JP2023148810A - 電力変換システム - Google Patents

Abstract

【課題】専用の放電回路を設けることなく、平滑コンデンサをより早期に放電する。【解決手段】制御回路は、バッテリと三相のパワーモジュールを有するインバータとの間に配置される平滑コンデンサの電力を放電する場合、三相のパワーモジュールの全てを上オン状態にする全相上オン制御と、三相のパワーモジュールの全てを下オン状態にする全相下オン制御とを交互に周期的に切り替える。三相のパワーモジュールのうちの、モータからインバータに向う方向に電流が流れるパワーモジュールを負電流モジュールとし、インバータからモータに向う方向に電流が流れるパワーモジュールを正電流モジュールとするとき、制御回路は、全相下オン制御と全相上オン制御とを切り替える期間において、負電流モジュールを下オン状態にしつつ正電流モジュールを上オン状態にする放電処理を所定時間実行する。【選択図】図３

Description

本開示は、電力変換システムに設けられる平滑コンデンサに蓄えられた電力を放電する技術に関する。

一般的に、電動車両に設けられる電力変換システムには、バッテリとモータとの間で電力変換を行なうインバータと、インバータとバッテリとの間の電圧変動を平滑化する平滑コンデンサとが備えられている。このような電力変換システムでは、車両の運転停止時あるいは事故発生時等において、平滑コンデンサに蓄えられた電力を早期に放電することが望ましい。

平滑コンデンサの放電手法の一例が、たとえば、特開２０１６－１２３２０２号公報（特許文献１）に開示されている。特開２０１６－１２３２０２号公報に開示された電力変換システムは、バッテリとモータとの間で電力変換を行なうインバータと、インバータとバッテリとの間に配置される平滑コンデンサと、インバータを制御する制御回路とを備える。インバータは、三相のパワーモジュールを備える。三相のパワーモジュールの各々は、上側スイッチング素子および下側スイッチング素子と、上側スイッチング素子および下側スイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続される２つのダイオードとを有する。制御回路は、平滑コンデンサの電力を放電する場合、全てのパワーモジュールを上オン状態（上側スイッチング素子がオンかつ下側スイッチング素子がオフの状態）にする全相上オン制御と、全てのパワーモジュールを下オン状態（上側スイッチング素子がオフかつ下側スイッチング素子がオンの状態）にする全相下オン制御とを周期的に切り替えることによって、平滑コンデンサに蓄えられた電力を消費する。また、制御回路は、全相上オン制御と全相下オン制御とを切り替える期間において、全てのパワーモジュールの上側スイッチング素子および下側スイッチング素子をオフにする全オフ期間を設定している。

特開２０１６－１２３２０２号公報

特開２０１６－１２３２０２号公報に開示された制御回路は、全相上オン制御と全相下オン制御とを切り替える期間において、全オフ期間を設定している。しかしながら、全オフ期間において、モータが車両の走行エネルギによって回転させられている状態であると、モータの回生電力がインバータを介して平滑コンデンサに充電されてしまい、その影響で平滑コンデンサの電力を早期に放電することができなくなることが懸念される。

本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、専用の放電回路を設けることなく、平滑コンデンサを早期に放電することである。

（１） 本開示による電力変換システムは、バッテリと三相のステータコイルを有するモータとの間で電力変換を行なうインバータと、バッテリとインバータとを接続する正極線および負極線と、正極線と負極線との間に配置される平滑コンデンサと、インバータを制御する制御回路と、を備える。インバータは、正極線と負極線との間に互いに並列に接続され、三相のステータコイルにそれぞれ接続される三相のスイッチング部を含む。スイッチング部の各相は、正極線から負極線までの間にこの順に直列に接続される上側スイッチング素子および下側スイッチング素子と、上側スイッチング素子および下側スイッチング素子にそれぞれ逆並列接続となる上側ダイオードおよび下側ダイオードとを含む。制御回路は、平滑コンデンサの電荷を放電する場合、スイッチング部の三相全てを、上側スイッチング素子がオンかつ下側スイッチング素子がオフの状態にする全相上オン制御と、スイッチング部の三相全てを、上側スイッチング素子がオフかつ下側スイッチング素子がオンの状態にする全相下オン制御とを交互に周期的に切り替える。制御回路は、全相上オン制御および全相下オン制御の一方から他方に切り替える期間において、各相の上側、下側スイッチング素子のオン、オフの状態を全相上オン制御及び全相下オン制御とは異なるように制御し、切り替える期間の初期及び終期では、いずれかの相で上側、下側スイッチング素子の双方がオフの状態となり、初期と終期との間では、いずれの相においても、上側スイッチング素子がオンの状態かつ下側スイッチング素子がオフの状態である上オン状態、または、上側スイッチング素子がオフの状態かつ下側スイッチング素子がオンの状態である下オン状態となるように制御する。

上記（１）の構成によれば、平滑コンデンサの放電時に、全相上オン制御と全相下オン制御とが交互に周期的に切り替えられる。そして、全相下オン制御と全相上オン制御とを切り替える期間の初期と終期との間において、いずれの相においても、上側、下側スイッチング素子がそれぞれオン、オフの状態である上オン状態、または、上側、下側スイッチング素子がそれぞれオフ、オンの状態である下オン状態となるように制御される。この制御によって、モータが車両の走行エネルギ等によって回転させられている状態であっても、平滑コンデンサが放電される状態となる。その結果、専用の放電回路を設けることなく、平滑コンデンサを早期に放電することができる。

（２） ある態様においては、スイッチング部の三相のうちの、モータからインバータに向う方向に電流が流れる相を負電流相とし、インバータからモータに向う方向に電流が流れる相を正電流相とするとき、制御回路は、全相下オン制御および全相上オン制御の一方から他方に切り替える期間において、負電流相を下オン状態にしつつ正電流相を上オン状態にする放電処理を所定時間実行する。

上記（２）の構成によれば、全相下オン制御と全相上オン制御とを切り替える期間の初期と終期との間において、負電流相を下オン状態にしつつ正電流相を上オン状態にする放電処理が所定時間実行される。放電処理の実行中においては、モータジェネレータが車両の走行エネルギ等によって回転させられている状態であっても、平滑コンデンサが放電される状態となる。その結果、専用の放電回路を設けることなく、平滑コンデンサを早期に放電することができる。

（３） ある態様においては、制御回路は、制御回路は、全相下オン制御から全相上オン制御に切り替える場合、負電流相を下オン状態に維持しつつ、正電流相の上側スイッチング素子および下側スイッチング素子の双方をオフ状態にする第１デッドタイム処理を実行し、第１デッドタイム処理の実行後に放電処理を所定時間実行し、放電処理の実行後に、正電流相を上オン状態に維持しつつ負電流相の上側スイッチング素子および下側スイッチング素子の双方をオフ状態にする第２デッドタイム処理を実行し、第２デッドタイム処理の実行後に正電流相を上オン状態に維持しつつ負電流相を上オン状態に切り替えて全相上オン制御を実行する。

