JP7087869B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本明細書に記載の開示は、並列接続された複数のスイッチ素子を有する電力変換装置に関するものである。

特許文献１に示されるように、並列接続された２つのスイッチ回路素子と、これら２つのスイッチ回路素子それぞれに対応して設けられた電流検出回路と、を備える半導体装置が知られている。電流検出回路はスイッチ回路素子のセンス端子から入力されるセンス電流を電圧に変換するための抵抗を備えている。

特開２０１５－１０４２０８号公報

上記したように特許文献１では、２つのスイッチ回路素子それぞれに電流検出回路が設けられている。そのために２つのスイッチ回路素子のセンス端子それぞれに抵抗が設けられている。このために半導体装置（電力変換装置）の体格が増大する、という問題があった。

そこで本明細書に記載の開示物は、体格の増大の抑制された電力変換装置を提供することを目的とする。

開示された電力変換装置は、電位差の生じる第１接続点と第２接続点との間で並列接続された複数のスイッチ素子（３４０，３５０）と、
複数のスイッチ素子の通電電流量を検出するためのセンス抵抗（３６０，３７０，３８０）と、
複数のスイッチ素子それぞれをオンオフ制御する複数の制御部（５０４，５０５）と、を有し、
スイッチ素子は、第１接続点に接続される第１端子（３４０ａ，３５０ａ）と、第２接続点に接続される第２端子（３４０ｂ，３５０ｂ）と、センス抵抗に接続されるセンス端子（３４０ｄ，３５０ｄ）と、を有し、
第１端子と第２端子との間を流れる電流と、第１端子とセンス端子との間を流れる電流の比が、複数のスイッチ素子それぞれで等しく、
複数のスイッチ素子のセンス端子それぞれに共通してセンス抵抗が接続され、
複数の制御部のうちの少なくとも１つは、センス抵抗の両端電圧を検出する。
開示の１つは、複数の制御部のうちの一部を第１制御部（５０４）、残りを第２制御部（５０５）とすると、
第１制御部がセンス抵抗の両端電圧を検出しており、
第１制御部は検出したセンス抵抗の両端電圧が比較電圧を超えた場合、センス抵抗の両端電圧が比較電圧を超えたことを第２制御部に出力し、
第１制御部と第２制御部それぞれは、センス抵抗の両端電圧が比較電圧を超えた場合、複数のスイッチ素子それぞれをオフ状態にする。
開示の他の１つは、複数のスイッチ素子として、耐電流性能の異なる第１スイッチ素子（３４０）と第２スイッチ素子（３５０）それぞれを複数有し、
センス抵抗として、複数の第１スイッチ素子それぞれのセンス端子に共通して接続された第１センス抵抗（３７０）と、複数の第２スイッチ素子それぞれのセンス端子に共通して接続された第２センス抵抗（３８０）と、を有し、
複数の制御部として、複数の第１スイッチ素子それぞれをオンオフ制御するとともに、第１センス抵抗の両端電圧を検出する第１制御部（５０４）と、複数の第２スイッチ素子それぞれをオンオフ制御するとともに、第２センス抵抗の両端電圧を検出する第２制御部（５０５）と、を有する。
開示の他の１つは、複数のスイッチ素子として、耐電流性能の異なる第１スイッチ素子（３４０）と第２スイッチ素子（３５０）と、を有する。

詳しくは発明を実施するための形態で説明するが、本開示の構成であれば、複数のセンス端子（３４０ｄ，３５０ｄ）に共通して接続されたセンス抵抗（３６０，３７０，３８０）の両端電圧に基づいて、複数のスイッチ素子（３４０，３５０）の通電電流量を検出することができる。

また本開示によれば、センス抵抗（３６０，３７０，３８０）の数がスイッチ素子（３４０，３５０）の数よりも少なくなる。これにより電力変換装置の体格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。 開閉部とゲートドライバを説明するための回路図である。 開閉部とゲートドライバを説明するための回路図である。 開閉部とゲートドライバ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示す回路図である。

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。

＜電力変換器＞
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１電力ライン３０１に接続され、他方が第２電力ライン３０２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開閉部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、ハイサイド開閉部３１１、ローサイド開閉部３１２、および、リアクトル３１３を有する。これらハイサイド開閉部３１１とローサイド開閉部３１２は、後で詳説するように、並列接続されたｎチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴとＩＧＢＴを有する。パワーＭＯＳＦＥＴは寄生ダイオードを有する。ＩＧＢＴには還流ダイオードが逆並列接続されている。

図１に示すようにハイサイド開閉部３１１とローサイド開閉部３１２は第３電力ライン３０３から第２電力ライン３０２（第４電力ライン３０４）に向かって順に直列接続されている。そしてハイサイド開閉部３１１とローサイド開閉部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はハイサイド開閉部３１１とローサイド開閉部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のハイサイド開閉部３１１とローサイド開閉部３１２はＭＧＥＣＵ５０２によって開閉制御（オンオフ制御）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開閉部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。

