(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート端子を有するスイッチング素子を有し、供給される電力を変換して駆動用モータに駆動電力を供給する電力変換部と、
前記スイッチング素子を駆動するための制御電力を供給する制御電源部と、
前記スイッチング素子のオン／オフのタイミングを制御するためのゲート制御信号を生成するゲート制御信号生成部と、
前記制御電力に前記ゲート制御信号を重畳して制御電力信号を生成する変調部と、
絶縁トランスを介して入力された前記制御電力信号に基づいて、ゲート電源を生成するゲート電源生成部と、
前記絶縁トランスを介して入力された前記制御電力信号に基づいて、前記ゲート制御信号を復調する復調部と、
前記生成されたゲート電源及び復調された前記ゲート制御信号に基づいて、前記スイッチング素子を駆動する駆動部と、
を備えた電力変換装置。
【請求項２】
前記ゲート電源生成部は、前記制御電力信号の全波整流を行って前記ゲート電源を生成する全波整流回路を備える、
請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記ゲート制御信号生成部は、前記スイッチング素子をオンするタイミングを示す信号の周波数と、前記スイッチング素子をオフするタイミングを示す信号の周波数と、を異ならせている、
請求項１又は請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記ゲート電源生成部は、前記絶縁トランスの二次コイルを介して前記制御電力信号が入力され、
前記復調部は、前記絶縁トランスの三次コイルを介して前記制御電力信号が入力される、
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
ゲート端子を有するスイッチング素子及び絶縁トランスを有し、供給される電力を変換して駆動用モータに駆動電力を供給する電力変換装置で実行される方法であって、
前記スイッチング素子のオン／オフのタイミングを制御するためのゲート制御信号を生成する過程と、
前記スイッチング素子を駆動するための制御電力に前記ゲート制御信号を重畳して制御電力信号を生成する過程と、
前記絶縁トランスを介して入力された前記制御電力信号に基づいて、ゲート電源を生成する過程と、
前記絶縁トランスを介して入力された前記制御電力信号に基づいて、前記ゲート制御信号を復調する過程と、
前記生成されたゲート電源及び復調されたゲート制御信号に基づいて、前記スイッチング素子を駆動する過程と、
を備えた方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力変換装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道用の電力変換装置は主にＤＣ１５００Ｖや、ＡＣ２０ｋＶ等の高電圧の架線から電源を取る構成を採っており、例えば、車両駆動用のモータに電源を供給する高圧回路系統と、制御回路などの低圧回路系統の間には十分な絶縁耐圧を確保する必要がある。
その中で電圧駆動型半導体素子の駆動回路は、高圧回路系統に接続される電圧駆動型半導体素子とそのオン・オフを制御する低圧回路系統の制御回路とを繋ぐ回路であり、高い絶縁耐圧を要求される。
一般的な電圧駆動型半導体素子の駆動回路は、低圧回路系統側で生成した制御電源と制御信号を駆動回路に供給し、駆動回路内で制御電源と制御信号をそれぞれ別々の絶縁トランス等を用いて絶縁を確保する構成を採っていた（例えば、特許文献１参照）。
