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公開番号2024118518
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-02
出願番号2023024835
出願日2023-02-21
発明の名称電力変換装置
出願人サンデン株式会社
代理人個人
主分類H02M 1/08 20060101AFI20240826BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】スイッチング素子におけるスイッチングノイズとスイッチング損失の双方を効果的に改善することができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置1は、電力変換用のスイッチング素子SWと、このスイッチング素子SWのゲート31への電圧供給により、当該スイッチング素子SWをスイッチングする。スイッチング素子SWのゲート31の電圧である入力電圧Vinに応じて出力信号が切り替わる入力電圧検出部37を備え、制御装置Cont1は、スイッチング素子SWのゲート31に接続されたターンオフ出力端子38、39と、入力電圧検出部37の出力信号が入力される出力モード切替入力端子41を有し、出力モード切替入力端子41に入力される信号に基づき、ターンオフ出力端子38、39の出力モードを切り換える。
【選択図】図9
特許請求の範囲【請求項１】
電力変換用のスイッチング素子と、該スイッチング素子の制御電極への電圧供給により、当該スイッチング素子をスイッチングする制御装置を備えた電力変換装置において、
前記スイッチング素子の制御電極の電圧である入力電圧に応じて出力信号が切り替わる入力電圧検出部を備え、
前記制御装置は、
前記スイッチング素子の制御電極に接続されたターンオフ出力端子と、前記入力電圧検出部の出力信号が入力される出力モード切替入力端子を有し、
該出力モード切替入力端子に入力される信号に基づき、前記ターンオフ出力端子の出力モードを切り換えることを特徴とする電力変換装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記制御装置のターンオフ出力端子と前記スイッチング素子の制御電極間に接続された抵抗器を備え、
前記入力電圧検出部は、
前記スイッチング素子のターンオフから当該スイッチング素子の前記入力電圧が所定値に低下するまでは第１の出力信号を出力し、前記スイッチング素子の前記入力電圧が前記所定値以下となった場合は第２の出力信号を出力すると共に、
前記制御装置は、
前記入力電圧検出部の前記第１の出力信号に基づき、前記ターンオフ出力端子を、前記スイッチング素子の制御電極の電流である入力電流が所定の大きい値となる出力モードとし、
前記入力電圧検出部の前記第２の出力信号に基づき、前記ターンオフ出力端子を、前記入力電流が所定の小さい値となる出力モードに切り換えることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記スイッチング素子のターンオフの開始後、前記スイッチング素子の入力電圧は低下していくと共に、
前記所定値は、前記スイッチング素子の出力電圧が電源電圧に到達するタイミングにおける前記入力電圧の値Ｐ１より高く、前記スイッチング素子の入力電圧の低下度合いが急峻となる方向に変化するタイミングにおける当該入力電圧の値Ｐ２の手前に所定の余裕度αを考慮した値Ｐ２＋α以下の範囲で設定されることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記所定値は、前記スイッチング素子の入力電圧の値Ｐ２に設定されることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御装置は、複数の前記ターンオフ出力端子を有し、各ターンオフ出力端子と前記スイッチング素子の制御電極間には抵抗がそれぞれ接続されており、
前記出力モード切替入力端子に入力される信号に基づき、前記制御装置は前記各ターンオフ出力端子の出力状態を切り換えることで出力モードを切り換えることを特徴とする請求項２乃至請求項４のうちの何れかに記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記入力電圧検出部は、
第１の抵抗及び第２の抵抗から成る第１の直列回路と、
半導体スイッチと第３の抵抗から成る第２の直列回路を備え、
前記第１の直列回路と前記第２の直列回路が並列に接続され、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗の接続点が前記半導体スイッチの制御電極に接続されており、
前記半導体スイッチと前記第３の抵抗との接続点が前記制御装置の出力モード切替入力端子に接続され、
