JP2018121375A

JP2018121375A - 電力変換装置

Info

Publication number: JP2018121375A
Application number: JP2017009090A
Authority: JP
Inventors: 直志尾崎; Tadashi Ozaki; 船場　誠司; Seiji Senba; 誠司船場
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2017-01-23
Filing date: 2017-01-23
Publication date: 2018-08-02

Abstract

【課題】
平滑コンデンサを放電する放電回路の制御性を向上させることである。
【解決手段】
本発明に係る電力変換装置は、電力を変換するインバータ回路と、前記インバータ回路に入力される電力を平滑化する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電する放電抵抗と、前記放電抵抗に直列接続されるスイッチ素子と、前記スイッチ素子に直列接続される電流検知抵抗と、前記電流検知抵抗と並列接続されかつ前記スイッチ素子のゲートソース間電圧を拡大するように構成されるクランプ回路と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置に関し、特に車両駆動用のモータに電力を供給する電力変換装置に関するものである。

電力変換装置には、直流電流と交流電流を変換するインバータ回路と並列に接続される平滑コンデンサが設けられる。電力変換装置を停止後に、安全性の観点から、平滑コンデンサに溜まった電荷を抜くための放電回路を設ける場合がある。

特許文献１には、放電回路は放電抵抗と放電用スイッチ素子と電流検知抵抗とを有し、これらが直列に接続されている点が記載されている。

しかし特許文献１に記載の放電回路では、平滑コンデンサの放電電流が大きい場合、電流検知抵抗の電圧降下が大きくなり、放電スイッチの制御が困難になるおそれがある。

特開２０１６−８６４９２号公報

そこで本発明が解決しようとする課題は、平滑コンデンサを放電する放電回路の制御性を向上させることである。

本発明に係る電力変換装置は、電力を変換するインバータ回路と、前記インバータ回路に入力される電力を平滑化する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電する放電抵抗と、前記放電抵抗に直列接続されるスイッチ素子と、前記スイッチ素子に直列接続される電流検知抵抗と、前記電流検知抵抗と並列接続されかつ前記スイッチ素子のゲートソース間電圧を拡大するように構成されるクランプ回路と、を備える。

本発明により、放電回路の制御性を向上させることができる。

本実施形態に係る電力変換装置１００を含んだ車両駆動用のモータ１０４のシステム構成図である。従来回路と図１の回路において放電電流と放電用スイッチ１３２のソース電圧を示したグラフである。従来回路と図１の回路において放電電流と放電用スイッチ１３２のゲートソース間電圧を示したグラフである。

本発明に係る実施形態を図１から図３を用いて説明する。

図１は、本実施形態に係る電力変換装置１００を含んだ車両駆動用のモータ１０４のシステム構成図である。

電力変換装置１００は、平滑コンデンサ１０２と、インバータ回路１０１と、放電回路１０３を有する。

平滑コンデンサ１０２は、インバータ回路１０１の直流側電圧を安定させるものである。インバータ回路１０１は、スイッチング素子１１２とスイッチング素子１２２が直列接続された回路が３つ並列に接続された３相出力回路により構成される。

平滑コンデンサ１０２の正極側に接続されるスイッチング素子１１２にはダイオード１１３が、負極側に接続されるスイッチング素子１２２にはダイオード１２３がそれぞれ逆並列に接続される。

スイッチング素子１１２および１１３の直列接続で構成される３つの回路の中点が交流側の出力端子としてそれぞれモータ１０４の３つの端子に接続される。

電流センサ１０６は、各相のモータに流れる電流を検知する。

制御回路１０５は電流センサ１０６を元にインバータ回路１０１の６つのスイッチング素子を駆動するための電圧を６つのスイッチング素子の制御端子に出力する。

放電回路１０３は、放電抵抗１３１と、放電用スイッチ１３２と、電流検知抵抗１３３と、ダイオード１３４と、電圧源１３５と、バッファ１３６と、参照電圧１３７と、比較器１３８とによって構成される。

放電抵抗１３１は、平滑コンデンサ１０２に蓄積されたエネルギーを消費する。

放電スイッチ１３２は、制御回路より伝送される放電信号に基づいて放電する。図１ではMOSFETを用いているが、IGBTなど他のスイッチング素子で代用可能である。

バッファ１３６は、放電信号がオンの場合、放電スイッチ１３２のゲート端子と電圧源１３８を接続し放電スイッチ１３２をオンさせ、オフの場合は放電スイッチ１３２のゲート端子と接地電位とを接続し、放電スイッチ１３２をオフさせる。