また、制御信号の絶縁としては、絶縁トランスではなく、フォトカプラを適用した例も多く提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２９９３４４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、電圧駆動型半導体素子の駆動回路として、低圧回路系統側で生成した制御電源と制御信号を駆動回路に供給し、駆動回路内で制御電源と制御信号をそれぞれ別々の絶縁トランス等を用いてで絶縁を確保する構成を採るとすると、部品点数の増加、それに伴う基板外形の大型化という問題が生じる。
本発明が解決しようとする課題は、駆動回路内の制御電源と制御信号の絶縁を確保しながら、基板外形の大型化を抑制することが可能な電力変換装置及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の電力変換装置の電力変換部は、ゲート端子を有するスイッチング素子を有し、供給される電力を変換して駆動用モータに駆動電力を供給する。
また、制御電源部は、スイッチング素子を駆動するための制御電力を供給する。
また、ゲート制御信号生成部は、スイッチング素子のオン／オフのタイミングを制御するためのゲート制御信号を生成する。
これらにより、変調部は、制御電力にゲート制御信号を重畳して制御電力信号を生成する。
一方、ゲート電源生成部は、絶縁トランスを介して入力された制御電力信号に基づいて、ゲート電源を生成し、復調部は、絶縁トランスを介して入力された制御電力信号に基づいて、ゲート制御信号を復調する。
これらの結果、駆動部は、生成されたゲート電源及び復調されたゲート制御信号に基づいて、スイッチング素子を駆動する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、直流電車の駆動電源系統の概要構成ブロック図である。
【図２】図２は、インバータの詳細構成説明図である。
【図３】図３は、ゲート制御回路の概要構成図である。
【図４】図４は、ゲート回路の詳細構成図である。
【図５】図５は、第１実施形態の変形例のゲート制御回路の概要構成図である。
【図６】図６は、第１実施形態の第２変形例のゲート回路の詳細構成図である。
【図７】図７は、第２実施形態のゲート制御回路の概要構成図である。
【図８】図８は、第３実施形態のゲート制御回路の概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の電力変換装置について図面を参照しながら説明する。
［１］第１実施形態
図１は、直流電車の駆動電源系統の概要構成ブロック図である。
本第１実施形態は、直流電車に搭載される電力変換装置である。
直流電車１０は、図１に示すように、き電線（架線）１１にパンタグラフ（集電装置）１２を介して接続されるとともに、車輪１３及び線路１４を介して設置される電力変換装置１５と、電力変換装置１５からの電力供給を受けて直流電車１０を駆動するモータ１６と、を備えている。
【０００８】
電力変換装置１５は、図示しない充電回路に接続され、蓄電電力を制御電源として供給する制御電源２１と、電力変換装置１５全体を制御するコントローラ２２と、モータ１６を駆動するインバータ（ＶＶＶＦインバータ）回路２３と、インバータ２３を構成する後述のトランジスタのゲート制御を行うゲート制御回路２４と、を備えている。
【０００９】
図２は、インバータの詳細構成説明図である。
インバータ２３は、それぞれ絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）で構成され、高電位側電源であるパンタグラフ１２側にコレクタ端子が接続された第１高電位側トランジスタＴＵ１、第２高電位側トランジスタＴＵ２及び第３高電位側トランジスタＴＵ３を備えている。
