特許 7309472 電力変換装置、及び、電力変換装置の制御方法

(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】

(24)【登録日】2023-07-07

(45)【発行日】2023-07-18

(54)【発明の名称】電力変換装置、及び、電力変換装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20230710BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 L

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2019115768

(22)【出願日】2019-06-21

(65)【公開番号】P2021002943

(43)【公開日】2021-01-07

【審査請求日】2022-05-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000002037

【氏名又は名称】新電元工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100137523

【弁理士】

【氏名又は名称】出口 智也

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(72)【発明者】

【氏名】森下 泰輔

(72)【発明者】

【氏名】南 祐輔

【審査官】遠藤 尊志

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－１３０８４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０９８９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／１１１２０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００３－０８８１４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０１５８９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリが出力するバッテリ電圧を電力変換して、負荷に供給するための交流の出力電圧を出力する電力変換装置であって、
前記バッテリ電圧に基づいた直流電圧が供給される第１の直流電圧端子と第２の直流電圧端子との間に接続された平滑化コンデンサと、
前記直流電圧が入力され、スイッチ素子のスイッチング動作により、変換電圧を第１の変換電圧端子と第２の変換電圧端子との間に出力するブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路が出力した前記変換電圧をフィルタリングして前記出力電圧を出力するフィルタと、
前記ブリッジ回路を制御することにより、前記変換電圧に基づいた前記出力電圧を第１の出力電圧端子と第２の出力電圧端子との間に出力させる制御部と、
前記第１の直流電圧端子と前記第２の直流電圧端子との間に接続された放電手段と、
前記第１の直流電圧端子と前記第２の直流電圧端子との間に、前記放電手段と直列に接続され、前記制御部により制御される制御スイッチ素子と、
前記制御スイッチ素子に流れる電流を検出する検出回路と、
前記バッテリ電圧が入力され、前記第１の直流電圧端子と前記第２の直流電圧端子との間に前記直流電圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、
前記制御部は、
前記電力変換装置の通常運転時には、前記ブリッジ回路の前記スイッチ素子を所定の範囲の駆動周波数で制御して、予め設定された目標値の前記出力電圧を前記第１の出力電圧端子と前記第２の出力電圧端子との間に出力させ、
一方、前記電力変換装置の運転停止時には、出力の停止後予め設定した期間内に、前記ブリッジ回路の前記スイッチ素子を前記駆動周波数よりも高い出力停止用周波数で制御して、前記平滑化コンデンサを放電させるとともに前記第１の出力電圧端子と前記第２の出力電圧端子との間を前記目標値よりも低い値の安全電圧にし、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を制御し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを動作させている時に、前記検出回路が検出した電流が予め設定した設定範囲外になった場合には、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を強制的に停止させる
ことを特徴とする電力変換装置。

【請求項2】

前記制御部は、
前記第１の出力電圧端子と前記第２の出力電圧端子との間の電圧が前記安全電圧になるように、前記ブリッジ回路の前記スイッチ素子を動作させることで、前記ブリッジ回路の前記スイッチ素子の損失により前記平滑化コンデンサの電荷を放電させる
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3】

前記安全電圧は、０Ｖであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記第１の直流電圧端子と前記第２の直流電圧端子との間に、前記放電手段及び前記制御スイッチ素子を含む回路が、前記平滑化コンデンサと並列に接続されている
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記放電手段は、前記第１の直流電圧端子と前記第２の直流電圧端子との間に、前記制御スイッチ素子と直列に接続された放電抵抗であることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記制御部は、
制御電源が供給されることで動作するようになっており、
前記制御部は、
前記制御電源が供給され動作している場合には、前記制御スイッチ素子をオフするように制御し、前記電力変換装置の停止の際には前記ブリッジ回路による放電動作を実行するようになっており、
一方、前記制御部への前記制御電源の供給が遮断されて前記制御部が停止した場合には、前記放電手段による放電を実行するようになっている
ことを特徴とする請求項４または５に記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記制御部は、
ユーザが入力する外部信号に応じて、前記制御スイッチ素子をオンすることで、前記放電手段に放電電流が流れるようにして、前記平滑化コンデンサを放電させる
ことを特徴とする請求項４ないし６のいずれか一項に記載の電力変換装置。

【請求項8】

前記電力変換装置は、車両に積載され、前記電力変換装置が出力する前記出力電圧は、前記車両の負荷に供給されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の電力変換装置。

【請求項9】

前記制御部は、
前記制御電源の喪失時において、前記ブリッジ回路を動作できないため、前記制御スイッチ素子をオンすることで、前記放電手段に放電電流が流れるようにして、前記平滑化コンデンサを放電させる
ことを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。

【請求項10】

前記ブリッジ回路は、
単相のフルブリッジ回路、又は、３相のフルブリッジ回路であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載の電力変換装置。

