JP2015019478A - モータ制御装置及び空気調和機 - Google Patents
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Abstract
【課題】回路部品点数の増加、回路動作制御の複雑化、及びスイッチング損失を抑制することができるモータ制御装置及び空気調和機を提供する。【解決手段】モータ制御装置１００のインバータ回路１２０は、３対のスイッチング素子１１〜１６間がモータ１３０の動力線に接続され、下アームのスイッチング素子１２，１４，１６オン時のゲート抵抗値が、上アームのスイッチング素子１１，１３，１５のオン時ゲート抵抗値よりも小さく設定され、且つ下アームのスイッチング素子１２，１４，１６オフ時のゲート抵抗値が、上アームのスイッチング素子１１，１３，１５オフ時のゲート抵抗値よりも大きく設定される。【選択図】図２
Description
本発明は、インバータ回路を用いてモータの駆動制御を行うモータ制御装置及び空気調和機に関する。
負荷としてモータを搭載した電車や自動車並びに空気調和機等の機器では、昨今の地球環境保全の要請から、省資源、省エネルギを強く求められるようになってきた。こうした要求を満たすために、直流電力を三相交流電力に変換する三相インバータ回路（単に、インバータ回路ともいう）の損失を改善する様々な技術が提案されている。
インバータ回路内の６つのスイッチング素子（単に、素子ともいう）には、ＩＧＢＴ（Insulated-Gate-Bipolar-Transistor）を用いることが一般的である。しかし、インバータ回路の定常期間動作時の定常損失改善のため、ＩＧＢＴではなく、定常損失の小さいＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）を使用する技術が提案されている。
インバータ回路内の６つのスイッチング素子（単に、素子ともいう）には、ＩＧＢＴ（Insulated-Gate-Bipolar-Transistor）を用いることが一般的である。しかし、インバータ回路の定常期間動作時の定常損失改善のため、ＩＧＢＴではなく、定常損失の小さいＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）を使用する技術が提案されている。
定常損失の小さいＭＯＳＦＥＴとして、ＳＪ（Super Junction）−ＭＯＳがある。このＳＪ−ＭＯＳは、当該ＳＪ−ＭＯＳの寄生ダイオードで発生する逆回復電流（以下Ｉｒｒと表記する）が大きいという特性がある。これは、通常ＩＧＢＴにおいて逆並列接続された還流ダイオードに用いられるＦＲＤ（Fast-Recovery-Diode）のＩｒｒと比較しても大きい。通常、下アーム側スイッチング素子の還流ダイオードが還流モード中に、上アーム側スイッチング素子がスイッチング動作を行うことで、それまで還流ダイオードの順方向とは逆に電圧がバイアスされる。このため、還流ダイオードにＩｒｒが発生し、上下アームに短絡電流が発生する。
ＳＪ−ＭＯＳはこのＩｒｒが特に大きいため、スイッチング損失が過大になる、という問題がある。
ＳＪ−ＭＯＳはこのＩｒｒが特に大きいため、スイッチング損失が過大になる、という問題がある。
図１は、逆回復電流Ｉｒｒの概要を示す波形図である。
図１に示すように、逆回復電流Ｉｒｒが大きいとは、波高値と逆回復時間（以下ｔｒｒと表記する）が大きいことを意味する。
図１に示すように、逆回復電流Ｉｒｒが大きいとは、波高値と逆回復時間（以下ｔｒｒと表記する）が大きいことを意味する。
特許文献１には、Ｉｒｒを抑制するインバータ装置が記載されている。特許文献１記載のインバータ装置は、インバータ回路内の上下アームの素子の内、何れか一方にＭＯＳＦＥＴを配置し、ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードに還流電流が流れているとき、対となる他方の素子がオンする前に、ＭＯＳＦＥＴを駆動する電圧よりも低い逆電圧を還流ダイオードに印加して、Ｉｒｒを抑制する、という逆電圧印加回路に関する技術である。
しかしながら、特許文献１のインバータ装置にあっては、逆電圧印加回路を実現するために、半導体素子やコンデンサ及び抵抗器等の回路部品の点数が多くなってしまう課題がある。また、逆電圧印加回路を動作させるための制御が複雑になってしまうという課題ある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、回路部品点数の増加、回路動作制御の複雑化、及びスイッチング損失を抑制することができるモータ制御装置及び空気調和機を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の空気調和機は、直流電力を交流電力に変換し、該変換された交流電力でモータの駆動制御を行うインバータ回路を備え、前記インバータ回路は、前記直流電力が供給される正負の母線間の上アーム及び下アームに接続され、上下で１対を成すスイッチング素子を３対有し、該３対のスイッチング素子間が前記モータの動力線に接続され、前記下アームの前記スイッチング素子オン時のゲート抵抗値が、前記上アームの前記スイッチング素子のオン時ゲート抵抗値よりも小さく設定され、且つ前記下アームの前記スイッチング素子オフ時のゲート抵抗値が、前記上アームの前記スイッチング素子オフ時のゲート抵抗値よりも大きく設定される。
本発明によれば、回路部品点数の増加、回路動作制御の複雑化、及びスイッチング損失を抑制することができるモータ制御装置及び空気調和機を提供する。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す図である。本実施形態のモータ制御装置は、三相インバータ回路を用いて三相同期モータの駆動制御を行う場合に適用した例である。
（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す図である。本実施形態のモータ制御装置は、三相インバータ回路を用いて三相同期モータの駆動制御を行う場合に適用した例である。
[モータ制御装置の構成]
図２に示すように、モータ制御装置１００は、直流電源１１０と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により三相同期モータ１３０の駆動制御を行う三相インバータ回路（単に、インバータ回路ともいう）１２０と、電流検出部１４０と、直流電圧検出部１５０と、モータ制御部１６０と、インバータ駆動部１７０と、を備えて構成される。
直流電源１１０は、例えば蓄電池であるが、この他、出力直流電圧を制御可能なコンバータ回路（図示せず）等を採用してもよい。
インバータ回路１２０は、直流電力を交流電力に変換し、該変換された交流電力でモータの駆動制御を行う。インバータ回路１２０は、インバータ駆動部１７０から出力されるパルス幅変調波信号（ＰＷＭ信号）である駆動制御信号ｄｓに基づいて、直流電源１１０から供給される直流電力を、Ｕ相・Ｖ相・Ｗ相の擬似正弦波である三相交流電力に変換し、この変換された三相交流電力で三相同期モータ（単に、モータともいう）１３０の駆動制御を行う。
図２に示すように、モータ制御装置１００は、直流電源１１０と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により三相同期モータ１３０の駆動制御を行う三相インバータ回路（単に、インバータ回路ともいう）１２０と、電流検出部１４０と、直流電圧検出部１５０と、モータ制御部１６０と、インバータ駆動部１７０と、を備えて構成される。
直流電源１１０は、例えば蓄電池であるが、この他、出力直流電圧を制御可能なコンバータ回路（図示せず）等を採用してもよい。
インバータ回路１２０は、直流電力を交流電力に変換し、該変換された交流電力でモータの駆動制御を行う。インバータ回路１２０は、インバータ駆動部１７０から出力されるパルス幅変調波信号（ＰＷＭ信号）である駆動制御信号ｄｓに基づいて、直流電源１１０から供給される直流電力を、Ｕ相・Ｖ相・Ｗ相の擬似正弦波である三相交流電力に変換し、この変換された三相交流電力で三相同期モータ（単に、モータともいう）１３０の駆動制御を行う。
インバータ回路１２０は、第１〜第６のスイッチング素子（単に、素子ともいう）１１，１２，１３，１４，１５，１６を備える。
各スイッチング素子１１〜１６は、直流電源１１０の正極側に接続された直流母線ＰＬと、負極側に接続された直流母線ＮＬとの間の上下アームに接続されている。上下アームには第１〜第６のスイッチング素子１１〜１６として、低消費電力のＭＯＳＦＥＴが接続されている。
なお、上アームのスイッチング素子１１，１３，１５を、上ＭＯＳＦＥＴ１１〜１３又は上アーム素子１１，１３，１５とも表現し、下アームのスイッチング素子１２，１４，１６を、下ＭＯＳＦＥＴ１２，１４，１６又は下アーム素子１２，１４，１６とも表現する。
第１のＭＯＳＦＥＴ１１及び第２のＭＯＳＦＥＴ１２は、正負の直流母線ＰＬ，ＮＬ間に、第１の接続点Ｎｄ１を介して直列接続されており、それぞれの素子のドレイン−ソース間には寄生ダイオード２１，２２が逆並列接続されている。この場合、還流ダイオード２１，２２は寄生ダイオードである。第１の接続点Ｎｄ１は、モータ１３０のＵ相動力線に接続されている。
第３のＭＯＳＦＥＴ１３及び第４のＭＯＳＦＥＴ１４は、正負の直流母線ＰＬ，ＮＬ間に、第２の接続点Ｎｄ２を介して直列接続されており、それぞれの素子のドレイン−ソース間には還流ダイオード２３、２４が逆並列接続されている。この場合、還流ダイオード２３、２４は寄生ダイオードである。第２の接続点Ｎｄ２は、モータ１３０のＶ相動力線に接続されている。
第５のＭＯＳＦＥＴ１５及び第６のＭＯＳＦＥＴ１６は、正負の直流母線ＰＬ，ＮＬ間に、第３の接続点Ｎｄ３を介して直列接続されており、それぞれの素子のドレイン−ソース間には寄生ダイオード２５、２６が逆並列接続されている。この場合、還流ダイオード２５、２６は寄生ダイオードである。第３の接続点Ｎｄ３は、モータ１３０のＷ相動力線に接続されている。
また、第１〜第６のスイッチング素子１１〜１６のゲートには、それぞれゲート回路３１，３２，３３，３４，３５，３６が接続されている。
電流検出部１４０は、電線と並行配置される架線電流センサ等によるものであり、負の直流母線ＮＬに近接して配置されており、直流電源１１０からインバータ回路１２０へ流れる回路電流Ｉｏを検出し、この検出された回路電流Ｉｏをモータ制御部１６０へ出力する。
