JP2023029109A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング損失の低減とサージ電圧又はサージ電流の低減との両立を図りつつ、小型化することができる電力変換装置を提供することである。【解決手段】電力変換装置は、第１ドレイン電流Ｉｄ１の変化によって逆起電圧Ｖｄを発生させる場合、上アームドライバ回路１２ａは、第１外部指令電圧と第１フィードバック電圧との加算電圧を上アームスイッチング素子１１ａに出力し、下アームドライバ回路１２ｂは、第２外部指令電圧と第２フィードバック電圧との加算電圧を下アームスイッチング素子１１ｂに出力し、第２ドレイン電流Ｉｄ２の変化によって逆起電圧Ｖｄを発生させる場合、上アームドライバ回路１２ａは、第１外部指令電圧と第２フィードバック電圧との加算電圧を上アームスイッチング素子１１ａに出力し、下アームドライバ回路１２ｂは、第２外部指令電圧と第１フィードバック電圧との加算電圧を下アームスイッチング素子１１ｂに出力する。【選択図】図２

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

特許文献１には、スイッチング素子としてのＩＧＢＴを駆動させるドライバ回路が記載されている。特許文献１に記載のドライバ回路は、スイッチング損失の低減とサージ電圧又はサージ電流の低減との両立を図るために、エミッタ配線のインダクタンス成分にて発生する逆起電圧をフィードバックさせるアクティブゲート制御を行っている。

特開２００４－４８８４３号公報

ここで、アクティブゲート制御を行う場合、インダクタンス成分は、少なくともアクティブゲート制御に使用できるレベルの逆電圧を発生させることができるインダクタンス値を有する必要がある。

互いに直列に接続される複数のスイッチング素子を有する電力変換装置では、スイッチング素子毎に、アクティブゲート制御に使用できるレベルの逆電圧を発生させることができるインダクタンス値を有するインダクタンス成分を設けると、配線インダクタンスの増加に伴うサージ電圧やサージ電流が増加してしまったり、装置が大型化してしまったりする場合があった。

上記目的を達成する電力変換装置は、第１印加電流が流れる第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子と互いに直列に接続され、第２印加電流が流れる第２スイッチング素子と、前記第１印加電流の変化、又は前記第２印加電流の変化に応じて、逆起電圧を発生させるインダクタンス成分と、前記逆起電圧を第１フィードバック電圧に変換する第１フィードバック回路と、入力された電圧を、第２フィードバック電圧に変換する第２フィードバック回路と、前記第１印加電流及び前記第２印加電流が前記第２フィードバック回路に流れることを抑制するとともに、前記逆起電圧に基づく電圧を前記第２フィードバック回路に出力する電流抑制部と、第１外部指令電圧に基づいて、前記第１スイッチング素子を駆動させる第１ドライバ回路と、第２外部指令電圧に基づいて、前記第２スイッチング素子を駆動させる第２ドライバ回路と、を備え、前記インダクタンス成分が前記第１印加電流の変化によって前記逆起電圧を発生させる場合、前記第１ドライバ回路は、前記第１外部指令電圧と、前記第１フィードバック電圧とを加算し、その加算された加算電圧を、前記第１スイッチング素子に出力し、前記第２ドライバ回路は、前記第２外部指令電圧と、前記第２フィードバック電圧とを加算し、その加算された加算電圧を、前記第２スイッチング素子に出力し、前記インダクタンス成分が前記第２印加電流の変化によって前記逆起電圧を発生させる場合、前記第１ドライバ回路は、前記第１外部指令電圧と、前記第２フィードバック電圧とを加算し、その加算された加算電圧を、前記第１スイッチング素子に出力し、前記第２ドライバ回路は、前記第２外部指令電圧と、前記第１フィードバック電圧とを加算し、その加算された加算電圧を、前記第２スイッチング素子に出力することを特徴とする。

かかる構成によれば、電力変換装置は、互いに直列に接続される第１スイッチング素子、及び第２スイッチング素子に対して、共通のインダクタンス成分を用いてフィードバック制御を行う。これにより、電力変換装置は、スイッチング損失の低減とサージ電圧又はサージ電流の低減との両立を図りつつ、電力変換装置を小型化することができる。

上記電力変換装置において、前記インダクタンス成分は、前記第１スイッチング素子又は／及び前記第２スイッチング素子と接続される配線の寄生インダクタンスにより実現されてもよい。

かかる構成によれば、電力変換装置は、寄生インダクタンスを用いることにより、別途インダクタンスを備える場合に比して、小型化することができる。
上記目的を達成する電力変換装置において、前記電流抑制部は、前記インダクタンス成分と磁気結合されたインダクタを備え、前記インダクタは、前記インダクタンス成分が発生させる前記逆起電圧により、起電圧を発生させ、前記第２フィードバック回路は、前記インダクタが発生させた前記起電圧を前記第２フィードバック電圧に変換してもよい。

上記目的を達成する電力変換装置において、前記電流抑制部は、差動増幅回路を備え、前記差動増幅回路は、前記逆起電圧が一対の入力端子に入力され、前記一対の入力端子間の電位差を増幅して出力し、前記第２フィードバック回路は、前記差動増幅回路が出力した電圧を前記第２フィードバック電圧に変換してもよい。

本発明によれば、スイッチング損失の低減とサージ電圧又はサージ電流の低減との両立を図りつつ、電力変換装置を小型化することができる。

電力変換装置の構成の一例を示す図である。 各種接続の詳細を示す図である。 各種接続の他の例を示す図である。 差動増幅回路の一例を示す図である。 差動増幅回路の他の例を示す図である。

＜実施形態＞
［電力変換装置１０の構成］
以下、電力変換装置の一実施形態について説明する。本実施形態の電力変換装置１０は、例えば、車両２００に搭載されており、車両２００に設けられている電動モータ２０１を駆動するのに用いられる。

