電力変換装置
【課題】制御電源の喪失時においても平滑用コンデンサの放電制御が可能な電力変換装置を安価な回路構成で実現する。
【解決手段】電力変換装置１００は、コンデンサモジュール１３０と、放電時に放電制御信号を出力する放電用マイコン３０４と、コンデンサモジュール１３０の両端間電圧に基づいて放電用マイコン３０４を動作させるための電源電圧を生成する電源回路３０６と、制御回路２０１からの制御信号または放電用マイコン３０４からの放電制御信号に基づいてＩＧＢＴ２１０，２２０を動作させるための駆動信号を出力するパワードライバ３０２とを備える。放電制御信号に応じてＩＧＢＴ２１０，２２０を動作させることで、コンデンサモジュール１３０からＩＧＢＴ２１０，２２０を介してモータジェネレータ１９２へ電流を流すことにより、コンデンサモジュール１３０を放電させる。
【解決手段】電力変換装置１００は、コンデンサモジュール１３０と、放電時に放電制御信号を出力する放電用マイコン３０４と、コンデンサモジュール１３０の両端間電圧に基づいて放電用マイコン３０４を動作させるための電源電圧を生成する電源回路３０６と、制御回路２０１からの制御信号または放電用マイコン３０４からの放電制御信号に基づいてＩＧＢＴ２１０，２２０を動作させるための駆動信号を出力するパワードライバ３０２とを備える。放電制御信号に応じてＩＧＢＴ２１０，２２０を動作させることで、コンデンサモジュール１３０からＩＧＢＴ２１０，２２０を介してモータジェネレータ１９２へ電流を流すことにより、コンデンサモジュール１３０を放電させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置には、電力変換時のスイッチング動作等によって生じる直流電力の電圧変動を抑制して平滑化するための平滑用コンデンサが設けられている。こうした電力変換装置において、直流電源を電力変換装置から切り離して直流電源を遮断する際に、平滑用コンデンサに蓄えられた電荷を放電するための技術が知られている。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、メインコンタクタがオフされると、マイコン内の電動機制御手段がインバータ回路のスイッチング素子をスイッチングさせることにより、外部負荷に電流を流して平滑用コンデンサに溜まった電荷を放電させる技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、平滑用コンデンサの両端間に放電抵抗とスイッチング素子とを接続し、放電が必要な場合にのみ出力される放電信号に応じて、スイッチング素子を導通させて放電を開始する技術も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３０８７０４号公報
【特許文献２】特開２０１０−２０６９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示される技術では、マイコンの電源が喪失した場合に平滑用コンデンサの放電が不可能になるという問題がある。一方、特許文献２に開示される技術では、平滑用コンデンサの放電時に流れる大電流に耐え得る高価な放電抵抗とスイッチング素子を搭載する必要があり、また放電時の放電抵抗による発熱を逃がすような構造を電力変換装置内に設ける必要もあるため、電力変換装置のコストアップにつながるという問題がある。
【０００７】
上記のような従来の問題点に鑑みて、本発明が解決しようとする課題は、制御電源の喪失時においても平滑用コンデンサの放電制御が可能な電力変換装置を安価な回路構成で実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による電力変換装置は、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して負荷へ供給する電力変換素子と、直流電力を平滑化するためのコンデンサと、負荷の駆動時に電力変換素子の動作を制御するための制御信号を出力する制御回路と、コンデンサの放電時に電力変換素子の動作を制御するための放電制御信号を出力する放電制御手段と、コンデンサの両端間電圧に基づいて放電制御手段を動作させるための電源電圧を生成する電源回路と、制御信号または放電制御信号に基づいて電力変換素子を動作させるための駆動信号を出力するドライバ部とを備え、放電制御信号に応じて電力変換素子を動作させることで、コンデンサから電力変換素子を介して負荷へ電流を流すことにより、コンデンサを放電させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、制御電源の喪失時においても平滑用コンデンサの放電制御が可能な電力変換装置を安価な回路構成で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る電力変換装置を搭載したハイブリッド自動車の制御ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電力変換装置のブロック図である。
【図３】第１実施例における制御部の回路構成を示す図である。
【図４】第２実施例における制御部の回路構成を示す図である。
【図５】第１実施例における正常放電時の各信号のタイミングチャート例である。
【図６】第１実施例におけるコンタクタ異常時の各信号のタイミングチャート例である。
【図７】第１実施例における制御電源喪失時の各信号のタイミングチャート例である。
【図８】第１実施例における制御電源喪失かつコンタクタ異常時の各信号のタイミングチャート例である。
【図９】第２実施例における各信号のタイミングチャート例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態に係る電力変換装置について、図面を参照しながら以下詳細に説明する。本発明は、自動車に搭載され、車載バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に対して適用可能である。特に、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、純粋な電気自動車等に搭載される補機駆動用電機システムや車両駆動用電機システムなどにおいて、変換後の交流電力を補機駆動用モータや車両駆動用モータに出力する電力変換装置として好適である。しかし、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であれば、自動車に搭載されるものに限らず、いかなる形態の電力変換装置についても本発明を適用可能である。
【００１２】
以下では、本発明による電力変換装置の代表例として、ハイブリッド自動車に搭載される電力変換装置に本発明を適用した場合の例について説明する。
【００１３】
一般的なハイブリッド自動車は、電動機と内燃機関が主な動力源となっており、電動機は１ないし２以上搭載されていることが多い。本発明による電力変換装置は、こうしたハイブリッド自動車に搭載される車載電機システムにおける車載用電力変換装置、特に、車両駆動用インバータとして用いられる。この車両駆動用インバータ装置は、車両駆動用電動機の駆動を制御する制御装置として車両駆動用電機システムに備えられており、車載電源を構成する車載バッテリ或いは車載発電装置から供給された直流電力を所定の交流電力に変換し、得られた交流電力を車両駆動用電動機に供給して車両駆動用電動機の駆動を制御する。また、車両駆動用電動機は発電機としての機能も有しているので、車両駆動用インバータ装置は運転モードに応じ、車両駆動用電動機の発生する交流電力を直流電力に変換する機能も有している。変換された直流電力は車載バッテリに供給される。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る電力変換装置を搭載したハイブリッド自動車の制御ブロック図である。図１において、ハイブリッド電気自動車（以下、「ＨＥＶ」と記述する）１１０は１つの電動車両であり、２つの車両駆動用システムを備えている。その１つは、内燃機関であるエンジン１２０を動力源としたエンジンシステムである。エンジンシステムは、主としてＨＥＶ１１０の駆動源及び発電源として用いられる。もう１つは、モータジェネレータ１９２，１９４を動力源とした車載電機システムである。車載電機システムは、主としてＨＥＶ１１０の駆動源及びＨＥＶ１１０の電力発生源として用いられる。モータジェネレータ１９２，１９４は例えば同期機あるいは誘導機であり、運転方法によりモータとしても発電機としても動作するので、ここではモータジェネレータと記すこととする。モータジェネレータは１ないし２つ搭載されていることが一般的だが、２つ以上でも構わない。
【００１５】
車体のフロント部には前輪車軸１１４が回転可能に軸支されている。前輪車軸１１４の両端には１対の前輪１１２が設けられている。車体のリア部には後輪車軸（図示省略）が回転可能に軸支されている。後輪車軸の両端には１対の後輪が設けられている。本実施形態のＨＥＶでは、動力によって駆動される主輪を前輪１１２とし、連れ回される従輪を後輪とする、いわゆる前輪駆動方式を採用しているが、この逆、すなわち後輪駆動方式を採用しても構わない。
【００１６】
前輪車軸１１４の中央部には前輪側デファレンシャルギア（以下、「前輪側ＤＥＦ」と記述する）１１６が設けられている。前輪車軸１１４は前輪側ＤＥＦ１１６の出力側に機械的に接続されている。前輪側ＤＥＦ１１６の入力側には変速機１１８の出力軸が機械的に接続されている。前輪側ＤＥＦ１１６は、変速機１１８によって変速されて伝達された回転駆動力を左右の前輪車軸１１４に分配する差動式動力分配機構である。変速機１１８の入力側にはモータジェネレータ１９２とモータジェネレータ１９４とエンジン１２０の出力側が機械的に接続されている。変速機１１８は動力分配機構を備えており、これを介してエンジン１２０の出力側とモータジェネレータ１９２、１９４の出力側とが機械的に接続されている。変速機１１８の動力分配機能は、エンジン１２０とモータジェネレータ１９２，１９４とをそれぞれ機械的に接続したり切り離したりすることが出来る機能を有する。なお、変速機の種類によりモータジェネレータ１９２，１９４が変速機の内側に搭載されている場合もある。
【００１７】
モータジェネレータ１９２，１９４は、回転子に永久磁石を備えた同期機、または電機子巻線を備えた誘導機である。固定子の電機子巻線に供給される交流電力がインバータ装置１４０，１４２によってそれぞれ制御されることにより、モータジェネレータ１９２，１９４の駆動が制御される。インバータ装置１４０，１４２にはバッテリ１３６が電気的に接続されており、バッテリ１３６とインバータ装置１４０，１４２との相互において電力の授受が可能である。
【００１８】
以上説明した図１の車載電機システムは、モータジェネレータ１９２及びインバータ装置１４０からなる第１電動発電ユニットと、モータジェネレータ１９４及びインバータ装置１４２からなる第２電動発電ユニットとの２つを備えており、ＨＥＶ１１０の運転状態に応じてそれらを使い分けている。たとえば、エンジン１２０からの動力によってＨＥＶ１１０の駆動トルクをアシストする場合には、第２電動発電ユニットを発電ユニットとして用いてエンジン１２０の動力により発電を行い、その発電によって得られた電力によって第１電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させる。また、たとえばＨＥＶ１１０の車速をアシストする場合には、第１電動発電ユニットを発電ユニットとして用いてエンジン１２０の動力により発電を行い、その発電によって得られた電力によって第２電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させる。
【００１９】
また、図１の車載電機システムは、バッテリ１３６の電力によって第１電動発電ユニットまたは第２電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させることにより、モータジェネレータ１９２または１９４をモータとして動作させ、それによって生じる動力を用いてＨＥＶ１１０を駆動させることができる。このときモータジェネレータ１９２、１９４はバッテリ１３６に対する負荷として作用する。さらに、エンジン１２０の動力や前輪１１２からの動力によって第１電動発電ユニットまたは第２電動発電ユニットを発電ユニットとして作動させることにより、モータジェネレータ１９２または１９４を発電機として動作させ、それによって生じる電力を用いてバッテリ１３６の充電を行うこともできる。このときモータジェネレータ１９２、１９４はバッテリ１３６に対する電力供給源として作用する。
【００２０】
バッテリ１３６はさらに補機用のモータ１９５を駆動するための電源としても使用される。補機用のモータ１９５は、たとえばエアコンディショナーのコンプレッサを駆動するモータ、あるいは制御用の油圧ポンプを駆動するモータである。バッテリ１３６からインバータ装置１４４に直流電力が供給され、インバータ装置１４４で交流の電力に変換されてモータ１９５に供給される。インバータ装置１４４は、インバータ装置１４０や１４２と同様の機能を持ち、モータ１９５に供給する交流の位相や周波数，電力を制御する。たとえば、モータ１９５の回転子の回転に対してインバータ装置１４４から進み位相の交流電力を供給することにより、モータ１９５はトルクを発生する。一方、インバータ装置１４４からモータ１９５へ遅れ位相の交流電力を発生することで、モータ１９５は発電機として作用し、回生制動状態の運転となる。このようなインバータ装置１４４の制御機能はインバータ装置１４０や１４２の制御機能と同様である。モータ１９５の容量がモータジェネレータ１９２や１９４の容量より小さいので、インバータ装置１４４の最大変換電力はインバータ装置１４０や１４２より小さいが、インバータ装置１４４の回路構成は基本的にインバータ装置１４０や１４２の回路構成と同じである。
【００２１】
インバータ装置１４０、１４２および１４４とバッテリ１３６との間には、コンデンサモジュール１３０が接続されている。これらは電気的に互いに密接な関係にあり、さらに発熱に対する対策が必要な点が共通している。また、一般的に電力変換装置では、その体積をできるだけ小さくすることが望まれている。これらの点から、以下で詳述する本実施形態に係る電力変換装置１００は、インバータ装置１４０、１４２および１４４とコンデンサモジュール１３０とを共通の筐体内に内蔵している。この構成により、小型で信頼性の高い電力変換装置が実現できる。なお、インバータ装置１４０とバッテリ１３６の間には、バッテリ１３６からの直流電力を導通または遮断するための切替装置（不図示）が搭載されている。この切替装置は、たとえばコンタクタである。
