JP6090084B2

JP6090084B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP6090084B2
Application number: JP2013197924A
Authority: JP
Inventors: 勝豊見澤; 公計中村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2033-09-25
Also published as: JP2015065753A

Description

本発明は、スイッチング素子と検出回路を内蔵したスイッチング素子モジュールを有する電力変換装置に関する。

従来、スイッチング素子と検出回路を内蔵したスイッチング素子モジュールとして、例えば以下に示す特許文献１に開示されているスイッチング素子モジュールがある。

このスイッチング素子モジュールは、ＩＧＢＴの半導体チップと、サーミスタとを内蔵している。サーミスタは、ＩＧＢＴの半導体チップから所定距離を隔て絶縁された状態でスイッチング素子モジュール内に設けられている。

特開２００３−１８８３３６号公報

高電圧バッテリから供給される直流を低電圧の直流に変換して、低電圧バッテリに供給し、低電圧バッテリを充電する電力変換装置がある。電力変換装置は、スイッチング素子と、制御回路とを備えている。制御回路は、スイッチング素子の温度に基づいてスイッチング素子を制御することがある。この電力変換装置に前述したスイッチング素子モジュールを用いた場合、サーミスタが制御回路に接続される。

ところで、スイッチング素子モジュールにおいてスイッチング素子が破損した場合に、スイッチング素子とサーミスタがショートすることがある。スイッチング素子には高電圧が印加されている。そのため、スイッチング素子の破損に伴って、サーミスタに高電圧が加わるような事態が生ずる。制御回路は、一般的に低電圧が印加されることで動作する。そのため、サーミスタを介して高電圧が印加されると、制御回路が破損してしまうおそれがある。

これに対し、サーミスタやサーミスタの配線と半導体チップの距離を広げることによって、サーミスタとスイッチング素子の絶縁性を上げるという対策方法がある。しかし、スイッチング素子モジュールが大型化してしまう。

また、絶縁性の高い材料を用いてスイッチング素子モジュールを構成するという対策方法がある。しかし、スイッチング素子モジュールがコストアップしまう。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、スイッチング素子モジュールの大型化及びコストアップ抑え、スイッチング素子の破損に伴って発生する制御回路の破損を防止することができる電力変換装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明は、電圧が印加されるスイッチング素子を内蔵したスイッチング素子モジュールと、スイッチング素子から絶縁された状態でスイッチング素子モジュール内に設けられ、スイッチング素子の動作状態に関連する物理量を検出し出力する検出回路と、検出回路に接続され、検出回路の検出結果に基づいてスイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成するか否かを判断する制御回路と、制御回路及びスイッチング素子に接続され、制御回路の生成した駆動信号に基づいてスイッチング素子を駆動するための電圧を出力する駆動回路と、を備えた電力変換装置において、検出回路と制御回路の間にスイッチング素子モジュールとは別に設けられ、検出回路の検出結果を絶縁して制御回路に出力する絶縁回路と、検出回路と絶縁回路の間に設けられ、検出回路の検出結果を、検出結果に応じた周波数のパルス信号に変換して絶縁回路に出力するとともに、検出回路の検出結果を、スイッチング素子を停止させるか否かの判断基準と比較し、比較結果に応じたハイ又はローのレベル信号に変換して絶縁回路に出力する変換回路を有し、制御回路は、絶縁回路を介して変換回路から入力される検出結果に応じたパルス信号に基づいてスイッチング素子を停止させるか否かを判断し、停止させると判断した場合、駆動信号の生成を停止し、駆動回路は、絶縁回路に接続され、絶縁回路を介して変換回路から入力される比較結果に応じたレベル信号がスイッチング素子の停止を指示するものである場合、スイッチング素子を駆動するための電圧の出力を停止することを特徴とする。

