JP7206630B2 - 抑制回路 - Google Patents

Description

本明細書に記載の開示は、半導体スイッチの制御電極に接続される抑制回路に関するものである。

特許文献１に示されるように、２個のトランジスタの直列接続を含む電力変換器が知られている。この電力変換器はトランジスタのゲート電圧の上昇を抑えるクランプ回路を備えている。このクランプ回路によりトランジスタに流れる電流の増大が抑制される。

特許第５８１２１９１号公報

ところで、トランジスタへの通電を抑制する回路として、トランジスタを強制的にオフ状態にするオフ回路が一般的に知られている。このオフ回路と特許文献１に記載のクランプ回路の両方をトランジスタに設ける。こうすることでトランジスタに流れる電流の増大を効果的に抑制することができる。

しかしながらクランプ回路とオフ回路の両方をトランジスタに設けると、それによって部品点数が増大する虞がある。

そこで本明細書に記載の開示物は、部品点数の増大が抑制され、なおかつ、トランジスタに流れる電流の増大が効果的に抑制された抑制回路を提供することを目的とする。

開示の１つは、駆動回路（５０３）と半導体スイッチの制御電極との間の第１中点にアノード電極が接続されるダイオード（１１）と、
ダイオードのカソード電極と基準電位との間に設けられるコンデンサ（１２）と、
ダイオードとコンデンサとの間の第２中点に接続される定電圧回路（１３）と、
定電圧回路と第２中点との間に設けられる調整抵抗（１４）と、
調整抵抗の定電圧回路側と基準電位との間に設けられた遮断スイッチ（１５）と、を有し、
定電圧回路は、出力端子と入力端子を備える１つのオペアンプ（１６）と、１つのオペアンプに係る出力端子と入力端子との間に設けられた帰還抵抗（１９）と、を有し、
遮断スイッチは、出力端子と調整抵抗との間と基準電位との間に設けられており、
ダイオードのアノード電極から半導体スイッチ（３１１，３１２，３２１～３２６）のゲート電極に流れる電流の増大を抑制する抑制回路である。
開示の１つは、駆動回路（５０３）と半導体スイッチの制御電極との間の第１中点にアノード電極が接続されるダイオード（１１）と、
ダイオードのカソード電極と基準電位との間に設けられるコンデンサ（１２）と、
ダイオードとコンデンサとの間の第２中点に接続される定電圧回路（１３）と、
定電圧回路と第２中点との間に設けられる調整抵抗（１４）と、
調整抵抗の定電圧回路側と基準電位との間に設けられた遮断スイッチ（１５）と、を有し、
定電圧回路は、出力端子と入力端子を備える１つのオペアンプ（１６）と、１つのオペアンプに係る出力端子と入力端子との間に設けられた帰還抵抗（１９）と、を有し、
遮断スイッチは入力端子と帰還抵抗との間と基準電位との間に設けられており、
ダイオードのアノード電極から半導体スイッチ（３１１，３１２，３２１～３２６）のゲート電極に流れる電流の増大を抑制する抑制回路である。

詳しくは「発明を実施するための形態」で説明するが、本開示のダイオード（１１）、コンデンサ（１２）、定電圧回路（１３）、および、調整抵抗（１４）によって、制御電極の電位の増大を抑えるクランプ回路が構成されている。また本開示の調整抵抗（１４）と遮断スイッチ（１５）によって半導体スイッチ（３１１，３１２，３２１～３２６）を強制的にオフ状態にするオフ回路が構成されている。そのためにこれらクランプ回路とオフ回路とによって、半導体スイッチ（３１１，３１２，３２１～３２６）に流れる電流量の増大が効果的に抑制される。

そして上記したようにクランプ回路とオフ回路は調整抵抗（１４）を共有している。したがって、クランプ回路とオフ回路とが独立して構成されて、クランプ回路とオフ回路それぞれが独立して調整抵抗を有する構成と比べて、部品点数の増大が抑制される。

なお、上記の括弧内の参照番号は、後述の実施形態に記載の構成との対応関係を示すものに過ぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

車載システムを説明するための回路図である。 第１実施形態の抑制回路を説明するための回路図である。 第２実施形態の抑制回路を説明するための回路図である。 第３実施形態の抑制回路を説明するための回路図である。 オフ保持回路を説明するための回路図である。 車載システムの変形例を説明するための回路図である。

以下、実施形態を図に基づいて説明する。

（第１実施形態）
＜車載システム＞
先ず、図１に基づいて抑制回路１０の設けられる車載システム１００を説明する。この車載システム１００は電気自動車用のシステムを構成している。車載システム１００は、バッテリ２００、電力変換器３００、および、モータ４００を有する。

また車載システム１００は複数のＥＣＵを有する。図１ではこれら複数のＥＣＵの代表として、電池ＥＣＵ５０１とＭＧＥＣＵ５０２を図示している。これら複数のＥＣＵはバス配線５００を介して相互に信号を送受信している。複数のＥＣＵは協調して電気自動車を制御している。複数のＥＣＵの制御により、バッテリ２００のＳＯＣに応じたモータ４００の回生と力行が制御される。ＳＯＣはstate of chargeの略である。ＥＣＵはelectronic control unitの略である。

