(57)【要約】【課題】インバータを構成するパワースイッチング素子を構成する半導体基板上に形成される微小電極の出力電流に基づき、フリーホイールダイオードに電流が流れる還流モードを判断し、還流モードと判断される場合にパワースイッチング素子をオフとする場合、還流モードと判断できる領域が狭くなること。【解決手段】電流センサによって検出される相電流が閾値電流ＩＨｎ以上となることで、下側アームのフリーホイールダイオードに順方向電流が流れる還流モードであると判断する。また、電流センサによって検出される相電流が閾値電流ＩＨｐ以下となることで、上側アームのフリーホイールダイオードに順方向電流が流れる還流モードであると判断する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子との直列接続体であって且つこれらの接続点にインダクタが接続される直列接続体と、これら高電位側および低電位側のスイッチング素子の少なくとも一方に並列接続されるフリーホイールダイオードとを備える電力変換回路に適用され、前記フリーホイールダイオードに電流が流れる還流モードであるか否かを判断する還流モード判断手段と、該還流モードと判断されたフリーホイールダイオードに並列接続されるスイッチング素子のオン操作を禁止する禁止手段とを備える電力変換回路の駆動装置において、
前記還流モード判断手段は、前記インダクタを流れる電流を検出すべく前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子の接続点よりも前記インダクタ側の電気経路を流れる電流を検出する手段の出力のみから取得される電流情報に基づき、前記フリーホイールダイオードに電流が流れる還流モードであるか否かを判断することを特徴とする電力変換回路の駆動装置。
【請求項２】
前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子の少なくとも一方と、該少なくとも一方に並列接続されるフリーホイールダイオードとは、同一半導体基板に併設されてい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】
前記還流モード判断手段は、前記検出する手段の出力から把握される電流と閾値電流との比較に基づき前記還流モードであるか否かを判断するものであり、前記閾値電流を、ゼロよりも還流モードの判断対象となるフリーホイールダイオードに順方向電流が流れる側に設定することを特徴とする請求項１または２記載の電力変換回路の駆動装置。
【請求項４】
前記還流モード判断手段は、任意のフリーホイールダイオードが還流モードにない状態から還流モードに移行する場合の前記閾値電流と、前記還流モードから前記還流モードにない状態に移行する場合の前記閾値電流とを相違させることを特徴とする請求項３記載の電力変換回路の駆動装置。
【請求項５】
当該駆動装置は、前記高電位側のスイッチング素子の操作信号および前記低電位側のスイッチング素子の操作信号を入力して、これらを駆動するものであり、
前記高電位側のスイッチング素子の操作信号および前記低電位側のスイッチング素子の操作信号は、オン状態およびオフ状態が交互に切り替わる相補信号であり、
前記禁止手段は、前記操作信号を入力し、前記還流モード判断手段による判断結果に基づき前記操作信号が前記スイッチング素子のオン操作指令を示すものである場合にこれをオフ操作指令に補正して出力するハードウェア手段である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】
前記インダクタは、回転機に搭載されるものであり、
前記回転機の制御量を制御すべく前記高電位側のスイッチング素子の操作信号および前記低電位側のスイッチング素子の操作信号を生成して出力する処理をソフトウェア処理として行なうソフトウェア処理手段を更に備え、
前記還流モード判断手段および前記禁止手段は、前記ソフトウェア処理手段によって構成されるものである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】
前記インダクタは、車載主機としての回転機に搭載されるものであり、
前記禁止手段および前記還流モード判断手段は、前記主機を備えて構成される高電圧システムに対して絶縁された低電圧システムを構成す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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子との直列接続体であって且つこれらの接続点にインダクタが接続される直列接続体と、これら高電位側および低電位側のスイッチング素子の少なくとも一方に並列接続されるフリーホイールダイオードとを備える電力変換回路に適用され、前記フリーホイールダイオードに電流が流れる還流モードであるか否かを判断する還流モード判断手段と、該還流モードと判断されたフリーホイールダイオードに並列接続されるスイッチング素子のオン操作を禁止する禁止手段とを備える電力変換回路の駆動装置に関する。
