(57)【要約】【課題】より効率的に負荷を駆動できるようにする。【解決手段】ＩＧＢＴ５１〜５６のゲートに入力する信号の電圧を調整する電圧調整回路２０とＩＧＢＴ５１〜５６のゲートに入力する信号のスイッチングスピードを調整するスイッチングスピード調整回路３０を備え、正弦波ＰＷＭ制御モード、過変調ＰＷＭモード、矩形波制御モード等の制御モードに応じて、ＩＧＢＴ５１〜５６の損失が低減されるように、ＩＧＢＴ５１〜５６のゲートに入力する信号の電圧およびスイッチングスピードを加工する。【選択図】図６
2012095413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁ゲート型トランジスタのゲートにＰＷＭ信号を入力して負荷をＰＷＭ駆動するＰＷＭ制御モードと、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲートに矩形波信号を入力して前記負荷を矩形波駆動する矩形波制御モードを有する負荷制御装置であって、
前記絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号波形を加工する信号波形加工手段と、
前記制御モードに応じて、前記絶縁ゲート型トランジスタの損失を低減するように前記信号波形加工手段に前記絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号波形の加工を指示する加工指示手段と、を備えたことを特徴とする負荷制御装置。
【請求項２】
前記信号波形加工手段は、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の電圧を調整する電圧調整回路を備え、
前記加工指示手段は、前記制御モードが前記ＰＷＭ制御モードの場合には、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の電圧が第１の電圧となるように前記電圧調整回路に指示し、前記制御モードが前記矩形波制御モードの場合には、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の電圧が前記第１の電圧よりも高い第２の電圧となるように前記電圧調整回路に指示することを特徴とする請求項１に記載の負荷制御装置。
【請求項３】
前記信号波形加工手段は、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の立ち上がり速度を調整する速度調整回路を備え、
前記加工指示手段は、前記制御モードが前記ＰＷＭ制御モードの場合には、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の立ち上がり速度が第１の速度となるように前記速度調整回路に指示し、前記制御モードが前記矩形波制御モードの場合には、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の立ち上がり速度が前記第１の速度よりも速い第２の速度となるように前記速度調整回路に指示することを特徴とする請求項１に記載の負荷制御装置。
【請求項４】
前記信号波形加工手段は、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の電圧を調整する電圧調整回路および前記絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の立ち上がり速度を調整する速度調整回路を備え、
前記加工指示手段は、前記制御モードが前記ＰＷＭ制御モードの場合には、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の電圧が第１の電圧となるように前記電圧調整回路に指示するとともに、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の立ち上がり速度が第１の速度となるように前記速度調整回路に指示し、前記制御モードが前記矩形波制御モードの場合には、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の電圧が前記第１の電圧より高い第２の電圧となるように前記電圧調整回路に指示するとともに、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の立ち上がり速度が前記第１の速度よりも速い第２の速度となるように前記速度調整回路に指示することを特徴とする請求項１に記載の負荷制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
