特許 7387816 駆動回路および電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-17

(45)【発行日】2023-11-28

(54)【発明の名称】駆動回路および電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 1/08 20060101AFI20231120BHJP

   H02M 1/00 20070101ALI20231120BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20231120BHJP

   H03K 17/16 20060101ALI20231120BHJP

   H03K 17/08 20060101ALI20231120BHJP

   H03K 17/695 20060101ALI20231120BHJP

【ＦＩ】

H02M1/08 A

H02M1/00 F

H02M7/48 M

H03K17/16 H

H03K17/08 C

H03K17/695

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022099027

(22)【出願日】2022-06-20

【審査請求日】2022-06-20

(73)【特許権者】

【識別番号】390025265

【氏名又は名称】東芝エレベータ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】高上 遼馬

【審査官】柳下 勝幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１５３００７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１４１６６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０５６９７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０１３２５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ １／０８

Ｈ０２Ｍ １／００

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０３Ｋ １７／１６

Ｈ０３Ｋ １７／０８

Ｈ０３Ｋ １７／６９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

スイッチングデバイスの端子間電圧を検出する第１電圧検出部と、
前記第１電圧検出部から取得した前記端子間電圧の検出値を所定時間遅延させて出力する遅延部と、
前記スイッチングデバイスと巻き上げ機のモータとの間の電力線が接続される、前記モータの端部の電圧を検出する第２電圧検出部と、
前記スイッチングデバイスをオフするときに、前記スイッチングデバイスの制御端子に制御信号を印加する第１および第２駆動部と、
を備え、
前記第１駆動部は、前記第２駆動部よりも高速で前記スイッチングデバイスをオフし、前記遅延部から出力された遅延後の電圧検出値が所定の閾値を超えたときに動作を停止し、
前記第２駆動部は、前記第１電圧検出部により検出された前記端子間電圧が前記スイッチングデバイスに生じるピークサージ電圧の許容値未満の第１の閾値を超えたとき、または前記第２電圧検出部により検出された電圧が前記モータの端部に生じるピークサージ電圧の許容値未満の第２の閾値を超えたときに、前記第１または第２の閾値を超えた電圧が低下するように前記スイッチングデバイスの制御端子に制御信号を印加する、
駆動回路。

【請求項2】

前記スイッチングデバイスの制御端子は、ゲート端子であり、
前記第２駆動部は、前記第１電圧検出部により検出された前記端子間電圧が前記第１の閾値を超えたとき、または前記第２電圧検出部により検出された電圧が前記第２の閾値を超えたときに、前記第１または第２の閾値を超えた電圧が低下するように前記スイッチングデバイスのゲート端子に制御信号を印加することで、前記スイッチングデバイスのゲート抵抗値を調整する、
請求項１に記載の駆動回路。

【請求項3】

前記第２駆動部は、
エレベータの通常運転に先立つ調整運転において、前記第１電圧検出部により検出された前記端子間電圧が前記第１の閾値を超えたときに前記第１の閾値を超えた電圧が低下して前記第１の閾値以下となるように、または前記第２電圧検出部により検出された電圧が前記第２の閾値を超えたときに、前記第２の閾値を超えた電圧が低下して前記第２の閾値以下となるように前記スイッチングデバイスの制御端子に制御信号を印加する、
請求項１に記載の駆動回路。

【請求項4】

エレベータの制御装置に搭載されるスイッチングデバイスの駆動回路であって、
前記スイッチングデバイスの制御端子は、ゲート端子であり、
前記第２駆動部は、
前記エレベータの通常運転に先立つ調整運転において、第１の条件または第２の条件が満たされたときに、前記スイッチングデバイスのゲート抵抗の値を保存し、
前記第１の条件は、前記第１電圧検出部により検出された前記端子間電圧が前記第１の閾値を超えたときに、前記第２駆動部が、前記第１の閾値を超えた電圧が低下するように前記スイッチングデバイスのゲート端子に制御信号を印加して、前記第１の閾値を超えた電圧が低下して前記第１の閾値以下となった条件であり、
前記第２の条件は、前記第２電圧検出部により検出された電圧が前記第２の閾値を超えたときに、前記第２駆動部が、前記第２の閾値を超えた電圧が低下するように前記スイッチングデバイスのゲート端子に制御信号を印加して、前記第２の閾値を超えた電圧が低下して前記第２の閾値以下となった条件であり、
前記第２駆動部は、
前記エレベータの通常運転において、第３の条件または第４の条件が満たされたときに、前記スイッチングデバイスのゲート抵抗の値が前記保存された値に戻るように調整し、
前記第３の条件は、前記第１電圧検出部により検出された前記端子間電圧が前記第１の閾値を超えたときに、前記第２駆動部が、前記第１の閾値を超えた電圧が低下するように前記スイッチングデバイスのゲート端子に制御信号を印加し、前記第１の閾値を超えた電圧が低下して、かつ前記通常運転に先立つ調整運転における前記ゲート端子への前記制御信号の印加前の電圧を下回った条件であり、
前記第４の条件は、前記第２電圧検出部により検出された電圧が前記第２の閾値を超えたときに、前記第２駆動部が、前記第２の閾値を超えた電圧が低下するように前記スイッチングデバイスのゲート端子に制御信号を印加し、前記第２の閾値を超えた電圧が低下して、かつ前記通常運転に先立つ調整運転における前記ゲート端子への前記制御信号の印加前の電圧を下回った条件である、
請求項１に記載の駆動回路。

