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JP7765366B2 - 電子回路、電力変換装置およびデータ生成方法 - Google Patents
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JP7765366B2 - 電子回路、電力変換装置およびデータ生成方法 - Google Patents

電子回路、電力変換装置およびデータ生成方法

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Description

本実施の形態は、電子回路、電力変換装置およびデータ生成方法に関する。
パワーエレクトロニクスの分野では、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体スイッチング素子が用いられている。これらのスイッチング素子を含む回路では、素子のスイッチング動作を高速化することにより、電力損失を低減することができる。しかしながら、素子のスイッチング動作を高速化しすぎると、素子のターンオン時やターンオフ時に流れる電流にリンギングが発生してしまう。このような電流リンギングはノイズを発生される原因となる。すなわち、電力損失の低減とノイズの抑制とはトレードオフの関係にある。
上記のトレードオフを最適化する方法として、アクティブゲート制御技術が研究されている。アクティブゲート制御技術では、電力損失の低減とノイズの抑制とが両立するように、スイッチング素子のターンオン時およびターンオフ時の駆動信号の波形を予め実験的または理論的に決定し、これらの波形データを記憶回路に記憶させておく。スイッチング素子の駆動回路は、記憶回路から提供される波形データに従って駆動信号を生成し、当該駆動信号によってスイッチング素子を駆動する。
特許第６３５５７７５号公報
本実施の形態は、スイッチング素子のターンオン時における電力損失の低減とノイズの抑制とが両立するような駆動電流の波形データを生成する電子回路を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本実施の形態に係る電子回路は、スイッチング素子に供給される駆動電流の波形データを生成し、波形データをスイッチング素子の駆動回路に提供し、スイッチング素子のターンオン時に、スイッチング素子に接続される負荷に流れる負荷電流およびスイッチング素子のサージ電流に基づいて、波形データを修正する処理回路を備える。
また、本実施の形態に係る電力変換装置は、アーム対を構成する２つのスイッチング素子と、２つのスイッチング素子にそれぞれ駆動電流を供給する２つの駆動回路とを含む電力変換回路と、処理回路とを備え、処理回路は、駆動電流の波形データを生成し、波形データを駆動回路に提供し、スイッチング素子のターンオン時に、スイッチング素子に接続される負荷に流れる負荷電流およびスイッチング素子のサージ電流に基づいて、波形データを修正する。
また、本実施の形態に係るデータ生成方法は、スイッチング素子に供給される駆動電流の波形データを生成し、波形データをスイッチング素子の駆動回路に提供し、スイッチング素子のターンオン時に、スイッチング素子に接続される負荷に流れる負荷電流およびスイッチング素子のサージ電流に基づいて、波形データを修正する。
実施の形態１に係るモーター制御システムの構成を示す図。 スイッチング素子のターンオン時の等価回路。 スイッチング素子のターンオン時の動作を説明するタイミングチャート。 スイッチング素子のターンオン時の好ましい動作を説明するタイミングチャート。 スイッチング素子のターンオン時の好ましくない動作を説明するタイミングチャート。 スイッチング素子のターンオン時の好ましくない動作を説明するタイミングチャート。 電子回路の内部の構成を示す図。 選択回路による波形データの選択方法の例を示す図。 電子回路による波形データの決定動作を説明するフローチャート。 波形データが決定されるまでの様子を示す図。 決定された波形データの例を示す図。 決定された波形データの別の例を示す図。
以下では、図面を参照しながら、本実施の形態について説明する。図面において同一または対応する要素には同じ参照符号を付して、詳細な説明は適宜省略する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るモーター制御システム１００の構成を示す図である。モーター制御システム１００は、負荷としての三相交流モーター１と、直流電源Ｖｄｃと、三相のインバータ回路１０を構成するスイッチング素子１１ａ～１１ｆと、スイッチング素子１１ａ～１１ｆを駆動する駆動回路１２ａ～１２ｆとを備えている。
