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公開番号2024093968
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-09
出願番号2022210644
出願日2022-12-27
発明の名称3レベルインバータ及びプログラム
出願人株式会社デンソー
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H02M 7/483 20070101AFI20240702BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】リカバリ電流のアンバランスを抑制できる3レベルインバータ及びプログラムを提供する。
【解決手段】3レベルインバータは、各上アームスイッチSUH1～SWH2と正極側母線31とを電気的に接続する高電位側導電部材と、各下アームスイッチSUL1～SWL2と負極側母線32とを電気的に接続する低電位側導電部材と、中間導電部材とを備えている。中間導電部材は、各上アームスイッチSUH1～SWH2及び各下アームスイッチSUL1～SWL2と、ミドルスイッチSQU1～SQW2とを電気的に接続する。高電位側導電部材のうち正極側母線との接続部から、上アームダイオードDUH1～DWH2及び中間導電部材を介してミドルスイッチSQU1～SQW2に至るまでの電気経路であって、各上アームダイオードDUH1～DWH2に対応する上アーム経路のインピーダンスが同等になるように、各上アーム経路が構成されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
各相において上，下アームスイッチ（ＳＵＨ１～ＳＷＬ２）の直列接続体を複数備え、各相において前記各直列接続体が並列接続された３レベルインバータ（３０）において、
前記各上アームスイッチに逆並列接続された上アームダイオード（ＤＵＨ１～ＤＷＨ２）と、
前記各下アームスイッチに逆並列接続された下アームダイオード（ＤＵＬ１～ＤＷＬ２）と、
各相に対応して設けられたミドルスイッチ（ＳＱＵ１～ＳＱＷ２）と、
各相に対応して設けられ、前記各上アームスイッチの高電位側端子と正極側母線（３１）とを電気的に接続する高電位側導電部材（７２）と、
各相に対応して設けられ、前記各下アームスイッチの低電位側端子と負極側母線（３２）とを電気的に接続する低電位側導電部材（７１）と、
各相に対応して設けられ、前記各上アームスイッチの低電位側端子及び前記各下アームスイッチの高電位側端子と、前記ミドルスイッチの第１端とを電気的に接続する中間導電部材（７０）と、
を備え、
前記高電位側導電部材のうち前記正極側母線との接続部（７２ｃ）から、前記上アームダイオード及び前記中間導電部材を介して前記ミドルスイッチに至るまでの電気経路であって、前記各上アームダイオードに対応する上アーム経路のインピーダンスが同等になるように、前記各上アーム経路が構成されており、
前記低電位側導電部材のうち前記負極側母線との接続部から、前記下アームダイオード及び前記中間導電部材を介して前記ミドルスイッチに至るまでの電気経路であって、前記各下アームダイオードに対応する下アーム経路のインピーダンスが同等になるように、前記各下アーム経路が構成されている、３レベルインバータ。
続きを表示（約 4,600 文字）【請求項２】
前記上，下アームスイッチの直列接続体毎に、該直列接続体と、該直列接続体に含まれる前記上アームスイッチに逆並列接続された前記上アームダイオードと、該直列接続体に含まれる前記下アームスイッチに逆並列接続された前記下アームダイオードとがケース（６０）に収容されて一体化されることにより、上下アームモジュール（Ｍ１，Ｍ２）が構成されている、請求項１に記載の３レベルインバータ。
【請求項３】
前記ミドルスイッチは、第１スイッチ（ＳＱＵ１）、前記第１スイッチに逆並列接続された第１ダイオード（ＤＱＵ１）、前記第１スイッチに直列接続された第２スイッチ（ＳＱＵ２）、及び前記第２スイッチに逆並列接続された第２ダイオード（ＤＱＵ２）を有し、
前記第１スイッチ、前記第１ダイオード、前記第２スイッチ及び前記第２ダイオードがケース（６０）に収容されて一体化されることにより、中間モジュール（ＭＭ）が構成されている、請求項２に記載の３レベルインバータ。
【請求項４】
各相において前記上，下アームスイッチの直列接続体が２つ備えられ、
前記各上下アームモジュール及び前記中間モジュールの前記ケースは、扁平な直方体状をなしており、
前記各上下アームモジュールは、同一仕様のモジュールであり、
各相において、前記各上下アームモジュール及び前記中間モジュールは、前記ケースの厚さ方向に並んで配置されており、
