(57)【要約】【課題】本明細書は電動車両の電力変換器に関し、大きな絶縁領域を必要とせず、また、絶縁が確保されたコネクタも要することなく、走行用のモータを駆動する電圧に保持される高電圧経路を、そのような高電圧が印加されない制御モジュール上の制御回路に接続した電力変換器を提供する。【解決手段】電力変換器１０は、バッテリの電力を変換するスイッチング素子を含む高電圧回路が実装されているパワーモジュールと、パワーモジュールとは独立したモジュールであって、スイッチング素子の駆動信号を生成する制御回路が実装されている制御モジュールを備えている。高電圧回路においてモータを駆動する電圧が印加される高電圧経路と制御モジュールが分圧抵抗を介して接続されており、その分圧抵抗がパワーモジュールに実装されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリの電力を変換して走行用のモータに供給する電力変換器であり、
前記バッテリの電力を変換するスイッチング素子を含む高電圧回路が実装されているパワーモジュールと、
前記パワーモジュールとは独立したモジュールであって、前記スイッチング素子の駆動信号を生成する制御回路が実装されている制御モジュールと、
を備えており、
前記高電圧回路において前記モータを駆動する電圧に保持される高電圧経路と前記制御モジュールが分圧抵抗を介して接続されており、当該分圧抵抗が前記パワーモジュールに実装されていることを特徴とする電力変換器。
【請求項２】
前記パワーモジュールは、前記スイッチング素子を収容したパワーカードと冷却器が交互に積層された積層ユニットを含んでおり、
前記分圧抵抗を収容する分圧抵抗カードが前記積層ユニットに積層されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換器。
【請求項３】
前記分圧抵抗カードが前記スイッチング素子のサージ電圧を抑制するスナバコンデンサを収容しており、前記分圧抵抗と前記スナバコンデンサが並列に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の電力変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換器に関する。特に、電動車両に搭載され、バッテリの電力を変換して走行用モータに供給する電力変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動車両の走行用モータは大出力であり、一般にその駆動電圧は１００ボルト以上である。電動車両は、バッテリの電力を変換して走行用モータに供給する電力変換器を備える。電力変換器の典型は、電圧コンバータ、インバータ、あるいは、その両方を含むデバイスである。電力変換器において電力を変換するキーデバイスは、バッテリが出力した電流を導通／遮断するスイッチング素子（パワー素子）である。
【０００３】
上記のスイッチング素子の高電位端（ＰＮＰタイプの場合はエミッタ、ＮＰＮタイプの場合はコレクタ、Nチャネルタイプの場合はドレイン、Ｐチャネルタイプの場合はソース）が接続されている導線は、バッテリの電圧と同等の電圧、あるいはそれ以上の電圧に保持される。一方、スイッチング素子の制御電極（ベース／ゲート）に印加する駆動信号の電圧はそれほど高くはない。さらに、その駆動信号を生成する制御回路もＴＴＬレベルの電圧で動作する。即ち、スイッチング素子を含む回路（高電圧回路）と、駆動信号を生成する回路（制御回路）は電圧レベルが大きく異なる。
【０００４】
以下では、説明の便宜上、高電圧回路において走行用のモータを駆動する電圧を「大電圧」と称する。また、高電圧回路においてその「大電圧」に保持されている導線とデバイスの端子を高電圧経路と称する。なお、電動車両の中には、バッテリの出力電圧を昇圧してからモータに供給するタイプ、バッテリの出力電圧がそのままモータに印加されるタイプ、及び、バッテリの出力電圧を少し下げてモータに供給するタイプがある。バッテリの出力電圧や、その出力電圧よりも少し低い電圧も制御回路の電圧より相当高いのであるから、それらの電圧も「大電圧」であり、「モータを駆動する電圧」に含まれる。
【０００５】
ところで、スイッチング素子は、大電流を導通／遮断するのでノイズを発生する。スイッチングノイズ（電圧レベルの変動を含む）が制御回路に与える影響を低減するため、高電圧回路と制御回路は近接配置せず、一定の距離を隔てて配置することが望ましい。そこで、複数のスイッチング素子を集約し、制御回路を実装するモジュールとは独立したモジュールとすることが行われる。以下では、スイッチング素子を含むハードウエアをパワーモジュールと称し、スイッチング素子を含まず、制御回路を実装したハードウエアを制御モジュールと称する。制御モジュールは典型的には制御回路を実装した基板である。
