JP6447436B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、直流を交流に変換する電力変換装置に関する。

一般的に、直流を交流に変換する電力変換装置では、電力変換装置を構成する電力変換回路（インバータ回路）の入力電圧として電力変換回路が有する平滑コンデンサの端子間電圧を検出し、その検出値を用いて制御が行われている。ここで、電力変換装置を構成するスイッチング素子を駆動する駆動回路と、電力変換回路の入力電圧を検出に適した電圧に変換する電圧変換回路と、を同一の回路基板に実装する構成が知られている（例えば、特許文献１）。

特許第５２７８４９０号公報

ここで、平滑コンデンサと、電圧変換回路との接続において、ワイヤーハーネスなどを用いると、装置全体が大型化する。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で電力変換回路の入力電圧を取得可能な構成を提供することを主たる目的とする。

第１の構成は、高電圧側端子（Ｃ）が互いに接続された半導体スイッチング素子である複数の上アームスイッチ（ＳＷｐ１〜ＳＷｐ４）と、低電圧側端子（Ｅ）が互いに接続された半導体スイッチング素子である複数の下アームスイッチ（ＳＷｎ１〜ＳＷｎ４）と、を有し、前記上アームスイッチと前記下アームスイッチとの直列接続体がそれぞれ構成され、前記上アームスイッチの高電圧側端子と、前記下アームスイッチの低電圧側端子とに接続され、その両端子間の電圧を平滑化する第１平滑コンデンサ（Ｃ２）を有し、直流電力を交流電力に変換する電力変換回路（ＩＮＶ）と、前記第１平滑コンデンサの端子間電圧を検出する第１電圧検出手段の検出値に基づいて、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチを駆動し、かつ、前記電力変換回路の入出力電圧より低い電圧で動作する第１駆動回路（Ｄｐ２〜Ｄｐ４，Ｄｎ２〜Ｄｎ４）と、を備える電力変換装置であって、前記半導体スイッチング素子は、他の素子とともに絶縁材料で被覆されてモジュール（ＰＷＣ）を構成するとともに、前記絶縁材料から外部へ露出した複数の信号端子（ＫＣ，Ｋ，Ａ，Ｇ，ＳＥ，ＫＥ）を備え、前記信号端子は、前記半導体スイッチング素子の低電圧側端子に接続された第１検出用端子（ＫＥ）と、前記半導体スイッチング素子の高電圧側端子に接続された第２検出用端子（ＫＣ）と、前記半導体スイッチング素子の制御端子（Ｇ）とを含み、前記複数の信号端子が接続され、前記第１駆動回路と、前記第１電圧検出手段への入力に適した電圧となるように前記第１平滑コンデンサの端子間電圧を変換する第１電圧変換回路（２０）と、が実装されている回路基板（５０）を備え、前記第１電圧変換回路は、複数の前記下アームスイッチの前記第１検出用端子のうち、前記第１平滑コンデンサとの間のインピーダンスの大きさが最小となるものと、複数の前記上アームスイッチの前記第２検出用端子のうち、前記第１平滑コンデンサとの間のインピーダンスの大きさが最小となるものと、の電圧差を、前記第１平滑コンデンサの端子間電圧とすることを特徴とする。

上記構成では、第１電圧変換回路は、第１平滑コンデンサの端子間電圧を、下アームスイッチの第１検出用端子と上アームスイッチの第２検出用端子との間の電圧とする。これにより、第１電圧変換回路と第１平滑コンデンサとの接続は回路基板を介して接続されることとになり、ワイヤーハーネスなどを用いた接続と比較して、簡易な構成により接続をすることが可能になる。

さらに、複数の下アームスイッチの第１検出用端子のうち、平滑コンデンサとの間のインピーダンスの大きさが最小となるものと、複数の上アームスイッチの第２検出用端子のうち、平滑コンデンサとの間のインピーダンスの大きさが最小となるものと、の電圧差を、第１平滑コンデンサの端子間電圧とする構成とした。このような構成にすることで、第１電圧検出手段による第１平滑コンデンサの端子間電圧の検出において、配線インピーダンスによる電圧降下の影響を抑制することが可能になる。

