(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直列に接続された、上アーム半導体素子（２H）と下アーム半導体素子（２L）との半導体素子（２）と、
該半導体素子のスイッチング動作を、ＰＷＭ制御により制御する制御部（３）とを備え、
該制御部は、上記上アーム半導体素子と上記下アーム半導体素子とのいずれか一方をオンする制御信号（ＶG）を発生する信号発生部（４）と、
上記半導体素子のオン電流（ＩON）を測定することにより、出力電流（ＩOUT）を測定する電流測定部（５）とを有し、
該電流測定部は、上記オン電流を、所定のタイミングで繰り返し測定するよう構成され、
上記制御部は、上記上アーム半導体素子と上記下アーム半導体素子との一対の上記半導体素子のうち一方の上記半導体素子がオンする時間（ＴON）が、予め定められた閾時間（Ｔth）より短い場合には、上記制御信号の位相をシフトさせ、他方の上記半導体素子の上記オン電流を測定するよう構成されている、電力変換装置。
【請求項２】
上記信号発生部は、搬送波（ｃ）と変調波（ａ）とを比較することにより上記制御信号を発生し、上記制御信号の位相のシフト量（Δφ）は、上記搬送波の周期よりも小さくされている、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
上記制御部は、上記搬送波の位相をシフトすることにより、上記制御信号の位相をシフトするよう構成されている、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
上記制御部は、上記変調波の値を補正することにより、上記制御信号の位相をシフトするよう構成されている、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
上記制御部は、上記変調波が予め定められた範囲（+ａ_ths〜-ａ_ths）を超えた場合に、上記制御信号の位相をシフトするよう構成されている、請求項２〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
上記制御部は、上記変調波の値に応じて、上記制御信号の位相のシフト量を変えるよう構成されている、請求項５記載の電力変換装置。
【請求項７】
上記制御部は、上記変調波の値が、上記搬送波のピーク値（ｃP）に近いほど、上記制御信号の位相のシフト量を少なくするよう構成されている、請求項６記載の電力変換装置。
【請求項８】
上記制御部は、上記変調波の値に関わらず、上記制御信号の位相を一定量、シフトさせるよう構成されている、請求項５記載の電力変換装置。
【請求項９】
上記制御部は、上記制御信号の位相を、上記搬送波に対して遅らせるよう構成されている、請求項２〜８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータやＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータやＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換装置として、ＩＧＢＴ等の複数の半導体素子と、該半導体素子に接続した制御部とを備えるものが知られている。上記半導体素子には、上アーム側に配された上アーム半導体素子と、下アーム側に配された下アーム半導体素子とがある。上記電力変換装置は、これらの半導体素子を制御部によってスイッチング動作させ、これにより、電力変換を行うよう構成されている。
【０００３】
制御部は、半導体素子のスイッチング動作を、ＰＷＭ制御により制御している。また、電力変換装置には、ホール素子等の電流センサが設けられている。上記制御部は、電流センサを用いて出力電流を測定し、その測定値を利用して、半導体素子の動作制御を行っている。
【０００４】
また、制御部には、半導体素子を過電流から保護する回路が形成されている。例えば、制御部に、半導体素子に接続したシャント抵抗を設けてある。そして、半導体素子のオン電流の一部、あるいは全部をシャント抵抗に流し、このとき生じた電圧降下を測定するよう構成してある。これにより、オン電流を測定している。制御部は、オン電流が予め定められた上限値を超えた場合には、半導体素子のオンデューティを低減させる。これにより、半導体素子を過電流から保護している。
【０００５】
近年、制御部によって測定された上記オン電流の値を用いて、電力変換装置の出力電流を算出する試みがなされている（下記特許文献１参照）。このようにすると、電流センサを設ける必要がなくなるため、部品点数を低減でき、電力変換装置の製造コストを低減することが可能になる。
【０００６】
しかしながら、制御部を用いると、オン電流を正確に算出できない可能性がある。すなわち、半導体素子をオンした直後は、オン電流にリンギングが重畳する（図２１参照）。また、上述したように、制御部は、半導体素子をＰＷＭ制御している。そのため、変調率が高い場合等に、一部の半導体素子のオン時間が短くなる場合がある。この場合、半導体素子がオンした直後にオン電流を測定せざるを得ず、リンギングの影響を受けて、オン電流を正確に測定できなくなる。そのため、出力電流を正確に算出できない。
【０００７】