各相において、前記中間モジュールは、前記各上下アームモジュールに挟まれた状態で配置されており、
各相において、前記各上下アームモジュール及び前記中間モジュールの前記ケースの端子設置面（６２）が共通の特定方向を向いており、
前記各上下アームモジュールの前記端子設置面には、前記上アームスイッチの高電位側端子に電気的に接続された高電位側外部端子（ＣＰ）と、前記下アームスイッチの低電位側端子に電気的に接続された低電位側外部端子（ＣＮ）と、前記上アームスイッチの低電位側端子及び前記下アームスイッチの高電位側端子に電気的に接続された中間外部端子（ＣＯ）とが設けられており、
前記中間モジュールには、前記第２スイッチの一端が電気的に接続された中間端子（ＣＭ２）が設けられており、
各相において、前記各上下アームモジュールの前記中間外部端子及び前記中間モジュールの前記中間端子は、前記ケースの厚さ方向に並んで配置されており、
各相において、前記各上下アームモジュールの前記高電位側外部端子は、前記ケースの厚さ方向に並んで配置されており、
各相において、前記各上下アームモジュールの前記低電位側外部端子は、前記ケースの厚さ方向に並んで配置されており、
前記高電位側導電部材は、前記各上下アームモジュールの前記高電位側外部端子を電気的に接続し、
前記低電位側導電部材は、前記各上下アームモジュールの前記低電位側外部端子を電気的に接続し、
前記中間導電部材は、前記各上下アームモジュールの前記中間外部端子及び前記中間モジュールの前記中間端子を電気的に接続し、
前記高電位側導電部材、前記低電位側導電部材及び前記中間導電部材は、前記端子設置面の正面視において、前記中間モジュールの前記ケースの厚さ方向中央部を通る基準軸線（ＢＬ）に対して対称な形状をなしている、請求項３に記載の３レベルインバータ。
【請求項５】
前記ミドルスイッチは、第１スイッチ（ＳＱＵ１）、前記第１スイッチに逆並列接続された第１ダイオード（ＤＱＵ１）、前記第１スイッチに直列接続された第２スイッチ（ＳＱＵ２）、及び前記第２スイッチに逆並列接続された第２ダイオード（ＤＱＵ２）を有し、
前記上アームスイッチをオンするとともに前記下アームスイッチをオフしてＨレベルの電圧を出力するスイッチングモードであるＨレベルモードと、前記第１，第２スイッチをオンするとともに前記上，下アームスイッチをオフしてＭレベルの電圧を出力するスイッチングモードであるＭレベルモードと、前記下アームスイッチをオンするとともに前記上アームスイッチをオフしてＬレベルの電圧を出力するスイッチングモードであるＬレベルモードと、を切り替えて実施する制御装置（５０）を備え、
前記制御装置は、前記Ｌレベルモードから前記Ｈレベルモードに切り替える場合において、前記Ｍレベルモードを介在させる発振抑制制御を行う、請求項１～４のいずれか１項に記載の３レベルインバータ。
【請求項６】
前記発振抑制制御は、前記上，下アームスイッチ及び前記ミドルスイッチをオフするスイッチングモードであるＨ－Ｌデッドタイムモードの実行を禁止するとともに、前記Ｌレベルモードから、前記Ｍレベルモード、及びＨ－Ｍデッドタイムモードを経由して前記Ｈレベルモードに切り替える制御であり、
前記Ｈ－Ｍデッドタイムモードは、前記上，下アームスイッチ及び前記第２スイッチをオフするとともに、前記第１スイッチをオンするスイッチングモードであり、
前記Ｈ－Ｍデッドタイムモードの実行期間は、前記上アームダイオード及び前記下アームダイオードの逆回復時間以上の期間に設定されている、請求項５に記載の３レベルインバータ。
【請求項７】
前記制御装置は、特定条件が成立することを条件として前記発振抑制制御を実行し、
前記特定条件は、
前記３レベルインバータの出力電流の大きさが閾値電流（Ｉｔｈ）を超えているとの条件、
前記３レベルインバータに電気的に接続された回転電機の指令トルクの大きさがトルク閾値（Ｔｒｑｔｈ）を超えているとの条件、
並列接続された前記各上アームスイッチの高電位側端子及び低電位側端子間に流れる電流の大きさの差が所定電流差（Ｉα）を超えているとの条件、又は
並列接続された前記各下アームスイッチの高電位側端子及び低電位側端子間に流れる電流の大きさの差が所定電流差（Ｉα）を超えているとの条件
のいずれかである、請求項５に記載の３レベルインバータ。
【請求項８】
各相における前記ミドルスイッチの第２端と前記正極側母線とを電気的に接続する第１コンデンサ（２１）と、
各相における前記ミドルスイッチの第２端と前記負極側母線とを電気的に接続する第２コンデンサ（２２）と、
を備える、請求項１～４のいずれか１項に記載の３レベルインバータ。
【請求項９】
各相において上，下アームスイッチ（ＳＵＨ１～ＳＷＬ２）の直列接続体を複数備え、各相において前記各直列接続体が並列接続された３レベルインバータ（３０）において、
