特開 2024-88144 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024088144

(43)【公開日】2024-07-02

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20240625BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022203174

(22)【出願日】2022-12-20

(71)【出願人】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】矢野 新也

(72)【発明者】

【氏名】沼倉 啓一郎

(72)【発明者】

【氏名】岩▲崎▼ 裕一

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770AA17

5H770BA02

5H770CA06

5H770DA44

5H770GA17

5H770JA10X

5H770JA14X

5H770LA02X

(57)【要約】

【課題】電力変換装置を構成するアーム内で直列接続された第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子の間で、リーク特性に違いがある場合であっても、アームの故障率が大きくなってしまうことを抑制できる電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置は、第１入力端子及び出力端子の間に並列に接続された、第１スイッチ素子及び第１調整回路と、第２入力端子及び出力端子の間に並列に接続された、第２スイッチ素子及び第２調整回路と、を備え、第１調整回路の直流抵抗値は、第１スイッチ素子の非導通時の直流抵抗値よりも小さく、第２調整回路の直流抵抗値は、第２スイッチ素子の非導通時の直流抵抗値よりも小さい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１入力端子、第２入力端子、及び、出力端子の間で電力を変換する電力変換装置であって、
前記第１入力端子及び前記出力端子の間に並列に接続された、第１スイッチ素子及び第１調整回路と、
前記第２入力端子及び前記出力端子の間に並列に接続された、第２スイッチ素子及び第２調整回路と、
を備え、
前記第１調整回路の直流抵抗値は、前記第１スイッチ素子の非導通時の直流抵抗値よりも小さく、
前記第２調整回路の直流抵抗値は、前記第２スイッチ素子の非導通時の直流抵抗値よりも小さいこと
を特徴とする電力変換装置。

【請求項2】

前記第１調整回路の直流抵抗値に対する前記第２調整回路の直流抵抗値の比についての１からのずれ量は、
前記第１スイッチ素子の非導通時の直流抵抗値に対する前記第２スイッチ素子の非導通時の直流抵抗値の比についての１からのずれ量よりも小さいこと
を特徴とする、請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記第１調整回路は、第１抵抗素子によって構成され、
前記第２調整回路は、第２抵抗素子によって構成されること
を特徴とする、請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記第１入力端子及び前記第２入力端子の間に接続された平滑用キャパシタを更に備え、
前記平滑用キャパシタへの電力の供給が停止してから所定時間内に、前記平滑用キャパシタの電圧が所定電圧以下となるよう、前記第１抵抗素子及び前記第２抵抗素子によって前記平滑用キャパシタに蓄えられた電力が放電されること
を特徴とする、請求項３に記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記第１抵抗素子及び前記第２抵抗素子の直流抵抗値は、それぞれ１ｋΩ以上であること
を特徴とする、請求項３に記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記第１調整回路は、前記第１スイッチ素子の過電流を検出する回路に含まれる整流素子によって構成され、
前記第２調整回路は、前記第２スイッチ素子の過電流を検出する回路に含まれる整流素子によって構成されること
を特徴とする、請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記第１調整回路は、前記第１スイッチ素子の過電流を検出する回路に含まれる整流素子に並列に接続した抵抗素子によって構成され、
前記第２調整回路は、前記第２スイッチ素子の過電流を検出する回路に含まれる整流素子に並列に接続した抵抗素子によって構成されること
を特徴とする、請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項8】

前記第１入力端子及び前記出力端子の間に接続され、前記第１スイッチ素子に対して逆並列に接続された第１整流素子と、
前記第２入力端子及び前記出力端子の間に接続され、前記第２スイッチ素子に対して逆並列に接続された第２整流素子と、
を更に備え、
前記第１調整回路の直流抵抗値は、前記第１スイッチ素子及び前記第１整流素子からなる並列回路の非導通時の直流抵抗値よりも小さく、
前記第２調整回路の直流抵抗値は、前記第２スイッチ素子及び前記第２整流素子からなる並列回路の非導通時の直流抵抗値よりも小さいこと
を特徴とする、請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項9】

前記第１整流素子及び前記第２整流素子は、ワイドバンドギャップ半導体であること
を特徴とする、請求項８に記載の電力変換装置。

【請求項10】

前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子は、ワイドバンドギャップ半導体であること
を特徴とする、請求項１～９のいずれか一項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、電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、直流電源および負荷と接続される第１インバータと、第１インバータおよび負荷と接続される少なくとも１つの第２インバータとを備える電力変換装置が開示されている。当該電力変換装置において、第２インバータの２つのアームのうち、第１インバータと接続される第１アームをＳｉ半導体素子で構成し、負荷と接続される第２アームをＳｉＣ半導体素子で構成することで、第２インバータの２つのアーム間での宇宙線等による故障率が同程度となり、第２インバータの長寿命化が実現される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０２１／１６６１６４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された技術によれば、電力変換装置を構成するアーム内で直列接続された第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子の間で、ドレイン・ソース間のリーク特性に違いがある場合、オフ状態にある第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子のうち、リーク電流が小さいスイッチ素子に大きな電圧が印加されてしまう。その結果、リーク電流が大きいスイッチ素子と比べて、リーク電流が小さいスイッチ素子において宇宙線等による故障率が大きくなってしまい、アームの故障率が大きくなってしまうという問題がある。

