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JP2025080308A - Power Conversion Equipment - Google Patents

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JP2025080308A
JP2025080308A JP2023193383A JP2023193383A JP2025080308A JP 2025080308 A JP2025080308 A JP 2025080308A JP 2023193383 A JP2023193383 A JP 2023193383A JP 2023193383 A JP2023193383 A JP 2023193383A JP 2025080308 A JP2025080308 A JP 2025080308A
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Japan
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switch element
output terminal
unit
power conversion
terminal
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Application number
JP2023193383A
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Japanese (ja)
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直也 藪内
Naoya Yabuuchi
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

To provide a power conversion device in which a failure in a control unit caused by resonance of a switching element can be prevented.SOLUTION: A power conversion device includes: switching elements 12a, 12b connected in parallel with each other; a control unit 10 including an output terminal 10cc from which a first control signal for turning on the switching elements 12a, 12b is output and an output terminal 10ee from which a second control signal for turning off the switching elements 12a, 12b is output; an impedance conversion unit 123a disposed on a path between the output terminal 10cc and a gate terminal 12ag; an impedance conversion unit 123b disposed on a path between the output terminal 10cc and a gate terminal 12bg; and a protection function unit 50 connected between either one of a path from the output terminal 10cc to the impedance conversion unit 123a and a path from the output terminal 10cc to the impedance conversion unit 123b and a gate off potential Vee for defining the potential of the second control signal.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本開示は、パワーエレクトロニクス分野におけるインバータ又はコンバータ等の電力変換装置に関する。 This disclosure relates to power conversion devices such as inverters and converters in the power electronics field.

電力変換装置は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)といったスイッチ素子を備える。電動パワートレインに用いられる電力変換装置は、電力容量を増大させるために、1アームに対してスイッチ素子が複数個並列に接続される。並列に接続されたスイッチ素子は同時にスイッチングされる。 The power conversion device is equipped with switching elements such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). In power conversion devices used in electric powertrains, multiple switching elements are connected in parallel to one arm in order to increase the power capacity. The switching elements connected in parallel are switched simultaneously.

但し、スイッチ素子間の特性差、又は電力変換装置の主回路若しくは制御回路のインダクタンスのばらつきに起因して、スイッチ素子間でスイッチングのタイミングにずれが生じることがある。このようなタイミングのずれがあると、タイミングのずれに起因する電流のアンバランスが発生する。例えば、最も早くスイッチングしたスイッチ素子に電流が集中することで、損失が増大してスイッチ素子が破壊する虞がある。 However, due to differences in characteristics between switch elements or variations in inductance in the main circuit or control circuit of the power conversion device, a shift in switching timing may occur between the switch elements. If such a timing shift occurs, a current imbalance occurs due to the timing shift. For example, current may concentrate in the switch element that switched the earliest, increasing losses and causing the switch element to break down.

また、電力変換装置において、スイッチ素子間でスイッチングのタイミングにずれが生じると、このずれに起因してドレイン-ソース間電圧に電位差が生じる。スイッチ素子間の電位差があると、スイッチ素子とその寄生容量との間のインダクタンス、制御ライン(例えば、スイッチ素子であるトランジスタのゲートライン又はソースライン)のインダクタンス成分に起因する共振現象が生じる。このような共振現象が生ずると、制御部(例えば、スイッチ素子をオン又はオフするためのスイッチング制御信号を出力するゲート駆動回路)に過大な電圧が印加されて破壊される虞がある。特に、この不具合は、スイッチ素子を高速にスイッチングした場合に顕著に表れる。 In addition, in a power conversion device, if a difference occurs in the switching timing between switch elements, this difference causes a potential difference in the drain-source voltage. If there is a potential difference between switch elements, a resonance phenomenon occurs due to the inductance between the switch element and its parasitic capacitance, and the inductance component of the control line (for example, the gate line or source line of a transistor that is the switch element). If such a resonance phenomenon occurs, an excessive voltage may be applied to the control unit (for example, a gate drive circuit that outputs a switching control signal to turn the switch element on or off), which may cause it to be destroyed. This problem is particularly noticeable when the switch elements are switched at high speed.

上述した不具合を解消するため、スイッチ素子間の共振現象の発端となるスイッチ素子間のスイッチングのタイミングのずれを抑制する電力変換装置が提案されている。例えば、特許文献1の電力変換装置は、並列接続された複数の半導体モジュールと、これら半導体モジュールを駆動するゲート駆動回路と、各半導体モジュールに設けられ、半導体モジュールとゲート駆動回路又は他の半導体モジュールとの間を接続するゲート配線とを備える。この電力変換装置では、ゲート閾値電圧が低い半導体モジュールであるほど、上記のゲート配線のインピーダンスを低くすることで、オフ動作において、各半導体モジュールに供給されるゲート電流値が同じ値となるようにしている。 To solve the above-mentioned problems, a power conversion device has been proposed that suppresses the timing discrepancy of switching between switch elements, which is the source of the resonance phenomenon between switch elements. For example, the power conversion device of Patent Document 1 includes multiple semiconductor modules connected in parallel, a gate drive circuit that drives these semiconductor modules, and gate wiring that is provided in each semiconductor module and connects the semiconductor module to the gate drive circuit or other semiconductor modules. In this power conversion device, the impedance of the gate wiring is lowered for semiconductor modules with lower gate threshold voltages, so that the gate current values supplied to each semiconductor module during off operation are the same.

特開2020-156304号公報JP 2020-156304 A

しかしながら、電力変換装置において、スイッチ素子間でスイッチングのタイミングが揃っていても、各スイッチ素子の主回路のインピーダンスにばらつきがあると、各スイッチ素子の内部ダイオードによるリカバリ電流が発生するタイミングが異なってしまう。このため、例えば、スイッチ素子であるトランジスタのドレイン-ソース間電圧Vdsに電圧差が生じる。このドレイン-ソース間電圧Vdsの電圧差に起因してスイッチ素子間に生じた共振現象によって、スイッチ素子を駆動するための制御部が故障する虞が考えられる。 However, in a power conversion device, even if the switching timing between switch elements is aligned, if there is variation in the impedance of the main circuit of each switch element, the timing at which the recovery current is generated by the internal diode of each switch element will differ. This causes a voltage difference in the drain-source voltage Vds of, for example, a transistor, which is a switch element. The resonance phenomenon that occurs between switch elements due to this voltage difference in the drain-source voltage Vds may cause the control unit for driving the switch element to break down.

本開示は上記事情に鑑みてなされたものであり、スイッチ素子の共振による制御部の故障を防止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。 This disclosure has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a power conversion device that can prevent failure of the control unit due to resonance of the switching element.

上記課題を解決するために、本開示の一態様による電力変換装置は、第1の制御端子を有する第1のスイッチ素子と、前記第1のスイッチ素子に並列に接続され、第2の制御端子を有する第2のスイッチ素子と、前記第1のスイッチ素子及び前記第2のスイッチ素子をオン状態にする第1の制御信号が出力される第1の出力端子と、前記第1のスイッチ素子及び前記第2のスイッチ素子をオフ状態にする第2の制御信号が出力される第2の出力端子と、を有する制御部と、前記第1の出力端子又は前記第2の出力端子と前記第1の制御端子との間の経路上に設けられた第1のインピーダンス変換部と、前記第1の出力端子又は前記第2の出力端子と前記第2の制御端子との間の経路上に設けられた第2のインピーダンス変換部と、前記第1の出力端子から前記第1のインピーダンス変換部までの経路又は前記第1の出力端子から前記第2のインピーダンス変換部までの経路の何れか一方と、前記第2の制御信号の電位を規定する電位規定部との間に接続された保護機能部と、を備える。 In order to solve the above problem, a power conversion device according to one aspect of the present disclosure includes a control unit having a first switch element having a first control terminal, a second switch element connected in parallel to the first switch element and having a second control terminal, a first output terminal from which a first control signal that turns the first switch element and the second switch element to an on state is output, and a second output terminal from which a second control signal that turns the first switch element and the second switch element to an off state is output, a first impedance conversion unit provided on a path between the first output terminal or the second output terminal and the first control terminal, a second impedance conversion unit provided on a path between the first output terminal or the second output terminal and the second control terminal, and a protection function unit connected between either the path from the first output terminal to the first impedance conversion unit or the path from the first output terminal to the second impedance conversion unit and a potential regulation unit that regulates the potential of the second control signal.