【０００６】
一方、電力変換器の出力を所望の大きさに制御するために、高電圧経路の電圧をモニタする必要がある。例えば、制御回路は、昇圧コンバータの入力電圧（バッテリの出力電圧）と出力電圧をモニタし、出力電圧が所望の大きさとなるようにスイッチング素子の駆動信号を生成する。あるいは、制御回路は、インバータの入力電圧をモニタし、出力交流が所望の大きさとなるようにその入力電圧に応じてスイッチング素子の駆動信号を生成する。
【０００７】
従って、高電圧経路と制御回路は導電線で接続される必要がある。なお、パワーモジュールと制御モジュールの間に高電圧経路の電圧を計測してＴＴＬレベルの信号（あるいは光信号などの非電気の信号）に変換する独自のモジュールを設けることも想定され得るが、それでは制御上の時間遅延の問題が生じる上にコストが嵩んでしまう。従って、高電圧回路の高電圧経路と制御回路を導電線で接続するのが望ましい。
【０００８】
高電圧経路の電圧と同等の電圧レベルに保持される導電線が制御回路に近接すると、スイッチングノイズ（高い電圧レベルの変動）が制御回路に影響を及ぼす。そこで、制御回路が高電圧経路の電圧を取得する際のスイッチングノイズの影響を抑制する技術が特許文献１−４に例示されている。
【０００９】
高電圧経路の電圧を制御回路に取り込むには、高電圧経路の電圧を分圧して下げることになる。特許文献１の電力変換器では、制御回路を実装した基板に分圧抵抗を実装する。分圧抵抗の一端を高電圧経路と接続する。基板には、スイッチング素子に供給する駆動信号を生成する回路（駆動回路）も実装されており、駆動回路とＴＴＬレベル制御回路の間に絶縁領域が設けられる。そして、分圧抵抗を、制御回路の領域内であって絶縁領域に沿って配置する。特許文献２の電力変換器では、パワーモジュールと制御モジュールとを接続するケーブルに、絶縁が確保されているコネクタを採用する。特許文献３の電力変換器では、放電抵抗の制御回路基板に分圧抵抗を実装し、その回路基板にて高電圧経路の電圧を分圧する。なお、放電抵抗は、スイッチング素子と並列に接続される素子であり、衝突時などにパワー回路に残存する電気エネルギを放出するために備えられる。特許文献４の電力変換器も、制御モジュールに分圧抵抗を実装し、高電圧経路の電圧を分圧する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１２−２３９２５１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１９２７４号公報
【特許文献３】特開２０１３−２０１８４２号公報
【特許文献４】特開２０１３−０３８８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１と４の電力変換器は、制御モジュールが高電圧経路と直接に接続される。従って、制御モジュールのどこかに高電圧経路の電圧が加わる。特許文献１ではスイッチングノイズの影響を抑えるべく、絶縁領域に沿って分圧抵抗を配置するが、高電圧経路の電圧の影響抑制は充分とは言い難い。特許文献３の電力変換器は、高電圧経路と接続された導電線が放電抵抗の制御回路基板に接続される。従って、制御回路基板の回路がスイッチングノイズの影響を受ける。特許文献２の電力変換器は絶縁が確保されたコネクタが必要となる。そのようなコネクタはコストが嵩む。
【００１２】
本明細書は上記の課題に鑑みて創作された。本明細書は電動車両の電力変換器に関し、分圧抵抗を使って高電圧経路の電圧を分圧して制御モジュール上の制御回路に取り込むが、その際のスイッチングノイズの影響を低減する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本明細書が開示する電力変換器は、高電圧経路を分圧抵抗を介して制御回路に接続するが、その分圧抵抗をパワーモジュールに実装する。従って、分圧抵抗と制御モジュールを接続する導線には高電圧経路の電圧の分圧しか印加されない。従って、スイッチングノイズが制御モジュールに伝わる際にはその影響は分圧比の割合で減じられる。
【００１４】
本明細書が開示する電力変換器の一態様は、次の構成を備える。電力変換器は、ハードウエアとして、パワーモジュールと制御モジュールを備える。パワーモジュールは、バッテリの電力を変換するスイッチング素子を含む高電圧回路が実装されているハードウエアである。繰り返すが、高電圧回路は、スイッチング素子と、そのスイッチング素子の高電位端と接続されている回路を含む回路であって、バッテリの電圧が印加される回路である。そして、高電圧回路の中でモータを駆動する電圧に保持される箇所を高電圧経路と称する。