この問題を解決するため、特許文献１の電力変換装置では、半導体素子のオン時間が所定値より短い場合には、オン時間を長くし、オンしてから一定時間経過してリンギングが小さくなってから、オン電流を測定している（図２２参照）。これにより、出力電流を正確に測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−１１９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記電力変換装置では、半導体素子のオン時間が短い場合には、オン時間を長くしてオン電流を測定しているため、オンデューティが変動するという問題がある。そのため、半導体素子のオン時間を短くする期間を別途設け、全体のオンデューティを調整する必要がある。
【００１０】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、出力電流を正確に測定でき、半導体素子のオンデューティを調整する必要がない電力変換装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様は、互いに直列に接続された、上アーム半導体素子（２H）と下アーム半導体素子（２L）との半導体素子（２）と、
該半導体素子のスイッチング動作を、ＰＷＭ制御により制御する制御部（３）とを備え、
該制御部は、上記上アーム半導体素子と上記下アーム半導体素子とのいずれか一方をオンする制御信号（ＶG）を発生する信号発生部（４）と、
上記半導体素子のオン電流（ＩON）を測定することにより、出力電流（ＩOUT）を測定する電流測定部（５）とを有し、
該電流測定部は、上記オン電流を、所定のタイミングで繰り返し測定するよう構成され、
上記制御部は、上記上アーム半導体素子と上記下アーム半導体素子との一対の上記半導体素子のうち一方の上記半導体素子がオンする時間（ＴON）が、予め定められた閾時間（Ｔth）より短い場合には、上記制御信号の位相をシフトさせ、他方の上記半導体素子の上記オン電流を測定するよう構成されている、電力変換装置にある。
【発明の効果】
【００１２】
上記電力変換装置の制御部は、上アーム半導体素子と下アーム半導体との一対の半導体素子のうち一方の半導体素子がオンする時間が、上記閾時間より短い場合には、上記制御信号の位相をシフトさせ、他方の半導体素子のオン電流を測定するよう構成されている。
このようにすると、半導体素子のオン時間を変更することなく、オン電流を正確に測定できる。
すなわち、上記態様では、上記一方の半導体素子のオン時間が上記閾時間より短い場合は、制御信号の位相をシフトさせる。そのため、制御信号の幅、すなわちオン時間は変動せず、オンデューティは変動しない。したがって、従来のように、オン電流を測定した後、オンデューティの調整をする必要はない。
また、上記態様では、オン時間が短い上記一方の半導体素子の代わりに、他方の半導体素子のオン電流を測定している。そのため、一方の半導体素子がオンした直後、リンギングが発生しているときに、該一方の半導体素子のオン電流を測定しなくてすむ。したがって、リンギングの影響を大きく受けることなく、半導体素子のオン電流を正確に測定でき、電力変換装置の出力電流を正確に測定することが可能になる。
【００１３】
また、本態様のように、制御信号の位相をシフトさせ、他方の半導体素子のオン電流を測定すれば、オン電流を測定するタイミングを変更しなくてすむ。そのため、電力変換装置の出力電流を正確に測定できる。
【００１４】
以上のごとく、本態様によれば、出力電流を正確に測定でき、半導体素子のオンデューティを調整する必要がない電力変換装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１における、変調波が閾値よりも僅かに高いときでの、制御信号及びセンス電圧の波形図。
【図２】実施形態１における、変調波が閾値より充分高いときでの、制御信号及びセンス電圧の波形図。
【図３】実施形態１における、電力変換装置の全体回路図。
【図４】実施形態１における、一部の半導体素子と、制御部の回路図。
【図５】実施形態１における、信号発生部の説明図。
【図６】実施形態１における、電力変換装置の状態遷移図。
【図７】実施形態１における、搬送波と、変調波と、制御信号と、センス電圧との波形図。
【図８】実施形態２における、変調波が閾値よりも僅かに高いときでの、制御信号及びセンス電圧の波形図。
【図９】実施形態２における、変調波が閾値より充分高いときでの、制御信号及びセンス電圧の波形図。
【図１０】実施形態３における、信号発生部の説明図。
【図１１】実施形態３における、電力変換装置の状態遷移図。
【図１２】実施形態３における、搬送波と、変調波と、制御信号と、センス電圧との波形図。
【図１３】図１２に続く波形図。
【図１４】実施形態３における、変調波が閾値より僅かに高いときの、制御信号およびセンス電圧の波形図。
【図１５】実施形態３における、変調波が閾値より充分高いときでの、制御信号およびセンス電圧の波形図。
【図１６】実施形態４における、変調波が閾値より僅かに高いときの、制御信号およびセンス電圧の波形図。
【図１７】実施形態４における、変調波が閾値より充分高いときでの、制御信号およびセンス電圧の波形図。
【図１８】実施形態５における、制御信号およびセンス電圧の波形図。
