JP6468155B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、直流交流変換回路や、交流直流変換回路や、昇降圧回路などの電力変換回路と、電圧検出回路とを備える電力変換装置に関する。

いわゆる電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換する直流交流変換回路や、交流電力を直流電力に変換する交流直流変換回路や、電圧を昇降圧する昇降圧回路などの電力変換回路を備えている。この種の電力変換装置では、直流側に電圧を平滑化する平滑コンデンサが設けられている。さらに、制御装置によって、平滑コンデンサの端子間電圧の検出値が取得され、さらに、その検出値に基づいて、電力変換装置の制御が実施される（例えば、特許文献１）。

特開２０１４−２０３８９３号公報

ここで、平滑コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出回路を、平滑コンデンサの両端子に直接接続するのではなく、構造を簡略化するために、電力変換回路を構成する半導体スイッチング素子の端子に接続する構成が考えられる。このような構成では、構造を簡略化できる一方で、平滑コンデンサと半導体スイッチング素子とを接続する接続部材のインピーダンスによって、逆起電圧が生じることが懸念される。この逆起電圧によって、電力検出回路が接続されている端子の電圧と、平滑コンデンサの端子間電圧とが異なる電圧となり、平滑コンデンサの端子間電圧を正確に取得できなくなることが懸念される。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、平滑コンデンサの端子間電圧を検出するために、半導体スイッチング素子の端子に電圧検出回路を接続する構成において、接続部材のインピーダンスによって生じる逆起電圧が電圧検出回路の検出値に与える影響を抑制することを主たる目的とする。

直列接続された二つの半導体スイッチング素子である、高電圧側の上アームスイッチ、（ＳＷｐ１〜ＳＷｐ４）及び、低電圧側の下アームスイッチ（ＳＷｎ１〜ＳＷｎ４）と、前記上アームスイッチの高電圧側端子（ＴＣ３，ＴＣ４）と、前記下アームスイッチの低電圧側端子（ＴＥ３，ＴＥ４）との間に接続部材（Ｂｐ，Ｂｎ）を介して接続され、その両端子間の電圧を平滑化する平滑コンデンサ（ＣＡ，Ｃ２）と、前記上アームスイッチの前記高電圧側端子、及び、前記下アームスイッチの前記低電圧側端子に接続され、前記上アームスイッチの前記高電圧側端子と、前記下アームスイッチの前記低電圧側端子との間の電圧を、前記平滑コンデンサの端子間電圧として検出する電圧検出回路（２０）と、前記上アームスイッチ、及び、前記下アームスイッチが、入出力端子間において流れる電流の時間当たりの変化量が所定値以下であるフルオン状態、又は、フルオフ状態であることを条件として、前記電圧検出回路による検出値を取得する電圧取得手段（４０）と、を備えることを特徴とする。

電圧検出回路を半導体スイッチング素子の端子と接続する構成において、接続部材のインピーダンス（主としてインダクタンス成分）によって生じる電圧が問題となる。ここで、主として半導体スイッチング素子のオフ状態からオン状態への切り替えに伴う電流変化、及び、オン状態からオフ状態への切り替えに伴う電流変化によって、逆起電圧が発生する。

そこで、本構成では、上アームスイッチ及び下アームスイッチにおいて流れる電流の時間当たりの変化量が所定値以下であるフルオン状態、又は、フルオフ状態であることを条件として、平滑コンデンサの端子間電圧の検出値を取得する構成とした。この構成によって、接続部材のインピーダンスによって生じる逆起電圧が電圧検出回路の検出値に与える影響を抑制することができる。

第１実施形態の電気的構成を表す図。 第１実施形態における回路基板（表面）における素子の配置を表す概略図。 パワーカードの構造を表す概略図。 第１実施形態におけるコンデンサとスイッチング素子との接続を表す図。 バスバーのインダクタンスを表す概略図。 バスバーのインダクタンスに流れる電流を表す概略図。 スイッチに流れる電流、及び、ノイズ電圧の時間変化を表すタイミングチャート。 第１実施形態における電圧取得処理を表すフローチャート。 バスバーの抵抗成分に流れる電流を表す概略図。 インバータ回路の出力電流、及び、コンデンサの端子間電圧の検出値の時間変化を表すタイミングチャート。 第２実施形態における電圧取得処理を表すフローチャート。 第３実施形態の電気的構成を表す図。 第３実施形態におけるコンデンサとスイッチング素子との接続を表す図。 第４実施形態における電気的構成を表す図。

（第１実施形態）
以下、本発明にかかる電力変換装置をハイブリッド車に適用した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかる電力変換装置の電気的構成を示す。モータジェネレータ１０は、駆動輪や内燃機関に機械的に連結されている。モータジェネレータ１０は、インバータ回路ＩＮＶに接続されている。インバータ回路ＩＮＶ（電力変換回路）は、直流電源１２の出力電圧を入力電圧とし、直流電力を交流電力に変換するものである。ここで、直流電源１２は、端子電圧がたとえば１００Ｖ以上の高電圧となる高電圧バッテリである。

インバータ回路ＩＮＶは、高電圧側のスイッチング素子ＳＷｐ１〜ＳＷｐ３（上アームスイッチ）及び低電圧側のスイッチング素子ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３（下アームスイッチ）の直列接続体が３つ並列接続されて構成されている。そして、これら各スイッチング素子ＳＷｐ１〜ＳＷｐ３、及び、スイッチング素子ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３の接続点が、モータジェネレータ１０の各相にそれぞれ接続されている。

また、上記高電圧側のスイッチング素子ＳＷｐ１〜ＳＷｐ３及び低電圧側のスイッチング素子ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３のそれぞれの入出力端子間（コレクタ及びエミッタ間）には、高電圧側のフリーホイールダイオードＦＤｐ１〜３及び低電圧側のフリーホイールダイオードＦＤｎ１〜３のカソード及びアノードが接続されている。

