(57)【要約】【課題】インバータ回路の地絡などによる過電流を検出する機能をより小規模な回路で実現する。【解決手段】上段側アームと高圧直流正極ラインＰとの間に、少なくとも１つの上段側アームを通って流れる電流を検出する電流検出回路６を備え、上段側アームのスイッチング素子３Ｕを駆動する上段用ドライブ回路７Ｕは、上段側アームの負極側の電位を負極とし、この負極に対して予め規定された電圧分引き上げられた電位を正極とするブートストラップ電源７０によって動作し、電流検出回路は６、ブートストラップ電源７０を利用したブートストラップ回路を有する検出回路用電源回路６３により生成される検出回路用電源によって動作する。【選択図】図２
2014165956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流の回転電機を駆動制御する回転電機駆動装置であって、
高圧直流電源と前記回転電機との間に設けられ、直流と複数相の交流との間で電力変換を行う回路であり、スイッチング素子を備えて高圧直流正極ラインの側に接続される上段側アームと、スイッチング素子を備えて高圧直流負極ラインの側に接続される下段側アームとが直列接続された相補型アームが、複数相の交流の相数分並列接続されたブリッジ回路により構成されるインバータ回路と、
前記高圧直流電源よりも低電圧の低圧直流電源から供給される電力によって動作し、前記スイッチング素子の制御信号を生成して前記インバータ回路をスイッチング制御するインバータ制御部と、
前記制御信号に応じて前記スイッチング素子を駆動するドライブ回路と、を備え、
さらに、前記上段側アームと前記高圧直流正極ラインとの間に、少なくとも１つの前記上段側アームを通って流れる電流を検出する電流検出回路を備え、
前記ドライブ回路の内、前記上段側アームの前記スイッチング素子を駆動する上段用ドライブ回路は、前記上段側アームの負極側の電位を負極とし、当該負極に対して予め規定された電圧分引き上げられた電位を正極とするブートストラップ電源によって動作し、
前記電流検出回路は、前記ブートストラップ電源を利用したブートストラップ回路を有する検出回路用電源回路により生成される検出回路用電源によって動作する回転電機駆動装置。
【請求項２】
前記電流検出回路は、前記相補型アームの正極側端部と前記高圧直流正極ラインとの間に直列接続されるシャント抵抗と、前記シャント抵抗の両端電圧を検出する演算増幅器とを備え、
前記検出回路用電源回路は、前記ブートストラップ電源の正極側から前記演算増幅器の正極電源端子に向かって順方向接続されるダイオードと、当該ダイオードのカソード端子と前記演算増幅器の負極電源端子との間に直列接続されるコンデンサと、前記コンデンサに並列接続される抵抗器と、を備えて構成されている請求項１に記載の回転電機駆動装置。
【請求項３】
前記シャント抵抗は、各相の前記相補型アームを並列接続した並列回路の正極側端部と前記高圧直流正極ラインとの間に直列接続され、
前記検出回路用電源回路は、各上段用ドライブ回路の前記ブートストラップ電源の正極側から前記演算増幅器の正極電源端子に向かって順方向接続される複数のダイオードのカソード端子が互いに接続されてカソード端子対が形成されたダイオード対と、当該カソード端子対と前記演算増幅器の負極電源端子との間に直列接続されるコンデンサと、前記コンデンサに並列接続される抵抗器と、を備えて構成されている請求項２に記載の回転電機駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流の回転電機を駆動制御する回転電機駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流の回転電機を駆動制御する回転電機駆動装置には、直流と交流との間で電力変換を行うインバータ回路が備えられていることが多い。インバータ回路は、多くの場合、半導体スイッチング素子を用いて構成されている。インバータ回路を収容するケースとインバータ回路との接触などにより、これらの半導体スイッチング素子に過電流が流れると、素子破壊や寿命の劣化を招く。このため、過電流を検出してインバータ回路への電力の供給を遮断するような回路の保護機構が備えられる場合がある。特開２００６−１８７１０１号公報（特許文献１）には、そのような保護回路を備えたインバータ回路の駆動方法に関する技術が開示されている。
