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公開番号2025091466
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-19
出願番号2023206635
出願日2023-12-07
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 1/08 20060101AFI20250612BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】並列に接続されたパワーモジュールの共振による誤オンを抑制することができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】並列に接続されたパワーモジュールのバイパス回路にそれぞれダイオードを設け、パワーモジュールのゲート・ゲート間に対して、ダイオードを向かい合うように配置することで、流れる共振電流を低減させ、パワーモジュールの共振による誤オンを抑制することができる。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
オン電圧とオフ電圧を切替えてスイッチング制御信号を出力する制御部、
前記スイッチング制御信号に基づいてスイッチングを行う並列に接続された第一及び第二のパワーモジュール、
前記制御部と前記第一のパワーモジュールを接続する第一の制御配線、
前記制御部と前記第二のパワーモジュールを接続する第二の制御配線、
前記第一の制御配線と前記オフ電圧の配線との間に、前記第一の制御配線がアノード側、前記オフ電圧の配線がカソード側となる向きに接続された第一のダイオードを有する第一のバイパス回路、
前記第二の制御配線と前記オフ電圧の配線との間に前記第二の制御配線がアノード側、前記オフ電圧の配線がカソード側となる向きに接続された第二のダイオードを有する第二のバイパス回路、
前記第一のバイパス回路および前記第二のバイパス回路をオン、オフするスイッチ、
を備えた電力変換装置。
続きを表示（約 650 文字）【請求項２】
前記制御部と前記第一のパワーモジュールとの間に接続され、前記第一のパワーモジュールに接続する配線がアノード側、前記制御部に接続する配線がカソード側となる向きに接続された第三のダイオード、
前記制御部と前記第二のパワーモジュールとの間に接続され、前記制御部に接続する配線がアノード側、前記第二のパワーモジュールに接続する配線がカソード側となる向きに接続された第四のダイオード、
を有す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】
前記スイッチは、前記第一のバイパス回路および前記第二のバイパス回路にそれぞれ設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記オフ電圧は前記第一、第二のパワーモジュールの基準電位に対して負電位であることを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記第一及び第二のダイオードの接合容量は、前記パワーモジュールを構成する半導体スイッチ素子の入力容量より小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記第一及び第二のダイオードはショットキーバリアダイオードであることを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記第一、第二のパワーモジュールは、ワイドバンドギャップ半導体素子であることを特徴とする請求項１または２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、電力変換装置に関するものである。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
電動パワートレインに用いられる電力変換装置は、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、または、ＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）といったスイッチング素子を用いたパワーモジュールを複数個並列に接続して構成され、高速スイッチング化が進められている。これらのパワーモジュールを同時にスイッチングすることで、電力変換装置の電力容量が増大される。
【０００３】
ここで、上下アームを構成するパワーモジュールのうち、一方のパワーモジュールがターンオンすることにより、ターンオフしている他方のパワーモジュールのドレイン・ソース間に高い電位変動(=ｄｖ/ｄｔ)が発生する。この電位変動を起因として、パワーモジュールの寄生容量Ｃを介して、電流（=Ｃ＊ｄｖ/ｄｔ）がゲートに流れ込む。これにより、他方のパワーモジュールのゲート電位が上昇して、ゲート・ソース電圧が閾値電圧を超えると他方のパワーモジュールがターンオンして上下アームが短絡することになり、パワーモジュールが破壊される恐れがある。
【０００４】
そこで、特許文献１にみられるように、パワーモジュールのゲート・ソース間にスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）を設けて、パワーモジュールのオフ時にはスイッチング素子を強制的にオンすることにより、パワーモジュールのゲート・ソース間を低インピーダンスにして意図しないターンオン（以下、誤オンと称す）を防止している。なお、ゲート・ソース間のスイッチング素子は、パワーモジュールのオン・オフに伴い、スイッチングを行う。パワーモジュールの高速スイッチング化および高周波化に対応するため、ゲート・ソース間のスイッチング素子は、スイッチングの速いＭＯＳＦＥＴで構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００６－２９６１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献1に記載の電力変換回路は、パワーモジュールのゲート・ソース間を低インピーダンスに接続することで、誤オンを防止することができる。しかしながら、パワーモジュールを並列に使用する場合、それぞれのパワーモジュールのゲート・ソース間をＭＯＳＦＥＴなどの双方向性の素子を用いて低インピーダンスにすると、パワーモジュールのゲート間も低インピーダンスに接続される。並列に接続されたパワーモジュール間の特性差、または電力変換装置の主回路または制御回路のインダクタンスのばらつきに起因し、パワーモジュール間のスイッチングのタイミングずれが生じ、ドレイン－ソース間電圧に電位差が生じる。パワーモジュール間の電位差は、パワーモジュールとその寄生容量との間のインダクタンス、制御ライン（例えば、パワーモジュールであるトランジスタのゲートラインまたはソースライン）のインダクタンス成分に起因した共振現象が生じる。この共振電流の一部がパワーモジュールのゲート間に流れ込むと、ゲート電圧が上昇する。つまり、パワーモジュールのゲート間が低インピーダンスであるほど、流れ込む電流は大きくなり、ゲート電圧の上昇も大きく、誤オンが引き起こされ、パワーモジュールが故障するという課題がある。
【０００７】
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り、パワーモジュールの共振による誤オンを抑制することができる電力変換装置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】
【０００８】
本開示の電力変換装置は、
オン電圧とオフ電圧を切替えてスイッチング制御信号を出力する制御部、
スイッチング制御信号に基づいてスイッチングを行う並列に接続された第一及び第二のパワーモジュール、
制御部と第一のパワーモジュールを接続する第一の制御配線、
制御部と第二のパワーモジュールを接続する第二の制御配線、
第一の制御配線とオフ電圧の配線との間に、第一の制御配線がアノード側、オフ電圧の配線がカソード側となる向きに接続された第一のダイオードを有する第一のバイパス回路、
第二の制御配線とオフ電圧の配線との間に、第二の制御配線がアノード側、オフ電圧の配線がカソード側となる向きに接続された第二のダイオードを有する第二のバイパス回路、
第一のバイパス回路および第二のバイパス回路をオン、オフするスイッチ、
を備えている。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の電力変換装置によれば、並列に接続された第一、第二のバイパス回路にそれぞれダイオードを設け、パワーモジュールのゲート・ゲート間に対して、ダイオードを向かい合うように配置することで、流れる共振電流を低減させ、パワーモジュールの共振による誤オンを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施の形態１および比較例に係るパワーモジュールを備えた電力変換装置を示す概略回路図である。
図１の破線Ａで示された並列に接続されたパワーモジュールと制御部の構成を示す概略回路図である。
破線Ａで示された並列に接続されたパワーモジュールの電圧と電流の時間変化を示す波形図である。
図２の破線Ａの一部を拡大した比較例のパワーモジュールと制御部を示す部分回路図である。
実施の形態１に係る電力変換装置のパワーモジュールと制御部との構成を示す部分回路図である。
実施の形態１に係る電力変換装置のパワーモジュールと制御部との構成を示す部分回路図である。
実施の形態１に係る電力変換装置のパワーモジュールと制御部との構成を示す部分回路図である。
実施の形態１に係る電力変換装置のパワーモジュールと制御部との構成を示す部分回路図である。
実施の形態１に係る電力変換装置のパワーモジュールと制御部との構成を示す部分回路図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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