【図１９】実施形態６における、一部の半導体素子と、制御部の回路図。
【図２０】実施形態７における、電力変換装置の回路図。
【図２１】比較形態における、下アーム半導体素子のオンデューティを変えない場合での、制御信号およびセンス電圧の波形図。
【図２２】比較形態における、下アーム半導体素子のオンデューティを変えた場合での、制御信号およびセンス電圧の波形図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
上記電力変換装置は、ハイブリッド車や電気自動車等に搭載するための、車載用電力変換装置とすることができる。
【００１７】
（実施形態１）
上記電力変換装置に係る実施形態について、図１〜図７を用いて説明する。図３、図４に示すごとく、本形態の電力変換装置１は、複数の半導体素子２と、制御部３とを備える。電力変換装置１は、交流負荷８（三相交流モータ）に接続している。半導体素子２には、上アーム半導体素子２Hと下アーム半導体素子２Lとがある。これら上アーム半導体素子２Hと下アーム半導体素子２Lとは、互いに直列に接続されている。
【００１８】
制御部３は、半導体素子２のスイッチング動作を、ＰＷＭ制御により制御する。制御部３は、信号発生部４と、電流測定部５とを備える。信号発生部４は、上アーム半導体素子２Hと下アーム半導体素子２Lとのいずれか一方をオンさせる制御信号ＶGを発生する。電流測定部５は、半導体素子２のオン電流ＩONを測定することにより、交流負荷８に流れる出力電流ＩOUTを測定する。電流測定部５は、オン電流ＩONを、所定のタイミングで繰り返し測定するよう構成されている。
【００１９】
図１に示すごとく、制御部３は、上アーム半導体素子２Hと下アーム半導体素子２Lとの一対の半導体素子２のうち一方の半導体素子２（図では下アーム半導体素子２L）がオンする時間ＴONが、予め定められた閾時間Ｔthより短い場合には、制御信号ＶGの位相をシフトさせ、他方の半導体素子２（図では上アーム半導体素子２H）のオン電流ＩONを測定するよう構成されている。
【００２０】
本形態の電力変換装置１は、ハイブリッド車や電気自動車に搭載するための、車載用電力変換装置である。図３に示すごとく、制御部３は、上記電流測定部５、信号発生部４の他に、駆動回路１０、モータ制御部１２を備える。モータ制御部１２は、変調波ａと搬送波ｃとを発生する。信号発生部４は、変調波ａと搬送波ｃとを比較して、半導体素子２をオンするための制御信号ＶGを発生する。また、信号発生部４は、電流測定部５にオン電流ＩONを測定させる命令である、電流検出トリガ信号ＶTを発生する。
【００２１】
本形態では、半導体素子２として、ＩＧＢＴを用いている。ＩＧＢＴは複数のセルに分割されている。これら複数のセルのうち一部のセルは、オン電流ＩONを測定するためのセンサセル２０となっている。センサセル２０の端子であるセンス端子２１には、シャント抵抗Ｒが接続している。
【００２２】
図３に示すごとく、電流測定部５は、個々の半導体素子２に接続した測定回路５１と、算出部５２とを備える。本形態では、センサセル２０を用いて、オン電流ＩONの一部をシャント抵抗Ｒに流し、その電圧降下を測定回路５１によって測定している。算出部５２は、電圧降下の測定値を用いて、オン電流ＩON、すなわち出力電流ＩOUTを算出する。モータ制御部１２は、この出力電流ＩOUTの算出値を、交流負荷８（三相交流モータ）の制御に利用している。
【００２３】
図４に示すごとく、測定回路５１は、レベルシフト回路５３と、フィルタ回路５４と、Ａ／Ｄコンバータ５５と、アイソレータ１１（フォトカプラ）と、送信部５６とを備える。シャント抵抗Ｒの両端電圧（電圧降下）は、レベルシフト回路５３、フィルタ回路５４を通り、Ａ／Ｄコンバータ５５によって測定され、デジタル値に変換される。電圧降下の測定値は、アイソレータ１１を通って送信部５６に伝えられ、さらに受信部３１に送信される。
【００２４】
次に、図５を用いて、信号発生部４の説明をする。信号発生部４は、搬送波補正回路４１と、三角波頂点トリガ生成回路４２と、制御信号生成回路４３と、ＡＮＤ回路４４H，４４Lとを備える。信号発生部４には、上述したように、変調波ａと搬送波ｃとが入力される。搬送波ｃは、三角波（図７参照）である。搬送波補正回路４１は、半導体素子２のオン時間が閾時間Ｔth（図１参照）より短い場合、搬送波ｃの位相を遅らせ、位相調整搬送波ｃ’を生成する。制御信号生成回路４３は、この位相調整搬送波ｃ’と変調波ａとを比較して、制御信号ＶGを発生する。また、三角波頂点トリガ生成回路４２は、搬送波ｃ（三角波）がピーク値になったときに、三角波頂点トリガ信号ＳTを発生する。ＡＮＤ回路４４は、制御信号ＶGと三角波頂点トリガ信号ＳTとが両方ともＨになったときに、オン電流ＩONを測定する命令である、電流検出トリガ信号ＶTを発生する。
【００２５】
図７に示すごとく、本形態では、搬送波ｃが変調波ａよりも低い場合（期間Ｔ０参照）は、上アーム制御信号ＶGHをＨにし、下アーム制御信号ＶGをＬにする。すなわち、上アーム半導体素子２Hをオンし、下アーム半導体素子２Lをオフする。また、搬送波ｃが変調波ａよりも高い場合（期間Ｔ１参照）は、上アーム制御信号ＶGHをＬにし、下アーム制御信号ＶGLをＨにする。すなわち、上アーム半導体素子２Hをオフし、下アーム半導体素子２Lをオンする。