なお、ＥＣＵは、少なくとも１つの演算処理装置（ＣＰＵ）と、プログラムおよびデータを記憶する記憶媒体としての少なくとも１つのメモリ装置（ＭＭＲ）と、を有する。ＥＣＵはコンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体はコンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納する非遷移的実体的記憶媒体である。記憶媒体は半導体メモリまたは磁気ディスクなどによって提供され得る。以下、車載システム１００の構成要素を個別に概説する。

バッテリ２００は複数の二次電池を有する。これら複数の二次電池は直列接続された電池スタックを構成している。この電池スタックのＳＯＣがバッテリ２００のＳＯＣに相当する。二次電池としてはリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、および、有機ラジカル電池などを採用することができる。

電力変換器３００はバッテリ２００とモータ４００との間の電力変換を行う。電力変換器３００はバッテリ２００の直流電力をモータ４００の力行に適した電圧レベルの交流電力に変換する。電力変換器３００はモータ４００の発電（回生）によって生成された交流電力をバッテリ２００の充電に適した電圧レベルの直流電力に変換する。電力変換器３００については後で詳説する。

モータ４００は図示しない電気自動車の出力軸に連結されている。モータ４００の回転エネルギーは出力軸を介して電気自動車の走行輪に伝達される。逆に、走行輪の回転エネルギーは出力軸を介してモータ４００に伝達される。

モータ４００は電力変換器３００から供給される交流電力によって力行する。これにより走行輪への推進力の付与が成される。またモータ４００は走行輪から伝達される回転エネルギーによって回生する。この回生によって発生した交流電力は、電力変換器３００によって直流電力に変換されるとともに降圧される。この直流電力がバッテリ２００に供給される。また直流電力は電気自動車に搭載された各種電気負荷にも供給される。

＜電力変換装置＞
次に電力変換器３００を説明する。電力変換器３００はコンバータ３１０とインバータ３２０を備えている。コンバータ３１０はバッテリ２００の直流電力をモータ４００の力行に適した電圧レベルに昇圧する。インバータ３２０はこの直流電力を交流電力に変換する。この交流電力がモータ４００に供給される。またインバータ３２０はモータ４００で生成された交流電力を直流電力に変換する。コンバータ３１０はこの直流電力をバッテリ２００の充電に適した電圧レベルに降圧する。

図１に示すようにコンバータ３１０は第１電力ライン３０１と第２電力ライン３０２を介してバッテリ２００と電気的に接続されている。コンバータ３１０は第３電力ライン３０３と第４電力ライン３０４を介してインバータ３２０と電気的に接続されている。

第１電力ライン３０１はバッテリ２００の正極に接続されている。第２電力ライン３０２はバッテリ２００の負極に接続されている。これら第１電力ライン３０１と第２電力ライン３０２に第１平滑コンデンサ３０５が接続されている。第１平滑コンデンサ３０５の有する２つの電極のうちの一方が第３電力ライン３０３に接続され、他方が第４電力ライン３０４に接続されている。

第３電力ライン３０３は後述のハイサイドスイッチ３１１と接続されている。第４電力ライン３０４は第２電力ライン３０２と接続されている。これら第３電力ライン３０３と第４電力ライン３０４に第２平滑コンデンサ３０６が接続されている。第２平滑コンデンサ３０６の有する２つの電極のうちの一方が第３電力ライン３０３に接続され、他方が第４電力ライン３０４に接続されている。

インバータ３２０はＵ相バスバー３３１～Ｗ相バスバー３３３を介してモータ４００のＵ相ステータコイル４０１～Ｗ相ステータコイル４０３と電気的に接続されている。

＜コンバータ＞
コンバータ３１０は、ハイサイドスイッチ３１１、ローサイドスイッチ３１２、ハイサイドダイオード３１１ａ、ローサイドダイオード３１２ａ、および、リアクトル３１３を有する。これらハイサイドスイッチ３１１とローサイドスイッチ３１２としてはＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴなどを採用することができる。本実施形態ではハイサイドスイッチ３１１およびローサイドスイッチ３１２としてｎチャネル型のＩＧＢＴを採用している。

なお、ハイサイドスイッチ３１１およびローサイドスイッチ３１２としてＭＯＳＦＥＴを採用する場合、ＭＯＳＦＥＴにはボディダイオードが形成される。そのためにハイサイドダイオード３１１ａとローサイドダイオード３１２ａはなくともよい。コンバータ３１０を構成する半導体素子は、Ｓｉなどの半導体、および、ＳｉＣなどのワイドギャップ半導体によって製造することができる。半導体素子の構成材料としては特に限定されない。

ハイサイドダイオード３１１ａはハイサイドスイッチ３１１に逆並列接続されている。すなわち、ハイサイドスイッチ３１１のコレクタ電極にハイサイドダイオード３１１ａのカソード電極が接続されている。ハイサイドスイッチ３１１のエミッタ電極にハイサイドダイオード３１１ａのアノード電極が接続されている。

同様にして、ローサイドダイオード３１２ａはローサイドスイッチ３１２に逆並列接続されている。ローサイドスイッチ３１２のコレクタ電極にローサイドダイオード３１２ａのカソード電極が接続されている。ローサイドスイッチ３１２のエミッタ電極にローサイドダイオード３１２ａのアノード電極が接続されている。