【請求項11】

バッテリが出力するバッテリ電圧を電力変換して、負荷に供給するための交流の出力電圧を出力する電力変換装置であって、前記バッテリ電圧に基づいた直流電圧が供給される第１の直流電圧端子と第２の直流電圧端子との間に接続された平滑化コンデンサと、前記直流電圧が入力され、スイッチ素子のスイッチング動作により、変換電圧を第１の変換電圧端子と第２の変換電圧端子との間に出力するブリッジ回路と、前記ブリッジ回路が出力した前記変換電圧をフィルタリングして前記出力電圧を出力するフィルタと、前記ブリッジ回路を制御することにより、前記変換電圧に基づいた前記出力電圧を第１の出力電圧端子と第２の出力電圧端子との間に出力させる制御部と、前記第１の直流電圧端子と前記第２の直流電圧端子との間に接続された放電手段と、前記第１の直流電圧端子と前記第２の直流電圧端子との間に、前記放電手段と直列に接続され、前記制御部により制御される制御スイッチ素子と、前記制御スイッチ素子に流れる電流を検出する検出回路と、前記バッテリ電圧が入力され、前記第１の直流電圧端子と前記第２の直流電圧端子との間に前記直流電圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、を備えた電力変換装置の制御方法であって、
前記制御部は、
前記電力変換装置の通常運転時には、前記ブリッジ回路の前記スイッチ素子を所定の範囲の駆動周波数で制御して、予め設定された目標値の前記出力電圧を前記第１の出力電圧端子と前記第２の出力電圧端子との間に出力させ、
一方、前記電力変換装置の運転停止時には、出力の停止後予め設定した期間内に、前記ブリッジ回路の前記スイッチ素子を前記駆動周波数よりも高い出力停止用周波数で制御して、前記平滑化コンデンサを放電させるとともに前記第１の出力電圧端子と前記第２の出力電圧端子との間を前記目標値よりも低い値の安全電圧にし、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を制御し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを動作させている時に、前記検出回路が検出した電流が予め設定した設定範囲外になった場合には、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を強制的に停止させる
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置、及び、電力変換装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の電力変換装置では、動作停止時に製品内部の直流電圧の平滑化コンデンサに安全電圧よりも高い電圧が保持された場合に、製品内部の電荷を素早く放電する動作が要求されている。

【0003】

そして、例えば、従来の放電抵抗を用いて放電を行う電力変換装置では、放電用の回路の追加とともに、周囲温度の上昇や繰り返し動作を考慮すると許容電力の大きな放電抵抗が必要となる。

【0004】

これにより、大型の放電抵抗を選定する必要があり、当該電力変換装置が大型化してしまう問題がある。

【0005】

さらに、例えば、特許文献１に記載の他の従来の電力変換装置では、負荷である３相モータを駆動する電圧を出力するためのパワーモジュールのスイッチ素子のスイッチングにより平滑化コンデンサを放電させている。

【0006】

しかしながら、当該特許文献１には、放電動作時に当該パワーモジュールが出力する出力電圧が安全電圧（例えば、０Ｖ）に制御される旨の記載は無い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１６－１２３２０２

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

そこで、本発明は、小型化を図りつつ、運転停止時に直流電圧の平滑化コンデンサに蓄積された電荷を放電するとともに出力電圧を安全電圧に制御す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】

【0009】

本発明の一態様に係る電力変換装置は、
バッテリが出力するバッテリ電圧を電力変換して、負荷に供給するための交流の出力電圧を出力する電力変換装置であって、
前記バッテリ電圧に基づいた直流電圧が供給される第１の直流電圧端子と第２の直流電圧端子との間に接続された平滑化コンデンサと、
前記直流電圧が入力され、スイッチ素子のスイッチング動作により、変換電圧を第１の変換電圧端子と第２の変換電圧端子との間に出力するブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路が出力した前記変換電圧をフィルタリングして前記出力電圧を出力するフィルタと、
前記ブリッジ回路を制御することにより、前記変換電圧に基づいた前記出力電圧を第１の出力電圧端子と第２の出力電圧端子との間に出力させる制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記電力変換装置の通常運転時には、前記ブリッジ回路の前記スイッチ素子を所定の範囲の駆動周波数で制御して、予め設定された目標値の前記出力電圧を前記第１の出力電圧端子と前記第２の出力電圧端子との間に出力させ、
一方、前記電力変換装置の運転停止時には、出力の停止後予め設定した期間内に、前記ブリッジ回路の前記スイッチ素子を前記駆動周波数よりも高い出力停止用周波数で制御して、前記平滑化コンデンサを放電させるとともに前記第１の出力電圧端子と前記第２の出力電圧端子との間を前記目標値よりも低い値の安全電圧にする
ことを特徴とする。

【0010】

前記電力変換装置において、
前記制御部は、
前記第１の出力電圧端子と前記第２の出力電圧端子との間の電圧が前記安全電圧になるように、前記ブリッジ回路の前記スイッチ素子を動作させることで、前記ブリッジ回路の前記スイッチ素子の損失により前記平滑化コンデンサの電荷を放電させる
ことを特徴とする。

【0011】

前記電力変換装置において、
前記安全電圧は、０Ｖである
ことを特徴とする。

【0012】

前記電力変換装置において、
前記第１の直流電圧端子と前記第２の直流電圧端子との間に接続された放電手段と、
前記第１の直流電圧端子と前記第２の直流電圧端子との間に、前記放電手段と直列に接続され、前記制御部により制御される制御スイッチ素子と、
前記制御スイッチ素子に流れる電流を検出する検出回路と、をさらに備え、
前記第１の直流電圧端子と前記第２の直流電圧端子との間に、前記放電手段及び前記制御スイッチ素子を含む回路が、前記平滑化コンデンサと並列に接続されている
ことを特徴とする。

