(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子を含む上アームとスイッチング素子を含む下アームとが入力電源線間に直列に接続され、前記上アームと前記下アームの接続点を出力端として１相が構成され、前記上アームおよび前記下アームを複数相分有する電力変換装置において、
上下アームのスイッチング素子毎に設けられ、上下アームのスイッチング素子を駆動する複数の駆動回路と、
複数の駆動電源と、を有し、
前記複数の駆動電源のうちの少なくとも１つの駆動電源は、電力を出力する出力部を複数含み、
いずれの相においても、上下アームの一方側のスイッチング素子を駆動する駆動回路は、前記一方側のスイッチング素子に直列接続された他方側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に接続された出力部の属する駆動電源とは別個の駆動電源の出力部に接続され、前記出力部を複数含む駆動電源の複数の出力部は、互いに異なる相の各スイッチング素子を駆動する各駆動回路に接続されている
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記複数の駆動電源として、前記出力部を２個含む駆動電源を相数だけ有し、
前記複数の駆動電源の各々の一方の出力部は、いずれかの相における上下アームのどちらか一方のスイッチング素子を駆動する駆動回路に接続され、
前記複数の駆動電源の各々の他方の出力部は、前記一方の出力部が接続された駆動回路により駆動されるスイッチング素子を含む相とは異なる他の相における上下アームのどちらか一方のスイッチング素子を駆動する駆動回路に接続される
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】
前記複数の駆動電源として、前記出力部を２個含む駆動電源を相数だけ有し、
前記複数の駆動電源の各々の一方の出力部は、いずれかの相における上下アームの一方側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に接続され、
前記複数の駆動電源の各々の他方の出力部は、前記一方の出力部が接続された駆動回路により駆動されるスイッチング素子を含む相とは異なる他の相における上下アームの他方側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に接続される
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４】
前記複数の駆動電源として、前記出力部を相数だけ含む駆動電源を２個有し、
前記駆動電源の出力部の各々は、異なる相の駆動回路に接続される
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５】
前記複数の駆動電源として、前記出力部を相数だけ含む駆動電源を２個有し、
一方の駆動電源の出力部の各々は、各相の上下アームの一方側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に接続され、
他方の駆動電源の出力部の各々は、各相の上下アームの他方側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に接続される
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６】
前記複数の駆動電源には、前記複数の駆動電源のうちの他の駆動電源とは前記出力部の数が異なる駆動電源が含まれている
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７】
前記複数の駆動電源として、
前記出力部を相数だけ含む１個の第１の駆動電源と、
前記出力部を相数よりも少ない数だけ含む１または複数の第２の駆動電源と、
前記出力部を前記第２の駆動電源に含まれる出力部の数よりも少ない数だけ含む１または複数の第３の駆動電源と、を有し、
前記第１の駆動電源の出力部の各々は、各相の上下アームの一方側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に接続され、
前記第２の駆動電源の出力部および前記第３の駆動電源の出力部は、各相の上下アームの他方側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に接続される
ことを特徴とする請求項６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、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来の電力変換装置の一例である電力変換装置２００の構成を示す回路図である。電力変換装置２００は、直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ装置である。電力変換装置２００は、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６、還流ダイオードＤ１〜Ｄ６、駆動回路１１〜１６、駆動電源４１〜４３および直流電源８を有する。スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の各々は、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２は、直流電源８の正極に接続された高電位側の入力電源線と直流電源８の負極に接続された低電位側の入力電源線との間に直列に接続されている。より詳細には、スイッチング素子Ｓ１のコレクタは、直流電源８の高電位側の入力電源線に接続されている。スイッチング素子Ｓ２のエミッタは、直流電源８の低電位側の入力電源線に接続されている。スイッチング素子Ｓ１のエミッタはスイッチング素子Ｓ２のコレクタと接続されている。スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２との接続点は、Ｕ相の出力端となっている。