JP2015104220A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子の長寿命化を図ることのできる電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置１は、上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ，２２ｈｖ，２２ｈｗと下段ＩＧＢＴ２２ｌｕ，２２ｌｖ，２２ｌｗとからなるインバータ回路１１と、ゲート信号Ｓ_gを出力するマイコン１２と、電源線Ｌpu，Ｌplの途中に設けられた平滑コンデンサ２５とを備える。マイコン１２は、上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕをともにオン状態とすることにより平滑コンデンサ２５に蓄積された電荷を放電する。そして、マイコン１２は、平滑コンデンサ２５を放電する際に、接続点電圧Ｖ_mがコンデンサ電圧Ｖ_cの１／２の電圧を含む所定電圧範囲の値になるとともに、貫通電流が所定電流範囲の値になるように、上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕに印可する各ゲート電圧を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

従来、ＩＧＢＴ等の複数のスイッチング素子を有するインバータ回路と、インバータ回路の作動を制御する制御回路とを備えた電力変換装置がある。詳しくは、インバータ回路は、高電位側に接続される上段スイッチング素子及び低電位側に接続される下段スイッチング素子の直列回路からなるアームを基本単位とし、複数のアームを並列に接続することにより構成されている。そして、制御回路は、各スイッチング素子に印加するゲート電圧を制御するゲート信号を出力し、各スイッチング素子がゲート信号に応じてオンオフすることで、駆動電源から供給される電力を変換してモータ等の負荷に供給する。

また、こうした電力変換装置には、駆動電源とインバータ回路とを接続する電源線（電力供給経路）の途中に平滑コンデンサが設けられるとともに、平滑コンデンサよりも駆動電源側にはリレー等の開閉器が設けられている。

ここで、安全性等の観点から、例えば運転者によりイグニッションスイッチがオフ状態とされた後には、開閉器をオフ状態とするとともに、平滑コンデンサに電荷が略蓄えられていない状態とする必要がある。例えば特許文献１には、各アームのいずれか１つを構成する両スイッチング素子（上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子の双方）をともにオン状態とすることで、平滑コンデンサに蓄積された電荷を該アームに貫通電流として流して放電する技術が開示されている。

特開２０１３−１１０８０７号公報

ところで、製造上のばらつき等に起因して、スイッチング素子に印加されるゲート電圧が同じ場合であっても、スイッチング素子毎にそのオン抵抗がばらつくことがある。その結果、平滑コンデンサを放電する際において、上段スイッチング素子で生じる電圧降下の大きさと下段スイッチング素子で生じる電圧降下の大きさとが異なる。つまり、平滑コンデンサの放電に伴う上段スイッチング素子での発熱量と下段スイッチング素子での発熱量とが異なる。そのため、オン抵抗の大きな方のスイッチング素子での発熱量が多くなり、該スイッチング素子が過熱し易くなって寿命の低下等を招く虞がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、スイッチング素子の長寿命化を図ることのできる電力変換装置を提供することにある。

上記課題を解決する電力変換装置は、高電位側に接続される上段スイッチング素子及び低電位側に接続される下段スイッチング素子の直列回路からなる複数のアームを並列に接続してなるインバータ回路と、前記各スイッチング素子に印加するゲート電圧を制御する制御回路と、前記インバータ回路と駆動電源とを接続する電力供給経路の途中に設けられた平滑コンデンサとを備え、前記制御回路は、前記各アームのいずれか１つを構成する前記上段及び下段スイッチング素子をともにオン状態とすることにより前記平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電するものであって、前記平滑コンデンサの電圧を検出するコンデンサ電圧検出器と、前記上段スイッチング素子と前記下段スイッチング素子との間の接続点の電圧を検出する接続点電圧検出器とを備え、前記制御回路は、前記平滑コンデンサを放電する際において、前記接続点電圧検出器により検出される接続点電圧が前記コンデンサ電圧検出器により検出されるコンデンサ電圧の１／２の電圧を含む所定電圧範囲の値になるように、前記上段及び下段スイッチング素子に印可する各ゲート電圧を制御することを要旨とする。

