特許 7592219 電力変換装置および電力変換装置の駆動回路

(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】電力変換装置および電力変換装置の駆動回路

(51)【国際特許分類】

   H02M 1/08 20060101AFI20241122BHJP

   H02M 3/155 20060101ALI20241122BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20241122BHJP

【ＦＩ】

H02M1/08 A

H02M3/155 C

H02M7/48 M

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2024515811

(86)(22)【出願日】2022-04-20

(86)【国際出願番号】 JP2022018277

(87)【国際公開番号】W WO2023203678

(87)【国際公開日】2023-10-26

【審査請求日】2024-03-12

(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】糸川 祐樹

(72)【発明者】

【氏名】網本 健志

(72)【発明者】

【氏名】松尾 遥

【審査官】安池 一貴

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－２７３２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１９３７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１８３０１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１３１０３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ １／０８

Ｈ０２Ｍ ３／１５５

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力電圧源と出力電圧源との間に接続された電圧変換装置であって、
直列接続された第１のスイッチング素子と、第２のスイッチング素子とを含むスイッチングレグと、
前記スイッチングレグを駆動する駆動回路と、を備え、
前記駆動回路は、
前記第１のスイッチング素子を駆動するためのドライバと、
前記第２のスイッチング素子のリカバリサージ電圧を検出するためのダイオードと、
前記第１のスイッチング素子の制御電極と電気的に接続され、前記リカバリサージ電圧の変動に応じた電流を流す受動素子と、
前記受動素子と接続され、前記受動素子の第１端と、正極電線または負極電線との間に配置された受電抵抗と、を含む、電力変換装置。

【請求項2】

前記第１のスイッチング素子の正極端子は、前記正極電線に接続され、前記第２のスイッチング素子の負極端子は、前記負極電線に接続され、前記第１のスイッチング素子の負極端子と前記第２のスイッチング素子の正極端子とが接続され、
前記ダイオードは、前記第１のスイッチング素子の制御電極に接続されるアノードと、前記受動素子の前記第１端に接続されるカソードとを有し、
前記受動素子の第２端は、前記負極電線に接続され、
前記受電抵抗は、前記正極電線と接続される第１端と、前記受動素子の第１端および前記ダイオードのカソードと接続される第２端とを有する、請求項１記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記受動素子は、コンデンサを含む、請求項２記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記受動素子は、並列接続されたコンデンサおよび抵抗を含む、請求項２記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記電力変換装置は、さらに、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との間のノードに接続される第１端と、前記出力電圧源の正極と接続される第２端とを有するリアクトルを備え、
前記入力電圧源の正極は、前記正極電線と接続され、前記入力電圧源の負極は、前記負極電線と接続され、
前記出力電圧源の負極は、前記負極電線と接続される、請求項２～４のいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記電力変換装置は、さらに、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との間のノードに接続される第１端と、前記入力電圧源の負極と接続される第２端とを有するリアクトルを備え、
前記出力電圧源の正極は、前記正極電線と接続され、前記出力電圧源の負極は、前記負極電線と接続され、
前記入力電圧源の正極は、前記正極電線と接続される、請求項２～４のいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記第２のスイッチング素子の正極端子は、前記正極電線に接続され、前記第１のスイッチング素子の負極端子は、前記負極電線に接続され、前記第２のスイッチング素子の負極端子と前記第１のスイッチング素子の正極端子とが接続され、
前記ダイオードは、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との間のノードに接続されるカソードと、前記受動素子の前記第１端に接続されるアノードとを有し、
前記受動素子の第２端は、前記第１のスイッチング素子の制御電極に接続され、
前記受電抵抗は、前記負極電線と接続される第１端と、前記受動素子の第１端および前記ダイオードのアノードと接続される第２端とを含む、請求項１記載の電力変換装置。

【請求項8】

前記駆動回路は、さらに、
前記正極電線と前記負極電線との間に配置されるコンデンサを含む、請求項７記載の電力変換装置。

【請求項9】

前記第２のスイッチング素子は、ダイオードである、請求項１～４のいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項10】