スイッチング素子Ｓ１のエミッタとコレクタとの間には、還流ダイオードＤ１が接続されており、スイッチング素子Ｓ２のエミッタとコレクタとの間には、還流ダイオードＤ２が接続されている。スイッチング素子Ｓ１および還流ダイオードＤ１は、Ｕ相上アームを構成し、スイッチング素子Ｓ２および還流ダイオードＤ２は、Ｕ相下アームを構成する。Ｕ相上アームおよびＵ相下アームは、Ｕ相のスイッチング素子モジュール１を構成する。同様に、スイッチング素子Ｓ３および還流ダイオードＤ３は、Ｖ相上アームを構成し、スイッチング素子Ｓ４および還流ダイオードＤ４はＶ相下アームを構成する。Ｖ相上アームおよびＶ相下アームは、Ｖ相のスイッチング素子モジュール２を構成する。スイッチング素子Ｓ５および還流ダイオードＤ５は、Ｗ相上アームを構成し、スイッチング素子Ｓ６および還流ダイオードＤ６は、Ｗ相下アームを構成する。Ｗ相上アームおよびＷ相下アームは、Ｗ相のスイッチング素子モジュール３を構成する。
【０００３】
スイッチング素子Ｓ１には駆動回路１１が接続され、スイッチング素子Ｓ２には駆動回路１２が接続され、スイッチング素子Ｓ３には駆動回路１３が接続され、スイッチング素子Ｓ４には駆動回路１４が接続され、スイッチング素子Ｓ５には駆動回路１５が接続され、スイッチング素子Ｓ６には駆動回路１６が接続されている。より詳細には、駆動回路１１〜１６は、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のゲートとエミッタとの間に接続されている。駆動回路１１〜１６は、制御回路（図示略）から供給される制御信号に従って接続先のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のゲートに信号を供給してスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６をオン／オフさせる回路である。
【０００４】
駆動電源４１は、駆動回路１１を動作させるための電力を駆動回路１１に供給するとともに、駆動回路１２を動作させるための電力を駆動回路１２に供給する電源である。駆動電源４２は、駆動回路１３を動作させるための電力を駆動回路１３に供給するとともに、駆動回路１４を動作させるための電力を駆動回路１４に供給する電源である。駆動電源４３は、駆動回路１５を動作させるための電力を駆動回路１５に供給するとともに、駆動回路１６を動作させるための電力を駆動回路１６に供給する電源である。駆動電源４１〜４３は互いに同様の構成となっている。このため、駆動電源４１を例に駆動電源４１〜４３の構成を説明する。駆動電源４１は、トランス２１、コンデンサ２２、トランジスタ２３、制御手段２４、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２およびフィードバック信号線２５を有する。
【０００５】
トランス２１は、１次巻線Ｗ１、２次巻線Ｗ２１および２次巻線Ｗ２２を有する。１次巻線Ｗ１、２次巻線Ｗ２１および２次巻線Ｗ２２は、鉄心やフェライトなどの磁気要素によって結合されている。１次巻線Ｗ１の一端は、直流電源８の正極に接続されており、１次巻線Ｗ１の他端は、トランジスタ２３を介して直流電源８の負極に接続されている。２次巻線Ｗ２１の両端は、駆動回路１１に接続されている。２次巻線Ｗ２２の両端は、駆動回路１２に接続されている。このように、トランス２１は、１次側の直流電源８と２次側の駆動回路１１および１２とを絶縁する絶縁手段である。また、トランス２１では、１次巻線Ｗ１と２次巻線Ｗ２１との巻数比と、１次巻線Ｗ１と２次巻線Ｗ２２との巻数比とがほぼ同じになっており、２次巻線Ｗ２１の出力と２次巻線Ｗ２２の出力とがほぼ同じになっている。
【０００６】
トランジスタ２３は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；金属−酸化膜−半導体構造の電界効果トランジスタ）である。トランジスタ２３のドレインとソースとの間にはダイオードが接続さている。コンデンサ２２の一方の電極は直流電源８の正極に接続されており、他方の電極は直流電源８の負極に接続されている。
【０００７】
２次巻線Ｗ２２の両端間には、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２が直列に接続されている。抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２は、２次巻線Ｗ２２の両端間の電圧を分圧する抵抗である。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間の接続点と、制御手段２４とは、フィードバック信号線２５によって接続されている。これにより、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２によって分圧された電圧を示すフィードバック信号が制御手段２４に送られる。
【０００８】
制御手段２４は、トランジスタ２３のゲートに信号を供給してトランジスタ２３をオン／オフさせる電源用の集積回路である。制御手段２４は、フィードバック信号を参照してトランジスタ２３のオン／オフを制御する。トランジスタ２３がオン／オフすることによって、２次巻線Ｗ２２から出力されて駆動回路１２に入力される電圧が一定に制御される。駆動回路１２の入力電圧が一定に制御されることで、２次巻線Ｗ２１から出力されて駆動回路１１に入力される電圧も一定に制御される。
このような電力変換装置２００は、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００９】
図７は、図６の直流電源８の具体的な構成の一例を示す回路図である。ダイオードを含む整流回路５１は、交流電源５６から供給される交流電力を直流電力に変換する回路である。整流回路５１から出力される直流電力は、コンデンサ５２によって平滑化される。交流電源５６と整流回路５１との間には、交流用のヒューズ５３〜５５が相毎に設けられている。ヒューズ５３〜５５は、過電流が流れた場合に溶断して、ヒューズ５３〜５５の後段の回路（整流回路５１以降の回路）を交流電源５６から切り離す。
