特許 7592161 電力用半導体素子の駆動調整回路、パワーモジュール、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(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】電力用半導体素子の駆動調整回路、パワーモジュール、および電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 1/08 20060101AFI20241122BHJP

【ＦＩ】

H02M1/08 A

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2023525208

(86)(22)【出願日】2021-06-01

(86)【国際出願番号】 JP2021020785

(87)【国際公開番号】W WO2022254569

(87)【国際公開日】2022-12-08

【審査請求日】2023-10-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】諸熊 健一

(72)【発明者】

【氏名】玉田 美子

【審査官】冨永 達朗

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２２９１５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５２８５７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０６５６４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１４５５６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０８６０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０７３０５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２１３３１３（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】

電力用半導体素子のコレクタ・エミッタ間電圧を検出する電圧検出部と、
前記電力用半導体素子のコレクタ電流を検出する電流検出部と、
前記コレクタ・エミッタ間電圧を微分し、かつ前記コレクタ電流を微分する微分部と、
前記コレクタ・エミッタ間電圧の微分値を規格化し、前記コレクタ電流の微分値を規格化する規格部と、
前記コレクタ・エミッタ間電圧の微分値の規格化値と前記コレクタ電流の微分値の規格化値との差分値を算出する差分部と、
前記差分値と比較基準値とを比較する比較部と、
前記比較部の比較結果に基づいて、前記電力用半導体素子の駆動信号を調整するための駆動調整信号を生成する駆動制御部と、
前記駆動調整信号に基づいて、前記電力用半導体素子の駆動信号を出力する駆動可変回路と、を備えた電力用半導体素子の駆動調整回路。

【請求項2】

前記規格部は、
第１の規格化定数および第２の規格化定数を設定する規格化定数設定部と、
前記第１の規格化定数に基づいて前記コレクタ・エミッタ間電圧の微分値を規格化し、前記第２の規格化定数に基づいて前記コレクタ電流の微分値を規格化する規格化部と、を含む請求項１に記載の電力用半導体素子の駆動調整回路。

【請求項3】

前記差分部は、
前記コレクタ・エミッタ間電圧の規格化された微分値の最大値を保持し、前記コレクタ電流の規格化された微分値の最大値を保持する最大値保持部と、
前記最大値保持部において保持する期間を設定する保持期間設定部と、
前記最大値保持部において保持されている前記コレクタ・エミッタ間電圧の規格化された微分値の最大値と、前記最大値保持部において保持されている前記コレクタ電流の規格化された微分値の最大値との差分値を生成する差分器と、を含む請求項１または２に記載の電力用半導体素子の駆動調整回路。

【請求項4】

前記比較部は、
比較基準値を設定する比較基準値設定部と、
前記差分値と前比較基準値とを比較する比較器と、
前記比較器で比較する期間を設定する比較期間設定部と、を含む請求項１～３のいずれか１項に記載の電力用半導体素子の駆動調整回路。

【請求項5】

前記駆動制御部は、
前記比較部の比較結果に応じて、前記電力用半導体素子の駆動信号を調整する駆動調整信号を生成する駆動調整部と、
前記駆動調整部で生成した前記駆動調整信号を前記比較部の比較結果に応じて保持し、出力する駆動調整信号保持部と、を含む請求項１～４のいずれか１項に記載の電力用半導体素子の駆動調整回路。

【請求項6】

前記駆動制御部は、
前記電力用半導体素子のコレクタ・エミッタ間電圧の単位時間当たりの変化量と、コレクタ電流の単位時間当たりの変化量とのうちの調整する変化量を設定する駆動調整設定部を含み、
前記駆動調整設定部の設定に基づき、前記比較部の比較結果に応じて、調整した前記駆動調整信号を出力する、請求項１～５のいずれか１項に記載の電力用半導体素子の駆動調整回路。

【請求項7】

前記電力用半導体素子の損失を算出する損失計算部をさらに備え、
前記規格部は、さらに、前記電力用半導体素子の損失を規格化し、
前記差分部は、規格化された前記コレクタ・エミッタ間電圧の微分値、規格化されたコレクタ電流の微分値、および規格化された前記電力用半導体素子の損失のうちのいずれか２つの差分値を算出する、請求項１～５のいずれか１項に記載の電力用半導体素子の駆動調整回路。

【請求項8】

前記電圧検出部と前記電流検出部に接続され、前記電力用半導体素子のサージ電圧、および前記電力用半導体素子のサージ電流を検出するサージ検出部をさらに備え、
前記規格部は、さらに、前記電力用半導体素子のサージ電圧を規格化し、前記電力用半導体素子のサージ電流を規格化し、
前記差分部は、規格化された前記コレクタ・エミッタ間電圧の微分値、規格化されたコレクタ電流の微分値、規格化された前記電力用半導体素子の損失、規格化された前記電力用半導体素子のサージ電圧、および規格化された前記電力用半導体素子のサージ電流のうちのいずれか２つの差分値を算出する、請求項１～５のいずれか１項に記載の電力用半導体素子の駆動調整回路。

【請求項9】

前記駆動制御部の前記駆動調整部は、
前記電力用半導体素子のターンオン動作における駆動信号と前記電力用半導体素子のターンオフ動作における駆動信号のうち調整する駆動信号を選択する選択部と、
前記選択部によって前記電力用半導体素子のターンオン動作における駆動信号を調整することが選択された場合に、前記電力用半導体素子のターンオン動作の駆動信号を調整するターンオン駆動調整部と、
前記選択部によって前記電力用半導体素子のターンオフ動作における駆動信号を調整することが選択された場合に、前記電力用半導体素子のターンオフ動作の駆動信号を調整するターンオフ駆動調整部と、を含み、
前記駆動制御部の駆動調整信号保持部は、
前記比較部の比較結果に応じて、前記ターンオン駆動調整部で調整した駆動調整信号を保持し、出力するターンオン保持部と、
前記比較部の比較結果に応じて、前記ターンオフ駆動調整部で調整した駆動調整信号を保持し、出力するターンオフ保持部と、を含む請求項５に記載の電力用半導体素子の駆動調整回路。

【請求項10】

電力用半導体素子と、請求項１～９のいずれか１項に記載された電力用半導体素子の駆動調整回路とを備えたパワーモジュール。

【請求項11】

電力用半導体素子と、請求項１～９のいずれか１項に記載された電力用半導体素子の駆動調整回路とを有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
前記主変換回路を制御する制御信号を前記主変換回路に出力する制御回路と、
を備えた電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力用半導体素子の駆動調整回路、パワーモジュール、および電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

