WO2011142409A1

WO2011142409A1 - 電力変換装置

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Publication number: WO2011142409A1
Application number: PCT/JP2011/060922
Authority: WO
Inventors: 義行濱中; 前原　恒男; 浩一坂田
Original assignee: 株式会社デンソー; トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2011-05-12
Publication date: 2011-11-17
Also published as: US20120235488A1; JP5519398B2; CN102884721B; CN102884721A; DE112011101611T5; JP2011239608A; US9601984B2

Abstract

　電力変換装置は、電力源Ｅｓとは別個に設けられて放電時に電力を供給するバックアップ電源Ｅｂと、直列接続されたスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄのうちで上アーム（一方）のスイッチング素子Ｑｕを通常時駆動回路Ｍｕ，Ｍｄが出力する駆動信号よりも低い所定範囲内の電圧および周波数でオン／オフ駆動し、下アーム（他方）のスイッチング素子Ｑｄを常時オンするように駆動する放電時駆動回路Ｍｂとを備える。この構成によれば、平滑コンデンサＣａｖを放電させる場合、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄ等の損傷を防止することができ、フェールセーフ機能を向上できる。過電流や過熱の要因となるスイッチング素子を一方のスイッチング素子に特定するので、過電流や過熱をより確実に防止できる。

Description

電力変換装置

　本発明は、電力源から電力が供給され、上下に直列接続される複数のスイッチング素子と、これらのスイッチング素子を駆動する駆動回路とを備える電力変換装置に関する。

　平滑を行うためのコンデンサ（以下では単に「平滑コンデンサ」と呼ぶ。）に蓄積された電荷を放電（放出）させる手段として、従来ではスイッチング素子に流れる電流が過電流となる前に１以上のスイッチング素子をオフにしたり、スイッチング素子のオン電圧を過電流とならない電圧に低減したりする技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。

特開２００９－２３２６２０号公報

　しかし、特許文献１は、単に高い電圧を供給する電源（ＶＨ）から低い電圧を供給する電源（ＶＬ）に切り換え、上下に直列接続された全てのスイッチング素子について同時にオン／オフの制御を行うに過ぎない。上下に直列接続されたスイッチング素子が同時にオンになったときには、何らかの要因（例えば部品故障や断線等）によってスイッチング素子が過熱したり、過電流が流れたりする場合もあり得る。この場合には、スイッチング素子等を含めて電力変換装置が損傷する可能性がある。

　また、上下に直列接続されたスイッチング素子について同時にオン／オフの制御を行う場合、次の問題点がある。第１点は、電流をコントロールする為にゲート電圧を調整しても、スイッチング素子のばらつき（個体差）でスイッチング素子に引加される電圧値がばらつき、放電電流もばらつき、短絡、過電流の制限値を設定することが出来ない。第２点は、上下に直列接続された個々のスイッチング素子で発熱が分散されてしまう為、上下のスイッチング素子ともに過熱保護の手段を設置しなければならず、また過熱の制限値も設定することが出来ない。

　本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電させる場合、スイッチング素子等の損傷を防止するとともに、過電流や過熱の要因となるスイッチング素子を特定することで過電流や過熱をより確実に防止する電力変換装置を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、基底電位を基準として高圧側（ハイサイド）および低圧側（ロウサイド）に配列され、かつ互いに直列接続されており、電力源からの電力を変換する第１および第２のスイッチング素子と、前記電力を受けて作動して、所定の電圧および周波数を有する駆動信号を用いて前記第１および第２のスイッチング素子を駆動する通常時駆動回路と、を備える電力変換装置において、
　前記電力源とは別個に設けられ、通常時および放電時のうちで少なくとも前記放電時には電力を供給するバックアップ電源と、前記放電時に前記バックアップ電源から供給される電力を受けて作動し、第１および第２のスイッチング素子のうちで一方のスイッチング素子を、前記通常時駆動回路が出力する駆動信号の所定電圧および所定周波数の少なくとも一方よりも低い所定範囲内の電圧および周波数の少なくとも一方を有する駆動信号でオン／オフ駆動し、他方のスイッチング素子を常時オンするように駆動して、平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電する放電時駆動回路と、を有することを特徴とする。

　この構成によれば、第１および第２のスイッチング素子を駆動する回路として、通常時駆動回路のほかに放電時駆動回路を備える。バックアップ電源から供給される電力を受けて作動する放電時駆動回路は、直列接続された第１および第２のスイッチング素子のうちで一方のスイッチング素子を所定範囲内の電圧および周波数でオン／オフ駆動し、他方のスイッチング素子を常時オンするように駆動する制御を行う。

　スイッチング素子は「制御電圧に応じて電流が変化する」という特性があるので、オンにする制御電圧が印加されると電流が流れる。放電を早期に終わらせるためには、スイッチング素子を完全飽和させる制御電圧（以下では単に「飽和電圧」と呼ぶ。）で常時オンするのが望ましい。このため、前記通常時駆動回路が出力する駆動信号の所定電圧は、飽和電圧とされるのが一般的である。

　しかしながら、飽和電圧でスイッチング素子を常時オンさせると、過電流が流れて該スイッチング素子に不具合が発生する可能性を高める。

　また、スイッチング素子は、「オン／オフを繰り返すと発熱（温度上昇）しやすい」という特性がある。

　そこで、本発明では、平滑コンデンサを放電させる際においては、第１および第２のスイッチング素子のうちで一方のスイッチング素子を通常時駆動回路が出力する駆動信号の所定電圧および所定周波数の少なくとも一方よりも低い所定範囲内の電圧および周波数の少なくとも一方を有する駆動信号でオン／オフ駆動させている。

　したがって、平滑コンデンサを放電させる際に、通常に比べて、熱の発生を少なく抑えるとともに電流を少なく抑えられるので、第１および第２のスイッチング素子等に不具合が発生する可能性を防止することができる。電力源が停止した場合でもバックアップ電源により平滑コンデンサの放電が実現されるので、フェールセーフ機能を向上できる。過電流や過熱の要因となるスイッチング素子を一方のスイッチング素子に特定するので、過電流や過熱をより確実に防止することができる。

　なお、「電力源」は例えば電力を供給可能な直流電源（バッテリー等），システム電源，コンバータ回路などが該当する。「通常時」は通常の電力変換を行う時期や期間を意味し、「放電時」は電力変換を行わずに平滑コンデンサに蓄積された電荷の放電を行う時期や期間を意味する。よって、通常時と放電時とが同時期になることはない。「スイッチング素子」にはスイッチング機能を奏する任意の半導体素子を用いることができ、例えばＦＥＴ（具体的にはＭＯＳＦＥＴ，ＪＦＥＴ，ＭＥＳＦＥＴ等）、ＩＧＢＴ、ＧＴＯ、パワートランジスタ等が該当する。「平滑コンデンサ」には平滑機能を実現するために電荷の蓄積と放電（放出）が可能な任意の回路素子を用いることができ、キャパシタ等の蓄放電手段を含む。「通常時駆動回路」はスイッチング素子ごとに対応して備える必要があるが、「放電時駆動回路」は電力変換装置内に一以上を備えればよい。「所定範囲」は、スイッチング素子をオン／オフ駆動する可能な範囲であって、通常時駆動回路が出力する駆動信号（すなわちスイッチング素子を駆動する信号）の電圧および周波数の少なくとも一方よりも低い範囲であれば任意である。駆動信号の電圧値については、スイッチング素子のオン／オフが切り替わる閾値を含む範囲（例えば閾値が７[Ｖ]のときは、７～１０[Ｖ]等）を設定するのが望ましい。