電流検知抵抗１３３は、放電電流の有無を検知するものであり、電流検知抵抗１３３の電圧と参照電圧１３７とを比較器１３８で比較し、前者が大きい場合は放電電流が流れている、後者が大きい場合放電電流が流れていないと判定する。

平滑コンデンサ１０２の電圧が減少し、放電電流が小さくなり、電流検知抵抗１３３の電圧が参照電圧１３７以下になると、放電を終了するように制御回路に信号を伝送する。

ダイオード１３４は、電流検知抵抗１３３の電圧をクランプするためのものであり、放電電流増加による電流検知抵抗電圧増加で放電スイッチ１３２が誤オフする危険性を減らすことができる。参照電圧１３７は小さくノイズの影響を受けやすいため、参照電圧137を大きくするためにダイオード１３４を直列接続してもよい。

なお、電流検知抵抗１３３に並列接続されるダイオード１３４を複数個直列接続する。これにより、電流検知抵抗１３３に印加される電圧が大きくなるため、電流検知抵抗１３３の電圧と参照電圧１３７を比較する比較器１３８の負端子に入力される電圧が大きくなり、参照電圧１３７を大きくすることができる。

したがって、電流検知抵抗１３３に印加される電圧にノイズが混入し、比較器１３８が誤動作する可能性を低くすることができる。

図２は、従来回路と図１の回路において放電電流と放電用スイッチ１３２のソース電圧を示したグラフである。

横軸は放電電流、縦軸は放電用スイッチ１３２のソース端子電圧である。電圧源１３５の電圧をVcc、ダイオード１３４の順方向電圧の最大値をVfとする。

実線は、電流検知抵抗のみの場合、破線は電流検知抵抗に並列にダイオードを接続した場合である。

電流検知抵抗のみの場合では、実線のように電流に比例して電圧が大きくなっていくが、並列にダイオードを接続した場合では、電流が小さい領域においては抵抗の特性同様、電流に比例して電圧が大きくなるが、
順方向電圧に近づくと、傾きが小さくなり、最終的には順方向電圧でクランプされる。

図３は、従来回路と図１の回路において放電電流と放電用スイッチ１３２のゲートソース間電圧を示したグラフである。

横軸は放電電流、縦軸は放電用スイッチ１３２のゲートソース間電圧である。

電圧源１３５の電圧をVcc、ダイオード１３４の順方向電圧の最大値をVfとする。

実線は、電流検知抵抗のみの場合、破線は電流検知抵抗に並列にダイオードを接続した場合である。電流検知抵抗のみの場合では、実線のように電流が増加するにつれてゲートソース間電圧は小さくなる。

並列にダイオードを接続した場合では、電流が小さい領域においては抵抗の特性同様、電流増加に伴いゲートソース間電圧は減少するが、
ソース端子電圧はダイオードの順方向電圧でクランプされるため、放電電流が増加してもゲートソース間電圧は最大でも順方向電圧分の低下で済む。

１００…電力変換装置、１０１…インバータ回路、１０２…平滑コンデンサ、１０３…放電回路、１０４…モータ、１０５…制御回路、１０６…電流センサ、１１２…スイッチング素子、１１３…ダイオード、１２２…スイッチング素子、１２３…ダイオード、１３１…放電抵抗、１３２…放電用スイッチ、１３３…電流検知抵抗、１３４…ダイオード、１３５…電圧源、１３６…バッファ、１３７…参照電圧、１３８…比較器

Claims

電力を変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路に入力される電力を平滑化する平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電する放電抵抗と、
前記放電抵抗に直列接続されるスイッチ素子と、
前記スイッチ素子に直列接続される電流検知抵抗と、
前記電流検知抵抗と並列接続されかつ前記スイッチ素子のゲートソース間電圧を拡大するように構成されるクランプ回路と、を備える電力変換装置。
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記電流検知抵抗に印加される電圧を入力して基準電圧と比較する比較回路と、
前記電流検知抵抗と並列接続されるダイオードと、を備える電力変換装置。
請求項２に記載の電力変換装置であって、
前記ダイオードは、複数のダイオード素子が直列に接続されることにより構成される電力変換装置。