WO2015060019A1 - スイッチング素子の駆動装置及び駆動方法並びに車両用空調装置 - Google Patents

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refrigerant
driving
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圭史 永坂
中村　秀男
中野　浩児
昌俊 森下
俊輔 藥師寺
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三菱重工オートモーティブサーマルシステムズ株式会社
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    • B60H2001/2262—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant output of a control signal related to the period of on/off time of the heater

Definitions

  • the present invention relates to a driving device and a driving method for a switching element, and a vehicle air conditioner.
  • an electric vehicle does not include an engine that is an internal combustion engine, engine exhaust heat cannot be used for heating.
  • HEV Hybrid Electric Vehicle
  • Plug-in-Hybrid Electric Vehicle PHEV
  • a heat pump system for high COP (Coefficient of Performance) heating is desirable as a system for performing the heating operation. This is because the COP of the electric heater is smaller than 1.
  • COP Coefficient of Performance
  • moisture in the air may condense and frost (frost) may occur in the outdoor heat exchanger, leading to a reduction in heating capacity.
  • frosting occurs in a home room air conditioner or the like, reverse operation (change from heating operation to cooling operation) is performed, and the outdoor heat exchanger is defrosted.
  • the heating operation is stopped.
  • a hot water refrigerant heat exchanger is disposed on the refrigerant outlet side of an outdoor heat exchanger (main condenser) functioning as an evaporator.
  • the automotive air conditioner has the required heating capacity by heating and evaporating the insufficient heat quantity that cannot be absorbed by the outdoor heat exchanger with the hot water refrigerant heat exchanger Is secured.
  • the automotive air conditioner disclosed in Patent Document 1 requires a hot water tank having a built-in sheathed heater for heating hot water, a pipe and a pump for supplying hot water to the hot water refrigerant heat exchanger, in addition to the hot water refrigerant heat exchanger. It becomes. For this reason, the automotive air conditioner disclosed in Patent Document 1 increases the number of parts, resulting in an increase in weight and cost.
  • An object of the present invention is to provide a driving device and a driving method of a switching element and a vehicle air conditioner that can secure a heat source while suppressing an increase in weight and an increase in cost.
  • a first aspect of the present invention is a driving device for driving a switching element composed of a transistor using a high heat-resistant semiconductor such as silicon carbide, wherein the switching element is turned on to turn on the switching element.
  • Voltage adjusting means for varying a driving voltage applied to the conduction control terminal is provided, and the voltage adjusting means is a driving device that applies the voltage of the active region of the transistor to the conduction control terminal as the driving voltage.
  • the voltage of the active region of the transistor is applied as the drive voltage to the conduction control terminal of the switching element formed of a transistor using a high heat-resistant semiconductor such as silicon carbide.
  • a high heat-resistant semiconductor such as silicon carbide.
  • the driving device includes a mode switching unit that switches between a normal mode and a heat generation mode, and the voltage adjustment unit applies a voltage in a saturation region of the transistor to the conduction control terminal as a drive voltage in the normal mode to generate heat.
  • a voltage in the active region of the transistor may be applied to the conduction control terminal as a drive voltage.
  • the switching element can generate heat and this heat can be used.
  • the switching efficiency can be increased by driving the switching element in the saturation region.
  • the drive device includes a current detection unit that detects a current flowing through the switching element, and information that associates a current value that flows through the switching element with the voltage value, and the voltage adjustment unit is configured to output the current in the heat generation mode.
  • the voltage value corresponding to the current value detected by the current detection means may be acquired from the information, and the voltage of the acquired voltage value may be applied to the conduction control terminal.
  • a desired calorific value can be obtained by obtaining a relationship between the current value and the drive voltage for obtaining a certain amount of heat and determining the drive voltage from the detected current value based on this relationship.
  • the drive device includes a temperature detection unit that detects an ambient temperature of the switching element, and the voltage adjustment unit is configured to detect, when the temperature detected by the temperature detection unit exceeds a predetermined threshold in the heat generation mode, A normal mode drive voltage may be applied to the conduction control terminal.
  • a second aspect of the present invention includes a heat pump cycle for heating operation in which an electric compressor for compressing a refrigerant, a vehicle interior condenser, a throttle valve, and a vehicle exterior heat exchanger are connected in this order via a refrigerant pipe, and carbonization
  • the refrigerant compressed by the electric compressor is installed in the electric compressor so as to be heated by the heat generated by the switching element, and the mode switching means sets the heat generation mode during the heating operation of the heat pump cycle. It is a vehicle air conditioner.
  • the refrigerant can be heated by the heat generated by the switching element.
  • coolant heating can be ensured, suppressing the increase in weight and a cost increase.
  • a third aspect of the present invention is a driving method for driving a switching element composed of a transistor using a high heat-resistant semiconductor such as silicon carbide, wherein the driving voltage applied to the conduction control terminal of the switching element is variable. And a driving method of the switching element in which the voltage of the active region of the transistor is applied to the conduction control terminal as the driving voltage.
  • FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram of a vehicle air conditioner 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the vehicle air conditioner 10 according to the present embodiment includes an HVAC unit (Heating Ventilation and Air Conditioning Unit) 12 and a heat pump cycle 16 capable of cooling and heating.
  • HVAC unit Heating Ventilation and Air Conditioning Unit
  • heat pump cycle 16 capable of cooling and heating.
  • the HVAC unit 12 is configured to switch the introduction of the inside air from the vehicle interior or the outside air from the vehicle interior by the inside / outside air switching damper 18, and pressurize the air to the downstream side, and the air flow path connected to the blower 20 from the upstream side to the downstream side.
  • the vehicle interior evaporator 24 and the vehicle interior condenser 26 are provided in sequence.
  • the HVAC unit 12 is installed in an instrument panel on the passenger compartment side, and air that has been temperature-controlled through the passenger compartment evaporator 24 and the passenger compartment condenser 26 is opened toward the passenger compartment.
  • the air is blown into the vehicle interior according to the blow mode selectively switched by the blow mode switching dampers 34, 36, 38, and the vehicle interior is air-conditioned to the set temperature.
  • An air mix damper 40 is rotatably installed between the vehicle interior evaporator 24 and the vehicle interior condenser 26 so as to control the flow rate of the air flowing into the vehicle interior condenser 26.
  • the HVAC unit 12 is provided with a blown air temperature sensor (FS) 42.
  • the electric compressor 50 that compresses the refrigerant
  • the vehicle interior condenser 26 the throttle valve 52 (expansion valve), and the vehicle exterior heat exchanger 54 are connected via the refrigerant pipe 60 in this order. It has a cycle for heating operation.
  • An accumulator 56 is connected between the vehicle exterior heat exchanger 54 and the electric compressor 50.
  • the discharge pipe 60A connected to the refrigerant outlet of the electric compressor 50 is connected to the vehicle interior condenser 26, and the vehicle interior condenser 26 is connected to the vehicle exterior heat exchanger 54 via the throttle valve 52 by the refrigerant pipe 60B.
