(57)【要約】【課題】リカバリ電流の電流変化率を小さくし、ノイズ誤動作を抑制することがで、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用いた電機システムの提供。【解決手段】上記課題は、ＩＧＢＴの駆動信号のターンオフの期間を一定以上保持する機能を制御部に設けることによって解決できる。ターンオフの期間を一定以上保持する機能を設けることにより、対アームダイオードの過剰キャリア濃度の減少を防止できる。これにより、対アームダイオードのリカバリ電流変化率の増加によるノイズ誤動作を防止できるため安全性を高めることができる。【選択図】  図１
2004254452.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少なくとも一方を駆動するための駆動信号のオフ期間を一定期間以上に保持させる機能を備えていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、前記オフ期間は０．２μｓ  以上であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置において、前記制御部は、前記駆動信号を発生する信号発生回路と、前記信号発生回路から出力された駆動信号であって、前記２つの電力変換用半導体素子のうちの低電位側のものを駆動させるための駆動信号のオフ期間を一定期間以上に保持させる保持回路と、前記保持回路から出力された駆動信号を受けて前記低電位側の電力変換用半導体素子に駆動電力を供給する低電位側駆動回路と、前記信号発生回路から出力された駆動信号であって、前記２つの電力変換用半導体素子のうちの高電位側のものを駆動させるための駆動信号を変圧するレベルシフト回路と、前記レベルシフト回路から出力された駆動信号を受けて前記高電位側の電力変換用半導体素子に駆動電力を供給する高電位側駆動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】
請求項３に記載の電力変換装置において、前記保持回路は、前記低電位側の電力変換用半導体素子を駆動させるための駆動信号のパルス幅が所定のパルス幅よりも小さい場合、前記低電位側の電力変換用半導体素子の駆動状態を前の状態に保持することを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項３に記載の電力変換装置において、前記保持回路は、前記低電位側の電力変換用半導体素子を駆動させるための駆動信号のエッジを検出すると共に、前記低電位側の電力変換用半導体素子を駆動させるための駆動信号の継続期間を検出し、前記継続期間が所定の継続期間以上継続した場合、前記低電位側の電力変換用半導体素子を駆動させるための駆動信号と同状態の駆動信号を前記低電位側駆動回路に出力することを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項３に記載の電力変換装置において、前記保持回路は、前記低電位側の電力変換用半導体素子を駆動させるための駆動信号が前記低電位側の電力変換用半導体素子をオンさせるための駆動信号であった場合、前記オン駆動信号の立ち上がりエッジを検出する第１のエッジ検出回路と、前記第１のエッジ検出回路から出力されたオン駆動信号の継続期間を検出する第１のフィルタ回路と、前記低電位側の電力変換用半導体素子を駆動させるための駆動信号が前記低電位側の電力変換用半導体素子をオフさせるための駆動信号であった場合、前記オフ駆動信号を反転させる反転回路と、前記反転回路から出力されたオフ駆動信号の立ち下がりエッジを検出する第２のエッジ検出回路と、前記第２のエッジ検出回路から出力されたオフ駆動信号の継続期間を検出する第２のフィルタ回路と、前記第１のフィルタ回路から出力されたオン駆動信号の継続期間が所定の継続期間以上継続した場合、前記第１のフィルタ回路から出力されたオン駆動信号と同状態のオン駆動信号を出力すると共に、前記第２のフィルタ回路から出力されたオフ駆動信号の継続期間が所定の継続期間以上継続した場合、前記第２のフィルタ回路から出力されたオフ駆動信号と同状態のオフ駆動信号を出力するフィリップフロップ回路とを有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項３に記載の電力変換装置において、前記信号発生回路と前記レベルシフト回路との間に、前記高電位側に電力変換用半導体素子を駆動するための駆動信号のオフ期間を一定期間以上に保持させる保持回路が設けられていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項１に記載の電力変換装置において、前記制御部は、前記２つの電力変換用半導体素子をオンさせるための駆動信号が同時に発生した場合、前記２つの電力変換用半導体素子をオフさせるように前記２つの電力変換用半導体素子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９】
