(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源より供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置において、
前記直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、
複数の半導体スイッチの直列接続回路を、複数系統備えた半導体スイッチ群と、
前記半導体スイッチ群に含まれる各半導体スイッチのオン、オフを切り替える制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記直流電力を交流電力に変換する際には、前記各半導体スイッチのターンオン時間を第１のターンオン時間とし、前記平滑コンデンサに蓄積された電力を放電する際には、各系統の直列接続回路に含まれる少なくとも一つの半導体スイッチのターンオン時間を、前記第１のターンオン時間よりも長い第２のターンオン時間に変更し、
更に、前記平滑コンデンサに対して並列に電力消費用の抵抗が設けられ、前記第２のターンオン時間で半導体スイッチをターンオンさせたことによる単位時間当たりの電力消費量は、前記電力消費用の抵抗で単位時間当たりに消費される電力消費量よりも大きいこと
を特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記平滑コンデンサへの、前記直流電力の供給が停止したことを検出する停止検出部を備え、
前記制御部は、前記直流電力の供給が停止したことが前記停止検出部にて検出された際に、前記平滑コンデンサに蓄積された電力を放電すること
を特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記直流電源と前記平滑コンデンサとの間に設けられ、前記直流電源と前記平滑コンデンサとの接続、開放を切り替えるリレー回路を更に備え、
前記制御部は、前記リレー回路が接続から開放に切り替えられた際には、前記平滑コンデンサに蓄積された電力を放電し、その後、該平滑コンデンサの電圧が予め設定した閾値電圧に低下した後に、各半導体スイッチによる交流電力への変換のための駆動が可能となるように設定すること
を特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
各系統の前記直列接続回路は、上アーム、及び下アームを構成する２つの半導体スイッチからなるハーフブリッジ回路を含み、前記平滑コンデンサを放電する際には、全ての系統の直列接続回路に設けられるハーフブリッジ回路の、前記上アーム、及び前記下アームの双方の半導体スイッチを、前記第２のターンオン時間でターンオンさせること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
各系統の前記直列接続回路は、上アーム、及び下アームを構成する２つの半導体スイッチからなるハーフブリッジ回路を含み、前記平滑コンデンサを放電する際には、全ての系統の直列接続回路に設けられるハーフブリッジ回路の、前記上アーム、及び前記下アームのうちの一方の半導体スイッチを前記第１のターンオン時間でターンオンさせ、他方の半導体スイッチを、前記第２のターンオン時間でターンオンさせること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御部は、各半導体スイッチの制御端子に供給する駆動信号を出力するゲート駆動回路を有し、
前記ゲート駆動回路は、
外部より供給される電力を蓄積して前記制御端子に供給する電力を生成するバッファ回路を含み、
前記半導体スイッチを前記第１のターンオン時間でターンオンする場合には、前記バッファ回路に蓄積された電力を前記制御端子に供給し、
前記半導体スイッチを前記第２のターンオン時間でターンオンする場合には、前記バッファ回路の機能を無効化すること
を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記バッファ回路は、
外部より供給される電力を蓄積するゲートチャージコンデンサと、
前記ゲートチャージコンデンサに蓄積された電力の、前記制御端子への供給、停止を切り替える半導体素子と、
前記ゲートチャージコンデンサから前記半導体素子に流れる電流を遮断するバッファ無効化回路と、を含み、
前記半導体スイッチを前記第１のターンオン時間でターンオンする場合には、前記ゲートチャージコンデンサに蓄積された電力を、前記半導体素子を経由して、前記半導体スイッチの制御端子に供給し、
前記半導体スイッチを前記第２のターンオン時間でターンオンする場合には、前記バッファ無効化回路を開放し、前記半導体素子の制御入力に流れる電流を、前記半導体スイッチの制御端子に供給すること
を特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記バッファ無効化回路は、ノーマリオン型のスイッチからなり、前記第２のターンオン時間への切替信号が与えられた際に、オフに切り替えられることを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記直流電源と前記平滑コンデンサとの間に設けられ、前記直流電源と前記平滑コンデンサとの接続、開放を切り替えるリレー回路を更に備え、
前記第２のターンオン時間への切替信号は、前記リレー回路の開放指令信号であること
を特徴とする請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記制御部は、各半導体スイッチの制御端子に供給する駆動信号を出力するゲート駆動回路を有し、
前記ゲート駆動回路は、
電源部より供給される電力を蓄積して前記制御端子に供給する電力を生成するバッファ回路と、該バッファ回路と前記制御端子との間に設けられる制御端子抵抗と、を含み、
前記半導体スイッチを前記第２のターンオン時間でターンオンする場合には、前記第１のターンオン時間でターンオンする場合よりも、前記制御端子抵抗が大きくなるように変更すること
を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記制御端子抵抗は、第１の抵抗と、該第１の抵抗よりも大きい第２の抵抗と、の並列接続回路をなし、
前記第１の抵抗に対して直列に抵抗切替回路を搭載し、
前記半導体スイッチを前記第１のターンオン時間でターンオンする場合には、前記抵抗切替回路を接続し、
前記半導体スイッチを前記第２のターンオン時間でターンオンする場合には、前記抵抗切替回路を開放すること
を特徴とする請求項１０に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記抵抗切替回路は、ノーマリオン型のスイッチからなり、前記第２のターンオン時間への切替信号が与えられた際に、オフに切り替えられることを特徴とする請求項１１に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記直流電源と前記平滑コンデンサとの間に設けられ、前記直流電源と前記平滑コンデンサとの接続、開放を切り替えるリレー回路を更に備え、
前記第２のターンオン時間への切替信号は、前記リレー回路の開放指令信号であること
を特徴とする請求項１２に記載の電力変換装置。
【請求項１４】
前記各半導体スイッチの制御端子に供給する電力を出力する電源部を更に備え、該電源部は、
前記半導体スイッチ群が直流電力を交流電力に変換する際には、第１の出力電圧とし、前記平滑コンデンサに蓄積された電力を放電する際には、前記第１の出力電圧よりも低く、且つ、前記各半導体スイッチの最低駆動電圧よりも高い第２の出力電圧とすること
を特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１５】
直流電源より供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置の制御方法において、
前記直流電力を交流電力に変換する際には、複数の半導体スイッチの直列接続回路を複数系統備えた半導体スイッチ群の、各半導体スイッチのターンオン時間を第１のターンオン時間に設定して該半導体スイッチのオン、オフを切り替え、
前記直流電力を平滑化する平滑コンデンサには、該平滑コンデンサに対して並列に電力消費用の抵抗が設けられ、第２のターンオン時間で半導体スイッチをターンオンさせたことによる単位時間当たりの電力消費量は、前記電力消費用の抵抗で単位時間当たりに消費される電力消費量よりも大きく設定され、