詳細には、本実施形態の電動モータ２０１は、車両２００の車輪を回転させるための走行用モータである。本実施形態の電動モータ２０１は、３相コイル２０２ｕ，２０２ｖ，２０２ｗを有している。３相コイル２０２ｕ，２０２ｖ，２０２ｗは、例えば、Ｙ結線されている。３相コイル２０２ｕ，２０２ｖ，２０２ｗが所定のパターンで通電されることにより、電動モータ２０１が回転する。なお、３相コイル２０２ｕ，２０２ｖ，２０２ｗの結線態様は、Ｙ結線に限られず任意であり、例えばデルタ結線でもよい。

図１に示すように、車両２００は、蓄電装置２０３を有している。本実施形態の電力変換装置１０は、蓄電装置２０３の直流電力を電動モータ２０１が駆動可能な交流電力に変換するインバータ装置である。換言すれば、電力変換装置１０は、蓄電装置２０３を用いて電動モータ２０１を駆動させる駆動装置とも言える。

本実施形態の電力変換装置１０は、電動モータ２０１の３相コイル２０２ｕ，２０２ｖ，２０２ｗに係る構成をそれぞれ有する。以降の説明において、電力変換装置１０が備える各種構成のうち、上アームに係る構成の符号に「ａ」を付し、下アームに係る構成の符号の末尾に「ｂ」を付して説明する。また、電力変換装置１０が備える各種構成のうち、ｕ相に係る構成の符号の末尾に「ｕ」を付し、ｖ相に係る符号の末尾に「ｖ」を付し、ｗ相に係る構成の符号の末尾に「ｗ」を付して説明する。

本実施形態の電力変換装置１０は、複数のスイッチング素子１１を有している。詳細には、電力変換装置１０は、ｕ相コイル２０２ｕに対応する上アームスイッチング素子１１ａｕ、及び下アームスイッチング素子１１ｂｕと、ｖ相コイル２０２ｖに対応する上アームスイッチング素子１１ａｖ、及び下アームスイッチング素子１１ｂｖと、ｗ相コイル２０２ｗに対応する上アームスイッチング素子１１ａｗ、及び下アームスイッチング素子１１ｂｗとを備える。

以降の説明において、上アームスイッチング素子１１ａｕ、上アームスイッチング素子１１ａｖ、及び上アームスイッチング素子１１ａｗを互いに区別しない場合には、単に「上アームスイッチング素子１１ａ」と記載する。また、下アームスイッチング素子１１ｂｕ、下アームスイッチング素子１１ｂｖ、及び下アームスイッチング素子１１ｂｗを互いに区別しない場合には、単に「下アームスイッチング素子１１ｂ」と記載する。上アームスイッチング素子１１ａは、「第１スイッチング素子」の一例であり、下アームスイッチング素子１１ｂは、「第２スイッチング素子」の一例である。

各スイッチング素子１１は、例えば、パワースイッチング素子であり、一例としては、ＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子１１は、還流ダイオードＤを有する。詳しくは、上アームスイッチング素子１１ａｕは、還流ダイオードＤａｕを有し、上アームスイッチング素子１１ａｖは、還流ダイオードＤａｖを有し、上アームスイッチング素子１１ａｗは、還流ダイオードＤａｗを有する。下アームスイッチング素子１１ｂｕは、還流ダイオードＤｂｕを有し、下アームスイッチング素子１１ｂｖは、還流ダイオードＤｂｖを有し、下アームスイッチング素子１１ｂｗは、還流ダイオードＤｂｗを有する。還流ダイオードＤのアノードは、スイッチング素子１１のソース端子に接続され、還流ダイオードＤのカソードは、スイッチング素子１１のドレイン端子に接続される。

上アームスイッチング素子１１ａ、及び下アームスイッチング素子１１ｂは、互いに直列に接続されている。詳細には、上アームスイッチング素子１１ａｕのソース端子と、下アームスイッチング素子１１ｂｕのドレイン端子とが、中間配線ＬＣ１ｕ，ＬＣ２ｕを介して接続されている。詳しくは、中間配線ＬＣ１ｕと、中間配線ＬＣ２ｕとは、それぞれ第１端と、第２端とを有する。中間配線ＬＣ１ｕの第１端が、上アームスイッチング素子１１ａｕのソース端子に接続されている。中間配線ＬＣ２ｕの第２端は、下アームスイッチング素子１１ｂｕのドレイン端子と接続されている。ｕ相コイル２０２ｕと接続される中間配線ＬＣ３ｕは、中間配線ＬＣ２ｕに接続されている。上アームスイッチング素子１１ａｖのソース端子と、下アームスイッチング素子１１ｂｖドレイン端子とが、中間配線ＬＣ１ｖ，ＬＣ２ｖを介して接続されている。詳しくは、中間配線ＬＣ１ｖと、中間配線ＬＣ２ｖとは、それぞれ第１端と、第２端とを有する。中間配線ＬＣ１ｖの第１端が、上アームスイッチング素子１１ａｖのソース端子に接続されている。中間配線ＬＣ１ｖの第２端と、中間配線ＬＣ２ｖの第１端とが、接続されている。中間配線ＬＣ２ｖの第２端と、下アームスイッチング素子１１ｂｖのドレイン端子とが接続されている。中間配線ＬＣ１ｖ，ＬＣ２ｖの接続点と、ｖ相コイル２０２ｖとは、中間配線ＬＣ３ｖにより接続されている。上アームスイッチング素子１１ａｗのソース端子と、下アームスイッチング素子１１ｂｗドレイン端子とが、中間配線ＬＣ１ｗ，ＬＣ２ｗを介して接続されている。詳しくは、中間配線ＬＣ１ｗと、中間配線ＬＣ２ｗとは、それぞれ第１端と、第２端とを有する。中間配線ＬＣ１ｗの第１端が、上アームスイッチング素子１１ａｗのソース端子に接続されている。中間配線ＬＣ１ｗの第２端と、中間配線ＬＣ２ｗの第１端とが、接続されている。中間配線ＬＣ２ｗの第２端と、下アームスイッチング素子１１ｂｗのドレイン端子とが接続されている。中間配線ＬＣ１ｗ，ＬＣ２ｗの接続点と、ｗ相コイル２０２ｗとは、中間配線ＬＣ３ｗにより接続されている。