【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のスイッチング素子および低電位側の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並列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のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子を操作するに際しては、これら高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子を交互にオン状態およ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、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、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還流モードとなる。
【０００５】
ところで、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、上記相補的な操作によるオン操作指令にかかわらず、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。具体的には、フリーホイールダイオードと同一の半導体基板上に微小な電極を備え、フリーホイールダイオードに流れる電流の数千分の１から１万分の１程度の微少電流を上記電極から取り出す。そして、この微少電流に基づき、フリーホイールダイオードに電流が流れたと判断される場合に、スイッチング素子を強制的にオフ状態とする。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、上記微少電流に基づきフリーホイールダイオードに流れる電流を検出する場合、その検出精度を高くすることが困難である。このため、フリーホイールダイオードに流れる電流が大きくならない限り、スイッチング素子を強制的にオフすることが困難となる。
【０００９】
なお、上記還流モードと判断されたフリーホイールダイオードに並列接続されるスイッチング素子のオン操作を禁止する処理が困難となるのは、ダイオード内蔵型ＩＧＢＴに限らない。
【００１０】
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、還流モードとなるフリーホイールダイオードに並列接続されるスイッチング素子のオン操作をより適切に禁止することのできる電力変換回路の駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。
【００１２】
請求項１記載の発明は、高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子との直列接続体であって且つこれらの接続点にインダクタが接続される直列接続体と、これら高電位側および低電位側のスイッチング素子の少なくとも一方に並列接続されるフリーホイールダイオードとを備える電力変換回路に適用され、前記フリーホイールダイオードに電流が流れる還流モードであるか否かを判断する還流モード判断手段と、該還流モードと判断されたフリーホイールダイオードに並列接続されるスイッチング素子のオン操作を禁止する禁止手段とを備える電力変換回路の駆動装置において、前記還流モード判断手段は、前記インダクタを流れる電流を検出すべく前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子の接続点よりも前記インダクタ側の電気経路を流れる電流を検出する手段の出力のみから取得される電流情報に基づき、前記フリーホイールダイオードに電流が流れる還流モードであるか否かを判断することを特徴とする。
【００１３】
高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子の接続点よりもインダクタ側の電気経路を流れる電流を検出する手段を用いて還流モードの有無を判断する場合、判断に際して遅延が生じる。このため、フリーホイールダイオードと同一の基板上に電極を形成してこの電極から出力される微少電流を用いる場合と比較して、遅延によるハンディが生じるとも考えられる。これに対し、発明者らは、上記微少電流の精度に起因した還流モードの判断精度の低下の方が、上記遅延による還流モードの判断精度の低下よりも大きくなりやすいことを見出した。これは、禁止処理を適切に行なう上で上記電流を検出する手段を用いた方が有利であることを意味する。上記発明では、この点に鑑み、上記手段を用いる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子の少なくとも一方と、該少なくとも一方に並列接続されるフリーホイールダイオードとは、同一半導体基板に併設されていることを特徴とする。