大電力を制御する電力用半導体素子は、直流または交流から周波数の異なる交流を発生させる電源回路、またはその回路を有する電力変換装置などに使用されている。電力用半導体素子が電力変換装置などに使用される場合には、温室効果ガスの削減のために電力消費を抑えることが重要である。電力用半導体素子を制御することによって、電力用半導体素子で発生するエネルギーを低減する方法が知られている。

【0003】

例えば、特許文献１の電力用半導体素子の駆動方法は、電力用半導体素子をゲート駆動信号によって駆動することと、電力用半導体素子の負荷経路電圧の微分および負荷経路電流の微分のうち少なくとも一方を測定することと、ゲート駆動信号の微分を測定することと、基準信号と、測定されたゲート駆動信号の微分と、測定された電力用半導体素子の負荷経路の電圧の微分または測定された電力用半導体素子の負荷経路電流の微分のうちの少なくとも一方と、に基づいてエラー信号を形成することと、ゲート駆動信号を形成することとを含む。ゲート駆動信号を形成することは、動的コントローラを使用してエラー信号を処理することを含む。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－２２０９５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

電力用半導体素子で生じる損失は、負荷経路電圧と電流との積で表される。負荷経路電圧と電流のうちのどちらか一方を制御することによって損失を低減することは可能である。しかしながら、損失とノイズとはトレードオフの関係にあるため、半導体素子の負荷経路電圧、または電流のいずれか一方だけを制御すると、損失とノイズのどちらかの一方の特性しか改善することができない。例えば、損失を改善した場合、ノイズ特性が劣化する恐れがあり、逆にノイズを改善した場合、損失が劣化する恐れがある。

【0006】

特許文献１に記載の装置は、電圧、または電流の微分値を用いて個別にゲート信号を調整する。ノイズ低減のために、電圧の微分値、または電流の微分値を小さくすると、損失が大きくなる。

【0007】

本開示の目的は、電力用半導体素子で生じる損失およびノイズの両方を低減することができる電力用半導体素子の駆動調整回路、パワーモジュール、および電力変換装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の電力用半導体素子の駆動調整回路は、電力用半導体素子のコレクタ・エミッタ間電圧を検出する電圧検出部と、電力用半導体素子のコレクタ電流を検出する電流検出部と、コレクタ・エミッタ間電圧を微分し、かつコレクタ電流を微分する微分部と、コレクタ・エミッタ間電圧の微分値を規格化し、コレクタ電流の微分値を規格化する規格部と、コレクタ・エミッタ間電圧の微分値の規格化値とコレクタ電流の微分値の規格化値との差分値を算出する差分部と、差分値と比較基準値とを比較する比較部と、比較部の比較結果に基づいて、電力用半導体素子の駆動信号を調整するための駆動調整信号を生成する駆動制御部と、駆動調整信号に基づいて、電力用半導体素子の駆動信号を出力する駆動可変回路とを備える。

【発明の効果】

【0009】

本開示の電力用半導体素子の駆動調整回路は、コレクタ・エミッタ間電圧の微分値の規格化値とコレクタ電流の微分値の規格化値との差分値と比較基準値とを比較し、比較結果に基づいて、電力用半導体素子の駆動信号を調整するための駆動調整信号を生成する。これにより、本開示の電力用半導体素子の駆動調整回路は、電力用半導体素子で生じる損失およびノイズの両方を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態１による電力用半導体素子１の駆動調整回路１０００の構成を表わす図である。

【図2】実施の形態１における、電力用半導体素子１がターンオンする場合の電力用半導体素子１の駆動調整回路１０００の動作を説明するための図である。

【図3】実施の形態１の電力用半導体素子１の駆動調整回路１０００の動作を表わすフローチャートである。

【図4】実施の形態２による電力用半導体素子１の駆動調整回路２０００の構成を表わす図である。

【図5】実施の形態２の駆動調整回路２０００の動作を表わすフローチャートである。

【図6】実施の形態３による電力用半導体素子１の駆動調整回路３０００の構成を表わす図である。

【図7】実施の形態３の駆動調整回路３０００の動作を表わすフローチャートである。

【図8】実施の形態４による電力用半導体素子１の駆動調整回路４０００の構成を表わす図である。

【図9】実施の形態４の駆動調整回路４０００の動作を表わすフローチャートである。

【図10】実施の形態５による電力用半導体素子１の駆動調整回路５０００の構成を表わす図である。

【図11】実施の形態５の駆動調整回路５０００の動作を表わすフローチャートである。

【図12】実施の形態６のパワーモジュール９０００の構成を表わす図である。

【図13】実施の形態７の電力変換システムの構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。以下の実施の形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。

【0012】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による電力用半導体素子１の駆動調整回路１０００の構成を表わす図である。駆動調整回路１０００は、電圧検出部２と、電流検出部３と、微分部４と、規格部５と、差分部６と、比較部７と、駆動制御部８と、駆動可変回路９とを備える。

【0013】

電圧検出部２は、電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧を検出する。電圧検出部２は、たとえば、抵抗分圧回路などによって構成される。

【0014】

電流検出部３は、電力用半導体素子１のコレクタ電流を検出する。電流検出部３は、たとえば、シャント抵抗または電力用半導体素子１に含まれるセンスセルなどによって構成される。

【0015】

微分部４は、電圧検出部２の検出結果である電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧を微分する。微分部４は、電流検出部３の検出結果である電力用半導体素子１のコレクタ電流を微分する。微分部４は、たとえば、容量および抵抗によって構成されるものとしてもよく、あるいは容量、抵抗およびオペアンプによって構成されるものとしてもよい。

【0016】

規格部５は、電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧の微分値を規格化する。規格部５は、電力用半導体素子１のコレクタ電流の微分値を規格化する。規格部５は、規格化定数設定部５２と、規格化部５１とを備える。

【0017】

規格化定数設定部５２は、規格化定数α１、α２を設定する。
規格化部５１は、規格化定数α１に基づいて、電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧の微分値を規格化する。規格化部５１は、規格化定数α２に基づいて、電力用半導体素子１のコレクタ電流の微分値を規格化する。

