(57)【要約】【課題】  モジュール型半導体スイッチング素子における開放故障をより高速かつ確実に検出する【解決手段】  モジュール型半導体スイッチング素子Ａの主端子間電圧を検出する電圧検出器６と、モジュール型半導体スイッチング素子Ａの主端子に流れる主端子電流を検出する電流検出器７と、電圧検出器６から入力された主端子間電圧と電流検出器７から入力された主端子電流とからモジュール型半導体スイッチング素子Ａの主端子間内部抵抗を求め、該主端子間内部抵抗に基づいて開放故障の発生を検出すると短絡手段を作動させて主端子間を短絡させる制御手段とを具備する。【選択図】      図１
2006042563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの半導体スイッチング素子あるいは並列接続された複数の半導体スイッチング素子から構成された、半導体スイッチング素子に開放故障が生じ得るモジュール型半導体スイッチング素子を備え、前記半導体スイッチング素子に開放故障が生じた場合には所定の短絡手段を作動させて前記モジュール型半導体スイッチング素子の主端子間を短絡させる電力スイッチング回路であって、
前記モジュール型半導体スイッチング素子の主端子間電圧を検出する電圧検出器と、
前記モジュール型半導体スイッチング素子の主端子に流れる主端子電流を検出する電流検出器と、
前記電圧検出器から入力された主端子間電圧と前記電流検出器から入力された主端子電流とからモジュール型半導体スイッチング素子の主端子間内部抵抗を求め、該主端子間内部抵抗に基づいて前記開放故障の発生を検出すると前記短絡手段を作動させて主端子間を短絡させる制御手段と
を具備することを特徴とする電力スイッチング回路。
【請求項２】
短絡手段は半導体スイッチング素子であり、制御手段は、該半導体スイッチング素子に過大な駆動信号を印加することにより当該半導体スイッチング素子の内部を短絡破壊させることを特徴とする請求項１記載の電力スイッチング回路。
【請求項３】
短絡手段は、モジュール型半導体スイッチング素子の主端子間に介挿された非自己消弧形半導体スイッチング素子であることを特徴とする請求項１記載の電力スイッチング回路。
【請求項４】
１つの半導体スイッチング素子あるいは並列接続された複数の半導体スイッチング素子から構成された、半導体スイッチング素子に開放故障が生じ得るモジュール型半導体スイッチング素子を備え、前記半導体スイッチング素子に開放故障が生じた場合には所定の短絡手段を作動させて前記モジュール型半導体スイッチング素子の主端子間を短絡させる電力スイッチング回路であって、
前記短絡手段は、前記主端子間に並列接続され、主端子間電圧が所定値を超えると自ら短絡する定電圧ダイオードであることを特徴とする電力スイッチング回路。
【請求項５】
半導体スイッチング素子はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の電力スイッチング回路。
【請求項６】
請求項１〜５いずれかの電力スイッチング回路を１あるいは複数直列接続して１つのスイッチアームを構成し、このスイッチアームを複数組み合わせることにより構成されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
直流電力を交流電力に変換するインバータ回路であることを特徴とする請求項６記載の電力変換装置。
【請求項８】
交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路であることを特徴とする請求項６記載の電力変換装置。
【請求項９】
直流電力を他の直流電力に変換するチョッパ回路であることを特徴とする請求項６記載の電力変換装置。
【請求項１０】
コンバータ回路とインバータ回路とによって構成され、交流電力を他の交流電力に変換する交流変換回路であることを特徴とする請求項６記載の電力変換装置。
【請求項１１】
１つの半導体スイッチング素子あるいは並列接続された複数の半導体スイッチング素子を備え、主端子間に印加された電力をスイッチングすると共に前記半導体スイッチング素子が開放故障を生じ得るモジュール型半導体スイッチング素子について、前記半導体スイッチング素子の開放故障を検出する方法であって、
