6831818 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6831818

(24)【登録日】2021年2月2日

(45)【発行日】2021年2月17日

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20210208BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 MZHV

【請求項の数】3

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2018-160819(P2018-160819)

(22)【出願日】2018年8月29日

(65)【公開番号】特開2020-36447(P2020-36447A)

(43)【公開日】2020年3月5日

【審査請求日】2019年3月28日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】特許業務法人青海特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】野畠 公平

【審査官】 土井 悠生

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１７−１６３７１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４２−７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

正側直流母線と出力ノードとの間に設けられた正側スイッチング素子と、
負側直流母線と前記出力ノードとの間に設けられた負側スイッチング素子と、
前記正側スイッチング素子をオンオフさせる正側ゲート駆動回路と、
前記負側スイッチング素子をオンオフさせる負側ゲート駆動回路と、
前記正側スイッチング素子および前記負側スイッチング素子のオンオフを指示するゲート信号を前記正側ゲート駆動回路および前記負側ゲート駆動回路に送信するゲート信号制御部と、
を備え、
前記ゲート信号制御部は、前記正側直流母線と前記負側直流母線との間に挿入されたコンデンサのプリチャージ中に、前記正側スイッチング素子を一旦オンさせた後にオフさせる第１のゲート信号を前記正側ゲート駆動回路に送信し、前記負側スイッチング素子を一旦オンさせた後にオフさせる第２のゲート信号を、前記第１のゲート信号の送信タイミングと異ならせて前記負側ゲート駆動回路に送信し、前記プリチャージ中に前記第１のゲート信号の送信と前記第２のゲート信号の送信とを交互に複数回繰り返す電力変換装置。

【請求項2】

前記ゲート信号制御部は、
前記プリチャージの開始の際に前記出力ノードに接続されるモータジェネレータが回転していた場合、前記第１のゲート信号および前記第２のゲート信号の送信を行わず、
前記プリチャージの開始の際に前記モータジェネレータが停止していた場合、前記第１のゲート信号および前記第２のゲート信号の送信を行う請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

正側直流母線と出力ノードとの間に設けられた正側スイッチング素子と、
負側直流母線と前記出力ノードとの間に設けられた負側スイッチング素子と、
前記正側スイッチング素子をオンオフさせる正側ゲート駆動回路と、
前記負側スイッチング素子をオンオフさせる負側ゲート駆動回路と、
前記正側スイッチング素子および前記負側スイッチング素子のオンオフを指示するゲート信号を前記正側ゲート駆動回路および前記負側ゲート駆動回路に送信するゲート信号制御部と、
を備え、
前記ゲート信号制御部は、
前記正側直流母線と前記負側直流母線との間に挿入されたコンデンサのプリチャージ中に、前記正側スイッチング素子を一旦オンさせた後にオフさせる第１のゲート信号を前記正側ゲート駆動回路に送信し、前記負側スイッチング素子を一旦オンさせた後にオフさせる第２のゲート信号を、前記第１のゲート信号の送信タイミングと異ならせて前記負側ゲート駆動回路に送信し、
前記プリチャージの開始の際に前記出力ノードに接続されるモータジェネレータが回転していた場合、前記第１のゲート信号および前記第２のゲート信号の送信を行わず、
前記プリチャージの開始の際に前記モータジェネレータが停止していた場合、前記第１のゲート信号および前記第２のゲート信号の送信を行う電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ゲート駆動回路によってスイッチング素子がオンオフされる電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電力変換装置では、２個のスイッチング素子が直列接続され、その直列接続されたスイッチング素子が、正側直流母線と負側直流母線との間に挿入されている。出力ノードは、直列接続されたスイッチング素子間に接続される。正側直流母線はバッテリの正極に接続され、負側直流母線はバッテリの負極に接続される。また、正側直流母線と負側直流母線との間（直流母線間）には、コンデンサが挿入されている。

【0003】

バッテリとコンデンサ（電力変換装置）との間には、メインリレーが設けられている。メインリレーがオフ状態のとき、感電防止のためコンデンサは放電される。メインリレーをオンする場合、放電されたコンデンサのプリチャージ（充電）が行われる。コンデンサのプリチャージ中には、電力変換装置の動作が停止される（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−２４６３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、電力変換装置には、ゲート駆動回路およびゲート信号制御部が設けられている。ゲート駆動回路は、スイッチング素子毎に設けられている。ゲート信号制御部は、スイッチング素子のオンオフを指示するゲート信号をゲート駆動回路に送信する。ゲート駆動回路は、ゲート信号にしたがってスイッチング素子をオンオフさせる。

【0006】

また、ゲート駆動回路には、ゲート信号制御部側とスイッチング素子側との絶縁を行うために、絶縁トランスが設けられることがある。絶縁トランスは、一次側の直流分を二次側に伝えないため、パルス状のゲート信号の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジのみを二次側に伝える。このため、絶縁トランスが設けられるゲート駆動回路には、絶縁トランスの二次側にラッチ回路が設けられる。ラッチ回路は、立ち上がりエッジが入力されると、出力をハイ状態（例えば、「オン」状態）に維持させ、立ち下がりエッジが入力されると、出力をロー状態（例えば、「オフ」状態）に維持させる。

