JP2023069480A - 電力変換装置の制御方法及び電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子の耐性と効率の向上とを両立できる電力変換装置を提供する。【解決手段】第１のスイッチング素子のオンオフを制御する第１のゲートドライブ回路と、第２のスイッチング素子のオンオフを制御する第２のゲートドライブ回路と、第１のゲートドライブ回路と第２のゲートドライブ回路との動作を制御するコントローラと、を備える。第１のゲートドライブ回路によりオンオフされる第１のスイッチング素子のスイッチング速度は、第２のゲートドライブ回路によりオンオフされる第２のスイッチング素子のスイッチング速度よりも遅い速度に設定され、第２のスイッチング素子をオン状態とし第１のスイッチング素子をオンオフ制御する、又は、第１のスイッチング素子をオン状態とし第２のスイッチング素子をオンオフ制御することで、負荷に電力を供給する。【選択図】図１

Description

本発明は、負荷に電力を供給する電力変換装置の制御方法及び電力変換装置に関する。

モータの巻線等の負荷に供給する電力の制御にスイッチング素子が用いられる。スイッチング素子の耐性と効率の向上とを両立させるため、ゲート信号に接続されるゲート抵抗の値をスイッチング素子の状態に応じて変更することが従来行われている。

特許文献１には、ゲートドライブ回路に抵抗値が異なる複数のゲート抵抗を予め備えておき、スイッチング素子の状態に応じて、ゲート抵抗を切り替える構成が開示されている。

公開特許第６１７０１１９号

上述した従来技術では、ゲートドライブ回路に複数のゲート抵抗を備えるので部品点数が増加し、回路構成や制御が複雑となり、コストが増加するという問題があった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、部品点数を増加させることなく、スイッチング素子の耐性と効率の向上とを両立できる電力変換装置の制御方法及び制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施態様によれば、負荷に電力を供給する電力変換装置の制御方法に適用される。電力変換装置は、直流電源と、負荷の一端と直流電源の正極との間に介装される第１のスイッチング素子と、負荷の他端と直流電源の負極との間に介装される第２のスイッチング素子と、第１のスイッチング素子のオンオフを制御するゲート信号を出力する第１のゲートドライブ回路と、第２のスイッチング素子のオンオフを制御するゲート信号を出力する第２のゲートドライブ回路と、第１のゲートドライブ回路と第２のゲートドライブ回路との動作を制御するコントローラと、を備える。第１のゲートドライブ回路によりオンオフされる第１のスイッチング素子のスイッチング速度は、第２のゲートドライブ回路によりオンオフされる第２のスイッチング素子のスイッチング速度よりも遅い速度に設定される。第２のスイッチング素子をオン状態とし第１のスイッチング素子をオンオフ制御する、又は、第１のスイッチング素子をオン状態とし第２のスイッチング素子をオンオフ制御することで、負荷に電力を供給する。

本発明によれば、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子の状態に基づいて、スイッチング速度が遅い第１のスイッチング素子をオンオフ制御させるか、スイッチング速度が速い第２のスイッチング素子Ｓ２をオンオフ制御させるか、を切り換えて負荷に電力を供給する。これにより、スイッチング素子の状態によらず、サージ電圧を抑制しながらスイッチング素子の効率を確保することができる。さらに、部品点数の増加も抑制できる。

図１は、本発明の実施形態の電力変換装置の説明図である。 図２は、スイッチング素子温度と閾値との関係を示す説明図である 図３は、コントローラが実行する制御のフローチャートである。 図４は、第１の状態のスイッチング制御の説明図である。 図５は、第１の状態のスイッチング制御の説明図である。 図６は、第２の状態のスイッチング制御の説明図である。 図７は、第２の状態のスイッチング制御の説明図である。

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態の電力変換装置１の説明図である。

電力変換装置１は、スイッチング回路１０、制御回路２０及びコントローラ３０から構成される。

スイッチング回路１０は、負荷Ｌに電力を供給する。制御回路２０は、スイッチング回路１０を制御して、負荷Ｌに供給する電力を制御する。コントローラ３０は、制御回路２０の動作を制御する。

