(57)【要約】【課題】従来よりも信頼性を向上させることができる電力変換装置及びそれを備えた電機システムを提供することにある。【解決手段】上記課題は、変換部６０と、それの駆動を制御する制御部５０とを有する電力変換装置において、少なくとも上アーム異常検出回路７によって異常が検出され、かつ駆動信号発生回路２１によって下アームＩＧＢＴ３をオンさせるための駆動信号が発生した場合、所定の期間、上アームＩＧＢＴ１及び下アームＩＧＢＴ３をオフさせるための駆動信号を上アーム駆動回路５及び下アーム駆動回路１２に出力する上アーム出力制御回路７０及び下アーム出力制御回路８０とを制御部５０に具備することにより解決することができる。【選択図】  図１
2004260981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源端子間に電気的に接続され、少なくとも２つの電力変換用半導体素子が電気的に直列接続されて構成された変換部と、前記２つの電力変換用半導体素子のそれぞれを駆動させるための駆動信号を発生して前記２つの電力変換用半導体素子のそれぞれの駆動を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記２つの電力変換用半導体素子のそれぞれの異常を検出すると共に、少なくとも前記２つの電力変換用半導体素子の一方の異常が検出されて、前記２つの電力変換用半導体素子の一方がオフとなるように前記２つの電力変換用半導体素子の一方の駆動を制御している状態で、前記２つの電力変換用半導体素子の他方の駆動信号としてオン信号が発生した場合、前記２つの電力変換用半導体素子の他方が所定期間オフとなるように前記２つの電力変換用半導体素子の他方の駆動を制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
電源端子間に電気的に接続され、少なくとも２つの電力変換用半導体素子が電気的に直列接続されて構成された変換部と、前記２つの電力変換用半導体素子のそれぞれを駆動させるための駆動信号を発生して前記２つの電力変換用半導体素子のそれぞれの駆動を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記２つの電力変換用半導体素子のそれぞれの異常を検出する回路と、前記駆動信号を発生する回路と、前記２つの電力変換用半導体素子のそれぞれを駆動する回路と、前記異常検出回路によって異常が検出され、かつ前記駆動信号発生回路によって電力変換用半導体素子をオンさせるための駆動信号が発生した場合、所定の期間、電力変換用半導体素子をオフさせるための駆動信号を前記駆動回路に出力するように制御する回路とを有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換装置において、前記出力制御回路は、前記異常検出回路からの出力を保持してそれを所定期間出力するタイマと、前記タイマからの出力を反転させるＮＯＴ回路と、前記ＮＯＴ回路からの出力と前記駆動信号発生回路からの出力を受けて、電力変換用半導体素子をオン又はオフさせるための駆動信号を前記駆動回路に出力するＡＮＤ回路とを有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
電源から供給された電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、前記電力の供給を受けて駆動される電機負荷とを有する電機システムであって、前記電力変換装置は、電源端子間に電気的に接続され、少なくとも２つの電力変換用半導体素子が電気的に直列接続されて構成された変換部と、前記２つの電力変換用半導体素子のそれぞれを駆動させるための駆動信号を発生して前記２つの電力変換用半導体素子のそれぞれの駆動を制御すると共に、前記２つの電力変換用半導体素子のそれぞれの異常を検出し、かつ少なくとも前記２つの電力変換用半導体素子の一方の異常が検出されて、前記２つの電力変換用半導体素子の一方がオフとなるように前記２つの電力変換用半導体素子の一方の駆動を制御している状態で、前記２つの電力変換用半導体素子の他方の駆動信号としてオン信号が発生した場合、前記２つの電力変換用半導体素子の他方が所定期間オフとなるように前記２つの電力変換用半導体素子の他方の駆動を制御する制御部とを有して構成されていることを特徴とする電機システム。