【0013】

前記電力変換装置において、
前記放電手段は、前記第１の直流電圧端子と前記第２の直流電圧端子との間に、前記制御スイッチ素子と直列に接続された放電抵抗である
ことを特徴とする。

【0014】

前記電力変換装置において、
前記制御部は、
制御電源が供給されることで動作するようになっており、
前記制御部は、
前記制御電源が供給され動作している場合には、前記制御スイッチ素子をオフするように制御し、前記電力変換装置の停止の際にはブリッジ回路による放電動作を実行するようになっており、
一方、前記制御部への前記制御電源の供給が遮断されて前記制御部が停止した場合には、前記放電手段による放電を実行するようになっている
ことを特徴とする。

【0015】

前記電力変換装置において、
前記バッテリ電圧が入力され、前記第１の直流電圧端子と前記第２の直流電圧端子との間に前記直流電圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータをさらに備え、
前記制御部は、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を制御する
ことを特徴とする。

【0016】

前記電力変換装置において、
前記制御部は、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータを動作させている時に、前記制御スイッチ素子に流れる電流を検出する検出回路が検出した電流が予め設定した設定範囲外になった場合には、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を強制的に停止させる
ことを特徴とする。

【0017】

前記電力変換装置において、
前記制御部は、
ユーザが入力する外部信号に応じて、前記制御スイッチ素子をオンすることで、前記放電手段に放電電流が流れるようにして、前記平滑化コンデンサを放電させる
ことを特徴とする。

【0018】

前記電力変換装置において、
前記電力変換装置は、車両に積載され、前記電力変換装置が出力する前記出力電圧は、前記車両の負荷に供給される
ことを特徴とする。

【0019】

前記電力変換装置において、
前記制御部は、
前記制御電源の喪失時において、前記ブリッジ回路を動作できないため、前記制御スイッチ素子をオンすることで、前記放電手段に放電電流が流れるようにして、前記平滑化コンデンサを放電させる
ことを特徴とする。

【0020】

前記電力変換装置において、
前記ブリッジ回路は、
単相のフルブリッジ回路、又は、３相のフルブリッジ回路である
ことを特徴とする。

【0021】

本発明の一態様に係る電力変換装置の制御方法は、
バッテリが出力するバッテリ電圧を電力変換して、負荷に供給するための交流の出力電圧を出力する電力変換装置であって、前記バッテリ電圧に基づいた直流電圧が供給される第１の直流電圧端子と第２の直流電圧端子との間に接続された平滑化コンデンサと、前記直流電圧が入力され、スイッチ素子のスイッチング動作により、変換電圧を第１の変換電圧端子と第２の変換電圧端子との間に出力するブリッジ回路と、前記ブリッジ回路が出力した前記変換電圧をフィルタリングして前記出力電圧を出力するフィルタと、前記ブリッジ回路を制御することにより、前記変換電圧に基づいた前記出力電圧を第１の出力電圧端子と第２の出力電圧端子との間に出力させる制御部と、を備えた電力変換装置の制御方法であって、
前記制御部は、
前記電力変換装置の通常運転時には、前記ブリッジ回路の前記スイッチ素子を所定の範囲の駆動周波数で制御して、予め設定された目標値の前記出力電圧を前記第１の出力電圧端子と前記第２の出力電圧端子との間に出力させ、
一方、前記電力変換装置の運転停止時には、出力の停止後予め設定した期間内に、前記ブリッジ回路の前記スイッチ素子を前記駆動周波数よりも高い出力停止用周波数で制御して、前記平滑化コンデンサを放電させるとともに前記第１の出力電圧端子と前記第２の出力電圧端子との間を前記目標値よりも低い値の安全電圧にする
ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0022】

本発明の一態様に係る電力変換装置は、バッテリが出力するバッテリ電圧を電力変換して、負荷に供給するための交流の出力電圧を出力する電力変換装置であって、バッテリ電圧に基づいた直流電圧が供給される第１の直流電圧端子と第２の直流電圧端子との間に接続された平滑化コンデンサと、直流電圧が入力され、スイッチ素子のスイッチング動作により、変換電圧を第１の変換電圧端子と第２の変換電圧端子との間に出力するブリッジ回路と、ブリッジ回路が出力した変換電圧をフィルタリングして出力電圧を出力するフィルタと、ブリッジ回路を制御することにより、変換電圧に基づいた出力電圧を第１の出力電圧端子と第２の出力電圧端子との間に出力させる制御部と、を備える。

【0023】

そして、制御部は、電力変換装置の通常運転時には、ブリッジ回路のスイッチ素子を所定の範囲の駆動周波数で制御して、予め設定された目標値の出力電圧を第１の出力電圧端子と第２の出力電圧端子との間に出力させる。

【0024】

一方、制御部は、電力変換装置の運転停止時には、出力の停止後予め設定した期間内に、ブリッジ回路のスイッチ素子を駆動周波数よりも高い出力停止用周波数で制御して、平滑化コンデンサを放電させるとともに第１の出力電圧端子と第２の出力電圧端子との間を目標値よりも低い値の安全電圧にする。

【0025】

これにより、本発明の電力変換装置によれば、小型化を図りつつ、運転停止時に直流電圧の平滑化コンデンサに蓄積された電荷を放電するとともに出力電圧を安全電圧に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係る電力変換装置１００の構成の一例を示す回路図である。