本開示によれば、共振現象が発生した際に保護機能部が動作することで、制御部にかかる共振電圧を抑制できる。これにより、本開示に係る電力変換装置は、スイッチ素子間の共振現象による制御部の故障を防止することができる。 According to the present disclosure, when a resonance phenomenon occurs, the protection function unit operates to suppress the resonance voltage applied to the control unit. As a result, the power conversion device according to the present disclosure can prevent failure of the control unit due to the resonance phenomenon between the switch elements.

本開示の実施の形態1による電力変換装置の概略構成を示す回路部である。1 is a circuit section illustrating a schematic configuration of a power conversion device according to a first embodiment of the present disclosure. 本開示の実施の形態1による電力変換装置が備えるスイッチ素子群の構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a switch element group included in a power conversion device according to a first embodiment of the present disclosure. 図2に示すスイッチ素子群のより詳細な構成を示す回路図である。3 is a circuit diagram showing a more detailed configuration of a switch element group shown in FIG. 2. 図2に示すスイッチ素子群における電圧及び電流の経時変化を示す波形図である。3 is a waveform diagram showing changes over time in voltage and current in the switch element group shown in FIG. 2. 図3示す制御部及びスイッチ素子群の等価回路である。4 is an equivalent circuit of the control unit and the switch element group shown in FIG. 3. 実施の形態1において、スイッチ素子群に設けられるスイッチ素子及び制御部の出力端子にかかる電圧の経時変化を示す波形図である。4 is a waveform diagram showing changes over time in voltage applied to a switch element provided in a switch element group and an output terminal of a control unit in the first embodiment. FIG. 本開示の実施の形態2による電力変換装置の構成の一部を示す回路部である。11 is a circuit diagram illustrating a portion of a configuration of a power conversion device according to a second embodiment of the present disclosure. 実施の形態2において、スイッチ素子群に設けられるスイッチ素子にかかる電圧並びにダイオード及び保護機能部に流れる電流の経時変化を示す波形図である。13 is a waveform diagram showing changes over time in voltage applied to a switch element provided in a switch element group and in current flowing through a diode and a protection function unit in the second embodiment. FIG. 本開示の実施の形態2による電力変換装置の変形例に係る構成の一部を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a portion of a configuration according to a modified example of a power conversion device according to embodiment 2 of the present disclosure. 本開示の実施の形態3による電力変換装置の構成の一部を示す回路部である。13 is a circuit diagram showing a portion of a configuration of a power conversion device according to a third embodiment of the present disclosure. 本開示の実施の形態1~3による電力変換器の第1変形例を示す回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram illustrating a first modified example of the power converter according to the first to third embodiments of the present disclosure. 本開示の実施の形態1~3による電力変換器の第2変形例を示す回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram illustrating a second modified example of the power converter according to the first to third embodiments of the present disclosure. 本開示の実施の形態1~3による電力変換器の第3変形例を示す回路図である。FIG. 13 is a circuit diagram illustrating a third modified example of the power converter according to the first to third embodiments of the present disclosure.

以下、図面を参照して、本開示の実施の形態による電力変換装置について詳細に説明する。 The power conversion device according to the embodiment of the present disclosure will be described in detail below with reference to the drawings.

〔実施の形態1〕
図1は、本開示の実施の形態1による電力変換装置の概略構成を示す回路部である。図1に示す電力変換装置1はインバータ回路である。電力変換装置1の入力段には、直流電源2が接続されており、電力変換装置1の出力段には、負荷であるモータ3が接続されている。直流電源2は、バッテリである直流蓄電池であり、直流電圧を出力する。電力変換装置1が電気自動車又はハイブリッド自動車に適用されるインバータ回路である場合は、直流電源2として、例えば100V以上の電圧を出力するニッケル水素電池又はリチウムイオン電池等の二次電池が用いられる。
[First embodiment]
Fig. 1 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a power conversion device according to a first embodiment of the present disclosure. The power conversion device 1 shown in Fig. 1 is an inverter circuit. A DC power source 2 is connected to an input stage of the power conversion device 1, and a motor 3, which is a load, is connected to an output stage of the power conversion device 1. The DC power source 2 is a DC storage battery, which is a battery, and outputs a DC voltage. When the power conversion device 1 is an inverter circuit applied to an electric vehicle or a hybrid vehicle, a secondary battery, such as a nickel-metal hydride battery or a lithium-ion battery, which outputs a voltage of 100 V or more, is used as the DC power source 2.

電力変換装置1は、図1に示す通り、制御部10、平滑コンデンサ11、6つのスイッチ素子群12~17、電圧センサ回路20、及び電流センサ回路21a~21cを備える三相インバータ回路である。電力変換装置1は、直流電源2から出力される直流電圧を三相交流に変換して三相の出力端子Vu,Vv,Vwに出力する。三相交流は、出力端子Vu,Vv,Vwからモータ3に供給される。モータ3は、例えば、発電機或いは電動機が備えるモータである。 As shown in FIG. 1, the power conversion device 1 is a three-phase inverter circuit including a control unit 10, a smoothing capacitor 11, six switch element groups 12-17, a voltage sensor circuit 20, and current sensor circuits 21a-21c. The power conversion device 1 converts the DC voltage output from the DC power source 2 into three-phase AC and outputs it to three-phase output terminals Vu, Vv, and Vw. The three-phase AC is supplied from the output terminals Vu, Vv, and Vw to the motor 3. The motor 3 is, for example, a motor provided in a generator or an electric motor.

平滑コンデンサ11は、電力変換装置1の入力段において、直流電源2に対して並列接続されるように設けられており、電力変換装置1によって変換される三相交流から電圧リプル及びノイズを除去する。スイッチ素子群12~17はそれぞれ、制御線32a~32fを介して入力される制御部10の制御信号に基づいてスイッチング動作を行う。 The smoothing capacitor 11 is connected in parallel to the DC power source 2 at the input stage of the power conversion device 1, and removes voltage ripple and noise from the three-phase AC converted by the power conversion device 1. The switch element groups 12 to 17 each perform a switching operation based on a control signal from the control unit 10 input via control lines 32a to 32f.

スイッチ素子群12,13は直列接続されており、スイッチ素子群14,15は直列接続されており、スイッチ素子群16,17は直列接続されている。直列接続されたスイッチ素子群12,13からなる回路、直列接続されたスイッチ素子群14,15からなる回路、直列接続されたスイッチ素子群16,17からなる回路は、平滑コンデンサ11に対して並列接続されている。スイッチ素子群12,13の接続点P1、スイッチ素子群14,15の接続点P2、及びスイッチ素子群16,17の接続点P3はそれぞれ、出力端子Vu,Vv,Vwに接続されている。尚、スイッチ素子群12,14,16は上アーム側に配置され、スイッチ素子群13,15,17は下アーム側に配置されている。 Switch element groups 12 and 13 are connected in series, switch element groups 14 and 15 are connected in series, and switch element groups 16 and 17 are connected in series. The circuit consisting of switch element groups 12 and 13 connected in series, the circuit consisting of switch element groups 14 and 15 connected in series, and the circuit consisting of switch element groups 16 and 17 connected in series are connected in parallel to smoothing capacitor 11. Connection point P1 of switch element groups 12 and 13, connection point P2 of switch element groups 14 and 15, and connection point P3 of switch element groups 16 and 17 are connected to output terminals Vu, Vv, and Vw, respectively. Switch element groups 12, 14, and 16 are arranged on the upper arm side, and switch element groups 13, 15, and 17 are arranged on the lower arm side.

