(57)【要約】      （修正有）【課題】スイッチング素子を駆動するゲート駆動装置において、ノイズ発生量の制限内でスイッチング素子の電力損失を低減させると共に、電力損失の上限を超えない範囲で負荷への高出力化を可能にする。【解決手段】ゲート駆動装置４０は、スイッチング素子ＳＷのオン時に流れる素子電流Ｉｃを検出する電流検出部１２と、複数のゲート電流を切り換えてゲート信号Ｇを出力するゲート駆動部１３０と、記憶部１４と、ゲート電流の切換信号Ｓを生成する切換決定部１５とを備える。記憶部１４は、上記スイッチング素子ＳＷの電力損失およびノイズ発生量の各上限情報と、各ゲート電流における素子電流、電力損失およびノイズ発生量の関係である素子特性情報とを予め記憶し、切換決定部１５は、検出された素子電流Ｉｃおよびゲート電流に基づいて、記憶部１４を参照して切換信号Ｓを生成する。【選択図】図２
2019033556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子のオン時に流れる素子電流を検出する電流検出部と、
上記スイッチング素子のゲート端子に複数の異なるゲート電流レベルを切り換えてゲート信号を出力するゲート駆動部と、
上記スイッチング素子の電力損失およびノイズ発生量の各上限情報と、上記各ゲート電流レベルにおける上記素子電流、上記電力損失および上記ノイズ発生量の関係である素子特性情報とを予め記憶した記憶部と、
上記ゲート電流レベルを切り換える切換信号を生成して上記ゲート駆動部に出力する切換決定部とを備え、
上記切換決定部は、上記電流検出部によって検出された上記素子電流、上記ゲート駆動部における上記ゲート電流レベル、上記記憶部に記憶された上記素子特性情報および上記各上限情報に基づいて、上記切換信号を生成する、
ゲート駆動装置。
【請求項２】
上記記憶部は、上記電力損失の上限情報としての損失上限値、および上記ノイズ発生量の上限情報としてのノイズ上限値を記憶し、
上記切換決定部は、
検出された上記素子電流および上記ゲート電流レベルに基づいて、上記素子特性情報を参照して上記電力損失が上記損失上限値を超えるかの第１判断と、上記ノイズ発生量が上記ノイズ上限値を超えるかの第２判断とを行い、
上記第１判断の結果として、上記電力損失が上記損失上限値を超えると判断されるときは、上記ゲート電流レベルを大きくする上記切換信号を生成し、上記第２判断の結果として上記ノイズ発生量が上記ノイズ上限値を超えると判断されるときは、上記ゲート電流レベルを小さくする上記切換信号を生成する、
請求項１に記載のゲート駆動装置。
【請求項３】
上記スイッチング素子の上記ノイズ発生量を検出するノイズ検出部を備え、
上記記憶部は、上記電力損失の上限情報としての損失上限値、および上記ノイズ発生量の上限情報としてのノイズ上限値を記憶し、
上記切換決定部は、
検出された上記素子電流および上記ゲート電流レベルに基づいて、上記素子特性情報を参照して上記電力損失が上記損失上限値を超えるかの第１判断と、上記ノイズ検出部によって検出されたノイズ発生量が上記ノイズ上限値を超えるかのノイズ判断とを行い、
上記第１判断の結果として、上記電力損失が上記損失上限値を超えると判断されるときは、上記ゲート電流レベルを大きくする上記切換信号を生成し、上記ノイズ判断の結果として、検出された上記ノイズ発生量が上記ノイズ上限値を超えると判断されるときは、上記ゲート電流レベルを小さくする上記切換信号を生成する、
請求項１に記載のゲート駆動装置。
【請求項４】
上記記憶部は、
上記素子特性情報および上記電力損失の上限情報を含む情報として、上記各ゲート電流レベルにおける上記電力損失の上限情報に対応する上記素子電流である第１電流値を記憶し、
上記素子特性情報および上記ノイズ発生量の上限情報を含む情報として、上記各ゲート電流レベルにおける上記ノイズ発生量の上限情報に対応する第２電流値を記憶し、
上記切換決定部は、
検出された上記素子電流および上記ゲート電流レベルに基づいて、該素子電流の大きさと上記第１電流値および上記第２電流値とを比較し、
上記素子電流の大きさが上記第１電流値を超えると判断されるときは、上記ゲート電流レベルを大きくする上記切換信号を生成し、上記素子電流の大きさが上記第２電流値未満と判断されるときは、上記ゲート電流レベルを小さくする上記切換信号を生成する、
請求項１に記載のゲート駆動装置。
【請求項５】
複数の上記スイッチング素子を有して電力変換を行い負荷に電力供給する電力変換器と、指令情報に基づいて上記各スイッチング素子のスイッチングのタイミング指令を生成するタイミング生成部とを備えた電力変換装置において、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のゲート駆動装置を、上記各スイッチング素子毎にさらに備え、
上記各ゲート駆動装置の上記電流検出部を、上記素子電流として負荷電流を検出する共通の電流検出部にて構成すると共に、上記各ゲート駆動装置の上記記憶部を共通の記憶部にて構成し、
上記各ゲート駆動装置は、上記タイミング生成部からの上記タイミング指令に応じて上記各スイッチング素子を駆動する、
電力変換装置。
【請求項６】
上記電力変換器は、それぞれダイオードが逆並列接続された複数の上記スイッチング素子を有する複数のレグが直流母線間に並列接続され、該直流母線からの直流電力を交流電力に変換して上記負荷に供給する、
請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
上記各ゲート駆動装置の上記切換決定部を、共通の上記切換信号を生成する共通の切換決定部にて構成する、
請求項５または請求項６に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スイッチング素子を駆動するゲート駆動装置、およびゲート駆動装置を用いてスイッチング制御される電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体スイッチング素子（以下、スイッチング素子と称す）のスイッチング速度が速くなれば、スイッチングによる電力損失は小さくなり、ノイズ発生量は大きくなる。電力損失の大きさは、スイッチング素子を備えた電力変換装置の放熱構造に反映され、電力損失が大きくなると電力変換装置の大型化およびコスト高になる。一方、ノイズ発生量に関しては、法律や規格の制限が存在し、ノイズ発生により電力変換装置周辺での通信環境の劣化を生じさせる。従来の電力変換装置では、放熱構造の制限以下の電力損失で、かつ、ノイズ発生量の制限以下で動作させてきた。
【０００３】
従来技術におけるゲート駆動装置として、定電圧駆動回路および定電流駆動回路の２つの駆動回路と、これらのうちいずれの駆動回路を用いるかを切り換える駆動回路選択部とを備える装置が開示されている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１に開示されるゲート駆動装置では、定電圧駆動回路と定電流駆動回路とはスイッチング損失が同程度となる仕様とされている。駆動回路選択部は、定電圧駆動回路および定電流駆動回路が同程度のスイッチング損失を生じる条件下において放射ノイズレベルの小さいほうの駆動回路を選択する。
