JP6866768B2 - 電力変換器 - Google Patents

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Description

本発明は、電力変換器に関する。
従来、例えば特許文献１に見られるように、互いに並列接続された複数のスイッチと、複数のスイッチそれぞれに逆並列接続された還流ダイオードとを備える電力変換器が知られている。
特開２０１３−１７０９２号公報
還流ダイオードにはリカバリ電流が流れる。リカバリ電流の流通が完了すると、リカバリ電流が流れる電気経路においてサージ電圧が発生する。この場合、互いに並列接続された複数のスイッチのうち、サージ電圧の発生源となった還流ダイオードに対応するスイッチの出力端子の電位が、他のスイッチの出力端子の電位よりも相対的に低くなる。このような電位差が生じるのは、複数のスイッチの出力端子が互いに接続されているためである。
複数のスイッチそれぞれに対応する各還流ダイオードのうち、少なくとも２つの還流ダイオードのリカバリ電流の流通完了タイミングが、還流ダイオードの個体差に起因して相違し得る。この場合、還流ダイオードのリカバリ電流の流通が順次完了することにより、各スイッチの出力端子間の電位差が大きく変動する。電位差の変動が大きくなると、スイッチの制御端子及び出力端子等、スイッチの各端子の印加電圧がその定格値を超え、スイッチが劣化したり、スイッチが誤動作したりする等の不都合が発生し得る。
本発明は、互いに並列接続された複数のスイッチの出力端子間の電位差の変動を抑制できる電力変換器を提供することを主たる目的とする。
第１の発明は、複数のスイッチと、複数の前記スイッチそれぞれに逆並列接続された還流ダイオードと、複数の前記スイッチそれぞれの出力端子が電気的に接続された還流入力部と、複数の前記スイッチそれぞれの入力端子が電気的に接続された還流出力部と、を備える電力変換器である。第１の発明では、複数の前記還流ダイオードそれぞれに対応する電気経路であってかつ前記還流入力部から前記還流ダイオードを介して前記還流出力部に至るまでの電気経路が還流経路とされており、複数の前記還流経路のうち一部であってかつ少なくとも１つの還流経路は、複数の前記還流経路の中でインピーダンスが最大とされている最大経路であり、複数の前記還流ダイオードのうち前記最大経路に含まれる還流ダイオードは、複数の前記還流ダイオードそれぞれに還流電流が流れる場合における自身の電圧降下量が他の還流ダイオードの電圧降下量よりも小さくされている。
第１の発明では、複数のスイッチそれぞれの出力端子が還流入力部に電気的に接続され、複数のスイッチそれぞれの入力端子が還流出力部に電気的に接続されている。これにより、複数のスイッチは、互いに並列接続されている。
複数の還流ダイオードそれぞれに流れる還流電流値は、還流ダイオードの個体差に起因してばらつく。このため、複数の還流ダイオード間において還流電流値の差が発生する。還流電流値の差が大きいほど、その後複数の還流ダイオードのリカバリ電流の流通完了タイミングが大きくばらつく。リカバリ電流の流通完了タイミングが大きくばらつくと、複数のスイッチの出力端子間に生じる電位差の変動が大きくなる。そこで第１の発明では、以下に説明する構成により上記電位差の変動を抑制する。
第１の発明では、複数の還流ダイオードそれぞれに対応した還流経路が上記のように定義されている。複数の還流経路には、インピーダンスが大きい還流経路と、インピーダンスが小さい還流経路とが含まれている。複数の還流経路のうち一部であってかつ少なくとも１つの還流経路が、複数の還流経路の中でインピーダンスが最大の最大経路とされている。
還流経路のインピーダンスの上述した設定を前提として、複数の還流ダイオードのうち最大経路に含まれる還流ダイオードは、複数の還流ダイオードそれぞれに還流電流が流れる場合における自身の電圧降下量が他の還流ダイオードの電圧降下量よりも小さくされている。これにより、複数の還流経路それぞれのインピーダンスのばらつきを抑制でき、複数の還流経路に還流電流が流れる場合における複数の還流経路それぞれで生じる電圧降下量のばらつきを抑制できる。このため、複数の還流ダイオード間における還流電流値の差のばらつきを抑制でき、複数の還流経路それぞれにおけるリカバリ電流の流通完了タイミングのばらつきを抑制できる。その結果、複数のスイッチの出力端子間の電位差の変動を抑制できる。
第２，第３の発明では、複数の前記還流経路のうち一部であってかつ少なくとも１つの還流経路は、複数の前記還流経路の中でインピーダンスが最小とされている最小経路であり、複数の前記還流ダイオードのうち前記最小経路に含まれる還流ダイオードは、複数の前記還流ダイオードそれぞれに還流電流が流れる場合における自身の電圧降下量が他の還流ダイオードの電圧降下量よりも大きくされている。
第２，第３の発明では、複数の還流経路のうち一部であってかつ少なくとも１つの還流経路が、複数の還流経路の中でインピーダンスが最小の最小経路とされている。還流経路のインピーダンスの上述した設定を前提として、複数の還流ダイオードのうち最小経路に含まれる還流ダイオードは、複数の還流ダイオードのうち最小経路に含まれる還流ダイオードは、複数の前記還流ダイオードそれぞれに還流電流が流れる場合における自身の電圧降下量が他の還流ダイオードの電圧降下量よりも大きくされている。これにより、複数の還流経路それぞれのインピーダンスのばらつきを抑制でき、複数の還流経路に還流電流が流れる場合における複数の還流経路それぞれの電圧降下量のばらつきを抑制できる。このため、複数の還流経路それぞれにおけるリカバリ電流の流通完了タイミングのばらつきを抑制でき、複数の還流経路それぞれにおけるリカバリ電流の流通完了タイミングのばらつきを抑制できる。その結果、複数のスイッチの出力端子間の電位差の変動を抑制できる。
第１実施形態に係るモータ制御システムの全体構成図。 半導体モジュールを示す図。 半導体モジュール及び各接続部を示す図。 半導体モジュール及び各接続部を示す図。 駆動回路を示す図。 ダイオードの電流電圧特性のばらつきを示す図。 インバータの１相分の回路構成を示す図。 リカバリ電流の流通完了タイミングのばらつきを示すタイムチャート。 エミッタ電位差が変動するメカニズムを説明するための回路図。 エミッタ電位差が変動するメカニズムを説明するための回路図。 エミッタ電位差が変動するメカニズムを説明するための回路図。 エミッタ電位差が変動するメカニズムを説明するための回路図。 比較技術１に係る駆動回路を示す図。 比較技術２に係るダイオード特性等の設定態様を示す図。 第１実施形態に係るインピーダンスの設定態様を示す図。 ダイオード特性等の設定態様を示す図。 ダイオード特性等の設定態様を示す図。 第２実施形態に係るダイオード特性等の設定態様を示す図。 第３実施形態に係るインバータの１相分の構成を示す図。 ダイオード特性等の設定態様を示す図。 第４実施形態に係るダイオード特性等の設定態様を示す図。 第５実施形態に係るダイオード特性等の設定態様を示す図。 第６実施形態に係る半導体モジュールを示す図。 半導体モジュール及び各接続部を示す図。
（第１実施形態）
以下、本発明に係る電力変換器を具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態において、電力変換器は、車載モータ制御システムを構成する。
図１に示すように、制御システムは、バッテリ１０、電力変換器としてのインバータ２０、回転電機２１及び制御装置２２を備えている。バッテリ１０は、例えば１００Ｖ以上の端子間電圧を有している。バッテリ１０は、具体的には例えば、リチウムイオン蓄電池又はニッケル水素蓄電池である。バッテリ１０には、直流電源としてのコンデンサ１１が並列接続されている。
回転電機２１は、車載主機となる回転電機であり、図示しない駆動輪と動力伝達可能とされている。本実施形態では、回転電機２１として、３相のものを用いている。回転電機２１は、例えば永久磁石同期機である。
