えて、ゲート信号ＧＵの立ち上りおよび立ち下りの傾きを制御することで、ゲート信号ＧＵのパルス幅を制御する。

図１８と図１９（ａ），（ｂ）は、それぞれ、図１７のブロック図で示したゲート駆動部ＧＤと入力抵抗切替回路ＲＳについて、具体的な回路構成の例を示した図である。

図１８に示すゲート駆動部ＧＤ１では、出力素子Ｗ１，Ｗ２の接続点とゲート信号ＧＵの出力端子ＨＧの間に、抵抗Ｒｉ１，Ｒｉ２とスイッチＳｉ１からなる入力抵抗切替回路ＲＳ１が挿入されている。尚、図１８の入力抵抗切替回路ＲＳ１は、出力素子Ｗ１，Ｗ２に共通のＯＮ抵抗となっている。

一方、図１９（ａ），（ｂ）に示すゲート駆動部ＧＤ２，ＧＤ３は、上段の出力素子Ｗ１と下段の出力素子Ｗ２に対して、異なるＯＮ抵抗を設定できるように構成されている。

図１９（ａ）に示すゲート駆動部ＧＤ２では、上段の出力素子Ｗ１がＰチャネルであり、抵抗Ｒｉ３，Ｒｉ４とスイッチＳｉ２からなる入力抵抗切替回路ＲＳ２が、出力素子Ｗ１とゲート信号ＧＵの出力端子ＨＧの間に挿入されている。また、下段の出力素子Ｗ２はＮチャネルであり、抵抗Ｒｉ５，Ｒｉ６とスイッチＳｉ３からなる入力抵抗切替回路ＲＳ３が、出力素子Ｗ２とゲート信号ＧＵの出力端子ＨＧの間に挿入されている。一方、図１９（ｂ）に示すゲート駆動部ＧＤ３では、上段の出力素子Ｗ１がＮチャネルであり、入力抵抗切替回路ＲＳ２が、チャージポンプ回路の出力側と出力素子Ｗ１の間に挿入される。
すなわち、入力抵抗切替回路ＲＳ２，ＲＳ３は、出力素子Ｗ１，Ｗ２のＰチャネルとＮチャネルの極性に合わせて、いずれも出力素子Ｗ１，Ｗ２のドレイン側に挿入される。

尚、図１７〜１９に示したゲート駆動部ＧＤ，ＧＤ１〜ＧＤ３の構成は、下段のＳＷ素子ＱＬに対しても同様に適用することができる。

以上に例示したように、第５信号Ｓ５を基にしてゲート信号ＧＵのパルス幅を制御するにあたっては、種々の構成を採用することが可能である。

また、前述したが、上記した電力変換装置の駆動回路は、例えば、電力変換装置が直流電力を交流電力へ変換するインバータであってよい。また、例えば、負荷が、誘導性の負荷であるモータであってよい。

以上のようにして、上記した電力変換装置の駆動回路は、直流電源に接続する上アームと下アームの直列接続された２つのＳＷ素子を備え、該２つのＳＷ素子の接続点から負荷に電力を供給する電力変換装置の駆動回路であって、温度変化等があっても駆動するＳＷ素子の実動デューティを一定に保つことのできる駆動回路とすることができる。

従って、上記した電力変換装置の駆動回路は、前記電力変換装置が、過酷な環境下で使用される車載用であり、前記直流電源が、車のバッテリである場合に好適である。例えば、上記した電力変換装置の駆動回路は、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）の電子制御装置（ＥＣＵ）に適用するインバータの駆動回路に利用することができ、ＩＣの内部回路として構成することができる。

９〜１６ 電力変換装置
ＱＵ，ＱＬ ＳＷ素子
９Ｕ〜１６Ｕ，１０Ｌ〜１３Ｌ 駆動回路
１Ｕ，１Ｌ，１Ｕｂ，１Ｕｒ ゲート制御部
２０ 指令デューティ検出部
３０Ｕ〜３３Ｕ，３０Ｌ〜３３Ｌ 実動デューティ検出部
４０ デューティ比較部

Claims (14)

