(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された直流電力をスイッチング素子のスイッチング動作により交流電力に変換して出力する電力変換装置であって、
互いに直列接続された２つのスイッチング素子の両側端子を電力入力端子とし、前記２つのスイッチング素子の接続点を電力出力端子とする直列回路が、前記電力出力端子を介して少なくとも２つ並列接続されて構成されるブリッジ回路と、
スイッチング素子をオンオフ制御する駆動信号を出力する駆動回路と、
前記駆動回路の駆動信号出力端子を結線の起点として、同一の駆動信号によってオンオフ制御される前記スイッチング素子に対して、当該スイッチング素子ごとに個別に結線され、それぞれ互いに略等しいインダクタンスを有する信号線と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記信号線は、
前記駆動信号出力端子の正側電極と、当該当該駆動信号出力端子から同一の駆動信号が供給される各前記直列回路中の前記スイッチング素子の各ゲート端子とを個別に結線するゲート用信号線と、
前記駆動信号出力端子の負側電極と、当該当該駆動信号出力端子から同一の駆動信号が供給される各前記直列回路中の前記スイッチング素子の各エミッタ端子とを個別に結線するエミッタ用信号線と、
を有する請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記同一の駆動信号を伝達する信号線については互いに略等しいインダクタンスとなるように当該信号線上にインダクタが設けられる請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記同一の駆動信号を伝達する信号線については略等しいインピーダンスを有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記信号線は、ケーブル、またはプリント基板上に設けられる配線パターンからなる請求項１〜４のいずれか一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、入力された直流電力をスイッチング素子のスイッチング動作により交流電力に変換して出力する電力変換装置に関し、特に、直列接続された２つのスイッチング素子を有する直列回路が並列接続されて並列駆動される電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、あるいは各種ロボット内のモータを駆動するモータ駆動装置においては、入力された直流電力を三相交流モータ駆動用の交流電力に変換する電力変換装置として、三相のインバータ回路が一般的に用いられる。
【０００３】
図４は、モータ駆動装置に用いられる三相インバータ回路を示す回路図である。以下、主としてｕ相について説明するが、ｖ相およびｗ相についても同様である。モータ駆動装置において、インバータ回路１０１の直流入力側の端子ＰおよびＮには直流電圧が印加され、三相交流モータを駆動するための三相の交流電流ｉu、ｉvおよびｉwが出力される。インバータ回路１０１は、還流ダイオードＤが逆並列に接続されたスイッチング素子ＳｕT、ＳｖT、ＳｗT、ＳｕB、ＳｖB、およびＳｗBが上アームおよび下アームそれぞれに設けられたフルブリッジインバータとして構成される。具体的にいえば、ｕ相についてはスイッチング素子ＳｕTおよびＳｕBによる直列回路、ｖ相についてはスイッチング素子ＳｖTおよびＳｖBによる直列回路、ｗ相についてはスイッチング素子ＳｗTおよびＳｗBによる直列回路がそれぞれ構成される。スイッチング素子としては、例えばＩＧＢＴなどがある。インバータ回路１０１において、これら各直列回路は並列接続され、各直列回路の両側端子は電力入力端子として機能し、各直列回路における２つのスイッチング素子の接続点は電力出力端子として機能する。各スイッチング素子のゲートには駆動回路５１からの駆動信号が入力され、この駆動信号により各スイッチング素子のオンオフ制御を行う。これにより、入力された直流電力を三相交流モータの駆動のための所望の周波数および所望の電圧の交流電流に変換する。なお、図４においては、駆動回路５１から各スイッチング素子のエミッタ端子に接続される信号線については省略している。また、ここでは特に図示しないが、一般にインバータ回路１０１の直流入力側には、商用の交流電源から入力された交流を直流に変換して出力する順変換器（整流器）が設けられることが多い。