インバータ２０は、コンデンサ１１から入力される直流電力を交流電力に変換して回転電機２１に出力する。本実施形態において、インバータ２０は、３相のものである。インバータ２０は、上アームスイッチ及び下アームスイッチの直列接続体を３相分備えている。インバータ２０は、各相において、第１上アームスイッチＳＨ１及び第１下アームスイッチＳＬ１の直列接続体と、第２上アームスイッチＳＨ２及び第２下アームスイッチＳＬ２の直列接続体とを備えている。第１上アームスイッチＳＨ１及び第１下アームスイッチＳＬ１の直列接続体と、第２上アームスイッチＳＨ２及び第２下アームスイッチＳＬ２の直列接続体とは並列接続されている。本実施形態において、各スイッチＳＨ１，ＳＨ２，ＳＬ１，ＳＬ２は、電圧制御型の半導体スイッチ素子であり、具体的にはＩＧＢＴである。このため、各スイッチにおいて、制御端子はゲートであり、入力端子はコレクタであり、出力端子はエミッタである。
第１上アームスイッチＳＨ１には、第１上アームダイオードＤＨ１が逆並列に接続されており、第１下アームスイッチＳＬ１には、第１下アームダイオードＤＬ１が逆並列に接続されている。第２上アームスイッチＳＨ２には、第２上アームダイオードＤＨ２が逆並列に接続されており、第２下アームスイッチＳＬ２には、第２下アームダイオードＤＬ２が逆並列に接続されている。
ちなみに本実施形態において、各ダイオードＤＨ１，ＤＨ２，ＤＬ１，ＤＬ２が還流ダイオードに相当する。また、各ダイオードＤＨ１，ＤＨ２，ＤＬ１，ＤＬ２は、各スイッチＳＨ１，ＳＨ２，ＳＬ１，ＳＬ２と一体化されてダイオード内蔵ＩＧＢＴとされていてもよいし、各スイッチＳＨ１，ＳＨ２，ＳＬ１，ＳＬ２に対して外付けされていてもよい。
本実施形態において、第１上アームスイッチＳＨ１、第１上アームダイオードＤＨ１、第１下アームスイッチＳＬ１及び第１下アームダイオードＤＬ１は、図２に示すように、本体部ＢＤに内蔵されて半導体モジュールＭＳとして一体化されている。また、第２上アームスイッチＳＨ２、第２上アームダイオードＤＨ２、第２下アームスイッチＳＬ２及び第２下アームダイオードＤＬ２は、本体部ＢＤに内蔵されて半導体モジュールＭＳとして一体化されている。本実施形態において、本体部ＢＤは、扁平な直方体形状をなしている。
半導体モジュールＭＳは、スイッチ高圧端子ＴＰ、スイッチ低圧端子ＴＮ及び中間端子ＴＯを備えている。スイッチ高圧端子ＴＰ、スイッチ低圧端子ＴＮ及び中間端子ＴＯは、本体部ＢＤから突出して設けられている。スイッチ高圧端子ＴＰは、上アームスイッチのコレクタに接続されている。スイッチ低圧端子ＴＮは、下アームスイッチのエミッタに接続されている。中間端子ＴＯは、上アームスイッチのエミッタと、下アームスイッチのコレクタとに接続されている。
図１〜図４に示すように、各半導体モジュールＭＳのスイッチ高圧端子ＴＰには、導電性の高圧接続部３０ｐを介して高圧導電部材Ｂｐが接続されている。高圧導電部材Ｂｐには、コンデンサ１１の高電位側端子である高圧電源端子ＴＣＰ端子が接続されている。各半導体モジュールＭＳのスイッチ低圧端子ＴＮには、導電性の低圧接続部３０ｎを介して低圧導電部材Ｂｎが接続されている。低圧導電部材Ｂｎには、コンデンサ１１の低電位側端子である低圧電源端子ＴＣＮが接続されている。バッテリ１０の正極端子には、高圧電源端子ＴＣＰが接続され、バッテリ１０の負極端子には、低圧電源端子ＴＣＮが接続されている。
各相において、２つの半導体モジュールＭＳそれぞれの中間端子ＴＯは、導電性の第１接続部Ｂｍ１によって接続されている。第１接続部Ｂｍ１には、導電性の第２接続部Ｂｍ２を介して回転電機２１の巻線２１Ａの第１端が接続されている。各相の巻線２１Ａの第２端は、中性点で接続されている。巻線２１Ａは、誘導性負荷である。なお、第１接続部Ｂｍ１及び第２接続部Ｂｍ２は、一体化されていてもよいし、別部材とされていてもよい。
なお本実施形態において、制御システムは、冷却装置４０を備えている。冷却装置４０は、図３に示すように、一対の冷却管４１と、複数の冷却板４２とを備えている。半導体モジュールＭＳは、冷却板４２に挟まれた状態で設けられている。冷却管４１及び冷却板４２により、冷却流体が流れる冷却通路が構成されている。
インバータ２０は、各相において、図５に示すように、第１上アームスイッチＳＨ１及び第２上アームスイッチＳＨ２を駆動対象とする上アーム駆動回路ＤｒＨと、第１下アームスイッチＳＬ１及び第２下アームスイッチＳＬ２を駆動対象とする下アーム駆動回路ＤｒＬとを備えている。
制御装置２２は、回転電機２１の制御量をその指令値に制御すべく、インバータ２０の各スイッチＳＨ１，ＳＨ２，ＳＬ１，ＳＬ２をオンオフ駆動する。制御量は、例えばトルクである。制御装置２２は、各相において、第１，第２上アームスイッチＳＨ１，ＳＨ２に対応する上アーム駆動信号ＧＨを上アーム駆動回路ＤｒＨに対して出力する。制御装置２２は、各相において、第１，第２下アームスイッチＳＬ１，ＳＬ２に対応する下アーム駆動信号ＧＬを下アーム駆動回路ＤｒＬに対して出力する。制御装置２２は、例えば、電気角で位相が１２０°ずれた３相指令電圧と三角波等のキャリア信号との大小比較に基づくＰＷＭ処理により、各駆動回路ＤｒＨ，ＤｒＬに対応する各駆動信号ＧＨ，ＧＬを生成する。各駆動信号ＧＨ，ＧＬは、スイッチのオン状態への切り替えを指示するオン駆動指令と、オフ状態への切り替えを指示するオフ駆動指令とのいずれかをとる。各相において、上アーム駆動信号ＧＨと下アーム駆動信号ＧＬとは、互いに相補的な信号となっている。このため各相において、第１，第２上アームスイッチＳＨ１，ＳＨ２と、第１，第２下アームスイッチＳＬ１，ＳＬ２とは、デッドタイムを挟みつつ交互にオン状態とされる。
続いて図５を用いて、各駆動回路ＤｒＨ，ＤｒＬについて説明する。なお図５では、第１上，下アームスイッチＳＨ１，ＳＬ１を含む半導体モジュールＭＳの中間端子ＴＯと、第２上，下アームスイッチＳＨ２，ＳＬ２を含む半導体モジュールＭＳの中間端子ＴＯとを１つの中間端子ＴＯで示す等、構成を簡略化して示している。
上アーム駆動回路ＤｒＨは、上側電源５０、上側充電スイッチ５１及び上側充電抵抗体５２を備えている。上側電源５０には、上側充電スイッチ５１を介して上側充電抵抗体５２の第１端が接続されている。上側充電抵抗体５２の第２端には、第１上アームスイッチＳＨ１及び第２上アームスイッチＳＨ２それぞれのゲートが接続されている。
上アーム駆動回路ＤｒＨは、上側放電抵抗体５３及び上側放電スイッチ５４を備えている。上側放電抵抗体５３の第１端には、第１上アームスイッチＳＨ１及び第２上アームスイッチＳＨ２それぞれのゲートが接続されている。上側放電抵抗体５３の第２端には、上側放電スイッチ５４を介して、上アーム駆動回路ＤｒＨのグランドＧＮＤＨが接続されている。グランドＧＮＤＨには、第１上アームスイッチＳＨ１及び第２上アームスイッチＳＨ２それぞれのエミッタが接続されている。
上アーム駆動回路ＤｒＨは、上側制御部５５を備えている。上側制御部５５は、制御装置２２から取得した上アーム駆動信号ＧＨに基づいて、充電処理及び放電処理を交互に行うことで各上アームスイッチＳＨ１，ＳＨ２をオンオフ駆動する。詳しくは、上側制御部５５は、充電処理として、上アーム駆動信号ＧＨがオン駆動指令になっていると判定している場合、上側充電スイッチ５１をオン状態とし、上側放電スイッチ５４をオフ状態とする処理を行う。これにより、上側電源５０を電力供給源として各上アームスイッチＳＨ１，ＳＨ２のゲートに充電電流が流れ、各上アームスイッチＳＨ１，ＳＨ２のゲート電圧がスレッショルド電圧以上となる。その結果、各上アームスイッチＳＨ１，ＳＨ２がオフ状態からオン状態に切り替えられる。
一方、上側制御部５５は、放電処理として、上アーム駆動信号ＧＨがオフ駆動指令になっていると判定している場合、上側充電スイッチ５１をオフ状態とし、上側放電スイッチ５４をオン状態とする処理を行う。これにより、各上アームスイッチＳＨ１，ＳＨ２のゲートからエミッタへと放電電流が流れ、各上アームスイッチＳＨ１，ＳＨ２のゲート電圧がスレッショルド電圧未満となる。その結果、各上アームスイッチＳＨ１，ＳＨ２がオン状態からオフ状態に切り替えられる。
