JP2012010555A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転位置を検出するセンサを回転電動機の軸に取り付けることなく同期整流を実現するとともに、誘起相電圧の周期と各相の検出順序が正しいかどうかのチェックにかかる負荷を低減させること。
【解決手段】同期検出ＰＬＬ部１３は、ダイオードオン統合信号Ｓ１２に基づいて同期制御されたオン側同期信号Ｓ１３を生成するとともに、ダイオードオフ統合信号Ｓ１２´に基づいて同期制御されたオフ側同期信号Ｓ１３´を生成し、ステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５は、オン側同期信号Ｓ１３およびオフ側同期信号Ｓ１３´に基づいて、スイッチング素子のスイッチング制御を行わせるゲート指令信号Ｓ１６を生成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は電力変換装置に関し、特に、自動車等の車両に搭載される車両用回転電動機に用いる車両用電力変換装置に関する。

車両用回転電動機においては、一般的に整流素子としてダイオードを用いた全波整流方式が知られているが、より高効率化を目指して整流素子としてスイッチング素子を使用し、整流素子による損失を低減した整流方式が用いられるようになっている。

整流素子としてスイッチング素子を用い、回転位置検出手段により検出した車載用回転電動機の回転子の回転位置に基づいて、スイッチング素子のオン、オフを制御するようにした車両用電力変換装置は既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、回転電動機の回転位置と角度を示すポジション信号と各相の上下アームのダイオードのオン、オフ信号を比較し、それにより次の当該相の周期のダイオードのオン検出時点から当該相のスイッチング素子のオンを開始して、ダイオードのオフタイミングを予測し、そのオフタイミングより前で当該相スイッチング素子をオフする方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−２１８７９７号公報 特開２００８−２２８４５０号公報

しかしながら、スイッチング素子のオン／オフ操作の位相制御を行うために、回転位置検出手段を用いて車両用回転電動機の回転子の回転位置を検出する方法は、負荷変動に対してリアルタイムにスイッチング素子をオン／オフするタイミングを変えなければならない場合は適応できないという問題があった。

車両用回転電動機の回転子の回転位置を検出するには、レゾルバを代表とするような回転位置センサや角度センサを回転電動機の軸に取り付けたり、センサ出力を回転位置や角度データに変換するＲＤコンバータなどを用意したりする必要があった。

また、レゾルバなどの回転位置センサの取付精度や、ＲＤコンバータの応答特性遅れによる高速回転での同期整流の効率上昇や、ＲＤコンバータのノイズ領域での応答特性によっては、外来ノイズがポジション信号に載ることでスイッチング素子のオン時にチャタリングを起こしたり、本来オフしなければならない区間でスイッチング素子がオンし、回転電動機の負荷トルクが変動するという問題があった。

また、本来オフしなければならない区間でスイッチング素子がオンすると、そのタイミングとオンする時間によっては、本来の発電時の方向に対して電流が逆流したり、短絡事象を招いたりすることがあり、電源の出力電圧に大きな変動や降下が発生するという問題があった。

また、回転電動機の回転位置と角度を示すポジション信号と各相の上下アームのダイオードのオン、オフ信号を比較し、それにより次の当該相の周期のダイオードのオン検出時点から当該相のスイッチング素子のオンを開始して、ダイオードのオフタイミングを予測し、そのオフタイミングより前で当該相スイッチング素子をオフする方法は、１相分だけを取り出すとシンプルな処理であるが、実際にはダイオードのオン、オフ検出が３相分の上下アームの計６相で正しく順序通りなされているかをチェックしなければならない要請がある。

このチェックでは、当該計６相分のダイオードのオン、オフ周期がほぼ同じ周期になっているか、ＵＶＷの各相が正確にその順序でかつ位相差が電気角でほぼ１２０°になるように、ダイオードのオン検出がなされているか、同一相の上下アームのダイオードのオン検出が電気角で１８０°ずれているか、スイッチング素子のオンしている時間幅はほぼ６相で等しくなっているかなどを毎周期行わなければならず、処理にかかる負荷が大きいという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回転位置を検出するセンサを回転電動機の軸に取り付けることなく同期整流を実現するとともに、誘起相電圧の周期と各相の検出順序が正しいかどうかのチェックにかかる負荷を低減させることが可能な電力変換装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、上下アームごとに設けられたＮ（Ｎは２以上の整数）相分の２Ｎ個のスイッチング素子と、前記２Ｎ個のスイッチング素子にそれぞれ並列接続された２Ｎ個のフリーホイールダイオードと、前記２Ｎ個のフリーホイールダイオードのオンタイミングとオフタイミングを検出するダイオード通電状態検出部と、前記ダイオード通電状態検出部にて検出された２Ｎ個分のフリーホイールダイオードのオンタイミングに基づいて同期制御されたオン側同期信号を生成するオン側ＰＬＬ回路と、前記ダイオード通電状態検出部にて検出された２Ｎ個分のフリーホイールダイオードのオフタイミングに基づいて同期制御されたオフ側同期信号を生成するオフ側ＰＬＬ回路と、前記オン側同期信号および前記オフ側同期信号に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチング制御を行わせるゲート指令信号を生成するゲート指令生成ＰＷＭ部とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、回転位置を検出するセンサを回転電動機の軸に取り付けることなく同期整流を実現するとともに、誘起相電圧の周期と各相の検出順序が正しいかどうかのチェックにかかる負荷を低減させることが可能という効果を奏する。

図１は、本発明に係る電力変換装置の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。 図２は、図１の電力変換部の概略構成の一例を示すブロック図である。 図３は、図１の電力変換装置に用いられる位相同期回路の一例を示すブロック図である。 図４は、図１の電力変換装置の各部の信号波形を示すタイミングチャートである。 図５は、図１の周期チェック部による各相の周期と検出順序が全相に渡って正しいかどうかの監視方法を示すタイミングチャートである。 図６は、現在相がどの相かを判断するための相検出レジスタの概略構成を示すブロック図である。 図７は、図１の電力変換装置の現在と過去の相検出更新方法の一覧を場合分けして示す図である。 図８は、本発明に係る電力変換装置の実施の形態３の概略構成を示すブロック図である。 図９は、図８の電力変換装置の各部の信号波形を示すタイミングチャートである。 図１０は、本発明に係る電力変換装置が適用される車両システムの実施の形態８の概略構成を示すブロック図である。

以下に、本発明に係る電力変換装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る電力変換装置の実施の形態１の概略構成を示すブロック図、図２は、図１の電力変換部の概略構成の一例を示すブロック図である。なお、以下の説明では、Ｕ相上アームをＵＨ相、Ｕ相下アームをＵＬ相、Ｖ相上アームをＶＨ相、Ｖ相下アームをＶＬ相、Ｗ相上アームをＷＨ相、Ｗ相下アームをＷＬ相と呼ぶ。この場合、ＵＶＷの３相分に対し上下アームを区別することで、２×３＝６相分を全相として扱う。

図１において、この電力変換装置には、ゲート制御部１２０にて生成されたステータゲート指令信号Ｓ１６に基づいて電力変換を行う電力変換部１１および電力変換部１１から出力された電圧検知信号Ｓ１１に基づいてステータゲート指令信号Ｓ１６を生成するゲート制御部１２０が設けられている。

電力変換部１１には、図２に示すように、回転電動機として、固定子（ステータとも言う）に付随する３相の電動機子巻線３１３と回転子（ロータとも言う）に付随する界磁巻線３１４が設けられている。

また、電力変換部１１には、正極側端子Ｐ、ＦＰおよび負極側端子Ｎ、ＦＮが設けられ、正極側端子Ｐ、ＦＰは蓄電池４４の正極側に接続され、負極側端子Ｎ、ＦＮは蓄電池４４の負極側に接続されている。なお、蓄電池４４の代わりにキャパシタを用いるようにしてもよい。また、蓄電池４４の正極側電圧ＶＰは直流負荷電圧を与えることができ、蓄電池４４の負極側電圧ＶＮはグランド電圧を与えることができる。

ステータ側には、Ｕ相上アームスイッチング素子（以下、ＵＨ素子と称す）３１、Ｕ相下アームスイッチング素子（以下、ＵＬ素子と称す）３３、Ｖ相上アームスイッチング素子（以下、ＶＨ素子と称す）３５、Ｖ相下アームスイッチング素子（以下、ＶＬ素子と称す）３７、Ｗ相上アームスイッチング素子（以下、ＷＨ素子と称す）３９およびＷ相下アームスイッチング素子（以下、ＷＬ素子と称す）３１１が設けられている。

なお、ＵＨ素子３１、ＵＬ素子３３、ＶＨ素子３５、ＶＬ素子３７、ＷＨ素子３９およびＷＬ素子３１１としては、ＩＧＢＴを用いるようにしてもよいし、バイポーラトランジスタを用いるようにしてもよいし、電界効果トランジスタを用いるようにしてもよい。

そして、ＵＨ素子３１にはＵ相上アームフリーホイールダイオード（以下、ＵＨダイオードと称す）３２が並列に接続され、ＵＬ素子３３にはＵ相下アームフリーホイールダイオード（以下、ＵＬダイオードと称す）３４が並列に接続され、ＶＨ素子３５にはＶ相上アームフリーホイールダイオード（以下、ＶＨダイオードと称す）３６が並列に接続され、ＶＬ素子３７にはＶ相下アームフリーホイールダイオード（以下、ＶＬダイオードと称す）３８が並列に接続され、ＷＨ素子３９にはＷ相上アームフリーホイールダイオード（以下、ＷＨダイオードと称す）３１０が並列に接続され、ＷＬ素子３１１にはＷ相下アームフリーホイールダイオード（以下、ＷＬダイオードと称す）３１２が並列に接続されている。

ＵＨ素子３１、ＵＬ素子３３、ＶＨ素子３５、ＶＬ素子３７、ＷＨ素子３９およびＷＬ素子３１１は３相ブリッジ回路を構成し、ＵＨ素子３１とＵＬ素子３３との接続点は電動機子巻線３１３のＵ相端子に接続され、ＶＨ素子３５とＶＬ素子３７との接続点は電動機子巻線３１３のＶ相端子に接続され、ＷＨ素子３９とＷＬ素子３１１との接続点は電動機子巻線３１３のＷ相端子に接続されることにより、電動機に等角度間隔で周回状に接続されている。

また、ＵＨ素子３１とＶＨ素子３５とＷＨ素子３９の接続点はステータゲート駆動部３１５を介して正極側端子Ｐに接続され、ＵＬ素子３３とＶＬ素子３７とＷＬ素子３１１の接続点はステータゲート駆動部３１５を介して負極側端子Ｎに接続されている。

ステータ側には、ステータゲート駆動部３１５および３相相電圧検知部３１８が設けられている。ここで、ステータゲート駆動部３１５は、ステータゲート指令信号Ｓ１６に基づいて、ＵＨ素子３１のゲート、ＵＬ素子３３のゲート、ＶＨ素子３５のゲート、ＶＬ素子３７のゲート、ＷＨ素子３９のゲートおよびＷＬ素子３１１のゲートを駆動することにより、ＵＨ素子３１、ＵＬ素子３３、ＶＨ素子３５、ＶＬ素子３７、ＷＨ素子３９およびＷＬ素子３１１をオン／オフさせることができる。

３相相電圧検知部３１８は、ＵＨ素子３１とＶＨ素子３５とＷＨ素子３９の接続点に印加される正極側端子電圧Ｖｐ、ＵＬ素子３３とＶＬ素子３７とＷＬ素子３１１の接続点に印加される負極側端子電圧Ｖｎ、ＵＨ素子３１とＵＬ素子３３との接続点に発生するＵ相誘起電圧Ｖｕ、ＶＨ素子３５とＶＬ素子３７との接続点に発生するＶ相誘起電圧ＶｖおよびＷＨ素子３９とＷＬ素子３１１との接続点に発生するＷ相誘起電圧Ｖｗを検知し、電圧検知信号Ｓ１１として出力することができる。

