JP2013038894A - コンデンサの放電回路 - Google Patents

Abstract

【課題】部品数の増大を抑制し、ひいては体格及びコストの増大を抑制することのできるコンデンサの放電回路を提供する。
【解決手段】第１，第２モータジェネレータ１０ａ，１０ｂを備える車両に適用される電力変換システムにおいて、電気経路２４ａ，２６ａ間を第1の接続経路３６ａによって接続する。具体的には、第1のスイッチング素子３８ａが閉状態とされる場合に、第1の放電回路に含まれる高抵抗体２８ａ，３０ａの合計抵抗値が電気経路２４ａ，２６ａのそれぞれに設けられる高抵抗体２８ａ，３０ａの直列接続体の合計抵抗値よりも小さくなるように、電気経路２４ａ，２６ａ間を第1の接続経路３６ａによって接続する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、直流電源と、一対の入力端子を有して且つ該一対の入力端子を介して前記直流電源と接続される電力変換回路と、該電力変換回路の一対の入力端子間に接続されるコンデンサと、前記一対の入力端子間の電圧を検出する電圧検出回路とを備えるシステムに適用されるコンデンサの放電回路に関する。

従来、例えば下記特許文献１，２に見られるように、車載主機となる回転機の電力供給源となるバッテリに、インバータ、コンデンサ及び放電抵抗体が並列接続される電力変換システムが知られている。詳しくは、上記システムに備えられるコンデンサ（平滑コンデンサ）は、インバータの一対の入力端子間の電圧変動を抑制する機能を有する。また、放電抵抗体は、バッテリ及びインバータの間に設けられるコンタクタが開状態とされてバッテリ及びインバータ間が遮断される状況下において、コンデンサの放電回路の一部を形成し、コンデンサの放電を行う機能を有する。

特開２０１０−２０６９０９号公報 特開２００５−７３３９９号公報

ところで、上記電力変換システムに放電抵抗体を設けることは、コンデンサの放電回路の部品数の増大につながる懸念がある。この場合、上記システムの体格及びコストの増大を招く懸念がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、部品数の増大を好適に抑制することのできるコンデンサの放電回路を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、直流電源と、一対の入力端子を有して且つ該一対の入力端子を介して前記直流電源と接続される電力変換回路と、該電力変換回路の一対の入力端子間に接続されるコンデンサと、前記一対の入力端子間の電圧を検出する電圧検出回路とを備えるシステムに適用され、前記電圧検出回路と前記一対の入力端子のそれぞれとを接続する一対の電気経路と、前記電気経路に設けられて且つ前記入力端子の電位及び基準となる電位の電位差を分圧する複数の抵抗体の直列接続体と、前記一対の電気経路間を接続する接続経路と、前記接続経路に設けられて且つ該接続経路を開閉する電子制御式の開閉手段と、前記開閉手段を開閉操作する操作手段とを備え、前記電圧検出回路は、前記複数の抵抗体の直列接続体によって分圧された前記電位差に基づき、前記一対の入力端子間の電圧を検出し、前記接続経路は、前記操作手段によって前記開閉手段が閉状態とされる場合に、前記コンデンサ及び前記接続経路からなる閉ループ回路に前記複数の抵抗体の少なくとも１つが含まれるように前記一対の電気経路間に接続されていることを特徴とする。

上記発明では、入力端子の電位及び基準となる電位の電位差を上記抵抗体の直列接続体によって分圧した値に基づき、電力変換回路の一対の入力端子間の電圧（電位差）を検出する電圧検出回路を備えている。そして、電圧検出回路の有する一対の電気経路間を上記態様にて接続する接続経路、接続経路に設けられる開閉手段、及び開閉手段を開閉操作する操作手段を備えている。ここで、開閉手段を閉状態にすると、コンデンサ、抵抗体及び接続経路からなる閉ループ経路が形成されることとなる。このため、電圧検出回路の有する抵抗体によってコンデンサの放電を行うことができる。このように、上記発明によれば、電圧検出回路の有する抵抗体を放電抵抗体として用いることで、コンデンサの放電回路を備えることに伴う部品数の増大を好適に抑制することができる。これにより、放電回路が備えられるシステムの体格及びコストの増大を抑制することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記接続経路は、前記開閉手段が閉状態とされる場合に、前記閉ループ回路に含まれる前記抵抗体の合計抵抗値が前記抵抗体の直列接続体の合計抵抗値よりも小さくなるように前記一対の電気経路間に接続されていることを特徴とする。

上記発明では、接続経路を上記態様にて一対の電気経路間に接続している。このため、例えば直流電源及び電力変換回路間が遮断された後に、コンデンサの放電を速やかに行うことができる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記電力変換回路は、前記直流電源に接続されて且つ該直流電源の電圧を昇圧して出力する昇圧回路と、該昇圧回路の出力側に接続される直流交流変換回路とを含み、前記コンデンサは、前記昇圧回路及び前記直流交流変換回路のそれぞれの一対の入力端子間に各別に接続され、前記電圧検出回路は、前記昇圧回路及び前記直流交流変換回路のそれぞれに対して各別に備えられることを特徴とする。