下アーム駆動回路ＤｒＬは、下側電源６０、下側充電スイッチ６１、下側充電抵抗体６２、下側放電抵抗体６３及び下側放電スイッチ６４を備えている。なお、下アーム駆動回路ＤｒＬの構成は、上アーム駆動回路ＤｒＨの構成と基本的には同じである。このため、下アーム駆動回路ＤｒＬの構成について、適宜説明を省略する。なお図５では、下アーム駆動回路ＤｒＬのグランドをＧＮＤＬで示す。
下アーム駆動回路ＤｒＬは、下側制御部６５を備えている。下側制御部６５は、制御装置２２から取得した下アーム駆動信号ＧＬに基づいて、充電処理及び放電処理を交互に行うことで各下アームスイッチＳＬ１，ＳＬ２をオンオフ駆動する。詳しくは、下側制御部６５は、充電処理として、下アーム駆動信号ＧＬがオン駆動指令になっていると判定している場合、下側充電スイッチ６１をオン状態とし、下側放電スイッチ６４をオフ状態とする処理を行う。これにより、下側電源６０を電力供給源として各下アームスイッチＳＬ１，ＳＬ２のゲートに充電電流が流れ、各下アームスイッチＳＬ１，ＳＬ２のゲート電圧がスレッショルド電圧以上となる。その結果、各下アームスイッチＳＬ１，ＳＬ２がオフ状態からオン状態に切り替えられる。
一方、下側制御部６５は、放電処理として、下アーム駆動信号ＧＬがオフ駆動指令になっていると判定している場合、下側充電スイッチ６１をオフ状態とし、下側放電スイッチ６４をオン状態とする処理を行う。これにより、各下アームスイッチＳＬ１，ＳＬ２のゲートからエミッタへと放電電流が流れ、各下アームスイッチＳＬ１，ＳＬ２のゲート電圧がスレッショルド電圧未満となる。その結果、各下アームスイッチＳＬ１，ＳＬ２がオン状態からオフ状態に切り替えられる。
ところで、各ダイオードＤＨ１，ＤＨ２，ＤＬ１，ＤＬ２は、図６に示すように、還流電流値に対する自身の電圧降下量Ｖｆの関係を示す電流電圧特性を有している。この特性は、通常、量産されたダイオードそれぞれでばらつく。このため、量産されたダイオードには、図６に示すように、最大特性Ｖｆｍａｘを有するダイオードと、最小特性Ｖｆｍｉｎを有するダイオードとが含まれ得る。最大特性Ｖｆｍａｘは、還流電流の大きさが所定電流値とされる場合における電圧降下量がその最大値となるダイオードの電流電圧特性として定義されている。最小特性Ｖｆｍｉｎは、還流電流の大きさが上記所定電流値とされる場合における電圧降下量がその最小値となるダイオードの電流電圧特性として定義されている。
電流電圧特性がばらつくため、第１下アームダイオードＤＬ１及び第２下アームダイオードＤＬ２のうち、ある還流電流値に対して一方が電圧降下量の小さいダイオードとなり、他方が電圧降下量の大きいダイオードとなることがある。この場合、第１，第２下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ２に流れる還流電流値の差が大きくなるアンバランス現象が生じ得る。以下、アンバランス現象及びこの現象に起因した問題について説明する。
図７に、３相のうちいずれか１相分の各スイッチＳＨ１，ＳＬ１，ＳＨ２，ＳＬ２を示す。なお図７では、第１上，下アームスイッチＳＨ１，ＳＬ１を含む半導体モジュールＭＳの中間端子ＴＯと、第２上，下アームスイッチＳＨ２，ＳＬ２を含む半導体モジュールＭＳの中間端子ＴＯとを１つの中間端子ＴＯで示す等、構成を簡略化して示している。
図７には、低圧電源端子ＴＣＮから第１，第２下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ２を介して中間端子ＴＯへと還流電流が流れる場合を示す。以下、第１下アームダイオードＤＬ１に流れる還流電流値をＩＬ１にて示し、第２下アームダイオードＤＬ２に流れる還流電流値をＩＬ２にて示す。
また図７に、インバータ２０の電気経路に存在するインピーダンスを示す。第１高圧インピーダンスＲＰ１は、高圧電源端子ＴＣＰから、高圧導電部材Ｂｐ、高圧接続部３０ｐ、及び第１上アームダイオードＤＨ１を含む半導体モジュールＭＳのスイッチ高圧端子ＴＰを介して、第１上アームスイッチＳＨ１のコレクタに至るまでの電気経路のインピーダンスを示す。第２高圧インピーダンスＲＰ２は、高圧電源端子ＴＣＰから、高圧導電部材Ｂｐ、高圧接続部３０ｐ、及び第２上アームダイオードＤＨ２を含む半導体モジュールＭＳのスイッチ高圧端子ＴＰを介して、第２上アームスイッチＳＨ２のコレクタに至るまでの電気経路のインピーダンスを示す。なお図７において、インピーダンスの大きさは、電気経路のインダクタンスの大きさの設定により定められている。具体的には、電気経路のインダクタンスが大きいほど、電気経路のインピーダンスが大きくなる。
第１中圧インピーダンスＲＯ１は、第１上アームダイオードＤＨ１を含む半導体モジュールＭＳにおいて、中間端子ＴＯから、第１上アームスイッチＳＨ１のエミッタ又は第１下アームスイッチＳＬ１のコレクタに至るまでの電気経路のインピーダンスを示す。第２中圧インピーダンスＲＯ２は、第２上アームダイオードＤＨ２を含む半導体モジュールＭＳにおいて、中間端子ＴＯから、第２上アームスイッチＳＨ２のエミッタ又は第２下アームスイッチＳＬ２のコレクタに至るまでの電気経路のインピーダンスを示す。
第１低圧インピーダンスＲＮ１は、低圧電源端子ＴＣＮから、低圧導電部材Ｂｎ、低圧接続部３０ｎ、及び第１下アームダイオードＤＬ１を含む半導体モジュールＭＳのスイッチ低圧端子ＴＮを介して、第１下アームスイッチＳＬ１のエミッタに至るまでの電気経路のインピーダンスを示す。第２低圧インピーダンスＲＮ２は、低圧電源端子ＴＣＮから、低圧導電部材Ｂｎ、低圧接続部３０ｎ、及び第２下アームダイオードＤＬ２を含む半導体モジュールＭＳのスイッチ低圧端子ＴＮを介して、第２下アームスイッチＳＬ２のエミッタに至るまでの電気経路のインピーダンスを示す。
第１下アームダイオードＤＬ１と第２下アームダイオードＤＬ２とは並列接続されている。このため、第１，第２下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ２に還流電流が流れている場合において、第１下アームダイオードＤＬ１の電圧降下量をＶｆＬ１（ＩＬ１）とし、第２下アームダイオードＤＬ２の電圧降下量をＶｆＬ２（ＩＬ２）とすると、下式（ｅｑ１）が成立する。
Figure 0006866768
 図６に示すように、第１，第２下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ２のうち、電圧降下量の小さい第１下アームダイオードＤＬ１に流れる還流電流値が大きくなる。その結果、上式（ｅｑ１）を成立させるために第１下アームダイオードＤＬ１に流れる還流電流値ＩＬ１と第２下アームダイオードＤＬ２に流れる還流電流値ＩＬ２の差が大きくなり、アンバランス現象が生じる。
アンバランス現象が生じている状態において、図８に示すように、時刻ｔ１で第１，第２上アームスイッチＳＨ１，ＳＨ２がオン状態に切り替えられると、時刻ｔ２，ｔ３で示すように、リカバリ電流値の絶対値が減少し始めるタイミングが大きくずれる。その結果、第１，第２下アームスイッチＳＬ１，ＳＬ２それぞれのエミッタ間の電位差が大きく変動する問題が生じ得る。
図９〜図１２を用いて、エミッタ間の電位差が大きく変動する理由を説明する。
図９には、３相のうちいずれか１相分について、第１，第２上アームスイッチＳＨ１，ＳＨ２がオン状態とされ、第１，第２下アームスイッチＳＬ１，ＳＬ２がオフ状態とされている例を示す。図９に示す例では、高圧電源端子ＴＣＰから、第１上アームスイッチＳＨ１、中間端子ＴＯ、回転電機２１を構成する２相分の巻線２１Ａ、及び図示しない他の相の第１，第２下アームスイッチを介して低圧電源端子ＴＣＮへと電流が流れる。また図９に示す例では、高圧電源端子ＴＣＰから、第２上アームスイッチＳＨ２、中間端子ＴＯ、２相分の巻線２１Ａ、及び図示しない他の相の第１，第２下アームスイッチを介して低圧電源端子ＴＣＮへと電流が流れる。
図１０には、第１，第２上アームスイッチＳＨ１，ＳＨ２がオフ状態に切り替えられ、第１，第２下アームスイッチＳＬ１，ＳＬ２がオン状態に切り替えられる例を示す。図１０に示す例では、誘導性負荷としての巻線２１Ａの存在に起因して、第１下アームダイオードＤＬ１、中間端子ＴＯ、巻線２１Ａ、及び図示しない他の相の第１，第２下アームスイッチを有するループ経路に電流が流れ続ける。また図１０に示す例では、第２下アームダイオードＤＬ２、中間端子ＴＯ、巻線２１Ａ、及び図示しない他の相の第１，第２下アームスイッチを有するループ経路に電流が流れ続ける。
