特許 7406520 上アーム駆動回路、電力変換装置の駆動回路、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】

(24)【登録日】2023-12-19

(45)【発行日】2023-12-27

(54)【発明の名称】上アーム駆動回路、電力変換装置の駆動回路、電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 1/08 20060101AFI20231220BHJP

【ＦＩ】

H02M1/08 A

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2021047525

(22)【出願日】2021-03-22

(65)【公開番号】P2022146525

(43)【公開日】2022-10-05

【審査請求日】2023-02-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000233273

【氏名又は名称】株式会社 日立パワーデバイス

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】家坂 聡

(72)【発明者】

【氏名】桜井 健司

【審査官】栗栖 正和

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１３４５９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ １／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力変換装置の上アームスイッチング素子を駆動制御する上アーム駆動回路において、
前記上アームスイッチング素子のゲートに接続された上アームゲート電圧出力配線と、
第１の上アーム駆動回路基準電位配線と、
前記電力変換装置のインバータ出力に接続された上アームゲート電圧基準電位配線と、
前記インバータ出力が基準電位よりも低い所定の電位以下の場合に前記第１の上アーム駆動回路基準電位配線を前記基準電位よりも低い電位に制御する上アーム駆動回路基準電位配線電位制御回路と、
ドレイン側が前記上アームゲート電圧出力配線を介して前記上アームスイッチング素子のゲートに接続され、ソース側が前記上アームゲート電圧基準電位配線を介して前記インバータ出力に接続された第１の上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴと、
ドレイン側が前記第１の上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴのゲートに接続され、ソース側が抵抗を介して前記第１の上アーム駆動回路基準電位配線に接続された第２の上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴと、
を備え、
前記第１の上アーム駆動回路基準電位配線は前記上アーム駆動回路基準電位配線電位制御回路を介して前記基準電位に接続されていることを特徴とする上アーム駆動回路。

【請求項2】

請求項１に記載の上アーム駆動回路において、
前記上アーム駆動回路基準電位配線電位制御回路は、前記インバータ出力が前記所定の電位より大きい場合に前記第１の上アーム駆動回路基準電位配線を前記基準電位と等しいか前記基準電位よりも高い電位に制御することを特徴とする上アーム駆動回路。

【請求項3】

請求項１に記載の上アーム駆動回路において、
前記上アーム駆動回路基準電位配線電位制御回路は、電流を一方向に流す整流器を有することを特徴とする上アーム駆動回路。

【請求項4】

請求項１に記載の上アーム駆動回路において、
前記上アーム駆動回路基準電位配線電位制御回路は、前記基準電位側にカソードが接続され、前記第１の上アーム駆動回路基準電位配線側にアノードが接続された第１のダイオードと、
前記上アームゲート電圧基準電位配線側にカソードが接続され、前記第１の上アーム駆動回路基準電位配線側にアノードが接続された第２のダイオードと、
を有することを特徴とする上アーム駆動回路。

【請求項5】

請求項１に記載の上アーム駆動回路において、
前記上アーム駆動回路基準電位配線電位制御回路は、前記基準電位側に一端が接続され、前記第１の上アーム駆動回路基準電位配線側に他端が接続された抵抗と、
前記上アームゲート電圧基準電位配線側にカソードが接続され、前記第１の上アーム駆動回路基準電位配線側にアノードが接続されたダイオードと、
を有することを特徴とする上アーム駆動回路。

【請求項6】

請求項１に記載の上アーム駆動回路において、
前記上アーム駆動回路基準電位配線電位制御回路は、前記基準電位側に一端が接続され、前記第１の上アーム駆動回路基準電位配線側に他端が接続された第１のスイッチと、
前記上アームゲート電圧基準電位配線側に一端が接続され、前記第１の上アーム駆動回路基準電位配線側に他端が接続された第２のスイッチと、
を有することを特徴とする上アーム駆動回路。

【請求項7】

請求項１に記載の上アーム駆動回路において、
前記上アーム駆動回路基準電位配線電位制御回路は、前記第１の上アーム駆動回路基準電位配線と、前記基準電位および上アームゲート電圧基準電位配線のいずれか一方との接続を切り替え可能な切り替えスイッチを有することを特徴とする上アーム駆動回路。

【請求項8】

請求項１に記載の上アーム駆動回路において、
前記基準電位に接続され、かつ、前記上アーム駆動回路基準電位配線電位制御回路とは接続されていない第２の上アーム駆動回路基準電位配線を有することを特徴とする上アーム駆動回路。

