JP2010004728A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で、双方向に流れる電流を検出することができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】昇降圧コンバータ装置１はＩＧＢＴ１２、１３とフライホイールダイオード１４、１５と電流センス抵抗１６とを備えている。フライホイールダイオード１４、１５はＩＧＢＴ１２、１３のコレクタ、エミッタ間に接続されている。ＩＧＢＴ１２及びフライホイールダイオード１４は電流センス端子１２０、１４０を備えている。電流センス抵抗１６の一端は電流センス端子１２０、１４０に、他端はＩＧＢＴ１２のコレクタに接続されている。ＩＧＢＴ１２にコレクタ電流が流れると、電流センス端子１２０の電流が電流センス抵抗１６で電圧に変換される。フライホイールダイオード１４にフライホイール電流が流れると、電流センス端子１４０の電流が電流センス抵抗１６で電圧に変換される。これにより、簡素な構成で、双方向に流れる電流を検出することができる電力変換装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、直列接続された一対のトランジスタと、フライホイールダイオードとを有し、電力を双方向に変換する電力変換装置に関する。

従来、電力を双方向に変換する電力変換装置として、例えば特許文献１に開示されているインバータシステムがある。このインバータシステムは、力行時には、電源の直流電力を３相交流電力に変換して３相モータに供給する。一方、回生時には、３相モータの発生する３相交流電力を直流電力に変換して電源に供給する。インバータシステムは、直列接続された一対のインバータ出力素子を３組並列接続して構成されている。これらのインバータ出力素子のうち、低電位側の３つのインバータ出力素子は、主電流の１／ｋ倍の電流が流れるセンス端子を備えている。センス端子には、抵抗が接続されている。低電位側のインバータ出力素子がオンし、主電流が流れると、センス端子に流れる電流が抵抗によって電圧に変換される。これにより、力行時において３相モータに流れる電流を検出することができる。
特開２０００−１４１６１号公報

しかし、前述したインバータシステムでは、回生時において、インバータ出力素子のフライホイールダイオードに流れる電流を検出できない。そのため、別途電流検出回路等を設けなければならないという問題があった。この場合、システムの構成が複雑になり、それに伴ってコストも上昇してしまうという問題もあった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、簡素な構成で、双方向に流れる電流を検出することができる電力変換装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段及び発明の効果

そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、一対のトランジスタの一方及びこのトランジスタに接続されるフライホイールダイオードが電流検出端子を備え、さらに、このトランジスタ及びこのトランジスタに接続されるフライホイールダイオードに流れる電流を電圧に変換する抵抗を設けることにより、簡素な構成で、双方向に流れる電流を検出できることを思いつき、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に記載の電力変換装置は、直列接続された一対のトランジスタと、それぞれのトランジスタに接続され、カソードがコレクタ又はドレインに、アノードがエミッタ又はソースに接続されるフライホイールダイオードと、を備え、トランジスタをオン、オフして流れる電流を制御し、形態の異なる直流電力間で相互に電力を変換する電力変換装置において、一対のトランジスタの一方は、コレクタ電流又はドレイン電流に比例し、コレクタ電流又はドレイン電流より小さい電流が流れる電流検出端子を備え、一方のトランジスタに接続されるフライホイールダイオードは、フライホイールダイオードに流れる電流に比例し、フライホイールダイオードに流れる電流より小さい電流が流れる電流検出端子を備え、さらに、一端が一方のトランジスタの電流検出端子及び一方のトランジスタに接続されるフライホイールダイオードの電流検出端子に、他端が一対のトランジスタのエミッタ又はソースにそれぞれ接続され、双方向に流れる電流を電圧に変換する抵抗を有することを特徴とする。

