(57)【要約】【課題】送受信パルスの干渉時に発生する情報の損失及び短絡電流の発生を防止するトランス通信システムを提供する。【解決手段】トランスを介した第１の回路と第２の回路との間で通信を行う双方向通信システムであって、前記第１の回路は、前記第２の回路へパルスを送信する第１のパルス駆動部と、前記第２の回路からのパルスを受信する第１のパルス受信部とを備え、前記第２の回路は、前記第１の回路へパルスを送信する第２のパルス駆動部と、前記第１の回路からのパルスを受信する第２のパルス受信部とを備え、さらに、前記第１の回路または前記第２の回路に、前記トランスの導通電流または端子電圧を判定することで前記送受信パルスの干渉を検知する手段を備える。【選択図】図１
2014011708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスと、該トランスを介して通信を行う第１の回路と第２の回路とを有し、
前記第１の回路は、前記第２の回路へパルスを送信する第１のパルス駆動部と、前記第２の回路からのパルスを受信する第１のパルス受信部とを備え、
前記第２の回路は、前記第１の回路へパルスを送信する第２のパルス駆動部と、前記第１の回路からのパルスを受信する第２のパルス受信部とを備え、
さらに、
前記第１の回路または前記第２の回路の少なくともどちらか一方に、前記トランスの導通電流または端子電圧を判定することで前記送受信パルスの干渉を検知する手段を備えることを特徴とする双方向通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の双方向通信システムにおいて、
前記第１の回路または前記第２の回路が、パルスの送信期間中に、前記送受信パルスの干渉を検知する手段によって、送受信パルスの干渉を検知すると、前記第１の回路または前記第２の回路はパルスの送信を停止して、前記第１のパルス受信部または前記第２のパルス受信部を受信可能な状態にすることを特徴とする双方向通信システム。
【請求項３】
請求項１に記載の双方向通信システムにおいて、
さらに、前記第１の回路と前記第２の回路の少なくともどちらか一方に、前記第１の回路と前記第２の回路の互いのクロックを同期する手段を備え、
前記第１のパルス駆動部が送信するパルス信号と、前記第２のパルス駆動部が送信するパルス信号とを、前記クロックを同期する手段を用いて、半二重で送受信することを特徴とする双方向通信システム。
【請求項４】
請求項１に記載の双方向通信システムにおいて、
前記第１の回路または前記第２の回路がパルス受信期間中にパルスを送信し、送受信パルスの干渉を発生させ、該干渉の有無を情報とすることを特徴とする双方向通信システム。
【請求項５】
請求項１に記載の双方向通信システムにおいて、
前記第１のパルス駆動部または前記第２のパルス駆動部の出力段に、前記パルス駆動部に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、
該電流検出手段に基づいて、前記送受信パルスの干渉を検知することを特徴とする双方向通信システム。
【請求項６】
請求項５に記載の双方向通信システムにおいて、
前記電流検出手段は、前記パルス駆動回路の出力段に備えたシンク側半導体スイッチング素子とグランド間に備えられた抵抗手段であることを特徴とする双方向通信システム。
【請求項７】
請求項５に記載の双方向通信システムにおいて、
前記パルス駆動回路の出力段にカレントミラー回路を備え、
該カレントミラー回路で転写した電流に基づいて、送受信パルスの干渉を検知することを特徴とする双方向通信システム。
【請求項８】
上位論理部から出力された指令信号を、トランスの１次側に接続された第１の回路に入力信号として入力し、トランスの２次側の接続された第２の回路で復号した信号とする双方向通信システムを備え、
前記指令信号に基づきスイッチング素子のオン・オフを制御し、
前記双方向通信システムは請求項１に記載の双方向通信システムであることを特徴とする半導体駆動装置。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体駆動装置において、
さらに前記双方向通信システムは前記スイッチング素子のオン・オフ状態を判定する状態判定回路を備え、
前記第２の回路は前記トランスを介して前記状態判定回路による判定結果を前記第１の回路に送信し、該第１の回路は前記判定結果を前記上位論理部に出力することを特徴とする半導体駆動装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体駆動装置において、
さらに前記双方向通信システムは前記第２の回路の電圧異常を判定する電圧異常判定回路を備え、
前記第２の回路は前記トランスを介して前記電圧異常判定回による判定結果を前記第１の回路に送信し、該第１の回路は前記判定結果を前記上位論理部に出力することを特徴とする半導体駆動装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の半導体駆動装置において、
さらに前記双方向通信システムは前記スイッチング素子が接続された主回路の負荷短絡を検出する短絡検知回路を備え、
前記第２の回路は前記トランスを介して前記短絡検知回路による判定結果を前記第１の回路に送信し、該第１の回路は前記判定結果を前記上位論理部に出力することを特徴とする半導体駆動装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の半導体駆動装置において、
さらに前記スイッチング素子に流れる電流の異常を検出する電流異常検知回路を備え、
前記第２の回路は前記トランスを介して前記電流異常検知回路による判定結果を前記第１の回路に送信し、該第１の回路は前記判定結果を前記上位論理部に出力することを特徴とする半導体駆動装置。
【請求項１３】