前記第１のスイッチング素子の正極端子は、正極電線に接続され、前記第２のスイッチング素子の負極端子は、負極電線に接続され、前記第１のスイッチング素子の負極端子と前記第２のスイッチング素子の正極端子とが接続され、
前記ドライバは、第１のドライバであり、
前記ダイオードは、前記第１のスイッチング素子の制御電極に接続されるアノードを有する第１のダイオードであり、
前記受動素子は、前記第１のダイオードのカソードに接続される第１端と、前記負極電線に接続される第２端とを有する第１の受動素子であり、
前記駆動回路は、
前記第２のスイッチング素子を駆動するための第２のドライバと、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との間のノードに接続されるカソードを有する第２のダイオードと、
前記第２のダイオードのアノードに接続される第１端と、前記第２のスイッチング素子の制御電極に接続される第２端とを有する第２の受動素子と、
前記正極電線と接続される第１端と、前記第１の受動素子の第１端および前記第１のダイオードのカソードと接続される第２端とを有する第１の受電抵抗と、
前記負極電線と接続される第１端と、前記第２の受動素子の第１端および前記第２のダイオードのアノードと接続される第２端とを有する第２の受電抵抗と、をさらに備える、請求項１記載の電力変換装置。

【請求項11】

直列接続された第１のスイッチング素子と、第２のスイッチング素子とを含むスイッチングレグと、
前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子を駆動する駆動回路と、を備え、
前記第１のスイッチング素子の正極端子は、正極電線に接続され、前記第２のスイッチング素子の負極端子は、負極電線に接続され、前記第１のスイッチング素子の負極端子と前記第２のスイッチング素子の正極端子とが接続され、
前記駆動回路は、
前記第１のスイッチング素子を駆動するための第１のドライバと、
前記第２のスイッチング素子を駆動するための第２のドライバと、
前記第１のスイッチング素子の制御電極に接続されるアノードを有する第１のダイオードと、
前記第１のダイオードのカソードに接続される第１端と、前記負極電線に接続される第２端とを有する第１の受動素子と、
前記正極電線と接続される第１端と、前記第１の受動素子の第１端および前記第１のダイオードのカソードと接続される第２端とを有する第１の受電抵抗と、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との間のノードに接続されるカソードを有する第２のダイオードと、
前記第２のダイオードのアノードに接続される第１端と、前記第２のスイッチング素子の制御電極に接続される第２端とを有する第２の受動素子と、
前記負極電線と接続される第１端と、前記第２の受動素子の第１端および前記第２のダイオードのアノードと接続される第２端とを有する第２の受電抵抗と、を含む、電力変換装置。

【請求項12】

直列接続された第１のスイッチング素子と、第２のスイッチング素子とを含むスイッチングレグを含む電力変換装置の駆動回路であって、
前記第１のスイッチング素子を駆動するためのドライバと、
前記第２のスイッチング素子のリカバリサージ電圧を検出するためのダイオードと、
前記第１のスイッチング素子の制御電極と電気的に接続され、前記リカバリサージ電圧の変動に応じた電流を流す受動素子と、
前記受動素子と接続され、前記受動素子の第１端と、正極電線または負極電線との間に配置された受電抵抗と、を備える、電力変換装置の駆動回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力変換装置および電力変換装置の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電力変換装置および電力変換装置の駆動方法に関して、特許文献１に記載されたような方式が知られている。

【0003】

特許文献１では、半導体素子がサージ電圧などの過電圧を伴う場合に、ダイオード等を介して過電圧を検出し、ゲート駆動電圧を上昇させる。これによって、半導体素子を一部ターンオンさせ、過電圧の発生を抑制する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２１―０４４８７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載される駆動回路は、半導体素子にターンオフサージ電圧が生じた際にターンオフサージ電圧を抑制する。特許文献１の駆動回路は、リカバリサージ電圧が生じた際にも有効であるとの記載がある。しかしながら、特許文献１の駆動回路は、リカバリサージ電圧が生じる素子がＩＧＢＴ等の自励式である場合にのみ有効である。

