JP2021126008A

JP2021126008A - 電力変換装置

Info

Publication number: JP2021126008A
Application number: JP2020019705A
Authority: JP
Inventors: 宣之笹沼; Noriyuki Sasanuma; 光一八幡; Koichi Yahata
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2020-02-07
Filing date: 2020-02-07
Publication date: 2021-08-30
Anticipated expiration: 2040-02-07
Also published as: JP7373424B2

Abstract

【課題】電源回路においていずれかのアームに対応するトランスの２次側回路が短絡故障した場合でも、三相短絡動作への移行が可能な電力変換装置を提供する。【解決手段】複数のドライバ回路１２１に電源を供給する電源回路１１５は、複数のドライバ回路１２１に共通の一次巻線と、複数のドライバ回路１２１にそれぞれ対応する複数の二次巻線とを有するトランス２１０と、トランス２１０の一次巻線に流れる電流を制御するトランス１次側回路２２０と、トランス２１０の二次巻線とドライバ回路１２１との間の電流経路を導通または遮断する電流遮断回路２３３とを有する。複数のドライバ回路１２１のいずれかが短絡故障した場合に、当該故障したドライバ回路１２１に接続される電流遮断回路２３３は、当該故障したドライバ回路１２１と二次巻線との間の電流経路を遮断する。【選択図】図２

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

従来、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＥＶ）等の電動車両に搭載され、高圧バッテリから供給される直流電力をスイッチング素子により交流電力に変換して三相交流モータに出力する電力変換装置が広く採用されている。こうした電力変換装置は、故障等により正常動作の維持が困難となった場合、車両を安全に停止できるようにするため、高圧バッテリから電気的に切り離される。その際、上アームまたは下アームの全相のスイッチング素子をオンに切り替える三相短絡動作に移行することで、モータ内で電流を還流させ、誘起電圧による電圧上昇を防ぐようにしている。

下記の特許文献１には、各スイッチング素子に対応して設けられ、各スイッチング素子を駆動させるためのゲート信号をそれぞれ出力する複数のドライバ回路と、トランスを用いて各ドライバ回路への電源供給を行う絶縁型の電源回路とを備え、電源回路において上下６アーム分のトランスを共有する集中電源方式を採用した電力変換装置が開示されている。

特開２０１２−１８６８７１号公報

特許文献１に記載の電力変換装置では、電源回路においていずれかのアームに対応するトランスの２次側回路が短絡故障すると、電源回路全体の負荷が増加するため、故障していない他のアームについても電源電圧が低下してしまう。その結果、スイッチング素子を駆動させることができなくなり、三相短絡動作への移行が不可能となるため、車両を安全に停止させることが困難となるおそれがある。

本発明による電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換するものであって、複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子をそれぞれ駆動する複数のドライバ回路と、前記複数のドライバ回路に電源を供給する電源回路と、を備え、前記電源回路は、前記複数のドライバ回路に共通の一次巻線と、前記複数のドライバ回路にそれぞれ対応する複数の二次巻線とを有する電源トランスと、前記一次巻線に流れる電流を制御する電流制御回路と、前記二次巻線と前記ドライバ回路との間の電流経路を導通または遮断する電流遮断回路と、を有し、前記複数のドライバ回路のいずれかが短絡故障した場合に、当該故障したドライバ回路に接続される前記電流遮断回路は、当該故障したドライバ回路と前記二次巻線との間の電流経路を遮断する。

