JP6969480B2

JP6969480B2 - Power converter

Info

Publication number: JP6969480B2
Application number: JP2018071370A
Authority: JP
Inventors: 卓司山田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-04-03
Filing date: 2018-04-03
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2038-04-03
Also published as: JP2019186992A

Description

本明細書が開示する技術は、例えばインバータ装置又はコンバータ装置といった電力変換装置に関する。 The techniques disclosed herein relate to power conversion devices such as inverters or converters.

特許文献１に、インバータ装置が開示されている。このインバータ装置は、電力変換装置の一例であり、複数のスイッチング素子を有する電力変換回路と、複数のスイッチング素子のスイッチング動作をそれぞれ制御する複数の駆動回路とを備える。駆動回路は、スイッチング素子のゲートに印加するターンオン電圧を、ターンオン動作が完了するまでの期間で低く設定することによって、サージ電圧を抑制するように構成されている。 Patent Document 1 discloses an inverter device. This inverter device is an example of a power conversion device, and includes a power conversion circuit having a plurality of switching elements and a plurality of drive circuits for controlling switching operations of the plurality of switching elements. The drive circuit is configured to suppress the surge voltage by setting the turn-on voltage applied to the gate of the switching element low in the period until the turn-on operation is completed.

特開２０１０−０１１６０９号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-011609

特許文献１の技術では、ターンオン動作を開始してからの経過時間に基づいて、ターンオン電圧の切り替えを行っている。このような構成であると、サージ電圧を抑制することができる一方で、スイッチング速度については改善する余地がある。特に、スイッチング素子は温度依存性を有しており、スイッチング素子の温度が変化する様々な状況下において、スイッチング速度を一様に最適化することは難しい。また、ターンオン電圧やターンオフ電圧が不適切であると、過大なゲート電圧によるスイッチング素子への負担や、過小なゲート電圧によるエネルギ損失の増大も問題となる。これらの実情を考慮し、本明細書は、スイッチング速度を最適化し得る技術を提供する。 In the technique of Patent Document 1, the turn-on voltage is switched based on the elapsed time from the start of the turn-on operation. With such a configuration, the surge voltage can be suppressed, but there is room for improvement in the switching speed. In particular, the switching element has a temperature dependence, and it is difficult to uniformly optimize the switching speed under various conditions in which the temperature of the switching element changes. Further, if the turn-on voltage and the turn-off voltage are inappropriate, the burden on the switching element due to the excessive gate voltage and the increase in energy loss due to the excessive gate voltage become problems. In view of these circumstances, the present specification provides a technique capable of optimizing the switching speed.

本明細書が開示する技術は、電力変換装置に具現化される。この電力変換装置は、少なくとも一つのスイッチング素子を有する電力変換回路と、スイッチング素子のスイッチング動作を制御する駆動回路とを備える。駆動回路は、スイッチング素子をターンオンするときは、スイッチング素子のゲートに印加するターンオン電圧を、スイッチング素子の温度が高いときほど低い値に設定するとともに、スイッチング素子のゲート電圧が第１所定値を上回る期間では、スイッチング素子の温度にかかわらず固定された通常値に設定する。また、駆動回路は、スイッチング素子をターンオフするときは、スイッチング素子のゲートに印加するターンオフ電圧を、スイッチング素子の温度が高いときほど低い値に設定するとともに、スイッチング素子のゲート電圧が第２所定値を下回る期間では、スイッチング素子の温度にかかわらず固定された通常値に設定する。 The techniques disclosed herein are embodied in power converters. This power conversion device includes a power conversion circuit having at least one switching element and a drive circuit for controlling the switching operation of the switching element. When the drive circuit turns on the switching element, the turn-on voltage applied to the gate of the switching element is set to a lower value as the temperature of the switching element is higher, and the gate voltage of the switching element exceeds the first predetermined value. The period is set to a fixed normal value regardless of the temperature of the switching element. Further, in the drive circuit, when the switching element is turned off, the turn-off voltage applied to the gate of the switching element is set to a lower value as the temperature of the switching element is higher, and the gate voltage of the switching element is set to a second predetermined value. In the period below, the normal value is set to a fixed value regardless of the temperature of the switching element.

