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公開番号2025140670
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024040203
出願日2024-03-14
発明の名称電力変換器およびインバータ装置
出願人株式会社日立製作所
代理人弁理士法人筒井国際特許事務所
主分類H02M 1/08 20060101AFI20250919BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】既存の駆動回路からの駆動信号を用いつつ、自律的な同期整流を実現できる電力変換器およびインバータ装置を提供する。
【解決手段】制御回路CTLは、駆動入力端子PDg2と、駆動出力端子PDg1と、ゲートドライバGD2と、スイッチSW1と、を有する。駆動入力端子PDg2は、外部に設けられるゲートドライバGD1からの信号であるゲート電圧信号Vg1を入力する。駆動出力端子PDg1は、スイッチング素子QTのゲート電極GEに接続され、ゲート電極GEにオン/オフ駆動信号を出力する。ゲートドライバGD2は、スイッチング素子QTをオンに駆動するための信号であるゲート電圧信号Vg2を生成する。スイッチSW1は、駆動入力端子PDg2と駆動出力端子PDg1とを接続し、ゲート電圧信号Vg2が生成されている期間でオフに制御される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
制御電極と、第１の電極および第２の電極と、を有し、前記第１の電極および前記第２の電極を介して電力を伝送するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のオン／オフを制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記スイッチング素子をオンまたはオフに駆動するための信号であり、外部に設けられる第１の駆動回路からの信号である第１の駆動信号を入力する駆動入力端子と、
前記スイッチング素子の前記制御電極に接続され、前記制御電極にオン／オフ駆動信号を出力する駆動出力端子と、
前記スイッチング素子をオンに駆動するための信号である第２の駆動信号を生成する第２の駆動回路と、
前記駆動入力端子と前記駆動出力端子とを接続し、前記第２の駆動信号が生成されている期間でオフに制御される第１のスイッチと、
を有する、
電力変換器。
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
請求項１に記載の電力変換器において、
前記制御回路は、さらに、
前記スイッチング素子の前記第１の電極および前記第２の電極にそれぞれ接続される第１の端子および第２の端子と、
前記第１の電極に印加される第１の電圧と、前記第２の電極に印加される第２の電圧とを、前記第１の端子および前記第２の端子を介して入力および比較し、前記第１の電圧と前記第２の電圧との大小関係に基づいて前記第１のスイッチを制御する判定回路と、
を有する、
電力変換器。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換器において、
前記制御回路は、さらに、前記第２の駆動回路と前記駆動出力端子との間を接続し、前記第１のスイッチとは相補的にオン／オフが制御される第２のスイッチを有する、
電力変換器。
【請求項４】
請求項２に記載の電力変換器において、
前記第１の電極は、ソース電極またはエミッタ電極であり、
前記第２の電極は、ドレイン電極またはコレクタ電極であり、
前記判定回路は、前記第２の電圧よりも前記第１の電圧の方が高い場合、前記第１のスイッチをオフに制御し、前記第２の電圧よりも前記第１の電圧の方が低い場合、前記第１のスイッチをオンに制御する、
電力変換器。
【請求項５】
請求項２に記載の電力変換器において、
前記第１のスイッチは、ＭＯＳＦＥＴで構成されている、
電力変換器。
【請求項６】
請求項１に記載の電力変換器において、
前記スイッチング素子は、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴで構成されている、
電力変換器。
【請求項７】
請求項１に記載の電力変換器において、
前記第１の電極は、ソース電極またはエミッタ電極であり、
前記第２の電極は、ドレイン電極またはコレクタ電極であり、
前記スイッチング素子は、第１の半導体チップに形成され、
前記制御回路は、第２の半導体チップに形成され、前記第１の半導体チップと共に、１個のパッケージ内に封止されており、
前記パッケージは、前記制御電極、前記第１の電極および前記第２の電極をそれぞれ前記パッケージの外部に引き出すための引き出し制御電極、第１の引き出し電極および第２の引き出し電極を有し、
前記第２の半導体チップは、前記第１の引き出し電極に搭載されている、
電力変換器。
【請求項８】
請求項１に記載の電力変換器において、
前記スイッチング素子および前記制御回路は、２セット設けられており、
前記２セットにそれぞれ含まれる２個の前記スイッチング素子は、前記第１の電極が共通に接続されているか、または、前記第２の電極が共通に接続されている、
電力変換器。
【請求項９】
所定相の上アームおよび下アームをそれぞれ構成する複数の電力変換器と、
前記複数の電力変換器を駆動する第１の駆動回路と、
を備え、
前記複数の電力変換器のそれぞれは、
制御電極と、第１の電極および第２の電極と、を有し、前記第１の電極および前記第２の電極を介して電力を伝送するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のオン／オフを制御する制御回路と、
を有し、
前記制御回路は、
前記スイッチング素子をオンまたはオフに駆動するための信号であり、前記第１の駆動回路からの信号である第１の駆動信号を入力する駆動入力端子と、
