(57)【要約】【課題】本発明は、損失の増加を抑制しつつ、リンギング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】電力変換装置は、ワイドバンドギャップ半導体で構成されたハイサイドスイッチＳＷＨと、ワイドバンドギャップ半導体で構成されたローサイドスイッチＳＷＬとを備えている。電力変換装置は、ハイサイドスイッチＳＷＨ及びローサイドスイッチＳＷＬのうちハイサイドスイッチＳＷＨのみに逆並列接続され、ナローバンドギャップ半導体で構成されたハイサイドダイオード素子ＳＤＨを備えている。ハイサイドダイオード素子ＳＤＨは、ローサイドスイッチＳＷＬのボディダイオードＢＤＬにリカバリ電流が流れることに起因して発生する電流のリンギングの周波数よりも、自身にリカバリ電流が流れることに起因して発生する電流のリンギングの周波数が低くなる特性を有する。【選択図】      図１
2020054061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイドバンドギャップ半導体で構成されたハイサイドスイッチ（ＳＷＨ）と、ワイドバンドギャップ半導体で構成されたローサイドスイッチ（ＳＷＬ）と、を備える電力変換装置において、
前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのうち一方のスイッチのみに逆並列接続され、ナローバンドギャップ半導体で構成されたダイオード素子（ＳＤＨ，ＳＤＬ）を備え、
前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのうち、前記ダイオード素子が並列接続されていない方のスイッチには、ボディダイオード（ＢＤＨ，ＢＤＬ）が形成されており、
前記ダイオード素子は、前記ボディダイオードにリカバリ電流が流れることに起因して発生する電流のリンギングの周波数よりも、自身にリカバリ電流が流れることに起因して発生する電流のリンギングの周波数が低くなる特性を有する電力変換装置。
【請求項２】
前記ダイオード素子（ＳＤＨ）は、前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのうち、前記ハイサイドスイッチのみに逆並列接続されており、
前記ハイサイドスイッチの高電位側端子と直流電源（１０）の正極側との間を接続する正極側導体（２０Ｈ）と、
前記ローサイドスイッチの低電位側端子と前記直流電源の負極側との間を接続する負極側導体（２０Ｌ）と、を備え、
前記正極側導体のインダクタンスをＬｐとし、
前記負極側導体のインダクタンンスをＬｎとし、
前記ハイサイドスイッチの高電位側端子と、接地導体（１００）との間に形成される容量成分である高電位容量成分（５０，５４Ａ）の容量値をＣＨとし、
前記ハイサイドスイッチの低電位側端子から前記ローサイドスイッチの高電位側端子までの電気経路と、前記接地導体との間に形成される容量成分である中間容量成分（５１，５２）の容量値をＣＭとし、
前記ローサイドスイッチの低電位側端子と、前記接地導体との間に形成される容量成分である低電位容量成分（５３，５４Ｂ）の容量値をＣＬとし、
（Ｌｐ／Ｌｎ）×｛ＣＨ／（ＣＭ＋ＣＬ）｝を第１平衡度（ＢＨ）とし、
（Ｌｐ／Ｌｎ）×｛（ＣＭ＋ＣＨ）／ＣＬ｝を第２平衡度（ＢＬ）とする場合、前記第２平衡度が前記第１平衡度よりも１に近い請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記ダイオード素子（ＳＤＬ）は、前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのうち、前記ローサイドスイッチのみに逆並列接続されており、
前記ハイサイドスイッチの高電位側端子と直流電源（１０）の正極側との間を接続する正極側導体（２０Ｈ）と、
前記ローサイドスイッチの低電位側端子と前記直流電源の負極側との間を接続する負極側導体（２０Ｌ）と、を備え、
前記正極側導体のインダクタンスをＬｐとし、
前記負極側導体のインダクタンンスをＬｎとし、
前記ハイサイドスイッチの高電位側端子と、接地導体（１００）との間に形成される容量成分である高電位容量成分（５０，５４Ａ）の容量値をＣＨとし、
前記ハイサイドスイッチの低電位側端子から前記ローサイドスイッチの高電位側端子までの電気経路と、前記接地導体との間に形成される容量成分である中間容量成分（５１，５２）の容量値をＣＭとし、
前記ローサイドスイッチの低電位側端子と、前記接地導体との間に形成される容量成分である低電位容量成分（５３，５４Ｂ）の容量値をＣＬとし、
（Ｌｐ／Ｌｎ）×｛ＣＨ／（ＣＭ＋ＣＬ）｝を第１平衡度（ＢＨ）とし、
（Ｌｐ／Ｌｎ）×｛（ＣＭ＋ＣＨ）／ＣＬ｝を第２平衡度（ＢＬ）とする場合、前記第１平衡度が前記第２平衡度よりも１に近い請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記接地導体は、対向する位置に設けられた対となる第１冷却面（１０２ａ）及び第２冷却面（１０２ｂ）を有する冷却器（１００）であり、
前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのそれぞれは、対向する一対の平坦面を有し、
前記ハイサイドスイッチの一対の平坦面のうち、一方の面には前記ハイサイドスイッチの高電位側端子の電極（７１）が設けられ、他方の面には前記ハイサイドスイッチの低電位側端子の電極（７０）が設けられており、
前記ローサイドスイッチの一対の平坦面のうち、一方の面には前記ローサイドスイッチの高電位側端子の電極（８１）が設けられ、他方の面には前記ローサイドスイッチの低電位側端子の電極（８０）が設けられており、
前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチそれぞれの低電位側端子の電極は、絶縁層（１０３ａ）を介して前記第１冷却面に対向配置されており、
前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチそれぞれの高電位側端子の電極は、絶縁層（１０３ｂ）を介して前記第２冷却面に対向配置されており、
前記高電位容量成分は、前記ハイサイドスイッチの高電位側端子の電極と前記第２冷却面との間に形成された浮遊容量（５０）で構成されており、
前記中間容量成分は、前記ハイサイドスイッチの低電位側端子の電極と前記第１冷却面との間、及び前記ローサイドスイッチの高電位側端子の電極と前記第２冷却面との間のうち、少なくとも一方に形成された浮遊容量で構成されており、
前記低電位容量成分は、前記ローサイドスイッチの低電位側端子の電極と前記第１冷却面との間に形成された浮遊容量（５３）で構成されている請求項２又は３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記高電位容量成分、前記中間容量成分及び前記低電位容量成分のうち少なくとも１つは、受動素子としてのコンデンサ素子で構成されている請求項２〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記ダイオード素子（ＳＤＬ）は、前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのうち、前記ローサイドスイッチのみに逆並列接続されており、