図１に示すようにハイサイドスイッチ３１１のコレクタ電極に第３電力ライン３０３が接続されている。そしてハイサイドスイッチ３１１のエミッタ電極とローサイドスイッチ３１２のコレクタ電極が接続されている。ローサイドスイッチ３１２のエミッタ電極に第２電力ライン３０２と第４電力ライン３０４が電気的に接続されている。

以上に示した接続構成により、第３電力ライン３０３から第２電力ライン３０２に向かってハイサイドスイッチ３１１とローサイドスイッチ３１２が順に直列接続されている。表現を換えれば、第３電力ライン３０３から第４電力ライン３０４に向かってハイサイドスイッチ３１１とローサイドスイッチ３１２が順に直列接続されている。

またハイサイドスイッチ３１１とローサイドスイッチ３１２との間の中点に第１電力ライン３０１が接続されている。第１電力ライン３０１にリアクトル３１３が設けられている。これによりリアクトル３１３はハイサイドスイッチ３１１とローサイドスイッチ３１２との間の中点とバッテリ２００の正極とに接続されている。

コンバータ３１０のハイサイドスイッチ３１１とローサイドスイッチ３１２はＭＧＥＣＵ５０２によって開閉制御される。ＭＧＥＣＵ５０２は制御信号を生成し、それをゲートドライバ５０３に出力する。ゲートドライバ５０３は制御信号を増幅してスイッチのゲート電極に出力する。これによりＭＧＥＣＵ５０２はコンバータ３１０に入力される直流電力の電圧レベルを昇降圧する。ゲートドライバ５０３が駆動回路に相当する。

ＭＧＥＣＵ５０２は制御信号としてパルス信号を生成している。ＭＧＥＣＵ５０２はこのパルス信号のオンデューティ比と周波数を調整することで直流電力の昇降圧レベルを調整している。このようにＭＧＥＣＵ５０２はコンバータをＰＷＭ制御している。昇降圧レベルはモータ４００の目標トルクとバッテリ２００のＳＯＣに応じて決定される。

バッテリ２００の直流電力を昇圧する場合、ＭＧＥＣＵ５０２はハイサイドスイッチ３１１とローサイドスイッチ３１２それぞれを交互に開閉する。これとは反対にインバータ３２０から供給された直流電力を降圧する場合、ＭＧＥＣＵ５０２はローサイドスイッチ３１２に出力する制御信号をローレベルに固定する。それとともにＭＧＥＣＵ５０２はハイサイドスイッチ３１１に出力する制御信号をハイレベルとローレベルに順次切り換える。

＜インバータ＞
インバータ３２０は第１スイッチ３２１～第６スイッチ３２６、および、第１ダイオード３２１ａ～第６ダイオード３２６ａを有する。第１スイッチ３２１～第６スイッチ３２６としてはＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴなどを採用することができる。

本実施形態では第１スイッチ３２１～第６スイッチ３２６としてｎチャネル型のＩＧＢＴを採用している。これらスイッチとしてＭＯＳＦＥＴを採用する場合、上記のダイオードはなくともよい。インバータ３２０を構成する半導体素子は、Ｓｉなどの半導体、および、ＳｉＣなどのワイドギャップ半導体によって製造することができる。半導体素子の構成材料としては特に限定されない。

第１スイッチ３２１～第６スイッチ３２６に対応する第１ダイオード３２１ａ～第６ダイオード３２６ａが逆並列接続されている。すなわち、ｋを１～６の自然数とすると、第ｋスイッチのコレクタ電極に第ｋダイオードのカソード電極が接続されている。第ｋスイッチのエミッタ電極に第ｋダイオードのアノード電極が接続されている。

第１スイッチ３２１と第２スイッチ３２２は第３電力ライン３０３から第４電力ライン３０４へ向かって順に直列接続されている。第１スイッチ３２１と第２スイッチ３２２によってＵ相レグが構成されている。第１スイッチ３２１と第２スイッチ３２２との間の中点にＵ相バスバー３３１の一端が接続されている。Ｕ相バスバー３３１の他端がモータ４００のＵ相ステータコイル４０１と接続されている。また、第１スイッチ３２１に第１ダイオード３２１ａが逆並列接続されている。第２スイッチ３２２に第２ダイオード３２２ａが逆並列接続されている。

第３スイッチ３２３と第４スイッチ３２４は第３電力ライン３０３から第４電力ライン３０４へ向かって順に直列接続されている。第３スイッチ３２３と第４スイッチ３２４によってＶ相レグが構成されている。第３スイッチ３２３と第４スイッチ３２４との間の中点にＶ相バスバー３３２の一端が接続されている。Ｖ相バスバー３３２の他端がモータ４００のＶ相ステータコイル４０２と接続されている。また、第３スイッチ３２３に第３ダイオード３２３ａが逆並列接続されている。第４スイッチ３２４に第４ダイオード３２４ａが逆並列接続されている。