本発明によれば、電源回路においていずれかのアームに対応するトランスの２次側回路が短絡故障した場合でも、三相短絡動作への移行が可能な電力変換装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る電源回路の構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る電流遮断回路および低電圧保護回路の構成を示す図である。電源回路においていずれかのアームに対応するトランス２次側回路が短絡故障した場合の電流遮断回路および低電圧保護回路の動作について説明する図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電力変換装置であるインバータ１０１の構成を示す図である。図１に示すインバータ１０１は、直流電力を交流電力に変換するものであり、モータコントロール基板１０２、ゲートドライブ基板１０３、スイッチング素子であるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を複数有するＩＧＢＴモジュール１０４、平滑コンデンサ１０９、および電流センサー１１０を主に備える。ＩＧＢＴモジュール１０４は、正極配線１１２と負極配線１１３により直流電源であるモータ駆動用の高圧電源１０６と接続されている。ここで、正極配線１１２は高圧電源１０６の正極側（高電圧側）とコンタクタ１０７を介して接続されており、負極配線１１３は高圧電源１０６の負極側（低電圧側）と接続されている。またインバータ１０１は、３相モータ１０５に接続されている。

（ＩＧＢＴモジュール）
ＩＧＢＴモジュール１０４では、正極配線１１２と負極配線１１３の間にスイッチング素子として動作するＮ型ＩＧＢＴが２段直列に接続（トーテムポール接続）されている。この２つのＩＧＢＴのうち、正極配線１１２側、すなわち高圧電源１０６の高電圧側に接続されるＩＧＢＴを上アームと呼び、負極配線１１３側、すなわち高圧電源１０６の低電圧側に接続されるＩＧＢＴを下アームと呼ぶ。インバータ１０１は３相モータ１０５を駆動するために、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の合計３相分の出力が必要である。そのため、ＩＧＢＴモジュール１０４には上下アームを直列に接続した直列回路が３つ内蔵されており、各相に対応するこれらの直列回路が高圧電源１０６に対して互いに並列に接続される。各相の直列回路において上アームのエミッタと下アームのコレクタを繋ぐ共通端子は、インバータ１０１の出力端子を介して３相モータ１０５とそれぞれ接続されている。

ＩＧＢＴモジュール１０４の各ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間には、還流ダイオード（ＦＷＤ）がそれぞれ接続されている。ＩＧＢＴのコレクタ側には還流ダイオードのカソードが接続され、ＩＧＢＴのエミッタ側には還流ダイオードのアノードが接続される。

平滑コンデンサ１０９は、ＩＧＢＴモジュール１０４の各ＩＧＢＴが行うスイッチング動作によって生じる直流電圧の変動を抑制するためのものであり、正極配線１１２と負極配線１１３の間にＩＧＢＴモジュール１０４と並列に接続されている。すなわち、ＩＧＢＴモジュール１０４の各上下アームの直列回路は、高圧電源１０６に対して平滑コンデンサ１０９とそれぞれ並列に接続されている。

（ゲートドライブ基板）
ゲートドライブ基板１０３は、ＩＧＢＴモジュール１０４の各ＩＧＢＴに対してドライバ回路１２１を１つずつ有している。すなわち、ゲートドライブ基板１０３には６つのドライバ回路１２１が設けられており、そのうち３つは上アームの各ＩＧＢＴにそれぞれ対応し、残りの３つは下アームの各ＩＧＢＴにそれぞれ対応している。さらにゲートドライブ基板１０３は、電源回路１１５を有している。

電源回路１１５は、高圧電源１０６から供給される直流電力に基づいて電源電圧を発生し、６つのドライバ回路１２１へそれぞれ供給する。こうして電源回路１１５から供給される電源を用いて各ドライバ回路１２１が動作する。なお、電源回路１１５の詳細については後述する。

各ドライバ回路１２１には、モータコントロール基板１０２から各相の上下アームに対してそれぞれ出力されるゲート制御信号１０８Ｐ（ゲート制御信号UP、VP、WP）および１０８Ｎ（ゲート制御信号UN、VN、WN）が入力される。たとえば上アームのＷ相を例として説明すると、これに対応するドライバ回路１２１には、モータコントロール基板１０２から上アームＷ相のゲート制御信号WPが入力される。

