JP7591698B2 - Power Conversion Equipment - Google Patents
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Description
本開示は、平滑用コンデンサを有する電力変換装置に関するものである。 The present disclosure relates to a power conversion device having a smoothing capacitor.
特許文献1には、発電電動機駆動装置が記載されている。この発電電動機駆動装置は、発電電動機、キャパシタ、ドライバ、昇圧器及びコントローラを有している。コントローラは、指示が入力されると放電制御を行う。放電制御において、コントローラは、昇圧器及びドライバを作動させ、発電電動機を負荷として、キャパシタに蓄電された電力を放電させる制御を行う。キャパシタの端子間電圧がしきい値に達すると、コントローラは、昇圧器のスイッチング素子を継続してオンにして、キャパシタを含む閉回路を形成する。これにより、キャパシタに蓄電された電力が放電され、キャパシタの端子間電圧が零レベル近くの電圧値に達する。
上記の発電電動機駆動装置では、昇圧器のインバータ回路の駆動により、キャパシタの電荷が放電される。このため、キャパシタの電荷を放電する際には、インバータ回路を構成する複数の半導体素子と、発電電動機の負荷とがいずれも正常状態である必要がある。したがって、これらの半導体素子及び発電電動機のいずれか1つでも異常状態になると、キャパシタの電荷を放電できなくなってしまうという課題があった。In the above generator motor drive device, the charge in the capacitor is discharged by driving the inverter circuit of the booster. Therefore, when discharging the charge in the capacitor, the multiple semiconductor elements that make up the inverter circuit and the load of the generator motor must all be in a normal state. Therefore, if any one of these semiconductor elements or the generator motor becomes abnormal, there is a problem that the charge in the capacitor cannot be discharged.
本開示は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、平滑用コンデンサの残留電荷をより確実に放電できる電力変換装置を提供することを目的とする。 This disclosure has been made to solve the problems described above, and aims to provide a power conversion device that can more reliably discharge the residual charge in the smoothing capacitor.
本開示に係る電力変換装置は、ブリッジ接続されたパワー半導体素子を有し、スイッチを介して直流電源と接続された電力変換回路と、前記電力変換回路の電源ラインと接地ラインとの間に接続された平滑用コンデンサと、複数のチャージポンプコンデンサを有するチャージポンプ回路と、前記チャージポンプ回路により生成された電力を利用して、前記パワー半導体素子を駆動する駆動回路と、前記平滑用コンデンサの電圧を検出する電圧検出回路と、制御回路と、を備え、前記チャージポンプ回路は、前記複数のチャージポンプコンデンサのうち少なくとも1つのチャージポンプコンデンサを前記電源ラインと前記接地ラインとに交互に接続させる動作を実行可能であり、前記制御回路は、前記スイッチが開状態になった後に、前記少なくとも1つのチャージポンプコンデンサが前記電源ラインと前記接地ラインとに交互に接続される放電動作を前記チャージポンプ回路に実行させ、前記平滑用コンデンサの電圧が閾値電圧以下になった場合、又は、前記放電動作が開始されてからの経過時間が閾値時間を超えた場合、前記チャージポンプ回路の前記放電動作を停止させるように構成されている。The power conversion device according to the present disclosure includes a power conversion circuit having bridge-connected power semiconductor elements and connected to a DC power source via a switch, a smoothing capacitor connected between the power supply line and the ground line of the power conversion circuit, a charge pump circuit having multiple charge pump capacitors, a drive circuit that drives the power semiconductor elements using power generated by the charge pump circuit, a voltage detection circuit that detects the voltage of the smoothing capacitor, and a control circuit, wherein the charge pump circuit is capable of performing an operation of alternately connecting at least one of the multiple charge pump capacitors to the power supply line and the ground line, and the control circuit is configured to cause the charge pump circuit to perform a discharge operation in which the at least one charge pump capacitor is alternately connected to the power supply line and the ground line after the switch is opened, and to stop the discharge operation of the charge pump circuit when the voltage of the smoothing capacitor becomes equal to or lower than a threshold voltage or when the elapsed time since the start of the discharge operation exceeds a threshold time.
本開示によれば、平滑用コンデンサの残留電荷をより確実に放電させることができる。 According to the present disclosure, residual charge in the smoothing capacitor can be discharged more reliably.