【０００３】
特許文献１のインバータ回路は、エミッタ端子とは別に電流検出用の電流センス端子を備えたＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）を用いて構成されている。電流センス端子には直列にシャント抵抗が接続され、当該シャント抵抗の端子電圧を判定するコンパレータを備えた過電流検出回路が備えられている。この過電流検出回路は、当該過電流回路に電流センス端子が接続されるＩＧＢＴを駆動する駆動回路の電源によって動作する（特許文献１の図１等）。
【０００４】
このような過電流検出回路は、ＩＧＢＴの電流センス端子に接続される。従って、電流センス端子を有していないＩＧＢＴやパワートランジスタを用いたインバータ回路では、この回路構成を採ることができない。また、例えば３相交流と直流との間で電力を変換するインバータ回路では、上段側だけであっても３つの過電流検出回路を必要とする。例えば、直流の正極側とケースとが接触する地絡などによる過電流の検出では、３相を独立して監視する必要はなく、過電流検出回路は１つに統合されてもよい。しかし、電流を検出ためのシャント抵抗は、上段側のＩＧＢＴと下段側のＩＧＢＴとの間に配置されているため、３相のシャント抵抗を１つにまとめることはできず、回路の小規模化には限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１８７１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記背景に鑑みて、地絡などによる過電流を検出する機能をより小規模な回路で実現する技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題に鑑みた本発明に係る、交流の回転電機を駆動制御する回転電機駆動装置の特徴構成は、
高圧直流電源と前記回転電機との間に設けられ、直流と複数相の交流との間で電力変換を行う回路であり、スイッチング素子を備えて高圧直流正極ラインの側に接続される上段側アームと、スイッチング素子を備えて高圧直流負極ラインの側に接続される下段側アームとが直列接続された相補型アームが、複数相の交流の相数分並列接続されたブリッジ回路により構成されるインバータ回路と、
前記高圧直流電源よりも低電圧の低圧直流電源から供給される電力によって動作し、前記スイッチング素子の制御信号を生成して前記インバータ回路をスイッチング制御するインバータ制御部と、
前記制御信号に応じて前記スイッチング素子を駆動するドライブ回路と、を備え、
さらに、前記上段側アームと前記高圧直流正極ラインとの間に、少なくとも１つの前記上段側アームを通って流れる電流を検出する電流検出回路を備え、
前記ドライブ回路の内、前記上段側アームの前記スイッチング素子を駆動する上段用ドライブ回路は、前記上段側アームの負極側の電位を負極とし、当該負極に対して予め規定された電圧分引き上げられた電位を正極とするブートストラップ電源によって動作し、
前記電流検出回路は、前記ブートストラップ電源を利用したブートストラップ回路を有する検出回路用電源回路により生成される検出回路用電源によって動作する点にある。
【０００８】
低圧直流電源を電圧源とするインバータ制御部により生成された制御信号によって、高圧直流電源側の直流と回転電機側の交流との間で電力を変換するインバータをスイッチング制御するに際して、当該制御信号は、多くの場合、ドライブ回路を介して中継される。つまり、低圧系回路で生成された制御信号では、高圧系回路のインバータ回路のスイッチング素子を駆動するための駆動能力が充分ではないため、ドライブ回路によってインバータ回路を構成するスイッチング素子を駆動可能な駆動能力が付加される（電圧振幅の拡大や入出力電流の供給など。）。このため、ドライブ回路の電源は、スイッチング素子を駆動するために必要な電圧を有し、充分な電流を供給できるように構成され、例えばトランスを利用したフローティング電源回路がしばしば適用される。しかし、そのようなフローティング電源回路を用いることなく、ブートストラップ回路を用いたブートストラップ電源によりドライブ回路を動作させることも可能である。