（モータコントロール基板）
モータコントロール基板１０２は上位の制御装置（不図示）と接続されており、この制御装置から３相モータ１０５の運転状態を指令するための運転指令が入力される。また、電流センサー１１０により検出された３相モータ１０５に流れる電流の大きさが電流センス信号１１１としてモータコントロール基板１０２に入力される。こうして入力された運転指令および電流センス信号１１１に基づいて、モータコントロール基板１０２は、ＩＧＢＴモジュール１０４の各ＩＧＢＴの動作を制御するためのゲート制御信号１０８Ｐおよび１０８Ｎ、すなわち各相のゲート制御信号UP、VP、WP、UN、VNおよびWNをゲートドライブ基板１０３内の各ドライバ回路１２１へ出力する。なお、モータコントロール基板１０２から出力されるこれらのゲート制御信号は負論理であり、対応するＩＧＢＴをオフする時には'H'レベルの信号が、オンする時には'L'レベルの信号がモータコントロール基板１０２からそれぞれ出力される。モータコントロール基板１０２は、車両用の１２Ｖ電源１００から供給される電力により動作する。

（インバータの動作）
次に、図１を参照してインバータ１０１の動作の概要を説明する。インバータ１０１は、ＩＧＢＴモジュール１０４の各ＩＧＢＴをスイッチングするために、モータコントロール基板１０２からゲートドライブ基板１０３の６つのドライバ回路１２１に対して、符号１０８Ｐ、１０８Ｎに示すＰＷＭ方式のゲート制御信号UP、VP、WP、UN、VNおよびWNを送信する。ここでモータコントロール基板１０２とゲートドライブ基板１０３とは基準電位が異なるので、モータコントロール基板１０２とゲートドライブ基板１０３の間におけるゲート制御信号の送受信は、カプラ等の絶縁信号伝送装置を介して行われる。各ドライバ回路１２１は、入力されたゲート制御信号に基づいて、対応するＩＧＢＴのゲート−エミッタ端子間に電圧を与え、ＩＧＢＴをスイッチング駆動する。こうしてＩＧＢＴモジュール１０４の各ＩＧＢＴを所定のタイミングでそれぞれスイッチングさせることにより、高圧電源１０６から供給される直流電力が交流電力に変換され、各ＩＧＢＴを介してモータ１０５に電流が流れてモータ１０５が駆動される。このときモータ１０５に流れる電流は電流センサー１１０で観測され、電流センス信号１１１としてモータコントロール基板１０２にフィードバックされる。これによってモータコントロール基板１０２はモータ１０５に流れる電流を制御し、モータ１０５の駆動を制御する。

（電源回路）
図２は、本発明の一実施形態に係る電源回路１１５の構成を示す図である。図２に示すように、電源回路１１５は、集中電源方式を採用したものであり、トランス２１０、トランス１次側回路２２０、トランス２次側回路２３０、フィードバック回路２４０を備えて構成されている。トランス２次側回路２３０は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の上下アームのそれぞれに対して設けられており、計６個ある。図２では、Ｕ相上アームに対応するトランス２次側回路２３０を破線により示している。なお、図２にはフライバック方式で動作する電源回路１１５の回路構成の一例を示している。

（トランス）
トランス２１０は、６つのドライバ回路１２１に共通の１次巻線と、６つのドライバ回路１２１にそれぞれ対応する６つの２次巻線とを有している。１次巻線はトランス１次側回路２２０を介して高圧電源１０６に接続されており、各２次巻線はトランス２次側回路２３０を介して対応するドライバ回路１２１にそれぞれ接続されている。また、トランス２１０はフィードバック用の２次巻線を有しており、フィードバック回路２４０に接続されている。

（トランス１次側回路）
トランス１次側回路２２０は、フィードバック回路２４０の電圧出力が所定の電圧値になるように、トランス２１０の１次側電流を制御する。各トランス２次側回路２３０は、トランス２１０の２次側電流を整流し、対応するドライバ回路１２１へ直流電圧をそれぞれ出力することで電源供給を行う。フィードバック回路２４０は、各トランス２次側回路２３０と同様の直流電圧を出力することにより、トランス１次側回路２２０に対してフィードバック信号を出力している。

