(57)【要約】【課題】リカバリサージ電圧のピーク値が大きくなるのを抑制する。【解決手段】バッテリ２９とフィルムキャパシタ２１とトランジスタ２３，２５とゲート抵抗２４，２６とフライホイールダイオード２２と電流センサ２７と制御ユニット３０とを備え、制御ユニット３０は、電流センサ２７により検出される負荷電流が所定値以下のときにはトランジスタ２３，２５のうち一方だけ（例えば、トランジスタ２３だけ）にオンとするための信号を出力し、負荷電流が所定値より大きいときにはトランジスタ２３，２５の両方にオンとするための信号を出力する。これにより、大きなゲート抵抗を用いることなくリカバリサージ電圧のピーク値が大きくなるのを抑制することができ、ゲート抵抗による損失も抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷としてのモータの一端に正極が接続されたバッテリと、該バッテリの正極と負極とに接続されたキャパシタと、前記モータの前記一端とは異なる他端と前記バッテリの負極とに対して並列接続された２つのトランジスタと、該２つのトランジスタの各々の入力部に取り付けられた入力抵抗と、前記モータの他端および前記２つのトランジスタから前記バッテリの正極に順方向に接続されたダイオードと、前記２つのトランジスタの各々の入力部に信号を出力する制御手段と、を備え、前記モータに電力を供給する電源装置において、
前記モータに流れる電流である負荷電流を検出または推定する負荷電流検出推定手段を備え、
前記制御手段は、前記２つのトランジスタの一方または両方をオンとする際、前記検出または推定された負荷電流が予め設定された所定値より大きいときには前記２つのトランジスタの各々の入力部に該トランジスタをオンとするための信号を出力し、前記検出または推定された負荷電流が前記所定値以下のときには前記２つのトランジスタのうちの一方の入力部に該トランジスタをオンとするための信号を出力する手段である、
ことを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電源装置としては、ＩＧＢＴなどの第１の素子と、第１の素子に直列に接続されたＩＧＢＴなどの第２の素子と、第１の素子のゲート電圧を制御するドライバおよび第１の制御回路と、第２の素子のゲート電圧を制御する第２の制御回路と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、第１の素子のターンオン時には、第２の素子の電圧の立ち上がりを検出してから一定時間が経過するまでは第１の素子へのゲート抵抗を用いることによってサージ電圧を抑制し、その後に第１の制御回路が第１の素子へのゲート抵抗を大きな抵抗から小さな抵抗に切り替えることによってスイッチング損失を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１７７８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の電源装置では、第１の素子のターンオン時に大きなゲート抵抗とするため、損失が比較的大きくなる。こうした電源装置では、大きなゲート抵抗を用いずにリカバリサージ電圧のピーク値が大きくなるのを抑制することが課題の一つとされている。
【０００５】
本発明の電源装置は、リカバリサージ電圧のピーク値が大きくなるのを抑制することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電源装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の電源装置は、
負荷としてのモータの一端に正極が接続されたバッテリと、該バッテリの正極と負極とに接続されたキャパシタと、前記モータの前記一端とは異なる他端と前記バッテリの負極とに対して並列接続された２つのトランジスタと、該２つのトランジスタの各々の入力部に取り付けられた入力抵抗と、前記モータの他端および前記２つのトランジスタから前記バッテリの正極に順方向に接続されたダイオードと、前記２つのトランジスタの各々の入力部に信号を出力する制御手段と、を備え、前記モータに電力を供給する電源装置において、