上記構成によれば、接続点電圧がコンデンサ電圧の１／２の電圧を含む所定電圧範囲の値になるように上段及び下段スイッチング素子に印加する各ゲート電圧が制御されるため、上段スイッチング素子で生じる電圧降下の大きさと下段スイッチング素子で生じる電圧降下の大きさとを近づけることができる。つまり、平滑コンデンサを放電する際において、上段スイッチング素子での発熱量と下段スイッチング素子での発熱量とを近づけることができる。これにより、平滑コンデンサの放電に伴う発熱がアームを構成するいずれか一方のスイッチング素子に偏ることを抑制でき、スイッチング素子の長寿命化を図ることができる。

上記電力変換装置において、前記制御回路は、前記平滑コンデンサを放電する際において、前記接続点電圧が前記所定電圧範囲の下限電圧よりも低い場合には、前記下段スイッチング素子に印加するゲート電圧を下げ、前記接続点電圧が前記所定電圧範囲の上限電圧よりも高い場合には、前記上段スイッチング素子に印加するゲート電圧を下げることが好ましい。

上記構成によれば、接続点電圧を所定電圧範囲内の値にしようとする際に、貫通電流が小さくなるように上段及び下段スイッチング素子に印加する各ゲート電圧が制御されるため、過大な貫通電流がアームに流れることを抑制できる。

上記電力変換装置において、前記制御回路は、前記平滑コンデンサを放電する際において、前記上段及び下段スイッチング素子がともにオン状態とされたアームに流れる貫通電流を前記コンデンサ電圧の時間変化に基づいて推定し、前記貫通電流に基づいて前記上段及び下段スイッチング素子に印可する各ゲート電圧を制御することが好ましい。

ここで、平滑コンデンサを放電する際に、上段及び下段スイッチング素子に印加する各ゲート電圧を高めに設定すると、過大な貫通電流がアームに流れて各スイッチング素子が過熱し易くなる。そこで、平滑コンデンサを放電する際に上段及び下段スイッチング素子に印加するゲート電圧を低めに設定することが考えられるが、上記のようにスイッチング素子毎にオン抵抗がばらつくことがあるため、各ゲート電圧を低めに設定して平滑コンデンサを放電する場合には、放電完了までに長時間を要する虞がある。

この点、上記構成によれば、貫通電流に基づいてゲート電圧を制御するため、スイッチング素子の過熱を抑制しつつ、速やかに平滑コンデンサを放電することが可能になる。また、上記構成では、コンデンサ電圧の時間変化に基づいて貫通電流を推定するため、例えばスイッチング素子として貫通電流を検出するためのセンス素子を有するものを用いなくてもよくなり、コストの低減等を図ることができる。

本発明によれば、スイッチング素子の長寿命化を図ることができる。

電力変換装置及びその周辺構成を示すブロック図。 マイコンによる放電制御の処理手順を示すフローチャート。

以下、電力変換装置の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示す電力変換装置１は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載され、駆動電源（バッテリ）３から供給される直流電力を交流電力に変換して走行駆動源となる負荷としてのモータ４に供給するものである。なお、本実施形態の駆動電源３には、例えば定格電圧が２００Ｖのものが用いられている。また、本実施形態のモータ４には、三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の交流電力の供給により作動するブラシレスモータが採用されている。

同図に示すように、電力変換装置１は、駆動電源３から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータ回路１１と、インバータ回路１１の作動を制御する制御回路としてのマイコン１２とを備えている。

詳しくは、インバータ回路１１は、アーム（スイッチングアーム）２１ｕ，２１ｖ，２１ｗを各相に対応して並列に接続してなる三相インバータとして構成されている。アーム２１ｕは、上段ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ）２２ｈｕと下段ＩＧＢＴ２２ｌｕとを直列に接続してなる。アーム２１ｖは、上段ＩＧＢＴ２２ｈｖと下段ＩＧＢＴ２２ｌｖとを直列に接続してなる。アーム２１ｗは、上段ＩＧＢＴ２２ｈｗと下段ＩＧＢＴ２２ｌｗとを直列に接続してなる。そして、上段ＩＧＢＴ２２ｈｕと下段ＩＧＢＴ２２ｌｕ、上段ＩＧＢＴ２２ｈｖと下段ＩＧＢＴ２２ｌｖ、上段ＩＧＢＴ２２ｈｗと下段ＩＧＢＴ２２ｌｗの各接続点２３ｕ，２３ｖ，２３ｗはそれぞれモータ４の各相のモータコイル２４ｕ，２４ｖ，２４ｗに接続されている。

