JP6430063B1 - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

電力変換装置（１）は、スイッチング素子（Ｓ１）とスイッチング素子（Ｓ２）との直列体が複数組並列接続されて電力変換する電力変換回路（２）と、スイッチング素子（Ｓ２）のオン動作中に充電されスイッチング素子（Ｓ１）駆動用の電源を供給するブートストラップコンデンサ（５）と、電流検出器（１４）と、制御部（１０）とを備える。制御部（１０）は、ブートストラップコンデンサ（５）の初期充電において、スイッチング素子（Ｓ２）を設定オン時間（ｔ１）で初回オン動作させ、オン時間算出部（１１）により、電流検出器（１４）の所定のタイミングＴＡによる検出電流値に基づいて２回目以降のオン動作の連続オン時間（ｔ２）を算出する。そして、ブートストラップコンデンサ（５）の充電完了までスイッチング素子（Ｓ２）を連続オン時間（ｔ２）にて間欠的に繰り返しオン動作させる。

Description

この発明は、複数のスイッチング素子を備えた電力変換装置に関し、特にスイッチング素子の駆動電源にチャージポンプ方式を用いた電力変換装置に関するものである。

スイッチング素子の駆動電源にチャージポンプ方式を用いた従来の電力変換装置では、正アーム側のスイッチング素子に電源電圧を供給するブートストラップコンデンサを有し、起動時に負アーム側のスイッチング素子をオンすることで正アーム側のスイッチング素子の駆動電源を生成する。そして、チャージポンプ動作中に、各アームの電流値が所定の第１閾値以上になった場合、電流値が増加しないようチャージポンプ動作を停止し、電流値が第１閾値より小さい第２閾値以下になった場合、再度チャージポンプ動作を開始する（例えば、特許文献１参照）。
また、別例による従来の電力変換装置では、ブートストラップコンデンサの初期充電時に、オン時間ｔ、周期Ｔのオンオフ信号を一定時間出力して第２のスイッチング素子をオンオフ駆動させる。オン時間ｔは、少なくとも、第２のスイッチング素子のオン動作時に流れる電流の電流情報に基づいて過電流を判定し、オフ駆動させるに要する時間に略等しくする（例えば、特許文献２参照）。

特開２００８−０４３０２５号公報 特開２０１２−１９６０６５号公報

上記特許文献１記載の電力変換装置では、チャージポンプ動作中に各アームの電流を監視して過電流レベルと比較し、過電流保護動作を行う。このため、継続的なアーム電流の検出が必要で電流検出の手法が限定的であった。
また、上記特許文献２記載の電力変換装置では、過電流保護に要する時間に基づいて決定したオン時間にて間欠的にチャージポンプ動作させる。このため、過電流が流れるとそれを検知して確実に過電流保護動作を実行できる。しかしながら、この場合も、チャージポンプ動作中のアーム電流を継続的に検出して過電流を検知しており、同様に電流検出の手法が限定的であった。

この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、継続的な電流検出を要することなく過電流保護を確実に実現でき、速やかにブートストラップコンデンサの初期充電が可能な電力変換装置を提供することを目的とする。

この発明に係る電力変換装置は、直流母線間に、正アームの第１スイッチング素子と負アームの第２スイッチング素子との直列体が複数組並列接続され、直流電力と複数相の交流電力との間で電力変換する電力変換回路と、上記各第１、第２スイッチング素子をそれぞれ駆動する第１、第２駆動回路と、上記第２スイッチング素子のオン動作中に上記第２駆動回路用の直流電源から充電され上記第１駆動回路に電源供給するブートストラップコンデンサと、上記電力変換回路内に流れる電流を検出する電流検出器と、上記各第１、第２スイッチング素子を駆動制御する制御信号を生成して上記第１、第２駆動回路に出力する制御部とを備える。上記制御部は、上記電流検出器からの検出電流値を用いて上記第２スイッチング素子の連続オン時間を算出するオン時間算出部を備え、上記ブートストラップコンデンサの初期充電において、上記第２スイッチング素子を設定オン時間で初回オン動作させ、２回目以降は上記設定オン時間より長い上記連続オン時間で充電完了まで間欠的に繰り返しオン動作させる。そして、上記オン時間算出部が用いる上記検出電流値は、上記第２スイッチング素子の上記初回オン動作により流れる電流を上記電流検出器が所定のタイミングで検出したものであり、上記オン時間算出部は、上記検出電流値に基づいて、上記電力変換回路内に流れる電流が過電流レベルを超えないように、上記連続オン時間を算出する。