【００２２】
上記のように、インバータ装置１４０、１４２および１４４とコンデンサモジュール１３０とを一つの電力変換装置１００として共通の筐体に内蔵することで、配線の簡素化やノイズ対策で効果がある。また、コンデンサモジュール１３０とインバータ装置１４０、１４２および１４４との間における接続回路のインダクタンスを低減できるため、スパイク電圧を低減できると共に、発熱の低減や放熱効率の向上を図ることができる。
【００２３】
次に、インバータ装置１４０や１４２あるいはインバータ装置１４４の電気回路構成を説明する。ここでは、インバータ装置１４０や１４２あるいはインバータ装置１４４をそれぞれ個別に構成する場合を例に挙げて説明する。インバータ装置１４０や１４２あるいはインバータ装置１４４は同様の構成で同様の作用を為し、同様の機能を有している。そのため、以下では代表例としてインバータ装置１４０の説明を行う。
【００２４】
図２は、本発明の一実施形態に係る電力変換装置１００のブロック図である。本実施形態に係る電力変換装置１００は、インバータ装置１４０とコンデンサモジュール１３０とを備える。インバータ装置１４０は、パワーモジュール部２０３と制御部２０４とを有している。パワーモジュール部２０３は、上下アーム直列回路２４０を複数（図２の例では、三相交流モータであるモータジェネレータ１９２の電機子巻線の各相巻線に対応して３つ）有している。各上下アーム直列回路２４０は、バッテリ１３６に対して高電圧側に配置されており上アームとして動作するＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）２１０およびダイオード２１１と、低電圧側に配置されており下アームとして動作するＩＧＢＴ２２０およびダイオード２２１とによって構成されている。各上下アーム直列回路２４０の中点部分は、交流端子を介して、モータジェネレータ１９２へと続く交流電力線に接続されている。制御部２０４は、パワーモジュール部２０３を駆動制御するための駆動信号を出力するドライバ回路２０２と、ドライバ回路２０２に駆動信号を出力させるための制御信号をモータジェネレータ駆動信号線２５２を介して供給する制御回路２０１とを有している。
【００２５】
各上下アーム直列回路２４０を構成する上アームのＩＧＢＴ２１０や下アームのＩＧＢＴ２２０は、スイッチング用パワー半導体素子である。これらのパワー半導体素子が制御部２０４から出力された駆動信号に応じてスイッチング動作することで、バッテリ１３６から供給された直流電力が三相交流電力に変換される。この変換された電力は、モータジェネレータ１９２の電機子巻線に供給される。なお、スイッチング用パワー半導体素子としては、ＩＧＢＴに替えてＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）を用いてもよい。この場合、ダイオード２１１やダイオード２２１は不要となる。
【００２６】
コンデンサモジュール１３０は、ＩＧＢＴ２１０，２２０のスイッチング動作によって生じる直流電圧の変動を抑制する平滑回路を構成するためのものである。コンデンサモジュール１３０の正極側コンデンサ電極にはバッテリ１３６の正極側が、コンデンサモジュール１３０の負極側コンデンサ電極にはバッテリ１３６の負極側が、それぞれ直流コネクタ（不図示）を介して電気的に接続されている。これにより、コンデンサモジュール１３０は、バッテリ１３６と上下アーム直列回路２４０に対して電気的に並列接続される。
【００２７】
制御部２０４において、制御回路２０１は、他の制御装置やセンサ類などからの入力情報に基づいて、モータジェネレータ１９２の駆動時にＩＧＢＴ２１０，２２０のスイッチング動作のタイミングに応じた制御信号を生成し、ドライバ回路２０２へ出力する。ドライバ回路２０２は、制御回路２０１から出力された制御信号に基づいて、ＩＧＢＴ２１０，２２０をスイッチング動作させるための駆動信号を生成し、パワーモジュール部２０３の各上下アーム直列回路２４０へ出力する。
【００２８】
制御回路２０１は、ＩＧＢＴ２１０，２２０のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と記述する）を備えている。このマイコンには、上記の入力情報として、モータジェネレータ１９２に対して要求される目標トルク値もしくは目標回転数値と、各上下アーム直列回路２４０からモータジェネレータ１９２の電機子巻線に供給される電流値と、モータジェネレータ１９２の回転子の磁極位置とが入力される。なお、目標トルク値もしくは目標回転数値は、不図示の上位の制御装置から出力された指令信号に基づくものである。あるいは、マイコンの中で演算された値を目標トルク値や目標回転数値としても構わない。電流値は、電流センサ２３１から出力された検出信号に基づいて検出される。磁極位置は、モータジェネレータ１９２に設けられた回転磁極センサ２３０から出力された検出信号に基づいて検出される。本実施形態では３相の電流値を検出する場合を例に挙げて説明するが、２相分の電流値を検出するようにしても構わない。
【００２９】
制御回路２０１内のマイコンは、入力情報として入力された目標トルク値もしくは目標回転数値に基づいて、モータジェネレータ１９２のｄ，ｑ軸の電流指令値を演算する。次に、演算されたｄ，ｑ軸の電流指令値と、電流センサ２３１により検出されたｄ，ｑ軸の電流値との差分に基づいて、ｄ，ｑ軸の電圧指令値を演算する。そして、回転磁極センサ２３０により検出された磁極位置に基づいて、演算されたｄ，ｑ軸の電圧指令値をＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧指令値に変換する。このようにして得られたＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧指令値に基づく基本波（正弦波）を所定のキャリア波に基づいてパルス変換することで、マイコンはパルス状の変調波を生成し、この生成された変調波をＰＷＭ（パルス幅変調）制御信号としてモータジェネレータ駆動信号線２５２からドライバ回路２０２に出力する。なお、ここでは一般的なＰＷＭ変調方式による電動機の制御方法を例として説明したが、モータジェネレータ１９２を駆動させる制御信号はＰＷＭ変調方式によるものに限らず、いかなる制御方法に基づいて作成したものでも構わない。
【００３０】
ドライバ回路２０２は、下アームを駆動する場合、制御回路２０１からのＰＷＭ制御信号を増幅し、これを駆動信号として、対応する下アームのＩＧＢＴ２２０のゲート電極に出力する。また、上アームを駆動する場合、基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトして制御回路２０１からのＰＷＭ制御信号を増幅し、これを駆動信号として、対応する上アームのＩＧＢＴ２１０のゲート電極に出力する。これにより、各ＩＧＢＴ２１０，２２０は、入力された駆動信号に応じてスイッチング動作する。
【００３１】
また、ドライバ回路２０２は、上下アーム直列回路２４０における異常検知（過電流，過電圧，過温度など）を行うことで、上下アーム直列回路２４０を保護している。何らかの異常を検知すると、ドライバ回路２０２は、上下アーム直列回路２４０の動作を停止してその異常から上下アーム直列回路２４０を保護する。さらに、制御回路２０１のマイコンへ異常信号線２５１を介して所定の異常信号を伝達することで、異常が検知されたことを通知する。
【００３２】
次に、以上のように構成される電力変換装置１００におけるコンデンサモジュール１３０の放電制御に関して説明する。電力変換装置１００は、バッテリ１３６から切り離されて直流電力が遮断されると、コンデンサモジュール１３０を放電するための放電制御を制御部２０４において行う。この放電制御を実現するための制御部２０４の回路構成例を、以下では第１実施例および第２実施例としてそれぞれ説明する。
【００３３】
（第１実施例）
図３は、制御部２０４の第１実施例における回路構成を示す図である。図３に示すように、制御部２０４において制御回路２０１は、ＩＧＢＴ２１０，２２０のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイコン３０３を備えている。マイコン３０３は、前述のような演算処理を行うことにより、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各上下アームに対してＰＷＭ制御信号をそれぞれ生成する。マイコン３０３において生成された各ＰＷＭ制御信号は、マイコン３０３から６本のモータジェネレータ駆動信号線２５２を介してドライバ回路２０２へそれぞれ出力される。
【００３４】
ＨＥＶ１１０のキースイッチがオフされると、マイコン３０３またはＨＥＶ１１０に搭載されている上位コントローラ（不図示）は、前述の切替装置の動作を制御することで、電力変換装置１００をバッテリ１３６から切り離して直流電力を遮断する。このときマイコン３０３は、放電指令信号線３１１を介してパルス状の放電指令信号をドライバ回路２０２へ出力する。この放電指令信号は、ドライバ回路２０２に対してコンデンサモジュール１３０の放電を指令するための信号であり、放電の可否をパルス列の変化で表している。たとえば、バッテリ１３６からの直流電力が導通しているときには、放電不可であることを表す放電指令信号として、所定のパルス幅でデューティ比が６０％（６０％ＯＮ，４０％ＯＦＦ）のパルス列を連続的に出力する。一方、バッテリ１３６からの直流電力が遮断されると、放電可能であることを表す放電指令信号として、所定のパルス幅でデューティ比が４０％（４０％ＯＮ，６０％ＯＦＦ）のパルス列を連続的に出力する。なお、ここで挙げたパルス列はあくまで一例であるため、他のパルス列を放電指令信号として用いて放電の可否を表してもよい。
【００３５】
また、先に図２で説明したように、モータジェネレータ１９２を駆動させるために制御回路２０１からドライバ回路２０２へ出力する制御信号は、ＰＷＭ変調方式によるものに限らず、どんな種類の信号でも構わない。また、図３ではモータジェネレータ１９２が三相交流モータである場合について、制御回路２０１により生成される６種類のＰＷＭ制御信号を６本のモータジェネレータ駆動信号線２５２を介してドライバ回路２０２へそれぞれ出力する回路構成例を示している。しかし、モータジェネレータ１９２を単相交流モータ、または三相以外の複相交流モータとしてもよい。その場合、モータジェネレータ１９２の相数に応じて、制御回路２０１が生成する制御信号およびモータジェネレータ駆動信号線２５２の数を変更すればよい。
【００３６】
ドライバ回路２０２は、各モータジェネレータ駆動信号線２５２に対して設けられた６つのフォトカプラ３１２と、ロジック回路３０１と、パワードライバ３０２と、放電用マイコン３０４と、電源回路３０６と、分圧抵抗３０７と、放電指令信号線３１１に対して設けられたフォトカプラ３０５と、異常信号線２５１に対して設けられたフォトカプラ３０８とを備える。
【００３７】
制御回路２０１のマイコン３０３からモータジェネレータ駆動信号線２５２を介してドライバ回路２０２へ入力された各ＰＷＭ制御信号は、フォトカプラ３１２を介してロジック回路３０１に入力される。ロジック回路３０１には、各ＰＷＭ制御信号にそれぞれ対応して、前段側に６つのＡＮＤ回路が設けられ、後段側に６つのＯＲ回路が設けられている。前段側の各ＡＮＤ回路は、放電用マイコン３０４から放電切替信号線３１０を介して出力される放電切替信号に応じて、各ＰＷＭ制御信号を通過または遮断するための論理演算をそれぞれ行う。後段側の各ＯＲ回路では、前段側のＡＮＤ回路を通過した各ＰＷＭ制御信号、または放電用マイコン３０４から放電制御信号線３１３を介して出力される各放電制御信号のいずれかをパワードライバ３０２へ出力するための論理演算をそれぞれ行う。
【００３８】
パワードライバ３０２は、たとえば１つのＩＣで構成されるものであり、ロジック回路３０１から出力された各ＰＷＭ制御信号または各放電制御信号を増幅することで駆動信号を生成する。パワードライバ３０２によって生成された各駆動信号は、各上下アーム直列回路２４０のＩＧＢＴ２１０，２２０にそれぞれ出力される。
【００３９】
なお、図３ではパワードライバ３０２を１つのＩＣで構成した例を示しているが、各上下アーム直列回路２４０に対してパワードライバ３０２を個別に設けることも可能である。その場合、モータジェネレータ１９２が図３に示すような三相交流モータであれば、ドライバ回路２０２内に３つのパワードライバ３０２が設置される。さらに、パワードライバ３０２を各ＩＧＢＴ２１０，２２０に対して個別に設けることも可能である。その場合、ドライバ回路２０２内に６つのパワードライバ３０２が設置される。
【００４０】
一方、制御回路２０１のマイコン３０３から放電指令信号線３１１を介してドライバ回路２０２へ入力された放電指令信号は、フォトカプラ３０５を介して放電用マイコン３０４に入力される。この放電指令信号は、前述のようにパルス状の信号である。このようにパルス状の放電指令信号を用いることで、電源喪失等の原因により制御回路２０１においてマイコン３０３が正常に動作せず、そのためにパルス状ではない一定電圧の信号がマイコン３０３から放電指令信号として継続的に出力された場合に、マイコン３０３の異常を放電用マイコン３０４が認識できるようにしている。すなわち、マイコン３０３からの放電指令信号に基づいて、放電用マイコン３０４は制御回路２０１の動作状態を判断する。その結果、制御回路２０１が正常に動作していないと判断した場合、放電用マイコン３０４は放電制御信号を出力する。
【００４１】
放電用マイコン３０４は、マイコン３０３から放電不可であることを表す前述のような放電指令信号が出力されているときには、放電切替信号線３１０を介してロジック回路３０１へ出力する放電切替信号をＯＮにする。一方、マイコン３０３から放電可能であることを表す放電指令信号が出力されているときには、放電切替信号をＯＦＦにすると共に、６本の放電制御信号線３１３を介して、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各上下アームに対する放電制御信号をロジック回路３０１へ出力する。これらの放電切替信号および放電制御信号に基づいて、ロジック回路３０１において前述のような論理演算が各ＰＷＭ制御信号に対してそれぞれ行われる。
【００４２】