【図2】図２は、図１に示す電力変換装置１００の通常運転時の変換電圧ＶＹの波形の一例を示す波形図である。

【図3】図３は、図１に示す電力変換装置１００の通常運転時の出力電圧ＶＯの波形の一例を示す波形図である。

【図4】図４は、図１に示す電力変換装置１００の放電動作時の変換電圧ＶＹの波形の一例を示す波形図である。

【図5】図５は、図１に示す電力変換装置１００の放電動作時の出力電圧ＶＯ波形の一例を示す波形図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明に係る電力変換装置について、図面とともに説明する。

【実施例1】

【0028】

図１は、図１は、本発明の実施形態に係る電力変換装置１００の構成の一例を示す回路図である。

【0029】

ここで、図１に示す電力変換装置１００は、バッテリＢが出力するバッテリ電圧ＶＢを電力変換して、負荷Ｌｏａｄに供給するための交流の出力電圧ＶＯを出力するようになっている。

【0030】

この電力変換装置１００は、例えば、車両（図示せず）に積載されるようになっている。この場合、バッテリＢは、当該車両に積載されており、この電力変換装置１００が出力する出力電圧ＶＯは、当該車両の負荷Ｌｏａｄに供給されるようになっている。

【0031】

この電力変換装置１００は、例えば、図１に示すように、第１のバッテリ端子ＴＢ１と、第２のバッテリ端子ＴＢ２と、ＤＣ／ＤＣコンバータＸと、平滑化コンデンサＣＳと、放電抵抗（放電手段）ＲＤと、検出回路ＩＤと、制御スイッチ素子ＣＳＷと、第１の直流電圧端子ＴＶ１と、第２の直流電圧端子ＴＶ２と、ブリッジ回路Ｙと、第１の変換電圧端子ＴＹ１と、第２の変換電圧端子ＴＹ２と、ＬＣフィルタ（フィルタ）Ｆと、第１の出力電圧端子ＴＯ１と第２の出力電圧端子ＴＯ２と、を備える。

【0032】

そして、第１のバッテリ端子ＴＢ１は、バッテリＢの正極が接続されるようになっている。

【0033】

また、第２のバッテリ端子ＴＢ２は、バッテリＢの負極が接続されるようになっている。

【0034】

すなわち、これらの第１のバッテリ端子ＴＢ１と第２のバッテリ端子ＴＢ２との間にバッテリＢのバッテリ電圧ＶＢが印加されるようになっている。

【0035】

また、ＤＣ／ＤＣコンバータＸは、入力側が第１のバッテリ端子ＴＢ１と第２のバッテリ端子ＴＢ２に接続されている。

【0036】

そして、このＤＣ／ＤＣコンバータＸは、出力側が第１の直流電圧端子ＴＶ１と第２の直流電圧端子ＴＶ２に接続されている。

【0037】

すなわち、このＤＣ／ＤＣコンバータＸは、バッテリＢのバッテリ電圧ＶＢが第１、第２のバッテリ端子ＴＢ１、ＴＢ２を介して入力され、第１の直流電圧端子ＴＶ１と第２の直流電圧端子ＴＶ２との間に直流電圧ＶＤを出力するようになっている。

【0038】

また、第１の直流電圧端子ＴＶ１は、ＤＣ／ＤＣコンバータＸの出力の高圧側に接続されている。

【0039】

また、第２の直流電圧端子ＴＶ２は、ＤＣ／ＤＣコンバータＸの出力の低圧側に接続されている。

【0040】

すなわち、これらの第１の直流電圧端子ＴＶ１と第２の直流電圧端子ＴＶ２との間には、バッテリ電圧ＶＢに基づいた直流電圧ＶＤが供給されるようになっている。

【0041】

また、平滑化コンデンサＣＳは、第１の直流電圧端子ＴＶ１と第２の直流電圧端子ＴＶ２との間に接続されている。

【0042】

この平滑化コンデンサＣＳは、第１の直流電圧端子ＴＶ１及び第２の直流電圧端子ＴＶ２を介して、バッテリ電圧ＶＢに基づいた直流電圧ＶＤが供給されるようになっている。

【0043】

また、放電手段である放電抵抗ＲＤは、例えば、図１に示すように、第１の直流電圧端子ＴＶ１と第２の直流電圧端子ＴＶ２との間に、制御スイッチ素子ＣＳＷと直列に接続されている。 特に、図１の例では、放電抵抗ＲＤは、一端が第１の直流電圧端子ＴＶ１に接続され、他端が制御スイッチ素子ＣＳＷの一端（ドレイン）に接続されている。

【0044】

また、制御スイッチ素子ＣＳＷは、例えば、図１に示すように、第１の直流電圧端子ＴＶ１と第２の直流電圧端子ＴＶ２との間に、放電抵抗ＲＤと直列に接続されている。

【0045】

そして、第１の直流電圧端子ＴＶ１と第２の直流電圧端子ＴＶ２との間に、放電抵抗ＲＤ段及び制御スイッチ素子ＣＳＷを含む回路が、平滑化コンデンサＣＳと並列に接続されている。