【０００９】
ところで、インバータ回路に地絡などによる過電流が生じる場合、上段側アームにおいて地絡が生じる際の電流の方が、下段側アームにおいて地絡が生じる際の電流に比べて大きくなる可能性が高い。従って、地絡などによる過電流を検出するために、電流検出回路を付加する場合には、上段側アームの電流が確実に検出できる箇所に電流検出回路を配置することが好ましい。好適には、高圧直流正極ラインと上段側アームとの間に電流検出回路が配置されるが、この配置において電流検出回路を動作させるための電源には、高圧直流正極ラインよりも高い電圧が必要となる。１つの手段として、トランスなどを用いたフローティング電源を構成して、電流検出回路用の電源回路が構築することが可能である。しかし、フローティング電源はトランスなどの部品が比較的大きく、回転電機駆動装置の回路規模を増大させてしまう。特に、ドライブ回路の電源としてトランスを利用したフローティング電源回路を適用せず、回転電機駆動装置の小型化を図っているような場合に、電流検出回路用の電源回路の回路規模を増大させることは好ましくない。本特徴構成によれば、電流検出回路が高圧直流正極ラインと上段側アームとの間に設けられるような場合に、トランスを用いた電源回路に比べて小規模な電源回路が構築される。即ち、本特徴構成によれば、ドライブ回路に電力を供給するブートストラップ電源を利用したブートストラップ回路を有する検出回路用電源回路により生成される検出回路用電源によって電流検出回路が動作する。従って、地絡などによる過電流を検出する機能をより小規模な回路で実現することができる。
【００１０】
上述したように、地絡などによる過電流を検出するために、電流検出回路を付加する場合には、上段側アームの電流が確実に検出できる箇所に電流検出回路を配置することが好ましい。電流検出回路を例えば、シャント抵抗を利用して構成する場合には、相補型アームの最も上段側、つまり、上段側アームと高圧正極電源ラインとの間にシャント抵抗が配置されると好適である。また、この際には、シャント抵抗の上段側アームの側の端部が、電流検出回路の負極側となる。従って、シャント抵抗の上段側アームの側の端部の側を負極として、検出回路用電源回路が構成されると好適である。１つの態様として、本発明に係る回転電機駆動装置は、前記電流検出回路が、前記相補型アームの正極側端部と前記高圧直流正極ラインとの間に直列接続されるシャント抵抗と、前記シャント抵抗の両端電圧を検出する演算増幅器とを備え、前記検出回路用電源回路が、前記ブートストラップ電源の正極側から前記演算増幅器の正極電源端子に向かって順方向接続されるダイオードと、当該ダイオードのカソード端子と前記演算増幅器の負極電源端子との間に直列接続されるコンデンサと、前記コンデンサに並列接続される抵抗器と、を備えて構成されていると好適である。
【００１１】
ところで、インバータ回路には、スイッチング素子やドライブ回路が１つのモジュールに集積されたものもある。このようなモジュール型のインバータ回路では、モジュールの内部で各相補型アームが並列接続される場合がある。そして、このような場合には、高圧正極電源ラインや高圧負極電源ラインに接続されるモジュールの端子も、各相の相補型アームごとに独立することなく、一括して設けられている場合がある。このようなモジュールでは、各相補型アームに対して個別に電流検出回路を設置することはできないので、当該モジュールの高圧正極電源ライン用の外部端子と高圧正極電源ラインとの間に電流検出回路が設置されると好適である。一方、各スイッチング素子に対して制御信号を中継するドライブ回路を動作させるための電源は、特に上段用ドライブ回路に関しては、各ドライブ回路に対して個別に提供される必要がある。従って、各上段用ドライブ回路に対する電源、例えばブートストラップ電源と接続可能な外部端子は、そのようなモジュールにおいても個別に設けられている。検出回路用電源回路は、それら各上段用ドライブ回路のブートストラップ電源の内の何れかを利用することができるように構成されていると好適である。
【００１２】
