JP5369047B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、直列接続された複数のスイッチング素子からなるスイッチング回路と、スイッチング回路に並列接続される平滑コンデンサとを備えた電力変換装置に関する。

従来、直列接続された複数のスイッチング素子からなるスイッチング回路と、スイッチング回路に並列接続される平滑コンデンサとを備えた電力変換装置として、例えば特許文献１に開示されている電力変換装置や、特許文献２に開示されているモータ制御装置がある。

特許文献１の電力変換装置は、電力変換回路と、平滑コンデンサと、制御装置とを備えている。電力変換回路は、直列接続された２つのスイッチング素子からなる３つのレグを並列接続して構成されている。電力変換回路及び平滑コンデンサは、直流電源の正極端子と負極端子の間に接続されている。

制御装置は、電力を変換するときには、電力変換回路を構成するスイッチング素子を所定のタイミングでオン、オフし、直流電源の出力する直流電力を３相交流電力に変換して電動機に供給する。

一方、平滑コンデンサを放電させるときには、レグを構成する２つのスイッチング素子を同時にオンし、平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電する。これにより、平滑コンデンサに蓄積された電荷による感電を防止することができる。

特許文献２のモータ制御装置は、コンバータと、低圧側コンデンサと、高圧側コンデンサと、ＭＧ＿ＥＣＵとを備えている。コンバータは、直列接続された２つのトランジスタを有している。直列接続された２つのトランジスタのうち低電位側のトランジスタ及び低圧側コンデンサは、バッテリの正極端子と負極端子の間に接続されている。また、直列接続された２つのトランジスタ及び高圧側コンデンサは、インバータの入力端子の間に接続されている。

ＭＧ＿ＥＣＵは、電力を変換するときには、コンバータを構成する２つのトランジスタを所定のタイミングでオン、オフし、バッテリの出力する低電圧の直流電力を高電圧の直流電力に変換してインバータに供給する。

一方、高圧側コンデンサを放電させるときには、コンバータを構成する２つのトランジスタのうち低電位側のトランジスタをオンするとともに高電位側のトランジスタをオフして低圧側コンデンサに蓄積された電荷を放電し、その後、低電位側のトランジスタをオフするとともに高電位側のトランジスタをオンして高圧側コンデンサに蓄積された電荷を放電して低圧側コンデンサを充電する。以降、同様の動作を繰り返し、高圧側コンデンサに蓄積された電荷を放電する。つまり、低電位側のトランジスタと高電位側のトランジスタを交互にオンして高圧側コンデンサに蓄積された電荷を放電する。これにより、高圧側コンデンサに蓄積された電荷による感電を防止することができる。

特開２００９−２３２６２０号公報 特開２００８−３０６７９５号公報

スイッチング素子やトランジスタを駆動する場合、これらを駆動する駆動回路と、駆動するための電圧を供給する電源回路が必要である。電力を変換するための駆動回路及び電源回路と、平滑コンデンサや高圧側コンデンサを放電するための駆動回路及び電源回路を別々に設けた場合、電力変換動作中に平滑コンデンサや高圧側コンデンサを放電させてしまう可能性がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、電力変換動作中に平滑コンデンサを放電させてしまうことがない、平滑コンデンサの放電機能を有する電力変換装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明者らは、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、電力変換用電源回路の出力電圧に基づいてスイッチング素子を駆動することで、電力変換動作中における平滑コンデンサの放電を防止できることを思いつき、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に記載の電力変換装置は、直列接続された複数のスイッチング素子からなるスイッチング回路と、スイッチング回路に並列接続される平滑コンデンサと、電力を変換するためにスイッチング素子を駆動する電力変換用駆動回路と、電力変換用駆動回路にスイッチング素子を駆動するための電圧を供給する電力変換用電源回路と、平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電するためにスイッチング素子を駆動する放電用駆動回路と、放電用駆動回路にスイッチング素子を駆動するための電圧を供給する放電用電源回路と、を備えた電力変換装置において、放電用駆動回路は、電力変換用電源回路の出力電圧に基づいてスイッチング素子を駆動し、平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電することを特徴とする。

この構成によれば、スイッチング回路は、電力変換用電源回路から供給される電圧によって駆動され、電力を変換する。そのため、電力変換用電源回路の出力電圧によって、スイッチング回路が、電力変換できる状態か否かを知ることができる。従って、電力変換用電源回路の出力電圧に基づいて平滑コンデンサを放電することで、電力変換動作中における平滑コンデンサの放電を防止することができる。