【０００４】
また特許文献１には、コレクタ電圧の変化量がある値となる時点までは、ノイズが小さくなる駆動回路を優先的に適用し、それ以降はスイッチング損失が小さくなる駆動回路を優先的に適用する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許５７０１１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したゲート駆動装置では、スイッチング素子の動作領域が限定的で、スイッチング素子のノイズ発生量の制限内でスイッチング素子の電力損失の低減化には限界があった。また、設定された電力損失の上限を超えない範囲でスイッチング素子を効果的に動作させる事も困難であった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、スイッチング素子のノイズ発生量の制限内でスイッチング素子の電力損失を一層低減させる共に、設定された電力損失の上限を超えない範囲でスイッチング素子を効果的に動作させることが可能なゲート駆動装置を提供することを目的とする。
さらに、このゲート駆動装置を適用した電力変換装置において、電力損失を低減して装置構成の小型化、低コスト化を図ると共に、決められた装置構成を用いて効果的に高い出力電力を得る事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るゲート駆動装置は、スイッチング素子のオン時に流れる素子電流を検出する電流検出部と、上記スイッチング素子のゲート端子に複数の異なるゲート電流レベルを切り換えてゲート信号を出力するゲート駆動部と、上記スイッチング素子の電力損失およびノイズ発生量の各上限情報と、上記各ゲート電流レベルにおける上記素子電流、上記電力損失および上記ノイズ発生量の関係である素子特性情報とを予め記憶した記憶部と、上記ゲート電流レベルを切り換える切換信号を生成して上記ゲート駆動部に出力する切換決定部とを備える。上記切換決定部は、上記電流検出部によって検出された上記素子電流、上記ゲート駆動部における上記ゲート電流レベル、上記記憶部に記憶された上記素子特性情報および上記各上限情報に基づいて、上記切換信号を生成するものである。
【０００９】
また、この発明に係る電力変換装置は、複数の上記スイッチング素子を有して電力変換を行い負荷に電力供給する電力変換器と、指令情報に基づいてそれぞれの上記スイッチング素子のスイッチングのタイミング指令を生成するタイミング生成部を備え、上記ゲート駆動装置を、上記各スイッチング素子毎にさらに備える。そして、上記各ゲート駆動装置の上記電流検出部を、上記素子電流として負荷電流を検出する共通の電流検出部にて構成すると共に、上記各ゲート駆動装置の上記記憶部を共通の記憶部にて構成し、上記各ゲート駆動装置は、上記タイミング生成部からの上記タイミング指令に応じて上記各スイッチング素子を駆動するものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係るゲート駆動装置によれば、検出された素子電流、ゲート駆動部におけるゲート電流レベル、記憶部に記憶された素子特性情報および電力損失、ノイズ発生量の各上限情報に基づいて、ゲート電流レベルを切り換える。このため、スイッチング素子の動作領域を拡大でき、ノイズ発生量の制限内でスイッチング素子の電力損失を一層低減できる共に、電力損失の上限を超えない範囲でスイッチング素子を効果的に動作させることができる。
【００１１】
また、この発明に係る電力変換装置によれば、ノイズ発生量の制限内で電力変換装置の電力損失を一層低減でき、装置構成の小型化、低コスト化を実現できる。また、決められた装置構成を用いて効果的に高い出力電力が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１による電力変換装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるゲート駆動装置の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるゲート電流切換部の構成を示す図である。
【図４】スイッチング素子のスイッチングの際の素子電流と主端子間電圧との波形を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１による素子特性を説明する図である。
【図６】この発明の実施の形態１による素子特性情報を説明する図である。
【図７】この発明の実施の形態１によるゲート駆動装置におけるゲート電流の切換動作を説明する図である。
【図８】この発明の実施の形態１による電力変換装置のゲート駆動部の構成を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態１による電力変換装置のハードウェア構成を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態２による電力変換装置のゲート駆動部の構成を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態３によるゲート駆動装置の構成を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態３によるノイズ検出部の構成を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態３によるノイズ検出部の各部の波形を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態５による記憶部内の情報を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら複数の形態について説明する。以下の説明においては、各形態に先行する形態ですでに説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略す場合がある。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電力変換装置１の構成を示す図である。また、図２は、電力変換装置１内のスイッチング素子を駆動するゲート駆動装置４０の構成を示す図であり、このゲート駆動装置４０によって電力変換装置１内の駆動装置４が構成される。
図１に示すように、電力変換装置１は、電力変換器としてのインバータ２と、タイミング生成部３と、駆動装置４とを備える。インバータ２は、複数（この場合３個）のレグ１０ｕ、１０ｖ、１０ｗが直流母線Ｐ、Ｎ（高電位側直流母線Ｐ、低電位側直流母線Ｎ）の間に並列接続され、直流母線Ｐ、Ｎからの直流電力を交流電力に変換して負荷である三相のモータ６に供給する。
Ｕ相のレグ１０ｕは、直列に接続された２つのスイッチング素子１００ｕ、１０１ｕを備える。スイッチング素子１００ｕは直流母線Ｐに接続され、スイッチング素子１０１ｕは直流母線Ｎに接続される。各スイッチング素子１００ｕ、１０１ｕの主端子間には、逆並列にダイオード１１が接続される。スイッチング素子１００ｕとスイッチング素子１０１ｕとの接続点は、モータ６のＵ相と接続される。
