JP2022136598A - 電力変換装置の駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２個のスイッチング素子部が直列接続された電力変換装置において、各スイッチング素子部の発熱量を抑えつつ均一化する。【解決手段】 駆動制御装置１は、スイッチング素子の駆動制御を行うアクティブ駆動制御部１０および２０を制御する指令値演算部３０を有する。アクティブ駆動制御部１０および２０は、ターンオンするスイッチング素子のターンオン開始から始まる第１期間において、第１指令値ＤＨｒ１およびＤＬｒ１に従ってスイッチング素子に流れる電流の変化率を制御し、第１期間に後続する第２期間において、第２指令値ＤＨｒ２およびＤＬｒ２に従ってスイッチング素子に流れる電流の変化率を制御する。指令値演算部３０は、２個のスイッチング素子部の温度に基づいて、第２指令値ＤＨｒ２およびＤＬｒ２を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置の駆動制御装置に関する。

電力変換装置において、パワースイッチング素子のスイッチングに伴って発生する損失を低減するための技術としてアクティブ駆動制御がある。この技術は例えば特許文献１に開示されている。

特許文献１に開示の技術では、パワースイッチング素子のゲート電圧等を検出し、その検出値に基づいて、パワースイッチング素子のゲート駆動抵抗あるいは駆動電流を制御する。この制御では、例えばスイッチ素子のオン／オフによってゲート駆動抵抗あるいは駆動電流が２段階（例えば抵抗値小→大へ）或いは３段階（例えば抵抗値小→大→小）に制御される。このようにターンオン期間中にゲート駆動抵抗あるいは駆動電流を変化させることで、パワースイッチング素子のスイッチング損失の低減を行っている。

特許第５１８６０９５号

しかし、特許文献１に開示の技術では、ゲート電圧等を測定する電圧検出器やゲート駆動抵抗の切り替え手段の電気部品の精度誤差により、パワースイッチング素子のゲート駆動抵抗あるいは駆動電流の切り替えタイミングや駆動電流にバラつきが生じる。そのため、上側パワースイッチング素子と下側パワースイッチング素子とが直列接続された電力変換装置では、上側および下側のパワースイッチング素子のターンオン損失低減量が異なり、各パワースイッチング素子の温度がアンバランスとなる。この結果、発熱の多い側のパワースイッチング素子の寿命が短くなることが懸念される。また、パワースイッチング素子の温度アンバランスを前提に余裕をもった設計にした場合には、電力変換装置が性能を十分に発揮できない問題が生じる。

この発明は以上に説明した課題に鑑みてなされたものであり、２個のスイッチング素子部が直列接続された電力変換装置において、各スイッチング素子部の発熱量を抑えつつ均一化することを目的とする。

この発明の一態様である電力変換装置の駆動制御装置は、スイッチング素子と前記スイッチング素子に逆並列接続されたダイオードとを各々含む２個のスイッチング素子部が直列接続された電力変換装置の駆動制御装置において、前記駆動制御装置は、前記スイッチング素子の駆動制御を行うアクティブ駆動制御部を制御する指令値演算部を有し、前記アクティブ駆動制御部は、ターンオンするスイッチング素子のターンオン開始から始まる第１期間において、第１指令値に従って前記スイッチング素子に流れる電流の変化率を制御し、前記第１期間に後続する第２期間において、第２指令値に従って前記スイッチング素子に流れる電流の変化率を制御するものであり、前記指令値演算部は、前記２個のスイッチング素子部の温度に基づいて、前記第２指令値を制御することを特徴とする。

この発明によれば、２個のスイッチング素子部が直列接続された電力変換装置において、各スイッチング素子部のスイッチング損失を低減しつつ、各スイッチング素子部の発熱量を均一化し、スイッチング素子部の温度に起因する故障率の低下および素子寿命の均一化を実現することができる。

この発明の一実施形態である駆動制御装置を備えた電力変換装置の構成を示す回路図である。 同実施形態におけるアクティブ駆動制御の動作例を示す波形図である。 同実施形態における指令値演算部の第１の例の構成を示すブロック図である。 同第１の例を採用した実施形態の動作例を示す波形図である。 同指令値演算部の第２の例の一部の構成を示すブロック図である。 同指令値演算部の第３の例の一部の構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図１はこの発明の一実施形態である駆動制御装置１を備えた電力変換装置１００の構成を示す回路図である。電力変換装置１００において、上側スイッチング素子部１１０は、図示しない直流電源の正極に接続された高電位電源線１０１と、図示しない負荷に接続された出力線１０３との間に接続されている。また、下側スイッチング素子部１２０は、同直流電源の負極に接続された低電位電源線１０２と、同出力線１０３との間に接続されている。