スイッチング素子１１ａおよび１１ｂは、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子１１ａおよび１１ｂによって、インバータ回路１０のＵ相のアーム対が構成される。駆動回路１２ａは、スイッチング素子１１ａの駆動電流としてのゲート電流を制御することにより、スイッチング素子１１ａのスイッチング動作、すなわちターンオンおよびターンオフを制御する。駆動回路１２ｂは、スイッチング素子１１ｂのゲート電流を制御することにより、スイッチング素子１１ｂのスイッチング動作を制御する。
同様に、スイッチング素子１１ｃおよび１１ｄは、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子１１ｃおよび１１ｄによって、インバータ回路１０のＶ相のアーム対が構成される。駆動回路１２ｃは、スイッチング素子１１ｃのゲート電流を制御することにより、スイッチング素子１１ｃのスイッチング動作を制御する。駆動回路１２ｄは、スイッチング素子１１ｄのゲート電流を制御することにより、スイッチング素子１１ｄのスイッチング動作を制御する。
同様に、スイッチング素子１１ｅおよび１１ｆは、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子１１ｅおよび１１ｆによって、インバータ回路１０のＷ相のアーム対が構成される。駆動回路１２ｅは、スイッチング素子１１ｅのゲート電流を制御することにより、スイッチング素子１１ｅのスイッチング動作を制御する。駆動回路１２ｆは、スイッチング素子１１ｆのゲート電流を制御することにより、スイッチング素子１１ｆのスイッチング動作を制御する。
また、モーター制御システム１００は、電子回路２０を備えている。電子回路２０は、モーター制御システム１００の運転に先立って、スイッチング素子１１ａ～１１ｆのゲート電流の波形データを決定して記憶しておく。電子回路２０は、モーター制御システム１００の運転時において、モーター１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流に基づいて、スイッチング素子１１ａ～１１ｆの駆動回路１２ａ～１２ｆにゲート電流の波形データを提供する。
詳細には、電子回路２０は、モーター１のＵ相の電流に基づいて、駆動回路１２ａおよび１２ｂにゲート電流の波形データを提供する。駆動回路１２ａは、電子回路２０から提供される波形データに従ってゲート電流を生成し、スイッチング素子１１ａに供給する。駆動回路１２ｂは、電子回路２０から提供される波形データに従ってゲート電流を生成し、スイッチング素子１１ｂに供給する。
同様に、電子回路２０は、モーター１のＶ相の電流に基づいて、駆動回路１２ｃおよび１２ｄにゲート電流の波形データを提供する。駆動回路１２ｃは、電子回路２０から提供される波形データに従ってゲート電流を生成し、スイッチング素子１１ｃに供給する。駆動回路１２ｄは、電子回路２０から提供される波形データに従ってゲート電流を生成し、スイッチング素子１１ｄに供給する。
同様に、電子回路２０は、モーター１のＷ相の電流に基づいて、駆動回路１２ｅおよび１２ｆにゲート電流の波形データを提供する。駆動回路１２ｅは、電子回路２０から提供される波形データに従ってゲート電流を生成し、スイッチング素子１１ｅに供給する。駆動回路１２ｆは、電子回路２０から提供される波形データに従ってゲート電流を生成し、スイッチング素子１１ｆに供給する。
ここで、図１のスイッチング素子１１ａ～１１ｆのターンオン時の動作について説明する。以降の説明では、スイッチング素子１１ａに注目し、当該スイッチング素子１１ａがターンオンする際の動作について説明する。ただし、以降の説明は、他のスイッチング素子１１ｂ～１１ｆについても、同様に成立する。
図２は、図１のスイッチング素子１１ａのターンオン時の等価回路である。スイッチング素子１１ａがターンオンする時、スイッチング素子１１ａと共にＵ相のアーム対を構成するスイッチング素子１１ｂはオフ状態である。図２では、オフ状態のスイッチング素子１１ｂがダイオードＤｉｏと寄生キャパシタＣｄｉｏとによって表されている。
インダクタＬｌｏａｄは、負荷であるモーター１のインダクタンスを表している。インダクタＬｄは、スイッチング素子１１ａおよび１１ｂのドレイン端子同士を接続する配線の寄生インダクタンスを表している。
スイッチング素子１１ａは、ゲート－ソース間の寄生キャパシタＣｇｓと、ゲート－ドレイン間の寄生キャパシタＣｇｄと、ドレイン－ソース間の寄生キャパシタＣｄｓとを有している。駆動回路１２ａは、スイッチング素子１１ａのゲート端子にゲート電流Ｉｇを供給する。
図３は、スイッチング素子１１ａのターンオン時の動作を説明するタイムチャートである。図３の左端の初期状態において、駆動回路１２ａから供給されるゲート電流Ｉｇは０であり、スイッチング素子１１ａのゲート電圧も０である。したがって、スイッチング素子１１ａはオフ状態であり、ドレイン電流Ｉｄは０、ドレイン電圧ＶｄはダイオードＤｉｏのアノード側の電圧Ｖｄｉｏに等しい。
時刻ｔ１において、駆動回路１２ａは、ゲート電流Ｉｇをステップ状に増加させる。これにより、スイッチング素子１１ａのゲート－ソース間の寄生キャパシタＣｇｓの充電が開始され、スイッチング素子１１ａのゲート電圧が上昇していく。