【００１５】
同様に、Ｖ相のレグ１０ｖは、直列に接続された２つのスイッチング素子１００ｖ、１０１ｖを備える。スイッチング素子１００ｖは直流母線Ｐに接続され、スイッチング素子１０１ｖは直流母線Ｎに接続される。各スイッチング素子１００ｖ、１０１ｖの主端子間には、逆並列にダイオード１１が接続される。スイッチング素子１００ｖとスイッチング素子１０１ｖとの接続点は、モータ６のＶ相と接続される。
Ｗ相のレグ１０ｗは、直列に接続された２つのスイッチング素子１００ｗ、１０１ｗを備える。スイッチング素子１００ｗは直流母線Ｐに接続され、スイッチング素子１０１ｗは直流母線Ｎに接続される。各スイッチング素子１００ｗ、１０１ｗの主端子間には、逆並列にダイオード１１が接続される。スイッチング素子１００ｗとスイッチング素子１０１ｗとの接続点は、モータ６のＷ相と接続される。
【００１６】
各スイッチング素子１００ｕ、１０１ｕ、１００ｖ、１０１ｖ、１００ｗ、１０１ｗには、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が用いられる。なお、ＩＧＢＴの他、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの自己消弧型のスイッチング素子でも良い。
以後、各スイッチング素子１００ｕ、１０１ｕ、１００ｖ、１０１ｖ、１００ｗ、１０１ｗを、特に区別を要しない場合、スイッチング素子ＳＷと記載する。
【００１７】
この実施の形態では、上位制御装置から入力される回転速度指令値にモータ６の回転速度が追従する場合を例に説明する。
タイミング生成部３には、モータ６に設置されるレゾルバ２７から出力されるモータ６の回転速度情報２７ａが入力され、外部から回転速度指令値２８が与えられる。そして、タイミング生成部３は、回転速度情報２７ａと回転速度指令値２８とに基づいてＰＷＭ制御により、インバータ２内の各スイッチング素子ＳＷのスイッチングのタイミング指令Ｆを生成する。このタイミング指令Ｆには、各レグ１０ｕ、１０ｖ、１０ｗ内の２つのスイッチング素子ＳＷが短絡しないように、短絡防止時間であるデッドタイムが設定されている。
【００１８】
このタイミング指令Ｆは、駆動装置４から各スイッチング素子ＳＷに出力されるゲート信号Ｇの基準信号となるもので、ゲート信号Ｇがスイッチング素子ＳＷをオフからオンへ変化させ始めるタイミングにＬレベルからＨレベルに変化し、かつ、ゲート信号Ｇがスイッチング素子ＳＷをオンからオフへ変化させ始めるタイミングにＨレベルからＬレベルに変化する信号である。
【００１９】
駆動装置４は、電流検出部１２と、ゲート駆動部１３と、記憶部１４と、切換決定部１５とを備える。この駆動装置４は、図２に示すゲート駆動装置４０を用いて構成される。  ゲート駆動装置４０は、スイッチング素子ＳＷ毎に設けられ、各ゲート駆動装置４０は、電流検出部１２と、ゲート駆動部１３０と、記憶部１４と、切換決定部１５とを備える。なお、電流検出部１２と、記憶部１４と、切換決定部１５とは、インバータ２内の６個のスイッチング素子ＳＷに対して共通に構成される。即ち、駆動装置４は、各スイッチング素子ＳＷに対応して設けられた６個のゲート駆動部１３０と、共通の電流検出部１２と、共通の記憶部１４と、共通の切換決定部１５とを備える。
【００２０】
電流検出部１２は、スイッチング素子ＳＷがオン時に流れる素子電流Ｉｃを検出する。この場合、Ｕ相のレグ１０ｕとモータ６のＵ相とを接続する交流電力線に設置される電流センサ２６が検出するＵ相電流値２６ａを入力として、スイッチング素子１００ｕまたはスイッチング素子１０１ｕがオン時に流れる素子電流Ｉｃを算出する。
ゲート駆動部１３（各ゲート駆動部１３０）は、タイミング指令Ｆに応じてゲート信号Ｇを生成して各スイッチング素子ＳＷのゲート端子に出力するが、その際に、ゲート信号Ｇの電流であるゲート電流Ｉｇを、複数のレベルで切り換えて出力する。即ち、各スイッチング素子ＳＷに、複数の異なるゲート電流レベルを切り換えてゲート信号Ｇを出力する。
【００２１】
記憶部１４は、各ゲート電流レベルにおけるスイッチング素子ＳＷの電力損失、ノイズ発生量および素子電流Ｉｃの関係を素子特性情報２１として予め記憶すると共に、電力損失の上限値（損失上限値Ｌｌｉｍ）およびノイズ発生量の上限値（ノイズ上限値Ｎｌｉｍ）を予め記憶する。以後、スイッチングにおける電力損失を単に損失と称す。
切換決定部１５は、電流検出部１２によって検出された素子電流Ｉｃと、その時点のゲート電流、即ちゲート駆動部１３におけるゲート電流レベルに基づいて、記憶部１４内の素子特性情報２１、損失上限値Ｌｌｉｍおよびノイズ上限値Ｎｌｉｍを参照して、ゲート電流レベルを切り換える切換信号Ｓを生成してゲート駆動部１３（各ゲート駆動部１３０）に出力する。ゲート駆動部１３内の各ゲート駆動部１３０では、共通の切換信号Ｓを取得し、該切換信号Ｓに応じてゲート電流レベルを切り換えてゲート信号Ｇを出力する。
【００２２】
以下、ゲート駆動装置４０の詳細について説明する。
ゲート駆動装置４０内のゲート駆動部１３０は、ゲート電流Ｉｇを、この場合、Ｉｇ＋、Ｉｇ０、Ｉｇ−（Ｉｇ＋＞Ｉｇ０＞Ｉｇ−）の３つのレベルで切り換えるものとする。ゲート電流Ｉｇの大きさは、スイッチング素子ＳＷのスイッチング速度に対応し、ゲート電流が大きいと、スイッチング速度、即ち、スイッチング素子ＳＷのオンからオフ、オフからオンへの移行速度が速くなる。ゲート電流Ｉｇの切り換えは、ゲート駆動部１３０内に、ゲート電流切換部３３０を備えて行う。
【００２３】
図３は、ゲート電流切換部３３０の構成例を示す図である。図３に示すように、ゲート電流切換部３３０は、複数の抵抗３４とスイッチ３５とを備えて、可変抵抗であるゲート抵抗Ｒｇを構成する。切換決定部１５からの切換信号Ｓにより２つのスイッチ３５が制御されて、抵抗３４の並列数（１、２または３）が決定されてゲート抵抗Ｒｇが決まる。ゲート抵抗Ｒｇが、１つの抵抗３４で構成される時はゲート電流Ｉｇ−が選択され、２つの抵抗３４の並列抵抗で構成される時はゲート電流Ｉｇ０が選択され、３つの抵抗３４の並列抵抗で構成される時はゲート電流Ｉｇ＋が選択される。
なお、ゲート電流切換部３３０は、切換信号Ｓにより抵抗３４の並列数を切り換えるものを説明したが、異なる複数の抵抗を切り換えて用いてもよく、また、電流値の異なる複数の定電流回路を切り換えて用いてもよい。
【００２４】
ここで、スイッチング素子ＳＷのオン時の素子電流Ｉｃに対する損失およびノイズの特性について説明する。なお、素子電流Ｉｃは電流の大きさを示すものとする。
図４は、スイッチング素子ＳＷのスイッチングの際の素子電流Ｉｃと主端子間電圧Ｖｃｅとの波形を示す図である。図４（ａ）は、スイッチング素子ＳＷがオフからオンへ変化した時の、主端子間電圧Ｖｃｅと素子電流Ｉｃとの関係を、スイッチング素子ＳＷのオン時に流れる素子電流Ｉｃとして、Ｉｃ−、Ｉｃ０、Ｉｃ＋（Ｉｃ−＜Ｉｃ０＜Ｉｃ＋）の３通りの場合について示す。図４（ｂ）は、スイッチング素子ＳＷがオンからオフへ変化した時の、主端子間電圧Ｖｃｅと素子電流Ｉｃとの関係を、素子電流Ｉｃとして、Ｉｃ−、Ｉｃ０、Ｉｃ＋の３通りの場合について示す。
