JP7001005B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本明細書に記載の開示は、並列接続された複数のスイッチを備える電力変換装置に関するものである。

特許文献１には、電力変換回路を構成する複数のスイッチング素子の駆動を制御する複数のＩＣが記載されている。これら複数のＩＣは信号検出回路と接続されている。

特開２０１６－１３４９９８号公報

特許文献１に記載の複数のＩＣそれぞれは、制御対象のスイッチング素子に異常が生じると、フェール信号を信号検出回路に出力する。複数のＩＣはフェール信号を出力するための端子を備えている。そのために端子数の増大、という問題があった。

そこで本明細書に記載の開示物は、端子数の増大の抑制された電力変換装置を提供することを目的とする。

開示の１つは、電位差の生じる第１接続点と第２接続点との間で並列接続された複数のスイッチ（３４０，３５０）と、
複数のスイッチの駆動を個別に制御する複数の制御部（５５０，５７０）と、
複数の制御部それぞれに共通の閾値電圧を供給する閾値電圧生成部（５３０）と、を有し、
複数の制御部それぞれは、
閾値電圧生成部に接続され、閾値電圧が入力される電圧配線（５５３，５６０，５７３，５８０）と、
制御対象のスイッチに流れる電流に相関のあるセンサ電圧と電圧配線の電圧を比較する比較部（５５５，５７５）と、
電圧配線と基準電位との接続を制御する基準スイッチ（５５７，５７７）と、
電圧配線の電圧を検出する電圧検出部（５５４，５７４）と、を有し、
複数の制御部それぞれの電圧配線は互いに電気的に接続され、
比較部でセンサ電圧が閾値電圧を上回ることが検出された場合、基準スイッチは閉状態となり、電圧配線の電圧が閾値電圧から変化する。

本開示によれば、センサ電圧が閾値電圧を上回る場合、閉状態の基準スイッチ（５５７，５７７）を介して、電圧配線（５５３，５６０，５７３，５８０）が基準電位に接続される。これに伴って、互いに電気的に接続された複数の電圧配線（５５３，５６０，５７３，５８０）の電圧が、閾値電圧から変化する。

このように複数の制御部（５５０，５７０）の有する基準スイッチ（５５７，５７７）のうちの少なくとも１つが閉状態になると、複数の制御部（５５０，５７０）それぞれの電圧配線（５５３，５６０，５７３，５８０）の電圧レベルが変化する。この電圧レベルの変化によって、並列接続された複数のスイッチ（３４０，３５０）のうちの１つのセンサ電圧が閾値電圧を上回る状態になったことが、このスイッチの駆動を制御する制御部（５５０，５７０）の電圧検出部（５５４，５７４）で検出される。それとともに、このスイッチの駆動を制御しない他の制御部（５５０，５７０）の電圧検出部（５５４，５７４）でも、センサ電圧が閾値電圧を上回る状態になったことが検出される。

以上に示したように本開示では、閾値電圧の入力される電圧配線（５５３，５６０，５７３，５８０）が、スイッチ（３４０，３５０）のセンサ電圧の状態を複数の制御部（５５０，５７０）の電圧検出部（５５４，５７４）に伝達するための機能も果たしている。そのため、駆動を制御しているスイッチ（３４０，３５０）のセンサ電圧の状態を伝達するための専用の配線を、複数の制御部（５５０，５７０）間に設けなくともよくなる。その配線を設けるための端子を、複数の制御部（５５０，５７０）に設けなくともよくなる。これにより複数の制御部（５５０，５７０）それぞれの端子数の増加が抑制される。

なお、上記の括弧内の参照番号は、後述の実施形態に記載の構成との対応関係を示すものに過ぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

車載システムを説明するための回路図である。 開閉部とゲートドライバを説明するための回路図である。 車載システムの変形例を示す回路図である。

以下、実施形態を図に基づいて説明する。

（第１実施形態）
＜車載システム＞
先ず、図１に基づいて車載システム１００を説明する。この車載システム１００は電気自動車用のシステムを構成している。車載システム１００は、バッテリ２００、電力変換器３００、および、モータ４００を有する。

また車載システム１００は複数のＥＣＵを有する。図１ではこれら複数のＥＣＵの代表として、電池ＥＣＵ５０１とＭＧＥＣＵ５０２を図示している。これら複数のＥＣＵはバス配線５００を介して相互に信号を送受信している。複数のＥＣＵは協調して電気自動車を制御している。複数のＥＣＵの制御により、バッテリ２００のＳＯＣに応じたモータ４００の回生と力行が制御される。ＳＯＣはstate of chargeの略である。ＥＣＵはelectronic control unitの略である。

なお、ＥＣＵは、少なくとも１つの演算処理装置（ＣＰＵ）と、プログラムおよびデータを記憶する記憶媒体としての少なくとも１つのメモリ装置（ＭＭＲ）と、を有する。ＥＣＵはコンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体はコンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納する非遷移的実体的記憶媒体である。記憶媒体は半導体メモリまたは磁気ディスクなどによって提供され得る。以下、車載システム１００の構成要素を個別に概説する。

