特許 7591698 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】2024-11-21

(45)【発行日】2024-11-29

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20241122BHJP

   H02M 1/08 20060101ALI20241122BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 L

H02M1/08 C

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2024508888

(86)(22)【出願日】2022-03-23

(86)【国際出願番号】 JP2022013476

(87)【国際公開番号】W WO2023181166

(87)【国際公開日】2023-09-28

【審査請求日】2024-02-19

(73)【特許権者】

【識別番号】324003048

【氏名又は名称】三菱電機モビリティ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】藤原 一真

【審査官】冨永 達朗

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１０３１８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－４０４７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／００２６６６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－３５９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００７６７５２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０２Ｍ １／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ブリッジ接続されたパワー半導体素子を有し、スイッチを介して直流電源と接続された電力変換回路と、
前記電力変換回路の電源ラインと接地ラインとの間に接続された平滑用コンデンサと、
複数のチャージポンプコンデンサを有するチャージポンプ回路と、
前記チャージポンプ回路により生成された電力を利用して、前記パワー半導体素子を駆動する駆動回路と、
前記平滑用コンデンサの電圧を検出する電圧検出回路と、
制御回路と、
を備え、
前記チャージポンプ回路は、前記複数のチャージポンプコンデンサのうち少なくとも１つのチャージポンプコンデンサを前記電源ラインと前記接地ラインとに交互に接続させる動作を実行可能であり、
前記制御回路は、
前記スイッチが開状態になった後に、前記少なくとも１つのチャージポンプコンデンサが前記電源ラインと前記接地ラインとに交互に接続される放電動作を前記チャージポンプ回路に実行させ、
前記平滑用コンデンサの電圧が閾値電圧以下になった場合、又は、前記放電動作が開始されてからの経過時間が閾値時間を超えた場合、前記チャージポンプ回路の前記放電動作を停止させるように構成されている電力変換装置。

【請求項2】

前記駆動回路は、反転型のレベルシフト回路を有しており、
前記レベルシフト回路は、前記チャージポンプ回路の出力段と前記接地ラインとの間に直列に接続されたスイッチング素子及びプルアップ抵抗を有しており、
前記パワー半導体素子が遮断状態にある場合には、前記スイッチング素子が導通状態となる請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記制御回路は、前記経過時間が前記閾値時間を超えても前記平滑用コンデンサの電圧が前記閾値電圧以下にならない場合、前記スイッチが故障していると判定する請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記制御回路は、前記放電動作が開始される前の前記平滑用コンデンサの電圧と、前記チャージポンプ回路及び前記駆動回路において消費される負荷電流と、前記閾値電圧と、に基づいて、前記閾値時間を算出する請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記電圧検出回路は、前記制御回路と前記平滑用コンデンサとの間に直列に接続された抵抗器を有している請求項１～請求項４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】

本開示は、平滑用コンデンサを有する電力変換装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、発電電動機駆動装置が記載されている。この発電電動機駆動装置は、発電電動機、キャパシタ、ドライバ、昇圧器及びコントローラを有している。コントローラは、指示が入力されると放電制御を行う。放電制御において、コントローラは、昇圧器及びドライバを作動させ、発電電動機を負荷として、キャパシタに蓄電された電力を放電させる制御を行う。キャパシタの端子間電圧がしきい値に達すると、コントローラは、昇圧器のスイッチング素子を継続してオンにして、キャパシタを含む閉回路を形成する。これにより、キャパシタに蓄電された電力が放電され、キャパシタの端子間電圧が零レベル近くの電圧値に達する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５５２９３９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の発電電動機駆動装置では、昇圧器のインバータ回路の駆動により、キャパシタの電荷が放電される。このため、キャパシタの電荷を放電する際には、インバータ回路を構成する複数の半導体素子と、発電電動機の負荷とがいずれも正常状態である必要がある。したがって、これらの半導体素子及び発電電動機のいずれか１つでも異常状態になると、キャパシタの電荷を放電できなくなってしまうという課題があった。

