JP2015220838A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁に伴う情報や制御信号の伝達遅れを抑え、制御を高速化するとともに、構成を簡素化して誤差の発生箇所を抑え、制御を高精度化することができる電力変換装置を提供する。【解決手段】コンバータ回路１０の動作状態に関する情報に基づいて制御信号を生成する制御信号生成回路１１５は、コンバータ回路１０と同じく高圧系グランドＧ１を基準として動作する。そのため、コンバータ回路１０の動作状態に関する情報を絶縁することなく制御信号生成回路１１５に入力することができる。また、制御信号生成回路１１５で生成した制御信号を絶縁することなくコンバータ回路１０に入力することができる。従って、従来にように、絶縁に伴う伝達遅れを抑え、制御を高速化することができる。また、構成を簡素化して誤差の発生箇所を抑え、制御を高精度化することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、第１グランドを基準として動作する電力変換回路と、電力変換回路を制御する制御回路とを備えた電力変換装置に関する。

従来、第１グランドを基準として動作する電力変換回路と、電力変換回路を制御する制御回路とを備えた電力変換装置として、例えば以下に示す特許文献１に開示されている電力変換システムがある。

この電力変換システムは、コンバータ回路と、分圧回路と、差動増幅回路と、マイクロコンピュータと、インタフェース回路とを備えている。

コンバータ回路は、高圧系グランドを基準として動作し、高電圧バッテリの電圧を昇圧して出力する回路である。コンバータ回路は、高圧系グランドと絶縁された低圧系グランドを基準として動作するマイクロコンピュータによって制御される。

分圧回路は、コンバータ回路の入力端及び出力端に接続され、コンバータ回路の入出力電圧を絶縁して分圧する回路である。分圧回路は、高抵抗体と、低抵抗体とを備えている。高抵抗体は、抵抗値が数ＭΩ〜数十ＭΩの抵抗である。高抵抗体は、複数の抵抗を直列接続して構成されている。一方、低抵抗体は、抵抗値が数ｋΩ〜数百ｋΩの抵抗である。分圧回路に数ＭΩの高抵抗体を用いることで、絶縁を確実に保つことができる。しかも、複数の抵抗を直列接続して高抵抗体を構成することで、絶縁距離を長くすることができ、絶縁をより確実に保つことができる。

差動増幅回路は、分圧回路に接続され、分圧回路から入力される電圧を差動増幅する回路である。マイクロコンピュータは、差動増幅回路に接続され、低圧系グランドを基準として動作し、差動増幅回路から入力されるコンバータ回路の入出力電圧に関する情報に基づいて、ソフトウェアによってコンバータ回路を制御するための制御信号を生成し出力する。インタフェース回路は、マイクロコンピュータ及びコンバータ回路に接続され、マイクロコンピュータから入力される制御信号をコンバータ回路に絶縁して出力する。コンバータ回路は、インタフェース回路から入力される制御信号に基づいて動作し、高電圧バッテリの電圧を昇圧して出力する。

ここで、コンバータ回路及びマイクロコンピュータが電力変換回路及び制御回路に、高圧系グランドが第１グランドに相当する。

特開２０１３−０３８８９４号公報

前述した電力変換システムでは、コンバータ回路の入出力電圧に関する情報を、分圧回路及び差動増幅回路によって絶縁してマイクロコンピュータに伝達する。そして、コンバータ回路の入出力電圧に関する情報に基づいて生成した制御信号を、インタフェース回路によって絶縁してコンバータ回路に伝達する。分圧回路及び差動増幅回路を介することで、コンバータ回路の入出力電圧に関する情報の伝達に遅れが発生してしまう。また、インタフェース回路を介することで、制御信号の伝達に遅れが発生してしまう。そのため、電力変換システムの制御を高速化することが困難であった。差動増幅回路を介することで、オフセット誤差によってコンバータ回路の入出力電圧に関する情報の精度が低下してしまう。また、差動増幅回路を構成する複数の部品を介することで、それらの部品に伴う誤差が蓄積され、コンバータ回路の入出力電圧に関する情報の精度が低下してしまう。そのため、電力変換システムの制御を高精度化することが困難であった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、絶縁に伴う情報や制御信号の伝達遅れを抑え、制御を高速化するとともに、構成を簡素化して誤差の発生箇所を抑え、制御を高精度化することができる電力変換装置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なされた本発明は、第１グランドを基準として動作し、入力される電力を変換して出力する電力変換回路と、電力変換回路から入力される電力変換回路の動作状態に関する情報と外部から入力される情報に基づいて電力変換回路を制御するための制御信号を生成する制御回路と、を備えた電力変換装置において、制御回路は、第１グランドと絶縁された第２グランドを基準として動作し、外部から入力される情報に基づいて電力変換回路に対する指令を生成する指令生成回路と、指令生成回路に接続され、指令生成回路から入力される指令を絶縁して出力する第１絶縁回路と、電力変換回路及び第１絶縁回路に接続され、第１グランドを基準として動作し、電力変換回路から入力される電力変換回路の動作状態に関する情報と第１絶縁回路から入力される指令に基づいて制御信号を生成する制御信号生成回路と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、電力変換回路の動作状態に関する情報に基づいて制御信号を生成する制御信号生成回路は、電力変換回路と同じく第１グランドを基準として動作する。そのため、電力変換回路の動作状態に関する情報を絶縁することなく制御信号生成回路に入力することができる。また、制御信号生成回路で生成した制御信号を絶縁することなく電力変換回路に入力することができる。従って、従来に比べ、絶縁に伴う伝達遅れを抑えることができる。これにより、制御を高速化することができる。また、構成が簡素化され誤差の発生箇所が抑えられる。これにより、制御を高精度化することができる。