この発明に係る電力変換装置によれば、電流検出器は、第２スイッチング素子の初回オン動作により流れる電流を所定のタイミングで検出すれば良く、継続的な電流検出を必要としない。また、電流検出器からの検出電流値を用いて第２スイッチング素子の連続オン時間を算出するオン時間算出部を備えたため、過電流保護を確実に実現でき、速やかにブートストラップコンデンサの初期充電を行うことができる。

この発明の実施の形態１による電力変換装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１による電力変換装置の構成を、ハードウェアで示した図である。 この発明の実施の形態１によるブートストラップコンデンサの初期充電時の第２スイッチング素子のスイッチングと各部の電流とを示す図である。 この発明の実施の形態１によるブートストラップコンデンサの初期充電時の電流経路を示す図である。 この発明の実施の形態１によるブートストラップコンデンサの初期充電時の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２による電力変換装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態２によるブートストラップコンデンサの初期充電時の第２スイッチング素子のスイッチングと各部の電流とを示す図である。 この発明の実施の形態２によるブートストラップコンデンサの初期充電時の電流経路を示す図である。 この発明の実施の形態２によるブートストラップコンデンサの初期充電時の電流経路を示す図である。 この発明の実施の形態３によるブートストラップコンデンサの初期充電時の第２スイッチング素子のスイッチングを示す図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による電力変換装置を図に基づいて以下に説明する。図１は、この発明の実施の形態１による電力変換装置の構成図である。
図１に示すように、電力変換装置１は、直流電源２０と交流回路である回転電機３０との間に接続され、直流電力と複数相、この場合３相の交流電力との間で電力変換を行うもので、主回路である電力変換回路２と電力変換回路２を制御する制御部１０とを備える。電力変換回路２は、直流母線Ｐ、Ｎ間に、正アームの第１スイッチング素子Ｓ１と負アームの第２スイッチング素子Ｓ２との直列体が３組並列接続され、各直列体の接続点が各相交流出力端となる。各第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２は、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）あるいはＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の自己消弧型半導体スイッチング素子が用いられる。
なお、正アームの第１スイッチング素子Ｓ１と負アームの第２スイッチング素子Ｓ２との直列体をｎ組並列接続することで、ｎ相のブリッジ回路を構成することができる。

また、電力変換装置１は、各第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２をそれぞれ駆動する第１、第２駆動回路３、４と、第２スイッチング素子Ｓ２のオン動作中に第２駆動回路４用の直流電源１５から充電され第１駆動回路３に電源供給するブートストラップコンデンサ５と、ブートストラップコンデンサ５に接続されるダイオード６とを備える。ブートストラップコンデンサ５は、耐震性の大きい小型のセラミックコンデンサが用いられる。また、各第２スイッチング素子Ｓ２の第２駆動回路４用の直流電源１５は電力変換装置１の外部に備えられる電源でも良い。
さらに、電力変換装置１は、各相の負アームに流れる電流を検出する電流検出器１４を備える。電流検出器１４にはシャント抵抗が用いられ、この場合、各相の負アームにそれぞれ設けられる。なお、電流検出器１４は、例えば３相の内、２相のみに設けてもよく、その場合、３相電流の和がゼロであることを用いて、残り１相の電流値を演算して用いる。また、電流検出器１４は、各相の負アームではなく、各相の交流出力端からの交流出力線に設けても良い。

