(57)【要約】【課題】コンデンサの小型化と、モータ駆動効率の向上の両立を図る。【解決手段】直流電源間に、ＩＧＢＴ５１〜５６をブリッジ接続してなるインバータと、平滑コンデンサ５７とを並列に配置し、通信調停用マイコン１０およびパワー半導体駆動用マイコン１５は、平滑コンデンサ５７の温度に応じた信号を出力する温度センサ５７ａより出力される信号に基づいて推定される平滑コンデンサ５７の温度が高くなるほどスイッチング信号のスイッチング速度が遅くなるように、ＩＧＢＴ５１〜５６を制御するスイッチング信号のスイッチング速度を調整するスイッチング速度調整回路３０に指示する（Ｓ１０６〜Ｓ１１８）。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源間に配置され、複数のスイッチング素子（５１〜５６）をブリッジ接続してなるインバータと、
前記直流電源間に配置された平滑コンデンサ（５７）と、
前記平滑コンデンサ（５７）の温度に応じた信号を出力する温度検出手段（５７ａ）と、
前記複数のスイッチング素子（５１〜５６）を制御するスイッチング信号のスイッチング速度を調整するスイッチング速度調整回路（３０）と、
前記温度検出手段（５７ａ）より出力される信号に基づいて推定される前記平滑コンデンサ（５７）の温度が高くなるほど前記スイッチング信号のスイッチング速度が遅くなるように前記スイッチング速度調整回路（３０）に指示する速度調整指示手段（Ｓ１０６〜Ｓ１１８）と、を備えたことを特徴とする負荷制御装置。
【請求項２】
前記スイッチング速度調整回路（３０）は、前記複数のスイッチング素子（５１〜５６）の各ゲートに接続されたゲート抵抗の抵抗値を段階的に変化させて前記スイッチング信号のスイッチング速度を段階的に調整するようになっており、
前記速度調整指示手段（Ｓ１０６〜Ｓ１１８）は、前記スイッチング信号のスイッチング速度が段階的に遅くなるように前記スイッチング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３】
前記温度検出手段（５７ａ）は、前記平滑コンデンサに内蔵された温度検出素子により構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の負荷制御装置。
【請求項４】
前記温度検出手段（５７ａ）は、前記複数のスイッチング素子の各々に内蔵された温度検出素子、前記インバータに接続された負荷の温度を検出する温度検出素子、前記インバータに接続された負荷に流れる電流を検出する電流センサのいずれか１つにより構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の負荷制御装置。
【請求項５】
前記複数のスイッチング素子（５１〜５６）の各々には、当該スイッチング素子と並列にダイオード（５１ａ〜５６ａ）が接続されており、
前記直流電源間に、前記スイッチング素子（５１〜５６）のＯＮスイッチング時に前記ダイオード（５１ａ〜５６ａ）が流すリカバリ電流とその周波数を低減する手段を有していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の負荷制御装置。
【請求項６】
前記インバータは、上アーム側のスイッチング素子と下アーム側のスイッチング素子を直列接続して成る直列回路（５１と５２、５３と５４、５５と５６）を３つ並列接続して構成されており、
前記リカバリ電流とその周波数低減手段は、前記３つの直列回路（５１と５２、５３と５４、５５と５６）と並列に接続されたスナバコンデンサ（５９）を有していることを特徴とする請求項５に記載の負荷制御装置。
【請求項７】
前記リカバリ電流とその周波数低減手段は、一端が前記直流電源の電源ラインに接続され、他端が前記スナバコンデンサ（５９）の一端に接続された第１のインダクタ（５８ａ）と、
一端が前記直流電源のグランドラインに接続され、他端が前記スナバコンデンサ（５９）の他端に接続された第２のインダクタ（５８ｂ）を有していることを特徴とする請求項６に記載の負荷制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車の車両駆動用モータをインバータにより駆動するモータ駆動装置においては、スイッチング素子をブリッジ接続して構成されたインバータを直流電源間に配置し、ＰＷＭ信号に従って上アーム側のスイッチング素子と下アーム側のスイッチング素子とを相補的にオンオフ制御するようになっている。
【０００３】
このような装置では、バッテリや直流電源線にインダクタンス成分が存在するので、インバータのスイッチング素子のオンオフに伴い生じるサージ電圧を抑制するため、直流電源間に高周波特性に優れたコンデンサ（例えば、フィルムコンデンサ）を設ける必要がある。
【０００４】
