(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の正極端子と中間端子との間に接続された第１の平滑コンデンサと、
前記中間端子と前記直流電源の負極端子との間に接続された第２の平滑コンデンサと、
前記正極端子と前記負極端子との間に順次直列に接続された第１〜第４のスイッチング素子と、
前記第１〜第４のスイッチング素子にそれぞれ並列に接続された第１〜第４の還流ダイオードと、
前記中間端子にアノード側を、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との接続点にカソード側を接続された第１のクランプダイオードと、
前記第３のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子との接続点にアノード側を、前記中間端子にカソード側を接続された第２のクランプダイオードと、を備え、
前記第２のスイッチング素子と前記第３のスイッチング素子との接続点を交流出力端子に接続して３レベルの電圧出力を得る３レベル電力変換器の保護装置であって、
前記第１〜第４のスイッチング素子をそれぞれオンオフ制御する第１〜第４の駆動手段と、
前記第１〜第４のスイッチング素子のオンオフ制御を行うための制御信号を、前記第１〜第４の駆動手段に対して出力する制御手段と、を備え、
前記第１〜第４の駆動手段は、自身がオンオフ制御するスイッチング素子の短絡を検出する短絡検出手段と、前記短絡検出手段で短絡を検出したことを前記制御手段に伝達する伝達手段と、をそれぞれ備えており、
前記制御手段は、何れかの前記伝達手段から前記短絡を検出したことが伝達されたとき、先に第１及び第４のスイッチング素子をオフ状態とし、その後第２及び第３のスイッチング素子をオフ状態とするような制御信号を出力し、
前記第１及び第４の駆動手段は、自身の前記短絡検出手段で短絡を検出したとき、前記制御手段からの制御信号とは無関係に、即時に自身がオンオフ制御するスイッチング素子をオフ状態とし、
前記第２及び第３の駆動手段は、自身の前記短絡検出手段で短絡を検出したとき、前記制御手段から自身がオンオフ制御するスイッチング素子をオフ状態とする制御信号を入力したときに当該スイッチング素子をオフ状態とすることを特徴とする３レベル電力変換器の保護装置。
【請求項２】
前記第１〜第４の駆動手段は、前記短絡検出手段で短絡を非検出である通常動作時では、予め設定した通常遮断速度でスイッチング素子をオフ状態とし、前記短絡検出手段で短絡を検出している短絡検出時では、前記通常遮断速度よりも遅い遮断速度で前記スイッチング素子をオフ状態とすることを特徴とする請求項１に記載の３レベル電力変換器の保護装置。
【請求項３】
前記第１〜第４の駆動手段は、前記短絡検出時に前記スイッチング素子をオフ状態とするとき、前記スイッチング素子をオフ状態とするための遮断信号を、当該スイッチング素子の遮断開始レベルまでは前記通常遮断速度で減衰させ、その後前記通常遮断速度よりも遅い遮断速度で減衰させて前記スイッチング素子をオフ状態とすることを特徴とする請求項２に記載の３レベル電力変換器の保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正、零、負の３レベルの電圧を出力することが可能な３レベル電力変換器の保護装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来の３レベル電力変換器の保護装置の構成を示す図である。
図６において、符号１０１ａ〜１０１ｄは、電力変換器の１相分を構成する半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）である。この電力変換器は、素子１０１ａ〜１０１ｄを駆動させる箇所を変えることで、正、零、負の３レベルの電圧を出力することが可能となっている。例えば、素子１０１ａと１０１ｂとをオンすることで正電圧を出力し、素子１０１ｂと１０１ｃとをオンすることで零電圧を出力し、素子１０１ｃと１０１ｄとをオンすることで負電圧を出力する。