この構成によれば、トランジスタのコレクタ、エミッタ間又はドレイン、ソース間には、フライホイールダイオードが接続されている。一対のトランジスタの一方は、電流検出端子を備えている。また、このトランジスタに接続されているフライホイールダイオードも、電流検出端子を備えている。抵抗は、このトランジスタの電流検出端子及びフライホイールダイオードの電流検出端子に接続されている。トランジスタにコレクタ電流又はドレイン電流が流れると、それに伴って、トランジスタの電流検出端子にも所定の電流が流れる。トランジスタの電流検出端子の電流は抵抗によって電圧に変換される。これにより、トランジスタに流れる電流を検出することができる。また、フライホイールダイオードに流れると、それに伴って、フライホイールダイオードの電流検出端子にも所定の電流が流れる。フライホイールダイオードの電流検出端子の電流は抵抗によって電圧に変換される。これにより、フライホイールダイオードに流れる電流を検出することができる。従って、簡素な構成で、双方向に流れる電流を検出することができる。

請求項２に記載の電力変換装置は、直列接続された一対のトランジスタを複数組並列接続して構成される多相ブリッジ回路と、トランジスタにそれぞれ接続され、カソードがコレクタ又はドレインに、アノードがエミッタ又はソースに接続されるフライホイールダイオードと、を備え、トランジスタをオン、オフして流れる電流を制御し、直流電力を交流電力に、又は、フライホイールダイオードによって、交流電力を直流電力に相互に変換する電力変換装置において、一対のトランジスタの一方は、コレクタ電流又はドレイン電流に比例し、コレクタ電流又はドレイン電流より小さい電流が流れる電流検出端子を備え、一方のトランジスタに接続されるフライホイールダイオードは、フライホイールダイオードに流れる電流に比例し、フライホイールダイオードに流れる電流より小さい電流が流れる電流検出端子を備え、さらに、一端が一方のトランジスタの電流検出端子及び一方のトランジスタに接続されるフライホイールダイオードの電流検出端子に、他端が一対のトランジスタのエミッタ又はソースにそれぞれ接続され、双方向に流れる電流を電圧に変換する抵抗を有することを特徴とする。この構成によれば、前述したように、簡素な構成で、双方向に流れる電流を検出することができる。

請求項３に記載の電力変換装置は、請求項１又は２のいずれか１項に記載の電力変換装置において、一方のトランジスタは、ＩＧＢＴであり、一方のトランジスタ、フライホイールダイオードは、１チップで構成されていることを特徴とする。ここで、ＩＧＢＴとは、Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒの略称であり、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのことである。この構成によれば、部品点数が削減され、電力変換装置をより小型化することができる。

請求項４に記載の電力変換装置は、請求項３に記載の電力変換装置において、トランジスタのオン、オフを制御するとともに、抵抗の電圧に基づいてフライホイールダイオードに電流が流れているか否かを判定し、フライホイールダイオードに電流が流れているときには、一方のトランジスタをオフする制御手段を有することを特徴とする。この構成によれば、トランジスタとダイオードとは、１チップで構成されている。この場合、フライホイールダイオードに電流が流れ発熱している状態で、同一チップに構成されるトランジスタをオンすると、チップ全体として損失が増加するという特性を有する。そのため、フライホイールダイオードに電流が流れているとき、トランジスタをオフすることで、チップ全体としての損失を抑えることができる。

請求項５に記載の電力変換装置は、請求項４に記載の電力変換装置において、 制御手段は、抵抗の電圧の極性に基づいてフライホイールダイオードに電流が流れているか否かを判定することを特徴とする。この構成によれば、トランジスタの電流検出端子を流れる電流と、フライホイールダイオードの電流検出端子を流れる電流とでは流れる方向が逆向きである。そのため、抵抗の電圧の極性によって、フライホイールダイオードに電流が流れているか否かを確実に判定することができる。

請求項６に記載の電力変換装置は、請求項４又は５のいずれか１項に記載の電力変換装置において、制御手段は、駆動信号を遮断することにより一方のトランジスタをオフすることを特徴とする。この構成によれば、一方のトランジスタを確実にオフすることができる。

請求項７に記載の電力変換装置は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置において、車両に搭載され、電力を変換することを特徴とする。この構成によれば、車両に搭載される電力変換装置において、簡素な構成で、双方向に流れる電流を検出することができる。

次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。第１実施形態では、本発明に係る電力変換装置を、自動車等の車両に搭載される昇降圧コンバータ装置に適用した例を示す。また、第２実施形態では、本発明に係る電力変換装置を、自動車等の車両に搭載されるインバータ装置に適用した例を示す。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して昇降圧コンバータ装置の構成について説明する。ここで、図１は、昇降圧コンバータ装置の回路図である。