時刻ｔ２において、スイッチング素子１１ａのゲート電圧が閾値電圧を上回ると、チャネルが形成されてドレイン電流Ｉｄが流れ始める。ドレイン電流Ｉｄは、ゲート電圧の上昇に伴って増加していく。図３では、ドレイン電流Ｉｄの増加を１次関数で近似している。
このとき、ダイオードＤｉｏはオンであり、そのアノード側の電圧Ｖｄｉｏは変化せずに一定である。その一方で、ドレイン電流Ｉｄが流れることにより、インダクタＬｄの両端に電圧Ｖｏが発生し、ドレイン電圧Ｖｄは低下する。
時刻ｔ３において、ドレイン電流ＩｄがインダクタＬｌｏａｄに流れる電流の定常成分、すなわち負荷電流Ｉｄｃと等しくなると、ダイオードＤｉｏがオフになり、そのアノード側の電圧Ｖｄｉｏが低下していく。このとき、図２に示されるような共振ループが形成され、ドレイン電流Ｉｄのリンギングが発生する。ドレイン電流Ｉｄのリンギングの振幅のピーク値、すなわちサージ電流Ｉｓｕｒｇｅの大きさは、インダクタＬｄの共振開始時の両端電圧Ｖｏに比例する。
先述したように、本実施の形態１では、スイッチング素子１１ａのターンオン時における電力損失の低減とノイズの抑制とを両立させることを目的としている。
まず、電力損失の低減という観点からは、ゲート電流Ｉｇは大きいほうがよい。ゲート電流Ｉｇが大きいことにより、ゲート電圧が速く上昇し、ドレイン電流Ｉｄの傾きが大きくなる。結果として、ターンオンが完了するまでの時間が短くなり、電力損失が低減される。
これに対して、ノイズの抑制という観点からは、ゲート電流Ｉｇは小さいほうがよい。先述したように、ノイズの原因となるドレイン電流Ｉｄのリンギングの振幅のピーク値、すなわちサージ電流Ｉｓｕｒｇｅの大きさは、共振開始時におけるインダクタＬｄの両端電圧Ｖｏに比例する。そのため、共振開始時におけるインダクタＬｄの両端電圧Ｖｏを小さくすることにより、ノイズの原因となるサージ電流Ｉｓｕｒｇｅを小さくすることができる。
共振開始時におけるインダクタＬｄの両端電圧Ｖｏを小さくするためには、ゲート電流Ｉｇは小さいほうがよい。ゲート電流Ｉｇが小さいことにより、ドレイン電流Ｉｄの傾きが小さくなり、インダクタＬｄに流れる電流の変化率が減少することにより、共振開始時におけるインダクタＬｄの両端電圧Ｖｏが小さくなる。したがって、ノイズの抑制という観点からは、ゲート電流Ｉｇは小さいほうがよい。
上記の考察から、スイッチング素子１１ａの電力損失の低減とノイズの抑制とを両立させるためには、図４に示されるように、ゲート電流Ｉｇの供給開始から共振ループが形成される時刻ｔ３の直前までの期間ＴＰは、大きなゲート電流（第１の電流値Ｉｇ１）を供給し、それ以降の期間は、小さなゲート電流（第２の電流値Ｉｇ２）を供給することが好ましい。
共振ループが形成される直前までは大きなゲート電流を供給することにより、ターンオンが完了するまでの時間が短くなり、電力損失が低減される。また、共振ループが形成される直前からは小さなゲート電流を供給することにより、共振開始時におけるインダクタＬｄの両端電圧Ｖｏが小さくなり、ノイズの原因となるドレイン電流Ｉｄのリンギングのピーク値、すなわちサージ電流Ｉｓｕｒｇｅが小さくなる。
なお、図５に示されるように、期間ＴＰが長すぎることにより、ゲート電流Ｉｇが減少するタイミングが、共振ループが形成されるタイミングｔ３よりも遅れてしまうと、電力損失は低減されるが、インダクタＬｄの共振開始時の両端電圧Ｖｏが大きいため、ノイズの原因となるドレイン電流Ｉｄのリンギングは抑制されない。
また、図６に示されるように、期間ＴＰが短すぎることにより、ゲート電流Ｉｇが減少するタイミングが、共振ループが形成されるタイミングｔ３よりも過度に早すぎると、ノイズの原因となるドレイン電流Ｉｄのリンギングは抑制されるが、電力損失の低減の効果は低い。
したがって、期間ＴＰの長さ、すなわちゲート電流Ｉｇが減少するタイミングは、先述した図４に示されるように、共振ループが形成されるタイミングｔ３の直前であることが最も好ましい。
ここで、先述したように、共振ループが形成されるタイミングｔ３は、ドレイン電流Ｉｄとモーター１に流れる負荷電流Ｉｄｃとが等しくなり、ダイオードＤｉｏがオンするタイミングであった。すなわち、共振ループが形成されるタイミングｔ３は、モーター１に流れる負荷電流Ｉｄｃの値に応じて変化する。このことを考慮して、本実施の形態１では、ゲート電流Ｉｇにおける第１の電流値Ｉｇ１の期間ＴＰの長さを、負荷電流Ｉｄｃの値に応じて変化させる。
図７は、図１の電子回路２０の内部の構成を示す図である。電子回路２０は、設定回路２１と、生成回路２２と、提供回路２３と、決定回路２４と、記憶回路２５と、選択回路２６とを備えている。また、電子回路２０は、モーター１に流れる電流の定常成分である負荷電流Ｉｄｃを検出する第１の検出回路２７と、ドレイン電流Ｉｄのリンギングの振幅のピーク値であるサージ電流Ｉｓｕｒｇｅを検出する第２の検出回路２８とを備えている。