第２の構成は、高電圧側端子（Ｃ）が互いに接続された半導体スイッチング素子である複数の上アームスイッチ（ＳＷｐ１〜ＳＷｐ４）と、低電圧側端子（Ｅ）が互いに接続された半導体スイッチング素子である複数の下アームスイッチ（ＳＷｎ１〜ＳＷｎ４）と、を有し、前記上アームスイッチと前記下アームスイッチとの直列接続体がそれぞれ構成され、前記上アームスイッチの高電圧側端子と、前記下アームスイッチの低電圧側端子とに接続され、その両端子間の電圧を平滑化する第１平滑コンデンサ（Ｃ２）を有し、直流電力を交流電力に変換する電力変換回路（ＩＮＶ）と、前記第１平滑コンデンサの端子間電圧を検出する第１電圧検出手段の検出値に基づいて、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチを駆動し、かつ、前記電力変換回路の入出力電圧より低い電圧で動作する第１駆動回路（Ｄｐ２〜Ｄｐ４，Ｄｎ２〜Ｄｎ４）と、を備える電力変換装置であって、前記半導体スイッチング素子は、他の素子とともに絶縁材料で被覆されてモジュール（ＰＷＣ）を構成するとともに、前記絶縁材料から外部へ露出した複数の信号端子（ＫＣ，Ｋ，Ａ，Ｇ，ＳＥ，ＫＥ）を備え、前記信号端子は、前記半導体スイッチング素子の低電圧側端子に接続された第１検出用端子（ＫＥ）と、前記半導体スイッチング素子の高電圧側端子に接続された第２検出用端子（ＫＣ）と、前記半導体スイッチング素子の制御端子（Ｇ）とを含み、前記複数の信号端子が接続され、前記第１駆動回路と、前記第１電圧検出手段への入力に適した電圧となるように前記第１平滑コンデンサの端子間電圧を変換する第１電圧変換回路（２０）と、が実装されている回路基板（５０）を備え、前記第１電圧変換回路は、複数の前記下アームスイッチの前記第１検出用端子のうち、前記平滑コンデンサとの間のインピーダンスの大きさが最大となるものと、複数の前記上アームスイッチの前記第２検出用端子のうち、前記第１平滑コンデンサとの間のインピーダンスの大きさが最大となるものと、の電圧差を、前記第１平滑コンデンサの端子間電圧とすることを特徴とする。

第１の構成と同様に、第１電圧変換回路は、第１平滑コンデンサの端子間電圧を、下アームスイッチの第１検出用端子と上アームスイッチの第２検出用端子との間の電圧とする。これにより、第１電圧変換回路と第１平滑コンデンサとの接続は回路基板を介して接続されることとになり、ワイヤーハーネスなどを用いた接続と比較して、簡易な構成により接続をすることが可能になる。

さらに、突入電流が生じる場合、第１コンデンサとの間のインピーダンス（寄生インダクタンス）が大きいほど、スイッチング素子に対して印加されるサージ電圧が大きくなる。そこで、上記構成のように、第１コンデンサとの間のインピーダンスが最も大きい、即ち、サージ電圧が最も大きくなるスイッチング素子の端子電圧を検出して制御に用いることで、スイッチング素子を適切に保護することが可能になる。

電力変換装置の電気的構成を示す回路図。 第１実施形態における回路基板（表面）における素子の配置を表す概略図。 パワーカードの構造を表す概略図。 コンデンサとスイッチング素子との接続を表す図。 第１実施形態における回路基板（裏面）における素子の配置を表す概略図。 第２実施形態における回路基板における素子の配置を表す概略図。 変形例におけるコンデンサとスイッチング素子との接続を表す図。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる電力変換回路の駆動装置をハイブリッド車に適用した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかる電力変換装置の電気的構成を示す。モータジェネレータ１０は、駆動輪や内燃機関に機械的に連結されている。モータジェネレータ１０は、インバータ回路ＩＮＶに接続されている。インバータ回路ＩＮＶ（電力変換回路）は、高電圧バッテリ１２の電圧を昇圧するＤＣＤＣコンバータＣＶ（昇降圧回路）の出力電圧を入力電圧とし、直流電力を交流電力に変換するものである。ここで、高電圧バッテリ１２（直流電源）は、端子電圧がたとえば１００Ｖ以上の高電圧となるものである。なお、ＤＣＤＣコンバータＣＶの入力端子には、ＤＣＤＣコンバータＣＶに対して入力される入力電圧を平滑化するコンデンサＣ１（第２平滑コンデンサ）が接続されている。

インバータ回路ＩＮＶは、高電圧側のスイッチング素子ＳＷｐ２〜ＳＷｐ４（上アームスイッチ）及び低電圧側のスイッチング素子ＳＷｎ２〜ＳＷｎ４（下アームスイッチ）の直列接続体が３つ並列接続されて構成されている。そして、これら各スイッチング素子ＳＷｐ２〜ＳＷｐ４、及び、スイッチング素子ＳＷｎ２〜ＳＷｎ４の接続点が、モータジェネレータ１０の各相にそれぞれ接続されている。

また、上記高電圧側のスイッチング素子ＳＷｐ２〜ＳＷｐ４及び低電圧側のスイッチング素子ＳＷｎ２〜ＳＷｎ４のそれぞれの入出力端子間（コレクタ及びエミッタ間）には、高電圧側のフリーホイールダイオードＦＤｐ２〜４及び低電圧側のフリーホイールダイオードＦＤｎ２〜４のカソードおよびアノードが接続されている。

一方、ＤＣＤＣコンバータＣＶは、高電圧側のスイッチング素子ＳＷｐ１（上アームスイッチ）および低電圧側のスイッチング素子ＳＷｎ１（下アームスイッチ）の直列接続体と、これに並列接続されるコンデンサＣ２（第１平滑コンデンサ）と、高電圧側のスイッチング素子ＳＷｐ１及び低電圧側のスイッチング素子ＳＷｎ１の接続点と高電圧バッテリ１２とを接続するインダクタＬとを備えている。スイッチング素子ＳＷｎ１，ＳＷｎ２が「昇降圧スイッチング素子」に相当する。コンデンサＣ２は、上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ４のコレクタ（高電圧側端子）と、下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ４のエミッタ（低電圧側端子）とに接続され、その両端子間の電圧を平滑化する。

