JP6157023B2 - インバータ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、インバータ装置に関する。
従来、ハイサイド回路とローサイド回路とを交互にスイッチングさせることにより交流出力を発生させるインバータ装置がある（例えば、特許文献１参照）。上記インバータ装置では、ハイサイド回路およびローサイド回路の各動作電圧を供給する電源として所謂絶縁電源が用いられている。
特開２０００−３３３４６７号公報
上述のハイサイド回路およびローサイド回路を備えたインバータ装置のなかには、三相交流発電機の出力を整流して所望の直流入力を生成する整流部を備えたものがある。この整流部を構成するサイリスタは、通常、三相交流発電機の出力の高電圧側に設けられており、整流部の高電圧側の出力ノードに繋がる所謂ハイサイドアームの電圧を基準とした動作電圧で作動する駆動回路により駆動される。このため、整流部に備えられたサイリスタを駆動する駆動回路の動作電圧を供給するための絶縁電源を必要とする。
そこで、本発明の一態様は、ハイサイドアームの電圧を基準とした駆動回路の動作電圧を供給するための絶縁電源を必要としないインバータ装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、入力電力を直流電力に電力変換する電力変換部と、出力ノードと前記電力変換部の高電圧ノードとの間に接続された第１スイッチング素子と、前記出力ノードと前記電力変換部の低電圧ノードとの間に接続された第２スイッチング素子と、前記出力ノードの電圧を基準とした動作電圧が供給される電源ノードを有し、前記出力ノードの電圧を基準として前記第１スイッチング素子を駆動する第１駆動回路と、前記低電圧ノードの電圧を基準とした動作電圧が供給される電源ノードを有し、前記低電圧ノードの電圧を基準として前記第２スイッチング素子を駆動する第２駆動回路と、前記高電圧ノードの電圧を基準とした動作電圧が供給される電源ノードを有し、前記高電圧ノードの電圧を基準として前記電力変換部を駆動する第３駆動回路と、前記第１駆動回路の電源ノードと前記第３駆動回路の電源ノードとの間に接続され、前記第１駆動回路の電源ノードから前記第３駆動回路の電源ノードに向けて電流を供給するための整流回路と、を備えたインバータ装置を提案している。
本発明の一態様によれば、第２スイッチング素子がオフし、第１スイッチング素子がオンすると、出力ノードが第１スイッチング素子を通じて高電圧ノードに電気的に接続される。これにより、出力ノードの電圧を基準とした第１駆動回路の動作電圧が上昇する。第１駆動回路の動作電圧が上昇すると、この第１駆動回路の動作電圧が整流回路を通じて第３駆動回路の電源ノードに供給される。この結果、高電圧ノードの電圧（アーム電圧）を基準とした第３駆動回路の電源ノードの電圧が上昇する。このため、第３駆動回路のための電源を別途備えることなく、高電圧ノードの電圧を基準とした第３駆動回路の動作電圧を確保することができる。従って、高電圧ノードの電圧、すなわちアーム電圧を基準とした回路動作電圧を供給するための絶縁電源を必要としないインバータ装置を提供することが可能になる。
上記インバータ装置において、例えば、前記第２駆動回路の電源ノードと前記第３駆動回路の電源ノードとの間に接続され、前記第２駆動回路の電源ノードから前記第３駆動回路の電源ノードに向けて電流を供給するための整流回路を更に備えてもよい。
上記インバータ装置において、例えば、前記出力ノードの電圧が低下した際に前記第２駆動回路の電源ノードの電圧により前記第１駆動回路の電源ノードを充電し、前記出力ノードの電圧の上昇に応答して前記第１駆動回路の電源ノードの電圧を昇圧するブートストラップ回路を更に備えてもよい。
上記インバータ装置において、例えば、前記ブートストラップ回路は、アノードが前記第２駆動回路の電源ノードに接続され、カソードが前記第１駆動回路の電源ノードに接続されたダイオードと、前記第２駆動回路の電源ノードと前記出力ノードとの間に接続されたコンデンサと、を備えてもよい。
上記インバータ装置において、例えば、少なくとも、前記第２駆動回路の動作電圧を発生させて前記第２駆動回路の電源ノードに供給する電源を更に備えてもよい。
上記インバータ装置において、例えば、前記整流回路はダイオードであってもよい。
上記インバータ装置において、例えば、前記電力変換部は、前記入力電力を整流する整流回路、前記入力電力の電圧を降圧する降圧チョッパ回路、前記入力電力を遮断する保護回路のうちの何れかを含んでもよい。
本発明の一態様によれば、ハイサイドアームの電圧を基準とした駆動回路の動作電圧を供給するための絶縁電源を省くことができる。
本発明の第１実施形態に係るインバータ装置の回路構成の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るインバータ装置のスイッチング動作を説明するための波形の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るインバータ装置の電気的特性の測定結果の一例を示す図であり、無負荷状態での測定結果の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るインバータ装置の電気的特性の測定結果の一例を示す図であり、負荷が存在する状態での測定結果の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るインバータ装置の回路構成の一例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係るインバータ装置の回路構成の一例を示す図である。 本発明の第４実施形態に係るインバータ装置の回路構成の一例を示す図である。 本発明の第５実施形態に係るインバータ装置の回路構成の一例を示す回路図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
＜第１実施形態＞
（構成の説明）
図１に、本発明の第１実施形態に係るインバータ装置１００の回路構成の一例を示す。
概略的には、第１実施形態によるインバータ装置１００は、出力ノードＮＯ１の電圧を基準としてハイサイド用のスイッチング素子Ｑ１を駆動する駆動回路ＤＲＨ１の電源ノードと、ハイサイドアームを形成する高電圧ノードＮＨの電圧を基準として整流部１１０のサイリスタＳＣＲ１，ＳＣＲ２，ＳＣＲ３を駆動する駆動回路１４０の電源ノードとの間に、ダイオードＤ１からなる整流回路を備える。また、出力ノードＮＯ２の電圧を基準としてハイサイド用のスイッチング素子Ｑ２を駆動する駆動回路ＤＲＨ２の電源ノードと、上記駆動回路１４０の電源ノードとの間に、ダイオードＤ２からなる整流回路を備える。更に、ローサイド用の駆動回路ＤＲＬ１，ＤＲＬ２の電源ノードと上記駆動回路１４０の電源ノードとの間に、ダイオードＤ３からなる整流回路を備える。そして、これらダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３を通じて高電圧ノードＮＨを基準とした駆動回路１４０の動作電圧を確保する。
