JP2019115167A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動作の安定性が損なわれるのを回避することが可能な電力変換装置を提供すること。【解決手段】電力変換装置１００は、電力変換回路１３０と直流電源１１０との間に設けられるＺソース昇圧回路１５０において、電力変換回路のうちの１つにおいて第１スイッチング素子１３０ａおよび第２スイッチング素子１３０ｂの両方がオンとなる短絡状態を、ＰＷＭ制御の実施中に所定の条件が成立する場合、当該所定の条件が成立する以前における第１スイッチング素子のオンオフの切り替わりのタイミングに基づいて、複数の電力変換回路のうちの１つの電力変換回路における短絡状態を選択的に実現する。【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

従来、上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子との両方がオンになる短絡状態が実現された場合に蓄積されるエネルギーに基づいて昇圧を行ういわゆるＺソース昇圧回路を備えた、複数の相の電力変換を行うためのインバータが知られている。このような従来のインバータにおいてＺソース昇圧回路による昇圧を継続的に実現するための技術として、各相の電流量の検出結果に基づいて、電流量が最も少ない相において短絡状態を適宜実現するという技術が知られている。

特開２００９−１４１９８９号公報

しかしながら、上記のような従来の技術では、特定の相の上アームのスイッチング素子が長期間連続的にオンになる事態が発生し得るので、インバータの動作の安定性が損なわれる場合がある。

そこで、本発明の課題の一つは、動作の安定性が損なわれるのを回避することが可能な電力変換装置を提供することである。

本発明の一例としての電力変換装置は、たとえば、モータと電源の高電位側とを接続する第１スイッチング素子と、当該第１スイッチング素子に対して直列に接続され、モータと電源の低電位側とを接続する第２スイッチング素子と、をそれぞれが含み、互いに並列に接続された複数の電力変換回路と、複数の電力変換回路と電源との間に設けられ、複数の電力変換回路のうちの１つにおいて第１スイッチング素子および第２スイッチング素子の両方がオンとなる短絡状態が実現された場合に蓄積されるエネルギーに基づいて、電源から出力される電圧を昇圧する昇圧回路と、ＰＷＭ制御を実施することで第１スイッチング素子および第２スイッチング素子のオンオフの切り替えを制御する制御部と、を備え、制御部は、ＰＷＭ制御の実施中に所定の条件が成立する場合、当該所定の条件が成立する以前における第１スイッチング素子のオンオフの切り替わりのタイミングに基づいて、複数の電力変換回路のうちの１つの電力変換回路における短絡状態を選択的に実現する。

上述した電力変換装置によれば、短絡状態を実現する電力変換回路が選択的に決定されるので、特定の電力変換回路のみにおいて短絡状態が実現されるのを回避することができる。その結果、特定の第１スイッチング素子が長期間連続的にオンになるのを回避することができるので、電力変換装置の動作の安定性が損なわれるのを回避することができる。

上述した電力変換装置において、所定の条件は、たとえば、複数の電力変換回路の全ての第１スイッチング素子がオフとなり、かつ複数の電力変換回路の全ての第２スイッチング素子がオンとなるという第１の条件と、複数の電力変換回路の全ての第１スイッチング素子がオンとなり、かつ複数の電力変換回路の全ての第２スイッチング素子がオフとなるという第２の条件と、のうちいずれか１つが成立することである。これにより、モータへの通電が行われていない期間を利用して短絡状態を実現することができる。

また、上述した電力変換装置において、所定の条件は、たとえば、ＰＷＭ制御における搬送波の振幅値が複数の電力変換回路に対応した複数の変調波の全ての振幅値を超えるかまたは下回ることで第１の条件と第２の条件とのうちいずれか１つが成立し、かつ、搬送波の振幅値の大きさが閾値を超えるという第３の条件が成立することである。これにより、閾値を用いて、短絡状態を実現するタイミングを容易に設定することができる。

また、上述した電力変換装置において、制御部は、たとえば、第１の条件が成立する場合、複数の電力変換回路のうち、最も前のタイミングでオフになった第１スイッチング素子を含む１つの電力変換回路における短絡状態を実現する。これにより、短絡状態を実現するためにオンになる第１スイッチング素子として、直近でオンになっている期間が最も短い第１スイッチング素子が選択されるので、短絡状態を実現するにあたって特定の第１スイッチング素子に負荷が集中するのを抑制することができる。

また、上述した電力変換装置において、制御部は、たとえば、第２の条件が成立する場合、複数の電力変換回路のうち、最も後のタイミングでオンになった第１スイッチング素子を含む１つの電力変換回路における短絡状態を実現する。これにより、短絡状態を実現するためにオンになる第１スイッチング素子として、オンになっている期間が最も短くなる可能性が高い第１スイッチング素子が選択されるので、短絡状態を実現するにあたって特定の第１スイッチング素子に負荷が集中するのを抑制することができる。

また、上述した電力変換装置において、制御部は、たとえば、短絡状態を実現する１つの電力変換回路の候補として複数の候補が存在する場合、当該複数の候補の各々に含まれる第１スイッチング素子の、所定の条件が成立する以前におけるオンまたはオフの継続時間に基づいて、複数の候補から１つの候補を選択する。これにより、短絡状態を実現する候補が複数存在する場合に、負荷的に最も余裕のある候補を容易に選択することができる。

また、上述した電力変換装置において、制御部は、たとえば、搬送波の波形および閾値の大きさの変更を受け付け可能に構成されている。これにより、短絡状態を実現するタイミングをより細かく設定することができる。