コンデンサＣＡは、上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３のコレクタ（高電圧側端子）と、下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ３のエミッタ（低電圧側端子）とに接続され、その両端子間の電圧を平滑化する平滑コンデンサである。

なお、上記インバータ回路ＩＮＶを構成する半導体スイッチング素子ＳＷ（ＳＷｐ１〜ＳＷｐ３，ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３）は、いずれもパワー半導体であり、より具体的には、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。

制御装置４０は、マイクロコンピュータであって、インバータ回路ＩＮＶを操作することでモータジェネレータ１０の制御量を制御するためのデジタル処理手段である。詳しくは、制御装置４０は、フォトカプラ等の絶縁手段を備えるインターフェース４２を介してインバータ回路ＩＮＶの各スイッチング素子ＳＷに操作信号を出力することで、インバータ回路ＩＮＶを操作する。より具体的には、制御装置４０はインターフェース４２を介して各スイッチング素子ＳＷの制御端子（ゲート）に対して駆動信号を入力する駆動回路に操作信号を出力する。ここで、インターフェース４２に絶縁手段を備えるのは、インバータ回路ＩＮＶや直流電源１２を備える高電圧システムと、制御装置４０を備える低電圧システムとを絶縁するためである。

また、制御装置４０は、インバータ回路ＩＮＶの入力電圧の検出値を取得し、その取得した値に基づいて、上記操作信号を生成する。本実施形態の構成は、インバータ回路ＩＮＶの入力電圧の検出値を取得するために、インバータ回路ＩＮＶの入力電圧を、制御装置４０が有するアナログデジタル変換器の入力可能電圧に変換する電圧検出回路２０を備えている。

電圧検出回路２０は、一対の入力端子ＴＨ，ＴＮの間の電圧を低電圧システムの接地基準での電圧に変換する電圧変換回路である。電圧検出回路２０によって変換された電圧は、電圧取得手段としての制御装置４０に入力される。これは、本実施形態では、高電圧システムの基準電圧と低電圧システムの基準電圧とが相違するためである。

具体的には、基準電圧となるインバータ回路ＩＮＶの負極側の入力端子ＰＮの電圧ＶＮは、低電圧システムにおける基準電圧よりも低くなっている。これは、本実施形態では、直流電源１２の正極電圧と負極電圧との中央値を低電圧システムの基準電圧としているためである。基準電圧のこのような設定は、直流電源１２の両端の電圧を抵抗によって分圧したものを低電圧システムの基準電圧とすることで実現することができる。なお、低電圧システムの基準電圧は、接地電圧（車体電圧）である。

電圧検出回路２０は、インバータ回路ＩＮＶの正極側の入力端子ＰＰの電圧（コンデンサＣＡの正極側と接続される端子ＴＨの電圧ＶＨ）と、負極側の入力端子ＰＮの電圧（コンデンサＣＡの負極側と接続される端子ＴＮの電圧ＶＮ）との電圧差、即ち、コンデンサＣＡの端子間電圧を変換する手段であり、オペアンプ２１を備えて構成される。ここで、端子ＴＨの電圧ＶＨと接地電圧との電圧差は、分圧用の抵抗体である複数の高抵抗体２３と、低抵抗体２４によって分圧された後、オペアンプ２１の反転入力端子に印加される。また、端子ＴＮの電圧ＶＮと接地電圧との電圧差は、複数の高抵抗体２５と、低抵抗体２６とによって分圧され、オペアンプ２１の非反転入力端子に印加される。オペアンプ２１の反転入力端子と出力端子とは抵抗体２２によって接続されている。

図２に、本実施形態にかかるインバータ回路ＩＮＶが実装される回路基板５０を示す。図示される回路基板５０は、インバータ回路ＩＮＶに接続される高電圧回路領域ＨＶと、低電圧回路領域ＬＶとの双方を有する。ここで、基本的には、図中、右側（上アームスイッチＳＷｐ３に対し、上アームスイッチＳＷｐ２が設けられている方向と逆の方向）の領域が低電圧回路領域ＬＶであり、中央及び左側（上アームスイッチＳＷｐ３に対し、上アームスイッチＳＷｐ２が設けられている方向）の領域が高電圧回路領域ＨＶである。ただし、高電圧回路領域ＨＶ内には、フォトカプラのように、低電圧システムと高電圧システムとの双方を構成する部品も混在している。

また、インバータ回路ＩＮＶを構成する各スイッチング素子ＳＷの駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ３，Ｄｎ１〜Ｄｎ３の電源回路を構成するフライバックコンバータ用の電解コンデンサ（図示略）は、低電圧システムを構成するものとして、図中右側の低電圧回路領域ＬＶに配置されている。また、駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ３，Ｄｎ１〜Ｄｎ３の電源回路を構成するフライバックコンバータ用のトランス（図示略）の１次巻線側は低電圧システムを構成するものとして低電圧回路領域ＬＶに配置され、２次巻線側は高電圧システムを構成するものとして高電圧回路領域ＨＶに配置されている。

図３に示すように、上記インバータ回路ＩＮＶを構成する各スイッチング素子ＳＷは、回路基板５０の裏面（図２に示された面の裏面）側から回路基板５０に差し込まれて接続されている。ここで、各スイッチング素子ＳＷは、他の素子とともに絶縁材料で被覆されてパワーカードＰＷＣ（モジュール）を構成している。パワーカードＰＷＣには、フリーホイールダイオードＦＤや感温ダイオードＳＤも収納されているが、図３では、フリーホイールダイオードＦＤの記載を省略している。