上記した電力変換装置では、ゲートに印加されるターンオン電圧やターンオフ電圧が、スイッチング素子の温度に応じて調整される。これにより、スイッチング速度の温度依存性による影響が低減され、スイッチング素子の温度にかかわらず、スイッチング速度を最適化することができる。その後、ターンオン電圧やターンオフ電圧は、スイッチング素子のゲート電圧に基づいて、通常値に設定される。これにより、スイッチング動作が完了した後は、ゲート電圧が適切な値へ速やかに調整されるので、過大なゲート電圧によるスイッチング素子への負担や、過小なゲート電圧によるエネルギ損失の増大といった問題を避けることができる。 In the above-mentioned power conversion device, the turn-on voltage and the turn-off voltage applied to the gate are adjusted according to the temperature of the switching element. As a result, the influence of the temperature dependence of the switching speed is reduced, and the switching speed can be optimized regardless of the temperature of the switching element. After that, the turn-on voltage and the turn-off voltage are set to normal values based on the gate voltage of the switching element. As a result, after the switching operation is completed, the gate voltage is quickly adjusted to an appropriate value, so that problems such as a burden on the switching element due to an excessive gate voltage and an increase in energy loss due to an excessive gate voltage are avoided. be able to.

ここで、ターンオン電圧は、スイッチング素子の温度に応じて、連続的に変更されてもよいし、段階的に変更されてもよい。後者の場合、ターンオン電圧は、少なくとも二値の間で変更されればよい。ターンオフ電圧についても同様である。 Here, the turn-on voltage may be changed continuously or stepwise depending on the temperature of the switching element. In the latter case, the turn-on voltage may change between at least two values. The same applies to the turn-off voltage.

実施例の電力変換装置１０の構成を示す回路ブロック図。The circuit block diagram which shows the structure of the power conversion apparatus 10 of an Example. スイッチング素子１４のゲート閾値電圧の温度依存性を示すグラフ。The graph which shows the temperature dependence of the gate threshold voltage of a switching element 14. スイッチング素子１４のスイッチング速度の温度依存性を示すグラフ。The graph which shows the temperature dependence of the switching speed of a switching element 14. 電力変換装置１０の動作の流れを示すタイムチャートであって、スイッチング素子１４の温度が比較的に高い場合を例示するもの。It is a time chart which shows the operation flow of a power conversion apparatus 10, and exemplifies the case where the temperature of a switching element 14 is relatively high. 電力変換装置１０の動作の流れを示すタイムチャートであって、スイッチング素子１４の温度が比較的に低い場合を例示するもの。It is a time chart which shows the operation flow of a power conversion apparatus 10, and exemplifies the case where the temperature of a switching element 14 is relatively low.

図面を参照して、実施例の電力変換装置１０について説明をする。一例ではあるが、本実施例の電力変換装置１０は、バッテリ２とモータジェネレータ４との間に設けられ、直流電力と交流電力との間で電力変換を行うことができる。電力変換装置１０は、例えば電動型の自動車に採用されることができる。なお、ここでいう電動型の自動車には、例えば、ハイブリッド車、燃料電池車又は再充電式の電気自動車といった、車輪をモータによって駆動する各種の自動車が含まれる。 The power conversion device 10 of the embodiment will be described with reference to the drawings. As an example, the power conversion device 10 of this embodiment is provided between the battery 2 and the motor generator 4, and can perform power conversion between DC power and AC power. The power conversion device 10 can be adopted in, for example, an electric vehicle. The electric vehicle referred to here includes various types of vehicles in which the wheels are driven by a motor, such as a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, or a rechargeable electric vehicle.