図１は、実施形態にかかる電力変換装置の回路構成を示した例示的かつ模式的な図である。 図２は、実施形態にかかる電力変換装置のプリドライバ回路の回路構成を示した例示的かつ模式的な図である。 図３は、実施形態にかかる電力変換装置の制御部の機能的構成を示した例示的かつ模式的なブロック図である。 図４は、実施形態にかかる電力変換装置の制御部が所定の条件の一例のもとで実行する制御を説明するための例示的かつ模式的なタイミングチャートである。 図５は、実施形態にかかる電力変換装置の制御部が所定の条件の他の一例のもとで実行する制御を説明するための例示的かつ模式的なタイミングチャートである。 図６は、実施形態にかかる電力変換装置の制御部が実行する処理を説明するための例示的かつ模式的なフローチャートである。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。以下に記載する実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、あくまで一例であって、以下の記載内容に限られるものではない。

図１は、実施形態にかかる電力変換装置１００の回路構成を示した例示的かつ模式的な図である。実施形態にかかる電力変換装置１００は、直流電源１１０から出力される直流電力を三相の交流電力に変換してモータ１２０に供給するインバータである。なお、モータ１２０は、たとえば、ブレーキ装置のポンプを駆動するポンプモータであるが、実施形態の技術は、ポンプモータ以外のモータにも適用可能である。

図１に示されるように、電力変換装置１００は、３つの電力変換回路１３１〜１３３と、３つのプリドライバ回路１４１〜１４３と、昇圧回路１５０と、を有している。

電力変換回路１３１〜１３３は、互いに並列に接続されている。また、電力変換回路１３１〜１３３は、それぞれ、モータ１２０と直流電源１１０の高電位側とを接続する第１スイッチング素子１３１ａ〜１３３ａと、当該第１スイッチング素子１３１ａ〜１３３ａに対して直列に接続され、モータ１２０と直流電源１１０の低電位側とを接続する第２スイッチング素子１３１ｂ〜１３３ｂと、を有している。なお、以下では、簡単化のため、電力変換回路１３１〜１３３を単に電力変換回路１３０と記載し、第１スイッチング素子１３１ａ〜１３３ａを単に第１スイッチング素子１３０ａと記載し、第２スイッチング素子１３１ｂ〜１３３ｂを単に第２スイッチング素子１３０ｂと記載することがある。

第１スイッチング素子１３０ａおよび第２スイッチング素子１３０ｂは、たとえばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）によって構成されている。実施形態では、第１スイッチング素子１３０ａおよび第２スイッチング素子１３０ｂのオンオフが適宜切り替わることで、直流電源１１０から出力される直流電力が交流電力に変換される。なお、実施形態では、このような直流から交流への電力変換が実現される通常動作状態において、第１スイッチング素子１３０ａのオンオフの状態と、第２スイッチング素子１３０ｂのオンオフの状態とは、互いに逆になる。

プリドライバ回路１４１〜１４３は、それぞれ、電力変換回路１３１〜１３３を駆動するための回路である。なお、以下では、簡単化のため、プリドライバ回路１４１〜１４３を単にプリドライバ回路１４０と記載することがある。

プリドライバ回路１４０は、電力変換回路１３０の第１スイッチング素子１３０ａおよび第２スイッチング素子１３０ｂの制御端子に接続されている。プリドライバ回路１４０は、後述する制御部２００（図２参照）の制御に基づいて駆動することで、電力変換回路１３０の第１スイッチング素子１３０ａおよび第２スイッチング素子１３０ｂのオンオフを切り替える。なお、プリドライバ回路１４０の回路構成の例については、後で詳細に説明するため、ここではこれ以上の説明を省略する。

昇圧回路１５０は、電力変換回路１３０と直流電源１１０との間に設けられている。また、昇圧回路１５０は、ダイオード１５１と、２つのインダクタ１５２および１５３と、２つのキャパシタ１５４および１５５と、を有した、いわゆるＺソース昇圧回路として構成されている。

より具体的に、昇圧回路１５０において、インダクタ１５２は、直流電源１１０の正極側に接続され、インダクタ１５３は、直流電源１１０の負極側に接続されている。また、キャパシタ１５４は、インダクタ１５２の一方側とインダクタ１５３の他方側とを接続するように設けられ、キャパシタ１５５は、インダクタ１５２の他方側とインダクタ１５３の一方側とを接続するように設けられている。なお、ダイオード１５１は、アノードが直流電源１１０の正極に接続され、カソードがインダクタ１５２に接続されるように、インダクタ１５２と直流電源１１０の正極との間に設けられている。

このような回路構成により、昇圧回路１５０は、電力変換回路１３０のうちの１つにおいて第１スイッチング素子１３０ａおよび第２スイッチング素子１３０ｂの両方がオンとなる短絡状態が実現された場合に蓄積されるエネルギーに基づいて、直流電源１１０から出力される電圧を昇圧する。より具体的に、昇圧回路１５０においては、電力変換回路１３０のうちの１つにおいて短絡状態が実現された場合、キャパシタ１５４および１５５が放電されるとともにインダクタ１５２および１５３にエネルギーが蓄積される。そして、短絡状態が解除されて通常動作状態が実現された場合、インダクタ１５２および１５３に蓄積されたエネルギーが放出されるとともにキャパシタ１５４および１５５が充電されることで、昇圧が実現される。