第１実施形態における電力変換装置の回路図である。 第２実施形態における電力変換装置の回路図である。 第３実施形態における電力変換装置の回路図である。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る電力変換装置を、車両に搭載された高電圧バッテリから供給される電力を変換して出力する電力変換装置に適用した例を示す。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して第１実施形態の電力変換装置の構成について説明する。

図１に示す電力変換装置１は、ハイブリッド車両に搭載され、高電圧バッテリＢ１０から供給される直流電力を、さらに高電圧の直流電力に変換してインバータ回路（図略）に供給する装置である。ここで、インバータ回路は、車両に搭載され、車両を駆動するための駆動用モータに電力を供給する回路である。電力変換装置１は、コンバータ回路１０（電力変換回路）と、制御回路１１とを備えている。

コンバータ回路１０は、高圧系グランドＧ１（第１グランド）を基準として動作し、高電圧バッテリＢ１０から供給される直流電力を、さらに高電圧の直流電力に変換してインバータ回路に供給する回路である。コンバータ回路１０は、コンデンサ１００と、リアクトル１０１と、ＩＧＢＴ１０２（第１スイッチング素子）と、ＩＧＢＴ１０３（第２スイッチング素子）と、コンデンサ１０４と、駆動回路１０５（第１駆動回路）と、駆動回路１０６（第２駆動回路）とを備えている。

コンデンサ１００は、高電圧バッテリＢ１０から供給される直流を平滑化する素子である。コンデンサ１００の一端は高電圧バッテリＢ１０の正極端に、他端は高電圧バッテリＢ１０の負極端に接続されるとともに、高圧系グランドＧ１に接続されている。

リアクトル１０１は、エネルギーを蓄積、又は、蓄積したエネルギーを放出する素子である。リアクトル１０１の一端はコンデンサ１００の一端に、他端はＩＧＢＴ１０２、１０３に接続されている。

ＩＧＢＴ１０２、１０３は、スイッチングすることで、リアクトル１０１にエネルギーを蓄積、又は、蓄積したエネルギーをリアクトル１０１から放出させるための素子である。ＩＧＢＴ１０２、１０３は、直列接続されている。具体的には、ＩＧＢＴ１０２のエミッタが、ＩＧＢＴ１０３のコレクタに接続されている。ＩＧＢＴ１０２、１０３の直列接続点は、リアクトル１０１の他端に接続されている。ＩＧＢＴ１０２のコレクタは、コンバータ回路１０の一方の出力端を形成している。ＩＧＢＴ１０３のエミッタは、コンデンサ１００の他端、つまり高圧系グランドＧ１に接続されるとともに、コンバータ回路１０の他方の出力端を形成している。

コンデンサ１０４は、出力端から出力される直流を平滑化する素子である。コンデンサ１０４の一端はＩＧＢＴ１０２のコレクタに、他端はＩＧＢＴ１０３のエミッタに接続されている。

駆動回路１０５は、制御回路１１から入力される制御信号に基づいて制御回路１１から供給される電圧を印加することで、ＩＧＢＴ１０２を駆動する回路である。具体的には、制御回路１１から電圧を供給され、制御信号に基づいてＩＧＢＴ１０２のエミッタを基準としたゲートの電圧を制御してＩＧＢＴ１０２を駆動する。駆動回路１０５は、レベルシフト回路１０５ａを備えている。レベルシフト回路１０５ａは、制御信号を、ＩＧＢＴ１０２、１０３の直列接続点の電位、つまりＩＧＢＴ１０２のエミッタの電位を基準とした高電圧の信号に変換する回路である。駆動回路１０５の入力端、正極端及び負極端は制御回路１１に、出力端はＩＧＢＴ１０２のゲートに接続されている。

駆動回路１０６は、制御回路１１から入力される制御信号に基づいて制御回路１１から供給される電圧を印加することで、ＩＧＢＴ１０３を駆動する回路である。具体的には、制御回路１１から電圧を供給され、制御信号に基づいてＩＧＢＴ１０３のエミッタを基準としたゲートの電圧を制御してＩＧＢＴ１０３を駆動する。駆動回路１０６は、駆動回路１０５と異なりレベルシフト回路を備えていない。駆動回路１０６の入力端、正極端及び負極端は制御回路１１に、出力端はＩＧＢＴ１０３のゲートに接続されている。

制御回路１１は、外部から入力される情報、コンバータ回路１０から入力されるコンバータ回路１０の動作状態に関する情報に基づいてコンバータ回路１０を制御するための制御信号を生成し出力する回路である。具体的には、外部から入力されるアクセル開度や車速等の情報、コンバータ回路１０の入出力電圧及びリアクトル１０１に流れる電流に関する情報に基づいて制御信号を生成し出力する。制御回路１１は、分圧回路１１０、１１１と、電流センサ１１２と、マイクロコンピュータ１１３（指令生成回路）と、絶縁回路１１４（第１絶縁回路）と、制御信号生成回路１１５と、駆動用電源回路１１６とを備えている。

