(57)【要約】  ＩＧＢＴ１１ａと、ＩＧＢＴ１１ａよりもスイッチング速度が速いＭＯＳＦＥＴ１１ｂとが並列に接続されて構成されるスイッチング回路部１１と、オン制御を行う場合、ＭＯＳＦＥＴ１１ｂのターンオンを行った後にＩＧＢＴ１１ａのターンオンを行い、オフ制御を行う場合、ＩＧＢＴ１１ａのターンオフを行った後にＭＯＳＦＥＴ１１ｂのターンオフを行う制御部１２とを備えるスイッチング装置１を提供する。これにより、低負荷から高負荷の運転範囲において負荷を効率的に駆動することが可能になる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子よりもスイッチング速度が速い第２スイッチング素子とが並列に接続されて構成されるスイッチング回路部と、
オン制御を行う場合、前記第２スイッチング素子のターンオンを行った後に前記第１スイッチング素子のターンオンを行い、オフ制御を行う場合、前記第１スイッチング素子のターンオフを行った後に前記第２スイッチング素子のターンオフを行う制御部とを備えるスイッチング装置。
【請求項２】
前記第１スイッチング素子は、前記第２スイッチング素子よりもコレクタエミッタ間飽和電圧が低く、
前記第２スイッチング素子は、前記第１スイッチング素子よりもスイッチング損失が小さい請求項１記載のスイッチング装置。
【請求項３】
請求項１記載のスイッチング装置を備えるモータ駆動装置であって、
前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子が並列に接続されることにより一のスイッチング素子群を構成し、前記スイッチング素子群が複数個接続されることにより構成されるスイッチング回路部と、
前記スイッチング回路部により駆動されるモータ部とを備え、
前記スイッチング装置の制御部は、前記スイッチング回路部の中から一又は複数のスイッチング素子群を選択し、オン制御を行う場合、選択したスイッチング素子群を構成する第２スイッチング素子のターンオンを行った後に第１スイッチング素子のターンオンを行い、オフ制御を行う場合、選択したスイッチング素子群を構成する第１スイッチング素子のターンオフを行った後に第２スイッチング素子のターンオフを行うモータ駆動装置。
【請求項４】
請求項１記載のスイッチング装置を備える電力変換装置であって、
前記スイッチング装置のスイッチング回路部の前段に配置される整流回路部と、
前記スイッチング回路部の後段に配置される平滑回路部とを備える電力変換装置。
【請求項５】
第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子よりも、スイッチング速度が速い第２スイッチング素子とが並列に接続されて構成されるスイッチング回路部を備えるスイッチング装置のスイッチング方法において、
オン制御を行う場合、
前記第２スイッチング素子のターンオンを行う第１工程と、
前記第１工程の後に前記第１スイッチング素子のターンオンを行う第２工程と、
オフ制御を行う場合、
前記第１スイッチング素子のターンオフを行う第３工程と、
前記第３工程の後に前記第２スイッチング素子のターンオフを行う第４工程とを有するスイッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング回路部の制御を行うスイッチング装置、モータ駆動装置、電力変換装置およびスイッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置では、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のようなスイッチングスピードが速いスイッチング素子を用いることによりスイッチングの際のスイッチング損失を低減させている。【０００３】
また、スイッチングスピードの速いスイッチング素子と、スイッチングスピードが遅いが定常損失の低いスイッチング素子とを並列に接続し、負荷の大きさに基づいてスイッチング素子を切り替える装置が提案されている（下記特許文献１）。なお、特許文献１では、スイッチングスピードの速いスイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴが例示され、スイッチングスピードが遅いが定常損失の低いスイッチング素子は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が例示されている。【０００４】