【請求項５】
請求項４に記載の電機システムにおいて、前記電力変換装置は、バッテリから供給された直流電力を交流電力に変換するインバータ装置であり、前記電機負荷は、前記インバータ装置から供給された交流電力を受けて回転駆動し、車両の駆動輪を回転駆動させる交流電動機であることを特徴とする電機システム。
【請求項６】
請求項４に記載の電機システムにおいて、前記電力変換装置は、バッテリから供給された直流電力を所定の直流電力に変換する直流変換装置であり、前記電機負荷は、前記直流変換装置から供給された直流電力を受けて回転駆動し、車両の駆動輪を回転駆動させる直流電動機であることを特徴とする電機システム。
【請求項７】
電源から供給された電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、前記電力の供給を受けて駆動される電機負荷とを有する電機システムであって、前記電力変換装置は、電源端子間に電気的に接続され、少なくとも２つの電力変換用半導体素子が電気的に直列接続されて構成された変換部と、前記２つの電力変換用半導体素子のそれぞれを駆動させるための駆動信号を発生して前記２つの電力変換用半導体素子のそれぞれの駆動を制御すると共に、前記２つの電力変換用半導体素子のそれぞれの異常を検出する回路と、前記駆動信号を発生する回路と、前記２つの電力変換用半導体素子のそれぞれを駆動する回路と、前記異常検出回路によって異常が検出され、かつ前記駆動信号発生回路によって電力変換用半導体素子をオンさせるための駆動信号が発生した場合、所定の期間、電力変換用半導体素子をオフさせるための駆動信号を前記駆動回路に出力するように制御する回路とを具備する制御部とを有して構成されていることを特徴とする電機システム。
【請求項８】
請求項７に記載の電機システムにおいて、前記電力変換装置は、バッテリから供給された直流電力を交流電力に変換するインバータ装置であり、前記電機負荷は、前記インバータ装置から供給された交流電力を受けて回転駆動し、車両の駆動輪を回転駆動させる交流電動機であることを特徴とする電機システム。
【請求項９】
請求項７に記載の電機システムにおいて、前記電力変換装置は、バッテリから供給された直流電力を所定の直流電力に変換する直流変換装置であり、前記電機負荷は、前記直流変換装置から供給された直流電力を受けて回転駆動し、車両の駆動輪を回転駆動させる直流電動機であることを特徴とする電機システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源から供給された電力を所定の電力に変換する電力変換装置及びそれを用いた電機システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力変換用半導体素子（スイッチング素子）としては、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と呼称されており、以下、それを「ＩＧＢＴ」と略称する）が一般に知られている。ＩＧＢＴは電圧駆動型素子であるので、ゲート電流がターンオン・オフ時のみに過渡的に流れる。このため、ＩＧＢＴを用いた電力変換装置では、ＩＧＢＴを駆動制御する制御部における損失を、電流駆動型素子を用いた場合に比べて低減することができる。また、ＩＧＢＴを用いた電力変換装置では、制御部における電力容量が小さくなるので、制御部を小型化することができる。さらに、ＩＧＢＴを用いた電力変換装置では、マイクロコンピュータ（以下、それを「マイコン」と略称する）やＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などから構成されたパルス発生回路で発生した信号をドライバＩＣで増幅してＩＧＴＢを駆動するので、ＩＧＢＴの駆動の制御がし易い。
【０００３】