【0005】

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものである。その目的とするところは、電力変換装置を構成するアーム内で直列接続された第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子の間で、リーク特性に違いがある場合であっても、アームの故障率が大きくなってしまうことを抑制できる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】

【0006】

上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る電力変換装置は、第１入力端子及び出力端子の間に並列に接続された、第１スイッチ素子及び第１調整回路と、第２入力端子及び出力端子の間に並列に接続された、第２スイッチ素子及び第２調整回路と、を備える。そして、第１調整回路の直流抵抗値は、第１スイッチ素子の非導通時の直流抵抗値よりも小さく、第２調整回路の直流抵抗値は、第２スイッチ素子の非導通時の直流抵抗値よりも小さい。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、電力変換装置を構成するアーム内で直列接続された第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子の間で、リーク特性に違いがある場合であっても、アームの故障率が大きくなってしまうことを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。

【図2】図２は、スイッチ素子のリーク電流と電圧の間の関係の一例を示す図である。

【図3】図３は、スイッチ素子と比較した、調整回路の電流と電圧の間の関係の一例を示す図である。

【図4】図４は、スイッチ素子の故障率の一例を示す図である。

【図5】図５は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の変形例の構成を示す回路図である。

【図6】図６は、本発明の第２実施形態に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。

【図7】図７は、本発明の第３実施形態に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。説明において、同一のものには同一符号を付して重複説明を省略する。

【0010】

［第１実施形態の説明］
図１は、第１実施形態に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。電力変換装置は、例えば、自動車の駆動用インバータなどに用いる。電力変換装置は、バッテリなどの電源（図示なし）の正電極及び負電極に、それぞれ電気的に接続される第１入力端子Ｔ１及び第２入力端子Ｔ２を有する。バッテリ等の電源と、第１入力端子Ｔ１、第２入力端子Ｔ２の間には、リレーや抵抗などが存在してもよい。

【0011】

また、電力変換装置は、モータ等の負荷（図示なし）と電気的に接続される出力端子Ｔ３を有する。図１では、電力変換装置の１相分を例として記載しているが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、電力変換装置は、３相などの複数相を有していてもよいし、出力端子Ｔ３は、各相に設けられるものであってもよい。

【0012】

電力変換装置は、第１入力端子Ｔ１及び出力端子Ｔ３の間に電気的に接続された第１スイッチ素子ＳＷ１と、第２入力端子Ｔ２及び出力端子Ｔ３の間に電気的に接続された第２スイッチ素子ＳＷ２とを備える。

【0013】

なお、第１スイッチ素子ＳＷ１のドレイン端子が第１入力端子Ｔ１に電気的に接続しており、第１スイッチ素子ＳＷ１のソース端子が出力端子Ｔ３に電気的に接続している。また、第２スイッチ素子ＳＷ２のドレイン端子が出力端子Ｔ３に電気的に接続しており、第２スイッチ素子ＳＷ２のソース端子が第２入力端子Ｔ２に電気的に接続している。これにより、第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２は、電力変換装置の１相分の上下アームを構成する。

【0014】

第１スイッチ素子ＳＷ１、第２スイッチ素子ＳＷ２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などである。

【0015】

電力変換装置が複数相を有する場合、それぞれの相ごとに、第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２が設けられるものであってもよい。この場合、第１スイッチ素子ＳＷ１、第２スイッチ素子ＳＷ２の組合せは、相ごともしくはアームごとに異なるものであってもよい。また、第１スイッチ素子ＳＷ１、第２スイッチ素子ＳＷ２は、複数のチップが並列に接続されたものであってもよい。以下の例では、第１スイッチ素子ＳＷ１、第２スイッチ素子ＳＷ２がＭＯＳＦＥＴの１チップによって構成されているものとして記載する。

【0016】

その他、第１スイッチ素子ＳＷ１、第２スイッチ素子ＳＷ２を、オン状態（導通状態）／オフ状態（非導通状態）の間で切り替える制御を行うためのゲート端子を、第１スイッチ素子ＳＷ１、第２スイッチ素子ＳＷ２のそれぞれが有する。ゲート端子は図示しない制御用の基板に接続される。その他、第１スイッチ素子ＳＷ１、第２スイッチ素子ＳＷ２は、それぞれ温度を検出するための端子、電流を検出するための端子、制御用の基板に接続するためのソース端子などを有するものであってもよい。

【0017】

電力変換装置は、第１スイッチ素子ＳＷ１、第２スイッチ素子ＳＷ２を介して電源から入力された電力を平滑化するための平滑用キャパシタＣＤＳを備えるものであってもよい。平滑用キャパシタＣＤＳは、第１入力端子Ｔ１及び第２入力端子Ｔ２の間に電気的に接続される。電力変換装置は、平滑用キャパシタＣＤＳとして、例えば、フィルムコンデンサ、電解コンデンサ、セラミックコンデンサなどを備えるものであってもよい。

