(57)【要約】【課題】パワースイッチング素子Ｓｗ及びその入出力端子に逆並列に接続されたフリーホイールダイオードＦＤを備える電力変換回路を駆動対象とするものにあって、パワースイッチング素子Ｓｗが低温において信頼性が低下しやすいこと。【解決手段】フリーホイールダイオードＦＤに電流が流れる場合、コンパレータ８２から論理「Ｈ」の信号が出力される。この信号は、パワースイッチング素子Ｓｗを強制的にオフ状態とする指令信号となる。ただし、感温ダイオード９０の温度が低い場合、ヒステリシスコンパレータ９４の出力信号が論理「Ｌ」となるため、ＡＮＤ回路９８を介して駆動ＩＣ６０に出力される最終的な信号は、論理「Ｌ」となり、パワースイッチング素子Ｓｗの強制的なオフ操作はなされない。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワースイッチング素子及びその入出力端子に逆並列に接続されたフリーホイールダイオードを備える電力変換回路を駆動対象として且つ、前記フリーホイールダイオードに電流が流れる場合に前記パワースイッチング素子をオフ状態とするオフ状態制御手段を備える電力変換回路の駆動装置において、
前記パワースイッチング素子の温度が低い状況下、前記オフ状態制御手段による処理にかかわらず、前記フリーホイールダイオードに電流が流れる場合に前記パワースイッチング素子を強制的にオン状態とするオン状態制御手段を備えることを特徴とする電力変換回路の駆動装置。
【請求項２】
前記オン状態制御手段による制御を開始する際の温度の閾値と、該オン状態制御手段による制御を停止する際の温度の閾値とを相違させることを特徴とする請求項１記載の電力変換回路の駆動装置。
【請求項３】
前記電力変換回路は、車載低圧システムと絶縁された車載高圧システムを構成するものであり、
前記オン状態制御手段は、車載高圧システム内に備えられてなることを特徴とする請求項１又は２記載の電力変換回路の駆動装置。
【請求項４】
前記電力変換回路は、車載低圧システムと絶縁された車載高圧システムを構成するものであって且つ、前記パワースイッチング素子として高電位側のスイッチング素子及び低電位側のスイッチング素子の直列接続体を備え、
前記一対のスイッチング素子は、前記低圧システムによって交互にオン状態が指令されるものであり、
前記オン状態制御手段及び前記オフ状態制御手段は、車載高圧システム内に備えられてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換回路の駆動装置。
【請求項５】
前記オン状態制御手段は、前記パワースイッチング素子付近に配置された温度検出手段の出力に基づき、前記オン状態とする処理を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換回路の駆動装置。
【請求項６】
前記パワースイッチング素子は、冷却手段にて冷却されるものであり、
前記オン状態制御手段は、前記冷却手段の備える温度検出手段の出力に基づき、前記オン状態とする処理を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換回路の駆動装置。
【請求項７】
前記パワースイッチング素子及び前記フリーホイールダイオードは、同一半導体基板に併設されてなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換回路の駆動装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力変換回路の駆動装置と、
前記電力変換回路とを備える電力変換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワースイッチング素子及びその入出力端子に逆並列に接続されたフリーホイールダイオードを備える電力変換回路を駆動対象として且つ、前記フリーホイールダイオードに電流が流れる場合に前記パワースイッチング素子をオフ状態とするオフ状態制御手段を備える電力変換回路の駆動装置及び電力変換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電源の各端子と回転機の端子とを接続する高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子の直列接続体を備えて構成される電力変換回路（インバータ）が周知である。また、インバータは、上記スイッチング素子の入出力端子に接続されたフリーホイールダイオードを備えている。ここで、回転機に正弦波形状の電流を流すべく高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子を操作するに際しては、これら高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子を交互にオン状態及びオフ状態とすることで、これら一対のスイッチング素子を相補的に駆動する手法が一般に用いられている。