【０００３】
符号１０２ａ〜１０２ｄは、素子１０１ａ〜１０１ｄを駆動するゲート駆動装置であり、それぞれ短絡検知装置および短絡保護装置を有する。なお、短絡検知装置と短絡保護装置とはゲート駆動装置内で繋がっており、短絡検知装置が素子の短絡を検出した場合に、その検出信号を受けた短絡保護装置が点弧信号を遮断するよう動作し、前記素子を遮断させる。
また、符号１０３ａ〜１０３ｄは、点弧信号を発生ないし制御するゲート信号制御装置１０４から、素子１０１ａ〜１０１ｄを駆動する点弧信号をゲート駆動装置１０２ａ〜１０２ｄに伝えるための信号線である。さらに、符号１０５は、短絡検知装置で短絡検出した信号をゲート信号制御装置１０４に伝えるための信号線である。
【０００４】
３レベル電力変換器には、半導体スイッチング素子を遮断させる際の禁止条件がある。例えば、図６における素子１０１ａと１０１ｂとが導通している状態において、素子１０１ｂを先に遮断させた場合、負荷の電流は素子１０１ｃ及び１０１ｄに付随する還流素子（素子１０１ｃ，１０１ｄに並列接続された還流ダイオード）を通り処理される。このとき、素子１０１ａはまだ導通状態であることから、素子１０１ｂの入力側は正の電圧まで上昇する。さらに、素子１０１ｃ及び１０１ｄには付随する還流素子を通り負荷の電流を流していることから、素子１０１ｂの出力側には負の電圧がかかる。その結果、変換器入力にある二つの直流電源の合算電圧が素子１０１ｂの素子両端に印加されるという問題が生じる。
【０００５】
また、素子１０１ｃと１０１ｄとが導通している状態において、素子１０１ｃを先に遮断させた場合でも、素子１０１ｃには二つの直流電源の合算電圧が印加されることになり、同様の問題が生じる。
したがって、このような禁止条件にならないように、短絡検出時において、素子１０１ａと１０１ｄとを優先的に遮断させ、その後に素子１０１ｂと１０１ｃとを遮断させるようにして、素子を保護する必要がある。
【０００６】
ところが、図６に示す短絡保護装置では、短絡検出をした場合に素子を直ちに遮断するのみで、上記禁止条件とならないように遮断順序を考えて素子を遮断するような措置は取られていない。
この対策として、例えば、特許文献１に記載の技術がある。この技術は、短絡検出時、素子の駆動状態を把握して素子を遮断させる順序を制御するというものである。
【０００７】
すなわち、図７に示すように、ゲート信号制御装置１０４をゲート駆動オンオフ信号発生装置１０４ａとロジック回路１０４ｂとで構成し、ゲート駆動オンオフ信号発生装置１０４ａからゲート駆動装置１０２ａ〜１０２ｄに向かう点弧信号をロジック回路１０４ｂに通している。これにより、ロジック回路１０４ｂで、素子１０１ａ〜１０１ｄの駆動状態を把握する。また、ゲート駆動装置１０２ａ〜１０２ｄ内の短絡検知装置から信号線１０５ａ〜１０５ｄを通して送信される短絡検出信号をロジック回路１０４ｂに入力することにより、ロジック回路１０４ｂで素子１０１ａ〜１０１ｄの短絡状態を把握する。そして、このロジック回路１０４ｂで、短絡検出時における上記駆動状態及び上記短絡状態に基づいて、素子１０１ａ〜１０１ｄの遮断順序を判断する。
【０００８】
そして、ロジック回路１０４ｂは、上記遮断順序の判断結果に基づいて、信号線１０６ａ〜１０６ｄを介してゲート駆動装置１０２ａ〜１０２ｄ内の短絡保護装置を動作し、点弧信号を遮断して各素子を遮断する。なお、このとき、ゲート駆動オンオフ信号発生装置１０４ａからの正規の点弧信号は、ロジック回路１０４ｂ内でロックされており、ゲート駆動装置１０２ａ〜１０２ｄには伝送しないようになっている。