前記ハイサイドスイッチの高電位側端子と直流電源（１０）の正極側との間を接続する正極側導体（２０Ｈ）と、
前記ローサイドスイッチの低電位側端子と前記直流電源の負極側との間を接続する負極側導体（２０Ｌ）と、を備え、
前記正極側導体のインダクタンスをＬｐとし、
前記負極側導体のインダクタンンスをＬｎとし、
前記ハイサイドスイッチの高電位側端子と、接地導体（１００）との間に形成される容量成分である高電位容量成分（５０）の容量値をＣＨとし、
前記ハイサイドスイッチの低電位側端子から前記ローサイドスイッチの高電位側端子までの電気経路と、前記接地導体との間に形成される容量成分である中間容量成分（５２）の容量値をＣＭとし、
（Ｌｐ／Ｌｎ）×（ＣＨ／ＣＭ）を平衡度とする場合、平衡度が１又は１に近い値にされている請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記接地導体は、前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチを冷却する冷却面を有する冷却器（１００）であり、
前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのそれぞれは、対向する一対の平坦面を有し、
前記ハイサイドスイッチの一対の平坦面のうち、一方の面には前記ハイサイドスイッチの高電位側端子の電極（７１）が設けられ、他方の面には前記ハイサイドスイッチの低電位側端子の電極（７０）が設けられており、
前記ローサイドスイッチの一対の平坦面のうち、一方の面には前記ローサイドスイッチの高電位側端子の電極（８１）が設けられ、他方の面には前記ローサイドスイッチの低電位側端子の電極（８０）が設けられており、
前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチそれぞれの高電位側端子の電極は、絶縁層（１０３ｂ）を介して前記冷却面に対向配置されており、
前記高電位容量成分は、前記ハイサイドスイッチの高電位側端子の電極と前記冷却面との間に形成された浮遊容量（５０）で構成されており、
前記中間容量成分は、前記ローサイドスイッチの高電位側端子の電極と前記冷却面との間に形成された浮遊容量（５２）で構成されている請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記高電位容量成分及び前記中間容量成分のうち少なくとも１つは、受動素子としてのコンデンサ素子で構成されている請求項６又は７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記ダイオード素子（ＳＤＬ）は、前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのうち、いずれか一方のスイッチのみに逆並列接続されており、
前記ハイサイドスイッチの高電位側端子と直流電源（１０）の正極側との間を接続する正極側導体（２０Ｈ）と、
前記ローサイドスイッチの低電位側端子と前記直流電源の負極側との間を接続する負極側導体（２０Ｌ）と、を備え、
前記正極側導体のインダクタンスをＬｐとし、
前記負極側導体のインダクタンンスをＬｎとし、
前記ハイサイドスイッチの高電位側端子と、接地導体（１００）との間に形成される容量成分である高電位容量成分（５０）の容量値をＣＨとし、
前記ローサイドスイッチの低電位側端子と、前記接地導体との間に形成される容量成分である低電位容量成分（５２）の容量値をＣＬとし、
（Ｌｐ／Ｌｎ）×（ＣＨ／ＣＬ）を平衡度とする場合、平衡度が１又は１に近い値にされている請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記接地導体は、前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチを冷却する冷却面を有する冷却器（１００）であり、
前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのそれぞれは、対向する一対の平坦面を有し、
前記ハイサイドスイッチの一対の平坦面のうち、一方の面には前記ハイサイドスイッチの高電位側端子の電極（７１）が設けられ、他方の面には前記ハイサイドスイッチの低電位側端子の電極（７０）が設けられており、
前記ローサイドスイッチの一対の平坦面のうち、一方の面には前記ローサイドスイッチの高電位側端子の電極（８１）が設けられ、他方の面には前記ローサイドスイッチの低電位側端子の電極（８０）が設けられており、
前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチそれぞれの高電位側端子の電極は、絶縁層を介して前記冷却面に対向配置されており、
前記高電位容量成分は、前記ハイサイドスイッチの高電位側端子の電極と前記冷却面との間に形成された浮遊容量（５０）で構成されており、
前記低電位容量成分は、前記ローサイドスイッチの低電位側端子の電極と前記冷却面との間に形成された浮遊容量（５３）で構成されている請求項９に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記高電位容量成分及び前記低電位容量成分のうち少なくとも１つは、受動素子としてのコンデンサ素子で構成されている請求項９又は１０に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記ダイオード素子にリカバリ電流が流れている期間において、前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのうち前記ダイオード素子が逆並列接続されたスイッチのオン操作を禁止する禁止部を備える請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記ダイオード素子は、シリコンダイオードである請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイドバンドギャップ半導体で構成されたハイサイド，ローサイドスイッチを備える電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣ等のワイドバンドギャップ半導体で構成されたデバイスは、Ｓｉ等のナローバンドギャップ半導体で構成されたデバイスよりも低損失であることが知られている。しかし、電力変換装置を構成するスイッチ及びスイッチに逆並列接続されるダイオードの全てをワイドバンドギャップ半導体で構成すると、コストが増加し得る。また、ワイドバンドギャップ半導体で構成されたスイッチが用いられると、スイッチング状態が切り替えられる場合に発生する電流のリンギングが大きくなり得る。
【０００３】
そこで、特許文献１に見られるように、ワイドバンドギャップ半導体で構成されたハイサイドスイッチと、ナローバンドギャップ半導体で構成されたローサイドスイッチとを備える電力変換装置が知られている。ハイサイドスイッチは、例えばＳｉＣで構成されたＭＯＳＦＥＴであり、ローサイドスイッチは、例えばＳｉで構成されたＩＧＢＴである。