第５スイッチ３２５と第６スイッチ３２６は第３電力ライン３０３から第４電力ライン３０４へ向かって順に直列接続されている。第５スイッチ３２５と第６スイッチ３２６によってＷ相レグが構成されている。第５スイッチ３２５と第６スイッチ３２６との間の中点にＷ相バスバー３３３の一端が接続されている。Ｗ相バスバー３３３の他端がモータ４００のＷ相ステータコイル４０３と接続されている。また、第５スイッチ３２５に第５ダイオード３２５ａが逆並列接続されている。第６スイッチ３２６に第６ダイオード３２６ａが逆並列接続されている。

以上に示したようにインバータ３２０はモータ４００のＵ相ステータコイル４０１～Ｗ相ステータコイル４０３それぞれに対応する３相のレグを有する。これら３相のレグを構成する第１スイッチ３２１～第６スイッチ３２６のゲート電極に、ゲートドライバ５０３によって増幅されたＭＧＥＣＵ５０２の制御信号が入力される。

モータ４００を力行する場合、ＭＧＥＣＵ５０２からの制御信号の出力によって第１スイッチ３２１～第６スイッチ３２６がＰＷＭ制御される。これによりインバータ３２０で３相交流が生成される。モータ４００が発電（回生）する場合、ＭＧＥＣＵ５０２は例えば制御信号の出力を停止する。これによりモータ４００の発電によって生成された交流電力が第１ダイオード３２１ａ～第６ダイオード３２６ａを通る。この結果、交流電力が直流電力に変換される。

＜通電電流量の増大＞
次に、電力変換器３００を構成するスイッチに流れる電流の増大を説明する。電力変換器３００を構成するスイッチが半導体スイッチに相当する。

バッテリ２００からコンバータ３１０に出力される電圧はおよそ３００Ｖである。モータ４００を力行する場合、コンバータ３１０はバッテリ２００から出力される電圧をおよそ６００Ｖに昇圧する。この６００Ｖの電圧がインバータ３２０に出力される。このようにコンバータ３１０とインバータ３２０には高レベルの電圧が出力（印加）される。

上記したようにＭＧＥＣＵ５０２は、ハイサイドスイッチ３１１とローサイドスイッチ３１２、および、第１スイッチ３２１～第６スイッチ３２６をＰＷＭ制御する。この際、例えばＵ相レグを構成する第１スイッチ３２１と第２スイッチ３２２が同時にオン状態になると、第１スイッチ３２１と第２スイッチ３２２には、これらスイッチのオン抵抗とおよそ６００Ｖの印加電圧とに基づく電流が流れる。第１スイッチ３２１と第２スイッチ３２２それぞれに耐電流閾値を超える大電流が流れ、第１スイッチ３２１と第２スイッチ３２２に損傷が生じる虞がある。そのためにＭＧＥＣＵ５０２は、２つの電力ライン間で直列接続された２つのスイッチが同時にオンすることが避けられるように、電力変換器３００を構成するスイッチをＰＷＭ制御する。

しかしながら、何らかの不具合によって、スイッチのオン状態とオフ状態が不安定になる虞がある。例えば、第２スイッチ３２２をオン状態に制御している際に第１スイッチ３２１がオフ状態からオン状態になる虞がある。この場合、第２スイッチ３２２の印加電圧が急激に時間変化する。

上記したようにインバータ３２０およびコンバータ３１０を構成するスイッチはｎチャネル型のＩＧＢＴである。そのためにこれらスイッチは寄生容量を有する。この寄生容量としては、ゲート電極とコレクタ電極との間に構成される帰還容量、ゲート電極とエミッタ電極との間に構成される入力容量、および、コレクタ電極とエミッタ電極との間に構成される出力容量がある。

オン状態の第２スイッチ３２２の印加電圧が急激に時間変化すると、帰還容量を介してゲート電極に電流が流れる。これにより第２スイッチ３２２のゲート電極に電荷が蓄積される。第２スイッチ３２２のゲート電圧が上昇し、第２スイッチ３２２のオン抵抗が低下する。この結果、第２スイッチ３２２の通電電流量が増大する。これにより第２スイッチ３２２に損傷が生じる虞がある。

また、第１スイッチ３２１がオン状態に固着する虞がある。このように第１スイッチ３２１がオン状態に固着している際に第２スイッチ３２２をオン状態に切り換えると、第１スイッチ３２１と第２スイッチ３２２に耐電流閾値を超える電流が流れる虞がある。これにより第１スイッチ３２１と第２スイッチ３２２に損傷が生じる虞がある。

以上に示したように、通電電流量の増大によって電力変換器３００のスイッチに損傷が生じる虞がある。このような不具合が生じることを抑制するために、抑制回路１０がスイッチのゲート電極に接続されている。本実施形態では、図１に示すようにコンバータ３１０とインバータ３２０を構成する複数のスイッチそれぞれのゲート電極に抑制回路１０が接続されている。

＜抑制回路とゲートドライバ＞
図２に示すように抑制回路１０は、ゲートドライバ５０３と電力変換器３００のスイッチのゲート電極とを接続する制御配線５０３ａに接続される。制御配線５０３ａにはバランス抵抗５０３ｂが設けられている。抑制回路１０は、制御配線５０３ａにおけるバランス抵抗５０３ｂとゲート電極との間の第１中点に接続されている。