以降の説明において、中間配線ＬＣ１ｕ、中間配線ＬＣ１ｖ、及び中間配線ＬＣ１ｗを互いに区別しない場合には、単に「中間配線ＬＣ１」と記載する。また、中間配線ＬＣ２ｕ、中間配線ＬＣ２ｖ、及び中間配線ＬＣ２ｗを互いに区別しない場合には、単に「中間配線ＬＣ２」と記載する。また、中間配線ＬＣ３ｕ、中間配線ＬＣ３ｖ、及び中間配線ＬＣ３ｗを互いに区別しない場合には、単に「中間配線ＬＣ３」と記載する。

上アームスイッチング素子１１ａのドレイン端子は、正極母線ＬＮ１に接続されており、下アームスイッチング素子１１ｂのソース端子は、負極母線ＬＮ２に接続されている。正極母線ＬＮ１は、蓄電装置２０３の高圧側である正極端子（＋端子）に接続されており、負極母線ＬＮ２は、蓄電装置２０３の低圧側である負極端子（－端子）に接続されている。これにより、上アームスイッチング素子１１ａ、及び下アームスイッチング素子１１ｂの直列接続体に対して蓄電装置２０３の直流電圧Ｖｄｃが印加される。

電力変換装置１０は、スイッチング素子１１を駆動させるドライバ回路１２を備える。本実施形態のドライバ回路１２は、所謂ゲートドライバ回路である。本実施形態の電力変換装置１０は、複数のスイッチング素子１１に対応させてドライバ回路１２を複数有している。詳しくは、上アームスイッチング素子１１ａｕは、ドライバ回路１２ａｕを有し、下アームスイッチング素子１１ｂｕは、ドライバ回路１２ｂｕを有する。上アームスイッチング素子１１ａｖは、ドライバ回路１２ａｖを有し、下アームスイッチング素子１１ｂｖは、ドライバ回路１２ｂｖを有する。上アームスイッチング素子１１ａｗは、ドライバ回路１２ａｗを有し、下アームスイッチング素子１１ｂｗは、ドライバ回路１２ｂｗを有する。以降の説明において、ドライバ回路１２ａｕ，１２ａｖ，１２ａｗを互いに区別しない場合、単に「上アームドライバ回路１２ａ」と記載する。また、ドライバ回路１２ｂｕ，１２ｂｖ，１２ｂｗを互いに区別しない場合、単に「下アームドライバ回路１２ｂ」と記載する。上アームドライバ回路１２ａは、「第１ドライバ回路」の一例であり、下アームドライバ回路１２ｂは、「第２ドライバ回路」の一例である。

電力変換装置１０は、各ドライバ回路１２を制御する変換制御装置１４を備える。本実施形態の変換制御装置１４はインバータ制御装置である。変換制御装置１４は、外部からの指令（例えば要求回転速度）に基づいて、電動モータ２０１に流れる目標電流を決定し、その目標電流が流れるための外部指令電圧を導出する。そして、変換制御装置１４は、外部指令電圧をドライバ回路１２に向けて出力する。

本実施形態では、変換制御装置１４は、ドライバ回路１２毎に外部指令電圧を導出し、各ドライバ回路に外部指令電圧を出力する。これにより、スイッチング素子１１が個別に制御される。以降の説明において、変換制御装置１４が上アームドライバ回路１２ａに出力する外部指令電圧を、「第１外部指令電圧」とも記載し、変換制御装置１４が下アームドライバ回路１２ｂに出力する外部指令電圧を、「第２外部指令電圧」とも記載する。

電力変換装置１０は、上アームスイッチング素子１１ａをフィードバック制御する第１フィードバック回路１５と、インダクタンス成分１６とを、各相に備える。詳しくは、電力変換装置１０は、第１フィードバック回路１５ｕ，１５ｖ，１５ｗと、インダクタンス成分１６ｕ，１６ｖ，１６ｗとを備える。以降の説明において、第１フィードバック回路１５ｕ，１５ｖ，１５ｗを互いに区別しない場合、単に「第１フィードバック回路１５」と記載し、インダクタンス成分１６ｕ，１６ｖ，１６ｗを互いに区別しない場合、単に「インダクタンス成分１６」と記載する。

なお、インダクタンス成分１６は、スイッチング素子１１を流れる印加電流の変化に応じて逆起電圧を発生させるものであり、少なくともフィードバック制御に使用できるレベルの逆電圧を発生させることができるインダクタンス値を有している。本実施形態では、インダクタンス成分１６は、インダクタである。

また、電力変換装置１０は、電流抑制部１７と、下アームスイッチング素子１１ｂをフィードバック制御する第２フィードバック回路１８と、を各相に備える。電流抑制部１７は、例えば、インダクタンス成分１６と磁気結合されたインダクタ１９と、第２フィードバック回路１８とを接続する接続線ＬＪ３，ＬＪ４とを備える。インダクタ１９では、インダクタンス成分１６に流れる印加電流が変化することによって発生した逆起電圧Ｖｄにより、起電圧Ｖｄ´が発生する。インダクタ１９に発生した起電圧Ｖｄ´は、接続線ＬＪ３，ＬＪ４を介して第２フィードバック回路１８に出力される。第２フィードバック回路１８と、インダクタ１９とを接続する接続線ＬＪ３，ＬＪ４の詳細は、後述する。

インダクタ１９に発生した起電圧Ｖｄ´は、第２フィードバック回路１８に入力される。第２フィードバック回路１８は、入力された起電圧Ｖｄ´を第２フィードバック電圧に変換して下アームドライバ回路１２ｂに出力する。詳しくは、電力変換装置１０は、電流抑制部１７ｕ，１７ｖ，１７ｗを備える。電流抑制部１７ｕは、インダクタ１９ｕを備え、電流抑制部１７ｖは、インダクタ１９ｖを備え、電流抑制部１７ｗは、インダクタ１９ｗを備える。また、電力変換装置１０は、第２フィードバック回路１８ｕ，１８ｖ，１８ｗを備える。以降の説明において、電流抑制部１７ｕ，１７ｖ，１７ｗを互いに区別しない場合、単に「電流抑制部１７」と記載する。また、第２フィードバック回路１８ｕ，１８ｖ，１８ｗを互いに区別しない場合、単に「第２フィードバック回路１８」と記載する。また、インダクタ１９ｕ，１９ｖ，１９ｗを互いに区別しない場合、単に「インダクタ１９」と記載する。