なお、前述のようにして制御回路２０１の動作状態を判断した結果、マイコン３０３からパルス状の放電指令信号が出力されておらず、そのため制御回路２０１が正常に動作していないと判断した場合、放電用マイコン３０４は、上記の放電可能である場合と同様の動作を行う。すなわち、放電切替信号をＯＦＦにすると共に、放電制御信号をロジック回路３０１へ出力する。
【００４３】
放電用マイコン３０４を動作させるための電源電圧は、コンデンサモジュール１３０の両端間電圧を分圧抵抗３０７により分圧して得られた電圧に基づいて、電源回路３０６により生成される。そのため、バッテリ１３６からの直流電力が遮断された後でも、コンデンサモジュール１３０が放電されることでその両端間の電圧が一定の電圧以下になるまでの間は、放電用マイコン３０４を動作させて放電制御を行うことが可能である。
【００４４】
コンデンサモジュール１３０の両端間には、コンデンサモジュール１３０と並列に接続されたＬＥＤ２３２が配置されている。ＬＥＤ２３２は、コンデンサモジュール１３０が放電されたか否かを報知するためのものである。すなわち、コンデンサモジュール１３０の両端間の電圧が所定値以上である場合は、ＬＥＤ２３２が発光し、これにより未放電であることが報知される。一方、コンデンサモジュール１３０の両端間の電圧が所定値未満である場合は、ＬＥＤ２３２が発光しないため、放電済みであることが報知される。なお、ＬＥＤ２３２の代わりに他の発光素子を用いて、コンデンサモジュール１３０が放電されたか否かを報知するようにしてもよい。
【００４５】
なお、放電用マイコン３０４は、上下アーム直列回路２４０から出力されるセンシング情報に基づいて、前述のような異常検知を行う。たとえば、各上下アーム直列回路２４０のＩＧＢＴ２１０，２２０においてエミッタ電極に流れる電流の情報が、ＩＧＢＴ２１０，２２０に設けられた信号用エミッタ電極端子から出力され、センシング情報として放電用マイコン３０４に入力される。このセンシング情報に基づいて、放電用マイコン３０４は過電流検知を行う。いずれかのＩＧＢＴにおいて過電流が検知された場合、放電用マイコン３０４は放電切替信号をＯＦＦにする。これに応じて、ロジック回路３０１において制御回路２０１からのＰＷＭ制御信号が遮断されることで、上下アーム直列回路２４０を過電流から保護する。
【００４６】
また、分圧抵抗３０７によって分圧された電圧の情報は、センシング情報として放電用マイコン３０４に入力される。これに基づいて、放電用マイコン３０４はコンデンサモジュール１３０の両端間電圧を算出し、その算出結果に基づいて過電圧検知を行う。過電圧が検知された場合、放電用マイコン３０４は放電切替信号をＯＦＦにする。これに応じて、ロジック回路３０１において制御回路２０１からのＰＷＭ制御信号を遮断することで、上下アーム直列回路２４０を過電圧から保護する。
【００４７】
さらに、上下アーム直列回路２４０には温度センサ（不図示）が設けられており、この温度センサにより検出された上下アーム直列回路２４０の温度の情報がセンシング情報として放電用マイコン３０４に入力される。これに基づいて、放電用マイコン３０４は過温度検知を行う。過温度が検知された場合、放電用マイコン３０４は放電切替信号をＯＦＦにする。これに応じて、ロジック回路３０１において制御回路２０１からのＰＷＭ制御信号を遮断することで、上下アーム直列回路２４０を過温度から保護する。
【００４８】
放電用マイコン３０４は、異常検出時には以上説明したような動作を行うことにより、上下アーム直列回路２４０（ひいては、上下アーム直列回路２４０を含む電力変換装置１００全体）を、過電流、過温度、過電圧等の異常から保護する。そして、フォトカプラ３０８および異常信号線２５１を介して制御回路２０１のマイコン３０３へ異常信号を出力することで、異常発生を通知する。
【００４９】
また、放電用マイコン３０４は、センシング情報として放電用マイコン３０４に入力される電圧の情報に基づいて求めた放電中のコンデンサモジュール１３０の両端間の電圧に基づいて、正常に放電が行われているか否かを判断する。その結果、正常に放電が行われていないと判断すると、放電制御信号の出力を停止することで放電を中断する。
【００５０】
なお、以上説明したような放電用マイコン３０４の機能をマイコン以外のＩＣを用いて実現してもよい。さらに、任意の論理回路を書き込み可能なロジックデバイス、たとえばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）などを用いて、放電用マイコン３０４およびロジック回路３０１を一体的な構成として実現してもよい。
【００５１】
以上説明した制御部２０４の第１実施例における放電シーケンスに応じたタイミングチャート例を図５〜８に示す。これらの各図において、符号４０１はマイコン３０３からの放電指令信号を示し、符号４０２、４０３は放電用マイコン３０４からの放電切替信号と放電制御信号をそれぞれ示している。また、符号４０４はコンデンサ電圧、すなわちコンデンサモジュール１３０の両端間の電圧を示し、符号４０５はコンタクタ状態、すなわちバッテリ１３６からの直流電力の導通状態を示している。
【００５２】
なお、図５〜８の各タイミングチャートにおいて、放電指令信号４０１は、前述のようにデューティ比６０％（６０％ＯＮ，４０％ＯＦＦ）のパルス列信号により放電不可を表しているものとする。また、これとは反対に、デューティ比４０％（４０％ＯＮ，６０％ＯＦＦ）のパルス例信号により放電可能を表しているものとする。
【００５３】
図５は、正常放電時の各信号のタイミングチャート例を示している。図５において、バッテリ１３６からの直流電力が導通しているときには、マイコン３０３から放電不可を示す放電指令信号４０１が出力されている。この放電指令信号４０１に応じて、放電用マイコン３０４は放電切替信号４０２をＯＮとし、放電制御信号４０３をＯＦＦとする。これにより、制御回路２０１からのＰＷＭ制御信号がロジック回路３０１からパワードライバ３０２へ出力され、各ＩＧＢＴ２１０，２２０がＰＷＭ制御信号に応じてスイッチング動作される。このときコンデンサモジュール１３０には電荷が蓄積されているため、コンデンサ電圧４０４はＨｉとなっている。また、コンタクタ状態４０５はＣＬＯＳＥとなっている。
【００５４】
符号５０１に示すタイミングにおいて、切替装置が開かれてバッテリ１３６からの直流電力が遮断されると、コンタクタ状態４０５はＣＬＯＳＥからＯＰＥＮに変化する。その後、符号５０２に示すタイミングにおいて、マイコン３０３からの放電指令信号４０１が放電不可から放電可能に変化すると、これに応じて放電用マイコン３０４は放電切替信号４０２をＯＮからＯＦＦに変化させる。これにより、制御回路２０１からのＰＷＭ制御信号がロジック回路３０１において遮断され、パワードライバ３０２へ出力されなくなる。さらに放電用マイコン３０４は、放電制御信号４０３をＯＮとする。このとき出力される放電制御信号４０３は、モータジェネレータ１９２を駆動されない状態としつつ、コンデンサモジュール１３０に蓄積された電荷により流れる電流がモータジェネレータ１９２において消費されるように、各ＩＧＢＴ２１０，２２０をスイッチング動作させるための信号である。たとえば、モータジェネレータ１９２が追従できないような高速のＰＷＭ信号を、放電用マイコン３０４から放電制御信号４０３としてＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相についてそれぞれ出力することができる。このような高速のＰＷＭ信号の生成は、たとえば、モータジェネレータ１９２の最大回転速度よりも速い（高い）周波数で周期的に変化する基本波と所定周波数のキャリア波とを比較することで実現できる。
【００５５】
以上説明したような放電制御信号を放電用マイコン３０４から出力することで、モータジェネレータ１９２を駆動させずに、コンデンサモジュール１３０から各ＩＧＢＴ２１０，２２０を介してモータジェネレータ１９２へ電流を流すことができる。その結果、ＨＥＶ１１０の挙動に影響を及ぼすことなく、モータジェネレータ１９２によりコンデンサモジュール１３０を放電させることができる。
【００５６】
上記のように放電制御信号４０３がＯＮされてコンデンサモジュール１３０の放電が開始されると、コンデンサ電圧４０４はＨｉからＬｏｗへと次第に低下していく。符号５０３に示すタイミングにおいてコンデンサ電圧４０４が所定の電圧以下になると、電源回路３０６から放電用マイコン３０４への電源供給が不可能となり、放電用マイコン３０４が電源を喪失してその動作を停止する。これにより、放電制御信号４０３がＯＦＦとなり、コンデンサモジュール１３０の放電が終了する。
【００５７】
図６は、コンタクタ異常時の各信号のタイミングチャート例を示している。ここでは、溶着等を原因とするコンタクタ異常により切替装置が正常に動作せず、バッテリ１３６からの直流電力を遮断できない場合を想定する。図６において、バッテリ１３６からの直流電力が導通しているときには、各信号状態は図５と同じである。
【００５８】
コンタクタ異常時には、コンタクタ状態４０５がＣＬＯＳＥからＯＰＥＮに変化していないにも関わらず、符号６０１に示すタイミングにおいてマイコン３０３からの放電指令信号４０１が放電不可から放電可能に変化する。これに応じて放電用マイコン３０４は、図５と同様に放電切替信号４０２をＯＮからＯＦＦに変化させると共に、放電制御信号４０３をＯＮとしてコンデンサモジュール１３０の放電を開始しようとする。しかし、図５の場合とは異なり、コンタクタ状態４０５はＣＬＯＳＥのまま変化しないため、コンデンサモジュール１３０は放電されず、コンデンサ電圧４０４はＨｉから一瞬だけ低下するものの、Ｌｏｗまで低下することはない。このように、放電制御信号４０３をＯＮしたにも関わらずコンデンサ電圧４０４が低下しないことを検知すると、放電用マイコン３０４はコンデンサモジュール１３０において正常に放電が行われていないと判断する。その場合、符号６０２に示すタイミングにおいて、放電制御信号４０３をＯＦＦとしてコンデンサモジュール１３０の放電を停止する。
【００５９】
上記のように放電を停止してから一定期間を経過した後、符号６０３に示すタイミングにおいて、放電用マイコン３０４は再び放電制御信号４０３をＯＮとする。こうして放電用マイコン３０４は、ＩＧＢＴ２１０、２１１が高温破壊しないように一定の期間を設けてコンデンサモジュール１３０の放電を再試行する。しかし、コンタクタ状態４０５は依然としてＣＬＯＳＥであるため、放電用マイコン３０４は先の場合と同様に、コンデンサモジュール１３０において正常に放電が行われていないと判断する。その結果、符号６０４に示すタイミングにおいて、放電制御信号４０３をＯＦＦとしてコンデンサモジュール１３０の放電を停止する。放電用マイコン３０４は、コンデンサモジュール１３０の放電が正常に行われるまで、こうした動作を繰り返す。
【００６０】
図７は、制御電源喪失時の各信号のタイミングチャート例を示している。ここでは、コンデンサモジュール１３０の放電を開始する前に、断線等の原因により制御回路２０１の電源が喪失し、マイコン３０３の動作が停止された場合を想定する。図７において、マイコン３０３が正常に動作している間の各信号状態は図５、６と同じである。
【００６１】
符号７０１に示すタイミングにおいて制御回路２０１の電源が喪失すると、それまでマイコン３０３から出力されていた放電不可を示す放電指令信号４０１がＯＦＦ状態となる。このとき、ＨＥＶ１１０に搭載されている上位コントローラ（不図示）は、制御回路２０１の電源が喪失されたことを検出すると、符号７０２に示すタイミングにおいて切替装置を開き、コンタクタ状態４０５をＣＬＯＳＥからＯＰＥＮに変化させてバッテリ１３６からの直流電力を遮断する。一方、放電用マイコン３０４は、放電指令信号４０１がＯＦＦになったことを検知すると、符号７０３に示すタイミングにおいて放電切替信号４０２をＯＮからＯＦＦに変化させると共に、放電制御信号４０３をＯＮとしてコンデンサモジュール１３０の放電を開始する。すると、図５の場合と同様に、コンデンサ電圧４０４はＨｉからＬｏｗへと次第に低下していく。その後、符号７０４に示すタイミングにおいてコンデンサ電圧４０４が所定の電圧以下になると、電源回路３０６から放電用マイコン３０４への電源供給が不可能となり、放電用マイコン３０４が電源を喪失してその動作を停止する。これにより、放電制御信号４０３がＯＦＦとなり、コンデンサモジュール１３０の放電が終了する。
【００６２】
図８は、制御電源喪失かつコンタクタ異常時の各信号のタイミングチャート例を示している。ここでは、コンデンサモジュール１３０の放電を開始する前に、図７の場合と同様に制御回路２０１の電源が喪失すると共に、図６の場合と同様にコンタクタ異常が発生した場合を想定する。図８において、マイコン３０３が正常に動作している間の各信号状態は図５〜７と同じである。
【００６３】
符号８０１に示すタイミングにおいて制御回路２０１の電源が喪失すると、図７の場合と同様に、それまでマイコン３０３から出力されていた放電不可を示す放電指令信号４０１がＯＦＦ状態となる。しかし、コンタクタ状態４０５は図７の場合とは異なり、コンタクタ異常のためにＣＬＯＳＥのままでＯＰＥＮには変化しない。一方、放電用マイコン３０４は、放電指令信号４０１がＯＦＦになったことを検知すると、符号８０２に示すタイミングにおいて放電切替信号４０２をＯＮからＯＦＦに変化させると共に、放電制御信号４０３をＯＮとしてコンデンサモジュール１３０の放電を開始しようとする。しかし、図６の場合と同様に、このときコンデンサモジュール１３０は放電されないため、コンデンサ電圧４０４はＨｉから一瞬だけ低下するものの、Ｌｏｗまで低下することはない。これを検知すると、放電用マイコン３０４は図６で説明したように、コンデンサモジュール１３０において正常に放電が行われていないと判断する。そして、符号８０３に示すタイミングにおいて、放電制御信号４０３をＯＦＦとしてコンデンサモジュール１３０の放電を停止する。
【００６４】
放電停止後に一定期間が経過すると、図６の場合と同様に、符号８０４に示すタイミングにおいて、放電用マイコン３０４は再び放電制御信号４０３をＯＮとしてコンデンサモジュール１３０の放電を再試行する。しかし、コンタクタ状態４０５が依然としてＣＬＯＳＥであるため、放電用マイコン３０４はコンデンサモジュール１３０において正常に放電が行われていないと判断し、符号８０５に示すタイミングにおいて放電制御信号４０３をＯＦＦとしてコンデンサモジュール１３０の放電を停止する。その後、放電用マイコン３０４はこうした動作を繰り返す。
【００６５】
第１実施例において、制御部２０４は、以上説明したような回路構成および放電シーケンスにより、コンデンサモジュール１３０の放電制御を行う。