【０００４】
上述のインバータ回路１０１において、出力される三相交流電流ｉu、ｉvおよびｉwはスイッチング素子ＳｕT、ＳｖT、ＳｗT、ＳｕB、ＳｖB、およびＳｗBの性能によって決まる。より高出力の三相交流モータを駆動するためにはインバータ回路はより多くの三相交流電流を出力する必要があるが、これを実現するものとして、各相について、上述の直列回路を少なくとも２つ並列接続したインバータ回路がある（例えば、特許文献１および２参照。）。
【０００５】
図５は、並列接続されたスイッチング素子を有する三相インバータ回路を示す回路図である。このインバータ回路１０２によれば、互いに直列接続された２つのスイッチング素子の両側端子を電力入力端子とし、２つのスイッチング素子の接続点を電力出力端子とする直列回路が、電力出力端子を介して少なくとも２つ並列接続されて構成される。なお、図５に示す例では、１相につき２つの直列回路を並列接続しているが、この並列接続する数を増やすほど、インバータ回路から出力される交流出力はより大きくなる。
【０００６】
図５に示す例では、例えばｕ相においては、スイッチング素子Ｓｕ１TおよびＳｕ１Bによる直列回路ｕ−１と、スイッチング素子Ｓｕ２TおよびＳｕ２Bによる直列回路ｕ−２とが、それぞれの直列回路における２つのスイッチング素子の接続点である電力出力端子を介して接続され、これにより、直列回路ｕ−１と直列回路ｕ−２との並列接続が構成される。ｖ相およびｗ相についても同様に構成されるが、ここでは説明を省略する。このようなインバータ回路１０２では、各相において、同一のアーム内のスイッチング素子のゲート端子には同一の駆動信号が駆動回路５１から供給されることで並列駆動される。例えばｕ相においては、直列回路ｕ−１の上アームのスイッチング素子Ｓｕ１Tのゲート端子に供給される駆動回路５１からの駆動信号は、直列回路ｕ−２の上アームのスイッチング素子Ｓｕ２Tのゲート端子に供給されるものと同一である。下アームについても同様であり、スイッチング素子Ｓｕ１BおよびＳｕ２Bの各ゲート端子は同一の駆動信号が駆動回路５１から供給される。また、ｖ相およびｗ相についても同様である。このように同一の駆動信号を供給するために、駆動回路５１からの信号線は、スイッチング素子のゲート端子近傍までは同一配線で形成され、当該ゲート端子近傍からは信号線は分岐されて各ゲート端子にそれぞれ接続される。なお、図５においては、駆動回路５１から各スイッチング素子のエミッタ端子に接続される信号線については省略している。
【０００７】
このように、２つのスイッチング素子からなる直列回路を並列接続したインバータ回路の場合、駆動回路から同一の駆動信号が供給されるスイッチング素子は、理想的には同一のタイミングでスイッチング動作が行われるはずであるが、実際の運用では、スイッチング素子をはじめとする各構成部品の特性のバラつき、主回路の配線インダクタンスのバラつきなどによって、スイッチング素子のスイッチング動作のタイミングにズレが発生する。スイッチング素子のスイッチング動作のタイミングのズレによって、電流分担の偏りや振動的な電圧が発生し、主回路から駆動回路へ影響を与え、そして駆動回路から制御回路へ影響を与え、最終的にスイッチング素子の誤動作を引き起こす。
【０００８】
図６は、並列接続されたスイッチング素子を有する三相インバータ回路において、スイッチング素子のスイッチング動作のズレにより生じる電圧振動を説明する図である。ここでは、説明を簡明にするために、ｕ相の下アームのスイッチング素子Ｓｕ１BおよびＳｕ２Bについて説明する。なお、図４および５においては、駆動回路５１から各スイッチング素子のエミッタ端子に接続される信号線については省略したが、図６においては、当該信号線Ｅｕも図示している。
【０００９】