請求項９に記載の半導体駆動装置において、
さらに前記スイッチング素子が担う電圧の異常を検出する電圧異常検知回路を備え、
前記第２の回路は前記トランスを介して前記電圧異常検知回路による判定結果を前記第１の回路に送信し、該第１の回路は前記判定結果を前記上位論理部に出力することを特徴とする半導体駆動装置。
【請求項１４】
２個の半導体スイッチング素子を直列に接続して構成した複数の上下アームと、前記複数の半導体スイッチング素子のオン・オフを制御する複数の半導体駆動装置とを備えた電力変換装置であって、
前記半導体駆動装置は請求項９乃至請求項１３のいずれか一項に記載の半導体駆動装置であることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランスを介して双方向のパルス信号を送受信する双方向通信システムと、その双方向通信システムを用いた半導体駆動装置及びその半導体駆動装置を用いた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、大型の産業用機器で適用される双方向通信システムは、劣悪なノイズ環境の中で通信を行う必要がある。そのような大型産業機器として、例えば高速鉄道などの交通手段や、風力発電などの発電設備、その他の工場などで使用される電力変換装置が挙げられる。
このような機器で必要となるインバータなどの電力変換装置は、半導体スイッチング素子のスイッチング動作によって電力変換を実現している。
そのスイッチング動作を制御する半導体駆動装置は、半導体スイッチング素子のスイッチング時に発生するノイズ環境下に晒されながら、半導体スイッチング素子の駆動信号を発生する制御回路である上位論理部と半導体スイッチング素子との間で、高い絶縁性を確保して通信を行う必要がある。
この半導体駆動装置が伝送する信号としては、上位論理部側（１次側とする）から半導体スイッチング素子側（２次側とする）に送信する駆動指令信号がある。また、半導体スイッチング素子側から上位論理部側に送信する半導体スイッチング素子のオン・オフ状態信号がある。また、電源異常やインバータのアーム短絡を伝えるエラー信号等がある。そして、これらの信号は、絶縁を介して双方向に信号を送受信する必要がある。
このような絶縁を介した通信回路としては、磁気結合を用いた絶縁トランスを介して通信をする方法が知られている。この場合、単一の絶縁トランスで双方向の通信を実現することで、部品コストを削減することが可能である。例えば、特許文献１では、前記の駆動指令信号とオン・オフ状態信号の送受信を半二重通信で実現する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０１８８３５号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、より厳しいノイズ環境下で半二重通信の前提となる１次側と２次側のクロックの同期性が保たれなくなった場合に、送受信信号の干渉が発生し、正常な信号の受信も送信もできなくなる。また、さらに干渉時に発生する短絡電流によって素子破壊が発生する可能性がある。
また、非同期の任意のタイミングで信号を送信することができないため、異常時に送信するエラー信号等の優先的に送信すべき信号の伝達に遅延が発生する問題もある。
【０００５】
本発明は、前記した問題に鑑みて創案されたものであり、送受信パルスの干渉時に発生する情報の損失及び短絡電流の発生を防止する双方向通信システム、その通信システムを用いた半導体駆動装置及びその半導体駆動装置を用いた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】
【０００６】
前記の課題を解決して、本発明の目的を達成するために、以下のように構成した。
即ち、本発明の双方向通信システムは、トランスと、該トランスを介して通信を行う第１の回路と第２の回路とを有し、前記第１の回路は、前記第２の回路へパルスを送信する第１のパルス駆動部と、前記第２の回路からのパルスを受信する第１のパルス受信部とを備え、前記第２の回路は、前記第１の回路へパルスを送信する第２のパルス駆動部と、前記第１の回路からのパルスを受信する第２のパルス受信部とを備え、さらに、前記第１の回路または前記第２の回路の少なくともどちらか一方に、前記トランスの導通電流または端子電圧を判定することで前記送受信パルスの干渉を検知する手段を備える。
また、本発明の半導体駆動装置は、上位論理部から出力された指令信号を、トランスの１次側に接続された第１の回路に入力信号として入力し、トランスの２次側の接続された第２の回路で復号した信号とする前記双方向通信システムを備え、前記指令信号に基づき半導体スイッチング素子のオン・オフを制御する。
また、本発明の電力変換装置は、２個の半導体スイッチング素子を直列に接続して構成した複数の上下アームと、前記複数の半導体スイッチング素子のオン・オフを制御する複数の前記半導体駆動装置とを備える。
また、その他の手段は、発明を実施するための形態のなかで説明する。
【発明の効果】
【０００７】
以上、本発明によれば、送受信パルスの干渉時に発生する情報の損失及び短絡電流の発生を防止する双方向通信システム、その通信システムを用いた半導体駆動装置及びその半導体駆動装置を用いた電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る双方向通信システムの基本構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る双方向通信システムの基本構成を示す図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る双方向通信システムの基本構成を示す図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る双方向通信システムで、トランスとパルス駆動回路に含まれるパルス出力段の具体的な構成の第１例を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る双方向通信システムで、トランスとパルス駆動回路に含まれるパルス出力段の具体的な構成の第２例を示す図である。