図１に示す昇降圧コンバータ装置１（電力変換装置）は、充放電可能な低電圧バッテリＢ１０の出力する直流低電圧を昇圧して、充放電可能な高電圧バッテリＢ１１を充電する装置である。また、逆に、高電圧バッテリＢ１１の出力する直流高電圧を降圧して、低電圧バッテリＢ１０を充電する装置でもある。つまり、電圧の異なる直流電力間で相互に電力を変換する装置である。昇降圧コンバータ装置１は、低電圧側平滑用コンデンサ１０と、コイル１１と、ＩＧＢＴ１２、１３（トランジスタ）と、フライホイールダイオード１４、１５と、電流センス抵抗１６（抵抗）と、高電圧側平滑用コンデンサ１７と、制御回路１８（制御手段）とから構成されている。

低電圧側平滑用コンデンサ１０は、低電圧側の直流電圧を平滑するための素子である。低電圧側平滑用コンデンサ１０は、昇圧動作のときには、低電圧バッテリＢ１０の出力する直流電圧を平滑し、降圧動作のときには、低電圧バッテリＢ１０を充電する降圧された直流電圧を平滑する。低電圧側平滑用コンデンサ１０の正極端子及び負極端子は、低電圧バッテリＢ１０の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。

コイル１１は、電流が流れることでエネルギーを蓄積、放出するとともに電圧を誘起する素子である。コイル１１の一端は、低電圧側平滑用コンデンサ１０の正極端子に、他端は、ＩＧＢＴ１２、１３に接続されている。

ＩＧＢＴ１２、１３は、オン、オフすることで、コイル１１にエネルギーを蓄積、放出させるためのスイッチング素子である。ＩＧＢＴ１２は、オンしたときにコレクタからエミッタに流れるコレクタ電流に比例し、コレクタ電流より小さい電流が流れる電流センス端子１２０（電流検出端子）を備えている。一方、ＩＧＢＴ１３は、電流センス端子を備えていない。ＩＧＢＴ１２、１３は直列接続されている。具体的には、ＩＧＢＴ１２のエミッタが、ＩＧＢＴ１３のコレクタに接続されている。直列接続されたＩＧＢＴ１２、１３の直列接続点はコイル１１の他端に接続されている。また、ＩＧＢＴ１２のコレクタは高電圧側平滑用コンデンサ１７の正極端子に、ＩＧＢＴ１３のエミッタは低電圧側平滑用コンデンサ１０及び高電圧側平滑用コンデンサ１７の負極端子にそれぞれ接続されている。さらに、ＩＧＢＴ１２、１３のゲートは制御回路１８にそれぞれ接続されている。

フライホイールダイオード１４、１５は、ＩＧＢＴ１２又はＩＧＢＴ１３がオフし、コイル１１に蓄積されたエネルギーが放出されるときに発生するフライホイール電流を流すための素子である。フライホイールダイオード１４は、フライホイールダイオード１４に流れる電流に比例し、フライホイールダイオード１４に流れる電流より小さい電流が流れる電流センス端子１４０（電流検出端子）を備えている。フライホイールダイオード１４、１５のアノードはＩＧＢＴ１２、１３のエミッタに、カソードはＩＧＢＴ１２、１３のコレクタにそれぞれ接続されている。

電流センス抵抗１６は、ＩＧＢＴ１２に流れるコレクタ電流及びフライホイールダイオード１４に流れるフライホイール電流を検出するための素子である。電流センス抵抗１６は、ＩＧＢＴ１２がオンしたときには、ＩＧＢＴ１２のコレクタ電流に比例する電流センス端子１２０に流れる電流を電圧に変換する。一方、ＩＧＢＴ１２がオフしたときには、フライホイールダイオード１４のフライホイール電流に比例する電流センス端子１４０に流れる電流を電圧に変換する。電流センス抵抗１６の一端は、ＩＧＢＴ１２の電流センス端子１２０及びフライホイールダイオード１４の電流センス端子１４０に接続されている。また、他端は、ＩＧＢＴ１２のコレクタに接続されている。さらに、電流センス抵抗１６の両端は、制御回路１８にそれぞれ接続されている。

