(57)【要約】【課題】既存の構成を利用してスイッチング素子のコレクタとエミッタとの間に印加される電圧を測定することができる技術を提供する。【解決手段】第１スイッチング素子に流れる電流が第２スイッチング素子に流れる電流より大きく、前記第１スイッチング素子の第１ゲートの電位と前記第２スイッチング素子の第２ゲートの電位とが同じオン電位にされている状態から、制御装置が、前記第２ゲートの電位をオフ電位にすることによって前記第２スイッチング素子をオフにした後に、前記第１ゲートの電位をオフ電位にすることによって前記第１スイッチング素子をオフにし、前記第１スイッチング素子をオフにした後に電圧センサによって検出される電圧に比例する値を積分することによって、前記第１スイッチング素子をオフにした後に第１コレクタと第１エミッタとの間に印加される電圧を演算する、スイッチング回路。【選択図】図２
2019140790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、
前記直流電源に接続されている第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子と並列で前記直流電源に接続されている第２スイッチング素子と、
前記第２スイッチング素子と直列で前記直流電源に接続されている抵抗体と、
前記抵抗体に印加される電圧を検出する電圧センサと、
制御装置と、を備えており、
前記第１スイッチング素子は、
第１ゲートと、
前記直流電源の正極側に接続されている第１コレクタと、
前記直流電源の負極側に接続されている第１エミッタと、を備えており、
前記第２スイッチング素子は、
第２ゲートと、
前記直流電源の正極側に接続されている第２コレクタと、
前記直流電源の負極側に接続されている第２エミッタと、を備えており、
前記第１スイッチング素子に流れる電流が前記第２スイッチング素子に流れる電流より大きく、前記第１スイッチング素子の前記第１ゲートの電位と前記第２スイッチング素子の前記第２ゲートの電位とが同じオン電位にされている状態から、前記制御装置が、前記第２ゲートの電位をオフ電位にすることによって前記第２スイッチング素子をオフにした後に、前記第１ゲートの電位をオフ電位にすることによって前記第１スイッチング素子をオフにし、前記第１スイッチング素子をオフにした後に前記電圧センサによって検出される電圧に比例する値を積分することによって、前記第１スイッチング素子をオフにした後に前記第１コレクタと前記第１エミッタとの間に印加される電圧を演算する、スイッチング回路。
【請求項２】
前記制御装置が、前記第２スイッチング素子をオフにする前に前記電圧センサによって検出される電圧に基づいて、前記第１スイッチング素子に流れる電流を演算する、請求項１に記載のスイッチング回路。
【請求項３】
前記制御装置が、前記第１スイッチング素子をオフにした後に前記第１コレクタと前記第１エミッタとの間に印加される電圧の最大値を演算する、請求項１または２に記載のスイッチング回路。
【請求項４】
前記制御装置が、前記電圧センサによって検出される電圧に比例する値を所定時刻まで積分することによって、所定時刻において前記第１スイッチング素子の前記第１コレクタと前記第１エミッタとの間に印加される電圧を演算し、演算した電圧と前記直流電源の電圧とに基づいて補正係数を演算し、その補正係数に基づいて前記最大値を補正する、請求項３に記載のスイッチング回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する技術は、スイッチング回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１にスイッチング回路が開示されている。特許文献１のスイッチング回路は、直流電源と、直流電源に接続されているスイッチング素子と、制御装置とを備えている。スイッチング素子は、ゲートと、直流電源の正極側に接続されているコレクタと、直流電源の負極側に接続されているエミッタとを備えている。また、特許文献１のスイッチング回路は、コンデンサと抵抗体とによって構成されている微分回路と、コンパレータとを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−０７３０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のスイッチング回路では、スイッチング素子がオンからオフに切り換わるときに、スイッチング回路における寄生インダクタンスに起因して、スイッチング素子のコレクタとエミッタとの間にサージ電圧が印加される。特許文献１のスイッチング回路では、微分回路による微分値をコンパレータによって電圧微分基準値と比較することによって、スイッチング素子のコレクタとエミッタとの間に印加されるサージ電圧の変化を検出している。しかしながら、特許文献１のスイッチング回路では、サージ電圧を検出するために微分回路を構成する追加のコンデンサが必要になる。追加のコンデンサは、サージ電圧を検出するために高耐圧にする必要があるので、高価になり、コストが増大する原因になる。