【００１５】
制御モジュールは、パワーモジュールとは独立したモジュールであって、スイッチング素子の駆動信号を生成する制御回路が実装されている。制御モジュールにはスイッチング素子は実装されない。また、制御モジュールは、バッテリの出力電圧よりも低い電圧で動作する。そして、パワーモジュール内の高電圧経路と制御モジュールが分圧抵抗を介して接続されている。その分圧抵抗はパワーモジュールに実装されている。
【００１６】
なお、分圧するには少なくも２個の分圧抵抗の直列回路が必要である。本明細書が開示する電力変換器は、次の２つの形態を含む。一つは、２個の分圧抵抗の直列回路のうち、高電位側の分圧抵抗がパワーモジュールに実装され、低電位側の分圧抵抗が制御モジュールに実装される形態である。他の一つは、直列接続され２個の分圧抵抗がパワーモジュールに実装され、２個の分圧抵抗の中点と制御モジュールが導線で接続される形態である。
【００１７】
また、分圧抵抗比は、高電圧経路の電圧を制御回路の許容電圧以下に分圧するだけの大きさであるとよい。そうすると、制御モジュールは、制御回路がもともと備えている耐電圧のままで分圧を受け入れることができる。即ち、分圧を受け入れるために耐電圧を高める必要がない。
【００１８】
パワーモジュールの典型は、スイッチング素子を収容したパワーカードと冷却器が交互に積層された積層ユニットである。この場合、分圧抵抗を含むカード（分圧抵抗カード）が積層ユニットに積層されているとよい。また、スイッチング素子のサージ電圧を抑制するスナバコンデンサが分圧抵抗カードに収容されており、分圧抵抗がスナバコンデンサと並列に接続されていることも好適である。なお、高電圧回路においてスイッチング素子の高電位端は、上記した高電圧経路上のポイントである。分圧抵抗カードをパワーカードと同等のサイズとすることで、分圧抵抗を含む積層ユニットを小型化することができる。また、分圧抵抗をスナバコンデンサと並列に接続することによって、スナバコンデンサが分圧抵抗に流れる電流のノイズ除去フィルタとして機能し、制御モジュールに伝わる分圧に重畳するノイズを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本明細書が開示する技術は、バッテリの電力を変換して走行用モータに供給する電力変換器であって、スイッチング素子を含むパワーモジュールとスイッチング素子を駆動する制御モジュールが独立している電力変換器に関し、スイッチング素子を含む高電圧回路の高電圧経路の電圧を制御モジュールに取り込む際のスイッチングノイズの影響を低減する。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例の電力変換器を含む電動車両の電力系のブロック図である。
【図２】電力変換器の分解斜視図である。
【図３】パワーカードの内部配線を説明する模式図である。
【図４】分圧抵抗カードの内部配線を説明する模式図である。
【図５】電圧コンバータ回路と分圧抵抗と制御回路の関係を示す図である。
【図６】変形例における電圧コンバータ回路と分圧抵抗と制御回路の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図面を参照して実施例の電力変換器を説明する。まず、図１を参照して、実施例の電力変換器１０を含む電動車両１００の電力系を説明する。電動車両１００は、走行用のモータ８３を備えている電気自動車である。
【００２２】
電力変換器１０は、システムメインリレー８２を介してメインバッテリ８１と接続されている。電力変換器１０は、メインバッテリ８１の電圧を昇圧する電圧コンバータ回路１２と、昇圧後の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路１３を含む。なお、電圧コンバータ回路１２は、モータが発生した電力（回生電力）を降圧する降圧動作を行うこともできる。
【００２３】
電圧コンバータ回路１２は、２個のスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８の直列回路と、一端がその直列回路の中点に接続されており他端が入力側（バッテリ側）の高電位端子に接続されているリアクトル４と、入力側の高電位端子と低電位端子の間に接続されているフィルタコンデンサ３と、各スイッチング素子に逆並列に接続されているダイオードで構成されている。
【００２４】