ロータ側には、界磁電流をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御する界磁スイッチング素子３２４が設けられ、界磁スイッチング素子３２４には界磁フリーホイールダイオード３２６が並列に接続されている。なお、界磁スイッチング素子３２４としては、ＩＧＢＴを用いるようにしてもよいし、バイポーラトランジスタを用いるようにしてもよいし、電界効果トランジスタを用いるようにしてもよい。

界磁スイッチング素子３２４の両端に接続される１対の電線間にはダイオード３２５が接続され、この電線の一方には界磁スイッチング素子３２４が挿入され、この電線の他方には抵抗３０が挿入されている。

また、ロータ側には、ロータゲート駆動部３１７、ロータゲート指令生成部３１９およびロータ電流検出部３２０が設けられている。ここで、ロータ電流検出部３２０は、抵抗３０間の電圧に基づいてロータ電流の検出値ｉ_ｒｏｔを出力することができる。ロータゲート指令生成部３１９は、ロータ電流の検出値ｉ_ｒｏｔに基づいて、ロータゲート指令信号Ｓ２１を生成することができる。ロータゲート駆動部３１７は、ロータゲート指令信号Ｓ２１に基づいて界磁スイッチング素子３２４のゲートを駆動することにより、界磁スイッチング素子３２４をオン／オフさせることができる。

なお、図２では、固定子に設けられた３相の電動機子巻線３１３と回転子に設けられた界磁巻線３１４を有する３相界磁巻線方式の発電電動機を例にとったが、相数や他の界磁方式でもよく、例えば、永久磁石方式等であってもよい。また、電力変換部１１と一体化された一体構造式の発電電動機に限定されることなく、電力変換部１１内の３相の電動機子巻線３１３と回転子に設けられた界磁巻線３１４とが、それ以外の構成要素と物理的に分割された別体構造式の発電電動装置であってもよい。

ゲート制御部１２０には、図１に示すように、ダイオード通電状態検出部１２、同期検出ＰＬＬ部１３、周期チェック部１４、ステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５、ダイオードオン信号統合部（以下、Ｄｏｎ信号統合部と称す）１２ｇおよびダイオードオフ信号統合部（以下、Ｄｏｆｆ信号統合部と称す）１２ｇ´が設けられている。

ダイオード通電状態検出部１２は、図２の６個のＵＨダイオード３２、ＵＬダイオード３４、ＶＨダイオード３６、ＶＬダイオード３８、ＷＨダイオード３１０およびＷＬダイオード３１２のオンタイミングとオフタイミングを検出することができる。

ここで、ダイオード通電状態検出部１２には、Ｕ相上アームダイオードオン信号検出部（以下、ＵＨ相Ｄｏｎ信号検出部と称す）１２ａ、Ｕ相下アームダイオードオン信号検出部（以下、ＵＬ相Ｄｏｎ信号検出部と称す）１２ｂ、Ｖ相上アームダイオードオン信号検出部（以下、ＶＨ相Ｄｏｎ信号検出部と称す）１２ｃ、Ｖ相下アームダイオードオン信号検出部（以下、ＶＬ相Ｄｏｎ信号検出部と称す）１２ｄ、Ｗ相上アームダイオードオン信号検出部（以下、ＷＨ相Ｄｏｎ信号検出部と称す）１２ｅ、Ｗ相下アームダイオードオン信号検出部（以下、ＷＬ相Ｄｏｎ信号検出部と称す）１２ｆ、Ｕ相上アームダイオードオフ信号検出部（以下、ＵＨ相Ｄｏｆｆ信号検出部と称す）１２ａ´、Ｕ相下アームダイオードオフ信号検出部（以下、ＵＬ相Ｄｏｆｆ信号検出部と称す）１２ｂ´、Ｖ相上アームダイオードオフ信号検出部（以下、ＶＨ相Ｄｏｆｆ信号検出部と称す）１２ｃ´、Ｖ相下アームダイオードオフ信号検出部（以下、ＶＬ相Ｄｏｆｆ信号検出部と称す）１２ｄ´、Ｗ相上アームダイオードオフ信号検出部（以下、ＷＨ相Ｄｏｆｆ信号検出部と称す）１２ｅ´、Ｗ相下アームダイオードオフ信号検出部（以下、ＷＬ相Ｄｏｆｆ信号検出部と称す）１２ｆ´を設けることができる。

ＵＨ相Ｄｏｎ信号検出部１２ａは、ＵＨダイオード３２のオンタイミングに基づいてＵ相上アームダイオードオン検出信号（以下、ＵＨ相Ｄｏｎ検出信号と称す）Ｓ１２ｕｈを出力することができる。

ＵＬ相Ｄｏｎ信号検出部１２ｂは、ＵＬダイオード３４のオンタイミングに基づいてＵ相下アームダイオードオン検出信号（以下、ＵＬ相Ｄｏｎ検出信号と称す）Ｓ１２ｕｌを出力することができる。

ＶＨ相Ｄｏｎ信号検出部１２ｃは、ＶＨダイオード３６のオンタイミングに基づいてＶ相上アームダイオードオン検出信号（以下、ＶＨ相Ｄｏｎ検出信号と称す）Ｓ１２ｖｈを出力することができる。

ＶＬ相Ｄｏｎ信号検出部１２ｄは、ＶＬダイオード３８のオンタイミングに基づいてＶ相下アームダイオードオン検出信号（以下、ＶＬ相Ｄｏｎ検出信号と称す）Ｓ１２ｖｌを出力することができる。

ＷＨ相Ｄｏｎ信号検出部１２ｅは、ＷＨダイオード３１０のオンタイミングに基づいてＷ相上アームダイオードオン検出信号（以下、ＷＨ相Ｄｏｎ検出信号と称す）Ｓ１２ｗｈを出力することができる。

ＷＬ相Ｄｏｎ信号検出部１２ｆは、ＷＬダイオード３１２のオンタイミングに基づいてＷ相下アームダイオードオン検出信号（以下、ＷＬ相Ｄｏｎ検出信号と称す）Ｓ１２ｗｌを出力することができる。

ＵＨ相Ｄｏｆｆ信号検出部１２ａ´は、ＵＨダイオード３２のオフタイミングに基づいてＵ相上アームダイオードオフ検出信号（以下、ＵＨ相Ｄｏｆｆ検出信号と称す）Ｓ１２ｕｈ´を出力することができる。

ＵＬ相Ｄｏｆｆ信号検出部１２ｂ´は、ＵＬダイオード３４のオフタイミングに基づいてＵ相下アームダイオードオフ検出信号（以下、ＵＬ相Ｄｏｆｆ検出信号と称す）Ｓ１２ｕｌ´を出力することができる。

ＶＨ相Ｄｏｆｆ信号検出部１２ｃ´は、ＶＨダイオード３６のオフタイミングに基づいてＶ相上アームダイオードオフ検出信号（以下、ＶＨ相Ｄｏｆｆ検出信号と称す）Ｓ１２ｖｈ´を出力することができる。

ＶＬ相Ｄｏｆｆ信号検出部１２ｄ´は、ＶＬダイオード３８のオフタイミングに基づいてＶ相下アームダイオードオフ検出信号（以下、ＶＬ相Ｄｏｆｆ検出信号と称す）Ｓ１２ｖｌ´を出力することができる。

ＷＨ相Ｄｏｆｆ信号検出部１２ｅ´は、ＷＨダイオード３１０のオフタイミングに基づいてＷ相上アームダイオードオフ検出信号（以下、ＷＨ相Ｄｏｆｆ検出信号と称す）Ｓ１２ｗｈ´を出力することができる。

ＷＬ相Ｄｏｆｆ信号検出部１２ｆ´は、ＷＬダイオード３１２のオフタイミングに基づいてＷ相下アームダイオードオフ検出信号（以下、ＷＬ相Ｄｏｆｆ検出信号と称す）Ｓ１２ｗｌ´を出力することができる。

なお、ＵＨ相Ｄｏｎ信号検出部１２ａ、ＵＬ相Ｄｏｎ信号検出部１２ｂ、ＶＨ相Ｄｏｎ信号検出部１２ｃ、ＶＬ相Ｄｏｎ信号検出部１２ｄ、ＷＨ相Ｄｏｎ信号検出部１２ｅ、ＷＬ相Ｄｏｎ信号検出部１２ｆ、ＵＨ相Ｄｏｆｆ信号検出部１２ａ´、ＵＬ相Ｄｏｆｆ信号検出部１２ｂ´、ＶＨ相Ｄｏｆｆ信号検出部１２ｃ´、ＶＬ相Ｄｏｆｆ信号検出部１２ｄ´、ＷＨ相Ｄｏｆｆ号検出部１２ｅ´およびＷＬ相Ｄｏｆｆ信号検出部１２ｆ´としては、例えば、同期カウンタを用いることができる。

ここで、同期カウンタを用いることにより、ダイオードのオンまたはオフを所定期間内に検出し続けることでダイオードのオンまたはオフの判定を行うことができ、ノイズの混入による御検出を低減することができる。

Ｄｏｎ信号統合部１２ｇは、ＵＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｕｈ、ＵＬ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｕｌ、ＶＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｖｈ、ＶＬ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｖｌ、ＷＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｗｈおよびＷＬ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｗｌを同一時系列上に統合したダイオードオン統合信号Ｓ１２を生成することができる。

Ｄｏｆｆ信号統合部１２ｇ´は、ＵＨ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｕｈ´、ＵＬ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｕｌ´、ＶＨ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｖｈ´、ＶＬ相Ｄｏｆｆｎ検出信号Ｓ１２ｖｌ´、ＷＨ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｗｈ´およびＷＬ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｗｌ´を同一時系列上に統合したダイオードオフ統合信号Ｓ１２´を生成することができる。

なお、Ｄｏｎ信号統合部１２ｇおよびＤｏｆｆ信号統合部１２ｇ´としては、例えば、６入力論理和回路をそれぞれ用いることができる。あるいは、ＵＨ相Ｄｏｎ信号検出部１２ａ、ＵＬ相Ｄｏｎ信号検出部１２ｂ、ＶＨ相Ｄｏｎ信号検出部１２ｃ、ＶＬ相Ｄｏｎ信号検出部１２ｄ、ＷＨ相Ｄｏｎ信号検出部１２ｅおよびＷＬ相Ｄｏｎ信号検出部１２ｆの出力をバッファを介して共通化することでＤｏｎ信号統合部１２ｇを構成するようにしてもよいし、ＵＨ相Ｄｏｆｆ信号検出部１２ａ´、ＵＬ相Ｄｏｆｆ信号検出部１２ｂ´、ＶＨ相Ｄｏｆｆ信号検出部１２ｃ´、ＶＬ相Ｄｏｆｆ信号検出部１２ｄ´、ＷＨ相Ｄｏｆｆ号検出部１２ｅ´およびＷＬ相Ｄｏｆｆ信号検出部１２ｆ´の出力をバッファを介して共通化することでＤｏｆｆ信号統合部１２ｇ´を構成するようにしてもよい。

同期検出ＰＬＬ部１３は、ダイオードオン統合信号Ｓ１２に基づいて同期制御されたオン側同期信号Ｓ１３を生成するとともに、ダイオードオフ統合信号Ｓ１２´に基づいて同期制御されたオフ側同期信号Ｓ１３´を生成することができる。