【請求項9】

請求項１に記載の上アーム駆動回路において、
セット信号を出力するセット信号伝達用レベルシフト回路と、
リセット信号を出力するリセット信号伝達用レベルシフト回路と、
前記セット信号伝達用レベルシフト回路からのセット信号を保持することで前記上アームスイッチング素子のオン状態を維持し、または、前記リセット信号伝達用レベルシフト回路からのリセット信号を保持することで前記上アームスイッチング素子のオフ状態を維持するＲＳフリップフロップと、を備え、
前記セット信号伝達用レベルシフト回路および前記リセット信号伝達用レベルシフト回路は、共に前記第１の上アーム駆動回路基準電位配線に接続されていることを特徴とする上アーム駆動回路。

【請求項10】

請求項８に記載の上アーム駆動回路において、
セット信号を出力するセット信号伝達用レベルシフト回路と、
リセット信号を出力するリセット信号伝達用レベルシフト回路と、
前記セット信号伝達用レベルシフト回路からのセット信号を保持することで前記上アームスイッチング素子のオン状態を維持し、または、前記リセット信号伝達用レベルシフト回路からのリセット信号を保持することで前記上アームスイッチング素子のオフ状態を維持するＲＳフリップフロップと、を備え、
前記セット信号伝達用レベルシフト回路は、前記第１の上アーム駆動回路基準電位配線に接続され、
前記リセット信号伝達用レベルシフト回路は、前記第２の上アーム駆動回路基準電位配線に接続されていることを特徴とする上アーム駆動回路。

【請求項11】

電力変換装置の上アームスイッチング素子を駆動制御する上アーム駆動回路において、
前記上アームスイッチング素子のゲートに接続された上アームゲート電圧出力配線と、
第１の上アーム駆動回路基準電位配線と、
前記電力変換装置のインバータ出力に接続された上アームゲート電圧基準電位配線と、
前記インバータ出力が基準電位よりも低い所定の電位以下の場合に前記第１の上アーム駆動回路基準電位配線を前記基準電位よりも低い電位に制御する上アーム駆動回路基準電位配線電位制御回路と、
セット信号を出力するセット信号伝達用レベルシフト回路と、
リセット信号を出力するリセット信号伝達用レベルシフト回路と、
前記セット信号伝達用レベルシフト回路からのセット信号を保持することで前記上アームスイッチング素子のオン状態を維持し、または、前記リセット信号伝達用レベルシフト回路からのリセット信号を保持することで前記上アームスイッチング素子のオフ状態を維持するＲＳフリップフロップと、
を備え、
前記基準電位に接続され、かつ、前記上アーム駆動回路基準電位配線電位制御回路とは接続されていない第２の上アーム駆動回路基準電位配線を有し、
前記第１の上アーム駆動回路基準電位配線は前記上アーム駆動回路基準電位配線電位制御回路を介して前記基準電位に接続されており、
前記セット信号伝達用レベルシフト回路は、前記第１の上アーム駆動回路基準電位配線に接続され、
前記リセット信号伝達用レベルシフト回路は、前記第２の上アーム駆動回路基準電位配線に接続されていることを特徴とする上アーム駆動回路。

【請求項12】

電力変換装置の上アームスイッチング素子を駆動制御する上アーム駆動回路と、
前記電力変換装置の下アームスイッチング素子を駆動制御する下アーム駆動回路と、を備え、
前記上アーム駆動回路は、請求項１から１１のいずれか１項に記載の上アーム駆動回路であることを特徴とする電力変換装置の駆動回路。

【請求項13】

スイッチング素子とそれに逆並列に接続された還流ダイオードにより構成されるアームを上下に有するレグと、
上アームのスイッチング素子を駆動制御する上アーム駆動回路と、
下アームのスイッチング素子を駆動制御する下アーム駆動回路と、を備え、
前記上アーム駆動回路は、請求項１から１１のいずれか１項に記載の上アーム駆動回路であることを特徴とする電力変換装置。

【請求項14】

請求項１３に記載の電力変換装置であって、
前記上アーム駆動回路と前記下アーム駆動回路とが別々の半導体チップに搭載されていることを特徴とする電力変換装置。

【請求項15】

請求項１３に記載の電力変換装置であって、
前記上アーム駆動回路および前記下アーム駆動回路は、１つの半導体チップに搭載されていることを特徴とする電力変換装置。

【請求項16】

請求項１３に記載の電力変換装置であって、
前記レグと前記上アーム駆動回路と前記下アーム駆動回路は、１つの半導体チップに搭載されていることを特徴とする電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置を駆動制御する駆動回路の構成に係り、特に、電力変換装置の上アーム駆動回路に適用して有効な技術に関する。

【背景技術】

【0002】

世界的な環境保全に対する意識の高まりから、省エネルギーに対する要求が一段と高まっており、様々な分野において電力変換装置（インバータ）が広く採用されている。そして、鉄道車両やエアコン等の駆動システムに搭載される電力変換装置（インバータ）では、高性能化、高効率化と共に、高信頼化が重要な課題となっている。