前記平滑コンデンサに蓄積された電力を放電する際には、各系統の直列接続回路に含まれる少なくとも一つの半導体スイッチのターンオン時間を、前記第１のターンオン時間よりも長い第２のターンオン時間に設定して各半導体スイッチをオンとすることを特徴とする電力変換装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置、及び電力変換装置の制御方法に係り、特に、平滑コンデンサに蓄積された電力を放電する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電気自動車に設けられるインバータ等の電力変換装置は、平滑コンデンサを備えている。このような電力変換装置では、車両の運転停止時や事故の発生時等において、平滑コンデンサに蓄積された電力（残留電荷）を放電する必要がある。平滑コンデンサの放電方法の従来例として、例えば、特開２０１２−２０５４２８号公報（特許文献１）に開示されたものが知られている。特許文献１では、平滑コンデンサに対して並列的に、放電抵抗と半導体スイッチの直列接続回路を搭載している。そして、インバータの駆動を停止させる際にインバータと電源を接続するリレーが開放されると、これに連動して半導体スイッチをオンとし、放電抵抗に電流を流すことにより、平滑コンデンサに蓄積された電力を消費している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２０５４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来技術では、平滑コンデンサに蓄積された電力を放電させるために、高電圧に耐えられる半導体スイッチを追加して搭載する必要があり、装置が大規模化するという問題が発生する。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、装置規模を大規模化することなく平滑コンデンサに蓄積された電力を放電することが可能な電力変換装置、及び電力変換装置の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本願発明の電力変換装置は、平滑コンデンサと、複数の半導体スイッチの直列接続回路を複数系統備えた半導体スイッチ群と、半導体スイッチ群に含まれる各半導体スイッチを切り替える制御部とを備える。そして、制御部は、直流電力を交流電力に変換する際には、各半導体スイッチのターンオン時間を第１のターンオン時間とし、平滑コンデンサに蓄積された電力を放電する際には、各系統の直列接続回路に含まれる少なくとも一つの半導体スイッチのターンオン時間を、第１のターンオン時間よりも長い第２のターンオン時間とする。更に、平滑コンデンサに対して並列に電力消費用の抵抗が設けられ、第２のターンオン時間で半導体スイッチをターンオンさせたことによる単位時間当たりの電力消費量は、電力消費用の抵抗で単位時間当たりに消費される電力消費量よりも大きく設定されている。
【０００７】
また、本願発明の電力変換装置の制御方法は、直流電力を交流電力に変換する際には、複数の半導体スイッチの直列接続回路を複数系統備えた半導体スイッチ群の、各半導体スイッチのターンオン時間を第１のターンオン時間に設定して該半導体スイッチを切り替える。直流電力を平滑化する平滑コンデンサには、平滑コンデンサに対して並列に電力消費用の抵抗が設けられ、第２のターンオン時間で半導体スイッチをターンオンさせたことによる単位時間当たりの電力消費量は、電力消費用の抵抗で単位時間当たりに消費される電力消費量よりも大きく設定されている。平滑コンデンサに蓄積された電力を放電する際には、各系統の直列接続回路に含まれる少なくとも一つの半導体スイッチのターンオン時間を、第１のターンオン時間よりも長い第２のターンオン時間として各半導体スイッチをオンとする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る電力変換装置及び電力変換装置の制御方法では、第２のターンオン時間で半導体スイッチをオンとするので、装置規模を大規模化することなく平滑コンデンサに蓄積された電力を放電することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１〜第５実施形態に係る電力変換装置、及びその周辺機器の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る電力変換装置に設けられるゲート駆動回路の構成を示す回路図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の、異常検知時の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の、異常解決時の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の、異常検知時の各信号の変化を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の、異常解決時の各信号の変化を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の第１実施形態に係り、第１のターンオン時間及び第２のターンオン時間で変化する半導体スイッチの電圧、電流の変化を示すグラフである。
【図８】本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の、平滑コンデンサを放電する際の電流の流れを示す説明図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る電力変換装置に設けられるゲート駆動回路の構成を示す回路図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る電力変換装置に設けられるゲート駆動回路の構成を示す回路図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る電力変換装置に設けられるゲート駆動回路の構成を示す回路図である。
【図１２】本発明の第５実施形態に係る電力変換装置の、異常検知時の各信号の変化を示すタイミングチャートである。
【図１３】本発明の第６実施形態に係る電力変換装置、及びその周辺機器の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第６実施形態に係る電力変換装置の、異常検知時の各信号の変化を示すタイミングチャートである。
【図１５】本発明の第７実施形態に係る電力変換装置、及びその周辺機器の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下では車両に搭載される電力変換装置を例に挙げて説明する。
【００１１】
［第１実施形態の説明］
図１は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置、及びその周辺機器の構成を示すブロック図である。第１実施形態に係る電力変換装置は、リレー回路１２と、インバータ装置１３と、該インバータ装置１３及びリレー回路１２に駆動用の指令を出力する車両制御回路１５を備えている。また、周辺機器として、直流電源１１、及びモータ１４（負荷）が接続されている。直流電源１１は、例えば、車両に搭載される強電バッテリであり、モータ１４は、電気自動車の駆動用として用いられるモータである。
【００１２】
リレー回路１２は、リレー３１、３２、３３を備えている。リレー３１は、リレーコイル３１ｃ及びリレー接点３１ｒを備えており、リレー接点３１ｒは、直流電源１１のプラス側端子に接続されている。リレー３２は、リレーコイル３２ｃ及びリレー接点３２ｒを備えており、リレー接点３２ｒは、直流電源１１のマイナス側端子に接続され、更に抵抗Ｒ１０１が直列に接続されている。リレー３３は、リレーコイル３３ｃ及びリレー接点３３ｒを備えており、リレー接点３３ｒは、直流電源１１のマイナス側端子に接続されている。そして、インバータ装置１３の駆動開始時には、リレー接点３１ｒと３２ｒをオンとして抵抗Ｒ１０１に電流を流すことにより過電流を抑制し、その後、リレー接点３２ｒをオフとし、リレー接点３１ｒと３３ｒをオンとするように切り替える。また、イグニッションがオフとされた場合や衝突等の異常が検知された場合には、各リレー接点３１ｒ、３２ｒ、３３ｒを全て開放して、直流電源１１よりの電力供給を停止する。
【００１３】
インバータ装置１３は、直流電源１１より供給される直流電力を平滑化する平滑コンデンサＣ１と、６個の半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６からなる半導体スイッチ群と、ゲート駆動回路２１、及び主制御回路２２を備えている。そして、直流電源１１より出力される直流電圧を三相の交流電圧に変換して、モータ１４に交流電圧を供給する。なお、本実施形態では、半導体スイッチの一例としてＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を例に挙げて説明する。本発明に用いられる半導体スイッチは、ＩＧＢＴに限定されるものではない。
【００１４】
半導体スイッチＴｒ１とＴｒ２は直列接続されており、半導体スイッチＴｒ１はＵ相の上側アームとされ、半導体スイッチＴｒ２はＵ相の下側アームとされ、Ｕ相のハーフブリッジ回路を形成している。また、各半導体スイッチＴｒ１、Ｔｒ２にはダイオードＤ１、Ｄ２が設けられている。
【００１５】