上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ，２２ｈｖ，２２ｈｗの各コレクタ端子は、電源線Ｌpuを介して駆動電源３の高電位側に接続されるとともに、下段ＩＧＢＴ２２ｌｕ，２２ｌｖ，２２ｌｗのエミッタ端子は、電源線Ｌplを介して駆動電源３の低電位側に接続されている。つまり、本実施形態では、上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ，２２ｈｖ，２２ｈｗが上段スイッチング素子に相当し、下段ＩＧＢＴ２２ｌｕ，２２ｌｖ，２２ｌｗが下段スイッチング素子に相当する。電源線Ｌpu，Ｌplの途中には、電流の平滑化を目的とした平滑コンデンサ２５が駆動電源３と並列に接続されている。また、電源線Ｌpuの途中における平滑コンデンサ２５よりも駆動電源３側には、機械式リレーやＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）等からなる開閉器としての駆動リレー２６が設けられている。そして、インバータ回路１１は、駆動リレー２６がオン状態となって電源線Ｌpuが導通することにより、駆動電源３の電源電圧に基づく交流電力をモータ４に供給することが可能となる。

マイコン１２は、電源線Ｌcを介して制御電源（バッテリ）３１に接続されている。なお、本実施形態の制御電源３１には、例えば定格電圧が１２Ｖのものが用いられている。電源線Ｌcの途中には、機械式リレーやＦＥＴ等からなる制御リレー３２が設けられている。制御リレー３２は、車両のイグニッションスイッチ（ＩＧ）がオン状態である旨のＩＧ信号Ｓ_igが入力された場合にオン状態となり、ＩＧがオフ状態である旨のＩＧ信号Ｓ_igが入力された場合にオフ状態となる。そして、マイコン１２は、制御リレー３２がオン状態となって電源線Ｌcが導通することにより作動する。

マイコン１２には、アクセルペダル（図示略）の踏み込み量を示すアクセル開度や車速等の車両信号Ｓ_carが所定のサンプリング周期毎に入力される。また、マイコン１２には、モータ４に設けられた回転角センサ３３から該モータ４の回転角θmが所定のサンプリング周期毎に入力される。さらに、マイコン１２には、インバータ回路１１の接続点２３ｕ，２３ｖ，２３ｗとモータ４との間の給電線に設けられた相電流センサ３４ｕ，３４ｖ，３４ｗからモータ４の各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉwが所定のサンプリング周期毎に入力される。そして、マイコン１２は、入力される各状態量に基づいてモータ４に供給する電流の目標値を演算し、該目標電流がモータ４に供給されるように上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ，２２ｈｖ，２２ｈｗ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕ，２２ｌｖ，２２ｌｗのゲート電圧（ゲート−エミッタ間の電圧）を制御するゲート信号（制御信号）Ｓ_gを出力する。

本実施形態のゲート信号Ｓ_gは、マイコン１２は、上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ，２２ｈｖ，２２ｈｗ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕ，２２ｌｖ，２２ｌｗのそれぞれに対応したゲート信号Ｓ_ghu，Ｓ_glu，Ｓ_ghv，Ｓ_glv，Ｓ_ghw，Ｓ_glwからなり、それぞれＰＷＭ（パルス幅変調）制御された電圧信号となっている。そして、各ゲート信号Ｓ_ghu，Ｓ_glu，Ｓ_ghv，Ｓ_glv，Ｓ_ghw，Ｓ_glwは、プリドライバ（図示略）によってゲート閾値電圧に応じた電圧に増幅されてから対応する上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ，２２ｈｖ，２２ｈｗ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕ，２２ｌｖ，２２ｌｗの各ゲート端子に印加される。なお、ゲート閾値電圧は、ＩＧＢＴ（のコレクタ−エミッタ間）に電流が流れ始めるゲート電圧である。これにより、ゲート信号Ｓ_gに応答して上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ，２２ｈｖ，２２ｈｗ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕ，２２ｌｖ，２２ｌｗがオンオフし、各相のモータコイル２４ｕ，２４ｖ，２４ｗへの通電パターンが切り替わることにより、駆動電源３の直流電力が三相の交流電力に変換され、モータ４へと出力される。

また、マイコン１２にはＩＧ信号Ｓ_igが入力される。そして、マイコン１２は、ＩＧがオン状態である旨のＩＧ信号Ｓ_igが入力された場合には、駆動リレー２６がオン状態となるようなリレー信号Ｓ_rlを出力し、ＩＧがオフ状態である旨のＩＧ信号Ｓ_igが入力された場合には、駆動リレー２６がオフ状態となるようなリレー信号Ｓ_rlを出力する。