請求項１に記載の電力変換装置において、前記制御部は、前記２つの電力変換用半導体素子を駆動させる同じ状態の駆動信号が同時に発生した場合、前記２つの電力変換用半導体素子が所定期間オフするように前記２つの電力変換用半導体素子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１０】
請求項１に記載の電力変換装置において、前記２つの電力変換用半導体素子のうちの低電位側のもののゲート電圧を検出し、この検出された電圧が所定値を超えている場合には、前記低電位側の電力変換用半導体素子をオフさせるように前記低電位側の電力変換用半導体素子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１１】
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少なくとも一方を駆動させるための前記駆動信号のパルス幅が所定のパルス幅よりも小さい場合、前記２つの電力変換用半導体素子の少なくとも一方の駆動状態をその前の駆動状態に保持させる機能を備えていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電力変換装置において、前記制御部は、前記２つの電力変換用半導体素子をオンさせるための駆動信号が同時に発生した場合、前記２つの電力変換用半導体素子をオフさせるように前記２つの電力変換用半導体素子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１３】
請求項１１に記載の電力変換装置において、前記制御部は、前記２つの電力変換用半導体素子を駆動させる同じ状態の駆動信号が同時に発生した場合、前記２つの電力変換用半導体素子が所定期間オフするように前記２つの電力変換用半導体素子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１４】
請求項１１に記載の電力変換装置において、前記２つの電力変換用半導体素子のうちの低電位側のもののゲート電圧を検出し、この検出された電圧が所定値を超えている場合には、前記低電位側の電力変換用半導体素子をオフさせるように前記低電位側の電力変換用半導体素子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１５】
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少なくとも一方を駆動させるための前記駆動信号のオフ期間を一定期間以上に保持させる機能が備わった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１６】
請求項１５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１７】
請求項１５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ＤＣ−ＤＣコンバータ装置であり、前記電機負荷は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ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１８】
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少なくとも一方を駆動させるための前記駆動信号のパルス幅が所定のパルス幅よりも小さい場合、前記２つの電力変換用半導体素子の少なくとも一方の駆動状態をその前の駆動状態に保持させる機能が備わった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１９】
請求項１８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２０】
請求項１８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ＤＣ−ＤＣコンバータ装置であり、前記電機負荷は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ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、上アーム側のＩＧＢＴと下アーム側のＩＧＢＴが同時にオンになって上アーム側のＩＧＢＴと下アーム側のＩＧＢＴが短絡しないように、上アーム側のＩＧＢＴと下アーム側のＩＧＢＴが休止する期間、いわゆるデッドタイムを設け、ＩＧＢＴの駆動を制御している。また、インバータ装置の電力変換用半導体素子（スイッチング素子）の駆動を制御する制御部としては、例えば特許文献２に記載されたインバータ装置のように構成するものなどもある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２９５８６０号公報