請求項２に記載の電力変換装置は、放電用駆動回路は、電力変換用電源回路の出力電圧が閾値以下になったときスイッチング素子を駆動し、平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電することを特徴とする。この構成によれば、電力変換用電源回路の出力電圧が閾値以下になると、スイッチング回路は電力変換できない状態となる。そのため、電力変換用電源回路の出力電圧が閾値以下になったときに、平滑コンデンサを放電することで、電力変化動作中における平滑コンデンサの放電を確実に防止することができる。

請求項３に記載の電力変換装置は、電力変換用駆動回路及び放電用駆動回路を制御する制御回路を有し、放電用駆動回路は、電力変換用電源回路の出力電圧、及び、制御回路から入力される放電指令に基づいてスイッチング素子を駆動し、平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電することを特徴とする。この構成によれば、制御回路からの放電指令によって平滑コンデンサの放電を制御することができる。そのため、電力変換動作中における平滑コンデンサの放電を制御回路によって防止することができる。

請求項４に記載の電力変換装置は、放電用駆動回路は、電力変換用電源回路の出力電圧が閾値以下になり、かつ、制御回路から放電指令が入力されたときスイッチング素子を駆動し、平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電することを特徴とする。この構成によれば、制御回路からの放電指令によって平滑コンデンサの放電を確実に制御することができる。そのため、電力変換動作中における平滑コンデンサの放電を制御回路によって確実に防止することができる。

請求項５に記載の電力変換装置は、放電用電源回路は、平滑コンデンサに蓄積された電荷によってスイッチング素子を駆動するための電圧を生成することを特徴とする。この構成によれば、電力変換装置を作動させるシステム電源が遮断した後であってもスイッチング素子を駆動でき、平滑コンデンサを確実に放電することができる。

請求項６に記載の電力変換装置は、車両に搭載され、直流電源の電力を変換して電気機器に供給することを特徴とする。この構成によれば、車両に搭載され、直流電源の電力を変換して電気機器に供給する電力変換装置において、電力変換動作中における平滑コンデンサの放電を防止することができる。

第１実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。 第２実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。 第３実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。 第４実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。

次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る電力変換装置を、車両に搭載され、バッテリの出力する直流電力を３相交流電力に変換して３相交流モータに供給するモータ制御装置に適用した例を示す。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して第１実施形態のモータ制御装置の構成について説明する。ここで、図１は、第１実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。

図１に示すモータ制御装置１（電力変換装置）は、高圧バッテリＢ１（直流電源）の出力する直流電力を３相交流電力に変換して３相交流モータＭ１（電気機器）に供給し、３相交流モータＭ１を駆動する装置である。モータ制御装置１は、インバータ回路１０と、平滑コンデンサ１１と、電力変換用駆動回路１２０〜１２５と、電力変換用電源回路１３と、放電用駆動回路１４０、１４１と、フォトカプラ１５と、放電用電源回路１６と、制御回路１７とを備えている。

インバータ回路１０は、高圧バッテリＢ１の出力する直流電力を３相交流電力に変換する回路である。インバータ回路１０は、３つのスイッチング回路１００〜１０２を備えている。ここで、スイッチング回路１００が、本発明のスイッチング回路に相当する。

スイッチング回路１００は、直列接続された２つのＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂ（複数のスイッチング素子）によって構成されている。ＩＧＢＴ１００ａのエミッタは、ＩＧＢＴ１００ｂのコレクタに接続されている。スイッチング回路１０１は、直列接続された２つのＩＧＢＴ１０１ａ、１０１ｂによって構成されている。ＩＧＢＴ１０１ａのエミッタは、ＩＧＢＴ１０１ｂのコレクタに接続されている。スイッチング回路１０２は、直列接続された２つのＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂによって構成されている。ＩＧＢＴ１０２ａのエミッタは、ＩＧＢＴ１０２ｂのコレクタに接続されている。３つのスイッチング回路１００〜１０２は、並列接続されている。

ＩＧＢＴ１００ａ〜１０２ａのコレクタは、リレーＲ１を介して高圧バッテリＢ１の正極端子に、ＩＧＢＴ１００ｂ〜１０２ｂのエミッタは、高圧バッテリＢ１の負極端子にそれぞれ接続されている。また、ＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂ、１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂのゲートとエミッタは、電力変換用駆動回路１２０〜１２５にそれぞれ接続されている。ＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂのゲートとエミッタは、放電用駆動回路１４０、１４１にもそれぞれ接続されている。さらに、直列接続されたＩＧＢＴ１００ａ，１００ｂ、ＩＧＢＴ１０１ａ、１０１ｂ及びＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂの直列接続点は、３相交流モータＭ１にそれぞれ接続されている。

平滑コンデンサ１１は、高圧バッテリＢ１の出力する直流電圧を平滑化する素子である。平滑コンデンサ１１の一端はリレーＲ１を介して高圧バッテリＢ１の正極端子に、他端は高圧バッテリＢ１の負極端子にそれぞれ接続されている。その結果、平滑コンデンサ１１が、スイッチング回路１００に並列接続されることとなる。