しかし、このようなインバータを備えたモータ制御装置により実際に車両駆動用のモータを駆動すると、上記コンデンサが発熱する現象が生じる。コンデンサは、温度が高くなるに従い急速に劣化が進むため、コンデンサの容量を増大したり、コンデンサ用に冷却器を設けたりする必要がある。このため、装置の大型化を招く結果となってしまう。
【０００５】
そこで、インバータのスイッチング信号のオンオフの切替に伴って平滑コンデンサにリプル電流が流れ、インバータ出力が大きくなるとリプル電流も大きくなりコンデンサの発熱量も大きくなるという点に着目し、インバータ出力が大きい場合はスイッチング回数の少ない矩形波モードで動作させ、インバータの出力が小さくコンデンサの発熱が小さくなる場合は効率良くモータを駆動することができるＰＷＭモードで動作させるようにして、インバータ出力が大きい場合の平滑コンデンサの温度上昇を抑えるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１５４４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載されたような装置は、矩形波モードでモータを駆動しても、更に、平滑コンデンサの温度が上昇してしまうような状況では、平滑コンデンサの温度上昇を抑制することは困難となってしまうため、平滑コンデンサを小型化するにも限界がある。
【０００８】
また、上記特許文献１に記載されたような装置は、効率良くモータを駆動することができるＰＷＭモードで平滑コンデンサの温度上昇を抑制するといったことはできない。このため、効率が良くないといった問題がある。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みたもので、コンデンサの小型化とモータ駆動効率の向上の両立を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、直流電源間に配置され、複数のスイッチング素子（５１〜５６）をブリッジ接続してなるインバータと、直流電源間に配置された平滑コンデンサ（５７）と、平滑コンデンサ（５７）の温度に応じた信号を出力する温度検出手段（５７ａ）と、複数のスイッチング素子（５１〜５６）を制御するスイッチング信号のスイッチング速度を調整するスイッチング速度調整回路（３０）と、温度検出手段（５７ａ）より出力される信号に基づいて推定される平滑コンデンサ（５７）の温度が高くなるほどスイッチング信号のスイッチング速度が遅くなるようにスイッチング速度調整回路（３０）に指示する速度調整指示手段（Ｓ１０６〜Ｓ１１８）と、を備えたことを特徴としている。
【００１１】
このような構成によれば、温度検出手段（５７ａ）より出力される信号に基づいて推定される平滑コンデンサ（５７）の温度が高くなるほどスイッチング信号のスイッチング速度が遅くなるようにスイッチング速度調整回路（３０）に指示される。すなわち、ＰＷＭモード、矩形波モード等の動作モードと関係なく、平滑コンデンサの温度が高くなるほどスイッチング信号のスイッチング速度が遅くなり、平滑コンデンサの温度上昇が抑制される。したがって、矩形波モードでモータを駆動して、更に、平滑コンデンサの温度が上昇してしまうような状況でも、平滑コンデンサの温度を抑制することができ、平滑コンデンサの小型化を図ることができる。また、ＰＷＭモードでも、平滑コンデンサの温度が高くなるほどスイッチング信号のスイッチング速度が遅くなり、平滑コンデンサの温度上昇が抑制されるので、モータ駆動効率の向上を図ることができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、スイッチング速度調整回路（３０）は、複数のスイッチング素子（５１〜５６）の各ゲートに接続されたゲート抵抗の抵抗値を段階的に変化させてスイッチング信号のスイッチング速度を段階的に調整するようになっており、速度調整指示手段（Ｓ１０６〜Ｓ１１８）は、スイッチング信号のスイッチング速度が段階的に遅くなるようにスイッチング速度調整回路に指示することを特徴としている。
【００１３】
このように、スイッチング速度調整回路（３０）は、複数のスイッチング素子（５１〜５６）の各ゲートに接続されたゲート抵抗の抵抗値を段階的に変化させてスイッチング信号のスイッチング速度を段階的に調整するようになっており、速度調整指示手段（Ｓ１０６〜Ｓ１１８）は、スイッチング信号のスイッチング速度が段階的に遅くなるようにスイッチング速度調整回路に指示することができる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明のように、温度検出手段（５７ａ）を、平滑コンデンサに内蔵された温度検出素子により構成することにより、精度良く平滑コンデンサの温度を推定することができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明のように、温度検出手段（５７ａ）を、複数のスイッチング素子の各々に内蔵された温度検出素子、インバータに接続された負荷の温度を検出する温度検出素子、インバータに接続された負荷に流れる電流を検出する電流センサのいずれか１つにより構成することもできる。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、複数のスイッチング素子（５１〜５６）の各々には、当該スイッチング素子と並列にダイオード（５１ａ〜５６ａ）が接続されており、直流電源間に、スイッチング素子（５１〜５６）のＯＮスイッチング時にダイオード（５１ａ〜５６ａ）が流すリカバリ電流とその周波数を低減する手段を有していることを特徴としている。