トランス１次側回路２２０は、抵抗素子２２１、制御ＩＣ２２２、トランス駆動ＦＥＴ２２３、抵抗素子２２４を備えて構成されている。

抵抗素子２２１は、高圧電源１０６と制御ＩＣ２２２の間に設けられ、制御ＩＣ２２２に供給される電源電圧Vcc1を調整する。制御ＩＣ２２２は、フィードバック回路２４０の出力を監視することによって、トランス駆動ＦＥＴ２２３をＰＷＭ制御する。トランス駆動ＦＥＴ２２３は、制御ＩＣ２２２から出力されるＰＷＭパルスに応じてスイッチング動作を行い、高圧電源１０６からトランス２１０の１次側に流れる電流を制御する。抵抗素子２２４は、トランス駆動ＦＥＴ２２３を介してトランス２１０の１次側に流れる電流を制限する。

（トランス２次側回路）
各トランス２次側回路２３０は、整流ダイオード２３１、平滑コンデンサ２３２、電流遮断回路２３３および低電圧保護回路２３４を備えて構成されており、対応するドライバ回路１２１へ直流電圧を出力して電源供給を行う。たとえば、Ｕ相上アームに対応するトランス２次側回路２３０は、Ｕ相上アームのＩＧＢＴを駆動するドライバ回路１２１と接続され、当該ドライバ回路１２１への電源供給を行う。同様に、Ｖ相上アーム、Ｗ相上アーム、Ｕ相下アーム、Ｖ相下アーム、Ｗ相下アームにそれぞれ対応するトランス２次側回路２３０も、これら各アームのＩＧＢＴを駆動するドライバ回路１２１とそれぞれ接続され、当該ドライバ回路１２１への電源供給を行う。

整流ダイオード２３１は、トランス２１０の２次側電流の片側方向の電流だけ通して、平滑コンデンサ２３２に充電する。平滑コンデンサ２３２は、整流ダイオード２３１を流れる電流を充電し、対応するドライバ回路１２１への出力電圧を発生させる。電流遮断回路２３３は、ドライバ回路１２１への出力電圧に基づき、トランス２１０の２次巻線とドライバ回路１２１との間の電流経路を導通または遮断する。低電圧保護回路２３４は、ドライバ回路１２１への出力電圧が所定の閾値未満となった場合に、低電圧状態を検知してモータコントロール基板１０２に通知し、３相モータ１０５の誘起電圧からインバータ１０１を保護するための三相短絡動作に移行させる。なお、電流遮断回路２３３および低電圧保護回路２３４の詳細については後述する。

（フィードバック回路）
フィードバック回路２４０は、整流ダイオード２４１、平滑コンデンサ２４２を備えて構成されている。

整流ダイオード２４１および平滑コンデンサ２４２は、トランス２次側回路２３０に備えられている前述の整流ダイオード２３１および平滑コンデンサ２３２とそれぞれ同様の動作を行う。これにより、各トランス２次側回路２３０から対応するドライバ回路１２１への出力電圧に応じたフィードバック信号が、フィードバック回路２４０から出力される。フィードバック回路２４０から出力されたフィードバック信号は、トランス１次側回路２２０の制御ＩＣ２２２に入力され、トランス駆動ＦＥＴ２２３のＰＷＭ制御において所定の電圧基準値と比較される。

図３は、本発明の一実施形態に係る電流遮断回路２３３および低電圧保護回路２３４の構成を示す図である。

（電流遮断回路）
図３に示すように、電流遮断回路２３３は、抵抗素子３０１，３０２および３０３と、半導体スイッチング素子３０４および３０５とを備えて構成される。半導体スイッチング素子３０４はＰ型ＭＯＳＦＥＴであり、半導体スイッチング素子３０５はＮ型ＭＯＳＦＥＴである。半導体スイッチング素子３０４および３０５は、ソース端子およびドレイン端子と、これらの端子間の導通状態を切り替える制御端子としてのゲート端子とをそれぞれ有している。なお、半導体スイッチング素子３０４にＰＮＰ型トランジスタを、半導体スイッチング素子３０５にＮＰＮ型トランジスタをそれぞれ用いて、電流遮断回路２３３を構成してもよい。