この構成によれば、スイッチング素子と検出回路がショートしても、絶縁回路によって、スイッチング素子モジュールから制御回路を絶縁することができる。そのため、制御回路に、第１基準点を基準とした電圧が印加されることはない。従って、スイッチング素子モジュールの大型化及びコストアップ抑え、スイッチング素子の破損に伴って発生する制御回路の破損を防止することができる。
制御回路は、絶縁回路を介して変換回路から入力される検出結果に応じたパルス信号に基づいてスイッチング素子を停止させるか否かを判断し、停止させると判断した場合、駆動信号の生成を停止する。制御回路は、絶縁回路を介して入力される検出回路の検出結果に基づいてスイッチング素子を停止させるか否かを判断し、停止させると判断した場合、駆動信号の生成を停止する。そのため、スイッチング素子モジュールの温度が異常に上昇したとき、スイッチング素子を停止させることができる。従って、温度上昇に伴うスイッチング素子の破損を防止することができる。
電力変換装置は、検出回路と絶縁回路の間に設けられ、検出回路の検出結果を、検出結果に応じた信号に変換して絶縁回路に出力する変換回路を有している。そして、制御回路は、絶縁回路を介して変換回路から入力される検出結果に応じた信号に基づいてスイッチング素子を停止させるか否かを判断し、停止させると判断した場合、駆動信号の生成を停止する。そのため、検出回路の検出結果を確実に制御回路に伝えることができ、温度上昇に伴うスイッチング素子の破損を確実に防止することができる。制御回路が故障して駆動信号を停止できない場合であっても、温度上昇に伴うスイッチング素子の破損を確実に防止することができる。
変換回路は、検出回路の検出結果を、スイッチング素子を停止させるか否かの判断基準と比較し、比較結果に応じた信号を絶縁回路に出力する。そして、駆動回路は、絶縁回路に接続され、絶縁回路を介して変換回路から入力される比較結果に応じた信号がスイッチング素子の停止を指示するものである場合、スイッチング素子を駆動するための電圧の出力を停止する。そのため、制御回路による駆動信号の生成の停止が遅れても、駆動回路によって、即座にスイッチング素子を停止させることができる。従って、温度上昇に伴うスイッチング素子の破損をより確実に防止することができる。

第１実施形態における電力変換装置の回路図である。第２実施形態における電力変換装置の回路図である。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る電力変換装置を、車両に搭載された高電圧バッテリから、低電圧バッテリに電力を供給し、低電圧バッテリを充電する電力変換装置に適用した例を示す。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して第１実施形態の電力変換装置の構成について説明する。

図１に示す電力変換装置１は、高電圧バッテリＢ１０から供給される直流を低電圧の直流に変換して、低電圧バッテリＢ１１に供給し、低電圧バッテリＢ１１を充電する装置である。ここで、高電圧バッテリＢ１０は、主に車両駆動用モータに電力を供給するためのバッテリである。高電圧バッテリＢ１０の負極端は、高電圧側の基準点（第１基準点）である高電圧グランドＨＧＮＤに接続されている。高電圧バッテリＢ１０は、高電圧側グランドＨＧＮＤを基準とした電圧ＶＨ１を出力する。低電圧バッテリＢ１１は、低電圧で動作する電装品に電力を供給するためのバッテリである。低電圧バッテリＢ１１の負極端は、低電圧側の基準点（第２基準点）である低電圧グランドＬＧＮＤに接続されている。低電圧側グランドＬＧＮＤは、高電圧側グランドＨＧＮＤから絶縁されている。低電圧バッテリＢ１１は、低電圧側グランドＬＧＮＤを基準とした電圧ＶＬ１を出力する。電力変換装置１は、平滑用コンデンサ１０と、電力変換回路１１と、トランス１２と、整流回路１３と、平滑回路１４と、検出結果処理回路１５と、制御回路１６と、駆動回路１７と、駆動用トランス１８０〜１８３とを備えている。

平滑用コンデンサ１０は、高電圧バッテリＢ１０の出力する直流を平滑化する素子である。平滑用コンデンサ１０の一端は高電圧バッテリＢ１０の正極端に、他端は高電圧バッテリＢ１０の負極端にそれぞれ接続されている。

電力変換回路１１は、平滑用コンデンサ１０によって平滑化された直流を交流に変換してトランス１２に供給する回路である。電力変換回路１１は、ＦＥＴモジュール１１０（スイッチング素子モジュール）を備えている。ＦＥＴモジュール１１０は、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄと、サーミスタ１１０ｅ（検出回路）とを内蔵している。

ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄは、高電圧側グランドＨＧＮＤを基準とした電圧が印加され、制御回路１６によって制御され、スイッチングすることで、高電圧バッテリＢ１０から供給される直流を交流に変換する素子である。ＦＥＴ１１０ａ、１１０ｂ及びＦＥＴ１１０ｃ、１１０ｄはそれぞれ直列接続されている。具体的には、ＦＥＴ１１０ａのソースがＦＥＴ１１０ｂのドレインに、ＦＥＴ１１０ｃのソースがＦＥＴ１１０ｄのドレインにそれぞれ接続されている。直列接続されたＦＥＴ１１０ａ、１１０ｂ及び直列接続されたＦＥＴ１１０ｃ、１１０ｄは並列接続されている。具体的には、ＦＥＴ１１０ａのドレインとＦＥＴ１１０ｃのドレインが、ＦＥＴ１１０ｂのソースとＦＥＴ１１０ｄのソースがそれぞれ共通接続されている。共通接続されたＦＥＴ１１０ａ、１１０ｃのドレイン及び共通接続されたＦＥＴ１１０ｂ、１１０ｄのソースは、平滑用コンデンサ１０の一端及び他端にそれぞれ接続されている。また、ＦＥＴ１１０ａ、１１０ｂの直列接続点及びＦＥＴ１１０ｃ、１１０ｄの直列接続点は、トランス１２にそれぞれ接続されている。さらに、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄのゲート及びソースは、駆動用トランス１８０〜１８３にそれぞれ接続されている。

サーミスタ１１０ｅは、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄの動作状態に関連する物理量を検出し出力する素子である。具体的には、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄの動作状態に関するＦＥＴモジュール１１０内の温度によって抵抗値が変化する素子である。サーミスタ１１０ｅは、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄから所定距離を隔て絶縁された状態でＦＥＴモジュール１１０内に設けられている。サーミスタ１１０ｅの一端及び他端は、検出結果処理回路１５に接続されている。

トランス１２は、電力変換回路１１から供給される交流を、絶縁した状態で巻数比に応じた所定電圧の交流に変換し、整流回路１３に供給する素子である。トランス１２は、１次巻線１２０と、２次巻線１２１、１２２とを有している。１次巻線１２０の一端はＦＥＴ１１０ａ、１１０ｂの直列接続点に、他端はＦＥＴ１１０ｃ、１１０ｄの直列接続点にそれぞれ接続されている。２次巻線１２１、１２２は直列接続されている。２次巻線１２１、１２２の直列接続点、２次巻線１２１の一端及び２次巻線１２２の一端は、整流回路１３にそれぞれ接続されている。

整流回路１３は、トランス１２の２次巻線１２１、１２２から供給される交流を整流し、直流に変換して平滑回路１４に供給する回路である。整流回路１３は、ＦＥＴ１３０、１３１を備えている。

ＦＥＴ１３０、１３１は、制御回路１６によって制御され、スイッチングすることで、２次巻線１２１、１２２から供給される交流を整流し、直流に変換する素子である。ＦＥＴ１３０のソースは２次巻線１２１一端に、ドレインは平滑回路１４にそれぞれ接続されている。ＦＥＴ１３１のソースは２次巻線１２２の一端に、ドレインは平滑回路１４にそれぞれ接続されている。

また、２次巻線１２１、１２２の直列接続点は、配線を介して平滑回路１４に接続されている。配線の一端は２次巻線１２１、１２２の直列接続点に、他端は平滑回路１４にそれぞれ接続される。

平滑回路１４は、整流回路１３から供給される直流を平滑化して低電圧バッテリＢ１１に供給する回路である。平滑回路１４は、インダクタ１４０と、コンデンサ１４１とを備えている。インダクタ１４０の一端はＦＥＴ１３０、１３１のドレインに、他端は低電圧バッテリＢ１１の正極端にそれぞれ接続されている。コンデンサ１４１の一端は、インダクタ１４０の他端に接続されている。また、コンデンサ１４１の他端は、整流回路１３の配線の他端に接続され、配線を介して２次巻線１２１、１２２の直列接続点に接続されるとともに、低電圧バッテリＢ１１の負極端にそれぞれ接続されている。

