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公開番号2025080308
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-26
出願番号2023193383
出願日2023-11-14
発明の名称電力変換装置
出願人三菱電機株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02M 7/48 20070101AFI20250519BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】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。
【解決手段】並列接続されたスイッチ素子12a,12bと、スイッチ素子12a,12bをオン状態にする第1の制御信号が出力される出力端子10cc及びスイッチ素子12a,12bをオフ状態にする第2の制御信号が出力される出力端子10eeを備える制御部10と、出力端子10ccとゲート端子12agとの間の経路上に設けられたインピーダンス変換部123aと、出力端子10ccとゲート端子12bgとの間の経路上に設けられたインピーダンス変換部123bと、出力端子10ccからインピーダンス変換部123aまでの経路又は出力端子10ccからインピーダンス変換部123bまでの経路の何れか一方と、第2の制御信号の電位を規定するゲートオフ電位Veeとの間に接続された保護機能部50と、を備える。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
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。
続きを表示（約 540 文字）【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
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。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０２０－１５６３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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