JP2015216717A

JP2015216717A - Power converter

Info

Publication number: JP2015216717A
Application number: JP2014096495A
Authority: JP
Inventors: 洋平今井; Yohei Imai
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-05-08
Filing date: 2014-05-08
Publication date: 2015-12-03

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power converter that is used for an electric vehicle, requires no large insulation zone or connector with insulation secured, and interconnects a high-voltage path that is retained at a voltage for driving a travelling motor and a control circuit on a control module that is applied with no such high voltage.SOLUTION: A power converter 10 includes: a power module incorporated with a high-voltage circuit including a switching element that converts power of a battery; and a control module, independently from the power module, incorporated with a control circuit that generates a drive signal for the switching element. A high-voltage path applied with a voltage for driving a motor in the high-voltage circuit is connected to the control module via a voltage-dividing resistor, and the voltage-dividing resistor is incorporated in the power module.

Description

本発明は、電力変換器に関する。特に、電動車両に搭載され、バッテリの電力を変換して走行用モータに供給する電力変換器に関する。 The present invention relates to a power converter. In particular, the present invention relates to a power converter that is mounted on an electric vehicle and that converts battery power and supplies it to a traveling motor.

電動車両の走行用モータは大出力であり、一般にその駆動電圧は１００ボルト以上である。電動車両は、バッテリの電力を変換して走行用モータに供給する電力変換器を備える。電力変換器の典型は、電圧コンバータ、インバータ、あるいは、その両方を含むデバイスである。電力変換器において電力を変換するキーデバイスは、バッテリが出力した電流を導通／遮断するスイッチング素子（パワー素子）である。 A traveling motor of an electric vehicle has a large output and generally has a driving voltage of 100 volts or more. The electric vehicle includes a power converter that converts the power of the battery and supplies it to the traveling motor. A typical power converter is a device that includes a voltage converter, an inverter, or both. A key device that converts power in the power converter is a switching element (power element) that conducts / cuts off the current output from the battery.

上記のスイッチング素子の高電位端（ＰＮＰタイプの場合はエミッタ、ＮＰＮタイプの場合はコレクタ、Nチャネルタイプの場合はドレイン、Ｐチャネルタイプの場合はソース）が接続されている導線は、バッテリの電圧と同等の電圧、あるいはそれ以上の電圧に保持される。一方、スイッチング素子の制御電極（ベース／ゲート）に印加する駆動信号の電圧はそれほど高くはない。さらに、その駆動信号を生成する制御回路もＴＴＬレベルの電圧で動作する。即ち、スイッチング素子を含む回路（高電圧回路）と、駆動信号を生成する回路（制御回路）は電圧レベルが大きく異なる。 The lead wire to which the high potential end of the above switching element (emitter for PNP type, collector for NPN type, drain for N channel type, source for P channel type) is connected to the battery voltage Is maintained at a voltage equal to or higher than. On the other hand, the voltage of the drive signal applied to the control electrode (base / gate) of the switching element is not so high. Further, the control circuit that generates the drive signal also operates at a voltage of TTL level. In other words, the voltage level of a circuit including a switching element (high voltage circuit) and a circuit (control circuit) that generates a drive signal are greatly different.

以下では、説明の便宜上、高電圧回路において走行用のモータを駆動する電圧を「大電圧」と称する。また、高電圧回路においてその「大電圧」に保持されている導線とデバイスの端子を高電圧経路と称する。なお、電動車両の中には、バッテリの出力電圧を昇圧してからモータに供給するタイプ、バッテリの出力電圧がそのままモータに印加されるタイプ、及び、バッテリの出力電圧を少し下げてモータに供給するタイプがある。バッテリの出力電圧や、その出力電圧よりも少し低い電圧も制御回路の電圧より相当高いのであるから、それらの電圧も「大電圧」であり、「モータを駆動する電圧」に含まれる。 Hereinafter, for convenience of explanation, a voltage for driving the motor for traveling in the high voltage circuit is referred to as “large voltage”. In addition, a lead wire and a device terminal held at the “large voltage” in the high voltage circuit are referred to as a high voltage path. In some types of electric vehicles, the output voltage of the battery is boosted and then supplied to the motor, the output voltage of the battery is applied to the motor as it is, and the output voltage of the battery is slightly reduced and supplied to the motor. There is a type to do. Since the output voltage of the battery and the voltage slightly lower than the output voltage are considerably higher than the voltage of the control circuit, these voltages are also “large voltage” and are included in “voltage for driving the motor”.

ところで、スイッチング素子は、大電流を導通／遮断するのでノイズを発生する。スイッチングノイズ（電圧レベルの変動を含む）が制御回路に与える影響を低減するため、高電圧回路と制御回路は近接配置せず、一定の距離を隔てて配置することが望ましい。そこで、複数のスイッチング素子を集約し、制御回路を実装するモジュールとは独立したモジュールとすることが行われる。以下では、スイッチング素子を含むハードウエアをパワーモジュールと称し、スイッチング素子を含まず、制御回路を実装したハードウエアを制御モジュールと称する。制御モジュールは典型的には制御回路を実装した基板である。 By the way, since the switching element conducts / cuts off a large current, it generates noise. In order to reduce the influence of switching noise (including fluctuations in voltage level) on the control circuit, it is desirable that the high voltage circuit and the control circuit are not arranged close to each other but are arranged at a certain distance. Therefore, a plurality of switching elements are aggregated to make a module independent of the module on which the control circuit is mounted. Hereinafter, hardware including a switching element is referred to as a power module, and hardware including no switching element and including a control circuit is referred to as a control module. The control module is typically a board on which a control circuit is mounted.

一方、電力変換器の出力を所望の大きさに制御するために、高電圧経路の電圧をモニタする必要がある。例えば、制御回路は、昇圧コンバータの入力電圧（バッテリの出力電圧）と出力電圧をモニタし、出力電圧が所望の大きさとなるようにスイッチング素子の駆動信号を生成する。あるいは、制御回路は、インバータの入力電圧をモニタし、出力交流が所望の大きさとなるようにその入力電圧に応じてスイッチング素子の駆動信号を生成する。 On the other hand, in order to control the output of the power converter to a desired magnitude, it is necessary to monitor the voltage of the high voltage path. For example, the control circuit monitors the input voltage (battery output voltage) and output voltage of the boost converter, and generates a drive signal for the switching element so that the output voltage becomes a desired magnitude. Alternatively, the control circuit monitors the input voltage of the inverter and generates a drive signal for the switching element in accordance with the input voltage so that the output alternating current has a desired magnitude.

従って、高電圧経路と制御回路は導電線で接続される必要がある。なお、パワーモジュールと制御モジュールの間に高電圧経路の電圧を計測してＴＴＬレベルの信号（あるいは光信号などの非電気の信号）に変換する独自のモジュールを設けることも想定され得るが、それでは制御上の時間遅延の問題が生じる上にコストが嵩んでしまう。従って、高電圧回路の高電圧経路と制御回路を導電線で接続するのが望ましい。 Therefore, the high voltage path and the control circuit need to be connected by a conductive line. It may be assumed that an original module for measuring the voltage of the high voltage path and converting it to a TTL level signal (or a non-electrical signal such as an optical signal) is provided between the power module and the control module. In addition to the problem of time delay in control, the cost increases. Therefore, it is desirable to connect the high voltage path of the high voltage circuit and the control circuit with a conductive line.

高電圧経路の電圧と同等の電圧レベルに保持される導電線が制御回路に近接すると、スイッチングノイズ（高い電圧レベルの変動）が制御回路に影響を及ぼす。そこで、制御回路が高電圧経路の電圧を取得する際のスイッチングノイズの影響を抑制する技術が特許文献１−４に例示されている。 When a conductive line held at a voltage level equivalent to the voltage of the high voltage path is close to the control circuit, switching noise (high voltage level fluctuation) affects the control circuit. In view of this, Patent Documents 1-4 illustrate techniques for suppressing the influence of switching noise when the control circuit acquires the voltage of the high voltage path.