従来、ＩＧＢＴを電力変換用半導体素子（スイッチング素子）として採用した電力変換装置としては、例えば特許文献１に記載されたインバータ装置が知られている。この文献に記載されたものでは、ＩＧＢＴのゲートをソフトに遮断するようにＩＧＢＴの駆動を制御している。すなわちＩＧＢＴには、遮断できる電流と電圧の範囲、いわゆるＲＢＳＯＡ（Ｒｅｖｅｒｓｅ  Ｂｉａｓ  Ｓａｆｔｙ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  Ａｒｅａ）が決まっている。負荷が短絡した状態でＩＧＢＴにオン信号が入力された場合、定格電流の５倍以上の飽和電流が流れる。この時、この飽和電流を定格電流と同じゲート電圧の減衰で遮断すると、電流変化率ｄＩ／ｄｔが大きくなり、配線インダクタンスの積（Ｌ×ｄＩ／ｄｔ）によって大きな跳ね上がり電圧が発生し、この跳ね上がり電圧がＲＢＳＯＡを超えてしまう。このため、ＩＧＢＴが破壊に至る場合がある。これを防止するために従来では、上述のようにＩＧＢＴのゲート電圧をソフトに減衰させて飽和電流を遮断している。ＩＧＢＴのゲート電圧をソフトに減衰させて飽和電流を遮断する手段によれば、電流変化率を小さくして跳ね上がり電圧を抑え、跳ね上がり電圧がＲＢＳＯＡを逸脱することを抑制することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１１３２６５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では、ＩＧＢＴのゲート電圧をソフトに減衰させて飽和電流を遮断することによって、電流変化率に起因する跳ね上がり電圧がＲＢＳＯＡを逸脱することを抑制し、電力変換装置の信頼性を向上させている。しかし、従来の技術では、ＩＧＢＴのゲート電圧をソフトに減衰させて飽和電流を遮断している状態において、ＩＧＢＴのゲート電圧がしきい値電圧以上になっている期間が、定格電流を遮断している場合よりも長いということまで考慮していない。電力変換装置の信頼性をさらに向上させるためには、ＩＧＢＴのゲート電圧をソフトに減衰させて飽和電流を遮断している状態において、ＩＧＢＴのゲート電圧がしきい値電圧以上になっている期間が、定格電流を遮断している場合よりも長いということまで考慮することが好ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願の発明者は、電力変換用半導体素子の駆動を制御する制御部側から電力変換装置のさらなる信頼性の向上を図るために研究を行っていた。この結果、ＩＧＢＴのゲート電圧をソフトに減衰させて飽和電流を遮断している状態において、マイコンからの駆動信号がオフ信号であるにも拘らず、ＩＧＢＴのゲート電圧がしきい値電圧以上になっている期間が、定格電流を遮断している場合よりも長いということを見出した。すなわちＩＧＢＴのゲート電圧がしきい値電圧以上になっている期間が、定格電流を遮断している場合よりも長いと、その期間中に、ゲート電圧をソフトに減衰させて飽和電流を遮断させているＩＧＢＴと対のＩＧＢＴにオンの駆動信号が入力された場合、両方のＩＧＢＴがオン状態になり、ＩＧＢＴに過電流が流れてしまい、ＩＧＢＴが破壊に至る場合があるということが判明した。
【０００７】
ここに、本発明は、従来よりも信頼性を向上させることができる電力変換装置を提供する。また、本発明は、ＩＧＢＴのゲート電圧をソフトに減衰させて飽和電流を遮断させている状態において、ゲート電圧をソフトに減衰させて飽和電流を遮断させているＩＧＢＴとは対のＩＧＢＴを所定期間オフにすることができる電力変換装置を提供する。さらに、本発明は、上記電力変換装置を備えた電機システムを提供する。
【０００８】
上記電力変換装置は、電源端子間に電気的に接続され、少なくとも２つの電力変換用半導体素子が電気的に直列接続されて構成された変換部と、２つの電力変換用半導体素子のそれぞれを駆動させるための駆動信号を発生して２つの電力変換用半導体素子のそれぞれの駆動を制御する制御部とを有するものにおいて、制御部が、２つの電力変換用半導体素子のそれぞれの異常を検出すると共に、２つの電力変換用半導体素子の一方の異常が検出されて、２つの電力変換用半導体素子の一方がオフとなるように２つの電力変換用半導体素子の一方の駆動を制御している状態で、２つの電力変換用半導体素子の他方の駆動信号としてオン信号が発生した場合、２つの電力変換用半導体素子の他方が所定期間オフとなるように２つの電力変換用半導体素子の他方の駆動を制御することにより達成することができる。