詳細に説明すると、インバータ装置１００は、整流部１１０、ハイサイド回路１２０、ローサイド回路１３０、駆動回路１４０、電源１５０、コンデンサＣＩＮ、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３、コンデンサＣＤ、インダクタＬＯ１，ＬＯ２、コンデンサＣＯ１，ＣＯ２，ＣＯ３、出力端子ＴＯＰ，ＴＯＮ、正電源端子Ｔ１Ｐ，Ｔ２Ｐ，Ｔ３Ｐ、負電源端子Ｔ１Ｎ，Ｔ２Ｎ，Ｔ３Ｎを備える。なお、本実施形態では、三相交流発電機Ｇおよび交流電源ＧＡをインバータ装置１００の構成要素としないが、これらの両方または一方をインバータ装置１００の構成要素としてもよい。
整流部１１０は、サイリスタＳＣＲ１，ＳＣＲ２，ＳＣＲ３と、ダイオードＤＳ１，ＤＳ２，ＤＳ３から構成される。ここで、サイリスタＳＣＲ１のアノードはダイオードＤＳ１のカソードと接続され、これらの接続点には三相交流発電機Ｇの例えばＵ相の交流出力が供給される。また、サイリスタＳＣＲ２のアノードはダイオードＤＳ２のカソードと接続され、これらの接続点には三相交流発電機Ｇの例えばＶ相の交流出力が供給される。さらに、サイリスタＳＣＲ３のアノードはダイオードＤＳ３のカソードと接続され、これらの接続点には三相交流発電機Ｇの例えばＷ相の交流出力が供給される。サイリスタＳＣＲ１，ＳＣＲ２，ＳＣＲ３の各カソードは、ハイサイドアームを形成する高電圧ノードＮＨに共通に接続され、ダイオードＤＳ１，ＤＳ２，ＤＳ３の各アノードは、ローサイドアームを形成する低電圧ノードＮＬに共通に接続される。整流部１１０は、三相交流発電機Ｇから出力される三相交流電力を入力電力とし、この入力電力を直流電力に電力変換して高電圧ノードＮＨと低電圧ノードＮＬとの間に直流電力の電圧を発生させる電力変換部として機能する。
ハイサイド回路１２０は、例えばＦＥＴ(Field Effect Transistor)からなるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を駆動するための駆動回路ＤＲＨ１，ＤＲＨ２を備える。このうち、スイッチング素子Ｑ１は、高電圧ノードＮＨと出力ノードＮＯ１との間に接続されている。即ち、スイッチング素子Ｑ１のドレインは高電圧ノードＮＨに接続され、そのソースは出力ノードＮＯ１に接続され、そのゲートには、駆動回路ＤＲＨ１の出力部が接続されている。駆動回路ＤＲＨ１は、出力ノードＮＯ１に接続された接地ノードと、出力ノードＮＯ１の電圧を基準とした動作電圧が供給される電源ノードとを有し、出力ノードＮＯ１の電圧を基準としてスイッチング素子Ｑ１のゲートを駆動する。駆動回路ＤＲＨ１の電源ノードおよび接地ノードには、それぞれ、後述する電源１５０の正電源端子Ｔ１Ｐおよび負電源端子Ｔ１Ｎが接続されている。
スイッチング素子Ｑ１と共にハイサイド回路１２０を構成するスイッチング素子Ｑ２は、高電圧ノードＮＨと出力ノードＮＯ２との間に接続されている。即ち、スイッチング素子Ｑ２のドレインは高電圧ノードＮＨに接続され、そのソースは出力ノードＮＯ２に接続され、そのゲートには、駆動回路ＤＲＨ２の出力部が接続されている。駆動回路ＤＲＨ２は、出力ノードＮＯ２に接続された接地ノードと、出力ノードＮＯ２の電圧を基準とした動作電圧が供給される電源ノードとを有し、出力ノードＮＯ２の電圧を基準としてスイッチング素子Ｑ２のゲートを駆動する。駆動回路ＤＲＨ２の電源ノードおよび接地ノードには、それぞれ、後述する電源１５０の正電源端子Ｔ２Ｐおよび負電源端子Ｔ２Ｎが接続されている。
ローサイド回路１３０は、例えばＦＥＴ(Field Effect Transistor)からなるスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を駆動するための駆動回路ＤＲＬ１，ＤＲＬ２と備える。このうち、スイッチング素子Ｑ３は、出力ノードＮＯ１と低電圧ノードＮＬとの間に接続されている。即ち、スイッチング素子Ｑ３のドレインは出力ノードＮＯ１に接続され、そのソースは低電圧ノードＮＬに接続され、そのゲートには、駆動回路ＤＲＬ１の出力部が接続されている。駆動回路ＤＲＬ１は、低電圧ノードＮＬに接続された接地ノードと、低電圧ノードＮＬの電圧を基準とした動作電圧が供給される電源ノードとを有し、低電圧ノードＨＬの電圧を基準としてスイッチング素子Ｑ３のゲートを駆動する。駆動回路ＤＲＬ１の電源ノードおよび接地ノードには、それぞれ、後述する電源１５０の正電源端子Ｔ３Ｐおよび負電源端子Ｔ３Ｎが接続されている。
スイッチング素子Ｑ３と共にローサイド回路１３０を構成するスイッチング素子Ｑ４は、出力ノードＮＯ２と低高電圧ノードＮＬとの間に接続されている。即ち、スイッチング素子Ｑ４のドレインは出力ノードＮＯ２に接続され、そのソースは低電圧ノードＮＬに接続され、そのゲートには、駆動回路ＤＲＬ２の出力部が接続されている。駆動回路ＤＲＬ２は、低電圧ノードＮＬに接続された接地ノードと、低電圧ノードＮＬの電圧を基準とした動作電圧が供給される電源ノードとを有し、低電圧ノードＮＬの電圧を基準としてスイッチング素子Ｑ４のゲートを駆動する。駆動回路ＤＲＬ２の電源ノードおよび接地ノードには、それぞれ、後述する電源１５０の正電源端子Ｔ３Ｐおよび負電源端子Ｔ３Ｎが接続されている。
整流部１１０を構成するサイリスタＳＣＲ１，ＳＣＲ２，ＳＣＲ３の各ゲートには、駆動回路１４０の出力部が接続される。駆動回路１４０は、高電圧ノードＮＨに接続された接地ノードと、高電圧ノードＮＨの電圧を基準とした動作電圧が供給される電源ノードを有し、高電圧ノードＮＨの電圧を基準として整流部１１０を駆動する。即ち、駆動回路１４０は、三相交流発電機Ｇから出力される各相の交流出力の位相に合わせて、整流部１４０を構成するサイリスタＳＣＲ１，ＳＣＲ２，ＳＣＲ３のゲートを個別に駆動することにより、高電圧ノードＮＨと低電圧ノードＮＬとの間に所望の直流電力を発生させる。
ハイサイド回路１２０を構成する駆動回路ＤＲＨ１の電源ノードと駆動回路１４０の電源ノードとの間にはダイオードＤ１が接続される。即ち、ダイオードＤ１のアノードは駆動回路ＤＲＨ１の電源ノードに接続され、そのカソードは駆動回路１４０の電源ノードに接続されている。ダイオードＤ１は、駆動回路ＤＲＨ１の電源ノードから駆動回路１４０の電源ノードに向けて電流を供給するための整流回路として機能する。
また、ハイサイド回路１２０を構成する駆動回路ＤＲＨ２の電源ノードと駆動回路１４０の電源ノードとの間にはダイオードＤ２が接続される。即ち、ダイオードＤ２のアノードは駆動回路ＤＲＨ２の電源ノードに接続され、そのカソードは駆動回路１４０の電源ノードに接続されている。ダイオードＤ２は、駆動回路ＤＲＨ２の電源ノードから駆動回路１４０の電源ノードに向けて電流を供給するための整流回路として機能する。