絶縁ゲート型トランジスタのゲートに信号を入力して負荷を駆動する負荷制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、絶縁ゲート型トランジスタ（ＩＧＢＴ）のゲートに複数の抵抗群と複数のスイッチから成るゲート抵抗を接続し、通常はゲート抵抗の抵抗値が小さくなるようにスイッチを制御して遮断動作期間のスイッチング損失を抑制し、ＩＧＢＴに流れるコレクタ電流がある値以上になると、ゲート抵抗の抵抗値が大きくなるようにスイッチを制御して、遮断動作期間のコレクタ電流の変化率を小さくし、サージ電圧を抑制するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、このような構成の回路では、サージ電圧を抑制しようとすると、コレクタ電流が大きいときはゲート抵抗の抵抗値を大きくする必要があり、必然的にスイッチング損失が大きくなってしまうという問題があった。
【０００４】
そこで、ＩＧＢＴのコレクタ電流の遮断過程をコレクタ‐エミッタ間電圧回復期間とコレクタ電流遮断期間に分け、コレクタ‐エミッタ間電圧回復期間にはゲート抵抗が小さくなり、コレクタ電流遮断期間にはゲート抵抗が大きくなるように構成して、コレクタ電流の遮断動作期間におけるサージ電圧を抑制しながらスイッチング損失を低減するようにしたものもある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平６−２４３９３号公報
【特許文献２】特開平９−６５６４４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、このようなＩＧＢＴ駆動回路では、ＩＧＢＴにＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を入力してＩＧＢＴに接続された負荷をＰＷＭ駆動するＰＷＭ制御モードと、ＩＧＢＴに矩形波信号を入力してＩＧＢＴに接続された負荷を矩形波駆動する矩形波制御モードを有し、ＰＷＭ制御モードと矩形波制御モードとを切り替えて負荷を駆動することが行われる。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献２に記載された回路は、ＩＧＢＴのコレクタ電流遮断期間に、すなわちＩＧＢＴがオフする期間に、ＩＧＢＴのゲート抵抗を大きくしてオフ時のサージ電圧の低減を図るように構成されたものであるため、例えば、ＩＧＢＴをスイッチングしない期間の長い矩形波制御モードでは、損失を十分に低減することができない。すなわち、効率を十分に向上することができないといった問題がある。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みたもので、より効率的に負荷を駆動できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、絶縁ゲート型トランジスタのゲートにＰＷＭ信号を入力して負荷をＰＷＭ駆動するＰＷＭ制御モードと、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに矩形波信号を入力して負荷を矩形波駆動する矩形波制御モードとを有する負荷制御装置であって、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号波形を加工する信号波形加工手段と、制御モードに応じて、絶縁ゲート型トランジスタの損失を低減するように信号波形加工手段に絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号波形の加工を指示する加工指示手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１０】
このような構成によれば、制御モードに応じて、絶縁ゲート型トランジスタの損失を低減するように絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号波形の加工が指示されるので、より効率的に負荷を駆動することができる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明では、信号波形加工手段は、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の電圧を調整する電圧調整回路を備え、加工指示手段は、制御モードがＰＷＭ制御モードの場合には、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の電圧が第１の電圧となるように電圧調整回路に指示し、制御モードが矩形波制御モードの場合には、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の電圧が第１の電圧よりも高い第２の電圧となるように電圧調整回路に指示することを特徴としている。
【００１２】