抵抗素子３０１および３０２は、トランス２１０の２次巻線の両端間に直列接続されており、分圧回路を構成している。この分圧回路によって分圧されたトランス２次側回路２３０の出力電圧は、半導体スイッチング素子３０５のゲート端子に入力される。抵抗素子３０３は、半導体スイッチング素子３０４のゲート端子と半導体スイッチング素子３０５のドレイン端子の間に接続されている。

半導体スイッチング素子３０４は、トランス２１０の２次巻線の一端とドライバ回路１２１の間に接続されており、これらの間の電流を導通または遮断する。半導体スイッチング素子３０４のゲート端子は、抵抗素子３０３および半導体スイッチング素子３０５を介してトランス２１０の２次巻線の他端側、すなわち電源回路１１５の接地電位と接続されている。そのため、半導体スイッチング素子３０５のオンオフ状態に応じて、半導体スイッチング素子３０４のゲート端子の電圧が変化し、半導体スイッチング素子３０４のオンオフ状態が切り替えられる。

半導体スイッチング素子３０５は、半導体スイッチング素子３０４のゲート端子とトランス２１０の２次巻線の他端の間に接続されている。半導体スイッチング素子３０５のゲート端子には、前述のように抵抗素子３０１，３０２の分圧回路によって分圧されたトランス２次側回路２３０の出力電圧が入力される。そのため、トランス２次側回路２３０の出力電圧に応じて、半導体スイッチング素子３０５のゲート端子の電圧が変化し、半導体スイッチング素子３０５のオンオフ状態が切り替えられる。

（低電圧保護回路）
図３に示すように、低電圧保護回路２３４は、抵抗素子３１１および３１２と、制御ＩＣ３１３とを備えて構成される。抵抗素子３１１および３１２は、トランス２１０の２次巻線の一端と電源回路１１５の接地電位の間に直列接続されており、分圧回路を構成している。この分圧回路によって分圧されたトランス２次側回路２３０の出力電圧は、制御ＩＣ３１３に入力される。

制御ＩＣ３１３は、Vcc2端子、UVLO-IN端子およびFLT端子を有している。Vcc2端子は、制御ＩＣ３１３の動作電源の入力端子であり、トランス２次側回路２３０の出力電圧が制御ＩＣ３１３の動作電源として入力される。UVLO-IN端子は、低電圧保護動作用の入力端子であり、上記分圧回路によって分圧された電圧が入力される。FLT端子は、低電圧検知信号の出力端子であり、モータコントロール基板１０２に接続される。制御ＩＣ３１３は、UVLO-IN端子への入力電圧に基づき、トランス２次側回路２３０の出力電圧が所定の閾値未満であるか否かを判定する。その結果、閾値未満であると判定した場合には低電圧状態であると判断し、低電圧検知信号をFLT端子からモータコントロール基板１０２へ出力する。制御ＩＣ３１３から低電圧検知信号が入力されると、モータコントロール基板１０２は、上アームまたは下アームの全相のＩＧＢＴをオンに切り替えるように、ゲート制御信号１０８Ｐまたは１０８Ｎをドライバ回路１２１に出力し、三相短絡動作に移行する。

（短絡故障時の動作）
次に、電源回路１１５においていずれかのアームに対応するトランス２次側回路２３０が短絡故障した場合の電流遮断回路２３３および低電圧保護回路２３４の動作について、図４を参照して説明する。