【0003】

一般的な電力変換装置は、スイッチング素子とそれと逆並列に接続された還流ダイオードにより構成されるアームを上下に持つブリッジ回路で構成されており、上アームのスイッチング素子を駆動制御する上アーム駆動回路と、下アームのスイッチング素子を駆動制御する下アーム駆動回路を備えている。

【0004】

本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には、ＩＧＢＴのゲート・エミッタ間にゲート短絡用のＭＯＳＦＥＴを接続し、そのＭＯＳＦＥＴのゲートとＩＧＢＴのコレクタ間にコンデンサを接続することにより、急激に変化する大きな電圧（ｄＶ／ｄｔ）が印加された場合にゲート短絡用のＭＯＳＦＥＴがオンしてＩＧＢＴのゲートを短絡して誤動作を防止する回路構成が開示されている。（引用文献１の段落［００１７］等）
また、特許文献２には、急激に変化する大きな電圧（ｄＶ／ｄｔ）によるノイズ等のように、ＭＯＳＦＥＴ１と２の負荷抵抗３と４に同時に出現するパルス信号をノイズとして無効化することにより、ＲＳラッチ１５及び出力ＩＧＢＴ１７の誤動作を防止する回路構成が開示されている。（特許文献２の段落［００２３］等）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平８－８８５５０号公報

【文献】特開２００５－５１８２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、上述したような一般的な電力変換装置では、上アームのスイッチング素子を駆動制御する上アーム駆動回路の基準電位は、通常、ＧＮＤ（グランド）に接続されており、電力変換装置のインバータ出力の電位が負（マイナス）になったとき、上アーム駆動回路に基準電位以下の電圧が印加され、電流の逆流等により、上アーム駆動回路が誤動作する場合がある。

【0007】

上記特許文献１及び特許文献２のＩＧＢＴ駆動回路は、いずれもＧＮＤ（グランド）を基準電位として構成されており、出力電位が負（マイナス）になった場合に生じる課題やその解決手段については記載されていない。

【0008】

そこで、本発明の目的は、上下アームで構成されるブリッジ回路を有する電力変換装置において、電力変換装置の出力が負電位になった場合でも誤動作することなく、上アームの安定した制御が可能な上アーム駆動回路を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明は、電力変換装置の上アームスイッチング素子を駆動制御する上アーム駆動回路において、前記上アームスイッチング素子のゲートに接続された上アームゲート電圧出力配線と、第１の上アーム駆動回路基準電位配線と、前記電力変換装置のインバータ出力に接続された上アームゲート電圧基準電位配線と、前記インバータ出力が基準電位よりも低い所定の電位以下の場合に前記第１の上アーム駆動回路基準電位配線を前記基準電位よりも低い電位に制御する上アーム駆動回路基準電位配線電位制御回路と、ドレイン側が前記上アームゲート電圧出力配線を介して前記上アームスイッチング素子のゲートに接続され、ソース側が前記上アームゲート電圧基準電位配線を介して前記インバータ出力に接続された第１の上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴと、ドレイン側が前記第１の上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴのゲートに接続され、ソース側が抵抗を介して前記第１の上アーム駆動回路基準電位配線に接続された第２の上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴと、を備え、前記第１の上アーム駆動回路基準電位配線は前記上アーム駆動回路基準電位配線電位制御回路を介して前記基準電位に接続されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、上下アームで構成されるブリッジ回路を有する電力変換装置において、電力変換装置の出力が負電位になった場合でも誤動作することなく、上アームの安定した制御が可能な上アーム駆動回路を実現することができる。

【0011】

これにより、電力変換装置（インバータ）の高信頼化が図れる。

【0012】

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1A】従来の電力変換装置の概略構成を示す図である。（従来技術１）

【図1B】従来の電力変換装置の概略構成を示す図である。（従来技術２）

【図2A】本発明の実施例１に係る電力変換装置の概略構成を示す図である。

【図2B】図２Ａの変形例を示す図である。（変形例１）

【図2C】図２Ｂの変形例を示す図である。（変形例２）

【図3】本発明の実施例２に係る電力変換装置の概略構成を示す図である。

【図4】本発明の実施例３に係る電力変換装置の概略構成を示す図である。

【図5】本発明の実施例４に係る電力変換装置の概略構成を示す図である。

【図6】本発明の実施例５に係る電力変換装置の概略構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。

【実施例1】

【0015】

先ず、図１Ａ及び図１Ｂを参照して、上述した従来の電力変換装置における課題について詳しく説明する。図１Ａ及び図１Ｂは、従来の電力変換装置の概略構成を示す図であり、それぞれ上記特許文献１及び特許文献２に該当する構成を示している。