上記発明では、電力変換回路として、上記昇圧回路及び直流交流変換回路を備えている。そして、昇圧回路及び直流交流変換回路のそれぞれの一対の入力端子間の電圧変動を抑制すべく、これら回路のそれぞれに対して各別にコンデンサを備えている。さらに、昇圧回路及び直流交流変換回路のそれぞれの入力端子間の電圧を検出すべく、これら回路のそれぞれに対する電圧検出回路を各別に備えている。こうした上記発明によれば、昇圧回路及び直流交流変換回路のそれぞれに対する電圧検出回路の有する抵抗体を昇圧回路及び直流交流変換回路のそれぞれに対するコンデンサの放電抵抗体として用いることができる。これにより、昇圧回路及び直流交流変換回路のそれぞれの一対の入力端子間に各別に接続されるコンデンサの放電を迅速に行うことができる。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか1項に記載の発明において、前記操作手段は、前記開閉手段を開閉するための指令信号を出力するものであり、前記開閉手段は、前記操作手段から前記指令信号が出力される場合に開状態とされて且つ、前記操作手段から前記指令信号が出力されない場合に閉状態とされることを特徴とする。

上記発明では、システムに異常が生じることで操作手段から指令信号が出力されなくなる状況下において、開閉手段が閉状態とされる。このため、システムに異常が生じる場合であってもコンデンサの放電経路を適切に確保することができる。

さらに、上記発明では、システムの正常時において操作手段から指令信号が出力されることで開閉手段が開状態とされるため、上記閉ループ回路が常時形成される事態を回避することもできる。これにより、上記閉ループ回路の形成によって直流電源から抵抗体に電流が流れることによる消費電力を低減させたり、抵抗体の発熱を抑制したりすることができる。

第１の実施形態にかかるシステム構成図。 第１の実施形態にかかるスイッチング素子の特性を示す図。 第１の実施形態にかかるコンデンサの放電態様を示す図。 第１の実施形態にかかる回路基板上の抵抗体の配置態様を示す図。 第２の実施形態にかかるシステム構成図。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかるコンデンサの放電回路をパラレルシリーズハイブリッド車に備えられる電力変換システムに適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。

図示される第１モータジェネレータ１０ａ及び第２モータジェネレータ１０ｂは、図示しない動力分割装置を介して駆動輪や内燃機関に機械的に連結されている。第１モータジェネレータ１０ａは、インバータＩＶ１に接続され、第２モータジェネレータ１０ｂは、インバータＩＶ２に接続されている。これらインバータＩＶ１，ＩＶ２は、高圧バッテリ１２の電圧を昇圧する昇圧コンバータＣＶの出力電圧を入力電圧とするものである。

高圧バッテリ１２は、１００Ｖ以上（例えば２８０Ｖ）の端子電圧を有する蓄電池である。ちなみに、高圧バッテリ１２としては、例えば、リチウムイオン蓄電池や、ニッケル水素蓄電池を採用することができる。

昇圧コンバータＣＶの一対の入力端子間には、高圧バッテリ１２から入力される電圧の変動を抑制するコンデンサＣ１（平滑コンデンサ）が接続されている。

昇圧コンバータＣＶは、高電位側のスイッチング素子Ｓｗｐ及び低電位側のスイッチング素子Ｓｗｎの直列接続体と、これに並列接続されて且つインバータＩＶ１，ＩＶ２に対する出力電圧の変動を抑制するコンデンサＣ２（平滑コンデンサ）と、高電位側のスイッチング素子Ｓｗｐ及び低電位側のスイッチング素子Ｓｗｎの接続点と高圧バッテリ１２とを接続するインダクタＬとを備えている。詳しくは、昇圧コンバータＣＶは、これらスイッチング素子の操作によって高圧バッテリ１２の直流電圧を所定の直流電圧（例えば「６５０Ｖ」）を上限として昇圧する機能を有する。

上記インバータＩＶ１，ＩＶ２はそれぞれ、高電位側のスイッチング素子Ｓｗｐ及び低電位側のスイッチング素子Ｓｗｎの直列接続体が３つ並列接続されて構成されている。そして、これら各スイッチング素子Ｓｗｐ及びスイッチング素子Ｓｗｎの接続点は、第１モータジェネレータ１０ａや第２モータジェネレータ１０ｂの各相にそれぞれ接続されている。また、高電位側のスイッチング素子Ｓｗｐ，低電位側のスイッチング素子Ｓｗｎのそれぞれの入出力端子間（コレクタ及びエミッタ間）には、フリーホイールダイオードＦＤｐ，ＦＤｎが逆並列に接続されている。

なお、高圧バッテリ１２及び昇圧コンバータＣＶ間には、これらの間を導通又は遮断すべく開閉されるリレー１４が設けられている。また、本実施形態では、上記スイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎとして、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を用いている。さらに、図示しないが、スイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎ付近には、スイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎの温度を検出するための感温ダイオードが設けられている。

マイクロコンピュータ（マイコン１６）は、上記インバータＩＶ１，ＩＶ２を操作することで、第１モータジェネレータ１０ａや第２モータジェネレータ１０ｂの制御量（例えばトルク）を制御する制御手段である。また、マイコン１６は、昇圧コンバータＣＶのスイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎを操作することで、昇圧コンバータＣＶの出力電圧を操作する。詳しくは、マイコン１６は、フォトカプラ等の絶縁手段を備えるインターフェース１８を介してインバータＩＶ１，ＩＶ２や昇圧コンバータＣＶの各スイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎに操作信号を出力することで、インバータＩＶ１，ＩＶ２や昇圧コンバータＣＶを操作する。ここで、インターフェース１８に絶縁手段を備えるのは、インバータＩＶ１，ＩＶ２や高圧バッテリ１２を備える車載高圧システムと、マイコン１６を備える車載低圧システムとを絶縁するためである。