【００１０】
図８は、図６の直流電源８の具体的な構成の他の例を示す回路図である。バッテリ５８は、多数のセルから構成されている。バッテリ５８から出力される直流電力は、コンデンサ５２によって一定に保たれる。バッテリ５８の正極とコンデンサ５２の一方の電極との間には、直流用のヒューズ５７が設けられている。ヒューズ５７は、過電流が流れた場合に溶断して、ヒューズ５７の後段の回路をバッテリ５８から切り離す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第５６３９９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図６の電力変換装置２００において、Ｕ相上アームのスイッチング素子Ｓ１がオフであり、Ｕ相下アームのスイッチング素子Ｓ２がオンであるとする。この状態において、フィードバック信号線２５が断線するなどの理由によって、制御手段２４に供給されるフィードバック信号が「０」に維持されたとする。制御手段２４は、フィードバック信号が「０」であるため、２次巻線Ｗ２２に電力が供給されていないと判断し、２次巻線Ｗ２１および２次巻線Ｗ２２に電力を供給するようにトランジスタ２３のオン／オフを制御する。これにより、実際には駆動回路１１および１２の入力電圧が一定になるように制御されていたにも関わらず、２次巻線Ｗ２１および２次巻線Ｗ２２に過剰に電力が供給されるようになる。２次巻線Ｗ２１および２次巻線Ｗ２２に電力が過剰に供給され続けると、駆動回路１１の入力電圧および駆動回路１２の入力電圧が上昇してゆく。駆動回路１１の入力電圧が上昇してゆくと、駆動回路１１の出力電圧も上昇してゆき、スイッチング素子Ｓ１のゲート−エミッタ間に印加される電圧が上昇してゆく。同様に、駆動回路１２の入力電圧が上昇してゆくと、駆動回路１２の出力電圧も上昇してゆき、スイッチング素子Ｓ２のゲート−エミッタ間に印加される電圧が上昇してゆく。
【００１３】
オンしているスイッチング素子Ｓ２では、コレクタ−エミッタ間が短絡している。コレクタ−エミッタ間が短絡している状態でゲート−エミッタ間に過剰な電圧が印加されると、ゲート−エミッタ間電圧に関連するコレクタ−エミッタ間の耐圧が低下し、コレクタ−エミッタ間に印加される電圧がコレクタ−エミッタ間の耐圧を超過する。これにより、スイッチング素子Ｓ２は、コレクタ−エミッタ間において短絡故障する。このスイッチング素子Ｓ２の短絡故障は、ゲートに与えられる信号に関わらずコレクタ−エミッタ間が短絡した状態に維持される故障である。
【００１４】
その後、スイッチング素子Ｓ１がオンすると、スイッチング素子Ｓ１のコレクタ−エミッタ間の耐圧が低下し、コレクタ−エミッタ間に印加される電圧がコレクタ−エミッタ間の耐圧を超過する。これにより、スイッチング素子Ｓ２に引き続き、スイッチング素子Ｓ１もコレクタ−エミッタ間において短絡故障する。
【００１５】
スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２の両方が短絡故障すると、直流電源８が短絡することとなる。直流電源８の具体的な構成が図７に示す構成である場合には、直流電源８の短絡により、ヒューズ５３〜５５が溶断する。直流電源８の具体的な構成が図８に示す構成である場合には、直流電源８の短絡により、ヒューズ５７が溶断する。
【００１６】
仮に、スイッチング素子Ｓ１のコレクタ−エミッタ間に印加される電圧がそのコレクタ−エミッタ間の耐圧を超過する前にそのコレクタ−エミッタ間の短絡を防止する保護回路を備えておいたとする。このような保護回路を備えておくことで、スイッチング素子Ｓ１がオンしたときに、スイッチング素子Ｓ１が短絡故障する前にスイッチング素子Ｓ１を即座にオフするのである。このような構成にしたとしても、駆動回路１１の入力電圧は引き続き上昇するため、駆動回路１１の入力電圧が駆動回路１１を構成する部材の耐圧を超過して、駆動回路１１が故障する虞がある。駆動回路１１の故障によっては、スイッチング素子Ｓ１のコレクタ−エミッタ間に耐圧を超過する過大な電圧が印加されるような異常が発生することもあり得る。このような異常が発生すると、上述の保護回路を備えていたとしても、スイッチング素子Ｓ１のコレクタ−エミッタ間が短絡故障する虞がある。そして、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２の両方が短絡故障すると、上述のように直流電源８が短絡する。
【００１７】
ヒューズ５３〜５５が溶断するような過電流が直流電源８に流れると、交流電源５６の電圧が変動し、交流電源５６に並列接続される他のシステムへ悪影響を及ぼす可能性がある。また、適切にヒューズ５３〜５５が溶断しなかった場合、過電流によって発煙や発火が発生する虞がある。
【００１８】
このように、電力変換装置２００では、駆動電源４１の出力電圧が上昇する異常が発生すると、スイッチング素子Ｓ２とスイッチング素子Ｓ１とが順次に短絡故障し、最終的にヒューズ５３〜５５あるいは５７が溶断するという具合に、駆動電源４１の出力電圧が上昇する異常の影響が入力電源側にまで波及する。スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ２を例に説明したが、スイッチング素子Ｓ３〜Ｓ６についても同様である。
【００１９】
この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、駆動電源においてスイッチング素子の短絡故障を引き起こすような出力電圧が上昇する異常が発生したとしても、その異常の影響が波及しない電力変換装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