図４（ａ）は、本発明の比較例として、電源回路１１５が電流遮断回路２３３を備えていない場合の短絡故障時の信号波形例を示している。図４（ａ）では、短絡故障が発生したトランス２次側回路２３０における制御ＩＣ３１３のVcc2端子への入力電圧およびFLT端子の出力電圧と、他アームのトランス２次側回路２３０の出力電圧とを示している。

いずれかのアームに対応するトランス２次側回路２３０において、トランス２１０の２次巻線の両端間に短絡故障が発生すると、図４（ａ）に示すように、当該トランス２次側回路２３０が有する制御ＩＣ３１３のVcc2端子への入力電圧が低下する。その結果、Vcc2端子への入力電圧が所定の閾値Vfl未満になると、制御ＩＣ３１３は低電圧状態であると判断し、FLT端子の出力電圧を'H'レベルから'L'レベルに変化させることで低電圧検知信号を出力する。このとき、比較例ではトランス２１０の２次側全体が過負荷状態となっているため、短絡故障が発生していない他アームのトランス２次側回路２３０においても、短絡故障したトランス２次側回路２３０と同様に、制御ＩＣ３１３のVcc2端子への入力電圧、すなわちトランス２次側回路２３０からドライバ回路１２１へ供給される電源の電圧が低下する。したがって、他アームのドライバ回路１２１を正常に動作させることができず、ＩＧＢＴモジュール１０４を三相短絡動作に移行させることが困難となる。

図４（ｂ）は、本実施形態の電源回路１１５における短絡故障時の信号波形例を示している。図４（ｂ）でも図４（ａ）と同様に、短絡故障が発生したトランス２次側回路２３０における制御ＩＣ３１３のVcc2端子への入力電圧およびFLT端子の出力電圧と、他アームのトランス２次側回路２３０の出力電圧とを示している。さらに、短絡故障が発生したトランス２次側回路２３０における電流遮断回路２３３の半導体スイッチング素子３０４，３０５の切り替え状態を示している。

比較例と同様に本実施形態の電源回路１１５でも、いずれかのアームに対応するトランス２次側回路２３０において、トランス２１０の２次巻線の両端間に短絡故障が発生すると、図４（ｂ）に示すように、当該トランス２次側回路２３０が有する制御ＩＣ３１３のVcc2端子への入力電圧が低下する。その結果、Vcc2端子への入力電圧が所定の閾値Vfl未満になると、制御ＩＣ３１３は低電圧状態であると判断し、FLT端子の出力電圧を'H'レベルから'L'レベルに変化させることで低電圧検知信号を出力する。

さらに、Vcc2端子への入力電圧が閾値Vflよりも低い所定の閾値Vtrを下回ると、電流遮断回路２３３が動作し、半導体スイッチング素子３０４，３０５の切り替え状態がオンからオフにそれぞれ変化する。すると、トランス２１０の２次側の過負荷状態が解消し、図４（ｂ）に示すように、Vcc2端子への入力電圧が上昇する。その後、Vcc2端子への入力電圧が閾値Vtrを上回ると、半導体スイッチング素子３０４，３０５の切り替え状態がオフからオンにそれぞれ変化する。これにより、短絡故障発生時の状態へと戻り、Vcc2端子への入力電圧が再び低下する。

本実施形態の電源回路１１５では、短絡故障が発生したトランス２次側回路２３０の電流遮断回路２３３において以上説明したような動作が繰り返し行われることにより、制御ＩＣ３１３のVcc2端子への入力電圧が、制御ＩＣ３１３から低電圧検知信号が出力される閾値Vflよりも低い一定の範囲内となるように制御される。その結果、短絡故障が発生していない他アームのトランス２次側回路２３０においては、図４（ｂ）に示すように、制御ＩＣ３１３のVcc2端子への入力電圧、すなわちトランス２次側回路２３０からドライバ回路１２１へ供給される電源の電圧低下を防ぐことができる。したがって、他アームのドライバ回路１２１を過負荷状態から保護して正常に動作させ、ＩＧＢＴモジュール１０４を三相短絡動作に移行させることが可能となる。

