(57)【要約】【課題】  出力欠相検出精度の良い出力欠相検出手段を搭載した電力変換装置を提供する。【解決手段】  演算部５０は、上アーム駆動信号が上アームのＩＧＢＴ１１をＯＮさせる論理値に変化するのに追従して出力端ＯＵＴの出力電圧がＬレベルからＨレベルに変化する回数をカウンタ５４によりカウントするとともに、下アーム駆動信号が下アームのＩＧＢＴ１２をＯＮさせる論理値に変化するのに追従して出力電圧がＨレベルからＬレベルに変化する回数をカウンタ５５によりカウントし、カウンタ５４および５５のカウント値の差が一定時間に亙って変化しない場合に出力欠相が生じている旨を判定する。【選択図】図２
2014036455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子を含む上アームとスイッチング素子を含む下アームとが直流電力を供給する電源線間に直列に介挿され、前記上アームと前記下アームの接続点を負荷の接続される出力端とする逆変換手段と、
前記逆変換手段の出力端の出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記上アームのスイッチング素子のＯＮおよびＯＦＦを制御するための上アーム駆動信号および前記下アームのスイッチング素子のＯＮおよびＯＦＦを制御するための下アーム駆動信号を出力する制御手段と、
前記上アーム駆動信号および前記下アーム駆動信号の変化に対する前記出力端の出力電圧の変化の関係に基づいて、前記出力端と負荷との接続が断たれた出力欠相が生じているか否かを判定する出力欠相検出手段と
を具備することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記出力欠相検出手段は、
前記上アーム駆動信号が前記上アームのスイッチング素子をＯＮさせる論理値に変化するのに追従して前記出力端の出力電圧が変化し、かつ、前記下アーム駆動信号が前記下アームのスイッチング素子をＯＮさせる論理値に変化するのに追従して前記出力端の出力電圧が変化するか否かにより前記出力欠相が生じているか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記出力欠相検出手段は、
前記上アーム駆動信号が前記上アームのスイッチング素子をＯＮさせる論理値に変化するのに追従して出力電圧が変化する回数をカウントして第１のカウント値を生成するとともに、前記下アーム駆動信号が前記下アームのスイッチング素子をＯＮさせる論理値に変化するのに追従して出力電圧が変化する回数をカウントして第２のカウント値を生成し、前記第１のカウント値および前記第２のカウント値に基づいて前記出力欠相が生じているか否かを判定することを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記出力欠相検出手段は、
前記上アーム駆動信号が前記上アームのスイッチング素子をＯＮさせる論理値に変化してから前記下アーム駆動信号が前記下アームのスイッチング素子をＯＮさせる論理値に変化するまでの時間である第１の時間と、前記出力端の電圧が変化してから次に変化するまでの時間である第２の時間とを測定し、前記第１の時間および前記第２の時間に基づいて前記出力欠相が生じているか否かを判定することを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記出力欠相検出手段は、
前記上アームのスイッチング素子をＯＮからＯＦＦへ変化させる前記上アーム駆動信号の変化または前記下アームのスイッチング素子をＯＮからＯＦＦへ変化させる前記下アーム駆動信号の変化のいずれかに追従して前記出力端の出力電圧が変化するか否かにより前記出力欠相が生じていないか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記出力欠相検出手段は、
前記上アームのスイッチング素子をＯＮからＯＦＦへ変化させる前記上アーム駆動信号の変化があった後、所定時間以内に前記出力端の出力電圧のレベル反転があった回数と、前記下アームのスイッチング素子をＯＮからＯＦＦへ変化させる前記下アーム駆動信号の変化があった後、所定時間以内に前記出力端の出力電圧のレベル反転があった回数とをカウントし、両回数の総和が所定時間以上に亙って許容範囲内に収まっている場合に出力欠相が生じていると判定することを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記出力欠相検出手段が出力欠相が生じていると判定した場合、前記出力端からの出力を停止することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１の請求項