制御部１０は、電流検出器１４にて検出された検出電流値を格納する格納部１１と、その検出電流値を用いて、後述する連続オン時間ｔ２を算出するオン時間算出部１２と、各第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２を駆動制御する制御信号Ｇ１、Ｇ２を生成する信号生成部１３とを備える。制御部１０は、制御信号Ｇ１、Ｇ２を各第１、第２駆動回路３、４に出力して各第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２を駆動制御する。
制御部１０は、電力変換回路２の各第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２を駆動制御して回転電機３０に供給する、あるいは回転電機３０から回生させる電力を制御する。また、制御部１０は、電力変換装置１の起動時に、第２スイッチング素子Ｓ２を駆動制御してブートストラップコンデンサ５を初期充電して、第１駆動回路３の電源を生成する。

このような制御部１０は、図２に示すように、プロセッサ１００と記憶装置１０１とのハードウェアにより構成されて、格納部１１、オン時間算出部１２および信号生成部１３が実現できる。例えば、記憶装置１０１には、制御用のプログラムの他、演算により得られたデータ、検出電流値、３相の指令電圧ベクトル等の各種データが保存格納されている。プロセッサ１００は、所望の演算に必要なプログラムやデータを記憶装置１０１から抽出して演算を行う。
記憶装置１０１は、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを備える。また、不揮発性の補助記憶装置として、フラッシュメモリの代わりにハードディスク等の補助記憶装置を用いても良い。

次に、電力変換装置１の起動時に行う、第１駆動回路３の電源生成、即ち、ブートストラップコンデンサ５の初期充電について説明する。なお、第２駆動回路４は直流電源１５を駆動電源とする。
第１駆動回路３に電源供給するブートストラップコンデンサ５は、第２スイッチング素子Ｓ２がオン状態の時に、直流電源１５からダイオード６を介して充電される。この時、回転電機３０に残留電圧があれば、各相の負アームには、充電電流が流れるだけでなく、回転電機３０の残留電圧により回転電機３０を介した電流が流れる。回転電機３０の残留電圧により流れる電流は、ブートストラップコンデンサ５の充電電流に比べて大きく、第２スイッチング素子Ｓ２のオン状態の継続時間が長くなると、負アームに流れる電流が過電流となる懸念がある。このため、第２スイッチング素子Ｓ２は、充電開始から充電完了までオン状態を維持するのではなく、間欠的に繰り返しオン動作される。なお、過電流レベルは、第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の特性により決められる。

図３は、ブートストラップコンデンサ５の初期充電時の第２スイッチング素子Ｓ２のスイッチングと各相（Ａ相、Ｂ相、Ｃ相）の負アームに流れる電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃの大きさ（絶対値）を示す図である。第２スイッチング素子Ｓ２のスイッチングは、制御信号Ｇ２がＨのとき第２スイッチング素子Ｓ２がオンし、制御信号Ｇ２がＬのとき第２スイッチング素子Ｓ２がオフする。Ｉｘは過電流レベルを示す。
なお、制御信号Ｇ１はＬを継続し第１スイッチング素子Ｓ１はオフ状態を継続する。
図４は、ブートストラップコンデンサ５の初期充電時に、回転電機３０の残留電圧により流れる電流経路を示す図である。図５は、ブートストラップコンデンサ５の初期充電時の動作を示すフローチャートである。

制御部１０は、ブートストラップコンデンサ５の初期充電動作を開始すると、まず、第２スイッチング素子Ｓ２を、予め設定されたオン時間ｔ１（以下、設定オン時間ｔ１と称す）で初回オン動作させる（ステップＳＴ１）。
設定オン時間ｔ１は、回転電機３０の残留電圧がある場合にも各相の負アームに流れる電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃが確実に過電流レベルＩｘに至らないような十分に短い時間、例えば５００μｓあるいは５００μｓ未満に設定される。また設定オン時間ｔ１、は電力変換装置１で一意に設定しても良いし、接続する回転電機３０に応じて設定しても良い。

