(57)【要約】【課題】並列接続されるパワー半導体素子の温度差分が生じると、並列接続するパワー半導体素子の発熱が不均一になり、信頼性が低下する。【解決手段】上アーム素子（上アームのパワー半導体素子）と下アーム素子（下アームのパワー半導体素子）とを含む電力変換ユニットを備えた電力変換装置の駆動回路が、上アーム素子のゲートの負バイアス電圧を生成する可変電圧源と、上アーム素子と下アーム素子に共通の温度検出部の出力に応じて可変電圧源が生成する負バイアス電圧を変化させる電圧制御部とを有する。可変電圧源の正側は下アーム素子の高電圧側に接続される。下アーム素子の低電圧側は下アームに属する容量素子の一端に接続される。容量素子のもう一端は高耐圧ダイオードのアノード端子に接続される。高耐圧ダイオードのカソード端子は可変電圧源の負側に接続される。下アーム素子がオンすると可変電圧源から容量素子に充電電流が流れる。【選択図】  図１
2019193481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上アームのパワー半導体素子である上アーム素子と下アームのパワー半導体素子である下アーム素子とを含む電力変換ユニットを備えた電力変換装置の駆動回路であって、
前記上アーム素子のゲートの負バイアス電圧を生成する可変電圧源と、
前記上アーム素子と前記下アーム素子に共通の温度検出部の出力に応じて前記可変電圧源が生成する前記負バイアス電圧を変化させる電圧制御部と
を有し、
前記可変電圧源の正側は前記下アーム素子の高電圧側に接続され、
前記下アーム素子の低電圧側は前記下アームに属する容量素子の一端に接続され、
前記容量素子のもう一端は高耐圧ダイオードのアノード端子に接続され、
前記高耐圧ダイオードのカソード端子は前記可変電圧源の負側に接続され、
前記下アーム素子がオンすると前記上アームに属する前記可変電圧源から前記下アームに属する前記容量素子に充電電流が流れる
ことを特徴とする電力変換装置の駆動回路。
【請求項２】
前記電圧制御部は、
前記温度検出部が検出する温度が相対的に高い場合は、前記負バイアス電圧の値を相対的に大きい値とし、
前記温度検出部が検出する温度が相対的に低い場合は、前記負バイアス電圧の値を相対的に小さい値とする
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の駆動回路。
【請求項３】
前記上アームに属し前記上アーム素子のゲート印加電圧を生成する上アーム電源生成部を更に有し、
前記上アーム素子の低電圧側端子を基準として、前記上アーム電源生成部の負バイアス側には、前記可変電圧源が接続され、
前記上アームの正バイアス側の電圧は、前記上アーム電源生成部と前記可変電圧源との電圧差分によって決定される
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の駆動回路。
【請求項４】
前記下アームに属し前記下アーム素子のゲート印加電圧を生成する下アーム電源生成部を更に有し、
前記下アーム素子の低電圧側端子を基準として、前記下アーム電源生成部の負バイアス側には、前記容量素子に接続され、
前記下アームの正バイアス側の電圧は、前記下アーム電源生成部と前記容量素子との電圧差分によって決定される
ことを特徴とする請求項１又は３に記載の電力変換装置の駆動回路。
【請求項５】
並列接続された複数の前記電力変換ユニットにそれぞれ接続された複数の駆動回路部を有し、
前記複数の駆動回路部の各々が、前記可変電圧源及び前記電圧制御部を有し、前記複数の電力変換ユニットのうちの当該駆動回路部に接続された電力変換ユニットを駆動するようになっており、
前記複数の駆動回路部の各々において、
当該駆動回路部における前記可変電圧源の正側は、当該駆動回路部に接続された電力変換ユニットにおける前記下アーム素子の高電圧側に接続され、
当該下アーム素子の低電圧側は、当該駆動回路部に関する下アームに属する容量素子の一端に接続され、