1. 直流電源に接続する上アームと下アームの直列接続された２つのスイッチング素子（以下、ＳＷ素子と略記）を備え、該２つのＳＷ素子の接続点から負荷に電力を供給する電力変換装置の駆動回路であって、
   前記ＳＷ素子をパルス駆動させるための指令信号を入力し、該ＳＷ素子へのゲート信号を出力するゲート制御部を備える駆動回路において、
   前記指令信号に基づいた第１信号を入力し、指令信号の指令デューティを検出して、該指令デューティに基づいた第２信号を出力する指令デューティ検出部と、
   前記ＳＷ素子の実動作に基づいた第３信号を入力し、ＳＷ素子の実動デューティを検出して、該実動デューティに基づいた第４信号を出力する実動デューティ検出部と、
   前記第２信号と第４信号を入力し、前記指令デューティと実動デューティを比較して、該比較結果に基づいた第５信号を出力するデューティ比較部とが設けられ、
   前記ゲート制御部が、前記第５信号を入力して、前記実動デューティが変動しない様に、前記ゲート信号のパルス幅を制御することを特徴とする電力変換装置の駆動回路。
2. 前記実動デューティ検出部が、前記接続点の電位を前記第３信号としてモニタし、前記実動デューティを検出することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の駆動回路。
3. 前記ＳＷ素子の温度を検出するための直列接続されたセンス素子とセンス抵抗が、該ＳＷ素子に並列接続されてなり、
   前記実動デューティ検出部が、該ＳＷ素子のゲート電位とソース電位を前記第３信号としてモニタし、
   検出された前記温度に対応する該ＳＷ素子の閾値電圧を参照して、前記実動デューティを検出することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の駆動回路。
4. 前記実動デューティ検出部が、前記ＳＷ素子のゲート電位とソース電位を前記第３信号としてモニタし、
   前記ＳＷ素子の閾値電圧を測定して、前記実動デューティを検出することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の駆動回路。
5. 前記実動デューティ検出部が、前記ＳＷ素子のゲート電位を前記第３信号としてモニタし、前記実動デューティを検出することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の駆動回路。
6. 前記指令デューティ検出部が、前記指令デューティをＤＣ電圧に変換して前記第２信号として出力し、
   前記実動デューティ検出部が、前記実動デューティをＤＣ電圧に変換して前記第４信号として出力し、
   前記デューティ比較部が、該第２信号と第４信号を差動増幅して前記第５信号として出力することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電力変換装置の駆動回路。
7. 前記指令デューティ検出部が、前記指令デューティを短パルスでカウント計測して前記第２信号として出力し、
   前記実動デューティ検出部が、前記実動デューティを短パルスでカウント計測して前記第４信号として出力し、
   前記デューティ比較部が、該第２信号と第４信号の比較結果を前記第５信号として出力することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電力変換装置の駆動回路。
8. 前記ゲート制御部が、前記ゲート信号のＯＮ電圧のレベルを設定するチャージポンプ回路を有してなり、
   前記チャージポンプ回路に前記第５信号を入力して、該チャージポンプ回路が前記ゲート信号のＯＮ電圧のレベルを制御することにより、該ゲート信号のパルス幅を制御することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電力変換装置の駆動回路。
9. 前記ゲート制御部が、前記ゲート信号のＯＮ電圧のレベルを設定するブートストラップ回路を有してなり、
   前記ブートストラップ回路において電荷を蓄積するコンデンサへの電圧設定部に前記第５信号を入力して、該ブートストラップ回路が前記ゲート信号のＯＮ電圧のレベルを制御することにより、該ゲート信号のパルス幅を制御することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電力変換装置の駆動回路。
10. 前記ゲート制御部が、前記ＳＷ素子のゲートの入力抵抗を切り替える入力抵抗切替回路を有してなり、
    前記入力抵抗切替回路に前記第５信号を入力して、該入力抵抗切替回路が前記ゲート信号の立ち上り速度および立ち下り速度を切り替えることにより、ゲート信号のパルス幅を制御することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電力変換装置の駆動回路。
11. リセット解除されるまで前記デューティ比較部の入力を所定の初期値に固定する、初期値固定回路を有してなることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の電力変換装置の駆動回路。
12. 前記電力変換装置が、直流電力を交流電力へ変換するインバータであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の電力変換装置の駆動回路。
13. 前記負荷が、モータであることを特徴とする請求項１６に記載の電力変換装置の駆動回路。
14. 前記電力変換装置が、車載用であり、
    前記直流電源が、車のバッテリであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の電力変換装置の駆動回路。

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