JP7413980B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的はサージの抑制と損失の低減とを好適に両立させることができる電力変換装置を提供することである。
かかる構成によれば、フィードバック電圧を大きくすることができるため、フィードバック効果の向上を図ることができる。
上記電力変換装置について、コンデンサを備え、前記駆動ラインは、前記上アームスイッチング素子が接続される正極母線と、前記下アームスイッチング素子が接続される負極母線と、前記中間配線と、前記正極母線と前記コンデンサとを接続する第1コンデンサ接続線と、前記負極母線と前記コンデンサとを接続する第2コンデンサ接続線と、を含み、前記第2インダクタンス成分は、前記正極母線、前記負極母線、前記中間配線、前記第1コンデンサ接続線及び前記第2コンデンサ接続線のうち少なくとも1つに含まれる寄生インダクタンスから発生する磁束が貫く位置に設けられているとよい。
本実施形態の電動モータ201は、車両200の車輪を回転させるための走行用モータである。本実施形態の電動モータ201は、3相コイル202u,202v,202wを有している。3相コイル202u,202v,202wは例えばY結線されている。3相コイル202u,202v,202wが所定のパターンで通電されることにより、電動モータ201が回転する。なお、3相コイル202u,202v,202wの結線態様は、Y結線に限られず任意であり、例えばデルタ結線でもよい。
ここで、各スイッチング素子11u1~11w2は基本的に同一構成であり、各ドライバ回路12u1~12w2は基本的に同一の構成である。このため、以下では、各スイッチング素子11u1~11w2のうち1つのスイッチング素子11(u相下アームスイッチング素子11u2)と、それに対応するドライバ回路12(下アームu相ドライバ回路12u2)とを中心に説明する。
素子本体20は例えば直方体形状である。素子本体20は、駆動基板13の厚さ方向と直交するX方向の両端面である第1側面20a及び第2側面20bを有している。第2側面20bは、第1側面20aとは反対側の側面である。X方向は、両側面20a,20bと交差(本実施形態では直交)する方向ともいえる。
第2コンデンサ接続線LNc2は、負極母線LN2に接続されており、負極母線LN2から正極母線LN1に向けてX方向に延びている。第1コンデンサ接続線LNc1と第2コンデンサ接続線LNc2とはY方向に離間して対向配置されている。第2コンデンサ接続線LNc2は、第1コンデンサ接続線LNc1に対してu相中間配線LNuとは反対側に配置されている。
第1インダクタンス成分L1は、インバータ電流Ivが流れる駆動ラインLNx上に設けられており、本実施形態では駆動ラインLNxのうちの第2コンデンサ接続線LNc2上に設けられている。本実施形態では、第1インダクタンス成分L1は、第2コンデンサ接続線LNc2に含まれる寄生インダクタンスによって構成されている。
図3に示すように、ドライバ回路12は、外部入力端子51と、出力端子52と、フィードバック入力端子53と、を備えている。
出力端子52は、ドライバ回路12からゲート電圧(換言すればゲート電流)を出力するための端子である。ゲート配線LNgによって出力端子52とゲート端子21とが電気的に接続されており、出力端子52から出力されるゲート電圧は、ゲート配線LNgを介してゲート端子21に入力される。
本実施形態のドライバ回路12は、外部指令電圧Vpを変換指令電圧Vptに変換する指令変換回路55と、変換指令電圧Vpt及びフィードバック電圧Vfbを加算する加算回路57と、を備えている。
図3に示すように、ドライバ回路12は、加算回路57と出力端子52との間に設けられたゲート抵抗Rgを備えている。ゲート抵抗Rgの抵抗値に応じて、スイッチング素子11の立ち上がり/立ち下がりの傾きが変化する。
図4は、フィードバック電圧Vfbによるフィードバックがない条件下におけるターンオン時のインバータ電流Iv、ソース-ドレイン間電圧Vds、フィードバック電圧Vfb及び加算電圧Vadを示すグラフである。図5は、フィードバック電圧Vfbによるフィードバックがある条件下におけるターンオン時のインバータ電流Iv、ソース-ドレイン間電圧Vds、フィードバック電圧Vfb及び加算電圧Vadを示すグラフである。図6は、フィードバック電圧Vfbによるフィードバックがある条件下においてフィードバックがない場合と同等のサージが生じるようにゲート抵抗Rgの抵抗値が調整されたインバータ電流Iv、ソース-ドレイン間電圧Vds、フィードバック電圧Vfb及び加算電圧Vadを示すグラフである。
図4及び図5に示すように、加算電圧Vadが立ち上がることに伴って、ソース-ドレイン間電圧Vdsが立ち下がり始める一方、インバータ電流Iv(ドレイン電流)が流れ始める。この場合、図4に示すように、フィードバック電圧Vfbによるフィードバックがない場合には、インバータ電流Ivが立ち上がる際にサージが発生する。