各スイッチング素子１１〜１６は、直流電源１１０の正極側に接続された直流母線ＰＬと、負極側に接続された直流母線ＮＬとの間の上下アームに接続されている。上下アームには第１〜第６のスイッチング素子１１〜１６として、低消費電力のＭＯＳＦＥＴが接続されている。
なお、上アームのスイッチング素子１１，１３，１５を、上ＭＯＳＦＥＴ１１〜１３又は上アーム素子１１，１３，１５とも表現し、下アームのスイッチング素子１２，１４，１６を、下ＭＯＳＦＥＴ１２，１４，１６又は下アーム素子１２，１４，１６とも表現する。
第１のＭＯＳＦＥＴ１１及び第２のＭＯＳＦＥＴ１２は、正負の直流母線ＰＬ，ＮＬ間に、第１の接続点Ｎｄ１を介して直列接続されており、それぞれの素子のドレイン−ソース間には寄生ダイオード２１，２２が逆並列接続されている。この場合、還流ダイオード２１，２２は寄生ダイオードである。第１の接続点Ｎｄ１は、モータ１３０のＵ相動力線に接続されている。
第３のＭＯＳＦＥＴ１３及び第４のＭＯＳＦＥＴ１４は、正負の直流母線ＰＬ，ＮＬ間に、第２の接続点Ｎｄ２を介して直列接続されており、それぞれの素子のドレイン−ソース間には還流ダイオード２３、２４が逆並列接続されている。この場合、還流ダイオード２３、２４は寄生ダイオードである。第２の接続点Ｎｄ２は、モータ１３０のＶ相動力線に接続されている。
第５のＭＯＳＦＥＴ１５及び第６のＭＯＳＦＥＴ１６は、正負の直流母線ＰＬ，ＮＬ間に、第３の接続点Ｎｄ３を介して直列接続されており、それぞれの素子のドレイン−ソース間には寄生ダイオード２５、２６が逆並列接続されている。この場合、還流ダイオード２５、２６は寄生ダイオードである。第３の接続点Ｎｄ３は、モータ１３０のＷ相動力線に接続されている。
また、第１〜第６のスイッチング素子１１〜１６のゲートには、それぞれゲート回路３１，３２，３３，３４，３５，３６が接続されている。
電流検出部１４０は、電線と並行配置される架線電流センサ等によるものであり、負の直流母線ＮＬに近接して配置されており、直流電源１１０からインバータ回路１２０へ流れる回路電流Ｉｏを検出し、この検出された回路電流Ｉｏをモータ制御部１６０へ出力する。
インバータ回路１２０は、直流電力が供給される正負の母線間の上アーム及び下アームに接続され、上下で１対を成すスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）１１〜１６を３対有し、該３対のスイッチング素子１１〜１６間がモータ１３０の動力線に接続され、下アームのスイッチング素子（下ＭＯＳＦＥＴ）１２，１４，１６オン時のゲート抵抗値が、上アームのスイッチング素子（上ＭＯＳＦＥＴ）１１，１３，１５のオン時ゲート抵抗値よりも小さく設定され、且つ下アームのスイッチング素子１２，１４，１６オフ時のゲート抵抗値が、上アームのスイッチング素子１１，１３，１５オフ時のゲート抵抗値よりも大きく設定されている。具体的には、インバータ回路１２０は、下アームのスイッチング素子１１，１３，１５オン時のゲート抵抗値は、上アームのスイッチング素子１１，１３，１５オン時ゲート抵抗値よりも１／２以下に設定され、下アームのスイッチング素子１１，１３，１５オフ時のゲート抵抗値は、上アームのスイッチング素子１１，１３，１５オフ時のゲート抵抗値よりも１．５倍以上に設定されている。なお、上下アームのゲート抵抗値を、当該上下アームで異なる値に設定する構成例については図４、図５及び図１０により後記する。
直流電圧検出部１５０は、直流電源１１０の直流電圧Ｖｄを検出してモータ制御部１６０へ出力する。
モータ制御部１６０は、回路電流Ｉｏに基づいて、モータ１３０に流れる三相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ（但し、Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは図示略）を再現し、この再現された三相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと、直流電圧Ｖｄと、外部から入力されるモータ回転数指令値ｉｒとに基づいて、モータ１３０に印加する三相交流指令電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ（但し、Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは図示略）を演算する。また、モータ制御部１６０は、モータ１３０に印加する正弦波電圧の振幅値Ｖｓ（但し、Ｖｓは図示略）を演算し、これら演算結果をインバータ駆動部１７０へ出力する。なお、モータ制御部１６０の構成例については図３により後記する。
インバータ駆動部１７０は、モータ制御部１６０での演算結果である三相交流指令電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ（図示略）及び予め定められた正弦波電圧の振幅値Ｖｓ（図示略）に従い、第１〜第６のスイッチング素子１１〜１６のスイッチング制御（ＰＷＭ制御）を行うための駆動制御信号ｄｓを、インバータ回路１２０の各ゲート回路３１〜３６へ出力する。
モータ制御部１６０は、回路電流Ｉｏに基づいて、モータ１３０に流れる三相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ（但し、Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは図示略）を再現し、この再現された三相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと、直流電圧Ｖｄと、外部から入力されるモータ回転数指令値ｉｒとに基づいて、モータ１３０に印加する三相交流指令電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ（但し、Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは図示略）を演算する。また、モータ制御部１６０は、モータ１３０に印加する正弦波電圧の振幅値Ｖｓ（但し、Ｖｓは図示略）を演算し、これら演算結果をインバータ駆動部１７０へ出力する。なお、モータ制御部１６０の構成例については図３により後記する。
インバータ駆動部１７０は、モータ制御部１６０での演算結果である三相交流指令電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ（図示略）及び予め定められた正弦波電圧の振幅値Ｖｓ（図示略）に従い、第１〜第６のスイッチング素子１１〜１６のスイッチング制御（ＰＷＭ制御）を行うための駆動制御信号ｄｓを、インバータ回路１２０の各ゲート回路３１〜３６へ出力する。
[モータ制御部構成]
図３は、上記モータ制御装置１００のモータ制御部１６０の構成例を示すブロック図である。
図３に示すように、モータ制御部１６０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)１６１、ＲＯＭ(Read Only Memory)１６２、ＲＡＭ(Random-access Memory)１６３、記憶装置(HDD：Hard Disk Drive等)１６４を備え、これら１６１〜１６４がバス１６６に接続された一般的な構成となっているＣＰＵ１６１は、ＲＯＭ１６２に記憶されたプログラム１６５を読み出してＲＡＭ１６３に展開し、ＣＰＵ１６１がモータ制御部１６０の演算等の制御を実行するようになっている。
図３は、上記モータ制御装置１００のモータ制御部１６０の構成例を示すブロック図である。
図３に示すように、モータ制御部１６０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)１６１、ＲＯＭ(Read Only Memory)１６２、ＲＡＭ(Random-access Memory)１６３、記憶装置(HDD：Hard Disk Drive等)１６４を備え、これら１６１〜１６４がバス１６６に接続された一般的な構成となっているＣＰＵ１６１は、ＲＯＭ１６２に記憶されたプログラム１６５を読み出してＲＡＭ１６３に展開し、ＣＰＵ１６１がモータ制御部１６０の演算等の制御を実行するようになっている。
[ゲート回路構成]
図４は、上記モータ制御装置１００の第１及び第２のスイッチング素子のゲート回路の構成を示す図である。図４は、図１に示した上アームスイッチング素子（第１のスイッチング素子）及び下アームスイッチング素子（第２のスイッチング素子）のゲート回路３１，３２の具体的な構成を示す。
前記図１に示す上アームスイッチング素子のゲート回路３１，３３，３５は、同一構成を採るため第１のスイッチング素子１１のゲート回路３１を、ゲート回路３１-ａとして代表して説明する。同様に、前記図１に示す下アームスイッチング素子のゲート回路３２，３４，３６は、同一構成を採るため第２のスイッチング素子１２のゲート回路３２を、ゲート回路３２-ａとして代表して説明する。
ゲート回路３１-ａは、上アームのスイッチング素子（上ＭＯＳＦＥＴ）１１のゲートとインバータ駆動部１７０との間に接続されたゲート抵抗器Ｒ１と、当該ゲートにアノードが接続されたダイオードＤ１と、このダイオードＤ１のカソードとインバータ駆動部１７０との間に接続されたゲート抵抗器Ｒ２と、を備える。また、ゲート回路３２-ａは、下アームのスイッチング素子（下ＭＯＳＦＥＴ）１２のゲートとインバータ駆動部１７０との間に接続されたゲート抵抗器Ｒ３と、当該ゲートにカソードが接続されたダイオードＤ２と、このダイオードＤ２のアノードとインバータ駆動部１７０との間に接続されたゲート抵抗器Ｒ４と、を備える。なお、Ｃ１，Ｃ３は帰還容量成分、Ｃ１，Ｃ３は帰還容量成分である。
ゲート回路３１-ａは、上ＭＯＳＦＥＴ１１オン時にはゲート抵抗器Ｒ１が使用され、上ＭＯＳＦＥＴ１１オフ時にはゲート抵抗器Ｒ１、Ｒ２が使用される。また、ゲート回路３２-ａは、下ＭＯＳＦＥＴ１２オン時にはゲート抵抗器Ｒ３、Ｒ４が使用され、下ＭＯＳＦＥＴ１２オフ時はゲート抵抗器Ｒ３が使用される。
図４は、上記モータ制御装置１００の第１及び第２のスイッチング素子のゲート回路の構成を示す図である。図４は、図１に示した上アームスイッチング素子（第１のスイッチング素子）及び下アームスイッチング素子（第２のスイッチング素子）のゲート回路３１，３２の具体的な構成を示す。
前記図１に示す上アームスイッチング素子のゲート回路３１，３３，３５は、同一構成を採るため第１のスイッチング素子１１のゲート回路３１を、ゲート回路３１-ａとして代表して説明する。同様に、前記図１に示す下アームスイッチング素子のゲート回路３２，３４，３６は、同一構成を採るため第２のスイッチング素子１２のゲート回路３２を、ゲート回路３２-ａとして代表して説明する。