【請求項5】

請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の駆動回路と、
前記駆動回路から出力される制御信号により動作を制御される前記スイッチングデバイスと、
を備えた電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、駆動回路および電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

エレベータ制御装置に適用されるインバータ装置である電力変換装置には、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)やＭＯＳＦＥＴ(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)などの電力用スイッチングデバイスが搭載されており、この電力用スイッチングデバイスがスイッチング動作を行うことにより、所望の電力変換を行って、エレベータの巻き上げ機のモータに供給している。

【0003】

電力用スイッチングデバイスがターンオフする時には、電力変換装置と巻き上げ機のモータとの間の電力線における、電力変換装置の端部にサージ電圧が発生したり、ターンオフ損失が発生したりする。また、電力変換装置と巻き上げ機のモータとの間の電力線における、巻き上げ機のモータの端部（巻き上げ機の端部と称することもある）にもサージ電圧が発生する。
例えば電力変換装置の端部にて発生したサージ電圧が、電力用スイッチングデバイスの耐電圧値を超過すると、電力用スイッチングデバイスが破壊され、電力変換装置の故障の原因となる。一方で、ターンオフ損失が増大すると、電力用スイッチングデバイスの温度が上昇する。その結果、電力用スイッチングデバイスの温度が温度許容値を超過すると、電力用スイッチングデバイスが破壊され、電力変換装置の故障の原因となる。

【0004】

一般的に、電力用スイッチングデバイスにおけるサージ電圧とターンオフ損失とはトレードオフの関係がある。例えば、電力用スイッチングデバイスのターンオフの速度を緩めると、サージ電圧は低減し、ターンオフ損失は増大する。

【0005】

従来、ＳｉＣ（シリコンカーバイト）などの新材料を適用した電力用スイッチングデバイスを用いることで、電力用スイッチングデバイスのスイッチングスピードを高速化することにより、電力用スイッチングデバイスのターンオフ損失を低減することが提案されている。また、電力用スイッチングデバイスの駆動方法を工夫することにより、ターンオフ損失を低減することも提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１９－２２１０８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記の巻き上げ機のモータの端部におけるサージ電圧は、エレベータの例えば連続運転により巻き上げ機のモータの温度が上昇したり、巻き上げ機のモータが経年劣化したりすることで発生する。

【0008】

ところで、エレベータの各物件では、乗りかごの大きさおよび運転速度が異なるので、巻き上げ機の容量および設置位置が異なり、また、電力変換装置と巻き上げ機との間の電力線に係るパラメータ、例えばインダクタンス特性が、物件ごとにばらつきがあるため、巻き上げ機のモータの端部で発生するサージ電圧は物件ごとに異なる。よって、エレベータの物件ごとに巻き上げ機のモータの端部のサージ電圧の基準を設けて、この基準に基づいて当該サージ電圧を抑制する必要がある。

【0009】

発明が解決しようとする課題は、エレベータで設置される電力変換装置と巻き上げ機のモータのそれぞれにおいて発生するサージ電圧を適切に抑制することが可能な駆動回路および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】