【０００４】
この電力変換装置は、さらに、ハイサイドスイッチに逆並列接続され、ナローバンドギャップ半導体で構成されたハイサイドダイオード素子と、ローサイドスイッチに逆並列接続され、ワイドバンドギャップ半導体で構成されたローサイドダイオード素子とを備えている。ハイサイドダイオード素子は、例えばＳｉで構成されたファーストリカバリダイオード（ＦＲＤ）である。ローサイドダイオード素子は、例えばＳｉＣで構成されたショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）である。
【０００５】
特許文献１に記載の電力変換装置によれば、ワイドバンドギャップ半導体で構成されるデバイスの数を減らすことができる。これにより、コストの上昇を抑制しつつ、リンギングの抑制を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５８２２７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、特許文献１に記載の電力変換装置では、ハイサイドダイオード素子及びローサイドスイッチがナローバンドギャップ半導体で構成されている。このため、リンギングを抑制できるものの、電力変換装置におけるスイッチング損失が増加し得る。
【０００８】
本発明は、損失の増加を抑制しつつ、リンギング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主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、ワイドバンドギャップ半導体で構成されたハイサイドスイッチと、ワイドバンドギャップ半導体で構成されたローサイドスイッチと、を備える電力変換装置において、
前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのうち一方のスイッチのみに逆並列接続され、ナローバンドギャップ半導体で構成されたダイオード素子を備え、
前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのうち、前記ダイオード素子が並列接続されていない方のスイッチには、ボディダイオードが形成されており、
前記ダイオード素子は、前記ボディダイオードにリカバリ電流が流れることに起因して発生する電流のリンギングの周波数よりも、自身にリカバリ電流が流れることに起因して発生する電流のリンギングの周波数が低くなる特性を有する。
【００１０】
第１の発明では、ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチの双方がワイドバンドギャップ半導体で構成されている。これにより、スイッチング速度を高くしてスイッチング損失を低減でき、ひいては電力変換装置における損失を低減できる。この構成において、第１の発明では、ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチのうち、一方のスイッチのみに、ナローバンドギャップ半導体で構成されたダイオード素子が逆並列接続されている。このため、ナローバンドギャップ半導体で構成されたデバイスの数を削減でき、電力変換装置における損失の増加を抑制することができる。また、ダイオード素子は、リンギングの周波数について上記のような特性を有しているため、リンギングを抑制することができる。
【００１１】
以上説明した第１の発明によれば、電力変換装置における損失の増加を抑制しつつ、リンギングを抑制することができる。
【００１２】
第２の発明では、第１の発明において、前記ダイオード素子は、前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのうち、前記ハイサイドスイッチのみに逆並列接続されており、
前記ハイサイドスイッチの高電位側端子と直流電源の正極側との間を接続する正極側導体と、
前記ローサイドスイッチの低電位側端子と前記直流電源の負極側との間を接続する負極側導体と、を備え、
前記正極側導体のインダクタンスをＬｐとし、
前記負極側導体のインダクタンンスをＬｎとし、
前記ハイサイドスイッチの高電位側端子と、接地導体との間に形成される容量成分である高電位容量成分の容量値をＣＨとし、
前記ハイサイドスイッチの低電位側端子から前記ローサイドスイッチの高電位側端子までの電気経路と、前記接地導体との間に形成される容量成分である中間容量成分の容量値をＣＭとし、
前記ローサイドスイッチの低電位側端子と、前記接地導体との間に形成される容量成分である低電位容量成分の容量値をＣＬとし、
（Ｌｐ／Ｌｎ）×｛ＣＨ／（ＣＭ＋ＣＬ）｝を第１平衡度とし、
（Ｌｐ／Ｌｎ）×｛（ＣＭ＋ＣＨ）／ＣＬ｝を第２平衡度とする場合、前記第２平衡度が前記第１平衡度よりも１に近い。
【００１３】
ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチのうち、ダイオード素子が逆並列接続されていないスイッチのボディダイオードにリカバリ電流が流れることに起因して、ノイズ電流（コモンモードノイズ電流）が外部に放出されてしまう。ここで、第２の発明では、上記のように第１，第２平衡度が定められている。平衡度が１に近いほど、ノイズ電流を低減することができる。第２の発明では、上記各インダクタンスＬｐ，Ｌｎ、高電位容量成分、中間容量成分及び低電位容量成分を調整することにより、第２平衡度が第１平衡度よりも１に近くされている。これにより、ローサイドスイッチに新たにダイオード素子を設けることなく、外部に放出されるノイズ電流を低減することができる。
【００１４】
第３の発明では、第１の発明において、前記ダイオード素子は、前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのうち、前記ローサイドスイッチのみに逆並列接続されており、
前記ハイサイドスイッチの高電位側端子と直流電源の正極側との間を接続する正極側導体と、
前記ローサイドスイッチの低電位側端子と前記直流電源の負極側との間を接続する負極側導体と、を備え、
前記正極側導体のインダクタンスをＬｐとし、
前記負極側導体のインダクタンンスをＬｎとし、
前記ハイサイドスイッチの高電位側端子と、接地導体との間に形成される容量成分である高電位容量成分の容量値をＣＨとし、
前記ハイサイドスイッチの低電位側端子から前記ローサイドスイッチの高電位側端子までの電気経路と、前記接地導体との間に形成される容量成分である中間容量成分の容量値をＣＭとし、
前記ローサイドスイッチの低電位側端子と、前記接地導体との間に形成される容量成分である低電位容量成分の容量値をＣＬとし、
（Ｌｐ／Ｌｎ）×｛ＣＨ／（ＣＭ＋ＣＬ）｝を第１平衡度とし、
（Ｌｐ／Ｌｎ）×｛（ＣＭ＋ＣＨ）／ＣＬ｝を第２平衡度とする場合、前記第１平衡度が前記第２平衡度よりも１に近い。
【００１５】
第３の発明によれば、第２の発明と同様に、ハイサイドスイッチに新たにダイオード素子を設けることなく、外部に放出されるノイズ電流を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係る電力変換装置の全体構成図。