以上説明した本発明の一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であるインバータ１０１は、スイッチング素子である複数のＩＧＢＴを有するＩＧＢＴモジュール１０４と、複数のＩＧＢＴをそれぞれ駆動する複数のドライバ回路１２１と、複数のドライバ回路１２１に電源を供給する電源回路１１５とを備える。電源回路１１５は、複数のドライバ回路１２１に共通の一次巻線と、複数のドライバ回路１２１にそれぞれ対応する複数の二次巻線とを有するトランス２１０と、トランス２１０の一次巻線に流れる電流を制御するトランス１次側回路２２０と、トランス２１０の二次巻線とドライバ回路１２１との間の電流経路を導通または遮断する電流遮断回路２３３とを有する。複数のドライバ回路１２１のいずれかが短絡故障した場合に、当該故障したドライバ回路１２１に接続される電流遮断回路２３３は、当該故障したドライバ回路１２１と二次巻線との間の電流経路を遮断する。このようにしたので、電源回路１１５においていずれかのアームに対応するトランス２次側回路２３０が短絡故障した場合でも、三相短絡動作への移行が可能な電力変換装置であるインバータ１０１を提供することができる。

（２）電流遮断回路２３３は、トランス２１０の二次巻線の一端とドライバ回路１２１との間の電流を導通または遮断する半導体スイッチング素子３０４と、半導体スイッチング素子３０４のゲート端子とトランス２１０の二次巻線の他端との間に接続される半導体スイッチング素子３０５と、半導体スイッチング素子３０５のゲート端子とトランス２１０の二次巻線の一端との間に接続される抵抗素子３０１とを有する。このようにしたので、簡単な回路構成で確実に動作可能な電流遮断回路２３３を実現することができる。

（３）インバータ１０１は、ＩＧＢＴモジュール１０４の複数のＩＧＢＴの駆動をそれぞれ制御するための信号を複数のドライバ回路１２１に出力するモータコントロール基板１０２と、電源回路１１５から複数のドライバ回路１２１にそれぞれ供給される電源の電圧が所定の閾値Vfl未満となった場合に、低電圧状態を検知してモータコントロール基板１０２に通知する低電圧保護回路２３４とを備える。電源回路１１５から複数のドライバ回路１２１のいずれかに供給される電源の電圧が閾値Vflよりも低い閾値Vtr未満となった場合に、当該ドライバ回路１２１に接続される電流遮断回路２３３は、半導体スイッチング素子３０４および半導体スイッチング素子３０５をそれぞれ導通状態から遮断状態に切り替えて、当該ドライバ回路１２１とトランス２１０の二次巻線との間の電流経路を遮断する。このようにしたので、複数のドライバ回路１２１のいずれかが短絡故障した場合に、当該故障したドライバ回路１２１に接続される電流遮断回路２３３において、当該故障したドライバ回路１２１と二次巻線との間の電流経路を確実に遮断することができる。

（４）電流遮断回路２３３は、半導体スイッチング素子３０５のゲート端子とトランス２１０の二次巻線の他端との間に接続される抵抗素子３０２をさらに有する。半導体スイッチング素子３０４および半導体スイッチング素子３０５は、抵抗素子３０１と抵抗素子３０２とによって構成される分圧回路の出力電圧に基づいて制御される。このようにしたので、電流遮断回路２３３において、半導体スイッチング素子３０４および半導体スイッチング素子３０５の切り替えを行う電圧を適切に調節することができる。