【0007】

ここで、例えば、人間が電力変換装置に触れるなどして、ゲート駆動回路に静電気が印加されることがある。この場合、ゲート駆動回路は、正常なゲート信号に反して誤動作し、ラッチ回路によって、スイッチング素子を「オン」させる出力信号を出し続けてしまうことがある。

【0008】

例えば、メインリレーが「オフ」状態であるときに、正側スイッチング素子と負側スイッチング素子との両方が、静電気による誤動作で「オン」すると、直流母線間が短絡してしまい、スイッチング素子を「オン」させる出力信号が出続けることで、直流母線間の短絡状態が継続されてしまう。

【0009】

直流母線間が短絡状態であるときにプリチャージが行われると、短絡したスイッチング素子を通じて電荷が直流母線間を移動してしまい、コンデンサに電荷が蓄えられなくなる。これにより、プリチャージが所定時間内に終了せず、タイムアウトによりプリチャージ異常が検出されてしまう。

【0010】

このように、静電気によってスイッチング素子を「オン」させてしまった場合、スイッチング素子自体は故障していないため、ゲート駆動回路の出力信号を正常な状態に戻すことができれば、スイッチング素子を「オフ」状態に復帰させることが可能である。

【0011】

しかし、プリチャージの実行を制御する車両制御部は、プリチャージ異常が検出されたときに、その異常が、スイッチング素子の短絡故障に起因するものか、静電気による誤動作に起因するものかを区別することができない。このため、車両制御部は、プリチャージ異常が検出されたときには、実際の短絡要因に拘らず、電力変換装置が故障したものとして対応してしまう。その結果、スイッチング素子の復帰が可能な異常であったとしても、無駄に電力変換装置の交換修理が行われることがある。

【0012】

そこで、本発明は、静電気によってゲート駆動回路が誤動作したときに、ゲート駆動回路の出力信号を正常な状態に復帰させることが可能な電力変換装置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】

【0013】

上記課題を解決するために、本発明の電力変換装置は、正側直流母線と出力ノードとの間に設けられた正側スイッチング素子と、負側直流母線と出力ノードとの間に設けられた負側スイッチング素子と、正側スイッチング素子をオンオフさせる正側ゲート駆動回路と、負側スイッチング素子をオンオフさせる負側ゲート駆動回路と、正側スイッチング素子および負側スイッチング素子のオンオフを指示するゲート信号を正側ゲート駆動回路および負側ゲート駆動回路に送信するゲート信号制御部と、を備え、ゲート信号制御部は、正側直流母線と負側直流母線との間に挿入されたコンデンサのプリチャージ中に、正側スイッチング素子を一旦オンさせた後にオフさせる第１のゲート信号を正側ゲート駆動回路に送信し、負側スイッチング素子を一旦オンさせた後にオフさせる第２のゲート信号を、第１のゲート信号の送信タイミングと異ならせて負側ゲート駆動回路に送信し、前記プリチャージ中に前記第１のゲート信号の送信と前記第２のゲート信号の送信とを交互に複数回繰り返す。

【0015】

また、ゲート信号制御部は、プリチャージの開始の際に出力ノードに接続されるモータジェネレータが回転していた場合、第１のゲート信号および第２のゲート信号の送信を行わず、プリチャージの開始の際にモータジェネレータが停止していた場合、第１のゲート信号および第２のゲート信号の送信を行ってもよい。

【0016】

上記課題を解決するために、本発明の電力変換装置は、正側直流母線と出力ノードとの間に設けられた正側スイッチング素子と、負側直流母線と出力ノードとの間に設けられた負側スイッチング素子と、正側スイッチング素子をオンオフさせる正側ゲート駆動回路と、負側スイッチング素子をオンオフさせる負側ゲート駆動回路と、正側スイッチング素子および負側スイッチング素子のオンオフを指示するゲート信号を正側ゲート駆動回路および負側ゲート駆動回路に送信するゲート信号制御部と、を備え、ゲート信号制御部は、正側直流母線と負側直流母線との間に挿入されたコンデンサのプリチャージ中に、正側スイッチング素子を一旦オンさせた後にオフさせる第１のゲート信号を正側ゲート駆動回路に送信し、負側スイッチング素子を一旦オンさせた後にオフさせる第２のゲート信号を、第１のゲート信号の送信タイミングと異ならせて負側ゲート駆動回路に送信し、プリチャージの開始の際に出力ノードに接続されるモータジェネレータが回転していた場合、第１のゲート信号および第２のゲート信号の送信を行わず、プリチャージの開始の際にモータジェネレータが停止していた場合、第１のゲート信号および第２のゲート信号の送信を行ってもよい。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、静電気によってゲート駆動回路が誤動作したときに、ゲート駆動回路の出力信号を正常な状態に復帰させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本実施形態の電力変換装置が適用される車両の構成を示す概略図である。

【図2】本実施形態の電力変換装置の構成を示す概略図である。

【図3】ゲート駆動回路の構成を示す概略図である。

【図4】静電気が印加された場合における電力変換装置の動作を説明するタイムチャートである。

【図5】ゲート信号制御部の動作を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態の一態様について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0020】