ゲートドライバ５０３はスイッチ５０３ｃと電源５０３ｄを有する。電源５０３ｄからゲート電極に向かって、スイッチ５０３ｃとバランス抵抗５０３ｂが順に直列接続されている。

スイッチ５０３ｃはＰチャネル型ＭＯＳＦＥＴである。このスイッチ５０３ｃのゲート電極にＭＧＥＣＵ５０２の出力する制御信号に基づく駆動信号が入力される。これによりスイッチ５０３ｃがオンオフ制御される。

スイッチ５０３ｃがオフ状態からオン状態になると、バランス抵抗５０３ｂによって電圧降下された電源５０３ｄの電圧（電源電圧）がゲート電極に印加される。これにより電力変換器３００のスイッチはオフ状態からオン状態になる。これとは逆にスイッチ５０３ｃがオン状態からオフ状態になると、電源電圧のゲート電極への印加が停止する。これにより電力変換器３００のスイッチはオン状態からオフ状態になる。

＜抑制回路の構成＞
次に、図２に基づいて抑制回路１０の構成を説明する。図２では第２スイッチ３２２のゲート電極に接続された抑制回路１０を詳しく図示している。電力変換器３００の他のスイッチのゲート電極に接続された抑制回路１０は、第２スイッチ３２２のゲート電極に接続された抑制回路１０と同一である。したがって他のスイッチのゲート電極に接続された抑制回路１０の説明を省略する。

抑制回路１０はダイオード１１、コンデンサ１２、定電圧回路１３、調整抵抗１４、および、遮断スイッチ１５を有する。後述するようにダイオード１１、コンデンサ１２、定電圧回路１３、および、調整抵抗１４によってクランプ回路１０ａが構成されている。また調整抵抗１４と遮断スイッチ１５によってオフ回路１０ｂが構成されている。クランプ回路１０ａとオフ回路１０ｂは調整抵抗１４を共有している。

制御配線５０３ａの第１中点とグランドとは第１グランド配線１０ｃを介して接続されている。この第１グランド配線１０ｃにダイオード１１とコンデンサ１２が設けられている。第１中点からグランドに向かって、ダイオード１１とコンデンサ１２が順に直列接続されている。第１中点にダイオード１１のアノード電極が接続されている。コンデンサ１２にダイオード１１のカソード電極が接続されている。グランドが基準電位に相当する。

定電圧回路１３は第１グランド配線１０ｃにおけるダイオード１１とコンデンサ１２との間の第２中点に電気的に接続されている。定電圧回路１３は、オペアンプ１６、基準電源１７、第１帰還抵抗１８、および、第２帰還抵抗１９を有する。

オペアンプ１６は出力端子、非反転入力端子、および、反転入力端子を有する。オペアンプ１６の出力端子に出力配線１０ｄが接続されている。非反転入力端子に第１入力配線１０ｅが接続されている。反転入力端子に第２入力配線１０ｆが接続されている。

図２に示すように、出力配線１０ｄの一端はオペアンプ１６の出力端子に接続されている。出力配線１０ｄの他端は第１グランド配線１０ｃの第２中点に接続されている。この出力配線１０ｄに調整抵抗１４が設けられている。

第１入力配線１０ｅの一端はオペアンプ１６の非反転入力端子に接続されている。第１入力配線１０ｅの他端はグランドに接続されている。この第１入力配線１０ｅに基準電源１７が設けられている。

第２入力配線１０ｆの一端はオペアンプ１６の反転入力端子に接続されている。第２入力配線１０ｆの他端はグランドに接続されている。この第２入力配線１０ｆに第１帰還抵抗１８が設けられている。

出力配線１０ｄと第２入力配線１０ｆは帰還配線１０ｇを介して接続されている。帰還配線１０ｇの一端は出力配線１０ｄにおける出力端子と調整抵抗１４との間の第３中点に接続されている。帰還配線１０ｇの他端は第２入力配線１０ｆにおける反転入力端子と第１帰還抵抗１８との間の第４中点に接続されている。この帰還配線１０ｇに第２帰還抵抗１９が設けられている。

以上に示した接続構成により、オペアンプ１６、基準電源１７、第１帰還抵抗１８、および、第２帰還抵抗１９によって定電圧回路が構成されている。オペアンプ１６の出力端子からは、基準電源１７から出力される一定の基準電圧、および、第１帰還抵抗１８と第２帰還抵抗１９の抵抗値に依存する一定の出力電圧（定電圧）が出力される。この定電圧が、調整抵抗１４を介してダイオード１１とコンデンサ１２との間の第２中点に出力される。これによりダイオード１１のカソード電極の電位と、コンデンサ１２の電位（電荷）とが一定になっている。

なお、上記したようにオペアンプ１６の出力端子は調整抵抗１４を介して第２中点に接続されている。またオペアンプ１６の出力端子は調整抵抗１４とコンデンサ１２とを介してグランドに接続されている。この調整抵抗１４とコンデンサ１２はオペアンプ１６の発振を抑えるための補償回路を構成している。

上記の帰還配線１０ｇにおける出力配線１０ｄとの接続点と第２帰還抵抗１９との間の第５中点に第２グランド配線１０ｈの一端が接続されている。第２グランド配線１０ｈの他端はグランドに接続されている。この第２グランド配線１０ｈに遮断スイッチ１５が設けられている。なお第５中点は第３中点と同電位である。