１つの態様として、本発明に係る回転電機駆動装置は、前記シャント抵抗が、各相の前記相補型アームを並列接続した並列回路の正極側端部と前記高圧直流正極ラインとの間に直列接続され、前記検出回路用電源回路が、各上段用ドライブ回路の前記ブートストラップ電源の正極側から前記演算増幅器の正極電源端子に向かって順方向接続される複数のダイオードのカソード端子が互いに接続されてカソード端子対が形成されたダイオード対と、当該カソード端子対と前記演算増幅器の負極電源端子との間に直列接続されるコンデンサと、前記コンデンサに並列接続される抵抗器と、を備えて構成されていると好適である。尚、当然ながら、上述したようなモジュール型のインバータ回路でなくとも、相補型アームを並列接続したのち、一括して電流検出回路が設置されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】回転電機駆動装置のシステム構成を模式的に示す回路ブロック図
【図２】電流検出用付加回路の構成を模式的に示す回路ブロック図
【図３】電流検出用付加回路を備えたインバータ回路の一例を示す回路ブロック図
【図４】トランスを有する電流検出用付加回路の構成例を示す回路ブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、ハイブリッド車両や電動車両等の駆動力源となる回転電機ＭＧを制御する回転電機駆動装置を例として、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１のブロック図は、回転電機駆動装置１００の構成を模式的に示している。車両の駆動力源としての回転電機ＭＧは、複数相の交流（ここでは３相交流）により動作する回転電機であり、電動機としても発電機としても機能することができる。
【００１５】
鉄道のように架線から電力の供給を受けることができない自動車のような車両では、回転電機を駆動するための電力源としてニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池（バッテリ）や、電気二重層キャパシタなどの直流電源を搭載している。本実施形態では、回転電機ＭＧに電力を供給するための大電圧大容量の直流電源として、例えば電源電圧２００〜４００［Ｖ］の高圧バッテリ１１（高圧直流電源）が備えられている。回転電機ＭＧは、交流の回転電機であるから、高圧バッテリ１１と回転電機ＭＧとの間には、直流と交流との間で電力変換を行うインバータ回路１０が備えられている。インバータ回路１０の直流側の正極電源ラインＰ（高圧直流正極ライン）と負極電源ラインＮ（高圧直流負極ライン）との間の直流電圧は、以下の説明において適宜“システム電圧Ｖｄｃ”と称する。高圧バッテリ１１は、インバータ回路１０を介して回転電機ＭＧに電力を供給可能であると共に、回転電機ＭＧが発電して得られた電力を蓄電可能である。
【００１６】
インバータ回路１０と高圧バッテリ１１との間には、直流電圧（システム電圧Ｖｄｃ）を平滑化する平滑コンデンサ４０が備えられている。平滑コンデンサ４０は、回転電機ＭＧの消費電力の変動に応じて変動する直流電圧を安定化させる。平滑コンデンサ４０と高圧バッテリ１１との間には、平滑コンデンサ４０から回転電機ＭＧまでの回路と、高圧バッテリ１１との電気的な接続を切り離すことが可能なコンタクタ９が備えられている。本実施形態において、このコンタクタ９は、車両の最も上位の制御装置の１つである不図示の車両ＥＣＵ（electronic control unit）からの指令に基づいて開閉するメカニカルリレーであり、例えばシステムメインリレー（ＳＭＲ：system main relay）と称される。尚、コンタクタ９を開放した際に、平滑コンデンサ４０の残存電荷を放電させるために、平滑コンデンサ４０には並列に放電抵抗が設けられている。
【００１７】