  • the refrigerant pipe 60B is provided with a bypass pipe 60C that bypasses the throttle valve 52, and the bypass pipe 60C is provided with a switching valve 62.
  • a fixed throttle valve such as a capillary is employed as the throttle valve 52, but is not limited thereto, and a temperature type automatic expansion valve or the like may be employed.
  • the exterior heat exchanger 54 is connected to the refrigerant inlet of the electric compressor 50 via the accumulator 56 by the refrigerant pipe 60D.
  • the outside heat exchanger 54 exchanges heat of the refrigerant when outside air is ventilated by the outside fan 55.
  • the refrigerant piping 60D that connects the vehicle exterior heat exchanger 54 and the accumulator 56 is provided with a three-way switching valve 64A and a three-way switching valve 64B from the vehicle exterior heat exchanger 54 side.
  • the three-way switching valves 64A and 64B can be replaced with, for example, a configuration in which two electromagnetic valves are combined.
  • a refrigerant pipe 60E is connected to the three-way switching valve 64A.
  • the vehicle interior evaporator 24 is connected to the refrigerant pipe 60E via a throttle valve 66.
  • the vehicle interior evaporator 24 is connected to the accumulator 56 via a refrigerant pipe 60F. It is connected to the.
  • a fixed throttle valve such as a capillary is employed as the throttle valve 66 as in the throttle valve 52, but is not limited thereto, and a temperature type automatic expansion valve or the like may be employed.
  • the bypass pipe 60G is connected to the three-way switching valve 64B, and the bypass pipe 60G is connected to the refrigerant inlet of the electric compressor 50. That is, the bypass pipe 60 ⁇ / b> G connects the vehicle exterior heat exchanger 54 and the electric compressor 50 by bypassing the accumulator 56.
  • the switching valve 62 In the heat pump cycle 16, the switching valve 62 is closed, the refrigerant passes through the three-way switching valve 64A, and the vehicle exterior heat exchanger 54 and the electric compressor 50 are connected via the accumulator 56 by the three-way switching valve 64B.
  • a refrigeration cycle for heating operation is configured.
  • the refrigeration cycle for the cooling operation is configured by opening the switching valve 62 and connecting the vehicle exterior heat exchanger 54 and the vehicle interior evaporator 24 by the three-way switching valve 64A.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the electric compressor 50 according to the present embodiment.
  • the electric compressor 50 is provided with an inverter 72 using a power element (switching element) 70 (for example, an IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor) composed of a transistor using a semiconductor having high heat resistance. That is, the electric compressor 50 is integrated with the inverter 72.
  • switching element switching element
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • the highly heat-resistant semiconductor element constituting the power element 70 is a semiconductor element having higher heat resistance than a conventional semiconductor element such as Si. Moreover, the high heat resistant semiconductor element should just be what can endure the temperature rise of a refrigerant
  • the high heat resistant semiconductor element is, for example, silicon carbide (SiC), but is not limited thereto, and may be a gallium nitride semiconductor or a diamond semiconductor.
  • the inverter 72 is installed in the electric compressor 50 so that the refrigerant compressed by the electric compressor 50 can be heated by the heat generated by the power element 70. That is, the refrigerant is heated by the heat generated by the power element 70 and the motor generated by the electric compressor 50 during the period from the refrigerant inlet 50 ⁇ / b> A of the electric compressor 50 to the refrigerant outlet 50 ⁇ / b> B.
  • the power element 70 can heat the refrigerant with heat generated by the highly heat resistant semiconductor element itself. That is, the vehicle air conditioner 10 includes the power element 70 used in the inverter 72 as a highly heat-resistant semiconductor element, and is used as a heat source for heating the refrigerant during the heating operation of the heat pump cycle 16.
  • the installation position of the inverter 72 depends on the design of the vehicle, it is preferably installed in the vicinity of the refrigerant inlet 50A on the side surface (solid line in FIG. 2) or behind (the broken line in FIG. 2) of the electric compressor 50. .
  • the power element 70 By using a highly heat-resistant semiconductor element as the power element 70, not only the electric compressor 50 but also the reliability as the vehicle air conditioner 10 can be improved.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the electric compressor 50 according to the present embodiment.
  • the refrigerant flow path 61 connected to the refrigerant pipe 60 ⁇ / b> A and the refrigerant pipe 60 ⁇ / b> G is installed so as to contact the surface of the motor 50 ⁇ / b> C of the electric compressor 50, and so as to contact the refrigerant flow path 61.
  • a power element 70 is installed.
  • the refrigerant flowing through the refrigerant flow path 61 is heated by the power element 70 and the motor 50C.
  • the power element 70 and the motor 50C are cooled by the refrigerant.
  • the contact here may be either direct contact or indirect contact.
  • the number and location of the power elements 70 installed in the refrigerant flow path 61 are not limited, and may be four or one as shown in FIG.
  • FIG. 4 is a detailed cross-sectional view of a location where the power element 70 is disposed in the electric compressor 50.
  • a control board 74 is disposed on the power element 70.
  • the power element 70 is in contact with the refrigerant flow path 61 through a case (for example, an aluminum case) 76 that stores the power element 70 and the control board 74.
  • the refrigerant flow path 61 is branched into, for example, a plurality and contacts the motor 50C in parallel.
  • the power element 70 is installed so as to correspond to each branched refrigerant flow path 61. Note that the refrigerant flow path 61 may be in contact with the motor 50C without being divided into a plurality of branches, that is, in series.
  • heat radiation grease, a heat conductive sheet, or the like is connected from the power element 70 to the case 76.
  • a structure for improving thermal conductivity is provided as appropriate.
  • control substrate 74 When a copper inlay substrate or a heat dissipation substrate is used as the control substrate 74, the control substrate 74 is disposed below the power element 70, and contacts the control substrate 74 and the case 76. That is, the heat from the power element 70 is conducted to the refrigerant through the control board 74 and the case 76.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of a motor driving device 80 that includes the inverter 72 and drives the motor 50C.
  • the motor driving device 80 converts the AC power from the AC power supply 81 into DC power and outputs it, and converts the DC power output from the converter 82 into three-phase AC power.
  • An inverter 72 supplied to the motor 50 ⁇ / b> C of the electric compressor 50 and an inverter driving device 85 that drives the inverter 72 are provided as main components.
  • the inverter 72 is provided with a current sensor 86 that detects a current flowing through the power element 70 and a temperature sensor 87 that detects an ambient temperature of the inverter 83.
  • the current sensor 86 may be provided corresponding to each arm constituting the inverter 72, or one current sensor 86 may be provided for the inverter 72 as shown in FIG.
  • the inverter drive device 85 is mounted on the control board 75.
  • the inverter drive device 85 includes, for example, an MPU (Micro Processing Unit).
