(57)【要約】 【課題】  サージ電圧の増大を抑制することとインバータの制御性向上との両方を実現する電力変換装置、昇圧器駆動装置、制御装置、および電動車両を提供する。【解決手段】  実施形態の制御装置は、直流電流供給ラインＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）間の電圧値と、運転指令と、に基づいてスイッチの開閉時間を演算しスイッチ開閉信号として出力するスイッチ開閉信号演算器６６と、スイッチの動作とスイッチに流れる電流の向きによりサージ電圧が発生するスイッチを判断するサージ発生予測演算部６８２と、サージ発生予測演算部６８２からサージ電圧が発生する半導体スイッチの情報を受け取り、複数のサージ電圧が重畳するか否かを判断し、サージ電圧が重畳すると判断したときにサージ抑制信号をスイッチ開閉信号演算器６６へ出力するサージ電圧抑制部６８４と、を備え、スイッチ開閉信号演算器６６は、サージ抑制信号に基づいてスイッチ開閉信号を修正して出力する。【選択図】図２
2016039700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と負荷との間に接続可能であって、前記直流電源からの電流を供給する直流電流供給ライン間に直列に接続可能であり一対のスイッチを備えた複数のスイッチ回路を備え、前記一対のスイッチの接続点が前記負荷に接続可能であるインバータの制御装置であって、
前記直流電流供給ライン間の電圧値と、外部から供給される運転指令と、に基づいて前記スイッチの開閉時間を演算しスイッチ開閉信号として出力するスイッチ開閉信号演算器と、
前記スイッチ開閉信号と前記インバータが前記負荷へ出力する電流情報とに基づいて、前記スイッチの動作と前記スイッチに流れる電流の向きによりサージ電圧が発生するスイッチを判断するサージ発生予測演算部と、
前記サージ発生予測演算部からサージ電圧が発生するスイッチの情報を受け取り、複数のサージ電圧が重畳するか否かを判断し、サージ電圧が重畳すると判断したときに、過大なサージ電圧の発生を抑制するための情報を含むサージ抑制信号を前記スイッチ開閉信号演算器へ出力するサージ電圧抑制部と、を備え、
前記スイッチ開閉信号演算器は、前記サージ抑制信号に基づいて前記スイッチ開閉信号を修正して出力することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記サージ発生予測演算部は、スイッチの動作とスイッチに流れる電流の大きさ、または電流の変化量とにより、しきい値以上のサージ電圧が発生するスイッチを更に判断することを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
直流電源と負荷との間に接続可能であって、前記直流電源からの電流を供給する直流電流供給ライン間に直列に接続可能な一対のスイッチを備え、前記一対のスイッチの接続点が前記負荷に接続可能であるインバータと、
前記直流電流供給ライン間の電圧を検出する電圧検出器と、
請求項１又は請求項２記載の制御装置と、
前記スイッチ開閉信号演算器から受信した前記スイッチの開閉信号に基づいて前記スイッチの動作を制御する信号を出力する駆動回路と、を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
前記サージ抑制信号は、サージ電圧の重畳を回避するように調整した後のスイッチ開閉時間を含むことを特徴とする請求項３記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記スイッチ開閉信号は、スイッチ開閉時間と、サージ抑制信号とを含み、
前記駆動回路は、前記スイッチの動作を制御する信号の出力端に接続した第１抵抗と抵抗切り替えスイッチを介して前記第１抵抗と並列に接続した第２抵抗とを備え、
前記抵抗切り替えスイッチは前記サージ抑制信号により開閉し、
前記サージ抑制信号は、前記サージ電圧抑制部でサージ電圧が重畳すると判断したときに前記抵抗切り替えスイッチを閉じるように構成されていることを特徴とする請求項３記載の電力変換装置。
【請求項６】
直流電源と負荷との間に接続可能であって、直流電流を供給する直流電流供給ライン間に直列に接続可能な一対のスイッチを備えた複数のスイッチ回路を備え、前記一対のスイッチの接続点がリアクトルを介して前記直流電源の正極と電気的に接続可能な複数の昇圧器の制御装置であって、
前記直流電流供給ライン間の電圧値と、外部から供給される運転指令と、に基づいて前記スイッチの開閉時間を演算しスイッチ開閉信号として出力するスイッチ開閉信号演算器と、
前記スイッチ開閉信号と前記直流電源から前記昇圧器へ流れる電流情報とに基づいて、前記スイッチの動作と前記スイッチに流れる電流の向きとによりサージ電圧が発生するスイッチを判断するサージ発生予測演算部と、
前記サージ発生予測演算部からサージ電圧が発生する半導体スイッチの情報を受け取り、複数のサージ電圧が重畳するか否かを判断し、サージ電圧が重畳すると判断したときに、過大なサージ電圧の発生を抑制するための情報を含むサージ抑制信号を前記スイッチ開閉信号演算器へ出力するサージ電圧抑制部と、を備え、
前記スイッチ開閉信号演算器は、前記サージ抑制信号に基づいて前記スイッチ開閉信号を修正して出力することを特徴とする制御装置。
【請求項７】
前記サージ発生予測演算部は、スイッチの動作とスイッチに流れる電流の大きさ、または電流の変化量とにより、しきい値以上のサージ電圧が発生するスイッチを更に判断することを特徴とする請求項６記載の制御装置。
【請求項８】
直流電源と負荷との間に接続可能であって、直流電流を供給する直流電流供給ライン間に直列に接続可能な一対のスイッチを備えた複数のスイッチ回路を備え、前記一対のスイッチの接続点がリアクトルを介して前記直流電源の正極と電気的に接続可能である複数の昇圧器と、
前記直流電流供給ライン間の電圧を検出する電圧検出器と、
請求項６記載の制御装置と、
前記スイッチ開閉信号演算器から受信した前記スイッチの開閉信号に基づいて前記スイッチの動作を制御する信号を出力する駆動回路と、を備えたことを特徴とする昇圧器駆装置。
【請求項９】
前記サージ抑制信号は、サージ電圧の重畳を回避するように調整した後のスイッチ開閉時間を含むことを特徴とする請求項８記載の昇圧器駆動装置。
【請求項１０】
前記スイッチ開閉信号は、スイッチ開閉時間と、サージ抑制信号とを含み、
前記駆動回路は、前記スイッチの動作を制御する信号の出力端に接続した第１抵抗と抵抗切り替えスイッチを介して前記第１抵抗と並列に接続した第２抵抗とを備え、
前記抵抗切り替えスイッチは前記サージ抑制信号により開閉し、
前記サージ抑制信号は、前記サージ電圧抑制部でサージ電圧が重畳すると判断したときに前記抵抗切り替えスイッチを閉じるように構成されていることを特徴とする請求項８記載の昇圧器駆動装置。
【請求項１１】
直流電源に接続可能であって、直流電流を供給する直流電流供給ライン間に直列に接続可能な一対のスイッチを備えた複数のスイッチ回路を備え、前記一対のスイッチの接続点がリアクトルを介して前記直流電源の正極と電気的に接続可能である複数の昇圧器と、
前記昇圧器と負荷との間に接続可能であって、前記直流電流供給ライン間に直列に接続可能な一対のスイッチを備え、前記一対のスイッチの接続点が前記負荷に接続可能であるインバータと、