なお、上記インバータ回路ＩＮＶ、及び、ＤＣＤＣコンバータＣＶを構成する半導体スイッチング素子ＳＷ（ＳＷｐ１〜ＳＷｐ４，ＳＷｎ１〜ＳＷｎ４）は、いずれもパワー半導体であり、より具体的には、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。

制御装置４０は、マイクロコンピュータであって、インバータ回路ＩＮＶを操作することでモータジェネレータ１０の制御量を制御するためのデジタル処理手段である。また、制御装置４０は、ＤＣＤＣコンバータＣＶのスイッチング素子ＳＷを操作することで、ＤＣＤＣコンバータＣＶの出力電圧を制御する。詳しくは、制御装置４０は、フォトカプラ等の絶縁手段を備えるインターフェース４２を介してインバータ回路ＩＮＶやＤＣＤＣコンバータＣＶの各スイッチング素子ＳＷに操作信号を出力することで、インバータ回路ＩＮＶやＤＣＤＣコンバータＣＶを操作する。より具体的には、制御装置４０はインターフェース４２を介して各スイッチング素子ＳＷの制御端子（ゲート）に対して駆動信号を入力する駆動回路Ｄｎ１〜Ｄｎ４，Ｄｐ１〜Ｄｐ４に操作信号を出力する。ここで、インターフェース４２に絶縁手段を備えるのは、インバータ回路ＩＮＶや高電圧バッテリ１２を備える高電圧システムと、制御装置４０を備える低電圧システムとを絶縁するためである。

また、制御装置４０は、ＤＣＤＣコンバータＣＶやインバータ回路ＩＮＶの入力電圧の検出値を取得し、その取得した値に基づいて、上記操作信号を生成する。本実施形態の構成は、ＤＣＤＣコンバータＣＶやインバータ回路ＩＮＶの入力電圧の検出値の取得をするために、インバータ回路ＩＮＶ、及び、ＤＣＤＣコンバータＣＶの入力電圧を、制御装置４０が有するアナログデジタル変換器の入力可能電圧に変換する差動増幅回路２０，３０を備えている。

差動増幅回路２０，３０はいずれも、一対の入力端子の電圧を低電圧システムの接地基準での電圧に変換する電圧変換回路である。差動増幅回路２０，３０によって変換された電圧は、電圧検出手段である制御装置４０（第１電圧検出手段、第２電圧検出手段）に入力される。これは、本実施形態では、高電圧システムの基準電圧と低電圧システムの基準電圧とが相違するためである。具体的には、基準電圧となるＤＣＤＣコンバータＣＶやインバータ回路ＩＮＶの負極側の入力端子の電圧ＶＮは、低電圧システムにおける基準電圧よりも低くなっている。これは、本実施形態では、コンデンサＣ１の正極電圧と負極電圧との中央値を低電圧システムの基準電圧としているためである。基準電圧のこのような設定は、コンデンサＣ１の両端の電圧を抵抗によって分圧したものを低電圧システムの基準電圧とすることで実現することができる。なお、低電圧システムの基準電圧は、接地電圧（車体電圧）である。

差動増幅回路２０（第１電圧変換回路）は、インバータ回路ＩＮＶの正極側の入力端子の電圧（コンデンサＣ２の正極側と接続される端子ＴＨの電圧ＶＨ）と、負極側の入力端子の電圧（コンデンサＣ１の負極側と接続される端子ＴＮの電圧ＶＮ）との電圧差、即ち、コンデンサＣ２の端子間電圧を変換する手段であり、オペアンプ２１を備えて構成される。ここで、端子ＴＨの電圧ＶＨと接地電圧との電圧差は、分圧用の抵抗体である複数の高抵抗体２３と、低抵抗体２４によって分圧された後、オペアンプ２１の反転入力端子に印加される。また、端子ＴＮの電圧ＶＮと接地電圧との電圧差は、複数の高抵抗体２５と、低抵抗体２６とによって分圧され、オペアンプ２１の非反転入力端子に印加される。オペアンプ２１の反転入力端子と出力端子とは抵抗体２２によって接続されている。

差動増幅回路３０（第２電圧変換回路）は、ＤＣＤＣコンバータＣＶの正極側の入力端子の電圧（コンデンサＣ１の正極側の端子と接続される端子ＴＬの電圧ＶＬ）と、端子ＴＮの電圧ＶＮとの電圧差、即ち、コンデンサＣ１の端子間電圧を変換する手段であり、オペアンプ３１を備えて構成される。ここで、端子ＴＬの電圧ＶＬと接地電圧との電圧差は、複数の高抵抗体３３と、低抵抗体３４によって分圧された後、オペアンプ３１の反転入力端子に印加される。また、端子ＴＮの電圧ＶＮと接地電圧との電圧差は、分圧用の抵抗体である複数の高抵抗体３５と、低抵抗体３６とによって分圧され、オペアンプ３１の非反転入力端子に印加される。オペアンプ３１の反転入力端子と出力端子とは抵抗体３２によって接続されている。