【０００３】
一方、インバータのスイッチング素子としては、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が用いられることがある。また、近年では、例えば下記特許文献１に見られるように、こうしたインバータを構成する半導体素子として、フリーホイールダイオードがＩＧＢＴと同一基板上に併設されたいわゆるダイオード内蔵型ＩＧＢＴが提案され、実用化されている。
【０００４】
上記ＩＧＢＴはコレクタからエミッタへと進む方向を順方向とするものであるため、逆側には電流が流れない。このため、インバータの一対のスイッチング素子が相補的に駆動される場合、上記正弦波形状の電流の流通方向によっては、オン状態とされているスイッチング素子に電流が流れないことがある。そしてこの場合には、これに逆並列に接続されたフリーホイールダイオードに電流が流れることとなる。
【０００５】
上記ダイオード内蔵型ＩＧＢＴにおいては、フリーホイールダイオードに順方向電流が流れる際の電圧降下量が、ＩＧＢＴのゲートに電圧が印加されることで増大することが知られている。このため、スイッチング素子を相補的に操作する場合には、フリーホイールダイオードに順方向電流が流れる際のフリーホイールダイオードによる電力損失が大きくなり、ひいてはダイオード内蔵型ＩＧＢＴの発熱量が多くなるおそれがある。
【０００６】
そこで従来、例えば下記特許文献１に見られるように、フリーホイールダイオードに電流が流れることを検出する場合、上記相補信号にかかわらず、スイッチング素子を強制的にオフ状態とすることも提案されている。これにより、電力損失の増大を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−７２８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、ＩＧＢＴは低温であるほどその動作速度が速くなるため、ＩＧＢＴのスイッチングに起因して生じるサージは、低温であるほど大きくなる傾向がある。特に、ＩＧＢＴの耐圧は低温ほど低くなるため、低温時においてサージが大きくなることはＩＧＢＴの信頼性を維持する上で問題となる。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、パワースイッチング素子及びその入出力端子に逆並列に接続されたフリーホイールダイオードを備える電力変換回路を駆動対象とするものにあって、パワースイッチング素子をより適切に駆動することのできる電力変換回路の駆動装置及び電力変換システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【００１１】
請求項１記載の発明は、パワースイッチング素子及びその入出力端子に逆並列に接続されたフリーホイールダイオードを備える電力変換回路を駆動対象として且つ、前記フリーホイールダイオードに電流が流れる場合に前記パワースイッチング素子をオフ状態とするオフ状態制御手段を備える電力変換回路の駆動装置において、前記パワースイッチング素子の温度が低い状況下、前記オフ状態制御手段による処理にかかわらず、前記フリーホイールダイオードに電流が流れる場合に前記パワースイッチング素子を強制的にオン状態とするオン状態制御手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
フリーホイールダイオードに電流が流れている際にこれに逆並列に接続されるパワースイッチング素子をオン状態とする場合には、フリーホイールダイオードの電力損失が増大する傾向がある。上記発明では、この点に鑑み、オン状態制御手段を備えることで、パワースイッチング素子の温度が低い状況下、この暖機を促進することができる。このため、パワースイッチング素子の耐圧を迅速に上昇させることができる。これに対し、パワースイッチング素子の温度が高い場合には、オフ状態制御手段による制御によって、フリーホイールダイオードの電力損失を低減することができる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記オン状態制御手段による制御を開始する際の温度の閾値と、該オン状態制御手段による制御を停止する際の温度の閾値とを相違させることを特徴とする。
【００１４】
上記発明では、オン状態制御手段による制御の開始のための閾値と停止のための閾値とを相違させることで、上記制御の開始及び停止が頻繁に繰り返されるハンチング現象を抑制することができる。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記電力変換回路は、車載低圧システムと絶縁された車載高圧システムを構成するものであり、前記オン状態制御手段は、車載高圧システム内に備えられてなることを特徴とする。