  • the MPU has a computer-readable recording medium on which a program for executing each process described below is recorded, and the CPU reads the program recorded on the recording medium to a main storage device such as a RAM.
  • a main storage device such as a RAM.
  • FIG. 6 is a functional block diagram of the MPU 90 provided in the inverter drive device 85.
  • the MPU 90 includes a PWM signal generation unit 91, a mode switching unit 92, and a voltage adjustment unit 93 as main components.
  • the PWM signal generation unit 91 generates a PWM signal that matches the motor rotation speed with a motor rotation speed command input from a host device (not shown). Note that a known technique can be adopted as appropriate for the PWM signal generation method, and a detailed description thereof is omitted here.
  • the mode switching unit 92 switches between the normal mode and the heat generation mode. For example, the mode switching unit 92 sets the normal mode during cooling operation and normal heating operation described later, and sets the heat generation mode during power element heat source heating operation described later.
  • the voltage adjustment unit 93 adjusts the drive voltage applied to the conduction control terminal of the power element 70 (for example, the gate terminal when the power element 70 is an IGBT) in order to turn on the power element 70. . More specifically, the voltage adjustment unit 93 applies a predetermined voltage (for example, 15 V) preset in the saturation region of the power element 70 when the normal mode is selected by the mode switching unit 92. Applied as drive voltage. On the other hand, when the heat generation mode is set, the voltage of the active region of the power element 70 is applied as the drive voltage.
  • the voltage adjustment unit 93 has a table in which a current value flowing through the power element 70 and a drive voltage value applied to the conduction control terminal for obtaining a predetermined heat generation amount are associated with each other. A drive voltage value corresponding to the current value detected by the current sensor is acquired from the table, and the acquired drive voltage value is applied to the conduction control terminal.
  • FIG. 7 shows general characteristics of the IGBT.
  • the horizontal axis indicates the gate-emitter voltage
  • the vertical axis indicates the collector-emitter voltage.
  • the voltage characteristics when the collector-emitter current is changed are shown.
  • FIG. 7 shows that when the gate-emitter voltage is lowered from the saturation region (for example, 15 V) to the active region (for example, about 12 V or less), a high collector-emitter voltage can be obtained.
  • the collector-emitter voltage is 8 V
  • the voltage adjustment unit 93 applies the normal mode drive voltage to the conduction control terminal.
  • the normal mode drive voltage for example, 15 V
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a specific configuration of the inverter driving device 85.
  • a configuration for driving one power element 70 is shown as an example, but this configuration is provided corresponding to each power element 70.
  • the current detection value is input to the terminal IN1 of the MPU 90, and the temperature detection value is input to the terminal IN2.
  • the voltage adjusting unit 93 outputs a voltage corresponding to a predetermined value in the saturation region, for example, 5V from the terminal OUT1. 5V output from the terminal OUT1 is amplified three times by the voltage follower 100, and a voltage of 15V is output.
  • the PWM signal generated by the PWM signal generation unit 91 is output from the terminal OUT2 of the MPU 90.
  • a voltage of 15 V is applied to the conduction control terminal of the power element 70.
  • the voltage adjustment unit 93 acquires a voltage value corresponding to the current detection value input from the terminal IN1 from the table, and sets a voltage corresponding to the acquired voltage value. Output from terminal OUT1. That is, in the present embodiment, the voltage follower 100 amplifies the input voltage by a factor of 3, so that the voltage adjustment unit 93 outputs a voltage value obtained by dividing the voltage value acquired from the table by 3. As a result, the output of the voltage follower 100 is set to a voltage value acquired from the table, and the gate driver 101 is driven based on the PWM signal, so that the drive voltage having a voltage value corresponding to the current detection value is connected to the power element 70. Applied to the control terminal.
  • the voltage adjustment unit 93 monitors whether or not the temperature detection value input from the terminal IN2 has exceeded a predetermined threshold value. The voltage output from is switched to the normal mode voltage.
  • the refrigerant flow during operation of the heat pump type vehicle air conditioner 1 will be described with reference to FIGS.
  • the refrigerant flow path during operation is represented by a thick line.
  • the switching valve 62 is controlled to be fully opened, and the vehicle exterior heat exchanger 54 and the vehicle interior evaporator 24 are connected by the three-way switching valve 64A.
  • the air mix damper 40 is positioned so that air does not flow to the vehicle interior condenser 26.
  • the air mix damper 40 is appropriately opened, and the temperature of the air blown into the vehicle interior is adjusted.
  • the refrigerant compressed by the electric compressor 50 is introduced into the vehicle exterior heat exchanger 54 via the vehicle interior condenser 26, bypassing the throttle valve 52, and the vehicle exterior fan. Heat is exchanged with the outside air ventilated by 55 to be condensed and liquefied. Thereafter, the refrigerant is decompressed by the throttle valve 66 to be in a gas-liquid two-phase state, and is supplied to the vehicle interior evaporator 24.
  • the refrigerant is heat-exchanged with the inside air or a mixture of inside and outside air blown from the blower 20, converted into evaporated gas, introduced into the accumulator 56, and once stored, It is sucked into the compressor 50 and recompressed. Thereafter, the same cycle is repeated.
  • the inside air or the mixture of inside and outside air cooled by heat exchange with the refrigerant is supplied to the def outlet 28 and the face outlet according to the blowing mode switched by the blowing mode switching dampers 34, 36, and 38. The air is blown into the passenger compartment from either the mouth 30 or the foot outlet 32 and is used for cooling the passenger compartment.
  • the refrigerant compressed by the electric compressor 50 is introduced into the vehicle interior condenser 26 from the discharge pipe 60 ⁇ / b> A, and the inside air blown from the blower 20 by the vehicle interior condenser 26.
  • heat is exchanged with a mixture of inside and outside air to dissipate heat.
  • the heated air is blown into the vehicle interior from any of the differential air outlet 28, the face air outlet 30, and the foot air outlet 32 in accordance with the air outlet mode, and is used for heating the vehicle interior. .
  • the refrigerant that has dissipated heat and is condensed and liquefied by the vehicle interior condenser 26 is guided to the throttle valve 52 and is decompressed to be in a gas-liquid two-phase state, supplied to the vehicle exterior heat exchanger 54, and ventilated by the vehicle exterior fan 55. Heat exchange with the outside air becomes a two-phase evaporation gas. Thereafter, the refrigerant is introduced into the refrigerant inlet of the electric compressor 50 via the accumulator 56 and recompressed. Thereafter, the same cycle is repeated.
  • the power element heat source heating operation is performed when the power element 70 is used as a heat source and the refrigerant is heated by the heat generated by the power element 70.
  • the power element heat source heating operation is performed, for example, when the outside air temperature is lowered to a temperature that requires defrosting of the vehicle exterior heat exchanger 54.
  • the three-way switching valve 64B bypasses the accumulator 56 and the refrigerant flows from the vehicle exterior heat exchanger 54 to the electric compressor 50. be introduced.