この発明による電力変換装置は、スイッチング素子を含む上アームとスイッチング素子を含む下アームとが入力電源線間に直列に接続され、上アームと下アームの接続点を出力端として１相が構成され、上アームおよび下アームを複数相分有する。本電力変換装置は、上下アームのスイッチング素子毎に設けられ、上下アームのスイッチング素子を駆動する複数の駆動回路と、複数の駆動電源と、を有する。本電力変換装置では、複数の駆動電源のうちの少なくとも１つの駆動電源は、電力を出力する出力部を複数含む。本電力変換装置では、いずれの相においても、上下アームの一方側のスイッチング素子を駆動する駆動回路は、一方側のスイッチング素子に直列接続された他方側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に接続された出力部の属する駆動電源とは別個の駆動電源の出力部に接続される。
【００２１】
この発明による電力変換装置では、上下アームの一方側のスイッチング素子を駆動する駆動回路と、他方側のスイッチング素子を駆動する駆動回路とが別個の駆動電源に接続される。これにより、一方側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に電力を供給する駆動電源において出力電圧が上昇する異常が発生し、当該一方側のスイッチング素子が短絡故障したとしても、他方側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に電力を供給する駆動電源に異常が発生しなければ、当該他方側のスイッチング素子が短絡故障することはない。一方側のスイッチング素子が短絡故障したとしても他方側のスイッチング素子が短絡故障しないため、入力電源線間が短絡することはなく、駆動電源の異常の影響が入力電源側に波及しない。
【発明の効果】
【００２２】
従って、この発明による電力変換装置では、駆動電源においてスイッチング素子の短絡故障を引き起こすような出力電圧が上昇する異常が発生したとしても、その異常の影響が波及しない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の第１実施形態による電力変換装置１００Ａの構成を示す回路図である。
【図２】この発明の第２実施形態による電力変換装置１００Ｂの構成を示す回路図である。
【図３】この発明の第３実施形態による電力変換装置１００Ｃの構成を示す回路図である。
【図４】この発明の第４実施形態による電力変換装置１００Ｄの構成を示す回路図である。
【図５】この発明の第５実施形態による電力変換装置１００Ｅの構成を示す回路図である。
【図６】従来の電力変換装置の一例である電力変換装置２００の構成を示す回路図である。
【図７】電力変換装置２００における直流電源８の具体的な構成の一例を示す回路図である。
【図８】電力変換装置２００における直流電源８の具体的な構成の他の例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しつつ、この発明の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、この発明の第１実施形態である電力変換装置１００Ａの構成を示す回路図である。本実施形態の電力変換装置１００Ａは、駆動電源４１〜４３に代えて駆動電源７１〜７３を有する点および駆動電源７１〜７３と駆動回路１１〜１６との接続の組み合わせが図６に示す従来の電力変換装置２００と異なる。従来の電力変換装置２００と同じ構成要素には同じ符号を用いて説明を省略する。
【００２５】
駆動電源７１〜７３の各々は、互いに同様な構成となっている。駆動電源７１〜７３は、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２およびフィードバック信号線２５を削除した点において駆動電源４１〜４３と異なる。すなわち、本実施形態の制御手段２４は、フィードバック信号を参照せずにトランジスタ２３のオン／オフを制御する。フィードバック信号を参照せずとも、駆動電源７１〜７３と駆動回路１１〜１６とを適切に組み合わせることで、トランジスタ２３のオン／オフ制御を適切に行うことができるからである。
【００２６】
駆動電源７１〜７３の各々は、駆動電源４１〜４３と同様に、２次巻線Ｗ２１および２次巻線Ｗ２２を含むトランス２１を有する。２次巻線Ｗ２１および２次巻線Ｗ２２の各々は、電力を出力する出力部である。すなわち、駆動電源７１〜７３の各々は、２個の出力部を含んでいる。
【００２７】
電力変換装置１００Ａにおいて、駆動電源７１の２次巻線Ｗ２１の両端は、Ｕ相上アームのスイッチング素子Ｓ１を駆動する駆動回路１１に接続されており、駆動電源７１の２次巻線Ｗ２２の両端は、Ｖ相下アームのスイッチング素子Ｓ４を駆動する駆動回路１４に接続されている。また、駆動電源７２の２次巻線Ｗ２１の両端は、Ｖ相上アームのスイッチング素子Ｓ３を駆動する駆動回路１３に接続されており、駆動電源７２の２次巻線Ｗ２２の両端は、Ｗ相下アームのスイッチング素子Ｓ６を駆動する駆動回路１６に接続されている。また、駆動電源７３の２次巻線Ｗ２１の両端は、Ｗ相上アームのスイッチング素子Ｓ５を駆動する駆動回路１５に接続されており、駆動電源７３の２次巻線Ｗ２２の両端は、Ｕ相下アームのスイッチング素子Ｓ２を駆動する駆動回路１２に接続されている。
【００２８】
このような構成により、スイッチング素子Ｓ２の駆動回路１２には、スイッチング素子Ｓ１の駆動回路１１に電力を供給する駆動電源７１とは別個の駆動電源７３から電力が供給される。同様に、スイッチング素子Ｓ４の駆動回路１４には、スイッチング素子Ｓ３の駆動回路１３に電力を供給する駆動電源７２とは別個の駆動電源７１から電力が供給される。同様に、スイッチング素子Ｓ６の駆動回路１６には、スイッチング素子Ｓ５の駆動回路１５に電力を供給する駆動電源７３とは別個の駆動電源７２から電力が供給される。
【００２９】
電力変換装置１００Ａでは、駆動電源７１の出力電圧が上昇する異常が発生してスイッチング素子Ｓ１およびＳ４が短絡故障したとしても、駆動電源７２および７３において異常が発生しなければ、スイッチング素子Ｓ２およびＳ３が短絡故障することはない。このため、スイッチング素子Ｓ１およびＳ４が短絡故障したとしても、直流電源８が短絡してヒューズ５３〜５５あるいは５７が溶断するというようなことは起こらない。すなわち、電力変換装置１００Ａでは、駆動電源７１の異常の影響がスイッチング素子Ｓ２およびＳ３や入力電源側に波及しない。