【００１６】
上記発明では、車載高圧システム内にオン状態制御手段を備えることで、車載低圧システム内の制御装置の演算負荷を低減することなどができる。
【００１７】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記電力変換回路は、車載低圧システムと絶縁された車載高圧システムを構成するものであって且つ、前記パワースイッチング素子として高電位側のスイッチング素子及び低電位側のスイッチング素子の直列接続体を備え、前記一対のスイッチング素子は、前記低圧システムによって交互にオン状態が指令されるものであり、前記オン状態制御手段及び前記オフ状態制御手段は、車載高圧システム内に備えられてなることを特徴とする。
【００１８】
上記発明では、車載高圧システム内にオン状態制御手段やオフ状態制御手段を備えることで、車載低圧システム内の制御装置の演算負荷を低減することなどができる。
【００１９】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記オン状態制御手段は、前記パワースイッチング素子付近に配置された温度検出手段の出力に基づき、前記オン状態とする処理を行うことを特徴とする。
【００２０】
請求項６記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記パワースイッチング素子は、冷却手段にて冷却されるものであり、前記オン状態制御手段は、前記冷却手段の備える温度検出手段の出力に基づき、前記オン状態とする処理を行うことを特徴とする。
【００２１】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記パワースイッチング素子及び前記フリーホイールダイオードは、同一半導体基板に併設されてなることを特徴とする。
【００２２】
パワースイッチング素子とその入出力端子間に接続されるフリーホイールダイオードとが同一半導体基板に併設される場合には、フリーホイールダイオードに順方向電流が流れる際の電力損失がスイッチング素子のオン状態により増大する現象が特に顕著となる。このため、上記発明は、オン状態制御手段による制御によるパワースイッチング素子の暖機効果が特に高いものとなっている。
【００２３】
請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力変換回路の駆動装置と、前記電力変換回路とを備える電力変換システムである。
【００２４】
上記発明は、オン状態制御手段及びオフ状態制御手段の双方を備えることで、パワースイッチング素子の信頼性を高く維持することのできるシステムを実現している。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１の実施形態にかかるシステム構成図。
【図２】同実施形態にかかるＩＧＢＴ及びダイオードの断面構成を示す断面図。
【図３】同実施形態にかかるダイオードの電流の検出処理回路を示す回路図。
【図４】感温ダイオードの出力特性を示す図。
【図５】第２の実施形態にかかるインバータの冷却装置を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる電力変換回路の駆動装置をハイブリッド車の電力変換回路の駆動装置に適用した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
図１に、本実施形態のシステム構成を示す。図示されるように、車載回転機としてのモータジェネレータ１０は、インバータＩＶ及びコンバータＣＶを介して高圧バッテリ１２に接続されている。コンバータＣＶは、高圧バッテリ１２の電圧(例えば「２８８Ｖ」)を、所定の上限電圧(例えば「６６０Ｖ」)の範囲で昇圧する昇圧回路である。詳しくは、コンバータＣＶは、高電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｐ及び低電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｎの直列接続体と、直列接続体の接続点を高圧バッテリ１２に接続するコイルＬと、パワースイッチング素子Ｓｗｐ及びパワースイッチング素子Ｓｗｎのそれぞれの入出力端子間に接続される高電位側のフリーホイールダイオードＦＤｐ及び低電位側のフリーホイールダイオードＦＤｎと、パワースイッチング素子Ｓｗｐ及びパワースイッチング素子Ｓｗｎに並列接続されるコンデンサＣとを備えている。コンバータＣＶの電圧は、インバータＩＶに入力電圧として取り込まれる。
【００２８】
