(57)【要約】  電力変換装置１００のパワーモジュール１０は、スイッチング素子を有するスイッチング回路と、スイッチング回路に並列接続され第１および第２のコンデンサ１２ａ，１２ｂを直列接続したコンデンサ対１２と、第１および第２のコンデンサ１２ａ，１２ｂ間に接続された端子とを備え、電力変換装置１００は、スイッチング回路の正極と前記端子との間に電気的に接続された第１の抵抗２１と、スイッチング回路の負極と前記端子との間に電気的に接続された第２の抵抗２２と、第１の抵抗２１および第２の抵抗２２の少なくとも１つに生じた電圧に基づいて、第１および第２のコンデンサ１２ａ，１２ｂの少なくとも１つの短絡故障を検出する故障検出回路２とを備える。
2017199405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーモジュールを備える電力変換装置であって、
前記パワーモジュールは、スイッチング素子を有するスイッチング回路と、前記スイッチング回路に並列接続され第１および第２のコンデンサを直列接続したコンデンサ対と、前記第１および第２のコンデンサ間に接続された端子とを備え、
前記スイッチング回路の正極と前記端子との間に電気的に接続された第１の抵抗と、
前記スイッチング回路の負極と前記端子との間に電気的に接続された第２の抵抗と、
前記第１の抵抗および前記第２の抵抗の少なくとも１つに生じた電圧に基づいて、前記第１および第２のコンデンサの少なくとも１つの短絡故障を検出する故障検出回路と、
を備えた電力変換装置。
【請求項２】
パワーモジュールを備える電力変換装置であって、
前記パワーモジュールは、スイッチング素子を有するスイッチング回路と、前記スイッチング回路に並列接続され第１および第２のコンデンサを直列接続したコンデンサ対と、前記第１および第２のコンデンサ間に接続された端子とを備え、
一端が前記スイッチング回路の正極に接続された第１の抵抗と、
前記第１の抵抗の他端と前記端子との間に配置され、前記第１の抵抗と前記端子とを接続または分離する第１の開閉部と、
一端が前記スイッチング回路の負極に接続された第２の抵抗と、
前記第２の抵抗の他端と前記端子との間に配置され、前記第２の抵抗と前記端子とを接続または分離する第２の開閉部と、
前記第１の抵抗および前記第２の抵抗の少なくとも１つに生じた電圧に基づいて、前記第１および第２のコンデンサの少なくとも１つの短絡故障または開放故障を検出する故障検出回路を備えた電力変換装置。
【請求項３】
前記スイッチング回路は、２つのスイッチング素子が直列接続された上下アーム構成を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記故障検出回路は、前記第１および第２のコンデンサが正常時に前記第２の抵抗に生じる電圧と、前記第１または第２のコンデンサが短絡故障または開放故障した際に前記第２の抵抗に生じる電圧と、を比較することによって、前記第１または第２のコンデンサの短絡故障または開放故障を検出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記故障検出回路は、前記第１および第２のコンデンサが正常時に前記第１の抵抗に生じる電圧と、前記第１または第２のコンデンサが短絡故障または開放故障した際に前記第１の抵抗に生じる電圧と、を比較することによって、前記第１または第２のコンデンサの短絡故障または開放故障を検出することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記故障検出回路が前記第１および第２のコンデンサの少なくとも１つの短絡故障または開放故障を検出した場合に、直流電圧電源と前記パワーモジュールとの接続を遮断する開閉器を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記故障検出回路は、前記第１の開閉部または前記第２の開閉部の接続または分離時に、前記第１の抵抗および前記第２の抵抗の少なくとも１つに生じる電圧の過渡応答の時定数に基づいて、前記第１および第２のコンデンサの少なくとも１つの短絡故障または開放故障を検出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８】
前記第１および第２のスイッチング素子は炭化珪素を用いて形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュールを備える電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力変換装置では、電力変換装置が備えるパワーモジュールに搭載されたスイッチング素子のスイッチングによってサージ電圧および電磁ノイズが発生するため、サージ電圧により電力変換装置が故障し、また電磁ノイズによって電力変換装置の周囲の環境を悪化させる可能性がある。特許文献１に示される電力変換装置では、スイッチング素子が搭載されるパワーモジュールにサージを抑制するためのコンデンサが内蔵される。このコンデンサは配線インダクタンスを小さくし、配線インダクタンスに蓄積されたエネルギを低減するように作用する。そのため配線インダクタンスに蓄積されていたエネルギに起因して発生するサージ電圧が低減される共に電磁ノイズが抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１８７８７４号公報