分圧回路１１０は、コンバータ回路１０の入力電圧を分圧して出力する回路である。分圧回路１１０は、数百ｋΩの抵抗１１０ａと、数ｋΩの抵抗１１０ｂとを備えている。分圧回路１１０によって分圧された電圧は、高圧系グランドＧ１を基準として動作する制御信号生成回路１１５に入力される。高圧系グランドＧ１と絶縁された低圧系グランドＧ２（第２グランド）を基準として動作する回路に入力されるわけではない。そのため、従来のように、分圧回路１１０に、数ＭΩの高抵抗体を用いて絶縁する必要はない。抵抗１１０ａ、１１０ｂは直列接続されている。抵抗１１０ａの一端はコンデンサ１００の一端に、抵抗１１０ｂの一端はコンデンサ１００の他端、つまり高圧系グランドＧ１に接続されている。また、抵抗１１０ａ、１１０ｂの直列接続点は、制御信号生成回路１１５に接続されている。

分圧回路１１１は、コンバータ回路１０の出力電圧を分圧して出力する回路である。分圧回路１１１は、数百ｋΩの抵抗１１１ａと、数ｋΩの抵抗１１１ｂとを備えている。分圧回路１１１によって分圧された電圧は、高圧系グランドＧ１を基準として動作する制御信号生成回路１１５に入力される。低圧系グランドＧ２を基準として動作する回路に入力されるわけではない。そのため、従来のように、分圧回路１１１に、数ＭΩの高抵抗体を用いて絶縁する必要はない。抵抗１１１ａ、１１１ｂは直列接続されている。抵抗１１１ａの一端はコンデンサ１０４の一端に、抵抗１１１ｂの一端はコンデンサ１０４の他端、つまり高圧系グランドＧ１に接続されている。また、抵抗１１１ａ、１１１ｂの直列接続点は、制御信号生成回路１１５に接続されている。

電流センサ１１２は、リアクトル１０１に流れる電流を検出し、電圧に変換して出力するクランプ型の素子である。電流センサ１１２は、リアクトル１０１の他端とＩＧＢＴ１０２、１０３を接続する配線にクランプされ、制御信号生成回路１１５に接続されている。

マイクロコンピュータ１１３は、低圧系グランドＧ２を基準として動作し、外部から入力される情報に基づいて指令を生成して出力する素子である。具体的には、外部から入力されるアクセル開度や車速等の情報に基づいて、コンバータ回路１０の出力電圧を指示する出力電圧指令を生成して出力する。マイクロコンピュータ１１３は、電力変換装置１の電力供給対象であるインバータ回路を制御するためのマイクロコンピュータを兼用して構成されている。マイクロコンピュータ１１３の出力端は、絶縁回路１１４に接続されている。

絶縁回路１１４は、マイクロコンピュータ１１３から入力される出力電圧指令を制御信号生成回路１１５に絶縁して出力する回路である。具体的には、フォトカプラ等の絶縁素子である。絶縁回路１１４の入力端はマイクロコンピュータ１１３の出力端に、出力端は制御信号生成回路１１５に接続されている。

制御信号生成回路１１５は、高圧系グランドＧ１を基準として動作し、分圧回路１１０、１１１及び電流センサ１１２を介してコンバータ回路１０から入力されるコンバータ回路１０の動作状態に関する情報と、絶縁回路１１４から入力される出力電圧指令に基づいて制御信号を生成し出力する回路である。具体的には、コンバータ回路１０の入出力電圧及びリアクトル１０１に流れる電流に関する情報と出力電圧指令に基づいて制御信号を生成し出力する。高圧系グランドＧ１を基準して動作するため、制御信号は、高圧系グランドＧ１を基準した信号となる。制御信号生成回路１１５は、ハードウェアで構成されている。そのため、ソフトウェアで処理する場合に比べ、高速に制御処理をすることができる。制御信号生成回路１１５の情報入力端は、抵抗１１０ａ、１１０ｂの直列接続点、抵抗１１１ａ、１１１ｂの直列接続点及び電流センサ１１２の出力端に接続されている。また、指令入力端は、絶縁回路１１４の出力端に接続されている。さらに、制御信号出力端は、駆動回路１０５、１０６の制御信号入力端に接続されている。

駆動用電源回路１１６は、負極端が低圧系グランドＧ２に接続され低圧系グランドＧ２を基準とする回路作動用電源Ｂ１１から供給される電圧を、ＩＧＢＴ１０２、１０３を駆動する際に必要とされる、低圧系グランドＧ２と絶縁された電圧に変換して供給する回路である。駆動用電源回路１１６は、スイッチング素子１１６ａと、トランス１１６ｂと、ダイオード１１６ｃ、１１６ｄと、コンデンサ１１６ｅ、１１６ｆとを備えている。