半導体スイッチＴｒ３とＴｒ４は直列接続されており、半導体スイッチＴｒ３はＶ相の上側アームとされ、半導体スイッチＴｒ４はＶ相の下側アームとされ、Ｖ相のハーフブリッジ回路を形成している。また、各半導体スイッチＴｒ３、Ｔｒ４にはダイオードＤ３、Ｄ４が設けられている。半導体スイッチＴｒ５とＴｒ６は直列接続されており、半導体スイッチＴｒ５はＷ相の上側アームとされ、半導体スイッチＴｒ６はＷ相の下側アームとされ、Ｗ相のハーフブリッジ回路を形成している。また、各半導体スイッチＴｒ５、Ｔｒ６にはダイオードＤ５、Ｄ６が設けられている。即ち、複数の半導体スイッチの直列接続回路が複数系統備えられている。
【００１６】
また、平滑コンデンサＣ１に対して並列の放電用抵抗Ｒｄ（電力消費用の抵抗）が設けられている。該放電用抵抗は、平滑コンデンサＣ１が充電されている状態で長時間インバータ装置１３が作動しない場合に、平滑コンデンサＣ１に蓄積されている電力を徐々に放電させるための抵抗であり、一般的なインバータ装置に標準的に搭載されている。
【００１７】
ゲート駆動回路２１は、各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６のゲートに駆動信号を供給して、各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６のオン、オフを制御する。
【００１８】
主制御回路２２は、インバータ装置１３を総括的に制御する。特に、回転数センサ５１よりモータ１４の回転数データを取得し、モータ１４が所望の回転数で駆動するように、ゲート駆動回路２１に駆動指令を出力する。また、車両制御回路１５より、放電モード信号（第２のターンオン時間への切替信号）が与えられた際には、各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６を全てオンとして、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を放電する処理を行う。
【００１９】
車両制御回路１５は、例えば車両に搭載されるＥＣＵ（electronic control unit）等に含まれる回路であり、リレー回路１２に開放、接続を指示する信号を出力する。具体的には、車両のイグニッションがオンとされた際には、リレー接点３１ｒ、３２ｒをオンとし、その後、接点３２ｒをオフ、接点３３ｒをオンとして、直流電源１１より出力される電圧をインバータ装置１３に供給する制御を行う。また、イグニッションがオフとされた場合、或いは、事故の発生によりインバータ装置１３を停止させる場合に、リレー回路１２に開放指令信号を出力して各リレー３１〜３３をオフとする制御を行う。更には、平滑コンデンサＣ１の両端に接続された電圧センサ（図示省略）で検出される電圧データを主制御回路２２に出力し、また、各リレー３１〜３３がオフとされた場合や衝突が発生した場合には、放電モード信号を主制御回路２２に出力する。
【００２０】
ゲート駆動回路２１、主制御回路２２及び車両制御回路１５は、各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６からなる半導体スイッチ群に含まれる各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６のオン、オフを切り替える制御部としての機能を備えている。
【００２１】
また、車両制御回路１５は、イグニッションのオフ、或いは事故の発生等に起因してリレー回路１２が開放して電力の供給が停止した際にこれを検出する停止検出部としての機能を備えている。更に、該車両制御回路１５は、直流電源１１から平滑コンデンサＣ１への直流電力の供給が停止検出部にて検出された際に、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を放電する処理を実行する機能を備えている。
【００２２】
なお、ゲート駆動回路２１、主制御回路２２、及び車両制御回路１５は、例えば、中央演算ユニット（ＣＰＵ）や、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等の記憶手段からなる一体型のコンピュータとして構成することができる。
【００２３】
図２は、図１に示したゲート駆動回路２１の一部の構成を示す回路図であり、図２（ａ）は回路構成を示し、図２（ｂ）は電流の流れを示している。ゲート駆動回路２１は、各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６のゲートに駆動信号を出力する制御を行う。図２では、６個の半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６のうち、半導体スイッチＴｒ６（Ｗ相の下側アーム）の制御回路を示している。つまり、図２に示す回路が各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６に対してそれぞれ設けられている。なお、ゲート駆動ＩＣ（３１）は、その機能に応じて各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６のうち、少なくとも２つの間で共通化することも可能である。
【００２４】
図２（ａ）に示すように、ゲート駆動回路２１は、ゲート駆動ＩＣ（３１）と、ゲートチャージコンデンサＣ２１、Ｃ２２と、プッシュプル回路３６、及び、ゲート抵抗Ｒ１１（制御端子抵抗）を備えている。
【００２５】
ゲート駆動ＩＣ（３１）は、ＶCC端子及びＶEE端子を備えており、これらの端子にはそれぞれ絶縁電源３５（電源部）の電源端子Ｖout+、Ｖout-より出力される電圧が供給される。また、ゲート駆動ＩＣ（３１）は、出力端子「ＯＵＴ」とグランド端子「ＧＮＤ」を備え、出力端子「ＯＵＴ」はプッシュプル回路３６を構成する各トランジスタＱ１、Ｑ２（半導体素子）の制御入力（例えば、バイポーラトランジスタのベース）に接続されている。即ち、「ＯＵＴ」端子に接続される電線は２系統に分岐され、一方の分岐線はトランジスタＱ１のベースに接続され、他方の分岐線はトランジスタＱ２のベースに接続されている。また、グランド端子「ＧＮＤ」は、２つのゲートチャージコンデンサＣ２１、Ｃ２２の接続点に接続され、更に、半導体スイッチＴｒ６の一方の端子（例えば、ＩＧＢＴのエミッタ）に接続されている。
【００２６】
ゲートチャージコンデンサＣ２１、Ｃ２２は、外部より供給される電圧、即ち、絶縁電源３５より供給される電力を、半導体スイッチＴｒ６のゲート（制御端子）に電流を供給するための電力として蓄積するコンデンサである。
【００２７】
プッシュプル回路３６は、トランジスタＱ１、Ｑ２の直列接続回路、及び電子スイッチＱ１１を備えており、ゲートチャージコンデンサＣ２１、Ｃ２２と半導体スイッチＴｒ６のゲートとの間の接続、開放を切り替える。従って、ゲートチャージコンデンサＣ２１、Ｃ２２と、プッシュプル回路３６は、絶縁電源３５より供給される電力を蓄積して制御端子（Ｔｒ６のゲート）に供給する電力を生成するバッファ回路としての機能を備えている。
【００２８】
プッシュプル回路３６には、回路開放用の電子スイッチＱ１１が直列接続されている。該電子スイッチＱ１１は、ノーマリオン型のＭＯＳＦＥＴ（ノーマリオン型のスイッチ）であり、該電子スイッチＱ１１のゲートには、該電子スイッチＱ１１のオン、オフを切り替えるフォトカプラＰＣ１が設けられている。フォトカプラＰＣ１は、例えばフォトトランジスタと発光ダイオードから成り、図１に示した主制御回路２２より放電モード信号（後述）が出力された場合には、発光ダイオードが発光し、フォトトランジスタがオンとなって、電子スイッチＱ１１を開放する。即ち、電子スイッチＱ１１は、プッシュプル回路３６を開放して（電流を遮断して）バッファ回路の機能を無効化するバッファ無効化回路としての機能を備えている。
【００２９】
次に、上述のように構成された第１実施形態に係るインバータ装置１３の作用を、図３、図４に示すフローチャート、及び図５、図６に示すタイミングチャートを参照して説明する。図３は車両に異常が発生したときの処理手順を示し、図４は異常が解決した後の処理手順を示している。また、図５（ａ）は車両制御回路１５（図１参照）で検出される異常検知信号（例えば、車両の衝突を示す信号）を示し、（ｂ）はリレー回路１２の動作を示し、（ｃ）は主制御回路２２より出力される放電モード信号の変化を示し、（ｄ）はゲート駆動回路２１による平滑コンデンサＣ１の放電指示のタイミングを示し、（ｅ）はゲート駆動回路２１による各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６の全ゲートオフ信号のタイミングを示し、（ｆ）は平滑コンデンサＣ１の端子間電圧の変化を示している。
【００３０】
初めに、図３のステップＳ１１において、例えば車両が衝突し、車両制御回路１５にて車両の異常が検知された場合には、図５（ａ）に示すように、車両制御回路１５は、時刻ｔ１にて異常検知信号を検出する。
【００３１】
ステップＳ１２において、車両制御回路１５は、この異常検知信号の検出に伴い、図５（ｂ）に示すように時刻ｔ１から若干遅れた時刻ｔ２において、リレー回路１２に設けられる各リレー３１、３２、３３のリレー接点３１ｒ、３２ｒ、３３ｒを開放する。従って、直流電源１１とインバータ装置１３との間が電気的に開放されるので、直流電源１１より出力される電力の、平滑コンデンサＣ１への供給が阻止される。また、車両制御回路１５は、リレー接点３１ｒ〜３３ｒが開放されたことに伴い、主制御回路２２に放電開始指令を出力する。