【0006】

それゆえに、本開示の目的は、リカバリサージ電圧が生じる素子が自励式か否かに係わりなく、ターンオフサージ電圧を抑制することができる電力変換装置および電力変換装置の駆動回路を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の電力変換装置は、直列接続された第１のスイッチング素子と、第２のスイッチング素子とを含むスイッチングレグと、スイッチングレグを駆動する駆動回路とを備える。駆動回路は、第１のスイッチング素子を駆動するためのドライバと、第２のスイッチング素子のリカバリサージ電圧を検出するためのダイオードと、第１のスイッチング素子の制御電極と電気的に接続され、リカバリサージ電圧の変動に応じた電流を流す受動素子とを含む。

【0008】

本開示の電力変換装置は、直列接続された第１のスイッチング素子と、第２のスイッチング素子とを含むスイッチングレグと、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子を駆動する駆動回路とを備える。第１のスイッチング素子の正極端子は、正極電線に接続され、第２のスイッチング素子の負極端子は、負極電線に接続され、第１のスイッチング素子の負極端子と第２のスイッチング素子の正極端子とが接続される。

【0009】

駆動回路は、第１のスイッチング素子を駆動するための第１のドライバと、第２のスイッチング素子を駆動するための第２のドライバと、第１のスイッチング素子の制御電極に接続されるアノードを有する第１のダイオードと、第１のダイオードのカソードに接続される第１端と、負極電線に接続される第２端とを有する第１の受動素子と、正極電線と接続される第１端と、受動素子の第１端およびダイオードのカソードと接続される第２端とを有する第１の受電抵抗と、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との間のノードに接続されるカソードを有する第２のダイオードと、第２のダイオードのアノードに接続される第１端と、第２のスイッチング素子の制御電極に接続される第２端とを有する第２の受動素子と、負極電線と接続される第１端と、第２の受動素子の第１端および第２のダイオードのアノードと接続される第２端とを有する第２の受電抵抗とを含む。

【0010】

本開示の直列接続された第１のスイッチング素子と、第２のスイッチング素子とを含むスイッチングレグを含む電力変換装置の駆動回路は、第１のスイッチング素子を駆動するためのドライバと、第２のスイッチング素子のリカバリサージ電圧を検出するためのダイオードと、第１のスイッチング素子の制御電極と電気的に接続され、リカバリサージ電圧の変動に応じた電流を流す受動素子とを備える。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、ダイオードが、第２のスイッチング素子のリカバリサージ電圧を検出し、受動素子が、第１のスイッチング素子の制御電極と電気的に接続され、リカバリサージ電圧の変動に応じた電流を流す。よって、本開示によれば、リカバリサージ電圧が生じる素子が自励式か否かに係わりなく、ターンオフサージ電圧を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施の形態１に係る電力変換装置１００の概略構成図である。

【図2】駆動回路１５０の動作波形を模式的に表した図である。

【図3】実施の形態１の変形例１に係る電力変換装置１００Ａの概略構成図である。

【図4】実施の形態１の変形例２に係る電力変換装置１００Ｂの概略構成図である。

【図5】実施の形態２に係る電力変換装置１００Ｃの概略構成図である。

【図6】実施の形態２の変形例１に係る電力変換装置１００Ｄの概略構成図である。

【図7】実施の形態３の電力変換装置の構成を表わす図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、実施の形態について説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電力変換装置１００の概略構成図である。電力変換装置１００は、電源１と負荷２との間で電力伝送を行う。

【0014】

電力変換装置１００は、入力電圧源で有る電源１と出力電圧源である負荷２との間に接続される。電力変換装置１００は、平滑コンデンサとして機能する直流リンクキャパシタ１３１、ブリッジ回路１２０、および電流制御リアクトル１４０を備える。

【0015】

電源１は、主として直流を出力するが、負荷２の状況に応じて電圧が変化しても良い。
ブリッジ回路１２０の作用により、電源１と負荷２との間で電力変換が行われる。ブリッジ回路１２０は、駆動回路１５０、およびスイッチングレグ１５２を備える。スイッチングレグ１５２は、スイッチング素子Ｑ１、Ｄ１と、ダイオード２１とを備える。