【0016】

なお、以降で説明する各図においては、下アーム駆動回路を省略している。

【0017】

また、電力変換装置（インバータ）の構成として、スイッチング素子とそれと逆並列に接続された還流ダイオードにより構成されるアームを上下に持つレグが１つだけで構成されているハーフブリッジ回路の例を用いて説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、ハーフブリッジ回路のレグをもう１つ接続して構成したフルブリッジ回路や、さらにもう１つレグを加えた三相フルブリッジ回路を有する電力変換装置に適用することも可能である。

【0018】

≪従来技術１≫
上記特許文献１に示されている従来の電力変換装置１は、図１Ａに示すように、高圧電源７から供給された直流電力を、上アームＩＧＢＴ２及び上アーム還流ダイオード３で構成される上アームと、下アームＩＧＢＴ４及び下アーム還流ダイオード５で構成される下アームとにより交流電力に変換して、インバータ出力８へ出力する。上アームＩＧＢＴ２は、上アーム駆動回路６に接続されており、上アーム駆動回路６により駆動制御される。

【0019】

上アームＩＧＢＴ２のゲートは、上アームゲート電圧出力配線１３を介して、上アーム駆動回路６の上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴ１０のドレイン側に接続されており、上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴ１０のソース側は、上アームゲート電圧基準電位配線１４を介して、インバータ出力８に接続されている。

【0020】

上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴ１０のゲートは、上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴ９のドレイン側に接続されており、上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴ９のソース側は、抵抗１１及び上アーム駆動回路基準電位配線１２を介して、ＧＮＤ（グランド）に接続されている。

【0021】

ここで、上アーム駆動回路基準電位配線１２は、ＧＮＤに接続されており、インバータ出力８の電位が負（マイナス）になったとき、上アーム駆動回路６に基準電位以下の電圧が印加されるため、電流の逆流等により、上アーム駆動回路６が誤動作する場合がある。

【0022】

この誤動作の詳細を説明する。上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴ１０は、上アームＩＧＢＴ２をオフさせるためのＭＯＳＦＥＴであり、上アームＩＧＢＴ２がオフのときのみオンする。上アームＩＧＢＴ２がオンのときは、上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴ１０はオフしている必要がある。そのために、上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴ９をオンさせ、上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴ１０のゲートの電荷を放電し、上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴ１０のゲート電位を下げて、上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴ１０のゲート－ソース間の電圧を０Ｖ以下にする。

【0023】

しかしながら、インバータ出力８の電位がマイナスになると、上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴ９をオンしていても上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴ１０のゲート電位を０Ｖ以下に下げることができないため、ゲート－ソース間に電圧が印加され、上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴ１０がオン（誤動作）してしまう場合がある。

【0024】

≪従来技術２≫
上記特許文献２に示されている従来の電力変換装置１は、図１Ｂに示すように、高圧電源７から供給された直流電力を、上アームＩＧＢＴ２及び上アーム還流ダイオード３で構成される上アームと、下アームＩＧＢＴ４及び下アーム還流ダイオード５で構成される下アームとにより交流電力に変換して、インバータ出力８へ出力する。上アームＩＧＢＴ２は、上アーム駆動回路６に接続されており、上アーム駆動回路６により駆動制御される。

【0025】

上アーム駆動回路６は、抵抗２５及びＭＯＳＦＥＴ２７で構成されるセット信号伝達用レベルシフト回路２９と、抵抗２６及びＭＯＳＦＥＴ２８で構成されるリセット信号伝達用レベルシフト回路３０と、ＮＯＴ回路３１，３２及びＲＳフリップフロップ３３で構成されるハイサイド部回路３４と、を有して構成されている。

【0026】

上アームＩＧＢＴ２のゲートは、上アームゲート電圧出力配線１３を介して、上アーム駆動回路６のＲＳフリップフロップ３３のＱ端子に接続されており、ＮＯＴ回路３１，３２及びＲＳフリップフロップ３３、ハイサイド回路用電源３５は、上アームゲート電圧基準電位配線１４を介して、インバータ出力８に接続されている。

【0027】

ＭＯＳＦＥＴ２７のソース側とＭＯＳＦＥＴ２８のソース側は、ともに上アーム駆動回路基準電位配線１２を介して、ＧＮＤ（グランド）に接続されている。

【0028】

セット信号伝達用レベルシフト回路２９の抵抗２５側の端子、リセット信号伝達用レベルシフト回路３０の抵抗２６側の端子、ハイサイド部回路３４のＮＯＴ回路３１，３２とＲＳフリップフロップ３３には、上アーム駆動回路電源配線２４及び上アームゲート電圧基準電位配線１４を介して、ハイサイド回路用電源３５から直流電力が供給されている。