詳細は後述するが、スイッチ素子群12~17はそれぞれ、複数のスイッチ素子を備える。スイッチ素子群12~17が備える複数のスイッチ素子は、半導体スイッチ素子であり、例えば、MOSFETが用いられる。尚、スイッチ素子は、IGBTとダイオードとによって構成されたものを用いてもよい。以下では、スイッチ素子群12~17が備えるスイッチ素子が、MOSFETであるものとする。 Although details will be described later, each of the switch element groups 12 to 17 includes a plurality of switch elements. The plurality of switch elements included in the switch element groups 12 to 17 are semiconductor switch elements, and for example, MOSFETs are used. Note that the switch elements may also be configured with an IGBT and a diode. In the following, it is assumed that the switch elements included in the switch element groups 12 to 17 are MOSFETs.

ここで、スイッチ素子群12~17のスイッチングとは、スイッチ素子群12~17が備える複数のスイッチ素子の制御端子に制御電圧を印加し、その複数のスイッチ素子の端子対間を導通にするオン状態と非導通にするオフ状態とを切り替える動作である。例えば、スイッチ素子群12が備える複数のMOSFETのゲート端子(制御端子)に制御電圧を印加し、その複数のMOSFETのソース端子とドレイン端子との間(端子対間)を導通にするオン状態と非導通にするオフ状態とを切り替える動作である。 Here, switching of the switch element groups 12 to 17 refers to the operation of applying a control voltage to the control terminals of the multiple switch elements in the switch element groups 12 to 17 to switch between an on state that provides conduction between the terminal pairs of the multiple switch elements and an off state that provides non-conduction. For example, it is the operation of applying a control voltage to the gate terminals (control terminals) of the multiple MOSFETs in the switch element group 12 to switch between an on state that provides conduction between the source terminals and drain terminals (between the terminal pairs) of the multiple MOSFETs and an off state that provides non-conduction.

図2は、本開示の実施の形態1による電力変換装置が備えるスイッチ素子群の構成を示す回路図である。尚、図2では、図1に示す6つのスイッチ素子群12~17のうちのスイッチ素子群12,13のみを図示している。尚、他のスイッチ素子群14~17もスイッチ素子群12,13と同様の構成である。 FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of a switch element group included in a power conversion device according to embodiment 1 of the present disclosure. Note that FIG. 2 shows only switch element groups 12 and 13 out of the six switch element groups 12 to 17 shown in FIG. 1. Note that the other switch element groups 14 to 17 have the same configuration as switch element groups 12 and 13.

図2に示す通り、スイッチ素子群12は、並列接続されたスイッチ素子12aとスイッチ素子12bとを備える。スイッチ素子12a,12bは、端子対であるドレイン端子とソース端子とを有する。スイッチ素子12a,12bのドレイン端子は、配線の寄生インダクタンスL12a,L12bを介して互いに接続され、スイッチ素子12a,12bのソース端子は互いに接続されている。尚、ソース端子間にも配線の寄生インダクタンスは存在するが、本実施の形態では説明を簡単にするために省略する。 As shown in FIG. 2, the switch element group 12 includes switch elements 12a and 12b connected in parallel. Switch elements 12a and 12b have a terminal pair of a drain terminal and a source terminal. The drain terminals of switch elements 12a and 12b are connected to each other via parasitic inductances L12a and L12b of the wiring, and the source terminals of switch elements 12a and 12b are connected to each other. Note that parasitic inductance of the wiring also exists between the source terminals, but is omitted in this embodiment for simplicity of explanation.

また、スイッチ素子群13は、並列接続されたスイッチ素子13aとスイッチ素子13bとを備える。スイッチ素子13a,13bは、スイッチ素子12a,12bと同様に、端子対であるドレイン端子とソース端子とを有する。スイッチ素子13a,13bのドレイン端子は互いに接続され、スイッチ素子13a,13bのソース端子は、配線の寄生インダクタンスL13a,L13bを介して互いに接続されている。尚、ドレイン端子間にも配線の寄生インダクタンスは存在するが、本実施の形態では説明を簡単にするために省略する。 The switch element group 13 also includes switch elements 13a and 13b connected in parallel. Like switch elements 12a and 12b, switch elements 13a and 13b have a terminal pair of a drain terminal and a source terminal. The drain terminals of switch elements 13a and 13b are connected to each other, and the source terminals of switch elements 13a and 13b are connected to each other via parasitic inductances L13a and L13b of the wiring. Note that parasitic inductance of the wiring also exists between the drain terminals, but is omitted in this embodiment for simplicity of explanation.

スイッチ素子群12に設けられるスイッチ素子12a,12bが上アーム側のスイッチ素子であり、スイッチ素子群13に設けられるスイッチ素子13a,13bが下アーム側のスイッチ素子である。図2に示す通り、スイッチ素子12a,12b及びスイッチ素子13a,13bのドレイン-ソース間、ドレイン-ゲート間、及びゲート-ソース間には、寄生容量が存在する。 Switch elements 12a and 12b provided in switch element group 12 are upper arm switch elements, and switch elements 13a and 13b provided in switch element group 13 are lower arm switch elements. As shown in FIG. 2, parasitic capacitances exist between the drain and source, between the drain and gate, and between the gate and source of switch elements 12a, 12b and switch elements 13a, 13b.

図3は、図2に示すスイッチ素子群のより詳細な構成を示す回路図である。尚、図3においては、図2中のスイッチ素子群13を省略し、スイッチ素子群12のみを図示している。また、図3においては、スイッチ素子12aのドレイン端子12ad、ソース端子12as、及びゲート端子12ag、並びに、スイッチ素子12bのドレイン端子12bd、ソース端子12bs、ゲート端子12bgを明示している。 Figure 3 is a circuit diagram showing a more detailed configuration of the switch element group shown in Figure 2. Note that in Figure 3, the switch element group 13 in Figure 2 is omitted, and only the switch element group 12 is shown. Also, Figure 3 clearly shows the drain terminal 12ad, source terminal 12as, and gate terminal 12ag of the switch element 12a, and the drain terminal 12bd, source terminal 12bs, and gate terminal 12bg of the switch element 12b.

加えて、図3においては、スイッチ素子12aにおけるドレイン-ソース間の寄生容量Cds1、ドレイン-ゲート間の寄生容量Cdg1、及びゲート-ソース間寄生容量Cgs1を明示している。同様に、スイッチ素子12bにおけるドレイン-ソース間の寄生容量Cds2、ドレイン-ゲート間の寄生容量Cdg2、及びゲート-ソース間寄生容量Cgs2も明示している。 In addition, FIG. 3 shows the drain-source parasitic capacitance Cds1, the drain-gate parasitic capacitance Cdg1, and the gate-source parasitic capacitance Cgs1 of the switch element 12a. Similarly, the drain-source parasitic capacitance Cds2, the drain-gate parasitic capacitance Cdg2, and the gate-source parasitic capacitance Cgs2 of the switch element 12b are also shown.

図3に示す通り、スイッチ素子群12は、並列接続されたスイッチ素子12a,12bに加えて、抵抗素子121a,121b、抵抗素子122a,122b、インピーダンス変換部123a,123b、及び保護機能部50を備える。尚、インピーダンス変換部123a,123bはダイオードとして説明する。抵抗素子121aは、インピーダンス変換部123aと直列接続されており、抵抗素子121bは、インピーダンス変換部123bと直列接続されている。抵抗素子121a及びインピーダンス変換部123aは、第1回路を構成し、抵抗素子121b及びインピーダンス変換部123bは、第2回路を構成する。 As shown in FIG. 3, the switch element group 12 includes, in addition to the switch elements 12a and 12b connected in parallel, resistive elements 121a and 121b, resistive elements 122a and 122b, impedance conversion units 123a and 123b, and a protection function unit 50. The impedance conversion units 123a and 123b are described as diodes. The resistive element 121a is connected in series with the impedance conversion unit 123a, and the resistive element 121b is connected in series with the impedance conversion unit 123b. The resistive element 121a and the impedance conversion unit 123a form a first circuit, and the resistive element 121b and the impedance conversion unit 123b form a second circuit.