【００６６】
（第２実施例）
続いて、制御部２０４の第２実施例について説明する。図４は、制御部２０４の第２実施例における回路構成を示す図である。図３と図４を比較すると、第２実施例では、図３の放電用マイコン３０４およびロジック回路３０１に替えて、放電用ＩＣ４２０およびロジック回路を有する点が第１実施例と異なっている。それ以外の部分については、第１実施例と同様である。
【００６７】
放電用ＩＣ４２０は、放電用マイコン３０４とは異なり、前述のような高速のＰＷＭ信号を放電制御信号として出力することができない。その代わりに放電用ＩＣ４２０は、予め決められた一定の信号パターンによる放電制御信号を、放電制御信号線４３１，４３２，４３３，４３４を介してそれぞれ出力する。この放電制御信号の信号パターンについては、後で図９により詳しく説明する。なお、放電切替信号線３１０を介して出力する放電切替信号については、放電用マイコン３０４と同様である。
【００６８】
ロジック回路４２１は、前段側に６つのＡＮＤ回路を有する点はロジック回路３０１と同様であるが、後段側のＯＲ回路の数が４つである点がロジック回路３０１とは異なる。このうち３つのＯＲ回路は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相における上アームの各ＩＧＢＴ２１０に対応してそれぞれ設けられている。残りの１つのＯＲ回路は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のうちいずれか一相における下アームのＩＧＢＴ２２０に対応して設けられている。放電用ＩＣ４２０から放電制御信号線４３１，４３２，４３３，４３４を介してそれぞれ出力された放電制御信号は、これら４つのＯＲ回路にそれぞれ入力される。
【００６９】
図９は、以上説明した制御部２０４の第２実施例における放電シーケンスに応じたタイミングチャート例を示している。図９では、放電用ＩＣ４２０から放電制御信号線４３１，４３２，４３３，４３４を介してそれぞれ出力される各放電制御信号を、符号４１１，４１２，４１３，４１４にそれぞれ示している。また、モータジェネレータ１９２に流れる電流を符号９１０に示しており、コンデンサ電圧、すなわちコンデンサモジュール１３０の両端間の電圧を符号４０４に示している。
【００７０】
切替装置が開かれてバッテリ１３６からの直流電力が遮断されると、放電用ＩＣ４２０は符号９０１に示すタイミングにおいて、放電制御信号４１１および４１４をＯＦＦからＯＮに変化させる。すると、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のうちいずれか一相における上アームのＩＧＢＴ２１０と、他のいずれか一相における下アームのＩＧＢＴ２２０とが導通し、コンデンサモジュール１３０が放電されてモータジェネレータ１９２に電流が流れる。これにより、モータジェネレータ電流９１０が上昇すると共に、コンデンサ電圧４０４が次第に低下する。
【００７１】
その後、モータジェネレータ電流９１０がＩＧＢＴ２１０、２２０の許容電流を越える前に、放電用ＩＣ４２０は符号９０２に示すタイミングにおいて、残りの放電制御信号４１２および４１３をＯＦＦからＯＮに変化させると共に、放電制御信号４１４をＯＮからＯＦＦに変化させる。すると、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の全てにおいて上アームのＩＧＢＴ２１０が導通し、モータジェネレータ電流９１０がモータジェネレータ１９２内を還流する。その結果、モータジェネレータ１９２が有する抵抗成分とインダクタンス成分により、モータジェネレータ電流９１０が徐々に低下していき、符号９０３に示すタイミングにおいて０Ａｒｍｓとなる。
【００７２】
一方、コンデンサ電圧４０４は、電源回路３０６が放電用ＩＣ４２０へ電源供給を行うためにコンデンサモジュール１３０に蓄えられた電力を消費することで、ＨｉからＬｏｗへと徐々に低下していく。その結果、符号９０４に示すタイミングにおいてコンデンサ電圧４０４が所定の電圧以下になると、電源回路３０６から放電用ＩＣ４２０への電源供給が不可能となり、放電用ＩＣ４２０が電源を喪失してその動作を停止する。これにより、放電制御信号４１１〜４１３がＯＦＦとなり、コンデンサモジュール１３０の放電が終了する。
【００７３】
第２実施例において、制御部２０４は、以上説明したような回路構成および放電シーケンスにより、コンデンサモジュール１３０の放電を制御する。
【００７４】
以上説明した実施の形態によれば、次の作用効果を奏することができる。
【００７５】
（１）電力変換装置１００は、バッテリ１３６から供給される直流電力を交流電力に変換して負荷であるモータジェネレータ１９２へ供給するＩＧＢＴ２１０，２２０と、バッテリ１３６からの直流電力を平滑化するためのコンデンサモジュール１３０と、モータジェネレータ１９２の駆動時にＩＧＢＴ２１０，２２０の動作を制御するための制御信号を出力する制御回路２０１と、コンデンサモジュール１３０の放電時にＩＧＢＴ２１０，２２０の動作を制御するための放電制御信号を出力する放電用マイコン３０４または放電用ＩＣ４２０と、コンデンサモジュール１３０の両端間電圧に基づいて放電用マイコン３０４または放電用ＩＣ４２０を動作させるための電源電圧を生成する電源回路３０６と、制御信号または放電制御信号に基づいてＩＧＢＴ２１０，２２０を動作させるための駆動信号を出力するパワードライバ３０２とを備える。そして、放電制御信号に応じてＩＧＢＴ２１０，２２０を動作させることで、コンデンサモジュール１３０からＩＧＢＴ２１０，２２０を介してモータジェネレータ１９２へ電流を流すことにより、コンデンサモジュール１３０を放電させる。このようにしたので、電力変換装置１００は、制御回路２０１の電源の喪失時においてもコンデンサモジュール１３０の放電制御が可能である。さらに、放電時に流れる大電流に耐え得る高価な放電抵抗やスイッチング素子が不要であり、放電時の放電抵抗による発熱を逃がすような構造も必要ないため、安価な回路構成とすることができる。
【００７６】
（２）ロジック回路３０１，４２１は、放電制御信号を出力する際に放電用マイコン３０４または放電用ＩＣ４２０から出力される放電切替信号に応じて、制御回路２０１からパワードライバ３０２への制御信号の出力を遮断する。このようにしたので、コンデンサモジュール１３０の放電時において、放電用マイコン３０４または放電用ＩＣ４２０からの放電制御信号に応じてＩＧＢＴ２１０，２２０が確実に動作するようにし、これらが制御回路２０１からの制御信号に応じて誤って動作するのを防止できる。
【００７７】
（３）放電用マイコン３０４は、放電制御信号として、モータジェネレータ１９２の最大回転速度よりも速い周期で周期的に変化する基本波に基づくＰＷＭ信号を出力することができる。このようにすれば、モータジェネレータ１９２を駆動されない状態としつつ、コンデンサモジュール１３０からモータジェネレータ１９２に電流を流すことができる。そのため、ＨＥＶ１１０の挙動に影響を及ぼすことなく、コンデンサモジュール１３０を放電させることができる。
【００７８】
（４）放電用ＩＣ４２０は、放電制御信号として、上アームのＩＧＢＴ２１０のいずれか一つと、下アームのＩＧＢＴのいずれか一つとを導通させ、その後、上アームのＩＧＢＴの全て、または下アームのＩＧＢＴの全てを導通させるための所定パターンの信号を出力する。このようにしたので、高速のＰＷＭ信号を放電制御信号として用いることなく、コンデンサモジュール１３０からモータジェネレータ１９２に電流を流してコンデンサモジュール１３０を放電させることができる。
【００７９】
（５）制御回路２０１は、マイコン３０３により、コンデンサモジュール１３０の放電を指令するための放電指令信号を放電用マイコン３０４または放電用ＩＣ４２０へ出力する。放電用マイコン３０４と放電用ＩＣ４２０は、この放電指令信号に応じて放電制御信号を出力する。このようにしたので、コンデンサモジュール１３０の放電時に、制御回路２０１からの指令に応じて放電用マイコン３０４または放電用ＩＣ４２０から放電制御信号を確実に出力することができる。
【００８０】
（６）放電用マイコン３０４および放電用ＩＣ４２０は、放電指令信号に基づいて制御回路２０１の動作状態を判断し、制御回路２０１が正常に動作していないと判断した場合に放電制御信号を出力する。このようにしたので、制御回路２０１が正常に動作していない場合にコンデンサモジュール１３０を確実に放電させることができる。
【００８１】
（７）放電用マイコン３０４および放電用ＩＣ４２０は、コンデンサモジュール１３０の両端間電圧を算出し、その算出結果に基づいて過電圧検知を行うようにした。これにより、電力変換装置１００において過電圧が発生した場合にはそれを検知し、電力変換装置１００の保護を図ることができる。
【００８２】
（８）ＬＥＤ２３２によりコンデンサモジュール１３０が放電されたか否かを報知するようにしたので、コンデンサモジュール１３０が放電されたか否かを目視で簡単に判断することができる。
【００８３】
なお、以上説明した実施の形態では、放電用マイコン３０４または放電用ＩＣ４２０が出力する放電切替信号に応じて、ロジック回路３０１またはロジック回路４２１により制御回路２０１からパワードライバ３０２への放電制御信号を導通または遮断することとした。しかし、ロジック回路３０１、４２１以外のものを用いてこうした切替動作を実現してもよい。たとえば、放電切替信号に応じて動作するスイッチを設け、これにより制御回路２０１からの放電制御信号を導通または遮断することができる。その他にも、放電切替信号に応じて動作する様々な回路を用いて、コンデンサモジュール１３０の放電時における放電制御信号の切替動作を実現することができる。
【００８４】
以上説明した実施の形態では、第２実施例として、ロジック回路４２１において３つのＯＲ回路が各相における上アームの各ＩＧＢＴ２１０に対応してそれぞれ設けられており、１つのＯＲ回路がいずれか一相における下アームのＩＧＢＴ２２０に対応して設けられている例を説明した。また、全ての相において上アームのＩＧＢＴ２１０を導通させることで、コンデンサモジュール１３０からの電流がモータジェネレータ１９２内を還流するようにし、これによってコンデンサモジュール１３０を放電させる例を説明した。しかし、これらにおいて上アームと下アームをそれぞれ入れ替えてもよい。その場合にも前述したのと同様の作用効果を奏することができる。
【００８５】
以上説明した実施形態や各実施例、各種の変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００８６】
１００ 電力変換装置
１１０ ハイブリッド電気自動車
１１２ 前輪
１１４ 前輪車軸
１１６ 前輪側デファレンシャルギア
１１８ 変速機
１２０ エンジン
１３０ コンデンサモジュール
１３６ バッテリ
１４０，１４２，１４４ インバータ装置
１９２，１９４ モータジェネレータ
１９５ モータ
２０１ 制御回路
２０２ ドライバ回路
２０３ パワーモジュール部
２０４ 制御部
２１０，２２０ ＩＧＢＴ
２１１，２２１ ダイオード
２３０ 回転磁極センサ
２３１ 電流センサ
２３２ ＬＥＤ
２４０ 上下アーム直列回路
３０１，４２１ ロジック回路
３０２ パワードライバ
３０３ マイコン
３０４ 放電用マイコン
３０５，３０８，３１２ フォトカプラ
３０６ 電源回路
３０７ 分圧抵抗
４２０ 放電用ＩＣ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置には、電力変換時のスイッチング動作等によって生じる直流電力の電圧変動を抑制して平滑化するための平滑用コンデンサが設けられている。こうした電力変換装置において、直流電源を電力変換装置から切り離して直流電源を遮断する際に、平滑用コンデンサに蓄えられた電荷を放電するための技術が知られている。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、メインコンタクタがオフされると、マイコン内の電動機制御手段がインバータ回路のスイッチング素子をスイッチングさせることにより、外部負荷に電流を流して平滑用コンデンサに溜まった電荷を放電させる技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、平滑用コンデンサの両端間に放電抵抗とスイッチング素子とを接続し、放電が必要な場合にのみ出力される放電信号に応じて、スイッチング素子を導通させて放電を開始する技術も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３０８７０４号公報
【特許文献２】特開２０１０−２０６９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示される技術では、マイコンの電源が喪失した場合に平滑用コンデンサの放電が不可能になるという問題がある。一方、特許文献２に開示される技術では、平滑用コンデンサの放電時に流れる大電流に耐え得る高価な放電抵抗とスイッチング素子を搭載する必要があり、また放電時の放電抵抗による発熱を逃がすような構造を電力変換装置内に設ける必要もあるため、電力変換装置のコストアップにつながるという問題がある。
【０００７】
上記のような従来の問題点に鑑みて、本発明が解決しようとする課題は、制御電源の喪失時においても平滑用コンデンサの放電制御が可能な電力変換装置を安価な回路構成で実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による電力変換装置は、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して負荷へ供給する電力変換素子と、直流電力を平滑化するためのコンデンサと、負荷の駆動時に電力変換素子の動作を制御するための制御信号を出力する制御回路と、コンデンサの放電時に電力変換素子の動作を制御するための放電制御信号を出力する放電制御手段と、コンデンサの両端間電圧に基づいて放電制御手段を動作させるための電源電圧を生成する電源回路と、制御信号または放電制御信号に基づいて電力変換素子を動作させるための駆動信号を出力するドライバ部とを備え、放電制御信号に応じて電力変換素子を動作させることで、コンデンサから電力変換素子を介して負荷へ電流を流すことにより、コンデンサを放電させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、制御電源の喪失時においても平滑用コンデンサの放電制御が可能な電力変換装置を安価な回路構成で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る電力変換装置を搭載したハイブリッド自動車の制御ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電力変換装置のブロック図である。