【0029】

この回路の基本動作を説明する。上アームＩＧＢＴ２をオンする際、セット信号が、セット信号伝達用レベルシフト回路２９とＮＯＴ回路３１を経由してＲＳフリップフロップ３３のＳ端子まで伝達される。ＲＳフリップフロップ３３はセット信号を保持し、これにより上アームＩＧＢＴ２はオンする。

【0030】

ＲＳフリップフロップ３３は、リセット信号が伝達されるまでセット信号を保持し続ける。この期間、上アームＩＧＢＴ２はオン状態を維持する。

【0031】

上アームＩＧＢＴ２をオフする際、リセット信号が、リセット信号伝達用レベルシフト回路３０とＮＯＴ回路３２を経由してＲＳフリップフロップ３３のＲ端子まで伝達される。ＲＳフリップフロップ３３はリセット信号を保持し、これにより上アームＩＧＢＴ２はオフする。

【0032】

ＲＳフリップフロップ３３は、セット信号が伝達されるまでリセット信号を保持し続ける。この期間、上アームＩＧＢＴ２はオフ状態を維持する。

【0033】

本回路構成においても、インバータ出力８の電位が負（マイナス）になったとき、上アーム駆動回路６が誤動作する場合がある。

【0034】

誤動作の具体例としては、インバータ出力８の電位がマイナスになったときに、セット信号を伝達すると、セット信号伝達用レベルシフト回路２９から、ＮＯＴ回路３１への信号伝達ができない場合がある。

【0035】

これは、セット信号伝達用レベルシフト回路２９が”L”信号を出力しても、ＮＯＴ回路３１の基準電位となるインバータ出力８の電位がより低い電位であり”L”信号と認識できないためである。

【0036】

また、他の誤動作の具体例は、インバータ出力８の電位が大きくマイナスとなり、上アーム駆動回路電源配線２４の電位もマイナスとなったときに、セット信号伝達用レベルシフト回路２９とリセット信号伝達用レベルシフト回路３０で、ＧＮＤから上アーム駆動回路基準電位配線１２を介して上アーム駆動回路電源配線２４へ通流する電流の逆流が発生し、回路が異常状態となり、誤動作に至る場合がある。

【0037】

次に、図２Ａから図２Ｃを参照して、本発明の実施例１に係る電力変換装置及び上アーム駆動回路について説明する。図２Ａは、本実施例の電力変換装置１の概略構成を示す図である。図２Ｂは、図２Ａの変形例（変形例１）であり、図２Ｃは、図２Ｂの変形例（変形例２）である。

【0038】

なお、図２Ａは、本発明を上述した従来技術１（図１Ａ）の上アーム駆動回路に適用した構成例であり、図２Ｂ及び図２Ｃは、本発明を上述した従来技術２（図１Ｂ）の上アーム駆動回路に適用した構成例である。

【0039】

本実施例の電力変換装置１は、図２Ａに示すように、高圧電源７から供給された直流電力を、スイッチング素子である上アームＩＧＢＴ２及び上アーム還流ダイオード３で構成される上アームと、スイッチング素子である下アームＩＧＢＴ４及び下アーム還流ダイオード５で構成される下アームとにより交流電力に変換して、インバータ出力８へ出力する。上アームＩＧＢＴ２は、上アーム駆動回路６に接続されており、上アーム駆動回路６により駆動制御される。

【0040】

上アームＩＧＢＴ２のゲートは、上アームゲート電圧出力配線１３を介して、上アーム駆動回路６の上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴ１０のドレイン側に接続されており、上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴ１０のソース側は、上アームゲート電圧基準電位配線１４を介して、インバータ出力８に接続されている。

【0041】

上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴ１０のゲートは、上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴ９のドレイン側に接続されており、上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴ９のソース側は、抵抗１１及び上アーム駆動回路基準電位配線１２、基準電位配線ＧＮＤ接続部１５を介して、基準電位であるＧＮＤ（グランド）に接続されている。また、上アーム駆動回路６は、上アーム駆動回路基準電位配線１２とは別の上アーム駆動回路基準電位配線１７を介して、ＧＮＤ（グランド）に接続されている。

【0042】

上アームゲート電圧基準電位配線１４は、基準電位配線インバータ出力接続部１６を介して上アーム駆動回路基準電位配線１２と接続されている。

【0043】

ここで、本実施例では、上アーム駆動回路基準電位配線１２を、基準電位配線ＧＮＤ接続部１５と基準電位配線インバータ出力接続部１６とに接続している。

【0044】

このため、インバータ出力８の電位が例えば０Ｖ以上の通常時は、基準電位配線ＧＮＤ接続部１５により、上アーム駆動回路基準電位配線１２の電位を、基準電位と等しいか基準電位より高い電位、例えばＧＮＤと略同電位にする。