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記出力欠相検出手段により出力欠相が生じていると判定されて出力端からの出力が停止した後に出力端が正常に復帰した場合、出力端からの出力を再開することを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記出力欠相検出手段が出力欠相が生じていると判定した場合でも、前記出力端からの出力を停止しないことを特徴とした請求項１〜６のいずれか１の請求項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記出力欠相検出手段が出力欠相が生じていると判定した場合、出力欠相である旨を表示することを特徴とした請求項１〜９のいずれか１の請求項に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
スイッチング素子を含む上アームとスイッチング素子を含む下アームとが直流電力を供給する電源線間に直列に介挿され、前記上アームと前記下アームの接続点を負荷の接続される出力端とする逆変換手段を含む電力変換装置における出力欠相検出方法において、
前記上アームのスイッチング素子のＯＮおよびＯＦＦを制御するための上アーム駆動信号および前記下アームのスイッチング素子のＯＮおよびＯＦＦを制御するための下アーム駆動信号の変化に対する前記出力端の出力電圧の変化の関係に基づいて、前記出力端と負荷との接続が断たれた出力欠相が生じているか否かを判定することを特徴とする出力欠相検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、出力欠相を検出可能な電力変換装置およびその出力欠相検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術では、一般的に、電流検出器を用いて電力変換装置（インバータ）の各相の出力電流を検出し、電流が検出されなかった相を欠相と判定する。しかし、電流検出器はパッケージサイズが大きく部品単価も高いため、電流検出器により出力欠相を検出するインバータは、小型化および低価格化が困難である、といった問題がある。そこで、特許文献１に、電流検出器を用いずに出力欠相を検出可能なインバータが開示されている。
【０００３】
図６は、特許文献１に開示されたインバータの構成を示す回路図である。図６に示すように、インバータ１´の逆変換部１０は、半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）１１および１２と還流ダイオード２１および２２を含んでいる。ここで、ＩＧＢＴ１１のコレクタは正極の電源線Ｐに接続され、ＩＧＢＴ１２のエミッタは接地されている負極の電源線Ｎに接続されている。そして、ＩＧＢＴ１１のエミッタはＩＧＢＴ１２のコレクタと接続されており、この接続点は出力端ＯＵＴとして機能する。還流ダイオード２１および２２は、ＩＧＢＴ１１および１２に対して各々逆並列に接続されている。また、逆変換部１０の出力端ＯＵＴは、負荷であるモータ（図示略）に接続されている。
【０００４】
そして、正極の電源線Ｐと出力端ＯＵＴとの間に介挿されたＩＧＢＴ１１および還流ダイオード２１は、上アームを構成しており、負極の電源線Ｎと出力端ＯＵＴとの間に介挿されたＩＧＢＴ１２および還流ダイオード２２は、下アームを構成している。
【０００５】
次に、図６に示すインバータ１´の動作を説明する。図６において、ＩＧＢＴ１１がＯＮ、ＩＧＢＴ１２がＯＦＦの状態で、正極の電源線ＰからＩＧＢＴ１１を介して出力端ＯＵＴに接続されたモータに電流１４が吐き出されている場合、次にＩＧＢＴ１１がＯＮからＯＦＦに切り替わり、上アーム経由の電流供給経路が断たれると、出力端ＯＵＴに接続されたモータが発生する逆起電力により、負極の電源線Ｎから還流ダイオード２２を介して出力端ＯＵＴに接続されたモータに電流１５が吐き出される。この電流１５が吐き出されるとき、出力端ＯＵＴには、負極の電源線Ｎに印加される基準電圧（すなわち０Ｖ）から還流ダイオード２２の順方向の電圧降下Ｖｆだけ低下した負電圧（すなわち、−Ｖｆ）が発生する。
【０００６】
次に、図６において、逆変換部１０の出力端ＯＵＴとモータとの接続が断たれて出力が欠相したとする。この出力欠相の状態において、ＩＧＢＴ１１がＯＮ、ＩＧＢＴ１２がＯＦＦである期間、正極の電源線Ｐに印加される電圧をＶＰ、ＩＧＢＴ１１のコレクタ−エミッタ間電圧をＶｃｅ１ｏｎとすると、出力端ＯＵＴには、正電圧ＶＰ−Ｖｃｅ１ｏｎが発生する。また、ＩＧＢＴ１１がＯＦＦ、ＩＧＢＴ１２がＯＮである期間、ＩＧＢＴ１２のコレクタ−エミッタ間電圧をＶｃｅ２ｏｎとすると、出力端ＯＵＴには、正電圧Ｖｃｅ２ｏｎが発生する。さらに、出力欠相の状態で、ＩＧＢＴ１２がＯＦＦ、ＩＧＢＴ１１がＯＮからＯＦＦに切り替わったとする。この場合、出力が欠相していると電流１５は流れないため、出力端ＯＵＴの電圧は不定となる。