【0010】

実施形態の駆動回路は、スイッチングデバイスの端子間電圧を検出する第１電圧検出部と、前記第１電圧検出部から取得した前記端子間電圧の検出値を所定時間遅延させて出力する遅延部と、前記スイッチングデバイスと巻き上げ機のモータとの間の電力線が接続される、前記モータの端部の電圧を検出する第２電圧検出部と、前記スイッチングデバイスをオフするときに、前記スイッチングデバイスの制御端子に制御信号を印加する第１および第２駆動部と、を備え、前記第１駆動部は、前記第２駆動部よりも高速で前記スイッチングデバイスをオフし、前記遅延部から出力された遅延後の電圧検出値が所定の閾値を超えたときに動作を停止し、前記第２駆動部は、前記第１電圧検出部により検出された前記端子間電圧が前記スイッチングデバイスに生じるピークサージ電圧の許容値未満の第１の閾値を超えたとき、または前記第２電圧検出部により検出された電圧が前記モータの端部に生じるピークサージ電圧の許容値未満の第２の閾値を超えたときに、前記第１または第２の閾値を超えた電圧が低下するように前記スイッチングデバイスの制御端子に制御信号を印加する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、実施形態に係るエレベータ制御装置に設けられる電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。

【図2】図２は、実施形態に係るエレベータ制御装置に設けられるゲート駆動回路の一構成例を概略的に示す図である。

【図3】図３は、図２に示すオフ用低速駆動部とオフ用高速駆動部とにおける抵抗値とサージ電圧との関係を概略的に示す図である。

【図4】図４は、実施形態において、スイッチングデバイスをターンオフする際のゲート駆動回路の動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。

【図5】図５は、実施形態に係るエレベータ制御装置によるゲート抵抗値の初期設定に係る運転の手順の一例を示すフローチャートである。

【図6】図６は、実施形態に係るエレベータ制御装置によるサージ電圧の抑制に係る通常運転の手順の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、実施形態に係るエレベータ制御装置に設けられるゲート駆動回路および電力変換装置について、図面を参照して詳細に説明する。
実施形態に係るエレベータ制御装置は、一般的な例として、例えば駆動系として、三相交流電源、コンバータ装置、平滑コンデンサ、電力変換装置（インバータ装置）、およびエレベータ駆動用のモータを備える。

【0013】

三相交流電源は、商用電源として所定電力の交流電力を供給する。コンバータ装置は、三相交流電源から供給された交流電力を直流電力に変換する。平滑コンデンサは、コンバータ装置の出力電力である直流電力の脈動を平滑化する。電力変換装置はスイッチングデバイス（スイッチング素子とも称される）を搭載しており、このスイッチングデバイスにより、コンバータ装置から平滑コンデンサを介して与えられた直流電力をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により可変周波数可変電圧値の交流電力に変換し、これを駆動電力としてモータに供給する。

【0014】

モータの回転軸にはシーブが取り付けられており、そこに巻き掛けられたロープを介して乗りかごとカウンタウェイトが昇降路内をつるべ式に昇降動作する。モータは、電力変換装置から出力された交流電力で駆動して乗りかごを昇降させる。

【0015】

図１は、実施形態に係るエレベータ制御装置に設けられる電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
図１に示されるように、本実施形態のエレベータ制御装置に設けられる電力変換装置は、複数のスイッチングデバイス１と、各スイッチングデバイスの駆動回路２００と、を備えている。電力変換装置は、コンバータ装置と、エレベータの駆動用のモータ３００との間に接続されている。また、駆動回路２００内はエレベータ制御用のマイコン５００からの制御信号を入力し、各部が動作する。

【0016】

電力変換装置は、例えば、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のレグを備えた三相交流電力変換装置である。各相レグは、高電位側の直流主回路と低電位側の直流主回路との間に接続されている。各相レグは上アームと下アームとを含み、上アームと下アームとの間（交流端）においてモータ３００と電気的に接続されている。

【0017】

上アームと下アームとの各々は、スイッチングデバイス１を備える。スイッチングデバイス１は、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどの電力用スイッチングデバイスであって、駆動回路２００から供給される制御信号により動作を制御される。
駆動回路２００は、エレベータ制御用のマイコン５００から供給されたゲート信号（上位制御信号）および他の複数のスイッチングデバイス１から取得した情報に基づいて、対象のスイッチングデバイス１の動作を制御する。

【0018】

図２は、実施形態に係るエレベータ制御装置に設けられるゲート駆動回路の一構成例を概略的に示す図である。
駆動回路２００は、複数のスイッチングデバイス１の動作を制御する複数のゲート駆動回路２を備えている。図２では、一つのスイッチングデバイス１を制御する一つのゲート駆動回路２の一構成例を概略的に示している。