ここで、ＩＧＢＴ１２及びフライホイールダイオード１４は、半導体素子として１チップで構成されている。

高電圧側平滑用コンデンサ１７は、高電圧側の直流電圧を平滑するための素子である。高電圧側平滑用コンデンサ１７は、昇圧動作のときには、高電圧バッテリＢ１１を充電する昇圧された直流電圧を平滑し、降圧動作のときには、高電圧バッテリＢ１１の出力する直流電圧を平滑する。高電圧側平滑用コンデンサ１７の正極端子はＩＧＢＴ１２のコレクタに、負極端子はＩＧＢＴ１３のエミッタにそれぞれ接続されている。また、高電圧側平滑用コンデンサ１７の正極端子及び負極端子は、高電圧バッテリＢ１１の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。

制御回路１８は、ＩＧＢＴ１２、１３のオン、オフを制御するための回路である。特に、電流センス抵抗１６の電圧に基づいてフライホイールダイオード１４にフライホイール電流が流れているか否かを判定し、フライホイール電流が流れているときには、強制的にＩＧＢＴ１２をオフする。制御回路１８は、ＩＧＢＴ１２、１３のゲート及び電流センス抵抗１６の両端にそれぞれ接続されている。

次に、図１を参照して昇降圧コンバータ装置の動作について説明する。図１において、車両に搭載された電子装置等（図略）によって高電圧側で電力が消費され、高電圧バッテリＢ１１の電圧が所定電圧未満になると、昇降圧コンバータ装置１は、昇圧動作を開始する。制御回路１８は、ＩＧＢＴ１３をオンして低電圧バッテリＢ１０からコイル１１にエネルギーを蓄積させる。その後、ＩＧＢＴ１３をオフし、コイル１１に蓄積されたエネルギーを放出させる。このとき、コイル１１は、低電圧側平滑用コンデンサ１０に接続される一端に対して、ＩＧＢＴ１２、１３に接続される他端が高電位となる。つまり、コイル１１の他端が低電圧バッテリＢ１０の電圧より高くなる。ＩＧＢＴ１２、１３がともにオフ状態であるため、コイル１１のエネルギーの放出に伴う電流は、電流センス抵抗１６及びフライホイールダイオード１４を介して高電圧バッテリＢ１１に流れ、高電圧バッテリＢ１１が充電される。以降、同様の動作が繰り返され、高電圧バッテリＢ１１の電圧が所定電圧以上になると、制御回路１８は、ＩＧＢＴ１３のオフ、オフの制御を停止する。

ところで、フライホイールダイオード１４にフライホイール電流が流れると、フライホイール電流に比例した所定の電流が電流センス端子１４０にも流れる。電流センス端子１４０に流れる電流は、電流センス抵抗１６によって電圧に変換され、制御回路１８に入力される。ＩＧＢＴ１２の電流センス端子１２０を流れる電流と、フライホイールダイオード１４の電流センス端子１４０を流れる電流とでは、流れる方向が逆向きである。そのため、電流センス抵抗１６の電圧の極性が異なることとなる。制御回路１８は、昇圧動作時に、電流センス抵抗１６によって変換された電圧が入力されると、その極性から、フライホイールダイオード１４に電流が流れていると判定し、ＩＧＢＴ１２を強制的にオフする。具体的には、駆動信号を遮断することにより強制的にオフする。また、制御回路１８は、電流センス抵抗１６によって検出した電流に基づいて過電流等の異常を判定し、異常が発生した場合、ＩＧＢＴ１２、１３をオフする等、対応する処理を行う。