【００２５】
図４（ａ）に示すように、スイッチング素子ＳＷがオフからオンへ変化すると、主端子間電圧Ｖｃｅは、オフ時の電圧Ｖαから減少して０に変化し、逆に素子電流Ｉｃは０から増加してオン時の電流Ｉｃ−、Ｉｃ０、Ｉｃ＋となる。このスイッチングにおける損失は、素子電流Ｉｃ−の場合には領域Ｒａ１に相当し、素子電流Ｉｃ０の場合には領域Ｒａ１と領域Ｒｂ１との和領域に相当し、素子電流Ｉｃ＋の場合には、領域Ｒａ１と領域Ｒｂ１と領域Ｒｃ１との和領域に相当する。
【００２６】
図４（ｂ）に示すように、スイッチング素子ＳＷがオンからオフへ変化すると、主端子間電圧Ｖｃｅは、０から増加してオフ時の電圧Ｖαとなり、逆に素子電流Ｉｃはオン時の電流Ｉｃ−、Ｉｃ０、Ｉｃ＋から減少して０に変化する。このスイッチングにおける損失は、素子電流Ｉｃ−の場合には領域Ｒａ２に相当し、素子電流Ｉｃ０の場合には領域Ｒａ２と領域Ｒｂ２との和領域に相当し、素子電流Ｉｃ＋の場合には、領域Ｒａ２と領域Ｒｂ２と領域Ｒｃ２との和領域に相当する。
いずれの場合でも、スイッチングにおける損失は、オン時電流である素子電流Ｉｃが大きいほど大きくなる。
【００２７】
また、ゲート電流Ｉｇが一定の場合、オン時電流である素子電流Ｉｃが大きくなれば、スイッチング素子ＳＷの制御端子に対する入力電気容量は大きくなりノイズ発生量は減少する。反対に素子電流Ｉｃが小さくなれば、スイッチング素子ＳＷの制御端子に対する入力電気容量は小さくなりノイズ発生量は増加する。このように、スイッチングにおけるノイズ発生量は、素子電流Ｉｃが大きいほど小さくなる。
以上の素子特性を図示すると図５に示す関係が得られる。
図５は、ゲート電流Ｉｇが一定（この場合、Ｉｇ０）の場合の、素子電流Ｉｃと、損失およびノイズ発生量との関係を示す。図に示すように、素子電流Ｉｃが大きくなると、スイッチング素子ＳＷの損失は大きくなり、逆にノイズ発生量は減少し、損失およびノイズ発生量の関係は、曲線２１ａ上で変化する。
【００２８】
一方、ゲート電流ＩｇがＩｇ０より大きいＩｇ＋になると、スイッチング素子ＳＷのオンからオフ、またはオフからオンへの移行速度が増加するため損失は小さくなる。移行速度が増加すると変化後のオーバシュート、アンダシュートあるいはリンギングが大きくなりノイズ発生量は増加する。反対に、ゲート電流ＩｇがＩｇ０より小さいＩｇ−になると、スイッチング素子ＳＷのオンからオフ、またはオフからオンへの移行速度が減少するため損失は大きくなる。移行速度が減少すると変化後のオーバシュート、アンダシュートあるいはリンギングが小さくなりノイズ発生量は減少する。
【００２９】
図６は、各ゲート電流Ｉｇ＋、Ｉｇ０、Ｉｇ−における素子電流Ｉｃ、損失およびノイズ発生量の関係である素子特性情報２１を説明する図である。
ゲート電流ＩｇがＩｇ＋の場合の、素子電流Ｉｃと、損失およびノイズ発生量との関係は、曲線２１ｂ上で変化し、ゲート電流ＩｇがＩｇ−の場合の、素子電流Ｉｃと、損失およびノイズ発生量との関係は、曲線２１ｃ上で変化する。
また、素子電流Ｉｃが一定（Ｉｃ０）の場合の、ゲート電流Ｉｇと、損失およびノイズ発生量との関係は、曲線２１ｄ上で変化する。素子電流ＩｃがＩｃ＋の場合の、ゲート電流Ｉｇと、損失およびノイズ発生量との関係は、曲線２１ｅ上で変化し、素子電流ＩｃがＩｃ−の場合の、ゲート電流Ｉｇと、損失およびノイズ発生量との関係は、曲線２１ｆ上で変化する。
【００３０】
この場合、素子特性情報２１は図６に示すようなマップ情報として記憶部１４にて記憶される。例えば、ゲート電流ＩｇがＩｇ＋で、素子電流ＩｃがＩｃ０の場合には、Ｉｃ０（Ｉｇ＋）の点の損失とノイズ発生量になる。
なお、図６では素子電流Ｉｃを３通りの場合を図示したが、例えば２０通りなど、多数の場合の素子特性情報２１を用いると、切換決定部１５での後述する第１、第２判断の精度が向上する。
【００３１】
上述したように、記憶部１４には、素子特性情報２１に加えて、損失上限値Ｌｌｉｍおよびノイズ上限値Ｎｌｉｍが記憶される。これらの情報を用いて行う、ゲート電流の切換動作を、図７に基づいて以下に説明する。図７（ａ）は、素子電流Ｉｃの増加によるゲート電流の切換動作を示し、図７（ｂ）は、素子電流Ｉｃの減少によるゲート電流の切換動作を示す。
図７（ａ）に示すように、ゲート駆動部１３０は、切換決定部１５からの信号（切換信号Ｓ）によりゲート電流Ｉｇ−を選択して、スイッチング素子ＳＷがオンオフ動作を開始する。この時点でスイッチング素子ＳＷは、曲線２１ｃ上の点Ａ１の動作状態である。素子電流Ｉｃが増加すると、スイッチング素子ＳＷの動作状態は、曲線２１ｃ上を図中右に移動して損失が増加する。
【００３２】
切換決定部１５は、第１判断によりスイッチング素子ＳＷの損失が損失上限値Ｌｌｉｍを超えると判断すると、ゲート電流Ｉｇを１レベル大きくしてゲート電流Ｉｇ０に切り換える切換信号Ｓを出力し、ゲート駆動部１３０は、ゲート電流Ｉｇをゲート電流Ｉｇ０に切り換えてゲート信号Ｇを出力する。
なお、切換決定部１５は、検出された素子電流Ｉｃおよびその時点のゲート電流Ｉｇに基づいて、素子特性情報２１を参照し、損失が損失上限値Ｌｌｉｍを超えるかの第１判断と、ノイズ発生量がノイズ上限値Ｎｌｉｍを超えるかの第２判断とを行っている。
この場合、第１判断により、スイッチング素子ＳＷの動作状態が、損失上限値Ｌｌｉｍとなる点Ａ２を超えると判断されると、ゲート電流Ｉｇ０に切り換えられる。これによりスイッチング素子ＳＷの動作状態は、曲線２１ａ上の同じ素子電流Ｉｃでの点Ａ３に転移し、損失が減少する。
【００３３】
さらに素子電流Ｉｃが増加すると、スイッチング素子ＳＷの動作状態は、曲線２１ａ上を図中右に移動して損失が増加する。切換決定部１５は、第１判断により、スイッチング素子ＳＷの動作状態が、損失上限値Ｌｌｉｍとなる点Ａ４を超えると判断すると、ゲート電流Ｉｇを１レベル大きくしてゲート電流Ｉｇ＋に切り換える切換信号Ｓを出力する。これによりスイッチング素子ＳＷの動作状態は、曲線２１ｂ上の同じ素子電流Ｉｃでの点Ａ５に転移し、損失が減少する。その後、さらに素子電流Ｉｃが増加すると、スイッチング素子ＳＷは、点Ａ６の動作状態まで動作可能になる。
なお、ゲート電流Ｉｇを大きく切り換えるとスイッチング素子ＳＷのノイズ発生量は増加するが、ゲート電流Ｉｇを１レベル大きくした転移後の点Ａ３、点Ａ５におけるノイズ発生量がノイズ上限値Ｎｌｉｍ以下になるように、ゲート電流Ｉｇ（Ｉｇ−、Ｉｇ０、Ｉｇ＋）が設定されるものとする。
【００３４】
図７（ｂ）に示すように、ゲート駆動部１３０は、切換決定部１５からの信号（切換信号Ｓ）によりゲート電流Ｉｇ＋を選択して、スイッチング素子ＳＷが曲線２１ｂ上の点Ｂ１の動作状態であるとする。素子電流Ｉｃが減少すると、スイッチング素子ＳＷの動作状態は、曲線２１ｂ上を図中左に移動して損失は減少し、ノイズ発生量は増加する。
切換決定部１５は、第２判断によりスイッチング素子ＳＷのノイズ発生量がノイズ上限値Ｎｌｉｍを超えると判断すると、ゲート電流Ｉｇを１レベル小さくしてゲート電流Ｉｇ０に切り換える切換信号Ｓを出力し、ゲート駆動部１３０は、ゲート電流Ｉｇをゲート電流Ｉｇ０に切り換えてゲート信号Ｇを出力する。