なお、オン側同期信号Ｓ１３の生成と、オフ側同期信号Ｓ１３´の生成は独立して行うことができる。すなわち、同期検出ＰＬＬ部１３には、オン側ＰＬＬ回路１２１およびオフ側ＰＬＬ回路１２２を設けることができる。そして、オン側ＰＬＬ回路１２１は、ダイオードオン統合信号Ｓ１２に基づいて同期制御されたオン側同期信号Ｓ１３を生成することができる。オフ側ＰＬＬ回路１２２は、ダイオードオフ統合信号Ｓ１２´に基づいて同期制御されたオフ側同期信号Ｓ１３´を生成することができる。

図３は、図１の電力変換装置に用いられる位相同期回路の一例を示すブロック図である。図３において、位相同期回路５１には１／ｎデバイダ５２、位相比較器５３、ＰＩ制御器５４および電圧制御発振器５５が設けられている。なお、ＰＩ制御器５４の代わりにローパスフィルタを用いるようにしてもよい。

そして、電圧制御発振器５５にて生成された発振信号ω^＊は１／ｎデバイダ５２にてｎ（ｎは正の整数）分周された後、位相比較器５３に入力される。なお、発振信号ω^＊の波形は正弦波Ｗ１であってもよいし、矩形波Ｗ２であってもよい。そして、位相比較器５３において、外部から入力された周期信号Ｓｙと位相が比較され、その比較結果がＰＩ制御器５４を介して電圧制御発振器５５に入力されることで、発振信号ω^＊の位相が周期信号Ｓｙの位相と一致するように発振信号ω^＊の周波数が制御される。そして、発振信号ω^＊が積分器５６にて積分されることで三角波信号θ^＊が生成される。ここで、発振信号ω^＊の周波数がｆとすると、ω^＊＝２πｆという式で発振信号ω^＊は角速度に変換され、積分器５６にて積分されることで角度位置推定出力が得られる。

なお、位相同期回路５１および積分器５６を図１のオン側ＰＬＬ回路１２１として用いた場合、周期信号Ｓｙとしてダイオードオン統合信号Ｓ１２を用いることで、三角波信号θ^＊をオン側同期信号Ｓ１３として出力させることができる。

また、位相同期回路５１および積分器５６を図１のオフ側ＰＬＬ回路１２２として用いた場合、周期信号Ｓｙとしてダイオードオフ統合信号Ｓ１２´を用いることで、三角波信号θ^＊をオフ側同期信号Ｓ１３´として出力させることができる。

図１において、周期チェック部１４は、ＵＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｕｈ、ＵＬ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｕｌ、ＶＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｖｈ、ＶＬ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｖｌ、ＷＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｗｈ、ＷＬ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｗｌ、ＵＨ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｕｈ´、ＵＬ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｕｌ´、ＶＨ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｖｈ´、ＶＬ相Ｄｏｆｆｎ検出信号Ｓ１２ｖｌ´、ＷＨ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｗｈ´およびＷＬ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｗｌ´をオン側同期信号Ｓ１３およびオフ側同期信号Ｓ１３´と比較することにより、Ｕ相誘起電圧Ｖｕ、Ｖ相誘起電圧ＶｖおよびＷ相誘起電圧Ｖｗの周期と検出順序が全相に渡って正しいかどうかを監視することができる。

ステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５は、オン側同期信号Ｓ１３およびオフ側同期信号Ｓ１３´に基づいて、ＵＨ素子３１、ＵＬ素子３３、ＶＨ素子３５、ＶＬ素子３７、ＷＨ素子３９およびＷＬ素子３１１のスイッチング制御を行わせるゲート指令信号Ｓ１６を生成することができる。

ここで、ステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５には、Ｕ相上アームオン側三角波生成部１５ａ、Ｕ相上アームオフ側三角波生成部１５ａ´、Ｕ相上アームゲート指令信号生成部１５ａ´´、Ｕ相下アームオン側三角波生成部１５ｂ、Ｕ相下アームオフ側三角波生成部１５ｂ´、Ｕ相下アームゲート指令信号生成部１５ｂ´´、Ｖ相上アームオン側三角波生成部１５ｃ、Ｖ相上アームオフ側三角波生成部１５ｃ´、Ｖ相上アームゲート指令信号生成部１５ｃ´´、Ｖ相下アームオン側三角波生成部１５ｄ、Ｖ相下アームオフ側三角波生成部１５ｄ´、Ｖ相下アームゲート指令信号生成部１５ｄ´´、Ｗ相上アームオン側三角波生成部１５ｅ、Ｗ相上アームオフ側三角波生成部１５ｅ´、Ｗ相上アームゲート指令信号生成部１５ｅ´´、Ｗ相下アームオン側三角波生成部１５ｆ、Ｗ相下アームオフ側三角波生成部１５ｆ´およびＷ相下アームゲート指令信号生成部１５ｆ´´を設けることができる。

Ｕ相上アームオン側三角波生成部１５ａは、ＵＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｕｈで示されるＵＨダイオード３２の前回のオンタイミングから今回のオンタイミングまでのオン側同期信号Ｓ１３に基づいてＵ相上アームオン側三角波（以下、ＵＨ相オン側三角波と称す。）Ｓ１５ｕｈを生成することができる。

Ｕ相上アームオフ側三角波生成部１５ａ´は、ＵＨ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｕｈ´で示されるＵＨダイオード３２の前回のオフタイミングから今回のオフタイミングまでのオフ側同期信号Ｓ１３´に基づいてＵ相上アームオフ側三角波（以下、ＵＨ相オフ側三角波と称す。）Ｓ１５ｕｈ´を生成することができる。

Ｕ相上アームゲート指令信号生成部１５ａ´´は、ＵＨ相オン側三角波Ｓ１５ｕｈとＵＨ相オフ側三角波Ｓ１５ｕｈ´との比較結果に基づいて、ＵＨ素子３１のゲート指令信号Ｓ１６ｕｈを生成することができる。

Ｕ相下アームオン側三角波生成部１５ｂは、ＵＬ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｕｌで示されるＵＬダイオード３４の前回のオンタイミングから今回のオンタイミングまでのオン側同期信号Ｓ１３に基づいてＵ相下アームオン側三角波（以下、ＵＬ相オン側三角波と称す。）Ｓ１５ｕｌを生成することができる。

Ｕ相下アームオフ側三角波生成部１５ｂ´は、ＵＬ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｕｌ´で示されるＵＬダイオード３４の前回のオフタイミングから今回のオフタイミングまでのオフ側同期信号Ｓ１３´に基づいてＵ相下アームオフ側三角波（以下、ＵＬ相オフ側三角波と称す。）Ｓ１５ｕｌ´を生成することができる。

Ｕ相下アームゲート指令信号生成部１５ｂ´´は、ＵＬ相オン側三角波Ｓ１５ｕｌとＵＬ相オフ側三角波Ｓ１５ｕｌ´との比較結果に基づいて、ＵＬ素子３３のゲート指令信号Ｓ１６ｕｌを生成することができる。

Ｖ相上アームオン側三角波生成部１５ｃは、ＶＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｖｈで示されるＶＨダイオード３６の前回のオンタイミングから今回のオンタイミングまでのオン側同期信号Ｓ１３に基づいてＶ相上アームオン側三角波（以下、ＶＨ相オン側三角波と称す。）Ｓ１５ｖｈを生成することができる。

Ｖ相上アームオフ側三角波生成部１５ｃ´は、ＶＨ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｖｈ´で示されるＶＨダイオード３６の前回のオフタイミングから今回のオフタイミングまでのオフ側同期信号Ｓ１３´に基づいてＶ相上アームオフ側三角波（以下、ＶＨ相オフ側三角波と称す。）Ｓ１５ｖｈ´を生成することができる。

Ｖ相上アームゲート指令信号生成部１５ｃ´´は、ＶＨ相オン側三角波Ｓ１５ｖｈとＶＨ相オフ側三角波Ｓ１５ｖｈ´との比較結果に基づいて、ＶＨ素子３６のゲート指令信号Ｓ１６ｖｈを生成することができる。

Ｖ相下アームオン側三角波生成部１５ｄは、ＶＬ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｖｌで示されるＶＬダイオード３８の前回のオンタイミングから今回のオンタイミングまでのオン側同期信号Ｓ１３に基づいてＶ相下アームオン側三角波（以下、ＶＬ相オン側三角波と称す。）Ｓ１５ｖｌを生成することができる。

Ｖ相下アームオフ側三角波生成部１５ｄ´は、ＶＬ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｖｌ´で示されるＶＬダイオード３８の前回のオフタイミングから今回のオフタイミングまでのオフ側同期信号Ｓ１３´に基づいてＶ相下アームオフ側三角波（以下、ＶＬ相オフ側三角波と称す。）Ｓ１５ｖｌ´を生成することができる。

Ｖ相下アームゲート指令信号生成部１５ｄ´´は、ＶＬ相オン側三角波Ｓ１５ｖｌとＶＬ相オフ側三角波Ｓ１５ｖｌ´との比較結果に基づいて、ＶＬ素子３７のゲート指令信号Ｓ１６ｖｌを生成することができる。

Ｗ相上アームオン側三角波生成部１５ｅは、ＷＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｗｈで示されるＷＨダイオード３１０の前回のオンタイミングから今回のオンタイミングまでのオン側同期信号Ｓ１３に基づいてＷ相上アームオン側三角波（以下、ＷＨ相オン側三角波と称す。）Ｓ１５ｗｈを生成することができる。

Ｗ相上アームオフ側三角波生成部１５ｅ´は、ＷＨ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｗｈ´で示されるＷＨダイオード３１０の前回のオフタイミングから今回のオフタイミングまでのオフ側同期信号Ｓ１３´に基づいてＷ相上アームオフ側三角波（以下、ＷＨ相オフ側三角波と称す。）Ｓ１５ｗｈ´を生成することができる。

Ｗ相上アームゲート指令信号生成部１５ｅ´´は、ＷＨ相オン側三角波Ｓ１５ｗｈとＷＨ相オフ側三角波Ｓ１５ｗｈ´との比較結果に基づいて、ＷＨ素子３９のゲート指令信号Ｓ１６ｗｈを生成することができる。

Ｗ相下アームオン側三角波生成部１５ｆは、ＷＬ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｗｌで示されるＷＬダイオード３１２の前回のオンタイミングから今回のオンタイミングまでのオン側同期信号Ｓ１３に基づいてＷ相下アームオン側三角波（以下、ＷＬ相オン側三角波と称す。）Ｓ１５ｗｌを生成することができる。

Ｗ相下アームオフ側三角波生成部１５ｆ´は、ＷＬ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｗｌ´で示されるＷＬダイオード３１２の前回のオフタイミングから今回のオフタイミングまでのオフ側同期信号Ｓ１３´に基づいてＷ相下アームオフ側三角波（以下、ＷＬ相オフ側三角波と称す。）Ｓ１５ｗｌ´を生成することができる。

Ｗ相下アームゲート指令信号生成部１５ｆ´´は、ＷＬ相オン側三角波Ｓ１５ｗｌとＷＬ相オフ側三角波Ｓ１５ｗｌ´との比較結果に基づいて、ＷＬ素子３１１のゲート指令信号Ｓ１６ｗｌを生成することができる。

図４は、図１の電力変換装置の各部の信号波形を示すタイミングチャートである。なお、図４の例では、ＵＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｕｈ、ＵＬ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｕｌ、ＵＨ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｕｈ´およびＵＬ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｕｌ´について示し、ＶＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｖｈ、ＶＬ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｖｌ、ＷＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｗｈ、ＷＬ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｗｌ、ＶＨ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｖｈ´、ＶＬ相Ｄｏｆｆｎ検出信号Ｓ１２ｖｌ´、ＷＨ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｗｈ´およびＷＬ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｗｌ´については記述を省略した。