ステップＳＴ１での第２スイッチング素子Ｓ２の初回オン動作中に、電流検出器１４は、所定のタイミングＴＡで負アームに流れる電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃを検出する。電流Ｉａ、Ｉｂ、ＩｃのタイミングＴＡでの検出電流値は、格納部１１に入力される。タイミングＴＡは、初回オン動作の終了直前、例えば、第２スイッチング素子Ｓ２をオンからオフに切り替える１０μｓ前である。
そして、オン時間算出部１２は、タイミングＴＡでの各相の検出電流値の絶対値が最大である値α（以下、検出電流値αと称す）を取得する（ステップＳＴ２）。
この場合、図３に示すように、設定オン時間ｔ１での初回オン動作中に負アームに流れる電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃの絶対値はＢ相が最大であり、検出電流値αはタイミングＴＡでの電流Ｉｂの絶対値となる。この時、回転電機３０の残留電圧により図４に示す経路で電流が流れ、Ｉｂの大きさは、Ｉａ＋Ｉｃの大きさと同等である。なお、負アームに流れる電流の大きさが最大となる相は、位相によって順次入れ替わる。また、回転電機３０の残留電圧がある場合は、負アームに流れる電流は、残留電圧による電流が支配的である。

次に、オン時間算出部１２は、検出電流値αが過電流レベルＩｘ以下か否かを判定する（ステップＳＴ３）。
ステップＳＴ３において、検出電流値αが過電流レベルＩｘを超えると、制御部１０は、ブートストラップコンデンサ５への充電動作を中止し（ステップＳＴ４）、初期充電動作を終了する。

ステップＳＴ３において、検出電流値αが過電流レベルＩｘ以下であると、オン時間算出部１２は、検出電流値αと過電流レベルＩｘとの差分を算出し（ステップＳＴ５）、２回目以降に第２スイッチング素子Ｓ２を繰り返しオン動作させるための、設定オン時間ｔ１より長い連続オン時間ｔ２を算出して決定する（ステップＳＴ６）。
連続オン時間ｔ２は、検出電流値αおよびその対応オン時間と過電流レベルＩｘとに基づいて、時間と電流との比例関係を用いて算出できる。検出電流値αに対応するオン時間は、初回オン動作開始から電流検出のタイミングＴＡまでのオン時間（＜ｔ１）である。この場合、検出電流値αと過電流レベルＩｘとの差分からオン状態の延長可能時間を算出し、算出された延長可能時間をタイミングＴＡまでのオン時間に加算することで、連続オン時間ｔ２が算出される。連続オン時間ｔ２は、負アームに流れる電流が過電流レベルＩｘとならない最大のオン時間となるのが望ましいが、誤差を考慮して若干短く決定する。

なお、タイミングＴＡまでのオン時間ｔ３と設定オン時間ｔ１との差が無視できるレベルであれば、検出電流値αに対応するオン時間として設定オン時間ｔ１を用いて連続オン時間ｔ２を算出しても良い。

次いで、制御部１０は、ブートストラップコンデンサ５の充電完了まで、第２スイッチング素子Ｓ２を連続オン時間ｔ２にてオンオフさせる、即ち、連続オン時間ｔ２で間欠的に繰り返しオン動作させる（ステップＳＴ７）。
ブートストラップコンデンサ５の充電完了は、ブートストラップコンデンサ５の電圧が直流電源１５の電圧と略等しくなる状態である。また、ブートストラップコンデンサ５の初期充電開始から完了までの、第２スイッチング素子Ｓ２のオン時間の総和（総充電時間）は、ブートストラップコンデンサ５の容量と直流電源１５とにより一意に決定される。このため、第２スイッチング素子Ｓ２のオン時間の合計が、決定された上記総充電時間に到達すると、第２スイッチング素子Ｓ２の２回目以降のオン動作を終了して、初期充電動作を終了する。