【００２６】
半導体素子２がオンすると、オン電流ＩONが流れ、電流測定部５によってセンス電圧（シャント抵抗Ｒの電圧降下）が検出される。本形態では、上述したように、搬送波ｃがピーク値ｃPになったときに、オン電流ＩONの検出を行う。半導体素子２がオンした直後は、センス電圧にリンギングが重畳する。そのため、オンした直後は、センス電圧を正確に測定することができない。
【００２７】
例えば期間Ｔ１に示すように、下アーム制御信号ＶGLの時間幅が十分長いとき、すなわち下アーム半導体素子２Lのオン時間が充分長いときは、オンしてから充分時間が経過し、リンギングが小さくなってから、センス電圧を検出できる。そのため、オン電流ＩONを正確に測定できる。しかし、仮に、図２１に示すごとく、半導体素子２のオン時間ＴONが短い場合に、センス電圧を無理に検出しようとすると、リンギングが発生している期間にセンス電圧を検出するため、正確に測定できなくなる。そのため、オン電流ＩONを正確に測定できなくなる。この問題を解決するため、図７に示すごとく、本形態では、例えば下アーム半導体素子２Lのオン時間が短い場合（state１，２参照）は、制御信号ＶGの位相をシフトさせている。そして、反対側のアームの半導体素子２、すなわち上アーム半導体素子２Hのセンス電圧を検出している。これにより、リンギングの影響を受けることなく、オン電流ＩONを正確に測定し、出力電流ＩOUTを正確に測定できるようにしている。
【００２８】
制御信号ＶGをシフトさせるための方法を、より詳細に説明する。図７に示すごとく、本形態では、変調波ａが予め定められた範囲+ａ_ths〜-ａ_thsを超えたとき、制御信号ＶGをシフトさせている。すなわち、例えばstate１に示すように、変調波ａが閾値+ａ_ths以上になった場合は、下アーム制御信号ＶGの幅が短くなり、閾時間Ｔth（図１参照）以下になる。そのため、この場合は、位相調整搬送波ｃ’を発生し、この位相調整搬送波ｃ’と変調波ａとを比較することにより、制御信号ＶGを発生させる。また、state１の後、state２のように、変調波ａが閾値+ａ_ths未満になっても、位相調整搬送波ｃ’を発生し続ける。このようにすると、搬送波ｃがピーク値ｃPになる時刻ｔ１をすぎても、上アーム制御信号ＶGHはＨになり続ける。そして、時刻ｔ２において、位相調整搬送波ｃ’が変調波ａよりも高くなってから、上アーム制御信号ＶGHはＬになり、下アーム制御信号ＶGLがＨになる。また、時刻ｔ３において、位相調整搬送波ｃ’が変調波ａよりも低くなると、下アーム制御信号ＶGLがＬになる。そのため、下アーム制御信号ＶGLは、搬送波ｃを用いたときと比べて幅が変化することなく、位相だけが遅れることになる。また、時刻ｔ１において、下アーム半導体素子２Lの代わりに上アーム半導体素子２Hのセンス電圧を検出しているため、リンギングの影響を受けることなく、センス電圧を検出することができる。したがって、オン電流ＩONを正確に測定でき、出力電流ＩOUTを正確に算出することが可能になる。
【００２９】
図６に、図７の状態遷移図を示す。本形態では、変調波ａが上記範囲+ａ_ths〜-ａ_ths以内である場合は、stateを０にする。また、搬送波ｃがピーク値となり、かつ変調波ａが上記範囲+ａ_ths〜-ａ_thsを超えた場合（ｃ＝−１かつ+ａ_ths＜ａ＜＋１となった場合、又はｃ＝＋１かつ−１＜ａ＜-ａ_thsとなった場合）には、stateを１にする。そして、位相調整搬送波ｃ’を発生する。その後、搬送波ｃがピーク値（ｃ＝＋１又は−１）になった場合には、stateを２にする。state２では、位相調整搬送波ｃ’を発生し続ける。state２の後、搬送波ｃがピーク値（ｃ＝＋１又は−１）になると、stateを０に戻す。そして、位相調整搬送波ｃ’を搬送波ｃに戻す。
【００３０】
一方、本形態では、変調波ａの値に応じて、制御信号ＶGの位相のシフト量を変えている。すなわち、図１、図２に示すごとく、変調波ａが高くなるほど、下アーム制御信号ＶGLの幅ＴONは短くなる。そのため、図１に示すごとく、変調波ａが閾値+ａ_thsより僅かに高く、下アーム制御信号ＶGLの幅ＴONが比較的長い場合は、制御信号ＶGの位相のシフト量Δφを充分大きくしないと、センス電圧を検出する時刻ｔ１において、上アーム半導体素子２Hがオフになってしまう。そのため、シフト量Δφを大きくしないと、上アーム半導体素子２Hのセンス電圧を検出できない。これに対して、図２に示すごとく、変調波ａが閾値+ａ_thsより十分高く、下アーム制御信号ＶGLの幅ＴONが短い場合は、位相のシフト量Δφが小さくても、センス電圧を検出する時刻ｔ１において、上アーム半導体素子２Hをオンにすることができる。そのため、位相のシフト量Δφが小さくても、上アーム半導体素子２Hのセンス電圧を測定することができる。
【００３１】
次に、本形態の作用効果について説明する。図１、図２に示すごとく、本形態の電力変換装置１は、上アーム半導体素子２Hと下アーム半導体２Lとの一対の半導体素子２のうち一方の半導体素子２（２L）がオンする時間ＴONが、閾時間ＴTHより短い場合には、制御信号ＶGの位相をシフトさせ、他方の半導体素子２（２H）のオン電流を測定するよう構成されている。