（４） ある態様においては、制御回路は、全相上オン制御から全相下オン制御に切り替える場合、第２デッドタイム処理を実行し、第２デッドタイム処理の実行後に放電処理を所定時間実行し、放電処理の実行後に第１デッドタイム処理を実行し、第１デッドタイム処理の実行後に負電流相を下オン状態に維持しつつ正電流相を下オン状態に切り替えて全相下オン制御を実行する。

上記（３）および（４）の構成によれば、全相下オン制御と全相上オン制御とを切り替える期間において、第１デッドタイム処理、放電処理期間、第２デッドタイム処理が、この順あるいはこの順とは逆の順に設定される。これらの第１デッドタイム処理、放電処理、第２デッドタイム処理のいずれの実行中においても、モータの回生電力は平滑コンデンサに充電されない。さらに、放電処理の実行中においては、モータが回転している状態であっても、平滑コンデンサが放電される。その結果、平滑コンデンサを早期に放電することができる。

（５） ある態様においては、所定時間は、モータが回転している状態において、モータの出力トルクが負トルクとなり、かつ平滑コンデンサの電力が放電される時間に予め調整される。

上記（５）の構成によれば、所定時間（放電処理の実行時間）が、モータが回転している状態において、モータの出力トルクが負トルクとなり、かつ平滑コンデンサの電力が放電される時間に予め調整されている。そのため、放電処理の実行中において、モータに正トルクを発生させることなく、平滑コンデンサの電力を放電させることができる。

（６） ある態様においては、制御回路は、平滑コンデンサの電力を放電する場合において、モータを流れる電流が大きいほど、全相下オン制御と全相上オン制御との切替周期を長くする。

上記（６）の構成によれば、平滑コンデンサの放電時にモータを流れる電流が大きい場合（すなわちモータの回転速度が高い場合）にはモータが正トルクを発生する可能性があることに鑑み、モータを流れる電流が大きいほど、全相下オン制御と全相上オン制御との切替周期が長くされる。これにより、モータの回転速度が高い場合においては、全相上オン制御と全相下オン制御との切替頻度が軽減され、その分、放電処理による平滑コンデンサの放電頻度が軽減される。そのため、モータを流れる電流が大きい場合（モータの回転速度が高い場合）であっても、モータが正トルクを発生することを抑制し易くすることができる。

また、上記（６）の構成によれば、平滑コンデンサの放電時にモータを流れる電流が小さい場合（すなわちモータの回転速度が低い場合）にはモータを流れる電流による平滑コンデンサの放電は期待できないことに鑑み、モータを流れる電流が小さいほど、全相下オン制御と全相上オン制御との切替周期が短くされる。これにより、モータを流れる電流が小さい場合（モータの回転速度が低い場合）には、インバータのスイッチング損失によって平滑コンデンサの電力を消費することができる。

（７） ある態様においては、制御回路は、平滑コンデンサの電力を放電する場合において、モータを流れる電流が第１閾値と第１閾値よりも小さい第２閾値との間の含まれる場合には全相下オン制御と全相上オン制御との切替周期を第１周期に設定する。制御回路は、モータを流れる電流が第１閾値よりも大きい場合には全相下オン制御と全相上オン制御との切替周期を第１周期よりも長い第２周期に設定する。制御回路は、モータを流れる電流が第２閾値よりも小さい場合には全相下オン制御と全相上オン制御との切替周期を第１周期よりも短い第３周期に設定する。

上記（７）の構成によれば、平滑コンデンサの放電時にモータを流れる電流が第１閾値よりも大きい場合（すなわちモータの回転速度が高い場合）には、全相下オン制御と全相上オン制御との切替周期が第１周期よりも長い第２周期に設定される。これにより、モータの回転速度が高い状態においては、全相上オン制御と全相下オン制御との切替頻度が軽減され、その分、放電処理による平滑コンデンサの放電頻度が軽減される。そのため、モータが正トルクを発生することを抑制し易くすることができる。

また、上記（７）の構成によれば、平滑コンデンサの放電時にモータを流れる電流が第２閾値よりも小さい場合（すなわちモータの回転速度が低い場合）には、全相下オン制御と全相上オン制御との切替周期が第１周期よりも短い第３周期に設定される。これにより、モータを流れる電流が小さい場合（モータの回転速度が低い場合）であっても、インバータのスイッチング損失によって平滑コンデンサの電力を消費することができる。

本開示によれば、専用の放電回路を設けることなく、平滑コンデンサを早期に放電することができる。

電力変換システムの全体構成を概略的に示す図である。 相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの波形と、全相上オン制御と全相下オン制御との切替動作とを示す図である。 パターン１におけるスイッチング素子の駆動信号を示す図である。 パターン１のモードＡ中における電流の流れを模式的に示す図である。 パターン１のモードＢ中における電流の流れを模式的に示す図である。 パターン１のモードＣ中における電流の流れを模式的に示す図である。 パターン２におけるスイッチング素子の駆動信号を示す図である。 パターン２のモードＡ中における電流の流れを模式的に示す図である。 パターン２のモードＢ中における電流の流れを模式的に示す図である。 パターン２のモードＣ中における電流の流れを模式的に示す図である。 パターン３におけるスイッチング素子の駆動信号を示す図である。 パターン３のモードＡ中における電流の流れを模式的に示す図である。 パターン３のモードＢ中における電流の流れを模式的に示す図である。 パターン３のモードＣ中における電流の流れを模式的に示す図である。 パターン４におけるスイッチング素子の駆動信号を示す図である。 パターン４のモードＡ中における電流の流れを模式的に示す図である。 パターン４のモードＢ中における電流の流れを模式的に示す図である。 パターン４のモードＣ中における電流の流れを模式的に示す図である。 パターン５におけるスイッチング素子の駆動信号を示す図である。 パターン５のモードＡ中における電流の流れを模式的に示す図である。 パターン５のモードＢ中における電流の流れを模式的に示す図である。 パターン５のモードＣ中における電流の流れを模式的に示す図である。 パターン６におけるスイッチング素子の駆動信号を示す図である。 パターン６のモードＡ中における電流の流れを模式的に示す図である。 パターン６のモードＢ中における電流の流れを模式的に示す図である。 パターン６のモードＣ中における電流の流れを模式的に示す図である。 放電処理時間とＭトルクとの対応関係の一例を示す図である。 制御回路の機能ブロック図である。 制御回路のフローチャート（その１）である。 全相上オン制御期間と全相下オン制御期間との切替周期の変更態様の一例を示すタイミングチャートである。 制御回路のフローチャート（その２）である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

＜システム構成＞
図１は、本実施の形態に係る電力変換システム１の全体構成を概略的に示す図である。電力変換システム１は、たとえば、モータ３を駆動力源とする車両に搭載される。

電力変換システム１は、モータ３と、バッテリ１１と、システムメインリレーＳＭＲと、正極線ＰＬと、負極線ＮＬと、平滑コンデンサＣ０と、インバータ２０と、電流センサ３１～３３と、制御回路１００とを含む。

バッテリ１１は、複数のセルを含む組電池である。各セルは、リチウムイオン電池またはニッケル水素電池などの二次電池である。バッテリ１１の出力電圧は、たとえば数百ボルト程度の高い値である。