　請求項２に記載の発明は、前記放電時駆動回路は、前記所定範囲内の電圧および周波数の少なくとも一方を有する駆動信号でオン／オフ駆動する前記一方のスイッチング素子が許容温度値を超えて過熱するのを保護する過熱保護手段を有することを特徴とする。「過熱保護手段」はスイッチング素子が許容温度値を超えて過熱するのを防止する手段であれば任意に構成できる。例えば、スイッチング素子の温度を検出する温度検出部（例えば温度計や感温ダイオード等）と、温度検出部で検出された温度情報に基づいて駆動信号（電圧および周波数の一方または双方）を変化させる信号変化部とで構成する例が該当する。この構成によれば、一方のスイッチング素子でオン／オフ駆動を行っても、過熱保護手段によってスイッチング素子が許容温度値を超えないように保護される。したがって、スイッチング素子等の不具合が発生する可能性をより確実に低減することができる。

　請求項３に記載の発明は、前記放電時駆動回路は、常時オンする前記他方のスイッチング素子に許容電流値を超えて過電流が流れるのを保護する過電流保護手段を有することを特徴とする。「過電流保護手段」はスイッチング素子に流れる電流が許容電流値を超えるのを防止する手段であれば任意に構成できる。例えば、スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出部（例えば電流計やセンス電流等）と、電流検出部で検出された電流情報に基づいて駆動信号（制御電圧）を変化させる制御電圧変化部とで構成する例が該当する。この構成によれば、他方のスイッチング素子で常時オンする駆動を行っても、過電流保護手段によってスイッチング素子に流れる電流が許容電流値を超えないように保護される。したがって、スイッチング素子等の不具合が発生する可能性をより確実に低減することができる。

　請求項４に記載の発明は、前記放電時駆動回路は、前記第１および第２のスイッチング素子のうちで、前記ハイサイドに対応するスイッチング素子を前記通常時駆動回路が出力する駆動信号よりも低い所定範囲内の電圧および周波数でオン／オフ駆動し、前記ロウサイドに対応するスイッチング素子を常時オンすることを特徴とする。この構成によれば、ハイサイドのスイッチング素子は基底電位からみてロウサイドのスイッチング素子よりも高電位にあるのでロウサイドのスイッチング素子よりも熱が発生し易い。そこで、ハイサイドのスイッチング素子のオン／オフ駆動を制御することで全体の発熱量を少なく抑えられる。したがって、スイッチング素子等の不具合が発生する可能性をより確実に低減することができる。

電力変換装置の第１構成例を模式的に示す図である。スイッチング素子の構成例を示す回路図である。放電時の第１作動例について経時的変化を示すタイムチャートである電力変換装置の第２構成例を模式的に示す図である。電力変換装置の第３構成例を模式的に示す図である。インバータ回路への適用例を示す図である。コンバータ回路への適用例を示す図である。放電時の第２作動例について経時的変化を示すタイムチャートである。

　以下では、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的な接続を意味する。また、連続符号は記号「～」を用いて簡略化する。例えば「スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６」は「スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６」を意味する。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。電力変換装置で変換した電力を出力する「出力機器」は任意に適用可能であるが、その一例として車両用の発電電動機（エンジン始動および発電の双方が行える機器）を適用した場合を説明する。

　〔第１の実施の形態〕
　第１の実施の形態は、本発明を実現する電力変換装置の構成例について、図１～図５を参照しながら説明する。図１には電力変換装置の第１構成例を模式的に示す。図２にはスイッチング素子の具体的な構成例を回路図で示す。図３は放電時の第１作動例について経時的変化をタイムチャートで示す。さらに図４は電力変換装置の第２構成例を模式的に示し、図５は電力変換装置の第３構成例を模式的に示す。

　（第１構成例）
　まず第１構成例について、図１を参照しながら説明する。図１に示す電力変換装置は、電力源Ｅｓから供給される電力を変換して出力する機能を担う。

　この電力変換装置は、バックアップ電源Ｅｂと、平滑コンデンサＣａｖと、通常時駆動回路Ｍｕ，Ｍｄと、放電時駆動回路Ｍｂと、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄと、ダイオードＤｕ，Ｄｄと、コントローラＣＵとを備えている。これらの要素のうち、通常時駆動回路Ｍｕはスイッチング素子Ｑｕに対応して設けられ、通常時駆動回路Ｍｄはスイッチング素子Ｑｄに対応して設けられている。これに対して放電時駆動回路Ｍｂは、上下、すなわち、電力源Ｅｓの高圧側（ハイサイド）および低圧側（ロウサイド）間に並列に設けられ、かつ直列接続されるスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄを１組として、１組ごとに対応して備える。他の要素については、電力変換装置内に一以上を備えていればよい。

　電力源Ｅｓとバックアップ電源Ｅｂとは、別個の電力供給源である。平滑コンデンサＣａｖは、電力源Ｅｓに対して並列に接続されており、バックアップ電源Ｅｂは、平滑コンデンサＣａｖに対して並列に接続されている。

　電力源Ｅｓは、例えば直流電源（バッテリー等），システム電源，コンバータ回路などが該当する。バックアップ電源Ｅｂは、電力源Ｅｓと並行して常時に電力を供給する構成と、何らかの遮断要因（例えば電力供給用ケーブルの断線等）によって電力源Ｅｓから電力が供給できなくなる事態が発生したときに非常用の電力を供給する構成とのうちで、一方または双方の構成が該当する。後者の構成は、例えば図示する平滑コンデンサＣａｖに蓄積された電荷（すなわち電力）を供給源として、所要の電圧や電流に変換して供給する。

　平滑コンデンサＣａｖは、電力源Ｅｓから供給される電力（特に電圧）を平滑する機能を担う。この平滑コンデンサＣａｖは、電荷の蓄積と放電（放出）が可能な素子であればよい。この平滑コンデンサＣａｖの接続位置は任意であり、電力変換装置内のみならず、電力源Ｅｓ内や、電力源Ｅｓと電力変換装置との間等でもよい。

　スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄは上下に直列接続され、オン／オフのスイッチングによって電力を変換する機能を担う。スイッチング素子Ｑｕ、Ｑｄは、バックアップ電源Ｅｂに並列に接続されている。

　スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄには、例えばＩＧＢＴやパワートランジスタ等のようにスイッチング機能を有する半導体素子を用いる。本発明を実現するうえで、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄを含む具体的な回路例については後述する（図２を参照）。なお、図１においては、スイッチング素子Ｑｕ、Ｑｄとして、ＩＧＢＴを用いた例を示している。ダイオードＤｕ，Ｄｄは、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄの入力端子（例えばソース端子やコレクタ端子等）と出力端子（例えばドレイン端子やエミッタ端子等）との間に並列接続され、いずれも還流（フリーホイール）ダイオードとして機能する。