直列接続された抵抗素子121aとインピーダンス変換部123aとからなる回路は、制御部10の出力端子10ccとスイッチ素子12aのゲート端子12agとの間に接続されている。また、直列接続された抵抗素子121bとインピーダンス変換部123bとからなる回路は、制御部10の出力端子10ccとスイッチ素子12bのゲート端子12bgとの間に接続されている。尚、インピーダンス変換部123aは、アノード側が抵抗素子121aに接続され、カソード側がゲート端子12agに接続されている。また、インピーダンス変換部123bは、アノード側が抵抗素子121bに接続され、カソード側がゲート端子12bgに接続されている。抵抗素子122aは、制御部10の出力端子10eeとスイッチ素子12aのゲート端子12agとの間に接続されている。また、抵抗素子122bは、制御部10の出力端子10eeとスイッチ素子12bのゲート端子12bgとの間に接続されている。 The circuit consisting of the series-connected resistor element 121a and impedance conversion unit 123a is connected between the output terminal 10cc of the control unit 10 and the gate terminal 12ag of the switch element 12a. The circuit consisting of the series-connected resistor element 121b and impedance conversion unit 123b is connected between the output terminal 10cc of the control unit 10 and the gate terminal 12bg of the switch element 12b. The anode side of the impedance conversion unit 123a is connected to the resistor element 121a, and the cathode side is connected to the gate terminal 12ag. The anode side of the impedance conversion unit 123b is connected to the resistor element 121b, and the cathode side is connected to the gate terminal 12bg. The resistor element 122a is connected between the output terminal 10ee of the control unit 10 and the gate terminal 12ag of the switch element 12a. The resistor element 122b is connected between the output terminal 10ee of the control unit 10 and the gate terminal 12bg of the switch element 12b.

また、図3に示す通り、保護機能部50は、制御部10の出力端子10ccと、電位規定部としてのゲートオフ電位Veeに接続されている。この保護機能部50は、スイッチ素子12aとスイッチ素子12bとの間に生じた電位差によって共振現象が生じた場合に、制御部10の出力端子10ccにかかる電圧を抑制して、制御部10の故障を防止するために設けられる。尚、保護機能部50は、例えばダイオードであって、アノード側がゲートオフ電位Veeに接続され、カソード側が出力端子10ccに接続されている。 As shown in FIG. 3, the protection function unit 50 is connected to the output terminal 10cc of the control unit 10 and the gate-off potential Vee as a potential regulation unit. This protection function unit 50 is provided to suppress the voltage applied to the output terminal 10cc of the control unit 10 and prevent the control unit 10 from failing when a resonance phenomenon occurs due to a potential difference generated between the switch element 12a and the switch element 12b. The protection function unit 50 is, for example, a diode, with the anode side connected to the gate-off potential Vee and the cathode side connected to the output terminal 10cc.

制御部10は、出力端子10cc,10eeに加えて、スイッチ素子101,102を備える。スイッチ素子101は、出力端子10ccとゲートオン電位Vccとに接続されており、スイッチ素子102は、出力端子10eeとゲートオフ電位Veeとに接続されている。スイッチ素子101がオン状態、スイッチ素子102がオフ状態になると、出力端子10ccからゲートオン電位Vccが出力される。これに対し、スイッチ素子101がオフ状態、スイッチ素子102がオン状態になると、出力端子10eeからゲートオフ電位Veeが出力される。尚、ゲートオン電位Vcc及びゲートオフ電位Veeは、基準電位端子10sの電位を基準とした電位である。 The control unit 10 includes switch elements 101 and 102 in addition to output terminals 10cc and 10ee. Switch element 101 is connected to output terminal 10cc and gate-on potential Vcc, and switch element 102 is connected to output terminal 10ee and gate-off potential Vee. When switch element 101 is in the on state and switch element 102 is in the off state, gate-on potential Vcc is output from output terminal 10cc. In contrast, when switch element 101 is in the off state and switch element 102 is in the on state, gate-off potential Vee is output from output terminal 10ee. Note that gate-on potential Vcc and gate-off potential Vee are potentials based on the potential of reference potential terminal 10s.

尚、図3に示す抵抗素子121a,121b、抵抗素子122a,122b、インピーダンス変換部123a,123b、及び保護機能部50は、スイッチ素子群12についてのものである。図3に示す抵抗素子121a,121b、抵抗素子122a,122b、インピーダンス変換部123a,123b、及び保護機能部50と同様のものがスイッチ素子群13~17の各々にも設けられる。 The resistive elements 121a, 121b, resistive elements 122a, 122b, impedance conversion units 123a, 123b, and protection function unit 50 shown in FIG. 3 are for the switch element group 12. The resistive elements 121a, 121b, resistive elements 122a, 122b, impedance conversion units 123a, 123b, and protection function unit 50 shown in FIG. 3 are also provided in each of the switch element groups 13 to 17.

図4は、図2に示すスイッチ素子群における電圧及び電流の経時変化を示す波形図である。図4を用いて、図2に示すスイッチ素子群の特性について説明する。尚、配線の寄生インダクタンスL12a,L12bは大きさが異なっており、同様に、配線の寄生インダクタンスL13a,L13bは大きさが異なっているとする。 Figure 4 is a waveform diagram showing the change over time in voltage and current in the switch element group shown in Figure 2. The characteristics of the switch element group shown in Figure 2 will be explained using Figure 4. Note that the parasitic inductances L12a and L12b of the wiring are different in magnitude, and similarly, the parasitic inductances L13a and L13b of the wiring are different in magnitude.

まず、上アーム側のスイッチ素子12a,12b及び下アーム側のスイッチ素子13a,13bが全てオフ状態である場合を考える(時刻t0)。この状態の場合には、モータ3側からスイッチ素子12a,12bに電流I12a,I12bが流れ込む。この電流I12a,I12bはそれぞれ、スイッチ素子12a,12bの内部ダイオードを介してソース端子側からドレイン端子側に流れる。このため、スイッチ素子12a,12bの内部ダイオードは導通状態であり、スイッチ素子12a,12bのドレイン-ソース間電圧Vds1,Vds2は0Vである。尚、スイッチ素子13a,13bはオフ状態であるため、ドレイン電流I13a,I13bは0Aである。 First, consider the case where the upper arm switch elements 12a, 12b and the lower arm switch elements 13a, 13b are all in the off state (time t0). In this state, currents I12a, I12b flow from the motor 3 side to the switch elements 12a, 12b. These currents I12a, I12b flow from the source terminal side to the drain terminal side via the internal diodes of the switch elements 12a, 12b, respectively. Therefore, the internal diodes of the switch elements 12a, 12b are in a conductive state, and the drain-source voltages Vds1, Vds2 of the switch elements 12a, 12b are 0V. Note that the switch elements 13a, 13b are in the off state, so the drain currents I13a, I13b are 0A.

次に、上アーム側のスイッチ素子12a,12b及び下アーム側のスイッチ素子13a,13bが全てオフ状態から、下アーム側のスイッチ素子13a,13bがオン状態になった場合を考える。この状態の場合には、図3に示す通り、ドレイン電流I13a,I13bが増加する。しかしながら、スイッチ素子13a,13bがオン状態になるタイミングが同じでも、配線の寄生インダクタンスの違いによって電流が偏る。例えば、時刻t1において、スイッチ素子13aのドレイン端子に流入するドレイン電流I13aは、スイッチ素子13bのドレイン端子に流入するドレイン電流I13bよりも大きくなる。 Next, consider the case where the upper arm switch elements 12a, 12b and the lower arm switch elements 13a, 13b are all turned off, and then the lower arm switch elements 13a, 13b are turned on. In this state, as shown in FIG. 3, the drain currents I13a and I13b increase. However, even if the switch elements 13a and 13b are turned on at the same time, the currents are biased due to differences in the parasitic inductance of the wiring. For example, at time t1, the drain current I13a flowing into the drain terminal of switch element 13a is greater than the drain current I13b flowing into the drain terminal of switch element 13b.

一方、時刻t1にて、スイッチ素子12aの内部ダイオードに流れる電流I12aは、スイッチ素子12bの内部ダイオードに流れる電流I12bよりも小さくなる。このため、スイッチ素子12aの内部ダイオードに流れる電流が先に0Aとなり、内部ダイオードに逆回復(リカバリ)が発生する。 On the other hand, at time t1, the current I12a flowing through the internal diode of switch element 12a becomes smaller than the current I12b flowing through the internal diode of switch element 12b. Therefore, the current flowing through the internal diode of switch element 12a becomes 0 A first, and reverse recovery occurs in the internal diode.