インバータ回路１０は、システム電圧Ｖｄｃを有する直流電力を複数相（ｎを自然数としてｎ相、ここでは３相）の交流電力に変換して回転電機ＭＧに供給すると共に、回転電機ＭＧが発電した交流電力を直流電力に変換して直流電源に供給する。インバータ回路１０は、複数のスイッチング素子を有して構成される。スイッチング素子には、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）やパワーＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）などのパワー半導体素子を適用すると好適である。図１に示すように、本実施形態では、スイッチング素子としてＩＧＢＴ３が用いられる。
【００１８】
直流と複数相の交流（ここでは３相交流）との間で電力変換するインバータ回路１０は、よく知られているように複数相（ここでは３相）のそれぞれに対応する数のアームを有するブリッジ回路により構成される。つまり、図１に示すように、インバータ回路１０の直流正極側（直流電源の正極側の正極電源ラインＰ）と直流負極側（直流電源の負極側の負極電源ラインＮ）との間に２つのＩＧＢＴ３が直列に接続されて１つのアーム１０Ｌが構成される。ここで、正極電源ラインＰに接続されるＩＧＢＴ３を上段側ＩＧＢＴ３Ｕ（上段側スイッチング素子又はハイサイドスイッチ）と称し、負極電源ラインＮに接続されるＩＧＢＴ３を下段側ＩＧＢＴ３Ｌ（負極側スイッチング素子又はローサイドスイッチ）と称する。
【００１９】
上段側ＩＧＢＴ３Ｕと下段側ＩＧＢＴ３Ｌとが同時にオン状態（導通状態）となると、正極電源ラインＰと負極電源ラインＮとが短絡状態となるため、上段側ＩＧＢＴ３Ｕと下段側ＩＧＢＴ３Ｌとは相補的にオン状態となるように制御される。アーム１０Ｌは、上段側ＩＧＢＴ３Ｕを備えた上段側アームと、下段側ＩＧＢＴ３Ｌを備えた下段側アームとが直列接続された相補型アームとして構成されている。
【００２０】
３相交流の場合には、この直列回路（１つのアーム１０Ｌ）が３回線（３相：１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ）並列接続される。つまり、回転電機ＭＧのＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応するステータコイルのそれぞれに一組の直列回路（アーム１０Ｌ）が対応したブリッジ回路が構成される。各相の上段側ＩＧＢＴ３Ｕのコレクタ端子は正極電源ラインＰに接続され、エミッタ端子は各相の下段側ＩＧＢＴ３Ｌのコレクタ端子に接続される。また、各相の下段側ＩＧＢＴ３Ｌのエミッタ端子は、負極電源ラインＮ（例えば、高圧系回路のグラウンド）に接続される。対となる各相のＩＧＢＴ３による直列回路（アーム１０Ｌ）の中間点、つまり、上段側ＩＧＢＴ３Ｕと下段側ＩＧＢＴ３Ｌとの接続点は、回転電機ＭＧのステータコイルにそれぞれ接続される。尚、ＩＧＢＴ３には、それぞれフリーホイールダイオード３９（回生ダイオード）が並列に接続される。フリーホイールダイオード３９は、カソード端子がＩＧＢＴ３のコレクタ端子に接続され、アノード端子がＩＧＢＴ３のエミッタ端子に接続される形で、各ＩＧＢＴ３に対して並列に接続される。
【００２１】
図１に示すように、インバータ回路１０は、制御装置８により制御される。制御装置８は、マイクロコンピュータ等の論理回路を中核部材として構築されたＥＣＵ（electronic control unit）を有して構成されている。本実施形態では、ＥＣＵは、不図示の車両ＥＣＵ等の他の制御装置等からの要求信号として制御装置８に提供される回転電機ＭＧの目標トルクＴＭに基づいて、ベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御を行って、インバータ回路１０を介して回転電機ＭＧを制御する。制御装置８のＥＣＵは、電流フィードバック制御のために種々の機能部を有して構成されており、各機能部は、マイクロコンピュータ等のハードウエアとソフトウエア（プログラム）との協働により実現される。
【００２２】
回転電機ＭＧの各相のステータコイルを流れる実電流は電流センサ１２により検出され、制御装置８はその検出結果を取得する。また、回転電機ＭＧのロータの各時点での磁極位置は、回転センサ１３により検出され、制御装置８はその検出結果を取得する。回転センサ１３は、例えばレゾルバ等により構成される。ここで、磁極位置は、電気角上でのロータの回転角度を表している。制御装置８のＥＣＵは、電流センサ１２及び回転センサ１３の検出結果を用いて、回転電機ＭＧをフィードバック制御する。