【0018】

規格化定数設定部５２は、規格化定数α１、α２を任意の値に設定することができる。例えば、電力用半導体素子１が電圧１２００Ｖ、電流１００Ａで動作し、電圧と電流のターンオン動作における変化時間が同じ時間ｄｔの場合には、電圧の微分値（変化量）は１２００Ｖ／ｄｔとなり、電流の微分値（変化量）は１００Ａ／ｄｔとなる。これらの値は、大きく相違する。本実施の形態では、規格化定数設定部５２によって規格化定数α１、α２を任意の値に設定することによって、電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧の単位時間当たりの変化量と、電力用半導体素子１のコレクタ電流の単位時間当たりの変化量との差を小さくすることができる。

【0019】

差分部６は、電力用半導体素子１のコレクタ電流の微分値の規格化値の最大値から電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧の微分値の規格化値の最大値を減算する。

【0020】

差分部６は、差分器６１と、最大値保持部６２と、保持期間設定部６３とを備える。
保持期間設定部６３は、制御信号に基づいて、規格化値の最大値を保持する期間を設定する。

【0021】

最大値保持部６２は、保持期間設定部６３によって設定された保持期間の開始時刻から現在時刻までにおける、規格部５から出力される電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧の微分値の規格化値の最大値と、電力用半導体素子１のコレクタ電流の微分値の規格化の最大値とを保持し、保持した結果を差分器６１に出力する。最大値保持部６２は、たとえば、スイッチおよび容量などによって構成される。

【0022】

差分器６１は、最大値保持部６２から出力される２つの信号の差分値を生成する。すなわち、差分器６１は、電力用半導体素子１のコレクタ電流の微分値の規格化値の最大値から電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧の微分値の規格化値の最大値を減算して、差分値を出力する。差分器６１は、たとえば、オペアンプおよび抵抗などによって構成される。

【0023】

比較部７は、差分部６から出力される差分値と比較基準値とを比較する。比較部７は、比較器７１と、比較基準値設定部７２と、比較期間設定部７３とを備える。

【0024】

比較期間設定部７３は、制御信号に基づいて、比較器７１が比較する期間を設定する。
比較基準値設定部７２は、比較基準値を設定する。

【0025】

比較器７１は、比較期間設定部７３によって設定された比較期間において、差分部６から出力される差分値と、比較基準値設定部７２によって設定された比較基準値とを比較する。

【0026】

駆動制御部８は、比較部７の比較結果に基づいて、電力用半導体素子１の駆動信号を調整する信号を出力することによって、電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧の電圧変化（ｄＶｃｅ／ｄｔ）および電力用半導体素子１のコレクタ電流の電流変化（ｄＩｃ／ｄｔ）を制御する。

【0027】

駆動制御部８は、駆動調整部８１と、駆動調整信号保持部８２とを備える。
駆動調整部８１は、比較部７の比較結果に基づいて、電力用半導体素子１の駆動信号を制御する駆動調整信号を出力する。

【0028】

駆動調整信号保持部８２は、比較部７の比較結果に基づいて、駆動調整部８１が生成した駆動調整信号を保持する。

【0029】

駆動可変回路９は、駆動制御部８によって生成された駆動調整信号に基づいて、電力用半導体素子１を駆動する駆動信号を生成する。駆動可変回路９は、駆動制御部８によって生成された駆動調整信号に基づいて、電力用半導体素子１のターンオン時およびターンオフ時の駆動信号を過渡的に制御することによって、電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧の電圧変化（ｄＶｃｅ／ｄｔ）および電力用半導体素子１のコレクタ電流の電流変化（ｄＩｃ／ｄｔ）を制御する。駆動可変回路９は、１つ以上の出力トランジスタ、電流源、もしくはゲート抵抗などによって構成される。

【0030】

図２は、実施の形態１における、電力用半導体素子１がターンオンする場合の電力用半導体素子１の駆動調整回路１０００の動作を説明するための図である。

【0031】

Ｖｇｅは、電力用半導体素子１を駆動する駆動信号である。Ｉｃは、電流検出部３によって検出された電力用半導体素子１のコレクタ電流である。Ｖｃｅは、電圧検出部２によって検出された電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧である。ｄＩｃ／ｄｔは、微分部４から出力されるコレクタ電流Ｉｃの微分値である。ｄＶｃｅ／ｄｔは、微分部４から出力されるコレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅの微分値である。

【0032】

ｄＶＳＴＤは、規格部５から出力されるｄＶｃｅ／ｄｔの規格化値である。｜ｄＶｃｅ／ｄｔ｜はｄＶｃｅ／ｄｔの絶対値である。ｄＩＳＴＤは、規格部５から出力されるｄＩｃ／ｄｔの規格化値である。

【0033】

Ｈｔｒｉｇは、差分部６の保持期間設定部６３から出力される保持期間設定信号である。Ｈｔｒｉｇがハイレベルになると、最大値保持部６２は、Ｈｔｒｉｇがハイレベルとなった以降の規格部５の出力信号の最大値を保持する。Ｈｔｒｉｇは、制御信号に基づいて生成される。任意のタイミングでＨｔｉｒｇをロウレベルに立下げられることによって、保持期間が終了する。

【0034】

ＨｄＩＳＴＤは、最大値保持部６２によって保持されるｄＩＳＴＤの最大値である。
ＨｄＶＳＴＤは、最大値保持部６２によって保持されるｄＶＳＴＤの最大値である。

【0035】

Ｖｄｉｆｆは、差分部６の差分器６１の出力である。つまり、Ｖｄｉｆｆは、ｄＩＳＴＤとｄＶＳＴＤとの差分値である。

【0036】

Ｖｒｅｆは、比較部７の比較基準値設定部７２によって設定される比較基準値である。
Ｃｔｒｉｇは、比較部７の比較期間設定部７３から出力される比較期間設定信号である。Ｃｔｒｉｇがハイレベルとなると、比較器７１は、ＶｄｉｆｆとＶｒｅｆとを比較し、その比較結果を出力する。

【0037】

Ｖｃｍｏｕｔは、比較部７の比較器７１の出力信号である。Ｖｃｍｏｕｔがハイレベルの時に、駆動制御部８は、電力用半導体素子１の駆動信号を調整し、駆動調整信号保持部８２によって調整した信号を保持して出力する。Ｖｃｍｏｕｔがロウレベルの時は、駆動制御部８は、設定した所望の特性に調整済みとみなし、駆動信号の調整を行わずに、Ｖｃｍｏｕｔがハイレベルの時に駆動調整信号保持部８２で保持した調整信号を保持し続ける。