特許文献１には、「電流Ｉ１より小さいときは従来どおりＦＥＴで損失を小さくし、電流Ｉ１より大きいときはＩＧＢＴに負担を大きくさせＦＥＴの損失増加を小さく」することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−８０１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、電力変換装置に用いられているＩＧＢＴは、コレクタエミッタ間飽和電圧が大きいと、定常状態におけるコレクタエミッタ間飽和電圧による損失が大きくなってしまう。そのため、定常状態における損失を低減させるのに、コレクタエミッタ間飽和電圧が低いスイッチング素子が必要とされている。以下では、コレクタエミッタ間飽和電圧は、ＶＣＥｓａｔと称する。【０００７】
近年、スイッチングスピードが速く、ＶＣＥｓａｔの低いスイッチング素子が開発されているが、大電流に対応させようとすると、スイッチング素子のサイズを大きくする必要があり、価格が高くなってしまう。【０００８】
また、従来から、低コストでＶＣＥｓａｔが低く大電流を流せるスイッチング素子は存在するが、高耐圧のスイッチング素子の場合、ＶＣＥｓａｔが低いと、スイッチングスピードが遅く、ターンオンまたはターンオフの際のスイッチング損失が大きいという問題がある。【０００９】
上述した特許文献１は、運転負荷が小さくスイッチングの多い領域において、スイッチングスピードの速いＭＯＳＦＥＴを使用するので、スイッチングにおけるスイッチング損失を低減することができるが、定常状態における定常損失が増大し、一方、運転負荷が大きくスイッチングが少ない領域において、スイッチングスピードの遅いＩＧＢＴを利用するので、定常状態における定常損失を低減することができるが、スイッチング時におけるスイッチング損失が増大する問題があり、運転負荷が小さい領域から運転負荷が大きい領域において負荷を効率的に駆動することができない。【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、運転負荷が小さい領域から運転負荷が大きい領域において負荷を効率的に駆動することができるスイッチング装置、モータ駆動装置、電力変換装置およびスイッチング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るスイッチング装置は、第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子よりもスイッチング速度が速い第２スイッチング素子とが並列に接続されて構成されるスイッチング回路部と、オン制御を行う場合、前記第２スイッチング素子のターンオンを行った後に前記第１スイッチング素子のターンオンを行い、オフ制御を行う場合、前記第１スイッチング素子のターンオフを行った後に前記第２スイッチング素子のターンオフを行う制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、運転負荷が小さい領域から運転負荷が大きい領域において負荷を効率的に駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１に係るスイッチング装置の構成図
【図２】実施の形態１に係るスイッチング装置のスイッチング制御による電流の変化についての説明に供する図
【図３】実施の形態２に係るモータ駆動装置の構成図
【図４】実施の形態３に係る電力変換装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態に係るスイッチング装置、モータ駆動装置、電力変換装置およびスイッチング方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るスイッチング装置１の構成図である。図２は、実施の形態１に係るスイッチング装置１のスイッチング制御による電流の変化についての説明に供する図である。
【００１６】
スイッチング装置１は、スイッチング素子により構成されているスイッチング回路部１１と、スイッチング素子を制御する制御部１２とを備える。
【００１７】