さらにインバータ２３は、それぞれ絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）で構成され、低電位側電源である車輪１３側にエミッタ端子が接続された第１低電位側トランジスタＴＬ１、第２低電位側トランジスタＴＬ２及び第３低電位側トランジスタＴＬ３を備えている。
【００１０】
ここで、第１高電位側トランジスタＴＵ１のエミッタ端子は、第１低電位側トランジスタＴＬ１のコレクタ端子に接続され、第２高電位側トランジスタＴＵ２のエミッタ端子は、第２低電位側トランジスタＴＬ２のコレクタ端子に接続され、第３高電位側トランジスタＴＵ１のエミッタ端子は、第３低電位側トランジスタＴＬ３のコレクタ端子に接続されている。さらに、第１高電位側トランジスタＴＵ１と並列に帰還ダイオードＤＵ１が接続され、第２高電位側トランジスタＴＵ２と並列に帰還ダイオードＤＵ２が接続され、第３高電位側トランジスタＴＵ１と並列に帰還ダイオードＤＵ３が接続され、第１低電位側トランジスタＴＬ１と並列に帰還ダイオードＤＬ１が接続され、第２低電位側トランジスタＴＬ１と並列に帰還ダイオードＤＬ２が接続され、第３低電位側トランジスタＴＬ１と並列に帰還ダイオードＤＬ３が接続されている。
【００１１】
図２においては、第１高電位側トランジスタＴＵ１及び第１低電位側トランジスタＴＬ１が対のトランジスタ群を構成しており、交互にオン・オフを繰り返すことにより、Ｕ相電流を供給する。同様に第２高電位側トランジスタＴＵ２及び第２低電位側トランジスタＴＬ２が対のトランジスタ群を構成しており、交互にオン・オフを繰り返すことにより、Ｖ相電流を供給し、第３高電位側トランジスタＴＵ３及び第３低電位側トランジスタＴＬ３が対のトランジスタ群を構成しており、交互にオン・オフを繰り返すことにより、Ｗ相電流を供給する。これにより交流誘導電動機として構成されているモータ１６が駆動されることとなる。
【００１２】
次にゲート制御回路２４の概要構成について説明する。
図３は、ゲート制御回路の概要構成図である。
図３においては、説明の簡略化のため、主として第１高電位側トランジスタＴＵ１及び帰還ダイオードＤＵ１で構成される系統について説明する。
【００１３】
ゲート制御回路２４は、大別すると、制御電源２１から直流電力信号ＰＷＤが供給されるとともに、コントローラ２２からのゲート制御信号（パルス信号）ＣＳが供給され、直流電力信号ＰＷＤをゲート制御信号ＣＳに基づいて変調して、制御信号が重畳された制御電力信号ＣＰＷを出力する変調回路３１と、制御電力信号ＣＰＷが一次側（低圧側）に供給され、二次側（高圧側）に高圧制御電力信号ＨＣＰＷが出力される絶縁トランス３２と、絶縁トランス３２の二次側（高圧側）に接続されて、高圧制御電力信号ＨＣＰＷからゲート電源を生成するゲート電源生成回路３３と、高圧制御電力信号ＨＣＰＷからゲート制御信号ＣＳを復調して出力する制御信号復調回路３４と、入力されたゲート制御信号ＣＳに基づいて、第１高電位側制御信号ＳＵ１を生成して第１高電位側トランジスタＴＵ１〜第３高電位側トランジスタＴＵ３、第１低電位側トランジスタＴＬ１〜第３低電位側トランジスタＴＬ３を駆動するトランジスタ駆動回路３５と、を備えている。
【００１４】
なお、図３においては、図示の簡略化のため、トランジスタ駆動回路３５において、第１高電位側制御信号ＳＵ１の系統のみを示しているが、実際には、図２に示したように、第２高電位側制御信号ＳＵ２、第３高電位側制御信号ＳＵ３、第１低電位側制御信号ＳＬ１〜第３低電位側制御信号ＳＬ３の系統も備えており、同様に動作している。
上記構成において、ゲート電源生成回路３３は、正側電圧Ｖｇｐを供給する正側端子ＴＰ、中間電圧ＡＧを供給する中間端子ＴＡ及び負側電圧Ｖｇｎをを供給する負側端子ＴＮを備えている。
【００１５】