【００２３】
車両には、高圧バッテリ１１の他に、高圧バッテリ１１よりも低電圧の電源である低圧バッテリ１８（低圧直流電源）も搭載されている。低圧バッテリ１８の電源電圧（＋Ｂ）は、例えば１２〜２４［Ｖ］である。制御装置８は、レギュレータ回路等を備えて構成され、マイクロコンピュータ等を動作させるために適した電源を低圧バッテリ１８から供給される電力によって生成する。低圧バッテリ１８は、制御装置８（ＥＣＵ）の他、オーディオシステムや灯火装置、室内照明、計器類のイルミネーション、パワーウィンドウなどの電装品や、これらを制御する制御装置に電力を供給する。尚、低圧バッテリ１８と高圧バッテリ１１とは、互いに絶縁されており、互いにフローティングの関係にある。
【００２４】
インバータ回路１０を構成する各ＩＧＢＴ３の制御端子であるゲート端子は、ドライブ回路７を介して制御装置８（ＥＣＵ）に接続されており、それぞれ個別にスイッチング制御される。回転電機ＭＧを駆動するための高圧系回路と、マイクロコンピュータなどを中核とするＥＣＵなどの低圧系回路とは、動作電圧（回路の電源電圧）が大きく異なる。このため、低圧系回路の制御装置８（ＥＣＵ）により生成されたＩＧＢＴ３の制御信号は、ドライブ回路７を介して高圧回路系のゲート駆動信号として各ＩＧＢＴ３に供給される。ドライブ回路７は、フォトカプラやトランスなどの絶縁素子を有して構成されることが多い。
【００２５】
制御装置８は、低圧バッテリ１８の電圧（＋Ｂ：例えば１２［Ｖ］）からレギュレータＩＣなどの不図示の制御系電源回路を用いて生成された電圧（例えば５［Ｖ］や３．３［Ｖ］）を電源電圧として動作する。フォトカプラやトランスなどの絶縁素子を含むドライブ回路７の制御装置８側の回路も、この電源電圧で動作する。一方、ドライブ回路７のＩＧＢＴ３側の回路は、制御系電源回路の電圧よりも高い電圧“ＤＶ”を有し、制御系電源回路とは絶縁された電源から供給される電力により動作する。この電圧“ＤＶ”は、例えば低圧バッテリ１８の電圧（＋Ｂ：例えば１２［Ｖ］）からトランスを用いて生成されたり、高圧バッテリ１１の電圧からトランス、スイッチング回路、レギュレータ回路などの電源回路を用いて生成されたりしたものである。負極電源ラインＮを基準とした“ＤＶ”の電圧は例えば１５〜２０［Ｖ］である。
【００２６】
各ＩＧＢＴ３に対応した各ドライブ回路７の電源は、基本的にはそれぞれ独立しているが、下段側ＩＧＢＴ３Ｌについては、負極電源ラインＮが共通しているため、共通のグラウンド（負極電源ラインＮ）を有する電源となる。従って、下段側ＩＧＢＴ３Ｌに対応するドライブ回路７である下段ドライバー７Ｌは、共通の電源により動作する。図２に示すように、下段ドライバー７Ｌの“ＶＣＣ”端子には電源電圧“ＤＶ”が入力されている。下段ドライバー７Ｌの“ＩＮ”端子に入力された制御信号は、“ＤＶ”と負極電源ラインＮとの電位差を有するゲート駆動信号として、下段ドライバー７Ｌの“ＯＵＴ”端子から出力され、下段側ＩＧＢＴ３Ｌをスイッチング制御する。
【００２７】
一方、上段側ＩＧＢＴ３Ｕに対応するドライブ回路である上段ドライバー７Ｕは、上段側ＩＧＢＴ３Ｕのエミッタ端子側が負極（グラウンド）となるため、それぞれ異なる電源となる。本実施形態では、上段ドライバー７Ｕは、上段側アームの負極側の電位（上段側ＩＧＢＴ３Ｕのエミッタ端子側の電位）を負極とし、当該負極に対してブートストラップ回路によって予め規定された電圧分引き上げられた電位を正極とするブートストラップ電源７０によって動作する。尚、“予め規定された電圧”は、後述するように、ほぼ負極電源ラインＮと“ＤＶ”との電位差に対応する。
【００２８】