図２に、本実施形態にかかるインバータ回路ＩＮＶやＤＣＤＣコンバータＣＶ、差動増幅回路２０，３０等が実装される回路基板５０を示す。回路基板５０は、具体的には、プリント回路基板である。図示される回路基板５０は、インバータ回路ＩＮＶやＤＣＤＣコンバータＣＶに接続される高電圧回路領域ＨＶと、低電圧回路領域ＬＶとの双方を有する。ここで、基本的には、図中、右側（上アームスイッチＳＷｐ４に対し、上アームスイッチＳＷｐ３が設けられている方向と逆の方向）の領域が低電圧回路領域ＬＶであり、中央及び左側（上アームスイッチＳＷｐ４に対し、上アームスイッチＳＷｐ３が設けられている方向）の領域が高電圧回路領域ＨＶである。ただし、高電圧回路領域ＨＶ内には、フォトカプラのように、低電圧システムと高電圧システムとの双方を構成する部品も混在している。

また、インバータ回路ＩＮＶやＤＣＤＣコンバータＣＶの各スイッチング素子ＳＷの駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ４，Ｄｎ１〜Ｄｎ４の電源回路を構成するフライバックコンバータ用の電解コンデンサ（図示略）は、低電圧システムを構成するものとして、図中右側の低電圧回路領域ＬＶに配置されている。また、駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ４，Ｄｎ１〜Ｄｎ４の電源回路を構成するフライバックコンバータ用のトランス（図示略）の１次巻線側は低電圧システムを構成するものとして低電圧回路領域ＬＶに配置され、２次巻線側は高電圧システムを構成するものとして高電圧回路領域ＨＶに配置されている。

図中、コネクタ６６は、制御装置４０による指令信号や、低電圧システムの接地（車体のボディ）や、端子電圧が十数Ｖの低電圧バッテリの電源線や、ＣＡＮ通信線等を回路基板５０上の低電圧回路に接続するためのものである。

図３に示すように、上記インバータ回路ＩＮＶやＤＣＤＣコンバータＣＶの各スイッチング素子ＳＷは、回路基板５０の裏面（図２に示された面の裏面）側から回路基板５０に差し込まれて接続されている。ここで、各スイッチング素子ＳＷは、他の素子とともに絶縁材料で被覆されてパワーカードＰＷＣ（モジュール）を構成している。パワーカードＰＷＣには、フリーホイールダイオードＦＤや感温ダイオードＳＤも収納されているが、図３では、フリーホイールダイオードＦＤの記載を省略している。

パワーカードＰＷＣは、高電圧側のスイッチング素子ＳＷが収納されたものと、低電圧側のスイッチング素子ＳＷが収納されたものとで互いに同一構造である。パワーカードＰＷＣは、絶縁材料から外部へ露出した複数の信号端子を有する。具体的には、スイッチング素子ＳＷの開閉制御端子（ゲートＧ）、エミッタ検出端子ＫＥ、コレクタ検出端子ＫＣ、センス端子ＳＥ、感温ダイオードＳＤのアノードＡおよびカソードＫの各端子が、回路基板５０に挿入され接続されている。ここで、エミッタ検出端子ＫＥ（第１検出用端子）は、スイッチング素子ＳＷのエミッタＥ（低電圧側端子）に接続され、エミッタＥと同電圧の電極である。コレクタ検出端子ＫＣ（第２検出用端子）は、スイッチング素子ＳＷのコレクタ（高電圧側端子）に接続され、コレクタと同電圧の電極である。センス端子ＳＥは、スイッチング素子ＳＷを流れる電流と相関を有する微小電流を出力するための端子である。

図２に示すように、スイッチング素子ＳＷは、高電圧システムを構成するものであるため、これら各スイッチング素子ＳＷを他の回路と絶縁すべく、回路基板５０には、絶縁領域ＩＡが設けられている。絶縁領域ＩＡは、回路（素子や配線や電源パターン）が配置されない領域である。

ここで、図中下の列には、低電圧側のスイッチング素子ＳＷｎ１〜ＳＷｎ４を備えるパワーカードＰＷＣの端子が示されている。これら低電圧側のスイッチング素子ＳＷｎに対応するエミッタ検出端子ＫＥが、いずれも同一の基準電圧（端子ＴＮの電圧ＶＮ）であるため、これらの間に絶縁領域ＩＡが設けられていない。このため、これら下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ４を駆動する駆動回路Ｄｎ１〜Ｄｎ４は、この基準電圧を基準にして所定の電圧幅で動作することとなる。ここで、これら駆動回路Ｄｎ１〜Ｄｎ４の構成部品の動作電圧自体は、必ずしも低電圧回路領域ＬＶ内の部品と比較して大きいわけではない。このため、これら互いに相違する低電圧側のスイッチング素子ＳＷｎの駆動回路Ｄｎ１〜Ｄｎ４同士は、回路基板５０上において必ずしも絶縁領域ＩＡを設ける必要がない。