インバータＩＶは、高電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｐ及び低電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｎの直列接続体が３つ並列接続されて構成されている。そして、これら各直列接続体の接続点が、モータジェネレータ１０の各相にそれぞれ接続されている。これら高電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｐ及び低電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｎのそれぞれの入出力端子間には、高電位側のフリーホイールダイオードＦＤｐ及び低電位側のフリーホイールダイオードＦＤｎが接続されている。
【００２９】
上記インバータＩＶ及びコンバータＣＶを構成するパワースイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎの導通制御端子(ゲート)には、いずれも駆動回路ＤＣが接続されている。これにより、パワースイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎは、駆動回路ＤＣ及びインターフェース１４を介して、低圧バッテリ１６を電源とするマイクロコンピュータ(マイコン２０)にて駆動される。ここで、インターフェース１４は、インバータＩＶやコンバータＣＶを備える高圧システムと、マイコン２０を備える低圧システムとを絶縁するフォトカプラ等の絶縁手段を備えて構成されるものである。
【００３０】
図１には、マイコン２０内でなされる処理のうち、特に、パワースイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎを操作するための処理の一部を模式的に示している。ここで、ＰＷＭ信号生成部２２は、所定の周波数で変調されたＰＷＭ信号として、インバータＩＶのＵ相、Ｖ相、及びＷ相、並びにコンバータＣＶのそれぞれのパワースイッチング素子を操作するための信号ｇｕ，ｇｖ，ｇｗ，ｇｃｖを生成する。相補信号生成部２４は、これら各信号ｇｕ，ｇｖ，ｇｗ，ｇｃｖに基づき、高電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｐ及び低電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｎを交互にオン状態とするための操作信号を生成する。すなわち、インバータＩＶのＵ相、Ｖ相、Ｗ相並びにコンバータＣＶのそれぞれの高電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｐを操作する操作信号ｇｕｐ，ｇｖｐ，ｇｗｐ、ｇｃｐと、インバータＩＶのＵ相、Ｖ相、Ｗ相並びにコンバータＣＶのそれぞれの低電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｎを操作する操作信号ｇｕｎ，ｇｖｎ，ｇｗｎ、ｇｃｎとを生成する。
【００３１】
上記パワースイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎは、いずれも、入力端子及び出力端子が一義に定義されており、出力端子から入力端子への電流の流通を阻止するスイッチング素子である。詳しくは、これらは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）にて構成されている。特に、本実施形態では、ＩＧＢＴとして、ダイオード内蔵型のものを用いている。すなわち、本実施形態では、高電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｐ及び高電位側のフリーホイールダイオードＦＤｐは互いに同一の半導体基板に隣接して形成されており、低電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｎ及び低電位側のフリーホイールダイオードＦＤｎは互いに並列に同一半導体基板に隣接して形成されている。
【００３２】
図２に、本実施形態にかかるダイオード内蔵型ＩＧＢＴの断面構造を示す。図示されるように、ＩＧＢＴセル３０及びダイオードセル３２が互いに同一半導体基板に併設されている。詳しくは、Ｎ型半導体基板３４の主面側に、Ｐ型層３６が形成されている。そして、Ｐ型層３６の上面には、主面側Ｎ型層領域３８及び主面側Ｐ型層領域４０が形成されている。そして、主面側Ｎ型層領域３８及び主面側Ｐ型層領域４０並びに、Ｐ型層３６を貫通するようにしてトレンチ４２が形成され、トレンチ４２には、ＩＧＢＴセルのゲートを構成する電極４４が埋め込まれている。一方、Ｎ型半導体基板３４の裏面側には、裏面側Ｐ型層４６及び裏面側Ｎ型層４８が形成されている。