【図２】スイッチの操作態様と電流の流通経路とを示す図。
【図３】リンギングの抑制効果を示すタイムチャート。
【図４】第２実施形態に係る電力変換装置の全体構成図。
【図５】半導体モジュールの正面図。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線断面図。
【図７】冷却器を示す図。
【図８】ノイズ電流が流れる経路の等価回路を示す図。
【図９】ノイズ電流が流れる経路の等価回路を示す図。
【図１０】平衡度とノイズ電流の低減量との関係を示す図。
【図１１】第３実施形態に係る電力変換装置の全体構成図。
【図１２】第４実施形態に係る電力変換装置の全体構成図。
【図１３】ノイズ電流が流れる経路の等価回路を示す図。
【図１４】ノイズ電流が流れる経路の等価回路を示す図。
【図１５】第５実施形態に係る電力変換装置の全体構成図。
【図１６】第６実施形態に係る電力変換装置の全体構成図。
【図１７】第７実施形態に係る電力変換装置の全体構成図。
【図１８】スイッチの操作態様と電流の流通経路とを示す図。
【図１９】スイッチの操作態様と電流の流通経路とを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る電力変換装置を具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。電力変換装置は、例えば電気自動車に搭載される。
【００１８】
図１に示すように、電力変換装置は、直流電源としてのコンデンサ１０、正極側導体２０Ｈ、中間導体２０Ｍ、負極側導体２０Ｌ、ハイサイドスイッチＳＷＨ及びローサイドスイッチＳＷＬを備えている。ハイサイドスイッチＳＷＨ及びローサイドスイッチＳＷＬは、ワイドバンドギャップ半導体で構成されており、本実施形態では、ＳｉＣで構成されたＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。このため、各スイッチＳＷＨ，ＳＷＬの高電位側端子はドレインであり、低電位側端子はソースである。ハイサイドスイッチＳＷＨ及びローサイドスイッチＳＷＬの双方がワイドバンドギャップ半導体で構成されているのは、スイッチング速度を高くしてスイッチング損失を低減するためである。なお、コンデンサ１０には、例えば蓄電池が並列接続されている。
【００１９】
コンデンサ１０の正極側には、正極側導体２０Ｈの第１端が接続されており、正極側導体２０Ｈの第２端には、ハイサイドスイッチＳＷＨのドレインが接続されている。ハイサイドスイッチＳＷＨのソースには、中間導体２０Ｍを介してローサイドスイッチＳＷＬのドレインが接続されている。コンデンサ１０の負極側には、負極側導体２０Ｌの第１端が接続されており、負極側導体２０Ｌの第２端には、ローサイドスイッチＳＷＬのソースが接続されている。正極側導体２０Ｈ及び負極側導体２０Ｌは、例えば、バスバー等の導電部材である。負極側導体２０Ｌは、接地電位を有するグランドに接続されている。接地電位を有するグランドは、例えば、電力変換装置の筐体である。
【００２０】
正極側導体２０Ｈと中間導体２０Ｍとの間には、負荷３０が接続されている。本実施形態において、負荷３０は、誘導性負荷の巻線である。
【００２１】
ハイサイドスイッチＳＷＨには、ハイサイドボディダイオードＢＤＨが形成されており、ローサイドスイッチＳＷＬには、ローサイドボディダイオードＢＤＬが形成されている。
【００２２】
ハイサイドスイッチＳＷＨには、ハイサイドダイオード素子ＳＤＨが逆並列に接続されている。ハイサイドダイオード素子ＳＤＨは、ナローバンドギャップ半導体で構成されており、本実施形態では、シリコンダイオードである。
【００２３】
電力変換装置は、制御部４０を備えている。制御部４０は、ハイサイドスイッチＳＷＨ及びローサイドスイッチＳＷＬを操作する。本実施形態では、制御部４０は、ハイサイドスイッチＳＷＨをオフ操作に固定しつつ、ローサイドスイッチＳＷＬをオンオフ操作する。詳しくは、図２（ａ）に示すように、ハイサイドスイッチＳＷＨがオフ操作されて、かつローサイドスイッチがオン操作される場合、コンデンサ１０、正極側導体２０Ｈ、負荷３０、中間導体２０Ｍ、ローサイドスイッチＳＷＬ及び負極側導体２０Ｌを含む閉回路に電流が流れる。
【００２４】
一方、図２（ｂ）に示すように、ハイサイドスイッチＳＷＨ及びローサイドスイッチＳＷＬがオフ操作される場合、正極側導体２０Ｈ、負荷３０、中間導体２０Ｍ及びハイサイドダイオード素子ＳＤＨを含む閉回路に還流電流が流れる。
【００２５】
本実施形態では、還流電流が、ハイサイドボディダイオードＢＤＨではなくハイサイドダイオード素子ＳＤＨに流れる。これは、ハイサイドダイオード素子ＳＤＨの抵抗値が、ハイサイドボディダイオードＢＤＨの抵抗値よりも小さいためである。ハイサイドダイオード素子ＳＤＨが設けられているのは、ローサイドスイッチＳＷＬがオン操作に切り替えられる場合に発生するリンギングを抑制するためである。
【００２６】
つまり、例えば、還流電流が、ハイサイドダイオード素子ＳＤＨではなくハイサイドボディダイオードＢＤＨに流れる場合、その後ローサイドスイッチＳＷＬがオン操作に切り替えられるときにハイサイドボディダイオードＢＤＨにリカバリ電流が流れる。その後、図３（ｂ）に示すように、リカバリ電流の流通が完了した場合に電流Ｉｄの大きなリンギングが発生してしまう。その結果、リンギングの周期に対応する大きなノイズが発生してしまう。電流Ｉｄは、ハイサイドボディダイオードＢＤＨに流れる電流であり、ハイサイドスイッチＳＷＨ側からローサイドスイッチＳＷＬ側に流れる電流Ｉｄが正と定義されている。
【００２７】
これに対し、還流電流がハイサイドダイオード素子ＳＤＨに流れる場合、その後ローサイドスイッチＳＷＬがオン操作に切り替えられるときにハイサイドダイオード素子ＳＤＨにリカバリ電流が流れる。ナローバンドギャップ半導体で構成されているハイサイドダイオード素子ＳＤＨは、ワイドバンドギャップ半導体で構成されているハイサイドボディダイオードＢＤＨとは異なり、リンギングを抑制する。すなわち、ハイサイドダイオード素子ＳＤＨは、ハイサイドボディダイオードＢＤＨにリカバリ電流が流れることに起因して発生する電流Ｉｄのリンギングの周波数（図３（ｂ）のＩｄの推移参照）よりも、自身にリカバリ電流が流れることに起因して発生する電流Ｉｄのリンギングの周波数（図３（ａ）のＩｄの推移参照）が低くなる特性を有する。このため、図３（ａ）に示すように、リカバリ電流の流通が完了した場合に電流Ｉｄのリンギングが発生しない。電流Ｉｄは、ハイサイドダイオード素子ＳＤＨに流れる電流であり、ハイサイドスイッチＳＷＨ側からローサイドスイッチＳＷＬ側に流れる電流Ｉｄが正と定義されている。なお、図３（ａ），（ｂ）において、共通の横軸スケールをＴＳにて示す。また、図３（ａ），（ｂ）において、共通の縦軸スケールをＶＳにて示す。なお、図３（ａ），（ｂ）において、Ｖｄｓは、ハイサイドスイッチＳＷＨのドレイン及びソース間電圧を示す。
【００２８】
なお、図３（ａ）には、電流Ｉｄのリンギングが発生しない例を示した。ただし、この例に限らず、リンギングが発生する場合であっても、ハイサイドボディダイオードＢＤＨにリカバリ電流が流れることに起因して発生する電流Ｉｄのリンギングの周波数よりも、ハイサイドダイオード素子ＳＤＨにリカバリ電流が流れることに起因して発生する電流Ｉｄのリンギングの周波数の方が低くなるときは、リンギングの抑制効果が得られ、ノイズを低減することはできる。