【0016】

スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｄ１とが正極電線１１１と負極電線１１２との間に直列接続されている。

【0017】

スイッチング素子Ｑ１の正極端子は、正極電線１１１と接続され、スイッチング素子Ｑ１の負極端子は、ノードＮＤ１と接続される。スイッチング素子Ｄ１の正極端子は、ノードＮＤ１と接続され、スイッチング素子Ｄ１の負極端子は、負極電線１１２と接続される。

【0018】

スイッチング素子Ｑ１には、自己消弧能力を持つ半導体素子であるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、またはＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等が用いられる。スイッチング素子Ｑ１には、ダイオード２１（以下、逆並列接続ダイオード２１と称す）が逆並列接続されている。ダイオード２１としては、独立したダイオードが付与されてもよく、ＭＯＳＦＥＴ等に内蔵されるボディダイオードが用いられても良い。

【0019】

スイッチング素子Ｄ１には、図１に示すように、ダイオードが用いられてもよく、スイッチング素子Ｑ１と同様に自己消弧能力を持つスイッチング素子が用いられても良い。

【0020】

正極電線１１１は、電源１の正極端子に接続される。負極電線１１２は、電源１の負極端子および負荷２の負極端子に接続される。ノードＮＤ１は、電流制御リアクトル１４０の第１の端子に接続される。電流制御リアクトル１４０の第２の端子は、負荷２の正極端子に接続される。

【0021】

直流リンクキャパシタ１３１は、電源１に並列して、正極電線１１１と負極電線１１２との間に接続される。

【0022】

駆動回路１５０は、ゲートドライバ１５１と、ゲート抵抗Ｒｇと、ダイオードＤ２と、受電抵抗Ｒ１と、受動素子であるコンデンサＣ１とを備える。

【0023】

ゲートドライバ１５１は、ゲート抵抗Ｒｇを介してスイッチング素子Ｑ１のゲート端子に接続される。ゲートドライバ１５１は、スイッチング素子Ｑ１のオン／オフを制御する。ゲートドライバ１５１は、ゲート抵抗Ｒｇの第１端と接続される。ゲート抵抗Ｒｇの第２端は、スイッチング素子Ｑ１のゲート端子と接続される。

【0024】

ダイオードＤ２は、スイッチング素子Ｄ１に発生する電圧を検出する。
ダイオードＤ２のアノードは、ゲート抵抗Ｒｇの第２端、およびスイッチング素子Ｑ１のゲート端子と接続される。ダイオードＤ２のカソードは、ノードＮＤ２に接続される。

【0025】

コンデンサＣ１の第１端は、ノードＮＤ２に接続される。コンデンサＣ１の第２端は、負極電線１１２およびスイッチング素子Ｄ１の負極端子と接続される。

【0026】

受電抵抗Ｒ１の第１端は、正極電線１１１と接続される。受電抵抗Ｒ１の第２端は、ノードＮＤ２に接続される。

【0027】

ダイオードＤ２は、スイッチング素子Ｄ１に生じたリカバリサージ電圧を駆動回路１５０に伝達し、それ以外の影響を阻止する。コンデンサＣ１（受動素子）は、スイッチング素子Ｄ１のリカバリサージ電圧の大きさに応じた電流を流す。受電抵抗Ｒ１は、一定電圧の電線である正極電線１１１と、コンデンサＣ１（受動素子）の第１端との間に配置される。受電抵抗Ｒ１は、ダイオードＤ２が電圧を検出する際に、コンデンサＣ１（受動素子）の電圧を適切な状態に保つ。

【0028】

ゲートドライバ１５１は、各スイッチング素子のオンオフ駆動制御を行う制御回路１６０から処理信号を受け取る。

【0029】

制御回路１６０は、処理回路を備える。制御回路１６０の処理回路は、Ａ／Ｄ変換装置を介してＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などで処理を行うデジタル電子回路により構成されてもよいし、コンパレータ、オペアンプ、または差動増幅回路などのアナログ電子回路から構成されてもよいし、デジタル電子回路及びアナログ電子回路の双方により構成されてもよい。