【００３３】
上記電極４４のうちトレンチ４２から突き出した上面は、層間絶縁膜４９にて覆われている。そして、層間絶縁膜４９、上記Ｐ型層３６、主面側Ｎ型層領域３８及び主面側Ｐ型層領域４０の上面には、電極５０が、ＩＧＢＴセル３０及びダイオードセル３２の双方の領域を覆うようにして形成されている。この電極５０は、ＩＧＢＴセル３０のエミッタ及びダイオードセル３２のアノード間で共有されるものである。一方、上記裏面側Ｐ型層４６及び裏面側Ｎ型層４８は、電極５２によって覆われている。この電極５２は、ＩＧＢＴセル３０のコレクタ及びダイオードセル３２のカソード間で共有されるものである。
【００３４】
図３に、駆動回路ＤＣの回路構成を示す。なお、以下では、高電位側及び低電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎをパワースイッチング素子Ｓｗとし、高電位側及び低電位側のフリーホイールダイオードＦＤｐ、ＦＤｎをフリーホイールダイオードＦＤと表記する。また、操作信号ｇｕｐ，ｇｖｐ，ｇｗｐ，ｇｕｎ，ｇｖｎ，ｇｗｎ、ｇｃｐ、ｇｃｎを操作信号ｇと表記する。
＜パワースイッチング素子Ｓｗの強制的なオフ処理＞
ここではまず第１に、フリーホイールダイオードＦＤに順方向電流が流れていると判断される場合、これに逆並列に接続されるパワースイッチング素子Ｓｗを、上記操作信号ｇにかかわらず、強制的にオフ状態とする機能について説明する。これは、フリーホイールダイオードＦＤの電力損失を低減するためのものである。すなわち、高電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｐ及び低電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｎは、相補的にオン操作されるものであるため、これらに電流が流れず、これらに逆並列に接続されるフリーホイールダイオードＦＤｐ、ＦＤｎに順方向電流が流れる場合であっても、オン操作される。しかし、この場合には、フリーホイールダイオードＦＤｐ，ＦＤｎに順方向電流が流れる際の電力損失が、パワースイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎがオフ状態である場合よりも増大する。
【００３５】
図示されるように、駆動回路ＤＣは、フリーホイールダイオードＦＤのアノード及び電源６２間にスイッチング素子６４及びスイッチング素子６６の直列接続体を備えており、これらの接続点がパワースイッチング素子Ｓｗの導通制御端子（ゲート）に接続されている。一方、インターフェース１４を介して駆動回路ＤＣに取り込まれる操作信号ｇは、駆動ＩＣ６０に取り込まれ、駆動ＩＣ６０では、これに基づきスイッチング素子６４，６６を操作する。ここで、スイッチング素子６４がオン状態とされて且つスイッチング素子６６がオフ状態とされることで、パワースイッチング素子Ｓｗのゲートが電源６２からの電荷にて充電される。これに対し、スイッチング素子６４がオフ状態とされて且つスイッチング素子６６がオン状態とされることで、パワースイッチング素子Ｓｗのゲートの電荷が放電される。
【００３６】
ここで、上記パワースイッチング素子Ｓｗの入力端子（コレクタ）及びフリーホイールダイオードＦＤのカソードの接続点には、検出用ダイオード７０のカソードが接続されている。詳しくは、この検出用ダイオード７０のカソードは、電力変換回路（インバータＩＶ、コンバータＣＶ）の配線に接続される電流検出回路（駆動回路ＤＣ）内の配線Ｌ１に接続されるものである。検出用ダイオード７０は、フリーホイールダイオードＦＤと比較すると定格電流が小さくなっているものの（例えば「１Ａ未満〜数Ａ」）、耐圧についてはフリーホイールダイオードＦＤ程度（例えば「数百Ｖ」）を有する整流素子である。検出用ダイオード７０は、フリーホイールダイオードＦＤを流れる電流を検出すべくフリーホイールダイオードＦＤのカソード側に電流検出回路を接続する場合にこれに高電圧が印加されるのを阻止する機能を有する。これにより、検出用ダイオード７０のアノード側の部品については、高耐圧が要求されず、小電流低耐圧の部品にて構成することが可能となる。
【００３７】
検出用ダイオード７０のアノード側には、シャント抵抗７２が接続されている。そして、シャント抵抗７２には、電源７４の正極が接続されており、電源７４の負極はフリーホイールダイオードＦＤのアノード側に接続されている。詳しくは、電源７４の負極は、電力変換回路（インバータＩＶ、コンバータＣＶ）の配線に接続される電流検出回路（駆動回路ＤＣ）内の配線Ｌ２に接続されている。そして、シャント抵抗７２の両端には、コンデンサ７６が並列接続されている。コンデンサ７６は、パワースイッチング素子ＳｗやフリーホイールダイオードＦＤの入出力端子間に印加される電圧ノイズ（サージ）が電流検出に影響を及ぼすことを回避するためのフィルタとしての機能を有するものである。