図１は、本実施形態の電力変換装置１０が適用される車両１の構成を示す概略図である。ここでは、本実施形態に関連する構成を説明し、関連性の低い構成の説明は省略する。

【0021】

車両１は、電力変換装置（インバータ）１０、モータジェネレータ１２、メインリレー１４、バッテリ１６、スタートスイッチ１８、車両制御部２０を含んで構成される。車両１は、モータジェネレータ１２を駆動源とした電気自動車である。なお、車両１は、駆動源としてモータジェネレータ１２と並行してエンジンが設けられたハイブリッド電気自動車であってもよい。

【0022】

モータジェネレータ１２は、電力変換装置１０およびメインリレー１４を介してバッテリ１６に接続されている。バッテリ１６は、リチウムイオン電池等の二次電池である。電力変換装置１０は、車両１の加速時などにおいて、バッテリ１６から供給される直流電力を所望の交流電力に変換してモータジェネレータ１２に供給する。このとき、モータジェネレータ１２は、主に、電動機として機能し、電力変換装置１０から供給される交流電力にしたがって車両１を駆動させる。また、車両１の減速時などにおいて、バッテリ１６は、モータジェネレータ１２で発電されて電力変換装置１０で直流電力に変換された電力を充電（蓄電）する。

【0023】

メインリレー１４は、電力変換装置１０と、バッテリ１６との間の接続を切り替える。メインリレー１４は、例えば、電磁接触器（コンタクタ）などである。また、スタートスイッチ１８は、搭乗者によるＲＥＡＤＹ−ＯＮ操作およびＲＥＡＤＹ−ＯＦＦ操作を受け付ける。

【0024】

車両制御部２０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路から構成される。車両制御部２０は、主に車両１の駆動に関する制御を行う。例えば、車両制御部２０は、電力変換装置１０を制御することでモータジェネレータ１２の回転を制御する。また、車両制御部２０は、スタートスイッチ１８からの指示に応じて、メインリレー１４の開閉を制御する。

【0025】

図２は、本実施形態の電力変換装置１０の構成を示す概略図である。電力変換装置１０は、スイッチング素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ、正側直流母線３２ｐ、負側直流母線３２ｎ、還流ダイオード３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ、コンデンサ３８、ゲート駆動回路４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、ゲート信号制御部５０を含んで構成される。

【0026】

以下、スイッチング素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆを総称してスイッチング素子３０と呼ぶことがある。また、スイッチング素子３０のうち、スイッチング素子３０ａ、３０ｃ、３０ｅを、正側スイッチング素子と呼び、スイッチング素子３０ｂ、３０ｄ、３０ｆを、負側スイッチング素子と呼ぶことがある。また、ゲート駆動回路４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆを総称してゲート駆動回路４０と呼ぶことがある。また、ゲート駆動回路４０のうち、ゲート駆動回路４０ａ、４０ｃ、４０ｅを、正側ゲート駆動回路と呼ぶことがあり、ゲート駆動回路４０ｂ、４０ｄ、４０ｆを、負側ゲート駆動回路と呼ぶことがある。また、正側直流母線３２ｐと負側直流母線３２ｎとの間のことを、直流母線間と呼ぶことがある。

【0027】

スイッチング素子３０は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。スイッチング素子３０ａのコレクタＣは、正側直流母線３２ｐに接続されている。スイッチング素子３０ａのエミッタＥは、スイッチング素子３０ｂのコレクタＣに接続されている。スイッチング素子３０ｂのエミッタＥは、負側直流母線３２ｎに接続されている。

【0028】

スイッチング素子３０ｃのコレクタＣは、正側直流母線３２ｐに接続されている。スイッチング素子３０ｃのエミッタＥは、スイッチング素子３０ｄのコレクタＣに接続されている。スイッチング素子３０ｄのエミッタＥは、負側直流母線３２ｎに接続されている。

【0029】

スイッチング素子３０ｅのコレクタＣは、正側直流母線３２ｐに接続されている。スイッチング素子３０ｅのエミッタＥは、スイッチング素子３０ｆのコレクタＣに接続されている。スイッチング素子３０ｆのエミッタＥは、負側直流母線３２ｎに接続されている。

【0030】

つまり、直列接続された２個のスイッチング素子３０ａ、３０ｂ、直列接続された２個のスイッチング素子３０ｃ、３０ｄ、および、直列接続された２個のスイッチング素子３０ｅ、３０ｆは、正側直流母線３２ｐと負側直流母線３２ｎとの間に並列に挿入されている。

【0031】

還流ダイオード３４ａのカソードＫは、スイッチング素子３０ａのコレクタＣに接続されており、還流ダイオード３４ａのアノードＡは、スイッチング素子３０ａのエミッタＥに接続されている。つまり、還流ダイオード３４ａは、スイッチング素子３０ａに逆並列接続されている。同様に、還流ダイオード３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆは、スイッチング素子３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆにそれぞれ逆並列接続されている。

【0032】

スイッチング素子３０ａのエミッタＥとスイッチング素子３０ｂのコレクタＣとの接続ノードは、Ｕ相の出力ノード３６ｕとして機能する。同様に、スイッチング素子３０ｃのエミッタＥとスイッチング素子３０ｄのコレクタＣとの接続ノードは、Ｖ相の出力ノード３６ｖとして機能し、スイッチング素子３０ｅのエミッタＥとスイッチング素子３０ｆのコレクタＣとの接続ノードは、Ｗ相の出力ノード３６ｗとして機能する。各出力ノード３６ｕ、３６ｖ、３６ｗには、モータジェネレータ（ＭＧ）１２が接続されている。