図２は、実施形態にかかる電力変換装置１００のプリドライバ回路１４０の回路構成を示した例示的かつ模式的な図である。実施形態にかかるプリドライバ回路１４０は、いわゆるチャージポンプ回路として構成されている。

図２に示されるように、プリドライバ回路１４０は、４つのスイッチング素子１４２ａ、１４２ｂ、１４３ａおよび１４３ｂと、キャパシタ１４４と、レギュレータ１４５と、ダイオード１４６と、を有している。

スイッチング素子１４２ａ、１４２ｂ、１４３ａおよび１４３ｂは、たとえばＦＥＴによって構成されている。スイッチング素子１４２ａおよび１４２ｂは、電力変換回路１３０の第１スイッチング素子１３０ａに対応するように、互いに直列に接続されている。また、スイッチング素子１４３ａおよび１４３ｂは、電力変換回路１３０の第２スイッチング素子１３０ｂに対応するように、互いに直列に接続されている。

より具体的に、スイッチング素子１４２ａの一方端子は、アノードが直流電源１１０（図１参照）の正極に接続されたダイオード１４６のカソードに接続されている。また、スイッチング素子１４２ａの他方端子およびスイッチング素子１４２ｂの一方端子は、第１スイッチング素子１３０ａの制御端子に接続されている。また、スイッチング素子１４２ｂの他方端子は、第１スイッチング素子１３０ａの他方端子と第２スイッチング素子１３０ｂの一方端子との間に接続されているとともに、ダイオード１４６のカソードとスイッチング素子１４２ａの一方端子との間にキャパシタ１４４を介して接続されている。

また、スイッチング素子１４３ａの一方端子は、一方側が直流電源１１０（図１参照）の正極に接続されたレギュレータ１４５の他方側に接続されている。また、スイッチング素子１４３ａの他方端子およびスイッチング素子１４３ｂの一方端子は、第２スイッチング素子１３０ｂの制御端子に接続されている。また、スイッチング素子１４３ｂの他方端子は、第２スイッチング素子１３０ｂの他方端子に接続されている。

このような回路構成により、実施形態では、スイッチング素子１４２ａおよび１４２ｂのオンオフが適宜切り替わることで第１スイッチング素子１３０ａのオンオフが切り替わり、スイッチング素子１４３ａおよび１４３ｂのオンオフが適宜切り替わることで第２スイッチング素子１３０ｂのオンオフが切り替わる。

ここで、スイッチング素子１４２ａ、１４２ｂ、１４３ａおよび１４３ｂの制御端子は、制御部２００に接続されている。これにより、制御部２００は、スイッチング素子１４２ａ、１４２ｂ、１４３ａおよび１４３ｂのオンオフの切り替えを適宜制御し、後述するようなＰＷＭ制御を実施することで、第１スイッチング素子１３０ａおよび第２スイッチング素子１３０ｂのオンオフの切り替えを制御する。制御部２００は、たとえば、プロセッサやメモリなどといったハードウェアを備えたマイクロコンピュータとして構成される。

なお、図２に示される例は、制御部２００が４系統の信号を出力することでスイッチング素子１４２ａ、１４２ｂ、１４３ａおよび１４３ｂのオンオフの切り替えを個別に制御するような構成となっている。しかしながら、スイッチング素子１４２ａのオンオフとスイッチング素子１４２ｂのオンオフとは、通常は逆になり、スイッチング素子１４３ａのオンオフとスイッチング素子１４３ｂのオンオフとも同様に、通常は逆になる。したがって、実施形態では、制御部２００とスイッチング素子１４２ａ、１４２ｂ、１４３ａおよび１４３ｂとの間にＮＯＴ回路などといった論理回路を設ける構成が採用されることで、制御部２００から出力する信号の系統の数が削減されてもよい。

ところで、上述したようないわゆるＺソース昇圧回路を備えたインバータにおいては、Ｚソース昇圧回路による昇圧を継続的に実現するため、通常のＰＷＭ制御の実施中に、上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子との両方をオンにする短絡状態をいずれか１つの相において適宜実現する必要がある。

この点に関して、従来、各相の電流量を検出し、検出結果に基づいて、電流量が最も少ない相において短絡状態を適宜実現するという技術が知られている。しかしながら、このような従来の技術では、特定の相の上アームのスイッチング素子が長期間連続的にオンになる事態が発生する可能性があるので、インバータの動作の安定性が損なわれる場合がある。

そこで、実施形態は、制御部２００に以下のような機能を持たせることで、短絡状態を実現するにあたって特定の相の第１スイッチング素子１３０ａが長期間連続的にオンになることを回避し、電力変換装置１００の動作の安定性が損なわれるのを回避する。

図３は、実施形態にかかる電力変換装置１００の制御部２００の機能的構成を示した例示的かつ模式的なブロック図である。図３に示される機能モジュール群は、たとえば、制御部２００のプロセッサがメモリに記憶された所定のソフトウェア（制御プログラム）を実行した結果として制御部２００内に実現される。なお、実施形態では、図３に示される機能モジュール群の一部または全部が、専用のハードウェア（回路）によって実現されてもよい。

図３に示されるように、制御部２００は、ＰＷＭ制御部３０１と、短絡実行部３０２と、設定変更受付部３０３と、を有している。

ＰＷＭ制御部３０１は、予め設定された搬送波および変調波の振幅値の比較に基づくＰＷＭ制御を実施することで、各電力変換回路１３０の第１スイッチング素子１３０ａおよび第２スイッチング素子１３０ｂのオンオフの切り替えを制御する。詳細は後述するが、実施形態では、一例として、搬送波として三角波が用いられ、変調波として正弦波が用いられる。