【００２９】
以上説明した本実施形態では、ハイサイドスイッチＳＷＨ及びローサイドスイッチＳＷＬのうち、ハイサイドスイッチＳＷＨのみにシリコンダイオードであるハイサイドダイオード素子ＳＤＨが逆並列接続されている。このため、ナローバンドギャップ半導体で構成されたデバイスの数を削減でき、電力変換装置における損失の増加を抑制することができる。また、ハイサイドダイオード素子ＳＤＨは、リカバリ電流が流れる場合においてリンギングの抑制効果を有している。このため、本実施形態によれば、電力変換装置における損失の増加を抑制しつつ、リンギングを抑制することができる。
【００３０】
＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、電力変換装置内に浮遊容量が形成されている。
【００３１】
図４に、本実施形態の電力変換装置の全体構成を示す。なお、図４において、先の図１に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
【００３２】
図４において、Ｌｐは正極側導体２０Ｈのインダクタンス（寄生インダクタンス）を示し、Ｌｎは負極側導体２０Ｌのインダクタンンス（寄生インダクタンス）を示す。本実施形態において、Ｌｐは、正極側導体２０Ｈにおいて、コンデンサ１０の正極端子との接続点からハイサイドスイッチＳＷＨのドレインとの接続点までの導体のインダクタンスである。Ｌｎは、負極側導体２０Ｌにおいて、コンデンサ１０の負極端子との接続点からローサイドスイッチＳＷＬのソースとの接続点までの導体のインダクタンスである。電力変換装置は、接地導体としての冷却器１００を備えている。冷却器１００は、ハイサイドスイッチＳＷＨ、ローサイドスイッチＳＷＬ及びハイサイドダイオード素子ＳＤＨを冷却する。
【００３３】
ハイサイドスイッチＳＷＨのドレインと、接地導体としての冷却器１００との間には、ハイサイド浮遊容量５０（高電位浮遊容量に相当）が形成されている。ハイサイドスイッチＳＷＨのソースと冷却器１００との間には、第１中間浮遊容量５１（中間浮遊容量に相当）が形成されている。ローサイドスイッチＳＷＬのドレインと冷却器１００との間には、第２中間浮遊容量５２（中間浮遊容量に相当）が形成されている。ローサイドスイッチＳＷＬのソースと冷却器１００との間には、ローサイド浮遊容量５３（低電位浮遊容量に相当）が形成されている。図４には、ハイサイド浮遊容量５０の容量値をＣｐにて示し、第１中間浮遊容量５１の容量値をＣｏｈにて示し、第２中間浮遊容量５２の容量値をＣｏｎにて示し、ローサイド浮遊容量５３の容量値をＣｎにて示す。
【００３４】
図５〜図７を用いて、浮遊容量の形成箇所について説明する。
【００３５】
ハイサイドスイッチＳＷＨ、ローサイドスイッチＳＷＬ及びハイサイドダイオード素子ＳＤＨが一体化されることにより、半導体モジュール６０が構成されている。半導体モジュール６０は、扁平形状をなしており、その正面視において矩形形状をなしている。
【００３６】
半導体モジュール６０は、第１端子６１、第２端子６２及び出力端子６３を備えている。第１端子６１には、ハイサイドスイッチＳＷＨのドレイン電極７１が電気的に接続されている。第１端子６１は、正極側導体２０Ｈの第２端に接続されている。第２端子６２には、ローサイドスイッチＳＷＬのソース電極８０が電気的に接続されている。第２端子６２は、負極側導体２０Ｌの第２端に接続されている。出力端子６３には、ハイサイドスイッチＳＷＨのソース電極７０及びローサイドスイッチＳＷＬのドレイン電極８１が電気的に接続されている。
【００３７】
半導体モジュール６０は、複数のハイサイド制御端子６４Ｈを備えている。複数のハイサイド制御端子６４Ｈのうち１つには、ハイサイドスイッチＳＷＨのゲート電極が電気的に接続されている。半導体モジュール６０は、複数のローサイド制御端子６４Ｌを備えている。複数のローサイド制御端子６４Ｌのうち１つには、ローサイドスイッチＳＷＬのゲート電極が電気的に接続されている。
【００３８】
半導体モジュール６０は、第１〜第４ヒートシンク９１〜９４と、第１，第２ターミナル９５ａ，９５ｂとを備えている。第１〜第４ヒートシンク９１〜９４、第１，第２ターミナル９５ａ，９５ｂ、第１端子６１、第２端子６２、出力端子６３、各制御端子６４Ｈ，６４Ｌ、ハイサイドスイッチＳＷＨ、ローサイドスイッチＳＷＬ及びハイサイドダイオード素子ＳＤＨは、合成樹脂等からなる封止樹脂体９６で封止されることにより一体化されている。
【００３９】
ハイサイドスイッチＳＷＨは、扁平形状をなしている。ハイサイドスイッチＳＷＨの一対の平坦面のうち、一方の面には扁平形状のソース電極７０が設けられ、他方の面には扁平形状のドレイン電極７１が設けられている。
【００４０】
ソース電極７０の一対の平坦面のうち、ハイサイドスイッチＳＷＨが設けられている側とは反対側には、はんだ９７ｂを介して第１ターミナル９５ａが設けられている。第１ターミナル９５ａは、扁平形状をなす導電部材である。第１ターミナル９５ａの一対の平坦面のうち、ソース電極７０が設けられている側とは反対側には、はんだ９７ｃを介して第２ヒートシンク９２が設けられている。第２ヒートシンク９２は、扁平形状をなしている。第２ヒートシンク９２の一対の平坦面のうち、第１ターミナル９５ａが設けられている側とは反対側は、封止樹脂体９６の第１面に露出しており、放熱面とされている。
【００４１】
ドレイン電極７１の一対の平坦面のうち、ハイサイドスイッチＳＷＨが設けられている側とは反対側には、はんだ９７ａを介して第１ヒートシンク９１が設けられている。第１ヒートシンク９１は、扁平形状をなしている。第１ヒートシンク９１には第１端子６１が接続されている。第１ヒートシンク９１の一対の平坦面のうち、ドレイン電極７１が設けられている側とは反対側は、封止樹脂体９６の第１面の裏面である第２面に露出しており、放熱面とされている。第１ヒートシンク９１及び第２ヒートシンク９２により、ドレイン電極７１、ハイサイドスイッチＳＷＨ、ソース電極７０及び第１ターミナル９５ａが挟まれている。
【００４２】
ローサイドスイッチＳＷＬは、扁平形状をなしている。ローサイドスイッチＳＷＬの一対の平坦面のうち、一方の面には扁平形状のソース電極８０が設けられ、他方の面には扁平形状のドレイン電極８１が設けられている。
【００４３】
ソース電極８０の一対の平坦面のうち、ローサイドスイッチＳＷＬが設けられている側とは反対側には、はんだ９７ｅを介して第２ターミナル９５ｂが設けられている。第２ターミナル９５ｂは、扁平形状をなす導電部材である。第２ターミナル９５ｂの一対の平坦面のうち、ソース電極８０が設けられている側とは反対側には、はんだ９７ｆを介して第４ヒートシンク９４が設けられている。第４ヒートシンク９４は、扁平形状をなしている。第４ヒートシンク９４の一対の平坦面のうち、第２ターミナル９５ｂが設けられている側とは反対側は、封止樹脂体９６の第１面に露出しており、放熱面とされている。
【００４４】