設定回路２１、生成回路２２、提供回路２３、決定回路２４、および選択回路２６のうちの少なくとも１つは、処理回路３０に含まれてもよい。処理回路３０は、少なくとも１つのプロセッサによって実現される。プロセッサは、例えば制御回路や演算回路を含み、アナログ信号処理を行う回路またはデジタル信号処理を行う回路等で実現される。プロセッサは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、汎用目的プロセッサ、マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、半導体チップ、ディスクリート部品、およびこれらの組み合わせであってもよい。
設定回路２１は、スイッチング素子１１ａ～１１ｆのゲート電流Ｉｇの波形データを生成および選択する際の基準となるＮ個の基準電流Ｉ１～ＩＮの値を設定する。ただし、Ｉ１＞・・・＞ＩＮ＞０である。
生成回路２２は、モーター制御システム１００の運転に先立って、スイッチング素子１１ａ～１１ｆをターンオンさせる際に、駆動回路１２ａ～１２ｆからスイッチング素子１１ａ～１１ｆに供給されるゲート電流Ｉｇの波形データを生成する。また、生成回路２２はモーター１に流れる負荷電流Ｉｄｃおよびスイッチング素子１１ａ～１１ｆのサージ電流Ｉｓｕｒｇｅに基づいて、波形データを修正する。
提供回路２３は、モーター制御システム１００の運転に先立って、生成回路２２によって生成または修正された波形データをスイッチング素子１１ａ～１１ｆの駆動回路１２ａ～１２ｆに提供することにより、スイッチング素子１１ａ～１１ｆを当該波形データに従うゲート電流Ｉｇによって駆動させる。
決定回路２４は、モーター制システム１００の運転に先立って、スイッチング素子１１ａ～１１ｆのターンオン時に、モーター１に流れる負荷電流Ｉｄｃおよびスイッチング素子１１ａ～１１ｆのサージ電流Ｉｓｕｒｇｅに応じた波形データを決定する。決定回路２４は、負荷電流Ｉｄｃの値に応じて、第１の電流値Ｉｇ１の期間ＴＰの長さが異なるＮ個の波形データを決定する。
記憶回路２５は、Ｎ個のルックアップテーブル（ＬＵＴ＿１～ＬＵＴ＿Ｎ）を含んでいる。ＬＵＴ＿１～ＬＵＴ＿Ｎには、決定回路２４によって決定されたＮ個の波形データが記憶される。
選択回路２６は、モーター制御システム１００の運転時において、スイッチング素子１１ａ～１１ｆをターンオンさせる際に、第１の検出回路２７によって検出されるモーター１の負荷電流Ｉｄｃに基づいて、記憶回路２５のＬＵＴ＿１～ＬＵＴ＿Ｎに記憶されているＮ個の波形データの中から１つを選択し、スイッチング素子１１ａ～１１ｆの駆動回路１２ａ～１２ｆに提供する。
詳細には、Ｕ相のアーム対を構成するスイッチング素子１１ａまたは１１ｂをターンオンさせる際には、選択回路２６は、第１の検出回路２７によって検出されるＵ相の負荷電流Ｉｄｃに基づいて、記憶回路２５のＬＵＴ＿１～ＬＵＴ＿Ｎに記憶されているＮ個の波形データの中から１つを選択する。
同様に、Ｖ相のアーム対を構成するスイッチング素子１１ｃまたは１１ｄをターンオンさせる際には、選択回路２６は、第１の検出回路２７によって検出されるＶ相の負荷電流Ｉｄｃに基づいて、記憶回路２５のＬＵＴ＿１～ＬＵＴ＿Ｎに記憶されているＮ個の波形データの中から１つを選択する。
同様に、Ｗ相のアーム対を構成するスイッチング素子１１ｅまたは１１ｆをターンオンさせる際には、選択回路２６は、第１の検出回路２７によって検出されるＷ相の負荷電流Ｉｄｃに基づいて、記憶回路２５のＬＵＴ＿１～ＬＵＴ＿Ｎに記憶されているＮ個の波形データの中から１つを選択する。
図８は、選択回路２６による波形データの選択方法について、Ｎ＝３の場合の例を示す図である。ＬＵＴ＿１～ＬＵＴ＿３には、期間ＴＰの長さが異なる波形データＤ１～Ｄ３が記憶されている。また、波形データを選択する際の基準となる３つの基準電流Ｉ１～Ｉ３が定義されている。ただし、Ｉ１＞Ｉ２＞Ｉ３＞０である。
負荷電流Ｉｄｃが基準電流Ｉ１以上の時、すなわちＩｄｃ≧Ｉ１の時、ＬＵＴ＿１に記憶されている波形データＤ１が選択される。
負荷電流Ｉｄｃが基準電流Ｉ１より小さく、かつ基準電流Ｉ２以上の時、すなわちＩ２≦Ｉｄｃ＜Ｉ１の時、ＬＵＴ＿２に記憶されている波形データＤ２が選択される。
負荷電流Ｉｄｃが基準電流Ｉ２より小さく、かつ基準電流Ｉ３以上の時、すなわちＩ３≦Ｉｄｃ＜Ｉ２の時、ＬＵＴ＿３に記憶されている波形データＤ３が選択される。
次に、本実施の形態１に係る電子回路２０がスイッチング素子１１ａ～１１ｆのゲート電流Ｉｇの波形データを決定する際の具体的な動作について説明する。図９は、電子回路２０がゲート電流Ｉｇの波形データを決定する際の動作を説明するフローチャートである。また、以降の説明では、スイッチング素子１１ａに着目して説明する。ただし、以降の説明は、他のスイッチング素子１１ｂ～１１ｆについても、同様に成立する。
ステップＳ１において、設定回路２１は、ゲート電流Ｉｇの波形データを生成する際の基準となる基準電流Ｉｎ（ｎ＝１～Ｎ）の値を設定する。例えば、Ｎ＝３の場合には、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の値を設定する。ただし、Ｉ１＞Ｉ２＞Ｉ３＞０である。ステップＳ２において、設定回路２１は、インデックスｎの値を１に設定する。