【0046】

この制御スイッチ素子ＣＳＷは、制御部ＣＮＴにより制御されるようになっている。

【0047】

特に、図１の例では、この制御スイッチ素子ＣＳＷは、一端（ドレイン）が放電抵抗ＲＤの他端に接続され、他端（ソース）が検出回路ＩＤに接続されている。

【0048】

そして、この制御スイッチ素子ＣＳＷは、図１の例では、ゲート電圧が制御部ＣＮＴにより制御されるｎＭＯＳトランジスタである。このｎＭＯＳトランジスタのソース・ドレイン間には、図１に示すようにボディダイオードが接続されている。

【0049】

したがって、第１の直流電圧端子ＴＶ１と第２の直流電圧端子ＴＶ２との間に所定の電位差がある場合には、この制御スイッチ素子ＣＳＷがオンすることで、放電抵抗ＲＤに放電電流が流れることとなる。

【0050】

一方、この制御スイッチ素子ＣＳＷがオフしている場合には、放電抵抗ＲＤに放電電流が流れない。

【0051】

また、検出回路ＩＤは、例えば、図１に示すように、制御スイッチ素子ＣＳＷに流れる電流（すなわち、放電抵抗に流れる放電電流）を検出するようになっている。

【0052】

特に、図１の例では、検出回路ＩＤは、制御スイッチ素子ＣＳＷの他端（ソース）と第２の直流電圧端子ＴＶ２との間に接続されている。

【0053】

したがって、制御スイッチ素子ＣＳＷをオンして、この検出回路ＩＤが所定の電流を検出した場合には、放電抵抗ＲＤに放電電流が流れていると判断される。

【0054】

また、後述のように、制御部ＣＮＴは、正常に動作している場合には、制御スイッチ素子ＣＳＷをオフしている。そして、例えば、この制御部ＣＮＴが誤動作して制御スイッチ素子ＣＳＷがオンした場合には、放電抵抗ＲＤに放電電流が流れて、検出回路ＩＤが電流を検出する。この検出回路ＩＤの電流検出に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータＸの動作を停止させるようにしてもよい。

【0055】

また、ブリッジ回路Ｙは、例えば、図１に示すように、直流電圧ＶＤが入力され、第１ないし第４のスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４のスイッチング動作により、変換電圧ＶＹを第１の変換電圧端子ＴＹ１と第２の変換電圧端子ＴＹ２との間に出力するようになっている。

【0056】

このブリッジ回路Ｙは、図１の例では、単相のフルブリッジ回路であるが、必要に応じて、３相のフルブリッジ回路であってもよい。

【0057】

このブリッジ回路Ｙは、例えば、図１に示すように、第１のスイッチ素子ＳＷ１と、第２のスイッチ素子ＳＷ２と、第３のスイッチ素子ＳＷ３と、第４のスイッチ素子ＳＷ４と、を備える。

【0058】

そして、第１のスイッチ素子ＳＷ１は、一端（ドレイン）が第１の直流電圧端子ＴＶ１に接続され、他端（ソース）が第１の変換電圧端子ＴＹ１に接続されている。

【0059】

この第１のスイッチ素子ＳＷ１は、図１の例では、ゲート電圧が制御部ＣＮＴにより制御されるｎＭＯＳトランジスタである。このｎＭＯＳトランジスタのソース・ドレイン間には、図１に示すようにボディダイオードが接続されている。

【0060】

また、第２のスイッチ素子ＳＷ２は、一端（ドレイン）が第１の変換電圧端子ＴＹ１に接続され、他端（ソース）が第２の直流電圧端子ＴＶ２に接続されたｎＭＯＳトランジスタである。

【0061】

この第２のスイッチ素子ＳＷ２は、図１の例では、ゲート電圧が制御部ＣＮＴにより制御されるｎＭＯＳトランジスタである。このｎＭＯＳトランジスタのソース・ドレイン間には、図１に示すようにボディダイオードが接続されている。

【0062】

また、第３のスイッチ素子ＳＷ３は、一端（ドレイン）が第１の直流電圧端子ＴＶ１に接続され、他端（ソース）が第２の変換電圧端子ＴＹ２に接続されたｎＭＯＳトランジスタである。

【0063】

この第３のスイッチ素子ＳＷ３は、図１の例では、ゲート電圧が制御部ＣＮＴにより制御されるｎＭＯＳトランジスタである。このｎＭＯＳトランジスタのソース・ドレイン間には、図１に示すようにボディダイオードが接続されている。

【0064】

また、第４のスイッチ素子ＳＷ４は、一端（ドレイン）が第２の変換電圧端子ＴＹ２に接続され、他端（ソース）が第２の直流電圧端子ＴＶ２に接続されｎＭＯＳトランジスタである。

【0065】

この第４のスイッチ素子ＳＷ４は、図１の例では、ゲート電圧が制御部ＣＮＴにより制御されるｎＭＯＳトランジスタである。このｎＭＯＳトランジスタのソース・ドレイン間には、図１に示すようにボディダイオードが接続されている。

【0066】

このような構成を有するブリッジ回路Ｙは、既述のように、直流電圧ＶＤが入力され、第１ないし第４のスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４のスイッチング動作により、変換電圧ＶＹを第１の変換電圧端子ＴＹ１と第２の変換電圧端子ＴＹ２との間に出力する。

【0067】

また、第１の変換電圧端子ＴＹ１は、第１のスイッチ素子ＳＷ１の他端と第２のスイッチ素子ＳＷ２の一端との間に接続されるとともに、ＬＣフィルタＦの一方の入力に接続されている。