【0005】

本開示は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、平滑用コンデンサの残留電荷をより確実に放電できる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】

【0006】

本開示に係る電力変換装置は、ブリッジ接続されたパワー半導体素子を有し、スイッチを介して直流電源と接続された電力変換回路と、前記電力変換回路の電源ラインと接地ラインとの間に接続された平滑用コンデンサと、複数のチャージポンプコンデンサを有するチャージポンプ回路と、前記チャージポンプ回路により生成された電力を利用して、前記パワー半導体素子を駆動する駆動回路と、前記平滑用コンデンサの電圧を検出する電圧検出回路と、制御回路と、を備え、前記チャージポンプ回路は、前記複数のチャージポンプコンデンサのうち少なくとも１つのチャージポンプコンデンサを前記電源ラインと前記接地ラインとに交互に接続させる動作を実行可能であり、前記制御回路は、前記スイッチが開状態になった後に、前記少なくとも１つのチャージポンプコンデンサが前記電源ラインと前記接地ラインとに交互に接続される放電動作を前記チャージポンプ回路に実行させ、前記平滑用コンデンサの電圧が閾値電圧以下になった場合、又は、前記放電動作が開始されてからの経過時間が閾値時間を超えた場合、前記チャージポンプ回路の前記放電動作を停止させるように構成されている。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、平滑用コンデンサの残留電荷をより確実に放電させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１に係る電力変換装置の概略構成を示す図である。

【図2】実施の形態１に係る電力変換装置における放電動作を説明する図である。

【図3】実施の形態１に係る電力変換装置における放電処理の流れ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】

【0009】

実施の形態１．
実施の形態１に係る電力変換装置について説明する。図１は、本実施の形態に係る電力変換装置の概略構成を示す図である。本実施の形態では、車両向けの機電一体型発電電動機に用いられる電力変換装置１４を例に挙げて説明する。

【0010】

図１に示すように、電力変換装置１４は、電力変換回路７、チャージポンプ回路８、駆動回路６、制御回路１０及び電圧検出回路１１を備えている。電力変換装置１４は、発電電動機１２を動作させるように構成されている。発電電動機１２は、自動車用補機となる機電一体型発電電動機の回転機部分である。

【0011】

電力変換回路７は、電源ライン１ａ及び第１スイッチ３を介して第１直流電源１に接続されている。第１直流電源１は、電力変換装置１４の外部に設けられている。第１スイッチ３は、電源ライン１ａに設けられている。第１スイッチ３は、電子制御装置（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１３の指令に基づき開閉動作を行う。第１スイッチ３が閉状態になると、第１直流電源１から電源ライン１ａを介して電力変換回路７に直流電力が供給される。第１スイッチ３が開状態になると、第１直流電源１から電力変換回路７への電力供給が遮断される。

【0012】

電力変換回路７は、複数のパワー半導体素子９を有している。複数のパワー半導体素子９は、電源ライン１ａと接地ライン１ｂとの間にブリッジ接続されている。電力変換回路７は、各パワー半導体素子９のスイッチング動作によって、必要な出力電力を生成するように構成されている。電動機駆動時には、電力変換回路７は、第１直流電源１から供給される直流電力を交流に変換する。変換された交流電力は、発電電動機１２に供給される。発電時には、電力変換回路７は、発電電動機１２から供給される交流電力を整流し、直流に変換する。

【0013】

駆動回路６は、制御回路１０の指令に基づき、電力変換回路７の複数のパワー半導体素子９を駆動するように構成されている。駆動回路６は、発電電動機１２の相毎に設けられている。

【0014】

電源ライン１ａと接地ライン１ｂとの間には、平滑用コンデンサ５が接続されている。平滑用コンデンサ５は、電力変換時に発生するリップル電圧を平滑化する機能を有している。平滑用コンデンサ５には、等価直列抵抗（ＥＳＲ：Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）が低く、かつ静電容量が比較的大きいコンデンサが用いられるのが好ましい。例えば、平滑用コンデンサ５には、電解コンデンサ等が用いられる。