このように電力変換装置１００では、高電位電源線１０１と低電位電源線１０２との間に、上側スイッチング素子部１１０および下側スイッチング素子部１２０が直列接続されている。電力変換装置１００は、この直列接続された上側スイッチング素子部１１０および下側スイッチング素子部１２０を介して、出力線１０３に接続された負荷に電力を供給する。

上側スイッチング素子部１１０および下側スイッチング素子部１２０は、上側パワースイッチング素子１１１および下側パワースイッチング素子１２１を各々含む。これらの上側パワースイッチング素子１１１および下側パワースイッチング素子１２１は、各々ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor；金属酸化膜半導体構造の電界効果トランジスタ）であり、ＳｉＣ、ＧａＮ等のワイドギャップ半導体素子により構成されている。上側パワースイッチング素子１１１および下側パワースイッチング１２１には、上側ダイオード１１２および下側ダイオード１２２が各々逆並列接続されている。

温度検出器１３１は、上側スイッチング素子部１１０の温度ＳＴａ１を検出する。温度検出器１３２は、下側スイッチング素子部１２０の温度ＳＴａ２を検出する。

駆動制御装置１には、図示しない上位装置から上側パワースイッチング素子１１１についての駆動指令ＤＨａと下側パワースイッチング素子１１２についての駆動指令ＤＬａが供給される。駆動制御装置１は、これらの駆動指令ＤＨａおよびＤＬａと、上側スイッチング素子部１１０の温度ＳＴａ１と、下側スイッチング素子部１２０の温度ＳＴａ２とに基づき、上側パワースイッチング素子１１１および下側パワースイッチング素子部１２１の駆動制御を行う装置である。

図１に示すように、駆動制御装置１は、上側アクティブ駆動制御部１０と、下側アクティブ駆動制御部２０と、指令値演算部３０とを含む。

上側アクティブ駆動制御部１０は、駆動指令ＤＨａに応じて、上側パワースイッチング素子１１１をターンオンさせるゲート電圧Ｖｇまたはターンオフさせるゲート電圧Ｖｇを上側パワースイッチング素子１１１に出力する装置である。また、下側アクティブ駆動制御部２０は、駆動指令ＤＬａに応じて、下側パワースイッチング素子１２１をターンオンさせるゲート電圧Ｖｇまたはターンオフさせるゲート電圧Ｖｇを下側パワースイッチング素子１２１に出力する装置である。

本実施形態において、上側アクティブ駆動制御部１０は、上側パワースイッチング素子１１１をターンオンさせる際、ターンオン開始後の期間を初期のモード１（すなわち、第１期間）と後続のモード２（すなわち、第２期間）に分け、モード１および２の各々において、上側パワースイッチング素子１１１に与えるゲート電圧Ｖｇを制御する。ここで、モード２は、例えば上側パワースイッチング素子１１１をターンオンさせる場合に、下側ダイオード１２２において逆回復が始まるタイミング以降の期間である。

さらに詳述すると、上側アクティブ駆動制御部１０には、上側パワースイッチング素子１１１に流れるドレイン電流Ｉｄの変化率ｄＩｄ／ｄｔ（すなわち、時間微分）に関する指令値として、モード１に対応した第１指令値ＤＨｒ１とモード２に対応した第２指令値ＤＨｒ２が指令値演算部３０から供給される。

上側アクティブ駆動制御部１０は、上側パワースイッチング素子１１１をターンオンさせる際、モード１では上側パワースイッチング素子１１１に流れるドレイン電流Ｉｄの変化率ｄＩｄ／ｄｔが第１指令値ＤＨｒ１に従うように上側パワースイッチング素子１１１に供給するゲート電圧Ｖｇを制御し、モード２では上側パワースイッチング素子１１１に流れるドレイン電流Ｉｄの変化率ｄＩｄ／ｄｔが第２指令値ＤＨｒ２に従うように上側パワースイッチング素子１１１に供給するゲート電圧Ｖｇを制御する。