【0019】

スイッチングデバイス１は例えばＭＯＳＦＥＴである。スイッチングデバイス１は、ゲート端子（制御端子）と、ソース端子（第１端子）と、ドレイン端子（第２端子）と、を備える。上アームのスイッチングデバイス１のソース端子は交流端と電気的に接続され、ドレイン端子は高電位側の直流主回路と電気的に接続されている。下アームのスイッチングデバイス１のソース端子は低電位側の直流主回路と電気的に接続され、ドレイン端子は交流端と電気的に接続されている。スイッチングデバイス１のゲート端子は、ゲート駆動回路２の出力端と電気的に接続されている。スイッチングデバイス１は、ゲート端子に印加されるゲート電圧により、ソース端子とドレイン端子との間が電気的に接続された状態（オン状態）と遮断された状態（オフ状態）とに切り替えられる。

【0020】

なお、スイッチングデバイス１は、上記のＭＯＳＦＥＴに限られず、他の種類の電力用スイッチングデバイスであってもよい。スイッチングデバイス１として例えばＩＧＢＴを適用する場合には、スイッチングデバイス１は、ゲート端子（制御端子）と、エミッタ端子（第１端子）と、コレクタ（第２端子）とを備え、ゲート端子に印加されるゲート電圧（制御信号）により、エミッタ端子とコレクタ端子との間の電気的接続状態（オン又はオフ）が制御される。

【0021】

ゲート駆動回路２は、オン用駆動部４と、オフ用高速駆動部（第１オフ用駆動部）５と、オフ用低速駆動部（第２オフ用駆動部）６と、第１電圧検出部７Ａと、第２電圧検出部７Ｂと、遅延部８と、ゲート抵抗値設定部９と、判定部２１，２２とを備えている。第１電圧検出部７Ａは、スイッチングデバイス１用の電圧検出部であり、第２電圧検出部７Ｂは、モータ３００用の電圧検出部である。ゲート抵抗値設定部９の機能および判定部２１，２２の機能は、エレベータの制御用のマイコン５００が担ってもよい。
オン用駆動部４は、スイッチングデバイス１のゲート端子に電気的に接続されたオン用抵抗器（図示せず）を備える。オン用駆動部４には、エレベータ制御用のマイコン５００からゲート信号が入力される。オン用駆動部４は、例えばゲート信号がオンである期間に動作するよう構成され、オン用抵抗器を介してスイッチングデバイス１をオンする制御信号（ゲート電圧）をゲート端子に印加する。

【0022】

第１電圧検出部７Ａは、スイッチングデバイス１のドレイン‐ソース間電圧（端子間電圧）Ｖｄｓの値を検出し、検出した値を遅延部８へ供給する。この供給は、後述する判定部２１による判定に関わらずなされる。なお、第１電圧検出部７Ａは、ドレイン‐ソース間電圧Ｖｄｓに相当する値を出力してもよい。
また、第２電圧検出部７Ｂは、電力変換装置とモータ３００との間の電力線におけるモータ３００の端部の電圧を検出し、検出した値をオフ用低速駆動部６へ供給する。

【0023】

遅延部８は、第１電圧検出部７Ａから供給された電圧値（若しくは電圧相当値）を、所定時間遅延させてオフ用高速駆動部５へ供給する。遅延部８は、抵抗器１２とコンデンサ１３とによる遅延回路を備え、コンデンサ１３の静電容量Ｃｄと抵抗器１２の抵抗値Ｒｄとの積に応じた時定数分だけ入力値を遅延させることができる。したがって、静電容量Ｃｄと抵抗値Ｒｄとの値を選択することにより、入力値を遅延させる時間を調整することができる。本実施形態では、遅延部８から出力される遅延後のドレイン‐ソース間電圧Ｖｄｓの値は、オフ用高速駆動部５の動作状態（動作又は停止）を切り替えるための信号である。

【0024】

オフ用高速駆動部５は、スイッチングデバイス１のゲート端子に電気的に接続された第１オフ用抵抗器（図示せず）を含む。オフ用高速駆動部５には、エレベータ制御用のマイコン５００からゲート信号が入力され、遅延部８から出力された遅延後のドレイン‐ソース間電圧Ｖｄｓの値が入力される。オフ用高速駆動部５は、例えばゲート信号がオフである期間に、第１オフ用抵抗器を介してスイッチングデバイス１をオフする制御信号（ゲート電圧）をゲート端子に印加するように構成されている。