当該容量素子のもう一端は高耐圧ダイオードのアノード端子に接続され、
当該高耐圧ダイオードのカソード端子は、当該駆動回路部における前記可変電圧源の負側に接続され、
当該下アーム素子がオンすると、当該駆動回路部に関する上アームに属する前記可変電圧源から前記下アームに属する前記容量素子に充電電流が流れる
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の駆動回路。
【請求項６】
上アームのパワー半導体素子である上アーム素子と下アームのパワー半導体素子である下アーム素子とを含む電力変換ユニットと、
前記電力変換ユニットを駆動する駆動回路と、
前記上アーム素子と前記下アーム素子に共通の温度検出部と
を備え、
前記駆動回路は、前記温度検出部から検出された温度に応じて、前記上アーム素子のゲート印加電圧と前記下アーム素子のゲート印加電圧をそれぞれ個別に調整する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
前記駆動回路は、
前記上アーム素子のゲートの負バイアス電圧を生成する可変電圧源と、
前記温度検出部の出力に応じて前記可変電圧源が生成する前記負バイアス電圧を変化させる電圧制御部と
を有し、
前記可変電圧源の正側は前記下アーム素子の高電圧側に接続され、
前記下アーム素子の低電圧側は前記下アームに属する容量素子の一端に接続され、
前記容量素子のもう一端は高耐圧ダイオードのアノード端子に接続され、
前記高耐圧ダイオードのカソード端子は前記可変電圧源の負側に接続され、
前記下アーム素子がオンすると前記上アームに属する前記可変電圧源から前記下アームに属する前記容量素子に充電電流が流れる
ことを特徴とする請求項６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、概して、直流電力を交流電力に変換しあるいは交流電力を直流電力に変換するために使用する電力変換装置及びそれの駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力変換装置の一例としてのインバータ装置の高出力密度化が求められ、電力変換装置の小型化及び軽量化が進んでいる。パワー半導体素子を搭載したパワー半導体モジュール、コンデンサ、バスバーなどの部品を一体化した電力変換ユニット（電力変換装置の一部）の小型化が進むにつれて、パワー半導体素子を駆動するための駆動回路の小型及び低コスト化のニーズが高まっている。また、パワー半導体モジュールと、コンデンサ、バスバー、ゲートドライブ回路などの部品を一体化した電力変換ユニットを複数搭載して、部品の共通化及び出力容量の向上を図ることで、電力変換装置の低コスト化を実現している。電力変換ユニットの並列数を増やすことで電力変換装置の大容量化を実現することが可能である。
【０００３】
パワー半導体素子を並列接続する際に、パワー半導体素子の閾値やオン電圧などのパワー半導体素子固有な特性がばらつきを有するため、それらが導通する際にそれぞれのパワー半導体素子に流れる電流値がアンバランスしてしまう課題がある。従来は電流アンバランスを考慮して、パワー半導体素子を並列接続する際は、各々の定格電流よりも小さい電流値で設計し、パワー半導体素子が異常な電圧や電流によって破壊されないようにする必要があった。それゆえ、パワー半導体素子の性能を最大限に利用することができない。
【０００４】
従来の技術としては、パワー半導体素子の選別を行い、同じ様な特性を持つパワー半導体素子同士を組み合わせるが、特性選別によるコスト増加及び並列数の制限が課題であった。
【０００５】
これに鑑み、例えば特許文献１には、定常時のオン電圧ばらつきによる電流アンバランスの課題に対して、「閾値の電圧差分に基づいて、ゲート印加電圧を等量変化させる手段を備える。」と記述されている。
【０００６】