【００１７】
このような構成によれば、スイッチング素子（５１〜５６）のＯＮスイッチング時にダイオード（５１ａ〜５６ａ）が流すリカバリ電流とその周波数を低減し、平滑コンデンサの温度上昇を抑制することができる。
【００１８】
また、請求項６に記載の発明は、インバータは、上アーム側のスイッチング素子と下アーム側のスイッチング素子を直列接続して成る直列回路（５１と５２、５３と５４、５５と５６）を３つ並列接続して構成されており、リカバリ電流低減手段は、３つの直列回路（５１と５２、５３と５４、５５と５６）と並列に接続されたスナバコンデンサ（５９）を有していることを特徴としている。
【００１９】
このように、３つの直列回路（５１と５２、５３と５４、５５と５６）と並列に接続されたスナバコンデンサ（５９）により、スイッチング素子（５１〜５６）のＯＮスイッチング時にダイオード（５１ａ〜５６ａ）が流すリカバリ電流が平滑コンデンサに流入するのを低減できる。
【００２０】
また、請求項７に記載の発明は、リカバリ電流とその周波数を低減する手段であり、一端が直流電源の電源ラインに接続され、他端がスナバコンデンサ（５９）の一端に接続された第１のインダクタ（５８ａ）と、一端が直流電源のグランドラインに接続され、他端がスナバコンデンサ（５９）の他端に接続された第２のインダクタ（５８ｂ）を有していることを特徴としている。
【００２１】
このように、一端が直流電源の電源ラインに接続され、他端がスナバコンデンサ（５９）の一端に接続された第１のインダクタ（５８ａ）と、一端が直流電源のグランドラインに接続され、他端がスナバコンデンサ（５９）の他端に接続された第２のインダクタ（５８ｂ）を備えることにより、スイッチング素子（５１〜５６）のＯＮスイッチング時にダイオード（５１ａ〜５６ａ）が流すリカバリ電流とその周波数を低減することができる。
【００２２】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、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る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る負荷制御装置の全体の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】平滑コンデンサに流れるリプル電流の計測波形の例である。
【図４】平滑コンデンサのＥＳＲ特性を示す図である。
【図５】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。
【図６】スイッチング信号のスイッチングスピードを変化させた場合の平滑コンデンサの温度特性を示した図である。
【図７】スナバコンデンサの有無と平滑コンデンサの温度特性の関係を示した図である。
【図８】インダクタンスの有無とリカバリ電流の関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の一実施形態に係る負荷制御装置の全体の構成を図１に示す。本負荷制御装置１には、直流電源（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。
【００２５】
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、平滑コンデンサ５７、インダクタンス５８ａ、５８ｂ、スナバコンデンサ５９、ＭＧ−ＥＣＵ６０を備えている。なお、ＩＧＢＴ５１〜５６は、それぞれ並列に接続されたダイオード５１ａ〜５６ａを備えている。また、平滑コンデンサ５７には、平滑コンデンサ５７の温度に応じた信号を出力する温度センサ５７ａが内蔵されている。具体的には、温度センサ５７ａは、サーミスタにより構成されている。
【００２６】
平滑コンデンサ５７は、ＩＧＢＴ５１〜５６のオンオフに伴い生じるサージ電圧を抑え、また直流電源の電圧変動を小さくするためのものであり、直流電源間に設けられている。平滑コンデンサ５７としては、セラミックコンデンサ、フィルムコンデンサ等が用いられる。
【００２７】