【００１５】
上記フリーホイールダイオードは、スイッチング素子がオフ状態である場合と比較してオン状態である場合の方が、導通損失が大きくなる。このため、上記禁止手段の利用価値が特に大きい。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記還流モード判断手段は、前記検出する手段の出力から把握される電流と閾値電流との比較に基づき前記還流モードであるか否かを判断するものであり、前記閾値電流を、ゼロよりも還流モードの判断対象となるフリーホイールダイオードに順方向電流が流れる側に設定することを特徴とする。
【００１７】
上記検出する手段の出力に基づき、還流モードの有無を判断し、これに基づきスイッチング素子のオン操作を禁止する処理を行なうには、処理時間を要する。このため、実際の禁止処理は、この処理時間だけ遅延したものとなるおそれがある。ここで、還流モードである状態から還流モードでない状態に移行する場合、この移行の判断に基づき禁止を解除する処理が遅れると、禁止手段によってスイッチング素子がオフされることで、スイッチング素子に電流を流すべきときに電流を流すことができない事態に陥る。この点、上記発明では、上記閾値電流を、フリーホイールダイオードに順方向電流が流れる側に設定することで、禁止手段による禁止の解除が還流モードである状態から還流モードでない状態に移行するタイミングよりも遅れることを回避することができる。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記還流モード判断手段は、任意のフリーホイールダイオードが還流モードにない状態から還流モードに移行する場合の前記閾値電流と、前記還流モードから前記還流モードにない状態に移行する場合の前記閾値電流とを相違させることを特徴とする。
【００１９】
上記発明では、還流モードである旨の判断と還流モードにない旨の判断とが頻繁に入れ替わるハンチング現象を回避することができる。このため、禁止手段による禁止処理およびその解除が高周波で繰り返される事態を好適に回避することができる。
【００２０】
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、当該駆動装置は、前記高電位側のスイッチング素子の操作信号および前記低電位側のスイッチング素子の操作信号を入力して、これらを駆動するものであり、前記高電位側のスイッチング素子の操作信号および前記低電位側のスイッチング素子の操作信号は、オン状態およびオフ状態が交互に切り替わる相補信号であり、前記禁止手段は、前記操作信号を入力し、前記還流モード判断手段による判断結果に基づき前記操作信号が前記スイッチング素子のオン操作指令を示すものである場合にこれをオフ操作指令に補正して出力するハードウェア手段であることを特徴とする。
【００２１】
上記発明では、相補信号を生成する手段の演算負荷を増加させることなく、禁止手段の処理を実行することができる。
【００２２】
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、前記インダクタは、回転機に搭載されるものであり、前記回転機の制御量を制御すべく前記高電位側のスイッチング素子の操作信号および前記低電位側のスイッチング素子の操作信号を生成して出力する処理をソフトウェア処理として行なうソフトウェア処理手段を更に備え、前記還流モード判断手段および前記禁止手段は、前記ソフトウェア処理手段によって構成されるものであることを特徴とする。
【００２３】
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、前記インダクタは、車載主機としての回転機に搭載されるものであり、前記禁止手段および前記還流モード判断手段は、前記主機を備えて構成される高電圧システムに対して絶縁された低電圧システムを構成することを特徴とする。
【００２４】
相電流の検出手段は、通常、回転機と電力変換回路とを接続する電気経路とは絶縁されている。このため、上記発明において、例えば上記請求項５の発明特定事項を有する場合、相補信号を生成する手段が低電圧システムを構成するなら、上記検出する手段の出力信号を伝播する経路に絶縁手段を設ける必要がない。
【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およびフリーホイールダイオードの断面構成を示す断面図。
【図３】センス端子の出力電流のばらつきを示す図。
【図４】同実施形態にかかる還流モードの判断手法を示すタイムチャート。
【図５】上記実施形態にかかる遮断回路の構成を示す図。
【図６】第２の実施形態にかかるシステム構成図。
【図７】上記実施形態の変形例にかかるシステム構成図。