【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に示される電力変換装置は、パワーモジュールに内蔵されるコンデンサの故障を検出する手段がなく、コンデンサが短絡故障した場合には電源短絡する恐れがある。そのため近年ではパワーモジュールに内蔵されるコンデンサの故障を検出することにより電力変換装置の信頼性を高めたいという要望が強くなっている。【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、パワーモジュールに内蔵されるコンデンサの故障を検出可能な電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、パワーモジュールを備える電力変換装置であって、パワーモジュールは、スイッチング素子を有するスイッチング回路と、スイッチング回路に並列接続され第１および第２のコンデンサを直列接続したコンデンサ対と、第１および第２のコンデンサ間に接続された端子とを備え、スイッチング回路の正極と端子との間に電気的に接続された第１の抵抗と、スイッチング回路の負極と端子との間に電気的に接続された第２の抵抗と、第１の抵抗および第２の抵抗の少なくとも１つに生じた電圧に基づいて、第１および第２のコンデンサの少なくとも１つの短絡故障を検出する故障検出回路と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る電力変換装置は、パワーモジュールに内蔵されるコンデンサの故障を検出できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る電力変換装置の構成例を示す図
【図２】図１に示す第１および第２のコンデンサが正常時に中性点と負極線との間の電位差を示す図
【図３】図１に示す第１のコンデンサが短絡故障時に中性点と負極線との間の電位差を示す図
【図４】図１に示す第２のコンデンサが短絡故障時に中性点と負極線との間の電位差を示す図
【図５】実施の形態２に係る電力変換装置の構成例を示す図
【図６】図５に示す第１のコンデンサが開放故障していない状態を示す図
【図７】図５に示す第１のコンデンサが開放故障していないときに検出される中性点の電圧を示す図
【図８】図５に示す第１のコンデンサが開放故障している状態を示す図
【図９】図５に示す第１のコンデンサが開放故障しているときに検出される中性点の電圧を示す図
【図１０】図５に示す第２のコンデンサが開放故障していない状態を示す図
【図１１】図５に示す第２のコンデンサが開放故障していないときに検出される中性点の電圧を示す図
【図１２】図５に示す第２のコンデンサが開放故障している状態を示す図
【図１３】図５に示す第２のコンデンサが開放故障しているときに検出される中性点の電圧を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施の形態に係る電力変換装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１０】
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る電力変換装置の構成例を示す図である。実施の形態１に係る電力変換装置１００は、パワーモジュール１０と、一端が直流電圧源１の正極に接続される第１の抵抗２１と、直流電圧源１の負極に接続された第２の抵抗２２とを備える。直流電圧源１は、モジュールパッケージ外部の電源であっても良いし、パッケージ内部に内蔵されたコンデンサ等であっても良い。
【００１１】
パワーモジュール１０は、炭化珪素（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ：ＳｉＣ）を用いて形成された第１のスイッチング素子１１ａとＳｉＣを用いて形成された第２のスイッチング素子１１ｂとを直列接続した上下アーム構成の電圧形ブリッジ回路１１を備える。電圧形ブリッジ回路１１は、スイッチング素子を少なくとも１つ備えるスイッチング回路であってもよい。またパワーモジュール１０は、ノイズ除去用の第１のコンデンサ１２ａとノイズ除去用の第２のコンデンサ１２ｂとを直列接続したコンデンサ対１２を備える。コンデンサ対１２は電圧形ブリッジ回路１１に並列接続される。すなわち、コンデンサ対１２は、上記のスイッチング回路の正極と負極間に並列接続される。