スナバコンデンサ５９は、セラミックコンデンサにより構成され、ＩＧＢＴ５１〜５６により構成されるインバータと並列に接続されている。
【００２８】
インダクタンス５８ａは、一端が直流電源の電源ラインに接続され、他端がスナバコンデンサ５９の一端に接続されている。
【００２９】
インダクタンス５８ｂは、一端が直流電源のグランドラインに接続され、他端がスナバコンデンサ５９の他端に接続されている。
【００３０】
スナバコンデンサ５９、インダクタンス５８ａ、５８ｂは、後述するＩＧＢＴ５１〜５６のＯＮスイッチング時にダイオード（５１ａ〜５６ａ）が流すリカバリ電流を平滑コンデンサに流入させにくくすると共に、リカバリ電流の周波数を低減するために設けられている。
【００３１】
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、ＩＧＢＴ５１〜５６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。
【００３２】
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、直流電源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直流電源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より通知された直流電源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。
【００３３】
また、ＭＧ−ＥＣＵ６０には、サーミスタ５７ａからの信号が入力されるようになっている。ＭＧ−ＥＣＵ６０は、サーミスタ５７ａから入力される信号に基づいて平滑コンデンサ５７の温度を推定し、これに基づいてインバータをスイッチングするスイッチング信号の最適な速度の度合い（低速、中速、高速）を決定し、決定した速度の度合いを表すスイッチスピード特定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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
ＭＧ−ＥＣＵ６０は、マイコン６７を備えている。マイコン６７は、前述したように、通信調停用マイコン１０より通知される直流電源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。
【００３９】
マイコン６７は、直流電源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、直流電源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、直流電源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。
【００４０】
図２に、図１中のＡ部の詳細を示す。この図には、スイッチングスピード調整回路３０、半導体駆動用マイコン１５およびＩＧＢＴ５１が示されている。
【００４１】
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１５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を介して入力される定電圧の範囲（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、３３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３４、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を備えている。
【００４７】
スピード調整回路３２における抵抗３２１およびスピード調整回路３３における抵抗３３１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およびスピード調整回路３３におけるトランジスタ３３５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およびスピード調整回路３３における抵抗３３１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および抵抗３３１から成る合成抵抗の抵抗値が大きくなるほど、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。
【００５０】
同様に、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。
【００５１】
スピード調整回路３５におけるダイオード３５４およびスピード調整回路３４におけるダイオード３４４は、スピード調整回路３２、３３におけるダイオード３２４、３３４と接続方向が逆となっている。