ステップＳ３において、生成回路２２は、インデックスｎの値に応じて、期間ＴＰの長さの初期値を設定し、（一時的な）波形データＤｎを生成する。例えば、ｎ＝１の場合には、波形データＤ１の期間ＴＰの長さの初期値は、スイッチング素子１１ａの仕様上許容される最大値に設定される。また、ｎ＞１の場合には、波形データＤｎの期間ＴＰの長さの初期値は、後述するステップＳ８で決定された波形データＤｎ－１の期間ＴＰの長さに設定される。
ステップＳ４において、提供回路２３は、上記のステップＳ３で生成された波形データＤｎまたは後述するステップＳ７で修正された波形データＤｎを駆動回路１２ａに提供する。例えば、ｎ＝１の場合には、波形データＤ１が駆動回路１２ａに提供される。駆動回路１２ａは、提供された波形データＤｎに従ってゲート電流Ｉｇを生成し、スイッチング素子１１ａに供給する。これにより、スイッチング素子１１ａのターンオンが開始され、第１の検出回路２７によって検出されるモーター１の負荷電流Ｉｄｃが増加していく。
ステップＳ５において、決定回路２４は、第２の検出回路２８から、負荷電流Ｉｄｃ＝基準電流Ｉｎ－ΔＩａにおける第１のサージ電流値と、負荷電流Ｉｄｃ＝基準電流Ｉｎ＋ΔＩｂにおける第２のサージ電流値とを取得する。ただし、ΔＩａおよびΔＩｂは、所定の第１の微小値および第２の微小値である。
例えば、ｎ＝１の場合には、負荷電流Ｉｄｃ＝基準電流Ｉ１－ΔＩａにおける第１のサージ電流値と、負荷電流Ｉｄｃ＝基準電流Ｉ１＋ΔＩｂにおける第２のサージ電流値とが取得される。なお、第１の微小値ΔＩａおよび第２の微小値ΔＩｂの大きさは任意であるが、例えば、基準電流Ｉｎと基準電流Ｉｎ＋１との差の１～１０パーセント程度に設定される。
ステップＳ６において、決定回路２４は、第１のサージ電流値と第２のサージ電流値との差が所定の値ΔＴＨ以上であるか否かを判定する。第１のサージ電流値と第２のサージ電流値との差が所定の値ΔＴＨ未満の場合（ステップＳ６＝ＮＯ）には、処理はステップＳ７に進む。一方、第１のサージ電流値と第２のサージ電流値との差が所定の値ΔＴＨ以上の場合（ステップＳ６＝ＹＥＳ）には、処理はステップＳ８に進む。
ステップＳ７において、生成回路２２は、ステップＳ４で提供された波形データＤｎを、期間ＴＰの長さを所定量だけ短縮した波形データＤｎに修正する。例えば、ｎ＝１の場合には、波形データＤ１は、期間ＴＰの長さが所定量だけ短縮された波形データＤ１に修正される。その後、処理は上記のステップＳ４に戻る。
ステップＳ８において、決定回路２４は、生成回路２２から期間ＴＰの現在の値を取得し、波形データＤｎの期間ＴＰの長さを当該取得された値に決定する。決定回路２４は、決定された期間ＴＰを有する波形データＤｎを、対応するルックアップテーブルに記憶させる。例えば、ｎ＝１の場合には、決定された期間ＴＰを有する波形データＤ１がＬＵＴ＿１に記憶される。
ステップＳ９において、設定回路２１は、インデックスｎ＝Ｎであるか否かを判定する。ｎ＜Ｎの場合、すなわちＮ個の波形データのルックアップテーブルへの記憶が完了していない場合（ステップＳ９＝ＮＯ）には、設定回路２１は、インデックスｎの値に１を加算し（ステップＳ１０）、処理はステップＳ３に戻る。一方、ｎ＝Ｎの場合、すなわちＮ個の波形データのルックアップテーブルへの記憶が完了している場合（ステップＳ９＝ＹＥＳ）には、処理が終了する。
図１０は、波形データＤ１の期間ＴＰの長さが所定量ずつ短縮されていき、決定されるまでの様子を示す図である。図１０の上段では、第１のサージ電流値と第２のサージ電流値とが等しく共に大きな値であり、両者の差は所定の値ΔＴＨ未満である（図９のステップＳ６＝ＮＯ）。このことは、期間ＴＰが長すぎることにより、ゲート電流Ｉｇが減少するタイミングが、共振ループが形成されるタイミングよりも遅れていることを意味している。この場合、電力損失は低減されるが、ノイズの原因となるドレイン電流Ｉｄのリンギングは抑制されない。したがって、生成回路２２は、波形データＤ１の期間ＴＰの長さを所定量だけ短縮する（図９のステップＳ７）。
図１０の中段では、第１のサージ電流値と第２のサージ電流値とは僅かに異なるが共に大きな値であり、両者の差は所定の値ΔＴＨ未満である（図９のステップＳ６＝ＮＯ）。このことは、期間ＴＰがいまだ長すぎることにより、ゲート電流Ｉｇが減少するタイミングが、共振ループが形成されるタイミングよりもいまだ遅れていることを意味している。この場合、電力損失は低減されるが、ノイズの原因となるドレイン電流Ｉｄのリンギングは十分には抑制されない。したがって、生成回路２２は、波形データＤ１の期間ＴＰの長さを所定量だけさらに短縮する（図９のステップＳ７）。
