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公開番号2025041080
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-26
出願番号2023148155
出願日2023-09-13
発明の名称電力変換装置
出願人三菱電機株式会社
代理人弁理士法人ぱるも特許事務所
主分類H02M 7/48 20070101AFI20250318BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】動作状態に応じてスイッチング速度を変更し、効率的な電力変換動作と広い範囲での電力変換動作を両立しつつ、スイッチング素子の故障および性能低下、寿命の短縮を防ぐ。
【解決手段】正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子を直列に接続するとともに交流出力が導出された電力変換回路、直流電圧検出器、相電流検出器、および、制御信号と速度指示信号を出力する制御部と、過電圧保護部と、過電流保護部と、制御信号と速度指示信号に基づいてスイッチング素子を駆動し過電圧遮断信号および過電流遮断信号に基づいてスイッチング素子を停止するゲート駆動部と、を有する制御装置、を備え、速度指示信号の変更と同時に過電圧判定閾値および過電流判定閾値の少なくとも一方を変更できるよう構成された電力変換装置。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
直流電源の正極に接続された正極側のスイッチング素子と、前記直流電源の負極に接続された負極側のスイッチング素子と、前記正極側のスイッチング素子と前記負極側のスイッチング素子を直列に接続するとともに交流出力が導出される外部接続点と、が設けられた電力変換回路、
前記電力変換回路の正極と負極の間の電圧を検出する電圧検出器、
前記電力変換回路の前記外部接続点と前記交流出力との間に流れる相電流を検出する相電流検出器、および、
外部からの指令値に基づいて前記スイッチング素子を制御する制御信号を出力するとともに前記スイッチング素子のスイッチング速度を指示する速度指示信号を出力する制御部と、前記電圧検出器によって検出された電圧が予め定められた過電圧判定閾値よりも大きい場合に過電圧遮断信号を出力する過電圧保護部と、前記相電流検出器によって検出された相電流が予め定められた過電流判定閾値よりも大きい場合に過電流遮断信号を出力する過電流保護部と、前記制御部によって出力された制御信号に基づいて前記スイッチング素子をオンオフするとともに前記速度指示信号に基づいて前記スイッチング素子のオンオフ速度を変更し前記過電圧保護部によって出力された過電圧遮断信号および過電流保護部によって出力された前記過電流遮断信号に基づいて前記スイッチング素子のオンオフを停止するゲート駆動部と、を有する制御装置、を備え、
前記制御装置は、前記速度指示信号の変更と同時に前記過電圧判定閾値および前記過電流判定閾値の少なくとも一方を変更する電力変換装置。
続きを表示（約 920 文字）【請求項２】
前記制御装置は、前記指令値から算出された電流指令値または前記相電流に基づいて前記速度指示信号および前記過電流判定閾値を変更する請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記電流指令値または前記相電流が大きくなるに従って、前記スイッチング素子のスイッチング速度が低下するよう前記速度指示信号を変更し、かつ前記過電流判定閾値が増大するように変更する請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記電流指令値または前記相電流が予め定めた速度切替電流値よりも大きくなった場合に、前記スイッチング素子のスイッチング速度が低下するよう前記速度指示信号を変更し、かつ前記過電流判定閾値が増大するように変更する請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記速度切替電流値が常に前記過電流判定閾値よりも小さい請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記電流指令値に基づいて前記速度指示信号および前記過電流判定閾値を変更する請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記電圧検出器によって検出された電圧に基づいて前記速度指示信号および前記過電圧判定閾値を変更する請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記制御装置は、前記電圧が大きくなるに従って、前記スイッチング素子のスイッチング速度が低下するよう前記速度指示信号を変更し、かつ前記過電圧判定閾値が増大するように変更する請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記制御装置は、前記電圧が予め定めた速度切替電圧値よりも大きくなった場合に、前記スイッチング素子のスイッチング速度が低下するよう前記速度指示信号を変更し、かつ前記過電圧判定閾値が増大するように変更する請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記速度切替電圧値が常に前記過電圧判定閾値よりも小さい請求項９に記載の電力変換装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、電力変換装置に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車両、電気自動車といった電動車両などに適用される回転機（モータ）の制御装置として電力変換装置が用いられることが多い。