【００５２】
スピード調整回路３４におけるトランジスタ３４５およびスピード調整回路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、抵抗３４１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、抵抗３４１および抵抗３５１から成る合成抵抗の抵抗値が大きくなるほど、ＩＧＢＴ５１のゲート電圧の波形の立ち下がりが緩やかになる。
【００５３】
ところで、本発明者は、実験等の結果、平滑コンデンサの発熱の主要因は、リプル電流に含まれるリカバリ電流に起因する高周波の電流成分であり、低い周波数成分は平滑コンデンサの発熱にあまり影響しないということを見出した。
【００５４】
なお、リカバリ電流は、ＩＧＢＴ５１〜５６の各ゲートに入力するスイッチング信号がオフからオンに変化し、ＩＧＢＴ５１〜５６と並列に接続されたダイオード５１ａ〜５６ａに電流が流れている状態からダイオード５１ａ〜５６ａに電流が流れない状態になるときに発生する電流である。
【００５５】
以下、リカバリ電流と平滑コンデンサの発熱の関係について説明する。図３に、平滑コンデンサ５７に流れるリプル電流の計測波形の例を示す。図３中の（ｂ）は、図３中の（１）の拡大図である。図３（ｂ）には、数ＭＨｚ帯の周波数成分を有するパルス電流と、十数ｋＨｚ帯の周波数成分を有するパルス電流が示されている。
【００５６】
この例では、平滑コンデンサ５７に流れるリプル電流には、大きく分けて、数ＭＨｚ帯、十数ｋＨｚ帯の２種類のパルス電流が含まれる。これらのパルス電流のうち、数ＭＨｚ帯のパルス電流がリカバリ電流による電流成分である。このリカバリ電流成分は、他のパルス電流と比較して、電流の流れている時間は短いがピーク値は数百アンペア程度の非常に大きな値となっている。
【００５７】
ここで、平滑コンデンサの発熱量は、平滑コンデンサで消費される電力量で表すことができる。すなわち、（平滑コンデンサの発熱量）＝（平滑コンデンサに流れる電流）２×（直列等価抵抗）として算出することができる。なお、直列等価抵抗ＥＳＲ（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  Ｓｅｒｉｅｓ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）は、平滑コンデンサに流れる電流の周波数に応じてその抵抗値が変化する。
【００５８】
図４に、平滑コンデンサのＥＳＲ特性を示す。この図の例では、十数ｋＨｚのときのＥＳＲは１ｍオーム（Ω）程度、数ＭＨｚのときのＥＳＲは３０ｍオーム（Ω）程度となっている。このように、平滑コンデンサの直列等価抵抗ＥＳＲは、周波数が高くなるほど大きくなる。
【００５９】
つまり、電流値のピーク値が小さく、かつ、平滑コンデンサに流れ込む電流の周波数が低い場合には、平滑コンデンサの発熱量は少ないが、電流値のピーク値が大きく、かつ、平滑コンデンサに流れ込む電流の周波数が高い場合、平滑コンデンサの発熱量は大幅に増加することが分かる。
【００６０】
したがって、電流値のピーク値が大きく、直列等価抵抗ＥＳＲが大きくなる高周波なリカバリ電流成分を低減することで、平滑コンデンサの発熱を大幅に抑制することが可能となる。
【００６１】
上記したように、平滑コンデンサの発熱の主要因は、リプル電流に含まれるリカバリ電流に起因する高周波成分であることが分かった。
【００６２】
そこで、本負荷制御装置１は、平滑コンデンサ５７の温度を検出するサーミスタ５７ａより出力される信号に基づいて平滑コンデンサ５７の温度を推定し、平滑コンデンサ５７の温度が高くなるほど、ＩＧＢＴ５１〜５６を制御するスイッチング信号のスイッチングスピードが遅くなるようにスイッチングスピード調整回路３０に指示し、リカバリ電流ピーク値を低減して平滑コンデンサ５７の温度上昇を抑制する。
【００６３】
次に、図５に従って、通信調停用マイコン１０の処理について説明する。なお、ここでは、通信調停用マイコン１０とパワー半導体用マイコン１５の処理として説明する。低圧バッテリより電源が供給されると、通信調停用マイコン１０とパワー半導体用マイコン１５は起動して、図５に示す処理を実施する。なお、ここでは、インバータを正弦波ＰＷＭ制御モードで動作させるものとして説明する。
【００６４】
まず、温度センサ５７より出力される信号に基づいてＭＧ−ＥＣＵ６０は平滑コンデンサ５７の温度を推定する（Ｓ１００）。
【００６５】
ＭＧ−ＥＣＵ６０は、この温度情報に基づいてＩＧＢＴ５１〜５６のゲートに入力するスイッチング信号の最適なスイッチングスピードの度合い（低速、中速、高速）を決定し、決定した速度の度合いを表すスイッチスピード特定情報（ＳＷスピード特定情報）を通信調停用マイコン１０に通知する。本実施形態では、平滑コンデンサ５７の温度が７０℃未満の場合は高速、平滑コンデンサ５７の温度が７０℃以上で、かつ、９０℃未満の場合は中速、平滑コンデンサ５７の温度が９０℃以上の場合は低速となるようにスイッチングスピードの度合いを決定する。
