JP7040079B2 - 電力変換装置 - Google Patents

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Description

本明細書が開示する技術は、電力変換装置に関する。
電源と負荷との間で電力変換を行う電力変換装置が知られている。この種の電力変換装置は、複数のスイッチング素子を有する電力変換回路（例えばＤＣ－ＤＣコンバータやインバータ）と、複数のスイッチング素子に対する制御指令を電力変換回路へ出力する制御装置とを備える。一例として、引用文献１に、ＤＣ－ＤＣコンバータ及び二つのインバータを含む電力変換装置が開示されている。
ＤＣ－ＤＣコンバータやインバータといった電力変換回路は、電源に対して二つのスイッチング素子が直列に接続された回路構造を有する。直列に接続された二つのスイッチング素子が、同時にターンオンされてしまうと、意図せず回路を短絡させてしまう。そのことから、制御装置は、一方のスイッチング素子へターンオンの駆動指令を出力するときは、他方のスイッチング素子へターンオフの駆動指令を出力するように（あるいは、ターンオンの駆動指令をださないように）構成されている。
特開２００８－００５６２５号公報
通常、一方のスイッチング素子に対する駆動指令と、他方のスイッチング素子に対する駆動指令は、互いに独立した個別の駆動信号によって、制御装置から電力変換回路へ伝送される。ここで、それぞれの駆動信号を伝送する信号線は、ノイズの影響を受けることがあり、ノイズの影響を受けた信号線から電力変換回路へ、意図せず駆動指令が入力されることがある。この場合、二つのスイッチング素子が同時にターンオンされて、回路を短絡させるおそれがある。
上記の問題に対して、制御装置が、一方のスイッチング素子に対する駆動指令と、他方のスイッチング素子に対する駆動指令とを、二つの値の間で変化する単一の駆動信号（即ち、二値信号）によって、択一的に出力することが考えられる。即ち、制御装置は、一方のスイッチング素子へ駆動指令を与えるときは、駆動信号を一方の値（例えば、ローレベル）で出力し、他方のスイッチング素子へ駆動指令を与えるときは、駆動信号を他方の値（例えば、ハイレベル）で出力する。このような構成によると、駆動信号を伝送する信号線がノイズの影響を受け、駆動信号の値が意図せず変化した場合でも、二つのスイッチング素子が同時にターンオンされることを回避することができる。
しかしながら、二つのスイッチング素子が、単一の駆動信号によって制御される構成であると、一方のスイッチング素子のみを断続的にターンオンすることができなくなる。即ち、一方のスイッチング素子を断続的にターンオンするために、駆動信号が二つの値の間で交互に変動すれば、他方のスイッチング素子も断続的にターンオンされてしまう。電力変換装置では、二つのスイッチング素子を必ずしも交互にターンオンさせる必要はなく、一方のスイッチング素子をターンオフに維持し続けた方が、エネルギー効率の面で優れることもある。一方のスイッチング素子のみを断続的にターンオンする制御を、ここでは片アームスイッチング制御という。単一の駆動信号を採用した構成では、片アームスイッチング制御を実施することができない。
本明細書は、単一の駆動信号を採用しつつ、片アームスイッチング制御を実施し得る技術を提供する。
本明細書が開示する技術は、電力変換装置に具現化される。この電力変換装置は、直列に接続された第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を有する電力変換回路と、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子に対する複数の制御指令を、電力変換回路へ出力する制御装置とを備える。制御装置が出力する複数の制御指令には、第１駆動指令と、第２駆動指令と、第１駆動停止指令と、第２駆動停止指令とが含まれている。第１駆動指令は、第１スイッチング素子をターンオンする指令であり、第２駆動指令は、第２スイッチング素子をターンオンする指令である。これらの第１駆動指令及び第２駆動指令は、二つの値の間で変化する単一の駆動信号によって、制御装置から択一的に出力される。第１駆動停止指令は、駆動信号の値にかかわらず、第１スイッチング素子をターンオフする指令である。第２駆動停止指令は、駆動信号の値にかかわらず、前記第２駆動指令の有無にかかわらず、第２スイッチング素子をターンオフする指令である。
上記した電力変換装置では、制御装置が、第１スイッチング素子をターンオンする第１駆動指令と、第２スイッチング素子をターンオンする第２駆動指令とを、単一の駆動信号によって択一的に出力する。このような構成によると、駆動信号を伝送する信号線がノイズの影響を受け、駆動信号の値が意図せず変化した場合でも、二つのスイッチング素子が同時にターンオンされることがない。加えて、制御装置は、駆動信号の値にかかわらず、第１駆動停止指令を出力することで、第１スイッチング素子をターンオフすることができ、第２駆動停止指令を出力すれば、第２スイッチング素子をターンオフすることができる。これにより、制御装置は、例えば第１駆動指令と第２駆動指令とを交互に示す駆動信号と共に、第１駆動停止指令又は第２駆動停止指令をさらに出力することで、一方のスイッチング素子を断続的にターンオンしながら、他方のスイッチング素子をターンオフさせる続けることができる。即ち、片アームスイッチング制御を実施することができる。