【００３２】
ステップＳ１３において、主制御回路２２は、図５（ｃ）に示すようにリレー３１〜３３が開放された時刻ｔ２にて放電モードをオンとする。即ち、ゲート駆動回路２１に放電モード信号を出力する。放電モード信号が出力されることにより、図２に示したフォトカプラＰＣ１がオンとなり、これに伴って電子スイッチＱ１１がオフとなり、プッシュプル回路３６が開放される。つまり、バッファ回路が無効化される。
【００３３】
更に、ステップＳ１４において、主制御回路２２は、図５（ｄ）に示すように時刻ｔ２よりも時間Ｔ１だけ遅れた時刻ｔ３にてゲート駆動回路２１に放電指示信号を出力する。放電指示信号が出力されることにより、ステップＳ１５において、全ての半導体スイッチ、即ち、上側アームの半導体スイッチＴｒ１、Ｔｒ３、Ｔｒ５、及び、下側アームの半導体スイッチＴｒ２、Ｔｒ４、Ｔｒ６は、遅い速度（後述する第２のターンオン時間）でオフからオンに切り替わる。即ち、図２（ａ）に示した半導体スイッチＴｒ６のゲートに流れる電流が抑制されるので、該半導体スイッチＴｒ６のコレクタ、エミッタ間には遅い速度で電流が増加して流れることになる。他の半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ５についても同様である。この動作の詳細については後述する。
【００３４】
各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６に電流が流れることにより、平滑コンデンサＣ１に蓄積されている電力が徐々に消費されるので、図５（ｆ）に示すように、平滑コンデンサＣ１の端子間電圧は、時刻ｔ３から徐々に低下する。
【００３５】
車両制御回路１５は、電圧センサ（図示省略）にて平滑コンデンサＣ１の端子間電圧を監視しており、図３のステップＳ１６において、端子間電圧が閾値電圧Ｖthまで低下した場合には（ステップＳ１６でＹＥＳ）、ステップＳ１７において、主制御回路２２は、放電指示信号の出力を解除する。具体的には、図５（ｆ）に示すように、時刻ｔ４にて平滑コンデンサＣ１の端子間電圧が閾値電圧Ｖthを下回るので、この時刻ｔ４にて図５（ｄ）に示すように、放電指令信号の出力を解除する。これにより、図５（ｅ）に示すように、全ての半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６はオフとなる。
【００３６】
なお、図３に示したフローチャートでは、車両に異常が検知された際に、リレー接点３１ｒ〜３３ｒを開放し、且つ、平滑コンデンサＣ１を放電する例を示したが、車両のイグニッションがオフとされた場合においても同様の動作が行われる。即ち、イグニッションがオフとされた場合には、各リレー接点３１ｒ〜３３ｒが開放されるので、この場合においても上記と同様の手順で平滑コンデンサＣ１を放電させる。
【００３７】
次に、車両の異常が解除された場合の処理について図４に示すフローチャート、及び図６に示すタイミングチャートを参照して説明する。また、図６（ａ）は車両制御回路１５（図１参照）で検出される異常検知信号を示し、（ｂ）はリレー回路１２の動作を示し、（ｃ）は主制御回路２２より出力される放電モード信号の変化を示し、（ｄ）は各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６によるＰＷＭ制御の実行（オン）、停止（オフ）を示し、（ｅ）はゲート駆動回路２１による各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６の全ゲートオフ信号のタイミングを示し、（ｆ）は平滑コンデンサＣ１の端子間電圧の変化を示している。
【００３８】
図４のステップＳ３１にて、車両に生じた異常が解除された場合には、図６（ａ）に示すように、時刻ｔ１１において、車両制御回路１５で検出される異常検知信号がオフとなる。
【００３９】
ステップＳ３２において、車両制御回路１５は、異常検知を解除し放電指示信号の出力を停止する。
【００４０】
ステップＳ３３において、車両制御回路１５は、図６（ｂ）に示すように、時刻ｔ１１よりも若干遅れた時刻ｔ１２にて、リレー回路１２に設けられる各リレー３１〜３３をオン（閉）とする。具体的には、初めにリレー３１、３２のリレー接点３１ｒ、３２ｒをオンとし、その後、リレー３３のリレー接点３３ｒをオンとすることにより、直流電源１１より出力される直流電力をインバータ装置１３に供給する。即ち、車両制御回路１５（制御部）は、リレー回路１２が接続から開放に切り替えられた際には、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を放電し、その後、該平滑コンデンサＣ１の電圧が予め設定した閾値電圧Ｖthに低下した後に、各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６による交流電力への変換のための駆動が可能となるように設定する機能を備えている。
【００４１】
更に、主制御回路２２は、図６（ｃ）に示すように、放電モード信号をオフとする。その結果、図２に示したフォトカプラＰＣ１がオフとされ、ノーマリオン型の電子スイッチＱ１１がオンとなるので、プッシュプル回路３６が導通する。
【００４２】
ステップＳ３４において、平滑コンデンサＣ１はリレー３１、３３がオンとされたことによりプリチャージされる。すると、図６（ｆ）に示すように、平滑コンデンサＣ１の端子間電圧が上昇する。
【００４３】
その後、ステップＳ３５において、ゲート駆動回路２１は、時刻ｔ１２から時間Ｔ２が経過した時刻ｔ１３にて、図６（ｅ）に示すように、各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６の全ゲートオフを解除し、図６（ｄ）に示すように、インバータ装置１３に設けられる各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６のＰＷＭ制御を開始し、交流電圧を発生させモータ１４に供給する。
【００４４】
こうして、車両に何等かの異常が発生した場合、或いはイグニッションがオフとされた場合には、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を遅い速度で放電させることができ、更に、異常が回避された場合には、平滑コンデンサＣ１をプリチャージして、インバータ装置１３を作動させることができるのである。
【００４５】
次に、図３のステップＳ１５に示した処理、即ち、各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６を遅い速度でオンとする動作について説明する。図２（ａ）に示したように、ゲート駆動回路２１には、半導体スイッチＴｒ６に対してプッシュプル回路３６が設けられている。なお、他の半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ５についても同様の構成を備えている。プッシュプル回路３６には、ノーマリオン型の電子スイッチＱ１１が設けられており、放電モード信号が与えられていない場合、即ち、平滑コンデンサＣ１を放電しない場合には、フォトカプラＰＣ１はオフとされ、電子スイッチＱ１１はオン状態が維持される。
【００４６】
この状態で、半導体スイッチＴｒ６をオンとする場合には、ゲート駆動ＩＣ（３１）の「ＯＵＴ」端子より駆動電圧を出力する。これにより、トランジスタＱ１がオンとなる。電源端子Ｖout+、Ｖout-間の電圧がゲートチャージコンデンサＣ２１、Ｃ２２に印加されて、該ゲートチャージコンデンサＣ２１、Ｃ２２には所定の電圧が充電されており、且つ、電子スイッチＱ１１がオンとされているので、トランジスタＱ１がオンとされると、図２（ｂ）に示す矢印Ｙ１（実線）の経路で電流が流れる。即ち、ゲートチャージコンデンサＣ２１からトランジスタＱ１のコレクタ、エミッタを経由し、更にゲート抵抗Ｒ１１を経由して半導体スイッチＴｒ６のゲートからエミッタに流れ、更に、ゲートチャージコンデンサＣ２１に向けて流れる。
【００４７】
この際、半導体スイッチＴｒ６のゲートに流れる電流は瞬時に増加するので、半導体スイッチＴｒ６は、速い速度でオフからオンに切り替わる。つまり、インバータ装置１３が交流電圧を発生するために作動している場合には、各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６は、短い時間（これを「第１のターンオン時間」とする）でオフからオンに切り替わる。即ち、半導体スイッチＴｒ６を第１のターンオン時間でターンオンさせる場合には、ゲートチャージコンデンサＣ２１に蓄積された電力をトランジスタＱ１（半導体素子）を経由して半導体スイッチＴｒ６の制御端子（ゲート）に供給する。
【００４８】