同様に下側アクティブ駆動制御部２０には、下側パワースイッチング素子１２１に流れるドレイン電流Ｉｄの変化率に関する指令値として、モード１に対応した第１指令値ＤＬｒ１とモード２に対応した第２指令値ＤＬｒ２が指令値演算部３０から供給される。下側アクティブ駆動制御部１０は、下側パワースイッチング素子１２１をターンオンさせる際、モード１では第１指令値ＤＬｒ１に従って下側パワースイッチング素子１２１に供給するゲート電圧Ｖｇを制御し、モード２では第２指令値ＤＬｒ２に従って下側パワースイッチング素子１２１に供給するゲート電圧Ｖｇを制御する。

指令値演算部３０は、上側アクティブ駆動制御部１０と下側アクティブ駆動制御部２０を制御する装置である。さらに詳述すると、指令値演算部３０は、上側スイッチング素子部１１０の温度ＳＴａ１と、下側スイッチング素子部１２０の温度ＳＴａ２とに基づき、上側スイッチング素子部１１０および下側スイッチング素子部１２０に対する各指令値を演算する装置である。

ここで、指令値演算部３０の機能の詳細な説明に先立ち、図２を参照し、本実施形態において行われるアクティブ駆動制御を説明する。図２には、下側パワースイッチング素子１２１がオフの状態において、上側パワースイッチング素子１１１をターンオンさせる場合の各部の波形が示されている。

駆動指令ＤＨａがオンとなり、上側パワースイッチング素子１１１のターンオンが指示されると、上側アクティブ駆動制御部１０は、上側パワースイッチング素子１１１に流れるドレイン電流Ｉｄの変化率に関する指令値ＤＨｒを第１指令値ＤＨｒ１とし、モード１に対応したアクティブ駆動制御を開始する。すなわち、上側アクティブ駆動制御部１０は、第１指令値ＤＨｒ１に従って上側パワースイッチング素子１１１に与えるゲート電圧Ｖｇを制御する。

このゲート電圧Ｖｇの制御に関しては、各種の態様があり得る。ある好ましい態様では、各種の第１指令値ＤＨｒ１に対応付けて設けられた複数種類のゲート駆動抵抗の中から指令値演算部３０から供給される第１指令値ＤＨｒ１に対応付けられたゲート駆動抵抗が選択され、上側パワースイッチング素子１１１におけるゲート電圧Ｖｇの入力経路に挿入される。他の好ましい態様では、ゲート駆動抵抗の代わりに、パワースイッチング素子のゲート容量を充電する電流値の異なった複数種類の電流源が用いられる。

モード１に対応したアクティブ駆動制御が開始されると、少し遅れて上側パワースイッチング素子１１１のゲート電圧Ｖｇが上昇を開始し、このゲート電圧Ｖｇが上側パワースイッチング素子１１１の閾値電圧Ｖｔｈを越えると、上側パワースイッチング素子１１１にドレイン電流Ｉｄが流れ始める。

そして、ゲート電圧Ｖｇが上昇するのに従ってドレイン電流Ｉｄが増加する。また、ゲート電圧Ｖｇが上昇するのに従って上側パワースイッチング素子１１１のオン抵抗が減少し、ドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓが低下する。そして、上側パワースイッチング素子１１１のオン抵抗の減少の影響よりも、上側パワースイッチング素子１１１のドレイン電流Ｉｄの増加の影響が大きくなると、ドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓは、低下が止まり、上昇へと転ずる。

還流側の素子であるスイッチング素子部１２０では、ターンオン開始前から下側ダイオード１２２に還流電流Ｉｆが流れている。モード１において、上側パワースイッチング素子１１１にドレイン電流Ｉｄが流れ始め、このドレイン電流Ｉｄが下側ダイオード１２２に供給されることにより、下側ダイオード１２２に流れる還流電流Ｉｆが減少する。そして、還流電流Ｉｆは、やがて０になる。モード１では、下側ダイオード１２２は順方向バイアスされ、その両端間電圧Ｖｆは所定の電圧値を維持する。以上がモード１での動作である。