ゲート回路３１-ａは、上アームのスイッチング素子（上ＭＯＳＦＥＴ）１１のゲートとインバータ駆動部１７０との間に接続されたゲート抵抗器Ｒ１と、当該ゲートにアノードが接続されたダイオードＤ１と、このダイオードＤ１のカソードとインバータ駆動部１７０との間に接続されたゲート抵抗器Ｒ２と、を備える。また、ゲート回路３２-ａは、下アームのスイッチング素子（下ＭＯＳＦＥＴ）１２のゲートとインバータ駆動部１７０との間に接続されたゲート抵抗器Ｒ３と、当該ゲートにカソードが接続されたダイオードＤ２と、このダイオードＤ２のアノードとインバータ駆動部１７０との間に接続されたゲート抵抗器Ｒ４と、を備える。なお、Ｃ１，Ｃ３は帰還容量成分、Ｃ１，Ｃ３は帰還容量成分である。
ゲート回路３１-ａは、上ＭＯＳＦＥＴ１１オン時にはゲート抵抗器Ｒ１が使用され、上ＭＯＳＦＥＴ１１オフ時にはゲート抵抗器Ｒ１、Ｒ２が使用される。また、ゲート回路３２-ａは、下ＭＯＳＦＥＴ１２オン時にはゲート抵抗器Ｒ３、Ｒ４が使用され、下ＭＯＳＦＥＴ１２オフ時はゲート抵抗器Ｒ３が使用される。
図５は、上記モータ制御装置１００の第１及び第２のスイッチング素子のゲート回路の他の構成を示す図である。図４と同一構成部分には、同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
前記図１に示す上アームスイッチング素子のゲート回路３１，３３，３５は、同一構成を採るため第１のスイッチング素子１１のゲート回路３１を、ゲート回路３１-ｂとして代表して説明する。同様に、前記図１に示す下アームスイッチング素子のゲート回路３２，３４，３６は、同一構成を採るため第２のスイッチング素子１２のゲート回路３２を、ゲート回路３２-ｂとして代表して説明する。
ゲート回路３１-ｂは、上アームのスイッチング素子（上ＭＯＳＦＥＴ）１１のゲートとインバータ駆動部１７０との間に直列に接続されたゲート抵抗器Ｒ５及びゲート抵抗器Ｒ１と、ゲート抵抗器Ｒ５とゲート抵抗器Ｒ１との間にアノードが接続されたダイオードＤ１と、このダイオードＤ１のカソードとインバータ駆動部１７０との間に接続されたゲート抵抗器Ｒ２と、を備える。また、ゲート回路３２-ｂは、下アームのスイッチング素子（下ＭＯＳＦＥＴ）１２のゲートとインバータ駆動部１７０との間に直列に接続されたゲート抵抗器Ｒ６及びゲート抵抗器Ｒ３と、ゲート抵抗器Ｒ６とゲート抵抗器Ｒ３との間にカソードが接続されたダイオードＤ２と、このダイオードＤ２のアノードとインバータ駆動部１７０との間に接続されたゲート抵抗器Ｒ４と、を備える。ゲート抵抗器Ｒ５，Ｒ６は、ＭＯＳＦＥＴ１１，１２へ不測の電圧印加があった場合、この影響を緩和するためのものである。ＭＯＳＦＥＴ１１，１２のゲートになるべく近い場所に配置することが好ましい。
前記図１に示す上アームスイッチング素子のゲート回路３１，３３，３５は、同一構成を採るため第１のスイッチング素子１１のゲート回路３１を、ゲート回路３１-ｂとして代表して説明する。同様に、前記図１に示す下アームスイッチング素子のゲート回路３２，３４，３６は、同一構成を採るため第２のスイッチング素子１２のゲート回路３２を、ゲート回路３２-ｂとして代表して説明する。
ゲート回路３１-ｂは、上アームのスイッチング素子（上ＭＯＳＦＥＴ）１１のゲートとインバータ駆動部１７０との間に直列に接続されたゲート抵抗器Ｒ５及びゲート抵抗器Ｒ１と、ゲート抵抗器Ｒ５とゲート抵抗器Ｒ１との間にアノードが接続されたダイオードＤ１と、このダイオードＤ１のカソードとインバータ駆動部１７０との間に接続されたゲート抵抗器Ｒ２と、を備える。また、ゲート回路３２-ｂは、下アームのスイッチング素子（下ＭＯＳＦＥＴ）１２のゲートとインバータ駆動部１７０との間に直列に接続されたゲート抵抗器Ｒ６及びゲート抵抗器Ｒ３と、ゲート抵抗器Ｒ６とゲート抵抗器Ｒ３との間にカソードが接続されたダイオードＤ２と、このダイオードＤ２のアノードとインバータ駆動部１７０との間に接続されたゲート抵抗器Ｒ４と、を備える。ゲート抵抗器Ｒ５，Ｒ６は、ＭＯＳＦＥＴ１１，１２へ不測の電圧印加があった場合、この影響を緩和するためのものである。ＭＯＳＦＥＴ１１，１２のゲートになるべく近い場所に配置することが好ましい。
ゲート回路３１-ｂは、上ＭＯＳＦＥＴ１１オン時にはゲート抵抗器Ｒ１が使用され、上ＭＯＳＦＥＴ１１オフ時にはゲート抵抗器Ｒ１、Ｒ２が使用される。この場合、ＭＯＳＦＥＴ１１のゲートには、ゲート抵抗器Ｒ５が配置され、ＭＯＳＦＥＴ１１オン／オフにかかわらず、常にゲート抵抗器Ｒ５が接続される。
また、ゲート回路３２-ｂは、下ＭＯＳＦＥＴ１２オン時にはゲート抵抗器Ｒ３、Ｒ４が使用され、下ＭＯＳＦＥＴ１２オフ時はゲート抵抗器Ｒ３が使用される。この場合、ＭＯＳＦＥＴ１２のゲートには、ゲート抵抗器Ｒ６が配置され、ＭＯＳＦＥＴ１２オン／オフにかかわらず、常にゲート抵抗器Ｒ６が接続される。
また、ゲート回路３２-ｂは、下ＭＯＳＦＥＴ１２オン時にはゲート抵抗器Ｒ３、Ｒ４が使用され、下ＭＯＳＦＥＴ１２オフ時はゲート抵抗器Ｒ３が使用される。この場合、ＭＯＳＦＥＴ１２のゲートには、ゲート抵抗器Ｒ６が配置され、ＭＯＳＦＥＴ１２オン／オフにかかわらず、常にゲート抵抗器Ｒ６が接続される。
以上、図４及び図５のゲート回路３２-ａ，３１-ｂにおいて、下アームのスイッチング素子（下ＭＯＳＦＥＴ）１２，１４，１６オン時のゲート抵抗値が、上アームのスイッチング素子（上ＭＯＳＦＥＴ）１１，１３，１５のオン時ゲート抵抗値よりも小さく設定され、且つ下アームのスイッチング素子１２，１４，１６オフ時のゲート抵抗値が、上アームのスイッチング素子１１，１３，１５オフ時のゲート抵抗値よりも大きく設定されている。また、図１１乃至図１３で後記するように、上下アームのゲート抵抗値を、上下アームで異なる値に設定する場合、下アームのスイッチング素子１２，１４，１６オン時のゲート抵抗値は、上アームのスイッチング素子１１，１３，１５オン時ゲート抵抗値よりも１／２以下に設定され、下アームのスイッチング素子１２，１４，１６オフ時のゲート抵抗値は、上アームのスイッチング素子１１，１３，１５オフ時のゲート抵抗値よりも１．５倍以上に設定されることが好ましい。
[下アーム素子還流モード中の上アーム素子オン時のドレイン電流Ｉｄ]
<上アーム素子オン時>
図６は、下アーム素子が還流モード中に上アーム素子がオンした際の下アーム素子と上アーム素子の第１の接合点Ｎｄのドレイン電流Ｉｄを、上アーム素子のオン時ゲート抵抗値の大きさ毎に示す図である。
図６は、縦軸がドレイン電流Ｉｄ、横軸が時間ｔであり、下ＭＯＳＦＥＴ１２が還流モード（下還流モード）中に上ＭＯＳＦＥＴ１１がオンした際のドレイン電流Ｉｄを、上ＭＯＳＦＥＴ１１のオン時のゲート抵抗値（ゲート抵抗器Ｒ１の抵抗値）Ｈ-ＲonＮの大きさ毎に表している。このとき、下ＭＯＳＦＥＴのゲート抵抗値は固定値とする。また、図６では、ゲート抵抗値Ｈ‐ＲonＮの大きさを、Ｈ-ＲonＮ小，Ｈ-ＲonＮ中，Ｈ-ＲonＮ大で示している。
<上アーム素子オン時>
図６は、下アーム素子が還流モード中に上アーム素子がオンした際の下アーム素子と上アーム素子の第１の接合点Ｎｄのドレイン電流Ｉｄを、上アーム素子のオン時ゲート抵抗値の大きさ毎に示す図である。
図６は、縦軸がドレイン電流Ｉｄ、横軸が時間ｔであり、下ＭＯＳＦＥＴ１２が還流モード（下還流モード）中に上ＭＯＳＦＥＴ１１がオンした際のドレイン電流Ｉｄを、上ＭＯＳＦＥＴ１１のオン時のゲート抵抗値（ゲート抵抗器Ｒ１の抵抗値）Ｈ-ＲonＮの大きさ毎に表している。このとき、下ＭＯＳＦＥＴのゲート抵抗値は固定値とする。また、図６では、ゲート抵抗値Ｈ‐ＲonＮの大きさを、Ｈ-ＲonＮ小，Ｈ-ＲonＮ中，Ｈ-ＲonＮ大で示している。
前記図４及び図５に示す下ＭＯＳＦＥＴ１２の寄生ダイオード２２に順方向に電流が流れる下還流モード中に、上ＭＯＳＦＥＴ１１がスイッチング動作によりオンになると、下ＭＯＳＦＥＴ１２の寄生ダイオード２２に逆バイアス電圧が印加される。これにより、寄生ダイオード２２に逆回復電流Ｉｒｒが流れる。このため、上ＭＯＳＦＥＴ１１には、図６に示すような大きさのドレイン電流Ｉｄ１，Ｉｄ２，Ｉｄ３が流れてしまう。
ドレイン電流Ｉｄ１は、上ＭＯＳＦＥＴ１１のゲート抵抗値Ｈ‐ＲonＮが小（Ｈ-ＲonＮ小）の場合に流れ、ドレイン電流Ｉｄ２は、ゲート抵抗値Ｈ‐ＲonＮが中（Ｈ-ＲonＮ中）の場合に流れ、ドレイン電流Ｉｄ３は、ゲート抵抗値Ｈ‐ＲonＮが大（Ｈ-ＲonＮ大）の場合に流れる。また、各ドレイン電流Ｉｄ１，Ｉｄ２，Ｉｄ３の最大値（最大波高値）を、各実線矢印ｈ１，ｈ２，ｈ３で示した。また、ｔ１、ｔ２、ｔ３はドレイン電流Ｉｄ１、Ｉｄ２、Ｉｄ３が流れはじめてから、最大値まで達するのにかかる時間を示している。
ドレイン電流Ｉｄ１は、上ＭＯＳＦＥＴ１１のゲート抵抗値Ｈ‐ＲonＮが小（Ｈ-ＲonＮ小）の場合に流れ、ドレイン電流Ｉｄ２は、ゲート抵抗値Ｈ‐ＲonＮが中（Ｈ-ＲonＮ中）の場合に流れ、ドレイン電流Ｉｄ３は、ゲート抵抗値Ｈ‐ＲonＮが大（Ｈ-ＲonＮ大）の場合に流れる。また、各ドレイン電流Ｉｄ１，Ｉｄ２，Ｉｄ３の最大値（最大波高値）を、各実線矢印ｈ１，ｈ２，ｈ３で示した。また、ｔ１、ｔ２、ｔ３はドレイン電流Ｉｄ１、Ｉｄ２、Ｉｄ３が流れはじめてから、最大値まで達するのにかかる時間を示している。
このように、ドレイン電流ＩｄがＩｄ３，Ｉｄ２，Ｉｄ１の順で示すように大きくなる程に、下ＭＯＳＦＥＴ１２の寄生ダイオード２２に大きなＩｒｒが流れてしまう。このため、上ＭＯＳＦＥＴ１１のドレインと下ＭＯＳＦＥＴ１２のソースとの間に短絡電流が流れてしまう。この短絡電流が過大になると、スイッチング損失の増大や素子の破壊、といった不具合が生じる。
また、下ＭＯＳＦＥＴ１２が還流モード中に上ＭＯＳＦＥＴ１１がスイッチング動作を行ったとき、上ＭＯＳＦＥＴ１１のソースと下ＭＯＳＦＥＴのドレインの接合点、つまり、第１の接合点Ｎｄの電圧Ｖの変化ｄＶ／ｄｔと下ＭＯＳＦＥＴの帰還容量成分Ｃ３（図４及び図５参照）によって変位電流が発生し、この変位電流が帰還容量を通って下ＭＯＳＦＥＴ１２のゲートに流れ込んで入力容量成分Ｃ４に電荷がチャージされることで、本来オフ状態でなければならない下ＭＯＳＦＥＴ１２のゲートがオンしてしまうという、所謂セルフターンオン現象が発生する。
このような上アームオン時のセルフターンオン現象は、下ＭＯＳＦＥＴ１２のオフ時のゲート抵抗値、Ｌ-ＲoffＮが大きいほどに逆回復時間ｔｒｒが大きくなって、よりその度合いが大きくなる。このセルフターンオン現象の度合いが大きくなる程に、寄生ダイオード２２で発生する逆回復電流Ｉｒｒが大きくなってしまう悪影響を受ける。このため、スイッチング損失が大きくなり、効率悪化などの不具合を生じる。