前記直流電流供給ライン間の電圧を検出する電圧検出器と、
前記スイッチの開閉信号と前記インバータから前記負荷へ流れる電流情報とに基づいて、前記スイッチの動作と前記スイッチに流れる電流の向きとによりサージ電圧が発生するスイッチを判断するサージ発生予測演算部と、
前記サージ発生予測演算部からサージ電圧が発生する半導体スイッチの情報を受け取り、複数のサージ電圧が重畳するか否かを判断し、サージ電圧が重畳すると判断したときに、過大なサージ電圧の発生を抑制するための情報を含むサージ抑制信号を前記スイッチ開閉信号演算器へ出力するサージ電圧抑制部と、を備え、
前記スイッチ開閉信号演算器は、前記サージ抑制信号に基づいて前記スイッチ開閉信号を修正して出力することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１２】
直流電源と、
請求項３乃至請求項５および請求項１１の何れかに記載された電力変換装置と、
前記インバータから出力された電流により駆動する電動機と、
前記電動機の動力を車輪に伝達する車軸と、を備えたことを特徴とする電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力変換装置、昇圧器駆動装置、制御装置および電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置は、例えば、インバータの複数のスイッチを切り替えて直流電力を交流電力へ変換し、負荷へ交流電力を供給する。インバータは、直流電源と、直流電源に接続した直流リンクと、直流リンクの高電位側と低電位側との間で直列に接続した一対のスイッチと、を備えている。一対のスイッチの直列接続点は負荷と接続している。直流リンクは略一定電圧となる。
【０００３】
また、昇圧器は、例えば、直流電源と、直流リンクと、直流リンクの高電位側と低電位側との間で直列に接続した一対のスイッチとを備えている。一対のスイッチの直列接続点はリアクタンスを介して直流電源の正極と接続している。直流リンクは略一定電圧となる。
【０００４】
例えば、負荷に印加している電圧を遮断するように、上段（高電位側）のスイッチをオン状態からオフ状態へ切り替えると、上段のスイッチを通って負荷へ流れる電流が、下段（低電位側）のスイッチを通って負荷へ流れる電流に切り替わる。このとき、上段のスイッチの電流が急速に減少することによって、直流リンクの高電位側にサージ電圧が生じることがある。サージ電圧が発生する位置は電流の状態に依存する。
【０００５】
サージ電圧が生じると、スイッチの絶縁破壊や寿命低下を招き、インバータの故障の原因となる。従来、例えば直流リンクにコンデンサを挿入することにより、サージ電圧の大きさを下げることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１６０５７０号公報
【特許文献２】特開２００９−１８９１７３号公報
【特許文献３】特開２０１４−３３５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
インバータやＤＣ／ＤＣコンバータなどの電力変換器および昇圧器には、半導体スイッチが用いられることがある。半導体スイッチは損失低減のため、速いスイッチ開閉動作が必要である。一方で、早いスイッチ開閉動作は、インダクタンス成分によりサージ電圧を発生させる。さらに、複数の素子で略同時にサージ電圧が発生すると、過大なサージ電圧により半導体スイッチを破壊する恐れがある。
【０００８】
多数の半導体スイッチを使うインバータの場合、その重畳されるサージ電圧は発生する頻度は高くなる。その対策として、重畳されたサージ電圧が発生しないように、スイッチ開閉時間を制御する処理を実施した場合、スイッチ開閉時間が大きくずれてしまい、インバータの電流制御性が悪化する恐れがある。
【０００９】
本発明の実施形態は、上記事情を鑑みて成されたものであって、半導体スイッチの開閉情報と電流情報から、過大なサージ電圧が発生する半導体スイッチを適切に判断して、サージ電圧の増大を抑制することとインバータの制御性向上との両方を実現する電力変換装置、昇圧器駆動装置、制御装置、および電動車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一実施形態によれば、直流電源と負荷との間に接続可能であって、前記直流電源からの電流を供給する直流電流供給ライン間に直列に接続可能であり一対のスイッチを備えた複数のスイッチ回路を備え、前記一対のスイッチの接続点が前記負荷に接続可能であるインバータの制御装置であって、前記直流電流供給ライン間の電圧値と、外部から供給される運転指令と、に基づいて前記スイッチの開閉時間を演算しスイッチ開閉信号として出力するスイッチ開閉信号演算器と、前記スイッチ開閉信号と前記インバータが前記負荷へ出力する電流情報とに基づいて、前記スイッチの動作と前記スイッチに流れる電流の向きによりサージ電圧が発生するスイッチを判断するサージ発生予測演算部と、前記サージ発生予測演算部からサージ電圧が発生するスイッチの情報を受け取り、複数のサージ電圧が重畳するか否かを判断し、サージ電圧が重畳すると判断したときに、過大なサージ電圧の発生を抑制するための情報を含むサージ抑制信号を前記スイッチ開閉信号演算器へ出力するサージ電圧抑制部と、を備え、前記スイッチ開閉信号演算器は、前記サージ抑制信号に基づいて前記スイッチ開閉信号を修正して出力することを特徴とする制御装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、一実施形態の電力変換装置、制御装置、および電動車両の構成例を概略的に示す図である。
【図２】図２は、一実施形態の電力変換装置の制御装置の構成例を説明するブロック図である。
【図３】図３は、逆並列ダイオードを取り付けた任意の半導体スイッチを流れる電流の大きさに対するサージ電圧の大きさの関係の一例を示す図である。
【図４】図４は、本実施形態の電力変換装置および制御装置において重畳によるサージ電圧の増大を抑制する動作の一例を説明するための図である。
【図５】図５は、本実施形態の電力変換装置においてゲート信号が変化を切り替える構成の一例を説明するための図である。
【図６】図６は、第４実施形態の昇圧器駆動装置の一構成例を概略的に示す図である。
【図７】図７は、第４実施形態の昇圧器駆動装置の他の構成例を概略的に示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、第５実施形態の電力変換装置および制御装置の一構成例を概略的に示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａに示す制御装置の一構成例を概略的に示す図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、図８Ｂに示すサージ抑制制御器の一構成例を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、一実施形態の電力変換装置、制御装置、および電動車両の構成例を概略的に示す図である。  