このようにすると、半導体素子２のオン時間ＴONを変更することなく、オン電流ＩONを正確に測定できる。
すなわち、本形態では、上記一方の半導体素子２（２L）のオン時間ＴONが上記閾時間ＴTHより短い場合は、制御信号ＶGの位相をシフトさせる。そのため、制御信号ＶGの幅、すなわちオン時間ＴONは変動せず、オンデューティは変動しない。したがって、従来のように、オン電流ＩONを測定した後、オンデューティの調整をする必要はない。
また、本形態では、オン時間ＴONが短い上記一方の半導体素子２（２L）の代わりに、他方の半導体素子２（２H）のオン電流を測定している。そのため、一方の半導体素子２（２L）がオンした直後、リンギングが発生しているときに、該一方の半導体素子２（２L）のオン電流ＩONを測定しなくてすむ。したがって、リンギングの影響を大きく受けることなく、半導体素子２のオン電流ＩONを正確に測定でき、電力変換装置１の出力電流ＩOUTを正確に測定することが可能になる。
【００３２】
すなわち、図２１に示すごとく、従来は、変調波ａが高く、下アーム制御信号ＶGLの幅ＴONが短い場合でも、下アーム半導体素子２Lのセンス電圧を検出していた。そのため、下アーム半導体素子２Lがオンした直後にセンス電圧を検出することになり、リンギングの影響を受けて、センス電圧を正確に測定できなかった。したがって、オン電流ＩONを正確に測定できなかった。また、この問題を解決するため、図２２に示すごとく、変調波ａが高い場合に、下アーム半導体素子２Lのオン時間ＴONを長くする方法も検討されている。このようにすれば、下アーム半導体素子２Lがオンしてから充分時間が経過し、リンギングが小さくなってから、センス電圧を測定できる。しかしながら、この場合、下アーム半導体素子２Lのオン時間ＴONを長くしているため、オンデューティが高くなってしまう。そのため、下アーム半導体素子２Lのオン時間ＴONを短くする期間を別途設け、オンデューティの調整を行う必要がある。これに対して、本形態のように、制御信号ＶGの位相をシフトさせれば、制御信号ＶGの時間幅、すなわち半導体素子２をオンする時間ＴONを変更しなくてすむ。したがって、オン電流ＩONを測定した後、半導体素子２のオンデューティを調整する必要がなくなる。また、本形態では、下アーム半導体素子２Lの代わりに、リンギングの影響を大きく受けない上アーム半導体素子２Hのオン電流ＩONを測定しているため、オン電流ＩONを正確に測定できる。
【００３３】
また、図１、図７に示すごとく、本形態の制御部３は、制御信号ＶGの位相のシフト量Δφを、搬送波ｃの周期より小さくしている。
そのため、制御信号ＶGの位相のシフト量Δφを僅かにすることができる。したがって、他方の半導体素子２（２H）が長時間オンし続けることを防止できる。また、搬送波ｃのピーク値ｃPごとにオン電流ＩONを測定することが可能になる。
【００３４】
また、図１、図７に示すごとく、本形態の制御部３は、搬送波ｃの位相をシフトすることにより、制御信号ＶGの位相をシフトするよう構成されている。
そのため、簡素なプログラムで、制御信号ＶGの位相を確実にシフトさせることができる。
【００３５】
また、図１、図７に示すごとく、本形態の制御部３は、変調波ａが予め定められた範囲+ａ_ths〜-ａ_thsを超えた場合に、制御信号ＶGの位相をシフトするよう構成されている。
このように、変調波ａが予め定められた範囲+ａ_ths〜-ａ_thsを超えたか否かを判断すれば、一方の半導体素子２（２L）のオン時間ＴONが閾時間Ｔth以下になったか否かを容易に判断できる。そのため、制御信号ＶGの位相をシフトする制御を容易に行うことができる。
【００３６】
また、図１、図２に示すごとく、本形態の制御部３は、変調波ａの値に応じて、制御信号ＶGの位相のシフト量Δφを変えるよう構成されている。
そのため、位相のシフト量Δφを、変調波ａの値に応じて最適化することができる。
【００３７】
また、図１、図２に示すごとく、本形態の制御部３は、変調波ａの値が、搬送波ｃのピーク値ｃPに近いほど、制御信号ＶGの位相のシフト量Δφを少なくするよう構成されている。
そのため、図２に示すごとく、例えば変調波ａの値が高く、下アーム半導体素子２Lのオン時間ＴONが短い場合には、位相を僅かな量だけシフトさせることができる。そのため、位相のシフト量Δφを最低限にしつつ、上アーム半導体素子２Hのセンス電圧、すなわちオン電流ＩONを正確に測定することができる。
【００３８】
また、図７に示すごとく、本形態の制御部３は、制御信号ＶGの位相を、搬送波ｃに対して遅らせるよう構成されている。
そのため、他方の半導体素子２（２H）のオン電流ＩONを正確に測定できる。すなわち、図１８に示すごとく、制御信号ＶGの位相を、搬送波ｃに対して進めることも可能であるが、この場合、上アーム半導体素子２Hがオンした後、充分に時間が経過してからセンス電圧を測定しないと、リンギングの影響を受けてしまい、センス電圧を正確に測定できない可能性がある。これに対して、図１に示すごとく、本形態のように、制御信号ＶGの位相を遅らせれば、上アーム半導体素子２Hにリンギングが発生する前にセンス電圧を測定できるため、センス電圧を正確に測定することができる。そのため、オン電流ＩONを正確に測定できる。
【００３９】
以上のごとく、本形態によれば、出力電流を正確に測定でき、半導体素子のオンデューティを調整する必要がない電力変換装置を提供することができる。