パワーカードＰＷＣは、高電圧側のスイッチング素子ＳＷｐが収納されたものと、低電圧側のスイッチング素子ＳＷｎが収納されたものとで互いに同一構造である。パワーカードＰＷＣは、絶縁材料から外部へ露出した複数の信号端子を有する。具体的には、スイッチング素子ＳＷのゲート端子Ｇ、エミッタ検出端子ＫＥ、コレクタ検出端子ＫＣ、センス端子ＳＥ、感温ダイオードＳＤのアノードＡおよびカソードＫの各端子が、回路基板５０に挿入され接続されている。ここで、エミッタ検出端子ＫＥ（第１検出用端子）は、スイッチング素子ＳＷのエミッタＥ（低電圧側端子）に接続され、エミッタＥと同電圧の電極である。コレクタ検出端子ＫＣ（第２検出用端子）は、スイッチング素子ＳＷのコレクタ（高電圧側端子）に接続され、コレクタと同電圧の電極である。センス端子ＳＥは、スイッチング素子ＳＷを流れる電流と相関を有する微小電流を出力するための端子である。

図２に示すように、スイッチング素子ＳＷは、高電圧システムを構成するものであるため、これら各スイッチング素子ＳＷを他の回路と絶縁すべく、回路基板５０には、絶縁領域ＩＡが設けられている。絶縁領域ＩＡは、回路（素子や配線や電源パターン）が配置されない領域である。

ここで、図中下の列には、下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ３を備えるパワーカードＰＷＣの端子が示されている。これら下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ３に対応するエミッタ検出端子ＫＥが、いずれも同一の基準電圧（端子ＴＮの電圧ＶＮ）であるため、これらの間に絶縁領域ＩＡが設けられていない。このため、これら下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ３を駆動する駆動回路Ｄｎ１〜Ｄｎ３は、この基準電圧を基準にして所定の電圧幅で動作することとなる。ここで、これら駆動回路Ｄｎ１〜Ｄｎ３の構成部品の動作電圧自体は、必ずしも低電圧回路領域ＬＶ内の部品と比較して大きいわけではない。このため、これら互いに相違する下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ３の駆動回路Ｄｎ１〜Ｄｎ３同士は、回路基板５０上において必ずしも絶縁領域ＩＡを設ける必要がない。

これに対し、図中上の列には、上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３を備えるパワーカードＰＷＣの端子が示されており、これらは互いに絶縁領域ＩＡによって隔離されている。そして、絶縁領域ＩＡによって囲まれた領域に上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３を駆動する駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ４が実装されている。これは、各上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３同士のエミッタ検出端子ＫＥの電圧が、対応する下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ３がオン状態であるかオフ状態であるかに応じて、大きく変動するからである。このため、これらの駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ３の動作電圧自体は小さいとはいえ、駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ３同士を絶縁する必要が生じる。上記絶縁領域ＩＡの幅は、法規による要請や、絶縁破壊等を回避する観点から定められる。

図４として、スイッチング素子ＳＷｐ１〜ＳＷｐ３，ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３と、コンデンサＣＡとの接続を表す概略図を示す。上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３のコレクタＣは互いに、金属製の棒状（又は板状）の部材であるバスバーＢｐによって接続されている。さらに、上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３のコレクタＣは、バスバーＢｐによって、コンデンサＣＡの高電圧側の端子ＰＰに接続されている。

同様に、下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ３のエミッタＥは互いに、金属製の棒状の部材であるバスバーＢｎによって接続されている。さらに、下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ３のエミッタＥは、バスバーＢｎによって、コンデンサＣＡの低電圧側の端子ＰＮに接続されている。

ここで、図２に示すように、コンデンサＣＡの端子間電圧を検出する電圧検出回路２０は、スイッチＳＷｐ３のコレクタ端子ＴＣ３（コレクタ検出端子ＫＣ）、及び、スイッチＳＷｎ３のエミッタ端子ＴＥ３（エミッタ検出端子ＫＥ）を介して、コンデンサＣＡの両端子ＰＰ，ＰＮに接続される。より具体的には、電圧検出回路２０の高電圧側の入力端子ＴＰは、スイッチＳＷｐ３のコレクタ検出端子ＫＣ、及び、バスバーＢｐを介して、コンデンサＣＡの正極側の端子ＰＰと接続される。また、電圧検出回路２０の低電圧側の入力端子ＴＮは、スイッチＳＷｎ３のエミッタ検出端子ＫＥ、及び、バスバーＢｎを介して、コンデンサＣＡの負極側の端子ＰＮと接続される。

上記構成により、電圧検出回路２０の入力端子ＴＨ，ＴＮと、上アームスイッチＳＷｐ３のコレクタ端子ＴＣ３、及び、下アームスイッチＳＷｎ３のエミッタ端子ＴＥ３との接続は回路基板５０を介して接続されることになる。これにより、ワイヤーハーネスなどを用いた接続と比較して、簡易な構成とすることができる。

ここで、バスバーＢｐ，Ｂｎのインダクタンス（寄生インダクタンス）が問題となる。具体的には、バスバーＢｐ，Ｂｎのインダクタンスにより、コンデンサＣＡの端子間電圧の検出値にノイズ電圧が重畳し、検出値の精度が低下する。バスバーＢｐ，Ｂｎのインダクタンスによるノイズ電圧の発生について、以下に図を用いて説明する。

図５にバスバーＢｐ，ＢｎにおけるインダクタンスＬｐ１〜Ｌｐ３，Ｌｎ１〜Ｌｎ３（寄生インダクタンス）を示す。バスバーＢｐのインダクタンスにおいて、端子ＰＰと端子ＴＣ１との間に存在する成分をＬｐ１とし、端子ＴＣ１と端子ＴＣ２との間に存在する成分をＬｐ２とし、端子ＴＣ２と端子ＴＣ３との間に存在する成分をＬｐ３とする。同様に、バスバーＢｎのインダクタンスにおいて、端子ＰＮと端子ＴＥ１との間に存在する成分をＬｎ１とし、端子ＴＥ１と端子ＴＥ２との間に存在する成分をＬｎ２とし、端子ＴＥ２と端子ＴＥ３との間に存在する成分をＬｎ３とする。