【特許文献２】
特開平５−３１６７５５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では、上アーム側のＩＧＢＴと下アーム側のＩＧＢＴが休止するデッドタイムを設け、上アーム側のＩＧＢＴと下アーム側のＩＧＢＴが同時にオンによる上アーム側のＩＧＢＴと下アーム側のＩＧＢＴとの短絡を防止し、電力変換装置の信頼性を向上させている。しかし、従来の技術は、上下アームの一方側のみにおけるＩＧＢＴの休止期間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、上下アームの一方側のみにおけるＩＧＢＴの休止期間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】
本願の発明者らは、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、上下アーム間のＩＧＢＴの休止期間のみらなず、上下アームの一方側のみにおけるＩＧＢＴの休止期間まで考慮する必要があるということを見出した。すなわち下アーム側ＩＧＢＴのオフ期間が短いと、パルス発生回路が誤動作して上アーム側ＩＧＢＴの駆動信号が誤発生し、上アーム側ＩＧＢＴと下アーム側ＩＧＢＴとの短絡が発生する場合があるということが判明した。図８は、下アーム側ＩＧＢＴの駆動信号に対する電気的特性を示すものであり、本願の発明者らが行った研究の結果である。ここで、図８（ａ）は下アーム側ＩＧＢＴの駆動信号を示す。図８（ｂ）は下アーム側ＩＧＢＴの電流を示す。図８（ｃ）は下アーム側ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間電圧を示す。図８（ｄ）は下アーム側ＩＧＢＴのゲート−エミッタ間電圧を示す。
【０００７】
図８（ａ）に示すように、下アーム側ＩＧＢＴの駆動信号がオンからオフ、そして再度オンというように出力される場合において、下アーム側ＩＧＢＴの駆動信号がオフから再度オンになると、下アーム側ＩＧＢＴには、電機負荷に流れていた電流と、上アーム側ＩＧＢＴに電気的に並列接続されているダイオードのリカバリ電流が重畳する。この時、下アーム側ＩＧＢＴの駆動信号がオンからオフになり、再度オンするまでの期間ｔ１が短いと、リカバリ電流の電流変化率が大きくなる。これにより、下アーム側ＩＧＢＴのコレクタ側に起電力が発生し、図８（ｂ）に示すように、下アーム側ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間電圧が変動して振動する。これにより、下アーム側ＩＧＢＴの帰還容量が変動し、下アーム側ＩＧＢＴのゲート−エミッタ間電圧が変動して振動する。この結果、パルス発生回路が誤動作に起因する上アーム側ＩＧＢＴと下アーム側ＩＧＢＴとの短絡が発生する。
【０００８】
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、リカバリ電流の電流変化率を小さくし、ノイズ誤動作を抑制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。
【０００９】
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、２つの電力変換用半導体素子の少なくとも一方を駆動させるための駆動信号のオフ期間を一定期間以上に保持させる機能を制御部に備えることにより達成することができる。また、上記電力変換装置は、２つの電力変換用半導体素子の少なくとも一方を駆動させるための駆動信号のパルス幅が所定のパルス幅よりも小さい場合、２つの電力変換用半導体素子の少なくとも一方の駆動状態をその前の駆動状態に保持させる機能を制御部に備えることにより達成することができる。オフ期間は、０．２μｓ  以上とすることが好ましい。
【００１０】
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、リカバリ電流の電流変化率を小さくすることができる。従って、本発明の電力変換装置によれば、ノイズ誤動作を抑制することができ、上下アームの一方側のみにおけるＩＧＢＴの休止期間に起因する上アーム側ＩＧＢＴと下アーム側ＩＧＢＴとの短絡の発生を抑制することができる。
【００１１】
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ＤＣ−ＤＣコンバータ装置である。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ＤＣ−ＤＣコンバータ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。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施例を図１乃至図４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ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の構成を示す。図２は、下アーム側ＩＧＢＴのオフ期間に対するリカバリ電流の変化率の特性を示す。図３は、上下アームのＩＧＢＴに電気的に並列接続されたダイオードの断面構造を示す。図４は、図３のダイオードのキャリア分布を示す。