電圧コンバータ回路１２は、メインバッテリ８１の電圧を昇圧してインバータ回路１３へ供給する動作（昇圧動作）と、インバータ側（インバータ回路１３の側）から入力される直流電力を降圧してメインバッテリ８１へ供給する動作（降圧動作）の双方を行うことができる。メインバッテリ８１の電圧は例えば３００ボルトであり、昇圧後の電圧は例えば６００ボルトである。昇圧動作はスイッチング素子Ｔ８が主に貢献し、降圧動作はスイッチング素子Ｔ７が主に貢献する。図１の電圧コンバータ回路はよく知られているので詳細な説明は省略する。なお、符号ＰＣｄが示す破線矩形の範囲の回路が、後述するパワーカードＰＣｄに収容される回路に相当する。
【００２５】
インバータ回路１３は、２個のスイッチング素子の直列回路が３セット並列に接続された構成を有している（Ｔ１とＴ４、Ｔ２とＴ５、Ｔ３とＴ６）。各スイッチング素子にはダイオードが逆並列に接続されている。３セットの直列回路の高電位端が電圧コンバータ回路１２の出力端の高電位端に接続されており、３セットの直列回路の低電位端は電圧コンバータ回路１２の出力端の低電位端に接続されている。３セットの直列回路の中点から交流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）が出力される。３セットの直列回路の夫々が、後述するパワーカードＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３に対応する。
【００２６】
インバータ回路１３の入力端に平滑化コンデンサ５が並列に接続されている。平滑化コンデンサ５は、別言すれば、電圧コンバータ回路１２の出力端に並列に接続されている。平滑化コンデンサ５は、電圧コンバータ回路１２の出力電流に重畳しているノイズ（スイッチング動作に伴う電流の脈動）を除去する。
【００２７】
スイッチング素子Ｔ１−Ｔ８は、トランジスタであり、典型的にはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であるが、他のトランジスタ、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であってもよい。あるいは、将来的には異なるタイプのスイッチング素子が電力変換器に用いられることもあり得る。また、ここでいうスイッチング素子は、大電流の電力を変換することに用いられるものであり、パワー半導体素子と呼ばれることもある。
【００２８】
電力変換器１０は、電圧コンバータ回路１２とインバータ回路１３の他に、制御回路９と、分圧抵抗６ａ―６ｃを備えている。制御回路９は、電力変換器１０の外部のコントローラ（不図示）からの指令を受けて、走行用のモータ８３が所望のパワーを出力するように各スイッチング素子を駆動する。図１において、符号Ｓｇ１が示す線が、電圧コンバータ回路１２のスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８への駆動信号の信号線を表しており、符号Ｓｇ２が示す線が、インバータ回路１３のスイッチング素子への駆動信号の信号線を表している。駆動信号は具体的にはＰＷＭ信号である。制御回路９の詳しい回路構成は省略するが、制御回路９はＴＴＬレベルの電圧で動作する。制御回路９は、メインバッテリ８１よりも出力電圧が低いサブバッテリ８７から電力の供給を受けて動作する。サブバッテリ８７の出力電圧は１２ボルトである。制御回路９には、サブバッテリ８７の出力電圧をＴＴＬ駆動電圧レベルに降圧する降圧コンバータ５１が含まれる。制御回路９は、ハードウエアとしては、制御基板５０に実装されている。
【００２９】
分圧抵抗６ａ−６ｃは、電圧コンバータ回路１２のバッテリ側の高電位端の電圧、インバータ側の高電位端の電圧、及び、バッテリ側とインバータ側で共通のグランド線の電圧を分圧して制御回路９へ伝達するために備えられている。なお、分圧には少なくとも２個の抵抗が必要であるが、６ａ（６ｂ、６ｃ）と組をなす分圧抵抗は制御基板５０に実装されている（詳しくは後述）。また、符号ＰＣｖが示す破線は、分圧抵抗６ａ―６ｃを収容するカード型のパッケージ（分圧抵抗カード）を示している。分圧抵抗については後に詳しく説明する。
【００３０】
ここで、分圧抵抗の動作に関する後の説明の便宜のため、電圧ラインに名称を付しておく。電圧コンバータ回路１２のバッテリ側の電圧ラインであって、メインバッテリ８１の出力電圧に保持される電圧経路をバッテリ側高電圧ラインＰＬと称する。電圧コンバータ回路１２の昇圧時の出力電圧に保持される高電圧線をインバータ側高電圧ラインＰＨと称する。また、電圧コンバータ回路１２のバッテリ側とインバータ側で共通の低電位線を共通低電圧ラインＮと称する。バッテリ側高電圧ラインＰＬは電圧コンバータ回路１２の昇圧時の入力側の高電位端を含み、インバータ側高電圧ラインＰＨは電圧コンバータ回路１２の昇圧時の出力側の高電位端を含む。インバータ側高電圧ラインＰＨの電圧は、メインバッテリ８１の出力電圧よりも高い。
【００３１】
