(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主電流の導通と遮断を切り替える半導体素子を搭載する電力変換装置であって、
前記半導体素子の状態を検出する複数の検出部と、
前記複数の検出部により生成された信号を伝送する送信部と、
前記送信部から伝送された信号を受信する受信部と、
前記受信部により生成された信号を記録するメモリと、を備え、
当該電力変換装置の稼働中における前記半導体素子の状態を記録し、
前記メモリが、ゲート信号、過電流信号または過電圧信号を少なくとも記録し、
前記複数の検出部が、半導体素子のゲート−エミッタ間電圧を取得してゲート電圧しきい値と比較し、前者が高い場合にはオン、逆の場合にはオフとなるゲート信号を生成するゲート信号の検出部を含むことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
主電流の導通と遮断を切り替える半導体素子を搭載する電力変換装置であって、
前記半導体素子の状態を検出する複数の検出部と、
前記複数の検出部により生成された信号を伝送する送信部と、
前記送信部から伝送された信号を受信する受信部と、
前記受信部により生成された信号を記録するメモリと、を備え、
当該電力変換装置の稼働中における前記半導体素子の状態を記録し、
前記メモリが、ゲート信号、過電流信号または過電圧信号を少なくとも記録し、
前記複数の検出部が、半導体素子のコレクタ端子とゲート端子の間に印加される電圧を取得し、検出部に備えられた第一のツェナーダイオードの降伏電圧と比較して前者が大きい場合にはオン、逆の場合にはオフとなる過電圧信号を生成する過電圧信号の検出部を含むことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換装置であって、
前記過電圧信号の検出部が、半導体素子のコレクタ端子とゲート端子の間に印加される電圧を、第一のツェナーダイオードと第二のツェナーダイオードの降伏電圧を足し合わせた電圧以下に制限することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の電力変換装置であって、
前記送信部から前記受信部へ伝送される信号が、単一の伝送ケーブルにより伝送されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電力変換装置であって、
前記送信部から前記受信部へ伝送される信号が、単一の信号に変換されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１または２に記載の電力変換装置であって、
前記複数の検出部が、半導体素子のエミッタ寄生インダクタンスに印加される電圧を取得して積分回路により積分値を算出し、積分値を過電流しきい値の換算電圧と比較して前者が大きい場合にはオン、逆の場合にはオフとなる過電流信号を生成する過電流信号の検出部を含むことを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
主電流の導通と遮断を切り替える半導体素子を搭載する電力変換装置であって、
前記半導体素子の状態を検出する複数の検出部と、
前記複数の検出部により生成された信号を伝送する送信部と、
前記送信部から伝送された信号を受信する受信部と、
前記受信部により生成された信号を記録するメモリと、を備え、
当該電力変換装置の稼働中における前記半導体素子の状態を記録し、
前記送信部から前記受信部へ伝送される信号が、単一の伝送ケーブルにより伝送され、
前記送信部から前記受信部へ伝送される信号が、単一の信号に変換され、
前記送信部が、複数の信号を取得して２進数の各ビットに割り当て、Ｄ−Ａ変換器により２進数の信号を１０進数の多値信号に変換して出力することを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
主電流の導通と遮断を切り替える半導体素子を搭載する電力変換装置であって、
前記半導体素子の状態を検出する複数の検出部と、
前記複数の検出部により生成された信号を伝送する送信部と、
前記送信部から伝送された信号を受信する受信部と、
前記受信部により生成された信号を記録するメモリと、を備え、
当該電力変換装置の稼働中における前記半導体素子の状態を記録し、
前記送信部から前記受信部へ伝送される信号が、単一の伝送ケーブルにより伝送され、
前記送信部から前記受信部へ伝送される信号が、単一の信号に変換され、