【００１３】
ＤＣ−ＤＣコンバータ装置３００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。出力端子２００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７０と、この変換部７０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６０から構成されている。
【００１４】
変換部７０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３００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３００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。
【００１５】
制御部６０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。具体的には、上アームＩＧＢＴ１及び下アームＩＧＢＴ３にスイッチ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６０において５は、外部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ゲートパルス発生回路である。４０は、ゲートパルス発生回路５から出力された高電位側の駆動信号を受けて、その駆動信号のオフ期間を一定期間以上保持させる保持回路である。５０は、ゲートパルス発生回路５から出力された低電位側の駆動信号を受けて、その駆動信号のオフ期間を一定期間以上保持させる保持回路である。２０は、保持回路５０から出力された駆動信号を受けて、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。９は、保持回路４０から出力された駆動信号を受けて、その駆動信号を変圧（昇圧）するレベルシフト回路である。１０は、レベルシフト回路９によって変圧されてレベルシフト回路９から出力され駆動信号を受けて、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。
【００１６】
保持回路４０（５０）は、前述したように駆動信号のオフ期間を一定期間以上保持させるように動作するものである。具体的には、入力された駆動信号のパルス幅が所定のパルス幅以上である場合、入力された駆動信号と同じ状態の駆動信号を出力する。入力された駆動信号のパルス幅が所定のパルス幅よりも小さい場合は、入力された駆動信号と同じ状態の駆動信号を出力しない。これにより、上アームＩＧＢＴ１（下アームＩＧＢＴ３）の駆動状態はその前の状態に保持される。例えば駆動信号がオン信号からオフ信号になった場合であって、オフ信号のパルス幅が所定のパルス幅よりも小さい場合には、オフ信号が出力されない。これにより、上アームＩＧＢＴ１（下アームＩＧＢＴ３）の駆動状態はオフとはならず、その前のオンの駆動状態を保持する。
【００１７】
保持回路４０（５０）は、入力され上アーム駆動信号（下アーム駆動信号）をオン信号とオフ信号とに分岐して所定の処理を実行するように構成されいる。保持回路４０（５０）において６（１４）は、上アーム駆動信号（下アーム駆動信号）がオン信号の場合、その信号の立ち上がりエッジを検出するエッジ検出回路である。７（１５）は、エッジ検出回路６（１４）から出力されたオン信号の継続期間（パルス幅）を検出するフィルタ回路である。１１（１７）は、上アーム駆動信号（下アーム駆動信号）がオフ信号の場合、その信号を反転させるＮＯＴ回路である。１２（１８）は、ＮＯＴ回路１１（１７）から出力されたオフ信号の立ち下がりエッジを検出するエッジ検出回路である。１３（１９）は、エッジ検出回路１２（１８）から出力されたオフ信号の継続期間（パルス幅）を検出するフィルタ回路である。８（１６）は、フィルタ回路７（１５）から出力されオン信号がセット側に、フィルタ回路１３（１９）から出力されたオフ信号がリセット側にそれぞれ入力されるフリップフロップ回路である。
【００１８】
フリップフロップ回路８（１６）は、フィルタ回路７（１５）によって検出されたオン信号の継続期間が所定の継続期間以上継続されている（パルス幅が所定のパルス幅以上ある）場合には、入力されたオン信号と同じ状態のオン信号を出力する。これが否定された場合には、入力されたオン信号と同じ状態のオン信号が出力されない。また、フィルタ回路１３（１９）によって検出されたオフ信号の継続期間が所定の継続期間以上継続されている（パルス幅が所定のパルス幅以上ある）場合には、入力されたオフ信号と同じ状態のオフ信号を出力する。これが否定された場合には、入力されたオフ信号と同じ状態のオフ信号が出力されない。