バッテリ２００は複数の二次電池を有する。これら複数の二次電池は直列接続された電池スタックを構成している。この電池スタックのＳＯＣがバッテリ２００のＳＯＣに相当する。二次電池としてはリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、および、有機ラジカル電池などを採用することができる。

電力変換器３００はバッテリ２００とモータ４００との間の電力変換を行う。電力変換器３００はバッテリ２００の直流電力をモータ４００の力行に適した電圧レベルの交流電力に変換する。電力変換器３００はモータ４００の発電（回生）によって生成された交流電力をバッテリ２００の充電に適した電圧レベルの直流電力に変換する。電力変換器３００については後で詳説する。

モータ４００は図示しない電気自動車の出力軸に連結されている。モータ４００の回転エネルギーは出力軸を介して電気自動車の走行輪に伝達される。逆に、走行輪の回転エネルギーは出力軸を介してモータ４００に伝達される。

モータ４００は電力変換器３００から供給される交流電力によって力行する。これにより走行輪への推進力の付与が成される。またモータ４００は走行輪から伝達される回転エネルギーによって回生する。この回生によって発生した交流電力は、電力変換器３００によって直流電力に変換されるとともに降圧される。この直流電力がバッテリ２００に供給される。また直流電力は電気自動車に搭載された各種電気負荷にも供給される。

＜電力変換器＞
次に電力変換器３００を説明する。電力変換器３００はコンバータ３１０とインバータ３２０を備えている。コンバータ３１０はバッテリ２００の直流電力をモータ４００の力行に適した電圧レベルに昇圧する。インバータ３２０はこの直流電力を交流電力に変換する。この交流電力がモータ４００に供給される。またインバータ３２０はモータ４００で生成された交流電力を直流電力に変換する。コンバータ３１０はこの直流電力をバッテリ２００の充電に適した電圧レベルに降圧する。

図１に示すようにコンバータ３１０は第１電力ライン３０１と第２電力ライン３０２を介してバッテリ２００と電気的に接続されている。コンバータ３１０は第３電力ライン３０３と第４電力ライン３０４を介してインバータ３２０と電気的に接続されている。

第１電力ライン３０１はバッテリ２００の正極に接続されている。第２電力ライン３０２はバッテリ２００の負極に接続されている。これら第１電力ライン３０１と第２電力ライン３０２に第１平滑コンデンサ３０５が接続されている。第１平滑コンデンサ３０５の有する２つの電極のうちの一方が第１電力ライン３０１に接続され、他方が第２電力ライン３０２に接続されている。

第３電力ライン３０３は後述のハイサイド開閉部３１１と接続されている。第４電力ライン３０４は第２電力ライン３０２と接続されている。これら第３電力ライン３０３と第４電力ライン３０４に第２平滑コンデンサ３０６が接続されている。第２平滑コンデンサ３０６の有する２つの電極のうちの一方が第３電力ライン３０３に接続され、他方が第４電力ライン３０４に接続されている。

インバータ３２０はＵ相バスバー３３１～Ｗ相バスバー３３３を介してモータ４００のＵ相ステータコイル４０１～Ｗ相ステータコイル４０３と電気的に接続されている。

＜コンバータ＞
コンバータ３１０は、ハイサイド開閉部３１１、ローサイド開閉部３１２、および、リアクトル３１３を有する。これらハイサイド開閉部３１１とローサイド開閉部３１２は、後で詳説するように、並列接続されたＮチャネル型のＩＧＢＴとパワーＭＯＳＦＥＴを有する。ＩＧＢＴには還流ダイオードが逆並列接続されている。パワーＭＯＳＦＥＴは寄生ダイオードを有する。

図１に示すようにハイサイド開閉部３１１とローサイド開閉部３１２は第３電力ライン３０３から第２電力ライン３０２（第４電力ライン３０４）に向かって順に直列接続されている。そしてハイサイド開閉部３１１とローサイド開閉部３１２との間の中点に第１電力ライン３０１が接続されている。第１電力ライン３０１にリアクトル３１３が設けられている。これによりリアクトル３１３はハイサイド開閉部３１１とローサイド開閉部３１２との間の中点とバッテリ２００の正極とに接続されている。

コンバータ３１０のハイサイド開閉部３１１とローサイド開閉部３１２はＭＧＥＣＵ５０２によって開閉制御される。ＭＧＥＣＵ５０２は制御信号を生成し、それをゲートドライバ５１０に出力する。ゲートドライバ５１０は制御信号を増幅して開閉部のゲート電極に出力する。これによりＭＧＥＣＵ５０２はコンバータ３１０に入力される直流電力の電圧レベルを昇降圧する。

ＭＧＥＣＵ５０２は制御信号としてパルス信号を生成している。ＭＧＥＣＵ５０２はこのパルス信号のオンデューティ比と周波数を調整することで直流電力の昇降圧レベルを調整している。このようにＭＧＥＣＵ５０２はコンバータ３１０をＰＷＭ制御している。昇降圧レベルはモータ４００の目標トルクとバッテリ２００のＳＯＣに応じて決定される。