正極線ＰＬは、バッテリ１１の正極とインバータ２０とを電気的に接続する。負極線ＮＬは、バッテリ１１の負極とインバータ２０とを電気的に接続する。

システムメインリレーＳＭＲは、バッテリ１１とインバータ２０との間に電気的に接続されている。システムメインリレーＳＭＲは、制御回路１００からの指令に従って閉成される。システムメインリレーＳＭＲが閉成されることで、バッテリ１１とインバータ２０との間での電力伝送が可能となる。

平滑コンデンサＣ０は、正極線ＰＬと負極線ＮＬとの間に接続されている。平滑コンデンサＣ０は、正極線ＰＬと負極線ＮＬとの間の電圧変動の交流成分を平滑化し、平滑化した直流電圧をインバータ２０に供給する。正極線ＰＬと負極線ＮＬとの間の電圧ＶＬは、平滑コンデンサＣ０の両端電圧と一致する。システムメインリレーＳＭＲが閉成されている場合、バッテリ１１から平滑コンデンサＣ０に電荷が流れ込み、平滑コンデンサＣ０の両端電圧（電圧ＶＬ）はバッテリ１１の出力電圧となる。

インバータ２０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ対応する３つのパワーモジュール２１，２２，２３を含む。パワーモジュール２１，２２，２３は、正極線ＰＬと負極線ＮＬとの間に互いに並列に接続されている。各パワーモジュール２１，２２，２３は、正極線ＰＬと負極線ＮＬとの間にこの順に直列に接続された上側スイッチング素子および下側スイッチング素子と、上側スイッチング素子および下側スイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続された２つのダイオードとを含む。具体的には、Ｕ相のパワーモジュール２１は、上側スイッチング素子Ｑ１および下側スイッチング素子Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。Ｖ相のパワーモジュール２２は、上側スイッチング素子Ｑ３および下側スイッチング素子Ｑ４と、ダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。Ｗ相のパワーモジュール２３は、上側スイッチング素子Ｑ５および下側スイッチング素子Ｑ６と、ダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。

スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、それぞれ、制御回路１００からの駆動信号に従ってスイッチング動作（オン／オフ動作）を行う。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。

Ｕ相のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、相補的かつ交互にスイッチング動作するように制御される。Ｖ相のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４は、相補的かつ交互にスイッチング動作するように制御される。Ｗ相のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６は、相補的かつ交互にスイッチング動作するように制御される。

インバータ２０は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をスイッチング動作させることで、バッテリ１１とモータ３との間で電力変換を行なう。インバータ２０は、モータ３のトルク指令値が正である場合には、バッテリ１１からの直流電力を交流電力に変換してモータ３に供給する。これにより、モータ３が駆動される。一方、車両１０の回生制動時には、モータ３のトルク指令値が負に設定される。この場合には、インバータ２０は、モータ３が発電した交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をバッテリ１１に供給する。

モータ３は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３つのステータコイルを備える、３相の永久磁石型同期電動機である。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のステータコイルの一端は、中性点に共通接続されている。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のステータコイルの他端は、インバータ２０のパワーモジュール２１，２２，２３の中間点にそれぞれ接続されている。モータ３の出力トルクは、動力伝達ギヤを通じて駆動輪（いずれも図示せず）に伝達され、車両１０を走行させる。また、モータ３は、車両１０の回生制動時には駆動輪の回転力によって発電する（回生発電）。

電流センサ３１は、インバータ２０のＵ相のパワーモジュール２１からモータ３に流れるＵ相電流Ｉｕを検出する。電流センサ３２は、インバータ２０のＶ相のパワーモジュール２２からモータ３に流れるＶ相電流Ｉｖを検出する。電流センサ３３は、インバータ２０のＷ相のパワーモジュール２３からモータ３に流れるＷ相電流Ｉｗを検出する。各電流センサ３１～３３は、検出結果を制御回路１００に送信する。

Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、およびＷ相電流Ｉｗは、インバータ２０からモータ３に向かう方向を正方向、モータ３からインバータ２０に向かう方向を負方向とするとき、正方向に流れる場合に正値（＋）、負方向に流れる場合に負値（－）として検出される。なお、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、およびＷ相電流Ｉｗの合計は０であるため、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、およびＷ相電流Ｉｗは、いずれか２つの値が決まれば残りの１つの値も決まる関係にある。そのため、電流センサ３１、３２，３３のうちのいずれか１つを省略するようにしてもよい。

制御回路１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサと、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリと、各種信号を入出力するためのポートとを含む（いずれも図示せず）。制御回路１００は、メモリに記憶されたプログラムおよびマップ、ならびに各センサから受ける信号等に基づいて、システムメインリレーＳＭＲを制御したり、インバータ２０を制御したりする。

制御回路１００は、インバータ２０の各相において上オン状態（上側スイッチング素子がオンかつ下側スイッチング素子がオフの状態）と下オン状態（上側スイッチング素子がオフかつ下側スイッチング素子がオンの状態）とを周期的に切り替えることによって、モータ３の駆動状態を制御したり、バッテリ１１の充放電を制御したりする。

制御回路１００は、パルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）制御によって、インバータ２０の各相のスイッチング動作を制御する。ＰＷＭ制御では、キャリア信号の周波数（キャリア周波数ｆｃ）によって、各相におけるスイッチング周期（１回の上オン状態の期間と１回の下オン状態の期間との合計）が決まる。制御回路１００は、ＰＷＭ制御においてデューティ指令値を調整することによって、スイッチング１周期に対する上オン状態の期間の比（デューティ比）を調整することができる。

＜平滑コンデンサＣ０の放電制御＞
電力変換システム１が搭載される車両の運転停止時あるいは事故発生時等においては、平滑コンデンサＣ０に蓄えられた電力（電荷）を早期に放電することが望ましい。

制御回路１００は、平滑コンデンサＣ０の電力を放電する場合、システムメインリレーＳＭＲを開成してバッテリ１１をインバータ２０から切り離した状態で、インバータ２０の全相のパワーモジュール２１，２２，２３を上オン状態にする「全相上オン制御」と、全相のパワーモジュール２１，２２，２３を下オン状態にする「全相下オン制御」とを交互に周期的に切り替える。

図２は、平滑コンデンサＣ０の電力を放電する場合における、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの波形と、全相上オン制御と全相下オン制御との切替動作とを示す図である。

図２に示すように、制御回路１００は、平滑コンデンサＣ０の電力を放電する場合、全相上オン制御と全相下オン制御とを交互に周期的に切り替える。この際、各相においてスイッチング１周期に対する全相上オン制御の期間が略５０％となるように、インバータ２０の各相のデューティ指令値を５０％に設定する。このように各相のデューティ指令値を５０％に設定することによって、モータ３に印加される電圧を略０ボルトにして、インバータ２０からモータ３に電流を流さないようにする（すなわちモータ３が車両を走行させる正トルクを出力しないようにする）ことができる。

さらに、制御回路１００は、全相上オン制御と全相下オン制御とを切り替える期間において、平滑コンデンサＣ０の電力を放電するためのフィードフォワード制御を行なう。具体的には、三相のパワーモジュール２１，２２，２３のうちの、負方向の電流が流れるパワーモジュールを負電流モジュールとし、正方向の電流が流れるパワーモジュールを正電流モジュールとするとき、制御回路１００は、全相下オン制御および前記全相上オン制御の一方から他方に切り替える期間において、負電流モジュールを下オン状態にしつつ正電流モジュールを上オン状態にする「放電処理」を所定時間実行する。