【００１９】
次に、本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ装置３００の動作を説明する。尚、本実施例では、下アーム側の動作について説明するが、上アーム側も同様に動作する。外部指令を受けたゲートパルス発生回路５において、下アーム駆動信号として“Ｈ”（オン信号）が発生した場合、エッジ検出回路１４により下アーム駆動信号の立ち上がりのエッジが検出され、フィルタ回路１５により“Ｈ”（オン信号）の継続期間（パルス幅）が検出され、フリップフロップ回路１６のセット側に入力される。この時、“Ｈ”（オン信号）の継続期間が所定の継続期間以上であれば（パルス幅が所定のパルス幅以上であれば）、フリップフロップ回路１６は“Ｈ”（オン信号）を出力する。“Ｈ”（オン信号）を受けた下アーム駆動回路２０は、下アームＩＧＢＴ３をオンさせるための駆動電力（駆動信号）をそのゲートに出力する。これにより、下アームＩＧＢＴ３はオンする。これが否定されたときは、フリップフロップ回路１６からは“Ｈ”（オン信号）が出力されない。これにより、下アーム駆動回路２０は“Ｈ”（オン信号）を受けず、その前の状態、すなわち下アームＩＧＢＴ３がオフの状態を保持するように、下アームＩＧＢＴ３の駆動を制御する。
【００２０】
一方、ゲートパルス発生回路５において、下アーム駆動信号として“Ｌ”（オフ信号）が発生した場合、ＮＯＴ回路１７で反転される。反転された下アーム駆動信号は、エッジ検出回路１８によりその立ち下がりのエッジが検出され、フィルタ回路１９によりそのの継続期間（パルス幅）が検出され、フリップフロップ回路１６のリセット側に入力される。この時、“Ｌ”（オフ信号）の継続期間が所定の継続期間以上であれば（パルス幅が所定のパルス幅以上であれば）、フリップフロップ回路１６は“Ｌ”（オフ信号）を出力する。“Ｌ”（オフ信号）を受けた下アーム駆動回路２０は、下アームＩＧＢＴ３をオフさせるための駆動電力（駆動信号）をそのゲートに出力する。これにより、下アームＩＧＢＴ３はオフする。これが否定されたときは、フリップフロップ回路１６からは“Ｌ”（オフ信号）が出力されない。これにより、下アーム駆動回路２０は“Ｌ”（オフ信号）を受けず、その前の状態、すなわち下アームＩＧＢＴ３がオフの状態を保持するように、下アームＩＧＢＴ３の駆動を制御する。
【００２１】
ここで、６００Ｖ耐圧のＩＧＢＴで負荷電流１００Ａの場合における下アームＩＧＢＴ３のオフ期間ｔ１とリカバリ電流変化率との関係を図２に示す。図２から明らかなように、ｔ１が０．２μｓ  より小さくなるとリカバリ電流変化率が急増している。このような状態になるのは次の原因がある。図３，図４は、上アーム側のダイオード２の素子構造と過剰キャリア分布の計算結果を示す。図３，図４から明らかなように、ｔ１＝１μｓに対してｔ１＝０．１μｓ  のときのキャリアが特にカソード側で減少している。すなわちｔ１が短いとアノードからのキャリアの注入が十分おきずｎ−  層に蓄積されるキャリアが少ない。特にカソード側のキャリア濃度が低い。カソード側はリカバリのテール電流の源である。このキャリアが少ない状態で、リカバリ状態になると急激にキャリアが空乏層により吐き出されるため、リカバリ電流変化率が大きくなる。
【００２２】
以上説明した本実施例によれば、保持回路４０，５０を備え、駆動信号をオン駆動信号とオフ駆動信号に分離し、その期間をフィルタ回路で検出し、その期間が所定の期間以下（パルス幅が所定のパルス幅よりも小さい）場合には、その前の駆動状態を保持するようにしているので、駆動信号のオフ期間を一定期間以上保持させることができる。これにより、本実施例によれば、リカバリ時の電流変化率を小さくし、ノイズ誤動作の発生を抑制することができる。従って、本実施例によれば、従来よりも信頼性の高いＤＣ−ＤＣコンバータ装置３００を提供することができる。
【００２３】
本発明の第２実施例を図５に基づいて説明する。図５は本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ装置の構成を示す。本実施例は第１実施例の改良例であり、ゲートパルス発生回路５が誤動作して、上下アーム駆動信号としてオン信号が同時に発生した場合、オン信号が保持回路４０，５０から出力されないようにし、上アームＩＧＢＴ１及び下アームＩＧＢＴ３の駆動状態がオフとなるよう制御するためのオン信号出力防止回路８０を具備している。すなわちオン信号出力防止回路８０によってオン信号が保持回路４０，５０に出力しないようにしている。尚、本実施例では、第１実施例と同様の構成には第１実施例と同じ符号を付してここでの説明を省略する。
【００２４】