その後、スイッチ素子12aのドレイン-ソース間の寄生容量が充電されて、ドレイン-ソース間電圧Vds1が上昇する。これに対し、スイッチ素子12bの内部ダイオードは導通状態であるため、ドレイン-ソース間電圧Vds2は、ほぼ0Vである。例えば、時刻t2では、ドレイン-ソース間電圧Vds1が0Vではなく、ドレイン-ソース間電圧Vds2がほぼ0Vになるため、スイッチ素子12aとスイッチ素子12bとの間に電位差が生じる。 Then, the parasitic capacitance between the drain and source of switch element 12a is charged, and the drain-source voltage Vds1 rises. In contrast, the internal diode of switch element 12b is in a conductive state, so the drain-source voltage Vds2 is approximately 0 V. For example, at time t2, the drain-source voltage Vds1 is not 0 V, and the drain-source voltage Vds2 is approximately 0 V, so a potential difference occurs between switch element 12a and switch element 12b.

このように、図2に示すスイッチ素子群では、配線の寄生インダクタンスの違いがあると、スイッチ素子12aとスイッチ素子12bとの間に電位差が生じるという特性がある。このような特性を有していると、スイッチ素子12a,12bの間に生ずる共振現象によって、スイッチ素子12a,12bを駆動するための制御部10が故障する虞が考えられる。このような故障を防止するため、図3に示す保護機能部50が設けられている。 As described above, the switch element group shown in FIG. 2 has a characteristic that a difference in parasitic inductance of the wiring causes a potential difference between switch element 12a and switch element 12b. With such a characteristic, there is a risk that the control unit 10 for driving switch elements 12a and 12b may fail due to the resonance phenomenon that occurs between switch elements 12a and 12b. To prevent such a failure, a protection function unit 50 shown in FIG. 3 is provided.

図5は、図3に示す制御部及びスイッチ素子群の等価回路である。図5を用いて、図3に示す制御部及びスイッチ素子群の動作について説明する。いま、スイッチ素子12aのドレイン-ソース間電圧Vds1が、スイッチ素子12bのドレイン-ソース間電圧Vds2よりも先に立ち上がったとする。つまり、スイッチ素子12aのドレイン-ソース間電圧Vds1が0Vよりも大きな電圧になり、スイッチ素子12bのドレイン-ソース間電圧Vds2が0Vの状態であるとする。 Figure 5 is an equivalent circuit of the control unit and switch element group shown in Figure 3. The operation of the control unit and switch element group shown in Figure 3 will be described using Figure 5. Now, assume that the drain-source voltage Vds1 of switch element 12a rises before the drain-source voltage Vds2 of switch element 12b. In other words, assume that the drain-source voltage Vds1 of switch element 12a becomes a voltage greater than 0V, and the drain-source voltage Vds2 of switch element 12b is in a state of 0V.

インピーダンス変換部123bの両端に印加される電圧をV1a、抵抗素子121bの両端に印加される電圧をV1b、抵抗素子121aの両端に印加される電圧をV1c、インピーダンス変換部123aの両端に印加される電圧V1dとする。これら電圧V1a,V1b,V1c,V1dと、スイッチ素子12aのドレイン-ソース間電圧Vds1との関係は、Vds1×α=V1a+V1b+V1c+V1dとなる。つまり、ドレイン-ソース間電圧Vds1の一部は、インピーダンス変換部123a,123b及び抵抗素子121a,121bに印加される。尚、αは分圧係数である。 The voltage applied across the impedance conversion unit 123b is V1a, the voltage applied across the resistance element 121b is V1b, the voltage applied across the resistance element 121a is V1c, and the voltage applied across the impedance conversion unit 123a is V1d. The relationship between these voltages V1a, V1b, V1c, and V1d and the drain-source voltage Vds1 of the switch element 12a is Vds1 x α = V1a + V1b + V1c + V1d. In other words, a part of the drain-source voltage Vds1 is applied to the impedance conversion units 123a and 123b and the resistance elements 121a and 121b. Note that α is a voltage division coefficient.

制御部10の出力端子10ccとスイッチ素子12bのゲート端子12bgとの間に印加される電圧をV1とする。この電圧V1と、インピーダンス変換部123bの両端に印加される電圧V1a、抵抗素子121bの両端に印加される電圧V1bとの関係は、V1=V1a+V1bとなる。また、スイッチ素子群12がオフ状態の場合には、制御部10のスイッチ素子101もオフ状態であり、スイッチ素子101の端子対は高インピーダンスになる。このため、スイッチ素子101の両端に印加される電圧V2と、制御部10の出力端子10ccとスイッチ素子12bのゲート端子12bgとの間に印加される電圧をV1との関係は、V1=V2-Vccとなる。ここで、スイッチ素子101の両端に印加される電圧V2がゲートオン電位Vccよりも十分大きいとすると、電圧V1と電圧V2とはほぼ等しくなる。 The voltage applied between the output terminal 10cc of the control unit 10 and the gate terminal 12bg of the switch element 12b is V1. The relationship between this voltage V1, the voltage V1a applied across the impedance conversion unit 123b, and the voltage V1b applied across the resistance element 121b is V1=V1a+V1b. When the switch element group 12 is in the off state, the switch element 101 of the control unit 10 is also in the off state, and the terminal pair of the switch element 101 becomes high impedance. Therefore, the relationship between the voltage V2 applied across the switch element 101 and the voltage V1 applied between the output terminal 10cc of the control unit 10 and the gate terminal 12bg of the switch element 12b is V1=V2-Vcc. Here, if the voltage V2 applied across the switch element 101 is sufficiently larger than the gate-on potential Vcc, the voltages V1 and V2 are almost equal.

ここで、インピーダンス変換部123aは順方向の電圧のため、オン状態となり数Ω以下の低インピーダンス状態となる。これに対し、インピーダンス変換部123bには逆方向の電圧が印加されてオフ状態になるため、インピーダンス変換部123bの両端子間のインピーダンスは数kΩ以上の状態になる。つまり、インピーダンス変換部123bのインピーダンスは、インピーダンス変換部123a及び抵抗素子121a,121bよりも十分高くなる。 Since the impedance conversion unit 123a is subjected to a forward voltage, it is turned on and enters a low impedance state of a few ohms or less. In contrast, a reverse voltage is applied to the impedance conversion unit 123b, which enters the off state, so the impedance between both terminals of the impedance conversion unit 123b becomes a few kΩ or more. In other words, the impedance of the impedance conversion unit 123b becomes sufficiently higher than that of the impedance conversion unit 123a and the resistance elements 121a and 121b.

よって、インピーダンス変換部123b、抵抗素子121b、抵抗素子121a、及びインピーダンス変換部123aにそれぞれ印加される電圧V1a,V1b,V1c,V1dの関係は、V1a≫V1b+V1c+V1dとなる。前述の通り、ドレイン-ソース間電圧Vds1の一部は、インピーダンス変換部123a,123b及び抵抗素子121a,121bに印加されるが、前述した関係によって、Vds1×α≒V1a≒V1≒V2となり、基準電位端子10sは、出力端子10ccよりも高い電位となる。 Therefore, the relationship between the voltages V1a, V1b, V1c, and V1d applied to the impedance conversion unit 123b, the resistance element 121b, the resistance element 121a, and the impedance conversion unit 123a, respectively, is V1a >> V1b + V1c + V1d. As described above, a part of the drain-source voltage Vds1 is applied to the impedance conversion units 123a and 123b and the resistance elements 121a and 121b, but due to the relationship described above, Vds1 x α ≒ V1a ≒ V1 ≒ V2, and the reference potential terminal 10s has a higher potential than the output terminal 10cc.

