(57)【要約】【課題】直流入力の正極側のスイッチング素子に負電圧を印加して誤点弧を防止する。【解決手段】  電力変換装置の直流入力の負極側素子の駆動に用いる正の駆動電源を正極側素子の駆動電源に用いるブートストラップ回路において、前記正極側素子のゲートに負電圧を供給する負電圧生成手段を備えるとともに、前記正極側素子の駆動信号と同相の信号で前記負電圧生成手段を駆動する。【選択図】  図２
2018074666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流入力の負極側素子の駆動に用いる正の駆動電源を直流入力の正極側素子の駆動電源に用いるブートストラップ回路において、
前記正極側素子のゲートに負電圧を供給する負電圧生成手段を備えるとともに、前記正極側素子の駆動信号と同相の信号で前記負電圧生成手段を駆動することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記負電圧制御手段は負電圧チャージポンプ回路と負電圧制御素子で構成されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電力変換装置において、
前記負極側素子の駆動に用いる正の駆動電源から前記ブートストラップ回路のブートチャージコンデンサを充電する経路上に、逆流制御素子を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の電力変換装置において、
前記負極側素子の駆動に用いる正の駆動電源から前記負電圧生成手段を構成するコンデンサを充電する経路上に、逆流制御素子を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の電力変換装置において、
前記逆流制御素子は、前記負電圧制御素子とはオンオフの状態が逆位相であることを特徴とする電力変換装置
【請求項６】
請求項１又は２に記載の電力変換装置において、
前記負極側素子の駆動に用いる正の駆動電源から前記ブートストラップ回路のブートチャージコンデンサを充電する経路上に、第１のブートチャージダイオードを備えるとともに、
前記負極側素子の駆動に用いる正の駆動電源から前記負電圧生成手段を構成するコンデンサを充電する経路上に、第２のブートチャージダイオードを備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の電力変換装置において、前記負電圧生成手段の出力側に降圧回路を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路および、それを用いた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年になり従来のＳｉ（シリコン）に代えてＳｉＣ（シリコンカーバイド）等のワイドギャップ半導体を用いたスイッチング素子が実用化されてきている。ＳｉＣを用いたパワーＭＯＳＦＥＴ（以降、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴと表記する）はＳｉを用いたものよりもオン抵抗が低く、電力変換装置に適用すると電力損失を低減できるメリットがある。しかし、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴのゲートのオン閾値電圧はＳｉのパワーＭＯＳＦＥＴよりも低く、スイッチング時のノイズ等の要因で誤ってオンするおそれがある（以降、この現象を誤点弧と表記する）。この誤点弧を防止するには、オフ時のＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴのゲートに負電圧を印加することが有効である。
【０００３】
