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公開番号2025066452
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-23
出願番号2023176083
出願日2023-10-11
発明の名称ドライバ装置、制御方法、インバータ装置
出願人住友重機械工業株式会社
代理人個人,個人
主分類H02M 1/08 20060101AFI20250416BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】ブートストラップコンデンサの電荷の浪費を抑制できるドライバ装置等を提供する。
【解決手段】ドライバ装置は、直列に接続される高電位側トランジスタ134Hおよび低電位側トランジスタ134Lと、高電位側トランジスタ134Hのスイッチング動作のために、デューティ比によってパルス幅が制御される高電位側制御信号を生成する高電位側ドライバ135Hと、低電位側トランジスタ134Lのスイッチング動作のために、高電位側制御信号と相補的な低電位側制御信号を生成する低電位側ドライバ135Lと、低電位側ドライバ135Lに電力を供給するドライバ電源5と、高電位側ドライバ135Hに電力を供給するブートストラップ回路6と、低電位側制御信号について、「0」のデューティ比を許容すると共に、「0」から所定の制限値までのデューティ比を制限するデューティ比制限部42と、を備える。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
直列に接続される二つのスイッチング素子であって、高電位側の高電位側スイッチング素子および低電位側の低電位側スイッチング素子と、
前記高電位側スイッチング素子のスイッチング動作のために、デューティ比によってパルス幅が制御される高電位側制御信号を生成する高電位側ドライバと、
前記低電位側スイッチング素子のスイッチング動作のために、前記高電位側制御信号と相補的な低電位側制御信号を生成する低電位側ドライバと、
前記低電位側ドライバに電力を供給するドライバ電源と、
前記ドライバ電源と、前記高電位側スイッチング素子および前記低電位側スイッチング素子の接続点の間に直列に接続されるブートストラップダイオードおよびブートストラップコンデンサを備えるブートストラップ回路と、
前記低電位側制御信号について、「0」のデューティ比を許容すると共に、「0」から所定の制限値までのデューティ比を制限するデューティ比制限部と、
を備えるドライバ装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記制限値は、前記低電位側スイッチング素子がオフ状態からオン状態に遷移するための遷移時間以上である、請求項１に記載のドライバ装置。
【請求項３】
前記制限値は「0」より大きく「0.05」より小さい、請求項２に記載のドライバ装置。
【請求項４】
前記デューティ比制限部は、前記高電位側制御信号について、「1」のデューティ比を許容すると共に、「1」から前記制限値を減算した値から「1」までのデューティ比を制限する、請求項１から３のいずれかに記載のドライバ装置。
【請求項５】
前記低電位側制御信号についてのデューティ比の指令値を生成するデューティ比指令部を備え、
前記デューティ比制限部は、前記デューティ比指令部によって生成された指令値が「0」と前記制限値の間である場合、当該指令値を「0」に更新する、
請求項１から３のいずれかに記載のドライバ装置。
【請求項６】
前記デューティ比制限部は、前記デューティ比指令部によって生成された指令値が「0」と前記制限値の間である頻度が所定の上限頻度を下回っている場合、当該「0」と前記制限値の間のデューティ比を許容し、前記デューティ比指令部によって生成された指令値が「0」と前記制限値の間である頻度が前記上限頻度を上回った場合、当該指令値を「0」に更新する、請求項５に記載のドライバ装置。
【請求項７】
前記デューティ比制限部は、前記デューティ比指令部によって生成された指令値が「0」と前記制限値の間である場合、前記高電位側制御信号についてのデューティ比の指令値を「1」に更新する、請求項５に記載のドライバ装置。
【請求項８】
前記デューティ比制限部は、前記低電位側制御信号についてのデューティ比の指令値を生成するデューティ比指令部であり、「0」と前記制限値の間の指令値を生成しない、請求項１から３のいずれかに記載のドライバ装置。
【請求項９】
前記ブートストラップコンデンサに蓄えられている電荷を監視する電荷監視部を備え、
前記デューティ比制限部は、前記電荷が所定の制限解除閾値を上回っている場合、前記低電位側制御信号についての「0」から前記制限値までのデューティ比の制限を解除する、
請求項１から３のいずれかに記載のドライバ装置。
【請求項１０】
直列に接続される二つのスイッチング素子であって、高電位側の高電位側スイッチング素子および低電位側の低電位側スイッチング素子と、前記高電位側スイッチング素子のスイッチング動作のために、デューティ比によってパルス幅が制御される高電位側制御信号を生成する高電位側ドライバと、前記低電位側スイッチング素子のスイッチング動作のために、前記高電位側制御信号と相補的な低電位側制御信号を生成する低電位側ドライバと、前記低電位側ドライバに電力を供給するドライバ電源と、前記ドライバ電源と、前記高電位側スイッチング素子および前記低電位側スイッチング素子の接続点の間に直列に接続されるブートストラップダイオードおよびブートストラップコンデンサを備えるブートストラップ回路と、を備えるドライバ装置において、
前記低電位側制御信号について、「0」のデューティ比を許容すると共に、「0」から所定の制限値までのデューティ比を制限することを実行する制御方法。
（【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、ドライバ装置等に関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