なお、ＩＧＢＴ１３がオンしたときに流れる電流を検出していないが、オフしたときに流れる電流とほぼ等しいため、問題になることはない。

一方、車両に搭載された電子装置等（図略）によって低電圧側で電力が消費され、低電圧バッテリＢ１０の電圧が所定電圧未満になると、昇降圧コンバータ装置１は、降圧動作を開始する。制御回路１８は、ＩＧＢＴ１２をオンし、高電圧バッテリＢ１１からコイル１１にエネルギーを蓄積させる。その後、ＩＧＢＴ１２をオフし、コイル１１に蓄積されたエネルギーを放出させる。このとき、コイル１１は、ＩＧＢＴ１２、１３に接続される他端に対して、低電圧側平滑用コンデンサ１０に接続される一端が高電位となる。つまり、コイル１１の一端が、高電圧バッテリＢ１１の電圧より低くなる。ＩＧＢＴ１２、１３がともにオフ状態であるため、コイル１１のエネルギーの放出に伴う電流は、フライホイールダイオード１５を介して低高電圧バッテリＢ１０に流れ、低電圧バッテリＢ１０が充電される。以降、同様の動作が繰り返され、低電圧バッテリＢ１０の電圧が所定電圧以上になると、制御回路１８は、ＩＧＢＴ１２のオフ、オフの制御を停止する。

ところで、ＩＧＢＴ１２がオンし、コレクタ電流が流れると、コレクタ電流に比例した所定の電流が電流センス端子１２０にも流れる。電流センス端子１２０に流れる電流は、電流センス抵抗１６によって電圧に変換され、制御回路１８に入力される。制御回路１８は、電流センス抵抗１６によって検出した電流に基づいて過電流等の異常を判定し、異常が発生した場合、ＩＧＢＴ１２、１３をオフする等、対応する処理を行う。

なお、ＩＧＢＴ１２がオフしたときに流れる電流を検出していないが、オンしたときに流れる電流とほぼ等しいため、問題になることはない。また、昇圧動作時と降圧動作時とで、電流を検出する回路構成が異なることから、同じ大きさの電流が流れても、電流センス抵抗１６によって変換された電圧の大きさが異なることとなる。しかし、制御回路１８において、昇圧動作時と降圧動作時とで、電流センス抵抗１６によって変換された電圧の処理を換えれば問題になることはない。

最後に、具体的効果について説明する。第１実施形態によれば、ＩＧＢＴ１２、１３のコレクタ、エミッタ間には、フライホイールダイオード１４、１５が接続されている。ＩＧＢＴ１２は、電流センス端子１２０を備えている。また、フライホイールダイオード１４も、電流センス端子１４０を備えている。電流センス抵抗１６は、電流センス出端子１２０、１４０に接続されている。ＩＧＢＴ１２にコレクタ電流が流れると、それに伴って、電流センス端子１２０にもコレクタ電流に比例した所定の電流が流れる。電流センス端子１２０の電流は電流センス抵抗１６によって電圧に変換される。これにより、ＩＧＢＴ１２に流れる電流を検出することができる。また、フライホイールダイオード１４にフライホイール電流が流れると、それに伴って、電流センス端子１４０にもフライホイール電流に比例した所定の電流が流れる。電流センス端子１４０の電流は電流センス抵抗１６によって電圧に変換される。これにより、フライホイールダイオード１４に流れる電流を検出することができる。従って、簡素な構成で、双方向に流れる電流を検出することができる。

また、第１実施形態によれば、ＩＧＢＴ１２及びフライホイールダイオード１４は、１チップで構成されている。そのため、部品点数が削減され、昇降圧コンバータ装置１を小型化することができる。

さらに、第１実施形態によれば、ＩＧＢＴ１２とフライホイールダイオード１４とは１チップで構成されている。この場合、フライホイールダイオード１４に電流が流れ発熱している状態で、同一チップに構成されるＩＧＢＴ１２をオンすると、チップ全体として損失が増加するという特性を有する。そのため、フライホイールダイオード１４に電流が流れているとき、ＩＧＢＴ１２を強制的にオフすることで、チップ全体としての損失を抑えることができる。この場合、電流センス抵抗１６の電圧の極性に着目することで、フライホイールダイオード１４に電流が流れているか否かを確実に判定することができる。また、駆動信号を遮断することで、ＩＧＢＴ１２を確実にオフすることができる。