【0025】

オフ用高速駆動部５は、遅延後のドレイン‐ソース間電圧Ｖｄｓの値が所定の閾値以上となったとき（例えば遅延後のドレイン‐ソース間電圧Ｖｄｓが立ち上がったとき）に、制御信号をゲート端子に印加する動作を停止するように構成されている。

【0026】

換言すると、オフ用高速駆動部５は、ゲート信号がオフとなってから遅延後のドレイン‐ソース間電圧Ｖｄｓが立ち上がるまでの期間において、第１オフ用抵抗器を介してスイッチングデバイス１をオフする制御信号をゲート端子に印加する。

【0027】

オフ用低速駆動部６は、スイッチングデバイス１のゲート端子に電気的に接続された第２オフ用抵抗器（図示せず）を含む。オフ用低速駆動部６には、エレベータ制御用のマイコン５００からゲート信号が入力され、また、第２電圧検出部７Ｂから出力された、モータ３００の端部の電圧が入力される。オフ用低速駆動部６は、例えばゲート信号がオフである期間に、第２オフ用抵抗器を介してスイッチングデバイス１をオフする制御信号をゲート端子に印加する。なお、第２オフ用抵抗器の抵抗値は、第１オフ用抵抗器の抵抗値よりも大きい。

【0028】

図３は、図２に示すオフ用低速駆動部とオフ用高速駆動部とにおける抵抗値とサージ電圧との関係を概略的に示す図である。
オフ用低速駆動部６の第２オフ用抵抗器の抵抗値は、例えば、オフ用低速駆動部６が、スイッチングデバイス１に生じるピークサージ電圧およびモータ３００の端部に生じるピークサージ電圧を許容値未満とできる速度でターンオフを実現するように設定される。この許容値は、スイッチングデバイス１またはモータ３００が故障するときのピークサージ電圧の値である。上記のスイッチングデバイス１に生じるピークサージ電圧は、電力変換装置と巻き上げ機のモータ３００との間における電力変換装置の端部のピークサージ電圧に該当する。オフ用高速駆動部５の第１オフ用抵抗器の抵抗値は、例えば、オフ用高速駆動部５が、オフ用低速駆動部６よりも高速でスイッチングデバイス１をターンオフすることができるように設定されている。

【0029】

このことにより、オフ用低速駆動部６は、スイッチングデバイス１におけるピークサージ電圧およびモータ３００の端部に生じるピークサージ電圧を許容値未満に抑えるように動作することが可能となり、オフ用高速駆動部５は、スイッチングデバイス１におけるターンオフ損失を低減するように動作することが可能となる。

【0030】

次に、上記ゲート駆動回路２の動作の一例について説明する。
図４は、実施形態において、スイッチングデバイスをターンオフする際のゲート駆動回路の動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。
ここでは、ゲート駆動回路２に入力されるゲート信号と、スイッチングデバイス１のドレイン‐ソース間電圧Ｖｄｓおよびゲート‐ソース間電圧Ｖｇｓと、ドレイン電流Ｉｄと、第１電圧検出部７Ａの出力真理値と、遅延部８の出力真理値と、オフ用高速駆動部５の動作状態（動作又は停止）と、オフ用低速駆動部６の動作状態（動作又は停止）との一例を、タイミングチャートで示している。

【0031】

第１電圧検出部７Ａの出力真理値は、例えば、第１電圧検出部７Ａの検出値が所定の閾値未満のときに０となり、所定の閾値以上となるときに１となる値である。本実施形態では、スイッチングデバイス１がオンしているときのドレイン‐ソース間電圧Ｖｄｓの値を所定の閾値とし、ドレイン‐ソース間電圧Ｖｄｓが立ち上がるタイミングで出力真理値が１となるものとする。

【0032】

遅延部８の出力真理値は、遅延部８の出力値が所定の閾値以下のときに０となり、所定の閾値を超えたときに１となる。本実施形態では、スイッチングデバイス１がオンしているときのドレイン‐ソース間電圧Ｖｄｓの値を所定の閾値とし、遅延後のドレイン‐ソース間電圧Ｖｄｓが立ち上がるタイミングで出力真理値が１となるものとする。

【0033】

ゲート信号がオンからオフとなると、オフ用高速駆動部５およびオフ用低速駆動部６が動作状態となり、スイッチングデバイス１のゲート‐ソース間電圧Ｖｇｓが低下し始める。スイッチングデバイス１のゲート‐ソース間電圧Ｖｇｓが所定値まで低下すると、ドレイン‐ソース間電圧Ｖｄｓが立ち上がり、ドレイン電流Ｉｄが低下し始める。
ドレイン‐ソース間電圧Ｖｄｓが立ち上がるタイミングで、第１電圧検出部７Ａの出力真理値が０から１に変化し、第１電圧検出部７Ａから所定の閾値を超えた電圧値が遅延部８に入力される。