高電圧経路の電圧を制御回路に取り込むには、高電圧経路の電圧を分圧して下げることになる。特許文献１の電力変換器では、制御回路を実装した基板に分圧抵抗を実装する。分圧抵抗の一端を高電圧経路と接続する。基板には、スイッチング素子に供給する駆動信号を生成する回路（駆動回路）も実装されており、駆動回路とＴＴＬレベル制御回路の間に絶縁領域が設けられる。そして、分圧抵抗を、制御回路の領域内であって絶縁領域に沿って配置する。特許文献２の電力変換器では、パワーモジュールと制御モジュールとを接続するケーブルに、絶縁が確保されているコネクタを採用する。特許文献３の電力変換器では、放電抵抗の制御回路基板に分圧抵抗を実装し、その回路基板にて高電圧経路の電圧を分圧する。なお、放電抵抗は、スイッチング素子と並列に接続される素子であり、衝突時などにパワー回路に残存する電気エネルギを放出するために備えられる。特許文献４の電力変換器も、制御モジュールに分圧抵抗を実装し、高電圧経路の電圧を分圧する。 In order to capture the voltage of the high voltage path into the control circuit, the voltage of the high voltage path is divided and lowered. In the power converter of Patent Document 1, a voltage dividing resistor is mounted on a substrate on which a control circuit is mounted. One end of the voltage dividing resistor is connected to the high voltage path. A circuit for generating a drive signal to be supplied to the switching element (drive circuit) is also mounted on the substrate, and an insulating region is provided between the drive circuit and the TTL level control circuit. The voltage dividing resistor is disposed along the insulating region in the region of the control circuit. In the power converter of patent document 2, the connector with which insulation is ensured is employ | adopted for the cable which connects a power module and a control module. In the power converter of Patent Document 3, a voltage dividing resistor is mounted on a control circuit board of a discharge resistor, and the voltage of the high voltage path is divided by the circuit board. The discharge resistor is an element connected in parallel with the switching element, and is provided for discharging electric energy remaining in the power circuit at the time of a collision or the like. The power converter of Patent Document 4 also mounts a voltage dividing resistor on the control module to divide the voltage of the high voltage path.

特開２０１２−２３９２５１号公報JP 2012-239251 A 特開２０１０−１１９２７４号公報JP 2010-119274 A 特開２０１３−２０１８４２号公報JP 2013-201842 A 特開２０１３−０３８８９４号公報JP 2013-038894 A

特許文献１と４の電力変換器は、制御モジュールが高電圧経路と直接に接続される。従って、制御モジュールのどこかに高電圧経路の電圧が加わる。特許文献１ではスイッチングノイズの影響を抑えるべく、絶縁領域に沿って分圧抵抗を配置するが、高電圧経路の電圧の影響抑制は充分とは言い難い。特許文献３の電力変換器は、高電圧経路と接続された導電線が放電抵抗の制御回路基板に接続される。従って、制御回路基板の回路がスイッチングノイズの影響を受ける。特許文献２の電力変換器は絶縁が確保されたコネクタが必要となる。そのようなコネクタはコストが嵩む。 In the power converters of Patent Documents 1 and 4, the control module is directly connected to the high voltage path. Therefore, the voltage of the high voltage path is applied somewhere in the control module. In Patent Document 1, a voltage dividing resistor is arranged along the insulating region in order to suppress the influence of switching noise, but it is difficult to suppress the influence of the voltage on the high voltage path. In the power converter of Patent Document 3, the conductive wire connected to the high voltage path is connected to the control circuit board of the discharge resistance. Therefore, the circuit on the control circuit board is affected by the switching noise. The power converter of Patent Document 2 requires a connector that ensures insulation. Such connectors are expensive.

本明細書は上記の課題に鑑みて創作された。本明細書は電動車両の電力変換器に関し、分圧抵抗を使って高電圧経路の電圧を分圧して制御モジュール上の制御回路に取り込むが、その際のスイッチングノイズの影響を低減する技術を提供する。 This specification was created in view of the above-described problems. The present specification relates to a power converter for an electric vehicle, and provides a technique for reducing the influence of switching noise at that time by dividing the voltage of a high voltage path using a voltage dividing resistor into a control circuit on a control module. To do.

本明細書が開示する電力変換器は、高電圧経路を分圧抵抗を介して制御回路に接続するが、その分圧抵抗をパワーモジュールに実装する。従って、分圧抵抗と制御モジュールを接続する導線には高電圧経路の電圧の分圧しか印加されない。従って、スイッチングノイズが制御モジュールに伝わる際にはその影響は分圧比の割合で減じられる。 The power converter disclosed in this specification connects a high voltage path to a control circuit via a voltage dividing resistor, and the voltage dividing resistor is mounted on a power module. Therefore, only the voltage divided by the voltage of the high voltage path is applied to the conductive wire connecting the voltage dividing resistor and the control module. Accordingly, when the switching noise is transmitted to the control module, the influence is reduced by the ratio of the voltage dividing ratio.

本明細書が開示する電力変換器の一態様は、次の構成を備える。電力変換器は、ハードウエアとして、パワーモジュールと制御モジュールを備える。パワーモジュールは、バッテリの電力を変換するスイッチング素子を含む高電圧回路が実装されているハードウエアである。繰り返すが、高電圧回路は、スイッチング素子と、そのスイッチング素子の高電位端と接続されている回路を含む回路であって、バッテリの電圧が印加される回路である。そして、高電圧回路の中でモータを駆動する電圧に保持される箇所を高電圧経路と称する。 One aspect of the power converter disclosed in this specification includes the following configuration. The power converter includes a power module and a control module as hardware. The power module is hardware on which a high voltage circuit including a switching element that converts battery power is mounted. Again, the high voltage circuit is a circuit including a switching element and a circuit connected to the high potential end of the switching element, and is a circuit to which a battery voltage is applied. And the location hold | maintained at the voltage which drives a motor in a high voltage circuit is called a high voltage path | route.

制御モジュールは、パワーモジュールとは独立したモジュールであって、スイッチング素子の駆動信号を生成する制御回路が実装されている。制御モジュールにはスイッチング素子は実装されない。また、制御モジュールは、バッテリの出力電圧よりも低い電圧で動作する。そして、パワーモジュール内の高電圧経路と制御モジュールが分圧抵抗を介して接続されている。その分圧抵抗はパワーモジュールに実装されている。 The control module is a module independent of the power module, and is mounted with a control circuit that generates a drive signal for the switching element. No switching element is mounted on the control module. The control module operates at a voltage lower than the output voltage of the battery. The high voltage path in the power module and the control module are connected via a voltage dividing resistor. The voltage dividing resistor is mounted on the power module.

なお、分圧するには少なくも２個の分圧抵抗の直列回路が必要である。本明細書が開示する電力変換器は、次の２つの形態を含む。一つは、２個の分圧抵抗の直列回路のうち、高電位側の分圧抵抗がパワーモジュールに実装され、低電位側の分圧抵抗が制御モジュールに実装される形態である。他の一つは、直列接続され２個の分圧抵抗がパワーモジュールに実装され、２個の分圧抵抗の中点と制御モジュールが導線で接続される形態である。 In order to divide the voltage, a series circuit of at least two voltage dividing resistors is required. The power converter disclosed in this specification includes the following two forms. One is a form in which a high-potential-side voltage dividing resistor is mounted on a power module and a low-potential-side voltage dividing resistor is mounted on a control module in a series circuit of two voltage dividing resistors. The other is a form in which two voltage dividing resistors are connected in series and mounted on the power module, and the middle point of the two voltage dividing resistors and the control module are connected by a conductive wire.

また、分圧抵抗比は、高電圧経路の電圧を制御回路の許容電圧以下に分圧するだけの大きさであるとよい。そうすると、制御モジュールは、制御回路がもともと備えている耐電圧のままで分圧を受け入れることができる。即ち、分圧を受け入れるために耐電圧を高める必要がない。 Further, the voltage dividing resistance ratio is preferably large enough to divide the voltage of the high voltage path below the allowable voltage of the control circuit. Then, the control module can accept the partial pressure while maintaining the withstand voltage that the control circuit originally has. That is, it is not necessary to increase the withstand voltage in order to accept the partial pressure.

パワーモジュールの典型は、スイッチング素子を収容したパワーカードと冷却器が交互に積層された積層ユニットである。この場合、分圧抵抗を含むカード（分圧抵抗カード）が積層ユニットに積層されているとよい。また、スイッチング素子のサージ電圧を抑制するスナバコンデンサが分圧抵抗カードに収容されており、分圧抵抗がスナバコンデンサと並列に接続されていることも好適である。なお、高電圧回路においてスイッチング素子の高電位端は、上記した高電圧経路上のポイントである。分圧抵抗カードをパワーカードと同等のサイズとすることで、分圧抵抗を含む積層ユニットを小型化することができる。また、分圧抵抗をスナバコンデンサと並列に接続することによって、スナバコンデンサが分圧抵抗に流れる電流のノイズ除去フィルタとして機能し、制御モジュールに伝わる分圧に重畳するノイズを抑制することができる。 A typical power module is a stacked unit in which power cards containing switching elements and coolers are alternately stacked. In this case, it is preferable that a card including a voltage dividing resistor (voltage dividing resistor card) is laminated on the laminated unit. It is also preferable that the snubber capacitor for suppressing the surge voltage of the switching element is accommodated in the voltage dividing resistor card, and the voltage dividing resistor is connected in parallel with the snubber capacitor. In the high voltage circuit, the high potential end of the switching element is a point on the high voltage path described above. By making the voltage dividing resistor card the same size as the power card, it is possible to reduce the size of the laminated unit including the voltage dividing resistor. Further, by connecting the voltage dividing resistor in parallel with the snubber capacitor, the snubber capacitor functions as a noise removal filter for the current flowing through the voltage dividing resistor, and noise superimposed on the divided voltage transmitted to the control module can be suppressed.