（放電制御）
マイコン１２は、例えば運転者等によりＩＧがオフ状態にされると、駆動リレー２６をオフ状態にしてから、アーム２１ｕ，２１ｖ，２１ｗのいずれか１つ（本実施形態では、Ｕ相のアーム２１ｕ）を構成する両ＩＧＢＴをともにオン状態とすることで、平滑コンデンサ２５の放電を行う。具体的には、マイコン１２は、アーム２１ｕを構成する上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕをともにオフ状態とすることで、平滑コンデンサ２５に蓄積された電荷をアーム２１ｕに貫通電流Ｉ_shとして流して該平滑コンデンサ２５の放電を行う。このとき、マイコン１２は、上段ＩＧＢＴ２２ｈｕに生じる電圧降下（コレクタ−エミッタ間の電圧）と、下段ＩＧＢＴ２２ｌｕに生じる電圧降下（コレクタ−エミッタ間の電圧）とが互いに近い値になるとともに、貫通電流Ｉ_shが所定電流範囲の値になるように、上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕの各ゲート電圧を制御する。

詳しくは、電源線Ｌpuには、該電源線Ｌpuの電圧、すなわち駆動リレー２６をオフ状態とした後における平滑コンデンサ２５の電圧（コンデンサ電圧Ｖ_c）を検出するコンデンサ電圧検出器としての電圧センサ３５が設けられている。また、上段ＩＧＢＴ２２ｈｕと下段ＩＧＢＴ２２ｌｕとの間には、接続点２３ｕの電圧（接続点電圧Ｖ_m）を検出する接続点電圧検出器としての電圧センサ３６が設けられている。なお、本実施形態の電圧センサ３５，３６には、複数の分圧抵抗を直列に接続してなる周知の構成がそれぞれ採用されており、電源線Ｌplの電圧を参照電圧としている。

マイコン１２には、電圧センサ３５，３６からそれぞれコンデンサ電圧Ｖ_c及び接続点電圧Ｖ_mが所定のサンプリング周期毎に入力される。そして、マイコン１２は、接続点電圧Ｖ_mがコンデンサ電圧Ｖ_cの１／２の電圧を含む所定電圧範囲の値になるように、上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕに出力するゲート信号Ｓ_ghu，Ｓ_gluに示される電圧（上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕに印加されるゲート電圧）を制御する。なお、本実施形態の所定電圧範囲の上限電圧Ｖ_thhは、コンデンサ電圧Ｖ_cの１／２に所定の上限係数（例えば、１．２程度）を乗算した値であり、下限電圧Ｖ_thlは、コンデンサ電圧Ｖ_cの１／２に所定の下限係数（例えば、０．８程度）を乗算した値である。

より詳しくは、マイコン１２は、接続点電圧Ｖ_mが下限電圧Ｖ_thlよりも低い場合には、下段ＩＧＢＴ２２ｌｕに印加するゲート電圧を下げることにより、接続点電圧Ｖ_mが下限電圧Ｖ_thlよりも低くなるようにする。一方、接続点電圧Ｖ_mが上限電圧Ｖ_thhよりも高い場合には、上段ＩＧＢＴ２２ｈｕに印加するゲート電圧を下げることにより、接続点電圧Ｖ_mが上限電圧Ｖ_thhよりも低くなるようにする。なお、上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕに印加するゲート電圧を下げることにより、一時的に貫通電流Ｉ_shが所定電流範囲から外れる場合であっても、接続点電圧Ｖ_mが所定電圧範囲内の値になることを優先する。

また、マイコン１２は、コンデンサ電圧Ｖ_cの時間変化に基づいて貫通電流Ｉ_shを推定（演算）し、推定した貫通電流Ｉ_shが所定電流範囲の値になるように上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕに出力するゲート信号Ｓ_ghu，Ｓ_gluに示される電圧を制御する。