【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制御装置をハイブリッド車に適用した第１の実施形態について、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、車載主機としてのモータジェネレータ１０は、インバータＩＶを介して高電圧バッテリ１２に接続されている。インバータＩＶは、高電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｐおよ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、これら各パワースイッチング素子Ｓｗｐおよびパワースイッチング素子Ｓｗｎ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。なお、高電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｐおよ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（コレクタおよびエミッタ間）には、高電位側のフリーホイールダイオードＦＤｐおよび低電位側のフリーホイールダイオードＦＤｎのカソードおよびアノードが接続されている。
【００２８】
一方、制御装置１６は、低電圧バッテリ１４を電源とするものであり、制御対象としてのモータジェネレータ１０の制御量を制御すべく、上記インバータＩＶを操作する。詳しくは、制御装置１６は、電流センサ５２，５４，５６の検出値等に基づき、インバータＩＶのＵ相、Ｖ相、およびＷ相のそれぞれについて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と、パワースイッチング素子Ｓｗｎを操作する操作信号ｇｕｎ，ｇｖｎ，ｇｗｎとを生成し出力する。これにより、パワースイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎは、それらの導通制御端子（ゲート）に接続されるドライブユニットＤＵを介して制御装置１６により操作される。ちなみに、インバータＩＶを備える高電圧システムと、制御装置１６を備える低電圧システムとは、図示しないフォトカプラ等の絶縁手段によって絶縁されており、上記操作信号は、絶縁手段を介して高電圧システムに出力される。また、電流センサ５２，５４，５６は、その大きさのみならず電流の流通方向を検出可能な手段である。図では、電流センサ５２，５４，５６が低電圧システム側のものである旨記載されているが、これは、電流センサ５２，５４，５６が、モータジェネレータ１０およびインバータＩＶ間の電気経路に接触することなく電流を検出する手段であって且つ、絶縁手段を介すことなく制御装置１６に接続されているためである。
【００２９】
上記パワースイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎは、いずれも、入力端子およ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。また、パワースイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎは、その入力端子および出力端子間に流れる電流やフリーホイールダイオードＦＤｐ、ＦＤｎに流れる電流と相関を有する微少電流を出力するセンス端子ＳＴを備えている。センス端子ＳＴのこの機能は、ＩＧＢＴとして、ダイオード内蔵型のものを用いることで可能となったものである。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およ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および低電位側のフリーホイールダイオードＦＤｎは互いに同一の半導体基板に隣接して形成されている。
【００３０】
図２（ａ）に、本実施形態にかかるパワースイッチング素子Ｓｗｐ（Ｓｗｎ）およびフリーホイールダイオードＦＤｐ（ＦＤｎ）の断面構成を示す。なお、以下では、パワースイッチング素子Ｓｗｐ、Ｓｗｎを総括する場合、パワースイッチング素子Ｓｗと記載し、フリーホイールダイオードＦＤｐ，ＦＤｎを総括する場合、フリーホイールダイオードＦＤと記載する。
【００３１】
図示されるように、半導体基板２０には、ＩＧＢＴ領域とダイオード領域とが併設されて形成されている。半導体基板２０の主面側から裏面側へと伸びる領域は、導電型がＮ型であるＮ型領域２２となっている。また、半導体基板２０の主面側の表層部には、導電型がＰ型のＰ型領域２４が形成されており、Ｐ型領域２４内に、上記Ｎ型領域２２よりも濃い濃度のＮ型の導電型を有するＮ型領域２６が形成されている。そして、これらＰ型領域２４およびＮ型領域２６には、ＩＧＢＴのエミッタ端子Ｅおよびダイオードのアノード端子が接続されている。また、上記Ｐ型領域２４およびＮ型領域２６上には、ゲート酸化膜２８を介してゲート電極３０が形成されている。
【００３２】
一方、半導体基板２０の裏面側の表層部には、上記Ｎ型領域２２よりも濃度の濃いＮ型領域３６とＰ型領域３４とが併設されている。ここで、Ｐ型領域３４は、ＩＧＢＴのコレクタ領域を構成し、Ｎ型領域３６は、ダイオードのカソード領域を構成する。なお、これらＰ型領域３４およびＮ型領域３６と上記Ｎ型領域２２との間には、Ｎ型領域２２よりも濃度の薄いＮ型領域３２が形成されている。