【0068】

そして、第２の変換電圧端子ＴＹ２は、第３のスイッチ素子ＳＷ３の他端と第４のスイッチ素子ＳＷ４の一端との間に接続されるとともに、ＬＣフィルタＦの他方の入力に接続されている。

【0069】

これらの第１の変換電圧端子ＴＹ１と第２の変換電圧端子ＴＹ２から変換電圧ＶＹがＬＣフィルタＦに供給されるようになっている。

【0070】

また、ＬＣフィルタＦは、例えば、図１に示すように、ブリッジ回路Ｙが出力した変換電圧ＶＹをフィルタリングして、出力電圧ＶＯを第１の出力電圧端子ＴＯ１と第２の出力電圧端子ＴＯ２との間に出力するようになっている。

【0071】

このＬＣフィルタＦは、例えば、図１に示すように、第１のチョークコイルＬ１と、第２のチョークコイルＬ２と、出力コンデンサＣＯと、を備える。

【0072】

そして、第１のチョークコイルＬ１は、例えば、図１に示すように、一端が第１の変換電圧端子ＴＹ１に接続され、他端が第１の出力電圧端子ＴＯ１に接続されている。

【0073】

また、第２のチョークコイルＬ２は、例えば、図１に示すように、一端が第２の変換電圧端子ＴＹ２に接続され、他端が第２の出力電圧端子ＴＯ２に接続されている。

【0074】

この第２のチョークコイルＬ２は、第１のチョークコイルＬ１とトランスを構成している。

【0075】

また、出力コンデンサＣＯは、例えば、図１に示すように、第１の出力電圧端子ＴＯ１と第２の出力電圧端子ＴＯ２との間に接続されている。

【0076】

このような構成を有するＬＣフィルタＦは、既述のように、ブリッジ回路Ｙが出力した変換電圧ＶＹをフィルタリングして、出力電圧ＶＯを第１の出力電圧端子ＴＯ１と第２の出力電圧端子ＴＯ２との間に出力する。

【0077】

なお、この図１に示すＬＣフィルタＦに代えて、同様の機能を有する他のフィルタを電力変換装置１００に適用するようにしてもよい。

【0078】

また、第１の出力電圧端子ＴＯ１は、負荷Ｌｏａｄの一端が接続されるようになっている。

【0079】

そして、第２の出力電圧端子ＴＯ２は、負荷Ｌｏａｄの他端が接続されるようになっている。

【0080】

これらの第１の出力電圧端子ＴＯ１と第２の出力電圧端子ＴＯ２との間からフィルタリングされた出力電圧ＶＯが負荷Ｌｏａｄに供給されるようになっている。

【0081】

ここで、制御部ＣＮＴは、ブリッジ回路Ｙを制御するようになっている。より詳しくは、制御部ＣＮＴは、第１ないし第４のスイッチ素子ＳＷ１～ＳＷ４を制御するようになっている。

【0082】

例えば、制御部ＣＮＴは、電力変換装置１００の通常運転時には、ブリッジ回路Ｙの第１ないし第４のスイッチ素子ＳＷ１～ＳＷ４を所定の範囲の駆動周波数で制御して、予め設定された目標値の出力電圧ＶＯを第１の出力電圧端子ＴＯ１と第２の出力電圧端子ＴＯ２との間に出力させるようになっている。

【0083】

このように、制御部ＣＮＴは、ブリッジ回路Ｙを制御することにより、変換電圧ＶＹに基づいた出力電圧ＶＯを第１の出力電圧端子ＴＯ１と第２の出力電圧端子ＴＯ２との間に出力させるようになっている。

【0084】

一方、制御部ＣＮＴは、電力変換装置１００の運転停止時には、出力の停止後予め設定した期間（例えば３秒）内に、ブリッジ回路Ｙの第１ないし第４のスイッチ素子ＳＷ１～ＳＷ４を駆動周波数よりも高い出力停止用周波数で制御して、平滑化コンデンサＣＳを放電させるとともに第１の出力電圧端子ＴＯ１と第２の出力電圧端子ＴＯ２との間を目標値よりも低い値の安全電圧にするようになっている。

【0085】

特に、制御部ＣＮＴは、第１の出力電圧端子ＴＯ１と第２の出力電圧端子ＴＯ２との間の電圧が予め設定された安全電圧になるように、ブリッジ回路Ｙの第１ないし第４のスイッチ素子ＳＷ１～ＳＷ４を動作させることで、ブリッジ回路Ｙの第１ないし第４のスイッチ素子ＳＷ１～ＳＷ４の損失により平滑化コンデンサＣＳの電荷を放電させるようになっている。

【0086】

なお、既述の安全電圧は、例えば、０Ｖである。

【0087】

ここで、この制御部ＣＮＴは、制御電源が供給されることで動作するようになっている。

【0088】

この制御部ＣＮＴは、既述の制御電源が供給され動作している場合には、制御スイッチ素子ＣＳＷをオフするように制御し、電力変換装置１００の停止の際にはブリッジ回路Ｙによる放電動作を実行するようになっている。

【0089】

一方、制御部ＣＮＴは、当該制御部ＣＮＴへの制御電源の供給が遮断されて制御部ＣＮＴが停止した場合には、制御スイッチ素子ＣＳＷはオンして、放電抵抗ＲＤによる放電を実行するようになっている。