前記主端子間に印加される主端子間電圧及び主端子に流れる主端子電流とからモジュール型半導体スイッチング素子の主端子間内部抵抗を求め、該主端子間内部抵抗に基づいて前記開放故障の発生を判定することを特徴とする開放故障検出方法。
【請求項１２】
１つの半導体スイッチング素子あるいは並列接続された複数の半導体スイッチング素子を備え、主端子間に印加された電力をスイッチングすると共に前記半導体スイッチング素子が開放故障を生じ得るモジュール型半導体スイッチング素子の駆動方法であって、
主端子間に印加される主端子間電圧及び主端子に流れる主端子電流とから主端子間内部抵抗を求め、
該主端子間内部抵抗に基づいて前記主端子間の開放故障の発生を判定し、
当該開放故障の発生を判定すると、前記主端子間を短絡させる
ことを特徴とするモジュール型半導体スイッチング素子の駆動方法。
【請求項１３】
半導体スイッチング素子に過大な駆動電流を流して内部を破壊することにより主端子間を短絡させることを特徴とする請求項１２記載のモジュール型半導体スイッチング素子の駆動方法。
【請求項１４】
モジュール型半導体スイッチング素子の主端子間に非自己消弧形半導体スイッチング素子を介挿し、該非自己消弧形半導体スイッチング素子によって主端子間を短絡させることを特徴とする請求項１２記載のモジュール型半導体スイッチング素子の駆動方法。
【請求項１５】
半導体スイッチング素子がＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である
ことを特徴とする請求項１２〜１４いずれかに記載のモジュール型半導体スイッチング素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力スイッチング回路、電力変換装置、開放故障検出方法及びモジュール型半導体スイッチング素子の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特開２０００−１７５４３５号公報には、汎用のモジュール型半導体スイッチング素子を用いた電力変換装置における開放故障に対し、当該開放故障に伴う二次的な絶縁破壊を防止する電力変換装置が開示されている。すなわち、電力変換装置用に特別に開発された半導体電力スイッチング素子を用いた場合、電力変換装置の故障モードは短絡故障のみとなるが、モジュール型半導体スイッチング素子を用いた場合には、例えば当該モジュール型半導体スイッチング素子内のボンディングワイヤが何らかの原因で断線すること等によって開放故障が発生することがある。
【０００３】
上記電力変換装置は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を半導体電力スイッチング素子とするモジュール型半導体スイッチング素子において、ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間電圧の変化に基づいてＩＧＢＴの開放故障を検出するとＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間を永久短絡する短絡スイッチを並列接続したものである。このような構成の電力変換装置は、短絡スイッチが短絡することによりＩＧＢＴに過電圧が印加されることを防止し、以ってＩＧＢＴの二次的な絶縁破壊を防止するものである。
【特許文献１】特開２０００−１７５４３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１の電力変換装置では、短絡スイッチはＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間電圧の変化に基づいてＩＧＢＴの開放故障を検出する。しかしながら、ＩＧＢＴの開放故障に起因するコレクタ−エミッタ間電圧の変化は比較的緩慢であり、ＩＧＢＴの開放故障を高速に検出し得ないという欠点を有する。ＩＧＢＴの２次的な絶縁破壊をより確実に防止するためには、開放故障をより高速に検出する必要がある。
【０００５】