図６に示すように、ｕ相の下アームは、スイッチング素子Ｓｕ１Bとスイッチング素子Ｓｕ２Bとが並列接続された構成を有し、スイッチング素子Ｓｕ１Bおよびスイッチング素子Ｓｕ２Bの各ゲート端子には、駆動回路５１から同一の駆動信号が信号線Ｇｕを介して供給される。上述のように、駆動回路５１からの信号線Ｇｕは、同一の駆動信号が供給されるスイッチング素子のゲート端子近傍で分岐され、当該分岐された信号線が各ゲート端子にそれぞれ接続されるが、駆動回路５１から各エミッタ端子に接続される信号線Ｅｕについても同様に同一の駆動信号が供給されるスイッチング素子のエミッタ端子近傍で分岐される。このような分岐構造をとることにより、並列接続したスイッチング素子Ｓｕ１Bおよびスイッチング素子Ｓｕ２Bのゲート端子間およびエミッタ端子間の配線長が短くなるため、これら各端子間が低インダクタンスで接続されてしまい、主回路配線Ｍとの間に電流経路のループを形成し電圧振動の影響を受けやすくなる。具体的には、図６に示すように、スイッチング素子Ｓｕ１Bおよびスイッチング素子Ｓｕ２Bのエミッタ端子間は上述のように低インピーダンスで接続されるので信号線Ｅｕと主回路配線Ｍとによって図中点線で示すようなループＡを形成してしまい、電圧振動が発生してノイズ電流が流れ、スイッチング素子や駆動回路に影響を与える。また、一般に各スイッチング素子Ｓｕ１BおよびＳｕ２Bのゲート端子とエミッタ端子との間にはコンデンサＣが接続されているので、信号線ＧｕおよびＥｕならびに主回路配線Ｍによって図中一点鎖線で示すようなループＢを形成してしまい、電圧振動が発生してノイズ電流が流れ、スイッチング素子や駆動回路に影響を与える。このような電圧振動は上アームまたは下アームのスイッチング素子のスイッチング動作時に発生するので、例えば下アームのスイッチング素子Ｓｕ１BおよびＳｕ２Bがオンしたときに発生する電圧振動に起因するノイズ電流によって、同じｕ相の上アームのスイッチング素子Ｓｕ１Tおよびスイッチング素子Ｓｕ２T（図６では図示せず）が誤動作してしまい、予期せぬ短絡が発生し、スイッチング素子の破損に至る。
【００１０】
以上の通り、各構成部品の特性のバラつき、主回路の配線インダクタンスのバラつきなどによって生じる、スイッチング素子のスイッチング動作のタイミングのズレによって、電流分担の偏りや振動的な電圧が発生し、同相のスイッチング素子の誤動作、破損に至る。これを防ぐために、２つのスイッチング素子からなる直列回路を並列接続したインバータ回路では、一般に、各構成部品の特性のバラつき主回路配線インダクタンスのバラつきを抑えることでスイッチング素子間の電流分担の偏りを抑制する対策や、インダクタンスの均等化などのような主回路の対称化、ゲート駆動信号配線と主回路配線との直交化、あるいはゲート駆動信号配線を短くすることによるインダクタンス値の均一化などによってスイッチング素子間の電圧振動を抑制する対策などが採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１２−０３９７９０号公報
【特許文献２】特許第４８４７７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、各構成部品の特性のバラつきを抑えることは非常に困難であり、コストや手間を考慮すると現実的な対策ではない。
【００１３】
また、主回路を均等に配線しようとすると設計の柔軟性や自由度が大きく制限され、インバータ回路が大型になりやすく、結果としてこのインバータ回路を含むモータ駆動装置も大型になるので、このようなモータ駆動装置を含む工作機械、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、あるいは各種ロボットの省スペース化の妨げとなる問題がある。
【００１４】
また、ゲート端子への信号線の配線長を短くしてインダクタンスを均一にすることは比較的現実的な対策ではあるが、十分なものとはいえない。
【００１５】
さらには、実際は限られた実装面積の中でインバータ回路を設計するため、上述対策を全て行うことは非常に困難である。
【００１６】