マイコン１６は、上記操作信号を生成するに際して、昇圧コンバータＣＶやインバータＩＶ１，ＩＶ２の入力電圧を参照する。これは、インバータＩＶ１，ＩＶ２の入力電圧をマイコン１６内のアナログデジタル変換器の入力可能電圧に変換する差動増幅回路２０ａ、及び昇圧コンバータＣＶの入力電圧を上記アナログデジタル変換器の入力可能電圧に変換する差動増幅回路２０ｂを備えることで行われる。

これら差動増幅回路２０ａ，２０ｂは、いずれも一対の入力端子の電位をマイコン１６を備える低圧システムの接地基準での電位に変換する機能を備える。これは、本実施形態において、高圧システムの基準電位と低圧システムの基準電位とが相違するためである。具体的には、基準電位となる昇圧コンバータＣＶやインバータＩＶ１，ＩＶ２の負極側の入力端子（コンデンサＣ１の負極側の端子）である負極側入力端子ＴＮの電位ＶＮは、低圧システムにおける基準電位よりも低くなっている。これは、本実施形態では、コンデンサＣ１の正極電位と負極電位との中央値を低圧システムの基準電位としているためである。これは、コンデンサＣ１の両端の電圧を抵抗体によって分圧したものを低圧システムの基準電位とすることで実現することができる。なお、低圧システムの基準電位は、接地電位（車体電位）である。

詳しくは、インバータＩＶ１，ＩＶ２の正極側の入力端子（コンデンサＣ２の正極側の端子）である昇圧後正極側入力端子ＴＨと、差動増幅回路２０ａの有するオペアンプ２２ａの反転入力端子とは電気経路２４ａによって接続され、負極側入力端子ＴＮとオペアンプ２２ａの非反転入力端子とは電気経路２６ａによって接続されている。そして、電気経路２４ａ，２６ａのそれぞれには、複数（図中、７つを例示）の抵抗体の直列接続体である高抵抗体２８ａ，３０ａがそれぞれ設けられている。

差動増幅回路２０ａは、昇圧後正極側入力端子ＴＨの電位ＶＨと負極側入力端子ＴＮの電位ＶＮとの電位差を変換する手段である。ここで、昇圧後正極側入力端子ＴＨの電位ＶＨと接地電位との電位差は、高抵抗体２８ａと低抵抗体３２ａとによって分圧された後、オペアンプ２２ａの反転入力端子に印加される。また、負極側入力端子ＴＮの電位ＶＮと接地電位との電位差は、高抵抗体３０ａと低抵抗体３４ａとによって分圧された後、オペアンプ２２ａの非反転入力端子に印加される。なお、オペアンプ２２ａの反転入力端子と出力端子とは抵抗体３５ａによって接続されている。

一方、昇圧コンバータＣＶの正極側の入力端子（コンデンサＣ１の正極側の端子）であるバッテリ正極側入力端子ＴＬと、差動増幅回路２０ｂの有するオペアンプ２２ｂの反転入力端子とは電気経路２４ｂによって接続され、負極側入力端子ＴＮとオペアンプ２２ｂの非反転入力端子とは電気経路２６ｂによって接続されている。そして、電気経路２４ｂ，２６ｂのそれぞれには、複数（図中、７つを例示）の抵抗体の直列接続体である高抵抗体２８ｂ，３０ｂがそれぞれ設けられている。

差動増幅回路２０ｂは、バッテリ正極側入力端子ＴＬの電位ＶＬと負極側入力端子ＴＮの電位ＶＮとの電位差を変換する手段である。ここで、バッテリ正極側入力端子ＴＬの電位ＶＬと接地電位との電位差は、高抵抗体２８ｂと低抵抗体３２ｂとによって分圧された後、オペアンプ２２ｂの反転入力端子に印加される。また、負極側入力端子ＴＮの電位ＶＮと接地電位との電位差は、高抵抗体３０ｂと低抵抗体３４ｂとによって分圧された後、オペアンプ２２ｂの非反転入力端子に印加される。なお、オペアンプ２２ｂの反転入力端子と出力端子とは抵抗体３５ｂによって接続されている。

ちなみに、本実施形態において、高抵抗体２８ａ，３０ａ，２８ｂ，３０ｂのそれぞれを構成する抵抗体の数は同一であり、高抵抗体２８ａ，３０ａ，２８ｂ，３０ｂのそれぞれの合計抵抗値は同一であり、低抵抗体３２ａ，３４ａ，３２ｂ，３４ｂのそれぞれの抵抗値も同一である。また、高抵抗体２８ａ，３０ａ，２８ｂ，３０ｂのそれぞれの合計抵抗値（例えば数ＭΩ）は、低抵抗体３２ａ，３４ａ，３２ｂ，３４ｂのそれぞれの抵抗値（例えば数ｋΩ）よりも十分に大きい。