【００１２】
またパワーモジュール１０は、第１のコンデンサ１２ａおよび第２のコンデンサ１２ｂの間に接続された端子である第１の端子１３と、第２の端子１４と、第３の端子１５と、第４の端子１６と、第５の端子１７を備える。
【００１３】
第２の端子１４は、直流電圧源１の正極線１ａに接続され、電圧形ブリッジ回路１１およびコンデンサ対１２の一端に第１の電位を与える端子である。第３の端子１５は、直流電圧源１の負極線１ｂに接続され、電圧形ブリッジ回路１１およびコンデンサ対１２の他端に第２の電位を与える端子である。第２の電位は第１の電位よりも低い電位である。第３の端子１５には第２のスイッチング素子１１ｂおよび第２のコンデンサ１２ｂが接続される。第４の端子１６には、第１のスイッチング素子１１ａと第２のスイッチング素子１１ｂとの接続点に接続される。
【００１４】
また電力変換装置１００は、コンデンサ対１２の短絡故障を検出する故障検出回路２と、電圧形ブリッジ回路１１内の第１のスイッチング素子１１ａおよび第２のスイッチング素子１１ｂのオンオフ動作を制御する駆動制御回路３とを備える。駆動制御回路３は第５の端子１７に接続され、駆動制御回路３から出力される駆動信号は、第５の端子１７を介して第１のスイッチング素子１１ａと第２のスイッチング素子１１ｂとに入力される。
【００１５】
正極線１ａには第１の抵抗２１が接続される。また正極線１ａには第２の端子１４、すなわち第１のスイッチング素子１１ａの一端と第１のコンデンサ１２ａの一端とが接続される。負極線１ｂには第２の抵抗２２の一端が接続される。また負極線１ｂには第３の端子１５、すなわち第２のスイッチング素子１１ｂの一端と第２のコンデンサ１２ｂの一端とが接続される。
【００１６】
第１および第２の抵抗２１，２２のそれぞれの他端は第１の端子１３に接続される。第１のコンデンサ１２ａおよび第２のコンデンサ１２ｂの中性点１２ｃは、第１の端子１３を介して、第１の抵抗２１と第２の抵抗２２との接続点に接続される。すなわち、第１の抵抗２１は一端が前述したスイッチング回路の正極と電気的に接続され、他端が第１の端子１３に接続される。また、第２の抵抗２２は、一端が前述したスイッチング回路の負極と電気的に接続され、他端が第１の端子１３に接続される。
【００１７】
第３の端子１５および第４の端子１６には負荷装置４が接続される。負荷装置４としては回転電機を例示できる。
【００１８】
以下に電力変換装置１００の動作を説明する。駆動制御回路３は、駆動制御回路３の外部から与えられる電圧指令に基づき、第１および第２のスイッチング素子１１ａ，１１ｂを駆動する駆動信号を生成し、生成された駆動信号は、第５の端子１７を介して第１および第２のスイッチング素子１１ａ，１１ｂに与えられ、第１および第２のスイッチング素子１１ａ，１１ｂではオンオフ動作が行われることにより、一定の電圧および周波数の擬似正弦波が負荷装置４に供給される。
【００１９】
故障検出回路２は、第１および第２の抵抗２１，２２の少なくとも１つに生じた電圧により、第１および第２のコンデンサ１２ａ，１２ｂの少なくとも１つの短絡故障を検出する。以下、故障検出回路２による故障検出時の動作を具体的に説明する。
【００２０】
図２は図１に示す第１および第２のコンデンサが正常時に中性点と負極線との間の電位差を示す図である。図３は図１に示す第１のコンデンサが短絡故障時に中性点と負極線との間の電位差を示す図である。図４は図１に示す第２のコンデンサの短絡故障時に中性点と負極線との間の電位差を示す図である。
【００２１】
図１に示す第１のコンデンサ１２ａおよび第２のコンデンサ１２ｂが正常な場合、図２に示すように中性点１２ｃと負極線１ｂとの間の電位差は直流電圧源１の出力電圧の半分の値になる。図２では直流電圧源１の出力電圧を６００Ｖと仮定しているため中性点電位は３００Ｖである。
【００２２】
図１に示す第１のコンデンサ１２ａが短絡故障し、かつ、第２のコンデンサ１２ｂが正常である場合、図３に示すように中性点１２ｃと負極線１ｂとの間の電位差は直流電圧源１の出力電圧と同じ値になる。図３では直流電圧源１の出力電圧を６００Ｖと仮定しているため中性点電位は６００Ｖである。
【００２３】
図１に示す第１のコンデンサ１２ａが正常であり、かつ、第２のコンデンサ１２ｂが短絡故障した場合、図４に示すように中性点１２ｃと負極線１ｂとの間の電位差は０Ｖになる。図４では直流電圧源１の出力電圧を６００Ｖと仮定しているが、中性点電位は０Ｖである。
【００２４】
図１に示す故障検出回路２は、第１の抵抗２１および第２の抵抗２２の少なくとも一方に生じた電圧を検出し、検出した電圧により第１および第２のコンデンサ１２ａ，１２ｂの少なくとも１つの短絡故障を検出する。
【００２５】