従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、直列接続された２つのスイッチング素子を有する直列回路が並列接続されて並列駆動される電力変換装置として、主回路配線および信号線における電圧振動の発生に起因するスイッチング素子の誤動作および破損を防ぐことができる電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を実現するために、本発明においては、入力された直流電力をスイッチング素子のスイッチング動作により交流電力に変換して出力する電力変換装置は、互いに直列接続された２つのスイッチング素子の両側端子を電力入力端子とし、これら２つのスイッチング素子の接続点を電力出力端子とする直列回路が、この電力出力端子を介して少なくとも２つ並列接続されて構成されるブリッジ回路と、スイッチング素子をオンオフ制御する駆動信号を出力する駆動回路と、駆動回路の駆動信号出力端子を結線の起点として、同一の駆動信号によってオンオフ制御されるスイッチング素子に対して、当該スイッチング素子ごとに個別に結線され、それぞれ互いに略等しいインダクタンスを有する信号線と、を備える。
【００１８】
上記信号線は、駆動信号出力端子の正側電極と、当該当該駆動信号出力端子から同一の駆動信号が供給される各直列回路中のスイッチング素子の各ゲート端子とを個別に結線するゲート用信号線と、駆動信号出力端子の負側電極と、当該当該駆動信号出力端子から同一の駆動信号が供給される各直列回路中のスイッチング素子の各エミッタ端子とを個別に結線するエミッタ用信号線と、を有する。
【００１９】
同一の駆動信号を伝達する信号線については互いに略等しいインダクタンスとなるように当該信号線上にインダクタが設けられてもよい。
【００２０】
同一の駆動信号を伝達する信号線については略等しいインピーダンスを有する。
【００２１】
上記信号線は、ケーブル、またはプリント基板上に設けられる配線パターンからなる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、直列接続された２つのスイッチング素子を有する直列回路が並列接続されて並列駆動される電力変換装置において、主回路配線および信号線における電圧振動の発生に起因するスイッチング素子の誤動作および破損を防ぐことができる。
【００２３】
本発明によれば、互いに直列接続された２つのスイッチング素子からなる直列回路が少なくとも２つ並列接続されて構成されるブリッジ回路中の各スイッチング素子と、各スイッチング素子をオンオフ制御する駆動信号を出力する駆動回路と、を結線する信号線を、駆動回路の駆動信号出力端子を起点として、当該駆動信号出力端子から同一の駆動信号が供給される各直列回路中のスイッチング素子ごとに個別に結線され、かつ略等しいインダクタンスを有する信号線として実現するので、同相中の各スイッチング素子について、駆動回路の駆動信号出力端子を介したゲート端子とエミッタ端子との間の配線にインダクタンス成分を持たせることができ、信号線と主回路配線とを経路とする循環電流が流れにくくすることができる。したがって、電圧振動が起きた場合でも循環電流は流れにくいのでスイッチング素子間の相互影響や駆動回路への影響を抑えることができ、スイッチング素子の誤動作を防止することができ、電力変換装置の動作の信頼性が向上する。また、各構成部品の特性のバラつき、主回路の配線インダクタンスのバラつきがあったとしても、スイッチング素子のゲート端子とエミッタ端子との間の配線に持たせたインダクタンスにより、電圧振動が駆動回路に与える影響を抑制できることから、スイッチング素子の誤動作を防止することができ、電力変換装置の動作の信頼性が向上する。また、従来よりも主回路配線の対称性を緩和できるので、電力変換装置の設計の柔軟性や自由度が増す。
【００２４】
また、本発明による電力変換装置をモータ駆動装置に用いれば、スイッチング素子の誤動作を防止することができるのでモータ駆動装置の動作の信頼性が向上するとともに、モータ駆動装置の設計の柔軟性や自由度が増す。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例による電力変換装置を示す回路図である。
【図２】本発明の実施例による電力変換装置と、従来の電力変換装置との比較を説明する回路図である。
【図３】本発明の実施例による電力変換装置の変形例を示す回路図である。
【図４】モータ駆動装置に用いられる三相インバータ回路を示す回路図である。
【図５】並列接続されたスイッチング素子を有する三相インバータ回路を示す回路図である。