【0033】

ゲート駆動回路４０ａは、スイッチング素子３０ａのゲートＧに接続されており、スイッチング素子３０ａをオンオフさせる。同様に、ゲート駆動回路４０ｂは、スイッチング素子３０ｂのゲートＧに接続されており、スイッチング素子３０ｂをオンオフさせる。ゲート駆動回路４０ｃは、スイッチング素子３０ｃのゲートＧに接続されており、スイッチング素子３０ｃをオンオフさせる。ゲート駆動回路４０ｄは、スイッチング素子３０ｄのゲートＧに接続されており、スイッチング素子３０ｄをオンオフさせる。ゲート駆動回路４０ｅは、スイッチング素子３０ｅのゲートＧに接続されており、スイッチング素子３０ｅをオンオフさせる。ゲート駆動回路４０ｆは、スイッチング素子３０ｆのゲートＧに接続されており、スイッチング素子３０ｆをオンオフさせる。

【0034】

ゲート信号制御部５０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路から構成される。ゲート信号制御部５０は、車両制御部２０の制御の下、スイッチング素子３０のオンオフを指示するゲート信号を生成し、生成されたゲート信号をゲート駆動回路４０に送信する。ゲート信号は、例えば、パルス状の信号である。

【0035】

メインリレー１４は、メインスイッチ１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび抵抗器１４ｄを含んで構成される。メインスイッチ１４ａは、一方の接点がバッテリ１６の正極に接続されており、他方の接点が正側直流母線３２ｐに接続されている。メインスイッチ１４ｂは、一方の接点がバッテリ１６の負極に接続されており、他方の接点が負側直流母線３２ｎに接続されている。メインスイッチ１４ｃは、一方の接点がメインスイッチ１４ａのバッテリ１６側の接点に接続されており、他方の接点が抵抗器１４ｄを介してメインスイッチ１４ａの電力変換装置１０側の接点に接続されている。

【0036】

コンデンサ３８は、メインリレー１４と電力変換装置１０との間において、直流母線間に挿入されている。コンデンサ３８は、直流母線間の電圧を平滑にさせる。

【0037】

ここで、車両１がＲＥＡＤＹ−ＯＦＦ（ＩＧ−ＯＦＦ）のとき、メインスイッチ１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、すべて「オフ（開）」となっており、コンデンサ３８は、放電されている。搭乗者によってＲＥＡＤＹ−ＯＮ操作が行われると、スタートスイッチ１８から車両制御部２０に、コンデンサ３８のプリチャージ（充電）の開始指示が送信される。車両制御部２０は、プリチャージの開始指示を受信すると、コンデンサ３８のプリチャージを開始する。具体的には、車両制御部２０は、メインスイッチ１４ｂ、１４ｃを「オン（閉）」させる。これにより、コンデンサ３８は、抵抗器１４ｄを通じて徐々に充電される。

【0038】

車両制御部２０は、所定時間内にコンデンサ３８の電圧が所定電圧以上となったか否かを判定する。所定時間は、例えば、数秒程度であり、コンデンサ３８の容量と抵抗器１４ｄの抵抗値とによって定まる時定数に基づいて設定される。所定電圧は、バッテリ１６の電圧と同程度（例えば、バッテリ１６の電圧の９５％など）に設定される。

【0039】

車両制御部２０は、所定時間内にコンデンサ３８の電圧が所定電圧以上となると、メインスイッチ１４ｃを「オフ」させて、コンデンサ３８のプリチャージを終了させる。その後、車両制御部２０は、メインスイッチ１４ａを「オン」させて、電力変換装置１０をバッテリ１６に接続させる。これにより、車両１は、ＲＥＡＤＹ−ＯＮ（ＩＧ−ＯＮ）となる。一方、車両制御部２０は、所定時間内にコンデンサ３８の電圧が所定電圧以上とならない場合、プリチャージ異常が生じたと判定する。

【0040】

また、車両制御部２０は、プリチャージの開始指示を受信すると、プリチャージ信号を「オン」としてゲート信号制御部５０に送信する。車両制御部２０は、プリチャージの間、プリチャージ信号「オン」の送信を継続し、プリチャージが終了すると、プリチャージ信号を「オフ」としてゲート信号制御部５０に送信する。

【0041】

図３は、ゲート駆動回路４０の構成を示す概略図である。ゲート駆動回路４０は、絶縁トランス６０およびラッチ回路６２を含んで構成される。

【0042】

絶縁トランス６０の一次側は、ゲート信号制御部５０に接続されており、絶縁トランス６０の二次側は、ラッチ回路６２に接続されている。ラッチ回路６２は、スイッチング素子３０に接続されている。

【0043】

絶縁トランス６０は、一次側と二次側とを絶縁する。また、絶縁トランス６０は、一次側の直流分を二次側に伝えないため、パルス状のゲート信号の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジのみを二次側に伝える。