また、特許文献２では、「パワー半導体素子の特性情報を記憶する記憶部と、記憶部に記憶されている特性情報に基づいて、パワー半導体素子のゲート駆動条件を制御するゲート駆動制御部と、を備える。」と記述されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１７８２４８号公報
【特許文献２】特開２０１７−０４６４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１では、閾値の差分に基づいてゲート電圧を等量変化することで、定常時の電流アンバランスを解決するための手段としており、一方、特許文献２ではパワー半導体素子の特性情報を記憶する記憶部と、記憶部に記憶されている閾値など特性情報に基づいて、パワー半導体素子のゲート駆動条件を個別制御することにより、電流アンバランスを改善することが特徴となっている。
【０００９】
しかしながら、特許文献１及び２では、いずれも、閾値電圧は主にパワー半導体素子の出荷検査時にパワー半導体素子の静特性情報として得ることができるが、実際にパワー半導体素子が電力変換装置に実装されて実動作している際は、測定することが非常に困難である。
【００１０】
複数のパワー半導体素子を並列接続して電力変換装置を構成している場合では、電力変換装置が運転開始され、実動作している場合はパワー半導体素子の閾値電圧が経時劣化して、閾値電圧値が変動することがある。また、並列接続されたパワー半導体素子の放熱経路における熱抵抗が経時劣化され、並列接続パワー半導体素子のジャンクション温度に差異が生じることがある。
【００１１】
閾値電圧が変動すると、並列接続されたパワー半導体素子（上アーム素子（上アームのパワー半導体素子）と下アーム素子（下アームのパワー半導体素子））の出力電流のアンバランスが発生し、その電流アンバランスにより、パワー半導体素子の発熱が不均等になり、特定素子に発熱が集中して電力変換装置としての信頼性が低下するおそれがある。また、素子温度に差異が生じると閾値電圧の温度依存性により、並列接続するパワー半導体素子の電流アンバランスが発生し、同様に電力変換装置の信頼性が低下するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上述の課題を鑑みてなされたものであり、上アーム素子（上アームのパワー半導体素子）と下アーム素子（下アームのパワー半導体素子）とを含む電力変換ユニットを備えた電力変換装置の駆動回路が、上アーム素子のゲートの負バイアス電圧を生成する可変電圧源と、上アーム素子と下アーム素子に共通の温度検出部の出力に応じて可変電圧源が生成する負バイアス電圧を変化させる電圧制御部とを有する。可変電圧源の正側は下アーム素子の高電圧側に接続される。下アーム素子の低電圧側は下アームに属する容量素子の一端に接続される。容量素子のもう一端は高耐圧ダイオードのアノード端子に接続される。高耐圧ダイオードのカソード端子は可変電圧源の負側に接続される。下アーム素子がオンすると可変電圧源から容量素子に充電電流が流れる。
【発明の効果】
【００１３】
並列接続されたパワー半導体素子の温度差分に起因する閾値電圧の差異によって生じる電流アンバランスを改善することができ、信頼性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る電力変換装置及びその駆動回路の構成図である。
【図２】実施形態の一比較例に係る回路ブロック図である。
【図３】並列接続された電力変換ユニットと各々の駆動回路部とを含む電力変換装置の構成図である。
【図４Ａ】電力変換ユニットが２並列接続の場合の同一アームにおけるパワー半導体素子の閾値電圧の温度依存性のイメージ図である。
【図４Ｂ】閾値電圧が異なる際のゲート印加電圧の波形の一例のイメージ図である。
【図５】上アーム駆動回路の一部の概略図である。
【図６】電圧制御処理のフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態が適用されたエレベータシステムの一例のシステム構成図である。