検出結果処理回路１５は、サーミスタ１１０ｅの検出結果を所定信号に変換するとともに、絶縁して出力する回路である。検出結果処理回路１５は、変換回路１５０と、絶縁回路１５１とを備え、ＩＣとして構成されている。つまり、変換回路１５０及び絶縁回路１５１は、ＩＣとして一体的に形成されている。

変換回路１５０は、ＦＥＴモジュール１１０とは別に設けられ、高電圧側グランドＨＧＮＤを基準とした電圧ＶＨ１が印加されることで動作し、サーミスタ１１０ｅの検出結果を、検出結果に応じた信号に変換して出力する回路である。また、サーミスタ１１０ｅの検出結果を、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１３０、１３１を停止させる否かの判断基準と比較し、比較結果に応じた信号を出力する回路でもある。変換回路１５０は、サーミスタ１１０ｅの抵抗値を電圧に変換するとともに、その電圧を、電圧の大きさに応じた周波数のパルス信号に変換して出力する。つまり、ＦＥＴモジュール１１０の温度に応じた周波数のパルス信号に変換して出力する。また、サーミスタ１１０ｅの抵抗値を電圧に変換するとともに、その電圧を、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１３０、１３１を停止させる否かの判断基準である電圧閾値と比較し、比較結果に応じたハイ又はローのレベル信号として出力する。つまり、ＦＥＴモジュール１１０の温度が判断基準となる温度より高いか低いかを示すレベル信号として出力する。変換回路１５０のグランド端は高電圧側グランドＨＧＮＤに接続され、電源端には電圧ＶＨ１が印加されている。また、入力端はサーミスタ１１０ｅの一端及び他端に、出力端は絶縁回路１５１にそれぞれ接続されている。

絶縁回路１５１は、ＦＥＴモジュール１１０とは別に設けられ、低電圧側グランドＬＧＮＤを基準とした電圧ＶＬ２が印加されることで動作し、変換回路１５０から入力されるパルス信号及びレベル信号を絶縁して制御回路１６に出力する回路である。絶縁回路１５１は、例えばフォトカプラ（図略）によって構成されている。絶縁回路１５１のグランド端は低電圧側グランドＬＧＮＤに接続され、電源端には電圧ＶＬ２が印加されている。また、入力端は変換回路１５０の出力端に、出力端は制御回路１６及び駆動回路１７にそれぞれ接続されている。

制御回路１６は、低電圧側グランドＬＧＮＤを基準とした電圧ＶＬ２が印加されることで動作し、絶縁回路１５１を介して変換回路１５０から入力されるサーミスタ１１０ｅの検出結果、及び、外部から入力される指令に基づいてＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１３０、１３１を駆動するための駆動信号を生成し出力する回路である。制御回路１６は、絶縁回路１５１を介して変換回路１５０から入力されるパルス信号に基づいて、ＦＥＴモジュール１１０内の温度を求める。そして、求めたＦＥＴモジュール１１０内の温度を、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１３０、１３１を停止させる否かの判断基準と比較する。ＦＥＴモジュール１１０内の温度が判断基準以下であり、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１３０、１３１を停止させる必要がないと判断した場合、制御回路１６は、外部から入力される指令に基づいて駆動信号を生成する。一方、ＦＥＴモジュール１１０内の温度が判断基準より高く、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１３０、１３１を停止させるべきと判断した場合、制御回路１６は、駆動信号の生成を停止する。ここで、制御回路１６における判断基準は、変換回路１５０における判断基準と同一の温度に対応するものに設定されている。制御回路１６のグランド端は低電圧側グランドＬＧＮＤに接続され、電源端には電圧ＶＬ２が印加されている。また、入力端はパルス信号を出力する絶縁回路１５１の出力端に、出力端は駆動回路１７にそれぞれ接続されている。