制御回路１００は、全相下オン制御から全相上オン制御に切り替える場合、各パワーモジュール２１，２２，２３が負電流モジュールであるのか正電流モジュールであるのかを特定した上で、モードＡ、モードＢ、モードＣの順に制御を行なう。

まず、モードＡでは、制御回路１００は、負電流モジュールを下オン状態に維持しつつ、正電流モジュールの上側スイッチング素子および下側スイッチング素子の双方をオフ状態にする第１デッドタイムＤＴ１を設定する第１デッドタイム処理を実行する。

第１デッドタイム処理の実行後、制御回路１００は、制御モードをモードＡからモードＢに切り替える。モードＢでは、制御回路１００は、上述の「放電処理」を所定時間実行する。なお、モードＢによる放電処理の実行時間（放電処理時間）は、後述の図２７で説明する手法によって予め設定されている。

放電処理を所定時間実行した後、制御回路１００は、制御モードをモードＢからモードＣに切り替える。モードＣでは、制御回路１００は、正電流モジュールを上オン状態に維持しつつ負電流モジュールの上側スイッチング素子および下側スイッチング素子の双方をオフ状態にする第２デッドタイムＤＴ２を設定する第２デッドタイム処理を実行する。

そして、第２デッドタイム処理の実行後、制御回路１００は、正電流モジュールを上オン状態に維持しつつ負電流モジュールを上オン状態に切り替えて全相上オン制御を実行する。

制御回路１００は、全相上オン制御から全相下オン制御に切り替える場合、全相下オン制御から全相上オン制御に切り替える場合とは逆の順、すなわち、モードＣ、モードＢ、モードＡの順に制御を行なう。

具体的には、まず、モードＣでは、制御回路１００は、正電流ジュールを上オン状態に維持しつつ負電流モジュールの上側スイッチング素子および下側スイッチング素子の双方をオフ状態にする第２デッドタイムＤＴ２を設定する第２デッドタイム処理を実行する。

第２デッドタイム処理の実行後、制御回路１００は、制御モードをモードＣからモードＢに切り替える。モードＢでは、制御回路１００は、上述の「放電処理」を所定時間実行する。

放電処理を所定時間実行した後、制御回路１００は、制御モードをモードＢからモードＡに切り替える。モードＡでは、制御回路１００は、負電流ジュールを下オン状態に維持しつつ、正電流モジュールの上側スイッチング素子および下側スイッチング素子の双方をオフ状態にする第１デッドタイムＤＴ１を設定する第１デッドタイム処理を実行する。

そして、第１デッドタイム処理の実行後、制御回路１００は、負電流モジュールを下オン状態に維持しつつ正電流モジュールを下オン状態に切り替えて全相下オン制御を実行する。

相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの正負の組合せ（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）としては、図２に示すように、以下のパターン１～６が想定される。

パターン１：（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）＝（＋，－，＋）
パターン２：（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）＝（＋，－，－）
パターン３：（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）＝（＋，＋，－）
パターン４：（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）＝（－，＋，－）
パターン５：（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）＝（－，＋，＋）
パターン６：（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）＝（－，－，＋）
以下、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの正負の組合せのパターン１～６毎に、平滑コンデンサＣ０の放電制御における、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング動作を具体的に説明する。

図３は、パターン１：（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）＝（＋，－，＋）におけるスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の駆動信号を示す図である。パターン１においては、Ｕ相およびＷ相のパワーモジュール２１，２３が「正電流モジュール」であり、Ｖ相のパワーモジュール２１が「負電流モジュール」である。

全相下オン制御から全相上オン制御に切り替える場合、上述のモードＡ、モードＢ、モードＣの順に制御が行なわれる。

まず、モードＡにて、Ｕ相、Ｗ相のパワーモジュール２１，２３（正電流モジュール）の下側スイッチング素子Ｑ２，Ｑ６がオフされる。これにより、負電流モジュールを下オン状態に維持しつつ、正電流モジュールの第１デッドタイムＤＴ１が設定される。第１デッドタイムＤＴ１は予め定められた時間継続される。

図４は、パターン１のモードＡ（第１デッドタイムＤＴ１）中における電流の流れを模式的に示す図である。パターン１のモードＡにおいては、モータ３とインバータ２０との間で電流が循環する経路が形成される。すなわち、モータ３からの電流が下側スイッチング素子Ｑ４、下側のダイオードＤ２，Ｄ６を通って、モータ３に戻される。したがって、平滑コンデンサＣ０の放電電流Ｉｄｃは０である。すなわち、モードＡ中においては、モータ３が回転している状態（回生状態）であっても、平滑コンデンサＣ０の充放電は行なわれない。

図３に戻って、第１デッドタイムＤＴ１後は、モードＡからモードＢに切り替えられる。モードＢでは、Ｕ相、Ｗ相のパワーモジュール２１，２３（正電流モジュール）の上側スイッチング素子Ｑ１，Ｑ５がオンされる。これにより、負電流モジュールが下オン状態、正電流モジュールが上オン状態となる。このモードＢが上述の「放電処理」である。放電処理は、所定時間実行される。

図５は、パターン１のモードＢ（放電処理）中における電流の流れを模式的に示す図である。パターン１のモードＢにおいては、平滑コンデンサＣ０の放電経路が形成される。すなわち、平滑コンデンサＣ０から、上側スイッチング素子Ｑ１，Ｑ５、モータ３、下側スイッチング素子Ｑ４を通って、平滑コンデンサＣ０に戻される電流経路が形成される。この場合、平滑コンデンサＣ０の放電電流Ｉｄｃは｜Ｉｖ｜となる。すなわち、モードＢ中においては、モータ３が回転している状態（回生状態）であっても、平滑コンデンサＣ０が放電される。

図３に戻って、放電処理が所定時間実行された後、モードＢからモードＣに切り替えられる。モードＣでは、負電流モジュールであるＶ相パワーモジュール２２の下側スイッチング素子Ｑ４がオフされる。これにより、正電流モジュールを上オン状態に維持しつつ、負電流モジュールの第２デッドタイムＤＴ２が設定される。第２デッドタイムＤＴ２は予め定められた時間継続される。

図６は、パターン１のモードＣ（第２デッドタイムＤＴ２）中における電流の流れを模式的に示す図である。パターン１のモードＣにおいては、モータ３とインバータ２０との間で電流が循環する経路が形成される。すなわち、モータ３からの電流がインバータ２０の上側ダイオードＤ３、上側スイッチング素子Ｑ１，Ｑ５を通って、モータ３に戻される。したがって、平滑コンデンサＣ０の放電電流Ｉｄｃは０である。すなわち、モードＣ中においては、モータ３が回転している状態（回生状態）であっても、モータ３の回生電力は平滑コンデンサＣ０には充電されない。