ドレイン電極８１の一対の平坦面のうち、ローサイドスイッチＳＷＬが設けられている側とは反対側には、はんだ９７ｄを介して第３ヒートシンク９３が設けられている。第３ヒートシンク９３は、扁平形状をなしている。第３ヒートシンク９３には出力端子６３が接続されている。第３ヒートシンク９３の一対の平坦面のうち、ドレイン電極８１が設けられている側とは反対側は、封止樹脂体９６の第２面に露出しており、放熱面とされている。第３ヒートシンク９３及び第４ヒートシンク９４により、ドレイン電極８１、ローサイドスイッチＳＷＬ、ソース電極８０及び第２ターミナル９５ｂが挟まれている。
【００４５】
第３ヒートシンク９３は、その端部から延びる延出部９３ａを有している。第２ヒートシンク９２は、その端部から延びる延出部９２ａを有している。各延出部９３ａ，９２ａは、はんだ９７ｇを介して電気的に接続されている。
【００４６】
図７に示すように、冷却器１００は、導電性かつ熱伝導率が高い材料（例えばアルミニウム）で構成されており、冷却流体を導入する導入管１０１ａ、冷却流体を外部へと導出する導出管１０１ｂ及び複数の冷却プレートを備えている。本実施形態では、複数の冷却プレートとして、第１冷却プレート１０２ａ及び第２冷却プレート１０２ｂが設けられている。各冷却プレート１０２ａ，１０２ｂは、導入管１０１ａ及び導出管１０１ｂを連結する部材である。導入管１０１ａを流れる冷却流体は、各冷却プレート１０２ａ，１０２ｂを介して導出管１０１ｂへと流出する。半導体モジュール６０の第１面（封止樹脂体９６の第１面）は、電気的絶縁性を有する第１絶縁シート１０３ａ（絶縁層に相当）を介して第１冷却プレート１０２ａ（第１冷却面に相当）に押し当てられている。半導体モジュール６０の第２面（封止樹脂体９６の第２面）は、電気的絶縁性を有する第２絶縁シート１０３ｂ（絶縁層に相当）を介して第２冷却プレート１０２ｂ（第２冷却面に相当）に押し当てられている。これにより、第１冷却プレート１０２ａ及び第２冷却プレート１０２ｂの間に、半導体モジュール６０が挟まれている。その結果、半導体モジュール６０が冷却される。
【００４７】
ハイサイドスイッチＳＷＨのソース電極７０は、第２ヒートシンク９２及び第１絶縁シート１０３ａを介して導電性の第１冷却プレート１０２ａに対向配置されている。これにより、第１冷却プレート１０２ａと第２ヒートシンク９２との間に第１中間浮遊容量５１が形成されている。
【００４８】
ローサイドスイッチＳＷＬのソース電極８０は、第４ヒートシンク９４及び第２絶縁シート１０３ｂを介して導電性の第２冷却プレート１０２ｂに対向配置されている。これにより、第２冷却プレート１０２ｂと第４ヒートシンク９４との間にローサイド浮遊容量５３が形成されている。
【００４９】
ハイサイドスイッチＳＷＨのドレイン電極７１は、第１ヒートシンク９１及び第２絶縁シート１０３ｂを介して第２冷却プレート１０２ｂに対向配置されている。これにより、第２冷却プレート１０２ｂと第１ヒートシンク９１との間にハイサイド浮遊容量５０が形成されている。
【００５０】
ローサイドスイッチＳＷＬのドレイン電極８１は、第３ヒートシンク９３及び第２絶縁シート１０３ｂを介して第２冷却プレート１０２ｂに対向配置されている。これにより、第２冷却プレート１０２ｂと第３ヒートシンク９３との間に第２中間浮遊容量５２が形成されている。
【００５１】
本実施形態では、各インダクタンスＬｐ，Ｌｎ及び各浮遊容量Ｃｐ，Ｃｏｈ，Ｃｏｎ，Ｃｎの設定手法に特徴がある。以下、図８及び図９を用いて設定手法について説明する。
【００５２】
図８に、ハイサイドスイッチＳＷＨがオフ操作されている場合において、ローサイドスイッチＳＷＬがオン操作に切り替えられてハイサイドダイオード素子ＳＤＨにリカバリ電流が流れるときの電力変換装置の等価回路を示す。この等価回路では、ハイサイドダイオード素子ＳＤＨがリカバリ電流を発生させる電源として記載されている。ローサイドスイッチＳＷＬは、リカバリ電流に対して低抵抗な導体として機能するため、その記載が省略されている。同様に、コンデンサ１０もリカバリ電流に対して導体として機能するため、その記載が省略されている。
【００５３】
冷却器１００とコンデンサ１０とは、インピーダンスＺｃ及びグランドを介して接続されている。このため、リカバリ電流によりコンデンサ１０に発生する電位が接地電位と異なる場合には、発生したリカバリ電流の一部がインピーダンスＺｃを介して流れる。つまり、リカバリ電流の一部が電力変換装置の外部に漏洩してノイズとなり得る。なお、インピーダンスＺｃは、グランドとコンデンサ１０との間のインピーダンスである。
【００５４】
ノイズを抑制するために、平衡度を適正な値に調整する。本実施形態では、第１平衡度ＢＨを下式（ｅｑ１）のように定義する。
【００５５】
【数１】
2020054061.tif 000003
図９に、ローサイドスイッチＳＷＬがオフ操作されている場合において、ハイサイドスイッチＳＷＨがオン操作に切り替えられてローサイドボディダイオードＢＤＬにリカバリ電流が流れるときの電力変換装置の等価回路を示す。この場合における第２平衡度ＢＬを下式（ｅｑ２）のように定義する。
【００５６】
【数２】
2020054061.tif 000004
リカバリ電流によりコンデンサ１０に発生する電位が接地電位となるように、各インダクタンスＬｐ，Ｌｎ及び各浮遊容量Ｃｐ，Ｃｏｈ，Ｃｏｎ，Ｃｎが調整されることにより、ノイズ電流を低減できる。具体的には、図１０に示すように、平衡度が１に近いほど、ノイズ電流の低減量は大きくなる。図１０には、ハイサイド，ローサイドスイッチＳＷＨ，ＳＷＬのスイッチング周波数が高い場合（ｆＨ）及び低い場合（ｆＬ）それぞれにおける低減量の計算結果を示す。
【００５７】
本実施形態では、リカバリ電流が流れる要因となるハイサイドにハイサイドダイオード素子ＳＤＨが設けられている。また、ハイサイドに対応する第１平衡度ＢＨが１又は１に近い値に設定されている。１に近い値とは、例えば０．８〜１．２である。これにより、ノイズ電流（コモンモード電流）を抑制することができる。
【００５８】
なお、第１平衡度ＢＨが１に近いほどノイズ電流を抑制できるのは、ノイズ電流が「Ｌｐ×Ｃｐ−Ｌｎ×（Ｃｏｈ＋Ｃｏｎ＋Ｃｎ）」の絶対値に比例するためである。また、第２平衡度ＢＬが１に近いほどノイズ電流を抑制できるのは、ノイズ電流が「Ｌｐ×（Ｃｏｈ＋Ｃｏｎ＋Ｃｐ）−Ｌｎ×Ｃｎ」の絶対値に比例するためである。
【００５９】
＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態について、第２実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図１１に示すように、負極側導体２０Ｌと中間導体２０Ｍとの間に負荷３０が接続されている。なお、図１１において、先の図４に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
【００６０】
本実施形態では、ハイサイドスイッチＳＷＨに代えて、ローサイドスイッチＳＷＬに、Ｓｉで構成されたダイオード素子であるローサイドダイオード素子ＳＤＬが逆並列接続されている。ローサイドダイオード素子ＳＤＬは、シリコンダイオードである。
【００６１】