【図６】並列接続されたスイッチング素子を有する三相インバータ回路において、スイッチング素子のスイッチング動作のズレにより生じる電圧振動を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施例による三相の電力変換装置について、三相のうち主としてｕ相について説明する。ｖ相およびｗ相についてもｕ相と同様に構成することができるのでｖ相およびｗ相についての説明は省略する。図１は、本発明の実施例による電力変換装置を示す回路図である。以降、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。
【００２７】
本発明の実施例による電力変換装置１は、入力された直流電力をスイッチング素子のスイッチング動作により交流電力に変換して出力する三相のインバータ回路であり、例えばこの電力変換装置１をモータ駆動装置に組み込むことにより、電力変換装置１から出力された交流電力を、例えば、工作機械、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、あるいは各種ロボット内のモータを駆動するために用いることができる。なお、ここでは特に図示しないが、電力変換装置１の直流入力側には、商用の交流電源から入力された交流を直流に変換して出力する順変換器が設けられてもよい。
【００２８】
本発明の実施例による電力変換装置１は、ブリッジ回路１１と、駆動回路１２と、これらを接続する信号線とを備える。
【００２９】
ブリッジ回路１１は、互いに直列接続された２つのスイッチング素子の両側端子を電力入力端子とし、これら２つのスイッチング素子の接続点を電力出力端子とする直列回路が、この電力出力端子を介して少なくとも２つ並列接続されることで構成される。なお、ここでは一例として、直列回路を２個並列接続したが、２個以上並列接続してもよい。スイッチング素子としては、例えばＩＧＢＴがある。
【００３０】
ｕ相について詳しく説明すると、図１に示すように、直列回路ｕ−１は、還流ダイオードＤが逆並列に接続されたスイッチング素子Ｓｕ１Tと還流ダイオードＤが逆並列に接続されたスイッチング素子Ｓｕ１Bとが直列接続されることで構成され、これら直列接続された２つのスイッチング素子Ｓｕ１TおよびＳｕ１Bの、両側端子を電力入力端子とし、接続点を電力出力端子とする。同様に、直列回路ｕ−２は、還流ダイオードＤが逆並列に接続されたスイッチング素子Ｓｕ２Tと還流ダイオードＤが逆並列に接続されたスイッチング素子Ｓｕ２Bとが直列接続されることで構成され、これら直列接続された２つのスイッチング素子Ｓｕ２TおよびＳｕ２Bの、両側端子を電力入力端子とし、接続点を電力出力端子とする。直列回路ｕ−１と直列回路ｕ−２とは、それぞれの電力出力端子が接続されることで、並列接続される。
【００３１】
駆動回路１２は、スイッチング素子をオンオフ制御する駆動信号を出力する。駆動信号の生成方法自体は、本発明を限定するものではないが、例えば、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）方式によるものがある。ＰＷＭ方式では、電圧指令とＰＷＭ搬送波との大小を比較し、電圧指令がＰＷＭ搬送波より大きい場合は、例えば上アームのスイッチング素子Ｓｕ１TおよびＳｕ２Tについてはオンを指令する駆動信号を出力し、下アームのスイッチング素子Ｓｕ１BおよびＳｕ２Bについてはオフを指令する駆動信号を出力する。電圧指令がＰＷＭ搬送波より小さい場合は、上アームのスイッチング素子Ｓｕ１TおよびＳｕ２Tについてはオフを指令する駆動信号を出力し、下アームのスイッチング素子Ｓｕ１BおよびＳｕ２Bについてはオンを指令する駆動信号を出力する。ｖ相およびｗ相についても同様である。
【００３２】
互いに並列接続された直列回路ｕ−１およびｕ−２の上アームにあるスイッチング素子Ｓｕ１TおよびＳｕ２Tには同一の駆動信号が供給され、また、下アームにあるスイッチング素子Ｓｕ１BおよびＳｕ２Bには同一の駆動信号が供給されるように、ブリッジ回路１１内の各スイッチング素子と駆動回路１２とが信号線により接続される。本発明では、駆動回路１２の駆動信号出力端子を起点として、当該駆動信号出力端子から同一の駆動信号が供給される各直列回路中のスイッチング素子ごとに、信号線が個別に結線される。同一の駆動信号を伝播する各信号線は、略等しいインダクタンスを有するものとする。これら各信号線のインダクタンスは所定の誤差の範囲内で等しくなるように設定すればよい。
