JP7060120B1 - 電力変換装置の制御装置および制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(3-1)X相FETアームゲート駆動回路のゲート駆動用電源エネルギーの充電シーケンス(図2と同様にゲート駆動回路の構成を図示した図4参照)
X相FETアームゲート駆動回路のゲート駆動用電源エネルギーの充電は、ゲート用電源70が確立された時点で、ゲート用電源70→ダイオードD2→コンデンサC32→0Vの回路によってゲート駆動用の電源コンデンサC32に充電が行われる。この充電は、主回路FETのオン・オフにかかわらず常時充電回路が構成されているので、常時充電される。
(3-2-1)電解コンデンサC21の正極端P3の電圧は、バッテリ電圧であり、公称電圧72V以上となる。ゲート用電源70からコンデンサC31へ電流を通電することで、C31が充電されるが、その充電回路は、下相側FET(X相)が導通(オン)することにより以下の充電回路が形成され、コンデンサC31が充電される。
(3-2-2)X相FET54Xをオン動作する機会は、インバータ54を動作させるその時となる。インバータ動作では、上相側アーム駆動がオンの時は下相側アーム駆動はオフ、上相側アーム駆動がオフの時は下相側アーム駆動はオンというように、一般的に相補PWM動作を行うが、コンデンサC31が充電されていない場合、上相側FETはオン動作できない。次の下相側FET(X相)がオン駆動されたときに、コンデンサC31が充電される。
直列合成値C=105×5270/(105+5270)=102.9pF
Q=CV=102.9pF×24v=2469.6[pC]
Vgs=Q/Cgs=2469.6p/5270p=0.46[V]となる。
直流電源の正、負極端間に、上相側FETおよび下相側FETがブリッジ接続される電力変換部と、
前記電力変換部の上相側FETおよび下相側FETの直列回路に並列に接続された電解コンデンサと、
前記直流電源の正極端と電解コンデンサの正極端とを結ぶ電路に介挿されたメインコンタクタと、
前記メインコンタクタに並列に接続され、設定した充電時定数で前記電解コンデンサを充電するための第1の充電用抵抗と、
前記第1の充電用抵抗に並列に接続され、キースイッチをオンしてから設定時間後にオン制御される充電用FETと第1の充電用抵抗よりも短い充電時定数に設定された第2の充電用抵抗との直列回路と、
前記電力変換部の上相側FETのゲートを駆動する上相側FETアームゲート駆動回路と、
前記電力変換部の下相側FETのゲートを駆動する下相側FETアームゲート駆動回路と、
前記キースイッチのオンによりゲート用電源が立上がり、且つ前記下相側FETがオン制御されたときに充電されて、前記上相側FETアームゲート駆動回路の電源とされる上相側ゲート駆動用電源コンデンサと、
前記キースイッチのオンによるゲート用電源立上がり時に充電されて、前記下相側FETアームゲート駆動回路の電源とされる下相側ゲート駆動用電源コンデンサとを備え、前記直流電源の接続又は切り離しを自在に構成した電力変換装置において、
前記第1の充電用抵抗の抵抗値を、前記直流電源を接続状態にしてからキースイッチをオンするまでの予備充電期間において、前記上相側FETがオフ、下相側FETがオンに制御されたときに、上相側FETがオンとならないゲート-ソース間電圧に抑えることができる前記電解コンデンサの充電電圧値となるように設定し、
前記電力変換部を動作させる前であって、前記キースイッチのオン後に、電解コンデンサの電圧が、前記設定された充電電圧値になっているときに、前記下相側FETをオン制御して前記上相側ゲート駆動用電源コンデンサを充電し、前記下相側FETのオン制御後に前記充電用FETをオン制御し、前記メインコンタクタの両端の電位差が設定値以下となったらメインコンタクタを投入した後、電力変換部の動作を開始する制御部を設けたことを特徴とする。
前記予備充電期間における電解コンデンサの充電電圧値は、前記電力変換部の上相側FETおよび下相側FETを金属ベース基板に実装したときの、金属ベース基板と上相側FETおよび下相側FETの各端子間に生じる各種寄生容量を考慮し、ドレイン-ソース間に瞬時的な電圧を印加した際にゲート-ソース間に生じる電圧を計測し、前記各種寄生容量を経由してゲート-ソース間電圧Vgsに過渡的に印加される電圧値を、ドレイン-ソース間の低電圧が一定時間続くことによる故障検知が動作する電圧値に比べて十分大きい範囲にて低くなるように設定したことを特徴とする。