【0045】

また、インバータ出力８の電位が基準電位よりも低い所定の電位以下、例えばマイナスのときは、基準電位配線インバータ出力接続部１６により、上アーム駆動回路基準電位配線１２の電位を、基準電位よりも低い電位、例えばインバータ出力８と略同電位にする。

【0046】

すなわち、基準電位配線ＧＮＤ接続部１５および基準電位配線インバータ出力接続部１６により上アーム駆動回路基準電位配線電位制御回路を構成し、なおかつ、上アーム駆動回路基準電位配線１２を上アーム駆動回路基準電位配線電位制御回路（基準電位配線ＧＮＤ接続部１５）を介して基準電位に接続することで、上アーム駆動回路基準電位配線電位制御回路はインバータ出力８が基準電位よりも低い所定の電位以下の場合に上アーム駆動回路基準電位配線１２を基準電位よりも低い電位に制御する。

【0047】

この動作により、インバータ出力８の電位がマイナスのときの上アーム駆動回路６の誤動作を防止することができる。

【0048】

なお、図２Ａの例では、上アーム駆動回路６の上アーム駆動回路基準電位配線を、上アーム駆動回路基準電位配線１２（第１の上アーム駆動回路基準電位配線）と上アーム駆動回路基準電位配線１７（第２の上アーム駆動回路基準電位配線）に分けており、上アーム駆動回路基準電位配線１２のみ基準電位配線ＧＮＤ接続部１５と基準電位配線インバータ出力接続部１６とに接続しているが、上アーム駆動回路基準電位配線を分けずに、上アーム駆動回路基準電位配線１２と上アーム駆動回路基準電位配線１７を１つの上アーム駆動回路基準電位配線として構成し、基準電位配線ＧＮＤ接続部１５と基準電位配線インバータ出力接続部１６とに接続してもよい。

【0049】

≪変形例１≫
図２Ｂを用いて、図２Ａの変形例について説明する。

【0050】

なお、図２Ｂの上アーム駆動回路６の構成は、従来技術２（図１Ｂ）で説明した構成と同様であり、詳細な説明は省略する。

【0051】

図２Ｂに示す電力変換装置１では、セット信号伝達用レベルシフト回路２９に接続される上アーム駆動回路基準電位配線とリセット信号伝達用レベルシフト回路３０に接続される上アーム駆動回路基準電位配線をそれぞれ個別にＧＮＤに接続せずに、１つの上アーム駆動回路基準電位配線１２として構成し、基準電位配線ＧＮＤ接続部１５と基準電位配線インバータ出力接続部１６とに接続している。

【0052】

これにより、インバータ出力８の電位がマイナスになったとき、セット信号伝達用レベルシフト回路２９とリセット信号伝達用レベルシフト回路３０の基準電位が、インバータ出力８と略同電位となり、従来技術２で発生する誤動作を防止することができる。

【0053】

≪変形例２≫
図２Ｃを用いて、図２Ｂの変形例について説明する。

【0054】

図２Ｂでは、セット信号伝達用レベルシフト回路２９に接続される上アーム駆動回路基準電位配線とリセット信号伝達用レベルシフト回路３０に接続される上アーム駆動回路基準電位配線を分けずに、１つの上アーム駆動回路基準電位配線１２としているのに対し、図２Ｃでは、セット信号伝達用レベルシフト回路２９に接続される上アーム駆動回路基準電位配線１２と、リセット信号伝達用レベルシフト回路３０に接続される上アーム駆動回路基準電位配線１７に分けて構成している。

【0055】

そして、セット信号伝達用レベルシフト回路２９に接続される上アーム駆動回路基準電位配線１２を、基準電位配線ＧＮＤ接続部１５と基準電位配線インバータ出力接続部１６とに接続している。

【0056】

インバータ出力８の電位がマイナスとなるとき、通常、上アームＩＧＢＴ２はオフしている。

【0057】

そのため、次の信号伝達はセット信号であり、セット信号伝達用レベルシフト回路２９の誤動作を防止すればよいため、リセット信号伝達用レベルシフト回路３０に接続される上アーム駆動回路基準電位配線１７は直接ＧＮＤに接続し、セット信号伝達用レベルシフト回路２９の上アーム駆動回路基準電位配線１２のみ、基準電位配線ＧＮＤ接続部１５と基準電位配線インバータ出力接続部１６に接続することでインバータ出力８と略同電位とし、誤動作を防止している。