オン信号出力防止回路８０はゲートパルス発生回路５と保持回路４０，５０との間に設けられている。オン信号出力防止回路８０において２２はＡＮＤ回路である。ＡＮＤ回路２２には、ＮＯＴ回路２１により反転された下アーム駆動信号と上アーム駆動信号が入力されている。ＡＮＤ回路２２は、上アーム駆動信号がオン信号で下アーム駆動信号がオフ信号の場合、エッジ検出回路６に上アーム駆動信号を出力する。言い換えれば、ＡＮＤ回路２２は、上アーム駆動信号がオン信号で下アーム駆動信号がオン信号の場合、エッジ検出回路６に上アーム駆動信号を出力しない。同じ構成が保持回路５０の入力側にも設けられており、ＮＯＴ回路２３により反転された上アーム駆動信号と下アーム駆動信号がＡＮＤ回路
２４に入力されるようになっている。ＡＮＤ回路２４は、上アーム駆動信号がオフ信号で下アーム駆動信号がオン信号の場合、エッジ検出回路１４に下アーム駆動信号を出力する。言い換えれば、ＡＮＤ回路２４は、上アーム駆動信号がオン信号で下アーム駆動信号がオン信号の場合、エッジ検出回路１４に下アーム駆動信号を出力しない。
【００２５】
以上説明した本実施例によれば、保持回路４０，５０の入力側にオン信号出力防止回路８０を設けているので、ゲートパルス発生回路５が誤動作して、上下アーム駆動信号としてオン信号が同時に発生した場合であっても、オン信号が保持回路４０，５０に出力されることがない。これにより、本実施例によれば、オン信号の上下アーム同時発生に起因する上アームＩＧＢＴ１と下アームＩＧＢＴ３との短絡を防止することができる。従って、本実施例によれば、第１実施例よりもさらに信頼性を向上させたＤＣ−ＤＣコンバータ装置３００を提供することができる。
【００２６】
本発明の第３実施例を図６に基づいて説明する。図６は本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ装置の構成を示す。本実施例は第２実施例の改良例であり、ゲートパルス発生回路５が誤動作して、上下アーム駆動信号として同じ状態の信号が同時に発生した場合、上アームＩＧＢＴ１及び下アームＩＧＢＴ３を所定期間オフさせると共に、ゲートパルス発生回路５に異常信号を出力する異常検出回路９０を具備している。上下アーム駆動信号がオン信号の場合、第２実施例で説明したオン信号出力防止回路８０によって対処可能である。しかし、上下アーム駆動信号として同時にオフ信号が出力される場合もある。このため、本実施例では、異常検出回路９０を具備している。尚、本実施例では、第２実施例と同様の構成には第２実施例と同じ符号を付してここでの説明を省略する。
【００２７】
異検出回路９０において２５はＡＮＤ回路である。ＡＮＤ回路２５には上アーム駆動信号及び下アーム駆動信号が入力されている。ＡＮＤ回路２５は、上下アーム駆動信号として同時にオン信号又はオフ信号がゲートパルス発生回路５から出力されると、Ｌｏｗ  レベル信号をタイマ２６に出力する。タイマ２６は、ＡＮＤ回路２５から出力されたＬｏｗ  レベル信号を所定期間出力する。タイマ２６から出力されたＨｉｇｈレベル信号は異常信号としてゲートパルス発生回路５に入力されると共に、ＮＯＴ回路２７においてＨｉｇｈレベル信号に反転される。ＮＯＴ回路２７から出力されたＨｉｇｈレベル信号はＡＮＤ回路２８，２９に入力される。この他にＡＮＤ回路２８には、フリップフロップ回路８から出力された上アーム駆動信号が入力されている。ＡＮＤ回路２９には、フリップフロップ回路１６から出力された下アーム駆動信号が入力されている。ＡＮＤ回路２８は、フリップフロップ回路８から上アーム駆動信号としてオフ信号が出力された場合、Ｌｏｗ  レベル信号を出力する。これにより、上アームＩＧＢＴ１は所定の期間オフになる。ＡＮＤ回路２９は、フリップフロップ回路１６から下アーム駆動信号としてオフ信号が出力された場合、Ｌｏｗ  レベル信号を出力する。これにより、下アームＩＧＢＴ３は所定の期間オフになる。
【００２８】
以上説明した本実施例によれば、異常検出回路９０を具備しているので、ゲートパルス発生回路５が正常に回復するまでの期間は、上アームＩＧＢＴ１及び下アームＩＧＢＴ３をオフの状態にすることができると共に、ゲートパルス発生回路５が異常であるということをゲートパルス発生回路５にフィードバックすることができる。これにより、本実施例によれば、同じ状態の駆動信号の上下アーム同時発生に起因する上アームＩＧＢＴ１と下アームＩＧＢＴ３との短絡を防止することができる。従って、本実施例によれば、第２実施例よりもさらに信頼性を向上させたＤＣ−ＤＣコンバータ装置３００を提供することができる。
【００２９】