このような構成によれば、制御モードがＰＷＭ制御モードの場合には、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の電圧が第２の電圧よりも低い第１の電圧に抑制されるので、サージによる損失の増加を抑制することができ、制御モードが矩形波制御モードの場合には、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の電圧が第１の電圧よりも高い第２の電圧となるので、導通損失を低減することができる。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明では、信号波形加工手段は、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の立ち上がり速度を調整する速度調整回路を備え、加工指示手段は、制御モードがＰＷＭ制御モードの場合には、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の立ち上がり速度が第１の速度となるように速度調整回路に指示し、制御モードが矩形波制御モードの場合には、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の立ち上がり速度が第１の速度よりも速い第２の速度となるように速度調整回路に指示することを特徴としている。
【００１４】
このような構成によれば、制御モードがＰＷＭ制御モードの場合には、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の立ち上がり速度が第２の速度よりも遅い第１の速度となるように速度調整回路に指示するので、絶縁ゲート型トランジスタをサージから保護することができ、制御モードが矩形波制御モードの場合には、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の立ち上がり速度が第１の速度よりも速い第２の速度となるように速度調整回路に指示するので、スイッチング損失を低減することができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明では、信号波形加工手段は、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の電圧を調整する電圧調整回路および絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の立ち上がり速度を調整する速度調整回路を備え、加工指示手段は、制御モードがＰＷＭ制御モードの場合には、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の電圧が第１の電圧となるように電圧調整回路に指示するとともに、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の立ち上がり速度が第１の速度となるように速度調整回路に指示し、制御モードが矩形波制御モードの場合には、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の電圧が第１の電圧よりも高い第２の電圧となるように電圧調整回路に指示するとともに、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の立ち上がり速度が第１の速度よりも速い第２の速度となるように速度調整回路に指示することを特徴としている。
【００１６】
このように、制御モードがＰＷＭ制御モードの場合には、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の電圧が第１の電圧となるように電圧調整回路に指示するとともに、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の立ち上がり速度が第１の速度となるように速度調整回路に指示し、制御モードが矩形波制御モードの場合には、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の電圧が第１の電圧となるように電圧調整回路に指示するとともに、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の立ち上がり速度が第１の速度よりも速い第２の速度となるように速度調整回路に指示することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る負荷制御装置の全体の概略構成を示す図である。
【図２】図１中のＡ部の詳細を示す図である。
【図３】ゲート電圧調整回路の回路構成を示す図である。
【図４】スイッチングスピード調整回路の回路構成を示す図である。