次に、電力変換器１０のハードウエア構成を説明する。図２に電力変換器１０の分解斜視図を示す。先に述べたパワーカードＰＣ１−ＰＣ３、ＰＣｖ、及び、分圧抵抗カードＰＣｖは、複数の平板型の冷却器２１とともに積層ユニット２０を構成している。パワーカードＰＣ１−ＰＣ３、ＰＣｖと分圧抵抗カードＰＣｖは、冷却器と交互に積層されている。
【００３２】
積層ユニット２０の積層方向（図中のＸ軸方向）から見たときに各冷却器２１には、パワーカードを挟んで両側（図中Ｙ軸方向の両側）に貫通孔が設けられている。積層方向で隣接する２個の冷却器２１の貫通孔は連結管で連結される。積層ユニット２０の積層方向の一端に面する貫通孔には冷媒供給管と冷媒排出管が接続され、他端に面する貫通孔は塞がれる。冷却供給管から供給される冷媒は、一方の連結管を通じて各冷却器２１に分配される。冷媒は冷却器２１を通過する間にパワーカード（及び分圧抵抗カード）から熱を吸収する。熱を吸収した冷媒は他方の連結管と冷媒排出管を通じて外部へと排出される。冷媒供給管と冷媒排出管は電力変換器１０の外で冷媒循環装置に接続している。
【００３３】
図２とともに、パワーカードＰＣ１の内部構造を模式的に表した図３を参照して説明する。なお、他のパワーカードＰＣ２、ＰＣ３も同様の構造を有している。パワーカードＰＣ１は２個のスイッチング素子Ｔ１、Ｔ２、及び２個のダイオードを樹脂でモールドしたパッケージである。樹脂パッケージを樹脂筐体４１と称する。樹脂筐体４１の内部で２個のスイッチング素子Ｔ１、Ｔ２は直列に接続されており、スイッチング素子の夫々にダイオードが逆並列に接続されている。スイッチング素子Ｔ１、Ｔ２のゲート電極は、樹脂筐体４１の上面（図２においてＺ軸正方向を向く面）から伸びている制御端子４４、４５に夫々導通している。制御端子４４、４５は、積層ユニット２０の上方（図２におけるＺ軸正方向）に配置される制御基板５０に接続される。図１を参照して先に述べたように、制御基板５０には、各スイッチング素子の駆動信号を生成する制御回路が実装されており、その制御回路は、制御端子４４、４５を通じて各スイッチング素子のゲートへ駆動信号を供給する。駆動信号は典型的にはＰＷＭ信号である。
【００３４】
樹脂筐体４１の下面（図２におけるＺ軸負方向を向く面）からは３本のパワー端子４２ａ、４２ｂ、４２ｃが伸びており、夫々は樹脂筐体４１の内部で、スイッチング素子の直列回路の高電位端、低電位端、及び、中点と導通している。先に述べたように、インバータ回路を構成するスイッチング素子の直列回路の中点から交流が出力される。図２に示すように、直列回路の中点と導通しているパワー端子４２ｃ（図２中で右端のパワー端子）にはバスバ３７の一端が接続されており、そのバスバ３７はコネクタユニット３８に支持されている。バスバ３７の他端３７ａは、コネクタユニット３８にて露出している。コネクタユニット３８には、パワーカードＰＣ１−ＰＣ３の夫々のパワー端子４２ｃに接続されているバスバの端部が露出している。この端部に、モータのパワーケーブルが接続される。図示を省略しているが、パワーカードＰＣ１−ＰＣ３のパワー端子４２ａ同士が別のバスバによって連結されており、パワー端子４２ｂ同士が、さらに別のバスバによって連結されている。パワー端子４２ａ同士を接続するバスバが、先に述べたインバータ側高電圧ラインＰＨに相当する。また、パワー端子４２ｂ同士を接続するバスバは共通低電圧ラインＮに相当する。分圧抵抗カードＰＣｖについては後述する。
【００３５】
電圧コンバータ回路１２のスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８（図１参照）を収容するパワーカードＰＣｄもパワーカードＰＣ１と同様の構造を有している、図示は省略するが、積層ユニット２０において、パワーカードＰＣｄは、直列回路の中点と導通しているパワー端子４２ｃの接続先が他のパワーカードと異なるだけである。図１に示されているように、パワーカードＰＣｄにおける直列回路の中点はリアクトル４に接続される。
【００３６】
図２に戻って電力変換器１０のハードウエア構成の説明を続ける。積層ユニット２０の積層方向に隣接してリアクトルユニット３２が配置されており、さらにそのリアクトルユニットに隣接してコンデンサ素子３３が配置されている。リアクトルユニット３２は、図１のブロック図におけるリアクトル４に相当する。コンデンサ素子３３は、図１のブロック図におけるフィルタコンデンサ３に相当する。積層ユニット２０とリアクトルユニット３２とコンデンサ素子３３に対して図中Ｙ軸方向で隣接するように３個のコンデンサ素子３１が並んでいる。３個のコンデンサ素子３１は並列に接続されている。３個のコンデンサ素子３１の並列回路が図１における平滑化コンデンサ５に相当する。
【００３７】