パワーモジュール１０に内蔵されたコンデンサは交換が容易ではなく、特にコンデンサが樹脂で覆われた構造のパワーモジュール１０ではコンデンサ対１２の交換が困難な場合がある。またコンデンサが短絡故障した場合、ユーザはコンデンサの故障に気付かない可能性があるため、コンデンサが短絡故障した状態で直流電圧源１からパワーモジュール１０への通電が継続して電源短絡を引き起こす可能性がある。
【００２６】
実施の形態１に係る電力変換装置１００によれば、パワーモジュール１０に内蔵されたコンデンサの短絡故障を検出できるため、検出結果を利用することによって直流電圧源１とパワーモジュール１０とを切り離すといった措置を取ることが可能になる。一例としては、正極線１ａまたは負極線１ｂに開閉器が設置されている構成において、故障検出回路２は、コンデンサ故障を検出していない場合、直流電圧源１とパワーモジュール１０との接続が継続されるように開閉器を制御し、コンデンサ故障を検出した場合、直流電圧源１とパワーモジュール１０との接続が解除されるように開閉器を制御する。このような開閉器制御機能は故障検出回路２に設けてもよいし駆動制御回路３に設けてもよい。駆動制御回路３に設けた場合、駆動制御回路３は故障検出回路２から故障検出の有無を示す情報を取り込み、開閉器に対する開閉指令を出力する構成とする。
【００２７】
実施の形態１に係る電力変換装置１００によれば、パワーモジュール１０に内蔵されるコンデンサの故障を検出できるため、電源短絡の発生を抑制できる。また実施の形態１に係る電力変換装置１００によれば、電源短絡による過大な電流によってパワーモジュール１０が破壊に至ることを抑制できるため、電力変換装置１００自体の信頼性を高めることができる。
【００２８】
なお、実施の形態１では、スイッチング素子を有するスイッチング回路の一例として、電圧形ブリッジ回路１１を用いて説明した。すなわち、スイッチング回路として２つのスイッチング素子で構成される上下アームである電圧形ブリッジ回路１１を用いて説明したが、１つのスイッチング素子のみを用いてもよい。
【００２９】
本実施の形態では、パワーモジュール１０が一相の上下アームを備える構成を開示したが、三相の上下アームなど、複数の上下アームを備えていてもよい。
【００３０】
また、本実施の形態に係る電力変換装置１００は、各スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードを備えているが、当該ダイオードはスイッチング素子に内蔵されていてもよいし、ダイオード自体を備えていなくてもよい。
【００３１】
また、本実施の形態では、直流電圧源１の正極と負極との間にスイッチング回路が接続された場合について説明したが、従来、スナバ回路が設けられるスイッチング回路部分に本実施の形態は適用できる。すなわち、回路全体のうち、一部のスイッチング回路について本実施の形態は適用できる。
【００３２】
実施の形態２．
図５は実施の形態２に係る電力変換装置の構成例を示す図である。実施の形態２に係る電力変換装置１００−２は、第１および第２のコンデンサ１２ａ，１２ｂのそれぞれの短絡故障と開放故障を検出可能である。実施の形態２に係る電力変換装置１００−２のパワーモジュール１０の構成は実施の形態１と同様である。実施の形態１と実施の形態２の相違点は以下の通りである。
（１）電力変換装置１００−２は、実施の形態１の故障検出回路２の代わりに故障検出回路２−２を備える。
（２）電力変換装置１００−２は、実施の形態１の第１の抵抗２１、第２の抵抗２２およびパワーモジュール１０に加えて、第１の開閉部３１および第２の開閉部３２を備える。
【００３３】
第１の開閉部３１は、第１の抵抗２１と第１の端子１３とを接続または分離する開閉手段であり、第１の抵抗２１の他端と第１の端子１３との間に配置される。具体的には、第１の開閉部３１の一端は第１の抵抗２１の他端に接続され、第１の開閉部３１の他端は第２の開閉部３２の一端と第１の端子１３とに接続される。
【００３４】
第２の開閉部３２は、第２の抵抗２２と第１の端子１３とを接続または分離する開閉手段であり、第２の抵抗２２の他端と第１の端子１３との間に配置される。具体的には、第２の開閉部３２の一端は第２の抵抗２２の他端に接続され、第２の開閉部３２の他端は第１の開閉部３１の一端と第１の端子１３とに接続される。
【００３５】
故障検出回路２−２は、第１および第２の開閉部３１，３２のそれぞれのオンオフを制御し、第１および第２の抵抗２１，２２のそれぞれの両端に印加される電圧を検出する。この電圧はＣＲ回路の過渡応答電圧に相当する。故障検出回路２−２は、第１および第２の抵抗２１，２２の少なくとも１つに生じた電圧を検出することで、第１および第２のコンデンサ１２ａ，１２ｂの少なくとも１つの短絡故障または開放故障を検出する。以下、故障検出回路２−２による故障検出時の動作を具体的に説明する。
【００３６】
（第１のコンデンサの開放故障の検出）