本明細書が開示する技術は、バッテリの電力を変換して走行用モータに供給する電力変換器であって、スイッチング素子を含むパワーモジュールとスイッチング素子を駆動する制御モジュールが独立している電力変換器に関し、スイッチング素子を含む高電圧回路の高電圧経路の電圧を制御モジュールに取り込む際のスイッチングノイズの影響を低減する。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 The technology disclosed in the present specification is a power converter that converts battery power and supplies the power to a traveling motor, in which a power module including a switching element and a control module that drives the switching element are independent. The influence of the switching noise when the voltage of the high voltage path of the high voltage circuit including the switching element is taken into the control module is reduced. Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “DETAILED DESCRIPTION”.

実施例の電力変換器を含む電動車両の電力系のブロック図である。It is a block diagram of the electric power system of the electric vehicle containing the power converter of an Example. 電力変換器の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a power converter. パワーカードの内部配線を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the internal wiring of a power card. 分圧抵抗カードの内部配線を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the internal wiring of a voltage dividing resistor card. 電圧コンバータ回路と分圧抵抗と制御回路の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a voltage converter circuit, a voltage dividing resistor, and a control circuit. 変形例における電圧コンバータ回路と分圧抵抗と制御回路の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the voltage converter circuit in a modification, a voltage dividing resistor, and a control circuit.

図面を参照して実施例の電力変換器を説明する。まず、図１を参照して、実施例の電力変換器１０を含む電動車両１００の電力系を説明する。電動車両１００は、走行用のモータ８３を備えている電気自動車である。 A power converter according to an embodiment will be described with reference to the drawings. First, with reference to FIG. 1, the electric power system of the electric vehicle 100 containing the power converter 10 of an Example is demonstrated. The electric vehicle 100 is an electric vehicle provided with a traveling motor 83.

電力変換器１０は、システムメインリレー８２を介してメインバッテリ８１と接続されている。電力変換器１０は、メインバッテリ８１の電圧を昇圧する電圧コンバータ回路１２と、昇圧後の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路１３を含む。なお、電圧コンバータ回路１２は、モータが発生した電力（回生電力）を降圧する降圧動作を行うこともできる。 The power converter 10 is connected to the main battery 81 via the system main relay 82. The power converter 10 includes a voltage converter circuit 12 that boosts the voltage of the main battery 81 and an inverter circuit 13 that converts the boosted DC power into AC power. The voltage converter circuit 12 can also perform a step-down operation for stepping down the electric power (regenerative power) generated by the motor.

電圧コンバータ回路１２は、２個のスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８の直列回路と、一端がその直列回路の中点に接続されており他端が入力側（バッテリ側）の高電位端子に接続されているリアクトル４と、入力側の高電位端子と低電位端子の間に接続されているフィルタコンデンサ３と、各スイッチング素子に逆並列に接続されているダイオードで構成されている。 The voltage converter circuit 12 has a series circuit of two switching elements T7 and T8, one end connected to the middle point of the series circuit, and the other end connected to a high potential terminal on the input side (battery side). A reactor 4, a filter capacitor 3 connected between a high-potential terminal and a low-potential terminal on the input side, and a diode connected in antiparallel to each switching element.

電圧コンバータ回路１２は、メインバッテリ８１の電圧を昇圧してインバータ回路１３へ供給する動作（昇圧動作）と、インバータ側（インバータ回路１３の側）から入力される直流電力を降圧してメインバッテリ８１へ供給する動作（降圧動作）の双方を行うことができる。メインバッテリ８１の電圧は例えば３００ボルトであり、昇圧後の電圧は例えば６００ボルトである。昇圧動作はスイッチング素子Ｔ８が主に貢献し、降圧動作はスイッチング素子Ｔ７が主に貢献する。図１の電圧コンバータ回路はよく知られているので詳細な説明は省略する。なお、符号ＰＣｄが示す破線矩形の範囲の回路が、後述するパワーカードＰＣｄに収容される回路に相当する。 The voltage converter circuit 12 steps up the voltage of the main battery 81 and supplies it to the inverter circuit 13 (step-up operation), and steps down the direct-current power input from the inverter side (inverter circuit 13 side). It is possible to perform both operations (step-down operation) supplied to the power source. The voltage of the main battery 81 is, for example, 300 volts, and the boosted voltage is, for example, 600 volts. The step-up operation is mainly contributed by the switching element T8, and the step-down operation is mainly contributed by the switching element T7. The voltage converter circuit of FIG. 1 is well known and will not be described in detail. Note that the circuit in the range of the broken rectangle indicated by the reference character PCd corresponds to a circuit accommodated in the power card PCd described later.

インバータ回路１３は、２個のスイッチング素子の直列回路が３セット並列に接続された構成を有している（Ｔ１とＴ４、Ｔ２とＴ５、Ｔ３とＴ６）。各スイッチング素子にはダイオードが逆並列に接続されている。３セットの直列回路の高電位端が電圧コンバータ回路１２の出力端の高電位端に接続されており、３セットの直列回路の低電位端は電圧コンバータ回路１２の出力端の低電位端に接続されている。３セットの直列回路の中点から交流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）が出力される。３セットの直列回路の夫々が、後述するパワーカードＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３に対応する。 The inverter circuit 13 has a configuration in which three sets of series circuits of two switching elements are connected in parallel (T1 and T4, T2 and T5, T3 and T6). A diode is connected in antiparallel to each switching element. The high potential end of the three sets of series circuits is connected to the high potential end of the output end of the voltage converter circuit 12, and the low potential end of the three sets of series circuits is connected to the low potential end of the output end of the voltage converter circuit 12. Has been. Alternating current (U phase, V phase, W phase) is output from the midpoint of the three sets of series circuits. Each of the three sets of series circuits corresponds to power cards PC1, PC2, and PC3 described later.

インバータ回路１３の入力端に平滑化コンデンサ５が並列に接続されている。平滑化コンデンサ５は、別言すれば、電圧コンバータ回路１２の出力端に並列に接続されている。平滑化コンデンサ５は、電圧コンバータ回路１２の出力電流に重畳しているノイズ（スイッチング動作に伴う電流の脈動）を除去する。 The smoothing capacitor 5 is connected in parallel to the input terminal of the inverter circuit 13. In other words, the smoothing capacitor 5 is connected in parallel to the output terminal of the voltage converter circuit 12. The smoothing capacitor 5 removes noise (current pulsation associated with the switching operation) superimposed on the output current of the voltage converter circuit 12.

スイッチング素子Ｔ１−Ｔ８は、トランジスタであり、典型的にはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であるが、他のトランジスタ、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であってもよい。あるいは、将来的には異なるタイプのスイッチング素子が電力変換器に用いられることもあり得る。また、ここでいうスイッチング素子は、大電流の電力を変換することに用いられるものであり、パワー半導体素子と呼ばれることもある。 The switching elements T1-T8 are transistors, typically IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), but may be other transistors, for example, MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors). Alternatively, different types of switching elements may be used in the power converter in the future. The switching element here is used to convert a large amount of electric power, and is sometimes called a power semiconductor element.

電力変換器１０は、電圧コンバータ回路１２とインバータ回路１３の他に、制御回路９と、分圧抵抗６ａ―６ｃを備えている。制御回路９は、電力変換器１０の外部のコントローラ（不図示）からの指令を受けて、走行用のモータ８３が所望のパワーを出力するように各スイッチング素子を駆動する。図１において、符号Ｓｇ１が示す線が、電圧コンバータ回路１２のスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８への駆動信号の信号線を表しており、符号Ｓｇ２が示す線が、インバータ回路１３のスイッチング素子への駆動信号の信号線を表している。駆動信号は具体的にはＰＷＭ信号である。制御回路９の詳しい回路構成は省略するが、制御回路９はＴＴＬレベルの電圧で動作する。制御回路９は、メインバッテリ８１よりも出力電圧が低いサブバッテリ８７から電力の供給を受けて動作する。サブバッテリ８７の出力電圧は１２ボルトである。制御回路９には、サブバッテリ８７の出力電圧をＴＴＬ駆動電圧レベルに降圧する降圧コンバータ５１が含まれる。制御回路９は、ハードウエアとしては、制御基板５０に実装されている。 In addition to the voltage converter circuit 12 and the inverter circuit 13, the power converter 10 includes a control circuit 9 and voltage dividing resistors 6a-6c. In response to a command from a controller (not shown) outside the power converter 10, the control circuit 9 drives each switching element so that the traveling motor 83 outputs a desired power. In FIG. 1, a line indicated by reference sign Sg1 represents a signal line of a drive signal to the switching elements T7 and T8 of the voltage converter circuit 12, and a line indicated by reference sign Sg2 represents a drive signal to the switching element of the inverter circuit 13. Represents a signal line. Specifically, the drive signal is a PWM signal. Although a detailed circuit configuration of the control circuit 9 is omitted, the control circuit 9 operates with a voltage of TTL level. The control circuit 9 operates by receiving power from the sub battery 87 whose output voltage is lower than that of the main battery 81. The output voltage of the sub battery 87 is 12 volts. The control circuit 9 includes a step-down converter 51 that steps down the output voltage of the sub battery 87 to the TTL drive voltage level. The control circuit 9 is mounted on the control board 50 as hardware.