【００３３】
上述の信号線には、ゲート用信号線とエミッタ用信号線がある。ゲート用信号線は、駆動信号出力端子の正側電極と、当該当該駆動信号出力端子から同一の駆動信号が供給される各直列回路中のスイッチング素子の各ゲート端子とを個別に結線するものである。また、エミッタ用信号線は、駆動信号出力端子の負側電極と、当該当該駆動信号出力端子から同一の駆動信号が供給される各直列回路中のスイッチング素子の各エミッタ端子とを個別に結線するものである。これら信号線について、図１を参照して具体的に説明すると次の通りである。
【００３４】
図１に示すように、互いに並列接続された直列回路ｕ−１およびｕ−２の上アームにあるスイッチング素子Ｓｕ１TおよびＳｕ２Tには同一の駆動信号が供給される。したがって、駆動回路１２の駆動信号出力端子の正側電極ＰTと、直列回路ｕ−１中の上アームにあるスイッチング素子Ｓｕ１Tのゲート端子との間がゲート用信号線Ｇｕ１Tによって結線され、また、駆動回路１２の駆動信号出力端子の正側電極ＰTと、スイッチング素子Ｓｕ１Tに対するものと同一の駆動信号が供給される直列回路ｕ−２中の上アームにあるスイッチング素子Ｓｕ２Tのゲート端子との間がゲート用信号線Ｇｕ２Tによって結線される。このように、ゲート用信号線Ｇｕ１Tとゲート用信号線Ｇｕ２Tとが別個に設けられるが、ゲート用信号線Ｇｕ１Tとゲート用信号線Ｇｕ２Tとは、インダクタンスが略等しくなるようにする。
【００３５】
また、スイッチング素子Ｓｕ１TおよびＳｕ２Tには同一の駆動信号が供給されるので、駆動回路１２の駆動信号出力端子の負側電極ＮTと、直列回路ｕ−１中の上アームにあるスイッチング素子Ｓｕ１Tのエミッタ端子との間がエミッタ用信号線Ｅｕ１Tによって結線され、また、駆動回路１２の駆動信号出力端子の負側電極ＮTと、スイッチング素子Ｓｕ１Tに対するものと同一の駆動信号が供給される直列回路ｕ−２中の上アームにあるスイッチング素子Ｓｕ２Tのエミッタ端子との間がエミッタ用信号線Ｅｕ２Tによって結線される。このように、エミッタ用信号線Ｅｕ１Tとエミッタ用信号線Ｅｕ２Tとが別個に設けられるが、エミッタ用信号線Ｅｕ１Tとエミッタ用信号線Ｅｕ２Tとは、インダクタンスが略等しくなるようにする。
【００３６】
同様に、互いに並列接続された直列回路ｕ−１およびｕ−２の下アームにあるスイッチング素子Ｓｕ１BおよびＳｕ２Bには同一の駆動信号が供給される。したがって、駆動回路１２の駆動信号出力端子の正側電極ＰBと、直列回路ｕ−１中の下アームにあるスイッチング素子Ｓｕ１Bのゲート端子との間がゲート用信号線Ｇｕ１Bによって結線され、また、駆動回路１２の駆動信号出力端子の正側電極ＰBと、スイッチング素子Ｓｕ１Bに対するものと同一の駆動信号が供給される直列回路ｕ−２中の下アームにあるスイッチング素子Ｓｕ２Bのゲート端子との間がゲート用信号線Ｇｕ２Bによって結線される。このように、ゲート用信号線Ｇｕ１Bとゲート用信号線Ｇｕ２Bとが別個に設けられるが、ゲート用信号線Ｇｕ１Bとゲート用信号線Ｇｕ２Bとは、インダクタンスが略等しくなるようにする。
【００３７】
また、スイッチング素子Ｓｕ１BおよびＳｕ２Bには同一の駆動信号が供給されるので、駆動回路１２の駆動信号出力端子の負側電極ＮBと、直列回路ｕ−１中の下アームにあるスイッチング素子Ｓｕ１Bのエミッタ端子との間がエミッタ用信号線Ｅｕ１Bによって結線され、また、駆動回路１２の駆動信号出力端子の負側電極ＮBと、スイッチング素子Ｓｕ１Bに対するものと同一の駆動信号が供給される直列回路ｕ−２中の下アームにあるスイッチング素子Ｓｕ２Bのエミッタ端子との間がエミッタ用信号線Ｅｕ２Bによって結線される。このように、エミッタ用信号線Ｅｕ１Bとエミッタ用信号線Ｅｕ２Bとが別個に設けられるが、エミッタ用信号線Ｅｕ１Bとエミッタ用信号線Ｅｕ２Bとは、インダクタンスが略等しくなるようにする。
【００３８】