さらに、高抵抗体２８ａ，３０ａ，２８ｂ，３０ｂが複数の抵抗体からなるのは、絶縁距離を確保するためである。つまり、高抵抗体を単一の抵抗体にて構成する場合、その両端の距離を十分に長くする必要が生じるが、これを満たす部材を構成することが困難であるため、複数の抵抗体にて構成した。

上記マイコン１６は、さらに放電制御処理を行う。この処理は、リレー１４が開状態とされて高圧バッテリ１２及び昇圧コンバータＣＶ間が遮断される状況下、コンデンサＣ１，Ｃ２の放電を行うための処理であり、その後の車両メンテナンス等に備えて安全を確保することを目的として行われる。本実施形態では、放電制御処理を、モータジェネレータ１０ａ，１０ｂに無効電流を流すように（モータジェネレータの生成トルクを０とするように）インバータＩＶ１，ＩＶ２を操作する処理とする。こうした放電制御処理によれば、迅速にコンデンサＣ１，Ｃ２の放電を行うことができる。

ところで、車両の衝突等によって電力変換システムが損傷することがある。具体的には、例えば、マイコン１６の電力供給源が断たれたり、スイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎの実装される回路基板が損傷したりする。電力変換システムが損傷すると、インバータＩＶ１，ＩＶ２を適切に通電操作できなくなること等によって放電制御処理を行うことができなくなる懸念がある。

こうした非常時に備えて、本実施形態では、コンデンサＣ１，Ｃ２のそれぞれに対応した放電回路を備えている。以下、放電回路について説明する。

上記電気経路２４ａ，２６ａの間は、第1の接続経路３６ａによって接続されている。第1の接続経路３６ａには、この経路を開閉する第1のスイッチング素子３８ａが設けられている。本実施形態では、第1のスイッチング素子３８ａとして、電界効果トランジスタを用いており、より具体的には、デプレッション型ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。なお、第1のスイッチング素子３８ａのドレインには電気経路２４ａが接続され、ソースには電気経路２６ａが接続されている。

一方、上記電気経路２４ｂ，２６ｂの間は、第２の接続経路３６ｂによって接続されている。第２の接続経路３６ｂには、この経路を開閉する第２のスイッチング素子３８ｂが設けられている。本実施形態では、第２のスイッチング素子３８ｂとして、第1のスイッチング素子３８ａと同様のデプレッション型ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。なお、第２のスイッチング素子３８ｂのドレインには電気経路２４ｂが接続され、ソースには電気経路２６ｂが接続されている。

ここで、本実施形態では、高抵抗体２８ａ，３０ａのうち第１の接続経路３６ａの接続点よりも高電位側（ＴＨ，ＴＮ側）の抵抗体（図中、２つを例示）同士の抵抗値を同一にするとともに、上記高電位側の各抵抗体の抵抗値を高抵抗体２８ａ，３０ａのうち第１の接続経路３６ａの接続点よりも低電位側（差動増幅回路２０ａ側）の各抵抗体の抵抗値よりも小さく設定している。すなわち、第1のスイッチング素子３８ａが閉状態とされる場合に、コンデンサＣ２、高抵抗体２８ａの一部、第1の接続経路３６ａ及び高抵抗体３０ａの一部からなる閉ループ回路（以下、第1の放電回路）に含まれる高抵抗体２８ａ，３０ａの一部の合計抵抗値（例えば数ｋΩ）が電気経路２４ａ，２６ａのそれぞれに設けられる高抵抗体２８ａ，３０ａのそれぞれの合計抵抗値（例えば数ＭΩ）よりも小さくなるように、電気経路２４ａ，２６ａ間に第1の接続経路３６ａを接続している。

また、高抵抗体２８ｂ，３０ｂのうち第２の接続経路３６ｂの接続点よりも高電位側（ＴＬ，ＴＮ側）の抵抗体（図中、２つを例示）同士の抵抗値を同一にするとともに、上記高電位側の各抵抗体の抵抗値を高抵抗体２８ｂ，３０ｂのうち第２の接続経路３６ｂの接続点よりも低電位側（差動増幅回路２０ｂ側）の各抵抗体の抵抗値よりも小さく設定している。すなわち、第２のスイッチング素子３８ｂが閉状態とされる場合に、コンデンサＣ１、高抵抗体２８ｂの一部、第２の接続経路３６ｂ及び高抵抗体３０ｂの一部からなる閉ループ回路（以下、第２の放電回路）に含まれる高抵抗体２８ｂ，３０ｂの一部の合計抵抗値が電気経路２４ｂ，２６ｂのそれぞれに設けられる高抵抗体２８ｂ，３０ｂのそれぞれの合計抵抗値よりも小さくなるように、電気経路２４ｂ，２６ｂ間に第２の接続経路３６ｂを接続している。

こうした接続手法は、電力変換システムに損傷が生じる非常時における安全性を確保するためのものである。つまり、上記非常時においては、安全性を確保すべく短時間（例えば数分）でコンデンサＣ１，Ｃ２の電圧を所定の低電圧以下とすることが要求される。この要求を実現させるための放電回路における抵抗体の合計抵抗値は通常、高抵抗体２８ａ，３０ａ，２８ｂ，３０ｂのそれぞれの合計抵抗値よりも十分に低い。