より詳しくは、コンデンサ電圧Ｖ_cの今回値（最新値）と前回値との差分（ΔＶｃ）に対して、予めメモリ（図示略）に記憶された平滑コンデンサ２５の静電容量（Ｃ）を乗算することで、平滑コンデンサ２５から放電された電荷（ΔＱ＝Ｃ×ΔＶｃ）を演算する。そして、演算された電荷をサンプリング周期（ΔＴ）で除算することにより、貫通電流Ｉ_sh（＝ΔＱ／ΔＴ）を推定する。なお、本実施形態のマイコン１２は、放電開始時において、上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕのゲート端子に対して、ゲート閾値電圧よりもやや小さな初期電圧を印可する。そして、マイコン１２は、上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕに初期電圧を印加した状態から徐々に印加するゲート電圧を同じ割合で上げていき、推定される貫通電流Ｉ_shが所定電流範囲の下限電流Ｉ_thlを超えた場合に、貫通電流Ｉ_shが上限電流Ｉ_thhを未だ超えておらず、所定電流範囲の値となった判定する。なお、所定電流範囲の上限電流は、ＩＧＢＴの定格電流よりも小さな値に設定され、所定電流範囲の下限電流は、平滑コンデンサ２５の放電にかかる時間等を考慮して設定されている。

そして、マイコン１２は、コンデンサ電圧Ｖ_cが予め設定された規定電圧Ｖ_th0以下になると、放電制御を終了し、シャットダウンする。
次に、本実施形態のマイコンによる放電制御の処理手順を説明する。

図２のフローチャートに示すように、マイコン１２は、ＩＧがオフ状態である旨のＩＧ信号Ｓ_igが入力されると（ステップ１０１：ＹＥＳ）、駆動リレー２６をオフ状態とするリレー信号Ｓ_rlを出力する（ステップ１０２）。続いて、上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕに初期電圧が印加されるようにゲート信号Ｓ_ghu，Ｓ_gluを出力する（ステップ１０３）。続いて、アーム２１ｕに流れる貫通電流Ｉ_shを推定し（ステップ１０４）、推定した貫通電流Ｉ_shが所定電流範囲の下限電流Ｉ_thlよりも大きいか否かを判定する（ステップ１０５）。そして、マイコン１２は、貫通電流Ｉ_shが下限電流Ｉ_thl以下の場合には（ステップ１０５：ＮＯ）、上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕに印加するゲート電圧をそれぞれ所定値だけ高くなるようにゲート信号Ｓ_ghu，Ｓ_gluを出力する（ステップ１０６）。これにより、上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕのオン抵抗がそれぞれ小さくなり、貫通電流Ｉ_shが大きくなる。その後、ステップ１０４に移行して貫通電流Ｉ_shを再び推定してからステップ１０５に移行して該貫通電流Ｉ_shの大きさを判定する。

マイコン１２は、貫通電流Ｉ_shが下限電流Ｉ_thlよりも大きい場合には（ステップ１０５：ＹＥＳ）、電圧センサ３５により検出される最新のコンデンサ電圧Ｖ_cに基づいて所定電圧範囲の下限電圧Ｖ_thlを演算し（ステップ１０７）、電圧センサ３６により検出される最新の接続点電圧Ｖ_mを取得する（ステップ１０８）。そして、接続点電圧Ｖ_mが下限電圧Ｖ_thlよりも大きいか否かを判定し（ステップ１０９）、接続点電圧Ｖ_mが下限電圧Ｖ_thl以下の場合には（ステップ１０９：ＮＯ）、下段ＩＧＢＴ２２ｌｕに印加するゲート電圧を所定値だけ低くなるようにゲート信号Ｓ_gを出力する（ステップ１１０）。これにより、下段ＩＧＢＴ２２ｌｕのオン抵抗が大きくなり、該下段ＩＧＢＴ２２ｌｕに加わる電圧が上段ＩＧＢＴ２２ｈｕに加わる電圧よりも相対的に高くなることで、接続点電圧Ｖ_mが高くなる。その後、ステップ１０７，１０８の処理を再び実行してからステップ１０９に移行して最新の接続点電圧Ｖ_mの大きさを判定する。