このように、短絡検出後において禁止条件とならないように素子を遮断する措置をとっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−６６３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術にあっては、図７に示すように、ゲート駆動回路１０２ａ〜１０２ｄから出力した短絡検出信号と、ゲート駆動オンオフ信号発生相地１０４ａから出力した点弧信号とを一旦ロジック回路１０４ｂに通しており、ロジック回路１０４ｂで各々の素子１０１ａ〜１０１ｄの駆動状態及び短絡状態を把握し、遮断順序を判断して短絡保護動作を開始している。そのため、短絡を検出してから素子を遮断するまでに時間がかかる。
そこで、本発明は、短絡検出時に、適切な遮断順序で迅速に素子を遮断し保護することができる３レベル電力変換器の保護装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、請求項１に係る３レベル電力変換器の保護装置は、直流電源の正極端子と中間端子との間に接続された第１の平滑コンデンサと、前記中間端子と前記直流電源の負極端子との間に接続された第２の平滑コンデンサと、前記正極端子と前記負極端子との間に順次直列に接続された第１〜第４のスイッチング素子と、前記第１〜第４のスイッチング素子にそれぞれ並列に接続された第１〜第４の還流ダイオードと、前記中間端子にアノード側を、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との接続点にカソード側を接続された第１のクランプダイオードと、前記第３のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子との接続点にアノード側を、前記中間端子にカソード側を接続された第２のクランプダイオードと、を備え、前記第２のスイッチング素子と前記第３のスイッチング素子との接続点を交流出力端子に接続して３レベルの電圧出力を得る３レベル電力変換器の保護装置であって、
前記第１〜第４のスイッチング素子をそれぞれオンオフ制御する第１〜第４の駆動手段と、前記第１〜第４のスイッチング素子のオンオフ制御を行うための制御信号を、前記第１〜第４の駆動手段に対して出力する制御手段と、を備え、前記第１〜第４の駆動手段は、自身がオンオフ制御するスイッチング素子の短絡を検出する短絡検出手段と、前記短絡検出手段で短絡を検出したことを前記制御手段に伝達する伝達手段と、をそれぞれ備えており、前記制御手段は、何れかの前記伝達手段から前記短絡を検出したことが伝達されたとき、先に第１及び第４のスイッチング素子をオフ状態とし、その後第２及び第３のスイッチング素子をオフ状態とするような制御信号を出力し、前記第１及び第４の駆動手段は、自身の前記短絡検出手段で短絡を検出したとき、前記制御手段からの制御信号とは無関係に、即時に自身がオンオフ制御するスイッチング素子をオフ状態とし、前記第２及び第３の駆動手段は、自身の前記短絡検出手段で短絡を検出したとき、前記制御手段から自身がオンオフ制御するスイッチング素子をオフ状態とする制御信号を入力したときに当該スイッチング素子をオフ状態とすることを特徴としている。
【００１２】
このように、制御手段は、第１〜第４の駆動手段の何れかの短絡検出手段から短絡を検出したことが伝達されたとき、各スイッチング素子の駆動状態及び短絡状態にかかわらず、先に外側の第１及び第４のスイッチング素子をオフし、次に内側の第２及び第３のスイッチング素子をオフする制御信号を出力する。したがって、従来装置のように、ロジック回路内でスイッチング素子の駆動状態及び短絡状態を取得し、遮断順序を判断してから短絡保護動作を開始させるといった措置が必要ない。そのため、短絡検出時に適切な順序でスイッチング素子を遮断させることができると共に、短絡検出してからスイッチング素子を遮断し保護するまでの時間を短縮させることができる。