  • the refrigerant is introduced into the electric compressor 50 in a liquid-rich two-phase state without passing through the accumulator 56.
  • the reason why the refrigerant becomes liquid-rich is that the outside air temperature is low and the refrigerant cannot sufficiently absorb heat by the outdoor heat exchanger 54, and as a result, the refrigerant cannot sufficiently evaporate.
  • the refrigerant has a higher heat transfer rate in the liquid-rich state than in the gas state. For this reason, the liquid-rich refrigerant can efficiently absorb the heat generated from the power element 70.
  • the heat generation mode is set by the mode switching unit 92 in the inverter driving device 85.
  • the voltage adjustment unit 93 gives the drive voltage of the active region voltage value corresponding to the current detection value of the current sensor 86 to the conduction control terminal of the power element 70.
  • the heat generated by the power element 70 can heat the refrigerant.
  • the voltage in the active region is applied to the conduction control terminal of the power element 70.
  • the normal mode in which a voltage in the saturation region is applied to the terminal more heat can be generated from the power element 70.
  • the switching element driving device and the driving method of the present invention are applied to the vehicle air conditioner 10 .
  • the present invention is not limited to this embodiment, and the switching element driving device of the present invention and The driving method can be applied to other products that have a switching element and require a heat source.
  • a switching element is used in addition to the inverter.
  • a switching element is used for on / off control of the electric heater when the refrigerant is heated using the electric heater.
  • the heat generation mode is set during the power element heat source heating operation, but the heat generation mode may be set even during the normal heating operation.

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Abstract

重量の増加やコストアップを抑制しつつ、熱源を確保することを目的とする。駆動装置（８５）は、炭化シリコン等の高耐熱性の半導体を用いたトランジスタで構成されるスイッチング素子を駆動する。駆動装置（８５）は、スイッチング素子をオン状態とさせるためにスイッチング素子の導通制御端子に印加する駆動電圧を可変とする電圧調整部（９３）を備え、電圧調整部（９３）は、駆動電圧として、トランジスタの活性領域の電圧を導通制御端子に印加する。

Description

スイッチング素子の駆動装置及び駆動方法並びに車両用空調装置
　本発明は、スイッチング素子の駆動装置及び駆動方法並びに車両用空調装置に関するものである。
　例えば、電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＥＶ）は、内燃機関であるエンジンを備えないため、暖房用にエンジン排熱を利用できない。また、エンジンを備えているハイブリッド電気自動車（Ｈｙｂｒｉｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＨＥＶ）やプラグインハイブリッド電気自動車（Ｐｌｕｇ－ｉｎ－Ｈｙｂｒｉｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＰＨＥＶ）では、省燃費のため可能な限りエンジンを停止する制御がなされる。このため、冷媒を用いたヒートポンプ暖房や電気ヒータによる暖房が検討されている。
　暖房運転に使用する消費電力は非常に大きいため、暖房運転を行うシステムとしては、高ＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ：成績係数）暖房のヒートポンプシステムが望ましい。電気ヒータのＣＯＰは１より小さくなるためである。しかし、低外温時（例えば－１０℃以下）のヒートポンプ暖房では、空気中の水分が凝縮し室外熱交換器に着霜（フロスト）が起こり暖房能力低下を招く可能性がある。
　家庭用ルームエアコン等では着霜が発生すると、リバース運転（暖房運転から冷房運転への変更）を行い、室外熱交換器の除霜を行う。しかし、車両用ヒートポンプシステムで同様の除霜を実施すると暖房運転が停止することとなる。
　この問題を解決するために、特許文献１に開示されている自動車用冷暖房装置では、蒸発器として機能する室外熱交換器（メインコンデンサ）の冷媒出口側に温水冷媒熱交換器を配置している。そして、自動車用冷暖房装置は、低外気温域において室外熱交換器がフロスト状態となった場合、室外熱交換器で吸熱できない不足熱量を温水冷媒熱交換機で加熱し蒸発させることで必要な暖房能力を確保している。