一方、一般的なインバータ等の電力変換装置においては、直流入力の正極側にあるスイッチング素子の駆動回路に電源を供給するため、ブートストラップ回路が用いられる。この回路は、絶縁トランス等を使った絶縁型電源を用いる場合と比べて安価にできるメリットがあるが、負電圧の供給はできない。これに対し、ブートストラップ回路に補助的な回路を加え、正極側スイッチング素子に負電圧を印加可能とした回路が、以下の特許文献１の他にいくつか提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１７９８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の問題に着目してなされたものであり、ＳｉＣ等のワイドギャップ半導体を用いたスイッチング素子を電力変換装置に適用した場合の誤点弧を防止し、電力変換効率（以降、効率と表記する）を向上させる電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、電力変換装置の負極側素子の駆動に用いる正の駆動電源を正極側素子の駆動電源に用いるブートストラップ回路において、前記正極側素子のゲートに負電圧を供給する負電圧生成手段を備えるとともに、前記正極側素子の駆動信号と同相の信号で前記負電圧生成手段を駆動する。
【発明の効果】
【０００７】
ＳｉＣ等のワイドギャップ半導体を用いたスイッチング素子を電力変換装置に適用した場合の誤点弧を防止し、電力変換効率（以降、効率と表記する）を向上させる電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１の太陽光発電システムの構成図
【図２】実施例１のゲート駆動回路を説明する図
【図３】実施例１のゲート駆動回路の動作を説明する図
【図４】実施例２のゲート駆動回路を説明する図
【図５】定電圧出力回路の構成図
【図６】実施例３のゲート駆動回路を説明する図
【図７】実施例４のゲート駆動回路を説明する図
【図８】実施例５のゲート駆動回路を説明する図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１０】
本実施例では、電力変換装置として太陽光発電システムを例に挙げて説明する。実施例１について、図１〜図３を用いて説明する。図１は本実施例における太陽光発電システムの構成図である。図１において、１はパワーコンディショナ、２はＤＣ−ＤＣコンバータ、３は系統連系インバータ、１０は太陽電池列、１１は商用系統、１００は制御手段である。
【００１１】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２において、２０はダイオード、２１はスイッチング素子、３０はインダクタ、４０は平滑コンデンサ、５０はＥＭＣフィルタ、６０は電流センサ、７０はゲート駆動回路である。太陽電池１０の正極側をＰ１、負極側をＮと定義する。このＤＣ−ＤＣコンバータ２の入力は太陽電池列１０と接続される側であり、出力は平滑コンデンサ４０の両端である。太陽電池列１０の電圧はＥＭＣフィルタ５０を介して、太陽電池列１０の電流量の情報は電流センサ６０によって，制御手段１００に伝達される。またスイッチング素子２１のゲート端子とソース端子には、制御手段１００からゲート駆動回路７０を介して、それをオンまたはオフすなわちスイッチングさせるための信号が伝達される。
【００１２】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力側に系統連系インバータ３の入力が接続される。ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力側すなわち系統連系インバータ３の入力側において、正極側の接続線をＰ２、負極側の接続線をＮ２と定義する。この系統連系インバータ３の入力電圧は制御回路１００に伝達される。系統連系インバータ３の出力には、商用系統１１が接続される。
【００１３】
系統連系インバータ３において、２２〜２５はスイッチング素子、３１と３２はインダクタ、４１は平滑コンデンサ、５１はＥＭＣフィルタ、６１は電流センサ、７１〜７４はゲート駆動回路である。電圧源１２はゲート駆動回路７０〜７４の電源、電圧源１３は駆動回路７１、７２の電源である。商用系統１１の電圧はＥＭＣフィルタ５１を介して、インダクタ３２の電流量の情報は電流センサ６１によって制御手段１００に伝達される。
【００１４】
制御手段１００は、太陽電池列１０から発電可能な最大の電力を取得するように、スイッチング素子２４におけるゲート電圧のパルスの時間幅を制御する（以降、ＰＷＭ制御と表記する）。そして、コンバータ２からインバータ３に入力された直流電流電力を交流電力に変換するとともに、正側の接続線Ｐ２と負側の接続線Ｎ２間の電圧を所望の電圧に保ちつつ、交流電力を商用系統１１に逆潮流するよう、スイッチング素子２２〜２５をＰＷＭ制御する。