【００３８】
シャント抵抗７２（コンデンサ７６）の両端には、差動増幅回路８０が設けられている。差動増幅回路８０は、オペアンプ８０ａを備えて構成されている。そして、オペアンプ８０ａの反転入力端子及び出力端子間を接続する抵抗体８０ｂと、反転入力端子に接続される抵抗体８０ｃと、非反転入力端子に接続される抵抗体８０ｄとを備えている。
【００３９】
上記シャント抵抗７２の電圧降下量に応じた差動増幅回路８０の出力電圧は、コンパレータ８２の非反転入力端子に印加される。コンパレータ８２の反転入力端子には、基準電源８４の正極が接続されており、基準電源８４の負極は、上記配線Ｌ２に接続されている。これにより、コンパレータ８２の非反転入力端子には、基準電源８４の閾値電圧Ｖｔｈ１が印加される。この閾値電圧Ｖｔｈ１は、検出用ダイオード７０に順方向電流が流れるか否かを判断するためのものである。
【００４０】
上記電源７４の電圧Ｖｐは、フリーホイールダイオードＦＤに順方向電流が流れる際の電圧降下量ｖｆ１と、パワースイッチング素子Ｓｗのコレクタ及びエミッタ間の電圧降下量Ｖｃｅと、検出用ダイオード７０に順方向電流が流れる際の電圧降下量ｖｆ２とを用いて、「ｖｆ２−ｖｆ１＜Ｖｐ＜ｖｆ２＋Ｖｃｅ」の関係を満たす値に設定されている。これは、フリーホイールダイオードＦＤに順方向電流が流れる際に検出用ダイオード７０に順方向電流を流して且つ、パワースイッチング素子Ｓｗに電流が流れる際に検出用ダイオード７０に順方向電流が流れないようにする設定である。ここで、電源７４を設けたのは、検出用ダイオード７０の電圧降下量ｖｆ２の方がフリーホイールダイオードＦＤの電圧降下量ｖｆ１よりも大きいためである。すなわち、この場合、電源７４を設けることなくフリーホイールダイオードＦＤに並列に検出用ダイオード７０を接続するなら、フリーホイールダイオードＦＤに順方向電流が流れる場合であっても、検出用ダイオード７０のアノード電位をそのカソード電位よりも電圧降下量ｖｆ２以上高くすることができない。
【００４１】
上記設定によれば、フリーホイールダイオードＦＤに電流が流れることで検出用ダイオード７０に電流が流れ、シャント抵抗７２に電圧降下が生じる。これにより、差動増幅回路８０の出力電圧が閾値電圧Ｖｔｈ１を上回るため、コンパレータ８２からは、パワースイッチング素子Ｓｗのオフ指令信号としての論理値「Ｈ」の信号が出力される。これにより、駆動ＩＣ６０では、後述する場合を除き、操作信号ｇの値にかかわらず、パワースイッチング素子Ｓｗを強制的にオフ状態とする。これに対し、パワースイッチング素子Ｓｗに電流が流れている場合には、検出用ダイオード７０に電流が流れないため、シャント抵抗７２に電圧降下が生じない。このため、差動増幅回路８０の出力電圧は、閾値電圧Ｖｔｈ１よりも低くなり、コンパレータ８２の出力信号は、論理「Ｌ」となる。これにより、駆動ＩＣ６０では、操作信号ｇに応じて、パワースイッチング素子Ｓｗをオン・オフ操作する。
【００４２】
これにより、フリーホイールダイオードＦＤに電流が流れる際には、パワースイッチング素子Ｓｗがオフ状態とされることとなるため、フリーホイールダイオードＦＤの電力損失を低減させることができる。
【００４３】
なお、上記シャント抵抗７２は、フリーホイールダイオードＦＤに電流が流れる際に、電力変換回路（インバータＩＶ，コンバータＣＶ）側から配線Ｌ２を介して検出用ダイオード７０のアノード側へと電流が流れることを回避することができる値に設定されている。すなわち、本実施形態にかかるシャント抵抗７２は、電流検出回路を構成するのみならず、電力変換回路からの電流の流入を阻止するための阻止手段としての機能をも有する。
＜パワースイッチング素子Ｓｗの強制的なオフ処理の解除処理＞
次に、低温時において、上記操作信号ｇの値にかかわらずパワースイッチング素子Ｓｗを強制的にオフ状態とする処理を解除する機能について説明する。
【００４４】
図示されるように、パワースイッチング素子Ｓｗのエミッタ側には、感温ダイオード９０のカソードが接続されている。感温ダイオード９０は、パワースイッチング素子Ｓｗの温度を検出するためのものであり、各パワースイッチング素子Ｓｗに対応してその付近(対応するパワースイッチング素子Ｓｗとの距離が、隣接するパワースイッチング素子Ｓｗ同士の距離よりも短くなる位置)に配置されている。そして、感温ダイオード９０のアノードには、定電流源９２が接続されている。感温ダイオード９０のアノードの電圧は、ヒステリシスコンパレータ９４の反転入力端子に印加される。一方、ヒステリシスコンパレータ９４の非反転入力端子には、パワースイッチング素子Ｓｗのエミッタを基準として閾値電圧Ｖｔｈ２を出力する電源９６の電圧が印加されている。
【００４５】