【0090】

すなわち、制御部ＣＮＴは、既述の制御電源の喪失時において、ブリッジ回路Ｙを動作（制御）できないため、制御スイッチ素子ＣＳＷをオンすることで、放電抵抗ＲＤに放電電流が流れるようにして、平滑化コンデンサＣＳを放電させるようになっている。

【0091】

このように、制御部ＣＮＴは、当該制御電源の喪失時において、ブリッジ回路Ｙを動作（制御）できないため、バックアップ動作として放電抵抗ＲＤによる放電を実行するものである。

【0092】

この制御部ＣＮＴの動作は、非常時のみの単発動作であり、繰り返し動作は発生しないため、放電抵抗ＲＤとしては定格電力が低く小型な抵抗を選定することができる。

【0093】

また、この制御部ＣＮＴは、ＤＣ／ＤＣコンバータＸの動作を制御するようになっている。

【0094】

そして、制御部ＣＮＴは、ＤＣ／ＤＣコンバータＸを動作させている時に、検出回路ＩＤが検出した電流が予め設定した設定範囲外になった場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータＸの動作を強制的に停止させるようになっている。

【0095】

また、既述のように、制御部ＣＮＴは、正常に動作している場合には、制御スイッチ素子ＣＳＷをオフしている。そして、例えば、この制御部ＣＮＴが誤動作して制御スイッチ素子ＣＳＷがオンした場合には、放電抵抗ＲＤに放電電流が流れて、検出回路ＩＤが電流を検出する。この検出回路ＩＤの電流検出に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータＸの動作を停止させるようにしてもよい。

【0096】

また、制御部ＣＮＴは、ユーザが入力する外部信号ＳＡに応じて、制御スイッチ素子ＣＳＷをオンすることで、放電抵抗ＲＤに放電電流が流れるようにして、平滑化コンデンサＣＳを放電させるようになっている。

【0097】

次に、以上のような構成を有する電力変換装置１００の制御方法の例について説明する。

【0098】

ここで、図２は、図１に示す電力変換装置１００の通常運転時の変換電圧ＶＹの波形の一例を示す波形図である。また、図３は、図１に示す電力変換装置１００の通常運転時の出力電圧ＶＯの波形の一例を示す波形図である。また、図４は、図１に示す電力変換装置１００の放電動作時の変換電圧ＶＹの波形の一例を示す波形図である。また、図５は、図１に示す電力変換装置１００の放電動作時の出力電圧ＶＯ波形の一例を示す波形図である。

【0099】

既述のように、制御部ＣＮＴは、電力変換装置１００の通常運転時には、ブリッジ回路Ｙの第１ないし第４のスイッチ素子ＳＷ１～ＳＷ４を所定の範囲の駆動周波数で制御して、予め設定された目標値の出力電圧ＶＯを第１の出力電圧端子ＴＯ１と第２の出力電圧端子ＴＯ２との間に出力させる。

【0100】

この場合、例えば、ブリッジ回路Ｙは、図２に示すような波形の変換電圧ＶＹを出力し、ＬＣフィルタＦによりフィルタリングされた出力電圧ＶＯは、図３に示すような交流波形になる。

【0101】

一方、制御部ＣＮＴは、電力変換装置１００の運転停止時には、出力の停止後予め設定した期間（例えば３秒）内に、ブリッジ回路Ｙの第１ないし第４のスイッチ素子ＳＷ１～ＳＷ４を駆動周波数よりも高い出力停止用周波数で制御して、平滑化コンデンサＣＳを放電させるとともに第１の出力電圧端子ＴＯ１と第２の出力電圧端子ＴＯ２との間を目標値よりも低い値の安全電圧にする。

【0102】

特に、制御部ＣＮＴは、第１の出力電圧端子ＴＯ１と第２の出力電圧端子ＴＯ２との間の電圧が予め設定された安全電圧になるように、ブリッジ回路Ｙの第１ないし第４のスイッチ素子ＳＷ１～ＳＷ４を動作させることで、ブリッジ回路Ｙの第１ないし第４のスイッチ素子ＳＷ１～ＳＷ４の損失により平滑化コンデンサＣＳの電荷を放電させる。

【0103】

この場合、例えば、ブリッジ回路Ｙは、図４に示すような波形の変換電圧ＶＹを出力し、ＬＣフィルタＦによりフィルタリングされた出力電圧ＶＯは、図５に示すような０Ｖの安全電圧になる。

【0104】

ここで、既述のように、この制御部ＣＮＴは、制御電源が供給されることで動作する。

【0105】

この制御部ＣＮＴは、既述の制御電源が供給され動作している場合には、制御スイッチ素子ＣＳＷをオフするように制御し、電力変換装置１００の停止の際にはブリッジ回路Ｙによる放電動作を実行する。

【0106】

これにより、第１の出力電圧端子ＴＯ１と第２の出力電圧端子ＴＯ２との間を目標値よりも低い値の安全電圧にすることができる。

【0107】

一方、制御部ＣＮＴは、当該制御部ＣＮＴへの制御電源の供給が遮断されて制御部ＣＮＴが停止した場合には、制御スイッチ素子ＣＳＷはオンして、放電抵抗ＲＤによる放電を実行する。