【0038】

次に、図２を用いて、実施の形態１の電力用半導体素子１の駆動調整回路１０００の動作を説明する。

【0039】

時刻ｔ０において、制御信号がロウレベルからハイレベルに切り替わると、駆動可変回路９が動作し、電力用半導体素子１を駆動する信号Ｖｇｅの上昇が開始する。差分部６の保持期間設定部６３は、制御信号のハイレベルへの切り替わりに基づき、Ｈｔｒｉｇをロウレベルからハイレベルに切り替える。これによって、最大値保持部６２は、規格部５の出力信号（ｄＶＳＴＤ、ｄＩＳＴＤ）の最大値の保持を開始する。

【0040】

時刻ｔ１において、Ｖｇｅが電力用半導体素子１の閾値電圧Ｖｔｈを超えると、電力用半導体素子１のコレクタ電流Ｉｃが流れ始める。電流検出部３によって検出されたＩｃは微分部４によって微分される。微分結果であるｄＩｃ／ｄｔが上昇を開始する。ｄＩｃ／ｄｔは、規格部５の規格化定数設定部５２によって設定された規格化定数α２に基づいて規格化される。規格部５の出力信号ｄＩＳＴＤが上昇を開始する。規格部５の出力信号ｄＩＳＴＤの最大値ＨｄＩＳＴＤが増加する。

【0041】

差分器６１は、最大値保持部６２で保持した出力（ＨｄＶＳＴＤ、ＨｄＩＳＴＤ）の差分値Ｖｄｉｆｆを出力する。

【0042】

時刻ｔ２において、Ｖｇｅがミラー期間に入ると電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅが変化し始める。電圧検出部２によって検出されたＶｃｅは微分部４によって微分される。微分結果であるｄＶｃｅ／ｄｔが上昇を開始する。ｄＶｃｅ／ｄｔは、規格部５の規格化定数設定部５２によって設定された規格化定数α１に基づいて規格化される。規格部５の出力信号ｄＶＳＴＤが上昇を開始する。規格部５の出力信号ｄＶＳＴＤの最大値ＨｄＶＳＴＤが増加する。差分器６１は、時刻ｔ０から継続して最大値保持部６２で保持した出力（ＨｄＶＳＴＤ、ＨｄＩＳＴＤ）の差分値Ｖｄｉｆｆを出力する。

【0043】

時刻ｔ３において、コレクタ電流Ｉｃが減少を開始する。これによって、ｄＩｃ／ｄｔおよびｄＩＳＴＤが減少する。最大値保持部６２の出力信号ＨｄＩＳＴＤは、変化しない。

【0044】

時刻ｔ４において、コレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅの変化が終了する。これによって、ｄＶｃｅ／ｄｔが減少する。最大値保持部６２の出力信号ＨｄＶＳＴＤは、変化しない。

【0045】

時刻ｔ５において、比較部７の比較期間設定部７３は、制御信号に基づき、コレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅとコレクタ電流Ｉｃの変化が終了した後の予め設定したタイミングで比較期間設定信号Ｃｔｉｒｇをロウレベルからハイレベルに立上げることによって、比較器７１の動作を有効にする。比較器７１は、Ｃｔｒｉｇがハイレベルになったため、比較器７１への入力信号Ｖｄｉｆｆと比較基準値設定部７２で設定した比較基準値Ｖｒｅｆとを比較し、その比較結果を出力する。実施の形態１の動作の説明では、比較基準値Ｖｒｅｆよりも差分器６１の差分値Ｖｄｉｆｆが大きいため、比較器７１の比較結果Ｖｃｍｏｕｔがロウレベルからハイレベルに立ち上がる。これによって、電力用半導体素子１の駆動信号の調整が有効となり、駆動制御部８の駆動調整部８１は、駆動可変回路９への調整信号を生成し、駆動調整信号保持部８２が調整信号を保持して出力する。比較器７１の比較結果Ｖｃｍｏｕｔがロウレベルの場合は、駆動調整部８１は、設定した所望の特性に調整済みとみなし、駆動信号の調整を無効とし、駆動調整信号保持部８２は、Ｖｃｍｏｕｔがハイレベルの時に保持した調整信号をそのまま保持し続ける。

【0046】

図３は、実施の形態１の電力用半導体素子１の駆動調整回路１０００の動作を表わすフローチャートである。

【0047】

ステップＳ１０１において、駆動信号の調整が開始されると、制御信号が入力される。
ステップＳ１０２において、駆動可変回路９が、制御信号の入力に基づいて動作し、電力用半導体素子１を駆動する駆動信号を出力する。

【0048】

ステップＳ１０３において、電力用半導体素子１が、駆動可変回路９の駆動信号に基づいて動作する。これによって、コレクタ電流Ｉｃとコレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅとが変化する。

【0049】

ステップＳ１０４において、電圧検出部２が、電力用半導体素子１の動作に応じて変化するＶｃｅを検出する。電流検出部３が、電力用半導体素子１の動作に応じて変化するＩｃを検出する。

【0050】

ステップＳ１０５において、微分部４は、検出したＶｃｅとＩｃとをそれぞれ微分する。

【0051】

ステップＳ１０６において、規格化定数設定部５２が、規格化定数α１、α２の値を設定する。

【0052】

ステップＳ１０７において、規格化部５１が、以下のように、規格化定数α１、α２に基づき、微分値（ｄＶｃｅ／ｄｔ）および微分値（ｄＩｃ／ｄｔ）を規格化する。

【0053】

ｄＶＳＴＤ＝α１・ｄＶｃｅ／ｄｔ・・・（１）
ｄＩＳＴＤ＝α２・ｄＩｃ／ｄｔ・・・（２）
ステップＳ１０８において、保持期間設定部６３が、制御信号に基づいて、保持期間設定信号Ｈｔｒｉｇを有効（ハイレベル）に設定する。

【0054】

ステップＳ１０９において、保持期間設定信号Ｈｔｒｉｇが有効（ハイレベル）の場合に、処理がステップＳ１１０に進む。保持期間設定信号Ｈｔｒｉｇが無効（ロウレベル）の場合に、処理がステップＳ１０４に戻る。

【0055】

ステップＳ１１０において、最大値保持部６２が、ｄＶＳＴＤの最大値ＨｄＶＳＴＤ、およびｄＩＳＴＤの最大値ＨｄＩＳＴＤを保持する。

【0056】

ステップＳ１１１において、差分器６１は、ＨｄＩＳＴＤからＨｄＶＳＴＤを減算して、差分値Ｖｄｉｆｆを出力する。

【0057】

ステップＳ１１２において、比較期間設定部７３が、制御信号に基づいて、比較期間設定信号Ｃｔｒｉｇを有効（ハイレベル）に設定する。

【0058】

ステップＳ１１３において、比較期間設定信号Ｃｔｒｉｇが有効（ハイレベル）の場合に、処理がステップＳ１１５に進む。比較期間設定信号Ｃｔｒｉｇが無効（ロウレベル）の場合に、処理がステップＳ１０４に戻る。