一方、上記モジュール型半導体スイッチング素子には、電流定格を大きくするためにＩＧＢＴ等の半導体電力スイッチング素子を複数並列接続した構成のものがある。このようにＩＧＢＴが複数並列接続された形態のモジュール型半導体スイッチング素子を用いて電力変換装置のスイッチアームを構成した場合においては、上記特許文献１の電力変換装置における開放故障の検出方法ではモジュール型半導体スイッチング素子内の初期的な開放故障を検出することができない。すなわち、例えばモジュール型半導体スイッチング素子において初期的に１つのＩＧＢＴが開放故障した場合、当該ＩＧＢＴには正常に動作している他のＩＧＢＴが並列接続されているのでコレクタ−エミッタ間電圧は殆ど変化せず、よって初期的な開放故障の発生を検出することが困難である。
【０００６】
また、上記モジュール型半導体スイッチング素子を複数直列接続してスイッチアームを構成する電力変換装置の場合、複数のモジュール型半導体スイッチング素子（つまりＩＧＢＴ）によって入力電圧が分圧されるので、１つのＩＧＢＴに開放故障が生じた場合のコレクタ−エミッタ間電圧の変化は、上述した1つのモジュール型半導体スイッチング素子でスイッチアームを構成した場合よりも小さい。したがって、このような電力変換装置では、初期的な開放故障の発生を検出することがさらに困難となる。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、開放故障が生じ得るモジュール型半導体スイッチング素子における開放故障をより高速かつ確実に検出し、以ってモジュール型半導体スイッチング素子における二次的な絶縁破壊を確実に防止することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明では、１つの半導体スイッチング素子あるいは並列接続された複数の半導体スイッチング素子から構成された、半導体スイッチング素子に開放故障が生じ得るモジュール型半導体スイッチング素子を備え、半導体スイッチング素子に開放故障が生じた場合には所定の短絡手段を作動させて前記モジュール型半導体スイッチング素子の主端子間を短絡させる電力スイッチング回路において、モジュール型半導体スイッチング素子の主端子間電圧を検出する電圧検出器と、モジュール型半導体スイッチング素子の主端子に流れる主端子電流を検出する電流検出器と、電圧検出器から入力された主端子間電圧と電流検出器から入力された主端子電流とからモジュール型半導体スイッチング素子の主端子間内部抵抗を求め、該主端子間内部抵抗に基づいて開放故障の発生を検出すると前記短絡手段を作動させて主端子間を短絡させる制御手段とを具備する、という解決手段を採用する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、主端子間電圧及び開放故障に対して応答性の良い主端子電流から演算された主端子間内部抵抗に基づいて開放故障を検出するので、モジュール型半導体スイッチング素子における開放故障の発生を主端子間電圧を用いた従来の検出方法よりも高速かつ確実に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る電力スイッチング回路の回路図である。
この回路図において、符号Ａはモジュール型半導体スイッチング素子、１はゲート信号発生回路、２はＥ／Ｏ変換器、３はＯ／Ｅ変換器、４はゲート電圧制御回路、５はアンプ、６は抵抗分圧器、７は電流検出器である。なお、これら構成要素のうち、ゲート電圧制御回路４は本実施形態における制御回路であり、抵抗分圧器６は本実施形態における電圧検出器である。
【００１１】
モジュール型半導体スイッチング素子Ａは、図示するように３つのＩＧＢＴＴr1〜Ｔr3（半導体スイッチング素子）が並列接続されたもの、つまりＩＧＢＴＴr1〜Ｔr3のコレクタ端子同士が共通に接続され、エミッタ端子同士も共通に接続され、またゲート端子同士も共通に接続されたものである。各コレクタ端子は外部から電力が印加される一方の主端子Ｔ1に接続され、各エミッタ端子は外部から電力が印加される他方の主端子Ｔ2に接続され、また各ゲート端子は外部からゲート信号が印加される制御端子Ｔcに接続されている。また、各ＩＧＢＴＴr1〜Ｔr3には、コレクタ−エミッタ間に還流ダイオードＤ1〜Ｄ3が各々介挿されている。