なお、上記実施形態では、図３に示したような回路構成により電流遮断回路２３３および低電圧保護回路２３４を実現する例を説明したが、他の回路構成としてもよい。たとえば、電流遮断回路２３３において、半導体スイッチング素子３０４，３０５としてＰ型ＭＯＳＦＥＴやＮ型ＭＯＳＦＥＴ以外を用いてもよいし、抵抗素子３０１，３０２による分圧回路を用いなくてもよい。また、低電圧保護回路２３４において、抵抗素子３１１，３１２による分圧回路を用いなくてもよいし、制御ＩＣ３１３以外を用いて低電圧状態の判断を行ってもよい。さらに、電流遮断回路２３３や低電圧保護回路２３４の機能を他の回路、たとえばドライバ回路１２１に組み込んでもよい。上記実施形態で説明したのと同様の機能を有していれば、任意の回路構成により、電流遮断回路２３３および低電圧保護回路２３４を実現することができる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

以上説明した実施形態や変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１００：１２Ｖ電源、１０１：インバータ、１０２：モータコントロール基板、１０３：ゲートドライブ基板、１０４：ＩＧＢＴモジュール、１０５：３相モータ、１０６：高圧電源、１０７：コンタクタ、１０８Ｐ，１０８Ｎ：ゲート制御信号、１０９：平滑コンデンサ、１１０：電流センサー、１１５：電源回路、１２１：ドライバ回路、２１０：トランス、２２０：トランス１次側回路、２３０：トランス２次側回路、２３１：整流ダイオード、２３２：平滑コンデンサ、２３３：電流遮断回路、２３４：低電圧保護回路、２４０：フィードバック回路、３０１，３０２，３０３：抵抗素子、３０４，３０５：半導体スイッチング素子、３１１，３１２：抵抗素子、３１３：制御ＩＣ

Claims

直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であって、
複数のスイッチング素子と、
前記複数のスイッチング素子をそれぞれ駆動する複数のドライバ回路と、
前記複数のドライバ回路に電源を供給する電源回路と、を備え、
前記電源回路は、
前記複数のドライバ回路に共通の一次巻線と、前記複数のドライバ回路にそれぞれ対応する複数の二次巻線とを有する電源トランスと、
前記一次巻線に流れる電流を制御する電流制御回路と、
前記二次巻線と前記ドライバ回路との間の電流経路を導通または遮断する電流遮断回路と、を有し、
前記複数のドライバ回路のいずれかが短絡故障した場合に、当該故障したドライバ回路に接続される前記電流遮断回路は、当該故障したドライバ回路と前記二次巻線との間の電流経路を遮断する電力変換装置。
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記電流遮断回路は、
前記二次巻線の一端と前記ドライバ回路との間の電流を導通または遮断する第１の半導体スイッチング素子と、
前記第１の半導体スイッチング素子の制御端子と前記二次巻線の他端との間に接続される第２の半導体スイッチング素子と、
前記第２の半導体スイッチング素子の制御端子と前記二次巻線の一端との間に接続される第１の抵抗素子と、を有する電力変換装置。
請求項２に記載の電力変換装置において、
前記複数のスイッチング素子の駆動をそれぞれ制御するための信号を前記複数のドライバ回路に出力する制御基板と、
前記電源回路から前記複数のドライバ回路にそれぞれ供給される電源の電圧が所定の第１の閾値未満となった場合に、低電圧状態を検知して前記制御基板に通知する低電圧保護回路と、を備え、
前記電源回路から前記複数のドライバ回路のいずれかに供給される電源の電圧が前記第１の閾値よりも低い第２の閾値未満となった場合に、当該ドライバ回路に接続される前記電流遮断回路は、前記第１の半導体スイッチング素子および前記第２の半導体スイッチング素子をそれぞれ導通状態から遮断状態に切り替えて、当該ドライバ回路と前記二次巻線との間の電流経路を遮断する電力変換装置。
請求項３に記載の電力変換装置において、
前記電流遮断回路は、前記第２の半導体スイッチング素子の制御端子と前記二次巻線の他端との間に接続される第２の抵抗素子をさらに有し、
前記第１の半導体スイッチング素子および前記第２の半導体スイッチング素子は、前記第１の抵抗素子と前記第２の抵抗素子とによって構成される分圧回路の出力電圧に基づいて制御される電力変換装置。