【0015】

チャージポンプ回路８は、パワー半導体素子９の駆動用電力を生成するように構成されている。チャージポンプ回路８は、コンデンサ、ダイオード及びスイッチが組み合わされた構成を有している。チャージポンプ回路８では、スイッチが電源側と接地側とに交互に切り替えられることによって、下端電圧が持ち上げられ、出力電圧が昇圧される。チャージポンプ回路８により生成された駆動用電力は、駆動回路６を介して各パワー半導体素子９に供給される。

【0016】

チャージポンプ回路８は、ローサイドチャージポンプコンデンサ８ｂ、ハイサイドチャージポンプコンデンサ８ａ、チャージポンプ駆動回路８ｃ、スイッチ８ｄ及びスイッチ８ｅを有している。

【0017】

スイッチ８ｄは、ハイサイドチャージポンプコンデンサ８ａに対応して設けられている。スイッチ８ｅは、ローサイドチャージポンプコンデンサ８ｂに対応して設けられている。各スイッチ８ｄ、８ｅの動作は、チャージポンプ駆動回路８ｃによって切り替えられる。

【0018】

ローサイドチャージポンプコンデンサ８ｂは、スイッチ８ｅが電源側に切り替えられると、電源ライン１ｃに接続される。電源ライン１ｃには、第２直流電源２から制御電源生成回路１５を介して電力が供給される。第２直流電源２と制御電源生成回路１５との間には、第２スイッチ４が設けられている。第２スイッチ４は、ＥＣＵ１３の指令に基づき開閉動作を行う。第２スイッチ４が閉状態になると、第２直流電源２から制御電源生成回路１５を介して制御回路１０及び電源ライン１ｃに電力が供給される。第２スイッチ４が開状態になると、制御回路１０及び電源ライン１ｃへの電力供給が遮断される。ローサイドチャージポンプコンデンサ８ｂは、スイッチ８ｅが接地側に切り替えられると、接地ライン１ｂに接続される。

【0019】

ハイサイドチャージポンプコンデンサ８ａは、スイッチ８ｄが電源側に切り替えられると、電源ライン１ａに接続される。電源ライン１ａには、第１直流電源１から電力が供給される。ハイサイドチャージポンプコンデンサ８ａは、スイッチ８ｄが接地側に切り替えられると、接地ライン１ｂに接続される。

【0020】

このように、チャージポンプ回路８は、ローサイドチャージポンプコンデンサ８ｂ及びハイサイドチャージポンプコンデンサ８ａのそれぞれを電源ラインと接地ラインとに交互に接続させる動作を実行可能である。ローサイドチャージポンプコンデンサ８ｂ及びハイサイドチャージポンプコンデンサ８ａのそれぞれが電源ラインと接地ラインとに交互に接続されることにより、出力電圧が昇圧される。

【0021】

ハイサイドでは、ローサイドで昇圧された出力電圧と、電源ライン１ａの電圧と、が加算された電圧が出力される。ハイサイドの出力は、駆動回路６を介して、上アームのパワー半導体素子９に駆動用電力として供給される。ローサイドの出力は、駆動回路６を介して、下アームのパワー半導体素子９に駆動用電力として供給される。

【0022】

チャージポンプ動作に用いられるローサイドチャージポンプコンデンサ８ｂ及びハイサイドチャージポンプコンデンサ８ａでは、電荷を高速に出し入れできることが望ましい。このため、ローサイドチャージポンプコンデンサ８ｂ及びハイサイドチャージポンプコンデンサ８ａのそれぞれには、ＥＳＲが低くかつ等価直列インダクタンス（ＥＳＬ：Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ）が低いコンデンサが用いられるのが好ましい。例えば、ローサイドチャージポンプコンデンサ８ｂ及びハイサイドチャージポンプコンデンサ８ａのそれぞれには、セラミックコンデンサ等が用いられる。

【0023】

第２直流電源２の変動による影響を緩和するため、チャージポンプ回路８を含む制御用の各回路には、制御電源生成回路１５を介して電力が供給されるのが好ましい。制御電源生成回路１５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ、リニアレギュレータなどにより構成されている。