【図３】第１実施例における制御部の回路構成を示す図である。
【図４】第２実施例における制御部の回路構成を示す図である。
【図５】第１実施例における正常放電時の各信号のタイミングチャート例である。
【図６】第１実施例におけるコンタクタ異常時の各信号のタイミングチャート例である。
【図７】第１実施例における制御電源喪失時の各信号のタイミングチャート例である。
【図８】第１実施例における制御電源喪失かつコンタクタ異常時の各信号のタイミングチャート例である。
【図９】第２実施例における各信号のタイミングチャート例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態に係る電力変換装置について、図面を参照しながら以下詳細に説明する。本発明は、自動車に搭載され、車載バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に対して適用可能である。特に、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、純粋な電気自動車等に搭載される補機駆動用電機システムや車両駆動用電機システムなどにおいて、変換後の交流電力を補機駆動用モータや車両駆動用モータに出力する電力変換装置として好適である。しかし、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であれば、自動車に搭載されるものに限らず、いかなる形態の電力変換装置についても本発明を適用可能である。
【００１２】
以下では、本発明による電力変換装置の代表例として、ハイブリッド自動車に搭載される電力変換装置に本発明を適用した場合の例について説明する。
【００１３】
一般的なハイブリッド自動車は、電動機と内燃機関が主な動力源となっており、電動機は１ないし２以上搭載されていることが多い。本発明による電力変換装置は、こうしたハイブリッド自動車に搭載される車載電機システムにおける車載用電力変換装置、特に、車両駆動用インバータとして用いられる。この車両駆動用インバータ装置は、車両駆動用電動機の駆動を制御する制御装置として車両駆動用電機システムに備えられており、車載電源を構成する車載バッテリ或いは車載発電装置から供給された直流電力を所定の交流電力に変換し、得られた交流電力を車両駆動用電動機に供給して車両駆動用電動機の駆動を制御する。また、車両駆動用電動機は発電機としての機能も有しているので、車両駆動用インバータ装置は運転モードに応じ、車両駆動用電動機の発生する交流電力を直流電力に変換する機能も有している。変換された直流電力は車載バッテリに供給される。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る電力変換装置を搭載したハイブリッド自動車の制御ブロック図である。図１において、ハイブリッド電気自動車（以下、「ＨＥＶ」と記述する）１１０は１つの電動車両であり、２つの車両駆動用システムを備えている。その１つは、内燃機関であるエンジン１２０を動力源としたエンジンシステムである。エンジンシステムは、主としてＨＥＶ１１０の駆動源及び発電源として用いられる。もう１つは、モータジェネレータ１９２，１９４を動力源とした車載電機システムである。車載電機システムは、主としてＨＥＶ１１０の駆動源及びＨＥＶ１１０の電力発生源として用いられる。モータジェネレータ１９２，１９４は例えば同期機あるいは誘導機であり、運転方法によりモータとしても発電機としても動作するので、ここではモータジェネレータと記すこととする。モータジェネレータは１ないし２つ搭載されていることが一般的だが、２つ以上でも構わない。
【００１５】
車体のフロント部には前輪車軸１１４が回転可能に軸支されている。前輪車軸１１４の両端には１対の前輪１１２が設けられている。車体のリア部には後輪車軸（図示省略）が回転可能に軸支されている。後輪車軸の両端には１対の後輪が設けられている。本実施形態のＨＥＶでは、動力によって駆動される主輪を前輪１１２とし、連れ回される従輪を後輪とする、いわゆる前輪駆動方式を採用しているが、この逆、すなわち後輪駆動方式を採用しても構わない。
【００１６】
前輪車軸１１４の中央部には前輪側デファレンシャルギア（以下、「前輪側ＤＥＦ」と記述する）１１６が設けられている。前輪車軸１１４は前輪側ＤＥＦ１１６の出力側に機械的に接続されている。前輪側ＤＥＦ１１６の入力側には変速機１１８の出力軸が機械的に接続されている。前輪側ＤＥＦ１１６は、変速機１１８によって変速されて伝達された回転駆動力を左右の前輪車軸１１４に分配する差動式動力分配機構である。変速機１１８の入力側にはモータジェネレータ１９２とモータジェネレータ１９４とエンジン１２０の出力側が機械的に接続されている。変速機１１８は動力分配機構を備えており、これを介してエンジン１２０の出力側とモータジェネレータ１９２、１９４の出力側とが機械的に接続されている。変速機１１８の動力分配機能は、エンジン１２０とモータジェネレータ１９２，１９４とをそれぞれ機械的に接続したり切り離したりすることが出来る機能を有する。なお、変速機の種類によりモータジェネレータ１９２，１９４が変速機の内側に搭載されている場合もある。
【００１７】
モータジェネレータ１９２，１９４は、回転子に永久磁石を備えた同期機、または電機子巻線を備えた誘導機である。固定子の電機子巻線に供給される交流電力がインバータ装置１４０，１４２によってそれぞれ制御されることにより、モータジェネレータ１９２，１９４の駆動が制御される。インバータ装置１４０，１４２にはバッテリ１３６が電気的に接続されており、バッテリ１３６とインバータ装置１４０，１４２との相互において電力の授受が可能である。
【００１８】
以上説明した図１の車載電機システムは、モータジェネレータ１９２及びインバータ装置１４０からなる第１電動発電ユニットと、モータジェネレータ１９４及びインバータ装置１４２からなる第２電動発電ユニットとの２つを備えており、ＨＥＶ１１０の運転状態に応じてそれらを使い分けている。たとえば、エンジン１２０からの動力によってＨＥＶ１１０の駆動トルクをアシストする場合には、第２電動発電ユニットを発電ユニットとして用いてエンジン１２０の動力により発電を行い、その発電によって得られた電力によって第１電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させる。また、たとえばＨＥＶ１１０の車速をアシストする場合には、第１電動発電ユニットを発電ユニットとして用いてエンジン１２０の動力により発電を行い、その発電によって得られた電力によって第２電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させる。
【００１９】
また、図１の車載電機システムは、バッテリ１３６の電力によって第１電動発電ユニットまたは第２電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させることにより、モータジェネレータ１９２または１９４をモータとして動作させ、それによって生じる動力を用いてＨＥＶ１１０を駆動させることができる。このときモータジェネレータ１９２、１９４はバッテリ１３６に対する負荷として作用する。さらに、エンジン１２０の動力や前輪１１２からの動力によって第１電動発電ユニットまたは第２電動発電ユニットを発電ユニットとして作動させることにより、モータジェネレータ１９２または１９４を発電機として動作させ、それによって生じる電力を用いてバッテリ１３６の充電を行うこともできる。このときモータジェネレータ１９２、１９４はバッテリ１３６に対する電力供給源として作用する。
【００２０】
バッテリ１３６はさらに補機用のモータ１９５を駆動するための電源としても使用される。補機用のモータ１９５は、たとえばエアコンディショナーのコンプレッサを駆動するモータ、あるいは制御用の油圧ポンプを駆動するモータである。バッテリ１３６からインバータ装置１４４に直流電力が供給され、インバータ装置１４４で交流の電力に変換されてモータ１９５に供給される。インバータ装置１４４は、インバータ装置１４０や１４２と同様の機能を持ち、モータ１９５に供給する交流の位相や周波数，電力を制御する。たとえば、モータ１９５の回転子の回転に対してインバータ装置１４４から進み位相の交流電力を供給することにより、モータ１９５はトルクを発生する。一方、インバータ装置１４４からモータ１９５へ遅れ位相の交流電力を発生することで、モータ１９５は発電機として作用し、回生制動状態の運転となる。このようなインバータ装置１４４の制御機能はインバータ装置１４０や１４２の制御機能と同様である。モータ１９５の容量がモータジェネレータ１９２や１９４の容量より小さいので、インバータ装置１４４の最大変換電力はインバータ装置１４０や１４２より小さいが、インバータ装置１４４の回路構成は基本的にインバータ装置１４０や１４２の回路構成と同じである。
【００２１】
インバータ装置１４０、１４２および１４４とバッテリ１３６との間には、コンデンサモジュール１３０が接続されている。これらは電気的に互いに密接な関係にあり、さらに発熱に対する対策が必要な点が共通している。また、一般的に電力変換装置では、その体積をできるだけ小さくすることが望まれている。これらの点から、以下で詳述する本実施形態に係る電力変換装置１００は、インバータ装置１４０、１４２および１４４とコンデンサモジュール１３０とを共通の筐体内に内蔵している。この構成により、小型で信頼性の高い電力変換装置が実現できる。なお、インバータ装置１４０とバッテリ１３６の間には、バッテリ１３６からの直流電力を導通または遮断するための切替装置（不図示）が搭載されている。この切替装置は、たとえばコンタクタである。
【００２２】
上記のように、インバータ装置１４０、１４２および１４４とコンデンサモジュール１３０とを一つの電力変換装置１００として共通の筐体に内蔵することで、配線の簡素化やノイズ対策で効果がある。また、コンデンサモジュール１３０とインバータ装置１４０、１４２および１４４との間における接続回路のインダクタンスを低減できるため、スパイク電圧を低減できると共に、発熱の低減や放熱効率の向上を図ることができる。
【００２３】
次に、インバータ装置１４０や１４２あるいはインバータ装置１４４の電気回路構成を説明する。ここでは、インバータ装置１４０や１４２あるいはインバータ装置１４４をそれぞれ個別に構成する場合を例に挙げて説明する。インバータ装置１４０や１４２あるいはインバータ装置１４４は同様の構成で同様の作用を為し、同様の機能を有している。そのため、以下では代表例としてインバータ装置１４０の説明を行う。
【００２４】
図２は、本発明の一実施形態に係る電力変換装置１００のブロック図である。本実施形態に係る電力変換装置１００は、インバータ装置１４０とコンデンサモジュール１３０とを備える。インバータ装置１４０は、パワーモジュール部２０３と制御部２０４とを有している。パワーモジュール部２０３は、上下アーム直列回路２４０を複数（図２の例では、三相交流モータであるモータジェネレータ１９２の電機子巻線の各相巻線に対応して３つ）有している。各上下アーム直列回路２４０は、バッテリ１３６に対して高電圧側に配置されており上アームとして動作するＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）２１０およびダイオード２１１と、低電圧側に配置されており下アームとして動作するＩＧＢＴ２２０およびダイオード２２１とによって構成されている。各上下アーム直列回路２４０の中点部分は、交流端子を介して、モータジェネレータ１９２へと続く交流電力線に接続されている。制御部２０４は、パワーモジュール部２０３を駆動制御するための駆動信号を出力するドライバ回路２０２と、ドライバ回路２０２に駆動信号を出力させるための制御信号をモータジェネレータ駆動信号線２５２を介して供給する制御回路２０１とを有している。
【００２５】
各上下アーム直列回路２４０を構成する上アームのＩＧＢＴ２１０や下アームのＩＧＢＴ２２０は、スイッチング用パワー半導体素子である。これらのパワー半導体素子が制御部２０４から出力された駆動信号に応じてスイッチング動作することで、バッテリ１３６から供給された直流電力が三相交流電力に変換される。この変換された電力は、モータジェネレータ１９２の電機子巻線に供給される。なお、スイッチング用パワー半導体素子としては、ＩＧＢＴに替えてＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）を用いてもよい。この場合、ダイオード２１１やダイオード２２１は不要となる。
【００２６】
コンデンサモジュール１３０は、ＩＧＢＴ２１０，２２０のスイッチング動作によって生じる直流電圧の変動を抑制する平滑回路を構成するためのものである。コンデンサモジュール１３０の正極側コンデンサ電極にはバッテリ１３６の正極側が、コンデンサモジュール１３０の負極側コンデンサ電極にはバッテリ１３６の負極側が、それぞれ直流コネクタ（不図示）を介して電気的に接続されている。これにより、コンデンサモジュール１３０は、バッテリ１３６と上下アーム直列回路２４０に対して電気的に並列接続される。
【００２７】
制御部２０４において、制御回路２０１は、他の制御装置やセンサ類などからの入力情報に基づいて、モータジェネレータ１９２の駆動時にＩＧＢＴ２１０，２２０のスイッチング動作のタイミングに応じた制御信号を生成し、ドライバ回路２０２へ出力する。ドライバ回路２０２は、制御回路２０１から出力された制御信号に基づいて、ＩＧＢＴ２１０，２２０をスイッチング動作させるための駆動信号を生成し、パワーモジュール部２０３の各上下アーム直列回路２４０へ出力する。
【００２８】
制御回路２０１は、ＩＧＢＴ２１０，２２０のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と記述する）を備えている。このマイコンには、上記の入力情報として、モータジェネレータ１９２に対して要求される目標トルク値もしくは目標回転数値と、各上下アーム直列回路２４０からモータジェネレータ１９２の電機子巻線に供給される電流値と、モータジェネレータ１９２の回転子の磁極位置とが入力される。なお、目標トルク値もしくは目標回転数値は、不図示の上位の制御装置から出力された指令信号に基づくものである。あるいは、マイコンの中で演算された値を目標トルク値や目標回転数値としても構わない。電流値は、電流センサ２３１から出力された検出信号に基づいて検出される。磁極位置は、モータジェネレータ１９２に設けられた回転磁極センサ２３０から出力された検出信号に基づいて検出される。本実施形態では３相の電流値を検出する場合を例に挙げて説明するが、２相分の電流値を検出するようにしても構わない。