電力変換用駆動回路１２０〜１２５は、ＩＧＢＴ毎に設けられ、電力変換時に、制御回路１７の出力する電力変換用駆動信号に基づいてＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂ、１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂをそれぞれ駆動する回路である。電力変換用駆動回路１２０〜１２５は、制御回路１７に接続されている。また、ＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂ、１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂのゲートとエミッタにそれぞれ接続されている。

電力変換用電源回路１３は、電力変換時にＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂ、１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂを駆動するための電圧を電力変換用駆動回路１２０〜１２５に供給する回路である。電力変換用電源回路１３は、電源回路１３０〜１３３を備えている。

電源回路１３０〜１３３は、システム電源（図略）の出力電圧から、電力変換時にＩＧＢＴを駆動するための電圧を生成し、ＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂ、１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂを駆動する電力変換用駆動回路１２０〜１２５に供給する回路である。電源回路１３０〜１３２は、電力変換用駆動回路１２０、１２２、１２４にそれぞれ接続されている。電源回路１３３は、電力変換用駆動回路１２１、１２３、１２５に接続されている。

放電用駆動回路１４０、１４１は、ＩＧＢＴ毎（スイッチング素子毎）に設けられ、平滑コンデンサ１１の放電時に、電力変換用電源回路１３の出力電圧の大きさに基づいてＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂをそれぞれ駆動する回路である。放電用駆動回路１４１は、平滑コンデンサ１１の放電時に、電源回路１３３の出力電圧が０Ｖ付近の所定の閾値以下になると、自ら生成した放電のための放電用駆動信号に基づいてＩＧＢＴ１００ｂを駆動するとともに、ＩＧＢＴ１００ａを駆動するための放電用駆動信号を生成し、放電用駆動回路１４０に出力する。放電用駆動回路１４０は、平滑コンデンサ１１の放電時に、電源回路１３０の出力電圧が０Ｖ付近の所定の閾値以下になると、フォトカプラ１５を介して放電用駆動回路１４１から入力される放電用駆動信号に基づいてＩＧＢＴ１００ａを駆動する。放電用駆動回路１４０、１４１は、ＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂのゲートとエミッタにそれぞれ接続されている。また、電源回路１３０、１３３の出力端子にそれぞれ接続されている。さらに、フォトカプラ１５と、放電用電源回路１６に接続されている。

フォトカプラ１５は、放電用駆動回路１４１の出力する放電用駆動信号を、絶縁して放電用駆動回路１４０に伝達する素子である。フォトカプラ１５の入力端子は放電用駆動回路１４１に、出力端子は放電用駆動回路１４０にそれぞれ接続されている。

放電用電源回路１６は、平滑コンデンサ１１の放電時にＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂを駆動するための電圧を、放電用駆動回路１４０、１４１に供給する回路である。放電用電源回路１６は、電源回路１６０、１６１によって構成されている。

電源回路１６０、１６１は、平滑コンデンサ１１に蓄積された電荷によって、平滑コンデンサ１１の放電時にＩＧＢＴを駆動するための電圧を生成し、ＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂを駆動する放電用駆動回路１４０、１４１にそれぞれ供給する回路である。電源回路１６０、１６１の入力端子は、平滑コンデンサ１１の両端に、出力端子は放電用駆動回路１４０、１４１にそれぞれ接続されている。

制御回路１７は、外部から入力される指令、及び、３相交流モータＭ１の相電流等に基づいて、電力変換用駆動回路１２０〜１２５に電力変換用駆動信号を出力する回路である。制御回路１７は、マイクロコンピュータを備えている。制御回路１７は、電力変換用駆動回路１２０〜１２５に接続されている。

次に、電力変換動作について説明する。電源回路１３０〜１３３は、システム電源の電圧によって電圧を生成し、電力変換用駆動回路１２０〜１２５に供給する。制御回路１７は、外部から入力される指令、及び、３相交流モータＭ１の相電流等に基づいて電力変換用駆動信号を出力する。電力変換用駆動回路１２０〜１２５は、制御回路１７の出力する電力変換用駆動信号に基づいて電源回路１３０〜１３３から供給された電圧を印加し、ＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂ、１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂを所定のタイミングでオン、オフする。これにより、高圧バッテリＢ１の出力する直流電力が３相交流電力に変換され、３相交流モータＭ１に供給される。３相交流電力を供給されることで、３相交流モータＭ１は、駆動力を発生する。