前記各上アームスイッチに逆並列接続された上アームダイオード（ＤＵＨ１～ＤＷＨ２）と、
前記各下アームスイッチに逆並列接続された下アームダイオード（ＤＵＬ１～ＤＷＬ２）と、
各相に対応して設けられたミドルスイッチ（ＳＱＵ１～ＳＱＷ２）と、
各相に対応して設けられ、前記各上アームスイッチの高電位側端子と正極側母線（３１）とを電気的に接続する高電位側導電部材（７２）と、
各相に対応して設けられ、前記各下アームスイッチの低電位側端子と負極側母線（３２）とを電気的に接続する低電位側導電部材（７１）と、
各相に対応して設けられ、前記各上アームスイッチの低電位側端子及び前記各下アームスイッチの高電位側端子と、前記ミドルスイッチの第１端とを電気的に接続する中間導電部材（７０）と、
制御装置（５０）と、
を備え、
前記ミドルスイッチは、第１スイッチ（ＳＱＵ１）、前記第１スイッチに逆並列接続された第１ダイオード（ＤＱＵ１）、前記第１スイッチに直列接続された第２スイッチ（ＳＱＵ２）、及び前記第２スイッチに逆並列接続された第２ダイオード（ＤＱＵ２）を有し、
前記制御装置は、
前記上アームスイッチをオンするとともに前記下アームスイッチをオフしてＨレベルの電圧を出力するスイッチングモードであるＨレベルモードと、前記第１，第２スイッチをオンするとともに前記上，下アームスイッチをオフしてＭレベルの電圧を出力するスイッチングモードであるＭレベルモードと、前記下アームスイッチをオンするとともに前記上アームスイッチをオフしてＬレベルの電圧を出力するスイッチングモードであるＬレベルモードと、を切り替えて実施し、
前記Ｌレベルモードから前記Ｈレベルモードに切り替える場合において、前記Ｍレベルモードを介在させる発振抑制制御を行う、３レベルインバータ。
【請求項１０】
各相において上，下アームスイッチ（ＳＵＨ１～ＳＷＬ２）の直列接続体を複数備え、各相において前記各直列接続体が並列接続された３レベルインバータ（３０）に適用されるプログラムにおいて、
前記３レベルインバータは、
前記各上アームスイッチに逆並列接続された上アームダイオード（ＤＵＨ１～ＤＷＨ２）と、
前記各下アームスイッチに逆並列接続された下アームダイオード（ＤＵＬ１～ＤＷＬ２）と、
各相に対応して設けられたミドルスイッチ（ＳＱＵ１～ＳＱＷ２）と、
各相に対応して設けられ、前記各上アームスイッチの高電位側端子と正極側母線（３１）とを電気的に接続する高電位側導電部材（７２）と、
各相に対応して設けられ、前記各下アームスイッチの低電位側端子と負極側母線（３２）とを電気的に接続する低電位側導電部材（７１）と、
各相に対応して設けられ、前記各上アームスイッチの低電位側端子及び前記各下アームスイッチの高電位側端子と、前記ミドルスイッチの第１端とを電気的に接続する中間導電部材（７０）と、
制御装置（５０）と、
を備え、
前記ミドルスイッチは、第１スイッチ（ＳＱＵ１）、前記第１スイッチに逆並列接続された第１ダイオード（ＤＱＵ１）、前記第１スイッチに直列接続された第２スイッチ（ＳＱＵ２）、及び前記第２スイッチに逆並列接続された第２ダイオード（ＤＱＵ２）を有し、
前記制御装置に、前記上アームスイッチをオンするとともに前記下アームスイッチをオフしてＨレベルの電圧を出力するスイッチングモードであるＨレベルモードと、前記第１，第２スイッチをオンするとともに前記上，下アームスイッチをオフしてＭレベルの電圧を出力するスイッチングモードであるＭレベルモードと、前記下アームスイッチをオンするとともに前記上アームスイッチをオフしてＬレベルの電圧を出力するスイッチングモードであるＬレベルモードと、を切り替えて実施する処理を実行させ、
前記Ｌレベルモードから前記Ｈレベルモードに切り替える場合において、前記Ｍレベルモードを介在させる発振抑制制御を前記制御装置に実行させる、プログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、３レベルインバータ及びプログラムに関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に記載されているように、並列接続された２つの半導体スイッチ（具体的にはＩＧＢＴ）を備えるインバータが知られている。詳しくは、このインバータは、２つのスイッチを駆動するゲート駆動回路、コンパレータ、アンド回路及びトランスを備えている。ゲート駆動回路によって２つのスイッチが駆動される場合において、２つのスイッチのうち温度が高くなる方のスイッチに流れるコレクタ電流の微分値がコンパレータにより検出され、アンド回路を介してトランスの一次巻線が駆動される。これにより、トランスを構成する巻線であって、２つのスイッチのゲート間に接続された二次巻線に誘起電圧が発生し、温度が高くなる方のスイッチのゲート電圧が上昇する。その結果、２つのスイッチに流れるコレクタ電流のアンバランスを抑制する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００４－１５９１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