【図６】本発明の双方向通信システムを用いた第４実施形態に係る半導体駆動装置の構成を示す図である。
【図７】本発明の双方向通信システムを用いた第５実施形態に係る半導体駆動装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の半導体駆動装置を用いた第６実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施する形態について、図面を参照して説明する。
【００１０】
＜第１実施形態＞
［双方向通信システムの構成］
まず、本発明の第１実施形態に係る双方向通信システムの基本構成について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る双方向通信システムＳＹ１の基本構成を示す図である。
図１において、第１実施形態に係る双方向通信システムは、トランス８を挿んで１次側回路１０１（第１の回路）と２次側回路２０１（第２の回路）で構成される。
１次側回路１０１は、送信信号生成回路１１、復号信号生成回路１２、パルス駆動回路１３（第１のパルス駆動部）、パルス受信回路１４（第１のパルス受信部）、電流センサ１５、干渉検知回路１６（干渉を検知する手段）、出力段制御回路１７を備えて構成される。
２次側回路２０１は、パルス駆動回路２３（第２のパルス駆動部）、パルス受信回路２４（第２のパルス受信部）、同期制御回路２０（同期する手段）、送信信号生成回路２１、復号信号生成回路２２を備えて構成される。
また、トランス８の電磁結合した１次巻線Ｎ１と２次巻線Ｎ２を介して１次側回路１０１と２次側回路２０１とが連結されている。
【００１１】
１次側回路１０１では、信号ＳＩ１が入力されると、送信信号生成回路１１でパルス信号列ＳＤＰ１に変換し、パルス駆動回路１３が所定の電圧レベル（パルス高）でトランス８を介して２次側回路２０１にパルス信号を送信する。このパルス信号は、一般には、複数の電圧レベル、幅、周期で送信することによって、情報を多重化して送信することができる。
【００１２】
パルス駆動回路１３がパルスを送信していない期間は、パルス受信回路１４で２次側回路２０１から送信されたパルス信号を受信し、受信信号ＳＲＰ１を生成する。生成された受信信号ＳＲＰ１は、復号信号生成回路１２によって、２次側回路２０１から伝送された情報を復号し、出力信号ＳＯ１を生成する。
なお、パルス駆動回路１３で送信したパルス信号を、パルス受信回路１４で直接受信することを防止するため、パルス駆動回路１３からパルス受信回路１４に受信回路制御信号ＳＲＥ１を送信し、パルス送信期間中は受信機能を停止する。
なお、１次側回路１０１における電流センサ１５、干渉検知回路１６、出力段制御回路１７の機能、動作については後記する。
【００１３】
同様に、２次側回路２０１は、前記した構成であって、１次側回路１０１に備えられた回路に対応する送信信号生成回路２１、復号信号生成回路２２、パルス駆動回路２３、パルス受信回路２４を備えている。また、それら以外に、半二重通信を実現するための同期制御回路２０を備えている。
同期制御回路２０は、例えば、パルス受信回路２４で生成した受信信号ＳＲＰ２から１次側と同期したクロック信号ＳＣＫ２を生成し、これによって送信信号生成回路２１は、パルス駆動回路２３がパルスを送信していないタイミングで送信するパルス信号列ＳＤＰ２を生成することができる。
このパルス信号列ＳＤＰ２を用いることにより、１次側回路の送信信号であるパルス信号列ＳＤＰ１と２次側回路の送信信号であるパルス信号列ＳＤＰ２とが重なり合うことなく、相互に信号を送れるので、半二重通信を行うことができる。
【００１４】
以上のように、１次側回路１０１における電流センサ１５、干渉検知回路１６、出力段制御回路１７を含まない回路によっても、前記した方法によって、半二重通信は可能である。
しかしながら、このままの半二重通信では、以下の問題が発生する可能性を残す。
すなわち、ノイズによってパルス受信回路２４が誤受信した場合、例えばクロック信号ＳＣＫ２が１次側のクロックと非同期となり、１次側のパルス駆動回路１３がパルスを送信している期間にパルス駆動回路２３がパルスを送信することで、送受信パルスの干渉が発生する場合がある。
また、異常時のエラー信号などを１次側のクロックと非同期の任意のタイミング送信する場合も、同様に送受信パルスの干渉が発生する場合がある。
送受信パルスの干渉が発生している期間は、受信回路制御信号ＳＲＥ１及び受信回路制御信号ＳＲＥ２に基づいて、パルス受信回路１４及びパルス受信回路２４が受信機能を停止しているため、受信信号ＳＲＰ１と受信信号ＳＲＰ２の両方で情報の損失が発生する。
【００１５】
あるいは、送受信パルスの振幅に差異を与える場合は、パルス送信期間中もパルス受信回路を動作させることは可能であるが、この場合も、パルスの干渉によってトランスの導通電流が増減するためにパルス振幅が変化し、パルス受信回路が信号を正しく判定できなくなる。
さらに、耐ノイズ性の向上を狙ってパルス駆動回路の駆動電流を大きくする場合は、パルス送信時は回路のインピーダンスが低くなるために、パルスの干渉時に短絡電流が発生する場合があり、素子破壊の可能性が生じることも問題となる。
【００１６】
このような、パルス干渉時に発生する１次側と２次側の双方での情報損失や短絡電流を防止するため、第１実施形態の通信システムは、干渉を検知してパルスの送信を停止する手段をさらに備える。すなわち、この手段として、１次側回路１０１において、前記した電流センサ１５、干渉検知回路１６、出力段制御回路１７を備える。