図１に示すように、電力変換装置１０は、複数のスイッチング素子１４を有する電力変換回路１２と、複数のスイッチング素子１４のスイッチング動作を制御する駆動回路２０とを備える。特に限定されないが、本実施例における電力変換回路１２は、三相インバータ回路を有しており、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の上下アームにそれぞれ位置する六つのスイッチング素子１４を有している。なお、電力変換回路１２は、インバータ回路に加えて、又は代えて、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ回路を有してもよい。電力変換回路１２の構成は特に限定されず、電力の通電及び遮断を制御するためのスイッチング素子を、少なくとも一つ有するものであればよい。 As shown in FIG. 1, the power conversion device 10 includes a power conversion circuit 12 having a plurality of switching elements 14 and a drive circuit 20 for controlling the switching operation of the plurality of switching elements 14. Although not particularly limited, the power conversion circuit 12 in this embodiment has a three-phase inverter circuit, and has six switching elements 14 located on the upper and lower arms of the U-phase, V-phase, and W-phase, respectively. .. The power conversion circuit 12 may include, for example, a DC-DC converter circuit in addition to or instead of the inverter circuit. The configuration of the power conversion circuit 12 is not particularly limited as long as it has at least one switching element for controlling energization and interruption of electric power.

一例ではあるが、本実施例におけるスイッチング素子１４は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。但し、スイッチング素子１４は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）又はＲＣ（Reverse conducting）−ＩＧＢＴであってもよい。スイッチング素子１４についても、その種類は特に限定されない。典型的には、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴのような、絶縁ゲート構造を有する各種のパワー半導体素子を採用することができる。 Although it is an example, the switching element 14 in this embodiment is a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor). However, the switching element 14 may be an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or an RC (Reverse conducting) -IGBT. The type of the switching element 14 is not particularly limited. Typically, various power semiconductor devices having an insulated gate structure, such as MOSFETs and IGBTs, can be adopted.

駆動回路２０は、オン電源２２と、オフ電源２４と、ドライバ部２６と、ＰＭＷ駆動指令部２８とを備える。オン電源２２は、第１トランジスタ３２ａ及び第１抵抗３４ａを介して、スイッチング素子１４のゲート１４ｇに接続されている。オフ電源２４も同様に、第２トランジスタ３２ｂ及び第２抵抗３４ｂを介して、スイッチング素子１４のゲート１４ｇに接続されている。オン電源２２は、スイッチング素子１４がターンオンされるときに、スイッチング素子１４のゲート１４ｇに印加されるターンオン電圧を出力する。オフ電源２４は、スイッチング素子１４がターンオフされるときに、スイッチング素子１４のゲート１４ｇに印加されるターンオフ電圧を出力する。 The drive circuit 20 includes an on power supply 22, an off power supply 24, a driver unit 26, and a PMW drive command unit 28. The on power supply 22 is connected to the gate 14g of the switching element 14 via the first transistor 32a and the first resistor 34a. Similarly, the off power supply 24 is also connected to the gate 14g of the switching element 14 via the second transistor 32b and the second resistor 34b. The on-power supply 22 outputs a turn-on voltage applied to the gate 14g of the switching element 14 when the switching element 14 is turned on. The off power supply 24 outputs a turn-off voltage applied to the gate 14g of the switching element 14 when the switching element 14 is turned off.

オン電源２２とオフ電源２４は、シリーズレギュレート式又はスイッチングレギュレート式の電圧源であり、外部からの指令に基づいて出力電圧を調整することができる。即ち、オン電源２２は、出力するターンオン電圧を調整することができ、オフ電源２４は、出力するターンオフ電圧を調整することができる。以下では、オン電源２２が出力するターンオン電圧と、オフ電源２４が出力するターンオフ電圧を、駆動電圧と総称することがある。 The on-power supply 22 and the off-power supply 24 are series-regulated or switching-regulated voltage sources, and the output voltage can be adjusted based on an external command. That is, the on-power supply 22 can adjust the output turn-on voltage, and the off-power supply 24 can adjust the output turn-off voltage. Hereinafter, the turn-on voltage output by the on-power supply 22 and the turn-off voltage output by the off-power supply 24 may be collectively referred to as a drive voltage.