第１実施形態の電動車両は、電力変換装置と、モータＭと、車軸を介してモータＭの動力が伝達される車輪ＷＬと、を備えている。電力変換装置は、直流電源ＢＴと、インバータＩＮＶと、平滑コンデンサＣと、制御装置ＣＴＲＬと、スイッチ駆動回路３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗと、直流電圧検出器４０と、電流検出器４２、４４、４６と、モータ磁極位置検出器５０と、モータＭと、を備えている。
【００１３】
直流電源ＢＴは、例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の蓄電池を含む。直流電源ＢＴから出力された直流電力はインバータＩＮＶへ供給されるとともに、直流電源ＢＴはインバータＩＮＶを介して接続された負荷、例えばモータＭが発電する電気エネルギーを充電する。
【００１４】
インバータＩＮＶは、直流電源ＢＴから供給された直流電力を３相交流電力に変換する３相インバータである。インバータＩＮＶは、複数のスイッチＳｕ、Ｓｘ、Ｓｖ、Ｓｙ、Ｓｗ、Ｓｚを備え、後述するスイッチ駆動回路３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗからのゲート信号に従って、複数のスイッチＳｕ、Ｓｘ、Ｓｖ、Ｓｙ、Ｓｗ、Ｓｚが開閉することによって、モータＭへ３相交流電流を供給する。
【００１５】
インバータＩＮＶは、直流電源ＢＴと負荷との間に接続可能であって、直流電源ＢＴからの電流を供給する直流リンクＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）間に直列に接続した一対のスイッチを備えた複数のスイッチ回路を備えている。Ｕ相のスイッチ回路はスイッチＳｕ、Ｓｘを含み、Ｖ相のスイッチ回路はスイッチＳｖ、Ｓｙを含み、Ｗ相のスイッチ回路はスイッチＳｗ、Ｓｚを含む。各相のスイッチ回路は互いに並列に接続している。各相において、一対のスイッチが直列に接続し、一対のスイッチの直列接続点はモータＭに接続可能である。例えば、Ｕ相において、一対のスイッチＳｕ、Ｓｘは直列に接続し、一対のスイッチＳｕ、Ｓｘの直列接続点はモータＭに接続可能である。スイッチＳｕ、Ｓｘ、Ｓｖ、Ｓｙ、Ｓｗ、Ｓｚは、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ：Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＦＥＴ（Field-Effect Transistor）、ＧＴＯ（gate turn-off thyristor）、トランジスタなどの電気的に開閉制御することができるスイッチである。
【００１６】
スイッチ駆動回路３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗは、制御装置ＣＴＲＬからスイッチ開閉信号を受信し、スイッチ開閉信号に対応する時間で、３相インバータＩＮＶのスイッチＳｕ、Ｓｘ、Ｓｖ、Ｓｙ、Ｓｗ、Ｓｚが開閉するように、ゲート信号を出力する。図１に示すように、インバータＩＮＶの各相に上下２つのスイッチが接続されている場合には、各相２つのゲート信号を生成する。スイッチ駆動回路３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗは、各相の２つのゲート信号を生成する際に、例えば後述するスイッチ開閉信号演算器６６が出力したスイッチ開閉信号を上段スイッチのゲート信号に使い、そのゲート信号を反転した信号を下段スイッチの開閉信号として用いることができる。なお、一般的にインバータＩＮＶの各相の上下段スイッチが電気的に短絡することを防止するために、上下段スイッチを両方オフするデッドタイム期間を設けることが望ましい。
【００１７】
平滑コンデンサＣは、直流電源ＢＴとインバータＩＮＶとの間において、複数のスイッチＳｕ、Ｓｘ、Ｓｖ、Ｓｙ、Ｓｗ、Ｓｚ、および、直流電源ＢＴと並列に接続している。平滑コンデンサＣは、インバータＩＮＶが運転することにより、インバータＩＮＶが接続する直流リンクＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）の電圧が変動することを抑制する。
【００１８】
モータＭは、インバータＩＮＶから供給された電流によりトルクを発生する。モータＭの出力軸には、負荷装置が接続されて発生したトルクが伝達される。また、モータＭは、負荷装置の運動エネルギーを電力に変換して回生運転する。モータＭの回生運転による電力はインバータＩＮＶで直流電力へ変換されて、直流電源ＢＴに充電される。本実施形態では、モータＭの出力軸には、車軸が接続されて発生したトルクが車軸を介して車輪ＷＬへ伝達される。また、モータＭは、車軸を介して伝達された車輪ＷＬの運動エネルギーを電力に変換して回生運転する。
【００１９】
直流電圧検出器４０は、インバータＩＮＶが接続した直流リンク部（直流電流供給ライン）ＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）の電圧を検出して、制御装置ＣＴＲＬへ提供する。直流リンク部ＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）は、直流電源ＢＴとインバータＩＮＶとの間で直流電流を相互に供給する。
【００２０】
電流検出器４２、４４、４６は、モータＭに供給される電流を検出して、制御装置ＣＴＲＬへ提供する。電流検出器４２はモータＭに供給されるＵ相電流を検出し、電流検出器４４はモータＭに供給されるＶ相電流を検出し、電流検出器４６はモータＭに供給されるＷ相電流を検出している。
【００２１】
モータ磁極位置検出器５０は、例えばレゾルバであり、モータＭの回転子の角度位置を検出して、制御装置ＣＴＲＬへ出力する。ここで、モータ磁極位置検出器５０は、機械や磁気的なセンサでなく、電流検出器４２、４４、２６の電流情報から磁極位置を推定するセンサレス磁極位置推定器でも良い。
【００２２】
図２は、一実施形態の電力変換装置の制御装置の構成例を説明するブロック図である。  
制御装置ＣＴＲＬは、トルク／回転数制御器６２と、電流制御器６４と、スイッチ開閉信号演算器６６と、サージ抑制制御器６８と、を備えている。
【００２３】
トルク／回転数制御器６２は、例えばモータ駆動装置を制御するコンピュータのような外部装置からトルク指令を受け取り、モータがそのトルクを出力するように、負荷モータに供給する電流指令を出力する。運転指令が回転数である場合も、同様にその回転数を実現するためのトルク指令をトルク/回転数制御器の中で決定して、そのトルク指令を実現するための電流指令を出力する。
【００２４】
電流制御器６４は、電流検出器４２、４４、４６で検出された電流情報と、モータ磁極位置検出器５０で検出されたモータ磁極位置情報と、トルク／回転数制御器６２からの電流指令とを受信し、電流指令を実現するための電圧指令を出力する。
【００２５】
トルク／回転数制御器６２は、例えば、あらかじめ所望のトルクを実現するための電流指令値を記憶し、電流制御器６４は電流指令値と電流情報との差分からＰＩ（比例・積分）制御を使い、３相電圧指令を演算する。
【００２６】
スイッチ開閉信号演算器６６は、電圧指令を各相のモータ負荷に印加するように、直流リンクＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）の電圧情報をもとに、インバータＩＮＶのスイッチの開閉信号を制御装置ＣＴＲＬへ出力し、制御装置ＣＴＲＬから受け取るサージ抑制信号によりスイッチ開閉信号を修正し、修正後のスイッチ開閉信号をスイッチ駆動回路３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗへ出力する。