このような上アームオン時のセルフターンオン現象は、下ＭＯＳＦＥＴ１２のオフ時のゲート抵抗値、Ｌ-ＲoffＮが大きいほどに逆回復時間ｔｒｒが大きくなって、よりその度合いが大きくなる。このセルフターンオン現象の度合いが大きくなる程に、寄生ダイオード２２で発生する逆回復電流Ｉｒｒが大きくなってしまう悪影響を受ける。このため、スイッチング損失が大きくなり、効率悪化などの不具合を生じる。
<下アーム素子オフ時>
図７は、下アーム素子が還流モード中に上アーム素子がオンした際の下アーム素子と上アーム素子の第１の接合点Ｎｄのドレイン電流Ｉｄを、下アーム素子のオフ時のゲート抵抗値の大きさ毎に示す図である。
図７は、縦軸がドレイン電流Ｉｄ、横軸が時間ｔであり、下ＭＯＳＦＥＴ１２が還流モード中に上ＭＯＳＦＥＴ１１がオンした際のドレイン電流Ｉｄを、下ＭＯＳＦＥＴ１２オフ時のゲート抵抗値Ｌ-ＲoffＮの大きさ毎に表している。但し、図７では、ゲート抵抗値Ｌ-ＲoffＮの大きさを、Ｌ-ＲoffＮ小，Ｌ-ＲoffＮ中，Ｌ-ＲoffＮ大で示しており、これらの大きさは、予め定められた抵抗値（所定抵抗値）に対する大きさである。すなわち、下ＭＯＳＦＥＴ１２のゲート抵抗値Ｌ-ＲoffＮが大きくなる程に、Ｌ-ＲoffＮ小，Ｌ-ＲoffＮ中，Ｌ-ＲoffＮ大と大きくなるように表現してある。
図７は、下アーム素子が還流モード中に上アーム素子がオンした際の下アーム素子と上アーム素子の第１の接合点Ｎｄのドレイン電流Ｉｄを、下アーム素子のオフ時のゲート抵抗値の大きさ毎に示す図である。
図７は、縦軸がドレイン電流Ｉｄ、横軸が時間ｔであり、下ＭＯＳＦＥＴ１２が還流モード中に上ＭＯＳＦＥＴ１１がオンした際のドレイン電流Ｉｄを、下ＭＯＳＦＥＴ１２オフ時のゲート抵抗値Ｌ-ＲoffＮの大きさ毎に表している。但し、図７では、ゲート抵抗値Ｌ-ＲoffＮの大きさを、Ｌ-ＲoffＮ小，Ｌ-ＲoffＮ中，Ｌ-ＲoffＮ大で示しており、これらの大きさは、予め定められた抵抗値（所定抵抗値）に対する大きさである。すなわち、下ＭＯＳＦＥＴ１２のゲート抵抗値Ｌ-ＲoffＮが大きくなる程に、Ｌ-ＲoffＮ小，Ｌ-ＲoffＮ中，Ｌ-ＲoffＮ大と大きくなるように表現してある。
図７に示すように、各ドレイン電流Ｉｄ４，Ｉｄ５，Ｉｄ６は共に、最大波高値は同じであるが、電流が流れている時間が、矢印幅Ｔ３で示すようにドレイン電流Ｉｄ４が最も長く、次に、Ｔ２で示すドレイン電流Ｉｄ５、Ｔ１で示すドレイン電流Ｉｄ６の順に短くなっている。Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、各ドレイン電流Ｉｄ４，Ｉｄ５，Ｉｄ６が最大波高値まで流れ切った後、逆回復電流Ｉｒｒが消滅して定常値に落ち着くまでの時間である。
ドレイン電流Ｉｄ４は、下ＭＯＳＦＥＴ１２オフ時のゲート抵抗値Ｌ‐ＲoffＮが大（Ｌ‐ＲoffＮ大）の場合に流れ、ドレイン電流Ｉｄ５は、ゲート抵抗値Ｌ‐ＲoffＮが中（Ｌ‐ＲoffＮ中）の場合に流れ、ドレイン電流Ｉｄ６は、ゲート抵抗値Ｌ‐ＲoffＮが小（Ｌ‐ＲoffＮ小）の場合に流れる。
つまり、ゲート抵抗値Ｌ‐ＲoffＮが、Ｌ‐ＲoffＮ大、Ｌ‐ＲoffＮ中、Ｌ‐ＲoffＮ小と小さくなる程、最大波高値から定常値に落ち着くまでの時間は、Ｔ３，Ｔ２，Ｔ１と短くなる。この最大波高値から定常値に落ち着くまでの時間はＴ１，Ｔ２，Ｔ３と長くなる程に、スイッチング素子のスイッチング損失が増えるという不具合が知られている。したがって、ゲート抵抗値Ｌ‐ＲoffＮが最も小さい（Ｌ‐ＲoffＮ小）場合に、最も短い時間Ｔ１でドレイン電流Ｉｄ６が流れ、この場合に最もスイッチング損失が小さくなる。
以上、下ＭＯＳＦＥＴ１２の寄生ダイオード２２に順方向に電流が流れる下還流モード中に、上ＭＯＳＦＥＴ１１がスイッチング動作によりオンになる場合の、上下アームのゲート抵抗値による電流波形の変化について説明した。
ドレイン電流Ｉｄ４は、下ＭＯＳＦＥＴ１２オフ時のゲート抵抗値Ｌ‐ＲoffＮが大（Ｌ‐ＲoffＮ大）の場合に流れ、ドレイン電流Ｉｄ５は、ゲート抵抗値Ｌ‐ＲoffＮが中（Ｌ‐ＲoffＮ中）の場合に流れ、ドレイン電流Ｉｄ６は、ゲート抵抗値Ｌ‐ＲoffＮが小（Ｌ‐ＲoffＮ小）の場合に流れる。
つまり、ゲート抵抗値Ｌ‐ＲoffＮが、Ｌ‐ＲoffＮ大、Ｌ‐ＲoffＮ中、Ｌ‐ＲoffＮ小と小さくなる程、最大波高値から定常値に落ち着くまでの時間は、Ｔ３，Ｔ２，Ｔ１と短くなる。この最大波高値から定常値に落ち着くまでの時間はＴ１，Ｔ２，Ｔ３と長くなる程に、スイッチング素子のスイッチング損失が増えるという不具合が知られている。したがって、ゲート抵抗値Ｌ‐ＲoffＮが最も小さい（Ｌ‐ＲoffＮ小）場合に、最も短い時間Ｔ１でドレイン電流Ｉｄ６が流れ、この場合に最もスイッチング損失が小さくなる。
以上、下ＭＯＳＦＥＴ１２の寄生ダイオード２２に順方向に電流が流れる下還流モード中に、上ＭＯＳＦＥＴ１１がスイッチング動作によりオンになる場合の、上下アームのゲート抵抗値による電流波形の変化について説明した。
次に、上ＭＯＳＦＥＴ１１の寄生ダイオード２１に順方向に電流が流れる還流モード（上還流モード）中に、下ＭＯＳＦＥＴ１２がスイッチング動作によりオンになる場合の、上下アームのゲート抵抗値による電流波形の変化について説明する。
[上アーム素子還流モード中の下アーム素子オン時のドレイン電流Ｉｄ]
<下アーム素子オン時>
図８は、上アーム素子が還流モード中に下アーム素子がオンした際の下アーム素子と上アーム素子の第１の接合点Ｎｄのドレイン電流Ｉｄを、下アーム素子のオン時のゲート抵抗値の大きさ毎に示す図である。
図８は、縦軸がドレイン電流Ｉｄ、横軸が時間ｔであり、上ＭＯＳＦＥＴ１１が還流モード時に下ＭＯＳＦＥＴ１２がオンした際のドレイン電流Ｉｄを、下ＭＯＳＦＥＴ１２のオン時のゲート抵抗値Ｌ-ＲonＮの大きさ毎に表している。また、図８では、ゲート抵抗値Ｌ‐ＲonＮの大きさを、Ｌ-ＲonＮ小，Ｌ-ＲonＮ中，Ｌ-ＲonＮ大で示している。
前記図４に示す上ＭＯＳＦＥＴ１１の寄生ダイオード２１に順方向に電流が流れる上還流モード中に、下ＭＯＳＦＥＴ１２がスイッチング動作によりオンになると、上ＭＯＳＦＥＴ１１の寄生ダイオード２１に逆バイアス電圧が印加される。これにより、寄生ダイオード２２に逆方向の逆回復電流Ｉｒｒが流れる。このため、上ＭＯＳＦＥＴ１１には、図８に示すような、大きさのドレイン電流Ｉｄ７，Ｉｄ８，Ｉｄ９が流れてしまう。
[上アーム素子還流モード中の下アーム素子オン時のドレイン電流Ｉｄ]
<下アーム素子オン時>
図８は、上アーム素子が還流モード中に下アーム素子がオンした際の下アーム素子と上アーム素子の第１の接合点Ｎｄのドレイン電流Ｉｄを、下アーム素子のオン時のゲート抵抗値の大きさ毎に示す図である。
図８は、縦軸がドレイン電流Ｉｄ、横軸が時間ｔであり、上ＭＯＳＦＥＴ１１が還流モード時に下ＭＯＳＦＥＴ１２がオンした際のドレイン電流Ｉｄを、下ＭＯＳＦＥＴ１２のオン時のゲート抵抗値Ｌ-ＲonＮの大きさ毎に表している。また、図８では、ゲート抵抗値Ｌ‐ＲonＮの大きさを、Ｌ-ＲonＮ小，Ｌ-ＲonＮ中，Ｌ-ＲonＮ大で示している。
前記図４に示す上ＭＯＳＦＥＴ１１の寄生ダイオード２１に順方向に電流が流れる上還流モード中に、下ＭＯＳＦＥＴ１２がスイッチング動作によりオンになると、上ＭＯＳＦＥＴ１１の寄生ダイオード２１に逆バイアス電圧が印加される。これにより、寄生ダイオード２２に逆方向の逆回復電流Ｉｒｒが流れる。このため、上ＭＯＳＦＥＴ１１には、図８に示すような、大きさのドレイン電流Ｉｄ７，Ｉｄ８，Ｉｄ９が流れてしまう。
ドレイン電流Ｉｄ７は、下ＭＯＳＦＥＴ１２のオン時のゲート抵抗値Ｌ‐ＲonＮが小（Ｌ-ＲonＮ小）の場合に流れ、ドレイン電流Ｉｄ８は、ゲート抵抗値Ｌ‐ＲonＮが中（Ｌ-ＲonＮ中）の場合に流れ、ドレイン電流Ｉｄ９は、ゲート抵抗値Ｌ‐ＲonＮが大（Ｌ-ＲonＮ大）の場合に流れる。また、各ドレイン電流Ｉｄ７，Ｉｄ８，Ｉｄ９の最大値（最大波高値）を、各実線矢印ｈ４，ｈ５，ｈ６で示した。また、ｔ４，ｔ５，ｔ６はドレイン電流Ｉｄ４，Ｉｄ５，Ｉｄ６が流れはじめてから、最大値まで達するのにかかる時間を示している。
このように、ドレイン電流ＩｄがＩｄ９，Ｉｄ８，Ｉｄ７で示すように大きくなる程に、上ＭＯＳＦＥＴ１１の寄生ダイオード２１に大きな逆回復電流が流れてしまう。このため、上アームのＭＯＳＦＥＴ１１のドレインと下アームのＭＯＳＦＥＴ１２のソースとの間に短絡電流が流れてしまう。この短絡電流が過大になるとスイッチング損失の増大や素子の破壊、といった不具合が生じる。
また、上ＭＯＳＦＥＴ１１が還流モード中に、下ＭＯＳＦＥＴ１２がスイッチング動作を行ったとき、上ＭＯＳＦＥＴ１１のドレインの電圧変化ｄＶ／ｄｔと上アームＭＯＳＦＥＴの帰還容量成分Ｃ１によって変位電流が発生し、この変位電流が帰還容量を通って上ＭＯＳＦＥＴ１１のゲートに流れ込んで入力容量成分Ｃ２に電荷がチャージされることで、セルフターンオン現象が発生する。
下還流モード時と同様に、上ＭＯＳＦＥＴ１１のオフ時のゲート抵抗値、Ｌ-ＲoffＮが大きいほどに逆回復時間ｔｒｒが大きくなって、その度合いが大きくなる。このセルフターンオン現象の度合いが大きくなる程に、寄生ダイオード２１で発生する逆回復電流Ｉｒｒが大きくなってしまう悪影響を受ける。このため、スイッチング損失が大きくなり、効率悪化などの不具合を生じる。
また、上ＭＯＳＦＥＴ１１が還流モード中に、下ＭＯＳＦＥＴ１２がスイッチング動作を行ったとき、上ＭＯＳＦＥＴ１１のドレインの電圧変化ｄＶ／ｄｔと上アームＭＯＳＦＥＴの帰還容量成分Ｃ１によって変位電流が発生し、この変位電流が帰還容量を通って上ＭＯＳＦＥＴ１１のゲートに流れ込んで入力容量成分Ｃ２に電荷がチャージされることで、セルフターンオン現象が発生する。
下還流モード時と同様に、上ＭＯＳＦＥＴ１１のオフ時のゲート抵抗値、Ｌ-ＲoffＮが大きいほどに逆回復時間ｔｒｒが大きくなって、その度合いが大きくなる。このセルフターンオン現象の度合いが大きくなる程に、寄生ダイオード２１で発生する逆回復電流Ｉｒｒが大きくなってしまう悪影響を受ける。このため、スイッチング損失が大きくなり、効率悪化などの不具合を生じる。
<上アーム素子オフ時>
図９は、下アーム素子が還流モード中に上アーム素子がオンした際の下アーム素子と上アーム素子の第１の接合点Ｎｄのドレイン電流Ｉｄを、上アーム素子のオフ時のゲート抵抗値の大きさ毎に示す図である。