本明細書が開示する技術は、次の電力変換装置にも具現化される。この電力変換装置は、直列に接続された第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を有する電力変換回路と、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子に対する複数の制御指令を、電力変換回路へ出力する制御装置とを備える。制御装置が出力する複数の制御指令には、第１駆動指令と、第２駆動指令と、駆動禁止指令とが含まれている。第１駆動指令は、第１スイッチング素子をターンオンするとともに第２スイッチング素子をターンオフする指令であり、第２駆動指令は、第２スイッチング素子をターンオンするとともに第１スイッチング素子をターンオフする指令である。これらの第１駆動指令及び第２駆動指令は、二つの値の間で変化する単一の駆動信号によって、制御装置から択一的に出力される。駆動禁止指令は、駆動信号の値にかかわらず、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のターンオンを禁止する指令である。制御装置は、第２スイッチング素子をターンオフした状態で、第１スイッチング素子のみを断続的にターンオンさせるときに、駆動信号で第１駆動指令と前記第２駆動指令とを交互に出力しながら、第２駆動指令を出力する期間で駆動禁止指令を出力する。このような構成によっても、単一の駆動信号を採用しつつ、第１スイッチング素子の片アームスイッチング制御を実施することができる。
上記に加えて、制御装置は、第１スイッチング素子をターンオフした状態で、第２スイッチング素子のみを断続的にターンオンさせるときに、駆動信号で第１駆動指令と前記第２駆動指令とを交互に出力しながら、第１駆動指令を出力する期間で駆動禁止指令を出力してもよい。これにより、単一の駆動信号を採用しつつ、第２スイッチング素子の片アームスイッチング制御を実施することもできる。
実施例１の電力変換装置１０の構成を示すブロック図。 ＤＣ－ＤＣコンバータ１４及びインバータ１６の回路構造を示す図。 実施例１における制御装置２０及び駆動回路ユニット１８の構成を示すブロック図。 実施例１における複数の制御信号とそれらが示す制御指令の関係を示す図。 実施例１における複数の制御信号と二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂの状態を示すタイムチャート。 実施例１における複数の制御信号と二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂの状態を示す他のタイムチャート。 実施例２における制御装置２０及び駆動回路ユニット１８の構成を示すブロック図。 実施例２における複数の制御信号とそれらが示す制御指令の関係を示す図。 実施例２における複数の制御信号と二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂの状態を示すタイムチャート。 実施例３における制御装置２０及び駆動回路ユニット１８の構成を示すブロック図。 実施例３における複数の制御信号と二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂの状態を示すタイムチャート。 実施例３における複数の制御信号と二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂの状態を示す他のタイムチャート。 実施例４における制御装置２０及び駆動回路ユニット１８の構成を示すブロック図。 実施例４における複数の制御信号と二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂの状態を示すタイムチャート。
本技術の一実施形態では、第１駆動停止指令及び前記第２駆動停止指令が、少なくとも二つの値の間で変化する単一の駆動停止信号によって、制御装置から択一的に出力されてもよい。このような構成によると、例えば単一の駆動停止信号を、第１駆動停止指令を示す値に維持することによって、第１スイッチング素子をオフし続けることができる。あるいは、単一の駆動停止信号を、第２駆動停止指令を示す値に維持すれば、第２スイッチング素子をオフし続けることができる。また、二つの値の間で変動する駆動信号に同期させて、駆動停止信号も二つの値の間で変動させれば、二つのスイッチング素子を交互にターンオンさせることもでき、また、二つのスイッチング素子の両者をターンオフに維持し続けることもできる。
前記した単一の駆動停止信号は、少なくとも三つの値の間で変化する信号であってよい。この場合、少なくとも三つの値のうちの一つの値は、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のターンオンを許可する指令を示すとよい。このような構成によると、二つのスイッチング素子を交互にターンオンさせる制御を実行するときに、駆動信号に同期させて駆動停止信号を変動させる必要がない。
本技術の一実施形態では、制御装置が、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子の両者をターンオフさせるときに、駆動信号で第１駆動指令と第２駆動指令とを交互に出力するとともに、第１駆動指令を出力する期間では第１駆動停止指令を出力し、第２駆動指令を出力する期間では第２駆動停止指令を出力してもよい。このような指令の組み合わせによると、駆動信号が第１駆動指令と第２駆動指令とのいずれかを示す二値信号であっても、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子の両者をターンオフし続けることができる。
上記に代えて、制御装置は、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子の両者をターンオフさせるときに、第１駆動指令と第１駆動停止指令との両者を継続的に出力する、又は、第２駆動指令と第２駆動停止指令との両者を継続的に出力してもよい。このような指令の組み合わせであっても、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子の両者をターンオフし続けることができる。