特許第３９３９４４５号公報
　しかしながら、特許文献１に開示の自動車用冷暖房装置は、温水冷媒熱交換機の他に温水を加熱するシーズヒータを内蔵した温水槽、温水を温水冷媒熱交換器に供給するための配管やポンプが必要となる。このため特許文献１に開示の自動車用冷暖房装置は、部品点数が増加し、重量の増加やコストアップを生じることとなる。
　上記重量の増加やコストアップの問題は車両用空調装置に限らず、何らかの目的で熱源を必要とする装置においても共通である。
　本発明は、重量の増加やコストアップを抑制しながら、熱源を確保することのできるスイッチング素子の駆動装置及び駆動方法並びに車両用空調装置を提供することを目的とする。
　本発明の第一態様は、炭化シリコン等の高耐熱性の半導体を用いたトランジスタで構成されるスイッチング素子を駆動する駆動装置であって、前記スイッチング素子をオン状態とさせるために前記スイッチング素子の導通制御端子に印加する駆動電圧を可変とする電圧調整手段を備え、前記電圧調整手段は、前記駆動電圧として、前記トランジスタの活性領域の電圧を前記導通制御端子に印加する駆動装置である。
　上記態様によれば、炭化シリコン等の高耐熱性の半導体を用いたトランジスタで構成されるスイッチング素子の導通制御端子に、トランジスタの活性領域の電圧を駆動電圧として印加する。これにより、導通制御端子に飽和領域の電圧を印加してスイッチング素子を駆動させる場合と比べて、スイッチング損失を大きくすることができ、発熱量を増加させることが可能となる。そして、この熱を熱源として用いることにより、重量の増加やコストアップを抑制することが可能となる。
　「駆動電圧を可変とする」とは、２つの値を切り換えて出力する場合、すなわち、飽和領域の電圧と、活性領域の電圧とを切り換えて出力する場合も含むものとする。
　スイッチング素子から発生した熱を効果的に利用できるよう、加熱対象となる媒体などに対してスイッチング素子で発生した熱が伝わりやすい構成にするとよい。
　上記駆動装置は、通常モードと発熱モードとを切り替えるモード切替手段を有し、前記電圧調整手段は、通常モードにおいて、駆動電圧として前記トランジスタの飽和領域の電圧を前記導通制御端子に印加し、発熱モードにおいて、駆動電圧として前記トランジスタの活性領域の電圧を前記導通制御端子に印加することとしてもよい。
　上記構成によれば、熱源が必要とされる場合に限って、スイッチング素子を発熱させ、この熱を運用することが可能となる。また、通常モードの場合には、飽和領域でスイッチング素子を駆動することにより、スイッチング効率を高めることが可能となる。
　上記駆動装置は、前記スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記スイッチング素子に流れる電流値と前記電圧値とを関連付けた情報とを有し、前記電圧調整手段は、前記発熱モードにおいて、前記電流検出手段によって検出された電流値に対応する電圧値を前記情報から取得し、取得した電圧値の電圧を前記導通制御端子に印加することとしてもよい。
　発熱モードで必要とする熱量と電流値とがわかれば、駆動電圧は一意的に決定される。したがって、ある熱量を得るための電流値と駆動電圧との関係を求めておき、この関係に基づいて、電流検出値から駆動電圧を決定することで、所望の発熱量を得ることが可能となる。
　上記駆動装置は、前記スイッチング素子の周囲温度を検出する温度検出手段を備え、前記電圧調整手段は、前記発熱モードにおいて、前記温度検出手段によって検出された温度が所定の閾値を超えた場合に、通常モードの駆動電圧を前記導通制御端子に印加することとしてもよい。
　上記構成によれば、スイッチング素子の温度が閾値を超えた場合には、発熱の少ない通常モードの駆動電圧に切り替えるので、素子破壊を防止することが可能となる。
　本発明の第二態様は、冷媒を圧縮する電動圧縮機、車室内凝縮器、絞り弁、及び車室外熱交換器がこの順に冷媒配管を介して接続される暖房運転用のヒートポンプサイクルと、炭化シリコン等の高耐熱性の半導体を用いたトランジスタで構成されるスイッチング素子を有する電動圧縮機のモータ駆動用のインバータと、上記駆動装置を備える前記インバータの駆動装置とを備え、前記インバータは、前記電動圧縮機で圧縮される前記冷媒を前記スイッチング素子で発生した熱で加熱可能なように前記電動圧縮機に設置され、前記モード切替手段は、前記ヒートポンプサイクルの暖房運転時に前記発熱モードを設定する車両用空調装置である。
　本態様によれば、スイッチング素子の発熱によって冷媒を加熱することが可能となる。これにより、重量の増加やコストアップを抑制しながら、冷媒加熱用の熱源を確保することができる。
　本発明の第三態様は、炭化シリコン等の高耐熱性の半導体を用いたトランジスタで構成されるスイッチング素子を駆動する駆動方法であって、前記スイッチング素子の導通制御端子に印加する駆動電圧を可変とし、駆動電圧として、前記トランジスタの活性領域の電圧を前記導通制御端子に印加するスイッチング素子の駆動方法である。
　本発明によれば、重量の増加やコストアップを抑制しつつ、熱源を確保することができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係るヒートポンプ式車両用空調装置の冷媒回路図である。 本発明の一実施形態に係る電動圧縮機の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る電動圧縮機の概略断面図である。 本発明の一実施形態に係るパワー素子が電動圧縮機に配置される箇所の詳細断面図である。 本発明の一実施形態に係るモータ駆動装置の概略構成を示した図である。 本発明の一実施形態に係るインバータ駆動装置の機能ブロック図である。 ＩＧＢＴの一般的な特性を示した図である。 本発明の一実施形態に係るインバータ駆動装置の一構成例を示した図である。 本発明の実施形態に係るヒートポンプ式車両用空調装置の冷房運転時における冷媒の流れを示した冷媒回路図である。 本発明の実施形態に係るヒートポンプ式車両用空調装置の暖房運転時における冷媒の流れを示した冷媒回路図である。 本発明の実施形態に係るヒートポンプ式車両用空調装置のパワー素子熱源暖房運転時における冷媒の流れを示した冷媒回路図である。
　以下に、本発明に係るスイッチング素子の駆動装置及び駆動方法を車両用空調装置に適用した場合の一実施形態について、図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る車両用空調装置１０の冷媒回路図である。
　本実施形態に係る車両用空調装置１０は、ＨＶＡＣユニット（Ｈｅａｔｉｎｇ　Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｉｒ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）１２と、冷暖房が可能なヒートポンプサイクル１６とを備える。