【００２７】
スイッチ開閉信号演算器６６は、例えば、受信した３相電圧指令を直流電圧値で割ることにより３相のＰＷＭの変調率指令を演算する。スイッチ開閉信号演算器６６は、演算した変調率指令と、予め保持するＰＷＭキャリア信号とからスイッチ開閉時間を演算する。本実施形態では、スイッチ開閉信号とは、インバータＩＮＶのスイッチが開閉する時間を意味する。
【００２８】
サージ抑制制御器６８は、サージ発生予測演算部６８２Ｕ〜６８２Ｗと、サージ電圧抑制部６８４Ｕ〜６８４Ｗとを備えている。サージ抑制制御器６８は、例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれについてサージ電圧が発生するか否かを判断して、判断結果に応じたサージ抑制信号を生成する。以下、サージ抑制制御器６８の動作の一例を説明する。
【００２９】
各相のサージ発生予測演算部６８２Ｕ〜６８２Ｗそれぞれは、自相のスイッチ開閉時間であるスイッチ開閉信号と、自相に流れている電流情報とから、自相のスイッチ開閉時の自相電流の符号を判断する。このとき、インバータＩＮＶから負荷モータＭに向かって流れる電流を正の電流とし、負荷モータＭからインバータＩＮＶに向かって流れる電流を負の電流とする。
【００３０】
例えば、自相電流の符号が正である場合、インバータＩＮＶに流れる電流は、自相上段半導体スイッチがオンの場合は、上段半導体スイッチを通過して、自相上段半導体スイッチがオフの場合は、下段の逆並列ダイオードを通過して、負荷モータに供給される。このことから、自相電流の符号が正である場合には、自相上段半導体スイッチのスイッチ開閉信号によって、電流の通過経路が変更され、自相下段半導体スイッチのスイッチ開閉信号では電流の通過経路は変更されない。また、電流の通過経路が変化する上段半導体スイッチのスイッチ時間に、サージ電圧は発生し、下段半導体スイッチのスイッチ時間にはサージ電圧は発生しない。そのことから、各相のサージ発生予測演算部６８２Ｕ〜６８２Ｗは、自相電流の符号が正である場合、上段半導体スイッチのスイッチ開閉時間を発生サージスイッチ情報として出力する。
【００３１】
例えば、自相電流の符号が負である場合、自相電流は自相下段半導体スイッチのスイッチ開閉信号によって、電流の通過経路が変更され、自相上段半導体スイッチのスイッチ開閉信号では変更されない。また、電流の通過経路が変化する下段半導体スイッチのスイッチ時間に、サージ電圧は発生し、上段半導体スイッチのスイッチ時間には、サージ電圧は発生しない。そのことから、自相電流の符号が負である場合、サージ発生予測演算部６８２Ｕ〜６８２Ｗは、下段半導体スイッチのスイッチ開閉時間を発生サージスイッチ情報として、出力する。
【００３２】
サージ電圧抑制部６８４Ｕ〜６８４Ｗそれぞれは、自相の発生サージスイッチ情報および他相の発生サージスイッチ情報を受け取り、サージ電圧が発生するタイミングが重畳しているか否か判断するとともに、判断結果に応じたサージ抑制信号を出力する。
【００３３】
本実施形態では、サージ抑制制御器６８は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順にサージ抑制信号を出力する。すなわち、サージ電圧抑制部６８４Ｕは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の発生サージスイッチ情報を受け取り、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相でサージ電圧が発生するタイミングが重畳することを回避するようにＵ相サージ電圧抑制信号を出力する。Ｕ相サージ抑制信号は、例えば、Ｕ相のスイッチ開閉時間のシフト量であってもよく、シフト後のＵ相のスイッチ開閉時間であってもよい。
【００３４】
サージ電圧抑制部６８４Ｖは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の発生サージスイッチ情報と、Ｕ相サージ電圧抑制信号とを受け取る。サージ電圧抑制部６８４Ｖは、Ｕ相サージ抑制信号によりＵ相のスイッチ開閉時間をシフト後の値に更新したのち、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相でサージ電圧が発生するタイミングが重畳することを回避するようにＶ相サージ電圧抑制信号を出力する。Ｖ相サージ抑制信号は、例えば、Ｖ相のスイッチ開閉時間のシフト量であってもよく、シフト後のＶ相のスイッチ開閉時間であってもよい。
【００３５】
サージ電圧抑制部６８４Ｗは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の発生サージスイッチ情報と、Ｕ相サージ電圧抑制信号と、Ｖ相サージ電圧抑制信号とを受け取る。サージ電圧抑制部６８４Ｗは、Ｕ相サージ抑制信号によりＵ相のスイッチ開閉時間をシフト後の値に更新し、Ｖ相サージ抑制信号によりＶ相のスイッチ開閉時間をシフト後の値に更新したのち、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相でサージ電圧が発生するタイミングが重畳することを回避するようにＷ相サージ電圧抑制信号を出力する。Ｗ相サージ抑制信号は、例えば、Ｗ相のスイッチ開閉時間のシフト量であってもよく、シフト後のＷ相のスイッチ開閉時間であってもよい。
【００３６】
サージ電圧抑制部６８４Ｕ〜６８４Ｗは、他相でサージ電圧が発生するスイッチ開閉時間と、自相でサージ電圧が発生するスイッチ開閉時間との時間差が所定時間以下であって、２つのサージ電圧が重畳されてサージ電圧が増大するかを判断する。
【００３７】
なお、スイッチ開閉信号を出力してからサージ電圧が発生するまでの時間は半導体スイッチ駆動回路と、半導体スイッチと、ダイオードと、の特性によって決まる。そのため、例えばそれらの特性から決まるサージ電圧が発生する時間を用いて、複数相のスイッチの開閉に起因するサージ電圧が重畳してサージ電圧が増大するかを判断するしきい値として、自相と他相のサージ発生スイッチ開閉時間差がそのしきい値以上か、しきい値未満かで、判断しても良い。このように判断基準を設けることで確実にサージ電圧の重畳を事前に検出することができる。
【００３８】
なお、サージが発生しない相の半導体スイッチのスイッチ開閉信号は変更しなくても、サージ電圧の増大に影響しないが、インバータＩＮＶの直流リンクＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）間の短絡動作を防止するために、上段半導体スイッチと下段半導体スイッチとの両方を開放状態（ゲートオフ）にするデッドタイム期間を確保することから、サージ電圧が発生しない相の半導体スイッチのスイッチ開閉時間も適宜変更することが望ましい。
【００３９】
上記のように、本実施形態によれば、サージ抑制制御器６８により半導体スイッチの開閉情報と電流情報から、過大なサージ電圧が発生する半導体スイッチを適切に判断して、サージ電圧の増大を抑制することとインバータの制御性向上との両方を実現する電力変換装置、制御装置、および電動車両を提供することができる。
【００４０】