【００６６】
通信調停用マイコン１０は、スイッチスピード特定情報を受信すると（Ｓ１０４）、このスイッチスピード特定情報に基づいてスイッチスピードの判定を行う（Ｓ１０６）。
【００６７】
ここで、推定された平滑コンデンサ５７の温度が７０℃未満となっておりスイッチスピード特定情報に基づいてスイッチングスピードの度合いが高速であると判定した場合、スイッチングスピードが高速になるようなゲート抵抗の組合せを特定する（Ｓ１０８）。ここでは、ＩＧＢＴ５１〜５６のゲート抵抗の抵抗値が小さくなるようにスイッチングスピード調整回路３０へ指示する制御信号を特定する。具体的には、図２に示したスイッチングスピード調整回路３０において、スイッチング信号の立ち上がりスピードを急峻にするため、スピード調整回路３２のトランジスタ３２５と、スピード調整回路３３のトランジスタ３３５とがそれぞれオンするようにＣｎｔ２端子およびＣｎｔ３端子の論理レベルを特定するとともに、スイッチング信号の立ち下がりスピードを急峻にするため、スピード調整回路３４のトランジスタ３４５と、スピード調整回路３５のトランジスタ３５５とをそれぞれオンするように、Ｃｎｔ４端子およびＣｎｔ５端子の論理レベルを特定する。
【００６８】
この場合、スイッチング信号の立ち上がり時のＩＧＢＴ５１〜５６のゲート抵抗の抵抗値は、抵抗３０１と、スピード調整回路３２の抵抗３２１と、スピード調整回路３３の抵抗３３１とを並列接続した合成抵抗の抵抗値となる。また、スイッチング信号の立ち下がり時のＩＧＢＴ５１〜５６のゲート抵抗の抵抗値は、抵抗３０１と、スピード調整回路３４の抵抗３４１と、スピード調整回路３５の抵抗３５１とを並列接続した合成抵抗の抵抗値となる。
【００６９】
次に、スイッチングスピードが高速となるようにスイッチングスピード調整回路３０へ指示する（Ｓ１１０）。具体的には、Ｓ１０８にて特定した論理レベルとなるようにＣｎｔ２端子〜Ｃｎｔ４端子へ制御信号を出力する。これにより、ＩＧＢＴ５１〜５６の各ゲートに入力するスイッチング信号の立ち上がり速度および立ち下がり速度はそれぞれ高速となる。なお、このように、スイッチング信号のスイッチングスピードを速くすることで、ＩＧＢＴ５１〜５６のスイッチング損失が低減されるので、効率良くインバータを駆動することができる。
【００７０】
次に、平滑コンデンサ５７の温度が上昇して、推定された平滑コンデンサ５７の温度が７０℃以上で、かつ、９０℃未満となり、Ｓ１０６にて、スイッチスピード特定情報に基づいてスイッチングスピードの度合いが中速であると判定した場合は、スイッチングスピードが中速になるようなゲート抵抗の組合せを特定する（Ｓ１１２）。ここでは、ＩＧＢＴ５１〜５６のゲート抵抗の抵抗値が中間の値となるようにスイッチングスピード調整回路３０へ指示する制御信号を特定する。具体的には、図２に示したスイッチングスピード調整回路３０において、スイッチング信号の立ち上がりスピードを中速にするため、スピード調整回路３２のトランジスタ３２５がオンし、スピード調整回路３３のトランジスタ３３５がオフするようにＣｎｔ２端子およびＣｎｔ３端子の論理レベルを特定するとともに、スイッチング信号の立ち下がりスピードを中速にするため、スピード調整回路３４のトランジスタ３４５がオンし、スピード調整回路３５のトランジスタ３５５がオフするようにＣｎｔ４端子およびＣｎｔ５端子の論理レベルを特定する。
【００７１】
この場合、スイッチング信号の立ち上がり時のＩＧＢＴ５１〜５６のゲート抵抗の抵抗値は、抵抗３０１と、スピード調整回路３２の抵抗３２１を並列接続した合成抵抗の抵抗値となる。また、スイッチング信号の立ち下がり時のＩＧＢＴ５１〜５６のゲート抵抗の抵抗値は、抵抗３０１と、スピード調整回路３４の抵抗３４１を並列接続した合成抵抗の抵抗値となる。
【００７２】
次に、スイッチングスピードが中速となるようにスイッチングスピード調整回路３０へ指示する（Ｓ１１４）。具体的には、Ｓ１１２にて特定した論理レベルとなるようにＣｎｔ２端子〜Ｃｎｔ４端子へ制御信号を出力する。これにより、ＩＧＢＴ５１〜５６の各ゲートに入力するスイッチング信号の立ち上がり速度および立ち下がり速度はそれぞれ中速となる。なお、このように、スイッチング信号のスイッチングスピードを中速にすることで、平滑コンデンサ５７の発熱が抑制される。
【００７３】