【０００７】
このように、出力端ＯＵＴに誘導性負荷であるモータが接続されている場合、出力端ＯＵＴには定期的に負電圧が発生し、出力が欠相すると、出力端ＯＵＴには常に正電圧が発生する。そこで、特許文献１に開示の技術では、この出力端ＯＵＴの電圧を検出し、所定時間内に出力端ＯＵＴに負電圧が現われるか否か（換言すると、所定時間以上継続して出力端ＯＵＴに正電圧が発生するか否か）を判別することで出力欠相を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１６６５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、出力端ＯＵＴに現われる負電圧（−Ｖｆ）は、還流ダイオード２２の電圧降下分であるため数ボルト程度である。一方、正極の電源線Ｐと負極の電源線Ｎの間に印加される電圧は数百ボルトであるため、出力端ＯＵＴは数百ボルトの範囲で電圧が変化する。このように、特許文献１に開示の技術は、数百ボルトで電圧が変わる中からわずか数ボルトの負電圧を検出する必要があるため、この負電圧の検出精度を上げるのが困難である、という問題がある。
【００１０】
この発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、出力欠相検出精度の良い出力欠相検出手段を搭載した電力変換装置とその出力欠相検出方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、スイッチング素子を含む上アームとスイッチング素子を含む下アームとが直流電力を供給する電源線間に直列に介挿され、前記上アームと前記下アームの接続点を負荷の接続される出力端とする逆変換手段と、前記逆変換手段の出力端の出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記上アームのスイッチング素子のＯＮおよびＯＦＦを制御するための上アーム駆動信号および前記下アームのスイッチング素子のＯＮおよびＯＦＦを制御するための下アーム駆動信号を出力する制御手段と、前記上アーム駆動信号および前記下アーム駆動信号の変化に対する前記出力端の出力電圧の変化の関係に基づいて、前記出力端と負荷との接続が断たれた出力欠相が生じているか否かを判定する出力欠相検出手段とを具備することを特徴とする電力変換装置を提供する。
【００１２】
この発明によれば、上アーム駆動信号および下アーム駆動信号の変化に対する出力端の出力電圧の変化の関係に基づいて、出力欠相が生じているか否かを判定するので、出力電圧を精度よく測定することが困難な場合でも、出力欠相を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の出力欠相検出の原理について説明するタイムチャートである。
【図２】この発明の一実施形態である１相のインバータ１の構成を示す回路図である。
【図３】同実施形態である１相分のインバータ１の動作を説明するタイムチャートである。
【図４】同実施形態である３相のインバータ１Ａの構成を示す回路図である。
【図５】この発明の変形例１である１相のインバータ１Ｂの演算部５５０について説明するブロック図である。
【図６】特許文献１に開示されたインバータ１´の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。
＜実施形態＞
まず、本実施形態による出力欠相検出手段を搭載した電力変換装置（インバータ）における出力欠相検出の原理について、図１のタイムチャートおよび、特許文献１のインバータ１´を説明したときに用いた図６の回路図を参照して説明する。
【００１５】
図１（ａ）〜（ｃ）は、図６に示す回路において、上アームのＩＧＢＴ１１のＯＮ／ＯＦＦ切り替えを行うための上アーム駆動信号と、下アームのＩＧＢＴ１２をＯＮ／ＯＦＦ切り替えを行うための下アーム駆動信号と、出力端ＯＵＴの出力電圧との関係を示したタイムチャートである。また、図１（ａ）は、逆変換部１０からモータに向かって電流が吐き出されている場合を示し、図１（ｂ）は、モータから逆変換部１０に向かって電流を吸い込んでいる場合を示し、図１（ｃ）は、出力端ＯＵＴと負荷との接続が断たれた出力欠相の場合を示す。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、出力端ＯＵＴから負荷に電流が吐き出されている場合、出力端ＯＵＴの出力電圧は、上アーム駆動信号のみに依存する。すなわち、出力端ＯＵＴの出力電圧は、上アーム駆動信号がＨレベルとなって上アームのＩＧＢＴ１１がＯＮになるのに応じてＨレベルとなり、上アーム駆動信号がＬレベルとなって上アームのＩＧＢＴ１１がＯＦＦになるのに応じてＬレベルとなる。