上記したデバイスが全てケース３６に収容され、カバー３５で塞がれる。ケース３６内では、積層ユニット２０の上方（図２のＺ軸正方向）に制御基板５０が配置される。制御基板５０には種々の制御チップ５９が搭載されており、それら制御チップが先に述べた制御回路を構成する。また、図１におけるスイッチング素子Ｔ１−Ｔ８、リアクトル４、コンデンサ３、５で構成される回路が高電圧回路に相当する。それらの素子を実現するハートウエアは、図２の積層ユニット、リアクトルユニット３２、コンデンサ素子３１、３３であり、これらがパワーモジュールを構成する。高電圧回路の各デバイスの高電位端には、メインバッテリ８１の出力電圧、あるいは、その出力電圧を昇圧した電圧が印加される。前述したように、説明の便宜上、メインバッテリ８１の出力電圧とその出力電圧を昇圧した電圧を「モータを駆動する電圧」と総称する。
【００３８】
分圧抵抗６ａ−６ｃを収容する分圧抵抗カードＰＣｖを説明する。図４に分圧抵抗カードＰＣｖの内部構造を模式的に表した図を示す。分圧抵抗カードＰＣｖは、外形サイズがパワーカードと等しい樹脂筐体４１の内部に３個の分圧抵抗６ａ−６ｃをモールドしたパッケージである。分圧抵抗６ａの一端はパワー端子４２ａと導通しており、他端は制御端子４４ａと導通している。分圧抵抗６ｂの一端はパワー端子４２ｂと導通しており、他端は制御端子４４ｂと導通している。分圧抵抗６ｃの一端はパワー端子４２ｃと導通しており、他端は制御端子４４ｃと導通している。物理的な配線の図示は省略しているが、パワー端子４２ａは電圧コンバータ回路１２のバッテリ側高電圧ラインＰＬに接続している。パワー端子４２ｂは、電圧コンバータ回路１２のインバータ側高電圧ラインＰＨに接続している。パワー端子４２ｃは、電圧コンバータ回路１２の共通低電圧ラインＮに接続している。先に述べたように、制御端子４４は制御基板５０と接続している。詳しくは後述するが、分圧抵抗６ａ−６ｃの一端は、制御基板５０に実装された制御回路９に接続している。なお、分圧抵抗カードＰＣｖのもう一方の制御端子４５は使われていない。
【００３９】
分圧抵抗６ａ−６ｃの周囲の回路構成を図５に示す。なお、図５では、インバータ回路１３は簡略化して表してある。バッテリ側高電圧ラインＰＬの電圧を符号ＶＬで表し、インバータ側高電圧ラインＰＨの電圧を符号ＶＨで表し、共通低電圧ラインＮの電圧をＶＮで表す。なお、高電圧回路と制御回路９は絶縁されているので、制御回路内で電圧ＶＬ、ＶＨの大きさを決定するには、共通低電圧ラインＮの電圧ＶＮが必要となる。なお、分圧抵抗６ａ−６ｃの夫々は、ハイインピーダンスバッファ５２ａ−５２ｃを介して制御回路９と接続されているので、分圧抵抗６ａ−６ｃから制御回路へは電流が流れることがないので、電圧を伝えることができるが実質的に絶縁が確保される。また、電圧ＶＬは、電圧コンバータ回路１２の昇圧時の入力電圧に相当する。また、電圧ＶＬは、メインバッテリ８１の出力電圧にも相当する。電圧ＶＨは、電圧コンバータ回路１２の昇圧時の出力電圧に相当する。電圧ＶＬ、ＶＨが、モータを駆動する電圧に相当する。
【００４０】
分圧抵抗６ａの一端はバッテリ側高電圧ラインＰＬに接続しており、他端は制御基板５０の上で別の分圧抵抗５６ａと接続している。バッテリ側高電圧ラインＰＬは、昇圧時の電圧コンバータ回路１２の入力電圧に相当するので、別言すれば、電圧コンバータ回路１２の入力端と制御基板５０が分圧抵抗６ａを介して接続している。説明を簡略化するため、以下では、分圧抵抗６ａ、５６ａを単純に抵抗６ａ、５６ａと称する。抵抗５６ａの他端はグランドに接続している。抵抗６ａと５６ａの抵抗比は例えば、抵抗６ａ：抵抗５６ａ＝１００：１であり、抵抗６ａと５６ａの中点Ｑａには、バッテリ側高電圧ラインＰＬの電圧ＶＬのほぼ１／１００の分圧ＶＬｄ（電圧ＶＬｄ）が生じる。中点Ｑａは、また、ハイインピーダンスバッファ５２ａを介して、制御回路９に入力される。
【００４１】
同様に、抵抗６ｂの一端はインバータ側高電圧ラインＰＨに接続しており、他端は抵抗５６ｂと接続している、インバータ側高電圧ラインＰＨは、昇圧時の電圧コンバータ回路１２の出力電圧に相当するので、別言すれば、電圧コンバータ回路１２の出力端と制御基板５０が抵抗６ｂを介して接続している。抵抗５６ｂの他端はグランドに接続している。抵抗６ｂと５６ｂの抵抗比も例えば、抵抗６ｂ：抵抗５６ｂ＝１００：１であり、抵抗６ｂと５６ｂの中点Ｑｂには、インバータ側高電圧ラインＰＨの電圧ＶＨのほぼ１／１００の分圧ＶＨｄ（電圧ＶＨｄ）が生じる。中点Ｑｂは、ハイインピーダンスバッファ５２ｂを介して、制御回路９に入力される。
【００４２】