（第２実施形態）
まず、図２を参照してインバータ装置の構成について説明する。ここで、図２は、第２実施形態におけるインバータ装置の回路図である。

図２に示すインバータ装置２（電力変換装置）は、３相交流モータＭ２が力行状態のとき、バッテリＢ２の出力する直流電圧を３相交流電圧に変換して、３相交流モータＭ２に供給する装置である。また、逆に、３相交流モータＭ２が回生状態のとき、３相交流モータＭ２の発生する３相交流電圧を直流電圧に変換して、バッテリＢ２を充電する装置でもある。つまり、直流電力と交流電力間で相互に電力を変換する装置である。インバータ装置２は、３相ブリッジ回路２０（多相ブリッジ回路）と、フライホイールダイオード２１０〜２１６と、電流センス抵抗２２０〜２２２と（抵抗）、制御回路２３０（制御手段）とから構成されている。

３相ブリッジ回路２０は、ＩＧＢＴ２００〜２０５（トランジスタ）から構成されている。ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆは、オン、オフすることで、直流電圧を交流電圧に変換するためのスイッチング素子である。ＩＧＢＴ２００、２０３、ＩＧＢＴ２０１、２０４及びＩＧＢＴ２０２、２０５は、それぞれ直列接続されている。具体的には、ＩＧＢＴ２００〜２０２のエミッタが、ＩＧＢＴ２０３〜２０５のコレクタにそれぞれ接続されている。直列接続された３組のＩＧＢＴ２００、２０３、ＩＧＢＴ２０１、２０４及びＩＧＢＴ２０２、２０５は並列接続されている。上側にある３つのＩＧＢＴ２００〜２０２のコレクタはバッテリＢ２の正極端子に、下側にある３つのＩＧＢＴ２０３〜２０５のエミッタはバッテリＢ２の負極端子にそれぞれ接続されている。ＩＧＢＴ２００〜２０５のゲートは、制御回路２３０にそれぞれ接続されている。また、直列接続されたＩＧＢＴ２００、２０３、ＩＧＢＴ２０１、２０４及びＩＧＢＴ２０２、２０５の直列接続点は、３相交流モータＭ２を構成するコイル（図略）にそれぞれ接続されている。

フライホイールダイオード２１０〜２１５は、フライホイール電流を整流することで、交流電圧を直流電圧に変換するための素子である。フライホイールダイオード２１０〜２１５のアノードはＩＧＢＴ２００〜２０５のエミッタに、カソードはＩＧＢＴ２００〜２０５のコレクタにそれぞれ接続されている。

電流センス抵抗２２０〜２２２は、ＩＧＢＴ２０３〜２０５に流れるコレクタ電流及びフライホイールダイオード２１３〜２１５に流れるフライホイール電流を検出するための素子である。電流センス抵抗２２０〜２２２は、ＩＧＢＴ２０３〜２０５がオンしたときには、ＩＧＢＴ２０３〜２０５のコレクタ電流に比例する電流センス端子２０３ａ〜２０５ａに流れる電流を電圧に変換する。一方、ＩＧＢＴ２０３〜２０５がオフしたときには、フライホイールダイオード２１３〜２１５のフライホイール電流に比例する電流センス端子２１３ａ〜２１５ａに流れる電流を電圧に変換する。電流センス抵抗２２０〜２２２の一端は、ＩＧＢＴ２０３〜２０５の電流センス端子２０３ａ〜２０５ａ及びフライホイールダイオード２１３〜２１５の電流センス端子２１３ａ〜２１５ａにそれぞれ接続されている。また、他端は、ＩＧＢＴ２０３〜２０５のコレクタにそれぞれ接続されている。さらに、電流センス抵抗２２０〜２２２の両端は、制御回路２３０にそれぞれ接続されている。

ここで、ＩＧＢＴ２０３〜２０５及びフライホイールダイオード２１３〜２１５は、半導体素子としてそれぞれ１チップで構成されている。

制御回路２３０は、３相ブリッジ回路２０を構成するＩＧＢＴ２００〜２０５のオン、オフを制御するための回路である。特に、電流センス抵抗２２０〜２２２の電圧に基づいてフライホイールダイオード２１３〜２１５にフライホイール電流が流れているか否かを判定し、フライホイール電流が流れているときには、強制的にＩＧＢＴ２０３〜２０５をオフする。制御回路２３０は、ＩＧＢＴ２００〜２０５のゲート及び電流センス抵抗２２０〜２２２の両端にそれぞれ接続されている。