そこで本明細書は、既存の構成を利用してスイッチング素子のコレクタとエミッタとの間に印加される電圧を測定することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に開示するスイッチング回路は、直流電源と、前記直流電源に接続されている第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子と並列で前記直流電源に接続されている第２スイッチング素子と、前記第２スイッチング素子と直列で前記直流電源に接続されている抵抗体と、前記抵抗体に印加される電圧を検出する電圧センサと、制御装置と、を備えている。前記第１スイッチング素子は、第１ゲートと、前記直流電源の正極側に接続されている第１コレクタと、前記直流電源の負極側に接続されている第１エミッタと、を備えている。前記第２スイッチング素子は、第２ゲートと、前記直流電源の正極側に接続されている第２コレクタと、前記直流電源の負極側に接続されている第２エミッタと、を備えている。前記第１スイッチング素子に流れる電流が前記第２スイッチング素子に流れる電流より大きく、前記第１スイッチング素子の前記第１ゲートの電位と前記第２スイッチング素子の前記第２ゲートの電位とが同じオン電位にされている状態から、前記制御装置が、前記第２ゲートの電位をオフ電位にすることによって前記第２スイッチング素子をオフにした後に、前記第１ゲートの電位をオフ電位にすることによって前記第１スイッチング素子をオフにし、前記第１スイッチング素子をオフにした後に前記電圧センサによって検出される電圧に比例する値を積分することによって、前記第１スイッチング素子をオフにした後に前記第１コレクタと前記第１エミッタとの間に印加される電圧を演算する。
【０００６】
スイッチング回路では、メインのスイッチング素子（第１スイッチング素子）に流れる電流を測定するために、サブのスイッチング素子（第２スイッチング素子）と抵抗体とを備えていることがある。上記の構成によれば、サブのスイッチング素子（第２スイッチング素子）と抵抗体とを利用して、メインのスイッチング素子（第１スイッチング素子）のコレクタ（第１コレクタ）とエミッタ（第１エミッタ）との間に印加される電圧を測定することができる。すなわち、上記の構成によれば、制御装置が第２スイッチング素子をオフにすると、第２スイッチング素子によって寄生容量が形成される。この寄生容量に蓄えられる電荷は、第１スイッチング素子の第１コレクタと第１エミッタとの間に印加される電圧に比例する値になる。その結果、この寄生容量から流れる電流は、第１スイッチング素子の第１コレクタと第１エミッタとの間に印加される電圧の時間微分に比例する値になる。そのため、制御装置が第２スイッチング素子をオフにした後に、第２スイッチング素子と直列で接続されている抵抗体に流れる電流は、第１スイッチング素子の第１コレクタと第１エミッタとの間に印加される電圧の時間微分に比例する値になる。そこで、制御装置が、第１スイッチング素子をオフにした後に、抵抗体に印加される電圧（電圧センサによって検出される電圧）に比例する値を積分することによって、第１スイッチング素子の第１コレクタと第１エミッタとの間に印加される電圧を演算することができる。この構成によれば、追加の構成（例えば、コンデンサ）が無くても、既存の第２スイッチング素子と抵抗体とを利用して第１スイッチング素子の第１コレクタと第１エミッタとの間に印加される電圧を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例に係るスイッチング回路を模式的に示す図である。
【図２】実施例に係るスイッチング回路の一部を模式的に示す図である。
【図３】実施例に係る制御装置が実行する制御内容を模式的に示す図である。
【図４】実施例に係るスイッチング回路の一部を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
実施例に係るスイッチング回路１について図面を参照して説明する。図１に示すように、実施例に係るスイッチング回路１は、直流電源１００と、平滑コンデンサ９０と、インバーター８０と、制御装置５０とを備えている。このスイッチング回路１は、モータ２００に接続されている。モータ２００は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車の駆動用のモータである。
【０００９】
スイッチング回路１における直流電源１００は、正極１０１と負極１０２を備えている。直流電源１００は、例えば、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である。直流電源１００の電圧は、例えば２００Ｖ〜４００Ｖである。直流電源１００は、平滑コンデンサ９０を介してインバーター８０に接続されている。直流電源１００は、インバーター８０を介してモータ２００に接続されている。直流電源１００は、インバーター８０を介してモータ２００に電力を供給する。平滑コンデンサ９０は、直流電源１００とインバーター８０の間に配置されている。平滑コンデンサ９０は、直流電源１００の電圧を平滑化する。