マイコン１２は、接続点電圧Ｖ_mが下限電圧Ｖ_thlよりも大きい場合には（ステップ１０９：ＹＥＳ）、電圧センサ３５により検出される最新のコンデンサ電圧Ｖ_cに基づいて所定電圧範囲の上限電圧Ｖ_thhを演算し（ステップ１１１）、電圧センサ３６により検出される最新の接続点電圧Ｖ_mを取得する（ステップ１１２）。そして、接続点電圧Ｖ_mが上限電圧Ｖ_thhよりも小さいか否かを判定し（ステップ１１３）、接続点電圧Ｖ_mが上限電圧Ｖ_thh以上の場合には（ステップ１１３：ＮＯ）、上段ＩＧＢＴ２２ｈｕに印加するゲート電圧を所定値だけ低下するようにゲート信号Ｓ_gを出力する（ステップ１１４）。これにより、上段ＩＧＢＴ２２ｈｕのオン抵抗が大きくなり、該上段ＩＧＢＴ２２ｈｕに加わる電圧が下段ＩＧＢＴ２２ｌｕに加わる電圧よりも相対的に高くなることで高くなることで、接続点電圧Ｖ_mが低くなる。その後、ステップ１１１，１１２の処理を再び実行してからステップ１１３に移行して最新の接続点電圧Ｖ_mの大きさを判定する。

マイコン１２は、接続点電圧Ｖ_mが上限電圧Ｖ_thhよりも小さい場合には（ステップ１１３：ＹＥＳ）、コンデンサ電圧Ｖ_cが規定電圧Ｖ_th0以下であるか否かを判定する（ステップ１１５）。そして、コンデンサ電圧Ｖ_cが規定電圧Ｖ_th0以下である場合には（ステップ１１５：ＹＥＳ）、平滑コンデンサ２５の放電が完了したと判定して放電を終了する。これに対し、コンデンサ電圧Ｖ_cが規定電圧Ｖ_th0よりも大きい場合には（ステップ１１５：ＮＯ）、ステップ１０４に移行して平滑コンデンサ２５の放電を継続する。なお、ＩＧがオン状態である旨のＩＧ信号Ｓ_igが入力された場合には（ステップ１０１：ＮＯ）、上記ステップ１０２〜１１４の処理を実行しない。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）マイコン１２は、平滑コンデンサ２５を放電する際に、接続点電圧Ｖ_mがコンデンサ電圧Ｖ_cの１／２の電圧を含む所定電圧範囲の値になるように上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕのゲート電圧を制御するゲート信号Ｓ_ghu，Ｓ_gluを出力する。そのため、上段ＩＧＢＴ２２ｈｕで生じる電圧降下の大きさと下段ＩＧＢＴ２２ｌｕで生じる電圧降下の大きさとを近づけることができる。つまり、平滑コンデンサ２５を放電する際において、上段ＩＧＢＴ２２ｈｕでの発熱量と下段ＩＧＢＴ２２ｌｕでの発熱量とを近づけることができる。これにより、平滑コンデンサ２５の放電に伴う発熱が、上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ又は下段ＩＧＢＴ２２ｌｕに偏ることを抑制でき、その長寿命化を図ることができる。

（２）マイコン１２は、接続点電圧Ｖ_mが下限電圧Ｖ_thlよりも低い場合には、下段ＩＧＢＴ２２ｌｕに印加するゲート電圧を下げ、接続点電圧Ｖ_mが上限電圧Ｖ_thhよりも高い場合には、上段ＩＧＢＴ２２ｈｕに印加するゲート電圧を下げることで、接続点電圧Ｖ_mを所定電圧範囲内の値とするようにした。つまり、接続点電圧Ｖ_mを所定電圧範囲内の値にしようとする際に、貫通電流Ｉ_shが小さくなるように上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕのゲート電圧が制御されるため、過大な貫通電流Ｉ_shがアーム２１ｕに流れることを抑制できる。

（３）マイコン１２は、平滑コンデンサ２５を放電する際に、貫通電流Ｉ_shをコンデンサ電圧Ｖ_cの時間変化に基づいて推定し、貫通電流Ｉ_shが所定電流範囲の値になるように上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕに印可される各ゲート電圧を制御するようにした。そのため、上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕの過熱を抑制しつつ、速やかに平滑コンデンサ２５を放電できる。また、コンデンサ電圧Ｖ_cの時間変化に基づいて貫通電流Ｉ_shを推定するため、例えばインバータ回路１１を構成するスイッチング素子として貫通電流Ｉ_shを検出するためのセンス素子を有するものを用いなくてもよくなり、コストの低減等を図ることができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、ＩＧがオフ状態である旨のＩＧ信号が入力された場合に、平滑コンデンサ２５の放電制御を行うようにした。しかし、これに限らず、例えば車両が衝突したことを示す衝突信号や車両が衝突する可能性の高い状態にあることを示す衝突予知信号等、他の信号が入力された場合に放電制御を行うようにしてもよく、放電制御の開始トリガとなる放電開始信号には各種信号を設定可能である。