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３１０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はハイサイド開閉部３１１とローサイド開閉部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はローサイド開閉部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はハイサイド開閉部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開閉部３２１～第６開閉部３２６を有する。第１開閉部３２１～第６開閉部３２６は、コンバータ３１０の開閉部と同様にして、並列接続されたｎチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴとＩＧＢＴを有する。パワーＭＯＳＦＥＴは寄生ダイオードを有する。ＩＧＢＴには還流ダイオードが逆並列接続されている。

第１開閉部３２１と第２開閉部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開閉部３２１と第２開閉部３２２によってＵ相レグが構成されている。第１開閉部３２１と第２開閉部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。

第３開閉部３２３と第４開閉部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開閉部３２３と第４開閉部３２４によってＶ相レグが構成されている。第３開閉部３２３と第４開閉部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。

第５開閉部３２５と第６開閉部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開閉部３２５と第６開閉部３２６によってＷ相レグが構成されている。第５開閉部３２５と第６開閉部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。

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開閉部３２１～第６開閉部３２６の備えるパワーＭＯＳＦＥＴとＩＧＢＴ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開閉部３２１～第６開閉部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。

＜開閉部＞
次に、図２に基づいて開閉部を説明する。図２には、電力変換器３００を構成する８つの開閉部のうちの代表として、第２開閉部３２２を示している。他の開閉部の構成は第２開閉部３２２の構成と同等である。そのためにその説明を省略する。

第２開閉部３２２はＩＧＢＴ３４０とＭＯＳＦＥＴ３５０を有する。ＩＧＢＴは半導体で製造される。ＭＯＳＦＥＴはワイドギャップ半導体で製造される。本実施形態ではＩＧＢＴはＳｉで製造される。ＭＯＳＦＥＴはＳｉＣで製造される。ＭＯＳＦＥＴ３５０はＩＧＢＴ３４０よりもターンオン遅延時間とターンオフ遅延時間がともに短くなっている。ＩＧＢＴ３４０とＭＯＳＦＥＴ３５０がスイッチ素子に相当する。

ＩＧＢＴ３４０とＭＯＳＦＥＴ３５０それぞれは、半導体チップに形成された数千個のトランジスタが連結されてなるパワートランジスタである。この数千～数万個のトランジスタは、電力変換器３００を流れる電流を制御する役割を果たす第１トランジスタと、流れる電流を検出する役割を果たす第２トランジスタと、に種別される。

第１トランジスタに流れる電流と第２トランジスタに流れる電流の比は、数千～数万対１である。そのために第２トランジスタに流れる電流の量は微量となっている。

ＩＧＢＴ３４０は、コレクタ電極３４０ａ、エミッタ電極３４０ｂ、ゲート電極３４０ｃ、および、センス電極３４０ｄを有する。これら４つの電極のうち、コレクタ電極３４０ａとゲート電極３４０ｃが第１トランジスタと第２トランジスタで共有となっている。これに対して、エミッタ電極３４０ｂとセンス電極３４０ｄが第１トランジスタと第２トランジスタで分けられている。第１トランジスタがエミッタ電極３４０ｂを有する。第２トランジスタがセンス電極３４０ｄを有する。このセンス電極３４０ｄに流れる電流の量が、エミッタ電極３４０ｂに流れる電流の量に比べて微量となっている。その比が１：数千～数万になっている。以下においてはこの比を第１センス比αと示す。

ＭＯＳＦＥＴ３５０は、ドレイン電極３５０ａ、ソース電極３５０ｂ、ゲート電極３５０ｃ、および、センス電極３５０ｄを有する。これら４つの電極のうち、ドレイン電極３５０ａとゲート電極３５０ｃが第１トランジスタと第２トランジスタで共有となっている。これに対して、ソース電極３５０ｂとセンス電極３５０ｄが第１トランジスタと第２トランジスタで分けられている。第１トランジスタがソース電極３５０ｂを有する。第２トランジスタがセンス電極３５０ｄを有する。このセンス電極３５０ｄに流れる電流の量が、ソース電極３５０ｂに流れる電流の量に比べて微量となっている。以下においてはこの比を第２センス比βと示す。第１センス比αと第２センス比βは等しくなっている。

コレクタ電極３４０ａとドレイン電極３５０ａが第１端子に相当する。エミッタ電極３４０ｂとソース電極３５０ｂが第２端子に相当する。センス電極３４０ｄとセンス電極３５０ｄがセンス端子に相当する。

図２に示すようにＩＧＢＴ３４０には還流ダイオード３４１が接続されている。還流ダイオード３４１のカソード電極がコレクタ電極３４０ａに接続されている。還流ダイオード３４１のアノード電極がエミッタ電極３４０ｂに接続されている。これによって還流ダイオード３４１はＩＧＢＴ３４０に逆並列接続されている。