【００３３】
図２（ｂ）は、上記半導体基板２０の主面側を模式的に示した平面図である。図示されるように、主面側の大部分は、エミッタ領域であり、これよりも小さい領域として、ゲート領域やセンス電極３８が形成されている。ここで、実際のセンス電極３８の面積は、エミッタ領域の面積の数千分の１程度とされており、これにより、ＩＧＢＴやフリーホイールダイオードに流れる電流と相関を有しつつも極微小な電流を出力することが可能となっている。
【００３４】
上記ドライブユニットＤＵは、操作信号ｇ（操作信号ｇｕｐ，ｇｖｐ，ｇｗｐ，ｇｕｎ，ｇｖｎ，ｇｗｎの総括表記）に応じてパワースイッチング素子Ｓｗをオン・オフ操作する機能のみならず、パワースイッチング素子Ｓｗの入力端子および出力端子（コレクタおよびエミッタ）間を流れる電流の検出値が過度に大きいと判断される場合、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も有する。詳しくは、パワースイッチング素子Ｓｗのセンス端子ＳＴから出力される微少電流に基づき、パワースイッチング素子Ｓｗの入力端子および出力端子間に流れる電流が閾値電流Ｉｔｈ以上となると判断される場合に、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有する。具体的には、これは、図中、Ｗ相の上側アームに対応するドライブユニットＤＵにおいて例示しているように、センス端子ＳＴから出力される微少電流による抵抗体４０での電圧降下量と、閾値電流Ｉｔｈに応じた閾値電圧Ｖｔｈとの大小を比較する手段（コンパレータ４２）を備えて行われる。すなわち、このコンパレータ４２による大小の比較結果は、操作信号ｇに応じてパワースイッチング素子Ｓｗのゲートの充放電を行なう駆動回路４４に取り込まれる。駆動回路４４では、パワースイッチング素子Ｓｗを流れる電流が閾値電流Ｉｔｈを超えると判断される場合、操作信号ｇの指示にかかわらず、パワースイッチング素子Ｓｗをオフ状態とする。
【００３５】
ところで、制御装置１６は、ＣＰＵ１６ａを備えてソフトウェア処理により操作信号ｇを生成する。このため、パワースイッチング素子Ｓｗに電流が流れず、これに並列接続されるフリーホイールダイオードＦＤに電流が流れる還流モードであるか否かを判断して操作信号ｇを生成したのではＣＰＵ１６ａの演算負荷が過大となる。このため、制御装置１６では、還流モードであるか否かにかかわらず、高電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｐと低電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｎとを交互にオン・オフする相補信号として操作信号ｇを生成する。
【００３６】
ただし、上記のようにパワースイッチング素子Ｓｗとしてダイオード内蔵型のＩＧＢＴを用いる場合、フリーホイールダイオードＦＤに電流が流れる還流モードにおいてこれに並列接続されるパワースイッチング素子Ｓｗがオン状態となると、電力損失が増加する。このため、還流モードであると判断される場合に、操作信号ｇのオン操作指令をキャンセルする機能を搭載することが望まれる。ここで、還流モードである場合にパワースイッチング素子Ｓｗをオフする処理を迅速に行なううえで、センス端子ＳＴの出力を利用し、ドライブユニットＤＵ内で操作信号ｇのオン操作指令をキャンセルすることが有効とも考えられる。これは、電流センサ５２，５４，５６の出力を利用したのでは、操作信号ｇのオン操作指令をキャンセルするまでに遅延が生じるからである。しかし、センス端子ＳＴの出力する微少電流は、パワースイッチング素子Ｓｗの入力端子および出力端子間を流れる電流を表現する精度が低い。図３に、上記抵抗体４０による電圧降下量（シャント抵抗電圧）と、フリーホイールダイオードＦＤを流れる順方向電流（還流電流）との関係を示す。詳しくは、パワースイッチング素子Ｓｗのゲートおよびエミッタ間の電圧Ｖｇｅが「０Ｖ」である場合と「１５Ｖ」である場合とのそれぞれについて、フリーホイールダイオードＦＤの温度が「−４０°Ｃ」、「２７°Ｃ」および「１５０°Ｃ」である際の関係を示す。図示されるように、抵抗体４０の電圧降下量は、電圧Ｖｇｅや温度に応じて大きく変動する。このため、例えば図に示す閾値電圧Ｖｔｈ以上となることで還流モードであると判断する場合、電圧Ｖｇｅや温度の条件によっては、フリーホイールダイオードＦＤに流れる電流がかなり大きくなっているおそれがある。
【００３７】
また、電圧Ｖｇｅや温度に応じて閾値電圧Ｖｔｈの可変設定によってこうした事態を解消することは、電圧Ｖｇｅおよび温度に応じた電圧降下量自体が個体差によってばらつきを生じるために困難である。このため、フリーホイールダイオードＦＤを流れる電流量が少ない還流モードへの移行直後にあっては、還流モードであることを判断することができない。これは、電力損失が大きくなることを意味する。