駆動回路１７は、低電圧側グランドＬＧＮＤを基準とした電圧ＶＬ２が印加されることで動作し、制御回路１６の駆動信号に基づいて、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１３０、１３１を駆動するための電圧を出力する回路である。駆動回路１７は、制御回路１６から入力される駆動信号に基づいて、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１３０、１３１を駆動するための電圧を出力する。また、絶縁回路１５１を介して変換回路１５０から入力されるレベル信号がＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１３０、１３１の停止を指示するものである場合、これらを駆動するための電圧の出力を停止する。駆動回路１７のグランド端は低電圧側グランドＬＧＮＤに接続され、電源端には電圧ＶＬ２が印加されている。また、入力端はレベル信号を出力する絶縁回路１５１の出力端に、出力端は駆動用トランス１８０〜１８３にそれぞれ接続されている。

駆動用トランス１８０〜１８３は、駆動回路１７から入力される駆動のための電圧を、絶縁した状態でＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１３０、１３１に印加する素子である。駆動用トランス１８０〜１８３は、１次巻線１８０ａ、１８１ａ、１８２ａ、１８３ａと、２次巻線と１８０ｂ、１８０ｃ、１８１ｂ、１８１ｃ、１８２ｂ、１８３ｂを有している。１次巻線１８０ａ、１８１ａ、１８２ａ、１８３ａは、駆動回路１７の出力端にそれぞれ接続されている。２次巻線１８０ｂ、１８０ｃ、１８１ｂ、１８１ｃ、１８２ｂ、１８３ｂは、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１３０、１３１のゲート及びソースにそれぞれ接続されている。

次に、図１を参照して第１実施形態の電力変換装置の動作について説明する。

図１に示すサーミスタ１１０ｅは、ＦＥＴモジュール１１０内の温度によって抵抗値が変化する。変換回路１５０は、電圧ＶＨ１が印加されることで動作し、サーミスタ１１０ｅの抵抗値を電圧に変換するとともに、その電圧を、電圧の大きさに応じた周波数のパルス信号に変換して出力する。つまり、ＦＥＴモジュール１１０の温度に応じた周波数のパルス信号に変換して出力する。また、サーミスタ１１０ｅの抵抗値を電圧に変換するとともに、その電圧を、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１３０、１３１を停止させる否かの判断基準である電圧閾値と比較し、比較結果に応じたレベル信号として出力する。つまり、ＦＥＴモジュール１１０の温度が判断基準となる温度より高いか低いかを示すレベル信号として出力する。絶縁回路１５１は、電圧ＶＬ２が印加されることで動作し、変換回路１５０から入力されるパルス信号及びレベル信号を絶縁して出力する。

制御回路１６は、電圧ＶＬ２が印加されることで動作し、絶縁回路１５１を介して変換回路１５０から入力されるパルス信号、及び、外部から入力される指令に基づいて、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１２３、１３１の駆動信号を生成する。駆動回路１７は、電圧ＶＬ２が印加されることで動作し、制御回路１６から入力される駆動信号に基づいて、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１３０、１３１を駆動するための電圧を出力する。駆動用トランス１８０〜１８３は、駆動回路１７から入力される駆動のための電圧を、絶縁した状態でＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１３０、１３１に印加する。

これにより、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄが、所定タイミングでスイッチングするとともに、ＦＥＴ１３０、１３１がこれらに同期して所定タイミングでスイッチングする。

その結果、電力変換回路１１は、高電圧バッテリＢ１０から供給される直流を交流に変換してトランス１２に供給する。トランス１２は、電力変換回路１１から供給される交流を、絶縁した状態で巻数比に応じた所定電圧の交流に変換し、整流回路１３に供給する。整流回路１３は、トランス１２から供給される交流を整流し、直流に変換して平滑回路１４に供給する。平滑回路１４は、整流回路１３から供給される直流を平滑化して低電圧バッテリＢ１１に供給する。

このようにして、高電圧バッテリＢ１０から供給される直流が低電圧の直流に変換され、低電圧バッテリＢ１１に供給され、低電圧バッテリＢ１１が充電される。

ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄがスイッチングし、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄに電流が流れることで、ＦＥＴモジュール１１０の温度が上昇する。