【図８】電力変換ユニットの並列接続構造例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る電力変換装置の駆動回路について説明する。なお、各図において同一要素については同一の符号を記し、重複する説明は省略する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る電力変換装置及びその駆動回路の構成図である。
【００１７】
本実施形態に係る電力変換装置６０は、上アーム素子（上アームのパワー半導体素子）３１１及び下アーム素子（下アームのパワー半導体素子）３０１を含む電力変換ユニット１１１と、電力変換ユニット１１１を駆動する駆動回路５０と、上アーム素子３１１と下アーム素子３０１に共通の温度センサ３０（温度検出部の一例）とを備える。パワー半導体素子としては、電圧駆動型の素子の一例である絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor：ＩＧＢＴ）などを用いることができる。駆動回路５０は、温度センサ３０から検出された温度に応じて、上アーム素子３１１のゲート印加電圧と下アーム素子３０１のゲート印加電圧をそれぞれ個別に調整する。これにより、並列接続されるパワー半導体素子３１１及び３０１の温度差分が生じる場合においても、ゲート印加電圧の閾値電圧の変動に応じてゲート印加電圧を変化させることによって、発熱を均一化することができ、信頼性向上と長寿命化が図れる。
【００１８】
電力変換装置６０において、電力変換ユニット１１１は、正側パワー端子６０１と、負側パワー端子６０２と、出力パワー端子６０３を有している。電力変換ユニット１１１を並列接続する際は、パワー端子６０１、６０２、６０３をそれぞれ共通の端子として接続される。すなわち、並列接続される複数の電力変換ユニット１１１がそれぞれ有する複数のパワー端子６０１は共通であり、当該複数の電力変換ユニット１１１がそれぞれ有する複数のパワー端子６０２は共通であり、当該複数の電力変換ユニット１１１がそれぞれ有する複数のパワー端子６０３は共通である。
【００１９】
電力変換ユニット１１１は、上アーム素子３１１と、下アーム素子３０１と、温度を測定するための温度センサ３０を有する。なお、「上アーム」とは、パワー半導体素子３１１それ自体でもよいし、パワー半導体素子３１１を含む１以上のデバイスの集合でもよい。同様に、「下アーム」とは、パワー半導体素子３０１それ自体でもよいし、パワー半導体素子３０１を含む１以上のデバイスの集合でもよい。
【００２０】
電力変換ユニット１１１を駆動制御するための駆動回路５０が、電力変換ユニット１１１に接続されている。具体的には、駆動回路５０は、１以上の駆動回路部５の集合である。後述するように、並列接続された電力変換ユニット１１１の各々について、当該電力変換ユニット１１１に駆動回路部５が接続される。本発明は、電力変換ユニット１１１及び駆動回路部５の各々の数が１でも適用可能である。
【００２１】
駆動回路部５は、上アーム素子３１１のゲート駆動回路である上アーム駆動回路と、下アーム素子３０１のゲート駆動回路である下アーム駆動回路と、上アーム駆動回路と下アーム駆動回路との間に設けられた高耐圧ダイオード３３（ダイオードの一例）とを有する。駆動回路部５では、上アーム駆動回路及び下アーム駆動回路は個別に動作するが、後述するように、上アーム駆動回路及び下アーム駆動回路間で負バイアス電圧が共有される。具体的には、下アーム素子３０１がオンされることで、上アームでの負バイアス電圧が下アームにコピーされる。本実施形態では、上アームと下アームで温度センサ３０が共通であり、上アームと下アームの各々において、負バイアス電圧と正バイアス電圧との合計であるトータル電圧は一定である。検出された温度を基に上アームにおいて負バイアス電圧が制御され、制御された負バイアス電圧が下アームと共有される。故に、結果として、上アームと下アームにおいて、トータル電圧と負バイアス電圧の差分として正バイアス電圧が求まり、当該正バイアス電圧に従い、ゲート印加電圧が決まる。故に、共通の温度センサ３０により検出された温度に適切なゲート印加電圧を上アームと下アームのいずれについても提供できる。また、電力変換ユニット１１１に既存の下アーム素子３０１が負バイアス電圧の共有のためのスイッチとしても使用される。これにより、新たなスイッチ素子を追加するといったこと無しに（つまり部品点数の増加を抑えつつ）、負バイアス電圧の共有を実現することができる。