電力変換装置として、交流電力を直流電力へ変換するＡＣ／ＤＣコンバータ（Alternate Current / Direct Current Converter）、直流電力から交流電力へ変換するインバータ（Inverter）、直流電力の入力電圧と出力電圧のレベルを変化させるＤＣ／ＤＣコンバータ（Direct Current / Direct Current Converter）、などが存在する。これらの電力変換装置は、半導体スイッチング素子を備えた構成であることが多い。
【０００３】
電力変換装置の例として、電動車両に搭載されるインバータは直流電源から出力される直流電力を所望の交流電力に変換し、回転機に供給することで回転機を制御するために用いられる。電力変換装置は、スイッチング素子を組み合わせて構成されるスイッチング回路、スイッチング素子を制御する制御回路、回転機などの負荷に流れる電流を検出するための電流センサ、スイッチングノイズを対策するコンデンサなどから構成される。電力変換装置は例えば三相同期式の回転機を制御する場合、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の上側アーム（正極側のアーム）および下側アーム（負極側のアーム）各々にスイッチング回路が備えられているものがある。
【０００４】
インバータの各相に設けられるスイッチング素子を順次オンおよびオフさせることにより、回転機の各相に互いに位相が１２０度ずつ異なる交流電力を供給して回転機を駆動させる。このような車載電装品の効率は車両の燃料消費、電力消費に直結するため、損失低減が重要となる。
【０００５】
電力変換装置のスイッチング損失を低減するためには、スイッチング速度を上昇させることが有効である。しかしスイッチング速度を上昇させると、スイッチング素子の通電、遮断時のサージ電圧が増大し、駆動ノイズも増大する。このためスイッチング速度の上昇はサージ電圧によるスイッチング素子の劣化および耐圧超過を防止できる範囲内で実施しなければならない。
【０００６】
スイッチング素子の温度、電流指令、直流電源電圧に基づいて予想されるサージ電圧を算出し、スイッチング素子の耐圧に対してサージ電圧に余裕がある場合にスイッチング速度を増加する技術が開示されている。スイッチング速度を上昇させるためには、例えばスイッチング素子として用いられるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）のゲート電圧を高くすることにより、スイッチング素子のサージ電圧を耐圧以下としつつスイッチング損失を低減する方法が提案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特許第４３３８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の技術では、指令電流、バッテリ電圧に基づいて算出されたサージ電圧から適切なスイッチング速度に応じたゲート電圧を設定する。しかし、スイッチング速度が変更された場合の、過電流または過電圧の判定閾値の設定方法については言及されていない。このため、過電流または過電圧を検出してからの電流、電圧の変化が考慮されておらず、異常時に電流、電圧が急峻に上昇したときには想定より高い電流、電圧でのスイッチング動作となる可能性がある。そして、サージ電圧がスイッチング素子の耐電圧値を超過してスイッチング素子が故障する、または性能が低下し、寿命が短縮する恐れがある。
【０００９】
スイッチング速度を上昇させて電力変換装置を動作させている状態で、電流または電圧が急変した場合に過電流判定閾値または過電圧判定閾値を超過した場合にスイッチング素子のオンオフを停止した際の大きなサージ電圧を考慮する必要がある。このため、過電流判定閾値または過電圧判定閾値を小さく設定する必要がある。そうすると、スイッチング速度を上昇させていない場合の動作最大電流、動作最大電圧も制限を受け電力変換装置の動作範囲が限定されてしまう。
【００１０】
本開示は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものである。電力変換装置の動作状態に応じてスイッチング速度を変更し、効率的な電力変換動作と広い範囲での電力変換動作を両立しつつ、スイッチング素子の故障および性能低下、寿命の短縮を防ぐことのできる電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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