分圧抵抗６ａ−６ｃは、電圧コンバータ回路１２のバッテリ側の高電位端の電圧、インバータ側の高電位端の電圧、及び、バッテリ側とインバータ側で共通のグランド線の電圧を分圧して制御回路９へ伝達するために備えられている。なお、分圧には少なくとも２個の抵抗が必要であるが、６ａ（６ｂ、６ｃ）と組をなす分圧抵抗は制御基板５０に実装されている（詳しくは後述）。また、符号ＰＣｖが示す破線は、分圧抵抗６ａ―６ｃを収容するカード型のパッケージ（分圧抵抗カード）を示している。分圧抵抗については後に詳しく説明する。 The voltage dividing resistors 6a-6c divide and control the voltage at the high potential end on the battery side of the voltage converter circuit 12, the voltage at the high potential end on the inverter side, and the voltage on the ground line common to the battery side and the inverter side. It is provided for transmission to the circuit 9. In addition, although at least two resistors are required for voltage division, the voltage divider resistors forming a pair with 6a (6b, 6c) are mounted on the control board 50 (details will be described later). A broken line indicated by reference sign PCv indicates a card type package (voltage dividing resistor card) that accommodates the voltage dividing resistors 6a-6c. The voltage dividing resistance will be described in detail later.

ここで、分圧抵抗の動作に関する後の説明の便宜のため、電圧ラインに名称を付しておく。電圧コンバータ回路１２のバッテリ側の電圧ラインであって、メインバッテリ８１の出力電圧に保持される電圧経路をバッテリ側高電圧ラインＰＬと称する。電圧コンバータ回路１２の昇圧時の出力電圧に保持される高電圧線をインバータ側高電圧ラインＰＨと称する。また、電圧コンバータ回路１２のバッテリ側とインバータ側で共通の低電位線を共通低電圧ラインＮと称する。バッテリ側高電圧ラインＰＬは電圧コンバータ回路１２の昇圧時の入力側の高電位端を含み、インバータ側高電圧ラインＰＨは電圧コンバータ回路１２の昇圧時の出力側の高電位端を含む。インバータ側高電圧ラインＰＨの電圧は、メインバッテリ８１の出力電圧よりも高い。 Here, for convenience of later explanation regarding the operation of the voltage dividing resistor, a name is given to the voltage line. The voltage line on the battery side of the voltage converter circuit 12 and held by the output voltage of the main battery 81 is referred to as a battery side high voltage line PL. The high voltage line held at the output voltage at the time of voltage boost of the voltage converter circuit 12 is referred to as an inverter side high voltage line PH. A low potential line common to the battery side and the inverter side of the voltage converter circuit 12 is referred to as a common low voltage line N. The battery side high voltage line PL includes a high potential end on the input side when the voltage converter circuit 12 is boosted, and the inverter high voltage line PH includes a high potential end on the output side when the voltage converter circuit 12 is boosted. The voltage of the inverter side high voltage line PH is higher than the output voltage of the main battery 81.

次に、電力変換器１０のハードウエア構成を説明する。図２に電力変換器１０の分解斜視図を示す。先に述べたパワーカードＰＣ１−ＰＣ３、ＰＣｖ、及び、分圧抵抗カードＰＣｖは、複数の平板型の冷却器２１とともに積層ユニット２０を構成している。パワーカードＰＣ１−ＰＣ３、ＰＣｖと分圧抵抗カードＰＣｖは、冷却器と交互に積層されている。 Next, the hardware configuration of the power converter 10 will be described. FIG. 2 shows an exploded perspective view of the power converter 10. The power cards PC1 to PC3, PCv and the voltage dividing resistor card PCv described above constitute a stacked unit 20 together with a plurality of flat plate coolers 21. The power cards PC1-PC3, PCv and the voltage dividing resistor card PCv are alternately stacked with a cooler.

積層ユニット２０の積層方向（図中のＸ軸方向）から見たときに各冷却器２１には、パワーカードを挟んで両側（図中Ｙ軸方向の両側）に貫通孔が設けられている。積層方向で隣接する２個の冷却器２１の貫通孔は連結管で連結される。積層ユニット２０の積層方向の一端に面する貫通孔には冷媒供給管と冷媒排出管が接続され、他端に面する貫通孔は塞がれる。冷却供給管から供給される冷媒は、一方の連結管を通じて各冷却器２１に分配される。冷媒は冷却器２１を通過する間にパワーカード（及び分圧抵抗カード）から熱を吸収する。熱を吸収した冷媒は他方の連結管と冷媒排出管を通じて外部へと排出される。冷媒供給管と冷媒排出管は電力変換器１０の外で冷媒循環装置に接続している。 When viewed from the stacking direction of the stacking unit 20 (X-axis direction in the figure), each cooler 21 is provided with through holes on both sides (both sides in the Y-axis direction in the figure) across the power card. Through holes of two coolers 21 adjacent in the stacking direction are connected by a connecting pipe. A refrigerant supply pipe and a refrigerant discharge pipe are connected to the through hole facing one end of the stacking unit 20 in the stacking direction, and the through hole facing the other end is closed. The refrigerant supplied from the cooling supply pipe is distributed to each cooler 21 through one connecting pipe. The refrigerant absorbs heat from the power card (and the voltage dividing resistance card) while passing through the cooler 21. The refrigerant that has absorbed the heat is discharged to the outside through the other connecting pipe and the refrigerant discharge pipe. The refrigerant supply pipe and the refrigerant discharge pipe are connected to the refrigerant circulation device outside the power converter 10.

図２とともに、パワーカードＰＣ１の内部構造を模式的に表した図３を参照して説明する。なお、他のパワーカードＰＣ２、ＰＣ３も同様の構造を有している。パワーカードＰＣ１は２個のスイッチング素子Ｔ１、Ｔ２、及び２個のダイオードを樹脂でモールドしたパッケージである。樹脂パッケージを樹脂筐体４１と称する。樹脂筐体４１の内部で２個のスイッチング素子Ｔ１、Ｔ２は直列に接続されており、スイッチング素子の夫々にダイオードが逆並列に接続されている。スイッチング素子Ｔ１、Ｔ２のゲート電極は、樹脂筐体４１の上面（図２においてＺ軸正方向を向く面）から伸びている制御端子４４、４５に夫々導通している。制御端子４４、４５は、積層ユニット２０の上方（図２におけるＺ軸正方向）に配置される制御基板５０に接続される。図１を参照して先に述べたように、制御基板５０には、各スイッチング素子の駆動信号を生成する制御回路が実装されており、その制御回路は、制御端子４４、４５を通じて各スイッチング素子のゲートへ駆動信号を供給する。駆動信号は典型的にはＰＷＭ信号である。 A description will be given with reference to FIG. 3 schematically showing the internal structure of the power card PC1 together with FIG. The other power cards PC2 and PC3 have the same structure. The power card PC1 is a package in which two switching elements T1 and T2 and two diodes are molded with resin. The resin package is referred to as a resin casing 41. Two switching elements T1 and T2 are connected in series inside the resin casing 41, and a diode is connected in antiparallel to each of the switching elements. The gate electrodes of the switching elements T1 and T2 are electrically connected to control terminals 44 and 45 extending from the upper surface of the resin casing 41 (the surface facing the positive direction of the Z axis in FIG. 2), respectively. The control terminals 44 and 45 are connected to the control board 50 disposed above the laminated unit 20 (Z-axis positive direction in FIG. 2). As described above with reference to FIG. 1, a control circuit for generating a drive signal for each switching element is mounted on the control board 50, and the control circuit is connected to each switching element through the control terminals 44 and 45. A drive signal is supplied to the gate of the gate. The drive signal is typically a PWM signal.