トランジスタ駆動回路３５の第１高電位側制御信号ＳＵ１の系統に対応する回路は、コレクタ端子に正側端子が接続され、ベース端子に制御信号ＣＳが入力される高電位側トランジスタ（ＮＰＮトランジスタ）４１Ｐと、高電位側トランジスタ４１Ｐのエミッタ端子及び第１高電位側トランジスタＴＵ１のゲートにエミッタ端子が接続され、ベース端子に制御信号が入力され、コレクタ端子に負側端子ＴＮが接続された低電位側トランジスタ（ＰＮＰトランジスタ）４１Ｎと、を備えている。
【００１６】
次にゲート制御回路２４の詳細構成について説明する。
図４は、ゲート回路の詳細構成図である。
変調回路３１は、高電位側スイッチングトランジスタ（ｎチャネルＭＯＳトランジスタ）５１及び低電位側スイッチングトランジスタ（ｎチャネルＭＯＳトランジスタ）５２を備えたスイッチング回路５３と、ゲート制御信号ＣＳに基づいて電力信号ＰＷＤを変調して、ゲート制御信号ＣＳが重畳された制御電力信号ＣＰＷを生成する発振周波数制御部５４と、を備えている。
【００１７】
ここで、高電位側スイッチングトランジスタ５１のドレイン端子は、絶縁トランス３２の一次側の高電位側に接続され、ソース端子は、制御電源の負側に接続されている。また、低電位側スイッチングトランジスタ５２のドレイン端子は、絶縁トランス３２の一次側の低電位側に接続され、ソース端子は、制御電源の負側に接続されている。
ゲート電源生成回路３３は、ダイオードＤ１〜Ｄ４を有するダイオードブリッジ整流回路６１と、一対の平滑用コンデンサＣ１、Ｃ２で構成されたコンデンサ平滑回路６２と、を備えている。
【００１８】
制御信号復調回路３４は、コンデンサＣ１１、コイルＬ１１及び抵抗Ｒ１１を有する高電位側バンドパスフィルタ７１と、逆流防止ダイオードＤ１１と、コンデンサＣ２１、コイルＬ２１及び抵抗Ｒ２１を有する低電位側バンドパスフィルタ７２と、逆流防止ダイオードＤ２１と、抵抗Ｒ３１及びコンデンサＣ３１を有する高電位側ロウパスフィルタ７３と、を備えている。
【００１９】
また、制御信号復調回路３４は、抵抗Ｒ４１及びコンデンサＣ４１を有する低電位側ロウパスフィルタ７４と、プルアップ抵抗Ｒ５１と、プルダウン抵抗Ｒ５２と、直列接続されているプルアップ抵抗Ｒ５１及びプルダウン抵抗Ｒ５２に並列接続された平滑コンデンサＣ４１と、一端が正側端子Ｐに接続された電流制限抵抗Ｒ６１、Ｒ６２と、を備えている。
【００２０】
また、制御信号復調回路３４は、ゲート端子がプルアップ抵抗Ｒ５１と平滑コンデンサＣ４１との接続点に接続され、ドレイン端子が電流制限抵抗Ｒ６１の他端に接続され、ソース端子が中間端子ＴＡに接続されて高電位側トランジスタ４１Ｐ及び低電位側トランジスタ４１Ｎを駆動する第１スイッチングトランジスタ（ｎチャネルＭＯＳトランジスタ）８１と、ゲート端子が第１スイッチングトランジスタ８１のドレイン端子に接続され、ドレイン端子が電流制限抵抗Ｒ６２の他端並びに高電位側トランジスタ４１Ｐ及び低電位側トランジスタ４１Ｎのゲート端子に接続され、ソース端子が負側端子ＴＮに接続されて高電位側トランジスタ４１Ｐ及び低電位側トランジスタ４１Ｎを駆動する第２スイッチングトランジスタ（ｎチャネルＭＯＳトランジスタ）８２と、を備えている。
【００２１】
次に第１実施形態の動作を説明する。
変調回路３１にゲート制御信号ＣＳが入力されると、変調回路３１内の発振周波数制御部５４において、ゲート制御信号ＣＳが“Ｈ”レベルの場合（オン指令状態）及びゲート制御信号ＣＳが“Ｌ”レベルの場合（オフ指令状態）に対応した高周波交流の発振周波数を選定する。例えば、ゲート制御信号ＣＳが“Ｈ”レベルのオン指令状態においては、発振周波数制御部５４は、高周波交流の発振周波数を１００ｋＨｚとし、ゲート制御信号ＣＳが“Ｌ”レベルのオフ指令状態においては、高周波交流の発振周波数を３０ｋＨｚとする。
【００２２】
これにより、スイッチング回路５３の高電位側スイッチングトランジスタ５１及び低電位側スイッチングトランジスタ５２は、発振周波数制御部５４により駆動されてプッシュ・プル方式による矩形波交流が生成され絶縁トランス３２に出力することとなる。