【0108】

すなわち、制御部ＣＮＴは、既述の制御電源の喪失時において、ブリッジ回路Ｙを動作（制御）できないため、制御スイッチ素子ＣＳＷをオンすることで、放電抵抗ＲＤに放電電流が流れるようにして、平滑化コンデンサＣＳを放電させる。

【0109】

このように、制御部ＣＮＴは、当該制御電源の喪失時において、ブリッジ回路Ｙを動作（制御）できないため、バックアップ動作として放電抵抗ＲＤによる放電を実行するものである。

【0110】

この制御部ＣＮＴの動作は、非常時のみの単発動作であり、繰り返し動作は発生しないため、放電抵抗ＲＤとしては定格電力が低く小型な抵抗を選定することができる。

【0111】

また、制御部ＣＮＴは、ＤＣ／ＤＣコンバータＸを動作させている時に、検出回路ＩＤが検出した電流が予め設定した設定範囲外になった場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータＸの動作を強制的に停止させる。

【0112】

これにより、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータＸが誤動作して直流電圧ＶＤが大きくなりすぎた場合に、過電圧が回路内部に印加されるのを抑制することができる。

【0113】

また、制御部ＣＮＴは、ユーザが入力する外部信号ＳＡに応じて、制御スイッチ素子ＣＳＷをオンすることで、放電抵抗ＲＤに放電電流が流れるようにして、平滑化コンデンサＣＳを放電させる。

【0114】

これにより、ユーザの操作に応じて、放電抵抗ＲＤに放電電流が流れるようにして、平滑化コンデンサＣＳを放電させて、第１の出力電圧端子ＴＯ１と第２の出力電圧端子ＴＯ２との間の電圧を安全電圧に制御することができる。

【0115】

以上のように、本発明の一態様に係る電力変換装置１００は、バッテリＢが出力するバッテリ電圧ＶＢを電力変換して、負荷Ｌｏａｄに供給するための交流の出力電圧ＶＯを出力する電力変換装置１００であって、バッテリ電圧ＶＢに基づいた直流電圧ＶＤが供給される第１の直流電圧端子ＴＶ１と第２の直流電圧端子ＴＶ２との間に接続された平滑化コンデンサＣＳと、直流電圧ＶＤが入力され、スイッチ素子ＳＷ１～ＳＷ４のスイッチング動作により、変換電圧ＶＹを第１の変換電圧端子ＴＹ１と第２の変換電圧端子ＴＹ２との間に出力するブリッジ回路Ｙと、ブリッジ回路Ｙが出力した変換電圧ＶＹをフィルタリングして出力電圧ＶＯを出力するフィルタ（ＬＣフィルタ）Ｆと、ブリッジ回路Ｙを制御することにより、変換電圧ＶＹに基づいた出力電圧ＶＯを第１の出力電圧端子ＴＯ１と第２の出力電圧端子ＴＯ２との間に出力させる制御部ＣＮＴと、を備える。

【0116】

そして、制御部ＣＮＴは、電力変換装置１００の通常運転時には、ブリッジ回路Ｙのスイッチ素子ＳＷ１～ＳＷ４を所定の範囲の駆動周波数で制御して、予め設定された目標値の出力電圧ＶＯを第１の出力電圧端子ＴＯ１と第２の出力電圧端子ＴＯ２との間に出力させる。

【0117】

一方、制御部ＣＮＴは、電力変換装置１００の運転停止時には、出力の停止後予め設定した期間内に、ブリッジ回路Ｙのスイッチ素子ＳＷ１～ＳＷ４を駆動周波数よりも高い出力停止用周波数で制御して、平滑化コンデンサＣＳを放電させるとともに第１の出力電圧端子ＴＯ１と第２の出力電圧端子ＴＯ２との間を目標値よりも低い値の安全電圧にする。

【0118】

これにより、本発明の電力変換装置によれば、小型化を図りつつ、運転停止時に直流電圧の平滑化コンデンサに蓄積された電荷を放電するとともに出力電圧を安全電圧に制御することができる。

【0119】

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同様に、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ものである。

【符号の説明】

【0120】

１００ 電力変換装置
ＣＮＴ 制御部
Ｂ バッテリ
Ｌｏａｄ 負荷
ＴＢ１ 第１のバッテリ端子
ＴＢ２ 第２のバッテリ端子
Ｘ ＤＣ／ＤＣコンバータ
ＣＳ 平滑化コンデンサ
ＲＤ 放電抵抗（放電手段）
ＩＤ 検出回路
ＣＳＷ 制御スイッチ素子
ＴＶ１ 第１の直流電圧端子
ＴＶ２ 第２の直流電圧端子
Ｙ ブリッジ回路
ＴＹ１ 第１の変換電圧端子
ＴＹ２ 第２の変換電圧端子
Ｆ ＬＣフィルタ（フィルタ）
ＴＯ１ 第１の出力電圧端子
ＴＯ２ 第２の出力電圧端子
ＳＷ１ 第１のスイッチ素子
ＳＷ２ 第２のスイッチ素子
ＳＷ３ 第３のスイッチ素子
ＳＷ４ 第４のスイッチ素子
Ｌ１ 第１のチョークコイル
Ｌ２ 第２のチョークコイル
ＣＯ 出力コンデンサ
ＶＯ 出力電圧
ＶＹ 変換電圧
ＶＤ 直流電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】