図６（ａ）において、Ｕ相上アームスイッチＳＷｐ１と、Ｗ相下アームスイッチＳＷｎ３とがオフ状態からオン状態とされる場合にスイッチＳＷｐ１，ＳＷｎ３に流れる電流を一点鎖線で示している。スイッチＳＷｐ１，ＳＷｎ３がオフ状態からオン状態とされると、コンデンサＣＡの端子ＰＰ→インダクタンスＬｐ１→スイッチＳＷｐ１→モータジェネレータ１０→スイッチＳＷｎ３→インダクタンスＬｎ３→インダクタンスＬｎ２→インダクタンスＬｎ１→コンデンサＣＡの端子ＰＮの順に電流が流れる。

図６（ｂ）において、Ｕ相上アームスイッチＳＷｐ１と、Ｗ相下アームスイッチＳＷｎ３とがオン状態からオフ状態とされる場合にスイッチＳＷｐ１，ＳＷｎ３に流れる電流を一点鎖線で示している。スイッチＳＷｐ１，ＳＷｎ３がオン状態からオフ状態とされると、コンデンサＣＡの端子ＰＮ→インダクタンスＬｎ１→スイッチＳＷｎ１→モータジェネレータ１０→スイッチＳＷｐ３→インダクタンスＬｐ３→インダクタンスＬｐ２→インダクタンスＬｐ１→コンデンサＣＡの端子ＰＰの順に電流が流れる。

図７に、スイッチＳＷがオフ状態からオン状態とされるとき、及び、オン状態からオフ状態にされるときに、スイッチＳＷのコレクタ−エミッタ間に流れる電流Ｉｃｅの時間変化を示す。

時刻Ｔ０において、スイッチＳＷのゲート端子にオン電圧が印加され、ゲート端子における充電が開始されることで、コレクタエミッタ間電流Ｉｃｅが増加し始める。その後、フリーホイールダイオードＦＤのリカバリ電流やスイッチＳＷの寄生容量などに起因してサージ電流が流れ、時刻Ｔ１において、コレクタエミッタ間電流Ｉｃｅがピーク値に達する。その後、時刻Ｔ２において、コレクタエミッタ間電流Ｉｃｅは定常値となる。

時刻Ｔ３において、スイッチＳＷのゲート端子に印加される電圧が０とされ、ゲート端子における放電が開始されることで、コレクタエミッタ間電流Ｉｃｅが減少し始める。その後、時刻Ｔ４において、コレクタエミッタ間電流Ｉｃｅは０となる。

つまり、時刻Ｔ０〜Ｔ２におけるスイッチＳＷのオン遷移時、及び、時刻Ｔ３〜Ｔ４におけるスイッチＳＷのオフ遷移時において、コレクタエミッタ間電流Ｉｃｅが急激に変化する。このコレクタエミッタ間電流Ｉｃｅの時間変化によって、バスバーＢｐ，ＢｎのインダクタンスＬにおいて、逆起電圧Ｖｖ（Ｖｖ＝−Ｌ・ｄＩｃｅ／ｄｔ）が生じる。

図７に、逆起電圧Ｖｖに伴うコンデンサＣＡの端子間電圧の検出値Ｖｃｄ（端子ＴＥ３と端子ＴＣ３との間の電圧）の時間変化を示す。スイッチＳＷがオフ状態からオン状態に遷移するオン遷移時間、及び、オン状態からオフ状態に遷移するオフ遷移時間において、逆起電圧Ｖｖが発生し、電圧Ｖｃｄが激しく変化する。また、スイッチＳＷの入出力端子間（コレクタエミッタ間）において流れる電流の時間当たりの変化量が所定値以下になると、スイッチＳＷがフルオン状態又はフルオフ状態となる。スイッチＳＷがフルオン状態又はフルオフ状態になると、逆起電圧Ｖｖが小さくなる結果、電圧Ｖｃｄは安定した値となる。

逆起電圧Ｖｖは、電流が流れる経路におけるバスバーＢｐ，ＢｎのインダクタンスＬに比例する。このため、Ｕ相における逆起電圧Ｖｖが最も小さくなり、Ｗ相における逆起電圧Ｖｖが最も大きくなる。

Ｕ相とＷ相との組み合わせでは、図６（ａ），（ｂ）に示す経路で電流が流れる。つまり、スイッチＳＷｐ１，ＳＷｎ３がオフ状態からオン状態とされると、インダクタンスＬｐ１，Ｌｎ１，Ｌｎ２，Ｌｎ３に電流が流れる（Ｌ＝Ｌｐ１＋Ｌｎ１＋Ｌｎ２＋Ｌｎ３）。また、スイッチＳＷｐ１，ＳＷｎ３がオン状態からオフ状態とされると、インダクタンスＬｎ１，Ｌｐ１，Ｌｐ２，Ｌｐ３に電流が流れる（Ｌ＝Ｌｎ１＋Ｌｐ１＋Ｌｐ２＋Ｌｐ３）。経路上のインダクタンスＬによって、逆起電圧Ｖｖが生じる。これにより、スイッチＳＷｐ３のコレクタ端子ＴＣ３とスイッチＳＷｎ３のエミッタ端子ＴＥ３との間の電圧Ｖｃｄ（電圧検出回路２０による検出値）と、コンデンサＣＡの端子間電圧Ｖｃとの間に、逆起電圧Ｖｖ分の差異が生じる。