抵抗６ｃについても同様である。即ち、電圧コンバータ回路１２の共通低電圧ラインＮと制御基板５０は抵抗６ｃを介して接続している。抵抗６ｃと５６ｃの中点Ｑｃには、共通低電圧ラインＮの電圧ＶＮのほぼ１／１００の分圧ＶＮｄ（電圧ＶＮｄ）が生じ、その電圧は、ハイインピーダンスバッファ５２ｃを介して制御回路９に入力される。
【００４３】
図５から明らかなように、バッテリ側高電圧ラインＰＬの電圧ＶＬと共通低電圧ラインＮの電圧ＶＮの差は、昇圧時の電圧コンバータ回路１２の入力電圧に相当する。また、インバータ側高電圧ラインＰＨの電圧ＶＨと電圧ＶＮの差は、昇圧時の電圧コンバータ回路１２の出力電圧に相当する。それら電圧コンバータ回路１２の入力電圧と出力電圧は、分圧抵抗６ａ−６ｃにより分圧された電圧ＶＬｄ、ＶＨｄ、及び、ＶＮと、上記した分圧抵抗の比から求められる。即ち、制御回路９は、分圧抵抗を介して得た電圧の情報から、電圧コンバータ回路１２の入力電圧と出力電圧を特定する。制御回路９では、電圧コンバータ回路１２の入力電圧と出力電圧から、その出力電圧（ＶＨ−ＶＮ）が所望の目標に追従するようにスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８の駆動信号（ＰＷＭ信号）を生成する。生成した駆動信号が信号線Ｓｇ１を通じてスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８に供給される。
【００４４】
図５において抵抗６ａ（６ｂ、６ｃ）と５６ａ（５６ｂ、５６ｃ）を接続する導線７１は、図４に示した制御端子４４ａ−４４ｃに相当する。また、図５に示すように、抵抗５６ａ−５６ｃとハイインピーダンスバッファ５２ａ−５２ｃは、制御基板５０に実装される。制御基板５０には制御回路９もまた実装されている。図５によく示されているように、制御基板５０には、電圧コンバータ回路１２のバッテリ側高電圧ラインＰＬの電圧ＶＬやインバータ側高電圧ラインＰＨの電圧ＶＨは直接には印加されない。制御基板５０には、それらの電圧ＶＬ、ＶＨの分圧ＶＬｄ、ＶＨｄ、及び、共通低電圧ラインＮの電圧ＶＮの分圧ＶＮｄが印加される。
【００４５】
制御基板に電圧ＶＬ、ＶＨ、ＶＮではなく、電圧ＶＬｄ、ＶＨｄ、ＶＮｄが印加されることの利点を説明する。図１に示すように、バッテリ側高電圧ラインＰＬとインバータ側高電圧ラインＰＨは、スイッチング素子に接続している。それゆえ、バッテリ側高電圧ラインＰＬの電圧ＶＬとインバータ側高電圧ラインＰＨの電圧ＶＨは、スイッチング動作に伴って脈動する。この脈動がスイッチングノイズである。制御基板５０が受ける脈動の大きさは、ＶＬ（ＶＨ、ＶＮ）とＶＬｄ（ＶＨｄ、ＶＮｄ）の分圧比の割合で小さくなる。即ち、制御基板５０に実装されている制御回路９が受けるスイッチングノイズの影響が抑制される。
【００４６】
なお、分圧抵抗６ａ−６ｃによって分圧された電圧は、もとの高電圧ラインの電圧ＶＬ、ＶＨ、ＶＮのほぼ１／１００の大きさである。インバータ側高電圧ラインＰＨの電圧ＶＨ（電圧コンバータ回路１２の出力電圧）が６００ボルトであるとすると、制御基板５０には、そのほぼ１／１００の６ボルトが印加されるだけである。他方、制御回路９を作動させるために制御回路９に供給される電圧は、サブバッテリ８７の出力電圧１２ボルトである（なお、サブバッテリ８７の出力電圧は、制御回路９に実装された降圧コンバータ５１によってＴＴＬレベルに降圧されて各素子へ供給される）。即ち、制御回路９の耐電圧は１２ボルト程度である。それゆえ、制御回路９は、その耐電圧を高めることなく、電圧コンバータ回路１２の高電圧ラインＰＬ、ＰＨの電圧ＶＬ、ＶＨの分圧ＶＬｄ、ＶＨｄを受け入れることができる。
【００４７】
また、電圧コンバータ回路１２の電圧ＶＬ、ＶＨ、Ｎの分圧ＶＬｄ、ＶＨｄ、ＶＮｄは、ハイインピーダンスバッファ５２ａ−５２ｃを介して制御回路９に入力される。それゆえ、スイッチング素子側から制御回路９へ電流が流れ込むことがない。
【００４８】
図６を参照して実施例の電力変換器の変形例を説明する。この例は、分圧抵抗の回路構成が先の実施例とは異なる。図６は、変形例における電圧コンバータ回路１２と分圧抵抗６１ａ−６１ｄと制御回路９の関係を示す。この変形例では、分圧抵抗カードＰＣｖには４個の分圧抵抗６１ａ−６１ｄが収容される。それらは直列に接続され、その直列回路の一端がインバータ側高電圧ラインＰＨに接続され、他端が共通低電圧ラインＮに接続される。分圧抵抗カードＰＣｖには、他に、スナバコンデンサ６２が収容されており、そのスナバコンデンサ６２は、分圧抵抗６１ａ−６１ｄの直列回路と並列に接続される。別言すれば、図６によく示されているように、スナバコンデンサ６２は、２個のスイッチング素子の直列回路（例えばＴ７とＴ８の直列回路）と並列に接続される。このスナバコンデンサ６２は、スイッチング素子Ｔ７あるいはＴ８のスイッチング動作に伴うサージ電圧を吸収するために備えられている。