本発明の第４実施例を図７に基づいて説明する。図７は本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ装置の構成を示す。本実施例は第３実施例の改良例であり、下アームＩＧＢＴ３のゲート電圧と基準電源３０の基準電圧値とを比較するコンパレータ３１を具備している。アームに過電流が流れた場合、ＩＧＢＴのＲＢＳＯＡを超えないようにＩＧＢＴのゲート電圧を緩やかに減少させ、電流変化率を小さくすることが行われる。この場合、駆動信号が“Ｌ”になっても、ＩＧＢＴのゲートに電荷が残っているので、アーム短絡を引き起こす可能性がある。このため、本実施例では、コンパレータ３１を具備し、下アームＩＧＢＴのゲート電圧が基準電源３０の基準電圧値以下にならないと下アームＩＧＢＴ３をオンにすることができないようにしている。換言すると、下アームＩＧＢＴ３のゲート電圧が基準電源３０の基準電圧値を超えている場合、下アームＩＧＢＴ３をオフになるように下アームＩＧＢＴ３の駆動を制御している。コンパレータ３１の出力はＡＮＤ回路２９に入力されている。尚、本実施例では、第３実施例と同様の構成には第３実施例と同じ符号を付してここでの説明を省略する。
【００３０】
以上説明した本実施例によれば、下アームＩＧＢＴ３のゲート電圧と基準電源３０の基準電圧値とを比較するコンパレータ３１を具備しているので、下アームＩＧＢＴ３のゲート電圧が基準電源３０の基準電圧値以下にならないと下アームＩＧＢＴ３をオンにすることができないように、下アームＩＧＢＴ３の駆動を制限することができる。これにより、本実施例によれば、過電流対策に起因する上アームＩＧＢＴ１と下アームＩＧＢＴ３との短絡を防止することができる。従って、本実施例によれば、第３実施例よりもさらに信頼性を向上させたＤＣ−ＤＣコンバータ装置３００を提供することができる。尚、上アームＩＧＢＴ１のゲート電圧を検出して下アームＩＧＢＴ３側と同様に行えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置３００の信頼性をさらに向上させることができる。
【００３１】
本発明の第５実施例を図８に基づいて説明する。図８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５００がある。本実施例では第４実施例の変換部７０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６０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。尚、本実施例では、第４実施例の構成をそのまま採用したが、第１実施例乃至第３実施例の構成を採用しても構わない。本実施例によれば、第４実施例と同様の効果を得ることができ、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４００を提供することができる。
【００３２】
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。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、リカバリ電流の電流変化率を小さくし、ノイズ誤動作を抑制することができる。従って、本発明によれば、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用い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ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の構成を示す回路図。
【図２】下アームＩＧＢＴのオフ期間とリカバリ電流変化率との関係を示す特性図。
【図３】図１の上アームＩＧＢＴに電気的に並列接続されたダイオードの構造を示す断面図。
【図４】図３のダイオードの過剰キャリア濃度分布を示す図。
【図５】本発明の第２実施例であるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の構成を示す回路図。
【図６】本発明の第３実施例であるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の構成を示す回路図。
【図７】本発明の第４実施例であるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の構成を示す回路図。
【図８】本発明の第５実施例であるインバータ装置の構成を示す回路図。
【図９】下アーム側ＩＧＢＴの駆動信号に対する電気的特性を示す特性図。
【符号の説明】
１…上アームＩＧＢＴ、２，４…ダイオード、３…下アームＩＧＢＴ、５…ゲートパルス発生回路、６，１２，１４…エッジ検出回路、７，１３，１５，１９…フィルタ回路、８，１６…フリップフロップ回路、９…レベルシフト回路、１０…上アーム駆動回路、１１，１７，２１，２３，２７…ＮＯＴ回路、１８…エッジ検出回路、２０…下アーム駆動回路、２２，２４，２５，２８，２９…ＡＮＤ回路、２６…タイマ、３０…基準電源、３１…コンパレータ、１００…バッテリ、２００…出力端子、３００…ＤＣ−ＤＣコンバータ装置、４００…インバータ装置、５００…交流電動機。
【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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