また、第１及び第４の駆動手段で短絡を検出した場合には、短絡を検出した駆動手段内で自立してスイッチング素子を遮断するので、短絡が発生したスイッチング素子を直ちに遮断させることができる。
【００１３】
また、請求項２に係る３レベル電力変換器の保護装置は、請求項１に係る発明において、前記第１〜第４の駆動手段は、前記短絡検出手段で短絡を非検出である通常動作時では、予め設定した通常遮断速度でスイッチング素子をオフ状態とし、前記短絡検出手段で短絡を検出している短絡検出時では、前記通常遮断速度よりも遅い遮断速度で前記スイッチング素子をオフ状態とすることを特徴としている。
これにより、短絡検出時にスイッチング素子を遮断させる際、当該スイッチング素子に高電圧がかかるのを防止し、スイッチング素子にストレスがかかるのを防止することができる。
【００１４】
さらに、請求項３に係る３レベル電力変換器の保護装置は、請求項２に係る発明において、前記第１〜第４の駆動手段は、前記短絡検出時に前記スイッチング素子をオフ状態とするとき、前記スイッチング素子をオフ状態とするための遮断信号を、当該スイッチング素子の遮断開始レベルまでは前記通常遮断速度で減衰させ、その後前記通常遮断速度よりも遅い遮断速度で減衰させて前記スイッチング素子をオフ状態とすることを特徴としている。
これにより、スイッチング素子を遮断するまでの時間を短縮しつつ、遮断時のスイッチング素子へのストレスを防止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、短絡検出時に３レベル電力変換器を停止させる際、禁止条件にならないような遮断順序で、迅速にスイッチング素子を遮断し保護することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る３レベル電力変換器の保護装置の全体構成図である。
【図２】Ｕ相のアームブリッジ内部を示す構成図である。
【図３】ソフト遮断機能を説明するための図である。
【図４】本実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】本実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】従来の３レベル電力変換器の保護装置の構成図である。
【図７】従来の３レベル電力変換器の保護装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
（構成）
図１は、本発明に係る３レベル電力変換器の保護装置の全体構成図である。
図中、符号１０は３レベル電力変換装置（以下、単に電力変換装置と称す）である。この電力変換装置１０は、正極端子Ｐと負極端子Ｎとの間に接続された直流電源１１と、正極端子Ｐと中間端子Ｏとの間に接続された第１の平滑コンデンサ１２と、中間端子Ｏと負極端子Ｎとの間に接続された第２の平滑コンデンサ１３とを備える。すなわち、第１の平滑コンデンサ１２と第２の平滑コンデンサ１３とは、中間端子Ｏを挟んで互いに直列接続されている。
【００１８】
また、電力変換装置１０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相構成であり、Ｕ相のアームブリッジ１４Ｕと、Ｖ相のアームブリッジ１４Ｖと、Ｗ相のアームブリッジ１４Ｗとを有する。これら各相のアームブリッジはそれぞれ同一構成を有する。そして、電力変換装置１０は、各相の出力線１５Ｕ〜１５Ｗから正、零、負の３レベルの電圧を出力可能となっている。
【００１９】
次に、各相のアームブリッジ１４の内部構成について説明する。上述したように、各相のアームブリッジは同一構成を有するため、ここではＵ相のアームブリッジ１４Ｕの内部構成について説明する。