以上のように、制御部１０は、第２スイッチング素子Ｓ２を、設定オン時間ｔ１を用いて初回オン動作させ、算出された連続オン時間ｔ２を用いて２回目以降に繰り返しオン動作させて、ブートストラップコンデンサ５を初期充電する。その際、信号生成部１３は、設定オン時間ｔ１、連続オン時間ｔ２でＨとなる制御信号Ｇ２を第２駆動回路４に出力し、第２スイッチング素子Ｓ２が駆動される。
なお、第２スイッチング素子Ｓ２のオン動作は間欠的に行われ、オン動作の間にオフ状態となる期間は、連続オン時間ｔ２と同程度以上が望ましい。このオフ状態となる期間は、必要に応じて短縮可能であるが、その場合、過電流防止のために、例えば、電流が減衰するのに要する期間を算出してオフ状態期間とする。

制御部１０は、ブートストラップコンデンサ５の初期充電動作が終了すると、通常動作により電力変換回路２を制御する。即ち、制御部１０は、外部から与えられる回転電機３０の速度指令を用いて電力変換回路２の指令電圧を演算して制御信号Ｇ１、Ｇ２を生成する。制御信号Ｇ１、Ｇ２は、それぞれ第１、第２駆動回路３、４に入力される。第１駆動回路３は、ブートストラップコンデンサ５から電源供給されて制御信号Ｇ１に基づいて第１スイッチング素子Ｓ１を駆動する。第２駆動回路４は、直流電源１５から電源供給されて制御信号Ｇ２に基づいて第２スイッチング素子Ｓ２を駆動する。

この実施の形態では、ブートストラップコンデンサ５を初期充電する際、第２スイッチング素子Ｓ２の初回オン動作中の所定のタイミングＴＡでのみ、各相の負アームに流れる電流を検出する。このため、継続的な電流検出を必要としない。また、オン時間算出部１２が、第２スイッチング素子Ｓ２の２回目以降のオン動作の連続オン時間ｔ２を、タイミングＴＡでの検出電流値αを用いて算出する。このため、負アームに流れる電流が過電流レベルＩｘを超えないような連続オン時間ｔ２が、不要に短くなる事がなく、適切に算出できる。これにより、過電流保護を確実に実現でき、しかも、２回目以降のオン動作の繰り返し回数を低減できて、速やかにブートストラップコンデンサの初期充電を行うことができる。

また、各相の負アームに流れる電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃは、タイミングＴＡでそれぞれ検出されて検出電流値が格納部１１に入力される。そして、オン時間算出部１２は、タイミングＴＡでの各相の検出電流値の絶対値が最大である値（検出電流値α）を取得して、連続オン時間ｔ２を算出する。このため、連続オン時間ｔ２を信頼性良く容易に算出できる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による電力変換装置を説明する。図６は、この発明の実施の形態２による電力変換装置１の構成図である。
この実施の形態２では、シャント抵抗による電流検出器１６が直流母線Ｎに設けられる。この場合、電流検出器１６は直流母線Ｎに流れる電流Ｉｄｃを検出するが、直流母線Ｐに設けられて直流母線Ｐに流れる電流を検出するものでも良い。
制御部１０は、格納部１１ａとオン時間算出部１２ａと信号生成部１３とを備える。この実施の形態では、格納部１１ａは電流Ｉｄｃの検出電流値のみを格納し、オン時間算出部１２ａは、電流Ｉｄｃの検出電流値の絶対値を用いて連続オン時間ｔ２を算出する。
その他の構成は、上記実施の形態１と同様である。