制御回路１６は、絶縁回路１５１を介して変換回路１５０から入力されるパルス信号に基づいて、ＦＥＴモジュール１１０内の温度を求める。そして、ＦＥＴモジュール１１０内の温度がＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１３０、１３１を停止させる否かの判断基準より高く、停止させるべきと判断した場合、駆動信号の生成を停止する。駆動回路１７は、絶縁回路１５１を介して変換回路１５０から入力されるレベル信号がＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１３０、１３１の停止を指示するものである場合、これらを駆動するための電圧の出力を停止する。

その結果、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１３０、１３１がすべてオフし、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１３０、１３１に流れる電流が０になり、高電圧バッテリＢ１０から低電圧バッテリＢ１１への電力の供給が停止する。

次に、第１実施形態の電力変換装置の効果について説明する。

第１実施形態によれば、電力変換装置１は、サーミスタ１１０ｅと制御回路１６の間にＦＥＴモジュール１１０とは別に設けられ、サーミスタ１１０ｅの検出結果を絶縁して制御回路１６に出力する絶縁回路１５１を有している。そのため、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄのいずれかとサーミスタ１１０ｅがショートしても、絶縁回路１５１によって、ＦＥＴモジュール１１０から制御回路１６を絶縁することができる。従って、制御回路１６に、高電圧側グランドＨＧＮＤを基準とした電圧ＶＨ１が印加されることはない。これにより、ＦＥＴモジュール１１０の大型化及びコストアップ抑え、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄの破損に伴って発生する制御回路１６の破損を防止することができる。

第１実施形態によれば、制御回路１６は、絶縁回路１５１を介して入力されるサーミスタ１１０ｅの検出結果に基づいてＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１３０、１３１を停止させるか否かを判断し、停止させると判断した場合、駆動信号の生成を停止する。そのため、ＦＥＴモジュール１１０の温度が異常に上昇したとき、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄを停止させることができる。従って、温度上昇に伴うＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄの破損を防止することができる。

第１実施形態によれば、電力変換装置１は、サーミスタ１１０ｅと絶縁回路１５１の間に設けられ、サーミスタ１１０ｅの検出結果を、検出結果に応じた信号に変換して絶縁回路１５１に出力する変換回路１５０を有している。そして、制御回路１６は、絶縁回路１５１を介して変換回路１５０から入力される検出結果に応じた信号に基づいてＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１３０、１３１を停止させるか否かを判断し、停止させると判断した場合、駆動信号の生成を停止する。そのため、サーミスタ１１０ｅの検出結果を確実に制御回路１６に伝えることができ、温度上昇に伴うＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄの破損を確実に防止することができる。制御回路１６が故障して駆動信号を停止できない場合であっても、温度上昇に伴うＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄの破損を確実に防止することができる。

第１実施形態によれば、変換回路１５０は、サーミスタ１１０ｅの検出結果を、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１３０、１３１を停止させるか否かの判断基準と比較し、比較結果に応じた信号を絶縁回路１５１に出力する。そして、駆動回路１７は、絶縁回路１５１に接続され、絶縁回路１５１を介して変換回路１５０から入力される比較結果に応じた信号がＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１３０、１３１の停止を指示するものである場合、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１３０、１３１を駆動するための電圧の出力を停止する。そのため、制御回路１６による駆動信号の生成の停止が遅れても、駆動回路１７によって、即座にＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄを停止させることができる。従って、温度上昇に伴うＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄの破損をより確実に防止することができる。

第１実施形態によれば、変換回路１５０及び絶縁回路１５１は、ＩＣとして一体的に形成されている。そのため、電力変換装置１を小型化することができる。

第１実施形態によれば、サーミスタ１１０ｅは、ＦＥＴモジュール１１０内の温度を検出する。そのため、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄの動作状態を確実に把握することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の電力変換装置について説明する。第２実施形態の電力変換装置は、第１実施形態の電力変換装置に対して、変換回路の動作させるための電源を別途設けたものである。