図３に戻って、第２デッドタイムＤＴ２の実行後は、Ｕ相、Ｗ相のパワーモジュール２１，２３（正電流モジュール）を上オン状態に維持しつつ、Ｖ相パワーモジュール２２（負電流モジュール）の上側スイッチング素子Ｑ１を上オン状態に切り替える。これにより、全相上オン制御への切替が完了する。

全相上オン制御から全相下オン制御に切り替える場合には、上述のモードＣ、モードＢ、モードＡの順に制御が行なわれる。なお、パターン１におけるモードＡ，Ｂ，Ｃでの電流の流れは、上述の図４，図５，図６に示したどおりである。したがって、全相上オン制御から全相下オン制御に切り替える場合においても、モードＡ，Ｃでは平滑コンデンサＣ０の充放電は行なわれず、モードＢで平滑コンデンサＣ０が放電される。

なお、図３において破線で示される駆動信号は、本開示に対する比較例として、モードＢ（放電処理）を行なわずにモードＡ，Ｃのみを行なう場合の駆動信号である。この場合、モードＢ（放電処理）での平滑コンデンサＣ０の放電が行なわれないことになる。

これに対し、本開示においては、モードＡ（第１デッドタイムＤＴ１）とモードＣ（第２デッドタイムＤＴ２）との間に、モードＢ（放電処理）が設定されている。そのため、本開示においては、比較例よりも平滑コンデンサＣ０の放電が促され、平滑コンデンサＣ０をより早期に放電することができる。

図７は、パターン２：（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）＝（＋，－，－）におけるスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の駆動信号を示す図である。パターン２においては、Ｕ相のパワーモジュール２１が「正電流モジュール」であり、Ｖ相およびＷ相のパワーモジュール２２，２３が「負電流モジュール」である。パターン２においても、パターン１と同様に、全相下オン制御から全相上オン制御に切り替える場合には、モードＡにて正電流モジュールの第１デッドタイムＤＴ１が設定され、その後のモードＢにて放電処理が所定時間実行され、その後のモードＣにて負電流モジュールの第２デッドタイムＤＴ２が設定される。全相上オン制御から全相下オン制御に切り替える場合には、モードＣにて負電流モジュールの第２デッドタイムＤＴ２が設定され、その後のモードＢにて放電処理が所定時間実行され、その後のモードＡにて正電流モジュールの第１デッドタイムＤＴ１が設定される。

図８は、パターン２のモードＡ（第１デッドタイムＤＴ１）中における電流の流れを模式的に示す図である。図９は、パターン２のモードＢ（放電処理）中における電流の流れを模式的に示す図である。図１０は、パターン２のモードＣ（第２デッドタイムＤＴ２）中における電流の流れを模式的に示す図である。図８～図１０に示されるように、パターン２においても、パターン１と同様、モードＡ，Ｃ中において平滑コンデンサＣ０の充放電は行なわれず、モードＢ中に平滑コンデンサＣ０が放電される。

図１１は、パターン３：（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）＝（＋，＋，－）におけるスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の駆動信号を示す図である。パターン３においては、Ｕ相およびＶ相のパワーモジュール２１，２２が「正電流モジュール」であり、Ｗ相のパワーモジュール２２，２３が「負電流モジュール」である。図１１に示されるように、パターン３においても、パターン１と同様に、全相下オン制御から全相上オン制御に切り替える場合にはモードＡ，Ｂ，Ｃの順に制御が行なわれ、全相上オン制御から全相下オン制御に切り替える場合にはモードＣ，Ｂ，Ａの順に制御が行なわれる。

図１２は、パターン３のモードＡ（第１デッドタイムＤＴ１）中における電流の流れを模式的に示す図である。図１３は、パターン３のモードＢ（放電処理）中における電流の流れを模式的に示す図である。図１４は、パターン３のモードＣ（第２デッドタイムＤＴ２）中における電流の流れを模式的に示す図である。図１２～図１４に示されるように、パターン３においても、パターン１と同様、モードＡ，Ｃ中において平滑コンデンサＣ０の充放電は行なわれず、モードＢ中に平滑コンデンサＣ０が放電される。

図１５は、パターン４：（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）＝（－，＋，－）におけるスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の駆動信号を示す図である。パターン４においては、Ｖ相のパワーモジュール２２が「正電流モジュール」であり、Ｕ相およびＷ相のパワーモジュール２１，２３が「負電流モジュール」である。

図１５に示されるように、パターン４においても、パターン１と同様に、全相下オン制御から全相上オン制御に切り替える場合にはモードＡ，Ｂ，Ｃの順に制御が行なわれ、全相上オン制御から全相下オン制御に切り替える場合にはモードＣ，Ｂ，Ａの順に制御が行なわれる。

図１６は、パターン４のモードＡ（第１デッドタイムＤＴ１）中における電流の流れを模式的に示す図である。図１７は、パターン４のモードＢ（放電処理）中における電流の流れを模式的に示す図である。図１８は、パターン４のモードＣ（第２デッドタイムＤＴ２）中における電流の流れを模式的に示す図である。図１６～１８に示されるように、パターン４においても、パターン１と同様、モードＡ，Ｃ中において平滑コンデンサＣ０の充放電は行なわれず、モードＢ中に平滑コンデンサＣ０が放電される。

図１９は、パターン５：（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）＝（－，＋，＋）におけるスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の駆動信号を示す図である。パターン５においては、Ｖ相およびＷ相のパワーモジュール２２，２３が「正電流モジュール」であり、Ｕ相のパワーモジュール２１が「負電流モジュール」である。図１９に示されるように、パターン５においても、パターン１と同様に、全相下オン制御から全相上オン制御に切り替える場合にはモードＡ，Ｂ，Ｃの順に制御が行なわれ、全相上オン制御から全相下オン制御に切り替える場合にはモードＣ，Ｂ，Ａの順に制御が行なわれる。

図２０は、パターン５のモードＡ（第１デッドタイムＤＴ１）中における電流の流れを模式的に示す図である。図２１は、パターン５のモードＢ（放電処理）中における電流の流れを模式的に示す図である。図２２は、パターン５のモードＣ（第２デッドタイムＤＴ２）中における電流の流れを模式的に示す図である。図２０～図２２に示されるように、パターン５においても、パターン１と同様、モードＡ，Ｃ中において平滑コンデンサＣ０の充放電は行なわれず、モードＢ中に平滑コンデンサＣ０が放電される。

図２３は、パターン６：（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）＝（－，－，＋）におけるスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の駆動信号を示す図である。パターン６においては、Ｗ相のパワーモジュール２３が「正電流モジュール」であり、Ｕ相およびＶ相のパワーモジュール２１，２２が「負電流モジュール」である。図２３に示されるように、パターン６においても、パターン１と同様に、全相下オン制御から全相上オン制御に切り替える場合にはモードＡ，Ｂ，Ｃの順に制御が行なわれ、全相上オン制御から全相下オン制御に切り替える場合にはモードＣ，Ｂ，Ａの順に制御が行なわれる。

図２４は、パターン６のモードＡ（第１デッドタイムＤＴ１）中における電流の流れを模式的に示す図である。図２５は、パターン６のモードＢ（放電処理）中における電流の流れを模式的に示す図である。図２６は、パターン６のモードＣ（第２デッドタイムＤＴ２）中における電流の流れを模式的に示す図である。図２４～図２６に示されるように、パターン６においても、パターン１と同様、モードＡ，Ｃ中において平滑コンデンサＣ０の充放電は行なわれず、モードＢ中に平滑コンデンサＣ０が放電される。