【００１０】
インバーター８０は、直流電源１００とモータ２００の間に配置されている。インバーター８０は、直流電源１００の直流電力を交流電力に変換してモータ２００に供給する。インバーター８０は、複数の第１スイッチング素子１０と、複数のダイオード６０とを備えている。また、インバーター８０は、複数の第２スイッチング素子２０と、複数の抵抗体３０と、複数の電圧センサ４０とを備えている。インバーター８０は、複数の第１スイッチング素子１０がオン／オフすることによって、直流電力を交流電力に変換する。
【００１１】
以下では、インバーター８０における１個の第１スイッチング素子１０と、１個のダイオード６０と、１個の第２スイッチング素子２０と、１個の抵抗体３０と、１個の電圧センサ４０とについて説明する（図２参照）。その他の複数の第１スイッチング素子１０と、複数のダイオード６０と、複数の第２スイッチング素子２０と、複数の抵抗体３０と、複数の電圧センサ４０については、以下で説明する内容と同様なので詳細な説明を省略する。
【００１２】
インバーター８０における第１スイッチング素子１０は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、または、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）である。第１スイッチング素子１０は、直流電源１００に接続されている。第１スイッチング素子１０には、図示しない複数のセルが形成されている。例えば、第１スイッチング素子１０には、複数のＩＧＢＴセル、または、複数のＭＯＳＦＥＴセルが形成されている。
【００１３】
図２に示すように、第１スイッチング素子１０は、第１ゲート１１と、第１コレクタ１２と、第１エミッタ１３とを備えている。第１ゲート１１の電位がオン電位になると、第１スイッチング素子１０がオンになる。第１ゲート１１の電位がオフ電位になると、第１スイッチング素子１０がオフになる。第１ゲート１１のオフ電位は、第１スイッチング素子１０の第１コレクタ１２と第１エミッタ１３との間にチャネルが形成されず、電流が流れない程度の電位である。
【００１４】
第１コレクタ１２は、直流電源１００の正極１０１側に接続されている。第１エミッタ１３は、直流電源１００の負極１０２側に接続されている。第１ゲート１１の電位がオン電位になると、第１コレクタ１２から第１エミッタ１３へ電流が流れる（第１エミッタ１３から第１コレクタ１２へ電子が移動する。）。
【００１５】
ダイオード６０は、還流ダイオードである。ダイオード６０は、第１スイッチング素子１０と逆並列で直流電源１００に接続されている。
【００１６】
第２スイッチング素子２０は、例えばＩＧＢＴ、または、ＭＯＳＦＥＴである。第２スイッチング素子２０は、第１スイッチング素子１０と並列で直流電源１００に接続されている。第２スイッチング素子２０には、図示しない複数のセルが形成されている。例えば、第２スイッチング素子２０には、複数のＩＧＢＴセル、または、複数のＭＯＳＦＥＴセルが形成されている。
【００１７】
第２スイッチング素子２０は、第２ゲート２１と、第２コレクタ２２と、第２エミッタ２３とを備えている。第２ゲート２１の電位がオン電位になると、第２スイッチング素子２０がオンになる。第２ゲート２１の電位がオフ電位になると、第２スイッチング素子２０がオフになる。第２ゲート２１のオフ電位は、第２スイッチング素子２０の第２コレクタ２２と第２エミッタ２３との間にチャネルが形成されず、電流が流れない程度の電位である。
【００１８】
第２コレクタ２２は、直流電源１００の正極１０１側に接続されている。第２コレクタ２２は、第１スイッチング素子１０の第１コレクタ１２と電極（図示省略）を共有している。第２エミッタ２３は、直流電源１００の負極１０２側に接続されている。第２ゲート２１の電位がオン電位になると、第２コレクタ２２から第２エミッタ２３へ電流が流れる（第２エミッタ２３から第２コレクタ２２へ電子が移動する。）。
【００１９】
第１スイッチング素子１０と第２スイッチング素子２０では、内部に形成されているセルの数が異なっている。第１スイッチング素子１０におけるセルの数は、第２スイッチング素子２０におけるセルの数より多い。例えば、第１スイッチング素子１０におけるセルの数は、第２スイッチング素子２０におけるセルの数の１００倍である。そのため、第１スイッチング素子１０を流れる電流は、第２スイッチング素子２０を流れる電流より大きい。例えば、第１スイッチング素子１０を流れる電流は、第２スイッチング素子２０を流れる電流の１００倍である。
【００２０】
抵抗体３０の一端部３１は、第２スイッチング素子２０の第２エミッタ２３に接続されている。抵抗体３０の他端部３２は、直流電源１００の負極１０２側に接続されている。抵抗体３０は、第２スイッチング素子２０と直列で直流電源１００に接続されている。
【００２１】
電圧センサ４０は、抵抗体３０に印加される電圧を検出する。電圧センサ４０は、抵抗体３０の一端部３１と他端部３２に接続されている。電圧センサ４０は、抵抗体３０と並列で第２スイッチング素子２０に接続されている。