スイッチング回路部１１は、スイッチングを行う第１スイッチング素子としてのＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１１ａと、スイッチングを行う第２スイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１１ｂとが並列に接続されて構成されている。また、ＭＯＳＦＥＴ１１ｂは、ＩＧＢＴ１１ａよりも、スイッチング速度が速いスイッチング素子である。
【００１８】
制御部１２は、オン制御を行う場合、ＭＯＳＦＥＴ１１ｂのターンオンを行った後にＩＧＢＴ１１ａのターンオンを行い、オフ制御を行う場合、ＩＧＢＴ１１ａのターンオフを行った後にＭＯＳＦＥＴ１１ｂのターンオフを行う。ターンオンとは、スイッチング素子をオフ状態からオン状態に移行させることをいう。ターンオフとは、スイッチング素子をオン状態からオフ状態に移行することをいう。
【００１９】
ＩＧＢＴ１１ａは、ＭＯＳＦＥＴ１１ｂよりもＶＣＥｓａｔが低い。また、ＭＯＳＦＥＴ１１ｂは、ＩＧＢＴ１１ａよりもスイッチング損失が小さい。
【００２０】
ここで、スイッチング装置１の具体的な動作について図２を参照しながら説明する。なお、図２中の（ａ）は、ターンオンおよびターンオフによりＩＧＢＴ１１ａに流れる電流の変化を示している。図２中の（ｂ）は、ターンオンおよびターンオフによりスイッチング回路部１１のＶＣＥの変化を示している。図２中の（ｃ）は、ターンオンおよびターンオフによりＭＯＳＦＥＴ１１ｂに流れる電流の変化を示している。図２中の（ｄ）は、ターンオンおよびターンオフによりスイッチング回路部１１に流れる電流の変化を示している。
【００２１】
また、図２中の時間ｔ１は、制御部１２によるターンオンに基づいて、ＭＯＳＦＥＴ１１ｂに流れる電流が設定された値ｖ１まで上昇した後、設定された時間が経過するまでの時間を示している。図２中の時間ｔ２は、制御部１２によるターンオンに基づいて、ＩＧＢＴ１１ａに流れる電流が設定された値ｖ２まで上昇するまでの時間を示している。スイッチング回路部１１がターンオンに要する時間は、時間ｔ１と時間ｔ２の合計時間である。
【００２２】
図２中の時間ｔ３は、制御部１２によるオフ制御に基づいて、ＩＧＢＴ１１ａに流れる電流が設定された値ｖ３まで下降した後、設定された時間が経過するまでの時間を示している。図２中の時間ｔ４は、制御部１２によるオフ制御に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ１１ｂに流れる電流が設定された値ｖ４まで下降するまでの時間を示している。スイッチング回路部１１がターンオフに要する時間は、時間ｔ３と時間ｔ４の合計時間である。
【００２３】
まず、オン制御について説明する。制御部１２は、ＭＯＳＦＥＴ１１ｂをターンオンする。制御部１２は、ＭＯＳＦＥＴ１１ｂをターンオンしてから時間ｔ１が経過し、ＭＯＳＦＥＴ１１ｂに定常電流が流れ始めたタイミングでＩＧＢＴ１１ａをターンオンする。
【００２４】
上述したように、スイッチング装置１は、ＩＧＢＴ１１ａをターンオンするときには、先にターンオンしているＭＯＳＦＥＴ１１ｂに電流が流れているため、スイッチング回路１１全体ではすでに電流が流れている。
【００２５】
また、スイッチング装置１は、ＩＧＢＴ１１ａがターンオンし始めてから定常状態になるまでの間は、ＩＧＢＴ１１ａの抵抗成分が大きいため、殆どの電流はＭＯＳＦＥＴ１１ｂに流れる。
【００２６】
また、スイッチング装置１は、ＩＧＢＴ１１ａが定常状態になると、ＩＧＢＴ１１ａのＶＣＥｓａｔが低いため、ＭＯＳＦＥＴ１１ｂと同じ電流がＩＧＢＴ１１ａに流れる。スイッチング装置１は、図２（ａ）、（ｃ）に示すように、ＩＧＢＴ１１ａが定常状態になると、ＩＧＢＴ１１ａにも定常電流が流れる一方、ＭＯＳＦＥＴ１１ｂに流れていた定常電流が小さくなる。
【００２７】
次に、オフ制御を行う場合について説明する。制御部１２は、ＩＧＢＴ１１ａをターンオフする。ターンオフにより、ＩＧＢＴ１１ａの抵抗成分は、高くなる。しかし、ＭＯＳＦＥＴ１１ｂは、定常状態にあるので抵抗成分が低い。よって、殆どの電流は、図２（ｃ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴ１１ｂに流れる。
【００２８】
そして、制御部１２は、ＩＧＢＴ１１ａがオフになった後にＭＯＳＦＥＴ１１ｂをターンオフする。
【００２９】