図１０の下段では、第１のサージ電流値と第２のサージ電流値とが大きく異なり、両者の差は所定の値ΔＴＨ以上である（図９のステップＳ６＝ＹＥＳ）。すなわち、負荷電流Ｉｄｃ＝基準電流Ｉ１の近傍において、サージ電流値が急激に変化している。このことは、ゲート電流Ｉｇが減少するタイミングと、共振ループが形成されるタイミングとがほぼ等しいことを意味している。この場合、電力損失が低減されるとともに、ノイズの原因となるドレイン電流Ｉｄのリンギングも十分に抑制される。すなわち、電力損失の低減とノイズの抑制とが両立する。したがって、決定回路２４は、波形データＤの期間ＴＰの長さを現在の値に決定する（図７のステップＳ８）。
図１１は、図９のフローチャートに従って決定された波形データＤｎについて、Ｎ＝３の場合の例を示す図である。負荷電流Ｉｄｃの値に応じて、期間ＴＰの長さが異なる波形データＤ１～Ｄ３が決定されている。このとき、負荷電流Ｉｄｃの値が大きいほど、期間ＴＰが長くなっている。これは負荷電流Ｉｄｃの値が大きいほど、ドレイン電流Ｉｄが負荷電流Ｉｄｃと等しくなって共振ループが形成されるまでに長い時間を要するためである。
図１２は、波形データの別の例を示す図である。図１１のような波形を決定したあとの時刻ｔ３よりも後に、図１２の下段に点線に示されるように、ゲート電流Ｉｇを再度大きくしてもよい。ゲート電流Ｉｇを再度大きくすることで、スイッチング素子のゲート電圧が駆動回路の電源電圧に到達する時間を早めることができ、予期せぬノイズによりゲート電圧が変動しパワーデバイスが意図せぬ動作をすることを防ぐことができる。
以上説明したように、本実施の形態１に係る電子回路２０は、処理回路３０を備えている。処理回路３０は、スイッチング素子に供給される駆動電流の波形データを生成する生成処理と、波形データをスイッチング素子の駆動回路に提供する提供処理と、スイッチング素子のターンオン時に、スイッチング素子に接続される負荷に流れる負荷電流Ｉｄｃおよびスイッチング素子のサージ電流Ｉｓｕｒｇｅに基づいて、波形データを修正し、負荷電流Ｉｄｃおよびサージ電流Ｉｓｕｒｇｅに応じた波形データを決定する決定処理とを実行する。
上記の特徴により、本実施の形態１に係る電子回路２０は、スイッチング素子のターンオン時における電力損失の低減とノイズの抑制とが両立するような駆動電流の波形データを生成することができる。
また、本実施の形態１に係る電子回路２０では、基準電流Ｉｎは、Ｉ１～ＩＮまでのＮ個の基準電流を含んでいる。処理回路３０は、上記の決定処理において、Ｎ個の基準電流Ｉ１～ＩＮのそれぞれについて、波形データを修正し、決定する。詳細には、第１の基準電流Ｉ１について決定された波形データは、負荷電流Ｉｄｃが第１の基準電流Ｉ１以上の時に対応する波形データである。第ｎの基準電流Ｉｎについて決定された波形データは、負荷電流Ｉｄｃが第ｎの基準電流Ｉｎ以上、かつ第ｎ－１の基準電流Ｉｎ－１未満の時に対応する波形データである。
上記の特徴により、本実施の形態１に係る電子回路２０は、負荷電流Ｉｄｃの値に応じて、スイッチング素子のターンオン時における電力損失の低減とノイズの抑制とが両立するような駆動電流の波形データを決定することができる。
なお、上記の実施の形態１において、図７のステップＳ８で期間ＴＰの長さを決定する際には、現在の値よりもさらに短く修正し、決定してもよい。このように余裕をもたせることにより、ノイズの抑制がより確実になる。
また、上記の実施の形態１では、波形データの期間ＴＰの長さを修正・決定する際に、期間ＴＰの初期値を可能な限り長く設定した後に、所定量ずつ短縮していった。このことは電力損失の低減の効果は大きいがノイズの抑制が不十分な初期状態から、電力損失の低減の効果を少しずつ弱めながら、ノイズの原因となるサージ電流が十分に抑制される状態になるまで、期間ＴＰを短縮していくことを意味している。換言すれば、電力損失の低減よりもノイズの抑制をより重要視していることを意味している。
これに代えて、波形データの期間ＴＰの長さを修正・決定する際に、期間ＴＰの初期値を可能な限り短く設定した後に、所定量ずつ延長していってもよい。この場合には、ノイズの抑制の効果は十分であるが電力損失の大きい初期状態から、電力損失を低減するために、ノイズの抑制の効果が保たれるぎりぎりのところまで、期間ＴＰを延長していくことを意味している。換言すれば、ノイズの抑制よりも電力損失の低減をより重要視することを意味している。
（変形例）
上記の実施の形態１では、スイッチング素子１１ａ～１１ｆによって三相のインバータ回路１０が構成されていた。各スイッチング素子のペアにおいて、両者は共にＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴであった。これに代えて、例えば、コンバータ回路を構成する場合には、各スイッチング素子のペアにおいて、一方のスイッチング素子はＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴであり、他方のスイッチング素子はダイオードとなる。
また、スイッチング素子１１ａ～１１ｆは、ＭＯＳＦＥＴに限定されるものではない。例えば、スイッチング素子１１a～１１ｆは、ＩＧＢＴまたはＢＪＴ（Bipolar Junction Transistor）であってもよい。また、スイッチング素子１１ａ～１１ｆを構成する半導体としては、Ｓｉ（Silicon）、ＳｉＣ（Silicon Carbide）、またはＧａＮ（Gallium Nitride）等の様々な材料を用いることができる。