ここで、感温ダイオード９０の出力電圧は、図４に示すように、検出される温度が低いほど大きくなる。このため、上記ヒステリシスコンパレータ９４の出力は、温度が低い場合に論理「Ｌ」となる。このため、ヒステリシスコンパレータ９４の出力信号と上記コンパレータ８２の出力信号との論理積信号を生成するＡＮＤ回路９８の出力は、温度が低い場合には、コンパレータ８２の出力にかかわらず論理「Ｌ」となる。すなわち、温度が低い場合には、フリーホイールダイオードＦＤに電流が流れても駆動ＩＣ６０にオフ指令信号は入力されない。
【００４６】
こうした構成によれば、パワースイッチング素子Ｓｗが低温である場合、フリーホイールダイオードＦＤに電流が流れる際にパワースイッチング素子Ｓｗをオンとすることで、フリーホイールダイオードＦＤにおける電力損失を増大させることができる。このため、パワースイッチング素子Ｓｗの温度を迅速に上昇させることができ、ひいてはパワースイッチング素子Ｓｗのサージが大きくなる領域やパワースイッチング素子Ｓｗの耐圧が低くなる領域から迅速に逃れることができる。ちなみに、こうした領域は、「１０°Ｃ」以下の領域であるため、上記オフ指令信号が入力されなくなる温度は、「１０°Ｃ」以下、又は常温（２０〜２５°Ｃ)以下とすることが望ましい。
【００４７】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００４８】
（１）パワースイッチング素子Ｓｗの温度が低い状況下、オフ状態制御手段による処理（コンパレータ８２の出力信号）にかかわらず、フリーホイールダイオードＦＤに電流が流れる場合にパワースイッチング素子Ｓｗを強制的にオン状態とした。これにより、パワースイッチング素子Ｓｗの温度が低い状況下、この暖機を促進することができる。
【００４９】
（２）ヒステリシスコンパレータ９４を備えることで、フリーホイールダイオードＦＤに電流が流れる場合にパワースイッチング素子Ｓｗを強制的にオン状態とする制御を開始する際の温度の閾値と、この制御を停止する際の温度の閾値とを相違させた。これにより、上記制御の開始及び停止が頻繁に繰り返されるハンチング現象を抑制することができる。
【００５０】
（３）高電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｐ及び低電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｎのそれぞれを交互にオン状態とするようにマイコン２０によって指令がだされる一方、この指令にかかわらず、パワースイッチング素子Ｓｗを強制的にオフとする機能やこの機能を無効にする機能を駆動回路ＤＣ内に備えた。これにより、マイコン２０内の制御装置の演算負荷を低減することなどができる。
【００５１】
（４）各パワースイッチング素子Ｓｗ付近にそれぞれ配置された感温ダイオード９０の出力に基づき、パワースイッチング素子Ｓｗを強制的にオフとする機能を無効にする処理を行った。これにより、駆動回路ＤＣが、高電位側のものと低電位側のものとで別のＩＣ（低電圧ＩＣ）を備えるものであっても、フォトカプラ等の絶縁手段を用いることなく感温ダイオード９０の出力信号を駆動回路ＤＣに取り込むことができる。
【００５２】
（５）パワースイッチング素子Ｓｗ及びフリーホイールダイオードＦＤが同一半導体基板に併設されたものを採用した。これにより、フリーホイールダイオードＦＤに順方向電流が流れる際の電力損失がパワースイッチング素子Ｓｗのオン状態により増大する現象が特に顕著となるため、低温時にパワースイッチング素子Ｓｗをオンとすることでその暖機効果が特に高いものとなっている。
【００５３】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の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。
【００５４】
上記第１の実施形態では、感温ダイオード９０によって検出される温度に基づき、パワースイッチング素子Ｓｗを強制的にオン操作する処理を行った。これに対し、本実施形態では、インバータＩＶやコンバータＣＶの冷却装置内の温度に基づきこの処理を行う。
【００５５】
図５（ａ）に、本実施形態にかかるインバータＩＶやコンバータＣＶの冷却装置の構成を示す。図示されるように、冷却装置には、パワーカードＰＣが収納され、これらが冷却水によって冷却されている。ここで、パワーカードＰＣは、図５（ｂ）に示すように、パワースイッチング素子Ｓｗ及びフリーホイールダイオードＦＤがパッケージされたものであり、エミッタ端子ＥＴ，コレクタ端子ＣＴ及びゲート端子ＧＴを備えている。
【００５６】
