JP5498849B2 - 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に駆動のための電圧を供給する必要がある。平滑コンデンサや高圧側コンデンサを放電しなければならないのは、一般的に、電力変換装置やモータ制御装置を作動させるためのシステム電源が遮断した後であり、スイッチング素子やトランジスタの駆動のための電圧をシステム電源から供給することはできない。そのため、平滑コンデンサや高圧側コンデンサに蓄積された電荷によって、スイッチング素子やトランジスタの駆動のための電圧を生成する構成がとられている。

このような電力変換装置として、例えば図３に示す電力変換装置がある。この電力変換装置１’は、スイッチング回路１００’と、平滑コンデンサ１１’と、放電用駆動回路１４０’、１４１’と、放電用電源回路１６’とを備えている。

スイッチング回路１００’は、直列接続された２つのＩＧＢＴ１００ａ’、１００ｂ’によって構成されている。スイッチング回路１００’と平滑コンデンサ１１’は、高圧バッテリＢ１’の正極端子と負極端子の間に接続されている。

放電用駆動回路１４０’、１４１’は、平滑コンデンサ１１’の放電時にＩＧＢＴ１００ａ’、１００ｂ’を駆動する。放電用駆動回路１４０’、１４１’は、ＩＧＢＴ１００ａ’、１００ｂ’にそれぞれ接続されている。

放電用電源回路１６’は、電源回路１６０’と、ダイオード回路１６１’とを備えている。電源回路１６０’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ＩＧＢＴ１００ａ’、１００ｂ’を駆動するための電圧を生成し、低電位側のＩＧＢＴ１００ｂ’を駆動する放電用駆動回路１４１’に供給する。ダイオード回路１６１’は、電源回路１６０’の出力電圧を高電位側のＩＧＢＴ１００ａ’を駆動する放電用駆動回路１４０’に供給する。ダイオード回路１６１’は、直列接続された２つのダイオード１６１ａ’、１６１ｂ’によって構成されている。ダイオード１６１ａ’、１６１ｂ’は、電源回路１６０’から放電用駆動回路１４０’に向けて順方向に直列接続されている。

ところで、この電力変換装置１’において、高電位側のＩＧＢＴ１００ａ’がオンすると、ＩＧＢＴ１００ａ’のエミッタの電位が平滑コンデンサ１１’の一端の電位になる。その結果、ダイオード回路１６１’を構成する直列接続された２つのダイオード１６１ａ’、１６１ｂ’に、平滑コンデンサ１１’の電圧に相当する逆方向電圧が印加されることになる。ダイオード１６１ａ’、１６１ｂ’の逆耐圧電圧がばらついていた場合、特定のダイオードに大きな逆方向電圧が印加されることになり、そのダイオードが破損してしまう可能性があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、電源回路の出力電圧を放電用駆動回路に供給する、直列接続された複数のダイオードからなるダイオード回路において、特定のダイオードに大きな逆方向電圧が印加されることがなく、ダイオードの破損を抑えられ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、複数のダイオードにそれぞれ並列接続される抵抗を設けることで、特定のダイオードに大きな逆方向電圧が印加されることがなく、ダイオードの破損を抑えられることを思いつき、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、スイッチング素子毎に設けられ、スイッチング素子を駆動する駆動回路と、平滑コンデンサに蓄積された電荷によって、平滑コンデンサの放電時にスイッチング素子を駆動するための電圧を生成し、スイッチング素子を駆動する駆動回路に供給する電源回路と、最も低電位側のスイッチング素子以外のスイッチング素子を駆動する駆動回路毎に設けられ、電源回路の出力電圧を、最も低電位側のスイッチング素子以外のスイッチング素子を駆動する駆動回路に供給する、電源回路から駆動回路に向けて順方向に直列接続される複数のダイオードからなるダイオード回路と、を有する放電用電源回路と、を備え、スイッチング回路によって電力を変換し、スイッチング回路によって平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電する電力変換装置において、放電用電源回路は、平滑コンデンサの放電時に、最も低電位側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に電源回路から電圧を供給するとともに、最も低電位側のスイッチング素子以外のスイッチング素子を駆動する駆動回路にダイオード回路を介して電源回路から電圧を供給し、ダイオード回路は、複数のダイオードにそれぞれ並列接続される抵抗を有することを特徴とする。