実施の形態1.
実施の形態1に係る電力変換装置について説明する。図1は、本実施の形態に係る電力変換装置の概略構成を示す図である。本実施の形態では、車両向けの機電一体型発電電動機に用いられる電力変換装置14を例に挙げて説明する。
A power conversion device according to a first embodiment will be described. Fig. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a power conversion device according to the present embodiment. In the present embodiment, a
図1に示すように、電力変換装置14は、電力変換回路7、チャージポンプ回路8、駆動回路6、制御回路10及び電圧検出回路11を備えている。電力変換装置14は、発電電動機12を動作させるように構成されている。発電電動機12は、自動車用補機となる機電一体型発電電動機の回転機部分である。As shown in Fig. 1, the
電力変換回路7は、電源ライン1a及び第1スイッチ3を介して第1直流電源1に接続されている。第1直流電源1は、電力変換装置14の外部に設けられている。第1スイッチ3は、電源ライン1aに設けられている。第1スイッチ3は、電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)13の指令に基づき開閉動作を行う。第1スイッチ3が閉状態になると、第1直流電源1から電源ライン1aを介して電力変換回路7に直流電力が供給される。第1スイッチ3が開状態になると、第1直流電源1から電力変換回路7への電力供給が遮断される。The
電力変換回路7は、複数のパワー半導体素子9を有している。複数のパワー半導体素子9は、電源ライン1aと接地ライン1bとの間にブリッジ接続されている。電力変換回路7は、各パワー半導体素子9のスイッチング動作によって、必要な出力電力を生成するように構成されている。電動機駆動時には、電力変換回路7は、第1直流電源1から供給される直流電力を交流に変換する。変換された交流電力は、発電電動機12に供給される。発電時には、電力変換回路7は、発電電動機12から供給される交流電力を整流し、直流に変換する。The
駆動回路6は、制御回路10の指令に基づき、電力変換回路7の複数のパワー半導体素子9を駆動するように構成されている。駆動回路6は、発電電動機12の相毎に設けられている。The
電源ライン1aと接地ライン1bとの間には、平滑用コンデンサ5が接続されている。平滑用コンデンサ5は、電力変換時に発生するリップル電圧を平滑化する機能を有している。平滑用コンデンサ5には、等価直列抵抗(ESR:Equivalent Series Resistance)が低く、かつ静電容量が比較的大きいコンデンサが用いられるのが好ましい。例えば、平滑用コンデンサ5には、電解コンデンサ等が用いられる。A
チャージポンプ回路8は、パワー半導体素子9の駆動用電力を生成するように構成されている。チャージポンプ回路8は、コンデンサ、ダイオード及びスイッチが組み合わされた構成を有している。チャージポンプ回路8では、スイッチが電源側と接地側とに交互に切り替えられることによって、下端電圧が持ち上げられ、出力電圧が昇圧される。チャージポンプ回路8により生成された駆動用電力は、駆動回路6を介して各パワー半導体素子9に供給される。The
チャージポンプ回路8は、ローサイドチャージポンプコンデンサ8b、ハイサイドチャージポンプコンデンサ8a、チャージポンプ駆動回路8c、スイッチ8d及びスイッチ8eを有している。The
スイッチ8dは、ハイサイドチャージポンプコンデンサ8aに対応して設けられている。スイッチ8eは、ローサイドチャージポンプコンデンサ8bに対応して設けられている。各スイッチ8d、8eの動作は、チャージポンプ駆動回路8cによって切り替えられる。
The
ローサイドチャージポンプコンデンサ8bは、スイッチ8eが電源側に切り替えられると、電源ライン1cに接続される。電源ライン1cには、第2直流電源2から制御電源生成回路15を介して電力が供給される。第2直流電源2と制御電源生成回路15との間には、第2スイッチ4が設けられている。第2スイッチ4は、ECU13の指令に基づき開閉動作を行う。第2スイッチ4が閉状態になると、第2直流電源2から制御電源生成回路15を介して制御回路10及び電源ライン1cに電力が供給される。第2スイッチ4が開状態になると、制御回路10及び電源ライン1cへの電力供給が遮断される。ローサイドチャージポンプコンデンサ8bは、スイッチ8eが接地側に切り替えられると、接地ライン1bに接続される。
When the