よって、スイッチング装置１は、オン制御を行う場合、ＩＧＢＴ１１ａよりもスイッチング損失が小さいＭＯＳＦＥＴ１１ｂを先にターンオンするため、スイッチング損失を小さくすることができる。
【００３０】
また、スイッチング装置１は、ＭＯＳＦＥＴ１１ｂの後にターンオンするＩＧＢＴ１１ａに流れる電流を小さくできるので、ＩＧＢＴ１１ａによるスイッチング損失を小さくすることができる。
【００３１】
また、スイッチング装置１は、ＩＧＢＴ１１ａおよびＭＯＳＦＥＴ１１ｂのＶＣＥｓａｔが低いため、定常状態における定常損失も小さくすることができる。
【００３２】
また、スイッチング装置１は、オフ制御を行う場合、ＩＧＢＴ１１ａをターンオフした後に、ＭＯＳＦＥＴ１１ｂをターンオフするので、ＩＧＢＴ１１ａに電流が殆ど流れず、ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング損失を小さくすることができる。
【００３３】
また、スイッチング装置１は、ＩＧＢＴ１１ａの後にターンオフするＭＯＳＦＥＴ１１ｂのスイッチング損失が小さいので、オフ制御を行うときのスイッチング損失を小さくすることができる。
【００３４】
また、スイッチング装置１は、ＩＧＢＴ１１ａおよびＭＯＳＦＥＴ１１ｂを上述のようなスイッチング制御を行うことにより、ＩＧＢＴ１１ａおよびＭＯＳＦＥＴ１１ｂに大電流を流さなくてすむので、大電流に対応するために大型のスイッチング素子でスイッチング回路１１を構成する必要がなく、小型化することができる。
【００３５】
さらに、スイッチング装置１は、スイッチング回路部１１全体で、オン制御およびオフ制御が速く、かつ、定常状態においてＩＧＢＴ１１ａおよびＭＯＳＦＥＴ１１ｂを用いることによって低いＶＣＥｓａｔで定常電流を流すので、スイッチング損失および定常損失を低減することができ、運転負荷が小さい領域から運転負荷が大きい領域において負荷を効率的に駆動することができる。また、スイッチング装置１は、運転負荷が小さい領域から運転負荷が大きい領域において負荷を効率的に駆動することができるので、従来の構成に比して、エネルギー消費量を削減することができ、製品のライフサイクルを伸ばし、結果、環境負荷を低減する効果もある。
【００３６】
なお、第２スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴとして説明したが、ＳｉＣ、ＧａＮ、またはダイヤモンドを材料とするワイドバンドギャップ半導体で形成された素子、またはＳＪＭＯＳ（Ｓｕｐｅｒ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）でもよい。
【００３７】
実施の形態２．
実施の形態１では二つのスイッチング素子を並列に接続したスイッチング回路を備えるスイッチング装置の構成と動作について説明したが、実施の形態２では、スイッチング装置を備えるモータ駆動装置２の構成と動作について説明する。
【００３８】
図３は、実施の形態２に係るモータ駆動装置２の構成図である。モータ駆動装置２は、スイッチング素子により構成されているスイッチング回路部２１と、電気エネルギーを機械エネルギーに変換するモータ部２２と、スイッチング素子を制御する制御部２３とを備える。
【００３９】
スイッチング回路部２１は、第１スイッチング素子としてのＩＧＢＴ２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａと第２スイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂ、２６ｂとが並列に接続されることにより一のスイッチング素子群を構成し、スイッチング素子群が複数個接続されることにより構成される。
【００４０】
モータ部２２は、スイッチング回路部２１により駆動される。モータ部２２は、三相電動機が例示される。
【００４１】
制御部２３は、スイッチング回路部２１の中から一又は複数のスイッチング素子群を選択し、オン制御を行う場合、選択したスイッチング素子群を構成する第２スイッチング素子のターンオンを行った後に第１スイッチング素子のターンオンを行い、オフ制御を行う場合、選択したスイッチング素子群を構成する第１スイッチング素子のターンオフを行った後に第２スイッチング素子のターンオフを行う。
【００４２】
ここで、モータ駆動装置２の詳細な構成について説明する。
【００４３】
