(57)【要約】【課題】複雑な制御を行うことなくスイッチングノイズを低減させる。【解決手段】電力変換装置１は、スイッチング動作により直流電力を交流電力に変換する複数のスイッチング素子２４と、スイッチング素子２４のゲートに接続される複数のゲート抵抗器２２と、ゲート抵抗器２２をそれぞれ並列に接続させるか否かを切り換える切換器２３と、負荷電流に相当する電流値を検出する電流検出器１２と、電流値が大きいほど複数のゲート抵抗器２２の合成抵抗が大きくなるように切換器２３の切り換えを決定する電流比較器２５と、を備える。【選択図】図１
2017121132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力から変換した交流電力を負荷に供給する電力変換装置であって、
スイッチング動作により直流電力を交流電力に変換する複数のスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のゲートに接続される複数のゲート抵抗器と、
前記ゲート抵抗器をそれぞれ並列に接続させるか否かを切り換える切換器と、
前記負荷に流れる負荷電流に相当する電流値を検出する電流検出器と、
前記電流値が大きいほど前記複数のゲート抵抗器の合成抵抗が大きくなるように前記切換器の切り換えを決定する電流比較器と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記スイッチング素子の温度に相当する温度値を検出する温度検出器と、
前記温度値が閾値を超える場合には、前記複数のゲート抵抗器の合成抵抗が前記電流比較器により決定された値よりも小さくなるように前記切換器の切り換えを再決定する切換調整器と、
を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーエレクトロニクス分野において、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御を行うことにより直流電力を交流電力に変換する電力変換装置が広く用いられている。ＰＷＭ制御を行う電力変換装置は、半導体スイッチング素子のスイッチングを高速に行うため、出力電力に高周波のスイッチングノイズ（リンギング）が発生する。
【０００３】
そこで、スイッチングノイズを低減するために、電力変換装置の出力側に交流モータ及び発電機を接続して発電機からスイッチングノイズを含まない交流電力を出力し、該交流電力を増幅器によって増幅することで、スイッチングノイズを含まない交流電力を得る技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特願平１１−９００４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示された電力変換装置では、電力変換装置の出力側に、交流モータ、発電機、及び増幅器を接続する必要があるため、コストが高くなり、装置全体の規模が大きくなるという問題があった。
【０００６】
かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、複雑な制御を行うことなくスイッチングノイズを低減させることが可能な電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る電力変換装置は、直流電力から変換した交流電力を負荷に供給する電力変換装置であって、スイッチング動作により直流電力を交流電力に変換する複数のスイッチング素子と、前記スイッチング素子のゲートに接続される複数のゲート抵抗器と、前記ゲート抵抗器をそれぞれ並列に接続させるか否かを切り換える切換器と、前記負荷に流れる負荷電流に相当する電流値を検出する電流検出器と、前記電流値が大きいほど前記複数のゲート抵抗器の合成抵抗が大きくなるように前記切換器の切り換えを決定する電流比較器と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明に係る電力変換装置において、前記スイッチング素子の温度に相当する温度値を検出する温度検出器と、前記温度値が閾値を超える場合には、前記複数のゲート抵抗器の合成抵抗が前記電流比較器により決定された値よりも小さくなるように前記切換器の切り換えを再決定する切換調整器と、を更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、負荷電流の大きさに応じてスイッチング速度を調整することにより、複雑な制御を行うことなくスイッチングノイズを低減させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る電力変換装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置の構成例を示すブロック図である。電力変換装置１は、直流電源１０により生成される直流電力を交流電力に変換する。変換する交流電力は単相でも三相でもよいが、本実施形態では３相交流電力に変換するものとして、以下説明する。
【００１３】
図１に示す電力変換装置１は、ＰＷＭ信号制御回路１１と、電流検出器１２と、アーム回路２０（Ｕ相用アーム回路２０−１、Ｖ相用アーム回路２０−２、及びＷ相用アーム回路２０−３）とを備え、直流電源１０から入力された直流電力を交流電力に変換し、モータなどの負荷（図示せず）に供給する。
【００１４】
電流検出器１２は、電力変換装置１に接続される負荷に流れる負荷電流に相当する値（以下、電流値という）を検出し、アーム回路２０に出力する。ここで、電流値は、実際に負荷に流れる電流の値であってもよいし、実際に負荷に流れる電流の値と比例関係や相関関係がある値であってもよい。
【００１５】
各アーム回路２０は、ゲート駆動回路２１（上アーム用ゲート駆動回路２１Ｐ、及び下アーム用ゲート駆動回路２１Ｎ）と、ゲート抵抗器群２２（上アーム用ゲート抵抗器群２２Ｐ、及び下アーム用ゲート抵抗器群２２Ｎ）と、切換器２３（上アーム用切換器２３Ｐ−１〜２３Ｐ−ｘ、及び下アーム用切換器２３Ｎ−１〜２３Ｎ−ｘ）と、スイッチング素子２４（上アーム用スイッチング素子２４Ｐ、及び下アーム用スイッチング素子２４Ｎ）と、電流比較器２５とを備える。アーム回路２０−２，２０−３の構成はアーム回路２０−１と同一であるので、図１ではアーム回路２０−１のみ内部の構成を図示する。