ハイサイドチャージポンプコンデンサ8aは、スイッチ8dが電源側に切り替えられると、電源ライン1aに接続される。電源ライン1aには、第1直流電源1から電力が供給される。ハイサイドチャージポンプコンデンサ8aは、スイッチ8dが接地側に切り替えられると、接地ライン1bに接続される。
When the
このように、チャージポンプ回路8は、ローサイドチャージポンプコンデンサ8b及びハイサイドチャージポンプコンデンサ8aのそれぞれを電源ラインと接地ラインとに交互に接続させる動作を実行可能である。ローサイドチャージポンプコンデンサ8b及びハイサイドチャージポンプコンデンサ8aのそれぞれが電源ラインと接地ラインとに交互に接続されることにより、出力電圧が昇圧される。In this way, the
ハイサイドでは、ローサイドで昇圧された出力電圧と、電源ライン1aの電圧と、が加算された電圧が出力される。ハイサイドの出力は、駆動回路6を介して、上アームのパワー半導体素子9に駆動用電力として供給される。ローサイドの出力は、駆動回路6を介して、下アームのパワー半導体素子9に駆動用電力として供給される。
On the high side, a voltage is output that is the sum of the output voltage boosted on the low side and the voltage on the
チャージポンプ動作に用いられるローサイドチャージポンプコンデンサ8b及びハイサイドチャージポンプコンデンサ8aでは、電荷を高速に出し入れできることが望ましい。このため、ローサイドチャージポンプコンデンサ8b及びハイサイドチャージポンプコンデンサ8aのそれぞれには、ESRが低くかつ等価直列インダクタンス(ESL:Equivalent Series Inductance)が低いコンデンサが用いられるのが好ましい。例えば、ローサイドチャージポンプコンデンサ8b及びハイサイドチャージポンプコンデンサ8aのそれぞれには、セラミックコンデンサ等が用いられる。It is desirable that the low-side
第2直流電源2の変動による影響を緩和するため、チャージポンプ回路8を含む制御用の各回路には、制御電源生成回路15を介して電力が供給されるのが好ましい。制御電源生成回路15は、DC/DCコンバータ、リニアレギュレータなどにより構成されている。In order to mitigate the effects of fluctuations in the second
制御回路10は、電力変換装置14の各機能を制御するように構成されている。制御回路10は、主に、第2直流電源2から制御電源生成回路15を介して供給される電力により動作する。制御回路10は、例えばマイクロコンピュータICを中心として構成されている。制御回路10は、車両側に搭載される上位のECU13と通信する。制御回路10は、ECU13からの動作要求に応じて、チャージポンプ回路8の動作許可判定、駆動回路6の駆動制御回路6aへの指令などを実行する。The
チャージポンプ回路8及び駆動回路6は、ドライバICのような1つのICにより実現される機能であってもよい。チャージポンプ回路8及び駆動回路6のそれぞれの機能に対して、動作の許可及び非許可を行うことができる手段が備えられていればよい。The
ECU13は、主に、車両の各センサ情報を集約して統合制御する役割を持っている。ECU13は、第1スイッチ3及び第2スイッチ4の開閉動作を指令する機能を有している。車両が停止した際には、車両メンテナンス時の安全確保、及び暗電流によるバッテリ上がり防止のため、第1スイッチ3及び第2スイッチ4はいずれも開状態に制御されるのが好ましい。ECU13と制御回路10との間の通信では、第1スイッチ3及び第2スイッチ4のそれぞれの開閉状態を含む車両側の状態の情報、及び電力変換装置14の状態の情報が相互にやりとりされる。The
第1直流電源1及び第2直流電源2のそれぞれには、鉛蓄電池、二次電池、燃料電池、キャパシタ等の各種蓄電デバイスを適用することができる。第1直流電源1及び第2直流電源2は、同電圧系である。あるいは、相対的に大きい電力を必要とする第1直流電源1の電圧は、第2直流電源2の電圧よりも高くなっている。第1直流電源1及び第2直流電源2の電圧が異なると、内部絶縁が必要になる場合がある。放電を必要とする平滑用コンデンサ5及びチャージポンプ回路8の接地系が同一であれば、種々の対応により内部絶縁を行うことができる。例えば、制御電源生成回路15において絶縁電源を使用したり、制御回路10等の弱電系と、チャージポンプ回路8及び駆動回路6等の強電系と、の間の絶縁処理を行ったりすることにより、内部絶縁を行うことができる。
Various types of power storage devices such as lead acid batteries, secondary batteries, fuel cells, and capacitors can be applied to each of the first