スイッチング素子１１６ａは、スイッチングすることで、回路作動用電源Ｂ１１から供給される直流を交流に変換する素子である。スイッチング素子１１６ａの一端はトランス１１６ｂに、他端は低圧系グランドＧ２に接続されている。

トランス１１６ｂは、供給される交流を絶縁した状態で所定電圧の交流に変換して出力する素子である。トランス１１６ｂは、１次巻線１１６ｇと、２次巻線１１６ｈ、１１６ｉとを備えている。１次巻線１１６ｇの一端は回路作動用電源Ｂ１１の正極端に、他端はスイッチング素子１１６ａの一端に接続されている。

ダイオード１１６ｃ、１１６ｄは、２次巻線１１６ｈ、１１６ｉから供給される交流を整流して直流に変換する素子である。ダイオード１１６ｃ、１１６ｄのアノードは２次巻線１１６ｈ、１１６ｉの一端に、カソードは駆動回路１０５、１０６の正極端に接続されている。

コンデンサ１１６ｅ、１１６ｆは、ダイオード１１６ｃ、１１６ｄを介して供給される直流を平滑化する素子である。コンデンサ１１６ｅの一端はダイオード１１６ｃのカソードに、他端は２次巻線１１６ｈの他端と駆動回路１０５の負極端に接続されている。コンデンサ１１６ｆの一端はダイオード１１６ｄのカソードに、他端は２次巻線１１６ｉの他端と駆動回路１０５の負極端に接続されるとともに、高圧系グランドＧ１に接続されている。

次に、図１を参照して第１実施形態の電力変換装置の動作について説明する。なお、コンバータ回路１０の入出力電圧及びリアクトル１０１に流れる電流に関する情報に基づいてコンバータ回路１０を制御することは一般的であり、本発明の内容と直接的な関係がないため、詳細な説明は省略する。

図１に示す分圧回路１１０、１１１は、高圧系グランドＧ１を基準として動作するコンバータ回路１０の入出力電圧を分圧して出力する。電流センサ１１２は、リアクトル１０１に流れる電流を検出し、電圧に変換して出力する。

マイクロコンピュータ１１３は、低圧系グランドＧ２を基準として動作し、外部から入力される情報に基づいて出力電圧指令を生成して出力する。そして、絶縁回路１１４は、マイクロコンピュータ１１３から入力される出力電圧指令を制御信号生成回路１１５に絶縁して出力する。

制御信号生成回路１１５は、高圧系グランドＧ１を基準として動作し、コンバータ回路１０の入出力電圧及びリアクトル１０１に流れる電流に関する情報と出力電圧指令に基づいて、ハードウェアによって制御信号を生成し出力する。

スイッチング素子１１６ａは、スイッチングすることで回路作動用電源Ｂ１１から供給される直流を交流に変換する。そして、トランス１１６ｂは、１次巻線１１６ｇに供給される交流を絶縁した状態で所定電圧の交流に変換して２次巻線１１６ｈ、１１６ｉから出力する。ダイオード１１６ｃ、１１６ｄは、２次巻線１１６ｈ、１１６ｉから供給される交流を整流して直流に変換する。そして、コンデンサ１１６ｅ、１１６ｆは、ダイオード１１６ｃ、１１６ｄを介して供給される直流を平滑化する。これにより、ＩＧＢＴ１０２、１０３を駆動する際に必要とされる電圧が駆動用電源回路１１６から駆動回路１０５、１０６に供給される。

駆動回路１０５、１０６は、駆動用電源回路１１６から電圧を供給され、制御信号生成回路１１５から入力される制御信号に基づいてＩＧＢＴ１０２、１０３のエミッタを基準としたゲートの電圧を制御してＩＧＢＴ１０２、１０３を駆動する。これにより、高電圧バッテリＢ１０から供給される直流が、さらに高電圧の直流に変換されインバータ回路に供給される。

次に、第１実施形態の電力変換装置の効果について説明する。

第１実施形態によれば、制御回路１１は、マイクロコンピュータ１１３と、絶縁回路１１４と、制御信号生成回路１１５とを備えている。コンバータ回路１０の動作状態に関する情報に基づいて制御信号を生成する制御信号生成回路１１５は、コンバータ回路１０と同じく高圧系グランドＧ１を基準として動作する。そのため、コンバータ回路１０の動作状態に関する情報を絶縁することなく制御信号生成回路１１５に入力することができる。また、制御信号生成回路１１５で生成した制御信号を絶縁することなくコンバータ回路１０に入力することができる。従って、従来に比べ、絶縁に伴う伝達遅れを抑えることができる。これにより、制御を高速化することができる。また、構成が簡素化され誤差の発生箇所が抑えられる。これにより、制御を高精度化することができる。

第１実施形態によれば、制御信号生成回路１１５は、ハードウェアで構成されている。そして、コンバータ回路１０の入出力電圧及びリアクトル１０１に流れる電流に関する情報と出力電圧指令に基づいて、ハードウェアによって制御信号を生成し出力する。そのため、従来のように、マイクロコンピュータがソフトウェアによって制御信号を生成する場合に比べ、制御をより高速化することができる。