上述した放電回路において、第1のスイッチング素子３８ａ，第２のスイッチング素子３８ｂは、図２に示すように、スイッチング素子を開状態とする旨の信号（開信号）がマイコン１６から出力される場合、ゲート電圧ＶＧＳが十分に低い電圧（図中、ｖ１として例示）まで引き下げられて開状態とされ、開信号がマイコン１６から出力されない場合には、ゲート電圧ＶＧＳが上記電圧ｖ１よりも高い電圧（図中、ｖ２として例示）とされて閉状態とされるいわゆるノーマリオン型のスイッチとして動作する。この設定は、電力変換システムに異常が生じる状況下において上記第1の放電回路及び第２の放電回路を確実に形成させたり、電力変換システムの正常時（通常使用時）における消費電力を低減させたりするためのものである。

つまり、電力変換システムに異常が生じ、例えばマイコン１６とマイコン１６の電力供給源との間の電気経路が遮断される場合、マイコン１６によって第1，第２のスイッチング素子３８ａ，３８ｂを閉状態に切り替えることができず、放電回路を形成させることができなくなるおそれがある。また、例えば第1，第２のスイッチング素子３８ａ，３８ｂを常時閉状態とする場合、第1，第２の放電回路が常時形成され、高圧バッテリ１２の電力が無駄に消費されるおそれがある。こうした事態を回避すべく、第1，第２のスイッチング素子３８ａ，３８ｂをノーマリオン型のスイッチとして動作させる。

なお、電力変換システムのうち高圧システムに近い位置に設けられる第1，第２のスイッチング素子３８ａ，３８ｂと、低圧システムに設けられるマイコン１６とを絶縁しつつ、これらスイッチング素子をノーマリオン型のスイッチとして動作させるためには、例えば以下の構成を採用すればよい。

詳しくは、先の図１に示すように、高抵抗体２８ａのうち昇圧後正極側入力端子ＴＨ側と、高抵抗体３０ａのうち負極側入力端子ＴＮ側とは、抵抗体４０及びフォトカプラ４２の２次側（フォトトランジスタ）の直列接続体によって接続されている。詳しくは、フォトトランジスタのコレクタは抵抗体４０に接続され、エミッタは、高抵抗体３０ａのうち負極側入力端子ＴＮ側に接続されている。また、抵抗体４０及びフォトトランジスタの接続点には、第１のスイッチング素子３８ａのゲートが接続されている。

フォトカプラ４２の1次側（フォトダイオード）は、マイコン１６に接続されている。詳しくは、フォトダイオードのアノードはマイコン１６に接続され、カソードは接地されている。

こうした構成において、マイコン１６からフォトダイオードに開指令（論理「Ｈ」の信号）が出力される場合、フォトカプラがオンされる。フォトカプラがオンされると、抵抗体４０に電流が流れることから、抵抗体４０における電圧降下によって第１のスイッチング素子３８ａのゲート電位が引き下げられ、先の図２に示したようにゲート電圧ＶＧＳがｖ１とされる。これにより、第1のスイッチング素子３８ａが開状態とされる。

一方、電力変換システムに異常が生じることで、マイコン１６からフォトダイオードへと開指令を出力できなくなる場合には、フォトカプラがオフされる。フォトカプラがオフされると、抵抗体４０に電流が流れなくなることから、抵抗体４０における電圧降下が生じない。このため、第１のスイッチング素子３８ａのゲート電位が引き上げられ、ゲート電圧ＶＧＳがｖ２とされる。これにより、スイッチング素子が閉状態とされる。

なお、第２のスイッチング素子３８ｂをノーマリオン型のスイッチとして動作させるための構成は、第１のスイッチング素子３８ａに関する構成と同一である。このため、図中、第２のスイッチング素子３８ｂに関する構成を省略している。また、抵抗体４０の抵抗値は、抵抗体４０に電流が流れることによる無駄な電力消費を避ける観点から極力大きくすることが望ましい。

ちなみに、電力変換システムに異常が生じる場合であっても、マイコン１６によって第１，第２のスイッチング素子３８ａ，３８ｂの開閉操作が可能な場合もある。このため、例えば、車両に加速度センサを備え、このセンサの出力値に基づき車両が衝突したと判断された場合、基本的にはマイコン１６からの開指令の出力を停止させることで第１，第２のスイッチング素子３８ａ，３８ｂを閉状態とさせる処理を行えばよい。

次に、図３を用いて、本実施形態にかかる放電回路を用いたコンデンサの放電態様について説明する。なお、図３では、第２の放電回路について説明する。

電力変換システムに異常が生じる状況下、第２のスイッチング素子３８ｂが閉状態とされると、上記第２の放電回路が形成される。これにより、コンデンサＣ１の放電が行われることとなる。

ちなみに、本実施形態において、差動増幅回路２０ａ，２０ｂや高抵抗体等は、回路基板に実装されている。以下、図４を用いて、回路基板への実装態様について説明する。

図４は、本実施形態にかかる差動増幅回路及び高抵抗体等が実装される回路基板（プリント基板）を示す。

図示される回路基板４４は、マイコン１６の備える中央処理装置（ＣＰＵ１６ａ）が実装される低圧回路領域と、インバータＩＶ１，ＩＶ２や昇圧コンバータＣＶに接続される高圧回路領域との双方を有する。ここで、基本的には、図中、右側の領域が低圧回路領域であり、左側の領域が高圧回路領域である。ただし、高圧回路領域内には、フォトカプラのように、低圧システムと高圧システムとの双方を構成する部品も混在している。また、インバータＩＶ１，ＩＶ２や昇圧コンバータＣＶの各スイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎのドライブ回路の電源となるフライバックコンバータ用のトランス４６，４８も低圧システム及び高圧システムの双方を構成するものであるが、これらは図中左側に配置されている。