【００３８】
そこで本実施形態では、センス端子ＳＴの出力を利用する代わりに、電流センサ５２，５４，５６の出力を利用して還流モードであるか否かを判断し、この判断結果に応じて操作信号ｇのオン操作指令を補正する。具体的には、こうした処理を行なう専用のハードウェア手段としての遮断回路５０を備え、制御装置１６の操作信号ｇを一旦遮断回路５０に入力した後、遮断回路５０からドライブユニットＤＵに出力する。
【００３９】
図４に、遮断回路５０の行なう処理を示す。ちなみに、電流の符号は、インバータＩＶ側からモータジェネレータ１０側に流れる側を正としている。
【００４０】
図示されるように、本実施形態では、インバータＩＶ側からモータジェネレータ１０側へと進む方向を正として、モータジェネレータ１０を流れる１の相の電流が閾値電流ＩＨｎ（＞０）以上となることで、その相の下側アームが還流モードであると判断し、１の相の電流が閾値電流ＩＨｐ（＜０）以下となることで、その相の上側アームが還流モードであると判断する。また、モータジェネレータ１０を流れる１の相の電流が閾値電流ＩＬｎ（＞０）以下となることで、その相の下側アームが還流モードでない状態に移行したと判断し、１の相の電流が閾値電流ＩＬｐ（＜０）以上となることで、その相の上側アームが還流モードでない状態に移行したと判断する。ここで、閾値電流ＩＬｎ，ＩＬｐは、いずれも電流センサ５２，５４，５６の出力に基づき還流モードでない状態と判断されてから、操作信号ｇのオン操作指令のキャンセル処理が実際に解除されるまでに生じる遅延時間を考慮して設定されるものである。これに対し、上記閾値電流ＩＬｎ，ＩＬｐをゼロとする場合には、遅延に起因して還流モードでないにもかかわらずオン操作指令がキャンセルされる事態が生じるおそれがある。
【００４１】
さらに、上述したように、下側アームが還流モードに移行することを判断する閾値電流ＩＨｎと還流モードでない状態に移行することを判断する閾値電流ＩＬｎとを相違させ、また、上側アームが還流モードに移行することを判断する閾値電流ＩＨｐと還流モードでない状態に移行することを判断する閾値電流ＩＬｐとを相違させている。これは、ノイズに対する耐性を高めることなどを目的とするものである。すなわち、相電流が非常に小さい状況下、ノイズ等の影響で、還流モードである旨の判断と還流モードでない旨の判断とが頻繁に繰り返される場合、パワースイッチング素子Ｓｗが高周波でオン・オフされるおそれがあり、この場合、発熱が増大する。
【００４２】
ここで、上記閾値電流ＩＨｎ以上となってから閾値電流ＩＬｎ以下となるまでの期間や、閾値電流ＩＨｐ以下となってから閾値電流ＩＬｐ以上となるまでの期間は、抵抗体４０の電圧降下量に基づき還流モードである旨判断される期間よりも長くすることができる。これが、電流センサ５２，５４，５６に基づきオン操作指令のキャンセル処理を行なう理由である。
【００４３】
図５に、本実施形態にかかる遮断回路５０の構成を示す。
【００４４】
図示されるように、電流センサ５２によって検出されるＵ相の電流ｉｕ（実際には電圧信号）と基準電源６３の基準電圧Ｖｔｈｐとが、ヒステリシスコンパレータ６２に取り込まれる。そして、ヒステリシスコンパレータ６２の出力信号と、Ｕ相上側アームの操作信号ｇｕｐとがＡＮＤ回路６１に入力され、ＡＮＤ回路６１からこれらの論理積信号が、最終的な操作信号ｇｕｐとして出力される。ここで、ヒステリシスコンパレータ６２は、図中下方に示す閾値ＶＨｐ、ＶＬｐを生成するものである。ここで、閾値ＶＨｐは、先の図３に示した閾値電流ＩＨｐに対応しており、閾値ＶＬｐは、閾値電流ＩＬｐに対応している。
【００４５】
一方、電流センサ５２によって検出されるＵ相の電流ｉｕと基準電源６８の基準電圧Ｖｔｈｎとが、ヒステリシスコンパレータ６７に取り込まれる。そして、ヒステリシスコンパレータ６７の出力信号と、Ｕ相下側アームの操作信号ｇｕｎとがＡＮＤ回路６６に入力され、ＡＮＤ回路６６からこれらの論理積信号が、最終的な操作信号ｇｕｎとして出力される。ここで、ヒステリシスコンパレータ６７は、図中下方に示す閾値ＶＨｎ、ＶＬｎを生成するものである。ここで、閾値ＶＨｎは、先の図３に示した閾値電流ＩＨｎに対応しており、閾値ＶＬｎは、閾値電流ＩＬｎに対応している。
【００４６】
同様に、電流センサ５４によって検出されるＶ相の電流ｉｖ（実際には電圧信号）と基準電源７３の基準電圧Ｖｔｈｐとが、ヒステリシスコンパレータ７２に取り込まれる。そして、ヒステリシスコンパレータ７２の出力信号と、Ｖ相上側アームの操作信号ｇｖｐとがＡＮＤ回路７１に入力され、ＡＮＤ回路７１からこれらの論理積信号が、最終的な操作信号ｇｖｐとして出力される。また、Ｖ相の電流ｉｖと基準電源７８の基準電圧Ｖｔｈｎとが、ヒステリシスコンパレータ７７に取り込まれる。そして、ヒステリシスコンパレータ７７の出力信号と、Ｖ相下側アームの操作信号ｇｖｎとがＡＮＤ回路７６に入力され、ＡＮＤ回路７６からこれらの論理積信号が、最終的な操作信号ｇｖｎとして出力される。
【００４７】