【0030】

図２は、駆動回路１５０の動作波形を模式的に表した図である。駆動回路１５０は、スイッチングレグ１５２をオン／オフ駆動する機能を備えており、制御回路１６０等からの信号に従ってスイッチング素子Ｑ１を駆動する。

【0031】

実施の形態１において、駆動回路１５０は、スイッチング素子Ｄ１に発生する過電圧を検出する。駆動回路１５０は、スイッチング素子Ｑ１がターンオンした際等に発生する、スイッチング素子Ｄ１のリカバリ電流を原因とした、スイッチング素子Ｄ１のリカバリサージ電圧を検出し、リカバリサージ電圧の大きさに応じた電流をスイッチング素子Ｑ１のゲート端子から引き抜く。

【0032】

スイッチング素子Ｑ１がターンオンした際には、図２のようにスイッチング素子Ｄ１にリカバリサージ電圧を生じる。一般に、ダイオードの導通損失を低下させるとダイオード中のキャリア濃度が増加し、導通状態から逆電圧を印加した瞬間のリカバリ電流が増加することで、リカバリサージ電圧が増加する。リカバリサージ電圧が増加すると、機器の耐電圧設計に悪影響を与える他、ＥＭＣの問題が発生するなどの影響があるので、リカバリサージ電圧の抑制は設計のトレードオフを改善する要素となる。

【0033】

本実施の形態では、スイッチング素子Ｄ１においてリカバリサージ電圧を発生し、スイッチング素子Ｄ１に母線電圧よりも大きな電圧が生じた場合、ダイオードＤ２およびコンデンサＣ１を介して、スイッチング素子Ｑ１のゲート端子から電流が引き抜かれ、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧が一時的に低下することにより、サージ電圧発生の瞬間だけ、スイッチング素子Ｑ１のターンオンが抑制される。

【0034】

スイッチング素子Ｑ１のターンオンの速度が抑制されることによって、スイッチング素子Ｑ１と接続されるダイオードＤ２のリカバリ電流が抑制され、リカバリサージ電圧の発生が抑制される。駆動回路１５０のリカバリサージ電圧抑制機能により、ダイオードＤ２の設計トレードオフを改善することができるため、機器の耐電圧設計およびＥＭＣ設計などが改善され、電力変換装置の性能が向上する。

【0035】

実施の形態１の変形例１．
図３は、実施の形態１の変形例１に係る電力変換装置１００Ａの概略構成図である。本変形例の電力変換装置１００Ａが実施の形態１の電力変換装置１００と相違する点について説明する。

【0036】

電力変換装置１００Ａは、実施の形態１と相違するブリッジ回路１２０Ａを備える。ブリッジ回路１２０Ａは、実施の形態１と相違する駆動回路１５０Ａを備える。

【0037】

駆動回路１５０Ａは、コンデンサＣ１に代えて、コンデンサＣｘおよび抵抗Ｒｘの組み合わせからなる受動回路１０を備える。

【0038】

受動回路１０は、他の種類の２つの受動素子の組み合わせによって構成されるものとしてもよい。受動回路１０内の抵抗Ｒｘの代わりに、他の受動素子、たとえばリアクトルが用いられてもよい。

【0039】

本変形例では、コンデンサＣ１に代えて、複数の受動素子が用いられることとしたが、これに限定するものではなく、コンデンサＣ１に代えて、１つの他の種類の受動素子が用いられてもよい。

【0040】

実施の形態１の変形例２．
図１の電力変換装置の構成は、一例であり電源１から負荷２への昇圧回路を構成することもできる。

【0041】

図４は、実施の形態１の変形例２に係る電力変換装置１００Ｂの概略構成図である。本変形例の電力変換装置１００Ｂが実施の形態１の電力変換装置１００と相違する点について説明する。

【0042】

電流制御リアクトル１４０の第２の端子は、電源１の負極端子に接続される。正極電線１１１は、電源１の正極端子および負荷２の正極端子に接続される。負極電線１１２は、負荷２の負極端子に接続される。