前記モータに流れる電流である負荷電流を検出または推定する負荷電流検出推定手段を備え、
前記制御手段は、前記２つのトランジスタの一方または両方をオンとする際、前記検出または推定された負荷電流が予め設定された所定値より大きいときには前記２つのトランジスタの各々の入力部に該トランジスタをオンとするための信号を出力し、前記検出または推定された負荷電流が前記所定値以下のときには前記２つのトランジスタのうちの一方の入力部に該トランジスタをオンとするための信号を出力する手段である、
ことを特徴とする。
【０００８】
この本発明の電源装置では、負荷としてのモータの一端に正極が接続されたバッテリと、バッテリの正極と負極とに接続されたキャパシタと、モータの一端とは異なる他端とバッテリの負極とに対して並列接続された２つのトランジスタと、２つのトランジスタの各々の入力部に取り付けられた入力抵抗と、モータの他端および２つのトランジスタからバッテリの正極に順方向に接続されたダイオードと、を備えるハード構成で、２つのトランジスタの一方または両方をオンとする際には、モータに流れる電流である負荷電流が予め設定された所定値より大きいときには２つのトランジスタの各々の入力部にトランジスタをオンとするための信号を出力し、負荷電流が所定値以下のときには２つのトランジスタのうちの一方の入力部にトランジスタをオンとするための信号を出力する。ここで、所定値は、２つのトランジスタのうち一方だけをオンする際にオンする側のトランジスタの定格電流から負荷電流電流検出推定手段の誤差を減じた値とするものとすることもできる。こうしたハード構成の電源装置では、トランジスタをオンする際に、オンするトランジスタに流れる電流が小さいと、トランジスタの両端の電圧が迅速に低下することにより、ダイオードに逆方向に流れる電流（逆回復電流）が値ゼロに近づくときに大きくなるダイオードの逆方向の電圧（リカバリサージ電圧）のピーク値が大きくなりやすい傾向があるが、負荷に流れる電流が小さいときに２つのトランジスタのうちの一方の入力部だけにトランジスタをオンとするための信号を出力することにより、２つのトランジスタの各々の入力部にトランジスタをオンとするための信号を出力する場合に比してオンするトランジスタに流れる電流を大きくしてトランジスタの両端の電圧の低下を緩やかにすることができ、リカバリサージ電圧のピーク値が大きくなるのを抑制することができる。しかも、本発明の電源装置では、２つのトランジスタの一方または両方の入力部にトランジスタをオンとするための信号を出力することによってリカバリサージ電圧のピーク値が大きくなるのを抑制するから、大きな入力抵抗を用いることなくリカバリサージ電圧のピーク値が大きくなるのを抑制することができ、入力抵抗による損失も抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電源装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】トランジスタ２３，２５の両方をオンとする際の、素子電圧Ｖｃｅと素子電流Ｉｃとダイオード逆電圧Ｖｄとダイオード電流Ｉｄとキャパシタ電圧Ｖｃと誘起電圧ＶＬとの時間変化の様子を模式的に示した模式図である。
【図３】トランジスタ２３，２５の両方をオンとする際の、素子電圧Ｖｃｅとダイオード逆電圧Ｖｄとキャパシタ電圧Ｖｃと誘起電圧ＶＬとの時間変化の様子を模式的に示した模式図である。
【図４】リカバリサージ電圧Ｖｄがピーク値になるタイミングにおける素子電流Ｉｃとリカバリサージ電圧Ｖｄと素子電圧Ｖｃｅとの関係を示す説明図である。
【図５】負荷電流Ｉｍに対するリカバリサージ電圧Ｖｄのピーク値の特性を示す説明図である。