【0024】

制御回路１０は、電力変換装置１４の各機能を制御するように構成されている。制御回路１０は、主に、第２直流電源２から制御電源生成回路１５を介して供給される電力により動作する。制御回路１０は、例えばマイクロコンピュータＩＣを中心として構成されている。制御回路１０は、車両側に搭載される上位のＥＣＵ１３と通信する。制御回路１０は、ＥＣＵ１３からの動作要求に応じて、チャージポンプ回路８の動作許可判定、駆動回路６の駆動制御回路６ａへの指令などを実行する。

【0025】

チャージポンプ回路８及び駆動回路６は、ドライバＩＣのような１つのＩＣにより実現される機能であってもよい。チャージポンプ回路８及び駆動回路６のそれぞれの機能に対して、動作の許可及び非許可を行うことができる手段が備えられていればよい。

【0026】

ＥＣＵ１３は、主に、車両の各センサ情報を集約して統合制御する役割を持っている。ＥＣＵ１３は、第１スイッチ３及び第２スイッチ４の開閉動作を指令する機能を有している。車両が停止した際には、車両メンテナンス時の安全確保、及び暗電流によるバッテリ上がり防止のため、第１スイッチ３及び第２スイッチ４はいずれも開状態に制御されるのが好ましい。ＥＣＵ１３と制御回路１０との間の通信では、第１スイッチ３及び第２スイッチ４のそれぞれの開閉状態を含む車両側の状態の情報、及び電力変換装置１４の状態の情報が相互にやりとりされる。

【0027】

第１直流電源１及び第２直流電源２のそれぞれには、鉛蓄電池、二次電池、燃料電池、キャパシタ等の各種蓄電デバイスを適用することができる。第１直流電源１及び第２直流電源２は、同電圧系である。あるいは、相対的に大きい電力を必要とする第１直流電源１の電圧は、第２直流電源２の電圧よりも高くなっている。第１直流電源１及び第２直流電源２の電圧が異なると、内部絶縁が必要になる場合がある。放電を必要とする平滑用コンデンサ５及びチャージポンプ回路８の接地系が同一であれば、種々の対応により内部絶縁を行うことができる。例えば、制御電源生成回路１５において絶縁電源を使用したり、制御回路１０等の弱電系と、チャージポンプ回路８及び駆動回路６等の強電系と、の間の絶縁処理を行ったりすることにより、内部絶縁を行うことができる。

【0028】

電圧検出回路１１は、第１直流電源１の電源ライン１ａの電圧を検出するように構成されている。電圧検出回路１１は、センサの１つである。制御回路１０が動作している間は、電圧検出回路１１により平滑用コンデンサ５の残留電圧を監視することができる。

【0029】

図２は、本実施の形態に係る電力変換装置における放電動作を説明する図である。図２のチャージポンプ回路８は、図１のチャージポンプ回路８と同等の接続構成を有している。図１において、ローサイドチャージポンプコンデンサ８ｂは、スイッチ８ｅによって電源ライン１ｃと接地ライン１ｂとに交互に接続される。電源ライン１ｃは、制御電源生成回路１５を介して第２直流電源２に接続されている。ハイサイドチャージポンプコンデンサ８ａは、スイッチ８ｄによって電源ライン１ａと接地ライン１ｂとに交互に接続される。電源ライン１ａは、平滑用コンデンサ５に接続されている。これらに基づき、図２のチャージポンプ回路８は、可変直流電源及び可変コンデンサを用いて模式的に表されている。

【0030】

駆動回路６は、プッシュプル回路６ｂと、反転型のレベルシフト回路６ｃと、を有している。プッシュプル回路６ｂは、コンプリメンタリのトランジスタ等が２段接続されることにより構成されている。プッシュプル回路６ｂは、パワー半導体素子９を駆動するために電流を増幅する。図２に示す例では、パワー半導体素子９は、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。また、プッシュプル回路６ｂでは、上段のトランジスタにＮＰＮ型のバイポーラトランジスタが適用されており、下段のトランジスタにＰＮＰ型のバイポーラトランジスタが適用されている。