短絡実行部３０２は、上記のＰＷＭ制御の実施中に所定の条件が成立した場合に、当該所定の条件が成立する以前（直近）における第１スイッチング素子１３０ａのオンオフの切り替わりのタイミングに基づいて、３つの電力変換回路１３０のうちの１つの電力変換回路１３０における短絡状態を選択的に実現する。これにより、短絡状態を実現する電力変換回路１３０が選択的に決定されるので、特定の電力変換回路１３０のみにおいて短絡状態が実現されるのを回避することができる。この結果、特定の第１スイッチング素子１３０ａが長期間連続的にオンになるのを回避することができるので、電力変換装置１００の動作の安定性が損なわれるのを回避することができる。

より具体的に、短絡実行部３０２は、ＰＷＭ制御の実施中に所定の条件が成立した場合において、３つの電力変換回路１３０の全ての第１スイッチング素子１３０ａがオフであり、かつ３つの電力変換回路１３０の全ての第２スイッチング素子１３０ｂがオンである場合、３つの電力変換回路１３０のうち、最も前のタイミングでオフになった第１スイッチング素子１３０ａを含む１つの電力変換回路１３０における短絡状態を実現する。これにより、短絡状態を実現するためにオンになる第１スイッチング素子１３０ａとして、直近でオンになっている期間が最も短い第１スイッチング素子１３０ａが選択されるので、短絡状態を実現するにあたって特定の第１スイッチング素子１３０ａに負荷が集中するのを抑制することができる。

また、短絡実行部３０２は、ＰＷＭ制御の実施中に所定の条件が成立した場合において、３つの電力変換回路１３０の全ての第１スイッチング素子１３０ａがオンであり、かつ３つの電力変換回路１３０の全ての第２スイッチング素子１３０ｂがオフである場合、３つの電力変換回路１３０のうち、最も後のタイミングでオンになった第１スイッチング素子１３０ａを含む１つの電力変換回路１３０における短絡状態を実現する。これにより、短絡状態を実現するためにオンになる第１スイッチング素子１３０ａとして、オンになっている期間が短くなる可能性が最も高い第１スイッチング素子１３０ａが選択されるので、短絡状態を実現するにあたって特定の第１スイッチング素子１３０ａに負荷が集中するのを抑制することができる。

なお、短絡状態を実現するか否かの判断基準となる所定の条件としては、様々な条件が考えられる。以下、実施形態において用いられうる所定の条件の２つの例について具体的に説明する。

まず、実施形態において用いられうる所定の条件の一例について説明する。実施形態では、所定の条件の一例として、３つの電力変換回路１３０の全ての第１スイッチング素子１３０ａがオフとなり、かつ３つの電力変換回路１３０の全ての第２スイッチング素子１３０ｂがオンとなるという第１の条件と、３つの電力変換回路１３０の全ての第１スイッチング素子１３０ａがオンとなり、かつ３つの電力変換回路１３０の全ての第２スイッチング素子１３０ｂがオフとなるという第２の条件と、のうちいずれか１つが成立すること、が用いられうる。この場合、実施形態では、次の図４に示されるようなタイミングチャートに沿った制御が実行される。

図４は、実施形態にかかる電力変換装置１００の制御部２００が所定の条件の一例のもとで実行する制御を説明するための例示的かつ模式的なタイミングチャートである。

図４において、Ｌ０は、搬送波としての三角波の振幅値の時間変化を表し、Ｌ１〜Ｌ３は、それぞれ、３つの電力変換回路１３１〜１３３に対応した３つの変調波の振幅値の時間変化を表している。また、図４において、Ｌ４０１およびＬ４０２は、それぞれ、電力変換回路１３１の第１スイッチング素子１３１ａ（Ｓ１Ｈ）および第２スイッチング素子１３１ｂ（Ｓ１Ｌ）のオンオフの時間変化を表している。同様に、図４において、Ｌ４０３およびＬ４０４は、それぞれ、電力変換回路１３２の第１スイッチング素子１３２ａ（Ｓ２Ｈ）および第２スイッチング素子１３２ｂ（Ｓ２Ｌ）のオンオフの時間変化を表し、Ｌ４０５およびＬ４０６は、それぞれ、電力変換回路１３３の第１スイッチング素子１３３ａ（Ｓ３Ｈ）および第２スイッチング素子１３３ｂ（Ｓ３Ｌ）のオンオフの時間変化を表している。なお、図４において、タイミングｔ４０１〜ｔ４２０は、三角波と各変調波とが交差するタイミングを表している。

基本的なＰＷＭ制御に従えば、搬送波の振幅値が変調波の振幅値を超えた場合、対応する電力変換回路１３０において、第１スイッチング素子１３０ａはオフになるとともに第２スイッチング素子１３０ｂはオンになり、搬送波の振幅値が変調波の振幅値を下回った場合、対応する電力変換回路１３０において、第１スイッチング素子１３０ａはオンになるとともに第２スイッチング素子１３０ｂはオフになる。

しかしながら、図４に示される例では、ＰＷＭ制御の実施中に前述した第１の条件および第２の条件のうちいずれか１つが成立した場合に、直近の第１スイッチング素子１３０ａのオン／オフのタイミングを考慮して、３つの電力変換回路１３０のうちいずれか１つにおける短絡状態が実現される。したがって、図４に示される例では、第１スイッチング素子１３０ａおよび第２スイッチング素子１３０ｂのオンオフの時間変化が、上記の基本的なＰＷＭ制御に従った時間変化と局所的に異なっている。