さらに、ローサイド回路１３０を構成する駆動回路ＤＲＬ１，ＤＲＬ２の各電源ノードと駆動回路１４０の電源ノードとの間には、ダイオードＤ３が接続されている。即ち、ダイオードＤ３のアノードは駆動回路ＤＲＬ１，ＤＲＬ２の各電源ノードに接続され、そのカソードは駆動回路１４０の電源ノードに接続されている。ダイオードＤ３は、駆動回路ＤＲＬ１，ＤＲＬ２の各電源ノードから駆動回路１４０の電源ノードに向けて電流を供給するための整流回路として機能する。なお、ダイオードＤ３は、後述するように、駆動回路１４０の初期の動作電圧を確保するためのものであるが、仮に駆動回路１４０の初期の動作電圧があらかじめ保障されている場合には、ダイオードＤ３を省略することも可能である。
上述のダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３の各カソードが接続された駆動回路１４０の電源ノードと、駆動回路１４０の接地ノードが接続された高電圧ノードＮＨとの間には、駆動回路１４０の動作電圧を保持するためのコンデンサＣＤが接続されている。ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３を通じて供給される電流または電圧によりコンデンサＣＤが充電されることにより、駆動回路１４０の動作電圧がコンデンサＣＤに保持される。なお、駆動回路１４０の動作電圧を保持することができるのであれば、コンデンサＣＤを寄生容量等で代用してもよく、必要に応じてコンデンサＣＤを省略することが可能である。
図１において、コンデンサＣＩＮは、整流部１１０により整流された直流電力の電圧を平滑化するためのものである。インダクタＬＯ１，ＬＯ２は所謂チョークコイルである。コンデンサＣＯ１は所謂Ｘコンデンサとして機能し、コンデンサＣＯ２，ＣＯ３は所謂Ｙコンデンサとして機能する。
電源１５０は、フライバック方式の電源の一種である公知のＲｃｃ(Rising choke converter)電源であり、ダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４、コンデンサＣ１１、スイッチング素子Ｑ１１、トランスＴ、ダイオードＤ２１，Ｄ２２，Ｄ２３、コンデンサＣ２１，Ｃ２２，Ｃ２３を備える。このうち、ダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４は、交流電源ＧＡから出力される交流電力を全波整流する整流回路を構成し、ダイオードＤ１１，Ｄ１２のカソードと、ダイオードＤ１３，Ｄ１４のアノードとの間に、整流された直流電圧を出力する。コンデンサＣ１１は、ダイオードＤ１１，Ｄ１２のカソードと、ダイオードＤ１３，Ｄ１４のアノードとの間に接続され、上記整流された直流電圧を平滑化する。なお、交流電源ＧＡが出力する交流電力は、例えば、三相交流発電機Ｇの１相分の交流電力を流用することができる。また、電源１５０として、Ｒｃｃ電源に限らず、任意の方式の電源を用いることができる。
トランスＴは、複数の１次巻線Ｍ１１，Ｍ１２と、複数の２次巻線Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３を備えている。このうち、１次巻線Ｍ１１の一端は、ダイオードＤ１１，Ｄ１２のカソードに接続され、１次巻線Ｍ１１の他端は、スイッチ素子Ｑ１１のドレインに接続されている。スイッチング素子Ｑ１１のソースは、ダイオードＤ１３，Ｄ１４のアノードに接続されている。スイッチング素子Ｑ１１のゲートには、トランスＴ２の１次巻線Ｍ１２の一端が接続され、１次巻線Ｍ１２の他端は、スイッチング素子Ｑ１１のソース（ダイオードＤ１３，Ｄ１４のアノード）に接続されている。
トランスＴの２次巻線Ｍ２１の一端にはダイオードＤ２１のアノードが接続され、そのカソードには正電源端子Ｔ１Ｐが接続されている。トランスＴの２次巻線Ｍ２１の他端には負電源端子Ｔ１Ｎが接続されている。正電源端子Ｔ１Ｐと負電源端子Ｔ１Ｎとの間にはコンデンサＣ２１が接続されている。また、トランスＴの２次巻線Ｍ２２の一端にはダイオードＤ２２のアノードが接続され、そのカソードには正電源端子Ｔ２Ｐが接続されている。トランスＴの２次巻線Ｍ２２の他端には負電源端子Ｔ２Ｎが接続されている。正電源端子Ｔ２Ｐと負電源端子Ｔ２Ｎとの間にはコンデンサＣ２２が接続されている。さらに、トランスＴの２次巻線Ｍ２２の一端にはダイオードＤ２３のアノードが接続され、そのカソードには正電源端子Ｔ３Ｐが接続されている。トランスＴの２次巻線Ｍ２３の他端には負電源端子Ｔ３Ｎが接続されている。正電源端子Ｔ３Ｐと負電源端子Ｔ３Ｎとの間にはコンデンサＣ２３が接続されている。
本実施形態では、正電源端子Ｔ１Ｐおよび負電源端子Ｔ１Ｎは、トランスＴにより接地に対して絶縁されているため、電源１５０から正電源端子Ｔ１Ｐと負電源端子Ｔ１Ｎとの間に出力される電源電圧ＶＱ１は、接地電圧から絶縁された電圧である。同様に、正電源端子Ｔ２Ｐおよび負電源端子Ｔ２Ｎは、接地に対して絶縁されているため、電源１５０から正電源端子Ｔ２Ｐと負電源端子Ｔ２Ｎとの間に出力される電源電圧ＶＱ２は、接地電圧から絶縁された電圧である。これに対し、負電源端子Ｔ３Ｎは接地されているため、正電源端子Ｔ３Ｐには、接地電圧を基準とした電源電圧ＶＱ３が出力される。
なお、本実施形態では、「正電源端子」および「負電源端子」は、それぞれ、各端子の極性が正および負である場合に限らず、「正電源端子」の電位が「負電源端子」の電位に対して相対的に高い場合も意味している。ただし、「正電源端子」の電位が「負電源端子」の電位に対して相対的に低いものとしてもよい。
また、本実施形態では、電源１５０をインバータ装置１００の構成要素とするが、電源１５０をインバータ装置１００とは別の外部電源としてもよい。この場合、例えば、電源１５０の構成要素の一部の構成、例えば、電源電圧ＶＱ１，ＶＱ２，ＶＱ３の何れか１つの電源電圧、または任意の組み合わせの電源電圧を発生させる構成をインバータ装置１００の構成要素として備えてもよい。
（動作の説明）
次に、本実施形態によるインバータ装置１００の動作を説明する。
初期状態では、三相交流発電機Ｇの回転は停止しており、三相交流発電機Ｇは発電していない。この初期状態では、ハイサイドアームを形成する高電圧ノードＮＨの電圧は、接地電圧付近にある。この初期状態では、電源１５０は、交流電源ＧＡの交流出力に基づいて動作し、正電源端子Ｔ１Ｐと負電源端子Ｔ１Ｎとの間に電源電圧ＶＱ１を発生させ、正電源端子Ｔ２Ｐと負電源端子Ｔ２Ｎとの間に電源電圧ＶＱ２を発生させ、正電源端子Ｔ３Ｐと負電源端子Ｔ３Ｎとの間に電源電圧ＶＱ３を発生させる。本実施形態では、電源電圧ＶＱ１，ＶＱ２，ＶＱ３の各電圧値は、ほぼ等しいものとする。電源電圧ＶＱ１は、正電源端子Ｔ１Ｐと負電源端子Ｔ１Ｎとを介してハイサイド回路１２０の駆動回路ＤＲＨ１に供給される。これにより、駆動回路ＤＲＨ１の接地ノードと電源ノードとの間には電源電圧ＶＱ１が印加され、駆動回路ＤＲＨ１が動作可能な状態となる。