ＭＯＳＦＥＴ３５０は寄生ダイオード３５１を有する。この寄生ダイオード３５１のカソード電極がドレイン電極３５０ａに接続されている。寄生ダイオード３５１のアノード電極がソース電極３５０ｂに接続されている。これによって寄生ダイオード３５１はＭＯＳＦＥＴ３５０に逆並列接続されている。

図２に示すようにＩＧＢＴ３４０のコレクタ電極３４０ａとＭＯＳＦＥＴ３５０のドレイン電極３５０ａが電気的に接続されている。そしてエミッタ電極３４０ｂとソース電極３５０ｂが電気的に接続されている。これによってＩＧＢＴ３４０とＭＯＳＦＥＴ３５０は並列接続されている。

コレクタ電極３４０ａとドレイン電極３５０ａの接続点は第３電力ライン３０３側に位置している。エミッタ電極３４０ｂとソース電極３５０ｂの接続点は第４電力ライン３０４（第２電力ライン３０２）側に位置している。コレクタ電極３４０ａとドレイン電極３５０ａの接続点が第１接続点に相当する。エミッタ電極３４０ｂとソース電極３５０ｂの接続点が第２接続点に相当する。

ＩＧＢＴ３４０のセンス電極３４０ｄは第１グランド配線３４２を介してグランドに接続されている。センス電極３４０ｄには、ＩＧＢＴ３４０のコレクタ－エミッタ間を流れる電流（コレクタ電流）に第１センス比αを乗算した第１センス電流が流れる。

ＭＯＳＦＥＴ３５０のセンス電極３５０ｄは第２グランド配線３５２を介して第１グランド配線３４２に接続されている。センス電極３５０ｄには、ＭＯＳＦＥＴ３５０のドレイン－ソース間を流れる電流（ドレイン電流）に第２センス比βを乗算した第２センス電流が流れる。

第１グランド配線３４２にセンス抵抗３６０が設けられている。第２グランド配線３５２は、第１グランド配線３４２におけるセンス抵抗３６０のセンス電極３４０ｄ側に接続されている。このためにセンス抵抗３６０には、第１センス電流と第２センス電流の合流した合流電流が流れる。以下においては第１グランド配線３４２と第２グランド配線３５２の接続点を検出点ＤＰと示す。

上記したように第１センス比αと第２センス比βは等しくなっている。したがって合流電流はコレクタ電流とドレイン電流とを合算した、第２開閉部３２２を流れる主電流に第１センス比αを乗算した値になる。

センス抵抗３６０における合流電流の流動によって検出点ＤＰの電圧が変動する。この電圧（センス電圧）が、ゲートドライバ５０３に入力される。

コレクタ電流をＩｃ、ドレイン電流をＩｄ、合流電流をｉとすると、ｉ＝（Ｉｃ×α＋Ｉｄ×β）となる。そしてセンス抵抗３６０の抵抗値をＲ、センス電圧をＶとすると、Ｖ＝（Ｉｃ×α＋Ｉｄ×β）×Ｒとなる。ここで、α＝βなので、Ｖ＝（Ｉｃ＋Ｉｄ）×α×Ｒとなる。したがって、Ｉｃ＋Ｉｄ＝Ｖ／（α×Ｒ）となる。主電流をＩとすると、Ｉ＝Ｉｃ＋Ｉｄと表される。そのために、Ｉ＝Ｖ／（α×Ｒ）と表される。このように主電流Ｉは、センス電圧Ｖ、第１センス比α、抵抗値Ｒに基づいて検出することができる。

ＭＧＥＣＵ５０２が、第１センス比αと抵抗値Ｒを記憶している。ＭＧＥＣＵ５０２は、ゲートドライバ５０３から入力されたセンス電圧Ｖ、記憶している第１センス比αと抵抗値Ｒ、および、上記の関係式に基づいて、主電流Ｉを検出する。主電流の電流量が、通電電流量に相当する。

なお、第１センス比αと第２センス比βが異なる場合、（Ｉｃ×α＋Ｉｄ×β）＝Ｖ／Ｒと表すことができる。例えば、Ｉｃ＝Ｉｄが成立する場合、Ｉｃ＝Ｉｄ＝Ｖ／（（α＋β）×Ｒ）となる。そのために、Ｉ＝Ｉｃ＋Ｉｄ＝２Ｖ／（（α＋β）×Ｒ）と表すことができる。

しかしながら、Ｉｃ＝Ｉｄが成立するようにＩＧＢＴ３４０とＭＯＳＦＥＴ３５０を製造するとともに、オンオフ制御したとしても、これら２つのトランジスタには製造バラツキがあり、なおかつ、２つのトランジスタは全く同一のオンオフ状態にはなりがたい。そのためにＩｃ＝Ｉｄは成立しがたい。このような事由があるために、第１センス比αと第２センス比βが等しくない場合、１つのセンス抵抗３６０の両端電圧を検出するだけでは、Ｉｃ＋Ｉｄ（＝Ｉ）を検出することはかなわない。