なお、図１に示す例では、ゲート用信号線Ｇｕ１Tとゲート用信号線Ｇｕ２T、エミッタ用信号線Ｅｕ１Tとエミッタ用信号線Ｅｕ２T、ゲート用信号線Ｇｕ１Bとゲート用信号線Ｇｕ２B、ならびにエミッタ用信号線Ｅｕ１Bとエミッタ用信号線Ｅｕ２Bは、それぞれ、配線長および配線の断面積が物理的に同じとなるように、すなわち等長となるようにしてインダクタンスおよびインピーダンスが略等しくなるようにする。これら各信号線のインダクタンスおよびインピーダンスは所定の誤差の範囲内で等しくなるように設定すればよい。
【００３９】
図２は、本発明の実施例による電力変換装置と、従来の電力変換装置との比較を説明する回路図である。図２においては、ｕ相についてのみ表し、駆動回路１２から各スイッチング素子のエミッタ端子に接続される信号線については省略している。
【００４０】
従来例によれば、駆動回路１２からの信号線は、同一の駆動信号を供給するために、スイッチング素子のゲート端子近傍までは同一配線で形成され、これらゲート端子近傍からは信号線は分岐されて各ゲート端子にそれぞれ接続されていた。すなわち、図２に示すように、従来例によれば、同一の駆動信号が供給される上アームにあるスイッチング素子Ｓｕ１TおよびＳｕ２Tのゲート端子に接続される信号線ＧｕT（図中一点鎖線で示す）については、駆動回路１２の正側電極ＰTからスイッチング素子のゲート端子近傍までは同一配線として形成され、これらゲート端子近傍からは信号線ＧｕTは分岐されて各スイッチング素子Ｓｕ１TおよびＳｕ２Tのゲート端子にそれぞれ接続されていた。したがって、従来例では各スイッチング素子Ｓｕ１TおよびＳｕ２Tのゲート端子間の配線長は必然的に短くなるので、すでに説明したような電圧振動の発生およびこれに伴うスイッチング素子の破損の原因となっていた。
【００４１】
これに対し、本発明によれば、駆動回路１２からの信号線は、駆動回路１２の駆動信号出力端子の正側電極ＰTと上アームにあるスイッチング素子Ｓｕ１Tのゲート端子との間を結線するゲート用信号線Ｇｕ１Tと、駆動回路１２の駆動信号出力端子の正側電極ＰTと上アームにあるスイッチング素子Ｓｕ２Tのゲート端子との間を結線するゲート用信号線Ｇｕ２Tとによって別々に形成される。そして、これらゲート用信号線Ｇｕ１Tとゲート用信号線Ｇｕ２Tとは等長となるようにする。すなわち、本発明によれば、ゲート用信号線を、駆動回路１２の駆動信号出力端子をいわば分岐の基点として、各スイッチング素子Ｓｕ１TおよびＳｕ２Tのゲート端子まで独立してそれぞれ配線し、かつこれら各信号線については等長となるようにし、駆動回路１２から各スイッチング素子Ｓｕ１TおよびＳｕ２Tのゲート端子までのインダクタンスを同じとなるようにする。図２では省略したが、エミッタ用信号線についても同様に配線し、これにより、各スイッチング素子Ｓｕ１TおよびＳｕ２Tについて、ゲート端子とエミッタ端子の間にインダクタンス成分を持たせることができるので、信号線と主回路配線とを経路とする循環電流が流れにくくすることができる。したがって、電圧振動が起きた場合でも循環電流は流れにくいのでスイッチング素子間の相互影響や駆動回路への影響を抑えることができ、スイッチング素子の誤動作を防止することができる。
【００４２】
次に、信号線の等長について説明する。本発明では、駆動回路１２の駆動信号出力端子を起点として、当該駆動信号出力端子から同一の駆動信号が供給される各直列回路中のスイッチング素子ごとに、信号線が個別に結線されるが、個別に結線された信号線は、互いに等長となるようにする。例えば、信号線を形成する部材として、抵抗値やインダクタンスなどの物理的特性が均一の線材を用いて、同じ断面積かつ同じ配線長となるようにすることで等長を実現してもよい。あるいは、構成部品の配置の関係で同じ配線長の配線が引き回せない場合には、線材の断面積を適宜調整することによって等長を実現してもよい。特に、信号線をプリント基板上の配線パターンとして実現する場合には、一般にパターン設計ツール（配線設計ソフトウェアプログラム）を用いれば、パターンの長さ、幅および厚さなどユーザ所望の設計が可能であるので、信号線の等長を精度よくかつ容易に実現することができる。また、信号線をケーブルを用いて実現するような場合は、例えば仕様が公開されているケーブルを用いることで、上述の配線パターンで実現する場合と同様に、信号線の等長を精度よくかつ容易に実現することができる。
【００４３】