【００１２】
このようなモジュール型半導体スイッチング素子Ａは、短絡手段としても機能するものである。すなわち、モジュール型半導体スイッチング素子Ａは、ＩＧＢＴＴr1〜Ｔr3（半導体スイッチング素子）が開放故障を生じ得るものであり、後述するようにＩＧＢＴＴr1〜Ｔr3のいずれかが開放故障を生じると、開放故障を生じていないＩＧＢＴにはアンプ５から強制短絡電圧が入力されて内部接合が短絡破壊される。
【００１３】
なお、本実施形態におけるモジュール型半導体スイッチング素子Ａは、このように３つのＩＧＢＴＴr1〜Ｔr3つまり半導体スイッチング素子を並列接続したものであるが、本発明における半導体スイッチング素子の個数は、これに限定されるものではない。すなわち、半導体スイッチング素子の個数は、１つ以上であれば任意の個数であっても良い。また、半導体スイッチング素子はＩＧＢＴに限定されるものではなく、電力スイッチング用に開発された例えばＭＯＳトランジスタやＩＥＧＴ（Injection Enhanced Gate Transistor）等、他の半導体スイッチング素子であっても良い。
【００１４】
ゲート信号発生回路１は、上記モジュール型半導体スイッチング素子Ａをスイッチング駆動するためのパルス状のゲート信号を生成してＥ／Ｏ変換器２に供給する。Ｅ／Ｏ変換器２は、例えばフォトトランジスタであり、上記ゲート信号を光電変換して光ゲート信号に変換してＯ／Ｅ変換器３に出力する。Ｏ／Ｅ変換器３は、例えばフォトダイオードであり、上記光ゲート信号を光電変換することにより上記ゲート信号を再生してゲート電圧制御回路４に出力する。ここで、Ｅ／Ｏ変換器２及びＯ／Ｅ変換器３は、ゲート信号発生回路１を含む回路系と、ゲート電圧制御回路４及びモジュール型半導体スイッチング素子Ａ等を含む回路系とを電気的に絶縁するための絶縁手段である。
【００１５】
ゲート電圧制御回路４は、Ｏ／Ｅ変換器３から入力されたゲート信号をアンプ５に出力する。また、このゲート電圧制御回路４は、抵抗分圧器６から入力された主端子間電圧及び電流検出器７から入力された主端子電流に基づいてモジュール型半導体スイッチング素子Ａの主端子Ｔ1，Ｔ2間の内部抵抗（主端子間内部抵抗ｒ）を演算し、この主端子間内部抵抗ｒを所定の判定しきい値Ｒfと比較することによりモジュール型半導体スイッチング素子Ａ内のＩＧＢＴＴr1〜Ｔr3のいずれかに開放故障が発生したと判定すると、ＩＧＢＴＴr1〜Ｔr3の内部接合を短絡破壊させ得る過大な電圧（強制短絡電圧）を生成してアンプ５に出力する。ゲート電圧制御回路４は、例えば上記主端子間内部抵抗ｒを演算するためにアナログ演算回路を備えている。
【００１６】
アンプ５は、出力端が上記制御端子Ｔcに接続されており、ゲート電圧制御回路４から入力されたゲート信号あるいは強制短絡電圧を所定の増幅度で増幅して制御端子Ｔcに出力する。抵抗分圧器６は、上記２つの主端子Ｔ1，Ｔ2間の電圧つまりＩＧＢＴＴr1〜Ｔr3のコレクタ−エミッタ間電圧を直列接続された２つの抵抗器Ｒ1，Ｒ2で分圧し検出電圧としてゲート電圧制御回路４に出力する。この検出電圧は、コレクタ−エミッタ間電圧の変化に依存して変化する電圧である。電流検出器７は、図示するように主端子Ｔ2を流れる電流（主端子電流）を検出してゲート電圧制御回路４に出力する。
【００１７】
次に、このように構成された電力スイッチング回路の動作について詳しく説明する。
まず最初に、通常のスイッチング動作について説明すると、モジュール型半導体スイッチング素子Ａは、アンプ５を介してゲート電圧制御回路４から入力されたパルス状のゲート信号によってスイッチング動作を行う。
【００１８】
すなわち、ゲート電圧制御回路４は、Ｏ／Ｅ変換器３から入力されたゲート信号をアンプ５に出力し、この結果、モジュール型半導体スイッチング素子Ａ内の各ＩＧＢＴＴr1〜Ｔr3は、アンプ５及び制御端子Ｔcを介してゲート端子に入力されたゲート信号によってＯＮ／ＯＦＦ動作を繰り返して主端子Ｔ1，Ｔ2間に外部から印加された電力をゲート信号の繰返し周期に同期してスイッチングする。
【００１９】