サージ抑制制御器６８は、電流情報に基づいてサージ電圧が発生する半導体スイッチの相を判断し、サージ電圧が発生しない相についての抑制処理が不要になる。それによって、過大なサージ電圧の発生を回避するための無駄な処理を省くことができる。さらに、無駄なサージ抑制処理が動作してスイッチ時間が大きく変化されることによる電流制御器の制御性能の低下をも防ぐことができる。
【００４１】
次に、第２実施形態の電力変換装置、制御装置、および、電動車両について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、上述の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４２】
本実施形態では、サージ抑制制御器６８の動作が上述の実施形態と異なっている。すなわち、インバータＩＮＶの半導体スイッチに発生するサージ電圧は、その半導体スイッチＳｕ、Ｓｘ、Ｓｖ、Ｓｙ、Ｓｗ、Ｓｚに流れる電流に依存する。上述の実施形態では、半導体スイッチＳｕ、Ｓｘ、Ｓｖ、Ｓｙ、Ｓｗ、Ｓｚに流れる電流の方向に対してサージ電圧が発生する傾向について説明したが、しきい値以上のサージ電圧が発生するか否かは電流の大きさにも大きく依存する。
【００４３】
図３は、逆並列ダイオードを取り付けた任意の半導体スイッチを流れる電流の大きさに対するサージ電圧の大きさの関係の一例を示す図である。図３では、スイッチに流れる電流（スイッチ電流）の大きさを横軸とし、サージ電圧の増加量を縦軸としている。なお、サージ電圧の増加量は、サージ電圧が生じていないときの直流リンクＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）の電圧を基準としたときの基準の電圧との差分である。
【００４４】
半導体スイッチが導通状態（オン）から開放状態（オフ）に切り替わるターンオフ時に発生する大きなターンオフサージ電圧は、スイッチに流れる電流が比較的大きい条件で発生する。それに対して、半導体スイッチが開放状態（オフ）から導通状態（オン）に切り替わるターンオン時に発生する大きなターンオンサージ電圧は、スイッチに流れる電流が比較的小さい条件で発生する。
【００４５】
このことから、サージ発生予測演算部６８２Ｕ〜６８２Ｗは、電流の符号（方向）からサージ電圧が発生する半導体スイッチＳｕ、Ｓｘ、Ｓｖ、Ｓｙ、Ｓｗ、Ｓｚを判断した後に、サージ電圧が発生する半導体スイッチのスイッチ動作が、ターンオンと、ターンオフとのいずれかであるかを判断する。
【００４６】
サージ発生予測演算部６８２Ｕ〜６８２Ｗは、ターンオンの場合とターンオフの場合とのそれぞれについてサージ電圧がしきい値よりも大きくなる電流範囲Ｉｏｎ、Ｉｏｆｆを予め記憶し、自相の電流の大きさが記憶した電流範囲であるか否か判断する。
【００４７】
ターンオフサージ電圧ｖは下記の式で表すことができる。  
ｖ＝−Ｌ・ｄｉ／ｄｔ  
上記式においてＬは直流リンクＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）の配線インダクタンスであり、ｉはスイッチ電流である。ターンオフ時にスイッチ電流ｉが急速に減少することによって、サージ電圧ｖが発生する。
【００４８】
また、ターンオフサージ電圧と電流の大きさが図３に示す関係となるのは、スイッチ電流の大きさが増加することによって、電流の変化率が増加しているためである。そのことから本実施例の電流の大きさを使う代わりに、電流の変化率（ｄｉ／ｄｔ）を用いてサージ電圧の発生予測演算を実施しても良い。
【００４９】
サージ発生予測演算部６８２Ｕ〜６８２Ｗは、自相の電流の大きさが、サージ電圧が大きくなる電流範囲であると判断したときに、発生サージスイッチ情報として、サージ電圧が発生することと、サージ電圧が発生する半導体スイッチ（上段か下段か）と、サージ電圧が発生するスイッチ時間を示す信号を出力する。
【００５０】
サージ発生予測演算部６８２Ｕ〜６８２Ｗは、自相の電流の大きさが、サージ電圧が大きくなる電流範囲でないと判断したときに、発生サージスイッチ情報として、サージ電圧が発生しないこと示す信号を出力する。
【００５１】
サージ電圧抑制部６８４Ｕ〜６８４Ｗは、サージ発生予測演算部６８２Ｕ〜６８２Ｗから発生サージスイッチ情報を受け取り、上述の実施形態と同様にスイッチ開閉時間を調整する処理を実施して、サージ抑制信号を出力する。
【００５２】
本実施形態では、上述の第１実施形態におけるサージ抑制制御器６８の動作と比較して自相の電流情報の処理演算が増加する。しかしながら、自相の電流の大きさから、サージ電圧が小さくなる場合に、サージ電圧抑制手段を実施しないことによって、無駄な抑制処理時間の発生を防ぐことができる。さらに、抑制処理が動作することによって、電流制御器の制御性能の低下をも防ぐことができる。
【００５３】
すなわち、本実施形態によれば、サージ抑制制御器６８により半導体スイッチの開閉情報と電流情報から、過大なサージ電圧が発生する半導体スイッチを適切に判断して、サージ電圧の増大を抑制することとインバータの制御性向上との両方を実現する電力変換装置、制御装置、および、電動車両を提供することができる。
【００５４】
次に、第３実施形態の電力変換装置、制御装置、および、電動車両について図面を参照して説明する。
【００５５】
本実施形態の電力変換装置および制御装置は、サージ抑制制御器６８から出力するサージ電圧抑制信号と、スイッチ開閉信号演算器６６から出力するスイッチ開閉信号と、半導体スイッチ駆動回路との構成が上述の実施形態と異なっている。
【００５６】
すなわち、本実施形態では、サージ電圧抑制部６８４Ｕ〜６８４Ｗは、各相の発生サージスイッチ情報を受け取る。サージ電圧抑制部６８４Ｕ〜６８４Ｗは、重畳するサージ電圧が発生すると判断した場合、サージ抑制信号として、サージ抑制オンということを示すデジタル信号をスイッチ開閉信号演算器６６へ出力する。また、サージ電圧抑制部６８４Ｕ〜６８４Ｗは、重畳するサージ電圧が発生しないと判断した場合、サージ抑制信号として、サージ抑制オフということを示すデジタル信号をスイッチ開閉信号演算器６６へ出力する。つまり上記のデジタル信号は、サージ電圧を抑制する必要があるか否かを示す。
【００５７】
スイッチ開閉信号演算器６６は、サージ抑制制御器６８からサージ抑制信号を受け取り、スイッチ開閉信号として、半導体スイッチの開閉時間と、サージ抑制信号とをスイッチ駆動回路３０Ｕ〜３０Ｗへ送信する。
【００５８】
半導体スイッチの開閉時間は、上述の第１実施形態で説明したように、電流制御器６４からの電圧指令と、直流電圧値とをもとに演算される。サージ抑制信号は、サージ電圧抑制部６８４Ｕ〜６８４Ｗが出力するサージ抑制信号のデジタル信号をそのまま出力すればよい。
【００５９】
各相の半導体スイッチ駆動回路３０Ｕ〜３０Ｗは、スイッチ開閉信号演算器６６からスイッチ開閉信号を受け取る。
【００６０】
図４は、本実施形態の電力変換装置および制御装置において重畳によるサージ電圧の増大を抑制する動作の一例を説明するための図である。ここでは、単一の相について、スイッチの動作を制御する信号、スイッチ電流、直流リンク電圧を示している。
【００６１】