本技術の一実施形態では、電力変換回路がＤＣ－ＤＣコンバータを含み、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子が、そのＤＣ－ＤＣコンバータの一部を構成してもよい。あるいは、他の一実施形態として、電力変換回路がインバータを含み、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子が、そのインバータの一部（例えば一対の上下アーム）を構成してもよい。
（実施例１）図面を参照して、実施例１の電力変換装置１０について説明する。本実施例の電力変換装置１０は、一例ではあるが、ハイブリッド車、燃料電池車又は電気自動車といった自動車に搭載され、バッテリ２と車輪を駆動するモータ４との間で電力変換を行う。但し、本実施例で開示される技術は、自動車に搭載される電力変換装置１０だけでなく、様々な用途の電力変換装置にも採用することができる。
モータ４は、電動機として機能することもあり、また、発電機として機能することもある。モータ４が電動機として機能するときは、バッテリ２から電力変換装置１０を通じてモータ４へ電力が供給される。この場合は、バッテリ２が電源となり、モータ４が負荷となる。一方、モータ４が電動機として機能するときは、モータ４から電力変換装置１０を通じてバッテリ２へ電力が供給される。この場合は、モータ４が電源となり、バッテリ２が負荷となる。
図１に示すように、電力変換モジュール１２と、電力変換モジュール１２へ複数の制御指令を与える制御装置２０とを備える。制御装置２０は、複数の信号線を有する信号ケーブル２２を介して、電力変換モジュール１２に接続されている。信号ケーブル２２の両端にはコネクタ２４、２６がそれぞれ設けられており、信号ケーブル２２は電力変換モジュール１２及び制御装置２０のそれぞれに着脱可能に接続されている。但し、電力変換モジュール１２と制御装置２０との接続構造は、特に限定されず、適宜変更することができる。
電力変換モジュール１２は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１４と、インバータ１６と、駆動回路ユニット１８とを備える。ＤＣ－ＤＣコンバータ１４は、バッテリ２とインバータ１６との間に設けられている。ＤＣ－ＤＣコンバータ１４は、昇降圧型のＤＣ－ＤＣコンバータであり、バッテリ２とインバータ１６との間において、直流電力の昇圧及び降圧を行うことができる。インバータ１６は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１４とモータ４との間に設けられている。インバータ１６は、三相のインバータであり、ＤＣ－ＤＣコンバータ１４とモータ４との間において、直流電力から三相交流電力への変換、及びその逆の変換を行うことができる。詳しくは後述するが、ＤＣ－ＤＣコンバータ１４及びインバータ１６は、それぞれ、電源に対して二つのスイッチング素子が直列に接続された回路構造を有する電力変換回路の一例である。
例えば、モータ４が電動機として機能する場合、バッテリ２から供給される直流電力は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１４において昇圧され、さらにインバータ１６において三相交流電力に変換された後に、モータ４へ供給される。これにより、バッテリ２から供給される直流電力によって、三相交流型のモータ４が駆動される。一方、モータ４が発電機として機能する場合、モータ４から供給される三相交流電力は、インバータ１６において直流電力に変換され、さらにＤＣ－ＤＣコンバータ１４において降圧された後に、バッテリ２へ供給される。これにより、モータ４によって発電した電力が、バッテリ２に充電される。
図２は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１４及びインバータ１６の回路構造の一例を示す。図２に示すように、ＤＣ－ＤＣコンバータ１４及びインバータ１６は、複数のスイッチング素子３２ａ－３２ｂ、４２ａ－４２ｆを用いて構成されている。各々のスイッチング素子３２ａ－３２ｂ、４２ａ－４２ｆは、バッテリ２とモータ４との間の電力供給経路上に設けられており、その動作（即ち、スイッチング）は、駆動回路ユニット１８によって制御される。詳しくは後述するが、駆動回路ユニット１８は、制御装置２０からの複数の制御指令に基づいて、ＤＣ－ＤＣコンバータ１４及びインバータ１６の各スイッチング素子３２ａ－３２ｂ、４２ａ－４２ｆを制御する。各々のスイッチング素子３２ａ－３２ｂ、４２ａ－４２ｆの具体的な構成は特に限定されず、例えばＭＯＳＦＥＴであってもよいし、ＩＧＢＴであってもよい。また、それらの半導体スイッチに採用される半導体材料についても特に限定されず、例えばシリコン（Ｓｉ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）又は窒化物半導体であってもよい。
ＤＣ－ＤＣコンバータ１４及びインバータ１６の構成については、公知のＤＣ－ＤＣコンバータやインバータと共通する。例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータ１４は、二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂとインダクタ３６と平滑コンデンサ３８とを有する。一方のスイッチング素子３２ａは、ＤＣ－ＤＣコンバータ１４の上アーム１４ａに設けられており、他方のスイッチング素子３２ｂは、ＤＣ－ＤＣコンバータ１４の下アーム１４ｂに設けられている。各々のスイッチング素子３２ａ、３２ｂには、ダイオード３４ａ、３４ｂがそれぞれ逆並列の関係で接続されている。なお、各々のアーム１４ａ、１４ｂにおいて、スイッチング素子３２ａ、３２ｂとダイオード３４ａ、３４ｂは、単一のＲＣ－ＩＧＢＴを用いて構成されてもよい。以下では、上アーム１４ａに位置するスイッチング素子３２ａを第１スイッチング素子３２ａと称し、下アーム１４ｂに位置するスイッチング素子３２ｂを第２スイッチング素子３２ｂと称する。