次に、平滑コンデンサの放電動作について説明する。平滑コンデンサ１１の放電開始に先立って、リレーＲ１がオフする。電源回路１６０、１６１は、平滑コンデンサ１１に蓄積された電荷によって電圧を生成し、放電用駆動回路１４０、１４１それぞれ供給する。放電用駆動回路１４１は、電源回路１３３の出力電圧が閾値以下である０Ｖになると、自ら生成した放電用駆動信号に基づいて電源回路１６１から供給された電圧を印加し、まず、ＩＧＢＴ１００ｂをオンする。そして、オン状態を継続する。また、放電用駆動回路１４１は、ＩＧＢＴ１００ａを駆動するための放電用駆動信号を生成し出力する。フォトカプラ１５は、放電用駆動回路１４１から出力された放電用駆動信号を絶縁した状態で放電用駆動回路１４０に伝達する。放電用駆動回路１４０は、電源回路１３０の出力電圧が閾値以下である０Ｖになると、放電用駆動回路１４１から出力された放電用駆動信号に基づいて、ＩＧＢＴ１００ｂがオンした後に、電源回路１６０から供給された電圧を印加し、ＩＧＢＴ１００ａを繰り返し微小時間オンする。つまり、ＩＧＢＴ１００ｂをオンし、以降、ＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂを繰り返し微小時間同時にオンする。これにより、平滑コンデンサ１１に蓄積された電荷が放電される。

次に、効果について説明する。第１実施形態によれば、スイッチング回路１００〜１０２は、電力変換用電源回路１３から供給される電圧によって駆動され、電力を変換する。そのため、電力変換用電源回路１３の出力電圧によって、スイッチング回路１００〜１０２が、電力変換できる状態か否かを知ることができる。従って、電力変換用電源回路１３の出力電圧に基づいて平滑コンデンサ１１を放電することで、電力変換動作中における平滑コンデンサ１１の放電を防止することができる。

また、第１実施形態によれば、電力変換用電源回路１３の出力電圧が閾値以下になると、スイッチング回路１００は電力変換できない状態となる。そのため、電力変換用電源回路１３の出力電圧、具体的には、電源回路１３０、１３３の出力電圧が閾値以下になったときに、平滑コンデンサ１１を放電することで、電力変化動作中における平滑コンデンサ１１の放電を確実に防止することができる。

さらに、第１実施形態によれば、電源回路１６０、１６１は、平滑コンデンサ１１に蓄積された電荷によって、平滑コンデンサ１１の放電時にＩＧＢＴを駆動するための電圧を生成し、ＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂを駆動する放電用駆動回路１４０、１４１にそれぞれ供給する。そのため、モータ制御装置１を作動させるシステム電源が遮断した後であってもＩＧＢＴ１００ａ、１００ｂを駆動でき、平滑コンデンサ１１を確実に放電することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態のモータ制御装置について説明する。第２実施形態のモータ制御装置は、第１実施形態のモータ制御装置が、電力変換用電源の出力電圧に基づいて平滑コンデンサを放電するのに対して、電力変換用電源の出力電圧と制御回路からの放電指令に基づいて平滑コンデンサを放電するようにしたものである。

まず、図２を参照して第２実施形態のモータ制御装置の構成について説明する。ここで、図２は、第２実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。

図２に示すモータ制御装置２（電力変換装置）は、インバータ回路２０と、平滑コンデンサ２１と、電力変換用駆動回路２２０〜２２５と、電力変換用電源回路２３と、放電用駆動回路２４０、２４１と、フォトカプラ２５と、放電用電源回路２６と、制御回路２７とを備えている。インバータ回路２０、平滑コンデンサ２１、電力変換用駆動回路２２０〜２２５、電力変換用電源回路２３、フォトカプラ２５及び放電用電源回路２６は、第１実施形態におけるインバータ回路１０、平滑コンデンサ１１、電力変換用駆動回路１２０〜１２５、電力変換用電源回路１３、フォトカプラ１５及び放電用電源回路１６と同一構成である。

放電用駆動回路２４１は、平滑コンデンサ２１の放電時に、電源回路２３３の出力電圧が０Ｖ付近の所定の閾値以下になり、かつ、制御回路２７から放電を指示する放電指令が入力されると、自ら生成した放電のための放電用駆動信号に基づいてＩＧＢＴ２００ｂ（スイッチング意素子）を駆動するとともに、ＩＧＢＴ２００ａ（スイッチング素子）を駆動するための放電用駆動信号を生成し、放電用駆動回路２４０に出力する。放電用駆動回路２４０は、平滑コンデンサ２１の放電時に、電源回路２３０の出力電圧が０Ｖ付近の所定の閾値以下になり、かつ、制御回路２７から放電を指示する放電指令が入力されると、フォトカプラ２５を介して放電用駆動回路２４１から入力される放電用駆動信号に基づいてＩＧＢＴ２００ａを駆動する。放電用駆動回路２４０、２４１は、制御回路２７に接続されている。