バッテリ２００の直流電力を昇圧する場合、ＭＧＥＣＵ５０２はハイサイド開閉部３１１とローサイド開閉部３１２それぞれを交互に開閉する。これとは反対にインバータ３２０から供給された直流電力を降圧する場合、ＭＧＥＣＵ５０２はローサイド開閉部３１２に出力する制御信号をローレベルに固定する。それとともにＭＧＥＣＵ５０２はハイサイド開閉部３１１に出力する制御信号をハイレベルとローレベルに順次切り換える。

＜インバータ＞
インバータ３２０は第１開閉部３２１～第６開閉部３２６を有する。第１開閉部３２１～第６開閉部３２６は、コンバータ３１０の開閉部と同様にして、並列接続されたＮチャネル型のＩＧＢＴとパワーＭＯＳＦＥＴを有する。ＩＧＢＴには還流ダイオードが逆並列接続されている。パワーＭＯＳＦＥＴは寄生ダイオードを有する。

第１開閉部３２１と第２開閉部３２２は第３電力ライン３０３から第４電力ライン３０４へ向かって順に直列接続されている。第１開閉部３２１と第２開閉部３２２によってＵ相レグが構成されている。第１開閉部３２１と第２開閉部３２２との間の中点にＵ相バスバー３３１の一端が接続されている。Ｕ相バスバー３３１の他端がモータ４００のＵ相ステータコイル４０１と接続されている。

第３開閉部３２３と第４開閉部３２４は第３電力ライン３０３から第４電力ライン３０４へ向かって順に直列接続されている。第３開閉部３２３と第４開閉部３２４によってＶ相レグが構成されている。第３開閉部３２３と第４開閉部３２４との間の中点にＶ相バスバー３３２の一端が接続されている。Ｖ相バスバー３３２の他端がモータ４００のＶ相ステータコイル４０２と接続されている。

第５開閉部３２５と第６開閉部３２６は第３電力ライン３０３から第４電力ライン３０４へ向かって順に直列接続されている。第５開閉部３２５と第６開閉部３２６によってＷ相レグが構成されている。第５開閉部３２５と第６開閉部３２６との間の中点にＷ相バスバー３３３の一端が接続されている。Ｗ相バスバー３３３の他端がモータ４００のＷ相ステータコイル４０３と接続されている。

以上に示したようにインバータ３２０はモータ４００のＵ相ステータコイル４０１～Ｗ相ステータコイル４０３それぞれに対応する３相のレグを有する。これら３相のレグを構成する第１開閉部３２１～第６開閉部３２６のゲート電極に、ゲートドライバ５１０によって増幅されたＭＧＥＣＵ５０２の制御信号が入力される。

モータ４００を力行する場合、ＭＧＥＣＵ５０２からの制御信号の出力によって第１開閉部３２１～第６開閉部３２６がＰＷＭ制御される。これによりインバータ３２０で３相交流が生成される。モータ４００が発電（回生）する場合、ＭＧＥＣＵ５０２は例えば制御信号の出力を停止する。これによりモータ４００の発電によって生成された交流電力が開閉部の有するダイオードを通る。この結果、交流電力が直流電力に変換される。

なお、後述するように１つの開閉部は並列接続された複数のスイッチを有する。上記したようにモータ４００を力行させたり回生させたりする場合、ＭＧＥＣＵ５０２は開閉部の有する複数のスイッチを同時にオン状態、同時にオフ状態に制御する。これにより並列接続された複数のスイッチに電流が分流して流れる。

＜開閉部＞
次に、図２に基づいて開閉部を説明する。図２には、電力変換器３００を構成する８つの開閉部のうちの代表として、第２開閉部３２２を示している。他の開閉部の構成は第２開閉部３２２の構成と同等である。そのためにその説明を省略する。

第２開閉部３２２は第１スイッチ３４０と第２スイッチ３５０を有する。第１スイッチ３４０はＩＧＢＴである。第２スイッチ３５０はＭＯＳＦＥＴである。ＩＧＢＴはＳｉなどの半導体で製造される。ＭＯＳＦＥＴはＳｉＣなどのワイドギャップ半導体で製造される。第２スイッチ３５０は第１スイッチ３４０よりもターンオン遅延時間とターンオフ遅延時間がともに短い性質を有する。

第１スイッチ３４０と第２スイッチ３５０それぞれは、半導体チップに形成された数千個のトランジスタが連結されてなるパワートランジスタである。この数千個のトランジスタは、電力変換器３００を流れる電流を制御する役割を果たす第１トランジスタと、流れる電流を検出する役割を果たす第２トランジスタと、に種別される。

第１トランジスタに流れる電流と第２トランジスタに流れる電流の比は、およそ８０００対１である。そのために第２トランジスタに流れる電流の量は微量となっている。

第１スイッチ３４０は、コレクタ電極３４０ａ、エミッタ電極３４０ｂ、ゲート電極３４０ｃ、および、センサ電極３４０ｄを有する。これら４つの電極のうち、コレクタ電極３４０ａとゲート電極３４０ｃが第１トランジスタと第２トランジスタで共有となっている。これに対して、エミッタ電極３４０ｂとセンサ電極３４０ｄが第１トランジスタと第２トランジスタで分けられている。第１トランジスタがエミッタ電極３４０ｂを有する。第２トランジスタがセンサ電極３４０ｄを有する。このセンサ電極３４０ｄに流れる電流の量が、エミッタ電極３４０ｂに流れる電流に比べて微量となっている。その比が１：８０００となっている。以下においてはこの比をセンサ比と示す。ＭＧＥＣＵ５０２はこのセンサ比を記憶している。