【図６】電源装置１２０の構成の概略を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の一実施例としての電源装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電源装置２０は、モータ１２に電力を供給する電源装置として構成されており、図１に示すように、負荷としてのモータ１２の一端に正極が接続されたバッテリ２９と、バッテリ２９の正極およびモータ１２の一端とバッテリ２９の負極とに接続されたフィルムキャパシタ２１と、モータ１２の他端とバッテリ２９の負極とに対して並列接続されたトランジスタ（例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなど）２３，２５と、トランジスタ２３，２５のそれぞれの入力部（ゲート）に接続されたゲート抵抗２４，２６と、モータ１２の他端およびトランジスタ２３，２５からバッテリ２９の正極に順方向に接続されたフライホイールダイオード２２と、モータ１２に流れる電流である負荷電流Ｉｍを検出する電流センサ２７と、電流センサ２７から負荷電流Ｉｍを入力すると共にトランジスタ２３，２３の入力部（ゲート）に信号を出力する制御ユニット３０と、を備える。
【００１２】
図２は、トランジスタ２３，２５の両方をオンとする際の、トランジスタ２３，２５の両端の電圧（コレクタ−エミッタ間の電圧）である素子電圧Ｖｃｅと各トランジスタに流れる電流である素子電流Ｉｃとフライホイールダイオード２２の逆方向の電圧であるダイオード逆電圧Ｖｄとフライホイールダイオード２２の順方向の電流であるダイオード電流Ｉｄとフィルムキャパシタ２１の両端の電圧であるキャパシタ電圧Ｖｃと電源装置２０の寄生インダクタンスによって発生する誘起電圧ＶＬとの時間変化の様子を模式的に示した模式図である。トランジスタ２３，２５の両方をオンとする際には、図示するように、素子電圧Ｖｃｅが低下していくと共にダイオード電流Ｉｄが値０を跨いで負側に低下していき、その後、ダイオード電流Ｉｄが負側の値からゼロに近づくときにダイオード電流Ｉｄの変化によってダイオード逆電圧Ｖｄが増加して（以下、このときの電圧をリカバリサージ電圧Ｖｄという）ある時点でリカバリサージ電圧Ｖｄはピーク値となり、その後、素子電圧Ｖｃｅや誘起電圧ＶＬは値０により近づいていきダイオード逆電圧Ｖｄはキャパシタ電圧Ｖｃに近づいていく。なお、リカバリサージ電圧Ｖｄは、理論的には、キャパシタ電圧Ｖｃから素子電圧Ｖｃｅと誘起電圧ＶＬとを減じたものとして考えることができる。図３（ａ）はトランジスタ２３，２５の両方をオンとする際に素子電流Ｉｃが小さい場合の素子電圧Ｖｃｅとダイオード逆電圧Ｖｄとキャパシタ電圧Ｖｃと誘起電圧ＶＬとの時間変化の様子を示す模式図であり、図３（ｂ）はトランジスタ２３，２５の両方をオンとする際に素子電流Ｉｃが大きい場合の素子電圧Ｖｃｅとダイオード逆電圧Ｖｄとキャパシタ電圧Ｖｃと誘起電圧ＶＬとの時間変化の様子を示す模式図である。トランジスタ２３，２５の両方をオンとする際に素子電流Ｉｃが小さい場合には、図３（ａ）に示すように、素子電圧Ｖｃｅが迅速に低下し、素子電圧Ｖｃｅが充分に小さくなったタイミングでダイオード逆電圧Ｖｄ（リカバリサージ電圧Ｖｄ）が比較的高いピーク値になる。一方、トランジスタ２３，２５の両方をオンとする際に素子電流Ｉｃが大きい場合には、図３（ｂ）に示すように、素子電流Ｉｃが小さい場合に比して素子電圧Ｖｃｅが緩やかに低下し、素子電圧Ｖｃｅがある程度の大きさのタイミングでダイオード逆電圧Ｖｄが比較的低いピーク値になる。これらより、リカバリサージ電圧Ｖｄがピーク値になるタイミングにおいて、素子電流Ｉｃが小さい場合には、素子電流Ｉｃが大きい場合に比して素子電圧Ｖｃｅが低くなると共にリカバリサージ電圧Ｖｄのピーク値が大きくなると考えられる。このリカバリサージ電圧Ｖｄがピーク値になるタイミングにおける素子電流Ｉｃとリカバリサージ電圧Ｖｄと素子電圧Ｖｃｅとの関係を図４に示す。