たとえば、図４に示される例では、搬送波としての三角波の振幅値（Ｌ０参照）が電力変換回路１３１に対応した変調波の振幅値（Ｌ１参照）を下回った状態から上回った状態に切り替わるタイミングｔ４０１と、当該三角波の振幅値（Ｌ０参照）が電力変換回路１３１に対応した変調波の振幅値（Ｌ１参照）を上回った状態から下回った状態に切り替わるタイミングｔ４０２との間の期間において、三角波の振幅値が３つの変調波の全ての振幅値を超えている（Ｌ０〜Ｌ３参照）。したがって、この期間において、基本的なＰＷＭ制御に従えば、第１スイッチング素子１３１ａ、１３２ａおよび１３３ａの全てがオフになり（Ｌ４０１、Ｌ４０３ａおよびＬ４０５参照）、かつ第２スイッチング素子１３１ｂ、１３２ｂおよび１３３ｂの全てがオンになるはずである（Ｌ４０２、Ｌ４０４およびＬ４０６参照）。

しかしながら、第１スイッチング素子１３１ａ、１３２ａおよび１３３ａの全てがオフになり、かつ第２スイッチング素子１３１ｂ、１３２ｂおよび１３３ｂの全てがオンになるという状況は、前述した第１の条件が成立したという状況に該当する。したがって、図４に示される例では、タイミングｔ４０１とタイミングｔ４０２との間の期間において、第１スイッチング素子１３２ａがオンになることで（Ｌ４０３参照）、電力変換回路１３２における短絡状態が実現されている。なお、図４には図示されていないが、タイミングｔ４０１以前（直近）の状況を見た場合、第１スイッチング素子１３２ａが、他の第１スイッチング素子１３１ａおよび１３３ａと比較して最も前のタイミングでオフになっているものとする。

また、図４に示される例では、搬送波としての三角波の振幅値（Ｌ０参照）が電力変換回路１３３に対応した変調波の振幅値（Ｌ３参照）を上回った状態から下回った状態に切り替わるタイミングｔ４０４と、当該三角波の振幅値（Ｌ０参照）が電力変換回路１３３に対応した変調波の振幅値（Ｌ３参照）を下回った状態から上回った状態に切り替わるタイミングｔ４０５との間の期間において、三角波の振幅値が３つの変調波の全ての振幅値を下回っている（Ｌ０〜Ｌ３参照）。したがって、この期間において、基本的なＰＷＭ制御に従えば、第１スイッチング素子１３１ａ、１３２ａおよび１３３ａの全てがオンになり（Ｌ４０１、Ｌ４０３およびＬ４０５参照）、かつ第２スイッチング素子１３１ｂ、１３２ｂおよび１３３ｂの全てがオフになるはずである（Ｌ４０２、Ｌ４０４およびＬ４０６ａ参照）。

しかしながら、第１スイッチング素子１３１ａ、１３２ａおよび１３３ａの全てがオンになり、かつ第２スイッチング素子１３１ｂ、１３２ｂおよび１３３ｂの全てがオフになるという状況は、前述した第２の条件が成立したという状況に該当する。したがって、図４に示される例では、タイミングｔ４０４とタイミングｔ４０５との間の期間において、タイミングｔ４０４以前（直近）の状況を見て最も後にオンになった第１スイッチング素子１３３ａに対応した第２スイッチング素子１３３ｂがオンになることで（Ｌ４０６参照）、電力変換回路１３３における短絡状態が実現される。

そして、上記と同様の理由により、図４に示される例では、搬送波としての三角波の振幅値（Ｌ０参照）が電力変換回路１３１および１３２に対応した２つの変調波の両方の振幅値（Ｌ１およびＬ２参照）を下回った状態から上回った状態に切り替わるタイミングｔ４０６と、当該三角波の振幅値（Ｌ０参照）が電力変換回路１３２に対応した変調波の振幅値（Ｌ２参照）を上回った状態から下回った状態に切り替わるタイミングｔ４０７との間の期間において、オフになるはずの第１スイッチング素子１３３ａがオンになることで、電力変換回路１３３の短絡状態が実現される（Ｌ４０５およびＬ４０５ａ参照）。

また、図４に示される例では、搬送波としての三角波の振幅値（Ｌ０参照）が電力変換回路１３３に対応した変調波の振幅値（Ｌ３参照）を上回った状態から下回った状態に切り替わるタイミングｔ４０９と、当該三角波の振幅値（Ｌ０参照）が電力変換回路１３１および１３３に対応した２つの変調波の両方の振幅値（Ｌ１およびＬ３参照）を下回った状態から上回った状態に切り替わるタイミングｔ４１０との間の期間において、オフになるはずの第２スイッチング素子１３３ｂがオンになることで、電力変換回路１３３の短絡状態が実現される（Ｌ４０６およびＬ４０６ｂ参照）。

また、図４に示される例では、搬送波としての三角波の振幅値（Ｌ０参照）が電力変換回路１３１に対応した変調波の振幅値（Ｌ１参照）を上回った状態から下回った状態に切り替わるタイミングｔ４１４と、当該三角波の振幅値（Ｌ０参照）が電力変換回路１３１に対応した変調波の振幅値（Ｌ１参照）を下回った状態から上回った状態に切り替わるタイミングｔ４１５との間の期間において、オフになるはずの第２スイッチング素子１３１ｂがオンになることで、電力変換回路１３１の短絡状態が実現される（Ｌ４０２およびＬ４０２ａ参照）。