次に、その方法を説明する。
【００１７】
［双方向通信システムの特徴的な機能・動作］
図１に示す電流センサ１５は、トランス８の１次巻線に流れる導通電流ＩＰＬ１をモニタする手段である。干渉検知回路１６は、電流センサ１５に流れる電流（ＩＰＬ１）の差異からパルスの干渉を検知し、干渉検知信号ＳＴＩ１を生成する。
この干渉検知信号ＳＴＩ１に基づいて、出力段制御回路１７は、パルス駆動回路１３に出力段停止信ＳＢＥ１を送信し、１次側のパルスの送信を停止し、パルス受信回路１４を受信可能な状態にすることで、２次側から送信された信号を、干渉なく受信できる。
したがって、１次側と２次側の双方で情報が損失することなく、エラー信号等のリアルタイム性が要求される情報や、より優先度の高い情報を優先的に受信することができる。
また、短絡電流の停止も実現することができる。
【００１８】
また、干渉検知回路１６は、一度干渉を検知すると、トランス８の導通電流ＩＰＬ１が流れなくなるまで、干渉検知信号ＳＴＩ１を発生し続ける。これにより、パルス駆動回路１３の停止後も、２次側からパルスが送信されていること検知し、パルス駆動回路１３の停止状態を維持することができる。
なお、電流センサ１５の信号に基づき干渉検知回路１６で判定する方法は、後記の図２に示す電圧判定回路１８の信号に基づき干渉検知回路１６で判定する方法よりも、一般的には耐ノイズ性を確保しやすいという特徴がある。
【００１９】
また、１次側回路１０１に入力する信号ＳＩ１、１次側回路１０１から出力する信号ＳＯ１、２次側回路２０１に入力する信号ＳＩ２、２次側回路２０１から出力する信号ＳＯ２について、どのような用途、機能の信号とするかは、双方向通信システムＳＹ１に接続される機器の用途によって、選択、設定される。
【００２０】
＜第２実施形態＞
［双方向通信システムの構成］
次に、本発明の第２実施形態に係る双方向通信システムの基本構成について説明する。
図２は、本発明の第２実施形態に係る双方向通信システムＳＹ２の基本構成を示す図である。
図２において、２次側回路２０１は、図１に示した第１実施形態の２次側回路２０１と同じ構成である。重複する説明は省略する。
１次側回路１０２において、送信信号生成回路１１、復号信号生成回路１２、パルス駆動回路１３、パルス受信回路１４、出力段制御回路１７の構成は、概ね第１実施形態の１次側回路１０１と同じ構成である。重複する説明は省略する。
【００２１】
１次側回路１０２において、１次側回路１０１と異なるのは、電流センサ１５がなく、その代わりに電圧判定回路１８がトランス８の１次巻線Ｎ１の両端のトランス８の差動電圧ＶＰＬ1を検出し、干渉検知回路１６に電圧レベル信号ＳＤＶ１を送って制御している点である。
すなわち、図１に示した第１実施形態に係る双方向通信システムＳＹ１が、トランス８の導通電流ＩＰＬ１をモニタすることで干渉を検知するのに対し、図２に示した本発明の第２実施形態に係る双方向通信システムＳＹ２は、トランス８の差動電圧ＶＰＬ１に基づいて、パルスの干渉を検知するものである。以下に、第１実施形態との差異点を中心に説明する。
【００２２】
［双方向通信システムの特徴的な機能・動作］
電圧判定回路１８は、複数のレベルでトランス８の差動電圧ＶＰＬ１を判定し、電圧レベル信号ＳＤＶ１を生成する。
干渉検知回路１６は、電圧レベル信号ＳＤＶ１に基づき、トランス８の差動電圧ＶＰＬ１の変化からパルスの干渉を検知し、干渉検知信号ＳＴＩ１を生成するものである。
この場合は、干渉検知回路１６は、一度干渉を検知すると、パルス受信回路１４がパルス信号を受信しなくなるまで、干渉検知信号ＳＴＩ１を発生し続ける。これにより、１次側でパルスの送信を停止し、２次側から送信されたパルス信号を優先的に受信する。
【００２３】
以上、第２次実施形態における送受信信号の干渉の検知は、前記のとおりトランス８の差動電圧ＶＰＬ１に基づくものであり、第１次実施形態のトランス８の導通電流ＩＰＬ１のみの検知ではなく、様々な方法があることの一例を示したものである。
なお、図２に示した電圧判定回路１８の信号に基づき干渉検知回路１６で判定する方が、図１で示した電流センサ１５の信号に基づき干渉検知回路１６で判定する方法よりも、一般的には精度を高く確保できるという特徴がある。
【００２４】
＜第３実施形態＞
［双方向通信システムの構成］
次に、本発明の第３実施形態に係る双方向通信システムの基本構成について説明する。
図３は、本発明の第３実施形態に係る双方向通信システムＳＹ３の基本構成を示す図である。
図３において、２次側回路２０１は、図１に示した第１実施形態の２次側回路２０１と同じ構成である。重複する説明は省略する。
１次側回路１０３において、送信信号生成回路１１、復号信号生成回路１２、パルス駆動回路１３、パルス受信回路１４、出力段制御回路１７の構成は、概ね第２実施形態の１次側回路１０２や第１実施形態の１次側回路１０１と同じ構成である。重複する説明は省略する。
第３実施形態の図３における１次側回路１０３と、第２実施形態の図２における１次側回路１０２や第１実施形態の図１における１次側回路１０１との相異点は、干渉検知回路１６が電圧判定回路１８（図２、第２実施形態）や電流センサ１５（図１、第１実施形態）を用いずに、送受信信号のパルスの干渉を検知することである。
【００２５】
［干渉検知回路１６の構成例と機能・動作］
以下に、図３における干渉検知回路１６がどのように送受信信号のパルスの干渉を検知するかについて説明する。
干渉検知回路１６は、パルス駆動回路１３の出力段でトランス８の導通電流ＩＰＬ１をモニタした情報ＳＤＩ１を得て、その差異からパルスの干渉を検知して、干渉検知信号ＳＴＩ１を生成する。なお、出力段でトランス８の導通電流ＩＰＬ１をモニタして情報ＳＤＩ１を如何にして得るかの具体的手段は、図４、図５を参照して後記する。