【００４０】
なお、本形態においては、下アーム半導体素子２Lのオン時間ＴONが閾時間Ｔthより短くなった場合について主に説明したが、上アーム半導体素子２Hのオン時間が短くなった場合も、同様の制御が行われる。すなわち、上アーム半導体素子２Hのオン時間ＴONが閾時間Ｔthより短い場合は、制御信号ＶGの位相をシフトさせ、下アーム半導体素子２Lのオン電流ＩONを測定する制御が行われる。
【００４１】
また、本形態では、ＰＷＭ制御として、搬送波ｃと変調波ａとを比較する方法を採用したが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、いわゆる空間ベクトル法を採用してもよい。
【００４２】
また、本形態の電力変換装置１は、車両を走行させるための主機モータ（交流負荷８）を制御するために用いられているが、本発明はこれに限るものではない。例えば電力変換装置１を、ラジエータファン等の補機モータの制御や、車載以外のモータの制御に用いることもできる。また、電力変換装置を、パワーコンディショナー等の電源装置として用いることもできる。
【００４３】
また、本形態では、半導体素子２としてＩＧＢＴを用いたが、ＭＯＳＦＥＴ等を用いても良い。
【００４４】
以下の実施形態においては、図面に用いた符号のうち、実施形態１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施形態１と同様の構成要素等を表す。
【００４５】
（実施形態２）
本形態は、変調波ａとシフト量Δφとの関係を変更した例である。図８、図９に示すごとく、本形態では、変調波ａの値に関わらず、制御信号ＶGの位相のシフト量Δφを一定にしている。
このようにすると、制御信号ＶGの位相をシフトさせるためのプログラムを簡素にすることができる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。
【００４６】
（実施形態３）
本形態は、制御信号ＶGをシフトさせる方法を変更した例である。図１２〜図１４に示すごとく、本形態では、半導体素子２がオンする時間ＴONが閾時間Ｔthより短い場合は、変調波ａの値を補正する。これにより、制御信号ＶGの位相をシフトさせている。
【００４７】
本形態では、変調波ａが予め定められた範囲+ａ_ths〜-ａ_thsを超えた場合には、変調波ａを補正する。例えば図１２に示すごとく、変調波ａが閾値+ａ_ths以上になった場合（state１）は、補正変調波ａ’を発生する。補正変調波ａ’の値は、搬送波ｃのピーク値ｃPを超えた値（+ａ_mgn）にする。また、搬送波ｃがピーク値ｃPとなった後、所定の期間（state２）、補正変調波ａ’を発生し続ける。state１，２では、補正変調波ａ’と搬送波ｃとを比較することにより、制御信号ＶGを発生する。
【００４８】
また、state１，２では、変調波ａの補正量ａ_sft（補正変調波ａ’から変調波ａを減算した値）を記憶しておく。そして、変調波ａが閾値+ａ_ths以下になった場合(state３)、補正変調波ａ’を再び発生する。state３における補正変調波ａ’の値は、変調波ａから上記補正量ａ_sftを減算した値にする。
【００４９】
このようにすると、state１，２では、搬送波ｃの方が補正変調波ａ’より低いため、上アーム制御信号ＶGHはＨを維持し、下アーム制御信号ＶGLはＬを維持する。また、state３に移ると、搬送波ｃの方が補正変調波ａ’より高くなるため、上アーム制御信号ＶGHはＬになり、下アーム制御信号ＶGLはＨになる。そのため、制御信号ＶGの位相がシフトする。
【００５０】
また、上述したように、本形態では、state１，２における補正量ａ_sft（変調波ａの上昇量）と同じ値だけ、state３において変調波ａの値を下げ、補正変調波ａ’を発生している。そのため、制御信号ＶGの幅を大きく変えることなく、位相のみ、シフトさせることができる。
【００５１】
また、上記制御を行うと、図１４、図１５に示すごとく、変調波ａの値に応じて、制御信号ＶGの位相のシフト量Δφを変えることができる。すなわち、図１４に示すごとく、変調波ａが閾値+ａ_thsより僅かに高い場合は、補正量ａ_sftが大きいため、位相のシフト量Δφを大きくすることができる。また、図１５に示すごとく、変調波ａが搬送波ｃのピーク値ｃPに近い場合は、補正量ａ_sftが小さいため、制御信号ＶGの位相のシフト量Δφを小さくすることができる。そのため、必要最低限だけ、制御信号ＶGの位相をシフトさせることができる。
【００５２】
また、図１３に示すごとく、変調波ａの値が低い場合も、同様の処理が行われる。すなわち、変調波ａが閾値-ａ_ths未満になった場合（state４）は、補正変調波ａ’を発生する。補正変調波ａ’の値は、搬送波ｃのピーク値ｃPより小さい値（-ａ_mgn）にする。また、搬送波ｃがピーク値ｃPとなった後、所定の期間（state５）、補正変調波ａ’を発生し続ける。state４，５では、補正変調波ａ’と搬送波ｃとを比較することにより、制御信号ＶGを発生する。
【００５３】
また、state４，５では、変調波ａの補正量ａ_sftを記憶しておく。そして、変調波ａが閾値-ａ_ths以上になった場合(state６)、補正変調波ａ’を再び発生する。state６における補正変調波ａ’の値は、変調波ａに上記補正量ａ_sftを加算した値にする。