また、更に、平滑コンデンサ５７の温度が上昇して、推定された平滑コンデンサ５７の温度が９０℃以上となり、Ｓ１０６にて、スイッチスピード特定情報に基づいてスイッチングスピードの度合いが低速であると判定した場合は、スイッチングスピードが低速になるようなゲート抵抗の組合せを特定する（Ｓ１１６）。ここでは、ＩＧＢＴ５１〜５６のゲート抵抗の抵抗値が大きくなるようにスイッチングスピード調整回路３０へ指示する制御信号を特定する。具体的には、図２に示したスイッチングスピード調整回路３０において、スイッチング信号の立ち上がりスピードを低速にするため、スピード調整回路３２のトランジスタ３２５と、スピード調整回路３３のトランジスタ３３５とがそれぞれオフするようにＣｎｔ２端子およびＣｎｔ３端子の論理レベルを特定するとともに、スイッチング信号の立ち下がりスピードを低速にするため、スピード調整回路３４のトランジスタ３４５と、スピード調整回路３５のトランジスタ３５５とがそれぞれオフするようにＣｎｔ４端子およびＣｎｔ５端子の論理レベルを特定する。
【００７４】
この場合、スイッチング信号の立ち上がり時のＩＧＢＴ５１〜５６のゲート抵抗の抵抗値は、抵抗３０１と等しくなり、また、スイッチング信号の立ち下がり時のＩＧＢＴ５１〜５６のゲート抵抗の抵抗値も、抵抗３０１と等しくなる。
【００７５】
次に、スイッチングスピードが低速となるようにスイッチングスピード調整回路３０へ指示する（Ｓ１１８）。具体的には、Ｓ１１６にて特定した論理レベルとなるようにＣｎｔ２端子〜Ｃｎｔ４端子へ制御信号を出力する。これにより、ＩＧＢＴ５１〜５６の各ゲートに入力するスイッチング信号の立ち上がり速度および立ち下がり速度はそれぞれ低速となる。なお、このように、スイッチング信号のスイッチングスピードを低速にすることで、平滑コンデンサ５７の発熱が抑制される。
【００７６】
そして、平滑コンデンサ５７の温度が下がり、推定された平滑コンデンサ５７の温度が９０℃未満となり、Ｓ１０６にて、スイッチスピード特定情報に基づいてスイッチングスピードの度合いが中速であると判定した場合は、スイッチングスピードが中速になるようなゲート抵抗の組合せを特定し（Ｓ１１２）、スイッチングスピードが中速になるようにスイッチングスピード調整回路へ指示する（Ｓ１１４）。
【００７７】
上記した処理を繰り返すことにより、平滑コンデンサ５７の温度が高くなるとスイッチング信号のスイッチング速度が遅くなるようにスイッチング速度調整回路３０に指示されるので、平滑コンデンサ５７の温度上昇が抑制され、平滑コンデンサ５７の温度が低くなると、スイッチング信号のスイッチング速度が速くなるようにスイッチング速度調整回路３０に指示するので、インバータのスイッチング損失を小さくすることができ、すなわち、効率良く負荷を駆動することが可能となる。
【００７８】
したがって、平滑コンデンサの温度上昇を抑えるためにコンデンサを大型にしたり、冷却能力を高めたりする必要がなくなる。
【００７９】
また、ＰＷＭ制御モード、矩形波モードといった動作モードと関係なく、平滑コンデンサ５７の温度上昇を抑制することができる。
【００８０】
図６に、スイッチング信号のスイッチングスピードを変化させた場合の平滑コンデンサ５７の温度特性を示す。スイッチング信号のスイッチングスピードを遅くするほどリカバリ電流は小さくなる。この図６には、リカバリ電流のピーク値が、４５０アンペア、５５０アンペア、７００アンペアの場合の平滑コンデンサ５７の温度特性が示されている。図に示すように、リカバリ電流のピーク値が小さくなるほど平滑コンデンサの温度上昇が抑制されていることが分かる。
【００８１】
次に、スナバコンデンサ５９の有無による平滑コンデンサの温度特性の相違について説明する。図７に、スナバコンデンサ５９の有無と平滑コンデンサの温度特性を示す。
【００８２】
図に示すように、スナバコンデンサ５９が有る場合の方が、スナバコンデンサ５９が無い場合よりも平滑コンデンサ５７の温度上昇が抑制されている。これは、スナバコンデンサ５９により平滑コンデンサ５７に流れるリカバリ電流が低減されるためである。
【００８３】
図８に、インダクタンス５８ａ、５８ｂが設けていない場合と、インダクタンス５８ａ、５８ｂが設けられている場合の平滑コンデンサに流れるリカバリ電流のシミュレーション波形を示す。（ａ）は、インダクタンス５８ａ、５８ｂが設けていない場合、（ｂ）は、インダクタンス５８ａ、５８ｂが設けられている場合が示されている。
【００８４】
図８（ａ）、（ｂ）に示すように、コンデンサに流れるリカバリ電流の波形は、インダクタンス５８ａ、５８ｂが設けられていない場合よりも、インダクタンス５８ａ、５８ｂが設けられている場合の方が周波数成分が低くなり、波形も鈍っている。これは、インダクタンス５８ａ、５８ｂにより、高周波のリカバリ電流が平滑コンデンサ５７に流れ込みにくくなるためである。
【００８５】
このように、スナバコンデンサ５９およびインダクタンス５８ａ、５８ｂを備えることで、更に、平滑コンデンサ５７の発熱を抑止することが可能である。
【００８６】