［各種接続の詳細］
以下、図２を用いて上アームドライバ回路１２ａ、下アームドライバ回路１２ｂ、第１フィードバック回路１５、インダクタンス成分１６、電流抑制部１７、及び第２フィードバック回路１８の接続の詳細について説明する。これらの接続は、各相において同様であるため、以降の説明では、各相に対応する末尾の符号を省略して説明する。

図２に示すように、上アームスイッチング素子１１ａは、ＯＮ状態である場合に第１ドレイン電流Ｉｄ１が流れるスイッチング素子である。第１ドレイン電流Ｉｄ１は、上アームスイッチング素子１１ａのソース－ドレイン間を流れる電流である。上アームスイッチング素子１１ａは、ゲート電圧が入力されるゲート端子と、ＯＮ状態である場合に第１ドレイン電流Ｉｄ１が流れるドレイン端子及びソース端子とを備える。

また、下アームスイッチング素子１１ｂは、ＯＮ状態である場合に第２ドレイン電流Ｉｄ２が流れるスイッチング素子である。第２ドレイン電流Ｉｄ２は、下アームスイッチング素子１１ｂのソース－ドレイン間を流れる電流である。下アームスイッチング素子１１ｂは、ゲート電圧が入力されるゲート端子と、ＯＮ状態である場合に第２ドレイン電流Ｉｄ２が流れるドレイン端子及びソース端子とを備える。

上アームドライバ回路１２ａと、上アームスイッチング素子１１ａのゲート端子とは、接続されている。上アームドライバ回路１２ａは、第１外部指令電圧に基づいて、上アームスイッチング素子１１ａにゲート電圧を出力し、上アームスイッチング素子１１ａをＯＮ状態、又はＯＦＦ状態に制御する。また、下アームドライバ回路１２ｂと、下アームスイッチング素子１１ｂのゲート端子とは、接続されている。下アームドライバ回路１２ｂは、第２外部指令電圧に基づいて、下アームスイッチング素子１１ｂにゲート電圧を出力し、下アームスイッチング素子１１ｂをＯＮ状態、又はＯＦＦ状態に制御する。

第１フィードバック回路１５と、インダクタンス成分１６とは、接続されている。第１フィードバック回路１５は、一対の入力端子を備え、インダクタンス成分１６は、一対の接続端子を備える。詳しくは、第１フィードバック回路１５は、第１入力端子ｔｃ１と、第２入力端子ｔｃ２とを備える。また、インダクタンス成分１６は、第１接続端子ｔ１と、第２接続端子ｔ２とを備える。第１入力端子ｔｃ１と、第１接続端子ｔ１とは、接続線ＬＪ１により接続される。また、第２入力端子ｔｃ２と、第２接続端子ｔ２とは、接続線ＬＪ２により接続される。

インダクタンス成分１６は、第１ドレイン電流Ｉｄ１が流れるように、上アームスイッチング素子１１ａ及び下アームスイッチング素子１１ｂとの間に設けられている。詳しくは、インダクタンス成分１６の第１接続端子ｔ１は、第１中間配線ＬＣ１を介して上アームスイッチング素子１１ａのソース端子に接続され、インダクタンス成分１６の第２接続端子ｔ２は、第２中間配線ＬＣ２を介して下アームスイッチング素子１１ｂのドレイン端子に接続される。なお、３相コイル２０２ｕ，２０２ｖ，２０２ｗのいずれかに接続される第３中間配線ＬＣ３は、第２中間配線ＬＣ２に接続されている。

本実施形態のインダクタンス成分１６は、第１ドレイン電流Ｉｄ１の変化に応じて接続端子ｔ１，ｔ２の両端に逆起電圧Ｖｄを発生させる。第１ドレイン電流Ｉｄ１の変化とは、インダクタンス成分１６に第１ドレイン電流Ｉｄ１が流れ始める場合と、インダクタンス成分１６に流れていた第１ドレイン電流Ｉｄ１が停止する場合とを含む。逆起電圧Ｖｄは、第２接続端子ｔ２の電位よりも第１接続端子ｔ１の電位が高くなる方向に発生する。第１ドレイン電流Ｉｄ１は、「第１印加電流」の一例である。

第１フィードバック回路１５の入力端子ｔｃ１，ｔｃ２には、インダクタンス成分１６が第１ドレイン電流Ｉｄ１の変化によって発生させた逆起電圧Ｖｄが入力される。第１フィードバック回路１５と、上アームドライバ回路１２ａとは、接続されている。第１フィードバック回路１５は、逆起電圧Ｖｄを第１フィードバック電圧に変換して上アームドライバ回路１２ａに出力する。

なお、第１フィードバック回路１５は、配線のみで構成されていてもよい。この場合、第１フィードバック回路１５は、逆起電圧Ｖｄを、配線抵抗等によって逆起電圧Ｖｄから若干下がった電圧に変換して上アームドライバ回路１２ａに出力する。

本実施形態の上アームドライバ回路１２ａは、第１外部指令電圧と、第１フィードバック電圧とを加算し、その加算された加算電圧を、ゲート電圧として上アームスイッチング素子１１ａに出力する。

また、第２フィードバック回路１８と、インダクタ１９とは、接続されている。第２フィードバック回路１８は、一対の入力端子を備え、インダクタ１９は、一対の接続端子を備える。詳しくは、第２フィードバック回路１８は、第１入力端子ｔｄ１と、第２入力端子ｔｄ２とを備える。また、インダクタ１９は、第１接続端子ｔ３と、第２接続端子ｔ４とを備える。第１入力端子ｔｄ１と、第１接続端子ｔ３とは、接続線ＬＪ３により接続されている。また、第２入力端子ｔｄ２と、第２接続端子ｔ４とは、接続線ＬＪ４により接続されている。