【００２２】
図１に示すように、スイッチング回路１には、寄生インダクタンス７０が形成されている。寄生インダクタンス７０は図１において仮想的に示されている。寄生インダクタンス７０は、スイッチング回路１における本来の要素ではないが、スイッチング回路１に含まれている他の要素に起因して不可避的に形成されている。例えば、寄生インダクタンス７０は、スイッチング回路１における平滑コンデンサ９０、バスバー、導線（いずれも図示せず）等に起因して形成されている。また、スイッチング回路１には、直流電源１００を含まない閉回路７１が形成されている。閉回路７１は、少なくとも、第１スイッチング素子１０と、第２スイッチング素子２０と、抵抗体３０と、寄生インダクタンス７０とを含んでいる。
【００２３】
次に、上記のスイッチング回路１の動作について説明する。上記のスイッチング回路１では、制御装置５０が、インバーター８０における複数の第１スイッチング素子１０をオン／オフする。そうすると、直流電源１００から出力される直流電力がインバーター８０によって交流電力に変換されてモータ２００に供給される。以下では、インバーター８０における１個の第１スイッチング素子１０と、１個の第２スイッチング素子２０と、１個の抵抗体３０と、１個の電圧センサ４０に着目して説明する。その他の複数の第１スイッチング素子１０と、複数の第２スイッチング素子２０と、複数の抵抗体３０と、複数の電圧センサ４０についても以下で説明する内容が適用される。
【００２４】
上記のスイッチング回路１では、まず、制御装置５０が、第１スイッチング素子１０の第１ゲート１１の電位をオフ電位からオン電位に切り換える。これによって、第１スイッチング素子１０がオンになる。第１スイッチング素子１０がオンになると、第１コレクタ１２と第１エミッタ１３を通じて第１スイッチング素子１０に電流が流れる。
【００２５】
また、上記のスイッチング回路１では、制御装置５０が、第２スイッチング素子２０の第２ゲート２１の電位をオフ電位からオン電位に切り換える。制御装置５０は、第１ゲート１１の電位と第２ゲート２１の電位とを同じオン電位にする。また、制御装置５０は、第１ゲート１１の電位と第２ゲート２１の電位とを同じタイミングでオン電位に切り換える。したがって、第１スイッチング素子１０と第２スイッチング素子２０とが同じタイミングでオンになる。第２スイッチング素子２０がオンになると、第２コレクタ２２と第２エミッタ２３を通じて第２スイッチング素子２０に電流が流れる。
【００２６】
また、第２スイッチング素子２０がオンになると、第２スイッチング素子２０に直列で接続されている抵抗体３０に電圧が印加されて抵抗体３０に電流が流れる。抵抗体３０に印加される電圧は、電圧センサ４０によって検出される。電圧センサ４０は、抵抗体３０の一端部３１と他端部３２の間の電圧を検出する。電圧センサ４０によって検出された電圧は、電圧センサ４０から制御装置５０へ送信される。
【００２７】
制御装置５０は、電圧センサ４０によって検出される電圧に基づいて、抵抗体３０に流れる電流を演算する。また、制御装置５０は、抵抗体３０に流れる電流に基づいて、第２スイッチング素子２０に流れる電流を演算する。また、制御装置５０は、第２スイッチング素子２０に流れる電流に基づいて、第１スイッチング素子１０に流れる電流を演算する。制御装置５０は、下記の式（１）、（２）及び（３）に基づいて各値を演算する。下記の式（１）において、Ｉ３０は、抵抗体３０に流れる電流である。また、Ｖ３０は、抵抗体３０に印加される電圧である。また、Ｒ３０は、抵抗体３０の抵抗である。この抵抗Ｒ３０は、例えば設計条件等によって定まる既知の値である。また、下記の式（２）において、Ｉ２０は、第２スイッチング素子２０に流れる電流である。また、下記の式（３）において、Ｉ１０は、第１スイッチング素子１０に流れる電流である。下記の式（３）は、第１スイッチング素子１０に流れる電流が、第２スイッチング素子２０に流れる電流の１００倍である場合における計算式である。
【数１】
2019140790.tif 000003
【数２】
2019140790.tif 000004
【数３】
2019140790.tif 000005
【００２８】
続いて、第１スイッチング素子１０と第２スイッチング素子２０とがオフになるタイミングについて図３を参照して説明する。スイッチング回路１の制御装置５０は、図３に示すように、第１ゲート１１の電位と第２ゲート２１の電位とが同じオン電位にされている状態から、まず時刻ｔ１において、第２ゲート２１の電位をオフ電位に切り換える。より詳細には、制御装置５０が、第２ゲート２１の電位を、第２エミッタ２３の電位と同じ電位に切り換える。これによって、第２ゲート２１の電位がオフ電位になる。第２ゲート２１の電位がオフ電位になると、第２スイッチング素子２０がオフになる。したがって、第２スイッチング素子２０に電流が流れなくなる。
【００２９】
また、第２スイッチング素子２０には、図４に示すように、第２スイッチング素子２０の第２コレクタ２２と第２エミッタ２３の間に、第１寄生容量４１が形成されている。第１寄生容量４１は図４において仮想的に示されている。第１寄生容量４１は、スイッチング回路１における本来の機能要素ではないが、第２スイッチング素子２０に不可避的に形成される。