また、図４の例では、ＵＨ相オン側三角波Ｓ１５ｕｈ、ＵＨ相オフ側三角波Ｓ１５ｕｈ´、ＶＨ相オン側三角波Ｓ１５ｖｈ、ＶＨ相オフ側三角波Ｓ１５ｖｈ´、ＷＨ相オン側三角波Ｓ１５ｗｈおよびＷＨ相オフ側三角波Ｓ１５ｗｈ´について示し、ＵＬ相オン側三角波Ｓ１５ｕｌ、ＵＬ相オフ側三角波Ｓ１５ｕｌ´、ＶＬ相オン側三角波Ｓ１５ｖｌ、ＶＬ相オフ側三角波Ｓ１５ｖｌ´、ＷＬ相オン側三角波Ｓ１５ｗｌおよびＷＬ相オフ側三角波Ｓ１５ｗｌ´については記述を省略した。

図４において、図２のＵＨ素子３１のゲート、ＵＬ素子３３のゲート、ＶＨ素子３５のゲート、ＶＬ素子３７のゲート、ＷＨ素子３９のゲートおよびＷＬ素子３１１のゲートがステータゲート駆動部３１５にて駆動されることで、正極側端子電圧Ｖｐと負極側端子電圧Ｖｎとで設定される直流が３相交流に変換され、電動機子巻線３１３のＵ相端子、Ｖ相端子およびＷ相端子に印加される。

また、図２の界磁スイッチング素子３２４のゲートがロータゲート駆動部３１７にて駆動されることで、正極側端子電圧ＶＦｐと負極側端子電圧ＶＦｎとで設定される直流が交流に変換され、界磁巻線３１４の両端に印加される。そして、界磁巻線３１４に流れるロータ電流は抵抗３０にて電圧に変換され、その抵抗３０間の電圧がロータ電流検出部３２０に入力されることで、ロータ電流の検出値ｉ_ｒｏｔがロータゲート指令生成部３１９に出力される。

そして、ロータゲート指令生成部３１９において、ロータ電流の検出値ｉ_ｒｏｔに基づいてロータゲート指令信号Ｓ２１が生成され、ロータゲート指令信号Ｓ２１がロータゲート駆動部３１７に入力されることで、界磁スイッチング素子３２４のゲートが駆動される。

一方、３相相電圧検知部３１８において、正極側端子電圧Ｖｐ、負極側端子電圧Ｖｎ、Ｕ相誘起電圧Ｖｕ、Ｖ相誘起電圧ＶｖおよびＷ相誘起電圧Ｖｗが検知され、電圧検知信号Ｓ１１として図１のダイオード通電状態検出部１２に入力される。

そして、ダイオード通電状態検出部１２は、ＵＨダイオード３２、ＵＬダイオード３４、ＶＨダイオード３６、ＶＬダイオード３８、ＷＨダイオード３１０およびＷＬダイオード３１２に順方向電流が流れ、その両端に順電圧Ｖｆが発生した時にダイオードオン状態を検出する。

また、ダイオード通電状態検出部１２は、ＵＨダイオード３２、ＵＬダイオード３４、ＶＨダイオード３６、ＶＬダイオード３８、ＷＨダイオード３１０およびＷＬダイオード３１２に順方向電流が流れず、その両端間がオープンとなって順方向電圧Ｖｆが発生しない時にダイオードオフ状態を検出する。

なお、ＵＨダイオード３２に電流が流れると、Ｕ相誘起電圧Ｖｕは負方向には負極側端子電圧Ｖｎに対してＶｎ−Ｖｆに振幅が降下し、ＵＬダイオード３４に電流が流れると、正方向には正極側端子電圧Ｖｐに対してＶｐ＋Ｖｆに振幅が上昇する。Ｕ相誘起電圧Ｖｕに着目すると、同期整流によりスイッチングデバイス３１、３３がオンすることで、このオン区間だけはこのＶｆ分だけ下がって正極側端子電圧Ｖｐおよび負極側端子電圧Ｖｎで決まる振幅ができる。また、スイッチングデバイス３１、３３がオフすることで、Ｕ相誘起電圧Ｖｕは正極側端子電圧ＶｐおよびＶｐ＋ＶｆおよびＶｎ−Ｖｆで決まる振幅に戻る。

例えば、ダイオード通電状態検出部１２は、ＵＨダイオード３２、ＶＨダイオード３６およびＷＨダイオード３１０のそれぞれのオンタイミングは、以下の（１）式〜（３）式に基づいて検出することができる。

ＵＨダイオード３２のオン状態： Ｖｐ≦Ｖｕ≦Ｖｐ＋Ｖｆ （１）
ＶＨダイオード３４のオン状態： Ｖｐ≦Ｖｖ≦Ｖｐ＋Ｖｆ （２）
ＷＨダイオード３１０のオン状態：Ｖｐ≦Ｖｗ≦Ｖｐ＋Ｖｆ （３）

また、ダイオード通電状態検出部１２は、ＵＨダイオード３２、ＶＨダイオード３６およびＷＨダイオード３１０のそれぞれのオフタイミングは、以下の（４）式〜（６）式に基づいて検出することができる。

ＵＨダイオード３２のオフ状態： Ｖｕ＜Ｖｐ （４）
ＶＨダイオード３４のオフ状態： Ｖｖ＜Ｖｐ （５）
ＷＨダイオード３１０のオフ状態：Ｖｗ＜Ｖｐ （６）

また、ダイオード通電状態検出部１２は、ＵＬダイオード３４、ＶＬダイオード３８およびＷＬダイオード３１２のそれぞれのオンタイミングは、以下の（７）式〜（９）式に基づいて検出することができる。

ＵＬダイオード３４のオン状態： −Ｖｆ≦Ｖｕ≦０ （７）
ＶＬダイオード３８のオン状態： −Ｖｆ≦Ｖｖ≦０ （８）
ＷＬダイオード３１２のオン状態：−Ｖｆ≦Ｖｗ≦０ （９）

また、ダイオード通電状態検出部１２は、ＵＬダイオード３４、ＶＬダイオード３８およびＷＬダイオード３１２のそれぞれのオフタイミングは、以下の（１０）式〜（１２）式に基づいて検出することができる。

ＵＬダイオード３４のオフ状態： ０＜Ｖｕ （１０）
ＶＬダイオード３８のオフ状態： ０＜Ｖｖ （１１）
ＷＬダイオード３１２のオフ状態：０＜Ｖｗ （１２）

そして、Ｕ相誘起電圧Ｖｕ、Ｖ相誘起電圧ＶｖおよびＷ相誘起電圧Ｖｗの位相が１２０°ずつずれている場合、ＵＨダイオード３２は、Ｕ相誘起電圧Ｖｕが正極側端子電圧Ｖｐに対して（１）式を満たすタイミングで導通を開始する。そして、ＵＨ相Ｄｏｎ信号検出部１２ａは、ＵＨダイオード３２のオン状態を検出してＵＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｕｈをＤｏｎ信号統合部１２ｇに出力する。

また、ＵＨダイオード３２は、Ｕ相誘起電圧Ｖｕが正極側端子電圧Ｖｐに対して（４）式を満たすタイミングで導通を停止する。そして、ＵＨ相Ｄｏｆｆ信号検出部１２ａ´は、ＵＨダイオード３２のオフ状態を検出してＵＨ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｕｈ´をＤｏｆｆ信号統合部１２ｇ´に出力する。

同様に、ＵＬダイオード３４、ＶＨダイオード３６、ＶＬダイオード３８、ＷＨダイオード３１０およびＷＬダイオード３１２のオン状態とオフ状態は、Ｕ相誘起電圧Ｖｕ、Ｖ相誘起電圧ＶｖおよびＷ相誘起電圧Ｖｗを正極側端子電圧Ｖｐおよび負極側端子電圧Ｖｎと比較することで検出できる。

そして、ダイオード通電状態検出部１２は、ＵＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｕｈ、ＵＬ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｕｌ、ＶＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｖｈ、ＶＬ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｖｌ、ＷＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｗｈおよびＷＬ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｗｌを、Ｄｏｎ信号統合部１２ｇ、周期チェック部１４およびステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５に出力する。

そして、Ｄｏｎ信号統合部１２ｇは、ＵＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｕｈ、ＵＬ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｕｌ、ＶＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｖｈ、ＶＬ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｖｌ、ＷＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｗｈおよびＷＬ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｗｌの論理和をとることでダイオードオン統合信号Ｓ１２を生成し、オン側ＰＬＬ回路１２１に出力する。

また、ダイオード通電状態検出部１２は、ＵＨ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｕｈ´、ＵＬ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｕｌ´、ＶＨ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｖｈ´、ＶＬ相Ｄｏｆｆｎ検出信号Ｓ１２ｖｌ´、ＷＨ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｗｈ´およびＷＬ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｗｌ´を、Ｄｏｆｆ信号統合部１２ｇ´、周期チェック部１４およびステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５に出力する。

そして、Ｄｏｆｆ信号統合部１２ｇ´は、ＵＨ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｕｈ´、ＵＬ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｕｌ´、ＶＨ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｖｈ´、ＶＬ相Ｄｏｆｆｎ検出信号Ｓ１２ｖｌ´、ＷＨ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｗｈ´およびＷＬ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｗｌ´の論理和をとることでダイオードオフ統合信号Ｓ１２´を生成し、オフ側ＰＬＬ回路１２２に出力する。

そして、オン側ＰＬＬ回路１２１では、ダイオードオン統合信号Ｓ１２に基づいて同期制御されたオン側同期信号Ｓ１３が生成され、オフ側ＰＬＬ回路１２２は、ダイオードオフ統合信号Ｓ１２´に基づいて同期制御されたオフ側同期信号Ｓ１３´が生成される。

ここで、ＵＨ相、ＵＬ相、ＶＨ相、ＶＬ相、ＷＨ相およびＷＬ相の６相分のダイオードオンタイミングが等間隔に近い場合にしかオン側ＰＬＬ回路１２１のロックがかからずオン側同期信号Ｓ１３が生成されないため、ダイオードオン統合信号Ｓ１２に基づいて同期制御することにより、ＵＨ相、ＵＬ相、ＶＨ相、ＶＬ相、ＷＨ相およびＷＬ相の６相間で短絡やオープンが起きていないことを検出したり、Ｕ相に対してＶ相とＷ相がそれぞれ＋１２０°、−１２０°だけずれていることを検出したり、ＵＨ相に対してＵＬ相が１８０°だけずれていることを検出したりすることができる。

同様に、ＵＨ相、ＵＬ相、ＶＨ相、ＶＬ相、ＷＨ相およびＷＬ相の６相分のダイオードオフタイミングが等間隔に近い場合にしかオフ側ＰＬＬ回路１２１のロックがかからずオフ側同期信号Ｓ１３´が生成されないため、ダイオードオフ統合信号Ｓ１２´に基づいて同期制御することにより、ＵＨ相、ＵＬ相、ＶＨ相、ＶＬ相、ＷＨ相およびＷＬ相の６相間で短絡やオープンが起きていないことを検出したり、Ｕ相に対してＶ相とＷ相がそれぞれ＋１２０°、−１２０°だけずれていることを検出したり、ＵＨ相に対してＵＬ相が１８０°だけずれていることを検出したりすることができる。

また、ダイオードオンタイミングとダイオードオフタイミングとを独立させることにより、発電量の大小に応じてダイオードオンタイミングとダイオードオフタイミングと間隔が広がったり狭まったりする場合においても、オン側ＰＬＬ回路１２１のおよびオフ側ＰＬＬ回路１２１のロックが安定してかかるようにすることができ、オン側同期信号Ｓ１３およびオフ側同期信号Ｓ１３´を安定して生成させることができる。