上段ドライバー７Ｕの“ＶＳ”端子には、上段側アームの負極（上段側ＩＧＢＴ３Ｕのエミッタ端子）が接続されている。“ＶＳ”端子は、ブートストラップ電源７０を構成するコンデンサ７Ｃを介して“ＶＢ”端子と接続されている。“ＶＢ”端子は、さらに、ブートストラップ電源７０を構成する抵抗器７Ｒ及びダイオード７Ｄを介して電圧“ＤＶ”に接続されている。ダイオード７Ｄは、電圧“ＤＶ”から“ＶＢ”端子に向かう方向を順方向として、抵抗器７Ｒと直列接続されている。“ＶＢ”端子には、“ＤＶ”に対してダイオード７Ｄの順方向電圧（０．６〜０．７［Ｖ］）分だけ低い電圧が印加される。これにより、“ＶＢ”端子の電位は、“ＶＳ”端子に対して、ほぼ電圧“ＤＶ”だけ引き上げられた電位となる。従って、“ＶＢ”端子と“ＶＳ”端子との電位差は、電圧“ＤＶ”と負極電源ラインＮとの電位差にほぼ等しくなる。上段ドライバー７Ｕの“ＩＮ”端子に入力された制御信号は、“ＶＢ”端子と“ＶＳ”端子との電位差を有するゲート駆動信号として、上段ドライバー７Ｕの“ＯＵＴ”端子から出力され、上段側ＩＧＢＴ３Ｕをスイッチング制御する。
【００２９】
インバータ回路１０には、インバータ回路１０がケースなどに接触して短絡する地絡の際にアーム１０Ｌを流れる電流を検出するための電流検出回路６が備えられている。電流検出回路６の検出結果は、制御装置８に伝達される。例えば、制御装置８は、インバータ回路１０の全てのＩＧＢＴ３をオフ状態に制御すると共に、上位の制御装置（車両ＥＣＵ）に伝達してコンタクタ９を開放状態に遷移させる。
【００３０】
電流検出回路６は、上段側アームの側に設置されており、シャント抵抗６１とシャント抵抗６１の両端電圧（端子間電圧）を検出する演算増幅器６２とを備えて構成されている。正極電源ラインＰに接続されたシャント抵抗６１の端子間電圧を検出するため、演算増幅器６２を動作させる電源電圧は、シャント抵抗６１の端子間電圧よりも高い電圧である必要がある。そこで、電流検出回路６には、上段ドライバー７Ｕのブートストラップ電源７０を利用して検出回路用電源を生成する検出回路用電源回路６３から電力が供給される。
【００３１】
図２に示すように、検出回路用電源回路６３は、抵抗器６Ｒとコンデンサ６Ｃとの並列回路と、ダイオード６Ｄとの直列回路により構成されている。ダイオード６Ｄは、ブートストラップ電源７０の正極側から演算増幅器６２の正極電源端子に向かって順方向接続されている。具体的には、ダイオード６Ｄのアノード端子は、ブートストラップ電源７０の正極に接続され、カソード端子は演算増幅器６２の正極電源端子に接続されている。正極電源端子には、ブートストラップ電源７０の正極に対してダイオード６Ｄの順方向電圧（０．６〜０．７［Ｖ］）分だけ低い電圧が印加される（ほぼ電圧“ＤＶ”が印可される）。
【００３２】
ダイオード６Ｄのカソード端子は、さらに、抵抗器６Ｒを介して演算増幅器６２の負極電源端子に接続されると共に、コンデンサ６Ｃを介して当該負極電源端子に接続される。これにより、負極電源端子と正極電源端子との間には、概ね電圧“ＤＶ”の電位差が生じる。演算増幅器６２の負極電源端子は、シャント抵抗６１の一端側（ＩＧＢＴ３側）に接続されている。シャント抵抗６１は、地絡時などでシャント抵抗６１に大電流が流れても、端子間電圧が電圧“ＤＶ”未満となるように、好ましくは“ＤＶ／２”程度以下となるような抵抗値に設定されている。このため、シャント抵抗６１の他端側（正極電源ラインＰ側）の電位は、演算増幅器６２の負極電源端子の電位に対して“ＤＶ”未満となり、演算増幅器６２によってシャント抵抗６１の端子間電圧が良好に検出される。
【００３３】
尚、演算増幅器６２を動作させるための電源は、図２に例示したようなブートストラップの手法を用いることなく、図４に示すようなトランスを利用したフローティング電源６９とすることも可能である。しかし、図２と図４とを比較すれば容易に理解できるように、フローティング電源６９の回路規模は、図２に例示した検出回路用電源回路６３に比べて非常に大きい。従って、本実施形態のように、検出回路用電源回路６３によって生成される検出回路用電源によって電流検出回路６を動作させることは、回転電機駆動装置１００の全体の回路規模の増大を抑制する上で好適である。
【００３４】
図２に示したように、電流検出回路６は、各アーム１０Ｌに備えることができる。しかし、地絡などによる過電流が生じている相を特定する必要がない場合には、各アーム１０Ｌに対して個別に電流検出回路６を備えず、一括して過電流を検出することも可能である。本実施形態のように、３相のアーム１０Ｌを有している場合に、各相において個別に電流を検出するには３つの電流検出回路６が必要となるが、一括して検出するようにすれば、１つの電流検出回路６で足り、回転電機駆動装置１００の全体の回路規模の増大を抑制することができる。