ドライバ部２６は、第１及び第２トランジスタ３２ａ、３２ｂの各ゲートに接続されている。ドライバ部２６は、ＰＭＷ駆動指令部２８からの駆動指令に基づいて、第１トランジスタ３２ａと第２トランジスタ３２ｂとの一方を選択的にターンオンする。第１トランジスタ３２ａがターンオンされると、オン電源２２がスイッチング素子１４のゲート１４ｇへ電気的に接続される。この場合、オン電源２２の出力するターンオン電圧が、スイッチング素子１４のゲート１４ｇへ印加されて、スイッチング素子１４がターンオンされる。一方、第２トランジスタ３２ｂがターンオンされると、オフ電源２４がスイッチング素子１４のゲート１４ｇへ電気的に接続される。この場合、オフ電源２４の出力するターンオフ電圧が、スイッチング素子１４のゲート１４ｇへ印加されて、スイッチング素子１４がターンオフされる。なお、ＰＭＷ駆動指令部２８は、上位の電子制御ユニット（図示省略）からの指令（例えば制御目標値）に基づいて、駆動指令を生成し、ドライバ部２６へ出力する。 The driver unit 26 is connected to the gates of the first and second transistors 32a and 32b. The driver unit 26 selectively turns on one of the first transistor 32a and the second transistor 32b based on the drive command from the PMW drive command unit 28. When the first transistor 32a is turned on, the on power supply 22 is electrically connected to the gate 14g of the switching element 14. In this case, the turn-on voltage output by the on-power supply 22 is applied to the gate 14g of the switching element 14, and the switching element 14 is turned on. On the other hand, when the second transistor 32b is turned on, the off power supply 24 is electrically connected to the gate 14g of the switching element 14. In this case, the turn-off voltage output by the off power supply 24 is applied to the gate 14g of the switching element 14, and the switching element 14 is turned off. The PMW drive command unit 28 generates a drive command based on a command (for example, a control target value) from a higher-level electronic control unit (not shown) and outputs the drive command to the driver unit 26.

駆動回路２０は、駆動電圧設定部３６と、駆動電圧切替司令部３８と、ゲート電圧モニタ部４０とをさらに備える。駆動電圧設定部３６は、スイッチング素子１４に設けられた温度センサ１４ｔ（例えば、温度センスダイオード）に接続されており、スイッチング素子１４の温度に応じて駆動電圧を設定する。即ち、オン電源２２が出力すべきターンオン電圧と、オフ電源２４が出力すべきターンオフ電圧は、スイッチング素子１４の温度に応じて設定される。詳しくは、スイッチング素子１４の温度が高いときほど、ターンオン電圧は低い値に設定され、また、ターンオフ電圧も低い値に設定される。駆動電圧設定部３６が設定した駆動電圧は、オン電源２２及びオフ電源２４に教示される。これにより、オン電源２２及びオフ電源２４のそれぞれは、駆動電圧設定部３６によって設定された駆動電圧を出力することができる。 The drive circuit 20 further includes a drive voltage setting unit 36, a drive voltage switching control unit 38, and a gate voltage monitor unit 40. The drive voltage setting unit 36 is connected to a temperature sensor 14t (for example, a temperature sense diode) provided in the switching element 14, and sets the drive voltage according to the temperature of the switching element 14. That is, the turn-on voltage to be output by the on-power supply 22 and the turn-off voltage to be output by the off-power supply 24 are set according to the temperature of the switching element 14. Specifically, the higher the temperature of the switching element 14, the lower the turn-on voltage is set, and the lower the turn-off voltage is set. The drive voltage set by the drive voltage setting unit 36 is taught to the on power supply 22 and the off power supply 24. As a result, each of the on power supply 22 and the off power supply 24 can output the drive voltage set by the drive voltage setting unit 36.

ゲート電圧モニタ部４０は、スイッチング素子１４のゲート１４ｇに接続されており、ゲート電圧の大きさに応じた信号を、駆動電圧切替司令部３８へ出力する。駆動電圧切替司令部３８は、ゲート電圧に関して第１所定値と第２所定値を記憶している。そして、駆動電圧切替司令部３８は、スイッチング素子１４のゲート電圧が第１所定値を上回るときに、所定の切替信号をオン電源２２へ出力する。なお、この第１所定値は、ゲート閾値電圧よりも高く、スイッチング素子１４がオフの状態からターンオンされるときに、そのターンオン動作が概ね完了するときのゲート電圧に相当する。また、駆動電圧切替司令部３８は、スイッチング素子１４のゲート電圧が第２所定値を下回るときに、所定の切替信号をオフ電源２４へ出力する。なお、この第２所定値は、ゲート閾値電圧よりも低く、スイッチング素子１４がオンの状態からターンオフされるときに、そのターンオフ動作が概ね完了するときのゲート電圧に相当する。 The gate voltage monitor unit 40 is connected to the gate 14g of the switching element 14, and outputs a signal corresponding to the magnitude of the gate voltage to the drive voltage switching command unit 38. The drive voltage switching command unit 38 stores the first predetermined value and the second predetermined value with respect to the gate voltage. Then, when the gate voltage of the switching element 14 exceeds the first predetermined value, the drive voltage switching command unit 38 outputs a predetermined switching signal to the on power supply 22. This first predetermined value is higher than the gate threshold voltage, and corresponds to the gate voltage when the turn-on operation is almost completed when the switching element 14 is turned on from the off state. Further, the drive voltage switching command unit 38 outputs a predetermined switching signal to the off power supply 24 when the gate voltage of the switching element 14 falls below the second predetermined value. This second predetermined value is lower than the gate threshold voltage, and corresponds to the gate voltage when the turn-off operation is almost completed when the switching element 14 is turned off from the on state.