【図５】ＰＷＭ制御モードでのゲート電圧を変化させた場合のインバータ損失の測定結果を示す図である。
【図６】各動作モードに適したスイッチングスピードとゲート電圧を示す図である。
【図７】通信調停用マイコンとパワー半導体用マイコンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の一実施形態に係る負荷制御装置の全体の概略構成を図１に示す。本負荷制御装置１には、バッテリ２および負荷としての３相高電圧交流モータ３が接続されている。なお、モータ３は、車両の走行用の動力源として用いられる。
【００１９】
本負荷制御装置１は、通信調停用マイコン１０、６つのパワー半導体駆動用マイコン１５、６つのゲート電圧調整回路２０、６つのスイッチングスピード調整回路（図中では、ＳＷスピード調整回路と記す）３０、絶縁ゲート型トランジスタ（以下、ＩＧＢＴと記す）５１〜５６、ＭＧ−ＥＣＵ６０を備えている。
【００２０】
本負荷制御装置１は、ＩＧＢＴ５１〜５６のゲートに正弦波ＰＷＭ信号を入力してモータ３をＰＷＭ駆動する正弦波ＰＷＭ制御モードと、ＩＧＢＴ５１〜５６のゲートに過変調ＰＷＭ信号を入力してモータ３をＰＷＭ駆動する過変調ＰＷＭ制御モードと、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに矩形波信号を入力してモータ３を矩形波駆動する矩形波制御モードを有している。
【００２１】
通信調停用マイコン１０は、ＭＧ−ＥＣＵ６０と通信を行うためのものである。通信調停用マイコン１０は、バッテリ２の端子間電圧を検出する電圧検出回路（図示せず）を備え、この電圧検出回路により検出されたバッテリ２の端子間電圧をＭＧ−ＥＣＵ６０へ通知するようになっている。なお、ＭＧ−ＥＣＵ６０は、通信調停用マイコン１０より通知されたバッテリ２の端子間電圧等に基づいてモータ３を最適に駆動するための動作モード（制御モードに相当する）を決定し、決定した動作モードを特定するための情報を通信調停用マイコン１０に通知するようになっている。
【００２２】
通信調停用マイコン１０は、ＭＧ−ＥＣＵ６０より動作モードを特定するための情報を受信すると、動作モードに適した各ＩＧＢＴ５１〜５６のゲートに入力する信号のゲート電圧値とスイッチングスピード値を特定し、各パワー半導体駆動用マイコン１５に通知する。
【００２３】
パワー半導体駆動用マイコン１５は、通信調停用マイコン１０より通知されたゲート電圧値に応じてゲート電圧調整回路２０を制御するとともに通信調停用マイコン１０より通知されたスイッチングスピード値に応じてスイッチングスピード調整回路３０を制御する。
【００２４】
ゲート電圧調整回路２０は、ＩＧＢＴ５１〜５６の各ゲートに印加する電圧を調整するための回路である。このゲート電圧調整回路２０については後で詳細に説明する。
【００２５】
スイッチングスピード調整回路３０は、ＩＧＢＴ５１〜５６の各ゲートに印加する電圧の立ち上がりスピードと立ち下がりスピードを調整するための回路である。このスイッチングスピード調整回路３０についても後で詳細に説明する。
【００２６】
ＩＧＢＴ５１〜５６は、３相インバータとして構成されている。本実施形態では、ＩＧＢＴ５１はＵ相の上アーム、ＩＧＢＴ５２はＵ相の下アーム、ＩＧＢＴ５３はＶ相の上アーム、ＩＧＢＴ５４はＶ相の下アーム、ＩＧＢＴ５５はＷ相の上アーム、ＩＧＢＴ５６はＷ相の下アームとなっている。
【００２７】
ＭＧ−ＥＣＵ６０は、絶縁電源６１〜６６、マイコン６７を備えている。絶縁電源６１〜６６は、それぞれ一定の電圧を生成する絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータとして構成されている。絶縁電源６１〜６６により生成された定電圧は、それぞれゲート電圧調整回路２０へ入力される。
【００２８】
マイコン６７は、前述したように、通信調停用マイコン１０より通知されるバッテリ２の端子間電圧に基づいてモータ３を最適に駆動するための動作モードを決定し、この決定した動作モードを示す情報を通信調停用マイコン１０へ通知する処理を実施する。
【００２９】
マイコン６７は、バッテリ２の端子間電圧が高電圧（例えば、７００Ｖ程度）の場合は、正弦波ＰＷＭ制御モード、バッテリ２の端子間電圧が中間の電圧（例えば、６００Ｖ程度）では過変調ＰＷＭ制御モード、バッテリ２の端子間電圧が低電圧（例えば、５００Ｖ程度）の場合は矩形波制御モードとなるように動作モードを決定する。
【００３０】
図２に、図１中のＡ部の詳細を示す。図に示すように、ゲート電圧調整回路２０は、第１回路２１と第２回路２２を備えている。
【００３１】
第１回路２１は、入力端子Ｖｉｎを介してＭＧ−ＥＣＵの絶縁電源６１より入力される電圧から第１の電圧を生成して第１の出力端子Ｖｏｕｔ１より出力する。
【００３２】