前記受信部が、１０進数で表現される多値信号を取得し、Ａ−Ｄ変換器により１０進数の信号を２進数の信号に変換して各ビットの１をオン、０をオフとして複数の信号を生成し、出力することを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の電力変換装置であって、
前記メモリが、ゲート信号、過電流信号または過電圧信号を少なくとも記録することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
主電流の導通と遮断を切り替える半導体素子を搭載する電力変換装置の稼働中における当該半導体素子の状態を記録する電力変換装置の状態記録方法であって、
複数の検出部により、前記半導体素子の状態を検出し、
送信部により、前記複数の検出部により生成された信号を伝送し、
受信部により、前記送信部から伝送された信号を受信し、
メモリにより、前記受信部により生成された信号を記録し、
ゲート信号、過電流信号または過電圧信号を少なくとも記録し、
前記半導体素子のゲート−エミッタ間電圧を取得してゲート電圧しきい値と比較し、前者が高い場合にはオン、逆の場合にはオフとなるゲート信号を生成することを特徴とする電力変換装置の状態記録方法。
【請求項１１】
主電流の導通と遮断を切り替える半導体素子を搭載する電力変換装置の稼働中における当該半導体素子の状態を記録する電力変換装置の状態記録方法であって、
複数の検出部により、前記半導体素子の状態を検出し、
送信部により、前記複数の検出部により生成された信号を伝送し、
受信部により、前記送信部から伝送された信号を受信し、
メモリにより、前記受信部により生成された信号を記録し、
ゲート信号、過電流信号または過電圧信号を少なくとも記録し、
前記半導体素子のコレクタ端子とゲート端子の間に印加される電圧を取得し、検出部に備えられた第一のツェナーダイオードの降伏電圧と比較して前者が大きい場合にはオン、逆の場合にはオフとなる過電圧信号を生成することを特徴とする電力変換装置の状態記録方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電力変換装置の状態記録方法であって、
前記半導体素子のコレクタ端子とゲート端子の間に印加される電圧を、第一のツェナーダイオードと第二のツェナーダイオードの降伏電圧を足し合わせた電圧以下に制限することを特徴とする電力変換装置の状態記録方法。
【請求項１３】
請求項１０または１１に記載の電力変換装置の状態記録方法であって、
単一の伝送ケーブルにより、前記送信部から前記受信部へ信号を伝送することを特徴とする電力変換装置の状態記録方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電力変換装置の状態記録方法であって、
前記送信部から前記受信部へ伝送される信号が、単一の信号に変換されることを特徴とする電力変換装置の状態記録方法。
【請求項１５】
請求項１０または１１に記載の電力変換装置の状態記録方法であって、
前記半導体素子のエミッタ寄生インダクタンスに印加される電圧を取得して積分回路により積分値を算出し、積分値を過電流しきい値の換算電圧と比較して前者が大きい場合にはオン、逆の場合にはオフとなる過電流信号を生成することを特徴とする電力変換装置の状態記録方法。
【請求項１６】
主電流の導通と遮断を切り替える半導体素子を搭載する電力変換装置の稼働中における当該半導体素子の状態を記録する電力変換装置の状態記録方法であって、
複数の検出部により、前記半導体素子の状態を検出し、
送信部により、前記複数の検出部により生成された信号を伝送し、
受信部により、前記送信部から伝送された信号を受信し、
メモリにより、前記受信部により生成された信号を記録し、
単一の伝送ケーブルにより、前記送信部から前記受信部へ信号を伝送し、
前記送信部から前記受信部へ伝送される信号が、単一の信号に変換され、
前記送信部により、複数の信号を取得して２進数の各ビットに割り当て、Ｄ−Ａ変換器により２進数の信号を１０進数の多値信号に変換して出力することを特徴とする電力変換装置の状態記録方法。
【請求項１７】
主電流の導通と遮断を切り替える半導体素子を搭載する電力変換装置の稼働中における当該半導体素子の状態を記録する電力変換装置の状態記録方法であって、
複数の検出部により、前記半導体素子の状態を検出し、
送信部により、前記複数の検出部により生成された信号を伝送し、
受信部により、前記送信部から伝送された信号を受信し、