第２スイッチ３５０は、ドレイン電極３５０ａ、ソース電極３５０ｂ、ゲート電極３５０ｃ、および、センサ電極３５０ｄを有する。これら４つの電極のうち、ドレイン電極３５０ａとゲート電極３５０ｃが第１トランジスタと第２トランジスタで共有となっている。これに対して、ソース電極３５０ｂとセンサ電極３５０ｄが第１トランジスタと第２トランジスタで分けられている。第１トランジスタがソース電極３５０ｂを有する。第２トランジスタがセンサ電極３５０ｄを有する。このセンサ電極３５０ｄに流れる電流の量が、ソース電極３５０ｂに流れる電流に比べて微量となっている。その比が上記のセンサ比と同等になっている。

図２に示すように第１スイッチ３４０には還流ダイオード３４１が接続されている。還流ダイオード３４１のカソード電極がコレクタ電極３４０ａに接続されている。還流ダイオード３４１のアノード電極がエミッタ電極３４０ｂに接続されている。これによって還流ダイオード３４１は第１スイッチ３４０に逆並列接続されている。

第２スイッチ３５０は寄生ダイオード３５１を有する。この寄生ダイオード３５１のカソード電極がドレイン電極３５０ａに接続されている。寄生ダイオード３５１のアノード電極がソース電極３５０ｂに接続されている。これによって寄生ダイオード３５１は第２スイッチ３５０に逆並列接続されている。

図２に示すように第１スイッチ３４０のコレクタ電極３４０ａと第２スイッチ３５０のドレイン電極３５０ａが電気的に接続されている。そしてエミッタ電極３４０ｂとソース電極３５０ｂが電気的に接続されている。これによって第１スイッチ３４０と第２スイッチ３５０は並列接続されている。

コレクタ電極３４０ａとドレイン電極３５０ａの接続点は第３電力ライン３０３側に位置している。エミッタ電極３４０ｂとソース電極３５０ｂの接続点は第４電力ライン３０４（第２電力ライン３０２）側に位置している。コレクタ電極３４０ａとドレイン電極３５０ａの接続点が第１接続点に相当する。エミッタ電極３４０ｂとソース電極３５０ｂの接続点が第２接続点に相当する。

第１スイッチ３４０のセンサ電極３４０ｄは第１センサ抵抗３４２を介してグランドに接続されている。このために第１センサ抵抗３４２には、センサ電極３４０ｄからグランドに向かって微量な電流（第１センサ電流）が流れる。第１センサ電流は第１スイッチ３４０のコレクタ－エミッタ間を流れる電流（コレクタ電流）と相関を有する。

第１センサ抵抗３４２に第１センサ電流が流動することで、第１センサ抵抗３４２のセンサ電極３４０ｄ側の電圧が変動する。この第１センサ抵抗３４２のセンサ電極３４０ｄ側の電圧（第１センサ電圧）が、ゲートドライバ５１０に入力される。第１センサ電圧はコレクタ電流と相関を有する。

第２スイッチ３５０のセンサ電極３５０ｄは第２センサ抵抗３５２を介してグランドに接続されている。このために第２センサ抵抗３５２には、センサ電極３５０ｄからグランドに向かって微量な電流（第２センサ電流）が流れる。第２センサ電流は第２スイッチ３５０のドレイン－ソース間を流れる電流（ドレイン電流）と相関を有する。

第２センサ抵抗３５２に第２センサ電流が流動することで、第２センサ抵抗３５２のセンサ電極３５０ｄ側の電圧が変動する。この第２センサ抵抗３５２のセンサ電極３５０ｄ側の電圧（第２センサ電圧）が、ゲートドライバ５１０に入力される。第２センサ電圧はドレイン電流と相関を有する。

＜ゲートドライバ＞
次に、図２に基づいてゲートドライバ５１０を説明する。図２には、ゲートドライバ５１０における第２開閉部３２２の駆動を制御する部位を示している。ゲートドライバ５１０の他の開閉部を制御する部位は、図２に示す部位と同等である。そのためにその説明を省略する。

なお、図２では、電力変換器３００とゲートドライバ５１０を備える電力変換装置を明示するための符号６００を示している。

ゲートドライバ５１０は、閾値電圧生成部５３０、第１制御部５５０、および、第２制御部５７０を有する。閾値電圧生成部５３０は上記の第１センサ電圧と第２センサ電圧とを比較するための閾値電圧を生成する。第１制御部５５０と第２制御部５７０に共通の閾値電圧が入力される。第１制御部５５０はＭＧＥＣＵ５０２の制御信号に基づいて第１スイッチ３４０の駆動を制御する。それとともに第１制御部５５０は閾値電圧の変動に基づいて第１スイッチ３４０をオフ状態に制御する。同様にして、第２制御部５７０はＭＧＥＣＵ５０２の制御信号に基づいて第２スイッチ３５０の駆動を制御する。それとともに第２制御部５７０は閾値電圧の変動に基づいて第２スイッチ３５０をオフ状態に制御する。