第２回路２２は、入力端子Ｖｉｎを介してＭＧ−ＥＣＵの絶縁電源６１より入力される電圧から第２の電圧を生成して第２の出力端子Ｖｏｕｔ２より出力する。第２の出力端子Ｖｏｕｔ２より出力される第２の電圧は、ＩＧＢＴ５１のエミッタ端子に接続されている。なお、この第２の出力端子Ｖｏｕｔ２とＩＧＢＴ５１のエミッタ端子を接続している配線は、図１では省略してある。
【００３３】
図３に、ゲート電圧調整回路２０の回路構成を示す。第１回路２１は、３端子レギュレータ２１０、抵抗２１１〜２１３、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ２１４、コンデンサ２１６、２１７およびダイオード２１８を備えている。
【００３４】
３端子レギュレータ２１０のＧＮＤ端子とＧＮＤとの間には、トランジスタ２１４および抵抗２２２からなる並列回路と、抵抗２２１が直列に接続されている。
【００３５】
なお、３端子レギュレータ２１０のＧＮＤ端子とＧＮＤとの間の抵抗値に応じて第１の出力端子Ｖｏｕｔ１より出力される第１の電圧が変化するようになっている。
【００３６】
すなわち、パワー半導体駆動用マイコン１５より制御端子Ｃｎｔ１を介して入力される制御信号に応じてトランジスタ２１４がオンすると、３端子レギュレータ２１０のＧＮＤ端子とＧＮＤとの間の抵抗値は抵抗２２１の抵抗値と等しくなり、トランジスタ２１４がオフすると、３端子レギュレータ２１０のＧＮＤ端子とＧＮＤとの間の抵抗値は抵抗２１１と抵抗２１２の和となる。なお、トランジスタ２１４のゲートに入力するパルス信号のデューティーを変化させることにより、３端子レギュレータ２１０のＧＮＤ端子とＧＮＤとの間の抵抗値を変化させることも可能となっている。
【００３７】
このように、制御端子Ｃｎｔ１を介して入力される制御信号に応じて第１の出力端子Ｖｏｕｔ１より出力される第１の電圧が変化するようになっている。
【００３８】
第２の回路２２は、３端子レギュレータ２２０、抵抗２２１〜２２３、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ２２４、コンデンサ２２６、２２７およびダイオード２２８を備えている。
【００３９】
第２の回路２２は、第１の回路２１と回路構成は同じである。すなわち、制御端子Ｃｎｔ２を介して入力される制御信号に応じて第２の出力端子Ｖｏｕｔ２より出力される第２の電圧が変化するようになっている。
【００４０】
本実施形態では、第１の回路における抵抗２１１と第２の回路２２における抵抗２２１と各抵抗値、および第１の回路における抵抗２１２と第２の回路２２における抵抗２２２の各抵抗値はそれぞれ異なっており、第１の回路２１より出力される第１の電圧は０Ｖ〜３０Ｖ程度であるのに対し、第２の回路２２より出力される第２の電圧は１０Ｖ程度となっている。
【００４１】
図４に、スイッチングスピード調整回路３０の回路構成を示す。スイッチングスピード調整回路３０は、レベルシフト回路３１、抵抗３０１、スピード調整回路３２〜３５を備えている。
【００４２】
レベルシフト回路３１には、スイッチ端子ＳＷを介して半導体駆動用マイコン１０より動作モードに応じたスイッチング信号が入力される。
【００４３】
レベルシフト回路３１は、このスイッチング信号の電圧レベル（例えば、５Ｖ）を、入力端子ＩＮを介してゲート電圧調整回路２０より入力される第１の電圧の範囲（例えば、０Ｖ〜３０Ｖ）にレベルシフトした電圧を出力する。
【００４４】
スピード調整回路３２〜３４は、ＩＧＢＴ５１のゲート電圧の波形の立ち上がりを調整するための回路であり、スピード調整回路３５は、ＩＧＢＴ５１のゲート電圧の波形の立ち下がりを調整するための回路である。
【００４５】
スピード調整回路３２は、抵抗３２１、３２２、コンデンサ３２３、ダイオード３２４およびＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ３２５を備えている。
【００４６】
同様に、スピード調整回路３３は、抵抗３３１、３３２、コンデンサ３３３、ダイオード３３４およびＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ３３５を備えており、スピード調整回路３４は、抵抗３４１、３４２、コンデンサ３４３、ダイオード３４４およびＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ３４５を備えている。
【００４７】
スピード調整回路３２における抵抗３２１、スピード調整回路３３における抵抗３３１およびスピード調整回路３４における抵抗３４１は、抵抗３０１と並列に接続されている。
【００４８】