＜放電処理時間の設定＞
上述のモードＢでは、制御回路１００は、上述の「放電処理」を所定時間実行する。なお、モードＢによる放電処理の実行時間（放電処理時間）は、モータ３の出力トルクが負トルクとなり、かつ平滑コンデンサＣ０の電力が放電されるように、予め設定されている。

図２７は、モータ３の回転速度が１００ｒｐｍ、１０００ｒｐｍ、２０００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍである場合における、モードＢによる放電処理時間と、平滑コンデンサＣ０の放電電流Ｉｄｃと、モータ３の出力トルク（以下「Ｍトルク」ともいう）との対応関係の一例を示す図である。

図２７の上段に、放電処理時間（横軸）と放電電流Ｉｄｃ（縦軸）との対応関係が、モータ３の回転速度毎に示される。図２７の下段に、放電処理時間（横軸）とＭトルク（縦軸）との対応関係が、モータ３の回転速度毎に示される。図２７に示す対応関係は、たとえばシミュレーションあるいは実験等によって得ることができる。

なお、図２７において、放電電流Ｉｄｃが正値である場合は平滑コンデンサＣ０が放電されることを意味し、放電電流Ｉｄｃが負値である場合は平滑コンデンサＣ０が充電されることを意味するものとする。また、図２７において、Ｍトルクが正値である場合はモータ３が力行状態であることを示し、Ｍトルクが負値である場合はモータ３が回生状態であることを意味する。

図２７に示すような対応関係が得られる場合、モータ３が２０００ｒｐｍ未満で回転している状態において、放電処理時間が１８～２８［μｓ］である場合に、放電電流Ｉｄｃがほぼ正値となり平滑コンデンサＣ０が放電され、かつＭトルクが負値となりモータ３が負トルクを発生する。

この点に鑑み、本実施の形態においては、放電処理時間（モードＢの実行時間）は、モータ３が所定回転速度（たとえば図２７に示す例では２０００ｒｐｍ）未満である場合において、モータ３の出力トルクが負トルクとなり、かつ平滑コンデンサＣ０の電力が放電される時間帯（図２７に示す「放電・負トルク領域」）に含まれるように設定される。そのため、モータ３が回転している状態であっても、放電処理中（モードＢの実行中）において、平滑コンデンサＣ０を放電しつつ、モータ３に負トルクを発生させて車両の停止を促すことができる。

＜機能ブロック＞
図２８は、制御回路１００が平滑コンデンサＣ０の放電制御を行なう場合の制御回路１００の機能ブロック図である。制御回路１００は、指令生成部１１０と、電流予測部１２０と、モード設定部と、補正部１４０と、ＰＷＭ制御部１５０とを含む。

指令生成部１１０および電流予測部１２０には、車両の運転停止あるいは事故発生等に伴って、平滑コンデンサＣ０を放電するための指令（以下「放電指令」ともいう）が入力される。

指令生成部１１０は、放電指令を受信すると、全相上オン制御と全相下オン制御とを交互に周期的に切り替えるためのＵ相デューティ指令値Ｄｕｃ、Ｖ相デューティ指令値Ｄｖｃ、Ｗ相デューティ指令値Ｄｗｃを生成する。各デューティ指令値Ｄｕｃ，Ｄｖｃ，Ｄｗｃは、互いに同位相であって、いずれも５０％に設定される。指令生成部１１０は、生成したデューティ指令値Ｄｕｃ，Ｄｖｃ，Ｄｗｃを補正部１４０に出力する。

電流予測部１２０は、放電指令を受信すると、電流センサ３１～３３によって検出された相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの履歴に基づいて、ＰＷＭ制御の次の演算周期における相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを予測し、予測結果を電流センサ３１～３３の検出結果とともに、モード設定部１３０に出力する。

モード設定部１３０は、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの予測結果に基づいて、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの正負の組合せのパターン１～６を特定し、特定されたパターンに基づいて上述のモードＡ，Ｂ，Ｃの処理順および処理内容を設定する。なお、モードＡ，Ｂ，Ｃの処理順および処理内容の設定手法については既に説明した通りである。

補正部１４０は、指令生成部１１０から取得した同位相の５０％デューティ指令値Ｄｕｃ，Ｄｖｃ，Ｄｗｃを、モード設定部１３０から取得したモードＡ，Ｂ，Ｃの処理順および処理内容に基づいて補正する。補正部１４０は、補正後のデューティ指令値Ｄｕ，Ｄｖ，ＤｗをＰＷＭ制御部１５０に出力する。

ＰＷＭ制御部１５０は、補正部１４０から取得した補正後のデューティ指令値Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗに基づいて、インバータ２０のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を制御する。これにより、上述の図３～図２６で説明した制御が行なわれ、平滑コンデンサＣ０が放電される。

＜フローチャート＞
図２９は、制御回路１００が平滑コンデンサＣ０の放電制御を行なう場合の処理手順の一例を示すフローチャートである。図２９に示すフローチャートは、システムメインリレーＳＭＲが開成された状態で、所定の演算周期で繰り返し実行される。

制御回路１００は、電流センサ３１～３３によって検出された相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを取得する（ステップＳ１０）。

次いで、制御回路１００は、電流センサ３１～３３によって検出された相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの履歴に基づいて、ＰＷＭ制御の次の演算周期における相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを予測する（ステップＳ２０）。

次いで、制御回路１００は、ステップＳ０２で予測された相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの正負の組合せ（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）が上述のパターン１～６のいずれに該当するのかを判定する（ステップＳ２１～Ｓ２６）。そして、制御回路１００は、判定された相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの正負の組合せに応じて、上述の図３～図２６で説明したモード設定を行なう（ステップＳ３１～Ｓ３６）。

たとえば、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの正負の組合せ（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）が（＋，－，＋）である場合（ステップＳ２１においてＹＥＳ）、制御回路１００は、上述の図３～図６に示したパターン１のモード設定を行なうことによって、平滑コンデンサＣ０の放電制御を行なう（ステップＳ３１）。相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの正負の組合せ（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）が（＋，－，－）である場合（ステップＳ２２においてＹＥＳ）、制御回路１００は、上述の図７～図１０に示したパターン２のモード設定を行なうことによって、平滑コンデンサＣ０の放電制御を行なう（ステップＳ３２）。他の組合せについても同様である。

以上のように、本実施の形態による制御回路１００は、平滑コンデンサＣ０の電力を放電する場合、全相上オン制御と全相下オン制御とを交互に周期的に切り替える。この際、制御回路１００は、スイッチング１周期（１回の全相上オン制御期間と全相下オン制御期間との合計）に対する全相上オン制御の期間が略５０％となるように、インバータ２０の各相のデューティ指令値を５０％に設定する。これにより、モータ３に印加される電圧を略０ボルトにして、平滑コンデンサＣ０の電力がモータ３に供給されないようにすることができる。