また、電源電圧ＶＱ２は、正電源端子Ｔ２Ｐと負電源端子Ｔ２Ｎとを介してハイサイド回路１２０の駆動回路ＤＲＨ２に供給される。これにより、駆動回路ＤＲＨ２の接地ノードと電源ノードとの間には電源電圧ＶＱ２が印加され、駆動回路ＤＲＨ２が動作可能な状態となる。更に、電源電圧ＶＱ３は、正電源端子Ｔ３Ｐと負電源端子Ｔ３Ｎとを介してローサイド回路１３０の駆動回路ＤＲＬ１に供給される。これにより、駆動回路ＤＲＬ１の接地ノードと電源ノードとの間には電源電圧ＶＱ３が印加され、駆動回路ＤＲＬ１が動作可能な状態となる。更にまた、電源電圧ＶＱ３は、正電源端子Ｔ３Ｐと負電源端子Ｔ３Ｎとを介してローサイド回路１３０の駆動回路ＤＲＬ２に供給される。これにより、駆動回路ＤＲＬ２の接地ノードと電源ノードとの間には電源電圧ＶＱ３が印加され、駆動回路ＤＲＬ２が動作可能な状態となる。
図１の例では、ローサイド回路１３０の駆動回路ＤＲＬ１，ＤＲＬ２の各接地ノードは、ローサイドアームを形成する低電圧ノードＮＬに接続され、低電圧ノードＮＬは接地されている。このため、ローサイド回路１３０の駆動回路ＤＲＬ１，ＤＲＬ２の電源ノードには、接地電圧を基準とした電源電圧ＶＱ３が印加される。これに対し、ハイサイド回路１２０の駆動回路ＤＲＨ１の電源ノードおよび接地ノードにそれぞれ接続された正電源端子Ｔ１Ｐおよび負電源端子Ｔ１Ｎは、共に接地から電気的に絶縁されている。このため、駆動回路ＤＲＨ１の電源ノードと接地ノードとの間には、接地電位から絶縁された状態で電源電圧ＶＱ１が印加される。ただし、駆動回路ＤＲＨ１の接地ノードは、スイッチング素子Ｑ１のソースが接続された出力ノードＮＯ１に接続されているので、駆動回路ＤＲＨ１の電源ノードには、出力ノードＮＯ１の電圧を基準にして電源電圧ＶＱ１が印加される。これにより、駆動回路ＤＲＨ１は、出力ノードＮＯ１の電圧状態によらず、スイッチング素子Ｑ１のソース電圧を基準としたゲート電圧を発生させてスイッチング素子Ｑ１の導通を制御することが可能になる。
同様に、ハイサイド回路１２０の駆動回路ＤＲＨ２の電源ノードおよび接地ノードにそれぞれ接続された正電源端子Ｔ２Ｐおよび負電源端子Ｔ２Ｎは、共に接地から電気的に絶縁されている。このため、駆動回路ＤＲＨ２の電源ノードと接地ノードとの間には、接地電圧から絶縁された状態で電源電圧ＶＱ２が印加される。ただし、駆動回路ＤＲＨ２の接地ノードは、スイッチング素子Ｑ２のソースが接続された出力ノードＮＯ２に接続されているので、駆動回路ＤＲＨ２の電源ノードには、出力ノードＮＯ２の電圧を基準にして電源電圧ＶＱ２が印加される。これにより、駆動回路ＤＲＨ２は、出力ノードＮＯ２の電圧状態によらず、スイッチング素子Ｑ２のソース電圧を基準としたゲート電圧を発生させてスイッチング素子Ｑ２の導通を制御することが可能になる。
以上により、ハイサイド回路１２０を構成する動回路ＤＲＨ１，ＤＲＨ２と、ローサイド回路１３０を構成する駆動回路ＤＲＬ１，ＤＲＬ２の各動作電圧が確保され、これら駆動回路が動作可能な状態になる。
次に、駆動回路１４０の動作電圧について説明する。
電源１５０が電源電圧ＶＱ１，ＶＱ２，ＶＱ３を発生させていない初期状態では、ハイサイド回路１２０の駆動回路ＤＲＨ１，ＤＲＨ２、ローサイド回路１３０の駆動回路ＤＲＬ１，ＤＲＬ２、整流部１１０の駆動回路１４０が動作していない。このため、ローサイドアームを形成する低電圧ノードＮＬとハイサイドアームを形成する高電圧オードＮＨの各電圧はほぼ０Ｖとなっており、出力ノードＮＯ１，ＮＯ２の各電圧もほぼ０Ｖとなっている。この状態から、電源１５０が、正電源端子Ｔ１Ｐと負電源端子Ｔ１Ｎとの間に電源電圧ＶＱ１を発生させると、電源電圧ＶＱ１がハイサイド回路１２０の駆動回路ＤＲＨ１の電源ノードと接地ノードとの間に印加され、駆動回路ＤＲＨ１の電源ノードの電圧が上昇する。このため、ダイオードＤ１を通じて、駆動回路ＤＲＨ１の電源ノードから駆動回路１４０の電源ノードに向かって電流が流れ込む。この電流によりコンデンサＣＤが充電される。
また、電源１５０が、正電源端子Ｔ２Ｐと負電源端子Ｔ２Ｎとの間に電源電圧ＶＱ２を発生させると、電源電圧ＶＱ２がハイサイド回路１２０の駆動回路ＤＲＨ２の電源ノードと接地ノードとの間に印加され、駆動回路ＤＲＨ２の電源ノードの電位が上昇する。このため、ダイオードＤ２を通じて、駆動回路ＤＲＨ２の電源ノードから駆動回路１４０の電源ノードに向かって電流が流れ込む。この電流によりコンデンサＣＤが充電される。更に、電源１５０が、正電源端子Ｔ３Ｐと負電源端子Ｔ３Ｎとの間に電源電圧ＶＱ３を発生させると、電源電圧ＶＱ３がローサイド回路１３０の駆動回路ＤＲＬ１，ＤＲＬ２の電源ノードと接地ノードとの間に印加され、駆動回路ＤＲＬ１，ＤＲＬ２の電源ノードの電位が上昇する。このため、ダイオードＤ３を通じて、駆動回路ＤＲＬ１，ＤＲＬ２の各電源ノードから駆動回路１４０の電源ノードに向かって電流が流れ込む。この電流によりコンデンサＣＤが充電される。
上述のように、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３を通じて各駆動回路ＤＲＨ１，ＤＲＨ２，ＤＲＬ１，ＤＲＬ２の各電源ノードから駆動回路１４０の電源ノードに電流が流れ込み、コンデンサＣＤが充電される結果、駆動回路１４０の電源ノードの電圧が、駆動回路１４０の接地ノードが接続された高電圧ノードＮＨの電圧を基準にして、電源電圧ＶＱ１，ＶＱ２，ＶＱ３とほぼ等しいレベルにまで上昇する。これにより、ハイサイドアームを形成する高電圧ノードＮＨの電圧を基準にした駆動回路１４０の動作電圧がコンデンサＣＤに保持され、駆動回路１４０が動作可能な状態になる。
この後、駆動回路１４０が図示しない制御回路の制御の下、整流部１１０のサイリスタＳＣＲ１，ＳＣＲ２，ＳＣＲ３の導通を制御することにより、整流部１１０が三相交流発電機Ｇから出力される交流電力を所定の直流電力に変換し、その直流電圧を、ハイサイドアームを形成する高電圧ノードＮＨと、ローサイドアームを形成する低電圧ノードＮＬとの間に発生させる。このように高電圧ノードＮＨと低電圧ノードＮＬとの間に直流電圧が発生された状態で、ハイサイド回路１２０およびローサイド回路１３０がスイッチング動作を実施する。
図２に、本発明の第１実施形態に係るインバータ装置１００のスイッチング動作を説明するための波形の一例を示す。同図に示す信号Ｓ１，Ｓ２は、それぞれ、上述のハイサイド回路１２０の駆動回路ＤＲＨ１，ＤＲＨ２がそれぞれ出力する駆動信号であり、信号Ｓ３，Ｓ４は、それぞれ、ローサイド回路１３０の駆動回路ＤＲＬ１，ＤＲＬ２が出力する駆動信号である。ただし、図２の例に示す各信号の波形は位相関係を示すためのものであり、各信号レベルは、各駆動回路の接地ノードの電位に応じて異なる。駆動回路ＤＲＨ１，ＤＲＨ２および駆動回路ＤＲＬ１，ＤＲＬ２は、図示しない制御回路の制御の下、駆動信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を生成して出力する。