高電位側と低電位側のトランジスタ対を相補的に駆動するドライバ対に電力を供給する電源方式として、特許文献１に開示されているように、いわゆるブートストラップ回路を使用するものが知られている。ブートストラップ回路は、低電位側ドライバに直接的に電力を供給するドライバ電源と、高電位側トランジスタおよび低電位側トランジスタの接続点（出力点）の間に直列に接続されるブートストラップダイオードおよびブートストラップコンデンサを備える。ブートストラップコンデンサは、低電位側トランジスタがオン状態の時に、ドライバ電源によってブートストラップダイオードを流れる電流によって充電される。高電位側ドライバは、このように充電されたブートストラップコンデンサを電源として、高電位側トランジスタを駆動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００３－１３３９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上のように、ブートストラップコンデンサは、低電位側トランジスタがオン状態の時に充電されるが、一般的にトランジスタはオフ状態からオン状態に遷移するための遷移時間（以下では、デッドタイムとも表される）を必要とする。このため、低電位側トランジスタの制御端子に印加されるパルスの幅がデッドタイム以下である場合は、低電位側トランジスタがオフ状態からオン状態に遷移できず、ブートストラップコンデンサが充電されない。一方、高電位側トランジスタはオン状態からオフ状態に遷移し、小さいパルス幅に相当する短時間（および、デッドタイム）の後に再びオン状態に復帰する。このように高電位側トランジスタが短時間のオフ状態からオン状態に復帰する際に、ブートストラップコンデンサの電荷が消費される。このため、低電位側トランジスタの制御端子に印加されるパルスの幅がデッドタイム以下である場合は、低電位側トランジスタによってブートストラップコンデンサが充電されず、むしろ蓄えられた電荷が高電位側トランジスタによって消費されてしまう。このようにブートストラップコンデンサの電荷が減少する結果、高電位側トランジスタの駆動に支障をきたす恐れがある。
【０００５】
本開示はこうした状況に鑑みてなされたものであり、ブートストラップコンデンサの電荷の浪費を抑制できるドライバ装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本開示のある態様のドライバ装置は、直列に接続される二つのスイッチング素子であって、高電位側の高電位側スイッチング素子および低電位側の低電位側スイッチング素子と、高電位側スイッチング素子のスイッチング動作のために、デューティ比によってパルス幅が制御される高電位側制御信号を生成する高電位側ドライバと、低電位側スイッチング素子のスイッチング動作のために、高電位側制御信号と相補的な低電位側制御信号を生成する低電位側ドライバと、低電位側ドライバに電力を供給するドライバ電源と、ドライバ電源と、高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子の接続点の間に直列に接続されるブートストラップダイオードおよびブートストラップコンデンサを備えるブートストラップ回路と、低電位側制御信号について、「0」のデューティ比を許容すると共に、「0」から所定の制限値までのデューティ比を制限するデューティ比制限部と、を備える。
【０００７】
本態様では、低電位側制御信号について、「0」のデューティ比が許容されると共に、「0」から所定の制限値までのデューティ比が制限される。制限値以下のデューティ比ではパルス幅がデッドタイムを超えず、前述のように、ブートストラップコンデンサが充電されずに電荷が浪費されてしまう恐れがあるが、このような低いデューティ比の使用自体が本態様では制限される。但し、「0」のデューティ比では、低電位側スイッチング素子によってブートストラップコンデンサが充電されない点は同じだが、高電位側スイッチング素子は「1」のデューティ比によってオン状態に維持されるため、ブートストラップコンデンサの電荷が消費されない。このように「0」のデューティ比は、ブートストラップコンデンサの電荷の浪費を招かないため、例外的に許容される。
【０００８】
本開示の別の態様は、制御方法である。この方法は、直列に接続される二つのスイッチング素子であって、高電位側の高電位側スイッチング素子および低電位側の低電位側スイッチング素子と、高電位側スイッチング素子のスイッチング動作のために、デューティ比によってパルス幅が制御される高電位側制御信号を生成する高電位側ドライバと、低電位側スイッチング素子のスイッチング動作のために、高電位側制御信号と相補的な低電位側制御信号を生成する低電位側ドライバと、低電位側ドライバに電力を供給するドライバ電源と、ドライバ電源と、高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子の接続点の間に直列に接続されるブートストラップダイオードおよびブートストラップコンデンサを備えるブートストラップ回路と、を備えるドライバ装置において、低電位側制御信号について、「0」のデューティ比を許容すると共に、「0」から所定の制限値までのデューティ比を制限することを実行する。
【０００９】
本開示の更に別の態様は、インバータ装置である。この装置は、高電位ラインと低電位ラインの間に直列に接続される二つのスイッチング素子であって、その接続点から交流を出力する高電位側の高電位側スイッチング素子および低電位側の低電位側スイッチング素子と、高電位側スイッチング素子のスイッチング動作のために、デューティ比によってパルス幅が制御される高電位側制御信号を生成する高電位側ドライバと、低電位側スイッチング素子のスイッチング動作のために、高電位側制御信号と相補的な低電位側制御信号を生成する低電位側ドライバと、低電位側ドライバに電力を供給するドライバ電源と、ドライバ電源と、高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子の接続点の間に直列に接続されるブートストラップダイオードおよびブートストラップコンデンサを備えるブートストラップ回路と、低電位側制御信号について、「0」のデューティ比を許容すると共に、「0」から所定の制限値までのデューティ比を制限するデューティ比制限部と、を備える。
【００１０】
なお、以上の構成要素の任意の組合せや、これらの表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラム等に変換したものも、本開示に包含される。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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