【００１５】
本発明に関わるゲート駆動回路７３について説明する。なお、ゲート駆動回路７４に関しては、ゲート駆動回路７３と同様の構成および機能であるため説明を省略する。図２は、ゲート駆動回路７３の構成を説明する図であり且つ、スイッチング素子２２と２３で構成させるレッグの周辺図である。スイッチング素子２２を駆動するゲート駆動回路７３は、コンデンサ４２，４３、ブートチャージコンデンサ４４、抵抗８０と８１、ブートチャージダイオード９０、ダイオード９１〜９３、ツェナダイオード９５、負電圧制御素子９６、ゲートドライバ９７で構成される。ゲート駆動回路７３の駆動電源は、電圧源１２である。ゲート駆動回路７１の駆動電源は電圧源１２と電圧源１３である。電圧源１２と電圧源１３は、系統連系インバータ３の負側の接続線Ｎ２を基準として、それぞれ正の電圧源と負の電圧源である。つまり、ゲート駆動回路７１には正および負の電圧が供給されており、スイッチング素子２３のゲートＧとソースＳ間に印加される電圧は正および負の電圧となる。
【００１６】
前述の電圧源１２、抵抗８０、ブートチャージダイオード９０、ブートチャージコンデンサ４４は、ブートチャージ回路を構成する。また前述のコンデンサ４２と４３、抵抗８１、ダイオード９１と９２は、負電圧チャージポンプ回路を構成する。負電圧チャージポンプ回路の入力端はコンデンサ４２の正極側であり、出力端はコンデンサ４３の負極側である。この負電圧チャージポンプ回路の入力端は、ブートチャージダイオード９０のカソード側に接続されている。また、この負電圧チャージポンプ回路は前述の負電圧制御素子のオンオフ動作によって負電圧を生成する。つまり、負電圧チャージポンプ回路と負電圧制御素子は負電圧生成手段を構成する。
【００１７】
図２と図３を使って、ゲート駆動回路７３の動作を説明する。図３において、Ｖｇｓ（２３）はスイッチング素子２３のゲート−ソース間の電圧、Ｖｃ（４２）とＶｃ（４３）はそれぞれコンデンサ４２と４３の電圧、Ｖｓｉｇ（２２）は制御手段１００からゲートドライバ９７に入力される電圧、Ｖｇｓ（２２）はスイッチング素子２２のゲート−ソース間電圧であり、横軸は時間である。なお説明の便宜上、ダイオードの順方向電圧による電圧降下は無視する。
【００１８】
時刻ｔ０より前は、制御手段１００からゲート駆動回路７１とゲートドライバ９７とにオフ信号が伝達されている。また，コンデンサ４２と４３に電荷は充電されていない状態である。スイッチング素子２３のゲート−ソース間（Ｖｇｓ（２３））には電圧源１３から供給された負電圧がゲート駆動回路７１を介して印加され、スイッチング素子２３はオフしている。そして、スイッチング素子２２のゲートソース間（Ｖｇｓ（２２））はゼロＶの状態であり、スイッチング素子２２もオフしている。
【００１９】
時刻ｔ０になって制御手段１００からゲート駆動回路７１にオン信号が伝達されると、スイッチング素子２３のゲート−ソース間に正の電圧が印加され、スイッチング素子２３がオンする。これにより、電圧源１２→抵抗８０→ブートチャージダイオード９０→ダイオード９３→ブートチャージコンデンサ４４→スイッチング素子２３のループで電流が流れ、ブートチャージコンデンサ４４の電圧が上昇する。このブートチャージコンデンサ４４がゲートドライバ９７に正の電圧を供給する。これと同時に、電圧源１２→抵抗８０→ブートチャージダイオード９０→コンデンサ４２→ダイオード９１→スイッチング素子２３のループで電流が流れ、コンデンサ４２の電圧Ｖｃ（４２）が上昇する。コンデンサ４２とブートチャージコンデンサ４４の電圧は、それらの静電容量の合計値と抵抗８０とで決まる時定数に従って上昇し、電圧源１２とほぼ同じ電圧に充電される。
【００２０】
