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公開番号2024154767
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-31
出願番号2023068811
出願日2023-04-19
発明の名称駆動装置及び電力変換装置
出願人富士電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H02M 1/08 20060101AFI20241024BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】スイッチング素子の劣化を抑制すること。
【解決手段】
第1スイッチング素子の制御電極に接続される第1制御線を第1正電源線に接続するか否かを切り替える第1切り替え部と、前記第1制御線を第1負電源線に接続するか否かを切り替える第2切り替え部と、前記第1制御線を第1基準線に接続するか否かを切り替える第3切り替え部と、前記第1制御線がデッドタイムに前記第1基準線に接続されるように前記第3切り替え部を動作させる第1制御回路と、第2スイッチング素子の制御電極に接続される第2制御線を第2正電源線に接続するか否かを切り替える第4切り替え部と、前記第2制御線を第2負電源線に接続するか否かを切り替える第5切り替え部と、前記第2制御線を第2基準線に接続するか否かを切り替える第6切り替え部と、前記第2制御線が前記第2基準線に接続されるように前記第6切り替え部を動作させる第2制御回路と、を有する、駆動装置。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
直列に接続された第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を同時にオフするデッドタイムを挟んで、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にスイッチングする駆動装置であって、
前記第１スイッチング素子を駆動する第１駆動回路と、
前記第２スイッチング素子を駆動する第２駆動回路と、を備え、
前記第１駆動回路は、
前記第１スイッチング素子の制御電極に電気的に接続される第１制御線と、
第１正電源電圧に設定された第１正電源線と、
第１負電源電圧に設定された第１負電源線と、
前記第１スイッチング素子の第１主電極に電気的に接続され、前記第１負電源電圧よりも高く前記第１スイッチング素子の閾値電圧よりも低い第１中間電圧に設定された第１基準線と、
前記第１制御線を前記第１正電源線に電気的に接続するか否かを切り替える第１切り替え部と、
前記第１制御線を前記第１負電源線に電気的に接続するか否かを切り替える第２切り替え部と、
前記第１制御線を前記第１基準線に電気的に接続するか否かを切り替える第３切り替え部と、
前記第１制御線が前記デッドタイムに前記第１基準線に電気的に接続されるように前記第３切り替え部を動作させる第１制御回路と、を有し、
前記第２駆動回路は、
前記第２スイッチング素子の制御電極に電気的に接続される第２制御線と、
第２正電源電圧に設定された第２正電源線と、
第２負電源電圧に設定された第２負電源線と、
前記第２スイッチング素子の第１主電極に電気的に接続され、前記第２負電源電圧よりも高く前記第２スイッチング素子の閾値電圧よりも低い第２中間電圧に設定された第２基準線と、
前記第２制御線を前記第２正電源線に電気的に接続するか否かを切り替える第４切り替え部と、
前記第２制御線を前記第２負電源線に電気的に接続するか否かを切り替える第５切り替え部と、
前記第２制御線を前記第２基準線に電気的に接続するか否かを切り替える第６切り替え部と、
前記第２制御線が前記第２基準線に電気的に接続されるように前記第６切り替え部を動作させる第２制御回路と、を有する、駆動装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記第１駆動回路は、前記第１制御線と前記第１基準線との間において前記第３切り替え部に直列に接続された第１抵抗素子を有し、
または、
前記第２駆動回路は、前記第２制御線と前記第２基準線との間において前記第６切り替え部に直列に接続された第２抵抗素子を有する、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記第１駆動回路は、前記第１制御線と前記第１正電源線との間において前記第１切り替え部に直列に接続された第３抵抗素子を有し、
または、
前記第２駆動回路は、前記第２制御線と前記第２正電源線との間において前記第４切り替え部に直列に接続された第４抵抗素子を有する、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記第１駆動回路は、前記第１抵抗素子を有する場合、前記第１抵抗素子に並列に接続された第１ダイオードを有し、
または、
前記第２駆動回路は、前記第２抵抗素子を有する場合、前記第２抵抗素子に並列に接続された第２ダイオードを有する、請求項２に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記第１駆動回路は、
前記第１抵抗素子を有する場合、
前記第１抵抗素子に並列に接続された第１コンデンサと、
前記第１コンデンサに直列に接続された第３ダイオードと、
前記第１コンデンサに並列に接続された第５抵抗素子と、を有し、
または、
前記第２駆動回路は、
前記第２抵抗素子を有する場合、
前記第２抵抗素子に並列に接続された第２コンデンサと、
前記第２コンデンサに直列に接続された第４ダイオードと、
前記第２コンデンサに並列に接続された第６抵抗素子と、を有する、請求項２に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記第１切り替え部及び前記第２切り替え部は、双方向スイッチを有する、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の駆動装置、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を備える電力変換装置。
【請求項８】
前記第１制御線に直列に接続又は挿入された第７抵抗素子を備え、
または、