幾つかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は例として提示したものであり、実施の形態の範囲を限定することは意図していない、これらの実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、実施の形態の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施の形態やその変形は、実施の形態の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲とその均等の範囲に含まれるものである。
なお、本実施の形態は、以下のような構成を取ることもできる。
［項目１］
スイッチング素子に供給される駆動電流の波形データを生成し、
前記波形データを前記スイッチング素子の駆動回路に提供し、
前記スイッチング素子のターンオン時に、前記スイッチング素子に接続される負荷に流れる負荷電流および前記スイッチング素子のサージ電流に基づいて、前記波形データを修正する処理回路を備える、電子回路。
［項目２］
前記処理回路は、基準電流を設定し、
前記処理回路は、前記負荷電流が前記基準電流よりも所定の第１の値だけ小さい時の第１のサージ電流値と、前記負荷電流が前記基準電流よりも所定の第２の値だけ大きい時の第２のサージ電流値とに基づいて、前記波形データを修正する、項目１に記載の電子回路。
［項目３］
前記波形データは、第１の電流値の期間と、該第１の電流値よりも小さい第２の電流値の期間とを含み、
前記処理回路は、前記第１の電流値の期間を修正することにより、前記波形データを修正する、項目１または２に記載の電子回路。
［項目４］
前記処理回路は、前記第１の電流値の期間の長さを所定量ずつ短縮または延長していき、前記第１のサージ電流値と前記第２のサージ電流値との差が所定の値以上となった時に、前記第１の電流値の期間を決定する、項目３に記載の電子回路。
［項目５］
前記基準電流は、第１から第ＮまでのＮ個（Ｎは２以上の整数）の基準電流を含み、
前記処理回路は、前記Ｎ個の基準電流のそれぞれについて、前記波形データを決定する、項目２～４のいずれか一項に記載の電子回路。
［項目６］
前記第１の値および前記第２の値は、第ｎの基準電流（ｎは１～Ｎまでの整数）と第ｎ＋１の基準電流との差の１～１０パーセントの範囲の値である、項目５に記載の電子回路。
［項目７］
第１の基準電流について決定された前記波形データは、前記負荷電流が前記第１の基準電流以上の時に対応する波形データであり、
第ｎ（ｎは２～Ｎまでの整数）の基準電流について決定された前記波形データは、前記負荷電流が前記第ｎの基準電流以上、かつ第ｎ－１の基準電流未満の時に対応する波形データである、項目５または６に記載の電子回路。
［項目８］
前記負荷電流を検出する第１の検出回路をさらに備える、項目１～７のいずれか一項に記載の電子回路。
［項目９］
前記サージ電流を検出する第２の検出回路をさらに備える、項目１～８のいずれか一項に記載の電子回路。
［項目１０］
前記修正された前記波形データを記憶する記憶回路をさらに備える、項目１～９のいずれか一項に記載の電子回路。
［項目１１］
項目１～１０のいずれか一項に記載の電子回路であって、
前記電子回路から提供される前記駆動電流の前記波形データに従って駆動電流を生成し、前記スイッチング素子に供給する前記駆動回路をさらに備える、電子回路。
［項目１２］
前記駆動回路から供給される前記駆動電流によって駆動される前記スイッチング素子をさらに備える、項目１～１１のいずれか一項に記載の電子回路。
［項目１３］
アーム対を構成する２つのスイッチング素子と、
前記２つのスイッチング素子にそれぞれ駆動電流を供給する２つの駆動回路と
を含む電力変換回路と、
処理回路と
を備え、
前記処理回路は、
前記駆動電流の前記波形データを生成し、
前記波形データを前記駆動回路に提供し、
前記スイッチング素子のターンオン時に、前記スイッチング素子に接続される負荷に流れる負荷電流および前記スイッチング素子のサージ電流に基づいて、前記波形データを修正する、電力変換装置。
［項目１４］
前記電力変換回路を３つ備える、項目１３に記載の電力変換装置。
［項目１５］
スイッチング素子に供給される駆動電流の波形データを生成し、
前記波形データを前記スイッチング素子の駆動回路に提供し、
前記スイッチング素子のターンオン時に、前記スイッチング素子に接続される負荷に流れる負荷電流および前記スイッチング素子のサージ電流に基づいて、前記波形データを修正する、データ生成方法。
１ モーター（負荷）
１０ インバータ回路
１１ａ スイッチング素子
１１ｂ スイッチング素子
１１ｃ スイッチング素子
１１ｄ スイッチング素子
１１ｅ スイッチング素子
１１ｆ スイッチング素子
１２ａ 駆動回路
１２ｂ 駆動回路
１２ｃ 駆動回路
１２ｄ 駆動回路