【００１７】
また、図１（ｂ）に示すように、負荷から出力端ＯＵＴに電流を吸い込んでいる場合、出力端ＯＵＴの出力電圧は、下アーム駆動信号のみに依存する。すなわち、出力端ＯＵＴの出力電圧は、下アーム駆動信号がＨレベルとなって下アームのＩＧＢＴ１２がＯＮになるのに応じてＬレベルとなり、下アーム駆動信号がＬレベルとなって下アームのＩＧＢＴ１２がＯＦＦになるのに応じてＨレベルとなる。
【００１８】
これに対して、出力が欠相している場合、上アームのＩＧＢＴ１１がＯＮになったとき、このＩＧＢＴ１１を介して出力端ＯＵＴに介在する寄生容量の充電が行われ、下アームのＩＧＢＴ１２がＯＮになったとき、このＩＧＢＴ１２を介して出力端ＯＵＴに介在する寄生容量の放電が行われる。このため、図１（ｃ）に示すように、出力端ＯＵＴの出力電圧は、上アーム駆動信号のポジティブエッジに応じてＬレベルからＨレベルに変化し、下アーム駆動信号のポジティブエッジに応じてＨレベルからＬレベルに変化する。本実施形態では、このように出力欠相が生じることにより、上アーム駆動信号および下アーム駆動信号の変化と、出力端ＯＵＴの出力電圧の変化との関係に相違が生じることを利用し、出力が欠相しているか否かを判定する。
【００１９】
図２は、本実施形態による１相のインバータ１の構成例を示す回路図である。図２において、逆変換部１０は、図６のインバータ１´の逆変換部１０と同様であるため、同様の符号を用い、説明を省略する。また、逆変換部１０の出力端ＯＵＴは、図示しない負荷（モータ）に接続されている。
【００２０】
制御部６０は、電圧指令、電流指令、周波数指令などの各情報をもとに、上アーム駆動信号（上アームのＩＧＢＴ１１をＯＮおよびＯＦＦするための駆動信号）および下アーム駆動信号（下アームのＩＧＢＴ１２をＯＮおよびＯＦＦするための駆動信号）の生成制御を行い、上アーム駆動信号および下アーム駆動信号をそれぞれＩＧＢＴ１１およびＩＧＢＴ１２に送る手段である。また、制御部６０は、出力欠相を判定するために、上アーム駆動信号および下アーム駆動信号を演算部５０に送る。
【００２１】
電圧検出部４０は、出力端ＯＵＴに接続され、出力端ＯＵＴの電圧がＨレベルであるかＬレベルであるかを検出し、その検出結果を演算部５０に出力する手段である。電圧検出部４０は、例えば図２に示すように、電圧レベルシフタ４２およびレベル判定部４４を有している。電圧レベルシフタ４２は、出力端ＯＵＴの出力電圧レベル（例えば２００Ｖ〜０Ｖ）を電圧検出部４０の後段に配置される演算部５０の電圧レベル（例えば５Ｖ〜０Ｖ）にシフトする手段である。レベル判定部４４は、電圧レベルシフタ４２により電圧レベルがシフトされた電圧と閾値電圧とを比較し、シフトされた電圧が閾値電圧を越えた場合には出力端ＯＵＴの出力電圧はＨレベル、シフトされた電圧が閾値以下の場合には出力端ＯＵＴの出力電圧はＬレベルと判定する手段である。そして、レベル判定部４４は、出力端ＯＵＴの出力電圧の検出結果として、Ｈレベルと判定した場合Ｈレベルの信号を、Ｌレベルと判定した場合Ｌレベルの信号をそれぞれ演算部５０に出力する。
【００２２】
演算部５０は、制御部６０から送られる上アームのＩＧＢＴ１１のＯＮおよびＯＦＦを制御する上アーム駆動信号と、下アームのＩＧＢＴ１２のＯＮおよびＯＦＦを制御する下アーム駆動信号と、電圧検出部４０の出力信号をそれぞれ受け取り、出力が欠相しているか否かの演算および判定を行い、出力が欠相していると判定した場合に出力欠相信号を出力する手段である。演算部５０は、論理積（ＡＮＤ）ゲート５１および５３、論理反転（ＮＯＴ）ゲート５２、カウンタ５４および５５、加算器５６および出力欠相判定部５７を有する。
【００２３】
論理反転ゲート５２は、電圧検出部４０の出力信号の論理反転演算を行う手段であり、電圧検出部４０の出力信号がＨレベルのときにＬレベルを出力し、電圧検出部４０の出力信号がＬレベルのときにＨレベルを出力する。
【００２４】
論理積ゲート５１は、論理反転ゲート５２の出力信号と上アーム駆動信号との論理積演算を行い、論理反転ゲート５２の出力信号と上アーム駆動信号とがともにＨレベルのとき（すなわち、電圧検出部４０の出力信号がＬレベルであり、上アーム駆動信号がＨレベルのとき）にのみＨレベルを出力する手段である。
【００２５】
論理積ゲート５３は、電圧検出部４０の出力信号と下アーム駆動信号との論理積演算を行い、電圧検出部４０の出力信号と下アーム駆動信号とがともにＨレベルのときにのみＨレベルを出力する手段である。
【００２６】