【0044】

ラッチ回路６２は、立ち上がりエッジが入力されると、出力をハイ状態（例えば、オン状態）に維持させ、立ち下がりエッジが入力されると、出力をロー状態（例えば、オフ状態）に維持させる。これにより、ラッチ回路６２は、入力される立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジに基づいたパルス状の出力信号をスイッチング素子３０に出力する。

【0045】

なお、ゲート駆動回路４０は、スイッチング素子３０の電流が過電流であるか否かを判定することでスイッチング素子３０を通じた直流母線間の短絡を検出する短絡検出部を含んで構成されてもよい。短絡検出部は、短絡があったことを検出してから所定時間の間、短絡信号「オン」をゲート信号制御部５０に送信し続けてもよい。

【0046】

ところで、電力変換装置１０は、例えば、バッテリ１６やＤＣ／ＤＣコンバータなどとともに、金属製のケースに収容される。このケースは、例えば、車両１の荷室の下などに設置される。このケースは、プラスチックなどの非金属材料で覆われるようにして荷室の下に設置されるが、構造上、ケースの一部（金属部分）が露出してしまう。

【0047】

例えば、人間が車両１のリアゲートを開けて荷室に手を伸ばしたときなどにおいて、電力変換装置１０が収容されているケースにおける露出した金属部分に人間が触れるおそれがある。その金属部分に人間が触れると、静電気がケース印加され、ケースを通じて電力変換装置１０のゲート駆動回路４０に静電気が伝わることがある。

【0048】

この場合、ゲート駆動回路４０は、正常なゲート信号に反して誤動作し、ラッチ回路６２によって、スイッチング素子３０を「オン」させる出力信号を出し続けてしまうことがある。

【0049】

例えば、正側スイッチング素子と負側スイッチング素子の両方が、静電気による誤動作で「オン」すると、直流母線間が短絡してしまい、スイッチング素子３０を「オン」させる出力信号が出続けることで、直流母線間の短絡状態が継続されてしまう。

【0050】

直流母線間が短絡状態であるときにコンデンサ３８のプリチャージが行われると、短絡したスイッチング素子３０を通じて電荷が直流母線間を移動してしまい、コンデンサ３８に電荷が蓄えられなくなる。これにより、プリチャージが所定時間内に終了せず、タイムアウトによりプリチャージ異常が検出されてしまう。

【0051】

また、プリチャージ中には、スイッチング素子３０が抵抗器１４ｄに直列接続される。これにより、プリチャージ中に直流母線間が短絡していたとしても、短絡したスイッチング素子３０には、高電圧が印加されず、過電流が流れない。このため、プリチャージ中には、ゲート駆動回路４０において、直流母線間の短絡を検出することができない。

【0052】

静電気によってスイッチング素子を「オン」させてしまった場合、スイッチング素子自体は故障していないため、ゲート駆動回路の出力信号を正常な状態に戻すことができれば、スイッチング素子を「オフ」状態に復帰させることが可能である。

【0053】

そこで、ゲート信号制御部５０は、コンデンサ３８のプリチャージの開始指示に応じて、正側スイッチング素子を一旦オンさせた後にオフさせる第１のゲート信号を正側ゲート駆動回路に送信し、負側スイッチング素子を一旦オンさせた後にオフさせる第２のゲート信号を負側ゲート駆動回路に送信する。電力変換装置１０では、第１のゲート信号における立ち下がりエッジ、および、第２のゲート信号における立ち下がりエッジにより、ゲート駆動回路４０の出力信号を正常な状態に復帰させ、プリチャージを正常に行わせる。

【0054】

図４は、静電気が印加された場合における電力変換装置１０の動作を説明するタイムチャートである。例えば、時刻Ｔ１０において、車両１がＲＥＡＤＹ−ＯＦＦとなっており、コンデンサ３８が、放電されているとする。そして、時刻Ｔ１０において、静電気によって、一点鎖線の丸印Ａ１で示すように、Ｕ相のゲート駆動回路４０ａ、４０ｂの出力信号が、ゲート信号に反してそれぞれ「オン」となったとする。

【0055】

これにより、Ｕ相のスイッチング素子３０ａ、３０ｂが「オン」となり、Ｕ相のスイッチング素子３０ａ、３０ｂを通じて直流母線間が短絡する。しかし、この時点では、電力変換装置１０がバッテリ１６から切り離されているため、直流母線間が短絡したとしても、Ｕ相のスイッチング素子３０ａ、３０ｂを通じた電荷の移動は生じない。

【0056】

また、時刻Ｔ１０以後、Ｕ相のゲート駆動回路４０ａ、４０ｂは、ラッチ回路６２によって、出力信号「オン」を出し続ける。このため、Ｕ相のスイッチング素子３０ａ、３０ｂが「オン」状態で維持され、Ｕ相のスイッチング素子３０ａ、３０ｂを通じた直流母線間の短絡状態が維持される。

【0057】

その後の時刻Ｔ１１において、搭乗者によってＲＥＡＤＹ−ＯＮ操作が行われ、車両制御部２０は、スタートスイッチ１８からプリチャージの開始指示を受信したとする。このとき、車両制御部２０は、メインスイッチ１４ｂ、１４ｃを「オン」させてコンデンサ３８のプリチャージを開始するとともに、プリチャージ信号「オン」をゲート信号制御部５０に送信する。