樹脂筐体４１の下面（図２におけるＺ軸負方向を向く面）からは３本のパワー端子４２ａ、４２ｂ、４２ｃが伸びており、夫々は樹脂筐体４１の内部で、スイッチング素子の直列回路の高電位端、低電位端、及び、中点と導通している。先に述べたように、インバータ回路を構成するスイッチング素子の直列回路の中点から交流が出力される。図２に示すように、直列回路の中点と導通しているパワー端子４２ｃ（図２中で右端のパワー端子）にはバスバ３７の一端が接続されており、そのバスバ３７はコネクタユニット３８に支持されている。バスバ３７の他端３７ａは、コネクタユニット３８にて露出している。コネクタユニット３８には、パワーカードＰＣ１−ＰＣ３の夫々のパワー端子４２ｃに接続されているバスバの端部が露出している。この端部に、モータのパワーケーブルが接続される。図示を省略しているが、パワーカードＰＣ１−ＰＣ３のパワー端子４２ａ同士が別のバスバによって連結されており、パワー端子４２ｂ同士が、さらに別のバスバによって連結されている。パワー端子４２ａ同士を接続するバスバが、先に述べたインバータ側高電圧ラインＰＨに相当する。また、パワー端子４２ｂ同士を接続するバスバは共通低電圧ラインＮに相当する。分圧抵抗カードＰＣｖについては後述する。 Three power terminals 42a, 42b, and 42c extend from the lower surface of the resin housing 41 (the surface facing the negative Z-axis direction in FIG. 2), each of which is a series circuit of switching elements inside the resin housing 41. Are connected to the high potential end, the low potential end, and the midpoint. As described above, alternating current is output from the midpoint of the series circuit of the switching elements constituting the inverter circuit. As shown in FIG. 2, one end of a bus bar 37 is connected to the power terminal 42 c (the power terminal at the right end in FIG. 2) that is electrically connected to the middle point of the series circuit, and the bus bar 37 is connected to the connector unit 38. It is supported. The other end 37 a of the bus bar 37 is exposed at the connector unit 38. In the connector unit 38, the ends of the bus bars connected to the power terminals 42c of the power cards PC1 to PC3 are exposed. A motor power cable is connected to this end. Although not shown, the power terminals 42a of the power cards PC1 to PC3 are connected by another bus bar, and the power terminals 42b are connected by another bus bar. The bus bar connecting the power terminals 42a corresponds to the inverter-side high voltage line PH described above. The bus bar connecting the power terminals 42 b corresponds to the common low voltage line N. The voltage dividing resistor card PCv will be described later.

電圧コンバータ回路１２のスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８（図１参照）を収容するパワーカードＰＣｄもパワーカードＰＣ１と同様の構造を有している、図示は省略するが、積層ユニット２０において、パワーカードＰＣｄは、直列回路の中点と導通しているパワー端子４２ｃの接続先が他のパワーカードと異なるだけである。図１に示されているように、パワーカードＰＣｄにおける直列回路の中点はリアクトル４に接続される。 The power card PCd that accommodates the switching elements T7 and T8 (see FIG. 1) of the voltage converter circuit 12 has the same structure as the power card PC1. Although not shown, in the stacked unit 20, the power card PCd The connection destination of the power terminal 42c that is electrically connected to the midpoint of the series circuit is only different from that of other power cards. As shown in FIG. 1, the midpoint of the series circuit in the power card PCd is connected to the reactor 4.

図２に戻って電力変換器１０のハードウエア構成の説明を続ける。積層ユニット２０の積層方向に隣接してリアクトルユニット３２が配置されており、さらにそのリアクトルユニットに隣接してコンデンサ素子３３が配置されている。リアクトルユニット３２は、図１のブロック図におけるリアクトル４に相当する。コンデンサ素子３３は、図１のブロック図におけるフィルタコンデンサ３に相当する。積層ユニット２０とリアクトルユニット３２とコンデンサ素子３３に対して図中Ｙ軸方向で隣接するように３個のコンデンサ素子３１が並んでいる。３個のコンデンサ素子３１は並列に接続されている。３個のコンデンサ素子３１の並列回路が図１における平滑化コンデンサ５に相当する。 Returning to FIG. 2, the description of the hardware configuration of the power converter 10 will be continued. A reactor unit 32 is disposed adjacent to the stacking direction of the stacked unit 20, and a capacitor element 33 is disposed adjacent to the reactor unit. Reactor unit 32 corresponds to reactor 4 in the block diagram of FIG. The capacitor element 33 corresponds to the filter capacitor 3 in the block diagram of FIG. Three capacitor elements 31 are arranged so as to be adjacent to the multilayer unit 20, the reactor unit 32, and the capacitor element 33 in the Y-axis direction in the figure. The three capacitor elements 31 are connected in parallel. A parallel circuit of three capacitor elements 31 corresponds to the smoothing capacitor 5 in FIG.

上記したデバイスが全てケース３６に収容され、カバー３５で塞がれる。ケース３６内では、積層ユニット２０の上方（図２のＺ軸正方向）に制御基板５０が配置される。制御基板５０には種々の制御チップ５９が搭載されており、それら制御チップが先に述べた制御回路を構成する。また、図１におけるスイッチング素子Ｔ１−Ｔ８、リアクトル４、コンデンサ３、５で構成される回路が高電圧回路に相当する。それらの素子を実現するハートウエアは、図２の積層ユニット、リアクトルユニット３２、コンデンサ素子３１、３３であり、これらがパワーモジュールを構成する。高電圧回路の各デバイスの高電位端には、メインバッテリ８１の出力電圧、あるいは、その出力電圧を昇圧した電圧が印加される。前述したように、説明の便宜上、メインバッテリ８１の出力電圧とその出力電圧を昇圧した電圧を「モータを駆動する電圧」と総称する。 All the devices described above are accommodated in the case 36 and closed with the cover 35. In the case 36, the control board 50 is disposed above the stacked unit 20 (Z-axis positive direction in FIG. 2). Various control chips 59 are mounted on the control board 50, and these control chips constitute the control circuit described above. Further, the circuit composed of the switching elements T1-T8, the reactor 4, and the capacitors 3, 5 in FIG. 1 corresponds to a high voltage circuit. Heartware that realizes these elements is the laminated unit, the reactor unit 32, and the capacitor elements 31 and 33 shown in FIG. 2, and these constitute a power module. The output voltage of the main battery 81 or a voltage obtained by boosting the output voltage is applied to the high potential terminal of each device of the high voltage circuit. As described above, for convenience of explanation, the output voltage of the main battery 81 and the voltage obtained by boosting the output voltage are collectively referred to as “voltage for driving the motor”.

分圧抵抗６ａ−６ｃを収容する分圧抵抗カードＰＣｖを説明する。図４に分圧抵抗カードＰＣｖの内部構造を模式的に表した図を示す。分圧抵抗カードＰＣｖは、外形サイズがパワーカードと等しい樹脂筐体４１の内部に３個の分圧抵抗６ａ−６ｃをモールドしたパッケージである。分圧抵抗６ａの一端はパワー端子４２ａと導通しており、他端は制御端子４４ａと導通している。分圧抵抗６ｂの一端はパワー端子４２ｂと導通しており、他端は制御端子４４ｂと導通している。分圧抵抗６ｃの一端はパワー端子４２ｃと導通しており、他端は制御端子４４ｃと導通している。物理的な配線の図示は省略しているが、パワー端子４２ａは電圧コンバータ回路１２のバッテリ側高電圧ラインＰＬに接続している。パワー端子４２ｂは、電圧コンバータ回路１２のインバータ側高電圧ラインＰＨに接続している。パワー端子４２ｃは、電圧コンバータ回路１２の共通低電圧ラインＮに接続している。先に述べたように、制御端子４４は制御基板５０と接続している。詳しくは後述するが、分圧抵抗６ａ−６ｃの一端は、制御基板５０に実装された制御回路９に接続している。なお、分圧抵抗カードＰＣｖのもう一方の制御端子４５は使われていない。 The voltage dividing resistor card PCv that accommodates the voltage dividing resistors 6a-6c will be described. FIG. 4 schematically shows the internal structure of the voltage dividing resistor card PCv. The voltage dividing resistor card PCv is a package in which three voltage dividing resistors 6a-6c are molded inside a resin casing 41 having the same outer size as the power card. One end of the voltage dividing resistor 6a is electrically connected to the power terminal 42a, and the other end is electrically connected to the control terminal 44a. One end of the voltage dividing resistor 6b is electrically connected to the power terminal 42b, and the other end is electrically connected to the control terminal 44b. One end of the voltage dividing resistor 6c is electrically connected to the power terminal 42c, and the other end is electrically connected to the control terminal 44c. Although illustration of physical wiring is omitted, the power terminal 42 a is connected to the battery-side high voltage line PL of the voltage converter circuit 12. The power terminal 42 b is connected to the inverter-side high voltage line PH of the voltage converter circuit 12. The power terminal 42 c is connected to the common low voltage line N of the voltage converter circuit 12. As described above, the control terminal 44 is connected to the control board 50. As will be described in detail later, one end of the voltage dividing resistor 6a-6c is connected to the control circuit 9 mounted on the control board 50. Note that the other control terminal 45 of the voltage dividing resistor card PCv is not used.