図５は、図１の周期チェック部１４による各相の周期と検出順序が全相に渡って正しいかどうかの監視方法を示すタイミングチャートである。図５において、周期チェック部１４は、例えば、オン側同期信号Ｓ１３の時間軸に対して前後に一定の同期判定区間ＳＫをＵＨ相、ＵＬ相、ＶＨ相、ＶＬ相、ＷＨ相およびＷＬ相の各相ごとに設ける。

そして、その同期判定区間ＳＫをＵＨ相、ＵＬ相、ＶＨ相、ＶＬ相、ＷＨ相およびＷＬ相の全相に渡ってつなぎ、ＵＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｕｈ、ＵＬ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｕｌ、ＶＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｖｈ、ＶＬ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｖｌ、ＷＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｗｈおよびＷＬ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｗｌが、ＵＨ相、ＵＬ相、ＶＨ相、ＶＬ相、ＷＨ相およびＷＬ相の同期判定区間ＳＫにそれぞれ入っているかどうかを確認することでダイオードオンタイミングの検出周期が守られているかどうかを判定することができる。そして、同期チェック部１４は、ダイオードオンタイミングの検出周期が守られているという確認がとれたら、ステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５に同期判定信号１１３を出力する。

同期チェック部１４は、ダイオードオフタイミングの検出周期が守られているかどうかの判定も、ダイオードオンタイミングの判定処理と同様に行うことができる。ここで、周期チェック部１４は、現在相がどの相かを判断するため、Ｃｕｒｒ＿ｐｈａｓｅ［ｉ］（ｉ＝０，１，２，３，４，５）およびＬａｓｔ＿ｐｈａｓｅ［ｉ］（ｉ＝０，１，２，３，４，５）を保持することができる。

図６は、現在相がどの相かを判断するための相検出レジスタの概略構成を示すブロック図である。図６において、オン側同期信号Ｓ１３が一周期Ｙ１分だけ進むたびに、Ｃｕｒｒ＿ｐｈａｓｅ［ｉ］およびＬａｓｔ＿ｐｈａｓｅ［ｉ］の引数ｉがｉ＋１に１だけインクリメントされ、引数ｉが５の場合は次に０となることで、Ｃｕｒｒ＿ｐｈａｓｅ［ｉ］およびＬａｓｔ＿ｐｈａｓｅ［ｉ］が無限に循環する。

ここで、同期チェック部１４には、Ｃｕｒｒ＿ｐｈａｓｅ［ｉ］（ｉ＝０，１，２，３，４，５）でそれぞれ検出された相データを保持する相検出レジスタＣＲ０〜ＣＲ５およびＣｕｒｒ＿ｐｈａｓｅ［ｉ］（ｉ＝０，１，２，３，４，５）から条件付でそれぞれ転送された相データを保持する相検出レジスタＬＲ０〜ＬＲ５が設けられている。

なお、相データとしては、三相の場合、相検出の失敗を示すｎｕｌｌ、ＵＨ相が検出されたことを示すＵＨ、ＵＬ相が検出されたことを示すＵＬ、ＶＨ相が検出されたことを示すＶＨ、ＶＬ相が検出されたことを示すＶＬ、ＷＨ相が検出されたことを示すＷＨおよびＷＬ相が検出されたことを示すＷＬの７種類を用意することができる。

図７は、図１の電力変換装置の現在と過去の相検出更新方法の一覧を場合分けして示す図である。なお、図７では、ＵＨ相を例にとるが、他のＵＬ相、ＶＨ相、ＶＬ相、ＷＨ相およびＷＬ相についても同様である。

図７において、オン側同期信号Ｓ１３の一周期Ｙ１ごとにダイオードオンタイミングが検出され、Ｃｕｒｒ＿ｐｈａｓｅ［ｉ］には、ＵＨ相のダイオードオンが検出されたタイミングでＣｕｒｒ＿ｐｈａｓｅ［ｉ］＝ＵＨという情報が書き込まれる。そして、Ｃｕｒｒ＿ｐｈａｓｅ［ｉ］の情報は、基本的にはオン側同期信号Ｓ１３が一周期Ｙ１分だけ進むたびに、Ｌａｓｔ＿ｐｈａｓｅ［ｉ］に継承される。ここで、前回と今回の相検出が同じ場合は、Ｌａｓｔ＿ｐｈａｓｅ［ｉ］のデータを更新し、前回と今回の相検出が異なる場合は、ｎｕｌｌを書き込むことで、連続的に同一相が検出され続けていることが確認できるようにする。

Ｌａｓｔ＿ｐｈａｓｅ［ｉ］（ｎ＝０，１，２，３，４，５）では、基本的にはＣｕｒｒ＿ｐｈａｓｅ［ｉ］の情報が継承され、例えば、Ｌａｓｔ＿ｐｈａｓｅ［ｉ］＝ＵＨかつＣｕｒｒ＿ｐｈａｓｅ［ｉ］＝ＵＨならば、オン側同期信号Ｓ１３の次の一周期Ｙ１分ではＬａｓｔ＿ｐｈａｓｅ［ｉ］＝ＵＨとなる。

実際には、Ｌａｓｔ＿ｐｈａｓｅ［ｉ］とＣｕｒｒ＿ｐｈａｓｅ［ｉ］の状態から、次のＬａｓｔ＿ｐｈａｓｅ［ｉ］の状態を決定するための細かいルールを定めることができる。すなわち、図７の１０パターンのＬａｓｔ＿ｐｈａｓｅ［ｉ］の決定条件でＬａｓｔ＿ｐｈａｓｅ［ｉ］を決定した後、Ｌａｓｔ＿ｐｈａｓｅ［ｉ］が予め設定された周期数分だけ検出相状態に変化がないことを以って、同期ならびに相検出が成功している状態を示す同期判定信号Ｓ１４を出力することができる。

また、周期チェック部１４は、同期判定信号Ｓ１４以外に、オン側同期信号Ｓ１３の現在の周期でのＬａｓｔ＿ｐｈａｓｅ［ｎ］の値を相推定情報Ｓ１４´としてステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５に出力することができる。同様に、周期チェック部１４は、オフ側同期信号Ｓ１３の現在の周期でのＬａｓｔ＿ｐｈａｓｅ［ｎ］の値を相推定情報Ｓ１４´´としてステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５に出力することができる。

図１において、ＵＨ相だけに着目すると、Ｕ相上アームオン側三角波生成部１５ａは、簡素化された構成例では、前回の周期のＵＨ相検出区間のオン側同期信号Ｓ１３の０°で起動され、今回の周期のＵＨ相検出区間のオン側同期信号Ｓ１３の０°でリセットされる時間間隔でカウントされたカウント値に基づいてＵＨ相オン側三角波Ｓ１５ｕｈを生成する。

Ｕ相上アームオフ側三角波生成部１５ａ´は、簡素化された構成例では、前回の周期のＵＨ相検出区間のオフ側同期信号Ｓ１３´の０°で起動され、今回の周期のＵＨ相検出区間のオフ側同期信号Ｓ１３´の０°でリセットされる時間間隔でカウントされたカウント値に基づいてＵＨ相オフ側三角波Ｓ１５ｕｈ´を生成する。

ステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５は、その他のＵＬ相、ＶＨ相、ＶＬ相、ＷＨ相およびＷＬ相についても、ＵＨ相オン側三角波Ｓ１５ｕｈおよびＵＨ相オフ側三角波Ｓ１５ｕｈ´を生成する方法と同様にオン側三角波およびオフ側三角波を生成する。

そして、Ｕ相上アームゲート指令信号生成部１５ａ´´は、図４に示すように、ＵＨ相オン側三角波Ｓ１５ｕｈおよびＵＨ相オフ側三角波Ｓ１５ｕｈ´が下りスロープを持つように生成されたものとすると、ＵＨ相オン側三角波Ｓ１５ｕｈのレベル＞ＵＨ相オフ側三角波Ｓ１５ｕｈ´のレベルとなる区間でＵＨ素子３１がオンとなるようにゲート指令信号Ｓ１６ｕｈを生成することができる。

なお、ＵＨ相オン側三角波Ｓ１５ｕｈのレベル＞ＵＨ相オフ側三角波Ｓ１５ｕｈ´のレベルとなる区間でＵＨ素子３１をオンさせる場合、ＵＨ素子３１に流れる電流の逆流を回避するなどの観点から、ＵＨ素子３１のオン区間にマージンを見込むようにしてもよい。

例えば、ＵＨ相オン側三角波Ｓ１５ｕｈだけに着目して説明すると、ＵＨ相オン側三角波Ｓ１５ｕｈと比較するために、オン側同期信号Ｓ１３の各周期における０°の位置から電気角でいくら後にＵＨ素子３１をオンするかを示すレベルＬＶ４を設けるようにしてもよい。

また、ＵＨ相オフ側三角波Ｓ１５ｕｈ´だけに着目して説明すると、ＵＨ相オフ側三角波Ｓ１５ｕｈ´と比較するために、オフ側同期信号Ｓ１３´の各周期における３６０°の位置からから電気角でいくら前にＵＨ素子３１をオフするかを示すレベルＬＶ１を設けるようにしてもよい。

さらに、現在の同期整流のＵＨ素子３１のオン区間角度を示すレベルＬＶ３を設けるようにしてもよい。このレベルＬＶ３は、同期整流において、ＵＨダイオード３２がオンした後にＵＨ素子３１がオンされるようにするために、ＵＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｕｈの立ち下がり時刻ｔ１より後にＵＨ素子３１をオンすることが可能な区間内でかつ、同期整流として電気角度で何度までＵＨ素子３１をオンするかを決めることができる。

そして、ＵＨ相オン側三角波Ｓ１５ｕｈがレベルＬＶ４に到達した後、ＵＨダイオードのオンタイミングより後にＵＨ相オフ側三角波Ｓ１５ｕｈ´がレベルＬＶ１に到達する前において、ＵＨ相オン側三角波Ｓ１５ｕｈがレベルＬＶ３に到達する前をＳＨ素子３１のオン区間と規定することができる。

そして、図１において、Ｕ相上アームゲート指令信号生成部１５ａ´´は、ＵＨ相オン側三角波Ｓ１５ｕｈのレベルをレベルＬＶ３と比較することにより、ＵＨ素子３１のオン区間を設定することができる。

ステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５は、その他のＵＬ相、ＶＨ相、ＶＬ相、ＷＨ相およびＷＬ相についても、ゲート指令信号Ｓ１６ｕｈを生成する方法と同様にゲート指令信号Ｓ１６ｕｌ、Ｓ１６ｖｈ、Ｓ１６ｖｌ、Ｓ１６ｗｈ、Ｓ１６ｗｌを生成する。

これにより、同期整流を実現するために、回転電動機の回転位置と角度の検出部品ならびにその出力信号をセンスしてデータ化するコンバータ部品を用いる必要がなくなるとともに、これらの部品の取付精度に依存することなく、回転電動機の負荷トルクを安定させることができる。

また、ダイオードオン統合信号Ｓ１２に基づいてオン側ＰＬＬ回路１２１を同期制御することで、ＵＨ相、ＵＬ相、ＶＨ相、ＶＬ相、ＷＨ相およびＷＬ相の６相分のダイオードのオンタイミングの周期と各相の検出順序が正しいかどうかを一括してチェックすることが可能となるとともに、ダイオードオフ統合信号Ｓ１２´に基づいてオフ側ＰＬＬ回路１２２を同期制御することで、ＵＨ相、ＵＬ相、ＶＨ相、ＶＬ相、ＷＨ相およびＷＬ相の６相分のダイオードのオフタイミングの周期と各相の検出順序が正しいかどうかを一括してチェックすることが可能となる。