　すなわち、スイッチング素子Ｑｕの出力端子は、スイッチング素子Ｑｄの入力端子に接続されている。スイッチング素子Ｑｕの入力端子は、電力源Ｅｓおよびバックアップ電源Ｅｂの正極端子、ならびに平滑コンデンサＣａｖの一端に接続されている。スイッチング素子Ｑｄの出力端子は、電力源Ｅｓおよびバックアップ電源Ｅｂの負極端子、ならびに平滑コンデンサＣａｖの他端に接続されている。

　通常時駆動回路Ｍｕ，Ｍｄは、それぞれスイッチング素子Ｑｕ、Ｑｄの制御端子（例えば、ゲート端子やベース端子等）に接続されている。また、通常時駆動回路Ｍｕ，Ｍｄは、それぞれ端子Ｐｕ、Ｐｄを有しており、この端子ＰｕおよびＰｄは、コントローラＣＵに接続されている。

　通常時駆動回路Ｍｕ，Ｍｄは、それぞれ通常時（出力機器に出力するために電力変換を行う時期）において、コントローラＣＵから端子Ｐｕ，Ｐｄに入力される指令信号に基づいて駆動信号をスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄの制御端子に出力し、当該スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄのオン／オフを個別に制御する。　この通常時駆動回路Ｍｕ，Ｍｄは、図示しない通常時駆動用電源から供給される電力（電圧Ｖｓ）を受けて作動する。この通常駆動用電源は安定化回路等を含み、例えば電力源Ｅｓ等から供給される電力を受けて、通常時駆動回路Ｍｕ，Ｍｄが作動可能な電力（電圧や電流）に変換して安定的に供給する。駆動信号はスイッチング素子を駆動可能な任意の信号を適用することができる。この駆動信号は、第1構成例では、所定の振幅および周波数を有する電圧信号であり、パルス幅変調信号（ＰＷＭ）やパルス周波数変調信号（ＰＦＭ）などが該当する。

　放電時駆動回路Ｍｂは、スイッチング素子Ｑｕ、Ｑｄの制御端子に接続されている。また、放電時駆動回路Ｍｂは、端子Ｐｂを有しており、この端子Ｐｂは、コントローラＣＵに接続されている。

　放電時駆動回路Ｍｂは、放電時（通常時以外の時期であって平滑コンデンサＣａｖに蓄積された電荷の放電を行う時期）に駆動され、駆動信号をスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄの各制御端子（例えばゲート端子）に出力し、当該スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄのオン／オフを個別に制御する。この駆動信号も、スイッチング素子を駆動可能な任意の信号を適用することができる。この駆動信号は、第1構成例では、所定の振幅および周波数を有する電圧信号であり、パルス幅変調信号（ＰＷＭ）やパルス周波数変調信号（ＰＦＭ）などが該当する。

　この放電時駆動回路Ｍｂは、バックアップ電源Ｅｂから供給される電力（電圧Ｖｂ）を受けて作動し、過熱保護手段Ｍｈや過電流保護手段Ｍｃなどを備える。

　過熱保護手段Ｍｈは、放電時にオン／オフ駆動するスイッチング素子（図１においては、スイッチング素子ＱｕおよびＱｄ）の温度を監視し、当該温度が許容温度値を超えて過熱するのを保護する機能を担う。この機能を実現する限りにおいて過熱保護手段Ｍｈの構成は任意であり、例えば温度検出部と信号変化部とで構成する。温度検出部は、例えば温度計や感温ダイオード等が該当し、スイッチング素子の温度を検出する。信号変化部は、温度検出部で検出された温度情報に基づいて、スイッチング素子ＱｕおよびＱｄに送られる駆動信号を変化させる。例えば、第１構成例では、信号変化部は、振幅値（電圧値）および周波数の一方または双方を変化させる。

　過電流保護手段Ｍｃは、放電時に常時オンするスイッチング素子（図１においては、スイッチング素子ＱｕおよびＱｄ）に流れる電流を監視し、当該電流が許容電流値を超えて過電流が流れるのを保護する機能を担う。この機能を実現する限りにおいて過電流保護手段Ｍｃの構成は任意であり、例えば電流検出部と制御電圧変化部とで構成する。電流検出部は、例えば電流計やセンス端子等が該当し、スイッチング素子に流れる電流を検出する。制御電圧変化部は、電流検出部で検出された電流情報に基づいて制御電圧（例えばゲート電圧）を変化させる。

　放電時駆動回路Ｍｂが出力する駆動信号は、コントローラＣＵから端子Ｐｂに入力される指令信号に基づいて行う構成と、放電時駆動回路Ｍｂが自らの判断に基づいて行う構成（以下では「能動構成」と呼ぶ。）のうち一方または双方で実現する。能動構成は、例えば二点鎖線で図示するように、通常時駆動回路Ｍｕ，Ｍｄに供給される電力（電圧Ｖｓ）を監視し、当該電力（電圧Ｖｓ）が通常値から変化して所定閾値（例えば３[Ｖ]等であり、スイッチング素子ＱｕおよびＱｄが電力変換できない状態となる値）に達すると、自発的に駆動信号をスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄに出力する。

　コントローラＣＵは、上述した電力変換装置や、他の装置や回路等について全体の作動を司る機能を担う。この機能を実現する限りにおいてコントローラＣＵの構成は任意であり、例えば車両に搭載する電子制御ユニット（ＥＣＵ）が該当する。図１の例では、通常時駆動回路Ｍｕ、Ｍｄおよび放電時駆動回路Ｍｂに対して個別に指令信号を伝達し、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄのオン／オフを駆動させる。

　上述したスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄを含む具体的な回路例について、図２を参照しながら説明する。図２には、スイッチング素子Ｑｎを中心とする回路例を示す。スイッチング素子Ｑｎはスイッチング素子Ｑｕやスイッチング素子Ｑｄを個々に代表する。同様にして、ダイオードＤｎはダイオードＤｕやダイオードＤｄを個々に代表する。なお、後述する図６や図７に示すスイッチング素子およびダイオードについても同様である。

　図１に示すスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄに対するダイオードＤｕ，Ｄｄと同様にして、スイッチング素子Ｑｎの入力端子（例えばソース端子やコレクタ端子等）と出力端子（例えばドレイン端子やエミッタ端子等）との間にはダイオードＤｎが並列接続される。過熱保護手段Ｍｈの構成要素として、感温ダイオードＤｔｎがスイッチング素子Ｑｎに対応して設けられている。例えば、感温ダイオードＤｔｎは、スイッチング素子Ｑｎの内部に備えるか、あるいはスイッチング素子Ｑｎの表面（一以上の面）に接触させて用いられる。