【００３０】
同様に、第２スイッチング素子２０には、第２スイッチング素子２０の第２コレクタ２２と第２ゲート２１の間に、第２寄生容量４２が形成されている。第２寄生容量４２は図４において仮想的に示されている。第２寄生容量４２は、スイッチング回路１における本来の機能要素ではないが、第２スイッチング素子２０に不可避的に形成される。
【００３１】
第１寄生容量４１と第２寄生容量４２は、第２スイッチング素子２０において並列で形成される。また、第２スイッチング素子２０は、第１スイッチング素子１０と並列で設けられている。そのため、第１寄生容量４１と第２寄生容量４２は、第１スイッチング素子１０と並列で設けられる。その結果、第１寄生容量４１と第２寄生容量４２には、第１スイッチング素子１０に印加されている電圧とほぼ同じ電圧が印加される。なお、第１スイッチング素子１０に印加される電圧と第２スイッチング素子２０に印加される電圧とは、第１寄生容量４１と第２寄生容量４２に直列で接続されている抵抗体３０に印加される電圧の分だけ差があるが、直流電源１００の電圧に比べて非常に小さいので、その差は無視できる。
【００３２】
第１寄生容量４１と第２寄生容量４２には、電圧が印加されることによって電荷が蓄えられる。各電荷は、下記の式（４）、（５）及び（６）に基づいて演算される。下記の式（４）において、Ｑ４１は、第１寄生容量４１に蓄えられる電荷である。また、Ｃ４１は、第１寄生容量４１の静電容量である。この静電容量Ｃ４１は、例えば設計条件等によって定まる既知の値である。また、Ｖｘは、第１寄生容量４１と第２寄生容量４２に印加されている電圧である（すなわち、第１スイッチング素子１０に印加されている電圧である。）。また、下記の式（５）において、Ｑ４２は、第２寄生容量４２に蓄えられる電荷である。また、Ｃ４２は、第２寄生容量４２の静電容量である。この静電容量Ｃ４２は、例えば設計条件等によって定まる既知の値である。また、下記の式（６）において、Ｑｓは、第１寄生容量４１と第２寄生容量４２に蓄えられる電荷の合計である。
【数４】
2019140790.tif 000006
【数５】
2019140790.tif 000007
【数６】
2019140790.tif 000008
【００３３】
引き続いて、第１スイッチング素子１０がオフになるタイミングについて説明する。制御装置５０は、図３に示すように、第２スイッチング素子２０をオフにした後に、時刻ｔ２において、第１スイッチング素子１０の第１ゲート１１の電位をオン電位からオフ電位に切り換える。時刻ｔ２は時刻ｔ１より後の時刻である。第１ゲート１１の電位がオフ電位になると、第１スイッチング素子１０がオフになる。したがって、第１スイッチング素子１０に電流が流れなくなる。
【００３４】
時刻ｔ２では、第１スイッチング素子１０がオンからオフに切り換わることによって、第１スイッチング素子１０に電流が流れている状態から、第１スイッチング素子１０に電流が流れていない状態に変化し、第１スイッチング素子１０に直流電源１００の電圧が印加される。加えて、スイッチング回路１における寄生インダクタンス７０に起因して起電力が生じる。寄生インダクタンス７０に流れる電流が変化することによって起電力が生じる。その結果、第１スイッチング素子１０の第１コレクタ１２と第１エミッタ１３の間に起電力に起因する電圧が印加される。
【００３５】
第１スイッチング素子１０がオンであるときには、第１スイッチング素子１０には第２スイッチング素子２０と比較して大きな電流が流れている。そのため、第１スイッチング素子１０がオンからオフに切り換わると、第２スイッチング素子２０がオンからオフに切り換わる場合と比較して大きな起電力が生じる。その結果、図３に示すように、第１スイッチング素子１０がオンからオフに切り換わると、第１スイッチング素子１０に大きなサージ電圧Ｖｓが印加される。
【００３６】
第１スイッチング素子１０がオフになり、第１スイッチング素子１０の第１コレクタ１２と第１エミッタ１３の間に印加される電圧が変化すると、抵抗体３０に印加される電圧も変化する。抵抗体３０に印加される電圧は、電圧センサ４０によって検出される。また、第１スイッチング素子１０がオフになると、第１寄生容量４１と第２寄生容量４２に蓄えられる電荷量が変化するため、図１に示す閉回路７１に電流が流れる。そのため、閉回路７１に含まれている抵抗体３０に電流が流れる。
【００３７】