同様に、電流センサ５６によって検出されるＷ相の電流ｉｗ（実際には電圧信号）と基準電源８３の基準電圧Ｖｔｈｐとが、ヒステリシスコンパレータ８２に取り込まれる。そして、ヒステリシスコンパレータ８２の出力信号と、Ｗ相上側アームの操作信号ｇｗｐとがＡＮＤ回路８１に入力され、ＡＮＤ回路８１からこれらの論理積信号が、最終的な操作信号ｇｗｐとして出力される。また、Ｗ相の電流ｉｗと基準電源８８の基準電圧Ｖｔｈｎとが、ヒステリシスコンパレータ８７に取り込まれる。そして、ヒステリシスコンパレータ８７の出力信号と、Ｗ相下側アームの操作信号ｇｗｎとがＡＮＤ回路８６に入力され、ＡＮＤ回路８６からこれらの論理積信号が、最終的な操作信号ｇｗｎとして出力される。
【００４８】
以上説明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。
【００４９】
（１）電流センサ５２，５４，５６の出力のみから取得される電流情報に基づき、フリーホイールダイオードＦＤに電流が流れる還流モードであるか否かを判断した。これにより、センス端子ＳＴの出力電流を電流情報として利用する場合と比較して、還流モードであると判断される領域を拡大することができ、ひいては電力損失を低減することができる。
【００５０】
（２）高電位側のパワースイッチング素子ＳｗｐおよびフリーホイールダイオードＦＤｐと、低電位側のパワースイッチング素子ＳｗｎおよびフリーホイールダイオードＦＤｎとのそれぞれを、同一半導体基板に併設して形成した。これにより、還流モードにおいてパワースイッチング素子Ｓｗがオン状態となることで導通損失が大きくなるため、還流モードである場合にパワースイッチング素子Ｓｗのオン操作指令をキャンセルする処理の利用価値が特に大きい。
【００５１】
（３）還流モードであるか否かを判断する閾値電流を、ゼロよりも還流モードの判断対象となるフリーホイールダイオードＦＤに順方向電流が流れる側に設定した。これにより、オン操作指令のキャンセル処理の解除が還流モードである状態から還流モードでない状態に移行するタイミングよりも遅れることを回避することができる。
【００５２】
（４）フリーホイールダイオードＦＤが還流モードにない状態から還流モードに移行することを判断する閾値電流ＩＨｐ、ＩＨｎと、還流モードから還流モードにない状態に移行することを判断する閾値電流ＩＬｐ、ＩＬｎとを相違させた。これにより、オン操作指令のキャンセル処理およびその解除が高周波で繰り返される事態を好適に回避することができる。
【００５３】
（５）制御装置１６においてソフトウェア処理によって生成された相補信号としての操作信号ｇのオン操作指令を、ハードウェア手段である遮断回路５０によってキャンセルする構成とした。これにより、制御装置１６の演算負荷を増加させることなく、キャンセル処理を実行することができる。
【００５４】
（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。
【００５５】
図６に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図６において、先の図１に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【００５６】
図示されるように、本実施形態では、ハードウェア手段としての遮断回路５０を備えない。これに代えて、遮断回路５０の機能を、制御装置１６のソフトウェア処理によって実現する。
【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】
＜還流モード判断手段について＞
・高電位側のフリーホイールダイオードＦＤｐが還流モードであるか否かを判断するための閾値電流と低電位側のフリーホイールダイオードＦＤｎが還流モードであるか否かを判断するための閾値電流とを相違させるものとしては、ヒステリシスコンパレータ６２，６７，７２，７７，８２，８７の入力信号のうち閾値を定める側の設定として行なうものに限らない。例えば、閾値との比較対象となる電流側の設定として行なうものであってもよい。これは、電流値を補正したり、この電流値を出力する電流センサの出力自体を調節したりすることで行うことができる。
【００５９】
・１のフリーホイールダイオードＦＤが還流モードにない状態から還流モードに移行する場合と還流モードから還流モードにない状態に移行する場合とで、閾値電流を相違させるものに限らない。こうした設定をしなくても上記第１の実施形態の上記（１）の効果等を得ることはできる。
【００６０】
・高電位側のフリーホイールダイオードＦＤｐが還流モードであるか否かを判断するための閾値電流と低電位側のフリーホイールダイオードＦＤｎが還流モードであるか否かを判断するための閾値電流とが相違するものに限らない。こうした設定をしなくても上記第１の実施形態の上記（１）の効果等を得ることはできる。
【００６１】
＜電流センサについて＞
上記各実施形態では、電流センサを相毎に設けたがこれに限らない。例えば、２相に設けて且つ、残りの１相の電流はキルヒホッフの法則に基づき算出するようにしてもよい。