次に、電力変換装置１の起動時に行う、第１駆動回路３の電源生成、即ち、ブートストラップコンデンサ５の初期充電について説明する。
図７は、ブートストラップコンデンサ５の初期充電時の第２スイッチング素子Ｓ２のスイッチングと、各相（Ａ相、Ｂ相、Ｃ相）の負アームに流れる電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃの大きさ（絶対値）と、直流母線Ｎに流れる電流Ｉｄｃの大きさ（絶対値）とを示す図である。図８、図９は、ブートストラップコンデンサ５の初期充電時の回転電機３０の残留電圧により流れる電流経路を示す図である。特に、図８は、第２スイッチング素子Ｓ２がオン状態の場合、図９は、第２スイッチング素子Ｓ２がオン状態からオフ状態に切り替わった直後の状態を示す。
上述したように、回転電機３０の残留電圧がある場合は、負アームに流れる電流は、残留電圧による電流が支配的である。

制御部１０は、ブートストラップコンデンサ５の初期充電動作を開始すると、上記実施の形態１と同様に、第２スイッチング素子Ｓ２を、設定オン時間ｔ１で初回オン動作させる。この時、回転電機３０の残留電圧により図８に示す経路で電流が流れ、Ｉｂの大きさは、Ｉａ＋Ｉｃの大きさと同等であり、直流母線Ｎには電流が流れない。
設定オン時間ｔ１の初回オン動作が終了して第２スイッチング素子Ｓ２がオフ状態に切り替わると、回転電機３０を介して流れる電流は、第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の逆並列ダイオードを通り、図９に示す電流経路で流れる。

電流検出器１６は、設定オン時間ｔ１の初回オン動作が終了して第２スイッチング素子Ｓ２がオフ状態に切り替わった直後のタイミングＴＢで、直流母線Ｎに流れる電流Ｉｄｃを検出する。電流ＩｄｃのタイミングＴＢでの検出電流値は、格納部１１ａに入力される。タイミングＴＢは、初回オン動作の終了直後、例えば、第２スイッチング素子Ｓ２をオンからオフに切り替えた１０μｓ後である。
なお、第２スイッチング素子Ｓ２がオフ状態になると電流は減衰するため、オフ状態になった後、できるだけ早く電流検出を行うことが望ましい。

この場合、設定オン時間ｔ１での初回オン動作中に負アームに流れる電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃの絶対値はＢ相が最大であるが、その時、直流母線Ｎには電流が流れない。そして、初回オン動作終了により、Ｂ相の負アームに流れる電流Ｉｂは直流母線Ｎを流れ、電流Ｉｄｃとして検出される。このように、検出される電流Ｉｄｃは、第２スイッチング素子Ｓ２の初回オン動作によってオン動作終了直後に流れる電流である。この場合、Ａ相、Ｃ相では電流が正アーム側を流れる。
このため、初回オン動作終了直後の電流Ｉｄｃを検出することにより、初回オン動作終了直前の負アームに流れる電流で、絶対値が最大である相の電流を検出できる。

そして、オン時間算出部１２ａは、タイミングＴＢでの電流Ｉｄｃの絶対値β（以下、検出電流値βと称す）を取得する。
この後、上記実施の形態１と同様に、オン時間算出部１２は、検出電流値βが過電流レベルＩｘ以下か否かを判定し、過電流レベルＩｘを超えると、制御部１０は、ブートストラップコンデンサ５への充電動作を中止して、初期充電動作を終了する。

検出電流値βが過電流レベルＩｘ以下であると、オン時間算出部１２は、２回目以降に第２スイッチング素子Ｓ２を繰り返しオン動作させる連続オン時間ｔ２を算出して決定する。この場合、検出電流値βに対応するオン時間を設定オン時間ｔ１として、検出電流値βおよびその対応オン時間（設定オン時間ｔ１）と過電流レベルＩｘとに基づいて、時間と電流との比例関係を用いて、上記実施の形態１と同様に連続オン時間ｔ２を決定する。即ち、過電流レベルＩｘとならない最大のオン時間を算出し、誤差を考慮して連続オン時間ｔ２を決定する。
そして、制御部１０は、ブートストラップコンデンサ５の充電完了まで、第２スイッチング素子Ｓ２を、連続オン時間ｔ２で間欠的に繰り返しオン動作させ、初期充電動作を終了する。