すなわち、ゲート制御信号ＣＳが“Ｈ”レベルのオン指令状態においては１００ｋＨｚの高周波交流が絶縁トランス３２に出力され、ゲート制御信号ＣＳが“Ｌ”レベルのオフ指令状態においては、３０ｋＨｚの高周波交流が絶縁トランス３２に出力される。これは、ゲート制御信号ＣＳに基づいて変調された高周波交流が絶縁トランスに入力されることを意味している。
【００２３】
そして、絶縁トランス３２の低圧側となる一次側に入力された高周波交流は、絶縁状態で絶縁トランス３２により変圧されて高圧側となる二次側に伝達される。
絶縁トランス３２の二次側出力は、分岐されて一方はダイオードブリッジ整流回路６１及びコンデンサ平滑回路６２で構成されたゲート電源生成回路３３に入力される。これによりゲート電源生成回路３３は、全波整流を行って安定した正側電圧Ｖｇｐ（正側電源）及び負側電圧Ｖｇｎ（負側電源）を生成して各部に供給する。
絶縁トランス３２の二次側出力の分岐した他方は、制御信号復調回路３４に入力される。
【００２４】
制御信号復調回路３４において、バンドパスフィルタ７１及びバンドパスフィルタ７２は、ゲート制御信号ＣＳが“Ｈ”レベルのオン指令状態における１００ｋＨｚの高周波交流及び３０ｋＨｚの高周波交流を通過させるように動作し、絶縁トランス３２の二次側出力からゲート制御信号ＣＳに対応する成分のみを抽出して出力する。一方、ロウパスフィルタ７３及びロウパスフィルタ７４は、ゲート制御信号ＣＳが“Ｌ”レベルのオフ指令状態における３０ｋＨｚの高周波交流のみを通過させるように動作する。
【００２５】
この結果、制御信号復調回路３４は、実効的にゲート制御信号ＣＳに基づいて、トランジスタ駆動回路３５の第１高電位側制御信号ＳＵ１の系統に対応する高電位側トランジスタ４１Ｐ及び低電位側トランジスタ４１Ｎを駆動することとなる。
以上の結果、本第１実施形態によれば、モータ１６の駆動電源を供給する一つの絶縁トランス３２を介してゲート制御信号ＣＳを入力し、この入力されたゲート制御信号ＣＳと同期してモータ１６を駆動するゲート制御回路２４を制御して、インバータ２３を構成する高電位側トランジスタ４１Ｐ及び低電位側トランジスタ４１Ｎを駆動することができる。
【００２６】
同様にして、モータ１６の駆動電源を供給する一つの絶縁トランス３２を介してゲート制御信号ＣＳを入力して、第２高電位側トランジスタＴＵ２、第３高電位側トランジスタＴＵ３及び第１低電位側トランジスタＴＬ１〜第３低電位側トランジスタＴＬ３を駆動することができる。
【００２７】
したがって、本第１実施形態によれば、低圧回路系統を構成するとともに、制御用の電源を供給する制御電源２１及びゲート制御信号ＣＳを出力するコントローラ２２の双方の絶縁を一つの絶縁トランス３２で行うことができるため、装置構成を簡略化して、装置の信頼性向上及び装置製造コストの低減を図ることができる。
さらに低圧経路系統を高圧回路系統から絶縁する絶縁素子の設置面積を低減し、ひいては、制御回路基板の基板面積を低減することができる。
【００２８】
［１．１］第１実施形態の第１変形例
以上の第１実施形態においては、制御信号復調回路３４への入力は、絶縁トランス３２の二次コイルから分岐していたが、本第１実施形態の第１変形例は、絶縁トランスに三次コイルを設け、当該三次コイルの出力に基づいて制御信号を復調する場合の実施形態である。
【００２９】
図５は、第１実施形態の変形例のゲート制御回路の概要構成図である。
図５においては、説明の簡略化のため、主として第１高電位側トランジスタＴＵ１及び帰還ダイオードＤＵ１で構成される系統について説明するとともに、図３と同様の部分には、同一の符号を付して、その詳細な説明を援用する。
【００３０】