この構成によれば、抵抗によってスイッチング回路に印加される電圧を分圧することができる。そのため、特定のダイオードに大きな逆方向電圧が印加されることがなく、ダイオードの破損を抑えることができる。

請求項２に記載の電力変換装置は、複数のダイオードにそれぞれ並列接続される抵抗の抵抗値のばらつきが、所定範囲内であることを特徴とする。この構成によれば、ダイオードに印加される逆方向電圧のばらつきを抑えることができる。

請求項３に記載の電力変換装置は、複数のダイオードにそれぞれ並列接続される抵抗の抵抗値が、等しいことを特徴とする。この構成によれば、ダイオードに印加される逆方向電圧のばらつきを確実に抑えることができる。

請求項４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、スイッチング素子毎に設けられ、スイッチング素子を駆動する駆動回路と、平滑コンデンサに蓄積された電荷によって、平滑コンデンサの放電時にスイッチング素子を駆動するための電圧を生成し、スイッチング素子を駆動する駆動回路に供給する電源回路と、最も低電位側のスイッチング素子以外のスイッチング素子を駆動する駆動回路毎に設けられ、電源回路の出力電圧を、最も低電位側のスイッチング素子以外のスイッチング素子を駆動する駆動回路に供給する、電源回路から駆動回路に向けて順方向に直列接続される複数のダイオードからなるダイオード回路と、を有する放電用電源回路と、を備え、スイッチング回路によって電力を変換し、スイッチング回路によって平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電する電力変換装置において、放電用電源回路は、平滑コンデンサの放電時に、最も低電位側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に電源回路から電圧を供給するとともに、最も低電位側のスイッチング素子以外のスイッチング素子を駆動する駆動回路にダイオード回路を介して電源回路から電圧を供給し、複数のダイオードの逆耐圧電圧のばらつきが、所定範囲内であることを特徴とする。

この構成によれば、複数のダイオードの逆耐圧電圧のばらつきを抑えることができる。そのため、特定のダイオードに大きな逆方向電圧が印加されることがなく、ダイオードの破損を抑えることができる。

請求項５に記載の電力変換装置は、複数のダイオードの逆耐圧電圧が、等しいことを特徴とする。この構成によれば、複数のダイオードの逆耐圧電圧のばらつきを確実に抑えることができる。そのため、特定のダイオードに大きな逆方向電圧が印加されることがなく、ダイオードの破損を確実に抑えることができる。

請求項６に記載の電力変換装置は、スイッチング回路は、直列接続された２つのスイッチング素子からなることを特徴とする。この構成によれば、直列接続された２つのスイッチング素子からなるスイッチング回路を備えた電力変換装置において、特定のダイオードに大きな逆方向電圧が印加されることがなく、ダイオードの破損を抑えることができる。

請求項７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、特定のダイオードに大きな逆方向電圧が印加されることがなく、ダイオードの破損を抑えることができる。

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。 従来の電力変換装置のスイッチング回路周辺の回路図である。

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（駆動回路）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（スイッチング素子、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、ＩＧＢＴ１００、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１３０〜１３０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、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の放電時には、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の放電時には、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。

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と、ダイオード回路１６１とを備えている。

電源回路１６０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、低電位側のＩＧＢＴ１００ｂを駆動する放電用駆動回路１４１に供給する回路である。電源回路１６０の入力端子は、平滑コンデンサ１１に、出力端子は放電用駆動回路１４１にそれぞれ接続されている。