【００２２】
駆動回路部５は、温度センサ３０からの出力であるセンス情報（つまり検出された温度）に基づいて上アームの負バイアス電圧を制御する電圧制御部３１を有する。上アーム駆動回路は、電圧制御部３１からの電圧指令に応じて上アームの負バイアス電圧を出力する負バイアス電源１００（可変電圧源の一例）と、上アームの絶縁電圧生成部５６（上アーム電源生成部の一例）と、負バイアス電源１００と絶縁電圧生成部５６と接続される正バイアス容量素子（典型的にはコンデンサ）１０３と、上アーム信号入力端子４４を有する。上アーム素子３１１の低電圧側端子を基準として、絶縁電圧生成部５６の負バイアス側には、負バイアス電源１００が接続される。上アーム素子３１１の駆動電圧の負バイアス分は負バイアス電源１００によって生成され、上アーム素子３１１の駆動電圧の正バイアス分は絶縁電圧生成部５６と負バイアス電源１００との電圧差分によって決定される。上アームの駆動信号は上アーム信号入力端子４４から入力され、上アームのバッファ回路部４２を介して、上アーム素子３１１に入力される。電圧制御部３１は、温度センサ３０の出力に応じて負バイアス電源１００が生成する負バイアス電圧を変化させる。
【００２３】
一方、下アーム駆動回路は、下アームの絶縁電圧生成部５５（下アーム電源生成部の一例）と、下アームの負バイアス容量素子１０１（下アームに属する容量素子の一例）と、正バイアス容量素子１０２と、下アームのバッファ回路部４１と、下アーム信号入力端子４３を有する。下アーム素子３０１の低電圧側端子を基準として、絶縁電圧生成部５５の負バイアス側には、負バイアス容量素子１０１に接続される。下アームの正バイアス側の電圧は、絶縁電圧生成部５５と負バイアス容量素子１０１との電圧差分によって決定される。下アームの駆動信号は、下アーム信号入力端子４３から入力され、下アームのバッファ回路部４１を介して、下アーム素子３０１に入力される。
【００２４】
上アーム駆動回路と下アーム駆動回路の間には、高耐圧ダイオード３３が接続されており、高耐圧ダイオード３３のアノード端子は下アームの負バイアス容量素子１０１の一端に接続され、高耐圧ダイオード３３のカソード端子は上アームの負バイアス電源１００の負電位端子（負側）に接続される。
【００２５】
下アームの負バイアス容量素子１０１のもう一端（高耐圧ダイオード３３と接続されていない端子）は、下アーム素子３０１のＬＶ側（低電圧側）の端子と接続されている。下アーム素子３０１のＨＶ側（高電圧側）の端子は、上アーム素子３１１のＬＶ側端子に接続されるとともに、上アームの負バイアス電源１００の正電位端子に接続される。
【００２６】
図１の吹出が示す通り、上アームの負バイアス電源１００と、下アーム素子３０１と、下アームの負バイアス容量素子１０１と、高耐圧ダイオード３３によって、ループが形成されている。下アーム素子３０１が導通すれば、下アームの負バイアス容量素子１０１に充電電流３５が流れ、下アームの負バイアス容量素子１０１は充電されてそのうち上アームの負バイアス電源１００と略同一の電圧となる。また、下アーム素子３０１がオフとなり、上アームと下アームの駆動回路間に高電圧が印加されるが、高耐圧ダイオード３３が十分な耐圧を持っており、上アームと下アーム間に大電流が流れることはない。
【００２７】