ＩＧＢＴ２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａは、ＶＣＥｓａｔが低く、ＭＯＳＦＥＴ２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂ、２６ｂよりもスイッチングスピードが遅いスイッチング素子で構成されている。
【００４４】
ＭＯＳＦＥＴ２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂ、２６ｂは、ＶＣＥｓａｔが低く、ＩＧＢＴ２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａよりもスイッチングスピードが速いスイッチング素子で構成されている。
【００４５】
また、ＩＧＢＴ２１ａおよびＭＯＳＦＥＴ２１ｂ、ＩＧＢＴ２２ａおよびＭＯＳＦＥＴ２２ｂ、ＩＧＢＴ２３ａおよびＭＯＳＦＥＴ２３ｂは、並列に接続されている。
【００４６】
ＩＧＢＴ２１ａ、２２ａ、２３ａのコレクタ端子と、ＭＯＳＦＥＴ２１ｂ、２２ｂ、２３ｂのドレイン端子とは、不図示の直流電源のプラス側に接続され、ＩＧＢＴ２１ａ、２２ａ、２３ａのエミッタ端子と、ＭＯＳＦＥＴ２１ｂ、２２ｂ、２３ｂのソース端子は、モータ２２に接続される。
【００４７】
また、ＩＧＢＴ２４ａおよびＭＯＳＦＥＴ２４ｂ、ＩＧＢＴ２５ａおよびＭＯＳＦＥＴ２５ｂ、ＩＧＢＴ２６ａおよびＭＯＳＦＥＴ２６ｂは、並列に接続されている。
【００４８】
ＩＧＢＴ２４ａ、２５ａ、２６ａのコレクタ端子と、ＭＯＳＦＥＴ２４ｂ、２５ｂ、２６ｂのドレイン端子とは、モータ２２に接続され、ＩＧＢＴ２４ａ、２５ａ、２６ａのエミッタ端子と、ＭＯＳＦＥＴ２４ｂ、２５ｂ、２６ｂのソース端子は、不図示の直流電源のマイナス側に接続されている。
【００４９】
モータ駆動装置２は、モータ２２を駆動するために、実施の形態１において図２を用いて説明したオン制御およびオフ制御にしたがって、ＩＧＢＴ２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａとＭＯＳＦＥＴ２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂ、２６ｂのスイッチングとをスイッチング制御するので、ＩＧＢＴ２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａおよびＭＯＳＦＥＴ２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂ、２６ｂに大電流を流さなくてすむので、大電流に対応するために大型のスイッチング素子でスイッチング回路２１を構成する必要がなく、小型化することができる。
【００５０】
さらに、モータ駆動装置２は、スイッチング回路部２１全体で、オン制御およびオフ制御が速く、かつ、定常状態においてＩＧＢＴ２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａおよびＭＯＳＦＥＴ２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂ、２６ｂを用いることによって低いＶＣＥｓａｔで定常電流を流すので、スイッチング損失および定常損失を低減することができ、運転負荷が小さい領域から運転負荷が大きい領域においてモータ２２を効率的に駆動することができる。また、モータ駆動装置２は、運転負荷が小さい領域から運転負荷が大きい領域においてモータ２２を効率的に駆動することができるので、従来の構成に比して、エネルギー消費量を削減することができ、製品のライフサイクルを伸ばし、結果、環境負荷を低減する効果もある。
【００５１】
また、従来の装置では、負荷の状態または温度状態を検出し、検出結果に基づいてモータの駆動制御を行っていた。モータ駆動装置２では、スイッチング動作を負荷が小さい小電流の領域から負荷が大きい大電流の領域まで、同じスイッチング動作で行うことができるため、負荷の状態または温度状態の検出を不要とし、上述したオン制御およびオフ制御を行うことにより、スイッチング損失および定常損失を低減することができる。
【００５２】
実施の形態３．
実施の形態１では二つのスイッチング素子を並列に接続したスイッチング回路を備えるスイッチング装置の構成と動作について説明したが、実施の形態３では、スイッチング装置を備える電力変換装置３の構成と動作について説明する。