【0034】

遅延部８は、第１電圧検出部７Ａから入力された値を所定時間遅延させて出力する。したがって、遅延部８の出力真理値は、第１電圧検出部７Ａの出力真理値が立ち上がるタイミングより所定時間遅れて０から１に変化している。

【0035】

遅延部８の出力真理値が１になるタイミングで、遅延部８の出力値が所定の閾値以上となり、オフ用高速駆動部５が動作状態から停止状態となる。すなわち、スイッチングデバイス１のドレイン‐ソース間電圧Ｖｄｓが所定の閾値を超えてから所定の遅延時間が経過したタイミングまでは、オフ用高速駆動部５とオフ用低速駆動部６とによりスイッチングデバイス１のターンオフ動作が制御される。スイッチングデバイス１のドレイン‐ソース間電圧Ｖｄｓが所定の閾値を超えてから所定の遅延時間が経過したタイミング以降は、オフ用低速駆動部６のみによりスイッチングデバイス１のターンオフ動作が制御される。

【0036】

以上に説明の動作により、スイッチングデバイス１は、ターンオフの初期段階では、オフ用高速駆動部５とオフ用低速駆動部６とにより高速にターンオフするため、ターンオフ損失を低減することができる。スイッチングデバイス１が高温となっているときには、上記のターンオフ損失を低減することで、エレベータの運転時のスイッチングデバイス１の温度を下げることができる。一方、オフ用高速駆動部５が停止状態となった後は、オフ用低速駆動部６のみでスイッチングデバイス１をターンオフするため、スイッチングデバイス１におけるサージ電圧を抑制することができる。

【0037】

本実施形態のゲート駆動回路では、ドレイン‐ソース間電圧Ｖｄｓの立ち上がりを検出し、立ち上がりが検出されたタイミングを起点として所定時間後にオフ用高速駆動部５を停止状態にさせている。このことにより、例えばＳｉＣなどの材料を用いたスイッチングデバイス１がターンオフする際に、高速動作を行っている途中で遅滞なくオフ用高速駆動部５を停止させ、低速動作に移行することができる。

【0038】

一方で、オフ用高速駆動部５を停止するタイミングが早すぎると、スイッチングデバイス１をターンオフする期間において低速駆動期間が長引くこととなり、ターンオフ損失が増大する可能性がある。遅延部８における遅延時間を適切な時間に設定し、オフ用高速駆動部５を停止させることで、スイッチングデバイス１のターンオフ損失を抑制しつつ、サージ電圧を抑制することを実現できる。

【0039】

次に、遅延部８における遅延時間の設定法の一例について説明する。ここでは、電力変換装置の動作条件として、直流電圧（直流主回路間の電圧）がＶｃｃ［Ｖ］、電圧変化率の最大値がｄＶｄｔＭａｘ［Ｖ／ｓ］であるとする。

【0040】

一般的なスイッチングデバイスのターンオフ動作において、ドレイン‐ソース間電圧Ｖｄｓが直流電圧値（スイッチングデバイスのオフ完了時の電圧値）に達すると、ドレイン電流Ｉｄが大幅に低下しはじめる。サージ電圧の大きさは、このときのドレイン電流Ｉｄの変化率に応じた値となる。よって、サージ電圧を確実に抑制するためには、ドレイン‐ソース間電圧Ｖｄｓが直流電圧Ｖｃｃに達する前に、オフ用高速駆動部５を停止状態にすることが好ましい。上記において、ドレイン‐ソース間電圧Ｖｄｓが直流電圧Ｖｃｃに達する時間Ｔｖｃｃは、下記（１）式により算出することができる。
Ｔｖｃｃ＝Ｖｃｃ／ｄＶｄｔＭａｘ （１）

【0041】

さらに実際の電力変換装置においては、第１電圧検出部７Ａ、遅延部８、オフ用高速駆動部５を構成する各部品の動作に固有の遅れが存在する。したがって、電力変換装置を構成する各部品の動作の遅れの総量（各部品の動作の遅れ時間の総和）Ｔｄｅｖｉｃｅを考慮すると、遅延部８の遅延時間Ｔｄが下記（２）式を満たすように設定することにより、ドレイン‐ソース間電圧Ｖｄｓが直流電圧Ｖｃｃに達する前にオフ用高速駆動部５を停止状態にすることができ、サージ電圧を抑制可能となる。
Ｔｄ＜Ｔｖｃｃ－Ｔｄｅｖｉｃｅ＝Ｖｃｃ／ｄＶｄｔＭａｘ－Ｔｄｅｖｉｃｅ （２）