これに対し、図中上の列には、上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ４を備えるパワーカードＰＷＣの端子が示されており、これらは互いに絶縁領域ＩＡによって隔離されている。そして、絶縁領域によって囲まれた領域に上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ４を駆動する駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ４が実装されている。これは、各上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ４同士のエミッタ検出端子ＫＥの電圧が、対応する低電圧側のスイッチング素子ＳＷｎ１〜ＳＷｎ４がオン状態であるかオフ状態であるかに応じて、大きく変動するからである。このため、これらの駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ４の動作電圧自体は小さいとはいえ、駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ４同士を絶縁する必要が生じる。上記絶縁領域ＩＡの幅は、法規による要請や、絶縁破壊等を回避する観点から定められる。なお、駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ４，Ｄｎ１〜Ｄｎ４が「第１駆動回路」に相当し、さらに、駆動回路Ｄｐ１，Ｄｎ１が「第２駆動回路」に相当する。

図４として、スイッチング素子ＳＷｐ１〜ＳＷｐ４，ＳＷｎ１〜ＳＷｎ４とコンデンサＣ２との接続を表す概略図を示す。上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ４のコレクタは互いに、金属製の棒状（又は板状）の部材であるバスバーＢ１によって接続されている。さらに、上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ４のコレクタは、バスバーＢ１によって、コンデンサＣ２の高電圧側の端子ＰＰに接続されている。

同様に、下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ４のエミッタＥは互いに、金属製の棒状の部材であるバスバーＢ２によって接続されている。さらに、下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ４のエミッタＥは、バスバーＢ２によって、コンデンサＣ２の低電圧側の端子ＰＮに接続されている。

ここで、上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ４のコレクタＣと、コンデンサＣ２の高電圧側端子ＰＰとの間の配線距離を比較すると、ＤＣＤＣコンバータＣＶの上アームスイッチＳＷｐ１のコレクタＣと、コンデンサＣ２の高電圧側端子ＰＰとの間が最も近い。このため、ＤＣＤＣコンバータＣＶの上アームスイッチＳＷｐ１のコレクタＣと、コンデンサＣ１の高電圧側端子ＰＰとの間のインピーダンスが最小となる。

また、下アームスイッチＳＷｎ１〜４のエミッタＥと、コンデンサＣ２の低電圧側端子ＰＮとの間の配線距離を比較すると、ＤＣＤＣコンバータＣＶの下アームスイッチＳＷｎ１のエミッタＥと、コンデンサＣ２の低電圧側端子ＰＮとの間が最も近い。このため、ＤＣＤＣコンバータＣＶの下アームスイッチＳＷｎ１のエミッタＥと、コンデンサＣ２の低電圧側端子ＰＮとの間のインピーダンスが最小となる。

そこで、差動増幅回路２０の正極側（抵抗体２３）の端子ＴＨを、ＤＣＤＣコンバータＣＶの上アームスイッチＳＷｐ１のコレクタ検出端子ＫＣに接続する。また、負極側（抵抗体２５）の端子ＴＮを、ＤＣＤＣコンバータＣＶの下アームスイッチＳＷｎ１のエミッタ検出端子ＫＥに接続する。これにより、配線インピーダンスによる電圧降下の影響を抑制することが可能になる。さらに、コレクタ検出端子ＫＣ及びエミッタ検出端子ＫＥは、回路基板５０に接続されているため、回路基板５０上の配線（プリント配線）を用いて、端子ＴＨ，ＴＮと接続することができ、ワイヤーハーネスなどを用いた接続と比較して、簡易な構造により接続をすることが可能になる。

さらに、本実施形態では、図２に示すように差動増幅回路２０を構成する高抵抗体２３，２５を絶縁領域ＩＡに沿って配置した。これは、回路基板５０の集積度を向上させるための設定である。すなわち、高抵抗体２３，２５も高電圧システムを構成するものであるため、これらと別の部材とを隔離する必要がある。図２に示すような高抵抗体２３，２５の配置によって、他の部材を配置できない領域と、パワーカードＰＷＣ等の配置によって必要となった絶縁領域ＩＡとを共有することで、回路基板５０の集積度を向上させることができる。

なお、先の図２においては、差動増幅回路２０を構成する抵抗体２３，２５のみが示されているが、これは、回路基板５０が両面基板であるためであり、差動増幅回路３０を構成する抵抗体３３，３５は、回路基板５０の裏面に配置されている。ちなみに、高抵抗体２３，２５が複数の抵抗素子からなるのは、絶縁距離を確保するための設定である。すなわち、高抵抗体２３，２５を単一の抵抗素子にて構成する場合、その両端の距離を十分に長くする必要が生じるが、これを満たす部材を構成することが困難であるため、複数の抵抗素子にて構成した。

図５に、図２に示した回路基板５０の面の裏面における、差動増幅回路３０を構成する抵抗体３３，３５の配置及び接続を示す。回路基板５０の集積度を向上させるために、図２における高抵抗体２３，２５と同様に、高抵抗体３５を絶縁領域ＩＡに沿って配置した。