本実施形態では、電圧検出回路２０が接続されている相であるＷ相を構成するスイッチＳＷｐ３，ＳＷｎ３がともにフルオン状態又はフルオフ状態であることを条件として、コンデンサＣＡの端子間電圧Ｖｃの検出値Ｖｃｄの取得を実施する。これにより、スイッチＳＷｐ３，ＳＷｎ３のオン遷移時及びオフ遷移時における逆起電圧Ｖｖの影響を抑制することができる。

また、複数の上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３、及び、複数の下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ３のオンオフ状態の切り替えに伴う逆起電圧のうち、電圧検出回路２０の検出値に与える影響が最も大きいのは、電圧検出回路２０が接続されている相を構成する上アームスイッチＳＷｐ３、及び、下アームスイッチＳＷｎ３のオンオフ状態の切り替えに伴う逆起電圧である。しかしながら、他の相（Ｕ相、Ｖ相）を構成する上アームスイッチＳＷｐ１，ＳＷｐ２、及び、下アームスイッチＳＷｎ１，ＳＷｎ２のオンオフ状態の切り替えに伴う逆起電圧Ｖｖは、バスバーＢｐ，Ｂｎのインダクタンス成分により減衰するものの、電圧検出回路２０の検出値Ｖｃｄに影響を与える。

そこで、制御装置４０は、全ての相を構成する上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３、及び、下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ３が、フルオン状態又はフルオフ状態であることを条件として、電圧検出回路２０による検出値を取得する構成とした。

図８に、第１実施形態における電圧検出値取得処理を表すフローチャートを示す。本処理は、制御装置４０によって、所定周期ごとに実施される。

ステップＳ０１において、スイッチＳＷｐ３がオン状態であるか否かを判定する。スイッチＳＷｐ３がオン状態である場合（Ｓ０１：ＹＥＳ）、ステップＳ０２において、スイッチＳＷｐ３に対するオン操作が開始されてから所定時間が経過し、フルオン状態となっているか否かを判定する。ここで、この所定時間はオン遷移時間（図７参照）に基づいて設定されている。また、スイッチＳＷｐ３がオフ状態である場合（Ｓ０１：ＮＯ）、ステップＳ０３において、スイッチＳＷｐ３に対するオフ操作が開始されてから所定時間が経過し、フルオフ状態となっているか否かを判定する。ここで、この所定時間はオフ遷移時間（図７参照）に基づいて設定されている。スイッチＳＷｐ３がオン遷移中であると判定される（Ｓ０２：ＮＯ）、又は、オフ遷移中であると判定される（Ｓ０３：ＮＯ）場合、そのまま処理を終了する。

スイッチＳＷｐ３がフルオン状態であると判定される（Ｓ０２：ＹＥＳ）、又は、スイッチＳＷｐ３がフルオフ状態であると判定される（Ｓ０３：ＹＥＳ）と、ステップＳ０４において、スイッチＳＷｎ３がオン状態であるか否かを判定する。スイッチＳＷｎ３がオン状態である場合（Ｓ０４：ＹＥＳ）、ステップＳ０５において、スイッチＳＷｎ３に対するオン操作が開始されてから所定時間が経過し、フルオン状態となっているか否かを判定する。また、スイッチＳＷｎ３がオフ状態である場合（Ｓ０４：ＮＯ）、ステップＳ０６において、スイッチＳＷｎ３に対するオフ操作が開始されてから所定時間が経過し、フルオフ状態となっているか否かを判定する。スイッチＳＷｎ３がオン遷移中であると判定される（Ｓ０５：ＮＯ）、又は、オフ遷移中であると判定される（Ｓ０６：ＮＯ）場合、そのまま処理を終了する。

スイッチＳＷｎ３がフルオン状態であると判定される（Ｓ０５：ＹＥＳ）、又は、スイッチＳＷｎ３がフルオフ状態であると判定される（Ｓ０６：ＹＥＳ）と、ステップＳ０７において、スイッチＳＷｐ１がオン状態であるか否かを判定する。スイッチＳＷｐ１がオン状態である場合（Ｓ０７：ＹＥＳ）、ステップＳ０８において、スイッチＳＷｐ１に対するオン操作が開始されてから所定時間が経過し、フルオン状態となっているか否かを判定する。また、スイッチＳＷｐ１がオフ状態である場合（Ｓ０７：ＮＯ）、ステップＳ０９において、スイッチＳＷｐ１に対するオフ操作が開始されてから所定時間が経過し、フルオフ状態となっているか否かを判定する。スイッチＳＷｐ１がオン遷移中であると判定される（Ｓ０８：ＮＯ）、又は、オフ遷移中であると判定される（Ｓ０９：ＮＯ）場合、そのまま処理を終了する。

スイッチＳＷｐ１がフルオン状態であると判定される（Ｓ０８：ＹＥＳ）、又は、スイッチＳＷｐ１がフルオフ状態であると判定される（Ｓ０９：ＹＥＳ）と、ステップＳ１０において、スイッチＳＷｎ１がオン状態であるか否かを判定する。スイッチＳＷｎ１がオン状態である場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、ステップＳ１１において、スイッチＳＷｎ１に対するオン操作が開始されてから所定時間が経過し、フルオン状態となっているか否かを判定する。また、スイッチＳＷｎ１がオフ状態である場合（Ｓ１０：ＮＯ）、ステップＳ１２において、スイッチＳＷｎ１に対するオフ操作が開始されてから所定時間が経過し、フルオフ状態となっているか否かを判定する。スイッチＳＷｎ１がオン遷移中であると判定される（Ｓ１１：ＮＯ）、又は、オフ遷移中であると判定される（Ｓ１２：ＮＯ）場合、そのまま処理を終了する。