スイッチング回路１０は、直流電源１１から負荷Ｌに供給される電流量を制御する。

スイッチング回路１０は、直流電源１１の正極Ｐと負荷Ｌの一端Ｌ１との間に介装される第１のスイッチング素子Ｓ１と、負荷Ｌの他端Ｌ２と直流電源１１の負極Ｎとの間に介装される第２のスイッチング素子Ｓ２とを備える。なお以下では、第１のスイッチング素子Ｓ１と第２のスイッチング素子Ｓ２とを特に区別しない場合は、「スイッチング素子Ｓ」とも表記する。スイッチング素子Ｓには、例えばＩＧＢＴやＭＯＳ－ＦＥＴ等のパワー半導体が用いられる。

また、スイッチング回路１０は、直流電源１１の正極Ｐと負荷Ｌの他端Ｌ２との間に介装される第１の還流ダイオードＤ１と、負荷Ｌの一端Ｌ１と直流電源１１の負極Ｎとの間に介装される第２の還流ダイオードＤ２とを備える。

第１のスイッチング素子Ｓ１及び第２のスイッチング素子Ｓ２は、それぞれ、制御回路２０から入力されるゲート信号によってオンオフが制御される。第１のスイッチング素子Ｓ１がオン状態となったときは、正極Ｐと負荷Ｌとが導通する。第２のスイッチング素子Ｓ２がオン状態となったときは、負荷Ｌと負極Ｎとが導通する。

第１の還流ダイオードＤ１は、アノードが負荷Ｌの他端Ｌ２に、カソードが正極Ｐに接続されるように配置され、第２の還流ダイオードＤ２は、アノードが負極Ｎに、カソードが負荷Ｌの一端Ｌ１に接続されるように配置される。このような構成により、第１の還流ダイオードＤ１及び第２の還流ダイオードＤ２は、第１のスイッチング素子Ｓ１又は第２のスイッチング素子Ｓ２のオフ時に負荷Ｌにより発生する逆起電力を循環させることで、第１のスイッチング素子Ｓ１及び第２のスイッチング素子Ｓ２を保護する。

本実施形態の負荷Ｌは、巻線界磁型同期電動機の回転子の界磁巻線として構成され、スイッチング回路１０により供給される直流電流により界磁を発生することで回転子を回転させる。なお、負荷Ｌは巻線のような誘導性負荷に限られず、抵抗体など非誘導性負荷であってもよい。

制御回路２０は、第１のゲートドライブ回路２１と第２のゲートドライブ回路２２とを備える。

第１のゲートドライブ回路２１は、第１のドライバＤＲ１と第１の信号線２１１と第１のゲート抵抗器Ｒ１とを備え、第１のスイッチング素子Ｓ１にゲート信号を出力する。第１のスイッチング素子Ｓ１は、第１のゲートドライブ回路２１からゲート信号が入力されることでオン状態となる。

第２のゲートドライブ回路２２は、第２のドライバＤＲ２と第２の信号線２１２と第２のゲート抵抗器Ｒ２とを備え、第２のスイッチング素子Ｓ２にゲート信号を出力する。第２のスイッチング素子Ｓ２は、第２のゲートドライブ回路２２からゲート信号が入力されることでオン状態となる。

本実施形態では、第１のゲート抵抗器Ｒ１の抵抗値は、第２のゲート抵抗器Ｒ２の抵抗値よりも大きい値に設定される。すなわち、第１のゲートドライブ回路２１から第１のスイッチング素子Ｓ１にゲート信号を出力する第１の信号線２１１に介装される抵抗値が、第２のゲートドライブ回路２２から第２のスイッチング素子Ｓ２にゲート信号を出力する第２の信号線２１２に介装される抵抗値よりも大きく設定される。このように、ゲート信号に介装されるゲート抵抗値の大きさにより、第１のゲートドライブ回路２１から出力されるゲート信号により制御される第１のスイッチング素子Ｓ１のスイッチング速度は、第２のゲートドライブ回路２２から出力されるゲート信号により制御される第２のスイッチング素子Ｓ２のスイッチング速度よりも、遅く設定される。

コントローラ３０は、例えばＣＰＵとＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる記憶装置とにより構成され、記憶装置に記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、以降説明する制御を実行する。コントローラ３０は、この制御を実行することにより、負荷Ｌに所望の電力が供給されるように、制御回路２０の第１のドライバＤＲ１及び第２のドライバＤＲ２にそれぞれ指令を行う。