ゲート電圧制御回路４は、ゲート信号をアンプ５に出力する一方、抵抗分圧器６から連続的に入力される主端子間電圧、電流検出器７から連続的に入力される主端子電流及びゲート信号に基づいて各ＩＧＢＴＴr1〜Ｔr3がＯＮした状態における主端子間内部抵抗ｒを演算する。すなわち、ゲート電圧制御回路４は、ゲート信号に基づいて各ＩＧＢＴＴr1〜Ｔr3がＯＮ状態にある期間を判断し、当該期間における主端子間電圧と主端子電流とに基づいて各ＩＧＢＴＴr1〜Ｔr3がＯＮした状態における主端子間内部抵抗ｒを演算する。そして、ゲート電圧制御回路４は、当該主端子間内部抵抗ｒを判定しきい値Ｒfと比較することによって３つのＩＧＢＴＴr1〜Ｔr3のいずれかに開放故障が発生したか否かを監視する。
【００２０】
図２は、上記開放故障の発生による主端子間内部抵抗ｒの変化を示す説明図である。
互いに並列接続された３つのＩＧＢＴＴr1〜Ｔr3のうち、例えば１つのＩＧＢＴＴr1が開放故障した場合、主端子電流が減少する一方で、開放故障していないＩＧＢＴＴr2，Ｔr3の電流分担は増加し動作点が変化するため主端子間電圧は増加する。このため、図２に示すように、ゲート電圧制御回路４で演算される主端子間内部抵抗ｒは正常時の内部抵抗（正常主端子間内部抵抗ｒ0）によりも増加してｒ1となる。この主端子間内部抵抗ｒ1は、半導体スイッチング素子の種類や、本電力スイッチング回路によって構成される電力変換器の構成、また当該電力変換器の使用状況等から想定することができる．
【００２１】
すなわち、図示するように判定しきい値Ｒfを例えば正常主端子間内部抵抗ｒ0よりも大きく、かつ１つのＩＧＢＴＴr1が開放故障した場合に想定される主端子間内部抵抗ｒ1よりも若干小さめな大きな値に設定することにより、主端子間内部抵抗ｒと判定しきい値Ｒfとの大小関係は、１つのＩＧＢＴＴr1が開放故障する前後で変化する。
【００２２】
ゲート電圧制御回路４は、この主端子間内部抵抗ｒと判定しきい値Ｒfとの大小関係の変化に基づいて開放故障の発生を判定する。そして、ゲート電圧制御回路４は、開放故障が発生したと判定した場合、ゲート信号に代えて強制短絡電圧をアンプ５に出力してＩＧＢＴＴr1〜Ｔr3のうち開放故障していないＩＧＢＴの内部接合を短絡破壊させる。
【００２３】
ここで、本電力スイッチング回路では、上述したように主端子間電圧及び主端子電流から演算された主端子間内部抵抗ｒの変化に基づいてＩＧＢＴＴr1〜Ｔr3の開放故障の発生を判定するが、このような開放故障の検出方法は従来の主端子間電圧の変化に基づく手法よりも高速かつ確実な検出方法である。
【００２４】
すなわち、開放故障発生時の主端子間電圧の変化は、外部回路の静電容量や本電力スイッチング回路自身の寄生静電容量の影響により応答性が悪いが、主端子電流の変化は主端子間電圧の変化よりも応答性が良く、よって主端子間電圧及び主端子電流から演算された主端子間内部抵抗ｒの変化は主端子間電圧の変化よりも応答性が良い。したがって、本電力スイッチング回路における開放故障の検出方法は従来方法よりも高速な検出方法である。なお、応答性の良い主端子電流の変化に基づいて開放故障を検出することも考えられるが、主端子電流は正常動作時に大きく変化するので実際には極めて困難であり現実的ではない。
【００２５】
また、本電力スイッチング回路のようにモジュール型半導体スイッチング素子Ａが複数（３つの）のＩＧＢＴＴr1〜Ｔr3（半導体スイッチング素子）を並列接続した形態のものである場合には、１つのＩＧＢＴＴr1が開放故障した場合の主端子間電圧の変化は小さい。しかも、この主端子間電圧の変化は半導体スイッチング素子の並列接続数が増える程小さくなる。したがって、半導体スイッチング素子を複数並列接続したモジュール型半導体スイッチング素子について初期的な１つあるいは数個の半導体スイッチング素子の開放故障を検出するための方法として、本実施形態における主端子間内部抵抗ｒの変化に基づく検出方法が有効である。
【００２６】