ゲート制御回路２４は、大別すると、制御電源２１から直流電力信号ＰＷＤが供給されるとともに、コントローラ２２からのゲート制御信号（パルス信号）ＣＳが供給され、直流電力信号ＰＷＤをゲート制御信号ＣＳに基づいて変調して、制御信号が重畳された制御電力信号ＣＰＷを出力する変調回路３１と、制御電力信号ＣＰＷが一次側（低圧側）に供給され、二次側（高圧側）に高圧制御電力信号ＨＣＰＷが出力される絶縁トランス３２と、絶縁トランス３２の二次側（高圧側）に接続されて、高圧制御電力信号ＨＣＰＷからゲート電源を生成するゲート電源生成回路３３と、高圧制御電力信号ＨＣＰＷからゲート制御信号ＣＳを復調して出力する制御信号復調回路３４と、入力されたゲート制御信号ＣＳに基づいて、第１高電位側制御信号ＳＵ１を生成して第１高電位側トランジスタＴＵ１〜第３高電位側トランジスタＴＵ３、第１低電位側トランジスタＴＬ１〜第３低電位側トランジスタＴＬ３を駆動するトランジスタ駆動回路３５と、を備えている。
【００３１】
なお、図５においても、図３と同様に、図示の簡略化のため、トランジスタ駆動回路３５において、第１高電位側制御信号ＳＵ１の系統のみを示しているが、実際には、図２に示したように、第２高電位側制御信号ＳＵ２、第３高電位側制御信号ＳＵ３、第１低電位側制御信号ＳＬ１〜第３低電位側制御信号ＳＬ３の系統も備えており、同様に動作している。
上記構成において、絶縁トランス３２Ａは、一次側コイル及び二次側コイルに加えて高圧化回路系統側に三次コイルを備えている。
【００３２】
これにより、制御信号復調回路３４Ａは、三次コイルから出力される高圧制御信号ＨＳからゲート制御信号ＣＳを復調して出力する。
他の動作については、第１実施形態と同様である。
本第１実施形態の第１変形例によれば、第１実施形態の効果に加えて、モータの駆動系側（ゲート電源生成回路３３側）の回路と、モータの制御系側の回路とを異なる電圧域（より低圧域）で駆動することができ、回路構成部品をより小型化することができ、さらなる部品コストの低減及び基板面積の低減を図ることができる。
【００３３】
［１．２］第１実施形態の第２変形例
以上の説明においては、ゲート電源生成回路３３及び制御信号復調回路３４（３４Ａ）においては、全波整流信号を用いて制御を行っていたが、本第２変形例は、半波整流信号を用いて制御を行う場合の実施形態である。
図６は、第１実施形態の第２変形例のゲート回路の詳細構成図である。図６において、図４と同様の部分には同一の符号を付すものとする。
変調回路３１は、図４と同一構成である。
本第２変形例の絶縁トランス３２Ａは、第１変形例と同様に三次コイルが設けられており、制御信号復調回路３４Ａは、当該三次コイルの出力に基づいて制御信号を復調している。
また、本第２変形例のゲート電源生成回路３３Ａは、半波整流を行っている。
【００３４】
本第２変形例において、ダイオードＤ５１及びダイオードＤ５２を有するダイオード半波整流回路９１と、一対の平滑用コンデンサＣ１、Ｃ２で構成されたコンデンサ平滑回路６２と、を備えている。
【００３５】
制御信号復調回路３４Ａは、コンデンサＣ１１、コイルＬ１１及び抵抗Ｒ１１を有する高電位側バンドパスフィルタ７１と、逆流防止ダイオードＤ１１と、抵抗Ｒ３１及びコンデンサＣ３１を有する高電位側ロウパスフィルタ７３と、を備えている。
また、制御信号復調回路３４Ａは、プルアップ抵抗Ｒ５１と、一端が正側端子Ｐに接続された電流制限抵抗Ｒ６２と、ゲート端子がプルアップ抵抗５１とコンデンサＣ３１との接続点に接続され、ドレイン端子が電流制限抵抗Ｒ６１の他端に接続され、ソース端子が中間端子ＴＡに接続されて高電位側トランジスタ４１Ｐ及び低電位側トランジスタ４１Ｎを駆動する（第２）スイッチングトランジスタ８２と、を備えている。
【００３６】
次に本第２変形例の動作について説明する。