前述したように、オン電源２２が出力するターンオン電圧は、スイッチング素子１４の温度に応じて設定される。しかしながら、駆動電圧切替司令部３８から切替信号を受け取ると、オン電源２２は、スイッチング素子１４の温度にかかわらず（即ち、駆動電圧設定部３６による設定値を無視して）、通常値のターンオン電圧を出力する。これにより、スイッチング素子１４がターンオンされるときは、最初、ターンオン電圧がスイッチング素子１４の温度に応じて設定されるが、ターンオン動作が概ね完了した後は、ターンオン電圧が常に通常値に設定される。なお、ターンオン電圧の通常値とは、例えば５ボルトであり、スイッチング素子１４のゲート閾値電圧よりも十分に高く、スイッチング素子１４を安定してオンし続けられる値である。 As described above, the turn-on voltage output by the on-power supply 22 is set according to the temperature of the switching element 14. However, upon receiving the switching signal from the drive voltage switching command unit 38, the on-power supply 22 receives a normal value of the turn-on voltage regardless of the temperature of the switching element 14 (that is, ignoring the value set by the drive voltage setting unit 36). Is output. As a result, when the switching element 14 is turned on, the turn-on voltage is initially set according to the temperature of the switching element 14, but after the turn-on operation is almost completed, the turn-on voltage is always set to a normal value. .. The normal value of the turn-on voltage is, for example, 5 volts, which is sufficiently higher than the gate threshold voltage of the switching element 14 and is a value at which the switching element 14 can be stably turned on.

オフ電源２４が出力するターンオフ電圧についても、前述したように、スイッチング素子１４の温度に応じて設定される。しかしながら、駆動電圧切替司令部３８から切替信号を受け取ると、オフ電源２４は、スイッチング素子１４の温度にかかわらず（即ち、駆動電圧設定部３６による設定値を無視して）、通常値のターンオフ電圧を出力する。これにより、スイッチング素子１４がターンオフされるときも、最初、ターンオフ電圧がスイッチング素子１４の温度に応じて設定されるが、ターンオフ動作が概ね完了した後は、ターンオフ電圧が常に通常値に設定される。なお、ターンオフ電圧の通常値とは、例えばゼロボルトであり、スイッチング素子１４のゲート閾値電圧よりも十分に低く、スイッチング素子１４を安定してオフし続けられる値である。 As described above, the turn-off voltage output by the off power supply 24 is also set according to the temperature of the switching element 14. However, upon receiving the switching signal from the drive voltage switching command unit 38, the off power supply 24 has a normal value of the turn-off voltage regardless of the temperature of the switching element 14 (that is, ignoring the value set by the drive voltage setting unit 36). Is output. As a result, even when the switching element 14 is turned off, the turn-off voltage is initially set according to the temperature of the switching element 14, but after the turn-off operation is almost completed, the turn-off voltage is always set to a normal value. .. The normal value of the turn-off voltage is, for example, zero volt, which is sufficiently lower than the gate threshold voltage of the switching element 14, and is a value at which the switching element 14 can be stably turned off.