そして、本実施の形態による制御回路１００は、全相上オン制御と全相下オン制御とを切り替える期間において、上述のように、第１デッドタイムＤＴ１（モードＡ）、放電処理時間（モードＢ）、第２デッドタイムＤＴ２（モードＣ）を、この順あるいはこの順とは逆の順に設定する。そのため、全相上オン制御と全相下オン制御とを切り替える期間に全相オフ期間を設ける場合に比べて、平滑コンデンサＣ０をより早期かつ確実に放電することができる。

すなわち、仮に、全相上オン制御と全相下オン制御とを切り替える期間に全オフ期間が設定すると、モータ３が車両の走行エネルギによって回転させられている状態であると、全オフ期間においてモータ３の回生電力がインバータ２０を介して平滑コンデンサＣ０に充電されてしまい、その影響で平滑コンデンサＣ０の電力を早期に放電することができなくなることが懸念される。

これに対し、本実施の形態による制御回路１００は、全相上オン制御と全相下オン制御とを切り替える期間に、全オフ期間を設定するではなく、上述のように、第１デッドタイムＤＴ１、放電処理期間、第２デッドタイムＤＴ２を、この順あるいはこの順とは逆の順に設定する。これらの第１デッドタイムＤＴ１、放電処理時間、第２デッドタイムＤＴ２のいずれの期間においても、上述したようにモータ３の回生電力は平滑コンデンサＣ０に充電されない。さらに、放電処理時間（モードＢ）においては、モータ３が回生状態であっても、平滑コンデンサＣ０が放電される。その結果、専用の放電回路を設けることなく、平滑コンデンサＣ０をより早期かつより確実に放電することができる。

さらに、本実施の形態において、上述の放電処理時間（モードＢの実行時間）は、モータ３が回転している状態において、モータ３の出力トルクが負トルクとなり、かつ平滑コンデンサＣ０の電力が放電される時間に予め調整されている（上述の図２７参照）。そのため、放電処理中（モードＢの実行中）において、モータ３に正トルクを発生させることなく、平滑コンデンサＣ０をより確実に放電させることができる。

また、本実施の形態における平滑コンデンサＣ０の放電制御においては、モータ３の回転角度を検出するレゾルバ（図示せず）の検出信号を用いない。そのため、レゾルバと制御回路１００とを結ぶ信号線の断線等によって制御回路１００がモータ３の回転角度を把握できない状態であっても、平滑コンデンサＣ０を放電させることができる。

［変形例］
上述の実施の形態においては、全相上オン制御期間と全相下オン制御期間との切替周期を一定（固定）としていた。これに対し、本変形例では、全相上オン制御期間と全相下オン制御期間との切替周期を、モータ３を流れる電流の大きさに応じて変更する。

図３０は、本変形例による、全相上オン制御期間と全相下オン制御期間との切替周期の変更態様の一例を示すタイミングチャートである。図３０の上段には、インバータ２０の各相のデューティ指令値が示される。図３０の下段には、モータ３を流れる電流として、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの最大値（電流最大値）が示される。

制御回路１００が放電指令を受信する時刻ｔ１においては、電流最大値が第１閾値ｔｈ１よりも大きい。この状態はモータ３の回転速度が高く、モータ３が正トルクを発生することが懸念される。

そこで、制御回路１００は、電流最大値が第１閾値ｔｈ１よりも大きい場合、スイッチング周波数モードをＬｏモードに設定する。Ｌｏモードでは、全相上オン制御期間と全相下オン制御期間との切替周波数が、キャリア周波数ｆｃよりも低い周波数ｆ０に設定される。すなわち、Ｌｏモードでは、デューティ指令値を１００％に固定する期間（全相上オン制御期間）と、デューティ指令値を０％に固定する期間（全相下オン制御期間）とが、キャリア周波数ｆｃで決まる周期（＝１／ｆｃ）よりも長い周期で切り替えられる。

これにより、電流最大値が第１閾値ｔｈ１よりも大きい状態（モータ３の回転速度が高い状態）においては、全相上オン制御期間と全相下オン制御期間との切替頻度が軽減され、その分、放電処理による平滑コンデンサＣ０の放電頻度が軽減される。そのため、モータ３が正トルクを発生することを抑制し易くすることができる。

なお、１回の放電処理による平滑コンデンサＣ０の放電量は、電流最大値に依存する。したがって、Ｌｏモードでは、放電処理の頻度は少なくなるが、１回の放電処理による平滑コンデンサＣ０の放電量が大きいため、トータルとして平滑コンデンサＣ０の放電量が過度に減少することはない。

その後、モータ３の回転速度が低下して電流最大値が低下すると、モータ３が正トルクを発生する可能性は低くなる。そこで、制御回路１００は、時刻ｔ２にて電流最大値が第１閾値ｔｈ１未満になると、スイッチング周波数モードをＭｉｄモードに切り替える。Ｍｉｄモードでは、全相上オン制御期間と全相下オン制御期間との切替周波数が、Ｌｏモード時の周波数ｆ０よりも高い周波数ｆ１に設定される。具体的には、Ｍｉｄモードでは、全相上オン制御期間と全相下オン制御期間との切替周波数がキャリア周波数ｆｃに一致する状態にした上で、キャリア周波数ｆｃが周波数ｆ１に設定される。

これにより、電流最大値が第１閾値ｔｈ１未満である状態では、電流最大値が第１閾値ｔｈ１以上である場合に比べて、全相上オン制御期間と全相下オン制御期間との切替頻度が増加されるため、その分、放電処理による平滑コンデンサＣ０の放電頻度が増加される。そのため、１回の放電処理による平滑コンデンサＣ０の放電量が小さいが、トータルとして平滑コンデンサＣ０の放電量が確保される。

その後、モータ３の回転速度がさらに低下して電流最大値がさらに低下すると、モータ３を流れる電流による平滑コンデンサＣ０の放電は期待できない。そこで、制御回路１００は、時刻ｔ３にて電流最大値が第２閾値ｔｈ２（ｔｈ２＜ｔｈ１）未満になると、スイッチング周波数モードをＨｉモードに切り替える。Ｈｉモードでは、全相上オン制御期間と全相下オン制御期間との切替周波数が、Ｍｉｄモード時の周波数ｆ１よりも高い周波数ｆ２に設定される。具体的には、Ｈｉモードでは、全相上オン制御期間と全相下オン制御期間との切替周波数がキャリア周波数ｆｃに一致する状態にした上で、キャリア周波数ｆｃが周波数ｆ２に設定される。これにより、電流最大値が第２閾値ｔｈ２未満である状態では、インバータ２０のスイッチング損失によって、平滑コンデンサＣ０の電力を消費することができる。

また、Ｈｉモードでは、上述のようにインバータ２０のスイッチング損失によって平滑コンデンサＣ０の電力を消費するため、インバータ２０とモータ３とを接続するケーブルが断線している場合であっても、平滑コンデンサＣ０を放電させることができる。

図３１は、制御回路１００が平滑コンデンサＣ０の放電制御中においてスイッチング周波数モードを設定する際に行なう処理手順の一例を示すフローチャートである。図３１に示すフローチャートは、平滑コンデンサＣ０の放電制御中において所定の演算周期で繰り返し実行される。