変調回路３１にゲート制御信号ＣＳが入力されると、変調回路３１内の発振周波数制御部５４において、ゲート制御信号ＣＳが“Ｈ”レベルの場合（オン指令状態）及びゲート制御信号ＣＳが“Ｌ”レベルの場合（オフ指令状態）に対応した高周波交流の発振周波数を選定する。
【００３７】
これにより、スイッチング回路５３高電位側スイッチングトランジスタ５１及び低電位側スイッチングトランジスタ５２は、発振周波数制御部５４により駆動されてプッシュ・プル方式による矩形波交流が生成され絶縁トランス３２に出力することとなる。
そして、絶縁トランス３２の低圧側となる一次側に入力された高周波交流は、絶縁状態で絶縁トランス３２により変圧されて高圧側となる二次側に伝達される。
【００３８】
絶縁トランス３２の二次側出力は、ダイオード半波整流回路９１及びコンデンサ平滑回路６２で構成されたゲート電源生成回路３３Ａに入力される。これによりゲート電源生成回路３３Ａは、半波整流を行って、安定した正側電圧Ｖｇｐ（正側電源）及び負側電圧Ｖｇｎ（負側電源）を生成して各部に供給する。
【００３９】
絶縁トランス３２の三次側出力は、制御信号復調回路３４Ａに入力される。
制御信号復調回路３４Ａにおいて、バンドパスフィルタ７１は、ゲート制御信号ＣＳが“Ｈ”レベルのオン指令状態における１００ｋＨｚの高周波交流及び３０ｋＨｚの高周波交流を通過させるように動作し、絶縁トランス３２の二次側出力からゲート制御信号ＣＳに対応する成分のみを抽出して出力する。一方、ロウパスフィルタ７３は、ゲート制御信号ＣＳが“Ｌ”レベルのオフ指令状態における３０ｋＨｚの高周波交流のみを通過させるように動作する。
【００４０】
この結果、制御信号復調回路３４Ａは、実効的にゲート制御信号ＣＳに基づいて、トランジスタ駆動回路３５の第１高電位側制御信号ＳＵ１の系統に対応する高電位側トランジスタ４１Ｐ及び低電位側トランジスタ４１Ｎを駆動することとなる。
以上の結果、本第１実施形態の第２変形例によれば、第１実施形態の効果に加えて、より一層の部品点数を削減しつつ、モータ１６の駆動電源を供給する一つの絶縁トランス３２を介してゲート制御信号ＣＳを入力し、この入力されたゲート制御信号ＣＳと同期してモータ１６を駆動するゲート制御回路２４を制御して、インバータ２３を構成する高電位側トランジスタ４１Ｐ及び低電位側トランジスタ４１Ｎを駆動することができる。
【００４１】
［２］第２実施形態
以上の第１実施形態は、直流電車に搭載される電力変換装置であったが、本第２実施形態は交流電車に搭載される電力変換装置である。
【００４２】
図７は、第２実施形態のゲート制御回路の概要構成図である。
本第２実施形態の電力変換装置１５Ａが第１実施形態の電力変換装置１５と異なる点は、図７に示すように、供給される交流電力の電圧を変換するトランス１０１と、トランス１０１の二次側出力に基づいて、交流／直流変換を行うＡＣ／ＤＣコンバータ（ＡＤＣ）１０２と、ＡＤＣ１０２の出力信号を平滑してインバータ２３に供給する平滑コンデンサ１０３と、を備えた点である。
したがって、本第２実施形態の効果については、交流電力を使用する以外において、第１実施形態と同様であり、第１実施形態と同様の変形を行う事が可能である。
【００４３】
［３］第３実施形態。
以上の各実施形態は、低圧回路側から高圧回路側にゲート制御信号ＣＳを伝送するだけの構成であったが、本第３実施形態は、高圧回路側の異常を検知してコントローラ２２に伝送する場合の実施形態である。
【００４４】
図８は、第３実施形態のゲート制御回路の概要構成図である。
図８において、図３と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
図８において、図３と異なる点は、絶縁トランス３２Ｂの一次側に三次コイルを設け、高圧回路系統側からの異常状態を異常検知回路１１１を介して検出し、異常検出信号ＳＥとしてコントローラ２２に出力する点である。