従って、温度センサ３０の検出温度に応じて上アームの負バイアス電源１００の電圧Ｖｅが変化し、負バイアス電源１００の電圧Ｖｅは、下アーム素子３０１が導通することにより、下アームの負バイアス容量素子１０１にコピーされる。結果として、負バイアス電圧Ｖｅが、上アーム駆動回路と下アーム駆動回路間で共有される。これにより、共通（同一）の温度センサ３０の検出温度（検出された温度を示す温度情報）に基づいて、上アーム及び下アームの両方の負バイアス電圧を変化させることができる。
【００２８】
図２は、実施形態の一比較例に係る回路ブロック図である。
【００２９】
同一の温度センサ３０を共有して上下アームのゲート電圧を調整する場合、上下アーム間に高電圧がかかるため、温度センサ３０の検出温度を一旦上位電圧制御部４０に取り込み、その温度情報に基づいた上アームあるいは下アームのゲート電圧制御指令を上アームのゲート電圧可変部１５１１と、下アームのゲート電圧可変部１５０１にそれぞれ絶縁して転送する必要がある。そこで、上アームには上アーム絶縁信号伝送部３９と、下アームには下アーム絶縁信号伝送部３８がそれぞれ必要である。
【００３０】
上アーム絶縁信号伝送部３９及び下アーム絶縁信号伝送部３８（例えば光ファイバ）は、一般的に高価であり、さらに、その絶縁信号を送信あるいは受信を行うための絶縁回路も必要であり、トータルのシステムとしては高コストで複雑化してしまう課題がある。
【００３１】
また、そのようなシステムでは、検出温度を一旦上位電圧制御部４０に転送して、さらに絶縁信号に変換された指令を上下アームのゲート電圧可変部１５１１、１５０１に転送する必要があるため、信号伝送の遅延が大きいという課題もある。
【００３２】
従って、図２に示す一比較例に係る回路構成では、システムの高コスト化及び複雑化と、信号伝送遅延による電圧制御の遅れが課題である。一方、本実施形態に係る回路構成であれば、低コスト且つ簡易な構成であり信号転送遅延が少ない駆動回路を実現可能である。
【００３３】
図３は、並列接続された電力変換ユニット１１１と各々の駆動回路部５とを含む電力変換装置６０の構成図を示す。
【００３４】
電力変換装置６０には、例えば、３並列の電力変換ユニット１１１と、それぞれの電力変換ユニット１１１に接続される上述の駆動回路部５が搭載されている。なお、図３の例では、３並列を例に挙げて説明するが、並列数は、３に限らず、２でもよいし、４以上でもよい。並列数をｎ（ｎは２以上の整数）とすることができる。図３の例では、電力変換装置６０の駆動回路５０は、３つの駆動回路部５で構成される。
【００３５】
図３に示す３つの電力変換ユニット１１１は、共通の正側パワー端子６０１と、負側パワー端子６０２と、出力パワー端子６０３を共有している。パワー半導体素子を並列接続する場合、閾値電圧のばらつきにより、スイッチングタイミングなどの特性がずれ、並列接続時の電流不平衡による損失不平衡の発生が問題となる。そこで、本実施形態では、閾値電圧の差分に応じてゲート印加電圧を変化させることで電流の均等化を図る。しかしながら、閾値電圧は温度依存性が存在し、一度ゲート電圧を閾値電圧に応じて調整を行ったとしても、３つの電力変換ユニット１１１のお互いの温度がずれると、閾値電圧も温度に応じて変化するため、その都度温度に応じてゲート電圧を再調整する必要がある。
【００３６】
そこで、本実施形態では、各駆動回路部５が、当該駆動回路部５が駆動する電力変換ユニット１１１に搭載されている温度センサ３０の検出温度に応じて、当該電力変換ユニット１１１を個別に制御する。つまり、電力変換ユニット１１１毎に、個別にゲート印加電圧が制御される。
【００３７】
図４Ａ及び図４Ｂを参照して、２並列時の閾値電圧の温度依存性がある場合に関するゲート電圧印加方法について説明する。
【００３８】
図４Ａは、電力変換ユニットが２並列接続の場合の同一アームにおけるパワー半導体素子の閾値電圧の温度依存性のイメージ図である。
【００３９】