また、差動増幅回路３０の負極側（高抵抗体３５）の端子ＴＮを、ＤＣＤＣコンバータＣＶの下アームスイッチＳＷｎ１のエミッタ検出端子ＫＥに接続する。また、コンデンサＣ１の高電圧側端子を、回路基板５０を介して、差動増幅回路３０の正極側の端子ＴＬに接続する。このような構成にすることで、ワイヤーハーネスなどを用いた接続と比較して、簡易な構造により接続をすることが可能になる。さらに、コンデンサＣ１の低電圧側端子、及び、コンデンサＣ２の低電圧側端子ＰＮを、ともに下アームスイッチＳＷｎ１のエミッタ検出端子ＫＥに接続する構成とすることで、回路基板５０における配線を簡略化できる。

（第２実施形態）
図６に、本実施形態における差動増幅回路２０の抵抗体２３ａ，２５ａの配置を示す。図６に示す構成では、図２に示す構成と比較して、低電圧回路領域ＬＶと高電圧回路領域ＨＶの配置が異なる。具体的には、図中、左側（上アームスイッチＳＷｐ１に対し、上アームスイッチＳＷｐ２が設けられている方向と逆の方向）の領域が低電圧回路領域ＬＶであり、中央及び左側（上アームスイッチＳＷｐ１に対し、上アームスイッチＳＷｐ２が設けられている方向）の領域が高電圧回路領域ＨＶである。

本実施形態の構成では、差動増幅回路２０の正極側（抵抗体２３ａ）の端子ＴＨを、インバータ回路ＩＮＶの上アームスイッチＳＷｐ４のコレクタ検出端子ＫＣに接続する。また、負極側（抵抗体２５ａ）の端子ＴＮを、インバータ回路ＩＮＶの下アームスイッチＳＷｎ４のエミッタ検出端子ＫＥに接続する。なお、差動増幅回路３０の接続については、第１実施形態と同様である。

上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ４のコレクタＣと、コンデンサＣ２の高電圧側端子ＰＰとの間の配線距離を比較すると、インバータ回路ＩＮＶの上アームスイッチＳＷｐ４のコレクタＣと、コンデンサＣ２の高電圧側端子ＰＰとの間が最も長い。このため、インバータ回路ＩＮＶの上アームスイッチＳＷｐ４のコレクタＣＣと、コンデンサＣ２の高電圧側端子ＰＰとの間のインピーダンスが最大となる。

また、下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ４のエミッタＥと、コンデンサＣ２の低電圧側端子ＰＮとの間の配線距離を比較すると、インバータ回路ＩＮＶの下アームスイッチＳＷｎ４のエミッタＥと、コンデンサＣ２の低電圧側端子ＰＮとの間が最も長い。このため、インバータ回路ＩＮＶの下アームスイッチＳＷｎ４のエミッタＥと、コンデンサＣ２の低電圧側端子ＰＮとの間のインピーダンスが最大となる。

突入電流が生じる場合、コンデンサＣ２との間のインピーダンス（寄生インダクタンス）が大きいほど、スイッチング素子ＳＷに対して印加されるサージ電圧が大きくなる。そこで、インピーダンスが最も大きい、即ち、サージ電圧が最も大きくなるスイッチング素子ＳＷの端子電圧を検出して制御に用いることで、スイッチング素子ＳＷを適切に保護することが可能になる。

また、第１実施形態と同様に、コレクタ検出端子ＫＣ及びエミッタ検出端子ＫＥは、回路基板５０に接続されているため、回路基板５０上の配線（プリント配線）を介して、端子ＴＨ，ＴＮと接続することができ、ワイヤーハーネスなどを用いた接続と比較して、簡易な構造により接続をすることが可能になる。

（他の実施形態）
・図４に、上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ４のそれぞれのコレクタの接続、及び、下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ４のそれぞれのエミッタの接続について図示を行った。これらの接続を変更し、図７に示す構成としてもよい。

図７に示す構成では、図４に示す構成と同様、直列接続されているスイッチング素子ＳＷを回路基板５０の短手方向（第１方向）に沿って配置するとともに、各上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ４を回路基板５０の長手方向（第１方向に垂直な第２方向）に並ぶように配置している。また、各下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ４を、回路基板５０の長手方向に並ぶように配置している。さらに、回路基板５０の短手方向において、コンデンサＣ２を下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ４に対して、上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ４と反対側に配置している。そして、板状のバスバーＢ１ｂによって、コンデンサＣ２の高電圧側端子ＰＰと、上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ４のコレクタ端子とをそれぞれ接続するとともに、板状のバスバーＢ２ｂによって、コンデンサＣ２の低電圧側端子ＰＰと、下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ４のエミッタ端子とをそれぞれ接続する構成としている。

・上記実施形態では、スイッチング素子ＳＷとしてＩＧＢＴを用いたが、これを変更し、ＭＯＳ−ＦＥＴを用いてもよい。

・上記実施形態では、制御装置４０を回路基板５０の外部に設け、コネクタ６６を介して制御装置４０と回路基板５０上の素子とを接続する構成とした。これを変更し、制御装置４０を回路基板５０に実装する構成としてもよい。

・第１実施形態では、コンデンサＣ２の端子間電圧として、上アームスイッチＳＷｐ１のコレクタＣと、下アームスイッチＳＷｎ１のエミッタＥとの間の電圧を検出する構成としたが、これを変更してもよい。例えば、ＤＣＤＣコンバータＣＶを有しない電力変換装置においては、コンデンサＣ２の端子間電圧として、上アームスイッチＳＷｐ２のコレクタＣと、下アームスイッチＳＷｎ２のエミッタＥとの間の電圧を検出する構成としてもよい。