この場合、第２判断により、スイッチング素子ＳＷの動作状態が、ノイズ上限値Ｎｌｉｍとなる点Ｂ２を超えると判断されると、ゲート電流Ｉｇ０に切り換えられる。これによりスイッチング素子ＳＷの動作状態は、曲線２１ａ上の同じ素子電流Ｉｃでの点Ｂ３に転移し、ノイズ発生量が減少する。
【００３５】
さらに素子電流Ｉｃが減少すると、スイッチング素子ＳＷの動作状態は、曲線２１ａ上を図中左に移動してノイズ発生量が増加する。切換決定部１５は、第２判断により、スイッチング素子ＳＷの動作状態が、ノイズ上限値Ｎｌｉｍとなる点Ｂ４を超えると判断すると、ゲート電流Ｉｇを１レベル小さくしてゲート電流Ｉｇ−に切り換える切換信号Ｓを出力する。これによりスイッチング素子ＳＷの動作状態は、曲線２１ｃ上の同じ素子電流Ｉｃでの点Ｂ５に転移し、ノイズ発生量が減少する。その後、さらに素子電流Ｉｃが減少する動作状態が可能になる。図中点Ｂ６は、素子電流Ｉｃの最小値、例えば０の時の動作状態を示す点とする。
なお、ゲート電流Ｉｇを小さく切り換えるとスイッチング素子ＳＷの損失は増加するが、ゲート電流Ｉｇを１レベル小さくした転移後の点Ｂ３、点Ｂ５における損失が損失上限値Ｌｌｉｍ以下になるように、ゲート電流Ｉｇ（Ｉｇ−、Ｉｇ０、Ｉｇ＋）が設定されるものとする。
【００３６】
以上のようなゲート電流の切換動作により、点Ａ６の動作状態まで、即ち、最大のゲート電流Ｉｇ＋を選択した場合に損失が許容される素子電流Ｉｃの限界まで、損失とノイズ発生量の双方の上限値を超えないように動作可能になり、スイッチング素子ＳＷの動作領域が拡大できる。また、ノイズ発生量がノイズ上限値Ｎｌｉｍに至るまでスイッチング素子ＳＷが動作可能であるため、ノイズ発生量の制限内でスイッチング素子の損失を可及的に低減できる。さらに、損失が損失上限値Ｌｌｉｍに至るまでスイッチング素子ＳＷが動作可能であるため、損失の制限内でスイッチング素子を効果的に動作させて高出力が可能になると共に、ノイズ発生量を低減できる。
【００３７】
インバータ２の駆動装置４内のゲート駆動部１３は、各スイッチング素子ＳＷのゲート駆動部１３０の集合体であり、ゲート駆動部１３について、図８に基づいて以下に説明する。
図８に示すように、ゲート駆動部１３は、タイミング生成部３からのタイミング指令Ｆと、切換決定部１５からの切換信号Ｓと、基準電位（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、直流母線Ｎ）とが入力され、ゲート信号Ｇを生成して出力するもので、電位整合部３１と電流増幅部３２とゲート電流切換部３３とから構成される。
電位整合部３１は、各ゲート駆動部１３０内の電位整合部の集合体、電流増幅部３２は、各ゲート駆動部１３０内の電位整合部の集合体、ゲート電流切換部３３は、各ゲート駆動部１３０内のゲート電流切換部３３０の集合体である。
【００３８】
各スイッチング素子１００ｕ、１０１ｕ、１００ｖ、１０１ｖ、１００ｗ、１０１ｗの各タイミング指令Ｆを、Ｆ１００ｕ、Ｆ１０１ｕ、Ｆ１００ｖ、Ｆ１０１ｖ、Ｆ１００ｗ、Ｆ１０１ｗとし、各ゲート信号Ｇを、Ｇ１００ｕ、Ｇ１０１ｕ、Ｇ１００ｖ、Ｇ１０１ｖ、Ｇ１００ｗ、Ｇ１０１ｗとする。また、各スイッチング素子１００ｕ、１０１ｕ、１００ｖ、１０１ｖ、１００ｗ、１０１ｗの各タイミング指令Ｆを各ゲート信号Ｇに必要充分な電流に増幅した信号をＥ１００ｕ、Ｅ１００ｕ、Ｅ１０１ｕ、Ｅ１００ｖ、Ｅ１０１ｖ、Ｅ１００ｗ、Ｅ１０１ｗとする。
【００３９】
図８に示すように、電位整合部３１には、ゲート信号Ｇに必要な基準電位が入力され、ゲート信号Ｇに必要な電圧を有する直流電力を出力する。スイッチング素子１００ｕに関しては、電位整合部３１は、ゲート信号Ｇ１００ｕに必要な電圧を有し、かつモータ６のＵ相電位を基準電位とする直流電力Ｖ１００ｕを生成する。スイッチング素子１００ｖに関しては、電位整合部３１は、ゲート信号Ｇ１００ｖに必要な電圧を有し、かつモータ６のＶ相電位を基準電位とする直流電力Ｖ１００ｖを生成する。スイッチング素子１００ｗに関しては、電位整合部３１は、ゲート信号Ｇ１００ｗに必要な電圧を有し、かつモータ６のＷ相電位を基準電位とする直流電力Ｖ１００ｗを生成する。また、低電位側のスイッチング素子１０１ｕ、１０１ｖ、１０１ｗに関しては、電位整合部３１は、各ゲート信号Ｇゲート信号Ｇ１０１ｕ、Ｇ１０１ｖ、Ｇ１０１ｗに必要な電圧を有しかつ直流母線Ｎの電位を基準電位とする直流電力Ｖ１０１ｎを生成する。
【００４０】
直流電力Ｖ１００ｕ、Ｖ１００ｖ、Ｖ１００ｗは、ブートストラップ回路や絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを用いて生成することができる。直流電力Ｖ１０１ｎは非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを用いて生成することができる。
【００４１】
電流増幅部３２には、タイミング生成部３からのタイミング指令Ｆと、電位整合部３１からの直流電力とが入力される。そして電流増幅部３２は、各スイッチング素子１００ｕ、１０１ｕ、１００ｖ、１０１ｖ、１００ｗ、１０１ｗのタイミング指令Ｆを、対応する直流電力Ｖ１００ｕ、Ｖ１０１ｎ、Ｖ１００ｖ、Ｖ１０１ｎ、Ｖ１００ｗ、Ｖ１０１ｎの電位と振幅に変換した後にゲート信号Ｇに必要充分な電流に増幅した信号Ｅ１００ｕ、Ｅ１０１ｕ、Ｅ１００ｖ、Ｅ１０１ｖ、Ｅ１００ｗ、Ｅ１０１ｗを生成する。
ゲート電流切換部３３（各ゲート電流切換部３３０）は、電流増幅部３２からの各信号Ｅ１００ｕ、Ｅ１０１ｕ、Ｅ１００ｖ、Ｅ１０１ｖ、Ｅ１００ｗ、Ｅ１０１ｗと、切換信号Ｓとが入力され、切換信号Ｓによりゲート電流Ｉｇが決定されて各ゲート信号Ｇ１００ｕ、Ｇ１０１ｕ、Ｇ１００ｖ、Ｇ１０１ｖ、Ｇ１００ｗ、Ｇ１０１ｗを出力する。
この場合、入力の信号Ｅ１００ｕ、Ｅ１０１ｕ、Ｅ１００ｖ、Ｅ１０１ｖ、Ｅ１００ｗ、Ｅ１０１ｗと出力の各ゲート信号Ｇとの間に接続される抵抗あるいは定電流回路が切換信号Ｓにより切り換えられてゲート電流Ｉｇが切り換わる。
【００４２】
また、図１に示す電力変換装置１は、例えば、図９に示すようなハードウェア構成にて実現できる。図９に示すように、電力変換装置１は、電力変換器（インバータ）２と、電流センサ２６と、プロセッサ４１と、記憶装置４２と、ゲート駆動部１３とを備える。プロセッサ４１は、上位制御装置４３からモータ６の回転速度についての回転速度指令値２８が入力され、記憶装置４２に記憶されたプログラムを読み出して実行する。図１内のタイミング生成部３、切換決定部１５および電流検出部１２の機能は、プロセッサ４１上でプログラムが実行されることによって実現される。図１内の記憶部１４の機能は、記憶装置４２によって実現される。なお、複数のプロセッサ４１および複数の記憶装置４２が連携して上記機能を実行しても良い。また、記憶装置４２がプロセッサ４１内の記憶領域でも良い。
【００４３】