図４Ａ中の直線５００は、パワー半導体素子の閾値電圧（ゲート電圧の閾値電圧）の温度依存性を示す。一般的に、閾値電圧は温度が上昇するにつれ値が小さくなる。例えば、並列接続された２つのパワー半導体素子のうち、一つ目のパワー半導体素子の温度センサの検出温度はｔ１であり、このときの一つ目のパワー半導体素子の閾値電圧はＶｔｈ１である。一方、二つ目のパワー半導体素子の温度センサの検出温度はｔ２であり、このときの二つ目のパワー半導体素子の閾値電圧はＶｔｈ２である。ただし、ｔ１＜ｔ２、Ｖｔｈ１＞Ｖｔｈ２であり、両者の閾値電圧の差分Ｖｔｈ１−Ｖｔｈ２は△Ｖｔｈである。
【００４０】
図４Ｂは、閾値電圧が異なる際のゲート印加電圧の波形イメージを示す。ただし、図中の点線波形５０１は一つ目パワー半導体素子のゲート印加電圧波形、図中の実線波形５０２は二つ目のパワー半導体素子のゲート印加電圧波形をそれぞれ示す。
【００４１】
図４Ｂの通り、一つ目のパワー半導体素子の閾値電圧Ｖｔｈ１が二つ目のパワー半導体素子の閾値電圧Ｖｔｈ２より大きい値であり、そのため、一つ目のパワー半導体素子に対応するゲート駆動回路に内蔵する電圧制御部３１の指令に基づき、負バイアス電源１００は電圧Ｖｅ１を出力する。また、二つ目のパワー半導体素子に対応するゲート駆動回路に内蔵する負バイアス電源１００は電圧Ｖｅ２を出力する。ここで、Ｖｔｈ１＞Ｖｔｈ２であることから、Ｖｅ１＞Ｖｅ２とすることで、一つ目のパワー半導体素子ゲート印加電圧Ｖｇｅ１と二つ目のパワー半導体素子のゲート印加電圧Ｖｇｅ２の関係として、「Ｖｇｅ１の最大値」＞「Ｖｇｅ２の最大値」であり、それぞれの最大値の差分は閾値電圧の差分△Ｖｔｈと略等量である。
【００４２】
本実施形態では、ゲート印加電圧Ｖｇｅ１とＶｇｅ２の最大値と最小値の差はほぼ同じであるが、負バイアス電源１００の出力電圧を調整することで、基準電位５０３から最小値まで電圧Ｖｅ１とＶｅ２を調整しており、結果としてそれぞれのゲート印加電圧の最大値を調整できる。図４Ａ及び図４Ｂによれば、電圧制御部３１は、温度センサ３０の検出温度が相対的に高い場合（例えば、検出温度がｔ２（第１の温度の一例）の場合）、負バイアス電圧の値を相対的に大きい値（例えば、Ｖｅ２（第１の負バイアス電圧の一例）とする。電圧制御部３１は、温度センサ３０の検出温度が相対的に低い場合（例えば、検出温度がｔ１（第１の温度よりも低い第２の温度の一例）の場合）、負バイアス電圧の値を相対的に小さい値（例えば、Ｖｅ１（第１の負バイアス電圧よりも低い第２の負バイアス電圧の一例））とする。検出温度が上がると閾値電圧が下がるので、負バイアス電圧が大きくされる。
【００４３】
図５は、電力変換ユニット１１１の駆動回路部５における上アーム駆動回路の一部の概略図である。
【００４４】
上アームの絶縁電圧生成部５６と、上アームの負バイアス電源１００と、絶縁電圧生成部５６と接続される正バイアス容量素子１０３とが図示されている。
【００４５】
本実施形態では、絶縁電圧生成部５６の出力電圧ＶＤＤはほぼ一定である。温度センサ３０の検出温度に応じて、負バイアス電源１００の出力電圧Ｖｅが変化する。したがって、基準電圧端子５０４から見て、正バイアス電圧分はＶＤＤ−Ｖｅとなる。この正バイアス電圧分を各デバイスの閾値電圧に応じて変化させることで、並列接続した電力変換ユニット同士の電流均等化が図れる。
【００４６】
図６は、本実施形態に係る電圧制御処理のフローチャートである。
【００４７】
温度センサ３０の検出温度に基づいて、電圧制御部３１が、上アームの負バイアス電源１００を制御する、つまり、負バイアス電圧Ｖｅを変化させる（ステップ２０１）。
【００４８】
次に、上アーム素子３１１がオフとなり、下アーム素子３０１がオンとなると、上アームの負バイアス電源１００で生成された電圧Ｖｅにより、高耐圧ダイオード３３を介して下アームの負バイアス容量素子１０１に充電電流が流れる（ステップ２０２）。
【００４９】
そのうち、下アームの負バイアス容量素子１０１の両端電圧が上アームの負バイアス電源１００の負バイアス電圧Ｖｅと略同一となる（ステップ２０３）。
【００５０】
図７は、本発明の一実施形態が適用されたエレベータシステムの一例のシステム構成図である。
【００５１】