以上の構成により、本実施例の電力変換装置１０では、スイッチング素子１４がターンオンされるときに、スイッチング素子１４のゲート１４ｇに印加されるターンオン電圧が、スイッチング素子１４の温度が高いときほど低い値に設定される。但し、スイッチング素子１４のゲート電圧が第１所定値を上回る期間では、スイッチング素子１４の温度にかかわらず、ターンオン電圧が固定された通常値に設定される。同様に、スイッチング素子１４がターンオフされるときには、スイッチング素子１４のゲート１４ｇに印加されるターンオフ電圧が、スイッチング素子１４の温度が高いときほど低い値に設定される。但し、スイッチング素子１４のゲート電圧が第２所定値を下回る期間では、スイッチング素子１４の温度にかかわらず、固定された通常値に設定される。 With the above configuration, in the power conversion device 10 of the present embodiment, when the switching element 14 is turned on, the turn-on voltage applied to the gate 14g of the switching element 14 is lower as the temperature of the switching element 14 is higher. Is set to. However, during the period when the gate voltage of the switching element 14 exceeds the first predetermined value, the turn-on voltage is set to a fixed normal value regardless of the temperature of the switching element 14. Similarly, when the switching element 14 is turned off, the turn-off voltage applied to the gate 14g of the switching element 14 is set to a lower value as the temperature of the switching element 14 is higher. However, in the period when the gate voltage of the switching element 14 is lower than the second predetermined value, it is set to a fixed normal value regardless of the temperature of the switching element 14.

このような駆動電圧の調整は、スイッチング素子１４の温度依存性を考慮したものである。図２に示すように、スイッチング素子１４のゲート閾値電圧は温度に応じて変化し、温度が高くなるほどゲート閾値電圧は低くなる。従って、駆動電圧が仮に一定であるとすると、図３に示すように、スイッチング素子１４のスイッチング速度も温度に応じて変化する。ターンオン動作については、温度が高くなるほど、ゲート閾値電圧が低下することによって、スイッチング速度は速くなる。それに対して、ターンオフ動作については、温度が高くなるほど、ゲート閾値電圧が低下することによって、スイッチング速度は遅くなる。電力変換装置１０では、スイッチング素子１４の温度が大きく変動するので、それに伴ってスイッチング速度も変動してしまうと、例えばスイッチング損失を増大させてしまう。 Such adjustment of the drive voltage takes into consideration the temperature dependence of the switching element 14. As shown in FIG. 2, the gate threshold voltage of the switching element 14 changes according to the temperature, and the higher the temperature, the lower the gate threshold voltage. Therefore, assuming that the drive voltage is constant, the switching speed of the switching element 14 also changes according to the temperature, as shown in FIG. For turn-on operation, the higher the temperature, the lower the gate threshold voltage, and the faster the switching speed. On the other hand, for the turn-off operation, the higher the temperature, the lower the gate threshold voltage, and the slower the switching speed. In the power conversion device 10, the temperature of the switching element 14 fluctuates greatly, and if the switching speed also fluctuates accordingly, for example, the switching loss increases.

この点に関して、本実施例の電力変換装置１０では、ゲート１４ｇに印加されるターンオン電圧やターンオフ電圧が、スイッチング素子１４の温度に応じて調整される。例えば、図４に示すように、スイッチング素子１４の温度が高いときに、スイッチング素子１４がターンオンされるとする。この場合、最初の期間（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）では、ターンオン電圧（駆動電圧）が通常値Ｖｏｎよりも低い値に設定される。これにより、ゲート閾値電圧が低下しているスイッチング素子１４を、早すぎない適切なスイッチング速度でターンオンさせることができる。そして、ゲート電圧が第１所定値Ｖ１に到達した後（時刻ｔ２以降）は、ターンオン動作が概ね完了したとして、スイッチング素子１４の温度にかかわらず、ターンオン電圧が通常値Ｖｏｎに設定される。これにより、スイッチング素子１４が安定してオンし続けるとともに、不十分なターンオンに起因するエネルギ損失（即ち、オン抵抗の増大）を避けることができる。また、その後のターンオフ動作への影響、即ち、意図しないスイッチング速度の上昇も避けることができる。 In this regard, in the power conversion device 10 of the present embodiment, the turn-on voltage and the turn-off voltage applied to the gate 14g are adjusted according to the temperature of the switching element 14. For example, as shown in FIG. 4, it is assumed that the switching element 14 is turned on when the temperature of the switching element 14 is high. In this case, in the first period (time t1 to time t2), the turn-on voltage (drive voltage) is set to a value lower than the normal value Von. As a result, the switching element 14 whose gate threshold voltage is lowered can be turned on at an appropriate switching speed that is not too fast. Then, after the gate voltage reaches the first predetermined value V1 (after time t2), the turn-on voltage is set to the normal value Von regardless of the temperature of the switching element 14, assuming that the turn-on operation is almost completed. As a result, the switching element 14 can be stably turned on, and energy loss (that is, an increase in on-resistance) due to insufficient turn-on can be avoided. Further, it is possible to avoid an influence on the subsequent turn-off operation, that is, an unintended increase in the switching speed.