図６は図５に示す第１のコンデンサが開放故障していない状態を示す図である。図７は図５に示す第１のコンデンサが開放故障していないときに検出される中性点の電圧を示す図である。第１のコンデンサ１２ａが開放故障していないとき、故障検出回路２−２によって第２の開閉部３２がオフのまま第１の開閉部３１がオフからオンに制御されると、中性点１２ｃに印加される電圧Ｖ１は図７に示す過渡応答で変化する。
【００３７】
図８は図５に示す第１のコンデンサが開放故障している状態を示す図である。図９は図５に示す第１のコンデンサが開放故障しているときに検出される中性点の電圧を示す図である。第１のコンデンサ１２ａが開放故障しているとき、故障検出回路２−２によって第２の開閉部３２がオフのまま第１の開閉部３１がオフからオンに制御されると、中性点１２ｃに印加される電圧Ｖ２は図９に示す過渡応答で変化する。
【００３８】
図９に示す電圧Ｖ２の過渡応答の時定数τは図７に示す電圧Ｖ１の過渡応答の時定数τよりも短くなる。これは第１のコンデンサ１２ａが開放故障している場合、キャパシタンスの値が小さくなり過渡応答の時定数τが短くなるためである。
【００３９】
（第２のコンデンサの開放故障の検出）
図１０は図５に示す第２のコンデンサが開放故障していない状態を示す図である。図１１は図５に示す第２のコンデンサが開放故障していないときに検出される中性点の電圧を示す図である。第２のコンデンサ１２ｂが開放故障していないとき、故障検出回路２−２によって第１の開閉部３１がオフのまま第２の開閉部３２がオフからオンに制御されると、中性点１２ｃに印加される電圧Ｖ３は図１１に示す過渡応答で変化する。
【００４０】
図１２は図５に示す第２のコンデンサが開放故障している状態を示す図である。図１３は図５に示す第２のコンデンサが開放故障しているときに検出される中性点の電圧を示す図である。第２のコンデンサ１２ｂが開放故障しているとき、故障検出回路２−２によって第１の開閉部３１がオフのまま第２の開閉部３２がオフからオンに制御されると、中性点１２ｃに印加される電圧Ｖ４は図１３に示す過渡応答で変化する。
【００４１】
図１３に示す電圧Ｖ４の過渡応答の時定数τは図１１に示す電圧Ｖ３の過渡応答の時定数τよりも短くなる。これは第２のコンデンサ１２ｂが開放故障している場合、キャパシタンスの値が小さくなり過渡応答の時定数τが短くなるためである。
【００４２】
このように実施の形態２に係る故障検出回路２−２は、第１および第２の開閉部３１，３２のそれぞれを制御する前後において中性点１２ｃに印加される電圧の過渡応答の時定数を比較することにより、コンデンサの開放故障を検出できる。コンデンサが開放故障した場合、サージ電圧およびノイズが増大する可能性がある。実施の形態２に係る電力変換装置１００−２によればコンデンサの開放故障を検出できるため、検出結果を利用することによって直流電圧源１とパワーモジュール１０とを切り離すといった措置を取ることが可能になる。従ってコンデンサが開放故障した場合でもサージ電圧およびノイズの増大を抑制できる。
【００４３】
なお故障検出回路２−２が第１および第２の開閉部３１，３２のそれぞれをオン状態に制御した状態で、実施の形態１と同様の方法で電圧を検出することにより、第１および第２のコンデンサ１２ａ，１２ｂのそれぞれの短絡故障を検出できる。また直流電圧源１の出力電圧が印加されていれば検出することが可能であるため、直流電圧源１とパワーモジュール１０との接続を遮断する必要はない。
【００４４】
なお実施の形態１，２ではＳｉＣで形成された第１および第２のスイッチング素子１１ａ，１１ｂが用いられているが、第１および第２のスイッチング素子１１ａ，１１ｂは半導体材料としては主流であるケイ素（Ｓｉｌｉｃｏｎ：Ｓｉ）でもよい。ＳｉＣで形成された第１および第２のスイッチング素子１１ａ，１１ｂは、低損失な反面、リンギングという電圧振動が大きいことが知られている。それに伴いＳｉＣで形成されたスイッチング素子を用いた電力変換装置ではリンギングによるノイズの増大が懸念される。実施の形態１，２ではＳｉＣで形成された第１および第２のスイッチング素子１１ａ，１１ｂを樹脂で覆う構造のパワーモジュール１０が用いられるため、リンギングによるノイズが軽減され、かつ、コンデンサの故障を検出できる。そのため実施の形態１，２に係る電力変換装置は、ＳｉＣの低損失性を発揮しながら信頼性を確保できる。
【００４５】