【0042】

また、上記関係を満たす範囲において、遅延部８における遅延量を調整することで、スイッチングデバイス１におけるサージ電圧の抑制とターンオフ損失抑制とのバランスを調整することができる。

【0043】

本実施形態のゲート駆動回路および電力変換装置では、スイッチングデバイスのターンオフ開始時はゲート駆動速度を高くする（低ゲート抵抗値にて駆動する）ことで低損失化をはかり、一方で、スイッチングデバイスの電圧の立ち上がり始めを検出した上で、調整された遅延を持たせた上でゲート速度を低くする（高ゲート抵抗値にて駆動する）ことができる。これにより、スイッチングデバイスにおけるサージ電圧を確実に低減する。

【0044】

図５は、実施形態に係るエレベータ制御装置によるゲート抵抗値の初期設定に係る運転の手順の一例を示すフローチャートである。
ここでは、例えばエレベータの据え付け時または点検作業時における、スイッチングデバイス１に生じるサージ電圧（以下、インバータサージと称することがある）およびモータ３００の端部に生じるサージ電圧（以下、モータサージと称することがある）が、スイッチングデバイス１およびモータ３００が故障する電圧に近づいたときの基準以下となるように、スイッチングデバイス１のゲート抵抗値を初期設定値に調整する運転の手順について説明する。

【0045】

ゲート抵抗値の初期設定にあたり、まず、上記据え付け時または点検作業時において、スイッチングデバイス１のゲート抵抗値を調整する運転である、乗りかごの通常運転に先立つ調整運転がエレベータ制御装置により開始される（Ｓ１１）。
そして、ゲート駆動回路２の第１電圧検出部７Ａにより検出された電圧がスイッチングデバイス１に生じるピークサージ電圧であって、このピークサージ電圧が、上記許容値に近づいたときの閾値（第１の閾値）である基準を超過すると判定部２１により判定されたときは、オフ用低速駆動部６の動作によりスイッチングデバイス１のゲート抵抗値を調整することで、スイッチングデバイス１に生じるピークサージ電圧が上記基準以下となるよう、当該サージ電圧の抑制を図る。

【0046】

また、ゲート駆動回路２の第２電圧検出部７Ｂにより検出された電圧がモータ３００の端部に生じるピークサージ電圧であって、このピークサージ電圧が、上記許容値に近づいたときの閾値（第２の閾値）である基準を超過すると判定部２２により判定されたときは、オフ用低速駆動部６の動作によりスイッチングデバイス１のゲート抵抗値を調整することで、モータ３００の端部に生じるピークサージ電圧が上記基準以下となるよう、当該サージ電圧の抑制を図る（Ｓ１２～Ｓ１４）。

【0047】

スイッチングデバイス１における、上記基準を超えたピークサージ電圧が上記基準以下になったと判定部２１により判定されたとき、または、モータ３００の端部に生じる、上記基準を超えたピークサージ電圧が上記基準以下になったと判定部２２により判定されたときは（Ｓ１３のＮＯ）、ゲート抵抗値設定部９は、上記Ｓ１４により調整されたゲート抵抗値を、例えばスイッチングデバイス１のゲート‐ソース間電圧及びゲート電流に基づいて測定し、この測定結果をスイッチングデバイス１のゲート抵抗の初期設定値として、ゲート抵抗値設定部９の内部メモリに保存する。この保存後に調整運転が終了し、ゲート抵抗値の初期設定が終了する（Ｓ１５）。

【0048】

図６は、実施形態に係るエレベータ制御装置によるサージ電圧の抑制に係る通常運転の手順の一例を示すフローチャートである。
ここでは、上記調整運転による、スイッチングデバイス１のゲート抵抗値の初期設定が終了した後の通常運転であって、この運転において生じる、スイッチングデバイス１のピークサージ電圧、およびモータ３００のピークサージ電圧が許容値以下となるように抑制する運転について説明する。