続いて、上記のスイッチング回路１では、制御装置５０が、第１スイッチング素子１０をオフにした後に、電圧センサ４０によって検出される電圧に比例する値を時間積分する。制御装置５０は、電圧センサ４０によって検出される電圧に比例する値を、第１スイッチング素子１０をオフにした時刻ｔ２から、所定時刻ｔｘまで時間積分する。これによって、制御装置５０は、第１スイッチング素子１０をオフにした後に、所定時刻ｔｘにおいて第１スイッチング素子１０に印加される電圧を演算する。より詳細には、制御装置５０は、下記の式（７）、（８）、（９）及び（１０）に基づいて、所定時刻ｔｘにおいて第１スイッチング素子１０に印加される電圧を演算する。下記の式（７）において、ｄＱｓ／ｄｔは、第１寄生容量４１と第２寄生容量４２に蓄えられる電荷の合計Ｑｓの時間微分であり、第１寄生容量４１と第２寄生容量４２から流れる電流である。すなわち、ｄＱｓ／ｄｔは、第１寄生容量４１と第２寄生容量４２に直列で接続されている抵抗体３０に流れる電流Ｉ３０である。下記の式（７）、（８）、（９）及び（１０）において、Ｖ３０、Ｒ３０、Ｃ４１、Ｃ４２及びＶｘについては、上述したので詳細な説明を省略する。
【数７】
2019140790.tif 000009
【数８】
2019140790.tif 000010
【数９】
2019140790.tif 000011
【数１０】
2019140790.tif 000012
【００３８】
以上によって、所定時刻ｔｘにおいて第１スイッチング素子１０の第１コレクタ１２と第１エミッタ１３との間に印加される電圧Ｖｘが算出される。その後、制御装置５０は、第１スイッチング素子１０と第２スイッチング素子２０を再びオンにする。
【００３９】
制御装置５０は、上記の式（７）、（８）、（９）及び（１０）に基づいて、第１スイッチング素子１０に印加される電圧Ｖｘの最大値を演算することもできる。例えば、第１スイッチング素子１０に印加される電圧Ｖｘが時刻ｔ３において最大値になる場合は、制御装置５０は、上記の式（１０）において、電圧センサ４０によって検出される電圧に比例する値を、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで時間積分する。これによって、第１スイッチング素子１０に印加される電圧Ｖｘの最大値が算出される。
【００４０】
第１スイッチング素子１０に印加される電圧Ｖｘの最大値に対応する時刻ｔ３は、例えば、抵抗体３０に印加される電圧が最初に正の値から負の値になる時刻に基づいて算出される。また、制御装置５０は、上記の式（１０）に基づいて時間積分した値を監視することによって、第１スイッチング素子１０に印加される電圧Ｖｘの最大値を特定してもよい。
【００４１】
以上、実施例に係るスイッチング回路１について説明した。上記の説明から明らかなように、スイッチング回路１は、直流電源１００と、直流電源１００に接続されている第１スイッチング素子１０と、第１スイッチング素子１０と並列で直流電源１００に接続されている第２スイッチング素子２０とを備えている。また、スイッチング回路１は、第２スイッチング素子２０と直列で直流電源１００に接続されている抵抗体３０と、抵抗体３０に印加される電圧を検出する電圧センサ４０と、制御装置５０とを備えている。第２スイッチング素子２０と抵抗体３０とは、第１スイッチング素子１０に流れる電流を測定するために設けられている。第１スイッチング素子１０は、第１ゲート１１と、直流電源１００の正極１０１側に接続されている第１コレクタ１２と、直流電源１００の負極１０２側に接続されている第１エミッタ１３とを備えている。第２スイッチング素子２０は、第２ゲート２１と、直流電源１００の正極１０１側に接続されている第２コレクタ２２と、直流電源１００の負極１０２側に接続されている第２エミッタ２３とを備えている。上記のスイッチング回路１では、第１スイッチング素子１０に流れる電流が第２スイッチング素子２０に流れる電流より大きく、第１スイッチング素子１０の第１ゲート１１の電位と第２スイッチング素子２０の第２ゲート２１の電位とが同じオン電位にされている状態から、制御装置５０が、第２ゲート２１の電位をオフ電位にすることによって第２スイッチング素子２０をオフにする。その後に、制御装置５０は、第１ゲート１１の電位をオフ電位にすることによって第１スイッチング素子１０をオフにする。制御装置５０は、第１スイッチング素子１０をオフにした後に電圧センサ４０によって検出される電圧に比例する値を時間積分することによって、第１スイッチング素子１０をオフにした後に第１コレクタ１２と第１エミッタ１３との間に印加される電圧を演算する（式（１０）参照）。
【００４２】
上記のスイッチング回路１によれば、第２スイッチング素子２０と抵抗体３０とを利用して、第１スイッチング素子１０の第１コレクタ１２と第１エミッタ１３との間に印加される電圧Ｖｘを測定することができる。すなわち、上記のスイッチング回路１によれば、制御装置５０が第２スイッチング素子をオフにすると、第２スイッチング素子２０が第１寄生容量４１と第２寄生容量４２との合成容量として動作する。第１寄生容量４１と第２寄生容量４２に蓄えられる電荷Ｑｓは、第１スイッチング素子１０に印加される電圧Ｖｘに比例する値になる（式（６）参照）。その結果、第１寄生容量４１と第２寄生容量４２から流れる電流は、第１スイッチング素子１０に印加される電圧Ｖｘの時間微分に比例する値になる（式（７）参照）。そのため、制御装置５０が第２スイッチング素子２０をオフにした後に、抵抗体３０に流れる電流Ｉ３０は、第１スイッチング素子１０に印加される電圧Ｖｘの時間微分に比例する値になる（式（７）参照）。