電圧検出回路11は、第1直流電源1の電源ライン1aの電圧を検出するように構成されている。電圧検出回路11は、センサの1つである。制御回路10が動作している間は、電圧検出回路11により平滑用コンデンサ5の残留電圧を監視することができる。The
図2は、本実施の形態に係る電力変換装置における放電動作を説明する図である。図2のチャージポンプ回路8は、図1のチャージポンプ回路8と同等の接続構成を有している。図1において、ローサイドチャージポンプコンデンサ8bは、スイッチ8eによって電源ライン1cと接地ライン1bとに交互に接続される。電源ライン1cは、制御電源生成回路15を介して第2直流電源2に接続されている。ハイサイドチャージポンプコンデンサ8aは、スイッチ8dによって電源ライン1aと接地ライン1bとに交互に接続される。電源ライン1aは、平滑用コンデンサ5に接続されている。これらに基づき、図2のチャージポンプ回路8は、可変直流電源及び可変コンデンサを用いて模式的に表されている。
Figure 2 is a diagram explaining the discharge operation in the power conversion device according to this embodiment. The
駆動回路6は、プッシュプル回路6bと、反転型のレベルシフト回路6cと、を有している。プッシュプル回路6bは、コンプリメンタリのトランジスタ等が2段接続されることにより構成されている。プッシュプル回路6bは、パワー半導体素子9を駆動するために電流を増幅する。図2に示す例では、パワー半導体素子9は、Nチャネル型のMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)である。また、プッシュプル回路6bでは、上段のトランジスタにNPN型のバイポーラトランジスタが適用されており、下段のトランジスタにPNP型のバイポーラトランジスタが適用されている。
The
プッシュプル回路6bにおいて、上段のトランジスタのコレクタは、ハイサイドチャージポンプコンデンサ8aの出力段に接続されている。下段のトランジスタのコレクタは、パワー半導体素子9のソース端子に接続されている。上段及び下段の各トランジスタのエミッタ同士が接続された中点は、プッシュプル回路6bの出力段となる。プッシュプル回路6bの出力段は、ゲート抵抗を介して、パワー半導体素子9のゲート端子に接続されている。In the push-
プッシュプル回路6bにHi信号が入力されると、上段のNPNトランジスタが導通し、プッシュ動作によってパワー半導体素子9にゲート電圧が印加される。これにより、パワー半導体素子9は導通状態となる。プッシュプル回路6bにLo信号が入力されると、下段のPNPトランジスタが導通し、プル動作によってパワー半導体素子9のゲート及びソースが同電位となる。これにより、パワー半導体素子9は遮断状態となる。When a Hi signal is input to the push-
レベルシフト回路6cは、プルアップ抵抗16及びスイッチング素子17を有している。プルアップ抵抗16は、ハイサイドチャージポンプコンデンサ8aの出力段に接続されている。スイッチング素子17は、プルアップ抵抗16と接地ライン1bとの間に直列に接続されている。レベルシフト回路6cの出力は、ベース抵抗を介してプッシュプル回路6bに入力される。The
スイッチング素子17が導通したときには、プッシュプル回路6bはプル動作となり、パワー半導体素子9は遮断状態となる。スイッチング素子17が遮断されたときには、プッシュプル回路6bはプッシュ動作となり、パワー半導体素子9は導通状態となる。When the switching
したがって、電力変換回路7の動作が停止しているときには、スイッチング素子17が導通状態になり、プルアップ抵抗16が対地接続される。したがって、ハイサイドチャージポンプコンデンサ8aの電荷は、プルアップ抵抗16を介して消費される。Therefore, when the operation of the
さらに、スイッチ8dが電源側に切り替えられたとき、ハイサイドチャージポンプコンデンサ8aには、消費された分の電荷が平滑用コンデンサ5から供給される。第1スイッチ3は開状態であるため、平滑用コンデンサ5には、第1直流電源1から電荷は供給されない。このため、平滑用コンデンサ5は、充電されることなく放電し続ける。これにより、平滑用コンデンサ5のコンデンサ電圧が低下していく。このように、本実施の形態では、チャージポンプ回路8の放電動作によって、平滑用コンデンサ5の残留電荷が放電される。
Furthermore, when