ＤＣ－ＤＣコンバータ１４は、第１スイッチング素子３２ａが断続的にターンオンされると、降圧コンバータとして機能する。このとき、第２スイッチング素子３２ｂは、ターンオフされ続けてもよいし、第１スイッチング素子３２ａのターンオフに同期して、断続的にターンオンされてもよい。後者の場合（第２スイッチング素子３２ｂも断続的にターンオンされる場合）であると、第１スイッチング素子３２ａのゲート電圧の充電及び放電における損失を低減することができる。そのことから、本実施例の電力変換装置１０では、降圧コンバータとして機能するときに、通常は、二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂを交互にターンオンする。但し、第２スイッチング素子３２ｂの駆動が必要とされないときは、第２スイッチング素子３２ｂをターンオフに維持した状態で、第１スイッチング素子３２ａのみを断続的にターンオンする。このように二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂの一方のみを断続的にターンオンさせる制御を、ここでは片アームスイッチング制御と称する。
上記に対して、ＤＣ－ＤＣコンバータ１４が昇圧コンバータとして機能するときは、第２スイッチング素子３２ｂが断続的にターンオンされる。このとき、第１スイッチング素子３２ａは、ターンオフされ続けてもよいし、第２スイッチング素子３２ｂのターンオフに同期して、断続的にターンオンされてもよい。この点については、上記した降圧コンバータとして機能するときの動作と共通する。そのことから、本実施例の電力変換装置１０では、昇圧コンバータとして機能するときも、通常は、二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂを交互にターンオンする。但し、第１スイッチング素子３２ａの駆動が必要とされないときは、第２スイッチング素子３２ｂのみを断続的にターンオンする片アームスイッチング制御を実施する。なお、ＤＣ－ＤＣコンバータ１４では、二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂが直列に接続されているので、昇圧及び降圧の動作にかかわらず、それらのスイッチング素子３２ａ、３２ｂが同時にターンオンされることを禁止する必要がある。
インバータ１６については、六つのスイッチング素子４２ａ－４２ｆを有している。各々のスイッチング素子４２ａ－４２ｆは、Ｕ相の上アーム１６ａ、Ｕ相の下アーム１６ｂ、Ｖ相の上アーム１６ｃ、Ｖ相の下アーム１６ｄ、Ｗ相の上アーム１６ｅ及びＷ相の下アーム１６ｆにそれぞれ設けられている。インバータ１６は、六つのスイッチング素子４２ａ－４２ｆが選択的にスイッチングされることで、直流電力を交流電力へ変換したり、交流電力を直流電力へ変換したりする。ここで、インバータ１６では、Ｕ相の上下のアーム１６ａ、１６ｂに設けられた二つのスイッチング素子４２ａ、４２ｂが直列に接続されているので、それらのスイッチング素子４２ａ、４２ｂが同時にターンオンされることを禁止する必要がある。この点については、Ｖ相の上下のアーム１６ｃ、１６ｄに設けられた二つのスイッチング素子４２ｃ、４２ｄや、Ｗ相の上下のアーム１６ｅ、１６ｆに設けられた二つのスイッチング素子４２ｅ、４２ｆについても同様である。なお、ここで説明したＤＣ－ＤＣコンバータ１４及びインバータ１６の構成は一例であり、適宜変更することができる。また、他の実施形態として、電力変換装置１０は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１４のみを有してもよいし、インバータ１６のみを有してもよい。
図３－図６を参照して、制御装置２０がＤＣ－ＤＣコンバータ１４の二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂの制御する態様について説明する。図３に示すように、制御装置２０は、プロセッサ（ＣＰＵ）５２と、複数のインターフェース５４とを有し、複数の制御信号ＣＰ、ＣＳＤＮ、ＣＳＴＰ、ＣＳＴＮを、電力変換モジュール１２の駆動回路ユニット１８へ出力する。複数の制御信号ＣＰ、ＣＳＤＮ、ＣＳＴＰ、ＣＳＴＮには、駆動信号ＣＰと、駆動禁止信号ＣＳＤＮと、第１駆動停止信号ＣＳＴＰと、第２駆動停止信号ＣＳＴＮとが含まれる。一例ではあるが、複数の制御信号ＣＰ、ＣＳＤＮ、ＣＳＴＰ、ＣＳＴＮは、プロセッサ５２によって生成され、各々の制御信号ＣＰ、ＣＳＤＮ、ＣＳＴＰ、ＣＳＴＮは、対応する一つのインターフェース５４を介して、電力変換モジュール１２へ出力される。制御装置２０から出力された制御信号ＣＰ、ＣＳＤＮ、ＣＳＴＰ、ＣＳＴＮは、信号ケーブル２２を通じて伝送され、電力変換モジュール１２の駆動回路ユニット１８に入力される。
図４は、各々の制御信号ＣＰ、ＣＳＤＮ、ＣＳＴＰ、ＣＳＴＮに割り当てられた制御指令を示す。駆動信号ＣＰは、二つの値（ここではハイレベルとローレベル）の間で変化する二値信号である。ハイレベルの駆動信号ＣＰは、第２駆動指令を示しており、ローレベルの駆動信号ＣＰは第１駆動指令を示している。ここで、第１駆動指令とは、第１スイッチング素子３２ａをターンオンする指令である。第２駆動指令とは、第２スイッチング素子３２ｂをターンオンする指令である。このように、本実施例における制御装置２０は、第１駆動指令と第２駆動指令を、単一の駆動信号ＣＰによって択一的に出力するように構成されている。即ち、制御装置２０は、駆動信号ＣＰをハイレベルにすることで、駆動回路ユニット１８に第２駆動指令を与え、第２スイッチング素子３２ｂのみをターンオンさせることができる。また、制御装置２０は、駆動信号ＣＰをローレベルにすることで、駆動回路ユニット１８に第１駆動指令を与え、第１スイッチング素子３２ａのみをターンオンさせることができる。