上側アクティブ駆動制御部１０は、下側ダイオード１２２の還流電流Ｉｆが０になるタイミングにおいて、モード２に対応したアクティブ駆動制御を開始する。すなわち、上側アクティブ駆動制御部１０は、上側パワースイッチング素子１１１に流れる電流Ｉｄの変化率に関する指令値ＤＨｒを第２指令値ＤＨｒ２とし、第２指令値ＤＨｒ２に従って上側パワースイッチング素子１１１に与えるゲート電圧Ｖｇを制御する。通常、第２指令値ＤＨｒ２は、第１指令値ＤＨｒ１より低い値とされる。

モード１からモード２への移行タイミングを決定する方法に関しては各種の態様があり得る。ある好ましい態様では、下側ダイオード１２２に流れる還流電流Ｉｆを検出し、還流電流Ｉｆが０になるタイミングにおいてモード１からモード２に移行する。他の好ましい態様では、上側パワースイッチング素子１１１のゲート電圧Ｖｇを検出し、ゲート電圧Ｖｇが所定値に達したタイミングにおいて還流電流Ｉｆが０になったとみなし、モード１からモード２に移行する。さらに他の好ましい態様では、ターンオン開始から所定時間が経過したタイミングにおいて、還流電流Ｉｆが０になったとみなし、モード１からモード２に移行する。

モード２において、還流側の素子である下側スイッチング素子部１２０では、上側パワースイッチング素子１１１に流れるドレイン電流Ｉｄが下側ダイオード１２２に供給され、逆回復電流Ｉｆとして下側ダイオード１２２に流れる。この逆回復電流Ｉｆは、順方向バイアスされている期間に下側ダイオード１２２に蓄積された少数キャリアを消滅させる逆方向の電流である。

下側ダイオード１２２に流れる逆回復電流Ｉｆは、モード２において増加し、ピークに達した後、減少する。逆回復電流Ｉｆが流れ始めてから少し遅れて下側ダイオード１２２の両端間電圧（この場合、逆方向電圧）Ｖｆが上昇する。そして、この逆方向電圧Ｖｆが逆回復サージ電圧ＶＡＫとなる。

以上、上側パワースイッチング素子１１１をターンオンさせる動作を説明したが、下側パワースイッチング素子１２１をターンオンさせる動作も同様である。

以上説明した動作において、モード１では、上側パワースイッチング素子１１１に流れるドレイン電流Ｉｄの変化率ｄＩｄ／ｄｔを大きくすることにより、上側パワースイッチング素子１１１のターンオン損失を小さくすることができる。また、モード２では、上側パワースイッチング素子１１１に流れるドレイン電流Ｉｄの変化率ｄＩｄ／ｄｔを小さくすることにより、下側ダイオード１２２に発生する逆回復サージ電圧ＶＡＫを小さくすることができる。そこで、アクティブ駆動制御では、第１指令値を大きくし、かつ、第２指令値を小さくすることにより、ターンオン損失の低減と逆回復サージ電圧ＶＡＫの抑制の両立を図っている。

しかしながら、電力変換装置１００では、各々を構成する素子の製造ばらつき等により上側アクティブ駆動制御部１０および下側アクティブ駆動制御部２０の特性に差（例えばゲート駆動抵抗やその切換タイミングの差）が生じると、上側スイッチング素子部１１０と下側スイッチング素子部１２０の発熱量に差が生じる。この場合、上側スイッチング素子部１１０と下側スイッチング素子部１２０のうち発熱量の多い一方が高温になり易く、他方よりも壊れやすく、あるいは寿命が短くなる問題が発生する。

そこで、本実施形態における指令値演算部３０は、上側スイッチング素子部１１０の温度ＳＴａ１と下側スイッチング素子部１２０の温度ＳＴａ２が同じになるように、上側アクティブ駆動制御部１０に対する第１指令値ＤＨｒ１および第２指令値ＤＨｒ２と、下側アクティブ駆動制御部２０に対する第２指令値ＤＬｒ１および第２指令値ＤＬｒ２とを制御することで、この問題を解決している。