さらに、図４に示される例では、搬送波としての三角波の振幅値（Ｌ０参照）が電力変換回路１３３に対応した変調波の振幅値（Ｌ３参照）を下回った状態から上回った状態に切り替わるタイミングｔ４１７と、当該三角波の振幅値（Ｌ０参照）が電力変換回路１３３に対応した変調波の振幅値（Ｌ３参照）を上回った状態から下回った状態に切り替わるタイミングｔ４１８との間の期間において、オフになるはずの第１スイッチング素子１３１ａがオンになることで、電力変換回路１３１の短絡状態が実現される（Ｌ４０１およびＬ４０１ｂ参照）。

ここで、図４に示される例において、搬送波としての三角波の振幅値（Ｌ０参照）が電力変換回路１３２に対応した変調波の振幅値（Ｌ２参照）を下回った状態から上回った状態に切り替わるタイミングｔ４１１と、当該三角波の振幅値（Ｌ０参照）が電力変換回路１３２に対応した変調波の振幅値（Ｌ２参照）を上回った状態から下回った状態に切り替わるタイミングｔ４１２との間の期間に着目する。この期間においては、上述した第１の条件が成立しているため、上記の制御に従えば、タイミングｔ４１１以前（直近）の状況を見て最も前のタイミングでオフになった第１スイッチング素子１３０ａがオンになる。しかしながら、図４に示される例では、第１スイッチング素子１３１ａおよび１３３ａが、第１スイッチング素子１３２ａよりも前の同じタイミングでオフになっているため（Ｌ４０１、Ｌ４０３およびＬ４０５参照）、短絡状態を実現する候補が電力変換回路１３１および１３３の２つ存在する。

また、図４に示される例において、搬送波としての三角波の振幅値（Ｌ０参照）が電力変換回路１３１および１３２に対応した２つの変調波の両方の振幅値（Ｌ１およびＬ２参照）を上回った状態から下回った状態に切り替わるタイミングｔ４１９と、当該三角波の振幅値（Ｌ０参照）が電力変換回路１３２に対応した変調波の振幅値（Ｌ２参照）を下回った状態から上回った状態に切り替わるタイミングｔ４２０との間の期間に着目する。この期間においては、上述した第２の条件が成立しているため、上記の制御に従えば、タイミングｔ４１９以前（直近）の状況を見て最も後のタイミングでオンになった第１スイッチング素子１３０ａに対応した第２スイッチング素子１３０ｂがオンになる。しかしながら、図４に示される例では、第１スイッチング素子１３１ａおよび１３２ａが、第１スイッチング素子１３３ａよりも後の同じタイミングでオンになっているため（Ｌ４０１、Ｌ４０３およびＬ４０５参照）、短絡状態を実現する候補が電力変換回路１３１および１３２の２つ存在する。

そこで、実施形態にかかる短絡実行部３０２は、短絡状態を実現する候補が複数存在する場合、当該複数の候補の各々に含まれる第１スイッチング素子１３０ａまたは第２スイッチング素子１３０ｂの、前述した所定の条件が成立する前におけるオンまたはオフの継続時間に基づいて、複数の候補から１つの候補を選択する。

たとえば、短絡実行部３０２は、上述した第１の条件が成立した場合、直近における第１スイッチング素子１３０ａのオンの継続時間が最も短い第１スイッチング素子１３０ａをオンにすることで、短絡状態を実現する。また、短絡実行部３０２は、上述した第２の条件が成立した場合、直近における第１スイッチング素子１３０ａのオフの継続時間が最も長い第１スイッチング素子１３０ａをオンにすることで、短絡状態を実現する。これにより、負荷的に最も余裕のある第１スイッチング素子１３０ａを選択的に使用して短絡状態を実現することができるので、負荷の分散を図ることができる。

上記を踏まえて、図４に示される例におけるタイミングｔ４１１以前（直近）の第１スイッチング素子１３１ａおよび１３３ａを見ると、第１スイッチング素子１３３ａのオンの継続時間の方が、第１スイッチング素子１３１ａのオンの継続時間よりも短くなっている（Ｌ４０１およびＬ４０５参照）。したがって、図４に示される例では、タイミングｔ４１１およびｔ４１２の間の期間において、第１スイッチング素子１３１ａがオンになることなく（Ｌ４０１およびＬ４０１ａ参照）、第１スイッチング素子１３３ａがオンになることで（Ｌ４０５およびＬ４０５ｂ参照）、電力変換回路１３３における短絡状態が実現される。

同様に、上記を踏まえて、図４に示される例におけるタイミングｔ４１９以前（直近）の第１スイッチング素子１３１ａおよび１３２ａを見ると、第１スイッチング素子１３２ａのオフの継続時間の方が、第１スイッチング素子１３１ａのオフの継続時間よりも長くなっている（Ｌ４０１およびＬ４０３参照）。したがって、図４に示される例では、タイミングｔ４１９およびｔ４２０の間の期間において、第１スイッチング素子１３１ａに対応した第２スイッチング素子１３１ｂがオンになることなく（Ｌ４０２およびＬ４０２ｂ参照）、第１スイッチング素子１３２ａに対応した第２スイッチング素子１３２ｂがオンになることで（Ｌ４０４およびＬ４０４ａ参照）、電力変換回路１３２における短絡状態が実現される。