【0018】

電力変換装置は、第１入力端子Ｔ１及び出力端子Ｔ３の間に電気的に接続された第１調整回路１０と、第２入力端子Ｔ２及び出力端子Ｔ３の間に電気的に接続された第２調整回路２０とを備える。第１調整回路１０は、第１スイッチ素子ＳＷ１に対して並列に接続され、第２調整回路２０は、第２スイッチ素子ＳＷ２に対して並列に接続される。図１では、点Ｐ１，Ｐ２間に第１調整回路１０及び第１スイッチ素子ＳＷ１が並列に接続され、点Ｐ３，Ｐ４間に第２調整回路２０及び第２スイッチ素子ＳＷ２が並列に接続されている様子が示されている。

【0019】

なお、第１調整回路１０の直流抵抗値は、第１スイッチ素子ＳＷ１の非導通時の直流抵抗値よりも小さい。また、第２調整回路２０の直流抵抗値は、第２スイッチ素子ＳＷ２の非導通時の直流抵抗値よりも小さい。

【0020】

その他、第１調整回路１０の直流抵抗値に対する第２調整回路２０の直流抵抗値の比Ｋ１と、第１スイッチ素子ＳＷ１の非導通時の直流抵抗値に対する第２スイッチ素子ＳＷ２の非導通時の直流抵抗値の比Ｋ２の間には、次の式（１）で示される関係が成立していてもよい。

【0021】

｜Ｋ１－１｜＜｜Ｋ２－１｜ ・・・（１）

【0022】

すなわち、比Ｋ１の１からのずれ量は、比Ｋ２の１からのずれ量よりも小さいものであってもよい。

【0023】

第１調整回路１０は、第１スイッチ素子ＳＷ１に印加される電圧を調整し、第２調整回路２０は、第２スイッチ素子ＳＷ２に印加される電圧を調整する。例えば、第１調整回路１０は、第１抵抗素子Ｒ１によって構成されるものであってもよい。また、第２調整回路２０は、第２抵抗素子Ｒ２によって構成されるものであってもよい。

【0024】

第１抵抗素子Ｒ１、第２抵抗素子Ｒ２は、制御用の基板に実装されていてもよいし、それぞれ、第１スイッチ素子ＳＷ１、第２スイッチ素子ＳＷ２の付近に実装されていてもよい。その他、第１抵抗素子Ｒ１及び第２抵抗素子Ｒ２の直流抵抗値は、それぞれ１ｋΩ以上であってもよい。

【0025】

第１調整回路１０が、第１スイッチ素子ＳＷ１に印加される電圧を調整し、第２調整回路２０が、第２スイッチ素子ＳＷ２に印加される電圧を調整することについて、より詳細に説明する。

【0026】

例えば、電力変換装置を備えたインバータでモータ等を駆動している際には、第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２のうち一方のスイッチ素子が導通しており、他方のスイッチ素子に対して、第１入力端子Ｔ１及び第２入力端子Ｔ２間の電圧Ｖｄｃ（母線電圧）と同程度の電圧が印加される。

【0027】

これに対し、インバータを駆動していない場合において、第１入力端子Ｔ１及び第２入力端子Ｔ２間で直列に接続した第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２の両方に対して、電圧Ｖｄｃが印加される場合がある。例えば、車の充電期間中において、第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２の両方に対して、電圧Ｖｄｃが印加されうる。

【0028】

この場合、インバータは非導通状態であるため、第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２の両方はオフ状態である。この場合、第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２のリーク特性に違いがない理想的な状態では、第１スイッチ素子ＳＷ１、第２スイッチ素子ＳＷ２のそれぞれに対して等しく、電圧Ｖｄｃの半分の大きさの電圧Ｖｈｆが印加される。

【0029】

しかしながら、実際には第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２のリーク特性に違いが存在する。そのため、第１調整回路１０及び第２調整回路２０が設けられていない状況では、第１スイッチ素子ＳＷ１に印加される電圧と、第２スイッチ素子ＳＷ２に印加される電圧が異なる状況が生じうる。

【0030】

図２は、スイッチ素子のリーク電流と電圧の間の関係の一例を示す図である。図２において、縦軸は、非導通状態にあるスイッチ素子（第１スイッチ素子ＳＷ１、第２スイッチ素子ＳＷ２）のドレイン・ソース間のリーク電流を示し、横軸は、スイッチ素子に印加される電圧（印加電圧）を示す。

【0031】

図２では、同じ印加電圧の下では、電流電圧特性ＣＳ２を有するスイッチ素子のリーク電流と比較して、電流電圧特性ＣＳ１を有するスイッチ素子のリーク電流の方が大きい様子が示されている。

【0032】

このようにスイッチ素子によって電流電圧特性が異なる理由として、異なる種類のスイッチ素子を使用している場合、ゲート端子のオフ電圧に違いがある場合、同じ種類のスイッチ素子であっても製造条件等に起因する特性のばらつきなどが挙げられる。電力変換装置を製造する際に、リーク特性が全く同じ第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２を用意することも考えられるが、製造コストが大幅に増加してしまう。したがって、一般的には、第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２のリーク特性は異なる。以下では、第１スイッチ素子ＳＷ１が電流電圧特性ＣＳ１を有し、第２スイッチ素子ＳＷ２が電流電圧特性ＣＳ２を有するものとして説明する。