図４のスイッチ開閉信号は、スイッチ開閉信号演算器６６が出力したスイッチ開閉信号のスイッチング時間をもとに時系列に、スイッチ開閉指令をデジタル表示したものである。半導体スイッチ駆動回路３０Ｕ〜３０Ｗは、このスイッチング時間に基づいて、実際に半導体スイッチを開閉するためのゲート信号を電気回路により生成する。半導体スイッチ駆動回路３０Ｕ〜３０Ｗが出力するゲート信号は、徐々にゲート信号を変化させることで、インバータＩＮＶ内のスイッチ開閉による電流の変化を遅らせて、サージ電圧の発生を抑制する。
【００６２】
スイッチ開閉によりスイッチに流れる電流の変化を遅らせると、例えば図３に破線で示したようにサージ電圧の増加量の特性が変化する。すなわち、スイッチ開閉による電流の変化を遅らせることにより、スイッチに流れる電流量は同じであってもサージ電圧の増加量を低く抑えることができる。
【００６３】
ただし、一般的にゲート信号の変化を遅らせると、半導体スイッチＳｕ、Ｓｘ、Ｓｖ、Ｓｙ、Ｓｗ、Ｓｚが開閉動作する時に発生するスイッチング損失が増加する。そのため、サージ電圧が重畳した重畳サージを含めて、半導体スイッチＳｕ、Ｓｘ、Ｓｖ、Ｓｙ、Ｓｗ、Ｓｚの耐圧を超えない範囲でゲート電圧が変化するように半導体スイッチ駆動回路３０Ｕ〜３０Ｗを設計すべきである。
【００６４】
本実施形態では、上述の第１実施形態あるいは第２実施形態と同様にサージ抑制制御器６８が、重畳サージが発生するか否かをあらかじめ判断する。重畳サージが発生しないと判断したときには、サージ電圧抑制部６８４Ｕ〜６８４Ｗがサージ抑制信号をサージ抑制オフとする。スイッチ駆動回路３０Ｕ〜３０Ｗはスイッチ開閉信号演算器６６を介してサージ抑制信号を受け取り、ゲート信号の変化が大きくなるモードに切り替える。重畳サージが発生すると判断したときには、サージ電圧抑制部６８４Ｕ〜６８４Ｗがサージ抑制信号をサージ抑制オンとする。スイッチ駆動回路３０Ｕ〜３０Ｗはスイッチ開閉信号演算器６６を介してサージ抑制信号を受け取り、ゲート信号の変化速度が小さくなるモードに切り替える。
【００６５】
スイッチ駆動回路３０Ｕ〜３０Ｗは、ゲート信号の変化速度を２つ又は３以上のモードに切り替える構成を有している。２以上のモードの切り替えを実現する方法としては、例えば、スイッチ駆動回路３０Ｕ〜３０Ｗの出力端に取り付ける抵抗の値を変化させる方法がある。
【００６６】
図５は、本実施形態の電力変換装置においてゲート信号の変化を切り替える構成の一例を説明するための図である。
【００６７】
図５に示す例では、１つの半導体スイッチに対して、複数の抵抗を用意して、サージ抑制信号の値に基づいて、半導体スイッチのゲートに接続する抵抗を切り替える構成をスイッチ駆動回路３０Ｕ〜３０Ｖに設けることで実現している。
【００６８】
スイッチ駆動回路３０Ｕ〜３０Ｖは、ゲート信号の出力端の各々に、ゲート信号電源ＳＳと、スイッチＳＷ１、ＳＷ２と、抵抗切り替えスイッチＳＷと、第１抵抗Ｒ１と、第２抵抗Ｒ２とを備えている。なお、図５では、１つの半導体スイッチのゲート信号の変化速度を切り替える構成を記載しているが、スイッチ駆動回路３０Ｕ〜３０Ｖそれぞれはゲート信号の出力端毎に同様の構成を備えている。
【００６９】
スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、ゲート開閉信号により開閉制御される。ゲート開閉信号がオンとなると、スイッチＳＷ１が導通（オン）し、ゲート信号電源から半導体スイッチのゲートに印加されるゲート信号がローレベルからハイレベルへ変化する。ゲート開閉信号がオフとなると、スイッチＳＷ２が導通（オン）し、半導体スイッチのゲートに印加されるゲート信号がハイレベルからローレベルへ変化する。
【００７０】
第１抵抗Ｒ１は、半導体スイッチへのゲート信号出力端に接続している。第２抵抗Ｒ２は、抵抗切り替えスイッチＳＷを介して第１抵抗Ｒ１と並列に接続している。
【００７１】
抵抗切り替えスイッチＳＷはサージ抑制信号により開閉制御される。サージ抑制信号がオンのときには、抵抗切り替えスイッチは開放（オフ）状態であって、ゲート信号は第１抵抗Ｒ１を介して半導体スイッチのゲートに印加される。サージ抑制信号がオフのときには、抵抗切り替えスイッチは導通（オン）状態であって、ゲート信号は第１抵抗Ｒ１および第２抵抗Ｒ２を介して半導体スイッチのゲートに印加される。
【００７２】
半導体スイッチＳｕ、Ｓｘ、Ｓｖ、Ｓｙ、Ｓｗ、Ｓｚとして採用可能であるＩＧＢＴやＦＥＴ素子は、ゲート信号の入力部がコンデンサ成分であることから、スイッチ駆動回路３０Ｕ〜３０Ｗの出力端に接続する抵抗を大きくすることで、ゲート信号の変化速度を遅くすることができる。また、スイッチ駆動回路３０Ｕ〜３０Ｗの出力端に接続する抵抗を小さくすることで、ゲート信号の変化を速くすることができる。
【００７３】
そのことから、サージ抑制信号がサージ抑制オフの時は、値の小さい抵抗を使用して、サージ抑制信号がサージ抑制オンの時は、値の大きい抵抗を使用する装置をスイッチ駆動回路に設けることで、図４に示す波形のように直流リンクＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）に発生するサージ電圧の最大値を抑制することができる。
【００７４】
図５の回路では、サージ抑制信号がオフの時に、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との２つの経路でゲート信号を伝達するため、ゲート信号の変化が速くなる。そのため、サージ抑制信号がオフの時の方が抵抗の小さい回路構成となる。（この場合、スイッチ駆動回路の出力端の抵抗値は、（Ｒ１×Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）であり、第１抵抗Ｒ１の抵抗値より小さくなる。）
また、図２に示すサージ抑制制御器６８は各相でサージ抑制信号を出力している。これらを受けて、スイッチ開閉信号演算器６６はサージ制御オンである相の半導体スイッチ駆動回路のみにサージ抑制信号オンを出力しても良く、スイッチ開閉信号演算器６６はいずれかの相のサージ制御信号がオンであるときに全ての相の半導体スイッチ駆動回路３０Ｕ〜３０Ｗにサージ抑制信号オンを出力しても良い。
【００７５】
前者の場合は、重畳するサージ電圧のうちの１つの相のサージ電圧を小さくすることができ、他の相のゲート信号の変化速度を大きいままを保つことで、インバータの損失の増加を防ぐことができる。
【００７６】
後者の場合は、重畳するサージ電圧を含めて、すべての相のサージ電圧を小さくすることができ、重畳されるサージ電圧の大きさを前者より小さくすることができる。
【００７７】
上記のように、本実施形態では、サージ抑制制御器６８は、電流情報をもとに、サージ電圧が発生する半導体スイッチ情報を特定することで、サージ電圧が増大しないスイッチ分の抑制処理が不要になる。それによって、無駄な抑制処理時間の発生を防ぐことができる。さらに、抑制処理が動作することによって、電流制御器の制御性能の低下と、インバータの効率低下をも防ぐことができる。その中で、サージ電圧を抑制する性能は低下しない。
【００７８】
すなわち、本実施形態によれば、サージ抑制制御器６８により半導体スイッチの開閉情報と電流情報から、過大なサージ電圧が発生する半導体スイッチを適切に判断して、サージ電圧の増大を抑制することとインバータの制御性向上との両方を実現する電力変換装置、制御装置、および、電動車両を提供することができる。
【００７９】
次に、第４実施形態の昇圧器駆動装置および制御装置について図面を参照して説明する。  