　ＨＶＡＣユニット１２は、内外気切替えダンパ１８により車室内からの内気又は車室外からの外気を切替え導入し、下流側に圧送するブロア２０と、ブロア２０に連なる空気流路中に上流側から下流側にかけて順次配設されている車室内蒸発器２４及び車室内凝縮器２６を備えている。このＨＶＡＣユニット１２は、車室側のインストルメントパネル内に設置され、車室内蒸発器２４及び車室内凝縮器２６を介して温調された空気を、車室内に向けて開口されている複数のデフ吹出し口２８、フェイス吹出し口３０、フット吹出し口３２のいずれかから、吹出しモード切替えダンパ３４，３６，３８により選択的に切替えられる吹出しモードに従って車室内に吹出し、車室内を設定温度に空調するものである。また、車室内蒸発器２４と車室内凝縮器２６との間には、エアミックスダンパ４０が、車室内凝縮器２６に流入する空気の流量を制御可能なように、回転自在に設置されている。また、ＨＶＡＣユニット１２には、吹出し空気温度センサ（ＦＳ）４２が設けられている。
　冷暖房可能なヒートポンプサイクル１６は、冷媒を圧縮する電動圧縮機５０、車室内凝縮器２６、絞り弁５２（膨張弁）、及び車室外熱交換器５４がこの順に冷媒配管６０を介して接続される暖房運転用のサイクルを備えている。なお、車室外熱交換器５４と電動圧縮機５０との間には、アキュムレータ５６が接続されている。
　すなわち、電動圧縮機５０の冷媒出口に接続される吐出配管６０Ａは車室内凝縮器２６に接続され、車室内凝縮器２６は、冷媒配管６０Ｂによって絞り弁５２を介して車室外熱交換器５４に接続される。冷媒配管６０Ｂには、絞り弁５２をバイパスするバイパス配管６０Ｃが備えられ、バイパス配管６０Ｃには切替弁６２が備えられる。本実施形態では、絞り弁５２として、キャピラリー等の固定絞り弁が採用されるが、これに限らず、温度式自動膨張弁等が採用されてもよい。
　車室外熱交換器５４は、冷媒配管６０Ｄによってアキュムレータ５６を介して電動圧縮機５０の冷媒入口に接続される。車室外熱交換器５４は、車室外ファン５５によって外気が通風され、冷媒の熱を熱交換する。
　車室外熱交換器５４とアキュムレータ５６とを接続する冷媒配管６０Ｄには、車室外熱交換器５４側から三方切替弁６４Ａ及び三方切替弁６４Ｂが設けられる。この三方切替弁６４Ａ，６４Ｂは、例えば、２個の電磁弁を組み合わせた構成により代替することが可能である。
　三方切替弁６４Ａには冷媒配管６０Ｅが接続されており、冷媒配管６０Ｅには絞り弁６６を介して車室内蒸発器２４が接続され、車室内蒸発器２４は、冷媒配管６０Ｆを介してアキュムレータ５６に接続されている。
　本実施形態では、絞り弁６６として、絞り弁５２と同様にキャピラリー等の固定絞り弁が採用されるが、これに限らず、温度式自動膨張弁等が採用されてもよい。
　三方切替弁６４Ｂにはバイパス配管６０Ｇが接続されており、バイパス配管６０Ｇは電動圧縮機５０の冷媒入口に接続されている。すなわち、バイパス配管６０Ｇは、アキュムレータ５６をバイパスして車室外熱交換器５４と電動圧縮機５０とを接続する。
　上記ヒートポンプサイクル１６において、切替弁６２が閉じられ、冷媒は三方切替弁６４Ａを通過し、三方切替弁６４Ｂによって車室外熱交換器５４と電動圧縮機５０とがアキュムレータ５６を介して接続されることにより、暖房運転用の冷凍サイクルが構成される。
　一方、冷房運転用の冷凍サイクルは、切替弁６２が開かれ、三方切替弁６４Ａによって車室外熱交換器５４と車室内蒸発器２４が接続されることにより構成される。
　図２は、本実施形態に係る電動圧縮機５０の概略構成図である。
　電動圧縮機５０には、高耐熱性に優れた半導体を用いたトランジスタで構成されるパワー素子（スイッチング素子）７０（例えばＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が用いられたインバータ７２が設置されている。すなわち、電動圧縮機５０は、インバータ７２と一体化されている。
　パワー素子７０を構成する高耐熱性の半導体素子は、従来のＳｉ等の半導体素子よりも耐熱性が高い半導体素子である。また、高耐熱性の半導体素子は、冷媒の温度上昇に耐えうるものであればよい。
　高耐熱性の半導体素子は、一例として炭化シリコン（ＳｉＣ）であるが、これに限らず、窒化ガリウム系やダイヤモンド系の半導体とされてもよい。
　インバータ７２は、電動圧縮機５０で圧縮される冷媒をパワー素子７０の発熱で加熱可能なように電動圧縮機５０に設置される。すなわち、冷媒は、電動圧縮機５０の冷媒入口５０Ａから冷媒出口５０Ｂへ至る間に、パワー素子７０の発熱及び電動圧縮機５０のモータ発熱により加熱される。
　パワー素子７０を高耐熱性の半導体素子で構成することによって、パワー素子７０は、高耐熱性の半導体素子それ自身が発する熱で冷媒を加熱することが可能となる。すなわち、車両用空調装置１０は、インバータ７２に用いられているパワー素子７０を高耐熱性の半導体素子で構成し、ヒートポンプサイクル１６の暖房運転時に、冷媒を加熱する熱源として利用する。
　インバータ７２の設置位置は、車両の設計に依存することとなるが、電動圧縮機５０の側面（図２の実線）や背後（図２の破線）の冷媒入口５０Ａ近辺に設置されることが好ましい。
　高耐熱性の半導体素子をパワー素子７０として用いることによって、電動圧縮機５０のみならず、車両用空調装置１０としての信頼性を高めることができる。
　図３は、本実施形態に係る電動圧縮機５０の概略断面図である。
　図３に示されるように、冷媒配管６０Ａ及び冷媒配管６０Ｇに接続される冷媒流路６１が電動圧縮機５０のモータ５０Ｃ表面に接触するように設置され、その冷媒流路６１に接触するようにパワー素子７０が設置される。これにより冷媒流路６１を流れる冷媒は、パワー素子７０とモータ５０Ｃによって加熱される。また、これに伴い、パワー素子７０とモータ５０Ｃは冷媒によって冷却されることとなる。
　ここでいう接触とは、直接的な接触又は間接的な接触、何れであってもよい。冷媒流路６１に設置されるパワー素子７０の数及び場所は限定されず、図３に示されるように４カ所でもよいし、１カ所でもよい。
　図４は、パワー素子７０が電動圧縮機５０に配置される箇所の詳細断面図である。
　図４に示されるように、パワー素子７０の上部には制御基板７４が配置されている。
　パワー素子７０及び制御基板７４を格納するケース（例えばアルミケース）７６を介して、パワー素子７０が冷媒流路６１と接する。
　冷媒流路６１は、例えば複数に分岐されて並列にモータ５０Ｃと接する。そして、パワー素子７０は、分岐された各冷媒流路６１に対応するように設置される。なお、冷媒流路６１は、複数に分岐されることなく、すなわち直列にモータ５０Ｃと接触してもよい。
　ケース７６とパワー素子７０との間、ケース７６と冷媒流路６１との間、冷媒流路６１とモータ５０Ｃとの間には、放熱グリスや熱伝導シート等、パワー素子７０からケース７６への熱伝導性を高める構成が適宜設けられる。
　制御基板７４として銅インレイ基板や放熱基板が用いられる場合、パワー素子７０の下部に制御基板７４が配置され、制御基板７４とケース７６と接触する。すなわち、パワー素子７０からの熱は、制御基板７４及びケース７６を介して、冷媒に伝導される。
　次に、上記インバータ７２を構成するパワー素子７０の駆動装置及び駆動方法について図５ないし図８を参照して説明する。
　図５は、インバータ７２を含み、モータ５０Ｃを駆動するモータ駆動装置８０の概略構成を示した図である。図５に示すように、モータ駆動装置８０は、交流電源８１からの交流電力を直流電力に変換して出力するコンバータ８２と、コンバータ８２から出力された直流電力を三相交流電力に変換して電動圧縮機５０のモータ５０Ｃに供給するインバータ７２と、インバータ７２を駆動するインバータ駆動装置８５とを主な構成として備えている。インバータ７２には、パワー素子７０に流れる電流を検出する電流センサ８６、インバータ８３の周囲温度を検出する温度センサ８７が設けられている。電流センサ８６は、インバータ７２を構成する各アームに対応してそれぞれ設けられていてもよいし、図５に示すように、インバータ７２に対して１つ設けられていてもよい。インバータ駆動装置８５は、上記制御基板７５に搭載されている。