スイッチＳＷｎ１がフルオン状態であると判定される（Ｓ１１：ＹＥＳ）、又は、スイッチＳＷｎ１がフルオフ状態であると判定される（Ｓ１２：ＹＥＳ）と、ステップＳ１３において、スイッチＳＷｐ２がオン状態であるか否かを判定する。スイッチＳＷｐ２がオン状態である場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、ステップＳ１４において、スイッチＳＷｐ２に対するオン操作が開始されてから所定時間が経過し、フルオン状態となっているか否かを判定する。また、スイッチＳＷｐ２がオフ状態である場合（Ｓ１３：ＮＯ）、ステップＳ１５において、スイッチＳＷｐ２に対するオフ操作が開始されてから所定時間が経過し、フルオフ状態となっているか否かを判定する。スイッチＳＷｐ２がオン遷移中であると判定される（Ｓ１４：ＮＯ）、又は、オフ遷移中であると判定される（Ｓ１５：ＮＯ）場合、そのまま処理を終了する。

スイッチＳＷｐ１がフルオン状態であると判定される（Ｓ１４：ＹＥＳ）、又は、スイッチＳＷｐ２がフルオフ状態であると判定される（Ｓ１５：ＹＥＳ）と、ステップＳ１６において、スイッチＳＷｎ２がオン状態であるか否かを判定する。スイッチＳＷｎ２がオン状態である場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、ステップＳ１７において、スイッチＳＷｎ２に対するオン操作が開始されてから所定時間が経過し、フルオン状態となっているか否かを判定する。また、スイッチＳＷｎ２がオフ状態である場合（Ｓ１６：ＮＯ）、ステップＳ１８において、スイッチＳＷｎ２に対するオフ操作が開始されてから所定時間が経過し、フルオフ状態となっているか否かを判定する。スイッチＳＷｎ２がオン遷移中であると判定される（Ｓ１７：ＮＯ）、又は、オフ遷移中であると判定される（Ｓ１８：ＮＯ）場合、そのまま処理を終了する。

スイッチＳＷｎ１がフルオン状態であると判定される（Ｓ１７：ＹＥＳ）、又は、スイッチＳＷｎ１がフルオフ状態であると判定される（Ｓ１８：ＹＥＳ）、即ち、全てのスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３，ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３がともにフルオン状態又はフルオフ状態であると判定されると、ステップＳ１９において、コンデンサＣＡの端子間電圧の検出値Ｖｃｄの取得を実施し、処理を終了する。

また、バスバーＢｐ，Ｂｎに電流が流れることで、バスバーＢｐ，Ｂｎの抵抗成分による電圧降下が発生する。そこで、本実施形態では、スイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３，ＳＷん１〜ＳＷｎ３に流れる電流の大きさと向きに基づいて、検出値Ｖｃｄを補正する。

図９に示すように、インバータ回路ＩＮＶからモータジェネレータ１０に対して出力される電流Ｉｏｕｔは、モータジェネレータ１０の動作状態に応じて変化する。ここで、出力電流Ｉｏｕｔが変化することで、バスバーＢｐ，Ｂｎに流れる電流が変化し、バスバーＢｐ，Ｂｎにおいて生じる電圧降下（ΔＶ）が変化する。その結果、電圧検出回路２０による検出値Ｖｃｄの精度が悪化することが懸念される。

例えば、図１０に示すように、Ｕ相上アームスイッチＳＷｐ１とＷ相下アームスイッチＳＷｎ３に電流が流れている場合を想定する。バスバーＢｐにおける端子ＰＰとの接続点と、端子ＴＣ１との接続点との間の部位において、バスバーＢｐの抵抗成分に電流Ｉｃｅが流れることで、電圧降下（ΔＶ１）が発生する。また、バスバーＢｎにおける端子ＰＮとの接続点と、端子ＴＥ３との接続点との間の部位において、バスバーＢｎの抵抗成分に電流Ｉｃｅが流れることで、電圧降下（ΔＶ２，ΔＶ３，ΔＶ４）が発生する。

制御装置４０は、バスバーＢｐ，Ｂｎに電流Ｉｃｅが流れることで発生する電圧降下の和（図１０の例では、ΔＶ１＋ΔＶ２＋ΔＶ３＋ΔＶ４）を補正値として算出する。バスバーＢｐ，Ｂｎの各部位において生じる電圧降下は、各部位の抵抗値と、流れる電流との積として算出することができる。さらに、制御装置４０は、電圧検出回路２０による検出値Ｖｃｄに対し、電流の向きに応じて、その補正値を加算又は減算する。これにより、バスバーＢｐ，Ｂｎにおいて生じる電圧降下によって、検出値Ｖｃｄの精度が悪化することを抑制することができる。

（第２実施形態）
上記実施形態では、インバータ回路ＩＮＶが有する全ての相を構成するスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３，ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３がフルオン状態又はフルオフ状態であることを条件として、コンデンサＣＡの端子間電圧の検出値Ｖｃｄを取得する構成とした。本実施形態では、これを変更する。具体的には、電圧検出回路２０が接続されている相以外の相であるＵ，Ｖ相を構成するスイッチＳＷｐ１，ＳＷｐ２，ＳＷｎ１，ＳＷｎ２の状態に関わらず、電圧検出回路２０が接続されている相であるＷ相を構成するスイッチＳＷｐ３，ＳＷｎ３がともにフルオン状態又はフルオフ状態であることを条件として、コンデンサＣＡの端子間電圧の検出値Ｖｃｄの取得を実施する。