時刻ｔ１になると、制御手段１００からゲート駆動回路７１にオフ信号が伝達され、スイッチング素子２３のゲート−ソース間に負の電圧が印加されてスイッチング素子２３がオフする。一方、制御手段１００からゲートドライバ９７にオン信号が伝達され、スイッチング素子２２と負電圧制御素子９６の双方のゲート−ソース間（Ｖｇｓ（２２））に正の電圧が印加される。そして、スイッチング素子２２と負電圧制御素子９６はオンする。つまり、正極側のスイッチング素子２２と負電圧制御素子９６は同相の信号で駆動される。これにより、スイッチング素子２２のソース端子は、系統連系インバータ３の正極側の接続線Ｐ２と概ね等しい電位となる。一方、コンデンサ４２→負電圧制御素子９６→コンデンサ４３→抵抗８１→ダイオード９２のループで電流が流れ、コンデンサ４３の電圧Ｖｃ（４３）が上昇する。このコンデンサ４３の電圧は、コンデンサ４２、４３と抵抗８１とで決まる時定数に従って上昇する。そして、コンデンサ４３の電圧は、並列接続されたツェナダイオード９５の降伏電圧で制限される。ここで、コンデンサ４３の正極はスイッチング素子２２のソース端子に接続されており、コンデンサ４３の負極にはソース端子を基準として負電圧が発生している。つまり、以上の動作から負電圧チャージポンプ回路の出力であるコンデンサ４３の負極側に負電圧が発生し、ゲートドライバ９７に負電圧を供給する。また一方でダイオード９３は、自身の整流作用から、時刻ｔ０からｔ１の間に充電されたブートチャージコンデンサ４４の負電圧制御素子９６のオンによる放電を防止し、ゲートドライバ９７に正の電圧を供給する効果を奏する。
【００２１】
時刻ｔ２になると、制御手段１００からゲート駆動回路７１にオン信号が伝達され、スイッチング素子２３がオンする。そして、前述の時刻ｔ０の動作の説明で述べたループで電流が流れ、ブートチャージコンデンサ４４およびコンデンサ４２が充電される。同時に、制御手段１００からゲートドライバ９７にオフ信号が伝達される。このとき、ゲートドライバ９７にはコンデンサ４３から負電圧が供給されており、スイッチング素子２２のゲート−ソース間には負電圧が印加される。
【００２２】
時刻ｔ３になると、時刻ｔ１の動作と同様に、制御手段１００からゲート駆動回路７１にオフ信号が伝達され、スイッチング素子２３がオフする。これと同時に、制御手段１００からゲートドライバ９７にオン信号が伝達され、スイッチング素子２２と負電圧制御素子９６の双方がオンする。そして、コンデンサ４２→負電圧制御素子９６→コンデンサ４３→抵抗８１→ダイオード９２のループで電流が流れ、コンデンサ４３が充電される。
【００２３】
時刻ｔ４の動作は、時刻ｔ２の動作と同様である。
【００２４】
以上に説明した通り、正極側のスイッチング素子であるスイッチング素子２２の駆動信号と同相の信号で負電圧制御素子９６を駆動することにより、負電圧チャージポンプ回路のコンデンサ４２には概一定の電圧が保持される作用が生ずる。この作用により、概一定の負電圧がゲートドライバ９７に供給され、スイッチング素子２２のオフ時に負電圧が印加可能となる。そして、スイッチング素子２２にＳｉＣなどのワイドギャップ半導体を用いた場合の誤点弧を防止し、電力変換装置の効率を向上する効果を奏する。
【実施例２】
【００２５】
図４と図５は実施例２を説明する図である。先の実施例の説明と重複する部分については説明を省略する。本実施例における実施例１と異なる点は、負電圧チャージポンプ回路の出力となるコンデンサ４３の両端に、ツェナダイオード９５に代えて定電圧出力回路９８を備えたことである。
【００２６】
定電圧出力回路９８は、コンデンサ４２から出力された負電圧を所望の電圧に変換してゲートドライバ９７に供給する。低電圧回路９８の一例を図５に示す。これは，ＰＮＰ型のトランジスタ９８−１、抵抗９８−２、ツェナダイオード９８−３で構成された降圧回路である。この構成では、ツェナダイオード９８−３に流れる電流を抵抗９８−２で制限する作用があり、ツェナダイオード９８−３の消費電力を削減する効果がある。つまり、本実施例の定電圧回路９８を備えることで、実施例１におけるツェナダイオード９５による消費電力を低減でき、電力変換装置の効率を向上する効果を奏する。
【実施例３】
【００２７】
図６は実施例３を説明する図である。先の実施例と重複する部分については説明を省略する。本実施例における実施例２と異なる点は、ダイオード９３の代わりにＰ型のＭＯＳＦＥＴで構成した逆流制御素子９９を備えたことである。逆流制御素子９９のドレイン端子（図中のＤ）はブートチャージダイオードのカソード側に接続され、ソース端子（図中のＳ）はブートチャージコンデンサ４４の正極に接続され、ゲート端子（図中のＧ）はゲートドライバ９６の出力端子に接続される。つまり、逆流制御素子９９は、負電圧制御素子およびスイッチング素子２２と同じ信号で駆動される。しかし、逆流制御素子のオンおよびオフの状態は、負電圧制御素子９６およびスイッチング素子２２とは逆の状態となる。なお本実施例における逆流制御素子９９は、例えばＰＮＰ型のトランジスタや、ゲート端子の前段に信号反転回路を配置したＮ型のＭＯＳＦＥＴなど、負電圧制御素子９６およびスイッチング素子２２とは逆のオンオフ状態になるものであれば良く、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴに限定するものではない。