図１１には、第１，第２上アームスイッチＳＨ１，ＳＨ２が再度オン状態に切り替えられ、第１，第２下アームスイッチＳＬ１，ＳＬ２が再度オフ状態に切り替えられる例を示す。図１１に示す例では、第２下アームダイオードＤＬ２に逆電圧が印加されることに起因して、第２下アームダイオードＤＬ２にリカバリ電流が流れる。その後、リカバリ電流の流通が完了することに起因して、低圧導電部材Ｂｎにサージ電圧が発生する。このサージ電圧は、リカバリ電流の減少速度ｄＩ／ｄｔと低圧導電部材Ｂｎ等のインダクタンスとの乗算値に比例する。サージ電圧の発生に起因して、第２下アームスイッチＳＬ２のエミッタ電位ＶＥ２が、第１下アームスイッチＳＬ１のエミッタ電位ＶＥ１よりも相対的に低くなる。
その後、図１２に示すように、第１下アームダイオードＤＬ１に逆電圧が印加されることに起因して、第１下アームダイオードＤＬ１にリカバリ電流が流れる。その後、リカバリ電流の流通が完了することに起因して、低圧導電部材Ｂｎにサージ電圧が発生する。サージ電圧の発生に起因して、第１下アームスイッチＳＬ１のエミッタ電位ＶＥ１が、第２下アームスイッチＳＬ２のエミッタ電位ＶＥ２よりも相対的に低くなる。このように、リカバリ電流の流通完了タイミングが大きくずれることにより、第１下アームスイッチＳＬ１及び第２下アームスイッチＳＬ２それぞれのエミッタ間の電位差が大きく変動する。
エミッタ間の電位差が大きく変動すると、第１，第２下アームスイッチＳＬ１，ＳＬ２のゲート端子及びエミッタ等の印加電圧がその定格値を超え、第１，第２下アームスイッチＳＬ１，ＳＬ２が誤動作したり、第１，第２下アームスイッチＳＬ１，ＳＬ２が劣化したりするといった問題が生じる。
なお、第１，第２上アームダイオードＤＨ１，ＤＨ２に流れる還流電流値がＩＨ１，ＩＨ２である場合において、第１上アームダイオードＤＨ１の電圧降下量をＶｆＨ１（ＩＨ１）とし、第２上アームダイオードＤＨ２の電圧降下量をＶｆＨ２（ＩＨ２）とすると、下式（ｅｑ２）が成立する。
Figure 0006866768
 第１，第２上アームダイオードＤＨ１，ＤＨ２それぞれの電圧降下量が異なることとする。この場合、上式（ｅｑ２）を成立させるために第１上アームダイオードＤＨ１に流れる還流電流値ＩＨ１と第２上アームダイオードＤＨ２に流れる還流電流値ＩＨ２の差が大きくなり、アンバランス現象が生じる。この現象が生じている状態において、第１，第２下アームスイッチＳＬ１，ＳＬ２がオン状態に切り替えられるとともに、第１，第２上アームスイッチＳＨ１，ＳＨ２がオフ状態に切り替えられる場合においても、第１，第２上アームスイッチＳＨ１，ＳＨ２それぞれのエミッタ間の電位差が大きく変動する。
ちなみに、先の図９の構成を参照して、図１３には、各相において上アームスイッチ及び下アームスイッチがそれぞれ１つ設けられている構成を示す。この場合、リカバリ電流の流通の完了に起因してサージ電圧が発生したとしても、第１下アームスイッチＳＬ１及び第２下アームスイッチＳＬ２それぞれのエミッタ間の電位差は大きく変動しない。これは、サージ電圧が発生したとしても、第２下アームスイッチＳＬ２のエミッタ電位ＶＥ２と、下側放電スイッチ６４の両端のうち下側放電抵抗体６３とは反対側の電位ＶＥ３とに差が発生しないためである。
下アームを例にして説明すると、アンバランス現象の発生要因となる各還流電流値ＩＬ１，ＩＬ２の差は、図１４の横軸である下アーム電位差ΔＶｆＬに依存する。本実施形態において、下アーム電位差ΔＶｆＬは、第１下アームダイオードＤＬ１の電圧降下量ＶｆＬ１から第２下アームダイオードＤＬ２の電圧降下量ＶｆＬ２を減算した値である。「ΔＶｆＬ＝０」は、第１下アームダイオードＤＬ１及び第２下アームダイオードＤＬ２それぞれの電流電圧特性が同じ特性であることを示す。「ΔＶｆＬ＝｜ΔＶｆＬｍａｘ｜」は、第１下アームダイオードＤＬ１の電流電圧特性が最大特性Ｖｆｍａｘであり、第２下アームダイオードＤＬ２の電流電圧特性が最小特性Ｖｆｍｉｎであることを示す。なお、ΔＶｆＬｍａｘを下アーム最大電位差ΔＶｆＬｍａｘと称すこととする。
図１４は、比較技術２における下アーム電位差ΔＶｆＬと各還流電流値ＩＬ１，ＩＬ２との関係を示す図である。比較技術２は、上式（ｅｑ１），（ｅｑ２）において、「ＲＰ１＝ＲＰ２、ＲＯ１＝ＲＯ２、ＲＮ１＝ＲＮ２」とされている構成のことである。
比較技術２では、「ΔＶｆＬ＝０」となる第１，第２下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ２が用いられる場合、第１下アームダイオードＤＬ１に流れる還流電流値ＩＬ１と第２下アームダイオードＤＬ２に流れる還流電流値ＩＬ２とが等しくなり、アンバランス現象は生じない。
一方、比較技術２では、第１，第２下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ２のうち、一方が最小特性Ｖｆｍｉｎを有して、かつ、他方が最大特性Ｖｆｍａｘを有しているダイオードが用いられる場合、第１下アームダイオードＤＬ１に流れる還流電流値ＩＬ１と第２下アームダイオードＤＬ２に流れる還流電流値ＩＬ２との差の絶対値は、下アーム最大電流差ΔＩＬｍａｘとなる。下アーム最大電流差ΔＩＬｍａｘは、「ＲＯ１＝ＲＯ２，ＲＮ１＝ＲＮ２」とされる場合において、第１下アームダイオードＤＬ１に流れる還流電流値ＩＬ１と第２下アームダイオードＤＬ２に流れる還流電流値ＩＬ２との差の絶対値が取り得る最大値である。
このように比較技術２では、各還流電流値ＩＬ１，ＩＬ２の差の絶対値が大きくなり得る。そこで本実施形態では、各還流電流値ＩＬ１，ＩＬ２の差の絶対値が取り得る最大値を低減するために、以下に説明する特徴的構成を採用している。
まず、下アーム側について説明する。下アーム側において、以下（Ａ１）〜（Ｃ１）を採用する。
（Ａ１）図１５に示すように、第１中圧インピーダンスＲＯ１が第２中圧インピーダンスＲＯ２よりも小さくされ、第１低圧インピーダンスＲＮ１が第２低圧インピーダンスＲＮ２よりも小さくされている。
（Ｂ１）図１５に示すように、第１，第２下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ２それぞれに還流電流が流れる場合における第１下アームダイオードＤＬ１の電圧降下量ＶｆＬ１が第２下アームダイオードＤＬ２電圧降下量ＶｆＬ２よりも大きくされている。これにより、第１，第２下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ２の電流電圧特性が、「ＶｆＬ１＞ＶｆＬ２」となったり、「ＶｆＬ２＞ＶｆＬ１」となったりするのを防止する。その結果、各還流電流値ＩＬ１，ＩＬ２の差が大きくばらつく要因を減らす。
（Ｃ１）図１６に示すように、第１，第２下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ２に還流電流が流れる場合における第１，第２下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ２の電圧降下量の差の絶対値が、第１，第２下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ２それぞれに流れる還流電流が同じ大きさであると仮定した場合における第１，第２下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ２の電圧降下量の差の絶対値以下となるように、第１，第２下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ２の電流電圧特性と、各インピーダンスＲＯ１，ＲＯ２，ＲＮ１，ＲＮ２とが定められている。図１６には、（Ｃ１）を満たす第１，第２下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ２の電流電圧特性の設定範囲をＡＤＬにて示す。図１６では、「ＶｆＬ１＞ＶｆＬ２」となるΔＶｆＬの範囲がＡＤＬ及びＡＤＸからなる範囲とされている。なお、第１，第２下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ２それぞれに流れる還流電流がＩＭＬである場合、（Ｃ１）は、下式（ｅｑ３）が成立することを示す。