メモリにより、前記受信部により生成された信号を記録し、
単一の伝送ケーブルにより、前記送信部から前記受信部へ信号を伝送し、
前記送信部から前記受信部へ伝送される信号が、単一の信号に変換され、
前記受信部により、１０進数で表現される多値信号を取得し、Ａ−Ｄ変換器により１０進数の信号を２進数の信号に変換して各ビットの１をオン、０をオフとして複数の信号を生成し、出力することを特徴とする電力変換装置の状態記録方法。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載の電力変換装置の状態記録方法であって、
ゲート信号、過電流信号または過電圧信号を少なくとも記録することを特徴とする電力変換装置の状態記録方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を搭載する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を搭載する電力変換装置においては、半導体素子に、定格を超えた大電流が流れたり、定格を越えた高電圧が印加されたりすることがある。電力変換装置の中には、こういった過電流や過電圧から半導体素子を保護する保護機能を備えたものが存在する。【０００３】
過電流は、回路内で短絡状態が発生することにより、引き起こされる場合が多い。短絡状態の発生要因としては、回路を構成する半導体素子の破壊、ドライブ回路の誤動作、および配線作業間違いなどが挙げられる。一方で、半導体素子には、短絡状態が発生してもある期間は電流を一定以下に制限する性質が備わっている。この性質を短絡耐量といい、短絡状態が発生しても直ちに電流を遮断させることができれば、半導体素子の破壊を未然に防止することができる。このような半導体素子の短絡破壊を未然に防止する機能は、短絡保護機能と呼ばれる。【０００４】
他方、過電圧は、半導体素子がスイッチングする際のサージ電圧により引き起こされることが多い。サージ電圧の大きさは、半導体素子で構成される回路の寄生インダクタンスの大きさ、およびスイッチング時の電流変化率の大きさと相関がある。サージ電圧を低減するためには、寄生インダクタンスを極力低減した構造や、スナバ回路を組み込んだ構造を採用したり、電流変化をゆるやかにするドライバ回路構成を採用したりすることが有効である。また例えば、ドライバ回路がノイズで誤動作することによりスイッチング時の電流変化が急峻となり、過電圧が発生することも想定される。過電圧が発生した際には、半導体素子が破壊する電圧に達する前に電圧の上昇を抑える必要がある。電圧を一定以下に規制する機能として、クランプ回路が挙げられる。【０００５】
過電流や過電圧から半導体素子を保護するための保護機能を作動させるためには、保護半導体素子の状態を検出して信号を取得し、異常の有無を判別することが必要となる。特許文献１には、主端子電流とゲート電圧に関する信号に基づいてゲートに流入する電流量を調整し、短絡時の過電流を抑制し半導体素子を保護する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１３９２７１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明者が、半導体素子を搭載する電力変換装置や、その周辺システムの不良要因を抽出することについて鋭意検討した結果、次の知見を得るに至った。【０００８】
特許文献１は、想定される複数の短絡モードに対応していることや、誤検知確率を極力低減していることから、半導体素子の破壊を未然に防止するうえで大きな効果が得られるものと考えられる。【０００９】
一方で、特許文献１においては保護機能が作動するに至った原因の特定について考慮されていない。保護機能の作動は、対象とする電力変換装や、その周辺システムが恒常的に抱える不良要因により引き起こされている可能性がある。こういった不良要因を摘出する手段の一つに、半導体素子から取得する信号の解析が挙げられる。【００１０】
また、信号を解析するためには、これを伝送する伝送手段と、これを記録する記録部が対象装置に備わっている必要がある。記録される信号は、その種類が多ければ多いほど解析の助けとなるが、伝送手段として伝送ケーブルを用いる場合、その本数が比例して多くなってしまい、伝送ケーブル自体のコストはもちろんのこと、これを配線する作業のコストが嵩む不利益がある。これに加えて、対象装置の構造的な制約から、複数の伝送ケーブルを配線すること自体が困難な場合も想定される。【００１１】