制御部４０は、ローサイドスイッチＳＷＬを常時オフ操作し、ハイサイドスイッチＳＷＨをオンオフ操作する。このため、ローサイドスイッチＳＷＬがオフ操作されている場合において、ハイサイドスイッチＳＷＨがオン操作に切り替えられるときにローサイドダイオード素子ＳＤＬにリカバリ電流が流れる。ローサイドダイオード素子ＳＤＬは、上述したハイサイドダイオード素子ＳＤＨと同様の特性を有している。このため、ローサイドダイオード素子ＳＤＬにリカバリ電流が流れる場合であっても、電流のリンギングを抑制することができる。
【００６２】
なお、本実施形態では、ローサイドに対応する第２平衡度ＢＬが１又は１に近い値に設定されている。１に近い値とは、例えば０．８〜１．２である。これにより、ノイズ電流を抑制することができる。
【００６３】
＜第４実施形態＞
以下、第４実施形態について、第３実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、半導体モジュール６０の第１，第２面のうち、第２面側のみ冷却器１００により冷却される片面冷却とされている。片面冷却は、例えば、先の図６において、第１ヒートシンク９１及び第３ヒートシンク９３が設けられていないことにより実現される。片面冷却のため、図１２に示すように、第１中間浮遊容量５１及びローサイド浮遊容量５３が形成されていない。図１２において、先の図１１に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
【００６４】
図１３に、ハイサイドスイッチＳＷＨがオフ操作されている場合において、ローサイドスイッチＳＷＬがオン操作に切り替えられてハイサイドボディダイオードＢＤＨにリカバリ電流が流れるときの等価回路を示す。本実施形態では、第１平衡度ＢＨが下式（ｅｑ３）のように表される。
【００６５】
【数３】
2020054061.tif 000005
図１４に、ローサイドスイッチＳＷＬがオフ操作されている場合において、ハイサイドスイッチＳＷＨがオン操作に切り替えられてローサイドダイオード素子ＳＤＬにリカバリ電流が流れるときの等価回路を示す。本実施形態では、ローサイド浮遊容量５３が形成されていないため、ローサイドに対応する第２平衡度ＢＬを定義できない。このため、ローサイドダイオード素子ＳＤＬが設けられている。これにより、リンギングの発生を抑制することができる。
【００６６】
＜第５実施形態＞
以下、第５実施形態について、第４実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図１５に示すように、半導体モジュール６０の第１，第２面のうち第２面側のみが冷却器１００により冷却される片面冷却の構成において、第２中間浮遊容量５２に代えてローサイド浮遊容量５３が形成されている。これは、ローサイドスイッチＳＷＬに対するソース電極８０とドレイン電極８１との位置関係が図６に示すものとは逆になっているためである。なお、この場合、第３ヒートシンク９３と第２ヒートシンク９２とは延出部９３ａ等を介して接続されていない。
【００６７】
以上説明した本実施形態によれば、第４実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
＜第６実施形態＞
以下、第６実施形態について、第３実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図１６に示すように、電力変換装置は、ハイサイドスイッチＳＷＨのドレインと冷却器１００とを接続する第１コンデンサ５４Ａと、ローサイドスイッチＳＷＬのソースと冷却器１００とを接続する第２コンデンサ５４Ｂとを備えている。第１コンデンサ５４Ａ及び第２コンデンサ５４Ｂは、受動素子である。図１６において、先の図１２に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
【００６９】
本実施形態において、第１平衡度ＢＨは下式（ｅｑ４）のように表され、第２平衡度ＢＬは下式（ｅｑ５）のように表される。
【００７０】
【数４】
2020054061.tif 000006
【００７１】
【数５】
2020054061.tif 000007
受動素子のコンデンサが用いられる本実施形態によれば、例えば、インダクタンスＬｐ，Ｌｎや浮遊容量の容量値Ｃｐ，Ｃｏｈ，Ｃｏｎ，Ｃｎのみの調整によっては平衡度を所望にできない場合に、平衡度を１又は１に近い値に近づけることができる。
【００７２】
なお、受動素子のコンデンサは、ハイサイドスイッチＳＷＨのドレインと冷却器１００との間、ハイサイドスイッチＳＷＨのソースと冷却器１００との間、ローサイドスイッチＳＷＬのドレインと冷却器１００との間、及びローサイドスイッチＳＷＬのソースと冷却器１００との間のうち、少なくとも１つに設けられていてもよい。
【００７３】
また、浮遊容量を形成することなく、浮遊容量に代えて受動素子のコンデンサが設けられていてもよい。
【００７４】
＜第７実施形態＞
以下、第７実施形態について、第２実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図１７に示すように、電力変換装置として３相インバータが用いられている。なお、図１７において、先の図４等に示した構成と同一の構成又は対応する構成については、便宜上、同一の符号を付している。
【００７５】
制御システムは、インバータ及び回転電機３１を備えている。回転電機３１の各相の巻線３２は、インバータを介してコンデンサ１０に電気的に接続されている。本実施形態では、回転電機３１として、３相のものを用いている。回転電機３１は、３相分の巻線３２を備えている。回転電機３１は、例えば永久磁石同期機である。
【００７６】
インバータの各相のハイサイドスイッチＳＷＨのドレインには、正極側導体２１Ｈを介してコンデンサ１０の正極側が接続されている。インバータの各相のローサイドスイッチＳＷＬのソースには、負極側導体２０Ｌを介してコンデンサ１０の負極側が接続されている。ハイサイドスイッチＳＷＨのソースと、ローサイドスイッチＳＷＬのドレインとは、中間導体２１Ｍを介して接続されている。中間導体２１Ｍには、巻線３２の一端が接続されている。
【００７７】
制御部４０は、回転電機３１の制御量をその指令値に制御すべく、各相のスイッチＳＷＨ，ＳＷＬを操作する。制御量は、例えばトルクである。インバータの各相において、ハイサイドスイッチＳＷＨとローサイドスイッチＳＷＬとは、デッドタイムを挟みつつ交互にオン操作される。
【００７８】
本実施形態では、ローサイドスイッチＳＷＬにローサイドダイオード素子ＳＤＬが逆並列接続されている。
【００７９】
続いて、本実施形態のローサイドダイオード素子ＳＤＬの効果について説明する。
【００８０】
図１８に、インバータから巻線３２に向かう方向に巻線３２に電流が流れる場合を示す。
【００８１】
図１８（ａ）に示すように、ハイサイドスイッチＳＷＨがオン操作され、ローサイドスイッチＳＷＬがオフ操作されている。このため、コンデンサ１０の正極側からハイサイドスイッチＳＷＨを介して巻線３２へと電流が流れる。
【００８２】
図１８（ｂ）に示すように、その後ハイサイドスイッチＳＷＨがオフ操作に切り替えられる。この場合、ローサイドダイオード素子ＳＤＬに順方向電流が流れる。
【００８３】