ダイオード回路１６１は、電源回路１６０の出力電圧を、高電位側のＩＧＢＴ１００ａを駆動する放電用駆動回路１４０に供給する回路である。ダイオード回路１６１は、２つのダイオード１６１ａ、１６１ｂ（複数のダイオード）と、２つの抵抗１６１ｃ、１６１ｄとを備えている。

ダイオード１６１ａ、１６１ｂは、電源回路１６０から放電用駆動回路１４０に向けて順方向に直列接続されている。ダイオード１６１ａのアノードは、ダイオード１６１ｂのカソードに接続されている。ダイオード１６１ｂのアノードは電源回路１６０の出力端子に、ダイオード１６１ａのカソードは放電用駆動回路１４０に、それぞれ接続されている。

抵抗１６１ｃ、１６１ｄは、抵抗値が等しくなるように設定されている。抵抗１６１ｃ、１６１ｄは、ダイオード１６１ａ、１６１ｂにそれぞれ並列接続されている。

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１４１に供給する。ダイオード回路１６１は、電源回路１６０の出力電圧を絶縁した状態で放電用駆動回路１４０に供給する。放電用駆動回路１４１は、自ら生成した放電用駆動信号に基づいて電源回路１６０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、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ＩＧＢＴ１００ａをオンした後、ダイオード回路１６１を介して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。

ところで、高電位側のＩＧＢＴ１００ａがオンすると、ＩＧＢＴ１００ａのエミッタの電位が平滑コンデンサ１１の一端の電位になる。その結果、ダイオード回路１６１を構成する直列接続された２つのダイオード１６１ａ、１６１ｂに、平滑コンデンサ１１の電圧に相当する逆方向電圧が印加されることになる。ダイオード１６１ａ、１６１ｂの逆耐圧電圧がばらついていた場合、特定のダイオードに大きな逆方向電圧が印加されることになり、そのダイオードが破損してしまう可能性がある。しかし、ダイオード１６１ａ、１６１ｂには、抵抗１６１ｃ、１６１ｄが並列接続されている。そのため、抵抗１６１ｃ、１６１ｄによってダイオード回路１６１に印加される電圧を分圧することができる。従って、特定のダイオードに大きな逆方向電圧が印加されることがなく、ダイオードの破損を抑えることができる。

次に、効果について説明する。第１実施形態によれば、前述したように、抵抗１６１ｃ、１６１ｄによってダイオード回路１６１に印加される電圧を分圧することができる。そのため、車両に搭載され、高圧バッテリＢ１の電力を変換して３相交流モータＭ１に供給するモータ制御装置１において、特定のダイオードに大きな逆方向電圧が印加されることがなく、ダイオードの破損を抑えることができる。

また、第１実施形態によれば、抵抗１６１ｃ、１６１ｄは、抵抗値が等しくなるように設定されている。そのため、ダイオードに印加される逆方向電圧のばらつきを確実に抑えることができる。

（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。
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示すモータ制御装置２（電力変換装置）は、低圧バッテリＢ２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Ｍ２に供給し、３相交流モータＭ２を駆動する装置である。モータ制御装置２は、コンバータ回路２０と、高圧側平滑コンデンサ２１（平滑コンデンサ）と、低圧側平滑コンデンサ２２と、電力変換用駆動回路２３０、２３１と、電力変換用電源回路２４と、放電用駆動回路２５０、２５１と、フォトカプラ２６と、放電用電源回路２７と、インバータ装置２８と、制御回路２９とを備えている。

コンバータ回路２０は、低圧バッテリＢ２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２０は、スイッチング回路２００と、リアクトル２０１と備えている。