【００３０】
同様に、電力変換装置１００Ａでは、駆動電源７２の出力電圧が上昇する異常が発生してスイッチング素子Ｓ３およびＳ６が短絡故障したとしても、駆動電源７１および７３において異常が発生しなければ、スイッチング素子Ｓ４およびＳ５が短絡故障することはない。このため、スイッチング素子Ｓ３およびＳ６が短絡故障したとしても、駆動電源７２の異常の影響がスイッチング素子Ｓ４およびＳ５や入力電源側に波及しない。
【００３１】
同様に、電力変換装置１００Ａでは、駆動電源７３の出力電圧が上昇する異常が発生してスイッチング素子Ｓ５およびＳ２が短絡故障したとしても、駆動電源７１および７２において異常が発生しなければ、スイッチング素子Ｓ６およびＳ１が短絡故障することはない。このため、スイッチング素子Ｓ５およびＳ２が短絡故障したとしても、駆動電源７３の異常の影響がスイッチング素子Ｓ６およびＳ１や入力電源側に波及しない。
【００３２】
以上のように、本実施形態の電力変換装置１００Ａでは、駆動電源においてスイッチング素子の短絡故障を引き起こすような出力電圧が上昇する異常が発生したとしても、その異常の影響が波及するのを回避することができる。このため、電力変換装置１００Ａを用いれば、従来の電力変換装置２００を用いた場合に比べ、安全性や信頼性が高いシステムを構築することができる。
【００３３】
また、電力変換装置１００Ａでは、フィードバック信号線２５を有していないため、駆動電源の出力電圧が上昇する異常が発生するとしたら、フィードバック信号線２５の断線以外の他の理由に依ることとなる。すなわち、電力変換装置１００Ａでは、従来の電力変換装置２００に比べて、駆動電源の出力電圧が上昇する異常の発生原因が減少する。この点からも、電力変換装置１００Ａを用いれば、従来の電力変換装置２００を用いた場合に比べ、安全性や信頼性が高いシステムを構築することができると言える。
【００３４】
＜第２実施形態＞
図２は、この発明の第２実施形態である電力変換装置１００Ｂの構成を示す回路図である。本実施形態の電力変換装置１００Ｂは、駆動電源７１〜７３と駆動回路１１〜１６との接続の組み合わせが第１実施形態の電力変換装置１００Ａと異なる。
【００３５】
電力変換装置１００Ｂにおいて、駆動電源７１の２次巻線Ｗ２１の両端は、Ｕ相上アームのスイッチング素子Ｓ１を駆動する駆動回路１１に接続されており、駆動電源７１の２次巻線Ｗ２２の両端は、Ｖ相上アームのスイッチング素子Ｓ３を駆動する駆動回路１３に接続されている。また、駆動電源７２の２次巻線Ｗ２１の両端は、Ｖ相下アームのスイッチング素子Ｓ４を駆動する駆動回路１４に接続されており、駆動電源７２の２次巻線Ｗ２２の両端は、Ｗ相下アームのスイッチング素子Ｓ６を駆動する駆動回路１６に接続されている。また、駆動電源７３の２次巻線Ｗ２１の両端は、Ｗ相上アームのスイッチング素子Ｓ５を駆動する駆動回路１５に接続されており、駆動電源７３の２次巻線Ｗ２２の両端は、Ｕ相下アームのスイッチング素子Ｓ２を駆動する駆動回路１２に接続されている。
【００３６】
電力変換装置１００Ｂでは、駆動電源７１の出力電圧が上昇する異常が発生してスイッチング素子Ｓ１およびＳ３が短絡故障したとしても、駆動電源７２および７３において異常が発生しなければ、スイッチング素子Ｓ２およびＳ４が短絡故障することはなく、駆動電源７１の異常の影響が波及しない。同様に、駆動電源７２の出力電圧が上昇する異常が発生してスイッチング素子Ｓ４およびＳ６が短絡故障したとしても、駆動電源７１および７３において異常が発生しなければ、スイッチング素子Ｓ３およびＳ５が短絡故障することはなく、駆動電源７２の異常の影響が波及しない。同様に、駆動電源７３の出力電圧が上昇する異常が発生して、スイッチング素子Ｓ２およびＳ５が短絡故障したとしても、駆動電源７１および７２において異常が発生しなければ、スイッチング素子Ｓ１およびＳ６が短絡故障することはなく、駆動電源７３の異常の影響が波及しない。
【００３７】
従って、本実施形態においても第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００３８】
＜第３実施形態＞
図３は、この発明の第３実施形態である電力変換装置１００Ｃの構成を示す回路図である。本実施形態の電力変換装置１００Ｃは、３個の駆動電源７１〜７３に代えて２個の駆動電源７４および７５を有する点および駆動電源７４〜７５と駆動回路１１〜１６との接続の組み合わせが第１実施形態の電力変換装置１００Ａと異なる。
【００３９】
駆動電源７４および７５の各々は、互いに同様な構成となっている。駆動電源７４および７５は、２個の２次巻線Ｗ２１およびＷ２２を含むトランス２１に代えて、３個の２次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３を含むトランス２６を有する点において駆動電源７１〜７３と異なる。すなわち、駆動電源７４および７５の各々は、３個の出力部を含んでいる。駆動電源７４および７５の１次巻線Ｗ１（図示略）、２次巻線Ｗ２１、２次巻線Ｗ２２および２次巻線Ｗ２３は、鉄心やフェライトなどの磁気要素によって結合されている。駆動電源７４および７５において、１次巻線Ｗ１と２次巻線Ｗ２１との巻数比と、１次巻線Ｗ１と２次巻線Ｗ２２との巻数比と、１次巻線Ｗ１と２次巻線Ｗ２３との巻数比とは同じになっている。
【００４０】
電力変換装置１００Ｃにおいて、駆動電源７４の２次巻線Ｗ２１の両端は、Ｕ相上アームのスイッチング素子Ｓ１を駆動する駆動回路１１に接続されており、駆動電源７４の２次巻線Ｗ２２の両端は、Ｖ相上アームのスイッチング素子Ｓ３を駆動する駆動回路１３に接続されており、駆動電源７４の２次巻線Ｗ２３の両端は、Ｗ相上アームのスイッチング素子Ｓ５を駆動する駆動回路１５に接続されている。また、駆動電源７５の２次巻線Ｗ２１の両端は、Ｕ相下アームのスイッチング素子Ｓ２を駆動する駆動回路１２に接続されており、駆動電源７５の２次巻線Ｗ２２の両端は、Ｖ相下アームのスイッチング素子Ｓ４を駆動する駆動回路１４に接続されており、駆動電源７５の２次巻線Ｗ２３の両端は、Ｗ相下アームのスイッチング素子Ｓ６を駆動する駆動回路１６に接続されている。