　また、過電流保護手段Ｍｃの構成要素として、センス端子Ｐｓｎがスイッチング素子Ｑｎに設けられている。言い換えれば、スイッチング素子Ｑｎは、センス端子Ｐｓｎを備えており、このセンス端子Ｐｓｎを過電流保護手段Ｍｃの構成要素として用いる。センス端子Ｐｓｎと出力端子との間には、過電流保護手段Ｍｃの構成要素である抵抗器Ｒｎが接続されている。

　感温ダイオードＤｔｎは、温度に応じて端子間電圧（電圧Ｖｔｎ）が変化する一以上のダイオードを直列接続して構成される。この感温ダイオードＤｔｎは、アノード側を電力供給源（例えばバックアップ電源Ｅｂ等）に接続し、カソード側をスイッチング素子Ｑｎの出力端子に接続する。感温ダイオードＤｔｎには電力供給源から定電流が供給され、感温ダイオードＤｔｎの両端にかかる電圧Ｖｔｎは温度Ｔｎに相関する。

　スイッチング素子Ｑｎの制御端子（例えばゲート端子やベース端子等）と出力端子との間には、スイッチング素子Ｑｎを駆動させるために制御電圧Ｖｇｎ（上記駆動信号の電圧）が印加される。制御電圧Ｖｇｎの大きさに応じて、スイッチング素子Ｑｎの入力端子から出力端子を経て流れる電流Ｉの大きさが変化し、さらにセンス端子Ｐｓｎから流れるセンス電流Ｉｓｎの大きさも変化する。センス電流Ｉｓｎが流れる抵抗器Ｒｎの両端には、当該センス電流Ｉｓｎと相関するセンス電圧Ｖｓｎが生じる。

　上述した電圧Ｖｔｎは過熱保護手段Ｍｈに入力され、過熱保護手段Ｍｈの構成要素であるＡ／Ｄ変換回路によって変換される。この変換された情報（デジタルデータ）は、過熱保護手段Ｍｈが有する該電圧Ｖｔｎと温度との相関関数に従って温度情報（温度Ｔｎ）として用いられる。またセンス電圧Ｖｓｎは過電流保護手段Ｍｃに入力され、過電流保護手段Ｍｃの構成要素であるＡ／Ｄ変換回路によって変換される。この変換された情報（デジタルデータ）は、過電流保護手段Ｍｃが有する該センス電圧Ｖｓｎとスイッチング素子Ｑｎの入力端子から出力端子を経て流れる電流Ｉとの相関関数に従って電流情報（電流Ｉ）として用いられる。

　上述のように構成された電力変換装置の作動例について、図３を参照しながら説明する。「一方のスイッチング素子」には上アームのスイッチング素子Ｑｕを適用し、「他方のスイッチング素子」には下アームのスイッチング素子Ｑｄを適用した例を示す（図１を参照）。横軸には時間をとり、経過とともに右方向に進む。縦軸には、上から順番に、電力源Ｅｓの供給電圧、通常時駆動回路Ｍｕ（Ｍｄ）からスイッチング素子Ｑｕ（Ｑｄ）に伝達する駆動信号、バックアップ電源Ｅｂの供給電圧、放電時駆動回路Ｍｂから上アームのスイッチング素子Ｑｕに伝達する駆動信号、放電時駆動回路Ｍｂから下アームのスイッチング素子Ｑｄに伝達する駆動信号にかかる電位差についての各変化を示す。

　時刻ｔ１までは電力源Ｅｓから電力（電圧Ｖｓ）が通常時駆動回路Ｍｕ（Ｍｄ）に供給され、通常時駆動回路Ｍｕ（Ｍｄ）はコントローラＣＵからの指令信号に基づいてスイッチング素子Ｑｕ（Ｑｄ）に駆動信号を伝達している。この駆動信号は、最大電圧を電圧Ｖｃとし、指令された周波数Ｆｃとするパルス信号である。電圧Ｖｃは、閾値電圧Ｖｔから飽和電圧Ｖｍまでの間（すなわちＶｔ≦Ｖｃ≦Ｖｍ）である。閾値電圧Ｖｔは例えば７[Ｖ]であり、飽和電圧Ｖｍは例えば１５[Ｖ]である。これに対して、バックアップ電源Ｅｂからは電力（電圧Ｖｂ）が供給されていない。そのため、放電時駆動回路Ｍｂは作動せず、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄには駆動信号を伝達しない。

　時刻ｔ１になると、何らかの遮断要因（例えば電力供給用ケーブルの断線等）によって電力源Ｅｓから電力が供給されなくなったので、バックアップ電源Ｅｂが放電時駆動回路Ｍｂに電力（電圧Ｖｂ）を供給し始める。この電力の供給を受ける放電時駆動回路Ｍｂは、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄに対して個別に駆動信号を伝達する。上アームのスイッチング素子Ｑｕに伝達する駆動信号は、最大電圧を閾値電圧Ｖｔとし、通常時駆動回路Ｍｕ（Ｍｄ）が伝達する駆動信号よりは低い周波数Ｆｂ１（すなわちＦｂ１＜Ｆｃ）とするパルス信号である。下アームのスイッチング素子Ｑｄに伝達する駆動信号は、スイッチング素子Ｑｄを常時オンさせるため、一定値の飽和電圧Ｖｍである。

　上述した放電時駆動回路Ｍｂは、時刻ｔ１以降は電流Ｉ（または温度Ｔｎ）に応じて駆動信号を変化させ、スイッチング素子Ｑｕに伝達する。図３に示す制御例では、時刻ｔ２において、放電時駆動回路Ｍｂは、駆動振動を、周波数Ｆｂ１よりもさらに低い周波数Ｆｂ２（すなわちＦｂ２＜Ｆｂ１）とするパルス信号にし、時刻ｔ３において、駆動振動を、周波数Ｆｂ２よりは高い周波数Ｆｂ３（すなわちＦｂ２＜Ｆｂ３＜Ｆｂ１）とするパルス信号にしている。なお、周波数の大小関係は一例であって、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄを流れる電流Ｉの大きさや、スイッチング素子Ｑｕの温度Ｔｎの大きさに応じて変わる。

　（第２構成例）
　次に第２構成例について、図４を参照しながら説明する。図４に示す電力変換装置は、図１に示す電力変換装置に代わる構成例であり、主に相違点について説明する。そのため、図１に示す要素と同一の要素には同一符号を付して説明を省略する。

　図４に示す電力変換装置は、スイッチング素子Ｑｕに対応する放電時駆動回路Ｍｂｕと、スイッチング素子Ｑｄに対応する放電時駆動回路Ｍｂｄとを備える点で、図１に示す電力変換装置と相違する。図４に図示する二点鎖線で囲む要素は図１に示す放電時駆動回路Ｍｂに相当し、放電時駆動回路Ｍｂｕと放電時駆動回路Ｍｂｄとに分けて構成する。

　放電時駆動回路Ｍｂｕおよび放電時駆動回路Ｍｂｄは、それぞれ端子ＰｂｕおよびＰｂｄを介してコントローラＣｕ（図４では図示を省略している）に接続されており、バックアップ電源Ｅｂから供給される電力を受けて作動する。図３に示す制御を実現するにあたって、第1構成例と同様に、放電時駆動回路Ｍｂｕは過熱保護手段Ｍｈを備え、放電時駆動回路Ｍｂｄは過電流保護手段Ｍｃを備えている。すなわち、放電時駆動回路Ｍｂｕはスイッチング素子Ｑｕのオン／オフ駆動のみを行い、放電時駆動回路Ｍｂｄはスイッチング素子Ｑｄを常時オンする駆動を行う。