＜閾値電圧生成部＞
閾値電圧生成部５３０は、電源配線５３１、電源５３２、上抵抗５３３、および、下抵抗５３４を有する。電源配線５３１の一端が電源５３２に接続されている。電源配線５３１の他端がグランドに接続されている。電源配線５３１に上抵抗５３３と下抵抗５３４が設けられている。電源５３２からグランドに向かって、上抵抗５３３と下抵抗５３４が順に直列接続されている。上抵抗５３３と下抵抗５３４との間の中点の電圧が、閾値電圧に相当する。閾値電圧は、上抵抗５３３と下抵抗５３４それぞれの抵抗値と電源５３２の電源電圧とによって定められる。なおグランドが基準電位に相当する。

＜第１制御部＞
第１制御部５５０は、第１制御端子５５０ａ、第１検出端子５５０ｂ、および、第１閾値端子５５０ｃを有する。また第１制御部５５０は、第１制御端子５５０ａに接続される第１制御配線５５１、第１検出端子５５０ｂに接続される第１検出配線５５２、および、第１閾値端子５５０ｃに接続される第１閾値配線５５３を有する。

第１制御端子５５０ａは第１制御配線５５１を介してゲート電極３４０ｃと接続されている。第１検出端子５５０ｂは第１検出配線５５２を介して第１センサ抵抗３４２のセンサ電極３４０ｄ側の端子に接続されている。第１閾値端子５５０ｃは第１閾値配線５５３を介して上抵抗５３３と下抵抗５３４との間の中点に接続されている。

これにより第１制御端子５５０ａとゲート電極３４０ｃは同電位になる。第１検出端子５５０ｂは第１センサ電圧になる。第１閾値端子５５０ｃは閾値電圧になる。

第１制御部５５０は、第１駆動回路５５４、第１比較部５５５、第１シャント抵抗５５６、および、第１基準スイッチ５５７を有する。また第１制御部５５０は第１内部配線５５８～第７内部配線５６４を有する。

第１駆動回路５５４は第１内部配線５５８を介して第１制御端子５５０ａと接続されている。第１駆動回路５５４はこの第１内部配線５５８を電源若しくはグランドに接続する。こうすることで第１制御端子５５０ａをハイレベル若しくはローレベルにする。これにより第１スイッチ３４０がオン状態若しくはオフ状態に制御される。

第１比較部５５５は具体的にはコンパレータである。第１比較部５５５の非反転入力端子が第２内部配線５５９を介して第１検出端子５５０ｂに接続されている。第１比較部５５５の反転入力端子が第３内部配線５６０を介して第１閾値端子５５０ｃと接続されている。第１比較部５５５の出力端子が第４内部配線５６１を介して第１駆動回路５５４と接続されている。第１閾値配線５５３と第３内部配線５６０が電圧配線に相当する。

以上に示した接続構成により、第１比較部５５５の非反転入力端子に第１センサ電圧が入力される。第１比較部５５５の反転入力端子に閾値電圧が入力される。第１比較部５５５の出力が第１駆動回路５５４に入力される。

第１センサ電圧が閾値電圧よりも低い場合、第１比較部５５５は第１駆動回路５５４にローレベルを出力する。この場合、第１駆動回路５５４は第１スイッチ３４０に過剰な電圧が印加されていないと判断する。

これとは反対に第１センサ電圧が閾値電圧よりも高い場合、第１比較部５５５は第１駆動回路５５４にハイレベルを出力する。この場合、第１駆動回路５５４はＭＧＥＣＵ５０２から入力される制御信号に関わらずに、第１制御端子５５０ａをグランドに接続してローレベルにする。これにより第１スイッチ３４０が強制的にオフ状態になる。

第５内部配線５６２は第３内部配線５６０とグランドとを接続している。第５内部配線５６２の一端が第３内部配線５６０に接続されている。第５内部配線５６２の他端がグランドに接続されている。

第１シャント抵抗５５６と第１基準スイッチ５５７は第５内部配線５６２に設けられている。第５内部配線５６２の一端から他端に向かって、第１シャント抵抗５５６と第１基準スイッチ５５７が順に直列接続されている。第１基準スイッチ５５７はＮチャネル型のＩＧＢＴである。

第６内部配線５６３は第４内部配線５６１と第１基準スイッチ５５７のゲート電極とを接続している。上記したように第４内部配線５６１は第１比較部５５５の出力に応じて、電圧レベルがハイレベルとローレベルに変化する。

第１比較部５５５がローレベルを出力する場合、第１基準スイッチ５５７のゲート電極の電圧レベルもローレベルになる。このために第１基準スイッチ５５７はオフ状態（開状態）となる。

これとは反対に第１比較部５５５がハイレベルを出力する場合、第１基準スイッチ５５７のゲート電極の電圧レベルがハイレベルになる。このために第１基準スイッチ５５７はオン状態（閉状態）となる。

第１基準スイッチ５５７が閉状態になると、第３内部配線５６０が第１シャント抵抗５５６を介してグランドに接続される。これにより第３内部配線５６０の電圧レベルが変化する。この電圧レベルの変化は、後述の第１３内部配線５８０においても同様に生じる。