スピード調整回路３２におけるトランジスタ３２５、スピード調整回路３３におけるトランジスタ３３５、スピード調整回路３４におけるトランジスタ３４５をオンまたはオフすることにより、抵抗３０１、スピード調整回路３２における抵抗３２１、スピード調整回路３３における抵抗３３１およびスピード調整回路３４における抵抗３４１から成る合成抵抗が変化して、ＩＧＢＴ５１のゲート抵抗が変化する構成となっている。なお、抵抗３０１、抵抗３２１、抵抗３３１および抵抗３４１から成る合成抵抗の抵抗値が大きいほど、ＩＧＢＴ５１のゲート電圧の波形の立ち上がりが緩やかになる。
【００４９】
また、スピード調整回路３５は、抵抗３５１、３５２、コンデンサ３５３、ダイオード３５４およびＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ３５５を備えている。
【００５０】
スピード調整回路３５におけるダイオード３５４は、スピード調整回路３２〜３４におけるダイオード３２４〜３４４と接続方向が逆となっている。
【００５１】
スピード調整回路３５におけるトランジスタ３５５をオンまたはオフすることにより、抵抗３０１および抵抗３５１から成る合成抵抗が変化して、ＩＧＢＴ５１のゲート抵抗が変化する構成となっている。なお、抵抗３０１および抵抗３５１から成る合成抵抗の抵抗値が大きいほど、ＩＧＢＴ５１のゲート電圧の波形の立ち下がりが緩やかになる。
【００５２】
本実施形態における負荷制御装置１は、動作モードに応じてＩＧＢＴ６１〜６６により構成されるインバータの損失を低減するようにＩＧＢＴ５１〜５６の各ゲートに入力する信号の波形を加工する。
【００５３】
ここで、ＩＧＢＴにより構成されるインバータの損失について説明する。インバータ損失は、導通損失とスイッチング損失の和として表される。
【００５４】
導通損失は、ＩＧＢＴに電流が流れているときに発生する損失である。この導通損失は、ＩＧＢＴのゲート電圧を高くすることで低減することができることが知られている。
【００５５】
また、スイッチング損失は、ＩＧＢＴをスイッチングする過程で発生する損失である。このスイッチング損失は、スイッチングスピードを速くすることで低減することが可能である。
【００５６】
まず、ＩＧＢＴのゲート電圧の最適値について説明する。図５に、ＰＷＭ制御モード時において、スイッチングスピードを一定とし、ゲート電圧を変化させた場合のインバータ損失について測定した結果を示す。この図では、ＩＧＢＴのゲート電圧が１２ボルト（Ｖ）〜１７（Ｖ）までは、ＩＧＢＴのゲート電圧を高くすることでインバータ損失が小さくなっている。しかし、ＩＧＢＴのゲート電圧が１７ボルト（Ｖ）よりも高くなるとインバータ損失が大きくなっている。
【００５７】
このような現象は、ＩＧＢＴのゲート電圧を高くするとサージが発生し、サージによる損失が導通損失の低下分を上回るためと考えられる。
【００５８】
なお、サージによる損失は、スイッチング回数に比例して増加する。また、スイッチング回数は、矩形波制御モード、過変調ＰＷＭ制御モード、正弦波ＰＷＭモードの順に多くなる
したがって、矩形波制御モードではＩＧＢＴのゲート電圧を高くしてＩＧＢＴの導通損失を低減し、過変調ＰＷＭ制御モードでは、矩形波制御モードよりもＩＧＢＴのゲート電圧を低くし、更に、正弦波ＰＷＭモードでは、過変調ＰＷＭ制御モードよりもＩＧＢＴのゲート電圧を低くするのが好ましい。
【００５９】
次に、スイッチングスピードの最適値について説明する。本負荷制御装置１には、５００Ｖ〜７００Ｖ程度の範囲で出力電圧が変動するバッテリ２が接続されている。図１に示した全体構成の図において、Ｕ相の上アームのＩＧＢＴ５１とＵ相の下アームのＩＧＢＴ５２とが直列接続されており、このＩＧＢＴ５１とＩＧＢＴ５２にバッテリ２の端子間電圧が印加される。また、下アームのＩＧＢＴ５２がオンした場合、上アームのＩＧＢＴ５１には、バッテリ２の端子間電圧が印加される。
【００６０】
なお、前述したように、ＭＧ−ＥＣＵ６０は、バッテリ２の端子間電圧が高電圧（例えば、７００Ｖ程度）の場合は、正弦波ＰＷＭ制御モード、バッテリ２の端子間電圧が中間の電圧（例えば、６００Ｖ程度）では過変調ＰＷＭ制御モード、バッテリ２の端子間電圧が低電圧（例えば、５００Ｖ程度）の場合は矩形波制御モードとなるように動作モードを決定する。
【００６１】
バッテリ２の端子間電圧が７００Ｖの場合、動作モードは正弦波ＰＷＭ波制御モードとなり、下アームのＩＧＢＴ５２がオンした場合、上アームのＩＧＢＴ５１には、７００Ｖが印加される。ここで、各ＩＧＢＴ５１、５２の耐圧を１０００Ｖとした場合、耐圧までのマージンは３００Ｖとなる。
【００６２】
また、バッテリ２の端子間電圧が５００Ｖの場合、動作モードは矩形波制御モードとなり、下アームのＩＧＢＴ５２がオンした場合、上アームのＩＧＢＴ５１には、５００Ｖが印加される。ここで、各ＩＧＢＴ５１、５２の耐圧を１０００Ｖとした場合、耐圧までのマージンは５００Ｖとなる。
【００６３】