図３は本実施形態における指令値演算部３０の第１の例である指令値演算部３０ａの構成を示すブロック図である。図３に示すように、指令値演算部３０ａは、モード１での上側パワースイッチング素子１１１および下側パワースイッチング素子１２１のターンオン損失を十分に低減できるように最適化された第１指令値である第１基準値Ｄｒ１ｄｅｆを記憶している。また、指令値演算部３０ａは、モード２において上側ダイオード１１２および下側ダイオード１２２に発生する逆回復サージ電圧ＶＡＫを適切に抑制できるように最適化された第２指令値である第２基準値Ｄｒ２ｄｅｆを記憶している。第１基準値Ｄｒ１ｄｅｆは、上側パワースイッチング素子１１１および下側パワースイッチング素子１２１の特性から設定する値であり、例えば４ｋＡ／μｓ等にしてよい。第２基準値Ｄｒ２ｄｅｆも、上側パワースイッチング素子１１１および下側パワースイッチング素子１２１の特性から設定する値であるが、第１基準値Ｄｒ１ｄｅｆよりも小さい２ｋＡ／μｓ等にしてよい。

本実施形態において、指令値演算部３０ａは、第１基準値Ｄｒ１ｄｅｆを上側アクティブ駆動制御部１０に対する第１指令値ＤＨｒ１および下側アクティブ駆動制御部２０に対する第１指令値ＤＬｒ１として出力する。すなわち、本実施形態において、指令値演算部３０ａは、モード１に対応した第１指令値ＤＨｒ１およびＤＬｒ１を、上側スイッチング素子部１１０の温度ＳＴａ１および下側スイッチング素子部１２０の温度ＳＴａ２に依存させず一定に保つ。

一方、指令値演算部３０ａは、次のように上側スイッチング素子部１１０の温度ＳＴａ１および下側スイッチング素子部１２０の温度ＳＴａ２に基づいて、第２基準値Ｄｒ２ｄｅｆからモード２における第２指令値ＤＨｒ２およびＤＬｒ２を演算する。

減算器３００は、上側スイッチング素子部１１０の温度ＳＴａ１から下側スイッチング素子部１２０の温度信号ＳＴａ２を減算し、減算結果を出力する。例えば減算器３００では、温度ＳＴａ１が温度ＳＴａ２より高い場合に正の値、温度ＳＴａ２が温度ＳＴａ１より高い場合は負の値を出力する。ＰＩ演算器３０１は、減算器３００の減算結果に比例要素Ｐおよび積分要素Ｉを作用させて出力する。上下限リミタ３０２は、ＰＩ演算器３０１の出力信号が所定の上限値ＬＭＨを上回る場合は上限値ＬＭＨを、ＰＩ演算器３０１の出力信号が所定の下限値ＬＭＬを下回る場合は下限値ＬＭＬを、ＰＩ演算器３０１の出力信号が上限値ＬＭＨと下限値ＬＭＬの間の場合はＰＩ演算器３０１の出力信号を出力する。このとき上限値ＬＭＨおよび下限値ＬＭＬはパワースイッチング素子の損失や温度から決めてもよい。

上限リミタ３０３は、上下限リミタ３０２の出力信号が正の場合は０を、上下限リミタ３０２の出力信号が負の場合は上下限リミタ３０２の出力信号を加算器３０５に出力する。加算器３０５は、第２基準値Ｄｒ２ｄｅｆに対して上限リミタ３０３の出力信号を加算し、上側アクティブ駆動制御部１０に対する第２指令値ＤＨｒ２として出力する。

また、下限リミタ３０４は、上下限リミタ３０２の出力信号が正の場合は上下限リミタ３０２の出力信号を、上下限リミタ３０２の出力信号が負の場合は０を減算器３０６に出力する。減算器３０６は、第２基準値Ｄｒ２ｄｅｆから下限リミタ３０４の出力信号を減算し、下側アクティブ駆動制御部２０に対する第２指令値ＤＬｒ２として出力する。

以上の構成において、上側スイッチング素子部１１０の温度ＳＴａ１が下側スイッチング素子部１２０の温度ＳＴａ２よりも高い場合、両温度の差分に応じた正の値を第２基準値Ｄｒ２ｄｅｆから減算した値が、下側アクティブ駆動制御部２０に対する第２指令値ＤＬｒ２として出力され、第２基準値Ｄｒ２ｄｅｆが上側アクティブ駆動制御部１０に対する第２指令値ＤＨｒ２として出力される。