　（第３構成例）
　次に第３構成例について、図５を参照しながら説明する。図５に示す電力変換装置は、図１，図４に示す電力変換装置に代わる構成例であり、主に相違点について説明する。そのため、図１，図４に示す要素と同一の要素には同一符号を付して説明を省略する。

　図５に示す電力変換装置は、スイッチング素子Ｑｕに対応する放電時駆動回路Ｍｂｕを通常時駆動回路Ｍｕに内在（内蔵）させ、スイッチング素子Ｑｄに対応する放電時駆動回路Ｍｂｄを通常時駆動回路Ｍｄに内在させる点で、図１，図４に示す電力変換装置と相違する。図５に図示する二点鎖線で囲む要素は、図１に示す放電時駆動回路Ｍｂに相当する。図４と同様に、図３に示す制御を実現するにあたって、放電時駆動回路Ｍｂｕには過熱保護手段Ｍｈを備え、放電時駆動回路Ｍｂｄには過電流保護手段Ｍｃを備える。

　上述した第1の実施の形態によれば、以下に示す各効果を得ることができる。

　すなわち、第1の実施の形態に係わる電力変換装置は、放電時に電力を供給するバックアップ電源Ｅｂと、上下に直列接続されたスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄのうちで上アーム（一方）のスイッチング素子Ｑｕを通常時駆動回路Ｍｕ，Ｍｄが出力する駆動信号よりも低い所定範囲内の電圧および周波数でオン／オフ駆動し、下アーム（他方）のスイッチング素子Ｑｄを常時オンするように駆動して、平滑コンデンサＣａｖに蓄積された電荷を放電する放電時駆動回路Ｍｂとを備えて構成されている（図１～図５を参照）。

　この構成によれば、通常時に用いられる駆動信号よりも低い所定範囲内の電圧および周波数でスイッチング素子Ｑｕのみをオン／オフ駆動させ、スイッチング素子Ｑｄは常時オン駆動させている。このため、平滑コンデンサＣａｖに蓄積された電荷を放電させる場合、熱の発生を少なく抑えるとともに電流を少なく抑えられるので、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄ等の損傷を防止することができる。電力源Ｅｓが停止した場合でも実現されるので、フェールセーフ機能を向上できる。過電流や過熱の要因となるスイッチング素子を上アーム（一方）のスイッチング素子Ｑｕに特定するので、過電流や過熱をより確実に防止することができる。

　第1の実施の形態に係わる電力変換装置において、放電時駆動回路Ｍｂは、所定範囲内の電圧および周波数でオン／オフ駆動する一方のスイッチング素子Ｑｕが許容温度値を超えて過熱するのを保護する過熱保護手段Ｍｈを備える構成とした（図１～図５を参照）。この構成によれば、一方のスイッチング素子Ｑｕでオン／オフ駆動を行っても、過熱保護手段Ｍｈによってスイッチング素子Ｑｕが許容温度値を超えないように保護される。したがって、スイッチング素子Ｑｕ等の損傷をより確実に防止できる。

　第1の実施の形態に係わる電力変換装置において、放電時駆動回路Ｍｂは、常時オンする他方のスイッチング素子Ｑｕに許容電流値を超えて過電流が流れるのを保護する過電流保護手段Ｍｃを備える構成とした（図１～図５を参照）。この構成によれば、他方のスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄで常時オンする駆動を行っても、過電流保護手段Ｍｃによってスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄに流れる電流が許容電流値を超えないように保護される。したがって、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄ等の損傷をより確実に防止できる。

　第1の実施の形態に係わる電力変換装置において、放電時駆動回路Ｍｂは、上アーム（上側）のスイッチング素子Ｑｕを通常時駆動回路Ｍｕ，Ｍｄが出力する駆動信号よりも低い所定範囲内の電圧および周波数でオン／オフ駆動し、下アーム（下側）のスイッチング素子Ｑｄを常時オンする構成とした（図１～図５を参照）。この構成によれば、上アームのスイッチング素子Ｑｕは基底電位Ｎ（電力変換装置の動作基準になる電位、図１参照）からみて高電位にあるので下アーム（下側）のスイッチング素子Ｑｄよりも熱が発生し易いので、上アームのスイッチング素子Ｑｕのオン／オフ駆動を制御することで全体の発熱量を少なく抑えられる。したがって、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄ等の損傷をより確実に防止できる。

　〔第２の実施の形態〕
　第２の実施の形態は、第１の実施形態で示した構成例をインバータ回路に適用した例であり、図６を参照しながら説明する。説明を簡単にするために、第２の実施の形態では第１の実施の形態と異なる点について説明する。よって、第１の実施の形態で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

　図６に示すインバータ回路２０は、一以上の電力変換部２１，２２，…を有し、給電機能および送電機能のうち一方または双方の機能を実現可能に構成される。給電機能は、直流電源Ｅ１からコンバータ回路１０を介して供給される直流電力（電圧ＶＨ；例えば６５０[Ｖ]等）を三相交流電力に変換し、対応する発電電動機３１，３２，…に供給する機能である。送電機能は、対応する発電電動機３１，３２，…が発電した三相交流電力を整流し、コンバータ回路１０を介して直流電源Ｅ１に還流する機能である。直流電源Ｅ１の出力端子側には平滑用のコンデンサＣ１が接続される。コンバータ回路１０とインバータ回路２０との間や、コンバータ回路１０内、あるいはインバータ回路２０内のいずれかには平滑用のコンデンサＣ２が接続される。インバータ回路２０の電力変換部２１，２２，…は同一構成であるので、以下では電力変換部２１を代表して説明する。

　電力変換部２１は、通常時駆動回路Ｍ１ａ～Ｍ６ａ、放電時駆動回路Ｍ１ｂ～Ｍ６ｂ、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６、ダイオードＤ１～Ｄ６、抵抗器Ｒ１～Ｒ６などを有する。通常時駆動回路Ｍ１ａ～Ｍ３ａ、放電時駆動回路Ｍ１ｂ～Ｍ３ｂ、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ３、ダイオードＤ１～Ｄ３、抵抗器Ｒ１～Ｒ３などは上アームに配置される。通常時駆動回路Ｍ４ａ～Ｍ６ａ、放電時駆動回路Ｍ４ｂ～Ｍ６ｂ、スイッチング素子Ｑ４～Ｑ６、ダイオードＤ４～Ｄ６、抵抗器Ｒ４～Ｒ６などは下アームに配置される。