分圧抵抗６ａ−６ｃの周囲の回路構成を図５に示す。なお、図５では、インバータ回路１３は簡略化して表してある。バッテリ側高電圧ラインＰＬの電圧を符号ＶＬで表し、インバータ側高電圧ラインＰＨの電圧を符号ＶＨで表し、共通低電圧ラインＮの電圧をＶＮで表す。なお、高電圧回路と制御回路９は絶縁されているので、制御回路内で電圧ＶＬ、ＶＨの大きさを決定するには、共通低電圧ラインＮの電圧ＶＮが必要となる。なお、分圧抵抗６ａ−６ｃの夫々は、ハイインピーダンスバッファ５２ａ−５２ｃを介して制御回路９と接続されているので、分圧抵抗６ａ−６ｃから制御回路へは電流が流れることがないので、電圧を伝えることができるが実質的に絶縁が確保される。また、電圧ＶＬは、電圧コンバータ回路１２の昇圧時の入力電圧に相当する。また、電圧ＶＬは、メインバッテリ８１の出力電圧にも相当する。電圧ＶＨは、電圧コンバータ回路１２の昇圧時の出力電圧に相当する。電圧ＶＬ、ＶＨが、モータを駆動する電圧に相当する。 FIG. 5 shows a circuit configuration around the voltage dividing resistors 6a-6c. In FIG. 5, the inverter circuit 13 is simplified. The voltage of the battery side high voltage line PL is represented by reference numeral VL, the voltage of the inverter side high voltage line PH is represented by reference numeral VH, and the voltage of the common low voltage line N is represented by VN. Since the high voltage circuit and the control circuit 9 are insulated, the voltage VN of the common low voltage line N is required to determine the magnitudes of the voltages VL and VH in the control circuit. Since each of the voltage dividing resistors 6a-6c is connected to the control circuit 9 via the high impedance buffers 52a-52c, no current flows from the voltage dividing resistors 6a-6c to the control circuit. Voltage can be transmitted but insulation is substantially ensured. The voltage VL corresponds to the input voltage when the voltage converter circuit 12 is boosted. The voltage VL also corresponds to the output voltage of the main battery 81. The voltage VH corresponds to the output voltage when the voltage converter circuit 12 is boosted. The voltages VL and VH correspond to voltages for driving the motor.

分圧抵抗６ａの一端はバッテリ側高電圧ラインＰＬに接続しており、他端は制御基板５０の上で別の分圧抵抗５６ａと接続している。バッテリ側高電圧ラインＰＬは、昇圧時の電圧コンバータ回路１２の入力電圧に相当するので、別言すれば、電圧コンバータ回路１２の入力端と制御基板５０が分圧抵抗６ａを介して接続している。説明を簡略化するため、以下では、分圧抵抗６ａ、５６ａを単純に抵抗６ａ、５６ａと称する。抵抗５６ａの他端はグランドに接続している。抵抗６ａと５６ａの抵抗比は例えば、抵抗６ａ：抵抗５６ａ＝１００：１であり、抵抗６ａと５６ａの中点Ｑａには、バッテリ側高電圧ラインＰＬの電圧ＶＬのほぼ１／１００の分圧ＶＬｄ（電圧ＶＬｄ）が生じる。中点Ｑａは、また、ハイインピーダンスバッファ５２ａを介して、制御回路９に入力される。 One end of the voltage dividing resistor 6 a is connected to the battery side high voltage line PL, and the other end is connected to another voltage dividing resistor 56 a on the control board 50. Since the battery side high voltage line PL corresponds to the input voltage of the voltage converter circuit 12 at the time of boosting, in other words, the input terminal of the voltage converter circuit 12 and the control board 50 are connected via the voltage dividing resistor 6a. Yes. In order to simplify the description, the voltage dividing resistors 6a and 56a are simply referred to as resistors 6a and 56a below. The other end of the resistor 56a is connected to the ground. The resistance ratio of the resistors 6a and 56a is, for example, resistor 6a: resistor 56a = 100: 1, and the middle point Qa of the resistors 6a and 56a is divided by about 1/100 of the voltage VL of the battery side high voltage line PL. VLd (voltage VLd) is generated. The midpoint Qa is also input to the control circuit 9 via the high impedance buffer 52a.

同様に、抵抗６ｂの一端はインバータ側高電圧ラインＰＨに接続しており、他端は抵抗５６ｂと接続している、インバータ側高電圧ラインＰＨは、昇圧時の電圧コンバータ回路１２の出力電圧に相当するので、別言すれば、電圧コンバータ回路１２の出力端と制御基板５０が抵抗６ｂを介して接続している。抵抗５６ｂの他端はグランドに接続している。抵抗６ｂと５６ｂの抵抗比も例えば、抵抗６ｂ：抵抗５６ｂ＝１００：１であり、抵抗６ｂと５６ｂの中点Ｑｂには、インバータ側高電圧ラインＰＨの電圧ＶＨのほぼ１／１００の分圧ＶＨｄ（電圧ＶＨｄ）が生じる。中点Ｑｂは、ハイインピーダンスバッファ５２ｂを介して、制御回路９に入力される。 Similarly, one end of the resistor 6b is connected to the inverter side high voltage line PH, and the other end is connected to the resistor 56b. The inverter side high voltage line PH is connected to the output voltage of the voltage converter circuit 12 at the time of boosting. Therefore, in other words, the output terminal of the voltage converter circuit 12 and the control board 50 are connected via the resistor 6b. The other end of the resistor 56b is connected to the ground. The resistance ratio of the resistors 6b and 56b is also, for example, resistor 6b: resistor 56b = 100: 1, and the middle point Qb of the resistors 6b and 56b has a divided voltage of approximately 1/100 of the voltage VH of the inverter side high voltage line PH. VHd (voltage VHd) is generated. The midpoint Qb is input to the control circuit 9 via the high impedance buffer 52b.

抵抗６ｃについても同様である。即ち、電圧コンバータ回路１２の共通低電圧ラインＮと制御基板５０は抵抗６ｃを介して接続している。抵抗６ｃと５６ｃの中点Ｑｃには、共通低電圧ラインＮの電圧ＶＮのほぼ１／１００の分圧ＶＮｄ（電圧ＶＮｄ）が生じ、その電圧は、ハイインピーダンスバッファ５２ｃを介して制御回路９に入力される。 The same applies to the resistor 6c. That is, the common low voltage line N of the voltage converter circuit 12 and the control board 50 are connected via the resistor 6c. A divided voltage VNd (voltage VNd) approximately 1/100 of the voltage VN of the common low voltage line N is generated at the middle point Qc of the resistors 6c and 56c, and the voltage is supplied to the control circuit 9 via the high impedance buffer 52c. Entered.

図５から明らかなように、バッテリ側高電圧ラインＰＬの電圧ＶＬと共通低電圧ラインＮの電圧ＶＮの差は、昇圧時の電圧コンバータ回路１２の入力電圧に相当する。また、インバータ側高電圧ラインＰＨの電圧ＶＨと電圧ＶＮの差は、昇圧時の電圧コンバータ回路１２の出力電圧に相当する。それら電圧コンバータ回路１２の入力電圧と出力電圧は、分圧抵抗６ａ−６ｃにより分圧された電圧ＶＬｄ、ＶＨｄ、及び、ＶＮと、上記した分圧抵抗の比から求められる。即ち、制御回路９は、分圧抵抗を介して得た電圧の情報から、電圧コンバータ回路１２の入力電圧と出力電圧を特定する。制御回路９では、電圧コンバータ回路１２の入力電圧と出力電圧から、その出力電圧（ＶＨ−ＶＮ）が所望の目標に追従するようにスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８の駆動信号（ＰＷＭ信号）を生成する。生成した駆動信号が信号線Ｓｇ１を通じてスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８に供給される。 As apparent from FIG. 5, the difference between the voltage VL of the battery side high voltage line PL and the voltage VN of the common low voltage line N corresponds to the input voltage of the voltage converter circuit 12 at the time of boosting. The difference between the voltage VH and the voltage VN of the inverter side high voltage line PH corresponds to the output voltage of the voltage converter circuit 12 at the time of boosting. The input voltage and the output voltage of the voltage converter circuit 12 are obtained from the ratio of the voltages VLd, VHd and VN divided by the voltage dividing resistors 6a-6c and the voltage dividing resistors described above. That is, the control circuit 9 specifies the input voltage and output voltage of the voltage converter circuit 12 from the voltage information obtained via the voltage dividing resistor. The control circuit 9 generates drive signals (PWM signals) for the switching elements T7 and T8 from the input voltage and output voltage of the voltage converter circuit 12 so that the output voltage (VH−VN) follows a desired target. The generated drive signal is supplied to the switching elements T7 and T8 through the signal line Sg1.