本実施形態では、図２に示すように、ハイサイド回路１２０を構成する駆動回路ＤＲＨ１が出力する駆動信号Ｓ１と、ローサイド回路１３０の駆動回路ＤＲＬ２が出力する駆動信号Ｓ４の位相は同じに設定される。これにより、ハイサイド回路１２０のスイッチング素子Ｑ１とローサイド回路１３０のスイッチング素子Ｑ４はほぼ同じタイミングでスイッチング動作する。これに対し、ハイサイド回路１２０を構成する駆動回路ＤＲＨ２が出力する駆動信号Ｓ２と、ローサイド回路１３０の駆動回路ＤＲＬ１が出力する駆動信号Ｓ３の位相は同じに設定される。これにより、ハイサイド回路１２０のスイッチング素子Ｑ１とローサイド回路１３０のスイッチング素子Ｑ４はほぼ同じタイミングでスイッチング動作する。また、駆動信号Ｓ１，Ｓ４と駆動信号Ｓ２，Ｓ３との間には１８０°の位相差が設けられている。これにより、一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４と一対のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３は交互にスイッチング動作する。このスイッチング動作により、出力ノードＮＯ１と出力ノードＮＯ２との間に所望の交流電力が発生し、この交流電力が出力端子ＴＯ１，ＴＯ２を介してインバータ装置１００から出力される。
また、本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４がスイッチングする過程で、一定期間、全てのスイッチング素子がオフする状態となるように、駆動信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の各位相間に所謂デッドタイム期間が設定されている。図２の例では、例えば、駆動信号Ｓ１，Ｓ４がハイレベルからローレベルに遷移してスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がオフする時刻ｔ２と、駆動信号Ｓ２，Ｓ３がローレベルからハイレベルに遷移してスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がオンする時刻ｔ３との間の期間がデットタイム期間となり、このデッドタイム期間では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４の全てがオフ状態とされる。また、図２の例では、駆動信号Ｓ２，Ｓ３がハイレベルからローレベルに遷移してスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がオフする時刻ｔ４と、駆動信号Ｓ１，Ｓ４がローレベルからハイレベルに遷移してスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がオンする時刻ｔ５との間の期間もデットタイム期間となり、このデッドタイム期間でも、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４の全てがオフ状態とされる。このようなデッドタイム期間を設けることにより、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４がスイッチング動作する際に高電圧ノードＮＨから低電圧ノードＮＬに向けて流れる貫通電流を防止している。
上述のスイッチング動作の過程で、出力ノードＮＯ１の電圧は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３のオン／オフに応じて変動する。例えば、スイッチング素子Ｑ１がオンし、スイッチング素子Ｑ３がオフした場合、出力ノードＮＯ１の電圧は上昇し、逆に、スイッチング素子Ｑ１がオフし、スイッチング素子Ｑ３がオンした場合、出力ノードＮＯ１の電圧は低下する。このため、出力ノードＮＯ１に接続された駆動回路ＤＲＨ１の接地ノードの電圧も出力ノードＮＯ１の電圧に応じて変動する。しかしながら、駆動回路ＤＲＨ１の電源ノードと接地ノードとの間には、正電源端子Ｔ１Ｐおよび負電源端子Ｔ１Ｎを介して電源１５０から電源電圧ＶＱ１が印加されるので、駆動回路ＤＲＨ１は、出力ノードＮＯ１の電圧が変動しても、スイッチング素子Ｑ１のソース電圧を基準としてスイッチング素子Ｑ１のゲートを駆動することができる。従って、駆動回路ＤＲＨ１は、出力ノードＮＯ１の電圧の変動にかかわらず、スイッチング素子Ｓ１を駆動することが可能になる。ハイサイド回路１２０の駆動回路ＤＲＨ２についても同様である。
ここで、前述のように、整流回路１１０により三相交流発電機Ｇの交流電力が整流されて、ハイサイドアームを形成する高電圧ノードＮＨとローサイドアームを形成する低電圧ノードＮＬとの間に所定の直流電圧が発生されると、高電圧ノードＮＨと低電圧ノードＮＬとの間の電圧が電源電圧ＶＱ１，ＶＱ２，ＶＱ３よりも高い電圧になる。これにより、高電圧ノードＮＨに接続された駆動回路１４０の接地ノードの電圧が電源電圧ＶＱ１，ＶＱ２，ＶＱ３よりも高くなる。このような状態で駆動回路１４０が動作可能であるためには、駆動回路１４０の電源ノードに、高電圧ノードＮＨを基準として高い電圧を供給する必要がある。本実施形態では、上述のように高電圧ノードＮＨの電圧が上昇した場合、次に説明するように、ダイオードＤ１，Ｄ２を通じて、ハイサイド回路１２０の駆動回路ＤＲＨ１，ＤＲＨ２の各電源ノードの電圧を駆動回路１４０の電源ノードに供給する。
前述したスイッチング動作の過程で、スイッチング素子Ｑ１がオンし、スイッチング素子Ｑ３がオフすると、スイッチング素子Ｑ１のソースが接続された出力ノードＮＯ１の電圧が、スイッチング素子Ｑ１のドレインが接続された高電圧ノードＮＨの電圧付近にまで上昇する。これにより、出力ノードＮＯ１に接地ノードが接続された駆動回路ＤＲＨ１の電源ノードの電圧が、高電圧ノードＮＨの電圧に電源電圧ＶＱ１を加えた電圧付近にまで上昇する。この結果、ダイオードＤ１を介して駆動回路ＤＲＨ１の電源ノードから駆動回路１４０の電源ノードに向けて電流が流れ込み、駆動回路１４０の電源ノードの電圧が、高電圧ノードＮＨの電圧よりもほぼ電源電圧ＶＱ１だけ高い電圧にまで上昇する。即ち、駆動回路１４０の電源ノードと接地ノードとの間にほぼ電源電圧ＶＱ１に等しい電圧が発生し、コンデンサＣＤに駆動回路１４０の動作電圧として保持される。
同様に、前述したスイッチング動作の過程で、スイッチング素子Ｑ２がオンし、スイッチング素子Ｑ４がオフすると、スイッチング素子Ｑ２のソースが接続された出力ノードＮＯ２の電圧が、スイッチング素子Ｑ２のドレインが接続された高電圧ノードＮＨの電圧付近にまで上昇する。これにより、出力ノードＮＯ２に接地ノードが接続された駆動回路ＤＲＨ２の電源ノードの電圧が、高電圧ノードＮＨの電圧に電源電圧ＶＱ２を加えた電圧付近にまで上昇する。この結果、ダイオードＤ２を介して駆動回路ＤＲＨ２の電源ノードから駆動回路１４０の電源ノードに向けて電流が流れ込み、駆動回路１４０の電源ノードの電圧が、高電圧ノードＮＨの電圧よりもほぼ電源電圧ＶＱ２だけ高い電圧にまで上昇する。即ち、駆動回路１４０の電源ノードと接地ノードとの間にほぼ電源電圧ＶＱ２に等しい電圧が発生し、コンデンサＣＤに保持される。このようにして、駆動回路ＤＲＨ１、ＤＲＨ２の各電源ノードからダイオードＤ１，Ｄ２を通じて駆動回路１４０の電源ノードに電流が流れ込み、駆動回路１４０の電源ノードに接続されたコンデンサＣＤが充電され、駆動回路１４０の動作電圧がコンデンサＣＤに保持される。