ここで、電圧検出回路11は、図2に示すように、分圧するための抵抗器11aを有することが好ましい。抵抗器11aは、制御回路10と平滑用コンデンサ5との間に直列に接続される。これにより、放電処理の終了後に制御回路10の動作停止処理が実施された場合においても、平滑用コンデンサ5の電荷は、抵抗器11aを介して消費される。したがって、平滑用コンデンサ5の残留電荷をより完全に放電させることができる。Here, it is preferable that the
本実施の形態では、パワー半導体素子9が停止している状態においてチャージポンプ回路8の動作を継続することにより、平滑用コンデンサ5の電荷を放電させることができる。このため、電力変換回路7又は発電電動機12が仮に異常状態であったとしても、平滑用コンデンサ5の電荷を放電させることができる。電力変換回路7又は発電電動機12に異常がある状態でパワー半導体素子9を動作させた場合、電源短絡などにより大電流が発生してしまうおそれがある。これに対し、本実施の形態では、電力変換回路7を動作させずに放電できるため、平滑用コンデンサ5の電荷をより安全に放電させることができる。In this embodiment, the charge in the smoothing
次に、本実施の形態に係る電力変換装置における放電処理の手順について説明する。図3は、本実施の形態に係る電力変換装置における放電処理の流れを示すフローチャートである。図3に示す放電処理は、電力変換装置14の動作が停止するときに、制御回路10によって実行される。Next, the procedure of the discharge process in the power conversion device according to this embodiment will be described. Figure 3 is a flowchart showing the flow of the discharge process in the power conversion device according to this embodiment. The discharge process shown in Figure 3 is executed by the
まず、図3のステップS101では、制御回路10は、上位のECU13からの通知に基づき、第1スイッチ3が開状態であるか否かを判定する。第1スイッチ3が開状態である場合には、ステップS102以降の処理が実行される。第1スイッチ3が閉状態である場合には、ステップS101の処理が繰り返される。なお、制御回路10は、ECU13からの通知を受けたときにステップS101の処理を開始するようにしてもよい。3, the
ステップS102では、制御回路10は、駆動制御回路6aに停止信号を出力する。これにより、駆動回路6による電力変換回路7の駆動が停止し、電力変換回路7が動作を停止する。なお、制御回路10は、ステップS102の処理に代えて、駆動回路6が停止状態になっていることを確認する処理を行ってもよい。In step S102, the
次に、ステップS103では、制御回路10は、閾値時間Tthを算出する。ステップS103の処理の詳細については後述する。Next, in step S103, the
次に、ステップS104では、制御回路10は、チャージポンプ回路8の動作を許可する動作許可信号をチャージポンプ回路8に出力する。これにより、ステップS105では、チャージポンプ回路8の放電動作が実行される。平滑用コンデンサ5の残留電荷は、チャージポンプ回路8の放電動作によって徐々に放電される。すなわち、本実施の形態では、電力変換装置14の通常動作で使用される回路機能を利用して、平滑用コンデンサ5の放電が可能となる。本実施の形態では、放電回路を別途設ける必要がないため、電力変換装置14の構成を簡素化できる。
Next, in step S104, the
次に、ステップS106では、制御回路10は、チャージポンプ回路8の放電動作が開始されてからの経過時間Tが閾値時間Tthを超えたか否かを判定する。経過時間Tが閾値時間Tthを超えた場合には、ステップS107の処理が実行される。経過時間Tが閾値時間Tth以下である場合には、チャージポンプ回路8の放電動作が継続される。Next, in step S106, the
ステップS107では、制御回路10は、平滑用コンデンサ5の電圧Vconが閾値電圧Vth以下であるか否かを判定する。電圧Vconは、電圧検出回路11により検出されている。閾値電圧Vthは、あらかじめ設定されている。電圧Vconが閾値電圧Vth以下である場合には、ステップS108の処理が実行される。一方、電圧Vconが閾値電圧Vthよりも大きい場合には、ステップS109の処理が実行される。In step S107, the