一方、主制御回路２２より放電モード信号が出力されている場合には、フォトカプラＰＣ１がオンとなり、電子スイッチＱ１１がオフとなる。電子スイッチＱ１１がオフとなると、ゲート駆動ＩＣ（３１）の「ＯＵＴ」端子より駆動電圧が出力されても、トランジスタＱ１のコレクタ、エミッタ間には電流が流れない。従って、図２（ｂ）の矢印Ｙ２（破線）に示すように、「ＯＵＴ」端子から、トランジスタＱ１のベース、ゲート抵抗Ｒ１１、半導体スイッチＴｒ６のゲート、エミッタ、を経由し、更に、「ＧＮＤ」端子に電流が流れる。この際、半導体スイッチＴｒ６のゲートに流れる電流は、トランジスタＱ１のベースに流れる電流であるから、極めて小さい電流となる。このため、半導体スイッチＴｒ６は、極めて遅い速度でオフからオンに切り替わることになる。換言すれば、長い時間（これを「第２のターンオン時間」とする）でオフからオンに切り替わる。即ち、電子スイッチＱ１１（バッファ無効化回路）を開放し、トランジスタＱ１（半導体素子）のベース（制御入力）に流れる電流を半導体スイッチＴｒ６の制御端子（ゲート）に供給することにより、半導体スイッチＴｒ６を第２のターンオン時間でターンオンさせる。
【００４９】
以下、電子スイッチＱ１１がオンとされている場合と、オフとされている場合の、半導体スイッチＴｒ６のゲートに流れる電流の相違を、図７に示すグラフを参照して説明する。
【００５０】
図７（ａ）は、時間経過に対するコレクタ、エミッタ間電圧ＶCEの変化を示し、図７（ｂ）は、時間経過に対するコレクタ電流ＩCの変化を示している。図７（ａ）において、曲線ｑ２は第１のターンオン時間（ｔon1）で半導体スイッチをオンとした場合の電圧ＶCEの変化を示し、曲線ｑ１は第２のターンオン時間（ｔon2）で半導体スイッチをオンとした場合の電圧ＶCEの変化を示している。また、図７（ｂ）において、曲線ｑ４は第１のターンオン時間で半導体スイッチをオンとした場合のコレクタ電流ＩCの変化を示し、曲線ｑ３は第２のターンオン時間で半導体スイッチをオンとした場合のコレクタ電流ＩCの変化を示している。
【００５１】
そして、図７（ａ）、（ｂ）から理解されるように、電子スイッチＱ１１がオンとされている場合とオフとされている場合で、半導体スイッチＴｒ６のコレクタ、エミッタ間に流れる電流の上昇速度が著しく変化している。発明者らの実験によれば、第２のターンオン時間（ｔon2）は１［ｍｓ］を上回る長い時間であり、第１のターンオン時間（ｔon1）は１［μｓ］を下回る短い時間であり、両者の相違は１０００倍以上となることが確認された。このため、半導体スイッチＴｒ６のコレクタ、エミッタ間に電流を流すことにより、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力をゆっくりとした速度で徐々に消費できることが理解される。
【００５２】
ここで、第２のターンオン時間は、平滑コンデンサＣ１に対して並列に接続された放電用抵抗Ｒｄ（図１参照）での電力消費よりも速く電力を消費するように設定されている。即ち、第２のターンオン時間で半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６をターンオンさせることによる単位時間当たりの電力消費量は、放電用抵抗Ｒｄで単位時間当たりに消費される電力消費量よりも大きくなるように設定されている。
【００５３】
図８は、各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６を全て第２のターンオン時間でオンとした場合の電流の流れを示す説明図である。図８に示すように、各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６を第２のターンオン時間でオンとすることにより、電流Ｉ２１、Ｉ２２、Ｉ２３が流れ、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を消費させることができる。
【００５４】
このようにして、第１実施形態に係るインバータ装置１３では、ゲート駆動回路２１に設けられるプッシュプル回路３６に、ノーマリオン型の電子スイッチＱ１１を設けている。そして、主制御回路２２より放電モード信号が出力された場合には、電子スイッチＱ１１をオフとしてプッシュプル回路３６を開放する。また、各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６を全てオンとする。
【００５５】
従って、インバータ装置１３を構成する各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６のゲートに流れる電流を著しく低減させることができ、ひいては、各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６のターンオン時間を長くすることができる。具体的には、第１のターンオン時間から第２のターンオン時間に変更することができる。その結果、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６を介して徐々に放電させることができるので、大きな発熱を伴うことなく電力を消費することができる。このため、従来のように放電用の半導体素子を別途設けることなく、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を放電させることができる。
【００５６】
また、平滑コンデンサＣ１への直流電力の供給が停止したことが車両制御回路１５（停止検出部）によって検出された場合に、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を放電するので、長時間に亘って平滑コンデンサＣ１に電力が蓄積されている状態を確実に防止することができる。
【００５７】
更に、第２のターンオン時間で半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６をターンオンさせることによる単位時間当たりの電力消費量は、放電用抵抗Ｒｄで単位時間当たりに消費される電力消費量よりも大きくなるように設定されているので、標準的に設けられる放電用抵抗Ｒｄによる放電よりも早い時点で平滑コンデンサＣ１を放電させることができる。
【００５８】
また、車両制御回路１５（制御部）は、リレー回路１２が接続から開放に切り替えられた際には、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を放電し、その後、該平滑コンデンサＣ１の電圧が予め設定した閾値電圧Ｖthに低下した後に、各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６による交流電力への変換のための駆動が可能となるように設定する。従って、平滑コンデンサＣ１の放電が終了した場合には、即時にインバータ装置１３を作動させることが可能となる。
【００５９】
更に、上アームと下アームの双方、即ち、全ての半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６を第１のターンオン時間から第２のターンオン時間に変更して、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を放電するので、安定的、且つ迅速に放電を行うことができる。
【００６０】
また、上記した第１実施形態では、各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６のターンオン時間を全て第１のターンオン時間から第２のターンオン時間に変更することにより、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を放電する例について示した。
【００６１】
本発明は、一つのハーフブリッジ回路に設けられる上アーム及び下アームの半導体スイッチのうち、いずれか一方を第１のターンオン時間から第２のターンオン時間に変更する構成としてもよい。例えば、下側アームとなる３つの半導体スイッチＴｒ２、Ｔｒ４、Ｔｒ６にのみ、フォトカプラＰＣ１及び電子スイッチＱ１１を備える構成とすれば、下側アームとなる半導体スイッチＴｒ２、Ｔｒ４、Ｔｒ６のみが第２のターンオン時間でオフからオンに切り替わり、上側アームとなる半導体スイッチＴｒ１、Ｔｒ３、Ｔｒ５は第１のターンオン時間でオフからオンに切り替わることになる。
【００６２】
即ち、ハーフブリッジ回路の、上アーム及び下アームのうちの一方の半導体スイッチを第１のターンオン時間でターンオンさせ、他方の半導体スイッチを第２のターンオン時間でターンオンさせる構成とすることも可能である。この場合においても、各系統において、電流の増加速度を低減させることができるので、大きな発熱を伴うことなく平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を放電させることができる。この場合、一方の半導体スイッチのターンオン時間を変更すれば良いので、制御負荷を軽減することができる。
【００６３】
また、上記した第１実施形態では、インバータ装置１３は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相毎に、直列接続されたに２つの半導体スイッチ（例えば、Ｕ相の場合は２つの半導体スイッチＴｒ１、Ｔｒ２）を設ける構成としたが、３以上の半導体スイッチを直列接続する構成のインバータ装置についても適用することが可能である。この際、一つの系統で少なくとも一つの半導体スイッチのターンオン時間を第２のターンオン時間とすることにより、本実施形態の効果を達成することができる。