図９は、縦軸がドレイン電流Ｉｄ、横軸が時間ｔであり、上ＭＯＳＦＥＴ１１が還流モード中に下ＭＯＳＦＥＴ１２がオンした際のドレイン電流Ｉｄを、上ＭＯＳＦＥＴ１２オフ時のゲート抵抗値Ｈ-ＲoffＮの大きさ毎に表している。但し、図９では、ゲート抵抗値Ｈ-ＲoffＮの大きさを、Ｈ-ＲoffＮ小，Ｈ-ＲoffＮ中，Ｈ-ＲoffＮ大で示しており、これらの大きさは、予め定められた抵抗値（所定抵抗値）に対する大きさである。すなわち、上ＭＯＳＦＥＴ１１のゲート抵抗値Ｈ-ＲoffＮが大きくなる程に、Ｈ-ＲoffＮ小，Ｈ-ＲoffＮ中，Ｈ-ＲoffＮ大と大きくなるように表現してある。
各ドレイン電流Ｉｄ１０，Ｉｄ１１，Ｉｄ１２は共に、最大波高値は同じであるが、最大波高値から定常値に落ち着くまでの時間が、矢印幅Ｔ６で示すようにドレイン電流Ｉｄ１０が最も長く、次に、Ｔ５で示すドレイン電流Ｉｄ１１、Ｔ４で示すドレイン電流Ｉｄ１２の順に短くなっている。
図９は、下アーム素子が還流モード中に上アーム素子がオンした際の下アーム素子と上アーム素子の第１の接合点Ｎｄのドレイン電流Ｉｄを、上アーム素子のオフ時のゲート抵抗値の大きさ毎に示す図である。
図９は、縦軸がドレイン電流Ｉｄ、横軸が時間ｔであり、上ＭＯＳＦＥＴ１１が還流モード中に下ＭＯＳＦＥＴ１２がオンした際のドレイン電流Ｉｄを、上ＭＯＳＦＥＴ１２オフ時のゲート抵抗値Ｈ-ＲoffＮの大きさ毎に表している。但し、図９では、ゲート抵抗値Ｈ-ＲoffＮの大きさを、Ｈ-ＲoffＮ小，Ｈ-ＲoffＮ中，Ｈ-ＲoffＮ大で示しており、これらの大きさは、予め定められた抵抗値（所定抵抗値）に対する大きさである。すなわち、上ＭＯＳＦＥＴ１１のゲート抵抗値Ｈ-ＲoffＮが大きくなる程に、Ｈ-ＲoffＮ小，Ｈ-ＲoffＮ中，Ｈ-ＲoffＮ大と大きくなるように表現してある。
各ドレイン電流Ｉｄ１０，Ｉｄ１１，Ｉｄ１２は共に、最大波高値は同じであるが、最大波高値から定常値に落ち着くまでの時間が、矢印幅Ｔ６で示すようにドレイン電流Ｉｄ１０が最も長く、次に、Ｔ５で示すドレイン電流Ｉｄ１１、Ｔ４で示すドレイン電流Ｉｄ１２の順に短くなっている。
ドレイン電流Ｉｄ１０は、上ＭＯＳＦＥＴ１１オフ時のゲート抵抗値Ｈ‐ＲoffＮが大（Ｈ‐ＲoffＮ大）の場合に流れ、ドレイン電流Ｉｄ１１は、ゲート抵抗値Ｈ‐ＲoffＮが中（Ｈ‐ＲoffＮ中）の場合に流れ、ドレイン電流Ｉｄ１２は、ゲート抵抗値Ｈ‐ＲoffＮが小（Ｈ‐ＲoffＮ小）の場合に流れる。
つまり、ゲート抵抗値Ｈ‐ＲoffＮが、Ｈ‐ＲoffＮ大、Ｈ‐ＲoffＮ中、Ｈ‐ＲoffＮ小と小さくなる程、最大波高値から定常値に落ち着くまでの時間がＴ６，Ｔ５，Ｔ４と短くなり、Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６と長くなる程に、スイッチング素子のスイッチング損失が増えるという不具合が知られている。したがって、ゲート抵抗値Ｈ‐ＲoffＮが最も小さい（Ｈ‐ＲoffＮ小）場合に、最も短い時間Ｔ４でドレイン電流Ｉｄ１２が流れ、この場合に最もスイッチング損失が小さくなる。
つまり、ゲート抵抗値Ｈ‐ＲoffＮが、Ｈ‐ＲoffＮ大、Ｈ‐ＲoffＮ中、Ｈ‐ＲoffＮ小と小さくなる程、最大波高値から定常値に落ち着くまでの時間がＴ６，Ｔ５，Ｔ４と短くなり、Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６と長くなる程に、スイッチング素子のスイッチング損失が増えるという不具合が知られている。したがって、ゲート抵抗値Ｈ‐ＲoffＮが最も小さい（Ｈ‐ＲoffＮ小）場合に、最も短い時間Ｔ４でドレイン電流Ｉｄ１２が流れ、この場合に最もスイッチング損失が小さくなる。
[上下アームのクロス波形が異なる知見]
<上下アームのゲート抵抗値同一>
図１０は、上記モータ制御装置１００の第１及び第２のスイッチング素子のゲート回路の他の構成を示す図である。図４及び図５と同一構成部分には、同一番号を付している。図１０は、上下アームでゲート定数を同じとした場合のゲート回路の構成を示している。
図１０に示すように、上下アームのゲート回路３１-ｃ，３２-ｃは、ゲート抵抗Ｒを１つとしている。
ゲート回路３１-ｃ，３２-ｃのゲート定数を、同じ値とした場合の上下アームのスイッチングを考える。通常、上下アームに同じスイッチング素子を配置したインバータ回路のゲート回路は、図１０に示すように上下アームのゲート定数を共通とすることが一般的である。
<上下アームのゲート抵抗値同一>
図１０は、上記モータ制御装置１００の第１及び第２のスイッチング素子のゲート回路の他の構成を示す図である。図４及び図５と同一構成部分には、同一番号を付している。図１０は、上下アームでゲート定数を同じとした場合のゲート回路の構成を示している。
図１０に示すように、上下アームのゲート回路３１-ｃ，３２-ｃは、ゲート抵抗Ｒを１つとしている。
ゲート回路３１-ｃ，３２-ｃのゲート定数を、同じ値とした場合の上下アームのスイッチングを考える。通常、上下アームに同じスイッチング素子を配置したインバータ回路のゲート回路は、図１０に示すように上下アームのゲート定数を共通とすることが一般的である。
<上下アームのクロス波形>
図１１は、上下アームのゲート抵抗を共通とした場合の、下アーム素子が還流モード中に上アーム素子がオンした際のクロス波形と、上アーム素子が還流モード時に下アーム素子がオンした際のクロス波形を示す図である。
図１１（Ａ）は、図１０のゲート回路３１-ｃ，３２-ｃ構成により、下ＭＯＳＦＥＴ１２が還流モード中に上ＭＯＳＦＥＴ１１がスイッチング動作を行ったときの、上ＭＯＳＦＥＴのドレイン‐ソース間電圧（Ｈ-Ｖｄｓ）と上ＭＯＳＦＥＴ１１のドレイン電流Ｉｄのクロス波形を示している。また図１１（Ｂ）は、上ＭＯＳＦＥＴ１１が還流モード中に下ＭＯＳＦＥＴ１２がスイッチング動作を行ったときの、下ＭＯＳＦＥＴのドレイン‐ソース間電圧（Ｌ-Ｖｄｓ）と上ＭＯＳＦＥＴ１１のドレイン電流Ｉｄのクロス波形を示している。図１１中、縦軸がドレイン電流Ｉｄ、ドレイン‐ソース間電圧Ｖｄｓであり、横軸が時間ｔである。
図１１は、上下アームのゲート抵抗を共通とした場合の、下アーム素子が還流モード中に上アーム素子がオンした際のクロス波形と、上アーム素子が還流モード時に下アーム素子がオンした際のクロス波形を示す図である。
図１１（Ａ）は、図１０のゲート回路３１-ｃ，３２-ｃ構成により、下ＭＯＳＦＥＴ１２が還流モード中に上ＭＯＳＦＥＴ１１がスイッチング動作を行ったときの、上ＭＯＳＦＥＴのドレイン‐ソース間電圧（Ｈ-Ｖｄｓ）と上ＭＯＳＦＥＴ１１のドレイン電流Ｉｄのクロス波形を示している。また図１１（Ｂ）は、上ＭＯＳＦＥＴ１１が還流モード中に下ＭＯＳＦＥＴ１２がスイッチング動作を行ったときの、下ＭＯＳＦＥＴのドレイン‐ソース間電圧（Ｌ-Ｖｄｓ）と上ＭＯＳＦＥＴ１１のドレイン電流Ｉｄのクロス波形を示している。図１１中、縦軸がドレイン電流Ｉｄ、ドレイン‐ソース間電圧Ｖｄｓであり、横軸が時間ｔである。
図１１（Ａ）の区間(1)-ａは、下ＭＯＳＦＥＴ１２が還流モード中に上ＭＯＳＦＥＴがスイッチングを行った後、ドレイン電流Ｉｄが最大波高値まで達するまでの時間を示している。図１１（Ａ）の区間(2)-ａは、ドレイン電流が最大波高値まで達した後、定常値に落ち着くまでの時間を示している。
そして、図１１（Ｂ）の区間(3)-ａは、上ＭＯＳＦＥＴ１１が還流モード中に下ＭＯＳＦＥＴ１２がスイッチングを行った後、ドレイン電流が最大波高値まで達するまでの時間を示している。図１１（Ｂ）の区間(4)-ａは、ドレイン電流が最大波高値まで達した後、定常値に落ち着くまでの時間を示している。
そして、図１１（Ｂ）の区間(3)-ａは、上ＭＯＳＦＥＴ１１が還流モード中に下ＭＯＳＦＥＴ１２がスイッチングを行った後、ドレイン電流が最大波高値まで達するまでの時間を示している。図１１（Ｂ）の区間(4)-ａは、ドレイン電流が最大波高値まで達した後、定常値に落ち着くまでの時間を示している。
区間(1)-ａは、上ＭＯＳＦＥＴ１１オン時の抵抗値Ｈ-ＲonＮの値によって変化し、区間(3)-ａは、下ＭＯＳＦＥＴ１２オン時の抵抗値Ｌ-ＲonＮの値によって変化する。つまり、区間(1)-ａ、区間(3)-ａは、上下アームそれぞれの素子のオン時のゲート抵抗値によって変化する。具体的には、前記図６に示すように上ＭＯＳＦＥＴ１１オン時のゲート抵抗値Ｈ-ＲonＮをＨ-ＲonＮ小、Ｈ-ＲonＮ中、Ｈ-ＲonＮ大と変えると、区間(1)-ａは、t1、t2、t3のように長くなる。同様に、前記図８に示すように下ＭＯＳＦＥＴ１２オン時のゲート抵抗値Ｌ-ＲonＮをＨ-ＲonＮ小、Ｈ-ＲonＮ中、Ｈ-ＲonＮ大と変えると、区間(3)-ａは、t4、t5、t6のように長くなる。
また、区間(2)-ａ、区間(4)-ａは、セルフターンオン発生区間であり、区間(2)-ａは下ＭＯＳＦＥＴ１２オフ時の抵抗値Ｌ-ＲoffＮの値によって変化し、区間(4)-ａは上ＭＯＳＦＥＴ１１オフ時の抵抗値Ｈ-ＲoffＮの値によって変化する。つまり、区間(2)-ａ及び区間(4)-ａは、スイッチングを行う素子と対となる素子のオフ時のゲート抵抗値によって変化する。具体的には、前記図７に示すように下ＭＯＳＦＥＴ１２オフ時のゲート抵抗値Ｌ-ＲoffＮをＬ-ＲoffＮ小、Ｌ-ＲoffＮ中、Ｌ-ＲoffＮ大と変えると、区間(2)-ａは、Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3のように長くなる。同様に、図９に示すように、上ＭＯＳＦＥＴ１１オフ時のゲート抵抗値Ｈ-ＲoffＮをＨ-ＲoffＮ小、Ｈ-ＲoffＮ中、Ｈ-ＲoffＮ大と変えると、区間(4)-ａはＴ4、Ｔ5、Ｔ6のように長くなる。
<上下アームのクロス波形比較>
図１１（Ａ）（Ｂ）の波形を見比べると、上下アームを同じゲート抵抗値でオンさせた場合、ゲート抵抗値は同じでも、実際のクロス波形は上下で異なる波形となっていることがわかる。これは例えば、上下アームでドライバＩＣの能力の違いがあった場合や、上下アームで電流が流れるパターンのインピーダンスに差があった場合にこのような現象が発生すると考えられる。
図１１（Ａ）（Ｂ）の波形を見比べると、上下アームを同じゲート抵抗値でオンさせた場合、ゲート抵抗値は同じでも、実際のクロス波形は上下で異なる波形となっていることがわかる。これは例えば、上下アームでドライバＩＣの能力の違いがあった場合や、上下アームで電流が流れるパターンのインピーダンスに差があった場合にこのような現象が発生すると考えられる。
すなわち、区間(1)-ａと区間(3)-ａとを比較すると、最大波高値は約１１Ａで等しいものの、この最大波高値に達するまでの時間は、区間(1)-ａが約１００ｎｓであるのに対して、区間(3)-ａは約１５０ｎｓであり、区間(1)-ａよりも区間(3)-ａの方が長い。これに伴い、その後最大波高値から定常値に落ち着くまでの時間は、区間(2)-ａが約１５０ｎｓであるのに対して区間(4)-ａは約１００ｎｓとなり、区間(2)-ａの方が区間(4)-ａよりも長いことがわかる。