第７内部配線５６４は第３内部配線５６０と第１駆動回路５５４とを接続している。上記したように第３内部配線５６０の電圧は第１比較部５５５の出力に応じて変化する。

第７内部配線５６４の電圧レベルが、上抵抗５３３と下抵抗５３４それぞれの抵抗値と電源５３２の電源電圧とによって定められる閾値電圧と同等の場合、第１駆動回路５５４はＭＧＥＣＵ５０２の制御信号に応じて第１スイッチ３４０の駆動を制御する。これとは異なり、第７内部配線５６４の電圧レベルが閾値電圧とは異なる場合、第１駆動回路５５４はＭＧＥＣＵ５０２の制御信号に応じずに、第１内部配線５５８をグランドに接続する。これにより第１スイッチ３４０は強制的にオフ状態になる。第１駆動回路５５４は電圧検出部に相当する。

＜第２制御部＞
第２制御部５７０は、第２制御端子５７０ａ、第２検出端子５７０ｂ、および、第２閾値端子５７０ｃを有する。また第２制御部５７０は、第２制御端子５７０ａに接続される第２制御配線５７１、第２検出端子５７０ｂに接続される第２検出配線５７２、および、第２閾値端子５７０ｃに接続される第２閾値配線５７３を有する。

第２制御端子５７０ａは第２制御配線５７１を介してゲート電極３５０ｃと接続されている。第２検出端子５７０ｂは第２検出配線５７２を介して第２センサ抵抗３５２のセンサ電極３４０ｄ側の端子に接続されている。第２閾値端子５７０ｃは第２閾値配線５７３を介して上抵抗５３３と下抵抗５３４との間の中点に接続されている。

これにより第２制御端子５７０ａとゲート電極３５０ｃは同電位になる。第２検出端子５７０ｂは第２センサ電圧になる。第２閾値端子５７０ｃは閾値電圧になる。

第２制御部５７０は、第２駆動回路５７４、第２比較部５７５、第２シャント抵抗５７６、および、第２基準スイッチ５７７を有する。また第２制御部５７０は第１１内部配線５７８～第１７内部配線５８４を有する。

第２駆動回路５７４は第１１内部配線５７８を介して第２制御端子５７０ａと接続されている。第２駆動回路５７４はこの第１１内部配線５７８を電源若しくはグランドに接続する。こうすることで第２制御端子５７０ａをハイレベル若しくはローレベルにする。これにより第２スイッチ３５０がオン状態若しくはオフ状態に制御される。

第２比較部５７５は具体的にはコンパレータである。第２比較部５７５の非反転入力端子が第１２内部配線５７９を介して第２検出端子５７０ｂと接続されている。第２比較部５７５の反転入力端子が第１３内部配線５８０を介して第２閾値端子５７０ｃと接続されている。そして第２比較部５７５の出力端子が第１４内部配線５８１を介して第２駆動回路５７４と接続されている。第２閾値配線５７３と第１３内部配線５８０が電圧配線に相当する。

以上に示した接続構成により、第２比較部５７５の非反転入力端子に第２センサ電圧が入力される。第２比較部５７５の反転入力端子に閾値電圧が入力される。第２比較部５７５の出力が第２駆動回路５７４に入力される。

第２センサ電圧が閾値電圧よりも低い場合、第２比較部５７５は第２駆動回路５７４にローレベルを出力する。この場合、第２駆動回路５７４は第２スイッチ３５０に過剰な電圧が印加されていないと判断する。

これとは反対に第２センサ電圧が閾値電圧よりも高い場合、第２比較部５７５は第２駆動回路５７４にハイレベルを出力する。この場合、第２駆動回路５７４はＭＧＥＣＵ５０２から入力される制御信号に関わらずに、第２制御端子５７０ａをグランドに接続してローレベルにする。これにより第２スイッチ３５０が強制的にオフ状態になる。

第１５内部配線５８２は第１３内部配線５８０とグランドとを接続している。第１５内部配線５８２の一端が第１３内部配線５８０に接続されている。第１５内部配線５８２の他端がグランドに接続されている。

第２シャント抵抗５７６と第２基準スイッチ５７７は第１５内部配線５８２に設けられている。第１５内部配線５８２の一端から他端に向かって、第２シャント抵抗５７６と第２基準スイッチ５７７が順に直列接続されている。第２基準スイッチ５７７はＮチャネル型のＩＧＢＴである。

第１６内部配線５８３は第１４内部配線５８１と第２基準スイッチ５７７のゲート電極とを接続している。上記したように第１４内部配線５８１は第２比較部５７５の出力に応じて、電圧レベルがハイレベル若しくはローレベルに変化する。

第２比較部５７５がローレベルを出力する場合、第２基準スイッチ５７７のゲート電極の電圧レベルもローレベルになる。このために第２基準スイッチ５７７はオフ状態（開状態）となる。

これとは反対に第２比較部５７５がハイレベルを出力する場合、第２基準スイッチ５７７のゲート電極の電圧レベルがハイレベルになる。このために第２基準スイッチ５７７はオン状態（閉状態）となる。