１２ｅ 駆動回路
１２ｆ 駆動回路
２０ 電子回路
２１ 設定回路
２２ 生成回路
２３ 提供回路
２４ 決定回路
２５ 記憶回路
２６ 選択回路
２７ 第１の検出回路
２８ 第２の検出回路
３０ 処理回路
Ｄｎ 波形データ
Ｉｄｃ 負荷電流
Ｉｄ ドレイン電流
Ｉｇ ゲート電流（駆動電流）
Ｉｇ１ 第１の電流値
Ｉｇ２ 第２の電流値
Ｉｎ 基準電流
Ｉｓｕｒｇｅ サージ電流
ＩΔａ 第１の微小値
ＩΔｂ 第２の微小値
ＴＰ 期間
Ｖｄ ドレイン電圧
Ｖｏ インダクタＬｄの両端電圧

Claims (14)

  1. スイッチング素子に供給される駆動電流の波形データを生成し、
    前記波形データを前記スイッチング素子の駆動回路に提供し、
    前記スイッチング素子のターンオン時に、前記スイッチング素子に接続される負荷に流れる負荷電流および前記スイッチング素子のサージ電流に基づいて、前記波形データを修正する処理回路を備え、
    前記処理回路は、基準電流を設定し、前記負荷電流が前記基準電流よりも所定の第１の値だけ小さい時の第１のサージ電流値と、前記負荷電流が前記基準電流よりも所定の第２の値だけ大きい時の第２のサージ電流値とに基づいて、前記波形データを修正する、
    電子回路。
  2. 前記波形データは、第１の電流値の期間と、該第１の電流値よりも小さい第２の電流値の期間とを含み、
    前記処理回路は、前記第１の電流値の期間を修正することにより、前記波形データを修正する、請求項１に記載の電子回路。
  3. 前記処理回路は、前記第１の電流値の期間の長さを所定量ずつ短縮または延長していき、前記第１のサージ電流値と前記第２のサージ電流値との差が所定の値以上となった時に、前記第１の電流値の期間を決定する、請求項２に記載の電子回路。
  4. 前記基準電流は、第１から第ＮまでのＮ個（Ｎは２以上の整数）の基準電流を含み、
    前記処理回路は、前記Ｎ個の基準電流のそれぞれについて、前記波形データを決定する、請求項１に記載の電子回路。
  5. 前記第１の値および前記第２の値は、第ｎの基準電流（ｎは１～Ｎまでの整数）と第ｎ＋１の基準電流との差の１～１０パーセントの範囲の値である、請求項４に記載の電子回路。
  6. 第１の基準電流について決定された前記波形データは、前記負荷電流が前記第１の基準電流以上の時に対応する波形データであり、
    第ｎ（ｎは２～Ｎまでの整数）の基準電流について決定された前記波形データは、前記負荷電流が前記第ｎの基準電流以上、かつ第ｎ－１の基準電流未満の時に対応する波形データである、請求項４に記載の電子回路。
  7. 前記負荷電流を検出する第１の検出回路をさらに備える、請求項１に記載の電子回路。
  8. 前記サージ電流を検出する第２の検出回路をさらに備える、請求項１に記載の電子回路。
  9. 前記修正された前記波形データを記憶する記憶回路をさらに備える、請求項１に記載の電子回路。
  10. 請求項１～９のいずれか一項に記載の電子回路であって、
    前記電子回路から提供される前記駆動電流の前記波形データに従って駆動電流を生成し、前記スイッチング素子に供給する前記駆動回路をさらに備える、電子回路。
  11. 前記駆動回路から供給される前記駆動電流によって駆動される前記スイッチング素子をさらに備える、請求項１０に記載の電子回路。
  12. アーム対を構成する２つのスイッチング素子と、
    前記２つのスイッチング素子にそれぞれ駆動電流を供給する２つの駆動回路と
    を含む電力変換回路と、
    処理回路と
    を備え、
    前記処理回路は、
    前記駆動電流の波形データを生成し、
    前記波形データを前記駆動回路に提供し、
    前記スイッチング素子のターンオン時に、前記スイッチング素子に接続される負荷に流れる負荷電流および前記スイッチング素子のサージ電流に基づいて、前記波形データを修正し、
    基準電流を設定し、前記負荷電流が前記基準電流よりも所定の第１の値だけ小さい時の第１のサージ電流値と、前記負荷電流が前記基準電流よりも所定の第２の値だけ大きい時の第２のサージ電流値とに基づいて、前記波形データを修正する、
    電力変換装置。
  13. 前記電力変換回路を３つ備える、請求項１２に記載の電力変換装置。
  14. スイッチング素子に供給される駆動電流の波形データを生成し、
    前記波形データを前記スイッチング素子の駆動回路に提供し、
    前記スイッチング素子のターンオン時に、前記スイッチング素子に接続される負荷に流れる負荷電流および前記スイッチング素子のサージ電流に基づいて、前記波形データを修正し、
    基準電流を設定し、前記負荷電流が前記基準電流よりも所定の第１の値だけ小さい時の第１のサージ電流値と、前記負荷電流が前記基準電流よりも所定の第２の値だけ大きい時の第２のサージ電流値とに基づいて、前記波形データを修正する、
    データ生成方法。
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