そこで、制御装置５０が、第１スイッチング素子１０をオフにした後に、抵抗体３０に印加される電圧Ｖ３０（電圧センサ４０によって検出される電圧）に比例する値を時間積分することによって、第１スイッチング素子に印加される電圧Ｖｘを演算することができる（式（８）から（１０）参照）。この構成によれば、追加の構成（例えば、コンデンサ）が無くても、既存の第２スイッチング素子２０と抵抗体３０を利用して第１スイッチング素子１０に印加される電圧Ｖｘを測定することができる。そのため、第１スイッチング素子１０に印加されるサージ電圧Ｖｓを簡易な構成で測定することができる。測定された電圧Ｖｘ（あるいはＶｓ）は、例えば、制御装置５０において利用される。例えば、制御装置５０が複数の第１スイッチング素子１０をオン／オフするタイミングを調整するために、上記で測定された電圧Ｖｘ（あるいはＶｓ）が利用される。
【００４３】
また、上記のスイッチング回路１では、制御装置５０が、第２スイッチング素子２０をオフにする前に電圧センサ４０によって検出される電圧に基づいて、第１スイッチング素子１０に流れる電流を演算する（上記の式（１）から（３）参照）。そのため、制御装置５０が第２スイッチング素子２０をオフにする前には、既存の第２スイッチング素子２０と抵抗体３０とを利用して、第１スイッチング素子１０に流れる電流Ｉ１０を測定することができる。また、制御装置５０が第１スイッチング素子１０をオフにした後には、既存の第２スイッチング素子２０と抵抗体３０とを利用して、第１スイッチング素子１０に印加される電圧Ｖｘを測定することができる。そのため、電流測定用の構成を電圧測定用の構成に流用することができ、追加の構成が無くても、第１スイッチング素子１０に印加される電圧を測定することができる。
【００４４】
また、上記のスイッチング回路１では、制御装置５０が、第１スイッチング素子１０をオフにした後に第１コレクタ１２と第１エミッタ１３との間に印加される電圧Ｖｘの最大値を演算する。そのため、第１スイッチング素子１０に最も負担がかかるとき（最も耐圧が要求されるとき）の電圧Ｖｘを測定することができる。
【００４５】
以上、一実施例について説明したが、具体的な態様は上記実施例に限定されるものではない。以下の説明において、上述の説明における構成と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４６】
他の実施例では、制御装置５０が、演算した第１スイッチング素子１０に印加される電圧Ｖｘを補正係数に基づいて補正してもよい。この場合は、制御装置５０は、電圧センサ４０によって検出される電圧に比例する値を時間積分する際に、図３に示すように、電圧センサ４０によって検出される電圧が安定する所定時刻ｔ４まで時間積分する。これによって、所定時刻ｔ４において第１スイッチング素子１０に印加されている電圧Ｖｘが算出される。
【００４７】
続いて、制御装置５０は、演算した電圧Ｖｘ（所定時刻ｔ４において第１スイッチング素子１０に印加されている電圧Ｖｘ）と、直流電源１００の電圧とに基づいて補正係数を演算する。より詳細には、制御装置５０は、下記の式（１１）に基づいて、補正係数を演算する。下記の式（１１）において、Ａは、補正係数である。また、Ｖ１００は、直流電源１００の電圧である。また、Ｖｘｔ４は、所定時刻ｔ４において第１スイッチング素子１０に印加されている電圧Ｖｘである。
【数１１】
2019140790.tif 000013
【００４８】
続いて、制御装置５０は、演算した補正係数Ａに基づいて、演算した電圧Ｖｘ（所定時刻ｔｘにおいて第１スイッチング素子１０に印加されている電圧Ｖｘ）を補正する。より詳細には、制御装置５０は、下記の式（１２）に基づいて、演算した電圧Ｖｘを補正する。下記の式（１２）において、Ｖｘは、所定時刻ｔｘにおいて第１スイッチング素子１０に印加される電圧である。また、Ｖｘｃは、第１スイッチング素子１０に印加される電圧Ｖｘの補正後の値である。制御装置５０は、例えば、下記の式（１２）に基づいて、第１スイッチング素子１０に印加される電圧Ｖｘの最大値を補正することができる。
【数１２】
2019140790.tif 000014
【００４９】
以上のように、他の実施例では、制御装置５０が、電圧センサ４０によって検出される電圧に比例する値を所定時刻ｔ４まで時間積分することによって、所定時刻ｔ４において第１スイッチング素子１０の第１コレクタ１２と第１エミッタ１３との間に印加される電圧Ｖｘｔ４を演算し、演算した電圧Ｖｘｔ４と直流電源１００の電圧Ｖ１００とに基づいて補正係数Ａを演算する（式（１１）参照）。また、制御装置５０は、その補正係数Ａに基づいて電圧Ｖｘの最大値を補正する（式（１２）参照）。
【００５０】
スイッチング回路１が何度も使用されると、経年変化によってスイッチング回路１の各要素の特性が変化することがある。その結果、電圧センサ４０によって検出される電圧にバラツキが生じることがある。上記の構成によれば、演算される電圧Ｖｘの最大値のバラツキを補正係数Ａによって補正することができる。
（その他の実施例）
【００５１】