【0043】

実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係る電力変換装置１００Ｃの概略構成図である。本実施の形態の電力変換装置１００Ｃが実施の形態１の電力変換装置１００と相違する点について説明する。

【0044】

電力変換装置１００Ｃは、実施の形態１と相違するブリッジ回路１２０Ｃを備える。ブリッジ回路１２０Ｃは、駆動回路１５０Ｃ、およびスイッチングレグ１５２Ｃを備える。スイッチングレグ１５２Ｃは、スイッチング素子Ｑ１、Ｄ１と、ダイオード２１とを備える。

【0045】

スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｄ１とが正極電線１１１と負極電線１１２との間に直列接続される。

【0046】

スイッチング素子Ｄ１の正極端子は、正極電線１１１と接続される。スイッチング素子Ｄ１の負極端子は、ノードＮＤ１と接続される。スイッチング素子Ｑ１の正極端子は、ノードＮＤ１と接続される。スイッチング素子Ｑ１の負極端子は、負極電線１１２と接続される。スイッチング素子Ｑ１には、ダイオード２１（以下、逆並列接続ダイオード２１と称す）が逆並列接続されている。

【0047】

駆動回路１５０Ｃは、ゲートドライバ１５１と、ゲート抵抗Ｒｇと、ダイオードＤ３と、受電抵抗Ｒ２と、コンデンサＣ２とを備える。

【0048】

ゲートドライバ１５１は、ゲート抵抗Ｒｇを介してスイッチング素子Ｑ１のゲート端子に接続される。ゲートドライバ１５１は、スイッチング素子Ｑ１のオン／オフを制御する。ゲートドライバ１５１は、ゲート抵抗Ｒｇの第１端と接続される。ゲート抵抗Ｒｇの第２端は、スイッチング素子Ｑ１のゲート端子と接続される。

【0049】

ダイオードＤ３のカソードは、ノードＮＤ１と接続され、ダイオードＤ３のアノードは、ノードＮＤ３と接続される。

【0050】

コンデンサＣ２の第１端は、ノードＮＤ３と接続される。コンデンサＣ２の第２端は、ゲート抵抗Ｒｇの第２端、およびスイッチング素子Ｑ１のゲート端子と接続される。

【0051】

受電抵抗Ｒ２の第１端は、負極電線１１２と接続される。受電抵抗Ｒ２の第２端は、ノードＮＤ３と接続される。

【0052】

ダイオードＤ３は、スイッチング素子Ｄ１にリカバリサージ電圧を生じた際に発生するリカバリサージ電圧を駆動回路１５０Ｃに伝達し、それ以外の影響を阻止する。コンデンサＣ２（受動素子）は、スイッチング素子Ｄ１のリカバリサージ電圧の大きさに応じた電流を流す。受電抵抗Ｒ２は、ダイオードＤ３が電圧を検出する際に、コンデンサＣ２（受動素子）の電圧を適切な状態に保つ。

【0053】

実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、駆動回路１５０Ｃは、スイッチング素子Ｄ１に発生する過電圧を検出する。駆動回路１５０Ｃは、スイッチング素子Ｑ１がターンオンした際等に発生する、スイッチング素子Ｄ１のリカバリ電流を原因とした、スイッチング素子Ｄ１のリカバリサージ電圧を検出し、リカバリサージ電圧の大きさに応じた電流をスイッチング素子Ｑ１のゲート端子から引き抜く。

【0054】

実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、スイッチング素子Ｄ１においてリカバリサージ電圧を発生し、スイッチング素子Ｄ１に母線電圧よりも大きな電圧が生じた場合、ダイオードＤ３およびコンデンサＣ２を介して、スイッチング素子Ｑ１のゲート端子から電流が引き抜かれ、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧が一時的に低下することにより、サージ電圧発生の瞬間だけ、スイッチング素子Ｑ１のターンオンが抑制される。

【0055】

実施の形態２の変形例１．
図６は、実施の形態２の変形例１に係る電力変換装置１００Ｄの概略構成図である。本変形例の電力変換装置１００Ｄが実施の形態２の電力変換装置１００Ｃと相違する点について説明する。