【００４１】
電力変換装置１００Ｃでは、駆動電源７４の出力電圧が上昇する異常が発生してスイッチング素子Ｓ１、Ｓ３およびＳ５が短絡故障したとしても、駆動電源７５において異常が発生しなければ、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ４およびＳ６が短絡故障することはなく、駆動電源７４の異常の影響がスイッチング素子Ｓ２、Ｓ４およびＳ６や入力電源側に波及しない。同様に、駆動電源７５の出力電圧が上昇する異常が発生してスイッチング素子Ｓ２、Ｓ４およびＳ６が短絡故障したとしても、駆動電源７４において異常が発生しなければ、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３およびＳ５が短絡故障することはなく、駆動電源７５の異常の影響がスイッチング素子Ｓ１、Ｓ３およびＳ５や入力電源側に波及しない。
【００４２】
従って、本実施形態においても第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００４３】
＜第４実施形態＞
図４は、この発明の第４実施形態である電力変換装置１００Ｄの構成を示す回路図である。本実施形態の電力変換装置１００Ｄは、駆動電源７４〜７５と駆動回路１１〜１６との接続の組み合わせが第３実施形態の電力変換装置１００Ｃと異なる。
【００４４】
駆動電源７４の２次巻線Ｗ２１の両端の接続先と駆動電源７４の２次巻線Ｗ２３の両端の接続先は、第３実施形態の電力変換装置１００Ｃと同様である。電力変換装置１００Ｄでは、駆動電源７４の２次巻線Ｗ２２の両端は、Ｖ相下アームのスイッチング素子Ｓ４を駆動する駆動回路１４に接続されている。駆動電源７５の２次巻線Ｗ２１の両端の接続先と駆動電源７５の２次巻線Ｗ２３の両端の接続先は、第３実施形態の電力変換装置１００Ｃと同様である。電力変換装置１００Ｄでは、駆動電源７５の２次巻線Ｗ２２の両端は、Ｖ相上アームのスイッチング素子Ｓ３を駆動する駆動回路１３に接続されている。
【００４５】
電力変換装置１００Ｄでは、駆動電源７４の出力電圧が上昇する異常が発生してスイッチング素子Ｓ１、Ｓ４およびＳ５が短絡故障したとしても、駆動電源７５において異常が発生しなければ、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３およびＳ６が短絡故障することはなく、駆動電源７４の異常の影響が波及しない。同様に、駆動電源７５の出力電圧が上昇する異常が発生してスイッチング素子Ｓ２、Ｓ３およびＳ６が短絡故障したとしても、駆動電源７４において異常が発生しなければ、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ４およびＳ５が短絡故障することはなく、駆動電源７５の異常の影響が波及しない。
【００４６】
従って、本実施形態においても第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００４７】
＜第５実施形態＞
図５は、この発明の第５実施形態である電力変換装置１００Ｅの構成を示す回路図である。本実施形態の電力変換装置１００Ｅは、駆動電源７１〜７３に代えて駆動電源７４、７１および７６を有する点および駆動電源７４、７１および７６と駆動回路１１〜１６との接続の組み合わせが第１実施形態の電力変換装置１００Ａと異なる。
【００４８】
電力変換装置１００Ｅにおける駆動電源７４は、第３および第４実施形態の駆動電源７４と同じである。電力変換装置１００Ｅにおける駆動電源７１は、第１および第２実施形態の駆動電源７１と同じである。電力変換装置１００Ｅにおける駆動電源７６は、トランス２１に代えて、１個の２次巻線Ｗ２１を含むトランス２７を有する点において駆動電源７１と異なる。すなわち、駆動電源７６は、１個の出力部を含んでいる。駆動電源７６の１次巻線Ｗ１（図示略）および２次巻線Ｗ２１は、鉄心やフェライトなどの磁気要素によって結合されている。
【００４９】
電力変換装置１００Ｅにおいて、駆動電源７４の２次巻線Ｗ２１の両端は、Ｕ相上アームのスイッチング素子Ｓ１を駆動する駆動回路１１に接続されており、駆動電源７４の２次巻線Ｗ２２の両端は、Ｖ相上アームのスイッチング素子Ｓ３を駆動する駆動回路１３に接続されており、駆動電源７４の２次巻線Ｗ２３の両端は、Ｗ相上アームのスイッチング素子Ｓ５を駆動する駆動回路１５に接続されている。また、駆動電源７１の２次巻線Ｗ２１の両端は、Ｕ相下アームのスイッチング素子Ｓ２を駆動する駆動回路１２に接続されており、駆動電源７１の２次巻線Ｗ２２の両端は、Ｖ相下アームのスイッチング素子Ｓ４を駆動する駆動回路１４に接続されている。また、駆動電源７６の２次巻線Ｗ２１の両端は、Ｗ相下アームのスイッチング素子Ｓ６を駆動する駆動回路１６に接続されている。
【００５０】
電力変換装置１００Ｅでは、駆動電源７４の出力電圧が上昇する異常が発生してスイッチング素子Ｓ１、Ｓ３およびＳ５が短絡故障したとしても、駆動電源７１および７６において異常が発生しなければ、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ４およびＳ６が短絡故障することはなく、駆動電源７４の異常の影響がスイッチング素子Ｓ２、Ｓ４およびＳ６や入力電源側に波及しない。同様に、駆動電源７１の出力電圧が上昇する異常が発生してスイッチング素子Ｓ２およびＳ４が短絡故障したとしても、駆動電源７４において異常が発生しなければ、スイッチング素子Ｓ１およびＳ３が短絡故障することはなく、駆動電源７１の異常の影響がスイッチング素子Ｓ１およびＳ３や入力電源側に波及しない。同様に、駆動電源７６の出力電圧が上昇する異常が発生してスイッチング素子Ｓ６が短絡故障したとしても、駆動電源７４において異常が発生しなければ、スイッチング素子Ｓ５が短絡故障することはなく、駆動電源７６の異常の影響がスイッチング素子Ｓ５や入力電源側に波及しない。