次に、コントローラ３０によるスイッチング回路１０の制御を説明する。

本実施形態の電力変換装置１は、コントローラ３０の制御によってスイッチング回路１０の第１のスイッチング素子Ｓ１及び第２のスイッチング素子Ｓ２をオンオフすることにより、負荷Ｌに直流電力を供給する。

より具体的には、コントローラ３０が、第１のスイッチング素子Ｓ１と第２のスイッチング素子Ｓ２とを共にオン状態に制御した場合は、直流電源１１の正極Ｐと負荷Ｌの一端Ｌ１が導通状態となり、負荷Ｌの他端Ｌ２と直流電源１１の負極Ｎとが導通状態となる。これにより、負荷Ｌに電流が流れる状態となる。

また、コントローラ３０が、第１のスイッチング素子Ｓ１及び第２のスイッチング素子Ｓ２のすくなくとも一方をオフ状態に制御した場合は、直流電源１１の正極Ｐと負荷Ｌの一端Ｌ１との間、又は、負荷Ｌの他端Ｌ２と直流電源１１の負極Ｎとの間、のいずれか一方が非導通状態となる。これにより、負荷Ｌには電流が流れない状態となる。

コントローラ３０は、このように、第１のスイッチング素子Ｓ１及び第２のスイッチング素子Ｓ２のオンオフ状態を制御することにより、負荷Ｌに電流が流れる状態と電流が流れない状態とのデューティー比を制御して、負荷Ｌに供給する電流量を制御する。

本実施形態では、コントローラ３０の制御により、後述するように、第２のスイッチング素子Ｓ２を常にオンに制御し、第１のスイッチング素子Ｓ１をオンオフ制御することで負荷Ｌの電流量を調整する第１の状態と、第１のスイッチング素子Ｓ１を常にオンに制御し、第２のスイッチング素子Ｓ２をオンオフ制御することで負荷Ｌの電流量を調整する第２の状態と、が切り換えられる。

次に、スイッチング素子温度に基づくコントローラ３０の制御を説明する。

図２は、閾値Ｔｔの説明図であり、スイッチング素子温度とゲート抵抗値とスイッチング素子Ｓの効率と閾値Ｔｔとの関係を示す。

スイッチング素子Ｓは、スイッチング素子温度に応じて特性が変化し、一般的に、素子温度が高いほどサージ電圧が大きくなる。サージ電圧を抑制してスイッチング素子Ｓの耐性を高めるためには、スイッチング素子Ｓのゲート信号に介装されるゲート抵抗値を高く設定して、スイッチング速度を低下させることが好ましい。

一方で、ゲート抵抗値を高くしてスイッチング速度を低下させると、スイッチング素子Ｓの温度上昇が大きくなる。しかしながら、スイッチング素子温度が高温になるに従って、スイッチング素子Ｓの効率が低下するという問題もある。例えば図２において、ゲート抵抗値を高く設定した第１のスイッチング素子Ｓ１では、スイッチング素子温度が高くなるに従って効率が低下することが示されている。

スイッチング素子温度が高温である場合にスイッチング素子Ｓの効率を確保するには、スイッチング素子Ｓのゲート信号に介装されるゲート抵抗値を低く設定して、スイッチング速度を高くさせることが好ましい。

このように、スイッチング素子温度によらずスイッチング素子Ｓの効率を確保するためには、スイッチング素子温度に応じてゲート抵抗値を変更することが好ましい。

これを実現するために、一つのスイッチング素子Ｓに対して異なる抵抗値の抵抗器を複数配置しておき、スイッチング素子Ｓの状態に応じていずれか一つの抵抗器に切り換えるように構成することもできる。しかしながら、このような構成では抵抗器の部品点数が増加し、回路構成が複雑になることにより、コストが増加するという問題があった。

そこで本発明の実施形態では、スイッチング速度を異ならせた第１のスイッチング素子Ｓ１及び第２のスイッチング素子Ｓ２を負荷Ｌに対して接続し、スイッチング素子温度と閾値Ｔｔとの比較結果に応じて、いずれの一方のスイッチング素子Ｓをオンオフ制御させるかを切り換えるように構成した。

図３は、本実施形態のコントローラ３０が実行する制御のフローチャートである。このフローチャートは、コントローラ３０において実行されるプログラムにより実現され、所定周期（例えば１０ｍｓ毎）で実行される。