次に、インバータ装置の動作について説明する。図２において、車両に搭載され電子装置から３相交流モータＭ２に対するトルク指令が入力されると、インバータ装置２は、トルク指令に基づいて直流交流変換動作を開始する。制御回路２３０は、ＩＧＢＴ２００〜２０５を所定のタイミングでオン、オフして、バッテリＢ２の直流電圧を３相交流電圧に変換し、３相交流モータＭ２に供給する。インバータ装置２から３相交流電圧が供給されると、３相交流モータＭ２は、トルク指令によって指示されたトルクを発生する。ところで、ＩＧＢＴ２０３〜２０５がそれぞれオンし、コレクタ電流が流れると、コレクタ電流に比例した所定の電流が電流センス端子２０３ａ〜２０５ａにも流れる。電流センス端子２０３ａ〜２０５ａに流れる電流は、電流センス抵抗２２０〜２２２によって電圧に変換され、制御回路２３０に入力される。制御回路２３０は、電流センス抵抗２２０〜２２２によって検出した各相電流に基づいてＩＧＢＴ２００〜２０５のオン、オフのタイミングを制御する。

一方、車両に搭載され電子装置からのトルク指令の入力が停止し、３相交流モータＭ２が外力によって回転する回生状態になると、インバータ装置２は、交流直流変換動作を開始する。３相交流モータＭ２の発生する３相交流電圧は、フライホイールダイオード２１３〜２１５によって構成される整流回路で整流され、直流電圧に変換される。そして、変換された直流電圧によってバッテリＢ２が充電される。ところで、フライホイールダイオード２１３〜２１５にフライホイール電流が流れると、フライホイール電流に比例した所定の電流が電流センス端子２１３ａ〜２１５ａにも流れる。電流センス端子２１３ａ〜２１５ａに流れる電流は、電流センス抵抗２２０〜２２２によって電圧に変換され、制御回路２３０に入力される。ＩＧＢＴ２０３〜２０５の電流センス端子２０３ａ〜２０５ａを流れる電流と、フライホイールダイオード２１３〜２１５の電流センス端子２１３ａ〜２１５ａを流れる電流とでは、流れる方向が逆向きである。そのため、電流センス抵抗２２０〜２２２の電圧の極性が異なることとなる。制御回路２３０は、交流直流変換動作時に、電流センス抵抗２２０〜２２２によって変換された電圧が入力されると、その極性から、フライホイールダイオード２１３〜２１５に電流が流れていると判定し、ＩＧＢＴ２０３〜２０５を強制的にオフする。具体的には、駆動信号を遮断することにより強制的にオフする。また、制御回路２３０は、電流センス抵抗２２０〜２２２によって検出した電流に基づいて過電流等の異常を判定し、異常が発生した場合、対応する処理を行う。

なお、直流交流変換動作時と交流直流変換動作時とで、電流を検出する回路構成が異なることから、同じ大きさの電流が流れても、電流センス抵抗２２０〜２２２によって変換された電圧の大きさが異なることとなる。しかし、制御回路２３０において、直流交流変換動作時と交流直流変換動作時とで、電流センス抵抗２２０〜２２２によって変換された電圧の処理を換えれば問題になることはない。

最後に、具体的効果について説明する。第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、第２実施形態では、インバータ装置２が直列接続された３組のＩＧＢＴ２００、２０３、ＩＧＢＴ２０１、２０４及びＩＧＢＴ２０２、２０５を並列接続して構成される３相ブリッジ回路２０を備えている例を挙げているが、これに限られるものではない。例えば、２相又は４相以上のブリッジ回路であってもよい。

ところで、第１及び第２実施形態では、昇降圧コンバータ１やインバータ装置２がＩＧＢＴによって構成される例を挙げているが、これに限られるものではない。バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタによって構成してもよい。