あるいは、スイッチング素子１４の温度が高いときに、スイッチング素子１４がターンオフされるとする。この場合、最初の期間（時刻ｔ３〜時刻ｔ４）では、ターンオフ電圧（駆動電圧）が通常値Ｖｏｆｆよりも低い値に設定される。これにより、ゲート閾値電圧が低下しているスイッチング素子１４を、遅すぎない適切なスイッチング速度でターンオフさせることができる。そして、ゲート電圧が第２所定値Ｖ２に到達した後（時刻ｔ４以降）は、ターンオフ動作が概ね完了したとして、スイッチング素子１４の温度にかかわらず、ターンオフ電圧が通常値Ｖｏｆｆに設定される。これにより、スイッチング素子１４が安定してオフし続けるとともに、その後のターンオン動作への影響、特に、意図しないスイッチング速度の低下を避けることができる。 Alternatively, it is assumed that the switching element 14 is turned off when the temperature of the switching element 14 is high. In this case, in the first period (time t3 to time t4), the turn-off voltage (drive voltage) is set to a value lower than the normal value Voff. As a result, the switching element 14 whose gate threshold voltage is lowered can be turned off at an appropriate switching speed that is not too slow. Then, after the gate voltage reaches the second predetermined value V2 (time t4 or later), the turn-off voltage is set to the normal value Voff regardless of the temperature of the switching element 14, assuming that the turn-off operation is almost completed. As a result, the switching element 14 can be stably turned off, and the influence on the subsequent turn-on operation, particularly, an unintended decrease in the switching speed can be avoided.

一方、図５に示すように、スイッチング素子１４の温度が低いときに、スイッチング素子１４がターンオンされるとする。この場合、最初の期間（時刻ｔ５〜時刻ｔ６）では、ターンオン電圧（駆動電圧）が通常値Ｖｏｎよりも高い値に設定される。これにより、ゲート閾値電圧が上昇しているスイッチング素子１４を、遅すぎない適切なスイッチング速度でターンオンさせることができる。そして、ゲート電圧が第１所定値Ｖ１に到達した後（時刻ｔ６以降）は、ターンオン動作が概ね完了したとして、スイッチング素子１４の温度にかかわらず、ターンオン電圧が通常値Ｖｏｎに設定される。これにより、スイッチング素子１４が安定してオンし続けるとともに、例えば過大なゲート電圧によるスイッチング素子１４への負担を避けることができる。また、その後のターンオフ動作への影響、即ち、意図しないスイッチング速度の低下も避けることができる。 On the other hand, as shown in FIG. 5, it is assumed that the switching element 14 is turned on when the temperature of the switching element 14 is low. In this case, in the first period (time t5 to time t6), the turn-on voltage (drive voltage) is set to a value higher than the normal value Von. As a result, the switching element 14 whose gate threshold voltage is rising can be turned on at an appropriate switching speed that is not too slow. Then, after the gate voltage reaches the first predetermined value V1 (after time t6), the turn-on voltage is set to the normal value Von regardless of the temperature of the switching element 14, assuming that the turn-on operation is almost completed. As a result, the switching element 14 can be stably turned on, and the burden on the switching element 14 due to, for example, an excessive gate voltage can be avoided. Further, it is possible to avoid an influence on the subsequent turn-off operation, that is, an unintended decrease in the switching speed.