次に、平滑コンデンサの放電動作について説明する。放電用駆動回路２４１は、電源回路２３３の出力電圧が閾値以下である０Ｖになり、かつ、制御回路２７から放電指令が入力されると、自ら生成した放電用駆動信号に基づいて電源回路２６１から供給された電圧を印加し、まず、ＩＧＢＴ２００ｂをオンする。そして、オン状態を継続する。また、放電用駆動回路２４１は、ＩＧＢＴ２００ａを駆動するための放電用駆動信号を生成し出力する。フォトカプラ２５は、放電用駆動回路２４１から出力された放電用駆動信号を絶縁した状態で放電用駆動回路２４０に伝達する。放電用駆動回路２４０は、電源回路２３０の出力電圧が閾値以下である０Ｖになり、かつ、制御回路２７から放電指令が入力されると、放電用駆動回路２４１から出力された放電用駆動信号に基づいて、ＩＧＢＴ２００ｂがオンした後に、電源回路２６０から供給された電圧を印加し、ＩＧＢＴ２００ａを繰り返し微小時間オンする。これにより、平滑コンデンサ２１に蓄積された電荷が放電される。

次に、効果について説明する。第２実施形態によれば、制御回路２７からの放電指令によって平滑コンデンサ２１の放電を制御することができる。そのため、電力変換動作中における平滑コンデンサ２１の放電を制御回路２７によって確実に防止することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態のモータ制御装置について説明する。 まず、図３を参照して第３実施形態のモータ制御装置の構成について説明する。ここで、図３は、第３実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。

図３示すモータ制御装置３（電力変換装置）は、低圧バッテリＢ３（直流電源）の出力する低電圧の直流電力を高電圧の直流電力に変換し、その後、３相交流電力に変換して３相交流モータＭ３（電機機器）に供給し、３相交流モータＭ３を駆動する装置である。モータ制御装置３は、コンバータ回路３０と、高圧側平滑コンデンサ３１（平滑コンデンサ）と、低圧側平滑コンデンサ３２と、電力変換用駆動回路３３０、３３１と、電力変換用電源回路３４と、放電用駆動回路３５０、３５１と、フォトカプラ３６と、放電用電源回路３７と、インバータ装置３８と、制御回路３９とを備えている。

コンバータ回路３０は、低圧バッテリＢ３の出力する低電圧の直流電力を高電圧の直流電力に変換する回路である。コンバータ回路３０は、スイッチング回路３００と、リアクトル３０１と備えている。

スイッチング回路３００は、直列接続された２つのＩＧＢＴ３００ａ、３００ｂ（複数のスイッチング素子）によって構成されている。ＩＧＢＴ３００ａのエミッタは、ＩＧＢＴ３００ｂのコレクタに接続されている。ＩＧＢＴ３００ａのコレクタとＩＧＢＴ３００ｂのエミッタは、インバータ装置３８に接続されている。ＩＧＢＴ３００ｂのエミッタは、低圧バッテリＢ３の負極端子にも接続されている。また、ＩＧＢＴ３００ａ、３００ｂのゲートとエミッタは、電力変換用駆動回路３３０、３３１と、放電用駆動回路３５０、３５１にそれぞれ接続されている。さらに、直列接続されたＩＧＢＴ３００ａ、３００ｂの直列接続点は、リアクトル３０１とリレーＲ３を介して低圧バッテリＢ３の正極端子に接続されている。

高圧側平滑コンデンサ３１は、コンバータ回路３０によって昇圧された高圧の直流電圧を平滑化する素子である。高圧側平滑コンデンサ３１の一端はＩＧＢＴ３００ａのコレクタに、他端はＩＧＢＴ３００ｂのエミッタにそれぞれ接続されている。その結果、高圧側平滑コンデンサ３１が、スイッチング回路３００に並列接続されることとなる。

低圧側平滑コンデンサ３２は、低圧バッテリＢ３の出力する直流電圧を平滑化する素子である。低圧側平滑コンデンサ３２の一端はリレーＲ３を介して低圧バッテリＢ３の正極端子に、他端は低圧バッテリＢ３の負極端子にそれぞれ接続されている。

電力変換用駆動回路３３０、３３１は、ＩＧＢＴ毎に設けられ、電力変換時に、制御回路３９の出力する電力変換用駆動信号に基づいてＩＧＢＴ３００ａ、３００ｂをそれぞれ駆動する回路である。電力変換用駆動回路３３０、３３１は、制御回路３９に接続されている。また、ＩＧＢＴ３００ａ、３００ｂのゲートとエミッタにそれぞれ接続されている。