第２基準スイッチ５７７が閉状態になると、第１３内部配線５８０が第２シャント抵抗５７６を介してグランドに接続される。これにより第１３内部配線５８０の電圧レベルが変化する。この電圧レベルの変化は、前述の第３内部配線５６０においても同様に生じる。

第１７内部配線５８４は第１３内部配線５８０と第２駆動回路５７４とを接続している。上記したように第１３内部配線５８０の電圧は第２比較部５７５の出力に応じて変化する。

第１７内部配線５８４の電圧レベルが、上抵抗５３３と下抵抗５３４それぞれの抵抗値と電源５３２の電源電圧とによって定められる閾値電圧と同等の場合、第２駆動回路５７４はＭＧＥＣＵ５０２の制御信号に応じて第２スイッチ３５０の駆動を制御する。これとは異なり、第１７内部配線５８４の電圧レベルが閾値電圧とは異なる場合、第２駆動回路５７４はＭＧＥＣＵ５０２の制御信号に応じずに、第１１内部配線５７８をグランドに接続する。これより第２スイッチ３５０は強制的にオフ状態になる。第２駆動回路５７４は電圧検出部に相当する。

＜作用効果＞
次に、電力変換装置６００の作用効果を説明する。第１制御部５５０の第１閾値配線５５３と、第２制御部５７０の第２閾値配線５７３それぞれが、閾値電圧生成部５３０の上抵抗５３３と下抵抗５３４との間の中点に接続されている。そのために第１閾値配線５５３と第２閾値配線５７３は互いに電気的に接続されている。

第１閾値配線５５３は第１閾値端子５５０ｃを介して第３内部配線５６０と接続されている。第２閾値配線５７３は第２閾値端子５７０ｃを介して第１３内部配線５８０と接続されている。したがって、第３内部配線５６０と第１３内部配線５８０も互いに電気的に接続されている。

例えば第１スイッチ３４０の印加電圧の増大のために、第１比較部５５５がハイレベルを出力すると、第１基準スイッチ５５７が閉状態になる。これにより第３内部配線５６０は第１シャント抵抗５５６を介してグランドに接続される。この結果、第３内部配線５６０の電圧レベルが変化する。この第３内部配線５６０に接続されている第１３内部配線５８０の電圧レベルも変化する。

同様にして、例えば第２スイッチ３５０の印加電圧の増大のために、第２比較部５７５がハイレベルを出力すると、第２基準スイッチ５７７が閉状態になる。これにより第１３内部配線５８０は第２シャント抵抗５７６を介してグランドに接続される。この結果、第１３内部配線５８０の電圧レベルが変化する。この第１３内部配線５８０に接続されている第３内部配線５６０の電圧レベルも変化する。

以上に示したように、第１スイッチ３４０と第２スイッチ３５０のうちの一方の印加電圧の増大によって、第１基準スイッチ５５７と第２基準スイッチ５７７のうちの少なくとも一方が閉状態になる。そうすると、互いに電気的に接続された第３内部配線５６０と第１３内部配線５８０の両方の電圧レベルが変化する。

この電圧レベルの変化が第１駆動回路５５４と第２駆動回路５７４の両方で検知される。これにより、並列接続された第１スイッチ３４０と第２スイッチ３５０のうちの一方の印加電圧が閾値電圧を上回る状態になったことが、第１駆動回路５５４と第２駆動回路５７４の両方で検出される。

このように、閾値電圧の入力される第１閾値配線５５３と第３内部配線５６０、および、第２閾値配線５７３と第１３内部配線５８０が、第１スイッチ３４０と第２スイッチ３５０の印加電圧の状態を伝達するための機能も果たしている。そのために、第１スイッチ３４０と第２スイッチ３５０の印加電圧の状態を伝達するための専用の配線を、第１制御部５５０と第２制御部５７０との間に設けなくともよくなる。その配線を設けるための端子を、第１制御部５５０と第２制御部５７０に設けなくともよくなる。これにより第１制御部５５０と第２制御部５７０の端子数の増加が抑制される。

さらに言えば、第１制御部５５０と第２制御部５７０を接続する専用の配線の配回しの都合などによって、第１制御部５５０と第２制御部５７０の配置に制限が生じることが抑制される。

第１駆動回路５５４と第２駆動回路５７４は、第１スイッチ３４０と第２スイッチ３５０のうちの少なくとも一方の印加電圧が過剰になると、第１スイッチ３４０と第２スイッチ３５０の両方を強制的にオフ状態にする。これにより、例えば第１スイッチ３４０と第２スイッチ３５０のうちの一方だけがオフ状態になった結果、他方のオン状態のままのスイッチに過剰な電流が流動することが抑制される。

以上、本開示物の好ましい実施形態について説明したが、本開示物は上記した実施形態になんら制限されることなく、本開示物の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

（第１の変形例）
本実施形態では第２開閉部３２２（開閉部）の第１スイッチ３４０がＩＧＢＴ、第２スイッチ３５０がＭＯＳＦＥＴである例を示した。しかしながら第１スイッチ３４０と第２スイッチ３５０の両方がＩＧＢＴでもよい。第１スイッチ３４０と第２スイッチ３５０の両方がＭＯＳＦＥＴでもよい。開閉部の保有するパワートランジスタの種類としては特に限定されない。