上記冷却装置は、冷却水を循環させることでパワーカードＰＣを冷却するものである。冷却装置の上流には、温度センサ１００が設けられている。温度センサ１００の検出値は、各駆動回路ＤＣに出力される。これにより、本実施形態では、先の第１の実施形態の駆動回路ＤＣの感温ダイオード９０の出力信号に代えて、温度センサ１００の検出値に基づき、パワースイッチング素子Ｓｗを強制的にオフ状態とする機能を解除する処理を行う。このため、本実施形態では、パワーカードＰＣ内に感温ダイオード９０が内蔵されない構成であっても、上記第１の実施形態と同様の処理を行うことができる。
【００５７】
（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。
【００５８】
・上記第２の実施形態では、冷却器の入口における冷却水温度に基づきパワースイッチング素子Ｓｗの温度を把握したが、これに限らない。例えば、冷却器内部の冷却水温度や冷却器の筐体温度に基づきパワースイッチング素子Ｓｗの温度を把握してもよい。
【００５９】
・フリーホイールダイオードＦＤに電流が流れる場合にパワースイッチング素子Ｓｗを強制的にオン状態とする制御を開始するための温度の閾値と、この制御を停止するための温度の閾値とを相違させる構成に限らない。これらを同一としても、上記第１の実施形態の上記（１）、（３）〜（５）の効果を得ることはできる。
【００６０】
・フリーホイールダイオードＦＤに電流が流れる場合にパワースイッチング素子Ｓｗをオフ状態とするオフ状態制御手段としては、上記各実施形態において例示したものに限らない。例えば、上記特許文献１に記載されているものであってもよい。また例えば、マイコン２０が相補信号生成部２４を備える代わりに、フリーホイールダイオードＦＤに電流が流れる場合には、パワースイッチング素子Ｓｗをオフ状態のままとする処理を行うようにしてオフ状態制御手段を構成してもよい。この場合であっても、駆動回路ＤＣ内に、操作信号ｇにかかわらず低温時においてフリーホイールダイオードＦＤに電流が流れることでパワースイッチング素子Ｓｗを強制的にオンする回路を備えることは、パワースイッチング素子Ｓｗの暖機を促進するうえで有効である。
【００６１】
・パワースイッチング素子Ｓｗの温度が低い状況下、フリーホイールダイオードＦＤに電流が流れる場合にパワースイッチング素子Ｓｗを強制的にオン状態とするオン状態制御手段としては、駆動回路ＤＣ内に内蔵されるものに限らない。例えば、マイコン２０が、相補信号生成部２４を備える代わりにフリーホイールダイオードＦＤに電流が流れる場合にはパワースイッチング素子Ｓｗをオフ状態のままとする処理を行うようにしてオフ状態制御手段を構成して且つ、パワースイッチング素子Ｓｗの温度が低い場合にはパワースイッチング素子Ｓｗを強制的にオンするように操作信号を生成してもよい。
【００６２】
・フリーホイールダイオードとしては、先の図２に例示したものに限らない。例えば、「モータ制御用ＲＣ−ＩＧＢＴ  高橋秀樹、他２名  ７（３１５）  三菱電機技報、ＶＯｌ８１、ＮＯ．５，２００７」に記載されているように、ＩＧＢＴをオン状態とすることに起因したフリーホイールダイオードの電力損失を低減する工夫のなされたものであってもよい。この場合であっても、同技報の図５に示されるように、ＩＧＢＴをオン状態とすることでフリーホイールダイオードの順方向電圧が上昇するために、本発明の適用は有効である。
【００６３】
・駆動回路ＤＣとしては、ゲート抵抗やゲート印加電圧を固定するものに限らない。換言すれば、ゲートの充電速度を可変とする機能を持たないものに限らない。ゲート抵抗やゲート印加電圧を可変とする機能を有するものであっても、上記各実施形態の要領でパワースイッチング素子Ｓｗの暖機を促進することで、パワースイッチング素子Ｓｗの耐圧を迅速に上昇させることなどはできる。
【００６４】
・電力変換回路としては、上記インバータＩＶや、ブーストコンバータとしてのコンバータＣＶに限らない。例えば、高圧バッテリ１２の電圧を降圧して低圧バッテリ１６に印加する降圧コンバータであってもよい。
【００６５】
・電力変換回路としては、ハイブリッド車に搭載されるものに限らず、例えば電気自動車に搭載されるものであってもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１０…モータジェネレータ、１２…高圧バッテリ、２４…相補信号生成部、７０…検出用ダイオード、７２…シャント抵抗、７４…電源、８０…差動増幅回路、８２…コンパレータ、９０…感温ダイオード、９４…ヒステリシスコンパレータ、Ｓｗｐ，Ｓｗｎ，Ｓｗ…パワースイッチング素子、ＦＤｐ、ＦＤｎ，ＦＤ…フリーホイールダイオード、ＩＶ…インバータ、ＣＶ…コンバータ、ＤＣ…駆動回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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