まず、図２を参照して第２実施形態の電力変換装置の構成について説明する。

図２に示す電力変換装置２は、高電圧バッテリＢ２０から供給される直流を低電圧の直流に変換して、低電圧バッテリＢ２１に供給し、低電圧バッテリＢ２１を充電する装置である。電力変換装置２は、平滑用コンデンサ２０と、電力変換回路２１と、トランス２２と、整流回路２３と、平滑回路２４と、検出結果処理回路２５と、制御回路２６と、駆動回路２７と、駆動用トランス２８０〜２８３とを備えている。さらに、検出結果処理回路用電源２９を備えている。

電力変換回路２１は、ＦＥＴモジュール２１０（スイッチング素子モジュール）を備えている。ＦＥＴモジュール２１０は、ＦＥＴ２１０ａ〜２１０ｄと、サーミスタ２１０ｅ（検出回路）とを内蔵している。トランス２２は、１次巻線２２０と、２次巻線２２１、２２２とを有している。整流回路２３は、ＦＥＴ２３０、２３１を備えている。平滑回路２４は、インダクタ２４０と、コンデンサ２４１とを備えている。検出結果処理回路２５は、変換回路２５０と、絶縁回路２５１とを備えている。

平滑用コンデンサ２０、電力変換回路２１、トランス２２、整流回路２３、平滑回路２４、検出結果処理回路２５、制御回路２６、駆動回路２７及び駆動用トランス２８０〜２８３は、検出結果処理回路２５の変換回路２５０が、高電圧側グランドＨＧＮＤを基準とした電圧ＶＨ２が印加されることで動作することを除いて、第１実施形態の平滑用コンデンサ１０、電力変換回路１１、トランス１２、整流回路１３、平滑回路１４、検出結果処理回路１５、制御回路１６、駆動回路１７及び駆動用トランス１８０〜１８３と同一構成である。

検出結果処理回路用電源２９は、制御回路２６によって制御され、変換回路２５０が動作するための高電圧側グランドＨＧＮＤを基準とした電圧ＶＨ２を供給する回路である。検出結果処理回路用電源２９は、トランス２９０と、スイッチ２９１と、ダイオード２９２と、平滑用コンデンサ２９３とを備えている。

トランス２９０は、１次巻線２９０ａと、２次巻線２９０ｂとを備えている。１次巻線２９０ａの一端には、低電圧グランドＬＧＮＤを基準とした電圧ＶＬ１が印加されている。１次巻線２９０ａの他端は、スイッチ２９１を介して低電圧側グランドＬＧＮＤに接続されている。スイッチ２９１の制御端は制御回路２６に接続されている。２次巻線２９０ｂの一端はダイオード２９２のアノードに、他端は高電圧側グランドＨＧＮＤにそれぞれ接続されている。平滑用コンデンサ２９３の一端は検出結果処理回路用電源２９の出力端を形成するダイオード２９２のカソードに、他端は２次巻線２９０ｂの他端にそれぞれ接続されている。

次に、第２実施形態の電力変換装置の動作について説明する。

図２に示す制御回路２６は、スイッチ２９１をスイッチングさせる。トランス２９０は、スイッチ２９１のスイッチングによって供給される交流を、絶縁した状態で巻数比に応じた所定電圧の交流に変換して出力する。ダイオード２９２及び平滑用コンデンサ２９３は、トランス２９０から供給される交流を整流して直流に変換するとともに、平滑化して変換回路２５０の電源端に供給する。これにより、変換回路２５０の動作に必要な高電圧側グランドＨＧＮＤを基準とした電圧ＶＨ２が変換回路２５０に供給される。他の動作については、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

次に、第２実施形態の電力変換装置の効果について説明する。第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、第１及び第２実施形態では、電力変換回路、トランス及び整流回路を備えた電力変換装置の例を挙げているが、これに限られるものではない。ＦＥＴ及びサーミスタが内蔵されたＦＥＴモジュールと、制御回路と、駆動回路とを備えた電力変換装置であれば広く適用することができる。