【００６４】
更に、第１実施形態では、半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６を第２のターンオン時間でターンオンさせる場合には、ゲートチャージコンデンサＣ２１、Ｃ２２に接続された回路を開放し、該ゲートチャージコンデンサＣ２１、Ｃ２２（即ち、バッファ回路）を無効化するので、トランジスタＱ１、Ｑ２に流れる電流を抑制させることができ、ひいては、半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６のゲート電流を確実に低減させることが可能となる。
【００６５】
また、ゲートチャージコンデンサＣ２１、Ｃ２２、及びプッシュプル回路３６にてバッファ回路を構成し、更に、電子スイッチＱ１１（バッファ無効化回路）を用いて、バッファ回路を無効化することにより、第２のターンオン時間に変更するので、平滑コンデンサＣ１の放電時には、電子スイッチＱ１１を開放するという簡単な操作で、ターンオン時間を第２のターンオン時間に設定することが可能となる。
【００６６】
更に、バッファ無効化回路として用いられる電子スイッチＱ１１として、ノーマリオン型のスイッチを用いているので、通常時には確実にプッシュプル回路３６を作動させることができ、インバータ装置１３を安定的に作動させることができる。
【００６７】
［第２実施形態の説明］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る電力変換装置は、前述した第１実施形態と対比して、ゲート駆動回路２１の構成のみが相違する。それ以外の構成は、第１実施形態と同様である。従って、以下ではゲート駆動回路の構成のみを説明する。図９は、第２実施形態に係るインバータ装置１３ａに用いられるゲート駆動回路２１ａの一部の構成を示す回路図である。図９（ａ）は回路構成を示し、図９（ｂ）は電流の流れを示している。なお、図９では半導体スイッチＴｒ６を駆動する回路のみを示しているが、他の半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ５についても同様の回路が設けられている。
【００６８】
図９に示すゲート駆動回路２１ａは、図２に示したゲート駆動回路２１と対比して、回路開放用の電子スイッチＱ１１の設置位置が相違する。即ち、第２実施形態では、ゲートチャージコンデンサＣ２１と電源端子Ｖout+との間に、電子スイッチＱ１１が設けられている。電子スイッチＱ１１は、ノーマリオン型のスイッチである。そして、第１実施形態と同様に、主制御回路２２より放電モード信号が与えられた場合には、フォトカプラＰＣ１がオンとなり、電子スイッチＱ１１が開放される。
【００６９】
以下、第２実施形態に係る電力変換装置の作用について説明する。第１実施形態と同様に、インバータ装置１３ａ（図１参照）による直流電力から交流電力への変換が実行される場合には、フォトカプラＰＣ１はオフとされている。従って、図９（ａ）に示すノーマリオン型の電子スイッチＱ１１はオンとされ、ゲートチャージコンデンサＣ２１に蓄積された電力により、前述した図２（ｂ）に示した矢印Ｙ１の経路で電流が流れる。このため、半導体スイッチＴｒ６のゲートに流れる電流は比較的大きい電流となり、該半導体スイッチＴｒ６は第１のターンオン時間でオフからオンに切り替わる。
【００７０】
一方、主制御回路２２より放電モード信号が出力されている場合には、フォトカプラＰＣ１がオンとなり、電子スイッチＱ１１が開放される。電子スイッチＱ１１が開放されると、ゲートチャージコンデンサＣ２１に接続される回路が開放され、絶縁電源３５の電源端子Ｖout+より出力される電圧がプッシュプル回路３６に供給されることになる。従って、図９（ｂ）に示す矢印Ｙ３の経路で電流が流れることになる。絶縁電源３５は出力電流に制限があるので、半導体スイッチＴｒ６のゲートに流れる電流が抑制され、極めて小さい電流となる。このため、半導体スイッチＴｒ６は、第１のターンオン時間よりも長い第２のターンオン時間でオフからオンに切り替わることになる。
【００７１】
その結果、第１実施形態と同様に、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を徐々に消費することができる。このように、第２実施形態に係るインバータ装置１３ａでは、主制御回路２２より放電モード信号が出力された場合には、ゲートチャージコンデンサＣ２１、Ｃ２２を開放し、絶縁電源３５の電源端子Ｖout+より出力される電圧により各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６のゲートに供給して、各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６のコレクタ、エミッタ間に流れる電流を制御する。そして、各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６のゲートに供給する電流が著しく低減するので、各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６のターンオン時間を長くすることができる。即ち、第２のターンオン時間とすることができる。その結果、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を徐々に放電させることができるので、大きな発熱を伴うことなく電力を消費することができる。このため、従来のように放電用の半導体素子を別途設けることなく、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を放電させることができる。
【００７２】
なお、第１実施形態で示した第２のターンオン時間と第２実施形態で示した第２のターンオン時間が一致するか否かは問わない。
【００７３】
［第３実施形態の説明］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態に係る電力変換装置は、前述した第１実施形態と対比して、ゲート駆動回路の構成のみが相違する。それ以外の構成は、第１実施形態と同様である。従って、以下ではゲート駆動回路の構成のみを説明する。図１０は、第３実施形態に係るインバータ装置１３ｂに設けられるゲート駆動回路２１ｂの一部の構成を示す回路図である。図１０（ａ）は回路構成を示し、図１０（ｂ）は電流の流れを示している。なお、図１０では半導体スイッチＴｒ６を駆動する回路のみを示しているが、他の半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ５についても同様の回路が設けられている。
【００７４】
図１０に示すゲート駆動回路２１ｂは、半導体スイッチＴｒ６のゲートに接続されるゲート抵抗（制御端子抵抗）が２つ設けられている。即ち、半導体スイッチＴｒ６のゲートには、抵抗Ｒ２１（第１の抵抗）とＲ２２（第２の抵抗）の並列接続回路が接続されている。そして、抵抗Ｒ２１は抵抗Ｒ２２に対して極めて小さい抵抗値を有している。つまり、抵抗Ｒ２１＜＜Ｒ２２なる関係を有している。換言すれば、第２の抵抗は、第１の抵抗よりも大きく設定されている。そして、抵抗Ｒ２１に対して直列に回路開放用の電子スイッチＱ１１（抵抗切替回路）が設けられている。電子スイッチＱ１１はノーマリオン型のスイッチである。更に、該電子スイッチＱ１１にフォトカプラＰＣ１が接続されている。また、抵抗切替回路、即ち電子スイッチＱ１１は、第２のターンオン時間への切替信号が与えられた際に、オフ（開放）に切り替えられるように制御される。
【００７５】
次に、ゲート駆動回路２１ｂの作用について説明する。第１、第２実施形態と同様に、インバータ装置１３ｂ（図１参照）による直流電力から交流電力への変換が実行される場合には、フォトカプラＰＣ１はオフとされている。従って、図１０（ａ）に示すノーマリオン型の電子スイッチＱ１１はオンとされ、ゲートチャージコンデンサＣ２１に蓄積された電力により、図１０（ｂ）に示す矢印Ｙ４、Ｙ５、Ｙ７の経路で電流が流れる。
【００７６】
具体的には、ゲートチャージコンデンサＣ２１に蓄積された電力は、トランジスタＱ１のコレクタ、エミッタ間を経由し、更に抵抗Ｒ２１を経由して半導体スイッチＴｒ６のゲートに流れる。この場合電流は、抵抗値が小さいゲート抵抗Ｒ２１を流れるので（Ｒ２１＜＜Ｒ２２のため、ほとんどの電流は抵抗Ｒ２１に流れる）、半導体スイッチＴｒ６のゲートには比較的大きい電流が流れることになり、該半導体スイッチＴｒ６は、第１のターンオン時間でオフからオンに切り替わる。
【００７７】