前記スイッチング素子の前記制御電極に接続され、前記制御電極にオン／オフ駆動信号を出力する駆動出力端子と、
前記スイッチング素子をオンに駆動するための信号である第２の駆動信号を生成する第２の駆動回路と、
前記駆動入力端子と前記駆動出力端子とを接続し、前記第２の駆動信号が生成されている期間でオフに制御される第１のスイッチと、
を備える、
インバータ装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のインバータ装置において、
前記制御回路は、さらに、
前記スイッチング素子の前記第１の電極および前記第２の電極にそれぞれ接続される第１の端子および第２の端子と、
前記第１の電極に印加される第１の電圧と、前記第２の電極に印加される第２の電圧とを、前記第１の端子および前記第２の端子を介して入力および比較し、前記第１の電圧と前記第２の電圧との大小関係に基づいて前記第１のスイッチを制御する判定回路と、
を有する、
インバータ装置。
（【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】
本発明は、電力変換器、および、それを用いたインバータ装置に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、デッドタイムを短くできるインバータ装置が示される。当該インバータ装置は、スイッチング素子と、そのオン／オフを指示するための制御信号を出力する制御回路とに加えて、判定回路および駆動回路を備える。判定回路は、スイッチング素子の主端子間電圧に基づいて、スイッチング素子の状態を示す判定信号を出力する。駆動回路は、制御回路からの制御信号と判定回路からの判定信号とに基づいて、スイッチング素子のオン／オフを制御する。例えば、上アームに設けられる駆動回路は、制御回路からの制御信号をレベルシフトした信号と、判定信号とのオア演算によって、スイッチング素子のオン／オフを制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１８－２０７７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
インバータ装置は、電源からの直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する力行運転と、負荷からの交流電力を整流して電源に回生する回生運転とが可能な装置である。インバータ装置は、例えば、自動車、鉄道車両、産業機器等におけるモータ制御などで広く用いられている。インバータ装置では、通常、上下アームのそれぞれに、相数分の電力変換器が設けられる。電力変換器は、スイッチング素子と、それに並列接続される還流ダイオードとを備える。還流ダイオードには、スイッチング素子の寄生ダイオードも含まれ得る。インバータ装置は、上下アームのスイッチング素子のオン／オフを制御することで、力行運転または回生運転を行う。
【０００５】
力行運転または回生運転では、一般的に、オフとなっているスイッチング素子の還流ダイオードに電流が流れる動作である整流動作が行われる。ただし、還流ダイオードに電流を流すと、還流ダイオードの順方向電圧降下によって、電力損失が生じ得る。さらに、スイッチング素子の寄生ダイオードに電流が流れることで、寄生ダイオードの特性が劣化する現象である通電劣化も生じ得る。このため、還流ダイオードの代わりにスイッチング素子に電流を流す方式である同期整流を用いることが有益となる。
【０００６】
同期整流を用いる場合、通常、上下アームにおける同一相のスイッチング素子が同時にオンとならないように、制御信号のタイミング設定によってデッドタイムが設けられる。この場合、デッドタイムの期間では、還流ダイオードに電流が流れるため、デッドタイムを可能な限り短くすることが望まれる。このため、例えば、特許文献１に示されるような技術を用いることが考えられる。当該技術を用いると、制御信号のタイミング設定に依らずに自律的な同期整流を行うことで、デッドタイムを短縮できる。
【０００７】
一方、例えば、インバータ装置を、既存の装置から新たな装置に置き換えるような場合を想定する。この場合、コスト低減等の観点から、既存の駆動回路、例えばゲートドライバからの駆動信号を流用して、その出力先となる電力変換器の部分のみを置き換えることが望まれる。しかしながら、特許文献１に示されるインバータ装置は、制御回路からの制御信号、詳細にはスイッチング素子のオン／オフを指示するためのロジック信号を入力する必要があった。このため、当該インバータ装置では、既存の駆動信号を流用することが困難となっていた。
【０００８】
そこで、本発明の目的の一つは、既存の駆動回路からの駆動信号を用いつつ、自律的な同期整流を実現できる電力変換器およびインバータ装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一実施の形態による電力変換器は、制御電極と、第１の電極および第２の電極と、を有し、第１の電極および第２の電極を介して電力を伝送するスイッチング素子と、スイッチング素子のオン／オフを制御する制御回路と、を備える。制御回路は、駆動入力端子と、駆動出力端子と、第２の駆動回路と、第１のスイッチと、を有する。駆動入力端子は、スイッチング素子をオンまたはオフに駆動するための信号であり、外部に設けられる第１の駆動回路からの信号である第１の駆動信号を入力する。駆動出力端子は、スイッチング素子の制御電極に接続され、制御電極にオン／オフ駆動信号を出力する。第２の駆動回路は、スイッチング素子をオンに駆動するための信号である第２の駆動信号を生成する。第１のスイッチは、駆動入力端子と駆動出力端子とを接続し、第２の駆動信号が生成されている期間でオフに制御される。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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