図６は、第４実施形態の昇圧器駆動装置および制御装置の一構成例を概略的に示す図である。
【００８０】
本実施形態の昇圧器駆動装置は、例えば、直流電源ＢＴと、電流検出器４７、４８と、昇圧リアクトルＬＡ、ＬＢと、複数の昇圧半導体スイッチＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄと、複数の逆並列ダイオードＤａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄと、電圧検出器４０と、半導体スイッチ駆動回路３０Ａ、３０Ｂと、制御装置ＣＴＲＬと、を備えている。
【００８１】
制御装置ＣＴＲＬは、電圧制御器６５と、スイッチ開閉信号演算器６６と、サージ抑制制御器６８と、を備えた昇圧器駆動装置である。サージ抑制制御器６８は、サージ発生予測演算部６８２Ａ、６８２Ｂと、サージ電圧抑制部６８４Ａ、６８４Ｂと、を備えている。
【００８２】
直流電源ＢＴは、例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の蓄電池である。直流電源から出力された直流電力は昇圧器を介して直流リンクＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）にエネルギーを供給するとともに、直流リンクＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）に接続されている機器（例えば、モータとインバータ）が発電する電気エネルギーを充電する。
【００８３】
複数の半導体スイッチＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄは、半導体スイッチ駆動回路３０Ａ、３０Ｂからのゲート信号をもとに開閉して、直流エネルギーを伝達する。
【００８４】
本実施形態の双方向昇圧器駆動装置では、直流電源ＢＴを共有する２組の昇圧器が負荷１００に対して並列に接続されている。この構成により、エネルギーを伝達する電力容量を増加させることや、２重化してシステムの安全性を高めることや、昇圧器が出力する電圧の精度を高めることができる。本実施形態の双方向昇圧器駆動装置は、複数の昇圧器が直流リンクＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）に接続されている構成に適用可能である。
【００８５】
図６に示すように、１つの昇圧器に２つの半導体スイッチと、２つの逆並列ダイオードを設けることで、負荷１００に直流エネルギーを供給することが可能であり、電源ＢＴ側に直流エネルギーを供給することも可能である。
【００８６】
直流電圧検出器４０は、負荷１００側の直流リンクＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）の電圧を検出して、制御装置ＣＴＲＬの電圧制御器６５に出力する。
【００８７】
電流検出器４７、４８は、昇圧器に供給される電流を検出して、サージ抑制制御器６８に電流情報を出力する。
【００８８】
電圧制御器６５は、例えば昇圧器を制御するコンピュータのような外部装置から直流リンク電圧指令を運転指令として受け取り、直流電圧検出器４０からの直流電圧情報を使って、その指令値になるＰＷＭ指令を演算して出力する。ＰＷＭ出力を演算する方法として、例えば、その指令値と直流電圧の差分をＰＩ（比例・積分）制御器（図示せず）に入力して、算出する方法がある。
【００８９】
スイッチ開閉信号演算器６６は、電圧制御器６５から受け取ったＰＷＭ指令と、内部で保持する三角波キャリア情報とから、半導体スイッチＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄが開閉する時間を示すスイッチ開閉信号を実際のスイッチ開閉するタイミングより前に出力する。
【００９０】
サージ抑制制御器６８は、複数のサージ発生予測演算部６８２Ａ、６８２Ｂと、複数のサージ電圧抑制部６８４Ａ、６８４Ｂとを備える。
【００９１】
サージ発生予測演算部６８２Ａ、６８２Ｂは、スイッチ開閉信号と、電流情報を受け取る。サージ発生予測演算部６８２Ａ、６８２Ｂは、受け取った電流情報をもとに、サージ電圧が発生する半導体スイッチを判断する。
【００９２】
昇圧器が直流電源ＢＴから負荷１００側にエネルギーを供給する時、つまり電流情報の値が正（直流電源ＢＴから昇圧リアクトルＬＡ、ＬＢに流れる方向）の時、昇圧器の下段半導体スイッチＳｂ、Ｓｄの開閉によって、電流量を制御して、上段ダイオードＤａ、Ｄｃを介して、直流リンクＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）にエネルギーが供給される。そのことから、昇圧器の半導体スイッチ上下段両方のスイッチングを実施した場合においても、電流情報の値が正のときは、下段半導体スイッチＳｂ、Ｓｄのスイッチングによってのみ、サージ電圧が発生する。
【００９３】
また、昇圧器が負荷１００側から直流電源ＢＴにエネルギーを供給する時、つまり電流情報の値が負（昇圧リアクトルＬＡ、ＬＢから直流電源ＢＴに流れる方向）の時、昇圧器の上段半導体スイッチＳａ、Ｓｃの開閉によって、電流量を制御して、下段ダイオードＤｂ、Ｄｄを介して、直流電源ＢＴにエネルギーが供給される。そのことから、昇圧器の半導体スイッチ上下段両方のスイッチングを実施した場合においても、電流情報の値が負のときは、上段半導体スイッチのスイッチングによってのみ、サージ電圧が発生する。
【００９４】
上記のように、サージ発生予測演算部６８２Ａ、６８２Ｂは、スイッチ開閉信号と電流情報とから、サージ電圧が発生する半導体スイッチＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄを判断する。サージ発生予測演算部６８２Ａ、６８２Ｂは、サージ電圧が発生すると判断した場合、その半導体スイッチとスイッチ開閉時間とをサージ電圧抑制部６８４Ａ、６８４Ｂへ出力する。
【００９５】
サージ電圧抑制部６８４Ａ、６８４Ｂは、サージ電圧が発生する半導体スイッチのスイッチ開閉時間と、他相でサージ電圧が発生するスイッチ開閉時間とを比較する。その２つの時間差が所定時間よりも短く、それらのサージ電圧が重畳されることによって、直流リンクＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）に大きなサージ電圧が発生する場合は、スイッチ開閉時間又はゲート信号の変化速度を調整して重畳サージの発生が回避されるように、サージ抑制信号を出力する。
【００９６】
重畳サージが発生するか否かを判断する処理、サージ抑制信号の構成および重畳サージの発生を回避するための処理は、上述の第１乃至第３実施形態のいずれかと同様であっても構わない。
【００９７】
すなわち、上述の第１実施形態と同様に、電流情報の値の符号によりサージ電圧が発生するか否か判断し、重畳サージが発生する場合にスイッチ開閉時間を調整してもよい。第２実施形態と同様に、電流の符号および電流値（又は電流変化量）によりサージ電圧が発生するか否か判断し、重畳サージが発生する場合に、スイッチ開閉時間を調整してもよい。さらに、第３実施形態と同様に、重畳サージが発生する場合にゲート電圧の変化速度を遅くするように半導体スイッチ駆動回路３０Ａ、３０Ｂのゲート信号出力端に接続する抵抗を大きくしてもよい。
【００９８】
