(57)【要約】【課題】冗長システムの中で待機系を構成する場合であっても光発光素子の寿命を短縮させない監視回路を有する電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換器１を構成するパワーデバイス１１と、第１の光絶縁回路を介して第１の電気信号に変換してパワーデバイス１１にオンオフ信号を与えるゲート回路２と、パワーデバイス１１のＧＥ間電圧からパワーデバイスの健全性を監視する監視回路３とで構成する。監視回路３は、装置の運転モードが運転系であるときは、ＧＥ間電圧を光信号に変換し、第２の光絶縁回路を介して電気信号に変換して異常検出回路４１に与えるようにし、運転モードが待機系であるときは、ＧＥ間電圧をパルス信号に変換し、これを光信号に変換して第２の光絶縁回路を介して第２の電気信号に変換し、その出力を復元手段４０によって復元した後異常検出回路４１に与えてパワーデバイス１１の健全性を監視する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冗長システムを構成し、運転系と待機系の２つの運転モードを有する電力変換装置であって、
電力変換器を構成するパワーデバイスと、
基準ゲート信号を光変換し、第１の光絶縁回路を介して第１の電気信号に変換して前記パワーデバイスにオンオフ信号を与えるゲート回路と、
前記パワーデバイスのゲート・エミッタ間のＧＥ間電圧から当該パワーデバイスの健全性を監視する監視回路と
を具備し、
前記監視回路は、
前記運転モードが運転系であるときは、前記ＧＥ間電圧を光信号に変換し、第２の光絶縁回路を介して第２の電気信号に変換して異常検出回路に与え、この信号と前記基準ゲート信号との比較によって前記パワーデバイスの健全性を監視し、
前記運転モードが待機系であるときは、前記ＧＥ間電圧を所定周期で所定パルス幅のパルス信号に変換し、これを光信号に変換して第２の光絶縁回路を介して第２の電気信号に変換し、その出力を復元手段によって復元した後異常検出回路に与え、この復元された信号と前記基準ゲート信号との比較によって前記パワーデバイスの健全性を監視するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記ＧＥ間電圧が所定時間の間所定値以上で、且つ前記第１の電気信号がオフ信号のとき、前記運転モードが待機系となったと判断して前記ＧＥ間電圧をパルス信号に変換するようにした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】
前記基準ゲート信号または前記第１の電気信号がオン信号となったとき、前記運転モードが運転系となったと判断するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記復元手段は、前記パルス信号をモノマルチ回路に与えることによることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記パルス信号の周期は１秒以下であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記パルス信号のパルス幅は２０ミリ秒以上であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力変換装置に係り、特に監視回路に用いられる光素子の寿命を向上した電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置は、通常複数個のパワーデバイスを用いた電力変換器がその主回路の中核となるが、これらのパワーデバイスの健全性の監視を素早く行い、異常なパワーデバイスが発見されたときには、装置を停止させてトラブルの波及を防ぐなどのニーズが増加してきている。パワーデバイスの健全性の監視を行う方法としては、パワーデバイスにオンオフ指令を与えるゲート回路の出力と、パワーデバイスの端子電圧を監視する監視回路の出力とを比較して論理判断する手法が一般的である（例えば、特許文献1参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１４３８６４号公報（全体）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された手法を高電圧の電力変換装置に適用する場合、監視回路の絶縁のために監視信号の送信側に発光素子を用いるのが普通である。そして、発光素子に付随するコネクタの接触不良などによる異常と区別するため、パワーデバイスのオフ時に発光し、オン時に消灯するようにする。
【０００５】