前記第２制御線に直列に接続又は挿入された第８抵抗素子を備える、請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体により形成された素子である、請求項７に記載の電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、駆動装置及び電力変換装置に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、直列接続された二つのスイッチング素子が直流電源に並列接続された電力変換回路がある。このような電力変換回路は、下記の特許文献１のように、デッドタイム期間において、スイッチング素子が同時にオンしないように、二つのスイッチング素子のゲート電圧を共に負方向にバイアスすることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１７－５１０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子は、ボディダイオードに電流が流れると、特性が劣化するという問題がある。特許文献１の駆動方法をそのようなスイッチング素子の駆動に適用すると、電流がデッドタイムにスイッチング素子のボディダイオードに流れ、スイッチング素子の劣化が進行するおそれがある。
【０００５】
本開示は、スイッチング素子の劣化を抑制する駆動装置及び当該駆動装置を備える電力変換装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様では、
直列に接続された第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を同時にオフするデッドタイムを挟んで、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にスイッチングする駆動装置であって、
前記第１スイッチング素子を駆動する第１駆動回路と、
前記第２スイッチング素子を駆動する第２駆動回路と、を備え、
前記第１駆動回路は、
前記第１スイッチング素子の制御電極に電気的に接続される第１制御線と、
第１正電源電圧に設定された第１正電源線と、
第１負電源電圧に設定された第１負電源線と、
前記第１スイッチング素子の第１主電極に電気的に接続され、前記第１負電源電圧よりも高く前記第１スイッチング素子の閾値電圧よりも低い第１中間電圧に設定された第１基準線と、
前記第１制御線を前記第１正電源線に電気的に接続するか否かを切り替える第１切り替え部と、
前記第１制御線を前記第１負電源線に電気的に接続するか否かを切り替える第２切り替え部と、
前記第１制御線を前記第１基準線に電気的に接続するか否かを切り替える第３切り替え部と、
前記第１制御線が前記デッドタイムに前記第１基準線に電気的に接続されるように前記第３切り替え部を動作させる第１制御回路と、を有し、
前記第２駆動回路は、
前記第２スイッチング素子の制御電極に電気的に接続される第２制御線と、
第２正電源電圧に設定された第２正電源線と、
第２負電源電圧に設定された第２負電源線と、
前記第２スイッチング素子の第１主電極に電気的に接続され、前記第２負電源電圧よりも高く前記第２スイッチング素子の閾値電圧よりも低い第２中間電圧に設定された第２基準線と、
前記第２制御線を前記第２正電源線に電気的に接続するか否かを切り替える第４切り替え部と、
前記第２制御線を前記第２負電源線に電気的に接続するか否かを切り替える第５切り替え部と、
前記第２制御線を前記第２基準線に電気的に接続するか否かを切り替える第６切り替え部と、
前記第２制御線が前記第２基準線に電気的に接続されるように前記第６切り替え部を動作させる第２制御回路と、を有する、駆動装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、スイッチング素子の劣化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
電力変換装置の構成例を示す図である。
一比較例に係る駆動方法による動作を示すタイミングチャートである。
ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードの特性の一例を示す図である。
本開示の第１駆動方法による動作を示すタイミングチャートである。
第１実施形態の駆動装置を備える電力変換装置の構成例を示す図である。
第１実施形態の駆動装置による第１駆動方法を示すタイミングチャートである。
第１制御回路及び第２制御回路の一構成例を示す図である。
第１実施形態の駆動装置による第２駆動方法を示すタイミングチャートである。
第２実施形態の駆動装置を備える電力変換装置の構成例を示す図である。
第３実施形態の駆動装置を備える電力変換装置の構成例を示す図である。
第４実施形態の駆動装置を備える電力変換装置の構成例を示す図である。
第４実施形態の駆動装置の動作例を示すタイミングチャートである。
第５実施形態の駆動装置の動作例を示すタイミングチャートである。
第３切り替え部または第６切り替え部の一構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、電力変換装置の構成例を示す図である。図１に示す電力変換装置１００は、直流を交流に変換するインバータでも、交流を直流に又は直流を直流に変換するコンバータでもよい。例えば、電力変換装置１００は、直流電源４００から供給される直流電圧Ｅの電力を、モータ等の負荷３００に供給する交流電力に変換するインバータである。電力変換装置１００は、制御装置１０と、駆動装置２０と、上アームＱ１と、下アームＱ２と、直流電源４００と、を備える。
【００１０】
図１は、上アームＱ１と下アームＱ２とが直列に接続された一相分のアームと、当該アームを駆動する一相分の駆動装置２０とを示す。電力変換装置１００が例えばＵ，Ｖ，Ｗの三相の交流電力を生成するインバータの場合、電力変換装置１００は、図１に示すアームと同じ構成の三相分のアームと、図１に示す駆動装置２０と同じ構成の三相分の駆動装置とを備える。ハイサイドの上アームＱ１とローサイドの下アームＱ２との間の接続点は、負荷３００に接続される。
（【００１１】以降は省略されています）

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