以上のように、この実施の形態１によるゲート駆動装置４０では、記憶部１４が、スイッチング素子ＳＷの損失およびノイズ発生量の各上限値Ｌｌｉｍ、Ｎｌｉｍと、素子特性情報２１とを予め記憶し、切換決定部１５は、検出された素子電流Ｉｃと、ゲート駆動部１３０におけるゲート電流Ｉｇとに基づいて、記憶部１４に記憶された情報を参照して、ゲート電流Ｉｇを切り換える切換信号Ｓを生成する。素子電流Ｉｃおよびゲート電流Ｉｇから、スイッチング素子ＳＷの損失およびノイズ発生量と、各上限値Ｌｌｉｍ、Ｎｌｉｍとを参照できるため、損失低減あるいはノイズ発生量の低減のために適切な切換信号Ｓを生成してゲート電流Ｉｇのレベルを切り換えることができる。
このため、スイッチング素子ＳＷの動作領域を拡大でき、ノイズ発生量の制限内でスイッチング素子ＳＷの損失を一層低減できる共に、損失の上限を超えない範囲でスイッチング素子を効果的に動作させることができる。また、スイッチング素子ＳＷの損失低減によりスイッチング素子の長寿命化も図れる。
【００４４】
また、切換決定部１５は、素子特性情報２１を参照して損失が損失上限値Ｌｌｉｍを超えるかの第１判断と、ノイズ発生量がノイズ上限値Ｎｌｉｍを超えるかの第２判断とを行い、損失が損失上限値Ｌｌｉｍを超えると判断されるときは、ゲート電流Ｉｇを大きくする切換信号Ｓを生成し、ノイズ発生量がノイズ上限値Ｎｌｉｍを超えると判断されるときは、ゲート電流Ｉｇを小さくする切換信号Ｓを生成する。このため、スイッチング素子ＳＷの動作領域がさらに拡大できる。また、ノイズ発生量がノイズ上限値Ｎｌｉｍに至るまでスイッチング素子ＳＷが動作可能であるため、ノイズ発生量の制限内でスイッチング素子の損失を可及的に低減できる。さらに、損失が損失上限値Ｌｌｉｍに至るまでスイッチング素子ＳＷが動作可能であるため、損失の制限内でスイッチング素子を効果的に動作させて高出力が可能になると共に、ノイズ発生量を低減できる。
【００４５】
また、この実施の形態による電力変換装置１は、上記のように構成されるゲート駆動装置４０を用いてスイッチング素子ＳＷを駆動するものである。損失上限値Ｌｌｉｍは、電力変換装置１の放熱構造に基づく、インバータ２内のスイッチング素子ＳＷ１個当たりの損失の上限値である。また、ノイズ上限値Ｎｌｉｍは、法律や規格の制限または電力変換装置１周辺での確保すべき通信環境から算出されるノイズ発生量の限界に基づいて、スイッチング素子ＳＷ１個当たりに許容されるノイズ発生量の上限値を取得して設定する。
【００４６】
このような電力変換装置１では、ノイズ発生量の制限内で電力変換装置１の損失を可及的に低減でき、装置構成の小型化、低コスト化を実現できる。また、損失の制限内でスイッチング素子を効果的に動作させることができるため、装置構成に許容される範囲内で電力容量の大きな電力変換装置１が実現でき、高い出力電力を得ることができる。
【００４７】
なお、上記実施の形態１では、ゲート電流Ｉｇは異なる３つのレベルで切り換えるものとしたが、２、あるいは４以上のレベルで切り換えるように構成しても良い。その場合、記憶部１４内の素子特性情報２１も、ゲート電流Ｉｇのレベル数に応じたものとなる。
【００４８】
また、上記実施の形態では、第１判断により損失が損失上限値Ｌｌｉｍを超えると判断されるときは、ゲート電流Ｉｇを１レベルずつ大きくするものを示したが、可能であれば複数レベル大きくしても良い。
【００４９】
また、上記実施の形態１による電力変換装置１では、モータ６へのＵ相の負荷電流を素子電流Ｉｃとして検出したが、他相の負荷電流でも、また複数相の負荷電流の平均値を検出しても良い。さらにまた、各相の上下アーム部を流れる電流を素子電流Ｉｃとして検出しても良い。
また、上記実施の形態１では、電力変換装置１は、モータ６の回転速度を制御する場合を説明したが、制御対象はモータ６のトルクでも良い。
また、インバータ２の各レグ１０ｕ、１０ｖ、１０ｗは、それぞれ１つのモジュールで構成されても良く、３つのレグ１０ｕ、１０ｖ、１０ｗが１つのモジュールで構成されていても良い。また、各スイッチング素子ＳＷと各ダイオード１１とが、それぞれ個別の部品で構成されても良い。
【００５０】
さらに、上記実施の形態１による電力変換装置１では、三相のモータ６に電力供給する三相構成のインバータ２を用いるものとしたが、これに限るものではない。負荷はモータ６に限らず、また単相負荷でも良い。また電力変換器は、スイッチング素子ＳＷを備えて、ゲート信号Ｇで駆動する電力変換器あれば、単相インバータでもよく、またＡＣ／ＤＣ変換器やＤＣ／ＤＣ変換器などでも良い。
【００５１】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２によるゲート駆動装置を説明する。上記実施の形態１では、ゲート駆動部１３内のゲート電流切換部３３にてゲート電流Ｉｇを切り換えるものを記したが、この実施の形態２では、ゲート駆動部の構成が異なる。その他の構成は、上記実施の形態１と同様である。
図１０は、この実施の形態２におけるゲート駆動部１３Ａの構成を示す図である。図１０に示すように、ゲート駆動部１３Ａは、タイミング生成部３からのタイミング指令Ｆと、切換決定部１５からの切換信号Ｓと、基準電位（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、直流母線Ｎ）とが入力され、ゲート信号Ｇを生成して出力するもので、電圧切換部３５と電流増幅部３２とから構成される。
この場合も、ゲート駆動部１３Ａは、各スイッチング素子ＳＷ毎のゲート駆動部１３０の集合体であり、電圧切換部３５、電流増幅部３２は、それぞれ、各ゲート駆動部１３０内の電圧切換部、電流増幅部の集合体である。
【００５２】
図１０に示すように、電圧切換部３５には、ゲート信号Ｇに必要な基準電位と、切換信号Ｓとが入力され、選択された（切り換え後の）ゲート電流Ｉｇを用いたゲート信号Ｇに必要な電圧を有する直流電力を出力する。この場合も、ゲート電流ＩｇはＩｇ−、Ｉｇ０、Ｉｇ＋の３通りであり、それに応じて設定された３種の電圧が、切換信号Ｓにより切り換えられる。
【００５３】
スイッチング素子１００ｕに関しては、電圧切換部３５は、モータ６のＵ相電位を基準電位とし、かつ、切換信号Ｓに基づいて３種類の電圧を切り換えて、ゲート信号Ｇ１００ｕに必要な電圧を有する直流電力Ｄ１００ｕを出力する。スイッチング素子１００ｖに関しては、電圧切換部３５は、モータ６のＶ相電位を基準電位とし、かつ、切換信号Ｓに基づいて３種類の電圧を切り換えて、ゲート信号Ｇ１００ｖに必要な電圧を有する直流電力Ｄ１００ｖを出力する。スイッチング素子１００ｗに関しては、電圧切換部３５は、モータ６のＷ相電位を基準電位とし、かつ、切換信号Ｓに基づいて３種類の電圧を切り換えて、ゲート信号Ｇ１００ｗに必要な電圧を有する直流電力Ｄ１００ｗを出力する。
また、低電位側のスイッチング素子１０１ｕ、１０１ｖ、１０１ｗに関しては、電圧切換部３５は、直流母線Ｎの電位を基準電位とし、かつ、切換信号Ｓに基づいて３種類の電圧を切り換えて、ゲート信号Ｇ１０１ｕ、Ｇ１０１ｖ、Ｇ１０１ｗに必要な電圧を有する直流電力Ｄ１０１ｎを出力する。
【００５４】
電流増幅部３２には、タイミング生成部３からのタイミング指令Ｆと、電圧切換部３５からの直流電力とが入力される。そして電流増幅部３２は、各スイッチング素子１００ｕ、１０１ｕ、１００ｖ、１０１ｖ、１００ｗ、１０１ｗのタイミング指令Ｆを、対応する直流電力Ｄ１００ｕ、Ｄ１０１ｎ、Ｄ１００ｖ、Ｄ１０１ｎ、Ｄ１００ｗ、Ｄ１０１ｎの電位と振幅に変換した後にゲート信号Ｇに必要充分な電流に増幅して、ゲート信号Ｇ１００ｕ、Ｇ１０１ｕ、Ｇ１００ｖ、Ｇ１０１ｖ、Ｇ１００ｗ、Ｇ１０１ｗを生成する。