【００５３】
図４は、実施の形態３に係る電力変換装置３の構成図である。電力変換装置３は、交流電源部４から出力された交流を直流に整流する整流回路部３１と、電圧を昇圧する昇圧回路部３２と、昇圧回路部３２を制御する制御部３３と、昇圧された電圧を平滑する平滑回路部３４とを備える。電力変換装置３は、交流電源部４から出力された交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を直流負荷５に供給する。
【００５４】
図４に示すように、整流回路部３２は、スイッチング回路部３１の前段に配置される。平滑回路部３４は、スイッチング回路部３１の後段に配置される。
【００５５】
昇圧回路部３２は、電気エネルギーを磁気エネルギーに変換して蓄積し、蓄積した磁気エネルギーを放出するリアクタ４１と、電流の逆流を防止するダイオード４２と、スイッチング素子により構成されているスイッチング回路部４３とを備える。
【００５６】
リアクタ４１は、整流回路部３１のプラス側に接続される。ダイオード４２は、リアクタ４１の出力側に接続される。ダイオード４２のカソード側には、平滑回路部３４が接続される。スイッチング回路部４３は、リアクタ４２の出力側とダイオード４２のアノード側との接続点と、整流回路部３１のマイナス側との間に接続される。
【００５７】
スイッチング回路部４３は、実施の形態１で説明したスイッチング回路部１１と同様の構成であり、スイッチングを行う第１スイッチング素子としてのＩＧＢＴ４３ａと、スイッチングを行う第２スイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ４３ｂとが並列に接続されている。
【００５８】
ＩＧＢＴ４３ａは、ＶＣＥｓａｔが低く、ＭＯＳＦＥＴ４３ｂよりもスイッチングスピードが遅いスイッチング素子で構成されている。
【００５９】
ＭＯＳＦＥＴ４３ｂは、ＶＣＥｓａｔが低く、ＩＧＢＴ４３ａよりもスイッチングスピードが速い素子で構成されている。
【００６０】
制御部３３は、平滑回路部３４の両端電圧が、設定された直流電圧になるように制御し、交流電源部４から出力される電流が交流電源部４から出力される電圧と同位相の正弦波になるように、スイッチング回路部４３を制御することにより、力率改善制御を行う。
【００６１】
制御部３３は、直流負荷５を駆動するために、実施の形態１において図２を用いて説明したオン制御およびオフ制御にしたがって、ＩＧＢＴ４３ａとＭＯＳＦＥＴ４３ｂとをスイッチング制御することにより、力率改善制御を行う。
【００６２】
電力変換装置３は、力率改善制御において、ＩＧＢＴ４３ａおよびＭＯＳＦＥＴ４３ｂに大電流を流さなくてすむので、大電流に対応するために大型のスイッチング素子でスイッチング回路部４３を構成する必要がなく、小型化することができる。
【００６３】
さらに、電力変換装置３は、スイッチング回路部４３全体で、オン制御およびオフ制御が速く、かつ、定常状態においてＩＧＢＴ４３ａおよびＭＯＳＦＥＴ４３ｂを用いることによって低いＶＣＥｓａｔで定常電流を流すので、スイッチング損失および定常損失を低減することができ、運転負荷が小さい領域から運転負荷が大きい領域において直流負荷５を効率的に駆動することができる。また、電力変換装置３は、運転負荷が小さい領域から運転負荷が大きい領域において直流負荷５を効率的に駆動することができるので、従来の構成に比して、エネルギー消費量を削減することができ、製品のライフサイクルを伸ばし、結果、環境負荷を低減する効果もある。
【００６４】
また、従来の装置では、直流負荷５の状態または温度状態を検出し、検出結果に基づいて力率改善制御を行っていた。電力変換装置３では、スイッチング動作を負荷が小さい小電流の領域から負荷が大きい大電流の領域まで、同じスイッチング動作で行うことができるため、直流負荷５の状態または温度状態の検出を不要とし、上述したオン制御およびオフ制御を行うことにより、力率改善制御の際のスイッチング損失および定常損失を低減することができる。