【００５４】
次に、図１０を用いて、本形態の信号発生部４の構成について説明する。本形態の信号発生部４は、変調波補正回路４５と、三角波頂点トリガ生成回路４２と、制御信号生成回路４３と、ＡＮＤ回路４４と、記憶回路４６とを備える。変調波補正回路４５は、変調波ａが上記範囲+ａ_ths〜-ａ_thsを超えた場合（state１,２：図１２参照）に、補正変調波ａ’を発生する。また、記憶回路４６は、変調波ａの補正量ａ_sftを記憶する。変調波補正回路４５は、変調波ａが上記範囲+ａ_ths〜-ａ_ths以内になったとき（state３）に、記憶された補正量ａ_sftを変調波ａから減算して、補正変調波ａ’を発生する。
【００５５】
制御信号生成回路４３は、補正変調波ａ’と搬送波ｃとを比較して、制御信号ＶGを生成する。制御信号生成回路４３は、補正変調波ａ’が発生していないときは、変調波ａと搬送波ｃとを比較して、制御信号ＶGを生成する。また、三角波頂点トリガ生成回路４２は、搬送波ｃがピーク値ｃPとなったときに、三角波頂点トリガ信号ＳTを発生する。ＡＮＤ回路４４は、制御信号ＶGと三角波頂点トリガ信号ＳTとが両方ともＨになった瞬間に、オン電流ＩONを検出する指令である、電流検出トリガ信号ＶTHを発生する。
【００５６】
次に、図１１を用いて、本形態の状態遷移図の説明をする。制御部３は、変調波ａが予め定められた範囲+ａ_ths〜-ａ_ths以内であるときは、stateを０にする（図１２参照）。そして、搬送波ｃが−１（低側のピーク値）となり、かつ変調波ａが高側の閾値+ａ_thsを超えた場合（+ａ_ths＜ａ＜＋１）には、stateを１にする。ここでは、補正変調波ａ’を発生し、その値を+ａ_mgnにする。また、+ａ_mgnから変調波ａを減算した値（+ａ_mgn−ａ）を、補正量ａ_sftとして記憶する。
【００５７】
その後、搬送波ｃが＋１（高側のピーク値）となった場合は、stateを２にする。ここでは、補正変調波ａ’を発生し続ける。次いで、搬送波ｃが高側のピーク値（＋１）から+ａ_mgnを減算した値（＋１−ａ_mgn）以下になった場合、stateを３にする。ここでは、変調波ａから上記補正量ａ_sftを減算した値（ａ−ａ_sft）を、補正変調波ａ’として出力する。その後、搬送波ｃが−１（低側のピーク値）となった場合は、stateを０に戻す。
【００５８】
また、state０になった後、搬送波cが＋１（高側のピーク値）となり、かつ変調波ａが低側の閾値-ａ_ths未満となった場合（−１＜ａ＜-ａ_ths）には、stateを４にする（図１３参照）。ここでは、補正変調波ａ’を発生し、その値を-ａ_mgnにする。また、ａ_mgnから変調波ａを減算した値（+ａ_mgn−ａ）を、補正量ａ_sftとして記憶する。
【００５９】
その後、搬送波ｃが−１（低側のピーク値）となった場合、stateを５にする。ここでは、補正変調波ａ’を出力し続ける。次いで、搬送波ｃが低側のピーク値（−１）に+ａ_mgnを加算した値（−１+ａ_mgn）より大きくなった場合、stateを６にする。ここでは、変調波ａから上記補正量ａ_sftを減算した値（ａ−ａ_sft）を、補正変調波ａ’として出力する。その後、搬送波ｃが＋１（高側のピーク値）となった場合は、stateを０に戻す。
【００６０】
本形態の作用効果について説明する。本形態では図１２、図１４に示すごとく、実施形態１と同様に、一対の半導体素子２（２H，２L）のうち一方の半導体素子２（２L）のオン時間ＴONが閾時間Ｔthより短い場合に、制御信号ＶGの位相をシフトさせている。そして、他方の半導体素子２（２H）のオン電流ＩONを測定している。そのため、実施形態１と同様に、下アーム半導体素子２Lがオンした直後に、下アーム半導体素子２Lのオン電流ＩONを測定しなくてすむ。したがって、リンギングの影響を受けることなく、オン電流ＩONを正確に測定することができる。
【００６１】
また、本形態では、図１２に示すごとく、変調波ａを補正することにより、制御信号ＶGの位相をシフトさせている。そのため、簡単なプログラムで、制御信号ＶGの位相を、確実にシフトすることができる。
【００６２】
また、図１２、図１４に示すごとく、本形態では、変調波ａが予め定められた範囲+ａ_ths〜-ａ_thsを超えたときに、制御信号ＶGの位相をシフトさせている。そのため、変調波ａが上記範囲+ａ_ths〜-ａ_thsを超えたとき、すなわち半導体素子２のオン時間ＴONが閾時間Ｔthよりも短くなった場合に、制御信号ＶGの位相を確実にシフトすることができる。
【００６３】
また、図１４、図１５に示すごとく、本形態では、変調波ａが搬送波ｃのピーク値ｃPに近づくほど、制御信号ＶGの位相のシフト量Δφを小さくしている。