【００５１】
従って、本実施形態においても第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００５２】
＜まとめ＞
第１〜第５実施形態の電力変換装置１００Ａ〜１００Ｅは、出力が３相の構成であった。しかし、この発明による電力変換装置は、出力が３相の構成に限らない。以下、この発明による電力変換装置のより一般的な態様について説明する。この発明による電力変換装置は、以下に示す条件１および条件２を満たす構成であれば良く、具体的な構成がどのようなものであっても良い。条件１および条件２を満たすことで、本発明の効果を得ることができるからである。
【００５３】
条件１は、駆動電源の個数と駆動電源の出力部の個数についての条件である。
（条件１）：駆動電源の個数は、２個以上であり駆動回路の個数（換言するとスイッチング素子の個数）未満である。駆動電源１個あたりの出力部の数は、相数（換言するとスイッチング素子モジュール数）以下である。駆動電源すべての出力部の合計は、駆動回路の個数（換言するとスイッチング素子の個数）以下である。出力部を複数含む駆動電源を少なくとも１つ以上有する。
【００５４】
条件２は、駆動電源と駆動回路との接続条件である。
（条件２）：いずれの相（すなわちスイッチング素子モジュール）においても、スイッチング素子モジュールにおける一方側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に電力を供給する駆動電源とは異なる駆動電源から、当該スイッチング素子モジュールにおける他方側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に電力を供給する。
【００５５】
すなわち、この発明による電力変換装置は、スイッチング素子を含む上アームとスイッチング素子を含む下アームとが入力電源線間に直列に接続され、上アームと下アームの接続点を出力端として１相が構成され、上アームおよび下アームを複数相分有する電力変換装置において、上下アームのスイッチング素子毎に設けられ、上下アームのスイッチング素子を駆動する複数の駆動回路と、複数の駆動電源と、を有し、複数の駆動電源のうちの少なくとも１つの駆動電源は、電力を出力する出力部を複数含み、いずれの相においても、上下アームの一方側のスイッチング素子を駆動する駆動回路は、一方側のスイッチング素子に直列接続された他方側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に接続された出力部の属する駆動電源とは別個の駆動電源の出力部に接続されるものである。
【００５６】
この発明による電力変換装置では、駆動電源においてスイッチング素子の短絡故障を引き起こすような出力電圧が上昇する異常が発生したとしても、その異常の影響が波及しない。また、この発明による電力変換装置では、複数の駆動電源のうちの少なくとも１つの駆動電源は出力部を複数含む。このため、本電力変換装置では、駆動電源の個数が駆動回路の個数未満となり、駆動電源に関するコストを抑えつつ、駆動電源の異常の影響の波及を回避することができる。
【００５７】
第１および第２実施形態の電力変換装置１００Ａおよび１００Ｂは、出力部を２個含む駆動電源を相数だけ有する構成とした一例である。電力変換装置１００Ａおよび１００Ｂでは、出力部を実現するトランスとして１入力２出力のトランスのみが用いられる。このトランスは安価に入手できるため、第１および第２実施形態の態様によれば、電力変換装置１００Ａおよび１００Ｂを安価に構成することができる。また、１入力２出力のトランスは、２よりも多数の出力のトランスに比べてレギュレーションが良い。このため、第１および第２実施形態の駆動電源によれば、２よりも多数の出力のトランスを用いた駆動電源に比べて、安定した出力を駆動回路に供給することができる。
【００５８】
また、第２実施形態の電力変換装置１００Ｂでは、複数の駆動電源の各々の一方の出力部は、いずれかの相における上下アームのどちらか一方のスイッチング素子を駆動する駆動回路に接続され、複数の駆動電源の各々の他方の出力部は、一方の出力部が接続された駆動回路により駆動されるスイッチング素子を含む相とは異なる他の相における上下アームのどちらか一方のスイッチング素子を駆動する駆動回路に接続される。一方、第１実施形態の電力変換装置１００Ａでは、複数の駆動電源の各々の一方の出力部は、いずれかの相における上下アームの一方側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に接続され、複数の駆動電源の各々の他方の出力部は、一方の出力部が接続された駆動回路により駆動されるスイッチング素子を含む相とは異なる他の相における上下アームの他方側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に接続される。第１実施形態の電力変換装置１００Ａでは、第２実施形態の電力変換装置１００Ｂに比べて、駆動電源と駆動回路との接続に規則性があるため、駆動電源と駆動回路との間の配線の対称性が高くなったり配線長が短くなったりして、配線に起因するインダクタンス成分が低くなり、低ノイズや低損失になることが期待できる。
【００５９】
第３および第４実施形態の電力変換装置１００Ｃおよび１００Ｄは、出力部を相数だけ含む駆動電源を２個有する構成とした一例である。第３および第４実施形態の態様によれば、出力部を実現するトランスの合計を最小の２個にすることができる。このため、第３および第４実施形態の態様によれば、２個よりも多数のトランスが必要な他の実施形態に比べ、トランスを設置するのに要するスペースを小さくすることが可能となる。
【００６０】