・上記実施形態において、貫通電流Ｉ_shが下限電流Ｉ_thlよりも大きいか否かだけでなく、上限電流Ｉ_thhよりも小さいか否かを判定してもよい。
・上記実施形態では、放電開始時に上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕに印加する圧として、ゲート閾値電圧よりもやや小さな初期電圧を印可したが、これに限らず、ゲート閾値電圧よりも大きな電圧を印加してもよい。なお、この場合には、貫通電流Ｉ_shが下限電流Ｉ_thlよりも大きいか否かだけでなく、上限電流Ｉ_thhよりも小さいか否かも判定することが好ましい。

・上記実施形態では、貫通電流Ｉ_shの大きさを判定した後に、接続点電圧Ｖ_mが下限電圧Ｖ_thlよりも大きいか否か及び上限電圧Ｖ_thhよりも小さいか否かを判定し、各判定結果に応じて上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕに印加するゲート電圧を制御した。しかし、これに限らず、各判定の順番は適宜変更可能であり、例えば接続点電圧Ｖ_mが所定電圧範囲の値になるように上段ＩＧＢＴ２２ｈｕに印加するゲート電圧を変更する度、又は下段ＩＧＢＴ２２ｌｕに印加するゲート電圧を変更する度に、貫通電流Ｉ_shの大きさを判定してもよい。

・上記実施形態では、接続点電圧Ｖ_mが下限電圧Ｖ_thlよりも低い場合には、下段ＩＧＢＴ２２ｌｕに印加するゲート電圧を下げたが、これに限らず、例えば上段ＩＧＢＴ２２ｈｕに印加するゲート電圧を上げることで接続点電圧Ｖ_mを所定電圧範囲内の値にするようにしてもよい。同様に、接続点電圧Ｖ_mが上限電圧Ｖ_thhよりも高い場合において、下段ＩＧＢＴ２２ｌｕに印加するゲート電圧を上げることで、接続点電圧Ｖ_mを所定電圧範囲内の値にするようにしてもよい。

・上記実施形態では、コンデンサ電圧Ｖ_cの時間変化に基づいて貫通電流Ｉ_shを推定したが、これに限らず、例えばインバータ回路１１を構成するスイッチング素子としてセンス素子を有するものを用い、該センス素子に流れる電流に基づいて貫通電流Ｉ_shを推定してもよい。

・上記実施形態では、貫通電流Ｉ_shに基づいて上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕに印加するゲート電圧を制御した。しかし、これに限らず、接続点電圧Ｖ_mがコンデンサ電圧Ｖ_cの１／２の電圧を含む所定電圧範囲の値になるように上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕのゲート電圧を制御すれば、平滑コンデンサ２５を放電する際に、貫通電流Ｉ_shが所定電流範囲の値とならなくてもよい。このように構成しても、上記実施形態の（１）、（２）と同様の作用効果を奏することができる。

・上記実施形態では、ＩＧＢＴによりインバータ回路１１を構成したが、これに限らず、例えばＦＥＴ等の他のスイッチング素子によりインバータ回路１１を構成してもよい。
・上記実施形態において、インバータ回路１１を２つのアームを並列に接続した単相インバータ（Ｈブリッジ）として構成してもよい。なお、この場合には、モータ４として、例えばブラシ付き直流モータを用いることができる。

・上記実施形態では、電力変換装置１を用いて車両に搭載された走行駆動用のモータ４に交流電力を供給したが、他の用途に用いられるモータやモータ以外の負荷に交流電力を供給してもよい。