【0033】

まず、第１調整回路１０及び第２調整回路２０が設けられていない状況を検討する。図１に示すように、第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２は、直列に接続されている。そのため、第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２が非導通状態である場合、第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２に同じリーク電流ＪＬが流れる。したがって、第１スイッチ素子ＳＷ１には電圧Ｖ１が印加され、第２スイッチ素子ＳＷ２には電圧Ｖ１とは異なる電圧Ｖ２が印加される。なお、電圧Ｖ１は電圧Ｖｈｆよりも小さく、電圧Ｖ２は電圧Ｖｈｆよりも大きくなる。電圧Ｖ１と電圧Ｖ２の合計は、電圧Ｖｄｃとなる。

【0034】

一般的に、高電圧が印加されている半導体に宇宙線のうちの中性子線が照射されると、一定の確率で半導体が故障してしまうことが知られている。その故障率は電圧が高いほど大きくなる。図４は、スイッチ素子の故障率（宇宙線故障率）の一例を示す図である。

【0035】

第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２の両方に等しく、電圧Ｖｈｆが印加されている場合には、第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２の故障率は等しくなる。しかしながら、上述したように、第１スイッチ素子ＳＷ１と第２スイッチ素子ＳＷ２の間でのリーク特性の違いにより、第２スイッチ素子ＳＷ２には、電圧Ｖｈｆよりも大きな電圧Ｖ２が印加される。図４に示すように、電圧Ｖ２が印加された第２スイッチ素子ＳＷ２の故障率は、電圧Ｖｈｆが印加された第２スイッチ素子ＳＷ２の故障率よりも大きくなる。

【0036】

さらに、第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２は直列に接続されている。そのため、第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２の両方に等しく、電圧Ｖｈｆが印加されている場合と比較して、第２スイッチ素子ＳＷ２に電圧Ｖ２が印加されている場合には、第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２によって構成される上下アーム全体の故障率が大きくなってしまう。

【0037】

したがって、第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２の両方に等しく、電圧Ｖｈｆが印加されている場合と比較して、第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２に異なる電圧が印加される場合には、上下アーム全体の耐用年数が短くなってしまう。

【0038】

次に、図１に示すように、第１調整回路１０及び第２調整回路２０が設けられている状況を検討する。ここで、図３は、スイッチ素子と比較した、調整回路（第１調整回路１０、第２調整回路２０）の電流と電圧の間の関係の一例を示す図である。

【0039】

第１スイッチ素子ＳＷ１と第１調整回路１０は並列に接続されており、第２スイッチ素子ＳＷ２と第２調整回路２０は並列に接続されている。そのため、第１スイッチ素子ＳＷ１に印加される電圧は、第１調整回路１０に印加される電圧と等しくなり、第２スイッチ素子ＳＷ２に印加される電圧は、第２調整回路２０に印加される電圧と等しくなる。

【0040】

さらに、第１調整回路１０、第２調整回路２０の直流抵抗値は、図２に記載したスイッチ素子のリーク特性から導出される直流抵抗値よりも小さい。そのため、点Ｐ１，Ｐ２間に接続された、第１調整回路１０及び第１スイッチ素子ＳＷ１によって構成される回路を流れる電流は、第１調整回路１０の直流抵抗値によって支配的に決まる。同様に、点Ｐ３，Ｐ４間に接続された、第２調整回路２０及び第２スイッチ素子ＳＷ２によって構成される回路を流れる電流は、第２調整回路２０の直流抵抗値によって支配的に決まる。

【0041】

そして、第１調整回路１０及び第１スイッチ素子ＳＷ１によって構成される回路と、第２調整回路２０及び第２スイッチ素子ＳＷ２によって構成される回路は、直列に接続されている。そのため、第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２が非導通の状態で、電圧Ｖｄｃが点Ｐ１，Ｐ４間に印加された場合、第１調整回路１０の直流抵抗値、第２調整回路２０の直流抵抗値によって、点Ｐ１，Ｐ２間の電圧Ｖ３、及び、点Ｐ３，Ｐ４間の電圧Ｖ４が決定されることになる。

【0042】

ここで、第１調整回路１０の直流抵抗値に対する第２調整回路２０の直流抵抗値の比Ｋ１、第１スイッチ素子ＳＷ１の非導通時の直流抵抗値に対する第２スイッチ素子ＳＷ２の非導通時の直流抵抗値の比Ｋ２について、比Ｋ１の１からのずれ量は、比Ｋ２の１からのずれ量よりも小さいとする。この場合、電圧Ｖ３は電圧Ｖ１よりも大きくなり、さらに、電圧Ｖ４は電圧Ｖ２よりも小さくなる。なお、電圧Ｖ３は電圧Ｖｈｆよりも小さく、電圧Ｖ４は電圧Ｖｈｆよりも大きくなる。電圧Ｖ３と電圧Ｖ４の合計は、電圧Ｖｄｃとなる。