上記のように、サージ抑制制御器６８は、電流情報をもとに、サージ電圧が発生する半導体スイッチ情報を特定することで、サージ電圧が発生しないスイッチ分の抑制処理が不要になる。それによって、無駄なサージ抑制処理時間の発生を防ぐことができる。さらに、無駄なサージ抑制処理が動作してスイッチ時間が大きく変化されることによる電圧制御器６５の制御性能の低下をも防ぐことができる。その中で、サージ電圧を抑制する性能は低下しない。
【００９９】
すなわち、本実施形態によれば、サージ抑制制御器６８により半導体スイッチの開閉情報と電流情報から、過大なサージ電圧が発生する半導体スイッチを適切に判断して、サージ電圧の増大を抑制することと昇圧器の制御性向上との両方を実現する昇圧器駆動装置および制御装置を提供することができる。
【０１００】
図７は、第４実施形態の昇圧器駆動装置および制御装置の他の構成例を概略的に示す図である。  
上述の図６に示す実施形態では、１つの直流電源ＢＴから直流リンクＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）に並列に昇降圧器を接続した例を示したが、例えば、図７に示すように、２つの直流電源ＢＴ１、ＢＴ２にそれぞれ１個ずつ昇降圧器を接続して直流リンクＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）に直流エネルギーを供給する構成としてもよい。この場合でも上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０１】
次に、第５実施形態の電力変換装置、制御装置、および、電動車両について図面を参照して説明する。
【０１０２】
図８Ａ乃至図８Ｃは、本実施形態の電力変換装置、制御装置、および、電動車両の一構成例を概略的に示す図である。  
本実施形態の電動車両は、昇圧器と上述の第１乃至第３実施形態の何れかの電力変換装置とを組み合わせた構成を備える。本実施形態の電動車両は、電力変換装置と、モータＭと、車軸を介してモータＭの動力が伝達される車輪ＷＬと、を備えている。電力変換装置は、直流電源ＢＴと、昇圧器と、インバータＩＮＶと、平滑コンデンサＣと、制御装置ＣＴＲＬと、スイッチ駆動回路３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗ、３０Ａと、直流電圧検出器４０と、電流検出器４２、４４、４６、４７と、モータ磁極位置検出器５０と、モータＭと、を備えている。
【０１０３】
制御装置ＣＴＲＬは、トルク／回転数制御器６２と、電流制御器６４と、昇圧制御器（電圧制御器）６５、スイッチ開閉信号演算器６６、６６´と、サージ抑制制御器６８と、を備えている。
【０１０４】
サージ抑制制御器６８は、サージ発生予測演算部６８２Ｕ〜６８２Ｗ、６８２Ａと、サージ電圧抑制部６８４Ｕ〜６８４Ｗ、６８４Ａとを備えている。サージ抑制制御器６８は、例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、および昇圧器のそれぞれについてサージ電圧が発生するか否かを判断して、判断結果に応じたサージ抑制信号を生成する。
【０１０５】
本実施形態の電力変換装置および電動車両では、昇圧器によって、直流電源ＢＴの電圧より大きい電圧値をインバータＩＮＶに供給することができる。そのため、昇圧器がない装置に比べて、インバータＩＮＶは負荷モータＭにかける電圧に余裕を持つことができるため、供給する電流の制御性能の確保や、弱め界磁電流などの負荷モータＭの出力トルクに影響しない電流を削減することによる効率の改善が得られる。
【０１０６】
上記の効果が得られる一方で、図８Ａに示すように、昇圧器の出力側はインバータＩＮＶの入力側と、直流リンクＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）を共有している。そのため、第１実施形態および第４実施形態にも記載したように、直流リンクＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）を共有する昇圧器とインバータＩＮＶとで発生するサージ電圧は、略同時に発生した場合に、重畳されて増大する。このことから、図８Ｃに示したサージ抑制制御器６８のように、昇圧器のサージ発生予測演算部６８２Ａが出力する昇圧発生サージスイッチ情報を他相サージ情報として、インバータＩＮＶのサージ電圧抑制部６８４Ｕ〜６８４Ｗに入力する。そして、３相インバータＩＮＶの各相に対応したサージ発生予測演算手段６８２Ｕ〜６８２Ｗの出力するインバータＩＮＶの発生サージスイッチ情報を他相サージ情報として、昇圧器側のサージ電圧抑制部６８４Ａに入力する。
【０１０７】
それによって、昇圧器と３相インバータＩＮＶとの間で発生するサージ電圧が重畳されることを、サージ電圧抑制部６８４Ｕ〜６８４Ｗ、６８４Ａが判断して、サージ電圧が重畳されることを防ぐことができる。
【０１０８】
すなわち、昇圧器と３相インバータＩＮＶとが直流リンクＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）を共有しているシステムにおいても、上述の複数の実施形態と同様に、重畳されるサージ電圧の増大を防ぐことができ、同様の効果を得ることができる。
【０１０９】
なお、３相インバータＩＮＶのかわりに、ＤＣモータを駆動するためのコンバータを採用した場合であっても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【０１１１】
例えば、上記実施形態の制御装置ＣＴＲＬは、複数のコードを組み合わせたプログラム等のソフトウエアにより実現されてもよく、複数の素子を組み合わせた回路等のハードウエアにより実現されてもよい。さらに、ソフトウエアとハードウエアとを組み合わせて制御装置ＣＴＲＬを実現しても構わない。いずれの場合であっても同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【０１１２】
２６…電流検出器、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｕ〜３０Ｗ…半導体スイッチ駆動回路、４０…直流電圧検出器、４２、４４、４６、４７、４８…電流検出器、５０…モータ磁極位置検出器、６２…トルク／回転数制御器、６４…電流制御器、６５…電圧制御器、６６、６６´…スイッチ開閉信号演算器、６８…サージ抑制制御器、１００…負荷、６８２Ａ、６８２Ｂ、６８２Ｕ〜６８２Ｗ…サージ発生予測演算部、６８４Ａ、６８４Ｂ、６８４Ｕ〜６８４Ｗ…サージ電圧抑制部、ＢＴ、ＢＴ１、ＢＴ２…直流電源、Ｒ１、Ｒ２…抵抗、ＳＷ１、ＳＷ２…スイッチ、Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗ、Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｘ…半導体スイッチ。
【図１】
2016039700.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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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