また、第４実施形態の電力変換装置１００Ｄでは、駆動電源の出力部の各々は、異なる相の駆動回路に接続される。一方、第３実施形態の電力変換装置１００Ｃでは、一方の駆動電源の出力部の各々は、各相の上下アームの一方側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に接続され、他方の駆動電源の出力部の各々は、各相の上下アームの他方側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に接続される。第３実施形態の電力変換装置１００Ｃでは、第４実施形態の電力変換装置１００Ｄに比べて、駆動電源と駆動回路との接続に規則性があるため、第１実施形態の電力変換装置１００Ａと同様に、低ノイズや低損失になることが期待できる。
【００６１】
第５実施形態の電力変換装置１００Ｅは、複数の駆動電源のうちの他の駆動電源とは出力部の数が異なる駆動電源がその複数の駆動電源に含まれている構成の一例である。このように、複数の駆動電源の各々は、出力部の数が異なっていても良い。
【００６２】
また、第５実施形態の電力変換装置１００Ｅは、３相出力の例であるため、３個の出力部を含む駆動電源を１個と、２個の出力部を含む駆動電源を１個と、１個の出力部を含む駆動電源を１個とを有していた。第５実施形態を拡張して相数を３相よりも多くした場合、例えば、電力変換装置は、出力部を相数だけ含む１個の第１の駆動電源と、出力部を相数よりも少ない数だけ含む１または複数の第２の駆動電源と、出力部を第２の駆動電源に含まれる出力部の数よりも少ない数だけ含む１または複数の第３の駆動電源と、を有し、第１の駆動電源の出力部の各々は、各相の上下アームの一方側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に接続され、第２の駆動電源の出力部および第３の駆動電源の出力部は、各相の上下アームの他方側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に接続される構成であっても良い。
【００６３】
＜他の実施形態＞
以上、この発明の各実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。
【００６４】
（１）各実施形態の電力変換装置１００Ａ〜１００Ｅのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６は、ＩＧＢＴに限らない。例えば、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６は、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ  Ｔｕｒｎ−Ｏｆｆ  ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）やＭＯＳＦＥＴなどであっても良い。
【００６５】
（２）各実施形態の電力変換装置１００Ａ〜１００Ｅにおいて、駆動電源７１〜７６のトランス２１、２６および２７の２次側に、両端が制御手段２４に接続された制御用２次巻線を設けても良い。この制御用２次巻線と１次巻線Ｗ１と２次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３とは、磁気要素によって結合される。この制御用２次巻線の出力電圧を制御手段２４に供給することで、２次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３の出力をより正確に制御することができる。
【００６６】
（３）各実施形態の駆動電源７１〜７６は、トランス２１、２６および２７を介して２次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３側に電力が送られる構成であれば良く、フライバック方式のコンバータであっても良く、フォワード方式のコンバータであっても良い。
【００６７】
（４）各実施形態の電力変換装置１００Ａ〜１００Ｅでは、直流電源８から駆動電源７１〜７６に電力が供給されていた。しかし、この発明による電力変換装置では、直流電源８とは別個の電源から駆動電源７１〜７６に電力が供給されても良い。例えば、この発明による電力変換装置を電気自動車やハイブリッド自動車に搭載した場合、その電気自動車等の高圧のリチウムイオンバッテリを直流電源８として用い、低圧の鉛蓄電池を駆動電源７１〜７６に電力を供給する直流電源として用いるようにしても良い。
【００６８】
（５）各実施形態の電力変換装置１００Ａ〜１００Ｅは、直流電源８の直流電力を３相の交流電力に変換する電力変換装置であった。しかし、この発明による電力変換装置は、例えば、交流電力を直流電力に変換するＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）整流器に本明細書の技術的特徴を備えたものであっても良い。
【符号の説明】
【００６９】
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，２００…電力変換装置、１，２，３…スイッチング素子モジュール、８…直流電源、１１，１２，１３，１４，１５，１６…駆動回路、２１，２６，２７…トランス、２２…コンデンサ、２３…トランジスタ、２４…制御手段、２５…フィードバック信号線、５１…整流回路、５２…コンデンサ、５３，５４，５５，５７…ヒューズ、５６…交流電源、５８…バッテリ、７１，７２，７３，７４，７５，７６，４１，４２，４３…駆動電源、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６…スイッチング素子、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６…還流ダイオード、Ｗ１…１次巻線、Ｗ２１，Ｗ２２，Ｗ２３…２次巻線、Ｒ１，Ｒ２…抵抗。
【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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