【００５５】
電圧切換部３５の３種類の電圧と、電流増幅部３２の電流量増幅率とは、電圧切換部３５の出力直流電力の電圧が最小の時、中位の時、最大の時に、それぞれゲート電流Ｉｇ−、Ｉｇ０、Ｉｇ＋となるように設定する。
また、電圧切換部３５は、３種類の電圧を切り換えて選択した後、上記実施の形態１の電位整合部３１の場合と同様に直流電力を生成する。
【００５６】
この実施の形態２によるゲート駆動装置では、ゲート駆動部１３Ａにおけるゲート電流Ｉｇの切り換え手法が異なるのみであり、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。また、この実施の形態２によるゲート駆動装置を用いてスイッチング素子ＳＷを駆動する電力変換装置においても、上記実施の形態１と同様の効果を有する。
【００５７】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３によるゲート駆動装置４０Ａを図１１に基づいて説明する。なお、この実施の形態３においても、ゲート駆動装置４０Ａは、上記実施の形態１で示した同様の電力変換装置１に適用され、インバータ２内の各スイッチング素子ＳＷを駆動する。
図１１に示すように、ゲート駆動装置４０Ａは、スイッチング素子ＳＷ毎に設けられ、電流検出部１２と、ゲート駆動部１３０と、記憶部１４と、切換決定部１５Ａと、ノイズ検出部１６とを備える。電流検出部１２、ゲート駆動部１３０および記憶部１４は、上記実施の形態１で示したものと同様である。
【００５８】
電流検出部１２と、記憶部１４と、切換決定部１５Ａと、ノイズ検出部１６とは、それぞれインバータ２内の６個のスイッチング素子ＳＷに対して共通に構成される。即ち、駆動装置４は、各スイッチング素子ＳＷに対応して設けられた６個のゲート駆動部１３０と、共通の電流検出部１２と、共通の記憶部１４と、共通の切換決定部１５Ａと、共通のノイズ検出部１６とを備える。
【００５９】
ノイズ検出部１６は、スイッチング素子ＳＷの主端子間電圧Ｖｃｅに基づいて、ノイズ発生量を検出して、ノイズ信号ＮＳを切換決定部１５Ａに出力する。この場合、インバータ２内のＵ相の低電位側スイッチング素子１０１ｕの主端子間電圧Ｖｃｅに基づいて、ノイズ発生量を検出する。
図１２は、ノイズ検出部１６の構成例を示す図であり、図１３は、ノイズ検出部１６の各部の波形を示す図である。
図１２に示すように、ノイズ検出部１６は、ノイズ発生量を検出する検出部１６Ａと、ノイズ発生量に基づいてノイズ信号ＮＳを生成する判定部１６Ｂとを備える。なお、第１判断とノイズ判断とを行って切換信号Ｓを生成する切換決定部は、切換決定部１５Ａと判定部１６Ｂとを合わせたものとする。
【００６０】
検出部１６Ａは、ハイパスフィルタ（Ｈ．Ｐ．Ｆ．）１６１と、全波整流回路１６２とを備える。ハイパスフィルタ１６１は、スイッチング素子ＳＷの主端子間電圧Ｖｃｅ（図１３（ａ））のノイズ成分（以下、ノイズと称す）（図１３（ｂ））を抽出する。抽出されたノイズは、全波整流回路１６２により絶対値（図１３（ｃ））に変換される。
判定部１６Ｂは、比較器１６３とホールド回路１６４とを備える。全波整流回路１６２の出力は比較器１６３の一方の入力端子に入力される。比較器１６３の他方の入力端子には、記憶部１４内に記憶されたノイズ上限値Ｎｌｉｍが入力され、比較器１６３は、全波整流回路１６２の出力（ノイズ絶対値）がノイズ上限値Ｎｌｉｍを超えると、Ｈレベルの信号１６３ａ（図１３（ｄ））を出力する。比較器１６３の出力１６３ａはホールド回路１６４に入力される。ホールド回路１６４は、比較器１６３の出力１６３ａを、ゲート駆動装置４０ＡにおけるＰＷＭ制御のキャリア周期Ｔの時間だけ保持して、ＨレベルまたはＬレベルが一定時間以上持続するノイズ信号ＮＳ（図１３（ｅ））を出力する。
【００６１】
切換決定部１５Ａには、電流検出部１２により検出された素子電流Ｉｃと、ノイズ検出部１６からのノイズ信号ＮＳが入力される。そして、検出された素子電流Ｉｃおよびその時点のゲート電流Ｉｇに基づいて、記憶部１４内の素子特性情報２１を参照し、損失が損失上限値Ｌｌｉｍを超えるかの第１判断を行う。この第１判断の手法は、上記実施の形態１と同様であり、第１判断により、スイッチング素子ＳＷの動作状態が、損失上限値Ｌｌｉｍとなる点を超えると判断されると、ゲート電流Ｉｇを大きくする切換信号Ｓを出力する。また、切換決定部１５Ａは、ノイズ信号ＮＳがキャリア周期Ｔの１周期あるいは数周期以上連続してＨレベルを出力すると、ノイズ発生量がノイズ上限値Ｎｌｉｍを超えると判断（ノイズ判断）し、ゲート電流Ｉｇを１レベル小さくするように切換信号Ｓを出力する。
切換決定部１５Ａからの切換信号Ｓは、ゲート駆動部１３０に入力され、ゲート駆動部１３０は、切換信号Ｓに応じてゲート電流レベルを切り換えてゲート信号Ｇを出力する。
【００６２】
以上のように、この実施の形態では、ノイズ検出部１６を備えて、ノイズ成分を直接検出してノイズ発生量がノイズ上限値Ｎｌｉｍを超えるか判断してゲート電流Ｉｇを切り換える。
このため、上記実施の形態１と同様の効果が得られると共に、ノイズ発生量がノイズ上限値Ｎｌｉｍを超えるかの判断（ノイズ判断）が、上記実施の形態１の場合よりも正確に行うことができる。このため、損失をより低減することができ、スイッチング素子ＳＷの長寿命化を図ることが可能となる。
また、ノイズ検出部１６の判定部１６Ｂがホールド回路１６４を備えるため、比較器１６３の出力１６３ａが、短期間に繰り返しＨレベルを出力しても、その度にゲート電流Ｉｇを不要に切り換えることが防止できる。
【００６３】
なお、上記実施の形態３では、上記実施の形態１と同様の記憶部１４を備え、ノイズ検出部１６は、記憶部１４内の情報であるノイズ上限値Ｎｌｉｍを用いるものとしたが、ノイズ検出部１６専用の記憶部を設けて、その記憶部にノイズ上限値Ｎｌｉｍを予め記憶して用いても良い。その場合も、ノイズ上限値Ｎｌｉｍは、上記実施の形態１と同様に設定される。
【００６４】
また、上記実施の形態３では、ノイズ検出部１６は、スイッチング素子ＳＷの主端子間電圧Ｖｃｅのノイズ成分を抽出したが、スイッチング素子ＳＷを流れる素子電流をシャント抵抗で検出してシャント抵抗の両端電圧からノイズ成分を抽出しても良い。
【００６５】
また、この実施の形態３を適用した電力変換装置では、ノイズ検出部１６は、駆動装置４内の共通のノイズ検出部１６である。ノイズ検出部１６は、スイッチング素子１０１ｕ以外のスイッチング素子ＳＷの主端子間電圧Ｖｃｅや素子電流からノイズ成分を抽出しても同様の効果が得られる。さらに、モータ６への三相負荷電流から得られる零相電流を、ロゴスキーコイルあるいは電流センサを用いて検出し、零相電流からノイズ成分を抽出しても良い。
【００６６】
さらに、ノイズ発生量に係る判断について、ノイズ検出部１６を用いたノイズ判断のみでなく、上記実施の形態１で説明した第２判断を併用して用いる様に、切換決定部を構成しても良い。