上記した構成によれば、温度センサ５７ａより出力される信号に基づいて推定される平滑コンデンサ５７の温度が高くなるほどスイッチング信号のスイッチング速度が遅くなるようにスイッチング速度調整回路３０に指示される。すなわち、ＰＷＭモード、矩形波モード等の動作モードと関係なく、平滑コンデンサの温度が高くなるほどスイッチング信号のスイッチング速度が遅くなり、平滑コンデンサの温度上昇が抑制される。したがって、矩形波モードでモータを駆動して、更に、平滑コンデンサの温度が上昇してしまうような状況でも、平滑コンデンサの温度を抑制することができ、平滑コンデンサの小型化を図ることができる。また、ＰＷＭモードでも、平滑コンデンサの温度が高くなるほどスイッチング信号のスイッチング速度が遅くなり、平滑コンデンサの温度上昇が抑制されるので、モータ駆動効率の向上を図ることができる。
【００８７】
また、ＩＧＢＴ５１〜５６のＯＮスイッチング時にダイオード５１ａ〜５６ａが流すリカバリ電流に起因する高周波成分の電流を低減する手段により、平滑コンデンサに流入されにくくなるので、更に、平滑コンデンサの温度上昇を抑制することができる。
【００８８】
ここで、高周波成分の電流を低減する手段として、スナバコンデンサ５９を備え、このスナバコンデンサ５９により、ＩＧＢＴ５１〜５６のＯＮスイッチング時にダイオード５１ａ〜５６ａが流すリカバリ電流に起因する高周波成分の電流を低減することが可能である。
【００８９】
また、一端が直流電源の電源ラインに接続され、他端がスナバコンデンサ５９の一端に接続された第１のインダクタ５８ａと、一端が直流電源のグランドラインに接続され、他端がスナバコンデンサ５９の他端に接続された第２のインダクタ５８ｂを備えることにより、ＩＧＢＴ５１〜５６のＯＮスイッチング時にダイオード５１ａ〜５６ａが流すリカバリ電流に起因する高周波成分の電流を平滑コンデンサに流入するのを低減できる。
【００９０】
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。
【００９１】
例えば、上記実施形態では、直流電源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、直流電源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、このような動作モードの切替は一例であり、例えば、推定される平滑コンデンサ２７の温度が低い場合にはＰＷＭ制御モードとし、推定される平滑コンデンサ２７の温度が上昇するにつれてスイッチング信号のデューティが大きくなり、推定される平滑コンデンサ２７の温度が閾値を超えると矩形波制御モードとなるように動作モードを切り替えるように構成してもよい。また、直流電源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。
【００９２】
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。
【００９３】
また、上記実施形態では、温度検出手段として、平滑コンデンサの温度を直接検出する温度センサ５７ａを用いたが、例えば、ＩＧＢＴ５１〜５６の各々に内蔵された温度センサ、モータ３の温度を検出する温度センサから平滑コンデンサの温度を推定してもよい。また、モータ３に流れる電流を検出する電流センサの出力から平滑コンデンサの温度を推定するようにしてもよい。
【００９４】
また、上記実施形態では、ＩＧＢＴ５１〜５６の各ゲートに接続されたゲート抵抗の抵抗値を段階的に変化させてスイッチング信号のスイッチング速度を段階的に調整するようにスイッチング速度調整回路３０を構成し、スイッチング信号のスイッチング速度が段階的に遅くなるようにスイッチング速度調整回路３０に指示する（Ｓ１０６〜Ｓ１１８）ように構成したが、例えば、ＩＧＢＴ５１〜５６の各ゲートに接続されたゲート抵抗の抵抗値を直線的に変化させてスイッチング信号のスイッチング速度を直線的に調整するようにスイッチング速度調整回路３０を構成し、スイッチング信号のスイッチング速度が直線的に遅くなるようにスイッチング速度調整回路３０に指示する（Ｓ１０６〜Ｓ１１８）ように構成してもよい。
【符号の説明】
【００９５】
１              負荷制御装置
２              直流電源
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
３０            スイッチングスピード調整回路
５１〜５６      ＩＧＢＴ
５７            平滑コンデンサ
５８ａ、５８ｂ  インダクタンス
５９            スナバコンデンサ
６０            ＭＧ−ＥＣＵ
【図１】
2012170200.tif 000003
【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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