また実施の形態１，２のスイッチング回路は、２つのスイッチング素子が直列接続された上下アーム構成を有する。また実施の形態１，２の故障検出回路は、第１および第２のコンデンサが正常時に第２の抵抗に生じる電圧と、第１または第２のコンデンサが短絡故障または開放故障した際に第２の抵抗に生じる電圧と、を比較することによって、第１または第２のコンデンサの短絡故障または開放故障を検出する。また実施の形態１，２の故障検出回路は、第１および第２のコンデンサが正常時に第１の抵抗に生じる電圧と、第１または第２のコンデンサが短絡故障または開放故障した際に第１の抵抗に生じる電圧と、を比較することによって、第１または第２のコンデンサの短絡故障または開放故障を検出する。また実施の形態１，２の電力変換装置は、故障検出回路が第１および第２のコンデンサの少なくとも１つの短絡故障または開放故障を検出した場合に、直流電圧電源とパワーモジュールとの接続を遮断する開閉器を備える。また故障検出回路は、第１の開閉部または第２の開閉部の接続または分離時に、第１の抵抗および第２の抵抗の少なくとも１つに生じる電圧の過渡応答の時定数に基づいて、第１および第２のコンデンサの少なくとも１つの短絡故障または開放故障を検出する。
【００４６】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１  直流電圧源、１ａ  正極線、１ｂ  負極線、２，２−２  故障検出回路、３  駆動制御回路、４  負荷装置、１０  パワーモジュール、１１  電圧形ブリッジ回路、１１ａ  第１のスイッチング素子、１１ｂ  第２のスイッチング素子、１２  コンデンサ対、１２ａ  第１のコンデンサ、１２ｂ  第２のコンデンサ、１２ｃ  中性点、１３  第１の端子、１４  第２の端子、１５  第３の端子、１６  第４の端子、１７  第５の端子、２１  第１の抵抗、２２  第２の抵抗、３１  第１の開閉部、３２  第２の開閉部、１００，１００−２  電力変換装置。
【図１】
2017199405.tif 000003
【図２】
2017199405.tif 000004
【図３】
2017199405.tif 000005
【図４】
2017199405.tif 000006
【図５】
2017199405.tif 000007
【図６】
2017199405.tif 000008
【図７】
2017199405.tif 000009
【図８】
2017199405.tif 000010
【図９】
2017199405.tif 000011
【図１０】
2017199405.tif 000012
【図１１】
2017199405.tif 000013
【図１２】
2017199405.tif 000014
【図１３】
2017199405.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月26日(2016.12.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子を有するスイッチング回路と、前記スイッチング回路に並列接続され第１および第２のコンデンサを直列接続したコンデンサ対と、前記第１及び第２のコンデンサ間に接続された第１の端子と、前記スイッチング回路の正極に接続された第２の端子と、前記スイッチング回路の負極に接続された第３の端子と、を有するパワーモジュールと、
前記パワーモジュールの外部において前記第１の端子と前記第２の端子との間に電気的に接続された第１の抵抗と、
前記パワーモジュールの外部において前記第１の端子と前記第３の端子との間に電気的に接続された第２の抵抗と、
前記第１の抵抗および前記第２の抵抗の少なくとも１つに生じた電圧に基づいて、前記第１および第２のコンデンサの少なくとも１つの短絡故障を検出する故障検出回路と、
を備えた電力変換装置。
【請求項２】
スイッチング素子を有するスイッチング回路と、前記スイッチング回路に並列接続され第１および第２のコンデンサを直列接続したコンデンサ対と、前記第１及び第２のコンデンサ間に接続された第１の端子と、前記スイッチング回路の正極に接続された第２の端子と、前記スイッチング回路の負極に接続された第３の端子と、を有するパワーモジュールと、
前記パワーモジュールの外部において一端が前記第２の端子に接続された第１の抵抗と、
前記パワーモジュールの外部において前記第１の抵抗の他端と前記第１の端子との間に配置され、前記第１の抵抗と前記第１の端子とを接続または分離する第１の開閉部と、
前記パワーモジュールの外部において一端が前記第３の端子に接続された第２の抵抗と、
前記パワーモジュールの外部において前記第２の抵抗の他端と前記第３の端子との間に配置され、前記第２の抵抗と前記第３の端子とを接続または分離する第２の開閉部と、
前記第１の抵抗および前記第２の抵抗の少なくとも１つに生じた電圧に基づいて、前記第１および第２のコンデンサの少なくとも１つの開放故障を検出する故障検出回路と、
を備えた電力変換装置。
【請求項３】