【００１６】
ＰＷＭ信号制御回路１１は、電流検出器１２から入力された電流値に基づき、スイッチング素子２４のオンオフ動作を制御するＰＷＭ信号を生成し、ゲート駆動回路２１に出力する。
【００１７】
ゲート駆動回路２１は、ＰＷＭ信号制御回路１１から入力されたＰＷＭ信号に基づいてスイッチング素子２４のゲートに印加する電圧を生成し、ゲート抵抗器群２２に出力する。
【００１８】
ゲート抵抗器群２２は、複数のゲート抵抗器により構成され、各ゲート抵抗器の一方の端子はゲート駆動回路２１に接続され、他方の端子はスイッチング素子２４のゲート、又は切換器２３に接続される。
【００１９】
スイッチング素子２４は、例えばＩＧＢＴなどの電力用半導体素子である。スイッチング素子２４Ｐ，２４Ｎは、ＰＷＭ制御により、一方がオンの時に他方がオフになるようにスイッチング動作を行い、該スイッチング動作により直流電力を交流電力に変換する。
【００２０】
電流比較器２５は、電流検出器１２から入力された電流値と、予め設定された閾値とを比較する。閾値は複数設けてもよい。
【００２１】
スイッチング素子２４のスイッチング速度が一定の場合、負荷電流が大きいほどスイッチングノイズが大きくなる。また、スイッチング素子２４のゲート抵抗値が大きくなると、ゲートに流れるゲート電流が小さくなるため、スイッチング速度が減少し、その結果スイッチングノイズを低減することができる。そこで、電流比較器２５は、電流検出器１２から入力された電流値が大きいほど複数のゲート抵抗器群２２の合成抵抗が大きくなるように、比較結果に応じて切換器２３のオンオフの切り換えを決定し（すなわち、どの切換器２３をゲート抵抗器群２２に接続又は切断するかを決定し）、決定結果を示す切換情報を切換器２３に出力する。
【００２２】
切換器２３は、ゲート抵抗器群２２のうちの１以上のゲート抵抗にそれぞれ直列に接続され、電流比較器２５から入力された切換情報に基づきオンオフし、ゲート抵抗器をそれぞれ並列に接続させるか否かを切り換える。切換器２３がオンの場合、該切換器２３に接続されたゲート抵抗器群２２が、ゲート駆動回路２１及びスイッチング素子２４の間に並列接続される。並列接続されるゲート抵抗の数が多くなると、ゲート抵抗器群２２の合成抵抗は小さくなる。一方、並列接続されるゲート抵抗器の数が少なくなると、ゲート抵抗器群２２の合成抵抗は大きくなる。
【００２３】
一般的に電力変換装置は、電流制御及び過電流保護の観点から出力電流を検出する必要があるため、電流検出器１２を備えている。本発明に係る電力変換装置１は、従来の電力変換装置が備えている電流検出器１２が検出する電流値を利用してスイッチング速度を制御する。したがって、上述したように切換器２３及び電流比較器２５を追加するのみで、容易にスイッチング速度を調整し、スイッチングノイズを低減することができる。
【００２４】
（第２の実施形態）
つぎに、本発明の第２の実施形態に係る電力変換装置２について説明する。
【００２５】
図２は、第２の実施形態に係る電力変換装置２の構成例を示すブロック図である。第２の実施形態においては、各アーム回路２０は、ゲート駆動回路２１（上アーム用ゲート駆動回路２１Ｐ、及び下アーム用ゲート駆動回路２１Ｎ）と、ゲート抵抗器群２２（上アーム用ゲート抵抗器群２２Ｐ、及び下アーム用ゲート抵抗器群２２Ｎ）と、切換器２３（上アーム用切換器２３Ｐ−１〜２３Ｐ−ｘ、及び下アーム用切換器２３Ｎ−１〜２３Ｎ−ｘ）と、スイッチング素子２４（上アーム用スイッチング素子２４Ｐ、及び下アーム用スイッチング素子２４Ｎ）と、電流比較器２５と、温度検出器２６と、切換調整器２７と、を備える。
【００２６】
第２の実施形態に係る電力変換装置２は、第１の実施形態に係る電力変換装置１と比較して、温度検出器２６、及び切換調整器２７を更に備える点が相違する。その他の構成については第１の実施形態と同一であるため、同一の参照番号を付して説明を省略する。
【００２７】
温度検出器２６は、スイッチング素子２４のベース付近に取り付けられ、スイッチング素子２４の温度に相当する値（以下、温度値という）を検出し、切換調整器２７に出力する。ここで、温度値は、実際の温度であってもよいし、実際の温度と比例関係や相関関係がある値であってもよい。温度検出器２６は、例えばサーミスタなどのセンサである。温度検出器をスイッチング素子２４の温度保護のために使用していたり、スイッチング素子２４が備えていたりする場合には、それを用いてもよい。
【００２８】
切換調整器２７は、温度検出器２６から入力された温度値があらかじめ設定された閾値を超える場合には、ゲート抵抗器群２２の合成抵抗が電流比較器２５により決定された値よりも小さくなるように、切換器２３のオンオフの切り換えを再決定する（すなわち、電流比較器２５で決定されたオフとする切換器２３の数を減少させる）。
【００２９】
切換器２３によって、ゲート抵抗器群２２のうち１以上のゲート信号を切り離してスイッチング素子２４のスイッチング速度を遅くした場合には、スイッチング素子２４のスイッチング損失は増加し、温度が上昇する。しかし、本発明に係る電力変換装置２では、スイッチング素子２４の温度を監視し、上述したように切換調整器２７を追加しているため、スイッチング速度を調整してスイッチングノイズを低減しつつ、スイッチング損失が過度に増加することを防止することができる。
【００３０】
上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態に記載の複数の構成ブロックを１つに組み合わせたり、あるいは１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１    電力変換装置
１０  直流電源
１１  ＰＷＭ信号制御回路
１２  電流検出器
２０  アーム回路
２１  ゲート駆動回路
２２  ゲート抵抗器群
２３  切換器
２４  スイッチング素子
２５  電流比較器
２６  温度検出器
２７  切換調整器
【図１】
2017121132.tif 000003
【図２】
2017121132.tif 000004