本発明の目的は、半導体素子を搭載する電力変換装置や、その周辺システムの不良要因を摘出するために、半導体素子の状態を検出し、記録することに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、半導体素子の状態を検出する複数の検出部と、複数の検出部により生成された信号を伝送する送信部と、送信部から伝送された信号を受信する受信部と、受信部により生成された信号を記録するメモリと、を備え、電力変換装置の稼働中における半導体素子の状態を記録することに関する。好ましくは、送信部から受信部へ伝送される信号は、単一の伝送ケーブルにより伝送される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、半導体素子に関する信号を複数取得してこれを記録することにより、電力変換装置および周辺システムの不良要因を摘出することが容易となり、信頼性を高めることができる。また、検出した信号を単一の伝送ケーブルで伝送すれば、伝送ケーブル自体のコストおよび配線作業のコストを低減することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１にかかる電力変換装置の基本構成を示す。
【図２】実施例１にかかる電力変換装置のゲート信号の検出部を示す。
【図３】実施例１にかかる電力変換装置のゲート信号の波形を示す。
【図４】実施例１にかかる電力変換装置の過電流信号の検出部を示す。
【図５】実施例１にかかる電力変換装置の過電流信号の波形を示す。
【図６】実施例１にかかる電力変換装置の過電圧信号の検出部を示す。
【図７】実施例１にかかる電力変換装置の過電圧信号の波形を示す。
【図８】実施例１にかかる電力変換装置の送信部を示す。
【図９】実施例１にかかる電力変換装置の送信部の波形を示す。
【図１０】実施例１にかかる電力変換装置の受信部を示す。
【図１１】実施例２にかかる電力変換装置の基本構成を示す。
【図１２】実施例３にかかる電力変換装置の基本構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施例では、主電流の導通と遮断を切り替える半導体素子を搭載する電力変換装置において、半導体素子の状態を検出する複数の検出部と、複数の検出部により生成された信号を伝送する送信部と、送信部から伝送された信号を受信する受信部と、受信部により生成された信号を記録するメモリと、を備え、当該電力変換装置の稼働中における半導体素子の状態を記録することを開示する。
【００１６】
また、実施例では、主電流の導通と遮断を切り替える半導体素子を搭載する電力変換装置の稼働中における当該半導体素子の状態を記録する電力変換装置の状態記録方法において、複数の検出部により、半導体素子の状態を検出し、送信部により、複数の検出部により生成された信号を伝送し、受信部により、送信部から伝送された信号を受信し、メモリにより、受信部により生成された信号を記録することを開示する。
【００１７】
また、実施例では、送信部から受信部へ伝送される信号が、単一の伝送ケーブルにより伝送されることを開示する。
【００１８】
また、実施例では、送信部から受信部へ伝送される信号が、単一の信号に変換されることを開示する。
【００１９】
また、実施例では、メモリが、ゲート信号、過電流信号または過電圧信号を少なくとも記録することを開示する。
【００２０】
また、実施例では、ゲート信号の検出部が、半導体素子のゲート−エミッタ間電圧を取得してゲート電圧しきい値と比較し、前者が高い場合にはオン、逆の場合にはオフとなるゲート信号を生成することを開示する。
【００２１】
また、実施例では、過電流信号の検出部が、半導体素子のエミッタ寄生インダクタンスに印加される電圧を取得して積分回路により積分値を算出し、積分値を過電流しきい値の換算電圧と比較して前者が大きい場合にはオン、逆の場合にはオフとなる過電流信号を生成することを開示する。
【００２２】
また、実施例では、過電圧信号の検出部が、半導体素子のコレクタ端子とゲート端子の間に印加される電圧を取得し、検出部に備えられた第一のツェナーダイオードの降伏電圧と比較して前者が大きい場合にはオン、逆の場合にはオフとなる過電圧信号を生成することを開示する。
【００２３】
また、実施例では、過電圧信号の検出部が、半導体素子のコレクタ端子とゲート端子の間に印加される電圧を、第一のツェナーダイオードと第二のツェナーダイオードの降伏電圧を足し合わせた電圧以下に制限することを開示する。