Figure 0006866768
 （Ａ１）〜（Ｃ１）により、図１６に示すように、第１下アームダイオードＤＬ１に流れる還流電流値ＩＬ１と、第２下アームダイオードＤＬ２に流れる還流電流値ＩＬ２との差の絶対値が取り得る最大値ΔＩＬｒが下アーム最大電流差ΔＩＬｍａｘよりも小さくなるように、第１，第２下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ２の電流電圧特性と、各インピーダンスＲＯ１，ＲＯ２，ＲＮ１，ＲＮ２とが定められている。
第１，第２下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ２の電流電圧特性と、各インピーダンスＲＯ１，ＲＯ２，ＲＮ１，ＲＮ２とは、例えば図１７に示すように定めることもできる。図１７に示す例は、「ＲＯ２＋ＲＮ２」から「ＲＯ１＋ＲＮ１」を減算した値が、図１６に示す例よりも大きい。
なお、上述した電流電圧特性及びインピーダンスの設定は、以下に説明する方法で行うことができる。例えば、ダイオードの電流電圧特性のばらつきが決まっている場合、各インピーダンスを変更する。また例えば、各インピーダンスのばらつきが決まっている場合、ダイオードの電流電圧特性を変更する。
続いて、上アーム側について説明する。上アーム側において、以下（Ａ２）〜（Ｃ２）を採用する。
（Ａ２）図１５に示すように、第１中圧インピーダンスＲＯ１が第２中圧インピーダンスＲＯ２よりも小さくされ、第１高圧インピーダンスＲＰ１が第２高圧インピーダンスＲＰ２よりも小さくされている。
（Ｂ２）図１５に示すように、第１，第２上アームダイオードＤＨ１，ＤＨ２それぞれに還流電流が流れる場合における第１上アームダイオードＤＨ１の電圧降下量ＶｆＨ１が第２上アームダイオードＤＨ２電圧降下量ＶｆＨ２よりも大きくされている。
（Ｃ２）第１，第２上アームダイオードＤＨ１，ＤＨ２に還流電流が流れる場合における第１，第２上アームダイオードＤＨ１，ＤＨ２の電圧降下量の差の絶対値が、第１，第２上アームダイオードＤＨ１，ＤＨ２それぞれに流れる還流電流が同じ大きさであると仮定した場合における第１，第２上アームダイオードＤＨ１，ＤＨ２の電圧降下量の差の絶対値以下となるように、第１，第２上アームダイオードＤＨ１，ＤＨ２の電流電圧特性と、各インピーダンスＲＯ１，ＲＯ２，ＲＰ１，ＲＰ２とが定められている。なお、第１，第２上アームダイオードＤＨ１，ＤＨ２それぞれに流れる還流電流がＩＭＨである場合、（Ｃ２）は、下式（ｅｑ４）が成立することを示す。
Figure 0006866768
 上式（ｅｑ４）においてΔＶｆＨは、上アーム電位差を示す。上アーム電位差ΔＶｆＨは、第１上アームダイオードＤＨ１の電圧降下量ＶｆＨ１から第２上アームダイオードＤＨ２の電圧降下量ＶｆＨ２を減算した値である。
（Ａ２）〜（Ｃ２）により、第１上アームダイオードＤＨ１に流れる還流電流値ＩＨ１と、第２上アームダイオードＤＨ２に流れる還流電流値ＩＨ２との差の絶対値が取り得る最大値ΔＩＨｒが上アーム最大電流差ΔＩＨｍａｘよりも小さくなるように、第１，第２上アームダイオードＤＨ１，ＤＨ２の電流電圧特性と、各インピーダンスＲＯ１，ＲＯ２，ＲＰ１，ＲＰ２とが定められている。なお、上アーム最大電流差ΔＩＨｍａｘは、各中圧インピーダンスＲＯ１，ＲＯ２がそれぞれ等しくてかつ各高圧インピーダンスＲＰ１，ＲＰ２がそれぞれ等しい場合において、第１上アームダイオードＤＨ１に流れる還流電流値ＩＨ１と第２上アームダイオードＤＨ２に流れる還流電流値ＩＨ２との差の絶対値が取り得る最大値である。
ちなみに本実施形態において、下アーム側について説明すると、低圧電源端子ＴＣＮが還流入力部に相当し、中間端子ＴＯが還流出力部に相当し、第１下アームスイッチＳＬ１が最小ダイオードに相当し、第２下アームダイオードＤＬ２が最大ダイオードに相当する。また、低圧電源端子ＴＣＮから低圧導電部材Ｂｎ、低圧接続部３０ｎ、スイッチ低圧端子ＴＮ及び第２下アームダイオードＤＬ２を介して、第２下アームダイオードＤＬ２を含む半導体モジュールＭＳの中間端子ＴＯに至るまでの電気経路が最大経路に相当する。また、低圧電源端子ＴＣＮから低圧導電部材Ｂｎ、低圧接続部３０ｎ、スイッチ低圧端子ＴＮ及び第１下アームダイオードＤＬ１を介して、第１下アームダイオードＤＬ１を含む半導体モジュールＭＳの中間端子ＴＯに至るまでの電気経路が最小経路に相当する。
また本実施形態において、上アーム側について説明すると、中間端子ＴＯが還流入力部に相当し、高圧電源端子ＴＣＰが還流出力部に相当し、第１上アームダイオードＤＨ１が最小ダイオードに相当し、第２上アームダイオードＤＨ２が最大ダイオードに相当する。また、第２上アームダイオードＤＨ２を含む半導体モジュールＭＳの中間端子ＴＯから、第２上アームダイオードＤＨ２、スイッチ高圧端子ＴＰ、高圧接続部３０ｐ及び高圧導電部材Ｂｐを介して、高圧電源端子ＴＣＰに至るまでの電気経路が最大経路に相当する。また、第１上アームダイオードＤＨ１を含む半導体モジュールＭＳの中間端子ＴＯから、第１上アームダイオードＤＨ１、スイッチ高圧端子ＴＰ、高圧接続部３０ｐ及び高圧導電部材Ｂｐを介して、高圧電源端子ＴＣＰに至るまでの電気経路が最小経路に相当する。
下アーム側を例にして説明すると、以上詳述した本実施形態によれば、低圧電源端子ＴＣＮから第１下アームダイオードＤＬ１を介して中間端子ＴＯに至るまでの還流経路、及び低圧電源端子ＴＣＮから第２下アームダイオードＤＬ２を介して中間端子ＴＯに至るまでの還流経路それぞれのインピーダンスのばらつきを抑制できる。このため、各還流経路に還流電流が流れる場合における各還流経路それぞれで生じる電圧降下量のばらつきを抑制できる。これにより、各下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ２間における還流電流値ＩＬ１，ＩＬ２の差のばらつきを抑制でき、各還流経路それぞれにおけるリカバリ電流の流通完了タイミングのばらつきを抑制できる。その結果、第１，第２下アームスイッチＳＬ１，ＳＬ２のエミッタ間の電位差の変動を抑制できる。
（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、下アーム側において上記（Ｃ１）に代えて（Ｄ１）を採用する。
（Ｄ１）図１８に示すように、第１，第２下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ２に還流電流が流れる場合における第１，第２下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ２の電圧降下量の差の絶対値が、第１，第２下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ２それぞれに流れる還流電流が同じ大きさであると仮定した場合における第１，第２下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ２の電圧降下量の差の絶対値と同じ値となるように、第１，第２下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ２の電流電圧特性と、各インピーダンスＲＯ１，ＲＯ２，ＲＮ１，ＲＮ２とが定められている。特に本実施形態では、第１，第２下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ２の電流電圧特性が「ΔＶｆＬ＝ΔＶｆＬｍａｘ／２」となるように定められている。なお、この場合、下式（ｅｑ５）が成立する。
Figure 0006866768
 本実施形態では、各還流電流値ＩＬ１，ＩＬ２の差の絶対値が取り得る最大値が下アーム最大電流差ΔＩＬｍａｘの１／２以下になるように、第１，第２下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ２の電流電圧特性と、各インピーダンスＲＯ１，ＲＯ２，ＲＮ１，ＲＮ２とが定められている。