この干渉検知回路１６は、一度干渉を検知すると、パルス受信回路１４がパルス信号を受信しなくなるまで、干渉検知信号ＳＴＩ１を発生し続ける。
これにより、１次側でパルスの送信を停止し、２次側から送信されたパルス信号を優先的に受信する。以下、パルス駆動回路３の出力段で、トランス８の導通電流ＩＰＬ１をモニタする方法を例示する。
【００２６】
《パルス出力段の第１例》
図４は、図３に示した本発明の第３実施形態に係る双方向通信システムＳＹ３で、トランス８とパルス駆動回路１３に含まれるパルス出力段４１、４２の具体的な構成の第１例を示す図である。なお、パルス出力段４１、４２のみを明記し、他の表記を省略している。
図４において、パルス出力段４１は、ＭＯＳＦＥＴからなるＰ型の半導体スイッチＭ１とＮ型の半導体スイッチＭ２と抵抗３１との直列回路が直流電源ＶＤＤ１とグランドとの間に接続されている。
また、Ｐ型の半導体スイッチＭ１のゲートには制御信号のゲート電圧ＶＭ１、Ｎ型の半導体スイッチＭ２のゲートには制御信号のゲート電圧ＶＭ２が入力している。
また、Ｐ型の半導体スイッチＭ１とＮ型の半導体スイッチＭ２とのそれぞれのドレインは互いに接続され、この接続点は、トランス８の１次側の一端に接続されている。
また、Ｎ型の半導体スイッチＭ２のソースと抵抗３１の接続点から端子電圧ＶＩＦ１の信号が出力される構成となっている。
【００２７】
また、パルス出力段４２は、ＭＯＳＦＥＴからなるＰ型の半導体スイッチＭ３とＮ型の半導体スイッチＭ４と抵抗３２との直列回路が直流電源ＶＤＤ１とグランド（グランド電位、シンク）との間に接続されている。
また、Ｐ型の半導体スイッチＭ３のゲートには制御信号のゲート電圧ＶＭ３、Ｎ型の半導体スイッチＭ４のゲートには制御信号のゲート電圧ＶＭ４が入力している。
また、Ｐ型の半導体スイッチＭ３とＮ型の半導体スイッチＭ４とのそれぞれのドレインは互いに接続され、この接続点は、トランス８の１次側の他端に接続されている。
また、Ｎ型の半導体スイッチＭ４のソースと抵抗３２の接続点から端子電圧ＶＩＦ２の信号が出力される構成となっている。
なお、Ｎ型の半導体スイッチＭ４のソースとＮ型の半導体スイッチＭ２のソースは、それぞれ抵抗３２、３１を介してグランド電位に接続されているので、半導体スイッチＭ４、Ｍ２をシンク側半導体スイッチング素子とも呼称する。
【００２８】
パルス出力段４１とパルス出力段４２とを用いて、１次側からパルスを送信する場合、例えば、Ｐ型の半導体スイッチＭ１とＮ型の半導体スイッチＭ４をオンさせるように、パルス出力段４１では、Ｐ型の半導体スイッチＭ１とＮ型の半導体スイッチＭ２のそれぞれのゲートに印加する制御信号のゲート電圧ＶＭ１をＬｏｗ（Ｐ型、ＯＮ）、制御信号のゲート電圧ＶＭ２をＬｏｗ（Ｎ型、ＯＦＦ）と制御する。
それと併せて、パルス出力段４２では、Ｐ型の半導体スイッチＭ３とＮ型の半導体スイッチＭ４のそれぞれのゲートに印加する制御信号のゲート電圧ＶＭ３をＨｉｇｈ（Ｐ型、ＯＦＦ）、制御信号のゲート電圧ＶＭ４をＨｉｇｈ（Ｎ型、ＯＮ）と制御する。
【００２９】
この制御によって、パルス出力段４１から概ねＶＤＤ１、パルス出力段４２から概ねグランド電位が出力し、トランス８の１次側に電圧が印加されてパルスが出力する。
また、パルス出力段４１のＰ型の半導体スイッチＭ１とＮ型の半導体スイッチＭ２、およびパルス出力段４２のＰ型の半導体スイッチＭ３とＮ型の半導体スイッチＭ４に前記した電圧の逆の組み合わせの電圧で制御すれば、トランス８の１次側に逆の極性の電圧が印加されてパルスが出力する。
【００３０】
以上のように、パルス出力段４１とパルス出力段４２を制御することによって、±の両極性のパルスとおよびパルスをトランス８の１次側の巻線Ｎ１に印加することができる。
【００３１】
また、このとき、トランスの導通電流ＩＰＬ１は、抵抗３２の端子電圧ＶＩＦ２、または抵抗３１の端子電圧ＶＩＦ１によってモニタする。
したがって、抵抗３１（抵抗手段）と抵抗３２（抵抗手段）は、パルス駆動回路（第１のパルス駆動部）１３に流れる電流を検出する電流検出手段（３１、３２）である。
また、パルス出力段４１とパルス出力段４２を、２次側回路２０１のパルス駆動回路（第２のパルス駆動部）２３に用いることもできる。
図３に示した干渉検知回路１６は、前記した端子電圧ＶＩＦ２によってモニタしたトランスの導通電流ＩＰＬ１の情報ＳＤＩ１に基づいて送受信信号のパルスの干渉を検知することができる。
また、ここで、短絡電流発生時は端子電圧ＶＩＦ２が増加するため、Ｎ型の半導体スイッチＭ４の抵抗が増加することで、短絡電流がより高速に減少する効果も期待できる。
【００３２】
《パルス出力段の第２例》
図５は、図３に示した本発明の第３実施形態に係る双方向通信システムＳＹ３で、トランス８とパルス駆動回路３に含まれるパルス出力段５１、５２の具体的な構成の第２例を示す図である。なお、パルス出力段５１、５２のみを明記し、他の表記を省略している。
また、図５のパルス出力段５１、５２は、図４に示したパルス出力段４１、４２の変形例である。
図５において、パルス出力段５１は、ＭＯＳＦＥＴからなるＰ型の半導体スイッチＭ１とＮ型の半導体スイッチＭ２とＮ型の半導体スイッチＭ５との直列回路が直流電源ＶＤＤ１とグランドとの間に接続されている。
【００３３】
また、Ｐ型の半導体スイッチＭ１のゲートにはゲート電圧ＶＭ１の制御信号、Ｎ型の半導体スイッチＭ２のゲートにはゲート電圧ＶＭ２の制御信号が入力している。また、Ｎ型の半導体スイッチＭ５のゲートとドレインは互いに接続されている。
また、抵抗３３と抵抗３４とＮ型の半導体スイッチＭ６との直列回路が直流電源ＶＤＤ１とグランドとの間に接続されている。
Ｎ型の半導体スイッチＭ６のゲートは、Ｎ型の半導体スイッチＭ５のゲートに接続されている。
また、抵抗３３と抵抗３４との接続点から端子電圧ＶＩＦ３の信号が出力される構成となっている。