スイッチング回路２００は、直列接続された２つのＩＧＢＴ２００ａ、２００ｂ（複数のスイッチング素子）によって構成されている。ＩＧＢＴ２００ａのエミッタは、ＩＧＢＴ２００ｂのコレクタに接続されている。ＩＧＢＴ２００ａのコレクタとＩＧＢＴ２００ｂのエミッタは、インバータ装置２８に接続されている。ＩＧＢＴ２００ｂのエミッタは、低圧バッテリＢ２の負極端子にも接続されている。また、ＩＧＢＴ２００ａ、２００ｂのゲートとエミッタは、電力変換用駆動回路２３０、２３１と放電用駆動回路２５０、２５１にそれぞれ接続されている。さらに、直列接続されたＩＧＢＴ２００ａ、２００ｂの直列接続点は、リアクトル２０１とリレーＲ２を介して低圧バッテリＢ２の正極端子に接続されている。

高圧側平滑コンデンサ２１は、コンバータ回路２０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２１の一端はＩＧＢＴ２００ａのコレクタに、他端はＩＧＢＴ２００ｂ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２１が、スイッチング回路２００に並列接続されることとなる。

低圧側平滑コンデンサ２２は、低圧バッテリＢ２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２２の一端はリレーＲ２を介して低圧バッテリＢ２の正極端子に、他端は低圧バッテリＢ２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２３０、２３１は、ＩＧＢＴ毎に設けられ、電力変換時に、制御回路２９の出力する電力変換用駆動信号に基づいてＩＧＢＴ２００ａ、２００ｂをそれぞれ駆動する回路である。電力変換用駆動回路２３０、２３１は、制御回路１７に接続されている。また、ＩＧＢＴ２００ａ、２００ｂ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２４は、電力変換時にＩＧＢＴ２００ａ、２００ｂを駆動するための電圧を電力変換用駆動回路２３０、２３１に供給する回路である。電力変換回路２４は、電源回路２４０、２４１を備えている。

電源回路２４０、２４１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、ＩＧＢＴ２００ａ、２００ｂを駆動する電力変換用駆動回路２３０、２３１に供給する回路である。電源変換回路２４０、２４１は、電力変換用駆動回路２３０、２３１にそれぞれ接続されている。

放電用駆動回路２５０、２５１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２１の放電時に、ＩＧＢＴ２００ａ、２００ｂをそれぞれ駆動する回路である。放電用駆動回路２５１は、高圧側平滑コンデンサ２１の放電時には、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を駆動するとともに、ＩＧＢＴ２００ａ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２５０に出力する。放電用駆動回路２５０は、高圧側平滑コンデンサ２１の放電時には、フォトカプラ２６を介して放電用駆動回路２５１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２５０、２５１は、ＩＧＢＴ２００ａ、２００ｂのゲートとエミッタにそれぞれ接続されている。

フォトカプラ２６は、放電用駆動回路２５１の出力する放電用駆動信号を、絶縁して放電用駆動回路２５０に伝達する素子である。フォトカプラ２６の入力端子は放電用駆動回路２５１に、出力端子は放電用駆動回路２５０にそれぞれ接続されている。

放電用電源回路２７は、高圧側平滑コンデンサ２１の放電時に、ＩＧＢＴ２００ａ、２００ｂを駆動するための電圧を、放電用駆動回路２５０、２５１に供給する回路である。放電用電源回路２７は、電源回路２７０と、ダイオード回路２７１と、電源用コンデンサ２７２とを備えている。

電源回路２７０は、高圧側平滑コンデンサ２１に蓄積された電荷によって、高圧側平滑コンデンサ２１の放電時にＩＧＢＴを駆動するための電圧を生成し、低電位側のＩＧＢＴ２００ｂを駆動する放電用駆動回路２５１に供給する回路である。電源回路２７０の入力端子は高圧側平滑コンデンサ２１の両端に、出力端子は放電用駆動回路２５１にそれぞれ接続されている。

ダイオード回路２７１は、電源回路２７０の出力電圧を、高電位側のＩＧＢＴ２００ａを駆動する放電用駆動回路２５０に供給する回路である。ダイオード回路２７１は、２つのダイオード２７１ａ、２７１ｂと、２つの抵抗２７１ｃ、２７１ｄとを備えている。