ステップS108では、制御回路10は、チャージポンプ回路8の動作を停止させる動作停止信号をチャージポンプ回路8に出力する。これにより、チャージポンプ回路8の放電動作が停止する。In step S108, the
ステップS109では、制御回路10は、第1スイッチ3が故障していると判定する。第1スイッチ3の故障には、第1スイッチ3に関わる制御系統の故障も含まれる。すなわち、経過時間Tが閾値時間Tthを超えても電圧Vconが閾値電圧Vth以下にならない場合、第1スイッチ3が固着しているか、又は、ECU13により第1スイッチ3を正常に制御できていないことが推定される。制御回路10は、第1スイッチ3が故障していると判定した場合、その旨の情報を例えばECU13に通知する。これにより、車両に設けられている警告灯などにより、第1スイッチ3の故障を使用者に報知することが可能となる。In step S109, the
本実施の形態では、チャージポンプ回路8の動作を許可する前に、可変値である閾値時間Tthを算出しておくことが望ましい。平滑用コンデンサ5にかかる電圧は、第1直流電源1の状態及び電力変換回路7の動作によって変動する。このため、平滑用コンデンサ5の放電に要する時間には、ばらつきが生じやすい。In this embodiment, it is desirable to calculate the threshold time Tth, which is a variable value, before allowing the operation of the
したがって、制御回路10は、負荷電流又は負荷抵抗値をあらかじめ推定する。負荷電流は、チャージポンプ回路8と、発電電動機12における全相分の駆動回路6と、において消費される電流である。負荷抵抗値は、チャージポンプ回路8と、発電電動機12における全相分の駆動回路6と、の抵抗値である。ステップS103において、制御回路10は、放電処理を実行する直前の平滑用コンデンサ5の電圧Vconと、あらかじめ推定された負荷電流又は負荷抵抗値と、放電処理後の電圧Vconの目標値と、に基づき閾値時間Tthを算出する。放電処理後の電圧Vconの目標値は、例えば閾値電圧Vthである。これにより、放電処理開始時点の電圧Vconのばらつきの影響が考慮された適切な放電時間を設定することができる。したがって、平滑用コンデンサ5の残留電荷をより確実に放電させることができるとともに、第1スイッチ3又は第1スイッチ3に関わる制御系統の故障を精度良く検出することができる。Therefore, the
図3に示す放電処理では、ステップS107及びS109の処理を省略することができる。この場合、制御回路10は、経過時間Tが閾値時間Tthを超えた場合には、電圧Vconに関わらず、動作停止信号をチャージポンプ回路8に出力する。また、図3に示す放電処理では、ステップS106の処理を省略することができる。この場合、制御回路10は、電圧Vconが閾値電圧Vth以下になった場合には、経過時間Tに関わらず、動作停止信号をチャージポンプ回路8に出力する。すなわち、本実施の形態では、制御回路10は、電圧Vconが閾値電圧Vth以下になった場合、又は、経過時間Tが閾値時間Tthを超えた場合に、動作停止信号をチャージポンプ回路8に出力する。
In the discharge process shown in FIG. 3, the processes of steps S107 and S109 can be omitted. In this case, when the elapsed time T exceeds the threshold time Tth, the
以上説明したように、本実施の形態に係る電力変換装置14は、電力変換回路7と、平滑用コンデンサ5と、チャージポンプ回路8と、駆動回路6と、電圧検出回路11と、制御回路10と、を備えている。電力変換回路7は、ブリッジ接続されたパワー半導体素子9を有している。電力変換回路7は、第1スイッチ3を介して第1直流電源1と接続されている。平滑用コンデンサ5は、電力変換回路7の電源ライン1aと、接地ライン1bと、の間に接続されている。チャージポンプ回路8は、複数のチャージポンプコンデンサを有している。駆動回路6は、チャージポンプ回路8により生成された電力を利用して、パワー半導体素子9を駆動する。電圧検出回路11は、平滑用コンデンサ5の電圧を検出する。チャージポンプ回路8は、複数のチャージポンプコンデンサのうち少なくとも1つのハイサイドチャージポンプコンデンサ8aを電源ライン1aと接地ライン1bとに交互に接続させる動作を実行可能である。As described above, the