カウンタ５４は、論理積ゲート５１が出力するパルスの個数をカウントする手段である。さらに詳述すると、カウンタ５４は、上アーム駆動信号がＨレベルになるのに応じて出力端ＯＵＴの出力電圧がＬレベルからＨレベルに変化した回数をカウントする。また、カウンタ５５は、論理積ゲート５３が出力するパルスの個数をカウントする手段である。さらに詳述すると、カウンタ５５は、下アーム駆動信号がＨレベルになるのに応じて出力端ＯＵＴの出力電圧がＨレベルからＬレベルに変化した回数をカウントする。
【００２７】
加算器５６は、カウンタ５４のカウント値と、カウンタ５５のカウント値の符号反転値とを加算する手段である。
【００２８】
出力欠相判定部５７は、加算器５６の加算結果が所定時間に亙って一定値であった場合、出力端ＯＵＴは出力欠相していると判定し、出力欠相していると判定した場合に出力欠相信号を出力する手段である。なお、所定時間はインバータの型式などにより設定することができる。
【００２９】
次に、本実施形態によるインバータ１の出力欠相の検出動作について説明する。図３は、上アーム駆動信号、下アーム駆動信号、出力電圧、論理積ゲート５１の出力ａおよび論理積ゲート５３の出力ｂを示したタイムチャートである。図３（ａ）は、逆変換部１０からモータに向かって電流が吐き出されている場合を示し、図３（ｂ）は、モータから逆変換部１０に向かって電流を吸い込んでいる場合を示し、図３（ｃ）は、出力端ＯＵＴの出力が欠相している場合を示す。
【００３０】
まず、図３（ａ）を参照して、出力端ＯＵＴからモータに電流を吐き出している場合の動作を説明する。この場合、上アーム駆動信号がＬレベルからＨレベルに変化したとき、出力電圧がＬレベルであるため、論理積ゲート５１の出力信号ａはＨレベルとなる。そして、上アーム駆動信号がＬレベルからＨレベルに変化すると、上アームのＩＧＢＴ１１がＯＮになり、出力電圧はＬレベルからＨレベルに変化する。ここで、上アーム駆動信号がＬレベルからＨレベルに変化してから出力電圧がＬレベルからＨレベルに変化するまでには一定の遅延時間が発生するため、論理積ゲート５１からはこの遅延時間相当のパルス幅を持ったパルスが出力信号ａとして出力される。一方、下アーム駆動信号がＬレベルからＨレベルに変化する場合、出力電圧はＬレベルのまま変化しない。従って、論理積ゲート５３の出力信号ｂはＬレベルを維持する。従って、出力端ＯＵＴからモータに電流を吐き出している場合、論理積ゲート５１のみがパルスを出力信号ａとして出力し、カウンタ５４がこのパルスのカウントを行う。
【００３１】
次に、図３（ｂ）を参照して、モータから出力端ＯＵＴに電流を吸い込んでいる場合の動作を説明する。この場合、下アーム駆動信号がＬレベルからＨレベルに変化したとき、出力電圧がＨレベルであるため、論理積ゲート５３の出力信号ｂはＨレベルとなる。そして、下アーム駆動信号がＬレベルからＨレベルに変化すると、下アームのＩＧＢＴ１２がＯＮになり、出力電圧はＨレベルからＬレベルに変化する。ここで、下アーム駆動信号がＬレベルからＨレベルに変化してから出力電圧がＨレベルからＬレベルに変化するまでには一定の遅延時間が発生するため、論理積ゲート５３からはこの遅延時間相当のパルス幅を持ったパルスが出力信号ｂとして出力される。一方、上アーム駆動信号がＬレベルからＨレベルに変化する場合、出力電圧はＨレベルのまま変化せず、論理反転ゲート５２の出力信号はＬレベルのまま変化しない。従って、論理積ゲート５１の出力信号ａはＬレベルを維持する。従って、モータから出力端ＯＵＴに電流を吸い込んでいる場合、論理積ゲート５３のみがパルスを出力信号ｂとして出力し、カウンタ５５がこのパルスのカウントを行う。
【００３２】
次に、図３（ｃ）を参照して、出力欠相が生じている場合の動作を説明する。この場合、上アーム駆動信号がＬレベルからＨレベルに変化するとき、それから一定時間遅れて出力電圧がＬレベルからＨレベルとなる。このため、この遅延時間相当のパルス幅を持ったパルスが出力信号ａとして論理積ゲート５１から出力される。また、下アーム駆動信号がＬレベルからＨレベルに変化するとき、それから一定時間遅れて出力電圧がＨレベルからＬレベルとなる。このため、この遅延時間相当のパルス幅を持ったパルスが出力信号ｂとして論理積ゲート５３から出力される。このように出力欠相の状態では、上アーム駆動信号がＬレベルからＨレベルに変化するときに論理積ゲート５１からパルスが出力され、下アーム駆動信号がＬレベルからＨレベルに変化するときに論理積ゲート５３からパルスが出力される、という具合に、論理積ゲート５１および５３から交互にパルスが出力され、論理積ゲート５１および５３から出力される各パルスがカウンタ５４および５５により各々カウントされる。従って、出力欠相の場合、カウンタ５４のカウント値とカウンタ５５のカウント値が交互に１ずつ増加するので、加算部５６の加算結果はほぼ一定値を継続することとなる。