一方、主制御回路２２より放電モード信号が与えられている場合には、フォトカプラＰＣ１がオンとされ、電子スイッチＱ１１がオフとなる。このため、ゲート抵抗Ｒ２１の経路が開放される。従って、ゲートチャージコンデンサＣ２１に蓄積された電力は、トランジスタＱ１のコレクタ、エミッタ間を経由し、更にゲート抵抗Ｒ２２を経由して半導体スイッチＴｒ６のゲートに流れる。即ち、図１０（ｂ）に示す矢印Ｙ４、Ｙ６、Ｙ７に沿って電流が流れる。この場合、電流は抵抗値が大きいゲート抵抗Ｒ２２を流れるので、半導体スイッチＴｒ６のゲート流れる電流は制限され、極めて小さい電流となる。このため、半導体スイッチＴｒ６は第２のターンオン時間でオフからオンに切り替わることになる。
【００７８】
即ち、電子スイッチＱ１１は、オンとされた場合（接続された場合）に半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６を第１のターンオン時間で駆動させ、オフとされた場合（開放された場合）に第２のターンオン時間で駆動させる抵抗切替回路としての機能を備えている。その結果、第１、第２実施形態と同様に、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を徐々に消費することができる。
【００７９】
このように、第３実施形態に係るインバータ装置１３ｂでは、主制御回路２２より放電モード信号が出力された場合には、各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６のゲート抵抗が大きくなるように切り替える。換言すれば、各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６を第２のターンオン時間でターンオンする場合には、第１のターンオン時間でターンオンする場合よりもゲート抵抗（制御端子抵抗）が大きくなるように変更している。従って、各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６のターンオン時間を長くすることができ、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を徐々に放電させることができるので、大きな発熱を伴うことなく電力を消費することができる。
【００８０】
更に、主制御回路２２より放電モード信号が出力された場合には、各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６のゲート抵抗を、抵抗Ｒ２１から、該抵抗Ｒ２１よりも相対的に抵抗値が大きい抵抗Ｒ２２に切り替えるように制御する。このため、従来のように放電用の半導体素子を別途設けることなく、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を放電させることができる。
【００８１】
また、抵抗切替回路として用いられる電子スイッチＱ１１として、ノーマリオン型のスイッチを用いているので、通常時には確実に抵抗Ｒ２１に電流を流すことができるので、インバータ装置１３を安定的に作動させることができる。
【００８２】
なお、第１、第２実施形態で示した第２のターンオン時間と第３実施形態で示した第２のターンオン時間が一致するか否かは問わない。
【００８３】
［第４実施形態の説明］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態に係るインバータ装置１３ｃは、前述した第３実施形態と対比して、ゲート駆動回路の構成のみが相違する。それ以外の構成は、第３実施形態と同様である。従って、以下ではゲート駆動回路の構成のみを説明する。図１１は、第４実施形態に係るゲート駆動回路２１ｃの一部の構成を示す回路図である。図１１（ａ）は回路構成を示し、図１１（ｂ）は電流の流れを示している。なお、図１１では半導体スイッチＴｒ６を駆動する回路のみを示しているが、他の半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ５についても同様の回路が設けられている。
【００８４】
図１１に示すゲート駆動回路２１ｃは、半導体スイッチＴｒ６のゲートに接続されるゲート抵抗が３つ設けられている。即ち、半導体スイッチＴｒ６のゲートには、抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３の並列接続回路が接続されており、抵抗Ｒ２１、Ｒ２３＜＜Ｒ２２なる関係を有している。即ち、抵抗Ｒ２１及びＲ２３は抵抗Ｒ２２と対比して極めて小さい抵抗値とされている。また、抵抗Ｒ２１に対して直列にノーマリオン型の電子スイッチＱ１１が設けられている。更に、該電子スイッチＱ１１にはフォトカプラＰＣ１が接続されている。また、抵抗Ｒ２１には、ゲートを向く方向が順方向となるダイオードＤ２１が設けられ、抵抗Ｒ２３にはゲートの反対を向く方向が順方向となるダイオードＤ２３が設けられている。
【００８５】
次に、ゲート駆動回路２１ｃの作用について説明する。第１〜第３実施形態と同様に、インバータ装置１３ｃ（図１参照）による直流電力から交流電力への変換が実行される場合には、フォトカプラＰＣ１はオフとされている。従って、図１１（ａ）に示すノーマリオン型の電子スイッチＱ１１はオンとされ、ゲートチャージコンデンサＣ２１に蓄積された電力により、図１１（ｂ）に示す矢印Ｙ１１、Ｙ１２、Ｙ１５の経路で電流が流れる。
【００８６】
具体的には、ゲートチャージコンデンサＣ２１に蓄積された電力は、トランジスタＱ１のコレクタ、エミッタ間を経由し、更に抵抗Ｒ２１、ダイオードＤ２１を経由して半導体スイッチＴｒ６のゲートに流れる。この場合、電流は、抵抗値が小さいゲート抵抗Ｒ２１を流れるので、半導体スイッチＴｒ６のゲートには比較的に大きい電流が流れることになり、該半導体スイッチＴｒ６は、第１のターンオン時間でオフからオンに切り替わる。
【００８７】
一方、主制御回路２２より放電モード信号が与えられている場合には、フォトカプラＰＣ１がオンとされ、電子スイッチＱ１１がオフとなる。このため、ゲート抵抗Ｒ２１の経路が開放される。従って、ゲートチャージコンデンサＣ２１に蓄積された電力は、トランジスタＱ１のコレクタ、エミッタ間を経由し、更に抵抗Ｒ２２を経由して半導体スイッチＴｒ６のゲートに流れる。即ち、図１１（ｂ）に示す矢印Ｙ１１、Ｙ１３、Ｙ１５に沿って電流が流れる。この場合、電流は、抵抗値が大きいゲート抵抗Ｒ２２を流れるので、半導体スイッチＴｒ６のゲート流れる電流は極めて小さい電流となる。このため、半導体スイッチＴｒ６は第２のターンオン時間でオフからオンに切り替わることになる。
【００８８】
その結果、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を徐々に消費することができる。また、半導体スイッチＴｒ６をオンからオフに切り替える場合には、図１１（ｂ）の矢印Ｙ１４に示すように、抵抗Ｒ２３を経由して電流が流れるので、第１のターンオン時間とほぼ同一の時間でオンからオフに切り替えることができる。
【００８９】
このように、第４実施形態に係るインバータ装置１３ｃでは、主制御回路２２より放電モード信号が出力された場合には、各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６のゲート抵抗を抵抗Ｒ２１から、抵抗Ｒ２２に切り替えるように制御する。その結果、各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６のターンオン時間を長くすることができる。具体的には、第１のターンオン時間よりも相対的に長い第２のターンオン時間とすることができる。
【００９０】
このため、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を徐々に放電させることができるので、大きな発熱を伴うことなく電力を消費することができる。よって、従来のように放電用の半導体素子を別途設けることなく、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を放電させることができる。また、各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６がオンからオフに切り替える際には、抵抗Ｒ２３、ダイオードＤ２３を経由して電流が流れるので、短い時間で切り替えることができる。
【００９１】
なお、第１〜第３実施形態で示した第２のターンオン時間と第４実施形態で示した第２のターンオン時間が一致するか否かは問わない。
【００９２】
［第５実施形態の説明］
次に、本発明の第５実施形態について説明する。第５実施形態に係るインバータ装置１３ｄ（図１参照）は、前述の第１実施形態と同様の構成を備えており、図２に示した絶縁電源３５より出力される電圧が制御される点で相違する。第５実施形態では、全ての半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６をオンとして平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を放電する際に、絶縁電源３５の電源端子Ｖout+より出力する電圧が低減するように制御する。
【００９３】