上記の実施例では、制御装置５０が、電圧センサ４０によって検出される電圧に比例する値を、第１スイッチング素子１０をオフにした時刻ｔ２から、所定時刻まで時間積分していた。他の実施例では、制御装置５０が、電圧センサ４０によって検出される電圧に比例する値を、第２スイッチング素子２０をオフにした時刻ｔ１から、所定時刻まで時間積分してもよい。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に抵抗体３０に印加される電圧（電圧センサ４０によって検出される電圧）は略０（ゼロ）Ｖであるので、制御装置５０が時刻ｔ１から時間積分を実行した場合と、時刻ｔ２から時間積分を実行した場合とで略同じ値が算出される。
【００５２】
また、制御装置５０が積分を実行するときの積分方法は特に限定されない。例えば、制御装置５０が、電圧センサ４０によって検出される電圧を高速でＡＤ変換して変換値を累計してもよい。また、例えば、抵抗体３０に印加される電圧が、別途の変換回路によって電流に変換されてもよい。そして、変換後の電流が別途のコンデンサに充電されてもよい。制御装置５０は、別途のコンデンサに蓄えられている電荷に基づいて積分を実行してもよい。
【００５３】
上記の実施例では、第１スイッチング素子１０と第２スイッチング素子２０について、コレクタとエミッタを備える構成として説明したが、コレクタとエミッタをドレインとソースに読み替えても同様である。
【００５４】
上記の実施例では、抵抗体３０が第２スイッチング素子２０の第２エミッタ２３に接続されていたが、この構成に限定されず、抵抗体３０が第２スイッチング素子２０の第２コレクタ２２に接続されていてもよい。この場合は、抵抗体３０の一端部３１が直流電源１００の正極１０１側に接続されており、抵抗体３０の他端部３２が第２スイッチング素子２０の第２コレクタ２２に接続されている。
【００５５】
上記の実施例では、制御装置５０が、第２スイッチング素子２０をオフにする際に、第２スイッチング素子２０の第２ゲート２１の電位を第２エミッタ２３の電位と同じ電位にしていたが、必ずしも第２エミッタ２３の電位と同じ電位にしなくてもよい。第２スイッチング素子２０がオフになるのであれば、制御装置５０が、第２スイッチング素子２０の第２ゲート２１の電位を第２エミッタ２３の電位と異なる電位にしてもよい。
【００５６】
本明細書が開示する技術要素について、以下に列記する。なお、以下の各技術要素は、それぞれ独立して有用なものである。
【００５７】
制御装置は、第２スイッチング素子をオフにする前に電圧センサによって検出される電圧に基づいて、第１スイッチング素子に流れる電流を演算してもよい。
【００５８】
この構成によれば、制御装置が第２スイッチング素子をオフにする前には、既存の第２スイッチング素子と抵抗体とを利用して、第１スイッチング素子に流れる電流を測定することができる。また、制御装置が第１スイッチング素子をオフにした後には、既存の第２スイッチング素子と抵抗体とを利用して、第１スイッチング素子の第１コレクタと第１エミッタとの間に印加される電圧を測定することができる。そのため、電流測定用の構成を電圧測定用の構成に流用することができ、追加の構成が無くても、第１スイッチング素子の第１コレクタと第１エミッタとの間に印加される電圧を測定することができる。
【００５９】
制御装置は、第１スイッチング素子をオフにした後に第１コレクタと第１エミッタとの間に印加される電圧の最大値を演算してもよい。
【００６０】
この構成によれば、第１スイッチング素子に最も負担がかかるとき（最も耐圧が要求されるとき）の電圧を測定することができる。
【００６１】
制御装置は、電圧センサによって検出される電圧に比例する値を所定時刻まで積分することによって、所定時刻において第１スイッチング素子の第１コレクタと第１エミッタとの間に印加される電圧を演算し、演算した電圧と直流電源の電圧とに基づいて補正係数を演算し、その補正係数に基づいて前記最大値を補正してもよい。
【００６２】
スイッチング回路が何度も使用されると、経年変化によってスイッチング回路の各要素の特性が変化することがある。その結果、電圧センサによって検出される電圧にバラツキが生じることがある。上記の構成によれば、演算される電圧の最大値のバラツキを補正係数によって補正することができる。
【００６３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００６４】
１：スイッチング回路、１０：第１スイッチング素子、１１：第１ゲート、１２：第１コレクタ、１３：第１エミッタ、２０：第２スイッチング素子、２１：第２ゲート、２２：第２コレクタ、２３：第２エミッタ、３０：抵抗体、３１：一端部、３２：他端部、４０：電圧センサ、４１：第１寄生容量、４２：第２寄生容量、５０：制御装置、６０：ダイオード、７０：寄生インダクタンス、７１：閉回路、８０：インバーター、９０：平滑コンデンサ、１００：直流電源、１０１：正極、１０２：負極、２００：モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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