まず、コントローラ３０は、スイッチング素子温度が、第１の状態と第２の状態とを切り換える基準となるスイッチング素子温度を示す閾値Ｔｔと比較して大きいか否かを判定する（ステップＳ１０）。スイッチング素子温度が閾値Ｔｔよりも大きい場合はステップＳ３０に移行し、スイッチング素子温度が閾値Ｔｔ以下である場合はステップＳ２０に移行する。閾値Ｔｔは、後述のように設定され、予めコントローラ３０内に記憶しておく。

スイッチング素子温度は、第１のスイッチング素子Ｓ１に備えられた温度センサにより検出された温度、又は、第２のスイッチング素子Ｓ２に備えられた温度センサにより検出された温度をコントローラ３０が取得して、これら２つの温度のいずれか、又は平均値を、スイッチング素子温度として設定する。

スイッチング素子温度が閾値Ｔｔよりも大きい場合は、ステップＳ３０に移行して、コントローラ３０は、第１のスイッチング素子Ｓ１を常にオン状態とし、第２のスイッチング素子Ｓ２のみをオンオフ制御する第２の状態を選択する。

スイッチング素子温度が閾値Ｔｔ以下である場合は、ステップＳ２０に移行して、コントローラ３０は、第２のスイッチング素子Ｓ２を常にオン状態とし、第１のスイッチング素子Ｓ１のみをオンオフ制御する第１の状態を選択する。

これらステップＳ２０及びステップＳ３０の後、コントローラ３０は、他の処理に戻る。

このように、コントローラ３０が、スイッチング素子温度に基づいて、第１の状態と第２の状態とを切り換えることで、第１のスイッチング素子Ｓ１をオン状態として第２のスイッチング素子Ｓ２をオンオフ制御するか、第２のスイッチング素子Ｓ２をオン状態として第１のスイッチング素子Ｓ１をオンオフ制御するか、のいずれかを選択する。

次に、第１の状態と第２の状態とを切り換えるスイッチング素子温度の基準値である閾値Ｔｔついて説明する。

図２において、負荷Ｌに電流を供給する際に要求されるスイッチング素子Ｓの効率が、一点鎖線で囲まれた領域であるとする。前述のように、第１のスイッチング素子Ｓ１による効率と、第２のスイッチング素子Ｓ２による効率とは、それぞれ温度によって変化する。

そこで、第１のスイッチング素子Ｓ１による効率と、第２のスイッチング素子Ｓ２による効率とが、共にこの領域に含まれるように、閾値Ｔｔを設定する。すなわち、低温側でより効率が高い第１のスイッチング素子Ｓ１が、温度上昇によりこの領域から外れる温度付近において、高温側でより効率が高い第２のスイッチング素子Ｓ２に切り替わるように、閾値Ｔｔを設定する。

閾値Ｔｔをこのように設定することにより、スイッチング素子温度が閾値Ｔｔよりも高い場合は第２の状態が選択され、ゲート抵抗値が低い第２のスイッチング素子Ｓ２がオンオフ制御される。スイッチング素子温度が閾値Ｔｔ以下である場合は第１の状態が選択され、ゲート抵抗値が高い第１のスイッチング素子Ｓ１がオンオフ制御される。これにより、スイッチング素子Ｓのサージ電圧を抑制しつつ、スイッチング素子温度が上昇してもスイッチング素子Ｓの効率を確保できる。なお、閾値Ｔｔは、スイッチング素子Ｓやゲートドライブ回路の特性にもよるが、スイッチング素子Ｓの最大温度が１５０℃である場合に、たとえば１００℃に設定される。

次に、第１の状態による制御と第２の状態による制御とを具体的に説明する。

図４及び図５は、スイッチング回路１０を第１の状態とした場合の制御の説明図である。

コントローラ３０は、第１の状態を選択した場合、第２のドライバＤＲ２に対して、第２のスイッチング素子Ｓ２を常にオン状態とする指令を送る。そして、第１のドライバＤＲ１に対して、負荷Ｌに供給される電流量が目標値となるように、第１のスイッチング素子Ｓ１をオンオフ制御する指令を送る。この指令は、例えばオン状態となる時間とオフ状態の時間とのデューティー比を制御するＰＷＭ制御により行われる。