本実施形態では、電源電圧ＶＱ１と電源電圧ＶＱ２の電圧値は等しく設定されているから、駆動回路１４０の電源ノードの電圧は、その接地ノードが接続された高電圧ノードＮＨの電圧を基準にして、電源電圧ＶＱ１，ＶＱ２の各電圧値にほぼ等しい一定電圧に維持される。これにより、ハイサイドアームを形成する高電圧ノードＮＨの電圧を基準とした駆動回路１４０の動作電圧が確保される。このため、駆動回路１４０は、整流部１１０の整流動作により高電圧ノードＮＨの電圧が上昇した後も、ハイサイド回路１２０を構成する駆動回路ＤＲＨ１，ＤＲＨ２の各電源ノードから動作電圧を確保し、整流部１１０のサイリスタＳＣＲ１，ＳＣＲ２，ＳＣＲ３の導通を継続して制御することができる。
図３Ａに、本発明の第１実施形態に係るインバータ装置１００の電気的特性の測定結果の一例を示し、無負荷状態（出力負荷が存在しない状態）での測定結果の一例を示す。また、図３Ｂに、本発明の第１実施形態に係るインバータ装置１００の電気的特性の測定結果の一例を示し、図示しない出力負荷が存在する状態での測定結果の一例を示す。図３Ａおよび図３Ｂのそれぞれにおいて、上段から下段に向けて、順に、出力端子ＴＯ１と出力端子ＴＯ２との間に発生する出力電圧Ｖｏｕｔの波形、出力端子ＴＯ１と出力端子ＴＯ２との間の図示しない出力負荷に流れる出力電流Ｉｏｕｔの波形、整流部１１０から高電圧ノードＮＨに出力される直流電圧の波形、駆動回路１４０の電源ノードの電圧Ｖ１４０の波形を示す。無負荷状態での図３Ａの各波形と比較して、負荷が存在する場合の図３Ｂに示す各波形にはリップルが発生している。しかしながら、このリップルは許容範囲内のものであり、改善することも可能である。このように出力負荷が存在する場合には各波形にリップルが発生するものの、本願発明者らにより駆動回路１４０の基本動作が実験的に確認された。
上述した本発明の第１実施形態によれば、整流部１１０のサイリスタＳＣＲ１，ＳＣＲ２，ＳＣＲ３を駆動する駆動回路１４０の動作電圧が、ハイサイド回路１２０を構成する駆動回路ＤＲＨ１，ＤＲＨ２の電源ノードから得ることができる。従って、ハイサイドアームを形成する高電圧ノードＮＨを基準とした駆動回路１４０の動作電圧を発生させる絶縁電源を備える必要がなくなる。即ち、絶縁電源を用いることなく、駆動回路１４０の動作電圧（動作電源）を得ることができる。よって、第１実施形態によれば、電源１５０の構成を簡略化することができる。具体的には、電源１５０のトランスＴを構成する鉄心（コア）のサイズを小さくすることができ、トランスＴを小型化することができる。このため、インバータ装置１００の小型化と低コスト化を図ることができる。
＜第２実施形態＞
次に、図４を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。
図４は、本発明の第２実施形態に係るインバータ装置２００の回路構成の一例を示す図である。本実施形態に係るインバータ装置２００は、上述の第１実施形態に係る図１に示すインバータ装置１００の構成において、ハイサイド回路１２０および電源１５０に代えて、ハイサイド回路１２０Ａおよび電源１５０Ａを備える。その他の構成は第１実施形態と同様である。
ここで、ハイサイド回路１２０Ａは、駆動回路ＤＲＨ１，ＤＲＨ２のそれぞれに対し、所謂ブートストラップ回路を備えている。即ち、駆動回路ＤＲＨ１に対し、ダイオードＤＢ１とコンデンサＣＢ１とからなるブートストラップ回路ＢＴＳ１が備えられ、駆動回路ＤＲＨ２に対し、ダイオードＤＢ２とコンデンサＣＢ２とからなるブートストラップ回路ＢＴＳ２が備えられている。ここで、ブートストラップ回路ＢＴＳ１を構成するダイオードＤＢ１のカソードは駆動回路ＤＲＨ１の電源ノードに接続され、ダイオードＤＢ１のアノードは、ローサイド回路１３０を構成する駆動回路ＤＲＬ１，ＤＲＬ２の各電源ノード、即ち、電源１５０Ａの正電源端子Ｔ３Ｐに接続されている。ブートストラップ回路ＢＴＳ１を構成するコンデンサＣＢ１は、駆動回路ＤＲＨ１の電源ノードと出力ノードＮＯ１との間に接続されている。また、ブートストラップ回路ＢＴＳ２を構成するダイオードＤＢ２のカソードは駆動回路ＤＲＨ２の電源ノードに接続され、ダイオードＤＢ２のアノードは、ローサイド回路１３０を構成する駆動回路ＤＲＬ１，ＤＲＬ２の各電源ノード、即ち、電源１５０Ａの正電源端子Ｔ３Ｐに接続されている。ブートストラップ回路ＢＴＳ２を構成するコンデンサＣＢ２は、駆動回路ＤＲＨ２の電源ノードと出力ノードＮＯ２との間に接続されている。
ブートストラップ回路ＢＴＳ１は、出力ノードＮＯ１の電圧が低下した際にローサイド回路１３０の駆動回路ＤＲＬ１，ＤＲＬ２の電源ノードの電圧により駆動回路ＤＲＨ１の電源ノードに接続されたコンデンサＣＢ１を充電し、出力ノードＮＯ１の電圧の上昇に応答して駆動回路ＤＲＨ１の電源ノードの電圧を昇圧する。また、ブートストラップ回路ＢＴＳ２は、出力ノードＮＯ２の電圧が低下した際にローサイド回路１３０の駆動回路ＤＲＬ１，ＤＲＬ２の電源ノードの電圧により駆動回路ＤＲＨ２の電源ノードに接続されたコンデンサＣＢ２を充電し、出力ノードＮＯ２の電圧の上昇に応答して駆動回路ＤＲＨ２の電源ノードの電圧を昇圧する。このように、第２実施形態では、ブートストラップ回路ＢＴＳ１，ＢＴＳ２を用いて駆動回路ＤＲＨ１，ＤＲＨ２の各電源ノードの電圧を昇圧することにより、第１実施形態の電源電圧ＶＱ１，ＶＱ２に対応した電圧を発生させている。
次に、第２実施形態にインバータ装置２００の動作を説明する。
電源１５０Ａが初期状態から動作を開始すると、電源１５０Ａは、電源電圧ＶＱ３を発生させる。電源電圧ＶＱ３は、正電源端子Ｔ３Ｐと負電源端子Ｔ３Ｎとを介してローサイド回路１３０の駆動回路ＤＲＬ１，ＤＲＬ２に供給される。これにより、駆動回路ＤＲＬ１，ＤＲＬ２の電源ノードと接地ノードとの間には電源電圧ＶＱ３が印加され、駆動回路ＤＲＬ１，ＤＲＬ２が動作可能な状態となる。また、電源電圧ＶＱ３は、電源１５０Ａから正電極端子Ｔ３Ｐを介してダイオードＤ３のアノードに印加される。このため、ダイオードＤ３を通じて駆動回路１４０の電源ノードに電流が流れ込み、コンデンサＣＤが充電され、駆動回路１４０の電源ノードの電圧が、高電圧ノードＮＨを基準にして電源電圧ＶＱ３付近にまで上昇する。これにより、駆動回路ＤＳＣの初期の動作電圧が確保され、駆動回路１４０が動作可能な状態になる。