そのため、制御信号ＶGの位相のシフト量Δφを最適化することができる。すなわち、図１４に示すごとく、変調波ａが比較的低く、下アーム半導体素子２Lのオン時間ＴONが図１５と比べて長い場合は、制御信号ＶGの位相を大きくシフトできる。そのため、上アーム半導体素子２Hのオン電流ＩONを測定するときに、上アーム半導体素子２Hがオンになり下アーム半導体素子２Lがオフになった状態を維持できる。したがって、上アーム半導体素子２Hのオン電流ＩONを確実に測定できる。また、図１５に示すごとく、変調波ａが高く、下アーム半導体素子２Lのオン時間ＴONが短い場合は、制御信号ＶGの位相のシフト量Δφを少なくすることができる。そのため、制御信号ＶGの位相を必要以上にシフトさせることなく、上アーム半導体素子２Hのオン電流ＩONを測定する際に、上アーム半導体素子２Hがオンした状態を維持できる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。
【００６４】
（実施形態４）
本形態は、制御信号ＶGの位相のシフト量Δφを変更した例である。図１６、図１７に示すごとく、本形態では実施例３と同様に、変調波ａを補正することにより、制御信号ＶGの位相をシフトさせている。また、実施形態３と異なり、本形態では、変調波ａの値に関わらず、制御信号ＶGの位相のシフト量Δφを一定にしている。
【００６５】
このようにすると、シフト量Δφが一定なので、位相をシフトするためのプログラムを簡素にすることができる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。
【００６６】
（実施形態５）
本形態は、制御信号ＶGの位相をシフトする向きを変更した例である。図１８に示すごとく、本形態では、実施形態１と同様に、変調波ａが閾値+ａ_thsを超えたときに、位相調整搬送波ｃ’を発生させて、制御信号ＶGの位相をシフトさせている。位相調整搬送波ｃ’は、搬送波ｃよりも位相が進んでいる。この位相調整搬送波ｃ’と変調波ａとを比較することにより、制御信号ＶGを発生している。本形態では、位相調整搬送波ｃ’の位相が進められているため、制御信号ＶGの位相も進んでいる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。
【００６７】
（実施形態６）
本形態は、オン電流Ｉの測定方法を変更した例である。図１９に示すごとく、本形態では、実施形態１と異なり、半導体素子２にセンサセル２０及びセンス端子２１を設けていない。本形態では、半導体素子２のエミッタ端子２９にシャント抵抗Ｒを接続している。そして、オン電流ＩONが流れたときにシャント抵抗Ｒに発生する電圧降下を、測定回路５１によって測定している。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。
【００６８】
（実施形態７）
本形態は、電力変換装置１の回路構成を変更した例である。図２０に示すごとく、本形態の電力変換装置１は、上アーム半導体素子２Hと、下アーム半導体素子２Lと、制御部３と、リアクトル１９と、平滑コンデンサ１７，１８を備える。これらの電子部品によって、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを構成してある。本形態では、半導体素子２としてＭＯＳＦＥＴを用いている。
【００６９】
双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させるときは、例えば、上アーム半導体素子２Hと下アーム半導体素子２Lとを交互にスイッチング動作させる。制御部３は、一対の半導体素子２H，２Lのうち一方の半導体素子２がオンする時間ＴONが、予め定められた閾時間Ｔthより短い場合には、制御信号の位相をシフトさせ、他方の半導体素子のオン電流ＩONを測定するよう構成されている。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。
【符号の説明】
【００７０】
１  電力変換装置
２  半導体素子
２H  上アーム半導体素子
２L  下アーム半導体素子
３  制御部
４  信号発生部
５  電流測定部
ＩON  オン電流
Ｔth  閾時間
ＶG  制御信号
【図１】
0006665669.tif 000002
【図２】
0006665669.tif 000003
【図３】
0006665669.tif 000004
【図４】
0006665669.tif 000005
【図５】
0006665669.tif 000006
【図６】
0006665669.tif 000007
【図７】
0006665669.tif 000008
【図８】
0006665669.tif 000009
【図９】
0006665669.tif 000010
【図１０】
0006665669.tif 000011
【図１１】
0006665669.tif 000012
【図１２】
0006665669.tif 000013
【図１３】
0006665669.tif 000014
【図１４】
0006665669.tif 000015
【図１５】
0006665669.tif 000016
【図１６】
0006665669.tif 000017
【図１７】
0006665669.tif 000018
【図１８】
0006665669.tif 000019
【図１９】
0006665669.tif 000020
【図２０】
0006665669.tif 000021
【図２１】
0006665669.tif 000022
【図２２】
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