このような回路構成とした場合、通常の電力変換装置であればパワーデバイスはゲート回路からのオンオフ指令に従って動作するので発光素子が連続発光するようなことはない。しかしながら、電力変換装置が全体の冗長システムの中で待機系を構成するような場合には、パワーデバイスは常時オフとなるため、発光素子が連続発光し、発光素子の寿命を短縮してしまう恐れがあった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、冗長システムの中で待機系を構成する場合であっても発光素子の寿命を短縮させない監視回路を有する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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、冗長システムを構成し、運転系と待機系の２つの運転モードを有する電力変換装置であって、電力変換器を構成するパワーデバイスと、基準ゲート信号を光変換し、第１の光絶縁回路を介して第１の電気信号に変換して前記パワーデバイスにオンオフ信号を与えるゲート回路と、前記パワーデバイスのゲート・エミッタ間のＧＥ間電圧から当該パワーデバイスの健全性を監視する監視回路とを具備し、前記監視回路は、前記運転モードが運転系であるときは、前記ＧＥ間電圧を光信号に変換し、第２の光絶縁回路を介して第２の電気信号に変換して異常検出回路に与え、この信号と前記基準ゲート信号との比較によって前記パワーデバイスの健全性を監視し、前記運転モードが待機系であるときは、前記ＧＥ間電圧を所定周期で所定パルス幅のパルス信号に変換し、これを光信号に変換して第２の光絶縁回路を介して第２の電気信号に変換し、その出力を復元手段によって復元した後異常検出回路に与え、この復元された信号と前記基準ゲート信号との比較によって前記パワーデバイスの健全性を監視するようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、冗長システムの中で待機系を構成する場合であっても光発光素子の寿命を短縮させない監視回路を有する電力変換装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例に係る電力変換装置のブロック構成図。
【図２】本発明の一実施例に係る電力変換装置のフィードバック復元回路の回路構成図。
【図３】本発明の一実施例に係る電力変換装置の動作説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図１乃至図３を参照して本発明の一実施例について説明する。
【００１１】
図１は本発明の一実施例に係る電力変換装置のブロック構成図である。電力変換器１の主回路にはパワーデバイス１１が使用されている。他のパワーデバイスについてはそれらの図示を省略しているが、後述するゲート回路２及び監視回路３との関係はパワーデバイス１１の場合と同様となる。
【００１２】
パワーデバイス１１のゲート端子にはゲート回路２からゲート信号が供給される。ゲート回路２には図示しない電力変換器１用の制御装置からゲート基準信号が供給される。このゲート基準信号を発光素子２１によって光信号に変換し、光ファイバー等を介して高圧側の受光素子２２に伝送する。受光素子２２において光信号を再び電気信号に変換し、ゲートドライブ部２３によって信号増幅を行ってパワーデバイス１１のゲート端子にゲート信号を供給する。
【００１３】
パワーデバイス１１のゲート端子とエミッタ端子間の電圧、所謂ＧＥ間電圧は監視回路３に設けられた電圧検出回路３１によって検出される。電圧検出回路３１によって検出されたＧＥ間電圧は、切換器３２の入力となる。切換器３２が運転系側に選択されているときは、このＧＥ間電圧をそのまま出力回路３３に与える。また、切換器３２が待機系側に選択されているときは、このＧＥ間電圧をパルス出力変換回路３４によって所定周期で所定幅のパルス出力に変換して出力回路３３に与える。
【００１４】
切換器３２を切換制御するための構成を以下に説明する。待機信号検出回路３６は電圧検出回路３１の電圧を検出し、この検出電圧が所定値以上で且つ所定時間継続したとき、すなわちパワーデバイス１１が所定時間オフしたとき「１」を出力してＡＮＤ回路３５の一方の入力とする。また、ゲート入力監視回路３７はゲートドライブ部２３の入力信号を監視し、この信号がゼロであるとき、または所定時間ゼロを継続したときに「１」を出力してＡＮＤ回路３５の他方の入力とする。そしてＡＮＤ回路３５のＡＮＤ条件が成立したとき、切換器３２を待機系側に切換える。切換器３２を再び運転系に戻す条件としては、例えばゲート入力監視回路３７がゲート信号を検出したときとすれば良い。
【００１５】
出力回路３３の出力信号は発光素子３８によって光信号に変換され、光ファイバー等を介して低圧側の受光素子３９に伝送される。ここで、出力回路３は、パワーデバイス１１がオフ、すなわちＧＥ間電圧が所定値以上あるとき発光素子３８を発光させるようにする。そして、受光素子３９において光信号を再び電気信号に変換し、フィードバック復元回路４０に与える。