【００２９】
制御回路２０１内のマイコンは、入力情報として入力された目標トルク値もしくは目標回転数値に基づいて、モータジェネレータ１９２のｄ，ｑ軸の電流指令値を演算する。次に、演算されたｄ，ｑ軸の電流指令値と、電流センサ２３１により検出されたｄ，ｑ軸の電流値との差分に基づいて、ｄ，ｑ軸の電圧指令値を演算する。そして、回転磁極センサ２３０により検出された磁極位置に基づいて、演算されたｄ，ｑ軸の電圧指令値をＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧指令値に変換する。このようにして得られたＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧指令値に基づく基本波（正弦波）を所定のキャリア波に基づいてパルス変換することで、マイコンはパルス状の変調波を生成し、この生成された変調波をＰＷＭ（パルス幅変調）制御信号としてモータジェネレータ駆動信号線２５２からドライバ回路２０２に出力する。なお、ここでは一般的なＰＷＭ変調方式による電動機の制御方法を例として説明したが、モータジェネレータ１９２を駆動させる制御信号はＰＷＭ変調方式によるものに限らず、いかなる制御方法に基づいて作成したものでも構わない。
【００３０】
ドライバ回路２０２は、下アームを駆動する場合、制御回路２０１からのＰＷＭ制御信号を増幅し、これを駆動信号として、対応する下アームのＩＧＢＴ２２０のゲート電極に出力する。また、上アームを駆動する場合、基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトして制御回路２０１からのＰＷＭ制御信号を増幅し、これを駆動信号として、対応する上アームのＩＧＢＴ２１０のゲート電極に出力する。これにより、各ＩＧＢＴ２１０，２２０は、入力された駆動信号に応じてスイッチング動作する。
【００３１】
また、ドライバ回路２０２は、上下アーム直列回路２４０における異常検知（過電流，過電圧，過温度など）を行うことで、上下アーム直列回路２４０を保護している。何らかの異常を検知すると、ドライバ回路２０２は、上下アーム直列回路２４０の動作を停止してその異常から上下アーム直列回路２４０を保護する。さらに、制御回路２０１のマイコンへ異常信号線２５１を介して所定の異常信号を伝達することで、異常が検知されたことを通知する。
【００３２】
次に、以上のように構成される電力変換装置１００におけるコンデンサモジュール１３０の放電制御に関して説明する。電力変換装置１００は、バッテリ１３６から切り離されて直流電力が遮断されると、コンデンサモジュール１３０を放電するための放電制御を制御部２０４において行う。この放電制御を実現するための制御部２０４の回路構成例を、以下では第１実施例および第２実施例としてそれぞれ説明する。
【００３３】
（第１実施例）
図３は、制御部２０４の第１実施例における回路構成を示す図である。図３に示すように、制御部２０４において制御回路２０１は、ＩＧＢＴ２１０，２２０のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイコン３０３を備えている。マイコン３０３は、前述のような演算処理を行うことにより、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各上下アームに対してＰＷＭ制御信号をそれぞれ生成する。マイコン３０３において生成された各ＰＷＭ制御信号は、マイコン３０３から６本のモータジェネレータ駆動信号線２５２を介してドライバ回路２０２へそれぞれ出力される。
【００３４】
ＨＥＶ１１０のキースイッチがオフされると、マイコン３０３またはＨＥＶ１１０に搭載されている上位コントローラ（不図示）は、前述の切替装置の動作を制御することで、電力変換装置１００をバッテリ１３６から切り離して直流電力を遮断する。このときマイコン３０３は、放電指令信号線３１１を介してパルス状の放電指令信号をドライバ回路２０２へ出力する。この放電指令信号は、ドライバ回路２０２に対してコンデンサモジュール１３０の放電を指令するための信号であり、放電の可否をパルス列の変化で表している。たとえば、バッテリ１３６からの直流電力が導通しているときには、放電不可であることを表す放電指令信号として、所定のパルス幅でデューティ比が６０％（６０％ＯＮ，４０％ＯＦＦ）のパルス列を連続的に出力する。一方、バッテリ１３６からの直流電力が遮断されると、放電可能であることを表す放電指令信号として、所定のパルス幅でデューティ比が４０％（４０％ＯＮ，６０％ＯＦＦ）のパルス列を連続的に出力する。なお、ここで挙げたパルス列はあくまで一例であるため、他のパルス列を放電指令信号として用いて放電の可否を表してもよい。
【００３５】
また、先に図２で説明したように、モータジェネレータ１９２を駆動させるために制御回路２０１からドライバ回路２０２へ出力する制御信号は、ＰＷＭ変調方式によるものに限らず、どんな種類の信号でも構わない。また、図３ではモータジェネレータ１９２が三相交流モータである場合について、制御回路２０１により生成される６種類のＰＷＭ制御信号を６本のモータジェネレータ駆動信号線２５２を介してドライバ回路２０２へそれぞれ出力する回路構成例を示している。しかし、モータジェネレータ１９２を単相交流モータ、または三相以外の複相交流モータとしてもよい。その場合、モータジェネレータ１９２の相数に応じて、制御回路２０１が生成する制御信号およびモータジェネレータ駆動信号線２５２の数を変更すればよい。
【００３６】
ドライバ回路２０２は、各モータジェネレータ駆動信号線２５２に対して設けられた６つのフォトカプラ３１２と、ロジック回路３０１と、パワードライバ３０２と、放電用マイコン３０４と、電源回路３０６と、分圧抵抗３０７と、放電指令信号線３１１に対して設けられたフォトカプラ３０５と、異常信号線２５１に対して設けられたフォトカプラ３０８とを備える。
【００３７】
制御回路２０１のマイコン３０３からモータジェネレータ駆動信号線２５２を介してドライバ回路２０２へ入力された各ＰＷＭ制御信号は、フォトカプラ３１２を介してロジック回路３０１に入力される。ロジック回路３０１には、各ＰＷＭ制御信号にそれぞれ対応して、前段側に６つのＡＮＤ回路が設けられ、後段側に６つのＯＲ回路が設けられている。前段側の各ＡＮＤ回路は、放電用マイコン３０４から放電切替信号線３１０を介して出力される放電切替信号に応じて、各ＰＷＭ制御信号を通過または遮断するための論理演算をそれぞれ行う。後段側の各ＯＲ回路では、前段側のＡＮＤ回路を通過した各ＰＷＭ制御信号、または放電用マイコン３０４から放電制御信号線３１３を介して出力される各放電制御信号のいずれかをパワードライバ３０２へ出力するための論理演算をそれぞれ行う。
【００３８】
パワードライバ３０２は、たとえば１つのＩＣで構成されるものであり、ロジック回路３０１から出力された各ＰＷＭ制御信号または各放電制御信号を増幅することで駆動信号を生成する。パワードライバ３０２によって生成された各駆動信号は、各上下アーム直列回路２４０のＩＧＢＴ２１０，２２０にそれぞれ出力される。
【００３９】
なお、図３ではパワードライバ３０２を１つのＩＣで構成した例を示しているが、各上下アーム直列回路２４０に対してパワードライバ３０２を個別に設けることも可能である。その場合、モータジェネレータ１９２が図３に示すような三相交流モータであれば、ドライバ回路２０２内に３つのパワードライバ３０２が設置される。さらに、パワードライバ３０２を各ＩＧＢＴ２１０，２２０に対して個別に設けることも可能である。その場合、ドライバ回路２０２内に６つのパワードライバ３０２が設置される。
【００４０】
一方、制御回路２０１のマイコン３０３から放電指令信号線３１１を介してドライバ回路２０２へ入力された放電指令信号は、フォトカプラ３０５を介して放電用マイコン３０４に入力される。この放電指令信号は、前述のようにパルス状の信号である。このようにパルス状の放電指令信号を用いることで、電源喪失等の原因により制御回路２０１においてマイコン３０３が正常に動作せず、そのためにパルス状ではない一定電圧の信号がマイコン３０３から放電指令信号として継続的に出力された場合に、マイコン３０３の異常を放電用マイコン３０４が認識できるようにしている。すなわち、マイコン３０３からの放電指令信号に基づいて、放電用マイコン３０４は制御回路２０１の動作状態を判断する。その結果、制御回路２０１が正常に動作していないと判断した場合、放電用マイコン３０４は放電制御信号を出力する。
【００４１】
放電用マイコン３０４は、マイコン３０３から放電不可であることを表す前述のような放電指令信号が出力されているときには、放電切替信号線３１０を介してロジック回路３０１へ出力する放電切替信号をＯＮにする。一方、マイコン３０３から放電可能であることを表す放電指令信号が出力されているときには、放電切替信号をＯＦＦにすると共に、６本の放電制御信号線３１３を介して、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各上下アームに対する放電制御信号をロジック回路３０１へ出力する。これらの放電切替信号および放電制御信号に基づいて、ロジック回路３０１において前述のような論理演算が各ＰＷＭ制御信号に対してそれぞれ行われる。
【００４２】
なお、前述のようにして制御回路２０１の動作状態を判断した結果、マイコン３０３からパルス状の放電指令信号が出力されておらず、そのため制御回路２０１が正常に動作していないと判断した場合、放電用マイコン３０４は、上記の放電可能である場合と同様の動作を行う。すなわち、放電切替信号をＯＦＦにすると共に、放電制御信号をロジック回路３０１へ出力する。
【００４３】
放電用マイコン３０４を動作させるための電源電圧は、コンデンサモジュール１３０の両端間電圧を分圧抵抗３０７により分圧して得られた電圧に基づいて、電源回路３０６により生成される。そのため、バッテリ１３６からの直流電力が遮断された後でも、コンデンサモジュール１３０が放電されることでその両端間の電圧が一定の電圧以下になるまでの間は、放電用マイコン３０４を動作させて放電制御を行うことが可能である。
【００４４】
コンデンサモジュール１３０の両端間には、コンデンサモジュール１３０と並列に接続されたＬＥＤ２３２が配置されている。ＬＥＤ２３２は、コンデンサモジュール１３０が放電されたか否かを報知するためのものである。すなわち、コンデンサモジュール１３０の両端間の電圧が所定値以上である場合は、ＬＥＤ２３２が発光し、これにより未放電であることが報知される。一方、コンデンサモジュール１３０の両端間の電圧が所定値未満である場合は、ＬＥＤ２３２が発光しないため、放電済みであることが報知される。なお、ＬＥＤ２３２の代わりに他の発光素子を用いて、コンデンサモジュール１３０が放電されたか否かを報知するようにしてもよい。
【００４５】
なお、放電用マイコン３０４は、上下アーム直列回路２４０から出力されるセンシング情報に基づいて、前述のような異常検知を行う。たとえば、各上下アーム直列回路２４０のＩＧＢＴ２１０，２２０においてエミッタ電極に流れる電流の情報が、ＩＧＢＴ２１０，２２０に設けられた信号用エミッタ電極端子から出力され、センシング情報として放電用マイコン３０４に入力される。このセンシング情報に基づいて、放電用マイコン３０４は過電流検知を行う。いずれかのＩＧＢＴにおいて過電流が検知された場合、放電用マイコン３０４は放電切替信号をＯＦＦにする。これに応じて、ロジック回路３０１において制御回路２０１からのＰＷＭ制御信号が遮断されることで、上下アーム直列回路２４０を過電流から保護する。
【００４６】
また、分圧抵抗３０７によって分圧された電圧の情報は、センシング情報として放電用マイコン３０４に入力される。これに基づいて、放電用マイコン３０４はコンデンサモジュール１３０の両端間電圧を算出し、その算出結果に基づいて過電圧検知を行う。過電圧が検知された場合、放電用マイコン３０４は放電切替信号をＯＦＦにする。これに応じて、ロジック回路３０１において制御回路２０１からのＰＷＭ制御信号を遮断することで、上下アーム直列回路２４０を過電圧から保護する。
【００４７】
さらに、上下アーム直列回路２４０には温度センサ（不図示）が設けられており、この温度センサにより検出された上下アーム直列回路２４０の温度の情報がセンシング情報として放電用マイコン３０４に入力される。これに基づいて、放電用マイコン３０４は過温度検知を行う。過温度が検知された場合、放電用マイコン３０４は放電切替信号をＯＦＦにする。これに応じて、ロジック回路３０１において制御回路２０１からのＰＷＭ制御信号を遮断することで、上下アーム直列回路２４０を過温度から保護する。
【００４８】
放電用マイコン３０４は、異常検出時には以上説明したような動作を行うことにより、上下アーム直列回路２４０（ひいては、上下アーム直列回路２４０を含む電力変換装置１００全体）を、過電流、過温度、過電圧等の異常から保護する。そして、フォトカプラ３０８および異常信号線２５１を介して制御回路２０１のマイコン３０３へ異常信号を出力することで、異常発生を通知する。
【００４９】
また、放電用マイコン３０４は、センシング情報として放電用マイコン３０４に入力される電圧の情報に基づいて求めた放電中のコンデンサモジュール１３０の両端間の電圧に基づいて、正常に放電が行われているか否かを判断する。その結果、正常に放電が行われていないと判断すると、放電制御信号の出力を停止することで放電を中断する。
【００５０】
なお、以上説明したような放電用マイコン３０４の機能をマイコン以外のＩＣを用いて実現してもよい。さらに、任意の論理回路を書き込み可能なロジックデバイス、たとえばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）などを用いて、放電用マイコン３０４およびロジック回路３０１を一体的な構成として実現してもよい。
【００５１】