なお、トランジスタ２３，２５の一方だけをオンとする際も、素子電流Ｉｃに応じて図４と同様の傾向を示すと考えられる。実施例では、この素子電流Ｉｃとリカバリサージ電圧Ｖｄのピーク値との関係を考慮して、制御ユニット３０は、トランジスタ２３，２５のオン要求がなされたときに、電流センサ２７により検出される負荷電流Ｉｍが所定値Ｉｍｒｅｆ以下のときにはトランジスタ２３，２５のうち一方だけ（例えば、トランジスタ２３だけ）にオンとするための信号を出力し、負荷電流Ｉｍが所定値Ｉｍｒｅｆより大きいときにはトランジスタ２３，２５の両方にオンとするための信号を出力するものとした。ここで、所定値Ｉｍｒｅｆは、トランジスタ２３，２５のうち一方だけをオンとする際にオンする側のトランジスタの定格電流から電流センサ２７の検出誤差を減じた値などを用いることができる。このようにして、負荷電流Ｉｍが小さいときには、トランジスタ２３，２５のうち一方だけをオンとすることにより、トランジスタ２３，２５の両方をオンとする場合に比して素子電流Ｉｃが大きくなり素子電圧Ｖｃｅの低下が緩やかになることによってリカバリサージ電圧Ｖｄのピーク値を低くすることができる。しかも、実施例では、制御ユニット３０がトランジスタ２３，２５のうち一方または両方にオンとするための信号を出力するものであり、トランジスタ２３，２５のゲート抵抗２４，２６を大きくするものではないから、大きなゲート抵抗を用いることなくリカバリサージ電圧Ｖｄのピーク値が大きくなるのを抑制することができ、ゲート抵抗による損失も抑制することができる。なお、負荷電流Ｉｍが所定値Ｉｍｒｅｆより大きいときには、トランジスタ２３，２５の仕様（定格電流）のためにトランジスタ２３，２５の両方をオンとする必要がある。
【００１３】
図５は、負荷電流Ｉｍに対するリカバリサージ電圧Ｖｄのピーク値の特性を示す説明図である。図中、実線は負荷電流Ｉｍが所定値Ｉｍｒｅｆ以下のときにはトランジスタ２３，２５のうち一方のみをオンとし負荷電流Ｉｍが所定値Ｉｍｒｅｆより大きいときにはトランジスタ２３，２５の両方をオンとする実施例の特性を示し、破線は負荷電流Ｉｍに拘わらずトランジスタ２３，２５の両方をオンとする比較例の特性を示す。実施例の場合、図示するように、負荷電流Ｉｍが所定値Ｉｍｒｅｆ以下の場合にリカバリサージ電圧Ｖｄのピーク値が大きくなるのを抑制することができる。
【００１４】
以上説明した実施例の電源装置２０によれば、負荷としてのモータ１２の一端に正極が接続されたバッテリ２９と、バッテリ２９の正極およびモータ１２の一端とバッテリ２９の負極とに接続されたフィルムキャパシタ２１と、モータ１２の他端とバッテリ２９の負極とに対して並列接続されたトランジスタ２３，２５と、トランジスタ２３，２５のそれぞれの入力部（ゲート）に接続されたゲート抵抗２４，２６と、モータ１２の他端およびトランジスタ２３，２５からバッテリ２９の正極に順方向に接続されたフライホイールダイオード２２と、モータ１２に流れる電流である負荷電流Ｉｍを検出する電流センサ２７と、電流センサ２７から負荷電流Ｉｍを入力すると共にトランジスタ２３，２３の入力部に信号を出力する制御ユニット３０と、を備え、制御ユニット３０は、トランジスタ２３，２５のオン要求がなされたときに、電流センサ２７により検出される負荷電流Ｉｍが所定値Ｉｍｒｅｆ以下のときにはトランジスタ２３，２５のうち一方だけ（例えば、トランジスタ２３だけ）にオンとするための信号を出力し、負荷電流Ｉｍが所定値Ｉｍｒｅｆより大きいときにはトランジスタ２３，２５の両方にオンとするための信号を出力するから、大きなゲート抵抗を用いることなくリカバリサージ電圧Ｖｄのピーク値が大きくなるのを抑制することができ、ゲート抵抗による損失も抑制することができる。
【００１５】
実施例の電源装置２０では、モータ１２に流れる電流である負荷電流Ｉｍを検出する電流センサ２７を備えるものとしたが、電流センサ２７を備えず、制御ユニット３０において、モータ１２の電流指令やトランジスタ２３，２５の駆動指令などに基づいて負荷電流Ｉｍを推定するものとしてもよい。