＜ゲートドライバ＞
次に、図２に基づいてゲートドライバ５０３を説明する。図２には、ゲートドライバ５０３における第２開閉部３２２の駆動を制御する部位を示している。ゲートドライバ５０３の他の開閉部を制御する部位は、図２に示す部位と同等である。そのためにその説明を省略する。

なお、図２ではゲートドライバ５０３と電力変換器３００を有する電力変換装置を明示するための符号６００を示している。

ゲートドライバ５０３はＩＧＢＴ３４０の駆動を制御する第１制御部５０４を有する。同様にして、ゲートドライバ５０３はＭＯＳＦＥＴ３５０の駆動を制御する第２制御部５０５を有する。第１制御部５０４と第２制御部５０５は、ＭＧＥＣＵ５０２からの制御信号に基づいて、ＩＧＢＴ３４０とＭＯＳＦＥＴ３５０を同時にオン状態若しくは同時にオフ状態に制御する。若しくは、第１制御部５０４と第２制御部５０５は、ＭＧＥＣＵ５０２からの制御信号に基づいて、ＩＧＢＴ３４０とＭＯＳＦＥＴ３５０のうちの一方をオン状態、他方をオフ状態に制御する。

＜第１制御部＞
第１制御部５０４は第１駆動配線５１０を介してＩＧＢＴ３４０のゲート電極３４０ｃに接続されている。第１制御部５０４は図示しない第１オンスイッチや第１オフスイッチを有する。これら第１オンスイッチと第１オフスイッチの駆動はＭＧＥＣＵ５０２によって制御される。

第１オンスイッチがオン状態になるとゲート電極３４０ｃにハイレベルの電圧が印加される。これによりＩＧＢＴ３４０がオン状態になる。第１オフスイッチがオン状態になるとゲート電極３４０ｃがグランドに接続される。これによりＩＧＢＴ３４０がオフ状態になる。

図示しないが、第１駆動配線５１０にはバランス抵抗が設けられている。また第１駆動配線５１０には第１電源配線と第１接地配線が接続されている。第１電源配線に第１オンスイッチとともにオン抵抗が設けられている。第１接地配線に第１オフスイッチとともにオフ抵抗が設けられている。さらに言えば、第１駆動配線５１０には、ゲート電極３４０ｃをグランドに接続するための第１ソフト遮断配線が接続されている。この第１ソフト遮断配線にはオフ抵抗よりも抵抗値の高い遮断抵抗と第１ソフト遮断スイッチが設けられている。第１駆動配線５１０には、ゲート電極３４０ｃを低インピーダンスでグランドに接続するためのクランプ配線が接続されている。このクランプ配線に第１クランプスイッチが設けられている。

第１制御部５０４は第１センサ配線５１１を介して検出点ＤＰと接続されている。これにより検出点ＤＰの電圧（センス電圧）が第１制御部５０４に入力される。

＜第２制御部＞
第２制御部５０５は第２駆動配線５１２を介してＭＯＳＦＥＴ３５０のゲート電極３５０ｃに接続されている。第２制御部５０５は図示しない第２オンスイッチや第２オフスイッチを有する。これら第２オンスイッチと第２オフスイッチの駆動はＭＧＥＣＵ５０２によって制御される。

第２オンスイッチがオン状態になるとゲート電極３５０ｃにハイレベルの電圧が印加される。これによりＭＯＳＦＥＴ３５０がオン状態になる。第２オフスイッチがオン状態になるとゲート電極３５０ｃがグランドに接続される。これによりＭＯＳＦＥＴ３５０がオフ状態になる。

図示しないが、第２駆動配線５１２にはバランス抵抗が設けられている。また第２駆動配線５１２には第２電源配線と第２接地配線が接続されている。第２電源配線に第２オンスイッチとともにオン抵抗が設けられている。第２接地配線に第２オフスイッチとともにオフ抵抗が設けられている。さらに言えば、第２駆動配線５１２には、ゲート電極３５０ｃをグランドに接続するための第２ソフト遮断配線が接続されている。この第２ソフト遮断配線にはオフ抵抗よりも抵抗値の高い遮断抵抗と第２ソフト遮断スイッチが設けられている。第２駆動配線５１２には、ゲート電極３５０ｃを低インピーダンスでグランドに接続するためのクランプ配線が接続されている。このクランプ配線には第２クランプスイッチが設けられている。

第２制御部５０５は第２センサ配線５１３を介して、第１センサ配線５１１に接続されている。これにより検出点ＤＰの電圧（センス電圧）が第２制御部５０５に入力される。

第１制御部５０４と第２制御部５０５それぞれには、図２に示す閾値電圧生成部５０７から共通の閾値電圧が入力される。閾値電圧生成部５０７は電源とグランドとの間に直列接続された第１分圧抵抗５０７ａと第２分圧抵抗５０７ｂを有する。閾値電圧はこれら第１分圧抵抗５０７ａと第２分圧抵抗５０７ｂの中点電圧である。