【0049】

通常運転にあたり、スイッチングデバイス１またはモータ３００の温度上昇または経年劣化により、スイッチングデバイス１またはモータ３００のピークサージ電圧が変化し、ゲート駆動回路２の第１電圧検出部７Ａにより検出された電圧がスイッチングデバイス１におけるピークサージ電圧であって、このピークサージ電圧が、上記許容値に近づいたときの基準を超過すると判定部２１により判定されたときは、オフ用低速駆動部６の動作によりスイッチングデバイス１のゲート抵抗値を調整することで、スイッチングデバイス１におけるピークサージ電圧が上記基準以下となるよう、当該サージ電圧の抑制を図る。

【0050】

また、ゲート駆動回路２の第２電圧検出部７Ｂにより検出された電圧がモータ３００の端部におけるピークサージ電圧であって、このピークサージ電圧が、上記許容値に近づいたときの基準を超過すると判定部２２により判定されたときは、オフ用低速駆動部６の動作によりスイッチングデバイス１のゲート抵抗値を調整することで、モータ３００の端部におけるピークサージ電圧が上記基準以下となるよう、当該サージ電圧の抑制を図る（Ｓ２１～Ｓ２３）。Ｓ２３の後はＳ２１に戻る。

【0051】

スイッチングデバイス１における、上記基準を超えたピークサージ電圧が上記基準以下になったと判定部２１により判定されたとき、または、モータ３００の端部における、上記基準を超えたピークサージ電圧が上記基準以下となったと判定部２２により判定されたときは（Ｓ２２のＮＯ）、上記Ｓ２３により低下して、ゲート駆動回路２の第１電圧検出部７Ａにより検出された、スイッチングデバイス１におけるピークサージ電圧、またはゲート駆動回路２の第２電圧検出部７Ｂにより検出された、モータ３００におけるピークサージ電圧が、上記調整運転におけるゲート抵抗値の調整前に検出された、すなわち調整運転の開始時に検出されたピークサージ電圧より低いときは、スイッチングデバイス１のゲート抵抗値が、上記調整運転におけるＳ１５でゲート抵抗値設定部９により設定された初期設定値に戻るように、オフ用低速駆動部６の動作により調整する（Ｓ２４～Ｓ２６）。Ｓ２６の後はＳ２１に戻る。

【0052】

また、上記検出されたピークサージ電圧が、上記調整運転における調整前に検出された、すなわち調整運転の開始時に検出されたピークサージ電圧以上であるとき（Ｓ２５のＮＯ）はＳ２１に戻る。

【0053】

以上説明した実施形態によれば、エレベータに設けられる電力変換装置のスイッチングデバイスで生じるピークサージ電圧および巻き上げ機のモータの端部で生じるピークサージ電圧が基準以下となるようにスイッチングデバイスのゲート抵抗値が調整される。この調整により、スイッチングデバイスと巻き上げ機のモータの間のパラメータ、例えばインダクタンス特性が可変的に調整され得る。したがって、上記実施形態に係るエレベータ制御装置をエレベータの各物件に適用し、このエレベータの各物件で設置される電力変換装置と巻き上げ機との間の電力線における、電力変換装置の端部と、巻き上げ機のモータの端部のそれぞれにおいて発生するサージ電圧を適切に抑制することができる。

【0054】

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。

【符号の説明】

【0055】

１…スイッチングデバイス、２…ゲート駆動回路、４…オン用駆動部、５…オフ用高速駆動部、６…オフ用低速駆動部、７Ａ…第１電圧検出部、７Ｂ…第２電圧検出部、８…遅延部、９…ゲート抵抗値設定部、１２…抵抗器、１３…コンデンサ、２１，２２…判定部、２００…駆動回路、３００…モータ、５００…エレベータ制御用のマイコン。

【要約】

【課題】エレベータで設置される電力変換装置と巻き上げ機のモータのそれぞれにおいて発生するサージ電圧を適切に抑制する。
【解決手段】実施形態に係る駆動回路は、スイッチングデバイスの端子間電圧を検出する第１電圧検出部と、前記スイッチングデバイスと巻き上げ機のモータとの間の電力線が接続される、前記モータの端部の電圧を検出する第２電圧検出部と、前記スイッチングデバイスをオフするときに、前記スイッチングデバイスの制御端子に制御信号を印加する駆動部と、を備え、前記駆動部は、前記第１電圧検出部により検出された前記端子間電圧が第１の閾値を超えたとき、または前記第２電圧検出部により検出された電圧が第２の閾値を超えたときに、前記第１または第２の閾値を超えた電圧が低下するように前記スイッチングデバイスの制御端子に制御信号を印加する。
【選択図】 図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】