直流電源の正、負極端間に、上相側FETおよび下相側FETがブリッジ接続される電力変換部と、
前記電力変換部の上相側FETおよび下相側FETの直列回路に並列に接続された電解コンデンサと、
前記直流電源の正極端と電解コンデンサの正極端とを結ぶ電路に介挿されたメインコンタクタと、
前記メインコンタクタに並列に接続され、設定した充電時定数で前記電解コンデンサを充電するための第1の充電用抵抗と、
前記第1の充電用抵抗に並列に接続され、キースイッチをオンしてから設定時間後にオン制御される充電用FETと第1の充電用抵抗よりも短い充電時定数に設定された第2の充電用抵抗との直列回路と、
前記電力変換部の上相側FETのゲートを駆動する上相側FETアームゲート駆動回路と、
前記電力変換部の下相側FETのゲートを駆動する下相側FETアームゲート駆動回路と、
前記キースイッチのオンによりゲート用電源が立上がり、且つ前記下相側FETがオン制御されたときに充電されて、前記上相側FETアームゲート駆動回路の電源とされる上相側ゲート駆動用電源コンデンサと、
前記キースイッチのオンによるゲート用電源立上がり時に充電されて、前記下相側FETアームゲート駆動回路の電源とされる下相側ゲート駆動用電源コンデンサとを備え、
前記直流電源の接続又は切り離しは自在に構成され、
前記第1の充電用抵抗の抵抗値は、前記直流電源を接続状態にしてからキースイッチをオンするまでの予備充電期間において、前記上相側FETがオフ、下相側FETがオンに制御されたときに、上相側FETがオンとならないゲート-ソース間電圧に抑えることができる前記電解コンデンサの充電電圧値となるように設定された電力変換装置の制御方法であって、
制御部が、前記電力変換部を動作させる前であって、前記キースイッチのオン後に、電解コンデンサの電圧が、前記設定された充電電圧値になっているときに、前記下相側FETをオン制御して前記上相側ゲート駆動用電源コンデンサを充電するステップと、
制御部が、前記下相側FETのオン制御後に前記充電用FETをオン制御し、前記メインコンタクタの両端の電位差が設定値以下となったらメインコンタクタを投入した後、電力変換部の動作を開始するステップと、を備えたことを特徴とする。
(2)請求項2に記載の発明によれば、予備充電期間における電解コンデンサの充電電圧値を、FETを金属ベース基板へ実装した状態で、各種寄生容量を考慮し、ドレイン-ソース間に瞬時的な電圧を印加したときのゲート-ソース間電圧を計測して設定しているので、電解コンデンサの充電電圧値の設定精度がより高精度となり、また、誤って故障検知することが避けられる。
51…フューズ
52…メインコンタクタ
53…充電用FET
54…インバータ
54U,54V,54W…上相側FET
54X,54Y,54Z…下相側FET
55U,55V,55W,55X,55Y,55Z、65H,65L,R1~R3、R11~R15…抵抗
56…モータ
60…HVIC
70…ゲート用電源
C21…電解コンデンサ
C31,C32…コンデンサ
D1~D3…ダイオード
Claims (3)
- 直流電源の正、負極端間に、上相側FETおよび下相側FETがブリッジ接続される電力変換部と、
前記電力変換部の上相側FETおよび下相側FETの直列回路に並列に接続された電解コンデンサと、
前記直流電源の正極端と電解コンデンサの正極端とを結ぶ電路に介挿されたメインコンタクタと、
前記メインコンタクタに並列に接続され、設定した充電時定数で前記電解コンデンサを充電するための第1の充電用抵抗と、
前記第1の充電用抵抗に並列に接続され、キースイッチをオンしてから設定時間後にオン制御される充電用FETと第1の充電用抵抗よりも短い充電時定数に設定された第2の充電用抵抗との直列回路と、
前記電力変換部の上相側FETのゲートを駆動する上相側FETアームゲート駆動回路と、
前記電力変換部の下相側FETのゲートを駆動する下相側FETアームゲート駆動回路と、
前記キースイッチのオンによりゲート用電源が立上がり、且つ前記下相側FETがオン制御されたときに充電されて、前記上相側FETアームゲート駆動回路の電源とされる上相側ゲート駆動用電源コンデンサと、