インバータとしては、３レベルインバータも知られている。３レベルインバータは、各相において上，下アームスイッチの直列接続体を複数備え、各相において各直列接続体が並列接続されている。３レベルインバータは、各上アームスイッチに逆並列接続された上アームダイオードと、各下アームスイッチに逆並列接続された下アームダイオードと、各相に対応して設けられたミドルスイッチとを備えている。
【０００５】
３レベルインバータの各相及び各アームにおいて、各ダイオードに流れるリカバリ電流のアンバランスが発生し得る。このため、リカバリ電流のアンバランスを抑制できる構成が望まれる。
【０００６】
本発明は、リカバリ電流のアンバランスを抑制できる３レベルインバータ及びプログラムを提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、各相において上，下アームスイッチの直列接続体を複数備え、各相において前記各直列接続体が並列接続された３レベルインバータにおいて、
前記各上アームスイッチに逆並列接続された上アームダイオードと、
前記各下アームスイッチに逆並列接続された下アームダイオードと、
各相に対応して設けられたミドルスイッチと、
各相に対応して設けられ、前記各上アームスイッチの高電位側端子と正極側母線とを電気的に接続する高電位側導電部材と、
各相に対応して設けられ、前記各下アームスイッチの低電位側端子と負極側母線とを電気的に接続する低電位側導電部材と、
各相に対応して設けられ、前記各上アームスイッチの低電位側端子及び前記各下アームスイッチの高電位側端子と、前記ミドルスイッチの第１端とを電気的に接続する中間導電部材と、
を備え、
前記高電位側導電部材のうち前記正極側母線との接続部から、前記上アームダイオード及び前記中間導電部材を介して前記ミドルスイッチに至るまでの電気経路であって、前記各上アームダイオードに対応する上アーム経路のインピーダンスが同等になるように、前記各上アーム経路が構成されており、
前記低電位側導電部材のうち前記負極側母線との接続部から、前記下アームダイオード及び前記中間導電部材を介して前記ミドルスイッチに至るまでの電気経路であって、前記各下アームダイオードに対応する下アーム経路のインピーダンスが同等になるように、前記各下アーム経路が構成されている。
【０００８】
各上アーム経路のインピーダンスが同等になるように構成され、また、各下アーム経路のインピーダンスが同等になるように構成された本発明によれば、リカバリ電流のアンバランスを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
第１実施形態に係る制御システムの全体構成図。
Ｕ相回路の電気的な接続を示す図。
各モジュールの斜視図。
各モジュールの平面図。
スイッチングモードを示す図。
リカバリ電流のアンバランス状態を示す図。
リカバリ電流のアンバランス状態を示す図。
ゲート電圧の発振抑制制御の一例を示すタイムチャート。
発振抑制制御における電流流通態様を示す図。
発振抑制制御における電流流通態様を示す図。
発振抑制制御における電流流通態様を示す図。
発振抑制制御における電流流通態様を示す図。
発振抑制制御における電流流通態様を示す図。
発振抑制制御における電流流通態様を示す図。
発振抑制制御における電流流通態様を示す図。
比較例に係るインバータのスイッチング制御を示すタイムチャート。
比較例に係る電流流通態様を示す図。
比較例に係る電流流通態様を示す図。
比較例に係る電流流通態様を示す図。
比較例に係る電流流通態様を示す図。
ゲート電圧の発振抑制制御の手順を示すフローチャート。
第２実施形態に係るゲート電圧の発振抑制制御の手順を示すフローチャート。
第３実施形態に係るＵ相回路の電気的な接続を示す図。
ゲート電圧の発振抑制制御の手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的に及び／又は構造的に対応する部分及び／又は関連付けられる部分には同一の参照符号、又は百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分及び／又は関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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