【0043】

そのため、図３に示すように、電圧Ｖ４が印加された第２スイッチ素子ＳＷ２の故障率は、電圧Ｖ２が印加された第２スイッチ素子ＳＷ２の故障率よりも小さくなる。よって、第２スイッチ素子ＳＷ２に電圧Ｖ２が印加されている場合と比較して、第２スイッチ素子ＳＷ２に電圧Ｖ４が印加されている場合には、第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２によって構成される上下アーム全体の故障率が小さくなる。

【0044】

したがって、第２スイッチ素子ＳＷ２に電圧Ｖ２が印加されている場合と比較して、第２スイッチ素子ＳＷ２に電圧Ｖ４が印加されている場合には、上下アーム全体の耐用年数が長くなる。

【0045】

このように、第１調整回路１０及び第２調整回路２０が設けられていない状況と比較すると、
第１調整回路１０及び第２調整回路２０が設けられている状況では、上下アーム全体の故障率を大幅に低減させることができ、上下アーム全体の耐用年数を長くすることができる。

【0046】

その他、第１調整回路１０及び第２調整回路２０は、平滑用キャパシタＣＤＳと並列に接続されている。そのため、第１調整回路１０及び第２調整回路２０は、平滑用キャパシタＣＤＳに蓄えられた電力を常時放電する。

【0047】

第１入力端子Ｔ１及び第２入力端子Ｔ２、又は、出力端子Ｔ３から十分な電力が供給されている場合は、平滑用キャパシタＣＤＳの電圧が下がることはない。一方、例えば、車のキーをオフし、完全に停止した状態であり、かつ、充電等も行っていない場合は、平滑用キャパシタＣＤＳの電圧を下げておく必要がある。

【0048】

例えば、平滑用キャパシタＣＤＳへの電力の供給が停止してから所定時間内に、平滑用キャパシタＣＤＳの電圧が所定電圧以下となるよう、第１調整回路１０及び第２調整回路２０によって、平滑用キャパシタＣＤＳに蓄えられた電力が放電されるものであってもよい。例えば、第１抵抗素子Ｒ１の直流抵抗値、及び、第２抵抗素子Ｒ２の直流抵抗値は、平滑用キャパシタＣＤＳの容量、所定時間、所定電圧に基づいて決定されるものであってもよい。

【0049】

なお、第１調整回路１０及び第２調整回路２０の直流抵抗値が小さすぎる場合、平滑用キャパシタＣＤＳの放電速度が大きくなったり、回路全体での消費電力が大きくなったりする。放電速度を所定速度未満とし、消費電力を抑えるため、第１調整回路１０及び第２調整回路２０の直流抵抗値は、それぞれ１ｋΩ以上であってもよい。第１抵抗素子Ｒ１及び第２抵抗素子Ｒ２の直流抵抗値は、それぞれ１ｋΩ以上であってもよい。

【0050】

なお、一般的に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）などのチップ内に存在する結晶欠陥の数はシリコン（Ｓｉ）の半導体よりも多く、半導体素子ごとのリーク特性のばらつきが大きい。そのため、第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２として、ワイドバンドギャップ半導体を使用する場合には、第１調整回路１０及び第２調整回路２０による印加電圧の調整効果が大きい。

【0051】

［第１実施形態の変形例の説明］
図５は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の変形例の構成を示す回路図である。上述した実施形態と同様の構成である部分の説明は省略し、差異のある箇所のみ説明する。

【0052】

図１に示される電力変換装置では、上下アームを構成する半導体として第１スイッチ素子ＳＷ１、第２スイッチ素子ＳＷ２のみを用いていた。しかしながら、図５に示すように、電力変換装置は、第１整流素子Ｄ１及び第２整流素子Ｄ２を備えていてもよい。

【0053】

ここで、第１整流素子Ｄ１は、第１入力端子Ｔ１及び出力端子Ｔ３の間に接続され、第１スイッチ素子ＳＷ１に対して逆並列に電気的に接続されている。また、第２整流素子Ｄ２は、第２入力端子Ｔ２及び出力端子Ｔ３の間に接続され、第２スイッチ素子ＳＷ２に対して逆並列に電気的に接続されている。

【0054】

なお、「逆並列」とは、順方向導通状態における電流の流れる向きが反対であることを意味する。すなわち、第１スイッチ素子ＳＷ１の順方向導通状態における電流の流れる向きが点Ｐ１から点Ｐ２に向かう向きであるのに対し、第１整流素子Ｄ１の導通状態における電流の流れる向きは、点Ｐ２から点Ｐ１に向かう向きである。同様に、第２スイッチ素子ＳＷ２の順方向導通状態における電流の流れる向きが点Ｐ３から点Ｐ４に向かう向きであるのに対し、第２整流素子Ｄ２の導通状態における電流の流れる向きは、点Ｐ４から点Ｐ３に向かう向きである。

【0055】

第１整流素子Ｄ１、第２整流素子Ｄ２を設けることにより、例えば、還流時に、第１スイッチ素子ＳＷ１、第２スイッチ素子ＳＷ２に過度な電流が流れることによる破壊を抑制できる。つまり、第１整流素子Ｄ１、第２整流素子Ｄ２は、フリーホイーリングの役割を果たす。