　通常時駆動回路Ｍ１ａ～Ｍ３ａは、それぞれスイッチング素子Ｑ１～Ｑ３の出力端子を基準電位として通常時駆動用電源から供給される電力（電圧Ｖａ）を受けて作動する。通常時駆動回路Ｍ４ａ～Ｍ６ａはスイッチング素子Ｑ４～Ｑ６の出力端子を基準電位として通常時駆動用電源から供給される電力（電圧Ｖｃ）を受けて作動する。これらの通常時駆動回路Ｍ１ａ～Ｍ６ａは、それぞれＥＣＵ４０から個別に端子Ｐ１ａ～Ｐ６ａに入力される指令信号に従って、対応するスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の制御端子に駆動信号を出力する。

　放電時駆動回路Ｍ１ｂ～Ｍ３ｂは、それぞれスイッチング素子Ｑ１～Ｑ３の出力端子を基準電位としてバックアップ電源Ｅｂから供給される電力（電圧Ｖｂ）を受けて作動する。放電時駆動回路Ｍ４ｂ～Ｍ６ｂは、スイッチング素子Ｑ４～Ｑ３の出力端子を基準電位としてバックアップ電源Ｅｂから供給される電力（電圧Ｖｄ）を受けて作動する。これらの放電時駆動回路Ｍ１ｂ～Ｍ６ｂは、それぞれＥＣＵ４０から個別に端子Ｐ１ｂ～Ｐ６ｂに入力される指令信号に従って、対応するスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の制御端子に駆動信号を出力する。

　なお、上述した放電時駆動回路Ｍ１ｂ～Ｍ６ｂは、電力変換部２１内に一以上を備えればよい。図６の構成例ではＶ相内に実線で示す放電時駆動回路Ｍ２ｂ，Ｍ５ｂを備えるが、Ｕ相のみ（放電時駆動回路Ｍ１ｂ，Ｍ４ｂ）、Ｗ相のみ（放電時駆動回路Ｍ３ｂ，Ｍ６ｂ）、いずれか選択する二相（例えばＵ相とＶ相）、三相全部のいずれに放電時駆動回路を備えてもよい。第１の実施の形態における第１構成例のように、一相（すなわち上下に直列される複数のスイッチング素子）に対して一の放電時駆動回路を備えてもよい。あるいは、第１の実施の形態に示す第２構成例（図４を参照）や第３構成例（図５を参照）に対応する放電時駆動回路を備えてもよい。

　通常時駆動用電源は一つ備える形態でもよく、通常時駆動回路Ｍ１ａ～Ｍ６ａごとに対応して複数備える形態でもよい。バックアップ電源Ｅｂについても同様であり、図６に示すように一つ備える形態でもよく、放電時駆動回路Ｍ１ｂ～Ｍ６ｂごとに対応して複数備える形態でもよい。なお、上述した電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄは、同じ電圧となる場合に限らず、基準電位の相違によって異なる電圧となる場合もある。

　スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は図２に示すスイッチング素子Ｑｎに相当し、例えばセンス端子Ｐｓ１～Ｐｓ６を備えたＩＧＢＴを用いる。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の入力端子と出力端子との間に並列接続されるダイオードＤ１～Ｄ６は、それぞれ還流（フリーホイール）ダイオードとして機能する。スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６の各出力端子は、基底電位Ｎに接続する。センス端子Ｐｓ４～Ｐｓ６と基底電位Ｎとの間は、それぞれ抵抗器Ｒ４～Ｒ６を接続する。抵抗器Ｒ１～Ｒ３はそれぞれ対応するスイッチング素子Ｑ１～Ｑ３の各出力端子と接続する。基底電位Ｎは電力変換部２１内で共通する電位（同電位グランド）であり、接地された場合には０[Ｖ]になる。

　電力変換部２１内の回路素子は、一点鎖線で囲って示すように三相（本形態ではＵ相，Ｖ相，Ｗ相）に分けられ、ＥＣＵ４０によって相ごとに作動が制御される。Ｕ相は、通常時駆動回路Ｍ１ａ，Ｍ４ａ、放電時駆動回路Ｍ１ｂ，Ｍ４ｂ、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４、ダイオードＤ１，Ｄ４、抵抗器Ｒ１，Ｒ４などで構成される。Ｖ相は、通常時駆動回路Ｍ２ａ，Ｍ５ａ、放電時駆動回路Ｍ２ｂ，Ｍ５ｂ、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ５、ダイオードＤ２，Ｄ５、抵抗器Ｒ２，Ｒ５などで構成される。Ｗ相は、通常時駆動回路Ｍ３ａ，Ｍ６ａ、放電時駆動回路Ｍ３ｂ，Ｍ６ｂ、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６、ダイオードＤ３，Ｄ６、抵抗器Ｒ３，Ｒ６などで構成される。Ｕ相のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４は、上下に直列接続されてハーフブリッジを構成する。Ｖ相のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ５と、Ｗ相のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ６とについても同様に、上下に直列接続されてハーフブリッジを構成する。ハーフブリッジの各接続点と発電電動機３１の三相端子とは、線路Ｋｕ，Ｋｖ，Ｋｗによって相ごとに接続される。線路ＫｕにはＵ相電流Ｉｕが流れ、線路ＫｖにはＶ相電流Ｉｖが流れ、線路ＫｗにはＷ相電流Ｉｗが流れる。

　ＥＣＵ４０は、コンバータ回路１０やインバータ回路２０等について全体の作動を司る。このＥＣＵ４０は、例えばＣＰＵ（マイコンを含む）によってソフトウェア制御を行う構成としてもよく、ＩＣ（ＬＳＩやゲートアレイ等を含む）やトランジスタ等の電子部品を用いてハードウェア制御を行う構成としてもよい。

　第１の実施の形態との関連は次のようになる。電力変換部２１は「電力変換装置」に相当する。直流電源Ｅ１，コンデンサＣ１およびコンバータ回路１０は「電力源Ｅｓ」に相当する。コンデンサＣ２は「平滑コンデンサＣａｖ」に相当する。上アームのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５はそれぞれ「スイッチング素子Ｑｕ」に相当し、下アームのスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６はそれぞれ「スイッチング素子Ｑｄ」に相当する。ダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ５はそれぞれ「ダイオードＤｕ」に相当し、ダイオードＤ２，Ｄ４，Ｄ６はそれぞれ「ダイオードＤｄ」に相当する。通常時駆動回路Ｍ１ａ，Ｍ３ａ，Ｍ５ａはそれぞれ「通常時駆動回路Ｍｕ」に相当し、通常時駆動回路Ｍ２ａ，Ｍ４ａ，Ｍ６ａはそれぞれ「通常時駆動回路Ｍｄ」に相当する。放電時駆動回路Ｍ１ｂ～Ｍ６ｂはそれぞれ「放電時駆動回路Ｍｂ」に相当する。ＥＣＵ４０は「コントローラＣＵ」に相当する。

　また、センス端子Ｐｓ１～Ｐｓ６が過電流保護手段Ｍｃの構成要素である「センス端子Ｐｓｎ」に相当し、各センス端子Ｐｓ１～Ｐｓ６と対応する出力端子との間に接続されている抵抗Ｒ１～Ｒ６が過電流保護手段Ｍｃの構成要素である「抵抗器Ｒｎ」に相当する。