第１制御部５０４と第２制御部５０５それぞれは検出したセンス電圧が入力されている閾値電圧を超えた場合、ＩＧＢＴ３４０とＭＯＳＦＥＴ３５０のうちの少なくとも一方に異常が生じていると判断する。この異常の判断をすると、第１制御部５０４はＩＧＢＴ３４０を強制的にオフ状態にする。同様にして第２制御部５０５はＭＯＳＦＥＴ３５０を強制的にオフ状態にする。具体的に言えば、ソフト遮断スイッチをオン状態にした後にクランプスイッチをオン状態に固定する。これによりＩＧＢＴ３４０とＭＯＳＦＥＴ３５０はオフ状態に固定される。なお、上記の閾値電圧を、第１制御部５０４と第２制御部５０５それぞれが記憶していてもよい。また、第１制御部５０４と第２制御部５０５それぞれに、ＩＧＢＴ３４０とＭＯＳＦＥＴ３５０の特性に応じた、異なる閾値電圧が入力される構成を採用することもできる。係る構成の場合、異なる異常判定条件で、ＩＧＢＴ３４０とＭＯＳＦＥＴ３５０を制御することができる。閾値電圧が比較電圧に相当する。

＜作用効果＞
上記したように、ＩＧＢＴ３４０の第１センス比αとＭＯＳＦＥＴ３５０の第２センス比βは等しくなっている。そしてＩＧＢＴ３４０のセンス電極３４０ｄとＭＯＳＦＥＴ３５０のセンス電極３５０ｄは共通のセンス抵抗３６０を介してグランドに接続されている。そのためにセンス抵抗３６０の両端に生じるセンス電圧Ｖは、Ｖ＝（Ｉｃ＋Ｉｄ）×α×Ｒと表される。主電流Ｉ＝Ｉｃ＋Ｉｄより、Ｉ＝Ｖ／（α×Ｒ）と表される。このように主電流Ｉを、センス電圧Ｖ、第１センス比α、抵抗値Ｒに基づいて検出することができる。

以上に示したように、本実施形態の構成によれば、ＩＧＢＴ３４０とＭＯＳＦＥＴ３５０に共通のセンス抵抗３６０を接続する構成においても、主電流Ｉを検出することができる。またＩＧＢＴ３４０とＭＯＳＦＥＴ３５０それぞれに個別にセンス抵抗が設けられる構成と比べて、センス抵抗の数が低減する。これにより電力変換装置６００の体格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電力変換装置６００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、第１制御部５０４と第２制御部５０５それぞれがセンス電圧を検出する例を示した。これに対して本実施形態では第１制御部５０４のみがセンス電圧を検出する。

また本実施形態では、第１制御部５０４と第２制御部５０５とが信号配線５０６を介して互いに信号を送受信可能となっている。第１制御部５０４はセンス電圧を検出し、入力されている閾値電圧との比較を定期的に行っている。センス電圧が閾値電圧を超えた場合、第１制御部５０４はＩＧＢＴ３４０とＭＯＳＦＥＴ３５０のうちの少なくとも一方に異常が生じていると判断する。

ところでＭＯＳＦＥＴ３５０はＩＧＢＴ３４０よりもサージ電圧に対する耐量の高い性質を有する。そしてＭＯＳＦＥＴ３５０はＳｉＣで製造されている。ＩＧＢＴ３４０はＳｉで製造されている。この点においてもＭＯＳＦＥＴ３５０はＩＧＢＴ３４０よりも耐電流性能が高くなっている。ＩＧＢＴ３４０が第１スイッチ素子に相当する。ＭＯＳＦＥＴ３５０が第２スイッチ素子に相当する。

そしてＭＯＳＦＥＴ３５０とＩＧＢＴ３４０は並列接続されている。ＭＯＳＦＥＴ３５０とＩＧＢＴ３４０の両方がオン状態に制御されている際に、ＭＯＳＦＥＴ３５０とＩＧＢＴ３４０のうちの一方が先にオン状態からオフ状態に遷移すると、他方に大電流が流れる虞がある。例えばＭＯＳＦＥＴ３５０がＩＧＢＴ３４０よりも先にオフ状態に遷移すると、耐電流性能の低いＩＧＢＴ３４０に大電流が流れる虞がある。