また、上アーム側において上記（Ｃ２）に代えて（Ｄ２）を採用する。
（Ｄ２）第１，第２上アームダイオードＤＨ１，ＤＨ２に還流電流が流れる場合における第１，第２上アームダイオードＤＨ１，ＤＨ２の電圧降下量の差の絶対値が、第１，第２上アームダイオードＤＨ１，ＤＨ２それぞれに流れる還流電流が同じ大きさであると仮定した場合における第１，第２上アームダイオードＤＨ１，ＤＨ２の電圧降下量の差の絶対値と同じ値となるように、第１，第２上アームダイオードＤＨ１，ＤＨ２の電流電圧特性と、各インピーダンスＲＯ１，ＲＯ２，ＲＰ１，ＲＰ２とが定められている。特に本実施形態では、第１，第２上アームダイオードＤＨ１，ＤＨ２の電流電圧特性が「ΔＶｆＨ＝ΔＶｆＨｍａｘ／２」となるように定められている。なお、この場合、下式（ｅｑ６）が成立する。
Figure 0006866768
 なお、「ΔＶｆＨ＝｜ΔＶｆＨｍａｘ｜」は、第１上アームダイオードＤＨ１の電流電圧特性が最大特性Ｖｆｍａｘであり、第２上アームダイオードＤＨ２の電流電圧特性が最小特性Ｖｆｍｉｎであることを示す。なお、ΔＶｆＨｍａｘを上アーム最大電位差ΔＶｆＨｍａｘと称すこととする。
本実施形態では、各還流電流値ＩＨ１，ＩＨ２の差の絶対値が取り得る最大値が上アーム最大電流差ΔＩＨｍａｘの１／２以下になるように、第１，第２上アームダイオードＤＨ１，ＤＨ２の電流電圧特性と、各インピーダンスＲＯ１，ＲＯ２，ＲＰ１，ＲＰ２とが定められている。
下アーム側を例にして説明すると、以上詳述した本実施形態によれば、各還流電流値ＩＬ１，ＩＬ２のアンバランスを解消することができる。これにより、第１，第２下アームスイッチＳＬ１，ＳＬ２のエミッタ間の電位差の変動をいっそう抑制できる。
（第３実施形態）
以下、第３実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図１９に示すように、上，下アームそれぞれが３つのスイッチにより構成されている。なお図１９は、インバータ２０の１相分の構成を示す図である。なお図１９において、先の図１に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
インバータ２０は、各相において、さらに第３上アームスイッチＳＨ３及び第３下アームスイッチＳＬ３の直列接続体を備えている。本実施形態において、各スイッチＳＨ３，ＳＬ３は、電圧制御型の半導体スイッチ素子であり、具体的にはＩＧＢＴである。
第３上アームスイッチＳＨ３には、第３上アームダイオードＤＨ３が逆並列に接続されており、第３下アームスイッチＳＬ３には、第３下アームダイオードＤＬ３が逆並列に接続されている。なお、各ダイオードＤＨ３，ＤＬ３は、各スイッチＳＨ３，ＳＬ３と一体化されてダイオード内蔵ＩＧＢＴとされていてもよいし、各スイッチＳＨ３，ＳＬ３に対して外付けされていてもよい。また本実施形態において、第３上アームスイッチＳＨ３、第３上アームダイオードＤＨ３、第３下アームスイッチＳＬ３及び第３下アームダイオードＤＬ３は、収容ケースに収容されて半導体モジュールＭＳとして一体化されている。
各相において、３つの半導体モジュールＭＳそれぞれの中間端子ＴＯには、第１接続部Ｂｍ１によって接続されている。第１接続部Ｂｍ１には、第２接続部Ｂｍ２を介して回転電機２１の巻線２１Ａの第１端が接続されている。
なお本実施形態において、上アーム駆動回路ＤｒＨは、第１〜第３上アームスイッチＳＨ１〜ＳＨ３を駆動対象とする。本実施形態において、第１〜第３上アームスイッチＳＨ１〜ＳＨ３は、同期してオンオフ駆動される。また、下アーム駆動回路ＤｒＬは、第１〜第３下アームスイッチＳＬ１〜ＳＬ３を駆動対象とする。本実施形態において、第１〜第３下アームスイッチＳＬ１〜ＳＬ３は、同期してオンオフ駆動される。
図２０に、３相のうちいずれか１相分の構成を示す。なお図２０では、各半導体モジュールＭＳの中間端子ＴＯを１つの中間端子ＴＯで示す等、構成を簡略化して示している。また図２０において、第３下アームダイオードＤＬ３の電圧降下量をＶｆＬ３（ＩＬ３）にて示し、第３上アームダイオードＤＨ３の電圧降下量をＶｆＨ３（ＩＨ３）にて示す。ＩＬ３は、第３下アームダイオードＤＬ３に流れる還流電流値を示し、ＩＨ３は、第３上アームダイオードＤＨ３に流れる還流電流値を示す。
図２０に、電気経路の各インピーダンスを示す。なお図２０の説明において、先の図７の説明と重複する説明について省略しているものもある。
図２０に示すように、第３高圧インピーダンスＲＰ３は、高圧電源端子ＴＣＰから、高圧導電部材Ｂｐ、高圧接続部３０ｐ、及び第３上アームダイオードＤＨ３を含む半導体モジュールＭＳのスイッチ高圧端子ＴＰを介して、第３上アームスイッチＳＨ３のコレクタに至るまでの電気経路のインピーダンスを示す。
第１中圧インピーダンスＲＡ１は、第１上アームダイオードＤＨ１を含む半導体モジュールＭＳにおいて、中間端子ＴＯから、第１上アームスイッチＳＨ１のエミッタに至るまでの電気経路のインピーダンスを示す。第２中圧インピーダンスＲＡ２は、第２上アームダイオードＤＨ２を含む半導体モジュールＭＳにおいて、中間端子ＴＯから、第２上アームスイッチＳＨ２のエミッタに至るまでの電気経路のインピーダンスを示す。第３中圧インピーダンスＲＡ３は、第３上アームダイオードＤＨ３を含む半導体モジュールＭＳにおいて、中間端子ＴＯから、第３上アームスイッチＳＨ３のエミッタに至るまでの電気経路のインピーダンスを示す。
第４中圧インピーダンスＲＢ１は、第１下アームダイオードＤＬ１を含む半導体モジュールＭＳにおいて、中間端子ＴＯから、第１下アームスイッチＳＬ１のコレクタに至るまでの電気経路のインピーダンスを示す。第５中圧インピーダンスＲＢ２は、第２下アームダイオードＤＬ２を含む半導体モジュールＭＳにおいて、中間端子ＴＯから、第２下アームスイッチＳＬ２のコレクタに至るまでの電気経路のインピーダンスを示す。第６中圧インピーダンスＲＢ３は、第３下アームダイオードＤＬ３を含む半導体モジュールＭＳにおいて、中間端子ＴＯから、第３下アームスイッチＳＬ３のコレクタに至るまでの電気経路のインピーダンスを示す。
第３低圧インピーダンスＲＮ３は、低圧電源端子ＴＣＮから、低圧導電部材Ｂｎ、低圧接続部３０ｎ、及び第３下アームダイオードＤＬ３を含む半導体モジュールＭＳのスイッチ低圧端子ＴＮを介して、第３下アームスイッチＳＬ３のエミッタに至るまでの電気経路のインピーダンスを示す。
続いて、還流電流値の差の絶対値が取り得る最大値を低減するための特徴的構成について説明する。
まず、下アーム側について説明する。下アーム側において、以下（Ｅ１）〜（Ｇ１）を採用する。
（Ｅ１）各インピーダンスが「ＲＢ１＝ＲＢ３＞ＲＢ２」及び「ＲＮ１＝ＲＮ３＞ＲＮ２」の関係を満たすように定められている。
（Ｆ１）各下アームダイオードＤＬ１〜ＤＬ３それぞれに還流電流が流れる場合における各下アームダイオードＤＬ１〜ＤＬ３の電圧降下量ＶｆＬ１〜ＶｆＬ３が「ＶｆＬ１＝ＶｆＬ３＜ＶｆＬ２」の関係を満たすように電流電圧特性が定められている。
（Ｇ１）各下アームダイオードＤＬ１〜ＤＬ３それぞれに還流電流が流れる場合における第１下アームダイオードＤＬ１の電圧降下量ＶｆＬ１と第２下アームダイオードＤＬ２の電圧降下量ＶｆＬ２との差の絶対値が、「ＩＬ１＝ＩＬ２＝ＩＬ３」であると仮定した場合における電圧降下量ＶｆＬ１と電圧降下量ＶｆＬ２との差の絶対値以下となるように、各下アームダイオードＤＬ１〜ＤＬ３の電流電圧特性と、各インピーダンスＲＢ１〜ＲＢ３，ＲＮ１〜ＲＮ３とが定められている。
続いて下アーム側について説明する。下アーム側において、以下（Ｅ２）〜（Ｇ２）を採用する。
（Ｅ２）各インピーダンスが「ＲＡ１＝ＲＡ３＞ＲＡ２」及び「ＲＰ１＝ＲＰ３＞ＲＰ２」の関係を満たすように定められている。
（Ｆ２）各上アームダイオードＤＨ１〜ＤＨ３それぞれに還流電流が流れる場合における各上アームダイオードＤＨ１〜ＤＨ３の電圧降下量ＶｆＨ１〜ＶｆＨ３が「ＶｆＨ１＝ＶｆＨ３＜ＶｆＨ２」の関係を満たすように電流電圧特性が定められている。