本実施形態では、上述したように、電流抑制部１７のインダクタ１９は、インダクタンス成分１６と磁気結合されている。インダクタンス成分１６と、インダクタ１９とは、絶縁トランスとしての機能を有する。したがって、インダクタンス成分１６を流れる第１ドレイン電流Ｉｄ１が、第２フィードバック回路１８に流れ込むことはない。すなわち、電流抑制部１７は、第２フィードバック回路１８に第１ドレイン電流Ｉｄ１が流れることを遮断しており、第２フィードバック回路１８に第１ドレイン電流Ｉｄ１が流れることを抑制しているといえる。また、インダクタ１９は、インダクタンス成分１６が発生させる逆起電圧Ｖｄにより、起電圧Ｖｄ´を発生させ、起電圧Ｖｄ´は、接続線ＬＪ３，ＬＪ４を介して第２フィードバック回路１８に出力される。すなわち、電流抑制部１７は、逆起電圧に基づく電圧（本実施の形態では起電圧Ｖｄ´）を第２フィードバック回路１８に出力しているといえる。なお、起電圧Ｖｄ´は、例えば、第２接続端子ｔ４の電位よりも第１接続端子ｔ３の電位が高くなる方向に発生する。

また、本実施形態のインダクタ１９は、逆起電圧Ｖｄとは異なる電圧値を有する起電圧Ｖｄ´を第２フィードバック回路１８に出力するように巻数が設定されているが、これに限られない。インダクタ１９は、逆起電圧Ｖｄと同じ電圧値を有する起電圧を第２フィードバック回路１８に出力するように巻数が設定されていてもよい。

第２フィードバック回路１８の入力端子ｔｃ１，ｔｃ２には、起電圧Ｖｄ´が入力される。第２フィードバック回路１８と、下アームドライバ回路１２ｂとは、接続されている。第２フィードバック回路１８は、入力された起電圧Ｖｄ´を第２フィードバック電圧に変換して下アームドライバ回路１２ｂに出力する。ここで、第２フィードバック電圧は、第１フィードバック電圧と同じ電圧値であっても、異なる電圧値であってもよい。

なお、第２フィードバック回路１８は、配線のみで構成されていてもよい。この場合、インダクタ１９が、逆起電圧Ｖｄを第２フィードバック電圧よりも若干高い電圧に変換して第２フィードバック回路１８に出力する。第２フィードバック回路１８は、入力された第２フィードバック電圧よりも若干高い電圧を、配線抵抗等によって第２フィードバック電圧に変換して下アームドライバ回路１２ｂに出力する。

本実施形態の下アームドライバ回路１２ｂは、第２外部指令電圧と、第２フィードバック電圧とを加算し、その加算された加算電圧を、ゲート電圧として下アームスイッチング素子１１ｂに出力する。

［電力変換装置１０の効果］
（１）電力変換装置１０において、第１フィードバック回路１５は、インダクタンス成分１６が発生させた逆起電圧Ｖｄを第１フィードバック電圧に変換する。電流抑制部１７は、第１ドレイン電流Ｉｄ１が第２フィードバック回路１８に流れることを抑制（詳述すると、遮断）するとともに、逆起電圧Ｖｄに基づく電圧（本実施の形態では起電圧Ｖｄ´）を、第２フィードバック回路１８に出力する。第２フィードバック回路１８は、入力された起電圧Ｖｄ´を第２フィードバック電圧に変換する。上アームドライバ回路１２ａは、第１外部指令電圧と、第１フィードバック電圧とを加算し、その加算された加算電圧を、上アームスイッチング素子１１ａに出力する。下アームドライバ回路１２ｂは、第２外部指令電圧と、第２フィードバック電圧とを加算し、その加算された加算電圧を、下アームドライバ回路１２ｂに出力する。

ここで、第１フィードバック回路１５のフィードバック制御と、第２フィードバック回路１８のフィードバック制御とは、同期する。例えば、第１ドレイン電流Ｉｄ１の変化に伴い、第１フィードバック回路１５は、フィードバック制御として上アームスイッチング素子１１ａのゲート電圧を所定の期間、所定の電圧だけ下げる制御を行う場合がある。この場合、第２フィードバック回路１８は、フィードバック制御として下アームスイッチング素子１１ｂのゲート電圧を、第１フィードバック回路１５と同一のタイミングで、所定の期間、所定の電圧だけ下げる制御を行うことが好ましい。また、第１フィードバック回路１５は、フィードバック制御として上アームスイッチング素子１１ａのゲート電圧を所定の期間、所定の電圧だけ上げる制御を行う場合がある。この場合、第２フィードバック回路１８は、フィードバック制御として下アームスイッチング素子１１ｂのゲート電圧を、第１フィードバック回路１５と同一のタイミングで、所定の期間、所定の電圧だけ上げる制御を行うことが好ましい。

一方で、第１ドレイン電流Ｉｄ１が、抑制されることなく、第２フィードバック回路１８に入力されると第２フィードバック回路１８が破損するおそれがある。かかる構成の電力変換装置１０において、第１フィードバック回路１５は、インダクタンス成分１６が発生させる逆起電圧Ｖｄを第１フィードバック電圧に変換する。また、電流抑制部１７は、インダクタンス成分１６と磁気結合されたインダクタ１９に発生した起電圧Ｖｄ´を第２フィードバック回路１８に出力し、第２フィードバック回路１８は、入力された起電圧Ｖｄ´を第２フィードバック電圧に変換する。これにより、電力変換装置１０は、互いに直列に接続されている上アームスイッチング素子１１ａ、及び下アームスイッチング素子１１ｂに対して、共通のインダクタンス成分１６を用いて、逆起電圧Ｖｄの変化に基づく同期したフィードバック制御を行うことができる。