以上説明した制御部２０４の第１実施例における放電シーケンスに応じたタイミングチャート例を図５〜８に示す。これらの各図において、符号４０１はマイコン３０３からの放電指令信号を示し、符号４０２、４０３は放電用マイコン３０４からの放電切替信号と放電制御信号をそれぞれ示している。また、符号４０４はコンデンサ電圧、すなわちコンデンサモジュール１３０の両端間の電圧を示し、符号４０５はコンタクタ状態、すなわちバッテリ１３６からの直流電力の導通状態を示している。
【００５２】
なお、図５〜８の各タイミングチャートにおいて、放電指令信号４０１は、前述のようにデューティ比６０％（６０％ＯＮ，４０％ＯＦＦ）のパルス列信号により放電不可を表しているものとする。また、これとは反対に、デューティ比４０％（４０％ＯＮ，６０％ＯＦＦ）のパルス例信号により放電可能を表しているものとする。
【００５３】
図５は、正常放電時の各信号のタイミングチャート例を示している。図５において、バッテリ１３６からの直流電力が導通しているときには、マイコン３０３から放電不可を示す放電指令信号４０１が出力されている。この放電指令信号４０１に応じて、放電用マイコン３０４は放電切替信号４０２をＯＮとし、放電制御信号４０３をＯＦＦとする。これにより、制御回路２０１からのＰＷＭ制御信号がロジック回路３０１からパワードライバ３０２へ出力され、各ＩＧＢＴ２１０，２２０がＰＷＭ制御信号に応じてスイッチング動作される。このときコンデンサモジュール１３０には電荷が蓄積されているため、コンデンサ電圧４０４はＨｉとなっている。また、コンタクタ状態４０５はＣＬＯＳＥとなっている。
【００５４】
符号５０１に示すタイミングにおいて、切替装置が開かれてバッテリ１３６からの直流電力が遮断されると、コンタクタ状態４０５はＣＬＯＳＥからＯＰＥＮに変化する。その後、符号５０２に示すタイミングにおいて、マイコン３０３からの放電指令信号４０１が放電不可から放電可能に変化すると、これに応じて放電用マイコン３０４は放電切替信号４０２をＯＮからＯＦＦに変化させる。これにより、制御回路２０１からのＰＷＭ制御信号がロジック回路３０１において遮断され、パワードライバ３０２へ出力されなくなる。さらに放電用マイコン３０４は、放電制御信号４０３をＯＮとする。このとき出力される放電制御信号４０３は、モータジェネレータ１９２を駆動されない状態としつつ、コンデンサモジュール１３０に蓄積された電荷により流れる電流がモータジェネレータ１９２において消費されるように、各ＩＧＢＴ２１０，２２０をスイッチング動作させるための信号である。たとえば、モータジェネレータ１９２が追従できないような高速のＰＷＭ信号を、放電用マイコン３０４から放電制御信号４０３としてＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相についてそれぞれ出力することができる。このような高速のＰＷＭ信号の生成は、たとえば、モータジェネレータ１９２の最大回転速度よりも速い（高い）周波数で周期的に変化する基本波と所定周波数のキャリア波とを比較することで実現できる。
【００５５】
以上説明したような放電制御信号を放電用マイコン３０４から出力することで、モータジェネレータ１９２を駆動させずに、コンデンサモジュール１３０から各ＩＧＢＴ２１０，２２０を介してモータジェネレータ１９２へ電流を流すことができる。その結果、ＨＥＶ１１０の挙動に影響を及ぼすことなく、モータジェネレータ１９２によりコンデンサモジュール１３０を放電させることができる。
【００５６】
上記のように放電制御信号４０３がＯＮされてコンデンサモジュール１３０の放電が開始されると、コンデンサ電圧４０４はＨｉからＬｏｗへと次第に低下していく。符号５０３に示すタイミングにおいてコンデンサ電圧４０４が所定の電圧以下になると、電源回路３０６から放電用マイコン３０４への電源供給が不可能となり、放電用マイコン３０４が電源を喪失してその動作を停止する。これにより、放電制御信号４０３がＯＦＦとなり、コンデンサモジュール１３０の放電が終了する。
【００５７】
図６は、コンタクタ異常時の各信号のタイミングチャート例を示している。ここでは、溶着等を原因とするコンタクタ異常により切替装置が正常に動作せず、バッテリ１３６からの直流電力を遮断できない場合を想定する。図６において、バッテリ１３６からの直流電力が導通しているときには、各信号状態は図５と同じである。
【００５８】
コンタクタ異常時には、コンタクタ状態４０５がＣＬＯＳＥからＯＰＥＮに変化していないにも関わらず、符号６０１に示すタイミングにおいてマイコン３０３からの放電指令信号４０１が放電不可から放電可能に変化する。これに応じて放電用マイコン３０４は、図５と同様に放電切替信号４０２をＯＮからＯＦＦに変化させると共に、放電制御信号４０３をＯＮとしてコンデンサモジュール１３０の放電を開始しようとする。しかし、図５の場合とは異なり、コンタクタ状態４０５はＣＬＯＳＥのまま変化しないため、コンデンサモジュール１３０は放電されず、コンデンサ電圧４０４はＨｉから一瞬だけ低下するものの、Ｌｏｗまで低下することはない。このように、放電制御信号４０３をＯＮしたにも関わらずコンデンサ電圧４０４が低下しないことを検知すると、放電用マイコン３０４はコンデンサモジュール１３０において正常に放電が行われていないと判断する。その場合、符号６０２に示すタイミングにおいて、放電制御信号４０３をＯＦＦとしてコンデンサモジュール１３０の放電を停止する。
【００５９】
上記のように放電を停止してから一定期間を経過した後、符号６０３に示すタイミングにおいて、放電用マイコン３０４は再び放電制御信号４０３をＯＮとする。こうして放電用マイコン３０４は、ＩＧＢＴ２１０、２１１が高温破壊しないように一定の期間を設けてコンデンサモジュール１３０の放電を再試行する。しかし、コンタクタ状態４０５は依然としてＣＬＯＳＥであるため、放電用マイコン３０４は先の場合と同様に、コンデンサモジュール１３０において正常に放電が行われていないと判断する。その結果、符号６０４に示すタイミングにおいて、放電制御信号４０３をＯＦＦとしてコンデンサモジュール１３０の放電を停止する。放電用マイコン３０４は、コンデンサモジュール１３０の放電が正常に行われるまで、こうした動作を繰り返す。
【００６０】
図７は、制御電源喪失時の各信号のタイミングチャート例を示している。ここでは、コンデンサモジュール１３０の放電を開始する前に、断線等の原因により制御回路２０１の電源が喪失し、マイコン３０３の動作が停止された場合を想定する。図７において、マイコン３０３が正常に動作している間の各信号状態は図５、６と同じである。
【００６１】
符号７０１に示すタイミングにおいて制御回路２０１の電源が喪失すると、それまでマイコン３０３から出力されていた放電不可を示す放電指令信号４０１がＯＦＦ状態となる。このとき、ＨＥＶ１１０に搭載されている上位コントローラ（不図示）は、制御回路２０１の電源が喪失されたことを検出すると、符号７０２に示すタイミングにおいて切替装置を開き、コンタクタ状態４０５をＣＬＯＳＥからＯＰＥＮに変化させてバッテリ１３６からの直流電力を遮断する。一方、放電用マイコン３０４は、放電指令信号４０１がＯＦＦになったことを検知すると、符号７０３に示すタイミングにおいて放電切替信号４０２をＯＮからＯＦＦに変化させると共に、放電制御信号４０３をＯＮとしてコンデンサモジュール１３０の放電を開始する。すると、図５の場合と同様に、コンデンサ電圧４０４はＨｉからＬｏｗへと次第に低下していく。その後、符号７０４に示すタイミングにおいてコンデンサ電圧４０４が所定の電圧以下になると、電源回路３０６から放電用マイコン３０４への電源供給が不可能となり、放電用マイコン３０４が電源を喪失してその動作を停止する。これにより、放電制御信号４０３がＯＦＦとなり、コンデンサモジュール１３０の放電が終了する。
【００６２】
図８は、制御電源喪失かつコンタクタ異常時の各信号のタイミングチャート例を示している。ここでは、コンデンサモジュール１３０の放電を開始する前に、図７の場合と同様に制御回路２０１の電源が喪失すると共に、図６の場合と同様にコンタクタ異常が発生した場合を想定する。図８において、マイコン３０３が正常に動作している間の各信号状態は図５〜７と同じである。
【００６３】
符号８０１に示すタイミングにおいて制御回路２０１の電源が喪失すると、図７の場合と同様に、それまでマイコン３０３から出力されていた放電不可を示す放電指令信号４０１がＯＦＦ状態となる。しかし、コンタクタ状態４０５は図７の場合とは異なり、コンタクタ異常のためにＣＬＯＳＥのままでＯＰＥＮには変化しない。一方、放電用マイコン３０４は、放電指令信号４０１がＯＦＦになったことを検知すると、符号８０２に示すタイミングにおいて放電切替信号４０２をＯＮからＯＦＦに変化させると共に、放電制御信号４０３をＯＮとしてコンデンサモジュール１３０の放電を開始しようとする。しかし、図６の場合と同様に、このときコンデンサモジュール１３０は放電されないため、コンデンサ電圧４０４はＨｉから一瞬だけ低下するものの、Ｌｏｗまで低下することはない。これを検知すると、放電用マイコン３０４は図６で説明したように、コンデンサモジュール１３０において正常に放電が行われていないと判断する。そして、符号８０３に示すタイミングにおいて、放電制御信号４０３をＯＦＦとしてコンデンサモジュール１３０の放電を停止する。
【００６４】
放電停止後に一定期間が経過すると、図６の場合と同様に、符号８０４に示すタイミングにおいて、放電用マイコン３０４は再び放電制御信号４０３をＯＮとしてコンデンサモジュール１３０の放電を再試行する。しかし、コンタクタ状態４０５が依然としてＣＬＯＳＥであるため、放電用マイコン３０４はコンデンサモジュール１３０において正常に放電が行われていないと判断し、符号８０５に示すタイミングにおいて放電制御信号４０３をＯＦＦとしてコンデンサモジュール１３０の放電を停止する。その後、放電用マイコン３０４はこうした動作を繰り返す。
【００６５】
第１実施例において、制御部２０４は、以上説明したような回路構成および放電シーケンスにより、コンデンサモジュール１３０の放電制御を行う。
【００６６】
（第２実施例）
続いて、制御部２０４の第２実施例について説明する。図４は、制御部２０４の第２実施例における回路構成を示す図である。図３と図４を比較すると、第２実施例では、図３の放電用マイコン３０４およびロジック回路３０１に替えて、放電用ＩＣ４２０およびロジック回路を有する点が第１実施例と異なっている。それ以外の部分については、第１実施例と同様である。
【００６７】
放電用ＩＣ４２０は、放電用マイコン３０４とは異なり、前述のような高速のＰＷＭ信号を放電制御信号として出力することができない。その代わりに放電用ＩＣ４２０は、予め決められた一定の信号パターンによる放電制御信号を、放電制御信号線４３１，４３２，４３３，４３４を介してそれぞれ出力する。この放電制御信号の信号パターンについては、後で図９により詳しく説明する。なお、放電切替信号線３１０を介して出力する放電切替信号については、放電用マイコン３０４と同様である。
【００６８】
ロジック回路４２１は、前段側に６つのＡＮＤ回路を有する点はロジック回路３０１と同様であるが、後段側のＯＲ回路の数が４つである点がロジック回路３０１とは異なる。このうち３つのＯＲ回路は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相における上アームの各ＩＧＢＴ２１０に対応してそれぞれ設けられている。残りの１つのＯＲ回路は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のうちいずれか一相における下アームのＩＧＢＴ２２０に対応して設けられている。放電用ＩＣ４２０から放電制御信号線４３１，４３２，４３３，４３４を介してそれぞれ出力された放電制御信号は、これら４つのＯＲ回路にそれぞれ入力される。
【００６９】
図９は、以上説明した制御部２０４の第２実施例における放電シーケンスに応じたタイミングチャート例を示している。図９では、放電用ＩＣ４２０から放電制御信号線４３１，４３２，４３３，４３４を介してそれぞれ出力される各放電制御信号を、符号４１１，４１２，４１３，４１４にそれぞれ示している。また、モータジェネレータ１９２に流れる電流を符号９１０に示しており、コンデンサ電圧、すなわちコンデンサモジュール１３０の両端間の電圧を符号４０４に示している。
【００７０】
切替装置が開かれてバッテリ１３６からの直流電力が遮断されると、放電用ＩＣ４２０は符号９０１に示すタイミングにおいて、放電制御信号４１１および４１４をＯＦＦからＯＮに変化させる。すると、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のうちいずれか一相における上アームのＩＧＢＴ２１０と、他のいずれか一相における下アームのＩＧＢＴ２２０とが導通し、コンデンサモジュール１３０が放電されてモータジェネレータ１９２に電流が流れる。これにより、モータジェネレータ電流９１０が上昇すると共に、コンデンサ電圧４０４が次第に低下する。
【００７１】
その後、モータジェネレータ電流９１０がＩＧＢＴ２１０、２２０の許容電流を越える前に、放電用ＩＣ４２０は符号９０２に示すタイミングにおいて、残りの放電制御信号４１２および４１３をＯＦＦからＯＮに変化させると共に、放電制御信号４１４をＯＮからＯＦＦに変化させる。すると、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の全てにおいて上アームのＩＧＢＴ２１０が導通し、モータジェネレータ電流９１０がモータジェネレータ１９２内を還流する。その結果、モータジェネレータ１９２が有する抵抗成分とインダクタンス成分により、モータジェネレータ電流９１０が徐々に低下していき、符号９０３に示すタイミングにおいて０Ａｒｍｓとなる。
【００７２】
一方、コンデンサ電圧４０４は、電源回路３０６が放電用ＩＣ４２０へ電源供給を行うためにコンデンサモジュール１３０に蓄えられた電力を消費することで、ＨｉからＬｏｗへと徐々に低下していく。その結果、符号９０４に示すタイミングにおいてコンデンサ電圧４０４が所定の電圧以下になると、電源回路３０６から放電用ＩＣ４２０への電源供給が不可能となり、放電用ＩＣ４２０が電源を喪失してその動作を停止する。これにより、放電制御信号４１１〜４１３がＯＦＦとなり、コンデンサモジュール１３０の放電が終了する。
【００７３】
第２実施例において、制御部２０４は、以上説明したような回路構成および放電シーケンスにより、コンデンサモジュール１３０の放電を制御する。
【００７４】
以上説明した実施の形態によれば、次の作用効果を奏することができる。
【００７５】