さらに、後述するように、電力スイッチング回路を組み合わせて構成される電力変換装置には、電力スイッチング回路を複数直列接続することによりスイッチアームを構成するものがある。このような電力変換装置では、直列接続された複数の電力スイッチング回路によって入力電力の電圧が分圧されるので、半導体スイッチング素子が開放故障した場合における主端子間電圧の変化は単独の電力スイッチング回路の場合よりも小さくなるので開放故障を確実に検出することができない。しかしながら、本実施形態では電力スイッチング回路の主端子間内部抵抗の変化を利用するので、半導体スイッチング素子の開放故障を確実に検出することができる。
【００２７】
したがって、本電力スイッチング回路によれば、開放故障を高速かつ確実に検出してモジュール型半導体スイッチング素子Ａの主端子Ｔ1，Ｔ2間を短絡させるので、モジュール型半導体スイッチング素子Ａ及びこれに直列接続された他のモジュール型半導体スイッチング素子の二次的な絶縁破壊をより確実に防止することができるとともに、電流の経路が確保され電力変換器の運転を継続することができる。
【００２８】
一方、本電力スイッチング回路では短絡手段の機能をモジュール型半導体スイッチング素子Ａに持たせているが、これによって別途専用に短絡手段の機能を有する部品を必要としないので、部品点数の削減が可能であり、よってコスト削減を実現することが可能となる。
【００２９】
次に、本発明の第２実施形態に係る電力スイッチング回路について図３を参照して説明する。
なお、上記第１実施形態に係る電力スイッチング回路はモジュール型半導体スイッチング素子Ａ自身が短絡手段としての機能をも有するものであるが、本第２実施形態に係る電力スイッチング回路は、図３に示すように短絡手段として機能するサイリスタ８（非自己消弧形半導体スイッチング素子）をモジュール型半導体スイッチング素子Ａの主端子間に介挿したものである。
【００３０】
すなわち、本電力スイッチング回路におけるゲート電圧制御回路４’は、主端子間内部抵抗ｒの変化に基づいて開放故障の発生を判定すると、サイリスタ８をＯＮするための制御信号をサイリスタ８に出力する。この結果、非自己消弧形半導体スイッチング素子であるサイリスタ８がＯＦＦ状態からＯＮ状態に状態変化してモジュール型半導体スイッチング素子Ａの主端子Ｔ1，Ｔ2間は短絡されると共に当該短絡状態を維持する。
【００３１】
このような本電力スイッチング回路によっても、上記第１実施形態に係る電力スイッチング回路と同様に開放故障を高速かつ確実に検出することができるので、他のモジュール型半導体スイッチング素子の二次的な絶縁破壊をより確実に防止することができるとともに、電流の経路が確保され電力変換器の運転を継続することができる。
【００３２】
一方、本電力スイッチング回路では、上述した第１実施形態のように短絡手段の機能をモジュール型半導体スイッチング素子Ａに持たせるのではなく、当該モジュール型半導体スイッチング素子Ａとは別部品であるサイリスタ８を短絡手段として用いる。第１実施形態の電力スイッチング回路では、例えば制御端子ＴcからＩＧＢＴＴr1〜Ｔr3のゲート端子までの経路にボンディングワイヤが存在し、当該ボンディングワイヤが断線することによってＩＧＢＴＴr1〜Ｔr3が開放故障を生じた場合に強制短絡電圧をゲート端子に印加することができず、よってＩＧＢＴＴr1〜Ｔr3のうち開放故障していないＩＧＢＴを短絡破壊させることができないという事態が生じ得るが、本電力スイッチング回路では、モジュール型半導体スイッチング素子Ａとは別部品であるサイリスタ８を短絡手段として用いるのでこのような事態を回避して主端子Ｔ1，Ｔ2間を確実に短絡させることが可能である。なお、上記サイリスタ８に代えてトライアックを用いても良いことは勿論である。
【００３３】
最後に、一例として上記第1実施形態に係る電力スイッチング回路を用いた電力変換装置について図4を参照して説明する。
【００３４】
この電力変換装置は、例えば６０Ｈｚの三相交流電力（つまり交流系統Ａの交流電力）を５０Ｈｚの三相交流電力（つまり交流系統Bの交流電力）に変換するものであり、６０Ｈｚの三相交流電力を直流電力に変換する合計１０台のコンバータ回路Ｋ1〜Ｋ10とこの直流電力を５０Ｈｚの三相交流電力に変換する合計１０台のインバータ回路Ｍ1〜Ｍ10とから構成されている。すなわち、この電力変換装置では、同一性能を有する合計１０台のコンバータ回路Ｋ1〜Ｋ10を並列接続すると共に、同じく同一性能を有する合計１０台のインバータ回路Ｍ1〜Ｍ10を並列接続することによって電力変換容量を例えば３００ＭＷ程度に向上させている。