【0031】

プッシュプル回路６ｂにおいて、上段のトランジスタのコレクタは、ハイサイドチャージポンプコンデンサ８ａの出力段に接続されている。下段のトランジスタのコレクタは、パワー半導体素子９のソース端子に接続されている。上段及び下段の各トランジスタのエミッタ同士が接続された中点は、プッシュプル回路６ｂの出力段となる。プッシュプル回路６ｂの出力段は、ゲート抵抗を介して、パワー半導体素子９のゲート端子に接続されている。

【0032】

プッシュプル回路６ｂにＨｉ信号が入力されると、上段のＮＰＮトランジスタが導通し、プッシュ動作によってパワー半導体素子９にゲート電圧が印加される。これにより、パワー半導体素子９は導通状態となる。プッシュプル回路６ｂにＬｏ信号が入力されると、下段のＰＮＰトランジスタが導通し、プル動作によってパワー半導体素子９のゲート及びソースが同電位となる。これにより、パワー半導体素子９は遮断状態となる。

【0033】

レベルシフト回路６ｃは、プルアップ抵抗１６及びスイッチング素子１７を有している。プルアップ抵抗１６は、ハイサイドチャージポンプコンデンサ８ａの出力段に接続されている。スイッチング素子１７は、プルアップ抵抗１６と接地ライン１ｂとの間に直列に接続されている。レベルシフト回路６ｃの出力は、ベース抵抗を介してプッシュプル回路６ｂに入力される。

【0034】

スイッチング素子１７が導通したときには、プッシュプル回路６ｂはプル動作となり、パワー半導体素子９は遮断状態となる。スイッチング素子１７が遮断されたときには、プッシュプル回路６ｂはプッシュ動作となり、パワー半導体素子９は導通状態となる。

【0035】

したがって、電力変換回路７の動作が停止しているときには、スイッチング素子１７が導通状態になり、プルアップ抵抗１６が対地接続される。したがって、ハイサイドチャージポンプコンデンサ８ａの電荷は、プルアップ抵抗１６を介して消費される。

【0036】

さらに、スイッチ８ｄが電源側に切り替えられたとき、ハイサイドチャージポンプコンデンサ８ａには、消費された分の電荷が平滑用コンデンサ５から供給される。第１スイッチ３は開状態であるため、平滑用コンデンサ５には、第１直流電源１から電荷は供給されない。このため、平滑用コンデンサ５は、充電されることなく放電し続ける。これにより、平滑用コンデンサ５のコンデンサ電圧が低下していく。このように、本実施の形態では、チャージポンプ回路８の放電動作によって、平滑用コンデンサ５の残留電荷が放電される。

【0037】

ここで、電圧検出回路１１は、図２に示すように、分圧するための抵抗器１１ａを有することが好ましい。抵抗器１１ａは、制御回路１０と平滑用コンデンサ５との間に直列に接続される。これにより、放電処理の終了後に制御回路１０の動作停止処理が実施された場合においても、平滑用コンデンサ５の電荷は、抵抗器１１ａを介して消費される。したがって、平滑用コンデンサ５の残留電荷をより完全に放電させることができる。

【0038】

本実施の形態では、パワー半導体素子９が停止している状態においてチャージポンプ回路８の動作を継続することにより、平滑用コンデンサ５の電荷を放電させることができる。このため、電力変換回路７又は発電電動機１２が仮に異常状態であったとしても、平滑用コンデンサ５の電荷を放電させることができる。電力変換回路７又は発電電動機１２に異常がある状態でパワー半導体素子９を動作させた場合、電源短絡などにより大電流が発生してしまうおそれがある。これに対し、本実施の形態では、電力変換回路７を動作させずに放電できるため、平滑用コンデンサ５の電荷をより安全に放電させることができる。

【0039】

次に、本実施の形態に係る電力変換装置における放電処理の手順について説明する。図３は、本実施の形態に係る電力変換装置における放電処理の流れを示すフローチャートである。図３に示す放電処理は、電力変換装置１４の動作が停止するときに、制御回路１０によって実行される。