電力変換用電源回路３４は、電力変換時にＩＧＢＴ３００ａ、３００ｂを駆動するための電圧を電力変換用駆動回路３３０、３３１に供給する回路である。電力変換回路３４は、電源回路３４０、３４１を備えている。

電源回路３４０、３４１は、システム電源（図略）の出力電圧から、電力変換時にＩＧＢＴを駆動するための電圧を生成し、ＩＧＢＴ３００ａ、３００ｂを駆動する電力変換用駆動回路３３０、３３１に供給する回路である。電源変換回路３４０、３４１は、電力変換用駆動回路３３０、３３１にそれぞれ接続されている。

放電用駆動回路３５０、３５１は、ＩＧＢＴ毎（スイッチング素子毎）に設けられ、高圧側平滑コンデンサ３１の放電時に、電力変換用電源回路３４の出力電圧の大きさに基づいてＩＧＢＴ３００ａ、３００ｂをそれぞれ駆動する回路である。放電用駆動回路３５１は、高圧側平滑コンデンサ３１の放電時に、電源回路３４１の出力電圧が０Ｖ付近の所定の閾値以下になると、自ら生成した放電のための放電用駆動信号に基づいてＩＧＢＴ３００ｂを駆動するとともに、ＩＧＢＴ３００ａを駆動するための放電用駆動信号を生成し、放電用駆動回路３５０に出力する。放電用駆動回路３５０は、高圧側平滑コンデンサ３１の放電時に、電源回路３４０の出力電圧が０Ｖ付近の所定の閾値以下になると、フォトカプラ３６を介して放電用駆動回路３５１から入力される放電用駆動信号に基づいてＩＧＢＴ３００ａを駆動する。放電用駆動回路３５０、３５１は、ＩＧＢＴ３００ａ、３００ｂのゲートとエミッタにそれぞれ接続されている。また、電源回路３４０、３４１の出力端子にそれぞれ接続されている。さらに、フォトカプラ３６と、放電用電源回路３７に接続されている。

フォトカプラ３６は、放電用駆動回路３５１の出力する放電用駆動信号を、絶縁して放電用駆動回路３５０に伝達する素子である。フォトカプラ３６の入力端子は放電用駆動回路３５１に、出力端子は放電用駆動回路３５０にそれぞれ接続されている。

放電用電源回路３７は、高圧側平滑コンデンサ３１の放電時にＩＧＢＴ３００ａ、３００ｂを駆動するための電圧を、放電用駆動回路３５０、３５１に供給する回路である。放電用電源回路３７は、電源回路３７０、３７１によって構成されている。

電源回路３７０、３７１は、高圧側平滑コンデンサ３１に蓄積された電荷によって、高圧側平滑コンデンサ３１の放電時にＩＧＢＴを駆動するための電圧を生成し、ＩＧＢＴ３００ａ、３００ｂを駆動する放電用駆動回路３５０、３５１にそれぞれ供給する回路である。電源回路３７０、３７１の入力端子は、高圧側平滑コンデンサ３１の両端に、出力端子は放電用駆動回路３５０、３５１にそれぞれ接続されている。

インバータ装置３８は、コンバータ回路３０によって昇圧された高圧の直流電力を３相交流電力に変換して３相交流モータＭ３に供給する装置である。インバータ装置３８の入力端子は、ＩＧＢＴ３００ａのコレクタとＩＧＢＴ３００ｂのエミッタに接続されている。また、出力端子は、３相交流モータＭ３に接続されている。

制御回路３９は、外部から入力される指令、及び、３相交流モータＭ３の相電流等に基づいて電力変換用駆動回路３３０、３３１に電力変換用駆動信号を出力する回路である。また、インバータ装置３８を制御する回路でもある。制御回路３９は、マイクロコンピュータを備えている。制御回路３９は、電力変換用駆動回路３３０、３３１と、インバータ装置３８に接続されている。

次に、電力変換動作について説明する。電源回路３４０、３４１は、システム電源の電圧によって電圧を生成し、電力変換用駆動回路３３０、３３１に供給する。制御回路３９は、外部から入力される指令、及び、３相交流モータＭ３の相電流等に基づいて電力変換用駆動信号を出力する。電力変換用駆動回路３３０、３３１は、制御回路３９の出力する電力変換用駆動信号に基づいて電源回路３４０、３４１から供給された電圧を印加し、ＩＧＢＴ３００ａ、３００ｂを所定のタイミングで交互にオン、オフする。これにより、低圧バッテリＢ３の出力する低電圧の直流電力が高電圧の直流電力に変換され、インバータ装置３８に供給される。インバータ装置３８は、制御回路３９によって制御され、高電圧の直流電力を３相交流電力に変換し、３相交流モータＭ３に供給する。３相交流電力を供給されることで、３相交流モータＭ３は、駆動力を発生する。