第１のスイッチング素子Ｓ１をオンオフ制御するゲート信号は、第１のドライバＤＲ１により出力され、第１のゲート抵抗器Ｒ１を介して第１のスイッチング素子Ｓ１のゲート端子に入力される。

図４は、第１のスイッチング素子Ｓ１及び第２のスイッチング素子Ｓ２を共にオン状態に制御した場合の説明図である。この場合は、直流電源１１の正極Ｐと負荷Ｌの一端Ｌ１とが導通し、負荷Ｌの他端Ｌ２と直流電源１１の負極Ｎとが導通することで、負荷Ｌに直流電源１１からの電流が流れる。

図５は、第２のスイッチング素子Ｓ２がオン状態のまま、第１のスイッチング素子Ｓ１がオフ状態に制御された場合の説明図である。この場合は、直流電源１１の正極Ｐと負荷Ｌの一端Ｌ１との間が遮断され、負荷Ｌに対する直流電源１１からの電流が遮断される。このとき負荷Ｌに発生する誘導電流は、第２のスイッチング素子Ｓ２と第２の還流ダイオードＤ２とで形成されるループ回路を循環する。

このように、スイッチング素子温度が低い状態では、第２のスイッチング素子Ｓ２と比較してスイッチング速度が遅い第１のスイッチング素子Ｓ１をオンオフ制御してスイッチング素子Ｓの負荷Ｌに流れる電流量を調整することで、スイッチング素子Ｓのサージ電圧を低く抑えながら、スイッチング素子Ｓの効率を確保することができる。

図６及び図７は、スイッチング回路１０を第２の状態とした場合の制御の説明図である。

コントローラ３０は、第２の状態を選択した場合、第１のドライバＤＲ１に対して、第１のスイッチング素子Ｓ１を常にオン状態とする指令を送る。そして、第２のドライバＤＲ２に対して、負荷Ｌに供給される電流量が目標値となるように、第２のスイッチング素子Ｓ２をオンオフ制御する指令を送る。

第２のスイッチング素子Ｓ２をオンオフ制御するゲート信号は、第２のドライバＤＲ２により出力され、第２のゲート抵抗器Ｒ２を介して第２のスイッチング素子Ｓ２のゲート端子に入力される。

図６は、第１のスイッチング素子Ｓ１及び第２のスイッチング素子Ｓ２を共にオン状態に制御した場合の説明図である。この場合は、図４に示す場合と同様に、直流電源１１の正極Ｐと負荷Ｌの一端Ｌ１とが導通し、負荷Ｌの他端Ｌ２と直流電源１１の負極Ｎとが導通することで、負荷Ｌに直流電源１１からの電流が流れる。

図７は、第１のスイッチング素子Ｓ１がオン状態のまま、第２のスイッチング素子Ｓ２がオフ状態に制御された場合の説明図である。この場合は、直流電源１１の負極Ｎと負荷Ｌの他端Ｌ２との間が遮断され、負荷Ｌに対する直流電源１１からの電流が遮断される。このとき負荷Ｌに発生する誘導電流は、第１の還流ダイオードＤ１と第１のスイッチング素子Ｓ１とで形成されるループ回路を循環する。

このようにスイッチング素子温度が高い状態では、第１のスイッチング素子Ｓ１と比較してスイッチング速度が速い第２のスイッチング素子Ｓ２をオンオフ制御して負荷Ｌに流れる電流量を調整することで、スイッチング素子Ｓの温度上昇を抑えながら、スイッチング素子Ｓの効率を確保することができる。

なお、第１のゲート抵抗器Ｒ１の抵抗値は、第１のスイッチング素子Ｓ１のサージ電圧を抑制しつつ効率を確保できるような値であればよく、例えば２５Ωに設定される。第２のゲート抵抗器Ｒ２の抵抗値は、第２のスイッチング素子Ｓ２の温度上昇を抑えながら効率を確保できるような値であればよく、例えば第１のゲート抵抗器Ｒ１の抵抗値の半分程度の値である１５Ωに設定される。