以上に示した構成により、第２スイッチ３２２のゲート電極は、ダイオード１１、調整抵抗１４、および、遮断スイッチ１５を介してグランドに接続されている。遮断スイッチ１５をオフ状態からオン状態にすると、第２スイッチ３２２のゲート電極がダイオード１１と調整抵抗１４とを介してグランドに接続される。

なおオペアンプ１６と遮断スイッチ１５の駆動は、ＭＧＥＣＵ５０２によって制御される。車載システム１００は図示しない電流センサや電圧センサを有している。これらセンサの出力がＭＧＥＣＵ５０２に出力される。ＭＧＥＣＵ５０２はこれらセンサの出力に基づいて、電力変換器３００を構成するスイッチに異常が生じていないか否かを判定する。スイッチに大電流が流れるような異常が生じていると判断した場合、ＭＧＥＣＵ５０２はオペアンプ１６の駆動を停止するとともに、遮断スイッチ１５をオン状態に制御する。

＜抑制回路の動作＞
次に、抑制回路１０の動作を説明する。例えば、上記したように第２スイッチ３２２の印加電圧が急激に時間変化すると、帰還容量を介してゲート電極に電流が流れる。これにより第２スイッチ３２２のゲート電圧が上昇し、第２スイッチ３２２のオン抵抗が低下する。第２スイッチ３２２に流れる電流が増大しようとする。

しかしながら、上記したように第２スイッチ３２２のゲート電極にダイオード１１のアノード電極が接続されている。そのためにゲート電極の電位が上昇すると、ダイオード１１のアノード電極の電位も上昇する。アノード電極とカソード電極の電位差がダイオード１１の順方向電圧を超えると、ダイオード１１を介してゲート電極からコンデンサ１２に電流が流れる。これによりゲート電極の電位の上昇が抑制される。第２スイッチ３２２のオン抵抗の低下が抑制される。第２スイッチ３２２に流れる電流の増大が抑制される。

なお、上記のダイオード１１を介したコンデンサ１２への通電により、コンデンサ１２の電位は上昇しようとする。それにともなってダイオード１１のカソード電極の電位も上昇しようとする。このため、カソード電極の電位の上昇に伴って、アノード電極の電位が上昇しないと、両者の電位差がダイオード１１の順方向電圧を超えなくなる。この結果、結局のところゲート電極の電位の上昇を抑制できなくなる虞がある。

これに対して、上記したようにダイオード１１とコンデンサ１２との間の第２中点に、調整抵抗１４を介して定電圧回路１３が接続されている。このために第２中点の電位は定電圧回路１３によって一定に保たれる。これによりカソード電極の電位の上昇が抑制される。この結果、カソード電極とアノード電極の電位差がダイオード１１の順方向電圧を超えがたくなることが抑制される。ゲート電極の電位の上昇が抑制され、第２スイッチ３２２に流れる電流の増大が抑制される。

以上に示したように、ダイオード１１、コンデンサ１２、定電圧回路１３、および、調整抵抗１４によって、ゲート電極の電位の上昇を抑制するクランプ回路１０ａが構成されている。

また、上記したように第５中点とグランドとを接続する第２グランド配線１０ｈに遮断スイッチ１５が設けられている。そのために遮断スイッチ１５をオン状態にすると、第２スイッチ３２２のゲート電極がダイオード１１と調整抵抗１４とを介してグランドに接続される。これにより、第２スイッチ３２２のゲート電極に電荷が蓄積されている場合、その電荷がグランドに引き抜かれる。この結果、第２スイッチ３２２が強制的にオフ状態になる。第２スイッチ３２２に電流が流れることが抑制される。

なお、上記の調整抵抗１４がなく、第２スイッチ３２２に大電流が流れている場合、遮断スイッチ１５をオン状態にすると、第２スイッチ３２２のゲート電極とグランドとが低インピーダンスで接続される。これによりサージ電圧が発生する。しかしながら上記したように遮断スイッチ１５をオン状態にしたとしても、第２スイッチ３２２のゲート電極は調整抵抗１４を介してグランドに接続される。これによりゲート電極とグランドとが低インピーダンスで接続されることが抑制される。サージ電圧の発生が抑制される。

このように、調整抵抗１４と遮断スイッチ１５とによって、大電流の通電時に第２スイッチ３２２を強制的にオフするオフ回路１０ｂが構成されている。

以上に示したように、クランプ回路１０ａとオフ回路１０ｂは調整抵抗１４を共有している。この調整抵抗１４は、オペアンプ１６の発振を抑制する補償回路としての機能を果たしている。それとともに調整抵抗１４は、サージ電圧の発生を抑制する機能も果たしている。調整抵抗１４の抵抗値は、これら２つの機能が満足するように決定される。

また、調整抵抗１４とともに補償回路を構成するコンデンサ１２の静電容量は、電力変換器３００のスイッチのゲート電極から流入される電荷を蓄電できるように設定されている。それとともにコンデンサ１２の静電容量は、電力変換器３００のスイッチに大電流の流れる異常が検出されてから、電力変換器３００のスイッチを強制的にオン状態からオフ状態に遷移させるのに必要となる速さに応じて決定される。コンデンサ１２の静電容量は、これら２つの要請が満足されるように決定される。