そこで第１制御部５０４は、上記したようにＩＧＢＴ３４０とＭＯＳＦＥＴ３５０のうちの少なくとも一方に異常が生じていると判断すると、先ずＩＧＢＴ３４０の駆動を停止する。具体的に言えば、上記の第１オンスイッチをオフ状態にするとともに第１ソフト遮断スイッチをオン状態にする。それとともに第１制御部５０４は信号配線５０６を介して、第２制御部５０５にＭＯＳＦＥＴ３５０の駆動停止を要求する信号を出力する。この信号を受け取ると第２制御部５０５はＭＯＳＦＥＴ３５０の駆動を停止する。具体的に言えば、上記の第２オンスイッチをオフ状態にするとともに第２ソフト遮断スイッチをオン状態にする。そして第１制御部５０４と第２制御部５０５それぞれは、ＩＧＢＴ３４０とＭＯＳＦＥＴ３５０がオフ状態に遷移したとみなされる期待時間経過すると、クランプスイッチをオン状態にする。

以上に示した制御により、ＩＧＢＴ３４０がオン状態からオフ状態に遷移し始めた後に、ＭＯＳＦＥＴ３５０がオン状態からオフ状態に遷移し始める。これにより耐電流性能の低いＩＧＢＴ３４０に大電流が流れることが抑制される。なお、ＩＧＢＴ３４０がＭＯＳＦＥＴ３５０よりも耐電流性能が高い場合、上記のスイッチ制御の順番が逆転する。それにより、ＭＯＳＦＥＴ３５０がオン状態からオフ状態に遷移し始めた後に、ＩＧＢＴ３４０がオン状態からオフ状態に遷移し始める。これにより耐電流性能の低いＭＯＳＦＥＴ３５０に大電流が流れることが抑制される。

本実施形態とは異なり、第２制御部５０５のみがセンス電圧を検出する構成を採用することもできる。この変形例の場合、第２制御部５０５は、ＩＧＢＴ３４０とＭＯＳＦＥＴ３５０のうちの少なくとも一方に異常が生じていると判断すると、先ず信号配線５０６を介して第１制御部５０４にＩＧＢＴ３４０の駆動停止を要求する信号を出力する。それから第２制御部５０５は第１制御部５０４がＩＧＢＴ３４０をオン状態からオフ状態に遷移し始めることの期待される処理時間が経過するまで待機する。処理時間経過後、第２制御部５０５は複数のＭＯＳＦＥＴ３５０の駆動を停止する。これによっても耐電流性能の低いＩＧＢＴ３４０に大電流が流れることが抑制される。この変形例においても、上記したようにＩＧＢＴ３４０がＭＯＳＦＥＴ３５０よりも耐電流性能が高い場合、スイッチ制御の順番を逆転することで、耐電流性能の低いＭＯＳＦＥＴ３５０に大電流が流れることが抑制される。

なお本構成においても、これまでに記載した各種形態と同等の構成要素を有するとともに同等の動作をする。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。したがってその作用効果の記載を省略する。これは、以下に示す各種形態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２開閉部３２２が１つのＩＧＢＴ３４０と１つのＭＯＳＦＥＴ３５０を有し、これらＩＧＢＴ３４０とＭＯＳＦＥＴ３５０に共通の１つのセンス抵抗３６０が接続される例を示した。これに対して本実施形態では、第２開閉部３２２が複数のＩＧＢＴ３４０と複数のＭＯＳＦＥＴ３５０を有する。そして複数のＩＧＢＴ３４０に共通の１つの第１センス抵抗３７０が接続される。複数のＭＯＳＦＥＴ３５０に共通の１つの第２センス抵抗３８０が接続される。ＩＧＢＴ３４０が第１スイッチ素子に相当する。ＭＯＳＦＥＴ３５０が第２スイッチ素子に相当する。

本実施形態では、第１制御部５０４に第１閾値電圧生成部５０７ｃから第１閾値電圧が入力される。第２制御部５０５に第２閾値電圧生成部５０７ｄから第２閾値電圧が入力される。第１制御部５０４が第１センス抵抗３７０のセンス電圧と第１閾値電圧との比較によって複数のＩＧＢＴ３４０の故障を検出する。第２制御部５０５が第２センス抵抗３８０のセンス電圧と第２閾値電圧との比較によって複数のＭＯＳＦＥＴ３５０の故障を検出する。

なお、第１閾値電圧生成部５０７ｃは電源とグランドとの間に直列接続された第３分圧抵抗５０７ｅと第４分圧抵抗５０７ｆを有する。第１閾値電圧は第３分圧抵抗５０７ｅと第４分圧抵抗５０７ｆの中点電圧である。同様にして、第２閾値電圧生成部５０７ｄは電源とグランドとの間に直列接続された第５分圧抵抗５０７ｇと第６分圧抵抗５０７ｈを有する。第２閾値電圧は第５分圧抵抗５０７ｇと第６分圧抵抗５０７ｈの中点電圧である。

これら第１閾値電圧と第２閾値電圧は互いに等しくともよい。第１閾値電圧と第２閾値電圧は互いに異なっていてもよい。例えば第１閾値電圧をＩＧＢＴ３４０の信頼性を保障する最大定格に基づいて決定してもよい。第２閾値電圧をＭＯＳＦＥＴ３５０の信頼性を保障する最大定格に基づいて決定してもよい。第１閾値電圧が第１制御部５０４に入力されてもよい。第１閾値電圧が第１制御部５０４に記憶されていてもよい。第２閾値電圧が第２制御部５０５に入力されてもよい。第２閾値電圧が第２制御部５０５に記憶されていてもよい。第１閾値電圧が第１比較電圧に相当する。第２閾値電圧が第２比較電圧に相当する。