（第２の変形例）
本実施形態では、第１スイッチ３４０がＳｉで製造され、第２スイッチ３５０がＳｉＣで製造される例を示した。しかしながら第１スイッチ３４０がＳｉＣで製造され、第２スイッチ３５０がＳｉで製造される構成を採用することもできる。第１スイッチ３４０と第２スイッチ３５０がＳｉで製造される構成を採用することもできる。第１スイッチ３４０と第２スイッチ３５０がＳｉＣで製造される構成を採用することもできる。開閉部の保有するパワートランジスタの形成材料としては特に限定されない。

（第３の変形例）
本実施形態では、特に第１センサ抵抗３４２と第２センサ抵抗３５２の抵抗値の大小関係について言及していなかった。これら２つのセンサ抵抗の抵抗値は同一でもよいし、異なっていてもよい。

これら２つのセンサ抵抗の抵抗値は、接続される第１スイッチ３４０と第２スイッチ３５０の電流量に応じて定めてもよい。例えば第１スイッチ３４０に流れる電流量が第２スイッチ３５０に流れる電流量に比べて多い場合、第１センサ抵抗３４２を第２センサ抵抗３５２よりも抵抗値を低めてもよい。

（第４の変形例）
本実施形態では、特に第１閾値配線５５３と第２閾値配線５７３の抵抗について言及していなかった。これら２つの閾値配線に抵抗が設けられてなくともよいし、抵抗が設けられてもよい。これら２つの閾値配線に設けられる抵抗の抵抗値を異ならせると、第１制御部５５０に入力される閾値電圧と、第２制御部５７０に入力される閾値電圧の電圧レベルを変えることができる。このように閾値配線に抵抗を設けることで、第１制御部５５０と第２制御部５７０に入力される閾値電圧の電圧レベルを変えることができる。

２つの閾値配線に設けられる抵抗の抵抗値は、第１スイッチ３４０と第２スイッチ３５０の電流量に応じて定めてもよい。例えば第１スイッチ３４０に流れる電流量が第２スイッチ３５０に流れる電流量に比べて多い場合、第１閾値配線５５３に設けられる抵抗を、第２閾値配線５７３に設けられる抵抗よりも低めてもよい。

（その他の変形例）
各実施形態では、電力変換装置６００に含まれるゲートドライバの例として、電気自動車用の車載システム１００を構成する電力変換器３００のゲートドライバ５１０を示した。しかしながら電力変換装置６００に含まれるゲートドライバの適用としては特に上記例に限定されない。例えばモータと内燃機関を備えるハイブリッドシステムの電力変換器のゲートドライバに適用することができる。

各実施形態では電力変換器３００が１つのコンバータ３１０と１つのインバータ３２０を有する例を示した。しかしながら、例えば図３に示すように車載システム１００がモータ４００を２つ有する構成の場合、電力変換器３００が１つのコンバータ３１０と２つのインバータ３２０を有する構成を採用することもできる。

３４０…第１スイッチ、３５０…第２スイッチ、４００…モータ、５０２…ＭＧＥＣＵ、５１０…ゲートドライバ、５３０…閾値電圧生成部、５３２…電源、５３３…上抵抗、５３４…下抵抗、５５０…第１制御部、５５３…第１閾値配線、５５４…第１駆動回路、５５５…第１比較部、５５７…第１基準スイッチ、５６０…第３内部配線、５７０…第２制御部、５７３…第２閾値配線、５７４…第２駆動回路、５７５…第２比較部、５７７…第２基準スイッチ、５８０…第１３内部配線、６００…電力変換装置

Claims (3)

1. 電位差の生じる第１接続点と第２接続点との間で並列接続された複数のスイッチ（３４０，３５０）と、
   複数の前記スイッチの駆動を個別に制御する複数の制御部（５５０，５７０）と、
   複数の前記制御部それぞれに共通の閾値電圧を供給する閾値電圧生成部（５３０）と、を有し、
   複数の前記制御部それぞれは、
   前記閾値電圧生成部に接続され、前記閾値電圧が入力される電圧配線（５５３，５６０，５７３，５８０）と、
   制御対象の前記スイッチに流れる電流に相関のあるセンサ電圧と前記電圧配線の電圧を比較する比較部（５５５，５７５）と、
   前記電圧配線と基準電位との接続を制御する基準スイッチ（５５７，５７７）と、
   前記電圧配線の電圧を検出する電圧検出部（５５４，５７４）と、を有し、
   複数の前記制御部それぞれの前記電圧配線は互いに電気的に接続され、
   前記比較部で前記センサ電圧が前記閾値電圧を上回ることが検出された場合、前記基準スイッチは閉状態となり、前記電圧配線の電圧が前記閾値電圧から変化する電力変換装置。
2. 前記電圧検出部は、前記電圧配線の電圧が前記閾値電圧から変化したことを検出すると、制御対象の前記スイッチを強制的にオフ状態にする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記閾値電圧生成部は、電源（５３２）と前記基準電位との間で直列接続された複数の抵抗（５３３，５３４）を有し、
   複数の前記制御部それぞれの前記電圧配線は複数の前記抵抗の間の中点に接続されている請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。

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