＜作用効果＞
次に抑制回路１０の作用効果を説明する。上記したように、ダイオード１１、コンデンサ１２、定電圧回路１３、および、調整抵抗１４によって、ゲート電極の電位の上昇を抑制するクランプ回路１０ａが構成されている。調整抵抗１４と遮断スイッチ１５とによって、第２スイッチ３２２を強制的にオフするオフ回路１０ｂが構成されている。これらクランプ回路１０ａとオフ回路１０ｂとによって、第２スイッチ３２２に流れる電流量の増大が効果的に抑制されている。

そしてクランプ回路１０ａとオフ回路１０ｂは調整抵抗１４を共有している。したがって、クランプ回路とオフ回路とが独立して構成されて、クランプ回路とオフ回路それぞれが独立して調整抵抗を有する構成と比べて、部品点数の増大が抑制される。

ＭＧＥＣＵ５０２は、遮断スイッチ１５をオン状態に制御する場合、オペアンプ１６の駆動を停止する。これにより遮断スイッチ１５を介してオペアンプ１６からグランドへと無駄な電流が流れることが抑制される。消費電力の増大が抑制される。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図３に基づいて説明する。以下に示す各実施形態にかかる抑制回路は上記した実施形態によるものと共通点が多い。そのため以下においては共通部分の説明を省略し、異なる部分を重点的に説明する。また以下においては上記した実施形態で示した要素と同一の要素には同一の符号を付与する。

第１実施形態では、帰還配線１０ｇにおける出力配線１０ｄとの接続点と第２帰還抵抗１９との間の第５中点とグランドとを接続する第２グランド配線１０ｈに遮断スイッチ１５が設けられた例を示した。これに対して本実施形態では、帰還配線１０ｇにおける第２入力配線１０ｆとの接続点と第２帰還抵抗１９との間の第６中点に第３グランド配線１０ｉが接続されている。第３グランド配線１０ｉの一端が第６中点に接続されている。第３グランド配線１０ｉの他端がグランドに接続されている。この第３グランド配線１０ｉに遮断スイッチ１５が設けられている。なお第６中点は第４中点と同電位である。

これによれば、遮断スイッチ１５をオン状態にすると、第２スイッチ３２２のゲート電極がダイオード１１、調整抵抗１４、および、第２帰還抵抗１９を介してグランドに接続される。このために１つの抵抗を介してゲート電極がグランドに接続される構成と比べて、ゲート電極に蓄積された電荷を緩やかに引き抜くことができる。これによりサージ電圧の発生が効果的に抑制される。

また、サージ電圧の発生を抑制するための抵抗値の調整を、調整抵抗１４と第２帰還抵抗１９とによって決定することができる。

なお、本実施形態にかかる抑制回路１０には、第１実施形態に記載の抑制回路１０と同等の構成要素が含まれている。そのために同等の作用効果を奏することは言うまでもない。以下に示す各実施形態、および、変形例においても同様である。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態を図４に基づいて説明する。

第２実施形態では第３グランド配線１０ｉに遮断スイッチ１５が設けられた例を示した。これに対し本実施形態では、第３グランド配線１０ｉに遮断スイッチ１５が設けられるとともに、第２グランド配線１０ｈに通常オフスイッチ２０が設けられる。

これによれば、電力変換を行うべく、電力変換器３００を構成するスイッチを制御している際に、通常オフスイッチ２０をオン状態にする。こうすることでスイッチをオン状態からオフ状態に速く切り換えることができる。

また、第２実施形態に記載の抑制回路１０と同等にして、大電流の通電時に遮断スイッチ１５をオン状態にする。こうすることで、サージ電圧の発生を抑制しつつ、電力変換器３００のスイッチをオフ状態に固定することができる。

なお、図５に示すように、低インピーダンスで電力変換器３００のスイッチをオフ状態に保持するためのオフ保持回路３０が制御配線５０３ａに接続された構成を採用することもできる。このオフ保持回路３０は、制御配線５０３ａの第１中点とグランドとを接続する第４グランド配線３０ａに設けられたオフ保持スイッチ３１を有する。

オフ保持スイッチ３１は、上記の遮断スイッチ１５若しくは通常オフスイッチ２０がオン状態にされた後にオン状態に制御される。遮断スイッチ１５若しくは通常オフスイッチ２０がオン状態にされることで、ゲート電極に蓄積された電荷がグランドに引き抜かれる。このようにゲート電極の電荷が無くなった後に、オフ保持スイッチ３１がオン状態に固定される。この後、遮断スイッチ１５と通常オフスイッチ２０はオフ状態に制御される。以上に示した制御により、ゲート電極は低インピーダンスでグランドに接続される。電力変換器３００のスイッチがオフ状態に固定される。

以上、本開示物の好ましい実施形態について説明したが、本開示物は上記した実施形態になんら制限されることなく、本開示物の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

（その他の変形例）
本実施形態では電気自動車用の車載システムを構成する電力変換器３００のスイッチのゲート電極に抑制回路１０が接続される例を示した。しかしながら抑制回路１０の適用としては特に上記例に限定されない。例えばモータと内燃機関を備えるハイブリッドシステムの電力変換器のスイッチのゲート電極に抑制回路１０が接続される構成を採用することもできる。