駆動禁止信号ＣＳＤＮは、二つの値（ここではハイレベルとローレベル）の間で変化する二値信号である。ハイレベルの駆動禁止信号ＣＳＤＮは、駆動許可指令を示しており、ローレベルの駆動禁止信号ＣＳＤＮは、駆動禁止指令を示している。駆動許可指令とは、二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂのターンオンを許可する指令であり、駆動禁止指令とは、二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂのターンオンを禁止する指令である。制御装置２０は、駆動禁止信号ＣＳＤＮをハイレベルにすることで、駆動回路ユニット１８に駆動許可指令を与えて、二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂのターンオンを許可することができる。また、制御装置２０は、駆動禁止信号ＣＳＤＮをローレベルにすることで、駆動回路ユニット１８に駆動禁止指令を与えて、二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂのターンオンを禁止することができる。
第１駆動停止信号ＣＳＴＰは、二つの値（ここではハイレベルとローレベル）の間で変化する二値信号である。ハイレベルの第１駆動停止信号ＣＳＴＰは、第１駆動停止指令を示しており、ローレベルの第１駆動停止信号ＣＳＴＰは、第１駆動許可指令を示している。第１駆動許可指令とは、第１スイッチング素子３２ａのターンオンを許可する指令である。一方、第１駆動停止指令とは、駆動信号ＣＰにかかわらず、第１スイッチング素子３２ａをターンオフさせる指令である。制御装置２０は、第１駆動停止信号ＣＳＴＰをローレベルにすることで、駆動回路ユニット１８に第１駆動許可指令を与えることができる。この場合、駆動信号ＣＰが示す第１駆動指令に応じて（即ち、ローレベルの駆動信号ＣＰに応じて）、第１スイッチング素子３２ａはターンオンされる。あるいは、制御装置２０は、第１駆動停止信号ＣＳＴＰをハイレベルにすることで、駆動回路ユニット１８に第１駆動停止指令を与えることができる。この場合、駆動信号ＣＰが第１駆動指令を示すときでも（即ち、駆動信号ＣＰがローレベルであっても）、第１スイッチング素子３２ａはターンオフされ続ける。
第２駆動停止信号ＣＳＴＮは、二つの値（ここではハイレベルとローレベル）の間で変化する二値信号である。ハイレベルの第２駆動停止信号ＣＳＴＮは、第２駆動停止指令を示しており、ローレベルの第２駆動停止信号ＣＳＴＮは、第２駆動許可指令を示している。第２駆動許可指令とは、第２スイッチング素子３２ｂのターンオンを許可する指令である。一方、第２駆動停止指令とは、駆動信号ＣＰにかかわらず、第２スイッチング素子３２ｂをターンオフさせる指令である。制御装置２０は、第２駆動停止信号ＣＳＴＮをローレベルにすることで、駆動回路ユニット１８に第２駆動許可指令を与えることができる。この場合、駆動信号ＣＰが示す第２駆動指令に応じて（即ち、ハイレベルの駆動信号ＣＰに応じて）、第２スイッチング素子３２ｂはターンオンされる。あるいは、制御装置２０は、第２駆動停止信号ＣＳＴＮをハイレベルにすることで、駆動回路ユニット１８に第２駆動停止指令を与えることができる。この場合、駆動信号ＣＰが第２駆動指令を示すときでも（即ち、駆動信号ＣＰがハイレベルであっても）、第２スイッチング素子３２ｂはターンオフされ続ける。
駆動回路ユニット１８は、複数の制御信号ＣＰ、ＣＳＤＮ、ＣＳＴＰ、ＣＳＴＮに応じて、正確には、複数の制御信号ＣＰ、ＣＳＤＮ、ＣＳＴＰ、ＣＳＴＮが示す複数の制御指令に応じて、二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂを制御する。駆動回路ユニット１８の具体的な構成は特に限定されない。一例ではあるが、本実施例における駆動回路ユニット１８は、複数のインターフェース５６とデッドタイム付与回路５８と判定回路６０と駆動回路６２とを有する。駆動信号ＣＰは、対応する一つのインターフェース５６を介してデッドタイム付与回路５８に入力される。デッドタイム付与回路５８は、駆動信号ＣＰの信号値（ハイレベル／ローレベル）に応じて、第１駆動指令又は第２駆動指令を判定回路６０へ入力する。このとき、デッドタイム付与回路５８は、第１駆動指令と第２駆動指令との間の切り替え時に、デッドタイム（時間間隔）を設け、それにより、二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂが同時にターンオンされることを防止する。
駆動禁止信号ＣＳＤＮ、第１駆動停止信号ＣＳＴＰ及び第２駆動停止信号ＣＳＴＮは、それぞれ対応する一つのインターフェース５６を介して、判定回路６０へ入力される。判定回路６０では、デッドタイム付与回路５８からの第１駆動指令及び第２駆動指令が、駆動禁止信号ＣＳＤＮ、第１駆動停止信号ＣＳＴＰ及び第２駆動停止信号ＣＳＴＮが示す制御指令に応じて遮断されるか、又は駆動回路６２へ転送される。例えば、駆動禁止信号ＣＳＤＮが駆動禁止指令（即ち、ローレベル）を示す場合、第１駆動指令及び第２駆動指令の両者が判定回路６０において遮断される。また、第１駆動停止信号ＣＳＴＰが第１駆動停止指令（即ち、ハイレベル）を示す場合は、第１駆動指令のみが判定回路６０において遮断される。そして、第２駆動停止信号ＣＳＴＮが第２駆動停止指令（即ち、ハイレベル）を示す場合は、第２駆動指令のみが判定回路６０において遮断される。その他の場合は、デッドタイム付与回路５８からの第１駆動指令及び第２駆動指令が、駆動回路６２へ転送される。駆動回路６２は、第１駆動指令を受けている間は第１スイッチング素子３２ａをターンオンし、第２駆動指令を受けている間は第２スイッチング素子３２ｂをターンオフする。