【０００９】
上記のように構成された本発明の電力変換装置によれば、ＩＧＢＴのゲート電圧をソフトに減衰させて飽和電流を遮断させている状態において、ゲート電圧をソフトに減衰させて飽和電流を遮断させているＩＧＢＴと対のＩＧＢＴをオンさせる駆動信号が発生した場合、当該ＩＧＢＴに当該駆動信号が入力されるのを阻止することができる。従って、本発明の電力変換装置によれば、ゲート電圧をソフトに減衰させて飽和電流を遮断させているＩＧＢＴと対のＩＧＢＴを所定期間オフにして、両方のＩＧＢＴがオン状態になることを防止し、ＩＧＢＴに過電流が流れてＩＧＢＴが破壊することを防止することができる。
【００１０】
また、上記電機システムは、電源から供給された電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、その電力の供給を受けて駆動される電機負荷とを有するものにおいて、電力変換装置として、上述のように構成された電力変換装置を用いることにより達成することができる。電力変換装置は、例えばバッテリから供給された直流電力を交流電力に変換するインバータ装置又はバッテリから供給された直流電力を所定の直流電力に変換する直流変換装置である。電機負荷は、例えばインバータ装置から供給された交流電力を受けて回転駆動し、車両の駆動輪を回転駆動させる交流電動機又は直流変換装置から供給された直流電力を受けて回転駆動し、車両の駆動輪を回転駆動させる直流電動機である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施例を図１に基づいて説明する。図１は、本実施例の電力変換装置である直流変換装置（直流チョッパ装置或いはＤＣ−ＤＣコンバータ装置という場合もある）の構成を示す。
【００１２】
直流変換装置４００は、車載電源であるバッテリ１００から供給された直流電力を所定の直流電力に変換して電機負荷に供給する電力変換装置である。電機負荷としては、例えば直流電力を受けて回転駆動し、車両の駆動輪を回転駆動させる直流電動機がある。直流変換装置４００は、大別すると、直流電力を所定の直流電力に変換する変換部６０と、この変換部６０を構成する電力変換用スイッチング半導体素子の駆動を制御する制御部５０から構成されている。
【００１３】
変換部６０は、上アームＩＧＢＴ１及び下アームＩＧＢＴ３の２つの電力変換用スイッチング半導体素子が電気的に直列接続されて構成された変換回路（アーム）である。具体的に上アームＩＧＢＴ１のコレクタはバッテリ１００の高電位側に電気的に接続されている。上アームＩＧＢＴ１のエミッタはＤＣ−ＤＣコンバータ装置４００の出力端子２００及び下アームＩＧＢＴ３のコレクタに電気的に接続されている。上アームＩＧＢＴ１のコレクタ−エミッタ間にはダイオード２が電気的に並列接続されている。下アームＩＧＢＴ３のコレクタはＤＣ−ＤＣコンバータ装置４００の出力端子２００及び上アームＩＧＢＴ１のコレクタに電気的に接続されている。下アームＩＧＢＴ３のエミッタはバッテリ１００の低電位側に電気的に接続されている。下アームＩＧＢＴ３のコレクタ−エミッタ間にはダイオード４が電気的に並列接続されている。
【００１４】
上アームＩＧＢＴ１のエミッタはマルチ構成になっている。上アームＩＧＢＴ１のマルチエミッタの一方は下アームＩＧＢＴ３のコレクタ及び出力端子２００に電気的に接続されている。上アームＩＧＢＴ１のマルチエミッタの他方はセンス端子を構成しており、抵抗６が電気的に接続されている。下アームＩＧＢＴ３のエミッタもマルチ構成になっている。下アームＩＧＢＴ３のマルチエミッタの一方はバッテリ１００の低電位側に電気的に接続されている。下アームＩＧＢＴ３のマルチエミッタの他方はセンス端子を構成しており、抵抗１１が電気的に接続されている。
【００１５】
出力端子２００は電機負荷の入力側の正極側と電気的に接続されている。電機負荷の入力側の負極側は下アームＩＧＢＴ３のマルチエミッタの一方に電気的に接続されている。