・上記実施形態では、接続点電圧Ｖ_mが所定電圧範囲の値になるように上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕのゲート電圧を制御した。しかし、これに限らず、コンデンサ電圧Ｖ_cの時間変化から推定した貫通電流Ｉ_shに基づいて上段ＩＧＢＴ２２ｈｕ及び下段ＩＧＢＴ２２ｌｕに印加するゲート電圧を制御すれば、平滑コンデンサ２５を放電する際に、接続点電圧Ｖ_mが所定電圧範囲の値とならなくてもよい。このように構成しても、上記実施形態の（３）と同様の作用効果を奏することができる。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（イ）高電位側に接続される上段スイッチング素子及び低電位側に接続される下段スイッチング素子の直列回路からなる複数のアームを並列に接続してなるインバータ回路と、前記各スイッチング素子に印加するゲート電圧を制御する制御回路と、前記インバータ回路と駆動電源とを接続する電力供給経路の途中に設けられた平滑コンデンサとを備え、前記制御回路は、前記各アームのいずれか１つを構成する前記上段及び下段スイッチング素子をともにオン状態とすることにより前記平滑コンデンサを放電する電力変換装置であって、前記平滑コンデンサの電圧を検出するコンデンサ電圧検出器を備え、前記制御回路は、前記平滑コンデンサを放電する際において、前記上段及び下段スイッチング素子がともにオン状態とされたアームに流れる貫通電流を前記コンデンサ電圧検出器により検出されるコンデンサ電圧の時間変化に基づいて推定し、前記貫通電流に基づいて前記上段及び下段スイッチング素子に印可する各ゲート電圧を制御することを特徴とする電力変換装置。上記構成によれば、貫通電流に基づいてゲート電圧を制御するため、スイッチング素子の過熱を抑制しつつ、速やかに平滑コンデンサを放電することが可能になる。また、上記構成では、コンデンサ電圧の時間変化に基づいて貫通電流を推定するため、例えばスイッチング素子として貫通電流を検出するためのセンス素子を有するもの（例えば、特許文献１）を用いなくてもよくなり、コストの低減等を図ることができる。

１…電力変換装置、３…駆動電源、１１…インバータ回路、１２…マイコン（制御回路）、２１ｕ，２１ｖ，２１ｗ…アーム、２２ｈｕ，２２ｈｖ，２２ｈｗ…上段ＩＧＢＴ（上段スイッチング素子）、２２ｌｕ，２２ｌｖ，２２ｌｗ…下段ＩＧＢＴ（下段スイッチング素子）、２３ｕ，２３ｖ，２３ｗ…接続点、２５…平滑コンデンサ、２６…駆動リレー、３５…電圧センサ（コンデンサ電圧検出器）、３６…電圧センサ（接続点電圧検出器）、Ｌpl，Ｌpu…電源線（電力供給経路）、Ｉ_thh…上限電流、Ｉ_thl…下限電流、Ｖ_c…コンデンサ電圧、Ｖ_m…接続点電圧、Ｉ_sh…貫通電流、Ｖ_thh…上限電圧、Ｖ_thl…下限電圧、Ｖ_th0…規定電圧。

Claims (3)

1. 高電位側に接続される上段スイッチング素子及び低電位側に接続される下段スイッチング素子の直列回路からなる複数のアームを並列に接続してなるインバータ回路と、
   前記各スイッチング素子に印加するゲート電圧を制御する制御回路と、
   前記インバータ回路と駆動電源とを接続する電力供給経路の途中に設けられた平滑コンデンサとを備え、
   前記制御回路は、前記各アームのいずれか１つを構成する前記上段及び下段スイッチング素子をともにオン状態とすることにより前記平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電する電力変換装置であって、
   前記平滑コンデンサの電圧を検出するコンデンサ電圧検出器と、
   前記上段スイッチング素子と前記下段スイッチング素子との間の接続点の電圧を検出する接続点電圧検出器とを備え、
   前記制御回路は、前記平滑コンデンサを放電する際において、前記接続点電圧検出器により検出される接続点電圧が前記コンデンサ電圧検出器により検出されるコンデンサ電圧の１／２の電圧を含む所定電圧範囲の値になるように、前記上段及び下段スイッチング素子に印可する各ゲート電圧を制御することを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記制御回路は、前記平滑コンデンサを放電する際において、
   前記接続点電圧が前記所定電圧範囲の下限電圧よりも低い場合には、前記下段スイッチング素子に印加するゲート電圧を下げ、
   前記接続点電圧が前記所定電圧範囲の上限電圧よりも高い場合には、前記上段スイッチング素子に印加するゲート電圧を下げることを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１又は２に記載の電力変換装置において、
   前記制御回路は、前記平滑コンデンサを放電する際において、前記上段及び下段スイッチング素子がともにオン状態とされたアームに流れる貫通電流を前記コンデンサ電圧の時間変化に基づいて推定し、前記貫通電流に基づいて前記上段及び下段スイッチング素子に印可する各ゲート電圧を制御することを特徴とする電力変換装置。