このため、オン側ＰＬＬ回路１２１およびオフ側ＰＬＬ回路１２２の動作状況に基づいて、ＵＨ相、ＵＬ相、ＶＨ相、ＶＬ相、ＷＨ相およびＷＬ相の６相分のダイオードのオン／オフ周期がほぼ同じ周期になっているか、ＵＶＷの各相が正確にその順序でかつ位相差が電気角でほぼ１２０°になるようにダイオードのオン検出がなされているか、同一相の上下アームのダイオードのオン検出が電気角で１８０°ずれているか、スイッチング素子のオンしている時間幅はほぼ６相で等しくなっているかなどを確認することができ、全相の周期や全相の検出位置を全て記憶しかつ逐一その大小関係を細かく相互比較を行う必要がなくなることから、処理にかかる負荷を軽減することが可能となるとともに、記憶領域も小規模化することができる。

さらに、車載回転電動機の同期整流が開始される低速回転から最高速回転に対してオン側ＰＬＬ回路１２１およびオフ側ＰＬＬ回路１２２の追従性能を予め考慮して設計し、オン側ＰＬＬ回路１２１およびオフ側ＰＬＬ回路１２２のゲインの上下での微調整も実際の運転時に可能となる。このため、負荷変動や回転数の瞬時変動に追従するために、高速なマイクロコンピュータを用いることなく、データ処理系を構築することが可能となる。

実施の形態２．
図５において、図１のＵ相上アームオン側三角波生成部１５ａは、前回の周期のＵＨ相検出区間のオン側同期信号Ｓ１３の０°で起動し、自己相以外の相検出ではリセットすることなく、今回の周期のＵＨ相、ＷＬ相、ＶＨ相、ＵＬ相、ＷＨ相およびＶＬ相の６相分のオン側同期信号Ｓ１３を反転させた上で順次加算し、今回のＵＨ相検出区間のオン側同期信号Ｓ１３の０°でリセットすることにより、ＵＨ相オン側三角波Ｓ１５ｕｈを生成するようにしてもよい。

また、図１のＵ相上アームオフ側三角波生成部１５ａ´は、前回の周期のＵＨ相検出区間のオフ側同期信号Ｓ１３´の０°で起動し、自己相以外の相検出ではリセットすることなく、今回の周期のＵＨ相、ＷＬ相、ＶＨ相、ＵＬ相、ＷＨ相およびＶＬ相の６相分のオフ側同期信号Ｓ１３´を反転させた上で順次加算し、今回のＵＨ相検出区間のオフ側同期信号Ｓ１３´の０°でリセットすることにより、ＵＨ相オフ側三角波Ｓ１５ｕｈ´を生成するようにしてもよい。

ステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５は、その他のＵＬ相、ＶＨ相、ＶＬ相、ＷＨ相およびＷＬ相についても、ＵＨ相オン側三角波Ｓ１５ｕｈおよびＵＨ相オフ側三角波Ｓ１５ｕｈ´を生成する方法と同様にオン側三角波およびオフ側三角波を生成することができる。

この実施の形態２の方法で生成されたオン側三角波は、全相のダイオードオンタイミングでのオン側ＰＬＬ回路１２１との同期を取ることができ、実施の形態１の方法で生成されたオン側三角波に比べ、回転電動機の角速度変化により追従しやすくなる。同様に、実施の形態２の方法で生成されたオフ側三角波は、全相のダイオードオンタイミングでのオフ側ＰＬＬ回路１２２との同期を取ることができ、実施の形態１の方法で生成されたオフ側三角波に比べ、回転電動機の角速度変化により追従しやすくなる。

このため、例えば、ＵＨ相だけに着目すると、ＵＨダイオード３２をオフする直前までＵＨ素子３１を安全にオンするために設定された電気角度表現のマージンＴＭＡのレベルＬＶ１との比較でＵＨ素子３１のオフタイミングを推定する場合、実施の形態２の方法で生成されたＵＨ相オフ側三角波Ｓ１５ｕｈ´は、実施の形態１の方法に比べて速度追従性が向上しているので、ＵＨ素子３１のオフタイミングの推定精度を向上させることができる。

このように、例えば、オン側だけに着目すると、オン側同期信号Ｓ１３のＵＨ相、ＷＬ相、ＶＨ相、ＵＬ相、ＷＨ相およびＶＬ相の６相分の加算結果に基づいてオン側三角波を生成することで、回転電動機の速度変化をオン側ＰＬＬ回路１２１の同期処理で捉えることができ、それをダイレクトにＵＨ相オン側三角波Ｓ１５ｕｈに反映させることができる。

オン側ＰＬＬ回路１２１は、自己相以外の相を含めた全相のダイオードオンタイミングに同期しているので、ＵＨ相オン側三角波Ｓ１５ｕｈは、よりリアルタイムに回転電動機の回転速度変化に追従し、かつ、オン側同期信号Ｓ１３は一周期で必ず最終到達点のオン側同期信号Ｓ１３と等しくなるので、自己相と自己相以外の全ての相（ダイオードオフ検出が早い場合では自己直前相以外までの５相）を含んで、ＵＨ相オン側三角波Ｓ１５ｕｈの最終到達点を構成することができる。

このため、ＵＨ相Ｄｏｆｆ検出信号Ｓ１２ｕｈ´に基づくダイオードオフタイミングの推定方法を用いた場合に比べて、マージンＴＭＡのレベルＬＶ１との比較でＵＨ素子３１のオフタイミングを推定することにより、ＵＨ素子３１のオフタイミングの推定精度を向上させることができる。

実施の形態３．
図８は、本発明に係る電力変換装置の実施の形態３の概略構成を示すブロック図である。図８において、この電力変換装置には、図１の電力変換装置のゲート制御部１２０の代わりにゲート制御部１２０´が設けられている。

ゲート制御部１２０´には、図１のステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５の代わりにステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５´が設けられるとともに、ステータゲートオン状態検出部１６およびステータゲート指令監視部１７が追加されている。

ステータゲートオン状態検出部１６は、電圧検知信号Ｓ１１に基づいて、ＵＨ素子３１、ＵＬ素子３３、ＶＨ素子３５、ＶＬ素子３７、ＷＨ素子３９およびＷＬ素子３１１のオンタイミングとオフタイミングを検出し、スイッチング素子オン検出信号Ｓ１７を出力することができる。

ステータゲート指令監視部１７は、ＵＨ素子３１、ＵＬ素子３３、ＶＨ素子３５、ＶＬ素子３７、ＷＨ素子３９およびＷＬ素子３１１のオンタイミングをステータゲート指令信号Ｓ１６と比較することにより同期整流動作を監視し、ダイオードオン検出区間信号Ｓ１８を出力することができる。

ステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５´は、オン側同期信号Ｓ１３、オフ側同期信号Ｓ１３´およびステータゲート指令監視部１７による監視結果に基づいてステータゲート指令信号Ｓ１６を生成することができる。

そして、ステータゲート指令監視部１７は、ＵＨ素子３１、ＵＬ素子３３、ＶＨ素子３５、ＶＬ素子３７、ＷＨ素子３９およびＷＬ素子３１１のオフと、ＵＨダイオード３２、ＵＬダイオード３４、ＶＨダイオード３６、ＶＬダイオード３８、ＷＨダイオード３１０およびＷＬダイオード３１２のオフがゲート指令生成ＰＷＭ部１５´が推定する通りに実施されたかどうかを検出する。

そして、以下ではＵＨ相だけに着目して説明すると、ステータゲート指令監視部１７は、ＵＨ素子３１のオフタイミングからＵＨダイオード３２のオフタイミングまでの時間内に、ＵＨダイオード３２のオフ後にＵＨダイオード３２のオン期間を検出できるかどうかを監視し、検出できた場合にはその時間長さをステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５´に通知することができる。

そして、ステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５´は、同期整流におけるＵＨ素子３１のオン／オフの時間的余裕の検出状態を判定し、その検出状態を元にＵＨ素子３１のオン区間を前回の周期に比べて短くしたり長くしたりすることができる。

これにより、回転電動機のリアルタイムの運転状況に対応しつつ、同期整流運転の効率を最大限まで上昇させることが可能となる。

図９は、図８の電力変換装置の各部の信号波形を示すタイミングチャートである。図９において、Ｕ相誘起電圧Ｖｕだけに着目して説明すると、正極側端子電圧Ｖｐに対し、それよりＵＨダイオード３２の順電圧Ｖｆ分の電圧変化を検出するための閾値ＴＨ１をＵ相誘起電圧Ｖｕに対して取る。閾値ＴＨ１はＶｆ／２前後に取ればよい。

この時、ＵＨ素子３１のオン検出と閾値ＴＨ１はグランド電位基準でなく、正極側端子電圧Ｖｐに対する差動で設定し、差動比較増幅器により検出すると、検出精度を向上させることができる。

同様に、負極側端子電圧Ｖｎに対し、それよりＵＬダイオード３３の順電圧Ｖｆ分の電圧変化を検出するための閾値ＴＨ２をＵ相誘起電圧Ｖｕに対して取る。閾値ＴＨ２はＶｆ／２前後に取ればよい。

この時、ＵＬ素子３２のオン検出と閾値ＴＨ２はグランド電位基準でなく、負極側端子電圧Ｖｎに対する差動で設定し、差動比較増幅器により検出すると、検出精度を向上させることができる。

そして、ステータゲートオン状態検出部１６は、ＵＨ素子３１のゲートオン状態の検出結果としてＵＨ素子オン検出信号Ｓ１７ｕｈをステータゲート指令監視部１７に出力する。

同様に、ステータゲートオン状態検出部１６は、ＵＬ素子３３のゲートオン状態の検出結果としてＵＬ素子オン検出信号Ｓ１７ｕｌを出力し、ＶＨ素子３５のゲートオン状態の検出結果としてＶＨ素子オン検出信号Ｓ１７ｖｈを出力し、ＶＬ素子３７のゲートオン状態の検出結果としてＶＬ素子オン検出信号Ｓ１７ｖｌを出力し、ＷＨ素子３９のゲートオン状態の検出結果としてＷＨ素子オン検出信号Ｓ１７ｗｈを出力し、ＷＬ素子３１１のゲートオン状態の検出結果としてＷＬ素子オン検出信号Ｓ１７ｗｌを出力する。

ステータゲート指令監視部１７は、ステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５からのゲート指令信号Ｓ１６ｕｈの立ち上がりタイミングｔ１１を起点にして、それより以降の事象でのＵＨ素子オン検出信号Ｓ１７ｕｈの立ち下がりタイミングｔ１２からロウ区間を検出することにより、ＵＨ素子３１がオフされた後のＵＨダイオードオン検出区間信号Ｓ１８ｕｈを生成し、ステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５に出力する。

同様に、ステータゲート指令監視部１７は、ＵＬ素子３３がオフされた後のＵＬダイオードオン検出区間信号Ｓ１８ｕｌを出力し、ＶＨ素子３５がオフされた後のＶＨダイオードオン検出区間信号Ｓ１８ｖｈを出力し、ＶＬ素子３７がオフされた後のＶＬダイオードオン検出区間信号Ｓ１８ｖｌを出力し、ＷＨ素子３９がオフされた後のＷＨダイオードオン検出区間信号Ｓ１８ｗｈを出力し、ＷＬ素子３１１がオフされた後のＷＬダイオードオン検出区間信号Ｓ１８ｗｌを出力する。

ステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５´は、ＵＨダイオードオン検出区間信号Ｓ１８の検出区間の時間Ｔ１を、例えば１ｕｓｅｃのような一定時間周期Ｈ１でカウントする第１のカウンタで測定することができる。