本実施形態では電力変換器３００が１つのコンバータ３１０と１つのインバータ３２０を有する例を示した。しかしながら、例えば図６に示すように車載システム１００がモータ４００を２つ有する構成の場合、電力変換器３００が１つのコンバータ３１０と２つのインバータ３２０を有する構成を採用することもできる。

本実施形態では特に抑制回路１０の製品構成について言及していなかった。例えば抑制回路１０の構成要素の一部が配線基板に設けられ、残りの構成要素がＩＣチップに含有された構成を採用することができる。具体的に言えば、ダイオード１１、コンデンサ１２、および、調整抵抗１４が配線基板に搭載され、定電圧回路１３や遮断スイッチ１５などの抑制回路１０の残りの構成要素がＩＣチップに含有された構成を採用することができる。

このような構成とすることで、クランプ回路１０ａとオフ回路１０ｂにおけるＩＣチップに含有される構成要素はＩＣチップの保有する出力ピンを共有することができる。これによりＩＣチップの出力ピンの数の増大が抑制される。

第１実施形態では第２グランド配線１０ｈに遮断スイッチ１５の設けられた例を示した。しかしながら第２グランド配線１０ｈに通常オフスイッチ２０の設けられた構成を採用することもできる。この構成の場合、調整抵抗１４の抵抗値は、電力変換器３００のスイッチをオン状態からオフ状態に遷移させる速さに応じて設定される。発生するサージ電圧が無視できる程度の場合、通常オフスイッチ２０が電力変換器３００の異常時にオン状態に制御されてもよい。

また、第２グランド配線１０ｈにオフ保持スイッチ３１の設けられた構成を採用することもできる。この構成の場合、調整抵抗１４の抵抗値は、低インピーダンスで電力変換器３００のゲート電極をグランドに接続するのに適した値に設定される。発生するサージ電圧が無視できる程度の場合、オフ保持スイッチ３１が電力変換器３００の異常時にオン状態に制御されてもよい。

１０…抑制回路、１１…ダイオード、１２…コンデンサ、１３…定電圧回路、１４…調整抵抗、１５…遮断スイッチ、１６…オペアンプ、１７…基準電源、１８…第１帰還抵抗、１９…第２帰還抵抗、２０…通常オフスイッチ、１００…車載システム、２００…バッテリ、３００…電力変換器、３１１…ハイサイドスイッチ、３１２…ローサイドスイッチ、３２１…第１スイッチ、３２２…第２スイッチ、３２３…第３スイッチ、３２４…第４スイッチ、３２５…第５スイッチ、３２６…第６スイッチ、４００…モータ、５０３…ゲートドライバ

Claims (4)

1. 駆動回路（５０３）と半導体スイッチの制御電極との間の第１中点にアノード電極が接続されるダイオード（１１）と、
   前記ダイオードのカソード電極と基準電位との間に設けられるコンデンサ（１２）と、
   前記ダイオードと前記コンデンサとの間の第２中点に接続される定電圧回路（１３）と、
   前記定電圧回路と前記第２中点との間に設けられる調整抵抗（１４）と、
   前記調整抵抗の前記定電圧回路側と前記基準電位との間に設けられた遮断スイッチ（１５）と、を有し、
   前記定電圧回路は、出力端子と入力端子を備える１つのオペアンプ（１６）と、前記１つのオペアンプに係る前記出力端子と前記入力端子との間に設けられた帰還抵抗（１９）と、を有し、
   前記遮断スイッチは、前記出力端子と前記調整抵抗との間と前記基準電位との間に設けられており、
   前記ダイオードの前記アノード電極から前記半導体スイッチ（３１１，３１２，３２１～３２６）のゲート電極に流れる電流の増大を抑制する抑制回路。
2. 駆動回路（５０３）と半導体スイッチの制御電極との間の第１中点にアノード電極が接続されるダイオード（１１）と、
   前記ダイオードのカソード電極と基準電位との間に設けられるコンデンサ（１２）と、
   前記ダイオードと前記コンデンサとの間の第２中点に接続される定電圧回路（１３）と、
   前記定電圧回路と前記第２中点との間に設けられる調整抵抗（１４）と、
   前記調整抵抗の前記定電圧回路側と前記基準電位との間に設けられた遮断スイッチ（１５）と、を有し、
   前記定電圧回路は、出力端子と入力端子を備える１つのオペアンプ（１６）と、前記１つのオペアンプに係る前記出力端子と前記入力端子との間に設けられた帰還抵抗（１９）と、を有し、
   前記遮断スイッチは前記入力端子と前記帰還抵抗との間と前記基準電位との間に設けられており、
   前記ダイオードの前記アノード電極から前記半導体スイッチ（３１１，３１２，３２１～３２６）のゲート電極に流れる電流の増大を抑制する抑制回路。
3. 前記出力端子と前記調整抵抗との間と前記基準電位との間に設けられるオフスイッチ（２０）を有する請求項２に記載の抑制回路。
4. 前記遮断スイッチがオン状態に制御される場合、前記オペアンプはオフ状態に制御される請求項１～３いずれか１項に記載の抑制回路。

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