図５において抵抗６ａ（６ｂ、６ｃ）と５６ａ（５６ｂ、５６ｃ）を接続する導線７１は、図４に示した制御端子４４ａ−４４ｃに相当する。また、図５に示すように、抵抗５６ａ−５６ｃとハイインピーダンスバッファ５２ａ−５２ｃは、制御基板５０に実装される。制御基板５０には制御回路９もまた実装されている。図５によく示されているように、制御基板５０には、電圧コンバータ回路１２のバッテリ側高電圧ラインＰＬの電圧ＶＬやインバータ側高電圧ラインＰＨの電圧ＶＨは直接には印加されない。制御基板５０には、それらの電圧ＶＬ、ＶＨの分圧ＶＬｄ、ＶＨｄ、及び、共通低電圧ラインＮの電圧ＶＮの分圧ＶＮｄが印加される。 In FIG. 5, the conductive wire 71 connecting the resistors 6a (6b, 6c) and 56a (56b, 56c) corresponds to the control terminals 44a-44c shown in FIG. Further, as shown in FIG. 5, the resistors 56 a to 56 c and the high impedance buffers 52 a to 52 c are mounted on the control board 50. A control circuit 9 is also mounted on the control board 50. As well shown in FIG. 5, the voltage VL of the battery side high voltage line PL of the voltage converter circuit 12 and the voltage VH of the inverter side high voltage line PH of the voltage converter circuit 12 are not directly applied to the control board 50. The control board 50 is applied with the divided voltages VLd and VHd of the voltages VL and VH and the divided voltage VNd of the voltage VN of the common low voltage line N.

制御基板に電圧ＶＬ、ＶＨ、ＶＮではなく、電圧ＶＬｄ、ＶＨｄ、ＶＮｄが印加されることの利点を説明する。図１に示すように、バッテリ側高電圧ラインＰＬとインバータ側高電圧ラインＰＨは、スイッチング素子に接続している。それゆえ、バッテリ側高電圧ラインＰＬの電圧ＶＬとインバータ側高電圧ラインＰＨの電圧ＶＨは、スイッチング動作に伴って脈動する。この脈動がスイッチングノイズである。制御基板５０が受ける脈動の大きさは、ＶＬ（ＶＨ、ＶＮ）とＶＬｄ（ＶＨｄ、ＶＮｄ）の分圧比の割合で小さくなる。即ち、制御基板５０に実装されている制御回路９が受けるスイッチングノイズの影響が抑制される。 An advantage of applying the voltages VLd, VHd, and VNd instead of the voltages VL, VH, and VN to the control board will be described. As shown in FIG. 1, the battery side high voltage line PL and the inverter side high voltage line PH are connected to the switching element. Therefore, the voltage VL of the battery side high voltage line PL and the voltage VH of the inverter side high voltage line PH pulsate with the switching operation. This pulsation is switching noise. The magnitude of the pulsation received by the control board 50 is reduced by the ratio of the partial pressure ratio between VL (VH, VN) and VLd (VHd, VNd). That is, the influence of the switching noise received by the control circuit 9 mounted on the control board 50 is suppressed.

なお、分圧抵抗６ａ−６ｃによって分圧された電圧は、もとの高電圧ラインの電圧ＶＬ、ＶＨ、ＶＮのほぼ１／１００の大きさである。インバータ側高電圧ラインＰＨの電圧ＶＨ（電圧コンバータ回路１２の出力電圧）が６００ボルトであるとすると、制御基板５０には、そのほぼ１／１００の６ボルトが印加されるだけである。他方、制御回路９を作動させるために制御回路９に供給される電圧は、サブバッテリ８７の出力電圧１２ボルトである（なお、サブバッテリ８７の出力電圧は、制御回路９に実装された降圧コンバータ５１によってＴＴＬレベルに降圧されて各素子へ供給される）。即ち、制御回路９の耐電圧は１２ボルト程度である。それゆえ、制御回路９は、その耐電圧を高めることなく、電圧コンバータ回路１２の高電圧ラインＰＬ、ＰＨの電圧ＶＬ、ＶＨの分圧ＶＬｄ、ＶＨｄを受け入れることができる。 The voltage divided by the voltage dividing resistors 6a-6c is approximately 1/100 of the voltages VL, VH and VN of the original high voltage line. If the voltage VH of the inverter side high voltage line PH (output voltage of the voltage converter circuit 12) is 600 volts, the control board 50 is only applied with 6 volts, which is approximately 1/100. On the other hand, the voltage supplied to the control circuit 9 for operating the control circuit 9 is 12 volt output voltage of the sub-battery 87 (note that the output voltage of the sub-battery 87 is a step-down converter mounted on the control circuit 9). 51 is stepped down to the TTL level by 51 and supplied to each element). That is, the withstand voltage of the control circuit 9 is about 12 volts. Therefore, the control circuit 9 can accept the divided voltages VLd and VHd of the high voltage lines PL and PH of the voltage converter circuit 12 without increasing the withstand voltage thereof.

また、電圧コンバータ回路１２の電圧ＶＬ、ＶＨ、Ｎの分圧ＶＬｄ、ＶＨｄ、ＶＮｄは、ハイインピーダンスバッファ５２ａ−５２ｃを介して制御回路９に入力される。それゆえ、スイッチング素子側から制御回路９へ電流が流れ込むことがない。 Further, the divided voltages VLd, VHd, and VNd of the voltages VL, VH, and N of the voltage converter circuit 12 are input to the control circuit 9 through the high impedance buffers 52a to 52c. Therefore, no current flows into the control circuit 9 from the switching element side.

図６を参照して実施例の電力変換器の変形例を説明する。この例は、分圧抵抗の回路構成が先の実施例とは異なる。図６は、変形例における電圧コンバータ回路１２と分圧抵抗６１ａ−６１ｄと制御回路９の関係を示す。この変形例では、分圧抵抗カードＰＣｖには４個の分圧抵抗６１ａ−６１ｄが収容される。それらは直列に接続され、その直列回路の一端がインバータ側高電圧ラインＰＨに接続され、他端が共通低電圧ラインＮに接続される。分圧抵抗カードＰＣｖには、他に、スナバコンデンサ６２が収容されており、そのスナバコンデンサ６２は、分圧抵抗６１ａ−６１ｄの直列回路と並列に接続される。別言すれば、図６によく示されているように、スナバコンデンサ６２は、２個のスイッチング素子の直列回路（例えばＴ７とＴ８の直列回路）と並列に接続される。このスナバコンデンサ６２は、スイッチング素子Ｔ７あるいはＴ８のスイッチング動作に伴うサージ電圧を吸収するために備えられている。 A modification of the power converter of the embodiment will be described with reference to FIG. This example is different from the previous embodiment in the circuit configuration of the voltage dividing resistor. FIG. 6 shows a relationship among the voltage converter circuit 12, the voltage dividing resistors 61a to 61d, and the control circuit 9 in the modification. In this modification, four voltage dividing resistors 61a-61d are accommodated in the voltage dividing resistor card PCv. They are connected in series, one end of the series circuit is connected to the inverter side high voltage line PH, and the other end is connected to the common low voltage line N. In addition, a snubber capacitor 62 is accommodated in the voltage dividing resistor card PCv, and the snubber capacitor 62 is connected in parallel with the series circuit of the voltage dividing resistors 61a-61d. In other words, as well shown in FIG. 6, the snubber capacitor 62 is connected in parallel with a series circuit of two switching elements (for example, a series circuit of T7 and T8). The snubber capacitor 62 is provided to absorb a surge voltage accompanying the switching operation of the switching element T7 or T8.