図１１に、第２実施形態における電圧検出値取得処理を表すフローチャートを示す。本処理は、制御装置４０によって、所定周期ごとに実施される。図１１に示すフローチャートは、図８に示すフローチャートと比較して、ステップＳ０７〜Ｓ１８を省略している。即ち、スイッチＳＷｐ３，ＳＷｎ３がともにフルオン状態、又は、フルオフ状態と判定されると（Ｓ０５：ＹＥＳ、又は、Ｓ０６：ＹＥＳ）、ステップＳ１９における検出値Ｖｃｄの取得を実施する。

本実施形態の電力変換装置（インバータ回路ＩＮＶ）は、複数の上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３及び複数の下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ３を備え、上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３と下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ３との直列接続体がそれぞれ相を構成する電力変換装置である。

スイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３，ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３のオンオフ状態の切り替えに伴う逆起電圧Ｖｖのうち、電圧検出回路２０の検出値Ｖｃｄに与える影響が最も大きいのは、電圧検出回路２０が接続されている相を構成するスイッチＳＷｐ３，ＳＷｎ３のオンオフ状態の切り替えに伴う逆起電圧Ｖｖである。これは、他の相を構成するスイッチＳＷｐ１，ＳＷｐ２，ＳＷｎ１，ＳＷｎ２のオンオフ状態の切り替えに伴う逆起電圧Ｖｖは、バスバーＢｐ，ＢｎのインダクタンスＬにより減衰するためである。

そこで、電圧取得手段としての制御装置４０は、電圧検出回路２０が接続されている相を構成する上アームスイッチＳＷｐ３、及び、下アームスイッチＳＷｎ３が、フルオン状態又はフルオフ状態であることを条件として、他の相のスイッチＳＷｐ１，ＳＷｐ２，ＳＷｎ１，ＳＷｎ２のオンオフ状態に関わらず、電圧検出回路２０による検出値を取得する構成とした。このような構成にすることで、コンデンサＣＡの端子間電圧の検出値Ｖｃｄを取得する機会を多く確保することができる。

（第３実施形態）
図１２に示す第３実施形態の電力変換装置は、図１に示す第１実施形態におけるインバータ回路ＩＮＶに加え、昇降圧回路ＣＶを備えている。昇降圧回路ＣＶは、具体的には同期整流方式の昇圧チョッパ回路である。インバータ回路ＩＮＶ及び昇降圧回路ＣＶで電力変換回路１１を構成する。以下の説明において、図１に示す構成と同一の構成については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１２に示すように、昇降圧回路ＣＶの２つの入力端子は、直流電源１２に接続されている。昇降圧回路ＣＶは、直流電源１２に並列接続されたコンデンサＣ１を備えている。また、昇降圧回路ＣＶは、リアクトルＬ１を備えている。リアクトルＬ１の一端は、直流電源１２の正極に接続されている。

また、昇降圧回路ＣＶは、直列接続された上アームスイッチＳＷｐ４、及び、下アームスイッチＳＷｎ４を備えている。スイッチＳＷｐ４のエミッタと、スイッチＳＷｎ４のコレクタとの接続点には、リアクトルＬ１が接続されている。スイッチＳＷｐ４，ＳＷｎ４には、フリーホイールダイオードＦＤｐ４，ＦＤｎ４が接続されている。上アームスイッチＳＷｐ４のコレクタ端子（ＴＣ４）と、下アームスイッチＳＷｎ４のエミッタ端子（ＴＥ４）とが、インバータ回路ＩＮＶの入力側に接続されている。また、上アームスイッチＳＷｐ４のコレクタ端子（ＴＣ４）と、下アームスイッチＳＷｎ４のエミッタ端子（ＴＥ４）との間には、コンデンサＣ２が接続されている。制御装置４０は、各スイッチＳＷｐ４，ＳＷｎ４をオンオフ動作させることで、直流電源１２から入力される電圧を所定の電圧に昇圧し、インバータ回路ＩＮＶに出力する。

図１３として、スイッチング素子ＳＷｐ１〜ＳＷｐ４，ＳＷｎ１〜ＳＷｎ４と、コンデンサＣ２との接続を表す概略図を示す。上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ４のコレクタＣは互いに、金属製の棒状（又は板状）の部材であるバスバーＢｐによって接続されている。さらに、上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ４のコレクタＣは、バスバーＢｐによって、コンデンサＣ２の高電圧側の端子ＰＰに接続されている。

同様に、下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ４のエミッタＥは互いに、金属製の棒状の部材であるバスバーＢｎによって接続されている。さらに、下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ４のエミッタＥは、バスバーＢｎによって、コンデンサＣ２の低電圧側の端子ＰＮに接続されている。

ここで、図４に示す構成と異なり、図１２におけるコンデンサＣ２（図４のコンデンサＣＡ）に最も近いスイッチは、スイッチＳＷｐ４，ＳＷｎ４である。そこで、本実施形態では、図１１に示すように、電圧検出回路２０の高電圧側端子ＴＨを、上アームスイッチＳＷｐ４のコレクタ端子ＴＣ４（コレクタ検出端子ＫＣ）に接続する。また、電圧検出回路２０の定電圧側端子ＴＮを、下アームスイッチＳＷｎ４のエミッタ端子ＴＥ４（エミッタ検出端子ＫＥ）に接続する。このような構成にすることで、端子ＴＨ，ＴＮと端子ＰＰ，ＰＮとの間のインダクタンス、及び、抵抗成分を減少させることができ、ノイズ電圧が電圧Ｖｃの検出値Ｖｃｄに与える影響を抑制することができる。

さらに、第１実施形態と同様に、電圧取得手段としての制御装置４０は、全ての相を構成する上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ４、及び、下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ４が、フルオン状態又はフルオフ状態であることを条件として、電圧検出回路２０による検出値を取得する構成とした。このような構成にすることで、インバータ回路ＩＮＶを構成するスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３，ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３のオンオフの切り替えに伴うノイズ電圧に加え、昇降圧回路ＣＶを構成するスイッチＳＷｐ４，ＳＷｎ４のオンオフの切り替えに伴うノイズ電圧による影響を抑制することが可能になる。