以上の構成により、駆動回路ユニット１８は、制御装置２０から第１駆動指令（ローレベルの駆動信号ＣＰ）を受けている間、第１スイッチ素子３２ａをターンオンし、第２駆動指令（ハイレベルの駆動信号ＣＰ）を受けている間は、第２スイッチング素子３２ｂをターンオンするように構成されている。但し、駆動回路ユニット１８は、制御装置２０から第１駆動停止指令（ハイレベルの第１駆動停止信号ＣＳＴＰ）を受けたときは、第１駆動指令よりも優先して、第１スイッチング素子３２ａをターンオフするように構成されている。同様に、駆動回路ユニット１８は、制御装置２０から第２駆動停止指令（ハイレベルの第２駆動停止信号ＣＳＴＮ）を受けたときは、第２駆動指令よりも優先して、第２スイッチング素子３２ｂをターンオフするように構成されている。また、駆動回路ユニット１８は、制御装置２０から駆動禁止指令（ローレベルの駆動禁止信号ＣＳＤＮ）を受けたときは、第１駆動指令及び第２駆動指令よりも優先して、二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂのターンオンを禁止するように構成されている。
図５に示すように、制御装置２０は、上述した複数の制御信号ＣＰ、ＣＳＤＮ、ＣＳＴＰ、ＣＳＴＮにより、二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂを様々な態様で制御することができる。例えば、制御装置２０は、駆動信号ＣＰの値をローレベルとハイレベルとの間で交互に切り替えることで、第１スイッチング素子３２ａと第２スイッチング素子３２ｂとを交互にターンオンすることができる。前述したように、ローレベルの駆動信号ＣＰは、第１スイッチング素子３２ａをターンオンする第１駆動指令を示し、ハイレベルの駆動信号ＣＰは、第２スイッチング素子３２ｂをターンオンする第２駆動指令を示す。第１駆動指令と第２駆動指令が、単一の駆動信号ＣＰによって択一的に出力されることから、信号ケーブル２２中の駆動信号ＣＰを伝送する信号線がノイズの影響を受け、駆動信号ＣＰの値が意図せず変化した場合でも、二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂが同時にターンオンされることがない。
また、図５中の期間Ｘに示すように、制御装置２０は、第１駆動停止指令（即ち、ハイレベルの第１駆動停止信号ＣＳＴＰ）を出力することで、第１スイッチング素子３２ａをターンオフし続けることができる。また、制御装置２０は、第２駆動停止指令（即ち、ハイレベルの第２駆動停止信号ＣＳＴＮ）を出力することで、第２スイッチング素子３２ｂをターンオフし続けることができる。これにより、第１スイッチング素子３２ａ又は第２スイッチング素子３２ｂのみを断続的にターンオンさせる片アームスイッチング制御を、必要に応じて実施することができる。加えて、図５中の期間Ｙに示すように、制御装置２０は、駆動禁止指令（即ち、ローレベルの駆動禁止信号ＣＳＤＮ）を出力することで、二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂの両者をターンオフし続けることができる。このように、本実施例における電力変換装置１０では、二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂが、単一の駆動信号ＣＰによって制御される構成であっても、二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂの一方のみを断続的にターンオンさせる片アームスイッチング制御を実施することができる。
ここで、図６に示すように、制御装置２０は、第１駆動停止指令（即ち、ハイレベルの第１駆動停止信号ＣＳＴＰ）と、第２駆動停止指令（即ち、ハイレベルの第２駆動停止信号ＣＳＴＮ）とを同時に出力することで、二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂのターンオンを禁止することもできる（図中の期間Ｙ）。即ち、制御装置２０は、駆動禁止指令（ローレベルの駆動禁止信号ＣＳＤＮ）を出力しなくても、二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂのターンオンを禁止することができる。そのことから、制御装置２０は、駆動禁止信号ＣＳＤＮを必ずしも出力する必要はなく、それに係る構成は省略されてもよい。
前述したように、インバータ１６においても、複数のスイッチング素子４２ａ－４２ｆのうちの直列に接続された二つは、同時にターンオンされることが禁止される必要があるとともに、片アームスイッチング制御が必要に応じて実施されることが好ましい。そのことから、上記した技術は、インバータ１６におけるスイッチング素子４２ａ－４２ｆの制御にも有効に採用することができる。この点は、下記する他の実施例についても同様である。
（実施例２）図７－図９を参照して、実施例２の電力変換装置について説明する。本実施例の電力変換装置は、実施例１の電力変換装置１０と比較して、制御装置２０が出力する制御信号が変更されている。詳しくは、本実施例における制御装置２０は、第１駆動停止信号ＣＳＴＰ及び第２駆動停止信号ＣＳＴＮに代えて、単一の駆動停止信号ＣＳＴを出力する様に構成されている。その他の構成については、実施例１と共通することから、ここでは重複する説明を省略する。