第１実施形態によれば、コンバータ回路１０は、直列接続されたＩＧＢＴ１０２、１０３と、制御信号生成回路１１５から入力される制御信号に基づいてＩＧＢＴ１０２、１０３を駆動する駆動回路１０５、１０６とを有している。ＩＧＢＴ１０３のエミッタは、高圧系グランドＧ１に接続されている。駆動回路１０６は、制御信号に基づいてＩＧＢＴ１０３のエミッタに対するゲートの電圧を制御してＩＧＢＴ１０３を駆動する。つまり、高圧系グランドＧ１に対するゲートの電圧を制御してＩＧＢＴ１０３を駆動する。制御信号生成回路１１５が高圧系グランドＧ１を基準して動作するため、制御信号は、高圧系グランドＧ１を基準した信号となる。そのため、基準電位が共通しており、制御信号を、絶縁することなく駆動回路１０６に直接入力することができる。従って、絶縁回路を減らすことができる。これにより、絶縁に伴う伝達遅れを抑え、制御をより高速化することができる。また、部品点数を抑え、コストを削減することができる。

第１実施形態によれば、駆動回路１０５は、制御信号に基づいてＩＧＢＴ１０２のエミッタに対するゲートの電圧を制御してＩＧＢＴ１０２を駆動する。しかし、ＩＧＢＴ１０２のエミッタの電位は、ＩＧＢＴ１０２、１０３のスイッチング状態によって変化する。制御信号生成回路１１５が高圧系グランドＧ１を基準して動作するため、制御信号は、高圧系グランドＧ１を基準した信号となる。従って、基準電位が共通しておらず、一般的に、制御信号を絶縁して駆動回路１０５に入力する。しかし、駆動回路１０５は、制御信号を、ＩＧＢＴ１０２とＩＧＢＴ１０３の直列接続点の電位、つまりＩＧＢＴ１０２のエミッタの電位を基準とした高電圧の信号に変換するレベルシフト回路１０５ａを有している。そのため、制御信号を絶縁することなく駆動回路１０５に直接入力することができる。従って、絶縁回路を減らすことができる。これにより、絶縁に伴う伝達遅れを抑え、制御をより高速化することができる。また、部品点数を抑え、コストをより削減することができる。

第１実施形態によれば、マイクロコンピュータ１１３が出力する指令は、コンバータ回路１０の出力電圧を指示する出力電圧指令である。そのため、コンバータ回路１０の出力電圧が出力電圧指令によって指示された電圧になるように、電力変換装置１を制御することができる。

第１実施形態によれば、マイクロコンピュータ１１３は、電力変換装置１の電力供給対象であるインバータ回路を制御するためのマイクロコンピュータを兼用して構成されている。そのため、電力変換装置１及びその電力供給対象を含めたシステムの構成を簡素化し、コストを抑えることができる。

第１実施形態によれば、制御信号を生成する際に用いられるコンバータ回路１０の動作状態に関する情報は、コンバータ回路１０の入出力電圧及びリアクトル１０１に流れる電流に関する情報である。そのため、コンバータ回路１０の出力電圧が出力電圧指令によって指示された電圧になるように、電力変換装置１を確実に制御することができる。

第１実施形態によれば、コンバータ回路１０は、車両に搭載されたインバータ回路に電力を供給する回路である。インバータ回路は、車両を駆動するための駆動用モータに電力を供給する回路である。このように、電力変換装置１の電力供給対象が車両の駆動用モータに電力を供給するインバータ回路である場合、車両の加減速等によってコンバータ回路１０の入出力電圧が急激に変化する。そのため、コンバータ回路を高速に制御しなければならない。しかし、前述したように、電力変換装置１は、絶縁に伴う情報や制御信号の伝達遅れを抑え、制御を高速化することができる。そのため、車両の加減速等に影響されることなく、インバータ回路に安定して電力を供給することができる。従って、車両性能の低下を抑えることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の電力変換装置について説明する。第２実施形態の電力変換装置は、第１実施形態の電力変換装置に対して、駆動用電源回路の構成を変更したものである。

まず、図２を参照して第２実施形態の電力変換装置の構成について説明する。

図２に示すように、電力変換装置２は、ハイブリッド車両に搭載され、高電圧バッテリＢ２０から供給される直流電力を、さらに高電圧の直流電力に変換してインバータ回路に供給する装置である。電力変換装置２は、コンバータ回路２０（電力変換回路）と、制御回路２１とを備えている。

コンバータ回路２０は、コンデンサ２００と、リアクトル２０１と、ＩＧＢＴ２０２（第１スイッチング素子）と、ＩＧＢＴ２０３（第２スイッチング素子）と、コンデンサ２０４と駆動回路２０５（第１駆動回路）と、駆動回路２０６（第２駆動回路）とを備えている。コンデンサ２００、リアクトル２０１、ＩＧＢＴ２０２、２０３、コンデンサ２０４及び駆動回路２０５、２０６は、第１実施形態のコンデンサ１００、リアクトル１０１、ＩＧＢＴ１０２、１０３、コンデンサ１０４及び駆動回路１０５、１０６と同一のものであり、同一構成である。

制御回路２１は、分圧回路２１０、２１１と、電流センサ２１２と、マイクロコンピュータ２１３（指令生成回路）と、絶縁回路２１４（第１絶縁回路）と、制御信号生成回路２１５と、駆動用電源回路２１６とを備えている。