【００２４】
また、実施例では、送信部が、複数の信号を取得して２進数の各ビットに割り当て、Ｄ−Ａ変換器により２進数の信号を１０進数の多値信号に変換して出力することを開示する。
【００２５】
また、実施例では、受信部が、１０進数で表現される多値信号を取得し、Ａ−Ｄ変換器により１０進数の信号を２進数の信号に変換して各ビットの１をオン、０をオフとして複数の信号を生成し、出力することを開示する。
【００２６】
以下、上記およびその他の本発明の特徴と効果について図面を参酌して説明する。なお、図面は専ら発明の理解のために用いるものであり、権利範囲を限縮するものではない。
【実施例１】
【００２７】
図１に、本実施例にかかる電力変換装置の基本構成を示す。本実施例にかかる電力変換装置は、半導体モジュール１、ゲート駆動部２および制御論理部３で構成される。半導体モジュール１は、半導体素子Ｑ１およびこれと逆並列に接続された整流素子Ｄ１により構成される。半導体素子Ｑ１は、ゲートに所定の電圧を印加されてスイッチング動作を行う。これにより、半導体素子Ｑ１を流れる主電流の導通と遮断を切り替えることができる。一方、整流素子Ｄ１は、半導体素子Ｑ１が遮断している際に、負荷との間で主電流を還流させる目的で備えられている。【００２８】
半導体モジュールが稼動状態にあるとき、定格を超えた過電圧や過電流が偶発的に作用する場合がある。過電圧については、発生と同時に半導体モジュールの破壊に至る場合が多いことから、電圧を一定以下に制限する保護機能を備えておくことが有効となる。一方、過電流については、半導体素子Ｑ１に短絡耐量が備わっていることから、一定期間は電流を一定の値以下に制限することができ、この一定期間に電流を遮断させる保護機能が望まれる。【００２９】
保護機能を作動させるためには、半導体モジュール１についてその状態を示す何らかの信号を取得する必要がある。ゲート駆動部２で取得した状態信号をトリガとして半導体モジュール１のゲートに流れ込む電流を調整し、半導体素子Ｑ１の遮断速度を緩める仕組みが保護機能の一例として挙げられる。【００３０】
保護機能を設ける一方、対象とする電力変換装置および周辺システムが抱える不良要因を摘出するうえで、半導体素子Ｑ１の状態を信号で検出し、これを解析することが役に立つ。ここで、ゲート駆動部２で取得した信号を制御論理部３で記録することが望ましい。【００３１】
本実施例のゲート駆動部２は、複数の検出部を有し、それぞれ何らかの手段で電圧や電流を検出する。これら検出部の機能は、制御論理部３で記録するための信号を生成すること、および保護機能のトリガとなる信号を生成することである。前者の信号は送信部（ｔｒａｓｍｉｔｔｅｒ）２０および制御論理部３に備えられた受信部（ｒｅｃｅｉｖｅｒ）３０を介し、同じく制御論理部３に備えられた複数のメモリに記録される。【００３２】
本実施例では、送信部２０から受信部３０へ伝送される複数の信号を単一の信号に変換して１本の伝送ケーブル４により伝送する。【００３３】
制御論理部３で記録される信号は、ゲート信号Ｖ１、過電流信号Ｖ２、および過電圧信号Ｖ３である。ゲート駆動部２は、ゲート信号の検出部（ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｕｎｉｔ）２１、過電流信号の検出部２２、過電圧信号の検出部２３、および送信部２０で構成される。制御論理部３は、受信部３０、ゲート信号のメモリ（ｍｅｍｏｒｙ）３１、過電流信号のメモリ３２、および過電圧信号のメモリ３３で構成される。【００３４】
図２に、本実施例にかかる電力変換装置のゲート信号の検出部を示す。モジュール１は、ゲート端子Ｇ、コレクタ端子Ｃ、エミッタ端子Ｅ、コレクタ主端子Ｃｍおよびエミッタ主端子Ｅｍを備える。そして、ゲート信号の検出部２１において、半導体モジュール１のゲート端子Ｇはゲート判定回路２１１に接続され、エミッタ端子Ｅは、ゲート信号の検出部２１内のグラウンドに接続される。ゲート判定回路２１１はオペアンプと電源で構成され、オペアンプのマイナス側に接続される電源の電圧はゲート電圧しきい値Ｖｒ１となっている。【００３５】
図３に、実施例１にかかる電力変換装置のゲート信号の波形を示す。図３は、ゲート判定回路２１１がゲート信号（ｇａｔｅ  ｓｉｇｎａｌ）Ｖ１を生成する原理を示している。半導体モジュール１においてゲート端子Ｇとエミッタ端子Ｅの間に印加されている電圧をＶｇｅとすると、これがゲート電圧しきい値Ｖｒ１を上回る間はゲート信号Ｖ１がＨに、下回る間はＬとなるように動作する。ここで、ゲート電圧しきい値Ｖｒ１の値は、半導体モジュール１が実際にオン・オフする電圧を考慮して決める必要がある。【００３６】