【００２８】
図６と図３を参照しながら、本実施例の動作を説明する。なお、ブートチャージコンデンサ４４の電圧波形は、コンデンサ４２のものとほぼ同様であり、図表を省略する。以下の説明でブートチャージコンデンサ４４の電圧に関する記述があるが、図３中のコンデンサ４２の電圧Ｖｃ（４２）を参照することとする。
【００２９】
図３の時刻ｔ０以前における実施例３の動作は、実施例１と同様である。
【００３０】
時刻ｔ０になって制御手段１００からゲート駆動回路７１にオン信号が伝達されると、スイッチング素子２３のゲート−ソース間に正の電圧が印加され、スイッチング素子２３がオンする。これにより、電圧源１２→抵抗８０→ブートチャージダイオード９０→逆流制御素子９９→ブートチャージコンデンサ４４→スイッチング素子２３のループで電流が流れ、ブートチャージコンデンサ４４の電圧が上昇する。このブートチャージコンデンサ４４がゲートドライバ９７に正の電圧を供給する。同時に、電圧源１２→抵抗８０→ブートチャージダイオード９０→コンデンサ４２→ダイオード９１→スイッチング素子２３のループで電流が流れ、コンデンサ４２の電圧Ｖｃ（４２）が上昇する。コンデンサ４２とブートチャージコンデンサ４４の電圧は、それらの静電容量の合計値と抵抗８０とで決まる時定数に従って上昇し、電圧源１２とほぼ同じ電圧に充電される。一方、逆流制御素子９９のゲート端子はゼロＶであり、ブートチャージコンデンサ４４の電圧が上昇すなわち逆流制御素子９９のソース端子の電圧が上昇することで、逆流制御素子９９のゲート−ソース間に負電圧が印加されてオン状態となる。このため、ブートチャージコンデンサ４４の電圧がゼロＶである時刻ｔ０の直後は逆流制御素子９９のボディーダイオードを介して、その後にオン状態となってからはチャネルを介して電流が流れる。
【００３１】
時刻ｔ１になると、制御手段１００からゲート駆動回路７１にオフ信号が伝達され、スイッチング素子２３のゲート−ソース間に負の電圧が印加されてスイッチング素子２３がオフする。また、制御手段１００からゲートドライバ９７にオン信号が伝達され、スイッチング素子２２と負電圧制御素子９６の双方のゲート−ソース間（Ｖｇｓ（２２））にブートチャージコンデンサ４４から供給された正の電圧が印加される。そして、スイッチング素子２２と負電圧制御素子９６はオン状態になる。そして、コンデンサ４２→負電圧制御素子９６→コンデンサ４３→抵抗８１→ダイオード９２のループで電流が流れ、コンデンサ４３の電圧Ｖｃ（４３）が上昇する。このコンデンサ４３の電圧は、コンデンサ４２、４３と抵抗８１とで決まる時定数に従って上昇する。一方、逆流制御素子９９のゲート端子にブートチャージコンデンサ４４からゲートドライバ９７を介して出力された正の電圧が印加されてゲート−ソース間電圧は約ゼロＶとなり、逆流制御素子９９はオフ状態となる。この逆流制御素子９９がオフ状態となる作用によって、時刻ｔ０からｔ１の間に充電されたブートチャージコンデンサ４４の放電を防止し、ゲートドライバ９７に正の電圧を供給する効果を奏する。
【００３２】
時刻ｔ２になると、時刻ｔ０と同様に、制御手段１００からゲート駆動回路７１にオン信号が伝達され、スイッチング素子２３がオンする。同時に制御手段１００からゲートドライバ９７にオフ信号が伝達され、スイッチング素子２２、負電圧制御素子９６、逆流制御素子９９のゲート端子にコンデンサ４３からゲートドライバ９７を介して負の電圧が印加される。時刻ｔ２においてブートチャージコンデンサ４４には電圧が発生しており、逆流制御素子９９のゲート−ソース間に負の電圧が印加されてオン状態となる。このため、電圧源１２→抵抗８０→ブートチャージダイオード９０→逆流制御素子９９→ブートチャージコンデンサ４４→スイッチング素子２３のループに電流が流れる際、この電流は逆流制御素子９９のチャネルを通る。同時に、電圧源１２→抵抗８０→ブートチャージダイオード９０→コンデンサ４２→ダイオード９１→スイッチング素子２３のループで電流が流れ、コンデンサ４２が充電される。