エレベータシステム６００では、系統４０５からの電力はフィルタ回路４０４を介して、本発明の一実施形態に係る駆動回路により駆動する電力変換ユニットを複数並列接続したコンバータシステム４１０に入力され、当該コンバータシステム４１０により、交流から直流への変換が行われる。そして、本発明の一実施形態に係る駆動回路により駆動する電力変換ユニットを複数並列接続したインバータシステム４１１により、直流から交流への変換が行われる。インバータシステム４１１が、フィルタ回路４０４を介して、モータ（巻上機）４０１を駆動する。モータ４０１の負荷としては、ロープ４０６に繋がれたエレベータのかご４０７とカゴ４０７とつり合いをとるためのおもり４０８がある。モータ４０１の電力はエレベータのかご４０７を上下させるために消費される。
【００５２】
エレベータのかご４０７に載せる重量物を速く移動させるためには、モータ４０１の出力パワーを増やす必要があり、出力パワーを増やすためには、コンバータシステム４１０及びインバータシステム４１１の電力変換ユニットの並列数を増加させる必要がある。
【００５３】
電力変換ユニットの並列数が増加すれば、パワー半導体素子の閾値変化による電流の不均一化の影響が増大し得るが、上述した実施形態に係る電流均等化駆動制御技術を使えば、エレベータシステム６００の信頼性が向上することが期待できる。
【００５４】
システムが大型化すればするほど、パワー半導体素子の破壊からシステムを復帰するために要する時間が増大する。上述した実施形態に係る方法により、電流均等化を図ることでエレベータシステム６００の長寿命化が期待できる。
【００５５】
図８は、電力変換装置の並列接続構造例を示す。
【００５６】
図８に示す電力変換装置の並列接続例は、２つの電力変換装置６０の並列接続である。電力変換装置６０には電力変換ユニット（パワー半導体モジュールと呼ばれてもよい）１１１が搭載されている。また、電力変換装置６０には、冷却システム７１０が搭載されている。
【００５７】
通常運転時において、各電力変換装置６０において、冷却システム７１０が正常に動作されている場合は、並列接続された２つの電力変換ユニット１１１は略同一の電流出力と、一律に冷却される。このため、それぞれの電力変換ユニット１１１に搭載する温度センサの検出温度ｔ１及びｔ２は略同一となることが想定される。
【００５８】
一方、経時劣化により、仮に一方の電力変換ユニット１１１に搭載する冷却システム７１０が故障してしまった場合を考えると、当該電力変換ユニット１１１の放熱効率が劣化してしまい、温度センサの検出温度ｔ２が高くなることが想定される。この場合、上述したとおり、ｔ１＜ｔ２のため、それぞれのパワー半導体モジュールに搭載されているパワー半導体素子の閾値電圧がＶｔｈ１＞Ｖｔｈ２となることが想定される。そのため、同一のゲート駆動条件では、電流アンバランスが発生しうる。
【００５９】
そこで、上述した実施形態に係る駆動回路によれば、電流均等化を図ることができる。
【００６０】
なお、以上の実施形態では、パワー半導体素子が２並列もしくは３並列の場合を例に挙げて説明したが、パワー半導体素子の並列数ｎ（ｎは２以上の整数）がいずれの値でも、本発明は適用可能である。
【００６１】
また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例を含む。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除及び置換のいずれをすることも可能である。
【符号の説明】
【００６２】
５・・・駆動回路部、３０・・・温度センサ、３１・・・電圧制御部、３３・・・高耐圧ダイオード、５０・・・駆動回路、１１１・・・電力変換ユニット、３０１・・・下アーム素子（下アームのパワー半導体素子）、３１１・・・上アーム素子（上アームのパワー半導体素子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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