分圧回路２１０、２１１は、抵抗２１０ａ、２１０ｂ、２１１ａ、２１１ｂを備えている。抵抗２１０ａ、２１０ｂ、２１１ａ、２１１ｂは、第１実施形態の抵抗１１０ａ、１１０ｂ、１１１ａ、１１１ｂと同一のものであり、同一構成である。

電流センサ２１２、マイクロコンピュータ２１３、絶縁回路２１４及び制御信号生成回路２１５も、第１実施形態の電流センサ１１２、マイクロコンピュータ１１３、絶縁回路１１４及び制御信号生成回路１１５と同一のものであり、同一構成である。

駆動用電源回路２１６は、高電圧バッテリＢ２０から供給される電圧を、ＩＧＢＴ２０２、２０３を駆動する際に必要とされる電圧に変換して供給する回路である。駆動用電源回路２１６は、スイッチング素子２１６ｊと、リアクトル２１６ｋと、コンデンサ２１６ｌと、ダイオード２１６ｍ、２１６ｎと、コンデンサ２１６ｏとを備えている。

スイッチング素子２１６ｊ、リアクトル２１６ｋ、コンデンサ２１６ｌ及びダイオード２１６ｍは、降圧コンバータ回路を構成するための素子である。スイッチング素子２１６ｊの一端は高電圧バッテリＢ２０の正極端に接続されている。リアクトル２１６ｋの一端はスイッチング素子２１６ｊの他端に接続されている。コンデンサ２１６ｌの一端はリアクトル２１６ｋの他端に、他端は高圧系グランドＧ１に接続されている。ダイオード２１６ｍのアノードはコンデンサ２１６ｌの他端に、カソードはリアクトル２１６ｋの一端に接続されている。また、コンデンサ２１６ｌの一端は駆動回路２０６の正極端に、他端は駆動回路２０６の負極端とＩＧＢＴ２０３のエミッタに接続されている。

ダイオード２１６ｎ及びコンデンサ２１６ｏは、ブートストラップ回路を構成するための素子である。ダイオード２１６ｎのアノードはコンデンサ２１６ｌの一端に接続されている。コンデンサ２１６ｏの一端はダイオード２１６ｎのカソードと駆動回路２０５の正極端に、他端は駆動回路２０５の負極端とＩＧＢＴ２０２のエミッタに接続されている。

次に、図２を参照して第２実施形態の電力変換装置の動作について説明する。ここでは、第１実施形態の電力変換装置との相違点である、駆動用電源回路の動作についてのみ説明する。

図２に示す降圧コンバータ回路を構成するスイッチング素子２１６ｊがスイッチングすることで、高電圧バッテリＢ２０の電圧が降圧され、コンデンサ２１６ｌから出力される。ＩＧＢＴ２０３を駆動する際に必要とされる電圧として、コンデンサ２１６ｌから出力される電圧が駆動回路２０６に供給される。一方、ＩＧＢＴ２０３がオン状態になると、コンデンサ２１６ｌからブートストラップ回路を構成するダイオード２１６ｎを介してコンデンサ２１６ｏに電流が流れ、コンデンサ２１６ｏが充電される。ＩＧＢＴ２０２を駆動する際に必要とされる電圧として、コンデンサ２１６ｏから出力される電圧が供給される。

次に、第２実施形態の電力変換装置の効果について説明する。

第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態の電力変換装置について説明する。第３実施形態の電力変換装置は、第１実施形態の電力変換装置に対して、コンバータ回路の動作状態に関する情報をマイクロコンピュータに伝え、その情報に基づいて異常の判定等するようにしたものである。

まず、図３を参照して第３実施形態の電力変換装置の構成について説明する。

図３に示すように、電力変換装置３は、ハイブリッド車両に搭載され、高電圧バッテリＢ３０から供給される直流電力を、さらに高電圧の直流電力に変換してインバータ回路に供給する装置である。電力変換装置３は、コンバータ回路３０（電力変換回路）と、制御回路３１とを備えている。

コンバータ回路３０は、コンデンサ３００と、リアクトル３０１と、ＩＧＢＴ３０２（第１スイッチング素子）と、ＩＧＢＴ３０３（第２スイッチング素子）と、コンデンサ３０４と、駆動回路３０５（第１駆動回路）と、駆動回路３０６（第２駆動回路）とを備えている。コンデンサ３００、リアクトル３０１、ＩＧＢＴ３０２、３０３、コンデンサ３０４及び駆動回路３０５、３０６は、第１実施形態のコンデンサ１００、リアクトル１０１、ＩＧＢＴ１０２、１０３、コンデンサ１０４及び駆動回路１０５、１０６と同一のものであり、同一構成である。

制御回路３１は、分圧回路３１０、３１１と、電流センサ３１２と、マイクロコンピュータ３１３（指令生成回路）と、絶縁回路３１４（第１絶縁回路）と、制御信号生成回路３１５と、駆動用電源回路３１６とを備えている。さらに、絶縁回路３１７（第２絶縁回路）を備えている。

分圧回路３１０、３１１は、抵抗３１０ａ、３１０ｂ、３１１ａ、３１１ｂを備えている。抵抗３１０ａ、３１０ｂ、３１１ａ、３１１ｂは、第１実施形態の抵抗１１０ａ、１１０ｂ、１１１ａ、１１１ｂと同一のものであり、同一構成である。