図中、コネクタ５０は、低圧システムの接地（車体のボディ）や、例えば端子電圧が十数Ｖの低圧バッテリの電源線、ＣＡＮ通信線等を回路基板４４上の低圧回路領域に接続するためのものである。ちなみに、ＣＰＵ１６ａは、コネクタ５０を介して外部にある上位の電子制御装置（ＥＣＵ）から第１モータジェネレータ１０ａや第２モータジェネレータ１０ｂの制御量（トルク指令値）等を受け取ることで、これらを制御する。

上記インバータＩＶ１，ＩＶ２や昇圧コンバータＣＶの各スイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎは、回路基板４４の裏面（図示された面の裏面）側から回路基板４４に設けられる接続部５２に差し込まれて接続されている。

ちなみに、スイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎのそれぞれは、図示しないパワーカードに収納されることでパッケージ化されている。パワーカードは、ケルビンエミッタ電極Ｅ、センス端子ＳＥ、開閉制御端子（ゲートＧ）、感温ダイオードのアノードＡ及びカソードＫの各端子が、回路基板４４に複数設けられる接続部５２に挿入され接続されている。ここで、ケルビンエミッタ電極Ｅとは、スイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎのエミッタと同電位の電極であり、センス端子ＳＥとは、スイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎを流れる電流と相関を有する微小電流を出力するための端子である。

ここで、本実施形態では、昇圧後正極側入力端子ＴＨ、バッテリ正極側入力端子ＴＬ及び負極側入力端子ＴＮが低圧回路領域に配置されている。そして、昇圧後正極側入力端子ＴＨに接続される高抵抗体２８ａと、負極側入力端子ＴＮに接続される高抵抗体３０ａとが低圧回路領域に実装されている。なお、回路基板４４の裏面には、バッテリ正極側入力端子ＴＬに接続される高抵抗体２８ｂや、差動増幅回路等が実装されている。

高抵抗体を回路基板４４に実装できるのは、電力変換システムの通常使用時においてコンデンサの放電回路が形成されず、高抵抗体が発熱しないことによるものである。

これに対し、例えばコンデンサの放電回路が常時形成される回路構成を採用する場合には、高抵抗体が発熱するため、これら高抵抗体を回路基板に実装することが困難となる。このため、高抵抗体の配置に関して設計自由度が低下することとなる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）電気経路２４ａ，２６ａ（２４ｂ，２６ｂ）間を第1の接続経路３６ａ（第２の接続経路３６ｂ）によって接続した。具体的には、第1のスイッチング素子３８ａ（第２のスイッチング素子３８ｂ）が閉状態とされる場合に、コンデンサＣ２（Ｃ１）、高抵抗体２８ａ（２８ｂ）の一部、第1の接続経路３６ａ（第２の接続経路３６ｂ）及び高抵抗体３０ａ（３０ｂ）の一部からなる第1の放電回路（第２の放電回路）に高抵抗体２８ａ，３０ａ（２８ｂ，３０ｂ）の一部が含まれるように電気経路２４ａ，２６ａ（２４ｂ，２６ｂ）間を第1の接続経路３６ａ（第２の接続経路３６ｂ）によって接続した。

このため、電力変換システムに電圧検出用に備えられる高抵抗体を放電抵抗体として用いることができ、例えばハーネスを介してコンデンサの放電用の抵抗体を設ける回路構成と比較して、コンデンサの放電回路を備えることに伴う部品数の増大を好適に抑制することができる。これにより、放電回路が備えられる電力変換システムの体格及びコストの増大を好適に抑制することができる。

（２）第1のスイッチング素子３８ａ（第２のスイッチング素子３８ｂ）が閉状態とされる場合に、第1の放電回路（第２の放電回路）に含まれる高抵抗体２８ａ，３０ａ（２８ｂ，３０ｂ）の合計抵抗値が電気経路２４ａ，２６ａ（２４ｂ，２６ｂ）のそれぞれに設けられる高抵抗体２８ａ，３０ａ（２８ｂ，３０ｂ）の合計抵抗値よりも小さくなるように電気経路２４ａ，２６ａ（２４ｂ，２６ｂ）間を第1の接続経路３６ａ（第２の接続経路３６ｂ）によって接続した。こうした構成によれば、差動増幅回路２０ａ，２０ｂによる電圧検出精度を確保しつつ、コンデンサを適切に放電させることができる。

（３）コンデンサＣ１，Ｃ２のそれぞれに対する放電回路を各別に備えた。これにより、これらコンデンサＣ１，Ｃ２の放電を迅速に行うことができる。

（４）第１，第２のスイッチング素子３８ａ，３８ｂをノーマリオン型のスイッチとして動作させた。このため、電力変換システムに異常が生じる場合であっても、コンデンサＣ１（Ｃ２）の放電経路を適切に確保することができる。