【0040】

まず、図３のステップＳ１０１では、制御回路１０は、上位のＥＣＵ１３からの通知に基づき、第１スイッチ３が開状態であるか否かを判定する。第１スイッチ３が開状態である場合には、ステップＳ１０２以降の処理が実行される。第１スイッチ３が閉状態である場合には、ステップＳ１０１の処理が繰り返される。なお、制御回路１０は、ＥＣＵ１３からの通知を受けたときにステップＳ１０１の処理を開始するようにしてもよい。

【0041】

ステップＳ１０２では、制御回路１０は、駆動制御回路６ａに停止信号を出力する。これにより、駆動回路６による電力変換回路７の駆動が停止し、電力変換回路７が動作を停止する。なお、制御回路１０は、ステップＳ１０２の処理に代えて、駆動回路６が停止状態になっていることを確認する処理を行ってもよい。

【0042】

次に、ステップＳ１０３では、制御回路１０は、閾値時間Ｔｔｈを算出する。ステップＳ１０３の処理の詳細については後述する。

【0043】

次に、ステップＳ１０４では、制御回路１０は、チャージポンプ回路８の動作を許可する動作許可信号をチャージポンプ回路８に出力する。これにより、ステップＳ１０５では、チャージポンプ回路８の放電動作が実行される。平滑用コンデンサ５の残留電荷は、チャージポンプ回路８の放電動作によって徐々に放電される。すなわち、本実施の形態では、電力変換装置１４の通常動作で使用される回路機能を利用して、平滑用コンデンサ５の放電が可能となる。本実施の形態では、放電回路を別途設ける必要がないため、電力変換装置１４の構成を簡素化できる。

【0044】

次に、ステップＳ１０６では、制御回路１０は、チャージポンプ回路８の放電動作が開始されてからの経過時間Ｔが閾値時間Ｔｔｈを超えたか否かを判定する。経過時間Ｔが閾値時間Ｔｔｈを超えた場合には、ステップＳ１０７の処理が実行される。経過時間Ｔが閾値時間Ｔｔｈ以下である場合には、チャージポンプ回路８の放電動作が継続される。

【0045】

ステップＳ１０７では、制御回路１０は、平滑用コンデンサ５の電圧Ｖｃｏｎが閾値電圧Ｖｔｈ以下であるか否かを判定する。電圧Ｖｃｏｎは、電圧検出回路１１により検出されている。閾値電圧Ｖｔｈは、あらかじめ設定されている。電圧Ｖｃｏｎが閾値電圧Ｖｔｈ以下である場合には、ステップＳ１０８の処理が実行される。一方、電圧Ｖｃｏｎが閾値電圧Ｖｔｈよりも大きい場合には、ステップＳ１０９の処理が実行される。

【0046】

ステップＳ１０８では、制御回路１０は、チャージポンプ回路８の動作を停止させる動作停止信号をチャージポンプ回路８に出力する。これにより、チャージポンプ回路８の放電動作が停止する。

【0047】

ステップＳ１０９では、制御回路１０は、第１スイッチ３が故障していると判定する。第１スイッチ３の故障には、第１スイッチ３に関わる制御系統の故障も含まれる。すなわち、経過時間Ｔが閾値時間Ｔｔｈを超えても電圧Ｖｃｏｎが閾値電圧Ｖｔｈ以下にならない場合、第１スイッチ３が固着しているか、又は、ＥＣＵ１３により第１スイッチ３を正常に制御できていないことが推定される。制御回路１０は、第１スイッチ３が故障していると判定した場合、その旨の情報を例えばＥＣＵ１３に通知する。これにより、車両に設けられている警告灯などにより、第１スイッチ３の故障を使用者に報知することが可能となる。

【0048】

本実施の形態では、チャージポンプ回路８の動作を許可する前に、可変値である閾値時間Ｔｔｈを算出しておくことが望ましい。平滑用コンデンサ５にかかる電圧は、第１直流電源１の状態及び電力変換回路７の動作によって変動する。このため、平滑用コンデンサ５の放電に要する時間には、ばらつきが生じやすい。