逆に下側スイッチング素子部１２０の温度ＳＴａ２が上側スイッチング素子部１１０の温度ＳＴａ１よりも高い場合、両温度の差分に応じた負の値を第２基準値Ｄｒ２ｄｅｆに加算した値が、上側アクティブ駆動制御部１０に対する第２指令値ＤＨｒ２として出力され、第２基準値Ｄｒ２ｄｅｆが下側アクティブ駆動制御部２０に対する第２指令値ＤＬｒ２として出力される。

このように本実施形態では、上側スイッチング素子部１１０および下側スイッチング素子部１２０のうち温度が低い方に対応した第２指令値を第２基準値Ｄｒ２ｄｅｆから減少させる制御が行われる。

図４は指令値演算部３０として第１の例である指令値演算部３０ａを採用した電力変換装置１００の動作例を示す波形図である。前掲図２と同様、図４には、下側パワースイッチング素子１２１がオフの状態において、上側パワースイッチング素子１１１をターンオンさせる場合の各部の波形が示されている。また、図４には上側スイッチング素子部１１０の温度ＳＴａ１が下側スイッチング素子部１２０の温度ＳＴａ２よりも低い場合の各部の波形が破線で示されている。

上述したようにモード１では、上側パワースイッチング素子１１１のドレイン電流Ｉｄの変化率ｄｉｄ／ｄｔを大きくすることで上側パワースイッチング素子１１１のターンオン損失を低減し、モード２では上側パワースイッチング素子１１１のドレイン電流Ｉｄの変化率ｄｉｄ／ｄｔを小さくすることで逆回復サージ電圧ＶＡＫを低減することが可能となる。

ここで、逆回復サージ電圧ＶＡＫは、下側ダイオード１２２に流れる逆回復電流Ｉｆが０であるときの上側パワースイッチング素子１１１のドレイン電流Ｉｄの変化率ｄＩｄ／ｄｔにより決定され、モード１での電流変化率ｄＩｄ／ｄｔは、逆回復サージ電圧ＶＡＫに関与しない。

そこで、本実施形態では、上側スイッチング素子部１１０の温度ＳＴａ１および下側スイッチング素子部１２０の温度ＳＴａ２によらずモード１における第１指令値ＤＨｒ１およびＤＬｒ１が最適値である第１基準値Ｄｒ１ｄｅｆに維持される。このようにすることで、上側パワースイッチング素子１１１のターンオン損失が低減される。

次に、モード２では、ターンオン側である上側パワースイッチング素子１１１のドレイン電流Ｉｄの変化率ｄＩｄ／ｄｔを小さくすると、上側パワースイッチング素子１１１のスイッチング時間が長くなるためにターンオン損失は増加する。その一方、上側パワースイッチング素子１１１のドレイン電流Ｉｄの変化率ｄＩｄ／ｄｔが小さくなると、環流側の下側ダイオード１２２に発生する逆回復サージ電圧ＶＡｋが低下する。このようにモード２において、上側パワースイッチング素子１１１のターンオン損失と下側ダイオード１２２の逆回復損失は、一方が増加すれば他方が減少するトレードオフ関係にある。

ここで、例えば上側スイッチング素子部１１０の温度ＳＴａ１が下側スイッチング素子部１２０の温度ＳＴａ２よりも低い場合には、上側スイッチング素子部１１０の損失よりも下側スイッチング素子部１２０の損失を減らすことが好ましい。そのようにすることで、上側スイッチング素子部１１０の発熱量よりも下側スイッチング素子部１２０の発熱量が減り、両者の温度が近づくからである。

そこで、この例では、温度の低い上側スイッチング素子部１１０に対応した上側アクティブ駆動部１０に対する第２指令値ＤＨｒ２を第２指令値ＤＨｒ２’に低下させている（破線表示）。

このようにすることで、ターンオン側である上側パワースイッチング素子１１１のドレイン電流Ｉｄおよびドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓは、波形の時間勾配がより緩やかなドレイン電流Ｉｄ’およびドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓ’となる（破線表示）。この結果、上側パワースイッチング素子１１１のターンオン損失は増加する。

一方、環流側である下側スイッチング素子部１２０では、下側ダイオード１２２の両端間電圧Ｖｆおよび逆回復電流Ｉｆが、波形の時間勾配がより緩やかな両端間電圧Ｖｆ’および逆回復電流Ｉｆ’となる（破線表示）。この結果、逆回復サージ電圧ＶＡＫが逆回復サージ電圧ＶＡＫ’に低下し、逆回復損失が減少する。