よって、区間(1)-ａと区間(3)-ａのスイッチング損失では区間(3)-ａの方が大きく、区間(2)と区間(4)のスイッチング損失では区間(2)-ａの方が大きくなる。この波形においてスイッチング損失を計算すると、下還流における上オン時のスイッチング損失（区間(1)-ａ〜(2)-ａまでのスイッチング損失）は約２８８μJとなり、上還流における下オン時のスイッチング損失（区間(3)-ａ〜(4)-ａまでのスイッチング損失）は約３４３μＪとなる。
よって、区間(1)-ａと区間(3)-ａのスイッチング損失では区間(3)-ａの方が大きく、区間(2)と区間(4)のスイッチング損失では区間(2)-ａの方が大きくなる。この波形においてスイッチング損失を計算すると、下還流における上オン時のスイッチング損失（区間(1)-ａ〜(2)-ａまでのスイッチング損失）は約２８８μJとなり、上還流における下オン時のスイッチング損失（区間(3)-ａ〜(4)-ａまでのスイッチング損失）は約３４３μＪとなる。
以上のように、上下アームゲート回路のゲート抵抗値を共通にして、オンさせた場合、上下アームのクロス波形は同一とならず、区間(2)-ａや区間(4)-ａのようにスイッチング損失が不必要に大きくなる区間が発生してしまい、効率悪化の原因になってしまう。
特に、スーパー・ジャンクション・ＭＯＳＦＥＴのように逆回復電流Ｉｒｒが大きい（波高値と逆回復時間ｔｒｒが大きい）素子を使用した場合には、スイッチング損失増大による、効率悪化の影響が大きい。
特に、スーパー・ジャンクション・ＭＯＳＦＥＴのように逆回復電流Ｉｒｒが大きい（波高値と逆回復時間ｔｒｒが大きい）素子を使用した場合には、スイッチング損失増大による、効率悪化の影響が大きい。
[ゲート抵抗値上下アーム非共通構造]
そこで、本発明では、下アームスイッチング素子オン時のゲート抵抗値を、上アームスイッチング素子オン時のゲート抵抗値よりも小さく設定し、且つ下アームスイッチング素子オフ時のゲート抵抗値を、上アームスイッチング素子オフ時のゲート抵抗値よりも大きく設定するようにした。例えば、下アームのスイッチング素子１２，１４，１６オン時のゲート抵抗値を、上アームのスイッチング素子１１，１３，１５オン時ゲート抵抗値よりも１／２以下に設定し、下アームのスイッチング素子１２，１４，１６オフ時のゲート抵抗値を、上アームのスイッチング素子１１，１３，１５オフ時のゲート抵抗値よりも１．５倍以上に設定する。
これによって、後記するようにスーパー・ジャンクション・ＭＯＳＦＥＴのように逆回復電流Ｉｒｒの大きい素子をインバータの上下アームに用いた場合でも、スイッチング損失の増大を最小限に抑えることが可能である。
そこで、本発明では、下アームスイッチング素子オン時のゲート抵抗値を、上アームスイッチング素子オン時のゲート抵抗値よりも小さく設定し、且つ下アームスイッチング素子オフ時のゲート抵抗値を、上アームスイッチング素子オフ時のゲート抵抗値よりも大きく設定するようにした。例えば、下アームのスイッチング素子１２，１４，１６オン時のゲート抵抗値を、上アームのスイッチング素子１１，１３，１５オン時ゲート抵抗値よりも１／２以下に設定し、下アームのスイッチング素子１２，１４，１６オフ時のゲート抵抗値を、上アームのスイッチング素子１１，１３，１５オフ時のゲート抵抗値よりも１．５倍以上に設定する。
これによって、後記するようにスーパー・ジャンクション・ＭＯＳＦＥＴのように逆回復電流Ｉｒｒの大きい素子をインバータの上下アームに用いた場合でも、スイッチング損失の増大を最小限に抑えることが可能である。
<上下アームゲート定数非共通：例１>
図１２は、上下アームのゲート抵抗値を共通／非共通にした場合の下アーム素子が還流モード中に上アーム素子がオンした際のクロス波形を対比して示す図である。
図１２（Ａ）は、上下アームのゲート抵抗値を共通とした場合の、下ＭＯＳＦＥＴ１２が還流モード中に上ＭＯＳＦＥＴ１１がオン時のクロス波形を示す。図１２（Ａ）は、図１１（Ａ）と同一である。図１２（Ｂ）は、上下アームでゲート定数を非共通とした場合、具体的には下ＭＯＳＦＥＴ１２オフ時のゲート抵抗値Ｌ-ＲoffＮを、上ＭＯＳＦＥＴ１１オフ時のゲート抵抗値Ｈ-ＲoffＮの１．５倍に設定した条件下で、下ＭＯＳＦＥＴ１２が還流モード中に上ＭＯＳＦＥＴ１１がオンした場合のクロス波形を示す。
図１２は、上下アームのゲート抵抗値を共通／非共通にした場合の下アーム素子が還流モード中に上アーム素子がオンした際のクロス波形を対比して示す図である。
図１２（Ａ）は、上下アームのゲート抵抗値を共通とした場合の、下ＭＯＳＦＥＴ１２が還流モード中に上ＭＯＳＦＥＴ１１がオン時のクロス波形を示す。図１２（Ａ）は、図１１（Ａ）と同一である。図１２（Ｂ）は、上下アームでゲート定数を非共通とした場合、具体的には下ＭＯＳＦＥＴ１２オフ時のゲート抵抗値Ｌ-ＲoffＮを、上ＭＯＳＦＥＴ１１オフ時のゲート抵抗値Ｈ-ＲoffＮの１．５倍に設定した条件下で、下ＭＯＳＦＥＴ１２が還流モード中に上ＭＯＳＦＥＴ１１がオンした場合のクロス波形を示す。
まず、図１２（Ａ）の区間(1)-ａと図１２（Ｂ）の区間(1)-ｂを比較する。
区間(1)-ａと区間(1)-ｂでは、ドレイン電流Ｉｄが最大波高値まで達する時間は約１００ｎｓで等しい。しかし、区間(1)-ａの最大波高値が約１１Ａであるのに対し区間(1)-ｂの最大波高値は約１０Ａであり、区間(1)-ｂの最大波高値が小さくなっていることがわかる。最大波高値を下げることで、スイッチング損失を改善することができる。
区間(1)-ａと区間(1)-ｂでは、ドレイン電流Ｉｄが最大波高値まで達する時間は約１００ｎｓで等しい。しかし、区間(1)-ａの最大波高値が約１１Ａであるのに対し区間(1)-ｂの最大波高値は約１０Ａであり、区間(1)-ｂの最大波高値が小さくなっていることがわかる。最大波高値を下げることで、スイッチング損失を改善することができる。
次に、図１２（Ａ）の区間(2)-ａと図１２（Ｂ）の区間(2)-ｂを比較する。
区間(2)-ａでは、ドレイン電流Ｉｄが最大波高値（約１１Ａ）から定常値に落ち着くまでの時間は、約１５０ｎｓである。区間(2)-ｂでは、ドレイン電流Ｉｄが最大波高値（約１０Ａ）から定常値に落ち着くまでの時間は、約１２５ｎｓである。区間(2)-ａと区間(2)-ｂでは、ドレイン電流Ｉｄが最大波高値から定常値に落ち着くまでの時間が短くなっていることがわかる。ドレイン電流Ｉｄが最大波高値から定常値に落ち着くまでの時間、すなわち逆回復時間が短くすることで、スイッチング損失を改善することができる。
区間(2)-ａでは、ドレイン電流Ｉｄが最大波高値（約１１Ａ）から定常値に落ち着くまでの時間は、約１５０ｎｓである。区間(2)-ｂでは、ドレイン電流Ｉｄが最大波高値（約１０Ａ）から定常値に落ち着くまでの時間は、約１２５ｎｓである。区間(2)-ａと区間(2)-ｂでは、ドレイン電流Ｉｄが最大波高値から定常値に落ち着くまでの時間が短くなっていることがわかる。ドレイン電流Ｉｄが最大波高値から定常値に落ち着くまでの時間、すなわち逆回復時間が短くすることで、スイッチング損失を改善することができる。
このように、下アームでゲート抵抗値を変えることで、ゲート抵抗値を共通にした場合に対して、ドレイン電流の最大波高値と逆回復時間のいずれもが改善されて、スイッチング損失が改善される。すなわち、区間(1)-ａと区間(2)-ｂでは、ドレイン電流の最大波高値と逆回復時間の両面において、スイッチング損失が改善され、効率向上を図ることができる。特に、ＳＪ−ＭＯＳＦＥＴのように逆回復電流Ｉｒｒが大きい（波高値と逆回復時間ｔｒｒが大きい）素子を使用した場合には、スイッチング損失改善による、効率向上の効果が大きい。
ここで、本実施形態では、上下アームのゲート抵抗値を、上下アームで異なる値に設定する場合、下アームのスイッチング素子１２，１４，１６オフ時のゲート抵抗値を、上アームのスイッチング素子１１，１３，１５オフ時のゲート抵抗値よりも１．５倍以上に設定するようにしている。この理由は、上述した知見（図１１及び図１２参照）に基づくものである。
すなわち、図４、図５及び図１０のゲート回路３１，３２において、下ＭＯＳＦＥＴ１２オフ時のゲート抵抗値Ｌ-ＲoffＮを、上ＭＯＳＦＥＴ１１オフ時のゲート抵抗値Ｈ-ＲoffＮの１．５倍に設定して実測すると、ドレイン電流Ｉｄが最大波高値まで達する時間において、この最大波高値が上下アームのスイッチング素子１１〜１６のゲート抵抗値を共通にした場合よりも低くなる（最大波高値は約１１Ａから約１０Ａに低下）ことが実験により確かめられた。言い換えれば、下アームスイッチング素子オフ時のゲート抵抗値を、上アームスイッチング素子オフ時のゲート抵抗値よりも大きく設定するようにすれば、最大波高値をスイッチング素子１１〜１６のゲート抵抗値を共通にした場合よりも低くすることが可能になる。
<上下アームゲート定数非共通：例２>
図１３は、上下アームのゲート抵抗値を共通／非共通にした場合の上アーム素子が還流モード中に下アーム素子がオンした際のクロス波形を対比して示す図である。
図１３（Ａ）は、上下アームのゲート抵抗値を共通とした場合の、上ＭＯＳＦＥＴ１１が還流モード中に下ＭＯＳＦＥＴ１２がオン時のクロス波形を示す。図１３（Ａ）は、図１１（Ｂ）と同一である。図１３（Ｂ）は、上下アームでゲート定数を非共通とした場合、具体的には下ＭＯＳＦＥＴ１２オン時のゲート抵抗値Ｌ-ＲonＮを、上ＭＯＳＦＥＴ１１オン時のゲート抵抗値Ｈ-ＲonＮの１／２とし、さらに下ＭＯＳＦＥＴ１２オフ時のゲート抵抗値Ｌ-ＲoffＮを、上ＭＯＳＦＥＴ１１オフ時のゲート抵抗値Ｈ-ＲoffＮの１．５倍に設定した条件下で、上ＭＯＳＦＥＴ１１還流モード中に下ＭＯＳＦＥＴ１２がオンした場合のクロス波形を示す。
図１３は、上下アームのゲート抵抗値を共通／非共通にした場合の上アーム素子が還流モード中に下アーム素子がオンした際のクロス波形を対比して示す図である。
図１３（Ａ）は、上下アームのゲート抵抗値を共通とした場合の、上ＭＯＳＦＥＴ１１が還流モード中に下ＭＯＳＦＥＴ１２がオン時のクロス波形を示す。図１３（Ａ）は、図１１（Ｂ）と同一である。図１３（Ｂ）は、上下アームでゲート定数を非共通とした場合、具体的には下ＭＯＳＦＥＴ１２オン時のゲート抵抗値Ｌ-ＲonＮを、上ＭＯＳＦＥＴ１１オン時のゲート抵抗値Ｈ-ＲonＮの１／２とし、さらに下ＭＯＳＦＥＴ１２オフ時のゲート抵抗値Ｌ-ＲoffＮを、上ＭＯＳＦＥＴ１１オフ時のゲート抵抗値Ｈ-ＲoffＮの１．５倍に設定した条件下で、上ＭＯＳＦＥＴ１１還流モード中に下ＭＯＳＦＥＴ１２がオンした場合のクロス波形を示す。