次に、高圧側平滑コンデンサの放電動作について説明する。高圧側平滑コンデンサ３１の放電開始に先立って、リレーＲ３がオフする。電源回路３７０、３７１は、高圧側平滑コンデンサ３１に蓄積された電荷によって電圧を生成し、放電用駆動回路３５０、３５１にそれぞれ供給する。放電用駆動回路３５１は、電源回路３４１の出力電圧が閾値以下である０Ｖになると、自ら生成した放電用駆動信号に基づいて電源回路３７１から供給された電圧を印加し、まずＩＧＢＴ３００ｂをオンする。そして、以降、オン、オフを繰り返す。また、放電用駆動回路３５１は、ＩＧＢＴ３００ａを駆動するための放電用駆動信号を生成し出力する。フォトカプラ３６は、放電用駆動回路３５１から出力された放電用駆動信号を絶縁した状態で放電用駆動回路３５０に伝達する。放電用駆動回路３５０は、電源回路３４０の出力電圧が閾値以下である０Ｖになると、放電用駆動回路３５１から出力された放電用駆動信号に基づいて電源回路３７０の出力電圧を印加し、ＩＧＢＴ３００ａをＩＧＢＴ３００ｂと交互にオンする。そして、以降、オン、オフを繰り返す。つまり、ＩＧＢＴ３００ｂをオンし、以降、ＩＧＢＴ３００ａとＩＧＢＴ３００ｂを交互にオンする。これにより、高圧側平滑コンデンサ３１に蓄積された電荷が、低圧側平滑コンデンサ３２を経由して放電される。

次に、効果について説明する。第３実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態のモータ制御装置について説明する。第４実施形態のモータ制御装置は、第３実施形態のモータ制御装置が、電力変換用電源の出力電圧に基づいて平滑コンデンサを放電するのに対して、電力変換用電源の出力電圧と制御回路からの放電指令に基づいて平滑コンデンサを放電するようにしたものである。

まず、図４を参照して第４実施形態のモータ制御装置の構成について説明する。ここで、図４は、第４実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。

図４に示すモータ制御装置４（電力変換装置）は、コンバータ回路４０と、高圧側平滑コンデンサ４１（平滑コンデンサ）と、低圧側平滑コンデンサ４２と、電力変換用駆動回路４３０、４３１と、電力変換用電源回路４４と、放電用駆動回路４５０、４５１と、フォトカプラ４６と、放電用電源回路４７と、インバータ装置４８と、制御回路４９とを備えている。コンバータ回路４０、高圧側平滑コンデンサ４１、低圧側平滑コンデンサ４２、電力変換用駆動回路４３０、４３１、電力変換用電源回路４４、フォトカプラ４６、放電用電源回路４７及びインバータ装置４８は、第１実施形態のコンバータ回路３０、高圧側平滑コンデンサ３１、低圧側平滑コンデンサ３２、電力変換用駆動回路３３０、３３１、電力変換用電源回路３４、フォトカプラ３６、放電用電源回路３７及びインバータ装置３８と同一構成である。

放電用駆動回路４５１は、高圧側平滑コンデンサ４１の放電時に、電源回路４４１の出力電圧が０Ｖ付近の所定の閾値以下になり、かつ、制御回路４９から放電を指示する放電指令が入力されると、自ら生成した放電のための放電用駆動信号に基づいてＩＧＢＴ４００ｂ（スイッチング素子）を駆動するとともに、ＩＧＢＴ４００ａ（スイッチング素子）を駆動するための放電用駆動信号を生成し、放電用駆動回路４５０に出力する。放電用駆動回路４５０は、高圧側平滑コンデンサ４１の放電時に、電源回路４４０の出力電圧が０Ｖ付近の所定の閾値以下になり、かつ、制御回路４９から放電を指示する放電指令が入力されると、フォトカプラ４６を介して放電用駆動回路４５１から入力される放電用駆動信号に基づいてＩＧＢＴ４００ａを駆動する。放電用駆動回路４５０、４５１は、制御回路４９に接続されている。