（Ｇ２）各上アームダイオードＤＨ１〜ＤＨ３それぞれに還流電流が流れる場合における第１上アームダイオードＤＨ１の電圧降下量ＶｆＨ１と第２上アームダイオードＤＨ２の電圧降下量ＶｆＨ２との差の絶対値が、「ＩＨ１＝ＩＨ２＝ＩＨ３」であると仮定した場合における電圧降下量ＶｆＨ１と電圧降下量ＶｆＨ２との差の絶対値以下となるように、各上アームダイオードＤＨ１〜ＤＨ３の電流電圧特性と、各インピーダンスＲＡ１〜ＲＡ３，ＲＰ１〜ＲＰ３とが定められている。
ちなみに本実施形態において、下アーム側について説明すると、第２下アームダイオードＤＬ２が最小ダイオードに相当し、第１，第３下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ３が最大ダイオードに相当する。また、低圧電源端子ＴＣＮから低圧導電部材Ｂｎ、低圧接続部３０ｎ、スイッチ低圧端子ＴＮ及び第１下アームダイオードＤＬ１を介して、第１下アームダイオードＤＬ１を含む半導体モジュールＭＳの中間端子ＴＯに至るまでの電気経路が最大経路に相当する。また、低圧電源端子ＴＣＮから低圧導電部材Ｂｎ、低圧接続部３０ｎ、スイッチ低圧端子ＴＮ及び第３下アームダイオードＤＬ３を介して、第３下アームダイオードＤＬ３を含む半導体モジュールＭＳの中間端子ＴＯに至るまでの電気経路が最大経路に相当する。また、低圧電源端子ＴＣＮから低圧導電部材Ｂｎ、低圧接続部３０ｎ、スイッチ低圧端子ＴＮ及び第２下アームダイオードＤＬ２を介して、第２下アームダイオードＤＬ２を含む半導体モジュールＭＳの中間端子ＴＯに至るまでの電気経路が最小経路に相当する。
また本実施形態において、上アーム側について説明すると、第２上アームダイオードＤＨ２が最小ダイオードに相当し、第１，第３上アームダイオードＤＨ１，ＤＨ３が最大ダイオードに相当する。また、第１上アームダイオードＤＨ１を含む半導体モジュールＭＳの中間端子ＴＯから、第１上アームダイオードＤＨ１、スイッチ高圧端子ＴＰ、高圧接続部３０ｐ及び高圧導電部材Ｂｐを介して、高圧電源端子ＴＣＰに至るまでの電気経路が最大経路に相当する。また、第３上アームダイオードＤＨ３を含む半導体モジュールＭＳの中間端子ＴＯから、第３上アームダイオードＤＨ３、スイッチ高圧端子ＴＰ、高圧接続部３０ｐ及び高圧導電部材Ｂｐを介して、高圧電源端子ＴＣＰに至るまでの電気経路が最大経路に相当する。また、第２上アームダイオードＤＨ２を含む半導体モジュールＭＳの中間端子ＴＯから、第２上アームダイオードＤＨ２、スイッチ高圧端子ＴＰ、高圧接続部３０ｐ及び高圧導電部材Ｂｐを介して、高圧電源端子ＴＣＰに至るまでの電気経路が最小経路に相当する。
以上詳述した本実施形態によれば、第１〜第３下アームスイッチＳＬ１〜ＳＬ３のエミッタ間の電位差の変動及び第１〜第３上アームスイッチＳＨ１〜ＳＨ３のエミッタ間の電位差の変動を抑制できる。
（第４実施形態）
以下、第４実施形態について、上記第３実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図２１に示すように、各インピーダンス及びダイオードの電流電圧特性の設定態様を変更する。
まず、下アーム側について説明する。下アーム側において、以下（Ｈ１），（Ｉ１）及び上記（Ｇ１）を採用する。
（Ｈ１）各インピーダンスが「ＲＢ１＝ＲＢ３＜ＲＢ２」及び「ＲＮ１＝ＲＮ３＜ＲＮ２」の関係を満たすように定められている。
（Ｉ１）各下アームダイオードＤＬ１〜ＤＬ３それぞれに還流電流が流れる場合における各下アームダイオードＤＬ１〜ＤＬ３の電圧降下量ＶｆＬ１〜ＶｆＬ３が「ＶｆＬ１＝ＶｆＬ３＞ＶｆＬ２」の関係を満たすように電流電圧特性が定められている。
続いて下アーム側について説明する。下アーム側において、以下（Ｈ２），（Ｉ２）及び上記（Ｇ２）を採用する。
（Ｈ２）各インピーダンスが「ＲＡ１＝ＲＡ３＜ＲＡ２」及び「ＲＰ１＝ＲＰ３＜ＲＰ２」の関係を満たすように定められている。
（Ｉ２）各上アームダイオードＤＨ１〜ＤＨ３それぞれに還流電流が流れる場合における各上アームダイオードＤＨ１〜ＤＨ３の電圧降下量ＶｆＨ１〜ＶｆＨ３が「ＶｆＨ１＝ＶｆＨ３＞ＶｆＨ２」の関係を満たすように電流電圧特性が定められている。
ちなみに本実施形態において、下アーム側について説明すると、第１，第３下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ３が最小ダイオードに相当し、第２下アームダイオードＤＬ２が最大ダイオードに相当する。また、低圧電源端子ＴＣＮから低圧導電部材Ｂｎ、低圧接続部３０ｎ、スイッチ低圧端子ＴＮ及び第２下アームダイオードＤＬ２を介して、第２下アームダイオードＤＬ２を含む半導体モジュールＭＳの中間端子ＴＯに至るまでの電気経路が最大経路に相当する。また、低圧電源端子ＴＣＮから低圧導電部材Ｂｎ、低圧接続部３０ｎ、スイッチ低圧端子ＴＮ及び第１下アームダイオードＤＬ１を介して、第１下アームダイオードＤＬ１を含む半導体モジュールＭＳの中間端子ＴＯに至るまでの電気経路が最小経路に相当する。また、低圧電源端子ＴＣＮから低圧導電部材Ｂｎ、低圧接続部３０ｎ、スイッチ低圧端子ＴＮ及び第３下アームダイオードＤＬ３を介して、第３下アームダイオードＤＬ３を含む半導体モジュールＭＳの中間端子ＴＯに至るまでの電気経路が最小経路に相当する。
なお、上アーム側の対応関係については、下アーム側の対応関係に準じたものとなる。このため本実施形態では、上アーム側の対応関係の説明を省略する。
以上詳述した本実施形態によれば、上記第３実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。
（第５実施形態）
以下、第５実施形態について、上記第３実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図２２に示すように、各インピーダンス及びダイオードの電流電圧特性の設定態様を変更する。
まず、下アーム側について説明する。下アーム側において、以下（Ｊ１）〜（Ｌ１）を採用する。
（Ｊ１）各インピーダンスが「ＲＢ１＞ＲＢ２＞ＲＢ３」及び「ＲＮ１＞ＲＮ２＞ＲＮ３」の関係を満たすように定められている。
（Ｋ１）各下アームダイオードＤＬ１〜ＤＬ３それぞれに還流電流が流れる場合における各下アームダイオードＤＬ１〜ＤＬ３の電圧降下量ＶｆＬ１〜ＶｆＬ３が「ＶｆＬ１＜ＶｆＬ２＜ＶｆＬ３」の関係を満たすように電流電圧特性が定められている。
（Ｌ１）各下アームダイオードＤＬ１〜ＤＬ３それぞれに還流電流が流れる場合における第１下アームダイオードＤＬ１の電圧降下量ＶｆＬ１と第３下アームダイオードＤＬ３の電圧降下量ＶｆＬ３との差の絶対値が、「ＩＬ１＝ＩＬ２＝ＩＬ３」であると仮定した場合における電圧降下量ＶｆＬ１と電圧降下量ＶｆＬ３との差の絶対値以下となるように、各下アームダイオードＤＬ１〜ＤＬ３の電流電圧特性と、各インピーダンスＲＢ１〜ＲＢ３，ＲＮ１〜ＲＮ３とが定められている。
続いて下アーム側について説明する。下アーム側において、以下（Ｊ２）〜（Ｌ２）を採用する。
（Ｊ２）各インピーダンスが「ＲＡ１＞ＲＡ２＞ＲＡ３」及び「ＲＰ１＞ＲＰ２＞ＲＰ３」の関係を満たすように定められている。
（Ｋ２）各上アームダイオードＤＨ１〜ＤＨ３それぞれに還流電流が流れる場合における各上アームダイオードＤＨ１〜ＤＨ３の電圧降下量ＶｆＨ１〜ＶｆＨ３が「ＶｆＨ１＜ＶｆＨ２＜ＶｆＨ３」の関係を満たすように電流電圧特性が定められている。
（Ｌ２）各上アームダイオードＤＨ１〜ＤＨ３それぞれに還流電流が流れる場合における第１上アームダイオードＤＨ１の電圧降下量ＶｆＨ１と第３上アームダイオードＤＨ３の電圧降下量ＶｆＨ３との差の絶対値が、「ＩＨ１＝ＩＨ２＝ＩＨ３」であると仮定した場合における電圧降下量ＶｆＨ１と電圧降下量ＶｆＨ３との差の絶対値以下となるように、各上アームダイオードＤＨ１〜ＤＨ３の電流電圧特性と、各インピーダンスＲＡ１〜ＲＡ３，ＲＰ１〜ＲＰ３とが定められている。