図２は、Ｕ相のアームブリッジ１４Ｕ内部を示す構成図である。
アームブリッジ１４Ｕは、第１〜第４のスイッチング素子１ａ〜１ｄと、各スイッチング素子１ａ〜１ｄに逆並列接続された還流ダイオード２ａ〜２ｄとを有する。
【００２０】
スイッチング素子１ａ〜１ｄは半導体スイッチング素子であり、例えばＩＧＢＴ等で構成する。これら第１〜第４のスイッチング素子１ａ〜１ｄは順次直列に接続されており、そのうちスイッチング素子１ａと１ｂとの直列接続回路は、一方の端子が正電位線Ｐ１に接続され、他方の端子がＵ相出力線１５Ｕに接続されている。また、スイッチング素子１ｃと１ｄとの直列接続回路は、一方の端子がＵ相出力線１５Ｕに接続され、他方の端子が負電位線Ｎ１に接続されている。
【００２１】
このような構成により、スイッチング素子１ａと１ｂとが同時にオンすると、Ｕ相出力線１５Ｕから正電位線Ｐ１の電位が出力され、スイッチング素子１ｃと１ｄとが同時にオンすると、Ｕ相出力線１５Ｕから負電位線Ｎ１の電位が出力される。また、スイッチング素子１ｂと１ｃとが同時にオンすると、Ｕ相出力線１５Ｕから零の電位が出力される。
スイッチング素子１ａ〜１ｄには、それぞれに対応してゲート駆動装置３ａ〜３ｄが接続されている。ゲート駆動装置３ａ〜３ｄには、ゲート信号制御装置４から各スイッチング素子１ａ〜１ｄのオンオフ制御を行うための制御信号である素子駆動信号が入力される。そして、ゲート駆動装置３ａ〜３ｄは、入力された点弧指令信号に基づいて、各スイッチング素子１ａ〜１ｄを駆動制御する。
【００２２】
ゲート駆動装置３ａ〜３ｄは、それぞれ短絡検知装置と短絡保護装置とを有する。短絡検知装置３１ａ〜３１ｄは、それぞれスイッチング素子１ａ〜１ｄの短絡状態を検知するものである。
ゲート駆動装置３ａの短絡保護装置は、ソフト遮断部３２ａから構成する。また、ゲート駆動装置３ｄの短絡保護装置は、ゲート駆動装置３ａの短絡保護装置と同一構成を有し、ソフト遮断部３２ｄから構成する。一方、ゲート駆動装置３ｂの短絡保護装置は、ソフト遮断部３２ｂと遮断マスク部３３ｂとから構成する。また、ゲート駆動装置３ｃの短絡保護装置は、ゲート駆動装置３ｂの短絡保護装置と同一構成を有し、ソフト遮断部３２ｃと遮断マスク部３３ｃとから構成する。
【００２３】
短絡検知装置３１ａ，３１ｄは、短絡状態を検知すると、信号線７を介してスイッチング素子が短絡状態にあることを示す短絡検出信号をゲート信号制御装置４に出力すると共に、短絡検出時のスイッチング素子を遮断するための遮断信号をソフト遮断部３２ａ，３２ｄに出力する。短絡検知装置３１ｂ，３１ｃは、短絡状態を検知すると、信号線７を介して上記短絡検出信号をゲート信号制御装置４に出力すると共に、上記遮断信号を遮断マスク部３３ｂ，３３ｃに出力する。
【００２４】
遮断マスク部３３ｂ，３３ｃは、短絡検知装置３３ｂ，３３ｃが短絡状態を検知して遮断信号を出力した際に、即時にスイッチング素子１ｂ，１ｃの遮断動作に入らないように一旦マスクする機能を有する。
この遮断マスク部３３ｂ，３３ｃは、遮断信号をマスクしている状態であるときに、後述するゲート駆動オンオフ信号発生部４１からスイッチング素子１ｂ，１ｃをオフするための素子駆動信号を入力すると、スイッチング素子１ｂ，１ｃの遮断動作を行うべく遮断信号をソフト遮断部３２ｂ，３２ｃに出力する。
ソフト遮断部３２ａ〜３２ｄは、スイッチング素子１ａ〜１ｄを遮断する際に、複数の遮断速度をもって遮断させる機能を有する。
【００２５】
図３は、ソフト遮断機能を説明するための図である。
ソフト遮断機能とは、スイッチング素子１ａ〜１ｄを遮断させる遮断信号を、素子遮断開始レベルＹ点に達するまでは通常の遮断速度Ｘで減衰させ、遮断開始レベル後は通常の遮断速度Ｘよりも緩やかな遮断速度Ｚで減衰させるものである。このように、遮断速度を二つ用意し、これらの遮断速度を切り替えてスイッチング素子１ａ〜１ｄを遮断させる。