この実施の形態２では、ブートストラップコンデンサ５を初期充電する際、第２スイッチング素子Ｓ２の初回オン動作終了直後のタイミングＴＢでのみ、直流母線Ｎに流れる電流を検出する。このため、継続的な電流検出を必要としない。また、各相の負アームに流れる電流を検出する必要が無く、何れかの直流母線にのみ電流検出器１６を設ければ良く、装置構成が簡略化できる。
また、オン時間算出部１２が、第２スイッチング素子Ｓ２の２回目以降のオン動作の連続オン時間ｔ２を、タイミングＴＢでの検出電流値βを用いて算出する。このため、上記実施の形態１と同様に、負アームに流れる電流が過電流レベルＩｘを超えないような連続オン時間ｔ２が、不要に短くなる事がなく、適切に算出できる。これにより、過電流保護を確実に実現でき、しかも、２回目以降のオン動作の繰り返し回数を低減できて、速やかにブートストラップコンデンサの初期充電を行うことができる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による電力変換装置を説明する。図１０は、この実施の形態３による、ブートストラップコンデンサ５の初期充電時の第２スイッチング素子Ｓ２のスイッチングを示す。
上記実施の形態１、２では、ブートストラップコンデンサ５の初期充電の際、制御信号Ｇ２は各相で共通で、各相の第２スイッチング素子Ｓ２は同時にオンオフするものであった。この実施の形態３では、各相で異なるスイッチングを行う。

図１０に示すように、第２スイッチング素子Ｓ２は、設定オン時間ｔ１で初回オン動作する際（領域Ｘ参照）、全ての相で同時にスイッチング動作する。そして、算出された連続オン時間ｔ２にて２回目以降のオン動作をする際（領域Ｙ参照）、各相毎にタイミングをずらせてスイッチング動作する。
各相の第２スイッチング素子Ｓ２が同時にオンオフを繰り返すと、第２スイッチング素子Ｓ２または近傍に配置された素子等の消耗が大きくなることがある。この実施の形態では、第２スイッチング素子Ｓ２の２回目以降のオン動作の際に、スイッチングのタイミングを相毎にずらすため、各相内の素子の消耗を低減することができる。なお、上記実施の形態１、２に比べて充電に要する時間が長くなるため、充電に要する時間よりも消耗低減を重視する場合に用いるのが望ましい。

なお、図１０では、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の順にスイッチングするものを示したが、相順は、これに限るものでは無い。
また、この実施の形態３による第２スイッチング素子Ｓ２のスイッチングは、上記実施の形態１、２の双方に同様に適用でき、同様の効果が得られる。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４による電力変換装置を説明する。
上記実施の形態１では、制御部１０のオン時間算出部１２は、電流検出値αに基づいて連続オン時間ｔ２を算出した。この実施の形態４では、オン時間算出部１２は、回転電機３０の回転速度を用いて連続オン時間ｔ２を算出する。オン時間算出部１２での連続オン時間ｔ２の算出以外の構成は、上記実施の形態１と同様である。

ブートストラップコンデンサ５の初期充電において、上記実施の形態１と同様に、第２スイッチング素子Ｓ２が設定オン時間ｔ１で初回オン動作し、制御部１０の格納部１１に各相の検出電流値が格納される。オン時間算出部１２は、タイミングＴＡでの各相の検出電流値の絶対値が最大である検出電流値αを取得し、過電流レベルＩｘ以下であるか判定する。
そしてオン時間算出部１２は、予め設定された回転電機３０の電気的定数と検出電流値αとに基づいて、回転電機３０の回転速度を演算して推定する。続いてオン時間算出部１２は、回転電機３０の回転速度に基づいて、第２スイッチング素子Ｓ２がオン状態の際、負アームに流れる電流が過電流レベルＩｘとならない最大のオン時間を算出して連続オン時間ｔ２を決定する。