また例えば、構成部品の配置の関係で上述のような配線長や断面積の調整ができない場合には、信号線の途上にインダクタを設けることによって、同一の駆動信号を伝達する信号線については互いに略等しいインダクタンスとなるようにしてもよい。図３は、本発明の実施例による電力変換装置の変形例を示す回路図である。既に説明した図１に示す例では、ゲート用信号線Ｇｕ１Tとゲート用信号線Ｇｕ２T、エミッタ用信号線Ｅｕ１Tとエミッタ用信号線Ｅｕ２T、ゲート用信号線Ｇｕ１Bとゲート用信号線Ｇｕ２B、ならびにエミッタ用信号線Ｅｕ１Bとエミッタ用信号線Ｅｕ２Bは、それぞれ、配線長および配線の断面積が物理的に同じとなるようにしてインダクタンスおよびインピーダンスが略等しくなるようにしたが、ここで説明する図３に示す例では、信号線の途上にインダクタを設けることによって、同一の駆動信号を伝達する信号線については互いに略等しいインダクタンスとなるようにする。具体的には、図３に示すように、上アームについては、ゲート用信号線Ｇｕ１Tの途上にインダクタＬｕｇ１Tを設け、ゲート用信号線Ｇｕ２Tの途上にインダクタＬｕｇ２Tを設けることで、ゲート用信号線Ｇｕ１Tとゲート用信号線Ｇｕ２Tのインダクタンスおよびインピーダンスが略等しくなるようにする。また、エミッタ用信号線Ｅｕ１Tの途上にインダクタＬｕｅ１Tを設け、エミッタ用信号線Ｅｕ２Tの途上にインダクタＬｕｅ２Tを設けることで、エミッタ用信号線Ｅｕ１Tとエミッタ用信号線Ｅｕ２Tのインダクタンスおよびインピーダンスが略等しくなるようにする。同様に、下アームについては、ゲート用信号線Ｇｕ１Bの途上にインダクタＬｕｇ１Bを設け、ゲート用信号線Ｇｕ２Bの途上にインダクタＬｕｇ２Bを設けることで、ゲート用信号線Ｇｕ１Bとゲート用信号線Ｇｕ２Bのインダクタンスおよびインピーダンスが略等しくなるようにする。また、エミッタ用信号線Ｅｕ１Bの途上にインダクタＬｕｅ１Bを設け、エミッタ用信号線Ｅｕ２Bの途上にインダクタＬｕｅ２Bを設けることで、エミッタ用信号線Ｅｕ１Bとエミッタ用信号線Ｅｕ２Bのインダクタンスおよびインピーダンスが略等しくなるようにする。なお、これ以外の回路構成要素については図１に示す回路構成要素と同様であるので、同一の回路構成要素には同一符号を付して当該回路構成要素についての詳細な説明は省略する。
【００４４】
また例えば、信号線の線材として特性の異なる部材を適宜用いることによって、同一の駆動信号を伝達する信号線については互いに略等しいインダクタンスとなるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、入力された直流電力をスイッチング素子のスイッチング動作により交流電力に変換して出力するインバータ回路（電力変換装置）であって、互いに直列接続された２つのスイッチング素子からなる直列回路が少なくとも２つ並列接続されて構成されるインバータ回路に適用することができる。工作機械、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、あるいは各種ロボット内のモータを駆動するモータ駆動装置においては、入力された直流電力を、三相交流モータを駆動するための交流電力に変換する電力変換装置として、三相のインバータ回路が一般的に用いられるが、本発明の電力変換装置を用いれば、高出力のモータを駆動することができ、信頼性の高いモータ駆動装置を実現することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１    電力変換装置
１１    ブリッジ回路
１２    駆動回路
Ｄ    還流ダイオード
ｕ−1、ｕ−２    直列回路
Ｇｕ１T、Ｇｕ２T、Ｇｕ１B、Ｇｕ２B    ゲート用信号線
Ｅｕ１T、Ｅｕ２T、Ｅｕ１B、Ｅｕ２B    エミッタ用信号線
Ｌｕｇ１T、Ｌｕｇ２T、Ｌｕｅ１T、Ｌｕｅ２T、Ｌｕｇ１B、Ｌｕｇ２B、Ｌｕｅ１B、Ｌｕ２B    インダクタ
【図１】
0005559265.tif 000002
【図２】
0005559265.tif 000003
【図３】
0005559265.tif 000004
【図４】
0005559265.tif 000005
【図５】
0005559265.tif 000006
【図６】
0005559265.tif 000007