【００３３】
そこで、出力欠相判定部５７は、加算部５６の加算結果が大きく周期的に変化している場合には出力端ＯＵＴにモータが正常に接続されており、加算結果の変動が所定時間に亙って一定範囲内に収まっている場合には出力欠相が生じていると判定する。
【００３４】
次に、図２に示した出力欠相検出手段を用いた１相のインバータ１を複数使用して構成した３相のインバータ１Ａを図４に示す。図４に示すインバータ１Ａは、逆変換部１００、電圧検出部４００、演算部５００、制御部６００および表示部７００を有する。
【００３５】
逆変換部１００は、上アームのＩＧＢＴ１１０と下アームのＩＧＢＴ１２０とが直列に接続されてＵ相電圧発生手段を構成し、上アームのＩＧＢＴ１３０と下アームのＩＧＢＴ１４０とが直列に接続されてＶ相電圧発生手段を構成し、上アームのＩＧＢＴ１５０と下アームのＩＧＢＴ１６０とが直列に接続されてＷ相電圧発生手段を構成している。還流ダイオード２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０は、ＩＧＢＴ１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０に対して、各々逆並列に接続されている。また、ＩＧＢＴ１１０および１２０の接続点はＵ相電圧の出力端ＯＵＴＵとして機能し、ＩＧＢＴ１３０および１４０の接続点はＶ相電圧の出力端ＯＵＴＶとして機能し、ＩＧＢＴ１５０および１６０の接続点はＷ相電圧の出力端ＯＵＴＷとして機能する。そして、出力端ＯＵＴＵ、ＯＵＴＶおよびＯＵＴＷには負荷としてのモータ８００が接続されている。
【００３６】
電圧検出部４００は、Ｕ相の出力電圧を検出するＵ相電圧検出部４１０、Ｖ相の出力電圧を検出するＶ相電圧検出部４２０およびＷ相の出力電圧を検出するＷ相電圧検出部４３０を含んでいる。Ｕ相電圧検出部４１０、Ｖ相電圧検出部４２０およびＷ相電圧検出部４３０はそれぞれ図２に示す電圧検出部４０と同様な構成である。Ｕ相電圧検出部４１０は、Ｕ相の出力端ＯＵＴＵの出力電圧を検出して検出結果をＵ相演算部５１０に出力し、Ｖ相電圧検出部４２０は、Ｖ相の出力端ＯＵＴＶの出力電圧を検出して検出結果をＶ相演算部５２０に出力し、Ｗ相電圧検出部４３０は、Ｗ相の出力端ＯＵＴＷの出力電圧を検出して検出結果をＷ相演算部５３０に出力する。
【００３７】
演算部５００に含まれるＵ相演算部５１０、Ｖ相演算部５２０およびＷ相演算部５３０はそれぞれ図２に示す演算部５０と同様な構成である。Ｕ相演算部５１０は、Ｕ相電圧検出部４１０の出力信号と制御部６００からのＵ相上アーム駆動信号およびＵ相下アーム駆動信号とがそれぞれ入力され、Ｕ相の出力端ＯＵＴＵの出力欠相を判定し出力欠相と判定した場合はＵ相出力欠相信号を制御部６００に出力する。同様に、Ｖ相演算部５２０は、Ｖ相電圧検出部４２０の出力信号と制御部６００からのＶ相上アーム駆動信号およびＶ相下アーム駆動信号とがそれぞれ入力され、Ｖ相の出力端ＯＵＴＶの出力欠相を判定し出力欠相と判定した場合はＶ相出力欠相信号を制御部６００に出力し、Ｗ相演算部５３０は、Ｗ相電圧検出部４３０の出力信号と制御部６００からのＷ相上アーム駆動信号およびＷ相下アーム駆動信号とがそれぞれ入力され、Ｗ相の出力端ＯＵＴＷの出力欠相を判定し出力欠相と判定した場合はＷ相出力欠相信号を制御部６００へ出力する。
【００３８】
制御部６００は、Ｕ相上アーム駆動信号をＵ相上アームのＩＧＢＴ１１０およびＵ相演算部５１０に、Ｕ相下アーム駆動信号をＵ相下アームのＩＧＢＴ１２０およびＵ相演算部５１０に、Ｖ相上アーム駆動信号をＶ相上アームのＩＧＢＴ１３０およびＶ相演算部５２０に、Ｖ相下アーム駆動信号をＶ相下アームのＩＧＢＴ１４０およびＶ相演算部５２０に、Ｗ相上アーム駆動信号をＷ相上アームのＩＧＢＴ１５０およびＷ相演算部５３０に、Ｗ相下アーム駆動信号をＷ相下アームのＩＧＢＴ１６０およびＷ相演算部５３０に、それぞれ出力する。また、制御部６００は、Ｕ相演算部５１０からＵ相出力欠相信号、Ｖ相演算部５２０からＶ相出力欠相信号およびＷ相演算部５３０からＷ相出力欠相信号のいずれかが入力されると、出力端ＯＵＴＵ、ＯＵＴＶおよびＯＵＴＷからの出力を停止するためにＵＶＷ各相の上下アームのＩＧＢＴ１１〜１６をＯＦＦさせる駆動信号を出力し、表示部７００にＵ相出力欠相信号、Ｖ相出力欠相信号およびＷ相出力欠相信号を出力する。
【００３９】