図１８（ｃ）に示すように、その後ハイサイドスイッチＳＷＨがオン操作に切り替えられる。これにより、ローサイドダイオード素子ＳＤＬに逆電圧が印加され、ローサイドダイオード素子ＳＤＬにリカバリ電流が流れる。リカバリ電流が流れるものの、ローサイドダイオード素子ＳＤＬの特性により、リンギングを抑制することができる。
【００８４】
本実施形態では、図１８（ｃ）に示すように、制御部４０は、ローサイドダイオード素子ＳＤＬにリカバリ電流が流れている期間において、ローサイドスイッチＳＷＬのオン操作を禁止する禁止処理を行う。リカバリ電流が流れている期間においてローサイドスイッチＳＷＬがオン操作されると、リカバリ電流がローサイドダイオード素子ＳＤＬではなくローサイドスイッチＳＷＬに流れてしまい、リンギングの抑制効果を得られなくなる。このため、禁止処理によれば、リンギングを的確に抑制することができる。
【００８５】
図１９に、巻線３２からインバータに向かう方向に巻線３２に電流が流れる場合を示す。
【００８６】
図１９（ａ）に示すように、ハイサイドスイッチＳＷＨがオフ操作され、ローサイドスイッチＳＷＬがオン操作されている。このため、巻線３２からローサイドスイッチＳＷＬへと電流が流れる。
【００８７】
図１９（ｂ）に示すように、その後ローサイドスイッチＳＷＬがオフ操作に切り替えられる。この場合、ハイサイドボディダイオードＢＤＨに順方向電流が流れる。
【００８８】
図１９（ｃ）に示すように、その後ローサイドスイッチＳＷＬがオン操作に切り替えられる。これにより、ハイサイドボディダイオードＢＤＨに逆電圧が印加され、ハイサイドボディダイオードＢＤＨにリカバリ電流が流れる。
【００８９】
ここで、本実施形態では、第２実施形態と同様に、ハイサイドスイッチＳＷＨのドレインと冷却器１００との間にハイサイド浮遊容量５０が形成され、ハイサイドスイッチＳＷＨのソースと冷却器１００との間に第１中間浮遊容量５１が形成されている。また、ローサイドスイッチＳＷＬのドレインと冷却器１００との間に第２中間浮遊容量５２が形成され、ローサイドスイッチＳＷＬのソースと冷却器１００との間にローサイド浮遊容量５３が形成されている。そして、各相において、上式（ｅｑ１）で表される第１平衡度ＢＨが、上式（ｅｑ２）で表される第２平衡度ＢＬよりも１に近くなるように、各インダクタンスＬｐ，Ｌｎ及び各容量値Ｃｐ，Ｃｏｈ，Ｃｏｎ，Ｃｎが設定されている。各相において、Ｌｐは、正極側導体２１Ｈにおいて、コンデンサ１０の正極端子との接続点からハイサイドスイッチＳＷＨのドレインとの接続点までの導体のインダクタンスである。このため、各相に対応したインダクタンスＬｐは相違し得る。また、各相において、Ｌｎは、負極側導体２１Ｌにおいて、コンデンサ１０の負極端子との接続点からローサイドスイッチＳＷＬのソースとの接続点までの導体のインダクタンスである。このため、各相に対応したインダクタンスＬｎは相違し得る。これにより、ハイサイドスイッチＳＷＨに新たにダイオード素子を設けることなく、外部に放出されるノイズ電流を低減することができる。
【００９０】
ちなみに、ローサイドスイッチＳＷＬに代えて、ハイサイドスイッチＳＷＨにハイサイドダイオード素子ＳＤＨが逆並列接続される構成を採用することもできる。この場合、制御部４０は、ハイサイドダイオード素子ＳＤＨにリカバリ電流が流れている期間において、ハイサイドスイッチＳＷＨのオン操作を禁止する禁止処理を行う。また、各相において、上式（ｅｑ２）で表される第２平衡度ＢＬが、上式（ｅｑ１）で表される第１平衡度ＢＨよりも１に近くなるように、各インダクタンスＬｐ，Ｌｎ及び各容量値Ｃｐ，Ｃｏｈ，Ｃｏｎ，Ｃｎが設定されている。
【００９１】
これにより、ローサイドスイッチＳＷＬに新たにダイオード素子を設けることなく、外部に放出されるノイズ電流を低減することができる。
【００９２】
＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【００９３】
・第２〜第７実施形態において、スイッチに逆並列接続されるダイオード素子が複数であってもよい。
【００９４】
・半導体モジュールとしては、ハイサイドスイッチＳＷＨ及びローサイドスイッチＳＷＬの双方が内蔵されているものに限らず、いずれか一方のスイッチのみが内蔵されているものであってもよい。
【００９５】
・ダイオード素子としては、ボディダイオードにリカバリ電流が流れることに起因して発生する電流のリンギングの周波数よりも、自身にリカバリ電流が流れることに起因して発生する電流のリンギングの周波数が低くなる特性を有するナローバンドギャップ半導体で構成されたものであれば、シリコンダイオード以外のダイオード素子であってもよい。
【００９６】
・電力変換装置を構成するハイサイド，ローサイドスイッチのそれぞれとしては、１つのスイッチに限らず、互いに並列接続された複数のスイッチであってもよい。また、電力変換装置を構成するスイッチとしては、ＳｉＣで構成されたＭＯＳＦＥＴに限らず、ワイドバンドギャップ半導体で構成されたスイッチであれば、他のスイッチであってもよい。
【００９７】
・ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチのうち、ダイオード素子が逆並列接続されている方のスイッチとしては、構造上可能であるなら、ボディダイオードを有していないものであってもよい。
【００９８】
・電力変換装置としては、図１７に示した３相のインバータに限らず、相数分のハイサイド，ローサイドスイッチの直列接続体を備える２相のインバータ、又は４相以上のインバータであってもよい。例えば、２相の場合、互いに直列接続された１組目のハイサイド，ローサイドスイッチの接続点と、互いに直列接続された２組目のハイサイド，ローサイドスイッチの接続点とが、誘導性負荷（例えば巻線）を介して接続されることとなる。
【００９９】
また、電力変換装置としては、図１の構成、又は図１７に示した直流交流変換装置に限らず、例えば、昇圧機能及び降圧機能のうち少なくとも一方の機能（変圧機能）を有するＤＣＤＣコンバータであってもよい。
【符号の説明】
【０１００】
ＳＷＨ…ハイサイドスイッチ、ＳＷＬ…ローサイドスイッチ、ＢＤＨ…ハイサイドボディダイオード、ＢＤＬ…ローサイドボディダイオード、ＳＤＨ…ハイサイドダイオード素子。
【図１】
2020054061.tif 000008
【図２】
2020054061.tif 000009
【図３】
2020054061.tif 000010
【図４】
2020054061.tif 000011
【図５】
2020054061.tif 000012
【図６】
2020054061.tif 000013
【図７】
2020054061.tif 000014
【図８】
2020054061.tif 000015
【図９】
2020054061.tif 000016
【図１０】
2020054061.tif 000017
【図１１】
2020054061.tif 000018
【図１２】
2020054061.tif 000019
【図１３】
2020054061.tif 000020
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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