このとき、保護機能部50には、ゲートオフ電位Veeを介して順方向電圧が印加されるため、保護機能部50がオン状態になり、出力端子10ccの電位はVeeとなる。これにより、スイッチ素子12aとスイッチ素子12bとの間の電位差によって共振現象が生じた場合に、制御部10の出力端子10ccにかかる電圧が抑制され、制御部10の故障を防止することができる。 At this time, a forward voltage is applied to the protection function unit 50 via the gate-off potential Vee, so that the protection function unit 50 is turned on and the potential of the output terminal 10cc becomes Vee. As a result, when a resonance phenomenon occurs due to the potential difference between the switch element 12a and the switch element 12b, the voltage applied to the output terminal 10cc of the control unit 10 is suppressed, and a breakdown of the control unit 10 can be prevented.

図6は、実施の形態1において、スイッチ素子群に設けられるスイッチ素子及び制御部の出力端子にかかる電圧の経時変化を示す波形図である。尚、図6において、「実施の形態」は、保護機能部50が設けられている場合の波形であり、「比較例」は、保護機能部50が設けられていない場合の波形である。ここでは、スイッチ素子12aのドレイン-ソース間電圧Vds1が、スイッチ素子12bのドレイン-ソース間電圧Vds2よりも先に立ち上がったとする。つまり、スイッチ素子12aのドレイン-ソース間電圧Vds1が0Vよりも大きな電圧になり、スイッチ素子12bのドレイン-ソース間電圧Vds2が0Vであるとする。 Figure 6 is a waveform diagram showing the change over time in the voltage applied to the output terminal of the switch element and control unit provided in the switch element group in embodiment 1. Note that in Figure 6, the "embodiment" shows the waveform when the protection function unit 50 is provided, and the "comparison example" shows the waveform when the protection function unit 50 is not provided. Here, it is assumed that the drain-source voltage Vds1 of the switch element 12a rises before the drain-source voltage Vds2 of the switch element 12b. In other words, it is assumed that the drain-source voltage Vds1 of the switch element 12a becomes a voltage greater than 0V, and the drain-source voltage Vds2 of the switch element 12b is 0V.

図6に示す通り、「比較例」では、時刻t10において、制御部10の出力端子10ccに過大な電圧が印加される。これに対し、「実施の形態」では、時刻t10において、制御部10の出力端子10ccにかかる電圧が抑制される。このように、本実施の形態では、スイッチ素子12aとスイッチ素子12bとの間の電位差によって共振現象が生じても、保護機能部50によって制御部10の出力端子10ccにかかる電圧が抑制されている。その結果として、制御部10の故障が防止される。 As shown in FIG. 6, in the "Comparative Example," an excessive voltage is applied to the output terminal 10cc of the control unit 10 at time t10. In contrast, in the "Embodiment," the voltage applied to the output terminal 10cc of the control unit 10 is suppressed at time t10. Thus, in this embodiment, even if a resonance phenomenon occurs due to the potential difference between the switch elements 12a and 12b, the voltage applied to the output terminal 10cc of the control unit 10 is suppressed by the protection function unit 50. As a result, a failure of the control unit 10 is prevented.

〔実施の形態2〕
図7は、本開示の実施の形態2による電力変換装置の構成の一部を示す回路部である。尚、実施の形態2による電力変換装置の全体構成は図1に示すものと同様である。図7は、図3に相当する図である。図7に示す通り、実施の形態2による電力変換装置は、実施の形態1による電力変換装置とは、制御部10の出力端子10ccとゲートオフ電位Veeとの間にダイオード103が設けられている点が異なる。ダイオード103は、アノード側がゲートオフ電位Veeに接続され、カソード側が出力端子10ccに接続されている。このダイオード103は、例えば、制御部10がIC(Integrated Circuit)である場合に、内部回路を保護するために設けられる。
[Embodiment 2]
FIG. 7 is a circuit diagram showing a part of the configuration of a power conversion device according to a second embodiment of the present disclosure. The overall configuration of the power conversion device according to the second embodiment is the same as that shown in FIG. 1. FIG. 7 is a diagram corresponding to FIG. 3. As shown in FIG. 7, the power conversion device according to the second embodiment is different from the power conversion device according to the first embodiment in that a diode 103 is provided between the output terminal 10cc of the control unit 10 and the gate-off potential Vee. The anode side of the diode 103 is connected to the gate-off potential Vee, and the cathode side is connected to the output terminal 10cc. This diode 103 is provided to protect the internal circuit, for example, when the control unit 10 is an IC (Integrated Circuit).

図8は、実施の形態2において、スイッチ素子群に設けられるスイッチ素子にかかる電圧並びにダイオード及び保護機能部に流れる電流の経時変化を示す波形図である。尚、図8において、「実施の形態」は、保護機能部50が設けられている場合の波形であり、「比較例」は、保護機能部50が設けられていない場合の波形である。尚、実施の形態1と同様に、スイッチ素子12aのドレイン-ソース間電圧Vds1が、スイッチ素子12bのドレイン-ソース間電圧Vds2よりも先に立ち上がったとする。つまり、スイッチ素子12aのドレイン-ソース間電圧Vds1が0Vよりも大きな電圧になり、スイッチ素子12bのドレイン-ソース間電圧Vds2が0Vであるとする。 Figure 8 is a waveform diagram showing the change over time in the voltage applied to the switch element provided in the switch element group and the current flowing through the diode and the protection function unit in the second embodiment. In Figure 8, the "embodiment" shows the waveform when the protection function unit 50 is provided, and the "comparison example" shows the waveform when the protection function unit 50 is not provided. As in the first embodiment, it is assumed that the drain-source voltage Vds1 of the switch element 12a rises before the drain-source voltage Vds2 of the switch element 12b. In other words, it is assumed that the drain-source voltage Vds1 of the switch element 12a becomes a voltage greater than 0V, and the drain-source voltage Vds2 of the switch element 12b is 0V.

図8に示す通り、「比較例」では、スイッチ素子12aのドレイン-ソース間電圧Vds1が立ち上がると、制御部10の出力端子10ccに電圧が印加される。このとき、ダイオード103は順方向の電圧が印加されてオン状態になるため、ダイオード103に流れる電流I103が過大になり、制御部10が故障する虞がある。これに対し、「実施の形態」では、スイッチ素子12aのドレイン-ソース間電圧Vds1が立ち上がると、ダイオード103及び保護機能部50には順方向の電圧が印加されてオン状態になる。このとき、保護機能部50に電流I50が流れ、ダイオード103に流れる電流I103が低減されるため、制御部10の故障を防止することができる。 As shown in FIG. 8, in the "Comparative Example", when the drain-source voltage Vds1 of the switch element 12a rises, a voltage is applied to the output terminal 10cc of the control unit 10. At this time, a forward voltage is applied to the diode 103, turning it on, so that the current I103 flowing through the diode 103 becomes excessive, and there is a risk of the control unit 10 failing. In contrast, in the "Embodiment", when the drain-source voltage Vds1 of the switch element 12a rises, a forward voltage is applied to the diode 103 and the protection function unit 50, turning them on. At this time, the current I50 flows through the protection function unit 50, and the current I103 flowing through the diode 103 is reduced, so that the control unit 10 can be prevented from failing.

ここで、保護機能部50の順方向電圧Vfは、制御部10が備えるダイオード103の順方向電圧Vfよりも小さいことが望ましい。例えば、保護機能部50のダイオードをショットキーバリアダイオードとすることで、保護機能部50の順方向電圧Vfを、制御部10が備えるダイオード103の順方向電圧Vfよりも小さくすることができる。保護機能部50の順方向電圧Vfを、制御部10が備えるダイオード103の順方向電圧Vfよりも小さくすることで、保護機能部50に流れる電流I50がより多くなり、ダイオード103に流れる電流I103が更に低減される。これにより、より効果的に制御部10の故障を防止することができる。 Here, it is desirable that the forward voltage Vf of the protection function unit 50 is smaller than the forward voltage Vf of the diode 103 provided in the control unit 10. For example, by making the diode of the protection function unit 50 a Schottky barrier diode, the forward voltage Vf of the protection function unit 50 can be made smaller than the forward voltage Vf of the diode 103 provided in the control unit 10. By making the forward voltage Vf of the protection function unit 50 smaller than the forward voltage Vf of the diode 103 provided in the control unit 10, the current I50 flowing through the protection function unit 50 becomes larger, and the current I103 flowing through the diode 103 is further reduced. This makes it possible to more effectively prevent failure of the control unit 10.