制御回路１００は、電流センサ３１～３３によって検出された相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを取得する（ステップＳ６０）。次いで、制御回路１００は、電流センサ３１～３３によって検出された相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの最大値（＝電流最大値）と上述の第１閾値ｔｈ１および第２閾値ｔｈ２との大小関係を判定する（ステップＳ６１～Ｓ６３）。

そして、制御回路１００は、電流最大値と第１閾値ｔｈ１および第２閾値ｔｈ２との大小関係を判定した結果に応じて、上述の図３０で説明したようにスイッチング周波数モードを設定する（ステップＳ７１～Ｓ７３）。すなわち、電流最大値が第１閾値ｔｈ１よりも大きい場合（ステップＳ６１においてＹＥＳ）、制御回路１００は、スイッチング周波数モードを上述のＬｏモードに設定する（ステップＳ７１）。電流最大値が第１閾値ｔｈ１よりも小さく第２閾値ｔｈ２よりも大きい場合（ステップＳ６２においてＹＥＳ）、制御回路１００は、スイッチング周波数モードを上述のＭｉｄモードに設定する（ステップＳ７２）。電流最大値が第２閾値ｔｈ２よりも小さい場合（ステップＳ６３においてＹＥＳ）、制御回路１００は、スイッチング周波数モードを上述のＨｉモードに設定する（ステップＳ７３）。

以上のように、全相上オン制御期間と全相下オン制御期間との切替周期を、モータ３を流れる電流の大きさに応じて変更するようにしてもよい。

パワーモジュール２１，２２，２３は別々のモジュールでなく、一つのモジュールでもよい。

スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６はＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）でもよい。この場合、ダイオードＤ１～Ｄ６はボディダイオードを使用してもよい。

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特許請求の範囲によって示され、特許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。

１ 電力変換システム、３ モータ、１０ 車両、１１ バッテリ、２０ インバータ、２１，２２，２３ パワーモジュール、３１，３２，３３ 電流センサ、１００ 制御回路、１１０ 指令生成部、１２０ 電流予測部、１３０ モード設定部、１４０ 補正部、１５０ ＰＷＭ制御部、Ｃ０ 平滑コンデンサ、Ｄ１～Ｄ６ ダイオード、ＮＬ 負極線、ＰＬ 正極線、Ｑ１～Ｑ６ スイッチング素子、ＳＭＲ システムメインリレー。

Claims (7)

1. バッテリと三相のステータコイルを有するモータとの間で電力変換を行なうインバータと、
   前記バッテリと前記インバータとを接続する正極線および負極線と、
   前記正極線と前記負極線との間に配置される平滑コンデンサと、
   前記インバータを制御する制御回路と、を備え、
   前記インバータは、前記正極線と前記負極線との間に互いに並列に接続され、前記三相のステータコイルにそれぞれ接続される三相のスイッチング部を含み、
   前記スイッチング部の各相は、
   前記正極線から前記負極線までの間にこの順に直列に接続される上側スイッチング素子および下側スイッチング素子と、
   前記上側スイッチング素子および前記下側スイッチング素子にそれぞれ逆並列接続となる上側ダイオードおよび下側ダイオードとを含み、
   前記制御回路は、前記平滑コンデンサの電荷を放電する場合、
   前記スイッチング部の三相全てを、前記上側スイッチング素子がオンかつ前記下側スイッチング素子がオフの状態にする全相上オン制御と、前記スイッチング部の三相全てを、前記上側スイッチング素子がオフかつ前記下側スイッチング素子がオンの状態にする全相下オン制御とを交互に周期的に切り替え、
   前記全相上オン制御および前記全相下オン制御の一方から他方に切り替える期間において、各相の上側、下側スイッチング素子のオン、オフの状態を前記全相上オン制御及び前記全相下オン制御とは異なるように制御し、前記切り替える期間の初期及び終期では、いずれかの相で上側、下側スイッチング素子の双方がオフの状態となり、前記初期と前記終期との間では、いずれの相においても、上側スイッチング素子がオンの状態かつ下側スイッチング素子がオフの状態である上オン状態、または、上側スイッチング素子がオフの状態かつ下側スイッチング素子がオンの状態である下オン状態となるように制御する、電力変換システム。
2. 前記スイッチング部の三相のうちの、前記モータから前記インバータに向う方向に電流が流れる相を負電流相とし、前記インバータから前記モータに向う方向に電流が流れる相を正電流相とするとき、前記制御回路は、前記全相下オン制御および前記全相上オン制御の一方から他方に切り替える期間において、前記負電流相を前記下オン状態にしつつ前記正電流相を前記上オン状態にする放電処理を所定時間実行する、請求項１に記載の電力変換システム。
3. 前記制御回路は、前記全相下オン制御から前記全相上オン制御に切り替える場合、
   前記負電流相を前記下オン状態に維持しつつ、前記正電流相の上側スイッチング素子および下側スイッチング素子の双方をオフ状態にする第１デッドタイム処理を実行し、
   前記第１デッドタイム処理の実行後に前記放電処理を前記所定時間実行し、
   前記放電処理の実行後に、前記正電流相を前記上オン状態に維持しつつ前記負電流相の上側スイッチング素子および下側スイッチング素子の双方をオフ状態にする第２デッドタイム処理を実行し、
   前記第２デッドタイム処理の実行後に前記正電流相を前記上オン状態に維持しつつ前記負電流相を前記上オン状態に切り替えて前記全相上オン制御を実行する、請求項１または２に記載の電力変換システム。
4. 前記制御回路は、前記全相上オン制御から前記全相下オン制御に切り替える場合、
   前記第２デッドタイム処理を実行し、
   前記第２デッドタイム処理の実行後に前記放電処理を前記所定時間実行し、
   前記放電処理の実行後に前記第１デッドタイム処理を実行し、
   前記第１デッドタイム処理の実行後に前記負電流相を前記下オン状態に維持しつつ前記正電流相を前記下オン状態に切り替えて前記全相下オン制御を実行する、請求項３に記載の電力変換システム。
5. 前記所定時間は、前記モータが回転している状態において、前記モータの出力トルクが負トルクとなり、かつ前記平滑コンデンサの電力が放電される時間に予め調整される、請求項２に記載の電力変換システム。
6. 前記制御回路は、前記平滑コンデンサの電力を放電する場合において、前記モータを流れる電流が大きいほど、前記全相下オン制御と前記全相上オン制御との切替周期を長くする、請求項１～５のいずれかに記載の電力変換システム。
7. 前記制御回路は、前記平滑コンデンサの電力を放電する場合において、
   前記モータを流れる電流が第１閾値と前記第１閾値よりも小さい第２閾値との間の含まれる場合には前記全相下オン制御と前記全相上オン制御との切替周期を第１周期に設定し、
   前記モータを流れる電流が前記第１閾値よりも大きい場合には前記全相下オン制御と前記全相上オン制御との切替周期を前記第１周期よりも長い第２周期に設定し、
   前記モータを流れる電流が前記第２閾値よりも小さい場合には前記全相下オン制御と前記全相上オン制御との切替周期を前記第１周期よりも短い第３周期に設定する、請求項６に記載の電力変換システム。

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