以上のように構成された本発明の実施形態は、負荷Ｌに電力を供給する電力変換装置１の制御方法に関わる。電力変換装置１は、直流電源１１と、負荷Ｌの一端Ｌ１と直流電源１１の正極Ｐとの間に介装される第１のスイッチング素子Ｓ１と、負荷Ｌの他端Ｌ２と直流電源１１の負極Ｎとの間に介装される第２のスイッチング素子Ｓ２と、第１のスイッチング素子Ｓ１のオンオフを制御するゲート信号を出力する第１のゲートドライブ回路２１と、第２のスイッチング素子Ｓ２のオンオフを制御するゲート信号を出力する第２のゲートドライブ回路２２と、第１のゲートドライブ回路２１と第２のゲートドライブ回路２２との動作を制御するコントローラ３０とを備える。第１のゲートドライブ回路２１による第１のスイッチング素子Ｓ１のスイッチング速度は、第２のゲートドライブ回路２２による第２のスイッチング素子Ｓ２のスイッチング速度よりも遅い速度に設定される。第１のスイッチング素子Ｓ１及び第２のスイッチング素子Ｓ２の状態に基づいて、第２のスイッチング素子Ｓ２をオン状態とし、第１のスイッチング素子Ｓ１をオンオフ制御する第１の状態と、第１のスイッチング素子Ｓ１をオン状態とし、第２のスイッチング素子Ｓ２をオンオフ制御する第２の状態と、のいずれか一方に切り替えて、負荷Ｌに電力を供給する。

このような制御により、第１のスイッチング素子Ｓ１及び第２のスイッチング素子Ｓ２の状態に基づいて、スイッチング速度が遅い第１のスイッチング素子Ｓ１をオンオフ制御させるか、スイッチング速度が速い第２のスイッチング素子Ｓ２をオンオフ制御させるかを選択し、負荷Ｌに電力を供給することにより、スイッチング素子Ｓの状態によらず、サージ電圧を抑制しながらスイッチング素子Ｓの効率を確保することができる。さらに、部品点数の増加も抑制できる。

また、本実施形態では、第１のゲートドライブ回路２１において、ゲート信号を第１のスイッチング素子Ｓ１に伝達する第１の信号線２１１に第１のゲート抵抗器Ｒ１が設けられ、第２のゲートドライブ回路２２において、ゲート信号を第２のスイッチング素子Ｓ２に伝達する第２の信号線２１２に第２のゲート抵抗器Ｒ２が設けられ、第１のゲート抵抗器Ｒ１の抵抗値は第２のゲート抵抗器Ｒ２の抵抗値よりも大きく設定される。

このような構成により、ゲート信号に介装される抵抗値を異ならせることで、部品点数を増加することなく、第１のスイッチング素子Ｓ１と第２のスイッチング素子Ｓ２とのスイッチング速度を異ならせることができる。

なお、本実施形態では、ゲート信号に介装される抵抗値を異ならせることで第１のスイッチング素子Ｓ１と第２のスイッチング素子Ｓ２とのスイッチング速度を異ならせるように構成したが、これに限られない。第１のゲート抵抗器Ｒ１の抵抗値と第２のゲート抵抗器Ｒ２の抵抗値を同一とし、第１のスイッチング素子Ｓ１のスイッチング速度が、第２のスイッチング素子Ｓ２のスイッチング速度よりも遅い特性を有するように、素子をそれぞれ選定してもよい。

また、本実施形態では、第１のスイッチング素子Ｓ１及び第２のスイッチング素子Ｓ２の状態に基づいて、第２のスイッチング素子Ｓ２をオン状態とし、第１のスイッチング素子Ｓ１をオンオフ制御する第１の状態と、第１のスイッチング素子Ｓ１をオン状態とし、第２のスイッチング素子Ｓ２をオンオフ制御する第２の状態と、のいずれか一方の状態を選択して、負荷Ｌに電力を供給する。

このような構成により、部品点数を増加することなく、スイッチング速度が異なる第１のスイッチング素子Ｓ１又は第２のスイッチング素子Ｓ２により、負荷Ｌに電力を供給することができる。

また、本実施形態では、第１のスイッチング素子Ｓ１又は第２のスイッチング素子Ｓ２の温度に基づいて、温度が所定温度（閾値Ｔｔ）よりも高い場合は、第２の状態が選択され、温度が所定温度（閾値Ｔｔ）よりも低い場合は、第１の状態が選択される。

このような構成により、スイッチング素子温度が低い場合にスイッチング速度が低い第１の状態を選択し、スイッチング素子温度が高い場合にスイッチング速度が速い第２の状態を選択するので、サージ電圧を抑制しながら、スイッチング素子Ｓの効率を確保することができる。