駆動回路１４０が動作可能になると、駆動回路１４０は、整流部１１０のサイリスタＳＣＲ１，ＳＣＲ２，ＳＣＲ３の導通を制御する。この制御の下、整流部１１０は、三相交流発電機Ｇから出力される交流電力を直流電力に変換して高電圧ノードＮＨと低電圧ノードＮＬとの間に所定の直流電圧を発生させる。この結果、高電圧ノードＮＨに接続された駆動回路１４０の接地ノードの電圧が電源電圧ＶＱ３よりも高い電圧に上昇した状態になる。このような状態で駆動回路１４０が動作可能であるためには、駆動回路１４０の電源ノードに、駆動回路１４０の接地ノードが接続された高電圧ノードＮＨを基準として高い電圧を供給する必要がある。高電圧ノードＮＨの電圧が上昇した状態では、第１実施形態と同様に、ダイオードＤ１，Ｄ２を通じてハイサイド回路１２０の駆動回路ＤＲＨ１，ＤＲＨ２の各電源ノードの電圧を駆動回路１４０の電源ノードに供給するが、本実施形態では、次に説明するように、電源電圧ＶＱ１，ＶＱ２によらずに、ブートストラップ回路ＢＴＳ１，ＢＴＳ２を用いてハイサイド回路１２０の駆動回路ＤＲＨ１，ＤＲＨ２の電源ノードの電圧を昇圧することにより、ハイサイド回路１２０の駆動回路ＤＲＨ１，ＤＲＨ２の動作電圧を得ている。
具体的に説明する。電源１５０Ａが発生させた電源電圧ＶＱ３は、負電極端子Ｔ３Ｎの電圧（接地電圧）を基準として、ローサイド回路１３０の駆動回路ＤＲＬ１，ＤＲＬ２の各電源ノードに供給される。これにより、ローサイド回路１３０の駆動回路ＤＲＬ１，ＤＲＬ２は動作可能な状態になる。ここで、例えば駆動回路ＤＲＬ１がスイッチング素子Ｑ３を駆動してオンさせると、出力ノードＮＯ１の電圧が接地電圧にまで低下する。このとき、ハイサイド回路１２０の駆動回路ＤＲＨ１の電源ノードと接地ノードとの間に接続されたコンデンサＣＢ１が、ダイオードＤＢ１を通じて電源１５０Ａから供給される電源電圧ＶＱ３により充電される。これにより、駆動回路ＤＲＨ１の動作電圧が確保され、駆動回路ＤＲＨ１が動作可能な状態になる。また、駆動回路ＤＲＬ２がスイッチング素子Ｑ４を駆動してオンさせると、出力ノードＮＯ２の電圧が接地電圧にまで低下する。このとき、ハイサイド回路１２０の駆動回路ＤＲＨ２の電源ノードと接地ノードとの間に接続されたコンデンサＣＢ２が、ダイオードＤＢ２を通じて電源１５０Ａから供給される電源電圧ＶＱ３により充電される。これにより、駆動回路ＤＲＨ２の動作電圧が確保され、駆動回路ＤＲＨ２が動作可能な状態になる。
駆動回路ＤＲＨ１，ＤＲＨ２，ＤＲＬ１，ＤＲＬ２が動作可能になると、駆動回路ＤＲＨ１，ＤＲＨ２および駆動回路ＤＲＬ１，ＤＲＬ２は、それぞれ、図示しない制御回路の制御の下、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４とスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３とを交互に駆動してスイッチング動作させ、出力ノードＮＯ１と出力ノードＮＯ２との間に交流電圧を発生させる。このスイッチング動作において、駆動回路ＤＲＬ１がスイッチング素子Ｑ３をオフさせた後、駆動回路ＤＲＨ１が所定のデッドタイム期間を経てスイッチング素子Ｑ１をオンさせる。スイッチング素子Ｑ１がオンすると、出力ノードＮＯ１の電圧が上昇して高電圧ノードＮＨの電圧とほぼ等しくなる。出力ノードＮＯ１の電圧が上昇すると、ブートストラップ回路ＢＴＳ１のコンデンサＣＢ１により駆動回路ＤＲＨ１の電源ノードの電圧が昇圧される。これにより、駆動回路ＤＲＨ１の電源ノードからダイオードＤ１を通じて駆動回路１４０の電源ノードに電流が流れ込み、コンデンサＣＤが充電される。この場合、駆動回路１４０の電源ノードの電圧は、概ね電源電圧ＶＱ３に相当する電圧だけ、ハイサイドアームを形成する高電圧ノードＮＨの電圧よりも相対的に高くなる。
同様に、上記スイッチング動作の過程で、スイッチング素子Ｑ４がオフし、スイッチング素子Ｑ２がオンすると、出力ノードＮＯ２の電圧が上昇して高電圧ノードＮＨの電圧とほぼ等しくなる。出力ノードＮＯ２の電圧が上昇すると、ブートストラップ回路ＢＴＳ２のコンデンサＣＢ２により駆動回路ＤＲＨ２の電源ノードの電圧が昇圧される。これにより、駆動回路ＤＲＨ２の電源ノードからダイオードＤ２を通じて駆動回路１４０の電源ノードに電流が流れ込み、コンデンサＣＤが充電される。この場合も、駆動回路１４０の電源ノードの電圧は、概ね電源電圧ＶＱ３に相当する電圧だけハイサイドアームを形成する高電圧ノードＮＨの電圧よりも相対的に高くなる。
このように、第２実施形態では、ブートストラップ回路ＢＴＳ１，ＢＴＳ２を用いてハイサイド回路１２０の駆動回路ＤＲＨ１，ＤＲＨ２の電源ノードの電圧を昇圧することにより、高電圧ノードＮＨの電圧が初期状態から上昇した状態に移行した後も、駆動回路１４０が整流部１１０のサイリスタＳＣＲ１，ＳＣＲ２，ＳＣＲ３を駆動するために必要とされる動作電圧を確保している。
第２実施形態によれば、ブートストラップ回路ＢＴＳ１，ＢＴＳ２を用いることにより、第１実施形態の電源電圧ＶＱ１，ＶＱ２が必要なくなる。このため、絶縁電源が不要になり、Ｒｃｃ電源を用いる必要がなくなる。即ち、電源１５０Ａを、非絶縁トランスを用いた電源で実現することができる。従って、第１実施形態に比較して、電源１５０Ａを更に簡略化することが可能になる。
また、第２実施形態によれば、絶縁電源が不要になるため、ハイサイド回路１２０およびローサイド回路１３０の各駆動回路の電源ノードが形成された回路基板（図示なし）の沿面の絶縁耐圧を確保することが容易になる。このため、上記回路基板のパターン設計において、沿面の絶縁耐圧に関する制約を緩和することができ、設計作業を効率化することが可能になる。
＜第３実施形態＞
次に、図５を参照して、本発明の第３実施形態を説明する。
図５に、本発明の第３実施形態に係るインバータ装置３００の回路構成の一例を示す。
インバータ装置３００は、上述の第２実施形態に係る図４に示すインバータ装置２００の構成において、三相交流発電機Ｇに代えて直流電源ＢＡＴ（例えば、バッテリ）を備え、整流部１１０に代えて、過電圧などからインバータ装置３００を保護するためのスイッチング素子ＱＰからなる保護回路ＰＲＣを備えている。スイッチング素子ＱＰは例えばＦＥＴ(Field Effect Transistor)である。その他の構成は、第２実施形態と同様である。ただし、図５では、図４の電源１５０Ａ等の図示が省略されている。なお、図５の例では、第２実施形態と同様に、ブートストラップ回路ＢＴＳ１，ＢＴＳ２を用いた場合を例としているが、第１実施形態と同様に電源１５０を備え、電源１５０から駆動回路ＤＲＨ１，ＤＲＨ２に電源電圧ＶＱ１，ＶＱ２を供給する構成としてもよい。
第３実施形態では、直流電源ＢＡＴが発生させる直流電圧ＶＩＮは、保護回路ＰＲＣのスイッチング素子Ｑを通じて、ハイサイドアームを形成する高電圧ノードＮＨに供給される。ここで、インバータ装置３００を保護するために、直流電源ＢＡＴからの直流電圧ＶＩＮを遮断する必要が発生した場合、図示しない制御回路の制御の下、駆動回路１４０が保護回路ＰＲＣのスイッチング素子ＱＰをオフさせる。この場合、駆動回路１４０の電源ノードと接地ノードとの間には、第２実施形態と同様に、高電圧ノードＮＨの電圧を基準とした電圧がダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３を通じて供給されるので、駆動回路１４０は、高電圧ノードＮＨに接続されたスイッチング素子ＱＰのソース電圧を基準として、スイッチング素子Ｑのゲート電圧を発生させることができる。従って、駆動回路１４０により、保護回路ＰＲＣを構成するスイッチング素子Ｑの導通を制御することができ、直流電圧ＶＩＮをスイッチング素子Ｑにより遮断することが可能になる。その他の動作は、第２実施形態と同様である。