前記キースイッチのオンによるゲート用電源立上がり時に充電されて、前記下相側FETアームゲート駆動回路の電源とされる下相側ゲート駆動用電源コンデンサとを備え、前記直流電源の接続又は切り離しを自在に構成した電力変換装置において、
前記第1の充電用抵抗の抵抗値を、前記直流電源を接続状態にしてからキースイッチをオンするまでの予備充電期間において、前記上相側FETがオフ、下相側FETがオンに制御されたときに、上相側FETがオンとならないゲート-ソース間電圧に抑えることができる前記電解コンデンサの充電電圧値となるように設定し、
前記電力変換部を動作させる前であって、前記キースイッチのオン後に、電解コンデンサの電圧が、前記設定された充電電圧値になっているときに、前記下相側FETをオン制御して前記上相側ゲート駆動用電源コンデンサを充電し、前記下相側FETのオン制御後に前記充電用FETをオン制御し、前記メインコンタクタの両端の電位差が設定値以下となったらメインコンタクタを投入した後、電力変換部の動作を開始する制御部を設けたことを特徴とする電力変換装置の制御装置。 - 前記予備充電期間における電解コンデンサの充電電圧値は、前記電力変換部の上相側FETおよび下相側FETを金属ベース基板に実装したときの、金属ベース基板と上相側FETおよび下相側FETの各端子間に生じる各種寄生容量を考慮し、ドレイン-ソース間に瞬時的な電圧を印加した際にゲート-ソース間に生じる電圧を計測し、前記各種寄生容量を経由してゲート-ソース間電圧Vgsに過渡的に印加される電圧値を、ドレイン-ソース間の低電圧が一定時間続くことによる故障検知が動作する電圧値に比べて十分大きい範囲にて低くなるように設定したことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置の制御装置。
- 直流電源の正、負極端間に、上相側FETおよび下相側FETがブリッジ接続される電力変換部と、
前記電力変換部の上相側FETおよび下相側FETの直列回路に並列に接続された電解コンデンサと、
前記直流電源の正極端と電解コンデンサの正極端とを結ぶ電路に介挿されたメインコンタクタと、
前記メインコンタクタに並列に接続され、設定した充電時定数で前記電解コンデンサを充電するための第1の充電用抵抗と、
前記第1の充電用抵抗に並列に接続され、キースイッチをオンしてから設定時間後にオン制御される充電用FETと第1の充電用抵抗よりも短い充電時定数に設定された第2の充電用抵抗との直列回路と、
前記電力変換部の上相側FETのゲートを駆動する上相側FETアームゲート駆動回路と、
前記電力変換部の下相側FETのゲートを駆動する下相側FETアームゲート駆動回路と、
前記キースイッチのオンによりゲート用電源が立上がり、且つ前記下相側FETがオン制御されたときに充電されて、前記上相側FETアームゲート駆動回路の電源とされる上相側ゲート駆動用電源コンデンサと、
前記キースイッチのオンによるゲート用電源立上がり時に充電されて、前記下相側FETアームゲート駆動回路の電源とされる下相側ゲート駆動用電源コンデンサとを備え、
前記直流電源の接続又は切り離しは自在に構成され、
前記第1の充電用抵抗の抵抗値は、前記直流電源を接続状態にしてからキースイッチをオンするまでの予備充電期間において、前記上相側FETがオフ、下相側FETがオンに制御されたときに、上相側FETがオンとならないゲート-ソース間電圧に抑えることができる前記電解コンデンサの充電電圧値となるように設定された電力変換装置の制御方法であって、
制御部が、前記電力変換部を動作させる前であって、前記キースイッチのオン後に、電解コンデンサの電圧が、前記設定された充電電圧値になっているときに、前記下相側FETをオン制御して前記上相側ゲート駆動用電源コンデンサを充電するステップと、
制御部が、前記下相側FETのオン制御後に前記充電用FETをオン制御し、前記メインコンタクタの両端の電位差が設定値以下となったらメインコンタクタを投入した後、電力変換部の動作を開始するステップと、を備えたことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
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