図9は、本開示の実施の形態2による電力変換装置の変形例に係る構成の一部を示す図である。図9に示す通り、本変形例は、保護機能部50を、スイッチ素子としたものである。保護機能部50のスイッチ素子は、スイッチ素子12a,12bがオフ状態のときに、オン状態になるよう制御部10によって制御される。一般的に、スイッチ素子はダイオードよりも、オン状態のときの導通抵抗が小さい。例えば、保護機能部50のスイッチ素子をMOSFETとすることで、導通抵抗が小さい保護機能部50に更に多くの電流が流れ、ダイオード103に流れる電流が更に低減される。これにより、より効果的に制御部10の故障を防止することができる。 FIG. 9 is a diagram showing a part of the configuration of a modified example of a power conversion device according to the second embodiment of the present disclosure. As shown in FIG. 9, in this modified example, the protection function unit 50 is a switch element. The switch element of the protection function unit 50 is controlled by the control unit 10 so as to be in an on state when the switch elements 12a and 12b are in an off state. In general, a switch element has a smaller conduction resistance in an on state than a diode. For example, by using a MOSFET as the switch element of the protection function unit 50, even more current flows through the protection function unit 50, which has a small conduction resistance, and the current flowing through the diode 103 is further reduced. This makes it possible to more effectively prevent failure of the control unit 10.

〔実施の形態3〕
図10は、本開示の実施の形態3による電力変換装置の構成の一部を示す回路部である。尚、実施の形態3による電力変換装置の全体構成は図1に示すものと同様である。図10は、図3,7に相当する図である。図10に示す通り、実施の形態3による電力変換装置は、実施の形態2による電力変換装置とは、スイッチ素子124a,124bが設けられている点が異なる。
Third Embodiment
Fig. 10 is a circuit diagram showing a part of the configuration of a power conversion device according to a third embodiment of the present disclosure. The overall configuration of the power conversion device according to the third embodiment is similar to that shown in Fig. 1. Fig. 10 is a diagram corresponding to Figs. 3 and 7. As shown in Fig. 10, the power conversion device according to the third embodiment differs from the power conversion device according to the second embodiment in that switch elements 124a and 124b are provided.

スイッチ素子124aは、スイッチ素子12aのゲート端子12agとゲートオフ電位Veeとの間に設けられており、スイッチ素子124bは、スイッチ素子12bのゲート端子12bgとゲートオフ電位Veeとの間に設けられている。これらスイッチ素子12a,12bは、スイッチ素子12a,12bがオフ状態のときに、オン状態になるよう制御部10によって制御される。 The switch element 124a is provided between the gate terminal 12ag of the switch element 12a and the gate-off potential Vee, and the switch element 124b is provided between the gate terminal 12bg of the switch element 12b and the gate-off potential Vee. These switch elements 12a and 12b are controlled by the control unit 10 to be in the on state when the switch elements 12a and 12b are in the off state.

スイッチ素子124a,124bはゲートオフ電位Veeに接続されている。このため、スイッチ素子124a又はスイッチ素子124bがオン状態になると、共振現象によって生じた共振電流はスイッチ素子12aのゲート端子12ag又はスイッチ素子12bのゲート端子12bgを介してゲートオフ電位Veeに向かって流れる。この共振電流は、保護機能部50に流れるため、ダイオード103に流れる電流が低減される。よって、共振電流による制御部10の故障を防止することができる。 The switch elements 124a and 124b are connected to the gate-off potential Vee. Therefore, when the switch element 124a or the switch element 124b is turned on, the resonant current generated by the resonance phenomenon flows toward the gate-off potential Vee via the gate terminal 12ag of the switch element 12a or the gate terminal 12bg of the switch element 12b. This resonant current flows into the protection function unit 50, so the current flowing through the diode 103 is reduced. Therefore, it is possible to prevent the control unit 10 from failing due to the resonant current.

尚、スイッチ素子12a,12b間の電位差による共振現象は、その電位差が大きいほど顕著に発生する。例えば、スイッチングタイミング、リカバリのタイミングのずれを抑えることができても、スイッチング速度(dV/dt)が速いと、僅かなタイミングのずれが生じても、スイッチ素子12a,12b間の電位差が発生してしまう。このため、実施の形態1~実施の形態3による電力変換装置1は、高速にスイッチングする、即ち、電位差が発生しやすいスイッチ素子を備えた電力変換装置に適用することにより、格段な効果を発揮する。例えば、スイッチ素子12a,12bがワイドバンドギャップ半導体(例えば、SiC素子)であるほど共振が発生しやすい。よって、電力変換装置1が備えるスイッチ素子群12~17は、ワイドバンドギャップ半導体を用いて生成された素子を備えることで、制御部10の故障を防止することができる。 The resonance phenomenon caused by the potential difference between the switch elements 12a and 12b occurs more significantly as the potential difference becomes larger. For example, even if the timing difference between the switching and recovery can be suppressed, if the switching speed (dV/dt) is fast, even a slight timing difference will cause a potential difference between the switch elements 12a and 12b. For this reason, the power conversion device 1 according to the first to third embodiments is significantly more effective when applied to a power conversion device equipped with a switch element that switches at high speed, i.e., is prone to generating a potential difference. For example, the wider the bandgap semiconductor (e.g., SiC element) the switch elements 12a and 12b are, the more likely the resonance will occur. Therefore, by providing the switch element groups 12 to 17 of the power conversion device 1 with elements generated using wide bandgap semiconductors, the failure of the control unit 10 can be prevented.

〔実施の形態の変形例〕
図11は、本開示の実施の形態1~3による電力変換器の第1変形例を示す回路図である。尚、図11は、図3に相当する図である。図11に示す通り、電力変換器の第1変形例は、インピーダンス変換部123a,123bをそれぞれ、抵抗素子122a,122bに直列に接続したものである。具体的に、インピーダンス変換部123aは、アノード側がゲート端子12agに接続され、カソード側が抵抗素子1211に接続されている。また、インピーダンス変換部123bは、アノード側がゲート端子12bgに接続され、カソード側が抵抗素子122bに接続されている。抵抗素子122a及びインピーダンス変換部123aは、第1回路を構成し、抵抗素子122b及びインピーダンス変換部123bは、第2回路を構成する。インピーダンス変換部123a,123bが抵抗素子122a,122bに直列に接続されていても、実施の形態1と同様の効果を奏する。尚、図7,9,10に示す回路も、同様の構成とすることができる。
[Modifications of the embodiment]
FIG. 11 is a circuit diagram showing a first modified example of the power converter according to the first to third embodiments of the present disclosure. FIG. 11 is a diagram corresponding to FIG. 3. As shown in FIG. 11, the first modified example of the power converter has impedance conversion units 123a and 123b connected in series to the resistance elements 122a and 122b, respectively. Specifically, the impedance conversion unit 123a has an anode side connected to the gate terminal 12ag and a cathode side connected to the resistance element 1211. The impedance conversion unit 123b has an anode side connected to the gate terminal 12bg and a cathode side connected to the resistance element 122b. The resistance element 122a and the impedance conversion unit 123a form a first circuit, and the resistance element 122b and the impedance conversion unit 123b form a second circuit. Even if the impedance conversion units 123a and 123b are connected in series to the resistance elements 122a and 122b, the same effect as in the first embodiment can be obtained. The circuits shown in FIGS. 7, 9 and 10 can also be configured in a similar manner.

図12は、本開示の実施の形態1~3による電力変換器の第2変形例を示す回路図である。尚、図12は、図3に相当する図である。図12に示す通り、電力変換器の第2変形例は、電位規定部としてのゲートオフ電位Veeを0Vとし、基準電位端子10sの電位と同電位としたものである。つまり、本変形例では、基準電位端子10sが電位規定部とされている。このような構成としても、実施の形態1と同様の効果を奏する。尚、図7,9,10に示す回路も、同様の構成とすることができる。 Figure 12 is a circuit diagram showing a second modified example of the power converter according to the first to third embodiments of the present disclosure. Note that Figure 12 is a diagram equivalent to Figure 3. As shown in Figure 12, in the second modified example of the power converter, the gate-off potential Vee as the potential regulating section is set to 0V, and is set to the same potential as the potential of the reference potential terminal 10s. In other words, in this modified example, the reference potential terminal 10s is used as the potential regulating section. With this configuration, the same effect as in the first embodiment can be achieved. Note that the circuits shown in Figures 7, 9, and 10 can also be configured in a similar manner.