このパルス出力段５１の構成は、トランス８の導通電流ＩＰＬ１をカレントミラー回路（半導体スイッチＭ１、Ｍ２、Ｍ５、Ｍ６、抵抗３４、３３）で転写し、端子電圧ＶＩＦ３、によってモニタしている点が異なる。
【００３４】
また、パルス出力段５２は、ＭＯＳＦＥＴからなるＰ型の半導体スイッチＭ３とＮ型の半導体スイッチＭ４とＮ型の半導体スイッチＭ７との直列回路が直流電源ＶＤＤ１とグランドとの間に接続されている。
また、Ｐ型の半導体スイッチＭ３のゲートにはゲート電圧ＶＭ３の制御信号、Ｎ型の半導体スイッチＭ４のゲートにはゲート電圧ＶＭ４の制御信号が入力している。また、Ｎ型の半導体スイッチＭ７のゲートとドレインは互いに接続されている。
また、抵抗３５と抵抗３６とＮ型の半導体スイッチＭ８との直列回路が直流電源ＶＤＤ１とグランドとの間に接続されている。
Ｎ型の半導体スイッチＭ８のゲートは、Ｎ型の半導体スイッチＭ７のゲートに接続されている。
また、抵抗３５と抵抗３６との接続点から端子電圧ＶＩＦ４の信号が出力される構成となっている。
【００３５】
このパルス出力段５２の構成は、トランス８の導通電流ＩＰＬ１をカレントミラー回路（半導体スイッチＭ３、Ｍ４、Ｍ７、Ｍ８、抵抗３５、３６）で転写し、端子電圧ＶＩＦ４、によってモニタしている点が異なる。
図５のパルス出力段５１、５２に付随した送受信信号のパルスの干渉を検知する機能は、図４のパルス出力段４１、４２に付随した送受信信号のパルスの干渉を検知する機能と比較して、検出感度が高いという効果がある。
【００３６】
＜第４実施形態＞
［半導体駆動装置の構成］
次に、本発明の双方向通信システムを用いた第４実施形態に係る半導体駆動装置について説明する。
図６は、本発明の双方向通信システムを用いた第４実施形態に係る半導体駆動装置ＧＤ１の構成を示す図である。
図６において、１次側回路１０３は、図３に示した第３実施形態の１次側回路１０３と同じ構成である。重複する説明は省略する。
２次側回路２０４において、送信信号生成回路２１、復号信号生成回路２２、パルス駆動回路２３、パルス受信回路２４、同期制御回路２０の構成は、概ね第３実施形態の２次側回路２０１と同じ構成である。重複する説明は省略する。
【００３７】
異なるのは、２次側回路２０４に状態判定回路２８とゲート駆動回路２９が新たに備えられたことである。
１次側回路１０３と２次側回路２０４およびトランス８を備えて、半導体駆動装置ＧＤ１が構成されている。
半導体駆動装置ＧＤ１には、半導体スイッチング素子Ｑ１（スイッチング素子）を介して負荷Ｒ１と直流電源（電圧ＶＢ）３９が直列に接続されている。
つまり、図６に示した半導体駆動装置ＧＤ１は、図３に示した本発明の第３実施形態に係る双方向通信システムＳＹ３を、半導体スイッチング素子Ｑ１を制御するための駆動指令信号と半導体スイッチング素子Ｑ１の動作状態を示す状態信号とを双方向通信するための通信手段に適用したものである。
【００３８】
図６に示すように、半導体駆動装置ＧＤ１は、マイクロコンピュータなどの上位論理部（図示せず）で生成された半導体スイッチング素子Ｑ１のオン・オフを指令する駆動指令信号をパルス信号列に変換して２次側に送信し、ゲート駆動回路２９に出力される。
この回路の制御により、半導体スイッチング素子Ｑ１のオン・オフを制御することができる。
更に、半導体駆動装置ＧＤ１は、半導体スイッチング素子Ｑ１のオン状態を状態判定回路２８で判定し、その状態信号はパルス信号列に変換して１次側に送信され、復号信号生成回路１２を介して、上位論理部（図示せず）に送信される。
【００３９】
すなわち、半導体駆動装置ＧＤ１として、２次側回路２０４に状態判定回路２８とゲート駆動回路２９を新たに備えたことによって、半導体駆動装置ＧＤ１の１次側回路１０３に入力する信号ＳＩ１は、駆動指令信号入力であり、また１次側回路１０３から出力する信号ＳＯ１は、状態信号出力の信号として使用される。
上位論理部は、その状態信号によって、適切な処置（指令）をとることができる。
なお、図６に示した例では、半導体スイッチング素子Ｑ１は、直流電源（電圧ＶＢ）３９から負荷Ｒ１への電力の供給のオン・オフを制御するスイッチとして用いられている。
図６において、半導体スイッチング素子Ｑ１として、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いた場合の例を示している。
【００４０】
＜第５実施形態＞
［半導体駆動装置の構成］
次に、本発明の双方向通信システムを用いた第５実施形態に係る半導体駆動装置について説明する。
図７は、本発明の第５実施形態に係る半導体駆動装置ＧＤ２の構成を示す図である。
図７に示した半導体駆動装置ＧＤ２は、図６に示す半導体駆動装置ＧＤ１に、異常検知回路３０を２次側回路２０５に加えたものである。２次側回路２０５において、異常検知回路３０以外の他の構成は同じである。重複する説明は適宜省略する。
また、１次側回路１０４の構成は、図６に示した１次側回路１０３の構成と同じであるが、復号信号生成回路７２（図７）の出力が状態信号出力と異常状態信号出力の２本となっていることが図６の復号信号生成回路１２（出力信号は１本）と異なっている。他の構成は同じであるので重複する説明は適宜省略する。
【００４１】
図７において、異常検知回路３０は、２次側の電源電圧ＶＤＤ２の異常を検知するものであり、その異常状態信号は、送信信号生成回路２１に送られて半導体駆動装置ＧＤ２の制御に参照される。
より詳しくは、異常状態信号は、送信信号生成回路２１からさらに、パルス駆動回路２３、トランス８、パルス受信回路１４、復号信号生成回路７２を経由する。
そして、復号信号生成回路７２から異常状態信号出力ＳＥ１として、上位論理部（図示せず）に送信される。図７の例では、異常状態信号は、１次側のクロックと非同期で優先的に送信する場合を示している。
【００４２】
なお、前記の場合には、異常検知回路３０は、電源電圧ＶＤＤ２の異常を検知し、異常を判定するので電圧異常判定回路（３０）とも称する。