【0056】

なお、第１整流素子Ｄ１、第２整流素子Ｄ２を設ける場合、第１調整回路１０の直流抵抗値は、第１スイッチ素子ＳＷ１及び第１整流素子Ｄ１からなる並列回路の非導通時の直流抵抗値よりも小さいものであってもよい。同様に、第２調整回路２０の直流抵抗値は、第２スイッチ素子ＳＷ２及び第２整流素子Ｄ２からなる並列回路の非導通時の直流抵抗値よりも小さいものであってもよい。これにより、第１スイッチ素子ＳＷ１、第２スイッチ素子ＳＷ２、第１整流素子Ｄ１、第２整流素子Ｄ２の故障率が増大することを抑制することができる。

【0057】

第１整流素子Ｄ１及び第２整流素子Ｄ２として、ワイドバンドギャップ半導体を使用する場合には、第１調整回路１０及び第２調整回路２０による印加電圧の調整効果が大きい。

【0058】

［第２実施形態の説明］
図６は、第２実施形態に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。上述した実施形態と同様の構成である部分の説明は省略し、差異のある箇所のみ説明する。

【0059】

図６に示す電力変換装置は、スイッチ素子（第１スイッチ素子ＳＷ１、第２スイッチ素子ＳＷ２）の過電流を検出する回路であるＤｅｓａｔ回路を備える。Ｄｅｓａｔ回路は導通状態であるにも関わらず、スイッチ素子に大きな電圧が印加されている状態を検出する回路である。Ｄｅｓａｔ回路は、短絡の検出などに用いられる。

【0060】

例えば、第１スイッチ素子ＳＷ１の過電流を検出するＤｅｓａｔ回路は、整流素子ＤＳ１、充電速度調整用の抵抗素子ＲＳ１、温度補正用のツェナーダイオードＺＤ１、検出タイミング調整用のキャパシタＣＤ１、所定の閾値を超えたことを判定するコンパレータＣＰ１、充電用の定電流源ＳＪ１、所定の閾値を決定する定電圧源ＳＶ１を備えるものであってもよい。

【0061】

同様に、第２スイッチ素子ＳＷ２の過電流を検出するＤｅｓａｔ回路は、整流素子ＤＳ２、充電速度調整用の抵抗素子ＲＳ２、ツェナーダイオードＺＤ２、検出タイミング調整用のキャパシタＣＤ２、所定の閾値を超えたことを判定するコンパレータＣＰ２、充電用の定電流源ＳＪ２、所定の閾値を決定する定電圧源ＳＶ２を備えるものであってもよい。

【0062】

なお、Ｄｅｓａｔ回路に、ここに挙げた全ての部品を用いる必要はなく、また、Ｄｅｓａｔ回路には、追加の部品が含まれていてもよい。

【0063】

整流素子ＤＳ１，ＤＳ２はダイオードで、例えば、制御用の基板に実装される。整流素子ＤＳ１，ＤＳ２の材料は、例えば、シリコン（Ｓｉ）である。充電速度調整用の抵抗素子ＲＳ１，ＲＳ２は、例えば、チップ抵抗やダイオードなどで構成され、制御用基板に実装される。

【0064】

ツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２は、例えば、５Ｖ程度で電圧の温度依存性が変わることが知られており、Ｄｅｓａｔ回路周辺の温度が変わった際に、回路の設定値が変化してしまわないように補正用に追加している。

【0065】

キャパシタＣＤ１，ＣＤ２は、例えば、制御用の基板に実装される。キャパシタＣＤ１，ＣＤ２によって、電荷が充電されて電圧が上昇する時間を調整し、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２で、所定の閾値を超えたことを判定するまでの時間を調整する。これにより、Ｄｅｓａｔ回路による過電流の誤検出を抑制する。

【0066】

コンパレータＣＰ１，ＣＰ２、及び、定電流源ＳＪ１，ＳＪ２は、例えば、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）によって構成され、制御用の基板に実装される。定電圧源ＳＶ１，ＳＶ２は、別途、ツェナーダイオード等で構成してもよい。その他、定電圧源ＳＶ１，ＳＶ２は、制御用の基板に実装されてもよいし、Ｄｅｓａｔ回路の外部に設けられるものであってもよい。

【0067】

図６に示す電力変換装置の第１入力端子Ｔ１及び第２入力端子Ｔ２を介して電圧が印加された場合、第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２が非導通の際のＤｅｓａｔ回路部での直流抵抗値を決めるのは整流素子ＤＳ１及び整流素子ＤＳ２である。

【0068】

ここで、整流素子ＤＳ１の直流抵抗値、及び、整流素子ＤＳ２の直流抵抗値は、それぞれ第１調整回路１０の直流抵抗値、及び、第２調整回路２０の直流抵抗値に対する条件と同じ条件を満たすものであってもよい。言い換えれば、第１調整回路１０は、第１スイッチ素子ＳＷ１の過電流を検出する回路に含まれる整流素子ＤＳ１によって構成されるものであってもよい。第２調整回路２０は、第２スイッチ素子ＳＷ２の過電流を検出する回路に含まれる整流素子ＤＳ２によって構成されるものであってもよい。