【００４９】
以下でも、説明を簡単化するために分圧抵抗６１ａ−６１ｄを単に抵抗６１ａ−６１ｄと称する。分圧抵抗カードＰＣｖ内の高電位側に接続されている２個の抵抗６１ａと６１ｂの中点がハイインピーダンスバッファ５２ａを介して制御回路９と接続される。４個の抵抗６１ａ−６１ｄの直列回路の中点がハイインピーダンスバッファ５２ｂを介して制御回路９と接続される。４個の抵抗６１ａ−６１ｄの直列回路の低電位側の２個の抵抗６１ｃと６１ｄの中点がハイインピーダンスバッファ５２ｃを介して制御回路９と接続される。この変形例では、抵抗６１ｂと抵抗６１ｃの中点の電圧Ｍを基準とする。先に述べたように、高電圧回路と制御回路９は絶縁されているので、制御回路９は、電圧Ｍを基準として、抵抗６１ａと６１ｂの中点における電圧を計測する。その電圧が、インバータ側高電圧ラインＰＨの電圧ＶＨの分圧ＶＨｄに相当する。また、制御回路９は、電圧Ｍを基準としては、抵抗６１ｃと抵抗６１ｄの中点の電圧を計測する。その電圧が共通低電圧ラインＮの電圧ＶＮの分圧ＶＮｄに相当する。
【００５０】
この変形例では、全ての分圧抵抗６１ａ−６１ｄが分圧抵抗カードＰＣｖに収容される。即ち、全ての分圧抵抗６１ａ―６１ｄが積層ユニット２０に収容される。図中の符号７２が示す導線が、積層ユニット２０と制御基板５０を接続する導線に相当する。制御基板５０は、４個の分圧抵抗の直列接続のうち１個−３個を介して積層ユニット２０のインバータ側高電圧ラインＰＨと接続される。
【００５１】
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。積層ユニット２０がパワーモジュールの一例に相当し、制御基板５０が制御モジュールの一例に相当する。メインバッテリ８１の電圧を昇圧する電圧コンバータ回路１２が、スイッチング素子を含む高電圧回路の一例に相当する。インバータ回路１３も、スイッチング回路を含む高電圧回路の別の例に相当する。電圧コンバータ回路１２においてメインバッテリ８１の電圧に保持されるバッテリ側高電圧ラインＰＬと、昇圧後の電圧に保持されるインバータ側高電圧ラインＰＨが、モータを駆動する電圧に保持される高電圧経路の一例に相当する。
【００５２】
大電流が流れるスイッチング素子は積層ユニット２０に集約され、制御基板５０にはスイッチング素子を含むことがない。分圧抵抗６ａ−６ｃ（６１ａ−６１ｄ）は、樹脂筐体４１を有する分圧抵抗カードＰＣｖに収容され、積層ユニット２０に積層される。即ち、分圧抵抗６ａ−６ｃ（６１ａ−６１ｄ）は、パワーモジュールに実装される。パワーモジュールに実装されている高電圧回路の高電圧経路（ＰＬ、ＰＨ）が分圧抵抗６ａ−６ｃ（６１ａ−６１ｄ）を介して制御回路９と接続される。
【００５３】
上記実施例の変形例として、分圧抵抗カード内に、緊急時に高電圧回路に残存する電気エネルギを放出する放電抵抗を組み込んでもよい。具体的には、図６においてスナバコンデンサ６２と並列に放電抵抗を組み込む。そうすることで、放電抵抗を電力変換器にコンパクトに実装することができる。
【００５４】
実施例の電動車両は走行用に一つのモータを有する電気自動車であった。本明細書が開示する技術は、走行用にモータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車に適用することもできる。あるいは、本明細書が開示する技術は、燃料電池車に適用することもできる。
【００５５】
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】
【００５６】
３：フィルタコンデンサ
４：リアクトル
５：平滑化コンデンサ
６ａ−６ｃ、６１ａ−６１ｄ：分圧抵抗
９：制御回路
１０：電力変換器
１２：電圧コンバータ回路
１３：インバータ回路
２０：積層ユニット
２１：冷却器
３１：コンデンサ素子
３２：リアクトルユニット
３３：コンデンサ素子
３６：ケース
３７：バスバ
３８：コネクタユニット
４１：樹脂筐体
４２ａ−４２ｃ：パワー端子
４４、４５：制御端子
５０：制御基板
５１：降圧コンバータ
５２ａ−５２ｃ：ハイインピーダンスバッファ
５６ａ−５６ｃ：分圧抵抗
６２：スナバコンデンサ
８１：メインバッテリ
８３：モータ
８７：サブバッテリ
１００：電動車両
ＰＣ１−ＰＣ３、ＰＣｄ：パワーカード
ＰＣｖ：分圧抵抗カード
ＰＨ：インバータ側高電圧ライン
ＰＬ：バッテリ側高電圧ライン
Ｔ１−Ｔ８：スイッチング素子
【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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