（第４実施形態）
図１４に示す第４実施形態の電力変換装置は、図１２に示す第３実施形態からインバータ回路ＩＮＶを省略した構成であり、昇降圧回路ＣＶを備えている。以下の説明において、図１２に示す構成と同一の構成については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

昇降圧回路ＣＶは、直流電源１２から入力される電圧を昇圧し、電気負荷１０ａに対して昇圧した電力を出力する。昇降圧回路ＣＶの出力側には、コンデンサＣ２が設けられている。コンデンサＣ２は、上アームスイッチＳＷｐ４のコレクタ端子ＴＣ４（コレクタ検出端子ＫＣ）とバスバーＢｐを介して接続され、下アームスイッチＳＷｎ４のエミッタ端子ＴＥ４（エミッタ検出端子ＫＥ）とバスバーＢｎを介して接続されている。制御装置４０は、コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃを昇降圧回路ＣＶの出力電圧として取得し、その取得した値を用いて、スイッチＳＷｐ４，ＳＷｎ４のデューティを調整する。

コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃの検出値Ｖｃｄを取得する電圧検出回路２０の高電圧側端子ＴＨは、スイッチＳＷｐ４のコレクタ検出端子ＫＣに接続され、低電圧側端子ＴＮは、スイッチＳＷｎ４のエミッタ検出端子ＫＥに接続されている。そして、電圧取得手段としての制御装置４０は、上アームスイッチＳＷｐ４、及び、下アームスイッチＳＷｎ４が、フルオン状態又はフルオフ状態であることを条件として、電圧検出回路２０による検出値を取得する。これにより、電圧検出回路２０のコンデンサＣ２に対する接続を簡略化するとともに、昇降圧回路ＣＶの出力電圧の検出値を取得する際に、昇降圧回路ＣＶを構成するスイッチＳＷｐ４，ＳＷｎ４のオンオフの切り替えに伴うノイズ電圧による影響を抑制することが可能になる。

（他の実施形態）
・接続部材として、バスバーＢｐ，Ｂｎに代えて、ワイヤーハーネスなどを用いてもよい。

・スイッチング素子として、ＩＧＢＴに代えて、ＭＯＳ−ＦＥＴなどを用いてもよい。

・電圧検出対象であるコンデンサの端子間電圧が低い場合、電圧検出回路における分圧回路を省略する構成としてもよい。

２０…電圧検出回路、４０…制御装置（電圧取得手段）、Ｂｐ，Ｂｎ…バスバー、ＣＡ…コンデンサ（平滑コンデンサ）、ＳＷｐ１〜ＳＷｐ３…上アームスイッチ、ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３…下アームスイッチ、ＴＣ３…コレクタ端子（高電圧側端子）、ＴＥ３…エミッタ端子（低電圧側端子）。

Claims (3)

1. 直列接続された二つの半導体スイッチング素子である、高電圧側の上アームスイッチ、（ＳＷｐ１〜ＳＷｐ４）及び、低電圧側の下アームスイッチ（ＳＷｎ１〜ＳＷｎ４）と、
   前記上アームスイッチの高電圧側端子（ＴＣ３，ＴＣ４）と、前記下アームスイッチの低電圧側端子（ＴＥ３，ＴＥ４）との間に接続部材（Ｂｐ，Ｂｎ）を介して接続され、その両端子間の電圧を平滑化する平滑コンデンサ（ＣＡ，Ｃ２）と、
   前記上アームスイッチの前記高電圧側端子、及び、前記下アームスイッチの前記低電圧側端子に接続され、前記上アームスイッチの前記高電圧側端子と、前記下アームスイッチの前記低電圧側端子との間の電圧を、前記平滑コンデンサの端子間電圧として検出する電圧検出回路（２０）と、
   を備え、
   前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチをそれぞれ複数備え、
   前記複数の上アームスイッチは、高電圧側端子が前記接続部材によって互いに接続されるとともに、前記複数の下アームスイッチは、低電圧側端子が前記接続部材によって互いに接続されており、
   前記上アームスイッチと前記下アームスイッチとの直列接続体がそれぞれ相を構成し、
   複数の前記相のうち、前記電圧検出回路が接続されている相を構成する前記上アームスイッチ、及び、前記下アームスイッチが、入出力端子間において流れる電流の時間当たりの変化量が所定値以下であるフルオン状態、又は、フルオフ状態であることのみを条件として、前記電圧検出回路による検出値を取得する電圧取得手段（４０）を備えることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記電圧取得手段は、前記上アームスイッチ、又は、前記下アームスイッチに流れる電流に基づいて、前記電圧検出回路による検出値を補正することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記半導体スイッチング素子は、他の素子とともに絶縁材料で被覆されてモジュール（ＰＷＣ）を構成するとともに、前記絶縁材料から外部へ露出した複数の信号端子（ＫＣ，Ｋ，Ａ，Ｇ，ＳＥ，ＫＥ）を備え、前記信号端子は、前記半導体スイッチング素子の低電圧側端子に接続された第１検出用端子（ＫＥ）と、前記半導体スイッチング素子の高電圧側端子に接続された第２検出用端子（ＫＣ）と、を含み、
   前記複数の信号端子が接続されている回路基板（５０）を備え、
   前記電圧検出回路は、前記回路基板において、前記上アームスイッチの前記第２検出用端子を介して、前記上アームスイッチの前記高電圧側端子に接続されているとともに、前記下アームスイッチの前記第１検出用端子を介して、前記下アームスイッチの前記低電圧側端子に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。

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