【実施例2】

【0058】

図３を参照して、本発明の実施例２に係る電力変換装置及び上アーム駆動回路について説明する。図３は、本実施例の電力変換装置１の概略構成を示す図である。

【0059】

なお、図３の上アーム駆動回路６の構成は、実施例１（図２Ａ）と同様であり、図示及び詳細な説明は省略する。

【0060】

図３に示すように、本実施例の電力変換装置１では、基準電位配線ＧＮＤ接続部１８と基準電位配線インバータ出力接続部１９を、各々ダイオードで構成している。

【0061】

つまり、本実施例では、上アーム駆動回路基準電位配線電位制御回路は、基準電位側にカソードが接続され、上アーム駆動回路基準電位配線１２側にアノードが接続された第１のダイオード（１８）と、上アームゲート電圧基準電位配線１４側にカソードが接続され、上アーム駆動回路基準電位配線１２側にアノードが接続された第２のダイオード（１９）とを有して構成されている。

【0062】

この構成により、インバータ出力８の電位が０Ｖ以上のときは、上アーム駆動回路基準電位配線１２の電位はＧＮＤと略同電位（この例では基準電位よりもダイオードのしきい値分だけ高い電位）となり、インバータ出力８の電位がマイナスのときは、インバータ出力８と略同電位（この例ではインバータ出力８の電位よりもダイオードのしきい値分だけ高い電位）となる。これにより、上アーム駆動回路６の誤動作を防止することができる。

【0063】

なお、ここでは、基準電位配線ＧＮＤ接続部１８と基準電位配線インバータ出力接続部１９にダイオードを用いる例を示しているが、電流を一方向に流す整流器の働きをする素子や回路であれば、ダイオードでなくてもよい。

【実施例3】

【0064】

図４を参照して、本発明の実施例３に係る電力変換装置及び上アーム駆動回路について説明する。図４は、本実施例の電力変換装置１の概略構成を示す図である。

【0065】

図４の上アーム駆動回路６の構成は、実施例１（図２Ａ）と同様であり、図示及び詳細な説明は省略する。

【0066】

図４に示すように、本実施例の電力変換装置１では、基準電位配線ＧＮＤ接続部２０を抵抗で構成し、基準電位配線インバータ出力接続部１９をダイオードで構成している。

【0067】

つまり、本実施例では、上アーム駆動回路基準電位配線電位制御回路は、基準電位側に一端が接続され、上アーム駆動回路基準電位配線１２側に他端が接続された抵抗（２０）と、上アームゲート電圧基準電位配線１４側にカソードが接続され、上アーム駆動回路基準電位配線１２側にアノードが接続されたダイオード（１９）とを有して構成されている。

【0068】

インバータ出力８の電位が０Ｖ以上のときは、上アーム駆動回路６からの電流が基準電位配線ＧＮＤ接続部２０の抵抗に流れる。この電流値の抑制などにより、抵抗の電圧降下を小さくすれば、上アーム駆動回路基準電位配線１２の電位はＧＮＤと略同電位となる。

【0069】

インバータ出力８の電位がマイナスのときは、基準電位配線インバータ出力接続部１９のダイオードの働きにより、上アーム駆動回路基準電位配線１２の電位はインバータ出力８と略同電位となる。

【0070】

これにより、上アーム駆動回路６の誤動作を防止することができる。

【実施例4】

【0071】

図５を参照して、本発明の実施例４に係る電力変換装置及び上アーム駆動回路について説明する。図５は、本実施例の電力変換装置１の概略構成を示す図である。

【0072】

図５の上アーム駆動回路６の構成は、実施例１（図２Ａ）と同様であり、図示及び詳細な説明は省略する。

【0073】

図５に示すように、本実施例の電力変換装置１では、基準電位配線ＧＮＤ接続部２１と基準電位配線インバータ出力接続部２２を、各々スイッチで構成している。

【0074】

これらのスイッチは、リレーのような機械的なスイッチでもよく、半導体スイッチング素子でもよい。

【0075】

つまり、本実施例では、上アーム駆動回路基準電位配線電位制御回路は、基準電位側に一端が接続され、上アーム駆動回路基準電位配線１２側に他端が接続された第１のスイッチ（２１）と、上アームゲート電圧基準電位配線１４側に一端が接続され、上アーム駆動回路基準電位配線１２側に他端が接続された第２のスイッチ（２２）とを有して構成されている。

【0076】

インバータ出力８の電位が０Ｖ以上のときは、基準電位配線ＧＮＤ接続部２１のスイッチをオンし、基準電位配線インバータ出力接続部２２のスイッチをオフすることにより、上アーム駆動回路基準電位配線１２の電位を、ＧＮＤと略同電位（この例では基準電位と等しい電位）にする。