【0056】

電力変換装置１００Ｄは、ブリッジ回路１２０Ｄを備える。ブリッジ回路１２０Ｄは、駆動回路１５０Ｄを備える。駆動回路１５０Ｄは、駆動回路１５０Ｃの構成要素に加えて、コンデンサＣ３を備える。

【0057】

コンデンサＣ３は、正極電線１１１とノードＮＤ３との間に配置される。コンデンサＣ３を設けることによって、電流経路が増大することによるインダンタンスの問題などを抑制できる。

【0058】

実施の形態３．
実施の形態１および２では電源１から負荷２への単方向の電力変換装置を説明したが、本開示は、これに限定されるものではない。２つのスイッチング素子にサージ電圧抑制回路を適用し、双方向の電力変換が可能な非絶縁型のＤＣ／ＡＣ変換回路を構成することができる。

【0059】

図７は、実施の形態３の電力変換装置の構成を表わす図である。
電力変換装置は、３相インバータ回路２００を備える。

【0060】

３相インバータ回路２００は、第１ブリッジ回路ＢＲ１、第２ブリッジ回路ＢＲ２、および第３ブリッジ回路ＢＲ３を備える。

【0061】

第１ブリッジ回路ＢＲ１は、駆動回路１５０Ｅと、スイッチングレグ１５２Ｅとを備える。第２ブリッジ回路ＢＲ２および第３ブリッジ回路ＢＲ３の構成は、第１ブリッジ回路ＢＲ１の構成と同様である。

【0062】

スイッチングレグ１５２Ｅは、スイッチング素子Ｑ１ａ、Ｑ１ｂと、ダイオード２１ａ，２１ｂとを備える。

【0063】

スイッチング素子Ｑ１ａとスイッチング素子Ｑ１ｂとが正極電線１１１と負極電線１１２との間に直列接続されている。スイッチング素子Ｑ１ａの正極端子は、正極電線１１１と接続される。スイッチング素子Ｑ１ａの負極端子は、ノードＮＤ１と接続される。スイッチング素子Ｑ１ｂの正極端子は、ノードＮＤ１と接続される。スイッチング素子Ｑ１ｂの負極端子は、負極電線１１２と接続される。スイッチング素子Ｑ１ａには、ダイオード２１ａが逆並列接続されている。スイッチング素子Ｑ１ｂには、ダイオード２１ｂが逆並列接続されている。

【0064】

正極電線１１１は、ＤＣ入出力部２０１の正極端子に接続される。負極電線１１２は、ＤＣ入出力部２０１の負極端子に接続される。ノードＮＤ１は、ＡＣ入出力部２０２の第１の端子に接続される。

【0065】

直流リンクキャパシタ１３１は、正極電線１１１と負極電線１１２との間に接続される。

【0066】

駆動回路１５０Ｅは、ゲートドライバ１５１ａ，１５１ｂと、ゲート抵抗Ｒｇａ，Ｒｇｂと、ダイオードＤ２，Ｄ３と、受電抵抗Ｒ１，Ｒ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２とを備える。

【0067】

ゲートドライバ１５１ａは、ゲート抵抗Ｒｇａを介してスイッチング素子Ｑ１ａのゲート端子に接続される。ゲートドライバ１５１ａは、スイッチング素子Ｑ１ａのオン／オフを制御する。ゲートドライバ１５１ａは、ゲート抵抗Ｒｇａの第１端と接続される。ゲート抵抗Ｒｇａの第２端は、スイッチング素子Ｑ１ａのゲート端子と接続される。

【0068】

ダイオードＤ２は、スイッチング素子Ｑ１ｂに発生する電圧を検出する。
ダイオードＤ２のアノードは、ゲート抵抗Ｒｇａの第２端、およびスイッチング素子Ｑ１ａのゲート端子と接続される。ダイオードＤ２のカソードは、ノードＮＤ２に接続される。