【００１６】
制御部５０は、上アームＩＧＢＴ１及び下アームＩＧＢＴ３の駆動（スイッチング動作）を制御するものである。具体的に制御部５０は、マイコン２２から外部指令を受けて上アームＩＧＢＴ１及び下アームＩＧＢＴ３がスイッチング動作するための駆動電力をそれぞれのゲートに供給するものである。制御部５０において２１は、マイコン２２からの上アーム駆動指令及び下アーム駆動指令を受けて上アームＩＧＢＴ１及び下アームＩＧＢＴ３のそれぞれを駆動させるための駆動信号を発生する駆動信号発生回路である。駆動信号発生回路２１とマイコン
２２との間はフォトカプラ或いはパルストランスなどの絶縁素子で電気的に絶縁されている。
【００１７】
７０は、駆動信号発生回路２１から出力された高電位側の駆動信号を受け、その駆動信号と同じ駆動信号或いはその駆動信号とは異なる駆動信号（駆動信号発生回路２１から出力された駆動信号が上アームＩＧＢＴ１をオンさせる駆動信号であった場合には上アームＩＧＢＴ１をオフさせるための駆動信号）のどちらか一方の駆動信号を出力する上アーム出力制御回路である。８０は、駆動信号発生回路２１から出力された低電位側の駆動信号を受け、その駆動信号と同じ駆動信号或いはその駆動信号とは異なる駆動信号（駆動信号発生回路２１から出力された駆動信号が下アームＩＧＢＴ３をオンさせる駆動信号であった場合には下アームＩＧＢＴ１をオフさせるための駆動信号）のどちらか一方の駆動信号を出力する下アーム出力制御回路である。
【００１８】
９は、上アーム出力制御回路７０から出力された駆動信号を受け、その駆動信号の電圧レベルを低圧から高圧に変圧（昇圧）するレベルシフト回路である。５は、レベルシフト回路９から出力され駆動信号を受け、上アームＩＧＢＴ１のゲートにオン又はオフさせるための駆動電力（駆動信号）を供給する上アーム駆動回路である。１２は、出力制御回路８０から出力された駆動信号を受け、下アームＩＧＢＴ３のゲートにオン又はオフさせるための駆動電力（駆動信号）を供給する下アーム駆動回路である。
【００１９】
７は、抵抗６の両端に電気的に接続されていると共に、上アームＩＧＢＴ１の異常を検出し、この結果を上アーム駆動回路５及び上アーム出力制御回路７０に出力する上アーム異常検出回路である。上アーム駆動回路５は、上アーム異常検出回路７により上アームＩＧＢＴ１の異常が検出された場合、上アームＩＧＢＴ１のゲート電圧をソフトに減衰、すなわち上アームＩＧＢＴ１のゲート電圧を徐々にかつ段階的に減衰させて、上アームＩＧＢＴ１に流れる飽和電流を遮断する機能を具備している。
【００２０】
１３は、抵抗１１の両端に電気的に接続されていると共に、下アームＩＧＢＴ３の異常を検出し、この結果を下アーム駆動回路１２及び下アーム出力制御回路８０に出力する下アーム異常検出回路である。下アーム駆動回路１２は、下アーム異常検出回路１３により下アームＩＧＢＴ３の異常が検出された場合、下アームＩＧＢＴ３のゲート電圧をソフトに減衰、すなわち下アームＩＧＢＴ３のゲート電圧を徐々にかつ段階的に減衰させて、下アームＩＧＢＴ３に流れる飽和電流を遮断する機能を具備している。
【００２１】
上アーム出力制御回路７０は、上アームＩＧＢＴ１又は下アームＩＧＢＴ３のどちらか一方に異常が生じた場合或いは上アームＩＧＢＴ１と下アームＩＧＢＴ３との両方に異常が生じた場合、上アームＩＧＢＴ１をオフさせるための駆動信号をレベルシフト回路９に出力するものである。言い換えれば、上アーム出力制御回路７０は、上記異常が生じた場合、駆動信号発生回路２１からの駆動信号が上アームＩＧＢＴ１をオンさせる駆動信号であるときにはそれをオフさせる駆動信号として出力するものである。
【００２２】