また、半導体駆動装置ＧＤ２は半導体駆動装置ＧＤ１に異常検知回路３０を加えた構成であるので、電源電圧ＶＤＤ２の異常検知以外の機能は同一である。したがって、１次側回路１０３に入力する信号ＳＩ１は、駆動指令信号入力であり、また１次側回路１０３から出力する信号ＳＯ１は、状態信号出力の信号として使用される。また、前記したように、信号ＳＥ１は、異常状態信号出力として使用される。
【００４３】
＜第６実施形態＞
［電力変換装置］
次に、本発明の半導体駆動装置を用いた第６実施形態に係る電力変換装置について説明する。
図８は、本発明の第６実施形態に係る電力変換装置ＰＴ１の構成を示す図である。
第６実施形態の電力変換装置ＰＴ１は、前記した第４実施形態に係る半導体駆動装置ＧＤ1、又は第５実施形態に係る半導体駆動装置ＧＤ２を、電力変換装置における半導体スイッチング素子の駆動装置として適用したものである。
図８に示すように、第６実施形態に係る電力変換装置ＰＴ１は、ＩＧＢＴからなる半導体スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６、ダイオードＤ１１〜Ｄ１６、半導体駆動装置ＧＤ１１〜ＧＤ１６、及び半導体駆動装置ＧＤ１１〜ＧＤ１６を介して、半導体スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６に対してスイッチング動作の制御信号である駆動指令信号を発生する上位論理部Ｌ１を備えて構成されている。
【００４４】
なお、電力変換装置ＰＴ１は、電圧ＶＢの直流電源６９の直流電力を交流電力に変換するインバータ装置である。
電力変換装置ＰＴ１は、直流電源６９の正負の端子間に、２個の半導体スイッチング素子（Ｑ１１及びＱ１２、Ｑ１３及びＱ１４、Ｑ１５及びＱ１６）が極性を揃えて直列に接続された上下アームが３組接続されている。
また、各半導体スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のエミッタ−コレクタ間には、負荷電流を還流させるためのダイオードＤ１１〜Ｄ１６が逆極性かつ並列に、それぞれ接続されている。
また、各半導体スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のゲート端子には、スイッチングの駆動指令信号を出力する半導体駆動装置ＧＤ１１〜ＧＤ１６がそれぞれ接続されている。
【００４５】
また、直列接続された２個の半導体スイッチング素子（Ｑ１１及びＱ１２、Ｑ１３及びＱ１４、Ｑ１５及びＱ１６）の接続点は、それぞれ交流の出力端子となり、負荷である三相交流モータＭＯに接続されている。
そして、電力変換装置ＰＴ１は、上位論理部Ｌ１によって、半導体駆動装置ＧＤ１１〜ＧＤ１６を介して、それぞれ半導体スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のスイッチング動作を制御して、交流端子に接続された三相交流モータＭＯに交流電力を供給する。
ここで、電力変換装置ＰＴ１は、上位論理部Ｌ１によって、各半導体スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６に対する駆動指令信号を発生し、この半導体駆動装置ＧＤ１１〜ＧＤ１６を介して、この駆動指令信号を半導体スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のゲート端子（制御端子）に送信することで電力変換動作を行う。
このとき、電力変換装置ＰＴ１は、半導体駆動装置ＧＤ１１によって駆動指令信号を絶縁通信によって送信するため、半導体スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のスイッチング時に発生するノイズの影響が低減される。このため、電力変換装置ＰＴ１は、高い信頼性で電力変換を行うことができる。
【００４６】
＜その他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、本発明はこれら実施形態およびその変形に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があってもよく、以下にその例をあげる。
【００４７】
《電流センサ・パルス受信回路》
図１で示した第１実施形態においては、パルス受信回路１４はトランス８の差動電圧ＶＰＬ１を判定する場合を想定したものであった。したがって、駆動電流であるトランス８の導通電流ＩＰＬ１を判定する場合は、電流センサ１５を用いた例を示した。
しかしながら、パルス受信回路１４が、駆動電流であるトランス８の導通電流ＩＰＬ１を判定する場合は、パルス受信回路１４に含まれる電流センサ（不図示）を用いて、干渉検知回路１６に信号を送ることによって、干渉状態を検知することができる。したがって、電流センサ１５を省略することが可能となる。
また、パルス受信回路１４は、トランスの差動電圧ＶＰＬ１とトランス８の導通電流ＩＰＬ１の両方を判定するものであってもよい。
【００４８】
《干渉検知手段》
また、図１で示した第１実施形態においては、１次側に干渉検知手段（干渉検知回路１６）がある場合を示しているが、２次側に干渉検知手段（不図示）がある場合も同様である。
さらには、１次側と２次側の両方に干渉検知手段を備え、信号の種類やタイミングに応じて、１次側の信号と２次側の信号のうち優先する信号を切り替えることも可能である。
【００４９】
《干渉の情報伝達手段》
また、図１で示した第１実施形態の構成において、前記したノイズによるクロックの非同期化が問題とならない場合は、つまり、ある程度、信号が干渉しても送受信に影響を与えない範囲において、意図的にパルス受信期間中にパルスを送信して干渉を発生させることで、送受信パルスの干渉を一つの情報伝達手段にすることができる。