なお、回転電機３０の回転速度は、回転電機３０毎に作成されたテーブルを用いて求めても良い。また、連続オン時間ｔ２も、回転電機３０の電気的定数に基づいて作成されたモデル予測から算出しても良いし、回転電機３０毎のテーブルを用いて求めても良い。

この実施の形態では、検出電流値αから回転電機３０の回転速度を演算し、この回転速度に基づいて連続オン時間ｔ２を算出するため、上記実施の形態１による効果が得られると共に、より精度の高い連続オン時間ｔ２を算出することができる。
また、この実施の形態は、上記実施の形態１に適用するものを示したが、上記実施の形態２にも同様に適用でき、同様の効果が得られる。

またこの発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

Claims (9)

1. 直流母線間に、正アームの第１スイッチング素子と負アームの第２スイッチング素子との直列体が複数組並列接続され、直流電力と複数相の交流電力との間で電力変換する電力変換回路と、
   上記各第１、第２スイッチング素子をそれぞれ駆動する第１、第２駆動回路と、
   上記第２スイッチング素子のオン動作中に上記第２駆動回路用の直流電源から充電され上記第１駆動回路に電源供給するブートストラップコンデンサと、
   上記電力変換回路内に流れる電流を検出する電流検出器と、
   上記各第１、第２スイッチング素子を駆動制御する制御信号を生成して上記第１、第２駆動回路に出力する制御部とを備え、
   上記制御部は、
   上記電流検出器からの検出電流値を用いて上記第２スイッチング素子の連続オン時間を算出するオン時間算出部を備え、
   上記ブートストラップコンデンサの初期充電において、上記第２スイッチング素子を設定オン時間で初回オン動作させ、２回目以降は上記設定オン時間より長い上記連続オン時間で充電完了まで間欠的に繰り返しオン動作させ、
   上記オン時間算出部が用いる上記検出電流値は、上記第２スイッチング素子の上記初回オン動作により流れる電流を上記電流検出器が所定のタイミングで検出したものであり、上記オン時間算出部は、上記検出電流値に基づいて、上記電力変換回路内に流れる電流が過電流レベルを超えないように、上記連続オン時間を算出する、
   電力変換装置。
2. 上記電流検出器は、上記直流母線に流れる電流を、上記初回オン動作終了直後の上記所定のタイミングで検出する、
   請求項１に記載の電力変換装置。
3. 上記電流検出器は、上記負アームに流れる電流を、上記初回オン動作中の上記所定のタイミングで検出する、
   請求項１に記載の電力変換装置。
4. 上記電流検出器は、各相の上記負アームに流れる電流を検出し、
   上記オン時間算出部は、検出された各相電流値の最大値を上記検出電流値として用いて上記連続オン時間を算出する、
   請求項３に記載の電力変換装置。
5. 上記オン時間算出部は、上記検出電流値およびその対応オン時間と上記過電流レベルとに基づいて、時間と電流との比例関係を用いて上記連続オン時間を算出する、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 上記電力変換装置の交流側に交流回路が接続され、
   上記初回オン動作の上記設定オン時間は、上記交流回路の残留電圧による電流が上記過電流レベルとならない短時間である、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 上記交流回路は回転電機であり、
   上記オン時間算出部は、上記検出電流値に基づいて上記回転電機の回転速度を推定し、該回転速度に基づいて上記連続オン時間を算出する、
   請求項６に記載の電力変換装置。
8. 上記制御部は、上記電流検出器からの上記検出電流値が上記過電流レベルを超える時は、上記ブートストラップコンデンサの初期充電を終了する、
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
9. 上記制御部は、各相の上記第２スイッチング素子の上記初回オン動作を同じタイミングで行うと共に、各相の上記第２スイッチング素子の２回目以降のオン動作を、各相毎にタイミングをずらせて行う、
   請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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