【0069】

整流素子ＤＳ１，ＤＳ２が設けられることにより、第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２の故障率を低減させることができる。同様に、第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２に対して、それぞれ逆並列に第１整流素子Ｄ１、第２整流素子Ｄ２が設けられる場合に、第１整流素子Ｄ１、第２整流素子Ｄ２の故障率が増大することを抑制することができる。

【0070】

なお、第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２、第１整流素子Ｄ１及び第２整流素子Ｄ２がワイドバンドギャップ半導体で構成され、リーク特性のばらつきが大きい場合、整流素子ＤＳ１，ＤＳ２をシリコン（Ｓｉ）で構成し、整流素子ＤＳ１，ＤＳ２のリーク特性のばらつきを抑えてもよい。

【0071】

［第３実施形態の説明］
図７は、第３実施形態に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。上述した実施形態と同様の構成である部分の説明は省略し、差異のある箇所のみ説明する。

【0072】

図７に示す電力変換装置は、図６に示す電力変換装置と同様にＤｅｓａｔ回路を備えている。ここで、図７では、直列に接続された整流素子ＤＳ１及び抵抗素子ＲＳ１に対して並列に、抵抗素子Ｒ３が接続されている。また、直列に接続された整流素子ＤＳ２及び抵抗素子ＲＳ２に対して並列に、抵抗素子Ｒ４が接続されている。

【0073】

抵抗素子Ｒ３が設けられることにより、点Ｐ２よりも点Ｐ１の電圧が高い場合に、キャパシタＣＤ１をチャージするため、キャパシタＣＤ１のチャージ時間を調整することができる。同様に、抵抗素子Ｒ４が設けられることにより、点Ｐ４よりも点Ｐ３の電圧が高い場合に、キャパシタＣＤ２をチャージするため、キャパシタＣＤ２のチャージ時間を調整することができる。

【0074】

一方で、抵抗素子Ｒ３及び抵抗素子Ｒ４の直流抵抗値が小さすぎると、整流素子ＤＳ１，ＤＳ２があっても大きな電流が流れてしまう。そのため、Ｄｅｓａｔ回路による誤検出を起こさない範囲で、抵抗素子Ｒ３及び抵抗素子Ｒ４の直流抵抗値を設定する。例えば、抵抗素子Ｒ３及び抵抗素子Ｒ４の直流抵抗値を１ｋΩ以上の値とするものであってもよい。

【0075】

ここで、抵抗素子Ｒ３の直流抵抗値、及び、抵抗素子Ｒ４の直流抵抗値は、それぞれ第１調整回路１０の直流抵抗値、及び、第２調整回路２０の直流抵抗値に対する条件と同じ条件を満たすものであってもよい。言い換えれば、第１調整回路１０は、第１スイッチ素子ＳＷ１の過電流を検出する回路に含まれる整流素子ＤＳ１に並列に接続した抵抗素子Ｒ３によって構成されるものであってもよい。第２調整回路２０は、第２スイッチ素子ＳＷ２の過電流を検出する回路に含まれる整流素子ＤＳ２に並列に接続した抵抗素子Ｒ４によって構成されるものであってもよい。

【0076】

さらには、整流素子ＤＳ１及び抵抗素子Ｒ３によって構成される並列回路の直流抵抗値、及び、整流素子ＤＳ２及び抵抗素子Ｒ４によって構成される並列回路の直流抵抗値は、それぞれ第１調整回路１０の直流抵抗値、及び、第２調整回路２０の直流抵抗値に対する条件と同じ条件を満たすものであってもよい。

【0077】

抵抗素子Ｒ３，Ｒ４が設けられることにより、第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２の故障率を低減させることができる。同様に、第１スイッチ素子ＳＷ１及び第２スイッチ素子ＳＷ２に対して、それぞれ逆並列に第１整流素子Ｄ１、第２整流素子Ｄ２が設けられる場合に、第１整流素子Ｄ１、第２整流素子Ｄ２の故障率が増大することを抑制することができる。

【0078】

［実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、上述した実施形態に係る電力変換装置は、第１入力端子及び出力端子の間に並列に接続された、第１スイッチ素子及び第１調整回路と、第２入力端子及び出力端子の間に並列に接続された、第２スイッチ素子及び第２調整回路と、を備える。そして、第１調整回路の直流抵抗値は、第１スイッチ素子の非導通時の直流抵抗値よりも小さく、第２調整回路の直流抵抗値は、第２スイッチ素子の非導通時の直流抵抗値よりも小さい。

【0079】

これにより、電力変換装置を構成するアーム内で直列接続された第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子の間で、リーク特性に違いがある場合であっても、アームの故障率が大きくなってしまうことを抑制できる。さらに、第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子の故障率を低減できる。