また、本実施形態では、電力変換装置１は、負荷Ｌの他端Ｌ２と直流電源１１の正極Ｐとの間に介装される第１の還流ダイオードＤ１と、負荷Ｌの一端Ｌ１と直流電源１１の負極Ｎとの間に介装される第２の還流ダイオードＤ２と、をさらに備える。

このような構成により、負荷Ｌがインダクタである場合に、スイッチング時の逆起電力を還流させることができる。

なお、本実施形態では、前述したようにスイッチング素子温度と閾値Ｔｔとの比較に基づいて第１の状態と第２の状態とを切り換えるように制御したが、これに限られない。第１のスイッチング素子Ｓ１又は第２のスイッチング素子Ｓ２に印加される電圧値に基づいて、電圧値が所定電圧値よりも大きい場合は第１の状態が選択され、電圧値が所定電圧値よりも小さい場合は第２の状態が選択されるように構成してもよい。すなわち、スイッチング素子Ｓに印加される電圧値が小さい場合は、サージ電圧が相対的に低くなりサージ電圧に対する保護が不要となることから、スイッチング速度が速い第２の状態を選択することで、スイッチング素子Ｓの効率を高めることができる。

同様に、第１のスイッチング素子Ｓ１又は第２のスイッチング素子Ｓ２を流れる電流値に基づいて、電流値が所定電流値よりも大きい場合は、第１の状態が選択され、電流値が所定電流値よりも小さい場合は、第２の状態が選択されるように構成してもよい。すなわち、スイッチング素子Ｓに流れる電流値が小さい場合も同様にサージ電圧が相対的に低くなりサージ電圧に対する保護が不要となることから、スイッチング速度が速い第２の状態を選択することで、スイッチング素子Ｓの効率を高めることができる。

以上、本発明の実施形態、及びその変形例について説明したが、上記実施形態及び変形例は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

本実施形態では、スイッチング素子温度をスイッチング素子Ｓに備えた温度センサで検出したが、これに限られない。スイッチング素子Ｓが実装された基板に備えた温度センサや、スイッチング素子Ｓを冷却する冷却器や冷媒の温度から、相対的にスイッチング素子温度を算出するようにしてもよい。

また、本実施形態では一組のスイッチング素子Ｓと一組の還流ダイオードとにより構成したが、これに限られない。例えば負荷Ｌの他端Ｌ２と正極Ｐとの間に第３のスイッチング素子を、負荷Ｌの一端Ｌ１と負極Ｎとの間に第４のスイッチング素子を、それぞれ設け、これらのスイッチング速度が異ならせるようにゲート抵抗値を設定した上で、前述したようにオンオフ制御を行うように構成してもよい。このように負荷Ｌに対してＨブリッジ構成とすることで、負荷Ｌに対する電流値の正負を切り替えながら電流を供給することができる。なお、このような構成とした場合は、第１のスイッチング素子Ｓ１及び第２のスイッチング素子Ｓ２に、それぞれ還流ダイオードを並列に配置することが必要であることは言うまでもない。

１：電力変換装置、１０：スイッチング回路、１１：直流電源、２０：制御回路、２１：第１のゲートドライブ回路、２２：第２のゲートドライブ回路、３０：コントローラ、２１１：第１の信号線、２１２：第２の信号線、Ｌ：負荷、Ｌ１：一端、Ｌ２：他端、Ｎ：負極、Ｐ：正極、Ｒ１：第１のゲート抵抗器、Ｒ２：第２のゲート抵抗器、Ｓ１：第１のスイッチング素子、Ｓ２：第２のスイッチング素子

Claims (8)