また、電力変換装置１０は、上アームスイッチング素子１１ａにフィードバック制御に使用できるレベルの逆電圧を発生させるインダクタンス値を有するインダクタンス成分と、下アームスイッチング素子１１ｂにフィードバック制御に使用できるレベルの逆電圧を発生させるインダクタンス値を有するインダクタンス成分とをそれぞれ備える場合に比して、配線インダクタンスを低減することができる。したがって、電力変換装置１０は、スイッチング素子１１毎にインダクタンス成分を備える場合に比して、スイッチング損失の低減とサージ電圧又はサージ電流の低減との両立を図ることができる。

（２）電力変換装置１０は、上アームスイッチング素子１１ａにフィードバック制御に使用できるレベルの逆電圧を発生させるインダクタンス値を有するインダクタンス成分と、下アームスイッチング素子１１ｂにフィードバック制御に使用できるレベルの逆電圧を発生させるインダクタンス値を有するインダクタンス成分とをそれぞれ備える場合に比して、小型化することができる。

上記各実施形態は以下のように変更してもよい。なお、上記実施形態及び以下の各別例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせてもよい。
○上記実施形態では、インダクタンス成分１６が第１ドレイン電流Ｉｄ１の変化によって逆起電圧Ｖｄを発生させる場合について説明したが、これに限られない。インダクタンス成分１６は、例えば、第２ドレイン電流Ｉｄ２の変化によって逆起電圧Ｖｄを発生させてもよい。

図３に示すように、この場合、インダクタンス成分１６の第１接続端子ｔ１は、下アームスイッチング素子１１ｂのソース端子に接続され、インダクタンス成分１６の第２接続端子ｔ２は、負極母線ＬＮ２に接続されている。インダクタンス成分１６は、第２ドレイン電流Ｉｄ２の変化によって接続端子ｔ１，ｔ２の両端に逆起電圧Ｖｄを発生させる。第２ドレイン電流Ｉｄ２の変化とは、インダクタンス成分１６に第２ドレイン電流Ｉｄ２が流れ始める場合と、インダクタンス成分１６に流れていた第２ドレイン電流Ｉｄ２が停止する場合とを含む。第２ドレイン電流Ｉｄ２は、「第２印加電流」の一例である。

また、この場合、下アームドライバ回路１２ｂは、第１フィードバック回路１５と接続される。上アームドライバ回路１２ａは、第２フィードバック回路１８及び電流抑制部１７と接続される。上アームドライバ回路１２ａは、第１外部指令電圧と、第２フィードバック電圧とを加算し、その加算された加算電圧を、ゲート電圧として上アームスイッチング素子１１ａに出力する。また、下アームドライバ回路１２ｂは、第２外部指令電圧と、第１フィードバック電圧とを加算し、その加算された加算電圧を、下アームドライバ回路１２ｂに出力する。かかる構成によれば、電力変換装置１０は、（１）や（２）と同様の効果を得ることができる。

○上記実施形態では、電流抑制部１７が、インダクタ１９を備える場合について説明したが、これに限られない。電流抑制部１７は、差動増幅回路２０を備えてもよい。
図４に示すように、差動増幅回路２０は、一対の入力端子を備える。詳しくは、差動増幅回路２０は、第１入力端子ｔｅ１と、第２入力端子ｔｅ２とを備える。第１入力端子ｔｅ１は、第１接続端子ｔ１に接続され、第２入力端子ｔｅ２は、第２接続端子ｔ２に接続される。差動増幅回路２０は、分圧抵抗２１，２２，２３，２４と、オペアンプ２５とを備える。分圧抵抗２１と、分圧抵抗２２とは、互いに直列に接続されており、分圧抵抗２３と、分圧抵抗２４とは、互いに直列に接続されている。分圧抵抗２３の両端のうち、分圧抵抗２４に接続される端部と異なる端部は、第１入力端子ｔｅ１に接続されている。また、分圧抵抗２１の両端のうち、分圧抵抗２２に接続される端部と異なる端部は、第２入力端子ｔｅ２に接続されている。分圧抵抗２２の両端のうち、分圧抵抗２１に接続される端部と異なる端部と、分圧抵抗２４の両端のうち、分圧抵抗２３に接続される端部と異なる端部とは、接続されており、その接続点は、第２入力端子ｔｄ２に接続されている。

オペアンプ２５の＋端子には、分圧抵抗２１と、分圧抵抗２２との接続点が接続されている。オペアンプ２５の－端子には、分圧抵抗２３と、分圧抵抗２４との接続点が接続されている。オペアンプ２５の出力端子は、第１入力端子ｔｄ１に接続されている。

この構成により、差動増幅回路２０の一対の入力端子ｔｅ１，ｔｅ２には、逆起電圧Ｖｄが入力され、差動増幅回路２０は、一対の入力端子ｔｅ１，ｔｅ２間の電位差を増幅した電圧Ｖｄ´´を、出力端子から出力する。ここで、分圧抵抗２１と、分圧抵抗２３との抵抗値は、一致し、分圧抵抗２２と、分圧抵抗２４との抵抗値は、一致する。つまり、分圧抵抗２１，２２の分圧比と、分圧抵抗２３，２４の分圧比とは、一致する。

なお、分圧抵抗２１，２２の分圧比、分圧抵抗２３，２４の分圧比、及びオペアンプ２５増幅率は、オペアンプ２５の出力端子と、第２入力端子ｔｄ２との間の電位差である電圧Ｖｄ´´が、逆起電圧Ｖｄと一致するような分圧比、及び増幅率に設定されていてもよいし、電位Ｖｄ´´が、逆起電圧Ｖｄと異なるような分圧比、及び増幅率に設定されていてもよい。

かかる構成によれば、電流抑制部１７ａは、第１ドレイン電流Ｉｄ１が第２フィードバック回路１８に流れることを抑制するとともに、インダクタンス成分１６が発生させる逆起電圧Ｖｄに基づく電圧（本実施形態では電位差Ｖｄ´´）を第２フィードバック回路１８に出力する。これにより、電力変換装置１０は、（１）と同様の効果を得ることができる。