【0059】

ステップＳ１１４において、比較基準値設定部７２が、比較基準値Ｖｒｅｆを設定する。

【0060】

ステップＳ１１５において、比較器７１が、差分値Ｖｄｉｆｆと比較基準値Ｖｒｅｆとを比較し、比較結果を出力する。比較基準値Ｖｒｅｆが差分値Ｖｄｉｆｆ以下の場合に、処理がステップＳ１１６に進む。比較基準値Ｖｒｅｆが差分値Ｖｄｉｆｆよりも大きい場合に、処理がステップＳ１１８に進む。

【0061】

ステップＳ１１６において、駆動調整部８１が、駆動可変回路９の駆動信号を調整する駆動調整信号を生成する。

【0062】

ステップＳ１１７において、駆動調整信号保持部８２が、駆動調整信号を保持する。その後、処理がステップＳ１０１に戻り、再度、駆動調整が開始される。

【0063】

ステップＳ１１８において、駆動調整部８１が、駆動可変回路９の駆動信号を調整する駆動調整信号を生成せずに、駆動信号の調整が終了する。駆動調整信号保持部８２によって保持された駆動調整信号に基づいた駆動可変回路９の駆動信号によって、制御信号の入力に応じて電力用半導体素子１が動作する。

【0064】

以上のように、実施の形態１の駆動調整回路は、電力用半導体素子１のターンオン動作、もしくは、ターンオフ動作において、電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧の微分値の規格化された値とコレクタ電流の微分値の規格化された値との差分値と比較基準値とを比較する。駆動調整回路は、比較結果を用いて、電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧の電圧変化（ｄＶｃｅ／ｄｔ）および電力用半導体素子１のコレクタ電流の電流変化（ｄＩｃ／ｄｔ）のバランスを考慮しながらそれぞれを制御する。これによって、損失およびノイズの両方を低減することができる。駆動調整回路は、比較基準値を調整することによって、ノイズ、もしくは損失のどちらかを優先して低減することも可能である。

【0065】

実施の形態２．
図４は、実施の形態２による電力用半導体素子１の駆動調整回路２０００の構成を表わす図である。図４に示す駆動調整回路２０００と、図１に示す実施の形態１の駆動調整回路１０００との相違点は、以下である。

【0066】

図４の駆動調整回路２０００の駆動制御部８は、駆動調整設定部８３を備える。
実施の形態１の駆動調整回路１０００では、比較部７の結果に応じて、電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧の電圧変化（ｄＶｃｅ／ｄｔ）と、電力用半導体素子１のコレクタ電流の電流変化（ｄＩｃ／ｄｔ）の両方を調整する。

【0067】

実施の形態２の駆動調整回路２０００では、駆動調整設定部８３は、電力用半導体素子１のターンオン動作、またはターンオフ動作において、駆動調整部８１が電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧の電圧変化（ｄＶｃｅ／ｄｔ）と、電力用半導体素子１のコレクタ電流の電流変化（ｄＩｃ／ｄｔ）とのうちのいずれを調整するかを設定する。損失、およびノイズの低減に有効な特性が予め判明している場合、駆動調整設定部８３によって調整する特性を設定することによって、駆動信号を調整する試行回数を短くすることができる。例えば、損失およびノイズの低減に有効な特性が、ターンオン動作では、電力用半導体素子１のコレクタ電流の電流変化（ｄＩｃ／ｄｔ）、ターンオフ動作では、電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧の電圧変化（ｄＶｃｅ／ｄｔ）の場合、駆動調整設定部８３は、ターンオン動作において調整する特性を電力用半導体素子１のコレクタ電流の電流変化（ｄＩｃ／ｄｔ）に設定し、ターンオフ動作において調整する特性を電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧の電圧変化（ｄＶｃｅ／ｄｔ）に設定する。これによって、実施の形態１の駆動調整回路１０００と比べて、調整する特性数が２つから１つに低減するため、駆動信号を調整する試行回数を短くすることができる。試行回数が短くなると、より早い時間で電力用半導体素子１を所望の特性に調整することができる。

【0068】

図５は、実施の形態２の駆動調整回路２０００の動作を表わすフローチャートである。図５のフローチャートが、図３に示す実施の形態１のフローチャートと相違する点は、図５のフローチャートが、ステップＳ２０１を備える点である。

【0069】

ステップＳ２０１において、駆動調整設定部８３が、調整する特性として、電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧の電圧変化（ｄＶｃｅ／ｄｔ）、もしくはコレクタ電流の電流変化（ｄＩｃ／ｄｔ）のうちのいずれか一方を選択する。

【0070】

ステップＳ２０２において、駆動調整部８１が、選択された特性が調整されるように駆動可変回路９の駆動信号を調整する駆動調整信号を生成する。

【0071】

以上のように、実施の形態２の駆動調整回路２０００は、電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧の電圧変化（ｄＶｃｅ／ｄｔ）と、電力用半導体素子１のコレクタ電流の電流変化（ｄＩｃ／ｄｔ）のうちの調整するものを設定する。これによって、実施の形態２の駆動調整回路２０００は、実施の形態１の駆動調整回路１０００と比べて、駆動信号を調整する試行回数を短くすることができるので、電力用半導体素子１を所望の特性に短時間で調整することができる。

【0072】

実施の形態３．
図６は、実施の形態３による電力用半導体素子１の駆動調整回路３０００の構成を表わす図である。図６に示す駆動調整回路３０００と、図１に示す実施の形態１の駆動調整回路１０００との相違点は、以下である。

【0073】

図６の駆動調整回路３０００は、損失計算部１１を備える。損失計算部１１は、電圧検出部２によって検出された電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅと、電流検出部３によって検出された電力用半導体素子１のコレクタ電流Ｉｃとに基づいて、電力用半導体素子１で生じるスイッチング損失を計算する。

【0074】

図６の駆動調整回路３０００の規格部５は、実施の形態１の機能に加えて、スイッチング損失を規格化する。

【0075】

規格部５の規格化定数設定部５２Ａは、実施の形態１の機能に加えて、規格化定数α３を設定する。規格部５の規格化部５１Ａは、実施の形態１の機能に加えて、規格化定数α３に基づき、スイッチング損失を規格化する。