電流センサ３１２は、第１実施形態の電流センサ１１２と同一のものであり、同一構成である。

マイクロコンピュータ３１３は、第１実施形態のマイクロコンピュータ１１３と同一の機能を有する素子である。また、絶縁回路３１７を介して制御信号生成回路３１５から入力されるコンバータ回路３０の動作状態に関する情報に基づいて、コンバータ回路３０の異常の有無を判定、及び、電力変換装置３の電力供給対象であるインバータ回路の異常の有無等を判定する素子でもある。具体的には、コンバータ回路３０の入出力電圧及びリアクトル３０１に流れる電流に関する情報に基づいて、コンバータ回路３０の異常の有無、及び、インバータ回路の異常の有無等を判定する。そして、異常があると判定した場合には、出力電圧指令を停止する。また、必要に応じて出力電圧指令を調整する。

絶縁回路３１４は、第１実施形態の絶縁回路１１４と同一のものであり、同一構成である。

制御信号生成回路３１５は、第１実施形態の制御信号生成回路１１５と同一の機能を有する回路である。また、分圧回路３１０、３１１及び電流センサ３１２を介してコンバータ回路３０から入力されるコンバータ回路３０の動作状態に関する情報を出力する回路でもある。具体的には、コンバータ回路３０の入出力電圧及びリアクトル３０１に流れる電流に関する情報を出力する。制御信号生成回路３１５は、ハードウェアで構成されている。そのため、ソフトウェアで処理する場合に比べ、高速に制御処理をすることができる。制御信号生成回路３１５の情報入力端は、抵抗３１０ａ、３１０ｂの直列接続点、抵抗３１１ａ、３１１ｂの直列接続点及び電流センサ３１２の出力端接続されている。指令入力端は、絶縁回路３１４の出力端に接続されている。制御信号出力端は、駆動回路３０５、３０６の制御信号入力端に接続されている。情報出力端は絶縁回路３１７に接続されている。

駆動用電源回路３１６は、負極端が低圧系グランドＧ２に接続され低圧系グランドＧ２を基準とする回路作動用電源Ｂ３１から供給される電圧を、ＩＧＢＴ３０２、３０３を駆動する際に必要とされる、低圧系グランドＧ２と絶縁された電圧に変換して供給する回路である。駆動用電源回路３１６は、スイッチング素子３１６ａと、トランス３１６ｂと、ダイオード３１６ｃ、３１６ｄと、コンデンサ３１６ｅ、３１６ｆとを備えている。トランス３１６ｂは、１次巻線３１６ｇと、２次巻線３１６ｈ、３１６ｉとを備えている。スイッチング素子３１６ａ、トランス３１６ｂ、ダイオード３１６ｃ、３１６ｄ、コンデンサ３１６ｅ、３１６ｆ、１次巻線３１６ｇ及び２次巻線３１６ｈ、３１６ｉは、第１実施形態のスイッチング素子１１６ａ、トランス１１６ｂ、ダイオード１１６ｃ、１１６ｄ、コンデンサ１１６ｅ、１１６ｆ、１次巻線１１６ｇ及び２次巻線１１６ｈ、１１６ｉと同一のものであり、同一構成である。

絶縁回路３１７は、制御信号生成回路３１５から入力されるコンバータ回路３０の入出力電圧及びリアクトル３０１に流れる電流に関する情報をマイクロコンピュータ３１３に絶縁して出力する回路である。具体的には、フォトカプラ等の絶縁素子である。絶縁回路３１７の入力端は制御信号生成回路３１５の情報出力端に、出力端はマイクロコンピュータ３１３の入力端に接続されている。

次に、図３を参照して第３実施形態の電力変換装置の動作について説明する。ここでは、第１実施形態の電力変換装置との相違点である、コンバータ回路の動作状態に関する情報をマイクロコンピュータに伝え、その情報に基づいて異常の判定等を行う動作についてのみ説明する。

図３に示す制御信号生成回路３１５は、分圧回路３１０、３１１及び電流センサ３１２を介してコンバータ回路３０から入力されるコンバータ回路３０の入出電圧及びリアクトル３０１に流れる電流に関する情報を出力する。そして、絶縁回路３１７は、制御信号生成回路３１５から入力されるコンバータ回路３０の入出力電圧及びリアクトル３０１に流れる電流に関する情報をマイクロコンピュータ３１３に絶縁して出力する。

マイクロコンピュータ３１３は、絶縁回路３１７を介して制御信号生成回路３１５から入力されるコンバータ回路３０の入出力電圧及びリアクトル３０１に流れる電流に関する情報に基づいてコンバータ回路３０の異常の有無を判定する。そして、異常があると判定した場合には、出力電圧指令を停止する。また、インバータ回路の動作を制限又は停止する場合には、出力電圧指令を調整する。さらに、インバータの動作に過負荷等の異常が発生した場合にも、リアクトル３０１に流れる電流に関する情報に基づいてインバータ回路の動作を制限又は停止するために、出力電圧指令を調整する。これにより、異常等がある場合には、コンバータ回路３０の動作が停止等することになる。