（１）電力変換装置１００は、バッテリ１３６から供給される直流電力を交流電力に変換して負荷であるモータジェネレータ１９２へ供給するＩＧＢＴ２１０，２２０と、バッテリ１３６からの直流電力を平滑化するためのコンデンサモジュール１３０と、モータジェネレータ１９２の駆動時にＩＧＢＴ２１０，２２０の動作を制御するための制御信号を出力する制御回路２０１と、コンデンサモジュール１３０の放電時にＩＧＢＴ２１０，２２０の動作を制御するための放電制御信号を出力する放電用マイコン３０４または放電用ＩＣ４２０と、コンデンサモジュール１３０の両端間電圧に基づいて放電用マイコン３０４または放電用ＩＣ４２０を動作させるための電源電圧を生成する電源回路３０６と、制御信号または放電制御信号に基づいてＩＧＢＴ２１０，２２０を動作させるための駆動信号を出力するパワードライバ３０２とを備える。そして、放電制御信号に応じてＩＧＢＴ２１０，２２０を動作させることで、コンデンサモジュール１３０からＩＧＢＴ２１０，２２０を介してモータジェネレータ１９２へ電流を流すことにより、コンデンサモジュール１３０を放電させる。このようにしたので、電力変換装置１００は、制御回路２０１の電源の喪失時においてもコンデンサモジュール１３０の放電制御が可能である。さらに、放電時に流れる大電流に耐え得る高価な放電抵抗やスイッチング素子が不要であり、放電時の放電抵抗による発熱を逃がすような構造も必要ないため、安価な回路構成とすることができる。
【００７６】
（２）ロジック回路３０１，４２１は、放電制御信号を出力する際に放電用マイコン３０４または放電用ＩＣ４２０から出力される放電切替信号に応じて、制御回路２０１からパワードライバ３０２への制御信号の出力を遮断する。このようにしたので、コンデンサモジュール１３０の放電時において、放電用マイコン３０４または放電用ＩＣ４２０からの放電制御信号に応じてＩＧＢＴ２１０，２２０が確実に動作するようにし、これらが制御回路２０１からの制御信号に応じて誤って動作するのを防止できる。
【００７７】
（３）放電用マイコン３０４は、放電制御信号として、モータジェネレータ１９２の最大回転速度よりも速い周期で周期的に変化する基本波に基づくＰＷＭ信号を出力することができる。このようにすれば、モータジェネレータ１９２を駆動されない状態としつつ、コンデンサモジュール１３０からモータジェネレータ１９２に電流を流すことができる。そのため、ＨＥＶ１１０の挙動に影響を及ぼすことなく、コンデンサモジュール１３０を放電させることができる。
【００７８】
（４）放電用ＩＣ４２０は、放電制御信号として、上アームのＩＧＢＴ２１０のいずれか一つと、下アームのＩＧＢＴのいずれか一つとを導通させ、その後、上アームのＩＧＢＴの全て、または下アームのＩＧＢＴの全てを導通させるための所定パターンの信号を出力する。このようにしたので、高速のＰＷＭ信号を放電制御信号として用いることなく、コンデンサモジュール１３０からモータジェネレータ１９２に電流を流してコンデンサモジュール１３０を放電させることができる。
【００７９】
（５）制御回路２０１は、マイコン３０３により、コンデンサモジュール１３０の放電を指令するための放電指令信号を放電用マイコン３０４または放電用ＩＣ４２０へ出力する。放電用マイコン３０４と放電用ＩＣ４２０は、この放電指令信号に応じて放電制御信号を出力する。このようにしたので、コンデンサモジュール１３０の放電時に、制御回路２０１からの指令に応じて放電用マイコン３０４または放電用ＩＣ４２０から放電制御信号を確実に出力することができる。
【００８０】
（６）放電用マイコン３０４および放電用ＩＣ４２０は、放電指令信号に基づいて制御回路２０１の動作状態を判断し、制御回路２０１が正常に動作していないと判断した場合に放電制御信号を出力する。このようにしたので、制御回路２０１が正常に動作していない場合にコンデンサモジュール１３０を確実に放電させることができる。
【００８１】
（７）放電用マイコン３０４および放電用ＩＣ４２０は、コンデンサモジュール１３０の両端間電圧を算出し、その算出結果に基づいて過電圧検知を行うようにした。これにより、電力変換装置１００において過電圧が発生した場合にはそれを検知し、電力変換装置１００の保護を図ることができる。
【００８２】
（８）ＬＥＤ２３２によりコンデンサモジュール１３０が放電されたか否かを報知するようにしたので、コンデンサモジュール１３０が放電されたか否かを目視で簡単に判断することができる。
【００８３】
なお、以上説明した実施の形態では、放電用マイコン３０４または放電用ＩＣ４２０が出力する放電切替信号に応じて、ロジック回路３０１またはロジック回路４２１により制御回路２０１からパワードライバ３０２への放電制御信号を導通または遮断することとした。しかし、ロジック回路３０１、４２１以外のものを用いてこうした切替動作を実現してもよい。たとえば、放電切替信号に応じて動作するスイッチを設け、これにより制御回路２０１からの放電制御信号を導通または遮断することができる。その他にも、放電切替信号に応じて動作する様々な回路を用いて、コンデンサモジュール１３０の放電時における放電制御信号の切替動作を実現することができる。
【００８４】
以上説明した実施の形態では、第２実施例として、ロジック回路４２１において３つのＯＲ回路が各相における上アームの各ＩＧＢＴ２１０に対応してそれぞれ設けられており、１つのＯＲ回路がいずれか一相における下アームのＩＧＢＴ２２０に対応して設けられている例を説明した。また、全ての相において上アームのＩＧＢＴ２１０を導通させることで、コンデンサモジュール１３０からの電流がモータジェネレータ１９２内を還流するようにし、これによってコンデンサモジュール１３０を放電させる例を説明した。しかし、これらにおいて上アームと下アームをそれぞれ入れ替えてもよい。その場合にも前述したのと同様の作用効果を奏することができる。
【００８５】
以上説明した実施形態や各実施例、各種の変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００８６】
１００ 電力変換装置
１１０ ハイブリッド電気自動車
１１２ 前輪
１１４ 前輪車軸
１１６ 前輪側デファレンシャルギア
１１８ 変速機
１２０ エンジン
１３０ コンデンサモジュール
１３６ バッテリ
１４０，１４２，１４４ インバータ装置
１９２，１９４ モータジェネレータ
１９５ モータ
２０１ 制御回路
２０２ ドライバ回路
２０３ パワーモジュール部
２０４ 制御部
２１０，２２０ ＩＧＢＴ
２１１，２２１ ダイオード
２３０ 回転磁極センサ
２３１ 電流センサ
２３２ ＬＥＤ
２４０ 上下アーム直列回路
３０１，４２１ ロジック回路
３０２ パワードライバ
３０３ マイコン
３０４ 放電用マイコン
３０５，３０８，３１２ フォトカプラ
３０６ 電源回路
３０７ 分圧抵抗
４２０ 放電用ＩＣ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して負荷へ供給する電力変換素子と、
前記直流電力を平滑化するためのコンデンサと、
前記負荷の駆動時に前記電力変換素子の動作を制御するための制御信号を出力する制御回路と、
前記コンデンサの放電時に前記電力変換素子の動作を制御するための放電制御信号を出力する放電制御手段と、
前記コンデンサの両端間電圧に基づいて前記放電制御手段を動作させるための電源電圧を生成する電源回路と、
前記制御信号または前記放電制御信号に基づいて前記電力変換素子を動作させるための駆動信号を出力するドライバ部とを備え、
前記放電制御信号に応じて前記電力変換素子を動作させることで、前記コンデンサから前記電力変換素子を介して前記負荷へ電流を流すことにより、前記コンデンサを放電させることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記放電制御信号を出力する際に前記放電制御手段から出力される放電切替信号に応じて、前記制御回路から前記ドライバ部への前記制御信号の出力を遮断する切替回路をさらに備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
前記１または２に記載の電力変換装置において、
前記負荷は交流モータであり、
前記放電制御手段は、前記放電制御信号として、前記交流モータの最大回転速度よりも速い周期で周期的に変化する基本波に基づくＰＷＭ信号を出力することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
前記１または２に記載の電力変換装置において、
前記負荷は交流モータであり、
前記電力変換素子は、高電圧側に配置された複数の上アーム電力変換素子と、低電圧側に配置された複数の下アーム電力変換素子とを含み、
前記放電制御手段は、前記放電制御信号として、前記上アーム電力変換素子のいずれか一つと、前記下アーム電力変換素子のいずれか一つとを導通させ、その後、前記上アーム電力変換素子の全て、または前記下アーム電力変換素子の全てを導通させるための所定パターンの信号を出力することを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電力変換装置において、
前記制御回路は、前記コンデンサの放電を指令するための放電指令信号を前記放電制御手段へ出力し、
前記放電制御手段は、前記放電指令信号に応じて前記放電制御信号を出力することを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力変換装置において、
前記放電制御手段は、前記放電指令信号に基づいて前記制御回路の動作状態を判断し、前記制御回路が正常に動作していないと判断した場合に前記放電制御信号を出力することを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電力変換装置において、
前記放電制御手段は、前記コンデンサの両端間電圧を算出し、その算出結果に基づいて過電圧検知を行うことを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電力変換装置において、
前記コンデンサが放電されたか否かを報知するための報知手段をさらに備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項８に記載の電力変換装置において、
前記報知手段は、発光素子により構成されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１】
直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して負荷へ供給する電力変換素子と、
前記直流電力を平滑化するためのコンデンサと、
前記負荷の駆動時に前記電力変換素子の動作を制御するための制御信号を出力する制御回路と、
前記コンデンサの放電時に前記電力変換素子の動作を制御するための放電制御信号を出力する放電制御手段と、
前記コンデンサの両端間電圧に基づいて前記放電制御手段を動作させるための電源電圧を生成する電源回路と、
前記制御信号または前記放電制御信号に基づいて前記電力変換素子を動作させるための駆動信号を出力するドライバ部とを備え、
前記放電制御信号に応じて前記電力変換素子を動作させることで、前記コンデンサから前記電力変換素子を介して前記負荷へ電流を流すことにより、前記コンデンサを放電させることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記放電制御信号を出力する際に前記放電制御手段から出力される放電切替信号に応じて、前記制御回路から前記ドライバ部への前記制御信号の出力を遮断する切替回路をさらに備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
前記１または２に記載の電力変換装置において、
前記負荷は交流モータであり、
前記放電制御手段は、前記放電制御信号として、前記交流モータの最大回転速度よりも速い周期で周期的に変化する基本波に基づくＰＷＭ信号を出力することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
前記１または２に記載の電力変換装置において、
前記負荷は交流モータであり、
前記電力変換素子は、高電圧側に配置された複数の上アーム電力変換素子と、低電圧側に配置された複数の下アーム電力変換素子とを含み、
前記放電制御手段は、前記放電制御信号として、前記上アーム電力変換素子のいずれか一つと、前記下アーム電力変換素子のいずれか一つとを導通させ、その後、前記上アーム電力変換素子の全て、または前記下アーム電力変換素子の全てを導通させるための所定パターンの信号を出力することを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電力変換装置において、
前記制御回路は、前記コンデンサの放電を指令するための放電指令信号を前記放電制御手段へ出力し、
前記放電制御手段は、前記放電指令信号に応じて前記放電制御信号を出力することを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力変換装置において、
前記放電制御手段は、前記放電指令信号に基づいて前記制御回路の動作状態を判断し、前記制御回路が正常に動作していないと判断した場合に前記放電制御信号を出力することを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電力変換装置において、
前記放電制御手段は、前記コンデンサの両端間電圧を算出し、その算出結果に基づいて過電圧検知を行うことを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電力変換装置において、
前記コンデンサが放電されたか否かを報知するための報知手段をさらに備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項８に記載の電力変換装置において、
前記報知手段は、発光素子により構成されることを特徴とする電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１１０８２１（Ｐ２０１３−１１０８２１Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５２８０７（Ｐ２０１１−２５２８０７）
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
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