第１制御部５０４が複数のＩＧＢＴ３４０のうちの少なくとも１つに異常が生じていると判断すると、先ずＩＧＢＴ３４０の駆動を停止する。それとともに第１制御部５０４は第２制御部５０５にＭＯＳＦＥＴ３５０の駆動停止を要求する信号を出力する。この信号を受け取ると第２制御部５０５は複数のＭＯＳＦＥＴ３５０の駆動を停止する。

これとは逆に、第２制御部５０５が複数のＭＯＳＦＥＴ３５０のうちの少なくとも１つに異常が生じていると判断すると、先ず信号配線５０６を介して第１制御部５０４にＩＧＢＴ３４０の駆動停止を要求する信号を出力する。それから第２制御部５０５は処理時間が経過するまで待機する。処理時間経過後、第２制御部５０５は複数のＭＯＳＦＥＴ３５０の駆動を停止する。以上に示した制御により、耐電流性能の低いＩＧＢＴ３４０に大電流が流れることが抑制される。

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。

（第１の変形例）
各実施形態では第２開閉部３２２（開閉部）がＩＧＢＴ３４０とＭＯＳＦＥＴ３５０を有する例を示した。しかしながら第２開閉部３２２が複数のＩＧＢＴ３４０のみを有する構成を採用することもできる。第２開閉部３２２が複数のＭＯＳＦＥＴ３５０のみを有する構成を採用することもできる。開閉部の保有するパワートランジスタの種類としては特に限定されない。

（第２の変形例）
各実施形態では、ＩＧＢＴ３４０がＳｉで製造され、ＭＯＳＦＥＴ３５０がＳｉＣで製造される例を示した。しかしながらＩＧＢＴ３４０がＳｉＣで製造され、ＭＯＳＦＥＴ３５０がＳｉで製造される構成を採用することもできる。ＩＧＢＴ３４０とＭＯＳＦＥＴ３５０がＳｉで製造される構成を採用することもできる。ＩＧＢＴ３４０とＭＯＳＦＥＴ３５０がＳｉＣで製造される構成を採用することもできる。開閉部の保有するパワートランジスタの形成材料としては特に限定されない。

（その他の変形例）
各実施形態では、電力変換装置６００に含まれるゲートドライバの例として、電気自動車用の車載システム１００を構成する電力変換器３００のゲートドライバ５０３を示した。しかしながら電力変換装置６００に含まれるゲートドライバ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ゲートドライバに適用することができる。

各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５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。

３４０…ＩＧＢＴ、３４０ａ…コレクタ電極、３４０ｂ…エミッタ電極、３４０ｄ…センス電極、３５０…ＭＯＳＦＥＴ、３５０ａ…ドレイン電極、３５０ｂ…ソース電極、３５０ｄ…センス電極、３６０…センス抵抗、３７０…第１センス抵抗、３８０…第２センス抵抗、４００…モータ、５０２…ＭＧＥＣＵ、５０３…ゲートドライバ、５０４…第１制御部、５０５…第２制御部、６００…電力変換装置

Claims (7)