【0077】

インバータ出力８の電位がマイナスのときは、基準電位配線インバータ出力接続部２２のスイッチをオンし、基準電位配線ＧＮＤ接続部２１のスイッチをオフすることにより、上アーム駆動回路基準電位配線１２の電位を、インバータ出力８と略同電位（この例ではインバータ出力８の電位と等しい電位）にする。

【0078】

上記の動作を実現する方法としては、例えば、インバータ出力８の電位を検出する回路により、インバータ出力８が０Ｖ以上かマイナスかを検出し、基準電位配線ＧＮＤ接続部２１と基準電位配線インバータ出力接続部２２のスイッチを制御する方法がある。

【0079】

これにより、上アーム駆動回路６の誤動作を防止することができる。

【実施例5】

【0080】

図６を参照して、本発明の実施例５に係る電力変換装置及び上アーム駆動回路について説明する。図６は、本実施例の電力変換装置１の概略構成を示す図である。

【0081】

図６の上アーム駆動回路６の構成は、実施例１（図２Ａ）と同様であり、図示及び詳細な説明は省略する。

【0082】

実施例４（図５）では、基準電位配線ＧＮＤ接続部２１と基準電位配線インバータ出力接続部２２を、各々個別のスイッチで構成しているのに対し、本実施例の電力変換装置１では、図６に示すように、基準電位配線ＧＮＤ接続部および基準電位配線インバータ出力接続部２３の働きを１つにまとめたスイッチ（C接点やトランスファ接点と呼ばれるスイッチ等）を用いている。

【0083】

つまり、本実施例では、上アーム駆動回路基準電位配線電位制御回路は、上アーム駆動回路基準電位配線１２と、基準電位および上アームゲート電圧基準電位配線１４のいずれか一方との接続を切り替え可能な切り替えスイッチを有して構成されている。

【0084】

本実施例においても、例えば、インバータ出力８の電位を検出する回路により、インバータ出力８が０Ｖ以上かマイナスかを検出し、基準電位配線ＧＮＤ接続部および基準電位配線インバータ出力接続部２３のスイッチを制御することで、上アーム駆動回路６の誤動作を防止することができる。

【0085】

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記の実施例は本発明に対する理解を助けるために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【0086】

例えば、基準電位配線ＧＮＤ接続部を実施例２（図３）のようにダイオードで構成し、基準電位配線インバータ出力接続部を実施例４（図５）のようにスイッチで構成する組み合わせでもよい。

【0087】

また、実施例１の図２Ｂ、図２Ｃで説明した上アーム駆動回路６に対して、上アーム駆動回路基準電位配線電位制御回路を実施例２から実施例５のように構成してもよい。また、上アーム駆動回路６を図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃで説明した構成以外の構成としてもよい。

【0088】

また、本発明は、上アーム駆動回路および下アーム駆動回路を１つの半導体チップに搭載したゲートドライバＩＣとしてもよい。上下アームで構成されるレグと上アーム駆動回路と下アーム駆動回路を１つの半導体チップに搭載した１チップインバータＩＣに適用することも可能である。また、上アーム駆動回路と下アーム駆動回路とが別々の半導体チップに搭載されているとともにこれらをレグと組み合わせたマルチチップ構成のインバータＩＣに適用してもよいし、上アーム駆動回路と下アーム駆動回路とが１つの半導体チップに搭載されているとともにこれをレグと組み合わせたマルチチップ構成のインバータＩＣに適用してもよい。

【符号の説明】

【0089】

１…電力変換装置
２…上アームＩＧＢＴ
３…上アーム還流ダイオード
４…下アームＩＧＢＴ
５…下アーム還流ダイオード
６…上アーム駆動回路
７…高圧電源
８…インバータ出力
９…上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴ
１０…上アーム駆動ＭＯＳＦＥＴ
１１…抵抗
１２…上アーム駆動回路基準電位配線
１３…上アームゲート電圧出力配線
１４…上アームゲート電圧基準電位配線
１５…基準電位配線ＧＮＤ接続部
１６…基準電位配線インバータ出力接続部
１７…上アーム駆動回路基準電位配線
１８…基準電位配線ＧＮＤ接続部
１９…基準電位配線インバータ出力接続部
２０…基準電位配線ＧＮＤ接続部
２１…基準電位配線ＧＮＤ接続部
２２…基準電位配線インバータ出力接続部
２３…基準電位配線ＧＮＤ接続部および基準電位配線インバータ出力接続部
２４…上アーム駆動回路電源配線
２５，２６…抵抗
２７，２８…ＭＯＳＦＥＴ
２９…セット信号伝達用レベルシフト回路
３０…リセット信号伝達用レベルシフト回路
３１，３２…ＮＯＴ回路
３３…ＲＳフリップフロップ
３４…ハイサイド部回路
３５…ハイサイド回路用電源。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】