ここで、制御部６００には、出力欠相と判定したときに行う出力欠相保護を有効にするかまたは無効にするかを切り替える手段を設けても良い。そして、この出力欠相保護有効／無効切り替え手段において、出力欠相保護が有効に設定されている場合、制御部６００は、Ｕ相演算部５１０、Ｖ相演算部５２０、Ｗ相演算部５３０のいずれかから出力欠相信号が入力されると、出力端ＯＵＴＵ、ＯＵＴＶおよびＯＵＴＷからの出力を停止する制御を行う。一方、出力欠相保護有効／無効切り替え手段において、出力欠相保護が無効に設定されている場合、制御部６００は、Ｕ相演算部５１０、Ｖ相演算部５２０、Ｗ相演算部５３０のいずれかから出力欠相信号が入力されても、出力端ＯＵＴＵ、ＯＵＴＶおよびＯＵＴＷからの出力を停止しない制御を行う。このように、出力欠相と判定した場合でもインバータ１Ａの出力を停止しないようにすることにより、出力端ＯＵＴＵ、ＯＵＴＶおよびＯＵＴＷに負荷（モータ）を接続しない状態（出力端子オープンの状態）で、インバータ１Ａの動作チェックをすることが可能になる。
【００４０】
表示部７００は、Ｕ相出力欠相信号を受け取るとＵ相が出力欠相していることを示す表示を行い、Ｖ相出力欠相信号を受け取るとＶ相が出力欠相していることを示す表示を行い、Ｗ相出力欠相信号を受け取るとＷ相が出力欠相していることを示す表示を行う。
【００４１】
その後、出力端ＯＵＴＵ、ＯＵＴＶおよびＯＵＴＷが正常にモータと接続され出力欠相状態から復帰した場合、制御部６００は、ＵＶＷ各相の上下アームのＩＧＢＴ１１〜１６をそれぞれＯＮおよびＯＦＦする駆動信号をそれぞれ出力してモータの制御を再開し、表示部７００への各出力欠相信号の出力を停止する。表示部７００は各出力欠相信号が停止されると、出力欠相していることを示す表示を停止する。
【００４２】
このようにして、本実施形態によるインバータ１Ａは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のいずれかの出力端ＯＵＴＵ、ＯＵＴＶおよびＯＵＴＷが出力欠相した場合、その出力欠相した相を検出することができる。そして、出力欠相を検出した場合、出力端ＯＵＴＵ、ＯＵＴＶおよびＯＵＴＷからの出力を停止し、出力欠相していることを表示する。
【００４３】
以上に説明したように、本実施形態によるインバータ１およびインバータ１Ａは、数百ボルトで変化している出力端の出力電圧がＨレベルであるかＬレベルであるかを検出し、その出力電圧のＨレベルおよびＬレベルの状態と、上アーム駆動信号のＨレベルおよびＬレベルの状態と、下アーム駆動信号のＨレベルおよびＬレベルの状態とにより出力端が出力欠相しているか否かを判定する。このため、出力端の出力電圧に誤差が生じても出力電圧のＬレベルおよびＨレベルを検出することができれば出力欠相を判定することができるため、より精度の高い出力欠相の検出を行うことができる。
【００４４】
＜他の実施形態＞
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。
【００４５】
（１）上記実施形態では、上アームのＩＧＢＴ１１のＯＮへの変化および下アームのＩＧＢＴ１２のＯＮへの変化にそれぞれに追従して出力端ＯＵＴの出力電圧の変化が生じているか否かにより出力欠相が生じているか否かを判定した。このような考えに従って出力欠相が生じているか否かを判定する具体的回路構成例は上記実施形態の他にも考えることができる。
【００４６】
例えば、上アーム駆動信号がＬレベルからＨレベルに変化したとき（すなわち、上アームのＩＧＢＴがＯＦＦからＯＮしたとき）から下アーム駆動信号がＬレベルからＨレベルに変化したとき（すなわち、下アームのＩＧＢＴがＯＦＦからＯＮしたとき）までの時間と、出力電圧がＬレベルからＨレベルに変化したときからＨレベルからＬレベルに変化したときまでの時間とが一致しているか否かにより出力欠相であるか否かを判定しても良い。
【００４７】
図５は、この変形例１による１相のインバータ１Ｂの演算部５５０について説明する図である。図５に示すように、演算部５５０は、Ｈレベル時間算出部５６０、立ち上がり開始時間差算出部５７０および判定部５８０を含む。なお、図５における電圧検出部４０および制御部６０は図２のそれと同様である。
【００４８】
Ｈレベル時間算出部５６０は、例えば所定周波数のクロックのカウントを行うことにより時間計測を行う回路であり、電圧検出部４０が出力端ＯＵＴの出力電圧のＬレベルからＨレベルへの変化を検出した時点からＨレベルからＬレベルへの変化を検出した時点までの時間を算出し、算出結果であるＨレベル時間を判定部５８０へ出力する手段である。
【００４９】
立ち上がり開始時間差算出部５７０は、Ｈレベル時間算出部５６０と同様な時間計測を行う回路であり、上アーム駆動信号のＬレベルからＨレベルへの変化時刻と、下アーム駆動信号がＬレベルからＨレベルへの変化時刻との間の時間差を算出し、算出結果である立ち上がり開始時間差を出力欠相判定部５８０へ出力する手段である。
【００５０】