【0076】

差分部６の最大値保持部６２Ａは、実施の形態１の機能に加えて、保持期間設定部６３によって設定された保持期間において、さらに、規格化された損失値の最大値を保持する。

【0077】

図６の駆動調整回路３０００の差分部６は、さらに、差分選択部６４を備える。
差分部６の差分選択部６４は、最大値保持部６２Ａによって保持された３つの値（規格化した損失の最大値、規格化した電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧の電圧変化（ｄＶｃｅ／ｄｔ）の最大値、および規格化した電力用半導体素子１のコレクタ電流の電流変化（ｄＩｃ／ｄｔ）の最大値）から差分器６１において演算する値を選択する。差分器６１は、選択された２つの値の差分値を算出する。

【0078】

一例として、差分選択部６４が、規格化した損失値と、規格化した電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧の電圧変化（ｄＶｃｅ／ｄｔ）とを選択すると、差分器６１は、その２つの値の差分値を出力する。このように、差分選択部６４は任意に差分器６１で演算する値を選択することができる。差分選択部６４において選択する差分器６１で演算する値は、ターンオン動作とターンオフ動作で異なる値を選択することもできる。

【0079】

比較部７と、駆動制御部８と、駆動可変回路９は、実施の形態１の駆動調整回路１０００と同じである。

【0080】

差分選択部６４が規格化した損失値を選択した場合、駆動制御部８は、規格化した損失値ともう一方の選択した値との差分結果と、比較基準値設定部７２によって設定された比較基準値との比較結果に基づいて、電力用半導体素子１の駆動信号を制御する駆動調整信号を出力する。実施の形態３の駆動調整回路３０００では、差分選択部６４で規格化した損失を選択することによって、実施の形態１の駆動調整回路１０００と比べて、損失値を直接低減するように駆動制御部８で電力用半導体素子１の駆動信号を制御することができるため、損失の低減効果を高くすることができる。

【0081】

図７は、実施の形態３の駆動調整回路３０００の動作を表わすフローチャートである。図７のフローチャートが、図３の実施の形態１のフローチャートと相違する点は、以下である。

【0082】

ステップＳ３０１において、損失計算部１１が、電圧検出部２によって検出された電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅと、電流検出部３によって検出された電力用半導体素子１のコレクタ電流Ｉｃとから、電力用半導体素子１で生じるスイッチング損失（ｌｏｓｓ）を演算する。

【0083】

ステップＳ３０２において、規格化定数設定部５２が、規格化定数α１、α２に加えて、規格化定数α３を設定する。

【0084】

ステップＳ３０３において、規格化部５１が、微分値（ｄＶｃｅ／ｄｔ）および微分値（ｄＩｃ／ｄｔ）の規格化に加えて、以下のように、規格化定数α３に基づき、スイッチング損失（ｌｏｓｓ）を規格化して、規格化した損失ＬＳＴＤを出力する。

【0085】

ＬＳＴＤ＝α３・ｌｏｓｓ・・・（３）
ステップＳ３０４において、差分部６の最大値保持部６２が、保持期間設定部６３によって設定された保持期間設定信号Ｈｔｒｉｇが有効な時に、ｄＶＳＴＤの最大値ＨｄＶＳＴＤ、およびｄＩＳＴＤの最大値ＨｄＩＳＴＤを保持するのに加えて、規格化した損失ＬＳＴＤの最大値をＨＬＳＴＤとして保持する。

【0086】

ステップＳ３０５において、差分選択部６４が、最大値保持部６２で保持された３つの値（規格化した損失の最大値、規格化した電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧の電圧変化（ｄＶｃｅ／ｄｔ）の最大値、および規格化した電力用半導体素子１のコレクタ電流の電流変化（ｄＩｃ／ｄｔ）の最大値）から２つの値を選択する。

【0087】

ステップＳ３０６において、差分器６１は、選択された２つの値の差分値を出力する。
以上のように、実施の形態３によれば、差分選択部６４において選択する差分器６１の演算値をターンオン動作とターンオフ動作で任意に選択することができる。差分選択部６４において規格化した損失値を選択することによって、実施の形態１の駆動調整回路１０００と比べて、損失の低減効果を高くすることができる。

【0088】

実施の形態４．
図８は、実施の形態４による電力用半導体素子１の駆動調整回路４０００の構成を表わす図である。図８に示す駆動調整回路４０００と、図６に示す実施の形態３の駆動調整回路３０００との相違点は、以下である。

【0089】

図８の駆動調整回路４０００は、サージ検出部１２を備える。
サージ検出部１２は、ターンオン動作時に電流検出部３によって検出された電力用半導体素子１のコレクタ電流のサージ電流、およびターンオフ動作時に電圧検出部２によって検出された電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧のサージ電圧を検出する。

【0090】

図８の駆動調整回路４０００の規格部５は、実施の形態３の機能に加えて、サージ電流およびサージ電圧を規格化する。

【0091】

規格部５の規格化定数設定部５２Ｂは、実施の形態３の機能に加えて、規格化定数α４、α５を設定する。規格部５の規格化部５１Ｂは、実施の形態３の機能に加えて、規格化定数α４に基づいてサージ電流を規格化し、規格化定数α５に基づいてサージ電圧を規格化する。

【0092】

差分部６の最大値保持部６２Ｂは、実施の形態３の機能に加えて、保持期間設定部６３によって設定された保持期間において、規格化されたサージ電流の最大値および規格化されたサージ電圧の最大値を保持する。

【0093】

差分部６の差分選択部６４Ｂは、最大値保持部６２Ｂによって保持される５つの値（規格化したターンオン動作時の電力用半導体素子１のコレクタ電流のサージ電流の最大値、規格化したターンオフ動作時の電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧のサージ電圧の最大値、規格化した損失の最大値、規格化した電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧の電圧変化（ｄＶｃｅ／ｄｔ）の最大値、および規格化した電力用半導体素子１のコレクタ電流の電流変化（ｄＩｃ／ｄｔ）の最大値）から差分器６１で演算する２つの値を選択する。このように、差分選択部６４Ｂは、任意に差分器６１で演算する２つの値を選択することができる。差分選択部６４Ｂで選択する差分器６１で演算する２つの値は、ターンオン動作とターンオフ動作で異なる値を選択することもできる。差分器６１は、選択された２つの値の差分値を算出する。