なお、図４に示す一例において、インダクタンス成分１６は、例えば、第２ドレイン電流Ｉｄ２の変化によって逆起電圧Ｖｄを発生させてもよい。この場合、インダクタンス成分１６の第１接続端子ｔ１は、下アームスイッチング素子１１ｂのソース端子に接続されており、インダクタンス成分１６の第２接続端子ｔ２は、負極母線ＬＮ２に接続されている。また、上アームドライバ回路１２ａは、第２フィードバック回路１８及び差動増幅回路２０を有する電流抑制部１７ａと接続されており、下アームドライバ回路１２ｂは、第１フィードバック回路１５ａに接続されている。この構成における電力変換装置１０の動作は、上述した実施形態、及び変形例と同様であるため、説明を省略する。

○また、差動増幅回路２０は、逆起電圧Ｖｄをより精度よく検出する差動増幅回路２０ａにより実現されてもよい。こ
図５に示すように、差動増幅回路２０ａは、分圧抵抗２１，２２，２３，２４、２８，２９と、オペアンプ２６，２７，３０とを備える。分圧抵抗２１，２２，２３，２４の接続は、上述した図４の場合と同様であるため、説明を省略する。

オペアンプ２７の＋端子には、分圧抵抗２１と、分圧抵抗２２との接続点が接続されている。オペアンプ２７の－端子には、オペアンプ２７の出力端子が接続されている。オペアンプ２６の＋端子には、分圧抵抗２３と、分圧抵抗２４との接続点が接続されている。オペアンプ２６の－端子には、オペアンプ２６の出力端子が接続されている。これにより、オペアンプ２６，２７は、ボルテージ・フォロワ回路として動作する。

また、オペアンプ２６の出力端子は、オペアンプ３０の－端子に接続されており、オペアンプ２７の出力端子は、分圧抵抗２８の一端に接続されている。分圧抵抗２８の他端は、分圧抵抗２９の一端に接続されている。分圧抵抗２９の他端は、第２入力端子ｔｄ２に接続されている。つまり、分圧抵抗２８と、分圧抵抗２９とは、オペアンプ２７の出力端子と、第２入力端子ｔｄ２との間に、互いに直列に接続されている。オペアンプ３０の＋端子には、分圧抵抗２８と、分圧抵抗２９との接続点が接続されている。オペアンプ３０の出力端子は、第１入力端子ｔｄ１に接続されている。

この構成により、差動増幅回路２０ａの一対の入力端子ｔｅ１，ｔｅ２には、逆起電圧Ｖｄが入力され、差動増幅回路２０ａは、一対の入力端子ｔｅ１，ｔｅ２間の電位差を増幅した電圧Ｖｄ´を、出力端子から出力する。

なお、分圧抵抗２１，２２の分圧比、分圧抵抗２３，２４の分圧比、分圧抵抗２８，２９の分圧比、及びオペアンプ３０の増幅率は、オペアンプ３０の出力端子と、第２入力端子ｔｄ２との電位差である電圧Ｖｄ´が、逆起電圧Ｖｄと一致するような分圧比、及び増幅率に設定されていてもよいし、電圧Ｖｄ´が、逆起電圧Ｖｄと異なるような分圧比、及び増幅率に設定されていてもよい。

上述したように、オペアンプ２６，２７は、ボルテージ・フォロワ回路として動作する。このため、オペアンプ２６，２７，３０の入力端子には、入力バイアス電圧が流れない。したがって、オペアンプ２６，２７，３０の入力端子に入力される電圧には、入力バイアス電流に伴うオフセット電圧降下が生じない。このため、差動増幅回路２０ａは、差動増幅回路２０に比して、より高精度に逆起電圧Ｖｄを検出することができる。

かかる構成によれば、差動増幅回路２０ａは、より精度よくオペアンプ３０に逆起電圧Ｖｄを伝搬できる。これにより、電力変換装置１０は、（１）と同様の効果を得ることができる。

なお、図５に示す一例において、インダクタンス成分１６は、例えば、第２ドレイン電流Ｉｄ２の変化によって逆起電圧Ｖｄを発生させてもよい。この場合、インダクタンス成分１６の第１接続端子ｔ１は、下アームスイッチング素子１１ｂのソース端子に接続され、インダクタンス成分１６の第２接続端子ｔ２は、負極母線ＬＮ２に接続されている。また、上アームドライバ回路１２ａは、第２フィードバック回路１８及び差動増幅回路２０ａを有する電流抑制部１７ｂと接続されており、下アームドライバ回路１２ｂは、第１フィードバック回路１５ａと接続されている。この構成における電力変換装置１０の動作は、上述した実施形態、及び変形例と同様であるため、説明を省略する。

○スイッチング素子１１は、ＭＯＳＦＥＴに限られず任意であり、例えばＩＧＢＴでもよい。この場合、スイッチング素子１１のゲート端子が「制御端子」に対応する。また、上アームスイッチング素子１１ａのコレクタ－エミッタ間を流れるコレクタ電流が「第１印加電流」に対応する。また、下アームスイッチング素子１１ｂのコレクタ－エミッタ間を流れるコレクタ電流が「第２印加電流」に対応する。

〇上アームスイッチング素子１１ａと下アームスイッチング素子１１ｂとの間にインダクタンス成分１６を設ける場合、すなわち、上アームスイッチング素子１１ａに流れる第１ドレイン電流Ｉｄ１が、インダクタンス成分１６に流れる場合、中間配線ＬＣ３は、インダクタンス成分１６の両端の間に接続するとよい。詳しくは、インダクタンス成分１６が、上述の実施形態のように、第１接続端子ｔ１と第２接続端子ｔ２とを有するインダクタの場合、中間配線ＬＣ３は、第１接続端子ｔ１，第２接続端子ｔ２間に接続する。また、インダクタンス成分１６が寄生インダクタンスの場合、中間配線ＬＣ３は、中間配線ＬＣ１における上アームスイッチング素子１１ａと接続される第１端部と、中間配線ＬＣ２における下アームスイッチング素子１１ｂと接続される第２端部との間に接続する。