さらに、上記構成によれば、電力変換システムの通常使用時において、第1，第２のスイッチング素子３８ａ，３８ｂを開状態とするため、放電回路が常時形成される事態を回避することができる。これにより、放電回路の形成によって高圧バッテリ１２から放電回路の抵抗体に電流が流れることによる消費電力を低減させることができる。また、抵抗体の発熱を抑制することができ、高抵抗体を回路基板４４に実装できる等、高抵抗体（放電抵抗体）の配置に関する設計自由度を向上させることもできる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図５に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図５において、先の図１に示した部材と同一の部材については、便宜上同一の符号を示している。

図示されるように、マイコン１６は、昇圧コンバータＣＶやインバータＩＶ１，ＩＶ２のスイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎを操作すべく、インターフェース１８を介して、各機器の高電位側のスイッチング素子Ｓｗｐに対応するドライブユニットＤｕｐに操作信号を出力して且つ各機器の低電位側のスイッチング素子Ｓｗｎに対応するドライブユニットＤｕｎに操作信号を出力する。

ドライブユニットＤｕｐ，Ｄｕｎは、高圧システムに設けられており、１チップ化された半導体集積回路であるドライブＩＣを備えて構成されている。ここで、本実施形態では、上側アームに対応するドライブユニットＤｕｐの基準電位を、高電位側のスイッチング素子Ｓｗｐのエミッタ側の電位とし、下側アームに対応するドライブユニットＤｕｎの基準電位を、低電位側のスイッチング素子Ｓｗｎのエミッタ側の電位（負極側入力端子ＴＮの電位ＶＮ）としている。

なお、上記放電制御処理は、インバータＩＶ１，ＩＶ２に対応するドライブユニットを介してこれらインバータに対応するスイッチング素子が操作されることで行われる。また、図中、昇圧コンバータＣＶの有するスイッチング素子に対応するドライブユニットのみを示しているが、実際には、インバータＩＶ１，ＩＶ２の有する各スイッチング素子に対応するドライブユニットも設けられている。

次に、本実施形態にかかる放電回路について説明する。

高抵抗体２８ａ同士の接続点のうち昇圧後正極側入力端子ＴＨ側から所定順番目（１番目）と、高抵抗体３０ａのうち負極側入力端子ＴＮ側とは、第１の接続経路４４ａによって接続されている。そして、第１の接続経路４４ａには、この経路を開閉する第１のスイッチング素子４６ａが設けられている。なお、第１のスイッチング素子４６ａは、上記第１の実施形態におけるスイッチング素子３８ａ，３８ｂと同様に、デプレッション型ＮチャネルＭＯＳＦＥＴであり、第１のスイッチング素子４６ａのドレインには電気経路２４ａが接続され、ソースには電気経路２６ａが接続されている。

一方、高抵抗体２８ｂ同士の接続点のうちバッテリ正極側入力端子ＴＬ側から所定順番目（１番目）と、高抵抗体３０ｂのうち負極側入力端子ＴＮ側とは、第２の接続経路４４ｂによって接続されている。そして、第２の接続経路４４ｂには、この経路を開閉する第２のスイッチング素子４６ａが設けられている。なお、第２のスイッチング素子４６ｂは、上記第１のスイッチング素子４６ａと同様に、デプレッション型ＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。

これら第１，第２のスイッチング素子４６ａ，４６ｂのゲート電圧ＶＧＳは、下側アームに対応するドライブユニットＤｕｎによって操作される。

こうした構成において、マイコン１６からドライブユニットＤｕｎに開指令が出力される場合（放電指令が出力されない場合）、第１，第２のスイッチング素子４６ａ，４６ｂのゲート電位が引き下げられ、ゲート電圧ＶＧＳがｖ１とされる（先の図２参照）。これにより、第１，第２のスイッチング素子４６ａ，４６ｂが開状態とされる。

一方、電力変換システムに異常が生じることで、マイコン１６からドライブユニットＤｕｎに開指令が出力されなくなる場合（放電指令が出力される場合）には、ドライブユニットＤｕｎによって第１，第２のスイッチング素子４６ａ，４６ｂのゲートにドライブユニットＤｕｎの基準電位ＶＮが印加される。これにより、第１，第２のスイッチング素子４６ａ，４６ｂのゲート電位が引き上げられてゲート電圧ＶＧＳがｖ２とされ（先の図２参照）、第１，第２のスイッチング素子４６ａ，４６ｂが閉状態とされる。

このように、本実施形態では、マイコン１６からドライブユニットＤｕｎに開指令が出力されなくなる場合に、第１，第２のスイッチング素子４６ａ，４６ｂのゲートに下側アームに対応するドライブユニットＤｕｎの基準電位ＶＮが印加される回路構成とした。こうした構成によれば、電力変換システムの異常時に第１，第２のスイッチング素子４６ａ，４６ｂを閉状態とさせる構成の簡素化を図ることができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記各実施形態では、コンデンサＣ１，Ｃ２のそれぞれに対して各別に放電回路を備えたがこれに限らず、これらコンデンサのいずれかに対して放電回路を備えてもよい。

・上記各実施形態において、例えば高圧システムの基準電位を低圧システムの接地電位に一致させるなら、差動増幅回路２０ａ，２０ｂの高抵抗体３０ａ，３０ｂと低抵抗体３２ａ，３２ｂとによる分圧をする必要がない。このため、これら抵抗体３０ａ，３０ｂ，３２ａ，３２ｂを回路構成から除外することができる。