【００３３】
時刻ｔ３になると、時刻ｔ１の動作と同様に、制御手段１００からゲート駆動回路７１にオフ信号が伝達され、スイッチング素子２３がオフする。これと同時に、制御手段１００からゲートドライバ９７にオン信号が伝達され、スイッチング素子２２と負電圧制御素子９６の双方がオンする。そして、コンデンサ４２→負電圧制御素子９６→コンデンサ４３→抵抗８１→ダイオード９２のループで電流が流れ、コンデンサ４３が充電される。また、逆流制御素子９９のゲートにブートチャージコンデンサ４４からゲートドライバ９７を介した正の電圧が印加され、ゲート−ソース間電圧は約ゼロＶとなり、オフ状態となる。これにより、ブートチャージコンデンサ４４の放電が防止される。
【００３４】
時刻ｔ４の動作は、時刻ｔ２の動作と同様である。
【００３５】
以上に説明した通り、本実施例では、実施例１における機能と効果に加え、ブートチャージコンデンサ４４の放電を防止する逆流制御素子９９が通電時にオンする作用により、通電時の電力損失を低減する効果を奏する。さらに逆流制御素子９９の通電時の電圧降下を低減し、実施例１よりもスイッチング素子２２に印加するゲート電圧を高め、スイッチング素子２２のドレイン−ソース間のオン抵抗を低減し、電力変換装置の効率を向上させる効果を奏する。
【実施例４】
【００３６】
図７は、実施例３の変形例である実施例４を説明する図である。先の実施例と重複する部分については説明を省略する。本実施例は実施例３と比較して逆流制御素子９９の配置が異なる。逆流制御素子９９のドレイン端子はブートチャージダイオード９０のカソード側に接続され、ソース端子は負電圧チャージポンプ回路の入力に相当するコンデンサ４２の正極に接続され、ゲート端子はゲートドライバ９６の出力端子に接続される。つまり、逆流制御素子９９は、負電圧制御素子およびスイッチング素子２２と同じ信号で駆動される。
【００３７】
図７と図３を見ながら、本実施例の動作を説明する。図３の時刻ｔ０以前の動作は、実施例１と同様である。
【００３８】
時刻ｔ０になって制御手段１００からゲート駆動回路７１にオン信号が伝達されると、スイッチング素子２３のゲート−ソース間に正の電圧が印加され、スイッチング素子２３がオンする。これにより、電圧源１２→抵抗８０→ブートチャージダイオード９０→ブートチャージコンデンサ４４→スイッチング素子２３のループで電流が流れ、ブートチャージコンデンサ４４の電圧が上昇する。このブートチャージコンデンサ４４がゲートドライバ９７に正の電圧を供給する。同時に、電圧源１２→抵抗８０→ブートチャージダイオード９０→逆流制御素子９９→コンデンサ４２→ダイオード９１→スイッチング素子２３のループで電流が流れ、コンデンサ４２の電圧Ｖｃ（４２）が上昇する。コンデンサ４２とブートチャージコンデンサ４４の電圧は、それらの静電容量の合計値と抵抗８０とで決まる時定数に従って上昇し、電圧源１２とほぼ同じ電圧に充電される。一方、逆流制御素子９９のゲート端子はゼロＶであり、コンデンサ４２の電圧が上昇すなわち逆流制御素子９９のソース端子の電圧が上昇することで、逆流制御素子９９のゲート−ソース間に負電圧が印加されてオン状態となる。このため、コンデンサ４２の電圧がゼロＶである時刻ｔ０の直後は逆流制御素子９９のボディーダイオードを介して、その後にオン状態となってからはチャネルを介して電流が流れる。
【００３９】
時刻ｔ１になると、制御手段１００からゲート駆動回路７１にオフ信号が伝達され、スイッチング素子２３のゲート−ソース間に負の電圧が印加されてスイッチング素子２３がオフする。また、制御手段１００からゲートドライバ９７にオン信号が伝達され、スイッチング素子２２と負電圧制御素子９６の双方のゲート−ソース間（Ｖｇｓ（２２））にブートチャージコンデンサ４４から供給された正の電圧が印加される。そして、スイッチング素子２２と負電圧制御素子９６はオン状態になる。そして、コンデンサ４２→負電圧制御素子９６→コンデンサ４３→抵抗８１→ダイオード９２のループで電流が流れ、コンデンサ４３の電圧Ｖｃ（４３）が上昇する。このコンデンサ４３の電圧は、コンデンサ４２、４３と抵抗８１とで決まる時定数に従って上昇する。一方、逆流制御素子９９のゲート端子にブートチャージコンデンサ４４からゲートドライバ９７を介して出力された正の電圧が印加されてゲート−ソース間電圧は約ゼロＶとなり、逆流制御素子９９はオフ状態となる。この逆流制御素子９９がオフ状態となる作用によって、時刻ｔ０からｔ１の間に充電されたブートチャージコンデンサ４３の放電を防止し、ゲートドライバ９７に正の電圧を供給する効果を奏する。
