JP5721787B2 - 電力変換装置およびその制御方法 - Google Patents
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Description
図1は、この発明に係る自動車用電力変換装置の構成の一例を示す図である。図1において、自動車用電力変換装置は制御装置1により制御され、直流電源5と、第1のインバータ7と第2のインバータ8と、直流電源5と第1のインバータ7および第2のインバータ8との間に挿入され、直流電源5と第1のインバータ7および第2のインバータ8の間の電力をDC/DC変換する昇圧コンバータ6と、昇圧コンバータ6を制御するコンバータ制御ユニット3と、直流電源5と昇圧コンバータ6の間に接続された一次平滑コンデンサ11と、昇圧コンバータ6と第1のインバータ7および第2のインバータ8の間に接続された二次平滑コンデンサ12と、一次平滑コンデンサ11の高電圧ノードと低電圧ノード間の電圧を計測する一次電圧センサ13と、二次平滑コンデンサ12の高電圧ノードと低電圧ノード間の電圧を計測する二次電圧センサ14と、第1のインバータ7および第2のインバータ8を制御するインバータ制御ユニット4と、第1のインバータ7により駆動される第1の電動機9と、第2のインバータ8により駆動される第2の電動機10と、車両の稼動時には直流電源5と一次平滑コンデンサ11および昇圧コンバータ6とを閉状態で接続し、車両の衝突時に開状態で切断するリレー22と、を備えている。
以下、この発明の実施の形態2に係る自動車用電力変換装置を図6を用いて説明する。図6はこの実施の形態に係る昇圧コンバータの構成図であり、昇圧コンバータ6aでは、アームは半導体スイッチ素子19ag、19ah、19ai、19ajとしてSi材料からなるIGBTではなく、バンドギャップがさらに大きいシリコンカーバイド(SiC、炭化珪素)材料のユニポーラ型の電界効果トランジスタ(FET)を用いている。
Siが3.0×105V/cm
シリコンカーバイド(4H−SiC)が2.5×106V/cm
である。
Claims (5)
- 少なくとも1組のインバータおよび前記インバータに駆動される電動機と、
直流電源と前記インバータの間に挿入され電力をDC/DC変換する昇圧コンバータと、
前記直流電源と前記昇圧コンバータの間に接続された一次平滑コンデンサと、
前記昇圧コンバータと前記インバータの間に接続された二次平滑コンデンサと、
前記インバータに含まれるパワー半導体素子のスイッチング動作を制御するインバータ制御ユニットと、
前記昇圧コンバータに含まれるパワー半導体素子のスイッチング動作を制御するコンバータ制御ユニットと、
前記昇圧コンバータを通過する電流を計測する電流センサと、
前記一次平滑コンデンサと前記直流電源との間に挿入されたリレーと、
を備えた電力変換装置において、
放電指令に従って、前記インバータ制御ユニットに、前記電流センサの計測電流に基づき前記インバータに含まれる前記パワー半導体素子の短絡故障検出を行わせ、パワー半導体素子のスイッチングアームの低電圧側パワー半導体素子と高電圧側パワー半導体素子の両側に短絡故障が存在している場合を除いて、前記インバータと電動機の接続点の電位を所定電位に固定させた後、
前記リレーを開放して前記一次平滑コンデンサと前記直流電源との間を電気的に切断した状態で、前記コンバータ制御ユニットに、前記昇圧コンバータを駆動して前記一次平滑コンデンサと前記二次平滑コンデンサの内部電荷の放電動作を行わせる、
強制放電制御部、
を設け、
前記強制放電制御部は、前記インバータ制御ユニットに、
前記短絡故障検出において、
前記パワー半導体素子の短絡故障を検出する前記インバータを構成するパワー半導体素子を、パワー半導体素子のスイッチングアームの高電位側および低電位側のパワー半導体素子の一方を全てオン動作、他方を全てオフ動作させ、前記昇圧コンバータの前記電流センサにより過大電流が流れたことを検出することで、オン動作させたパワー半導体素子と反対の電位側のパワー半導体素子のいずれかが短絡故障していることを検出し、
前記電位の固定において、
前記インバータのパワー半導体素子のスイッチングアームの高電位側パワー半導体および低電位側パワー半導体の内、両方の側に短絡故障している相を含む場合を除いて、短絡故障している相を含む側の全ての半導体スイッチ素子をオン動作、いずれの相も短絡故障していない側の全ての半導体スイッチ素子をオフ動作させることで、前記インバータと前記電動機の接続点の電位を所定の電位に固定する、
ことを特徴とする電力変換装置。 - 前記一次平滑コンデンサの両端電圧を計測する一次電圧センサと、前記二次平滑コンデンサの両端電圧を計測する二次電圧センサと、を備え、前記一次電圧センサと二次電圧センサの計測電圧の差から放電状態を判定する、ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記昇圧コンバータに含まれるパワー半導体素子は、バンドギャップがSi材料よりも大きい半導体材料からなる電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換装置が自動車用電力変換装置であって、放電指令が自動車の衝突時に発生されるものであることを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 少なくとも1組のインバータおよび前記インバータに駆動される電動機と、直流電源と前記インバータの間に挿入され電力をDC/DC変換する昇圧コンバータと、前記直流電源と前記昇圧コンバータの間に接続された一次平滑コンデンサと、前記昇圧コンバータと前記インバータの間に接続された二次平滑コンデンサと、前記インバータに含まれるパワー半導体素子のスイッチング動作を制御するインバータ制御ユニットと、前記昇圧コンバータに含まれるパワー半導体素子のスイッチング動作を制御するコンバータ制御ユニットと、前記昇圧コンバータを通過する電流を計測する電流センサと、を備えた電力変換装置において、
放電指令に従って、前記インバータ制御ユニットに、前記昇圧コンバータに流れる電流に基づいてインバータに含まれる前記パワー半導体素子の短絡故障検出を行わせ、パワー半導体素子のスイッチングアームの低電圧側パワー半導体素子と高電圧側パワー半導体素子の両側に短絡故障が存在している場合を除いて、前記インバータと電動機の接続点の電位を所定電位に固定させた後、
前記一次平滑コンデンサと前記直流電源との間を電気的に切断した状態で、前記コンバータ制御ユニットに、前記昇圧コンバータを駆動して前記一次平滑コンデンサと前記二次平滑コンデンサの内部電荷の放電動作を行わせ、
前記インバータ制御ユニットに、
前記短絡故障検出において、
前記パワー半導体素子の短絡故障を検出する前記インバータを構成するパワー半導体素子を、パワー半導体素子のスイッチングアームの高電位側および低電位側のパワー半導体素子の一方を全てオン動作、他方を全てオフ動作させ、前記昇圧コンバータの前記電流センサにより過大電流が流れたことを検出することで、オン動作させたパワー半導体素子と反対の電位側のパワー半導体素子のいずれかが短絡故障していることを検出し、
前記電位の固定において、
前記インバータのパワー半導体素子のスイッチングアームの高電位側パワー半導体および低電位側パワー半導体の内、両方の側に短絡故障している相を含む場合を除いて、短絡故障している相を含む側の全ての半導体スイッチ素子をオン動作、いずれの相も短絡故障していない側の全ての半導体スイッチ素子をオフ動作させることで、前記インバータと前記電動機の接続点の電位を所定の電位に固定する、
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
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