つまり、通常の送受信の信号に加え、干渉検知回路１６の干渉の有無の出力信号を第３の信号として、信号量、情報量を増加させることも可能である。
【００５０】
《異常検知回路》
図７に示した第５実施形態において、異常検知回路３０を２次側の電源電圧ＶＤＤ２の異常を検知し、異常を判定するものとして備えた例を示した。この場合には、前記したように異常検知回路３０が電圧異常判定回路（３０）となる。
しかしながら、異常を検知するものとしては２次側の電源電圧ＶＤＤ２に限定されるものではない。
例えば、他の例として、半導体スイッチング素子Ｑ１（図７）の異常を検知するものや、その他２次側回路の異常を検知するものとして備えてもよい。
なお、異常検知回路３０が半導体スイッチング素子Ｑ１の接続された主回路の負荷Ｒ１の短絡を検知するものとして用いられる場合には、短絡検知回路（３０）となる。
また、異常検知回路３０が半導体スイッチング素子Ｑ１の電流、つまり２次側回路に流れる電流の異常を検知するものとして用いられる場合には、電流異常検知回路（３０）となる。
また、異常検知回路３０が、半導体スイッチング素子Ｑ１が担う電圧の異常を検知するものとして用いられる場合には、電圧異常検知回路（３０）となる。
また、前記した電圧異常判定回路（３０）、短絡検知回路（３０）、電流異常検知回路（３０）、電圧異常検知回路（３０）の機能を同時に異常検知回路３０が備えてもよいし、また、それぞれ異なる機能の異常検知回路３０を複数個、備えてもよい。
【００５１】
《他の電力変換装置への適用》
また、図８に示した第６実施形態において、本発明の半導体駆動装置の電力変換装置への適用例として、三相交流モータＭＯに交流電力を供給するインバータ装置（直流−三相交流）の場合について説明した。
しかしながら、適用例は半導体駆動装置の電力変換装置に限定されるものではなく、直流−直流コンバータや、交流−直流コンバータなど、他の電力変換装置に適用することもできる。
【００５２】
《単方向の通信》
また、図８に示した第６実施形態における半導体駆動装置（ＧＤ１１〜ＧＤ１６）は、図６に示した双方向通信システム（ＳＹ３）を備えた半導体駆動装置ＧＤ１であると説明したが、通信システムとして双方向通信を行うものに限定されない。
すなわち、上位論理部Ｌ１から制御信号を入力し、半導体スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６に復号した制御信号を出力する単方向の通信を行うものであってもよい。
【００５３】
《半導体スイッチング素子》
図６における半導体スイッチング素子Ｑ１、および図８に示したとして半導体スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６は、図６、図８においてＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）の一般的な記号で表記した。しかしながら、スイッチング素子としての機能を有していればよいので、ＩＧＢＴに限定されない。例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やＢＪＴ（Bipolar junction transistor）やＢｉＣＭＯＳ(Bipolar Complementary Metal Oxide Semiconductor)、または、他の適切なデバイスでもよい。さらには、半導体デバイスでなくとも前記したようにスイッチング機能を有するスイッチング素子であればよい。
【００５４】
《半導体スイッチ》
また、図４、図５において、半導体スイッチ（Ｍ１〜Ｍ８）はＭＯＳＦＥＴであるとして説明した。しかしながらＭＯＳＦＥＴに限定されない。前記したような他のデバイスによるスイッチング素子であってもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１１、２１    送信信号生成回路
１２、２２    復号信号生成回路
１３    パルス駆動回路（第１のパルス駆動部）
１４    パルス受信回路（第１のパルス受信部）
１５    電流センサ
１６    干渉検知回路（干渉を検知する手段）
１７    出力段制御回路
１８    電圧判定回路
１０１、１０２、１０３    １次側回路（第１の回路）
２０    同期制御回路（同期する手段）
２３    パルス駆動回路（第２のパルス駆動部）
２４    パルス受信回路（第２のパルス受信部）
２０１、２０４、２０５    ２次側回路（第２の回路）
２８    状態判定回路
２９    ゲート駆動回路
３０    異常検知回路、電圧異常検知回路、短絡検知回路、電流異常検知回路
３１、３２    抵抗（抵抗手段）、電流検出手段
３３〜３６    抵抗
３９、６９    直流電源
４１、４２、５１、５２    パルス出力段
８    トランス
Ｄ１１〜Ｄ１６    ダイオード
ＧＤ１、ＧＤ２、ＧＤ１１〜ＧＤ１６    半導体駆動装置
Ｌ１    上位論理部
Ｍ１、Ｍ３    半導体スイッチ、Ｐ型の半導体スイッチ
Ｍ２、Ｍ４    半導体スイッチ、Ｎ型の半導体スイッチ、シンク側半導体スイッチング素子
Ｍ５〜Ｍ８    半導体スイッチ、Ｎ型の半導体スイッチ
ＭＯ    モータ
Ｎ１    巻線、１次巻線
Ｎ２    巻線、２次巻線
ＰＴ１    電力変換装置
Ｑ１、Ｑ１１〜Ｑ１６    半導体スイッチング素子（スイッチング素子）
Ｒ１    負荷
ＳＹ１、ＳＹ２、ＳＹ３    双方向通信システム
【図１】
2014011708.tif 000003
【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】
2014011708.tif 000009
【図８】
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