【００６７】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４による電力変換装置を説明する。
この実施の形態４は、上記実施の形態３によるゲート駆動装置４０Ａが、上記実施の形態１で示した同様の電力変換装置１に適用されるものであるが、この場合、切換決定部１５Ａと、ノイズ検出部１６とを共通化せずにスイッチング素子ＳＷ毎に設ける。
即ち、スイッチング素子ＳＷ毎に設けられるゲート駆動装置４０Ａにより構成される駆動装置４は、共通の電流検出部１２と、共通の記憶部１４と、各スイッチング素子ＳＷに対応して設けられた、６個のゲート駆動部１３０と、６個の切換決定部１５Ａと、６個のノイズ検出部１６とを備える。
【００６８】
この場合、各ゲート駆動部１３０が駆動する個別のスイッチング素子ＳＷに係るノイズ発生量が、各ノイズ検出部１６により検出されて各ノイズ信号ＮＳが出力される。そして、各ノイズ信号ＮＳに基づいて各切換決定部１５Ａは切換信号Ｓを生成する。
これにより、インバータ２内の６個のスイッチング素子ＳＷは、個別の切換信号Ｓにより決定されたゲート電流Ｉｇを用いたゲート信号Ｇで駆動される。
【００６９】
以上のように、この実施の形態による電力変換装置１では、個別のスイッチング素子ＳＷに係るノイズ発生量を検出してノイズ上限値Ｎｌｉｍを超えるか判断し、各切換信号Ｓによりゲート電流Ｉｇを切り換える。このため、上記実施の形態３と同様の効果を得ると共に、さらに、ノイズ判断を高精度に行うことができ、スイッチング素子ＳＷ毎の損失を小さくでき、スイッチング素子ＳＷの長寿命化を一層図る事ができる。
【００７０】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５によるゲート駆動装置について説明する。この実施の形態では、記憶部１４内の情報の形式が上記実施の形態１と異なり、切換決定部１５での記憶部１４内の情報の用い方も異なる。その他は上記実施の形態１と同様である。
上記実施の形態１と同様に、記憶部１４は、各ゲート電流レベルにおけるスイッチング素子ＳＷの損失、ノイズ発生量および素子電流Ｉｃの関係である素子特性情報と、損失の上限情報と、ノイズ発生量の上限情報とを予め記憶する。この実施の形態５では、記憶部１４は、素子特性情報および損失の上限情報を含む情報として、各ゲート電流における損失の上限情報に対応する素子電流Ｉｃである第１電流値としての上限電流値を記憶する。また、素子特性情報およびノイズ発生量の上限情報を含む情報として、各ゲート電流におけるノイズ発生量の上限情報に対応する第２電流値としての下限電流値を記憶する。
【００７１】
図１４は、この発明の実施の形態５による記憶部１４内の情報を説明する図である。
図１４（ａ）は、記憶部１４内の情報を示す図であり、図に示すように、記憶部１４は、ゲート電流Ｉｇ−、Ｉｇ０、Ｉｇ＋毎に、上限電流値と下限電流値とを記憶する。
また、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）内の上限電流値と下限電流値とを説明する図であり、各ゲート電流Ｉｇにおけるスイッチング素子ＳＷの損失、ノイズ発生量および素子電流Ｉｃの関係である素子特性情報と、損失上限値Ｌｌｉｍと、ノイズ上限値Ｎｌｉｍとを図７と同様に示し、図中に、上限電流値に対応する点と下限電流値に対応する点とを示した。上限電流値は、各ゲート電流Ｉｇにおいて、スイッチング素子ＳＷの動作状態が損失上限値Ｌｌｉｍとなる点Ｃ２、Ｃ４、Ｃ６に対応する素子電流Ｉｃの値Ｉｃ−Ｃ２、Ｉｃ−Ｃ４、Ｉｃ−Ｃ６である。下限電流値は、各ゲート電流Ｉｇにおいて、スイッチング素子ＳＷの動作状態がノイズ上限値Ｎｌｉｍとなる点Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５に対応する素子電流Ｉｃの値Ｉｃ−Ｃ１、Ｉｃ−Ｃ３、Ｉｃ−Ｃ５である。なお、図示した場合では、ゲート電流Ｉｇ−において素子電流Ｉｃの大きさが最小、例えば０でもノイズ上限値Ｎｌｉｍに至らないため、点Ｃ１およびＩｃ−Ｃ１は存在せず、演算に用いる場合は、Ｉｃ−Ｃ１を、便宜上０とする。
【００７２】
切換決定部１５は、上記実施の形態１と同様に、検出された素子電流Ｉｃと、ゲート駆動部１３０におけるゲート電流Ｉｇとに基づいて、記憶部１４に記憶された情報を参照して、ゲート電流Ｉｇを切り換える切換信号Ｓを生成する。この実施の形態では、記憶部１４の情報は、ゲート電流Ｉｇ−、Ｉｇ０、Ｉｇ＋毎の、上限電流値Ｉｃ−Ｃ１、Ｉｃ−Ｃ３、Ｉｃ−Ｃ５と下限電流値Ｉｃ−Ｃ２、Ｉｃ−Ｃ４、Ｉｃ−Ｃ６である。切換決定部１５は、素子電流Ｉｃの大きさが上限電流値を超えると判断されるときは、ゲート電流Ｉｇを大きくする切換信号Ｓを生成し、素子電流Ｉｃの大きさが下限電流値未満と判断されるときは、ゲート電流Ｉｇを小さくする切換信号Ｓを生成する。
【００７３】
例えばゲート電流Ｉｇ０の場合は、切換決定部１５は素子電流ＩｃがＩｃ−Ｃ３からＩｃ−Ｃ４の間にあるかどうか判断し、Ｉｃ−Ｃ４を超えるとゲート電流Ｉｇ＋に切り換える切換信号Ｓを出力し、Ｉｃ−Ｃ３未満となるとゲート電流Ｉｇ−に切り換える切換信号Ｓを出力する。
【００７４】
以上のように、この実施の形態では、記憶部１４が、各ゲート電流Ｉｇにおける上限電流値と下限電流値とを予め記憶するのみである。このため、記憶部１４内の情報が単純で、記憶部１４の構成を簡略化できる。また、切換決定部１５においても、記憶部１４内の上限電流値、下限電流値と検出された素子電流Ｉｃとを単純に比較すれば良く、演算が容易になる。このため切換決定部１５の構成も簡略化できる。
このように、この実施の形態によるゲート駆動装置では、上記実施の形態１と同様の効果が得られると共に、ゲート電流Ｉｇの切換決定に係る演算が容易で、記憶部１４および切換決定部１５を簡略化でき、装置構成を簡略化できる。
【００７５】
また、この実施の形態によるゲート駆動装置を適用した電力変換装置においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られると共に、ゲート電流Ｉｇの切換決定に係る演算が容易で、記憶部１４および切換決定部１５を簡略化でき、装置構成を簡略化できる。
【００７６】
また、この発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【図１】
2019033556.tif 000003
【図２】
2019033556.tif 000004
【図３】
2019033556.tif 000005
【図４】
2019033556.tif 000006
【図５】
2019033556.tif 000007
【図６】
2019033556.tif 000008
【図７】
2019033556.tif 000009
【図８】
2019033556.tif 000010
【図９】
2019033556.tif 000011
【図１０】
2019033556.tif 000012
【図１１】
2019033556.tif 000013
【図１２】
2019033556.tif 000014
【図１３】
2019033556.tif 000015
【図１４】
2019033556.tif 000016