1. 負荷に電力を供給する電力変換装置の制御方法であって、
   前記電力変換装置は、
   直流電源と、
   前記負荷の一端と前記直流電源の正極との間に介装される第１のスイッチング素子と、
   前記負荷の他端と前記直流電源の負極との間に介装される第２のスイッチング素子と、
   前記第１のスイッチング素子のオンオフを制御するゲート信号を出力する第１のゲートドライブ回路と、
   前記第２のスイッチング素子のオンオフを制御するゲート信号を出力する第２のゲートドライブ回路と、
   前記第１のゲートドライブ回路と前記第２のゲートドライブ回路との動作を制御するコントローラと、
   を備え、
   前記第１のゲートドライブ回路によりオンオフされる前記第１のスイッチング素子のスイッチング速度は、前記第２のゲートドライブ回路によりオンオフされる前記第２のスイッチング素子のスイッチング速度よりも遅い速度に設定され、
   前記第２のスイッチング素子をオン状態とし前記第１のスイッチング素子をオンオフ制御する、又は、前記第１のスイッチング素子をオン状態とし前記第２のスイッチング素子をオンオフ制御することで、前記負荷に電力を供給する、
   電力変換装置の制御方法。
2. 請求項１に記載の電力変換装置の制御方法であって、
   前記第１のゲートドライブ回路において、前記ゲート信号を前記第１のスイッチング素子に伝達する第１の信号線に第１のゲート抵抗器が設けられ、
   前記第２のゲートドライブ回路において、前記ゲート信号を前記第２のスイッチング素子に伝達する第２の信号線に第２のゲート抵抗器が設けられ、
   前記第１のゲート抵抗器の抵抗値は、前記第２のゲート抵抗器の抵抗値よりも大きく設定される、
   電力変換装置の制御方法。
3. 請求項１又は２に記載の電力変換装置の制御方法であって、
   前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子の状態に基づいて、
   前記第２のスイッチング素子をオン状態とし、前記第１のスイッチング素子をオンオフ制御する第１の状態と、
   前記第１のスイッチング素子をオン状態とし、前記第２のスイッチング素子をオンオフ制御する第２の状態と、
   のいずれか一方の状態を選択して、前記負荷に電力を供給する、
   電力変換装置の制御方法。
4. 請求項３に記載の電力変換装置の制御方法であって、
   前記第１のスイッチング素子又は前記第２のスイッチング素子の温度に基づいて、
   前記温度が所定温度よりも高い場合は、前記第２の状態が選択され、
   前記温度が前記所定温度よりも低い場合は、前記第１の状態が選択される、
   電力変換装置の制御方法。
5. 請求項３に記載の電力変換装置の制御方法であって、
   前記第１のスイッチング素子又は前記第２のスイッチング素子に印加される電圧値に基づいて、
   前記電圧値が所定電圧値よりも大きい場合は、前記第２の状態が選択され、
   前記電圧値が前記所定電圧値よりも小さい場合は、前記第１の状態が選択される、
   電力変換装置の制御方法。
6. 請求項３に記載の電力変換装置の制御方法であって、
   前記第１のスイッチング素子又は前記第２のスイッチング素子を流れる電流値に基づいて、
   前記電流値が所定電流値よりも大きい場合は、前記第２の状態が選択され、
   前記電流値が前記所定電流値よりも小さい場合は、前記第１の状態が選択される、
   電力変換装置の制御方法。
7. 請求項１から６のいずれか一つに記載の電力変換装置の制御方法であって、
   前記電力変換装置は、
   前記負荷の他端側と前記直流電源の正極との間に介装される第１の還流ダイオードと、
   前記負荷の一端側と前記直流電源の負極との間に介装される第２の還流ダイオードと、
   をさらに備える
   電力変換装置の制御方法。
8. 負荷に電力を供給する電力変換装置であって、
   直流電源と、
   前記負荷の一端と前記直流電源の正極との間に介装される第１のスイッチング素子と、
   前記負荷の他端と前記直流電源の負極との間に介装される第２のスイッチング素子と、
   前記第１のスイッチング素子のオンオフを制御するゲート信号を出力する第１のゲートドライブ回路と、
   前記第２のスイッチング素子のオンオフを制御するゲート信号を出力する第２のゲートドライブ回路と、
   前記第１のゲートドライブ回路と前記第２のゲートドライブ回路との動作を制御するコントローラと、
   を備え、
   前記第１のゲートドライブ回路によりオンオフされる前記第１のスイッチング素子のスイッチング速度は、前記第２のゲートドライブ回路によりオンオフされる前記第２のスイッチング素子のスイッチング速度よりも遅い速度に設定され、
   前記第２のスイッチング素子をオン状態とし前記第１のスイッチング素子をオンオフ制御する、又は、前記第１のスイッチング素子をオン状態とし前記第２のスイッチング素子をオンオフ制御することで、前記負荷に電力を供給する、
   電力変換装置。

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