まず、図１３（Ａ）の区間(3)-ａと図１３（Ｂ）の区間(3)-ｂを比較する。
区間(3)-ａでは、ドレイン電流Ｉｄが最大波高値まで達する時間が約１５０ｎｓであるのに対し区間(3)-ｂではドレイン電流Ｉｄが最大波高値まで達する時間が約１２５ｎｓであり、ドレイン電流Ｉｄが最大波高値まで達する時間が短くなっていることがわかる。また、区間(3)-ａの最大波高値が約１１Ａであるのに対し区間(3)-ｂの最大波高値は約１０Ａであり、区間(3)-ｂの最大波高値が小さくなっていることがわかる。ドレイン電流Ｉｄの最大波高値と、ドレイン電流Ｉｄが最大波高値まで達する時間のいずれもが改善されている。
区間(3)-ａでは、ドレイン電流Ｉｄが最大波高値まで達する時間が約１５０ｎｓであるのに対し区間(3)-ｂではドレイン電流Ｉｄが最大波高値まで達する時間が約１２５ｎｓであり、ドレイン電流Ｉｄが最大波高値まで達する時間が短くなっていることがわかる。また、区間(3)-ａの最大波高値が約１１Ａであるのに対し区間(3)-ｂの最大波高値は約１０Ａであり、区間(3)-ｂの最大波高値が小さくなっていることがわかる。ドレイン電流Ｉｄの最大波高値と、ドレイン電流Ｉｄが最大波高値まで達する時間のいずれもが改善されている。
次に、図１３（Ａ）の区間(4)-ａと図１３（Ｂ）の区間(4)-ｂを比較する。
区間(4)-ａでは、ドレイン電流Ｉｄが最大波高値（約１１Ａ）から定常値に落ち着くまでの時間は、約１００ｎｓである。区間(4)-ｂでは、ドレイン電流Ｉｄが最大波高値（約１０Ａ）から定常値に落ち着くまでの時間は、約７０ｎｓである。区間(4)-ａと区間(4)-ｂでは、ドレイン電流Ｉｄが最大波高値から定常値に落ち着くまでの時間が短くなっていることがわかる。ドレイン電流Ｉｄが最大波高値から定常値に落ち着くまでの時間、すなわち逆回復時間を短くすることができ、スイッチング損失を改善することができる。
区間(4)-ａでは、ドレイン電流Ｉｄが最大波高値（約１１Ａ）から定常値に落ち着くまでの時間は、約１００ｎｓである。区間(4)-ｂでは、ドレイン電流Ｉｄが最大波高値（約１０Ａ）から定常値に落ち着くまでの時間は、約７０ｎｓである。区間(4)-ａと区間(4)-ｂでは、ドレイン電流Ｉｄが最大波高値から定常値に落ち着くまでの時間が短くなっていることがわかる。ドレイン電流Ｉｄが最大波高値から定常値に落ち着くまでの時間、すなわち逆回復時間を短くすることができ、スイッチング損失を改善することができる。
ここで、本実施形態では、上下アームのゲート抵抗値を、上下アームで異なる値に設定する場合、下アームのスイッチング素子１２，１４，１６オン時のゲート抵抗値を、上アームのスイッチング素子１１，１３，１５オン時ゲート抵抗値よりも１／２以下に設定するようにしている。この理由は、上述した知見（図１３参照）に基づくものである。
すなわち、図４、図５及び図１０のゲート回路３１，３２において、下ＭＯＳＦＥＴ１２オン時のゲート抵抗値Ｌ-ＲonＮを、上ＭＯＳＦＥＴ１１オン時のゲート抵抗値Ｈ-ＲonＮの１／２に設定して実測すると、ドレイン電流Ｉｄが最大波高値から定常値になるまでの時間が、上下アームのスイッチング素子１１〜１６のゲート抵抗値を共通にした場合よりも短くなる（約１００ｎｓから約７０ｎｓに短縮）ことが実験により確かめられた。言い換えれば、下アームのスイッチング素子オン時のゲート抵抗値は、上アームのスイッチング素子オン時ゲート抵抗値よりも１／２以下に設定するようにすれば、最大波高値から定常値に落ち着くまでの時間をスイッチング素子１１〜１６のゲート抵抗値を共通にした場合よりも短くすることが可能になる。
すなわち、図４、図５及び図１０のゲート回路３１，３２において、下ＭＯＳＦＥＴ１２オン時のゲート抵抗値Ｌ-ＲonＮを、上ＭＯＳＦＥＴ１１オン時のゲート抵抗値Ｈ-ＲonＮの１／２に設定して実測すると、ドレイン電流Ｉｄが最大波高値から定常値になるまでの時間が、上下アームのスイッチング素子１１〜１６のゲート抵抗値を共通にした場合よりも短くなる（約１００ｎｓから約７０ｎｓに短縮）ことが実験により確かめられた。言い換えれば、下アームのスイッチング素子オン時のゲート抵抗値は、上アームのスイッチング素子オン時ゲート抵抗値よりも１／２以下に設定するようにすれば、最大波高値から定常値に落ち着くまでの時間をスイッチング素子１１〜１６のゲート抵抗値を共通にした場合よりも短くすることが可能になる。
但し、ゲート回路３１，３２のオン時，オフ時それぞれゲート抵抗値に、上下アームで異なる値に設定する場合、当該ゲート抵抗値の設定には、下記に留意する必要がある。例えば、図１３（Ｂ）ａ．に示すように、ドレイン‐ソース間電圧（Ｌ-Ｖｄｓ）のクロス波形の立下りでアンダーシュート（リンギング）が、また図１３（Ｂ）ｂ．に示すＩｄのアンダーシュートが発生する。このようなリンギングはノイズとなり信頼性等を低下させるおそれがある。本発明者らによれば、このＬ-Ｖｄｓ及びＩｄに発生するリンギングは、上下アームゲート定数非共通にした場合のクロス波形（図１１参照）では小さいことが分かった。また、上下アームゲート定数非共通の場合であっても、ドレイン電流Ｉｄが最大波高値から定常値に落ち着くまでの時間が、上下アームゲート定数非共通の場合よりもそれほど短くないときは（図１２（Ｂ）参照）、Ｌ-Ｖｄｓ及びＩｄに発生するリンギングは小さいことが判明した。したがって、前記最大波高値から定常値に落ち着くまでの時間が、上下アームで異なる値に設定する場合のゲート抵抗値の設定条件の一つとなる。
<スイッチング損失計算結果>
前記図１２（Ａ）の波形と図１２（Ｂ）の波形を比較してスイッチング損失を計算する。
上記各波形においてスイッチング損失を計算すると、下還流における上オン時のスイッチング損失（図１２（Ｂ）の区間(1)-ｂ〜(2)-ｂまでのスイッチング損失）は約２３８μJとなり、図１２（Ａ）の波形に比べて約１７％低減となる。
前記図１３（Ａ）の波形と図１３（Ｂ）の波形を比較してスイッチング損失を計算する。
上記各波形においてスイッチング損失を計算すると、上還流における下オン時のスイッチング損失（図１３（Ｂ）の区間(3)-ｂ〜(4)-ｂまでのスイッチング損失）は約２４０μＪとなり、図１３（Ａ）の波形に比べて約３０％低減となる。
前記図１２（Ａ）の波形と図１２（Ｂ）の波形を比較してスイッチング損失を計算する。
上記各波形においてスイッチング損失を計算すると、下還流における上オン時のスイッチング損失（図１２（Ｂ）の区間(1)-ｂ〜(2)-ｂまでのスイッチング損失）は約２３８μJとなり、図１２（Ａ）の波形に比べて約１７％低減となる。
前記図１３（Ａ）の波形と図１３（Ｂ）の波形を比較してスイッチング損失を計算する。
上記各波形においてスイッチング損失を計算すると、上還流における下オン時のスイッチング損失（図１３（Ｂ）の区間(3)-ｂ〜(4)-ｂまでのスイッチング損失）は約２４０μＪとなり、図１３（Ａ）の波形に比べて約３０％低減となる。
以上説明したように、本実施形態に係るモータ制御装置１００は、インバータ回路１２０が、直流電力が供給される正負の母線間の上アーム及び下アームに接続され、上下で１対を成すスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）１１〜１６を３対有し、該３対のスイッチング素子１１〜１６間がモータ１３０の動力線に接続され、下アームのスイッチング素子（下ＭＯＳＦＥＴ）１２，１４，１６オン時のゲート抵抗値が、上アームのスイッチング素子（上ＭＯＳＦＥＴ）１１，１３，１５のオン時ゲート抵抗値よりも小さく設定され、且つ下アームのスイッチング素子１２，１４，１６オフ時のゲート抵抗値が、上アームのスイッチング素子１１，１３，１５オフ時のゲート抵抗値よりも大きく設定される。例えば、インバータ回路１２０は、下アームのスイッチング素子１２，１４，１６オン時のゲート抵抗値は、上アームのスイッチング素子１１，１３，１５オン時ゲート抵抗値よりも１／２以下に設定され、下アームのスイッチング素子１２，１４，１６オフ時のゲート抵抗値は、上アームのスイッチング素子１１，１３，１５オフ時のゲート抵抗値よりも１．５倍以上に設定される。
この構成により、インバータ回路１２０の上アームと下アームとに同じ特性のスイッチング素子を使用した場合（図１１参照）に比べて、回路部品点数の増加や回路動作制御の複雑化を招くことなく、スイッチング時に発生する逆回復電流Ｉｒｒによるスイッチング損失を抑制することができる（図１２（Ｂ）及び図１３（Ｂ）参照）。特に、インバータ回路１２０の上下アームに、ＳＪ−ＭＯＳＦＥＴのように逆回復電流Ｉｒｒが大きい（波高値と逆回復時間ｔｒｒが大きい）素子を用いた場合に、逆回復電流Ｉｒｒによるスイッチング損失の増大を最小限に抑えることができる。
このように、本実施形態では、インバータ回路１２０内ゲート回路３１，３２のオン時オフ時それぞれに上下アームでゲート抵抗値を変えることで、ゲート抵抗値を共通にした場合と比較して、逆回復電流Ｉｒｒによるスイッチング損失の増大を抑制することができる。
このように、本実施形態では、インバータ回路１２０内ゲート回路３１，３２のオン時オフ時それぞれに上下アームでゲート抵抗値を変えることで、ゲート抵抗値を共通にした場合と比較して、逆回復電流Ｉｒｒによるスイッチング損失の増大を抑制することができる。
（第２の実施形態）
図１４は、本発明の第２の実施形態のモータ制御装置を用いた空気調和機の構成図である。
図１４に示すように、空気調和機２００は、熱交換器２０１，２０２と、ファン２０３，２０４と、圧縮機２０５と、配管２０６と、モータ制御装置１００（図２参照）と、から構成されている。
モータ制御装置１００は、交流電源を直流に変換して、モータ駆動用のインバータ回路１２０（図２参照）に提供し、圧縮機２０５の内部に配置されている三相同期モータ１３０（図２参照）を駆動する。
第１の実施形態のモータ制御装置１００を、空気調和機２００のファンモータや、圧縮機２０５に適用することで、高効率で高い省エネ性能を有する空気調和機２００を提供することが可能である。
図１４は、本発明の第２の実施形態のモータ制御装置を用いた空気調和機の構成図である。
図１４に示すように、空気調和機２００は、熱交換器２０１，２０２と、ファン２０３，２０４と、圧縮機２０５と、配管２０６と、モータ制御装置１００（図２参照）と、から構成されている。
モータ制御装置１００は、交流電源を直流に変換して、モータ駆動用のインバータ回路１２０（図２参照）に提供し、圧縮機２０５の内部に配置されている三相同期モータ１３０（図２参照）を駆動する。