【0058】

時刻Ｔ１１では、Ｕ相のスイッチング素子３０ａ、３０ｂを通じて直流母線間が短絡しているため、バッテリ１６から供給される電荷は、Ｕ相のスイッチング素子３０ａ、３０ｂを通じて直流母線間を移動してしまい、コンデンサ３８には電荷が蓄えられない。このため、時刻Ｔ１１では、コンデンサ３８の電圧が０Ｖに維持される。

【0059】

時刻Ｔ１１よりも後の時刻Ｔ１２において、ゲート信号制御部５０は、プリチャージ信号「オン」を受信したとする。ゲート信号制御部５０は、プリチャージ信号が「オン」となったことにより、プリチャージの開始指示があったことを把握することができる。このとき、ゲート信号制御部５０は、Ｕ相正側のゲート駆動回路４０ａ、Ｖ相正側のゲート駆動回路４０ｃ、Ｗ相正側のゲート駆動回路４０ｅにゲート信号「オン」を送信する。そして、ゲート信号制御部５０は、時刻Ｔ１２の直ぐ後の時刻Ｔ１３において、Ｕ相正側のゲート駆動回路４０ａ、Ｖ相正側のゲート駆動回路４０ｃ、Ｗ相正側のゲート駆動回路４０ｅにゲート信号「オフ」を送信する。

【0060】

つまり、ゲート信号制御部５０は、時刻Ｔ１２から時刻Ｔ１３にかけて第１のゲート信号を送信する。なお、このときのゲート信号の「オン」と「オフ」との間の時間間隔は、例えば、ゲート駆動回路４０がゲート信号をパルスとして適切に認識可能となる最短時間に設定されてもよい。

【0061】

時刻Ｔ１３において、Ｕ相正側のゲート駆動回路４０ａに送信されるゲート信号が「オン」から「オフ」に変わるため、Ｕ相正側のゲート駆動回路４０ａには、立ち下がりエッジが入力される。これにより、Ｕ相正側のラッチ回路６２の出力がハイ状態からロー状態に切り替わり、一点鎖線の丸印Ａ２に示すようにＵ相正側のゲート駆動回路４０ａの出力信号は、「オフ」となる。その結果、静電気によって誤動作されたＵ相正側のゲート駆動回路４０ａに対応するスイッチング素子３０ａは、「オフ」状態に復帰する。

【0062】

時刻Ｔ１３において、Ｕ相正側のスイッチング素子３０ａが「オフ」状態に復帰するため、直流母線間は、短絡から復帰することとなる。このため、時刻Ｔ１３以後、コンデンサ３８に電荷が蓄えられるようになり、コンデンサ３８の電圧が上昇していく。つまり、時刻Ｔ１３以後、プリチャージが正常に行われるようになる。

【0063】

その後の時刻Ｔ１４において、ゲート信号制御部５０は、Ｕ相負側のゲート駆動回路４０ｂ、Ｖ相負側のゲート駆動回路４０ｄ、Ｗ相負側のゲート駆動回路４０ｆにゲート信号「オン」を送信する。そして、ゲート信号制御部５０は、時刻Ｔ１４の直ぐ後の時刻Ｔ１５において、Ｕ相負側のゲート駆動回路４０ｂ、Ｖ相負側のゲート駆動回路４０ｄ、Ｗ相負側のゲート駆動回路４０ｆにゲート信号「オフ」を送信する。

【0064】

つまり、ゲート信号制御部５０は、時刻Ｔ１４から時刻Ｔ１５にかけて第２のゲート信号を送信する。なお、このときのゲート信号の「オン」と「オフ」との間の時間間隔は、例えば、ゲート駆動回路４０がゲート信号をパルスとして適切に認識可能となる最短時間に設定されてもよい。

【0065】

時刻Ｔ１５において、Ｕ相負側のゲート駆動回路４０ｂに送信されるゲート信号が「オン」から「オフ」に変わるため、Ｕ相負側のゲート駆動回路４０ｂには、立ち下がりエッジが入力される。これにより、Ｕ相負側のラッチ回路６２の出力がハイ状態からロー状態に切り替わり、一点鎖線の丸印Ａ３に示すようにＵ相負側のゲート駆動回路４０ｂの出力信号は、「オフ」となる。その結果、静電気によって誤動作されたＵ相負側のゲート駆動回路４０ｂに対応するスイッチング素子３０ｂは、「オフ」状態に復帰する。

【0066】

このように、電力変換装置１０では、第１のゲート信号によって正側ゲート駆動回路を正常な状態にさせ、第２のゲート信号によって負側ゲート駆動回路を正常な状態にさせている。ゲート信号制御部５０は、例えば、１ｍｓ（１ミリ秒）の間に、第１のゲート信号の送信と第２のゲート信号の送信とを行う。

【0067】

ところで、プリチャージ中に新たに静電気による誤動作が生じて、新たに直流母線間が短絡すると、コンデンサ３８に途中まで蓄えられた電荷が、短絡した相のスイッチング素子３０を通じて放電されてしまう。そうすると、プリチャージが所定時間内に終了しないことがある。

【0068】

そこで、ゲート信号制御部５０は、プリチャージ信号が「オン」となっている間（プリチャージ中）、第１のゲート信号の送信および第２のゲート信号の送信を交互に複数回繰り返す。