このように、矩形波制御モードの方が正弦波ＰＷＭ波制御モードよりも、耐圧までのマージンが大きくなるため、矩形波制御モードではスイッチングスピードを速くしてＩＧＢＴのスイッチング損失を低減し、過変調ＰＷＭ波制御モードではＩＧＢＴの保護のためスイッチングスピードを抑え、正弦波ＰＷＭ波制御モードでは、更に、ＩＧＢＴの保護のためスイッチングスピードを抑えるのが好ましい。
【００６４】
本負荷制御装置１は、図６に示すように、正弦波ＰＷＭ制御モード、過変調ＰＷＭ制御モード、矩形波制御モードの順にスイッチングスピードを速くし、正弦波ＰＷＭ制御モード、過変調ＰＷＭ制御モード、矩形波制御モードの順にゲート電圧を高くする。
【００６５】
次に、図７に従って、通信調停用マイコン１０とパワー半導体用マイコン１５の処理について説明する。通信調停用マイコン１０とパワー半導体用マイコン１５は、定期的に図７に示す処理を実施する。
【００６６】
まず、動作モード特定情報を受信したか否かを判定する（Ｓ１００）。具体的には、ＭＧ−ＥＣＵ６０より動作モードを特定するための情報を受信したか否かを判定する。
【００６７】
ここで、動作モードを特定するための情報を受信していない場合、Ｓ１００の判定はＮＯとなり、Ｓ１００の判定を繰り返し実施する。また、動作モードを特定するための情報を受信すると、Ｓ００の判定はＹＥＳとなり、次に、動作モードを判定する（Ｓ１０２）。
【００６８】
ここで、動作モードが正弦波ＰＷＭ制御モードであると判定した場合、正弦波ＰＷＭ制御に適したゲート電圧とスイッチングスピードを特定する（Ｓ１０４）。具体的には、図６に示したような正弦波ＰＷＭ制御に適したゲート電圧とスイッチングスピードを規定したテーブルを参照してゲート電圧とスイッチングスピードを特定する。なお、本実施形態では、正弦波ＰＷＭ制御に適したゲート電圧は１５Ｖとなっている。
【００６９】
次に、Ｓ１０４にて特定したゲート電圧となるようにゲート電圧調整回路を制御する（Ｓ１０６）。本実施形態では、図２に示したように、ＩＧＢＴ５１〜５６のゲート電圧が１５Ｖとなるように、制御端子Ｃｎｔ１、２に制御信号を出力する。
【００７０】
次に、スイッチングスピード調整回路３０を制御する（Ｓ１０８）。具体的には、図４に示した各トランジスタ３２５、３３５、３４５、３５５をオフするように制御信号を出力する。このとき、ＩＧＢＴ５１〜５６のゲート抵抗の抵抗値は、抵抗３０１の抵抗値と等しくなる。
【００７１】
また、動作モードが過変調ＰＷＭ制御モードであると判定した場合、過変調ＰＷＭ制御に適したゲート電圧とスイッチングスピードを特定する（Ｓ１１０）。なお、本実施形態では、正弦波ＰＷＭ制御に適したゲート電圧は１７．５Ｖとなっている。
【００７２】
次に、Ｓ１１０にて特定したゲート電圧となるようにゲート電圧調整回路を制御する（Ｓ１１２）。本実施形態では、図２に示したように、ＩＧＢＴ５１〜５６のゲート電圧が１７．５Ｖとなるように、制御端子Ｃｎｔ１、２に制御信号を出力する。
【００７３】
次に、スイッチングスピード調整回路３０を制御する（Ｓ１１４）。具体的には、図４に示したトランジスタ３２５をオンし、トランジスタ３３５、３４５、３５５をオフするように制御信号を出力する。このとき、ＩＧＢＴ５１〜５６のゲート抵抗の抵抗値は、並列接続された抵抗３０１と抵抗３２１の合成抵抗の抵抗値と等しくなり、正弦波ＰＷＭ制御モードの場合よりもゲート信号の立ち上がり波形は急峻になる。
【００７４】
また、動作モードが矩形波制御モードであると判定した場合、矩形波制御に適したゲート電圧とスイッチングスピードを特定する（Ｓ１１６）。なお、本実施形態では、矩形波制御に適したゲート電圧は２０Ｖとなっている。
【００７５】
次に、Ｓ１１６にて特定したゲート電圧となるようにゲート電圧調整回路を制御する（Ｓ１１８）。本実施形態では、図２に示したように、ＩＧＢＴ５１〜５６のゲート電圧が２０Ｖとなるように、制御端子Ｃｎｔ１、２に制御信号を出力する。
【００７６】
次に、スイッチングスピード調整回路３０を制御する（Ｓ１２０）。具体的には、図４に示したトランジスタ３２５、３３５、３５５をオンし、トランジスタ３４５をオフするように制御信号を出力する。この場合、過変調ＰＷＭ制御モードの場合よりもゲート信号の立ち上がり波形、ゲート信号の立ち下がり波形ともに急峻になる。
【００７７】
上記した構成によれば、動作モードに応じて、絶縁ゲート型トランジスタの損失を低減するように絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号波形の加工が指示されるので、より効率的に負荷を駆動することができる。
【００７８】
また、動作モードがＰＷＭ制御モードの場合には、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の電圧が第２の電圧よりも低い第１の電圧に抑制されるので、サージによる損失の増加を抑制することができ、動作モードが矩形波制御モードの場合には、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の電圧が第１の電圧よりも高い第２の電圧となるので、導通損失を低減することができる。