具体的には、半導体スイッチ群（半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６）が直流電力を交流電力に変換する際には、電源端子Ｖout+より出力する電圧を第１の出力電圧とし、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を放電する際には、この電圧を第１の出力電圧よりも低い第２の出力電圧とする。また、第２の出力電圧は、各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６の最低駆動電圧よりも高く設定されている。
【００９４】
装置構成は、第１実施形態と同一であるので、以下、第５実施形態に係るインバータ装置１３ｄの作用を、前述の図２に示した回路図、及び図１２に示すタイミングチャートを参照して説明する。図１２（ａ）は車両制御回路１５（図１参照）で検出される異常検知信号を示し、（ｂ）はリレー回路１２の動作を示し、（ｃ）は主制御回路２２より出力される放電モード信号の変化を示し、（ｄ）はゲート駆動回路２１による平滑コンデンサＣ１の放電指示のタイミングを示し、（ｅ）はゲート駆動回路２１による各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６の全ゲートオフ信号のタイミングを示し、（ｆ）は絶縁電源３５の電源端子Ｖout+より出力される電圧の変化を示している。
【００９５】
図１２（ａ）〜（ｅ）に示す特性図に係る動作は、前述した図５（ａ）〜（ｅ）で説明した動作と同様であるので、説明を省略する。そして、第５実施形態に係るインバータ装置１３ｄでは、放電指示が出力される時刻ｔ３において、主制御回路２２の制御により、絶縁電源３５の電源端子Ｖout+より出力する電圧を通常時に対して相対的に低下させる。
【００９６】
こうすることにより、図２に示すゲート駆動ＩＣ（３１）の「ＯＵＴ」端子より出力される電圧が低下するので、これに伴って、トランジスタＱ１のベースに流れる電流が低下する。その結果、各半導体スイッチＴｒ１〜ＴＲ６のゲートに供給される電流をより一層低減させることができる。具体的には、図２（ｂ）の矢印Ｙ２に示す電流を第１実施形態の場合よりも低減することができるので、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を放電する際には、第２のターンオン時間をより一層長くすることができる。その結果、大きな発熱を伴うことなく平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を放電することが可能となる。
【００９７】
また、第５実施形態では、前述の第１実施形態で示したインバータ装置について、電源端子Ｖout+の電圧を低減する例について説明したが、図９に示した第２実施形態（ゲートチャージコンデンサＣ２１、Ｃ２２に直列に電子スイッチＱ１１が設けられる例）についても適用することが可能である。
【００９８】
［第６実施形態の説明］
次に、本発明の第６実施形態について説明する。第６実施形態に係るインバータ装置は、前述の第１〜第５実施形態に示したインバータ装置と対比して、リレー回路１２の構成が相違している。即ち、第６実施形態に係るインバータ装置では、図１３に示すように直流電源１１と平滑コンデンサＣ１との間に設けられるリレー回路として、半導体リレー回路１２ｅ（リレー回路）が設けられている。
【００９９】
半導体リレー回路１２ｅは、半導体スイッチ４１、４２、４３を備えている。半導体スイッチ４１は、直流電源１１のプラス側端子に接続されている。半導体スイッチ４２は、直流電源１１のマイナス側端子に接続され、抵抗Ｒ１０１が直列に接続されている。半導体スイッチ４３は、直流電源１１のマイナス側端子に接続されている。そして、インバータ装置１３の駆動開始時には、半導体スイッチ４１、４２をオンとして抵抗Ｒ１０１に電流を流すことにより過電流を抑制し、その後、半導体スイッチ４２をオフとし、半導体スイッチ４３をオンとするように切り替える。
【０１００】
そして、第６実施形態では、車両制御回路１５より出力される半導体リレー回路１２ｅの開放指令信号に同期して、ゲート駆動回路２１による各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６への放電指示信号を出力する。即ち、第１のターンオン時間から第２のターンオン時間への切替信号として、半導体リレー回路１２ｅの開放指令信号を用いる。
【０１０１】
以下、図１４に示すタイミングチャートを参照して、第６実施形態の作用について説明する。図１４（ａ）は車両制御回路１５で検出される異常検知信号を示し、（ｂ）は半導体リレー回路１２ｅの動作を示し、（ｃ）は主制御回路２２より出力される放電モード信号の変化を示し、（ｄ）はゲート駆動回路２１による平滑コンデンサＣ１の放電指示のタイミングを示し、（ｅ）はゲート駆動回路２１による各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６の全ゲートオフ信号のタイミングを示し、（ｆ）は平滑コンデンサＣ１の端子間電圧の変化を示している。
【０１０２】
そして、図１４に示す時刻ｔ１にて車両に異常が検知されると、若干遅れた時刻ｔ２にて半導体リレー回路１２ｅがオンとなる。これと同時に放電モード信号が出力され、更に各半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６に対して放電指示信号が出力される。即ち、第１実施形態ではリレーコイル、リレー接点を備えた機械式のリレー回路を用いたので、図５のフローチャートに示したようにリレー回路のオン指令から実際にリレー接点がオンとなるまでに時間差が生じた。これに対して、第６実施形態では、半導体リレー回路１２ｅを用いているので、リレーの開放指示とほぼ同時に全ての半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６をオンとして、平滑コンデンサＣ１の放電を行うことができる。即ち、図１４の符号Ｐ１に示すように、リレー接点のオン、放電モードのオン、及び放電指示のタイミングを一致させることができるので、図１４（ｆ）に示すように、より早く平滑コンデンサＣ１の端子間電圧を閾値電圧Ｖthまで低下させることが可能となる。
【０１０３】
このようにして、第６実施形態に係る電力変換装置では、直流電源１１とインバータ装置１３との間の接続、開放を切り替えるためのリレー回路として、半導体リレー回路１２ｅを用いる構成としたので、リレー接点がオンとされてから放電を開始するまでの時間を短縮することができる。その結果、平滑コンデンサＣ１の放電をより早い時点で開始することができ、より短時間で平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を放電することが可能となる。
【０１０４】
また、リレー接点の開放信号を用いて、放電モード信号の出力、及び放電指示の出力を設定できる。具体的には、図１４の符号Ｐに示すように、３つの信号を同一のタイミングで実施するので、制御の負担を軽減できる。
【０１０５】
[第７実施形態の説明]
図１５は、第７実施形態に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。第７実施形態では、前述した図１と対比して、リレー回路１２とインバータ装置１３との間にヒューズＦ１が設けられている点で相違する。車両制御回路１５は、ヒューズＦ１の溶断検知信号が検出された際に、これを契機として平滑コンデンサＣ１の放電に移行する。こうすることにより、リレー回路１２が導通した状態でインバータ装置１３が停止した場合においても、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力を放電することができる。
【０１０６】
以上、本発明の電力変換装置及び電力変換装置の制御方法を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
【０１０７】
例えば、上述した各実施形態では、フォトカプラＰＣ１を用いて電子スイッチＱ１１のオン、オフを切り替える例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、絶縁リレー等、絶縁性を有するリレーを用いることが可能である。
【符号の説明】
【０１０８】
１１  直流電源
１２  リレー回路
１２ｅ  半導体リレー回路
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ  インバータ装置
１４  モータ
１５  車両制御回路
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ  ゲート駆動回路
２２  主制御回路
３１、３２、３３  リレー
３１ｃ、３２ｂ、３３ｃ  リレーコイル
３１ｒ、３２ｒ、３３ｒ  リレー接点
３５  絶縁電源
３６  プッシュプル回路
４１〜４３  半導体スイッチ
Ｃ１  平滑コンデンサ
Ｃ２１、Ｃ２２  ゲートチャージコンデンサ
Ｆ１  ヒューズ
Ｑ１１  電子スイッチ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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