また、ステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５´は、現在のＵＨ相オフ側三角波Ｓ１５ｕｈ´とレベルＬＶ１とを比較し、レベルＬＶ１＞ＵＨ相オフ側三角波Ｓ１５ｕｈ´のレベルとなる区間の時間Ｔ２を、一定時間周期Ｈ１でカウントする第２のカウンタで毎周期測定し記録することができる。

そして、ステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５´は、これらの時間Ｔ１、Ｔ２を互いに比較することで、ＵＨ素子３１のオフタイミングが早すぎるか遅すぎるかを監視し、ＵＨ素子３１のオフタイミングが早すぎる場合にはレベルＬＶ２を上げ、ＵＨ素子３１のオフタイミングが遅すぎる場合にはレベルＬＶ２下げることができる。

これにより、ステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５´は、回転電動機の回転変動に対して常に適正に保ってＵＨ素子３１をオフすることができるようステータゲート指令信号Ｓ１６を生成することができる。

実施の形態４．
図８において、周期チェック部１４は、ダイオードオン統合信号Ｓ１２とオン側同期信号Ｓ１３とを比較し、ダイオードオフ統合信号Ｓ１２´とオフ側同期信号Ｓ１３´とを比較する。

ここで、周期チェック部１４は、例えば、オン側同期信号Ｓ１３の時間軸に対して前後に一定の同期判定区間ＳＫをＵＨ相、ＵＬ相、ＶＨ相、ＶＬ相、ＷＨ相およびＷＬ相ごとに設ける。

そして、その同期判定区間ＳＫをＵＨ相、ＵＬ相、ＶＨ相、ＶＬ相、ＷＨ相およびＷＬ相の全相に渡ってつなぎ、ＵＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｕｈ、ＵＬ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｕｌ、ＶＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｖｈ、ＶＬ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｖｌ、ＷＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｗｈおよびＷＬ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｗｌが、ＵＨ相、ＵＬ相、ＶＨ相、ＶＬ相、ＷＨ相およびＷＬ相の同期判定区間ＳＫにそれぞれ入っているかどうかを確認することでダイオードオンタイミングの検出周期および検出順序が守られているかどうかを判定することができる。そして、同期チェック部１４は、ダイオードオンタイミングの検出周期および検出順序が守られているという確認がとれたら、ステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５´に同期判定信号１１３を出力する。

例えば、順方向回転の場合、各相の検出順序はＵＨ相→ＷＬ相→ＶＨ相→ＵＬ相→ＷＨ相→ＶＬ相→ＵＨ相という順序になるため、ダイオードオンタイミングがこの順序で検出されたかどうかを確認することでダイオードオンタイミングの検出順序が守られているかどうかを判定することができる。このような、相検出の順序が予め設定された規定回数、例えば１周期でもよいし８周期でもよいが、それだけの周期において相検出順序に変更や欠落がなければ、同期判定が成功したとして同期判定信号１１３を出力する。

同期チェック部１４は、ダイオードオフタイミングの検出周期および検出順序が守られているかどうかの判定も、ダイオードオンタイミングの判定処理と同様に行うことができる。

これにより、周期チェック１４において、各相のダイオードオンタイミングおよびダイオードオフタイミングが一定周期的に検出できているかどうかに加え、ダイオードオンタイミングおよびダイオードオフタイミングの相検出順序も一定順序で検出できているかどうかを確認することができ、ＵＶＷの位相差が一定（＝１２０°）であり、ハイ側とロウ側の位相差が一定（＝１８０°）となっていることのチェックの確実性を向上させることができる。

実施の形態５．
図４において、ＵＨ相だけに着目して説明すると、オン側同期信号Ｓ１３の各周期における０°の位置から回転電動機の電気角度によるＵＨ素子３１のオンタイミングまでのマージンＰＭＡをレベルＬＶ４にて設定する。

そして、ステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５´は、ＵＨ相オン側三角波Ｓ１５ｕｈのレベルとレベルＬＶ４とを比較し、ＵＨ相Ｄｏｎ検出信号Ｓ１２ｕｈの立ち下がりタイミングｔ１と、ＵＨ相オン側三角波Ｓ１５ｕｈのレベルがレベルＬＶ４に到達した時刻ｔ２のうちの遅い方の時刻でＵＨ素子３１をオンすることができる。

また、オフ側同期信号Ｓ１３´の各周期における３６０°の位置から回転電動機の電気角度によるＵＨ素子３１のオフタイミングまでのマージンＴＭＡをレベルＬＶ１にて設定する。また、ＵＨ素子３１のオン区間をレベルＬＶ３にて設定する。

そして、ステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５´は、ＵＨ相オフ側三角波Ｓ１５ｕｈ´のレベルとレベルＬＶ１とを比較するとともに、ＵＨ相オン側三角波Ｓ１５ｕｈのレベルとレベルＬＶ３とを比較する。そして、ＵＨ相オフ側三角波Ｓ１５ｕｈ´のレベルがレベルＬＶ１に到達した時刻ｔ３とＵＨ相オン側三角波Ｓ１５ｕｈのレベルがレベルＬＶ３に到達した時刻ｔ４とのうちの早い方の時刻でＵＨ素子３１をオフすることができる。

実施の形態６．
図９において、ＵＨ相だけに着目して説明すると、ＵＨ素子３１のオン区間がＵＨダイオード３２のオン区間を越えるようにレベルＬＶ３が設定されているものとすると、図８のステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５´は、ＵＨダイオードオン検出区間信号Ｓ１８ｕｈの時間ＵＨ_ｂｋｍ_ｔｉｍｅを測定し、ＵＨ相オフ側三角波Ｓ１５ｕｈ´がレベルＬＶ１に到達する時刻ｔ４よりＵＨ素子３１のオフタイミングが早すぎるか遅すぎるかを判断する。

そして、ステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５´は、予め設定された一定割合でレベルＬＶ２を上げたり下げたりしてＵＨ相オン側三角波Ｓ１５ｕｈと比較し、ＵＨダイオード３２のオン区間に対してＵＨ素子３１のオン区間を最大限確保できるようにする。

実施の形態７．
図９において、ＵＨ相だけに着目して説明すると、図８のステータゲート指令生成ＰＷＭ部１５´は、ＵＨダイオード３２のオンおよびオフの一周期をカウンタで時間計測し、単位電気角度が時間として何カウンタに相当するかを毎回比較することで、ＵＨ素子３１のオンタイミングおよびオフタイミングを電気角度に変換してレベル信号を発生する。

そして、そのレベル信号を角度ベースで設定されたレベルＬＶ１、ＬＶ４を含めてＵＨ相オン側三角波Ｓ１５ｕｈおよびＵＨ相オフ側三角波Ｓ１５ｕｈ´と比較することで、電気角度ベースのＵＨ素子３１のオン区間設定制約と時間ベースでのＵＨ素子３１のオン区間設定制約を同時に取り扱って、厳しい方の条件でＵＨ素子３１のオン区間を設定することができる。

例えば、時間のカウント値を電気角度に変換してレベル信号を発生する場合、各相_ｌａｓｔ_ｏｆｆ_ｌｅｖｅｌを以下のように求めるものとする。
３６０／（各相_ｌａｓｔ_ｐｅｒｉｏｄ）×各相_ｂｋｍ_ｔｉｍｅ

ただし、各相_ｌａｓｔ_ｐｅｒｉｏｄは、直前のダイオードオンタイミングから現在のダイオードオンタイミングまでの時間カウント値、各相_ｂｋｍ_ｔｉｍｅは、直前のスイッチングオフタイミングからダイオードオフタイミングまでの時間カウント値である。

この時、各相_ｌａｓｔ_ｏｆｆ_ｌｅｖｅｌ≧ｏｆｆ_ｌｅｖｅｌ_目標角度の場合、各相_ｏｆｆ_ｌｅｖｅｌ_ｓｅｔｔｅｉｎｇを下降させ、各相_ｌａｓｔ_ｏｆｆ_ｌｅｖｅｌ＜ｏｆｆ_ｌｅｖｅｌ_目標角度の場合、各相_ｏｆｆ_ｌｅｖｅｌ_ｓｅｔｔｅｉｎｇを上昇させることができる。なお、ｏｆｆ_ｌｅｖｅｌ_目標角度は、全相に共通の値を用いることができる。

例えば、図９において、ＵＨ相に着目すると、ＵＨダイオードオン検出区間信号Ｓ１８ｕｈの時間ＵＨ_ｂｋｍ_ｔｉｍｅを測定し、ＵＨ_ｌａｓｔ_ｏｆｆ_ｌｅｖｅｌを求める。そして、ＵＨ_ｌａｓｔ_ｏｆｆ_ｌｅｖｅｌとｏｆｆ_ｌｅｖｅｌ_目標角度との比較結果に基づいて、ＵＨ_ｌｅｖｅｌ_ｓｅｔｔｅｉｎｇを上下させることで、ＵＨ相オフレベルＬＶ５を設定する（時刻ｔ１３）。なお、この処理は、演算処理時間ＨＥ内に行うことができる。そして、新たに設定されたＵＨ_ｌｅｖｅｌ_ｓｅｔｔｅｉｎｇに基づいて、図２のＵＨ素子３１のオフタイミングを制御することができる。

これにより、ＵＨ素子３１のオン区間を電気角度ベースと時間ベースを組み合わせて設定することができ、電気角度の時間の大きい方でＵＨ素子３１のオン／オフ制御を行うことが可能となることから、単位電気角度当たりの時間が大きくなる低速回転から単位電気角度当たりの時間が非常に小さくなる高速回転に至るまでより安全に同期整流を実現することが可能となる。

実施の形態８．
図１０は、本発明に係る電力変換装置が適用される車両システムの実施の形態８の概略構成を示すブロック図である。図１０において、車両用回転電動機としての発電電動機４３は、内燃機関４１によりベルト等のトルク伝達装置４２を介して駆動されて発電し、交流エネルギーを発生する。

内燃機関４１の運転中は、発電電動機４３により発生された交流エネルギーは直流エネルギーに変換され、蓄電池４４に充電される。なお、この発電電動機４３として、図１の電力変換装置を用いるようにしてもよいし、図８の電力変換装置を用いるようにしてもよい。

なお、上述した実施の形態では、ＵＶＷの３相分の電力変換を行う電力変換装置を例にとって説明したが、本発明はＵＶＷの３相分に限定されることなく、各相が電気角度的に等間隔に配置されているならば、Ｎ（Ｎは２以上の整数）相分の電力変換を行う電力変換装置に適用することができる。

以上のように本発明に係る電力変換装置は、回転位置を検出するセンサを回転電動機の軸に取り付けることなく同期整流を実現するとともに、誘起相電圧の周期と各相の検出順序が正しいかどうかのチェックにかかる負荷を低減させることができ、自動車等の車両に搭載される車両用回転電動機に用いる方法に適している。