　インバータ駆動装置８５は、例えば、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）を備えている。ＭＰＵは、以下に記載する各処理を実行するためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を有しており、ＣＰＵがこの記録媒体に記録されたプログラムをＲＡＭ等の主記憶装置に読み出して実行することにより、以下の各処理が実現される。コンピュータ読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。
　図６は、インバータ駆動装置８５が備えるＭＰＵ９０の機能ブロック図である。図６に示すように、ＭＰＵ９０は、ＰＷＭ信号生成部９１、モード切替部９２、及び電圧調整部９３を主な構成として備えている。
　ＰＷＭ信号生成部９１は、上位装置（図示略）から入力されるモータ回転数指令にモータ回転数を一致させるようなＰＷＭ信号を生成する。なお、このＰＷＭ信号の生成手法については、公知の技術を適宜採用することができ、ここでの詳細な説明は省略する。
　モード切替部９２は、通常モードと発熱モードとを切り替える。例えば、モード切替部９２は、後述する冷房運転時及び通常暖房運転時に通常モードを設定し、後述するパワー素子熱源暖房運転時に発熱モードを設定する。
　電圧調整部９３は、パワー素子７０をオン状態とさせるために、パワー素子７０の導通制御端子（例えば、パワー素子７０がＩＧＢＴであった場合には、ゲート端子）に印加する駆動電圧を調整する。より具体的には、電圧調整部９３は、モード切替部９２によって、通常モードが選択されている場合には、パワー素子７０の飽和領域において予め設定されている所定の電圧（例えば、１５Ｖ）を駆動電圧として印加する。一方、発熱モードが設定されている場合には、パワー素子７０の活性領域の電圧を駆動電圧として印加する。
　例えば、電圧調整部９３は、所定の発熱量を得るための、パワー素子７０に流れる電流値と導通制御端子に与える駆動電圧値とが関連付けられたテーブルを有しており、発熱モードにおいては、電流センサによって検出された電流値に対応する駆動電圧値をテーブルから取得し、取得した駆動電圧値の電圧を導通制御端子に印加する。
　図７に、ＩＧＢＴの一般的な特性を示す。図７において、横軸はゲート－エミッタ間電圧、縦軸はコレクタ－エミッタ間電圧を示しており、コレクタ－エミッタ間電流を変化させたときのそれぞれの電圧特性が示されている。図７から、ゲート－エミッタ間電圧を飽和領域（例えば、１５Ｖ）から活性領域（例えば、約１２Ｖ以下）まで下げると、高いコレクタ－エミッタ間電圧が得られることがわかる。
　例えば、コレクタ－エミッタ間電流が２４Ａのときにゲート－エミッタ間電圧として約８Ｖを与えた場合、コレクタ－エミッタ間電圧は８Ｖとなり、８Ｖ×２４Ａ＝１９２Ｗの電力に相当する熱を発生させることができる。一方、ゲート－エミッタ間電圧として１５Ｖを与えた場合、コレクタ－エミッタ間電圧は約２Ｖであるから、この場合の電力は２Ｖ×２４Ａ＝３０Ｗとなり、上記活性領域で動作させた場合に比べてかなり小さいことがわかる。
　電圧調整部９３は、発熱モードにおいて、温度センサ８７によって検出された温度が所定の閾値を超えた場合に、通常モードの駆動電圧を導通制御端子に印加する。このように、パワー素子７０の温度が閾値を超えた場合には、発熱の少ない通常モードの駆動電圧（例えば、１５Ｖ）に切り替えるので、素子破壊を防止することが可能となる。
　図８は、インバータ駆動装置８５の具体的構成の一例を示した図である。図８では、説明の便宜上、１つのパワー素子７０を駆動する構成を例示して示しているが、この構成が各パワー素子７０に対応してそれぞれ設けられている。
　図７において、ＭＰＵ９０の端子ＩＮ１には電流検出値、端子ＩＮ２には温度検出値が入力される。ＭＰＵ９０において、モード切替部９２によって通常モードが設定されている場合、電圧調整部９３は、飽和領域の所定の値に対応する電圧、例えば、５Ｖを端子ＯＵＴ１から出力する。端子ＯＵＴ１から出力された５Ｖは、電圧フォロア１００によって３倍に増幅され、１５Ｖの電圧が出力される。一方、ＭＰＵ９０の端子ＯＵＴ２からは、ＰＷＭ信号生成部９１によって生成されたＰＷＭ信号が出力される。このＰＷＭ信号に基づいてゲートドライバ１０１が駆動されることにより、１５Ｖの電圧がパワー素子７０の導通制御端子に印加される。
　モード切替部９２によって発熱モードが設定されている場合、電圧調整部９３は、端子ＩＮ１から入力される電流検出値に対応する電圧値を上記テーブルから取得し、取得した電圧値に応じた電圧を端子ＯＵＴ１から出力する。すなわち、本実施形態においては、電圧フォロア１００は入力電圧を３倍増幅するため、電圧調整部９３は、テーブルから取得した電圧値を３で除算した値の電圧を出力する。これにより、電圧フォロア１００の出力は、テーブルから取得した電圧値とされ、ゲートドライバ１０１がＰＷＭ信号に基づいて駆動することにより、電流検出値に応じた電圧値の駆動電圧がパワー素子７０の導通制御端子に印加される。
　電圧調整部９３は、発熱モードが設定されている場合において、端子ＩＮ２から入力される温度検出値が所定の閾値を超えたか否かをモニタしており、閾値を超えた場合には、端子ＯＵＴ１から出力する電圧を通常モードの電圧に切り替える。
　次に、上記ヒートポンプ式車両用空調装置１の運転時の冷媒流れを、図９ないし図１１を用いて説明する。なお、各図において、運転時の冷媒流れ経路が太線で表されている。
［冷房運転］
　冷房運転時には、切替弁６２が全開状態に制御され、三方切替弁６４Ａによって車室外熱交換器５４と車室内蒸発器２４が接続される。また、エアミックスダンパ４０は、車室内凝縮器２６へ空気が流通しないように位置する。なお、ＨＶＡＣユニット１２で温度調整が必要な場合は、エアミックスダンパ４０は、適宜開かれ、車室内に吹き出される空気の温度が調整される。
　これにより、図９に示されるように、電動圧縮機５０で圧縮された冷媒は、車室内凝縮器２６を介し、絞り弁５２をバイパスして車室外熱交換器５４に導入され、車室外ファン５５によって通風される外気と熱交換されて凝縮液化される。その後、冷媒は、絞り弁６６で減圧されて気液二相状態となり、車室内蒸発器２４に供給される。車室内蒸発器２４において、冷媒は、ブロア２０から送風されてくる内気又は内外気の混合気と熱交換されて蒸発ガス化された後、アキュムレータ５６内に導入され、いったん貯留された後、電動圧縮機５０に吸入され、再圧縮される。以下、同様のサイクルを繰り返すことになる。
　車室内蒸発器２４において、冷媒との熱交換により冷却された内気又は内外気の混合気は、吹出しモード切替えダンパ３４，３６，３８により切替えられる吹出しモードに応じて、デフ吹出し口２８、フェイス吹出し口３０、及びフット吹出し口３２のいずれかから車室内に吹出され、車室内の冷房に供されることになる。
［通常暖房運転］