次に、第３実施形態の電力変換装置の効果について説明する。

第３実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

第３実施形態によれば、制御回路３１は、マイクロコンピュータ３１３と、制御信号生成回路３１５と、絶縁回路３１７とを備えている。制御信号生成回路３１５は、コンバータ回路３０の動作状態に関する情報を出力する。そして、絶縁回路３１７は、制御信号生成回路３１５から入力されるコンバータ回路３０の動作状態に関する情報をマイクロコンピュータ３１３に絶縁して出力する。マイクロコンピュータ３１３は、絶縁回路３１７を介して制御信号生成回路３１５から入力されるコンバータ回路３０の動作状態に関する情報に基づいてコンバータ回路３０の異常の有無を判定する。そのため、コンバータ回路３０が異常であると判定した場合、出力電圧指令を停止して動作を停止させ、コンバータ回路３０を保護することができる。また、インバータ回路の動作を制限又は停止する場合には、出力電圧指令を調整する。そのため、インバータ回路を保護することができる。さらに、インバータ回路で過負荷等の異常が発生した場合にも、リアクトル３０１に流れる電流に関する情報に基づいてインバータ回路の動作を制限又は停止するために、出力電圧指令を調整する。そのため、リアクトル３０１の破壊等を抑えることができる。

なお、第１〜第３実施形態では、制御信号を生成する際に用いられるコンバータ回路の動作状態に関する情報が、コンバータ回路の入出力電圧及びリアクトルに流れる電流に関する情報である例を挙げているが、これに限られるものではない。コンバータ回路の動作状態に関する情報は、少なくともコンバータ回路の入出力電圧に関する情報であればよい。

また、第１〜第３実施形態では、高電位側のＩＧＢＴを駆動する駆動回路がレベルシフト回路を備えている例を挙げているが、これに限られるものではない。レベルシフト回路を備えていない場合、フォトカプラ等の絶縁回路を介して駆動回路に制御信号を入力するようにすればよい。この場合、レベルシフト回路を備えている場合に比べ、高電位側のＩＧＢＴの駆動に多少時間を要することになる。しかし、コンバータ回路の応答性に影響を与えるのは低電位側のＩＧＢＴの駆動である。そのため、絶縁回路を介して駆動回路に制御信号を入力し、高電位側のＩＧＢＴを駆動しても、コンバータ回路の応答性は維持される。

１・・・電力変換装置、１０・・・コンバータ回路（電力変換回路）、１１・・・制御回路、１１３・・・マイクロコンピュータ（指令生成回路）、１１４・・・絶縁回路（第１絶縁回路）、１１５・・・制御信号生成回路、

Claims (8)

1. 第１グランドを基準として動作し、入力される電力を変換して出力する電力変換回路（１０、２０、３０）と、
   前記電力変換回路から入力される前記電力変換回路の動作状態に関する情報と外部から入力される情報に基づいて前記電力変換回路を制御するための制御信号を生成する制御回路（１１、２１、３１）と、
   を備えた電力変換装置において、
   前記制御回路は、
   前記第１グランドと絶縁された第２グランドを基準として動作し、外部から入力される情報に基づいて前記電力変換回路に対する指令を生成する指令生成回路（１１３、２１３、３１３）と、
   前記指令生成回路に接続され、前記指令生成回路から入力される前記指令を絶縁して出力する第１絶縁回路（１１４、２１４、３１４）と、
   前記電力変換回路及び前記第１絶縁回路に接続され、前記第１グランドを基準として動作し、前記電力変換回路から入力される前記電力変換回路の動作状態に関する情報と前記第１絶縁回路から入力される前記指令に基づいて前記制御信号を生成する制御信号生成回路（１１５、２１５、３１５）と、
   を有することを特徴とする電力変換装置。
2. 前記制御信号生成回路は、ハードウェアで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記電力変換回路は、
   直列接続された第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子と、
   前記制御信号生成回路から入力される前記制御信号に基づいて前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子をそれぞれ駆動する第１駆動回路及び第２駆動回路と、
   を有し、
   前記制御信号は、絶縁されることなく前記第２駆動回路に入力されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 前記第１駆動回路は、前記制御信号を前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子の直列接続点の電位を基準とした信号に変換するレベルシフト回路を有し、
   前記制御信号は、絶縁されることなく前記第１駆動回路に入力されることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記制御信号生成回路（３１５）は、前記電力変換回路の動作状態に関する情報を出力し、
   前記制御回路（３１）は、前記制御信号生成回路に接続され、前記制御信号生成回路から入力される前記電力変換回路の動作状態に関する情報を絶縁して出力する第２絶縁回路（３１７）を有し、
   前記指令生成回路（３１３）は、前記第２絶縁回路に接続され、前記第２絶縁回路から入力される前記電力変換回路の動作状態に関する情報に基づいて前記電力変換回路の異常の有無を判定、又は、電力変換装置の電力供給対象の異常の有無を判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記指令は、前記電力変換回路の出力電圧を指示する出力電圧指令であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記電力変換回路の動作状態に関する情報は、少なくとも入出力電圧に関する情報であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記電力変換回路は、車両に搭載されたインバータ回路に電力を供給することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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