【００３５】
１つのコンバータ回路Ｋ1あるいはインバータ回路Ｍ1に着目すると、コンバータ回路Ｋ1及びインバータ回路Ｍ1は、図示するように三相交流の各相に対応スイッチアームつまり合計６個のスイッチアームを備えている。各スイッチアームは、ＩＧＢＴを半導体スイッチング素子とすると共に開放故障に対して上述した各実施形態における電力スイッチング回路と同様の機能を有する合計１００個のモジュール型半導体スイッチング素子を直列接続することによって構成されている。なお、各モジュール型半導体スイッチング素子は、1つのＩＧＢＴを備えるものであるが、上述したモジュール型半導体スイッチング素子Ａのように複数のＩＧＢＴを並列接続したものとしても良い。
【００３６】
このように構成された電力変換装置によれば、開放故障に対して上述した第１、第２実施形態の電力スイッチング回路と同様の機能を有する電力スイッチング回路を用いているので、何れかのＩＧＢＴつまりモジュール型半導体スイッチング素子の開放故障を高速かつ確実に検出するので、他のモジュール型半導体スイッチング素子の二次的な絶縁破壊をより確実に防止することができるとともに、電流の経路が確保され電力変換器の運転を継続することができる。
【００３７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）上記説明では、半導体スイッチング素子としてＩＧＢＴを用いる場合について説明したが、本発明は、半導体スイッチング素子が開放故障を生じ得るモジュール型半導体スイッチング素子であれば、ＩＧＢＴに限定されることなく適用可能である。
【００３８】
（２）上述した電力スイッチング回路は、上述した交流電力を他の交流電力に変換する電力変換装置、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路及び直流電力を交流電力に変換するインバータ回路の他に、直流電力を他の直流電力に変換するチョッパ回路にも適用可能である。
【００３９】
（３）上述した電力スイッチング回路は、モジュール型半導体スイッチング素子自身あるいはサイリスタを短絡手段として用いるものであるが、還流ダイオードに代えて半導体スイッチング素子の主端子間に並列接続された定電圧ダイオードを短絡手段として用いても良い。この場合、定電圧ダイオードは、モジュール型半導体スイッチング素子が開放故障して半導体スイッチング素子の主端子間電圧が所定値を超えると自ら短絡して半導体スイッチング素子の主端子間を短絡状態とする。このように定電圧ダイオードを短絡手段として用いることにより、主端子間電圧や主端子電流を検出する手段を別途設けることなく、他のモジュール型半導体スイッチング素子の二次的な絶縁破壊をより確実に防止することができるとともに、電流の経路が確保され電力変換器の運転を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態に係わる電力スイッチング回路の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第１実施形態において開放故障の発生による主端子間内部抵抗Ｒsの変化を示す説明図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係わる電力スイッチング回路の構成を示す回路図である。
【図４】本発明の一実施形態に係わる電力変換装置の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００４１】
Ａ…モジュール型半導体スイッチング素子、１…ゲート信号発生回路、２…Ｅ／Ｏ変換器、３…３はＯ／Ｅ変換器、４…ゲート電圧制御回路、５…抵抗分圧器、６…電流検出器
【図１】
2006042563.tif 000003
【図２】
2006042563.tif 000004
【図３】
2006042563.tif 000005
【図４】
2006042563.tif 000006