【0069】

これにより、電力変換装置１０では、プリチャージ中に新たに静電気による誤動作が生じたとしても、第１のゲート信号および第２のゲート信号によって、スイッチング素子３０を早急に「オフ」状態に復帰させることができ、プリチャージを所定時間内に終了させることが可能となる。

【0070】

そして、車両制御部２０は、所定時間の経過時にコンデンサ３８の電圧が所定電圧以上となっていた場合、プリチャージを終了するとともに、プリチャージ信号「オフ」をゲート信号制御部５０に送信する。

【0071】

ゲート信号制御部５０は、プリチャージ信号「オフ」を受信すると、第１のゲート信号の送信および第２のゲート信号の送信を終了する。

【0072】

なお、図４では、Ｕ相のスイッチング素子３０ａ、３０ｂを通じて直流母線間が短絡した場合を説明したが、Ｖ相およびＷ相において短絡したとしても、同様に復帰させることができる。また、図４では、第１のゲート信号および第２のゲート信号の送信が、３回繰り返されているように示されているが、繰り返し回数は、３回に限らない。

【0073】

また、第１のゲート信号の送信と第２のゲート信号の送信との間隔は、直流母線間の短絡が検知されたときに送信される短絡信号「オン」の継続時間よりも短くてもよい。これは、プリチャージ中に直流母線間が短絡した場合、ゲート駆動回路４０が直流母線間の短絡を検知できず、ゲート駆動回路４０から短絡信号「オン」が送信されないからである。

【0074】

また、例えば、正側スイッチング素子および負側スイッチング素子の双方が短絡故障して直流母線間が短絡した場合、スイッチング素子３０を復帰させることができないため、電力変換装置１０では、プリチャージ異常が検出される。また、正側スイッチング素子が短絡故障した場合、電力変換装置１０では、第２のゲート信号が送信されたときに直流母線間が短絡するため、プリチャージが進行せず、プリチャージ異常が検出される。また、負側スイッチング素子が短絡故障した場合、電力変換装置１０では、第１のゲート信号が送信されたときに直流母線間が短絡するため、プリチャージが進行せず、プリチャージ異常が検出される。したがって、電力変換装置１０では、スイッチング素子３０の短絡故障があることをプリチャージ異常によって推測することができる。

【0075】

図５は、ゲート信号制御部５０の動作を説明するフローチャートである。ゲート信号制御部５０は、例えば、所定の制御周期で、プリチャージ信号が「オン」であるか否かを判定する（Ｓ１００）。プリチャージ信号が「オン」ではない場合（Ｓ１００におけるＮＯ）、ゲート信号制御部５０は、一連の処理を終了する。

【0076】

一方、プリチャージ信号が「オン」である場合（Ｓ１００におけるＹＥＳ）、ゲート信号制御部５０は、モータジェネレータ１２が回転中であるか否かを判定する（Ｓ１１０）。なお、モータジェネレータ１２の回転は、モータジェネレータ１２の回転軸に設けられるエンコーダで検出されてもよいし、モータジェネレータ１２と電力変換装置１０との間の電流に基づいて検出されてもよい。

【0077】

ここで、車両１が走行中（減速中）にＲＥＡＤＹ−ＯＦＦ操作が行われ、車両１が停止する前に再びＲＥＡＤＹ−ＯＮ操作が行われることがある。この場合、ＲＥＡＤＹ−ＯＦＦ操作でコンデンサ３８が放電されるため、ＲＥＡＤＹ−ＯＮ操作されたときに、コンデンサ３８のプリチャージが再び行われる。また、車両１の減速中は、モータジェネレータ１２が発電機として回転する。

【0078】

このように、モータジェネレータ１２が回転中であり、かつ、プリチャージ中である場合に、第１のゲート信号および第２のゲート信号の送信が行われると、モータジェネレータ１２で誘起された電圧が電力変換装置１０を通じて直流母線間に過剰に印加され、コンデンサ３８やバッテリ１６が損傷するおそれがある。

【0079】

そこで、モータジェネレータ１２が回転中である場合（Ｓ１１０におけるＹＥＳ）、ゲート信号制御部５０は、第１のゲート信号の送信および第２のゲート信号の送信を行わず、一連の処理を終了する。

【0080】

一方、モータジェネレータが回転中ではない場合（Ｓ１１０におけるＮＯ）、ゲート信号制御部５０は、第１のゲート信号を送信する（Ｓ１２０）。その後、ゲート信号制御部５０は、第２のゲート信号を送信し（Ｓ１３０）、ステップＳ１００以降の処理を繰り返す。これにより、プリチャージ中に第１のゲート信号および第２のゲート信号の送信が繰り返されることとなる。

【0081】

以上のように、本実施形態の電力変換装置１０は、コンデンサ３８のプリチャージの開始指示に応じて、正側スイッチング素子を一旦オンさせた後にオフさせる第１のゲート信号を正側ゲート駆動回路に送信し、負側スイッチング素子を一旦オンさせた後にオフさせる第２のゲート信号を負側ゲート駆動回路に送信する。

【0082】

したがって、本実施形態の電力変換装置１０によれば、静電気によってゲート駆動回路４０が誤動作したときに、ゲート駆動回路４０の出力信号を正常な状態に復帰させることができる。その結果、本実施形態の電力変換装置１０では、スイッチング素子３０を「オフ」状態に復帰させ、コンデンサ３８のプリチャージを正常に完了させることが可能となる。