【0049】

したがって、制御回路１０は、負荷電流又は負荷抵抗値をあらかじめ推定する。負荷電流は、チャージポンプ回路８と、発電電動機１２における全相分の駆動回路６と、において消費される電流である。負荷抵抗値は、チャージポンプ回路８と、発電電動機１２における全相分の駆動回路６と、の抵抗値である。ステップＳ１０３において、制御回路１０は、放電処理を実行する直前の平滑用コンデンサ５の電圧Ｖｃｏｎと、あらかじめ推定された負荷電流又は負荷抵抗値と、放電処理後の電圧Ｖｃｏｎの目標値と、に基づき閾値時間Ｔｔｈを算出する。放電処理後の電圧Ｖｃｏｎの目標値は、例えば閾値電圧Ｖｔｈである。これにより、放電処理開始時点の電圧Ｖｃｏｎのばらつきの影響が考慮された適切な放電時間を設定することができる。したがって、平滑用コンデンサ５の残留電荷をより確実に放電させることができるとともに、第１スイッチ３又は第１スイッチ３に関わる制御系統の故障を精度良く検出することができる。

【0050】

図３に示す放電処理では、ステップＳ１０７及びＳ１０９の処理を省略することができる。この場合、制御回路１０は、経過時間Ｔが閾値時間Ｔｔｈを超えた場合には、電圧Ｖｃｏｎに関わらず、動作停止信号をチャージポンプ回路８に出力する。また、図３に示す放電処理では、ステップＳ１０６の処理を省略することができる。この場合、制御回路１０は、電圧Ｖｃｏｎが閾値電圧Ｖｔｈ以下になった場合には、経過時間Ｔに関わらず、動作停止信号をチャージポンプ回路８に出力する。すなわち、本実施の形態では、制御回路１０は、電圧Ｖｃｏｎが閾値電圧Ｖｔｈ以下になった場合、又は、経過時間Ｔが閾値時間Ｔｔｈを超えた場合に、動作停止信号をチャージポンプ回路８に出力する。

【0051】

以上説明したように、本実施の形態に係る電力変換装置１４は、電力変換回路７と、平滑用コンデンサ５と、チャージポンプ回路８と、駆動回路６と、電圧検出回路１１と、制御回路１０と、を備えている。電力変換回路７は、ブリッジ接続されたパワー半導体素子９を有している。電力変換回路７は、第１スイッチ３を介して第１直流電源１と接続されている。平滑用コンデンサ５は、電力変換回路７の電源ライン１ａと、接地ライン１ｂと、の間に接続されている。チャージポンプ回路８は、複数のチャージポンプコンデンサを有している。駆動回路６は、チャージポンプ回路８により生成された電力を利用して、パワー半導体素子９を駆動する。電圧検出回路１１は、平滑用コンデンサ５の電圧を検出する。チャージポンプ回路８は、複数のチャージポンプコンデンサのうち少なくとも１つのハイサイドチャージポンプコンデンサ８ａを電源ライン１ａと接地ライン１ｂとに交互に接続させる動作を実行可能である。

【0052】

制御回路１０は、第１スイッチ３が開状態になった後に、ハイサイドチャージポンプコンデンサ８ａが電源ライン１ａと接地ライン１ｂとに交互に接続される放電動作をチャージポンプ回路８に実行させる。制御回路１０は、平滑用コンデンサ５の電圧Ｖｃｏｎが閾値電圧Ｖｔｈ以下になった場合、又は、放電動作が開始されてからの経過時間Ｔが閾値時間Ｔｔｈを超えた場合、チャージポンプ回路８の放電動作を停止させるように構成されている。ここで、第１スイッチ３は、スイッチの一例である。第１直流電源１は、直流電源の一例である。ハイサイドチャージポンプコンデンサ８ａは、チャージポンプコンデンサの一例である。