制御回路10は、第1スイッチ3が開状態になった後に、ハイサイドチャージポンプコンデンサ8aが電源ライン1aと接地ライン1bとに交互に接続される放電動作をチャージポンプ回路8に実行させる。制御回路10は、平滑用コンデンサ5の電圧Vconが閾値電圧Vth以下になった場合、又は、放電動作が開始されてからの経過時間Tが閾値時間Tthを超えた場合、チャージポンプ回路8の放電動作を停止させるように構成されている。ここで、第1スイッチ3は、スイッチの一例である。第1直流電源1は、直流電源の一例である。ハイサイドチャージポンプコンデンサ8aは、チャージポンプコンデンサの一例である。After the
この構成によれば、電力変換回路7を動作させずに、チャージポンプ回路8の放電動作によって平滑用コンデンサ5の電荷を放電させることができる。これにより、電力変換回路7及び発電電動機12の状態に依存することなく、平滑用コンデンサ5の残留電荷をより確実に放電させることができる。また、専用の放電回路を別途設けることなく、電力変換装置14の通常動作で使用される回路を利用して放電できるため、電力変換装置14の構成を簡素化できる。
According to this configuration, the charge in the smoothing
本実施の形態に係る電力変換装置14では、駆動回路6は、反転型のレベルシフト回路6cを有している。レベルシフト回路6cは、スイッチング素子17及びプルアップ抵抗16を有している。スイッチング素子17及びプルアップ抵抗16は、チャージポンプ回路8の出力段と接地ライン1bとの間に直列に接続されている。パワー半導体素子9が遮断状態にある場合には、スイッチング素子17が導通状態となる。この構成によれば、電力変換回路7の動作が停止しているときには、導通状態のスイッチング素子17を介してプルアップ抵抗16が対地接続される。したがって、ハイサイドチャージポンプコンデンサ8aの電荷をプルアップ抵抗16によって消費することができる。In the
本実施の形態に係る電力変換装置14では、制御回路10は、経過時間Tが閾値時間Tthを超えても平滑用コンデンサ5の電圧Vconが閾値電圧Vth以下にならない場合、第1スイッチ3が故障していると判定する。この構成によれば、第1スイッチ3の故障を使用者に報知することが可能となる。In the
本実施の形態に係る電力変換装置14では、制御回路10は、放電動作が開始される前の平滑用コンデンサ5の電圧と、チャージポンプ回路8及び駆動回路6において消費される負荷電流と、閾値電圧Vthと、に基づいて、閾値時間Tthを算出する。この構成によれば、放電に必要な時間に応じて閾値時間Tthを適切に設定することができる。In the
本実施の形態に係る電力変換装置14では、電圧検出回路11は、抵抗器11aを有している。抵抗器11aは、制御回路10と平滑用コンデンサ5との間に直列に接続されている。この構成によれば、放電処理の終了後に制御回路10の動作が停止しても、平滑用コンデンサ5の電荷は、抵抗器11aを介して消費される。したがって、平滑用コンデンサ5の残留電荷をより完全に放電させることができる。In the
上記実施の形態では、車両向けの機電一体型発電電動機に用いられる電力変換装置を例に挙げたが、これには限られない。本開示は、平滑用コンデンサの放電処理を必要とする種々の電力変換装置に適用することができる。In the above embodiment, a power conversion device used in a mechanically and electrically integrated generator-motor for a vehicle is given as an example, but the present disclosure is not limited to this. The present disclosure can be applied to various power conversion devices that require discharge processing of a smoothing capacitor.
なお、本開示の実施の形態は全ての点で例示であって限定的なものではないと考えられるべきであり、本開示の技術的趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能であることは言うまでもない。It goes without saying that the embodiments of the present disclosure should be considered in all respects as illustrative and not limiting, and that various modifications are possible without departing from the technical spirit of the present disclosure.