また、ＤＣＤＣコンバータＣＶを有する構成において、コンデンサＣ２の低電圧側端子ＰＮと、下アームスイッチＳＷｎ２のエミッタＥとの間の配線インピーダンスが、コンデンサＣ２の低電圧側端子ＰＮと、下アームスイッチＳＷｎ１のエミッタＥとの間の配線インピーダンスに比べて低く、さらに、コンデンサＣ２の高電圧側端子ＰＰと、上アームスイッチＳＷｐ２のコレクタＣとの間の配線インピーダンスが、コンデンサＣ２の高電圧側端子ＰＰと、上アームスイッチＳＷｐ１のエミッタＥとの間の配線インピーダンスに比べて低い場合がある。このような場合、コンデンサＣ２の端子間電圧として、上アームスイッチＳＷ２のコレクタＣ（コレクタ検出端子ＫＣ）と、下アームスイッチＳＷｎ２のエミッタＥ（エミッタ検出端子ＫＥ）との間の電圧を検出する構成としてもよい。

・上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ４が、他の素子とともに絶縁材料で被覆されて構成されるパワーカードＰＷＣについて、全てのパワーカードＰＷＣがコレクタ検出端子ＫＣを備えていなくてもよい。具体的には、第１実施形態を変更し、上アームスイッチＳＷｐ１を有するパワーカードＰＷＣのみがコレクタ検出端子ＫＣを備え、他の上アームスイッチＳＷｐ２〜ＳＷｐ４を有するパワーカードＰＷＣがコレクタ検出端子ＫＣを備えていない構成としてもよい。

同様に、下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ４を有する全てのパワーカードＰＷＣがエミッタ検出端子ＫＥを備えていなくてもよい。具体的には、第１実施形態を変更し、下アームスイッチＳＷｎ１を有するパワーカードＰＷＣのみがエミッタ検出端子ＫＥを備え、他の上アームスイッチＳＷｎ２〜ＳＷｎ４を有するパワーカードＰＷＣがエミッタ検出端子ＫＥを備えていない構成としてもよい。

ＳＷｎ１〜ＳＷｎ４…下アームスイッチ、ＳＷｐ１〜ＳＷｐ４…上アームスイッチ、Ｃ２…コンデンサ、Ｄｎ１〜Ｄｎ４，Ｄｐ１〜Ｄｐ４…駆動回路、Ｃ…コレクタ、Ｅ…エミッタ、Ａ…アノード、Ｋ…カソード、Ｇ…ゲート、ＫＣ…コレクタ検出端子（第２検出端子）、ＫＥ…エミッタ検出端子（第１検出端子）、ＳＥ…センス端子、ＰＷＣ…パワーカード（モジュール）、４０…制御装置、５０…回路基板。

Claims (6)