【００７９】
また、動作モードがＰＷＭ制御モードの場合には、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の立ち上がり速度が第２の速度よりも遅い第１の速度となるように速度調整回路に指示するので、絶縁ゲート型トランジスタをサージから保護することができ、動作モードが矩形波制御モードの場合には、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の立ち上がり速度が第１の速度よりも速い第２の速度となるように速度調整回路に指示するので、スイッチング損失を低減することができる。
【００８０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々なる形態で実施することができる。
【００８１】
例えば、上記実施形態では、ゲート電圧調整回路２０とスイッチングスピード調整回路３０を備え、動作モードに応じてゲート電圧とスイッチングスピードを変更するようにしたが、例えば、スイッチングスピード調整回路３０を備えることなく、動作モードに応じてゲート電圧調整回路２０によりゲート電圧を変更するようにしてもよく、また、ゲート電圧調整回路２０を備えることなく、動作モードに応じてスイッチングスピード調整回路３０によりスイッチングスピードを変更するようにしてもよい。
【００８２】
また、上記実施形態では、バッテリ２の端子間電圧が高い場合に正弦波ＰＷＭ制御モードとなり、バッテリ２の端子間電圧が低い場合に矩形波制御モードとなる例を示したが、バッテリ２の端子間電圧以外の各種条件に応じて動作モードを切り替えるように構成してもよい。この場合、ＩＧＢＴのゲートに入力する信号波形が各種条件に適した波形となるように加工してＩＧＢＴの損失が低減されるように構成すればよい。
【００８３】
また、上記実施形態では、正弦波ＰＷＭ制御モード、過変調ＰＷＭ制御モード、矩形波制御モードの３つの動作モードを切り替える構成を示したが、例えば、正弦波ＰＷＭ制御モードと矩形波制御モードの２つの動作モードを切り替える構成としてもよい。
【００８４】
また、上記実施形態では、３相高電圧交流モータ３を負荷として駆動する構成を示したが、このような負荷に限定されるものではない。
【００８５】
なお、上記実施形態における構成と特許請求の範囲の構成との対応関係について説明すると、ゲート電圧調整回路２０、スイッチングスピード調整回路３０が信号波形加工手段に相当し、Ｓ１０４〜Ｓ１０８、Ｓ１１０〜Ｓ１１４、Ｓ１１６〜Ｓ１２０が加工指示手段に相当する。
【符号の説明】
【００８６】
１          負荷制御装置
２          バッテリ
３          モータ
１０        通信調停用マイコン
１５        パワー半導体駆動用マイコン
２０        ゲート電圧調整回路
３０        スイッチングスピード調整回路
５１〜５６  絶縁ゲート型トランジスタ（ＩＧＢＴ）
６０        ＭＧ−ＥＣＵ
【図１】
2012095413.tif 000003
【図２】
2012095413.tif 000004
【図３】
2012095413.tif 000005
【図４】
2012095413.tif 000006
【図５】
2012095413.tif 000007
【図６】
2012095413.tif 000008
【図７】
2012095413.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成22年10月29日(2010.10.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
このように、制御モードがＰＷＭ制御モードの場合には、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の電圧が第１の電圧となるように電圧調整回路に指示するとともに、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の立ち上がり速度が第１の速度となるように速度調整回路に指示し、制御モードが矩形波制御モードの場合には、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の電圧が第１の電圧よりも高い第２の電圧となるように電圧調整回路に指示するとともに、絶縁ゲート型トランジスタのゲートに入力する信号の立ち上がり速度が第１の速度よりも速い第２の速度となるように速度調整回路に指示することもできる。