【0094】

比較部７と、駆動制御部８と、駆動可変回路９は、実施の形態３の駆動調整回路３０００と同じである。

【0095】

たとえば、差分選択部６４Ｂが、規格化したサージ電圧の最大値、または規格化したサージ電流の最大値を選択した場合、駆動制御部８は、もう一方の選択した値との差分結果と、比較基準値設定部７２によって設定された比較基準値との比較結果に基づき、電力用半導体素子１の駆動信号を制御する駆動調整信号を出力する。つまり、実施の形態４は、差分選択部６４Ｂが、ターンオフ時に規格化したサージ電圧の最大値を選択し、ターンオン時に規格化したサージ電流の最大値を選択することによって、実施の形態３の駆動調整回路３０００と比べて、ターンオン時のサージ電流、およびターンオフ時のサージ電圧を低減することができる。その結果、サージ電流、またはサージ電圧による電力用半導体素子１の破壊を抑制することができる。

【0096】

図９は、実施の形態４の駆動調整回路４０００の動作を表わすフローチャートである。図９のフローチャートが、図７の実施の形態３のフローチャートと相違する点は、以下である。

【0097】

ステップＳ４０１において、サージ検出部１２が、ターンオン時に電流検出部３で検出した電力用半導体素子１のコレクタ電流のサージ電流ＩＳＧと、ターンオフ時に電圧検出部２で検出した電力用半導体素子１のコレクタ・エミッタ間電圧のサージ電圧ＶＳＧを検出する。

【0098】

ステップＳ４０２において、規格部５の規格化定数設定部５２Ｂが、規格化定数α１、α２、α３の設定に加えて、規格化定数α４、α５を設定する。

【0099】

ステップＳ４０３において、規格化部５１が、微分値（ｄＶｃｅ／ｄｔ）、微分値（ｄＩｃ／ｄｔ）、スイッチング損失（ｌｏｓｓ）の規格化に加えて、以下のように、検出したサージ電流ＩＳＧ、およびサージ電圧ＶＳＧを規格化して、規格化したサージ電流ＩＳＧＳＴＤ、規格化したサージ電圧ＶＳＧＳＴＤを出力する。

【0100】

ＩＳＧＳＴＤ＝α４・ＩＳＧ・・・（４）
ＶＳＧＳＴＤ＝α５・ＶＳＧ・・・（５）
ステップＳ４０４において、差分部６の最大値保持部６２Ｂが、保持期間設定部６３によって設定された保持期間設定信号Ｈｔｒｉｇが有効な時に、ｄＶＳＴＤの最大値ＨｄＶＳＴＤ、ｄＩＳＴＤの最大値ＨｄＩＳＴＤ、およびＬＳＴＤの最大値ＨＬＳＴＤの保持に加えて、規格化したサージ電流ＩＳＧＳＴＤの最大値ＨＩＳＧＳＴＤを保持し、規格化したサージ電圧ＶＳＧＳＴＤの最大値ＨＶＳＧＳＴＤを保持する。

【0101】

ステップＳ４０５において、差分選択部６４Ｂが、任意に差分器６１の演算値を選択する。

【0102】

ステップＳ４０６において、差分器６１は、選択された２つの値の差分値を出力する。
以上のように、実施の形態４によれば、差分選択部６４で選択する差分器６１の演算値をターンオン動作とターンオフ動作で任意に設定することができる。差分選択部６４が、ターンオン動作での規格化したサージ電流、およびターンオフ動作での規格化したサージ電圧を選択することで、ターンオン時のサージ電流、およびターンオフ時のサージ電圧を低減し、サージ電流、またはサージ電圧による電力用半導体素子１の破壊を抑制することができる。

【0103】

実施の形態５．
図１０は、実施の形態５による電力用半導体素子１の駆動調整回路５０００の構成を表わす図である。図１０に示す駆動調整回路５０００と、図１に示す実施の形態１の駆動調整回路１０００との相違点は、以下である。

【0104】

図１０の駆動調整回路５０００の駆動制御部８の駆動調整部８１は、選択部８８、ターンオン駆動調整部８４、およびターンオフ駆動調整部８５を備える。駆動調整信号保持部８２は、ターンオン保持部８６、およびターンオフ保持部８７を備える。

【0105】

実施の形態１の駆動調整回路１０００は、電力用半導体素子１のターンオン動作、もしくはターンオフ動作の何れか一方を制御する。

【0106】

選択部８８が、制御信号に基づいてターンオン動作またはターンオフ動作を選択する。
ターンオン駆動調整部８４は、選択部８８によってターンオン動作が選択されたときに、比較部７の比較結果に応じて、電力用半導体素子１のターンオン動作での駆動信号を制御する駆動調整信号を出力する。ターンオン保持部８６は、ターンオン駆動調整部８４での駆動調整が有効なときに、ターンオン駆動調整部８４から出力された駆動調整信号を保持する。

【0107】

ターンオフ駆動調整部８５は、選択部８８によってターンオフ動作が選択されたときに、比較部７の比較結果に応じて、電力用半導体素子１のターンオフ動作での駆動信号を制御する駆動調整信号を出力する。ターンオフ保持部８７は、ターンオフ駆動調整部８５での駆動調整が有効なときに、ターンオフ駆動調整部８５から出力された駆動調整信号を保持する。

【0108】

図１１は、実施の形態５の駆動調整回路５０００の動作を表わすフローチャートである。図１１のフローチャートが、図３に示す実施の形態１のフローチャートと相違する点は、以下である。

【0109】

ステップＳ１１５において、比較基準値Ｖｒｅｆ＜差分値Ｖｄｉｆｆの時、処理がステップＳ５０１に進む。

【0110】

ステップＳ５０１において、選択部８８は、制御信号に基づき、ターンオン動作、またはターンオフ動作を選択する。ターンオン動作が選択された時は、処理がステップＳ５０２に進む。ターンオフ動作が選択された時は、処理がステップＳ５０４に進む。

【0111】

ステップＳ５０２において、ターンオン駆動調整部８４が、ターンオン動作における駆動信号を調整する駆動調整信号を出力する。

【0112】

ステップＳ５０３において、ターンオン保持部８６が、ターンオン動作における駆動調整信号を保持する。

【0113】

ステップＳ５０４において、ターンオフ駆動調整部８５が、ターンオフ動作における駆動信号を調整する駆動調整信号を出力する。

【0114】

ステップＳ５０５において、ターンオフ保持部８７が、ターンオフ動作における駆動調整信号を保持する。

【0115】

以上のように、実施の形態５によれば、実施の形態１と同じ損失とノイズの両方を低減する効果を得つつ、電力用半導体素子１が連続して動作する時に、選択部８８の選択結果に基づき、ターンオン動作、およびターンオフ動作での駆動信号を制御することで、ターンオン、およびターンオフの両方の動作での電力用半導体素子１の損失とノイズを低減することができる。