　電力変換部２１は、次のように作動する。通常時には、ＥＣＵ４０から端子Ｐ１ａ～Ｐ６ａに個別に入力される指令信号に基づいて通常時駆動回路Ｍ１ａ～Ｍ６ａから駆動信号がスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の制御端子に伝達され、コンバータ回路１０から供給される電力を変換し、発電電動機３１に出力する。放電時には、ＥＣＵ４０から端子Ｐ２ｂ，Ｐ５ｂに個別に入力される指令信号に基づいて、あるいは放電時駆動回路Ｍ２ｂ，Ｍ５ｂが自発的に、駆動信号をスイッチング素子Ｑ２，Ｑ５の制御端子に個別に伝達する。すなわち図３に示すように、スイッチング素子Ｑ２には上アーム用の駆動信号を伝達し、スイッチング素子Ｑ５には下アーム用の駆動信号を伝達することで、コンデンサＣ２に蓄積された電荷を放電する。

　上述した第２の実施の形態に示すインバータ回路２０（電力変換部２１，２２，…）は、第１の実施の形態に示す放電時駆動回路Ｍｂを放電時駆動回路Ｍ２ｂ，Ｍ５ｂとして適用するので、当該第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

　〔第３の実施の形態〕
　第３の実施の形態は、第１の実施の形態に示す第１構成例をコンバータ回路に適用した例であり、図７を参照しながら説明する。なお、図示および説明を簡単にするために第３の実施の形態では第１の実施の形態と異なる点について説明する。よって第１の実施の形態で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

　図７に示すコンバータ回路１０は、電力源Ｅｓから供給される電力（電圧ＶＬ）を昇圧して出力する昇圧機能を実現するため、通常時駆動回路Ｍ１１，Ｍ１２、放電時駆動回路Ｍｂ、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２、ダイオードＤ１１，Ｄ１２、インダクタＬ１０、抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２などを有する。

　通常時駆動回路Ｍ１１は、スイッチング素子Ｑ１１の出力端子を基準電位として通常時駆動用電源から供給される電力（電圧Ｖａ）を受けて作動する。通常時駆動回路Ｍ１２は、スイッチング素子Ｑ１２の出力端子を基準電位として通常時駆動用電源から供給される電力（電圧Ｖｃ）を受けて作動する。これらの通常時駆動回路Ｍ１１，Ｍ１２は、それぞれＥＣＵ４０から個別に端子Ｐ１１，Ｐ１２に入力される指令信号に従って、対応するスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２の制御端子に駆動信号を出力する。

　放電時駆動回路Ｍｕｂ、スイッチング素子Ｑ１１の出力端子を基準電位としてバックアップ電源Ｅｂから供給される電力（電圧Ｖｂ）を受けて作動する。放電時駆動回路Ｍｄｂは、スイッチング素子Ｑ１２の出力端子を基準電位としてバックアップ電源Ｅｂから供給される電力（電圧Ｖｄ）を受けて作動する。これらの放電時駆動回路Ｍｂは、それぞれＥＣＵ４０から個別に端子Ｐｕｂ，Ｐｄｂに入力される指令信号に従って、対応するスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２の制御端子に駆動信号を出力する。なお、電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄは、第２実施の形態と同様に同じ電圧となる場合に限らず、基準電位の相違によって異なる電圧となる場合もある。

　スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２は、上下に直列接続されてハーフブリッジを構成している。このスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２には、例えばセンス電流を出力するセンス端子Ｐｓ１１，Ｐｓ１２を備えたＩＧＢＴを用いる。センス端子Ｐｓ１２と基底電位Ｎとの間には、抵抗器Ｒ１２を接続する。抵抗器Ｒ１１は、センス端子Ｐｓ１１と、スイッチング素子Ｑ１２の入力端子との中間接続点との間に接続される。この中間接続点は、さらにインダクタＬ１０を介して電力源Ｅｓのプラス電極に接続する。このインダクタＬ１０には、例えばチョークコイルを用いる。スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２の入力端子と出力端子との間に並列接続されるダイオードＤ１１，Ｄ１２は、それぞれ還流（フリーホイール）ダイオードとして機能する。スイッチング素子Ｑ１２の出力端子は、電力源Ｅｓのマイナス電極（すなわち基底電位Ｎ）に接続する。

　第１の実施の形態との関連は次のようになる。コンバータ回路１０は「電力変換装置」に相当する。スイッチング素子Ｑ１１は「スイッチング素子Ｑｕ」に相当し、スイッチング素子Ｑ１２は「スイッチング素子Ｑｄ」に相当する。ダイオードＤ１１は「ダイオードＤｕ」に相当し、ダイオードＤ１２は「ダイオードＤｄ」に相当する。通常時駆動回路Ｍ１１は「通常時駆動回路Ｍｕ」に相当し、通常時駆動回路Ｍ１２は「通常時駆動回路Ｍｄ」に相当する。ＥＣＵ４０は「コントローラＣＵ」に相当する。

　また、センス端子Ｐｓ１およびＰｓ２が過電流保護手段Ｍｃの構成要素である「センス端子Ｐｓｎ」に相当し、各センス端子Ｐｓ１およびＰｓ２と対応する出力端子との間に接続されている抵抗Ｒ１およびＲ２が過電流保護手段Ｍｃの構成要素である「抵抗器Ｒｎ」に相当する。

　図７のように構成されたコンバータ回路１０では、次のように作動する。通常時には、ＥＣＵ４０から端子Ｐ１１，Ｐ１２に個別に入力される指令信号に基づいて通常時駆動回路Ｍ１１，Ｍ１２から駆動信号がスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２の制御端子に伝達され、電力源Ｅｓから供給される電力、例えば直流電力を変換（昇圧）して出力する。

　例えば、スイッチング素子Ｑ１２をオンすることにより、インダクタＬ１０を充電する。その後、スイッチング素子Ｑ１２をオフしてスイッチング素子Ｑ１１をオンすることにより、コンバータ回路１０の出力電圧ＶＨとして、「ＶＨ＝Ｅｓの直流電圧＋インダクタＬ１０に充電された電圧」が得られる。

　放電時には、ＥＣＵ４０から端子Ｐｂに入力される指令信号に基づいて、あるいは放電時駆動回路Ｍｂが自発的に、駆動信号をスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２の制御端子に個別に伝達する。すなわち図３に示すように、スイッチング素子Ｑ１１には上アーム用の駆動信号を伝達し、スイッチング素子Ｑ１２には下アーム用の駆動信号を伝達することで、平滑コンデンサＣａｖに蓄積された電荷を放電する。

　上述した第３の実施の形態に示すコンバータ回路１０は、第１の実施の形態に示す第１構成例の放電時駆動回路Ｍｂを適用するので、当該第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。なお、第１の実施の形態に示す第２構成例（図４を参照）や第３構成例（図５を参照）を適用する場合でも、当該第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

　〔他の実施の形態〕
　以上では本発明を実施するための形態について第１～第３の実施の形態に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。