【００６２】
＜スイッチング素子について＞
ＩＧＢＴとしては、フリーホイールダイオードが同一半導体基板に併設されたものに限らない。こうしたものでなくても、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Ｓｗｐをオン操作しないようにすることで、電力消費量を低減することができる。
【００６３】
パワースイッチング素子Ｓｗとしては、ＩＧＢＴに限らず、例えばパワーＭＯＳ型電界効果トランジスタ等であってもよい。この場合、通常、フリーホイールダイオードＦＤよりもパワーＭＯＳ型電界効果トランジスタの方がオン抵抗が小さいため、デッドタイム期間以外には、パワーＭＯＳ型電界効果トランジスタに電流が流れると考えられる。ただし、トランジスタの温度が高くなる場合には、フリーホイールダイオードＦＤによる還流モードとした方がよいことも考えられるため、こうした場合に本発明を適用することもできる。
【００６４】
なお、パワースイッチング素子Ｓｗとして、ＭＯＳ型電界効果トランジスタのように入力端子および出力端子の機能が入れ替わることで双方向に電流を流すことが可能なものを用いる場合、高電位側のフリーホイールダイオードＦＤｐおよび低電位側のフリーホイールダイオードＦＤｎのいずれか一方を削除したものに本発明を適用することも可能である。ちなみに、高電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｐと低電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｎとのオン・オフ操作に際してデッドタイム期間が設けられるなら、これらにそれぞれ並列接続されるフリーホイールダイオードが必要であるが、例えば米国特許第７１３０２０５号明細書に記載の電力変換回路のようにデッドタイム期間が不要なものもある。
【００６５】
＜インダクタについて＞
高電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｐおよび低電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｎの接続点に接続されるインダクタとしては、モータジェネレータ１０に搭載されるものに限らない。例えば図７に示されるように、コンバータＣＶの備えるリアクトルＬであってもよい。この図７において、先の図１に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【００６６】
図示されるコンバータＣＶは、コンデンサＣと、高電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｐおよ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、パワースイッチング素子Ｓｗｐおよびパワースイッチング素子Ｓｗｎの接続点と高電圧バッテリ１２とを接続するリアクトルＬとを備えている。ここで、制御装置１６は、高電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｐの操作信号ｇｃｐと低電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｎの操作信号ｇｃｎとを相補信号として生成し、遮断回路５０に出力する。遮断回路５０は、電流センサ５８によって検出されるリアクトルＬを流れる電流に基づき、高電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｐおよび低電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｎのうち、還流モードとなる側のオン操作指令をキャンセルする。
【００６７】
なお、この遮断回路５０の機能を上記第２の実施形態のようにソフトウェア処理によって実現してもよい。
【００６８】
＜その他＞
・遮断回路５０を、高電圧システムに備えても、上記第１の実施形態の上記（１）の効果等を得ることはできる。
【００６９】
・回転機としては、同期機に限らず、例えば誘導機であってもよい。また、３相回転機にも限らない。
【００７０】
・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】
【００７１】
１０…モータジェネレータ（回転機の一実施形態）、１６…制御装置（ソフトウェア処理手段の一実施形態）、５０…遮断回路（還流モード判断手段および禁止手段の一実施形態）、Ｓｗｐ，Ｓｗｎ…パワースイッチング素子、ＦＤｐ、ＦＤｎ…フリーホイールダイオード。
【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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【図７】
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