上アーム出力制御回路７０において８は、上アーム異常検出回路７から出力された異常信号を保持して所定期間出力するタイマである。タイマ８における所定期間は、上アームＩＧＢＴ１の定格ゲート電圧を遮断している状態で、上アームＩＧＢＴ１のゲート電圧がしきい値電圧以上になっている期間よりも長い期間に設定している。１０は、タイマ８から出力された異常信号の電圧レベルを高圧から低圧に変圧（降圧）するレベルダウン回路である。１５は、レベルダウン回路１０から出力された異常信号を反転させるＮＯＴ回路である。１６は、後述するタイマ１４（下アーム出力制御回路８０）から出力された異常信号を反転させるＮＯＴ回路である。１７は、駆動信号発生回路２１及びＮＯＴ回路１５，１６の出力を受け、その出力の信号レベルが全てが“Ｈ”の場合には上アームＩＧＢＴ１をオンさせるための駆動信号を出力し、その他の場合には上アームＩＧＢＴ１をオフさせるための駆動信号を出力するＡＮＤ回路である。
【００２３】
下アーム出力制御回路８０は、上アームＩＧＢＴ１又は下アームＩＧＢＴ３のどちらか一方に異常が生じた場合或いは上アームＩＧＢＴ１と下アームＩＧＢＴ３との両方に異常が生じた場合、下アームＩＧＢＴ３をオフさせるための駆動信号を下アーム駆動回路１２に出力するものである。言い換えれば、下アーム出力制御回路８０は、上記異常が生じた場合、駆動信号発生回路２１からの駆動信号が下アームＩＧＢＴ３をオンさせる駆動信号であるときにはそれをオフさせる駆動信号として出力するものである。
【００２４】
下アーム出力制御回路８０において１４は、下アーム異常検出回路１３から出力された異常信号を保持して所定期間出力するタイマである。タイマ１４における所定期間は、下アームＩＧＢＴ３の定格ゲート電圧を遮断している状態で、下アームＩＧＢＴ３のゲート電圧がしきい値電圧以上になっている期間よりも長い期間に設定している。１９は、タイマ１４から出力された異常信号を反転させるＮＯＴ回路である。２０は、前述したレベルダウン回路１０（上アーム出力制御回路７０）から出力された異常信号を反転させるＮＯＴ回路である。１７は、駆動信号発生回路２１及びＮＯＴ回路１９，２０の出力を受け、その出力の信号レベルが全てが“Ｈ”の場合には下アームＩＧＢＴ３をオンさせるための駆動信号を出力し、その他の場合には下アームＩＧＢＴ３をオフさせるための駆動信号を出力するＡＮＤ回路である。
【００２５】
次に、本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ装置４００の制御部５０の動作、特に上アーム出力制御回路７０及び下アーム出力制御回路８０の動作について説明する。マイコン２２から上アーム駆動指令及び下アーム駆動指令が駆動信号発生回路２１に出力される。駆動指令を受けた駆動信号発生回路２１は上アーム駆動信号及び下アーム駆動信号を発生する。上アームＩＧＢＴ１及び下アームＩＧＢＴ３が両方とも正常な状態では、上アーム異常検出回路７及び下アーム異常検出回路１３からは異常信号（信号レベル“Ｈ”）が出力されていない。言い換えれば正常信号（信号レベル“Ｌ”）が出力されている。このため、上アーム異常検出回路７の出力を受けるＮＯＴ回路１５，２０、下アーム異常検出回路１３の出力を受けるＮＯＴ回路１６，１９から出力される信号のレベルはいずれも“Ｈ”になる。
【００２６】
従って、上アーム出力制御回路７０は、上アームＩＧＢＴ１をオンさせるための駆動信号（信号レベル“Ｈ”）が入力されると、上アームＩＧＢＴ１をオンさせるための駆動信号（信号レベル“Ｈ”）を、上アームＩＧＢＴ１をオフさせるための駆動信号（信号レベル“Ｌ”）が入力されると、上アームＩＧＢＴ１をオフさせるための駆動信号（信号レベル“Ｌ”）をＡＮＤ回路１７からそれぞれ出力する。また、下アーム出力制御回路８０は、下アームＩＧＢＴ３をオンさせるための駆動信号（信号レベル“Ｈ”）が入力されると、下アームＩＧＢＴ３をオンさせるための駆動信号（信号レベル“Ｈ”）を、下上アームＩＧＢＴ１をオフさせるための駆動信号（信号レベル“Ｌ”）が入力されると、下アームＩＧＢＴ３をオフさせるための駆動信号（信号レベル“Ｌ”）をＡＮＤ回路１８からそれぞれ出力する。
【００２７】
上アーム出力制御回路７０から出力された駆動信号は、レベルシフト回路９によってその電圧レベルが低圧から高圧になるように変圧され、上アーム駆動回路５に入力される。上アーム駆動回路５は、レベルシフト回路９から入力された駆動信号が、上アームＩＧＢＴ１をオンさせるための駆動信号である場合には、上アームＩＧＢＴ１をオンさせるための駆動電圧（正の電圧）を上アームＩＧＢＴ１のゲートに印加し、レベルシフト回路９から入力された駆動信号が、上アームＩＧＢＴ１をオフさせるための駆動信号である場合には、上アームＩＧＢＴ１をオフさせるための駆動電圧（負の電圧）を上アームＩＧＢＴ１のゲートに印加する。これにより、上アームＩＧＢＴ１はオン・オフのスイッチング動作が制御される。