ダイオード２７１ａ、２７１ｂは、電源回路２７０から放電用駆動回路２５０に向けて順方向に直列接続されている。ダイオード２７１ａのアノードは、ダイオード２７１ｂのカソードに接続されている。ダイオード２７１ｂのアノードは電源回路２７０の出力端子に、ダイオード２７１ａのカソードは放電用駆動回路２５０にそれぞれ接続されている。

抵抗２７１ｃ、２７１ｄは、抵抗値が等しくなるように設定されている。抵抗２７１ｃ、２７１ｄは、ダイオード２７１ａ、２７１ｂにそれぞれ並列接続されている。

電源用コンデンサ２７２は、ダイオード回路２７１を介して充電され、ダイオード回路２７１を介して供給される電圧を保持する素子である。電源用コンデンサ２７２の一端はダイオード回路２７１と放電用駆動回路２５０の接続点に、他端は直列接続された２つのＩＧＢＴ２００ａ、２００ｂの直列接続点にそれぞれ接続されている。

インバータ装置２８は、コンバータ回路２０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Ｍ２に供給する装置である。インバータ装置２８の入力端子は、ＩＧＢＴ２００ａのコレクタとＩＧＢＴ２００ｂ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Ｍ２に接続されている。

制御回路２９は、外部から入力される指令、及び、３相交流モータＭ２の相電流等に基づいて電力変換用駆動回路２３０、２３１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２８を制御する回路でもある。制御回路２９は、マイクロコンピュータを備えている。制御回路２９は、電力変換用駆動回路２３０、２３１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２４０、２４１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２３０、２３１に供給する。制御回路２９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２３０、２３１は、制御回路２９の出力する電力変換用駆動信号に基づいて電源回路２４０、２４１から供給された電圧を印加し、ＩＧＢＴ２００ａ、２００ｂ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Ｂ２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され、インバータ装置２８に供給される。インバータ装置２８は、制御回路２９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Ｍ１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Ｍ１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２１の放電開始に先立って、リレーＲ２がオフする。電源回路２７０は、高圧側平滑コンデンサ２１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２５１に供給する。ダイオード回路２７１は、電源回路２７０の出力電圧を絶縁した状態で放電用駆動回路２５０に供給する。電源用コンデンサ２７２は、ダイオード回路２７１を介して充電され、ダイオード回路２７１を介して供給される電圧を保持する。放電用駆動回路２５１は、自ら生成した放電用駆動信号に基づいて電源回路２７０から供給された電圧を印加し、まずＩＧＢＴ２００ｂ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２５１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２６は、放電用駆動回路２５１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２５０に伝達する。放電用駆動回路２５０は、放電用駆動回路２５１から出力された放電用駆動信号に基づいて電源用コンデンサ２７２の保持した電圧を印加し、ＩＧＢＴ２００ａをＩＧＢＴ２００ｂ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、ＩＧＢＴ１００ｂをオンし、以降、ＩＧＢＴ１００ａとＩＧＢＴ１００ｂを交互にオンする。これにより、高圧側平滑コンデンサ２１に蓄積された電荷が、低圧側平滑コンデンサ２２を経由して放電される。

ところで、高電位側のＩＧＢＴ２００ａがオンすると、ＩＧＢＴ２００ａのエミッタの電位が高圧側平滑コンデンサ２１の一端の電位になる。その結果、ダイオード回路２７１を構成する直列接続された２つのダイオード２７１ａ、２７１ｂに、高圧側平滑コンデンサ２１の電圧に相当する逆方向電圧が印加されることになる。ダイオード２７１ａ、２７１ｂの逆耐圧電圧がばらついていた場合、特定のダイオードに大きな逆方向電圧が印加されることになり、そのダイオードが破損してしまう可能性がある。しかし、ダイオード２７１ａ、２７１ｂには、抵抗２７１ｃ、２７１ｄが並列接続されている。そのため、抵抗２７１ａ、２７１ｂによってダイオード回路２７１に印加される電圧を分圧することができる。従って、特定のダイオードに大きな逆方向電圧が印加されることがなく、ダイオードの破損を抑えることができる。