【0080】

また、上述した実施形態に係る電力変換装置において、第１調整回路の直流抵抗値に対する第２調整回路の直流抵抗値の比についての１からのずれ量は、第１スイッチ素子の非導通時の直流抵抗値に対する第２スイッチ素子の非導通時の直流抵抗値の比についての１からのずれ量よりも小さいものであってもよい。これにより、第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子に対して等しく電圧が印加されることにより、上下アーム全体の故障率を大幅に低減させることができ、上下アーム全体の耐用年数を長くすることができる。

【0081】

さらに、上述した実施形態に係る電力変換装置において、第１調整回路は、第１抵抗素子によって構成され、第２調整回路は、第２抵抗素子によって構成されるものであってもよい。これにより、第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子の電圧調整を行うことができる。特に、電力変換装置に入力される電圧が変動しても所定の電圧比率を実現することができる。

【0082】

また、上述した実施形態に係る電力変換装置は、第１入力端子及び第２入力端子の間に接続された平滑用キャパシタを更に備えてもよい。そして、平滑用キャパシタへの電力の供給が停止してから所定時間内に、平滑用キャパシタの電圧が所定電圧以下となるよう、第１抵抗素子及び第２抵抗素子によって平滑用キャパシタに蓄えられた電力が放電されるものであってもよい。これにより、電力変換装置を使用しない状況に移行後、所定時間内に平滑用キャパシタに蓄えられた電力を消費し、長期保管時に電力変換装置の誤作動等を抑制することができる。

【0083】

さらに、上述した実施形態に係る電力変換装置において、第１抵抗素子及び第２抵抗素子の直流抵抗値は、それぞれ１ｋΩ以上であってもよい。これにより、電力変換装置における消費電力を抑えることができる。さらには、電力変換装置が平滑用キャパシタを備える場合に、平滑用キャパシタの放電速度を所定速度未満とすることができる。その結果、消費電力を抑えることができる。

【0084】

また、上述した実施形態に係る電力変換装置において、第１調整回路は、第１スイッチ素子の過電流を検出する回路に含まれる整流素子によって構成され、第２調整回路は、第２スイッチ素子の過電流を検出する回路に含まれる整流素子によって構成されるものであってもよい。これにより、電力変換装置の部品点数を増やすことなく、第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子の電圧調整を行うことができる。

【0085】

さらに、上述した実施形態に係る電力変換装置は、第１調整回路は、第１スイッチ素子の過電流を検出する回路に含まれる整流素子に並列に接続した抵抗素子によって構成されるものであってもよい。第２調整回路は、第２スイッチ素子の過電流を検出する回路に含まれる整流素子に並列に接続した抵抗素子によって構成されるものであってもよい。これにより、電力変換装置の部品点数を増やすことなく、第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子の電圧調整を行うことができる。さらには、過電流を検出する回路に含まれるブランキングコンデンサの充電速度を向上させることができる。

【0086】

また、上述した実施形態に係る電力変換装置は、第１入力端子及び出力端子の間に接続され、第１スイッチ素子に対して逆並列に接続された第１整流素子と、第２入力端子及び出力端子の間に接続され、第２スイッチ素子に対して逆並列に接続された第２整流素子と、を更に備えてもよい。そして、第１調整回路の直流抵抗値は、第１スイッチ素子及び第１整流素子からなる並列回路の非導通時の直流抵抗値よりも小さく、第２調整回路の直流抵抗値は、第２スイッチ素子及び第２整流素子からなる並列回路の非導通時の直流抵抗値よりも小さいものであってもよい。

【0087】

これにより、第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子の故障率を低減できるだけでなく、第１整流素子及び第２整流素子の故障率を低減できる。電力変換装置を構成するアーム内で直列接続された第１整流素子及び第２整流素子の間で、リーク特性に違いがある場合であっても、アームの故障率が大きくなってしまうことを抑制できる。

【0088】

さらに、上述した実施形態に係る電力変換装置において、第１整流素子及び第２整流素子は、ワイドバンドギャップ半導体であってもよい。一般的に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）などのチップ内に存在する結晶欠陥の数はシリコン（Ｓｉ）の半導体よりも多く、半導体素子ごとのリーク特性のばらつきが大きい。そのため、第１整流素子及び第２整流素子として、ワイドバンドギャップ半導体を使用する場合には、第１調整回路及び第２調整回路による印加電圧の調整効果が大きい。

【0089】

また、上述した実施形態に係る電力変換装置は、第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子は、ワイドバンドギャップ半導体であってもよい。第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子として、ワイドバンドギャップ半導体を使用する場合には、第１調整回路及び第２調整回路による印加電圧の調整効果が大きい。

【0090】

以上、実施形態に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。この開示の一部をなす論述および図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

【0091】

本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

【符号の説明】

【0092】

１０ 第１調整回路
２０ 第２調整回路
ＣＤＳ 平滑用キャパシタ
Ｄ１ 第１整流素子
Ｄ２ 第２整流素子
Ｒ１ 第１抵抗素子
Ｒ２ 第２抵抗素子
ＳＷ１ 第１スイッチ素子
ＳＷ２ 第２スイッチ素子
Ｔ１ 第１入力端子
Ｔ２ 第２入力端子
Ｔ３ 出力端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】