この場合において、異常状態としては絶縁トランス３２Ｂの二次コイル電圧の異常状態が挙げられる。
また、ゲート電源生成回路３３や、制御信号復調回路などが異常検出時に所定の電圧を出力するように設定することも可能である。
【００４５】
本第３実施形態によれば、電圧駆動型トランジスタのゲート電圧の低下を検知し、電圧駆動型トランジスタの破壊等の状況を容易に回避することが可能となる。
また、低圧回路系統側と、高圧回路系統側とが、一つの絶縁トランス３２Ｂを介して絶縁されているにもかかわらず、異常検出信号を高圧回路系統側から低圧回路系統側に伝送することが可能となり、異常検出を早期に行え、早期に異常状態に対応することが可能となる。
【００４６】
［４］実施形態の効果
以上の説明のように、各実施形態によれば、一つの絶縁トランス３２、３２Ａ、３２Ｂで制御駆動系の信号と、制御系の信号と、を伝送することができ、部品点数を低減させて信頼性を向上できる。さらに装置の小型化が図れる。
【００４７】
［５］実施形態の変形例
以上の説明においては、ゲート制御信号ＣＳとして電力変換制御用の信号のみを説明したが、ゲート制御信号ＣＳとして、非導通指令や発振停止指令を含めるように構成することも可能である。
以上の説明においては、絶縁手段（絶縁素子）として、絶縁トランスを用いていたが、この絶縁トランスに代えてフォトカプラを介して絶縁を行い、当該フォトカプラの後段に昇圧回路を設けるように構成することも可能である。
【００４８】
以上の説明においては、絶縁トランス３２、３２Ａ、３２Ｂとして、有鉄心トランスを用いた場合について説明したが、空芯トランスを用いるようにすることも可能である。
また各トランジスタとして、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタ、を用いていたが、ＭＯＳＦＥＴを用いるように構成することも可能である。
【００４９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５０】
１０    直流電車
１１    き電線（架線）
１２    パンタグラフ（集電装置）
１３    車輪
１４    線路
１５、１５Ａ  電力変換装置
１６    モータ
２１    制御電源
２２    コントローラ
２３    インバータ
２４    ゲート制御回路
３１    変調回路
３２、３２Ａ、３２Ｂ  絶縁トランス（絶縁手段、絶縁素子）
３３、３３Ａ  ゲート電源生成回路
３４、３４Ａ  制御信号復調回路
３５    トランジスタ駆動回路
５１    高電位側スイッチングトランジスタ
５２    低電位側スイッチングトランジスタ
５３    スイッチング回路
５４    発振周波数制御部
６１    ダイオードブリッジ整流回路
６２    コンデンサ平滑回路
７１    高電位側バンドパスフィルタ
７２    低電位側バンドパスフィルタ
７３  高電位側ロウパスフィルタ
７４  低電位側ロウパスフィルタ７４
１１１  異常検知回路
ＣＰＷ  制御電力信号
ＣＳ    ゲート制御信号
ＨＣＰＷ  高圧制御電力信号
ＨＳ    高圧制御信号
ＳＥ    異常検出信号
【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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【図７】
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【図８】
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