第１の実施形態のモータ制御装置１００を、空気調和機２００のファンモータや、圧縮機２０５に適用することで、高効率で高い省エネ性能を有する空気調和機２００を提供することが可能である。
本発明は上記の実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。
例えば、本実施形態では、下アームオン時のゲート抵抗値Ｌ-ＲonＮを、上アームオン時のゲート抵抗値Ｈ-ＲonＮの１／２とし、さらに下アームオフ時のゲート抵抗値Ｌ-ＲoffＮを、上アームオフ時のゲート抵抗値Ｈ-ＲoffＮの１．５倍に設定した場合について説明したが、使用する素子や、目標とするスイッチング損失に合わせて、上下アームオン時、オフ時のゲート抵抗値Ｈ-ＲonＮ、Ｈ-ＲoffＮ、Ｌ-ＲonＮ、Ｌ-ＲoffＮを調整すればよい。
例えば、本実施形態では、下アームオン時のゲート抵抗値Ｌ-ＲonＮを、上アームオン時のゲート抵抗値Ｈ-ＲonＮの１／２とし、さらに下アームオフ時のゲート抵抗値Ｌ-ＲoffＮを、上アームオフ時のゲート抵抗値Ｈ-ＲoffＮの１．５倍に設定した場合について説明したが、使用する素子や、目標とするスイッチング損失に合わせて、上下アームオン時、オフ時のゲート抵抗値Ｈ-ＲonＮ、Ｈ-ＲoffＮ、Ｌ-ＲonＮ、Ｌ-ＲoffＮを調整すればよい。
また、インバータ回路１２０内ゲート回路３１，３２は、図４、図５及び図１０に示す、ゲート回路３１-ａ，３２-ａ，３１-ｂ，３２-ｂ，３１-ｃ，３２-ｃなどが考えられるが、本発明はゲート回路の構成、及びゲート抵抗器やダイオードの個数・接続方法に限定されるものでなく、所望の抵抗値が得られるように最適なゲート回路の構成を決定すればよい。
また、本実施形態では、上下アームにＭＯＳＦＥＴを使用した場合を例に採って説明したが、上下アームにＩＧＢＴを使用した場合でも同様の効果を得ることが可能である。
また、本実施形態のスイッチング素子としてＳＪ−ＭＯＳＦＥＴを使用することで、さらに高効率なモータ制御装置を提供することが可能である。ＳＪ−ＭＯＳＦＥＴは、定常損失が小さいため、定常損低減効果が高いものの、前述したように逆回復電流が大きいため、スイッチング損失は大きい。そのため、定常損低減効果が大きく損なわれる可能性がある。本発明をインバータ回路に適用することで、スイッチング損失の増大を抑えることが可能となり、損低減効果を高めることができる。
また、本実施のスイッチング素子として、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）・ＭＯＳＦＥＴを使用することで、高効率なモータ制御装置を提供することが可能である。
上記した実施形態例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態例の構成の一部を他の実施形態例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態例の構成に他の実施形態例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行するためのソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、又は、ＩＣ（Integrated-circuit）カード、ＳＤ（Secure Digital）カード、光ディスク等の記録媒体に保持することができる。また、本明細書において、時系列的な処理を記述する処理ステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）をも含むものである。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
１１，１２，１３，１４，１５，１６ ＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）
２１，２２，２３，２４，２５，２６ 寄生ダイオード
３１，３２ ゲート回路
３１-ａ，３２-ａ，３１-ｂ，３２-ｂ，３１-ｃ，３２-ｃ ゲート回路
１００ モータ制御装置
１１０ 直流電源
１２０ 三相インバータ回路（インバータ回路）
１３０ 三相同期モータ（モータ）
１４０ 電流検出部
１５０ 直流電圧検出部
１６０ モータ制御部
１７０ インバータ駆動部
１６１ ＣＰＵ
１６２ ＲＯＭ
１６３ ＲＡＭ
１６４ 記憶装置
１６６ バス
２００ 空気調和機
２０１，２０２ 熱交換器
２０３，２０４ ファン
２０５ 圧縮機
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６ ゲート抵抗器
Ｄ１，Ｄ２ ダイオード
Ｃ１，Ｃ３ 帰還容量成分
Ｃ２，Ｃ４ 入力容量成分
Ｉｏ 回路電流
ＰＬ 正の直流母線
ＮＬ 負の直流母線
ｄｓ 駆動制御信号
ｉｒ モータ回転数指令値
２１，２２，２３，２４，２５，２６ 寄生ダイオード
３１，３２ ゲート回路
３１-ａ，３２-ａ，３１-ｂ，３２-ｂ，３１-ｃ，３２-ｃ ゲート回路
１００ モータ制御装置
１１０ 直流電源
１２０ 三相インバータ回路（インバータ回路）
１３０ 三相同期モータ（モータ）
１４０ 電流検出部
１５０ 直流電圧検出部
１６０ モータ制御部
１７０ インバータ駆動部
１６１ ＣＰＵ
１６２ ＲＯＭ
１６３ ＲＡＭ
１６４ 記憶装置
１６６ バス
２００ 空気調和機
２０１，２０２ 熱交換器
２０３，２０４ ファン
２０５ 圧縮機
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６ ゲート抵抗器
Ｄ１，Ｄ２ ダイオード
Ｃ１，Ｃ３ 帰還容量成分
Ｃ２，Ｃ４ 入力容量成分
Ｉｏ 回路電流
ＰＬ 正の直流母線
ＮＬ 負の直流母線
ｄｓ 駆動制御信号
ｉｒ モータ回転数指令値
Claims (9)
- 直流電力を交流電力に変換し、該変換された交流電力でモータの駆動制御を行うインバータ回路を備え、
前記インバータ回路は、
前記直流電力が供給される正負の母線間の上アーム及び下アームに接続され、上下で１対を成すスイッチング素子を３対有し、該３対のスイッチング素子間が前記モータの動力線に接続され、
前記下アームの前記スイッチング素子オン時のゲート抵抗値が、前記上アームの前記スイッチング素子のオン時ゲート抵抗値よりも小さく設定され、且つ前記下アームの前記スイッチング素子オフ時のゲート抵抗値が、前記上アームの前記スイッチング素子オフ時のゲート抵抗値よりも大きく設定された
ことを特徴とするモータ制御装置。 - 前記下アームの前記スイッチング素子オン時のゲート抵抗値は、前記上アームの前記スイッチング素子オン時ゲート抵抗値よりも１／２以下に設定され、前記下アームの前記スイッチング素子オフ時のゲート抵抗値は、前記上アームの前記スイッチング素子オフ時のゲート抵抗値よりも１．５倍以上に設定された
ことを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。 - 前記スイッチング素子のドレイン電流が最大波高値まで達する時間において、前記最大波高値が上下アームの前記スイッチング素子のゲート抵抗値を共通にした場合よりも低くなるように、前記上下アームのゲート抵抗値を、当該上下アームで異なる値に設定する
ことを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。 - 前記スイッチング素子のドレイン電流が最大波高値から定常値になるまでの時間が、上下アームの前記スイッチング素子のゲート抵抗値を共通にした場合よりも短くなるように、前記上下アームのゲート抵抗値を、当該上下アームで異なる値に設定する
ことを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。 - 前記スイッチング素子のオン／オフ動作により当該素子のドレイン‐ソース間電圧又はドレイン電流に生じるリンギングが所定閾値以下となる、前記最大波高値又は前記定常値になるまでの時間を算出し、当該算出結果に基づいて前記上下アームのゲート抵抗値を、当該上下アームで異なる値に設定する
ことを特徴とする請求項３又は４に記載のモータ制御装置。 - 前記上アームの前記スイッチング素子を制御する上アームゲート回路は、
前記上アームの前記スイッチング素子のゲートと前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動部との間に直列に接続されたゲート抵抗器Ｒ５及びゲート抵抗器Ｒ１と、
前記ゲート抵抗器Ｒ５と前記ゲート抵抗器Ｒ１との間にアノードが接続されたダイオードＤ１と、
前記ダイオードＤ１のカソードと前記インバータ駆動部との間に接続されたゲート抵抗器Ｒ２と、を備え、
前記下アームの前記スイッチング素子を制御する下アームゲート回路は、
前記下アームの前記スイッチング素子のゲートと前記インバータ駆動部との間に直列に接続されたゲート抵抗器Ｒ６及び接続ゲート抵抗器Ｒ３と、
前記ゲート抵抗器Ｒ６と前記ゲート抵抗器Ｒ３との間にカソードが接続されたダイオードＤ２と、
前記ダイオードＤ２のアノードと前記インバータ駆動部との間に接続されたゲート抵抗器Ｒ４と、を備え、
前記上アームゲート回路は、
前記上アームの前記スイッチング素子オン時には前記ゲート抵抗器Ｒ１が使用され、前記上アームの前記スイッチング素子オフ時には前記ゲート抵抗器Ｒ１及びゲート抵抗器Ｒ２が使用され、前記上アームの前記スイッチング素子オン／オフにかかわらず、前記ゲート抵抗器Ｒ５が接続され、
前記下アームゲート回路は、
前記下アームの前記スイッチング素子オン時には前記ゲート抵抗器Ｒ３及びゲート抵抗器Ｒ４が使用され、前記下アームの前記スイッチング素子オフ時は前記ゲート抵抗器Ｒ３が使用され、前記下アームの前記スイッチング素子オン／オフにかかわらず、前記ゲート抵抗器Ｒ６が接続される
ことを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。 - 前記スイッチング素子は、スーパー・ジャンクション・ＭＯＳＦＥＴを含むＭＯＳＦＥＴである
ことを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。 - 前記スイッチング素子は、ＩＧＢＴである
ことを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。 - 請求項１乃至８のいずれか１項に記載のモータ制御装置を備える
ことを特徴とする空気調和機。
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