なお、上記の説明では、短絡状態を実現する候補が複数存在する場合、直近における第１スイッチング素子１３０ａのオンまたはオフの継続時間に基づいて候補を絞り込む構成が例示されている。しかしながら、実施形態では、直近における第１スイッチング素子１３０ａのオンまたはオフの継続時間を考慮することなく、候補の絞り込みを任意に行う構成が適用されてもよい。

次に、実施形態において用いられうる所定の条件の他の一例について説明する。実施形態では、所定の条件の他の一例として、ＰＷＭ制御における搬送波の振幅値が全ての変調波の振幅値を超えるかまたは下回ることで上述した第１の条件および第２の条件のうちいずれか１つが成立し、かつ、搬送波の振幅値の大きさが所定の閾値を超えるという第３の条件が成立すること、が用いられうる。この場合、実施形態では、次の図５に示されるようなタイミングチャートに沿った制御が実行される。

図５は、実施形態にかかる電力変換装置１００の制御部２００が所定の条件の他の一例のもとで実行する制御を説明するための例示的かつ模式的なタイミングチャートである。

図５において、Ｌ０〜Ｌ３は、上述した図４に示されたＬ０〜Ｌ３と同様である。また、図５において、Ｌ４は、上述した第３の条件に対応した閾値を表している。なお、図５において、タイミングｔ５０１〜ｔ５１６は、三角波と閾値とが交差するタイミングを表している。

図５に示される例では、閾値の大きさ（絶対値）が、各変調波の振幅値の大きさ（絶対値）の最大値と等しく設定されている（Ｌ１〜Ｌ４参照）。したがって、図５に示される例では、三角波の振幅値の大きさ（絶対値）が閾値の大きさ（絶対値）を超えるという第３の条件が成立した場合、搬送波の振幅値が全ての変調波の振幅値を超えるかまたは下回るという第１の条件または第２の条件も成立する。

したがって、図５に示される例では、三角波の振幅値の大きさ（絶対値）が閾値の大きさ（絶対値）を超えている８つの期間において、３つの電力変換回路１３０のうちの１つにおける短絡状態が選択的に実現される。なお、短絡状態を実現する電力変換回路１３０の候補の抽出には、前述した例と同様の手法、つまり直近における第１スイッチング素子１３０ａのオンオフの切り替わりのタイミングと直近における第１スイッチング素子１３０ａオンまたはオフの継続時間とを考慮した手法が用いられる。なお、図５に示される例において上記の８つの期間のそれぞれにおいて短絡状態が実現される電力変換回路１３０の候補がどのように決定されるかは、前述した説明を踏まえれば明らかであるので、ここでは説明を省略する。

ところで、図５に示される例において、搬送波の波形（たとえば搬送波としての三角波の振幅値の大きさ（絶対値）の最大値）と閾値の大きさとを任意に設定（変更）することができれば、短絡状態を実現するタイミングをより細かく設定することができ、利便性が高くなる。そこで、図３に戻り、実施形態にかかる制御部２００には、搬送波の波形および閾値の大きさの変更を受け付け可能な設定変更受付部３０３が設けられている。

以上の構成に基づき、実施形態にかかる制御部２００は、電力変換装置１００による電力変換を実現する際、次の図６に示されるようなフローチャートに沿って処理を実行する。

図６は、実施形態にかかる電力変換装置１００の制御部２００が実行する処理を説明するための例示的かつ模式的なフローチャートである。この図６に示される処理フローは、電力変換装置１００による電力変換が実現されている間、繰り返し実行される。

図６に示される処理フローでは、まず、ステップＳ６０１において、制御部２００（ＰＷＭ制御部３０１）は、ＰＷＭ制御を制御周期ごとに実行する。

そして、ステップＳ６０２において、制御部２００（たとえば短絡実行部３０２）は、前述したような所定の条件が成立したか否かを判断する。

ステップＳ６０２において、所定の条件が成立していないと判断された場合、そのまま処理が終了する（つまりステップＳ６０１に処理が戻る）。一方、ステップＳ６０２において、所定の条件が成立したと判断された場合、ステップＳ６０３に処理が進む。

ステップＳ６０３において、制御部２００（たとえば短絡実行部３０２）は、所定の条件が成立する以前（直近）における第１スイッチング素子１３０ａのオンオフの切り替わりのタイミングに基づいて、短絡状態を実現する電力変換回路１３０の候補を決定（選択）する。

そして、ステップＳ６０４において、制御部２００（たとえば短絡実行部３０２）は、ステップＳ６０３において候補が１つに決定されたか否かを判断する。

ステップＳ６０４において、候補が１つに決定されたと判断された場合、ステップＳ６０５に処理が進む。そして、ステップＳ６０５において、制御部２００（たとえば短絡実行部３０２）は、決定された１つの候補において短絡状態を実現する。そして、処理が終了する。

一方、ステップＳ６０４において、候補が１つに決定されなかった、つまり複数の候補が決定されたと判断された場合、ステップＳ６０６に処理が進む。そして、ステップＳ６０６において、所定の条件が成立する以前（直近）における第１スイッチング素子１３０ａのオンまたはオフの継続時間に基づいて、複数の候補から１つの候補を決定する。