【００３５】
図３は、そのようなインバータ回路１０の構成を示している。１つの例として、図３に示すインバータ回路１０は、ＩＧＢＴ３やドライブ回路７が１つのモジュールに集積されたＩＰＭ（intelligent power module）２０を中核として構成されている。このようなＩＰＭ２０では、正極電源ラインＰや負極電源ラインＮに接続される端子が、相ごとに独立することなく、一括して設けられている場合がある。このため、このようなＩＰＭ２０では、各アーム１０Ｌに対して個別にシャント抵抗６１を接続することはできないが、図３に示すように、ＩＰＭ２０の正極電源ライン用端子と正極電源ラインＰとの間にシャント抵抗６１を設置することは可能である。
【００３６】
一方、本例においてＩＰＭ２０は、ドライブ回路７も内蔵しているが、上段ドライバー７Ｕの“ＶＢ”端子に対しては、それぞれ個別にブートストラップ用の電位“ＤＶ”を接続する必要がある。このため、上段ドライバー７Ｕの“ＶＢ”端子は全てＩＰＭ２０の外部と接続可能なように、ＩＰＭ２０の端子としても設けられている。各上段ドライバー７Ｕの“ＶＢ”端子につながるＩＰＭ２０の各端子には、検出回路用電源回路６３を構成する３つのダイオード６Ｄのアノード端子がそれぞれ接続される。そして、３つのダイオード６Ｄのカソード端子同士が互いに接続されたカソード端子対が、電流検出回路６の演算増幅器６２の正極電源端子に接続される。つまり、検出回路用電源回路６３は、上段ドライバー７Ｕのブートストラップ電源７０の内の何れかを利用することができるように、ワイヤードオアの形態で接続されている。ここで、互いにカソード端子が接続されたダイオード６Ｄは、ダイオード対を形成する。また、カソード端子対は、抵抗器６Ｒ及びコンデンサ６Ｃのそれぞれ一端側に接続される。抵抗器６Ｒ及びコンデンサ６Ｃのそれぞれ他端側は、上述したように演算増幅器６２の負極電源端子に接続される。
【００３７】
このように、本発明によれば、ＩＧＢＴ３やドライブ回路７が１つのモジュールに集積され、各アーム１０Ｌに対して個別に回路を付加できないような構成のＩＰＭ２０に対しても、小規模な電流検出用付加回路６０を付加するだけで地絡の際の過電流を検出することができる。特に、電流検出用付加回路６０に含まれる検出回路用電源回路６３は、トランスなどの大型部品を用いることなく、ダイオード６Ｄ、抵抗器６Ｒ、コンデンサ６Ｃなどの小型部品を用いた小規模な回路により構成されており、電流検出用付加回路６０の小型化に大きく寄与している。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、交流の回転電機を駆動制御する回転電機駆動装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
３        ：ＩＧＢＴ（スイッチング素子）
３Ｌ      ：下段側ＩＧＢＴ（スイッチング素子）
３Ｕ      ：上段側ＩＧＢＴ（スイッチング素子）
６        ：電流検出回路
６Ｃ      ：コンデンサ
６Ｄ      ：ダイオード
６Ｒ      ：抵抗器
７        ：ドライブ回路
７Ｕ      ：上段ドライバー（上段用ドライブ回路）
８        ：制御装置（インバータ制御部）
９        ：コンタクタ
１０      ：インバータ回路
１０Ｌ    ：アーム（相補型アーム）
１１      ：高圧バッテリ（高圧直流電源）
１８      ：低圧バッテリ（低圧直流電源）
６１      ：シャント抵抗
６２      ：演算増幅器
６３      ：検出回路用電源回路
７０      ：ブートストラップ電源
１００    ：回転電機駆動装置
ＭＧ      ：回転電機
Ｎ        ：負極電源ライン（高圧直流負極ライン）
Ｐ        ：正極電源ライン（高圧直流正極ライン）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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