前記スイッチング回路は、２つのスイッチング素子が直列接続された上下アーム構成を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記故障検出回路は、前記第１および第２のコンデンサが正常時に前記第２の抵抗に生じる電圧と、前記第１または第２のコンデンサが短絡故障または開放故障した際に前記第２の抵抗に生じる電圧と、を比較することによって、前記第１または第２のコンデンサの短絡故障または開放故障を検出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記故障検出回路は、前記第１および第２のコンデンサが正常時に前記第１の抵抗に生じる電圧と、前記第１または第２のコンデンサが短絡故障または開放故障した際に前記第１の抵抗に生じる電圧と、を比較することによって、前記第１または第２のコンデンサの短絡故障または開放故障を検出することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記故障検出回路が前記第１および第２のコンデンサの少なくとも１つの短絡故障または開放故障を検出した場合に、直流電圧電源と前記パワーモジュールとの接続を遮断する開閉器を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記故障検出回路は、前記第１の開閉部または前記第２の開閉部の接続または分離時に、前記第１の抵抗および前記第２の抵抗の少なくとも１つに生じる電圧の過渡応答の時定数に基づいて、前記第１および第２のコンデンサの少なくとも１つの開放故障を検出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８】
スイッチング素子を有するスイッチング回路と、前記スイッチング回路に並列接続され第１および第２のコンデンサを直列接続したコンデンサ対と、前記第１及び第２のコンデンサ間に接続された第１の端子と、前記スイッチング回路の正極に接続された第２の端子と、前記スイッチング回路の負極に接続された第３の端子と、を有するパワーモジュールと、
前記パワーモジュールの外部において一端が前記第２の端子に接続された第１の抵抗と、
前記パワーモジュールの外部において前記第１の抵抗の他端と前記第１の端子との間に配置され、前記第１の抵抗と前記第１の端子とを接続または分離する第１の開閉部と、
前記パワーモジュールの外部において一端が前記第３の端子に接続された第２の抵抗と、
前記パワーモジュールの外部において前記第２の抵抗の他端と前記第３の端子との間に配置され、前記第２の抵抗と前記第３の端子とを接続または分離する第２の開閉部と、
前記第１の抵抗および前記第２の抵抗の少なくとも１つに生じた電圧に基づいて、前記第１および第２のコンデンサの少なくとも１つの短絡故障を検出する故障検出回路と、
を備えた電力変換装置。
【請求項９】
前記スイッチング素子は炭化珪素を用いて形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、スイッチング素子を有するスイッチング回路と、スイッチング回路に並列接続され第１および第２のコンデンサを直列接続したコンデンサ対と、第１および第２のコンデンサ間に接続された第１の端子と、スイッチング回路の正極に接続された第２の端子と、スイッチング回路の負極に接続された第３の端子と、を有するパワーモジュールと、パワーモジュールの外部において第１の端子と第２の端子との間に電気的に接続された第１の抵抗と、パワーモジュールの外部において第１の端子と第３の端子との間に電気的に接続された第２の抵抗と、第１の抵抗および第２の抵抗の少なくとも１つに生じた電圧に基づいて、第１および第２のコンデンサの少なくとも１つの短絡故障を検出する故障検出回路と、を備える。
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月30日(2017.3.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子を有するスイッチング回路と、前記スイッチング回路に並列接続され第１および第２のコンデンサを直列接続したコンデンサ対と、前記第１及び第２のコンデンサ間に接続された第１の端子と、前記スイッチング回路の正極に接続された第２の端子と、前記スイッチング回路の負極に接続された第３の端子と、を有するパワーモジュールと、
前記パワーモジュールの外部において一端が前記第１の端子と電気的に接続され他端が前記第２の端子と電気的に接続された第１の抵抗と、
前記パワーモジュールの外部において一端が前記第１の端子と電気的に接続され他端が前記第３の端子と電気的に接続された第２の抵抗と、
前記第１の抵抗および前記第２の抵抗の少なくとも１つに生じた電圧に基づいて、前記第１および第２のコンデンサの少なくとも１つの短絡故障を検出する故障検出回路と、
を備えた電力変換装置。
【請求項２】
スイッチング素子を有するスイッチング回路と、前記スイッチング回路に並列接続され第１および第２のコンデンサを直列接続したコンデンサ対と、前記第１及び第２のコンデンサ間に接続された第１の端子と、前記スイッチング回路の正極に接続された第２の端子と、前記スイッチング回路の負極に接続された第３の端子と、を有するパワーモジュールと、