1 第1直流電源、1a 電源ライン、1b 接地ライン、1c 電源ライン、2 第2直流電源、3 第1スイッチ、4 第2スイッチ、5 平滑用コンデンサ、6 駆動回路、6a 駆動制御回路、6b プッシュプル回路、6c レベルシフト回路、7 電力変換回路、8 チャージポンプ回路、8a ハイサイドチャージポンプコンデンサ、8b ローサイドチャージポンプコンデンサ、8c チャージポンプ駆動回路、8d スイッチ、8e スイッチ、9 パワー半導体素子、10 制御回路、11 電圧検出回路、11a 抵抗器、12 発電電動機、13 ECU、14 電力変換装置、15 制御電源生成回路、16 プルアップ抵抗、17 スイッチング素子、T 経過時間、Tth 閾値時間、Vcon 電圧、Vth 閾値電圧。1 first DC power supply, 1a power supply line, 1b ground line, 1c power supply line, 2 second DC power supply, 3 first switch, 4 second switch, 5 smoothing capacitor, 6 drive circuit, 6a drive control circuit, 6b push-pull circuit, 6c level shift circuit, 7 power conversion circuit, 8 charge pump circuit, 8a high side charge pump capacitor, 8b low side charge pump capacitor, 8c charge pump drive circuit, 8d switch, 8e switch, 9 power semiconductor element, 10 control circuit, 11 voltage detection circuit, 11a resistor, 12 generator motor, 13 ECU, 14 power conversion device, 15 control power supply generation circuit, 16 pull-up resistor, 17 switching element, T elapsed time, Tth threshold time, Vcon voltage, Vth threshold voltage.
Claims (5)
前記電力変換回路の電源ラインと接地ラインとの間に接続された平滑用コンデンサと、
複数のチャージポンプコンデンサを有するチャージポンプ回路と、
前記チャージポンプ回路により生成された電力を利用して、前記パワー半導体素子を駆動する駆動回路と、
前記平滑用コンデンサの電圧を検出する電圧検出回路と、
制御回路と、
を備え、
前記チャージポンプ回路は、前記複数のチャージポンプコンデンサのうち少なくとも1つのチャージポンプコンデンサを前記電源ラインと前記接地ラインとに交互に接続させる動作を実行可能であり、
前記制御回路は、
前記スイッチが開状態になった後に、前記少なくとも1つのチャージポンプコンデンサが前記電源ラインと前記接地ラインとに交互に接続される放電動作を前記チャージポンプ回路に実行させ、
前記平滑用コンデンサの電圧が閾値電圧以下になった場合、又は、前記放電動作が開始されてからの経過時間が閾値時間を超えた場合、前記チャージポンプ回路の前記放電動作を停止させるように構成されている電力変換装置。 a power conversion circuit having bridge-connected power semiconductor elements and connected to a DC power source via a switch;
a smoothing capacitor connected between a power supply line and a ground line of the power conversion circuit;
a charge pump circuit having a plurality of charge pump capacitors;
a drive circuit that drives the power semiconductor device by using the power generated by the charge pump circuit;
a voltage detection circuit for detecting a voltage of the smoothing capacitor;
A control circuit;
Equipped with
the charge pump circuit is capable of performing an operation of alternately connecting at least one charge pump capacitor among the plurality of charge pump capacitors to the power supply line and the ground line;
The control circuit includes:
causing the charge pump circuit to perform a discharging operation in which the at least one charge pump capacitor is alternately connected to the power supply line and the ground line after the switch is opened;
A power conversion device configured to stop the discharge operation of the charge pump circuit when the voltage of the smoothing capacitor falls below a threshold voltage or when the elapsed time since the discharge operation began exceeds a threshold time.
前記レベルシフト回路は、前記チャージポンプ回路の出力段と前記接地ラインとの間に直列に接続されたスイッチング素子及びプルアップ抵抗を有しており、
前記パワー半導体素子が遮断状態にある場合には、前記スイッチング素子が導通状態となる請求項1に記載の電力変換装置。 the drive circuit has an inverting level shift circuit,
the level shift circuit has a switching element and a pull-up resistor connected in series between an output stage of the charge pump circuit and the ground line,
The power conversion device according to claim 1 , wherein the switching element is in a conductive state when the power semiconductor element is in a cutoff state.
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20180076752A1 (en) | 2016-09-09 | 2018-03-15 | Metropolitan Industries, Inc. | Motor control system and method for implementing a direct on-off communication control routine |
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Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP5372645B2 (en) * | 2009-07-30 | 2013-12-18 | Juki株式会社 | Power circuit for inverter |
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20180076752A1 (en) | 2016-09-09 | 2018-03-15 | Metropolitan Industries, Inc. | Motor control system and method for implementing a direct on-off communication control routine |
JP2019103185A (en) | 2017-11-29 | 2019-06-24 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Electric motor control device |
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