第１実施形態における昇降圧コンバータ装置の回路図である。 第２実施形態におけるインバータ装置の回路図である。

符号の説明

１・・・昇降圧コンバータ装置（電力変換装置）、１０・・・低電圧側平滑用コンデンサ、１１・・・コイル、１２、１３・・・ＩＧＢＴ（トランジスタ）、１２０・・・電流センス端子（電流検出端子）、１４、１５・・・フライホイールダイオード、１４０・・・電流センス端子１４０（電流検出端子）、１６・・・電流センス抵抗（抵抗）、１７・・・高電圧側平滑用コンデンサ、１８・・・制御回路（制御手段）、Ｂ１０・・・低電圧バッテリ、Ｂ１１・・・高電圧バッテリ、２・・・インバータ装置（電力変換装置）、２０・・・３相ブリッジ回路（多相ブリッジ回路）、２００〜２０５・・・ＩＧＢＴ（トランジスタ）、２０３ａ〜２０５ａ・・・電流センス端子（電流検出端子）、２１０〜２１５・・・フライホイールダイオード、２１３ａ〜２１５ａ・・・電流センス端子（電流検出端子）、２２０〜２２２・・・電流センス抵抗（抵抗）、２３０・・・制御回路（制御手段）、Ｂ２・・・バッテリ、Ｍ２・・・３相交流モータ

Claims (7)

1. 直列接続された一対のトランジスタと、
   それぞれの前記トランジスタに接続され、カソードがコレクタ又はドレインに、アノードがエミッタ又はソースに接続されるフライホイールダイオードと、
   を備え、前記トランジスタをオン、オフして流れる電流を制御し、形態の異なる直流電力間で相互に電力を変換する電力変換装置において、
   一対の前記トランジスタの一方は、コレクタ電流又はドレイン電流に比例し、コレクタ電流又はドレイン電流より小さい電流が流れる電流検出端子を備え、
   前記一方の前記トランジスタに接続される前記フライホイールダイオードは、前記フライホイールダイオードに流れる電流に比例し、前記フライホイールダイオードに流れる電流より小さい電流が流れる電流検出端子を備え、
   さらに、一端が前記一方の前記トランジスタの前記電流検出端子及び前記一方の前記トランジスタに接続される前記フライホイールダイオードの前記電流検出端子に、他端が前記一方の前記トランジスタのエミッタ又はソースにそれぞれ接続され、双方向に流れる電流を電圧に変換する抵抗を有することを特徴とする電力変換装置。
2. 直列接続された一対のトランジスタを複数組並列接続して構成される多相ブリッジ回路と、
   前記トランジスタにそれぞれ接続され、カソードがコレクタ又はドレインに、アノードがエミッタ又はソースに接続されるフライホイールダイオードと、
   を備え、前記トランジスタをオン、オフして流れる電流を制御し、直流電力を交流電力に、又は、前記フライホイールダイオードによって、交流電力を直流電力に相互に変換する電力変換装置において、
   一対の前記トランジスタの一方は、コレクタ電流又はドレイン電流に比例し、コレクタ電流又はドレイン電流より小さい電流が流れる電流検出端子を備え、
   前記一方の前記トランジスタに接続される前記フライホイールダイオードは、前記フライホイールダイオードに流れる電流に比例し、前記フライホイールダイオードに流れる電流より小さい電流が流れる電流検出端子を備え、
   さらに、一端が前記一方の前記トランジスタの前記電流検出端子及び前記一方の前記トランジスタに接続される前記フライホイールダイオードの前記電流検出端子に、他端が前記一方の前記トランジスタのエミッタ又はソースにそれぞれ接続され、双方向に流れる電流を電圧に変換する抵抗を有することを特徴とする電力変換装置。
3. 前記一方の前記トランジスタは、ＩＧＢＴであり、
   前記一方の前記トランジスタ、前記フライホイールダイオードは、１チップで構成されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の電力変換装置。
4. 前記トランジスタのオン、オフを制御するとともに、前記抵抗の電圧に基づいて前記フライホイールダイオードに電流が流れているか否かを判定し、前記フライホイールダイオードに電流が流れているときには、前記一方の前記トランジスタをオフする制御手段を有することを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記制御手段は、前記抵抗の電圧の極性に基づいて前記フライホイールダイオードに電流が流れているか否かを判定することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記制御手段は、駆動信号を遮断することにより前記一方の前記トランジスタをオフすることを特徴とする請求項４又は５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 車両に搭載され、電力を変換することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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