本実施形態では、スイッチング素子１ａ〜１ｄを通常遮断する場合には、一定の遮断速度Ｘで遮断し、短絡状態を検出して遮断する場合には、図３に示すソフト遮断を行うものとする。
【００２６】
ゲート信号制御装置４は、ゲート駆動オンオフ信号発生部４１を備える。このゲート駆動オンオフ信号発生部４１は、信号線６ａ〜６ｄを介して、ゲート駆動装置３ａ〜３ｄに対してスイッチング素子１ａ〜１ｄの素子駆動信号を出力する。
すなわち、ゲート駆動オンオフ信号発生部４１は、正の電位を出力する際にはスイッチング素子１ａ及び１ｂをオン、スイッチング素子１ｃ及び１ｄをオフとするための素子駆動信号を出力する。また、零の電位を出力する際にはスイッチング素子１ａ及び１ｂをオフ、スイッチング素子１ｃ及び１ｄをオンとするための素子駆動信号を出力する。さらに、負の電位を出力する際には、スイッチング素子１ａ及び１ｄをオフ、スイッチング素子１ｂ及び１ｃをオンとするための素子駆動信号を出力する。
【００２７】
また、ゲート駆動オンオフ信号発生部４１は、３レベル電力変換装置１０を通常に停止させる場合には、先ず外側のスイッチング素子１ａ及び１ｄをオフするための素子駆動信号を出力し、その後内側のスイッチング素子１ｂ及び１ｃをオフするための素子駆動信号を出力する。
本実施形態では、ゲート駆動オンオフ信号発生部４１は、短絡検知装置３１ａ〜３１ｄの何れかから信号線７を介して短絡検出信号を入力した場合にも、上述した通常停止動作を行う場合と同様の素子駆動信号を出力する。
【００２８】
また、図２において、符号５ａ及び５ｂはクランプダイオードである。第１のクランプダイオード５ａは、中間端子Ｏにアノード側を、スイッチング素子１ａと１ｂとの接続点にカソード側を接続している。第２のクランプダイオード５ｂは、スイッチング素子１ｃと１ｄとの接続点にアノード側を、中間端子Ｏにカソード側を接続している。
図２において、スイッチング素子１ａ〜１ｄがそれぞれ第１〜第４のスイッチング素子に対応し、ゲート信号制御装置４が制御手段に対応し、ゲート駆動装置３ａ〜３ｄがそれぞれ第１〜第４の駆動手段に対応し、短絡検知装置３１ａ〜３１ｄがそれぞれ短絡検出手段に対応し、信号線７が伝達手段に対応している。
【００２９】
（動作）
次に、本実施形態の動作について説明する。
図４は、本実施形態の動作を説明するためのタイミングチャートである。
ここでは、スイッチング素子１ａ及び１ｂが導通している状態で、電力変換装置１０の出力が短絡した場合について説明する。
先ず、ゲート駆動装置３ａの短絡検知装置３１ａが短絡状態を検知した場合について説明する。この場合、短絡検知装置３１ａは、短絡検出信号をゲート駆動オンオフ信号発生部４１に出力すると共に、遮断信号をソフト遮断部３２ａに出力する。また、同時にゲート駆動オンオフ信号発生部４１から入力される通常の素子駆動信号を受け付けないように、スイッチング素子１ａのゲートと信号線６ａとの接続を、スイッチング素子１ａのゲートとソフト遮断部３２ａとの接続に切り替える。
【００３０】
すなわち、図４の時刻ｔ１で短絡検知装置３１ａが短絡状態を検知すると、短絡検知装置３１ａはソフト遮断部３２ａに対して遮断信号を出力する。これにより、スイッチング素子１ａは、ソフト遮断機能によって緩やかな遮断速度で遮断される（時刻ｔ２）。また、この時刻ｔ１では、短絡検出信号が短絡状態を検出していることを示すオン状態となり、この短絡検出信号が信号線７を介してゲート駆動オンオフ信号発生部４１に入力される。
【００３１】