【0053】

この構成によれば、電力変換回路７を動作させずに、チャージポンプ回路８の放電動作によって平滑用コンデンサ５の電荷を放電させることができる。これにより、電力変換回路７及び発電電動機１２の状態に依存することなく、平滑用コンデンサ５の残留電荷をより確実に放電させることができる。また、専用の放電回路を別途設けることなく、電力変換装置１４の通常動作で使用される回路を利用して放電できるため、電力変換装置１４の構成を簡素化できる。

【0054】

本実施の形態に係る電力変換装置１４では、駆動回路６は、反転型のレベルシフト回路６ｃを有している。レベルシフト回路６ｃは、スイッチング素子１７及びプルアップ抵抗１６を有している。スイッチング素子１７及びプルアップ抵抗１６は、チャージポンプ回路８の出力段と接地ライン１ｂとの間に直列に接続されている。パワー半導体素子９が遮断状態にある場合には、スイッチング素子１７が導通状態となる。この構成によれば、電力変換回路７の動作が停止しているときには、導通状態のスイッチング素子１７を介してプルアップ抵抗１６が対地接続される。したがって、ハイサイドチャージポンプコンデンサ８ａの電荷をプルアップ抵抗１６によって消費することができる。

【0055】

本実施の形態に係る電力変換装置１４では、制御回路１０は、経過時間Ｔが閾値時間Ｔｔｈを超えても平滑用コンデンサ５の電圧Ｖｃｏｎが閾値電圧Ｖｔｈ以下にならない場合、第１スイッチ３が故障していると判定する。この構成によれば、第１スイッチ３の故障を使用者に報知することが可能となる。

【0056】

本実施の形態に係る電力変換装置１４では、制御回路１０は、放電動作が開始される前の平滑用コンデンサ５の電圧と、チャージポンプ回路８及び駆動回路６において消費される負荷電流と、閾値電圧Ｖｔｈと、に基づいて、閾値時間Ｔｔｈを算出する。この構成によれば、放電に必要な時間に応じて閾値時間Ｔｔｈを適切に設定することができる。

【0057】

本実施の形態に係る電力変換装置１４では、電圧検出回路１１は、抵抗器１１ａを有している。抵抗器１１ａは、制御回路１０と平滑用コンデンサ５との間に直列に接続されている。この構成によれば、放電処理の終了後に制御回路１０の動作が停止しても、平滑用コンデンサ５の電荷は、抵抗器１１ａを介して消費される。したがって、平滑用コンデンサ５の残留電荷をより完全に放電させることができる。

【0058】

上記実施の形態では、車両向けの機電一体型発電電動機に用いられる電力変換装置を例に挙げたが、これには限られない。本開示は、平滑用コンデンサの放電処理を必要とする種々の電力変換装置に適用することができる。

【0059】

なお、本開示の実施の形態は全ての点で例示であって限定的なものではないと考えられるべきであり、本開示の技術的趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能であることは言うまでもない。

【符号の説明】

【0060】

１ 第１直流電源、１ａ 電源ライン、１ｂ 接地ライン、１ｃ 電源ライン、２ 第２直流電源、３ 第１スイッチ、４ 第２スイッチ、５ 平滑用コンデンサ、６ 駆動回路、６ａ 駆動制御回路、６ｂ プッシュプル回路、６ｃ レベルシフト回路、７ 電力変換回路、８ チャージポンプ回路、８ａ ハイサイドチャージポンプコンデンサ、８ｂ ローサイドチャージポンプコンデンサ、８ｃ チャージポンプ駆動回路、８ｄ スイッチ、８ｅ スイッチ、９ パワー半導体素子、１０ 制御回路、１１ 電圧検出回路、１１ａ 抵抗器、１２ 発電電動機、１３ ＥＣＵ、１４ 電力変換装置、１５ 制御電源生成回路、１６ プルアップ抵抗、１７ スイッチング素子、Ｔ 経過時間、Ｔｔｈ 閾値時間、Ｖｃｏｎ 電圧、Ｖｔｈ 閾値電圧。

【図1】

【図2】

【図3】