【００６５】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１  スイッチング装置、２  モータ駆動装置、３  電力変換装置、４  交流電源部、５  直流負荷、１１，２１，４３  スイッチング回路部、１２，２３  制御部、１１ａ，２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａ，４３ａ  ＩＧＢＴ、１１ｂ，２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ，２５ｂ，２６ｂ，４３ｂ  ＭＯＳＦＥＴ、２２  モータ部、３１  整流回路部、３２  昇圧回路部、３３  制御部、３４  平滑回路部。
【図１】
2016103328.tif 000003
【図２】
2016103328.tif 000004
【図３】
2016103328.tif 000005
【図４】
2016103328.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月7日(2016.12.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子よりもスイッチング速度が速い第２スイッチング素子とが並列に接続されて構成されるスイッチング回路部と、
オン制御を行う場合、前記第２スイッチング素子のターンオンを行った後に前記第１スイッチング素子のターンオンを行い、オフ制御を行う場合、前記第１スイッチング素子のターンオフを行った後に前記第２スイッチング素子のターンオフを行う制御部とを備え、
前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を流れる電流の大きさによらず同じスイッチング動作で前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオン制御及びオフ制御を行うことを特徴とするスイッチング装置。
【請求項２】
前記第１スイッチング素子は、前記第２スイッチング素子よりもコレクタエミッタ間飽和電圧が低く、
前記第２スイッチング素子は、前記第１スイッチング素子よりもスイッチング損失が小さいことを特徴とする請求項１記載のスイッチング装置。
【請求項３】
請求項１記載のスイッチング装置を備えるモータ駆動装置であって、
前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子が並列に接続されることにより一のスイッチング素子群を構成し、前記スイッチング素子群が複数個接続されることにより構成されるスイッチング回路部と、
前記スイッチング回路部により駆動されるモータ部とを備え、
前記スイッチング装置の制御部は、前記スイッチング回路部の中から一又は複数のスイッチング素子群を選択し、オン制御を行う場合、選択した前記スイッチング素子群を構成する前記第２スイッチング素子のターンオンを行った後に前記第１スイッチング素子のターンオンを行い、オフ制御を行う場合、選択した前記スイッチング素子群を構成する前記第１スイッチング素子のターンオフを行った後に前記第２スイッチング素子のターンオフを行うことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項４】
請求項１記載のスイッチング装置を備える電力変換装置であって、
前記スイッチング装置のスイッチング回路部の前段に配置される整流回路部と、
前記スイッチング回路部の後段に配置される平滑回路部とを備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子よりも、スイッチング速度が速い第２スイッチング素子とが並列に接続されて構成されるスイッチング回路部を備えるスイッチング装置のスイッチング方法において、
オン制御を行う場合、
前記第２スイッチング素子のターンオンを行う第１工程と、
前記第１工程の後に前記第１スイッチング素子のターンオンを行う第２工程と、
オフ制御を行う場合、
前記第１スイッチング素子のターンオフを行う第３工程と、
前記第３工程の後に前記第２スイッチング素子のターンオフを行う第４工程とを有し、
前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を流れる電流の大きさによらず同じスイッチング動作で前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオン制御及びオフ制御を行うことを特徴とするスイッチング方法。
【国際調査報告】
2016103328.tif 000007
2016103328.tif 000008