【0116】

実施の形態６．
図１２は、実施の形態６のパワーモジュール９０００の構成を表わす図である。

【0117】

パワーモジュール９０００は、電力用半導体素子１と、実施の形態１の駆動調整回路１０００とを備える。パワーモジュール９０００は、駆動調整回路１０００の代わりに、実施の形態２～５の駆動調整回路２０００～５０００を備えてもよい。

【0118】

パワーモジュール９０００は、１つの電力用半導体素子１だけを備えるのではなく、例えば６つの電力用半導体素子を備えてもよい。

【0119】

実施の形態７．
本実施の形態は、上述した実施の形態１～５の駆動調整回路１０００～５０００を電力変換装置に適用したものである。本開示は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、実施の形態７として、三相のインバータに本開示を適用した場合について説明する。

【0120】

図１３は、実施の形態７の電力変換システムの構成を示すブロック図である。
電力変換システムは、電源１００、電力変換装置２００、および負荷３００を備える。

【0121】

電源１００は、直流電源である。電源１００は、電力変換装置２００に直流電力を供給する。電源１００は種々のもので構成することが可能であり、例えば、直流系統、太陽電池、または蓄電池で構成することができるし、交流系統に接続された整流回路またはＡＣ／ＤＣコンバータで構成することとしてもよい。電源１００を、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータによって構成することとしてもよい。

【0122】

電力変換装置２００は、電源１００と負荷３００の間に接続された三相のインバータである。電力変換装置２００は、電源１００から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に交流電力を供給する。電力変換装置２００は、直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路２０１と、主変換回路２０１を制御する制御信号を主変換回路２０１に出力する制御回路２０３とを備える。

【0123】

負荷３００は、電力変換装置２００から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。負荷３００は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機であり、例えば、ハイブリッド自動車、電気自動車、鉄道車両、エレベーター、もしくは、空調機器向けの電動機として用いられる。

【0124】

以下、電力変換装置２００の詳細を説明する。
主変換回路２０１は、スイッチング素子と還流ダイオードとを備える（図示せず）。

【0125】

スイッチング素子がスイッチングすることによって、電源１００から供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に供給する。主変換回路２０１の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態にかかる主変換回路２０１は、２レベルの三相フルブリッジ回路である。２レベルの三相フルブリッジ回路は、６つのスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列された６つの還流ダイオードとを備える。６つのスイッチング素子は２つのスイッチング素子ごとに直列接続され上下アームを構成し、各上下アームはフルブリッジ回路の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を構成する。そして、各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路２０１の３つの出力端子は、負荷３００に接続される。

【0126】

主変換回路２０１の各スイッチング素子は、上述した実施の形態１～５における電力用半導体素子１である。

【0127】

上述した実施の形態１～５で説明したように、各スイッチング素子（電力用半導体素子１）を駆動する駆動調整回路１０００～５０００が半導体装置２０２に内蔵されているため、主変換回路２０１は駆動調整回路１０００～５０００を備えている。

【0128】

駆動調整回路は、主変換回路２０１のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、主変換回路２０１のスイッチング素子の制御電極に供給する。具体的には、後述する制御回路２０３からの制御信号に従い、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号とスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とを各スイッチング素子の制御電極に出力する。スイッチング素子をオン状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以上の電圧信号（オン信号）であり、スイッチング素子をオフ状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧未満の電圧信号（オフ信号）となる。

【0129】

制御回路２０３は、負荷３００に所望の電力が供給されるよう主変換回路２０１のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷３００に供給すべき電力に基づいて主変換回路２０１の各スイッチング素子がオン状態となるべき時間（オン時間）を算出する。例えば、出力すべき電圧に応じてスイッチング素子のオン時間を変調するＰＷＭ制御によって主変換回路２０１を制御することができる。そして、各時点においてオン状態となるべきスイッチング素子にはオン信号を、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号が出力されるよう、主変換回路２０１が備える駆動調整回路に制御指令（制御信号）を出力する。駆動調整回路は、この制御信号に従い、各スイッチング素子の制御電極にオン信号又はオフ信号を駆動信号として出力する。

【0130】

本実施の形態に係る電力変換装置では、主変換回路２０１が、実施の形態１～５の駆動調整回路１０００～５０００を備えるために、電力用半導体素子１の損失とノイズを低減することができる。

【0131】

本実施の形態では、２レベルの三相インバータに本開示を適用する例を説明したが、本開示は、これに限られるものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。本実施の形態では、２レベルの電力変換装置としたが３レベルまたはマルチレベルの電力変換装置であっても構わないし、単相負荷に電力を供給する場合には単相のインバータに本開示を適用しても構わない。また、直流負荷等に電力を供給する場合にはＤＣ／ＤＣコンバータまたはＡＣ／ＤＣコンバータに本開示を適用することも可能である。

【0132】

本開示を適用した電力変換装置は、上述した負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機、レーザー加工機、誘導加熱調理器、非接触給電システムの電源装置として用いることもでき、さらには太陽光発電システムや蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いることも可能である。

【0133】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0134】

１ 電力用半導体素子、２ 電圧検出部、３ 電流検出部、４ 微分部、５ 規格部、６ 差分部、７ 比較部、８ 駆動制御部、９ 駆動可変回路、１１ 損失計算部、１２ サージ検出部、５１，５１Ａ，５１Ｂ 規格化部、５２，５２Ａ，５２Ｂ 規格化定数設定部、６１ 差分器、６２，６２Ａ，６２Ｂ 最大値保持部、６３ 保持期間設定部、６４，６４Ｂ 差分選択部、７１ 比較器、７２ 比較基準値設定部、７３ 比較期間設定部、８１ 駆動調整部、８２ 駆動調整信号保持部、８３ 駆動調整設定部、８４ ターンオン駆動調整部、８５ ターンオフ駆動調整部、８６ ターンオン保持部、８７ ターンオフ保持部、８８ 選択部、１００ 電源、１００Ａ 電流、２００ 電力変換装置、２０１ 主変換回路、２０２ 半導体装置、２０３ 制御回路、３００ 負荷、１０００，２０００，３０００，４０００，５０００ 駆動調整回路、９０００ パワーモジュール。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】