・昇圧後正極側入力端子ＴＨ，バッテリ正極側入力端子ＴＬと負極側入力端子ＴＮとの電位差の検出手法としては、上記各実施形態に例示したもの（差動増幅回路を用いる手法）に限らない。例えば、先の図１におけるオペアンプ２２ａ，２２ｂの一対の入力端子間の電圧をマイコン１６に直接入力する回路構成を採用し、これら電圧に基づき電位差を検出する手法を採用してもよい。

・電力変換システムに備えられる電力変換回路としては、一対のインバータＩＶ１，ＩＶ２及び昇圧コンバータＣＶの双方に限らない。例えば、インバータＩＶ１，ＩＶ２のみ備えられてもよい。また、例えば、車載主機として単一の回転機のみを備える電力変換システムにおいては、インバータを１つのみ備えてもよい。

・上記各実施形態では、高抵抗体２８ａのうち第１の接続経路３６ａの接続点よりも高電位側と低電位側とで高抵抗体を構成する抵抗体の抵抗値を相違させたがこれに限らない。例えば、高抵抗体２８ａを構成する全ての抵抗体同士の抵抗値を同一としてもよい。この場合、放電回路に含まれる抵抗体の抵抗値の増大によってコンデンサの放電速度が低下するものの、抵抗体の種類の増大を抑制できることから、インバータ等の入力電圧を検出するための従来のシステムを流用することなどができる。なお、上記構成は、他の高抵抗体３０ａ，２８ｂ，３０ｂに関しても同様である。

・電気経路に設けられる分圧用の複数の抵抗体の直列接続体としては、上記各実施形態にて示した複数の抵抗体の直列接続体に限らず、例えば、一対の抵抗体の並列接続体の直列接続体であってもよい。この構成は、抵抗体における発熱の分散等を目的とするものである。

・インバータ（直流交流変換回路）としては、駆動輪に機械的に連結される回転機に接続されるものに限らない。例えば、高圧バッテリ１２を直接の電源とする空調装置のコンプレッサに内蔵される回転機等に接続されるものであってもよい。また、例えば、高圧バッテリ１２の電圧を降圧して低圧システム内のバッテリに出力するＤＣＤＣコンバータであってもよい。

・本願発明が適用される車両としては、パラレルシリーズハイブリッド車に限らない。また、車両としては、ハイブリッド車に限らず、例えば車載主機としての内燃機関を備えない電気自動車や燃料電池車等であってもよい。

１２…高圧バッテリ、１４…リレー、１６…マイコン、２０ａ，２０ｂ…差動増幅回路、２８ａ，２８ｂ，３０ａ，３０ｂ…高抵抗体、３８ａ，３８ｂ…スイッチング素子、ＩＶ１，ＩＶ２…インバータ、ＣＶ…昇圧コンバータ、Ｃ１，Ｃ２…コンデンサ。

Claims (4)

1. 直流電源と、一対の入力端子を有して且つ該一対の入力端子を介して前記直流電源と接続される電力変換回路と、該電力変換回路の一対の入力端子間に接続されるコンデンサと、前記一対の入力端子間の電圧を検出する電圧検出回路とを備えるシステムに適用され、
   前記電圧検出回路と前記一対の入力端子のそれぞれとを接続する一対の電気経路と、
   前記電気経路に設けられて且つ前記入力端子の電位及び基準となる電位の電位差を分圧する複数の抵抗体の直列接続体と、
   前記一対の電気経路間を接続する接続経路と、
   前記接続経路に設けられて且つ該接続経路を開閉する電子制御式の開閉手段と、
   前記開閉手段を開閉操作する操作手段とを備え、
   前記電圧検出回路は、前記複数の抵抗体の直列接続体によって分圧された前記電位差に基づき、前記一対の入力端子間の電圧を検出し、
   前記接続経路は、前記操作手段によって前記開閉手段が閉状態とされる場合に、前記コンデンサ及び前記接続経路からなる閉ループ回路に前記複数の抵抗体の少なくとも１つが含まれるように前記一対の電気経路間に接続されていることを特徴とするコンデンサの放電回路。
2. 前記接続経路は、前記開閉手段が閉状態とされる場合に、前記閉ループ回路に含まれる前記抵抗体の合計抵抗値が前記抵抗体の直列接続体の合計抵抗値よりも小さくなるように前記一対の電気経路間に接続されていることを特徴とする請求項１記載のコンデンサの放電回路。
3. 前記電力変換回路は、前記直流電源に接続されて且つ該直流電源の電圧を昇圧して出力する昇圧回路と、該昇圧回路の出力側に接続される直流交流変換回路とを含み、
   前記コンデンサは、前記昇圧回路及び前記直流交流変換回路のそれぞれの一対の入力端子間に各別に接続され、
   前記電圧検出回路は、前記昇圧回路及び前記直流交流変換回路のそれぞれに対して各別に備えられることを特徴とする請求項１又は２記載のコンデンサの放電回路。
4. 前記操作手段は、前記開閉手段を開閉するための指令信号を出力するものであり、
   前記開閉手段は、前記操作手段から前記指令信号が出力される場合に開状態とされて且つ、前記操作手段から前記指令信号が出力されない場合に閉状態とされることを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載のコンデンサの放電回路。

Images