【００１６】
フィードバック復元回路４０の内部構成の一例を図２に示す。図２に示したように、フィードバック復元回路４０はモノマルチ回路４０Ａと切換器４０Ｂとから成る。切換器４０Ｂは図示しない電力変換器１用の制御装置から与えられる切換信号によって待機系と運転系とが選択切換される。運転系が選択された場合は、受光素子３０から与えられたフィードバック信号はそのまま異常検出回路４１に出力され、待機系が選択された場合は、モノマルチ回路４０を介して異常検出回路４１に出力される。尚、切換信号は上述した電力変換器１用の制御装置が運転系か待機系かのステータス信号を持っているので、この電力変換器１用の制御装置から得るのが通常であるが、基準ゲート信号が所定時間以上オフであることから待機系であることを判断する構成としても良い。
【００１７】
フィードバック復元回路４０によって復元された電圧信号は、異常検出回路４１において上述した図示しない制御装置から与えられるゲート基準信号と比較され、パワーデバイス１１の健全性の確認が行われる。すなわち基準ゲート信号がオンのとき、電圧信号が所定値未満（パワーデバイス１１オンで発光素子３９消灯。）で正常、基準ゲート信号がオフのとき、電圧信号が所定値以上で正常となり、そうでなければ異常となる。
【００１８】
以上説明した本発明の一実施例の構成における一連の動作を、図３の動作説明図を参照して説明する。図３は電力変換装置が運転系で運転している状態から時刻ｔ＝Ｔ１で待機系となり、時刻ｔ＝Ｔ３で再び運転系に復帰したときの各部の動作を図示している。各部とは上段からパワーデバイスのオンオフ動作、復元前の電圧信号（受光素子３９の出力）、そして復元後の電圧信号（フィードバック復元回路４０の出力）である。
【００１９】
まず、運転系の運転状態においては、パワーデバイスは与えられたゲート信号に従ってオンオフを繰り返す。このとき、復元前の電圧信号は前述したように、パワーデバイスがオンで消灯、オフで発光を繰り返す。そして復元後の電圧信号は復元前の電圧信号と同一の信号となるが、発光素子３９が発光したハイレベル状態でパワーデバイス１１がオフしていることを示す。
【００２０】
次に、時刻ｔ＝Ｔ１で電力変換装置が待機系に切換わると、パワーデバイスはオフ状態となり、発光素子は連続発光状態となる。そして所定時間経過後、待機信号検出回路３６が信号判別を行い、時刻ｔ＝Ｔ２で切換器３２が運転系から待機系に切換わる。これにより、直ちにパルス出力変換回路３４の動作によって、連続オフ信号（所定値以上のＧＫ間電圧）はパルス信号に変換される。このパルス信号は発光素子３８から与えられ、図３に示すような所定周期で所定幅のパルス信号となり、パルス幅分の短時間だけ発光する。そして、このパルス信号が受光素子３９を介してフィードバック復元回路４０に与えられると、図２に示したモノマルチ回路４０Ａの作用によってパルス信号は連続信号に変換復元され、図３に示すようなパワーデバイス連続オフ信号が得られる。
【００２１】
そして時刻ｔ＝Ｔ３において再び運転系となると、例えばゲート入力監視回路３７の出力が受光素子２２の出力においてゲート信号（運転パルス）を検出した瞬間０となり切換器３２は再び運転系を選択する。
【００２２】
上記において、パルス出力変換回路３４が発生するパルスの周期とパルス幅は以下のように決める。まずパルス周期であるが、これは周期を長く取れば取るほど発光素子の発光時間を短縮できるが、あまり周期を長く取ると、復元信号に遅れが生じ、パワーデバイスの異常検出が遅れることが考えられる。この異常検出の許容遅れ時間の最大値は１秒程度であるので周期は１秒以下とするのが良い。
【００２３】
次にパルス幅であるが、パルス幅が短いほど発光素子の発光時間を短縮できる。しかしながらこのパルス幅を短くし過ぎると、フィードバック復元回路４０が正常に動作できない恐れが生じる。従って、パルス幅は２０ミリ秒以上確保するようにする。尚、モノマルチ回路４０Ａは、このパルスをトリガパルスとしてこのパルスのパルス周期程度のパルスを出力可能となるようなものを選定する。
【符号の説明】
【００２４】
１  電力変換器
２  ゲート回路
３  監視回路
１１  パワーデバイス
２１  発光素子
２２  受光素子
２３  ゲートドライブ部
３１  電圧検出回路
３２  切換器
３３  出力回路
３４  パルス出力変換回路
３５  ＡＮＤ回路
３６  待機信号検出回路
３７  ゲート入力監視回路
３８  発光素子
３９  受光素子
４０  フィードバック波形復元回路
４０Ａ  モノマルチ回路
４０Ｂ  切換器
４１  異常検出回路
【図１】
2011223787.tif 000003
【図２】
2011223787.tif 000004
【図３】
2011223787.tif 000005