次に、効果について説明する。第２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。

なお、第１及び第２実施形態では、スイッチング回路１００、２００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。この場合、最も低電位側のスイッチング素子を駆動する放電用駆動回路には、電源回路から、最も低電位側のスイッチング素子以外のスイッチング素子を駆動する放電用駆動回路には、放電用駆動回路毎に設けられたダイオード回路を介してそれぞれ電圧を供給すればよい。同様に放電用駆動回路の構成を簡素化することができる。

また、第１及び第２実施形態では、抵抗１６０ｃ、１６１ｄ、抵抗２７１ｃ、２７１ｄの抵抗値が、それぞれ等しくなるように設定されている例を挙げているが、これに限られるものではない。ダイオードに印加される逆方向電圧が許容範囲内となるように、抵抗の抵抗値のばらつきが、所定範囲内に設定されていてもよい。ダイオードに印加される逆方向電圧が許容される範囲内で、そのばらつきを抑えることができる。

また、第１及び第２実施形態では、ダイオード１６１ａ、１６１ｂ、ダイオード２７１ａ、２７１ｂにそれぞれ並列接続される抵抗１６１ｃ、１６１ｄ、抵抗２７１ｃ、２７１ｄを備えた例を挙げているが、これに限られるものではない。抵抗を設けず、ダイオードの逆耐圧電圧のばらつきが所定範囲内に設定されていてもよい。また、ダイオードの逆耐圧電圧が等しくなるように設定してもよい。複数のダイオードの逆耐圧電圧のばらつきを抑えることができる。そのため、特定のダイオードに大きな逆方向電圧が印加されることがなく、ダイオードの破損を抑えることができる。

また、第１及び第２実施形態では、低電位側のＩＧＢＴ１００ｂ、２００ｂを駆動する放電用駆動回路１４１、２５１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。放電駆動回路１４１、２５１の外部で放電用駆動信号を生成し、放電用駆動回路１４１、２５１に入力するようにしてもよい。外部から入力される放電用駆動信号に基づいて平滑コンデンサ１１や高圧側平滑コンデンサ２１を放電することができる。

さらに、第１及び第２実施形態では、ダイオード回路１６１、２７１が２つのダイオード１６１ａ、１６１ｂ、ダイオード２７１ａ、２７１ｂによって構成されている例を挙げているが、これに限られるものではない。直列接続された３つ以上のダイオードによって構成されていてもよい。個々のダイオードの逆耐圧電圧を抑えることができる。そのため、逆耐圧電圧の低いダイオードを用いることができ、コストを抑えることができる。

加えて、第１及び第２実施形態では、電力変換用駆動回路と放電用駆動回路を別々に設けた例を挙げているが、これに限られるものではない。電力変換用駆動回路を放電用駆動回路として用いてもよい。構成を簡素化することができる。

１、２、１’・・・モータ制御装置、１０・・・インバータ回路、１００〜１０２、１００’・・・スイッチング回路、１００ａ、１００ｂ・・・ＩＧＢＴ（複数のスイッチング素子）、１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂ、１００ａ’、１００ｂ’・・・ＩＧＢＴ、１１、１１’・・・平滑コンデンサ、１２０〜１２５、２３０、２３１・・・電力変換用駆動回路、１３、２４・・・電力変換用電源回路、１３０〜１３３、２４０、２４１・・・電源回路、１４０、１４１、２５０、２５１・・・放電用駆動回路（駆動回路）、１４０’、１４１’・・・放電用駆動回路、１５、２６・・・フォトカプラ、１６、２７、１６’・・・放電用電源回路、１６０、２７０、１６０’・・・電源回路、１６１、２７１、１６１’・・・ダイオード回路、１６１ａ、１６１ｂ、２７１ａ、２７１ｂ・・・ダイオード（複数のダイオード）、１６１ａ’、１６１ｂ’・・・ダイオード、１６１ｃ、１６１ｄ、２７１ｃ、２７１ｄ・・・抵抗、１７、２９・・・制御回路、２０・・・コンバータ回路、２００・・・スイッチング回路、２００ａ、２００ｂ・・・ＩＧＢＴ（複数のスイッチング素子）、２０１・・・リアクトル、２１・・・高圧側平滑コンデンサ（平滑コンデンサ）、２２・・・低圧側平滑コンデンサ、２７２・・・電源用コンデンサ、２８・・・インバータ装置、Ｂ１、Ｂ１’・・・高圧バッテリ（直流電源）、Ｂ２・・・低圧バッテリ（直流バッテリ）、Ｍ１、Ｍ２・・・３相交流モータ（電気機器）、Ｒ１、Ｒ２・・・リレー