また、第１及び第２実施形態では、ＦＥＴの動作状態に関連する物理量として、サーミスタによって、ＦＥＴモジュール内の温度を検出する例を挙げているが、これに限られるものではない。ＦＥＴの動作状態に関連する物理量は、ＦＥＴの温度や、ＦＥＴ各部の電圧、電流の少なくともいずれかであってもよい。ＦＥＴから絶縁された状態で、これらの物理量を検出する検出回路が、ＦＥＴモジュールに内蔵されていればよい。

さらに、第１及び第２実施形態では、変換回路がＦＥＴモジュールとは別に設けられている例を挙げているが、これに限られるものではない。高電圧側グランドＨＧＮＤを基準とした電圧が印加されることで動作するため、高電圧側グランドＨＧＮＤを基準とした電圧が印加されるＦＥＴモジュール内に設けてもよい。

加えて、第１及び第２実施形態では、ＦＥＴ１１０ａ〜１１０ｄは、高電圧側グランドＨＧＮＤを基準とした電圧が印加され、制御回路１６は、高電圧側グランドＨＧＮＤから絶縁された低電圧側グランドＬＧＮＤを基準とした電圧ＶＬ２が印加されることで動作する例を挙げているが、これに限られるものではない。ＦＥＴに印加される電圧の基準点と制御回路に印加される電圧の基準点が同一であってもよい。そのような場合であっても、同様の効果を得ることができる。

１・・・電力変換装置、１１・・・電力変換回路、１１０・・・ＦＥＴモジュール（スイッチング素子モジュール）、１１０ａ〜１１０ｄ・・・ＦＥＴ（スイッチング素子）、１１０ｅ・・・サーミスタ（検出回路）、１５・・・検出結果処理回路、１５０・・・変換回路、１５１・・・絶縁回路、１６・・・制御回路、１７・・・駆動回路、Ｂ１０・・・高電圧バッテリ、Ｂ１１・・・低電圧バッテリ

Claims

電圧が印加されるスイッチング素子を内蔵したスイッチング素子モジュール（１１０、２１０）と、
前記スイッチング素子から絶縁された状態で前記スイッチング素子モジュール内に設けられ、前記スイッチング素子の動作状態に関連する物理量を検出し出力する検出回路（１１０ｅ、２１０ｅ）と、
前記検出回路に接続され、前記検出回路の検出結果に基づいて前記スイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成するか否かを判断する制御回路（１６、２６）と、
前記制御回路及び前記スイッチング素子に接続され、前記制御回路の生成した駆動信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動するための電圧を出力する駆動回路（１７、２７）と、
を備えた電力変換装置において、
前記検出回路と前記制御回路の間に前記スイッチング素子モジュールとは別に設けられ、前記検出回路の検出結果を絶縁して前記制御回路に出力する絶縁回路（１５１、２５１）と、
前記検出回路と前記絶縁回路の間に設けられ、前記検出回路の検出結果を、検出結果に応じた周波数のパルス信号に変換して前記絶縁回路に出力するとともに、前記検出回路の検出結果を、前記スイッチング素子を停止させるか否かの判断基準と比較し、比較結果に応じたハイ又はローのレベル信号に変換して前記絶縁回路に出力する変換回路（１５０、２５０）と、
を有し、
前記制御回路は、前記絶縁回路を介して前記変換回路から入力される検出結果に応じたパルス信号に基づいて前記スイッチング素子を停止させるか否かを判断し、停止させると判断した場合、駆動信号の生成を停止し、
前記駆動回路は、前記絶縁回路に接続され、前記絶縁回路を介して前記変換回路から入力される比較結果に応じたレベル信号が前記スイッチング素子の停止を指示するものである場合、前記スイッチング素子を駆動するための電圧の出力を停止することを特徴とする電力変換装置。
前記変換回路及び前記絶縁回路は、ＩＣとして一体的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
前記スイッチング素子の動作状態に関連する物理量は、温度、電圧及び電流の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
前記スイッチング素子は、第１基準点を基準とした電圧が印加され、
前記制御回路は、前記第１基準点から絶縁された第２基準点を基準とした電圧が印加されることで動作することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。