【００４０】
時刻ｔ２になると、時刻ｔ０と同様に、制御手段１００からゲート駆動回路７１にオン信号が伝達され、スイッチング素子２３がオンする。同時に制御手段１００からゲートドライバ９７にオフ信号が伝達され、スイッチング素子２２、負電圧制御素子９６、逆流制御素子９９のゲート端子にコンデンサ４３からゲートドライバ９７を介して負の電圧が印加される。時刻ｔ２においてコンデンサ４２には電圧が発生しており、逆流制御素子９９のゲート−ソース間に負の電圧が印加されてオン状態となる。このため、電圧源１２→抵抗８０→ブートチャージダイオード９０→逆流制御素子９９→コンデンサ４２→ダイオード９１→スイッチング素子２３のループに電流が流れる際、この電流は逆流制御素子９９のチャネルを通る。同時に、電圧源１２→抵抗８０→ブートチャージダイオード９０→ブートチャージコンデンサ４４→スイッチング素子２３のループで電流が流れ、ブートチャージコンデンサ４４が充電される。
【００４１】
時刻ｔ３になると、時刻ｔ１の動作と同様に、制御手段１００からゲート駆動回路７１にオフ信号が伝達され、スイッチング素子２３がオフする。これと同時に、制御手段１００からゲートドライバ９７にオン信号が伝達され、スイッチング素子２２と負電圧制御素子９６の双方がオンする。そして、コンデンサ４２→負電圧制御素子９６→コンデンサ４３→抵抗８１→ダイオード９２のループで電流が流れ、コンデンサ４３が充電される。また、逆流制御素子９９のゲートにブートチャージコンデンサ４４からゲートドライバ９７を介した正の電圧が印加され、ゲート−ソース間電圧は約ゼロＶとなり、オフ状態となる。これにより、ブートチャージコンデンサ４４の放電が防止される。
【００４２】
時刻ｔ４の動作は、時刻ｔ２の動作と同様である。
【００４３】
以上に説明した通り、本実施例では、実施例１における機能と効果に加え、コンデンサ４４の放電を防止する逆流制御素子９９が通電時にオンする作用により、通電時の電力損失を低減する効果を奏する。また実施例４では、電圧源１２からブートチャージコンデンサ４４を充電するループ上に実施例１のダイオード９３を配置する必要が無い。このため、ダイオード９３による電圧降下を削減し、実施例１よりもスイッチング素子２２に印加するゲート電圧を高め、スイッチング素子２２のドレイン−ソース間のオン抵抗を低減し、電力変換装置の効率を向上させる効果を奏する。
【実施例５】
【００４４】
図８は実施例５を説明する図である。先の実施例と重複する部分については説明を省略する。本実施例における実施例２と異なる点は、ダイオード９３を削除し、第２のブートチャージダイオード１１０を備えたことである。ブートチャージダイオード１１０のアノードは抵抗８０とブートチャージダイオード９０の接続点に接続され、カソードは負電圧チャージポンプ回路の入力に相当するコンデンサ４２の正極に接続される。
【００４５】
図８と図３を参照しながら、本実施例の動作を説明する。なお、ブートチャージコンデンサ４４の電圧波形は、コンデンサ４２のものとほぼ同様であり、図表を省略する。以下の説明でブートチャージコンデンサ４４の電圧に関する記述があるが、図３中のコンデンサ４２の電圧Ｖｃ（４２）を参照することとする。
【００４６】
図３の時刻ｔ０以前における実施例３の動作は、実施例１と同様である。
【００４７】
時刻ｔ０になって制御手段１００からゲート駆動回路７１にオン信号が伝達されると、スイッチング素子２３のゲート−ソース間に正の電圧が印加され、スイッチング素子２３がオンする。これにより、電圧源１２→抵抗８０→ブートチャージダイオード９０→ブートチャージコンデンサ４４→スイッチング素子２３のループで電流が流れ、ブートチャージコンデンサ４４の電圧が上昇する。このブートチャージコンデンサ４４がゲートドライバ９７に正の電圧を供給する。同時に、電圧源１２→抵抗８０→ブートチャージダイオード１１０→コンデンサ４２→ダイオード９１→スイッチング素子２３のループで電流が流れ、コンデンサ４２の電圧Ｖｃ（４２）が上昇する。コンデンサ４２とブートチャージコンデンサ４４の電圧は、それらの静電容量の合計値と抵抗８０とで決まる時定数に従って上昇し、電圧源１２とほぼ同じ電圧に充電される。