Claims (7)

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、
   前記スイッチング素子毎に設けられ、前記スイッチング素子を駆動する駆動回路と、
   前記平滑コンデンサに蓄積された電荷によって、前記平滑コンデンサの放電時に前記スイッチング素子を駆動するための電圧を生成し、前記スイッチング素子を駆動する前記駆動回路に供給する電源回路と、最も低電位側の前記スイッチング素子以外の前記スイッチング素子を駆動する前記駆動回路毎に設けられ、前記電源回路の出力電圧を、最も低電位側の前記スイッチング素子以外の前記スイッチング素子を駆動する前記駆動回路に供給する、前記電源回路から前記駆動回路に向けて順方向に直列接続される複数のダイオードからなるダイオード回路と、を有する放電用電源回路と、
   を備え、前記スイッチング回路によって電力を変換し、前記スイッチング回路によって前記平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電する電力変換装置において、
   前記放電用電源回路は、前記平滑コンデンサの放電時に、最も低電位側の前記スイッチング素子を駆動する前記駆動回路に前記電源回路から電圧を供給するとともに、最も低電位側の前記スイッチング素子以外の前記スイッチング素子を駆動する前記駆動回路に前記ダイオード回路を介して前記電源回路から電圧を供給し、
   前記ダイオード回路は、複数の前記ダイオードにそれぞれ並列接続される抵抗を有することを特徴とする電力変換装置。
2. 複数の前記ダイオードにそれぞれ並列接続される前記抵抗の抵抗値のばらつきが、所定範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 複数の前記ダイオードにそれぞれ並列接続される前記抵抗の抵抗値が、等しいことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
4. 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、
   前記スイッチング素子毎に設けられ、前記スイッチング素子を駆動する駆動回路と、
   前記平滑コンデンサに蓄積された電荷によって、前記平滑コンデンサの放電時に前記スイッチング素子を駆動するための電圧を生成し、前記スイッチング素子を駆動する前記駆動回路に供給する電源回路と、最も低電位側の前記スイッチング素子以外の前記スイッチング素子を駆動する前記駆動回路毎に設けられ、前記電源回路の出力電圧を、最も低電位側の前記スイッチング素子以外の前記スイッチング素子を駆動する前記駆動回路に供給する、前記電源回路から前記駆動回路に向けて順方向に直列接続される複数のダイオードからなるダイオード回路と、を有する放電用電源回路と、
   を備え、前記スイッチング回路によって電力を変換し、前記スイッチング回路によって前記平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電する電力変換装置において、
   前記放電用電源回路は、前記平滑コンデンサの放電時に、最も低電位側の前記スイッチング素子を駆動する前記駆動回路に前記電源回路から電圧を供給するとともに、最も低電位側の前記スイッチング素子以外の前記スイッチング素子を駆動する前記駆動回路に前記ダイオード回路を介して前記電源回路から電圧を供給し、
   複数の前記ダイオードの逆耐圧電圧のばらつきが、所定範囲内であることを特徴とする電力変換装置。
5. 複数の前記ダイオードの逆耐圧電圧が、等しいことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記スイッチング回路は、直列接続された２つの前記スイッチング素子からな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。
7. 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１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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