前記スイッチング素子の入力電圧が前記所定値より高い場合、前記半導体スイッチ素子はオンして前記第１の出力信号を出力し、前記所定値以下となった場合に、前記半導体スイッチがオフして前記第２の出力信号を出力することを特徴とする請求項２乃至請求項４のうちの何れかに記載の電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング素子をスイッチングして電力を変換する電力変換装置に関するものである。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
インバータやコンバータ等の電力変換装置は、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等の自己消弧型のスイッチング素子をスイッチング（オン／オフ）することで電極を変換している。この場合、スイッチング素子のスイッチングは当該スイッチング素子の制御電極に供給する電圧を制御装置（ゲートドライバ）により制御することで行われる。以下に、インバータとコンバータの回路例を示しながら、従来のスイッチング素子の制御について説明する。
【０００３】
図１は電力変換装置の一例としてのインバータＩＶの電気回路の一例を示している。インバータ装置ＩＶは、三相のインバータ回路２と、制御装置３を備えている。インバータ回路２は、直流電源４の直流電圧を三相交流電圧に変換してモータ６に印加する回路である。このインバータ回路２は、Ｕ相ハーフブリッジ回路７Ｕ、Ｖ相ハーフブリッジ回路７Ｖ、Ｗ相ハーフブリッジ回路７Ｗを有しており、各相のハーフブリッジ回路７Ｕ～７Ｗは、それぞれ上アームスイッチング素子８Ａ～８Ｃと、下アームスイッチング素子８Ｄ～８Ｆを個別に有している。更に、各スイッチング素子８Ａ～８Ｆには、それぞれフライホイールダイオード９が逆並列に接続されている。
【０００４】
尚、各上下アームスイッチング素子８Ａ～８Ｆは、この例ではＩＧＢＴ（ＭＯＳ構造をゲート部に組み込んだ絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）から構成されている。
【０００５】
そして、インバータ回路２の上アームスイッチング素子８Ａ～８Ｃのコレクタは、直流電源４及び平滑コンデンサ１１の上アーム電源ライン１２に接続されている。一方、インバータ回路２の下アームスイッチング素子８Ｄ～８Ｆのエミッタは、直流電源４及び平滑コンデンサ１１の下アーム電源ライン１３に接続され、平滑コンデンサ１１で平滑された電源電圧Ｖｄｃ（直流リンク電圧）がインバータ回路２に印加される構成とされている。
【０００６】
この場合、Ｕ相ハーフブリッジ回路７Ｕの上アームスイッチング素子８Ａと下アームスイッチング素子８Ｄが直列に接続され、上アームスイッチング素子８Ａのエミッタに下アームスイッチング素子８Ｄのコレクタが接続されている。また、Ｖ相ハーフブリッジ回路７Ｖの上アームスイッチング素子８Ｂと下アームスイッチング素子８Ｅが直列に接続され、上アームスイッチング素子８Ｂのエミッタと下アームスイッチング素子８Ｅのコレクタが接続されている。更に、Ｗ相ハーフブリッジ回路７Ｗの上アームスイッチング素子８Ｃと下アームスイッチング素子８Ｆが直列に接続され、上アームスイッチング素子８Ｃのエミッタと下アームスイッチング素子８Ｆのコレクタが接続されている。
【０００７】
そして、Ｕ相ハーフブリッジ回路７Ｕの上アームスイッチング素子８Ａと下アームスイッチング素子８Ｄの接続点が、モータ６のＵ相の電機子コイルに接続され、Ｖ相ハーフブリッジ回路７Ｖの上アームスイッチング素子８Ｂと下アームスイッチング素子８Ｅの接続点は、モータ６のＶ相の電機子コイルに接続され、Ｗ相ハーフブリッジ回路７Ｗの上アームスイッチング素子８Ｃと下アームスイッチング素子８Ｆの接続点は、モータ６のＷ相の電機子コイルに接続されている。
【０００８】
制御装置３はプロセッサを有するマイクロコンピュータから構成されており、外部から回転数指令値を入力し、モータ６から相電流（モータ電流）を入力して、これらに基づき、インバータ回路２の各上下アームスイッチング素子８Ａ～８Ｆのオン／オフ状態（スイッチング）を制御する。具体的には、各上下アームスイッチング素子８Ａ～８Ｆのゲート（本出願における制御電極）に印加する入力電圧（この例ではゲート電圧）を制御する。
【０００９】
インバータＩＶの一般的な制御装置３は、相電圧指令演算部１６と、ＰＷＭ信号生成部１７と、ゲートドライバ１８等を有しており、相電圧指令演算部１６が生成する相電圧指令値をＰＷＭ新語凹生成部１７がＰＷＭ信号に変換し、このＰＷＭ信号に基づいてゲートドライバ１８がスイッチング素子８Ａ～８Ｆのゲートにターンオン出力とターンオフ出力を出力することにより、スイッチング素子８Ａ～８Ｆをオン／オフしてモータ６に三相交流電圧を印加するものである。
【００１０】
次に、図２は電力変換装置の他の例としてのコンバータＣＶの電気回路の一例を示している。この例のコンバータＣＶは直流電源（ＤＣ１２Ｖ等の電源電圧Ｖｄｃ。図示せず）をスイッチングして所定の直流電圧を生成するＤＣ－ＤＣコンバータである。
（【００１１】以降は省略されています）

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