図８に示すように、駆動停止信号ＣＳＴは、三つの値（ここではハイレベル、ミドルレベル及びローレベル）の間で変化する三値信号である。ハイレベルの駆動停止信号ＣＳＴは、第１駆動停止指令を示しており、ミドルレベルの駆動停止信号ＣＳＴは、駆動許可指令を示しており、ローレベルの駆動停止信号ＣＳＴは、第２駆動停止指令を示している。前述したように、第１駆動停止指令とは、駆動信号ＣＰにかかわらず、第１スイッチング素子３２ａをターンオフさせる指令である。第２駆動停止指令とは、駆動信号ＣＰにかかわらず、第２スイッチング素子３２ｂをターンオフさせる指令である。そして、駆動許可指令とは、二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂのターンオンを許可する指令である。即ち、本実施例では、第１駆動停止指令と第２駆動停止指令とが、単一の駆動停止信号ＣＳＴによって出力され、伝送されるように構成されている。
図９に示すように、本実施例における制御装置２０も、第１駆動停止指令（即ち、ハイレベルの駆動停止信号ＣＳＴ）を出力することで、第１スイッチング素子３２ａをターンオフし続けることができる。また、制御装置２０は、第２駆動停止指令（即ち、ローレベルの駆動停止信号ＣＳＴ）を出力することで、第２スイッチング素子３２ｂをターンオフし続けることができる。これにより、第１スイッチング素子３２ａ又は第２スイッチング素子３２ｂのみを断続的にターンオンさせる片アームスイッチング制御を、必要に応じて実施することができる（図９中の期間Ｘ）。なお、二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂを交互にターンオフさせる場合、制御装置２０は、駆動許可指令（即ち、ミドルレベルの駆動停止信号ＣＳＴ）を出力すればよい。
本実施例の構成によると、第１駆動停止指令と第２駆動停止指令が、単一の駆動停止信号ＣＳＴで出力され、伝送されることから、制御装置２０及び駆動回路ユニット１８の構成や、それらを互いに接続するケーブル２２の構成を簡素にすることができる。あるいは、第２駆動停止信号ＣＳＴＮに用いられていた信号ケーブル２２中の信号線を、他の用途へ転用することもできる。
（実施例３）図１０－図１２を参照して、実施例３の電力変換装置について説明する。本実施例の電力変換装置は、実施例２の電力変換装置と比較して、制御装置２０が出力する制御信号が変更されている。詳しくは、本実施例における制御装置２０は、駆動禁止信号ＣＳＤＮを出力する構成を有しておらず、実施例２における制御装置２０と相違する。その他の構成については、実施例２と共通することから、ここでは重複する説明を省略する。
図１１に示すように、本実施例における制御装置２０も、第１駆動停止指令（即ち、ハイレベルの駆動停止信号ＣＳＴ）を出力することで、第１スイッチング素子３２ａをターンオフし続けることができる。また、制御装置２０は、第２駆動停止指令（即ち、ローレベルの駆動停止信号ＣＳＴ）を出力することで、第２スイッチング素子３２ｂをターンオフし続けることができる。これにより、第１スイッチング素子３２ａ又は第２スイッチング素子３２ｂのみを断続的にターンオンさせる片アームスイッチング制御を、必要に応じて実施することができる（図９中の期間Ｘ）。加えて、図１０中の期間Ｙに示すように、二つの値（ハイレベルとローレベル）の間で変動する駆動信号ＣＰに同期させて、駆動停止信号も二つの値（ローレベルとハイレベル）の間で変動させれば、二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂを同時にターンオフし続けることができる。
あるいは、図１２に示すように、制御装置２０は、二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂを同時にターンオフする期間Ｙにおいて、第１駆動指令（即ち、ローレベルの駆動信号ＣＰ）と、第１駆動停止指令（即ち、ハイレベルの駆動停止信号ＣＳＴ）との両者を、継続的に出力してもよい。あるいは、図示省略するが、制御装置２０は、第２駆動指令（即ち、ハイレベルの駆動信号ＣＰ）と、第２駆動停止指令（即ち、ローレベルの駆動停止信号ＣＳＴ）との両者を、継続的に出力してもよい。このような態様によっても、制御装置２０は、二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂを同時にターンオフし続けることができる。
以上のように、本実施例の構成によると、制御装置２０は、駆動禁止信号ＣＳＤＮを出力することなく、二つのスイッチング素子３２ａ、３２ｂを同時にターンオフし続けることができる。これにより、駆動禁止信号ＣＳＤＮを出力するための構成が必要とされないことから、制御装置２０及び駆動回路ユニット１８の構成や、それらを互いに接続するケーブル２２の構成を簡素にすることができる。あるいは、駆動禁止信号ＣＳＤＮに用いられていたケーブル２２中の信号線を、他の用途へ転用することもできる。
（実施例４）図１３、図１４を参照して、実施例４の電力変換装置について説明する。本実施例の電力変換装置は、実施例３の電力変換装置と比較して、制御装置２０が出力する制御信号が変更されている。詳しくは、本実施例における制御装置２０は、駆動停止信号ＣＳＴに代えて、駆動禁止信号ＣＳＤＮを出力するように構成されており、この点において実施例３における制御装置２０と相違する。その他の構成については、実施例３と共通することから、ここでは重複する説明を省略する。