ちなみに本実施形態において、下アーム側について説明すると、第３下アームダイオードＤＬ３が最小ダイオードに相当し、第１下アームダイオードＤＬ１が最大ダイオードに相当する。また、低圧電源端子ＴＣＮから低圧導電部材Ｂｎ、低圧接続部３０ｎ、スイッチ低圧端子ＴＮ及び第１下アームダイオードＤＬ１を介して、第１下アームダイオードＤＬ１を含む半導体モジュールＭＳの中間端子ＴＯに至るまでの電気経路が最大経路に相当する。また、低圧電源端子ＴＣＮから低圧導電部材Ｂｎ、低圧接続部３０ｎ、スイッチ低圧端子ＴＮ及び第３下アームダイオードＤＬ３を介して、第３下アームダイオードＤＬ３を含む半導体モジュールＭＳの中間端子ＴＯに至るまでの電気経路が最小経路に相当する。
なお、上アーム側の対応関係については、下アーム側の対応関係に準じたものとなる。このため本実施形態では、上アーム側の対応関係の説明を省略する。
以上詳述した本実施形態によれば、上記第３実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。
（第６実施形態）
以下、第６実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図２３及び図２４に示すように、半導体モジュールＭＳ及び各導電部材Ｂｐ，Ｂｎ等の構成を変更する。なお図２３及び図２４において、先の図２及び図３に示した構成と対応する構成については、便宜上、同一の符号を付している。なお図２４において、高圧導電部材Ｂｐ及び低圧導電部材Ｂｎの間には、例えば、電気的絶縁性を有するシートが介在されている。
以上詳述した本実施形態によれば、上記第１実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・図１６において、各還流電流値ＩＬ１，ＩＬ２の差の絶対値が取り得る最大値ΔＩＬｒが下アーム最大電流差ΔＩＬｍａｘよりも小さくなることを条件に、第１，第２下アームダイオードＤＬ１，ＤＬ２の電流電圧特性がＡＤＸに示す範囲で定められていてもよい。なお、上アーム側についても同様である。
・上記第３〜第５実施形態において、上記第２実施形態で説明した構成を採用してもよい。
・上記各実施形態において、上アーム側及び下アーム側のいずれかに対して、アンバランス現象の発生を抑制するインピーダンス及びダイオード特性の設定手法が適用されてもよい。
・上記第３〜第５実施形態において、上，下アームそれぞれが４つ以上のスイッチにより構成されていてもよい。
・電力変換器を構成するスイッチとしては、ＩＧＢＴに限らず、例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴであってもよい。この場合、制御端子はゲートであり、入力端子はドレインであり、出力端子はソースである。またこの場合、還流ダイオードは、寄生ダイオード、及びＭＯＳＦＥＴに対して外付けされた還流ダイオードのうち、少なくとも一方であればよい。
・電力変換器としては、３相のものに限らず、２相、又は４相以上のものであってもよい。また、電力変換器としては、車両に搭載されるものに限らない。
２０…インバータ、ＳＨ１，ＳＨ２，ＳＬ１，ＳＬ２…各アームスイッチ、ＤＨ１，ＤＨ２，ＤＬ１，ＤＬ２…各アームダイオード。

Claims (6)

  1. 複数のスイッチ（ＳＨ１〜ＳＨ３，ＳＬ１〜ＳＬ３）と、
    複数の前記スイッチそれぞれに逆並列接続された還流ダイオード（ＤＨ１〜ＤＨ３，ＤＬ１〜ＤＬ３）と、
    複数の前記スイッチそれぞれの出力端子が電気的に接続された還流入力部（ＴＯ，ＴＣＮ）と、
    複数の前記スイッチそれぞれの入力端子が電気的に接続された還流出力部（ＴＣＰ，ＴＯ）と、を備え、
    複数の前記還流ダイオードそれぞれに対応する電気経路であってかつ前記還流入力部から前記還流ダイオードを介して前記還流出力部に至るまでの電気経路が還流経路とされており、
    複数の前記還流経路のうち一部であってかつ少なくとも１つの還流経路は、複数の前記還流経路の中でインピーダンスが最大とされている最大経路であり、
    複数の前記還流ダイオードのうち前記最大経路に含まれる還流ダイオードは、複数の前記還流ダイオードそれぞれに還流電流が流れる場合における自身の電圧降下量が他の還流ダイオードの電圧降下量よりも小さくされている電力変換器（２０）。
  2. 複数の前記還流経路のうち一部であってかつ少なくとも１つの還流経路は、複数の前記還流経路の中でインピーダンスが最小とされている最小経路であり、
    複数の前記還流ダイオードのうち前記最小経路に含まれる還流ダイオードは、複数の前記還流ダイオードそれぞれに還流電流が流れる場合における自身の電圧降下量が他の還流ダイオードの電圧降下量よりも大きくされている請求項１に記載の電力変換器。
  3. 複数のスイッチ（ＳＨ１〜ＳＨ３，ＳＬ１〜ＳＬ３）と、
    複数の前記スイッチそれぞれに逆並列接続された還流ダイオード（ＤＨ１〜ＤＨ３，ＤＬ１〜ＤＬ３）と、
    複数の前記スイッチそれぞれの出力端子が電気的に接続された還流入力部（ＴＯ，ＴＣＮ）と、
    複数の前記スイッチそれぞれの入力端子が電気的に接続された還流出力部（ＴＣＰ，ＴＯ）と、を備え、
    複数の前記還流ダイオードそれぞれに対応する電気経路であってかつ前記還流入力部から前記還流ダイオードを介して前記還流出力部に至るまでの電気経路が還流経路とされており、
    複数の前記還流経路のうち一部であってかつ少なくとも１つの還流経路は、複数の前記還流経路の中でインピーダンスが最小とされている最小経路であり、
    複数の前記還流ダイオードのうち前記最小経路に含まれる還流ダイオードは、複数の前記還流ダイオードそれぞれに還流電流が流れる場合における自身の電圧降下量が他の還流ダイオードの電圧降下量よりも大きくされている電力変換器。
  4. 前記最小経路に含まれる前記還流ダイオードが最小ダイオードとされ、前記最大経路に含まれる前記還流ダイオードが最大ダイオードとされており、
    複数の前記還流ダイオードそれぞれに還流電流が流れる場合における前記最大ダイオードの電圧降下量と前記最小ダイオードの電圧降下量との差の絶対値が、前記最大経路及び前記最小経路それぞれに流れる還流電流が同じ大きさであると仮定した場合における前記最大ダイオードの電圧降下量と前記最小ダイオードの電圧降下量との差の絶対値以下となるように、前記最小ダイオード及び前記最大ダイオードの特性と、前記最小経路及び前記最大経路のインピーダンスとが定められている請求項２に記載の電力変換器。
  5. 複数の前記還流ダイオードそれぞれに還流電流が流れる場合における前記最大ダイオードの電圧降下量と前記最小ダイオードの電圧降下量との差の絶対値が、前記最大経路及び前記最小経路それぞれに流れる還流電流が同じ大きさであると仮定した場合における前記最大ダイオードの電圧降下量と前記最小ダイオードの電圧降下量との差の絶対値と同じ値となるように、前記最小ダイオード及び前記最大ダイオードの特性と、前記最小経路及び前記最大経路のインピーダンスとが定められている請求項４に記載の電力変換器。
  6. 還流電流の大きさが所定電流値とされる場合における電圧降下量がその最大値となる前記還流ダイオードの特性が最大特性（Ｖｆｍａｘ）として定義されており、
    還流電流の大きさが前記所定電流値とされる場合における電圧降下量がその最小値となる前記還流ダイオードの特性が最小特性（Ｖｆｍｉｎ）として定義されており、
    複数の前記還流経路それぞれのインピーダンスが互いに等しくて、かつ、複数の前記還流ダイオードに前記最小特性を有する還流ダイオード及び前記最大特性を有する還流ダイオードが含まれると仮定した場合において、複数の前記還流ダイオードそれぞれに流れる還流電流値のうち、最大の還流電流値と最小の還流電流値との差の絶対値が取り得る最大値が最大電流差（ΔＩＬｍａｘ）として定義されており、
    複数の前記還流ダイオードそれぞれに流れる還流電流値のうち、最大の還流電流値と最小の還流電流値との差の絶対値が取り得る最大値が前記最大電流差よりも小さくなるように、前記最小ダイオード及び前記最大ダイオードの特性と、前記最小経路及び前記最大経路のインピーダンスとが定められている請求項４又は５に記載の電力変換器。
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