1. 高電圧側端子（Ｃ）が互いに接続された半導体スイッチング素子である複数の上アームスイッチ（ＳＷｐ１〜ＳＷｐ４）と、低電圧側端子（Ｅ）が互いに接続された半導体スイッチング素子である複数の下アームスイッチ（ＳＷｎ１〜ＳＷｎ４）と、を有し、前記上アームスイッチと前記下アームスイッチとの直列接続体がそれぞれ構成され、前記上アームスイッチの高電圧側端子と、前記下アームスイッチの低電圧側端子とに接続され、その両端子間の電圧を平滑化する第１平滑コンデンサ（Ｃ２）を有し、直流電力を交流電力に変換する電力変換回路（ＩＮＶ）と、
   前記第１平滑コンデンサの端子間電圧を検出する第１電圧検出手段（４０）の検出値に基づいて、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチを駆動する第１駆動回路（Ｄｐ１〜Ｄｐ４，Ｄｎ１〜Ｄｎ４）と、
   を備える電力変換装置であって、
   前記半導体スイッチング素子は、他の素子とともに絶縁材料で被覆されてモジュール（ＰＷＣ）を構成するとともに、前記絶縁材料から外部へ露出した複数の信号端子（ＫＣ，Ｋ，Ａ，Ｇ，ＳＥ，ＫＥ）を備え、前記信号端子は、前記半導体スイッチング素子の低電圧側端子に接続された第１検出用端子（ＫＥ）と、前記半導体スイッチング素子の高電圧側端子に接続された第２検出用端子（ＫＣ）と、前記半導体スイッチング素子の制御端子（Ｇ）とを含み、
   前記複数の信号端子が接続され、前記第１駆動回路と、前記第１電圧検出手段への入力に適した電圧となるように前記第１平滑コンデンサの端子間電圧を変換する第１電圧変換回路（２０）と、が実装されている回路基板（５０）を備え、
   前記第１電圧変換回路は、複数の前記下アームスイッチの前記第１検出用端子のうち、前記第１平滑コンデンサとの間のインピーダンスの大きさが最小となるものと、複数の前記上アームスイッチの前記第２検出用端子のうち、前記第１平滑コンデンサとの間のインピーダンスの大きさが最小となるものと、の電圧差を、前記第１平滑コンデンサの端子間電圧とすることを特徴とする電力変換装置。
2. 高電圧側端子（Ｃ）が互いに接続された半導体スイッチング素子である複数の上アームスイッチ（ＳＷｐ１〜ＳＷｐ４）と、低電圧側端子（Ｅ）が互いに接続された半導体スイッチング素子である複数の下アームスイッチ（ＳＷｎ１〜ＳＷｎ４）と、を有し、前記上アームスイッチと前記下アームスイッチとの直列接続体がそれぞれ構成され、前記上アームスイッチの高電圧側端子と、前記下アームスイッチの低電圧側端子とに接続され、その両端子間の電圧を平滑化する第１平滑コンデンサ（Ｃ２）を有し、直流電力を交流電力に変換する電力変換回路（ＩＮＶ）と、
   前記第１平滑コンデンサの端子間電圧を検出する第１電圧検出手段（４０）の検出値に基づいて、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチを駆動する第１駆動回路（Ｄｐ１〜Ｄｐ４，Ｄｎ１〜Ｄｎ４）と、
   を備える電力変換装置であって、
   前記半導体スイッチング素子は、他の素子とともに絶縁材料で被覆されてモジュール（ＰＷＣ）を構成するとともに、前記絶縁材料から外部へ露出した複数の信号端子（ＫＣ，Ｋ，Ａ，Ｇ，ＳＥ，ＫＥ）を備え、前記信号端子は、前記半導体スイッチング素子の低電圧側端子に接続された第１検出用端子（ＫＥ）と、前記半導体スイッチング素子の高電圧側端子に接続された第２検出用端子（ＫＣ）と、前記半導体スイッチング素子の制御端子（Ｇ）とを含み、
   前記複数の信号端子が接続され、前記第１駆動回路と、前記第１電圧検出手段への入力に適した電圧となるように前記第１平滑コンデンサの端子間電圧を変換する第１電圧変換回路（２０）と、が実装されている回路基板（５０）を備え、
   前記第１電圧変換回路は、複数の前記下アームスイッチの前記第１検出用端子のうち、前記第１平滑コンデンサとの間のインピーダンスの大きさが最大となるものと、複数の前記上アームスイッチの前記第２検出用端子のうち、前記第１平滑コンデンサとの間のインピーダンスの大きさが最大となるものと、の電圧差を、前記第１平滑コンデンサの端子間電圧とすることを特徴とする電力変換装置。
3. 昇降圧スイッチング素子（ＳＷｎ１，ＳＷｐ１）としての前記半導体スイッチング素子、及び、直流電源（１２）から入力される電圧を平滑化する第２平滑コンデンサ（Ｃ１）を有し、前記直流電源から入力される電力を昇降圧する昇降圧回路（ＣＶ）と、
   前記昇降圧回路の入力電圧を検出する第２電圧検出手段（４０）と、
   前記第２電圧検出手段の検出値に基づいて、前記昇降圧スイッチング素子を駆動する第２駆動回路（Ｄｎ１，Ｄｐ１）と、
   を備え、
   前記回路基板は、前記昇降圧スイッチング素子の前記複数の信号端子が接続されるとともに、前記第２駆動回路と、前記第２電圧検出手段に適した電圧となるように前記第２平滑コンデンサの端子間電圧を変換する第２電圧変換回路（３０）と、を備え、
   前記第２電圧変換回路の低電圧側端子は、前記昇降圧スイッチング素子の前記第１検出用端子に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 昇降圧スイッチング素子（ＳＷｎ１，ＳＷｐ１）としての前記半導体スイッチング素子、及び、直流電源（１２）から入力される電圧を平滑化する第２平滑コンデンサ（Ｃ１）を有し、前記直流電源から入力される電力を昇降圧する昇降圧回路（ＣＶ）と、
   前記昇降圧回路の入力電圧を検出する第２電圧検出手段（４０）と、
   前記第２電圧検出手段の検出値に基づいて、前記昇降圧スイッチング素子を駆動する第２駆動回路（Ｄｎ１，Ｄｐ１）と、
   を備え、
   前記回路基板は、前記昇降圧スイッチング素子の前記複数の信号端子が接続されるとともに、前記第２駆動回路と、前記第２電圧検出手段に適した電圧となるように前記第２平滑コンデンサの端子間電圧を変換する第２電圧変換回路（３０）と、を備え、
   前記昇降圧スイッチング素子は、前記下アームスイッチの一つであって、
   前記第２電圧変換回路の低電圧側端子は、前記昇降圧スイッチング素子の前記第１検出用端子に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
5. 前記回路基板には、前記第１検出用端子が接続されている箇所の周囲に絶縁領域（ＩＡ）がそれぞれ設けられており、
   前記第１電圧変換回路は、分圧用の抵抗体（２３〜２６）を備え、その抵抗体は、前記回路基板上において、前記絶縁領域に沿って配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記第１検出用端子及び前記第２検出用端子は、前記回路基板のプリント配線を介して、前記第１電圧変換回路に接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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