【００２８】
また、下アーム出力制御回路８０から出力された駆動信号は下アーム駆動回路１２に入力される。下アーム駆動回路１２は、下アーム出力制御回路８０から入力された駆動信号が、下アームＩＧＢＴ３をオンさせるための駆動信号である場合には、下アームＩＧＢＴ３をオンさせるための駆動電圧（正の電圧）を下アームＩＧＢＴ３のゲートに印加し、下アーム出力制御回路８０から入力された駆動信号が、下アームＩＧＢＴ３をオフさせるための駆動信号である場合には、下アームＩＧＢＴ３をオフさせるための駆動電圧（負の電圧）を下アームＩＧＢＴ３のゲートに印加する。これにより、下アームＩＧＢＴ３はオン・オフのスイッチング動作が制御される。
【００２９】
次に、ＩＧＢＴに異常が生じた場合における動作について説明する。本実施例では、例えば負荷が短絡した状態で、図２に示すように、上アームＩＧＢＴ１をオンさせるための駆動電圧が上アームＩＧＢＴ１のゲートに印加され、図３に示すように、上アームＩＧＢＴ１のコレクタに定格電流の５倍以上の飽和電流が流れた場合を想定して説明する。尚、この時、下アームＩＧＢＴ３はオフの状態にある。
【００３０】
図３に示すように、上アームＩＧＢＴ１に飽和電流が流れると、上アーム異常検出回路７が異常を検出し、異常信号（信号レベル“Ｈ”）を上アーム駆動回路５及びタイマ８に出力する。上アーム駆動回路５は、上アーム異常検出回路７から出力された異常信号を受け、上アームＩＧＢＴ１のゲート電圧をソフトに減衰させ、飽和電流を徐々に遮断する。タイマ８は、上アーム異常検出回路７から出力された異常信号を受け、それを保持して所定期間出力する。タイマ８から出力された異常信号はレベルダウン回路１０でその電圧レベルが高圧から低圧に変圧されてＮＯＴ回路１５，２０に入力される。ＮＯＴ回路１５，２０は、レベルダウン回路１０から出力された異常信号の信号レベルを“Ｈ”から“Ｌ”に反転する。ＮＯＴ回路１５から出力された信号レベル“Ｌ”の信号はＡＮＤ回路１７に入力される。ＮＯＴ回路２０から出力された信号レベル“Ｌ”の信号はＡＮＤ回路１８に入力される。
【００３１】
また、ＡＮＤ回路１７には、ＮＯＴ回路１６から出力された信号が、ＡＮＤ回路１８には，ＮＯＴ回路１９から出力された信号がそれぞれ入力されている。この時、下アーム異常検出回路１３からは正常信号（信号レベル“Ｌ”）が出力されているので、ＡＮＤ回路１７，１８には信号レベル“Ｈ”の信号が入力されることになる。この状態において、下アームＩＧＢＴ３をオンにするための駆動信号（信号レベル“Ｈ”）が駆動信号発生回路２１から出力され、ＡＮＤ回路１８に入力された場合であっても、ＡＮＤ回路１８に信号レベル“Ｌ”の信号が入力されているので、ＡＮＤ回路１８から下アームＩＧＢＴ３をオフさせるための駆動信号（信号レベル“Ｌ”）が出力される。これにより、下アーム駆動回路１２には、タイマ８から異常信号が所定の期間出力されている間、下アームＩＧＢＴ３をオフさせるための駆動信号（信号レベル“Ｌ”）が出力される。従って、下アームＩＧＢＴ３は所定の期間オフ状態になる。また、上アームＩＧＢＴ１をオンにするための駆動信号（信号レベル“Ｈ”）が駆動信号発生回路２１から出力され、ＡＮＤ回路１７に入力された場合であっても、ＡＮＤ回路１７に信号レベル“Ｌ”の信号が入力されているので、ＡＮＤ回路１７から上アームＩＧＢＴ１をオンさせるための駆動信号（信号レベル“Ｈ”）が出力されるようなこともない。
【００３２】