図13は、本開示の実施の形態1~3による電力変換器の第3変形例を示す回路図である。尚、図13は、図3に相当する図である。図13に示す通り、電力変換器の第3変形例は、抵抗素子121aとインピーダンス変換部123aとの接続点と、ゲートオフ電位Veeとの間に保護機能部50を設けたものである。具体的に、保護機能部50のダイオードは、アノード側がゲートオフ電位Veeに接続され、カソード側が抵抗素子121aとインピーダンス変換部123aとの接続点に接続されている。 Figure 13 is a circuit diagram showing a third modified example of the power converter according to the first to third embodiments of the present disclosure. Note that Figure 13 is a diagram equivalent to Figure 3. As shown in Figure 13, the third modified example of the power converter has a protection function unit 50 provided between the connection point between the resistance element 121a and the impedance conversion unit 123a and the gate-off potential Vee. Specifically, the diode of the protection function unit 50 has an anode side connected to the gate-off potential Vee and a cathode side connected to the connection point between the resistance element 121a and the impedance conversion unit 123a.

尚、図13では、保護機能部50におけるダイオードのカソード側が、抵抗素子121aとインピーダンス変換部123aとの接続点に接続されている例を示しているが、これに限られるわけではない、保護機能部50におけるダイオードのカソード側は、出力端子10ccからインピーダンス変換部123aまでの経路と、出力端子10ccからインピーダンス変換部123bまでの経路との何れか一方と接続されていればよい。 Note that FIG. 13 shows an example in which the cathode side of the diode in the protection function unit 50 is connected to the connection point between the resistive element 121a and the impedance conversion unit 123a, but this is not limited to this. The cathode side of the diode in the protection function unit 50 may be connected to either the path from the output terminal 10cc to the impedance conversion unit 123a or the path from the output terminal 10cc to the impedance conversion unit 123b.

以上、本開示の実施の形態による電力変換装置について説明したが、本開示は上記実施の形態に制限されることなく本開示の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、実施の形態1~3による電力変換装置1は、インバータ回路に限定されるものではなく、コンバータ回路であってもよい。 The power conversion device according to the embodiment of the present disclosure has been described above, but the present disclosure is not limited to the above embodiment and can be freely modified within the scope of the present disclosure. For example, the power conversion device 1 according to embodiments 1 to 3 is not limited to an inverter circuit, and may be a converter circuit.

また、実施の形態1~3による電力変換装置1は、スイッチ素子群12~17において2つのスイッチ素子を並列に接続した構成に限定されるものではなく、3つ以上のスイッチ素子を並列に接続した構成であってもよい。また、実施の形態1~3に係る電力変換装置1が備えるインピーダンス変換部123a,123bは、MOSFET等のスイッチ素子、或いはインダクタであってもよい。また、実施の形態1~3では、スイッチ素子群12に着目して説明したが、他のスイッチ素子群13~17についても同様の構成であってもよい。 The power conversion device 1 according to the first to third embodiments is not limited to a configuration in which two switch elements are connected in parallel in the switch element groups 12 to 17, but may have a configuration in which three or more switch elements are connected in parallel. The impedance conversion units 123a and 123b provided in the power conversion device 1 according to the first to third embodiments may be switch elements such as MOSFETs, or inductors. Although the first to third embodiments have been described with a focus on the switch element group 12, the other switch element groups 13 to 17 may also have a similar configuration.

尚、上述した実施の形態及び変形例を適宜組み合わせることも可能である。また、上述した実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形若しくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。 The above-described embodiments and modifications may be combined as appropriate. In addition, any of the components of each of the above-described embodiments may be modified, or any of the components may be omitted from each of the embodiments.

1…電力変換装置、10…制御部、10cc,10ee…出力端子、12~17…スイッチ素子群、12a,12b,13a,13b…スイッチ素子、12ag,12bg…ゲート端子、50…保護機能部、103…ダイオード、123a,123b…インピーダンス変換部、124a,124b…スイッチ素子、Vcc…ゲートオン電位、Vee…ゲートオフ電位。 1...power conversion device, 10...control unit, 10cc, 10ee...output terminals, 12-17...switching element group, 12a, 12b, 13a, 13b...switching elements, 12ag, 12bg...gate terminals, 50...protection function unit, 103...diode, 123a, 123b...impedance conversion unit, 124a, 124b...switching elements, Vcc...gate-on potential, Vee...gate-off potential.

Claims (6)

第1の制御端子を有する第1のスイッチ素子と、
前記第1のスイッチ素子に並列に接続され、第2の制御端子を有する第2のスイッチ素子と、
前記第1のスイッチ素子及び前記第2のスイッチ素子をオン状態にする第1の制御信号が出力される第1の出力端子と、前記第1のスイッチ素子及び前記第2のスイッチ素子をオフ状態にする第2の制御信号が出力される第2の出力端子と、を有する制御部と、
前記第1の出力端子又は前記第2の出力端子と前記第1の制御端子との間の経路上に設けられた第1のインピーダンス変換部と、
前記第1の出力端子又は前記第2の出力端子と前記第2の制御端子との間の経路上に設けられた第2のインピーダンス変換部と、
前記第1の出力端子から前記第1のインピーダンス変換部までの経路又は前記第1の出力端子から前記第2のインピーダンス変換部までの経路の何れか一方と、前記第2の制御信号の電位を規定する電位規定部との間に接続された保護機能部と、
を備える電力変換装置。
a first switch element having a first control terminal;
a second switch element connected in parallel to the first switch element and having a second control terminal;
a control unit having a first output terminal from which a first control signal for turning on the first switch element and the second switch element is output, and a second output terminal from which a second control signal for turning off the first switch element and the second switch element is output;
a first impedance transformation unit provided on a path between the first output terminal or the second output terminal and the first control terminal;
a second impedance transformation unit provided on a path between the first output terminal or the second output terminal and the second control terminal;
a protection function unit connected between a path from the first output terminal to the first impedance transformation unit or a path from the first output terminal to the second impedance transformation unit, and a potential regulating unit that regulates a potential of the second control signal;
A power conversion device comprising:
前記制御部は、前記電位規定部と前記第1の出力端子との間に接続された第1のダイオードを備える、請求項1記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1, wherein the control unit includes a first diode connected between the potential regulation unit and the first output terminal. 前記保護機能部は、順方向電圧の大きさが、前記第1のダイオードの順方向電圧の大きさよりも小さなダイオードである、請求項2記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 2, wherein the protection function unit is a diode whose forward voltage is smaller than the forward voltage of the first diode. 前記保護機能部は、前記第1のスイッチ素子及び前記第2のスイッチ素子がオフ状態のときにオン状態にされるスイッチ素子である、請求項2に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 2, wherein the protection function unit is a switch element that is turned on when the first switch element and the second switch element are turned off. 前記電位規定部と前記第1の制御端子との間に設けられた第3のスイッチ素子と、
前記電位規定部と前記第2の制御端子との間に設けられた第4のスイッチ素子と、
を更に備え、
前記第3のスイッチ素子及び前記第4のスイッチ素子は、前記第1のスイッチ素子及び前記第2のスイッチ素子がオフ状態のときにオン状態にされる、
請求項2記載の電力変換装置。
a third switch element provided between the potential regulating unit and the first control terminal;
a fourth switch element provided between the potential regulating unit and the second control terminal;
Further comprising:
the third switch element and the fourth switch element are turned on when the first switch element and the second switch element are turned off;
The power converter according to claim 2.
前記第1のスイッチ素子及び前記第2のスイッチ素子は、ワイドバンドギャップ半導体を用いて生成された素子である、請求項1から請求項5の何れか一項に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 5, wherein the first switch element and the second switch element are elements produced using a wide band gap semiconductor.
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