　上述した第１～第３の実施の形態では、スイッチング素子Ｑｕ（上アーム）のオン／オフ駆動を行う駆動信号は、周波数を変化させ、閾値電圧Ｖｔを変化させないように制御する構成とした（図３を参照）。この形態に代えて、閾値電圧Ｖｔを変化させて周波数を変化させないように制御する構成としてもよく、閾値電圧Ｖｔおよび周波数の双方を変化させるように制御する構成としてもよい。すなわち、通常時駆動回路Ｍｕ，Ｍｄが出力する駆動信号よりも低くい所定範囲内の電圧および周波数で制御すればよい。これらの構成でも第１～第３実施の形態の場合と同様に、過熱保護手段Ｍｈによってスイッチング素子Ｑｕが許容温度値を超えないように保護され、過電流保護手段Ｍｃによってスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄに流れる電流が許容電流値を超えないように保護される。したがって、スイッチング素子Ｑｕ等の損傷をより確実に防止できる。

　上述した第１～第３の実施の形態では、電流Ｉを監視して駆動信号を変化させるように制御する構成とした（図３を参照）。この形態に代えて、温度Ｔｎを監視して駆動信号を変化させるように制御する構成としてもよく、電流Ｉおよび温度Ｔｎの双方を監視して駆動信号を変化させるように制御する構成としてもよい。さらには、上述した構成のいずれを組み合わせてもよい。この場合、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄを流れる電流Ｉが許容電流値を超えないように、かつ、スイッチング素子Ｑｕの温度Ｔｎが許容温度値を超えないように制御できればよい。これらの構成でも第１～第３の実施の形態の場合と同様に、過熱保護手段Ｍｈによってスイッチング素子Ｑｕが許容温度値を超えないように保護され、過電流保護手段Ｍｃによってスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｄに流れる電流が許容電流値を超えないように保護される。したがって、スイッチング素子Ｑｕ等の損傷をより確実に防止できる。

　上述した第１～第３の実施の形態では、上アームのスイッチング素子Ｑｕをオン／オフ駆動し、下アームのスイッチング素子Ｑｄを常時オンするように制御する構成とした（図３を参照）。この形態に代えて、下アームのスイッチング素子Ｑｄをオン／オフ駆動し、上アームのスイッチング素子Ｑｕを常時オンするように制御する構成としてもよい。上下のスイッチング素子の入れ換えるに過ぎないので、第１～第３の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

　上述した第１～第３の実施の形態では、一方（上アーム）のスイッチング素子Ｑｕをオン／オフ駆動し、他方（下アーム）のスイッチング素子Ｑｄを常時オンするように制御する構成とした（図３を参照）。この形態に代えて、切換条件を満たすとき、オン／オフ駆動を行うスイッチング素子と、常時オンするスイッチング素子とを切り換えるように制御する構成としてもよい。切換条件は任意に設定してよい。例えば図８に示す制御例では、上昇した電流Ｉが閾値電流Ｉｔよりも低くなる時刻ｔ３に、オン／オフ駆動を行うスイッチング素子を下アームに切り換え、常時オンするスイッチング素子を上アームに切り換えている。オン／オフ駆動を行うスイッチング素子で温度が上昇しやすいことから、切り換えを行うことによって温度上昇を低減することが可能になる。したがって、第１～第３の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

　上述した第１～第３の実施の形態では、電流Ｉ（または温度Ｔｎ）を監視し、閾値電流Ｉｔ（または閾値温度Ｔｔ）に達すると駆動信号を変化させるように制御する構成とした（図３，図８を参照）。この形態に代えて、電流Ｉ（または温度Ｔｎ）の増減率を監視し、単位時間当たりの増減率が増減閾値に達すると駆動信号を変化させるように制御する構成としてもよい。図３，図８に示す制御例において、単位時間当たりの増減率（変化率）を角度θで表すとき、増減閾値θｔに達すると駆動信号を変化させればよい。増減率が大きい場合には早期に許容値を超える可能性があるので、早めに駆動信号を変化させることで、スイッチング素子等の損傷をさらに確実に防止することができる。

　Ｅｓ　電力源
　Ｅｂ　バックアップ電源
　Ｃａｖ　平滑コンデンサ（キャパシタ）
　Ｍｕ，Ｍｄ　通常時駆動回路
　Ｍｂ　放電時駆動回路
　Ｍｈ　過熱保護手段
　Ｍｃ　過電流保護手段
　Ｑｕ，Ｑｄ　スイッチング素子
　ＣＮ　コントローラ
　１０　コンバータ回路（電力変換装置）
　２０　インバータ回路（電力変換装置）
　２１，２２，…　電力変換部
　３１，３２，…　発電電動機
　４０　ＥＣＵ（コントローラ）
　Ｃ１，Ｃ２　コンデンサ（キャパシタ）
　Ｍ１ａ～Ｍ６ａ，Ｍ１１，Ｍ１２　通常時駆動回路
　Ｍ１ｂ～Ｍ６ｂ　放電時駆動回路
　Ｑ１～Ｑ６，Ｑ１１，Ｑ１２　スイッチング素子

Claims

　基底電位を基準として高圧側（ハイサイド）および低圧側（ロウサイド）に配列され、かつ互いに直列接続されており、電力源からの電力を変換する第１および第２のスイッチング素子と、
　前記電力を受けて作動して、所定の電圧および周波数を有する駆動信号を用いて前記第１および第２のスイッチング素子を駆動する通常時駆動回路と、
　前記第１および第２のスイッチング素子に並列に接続されたコンデンサと、
　前記電力源とは別個に設けられ、通常時および放電時のうちで少なくとも前記放電時には電力を供給するバックアップ電源と、
　前記放電時に前記バックアップ電源から供給される電力を受けて作動し、前記第１および第２のスイッチング素子のうちで一方のスイッチング素子を、前記通常時駆動回路が出力する駆動信号の所定電圧および所定周波数の少なくとも一方よりも低い所定範囲内の電圧および周波数の少なくとも一方を有する駆動信号でオン／オフ駆動し、他方のスイッチング素子を常時オンするように駆動して、前記平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電する放電時駆動回路と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
　前記放電時駆動回路は、前記所定範囲内の電圧および周波数の少なくとも一方を有する駆動信号でオン／オフ駆動する前記一方のスイッチング素子が許容温度値を超えて過熱するのを保護する過熱保護手段を有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
　前記放電時駆動回路は、常時オンする前記他方のスイッチング素子に許容電流値を超えて過電流が流れるのを保護する過電流保護手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
　前記放電時駆動回路は、前記第１および第２のスイッチング素子のうちで、前記ハイサイドに対応するスイッチング素子を前記通常時駆動回路が出力する駆動信号よりも低い所定範囲内の電圧および周波数でオン／オフ駆動し、前記ロウサイドに対応するスイッチング素子を常時オンすることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
　前記放電時駆動回路は、前記通常時駆動回路に内蔵されていることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
　前記電力源からの電力は直流電力であり、前記第１および第２のスイッチング素子は、前記電力源からの直流電力を交流電力に変換して交流負荷に対して供給するように構成されており、前記第１および第２のスイッチング素子は、交流負荷の少なくとも１つの相に対応して設けられていることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
　前記第１および第２のスイッチング素子は、前記電力源からの電力を昇圧させて負荷に対して供給するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。