1. 電位差の生じる第１接続点と第２接続点との間で並列接続された複数のスイッチ素子（３４０，３５０）と、
   複数の前記スイッチ素子の通電電流量を検出するためのセンス抵抗（３６０，３７０，３８０）と、
   複数の前記スイッチ素子それぞれをオンオフ制御する複数の制御部（５０４，５０５）と、を有し、
   前記スイッチ素子は、前記第１接続点に接続される第１端子（３４０ａ，３５０ａ）と、前記第２接続点に接続される第２端子（３４０ｂ，３５０ｂ）と、前記センス抵抗に接続されるセンス端子（３４０ｄ，３５０ｄ）と、を有し、
   前記第１端子と前記第２端子との間を流れる電流と、前記第１端子と前記センス端子との間を流れる電流の比が、複数の前記スイッチ素子それぞれで等しく、
   複数の前記スイッチ素子の前記センス端子それぞれに共通して前記センス抵抗が接続され、
   複数の前記制御部のうちの少なくとも１つは、前記センス抵抗の両端電圧を検出し、
   複数の前記制御部のうちの一部を第１制御部（５０４）、残りを第２制御部（５０５）とすると、
   前記第１制御部が前記センス抵抗の両端電圧を検出しており、
   前記第１制御部は検出した前記センス抵抗の両端電圧が比較電圧を超えた場合、前記センス抵抗の両端電圧が前記比較電圧を超えたことを前記第２制御部に出力し、
   前記第１制御部と前記第２制御部それぞれは、前記センス抵抗の両端電圧が前記比較電圧を超えた場合、複数の前記スイッチ素子それぞれをオフ状態にする電力変換装置。
2. 複数の前記スイッチ素子として、耐電流性能の異なる第１スイッチ素子（３４０）と第２スイッチ素子（３５０）と、を有し、
   前記第１制御部と前記第２制御部は、前記センス抵抗の両端電圧が前記比較電圧を超えた場合、前記第１スイッチ素子と前記第２スイッチ素子のうちの耐電流性能の低い方をオフ状態にした後、耐電流性能の高い方をオフ状態にする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 電位差の生じる第１接続点と第２接続点との間で並列接続された複数のスイッチ素子（３４０，３５０）と、
   複数の前記スイッチ素子の通電電流量を検出するためのセンス抵抗（３６０，３７０，３８０）と、
   複数の前記スイッチ素子それぞれをオンオフ制御する複数の制御部（５０４，５０５）と、を有し、
   前記スイッチ素子は、前記第１接続点に接続される第１端子（３４０ａ，３５０ａ）と、前記第２接続点に接続される第２端子（３４０ｂ，３５０ｂ）と、前記センス抵抗に接続されるセンス端子（３４０ｄ，３５０ｄ）と、を有し、
   前記第１端子と前記第２端子との間を流れる電流と、前記第１端子と前記センス端子との間を流れる電流の比が、複数の前記スイッチ素子それぞれで等しく、
   複数の前記スイッチ素子の前記センス端子それぞれに共通して前記センス抵抗が接続され、
   複数の前記制御部のうちの少なくとも１つは、前記センス抵抗の両端電圧を検出し、
   複数の前記スイッチ素子として、耐電流性能の異なる第１スイッチ素子（３４０）と第２スイッチ素子（３５０）それぞれを複数有し、
   前記センス抵抗として、複数の前記第１スイッチ素子それぞれの前記センス端子に共通して接続された第１センス抵抗（３７０）と、複数の前記第２スイッチ素子それぞれの前記センス端子に共通して接続された第２センス抵抗（３８０）と、を有し、
   複数の前記制御部として、複数の前記第１スイッチ素子それぞれをオンオフ制御するとともに、前記第１センス抵抗の両端電圧を検出する第１制御部（５０４）と、複数の前記第２スイッチ素子それぞれをオンオフ制御するとともに、前記第２センス抵抗の両端電圧を検出する第２制御部（５０５）と、を有する電力変換装置。
4. 前記第１制御部と前記第２制御部のうちの一方は、検出した前記第１センス抵抗と前記第２センス抵抗のうちの一方の両端電圧が第１比較電圧と第２比較電圧のうちの一方を超えた場合、前記第１センス抵抗と前記第２センス抵抗のうちの一方の両端電圧が前記第１比較電圧と前記第２比較電圧のうちの一方を超えたことを前記第１制御部と前記第２制御部のうちの他方に出力する請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記第１制御部と前記第２制御部は、前記第１センス抵抗と前記第２センス抵抗のうちの一方の両端電圧が前記第１比較電圧と前記第２比較電圧のうちの一方を超えた場合、複数の前記第１スイッチ素子と複数の前記第２スイッチ素子のうちの耐電流性能の低い方をオフ状態にした後、耐電流性能の高い方をオフ状態にする請求項４に記載の電力変換装置。
6. 電位差の生じる第１接続点と第２接続点との間で並列接続された複数のスイッチ素子（３４０，３５０）と、
   複数の前記スイッチ素子の通電電流量を検出するためのセンス抵抗（３６０，３７０，３８０）と、
   複数の前記スイッチ素子それぞれをオンオフ制御する複数の制御部（５０４，５０５）と、を有し、
   前記スイッチ素子は、前記第１接続点に接続される第１端子（３４０ａ，３５０ａ）と、前記第２接続点に接続される第２端子（３４０ｂ，３５０ｂ）と、前記センス抵抗に接続されるセンス端子（３４０ｄ，３５０ｄ）と、を有し、
   前記第１端子と前記第２端子との間を流れる電流と、前記第１端子と前記センス端子との間を流れる電流の比が、複数の前記スイッチ素子それぞれで等しく、
   複数の前記スイッチ素子の前記センス端子それぞれに共通して前記センス抵抗が接続され、
   複数の前記制御部のうちの少なくとも１つは、前記センス抵抗の両端電圧を検出し、
   複数の前記スイッチ素子として、耐電流性能の異なる第１スイッチ素子（３４０）と第２スイッチ素子（３５０）と、を有する電力変換装置。
7. 複数の前記制御部それぞれが前記センス抵抗の両端電圧を検出しており、
   複数の前記制御部それぞれは検出した前記センス抵抗の両端電圧が比較電圧を超えた場合、複数の前記スイッチ素子それぞれをオフ状態にする請求項６に記載の電力変換装置。

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