中間配線ＬＣは、３相コイル２０２ｕ，２０２ｖ，２０２ｗのいずれかに接続する必要があるため、上アームスイッチング素子１１ａと下アームスイッチング素子１１ｂとを十分に離して配置させる必要がある。したがって、上アームスイッチング素子１１ａと下アームスイッチング素子１１ｂとの間に設けられる中間配線ＬＣの長さも長くなる。そこで、中間配線ＬＣのうち、３相コイル２０２ｕ，２０２ｖ，２０２ｗのいずれかに接続される配線を、インダクタンス成分１６における両端の間に接続することで、上アームスイッチング素子１１ａと下アームスイッチング素子１１ｂとの間に設けられる中間配線ＬＣが長くなることを抑制することができる。

○インダクタ１９は、逆起電圧Ｖｄと逆極性の起電圧Ｖｄ´を発生させるものであってもよい。この場合、第２フィードバック回路１８は、起電圧Ｖｄ´を反転増幅し、ドライバ回路１２に出力する。

○分圧抵抗２１，２２，２３，２４，２８．２９、オペアンプ２５の増幅率、及びオペアンプ３０の増幅率の組み合わせは、変換損失やドライバ回路１２、第２フィードバック回路１８、オペアンプ２５，２６，２７，３０の電圧降下等を考慮した増幅率であってもよい。詳しくは、分圧抵抗２１，２２，２３，２４，２８．２９、オペアンプ２５の増幅率、及びオペアンプ３０の増幅率の組み合わせは、ドライバ回路１２、第２フィードバック回路１８、オペアンプ２５，２６，２７，３０の電圧降下等が回復するように、逆起電圧Ｖｄ´を増幅する増幅率であってもよい。

○各スイッチング素子１１はインバータを構成していたが、これに限られず、任意であり、例えば蓄電装置２０３の直流電力を異なる電圧の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータを構成してもよい。すなわち、電力変換装置１０は、インバータに限られず、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＡＣ／ＡＣコンバータ、ＡＣ／ＤＣインバータ等任意である。換言すれば、電力変換装置１０は、直流電力又は交流電力を直流電力又は交流電力に変換するものでもよい。

○負荷は電動モータ２０１に限られず任意である。
○電力変換装置１０は、車両２００以外に搭載されてもよい。すなわち、電力変換装置１０は、車両２００に設けられた負荷以外の負荷を駆動させるものでもよい。

○インダクタンス成分１６は、インダクタンス成分１６が設けられる配線の寄生インダクタンスにより実現されてもよい。この場合、インダクタンス成分１６は、接続端子を有していない。かかる構成によれば、電力変換装置１０は、寄生インダクタンスを用いることにより、別途インダクタンスを備える場合に比して、小型化することができる。

〇第１フィードバック回路１５と第２フィードバック回路１８は、同じ構成であっても違う構成であってもよい。

１０…電力変換装置、１５，１５ａ，１５ｕ，１５ｖ，１５ｗ…第１フィードバック回路、１６，１６ｕ，１６ｖ，１６ｗ…インダクタンス成分、１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｕ，１７ｖ，１７ｗ…電流抑制部、１８，１８ｕ，１８ｖ，１８ｗ…第２フィードバック回路、１９，１９ｕ，１９ｖ，１９ｗ…インダクタ、２０，２０ａ…差動増幅回路、Ｖｄ…逆起電圧。

Claims (4)

1. 第１印加電流が流れる第１スイッチング素子と、
   前記第１スイッチング素子と互いに直列に接続され、第２印加電流が流れる第２スイッチング素子と、
   前記第１印加電流の変化、又は前記第２印加電流の変化に応じて逆起電圧を発生させるインダクタンス成分と、
   前記逆起電圧を第１フィードバック電圧に変換する第１フィードバック回路と、
   入力された電圧を第２フィードバック電圧に変換する第２フィードバック回路と、
   前記第１印加電流及び前記第２印加電流が前記第２フィードバック回路に流れることを抑制するとともに、前記逆起電圧に基づく電圧を前記第２フィードバック回路に出力する電流抑制部と、
   第１外部指令電圧に基づいて、前記第１スイッチング素子を駆動させる第１ドライバ回路と、
   第２外部指令電圧に基づいて、前記第２スイッチング素子を駆動させる第２ドライバ回路と、を備え、
   前記インダクタンス成分が前記第１印加電流の変化によって前記逆起電圧を発生させる場合、前記第１ドライバ回路は、前記第１外部指令電圧と、前記第１フィードバック電圧とを加算し、その加算された加算電圧を、前記第１スイッチング素子に出力し、前記第２ドライバ回路は、前記第２外部指令電圧と、前記第２フィードバック電圧とを加算し、その加算された加算電圧を、前記第２スイッチング素子に出力し、
   前記インダクタンス成分が前記第２印加電流の変化によって前記逆起電圧を発生させる場合、前記第１ドライバ回路は、前記第１外部指令電圧と、前記第２フィードバック電圧とを加算し、その加算された加算電圧を、前記第１スイッチング素子に出力し、前記第２ドライバ回路は、前記第２外部指令電圧と、前記第１フィードバック電圧とを加算し、その加算された加算電圧を、前記第２スイッチング素子に出力する、
   電力変換装置。
2. 前記インダクタンス成分は、前記第１スイッチング素子又は／及び前記第２スイッチング素子と接続される配線の寄生インダクタンスにより実現される、
   請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記電流抑制部は、前記インダクタンス成分と磁気結合されたインダクタを備え、
   前記インダクタは、前記インダクタンス成分が発生させる前記逆起電圧により、起電圧を発生させ、
   前記第２フィードバック回路は、前記インダクタが発生させた前記起電圧を前記第２フィードバック電圧に変換する、
   請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 前記電流抑制部は、差動増幅回路を備え、
   前記差動増幅回路は、前記逆起電圧が一対の入力端子に入力され、前記一対の入力端子間の電位差を増幅して出力し、
   前記第２フィードバック回路は、前記差動増幅回路が出力した電圧を前記第２フィードバック電圧に変換する、
   請求項１又は２に記載の電力変換装置。

Images