前記パワーモジュールの外部において一端が前記第２の端子に接続された第１の抵抗と、
前記パワーモジュールの外部において前記第１の抵抗の他端と前記第１の端子との間に配置され、前記第１の抵抗と前記第１の端子とを接続または分離する第１の開閉部と、
前記パワーモジュールの外部において一端が前記第３の端子に接続された第２の抵抗と、
前記パワーモジュールの外部において前記第２の抵抗の他端と前記第３の端子との間に配置され、前記第２の抵抗と前記第３の端子とを接続または分離する第２の開閉部と、
前記第１の抵抗および前記第２の抵抗の少なくとも１つに生じた電圧に基づいて、前記第１および第２のコンデンサの少なくとも１つの開放故障を検出する故障検出回路と、
を備えた電力変換装置。
【請求項３】
前記スイッチング回路は、２つのスイッチング素子が直列接続された上下アーム構成を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記故障検出回路は、前記第１および第２のコンデンサが正常時に前記第２の抵抗に生じる電圧と、前記第１または第２のコンデンサが短絡故障または開放故障した際に前記第２の抵抗に生じる電圧と、を比較することによって、前記第１または第２のコンデンサの短絡故障または開放故障を検出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記故障検出回路は、前記第１および第２のコンデンサが正常時に前記第１の抵抗に生じる電圧と、前記第１または第２のコンデンサが短絡故障または開放故障した際に前記第１の抵抗に生じる電圧と、を比較することによって、前記第１または第２のコンデンサの短絡故障または開放故障を検出することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記故障検出回路が前記第１および第２のコンデンサの少なくとも１つの短絡故障または開放故障を検出した場合に、直流電圧電源と前記パワーモジュールとの接続を遮断する開閉器を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記故障検出回路は、前記第１の開閉部または前記第２の開閉部の接続または分離時に、前記第１の抵抗および前記第２の抵抗の少なくとも１つに生じる電圧の過渡応答の時定数に基づいて、前記第１および第２のコンデンサの少なくとも１つの開放故障を検出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８】
スイッチング素子を有するスイッチング回路と、前記スイッチング回路に並列接続され第１および第２のコンデンサを直列接続したコンデンサ対と、前記第１及び第２のコンデンサ間に接続された第１の端子と、前記スイッチング回路の正極に接続された第２の端子と、前記スイッチング回路の負極に接続された第３の端子と、を有するパワーモジュールと、
前記パワーモジュールの外部において一端が前記第２の端子と電気的に接続された第１の抵抗と、
前記パワーモジュールの外部において一端が前記第１の抵抗の他端と電気的に接続され他端が前記第１の端子と電気的に接続され、前記第１の抵抗と前記第１の端子とを接続または分離する第１の開閉部と、
前記パワーモジュールの外部において一端が前記第３の端子と電気的に接続された第２の抵抗と、
前記パワーモジュールの外部において一端が前記第２の抵抗の他端と電気的に接続され他端が前記第３の端子と電気的に接続され、前記第２の抵抗と前記第３の端子とを接続または分離する第２の開閉部と、
前記第１の抵抗および前記第２の抵抗の少なくとも１つに生じた電圧に基づいて、前記第１および第２のコンデンサの少なくとも１つの短絡故障を検出する故障検出回路と、
を備えた電力変換装置。
【請求項９】
前記スイッチング素子は炭化珪素を用いて形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、スイッチング素子を有するスイッチング回路と、スイッチング回路に並列接続され第１および第２のコンデンサを直列接続したコンデンサ対と、第１および第２のコンデンサ間に接続された第１の端子と、スイッチング回路の正極に接続された第２の端子と、スイッチング回路の負極に接続された第３の端子と、を有するパワーモジュールと、パワーモジュールの外部において一端が第１の端子と電気的に接続され他端が第２の端子と電気的に接続された第１の抵抗と、パワーモジュールの外部において一端が第１の端子と電気的に接続され他端が第３の端子と電気的に接続された第２の抵抗と、第１の抵抗および第２の抵抗の少なくとも１つに生じた電圧に基づいて、第１および第２のコンデンサの少なくとも１つの短絡故障を検出する故障検出回路と、を備える。
【国際調査報告】
2017199405.tif 000016
2017199405.tif 000017
2017199405.tif 000018