このため、上側スイッチング素子部１１０の発熱量よりも下側スイッチング素子部１２０の発熱量が減り、両者の温度が近づく。

以上のように、本実施形態によれば、２個のスイッチング素子部が直列接続された電力変換装置において、各スイッチング素子部のスイッチング損失を低減しつつ、各スイッチング素子部の発熱量を均一化し、スイッチング素子部の温度に起因する故障率の低下および素子寿命の均一化を実現することができる。

次に図５を参照し、指令値演算部３０の第２の例について説明する。この第２の例では、第１の例（図３）における減算器３００からＰＩ演算器３０１までの区間が図５に示す構成に置き換えられる。

この第２の例において、絶対値演算器３０７は、減算器３００から得られる温度ＳＴａ１およびＳＴａ２の差分の絶対値を算出する。コンパレータ３０８は、絶対値演算器３０７により算出された絶対値を所定の閾値ｔｈｃと比較し、前者が後者以上である場合にＴｒｕｅを、そうでない場合はＦａｌｓｅを出力する。スイッチ３０９は、コンパレータ３０８の出力信号がＴｒｕｅである場合、すなわち、温度ＳＴａ１およびＳＴａ２の差分の絶対値が閾値ｔｈｃを上回っている場合に減算器３００の出力信号をＰＩ演算器３０１に出力し、そうでない場合には０をＰＩ演算器３０１に出力する。他の部分の動作は第１の例と同様である。

この第２の例によれば、指令値演算部は、上側スイッチング素子部１１０の温度ＳＴａ１と下側スイッチング素子部１２０の温度ＳＴａ２との差分が閾値ｔｈｃ以上である場合に、第２指令値ＤＨｒ２またはＤＬｒ２の調整を行う。従って、上側スイッチング素子部１１０の温度ＳＴａ１と下側スイッチング素子部１２０の温度ＳＴａ２との間に僅かな差分が発生することにより第２指令値ＤＨｒ２またはＤＬｒ２の調整が頻繁に行われるのを防止し、駆動制御装置１の動作を安定化させることができる。

次に図６を参照し、指令値演算部３０の第３の例について説明する。この第３の例では、第１の例（図３）における減算器３００からＰＩ演算器３０１までの区間が図６に示す構成に置き換えられる。

この第３の例において、最大値演算器３１０は、上側スイッチング素子部１１０の温度ＳＴａ１と下側スイッチング素子部１２０の温度ＳＴａ２とを比較し、高い温度をコンパレータ３０８に出力する。コンパレータ３０８は、最大値演算器３１０が出力する温度と所定の閾値ｔｈｄを比較し、最大値演算器３１０が出力する温度が高い場合はＴｒｕｅを、閾値ｔｈｄが高い場合はＦａｌｓｅをスイッチ３０９に出力する。ここで、閾値ｔｈｄは、例えば１５０℃等にしてもよい。

スイッチ３０９は、コンパレータ３０８の出力がＴｒｕｅの場合は減算器３００の出力信号を、コンパレータ３０８の出力がＦａｌｓｅの場合は０をＰＩ演算器３０１に出力する。他の部分の動作は第１の例と同様である。

この第３の例によれば、指令値演算部は、上側スイッチング素子部１１０の温度ＳＴａ１と下側スイッチング素子部１２０の温度ＳＴａ２のうちの一方、具体的には両者のうち高い方の温度がある閾値以上である場合に、第２指令値ＤＨｒ２またはＤＬｒ２の調整を行う。従って、上側スイッチング素子部１１０と下側スイッチング素子部１２０に温度差があっても、各々のスイッチング素子の温度がスイッチング素子の特性に影響がない期間に第２指令値ＤＨｒ２またはＤＬｒ２の調整が頻繁に行われるのを防止し、駆動制御装置１の動作を安定化させることができる。