　通常暖房運転時には、切替弁６２が全閉状態に制御され、三方切替弁６４Ａ，６４Ｂにより、車室外熱交換器５４と電動圧縮機５０とがアキュムレータ５６を介して接続される。また、エアミックスダンパ４０は、車室内凝縮器２６へ空気が流通するように位置する。
　これにより、図１０に示されるように、電動圧縮機５０で圧縮された冷媒は、吐出配管６０Ａから車室内凝縮器２６に導入され、車室内凝縮器２６で、ブロア２０から送風されてくる内気又は内外気の混合気と熱交換されて放熱される。これによって加熱された空気は、吹出しモードに応じて、デフ吹出し口２８、フェイス吹出し口３０、及びフット吹出し口３２のいずれかから車室内に吹出され、車室内の暖房に供されることになる。
　車室内凝縮器２６で放熱して凝縮液化された冷媒は、絞り弁５２に導かれ、減圧されて気液二相状態となり、車室外熱交換器５４に供給され、車室外ファン５５によって通風される外気と熱交換されて二相状態の蒸発ガスとなる。その後、冷媒は、アキュムレータ５６を経由して、電動圧縮機５０の冷媒入口へ導入され、再圧縮される。以下、同様のサイクルを繰り返すことになる。
［パワー素子熱源暖房運転］
　パワー素子熱源暖房運転は、パワー素子７０を熱源として用いて、パワー素子７０の発熱によって冷媒を加熱する場合に行われる。なお、パワー素子熱源暖房運転は、例えば外気温度が車室外熱交換器５４の除霜を必要とする温度まで低下した場合に行われる。
　パワー素子熱源暖房運転では、通常運転時と同様であるものの、図１１に示されるように、三方切替弁６４Ｂにより、アキュムレータ５６をバイパスして車室外熱交換器５４から電動圧縮機５０へ冷媒が導入される。
　これにより、冷媒は、アキュムレータ５６を経由することなく、液リッチな二相状態の状態で電動圧縮機５０へ導入される。なお、冷媒が液リッチとなる理由は、外気温度が低く、冷媒が室外熱交換器５４で十分に吸熱できず、その結果、冷媒が十分に蒸発できないためである。冷媒は、ガスの状態よりも液リッチの状態の方が、より熱伝達率が高い。このため、液リッチの冷媒は、パワー素子７０からの発熱を効率よく吸熱することができる。
　このモードにおいては、インバータ駆動装置８５におけるモード切替部９２によって、発熱モードが設定される。これにより、電圧調整部９３により、電流センサ８６の電流検出値に応じた活性領域の電圧値の駆動電圧がパワー素子７０の導通制御端子に与えられることとなる。これにより、導通制御端子に飽和領域の電圧が印加される通常モードと比べて、パワー素子７０からより多くの熱を発生させることが可能となる。このパワー素子７０の発熱により、冷媒を加熱することができる。
　以上説明したように、本実施形態に係る車両用空調装置１０によれば、熱が必要となる発熱モードにおいては、活性領域の電圧がパワー素子７０の導通制御端子に印加されるので、導通制御端子に飽和領域の電圧が印加されている通常モードに比べて、パワー素子７０から多くの熱を発生させることができる。これにより、重量の増加やコストアップを抑制しつつ、熱源を確保することができ、冷媒への加熱能力を高めることができる。
　以上、本発明を上記実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
　すなわち、本実施形態では、本発明のスイッチング素子の駆動装置及び駆動方法を車両空調装置１０に適用する場合について説明したが、この実施形態に限られることなく、本発明のスイッチング素子の駆動装置及び駆動方法は、スイッチング素子を有し、熱源の確保を必要とする他の製品に対しても適用することが可能である。　車両空調装置においても、上記インバータ以外にスイッチング素子が用いられている。例えば、電気ヒータを用いて冷媒を加熱する場合における電気ヒータのオンオフ制御用にスイッチング素子が用いられている。このようなスイッチング素子においても、本発明のスイッチング素子の駆動装置及び駆動方法を利用し、スイッチング素子の発熱によって冷媒を加熱することとしてもよい。
　本実施形態では、パワー素子熱源暖房運転時において発熱モードを設定することとしたが、通常暖房運転時においても発熱モードを設定することとしてもよい。
１０　車両用空調装置
１６　ヒートポンプサイクル
２６　車室内凝縮器
５０　電動圧縮機
５２　絞り弁
５４　車室外熱交換器
５６　アキュムレータ
６０　冷媒配管
６０Ｇ　バイパス配管
７０　パワー素子
７２　インバータ
８０　モータ駆動装置
８５　インバータ駆動装置
８６　電流センサ
８７　温度センサ
９０　ＭＰＵ
９１　ＰＷＭ信号生成部
９２　モード切替部
９３　電圧調整部
１００　電圧フォロア
１０１　ゲートドライバ

Claims (6)

  1. 　炭化シリコン等の高耐熱性の半導体を用いたトランジスタで構成されるスイッチング素子を駆動する駆動装置であって、
    　前記スイッチング素子をオン状態とさせるために前記スイッチング素子の導通制御端子に印加する駆動電圧を可変とする電圧調整手段を備え、
    　前記電圧調整手段は、前記駆動電圧として、前記トランジスタの活性領域の電圧を前記導通制御端子に印加する駆動装置。
  2. 　通常モードと発熱モードとを切り替えるモード切替手段を有し、
    　前記電圧調整手段は、前記通常モードにおいて、駆動電圧として前記トランジスタの飽和領域の電圧を前記導通制御端子に印加し、前記発熱モードにおいて、駆動電圧として前記トランジスタの活性領域の電圧を前記導通制御端子に印加する駆動装置。
  3. 　前記スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出手段と、
    　前記スイッチング素子に流れる電流値と前記電圧値とを関連付けた情報と
    を有し、
    　前記電圧調整手段は、前記発熱モードにおいて、前記電流検出手段によって検出された電流値に対応する電圧値を前記情報から取得し、取得した電圧値の電圧を前記導通制御端子に印加する請求項２に記載の駆動装置。
  4. 　前記スイッチング素子の周囲温度を検出する温度検出手段を備え、
    　前記電圧調整手段は、前記発熱モードにおいて、前記温度検出手段によって検出された温度が所定の閾値を超えた場合に、通常モードの駆動電圧を前記導通制御端子に印加する請求項２または請求項３に記載の駆動装置。
  5. 　冷媒を圧縮する電動圧縮機、車室内凝縮器、絞り弁、及び車室外熱交換器がこの順に冷媒配管を介して接続される暖房運転用のヒートポンプサイクルと、
    　炭化シリコン等の高耐熱性の半導体を用いたトランジスタで構成されるスイッチング素子を有する前記電動圧縮機のモータ駆動用のインバータと、
    　請求項２から請求項４のいずれかに記載の駆動装置を備える前記インバータの駆動装置と
    を備え、
    　前記インバータは、前記電動圧縮機で圧縮される前記冷媒を前記スイッチング素子で発生した熱で加熱可能なように前記電動圧縮機に設置され、
    　前記モード切替手段は、前記ヒートポンプサイクルの暖房運転時に前記発熱モードを設定する車両用空調装置。
  6. 　炭化シリコン等の高耐熱性の半導体を用いたトランジスタで構成されるスイッチング素子を駆動する駆動方法であって、
    　前記スイッチング素子の導通制御端子に印加する駆動電圧を可変とし、駆動電圧として、前記トランジスタの活性領域の電圧を前記導通制御端子に印加するスイッチング素子の駆動方法。
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