次に、高圧側平滑コンデンサの放電動作について説明する。放電用駆動回路４５１は、電源回路４４１の出力電圧が閾値以下である０Ｖになり、かつ、制御回路４９から放電指令が入力されると、自ら生成した放電用駆動信号に基づいて電源回路４７１から供給された電圧を印加し、まずＩＧＢＴ４００ｂをオンする。そして、以降、オン、オフを繰り返す。また、放電用駆動回路４５１は、ＩＧＢＴ４００ａを駆動するための放電用駆動信号を生成し出力する。フォトカプラ４６は、放電用駆動回路４５１から出力された放電用駆動信号を絶縁した状態で放電用駆動回路４５０に伝達する。放電用駆動回路４５０は、電源回路４４０の出力電圧が閾値以下である０Ｖになり、かつ、制御回路４９から放電指令が入力されると、放電用駆動回路４５１から出力された放電用駆動信号に基づいて電源回路４７０の出力電圧を印加し、ＩＧＢＴ４００ａをＩＧＢＴ４００ｂと交互にオンする。そして、以降、オン、オフを繰り返す。これにより、高圧側平滑コンデンサ４１に蓄積された電荷が、低圧側平滑コンデンサ４２を経由して放電される。

次に、効果について説明する。第４実施形態によれば、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、第１〜第４実施形態では、スイッチング回路が直列接続された２つＩＧＢＴからなる例を挙げているが、これに限られるものではない。スイッチング回路は、直列接続された３つ以上のスイッチング素子によって構成されていてもよい。

また、第１〜第４実施形態では、低電位側のＩＧＢＴを駆動する放電用駆動回路が放電用駆動信号を生成する例を挙げているが、これに限られるものではない。放電用駆動回路の外部で放電駆動信号を生成し、高電位側のＩＧＢＴを駆動する放電用駆動回路と、低電位側のＩＧＢＴを駆動する放電用駆動回路に入力するようにしてもよい。

１〜４・・・モータ制御装置、１０、２０・・・インバータ回路、１００〜１０２、２００〜２０２、３００、４００・・・スイッチング回路、１００ａ、１００ｂ、２００ａ、２００ｂ、３００ａ、３００ｂ、４００ａ、４００ｂ・・・ＩＧＢＴ（複数のスイッチング素子）、１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂ、２０１ａ、２０１ｂ、２０２ａ、２０２ｂ・・・ＩＧＢＴ、１１、２１・・・平滑コンデンサ、１２０〜１２５、２２０〜２２５、３３０、３３１、４３０、４３１・・・電力変換用駆動回路、１３、２３、３４、４４・・・電力変換用電源回路、１３０〜１３３、２３０〜２３３、３４０、３４１、４４０、４４１・・・電源回路、１４０、１４１、２４０、２４１、３５０、３５１、４５０、４５１・・・放電用駆動回路、１５、３６・・・フォトカプラ、１６、２６、３７、４７・・・放電用電源回路、１６０、１６１、２６０、２６１、３７０、３７１、４７０、４７１・・・電源回路、１７、２７、３９、４９・・・制御回路、３０、４０・・・コンバータ回路、３０１、４０１・・・リアクトル、３１、４１・・・高圧側平滑コンデンサ（平滑コンデンサ）、３２、４２・・・低圧側平滑コンデンサ、３８、４８・・・インバータ装置、Ｂ１、Ｂ２・・・高圧バッテリ（直流電源）、Ｂ３、Ｂ４・・・低圧バッテリ（直流電源）、Ｍ１〜Ｍ４・・・３相交流モータ（電気機器）、Ｒ１〜Ｒ４・・・リレー

Claims (6)

1. 直列接続された複数のスイッチング素子からなるスイッチング回路と、
   前記スイッチング回路に並列接続される平滑コンデンサと、
   電力を変換するために前記スイッチング素子を駆動する電力変換用駆動回路と、
   前記電力変換用駆動回路に前記スイッチング素子を駆動するための電圧を供給する電力変換用電源回路と、
   前記平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電するために前記スイッチング素子を駆動する放電用駆動回路と、
   前記放電用駆動回路に前記スイッチング素子を駆動するための電圧を供給する放電用電源回路と、
   を備えた電力変換装置において、
   前記放電用駆動回路は、前記電力変換用電源回路の出力電圧に基づいて前記スイッチング素子を駆動し、前記平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電することを特徴とする電力変換装置。
2. 前記放電用駆動回路は、前記電力変換用電源回路の出力電圧が閾値以下になったとき前記スイッチング素子を駆動し、前記平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記電力変換用駆動回路及び前記放電用駆動回路を制御する制御回路を有し、
   前記放電用駆動回路は、前記電力変換用電源回路の出力電圧、及び、前記制御回路から入力される放電指令に基づいて前記スイッチング素子を駆動し、前記平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
4. 前記放電用駆動回路は、前記電力変換用電源回路の出力電圧が閾値以下になり、かつ、前記制御回路から前記放電指令が入力されたとき前記スイッチング素子を駆動し、前記平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電することを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記放電用電源回路は、前記平滑コンデンサに蓄積された電荷によって前記スイッチング素子を駆動するための電圧を生成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 車両に搭載され、直流電源の電力を変換して電気機器に供給することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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