１１ 電力変換部
１２ ダイオード通電状態検出部
１２ａ Ｕ相上アームダイオードオン信号検出部
１２ｂ Ｕ相下アームダイオードオン信号検出部
１２ｃ Ｖ相上アームダイオードオン信号検出部
１２ｄ Ｖ相下アームダイオードオン信号検出部
１２ｅ Ｗ相上アームダイオードオン信号検出部
１２ｆ Ｗ相下アームダイオードオン信号検出部
１２ｇ ダイオードオン信号統合部
１２ａ´ Ｕ相上アームダイオードオフ信号検出部
１２ｂ´ Ｕ相下アームダイオードオフ信号検出部
１２ｃ´ Ｖ相上アームダイオードオフ信号検出部
１２ｄ´ Ｖ相下アームダイオードオフ信号検出部
１２ｅ´ Ｗ相上アームダイオードオフ信号検出部
１２ｆ´ Ｗ相下アームダイオードオフ信号検出部
１２ｇ´ ダイオードオフ信号統合部
１３ 同期検出ＰＬＬ部
１２１ オン側ＰＬＬ回路
１２２ オフ側ＰＬＬ回路
１４ 周期チェック部
１５、１５´ ステータゲート指令生成ＰＷＭ部
１５ａ Ｕ相上アームオン側三角波生成部
１５ａ´ Ｕ相上アームオフ側三角波生成部
１５ａ´´ Ｕ相上アームゲート指令信号生成部
１５ｂ Ｕ相下アームオン側三角波生成部
１５ｂ´ Ｕ相下アームオフ側三角波生成部
１５ｂ´´ Ｕ相下アームゲート指令信号生成部
１５ｃ Ｖ相上アームオン側三角波生成部
１５ｃ´ Ｖ相上アームオフ側三角波生成部
１５ｃ´´ Ｖ相上アームゲート指令信号生成部
１５ｄ Ｖ相下アームオン側三角波生成部
１５ｄ´ Ｖ相下アームオフ側三角波生成部
１５ｄ´´ Ｖ相下アームゲート指令信号生成部
１５ｅ Ｗ相上アームオン側三角波生成部
１５ｅ´ Ｗ相上アームオフ側三角波生成部
１５ｅ´´ Ｗ相上アームゲート指令信号生成部
１５ｆ Ｗ相下アームオン側三角波生成部
１５ｆ´ Ｗ相下アームオフ側三角波生成部
１５ｆ´´ Ｗ相下アームゲート指令信号生成部
１６ ステータゲートオン状態検出部
１７ ステータゲート指令監視部
３０ 抵抗
３１ Ｕ相上アームスイッチング素子
３２ Ｕ相上アームフリーホイールダイオード
３３ Ｕ相下アームスイッチング素子
３４ Ｕ相下アームフリーホイールダイオード
３５ Ｖ相上アームスイッチング素子
３６ Ｖ相上アームフリーホイールダイオード
３７ Ｖ相下アームスイッチング素子
３８ Ｖ相下アームフリーホイールダイオード
３９ Ｗ相上アームスイッチング素子
３１０ Ｗ相上アームフリーホイールダイオード
３１１ Ｗ相下アームスイッチング素子
３１２ Ｗ相下アームフリーホイールダイオード
３１３ 電動機子巻線
３１４ 界磁巻線
３１５ ステータゲート駆動部
３１７ ロータゲート駆動部
３１８ ３相相電圧検知部
３１９ ロータゲート指令生成部
３２０ ロータ電流検出部
３２４ 界磁スイッチング素子
３２５ ダイオード
３２６ 界磁フリーホイールダイオード
４１ 内燃機関
４２ トルク伝達装置
４３ 発電電動機
４４ 蓄電池
５１ 位相同期回路
５２ １／ｎデバイダ
５３ 位相比較器
５４ ＰＩ制御器
５５ 電圧制御発振器
５６ 積分器
１２０、１２０´ ゲート制御部
ＣＲ０〜ＣＲ５、ＬＲ０〜ＬＲ５ 相検出レジスタ

Claims (18)

1. 上下アームごとに設けられたＮ（Ｎは２以上の整数）相分の２Ｎ個のスイッチング素子と、
   前記２Ｎ個のスイッチング素子にそれぞれ並列接続された２Ｎ個のフリーホイールダイオードと、
   前記２Ｎ個のフリーホイールダイオードのオンタイミングとオフタイミングを検出するダイオード通電状態検出部と、
   前記ダイオード通電状態検出部にて検出された２Ｎ個分のフリーホイールダイオードのオンタイミングに基づいて同期制御されたオン側同期信号を生成するオン側ＰＬＬ回路と、
   前記ダイオード通電状態検出部にて検出された２Ｎ個分のフリーホイールダイオードのオフタイミングに基づいて同期制御されたオフ側同期信号を生成するオフ側ＰＬＬ回路と、
   前記オン側同期信号および前記オフ側同期信号に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチング制御を行わせるゲート指令信号を生成するゲート指令生成ＰＷＭ部とを備えることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記オン側ＰＬＬ回路と前記オフ側ＰＬＬ回路とは互いに独立して動作することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記２Ｎ個のフリーホイールダイオードのオンタイミングを同一時系列上に統合して前記オン側ＰＬＬ回路に出力するＤｏｎ信号統合部と、
   前記２Ｎ個のフリーホイールダイオードのオフタイミングを同一時系列上に統合して前記オフ側ＰＬＬ回路に出力するＤｏｆｆ信号統合部とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
4. 前記ゲート指令生成ＰＷＭ部は、
   前記オン側同期信号に基づいて上下アームごとにＮ相分のオン側三角波を生成する２Ｎ個のオン側三角波生成部と、
   前記オフ側同期信号に基づいて上下アームごとにＮ相分のオフ側三角波を生成する２Ｎ個のオフ側三角波生成部と、
   各相のオン側三角波とオフ側三角波とを上下アームごとに比較することにより、上下アームごとにＮ相分のゲート指令信号を生成するゲート指令信号生成部とを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記オン側三角波生成部は、前回の自相の上下アームごとのオンタイミングにて起動され、今回の自相の上下アームごとのオンタイミングにてリセットされるカウンタによるカウント動作に基づいて各相の上下アームごとにオン側三角波を生成し、
   前記オフ側三角波生成部は、前回の自相の上下アームごとのオフタイミングにて起動され、今回の自相の上下アームごとのオフタイミングにてリセットされるカウンタによるカウント動作に基づいて各相の上下アームごとにオフ側三角波を生成することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記オン側三角波生成部は、前回の自相の上下アームごとのオンタイミングから今回の自相の上下アームごとのオンタイミングまでの全相に渡るオン側同期信号の加算動作に基づいて各相の上下アームごとにオン側三角波を生成し、
   前記オフ側三角波生成部は、前回の自相の上下アームごとのオフタイミングから今回の自相の上下アームごとのオフタイミングまでの全相に渡るオフ側同期信号の加算動作に基づいて各相の上下アームごとにオフ側三角波を生成することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
7. 前記ゲート指令信号生成部は、前記オン側同期信号の全相に渡る加算結果を電動機の電気角の一周期分の３６０°に対応させ、各スイッチング素子のオン期間が前記電気角の一周期分に占める割合に基づいて設定された第１のレベルと前記オン側三角波とを比較することにより、各スイッチング素子のオンタイミングを設定することを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
8. 前記ゲート指令信号生成部は、前記電気角の一周期分のカウント値に基づいて各スイッチング素子のオン期間を電気角に変換し、前記電気角が一周期分に占める割合に基づいて設定された第２のレベルと前記オン側三角波とを比較することにより、各スイッチング素子のオンタイミングを設定することを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
9. 前記ゲート指令信号生成部は、前記第１のレベルおよび第２のレベルを前記オン側三角波と比較することにより、各スイッチング素子のオンタイミングを設定することを特徴とする請求項８に記載の電力変換装置。
10. 前記ゲート指令信号生成部は、前記オフ側同期信号の全相に渡る加算結果を電動機の電気角の一周期分の３６０°に対応させ、各スイッチング素子のオン期間が前記電気角の一周期分に占める割合に基づいて設定された第１のレベルとオフ側三角波とを比較することにより、各スイッチング素子のオフタイミングを設定することを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
11. 前記ゲート指令信号生成部は、前記電気角の一周期分のカウント値に基づいて各スイッチング素子のオン期間を電気角に変換し、前記電気角が一周期分に占める割合に基づいて設定された第２のレベルと前記オフ側三角波とを比較することにより、各スイッチング素子のオフタイミングを設定することを特徴とする請求項１０に記載の電力変換装置。
12. 前記ゲート指令信号生成部は、前記第１のレベルおよび第２のレベルを前記オフ側三角波と比較することにより、各スイッチング素子のオフタイミングを設定することを特徴とする請求項１１に記載の電力変換装置。
13. 前記２Ｎ個のフリーホイールダイオードのオンタイミングおよびオフタイミングの検出結果を前記オン側同期信号および前記オフ側同期信号と比較することにより、各相の誘起電圧の周期と各相の検出順序が全相に渡って正しいかどうかを監視する周期チェック部をさらに備え、
    前記ゲート指令生成ＰＷＭ部は、前記周期チェック部による監視結果に基づいて前記ゲート指令信号を生成することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の電力変換装置。
14. 前記周期チェック部は、前記２Ｎ個のフリーホイールダイオードのオンタイミングの検出結果が前記オン側同期信号と回転電動機の電動機子の電気角度的にどれだけ離れているかを各相の上下アームごとに検出することで同期しているかどうかを判定し、前記２Ｎ個のフリーホイールダイオードのオフタイミングの検出結果が前記オフ側同期信号と回転電動機の電動機子の電気角度的にどれだけ離れているかを各相の上下アームごとに検出することで同期しているかどうかを判定することを特徴とする請求項１３に記載の電力変換装置。
15. 前記周期チェック部は、前記２Ｎ個のフリーホイールダイオードのオンタイミングの検出結果が前記オン側同期信号と回転電動機の電動機子の電気角度的にどれだけ離れているかを各相の上下アームごとに検出するとともに、前記フリーホイールダイオードのオン側の現在の各相の検出順序が過去の各相の検出順序と一致し、各相の検出が連続して所定回数だけ検出されたかどうかを前記フリーホイールダイオードのオン側の同期判定条件とし、前記２Ｎ個のフリーホイールダイオードのオフタイミングの検出結果が前記オフ側同期信号と回転電動機の電動機子の電気角度的にどれだけ離れているかを各相の上下アームごとに検出するとともに、前記フリーホイールダイオードのオフ側の現在の各相の検出順序が過去の各相の検出順序と一致し、各相の検出が連続して所定回数だけ検出されたかどうかを前記フリーホイールダイオードのオフ側の同期判定条件とすることを特徴とする請求項１３に記載の電力変換装置。
16. 各相のスイッチング素子のオンタイミングとオフタイミングとを上下アームごとに検出するゲートオン状態検出部と、
    前記スイッチング素子のオンタイミングを前記ゲート指令信号と各相の上下アームごとに比較することにより、同期整流動作を監視するゲート指令監視部とをさらに備え、
    前記ゲート指令生成ＰＷＭ部は、前記ゲート指令監視部による監視結果に基づいて前記ゲート指令信号を生成することを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
17. 前記ゲートオン状態検出部は、電動機が発電運転中の各相誘起電圧を直流負荷電圧とグラント電圧との比較することにより、前記フリーホイールダイオードのオン区間内での前記スイッチング素子のオン／オフ状態を各相の上下アームごとに判定し、
    前記ゲート指令監視部は、前記ゲート指令信号を前記スイッチング素子のオン／オフ状態と比較することにより、前記フリーホイールダイオードのオン区間内で前記スイッチング素子がオンされたかどうかと、前記スイッチング素子がオフされた時に前記フリーホイールダイオードがオンしているかを各相の上下アームごとに判定することを特徴とする請求項１６に記載の電力変換装置。
18. 前記ゲート指令監視部は、前記ゲート指令信号を前記スイッチング素子のオン／オフ状態と比較することにより、前記スイッチング素子のオフが検出された後に前記フリーホイールダイオードがオンしているオン期間を各相の上下アームごとに検出し、
    前記ゲート指令生成ＰＷＭ部は、前記ゲート指令監視部にて検出された前記フリーホイールダイオードのオン期間に基づいて前記スイッチング素子のオン期間を制御することを特徴とする請求項１７に記載の電力変換装置。

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