ゲート信号Ｖ１は、半導体モジュール１についてゲートのオン・オフがどちらの状態にあるかを示し、不良要因を解析するうえで基本となる状態信号である。例えば、本来オフであるべきタイミングでゲート信号Ｖ１のオンが検出された場合には、短絡の発生が疑われる。【００３７】
つぎに、図４に、本実施例にかかる電力変換装置の過電流信号の検出部を示す。過電流信号の検出部２２において、半導体モジュール１のエミッタ端子Ｅおよびエミッタ主端子Ｅｍは、積分回路２２１に接続される。積分回路２２１は、オペアンプ、抵抗およびコンデンサで構成され、エミッタ寄生インダクタンスＬｅに印加される電圧を積分し、Ｖｃ＝αＩｃなるコレクタ電流の換算電圧Ｖｃを出力する。αは、エミッタ寄生インダクタンスＬｅならびに積分回路２２１に備わる抵抗およびコンデンサの値から決まる比例定数である。【００３８】
上述の換算電圧Ｖｃは、過電流判定回路２２２に入力される。過電流判定回路２２２は、オペアンプおよび電源で構成され、オペアンプのマイナス側に接続される電源の電圧は、Ｖｒ２となっている。【００３９】
図５に、本実施例にかかる電力変換装置の過電流信号の波形を示す。図５は、過電流判定回路２２２が過電流信号（ｏｖｅｒｃｕｒｒｅｎｔ  ｓｉｇｎａｌ）Ｖ２を生成する原理を示している。換算電圧ＶｃがＶｒ２を上回る間は過電流信号Ｖ２がＨに、下回る間はＬとなるように動作する。ここでＶｒ２は、過電流しきい値に上述の比例定数αを乗じた値とすればよい。【００４０】
過電流信号Ｖ２は、半導体モジュール１のコレクタ電流Ｉｃが過電流しきい値を超過した場合に、これを知らせてくれる。短絡状態となった場合、半導体素子Ｑ１には一定期間電流を制限値以下とする性質があることから、これを検知するためには過電流しきい値を制限値よりも小さくする必要がある。【００４１】
図６に、本実施例にかかる電力変換装置の過電圧信号の検出部を示す。過電圧信号の検出部２３において、半導体モジュール１のコレクタ端子Ｃおよびゲート端子Ｇは過電圧判定回路２３１に接続され、エミッタ端子Ｅは、過電圧信号の検出部２３内のグラウンドに接続される。過電圧判定回路２３１はオペアンプおよびツェナーダイオードＤｚ１〜３で構成される。【００４２】
ツェナーダイオードＤｚ１は、その降伏電圧が過電圧しきい値Ｖｒ３と等しくなるように選定されている。厳密には、降伏電圧およびゲート電圧Ｖｇｅの和が、過電圧しきい値Ｖｒ３となるべきであるが、ゲート電圧Ｖｇｅは、降伏電圧と比較して無視できるほど小さいのでここでは割愛する。ツェナーダイオードＤｚ２は、オペアンプの入力定格を上回らないように、降伏電圧が数Ｖ〜数十Ｖのものを用いる。ツェナーダイオードＤｚ３は、逆電圧が印加された際にコレクタ端子Ｃとゲート端子Ｇが短絡しないように設けられており、代わりにダイオードを用いてもよい。【００４３】
図７に、本実施例にかかる電力変換装置の過電圧信号の波形を示す。図７は、過電圧判定回路２３１が過電圧信号（ｏｖｅｒｃｕｒｒｅｎｔ  ｓｉｇｎａｌ）Ｖ３を生成する原理を示している。過電圧が発生するのは主に半導体素子Ｑ１がターンオフとなるタイミングであり、図７の波形はこのターンオフ時のものである。図７に示す通り、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが過電圧しきい値Ｖｒ３を上回る間は過電圧信号Ｖ３がＨに、下回る間はＬとなるように過電圧判定回路２３１が動作する。【００４４】
また、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅは必ずクランプ電圧Ｖｃｌ以下に制限される。クランプ電圧ＶｃｌはツェナーダイオードＤｚ１、Ｄｚ２の降伏電圧の和で定まる。ツェナーダイオードＤｚ１、Ｄｚ２が降伏した際には、降伏電流が過電圧判定回路２３１内を通って半導体素子Ｑ１のゲートに流れ込むことから、ターンオフ時の電流変化が緩やかになる。この結果、ターンオフ時の損失が増大することから、過電圧判定回路２３１を適用する際には、装置に熱設計上の問題がないか確認する必要がある。【００４５】
過電圧信号Ｖ３は、半導体モジュール１のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが過電圧しきい値Ｖｒ３を超過した場合に、これを知らせてくれる。同時に、過電圧が起きたとしてもクランプ電圧Ｖｃｌを超過しないよう保護することができる。【００４６】