ゲート駆動オンオフ信号発生部４１は、オン状態の短絡検出信号を入力したことで、時刻ｔ３で、先ず外側のスイッチング素子１ａ及び１ｄの素子駆動信号をオフ状態とする。このとき、スイッチング素子１ｂ及び１ｃの素子駆動信号は相補的にオン状態となる。そして、これら素子駆動信号を、信号線６ａ〜６ｄを介してゲート駆動装置３ａ〜３ｄに出力する。このとき、すでにスイッチング素子１ａはソフト遮断機能によってオフ状態であり、スイッチング素子１ｄはもともとオフ状態である。そのため、このとき出力される素子駆動信号によってスイッチング素子１ａ，１ｄの遮断動作が行われることはない。
【００３２】
この時刻ｔ３から所定時間後の時刻ｔ４では、ゲート駆動オンオフ信号発生部４１は、スイッチング素子１ｂと１ｃとの素子駆動信号をオフ状態とし、これらを信号線６ｂと６ｃとを介してゲート駆動装置３ｂと３ｃとに出力する。これにより、スイッチング素子１ｂと１ｃとは遮断動作を行うことになる。このとき、ソフト遮断部３２ｂ，３２ｃのソフト遮断機能により、スイッチング素子１ｂ，１ｃをソフト遮断するようにする。
【００３３】
このように、短絡検知装置３１ａで短絡状態を検知した場合には、ゲート駆動装置３ａで自立してスイッチング素子１ａを即遮断する。一方、内側のスイッチング素子１ｂについては、ゲート駆動オンオフ信号発生部４１からスイッチング素子１ｂをオフ状態とする素子駆動信号が入力されるのを待って遮断する（素子遮断マスク）。ゲート駆動オンオフ信号発生部４１は、短絡検知装置３１ａ〜３１ｄの何れかで短絡状態を検知したとき、先に外側のスイッチング素子１ａ及び１ｄを遮断し、次に内側のスイッチング素子１ｂ及び１ｃを遮断する素子駆動信号を出力するので、確実に短絡検出時の禁止条件とならないような遮断順序でスイッチング素子１ａ〜１ｄを遮断することができる。
【００３４】
次に、スイッチング素子１ａ及び１ｂが導通している状態で、ゲート駆動装置３ｂの短絡検知装置３１ｂが短絡状態を検知した場合について説明する。
図５は、本実施形態の動作を説明するためのタイミングチャートである。
図５の時刻ｔ１１で短絡検知装置３１ｂが短絡状態を検知すると、短絡検知装置３１ｂは、遮断マスク部３３ｂに対して遮断信号を出力する。これにより、遮断信号は遮断マスク部３３ｂでマスクされ、この時点ではスイッチング素子１ｂはすぐには遮断しない。また、この時刻ｔ１１では、短絡検出信号が短絡状態を検出していることを示すオン状態となり、この短絡検出信号が信号線７を介してゲート駆動オンオフ信号発生部４１に入力される。
【００３５】
ゲート駆動オンオフ信号発生部４１は、オン状態の短絡検出信号を入力したことで、時刻ｔ１２で、先ず外側のスイッチング素子１ａ及び１ｄの素子駆動信号をオフ状態とする。このとき、スイッチング素子１ｂ及び１ｃの素子駆動信号は相補的にオン状態となる。そして、これら素子駆動信号を、信号線６ａ〜６ｄを介してゲート駆動装置３ａ〜３ｄに出力する。これにより、スイッチング素子１ａは遮断動作を行う。このとき、ソフト遮断部３２ａのソフト遮断機能により、スイッチング素子１ａをソフト遮断するようにする。
【００３６】
この時刻ｔ１２から所定時間後の時刻ｔ１３では、ゲート駆動オンオフ信号発生部４１は、スイッチング素子１ｂと１ｃとの素子駆動信号をオフ状態とし、これらを信号線６ｂと６ｃとを介してゲート駆動装置３ｂと３ｃとに出力する。これにより、遮断マスク部３３ｂはマスク状態を解除し、スイッチング素子１ｂの遮断動作を行う。すなわち、この時刻ｔ１３では、スイッチング素子１ｂと１ｃとの遮断動作を行うことになる。このとき、ソフト遮断部３２ｂ，３２ｃのソフト遮断機能により、スイッチング素子１ｂ，１ｃをソフト遮断するようにする。
【００３７】
このように、ゲート駆動装置３ｂに遮断マスク部３３ｂを設けて遮断信号をマスクするので、短絡検知装置３１ｂで短絡状態を検知した場合には、スイッチング素子１ｂをすぐに遮断しないようにすることができる。
したがって、電力変換装置１０の出力に短絡が発生した場合には、何れの短絡検知装置で短絡状態を検知した場合であっても、先ず外側のスイッチング素子１ａ，１ｄの遮断動作を行い、その後内側のスイッチング素子１ｂ，１ｃの遮断動作を行うようにすることができ、短絡検出時に禁止条件とならないようにすることができる。