出力欠相判定部５５０は、Ｈレベル時間算出部５６０が算出したＨレベル時間と、立ち上がり開始時間差算出部５７０が算出した立ち上がり開始時間差とを比較し、両者の差が所定の許容範囲内に収まっている場合に、出力端ＯＵＴに出力欠相が生じていると判定し、出力欠相信号を出力する手段である。
【００５１】
このように、本変形例１によるインバータ１Ｂは、出力電圧がＬレベルからＨレベルへ変化したときからＨレベルからＬレベルに変化したときまでの時間間隔であるＨレベル時間と、上アーム駆動信号がＬレベルからＨレベルに変化したときから下アーム駆動信号がＬレベルからＨレベルに変化したときまでの時間間隔である立ち上がり開始時間差とが一致した場合、出力欠相であると判定する。これにより、より精度の高い出力欠相の検出を行うことができる。
【００５２】
（２）この発明は、上アーム駆動信号および下アーム駆動信号の変化と、出力端ＯＵＴの出力電圧の変化との関係に相違が生じることを利用し、出力欠相の検出を行うものである。そして、上記実施形態では、出力欠相が生じると、上アーム駆動信号が上アームのスイッチング素子をＯＮさせる論理値に変化するのに追従して出力端ＯＵＴの出力電圧がＬレベルからＨレベルに変化し、かつ、下アーム駆動信号が下アームのスイッチング素子をＯＮさせる論理値に変化するのに追従して出力端ＯＵＴの出力電圧がＨレベルからＬレベルに変化するようになることに着目し、出力欠相の検出を行った。しかし、出力欠相によって、上アーム駆動信号および下アーム駆動信号の変化と出力端ＯＵＴの出力電圧の変化との関係に生じる相違は、上記実施形態において説明したものだけではない。例えば図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、出力欠相が生じていない場合には、上アームのスイッチング素子のＯＮからＯＦＦへの変化または下アームのスイッチング素子のＯＮからＯＦＦへの変化のいずれかに追従して出力端ＯＵＴの出力電圧が変化するが、出力欠相が生じている場合は、上アームのスイッチング素子のＯＮからＯＦＦへの変化および下アームのスイッチング素子のＯＮからＯＦＦへの変化のいずれがあっても出力端ＯＵＴの出力電圧に変化が発生しない。従って、この点に着目して出力欠相の検出を行ってもよい。具体的には、上アームのスイッチング素子をＯＮからＯＦＦへ変化させる上アーム駆動信号の変化があった後、所定時間以内に出力端ＯＵＴの出力電圧のレベル反転があった場合に、カウンタのカウント値を１だけ増加させるようにする。また、下アームのスイッチング素子をＯＮからＯＦＦへ変化させる下アーム駆動信号の変化があった後、所定時間以内に出力端ＯＵＴの出力電圧のレベル反転があった場合にも、同カウンタのカウント値を１だけ増加させるようにする。そして、同カウンタのカウント値が所定時間以上継続して一定値を維持した場合に出力欠相が生じていると判定するのである。この態様においても上記実施形態と同様な効果が得られる。
【００５３】
（３）上記実施形態によるインバータ１は、電圧レベルシフタ４２およびレベル判定部４４により出力端ＯＵＴの出力電圧を検出したが、電圧検出手段はこれに限られない。すなわち、出力端ＯＵＴの出力電圧がＨレベルであるかＬレベルであるかを検出できれば良いため、電圧検出手段は、種々の構成により実現することができる。
【００５４】
（４）上記実施形態では、電力変換装置であるインバータに出力欠相検出手段を設けたが、この出力欠相検出手段を電力変換装置とは別体の装置として構成し、電力変換装置に接続して出力欠相検出に用いてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１、１Ａ、１Ｂ，１´…インバータ、１０，１００…逆変換部、１１，１２，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０…ＩＧＢＴ、２１，２２，２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０…還流ダイオード、４０，４００…電圧検出部、４１０…Ｕ相電圧検出部、４２０…Ｖ相電圧検出部、４３０…Ｗ相電圧検出部、４２…電圧レベルシフタ、４４…レベル判定部、５０，５００，５５０…演算部、５１，５３…論理積ゲート、５２…論理反転ゲート、５４，５５…カウンタ、５６…加算器，５７，５８０…出力欠相判定部、５１０…Ｕ相演算部、５２０…Ｖ相演算部、５３０…Ｗ相演算部、６０，６００…制御部、７００…表示部、８００…モータ、５６０…Ｈレベル時間算出部、５７０…立ち上がり開始時間差算出部、１４，１５…電流。
【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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