図８に、本実施例にかかる電力変換装置の送信部を示す。送信部２０はＤ−Ａ変換器２０１を備え、検出部２１〜２３で生成されるゲート信号Ｖ１、過電流信号Ｖ２および過電圧信号Ｖ３を入力として、単一の多値信号（ｍｕｌｔｉｖａｌｕｅｄ  ｓｉｇｎａｌ））Ｖｍを出力する。Ｄ−Ａ変換器２０１（Ｄ／Ａ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）は、ゲート信号Ｖ１を１ビット目に、過電流信号Ｖ２を２ビット目に、過電圧信号Ｖ３を３ビット目に割り当ててできる２進数の信号を、１０進数の信号に変換することができる。【００４７】
図９に、本実施例にかかる電力変換装置の送信部の波形を示す。図９は、入力（ゲート信号Ｖ１、過電流信号Ｖ２および過電圧信号Ｖ３）と、出力（多値信号Ｖｍ）との関係の一例を示している。【００４８】
図１０に、本実施例にかかる電力変換装置の受信部を示す。受信部３０は、Ａ−Ｄ変換器３０１を備え、送信部２０で生成された多値信号Ｖｍを入力として、ゲート信号Ｖ１、過電流信号Ｖ２および過電圧信号Ｖ３を出力する。Ａ−Ｄ変換器（Ａ／Ｄ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）３０１は、１０進数で表される多値信号Ｖｍを２進数に変換し、１ビット目にゲート信号Ｖ１を、２ビット目に過電流信号Ｖ２を、３ビット目に過電圧信号Ｖ３を割り当て出力する。入力である多値信号Ｖｍと、出力であるゲート信号Ｖ１、過電流信号Ｖ２および過電圧信号Ｖ３との関係は送信部２０の場合と逆になる。【００４９】
このようにして伝送されたゲート信号Ｖ１、過電流信号Ｖ２および過電圧信号Ｖ３は、制御論理部３のメモリ３１〜３３に記録される。これにより、装置の稼働中に、これらの信号を監視することや、記録されたこれらの信号を取り出して解析することが可能となる。結果として、電力変換装置および周辺システムの不良要因を摘出することが容易となり、信頼性を高めることができる。【００５０】
また、本実施例では、上で挙げた３種類の信号をゲート駆動部２と制御論理部３の間で伝送するための伝送ケーブルは１本あればよく、複数本設置する必要がない。一般的に、ゲート駆動部２と制御論理部３の間には数十ｍの伝送ケーブルが用いられていることが多く、ケーブル自体のコストおよび配線作業のコストを低減する効果は大きい。
【実施例２】
【００５１】
本実施例では、Ｎ種類の信号を伝送する場合を説明する。以下、実施例１との相違点を中心に説明する。【００５２】
図１１は、本実施例にかかる電力変換装置の基本構成を示す。本実施例では、ゲート駆動部２は、Ｎ個の検出器（検出器１、検出器２、…検出器Ｎ）を備えている。Ｎ個の検出器は、ゲート信号Ｖ１、過電流信号Ｖ２および過電圧信号Ｖ３に限らず、モジュール１の状態を示すＮ個の信号を検出する。また、制御論理部３は、Ｎ個のメモリ（メモリ１、メモリ２、…メモリＮ）を備えている。Ｎ個の検出器により検出されたＮ個の信号は、送信部２０および伝送ケーブル４を介して受信部３０に伝送され、そして、Ｎ個のメモリに各々記録される。【００５３】
本実施例によれば、モジュール１の状態をより詳細に検出し、記録することができる。
【実施例３】
【００５４】
本実施例では、複数の伝送ケーブルを用いて伝送する場合を説明する。以下、実施例１および実施例２との相違点を中心に説明する。【００５５】
図１２は、本実施例にかかる電力変換装置の基本構成を示す。本実施例では、ゲート駆動部２と制御論理部３は、Ｎ本の伝送ケーブル４で繋がれている。Ｎ個の検出器により検出されたＮ個の信号はパラレルに伝送され、Ｎ個のメモリに各々記録される。【００５６】
本実施例によれば、検収器により検出された信号を変換処理することなく記録できる。
【符号の説明】
【００５７】
１  半導体モジュール
２  ゲート駆動部
３  制御論理部
４  伝送ケーブル
２０  送信部
２１  ゲート信号の検出部
２２  過電流信号の検出部
２３  過電圧信号の検出部
３０  受信部
３１  ゲート信号のメモリ
３２  過電流信号のメモリ
３３  過電圧信号のメモリ
２１１  ゲート判定回路
２３１  過電圧判定回路
２０１  Ｄ−Ａ変換器
３０１  Ａ−Ｄ変換器
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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