＜他の実施形態＞
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。

（１）指令値演算部の第３の例（図６）では、上側スイッチング素子部１１０の温度ＳＴａ１と下側スイッチング素子部１２０の温度ＳＴａ２のうちの高い方の温度が閾値ｔｈｃより高い場合に第２指令値ＤＨｒ２またはＤＬｒ２を調整した。しかし、そのようにする代わりに、上側スイッチング素子部１１０または下側スイッチング素子部１２０の一方、例えば上側スイッチング素子部１１０の温度ＳＴａ１が閾値ｔｈｃより高い場合に第２指令値ＤＨｒ２またはＤＬｒ２を調整してもよい。

（２）指令値演算部に関し、上述した第２の例と第３の例を組み合わせてもよい。すなわち、上側スイッチング素子部１１０の温度ＳＴａ１と下側スイッチング素子部１２０の温度ＳＴａ２の一方の温度が閾値ｔｈｃより高く、かつ、両温度の差分が閾値ｔｈｃより高い場合に第２指令値ＤＨｒ２またはＤＬｒ２を調整する。この態様によれば、上側スイッチング素子部１１０および下側スイッチング素子部１２０発熱量が全体的に多く、かつ、両者の発熱量の差が大きく、発熱量の調整の必要性が高い期間に限定して第２指令値ＤＨｒ２またはＤＬｒ２の調整が行われる。従って、駆動制御装置１の動作がより安定したものになる。

（３）この発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータ等、インバータ以外の電力変換装置に適用してもよい。

（４）上記実施形態では、指令値演算部３０を上側アクティブ駆動部１０および下側アクティブ駆動部２０とともに駆動制御装置１内に設けた。しかし、そのようにする代わりに、上側アクティブ駆動部１０および下側アクティブ駆動部２０を有しておらず、指令値演算部３０を有する駆動制御装置を、電力変換装置１００とは別体の装置として設けてもよい。

（５）上記実施形態では、パワースインチング素子の例としてＭＯＳＦＥＴを挙げたが、パワースイッチング素子はこれに限定されるものではなく、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor；絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等の他のパワースイッチング素子であってもよい。

１００……電力変換装置、１……駆動制御装置、１０１……高電位電源線、１０２……低電位電源線、１０３……出力線、１１０……上側スイッチング素子部、１２０……下側スイッチング素子部、１１１……上側パワースイッチング素子、１１２……上側ダイオード、１２１……下側パワースイッチング素子、１２２……下側ダイオード、１３１，１３２……温度検出器、１０……上側アクティブ駆動制御部、２０……下側アクティブ駆動制御部、３０，３０ａ……指令値演算部、３００，３０６……減算器、３０１……ＰＩ演算器、３０２……上下限リミタ、３０３……上限リミタ、３０４……下限リミタ、３０５……加算器、３０７……絶対値演算部、３０８……コンパレータ、３０９……スイッチ、３１０……最大値演算部。

Claims (6)

1. スイッチング素子と前記スイッチング素子に逆並列接続されたダイオードとを各々含む２個のスイッチング素子部が直列接続された電力変換装置の駆動制御装置において、
   前記駆動制御装置は、前記スイッチング素子の駆動制御を行うアクティブ駆動制御部を制御する指令値演算部を有し、
   前記アクティブ駆動制御部は、ターンオンするスイッチング素子のターンオン開始から始まる第１期間において、第１指令値に従って前記スイッチング素子に流れる電流の変化率を制御し、前記第１期間に後続する第２期間において、第２指令値に従って前記スイッチング素子に流れる電流の変化率を制御するものであり、
   前記指令値演算部は、前記２個のスイッチング素子部の温度に基づいて、前記第２指令値を制御することを特徴とする駆動制御装置。
2. 前記指令値演算部は、前記第１指令値を、前記温度によらず所定の値に制御することを特徴とする請求項１記載の駆動制御装置。
3. 前記指令値演算部は、前記２個のスイッチング素子部のうち温度の低い方に対応したアクティブ駆動制御部へ出力する第２指令値を減少させることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動制御装置。
4. 前記指令値演算部は、前記２個のスイッチング素子部の各々の温度の差分がある閾値以上である場合、前記第２指令値を調整することを特徴とする請求項３に記載の駆動制御装置。
5. 前記指令値演算部は、前記２個のスイッチング素子部の各々の温度の一方がある閾値以上である場合、前記第２指令値を調整することを特徴とする請求項３または４に記載の駆動制御装置。
6. 前記スイッチング素子はワイドギャップ半導体素子を含むことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の駆動制御装置。

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