【００４８】
時刻ｔ１になると、制御手段１００からゲート駆動回路７１にオフ信号が伝達され、スイッチング素子２３のゲート−ソース間に負の電圧が印加されてスイッチング素子２３がオフする。また、制御手段１００からゲートドライバ９７にオン信号が伝達され、スイッチング素子２２と負電圧制御素子９６の双方のゲート−ソース間（Ｖｇｓ（２２））にブートチャージコンデンサ４４から供給された正の電圧が印加される。そして、スイッチング素子２２と負電圧制御素子９６はオン状態になる。そして、コンデンサ４２→負電圧制御素子９６→コンデンサ４３→抵抗８１→ダイオード９２のループで電流が流れ、コンデンサ４３の電圧Ｖｃ（４３）が上昇する。このコンデンサ４３の電圧は、コンデンサ４２、４３と抵抗８１とで決まる時定数に従って上昇する。なお、本実施例においては、ブートチャージコンデンサ４３の正極と負電圧制御素子９６のドレイン間に、ブートチャージダイオード９０とブートチャージダイオード１１０とのアノードを共通にした直列接続体が配置される。この作用により、負電圧制御素子がオン状態となった場合に、ブートチャージコンデンサ４３の放電を防止し、ゲートドライバ９７に正の電圧を供給する効果を奏する。
【００４９】
時刻ｔ２になると、制御手段１００からゲート駆動回路７１にオン信号が伝達され、スイッチング素子２３がオンする。そして、前述の時刻ｔ０の動作の説明で述べたループで電流が流れ、ブートチャージコンデンサ４４およびコンデンサ４２が充電される。同時に、制御手段１００からゲートドライバ９７にオフ信号が伝達される。このとき、ゲートドライバ９７にはコンデンサ４３から負電圧が供給されており、スイッチング素子２２のゲート−ソース間には負電圧が印加される。
【００５０】
時刻ｔ３になると、時刻ｔ１の動作と同様に、制御手段１００からゲート駆動回路７１にオフ信号が伝達され、スイッチング素子２３がオフする。これと同時に、制御手段１００からゲートドライバ９７にオン信号が伝達され、スイッチング素子２２と負電圧制御素子９６の双方がオンする。そして、コンデンサ４２→負電圧制御素子９６→コンデンサ４３→抵抗８１→ダイオード９２のループで電流が流れ、コンデンサ４３が充電される。
【００５１】
時刻ｔ４の動作は、時刻ｔ２の動作と同様である。
【００５２】
以上に説明した通り、本実施例では、実施例１における機能と効果に加え、第２のブートチャージダイオード１１０を備えたことにより、電圧源１２からブートチャージコンデンサ４３を充電するループ上に実施例１のダイオード９３を配置する必要が無い。このため、ダイオード９３による電圧降下を削減し、実施例１よりもスイッチング素子２２に印加するゲート電圧を高め、スイッチング素子２２のドレイン−ソース間のオン抵抗を低減し、電力変換装置の効率を向上させる効果を奏する。
【符号の説明】
【００５３】
１…パワーコンディショナ、２…ＤＣ−ＤＣコンバータ、３…系統連系インバータ、１０…太陽電池列、１１…商用系統、１２、１３…電圧源、２０、９１〜９３…ダイオード、２１〜２５…スイッチング素子、３０〜３２…インダクタ、４０，４１…平滑コンデンサ、４２、４３…コンデンサ、４４…ブートチャージコンデンサ、５０、５１…ＥＭＣフィルタ、６０、６１…電流センサ、７０〜７４…ゲート駆動回路、８０、８１、９８−２…抵抗、９０、１１０…ブートチャージダイオード、９５、９８−３…ツェナダイオード、９６…負電圧制御素子、９７…ゲートドライバ、９８…定電圧出力回路、９８−１…ＰＮＰ型トランジスタ、９９…逆流制御素子、１００…制御手段、
【図１】
2018074666.tif 000003
【図２】
2018074666.tif 000004
【図３】
2018074666.tif 000005
【図４】
2018074666.tif 000006
【図５】
2018074666.tif 000007
【図６】
2018074666.tif 000008
【図７】
2018074666.tif 000009
【図８】
2018074666.tif 000010