あるいは、スイッチング素子１４の温度が低いときに、スイッチング素子１４がターンオフされるとする。この場合、最初の期間（時刻ｔ７〜時刻ｔ８）では、ターンオフ電圧（駆動電圧）が通常値Ｖｏｆｆよりも高い値に設定される。これにより、ゲート閾値電圧が上昇しているスイッチング素子１４を、早すぎない適切なスイッチング速度でターンオフさせることができる。そして、ゲート電圧が第２所定値Ｖ２に到達した後（時刻ｔ８以降）は、ターンオフ動作が概ね完了したとして、スイッチング素子１４の温度にかかわらず、ターンオフ電圧が通常値Ｖｏｆｆに設定される。これにより、スイッチング素子１４が安定してオフし続けるとともに、不十分なターンオフに起因するリークを避けることができる。また、その後のターンオン動作への影響、即ち、意図しないスイッチング速度の上昇を避けることもできる。 Alternatively, it is assumed that the switching element 14 is turned off when the temperature of the switching element 14 is low. In this case, in the first period (time t7 to time t8), the turn-off voltage (drive voltage) is set to a value higher than the normal value Voff. As a result, the switching element 14 whose gate threshold voltage is rising can be turned off at an appropriate switching speed that is not too fast. Then, after the gate voltage reaches the second predetermined value V2 (time t8 or later), the turn-off voltage is set to the normal value Voff regardless of the temperature of the switching element 14, assuming that the turn-off operation is almost completed. As a result, the switching element 14 can be stably turned off and leaks due to insufficient turn-off can be avoided. In addition, it is possible to avoid an influence on the subsequent turn-on operation, that is, an unintended increase in the switching speed.

以上のように、本実施例の電力変換装置１０によると、スイッチング素子１４の温度が変化する様々な状況下においても、比較的に一様なスイッチング速度でスイッチング素子１４のターンオン及びターンオフを行うことができる。これにより、図４、図５を比較して理解されるように、スイッチング素子１４の電流Ｉｄ及び両端間電圧Ｖｄｓのスイッチング時における挙動は、スイッチング素子１４の温度が異なる場合でも比較的に近似する。これにより、スイッチングに起因する電力損失を有意に抑制することができる。 As described above, according to the power conversion device 10 of the present embodiment, the switching element 14 is turned on and off at a relatively uniform switching speed even under various situations where the temperature of the switching element 14 changes. Can be done. As a result, as can be understood by comparing FIGS. 4 and 5, the behavior of the switching element 14 at the time of switching the current Id and the voltage Vds between both ends is relatively similar even when the temperature of the switching element 14 is different. .. As a result, the power loss due to switching can be significantly suppressed.

以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。 Although some specific examples have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples exemplified above. The technical elements described herein or in the drawings exhibit their technical usefulness alone or in various combinations.

２：バッテリ
４：モータジェネレータ
１０：電力変換装置
１２：電力変換回路
１４：スイッチング素子
１４ｇ：スイッチング素子のゲート
１４ｔ：スイッチング素子の温度センサ
２０：駆動回路
２２：オン電源
２４：オフ電源
２６：ドライバ部
２８：ＰＭＷ駆動指令部
３６：駆動電圧設定部
３８：駆動電圧切替司令部
４０：ゲート電圧モニタ部 2: Battery 4: Motor generator 10: Power conversion device 12: Power conversion circuit 14: Switching element 14g: Switching element gate 14t: Switching element temperature sensor 20: Drive circuit 22: On power supply 24: Off power supply 26: Driver unit 28: PMW drive command unit 36: drive voltage setting unit 38: drive voltage switching control unit 40: gate voltage monitor unit

Claims

A power conversion circuit having at least one switching element,
A drive circuit for controlling the switching operation of the switching element is provided.
The drive circuit
When the switching element is turned on, the turn-on voltage applied to the gate of the switching element is set to a lower value as the temperature of the switching element is higher, and the gate voltage of the switching element exceeds the first predetermined value. In the period, it is set to a fixed normal value regardless of the temperature of the switching element.
When the switching element is turned off, the turn-off voltage applied to the gate of the switching element is set to a lower value as the temperature of the switching element is higher, and the gate voltage of the switching element is lower than the second predetermined value. In the period, it is set to a fixed normal value regardless of the temperature of the switching element.
Power converter.