なお、ステップＳ６０６の処理が完了すると、ステップＳ６０５に処理が進み、決定された１つの候補において短絡状態が実現され、処理が終了する。

以上説明したように、実施形態にかかる電力変換装置１００は、ＰＷＭ制御の実施中に所定の条件が成立する場合、当該所定の条件が成立する以前における第１スイッチング素子１３０ａのオンオフの切り替わりのタイミングに基づいて、３つの電力変換回路１３０のうちの１つの電力変換回路１３０における短絡状態を選択的に実現する。これにより、短絡状態を実現する電力変換回路１３０が選択的に決定されるので、特定の電力変換回路１３０のみにおいて短絡状態が実現されるのを回避することができる。その結果、特定の第１スイッチング素子１３０ａが長期間連続的にオンになるのを回避することができるので、電力変換装置１００の動作の安定性が損なわれるのを回避することができる。

ところで、電力変換回路１３０を駆動するプリドライバ回路１４０がチャージポンプ回路として構成されている実施形態のような構成においては、第１スイッチング素子１３０ａを長時間連続的にオンにしようとすると、キャパシタ１４４として、コストが高くかつ充電にかかる時間も長い大容量のキャパシタを設ける必要がある。これに対して、実施形態は、上述したように、特定の相の第１スイッチング素子１３０ａが長期間連続的にオンになるのを回避することができるので、大容量のキャパシタが必要なくなり、コストおよび充電にかかる時間の観点で有利である。

なお、上述した実施形態では、第１の条件が成立した場合は、複数の電力変換回路１３０のうち、最も前のタイミングでオフになった第１スイッチング素子１３０ａを含む１つの電力変換回路１３０における短絡状態を実現し、第２の条件が成立した場合は、複数の電力変換回路１３０のうち、最も後のタイミングでオンになった第１スイッチング素子１３０ａを含む１つの電力変換回路１３０における短絡状態を実現する構成が例示されている。しかしながら、他の構成として、第１スイッチング素子１３０ａおよび第２スイッチング素子１３０ｂが全てオンまたはオフとなるという条件が成立した場合に、この条件が成立する以前における第１スイッチング素子１３０ａのオンオフの切り替わりのタイミングに基づいて、複数の電力変換装置１３０のうちの１つの電力変換回路１３０における短絡状態を選択的に実現する構成も考えられる。この構成によっても、特定の第１スイッチング素子１３０ａが長期間連続的にオンになるのを回避することができるので、電力変換装置１３０の動作の安定性が損なわれるのを回避することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上述した新規な実施形態は、様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上述した実施形態およびその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００ 電力変換装置
１３０、１３１、１３２、１３３ 電力変換回路
１３０ａ、１３１ａ、１３２ａ、１３３ａ 第１スイッチング素子
１３０ｂ、１３１ｂ、１３２ｂ、１３３ｂ 第２スイッチング素子
１５０ 昇圧回路
２００ 制御部

Claims (7)

1. モータと電源の高電位側とを接続する第１スイッチング素子と、当該第１スイッチング素子に対して直列に接続され、前記モータと前記電源の低電位側とを接続する第２スイッチング素子と、をそれぞれが含み、互いに並列に接続された複数の電力変換回路と、
   前記複数の電力変換回路と前記電源との間に設けられ、前記複数の電力変換回路のうちの１つにおいて前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の両方がオンとなる短絡状態が実現された場合に蓄積されるエネルギーに基づいて、前記電源から出力される電圧を昇圧する昇圧回路と、
   ＰＷＭ制御を実施することで前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子のオンオフの切り替えを制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記ＰＷＭ制御の実施中に所定の条件が成立する場合、当該所定の条件が成立する以前における前記第１スイッチング素子のオンオフの切り替わりのタイミングに基づいて、前記複数の電力変換回路のうちの１つの電力変換回路における前記短絡状態を選択的に実現する、
   電力変換装置。
2. 前記所定の条件は、前記複数の電力変換回路の全ての前記第１スイッチング素子がオフとなり、かつ前記複数の電力変換回路の全ての前記第２スイッチング素子がオンとなるという第１の条件と、前記複数の電力変換回路の全ての前記第１スイッチング素子がオンとなり、かつ前記複数の電力変換回路の全ての前記第２スイッチング素子がオフとなるという第２の条件と、のうちいずれか１つが成立することである、
   請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記所定の条件は、前記ＰＷＭ制御における搬送波の振幅値が前記複数の電力変換回路に対応した複数の変調波の全ての振幅値を上回るかまたは下回ることで前記第１の条件と前記第２の条件とのうちいずれか１つが成立し、かつ、前記搬送波の振幅値の大きさが閾値を超えるという第３の条件が成立することである、
   請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記制御部は、前記第１の条件が成立する場合、前記複数の電力変換回路のうち、最も前のタイミングでオフになった前記第１スイッチング素子を含む前記１つの電力変換回路における前記短絡状態を実現する、
   請求項２または３に記載の電力変換装置。
5. 前記制御部は、前記第２の条件が成立する場合、前記複数の電力変換回路のうち、最も後のタイミングでオンになった前記第１スイッチング素子を含む前記１つの電力変換回路における前記短絡状態を実現する、
   請求項２または３に記載の電力変換装置。
6. 前記制御部は、前記短絡状態を実現する前記１つの電力変換回路の候補として複数の候補が存在する場合、当該複数の候補の各々に含まれる前記第１スイッチング素子の、前記所定の条件が成立する以前におけるオンまたはオフの継続時間に基づいて、前記複数の候補から１つの候補を選択する、
   請求項２〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記制御部は、前記搬送波の波形および前記閾値の大きさの変更を受け付け可能に構成されている、
   請求項３に記載の電力変換装置。

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