図１４に示すように、本実施例における制御装置２０は、駆動禁止信号ＣＳＤＮを用いて、期間Ｘにおける片アームスイッチング制御を実現する。例えば、第１スイッチング素子３２ａのみを断続的にターンオンする場合は、第２駆動指令（即ち、ハイレベルの駆動信号ＣＰ）を出力するときに、駆動禁止信号ＣＳＤＮを併せて出力する。一方、第２スイッチング素子３２ｂのみを断続的にターンオンする場合は、第１駆動指令（即ち、ローレベルの駆動信号ＣＰ）を出力するときに、駆動禁止信号ＣＳＤＮを併せて出力する。これにより、第１スイッチング素子３２ａ又は第２スイッチング素子３２ｂのみを断続的にターンオンさせる片アームスイッチング制御を、必要に応じて実施することができる。
以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。
２：バッテリ
４：モータ
１０：電力変換装置
１２：電力変換モジュール
１４：ＤＣ－ＤＣコンバータ
１６：インバータ
１８：駆動回路ユニット
２０：制御装置
２２：信号ケーブル
３２ａ：第１スイッチング素子
３２ｂ：第２スイッチング素子
５２：プロセッサ
６０：判定回路
６２：駆動回路
ＣＰ：駆動信号
ＣＳＤＮ：駆動禁止信号
ＣＳＴ：駆動停止信号
ＣＳＴＰ：第１駆動停止信号
ＣＳＴＮ：第２駆動停止信号

Claims (6)

  1. 電力変換装置であって、
    直列に接続された第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を有する電力変換回路と、
    前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子に対する複数の制御指令を、前記電力変換回路へ出力する制御装置と、
    を備え、
    前記制御装置が出力する複数の制御指令には、第１駆動指令と、第２駆動指令と、第１駆動停止指令と、第２駆動停止指令とが含まれており、
    前記第１駆動指令は、前記第１スイッチング素子をターンオンする指令であり、
    前記第２駆動指令は、前記第２スイッチング素子をターンオンする指令であり、
    前記第１駆動指令及び前記第２駆動指令は、二つの値の間で変化する単一の駆動信号によって、前記制御装置から択一的に出力され、
    前記第１駆動停止指令は、前記第１駆動指令の有無にかかわらず、前記第１スイッチング素子をターンオフする指令であり、
    前記第２駆動停止指令は、前記第２駆動指令の有無にかかわらず、前記第２スイッチング素子をターンオフする指令であり、
    前記第１駆動停止指令及び前記第２駆動停止指令は、三つの値の間で変化する単一の駆動停止信号によって、制御装置から択一的に出力され、
    前記三つの値のうちの一つの値は、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のターンオンを許可する指令を示す、
    電力変換装置。
  2. 前記制御装置は、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の両者をターンオフさせるときに、前記駆動信号で前記第１駆動指令と前記第２駆動指令とを交互に出力するとともに、前記第１駆動指令を出力する期間では前記第１駆動停止指令を出力し、前記第２駆動指令を出力する期間では前記第２駆動停止指令を出力する、請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記制御装置は、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の両者をターンオフさせるときに、前記第１駆動指令と前記第１駆動停止指令との両者を継続的に出力する、又は、前記第２駆動指令と前記第２駆動停止指令との両者を継続的に出力する、請求項１に記載の電力変換装置。
  4. 前記電力変換回路は、ＤＣ－ＤＣコンバータを含み、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子は、前記ＤＣ－ＤＣコンバータの一部を構成する、請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  5. 電力変換装置であって、
    直列に接続された第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を有する電力変換回路と、
    前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子に対する複数の制御指令を、前記電力変換回路へ出力する制御装置と、
    を備え、
    前記制御装置が出力する複数の制御指令には、第１駆動指令と、第２駆動指令と、駆動禁止指令とが含まれており、
    前記第１駆動指令は、前記第１スイッチング素子をターンオンする指令であり、
    前記第２駆動指令は、前記第２スイッチング素子をターンオンする指令であり、
    前記第１駆動指令及び前記第２駆動指令は、二つの値の間で変化する単一の駆動信号によって、前記制御装置から択一的に出力され、
    前記駆動禁止指令は、前記駆動信号の値にかかわらず、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のターンオンを禁止する指令であり、
    前記制御装置は、前記第２スイッチング素子をターンオフした状態で、前記第１スイッチング素子のみを断続的にターンオンさせるときに、前記駆動信号で前記第１駆動指令と前記第２駆動指令とを交互に出力しながら、前記第２駆動指令を出力する期間で前記駆動禁止指令を出力する、
    電力変換装置。
  6. 前記制御装置は、前記第１スイッチング素子をターンオフした状態で、前記第２スイッチング素子のみを断続的にターンオンさせるときに、前記駆動信号で前記第１駆動指令と前記第２駆動指令とを交互に出力しながら、前記第１駆動指令を出力する期間で前記駆動禁止指令を出力する、請求項５に記載の電力変換装置。
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