以下でも、説明を簡単化するために分圧抵抗６１ａ−６１ｄを単に抵抗６１ａ−６１ｄと称する。分圧抵抗カードＰＣｖ内の高電位側に接続されている２個の抵抗６１ａと６１ｂの中点がハイインピーダンスバッファ５２ａを介して制御回路９と接続される。４個の抵抗６１ａ−６１ｄの直列回路の中点がハイインピーダンスバッファ５２ｂを介して制御回路９と接続される。４個の抵抗６１ａ−６１ｄの直列回路の低電位側の２個の抵抗６１ｃと６１ｄの中点がハイインピーダンスバッファ５２ｃを介して制御回路９と接続される。この変形例では、抵抗６１ｂと抵抗６１ｃの中点の電圧Ｍを基準とする。先に述べたように、高電圧回路と制御回路９は絶縁されているので、制御回路９は、電圧Ｍを基準として、抵抗６１ａと６１ｂの中点における電圧を計測する。その電圧が、インバータ側高電圧ラインＰＨの電圧ＶＨの分圧ＶＨｄに相当する。また、制御回路９は、電圧Ｍを基準としては、抵抗６１ｃと抵抗６１ｄの中点の電圧を計測する。その電圧が共通低電圧ラインＮの電圧ＶＮの分圧ＶＮｄに相当する。 Hereinafter, in order to simplify the description, the voltage dividing resistors 61a-61d are simply referred to as resistors 61a-61d. The midpoint of the two resistors 61a and 61b connected to the high potential side in the voltage dividing resistor card PCv is connected to the control circuit 9 via the high impedance buffer 52a. The midpoint of the series circuit of the four resistors 61a to 61d is connected to the control circuit 9 via the high impedance buffer 52b. The midpoint of the two resistors 61c and 61d on the low potential side of the series circuit of the four resistors 61a to 61d is connected to the control circuit 9 via the high impedance buffer 52c. In this modification, the voltage M at the midpoint between the resistors 61b and 61c is used as a reference. As described above, since the high voltage circuit and the control circuit 9 are insulated, the control circuit 9 measures the voltage at the midpoint of the resistors 61a and 61b with the voltage M as a reference. The voltage corresponds to the divided voltage VHd of the voltage VH of the inverter side high voltage line PH. The control circuit 9 measures the voltage at the midpoint between the resistors 61c and 61d with the voltage M as a reference. The voltage corresponds to the divided voltage VNd of the voltage VN of the common low voltage line N.

この変形例では、全ての分圧抵抗６１ａ−６１ｄが分圧抵抗カードＰＣｖに収容される。即ち、全ての分圧抵抗６１ａ―６１ｄが積層ユニット２０に収容される。図中の符号７２が示す導線が、積層ユニット２０と制御基板５０を接続する導線に相当する。制御基板５０は、４個の分圧抵抗の直列接続のうち１個−３個を介して積層ユニット２０のインバータ側高電圧ラインＰＨと接続される。 In this modification, all the voltage dividing resistors 61a to 61d are accommodated in the voltage dividing resistor card PCv. That is, all the voltage dividing resistors 61 a to 61 d are accommodated in the laminated unit 20. A conducting wire indicated by reference numeral 72 in the drawing corresponds to a conducting wire connecting the laminated unit 20 and the control board 50. The control board 50 is connected to the inverter-side high voltage line PH of the multilayer unit 20 through one to three of four voltage-dividing resistors connected in series.

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。積層ユニット２０がパワーモジュールの一例に相当し、制御基板５０が制御モジュールの一例に相当する。メインバッテリ８１の電圧を昇圧する電圧コンバータ回路１２が、スイッチング素子を含む高電圧回路の一例に相当する。インバータ回路１３も、スイッチング回路を含む高電圧回路の別の例に相当する。電圧コンバータ回路１２においてメインバッテリ８１の電圧に保持されるバッテリ側高電圧ラインＰＬと、昇圧後の電圧に保持されるインバータ側高電圧ラインＰＨが、モータを駆動する電圧に保持される高電圧経路の一例に相当する。 Points to be noted regarding the technology described in the embodiments will be described. The laminated unit 20 corresponds to an example of a power module, and the control board 50 corresponds to an example of a control module. The voltage converter circuit 12 that boosts the voltage of the main battery 81 corresponds to an example of a high voltage circuit including a switching element. The inverter circuit 13 corresponds to another example of a high voltage circuit including a switching circuit. In the voltage converter circuit 12, a battery-side high voltage line PL held at the voltage of the main battery 81 and an inverter-side high voltage line PH held at the boosted voltage are held at a voltage for driving the motor. It corresponds to an example.

大電流が流れるスイッチング素子は積層ユニット２０に集約され、制御基板５０にはスイッチング素子を含むことがない。分圧抵抗６ａ−６ｃ（６１ａ−６１ｄ）は、樹脂筐体４１を有する分圧抵抗カードＰＣｖに収容され、積層ユニット２０に積層される。即ち、分圧抵抗６ａ−６ｃ（６１ａ−６１ｄ）は、パワーモジュールに実装される。パワーモジュールに実装されている高電圧回路の高電圧経路（ＰＬ、ＰＨ）が分圧抵抗６ａ−６ｃ（６１ａ−６１ｄ）を介して制御回路９と接続される。 Switching elements through which a large current flows are collected in the stacked unit 20, and the control board 50 does not include the switching elements. The voltage dividing resistors 6 a-6 c (61 a-61 d) are accommodated in the voltage dividing resistor card PCv having the resin casing 41 and are stacked on the stacked unit 20. That is, the voltage dividing resistors 6a-6c (61a-61d) are mounted on the power module. The high voltage path (PL, PH) of the high voltage circuit mounted on the power module is connected to the control circuit 9 via the voltage dividing resistors 6a-6c (61a-61d).

上記実施例の変形例として、分圧抵抗カード内に、緊急時に高電圧回路に残存する電気エネルギを放出する放電抵抗を組み込んでもよい。具体的には、図６においてスナバコンデンサ６２と並列に放電抵抗を組み込む。そうすることで、放電抵抗を電力変換器にコンパクトに実装することができる。 As a modification of the above embodiment, a discharge resistor that releases electrical energy remaining in the high voltage circuit in an emergency may be incorporated in the voltage dividing resistor card. Specifically, a discharge resistor is incorporated in parallel with the snubber capacitor 62 in FIG. By doing so, the discharge resistor can be compactly mounted on the power converter.

実施例の電動車両は走行用に一つのモータを有する電気自動車であった。本明細書が開示する技術は、走行用にモータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車に適用することもできる。あるいは、本明細書が開示する技術は、燃料電池車に適用することもできる。 The electric vehicle of the example was an electric vehicle having one motor for traveling. The technology disclosed in the present specification can also be applied to a hybrid vehicle including both a motor and an engine for traveling. Alternatively, the technology disclosed in this specification can also be applied to a fuel cell vehicle.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

３：フィルタコンデンサ
４：リアクトル
５：平滑化コンデンサ
６ａ−６ｃ、６１ａ−６１ｄ：分圧抵抗
９：制御回路
１０：電力変換器
１２：電圧コンバータ回路
１３：インバータ回路
２０：積層ユニット
２１：冷却器
３１：コンデンサ素子
３２：リアクトルユニット
３３：コンデンサ素子
３６：ケース
３７：バスバ
３８：コネクタユニット
４１：樹脂筐体
４２ａ−４２ｃ：パワー端子
４４、４５：制御端子
５０：制御基板
５１：降圧コンバータ
５２ａ−５２ｃ：ハイインピーダンスバッファ
５６ａ−５６ｃ：分圧抵抗
６２：スナバコンデンサ
８１：メインバッテリ
８３：モータ
８７：サブバッテリ
１００：電動車両
ＰＣ１−ＰＣ３、ＰＣｄ：パワーカード
ＰＣｖ：分圧抵抗カード
ＰＨ：インバータ側高電圧ライン
ＰＬ：バッテリ側高電圧ライン
Ｔ１−Ｔ８：スイッチング素子 3: Filter capacitor 4: Reactor 5: Smoothing capacitors 6a-6c, 61a-61d: Voltage dividing resistor 9: Control circuit 10: Power converter 12: Voltage converter circuit 13: Inverter circuit 20: Multilayer unit 21: Cooler 31 : Capacitor element 32: Reactor unit 33: Capacitor element 36: Case 37: Bus bar 38: Connector unit 41: Resin casing 42a-42c: Power terminal 44, 45: Control terminal 50: Control board 51: Step-down converter 52a-52c: High impedance buffers 56a-56c: Voltage dividing resistor 62: Snubber capacitor 81: Main battery 83: Motor 87: Sub battery 100: Electric vehicle PC1-PC3, PCd: Power card PCv: Voltage dividing resistor card PH: Inverter side high voltage line PL: Battery side high voltage line T1-T8: the switching element

Claims

It is a power converter that converts the power of the battery and supplies it to the motor for traveling,
A power module on which a high voltage circuit including a switching element for converting the power of the battery is mounted;
A control module on which a control circuit that generates a drive signal for the switching element is mounted, and is a module independent of the power module;
With
In the high voltage circuit, a high voltage path held by a voltage for driving the motor and the control module are connected via a voltage dividing resistor, and the voltage dividing resistor is mounted on the power module. And power converter.

The power module includes a stacked unit in which power cards and coolers that house the switching elements are stacked alternately,
The power converter according to claim 1, wherein a voltage dividing resistor card that accommodates the voltage dividing resistor is stacked on the stacked unit.

3. The electric power according to claim 2, wherein the voltage dividing resistor card contains a snubber capacitor that suppresses a surge voltage of the switching element, and the voltage dividing resistor and the snubber capacitor are connected in parallel. converter.