図7及び図8に示すように、加算電圧Vadが立ち下がることに伴って、ソース-ドレイン間電圧Vdsが立ち上がり始める一方、インバータ電流Iv(ドレイン電流)が小さくなり始める。この場合、図7の破線に示すように、フィードバック電圧Vfbによるフィードバックがない場合には、ソース-ドレイン間電圧Vdsが立ち上がる際にサージが発生する。
(1)電力変換装置10は、スイッチング素子11と、スイッチング素子11を駆動させるドライバ回路12と、を備えている。スイッチング素子11は、印加電流としてのインバータ電流Ivが流れるドレイン端子22及びソース端子23と、制御端子としてのゲート端子21と、を備えている。
○ 第1インダクタンス成分L1は、第2コンデンサ接続線LNc2に含まれる寄生インダクタンスによって構成されていたが、これに限られず、例えば第2コンデンサ接続線LNc2上に設けられた専用のコイルによって構成されていてもよい。
○ 電力変換装置10は、車両200以外に搭載されてもよい。すなわち、電力変換装置10は、車両200に設けられた負荷以外の負荷を駆動させるものでもよい。
Claims (5)
- 制御端子と、印加電流が流れる第1印加端子及び第2印加端子とを有するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を駆動させるドライバ回路と、
前記印加電流が流れる駆動ラインと、
前記駆動ライン上に設けられた第1インダクタンス成分と、
前記ドライバ回路と前記制御端子とを接続する制御ラインと、
前記第2印加端子と前記ドライバ回路の基準電位とを接続するためのグランド配線と、
前記グランド配線上であって前記第1インダクタンス成分から発生する磁束が貫く位置に設けられた第2インダクタンス成分と、を備え、
前記第2インダクタンス成分は、前記印加電流が増加する場合には負のフィードバック電圧を発生させる一方、前記印加電流が減少する場合には正のフィードバック電圧を発生させるものであり、
前記ドライバ回路は、
前記グランド配線が接続され、前記フィードバック電圧が入力されるフィードバック入力端子と、
外部指令電圧が入力される外部入力端子と、
前記外部指令電圧又は当該外部指令電圧を変換することによって得られる変換指令電圧と、前記フィードバック電圧又は当該フィードバック電圧を変換することによって得られる変換フィードバック電圧とを加算し、その加算された加算電圧を前記制御端子に向けて出力する加算回路と、を備え、
前記加算回路は、前記印加電流が増加する場合には、前記負のフィードバック電圧を加算することによって、前記加算電圧が小さくなるようにする一方、前記印加電流が減少する場合には、前記正のフィードバック電圧を加算することによって、前記加算電圧が大きくなるようにすることを特徴とする電力変換装置。 - 前記第2インダクタンス成分のインダクタンスは、前記第1インダクタンス成分のインダクタンスよりも大きい請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記駆動ラインは、前記第1インダクタンス成分が設けられている第1インダクタンス部を有し、
前記グランド配線は、前記第1インダクタンス部の隣に配置され且つ前記第2インダクタンス成分が設けられている第2インダクタンス部を有し、
前記第2インダクタンス部は、前記グランド配線における前記第2印加端子から前記ドライバ回路に向かう方向と前記第1インダクタンス部に流れる前記印加電流の方向とが同一となるように前記第1インダクタンス部に沿って延びている請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。 - 中間配線によって互いに直列に接続された上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を有し、
前記スイッチング素子は、前記下アームスイッチング素子である請求項1~3のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。 - コンデンサを備え、
前記駆動ラインは、
前記上アームスイッチング素子が接続される正極母線と、
前記下アームスイッチング素子が接続される負極母線と、
前記中間配線と、
前記正極母線と前記コンデンサとを接続する第1コンデンサ接続線と、
前記負極母線と前記コンデンサとを接続する第2コンデンサ接続線と、
を含み、
前記第2インダクタンス成分は、前記正極母線、前記負極母線、前記中間配線、前記第1コンデンサ接続線及び前記第2コンデンサ接続線のうち少なくとも1つに含まれる寄生インダクタンスから発生する磁束が貫く位置に設けられている請求項4に記載の電力変換装置。
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