【0083】

また、例えば、正側ゲート駆動回路および負側ゲート駆動回路の一方側のみが、静電気によって誤動作することがある。この場合、直流母線間が短絡しないため、プリチャージは正常に行われることとなる。ここで、第１のゲート信号および第２のゲート信号を送信しないとすれば、誤動作したゲート駆動回路４０の出力信号は、プリチャージの完了後も「オン」状態に維持されてしまう。そうすると、電力変換装置１０を通常動作させたときに、直流母線間の短絡が生じることとなる。

【0084】

本実施形態の電力変換装置１０では、正側ゲート駆動回路および負側ゲート駆動回路の一方側のみが、静電気によって誤動作したとしても、第１のゲート信号および第２のゲート信号の送信によって、誤動作したゲート駆動回路４０の出力信号を正常な状態に復帰させることができる。このため、本実施形態の電力変換装置１０では、電力変換装置１０を通常動作させた際の直流母線間の短絡を、未然に防止することができる。

【0085】

また、ゲート信号制御部５０は、第１のゲート信号および第２のゲート信号を、送信タイミングを異ならせて送信している。このため、本実施形態の電力変換装置１０では、第１のゲート信号および第２のゲート信号の送信タイミングが重なることによる直流母線間の短絡を回避することができる。

【0086】

また、ゲート信号制御部５０は、プリチャージ中に、第１のゲート信号の送信と、第２のゲート信号の送信とを、交互に複数回繰り返している。このため、本実施形態の電力変換装置１０では、プリチャージ中に静電気によってゲート駆動回路４０が誤動作したとしても、ゲート駆動回路４０の出力信号を正常な状態に復帰させることができる。

【0087】

また、ゲート信号制御部５０は、プリチャージの開始の際にモータジェネレータ１２が回転していた場合、第１のゲート信号の送信および第２のゲート信号の送信を行わず、プリチャージの開始の際に、モータジェネレータ１２が停止していた場合、第１のゲート信号の送信および第２のゲート信号の送信を行う。このため、本実施形態の電力変換装置１０では、電力変換装置１０が適用される車両１において、コンデンサ３８やバッテリ１６が損傷することを防止できる。

【0088】

また、本実施形態の車両１において、電力変換装置１０が収容されるケースにおける金属部分などに、非金属製のシートなどの絶縁材を設けてもよい。この態様によれば、電力変換装置１０への静電気の印加を抑制することができる。

【0089】

以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【0090】

例えば、上記実施形態のゲート信号制御部５０は、プリチャージ中に、第１のゲート信号の送信と第２のゲート信号の送信とを交互に複数回繰り返していた。しかし、ゲート信号制御部５０は、第１のゲート信号の送信および第２のゲート信号の送信を、複数回繰り返さず、プリチャージの開始時に１回のみ行ってもよい。

【0091】

また、上記実施形態のゲート信号制御部５０は、第１のゲート信号および第２のゲート信号の送信を、プリチャージの開始から終了まで行っていた。しかし、ゲート信号制御部５０は、第１のゲート信号および第２のゲート信号の送信を、プリチャージ中の所定区間のみ行ってもよい。例えば、ゲート信号制御部５０は、プリチャージ信号「オン」を受信してから所定時間経過後に、所定時間分だけ、第１のゲート信号および第２のゲート信号の送信を行ってもよい。

【0092】

また、上記実施形態では、プリチャージが開始されてから（メインスイッチ１４ｂ、１４ｃが「オン」されてから）、第１のゲート信号および第２のゲート信号の送信を行っていた。しかし、車両制御部２０は、ＲＥＡＤＹ−ＯＮ操作（プリチャージ開始指示）に応じて、プリチャージ信号「オン」をゲート信号制御部５０に送信し、ゲート信号制御部５０が第１のゲート信号および第２のゲート信号の送信を少なくとも１回ずつ行った後に、メインスイッチ１４ｂ、１４ｃを「オン」させてプリチャージを開始してもよい。

【0093】

また、上記実施形態のゲート信号制御部５０は、第１のゲート信号を送信した後に第２のゲート信号を送信していた。しかし、ゲート信号制御部５０は、第２のゲート信号を送信した後に第１のゲート信号を送信してもよい。この態様においても、静電気によってゲート駆動回路４０が誤動作したときに、ゲート駆動回路４０の出力信号を正常な状態に復帰させることができる。

【0094】

また、上記実施形態のゲート信号制御部５０は、第１のゲート信号および第２のゲート信号を、送信タイミングを異ならせて送信していた。しかし、ゲート信号制御部５０は、第１のゲート信号と第２のゲート信号とを並行して送信してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0095】

本発明は、ゲート駆動回路によってスイッチング素子がオンオフされる電力変換装置に利用できる。

【符号の説明】

【0096】

１ 車両
１０ 電力変換装置（インバータ）
１２ モータジェネレータ
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ スイッチング素子
３２ｐ 正側直流母線
３２ｎ 負側直流母線
３６ｕ、３６ｖ、３６ｗ 出力ノード
３８ コンデンサ
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ ゲート駆動回路
５０ ゲート信号制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】