【００１６】
実施例では、モータ１２に電力を供給する電源装置２０に適用するものとしたが、図６に例示するように、三相交流モータ１１２に電力を供給する電源装置１２０に適用するものとしてもよい。なお、図６では、見やすさを考慮して、各トランジスタの入力部（ゲート）に接続されたゲート抵抗については省略した。図６の電源装置１２０は、バッテリ１２９と、バッテリ１２９の正極と負極とに接続されたキャパシタ１２１と、１２個のトランジスタＴ１１〜Ｔ６２と、トランジスタＴ１１〜Ｔ６２に逆方向に並列接続された１２個のダイオードＤ１１〜Ｄ６２と、各トランジスタＴ１１〜Ｔ６２の入力部（ゲート）に接続された図示しないゲート抵抗と、三相交流モータ１１２の各相に流れる電流を検出する電流センサ１２７Ｕ，１２７Ｖ，１２７Ｗと、電流センサ１２７Ｕ，１２７Ｖ，１２７Ｗから相電流を入力すると共にとトランジスタＴ１１〜Ｔ６２をオンオフする制御ユニット１３０と、を備える。１２個のトランジスタＴ１１〜Ｔ６２は、三相交流モータ１１２のＵ相，Ｖ相，Ｗ相に対してバッテリ１２９の正極側と負極側とに２つずつ並列接続されている。この電源装置１２０でも、例えば、トランジスタＴ４１，Ｔ４２の一方または両方をオンとする際に、制御ユニット１３０が、電流センサ１２７Ｕにより検出される電流が所定値を超えるときにはトランジスタＴ４１，Ｔ４２の両方にオンとするための信号を出力し、電流センサ１２７Ｕにより検出される電流が所定値以下のときにはトランジスタＴ４１，Ｔ４２の一方だけにオンとするための信号を出力することにより、大きなゲート抵抗を用いることなく、リカバリサージ電圧Ｖｄのピーク値が大きくなるのを抑制することができる。
【００１７】
実施例では、２つのトランジスタを並列接続するものとしたが、３つ以上のトランジスタを並列接続するものとしてもよい。
【００１８】
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、バッテリ２９が「バッテリ」に相当し、フィルムキャパシタ２１が「キャパシタ」に相当し、トランジスタ２３，２５が「２つのトランジスタ」に相当し、ゲート抵抗２４，２６が「入力抵抗」に相当し、フライホイールダイオード２２が「ダイオード」に相当し、電流センサ２７が「負荷電流検出推定手段」に相当し、電流センサ２７により検出される負荷電流Ｉｍが所定値Ｉｍｒｅｆ以下のときにはトランジスタ２３，２５のうち一方だけ（例えば、トランジスタ２３だけ）にオンとするための信号を出力し、負荷電流Ｉｍが所定値Ｉｍｒｅｆより大きいときにはトランジスタ２３，２５の両方にオンとするための信号を出力する制御ユニット３０が「制御手段」に相当する。
【００１９】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、電源装置の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００２１】
１２  モータ、２０  電源装置、２１  フィルムキャパシタ、２２  フライホイールダイオード、２３，２５  トランジスタ、２４，２６  ゲート抵抗、２７  電流センサ、２９  バッテリ、３０  制御ユニット、１１２  三相交流モータ、１２０  電源装置、１２１  キャパシタ、１２７Ｕ，１２７Ｖ，１２７Ｗ  電流センサ、１２９  バッテリ、１３０  制御ユニット、Ｄ１１〜Ｄ６２  ダイオード、Ｔ１１〜Ｔ６２  トランジスタ。
【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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【図６】
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