【0069】

コンデンサＣ１の第１端は、ノードＮＤ２に接続される。コンデンサＣ１の第２端は、負極電線１１２およびスイッチング素子Ｑ１ｂの負極端子と接続される。

【0070】

受電抵抗Ｒ１の第１端は、正極電線１１１と接続される。受電抵抗Ｒ１の第２端は、ノードＮＤ２に接続される。

【0071】

ダイオードＤ２は、スイッチング素子Ｑ１ｂにリカバリサージ電圧を生じた際に発生するサージ電圧を駆動回路１５０Ｅに伝達し、それ以外の影響を阻止する。コンデンサＣ１（受動素子）は、スイッチング素子Ｑ１ｂのリカバリサージ電圧の大きさに応じた電流を流す。受電抵抗Ｒ１は、ダイオードＤ２が電圧を検出する際に、コンデンサＣ１（受動素子）の電圧を適切な状態に保つ。

【0072】

ゲートドライバ１５１ａは、各スイッチング素子のオンオフ駆動制御を行う図示しない制御回路から処理信号を受け取る。

【0073】

ゲートドライバ１５１ｂは、ゲート抵抗Ｒｇｂを介してスイッチング素子Ｑ１ｂのゲート端子に接続される。ゲートドライバ１５１ｂは、スイッチング素子Ｑ１ｂのオン／オフを制御する。ゲートドライバ１５１ｂは、ゲート抵抗Ｒｇｂの第１端と接続される。ゲート抵抗Ｒｇｂの第２端は、スイッチング素子Ｑ１ｂのゲート端子と接続される。

【0074】

ダイオードＤ３のカソードは、ノードＮＤ１と接続され、ダイオードＤ３のアノードは、ノードＮＤ３と接続される。

【0075】

コンデンサＣ２の第１端は、ノードＮＤ３と接続される。コンデンサＣ２の第２端は、ゲート抵抗Ｒｇｂの第２端、およびスイッチング素子Ｑ１ｂのゲート端子と接続される。

【0076】

受電抵抗Ｒ２の第１端は、負極電線１１２と接続される。受電抵抗Ｒ２の第２端は、ノードＮＤ３と接続される。

【0077】

ダイオードＤ３は、スイッチング素子Ｑ１ａにリカバリサージ電圧を生じた際に発生するサージ電圧を駆動回路１５０Ｅに伝達し、それ以外の影響を阻止する。コンデンサＣ２（受動素子）は、スイッチング素子Ｑ１ａのリカバリサージ電圧の大きさに応じた電流を流す。受電抵抗Ｒ２は、ダイオードＤ３が電圧を検出する際に、コンデンサＣ２（受動素子）の電圧を適切な状態に保つ。

【0078】

なお、上述のＤＣ／ＤＣ変換回路以外にも、ＤＡＢ（Dual-Active-Bridge）回路またはＬＬＣ回路など、高周波変圧器を介した絶縁型のＤＣ／ＤＣ変換回路を構成することもできる。

【0079】

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

【0080】

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。本発明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】

【0081】

１ 電源、２ 負荷、１０ 受動回路、２１，２１ａ，２１ｂ，Ｄ２，Ｄ３ ダイオード、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ 電力変換装置、１１１ 正極電線、１１２ 負極電線、１２０，１２０Ａ，１２０Ｃ，１２０Ｄ ブリッジ回路、１３１ 直流リンクキャパシタ、１４０ 電流制御リアクトル、１５０，１５０Ａ，１５０Ｃ，１５０Ｄ，１５０Ｅ 駆動回路、１５１，１５１ａ，１５１ｂ ゲートドライバ、１５２，１５２Ｃ，１５２Ｅ スイッチングレグ、１６０ 制御回路、２００ インバータ回路、２０１ ＤＣ入出力部、２０２ ＡＣ入出力部、ＢＲ１ 第１ブリッジ回路、ＢＲ２ 第２ブリッジ回路、ＢＲ３ 第３ブリッジ回路、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃｘ コンデンサ、Ｄ１，Ｑ１ａ，Ｑ１，Ｑ１ｂ スイッチング素子、ＮＤ１，ＮＤ２，ＮＤ３ ノード、Ｒ１，Ｒ２ 受電抵抗、Ｒｇ，Ｒｇａ，Ｒｇｂ ゲート抵抗、Ｒｘ 抵抗。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】