以上から、第３実施形態によれば、保護回路ＰＲＣを構成するスイッチング素子ＱＰを駆動する駆動回路１４０の動作電圧を生成することが可能になる。
＜第４実施形態＞
次に、図６を参照して、本発明の第４実施形態を説明する。
図６に、本発明の第４実施形態に係るインバータ装置４００の回路構成の一例を示す。
インバータ装置４００は、上述の第２実施形態に係る図４に示すインバータ装置２００の構成において、三相交流発電機Ｇに代えて直流電源ＢＡＴ（例えば、バッテリ）を備え、整流部１１０に代えて、スイッチング素子ＱＣ、ダイオードＤＣ、インダクタＬＣからなる降圧チョッパ回路ＣＰＣを備えている。その他の構成は、第２実施形態と同様である。ただし、図６では、図４に示す電源１５０Ａ等の図示は省略されている。なお、図５の例でも、第２実施形態と同様にブートストラップ回路ＢＴＳ１，ＢＴＳ２を用いているが、第１実施形態と同様に電源１５０を備え、電源１５０から駆動回路ＤＲＨ１，ＤＲＨ２に電源電圧ＶＱ１，ＶＱ２を供給する構成としてもよい。
第４実施形態では、直流電源ＢＡＴが発生させる直流電圧ＶＩＮは、降圧チョッパ回路ＣＰＣを構成するスイッチング素子ＱＣを通じて、ハイサイドアームを形成する高電圧ノードＮＨに断続的に供給され、コンデンサＣＩＮには、スイッチング素子ＱＣのオン／オフのデューティに応じて降圧された電圧が印加される。ここで、スイッチング素子ＱＣがオフすると、降圧チョッパ回路ＣＰＣを構成するコイルＬＣに保持された電流がダイオードＤＣを通じて還流される。これにより、スイッチング素子ＱＣがオフしている期間においても、インバータ装置４００の出力電流が確保される。
また、図示しない制御回路の制御の下、駆動回路１４０がスイッチング素子ＱＣを駆動する。この場合、駆動回路１４０の電源ノードと接地ノードとの間には、第２実施形態と同様に、高電圧ノードＮＨの電圧を基準とした電圧がダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３を通じて供給されるので、駆動回路１４０は、高電圧ノードＮＨに接続されたスイッチング素子ＱＣのソース電圧を基準としてスイッチング素子ＱＣのゲート電圧を発生させることができる。従って、駆動回路１４０によりスイッチング素子ＱＣの導通を制御することができ、直流電圧ＶＩＮをスイッチング素子Ｑにより断続的に高電圧ノードＮＨに供給することが可能になる。その他の動作は、第２実施形態と同様である。
以上から、第４実施形態によれば、降圧チョッパ回路ＣＰＣを構成するスイッチング素子ＱＣを駆動する駆動回路１４０の動作電圧を生成することが可能になる。
＜第５実施形態＞
次に、図７を参照して、本発明の第５実施形態を説明する。
図７に、本発明の第５実施形態に係るインバータ装置５００の回路構成の一例を示す。
インバータ装置５００は、上述の第２実施形態に係る図４に示すインバータ装置２００の構成において、上述の第４実施形態と同様に、スイッチング素子ＱＣ、ダイオードＤＣ、インダクタＬＣからなる降圧チョッパ回路ＣＰＣを備えている。その他の構成は、第２実施形態と同様である。ただし、図７では、図４に示す電源１５０Ａ等の図示は省略されている。
第５実施形態に係るインバータ装置５００の動作は、降圧チョッパ回路ＣＰＣに関する動作を除けば第２実施形態と同様であり、この降圧チョッパ回路の動作は、上述の第４実施形態と同様である。
以上から、第５実施形態によれば、第２実施形態と同様に絶縁電源が不要となり、第４実施形態と同様に、降圧チョッパ回路ＣＰＣを構成するスイッチング素子ＱＣを駆動する駆動回路１４０の動作電圧を生成することが可能になる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
１００，２００，３００，４００，５００ インバータ装置
１１０ 整流部
１２０，１２０Ａ ハイサイド回路
１３０ ローサイド回路
１４０ 駆動回路
１５０，１５０Ａ 電源
ＢＡＴ 直流電源
ＢＴＳ１，ＢＴＳ２ ブートストラップ回路
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３ ダイオード（整流回路）
ＤＲＨ１，ＤＲＨ２，ＤＲＬ１，ＤＲＬ２ 駆動回路
Ｇ 三相交流発電機
ＧＡ 交流電源

Claims (4)

  1. 入力電力を直流電力に電力変換し、高電圧ノードと低電圧ノードとの間に前記直流電力の電圧を発生させる電力変換部と、
    出力ノードと前記高電圧ノードとの間に接続された第１スイッチング素子と、
    前記出力ノードと前記低電圧ノードとの間に接続された第２スイッチング素子と、
    前記出力ノードの電圧を基準とした動作電圧が供給される電源ノードを有し、前記出力ノードの電圧を基準として前記第１スイッチング素子を駆動する第１駆動回路と、
    前記低電圧ノードの電圧を基準とした動作電圧が供給される電源ノードを有し、前記低電圧ノードの電圧を基準として前記第２スイッチング素子を駆動する第２駆動回路と、
    前記高電圧ノードの電圧を基準とした動作電圧が供給される電源ノードを有し、前記高電圧ノードの電圧を基準として前記電力変換部を駆動する第３駆動回路と、
    前記第１駆動回路の電源ノードと前記第３駆動回路の電源ノードとの間に接続され、前記第１駆動回路の電源ノードから前記第３駆動回路の電源ノードに向けて電流を供給するための第１整流回路と、
    前記第２駆動回路の電源ノードと前記第３駆動回路の電源ノードとの間に接続され、前記第２駆動回路の電源ノードから前記第３駆動回路の電源ノードに向けて電流を供給するための第２整流回路と、
    前記出力ノードの電圧が低下した際に前記第２駆動回路の電源ノードの電圧により前記第１駆動回路の電源ノードを充電し、前記出力ノードの電圧の上昇に応答して前記第１駆動回路の電源ノードの電圧を昇圧するブートストラップ回路と、
    を備え、
    前記ブートストラップ回路は、
    アノードが前記第２駆動回路の電源ノードに接続され、カソードが前記第１駆動回路の電源ノードに接続されたダイオードと、
    前記第２駆動回路の電源ノードと前記出力ノードとの間に接続されたコンデンサと、
    を備えたインバータ装置。
  2. 少なくとも、前記第２駆動回路の動作電圧を発生させて前記第２駆動回路の電源ノードに供給する電源を更に備えた、請求項１に記載のインバータ装置。
  3. 前記第１整流回路及び前記第２整流回路はダイオードである、請求項１、５の何れか１項に記載のインバータ装置。
  4. 前記電力変換部は、
    前記入力電力を整流する整流回路、前記入力電力の電圧を降圧する降圧チョッパ回路、前記入力電力を遮断する保護回路のうちの何れかを含む、請求項１、５、６の何れか１項に記載のインバータ装置。
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