以上説明した本実施例によれば、上アーム出力制御回路７０及び下アーム出力制御装置８０を備えているので、例えば上アームＩＧＢＴ１に異常が発生して上アームＩＧＢＴ１のゲート電圧をソフトに減衰させて飽和電流を遮断している時に、駆動信号発生回路２１から下アームＩＧＢＴ３をオンさせるための駆動信号が出力されても、所定期間、下アームＩＧＢＴ３をオフさせるように、下アーム駆動回路に下アームＩＧＢＴ３をオフさせるための駆動信号を入力することができ、上アームＩＧＢＴ１及び下アームＩＧＢＴ３の両方がオンになることを防止することができる。これにより、本実施例によれば、上アームＩＧＢＴ１及び下アームＩＧＢＴ３に過電流が流れて上アームＩＧＢＴ１及び下アームＩＧＢＴ３が破壊されることを防止することができる。従って、本実施例によれば、安全で従来よりも信頼性を向上させることができる直流変換装置４００を提供することができる。
【００３３】
本発明の第２実施例を図４に基づいて説明する。図４は本実施例のインバータ装置の構成を示す。インバータ装置５００は、車載電源であるバッテリ１００から供給された直流電力を三相交流電力に変換して電機負荷に供給する電力変換装置である。電機負荷としては、例えば三相交流電力を受けて回転駆動し、車両の駆動輪を回転駆動させる交流電動機３００がある。本実施例では第１実施例の変換部６０のアームを１相分とし、これを３相分用意して電気的に並列接続してブリッジ回路を構成していると共に、これに合わせて制御部５０の回路も三相分用意している。尚、本実施例では、ｕ相に該当するものには符号の末尾にｕを、ｖ相に該当するものには符号の末尾にｖを、ｗ相に該当するものには符号の末尾にｗをそれぞれ付している。下アームＩＧＢＴ３ｕ，３ｖ，３ｗのマルチエミッタの一方は接地されている。バッテリ１００の負極側（低電位側）も接地されている。出力端子２００ｕは交流電動機３００のｕ相の入力側と、出力端子２００ｖは交流電動機３００のｖ相の入力側と、出力端子２００ｗは交流電動機３００のｗ相の入力側とそれぞれ電気的に接続されている。本実施例によれば、第１実施例と同様の効果を得ることができ、安全で従来よりも信頼性を向上させることができるインバータ装置５００を提供することができる。
【００３４】
尚、以上説明した実施例では、ＩＧＢＴを電力変換用スイッチング半導体素子として用いた場合について説明したが、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ  Ｔｕｒｎ−ｏｆｆ  Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）或いはＭＯＳ−ＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）のいずれかを採用しても同様の効果が得られる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、ＩＧＢＴのゲート電圧をソフトに減衰させて飽和電流を遮断させている状態において、ゲート電圧をソフトに減衰させて飽和電流を遮断させているＩＧＢＴとは対のＩＧＢＴを所定期間オフにすることができるので、従来よりも信頼性を向上させることができる電力変換装置及びそれを備えた電機システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例である直流変換装置の構成を示す回路図。
【図２】図１の上アームＩＧＢＴのゲートに印加されるゲート電圧の特性を示すものであり、飽和電流遮断時の特性を示す特性図。
【図３】図１の上アームＩＧＢＴのコレクタに流れるコレクタ電流の特性を示すものであり、飽和電流遮断時の特性を示す特性図。
【図４】本発明の第２実施例であるインバータ装置の構成を示す回路図。
【符号の説明】
１…上アームＩＧＢＴ、３…下アームＩＧＢＴ、５…上アーム駆動回路、７…上アーム異常検出回路、８，１４…タイマ、９…レベルシフト回路、１０…レベルダウン回路、１２…下アーム駆動回路、１３…下アーム異常検出回路、１５，１６，１９，２０…ＮＯＴ回路、１７，１８…ＡＮＤ回路、２１…駆動信号発生回路、２２…マイコン、５０…制御部、６０…変換部、７０…上アーム出力制御回路、８０…下アーム出力制御回路、１００…バッテリ、２００…出力端子、３００…交流電動機、４００…直流変換装置、５００…インバータ装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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