【００３８】
また、短絡検出装置３１ａ，３１ｄで短絡状態を検出した際には、ゲート駆動装置３ａ，３ｄで自立して直ちにスイッチング素子１ａ，１ｄの遮断動作を行うので、短絡検出してからスイッチング素子を遮断し保護するまでの時間を短縮することができる。
さらに、短絡状態を検出している場合には、スイッチング素子１ａ〜１ｄの遮断動作をソフト遮断とすることができる。
短絡検出時においては、スイッチング素子には過大な電流が流れており、通常動作時と同様にスイッチング素子を遮断すると、スイッチング素子に瞬時ではあるが高電圧がかかり、スイッチング素子にストレスがかかってしまう。本実施形態では、短絡検出時にはスイッチング素子１ａ〜１ｄの遮断動作をソフト遮断とするので、ストレスをかけずにスイッチング素子を遮断することができる。
【００３９】
（効果）
上記実施形態では、各スイッチング素子のゲート駆動装置のうち何れかで短絡を検出したとき、短絡検出信号を受けたゲート信号制御装置で、先に外側のスイッチング素子をオフ状態とし、その後内側のスイッチング素子をオフ状態とするような素子駆動信号を出力する。このように、短絡検出時には、スイッチング素子の駆動状態や短絡状態にかかわらず、上記遮断動作を行うための素子駆動信号を出力するので、従来装置のように、スイッチング素子の駆動状態や短絡状態に基づいて短絡検出時の遮断順序を判断するロジック回路を設ける必要がない。また、ゲート駆動装置からゲート信号制御装置へ短絡検出信号を伝達するための信号線を１本にまとめることができる。したがって、制御の簡易化と回路の小型化とを実現することができる。
【００４０】
また、外側のスイッチング素子のゲート駆動装置で短絡を検出した場合には、そのゲート駆動装置で自立してスイッチング素子を遮断するので、短絡検出してから直ちにスイッチング素子を遮断させることができる。
さらに、内側のスイッチング素子のゲート駆動装置で短絡を検出した場合には、そのゲート駆動装置ですぐにスイッチング素子を遮断せず、ゲート信号制御装置からスイッチング素子をオフ状態とするための素子駆動信号が入力されるのを待って遮断するので、短絡検出時に禁止条件となるのを確実に防止することができる。
【００４１】
また、短絡検出時にスイッチング素子を遮断する場合には、通常動作時と比較して遮断速度を緩やかにするソフト遮断を行うので、ストレスをかけずにスイッチング素子を遮断することができる。さらにまた、ソフト遮断時には、遮断信号をスイッチング素子の遮断開始レベルまでは通常遮断速度で減衰させ、その後、通常遮断速度よりも遅い遮断速度で減衰させてスイッチング素子を遮断するようにするので、スイッチング素子を遮断するまでの時間を短縮しつつ、遮断時のスイッチング素子へのストレスを防止することができる。
（変形例）
なお、上記実施形態においては、本発明を、３相交流電圧を出力する３レベル電力変換器に適用する場合について説明したが、３相に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４２】
１ａ〜１ｄ…スイッチング素子、２ａ〜２ｄ…還流ダイオード、３ａ〜３ｄ…ゲート駆動装置、４…ゲート信号制御装置、５ａ，５ｂ…クランプダイオード、６ａ〜６ｄ…信号線（点弧信号用）、７…信号線（短絡検出信号用）、１０…３レベル電力変換器、１１…直流電源、１２…第１の平滑コンデンサ、１３…第２の平滑コンデンサ、１４Ｕ〜１４Ｗ…アームブリッジ、１５Ｕ〜１５Ｗ…出力線、Ｐ…正極端子、Ｎ…負極端子、Ｏ…中間端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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